JP2002181729A - 外観検査装置および外観検査方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 サイズの大きい基板の外観検査では、基板の
画像が分割され、境界線では検査が難しかった。 【解決手段】 ２つのラインセンサ３４Ａ、３４Ｂを主
走査方向に設けた走査ヘッドを用いて、被検査物の画像
を一部重複させて２枚撮影し、メモリ４４に格納する。
画像処理部４５は２枚の画像の重複部分に含まれる複数
の対象物を検出し、２枚の画像間でマッチングさせ、２
枚の画像の任意の点の２次元的なずれを補間により求
め、２枚の画像を貼り合わせて合成する。解析ユニット
４６は合成された画像を所定の合否判断基準に照らし、
検査項目ごとに合否を判定する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、外観検査技術に
関する。この発明は特に、被検査物の基板面を走査して
画像を取得して検査を行う外観検査装置および外観検査
方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】電子機器の基板の製造工程には、電子部
品を基板上に装着する実装工程と、部品の実装状態を検
査する検査工程が含まれる。実装工程は高密度化が進ん
でおり、数十ミクロンのオーダーで電子部品の実装位置
が決められている。またＩＴ関連機器、特に携帯電話な
ど携帯機器の需要が増加しており、実装工程は年々高速
化している。一方、部品実装後の検査工程は、基板の高
密度化のため、不良を発見することはきわめて難しい課
題となっている。従来の検査では、プローバを用いたＩ
ＣＴ（インサーキットテスタ）など接触型の試験方法が
用いられていたが、最近の実装密度の高さでは接触型の
検査装置による対応が困難になり、非接触型、特に画像
認識技術を用いた外観検査装置の需要が伸びている。

【０００３】このような外観検査装置においては、高密
度実装に対応して非常に高い解像度で部品の実装状態を
撮影し、高い精度で不良の検出をする必要がある。その
ため検査にかかる時間が長くなる傾向にある。集積回路
の需要が高まり、実装工程の高速化が進んでも、検査工
程に時間がかかると、製品の出荷が遅れることとなり、
昨今の厳しい製造競争に耐えることができなくなる。そ
こで、精度が高く、検査時間を短縮できる外観検査装置
の開発が進められている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】外観検査装置には、ラ
インセンサを用いて基板面を走査して基板の画像を読み
込み、画像データを用いて検査を行うものがある。数十
ミクロンのオーダーの部品の実装位置を精密に読みとる
ためには、高密度のラインセンサを用いる必要がある。
現在市販されているＣＣＤラインセンサは最大でも５千
〜１万画素であり、たとえば２５ミクロンの精度の検出
をするには、主走査方向の読み取り幅は２５センチメー
トルが限界である。したがって、幅の大きい基板の場
合、一度に基板面全体の画像を読みとることができず、
複数の画像に分割して読みとることになる。

【０００５】しかしながら、複数の画像に分割した場
合、画像の境界線をまたぐ電子部品は検査ができなくな
る。境界線付近では２枚の画像を参照して、境界線をま
たぐ電子部品を検査することもできるが、数十ミクロン
のオーダーで２枚の画像を参照して検査を行うには高精
度のマッチング技術を要し、解析処理が非常に困難なも
のとなる。

【０００６】本発明はこうした状況に鑑みてなされたも
のであり、その目的は、基板を撮影した複数の画像を貼
り合わせて検査を行うための外観検査技術の提供にあ
る。また別の目的は、読み取り幅に限度のあるラインセ
ンサを用いて基板全体の検査を行うための外観検査技術
の提供にある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明のある態様は、外
観検査方法である。外観検査方法は、被検査物の画像を
一部重複させて撮影する工程と、撮影された画像の重複
部分に含まれる参照情報を検出する工程と、前記参照情
報をもとに前記画像の貼り合わせ情報を取得する工程
と、貼り合わせの結果一枚となった画像をもとに所定の
検査をする工程とを含む。

【０００８】前記参照情報は前記被検査物上の複数の対
象物であり、前記貼り合わせ情報を取得する工程は、そ
れらの対象物のマッチングをもとに、前記画像の２次元
的なずれを検出してもよい。前記貼り合わせ情報を取得
する工程は、前記対象物の２次元的なずれを検出し、そ
のずれを補正することにより前記画像上の任意の点のず
れを求めてもよい。貼り合わせ情報は、このようにして
得られる点の対応関係により、画像の重複部分の各部の
対応を定めた情報、または画像の境界線上の点の対応づ
けを定めた情報であってもよい。

【０００９】被検査物上の対象物は、画像のマッチング
が可能な被検査物上の対象であり、基板上の電子部品、
導線パターン、スルーホール、および基板に印刷された
部品の名称や型番、規格の名称などの文字列等を含む。

【００１０】前記対象物が３つ以上ある場合に、前記対
象物の区間の任意の点のずれを、少なくともその区間を
定める両端の前記対象物のずれを補間することにより求
めてもよい。各区間の任意の点の対応を求める際、その
区間の両端の対象物のずれのみを用いて補間してもよ
く、両端の対象物以外の対象物のずれも用いて補間して
もよい。補間は、線形補間、曲線補間のいずれであって
もよい。

【００１１】本発明の別の態様は、外観検査装置であ
る。外観検査装置は、被検査物の基板面を走査して画像
を取り込む走査ヘッドと、前記画像をもとに所定の検査
をするメインユニットとを含む。前記走査ヘッドは、前
記基板面からの反射光を検知する一次元センサを主走査
方向に複数設け、各一次元センサからの前記被検査物の
画像が一部重複するよう構成される。前記メインユニッ
トは、前記一次元センサの各々から取り込まれた前記画
像を、重複部分に含まれる参照情報をもとに貼り合わせ
る画像処理部と、貼り合わせの結果一枚となった画像を
所定の合否判断基準に照らし、検査項目ごとに合否を判
定する解析部とを含む。

【００１２】なお、以上の構成要素の任意の組合せ、本
発明の表現を方法、装置、システム、記録媒体、コンピ
ュータプログラムなどの間で変換したものもまた、本発
明の態様として有効である。

【００１３】

【発明の実施の形態】図１は、実施の形態に係る外観検
査装置１０の構成図である。この装置は、被検査物の検
査面をラインセンサで走査して画像を形成し、画像認識
によって部品実装状態の合否を判定するものである。ラ
インセンサによる主走査方向と垂直な副走査方向に走査
ヘッドを駆動することで順次ラインごとの画像がえら
れ、走査ヘッドの一次元運動で基板面の全体画像が取得
される。外観検査装置の別のタイプとして、検査面を二
次元的に移動させて停止し、これを繰り返してつぎつぎ
にスポット撮影をするものもあるが、その場合、一般に
機構系が複雑になり、検査時間も長い場合が多い。その
点で、この実施の形態の一次元センサを用いる形態は有
利である。本出願人は先に、特開平８−２５４５００号
公報において、このような一次元センサを用いた外観検
査装置を提案しており、それを本実施形態で用いてもよ
い。

【００１４】図１のごとく、外観検査装置１０は、メイ
ンユニット１２と試験ユニット１４を備える。試験ユニ
ット１４の下部には支持台２２が設けられ、被検査体で
ある基板１が把持されている。試験ユニット１４の上部
には、走査ヘッド１６と、それを駆動するステッピング
モータ２０と、走査ヘッド１６を支持するリニアガイド
等のガイド１８が設けられている。

【００１５】走査ヘッド１６は照明ユニット３０、レン
ズ３２Ａ、３２Ｂ、およびラインセンサ３４Ａ、３４Ｂ
を有する。これらの部材はフレーム３６上に固定されて
いる。後述のように、レンズ３２Ａ、３２Ｂとラインセ
ンサ３４Ａ、３４Ｂは、主走査方向に２組並べて設けら
れており、ラインセンサ３４Ａ、３４Ｂの各々から取り
込まれる画像が主走査方向で一部重複するように構成さ
れている。以下２つのレンズ３２Ａ、３２Ｂをまとめて
レンズ３２とも表記し、２つのラインセンサ３４Ａ、３
４Ｂをまとめてラインセンサ３４とも表記する。

【００１６】照明ユニット３０は、落射照明源、側方照
明源、ハーフミラーなどを内蔵する。基板１から垂直上
方への反射光はハーフミラーでレンズ３２へ導かれ、レ
ンズ３２を通過した後、一次元ＣＣＤセンサであるライ
ンセンサ３４へ入力される。ラインセンサ３４Ａ、３４
Ｂはそれぞれが取り込んだ画像データ５４Ａ、５４Ｂを
メモリ４４に出力する。以下２つの画像データ５４Ａ、
５４Ｂをまとめて画像データ５４とも表記する。

【００１７】メインユニット１２は、本装置全体を統括
的に制御する。メインユニット１２は、通常のコンピュ
ータで実装されてもよい。メインユニット１２のヘッド
制御ユニット４０はまず、照明制御信号５０を照明ユニ
ット３０へ出力し、試験の内容に応じて異なる点灯状態
を実現する。ヘッド制御ユニット４０はさらに、モータ
制御信号５２をモータ２０へ、試験開始信号５６をメモ
リ制御ユニット４２へそれぞれ出力する。モータ制御信
号５２によってモータ２０のステップ制御がなされ、検
査の開始に際し、走査ヘッド１６が基板１の端部へ移動
する。この位置をスタート位置として、以降１ライン走
査されるたびにモータ制御信号５２によって走査ヘッド
１６が１ライン分進行する。一方、試験開始信号５６を
参照し、メモリ制御ユニット４２はメモリ４４への画像
データ５４の書込を制御し、以降、画像データ５４がラ
イン単位で記録されていく。

【００１８】画像処理部４５は、メモリ４４から画像デ
ータ５４Ａ、５４Ｂを読み込んで、後述のように重複部
分を貼り合わせて合成する処理を行い、合成された画像
データをメモリ４４に格納する。メモリ４４は、基板面
全体の画像を一枚の画像データとして記憶できるように
大容量の記憶領域が確保される。

【００１９】解析ユニット４６は、メモリ４４から合成
された画像データを読み出し、判定基準記憶部４８に予
め記録された判定基準に照らして、検査項目ごとに合否
を判断する。照明ユニット３０の照明源を垂直下方に照
明する落射照明源と、横方向から照明する側方照明源と
の間で切り替えることにより、２種類の画像を記録し、
落射試験と側方試験を行う。検査項目として、落射試験
による部品の位置ずれ、欠品、ハンダのヌレの判定な
ど、および側方試験によるハンダブリッジの有無、実装
部品の間違い、極性の反転の判定などがある。

【００２０】図２は、走査ヘッド１６の２つのラインセ
ンサ３４による基板面の走査を説明する図である。レン
ズ３２Ａ、３２Ｂとラインセンサ３４Ａ、３４Ｂは基板
１の主走査方向７４に並べて配置されている。ラインセ
ンサ３４Ａが読みとる走査ライン７０Ａと、ラインセン
サ３４Ｂが読みとる走査ライン７０Ｂとは、一部重複が
ある。走査ヘッド１６が副走査方向７６に駆動されるこ
とにより、一部が重複した２枚の画像データが得られ
る。

【００２１】温度、湿度等の環境条件による基板のわず
かなたわみや、走査駆動系の振動など動作条件による誤
差等が影響するため、２枚の画像の間で２次元的なずれ
が生じる。通常はこのようなずれは問題にならないが、
基板上の部品の実装や導線パターンのエッチングは、数
十ミクロンのオーダーの精度で行われているため、この
ずれが検査上、重大な意味をもつ。

【００２２】図３は、ラインセンサ３４Ａ、３４Ｂが取
り込んだ２枚の画像の説明図である。２枚の画像８０
Ａ、８０Ｂは、それぞれ対応するラインセンサ３４Ａ、
３４Ｂが取り込んだものであり、重複部分８６Ａ、８６
Ｂを有する。画像８０Ａの左上には検査用の目印９０
が、画像８０Ｂの右下には検査用の目印９２が撮像され
ている。これらの目印９０、９２は検査の開始点、終了
点を識別するために用いられる。電子部品８２Ａ、８２
Ｂはそれぞれの画像に重複して撮像されている。同様に
基板上に印刷された、規格や部品名を示す文字列８４
Ａ、８４Ｂも重複して撮像されている。画像処理部４５
は、これらの重複して撮像された対象物を参照基準とし
て検出し、２枚の画像間でマッチングをとり、参照基準
となる対象物の２次元的なずれを求め、２枚の画像８０
Ａ、８０Ｂを貼り合わせる処理を行う。

【００２３】図４は、補間により２枚の画像の対応づけ
を求める方法を説明する図である。参照基準となる対象
物のマッチングにより、画像８０Ａの対象物の参照点１
００Ａは、画像８０Ｂでは参照点１００Ｂに対応づけら
れる。参照点１００Ｂは参照点１００Ａよりベクトルａ
だけずれている。また、画像８０Ａのもう一つの参照基
準となる対象物の参照点１１０Ａは、画像８０Ｂでは参
照点１１０Ｂに対応づけられ、ずれはベクトルｂで与え
られる。画像８０Ａの重複部分８６Ａにおいて対応づけ
たい点２００Ａのずれを与えるベクトルｃを次のように
して求める。参照点１００Ａと対応づけたい点２００Ａ
間の距離と、対応づけたい点２００Ａと参照点１１０Ａ
間の距離の比がｔ対（１−ｔ）であるとき、ベクトルｃ
を式ｃ＝（１−ｔ）×ａ＋ｔ×ｂで求める。これによ
り、対応づけたい点２００Ａは画像８０Ｂでは点２００
Ｂに対応づけられる。このようにして、２つの参照点間
の任意の点を線形補間により２つの画像間で対応づけ
る。この対応関係の情報を用いて、２枚の画像を重複部
分で貼り合わせ、１枚の画像に合成する。

【００２４】２枚の画像の重複部分の２次元的なずれ
は、場所によって方向やずれ量が異なる。そのため、重
複部分の両端で参照基準となる対象物を検出して、その
ずれにより、中間部分を対応づけるだけでは、十分では
ないこともある。そこで、３つ以上の参照点を用いて、
各区間で対応づけを行うのがさらに好ましい。

【００２５】図５は、３つの参照点を用いて対応づけを
行う例である。３つの参照基準となる対象物のマッチン
グにより、画像８０Ａの３つの参照点１００Ａ、１０２
Ａ、１１０Ａは、画像８０Ｂの３つの参照点１００Ｂ、
１０２Ｂ、１１０Ｂに対応づけられる。画像８０Ａの点
２０２Ａは、２つの参照点１００Ａ、１０２Ａのずれを
示す２つのベクトルａ、ｅを用いて上述の線形補間によ
り、画像８０Ｂの点２０２Ｂに対応づけられる。一方、
参照点２０４Ａは、２つの参照点１０２Ａ、１１０Ａの
ずれを示す２つのベクトルｅ、ｂを用いて線形補間によ
り、参照点２０４Ｂに対応づけられる。他の補間の方法
として、３つの参照点を曲線で補間してもよい。３つの
参照点をもとに自由曲線をたとえばＢ−スプライン関
数、ＮＵＲＢＳ関数、ベジェ関数などのパラメトリック
関数として表現し、その関数を補間に用いて他の点の対
応づけを行う。参照点が４つ以上の場合についても同様
に線形補間、曲線補間が用いられる。

【００２６】図６は、以上の構成による外観検査装置に
よる外観検査手順を示すフローチャートである。走査ヘ
ッド１６は基板面を走査して２枚の画像データを取得
し、メモリ４４に記憶する（Ｓ１０）。画像処理部４５
は、メモリ４４に記憶された２枚の画像の重複部分から
参照基準となる対象物の位置を検出する（Ｓ１２）。画
像処理部４５は、さらに参照基準となる対象物を２枚の
画像間でマッチングすることにより、２次元的なずれを
検出する（Ｓ１４）。参照基準となる対象物のずれを補
間して、画像の重複部分の他の点のずれを求める（Ｓ１
６）。

【００２７】画像処理部４５は、２枚の画像の重複部分
のずれの情報を用いて、重複部分の各部を貼り合わせる
情報を求め、２枚の画像を貼り合わせた合成画像を作成
する（Ｓ１８）。解析ユニット４６は、合成画像から検
査用の開始点と終了点を与える目印を検出する（Ｓ２
０）。解析ユニット４６はさらに合成画像に基づいて、
検査すべき部位について検査項目ごとに、判定基準記憶
部４８に記憶された判定基準に基づいた合否判定を行う
（Ｓ２２）。たとえば、欠品検査では、部品があるべき
位置の画像領域に含まれる画素の輝度に基づいて、部品
の有無を判定する。ハンダ検査では、ハンダ付け箇所を
含む画像領域において明るい画素の面積が所定の値より
小さいか否かで、ハンダ付けの不良を判定する。ズレ検
査では、部品の外周で電極パターンを含む画像領域の輝
度に基づいて、部品がずれて装着されていないかどうか
を判定する。

【００２８】以上述べたように、本実施形態の外観検査
システムによれば、２つのラインセンサを用いて、基板
面を２枚の画像に分けて撮像した後、２枚の画像を１枚
に合成して検査を行う。したがって、サイズの大きい基
板であっても合成された画像データをもとに一度に検査
を行うことができる。これにより、基板の幅に合わせて
画素数の大きいラインセンサを特注することなく、市販
のラインセンサで外観検査を行うことが可能である。ま
た２枚の画像を別々に検査する場合に比べ、基板全体の
検査を簡便にかつ確実に行うことができる。

【００２９】以上、本発明をいくつかの実施の形態をも
とに説明した。これらの実施の形態は例示であり、それ
らの各構成要素や各処理プロセスの組合せにいろいろな
変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範
囲にあることは当業者に理解されるところである。

【００３０】そのような変形例として、上記の説明で
は、２組のレンズとラインセンサを設けて、２枚の画像
を撮像したが、一組のレンズとラインセンサを主走査方
向に駆動させて、２枚の画像を撮像してもよい。また、
３組以上のレンズとラインセンサを設けて、３枚以上の
画像を一部重複させて撮像し、重複部分を貼り合わせて
１枚の画像に合成してもよい。

【００３１】

【発明の効果】本発明によれば、基板の複数の画像をも
とに基板全体の検査を効率よく行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 実施の形態に係る外観検査装置の構成図であ
る。

【図２】 走査ヘッドの２つのラインセンサによる基板
面の走査を説明する図である。

【図３】 ２つのラインセンサが取り込んだ２枚の画像
の説明図である。

【図４】 補間により２枚の画像の対応づけを求める方
法を説明する図である。

【図５】 ３つの参照点を用いて補間により対応づけを
求める方法を説明する図である。

【図６】 外観検査装置による外観検査手順を示すフロ
ーチャートである。

【符号の説明】

１ 基板、 １０ 外観検査装置、 １２ メインユニ
ット、 １４ 試験ユニット、 １６ 走査ヘッド、
３０ 照明ユニット、 ３２ レンズ、 ３４ラインセ
ンサ、 ４０ ヘッド制御ユニット、 ４２ メモリ制
御ユニット、４４ メモリ、 ４５ 画像処理部、 ４
６ 解析ユニット、 ４８ 判定基準記憶部。

───────────────────────────────────────────────────── 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 3/00 Ｇ０１Ｂ 11/24 Ｋ Ｈ０４Ｎ 1/04 １０３Ａ Ｆターム(参考） 2F065 AA54 BB02 CC01 DD02 DD03 FF04 JJ25 LL04 PP02 QQ23 QQ31 QQ38 RR03 2G051 AA65 AB14 AC01 BA01 CA03 CA04 CA07 CB01 CD04 DA07 EA11 EA14 EB01 EB02 EC02 ED15 5B057 AA03 BA02 BA13 CA11 CA16 CB12 CB16 CE10 DA03 DA07 DB02 DC33 5C072 AA01 BA20 DA02 DA05 EA05 FA07 FB02 FB03 UA12 XA10

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 被検査物の画像を一部重複させて撮影す
   る工程と、 撮影された画像の重複部分に含まれる参照情報を検出す
   る工程と、 前記参照情報をもとに前記画像の貼り合わせ情報を取得
   する工程と、 貼り合わせの結果一枚となった画像をもとに所定の検査
   をする工程とを含む外観検査方法。
2. 【請求項２】 前記参照情報は前記被検査物上の複数の
   対象物であり、前記貼り合わせ情報を取得する工程は、
   それらの対象物のマッチングをもとに、前記画像の２次
   元的なずれを検出することを特徴とする請求項１に記載
   の外観検査方法。
3. 【請求項３】 前記貼り合わせ情報を取得する工程は、
   前記複数の対象物の２次元的なずれを検出し、そのずれ
   を補間することにより前記画像上の任意の点のずれを求
   めることを特徴とする請求項２に記載の外観検査方法。
4. 【請求項４】 前記対象物が３つ以上ある場合に、前記
   対象物の区間の任意の点のずれを、少なくともその区間
   を定める両端の前記対象物のずれを補間することにより
   求めることを特徴とする請求項３に記載の外観検査方
   法。
5. 【請求項５】 被検査物の基板面を走査して画像を取り
   込む走査ヘッドと、 前記画像をもとに所定の検査をするメインユニットとを
   含み、 前記走査ヘッドは、前記基板面からの反射光を検知する
   一次元センサを主走査方向に複数設け、各一次元センサ
   からの前記被検査物の画像が一部重複するよう構成さ
   れ、 前記メインユニットは、 前記一次元センサの各々から取り込まれた前記画像を、
   重複部分に含まれる参照情報をもとに貼り合わせる画像
   処理部と、 貼り合わせの結果一枚となった画像を所定の合否判断基
   準に照らし、検査項目ごとに合否を判定する解析部とを
   含むことを特徴とする外観検査装置。