JP2002181730A

JP2002181730A - 外観検査装置

Info

Publication number: JP2002181730A
Application number: JP2000378104A
Authority: JP
Inventors: Yoshihiro Akiyama; 吉宏秋山
Original assignee: Saki Corp
Current assignee: Saki Corp
Priority date: 2000-12-12
Filing date: 2000-12-12
Publication date: 2002-06-26

Abstract

(57)【要約】【課題】多機種少量生産型の基板製造において、細か
な修正を加えるたびに生産ライン上の検査設定全体を変
更するのは煩雑であった。【解決手段】外観検査装置１０は、主にメインユニッ
ト１２と試験ユニット１４とから構成される。操作者
は、試験ユニット１４が備える支持台２２の上に被検査
体である基板１をマニュアルでセットする。支持台２２
はレール２３ａ、ｂ上に載置されるとともに、そのレー
ル２３ａ、ｂ上を滑動して走査ユニット１６の下方を往
復して通過する。この往復運動をする間に、走査ユニッ
ト１６によって２つの画像を取得できる。

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、外観検査装置に
関する。この発明は特に、プリント基板などの被検査体
に搭載される電子部品の状態を検査する技術に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、情報化社会の急激な発展ととも
に、パーソナルコンピュータや携帯電話が爆発的に普及
してきている。普及の背景には、単にこれらの製品価格
が低下してきたこと以外に、多様化したデザインとこれ
を実現するための機器のコンパクト化が進んだことも重
要な要素のひとつとして挙げられる。電子機器のコンパ
クト化は機器の携帯性に対する影響も大きく、電子部品
の高集積化の開発競争に一層拍車をかけている。

【０００３】電子部品の高密度設計を支えるためには、
部品の実装技術そのものだけでなく、その実装状態を検
査する技術の実現が欠かせない。こうした技術のひとつ
として、従来は、部品実装後のプリント基板（以下、単
に「基板」という。）の外観検査に、接触型の試験を行
うＩＣＴ（In-Circuit Tester）などが用いられたが、
たとえばＢＧＡ（Ball Grid Array）やＣＳＰ（Chip Si
ze Package, Chip Scale Package）といった技術が登場
したように実装方法の変化と高密度化が一層進んだ結
果、接触型の検査装置による対応が困難になりつつあ
る。したがって、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きている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】近年の基板製造は多機
種少量生産という形態が多くなったため、これらの基板
を検査する装置の設定も頻繁に変更され得る。しかしな
がら、少量生産ゆえにわざわざ全体的な検査設定を変え
るまでもない場合がある。また、たとえば手作業による
ハンダ付けなどの微修正をオフラインで行った場合に、
再びわざわざ検査ラインに載せることなくすぐ簡単に検
査できる方が効率的である。

【０００５】本発明者は以上の認識に基づき本発明をな
したもので、その目的は、個別の状況に応じて柔軟な検
査を可能にした基板検査技術の提供にある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明のある態様は、外
観検査装置に関する。この装置は、三次元形状を有する
被検査体の外観を検査するものであって、被検査体を走
査する走査ユニットと、被検査体を把持する支持台と、
を含み、走査ユニットおよび支持台の相対的な往復運動
によって走査ユニットのセンサが被検査体の上面を走査
し、その往復運動の始点および終点は走査ユニットから
離れた待機位置に設定され、その待機位置にて被検査体
と走査ユニットとのクリアランスが確保されて被検査体
の着脱が自在となるように走査ユニットおよび支持台の
位置決めがなされている。

【０００７】ここでいう「被検査体」は、主に各種電子
部品を搭載した基板を示す。外観検査には、部品の位置
ずれ検出などの検査が含まれる。

【０００８】この装置によれば、支持台が往復運動する
ので、たとえば作業者がマニュアルで支持台に基板を載
置して試験ユニットに収納／取出を繰り返しながら次々
に検査することができる。したがって、生産ライン上の
基板を次々に検査するのとは異なり、基板ひとつひとつ
に対して柔軟に対応する個別検査を簡単な操作で実現で
きる。

【０００９】また、前記走査ユニットは、前記往復運動
の往路と復路で異なる照明状態を実現するとともに、そ
れぞれの照明状態で異なる検査のための画像を取得して
もよい。また、前記走査により取得された画像を解析す
るメインユニットをさらに含んでもよく、そのメインユ
ニットは、前記往復運動の往路と復路で反転する画像に
対し、反転読出処理を加えて検査してもよい。また、前
記走査ユニットは、前記往復運動の往路または復路のい
ずれか一方において前記被検査体の上面を走査してもよ
い。

【００１０】なお、以上の構成要素の任意の組合せや、
本発明の構成要素や表現を方法、装置、システムなどの
間で相互に置換したものもまた、本発明の態様として有
効である。

【００１１】

【発明の実施の形態】（第１実施形態）本実施形態の外
観検査装置は、基板を載置した支持台をレール上に滑動
させて往復運動させる間に基板上を走査することによっ
て画像を取得する卓上据え置き型の試験ユニットを備え
る。この装置は、生産ライン上に設置して次々に基板を
検査していく方式と異なり、マニュアルでセットした基
板をひとつひとつ検査するのが主な使用方法である。ま
た、１往復させる間に２つの画像が得られるので、検査
時間を短縮することができる。

【００１２】本実施形態においては、ラインセンサによ
る走査方向に対して垂直に支持台を駆動させることで順
次ラインごとの画像が得られ、検査面の一次元運動で検
査が完了する。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、これを繰り返して次
々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、本実施形態のように一次元センサを用いる方が
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
検査装置を提案した。この装置は、当時一般的であった
側方照明源の他に落射照明源を設け、試験項目に応じて
これらの切替を行っている。その趣旨は以下の通りであ
る。

【００１３】いま、図１の基板１を被検査体とする。図
２（ａ）、図２（ｂ）はそれぞれ側方光６ａと落射光６
ｂの効果を示す。図２（ａ）のごとく、反射光８ａは、
部品２の水平面については斜め上方へ向かい、ハンダ４
が正しく盛られた傾斜部分については一部が垂直上方へ
向かう。一方、図２（ｂ）のごとく、落射光６ｂの反射
光８ｂは、部品２の水平面においてほぼ全反射し、垂直
上方へ向かうが、前記の傾斜部分についてはそうならな
い。

【００１４】図３（ａ）、図３（ｂ）は、それぞれ側方
光６ａ、落射光６ｂにより、基板１の垂直上方に設けら
れたＣＣＤセンサによって得られた画像を示す。図３
（ａ）のごとく側方光６ａによれば、コピーマシンのよ
うな画像が得られ、部品のリード部分のブリッジ、すな
わちハンダが複数のリードをショートさせる実装不良や
部品の極性マークの判定が比較的容易である。一方、図
３（ｂ）のごとく落射光６ｂによれば、強いコントラス
ト画像が得られ、立体物の輪郭部分やハンダの傾斜部分
が黒く写る。したがって、部品の位置ずれや欠品の他、
ハンダが正しく部品の電極やリードに付いているかどう
かの判定が比較的容易になる。

【００１５】図４は、外観検査装置の検査前の状態を例
示する。本装置１０は、主に卓上据え置き型の試験ユニ
ット１４およびメインユニット１２で構成される。試験
ユニット１４は、被検査体である基板１の上面を走査す
る走査ユニット１６と、その基板１を把持する支持台２
２とを含む。

【００１６】支持台２２は、レール２３ａ、ｂ上に滑動
自在に載置される。支持台２２は、レール２３ａ、ｂ上
を滑動することによって、試験ユニット１４内の走査ユ
ニット１６下方を往復して通過する。本図に示される支
持台２２は、往復運動の始点および終点に位置する状態
である。この位置は、走査ユニット１６から離れた待機
位置として設定される。この待機位置にて基板１と走査
ユニット１６とのクリアランスが確保されるので、操作
者による基板１の着脱作業が可能である。

【００１７】図５は、外観検査装置の検査中の状態を例
示する。本図は、支持台２２が試験ユニット１４の内部
に収まる方向で駆動するとともに、走査ユニット１６の
下方を通過している状態を示している。

【００１８】なお、本実施形態においては、支持台２２
が往復運動することによって走査ユニット１６のセンサ
が基板１の上面を走査する構成としているが、これを走
査ユニット１６側の機構が往復運動することによって走
査がなされる構成であってもよい。または、支持台２２
がいったん試験ユニット１４の内部に収まった後で、走
査ユニット１６が往復しながら駆動して走査する構成で
あってもよい。いずれにしても、走査ユニット１６およ
び支持台２２が相対的に往復運動することにより走査が
実現されていればよい。

【００１９】図６は、外観検査装置の構成を示す。外観
検査装置１０は、メインユニット１２および試験ユニッ
ト１４を備える。試験ユニット１４の下部には支持台２
２が設けられ、被検査体である基板１が把持されてい
る。支持台２２の端部近傍には、それを駆動するステッ
ピングモータ２０が設けられている。支持台２２は、レ
ール２３上に載置されている。試験ユニット１４の上部
には、走査ユニット１６が設けられている。

【００２０】走査ユニット１６は照明ユニット３０、レ
ンズ３２およびラインセンサ３４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。照明ユニット３
０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３４はライン単位に基板１を走査してその
画像データ５４を出力する。

【００２１】メインユニット１２は、本装置全体を統括
的に制御するもので、ハードウェア的には、任意のコン
ピュータのＣＰＵ、メモリ、その他のＬＳＩで実現で
き、ソフトウェア的にはメモリにロードされた外観検査
機能のあるプログラムなどによって実現されるが、ここ
ではそれらの連携によって実現される機能ブロックを描
いている。したがって、これらの機能ブロックがハード
ウェアのみ、ソフトウェアのみ、またはそれらの組合せ
によっていろいろなかたちで実現できることは、当業者
には理解されるところである。

【００２２】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
をステッピングモータ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によってステッピングモータ２０のステップ制御
がなされ、検査の開始に際し、基板１の端部が走査ユニ
ット１６の下方へ位置するように支持台２２を移動させ
る。以降、１ライン走査されるたびにモータ制御信号５
２によって支持台２２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。

【００２３】基板１全体が１つの画像として記録された
後、ヘッド制御ユニット４０は支持台２２の進行方向を
反転させるとともに、照明ユニット３０の照明状態を切
り替える。これにより、支持台２２が往復する間に異な
る照明状態にて走査された２つの画像を取得できる。た
とえば、往路は第１の試験モードとして側方照明にして
おき、復路を第２の試験モードとして落射照明に切り替
えてもよい。このように、往復運動の往路と復路とで異
なる検査のための画像を取得してもよい。

【００２４】解析ユニット４６は、走査と並行して、ま
たは走査完了後にメモリ４４から画像データ５４を読み
出し、判定基準記憶部４８にあらかじめ記録された判定
基準に照らして、検査項目ごとに合否を判断する。検査
項目として、部品の位置ずれ、欠品、ハンダのヌレの判
定、ハンダブリッジの有無、搭載部品の間違い、極性の
反転の判定などがある。たとえば、落射試験によるハン
ダヌレの判定は、部品の電極の周りに一様に暗い部分が
生じれば合格、電極から離れたところに暗い丸が生じれ
ば不合格とすることができる。後者の場合、ハンダが電
極に載らず、基板１のランドに低い山状に溶けずに残っ
ている可能性が高い。いずれにしても、判定基準記憶部
４８にはあらかじめ検査すべき基板１の部品搭載につい
て、合否に関する判断基準または基準画像が記録され、
実際にラインセンサ３４で取得された画像にそれらの基
準または画像を適用して合否判定が行われる。

【００２５】図７は、走査により得られた画像を例示す
る。図７（ａ）は、往路にて得られた画像の例である。
図７（ｂ）は、復路にて得られた画像の例である。両画
像を比較して明らかなように、ラインセンサによる走査
方法が一定である限り、往路と復路とでは画像における
部品の配置や上下位置などが反転する。そこで、本実施
形態における解析ユニット４６は、往復運動の往路と復
路で反転する画像に対し、反転読出処理を加えて解析す
る。たとえば、復路で得られた図７（ｂ）の画像に反転
処理を加えて図３（ｂ）に示されるような画像に変換し
てから解析してもよい。またたとえば、メモリ４４にお
ける画素アドレスを反転させたアドレスに基づいて読み
出すことにより反転画像を得てもよい。

【００２６】（第２実施形態）本実施形態においては、
支持台２２の往復運動における往路または復路のいずれ
か一方において走査ユニット１６が基板１の上面を走査
する点で、第１実施形態と異なる。そして、１ライン走
査するごとに照明状態を切り替えるインターリーブ方式
を採ることにより、往路または復路だけで２つの異なる
検査を実施してもよい。この方式によれば、第１実施形
態で行われていた反転読出処理が不要となる。

【００２７】以上、本発明を実施の形態をもとに説明し
た。こ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。以下、変形例を挙げ
る。

【００２８】本実施形態においては、支持台２２の往復
運動の始点および終点が同一の位置であったが、変形例
としてはこれらの位置が一致しなくてもよく、さらに始
点および終点からわずかにずれた位置が支持台２２の待
機位置であってもよい。

【００２９】本実施形態においては、外観検査装置１０
を基板生産ラインから外れた場所に設置する場合を主に
説明したが、これを生産ラインに組み込み、一部の製品
を検査する場合に適用してもよい。

【００３０】

【発明の効果】本発明によれば、製造状況に応じてより
柔軟性の高い方法で簡単に基板を検査することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】被検査体の例である基板の外観図である。

【図２】（ａ）、（ｂ）はそれぞれ、側方試験におけ
る側方光、落射試験における落射光およびそれらの反射
光の方向を示す図である。

【図３】（ａ）、（ｂ）はそれぞれ、側方試験、落射
試験において得られる画像の例を示す図である。

【図４】外観検査装置の検査前の状態における外観を
示す図である。

【図５】外観検査装置の検査中の状態における外観を
示す図である。

【図６】実施の形態に係る外観検査装置の構成を示す
機能ブロック図である。

【図７】走査により得られた画像を例示する図であ
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走査ユニット、
２０ステッピングモータ、２２支持台、２３
レール、３０照明ユニット、３４ラインセン
サ。

フロントページの続きＦターム(参考） 2F065 AA07 AA11 AA12 AA56 BB15 BB25 BB26 CC26 CC28 DD06 FF04 HH03 HH13 HH14 JJ02 JJ25 KK01 LL04 LL46 MM03 MM07 PP02 PP12 PP22 QQ24 QQ25 SS04 2G051 AA65 AB14 AC21 BB01 CA03 CB01 DA06 EA11 EA30 EB01 5B047 AA12 BA01 BA04 BB02 BC05 BC09 BC11 BC16 CA12 CA19 5B057 AA03 BA02 CA12 CA16 DA04 DA07 DB02

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】三次元形状を有する被検査体の外観を検
査する装置であって、前記被検査体を走査する走査ユニットと、前記被検査体を把持する支持台と、を含み、前記走査ユニットおよび前記支持台の相対的な往復運動
によって前記走査ユニットのセンサが前記被検査体の上
面を走査し、前記往復運動の始点および終点は前記走査ユニットから
離れた待機位置に設定され、前記待機位置にて前記被検査体と前記走査ユニットとの
クリアランスが確保されて前記被検査体の着脱が自在と
なるように前記走査ユニットおよび前記支持台の位置決
めがなされていることを特徴とする外観検査装置。
【請求項２】前記走査ユニットは、前記往復運動の往
路と復路で異なる照明状態を実現するとともに、それぞ
れの照明状態で異なる検査のための画像を取得すること
を特徴とする請求項１に記載の外観検査装置。
【請求項３】前記走査により取得された画像を解析す
るメインユニットをさらに含み、前記メインユニットは、前記往復運動の往路と復路で反
転する画像に対し、反転読出処理を加えて検査すること
を特徴とする請求項１、２のいずれかに記載の外観検査
装置。
【請求項４】前記走査ユニットは、前記往復運動の往
路または復路のいずれか一方において前記被検査体の上
面を走査することを特徴とする請求項１から３のいずれ
かに記載の外観検査装置。