JP2002107126A

JP2002107126A - 基板検査装置及び方法

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Publication number: JP2002107126A
Application number: JP2000295807A
Authority: JP
Inventors: Naoki Shigeyama; 直樹繁山; Hiroshi Ishii; 浩石井
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 2000-09-28
Filing date: 2000-09-28
Publication date: 2002-04-10

Abstract

(57)【要約】【課題】基板検査装置及び方法において、検査精度の
向上並びに作業性の向上を図る。【解決手段】ＣＣＤカメラ１３が撮影した水平画像
（二次元画像）に基づいて実装基板Ａ上の実装状態を判
定し、ＮＧであると判定された実装部品Ａに対しての
み、ＣＣＤカメラ１９，２０，２１が撮影した三次元画
像に基づいて実装基板Ａ上の実装状態を再度判定し、こ
のとき、三次元における高さを輝度に変換して水平画像
として取扱う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、基板に実装された
チップやＩＣなどの部品の実装状態やはんだ（クリーム
ハンダ）の印刷状態の良否を検査する基板検査装置及び
方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、プリント回路基板にはんだ付けさ
れた電子部品に対して、その実装状態の良否判定を自動
で行う検査装置としては、電子部品やはんだに対して光
を当て、その反射光の光量や反射角度を上方に配設され
たＣＣＤカメラにより撮影し、その取込画像から電子部
品及びはんだの形状を推定して良否を判定するものがあ
る。

【０００３】一方、レーザ光源からシート状レーザ光を
電子部品やはんだの表面に跨がるように照射し、このシ
ート状レーザ光による形状線を側方に配設された複数の
ＣＣＤカメラにより撮影し、この形状線の位置に基づい
て電子部品及びはんだの形状を推定して良否を判定する
ものがある。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところが、上述した上
方のＣＣＤカメラが撮影した二次元画像から電子部品及
びリードやはんだの形状を推定して良否を判定するもの
は、各部品の高さを直接測定していないため、高さに関
する良否判定に曖昧さが発生し、判定精度が十分ではな
いという問題がある。一方、側方の複数のＣＣＤカメラ
が撮影した三次元画像から電子部品及びリードやはんだ
の形状を検出して良否を判定するものは、各部品の高さ
を直接測定するために判定精度はよいものの、一個ずつ
位置決めが必要であるために計測時間が増大してしま
う。また、三次元画像に対する検査手段は二次元検査の
明るさ検査とは異なるため、ユーザーは２種類の検査プ
ログラム手段をマスターしなければならずに煩雑とな
る。この結果、プログラミングに時間がかかってしまう
という問題がある。

【０００５】本発明はこのような問題を解決するもので
あって、検査精度の向上並びに作業性の向上を図った基
板検査装置及び方法を提供することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上述の目的を達成するた
めの請求項１の発明の基板検査装置は、基板を上方から
撮影して形状を水平画像として取り込む上方撮影手段
と、前記基板の表面高さを検出する高さ検出手段と、該
高さ検出手段が検出した基板表面高さを輝度の水平画像
に変換する変換手段と、前記上方撮影手段が撮影した形
状の水平画像及び該変換手段が変換した輝度の水平画像
に基づいて前記基板の良否を判定する判定手段とを具え
たことを特徴とするものである。

【０００７】また、請求項２の発明の基板検査装置で
は、前記上方撮影手段は、基板に対して上方及び側方か
ら投射された光の反射光を撮影する撮像素子であること
を特徴としている。

【０００８】また、請求項３の発明の基板検査装置で
は、前記高さ検出手段は、基板に対して投射されたシー
ト状レーザ光の形状線を撮影する撮像素子であることを
特徴としている。

【０００９】また、請求項４の発明の基板検査装置で
は、前記形状の水平画像と前記輝度の水平画像とを表示
する表示手段を設けたことを特徴としている。

【００１０】また、請求項５の発明の基板検査装置で
は、前記判定手段は、前記基板に実装された部品の実装
状態やはんだの印刷状態を判定することを特徴としてい
る。

【００１１】また、請求項６の発明の基板検査方法は、
基板を上方から撮影して形状を水平画像として取り込む
一方、前記基板の表面高さを検出して輝度の水平画像に
変換し、前記形状の水平画像及び前記輝度の水平画像に
基づいて前記基板の良否を判定することを特徴とするも
のである。

【００１２】また、請求項７の発明の基板検査方法で
は、前記形状の水平画像に基づいて前記基板の良否を判
定し、ＮＧ箇所に対して前記輝度の水平画像に基づいて
前記基板の良否を判定することを特徴としている。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
に基づいて詳細に説明する。

【００１４】図１に本発明の一実施形態に係る基板検査
装置の概略構成、図２に本実施形態の基板検査装置によ
る検査作業を表すフローチャート、図３に三次元検査作
業を表すフローチャート、図４に三次元検査作業におけ
る画像取込方法を表す概略、図５に二次元画像に三次元
画像を一致させた画像の概略を示す。

【００１５】本実施形態の基板検査装置において、図１
に示すように、実装基板Ａが位置決めされる図示しない
支持テーブルは移動機構により水平方向に沿って互いに
直交したＸ方向及びＹ方向に移動可能であると共に、旋
回可能に支持されており、ＮＣ制御部１１により駆動制
御可能となっている。そして、この支持テーブル上に位
置決めされる実装基板Ａ上には電子部品Ｂが所定位置に
取付けられ、リードＣがはんだＤにより溶接されてい
る。なお、この場合、移動機構や旋回機構を基板位置決
め機構とは別にヘッド側に設けてもよい。

【００１６】この支持テーブルの上方にはＬＥＤ照明１
２が設けられると共に、実装基板Ａを上方から撮影して
形状を水平画像として取り込む上方撮影手段としてのＣ
ＣＤカメラ（撮像素子）１３が鉛直方向下方を向いて設
けられている。なお、この場合、ＬＥＤ照明１２に代え
て蛍光灯などでもよく、また、上方撮影手段として、一
次元のラインセンサをスキャニングする方法などを用い
てもよく、これらの装置に規定されるものではない。そ
して、ＣＣＤカメラ１３は画像処理部１４を介して制御
部（ＣＰＵ）１５に接続され、ＬＥＤ照明１２は制御部
１５に接続されている。この場合、ＬＥＤ照明１２は上
照明と横照明の２種類であり、ＣＣＤカメラ１３は各照
明が点灯したときの２つの画像を取り込み、画像処理部
１４はこの２つの画像を取り込んで制御部１５に出力す
る。なお、ここでは、ＬＥＤ照明１２を上照明と横照明
として２つの画像を取り込んでいるが、単一照明、ある
いは多段階照明として、１つの画像を、あるいは多数の
画像を取り込むようにしてもよい。

【００１７】この場合、上照明からの光に対して、実装
基板Ａでは比較的平坦な部位で強く反射してＣＣＤカメ
ラ１３に入り、傾斜面で弱く反射してＣＣＤカメラ１３
に入る。一方、横照明からの光に対して、実装基板Ａで
は比較的傾斜した部位で強く反射してＣＣＤカメラ１３
に入り、平坦面で弱く反射してＣＣＤカメラ１３に入
る。即ち、上照明では平坦部が明るく光り、横照明では
傾斜部が明るく光るものとなる。

【００１８】従って、上照明の反射光を受光したＣＣＤ
カメラ１３の画像では、はんだＤがあればこのはんだＤ
の傾斜部は暗くなり、はんだＤがなければ基板Ａの表面
が平坦部となって明るくなるという特徴を有する。制御
部１５は、この画像の明るさを予め設定したしきい値と
比較することで不良を選別する。一方、横照明の反射光
を受光したＣＣＤカメラ１３の画像では、実装基板Ａの
基板部表面が平坦部であるために暗くなり、はんだＤが
傾斜部であるために明るく、電子部品Ｂの縦壁は暗くな
るという特徴を有するため、電子部品Ｂの輪郭を抽出し
やすい画像となる。制御部１５は、この画像から電子部
品Ｂを抽出し、予め設定したしきい値と比較することで
電子部品Ｂの有無やずれ不良を選別する。

【００１９】また、支持テーブルの上方にはシート状レ
ーザ光Ｌ₁，Ｌ₂，Ｌ₃を投射する３つのレーザ光源１
６，１７，１８が配設される共に、シート状レーザ光Ｌ
₁，Ｌ₂，Ｌ₃の投射による形状線Ｅを撮影して垂直画
像を取り込む３つのＣＣＤカメラ１９，２０，２１が配
設されている。この各レーザ光源１６，１７，１８から
シート状レーザ光Ｌ₁，Ｌ₂，Ｌ₃を基板Ａや電子部品
Ｂ等に対して照射することで、その表面に形状線Ｅを形
成可能となっている。また、ＣＣＤカメラ１９，２０，
２１は光軸がシート状レーザ光Ｌ₁，Ｌ₂，Ｌ₃の構成
する照射面に交差して電子部品Ｂの側面側から形状線Ｅ
を撮影可能となっており、ＣＣＤカメラ１９は電子部品
Ｂにほぼ直交する側面側から形状線Ｅを撮影し、ＣＣＤ
カメラ１６，１７は電子部品Ｂの正面側にずれた側面側
から形状線Ｅを撮影するものであり、画像処理部２２は
撮影画像を取り込んで形状線Ｅを抽出して制御部１５に
送るようになっている。

【００２０】この場合、レーザ光源１６，１７，１８と
ＣＣＤカメラ１９，２０，２１により実装基板Ａの表面
高さを検出する高さ検出手段を構成したが、これに限る
ものではない。例えば、照明としてレーザやＬＥＤを用
い、ＰＳＤ（Position Sensing Device ）やフォトダイ
オードで受光するようにした三角測量を原理としたもの
や、共焦点法を応用したものなどが考えられる。形状線
Ｅとは、これらの方法で得られたあるポイントの高さを
スキャン等の方法により連続した（あるいは離散的でも
よい）線上の点群にしたものと等価である。

【００２１】従って、制御部１５はこの１本の形状線Ｅ
（三次元画像）に基づいて実装基板Ａ上の部品Ｂの種
類、有無、取付位置のずれやリードＣの浮き、はんだＤ
の状態などを抽出し、判定（検査）することができる。

【００２２】更に、この制御部１５は、上述したよう
に、実装基板Ａ上の部品Ｂの種類、有無、取付位置のず
れやリードＣの浮き、はんだＤの状態などを判定する必
要があることから、１種類の部品であっても、部品の製
造メーカーや取付位置の環境が違っていたりすると、そ
の検査手法や基準データ（しきい値）が異なる。制御部
１５には記憶部２３が接続されており、この記憶部２３
には基板Ａに実装される各部品Ｂに対して複数の検査手
法が記憶されている。そして、ユーザーはこの記憶部２
３に記憶された複数の検査手法の中から適切な検査手法
を予め選択しておき、検査データをを生成する。制御部
１５は自動検査の際、その選択された検査手法や基準デ
ータを用いて実装部品Ｂの実装状態等を自動判定（判定
手段）するようにしている。

【００２３】この場合、制御部１５には操作部（キーボ
ード）２４及び表示部（モニタ）２５が接続されてお
り、オペレータによる操作部２４、表示部２５の操作に
より記憶部２３に記憶された情報を選択指定することが
できる。

【００２４】ここで、このように構成された基板検査装
置を用いた実装基板の検査について説明する。

【００２５】実装基板の検査作業において、図２に示す
ように、まず、ステップＳ１にて、ＬＥＤ照明１２の上
照明と横照明を用い、ＣＣＤカメラ１３はその反射光を
受光して画像を取り込み、この２つの水平画像（二次元
画像）に基づいて実装基板Ａ上の実装状態を判定する。
この場合、基準データに対して各水平画像から求めた検
出データを比較することで、実装基板Ａ上の部品Ｂの種
類、有無、取付位置のずれやリードＣの浮き、はんだＤ
の状態などを判定する。そして、ステップＳ２では、こ
の二次元画像に基づく実装状態の判定によりＮＧ部品が
あったかどうかを確認し、なければ検査を終了する。

【００２６】一方、ステップＳ２で、二次元画像に基づ
く実装状態の判定によりＮＧ部品があったら、次に、ス
テップＳ３にて、ＮＧであると判定された部品Ａに対し
てのみ、レーザ光源１６，１７，１８及びＣＣＤカメラ
１９，２０，２１を用いて垂直画像（三次元画像）を取
込、この三次元画像に基づいて実装基板Ａ上の実装状態
を再度判定する。

【００２７】この三次元検査作業において、図３に示す
ように、ステップＳ１１において、二次元画像に基づく
実装状態の判定でＮＧであると判定された実装部品Ａに
対して、三次元画像に基づいて判定作業を行うためのレ
ーザ光源１６，１７，１８及びＣＣＤカメラ１９，２
０，２１の位置決めがなされる。そして、まず、ステッ
プＳ１２にて、各レーザ光源１６，１７，１８からシー
ト状レーザ光Ｌ₁，Ｌ₂，Ｌ₃を基板Ａや電子部品Ｂ等
に対して照射し、ＣＣＤカメラ１９，２０，２１がこれ
を撮影してｉ断面画像を採取する。次に、ステップＳ１
３にて、画像処理部２２が取込画像から形状線Ｅを抽出
し、ステップＳ１４にて、この形状線Ｅにおける高さ
（垂直方向の長さ）を明るさに変換（変換手段）する。

【００２８】続いて、ステップＳ１５にてｉ＋１として
ステップＳ１６であらかじめ設定されたＹ方向における
所定数（ｉ＝end1）の断面画像を採取したかどうかを確
認し、採取していなければステップＳ１１に戻って上述
の処理を繰り返す。この場合、ステップＳ１１では、支
持テーブルを所定距離移動し、実装基板Ａの各位置にて
レーザ光源１６，１７，１８及びＣＣＤカメラ１９，２
０，２１を用いて画像を取り込む。なお、実際には、図
４に示すように、実装基板Ａを矢印Ｓ方向に連続的に移
動し、ＣＣＤカメラ１９，２０，２１により継続して所
定数の画像をスキャンすることとなる。

【００２９】このように所定数取り込んだ画像の形状線
Ｅ₁，Ｅ₂，Ｅ₃・・・から各断面ごとにその高さを輝
度（明るさ）に変換する。例えば、高さが高いほど明る
く、低いほど暗くなるように変換する。ステップＳ１７
にて、全断面輝度データを二次元平面の座標に対応付け
ることで、図５に示すように、実装基板Ａの表面高さを
輝度で表した二次元画像（水平画像）を新たに生成す
る。なお、図５では、座標の対応付けの説明のためにＣ
ＣＤカメラ１３が撮影した水平画像に、実装基板Ａの表
面高さを輝度で表した二次元画像（水平画像）を重合さ
せて表示したが、実際には、３つの水平画像を独立して
記憶しており、検査データ作成時には独立して表示され
る。そして、ステップＳ１８で、高さを輝度で表した二
次元画像から、実装基板Ａ、実装部品Ｂ、リードＣ、は
んだＤ等の輝度やあるいは明るさの面積を計測し、予め
設定された基準データの範囲内にあるかどうかを判定
し、ステップＳ１９でＮＧ判定を行う。

【００３０】このように本実施形態の基板検査装置及び
検査方法にあっては、まず、ＣＣＤカメラ１３が撮影し
た水平画像（二次元画像）に基づいて実装基板Ａ上の実
装状態を判定し、ＮＧであると判定された実装部品Ａに
対してのみ、ＣＣＤカメラ１９，２０，２１が撮影した
三次元画像に基づいて基板表面高さを輝度変換した水平
画像から、実装基板Ａ上の実装状態を再度検査するよう
にしている。

【００３１】通常、ほとんどの電子部品ＢはＣＣＤカメ
ラ１３が取り込んだ水平画像に基づいて判定した結果、
実装基板Ａ上の部品Ｂの種類、有無、取付位置のずれや
リードＣの浮き、はんだＤの状態は正常と判定される。
そして、一部の部品は誤判定を含めてＮＧと判定される
が、この部品に対してだけＣＣＤカメラ１９，２０，２
１取り込んだ三次元画像の高さを輝度に変換した二次元
画像に基づいて判定すればよく、実装基板Ａの検査精度
が低下することはなく、正確な検査が可能になると共
に、検査処理に長時間かかることはなくなって作業性を
向上できる。

【００３２】また、検査前に、ユーザーが検査プログラ
ムを作成する場合、ある特定の検査対象箇所に対して、
表示画面にどの部品が表示されているのか、画面のどこ
にシート状レーザ光Ｌ₁，Ｌ₂，Ｌ₃を照射するのか、
形状線Ｅのどの位置が部品ＢやリードＣやはんだＤなの
か、基準データはいくつにするのかなどを制御部１５に
教示しておく必要がある。この場合、ＣＣＤカメラ１３
が撮影した二次元画像と、ＣＣＤカメラ１９，２０，２
１が撮影して高さを輝度で表した二次元画像とは、Ｘ−
Ｙ平面上で同一の座標として画像表示できる。そのた
め、各二次元画像共に輝度や所定明るさの面積を求めて
ＮＧ判定するようになっており、ＣＣＤカメラ１３が撮
影した二次元画像に基づく検査プログラム作成と、ＣＣ
Ｄカメラ１９，２０，２１が撮影した三次元画像に基づ
く検査プログラムの作成、並びに検査を、同一の手法で
行うことができ、ユーザーにとって作業しやすいものと
なる。

【００３３】なお、上述の実施形態では、基板に実装さ
れた部品の実装状態やはんだ付け後に対する良否判定を
行ったが、基板にてはんだ付け前の部品の実装状態、あ
るいは、クリームハンダの印刷状態の良否を判定するこ
ともできる。

【００３４】

【発明の効果】以上、実施形態において詳細に説明した
ように請求項１の発明の基板検査装置によれば、上方撮
影手段が基板を上方から撮影して形状を水平画像として
取り込む一方、高さ検出手段が基板の表面高さを検出し
て変換手段が基板表面高さを輝度の水平画像に変換し、
判定手段がこの形状の水平画像と輝度の水平画像に基づ
いて基板の良否を判定するので、形状の水平画像と輝度
の水平画像に基づいてほぼ同一の手法で基板の良否を判
定することとなり、基板検査の検査精度が低下すること
はなく、正確な検査を可能とすることができると共に、
検査処理に長時間かかることはなくなって作業性を向上
することができる。

【００３５】請求項２の発明の基板検査装置によれば、
上方撮影手段を、基板に対して上方及び側方から投射さ
れた光の反射光を撮影する撮像素子としたので、簡単な
構成で容易に実装基板の水平画像を撮影することができ
る。

【００３６】請求項３の発明の基板検査装置によれば、
高さ検出手段を、基板に対して投射されたシート状レー
ザ光の形状線を撮影する撮像素子としたので、簡単な構
成で高精度に実装基板の垂直画像を撮影することができ
る。

【００３７】請求項４の発明の基板検査装置によれは、
形状の水平画像と輝度の水平画像とを表示する表示手段
を設けたので、オペレータによる検査のための検査デー
タの作成作業を容易に行うことができる。

【００３８】請求項５の発明の基板検査装置によれば、
判定手段が基板に実装された部品の実装状態やはんだの
印刷状態を判定するので、基板に対して多種類の検査を
行うことができる。

【００３９】また、請求項６の発明の基板検査方法によ
れば、基板を上方から撮影して形状を水平画像として取
り込む一方、基板の表面高さを検出して輝度の水平画像
に変換し、形状の水平画像及び輝度の水平画像に基づい
て基板の良否を判定するようにしたので、形状の水平画
像と輝度の水平画像に基づいてほぼ同一の手法で基板の
良否を判定することとなり、基板検査の検査精度が低下
することはなく、正確な検査を可能とすることができる
と共に、検査処理に長時間かかることはなくなって作業
性を向上することができる。

【００４０】また、請求項７の発明の基板検査方法によ
れば、形状の水平画像に基づいて基板の良否を判定し、
ＮＧ箇所に対して輝度の水平画像に基づいて基板の良否
を判定するようにしたので、ほとんどの実装部品が形状
の水平画像により判定され、残りが輝度の水平画像によ
り判定されることとなり、検査精度を低下させることな
く、検査を短時間で行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態に係る基板検査装置の概略
構成図である。

【図２】本実施形態の基板検査装置による検査作業を表
すフローチャートである。

【図３】三次元検査作業を表すフローチャートである。

【図４】三次元検査作業における画像取込方法を表す概
略図である。

【図５】二次元画像に三次元画像を合成した画像の概略
図である。

【符号の説明】

１１ＮＣ制御部１２ＬＥＤ照明１３ＣＣＤカメラ（上方撮影手段）１４画像処理部１５制御部（部品判定手段）１６，１７，１８レーザ光１９，２０，２１ＣＣＤカメラ（高さ検出手段）２２画像処理部２３記憶部２４操作部２５表示部（表示手段）

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Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】基板を上方から撮影して形状を水平画像
として取り込む上方撮影手段と、前記基板の表面高さを
検出する高さ検出手段と、該高さ検出手段が検出した基
板表面高さを輝度の水平画像に変換する変換手段と、前
記上方撮影手段が撮影した形状の水平画像及び該変換手
段が変換した輝度の水平画像に基づいて前記基板の良否
を判定する判定手段とを具えたことを特徴とする基板検
査装置。
【請求項２】請求項１記載の基板検査装置において、
前記上方撮影手段は、基板に対して上方及び側方から投
射された光の反射光を撮影する撮像素子であることを特
徴とする基板検査装置。
【請求項３】請求項１記載の基板検査装置において、
前記高さ検出手段は、基板に対して投射されたシート状
レーザ光の形状線を撮影する撮像素子であることを特徴
とする基板検査装置。
【請求項４】請求項１記載の基板検査装置において、
前記形状の水平画像と前記輝度の水平画像とを表示する
表示手段を設けたことを特徴とする基板検査装置。
【請求項５】請求項１記載の基板検査装置において、
前記判定手段は、前記基板に実装された部品の実装状態
やはんだの印刷状態を判定することを特徴とする基板検
査装置。
【請求項６】基板を上方から撮影して形状を水平画像
として取り込む一方、前記基板の表面高さを検出して輝
度の水平画像に変換し、前記形状の水平画像及び前記輝
度の水平画像に基づいて前記基板の良否を判定すること
を特徴とする基板検査方法。
【請求項７】請求項６記載の基板検査方法において、
前記形状の水平画像に基づいて前記基板の良否を判定
し、ＮＧ箇所に対して前記輝度の水平画像に基づいて前
記基板の良否を判定することを特徴とする基板検査方
法。