JP2002048731A - 実装基板の外観検査装置および外観検査方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 単一の検査装置によって実装検査および半田
検査が行え、検査工程の効率を向上させると共に設備費
用を削減できる実装基板の外観検査装置および外観検査
方法を提供することを目的とする。 【解決手段】 電子部品が実装された基板２をカメラ５
によって撮像して所定の検査を行う外観検査において、
電子部品の有無および位置ずれを検査する実装検査にお
いては、発光体４ａの白色光を反射体４ｂによって全天
方向から基板２に対して照射し、電子部品の半田付け状
態を検査する半田検査においては、多段に配置されたＬ
ＥＤ光源部４ｃ，４ｄによって検査対象部位に応じた特
定方向から赤色の照明光を照射するようにした。これに
より、単一の外観検査装置によって実装検査および半田
検査の双方を行うことができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電子部品が実装さ
れた実装基板の外観検査を行う実装基板の外観検査装置
および外観検査方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】電子部品が実装された実装基板は、外観
検査ラインにて電子部品の位置ずれや半田付けの良否な
どを判定するための外観検査が行われる。この外観検査
は、実装基板を撮像して得られた画像データを画像処理
することにより、画像中から特定の検査対象部位を検出
することにより行われる。従来より、電子部品の有無や
位置ずれを検査する実装検査においては、電子部品を色
の違いにより検出して判定を行うカラー画像処理による
方法が、また電子部品の半田付け状態を検査する半田検
査においては、画像中に現れる輝度差によって半田部分
を検出するモノクロ画像処理による方法が知られてい
る。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上記のように、実装基
板の外観検査は異なる特性を有する複数の画像処理方法
を用いることから、従来は各検査項目に特化された専用
の検査装置を複数組み合わせて外観検査ラインを構成す
る方法が一般に用いられていた。このため、同一の実装
基板の外観検査に際しては複数回の個別の検査処理を必
要とし、検査効率が悪いと共に、設備占有面積や設備費
用の増大を招くという問題点があった。

【０００４】そこで本発明は、単一の検査装置によって
実装検査および半田検査が行え、検査工程の効率を向上
させると共に設備費用を削減できる実装基板の外観検査
装置および外観検査方法を提供することを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の実装基板
の外観検査装置は、電子部品が実装された実装基板を撮
像して所定の検査を行う外観検査装置であって、実装基
板を撮像するカメラと、撮像により得られた画像データ
を画像処理することにより少なくとも電子部品の有無お
よび位置を検査する実装検査手段および電子部品の半田
付け状態を検査する半田検査手段と、前記実装基板に対
して白色照明光を照射する全天型の第１の照明手段と、
前記実装基板に対して方向の異なる複数の特定方向から
照明光を照射する多段型の第２の照明手段と、検査内容
に応じて第１の照明手段と第２の照明手段とを切り換え
る照明切り換え手段とを備えた。

【０００６】請求項２記載の実装基板の外観検査方法
は、電子部品が実装された実装基板をカメラによって撮
像して所定の検査を行う外観検査方法であって、少なく
とも電子部品の有無および位置ずれを検査する実装検査
においては、全天型の第１の照明手段によって実装基板
に対して白色照明光を照射し、電子部品の半田付け状態
を検査する半田検査においては、検査対象部位に応じた
特定方向から多段型の第２照明手段によって照明光を照
射するようにした。

【０００７】本発明によれば、実装基板に対して白色照
明光を照射する全天型の第１の照明手段と、実装基板に
対して方向の異なる複数の特定方向から照明光を照射す
る多段型の第２の照明手段とを備え、検査内容に応じて
第１の照明手段と第２の照明手段とを切り換えることに
より、単一の外観検査装置によって実装検査および半田
検査の双方を行うことができる。

【０００８】

【発明の実施の形態】次に本発明の実施の形態を図面を
参照して説明する。図１は本発明の一実施の形態の実装
基板の外観検査装置の構成を示すブロック図、図２は本
発明の一実施の形態の色抽出処理の説明図、図３は本発
明の一実施の形態の実装基板の平面図、図４は本発明の
一実施の形態の電子部品の実装状態検査処理のフロー
図、図５は本発明の一実施の形態の半田付状態検査処理
のフロー図、図６は本発明の一実施の形態の半田ブリッ
ジ検査処理のフロー図、図７は本発明の一実施の形態の
半田検査処理の説明図、図８は本発明の一実施の形態の
半田ブリッジ検査処理の説明図である。

【０００９】まず図１を参照して実装基板の外観検査装
置の構成について説明する。図１において、ＸＹテーブ
ル１上には電子部品が実装された検査対象物である実装
基板２（以下、単に「基板２」と略記。）が保持されて
おり、基板２には複数の種類の異なる電子部品３が実装
されている。図３に示すように、基板２には対角位置に
位置認識用の認識マーク２ａが形成されており、基板２
上面には電子部品接合用の回路電極２ｂが形成されてい
る。電極２ｂには端子型の矩形電子部品３１Ａ，３１Ｂ
や、接合用リードを備えたリード型の電子部品３２，３
３など種類の異なる多数の電子部品が半田接合される。

【００１０】外観検査においては、これら電子部品の有
無や位置ずれおよび電子部品の方向を示す極性の正否、
電子部品を回路電極に接合するための半田付け状態の良
否などが光学的に検査される。すなわち認識マーク２ａ
を認識することにより基板２の位置を検出し、この位置
に基づいて各電子部品の位置を特定する。極性検査にお
いては、電子部品３３の上面に形成された極性マーク３
３ａを認識することにより、電子部品３３の極性を判定
する。また、リード３３ｂの周囲を撮像して半田フィレ
ットの大きさや形状を認識することにより、半田付け状
態が検査される。

【００１１】基板２の上方には、照明部４とカメラ５よ
り成る撮像部が配設されている。照明部４はハロゲン光
源部（図示せず）によって発光される白色光を照射する
リング状の発光体４ａと略半球面状の反射体４ｂを備え
ており、発光体４ａから反射体４ｂの内面に向けて照射
された白色光は、球面状の反射面によって拡散反射さ
れ、下方の基板２を全天方向から照明する。すなわち発
光体４ａと反射体４ｂは、白色照明光を照射する全天型
の第１の照明手段となっている。

【００１２】また、反射体４ｂの内部には、赤色光を発
光するＬＥＤ光源部４ｃ，４ｄが上下２段に設けられて
おり、ＬＥＤ光源部４ｃ，４ｄから発光される赤色光
は、下方の基板２に対してそれぞれ方向の異なる斜め方
向から照射される。すなわちＬＥＤ光源部４ｃ，４ｄ
は、基板２に対して方向の異なる複数の特定方向から照
明光を照射する多段型の第２の照明手段となっている。

【００１３】更に照明部４は、反射体４ｂの上方に配置
された同軸光源部４ｅを備えている。同軸光源部４ｅは
ＬＥＤによって発光し、この同軸光源部４ｅからの照射
光は、反射体４ｂの開口部に設けられたハーフミラー４
ｆによって反射されて、下方の基板２上にカメラ５の同
軸方向から入射する。

【００１４】照明部４は照明制御部１８に接続されてお
り、照明制御部１８によって照明部４を制御することに
より、全天型照明用の白色照明光を発光する発光体４
ａ、多段型照明用の赤色光を発光するＬＥＤ光源部４
ｃ，４ｄおよび同軸照明用の同軸光源部４ｅのいずれか
のみ、もしくはこれらを組み合わせて点灯させることが
でき、したがって、第１の照明手段である発光体４ａ、
または第２の照明手段であるＬＥＤ光源部４ｃ，４ｄを
選択的に切り換えて点灯させることができる。すなわち
照明制御部１８は、第１の照明手段と第２の照明手段を
切り換える照明切り換え手段となっている。

【００１５】照明部４の上方にはカメラ５が下向きに配
置されており、カメラ５は反射体４ｂの上部に設けられ
た開口を介して、前述の各種の照明手段によって照明さ
れた状態の基板２を撮像する。このときＸＹテーブル１
を駆動することにより基板２は水平移動し、基板２上に
実装された任意の電子部品３をカメラ５の直下に位置さ
せて撮像することができる。

【００１６】カメラ５はカメラコントロールユニット
（ＣＣＵ）６に接続されている。カメラコントロールユ
ニット６は撮像タイミングなどのカメラ５の撮像動作を
制御するとともに、撮像データからＲ（赤）、Ｇ
（緑）、Ｂ（青）の三原色を抽出し、各要素ごとの画像
データとして出力する。Ｒ，Ｇ，Ｂの三要素の画像デー
タは第１の画像記憶部８に記憶されるとともに、カラー
モデル変換部７に送られる。

【００１７】カラーモデル変換部７は前記Ｒ，Ｇ，Ｂの
三要素のそれぞれの要素を１つの独立の次元とする３次
元のＲＧＢ画像データを、Ｈ（色相）、Ｓ（彩度）、Ｉ
（明度）のそれぞれの要素を１つの独立の次元とする３
次元のＨＳＩ画像データに変換する。変換されたＨＳＩ
画像データは第２の画像記憶部９に記憶される。そして
このＨＳＩ画像データは色抽出部１３に送られ、色抽出
部１３ではＨＳＩ画像データを用いて撮像視野内の所定
部位の色を抽出する処理、すなわち当該部位の本来の色
を他の特定の色に置き換えた画像（色抽出画像）を合成
する処理が行われる。この色抽出処理により得られた色
抽出画像は、第３の画像記憶部１０に格納される。

【００１８】半田付け状態検査部１１は、第１の画像記
憶部８に格納されたＲＧＢ画像データを画像処理するこ
とにより、電子部品の半田付け状態を検査する。したが
って半田付け状態検査部１１は半田検査手段となってい
る。部品搭載状態検査部１２は、色抽出処理がなされ第
３の画像記憶部１０に格納された色抽出画像を画像処理
することにより、電子部品の搭載状態、すなわち電子部
品の有無や位置ずれを検査する。したがって部品搭載状
態検査部１２は、実装検査手段となっている。

【００１９】半田付け状態検査部１１、部品搭載状態検
査部１２、色抽出部１３は全体制御部１４と接続されて
おり、全体制御部１４には検査データ記憶部１５、ライ
ブラリ記憶部１６および検査結果記憶部１７の各記憶部
が接続されている。検査データ記憶部１５は、搭載状態
検査装置の検査処理における動作順序を示す検査シーケ
ンスデータを記憶する。この検査シーケンスデータの中
には、検査の対象となる電子部品を特定するための部品
識別情報、色コード、検査項目に関する情報が含まれて
いる。

【００２０】ライブラリ記憶部１６は、検査対象の電子
部品についての各種のデータより構成される部品ライブ
ラリを記憶する。この部品ライブラリのデータは全体制
御部１４によって読み出されて色抽出部１３に送られ、
ここで各電子部品に応じたライブラリデータを用いた色
抽出処理が行われる。検査結果記憶部１７は、半田付け
状態検査部１１、部品搭載状態検査部１２の検査結果を
全体制御部１４を介して受け取り格納する。照明制御部
１８は照明部４の点灯の制御や、照度などの照明条件の
制御を行う。機構制御部１９は、基板２を保持・位置決
めするＸＹテーブル１の動作を制御する。

【００２１】ここで図２を参照して色抽出処理について
説明する。カメラ５によって取り込まれカメラコントロ
ールユニット６によって出力された電子部品３を含む基
板２のＲＧＢ画像２０は、カラーモデル変換部７によっ
てＨＳＩ画像データにカラーモデル変換される。ここで
は、画像を構成する各画素毎にＲＧＢ次元で表された色
のデータをＨＳＩ次元でのデータに変換する処理が行わ
れ、カラーモデル変換後のデータからはＨ，Ｓ，Ｉの各
種類毎にデータが分離されて出力される。

【００２２】これにより、第２の画像記憶部９には、各
画素毎にＨ，Ｓ，Ｉのそれぞれのデータを対応させた画
像、すなわちＨ（色相）のみで表された色変換画像９
ａ、Ｓ（彩度）のみで表された色変換画像９ｂおよびＩ
（明度）のみで表された色変換画像９ｃが格納される。
そしてこれらの画像データは色抽出部１３へ送られ、
Ｈ，Ｉ，Ｓの各画像データに対して、変換テーブル２１
（Ｈテーブル２１ａ、Ｓテーブル２１ｂ、Ｉテーブル２
１ｃ）を用いたデータ変換が行われる。

【００２３】この変換テーブル２１を用いたデータ変換
は、各画素毎に求められたＨ，Ｓ，Ｉの数値データを所
定の変換法則に従って新たな数値データＨ’，Ｓ’，
Ｉ’に置き換えることによって行われる。ここで用いら
れる変換テーブル２１は、この変換法則を定めるもので
あり、検査対象に応じて異なる特性を備えた変換テーブ
ルが設定される。

【００２４】そしてデータ変換されたＨ’，Ｓ’，Ｉ’
の各画像は合成処理部２２によって合成され、色抽出画
像が合成される。合成された色抽出画像は、第３の画像
記憶部１０に記憶される。このような色抽出処理を行う
ことにより、本実施の形態に示す例では、検出対象の電
子部品３の部分は白色部２３ａに、その他の部分は黒色
から灰色の範囲で色が変化する非白色部２３ｂにそれぞ
れ変換された色抽出画像（モノクロ画像）２３を得る。
そして色抽出された色抽出画像は部品搭載状態検査部１
２に送られ、ここで所定部位に所定の電子部品が正しい
位置に正常な状態で搭載されているか否かについての検
査が行われる。

【００２５】この実装基板の外観検査装置は上記のよう
に構成されており、次に図４を参照して実装状態検査処
理について説明する。まず検査対象の基板２がＸＹテー
ブル１上に載置される。そして発光体４ａを点灯するこ
とにより白色照明が点灯される（ＳＴ１）。次いでカメ
ラ５によって検査対象の電子部品を含む画像の取り込み
が行われる（ＳＴ２）。これにより基板２のＲＧＢ画像
がカメラコントロールユニット６より出力され、カラー
モデル変換部７によってＨＳＩ画像にカラーモデル変換
される（ＳＴ３）。

【００２６】次いで色抽出部１３によって検査対象部位
に設定された色取り込み領域を対象として色抽出処理が
行われる（ＳＴ４）。そして色抽出画像を対象として部
品搭載状態検査部１２によって検査処理が行われる（Ｓ
Ｔ５）。すなわち、色抽出画像を画像処理することによ
り、基板２上における電子部品の有無や、位置ずれが検
出される。

【００２７】次に図５、図７を参照して半田付け状態検
査について説明する。この半田付け状態検査は、図３に
示す電子部品３３のリード３３ｂを基板２の電極２ｂに
接合する半田フィレットの形状を検出することにより、
半田付けが正常に行われているか否かを判定するもので
ある。この検査に際しては、まず上段照明が点灯される
（ＳＴ１１）。すなわち、照明部４に備えられたＬＥＤ
光源部４ｄおよび同軸光源部４ｅを点灯し、基板２に対
し上方から赤色の照明光を照射する。

【００２８】そしてこの状態で半田フィレット部分の画
像を取り込む（ＳＴ１２）。すると図７に示すように、
電子部品のリード３３ｂ上面や基板２の電極２ｂ上面の
うち半田が接合されていない平坦面に照射された照明光
は、これらの水平な表面によって上方に反射されカメラ
５によって受光される。これに対し、電極２ｂ上面とリ
ード３３ｂ側面とを接合して形成された半田フィレット
３４の傾斜した表面に入射した照明光は斜め方向に反射
される結果、上方のカメラ５によって受光されない。こ
れにより、カメラ５によって取得される画像上では、図
７（ａ）に示すようにリード３３ｂ上面や電極２ｂ面と
半田フィレット３４との間で輝度差が明瞭なモノクロ画
像を得ることができる。そしてこの画像に基づき検査処
理が行われる（ＳＴ１３）。

【００２９】すなわち半田フィレット３４が存在する場
合には、画像には図７（ａ）に示すように半田フィレッ
ト３４を示す暗部が現れ、半田フィレット３４が存在し
ない場合には、画像には図７（ｂ）に示すようにリード
３３ｂと電極２ｂの範囲に輝部のみが現れる。このよう
にモノクロ画像上で半田フィレット３４の存在を示す暗
部を検出することにより、半田フィレット３４の有無が
判定され、検出された暗部の形状や面積により半田フィ
レット３４の形状不良を検出することができる。

【００３０】次に図６、図８を参照して半田ブリッジ検
査について説明する。この半田ブリッジ検査は、図３に
示す電子部品３３のように、多数のリード３３ｂが狭ピ
ッチで配列されている場合において、はみ出した半田に
よって電極２ｂ間が連結されて電気的に短絡する不具合
の有無を検出するものである。この検査では、まず下段
照明、すなわち下段に配置されたＬＥＤ光源部４ｃが点
灯される（ＳＴ２１）。これにより、基板２表面に対し
て図８（ａ）に示すように低い角度の斜め方向から赤色
の照明光が照射され、この状態でリード間の画像が取り
込まれる（ＳＴ２２）。そして取り込まれた画像に基づ
いて検査処理が行われる（ＳＴ２３）。

【００３１】この画像取り込みにおいて斜め方向から照
射された照明光の反射光のうち、リード３３ｂの上面や
電極２ｂの上面など水平な面によって斜め方向に反射さ
れた反射光はカメラ５に受光されないのに対し、リード
３３ｂの端面に形成された半田フィレット３４や電極２
ｂからはみ出して形成された半田ブリッジ３５など、斜
面状側面を有する部分からの反射光は上方のカメラ５に
よって受光される。これにより、画像には図８（ｂ）に
示すように、半田フィレット３４や半田ブリッジ３５の
斜面状側面に相当する部分のみに光沢部３４ａ，３５ａ
が現れる。そしてこの光沢部３５ａの検出の有無によっ
て、半田ブリッジ３５の存在の有無を判定することがで
きる。

【００３２】すなわち、電子部品の半田付け状態を検査
する半田検査においては、多段型のＬＥＤ光源部４ｃ，
４ｄや同軸光源部４ｅを選択的に点灯することにより、
検査対象部位に応じて特定方向から照明光が照射され
る。そしてこの照明による反射光を上方のカメラ５で受
光することにより、異なる検査項目を同一の撮像手段に
よって処理することが可能となる。

【００３３】上記説明したように、本実施の形態では照
明特性の異なる複数の照明手段を備え、検査項目に応じ
てこれらの照明手段を切り換えるようにしたものであ
る。これにより、単一の外観検査装置によって実装検査
および半田検査の双方を行うことができ、検査工程の効
率を向上させると共に設備費用を削減することができ
る。

【００３４】

【発明の効果】本発明によれば、実装基板に対して白色
照明光を照射する全天型の第１の照明手段と、実装基板
に対して方向の異なる複数の特定方向から照明光を照射
する多段型の第２の照明手段とを備え、検査内容に応じ
て第１の照明手段と第２の照明手段とを切り換えるよう
にしたので、単一の外観検査装置によって実装検査およ
び半田検査の双方を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施の形態の実装基板の外観検査装
置の構成を示すブロック図

【図２】本発明の一実施の形態の色抽出処理の説明図

【図３】本発明の一実施の形態の実装基板の平面図

【図４】本発明の一実施の形態の電子部品の実装状態検
査処理のフロー図

【図５】本発明の一実施の形態の半田付状態検査処理の
フロー図

【図６】本発明の一実施の形態の半田ブリッジ検査処理
のフロー図

【図７】本発明の一実施の形態の半田検査処理の説明図

【図８】本発明の一実施の形態の半田ブリッジ検査処理
の説明図

【符号の説明】

２ 基板 ３ 電子部品 ４ 照明部 ４ａ 発光体 ４ｂ 反射体 ４ｃ、４ｄ ＬＥＤ光源部 ４ｅ 同軸光源部 ５ カメラ ７ カラーモデル変換部 １１ 半田付け状態検査部 １２ 部品搭載状態検査部 １８ 照明制御部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｈ０５Ｋ 3/34 ５１２ Ｈ０５Ｋ 3/34 ５１２Ｂ 13/08 13/08 Ｕ Ｆターム(参考） 2F065 AA03 AA49 AA53 BB27 CC25 CC26 DD02 FF04 GG07 GG17 GG24 HH12 HH13 JJ03 JJ26 LL00 LL19 MM03 NN02 PP12 QQ23 QQ24 QQ31 TT02 2G051 AA65 AB14 AB20 BA01 BB01 CA04 DA07 EA12 EA14 EA17 5B047 AA07 AA12 AB04 BB04 BC09 BC12 CA19 CB04 CB21 5B057 AA03 BA02 BA15 CA01 CA08 CA13 CB01 CB08 CB12 CC01 CE16 CH18 DA02 DA07 DB03 DB06 DB09 5E319 CD53

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】電子部品が実装された実装基板を撮像して
   所定の検査を行う外観検査装置であって、実装基板を撮
   像するカメラと、撮像により得られた画像データを画像
   処理することにより少なくとも電子部品の有無および位
   置を検査する実装検査手段および電子部品の半田付け状
   態を検査する半田検査手段と、前記実装基板に対して白
   色照明光を照射する全天型の第１の照明手段と、前記実
   装基板に対して方向の異なる複数の特定方向から照明光
   を照射する多段型の第２の照明手段と、検査内容に応じ
   て第１の照明手段と第２の照明手段とを切り換える照明
   切り換え手段とを備えたことを特徴とする実装基板の外
   観検査装置。
2. 【請求項２】電子部品が実装された実装基板をカメラに
   よって撮像して所定の検査を行う外観検査方法であっ
   て、少なくとも電子部品の有無および位置ずれを検査す
   る実装検査においては、全天型の第１の照明手段によっ
   て実装基板に対して白色照明光を照射し、電子部品の半
   田付け状態を検査する半田検査においては、検査対象部
   位に応じた特定方向から多段型の第２照明手段によって
   照明光を照射することを特徴とする実装基板の外観検査
   方法。