JP2001108419A

JP2001108419A - 検査装置

Info

Publication number: JP2001108419A
Application number: JP28506799A
Authority: JP
Inventors: Shigeki Kobayashi; 茂樹小林
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1999-10-06
Filing date: 1999-10-06
Publication date: 2001-04-20
Also published as: US6771805B1

Abstract

(57)【要約】【課題】検査対象を回転させて対象の最大情報量が得
られる俯瞰有角透視撮像によって検査対象を検査するた
めの装置を提供する。【解決手段】電子部品２を搭載したプリント配線板１
を保持する載物台は、能動光学撮像装置３が検査領域を
有角透視撮像し得る姿勢をプリント配線板１に取らせる
プリント配線板姿勢制御装置を備える。能動光学撮像装
置３がプリント配線板１のはんだ付箇所を俯瞰有角透視
撮像することにより得られた撮像データから、判定手段
が検査領域の品質を自動的に判定する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、エレクトロニクス
工場等において、プリント配線板上に実装された部品の
はんだ付品質や部品の有無・姿勢等の搭載品質を判定す
るのに使用する検査装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】エレクトロニクス工場の製造現場では、
製品目視検査を肉眼や実体顕微鏡等の利用で実施してき
たが、部品の極小化のために検査精度が不安定になり、
目視検査の自動化、省力化、検査精度の安定化が求めら
れている。電子部品を搭載したプリント配線板の実装検
査の自動化では、多種類の検査機が開発され、すでに現
場で利用されているが、容積が大きい、重い、経済性が
良くないなどの外的諸要素の問題の他に、ユーザサイド
には、認識性能が満足できないという本質的な不満があ
る。この認識性能の問題は、判別パラメータ調整の困難
さと密接な関連があり、どの機種にとってもその解決は
依然大きな課題として残っていた。

【０００３】これらの従来技術には、様々な３次元画像
計測法が採用されているが、それらは画像計測原理の差
異にもかかわらず、基本的に共通の要素がある。その共
通要素にこそ、認識性能と判別パラメータ調整の問題点
があったのである。共通要素とは、撮像もしくは計測の
方向が、プリント配線板に対して垂直或いは浅い角度
（１０度程度）に固定していたことである。即ちそれら
は、はんだ付部分を真上から見る景観（Top view＝平面
視）の情報だけを利用していた。

【０００４】例えば図１３に示すように、プリント配線
板（図示せず）上に配線パターン３０が形成され、配線
パターン３０に電子部品（ＬＳＩ）のリード線３１がは
んだ３２により接続されている場合、従来はその接続箇
所を真上から見た平面図の情報だけを利用して判定を行
っていた（図１３の平面図参照）。一般に、真上画像や
側面の正面画像だけでは、３次元物体の十分な形状情報
を得ることができない。このことは、屋根しか見えない
航空写真では家屋の形状が分からないなど、日常的にも
経験することであるし、形状情報量の視方向依存性に関
する情報理論的な研究でも証明されている（文献１：加
藤哲孝、佐藤幸男、清水吾妻介、「距離画像にもとづく
視方向選択法」、電子情報通信学会技術研究報告、ＩＥ
９０−１、第１〜８頁、１９９０．参照）。

【０００５】これらの真上景観情報利用の従来技術は、
光学的な都合によるものであった。それらは、微小なは
んだ付部分を見るために拡大レンズを使用している。し
かしながら、拡大レンズは、レンズ焦点距離が短いた
め、対象を対物レンズの直下にセットしなければならな
いし、対象を回転させることもできない。また、拡大レ
ンズは焦点深度が浅いために、対象を斜め方向から見る
と視野の大部分のピントが外れ、像がぼけてしまう、と
いう短所がある。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】前記引用の論文（文献
１）が証明しているように、立体物の形状情報量はそれ
を見る方向に大きく依存する。縦横数〜数十ｃｍのプリ
ント配線板上に存在する（高さ）数十μｍ×（幅）数百
μｍ程度の電極のはんだ付部分の検査の場合にも事情は
同様であって、検査員はプリント配線板を手に持ち、傾
け、照明光にかざして凝視する。この動作は、最大のは
んだ形状情報量を獲得するための動作に他ならない。こ
の場合、検査員ははんだ付部分を斜めに見下ろす俯瞰透
視を行っている。

【０００７】本発明は、上述の従来技術の短所であった
はんだ付部分の真上見を不要化し、検査員と同様に、検
査対象を回転させて対象の最大情報量が得られる俯瞰有
角透視撮像（図１３の俯瞰有角透視図に対応）によって
対象を検査するための装置を提供することを目的とす
る。本出願人は既に、ミラー面の回転を利用した能動視
撮像法及び検査法等に関する基本的な出願をしている
（特願平８−２０７２８号「撮像対象領域位置決め撮像
装置、検査装置、形状計測装置、及び製品製造方
法」）。本発明はこれを受けて、特にプリント配線板上
のはんだ接合部のような検査対象に対して、能動的な俯
瞰有角透視撮像法を導入する場合に必要とされる検査装
置を提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
に、本発明の請求項１記載の検査装置は、部品が実装さ
れたプリント配線板を保持する載物台と、載物台に保持
されたプリント配線板の位置及び姿勢とプリント配線板
上の部品電極位置を教示する教示手段と、教示手段で教
示された部品電極位置データを用いてプリント配線板上
のはんだ付検査箇所を含むように検査領域を割付けて検
査データを作成する検査データ作成手段と、載物台に保
持された部品実装プリント配線板の検査領域を撮像する
撮像手段と、撮像手段が出力したはんだ付検査領域画像
から検査領域の品質を自動的に判定する判定手段とを備
えた検査装置であって、前記撮像手段は、検査領域を俯
瞰透視撮像し得る能動光学撮像装置を備え、前記載物台
は、撮像手段が検査領域を有角透視撮像し得る姿勢をプ
リント配線板に取らせるプリント配線板姿勢制御装置を
備え、前記撮像手段がプリント配線板のはんだ付箇所を
俯瞰有角透視撮像することにより得られた画像から、前
記判定手段が検査領域の品質を自動的に判定することを
特徴としている。

【０００９】この検査装置では、撮像手段が検査領域を
俯瞰透視撮像し得る能動光学撮像装置を備え、載物台が
撮像手段が検査領域を有角透視撮像し得る姿勢をプリン
ト配線板に取らせるプリント配線板姿勢制御装置を備え
るので、撮像対象としてのプリント配線板のはんだ付箇
所を俯瞰有角透視撮像することができ、その俯瞰有角透
視撮像により検査領域の品質を自動的に判定することが
できる。

【００１０】また、請求項２記載の検査装置は、部品が
実装されたプリント配線板を保持する載物台と、載物台
に保持されたプリント配線板の位置及び姿勢とプリント
配線板上の部品電極位置を教示する教示手段と、教示手
段で教示された部品電極位置データを用いてプリント配
線板上のはんだ付検査箇所を含むように検査領域を割付
けて検査データを作成する検査データ作成手段と、載物
台に保持された部品実装プリント配線板の検査領域を撮
像する撮像手段と、撮像手段による撮像画像を表示する
表示手段と、表示手段に表示された検査箇所画像をマー
キング表示するマーキング手段と、表示画像の目視判定
結果を入力する入力手段とを備えた検査装置であって、
前記撮像手段は、検査領域を俯瞰透視撮像し得る能動光
学撮像装置を備え、前記載物台は、撮像手段が検査領域
を有角透視撮像し得る姿勢をプリント配線板に取らせる
プリント配線板姿勢制御装置を備え、前記撮像手段がプ
リント配線板のはんだ付箇所を俯瞰有角透視撮像するこ
とにより得られた画像を、前記表示手段が表示し、表示
画像を目視して検査領域の品質を判定するようにしたこ
とを特徴としている。

【００１１】この検査装置では、基本的には請求項１の
検査装置と同様の作用であるが、表示手段に表示された
俯瞰有角透視撮像画像より、検査員が目視でプリント配
線板の検査領域の品質を判定することができる。これら
請求項１，２の検査装置では、いずれも検査対象を真上
から見る景観の情報だけを利用する従来の検査装置に比
べて、プリント配線板の検査領域の品質の判定精度が飛
躍的に向上する。

【００１２】なお、本発明において、自動又は目視で判
定する検査領域の品質は、はんだ付品質や部品の有無・
姿勢等の搭載品質を指す。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、本発明を実施の形態に基づ
いて詳細に説明する。その第１の実施形態に係る検査装
置の撮像手段における能動光学撮像装置の光路系の光学
配置を示す概略構成図を図１に、検査対象の位置と検査
対象を見る角度との関係を示す説明図を図２に、検査装
置の全体ブロック構成とプリント配線板の姿勢を示す図
を図３に示す。

【００１４】まず、検査装置の具体的な説明をする前
に、そのような構成を採用するに至った根拠について説
明する。一般に数十μｍ／ピクセル以下の解像度を得る
ために使用される接写レンズや顕微対物レンズは、焦点
距離が短く、能動視への適用が殆ど不可能である。そこ
で、この実施形態の検査装置の撮像手段における能動光
学撮像装置では、レンズ焦点距離が長い対物レンズを採
用し、変倍レンズと組合せて、一種の望遠鏡光学系を構
成している。

【００１５】図１において、対物レンズＬ₁は能動レン
ズであって、前後（矢印方向）に変位して既知位置の対
象Ｐ_Oに合焦する。次に、対物レンズＬ₁が結像した空
中像Ｐ_aを変倍レンズＬ₂が変倍し、さらにズームレン
ズＬ₃が倍率を調節して撮像素子Ｉ上に対象像Ｐ_iを再
結像する。上記結像光学系の光軸を水平にとり、対物レ
ンズＬ₁の前方に能動ミラーＭを配置して、鏡面反射に
より光軸を対象Ｐ_O方向に偏向する。能動ミラーＭは、
２回転軸が直交してミラー表面を通るようにして保持
し、各軸周りのミラー自転で方位角と傾斜角の方向に光
軸を偏向する。このように、図１に示す光学装置は、全
体として能動光学装置を構成している。

【００１６】能動光学装置の光学モデルを、対物レンズ
Ｌ₁が空中像Ｐ_aを結像するステップと、この空中像Ｐ
_aを変倍レンズＬ₂が変倍するステップに分けて記述す
る。ミラー回転能動視は、光学的にはミラーを中心とす
る仮想カメラのオフセット回転能動視である（文献２：
Murray,D.W.,‘Recovering range using virtual multi
camera stereo',Computer Vision and Image Understan
ding,61,(2),285, 1995. 、及び文献３：綱島宣浩，中
島真人他，「回転ミラー方式による物体の距離計測」，
電子情報通信学会論文誌，J811-D-11,(3),501,1998. 参
照）。

【００１７】図２において、空中像Ｐ_aの直交座標系
（ｘ_a，ｙ_a，ｚ_a）は、像平面の中心を原点とし、ｚ
_a軸を視軸方向とする。視軸の中、図１の能動ミラーＭ
と撮像素子Ｉとの間の光軸を水平とする。一方、ミラー
回転中心を世界座標系（ｘ_w，ｙ_w，ｚ_w）の原点Ｏ_w
とし、ｚ_w軸を現実の鉛直軸に平行に、対象Ｐ_Oの平面
を水平に設定する。

【００１８】対象Ｐ_Oを見るために、ミラー鏡面法線を
ｙ_w軸周りにψだけ回転すれば、視軸は方位角が２ψ変
わる。また、法線をｘ_w軸周りにθだけ回転すれば、視
軸は２θ傾斜する。このとき、対象Ｐ_Oから原点Ｏ_wを
通り鏡面で反射せずに直進する光束を想定すると、原点
Ｏ_wから−ｄの位置に、空中像Ｐ_aに対応する仮想空中
像Ｐ_a′を結像する。各軸の回転行列をそれぞれＲθ，
Ｒψ，Ｒφで表すと、仮想空中像Ｐ_a′の座標系
（ｘ_a′，ｙ_a′，ｚ_a′）に対する世界座標系の回転
は、次の数式１で表される。

【００１９】

【数１】

【００２０】対物レンズの視野領域は、図２に示すよう
に、対象平面上に視軸を中心とし、レンズ開口角に対応
する円錐曲線（楕円）域となる。世界座標系の任意の位
置（ｘ_w，ｙ_w，ｚ_w）を見る角度は、下記の数式２で
表され、視軸は原点Ｏ_wを頂点、ｙ_w軸を軸とする円錐
面を形成する。そこで、ｙ_w軸がψ回転した後にｘ_w軸
がθ回転して視軸が対象平面上に描く軌跡も、円錐曲線
になる。ここで、原点Ｏ_wと対象平面の垂直距離をｈと
すると、軌跡は双曲線になり、対象Ｐ_Oの位置は、下記
の数式３で表される。

【００２１】

【数２】

【００２２】

【数３】

【００２３】図１で、対物レンズＬ₁の物点距離ｕと空
中像Ｐ_aの像点距離ｖと対物レンズＬ₁の焦点距離ｆと
の間には、レンズの公式が成立する（数式４）。

【００２４】

【数４】

【００２５】空中像Ｐ_a或いは仮想空中像Ｐ_a′の対象
Ｐ_Oに対する倍率ｍ_a或いはｍ_a′は、透視射影により
次の数式５で表される。

【００２６】

【数５】

【００２７】図１の変倍レンズＬ₂は接眼鏡に相当し、
出射した光束はズームレンズＬ₃を介して撮像素子Ｉの
表面に入射する。ズームレンズＬ₃のキャリブレーショ
ンには、これまで多くの研究があるが、レンズ構成と像
点距離によってモデルが異なる。この実施形態では、ズ
ーミングモータ回転パルス数と像スケールの実験的関数
関係をモデルとして用いている。

【００２８】対物レンズＬ₁の物点距離ｕの値に従って
変化する空中像Ｐ_aの倍率ｍ_aに応じてズーム倍率ｍ_b
を調節し、撮像面座標（ｘ_i，ｙ_i）上に所定倍率ｍ_i
で対象像Ｐ_iを結像する（数式６）。

【００２９】

【数６】

【００３０】以上の光学的配置で、対象平面Ｐ上の対象
Ｐ_Oを見ると、斜め上から見下ろす対象Ｐ_Oの「俯瞰透
視」画像が得られる。次に、対象Ｐ_Oの姿勢について説
明する。対象Ｐ_Oが対象中心座標系（ｘ_o，ｙ_o，
ｚ_o）の各軸周りに各々ξ，η，ζ自転すると、世界座
標との関係は、世界座標系対応軸のそれぞれＲξ，Ｒ
η，Ｒζの回転行列で表される（数式７）。従って、対
象Ｐ_Oの方向とそれを見る視方向は、数式８で表され
る。

【００３１】

【数７】

【００３２】

【数８】

【００３３】この数式８は、対象Ｐ_Oの特徴が見易い対
象Ｐ_Oの姿勢と、能動光学装置の視線角度の相対的関係
を表す。この実施形態では、載物台がプリント配線板姿
勢制御装置を備えるため、そのプリント配線板姿勢制御
装置により、はんだ付部分がよく見える有角透視画像を
提供する姿勢をプリント配線板に取らせている。ＬＳＩ
やチップ部品のように比較的平板な形態の電子部品が搭
載されたプリント配線板を検査対象とする製造ラインで
は、載物台はプリント配線板姿勢制御装置としてプリン
ト配線板水平回転装置を備える。この場合は、ラインか
ら搬入されたプリント配線板は、図３に示すように、プ
リント配線板水平回転装置によってプリント配線板の中
心位置〔（ｘ_w，ｙ_w，ｚ_w）＝（０，hcot２θ／sin
２ψ，ｈ）〕の周りを水平自転する（数式７のζ回
転）。標準的な回転角は、ξ＝η＝０°，ζ＝０°，４
５°或いは−１３５°である。プリント配線板がこの姿
勢を取ることによって、電子部品の電極は垂直の稜の両
側の２側面が同時に見える「有角透視景観」を呈するの
で、一度に２側面のはんだ付形状を撮像することができ
る。

【００３４】このとき、上述の能動光学装置は「俯瞰透
視」視線角度で電極を見ているので、対象姿勢との相対
的な視線角度（数式８）は、「俯瞰有角透視」（図１３
参照）となる。立方体モデルによる情報論的研究によれ
ば、立方体の形状情報量は、見える面の数が最大でかつ
面の面積が均等である視方向による画像において最大と
なる（文献１参照）。

【００３５】殆どの電子部品の電極は直方体形状を有す
るので、「俯瞰有角透視」画像が最大の形状情報量を提
供する。即ち、電極の上面と２側面のはんだ状態画像を
得ることができる。２側面に形成されたはんだ形状は、
はんだ量やフィレットの形成状況やリード浮き等を明示
し、上面のはんだ形状は、はんだ異状を反映する。次
に、異型部品等の背丈の高い電子部品が搭載されたプリ
ント配線板の撮像方法について述べる。例えば、上述の
「俯瞰透視」が２θ＝４５°，ψ＝０°の場合、高さ１
０ｍｍの部品の背後は１０ｍｍ後方までがブラインドと
なって見えない。そこで、この実施形態の検査装置で
は、載物台がプリント配線板姿勢制御装置として上記プ
リント配線板水平回転装置と、この水平回転装置を水平
移動させる水平移動装置とを備えている。

【００３６】水平移動装置は、プリント配線板水平回転
装置を世界座標系のｙ_w軸に平行に移動させることがで
きるので、プリント配線板の水平回転と水平移動との組
合せによって、プリント配線板上の全ての部品を能動ミ
ラーＭ（図７のＡの符号４参照）の直下にもたらし、ブ
ラインドのない平面視（Top view）画像を得るようにし
ている（図７のＡ参照）。

【００３７】また、この平面視画像は、載物台がプリン
ト配線板水平回転装置の傾斜装置を備えることによって
同じ目的を達成している。この実施形態では、視線角度
がψ＝０°，２θ＝４５°のときに、プリント配線板水
平回転装置の傾斜装置がプリント配線板の姿勢をξ＝４
５°，η＝０°，ζ＝０°（１８０°）とすることによ
って、平面視画像を得ている（図７のＢ参照）。

【００３８】次に、載物台上のプリント配線板を照明す
る光源について説明する。この実施形態である検査装置
においては、プリント配線板を見る視線角度もプリント
配線板の姿勢も変化するので、光源には白色光源をプリ
ント配線板の上方の広域に配置して、はんだ表面の鏡面
反射光を捕捉できるようにしている。次に、プリント配
線板情報の教示について説明する。この実施形態である
検査装置においては、プリント配線板のコンピュータ支
援設計（ＣＡＤ）データの部品搭載位置データと搭載部
品形状データを利用して、はんだ付検査箇所の位置を教
示し、更に検査時のプリント配線板の中心位置及び姿勢
を教示している。

【００３９】次に、検査領域を割付ける方法について説
明する。メモリに貯蔵された教示プログラムは、教示さ
れた部品搭載位置データとはんだ付検査箇所の位置デー
タを用いて、通常の場合、複数のはんだ付検査箇所をグ
ループ化し、それらのはんだ付検査箇所を囲む長方形領
域を検査領域として自動的に設定する。次いで、部品は
んだ付後のプリント配線板を能動光学撮像装置で撮像
し、得られた画像を表示装置のスクリーン上に表示し、
該当のはんだ付検査箇所の画像にそれらを囲む長方形領
域を重畳して表示する。このはんだ付検査箇所画像は前
述のように、「俯瞰有角透視」の透視射影による変形を
受けているので、長方形領域も同じ透視条件によって透
視射影変形させて表示する（数式８）。オペレータはこ
の表示画像を見ながら、変形した長方形領域の大きさや
範囲を画面上で修正することができる。

【００４０】次に、検査領域の品質良否を自動的に判定
する方法について説明する。この実施形態の検査装置
は、はんだ付検査箇所抽出プログラム、正射影モーフィ
ングプログラム、検査領域品質判定パラメータ算出プロ
グラム、及び検査領域品質判定論理を備えている。ま
ず、撮像手段が出力する検査領域の画像信号をコンピュ
ータ処理してはんだ付検査箇所を自動的に抽出する。続
いて、このようにして抽出された検査箇所の透視射影変
形画像信号を正射影形状にモーフィングした後、検査領
域品質判定パラメータを算出し、最後に検査領域品質判
定パラメータを判定論理に投入して検査領域品質を自動
的に判定している。

【００４１】以上の根拠に基づき、この実施形態の検査
装置の全体構成図（図３）及び装置に対するプリント配
線板の姿勢図（図７）を参照しつつ、具体的な構成及び
動作について説明する。図３において、プリント配線板
１上には電子部品２が搭載され、このプリント配線板１
は、図面には示されていないが、プリント配線板水平回
転装置を備える載物台上に保持されている。また、プリ
ント配線板１の側面図の下に示す平面図において、プリ
ント配線板１は水平回転していない姿勢の平面図、プリ
ント配線板１′は４５度水平回転させた姿勢の平面図、
プリント配線板１″は−１３５度水平回転させた姿勢の
平面図を示す。プリント配線板１の上方には、検査装置
の能動光学撮像装置３と能動ミラー４が配置され、能動
光学撮像装置３は撮像装置３ａと能動光学装置３ｂとで
構成される。能動光学撮像装置３と能動ミラー４は制御
装置５に接続され、制御装置５は、能動ミラー制御サブ
ユニット６、能動結像系制御サブユニット７、撮像制御
サブユニット８、サブユニット６〜８を統合的に制御す
る統合制御ユニット９、システム全体を制御するシステ
ム制御ユニット１０、画像処理演算ユニット１１、及び
メモリ１２を有し、各ユニット９，１０，１１及びメモ
リ１２は、バス１７を通じてデータの入出力を行う。ま
た、制御装置５には、入力ユニット１３、出力ユニット
１４、通信ユニット１５、及び表示ユニット１６が接続
されている。

【００４２】図７は、図３のプリント配線板１が水平移
動装置による位置移動もしくは傾斜装置による傾斜姿勢
を取った場合の能動ミラー４との相対的位置関係を示す
図である。図７のＡは、能動ミラー４の直下に水平移動
したプリント配線板１ａと当該プリント配線板１ａ上に
搭載された電子部品２ａの側面図を示す。また、図７の
Ｂは、能動ミラー４に対して４５度に傾斜したプリント
配線板１ｂと当該プリント配線板１ｂ上に搭載された電
子部品２ｂの側面図を示す。

【００４３】この実施形態の検査装置における教示動作
を図４のフロー図に沿って説明する。まず、能動光学装
置３ｂと載物台（図示せず）との幾何光学的な配置関係
を教示し（ＳＴ１１）、プリント配線板の位置と姿勢を
教示する（ＳＴ１２）。次に、プリント配線板のコンピ
ュータ支援設計（ＣＡＤ）データと部品形状データを利
用して、プリント配線板上の部品位置とその電極位置
（はんだ付検査箇所）を教示する（ＳＴ１３）と、検査
箇所（通常は複数）を囲む長方形の検査領域を自動割付
けする（ＳＴ１４）。そこで、プリント配線板を撮像
し、撮像された検査箇所の画像にＳＴ１４で割付けた検
査領域を重畳して表示する（ＳＴ１５）。このとき、長
方形の検査領域は、その撮像視線角度による透視射影変
形演算を加えることによって、実画像と同一の透視変形
を受けた形状として表示される。オペレータは、この実
画像に重畳した検査領域の形やサイズをマニュアル入力
により手直しした後、検査時の像スケール（倍率）を教
示する（ＳＴ１６）。次に、幾つかの検査領域を１つの
視野に統合して、視野中心の座標を算出し（ＳＴ１
７）、各視野に照準を合わせて撮像するための注視デー
タと変倍データを算出する（ＳＴ１８）。

【００４４】次に、この実施形態の検査装置における自
動検査の動作を図５及び図６のフロー図に沿って説明す
る。まず、プリント配線板を搬入して（ＳＴ２１）、そ
の中心を回転軸として４５度水平回転させる（ＳＴ２
２）（図３のプリント配線板１′及び電子部品２′参
照）。そこで、能動ミラー４が教示された視野に照準を
合わせ（ＳＴ２３）、能動対物レンズＬ₁を前後に変位
させて合焦させ（ＳＴ２３′）、ズームレンズＬ₃で像
スケールを調整する（ＳＴ２３″）。続いて、視野を撮
像して画像を獲得し（ＳＴ２４）、教示検査領域画像か
ら検査箇所を自動的に抽出する（ＳＴ２５）。更に、検
査箇所の画像信号が透視射影変形を受けているため、こ
れを正射影モーフィングした信号に変換し（ＳＴ２
６）、品質判定パラメータを算出した（ＳＴ２７）後、
品質を自動判定して結果をメモリする（ＳＴ２８）。

【００４５】４５度水平回転姿勢で全教示領域の検査が
完了したら、次にプリント配線板を−１３５度水平回転
させ（図３のプリント配線板１″及び電子部品２″参
照）、この姿勢で改めて全教示領域の自動検査を同様に
行う（ＳＴ２３〜ＳＴ２８）。４５度と−１３５度の姿
勢における全教示領域の自動検査が完了したら、ＳＴ２
９がＹＥＳとなり、各部品ごとに４５度と−１３５度の
判定データを統合し（ＳＴ３０）、検査結果を報告し
て、プリント配線板を搬出する（ＳＴ３１）。

【００４６】次に、電解コンデンサなどの丈の高い部品
が搭載され、その背後に位置するはんだ付箇所を隠して
しまうプリント配線板の平面視自動検査について、図６
のフロー図と図７のプリント配線板の側面図によって説
明する。まず、上記の隠蔽障害のない検査領域は、水平
回転姿勢のプリント配線板について、上述のＳＴ２２〜
ＳＴ３０（図５のフロー図参照）に従って自動検査を行
う。次いで、隠蔽箇所が存在する場合には、ＳＴ４１が
ＹＥＳとなり、プリント配線板を図７のＡに示すように
能動ミラー４の直下に水平移動させるか、或いは図７の
Ｂに示すようにＸ軸を中心に４５度傾斜させる（ＳＴ４
２）。以下、この位置或いは姿勢で教示領域の撮像と自
動検査を行う（ＳＴ４３〜ＳＴ４７）。この内容は、平
面視のために正射影モーフィングが不要であることを除
き、水平回転姿勢の動作と同様である（図５のＳＴ２３
〜ＳＴ２８参照）。全教示領域の検査が完了したら、Ｓ
Ｔ４８がＹＥＳとなり、これらの判定データを水平回転
姿勢の判定データと統合し（ＳＴ４９）、ＳＴ３１（図
５のフロー図）に合流する。

【００４７】次に、第２の実施形態に係る検査装置の全
体ブロック構成とプリント配線板の姿勢を示す図を図８
に示す。この検査装置は、電子部品２を搭載し、はんだ
付した状態のプリント配線板１を、上記第１の実施形態
の検査装置と同様の能動光学撮像装置３によって撮像
し、得られた俯瞰有角透視画像をモニタ・スクリーン上
に表示し、オペレータがその画像を目視してはんだ付品
質や部品の有無・姿勢等の搭載品質を判定するものであ
る。従って、この検査装置の構成は、図３との比較より
明らかなように、制御装置５が画像処理演算ユニット１
１（図３参照）を有しない以外は、前記検査装置と全く
同じ構成である。

【００４８】この検査装置における能動光学撮像装置３
の機能は、前述の第１の実施形態の検査装置と全く同一
であるので、その説明は省略し、動作についてフロー図
を参照して説明する。最初に、当該検査装置における教
示動作を図９のフロー図に沿って説明する。まず、能動
光学装置３ｂと載物台（図示せず）の幾何光学的な配置
関係を教示し（ＳＴ５１）、プリント配線板の位置と姿
勢を教示する（ＳＴ５２）。次いで、プリント配線板の
コンピュータ支援設計（ＣＡＤ）データと部品形状デー
タを利用して、プリント配線板上の部品位置とその電極
位置（はんだ付検査箇所）を教示する（ＳＴ５３）と共
に、検査箇所指示マーキングを自動割付けする（ＳＴ５
４）。そこで、プリント配線板を撮像し、撮像された検
査箇所の画像にＳＴ５４で割付けた指示マーキングを重
畳して表示する（ＳＴ５５）。オペレータは、指示マー
キングの位置をマニュアル入力により手直しした後、検
査時の像スケール（倍率）を教示する（ＳＴ５６）。続
いて、幾つかの検査箇所を１つの視野に統合して、視野
中心の座標を算出し（ＳＴ５７）、各視野に照準を合わ
せて撮像するための注視データと変倍データを算出する
（ＳＴ５８）。

【００４９】次に、この検査装置における目視検査の動
作を図１０及び図１１のフロー図に沿って説明する。ま
ず、プリント配線板をセットし（ＳＴ６１）、その中心
を回転軸として４５度水平回転させる（ＳＴ６２）（図
８のプリント配線板１′及び電子部品２′参照）。そこ
で、能動ミラー４が教示された視野に照準を合わせ（Ｓ
Ｔ６３）、能動対物レンズＬ₁を前後に変位させて合焦
させ（ＳＴ６３′）、ズームレンズＬ₃で像スケールを
調整する（ＳＴ６３″）。その後、検査箇所を撮像し
（ＳＴ６４）、モニタ・スクリーン上に検査箇所指示マ
ーキングを重畳表示する（ＳＴ６５）。オペレータは、
表示画像により部品の実装品質を目視判定して結果を入
力する（ＳＴ６６）。

【００５０】４５度水平回転姿勢で全教示領域の検査が
完了したら、次にプリント配線板を−１３５度水平回転
させ（図８のプリント配線板１″及び電子部品２″参
照）、この姿勢で改めて全教示領域の目視検査を同様に
行う（ＳＴ６３〜ＳＴ６６）。４５度と−１３５度の姿
勢において全教示領域の目視検査が完了したら、ＳＴ６
７がＹＥＳとなり、各部品ごとに４５度と−１３５度の
判定データを統合し（ＳＴ６８）、検査結果を報告し
て、プリント配線板を撤去する（ＳＴ６９）。

【００５１】次に、電解コンデンサなど丈の高い部品が
搭載され、その背後に位置するはんだ付箇所を隠してし
まうプリント配線板の平面視自動検査について、図１１
のフロー図と図７のプリント配線板の側面図によって説
明する。まず、上記の隠蔽障害のない検査領域は、水平
回転姿勢のプリント配線板について、上述のＳＴ６２〜
ＳＴ６８（図１０のフロー図参照）に従って目視検査を
行う。次いで、隠蔽箇所が存在する場合には、ＳＴ７１
がＹＥＳとなり、プリント配線板を図７のＡに示すよう
に能動ミラー４の直下に水平移動させるか、或いは図７
のＢに示すようにＸ軸を中心に４５度傾斜させる（ＳＴ
７２）。以下、この位置或いは姿勢で教示領域の撮像と
目視検査を行う（ＳＴ７３〜ＳＴ７６）。この内容は、
水平回転姿勢の動作と同様である（図１０のＳＴ６３〜
ＳＴ６６参照）。全教示領域の検査が完了したら、ＳＴ
７７がＹＥＳとなり、これらの判定データを水平回転姿
勢の判定データと統合し（ＳＴ７８）、ＳＴ６９（図１
０のフロー図）に合流する。

【００５２】更に、第３の実施形態に係るオフライン教
示装置を付加した検査装置について説明する。即ち、こ
の検査装置は、第１の実施形態の検査装置と基本的に同
じ全体構成を備えているが、オフライン用の検査装置に
おいてプリント配線板の検査データを作成し、この検査
データをインライン用の検査装置に伝送する機能を有し
ている。

【００５３】このオフライン教示装置付きの検査装置の
動作を図１２のフロー図に沿って説明する。まず、能動
光学装置３ｂと載物台（図示せず）の幾何光学的な配置
関係を教示し（ＳＴ８１）、プリント配線板の位置と姿
勢を教示する（ＳＴ８２）。次いで、プリント配線板の
コンピュータ支援設計（ＣＡＤ）データと部品形状デー
タを利用して、プリント配線板上の部品位置とその電極
位置（はんだ付検査箇所）を教示する（ＳＴ８３）と共
に、検査箇所（通常は複数）を囲む長方形の検査領域を
自動割付けする（ＳＴ８４）。そこで、プリント配線板
を撮像し、撮像された検査箇所の画像にＳＴ８４で割付
けた検査領域を重畳して表示する（ＳＴ８５）。このと
き、長方形の検査領域はその撮像視線角度による透視射
影変形演算を加えることによって、実画像と同一の透視
変形を受けた形状として表示される。オペレータは、こ
の実画像に重畳した検査領域の形やサイズをマニュアル
入力により手直しした後、検査時の像スケール（倍率）
を教示する（ＳＴ８６）。続いて、幾つかの検査領域を
１つの視野に統合して、視野中心の座標を算出し（ＳＴ
８７）、各視野に照準を合わせて撮像するための注視デ
ータと変倍データを算出する（ＳＴ８８）。最後に、以
上作成された検査データを通信ユニット１５を通じてイ
ンライン用の検査装置へデータ伝送する（ＳＴ８９）。

【００５４】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の請求項１
記載の検査装置によれば、撮像対象としてのプリント配
線板のはんだ付箇所を含む検査領域の俯瞰有角透視撮像
することができ、その俯瞰有角透視撮像により、はんだ
付品質や部品の有無・姿勢等の搭載品質を自動的に且つ
精度良く判定することができる。

【００５５】請求項２記載の検査装置によれば、表示手
段に表示された俯瞰有角透視撮像画像より、検査員が目
視でプリント配線板の検査領域の品質を判定することが
でき、請求項１と同様にはんだ付品質や部品の有無・姿
勢等の搭載品質を目視で精度良く判定することができ
る。請求項３記載の構成とすれば、載物台の上方におい
て検査対象の俯瞰透視像を撮像手段に結像させることが
できる。

【００５６】請求項４記載の構成とすれば、視軸偏向能
動視を実現できる。請求項５記載の構成とすれば、表面
ミラーを傾斜角偏向或いは方位角偏向させ、撮像手段の
視軸をミラー反射により検査領域に向けることができ
る。請求項６記載の構成とすれば、はんだ付検査箇所画
像を確実に獲得することができる。

【００５７】請求項７記載の構成とすれば、簡単に有角
透視撮像を実現できる。請求項８記載の構成とすれば、
水平回転姿勢のプリント配線板を必要な位置に移動させ
て平面視撮像することができる。請求項９記載の構成と
すれば、プリント配線板の有角透視撮像のみならず、傾
斜姿勢のプリント配線板の平面視撮像も実現できる。

【００５８】請求項１０記載の構成とすれば、プリント
配線板のコンピュータ支援設計（ＣＡＤ）データに含ま
れる部品搭載位置データ及び搭載部品の形状データを教
示に利用できる。請求項１１記載の構成とすれば、画像
上での検査領域のマニュアル修正を容易に実現できる。

【００５９】請求項１２記載の構成とすれば、撮像手段
からの検査領域画像出力信号を用いてはんだ付検査箇所
を自動的に抽出し、抽出された検査箇所の画像信号を正
射影形状にモーフィングした後、検査領域品質判定パラ
メータを算出して検査領域品質を自動的に判定すること
ができる。請求項１３記載の構成とすれば、教示手段の
教示データからはんだ付検査箇所を含む検査領域を自動
的に設定するか、或いは撮像手段が撮像したプリント配
線板画像を用いたマニュアル設定を簡単に実現できる。

【００６０】請求項１４記載の構成とすれば、オフライ
ン用の検査装置で作成した検査データをインライン用の
検査装置に伝送することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１の実施形態に係る検査装置の撮像手段にお
ける能動光学撮像装置の光学配置を示す概略構成図であ
る。

【図２】第１の実施形態に係る検査装置の撮像手段にお
ける能動光学撮像装置の視軸と検査対象との位置関係を
示す図である。

【図３】第１の実施形態に係る検査装置の全体構成とプ
リント配線板の水平回転姿勢を示す図である。

【図４】第１の実施形態に係る検査装置における教示動
作を示すフロー図である。

【図５】第１の実施形態に係る検査装置におけるプリン
ト配線板の水平回転による検査動作を示すフロー図であ
る。

【図６】第１の実施形態に係る検査装置におけるプリン
ト配線板の水平移動／傾斜による検査動作を示すフロー
図である。

【図７】第１の実施形態に係る検査装置におけるプリン
ト配線板の移動位置（Ａ）と傾斜姿勢（Ｂ）を示す図で
ある。

【図８】第２の実施形態に係る検査装置の全体構成とプ
リント配線板の水平回転姿勢を示す図である。

【図９】第２の実施形態に係る検査装置における教示動
作を示すフロー図である。

【図１０】第２の実施形態に係る検査装置におけるプリ
ント配線板の水平回転による検査動作を示すフロー図で
ある。

【図１１】第２の実施形態に係る検査装置におけるプリ
ント配線板の水平移動／傾斜による検査動作を示すフロ
ー図である。

【図１２】第３の実施形態に係る検査装置における検査
データ作成及びデータ転送の動作を示すフロー図であ
る。

【図１３】プリント配線板上の電子部品（ＬＳＩ）の電
極（リード線）はんだ付部分を、それぞれ上方、側方、
前方及び斜め上から見た場合の平面図、側面図、前面図
及び俯瞰有角透視図である。

【符号の説明】

１プリント配線板２電子部品３能動光学撮像装置３ａ撮像装置３ｂ能動光学装置４，Ｍ能動ミラー５制御装置９統合制御ユニット１０システム制御ユニット１１画像処理演算ユニット１２メモリ

─────────────────────────────────────────────────────

【手続補正書】

【提出日】平成１１年１０月１８日（１９９９．１０．
１８）

【手続補正１】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図３

【補正方法】変更

【補正内容】

【図３】

【手続補正２】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図８

【補正方法】変更

【補正内容】

【図８】 ─────────────────────────────────────────────────────

【手続補正書】

【提出日】平成１２年４月７日（２０００．４．７）

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００２０

【補正方法】変更

【補正内容】

【００２０】対物レンズの視野領域は、図２に示すよう
に、対象平面上に視軸を中心とし、レンズ開口角に対応
する円錐曲線（楕円）域となる。世界座標系の任意の位
置（ｘ_w，ｙ_w，ｚ_w）を見るための能動ミラーＭの方
位角ψ、傾斜角θは、下記の数式２で表される。ｘ_w軸
がθ回転した後にｙ_w軸がψ回転すると、視軸は原点Ｏ
_wを頂点、ｙ_w軸を軸とする円錐面を形成し、対象平面
上に描く軌跡も、円錐曲線になる。ここで、視軸がｚ_w
軸と成す傾斜角をα、原点Ｏ_wと対象平面の垂直距離を
ｈ、原点Ｏ_wと対象との間の光路長をｌとすると、対象
Ｐ_Oの位置は下記の数式３で表され、軌跡は双曲線にな
る。

【手続補正２】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００２１

【補正方法】変更

【補正内容】

【００２１】

【数２】

【手続補正３】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００２２

【補正方法】変更

【補正内容】

【００２２】

【数３】

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】部品が実装されたプリント配線板を保持す
る載物台と、載物台に保持されたプリント配線板の位置及び姿勢とプ
リント配線板上の部品電極位置を教示する教示手段と、教示手段で教示された部品電極位置データを用いてプリ
ント配線板上のはんだ付検査箇所を含むように検査領域
を割付けて検査データを作成する検査データ作成手段
と、載物台に保持された部品実装プリント配線板の検査領域
を撮像する撮像手段と、撮像手段が出力したはんだ付検査領域画像から検査領域
の品質を自動的に判定する判定手段とを備えた検査装置
であって、前記撮像手段は、検査領域を俯瞰透視撮像し得る能動光
学撮像装置を備え、前記載物台は、撮像手段が検査領域を有角透視撮像し得
る姿勢をプリント配線板に取らせるプリント配線板姿勢
制御装置を備え、前記撮像手段がプリント配線板のはんだ付箇所を俯瞰有
角透視撮像することにより得られた画像から、前記判定
手段が検査領域の品質を自動的に判定することを特徴と
する検査装置。
【請求項２】部品が実装されたプリント配線板を保持す
る載物台と、載物台に保持されたプリント配線板の位置及び姿勢とプ
リント配線板上の部品電極位置を教示する教示手段と、教示手段で教示された部品電極位置データを用いてプリ
ント配線板上のはんだ付検査箇所を含むように検査領域
を割付けて検査データを作成する検査データ作成手段
と、載物台に保持された部品実装プリント配線板の検査領域
を撮像する撮像手段と、撮像手段による撮像画像を表示する表示手段と、表示手段に表示された検査箇所画像をマーキング表示す
るマーキング手段と、表示画像の目視判定結果を入力する入力手段とを備えた
検査装置であって、前記撮像手段は、検査領域を俯瞰透視撮像し得る能動光
学撮像装置を備え、前記載物台は、撮像手段が検査領域を有角透視撮像し得
る姿勢をプリント配線板に取らせるプリント配線板姿勢
制御装置を備え、前記撮像手段がプリント配線板のはんだ付箇所を俯瞰有
角透視撮像することにより得られた画像を、前記表示手
段が表示し、表示画像を目視して検査領域の品質を判定
するようにしたことを特徴とする検査装置。
【請求項３】前記撮像手段の能動光学撮像装置は、載物
台によって一定位置に保持された部品実装プリント配線
板の検査領域を注視して撮像するものであり、検査領域
の位置データから得られたミラー偏向制御信号に従って
ミラーを偏向し、撮像手段の視軸をミラー反射により検
査領域に向ける能動ミラー装置と、検査領域の位置デー
タから得られた対物レンズ変位信号に従い、対物レンズ
を視軸に沿って前後に変位させて検査対象に合焦し、検
査対象の空中像を結像させる望遠光学装置と、結像した
検査対象の空中像を前記教示手段が教示したスケールに
調節して当該撮像装置に再結像させる像スケール調節装
置とを備え、載物台の上方において検査対象の俯瞰透視
像を撮像手段に結像させることを特徴とする請求項１又
は請求項２記載の検査装置。
【請求項４】前記望遠光学装置の対物レンズは、長いレ
ンズ焦点距離を持つ色消しレンズであることを特徴とす
る請求項３記載の検査装置。
【請求項５】前記能動ミラー装置は、１表面ミラーとミ
ラー方位角偏向装置とミラー傾斜角偏向装置とを備え、
前記ミラー傾斜角偏向装置は、水平軸の中心線がミラー
表面を通るように１表面ミラーを保持して軸周りに１表
面ミラーを回転させ、前記ミラー方位角偏向装置は、直
立軸の中心線がミラー表面を通ってミラー傾斜角回転軸
に直交するようにミラー傾斜角偏向装置を保持して軸周
りにこれを回転させることによって、１表面ミラーを傾
斜角偏向或いは方位角偏向させ、前記撮像手段の視軸を
ミラー反射により検査領域に向けることを特徴とする請
求項３記載の検査装置。
【請求項６】前記載物台上の部品実装プリント配線板の
上方広域に配置された白色光源を備えることを特徴とす
る請求項１、請求項２又は請求項３記載の検査装置。
【請求項７】前記載物台のプリント配線板姿勢制御装置
は、プリント配線板を水平回転させるプリント配線板水
平回転装置であり、水平回転装置が水平回転したときの
姿勢のプリント配線板を前記撮像手段が有角透視撮像す
ることを特徴とする請求項１、請求項２又は請求項３記
載の検査装置。
【請求項８】前記載物台のプリント配線板姿勢制御装置
は、水平移動装置を備えると共にプリント配線板を水平
回転させるプリント配線板水平回転装置であり、水平移
動装置でプリント配線板水平回転装置を水平移動させた
ときの水平回転姿勢のプリント配線板を前記撮像手段が
平面視撮像することを特徴とする請求項１、請求項２又
は請求項３記載の検査装置。
【請求項９】前記載物台のプリント配線板姿勢制御装置
は、傾斜装置を備えると共にプリント配線板を水平回転
させるプリント配線板水平回転装置であり、傾斜装置で
プリント配線板水平回転装置を傾斜させたときの傾斜姿
勢のプリント配線板を前記撮像手段が平面視撮像するこ
とを特徴とする請求項１、請求項２又は請求項３記載の
検査装置。
【請求項１０】前記教示手段は、教示データとして、プ
リント配線板のコンピュータ支援設計（ＣＡＤ）データ
に含まれる部品搭載位置データ及び搭載部品の形状デー
タを受容するプログラムを備えることを特徴とする請求
項１、請求項２又は請求項３記載の検査装置。
【請求項１１】前記検査データ作成手段は、検査領域作
成プログラムを備え、前記教示手段の教示データからは
んだ付検査箇所を囲む検査領域を自動的に作成し、前記
撮像手段が撮像したプリント配線板のはんだ付検査箇所
の俯瞰有角透視画像上に、同じ俯瞰有角透視条件で透視
変形させた検査領域を重畳表示し、画像上での検査領域
のマニュアル修正によって、プリント配線板の検査デー
タの作成を行うようにしたことを特徴とする請求項１又
は請求項３記載の検査装置。
【請求項１２】前記判定手段は、はんだ付検査箇所抽出
プログラム、正射影モーフィングプログラム、検査領域
品質判定パラメータ算出プログラム、及び検査領域品質
判定論理を備え、前記撮像手段からの検査領域画像出力
信号を用いてはんだ付検査箇所を自動的に抽出し、抽出
された検査箇所の画像信号を正射影形状にモーフィング
した後、検査領域品質判定パラメータを算出して検査領
域品質を自動的に判定することを特徴とする請求項１又
は請求項３記載の検査装置。
【請求項１３】前記検査データ作成手段は、検査領域設
定プログラムを備え、前記教示手段の教示データからは
んだ付検査箇所を含む検査領域を自動設定するか、或い
は前記撮像手段が撮像したプリント配線板の画像を用い
てマニュアル設定するようにしたことを特徴とする請求
項２又は請求項３記載の検査装置。
【請求項１４】少なくとも一方と他方の検査装置を備
え、一方の検査装置がオフライン用で、他方の検査装置
がインライン用であり、オフライン用の検査装置は、通
信手段と、前記教示手段の教示データを用いて前記検査
データ作成手段によってプリント配線板の検査データを
作成し、作成した検査データを前記通信手段でインライ
ン用の検査装置に伝送することによってプリント配線板
の画像を用いるオフライン教示装置とを備えることを特
徴とする請求項１又は請求項３記載の検査装置。