JPS58217088A - 位置測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、たとえば、集積回路のシリコンウエーファ
のチップとリードフレームとを接続するワイヤボンダの
位置制御を行うため、接続点の位置を正確に測定する位
置測定装置に関するものである。このような場合の測定
はテレビジョン（以下ＴＶと略記する）カメラによって
、位置測定の対象となる物品を走査して得た電気信号を
、計算機によって処理して行うのが一般である。

ところでシリコンウエーファのチップは写真製版等によ
って作られるので、その写真内の各部分の相対位置は正
確に同一に作られている。したがって測定の対象となる
チップと同一のチップを基準物品とし、この基準物品を
基準位置に置いてＴＶ左カメラ走査して得たデータを基
準データとして計算機の基準データメモリに記憶してお
き（このことをティーチング（ｔｅａｃｈｉｎｇ　）又
はショーイング（ｓｈｏｗｉｎｇ　）という）、次に測
定の対象となるチップを同−ＴＶカメラで走査して得ら
れた測定データを基準データと比較して、測定データの
位置をどれだけずらせば基準データと重なるかという位
置誤差を算出すれば、測定の対象となるチップ上の接続
点位置を正確に決定することができる。

基準データと測定データとを重ね合せるための従来の方
法としては、パターンマツチング（ｐａｔ−ｔｅｒｎ　
ｍａｔｃｈｉｎｇ　）法及び投影法があった。

矛１図はパターンマツチング法における測定データメモ
リを示す図である。測定の対象となる物品がＴＶ左カメ
ラ走査されその出力が２値化されてメモリ（１００）に
入力される。メモリ（１００）の中の横の実線と縦の点
線とに囲まれる小矩形（１０１）が１ビツトの記憶素子
を示し、普通は（１０２）に示すように横方向に８ピツ
トの集合した１バイトの記憶素子の集合ごとにアドレス
を付してその位置を表している。（１０３）の如く斜線
が施された記憶素子には論理［１，１の信号が記憶され
、（１０１）の如く斜線が施されてない記憶素子には論
理ｒＯＪの信号が記憶されている。

測定の対象となる物品を配置してＴＶ左カメラ走査して
得た画素の配列と牙１図に示す記憶素子の配列とは相似
形になるように２値化された信号が記憶される。

才２図はパターンマツチング法における基準データメモ
リを示す図であり、（２００）、（２０１）、（２０２
）、（２０３）、（２０４）はそれぞれ才１図の（１０
０）、（１０１）、（１０２）、（１０３）、（１０４
）に対応する・測定の対象となる物品と基準物品とは同
一形状であるから、才１図と才２図において斜線を施し
た部分の形状は互に同一である。したがって牙１図の（
ＩＱ４）のビットをどれだけずらせば才２図の（２０４
）のビットに重なるか（才１図と牙２図に示す例では上
方へ２ビット動かし左方へ３ピット動かす）を検出する
ことができれば測定の対象となる物品上の所望の点の位
置を正確に決定することができる。

１・３図は投影法における測定データメモリの一例を示
す図で、（３００）は牙１図の（１００）と同じく測定
の対象となる物品をＷカメラで走査して得た画素の配列
と相似の配列のメモリ素子にＴＶ左カメラ出力を２値信
号化して記憶したメモリであり、斜線を施した部分のビ
ットは論理「１」の信号、その他の部分は論理「０」の
信号が記憶されている。

メモＩＪ　（３００）を横方向に論理「０」のビットの
総数を集計したものがメモリ（３０５）に、メモリ（３
０Ｄ）を縦方向に論理「０」のビットの総数を集計した
ものがメモＩＪ　（３０６）にそれぞれ記憶されている
。

投影法における基準データメモリにはメモリ（３０５）
、（３０６）にそれぞれ対応するデータが記憶されてい
る。メモリ（３０５）、（３０６）の最も顕著な場所は
図ニ示すＭ　（３０７）、（３０８）の交点であるので
、これが基準データメモリにおける相当点からどれだけ
ずれてい°るかを検出するとメモリ（３００）に対応す
る画像が基準データからどれだけずれているかがわかる
。

上述のパターンマツチング法及び投影法の欠点は、大量
のメモリを必要とする事と、測定データメモリと基準デ
ータメモリとの重ね合せを検出する作業が複雑となり、
特に測定の対象となる物品の画像の座標の原点がずれて
いるばかりでなくその座標軸が回転しているような時は
特に上記重ね合せを検出する作業が複雑となるという点
である。

この発明は従来のものの上述の欠点を除去するためにな
されたもので、比較的小量の測定データを記憶してこの
測定データを処理して比較的小量の基準データメモリと
対比することによって測定の対象となる物品の所望の点
の位置を正確に決定することができる位置測定装置を提
供することを目的としている。

以下、図面についてこの発明の詳細な説明する。３１４
図はこの発明の一実施例を示すブロック図で、（１）は
測定の対象となる物品、（２）はＴＶカメラ、（３）は
距離測定回路、（４）はインタフェース、（５）はマイ
クロコンピュータ、（６）はロボットコントローラであ
る。物品（１）と同一形状の基準物品（図示せず）につ
いてはマイクロコンピュータ（５）にティーチングが行
われていて、物品（１）の特定の部分の位置情Ｎを−ｆ
（クロコンピユータ（５）からロボットコントローラ（
６）に与えるための装置であるＯ■右カメラ２）の動作
はよく知られているのでその説明を省略するが、位置測
定の精度によっては半導体素子によるＣＣＤカメラを使
用することもてきる。ＴＶカメラ（２）からの出力は２
値化されており、物品（１）の部分に対応しては白レベ
ル（論理「１」）、其他の部分に対応しては黒レベル（
論理「Ｏ」）の信号が出力されるとする。

Ｊ−５図はＴＶカメラ（２）からの出力信号を示す図で
、（５００）はＴＶカメラ（２）で走査すべき全体の画
像、（５０１）は物品（１）の部分、（５０２）は現時
点で走査している水平走査線位置、（５０３）は水平同
期信号、（５０４）は２値化されたビデオ信号（２値化
回路は距離測定回ｍ　ｔａ＋に入れることもできるが、
ここではＴＶカメラ（２）に入っているとする）である
。ビデオ信号（５０４）は水平走査の始点から物品（５
０１）の左端（以下ｔ、とする）まで「０」、物品（１
）の左端から中心円の左端（以下ｔ２とする）まで「１
」、中心円の左端からその右端（以下ｔ５とする）まで
「０」、中心円の左端から物品の右端（以下ｔ４とする
）まで１１」、それ以後は「０」となる。

牙６図は距離測定回路（３）の設計例を示すブロック図
で、ＴＶカメラ（２）からはイ言号線（２０）上に才５
図（５０３）の水平同期信号が出力され、信号線（２１
）上に矛５図（５０４）の２値化されたビデオ信号が出
力される。水平同期信号（５０３）が出力されてからビ
デオ信号の論理の反転点が出力されるまでの時間を計測
して水平同期信号に対応する画像の左端からビデオ信号
の論理反転点に対応する画像上の点（物品の輪郭点）ま
での距離を測定する。オ６図において（７）はインバー
タ、（８）は発振器、ｆ９）　、　（ＩＩ　。

０υはカウンタ、（Ｉ２・（１（支）はデコーダ、０４
Ｊは微小な遅延を与える遅延回路、（１５−１）〜（１
５−８）　　はそれぞれラッチ、（１６−１）〜（１６
−８）はそれぞれオアゲートである。図に示す例では、
カウンタ（９）。

ｕｏは３ビツトのカウンタで水平同期信号がそのリセッ
ト端子（Ｒで示す、カウンタ０υについても同じ）に加
えられてリセットし、カウンタａ１は２値化されたビデ
オ信号（５０４）の立上り点を計数し、カウンタ（９）
は同じビデオ信号（５０４）の立下り点を計数する。カ
ウンタ（９）　、　（１０）が３ビツトのカウンタであ
るとすれば、Ｏ〜７の８種類の計数値が存在し得るが、
そのうちの１．２，３．４　　の４種類の計数値だけを
それぞれのデコーダ（１２）、ａ（至）から出力し、た
とえばカウンタ（１０）の計数値が１になると信号線（
１３１）にパルスが出力されオアゲート（１６−１）を
経てラッチ（１５−１）にロード信号として入力されそ
の時のラッチ（１５−１）の並列入力端子の信号を当該
ラッチ（１５−１）に入力して記憶する。すべてのラッ
チ（１５−１）〜（１５−８）にはカウンタ０１）の並
列出力端子の信号が出力されている。カウンタ０１）は
水平同期信号でリセットされＴＶカメラ（２）の水平掃
引速度と関連する周波数のパルス、たとえば発振器（８
）の出力の約ｆ＞　１ｖＩＨｚのパルスを計数する。従
ってカウンタαυの並列出力端子の示す信号は■カメラ
（２）が現在走査している点の画面左端からの距離を表
す。矛５図の走査線（５０２）によるビデオ信号（５０
４）について言えばｔ１時点でデコーダ０■カーらラッ
チ（１５−１）へ信号が出力してその時のカウンタ６η
の計数値がラッチ（１５−１）へセットされ、ｔ２時点
でデコーダ（１２からラッチ（１５−２）へ信号が出力
してその時のカウンタ０１）の計数値がラッチ（１５−
２）へセットされ、ｔ６時点でデコーダ（１：１からラ
ッチ（１５−３）へ信号が出力し、ｔ４時点でデコーダ
０２１からラッチ（１５−４）へ信号が出力してカウン
タ０Ｄのそれぞれの時点の計数値がそれぞれのラッチに
セットされる。マイクロコンピュータ（５）バインタフ
エース（４）を介して水平同期信号時点の各ラッチの内
容を読取る（矛６図にはこの読取りに関連する回路を図
示してない）。この読取りが終った直後遅延回路α４の
出力により各ラッチ（１５−１）〜（１５−８）には数
値零がセットされる。矛５図に示す例に関する限り、ラ
ッチ（１５−５）〜（１５−８）は必要ないのであるが
物品の部分（５０１）が複雑な形をしている場合の処理
のために設けられている。

ラッチの内容をマイクロコンピュータのメモリに入力す
るとき、その内容が何番目の水平同期信号に対応するも
のであるかを示す数値を同時に入力する。オフ図はこの
ようにして記憶されたメモリの内容の一部を示す図で左
端の列は水平同期信号の順番ＨＮを示しく但しＮは既知
の整数でＮ＋０乃至Ｎ＋１０の１１掃引について表して
いるＮ＋６が才５図の走査線（５０２）に相当する。）
、上端の行はラッチの番号を示し、番号５〜８が常にＯ
であることはそれらのラッチは使用されてないことを意
味する。したがってオフ図のメモリでラッチ番号５〜８
に相当する部分のメモリを省略することができる。

５Ｉ−７図が才５図に示す走査の結果の記憶であるとす
ればＨＮは画像（５００）の縦方向（以下Ｙ方向とする
）の位置を表し、３・７図中の数字は横方向（以下Ｘ方
向とする）の位置を表し、すなわち物品（１）の輪郭線
を表す位置座標がマイクロコンピュータ（３）に入力さ
れたことになる。

マイクロコンピュータ（３）はオフ図に示すデータにつ
いてデータ処理を行うのであるが、もどの物品（１）の
形状が同一であれば、輪郭線を直線線分の接続として表
示した場合（曲線部分は適宜の近似を行う）その各直線
線分の長さと隣接する直線線分のなす角度は物品（１）
の置かれる位置に関係なく同一に保たれるのでマイクロ
コンピュータ（３）　）’！　＋７図に示すデータから
上記同一に保たれる数値を算出する。

才８図はマイクロコンピュータ（３）の行う処理の各プ
ログラムを示し、データ読込みプログラム（８１）は先
に説明した通りであり、その実施の結果オフ図に示す測
定データメモリを得る。リンク点連結プログラム（８２
）ではたとえばＨＮ＝Ｎ＋１では番号２のラッチの内容
９８はＨＮ−Ｎ＋２　　では番号４のラッチの内容９８
にリンクするものであることを決定する処理を行う。矢
の角度計算プログラム（８３）ではリンク点連結が行わ
れたデータに対し隣接するＨＮ間の輪郭線の方向角を決
定する。隣接するＨＮ間ではＸ方向の変化は単位量であ
るのでＸ方向の変化（オ・７図の数値の差）がどれだけ
であるか（：よって角度が決定される。ＨＮの差が１だ
けではＸ方向の変化が判定困難な時はＨＮの差２，３．
・・・に対しＸ方向の変化を算出して角度を決定する〇
角度変化検出プログラム（８４）では角度の変化が実質
的に同一な部分であるか（同一直線線分に属する）、角
度がどちらかへ急変している（１つの直線線分と次の直
線線分との接続点である）かを決定する。

以上の結果を利用して外周連結プログラム（８５）では
各直線線分の長さと隣接直線線分との角度を算出し次の
標本比較（８６）のプログラムにうつる。

標本に対しては、あらかじめ正確な位置にかつ正確な方
向に配置して第４図の回路により才８図に示す処理を施
したデータをあらかじめ基準データメモリとして記憶し
ている。

第９図は基準データメモリと測定データメモリとの対応
を示し、線分の長さは１０進２桁の数で表示し、角度は
１６進２桁（すなわち２進８桁で単位角度は３６０’／
２５６　　となる）で表示しである。第９図に示すよう
に対応させれば基準データメモリの内容と測定データメ
モリの内容とがよく一致する。

基準データメモリ中の３個のデータを１つにまとめて測
定データメモリと対応させた場所は曲線部分に対する近
似を両者の近似精度を同一にしたためである。

なお、矛８図に示す各処理プログラム（８０）〜（８８
）については、計算機によるパターン認識の一般的技術
に関連して従来よく知られているので詳細な説明は省略
する。

牙９図に示すように基準データメモリと測定データメモ
リの対応が検出できると、物品（１）の輪郭線の測定デ
ータが基準物品の輪郭線の基準テークからどれだけずれ
ているかを算出することができ、この補正を施した土で
マイクロコンビニーり（５）によってロボットコントロ
ーラ（６）を制御することができる。

また、牙４図の装置を単に物品（１）が基準物品と同一
であるか否かの判定の為に使用するときは、標本比較プ
ログラム（８６）において、測定データメモリ（プログ
ラム（８５）により作成したもの）の内容を所定の範囲
内でずらして基準データメモリの内容と所定の誤差範囲
内において一致するか否かを判定すればよい。ｆ−ｒ二
次数種類の基準データメモリを用意しておき、測定デー
タメモリがいずれの基準データメモリに一致するかを決
定するという使用法にも利用することができる。

以上のようにこの発明によれば、（ａ）必要なメモリ量
が少くてすむ。たとえば、１画面を２５６ｘ２５６画素
で構成するとし、第１図、矛２図、矛３図の（３００）
は１画素あたり１ビツトのメモリを必要とじ２５６　Ｘ
　２５６ビツトのメモリを必要とするが、オフ図のメモ
リはＨＮが２５６で、１ランチあたり８ビツトのメモリ
を用いると２５６　ｘ　８　ｘ　８ビツトのメモリでよ
く、更に才５〜８番のラッチを使用しない場合は２５６
　ｘ　８　ｘ　４ビツトのメモリでよい〇（ｂ）　Ｗ　
イクロコンピュータ（３）による処理時間が短くてすむ
。

（ｅ）回路横取が簡単である。

等の効果を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

才１図は従来のパターンマツチング法におケル測定デー
タメモリを示す図、矛２図は従来のパターンマツチング
法における基準データメモリを示す図、才３図は従来の
投影法における測定データメモリを示す図、矛４図はこ
の発明の一実施例を示すブロック図、矛５図は才４図の
ＴＶカメラからの出力信号を示す図、矛６図は矛４図の
距離測定回路の設計例を示すブロック図、矛７図は才４
図のマイクロコンピュータに入力される測定データを示
す図、牙８図は才４図のマイクロコンピュータにおける
処理プログラムを示す図、才９図は第８図の標本比較プ
ログラムの結果を示す図である。 （１）・・・物品、（２）・・・ＴＶカメラ、（３）・
・・距離測定回路、（４）・・・マイクロコンピュータ
、（１５−１）〜（１５−８）・・・それぞれラッチ。 なお、図中同一符号は同−又は相当部分を示す。 代理人　　葛　野　信　− 第１図 どＶど　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　ｌＵ
６第７図 第８図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）位置測定の対象となる物品と同一形状の基準物品
   を基準位置に置きテレビジョンカメラで走査して得らル
   た上記基準物品の輪郭線のデータを所定の形式に処理し
   て記憶する基準データメモリと、上記位置測定の対象と
   なる物品を上記テレビジョンカメラで走査して得たビデ
   オ信号を２値化するｚ値化回路と、上記テレビジョンカ
   メラの走査のため所定の周期で繰返し発生される水平同
   期信号から上記ｚ値化回路の出力の信号論理が反転する
   各点までの時間を水平同期信号ごとに測定してそれぞれ
   のラッチに記憶する手段と、上記それぞれのラッチの内
   容を各水平同期信号ごとに読取って当該水平同期信号の
   画像フレーム内における番号と共に記憶するデータメモ
   リと、このデータメモリに記憶するデータに上期基準物
   品の輪郭線のデータに施したと同一の処理を施しその処
   理結果を上記基準データメモリの内容と比較する演算処
   理装置とを備えた位置測定装置。
2. （２）データメモリに記憶するデータに施す処理は、順
   次変化する水平同期信号の番号に対応して記憶されるデ
   ータのうち上記対象となる物品における特定の輪郭線に
   対応するデータはどのデータであるかを決定するリンク
   点連結処理と、このリンク点連結処理によって連結され
   たデータの互に隣接する水平同期信号上の両データの画
   像上の角度を算出する角度計算処理と、この角度計算処
   理により算出された角度から角度変化を検出する角度変
   化検出処理と、この角度変化検出処理において角度変化
   が検出されなかった部分の長さを算出して上記特定の輪
   郭線を構成する各線分の角度と長さとを順次記述する外
   周連結処理とを含むことを特徴とする特許請求の範囲才
   １項記載の位置測定装置Ｏ