JP3953988B2

JP3953988B2 - 検査装置および検査方法

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Publication number: JP3953988B2
Application number: JP2003281556A
Authority: JP
Inventors: 正明金子; 均中山; 英利鈴木
Original assignee: TDK Corp
Current assignee: TDK Corp
Priority date: 2003-07-29
Filing date: 2003-07-29
Publication date: 2007-08-08
Anticipated expiration: 2023-07-29
Also published as: CN100402974C; JP2005049221A; CN1576777A; US20050025353A1

Description

本発明は、部品実装装置によって実装基板上にマウントされた被実装部品について、その実装状態を検査する方法および検査装置に関する。より詳細には、接着剤、はんだペースト等によって実装基板に対して固着された被実装部品（以下ワークと称する。）について、これらの画像を得て当該画像に基づいてその実装位置あるいは実装状態を認識する方法および装置に関する。

実装状態を検査する装置においては、実装基板あるいはワーク実装後の実装基板に対して照明光を照らし、この照らされた状態をカメラによって撮影し、得られた画像における濃淡に基づいて実装位置等の認識を行っている。この画像の処理は、通常いわゆる多値化処理を施すことで為されるが、画像処理時に実装基板等の上面に生じる濃淡の差が少ない場合にはこの処理に多大な時間を要する場合がある。

さらに、ワーク自身が複雑な外形を有する場合、あるいは実装基板、接着剤、およびワーク等の反射率が近い値を有し且つその表面に凹凸が多く存在する場合には、単純に一方向から光を照射して得られる陰影等からはこれら形状を正確に認識することが困難となる場合も考えられる。また、陰影等が得られたとしても、凹凸が明るい領域に混在してこれらの濃淡差が極端に少ない状況においては、画像処理自体が困難となる場合も考えられる。

これら状況に対処するために、例えば特許文献１に開示されるように外観検査を行おうとする対象物の直上にカメラを配置し、照明光を対象物に対して異なる方向から照射し、各々の方向に応じて得られる画像を相互比較することで適切な画像処理を行う方法が開示されている。本方法の具体的な概念では、ある方向から光を当てることで検査対象物の影像を得、更に他の方向から光を当てることで先程光から得られる影像では判別不能となる面が明瞭となる影像を得て、画像処理を好適に行うこととしている。当該方法においては、異なる色の光りを各々異なった方向より対象物に照射し、これらを単一のカメラで撮影して得られた影像を色分割した後に画像処理を行うことで処理時間の短縮かも同時に図っている。

また、対象物が異なるが、光の反射率が略一定の対象物たる材木の厚さを画像処理によって測定する方法が特許文献２に開示されている。当該方法においては、まず一方向から対象物に光りを照射して画像を得、続いて異なる方向から光を照射して再度その画像を得、これら画像における陰影等から求める厚さを得ている。
特開平１０−２０６２３７号公報特開平０５−２８８５２１号公報

本発明がその検査対象とする実装基板、はんだペースト、ワーク等からなる構成の場合、例えば実装基板上の配線部分とはんだペーストとは共に金属からなる。これら金属からなる構成は、その性質として照射された光を特定の方向に対して全反射させる。このため、カメラがその全反射条件を満たす方向に配置された場合、特定の部分のみが強烈に輝く画像を得ることとなり、前述の画像処理を適切に行うことが困難となる可能性が高い。このため、光の照射位置あるいはカメラの配置は、この全反射条件から外れた場所とする必要がある。

また、検査対象が実装基板、接着剤、ワーク等からなる構成の場合、例えば接着剤として照射される光を透過する性質を有するものが用いられる場合がある。この場合、光を透過してしまう方向から接着剤からなる部分に光を照射する等の照射条件においては、接着剤自体を明瞭化することはできず、その下部に存在する部材、例えば実装基板を撮影することとなる。このため、光の照射位置あるいはカメラの配置は、この透過条件から外れた場所とする必要がある。

前述の特許文献１おける諸構成について、複数の光源の配置あるいは光源からの光の照射方向等をそれぞれ調整することで、前述の適切な画像を得ることが困難となる条件を避けることも可能と思われる。しかし、個々の光源およびカメラの間の位置関係が変更された場合、得られる複数の画像相互の関係はこの位置関係の変更によって変化し、単純な画像の相互比較が不適当となる場合も考えられる。すなわち、当該文献の開示内容は、あくまでチップのかけ等をその検査の対象とするものであって、前述の如く光の照射条件等を随時選択する必要がある、例えばはんだペーストあるいは接着剤等を内在させる構成の検査に対してそのまま適応することは不適当と思われる。

特許文献２に開示される発明は、同一材質からなる材木についての厚さ測定を目的としており、当該文献の開示内容は前述のような光源の配置等の条件変更を必要としていない。従って、当該文献に開示された内容に準じた構成では、前述の如く光の照射条件等を随時選択する必要がある、例えばはんだペーストあるいは接着剤等を内在させる構成の検査に対してそのまま適応することは不適当と思われる。

本発明は上記状況に鑑みて為されたものであり、はんだペーストあるいは接着剤等を内在させる構成の検査、すなわち光の照射条件を随時選択する必要のある検査に対して好適な検査装置および検査方法を提供することを目的とするものである。より具体的には、ある方向から光を当てることで検査対象物の稜線の陰を得、更に他の方向から光を当てることで先程の影が稜線によるものであるか否か等を判別すること等によって、画像処理を好適に行う装置および方法に関して、さらにはんだペースト、接着剤等を内在した検査対象物に対しても好適な検査装置および検査方法を提供することを目的としている。

上記課題を解決するために、本発明に係る検査装置は、実装基板、実装基板上に実装された被実装部品および被実装部品を実装基板上に固定する固定剤に関してこれらの実装状態を検査する装置であって、実装基板、被実装部品および固定剤の画像をその略上方から撮影するカメラと、実装基板、被実装部品および固定剤に対してその斜め上方より光を照射する第一の光源と、実装基板、被実装部品および固定剤に対して第一の光源とは異なる配置であってその斜め上方より光を照射する第二の光源とを有しており、カメラ、第一の光源および第二の光源はユニットとして一体化され、ユニットは所定の平面内において移動可能であることを特徴としている。

なお、上述の検査装置において、第一の光源はカメラとの位置関係が固定され、第二の光源はカメラとの位置関係を変更可能としてユニットが構成されることが好ましい。また、上述の検査装置において、第一の光源とカメラとの位置関係、および第二の光源とカメラとの位置関係とは固定されており、且つ第一の光源からの光の照射方向および第二の光源からの光の照射方向の内、少なくとも一方の照射方向を変更可能として前記ユニットが構成されることとしても良い。また、上述の検査装置において、所定の平面は実装基板が延在する平面と平行な平面であり、ユニットの移動領域はカメラの撮影可能領域に対応することが好ましい。なお、ここで述べる位置関係の固定とは、光の照射方向等の調整が可能な光源とカメラとがその位置関係を固定されて一体として構成されていることを意味している。

また、上記課題を解決するために、本発明にかかる検査方法は、実装基板と、実装基板上に実装された被実装部品と、被実装部品を実装基板上に固定する固定剤とに関してこれらの実装状態を検査する方法であって、実装基板、被実装部品および固定剤に対してこれらの斜め上方に配置された第一の光源から光を照射して実装基板、被実装部品および固定剤をその略直上に配置されたカメラにて撮影し、カメラおよび第一の光源との位置関係を固定した状態にてこれらの配置を所定平面内にて調節する工程と、調整後の配置におけるカメラおよび第一の光源により得られる影像を第一の影像として記憶する工程と、実装基板、被実装部品および固定剤に対して第一の光源とは異なる配置にある第二の光源より光りを照射して実装基板、被実装部品および固定剤をカメラにて撮影し、前記第二の光源の位置を調節する工程と、位置調整後の第二の光源からの光にて実装基板、被実装部品および固定剤を照射してこれらをカメラにて撮影し、得られた影像を第二の影像として記憶する工程と、第一の影像と第二の影像とに基づいて実装基板、被実装部品および固定剤の実装状態を認識する工程をとを有することを特徴としている。

なお、上述の検査方法において、第二の光源は、カメラおよび第一の光源との位置関係が固定され、一体としてユニット化されていることが好ましい。また、上述の検査方法において、所定の平面は実装基板が延在する平面と平行な平面であり、カメラおよび第一の光源の移動領域はカメラの撮影可能領域に対応することが好ましい。また、上述の検査方法において、カメラおよび第一の光源の配置を所定平面内にて調節する工程において、第一の光源からの光の照射方向を変化させる工程が含まれることとしても良く、あるいは、第二の光源の位置調節する工程において、第二の光源からの光の照射方向を変化させる工程が含まれることとしても良い。

また、上記課題を解決するために、本発明にかかる検査方法は、実装基板と、実装基板上に実装された被実装部品と、被実装部品を実装基板上に固定する固定剤とに関し、これらの実装状態を検査する方法であって、実装基板、被実装部品および固定剤に対してこれらの斜め上方に配置された第一の光源から光を照射して実装基板、被実装部品および固定剤をその略直上に配置されたカメラにて撮影して第一の光源からの光の照射方向を調節する工程と、調整後の配置におけるカメラおよび第一の光源により得られる影像を第一の影像として記憶する工程と、実装基板、被実装部品および固定剤に対して第一の光源とは異なる配置にある第二の光源より光を照射して実装基板、被実装部品および固定剤をカメラにて撮影し、前第二の光源からの光の照射方向を調節する工程と、照射方向調整後の第二の光源からの光にて実装基板、被実装部品および固定剤を照射してこれらをカメラにて撮影し、得られた影像を第二の影像として記憶する工程と、第一の影像と第二の影像とに基づいて前記実装基板、被実装部品および固定剤の実装状態を認識する工程とを有することを特徴としている。

本発明に係る検査装置および検査方法においては、実装基板、被実装基板および固定剤の略直上に配置したカメラによってこれらの影像を撮影することとし、その際にこれら実装基板等の斜め上方から第一の光源から照射される光によってこれら実装基板等を照らすこととしている。本発明においては、その際に、第一の光源とカメラとの位置関係を最適状態に調整後、固定することとしている。前述したようにはんだペースト、接着剤等からなる固定剤は、これらに対して光を照射してその影像を得ようとした場合には、光を照射する光源の位置を選択する必要がある。

本発明では第一の光源とカメラとを一体として構成していることから、光源の位置を微調整したとしてもカメラとの位置関係は変化しない。また、この微調整時において、第一の光源およびカメラは実装基板の延在方向と平行に駆動される。また、前述の微調整時における第一の光源およびカメラの駆動範囲は、カメラによる撮影可能領域内に実装基板等が常に入る領域としている。従って、カメラによる撮影で得られる実装基板および被実装部品の影像の大きさは実装基板毎によって変化しない。

以上の条件を満たして第一の光源の位置を調整することによって、常に同一の大きさで実装基板等を撮影することが可能となる。従って、個々の影像についての比較、合成等の操作が容易であり、実装状態の確認等を迅速に行うことが可能となる。すなわち、各々の実装基板等の検査時において演算パラメータ等を変更することなく検査を行うことが可能となり、検査時間の短縮および検査精度の向上が見込まれる。

なお、第二の光源に関しては、第一の光源と同様の観点から、カメラおよび第一の光源と一体化させ、これらをユニットとしても良い。この場合、前述の如く、このユニットの駆動を実装基板の延在面と平行に行い、且つその駆動範囲をカメラによる撮影可能領域内に実装基板等が常に入る領域とする。これによって第一の光源を用いて得られる実装基板等の影像の大きさと、第二の光源を用いて得られる実装基板等の影像の大きさとが同一となり、前述の効果が得られる。

また、第一および第二の光源を、各々の光軸と垂直な回転軸を中心として回動可能としても良い。光源を回動することによって、実装基板等に対して照射される光の照射条件を変更することとなり、光源位置の選択範囲がより広げられる。また、カメラの撮影可能領域内において、実装基板等の種類によらずにこれらを常に所定の大きさ以下に撮影するために、カメラは実装基板の延在する平面とは垂直な方向に駆動可能とすることが好ましい。また、実装基板等を撮影する際には、明瞭な影像を得る観点から、第一の光源、第二の光源およびカメラの光軸が一致する点に実装基板等が配置されることが好ましい。従って、第一の光源および第二の光源は、前述のカメラの垂直方向の駆動に準じて同期して回動する構成とすることが好ましい。

また、当該ユニットの内部において第二の光源のみを駆動可能としても良い。この場合、カメラおよび第一の光源による撮影条件を確定して実装基板等の影像を得た後に、これらの配置を固定して第二の光源の位置を変化させることとなる。このような構成とすることによって、第二の光源の配置についての調整範囲をより大きくしつつ、第二の光源によっても同じ大きさの実装基板等の影像を得ることが可能となる。また、第一および第二の光源の内の少なくとも一方を回動可能となる構成とし、この回動操作によってその光の照射方向を調節して照明条件の最適化をさらに図ることとしても良い。

以上述べたように、本発明の実施によって、はんだペースト、透明な接着剤等、光の照射する際の光源の位置を調整する必要がある部分を有する構成からなる対象物を撮影する場合であっても、光源の位置を調整しつつ好適な影像を撮影することが可能となる。従って、被実装部品の稜線、固定剤のエッジ等を容易に認識し、実装状態を容易且つ正確に認識することが可能となる。

図１に、本発明の実施の形態に係る検査装置における、カメラおよび第一および第二の光源を含めた主要部の斜視図を示す。本発明に係る検査装置の主要部１は、鉛直下方を向いたカメラ３と、基板認識用にカメラ３と同軸に配置された照明光源４と、カメラ３の両脇に配置されてカメラ３の下方であって軸線方向を各々向いた第一の光源５および第二の光源７とから構成されるユニット９を有している。ユニット９は、第一の支持レール１１および第二の支持レール１３によって、図中Ｘ、Ｚにより示す方向に対して駆動可能に支持されている。なお、ユニット９を実際にＸおよびＺ方向に駆動する駆動機構に関しては、公知の種々の機構を用いることが可能であるが、これら機構に関しては本発明とは直接の関係を有さないため、ここでの説明は省略する。

また、第一の光源５および第二の光源７は、各々の光軸と垂直な回転軸を中心として回動可能となるように、各々第一および第二の回動機構２５、２７を介してカメラ３に固定されている。これら回動機構を用いて光源を回動させることによって、各々の光源の光軸を調節することにより、好適な光の照射方向を得ている。また、第二の支持レール１３により、ユニット９をＺ軸方向に駆動可能とすることにより、実装基板等の大きさ、種類等によらずに、後述するように、カメラ３のファインダ内にて実装基板等を所定の大きさで撮影することが可能となる。

図２に、本主要部１を用いて実装基板上に固定されたワークの実装状態を認識する配置を示す。図は、実装基板等および主要部１を正面から見た状態の概略を示している。撮影対象２０は実装基板１６、ワーク１８および実装基板１６ワーク１８とを固定する固定剤（図３Ａおよび３Ｂにおける参照番号２２によりされる構成。本図においては不図示。）であり、カメラ３、第一の光源５および第二の光源７についてその各々の光軸が交わる点の近傍に配置されている。また、実装基板１６の延在する平面Ａは、前述のＸ軸と略平行となっている。当該配置において、第一の光源５より、撮影対象２０に対して光りを照射し、これによって得られる撮影対象２０の影像をカメラ３によって撮影する。

その際にカメラ３によって撮影される影像の概略を図３Ａおよび３Ｂに示す。本発明において、カメラ３の撮影可能領域（カメラ３のファインダー）Ｂは、第一の光源５から照射された光によって照らされた撮影対象２０より十分に大きくなるように設定されている。実際の撮影時においては、まず図３Ａに示す配置で撮影対象２０を撮影する。その際、固定剤２２およびこの境界の内の少なくともいくつかが好適に撮影可能であるかどうかを、影像によって確認する。
固定剤２２の反射等によって、好適な影像が得られない場合には、ユニット９をＸ方向に移動させ好適な画像が得られる配置を求める。

なお、Ｘ方向の移動量は、撮影可能領域Ｂによって制限され、図３Ａおよび図３Ｂに示す状態がユニット９を駆動可能領域の右端と左端で得られる影像となる。ユニット９の駆動方向をＸ方向とし、且つその駆動領域をカメラ３の撮影可能領域と対応させることにより、得られる影像において撮影対象２０の大きさは常に一定となる。

続いて、第二の光源７から照射される光により次の影像を撮影する。この場合も、前述した第一の光源５の場合と同様の操作を行い、固定材２２およびこの境界の内、少なくともいくつかが好適に撮影可能となる配置を求める。この場合もユニット９の駆動方向および駆動領域を第一の光源５の場合と同じ条件とすることで得られる影像における撮影対象２０の大きさは第一の光源５の場合と一致する。従って、第一および第二の光源を用いて得られた各々二つの影像の比較、合成が容易であり、実装状態を容易且つ迅速に確認することが可能となる。

なお、本実施例においては、第一の光源５およびカメラ３等をＸ方向に駆動して照明条件の最適化を図ることとしている。しかしながら、例えば、第一の光源５およびカメラ３を撮影対象２０の直上に配置した後に、第一の回転機構２５によって第一の光源５からの光の照射角度を調節して、最適な撮影条件を求めることとしても良い。同様に、第二の光源７に関しても、第二の回転機構２７によって第二の光源７からの光の照射角度を調節して最適な撮影条件を求めることとしても良い。

なお、本実施の形態は、例えば、図４に示す容易に変形しても好適である。図４に示す検査装置は、図１に示す検査装置に対して第二の光源のみが異なる。従って、この第二の光源に関してのみ説明する。本実施の形態においては、第二の光源１７は、所定の方向Ｃに駆動可能となるように第三の支持レール２１によって支持されている。なお、第二の光源１７のＣ方向に関しての駆動は公知の駆動機構によって為され、当該駆動機構は本発明と直接の関係は無いことからここでの説明は省略する。また、光源の位置調節の可能領域を大きくする上で、第一の光源についても第二の光源と同様の構成によって支持することとしても良い。

本構成においては、第一の光源５とカメラ３によって例えば図３Ａに示す状態において撮影対象２０の好適は影像が得られた場合、続いて行われる第二の光源を用いた撮影においてはカメラ３（および第一の光源５）の位置は固定される。この状態で、第二の光源１７のみをＣ方向に駆動し、固定剤２２およびその境界が好適に撮影できる第二のカメラ１７の配置を求める。好適な配置が求められた後、第二のカメラ１７を固定してカメラ３による撮影、撮影画像の記憶操作を行う。その後、得られた二つの影像の比較、合成等の操作から実装基板、被実装部品および固定剤個々の位置関係を求め実装状態を確認する。

本構成によれば、第一の光源５を用いて得られた影像と、第二の光源１７を用いて得られた影像とは、その大きさのみならず撮影された配置も一致する。従って、影像の比較、合成等の操作をより容易であり、更に迅速な検査を行うことが可能となる。

なお、上述の実施の形態において用いた光源は２つであるが、本発明はこれに限定されずさらに多くの光源を用いることも可能である。この場合、前述の第一あるいは第二の光源の駆動に換えて、こと配置に存在する別個の光源を選択的に使用して、比較、合成等に用いる影像を得ることとしても良い。また、本実施の形態においては、カメラ等の駆動をＸ軸方向のみとしたが、Ｘ軸に垂直はＹ方向にも駆動可能とし、実装基板と平行な平面内を駆動可能となる構成としても良い。また、撮影対象２０として、実装基板１６、ワーク１８および固定剤２２からなるものを例示したが、本発明における撮影対象は本例に限られず、例えばワーク１８および固定剤２２のみからなるものを撮影対象２０としても良い。

本発明の実施の形態に係る検査装置について、その主要部の概略を示す斜視図である。図１に示す検査装置を用いて実際に実装基板等の実装状態を検査する場合の配置について、その際の各構成の配置を模式的に示す図である。（Ａ）図１に示すカメラにて実装基板等を撮影した状態を示す図である。（Ｂ）図１に示すカメラにて実装基板等を撮影した状態を示す図である。図１に示す実施の形態の変形例を示す図である。

符号の説明

１：検査装置主要部（光源およびカメラ系）
３：カメラ
４：照明用光源
５：第一の光源
７、１７：第二の光源
９、１９、カメラユニット
１１：第一の支持レール
１３、第二の支持レール
１６：実装基板
１８：被実装部品
２０：撮影対象
２１：第三の支持レール
２２：固定剤
２５：第一の回転軸
２７：第二の回転軸

Claims

実装基板、前記実装基板上に実装された被実装部品および前記被実装部品を前記実装基板上に固定する固定剤の状態を検査する装置であって、
前記固定剤の画像をその略上方から撮影するカメラと、
前記固定剤に対してその斜め上方より光を照射する第一の光源と、
前記固定剤に対して、前記第一の光源とは異なる配置であってその斜め上方より光を照射する第二の光源とを有し、
前記カメラ、第一の光源および第二の光源はユニットとして一体化されており、前記ユニットは所定の平面内において移動可能であり、
更に、前記固定剤に対して前記第一の光源からの光のみを照射して前記固定剤の稜線の影を含む影の映像を得た後に、前記固定剤に対して前記第二の光源からの光のみを照射して前記影の映像が前記稜線の影であるか否かを判別する画像処理装置を有することを特徴とする検査装置。
前記第一の光源は前記カメラとの位置関係が固定され、前記第二の光源は前記カメラとの位置関係を変更可能として前記ユニットが構成されることを特徴とする請求項１記載の検査装置。
前記第一の光源と前記カメラとの位置関係、および前記第二の光源と前記カメラとの位置関係とは固定されており、且つ前記第一の光源からの光の照射方向および前記第二の光源からの光の照射方向の内、少なくとも一方の照射方向を変更可能として前記ユニットが構成されることを特徴とする請求項１記載の検査装置。
実装基板と、前記実装基板上に実装された被実装部品と、前記被実装部品を前記実装基板上に固定する固定剤とに関し、前記固定剤の状態を検査する方法であって、
前記固定剤に対して斜め上方に配置された第一の光源から光を照射して前記固定剤をその略直上に配置されたカメラにて撮影し、前記カメラおよび第一の光源との位置関係を固定した状態にて前記カメラ及び前記第一の光源の配置を所定平面内にて調節する工程と、
前記調整後の配置における前記カメラおよび第一の光源からの光のみにより得られる前記固定剤の稜線の影を含む影の影像を第一の影像として記憶する工程と、
前記固定剤に対して前記第一の光源とは異なる配置にある第二の光源より光を照射して前記固定剤を前記カメラにて撮影し、前記第二の光源の位置を調節する工程と、
位置調整後の前記第二の光源からの光のみを前記固定剤を照射して前記固定剤を前記カメラにて撮影し、得られた前記固定剤の稜線の影を含む影の影像を第二の影像として記憶する工程と、
前記第一の影像と第二の影像とに基づいて前記固定剤の実装状態を認識する工程とを有することを特徴とする実装状態の検査方法。
前記第二の光源は、前記カメラおよび前記第一の光源との位置関係が固定され、一体としてユニット化されていることを特徴とする請求項４記載の検査方法。
前記カメラおよび第一の光源の配置を所定平面内にて調節する工程においては、前記第一の光源からの光の照射方向を変化させる工程が含まれることを特徴とする請求項４記載の検査方法。
前記第二の光源の位置調節する工程においては、前記第二の光源からの光の照射方向を変化させる工程が含まれることを特徴とする請求項４記載の検査方法。
実装基板と、前記実装基板上に実装された被実装部品と、前記被実装部品を前記実装基板上に固定する固定剤とに関し、これらの状態を検査する方法であって、
前記固定剤に対してこれらの斜め上方に配置された第一の光源から光を照射して前記固定剤をその略直上に配置されたカメラにて撮影し、前記第一の光源からの光の照射方向を調節する工程と、
前記調整後の配置における前記カメラおよび第一の光源からの光のみにより得られる前記固定剤の稜線の影を含む影の影像を第一の影像として記憶する工程と、
前記固定剤に対して前記第一の光源とは異なる配置にある第二の光源より光を照射して前記固定剤を前記カメラにて撮影し、前記第二の光源からの光の照射方向を調節する工程と、
前記照射方向調整後の前記第二の光源からの光のみを前記固定剤を照射して前記固定剤を前記カメラにて撮影し、得られた前記固定剤の稜線の影を含む影の影像を第二の影像として記憶する工程と、
前記第一の影像と第二の影像とに基づいて前記固定剤の実装状態を認識する工程とを有することを特徴とする実装状態の検査方法。