JP2001084364A - 画像撮像検査装置及びこれを用いた実装基板検査装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 切替機能付き画像記憶手段を備えることによ
り、検査の高速化が図れる画像撮像検査装置及びこれを
用いた実装基板検査装置を提供する。 【解決手段】 画像を保持するバッファＡ、Ｂを備え、
バッファＡへの画像の書込みの間は、バッファＢからは
画像を読み出す画像記憶手段１８と、演算処理手段１６
を備えた認識処理手段１３と、画像記憶手段１８から読
み出した画像を、記憶手段１７に転送するデータ転送制
御手段１５と、データ転送制御手段１５が指定する任意
のアドレスを、演算処理手段１６から受け取った記憶手
段１７の先頭アドレスとデータ転送量とから自動演算す
るアドレス演算手段１９とを備えている。このことによ
り、画像を撮像しながら検査のソフト処理を実行でき、
ラインセンサカメラ１の撮像が完了した時点で検査が終
了し、高速検査を実現することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はラインセンサカメラ
を備えた画像撮像検査装置に関し、特にプリント基板上
に印刷されたクリーム半田や実装部品のずれ、及びこれ
らの有無を高速に一括検査する実装基板検査装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】近年の電気製品の小型軽量化により、電
気製品の主たる構成要素であるプリント基板の小型化は
著しいものがある。反面、プリント基板の小型化に伴な
う部品の実装密度の増大、部品の小型化により、人間の
目視による部品の検査が困難になっている。このため、
これらプリント基板を自動で検査する検査装置が切望さ
れており、生産タクトの向上に伴ないより高速な検査装
置が求められている。

【０００３】しかし従来の検査装置では、一般にエリア
カメラと呼ばれる面を撮像するカメラを使用したものが
多く、部品検査にエリアカメラを用いた場合は、小型・
高密度化した部品に対応するためにカメラの撮像倍率を
高くする必要がある。このため、撮像し得る面のサイズ
が５ｍｍ四方程度になることもあり、プリント基板の全
域を検査するためには、カメラを頻繁に移動させる撮像
を繰り返す必要が生じ、高速検査には向いていなかっ
た。

【０００４】また、図２（ａ）に示したようなカメラ単
独では１次元の撮像ができるラインセンサを使用したカ
メラによる方式では、図２（ｂ）に示したようなエリア
センサを使用したカメラに比べて高画素のラインセンサ
を等速で動かし続けることで大きな領域の撮像を可能と
するが、プリント基板１枚の画像を撮像するのに数秒か
ら数十秒の時間を必要とし、より高速な検査を行うため
にはラインセンサカメラと検査のためのソフト処理を並
行して動作させる必要があった。

【０００５】このようなラインセンサカメラによる撮像
とソフト処理との並列化によれば、エリアセンサカメラ
方式と比べて、プリント基板全域の高速検査が可能にな
る。

【０００６】ところが、ラインセンサカメラによる撮像
とソフト処理との並列化を行うためには、撮像による画
像の取込によって発生するメモリのライトとソフト処理
のために発生するメモリのリードが競合することを避け
るために、取り込んだ画像を記憶するメモリ領域と、ソ
フト処理を行うためのメモリ領域とを分離する必要が生
じる。

【０００７】このため従来では、図３に示したようにラ
インセンサカメラ１によって撮像した画像を記憶する大
容量メモリ７とこの大容量メモリ７から検査のためのソ
フト処理に必要な領域を切出すための小メモリ８，９を
使用して、画像を撮像しながら必要な領域を順番に画像
処理装置が取り込む方式が採られていた。

【０００８】この方式では、画像処理装置の処理能力が
ラインセンサカメラ１の撮像速度に劣る場合、ラインセ
ンサカメラ１の撮像が終了した後も画像処理装置の処理
が終了せず、検査時間が増大することになる。このこと
を避けるために、図４に示したように画像処理ボード
Ａ、Ｂ、Ｃを並列につなげて、必要な領域を切出すため
の小メモリ８，９（図３）から処理が行われていない画
像処理装置が優先的に画像を取得できるようにしてい
た。このときの動作タイミングは図５に示す通り小メモ
リＡと小メモリＢを交互に使用し、処理を行っていない
認識処理装置が処理を行うものである。

【０００９】ところが近年の画像処理に使用できる中央
演算処理装置の高速化は複数の画像処理装置の接続を不
要とした。これによりこうしたラインセンサカメラを使
用した検査機のコストダウンが期待されたが、実際には
いかに高速な画像処理装置を接続した場合においても画
像処理装置１枚では検査時間を速くすることは限度があ
った。これは画像を切出すための大容量メモリから必要
な領域を画像処理装置が取り込むために多大な時間を要
するためである。複数の画像処理装置を使用している場
合は、ある画像処理装置が検査のためのソフト処理を行
っている間、別の画像処理装置が大容量メモリから画像
を取り込むことが可能であった。ところが一つの画像処
理装置の場合は大容量メモリから画像を取り込んでいる
間、検査のための処理が行われず検査時間の増大を招い
ていた。すなわちコストダウンと検査時間の高速化とを
実現するためには画像処理装置の処理能力を向上させる
だけでなく画像取込時間を高速化することが重要であっ
た。

【００１０】そこで、図６〜９に示すような転送先アド
レスと転送データ量を指定することで指定されたアドレ
スに指定されたデータ量のデータをクロックレートで書
き込む高速データ転送の一方式であるバースト転送が着
目された。この方式では、従来の画像取込で使用される
一般的なビデオレートと比べて６倍程度の速度向上が見
込める。図６は画像取込ボードと認識処理を行うための
ＣＰＵボードによるハードウェアの構成図である。図７
はバースト転送を実現するハードウェアの構成を示した
ものである。図８はバースト転送を使用した場合の検査
のフローを示したものである。図９はバースト転送を使
用した場合の検査のタイミングを示したものである。

【００１１】図６において、画像取込ボード１２はライ
ンセンサカメラ１の画像をＣＰＵボード１３のメモリに
取り込むために使用される。その詳細は図７に示してお
り、画像取込ボードは、ラインセンサ１ラインのデータ
を保存するためのメモリ１４とラインセンサ１ラインの
データをＣＰＵボードのメモリ１７に転送するためのＤ
ＭＡマスターデバイス１５を備えている。画像取込の動
作は図８のフローチャートに示すように、メモリ１４に
ラインセンサ１の１ライン分のデータが蓄積されたこと
を、ＣＰＵボード１３に割り込みで通知し、通知を受け
たＣＰＵボード１３は画像を取り込むためにメモリ１７
のアドレスをＤＭＡマスターデバイス１５に通知する。
通知を受けたＤＭＡマスターデバイス１５は、メモリ１
４に蓄積された１ライン分のデータをＣＰＵボード１３
に転送する。１ライン分のデータの転送を完了したＤＭ
Ａマスターデバイス１５はＣＰＵボード１３に対して１
ライン分のデータ転送が完了したことを割り込みで通知
する。以上の動作を必要な画像取込ライン数に到達する
まで繰り返す。図９はタイミングを示したものである。
１ライン分のデータの転送に先立って、蓄積完了割り込
み、転送先アドレス指定、転送開始設定が行われ、こう
した処理のオーバーヘッドは約１２５ｕｓ必要とされ
る。また転送終了後は、書込終了割り込みがおこなわ
れ、オーバーヘッドが約５０ｕｓ必要とされる。転送時
間は約２５０ｕｓであり、１ラインあたりのラインセン
サカメラ１の画像取込時間は５００ｕｓ程度である。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、ライン
センサカメラとバースト転送を組み合わせた場合、以下
のような問題があった。ラインセンサカメラによる撮像
は既に述べたように、ラインセンサカメラを等速で移動
させることで線画像を取り込みながら面画像を生成して
いる。

【００１３】したがって、ラインセンサカメラが撮像を
完了するまで画像をメモリに記憶させ、記憶された画像
を一括で認識処理装置に対してバースト転送することが
もっとも効果的に思われるが、この場合全ての画像を記
憶できるだけのメモリが必要になり、カラー画像などの
場合には数百ＭＢｙｔｅのメモリ量を必要とし、コスト
アップとなるだけでなく、現実的には実現性が乏しい。

【００１４】また、１ライン毎の線画像を順次バースト
転送していくことも可能であるが、既に述べたように、
１ライン毎のバースト転送のたびに転送先アドレスと転
送データ量を指定するためのオーバーヘッドが発生する
とともに、そのオーバーヘッドとバースト転送を合わせ
た時間がラインセンサカメラの１ラインの画像撮像時間
に近い場合は、ラインセンサカメラが画像の撮像を終わ
るまで、オーバーヘッドとバースト転送のために認識処
理装置のバスが占有され、結局検査のためのソフト処理
は全ての画像が撮像された後になる。

【００１５】したがって、ラインセンサカメラによる撮
像と検査のためのソフト処理が並列化できず高速化のボ
トルネックとなっていた。例えば２００００ラインの画
像取込を行った場合、図９に示すように転送そのものの
時間は２５０ｕｓ程度であるが、転送開始前と後に発生
するオーバーヘッドが１ラインにつき約１７５ｕｓ存在
する。すなわち、１ラインにつき合計４２５ｕｓの時間
が転送に使われる時間となり、１ラインあたりの画像取
込時間５００ｕｓとの間に７５ｕｓ程度の余裕しかない
ことになる。

【００１６】半田２００００点の検査をする場合、１点
あたりの検査時間が２５０ｕｓとすると、２００００点
では５秒となる。１ラインあたり７５ｕｓの余裕がある
場合の２００００ラインの合計は１．５秒であるから、
５秒との差３．５秒は画像取込後に検査が行われること
になる。画像取込時間は１ラインにつき５００ｕｓであ
るから、画像取込後に検査が行われる少なくとも７００
０ライン分の画像はメモリに記憶される必要がある。

【００１７】すなわち、１ライン８０００画素のカラー
ラインセンサの場合は、８０００×８５００×３ｂｙｔ
ｅ＝約１６０Ｍｂｙｔｅのメモリが必要になる。これは
２００００ラインの画像取込を行った場合の必要メモリ
量であり、実際には２００００ライン以上の画像取込も
行われる。この様な場合にはさらに必要なメモリ量は増
大する。また、３．５秒間は画像取込後に検査が行われ
るため、検査の合計時間は画像取込時間＋画像取込後の
検査時間となり、１３．５秒の検査時間を必要とする。

【００１８】本発明は前記のような従来の問題を解決す
るものであり、切替機能付き画像記憶手段とアドレス演
算手段とを備えることにより、ラインセンサカメラによ
る検査装置の高速化とコストダウンが図れる画像撮像検
査装置及びこれを用いた実装基板検査装置を提供するこ
とを目的とする。

【００１９】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
に本発明の画像撮像検査装は、ラインセンサカメラと、
前記ラインセンサカメラにより撮像された画像を所定量
保持する複数の第１の記憶手段を備え、前記第１の記憶
手段の画像の書込みと画像の読み出しとの切替えが可能
で、前記第１の記憶手段の一つへの画像の書込みの間
は、別の前記第１の記憶手段からは画像を読み出す切替
機能付き画像記憶手段と、画像を記録する第２の記憶手
段と前記第２の記憶手段の画像に対して演算処理を行う
演算処理手段とを備えた認識処理手段と、前記第１の画
像記憶手段から読み出された画像を、前記第２の記憶手
段の任意のアドレスを先頭アドレスとして、前記第２の
記憶手段に転送できるデータ転送制御手段と、前記デー
タ転送制御手段が指定する任意のアドレスを、前記演算
処理手段から受け取った前記第２の記憶手段の先頭アド
レスとデータ転送量とから自動演算するアドレス演算手
段とを備えたことを特徴とする。前記のような画像撮像
装置によれば、画像を撮像しながら検査のためのソフト
処理を実行することができ、ラインセンサカメラの撮像
が完了した時点で検査が終了し、高速検査を実現する。

【００２０】前記画像撮像装置においては、前記第２の
記憶手段の記憶領域の情報を取得し、前記アドレス演算
手段により演算されたデータの転送先アドレスが、前記
第２の記憶手段の記憶領域外にあるときは、前記転送先
アドレスを前記第２の記憶手段の記憶領域の先頭アドレ
スに補正する補正手段をさらに備えたことが好ましい。
前記のような画像撮像装置よれば、プリント基板全域の
画像を記憶する必要がなくなるため、プリント基板全域
を記憶するのに必要な数百Ｍｙｔｅものメモリの搭載が
不用になり、大幅なコストダウンが可能になる。

【００２１】また、前記第１の記憶手段から前記第２の
記憶手段へのデータ転送時間が、前記第１の記憶手段へ
の画像取込み時間より短いことが好ましい。前記のよう
な画像撮像装置よれば、動作の途中での画像ラインの消
失を防止できる。

【００２２】次に、本発明の実装基板検査装置は、前記
各画像撮像装置を用いたことを特徴とする。前記のよう
な実装基板検査装置によれば、ラインセンサカメラによ
る検査装置の高速化と装置のコストダウンが可能にな
る。

【００２３】

【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施形態につい
て、図面を参照しながら説明する。従来例と同一構成の
ものは、同一符号を付して説明は省略する。図１（ａ）
は、本発明の一実施形態に係る実装基板検査装置の構成
を示すブロック図である。図１（ｂ）は、図１（ａ）に
示した実装基板検査装置の動作のフローチャートを示し
ている。

【００２４】図１（ａ）に示した実装基板検査装置は、
ラインセンサカメラ１、画像取込ボード１２、及びＣＰ
Ｕボード１３を備えている。画像取込ボード１２は、切
替機能付きメモリ１８、ＤＭＡマスタデバイス１５、ア
ドレス演算器１９、及び補正演算器２０を備えている。
切替機能付きメモリ１８は、ラインセンサカメラ１から
の画像を一定量蓄えるごとに、相互に書込と読み出しと
を切り替えるためのものであり、双方向のバッファＡ、
Ｂで構成されている。ＤＭＡマスタデバイス１５は、切
替機能付きメモリ１８から読み出された画像を指定され
たアドレス空間に転送するためのものである。

【００２５】アドレス演算器１９は、ＤＭＡマスタデバ
イス１５に指定するアドレスを演算するためのものであ
る。補正演算器２０は、アドレス演算器１９が演算する
アドレスを一定条件下で補正を行うためのものである。

【００２６】ＣＰＵボード１３は、画像取込ボード１２
によって転送された画像を記憶するメモリ１７と、メモ
リ１７の画像に対して検査のソフト処理を行うとともに
装置を制御するＣＰＵ１６とを備えている。

【００２７】以下、このような構成を有する実装基板検
査装置について、各構成間の関係及びその動作について
説明する。切替機能付きメモリ１８は、同一の２つのバ
ッファＡ、Ｂを有しており、これらバッファは、ライン
センサカメラ１の画像をあらかじめ指定したライン数の
み保存するように構成されている。

【００２８】まず、バッファＡにラインセンサカメラ１
からの画像が書き込まれる。この場合、あらかじめ定め
たライン数（ここでは６４ライン）が書き込まれる。次
の６４ラインの書込はバッファＢに切り替わった状態で
バッファＢに対して行われる。

【００２９】このとき、バッファＡはＤＭＡマスタデバ
イス１５に接続されているので、バッファＡの画像はＤ
ＭＡマスタデバイス１５へ転送が可能になり、ＤＭＡマ
スタデバイス１５の動作により、さらにＣＰＵボード１
３へ転送される。バッファＢへの６４ラインの画像取込
と、バッファＡからのデータ転送とが完了すると、バッ
ファＡ、Ｂの接続が切り替わり、再び、バッファＡに画
像が書き込まれる。

【００３０】ラインセンサカメラ１の性質上、画像取込
の期間中はカメラ又は撮像対象物が等速で動作する必要
がある。このため、バッファヘの画像取込時間よりもバ
ッファからのデータ転送時間の方が短くなければ、動作
の途中で画像のラインが消失してしまうという不具合が
発生する。ここでは画像取込速度を１ライン当たり５０
０ｕｓとし、１ライン当たりのデータ転送速度を２５０
ｕｓとしている。このため、６４ラインの場合では、画
像取込時間が３２ｍｓ、データ転送が１６ｍｓとなるの
でラインが消失することはない。

【００３１】また、この場合画像取込時間が３２ｍｓで
あるので、バッファの切替は３２ｍｓ置きに発生するこ
とになる。ＤＭＡマスタデバイス１５は、バッファに６
４ライン分のデータが蓄えられたことが通知されると、
アドレス演算器１９により指定されたアドレスにデータ
を転送する。この場合、６４ライン分のデータが一括し
て転送される。

【００３２】アドレス演算器１９は、ＣＰＵボード１３
がＣＰＵボード１３内のメモリ１７に画像取込用にあら
かじめ準備していたメモリ空間の先頭アドレスを、設備
の初期設定時にのみ受け取る。さらにアドレス演算器１
９は、この先頭アドレス、６４ライン分のデータサイ
ズ、及び６４ライン単位の転送回数から自動でデータ転
送先アドレスを演算し、ＤＭＡマスタデバイス１５にア
ドレス値を設定する。アドレスの演算式は次の通りであ
る。

【００３３】設定アドレス＝メモリ１７の画像取込用領
域先頭アドレス＋（６４ライン単位の転送回数×６４ラ
イン分のデータサイズ）画像取込の期間中は、ＣＰＵボ
ード１３のＣＰＵ１６は、設備の初期設定時にメモリ１
７の画像取込用領域先頭アドレスをアドレス演算器１９
に渡し、画像取込開始時にはラインセンサカメラ１を起
動するため画像取込開始を明示するのみである。このた
め、画像取込の期間中は、画像取込ボード１２との間
に、従来例のような割り込み処理は発生しない。

【００３４】すなわち、６４ライン当たりの画像取込時
間３２ｍｓに対して、データ転送時間１６ｍｓのみがＣ
ＰＵ１６が検査処理をできない時間となり、その差であ
る６４ライン当たり１６ｍｓが検査処理の可能な時間と
なる。従来例と同様に２００００ラインの画像を取り込
む場合、検査処理の可能な時間は、２００００ライン／
６４ライン×１６ｍｓ＝５．０秒となる。検査ポイント
１点当たりの処理時間は２５０ｕｓであるので、５．０
秒／２５０ｕｓ＝２００００点の検査が画像取込が完了
次第終了することになる。すなわち画像取込に要する１
０秒で検査まで完了することになる。

【００３５】次に、補正演算器２０について具体的に説
明する。補正演算器２０は、ＣＰＵボード１３が設定し
たメモリ１７における画像取込用の領域サイズを取得
し、アドレス演算器１９によるアドレス演算の結果がメ
モリ１７の画像取込用の領域サイズを超えてしまう場合
に、転送用のアドレスをメモリ１７の画像取込領域の先
頭アドレスに戻す働きをするものである。

【００３６】補正演算器２０を設けたことにより、基板
１枚分のメモリ空間をあらかじめ確保できなくても、あ
る一定サイズのメモリ空間をリング状に使用することが
でき、少ないメモリ量での検査が可能になる。

【００３７】

【発明の効果】以上のように本発明の画像撮像装置によ
れば、画像を撮像しながら検査のためのソフト処理を実
行することができ、ラインセンサカメラの撮像が完了し
た時点で検査が終了し、高速検査を実現することができ
る。

【００３８】また、本発明の実装基板検査装置によれ
ば、ラインセンサカメラによる検査装置の高速化と装置
のコストダウンが可能になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）本発明の一実施形態に係る実装基板検査
装置の構成を示すブロック図 （ｂ）図１（ａ）に示した実装基板検査装置の動作のフ
ローチャート

【図２】（ａ）従来のラインセンサの一例を示す図 （ｂ）従来のエリアセンサの一例を示す図

【図３】従来のメモリ部の一例のブロック図

【図４】従来の実装基板検査装置の一例の構成図

【図５】従来の実装基板検査装置の一例のタイミングチ
ャート

【図６】従来の一例の構成図

【図７】図６の画像取込ボードとＣＰＵボードの詳細図

【図８】図６に示した実装基板検査装置のフローチャー
ト

【図９】図６に示した実装基板検査装置のタイミングチ
ャート

【符号の説明】

１ ラインセンサカメラ １２ 画像取込ボード １３ ＣＰＵボード １５ ＤＭＡマスタデバイス １６ ＣＰＵ １７ メモリ １８ 切替機能付きメモリ １９ アドレス演算器 ２０ 補正演算器

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 水岡 靖司 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 Ｆターム(参考） 5B047 AA12 BB02 EA05 EA07 EB07 EB12 EB17 5B057 AA03 BA02 BA11 CH11 CH14 DA03

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ラインセンサカメラと、前記ラインセン
   サカメラにより撮像された画像を所定量保持する複数の
   第１の記憶手段を備え、前記第１の記憶手段の画像の書
   込みと画像の読み出しとの切替えが可能で、前記第１の
   記憶手段の一つへの画像の書込みの間は、別の前記第１
   の記憶手段からは画像を読み出す切替機能付き画像記憶
   手段と、画像を記録する第２の記憶手段と前記第２の記
   憶手段の画像に対して演算処理を行う演算処理手段とを
   備えた認識処理手段と、前記第１の画像記憶手段から読
   み出された画像を、前記第２の記憶手段の任意のアドレ
   スを先頭アドレスとして、前記第２の記憶手段に転送で
   きるデータ転送制御手段と、前記データ転送制御手段が
   指定する任意のアドレスを、前記演算処理手段から受け
   取った前記第２の記憶手段の先頭アドレスとデータ転送
   量とから自動演算するアドレス演算手段とを備えたこと
   を特徴とする画像撮像検査装置。
2. 【請求項２】 前記第２の記憶手段の記憶領域の情報を
   取得し、前記アドレス演算手段により演算されたデータ
   の転送先アドレスが、前記第２の記憶手段の記憶領域外
   にあるときは、前記転送先アドレスを前記第２の記憶手
   段の記憶領域の先頭アドレスに補正する補正手段をさら
   に備えた請求項１に記載の画像撮像装置。
3. 【請求項３】 前記第１の記憶手段から前記第２の記憶
   手段へのデータ転送時間が、前記第１の記憶手段への画
   像取込み時間より短い請求項１又は２に記載の画像撮像
   検査装置。
4. 【請求項４】 請求項１から３のいずれかに記載の画像
   撮像検査装置を用いた実装基板検査装置。