CN102331240A - 检查装置以及检查方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供检查装置以及检查方法，使通过相位偏移法测定立体形状而进行的被检查物的检查能够低噪声且高效率地进行。在通常状态下进行拍摄(步骤S11)，并且为了通过相位偏移法测定立体形状，在投射了光栅条纹的状态下进行拍摄(步骤S12)。从拍摄所得的二维图像中，确定被测定物的检查区域(步骤S14)。并且，从投射了光栅条纹的二维图像中，关于已确定的检查区域测定立体形状，从而进行立体形状检查(步骤S15)。

Description

检查装置以及检查方法

技术领域

本发明涉及适合应用于进行例如电路基板等的检查的检查装置以及检查方法，特别涉及进行立体形状的检查的技术。

背景技术

以往，作为检查电路基板等被检查物的形状的检查装置，对利用摄影机等拍摄装置拍摄了其电路基板的静止图像进行图像分析从而检查的装置得到了普及。

这时，例如通过取得一张以平面方式拍摄了基板的静止图像，从而能够进行平面的形状、即二维(2D)的检查。此外，在对被检查物投射光栅条纹的基础上，一边改变其光栅条纹的投射位置的相位一边进行多张的拍摄，通过对该多张静止图像进行图像分析，从而能够进行立体形状、即三维(3D)的检查。该三维形状检查被称为相位偏移法。

为了进行基于该相位偏移法的三维检查，需要准确地控制光栅条纹的投射位置的相位。即，在将相当于光栅条纹的一个配置间隔(一个间距)的距离(相位)设为2π，并将移动前的状态作为原点时，在将光栅条纹从原点移动相当于(1/2)π、π、(3/2)π的距离的状态和原点的状态的4个状态下拍摄静止图像。

然后，对该各个光栅条纹的相位的静止图像进行图像分析，从而测定被摄体(被测定物)的立体形状。关于用于进行基于相位偏移法的三维检查的装置结构例，在后述的实施方式中进行说明。

这样的三维检查例如能够应用于检查对电路基板涂抹了膏状的焊料(solder)时的涂抹状态是否为正确的状态。即，有时即使在平面地观察焊料的涂抹状态时看上去似乎正确地涂抹于必要的区域中，但在立体地观察时焊料涂抹的厚度可能不足。这里，通过进行三维形状检查而测定焊料涂抹的厚度，从而能够准确地进行检查焊料是否被正确涂抹。

在专利文献1中，记载有关于应用了相位偏移法的测定装置的例子，该相位偏移法是在对被检查物投射了光栅条纹的基础上，改变其光栅条纹的投射位置的相位而测定立体形状。

[专利文献1](日本)特开2006-227652号公报

那么，在应用相位偏移法来测定立体形状时，需要适当地挑选测定其立体形状的范围。

例如，在测定基板上的焊料涂抹处的焊料涂抹厚度时，预先对测定装置设定该基板上焊盘(pad)等涂有焊料的区域，从而在设定的区域内判断焊料涂抹高度。

例如图11所示那样，在测定基板1上通过印制而配置了焊料2的地方的焊料高度时，将比配置焊料2的地方稍宽的范围设为立体形状测定范围3，并测定该立体形状测定范围3内的高度。

将比配置焊料2的地方稍宽的范围设为立体形状测定范围3是为了能够应对焊料的印制位置的偏差，并且在有体积过多不良时，能够检测出该情况。

在该图11所示那样，在某一程度宽的范围内测定立体形状的情况下，在没有涂抹焊料2的地方，高度依然是0，在原理上能够仅测定涂有焊料2的地方的体积。

但实际上，由于测定时的噪声的影响，有时在主体高度本应为0的焊料2的印制处外的范围内也会检测出0以外的高度。例如由于图11所示的噪声Dn的产生，在该处错误地检测出某一高度，从而在计算焊料2的体积时，算出比实际更大的体积。

该噪声的产生是根据照射光栅条纹的精度而生成的。即，本来通过照射的光栅条纹产生的亮度变化需为正弦曲线，但不可能投射成为理想的正弦曲线的状态的光栅条纹，与该理想的状态之差成为噪声。

为了消除这样的噪声的影响，例如在以往，考虑能够从两个方向或者4个方向等多个方向投射光栅条纹，单独拍摄从各个方向投射了光栅条纹的状态下的图像从而进行多次立体形状判定。但是，若具备这样的用于从多个方向投射光栅条纹的结构，则检查装置会复杂化，并且检查所需的时间也将变长，并不理想。

发明内容

本发明鉴于这一点而完成，其目的在于，在应用相位偏移法进行立体形状的检查时，能够进行没有噪声影响的正确的检查。

本发明在通常状态下进行二维图像的拍摄，并且为了通过相位偏移法来测定立体形状，在投射了光栅条纹的状态下进行拍摄。从该拍摄所得的二维图像中确定被测定物的检查区域。并且，从投射了光栅条纹的二维图像中，关于已确定的检查区域测定立体形状，从而进行立体形状检查。

由此，进行立体形状的检查的区域成为从实际拍摄的图像中判断出的区域，根据实际的被测定物的状态进行最佳的检查区域的设定。因此，不会将作为目标的被测定物不存在的区域包含于检查区域内。

根据本发明，能够仅将作为目标的被测定物存在的区域可靠地设定为检查区域，能够可靠地防止将作为目标的被测定物不存在的区域包含于检查区域内而导致的立体形状测定时的噪声产生。因此，具有不用进行为了消除噪声而通过从不同的方向投射的光栅条纹来进行多次立体形状测定那样的费工夫的检查，就能够简单地进行正确的立体形状的测定，能够简单且正确地进行基于该测定结果的检查的效果。

附图说明

图1是表示本发明的一实施方式的装置整体的结构例的结构图。

图2是表示本发明的一实施方式的装置结构例的立体图。

图3是表示本发明的一实施方式的光栅条纹的相位变化例的说明图。

图4是表示本发明的一实施方式的光栅条纹的光强度变化例的特性图。

图5是表示本发明的一实施方式的检查处理例的流程图。

图6是表示本发明的一实施方式的基于3D测定的检查处理例的流程图。

图7是表示通过本发明的一实施方式检查的基板的例子的平面图。

图8是表示通过本发明的一实施方式检查的基板的检查区域的设定例的平面图。

图9是表示通过本发明的一实施方式检查的基板的高度设定例的截面图。

图10是表示本发明的一实施方式的通过3D测定来测定高度以及体积的例子的立体图。

图11是表示以往的基板检查处理例的说明图。

标号说明

10...台子(table)、11...控制部、12...驱动脉冲发生部、13...图像存储器、14...图像分析部、15...存储器、16...显示部、17...操作部、20...基板(被检查物)、21，22，23...拍摄区域、24，24a，24b，24c，24d，25，26...焊料涂抹部、27a，27b，27c，27d...3D检查区域、30...照相机、31...摄像镜头部、32...上段照明部、33...下段照明部、33a...开口部、40...3D用投影部、41...投光机、41a...投影光输出部、42...投影镜头、43...电机、44...滚珠丝杠、45...滑动板(slidetable)、45...螺钉装配部、46...光栅条纹狭缝(slit)、51，52...焊盘(pad)、61，62...焊料、63...抗焊剂(solder resist)

具体实施方式

按照以下的顺序，说明本发明的一实施方式的例子。

1.装置结构的说明(图1、图2)

2.3D测定用的光栅条纹的说明(图3、图4)

3.检查处理的说明(图5～图10)

4.变形例

[1.装置结构的说明]

参照图1以及图2说明本实施方式的例子的检查装置的结构。本实施方式的例子的检查装置构成为，通过立体形状的测定来检查在电路基板上涂抹了膏状的焊料的状态。图1是表示了包含有用于检查的控制结构的装置整体的概要的方框图，图2是表示了检查装置的用于检查被测定物(被检查物)的装置结构例的立体图。

如图1以及图2所示，检查装置包括载放被检查物的台子10，通过作为进行拍摄处理的拍摄部的照相机30对作为载放于该台子10上的被测定物(被检查物)的基板20进行拍摄。照相机30例如是使用CCD成像器等拍摄元件对像光进行拍摄而输出电图像信号(拍摄信号)的摄影机。在台子10的正上方配置的照相机30上安装有摄像镜头部31，对台子10上的基板20进行拍摄。如图2所示，在摄像镜头部31的周围配置了上段照明部32和下段照明部33，一边对被检查物进行照明一边通过照相机30进行拍摄。下段照明部33具有圆形的开口部33a，在该开口部33a内配置作为被检查物的基板20。

如图1所示，通过照相机30拍摄所得的静止图像数据存储到图像存储器13。通过控制部11的控制来读出所存储的静止图像数据，从而通过图像分析部14测定形状。在该例子中作为检查装置而构成，通过图像分析部14中的分析处理来判断与预先注册的基板20的状态是否一致，从而将该判断结果输出到控制部11。因此，控制部11作为执行测定处理以及检查处理而进行判定的检查处理部发挥作用。后述的用于确定3D检查用的检查区域的处理也基于控制部11的控制，由控制部11和其周边电路执行。

在图1中，设为将通过控制部11所得的判断结果提供给显示部16进行显示的结构。此外，也可以设为将判断结果输出到外部从而传达给制造线的管理用的计算机装置等的结构。此外，控制部11上连接了操作部17，通过操作部17的操作可以进行各种调整等。

在该装置中进行检查时，可进行用于检查基板20的平面形状的2D检查和用于检查基板20的立体形状的3D检查的双方。

在进行2D检查时，通过照相机30拍摄作为被检查物的基板20的检查区域，可通过获得静止图像而进行检查。

在进行3D检查时，通过照相机30拍摄作为被检查物的基板20的检查区域，但在利用后述的光栅条纹狭缝46将光栅条纹投影到基板20的状态下，改变该光栅条纹的相位，从而获得至少4张静止图像数据。关于改变光栅条纹的相位的处理将在后面叙述。然后，对该多张静止图像数据进行图像分析，从而判断基板20的检查区域的立体形状。在本实施方式的情况下，作为立体形状的判断，判断基板20上所印制(涂抹)的焊料的高度和体积。判断结果由控制部11取得。

接着，说明用于进行在进行3D检查时所需的光栅条纹投射处理的、光栅条纹投光部的结构。

如图2所示，3D用投影部40配置在台子10的斜上方，从该3D用投影部40投影光栅条纹。

若参照图1说明投影光栅条纹的结构，则将来自投光机41的光经由投影镜头42，斜着照射到作为被检查物的基板20的表面。这时，在投光机41和投影镜头42之间配置了光栅条纹狭缝46。

在光栅条纹狭缝46上光栅条纹以一定间隔(间距)平行地形成，通过投影来自投光机41的光，该光栅条纹被投影到作为被检查物的基板20的表面。

光栅条纹狭缝46配置为，通过滑动板45可向与来自投光机41的光的光轴正交的方向滑动。该滑动的方向也是向光栅条纹狭缝46上的光栅条纹平行排列的方向的滑动。

如图1所示，滑动板45上螺钉装配部45a安装在滚珠丝杠44上。滚珠丝杠44设为通过电机43旋转的结构，设为通过基于电机43的滚珠丝杠44的旋转，滑动板45平行移动的结构。在本实施方式的情况下，作为电机43使用脉冲电机，通过从驱动脉冲发生部12提供驱动脉冲，将滚珠丝杠44旋转驱动相当于该脉冲数目的量。因此，在对电机43提供的脉冲数目和滑动板45的平行移动量之间存在相关关系，可通过提供给电机43的脉冲数目来控制滑动量。

另外，如图1所示，由投影镜头42和光栅条纹狭缝46形成的角度α、由投影镜头42和被检查物(基板20)形成的角度β设为利用了沙伊姆弗勒(Scheimpflug)的原理的角度。即，通过设为利用了沙伊姆弗勒的原理的角度，使斜向以一定的角度投影的光栅条纹在基板20上的任何位置上都成为聚焦的状态。

[2.3D测定用的光栅条纹的说明]

下面，参照图3以及图4，说明在光栅条纹狭缝46上形成的光栅条纹的结构和该光栅条纹的使用例。

图3是放大显示了光栅条纹的一部分的图，将相位每次偏移(1/2)π的状态排列显示。在图3的例子中，各条纹沿左右方向配置，条纹在上下方向以一定的间隔平行排列。

通过电机43的滑动板45的驱动，光栅条纹的位置在上下方向偏移。

通过形成这样的光栅条纹，在拍摄了该光栅条纹被投影后的图像时，从光栅条纹排列的方向观察到的光强度的变化，成为图4所示的变化状态。即，图4所示的光强度的变化特性L为，狭缝46的条纹的白色部分中强度最强的地方成为L1，狭缝46的条纹的黑色部分中强度最弱的地方成为L2，成为以一定周期变化的正弦曲线的曲线特性。

在图3中，在将图3的左端的相位0设为原点时，将从该位置偏移了条纹的一个周期(一个间距)的位置作为偏移了2π相位的位置。在测定立体形状的3D检查时，获得投影了如下4个状态的光栅条纹的状态下的静止图像。即，设定相位0的原点的状态、偏移了一个周期的1/4的(1/2)π相位偏移的状态、偏移了一个周期的1/2的π相位偏移的状态、偏移了一个周期的3/4的(3/2)π相位偏移的状态的4个状态。并且，对每次按照1/4相位顺序偏移的、各个状态的光栅条纹被投影的状态的被检查物单独进行拍摄。从而，在3D检查时，会利用照相机30对同一检查区域拍摄4次。

[3.检查处理的说明]

下面，参照图5～图10，说明通过本实施方式的例子的检查装置进行基板的检查时的处理例。

在本实施方式中，例如图7所示那样，对基板20上进行2D检查的区域的拍摄区域21、22、23内的焊料涂抹部24、25、26的焊料涂抹高度以及焊料体积，利用3D检查进行测定而检查。

若按照图5的流程图说明检查处理的流程，则首先，利用照相机30拍摄基板上的各个拍摄区域(例如图7所示的拍摄区域21、22、23)，从而获得2D检查用的静止图像数据(步骤S11)。这时，将一张基板上的各个拍摄区域作为单独的图像来拍摄，或者一次性地拍摄各拍摄区域以使其包含于一个图像内，任意一种都可以，但在这里例如设为单独拍摄各拍摄区域。

然后，在进行该2D检查用的静止图像的拍摄之后，对于相同的拍摄区域，进行3D检查用的静止图像的拍摄(步骤S12)。这时，从已说明过的3D用投影部40将光栅条纹投影的状态下，利用照相机30进行拍摄。然后，改变光栅条纹的相位，对于一个拍摄区域至少进行4张静止图像的拍摄。这时，也同样可以是对各拍摄区域的每一个拍摄4张的情况和将一张基板上的多个拍摄区域作为一个图像来拍摄的情况的任一种。

然后，对在步骤S12中拍摄所得的光栅条纹的相位不同的4张图像进行合成处理，并进行3D分析用的图像合成处理(步骤S13)。该3D分析的图像合成处理例如在图1所示的控制部11的控制下，通过处理在图像存储器13中存储的照相机30拍摄的图像数据而进行。

接着，对2D检查用的静止图像进行图像分析，从而在2D检查中进行能够从二维形状判定的检查(步骤S14)。作为该检查之一，检测各拍摄区域内涂有焊料的区域，判断该焊料涂抹区域的位置以及面积是否在预先决定的焊料涂抹位置的适当的范围内。

在进行该焊料涂抹区域的位置以及面积的判断时，例如为了能够将通过照相机30拍摄的静止图像中的焊料颜色的部分和其他部分进行区分，将图像数据设为二值化了的数据。作为二值化图像数据，例如将相当于焊料颜色的像素设为数据1、将相当于其他颜色的像素设为数据0那样的数据。并且，从该二值化后的图像数据中检测焊料的部分(即在上述的例子中数据1的部分)。该二值化处理和从该二值化后的图像数据的检测处理也在控制部11的控制下执行。

接着，在控制部11的控制下，对于在步骤S14中通过2D图像处理检测出的涂有(印制)焊料的区域，进行基于3D图像的焊料涂抹高度以及焊料体积的检测处理(步骤S15)。这里，具体地说，对通过2D图像处理检测出的涂有焊料的各个区域的每一个，从该焊料涂抹区域中设定稍微窄的3D检查区域，并检测所设定的区域的高度和每个区域的体积。

图6的流程图是表示了根据基于该3D图像的焊料涂抹高度以及焊料体积的检测而进行基板的检查的状态的图。

若说明图6的流程图所示的检查处理，则首先，将基板上涂抹的抗焊剂的表面设定为基准面(步骤S21)。因此，关于涂抹了抗焊剂的地方的高度，也至少进行测定一处的处理。然后，判定涂抹了焊料的各区域内的各像素从基准面的高度(步骤S22)。

然后，将该判定的各像素的高度按照焊料涂抹区域进行积分(步骤S23)，并将该积分值设为焊料的体积。然后，判断在步骤S22中判定的高度和在步骤S23中判定的积分值是否恰当(步骤S24)，当一张基板都恰当时，判定为是合格品(步骤S25)。当一张基板中哪怕有一处不恰当的地方时，判定为不合格品(步骤S26)。判定结果通过显示等来告知。或者，也可以通过搬运所测定的基板的机构来划分合格品和不合格品。

下面，参照图7～图10，说明实际检查基板的状态的例子。

在本实施方式的例子中，如图7所示，对基板20上进行2D检查的区域的拍摄区域21、22、23内的焊料涂抹部24、25、26的焊料涂抹高度以及焊料体积，利用3D检查进行测定而检查。

这里，若图8放大表示一个拍摄区域21，则假设在该拍摄区域21内例如存在4处焊料涂抹部24a、24b、24c、24d。这时，通过2D测定，根据实际的焊料的涂抹状态来检测该各个焊料涂抹部24a、24b、24c、24d。

并且，如图8所示，在检测出的各个焊料涂抹部24a、24b、24c、24d内，设定用虚线所示的3D检查区域27a、27b、27c、27d。该各个3D检查区域27a、27b、27c、27d设为与焊料涂抹部24a、24b、24c、24d大致相同，但比焊料涂抹部24a、24b、24c、24d稍微窄的区域。具体地说，各3D检查区域27a、27b、27c、27d的边缘比各焊料涂抹部24a、24b、24c、24d的边缘至少朝内侧一个像素(pixel)的量。这里，一个像素是指拍摄的图像的像素。也可以朝内侧比一个像素更富余的几个像素。

因此，各3D检查区域27a、27b、27c、27d成为仅涂有(印制)焊料的部分的区域，没有配置焊料的地方不进行3D检查。

图9是以截面方式表示了设定有这些检查区域的基板20的一部分的图。

如图9所示，在作为搭载了电路元件的电路基板的基板20的表面上，配置有作为涂抹焊料61、62的电极部的焊盘51、52，在该焊盘配置处以外的表面上配置抗焊剂63。

这里，在进行3D测定时，将抗焊剂63的表面H0作为基准面，将涂抹了膏状的焊料61、62的高度H1、H2作为从基准面H0的高度来检测。

图10表示检测出该高度以及体积的状态，对3D检测区域101内的每个像素检测图10所示那样的从基准面的高度，判断各个高度是否恰当，并且判断该区域101的整体的体积是否恰当。该区域101的外侧的检测区域外102不进行3D检测，因此例如视为基准面H0的高度。

这样，进行高度以及体积的测定以及进行检查的区域，成为从实际拍摄的图像判断出的涂有焊料的特定区域，根据实际的被测定物的状态进行最佳的检查区域的设定。因此，不会将作为目标的被测定物即膏状的焊料不存在的区域包含于高度和体积的检查区域内。即，对于通过印制工序等涂抹了膏状的焊料的基板，在预先将检查区域决定为一定的位置而进行检查时，为了应对印制偏差或焊料的体积过多，需要测定比涂有焊料的范围稍宽的范围的立体形状而进行检查。相对于此，在本实施方式的例子中，即使存在印制偏差或焊料的体积过多，也由于检测实际的焊料涂抹区域而仅对该区域测定高度以及体积，因此焊料不存在的地方不会包含于3D检测区域内。也能够应对焊料的印制偏差或焊料的体积过多。

尤其在本实施方式的情况下，通过使各3D检查区域的边缘比检测出的各焊料涂抹部的边缘部分稍微位于内侧，具有能够大体正确地检测出涂抹了焊料的体积，并且所检测出的区域确实是具有焊料的部分的效果。

由此，能够可靠地防止将作为目标的被测定物即焊料不存在的区域包含于3D测定的检查区域内而导致的噪声产生，不用进行用于消除噪声的特别的处理就能够进行良好的检查。

例如，不用进行在发明要解决的课题部分中已经说明的、通过从不同的方向投射的光栅条纹来进行多次立体形状测定的处理那样的、基于费工夫的噪声去除方法的检查，就能够进行简单且正确的立体形状的测定以及检查。

此外，通过将二维图像二值化而检测出涂有(印制)焊料的地方，从而具有能够通过简单的判定处理来进行相应处的检测的效果。

进而，通过将电路板上的抗焊剂的表面作为基准面来测定高度以及体积，从而不受印制了焊料的地方的焊盘的状态等的影响，能够以一定的状态来测定高度以及体积，具有可进行均匀的测定以及检查的效果。

[4.变形例]

另外，在上述的实施方式中，应用于检测电路基板的焊料涂抹(印制)处的检查装置，但只要是通过利用了光栅条纹的相位偏移法测定立体形状而检查的立体形状检查装置，则也可以应用于其他用途的装置中。

此外，图1和图2所示的装置是适宜的一例，只要是以同样的原理来进行测定和检查的装置，则也可以是其他的形状。

此外，关于图5和图6的流程图所示的处理的顺序也是一例，只要最终能够获得同样的检查结果，则也可以按照其他顺序来处理。

另外，在本说明书中，为了方便将基板上通过印制等涂抹的用于连接导电部的构件(合金)称为焊料，但这里的焊料也可以使用不包含铅的合金即所谓的无铅焊料(lead-free soldering)。此外，在本说明书中说明的焊料(无铅焊料)是通过印制工序等涂抹的膏状焊料，但也可以通过同样的处理来测定其他各种膏的涂抹(印制)状态而进行检查。或者，也可以应用于测定其他被测定物而进行检查。

Claims (6)

1.一种检查装置，包括：

拍摄部，拍摄被测定物；

光栅条纹投光部，对所述被测定物投射通过了光栅条纹狭缝的来自光源的光；以及

检查处理部，从通过所述拍摄部拍摄所得的二维图像中确定所述被测定物的检查区域，并从在由所述光栅条纹投光部投射了光栅条纹的状态下通过所述拍摄部拍摄所得的二维图像中，对所述检查区域测定立体形状，从而进行所述检查区域的立体形状检查。

2.如权利要求1所述的检查装置，

所述被测定物的检查区域的确定是，从二维图像中确定涂有特定的膏的地方的处理，

在所述立体形状检查中，测定所述涂有膏的地方的其膏的涂抹高度或者体积从而判断是否良好。

3.如权利要求2所述的检查装置，

将比判断为所述涂有特定的膏的地方的范围更窄的范围设定为检查区域。

4.如权利要求3所述的检查装置，

所述涂有特定的膏的地方的确定是通过二维图像的二值化处理来确定。

5.如权利要求4所述的检查装置，

所述膏的涂抹高度以基板上的抗焊剂的表面作为基准面，根据从该基准面的高度来进行检测。

6.一种检查方法，进行以下处理：

拍摄处理，拍摄被测定物；

光栅条纹投光处理，对所述被测定物投射通过了光栅条纹狭缝的来自光源的光；

检查区域确定处理，从通过所述拍摄处理拍摄所得的二维图像中确定所述被测定物的检查区域；以及

检查处理，从在通过所述光栅条纹投光处理投射了光栅条纹的状态下通过所述拍摄处理拍摄所得的二维图像中，测定通过所述检查区域确定处理所确定的检查区域的立体形状，从而进行所述检查区域的立体形状检查。

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