JPH0894319A - 画像認識による位置補正方法、およびその装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 画像上と移動テーブル上との両座標系の間に
平行度の狂いが生じている場合であっても、これを回避
するための適切な補正を行い、位置決め精度の向上を図
る。 【構成】 撮像手段３を通じて取り込まれた画像上にお
ける認識対象物の座標と基準座標との変位量を移動テー
ブル４上の変位量に変換する画像制御手段８と、上記移
動テーブル４を駆動させる駆動手段９とを備えた画像認
識による位置補正装置１であって、上記画像制御手段８
は、上記画像上のｘ−ｙ軸と上記移動テーブル上のＸ−
Ｙ軸との平行度の狂いを修正するための補正係数を算出
する係数算出部10と、その算出された補正係数を記憶す
る記憶部11と、上記画像上の変位量を上記移動テーブル
４上の変位量に変換するための演算を上記補正係数を使
用して行う補正演算部12と、その演算結果に基づいて上
記駆動手段９を制御する駆動制御部13とを備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本願発明は、ワイヤボンダーやワ
イヤボンディング検査装置あるいはその他の画像認識に
よる位置決めを必要とする作業器具類などに適用可能な
位置補正方法およびその装置に関し、詳しくは、撮像手
段からの画像データに基づいて移動テーブルを正確に目
標位置に位置決めさせるための技術に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、たとえばワイヤボンディング
工程やその検査工程等を正確に行わせることを目的とし
て、ワイヤボンダーやワイヤボンディング検査装置等の
作業器具類を、画像認識の手法を用いて位置決めするこ
とが実用化されている。

【０００３】その具体的構成の一例を述べると、ＩＴＶ
カメラ等の撮像手段により認識対象物の周辺画像を撮影
するとともに、その画像を画像制御手段に取り込む。そ
して、この画像上における認識対象物の座標と基準座標
との変位量を、上記作業器具類が搭載されている移動テ
ーブル上の変位量に変換し、その変換された変位量に応
じて上記移動テーブルを移動させて位置決めを行うよう
に構成される。

【０００４】換言すれば、画像上の座標系から移動テー
ブル上の座標系への変位量の変換が行われた上で、その
変換された変位量分だけ移動テーブルが移動して停止す
ることになり、これにより画像認識に基づいて移動テー
ブルおよび作業器具類の目標位置への位置決めが行われ
るのである。

【０００５】そして、たとえば図８に示すように、上記
画像上の座標系（点線で示す座標系）におけるｘ−ｙ軸
と、移動テーブル上の座標系（実線で示す座標系）にお
けるＸ−Ｙ軸とが、完全に平行な状態にある場合には、
移動テーブルの位置決め過程において何ら支障が生じる
ものではない。すなわち、画像上のｘ−ｙ軸を基準とし
て求められる認識対象物座標Ａの画像中心Ｏからの変位
量を、補正することなく直接的に移動テーブル上の変位
量に変換しても、両座標系の平行度に狂いが生じていな
いことから、その変位量に応じて移動する移動テーブル
は正確に目標位置に位置決めされる。

【０００６】この場合、上記移動テーブル上にカメラ等
の撮像手段が設置されていることを前提とすれば、上記
変換後の変位量分だけ移動テーブルを移動させることに
より、上記画像中心Ｏが認識対象物座標Ａに完全に一致
することになる。したがって、この場合には、上記画像
中心Ｏが基準座標とみなされる。なお、上記各箇所に記
載している変位量とは、距離および方向を含む概念であ
る（以下においても同様）。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記画像上
のｘ−ｙ軸と移動テーブル上のＸ−Ｙ軸とは、必ずしも
平行な状態にあるとは限らず、図９に示すように、上記
両座標系の軸はその平行度に狂いが生じているのが通例
である。

【０００８】このため、上記認識対象物の座標Ａが基準
座標Ｏに対してどの程度の変位を生じているのかを画像
上において検出し、この検出した変位量を補正すること
なく直接的に移動テーブル上の変位量に変換した場合に
は、以下に示すような問題が生じる。

【０００９】すなわち、図９に示すように、上記画像上
における認識対象物の座標Ａの変位量として、そのｘ方
向成分がＡｘでありｙ方向成分がＡｙである場合に、従
来の手法では、移動テーブル上における変位量も同様に
Ａｘ、Ａｙとみなされる。この場合、本来ならば、移動
テーブル上の変位量は、そのＸ方向成分がＡＸ、Ｙ方向
成分がＡＹに変換されなければならない。

【００１０】したがって、従来の手法のように移動テー
ブルの変位量をＡｘ、Ａｙとみなしかつこれに基づいて
移動テーブルを移動させても、上記両座標系の軸の平行
度の狂いに起因して誤差が生じ、移動テーブルおよびワ
イヤボンダー等の作業器具類を正確に位置決めすること
が不可能になる。

【００１１】本願発明は、上述の事情のもとで考え出さ
れたものであって、画像上のｘ−ｙ軸と移動テーブル上
のＸ−Ｙ軸との間の平行度に狂いが生じている場合であ
っても、これを回避するための適切な補正を行い、位置
決め精度の向上を図ることをその課題とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
め、本願発明では、次の技術的手段を講じている。

【００１３】すなわち、本願の請求項１に記載した発明
は、画像認識による位置補正方法であって、撮像手段を
通じて認識対象物を含む画像を画像制御手段に取り込む
ステップと、上記取り込まれた画像上のｘ−ｙ軸と移動
テーブル上のＸ−Ｙ軸との平行度の狂いを修正するため
の補正係数を予め算出して記憶させておくステップと、
上記記憶されている補正係数を使用して所定の演算を行
うことにより、上記画像上における認識対象物の座標と
基準座標との変位量を、移動テーブル上の変位量に変換
するステップと、上記変換後の変位量に基づいて上記移
動テーブルを移動させるステップと、を含むことを特徴
としている。

【００１４】また、本願の請求項２に記載した発明は、
認識対象物を含む画像を撮影する撮像手段と、この撮像
手段を通じて取り込まれた画像上における認識対象物の
座標と基準座標との変位量を移動テーブル上の変位量に
変換する画像制御手段と、上記移動テーブルを駆動させ
る駆動手段と、を備えた画像認識による位置補正装置で
あって、上記画像制御手段は、上記画像上のｘ−ｙ軸と
上記移動テーブル上のＸ−Ｙ軸との平行度の狂いを修正
するための補正係数を算出する係数算出部と、その算出
された補正係数を記憶する記憶部と、上記画像上の変位
量を上記移動テーブル上の変位量に変換するための演算
を上記補正係数を使用して行う補正演算部と、その演算
結果に基づいて上記駆動手段を制御する駆動制御部と、
を備えていることを特徴としている。

【００１５】

【発明の作用および効果】上記請求項１に記載した発明
によれば、画像制御手段に取り込まれている画像上にお
ける変位量を移動テーブル上の変位量に変換するに先立
って、上記画像上のｘ−ｙ軸と移動テーブル上のＸ−Ｙ
軸との平行度の狂いを修正するための補正係数が、予め
算出されかつ記憶される。

【００１６】そして、この補正係数を使用して所定の演
算を行い、この演算結果に基づいて上記変位量の変換が
行われる。詳しくは、上記補正係数を使用して上記変位
量を変換するのに必要な演算を行い、この演算結果に基
づいて、上記画像上の座標系において把握される認識対
象物の座標と基準座標との変位量を、上記移動テーブル
上の座標系において把握される変位量に変換するのであ
る。

【００１７】このようにして変換された上記移動テーブ
ル上の変位量は、この移動テーブル上のＸ−Ｙ軸と上記
画像上のｘ−ｙ軸との平行度の狂いが修正されたものと
して得られる。したがって、この変換後の変位量に基づ
いて上記移動テーブルを移動させれば、この移動テーブ
ルは上記平行度の狂いに起因する誤差を生じることな
く、正確に目標位置に位置決めされる。

【００１８】この結果、上記移動テーブル上にワイヤボ
ンダーやワイヤボンディング検査装置などの作業器具類
が搭載される場合には、ワイヤボンディング作業やその
検査作業が高精度で行われることになる。

【００１９】一方、上記請求項２に記載した発明に係る
装置によれば、上述の位置補正方法が適切に実施され
る。すなわち、この位置補正装置における画像制御手段
の構成要素である係数算出部、記憶部、補正演算部、お
よび駆動制御部の各動作に伴って、上記と同様に平行度
の狂いが修正された状態の下で移動テーブルが移動する
ことになり、正確な位置決めが可能になる。

【００２０】

【実施例の説明】以下、本願発明の好ましい実施例を、
図面を参照しつつ具体的に説明する。

【００２１】図１は、本願発明の実施例に係る画像認識
による位置補正装置の主要部の構成ならびにその制御シ
ステムを示す概略図である。なお、この実施例では、リ
ードフレームの各リードのボンディング位置に対して位
置決めを行う場合を例に挙げて説明する。

【００２２】図１に示すように、この実施例に係る位置
補正装置１の概略構成は、リードフレーム２の各リード
部２ａのそれぞれのボンディング位置周辺画像を撮像す
るＩＴＶカメラ等の撮像手段３と、アーム４ａおよび支
柱４ｂを介して上記撮像手段３を支持する移動テーブル
４とを備えている。上記撮像手段３は、同軸照明機能
（同軸照明付きレンズ）を有しており、この撮像手段３
からの画像データを示す信号ａは、Ａ／Ｄ変換器（図示
略）などの動作によって、以降の制御を行う際に要求さ
れる信号に変換される。

【００２３】また、上記移動テーブル４は、相互に直交
するＸ方向およびＹ方向への移動を案内するガイド用テ
ーブル５、６上に保持されている。そして、この実施例
では、上記移動テーブル４上に図外のワイヤボンダーが
搭載されている。なお、必要ならば、上記リードフレー
ム２を挟んで撮像手段３の下方位置に、図外の照明手段
を別途配設し、この照明手段から上記リードフレーム２
に対して下方から光が照射されるように構成してもよ
い。

【００２４】一方、上記位置補正装置１の制御システム
７は、大別すると、上記撮像手段３からの信号ａに基づ
いて認識対象物である各リード２ａのボンディング位置
の周辺画像を取り込んで位置補正のための各種制御動作
を行う画像制御手段８と、この画像制御手段８からの出
力に基づいて上記移動テーブル４を駆動させる駆動手段
９とを備えている。

【００２５】上記画像制御手段８は、上記撮像手段３か
らの信号ａに基づいて補正係数を算出する係数算出部１
０と、その算出された補正係数を記憶する記憶部１１
と、上記撮像手段３からの信号ａおよび上記記憶部１１
からの信号ｂに基づいて上記補正係数の使用に伴う変位
量の変換を行う補正演算部１２と、この補正演算部１２
からの信号ｃに基づいて上記駆動手段９に位置補正信号
ｄを送出する駆動制御部１３とを備えている

【００２６】詳しくは、上記係数算出部１０は、撮像手
段３からの信号ａによって得られた画像上のｘ−ｙ軸
と、上記移動テーブル４上のＸ−Ｙ軸との平行度の狂い
を修正するための４種類の補正係数を算出する。また、
上記補正演算部１２は、上記各補正係数を使用して、画
像上の座標系において認識されるボンディング位置の座
標と基準座標との変位量を、上記移動テーブル４上の座
標系における変位量に変換するための演算を行う。そし
て、上記駆動制御部１３は、この演算結果である変位量
に基づいて上記移動テーブル４を移動させるための位置
補正信号ｄを送出する。

【００２７】図２は、上記位置補正装置１の各構成要素
を、各装置類の電気的接続状態として示したものであ
る。すなわち、この図示例の構成は、上記移動テーブル
４およびこれに近接配置されたリードフレーム搬送装置
１４と、上記撮像手段であるカメラ３と、このカメラ３
に接続された上記画像制御手段８の構成要素である画像
認識装置１５と、この画像認識装置１５に接続されたデ
ィスプレイ１６とを備えている。

【００２８】さらに、上記画像認識装置１５には、座標
演算部１７が接続されているとともに、この座標演算部
１７には、既述の記憶部１１、操作盤（コンソール）１
８およびＸＹドライバー１９が接続されている。したが
って、上記座標演算部１７は、たとえば既述の補正係数
の算出や、変位量変換のための演算を行うことが可能で
ある。加えて、上記ＸＹドライバー１９は、上記移動テ
ーブル４の移送制御を行うことが可能である。

【００２９】また、同図に示す記憶部１１は、上述の４
種類の補正係数を種類ごとに記憶する第１、第２、第
３、第４の補正係数記憶部１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１
１ｄと、制御に必要なその他の各種情報を記憶する通常
の記憶部１１ｅとを内蔵している。

【００３０】ここで、上記リードフレーム２の構造およ
びこれにダイボンディングされる半導体チップ２０の構
造を、図３および図４を参照しつつ説明しておく。

【００３１】図３から明らかなように、上記リードフレ
ーム２は、樹脂パッケージされるべき領域を画成する四
辺のダムバー２１のそれぞれについて、相互間ピッチが
狭められた多数本のリード２ａを備えている。そして、
これらのリード２ａの中央部には、半導体チップ２０が
ボンディングされるアイランド２２が形成されている。
なお、このアイランド２２は、サポートフレーム２３に
よって支持された状態にある。

【００３２】そして、半導体デバイスの製造に際して
は、図４に示すように、上記アイランド２２上に半導体
チップ２０がボンディングされた状態の下で、各リード
２ａの先端部（ボンディング位置）２ｘと半導体チップ
２０上の各端子パッド２０ｘとの間がワイヤボンディン
グＷにより結線される。この場合、上記各リード２ａの
先端部２ｘは、その切断加工時に作用する応力の影響な
どを受けて、相互間寸法にばらつきが生じているのが通
例である。

【００３３】次に、上記実施例に係る位置補正装置１の
作用、換言すればこの装置１を使用して行う位置補正方
法について説明する。

【００３４】まず、予備段階として、上記係数算出部１
０において、４種類の補正係数、すなわち、Ｘレンズ倍
率係数、Ｙレンズ倍率係数、Ｘ軸平行度係数、Ｙ軸平行
度係数を算出して、これらを上記記憶部１１の各補正係
数記憶部１１ａ〜１１ｄに記憶させておく。

【００３５】上記４種類の補正係数の算出は、まず図５
に示すように、画像上のｘ軸に沿って模擬的に設定した
点Ａと点Ｂとの偏差Δｘを画素利用による手法等を用い
て求める。この後、上記画像上の偏差Δｘに対する移動
テーブル４の変位量ΔＸ₁ 、ΔＹ₁ を求める。この場合
の変位量ΔＸ₁ 、ΔＹ₁ を求める作業は、たとえば実際
に上記移動テーブル４をＸ方向とＹ方向とに移動させ、
その移動に要するパルス信号のパルス数を計測すること
により行うことができる。すなわち、上記移動テーブル
４を移動させるための駆動手段９としてステッピングモ
ータを使用するようにし、このステッピングモータを回
転駆動させるのに要したパルス信号のパルス数を、信号
ｅを通じて取り込むのである。

【００３６】また、ｙ軸についても同様に、図６に示す
ように、画像上のｙ軸に沿って模擬的に設定した点Ｃと
点Ｄとの偏差Δｙを求めるとともに、この偏差Δｙに対
する上記移動テーブル４の変位量ΔＸ₂ 、ΔＹ₂ を求め
る。なお、上記の各変位量ΔＸ₁ 、ΔＹ₁ 、ΔＸ₂ 、Δ
Ｙ₂ はそれぞれ、絶対値ではなく、矢印の向きに伴う符
号を備えており、この場合には、上記ΔＸ₁ 、ΔＹ₁ 、
ΔＹ₂ が正の値であって、上記ΔＸ₂ が負の値である。

【００３７】次いで、上記各偏差および各変位量に基づ
いて、Ｘレンズ倍率係数（Ｋｘ＝ΔＸ₁ ／Δｘ）、Ｙレ
ンズ倍率係数（Ｋｙ＝ΔＹ₂ ／Δｙ）、Ｘ軸平行度係数
（Ｊｘ＝ΔＹ₁ ／ΔＸ₁ ）、Ｙ軸平行度係数（Ｊｙ＝Δ
Ｘ₂ ／ΔＹ₂ ）をそれぞれ算出し、これらの各係数Ｋ
ｘ、Ｋｙ、Ｊｘ、Ｊｙを記憶部１１に記憶させておく。

【００３８】そして、実際に上記リードフレーム２の各
リード２ａのボンディング位置２ｘに対する移動テーブ
ル４（ワイヤボンダー）の位置補正は、以下のようにし
て行われる。

【００３９】すなわち、上記ボンディング位置２ｘを指
向している撮像手段３からの信号ａに基づいて、図７に
示す画像上におけるボンディング位置２ｘの座標Ｅと、
予め画像上に設定されている基準座標Ｆとの変位量（Δ
ｘ、Δｙ）を、上記移動テーブル４上の変位量（ΔＸ、
ΔＹ）に変換する。この場合、同図に示す画像は、予め
設定あるいは記憶されているボンディングの目標位置に
撮像手段３を移動させることにより得られるものであ
り、この画像上における上記基準座標Ｆは、画像中心で
あるとともに本来的に上記ボンディング位置２ｘの座標
Ｅがあるべき点である。

【００４０】上記変位量の変換を行うための演算は、同
図を参照して、まず画像認識により検出したＥのｘ座標
とＦのｘ座標との偏差Δｘ、および同じく上記Ｅ、Ｆの
ｙ座標の偏差Δｙを、画素を利用すること等により求め
る。そして、ここで求めたΔｘ、Δｙと、上記記憶部１
１に記憶されている各係数のうちのＫｘ、Ｋｙとを使用
して、次式、Ｐｘ＝Δｘ×Ｋｘ、Ｐｙ＝Δｙ×Ｋｙによ
り、Ｐｘ、Ｐｙを演算する。なお、この演算は、上記補
正演算部１２において行われる。

【００４１】そして、上記Ｐｘ、Ｐｙと、上記各係数の
うちのＪｘ、Ｊｙとを使用して、次式、ΔＸ＝Ｐｘ＋
（Ｐｙ×Ｊｙ）、ΔＹ＝Ｐｙ＋（Ｐｘ×Ｊｘ）により、
移動テーブル４上の座標系における変位量ΔＸ、ΔＹを
演算する。この演算も、上記補正演算部１２において行
われる。これにより、上記画像上から移動テーブル４上
への変位量の変換が終了する。

【００４２】この場合、上記最終的に得られた移動テー
ブル４上の変位量（ΔＸ、ΔＹ）は、画像上のｘ−ｙ軸
と移動テーブル４上のＸ−Ｙ軸との平行度の狂いを修正
した値となっている。したがって、この変位量に対応す
る信号ｄを上記駆動制御部１３が駆動手段９に送出する
ことにより、移動テーブル４は平行度の狂いに起因する
誤差を生じることなく、正確な目標位置に位置決めされ
る。

【００４３】ところで、この実施例は、リードフレーム
２のボンディング位置２ｘに対して正確にワイヤボンデ
ィングを行っていくことを目的とするものであるため、
次に示すような動作が実行される。すなわち、上記リー
ドフレーム２の各ボンディング位置２ｘについて、上記
の変位量の変換を行うごとに、その変換後の変位量（Δ
Ｘ、ΔＹ）を信号ｆを通じて記憶部１１に順次記憶させ
ておく。

【００４４】そして、全てのボンディング位置２ｘにつ
いての変位量の変換ならびに記憶が完了した後に、その
記憶されている変位量を順次読み出し、その読み出され
た変位量に応じて各ボンディング位置２ｘにおける移動
テーブル４の位置を補正していく。詳しくは、移動テー
ブル４上のワイヤボンダーを、各ボンディング目標位置
に移動させるに際して、平行度の狂いを修正するため
に、上記変位量に応じて移動テーブル４を移動させてい
くのである。これにより、正確なボンディング位置２ｘ
に対してワイヤボンダーによる結線作業が行われ、各リ
ード２ａのファインピッチ化に適切に対処できることに
なる。

【００４５】なお、上記実施例は、リードフレーム２の
各ボンディング位置２ｘに対して結線作業を行うワイヤ
ボンダーが移動テーブル４上に搭載される場合につい
て、本願発明を適用したものであるが、これ以外に、た
とえばワイヤボンディング検査装置などのように画像認
識による位置決めを行う必要がある他の作業器具類につ
いても、同様にして本願発明を適用することが可能であ
る。

【００４６】また、上記実施例は、撮像手段３とワイヤ
ボンダー等の作業器具類とが、単一の移動テーブル４上
に搭載される場合について、本願発明を適用したもので
あるが、上記撮像手段３と作業器具類とを何らかの連係
をとって移動させることが可能な構成であれば、上記両
者を別々の移動テーブル上に設置するようにしても、本
願発明の趣旨を逸脱するものではない。

【図面の簡単な説明】

【図１】本願発明の実施例に係る画像認識による位置補
正装置の主要部の構成ならびにその制御システムを示す
概略図である。

【図２】上記位置補正装置の各構成要素の電気的接続状
態を示す概略構成図である。

【図３】上記位置補正装置による位置決め対象となるリ
ードフレームを示す要部平面図である。

【図４】上記リードフレームの要部を示す拡大平面図で
ある。

【図５】上記位置補正装置による演算に使用される補正
係数を求めるための概略図である。

【図６】上記位置補正装置による演算に使用される補正
係数を求めるための概略図である。

【図７】上記位置補正装置による変位量の変換を行う際
の状態を幾何学的に示す概略図である。

【図８】従来における画像上の座標系と移動テーブル上
の座標系との理想的な関係を示す概略図である。

【図９】従来における画像上の座標系と移動テーブル上
の座標系との一般的な関係を示すとともに従来の問題点
を説明するための概略図である。

【符号の説明】

１ 位置補正装置 ２ 認識対象物（リードフレーム） ３ 撮像手段（カメラ） ４ 移動テーブル ８ 画像制御手段 ９ 駆動手段 １１ 記憶部 １２ 補正演算部 １３ 駆動制御部

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 撮像手段を通じて認識対象物を含む画像
   を画像制御手段に取り込むステップと、 上記取り込まれた画像上のｘ−ｙ軸と移動テーブル上の
   Ｘ−Ｙ軸との平行度の狂いを修正するための補正係数を
   予め算出して記憶させておくステップと、 上記記憶されている補正係数を使用して所定の演算を行
   うことにより、上記画像上における認識対象物の座標と
   基準座標との変位量を、移動テーブル上の変位量に変換
   するステップと、 上記変換後の変位量に基づいて上記移動テーブルを移動
   させるステップと、を含むことを特徴とする、画像認識
   による位置補正方法。
2. 【請求項２】 認識対象物を含む画像を撮影する撮像手
   段と、この撮像手段を通じて取り込まれた画像上におけ
   る認識対象物の座標と基準座標との変位量を移動テーブ
   ル上の変位量に変換する画像制御手段と、上記移動テー
   ブルを駆動させる駆動手段と、を備えた画像認識による
   位置補正装置であって、 上記画像制御手段は、上記画像上のｘ−ｙ軸と上記移動
   テーブル上のＸ−Ｙ軸との平行度の狂いを修正するため
   の補正係数を算出する係数算出部と、その算出された補
   正係数を記憶する記憶部と、上記画像上の変位量を上記
   移動テーブル上の変位量に変換するための演算を上記補
   正係数を使用して行う補正演算部と、その演算結果に基
   づいて上記駆動手段を制御する駆動制御部と、を備えて
   いることを特徴とする、画像認識による位置補正装置。