JP2002277405A - 外観検査方法および装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 被検査体の外観検査に要する時間を短縮す
る。 【解決手段】 外観検査装置１０は、被検査体を走査し
て画像を取得する走査ヘッド１６と、取得された画像を
格納するメモリ４４と、その画像に対し、所定の検査項
目に沿った検査を実施するメインユニット１２と、被検
査体の領域毎に検査のための解像度を記述したファイル
を記憶するファイル記憶部５８とを含み、走査ヘッド１
６は一旦最大解像度にて画像を取得し、取得された画像
がメモリ４４へ格納され、メインユニット１２はファイ
ルをファイル記憶部５８から読み出し、そのファイルの
記述にしたがって領域毎に指定された解像度で検査を実
施する。画像を撮影する回数は被検査体につき１回でよ
い。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、外観検査方法およ
び外観検査装置に関する。とくに、本発明は、被検査体
の外観を撮影して検査する方法、およびその方法を利用
可能な外観検査装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】ＩＴブームを支えるハードウエアは、イ
ンフラとしてのインターネットと、端末としてのＰＣ、
ＰＤＡ、携帯電話などの情報機器に大別することができ
る。後者、すなわち各種端末が爆発的に普及した背景に
は、技術革新による商品の小型化と低価格化の寄与する
ところが大きく、それらを高集積度設計が支えている。

【０００３】高集積度設計を実現する要素には、各種設
計ツールの充実、半導体技術の進歩のほかに、高密度実
装技術が挙げられる。高密度実装のポイントは、製造技
術および検査技術にある。最近、実装密度の高さのため
に、非接触型、とく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。

【０００４】外観検査に画像認識技術を用いるという考
え方自体は非常に古くから知られている。しかし、コン
パクトな基板でも数百から千を超える部品が実装されて
いることが多い今日の状況下、検査画像に求められる解
像度は非常に高い。例えば２０ミクロン前後の解像度を
考える場合、部品の実装に比べて、検査のための時間が
非常に大きくなり、これが激烈な商品開発競争にあっ
て、非常に大きな足かせになりつつある。

【０００５】こうした状況下、本出願人は先に、特開平
８−２５４５００号公報において、ラインセンサを搭載
し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ほか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
のとおりである。

【０００６】いま、図１を被検査体である基板１とす
る。図２（ａ）、図２（ｂ）はそれぞれ側方光６ａと落
射光６ｂの効果を示す。図２（ａ）のごとく、側方光６
ａの反射光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。

【０００７】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。

【０００８】図４は、検査に用いる画像の撮影範囲を示
す。実際に被検査体の検査を行う場合、一般に、被検査
体の種類や検査項目の内容に応じて定められた所定の解
像度にて撮影した画像を用いて検査を行う。すなわち、
部品の位置ずれや欠品の判定など、比較的低解像度の画
像でも判定可能な検査項目については低解像度の画像に
より検査を行い、より詳細な画像が必要な検査項目につ
いては、高解像度の画像により検査を行う。たとえば、
図４において、部品２００の実装状態について試験を行
う場合、欠品や位置ずれの判定には低解像度にて撮影し
た画像２０２を用い、ハンダが正しく電極に付いている
かどうかの判定には中程度の解像度にて撮影した画像２
０４〜２１１を用い、小さなレーザ刻印の付された部品
の品番判定には高解像度にて撮影した画像２１２を用い
る。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】異なる解像度にて複数
の画像を撮影する技術は、たとえば、特許第２５０７９
８８号公報および特許第２５７０６５０号公報に記載さ
れている。しかしながら、異なる解像度にて画像を撮影
するためには、撮影対象部位ごとに撮影装置のズーミン
グおよび合焦処理が必要であり、撮影に時間がかかると
いう問題があった。また、集積化が進むにつれ撮影回数
も増加する一方であり、撮影に要する時間を短縮するた
めの技術が求められていた。

【００１０】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、処理速度と検査精度という、本
来二律背反的な要望を満たすことの可能な外観検査技術
の提供にある。本発明の別の目的は、前述の本出願人に
よる提案技術をさらに改良して提供することにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明のある態様は、外
観検査方法に関する。この方法は、被検査体の上面を一
旦最大解像度にて撮影し、その画像をメモリへ格納する
工程と、被検査体の領域毎に指定された検査のための解
像度を取得する工程と、取得された検査のための解像度
に従い、前記画像をメモリから読み出して領域毎に指定
された解像度にて検査を実行する工程とを含む。

【００１２】異なる解像度の画像により検査を実行する
ために、まず検査に必要な画像の解像度のうち最も高い
解像度またはそれよりも高い解像度にて被検査体の上面
を撮影する。撮影した画像の解像度よりも低い解像度に
て検査を実行する場合は、画素の間引きなどの画像処理
によって解像度の低い画像を生成する。または、画素を
間引きながら直接検査のプロセスに投入してもよい。こ
れにより、解像度を変えて何度も撮影する必要がなくな
り、検査時間を短縮することができる。

【００１３】本発明の別の態様は、外観検査装置に関す
る。この装置は、被検査体を走査して画像を取得する走
査ヘッドと、取得された画像を格納するメモリと、その
画像に対し、所定の検査項目に沿った検査を実施するメ
インユニットと、前記被検査体の領域毎に検査のための
解像度を記述したファイルを記憶するファイル記憶部と
を含み、前記走査ヘッドは一旦最大解像度にて前記画像
を取得し、取得された画像がメモリへ格納され、前記メ
インユニットは前記ファイルをファイル記憶部から読み
出し、そのファイルの記述にしたがって領域毎に指定さ
れた解像度で検査を実施する。

【００１４】上記したように、「最大解像度」は、検査
に必要な解像度のうち最高のもの、またはそれ以上の任
意の値に設定される。外観検査装置の撮影可能な解像度
が一種のみであったとしても、その解像度が検査に必要
な解像度よりも高ければ足りる。こういった場合も、
「最大解像度」という語を用いる。

【００１５】前記走査ヘッドは一次元センサを有し、こ
の一次元センサを駆動して被検査体の上面全体にわたる
画像を取得し、前記メモリには被検査体の上面の画像が
一枚を単位として保存されてもよい。解像度を変えずに
一旦一枚の画像を取得してしまう方針に対し、一次元セ
ンサによる被検査体の全面走査は当然ながらマッチング
がよい。

【００１６】なお、以上の構成要素の任意の組合せ、本
発明の表現を装置、方法、システム、コンピュータプロ
グラム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。

【００１７】

【発明の実施の形態】図５は、実施の形態に係る外観検
査装置１０の構成を示す。この装置は、被検査体の検査
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
ンセンサによる走査方向と垂直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
次元運動で検査が完了する。このとき、外観検査装置１
０は、被検査体の上面全体を一旦最大解像度にて一枚の
画像として撮影する。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。

【００１８】図５のごとく、外観検査装置１０は、本装
置全体を統括的に制御するメインユニット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。

【００１９】走査ヘッド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３０
は、後述の落射照明源、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。

【００２０】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。以下、
この位置を「スタート位置」という。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。こうして、メモリ４４には
被検査体の上面の画像が一枚を単位として保存される。
試験ユニット１４が複数の解像度にて撮影可能に構成さ
れている場合は、メインユニット１２は、撮影に先立っ
て検査に必要な最大解像度にて撮影するよう設定する。

【００２１】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、ファイル記憶部５８に格納された画像領域と解像
度とを用いて判定に必要な画像を生成し、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。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。例えば、落射試
験によるハンダヌレの判定は、部品の電極のまわりに一
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
で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には予め検査すべき基板１の部品実
装について、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。

【００２２】ファイル記憶部５８は、被検査体の領域毎
に検査のための解像度を記述したファイルを記憶する。
図８は、その構成例であり、開始座標欄３００、高さ欄
３０２、幅欄３０４、解像度欄３０６、および画像番号
欄３０８が設けられている。開始座標欄３００、高さ欄
３０２、および幅欄３０４は、走査ヘッド１６により撮
影された撮影画像のうち、検査に必要な検査画像の領域
を規定する。解像度欄３０６は、その検査画像の解像度
を規定する。たとえば、画像番号２０２の検査画像は、
撮影画像の座標（０，０）を起点に、高さ１０ｍｍ、幅
１０ｍｍの領域を切り取り、その領域を解像度１０ピク
セル／ｍｍに変換した画像であることが規定されてい
る。解析ユニット４６は、この情報に基づいて、撮影画
像の所定領域をメモリ４４から読み出し、必要であれば
画素を間引くなどの処理により解像度を低くして検査画
像を生成し、その検査画像を用いて合否判定を行う。

【００２３】図６は試験ユニット１４の斜視図、図７は
試験ユニット１４を走査方向１１０から見た模式図であ
る。照明ユニット３０は落射照明源１００と側方照明源
１０２を有し、これらがハーフミラー１０８を取り囲ん
でいる。落射照明源１００とハーフミラー１０８にはレ
ンチキュラーシート１０６が間挿され、落射光はレンチ
キュラーシート１０６、ハーフミラー１０８を通過して
基板１の検査面へ入射角がほぼゼロで投じられる。側方
照明源１０２の下にはアクリルシート１０４が設けられ
る。この実施の形態では落射照明源１００に幅をもたせ
ており、基板１が反ったときでも入射角がゼロになるよ
うな落射光成分が存在するよう配慮している。

【００２４】図７のごとく、落射照明源１００は中央か
らふたつのサブ基板１００ａ、１００ｂに分かれ、それ
ぞれ走査方向１１０にＬＥＤ（発光ダイオード）群１２
０をもつ。これらのサブ基板１００ａ、１００ｂは微妙
に内側を向け合う形で接続され、それぞれのＬＥＤ群１
２０が効率的に検査中のライン１１２へ落射光を投ずる
配置とされている。一方、ふたつの側方照明源１０２は
ＬＥＤ群１２０をもち、落射照明源１００同様、前記ラ
イン１１２へ効率的に側方光を投ずるよう傾斜がつけら
れている。前記ライン１１２からの反射光はハーフミラ
ー１０８で反射し、レンズ３２へ向けられる。これを図
６で示せば、落射照明源１００内のある点Ｐからの落射
光Ｌ１は基板１上の点Ｑ付近で反射し、反射光Ｌ２がハ
ーフミラー１０８で再度反射し、その反射光Ｌ３がレン
ズ３２へ入射する。なお、落射照明源１００の中央に近
い２列のＬＥＤ群１２０と、それ以外ＬＥＤ群１２０
は、それぞれ独立に点灯制御可能なよう、図示しない電
源が別系統になっている。

【００２５】アクリルシート１０４は、側方照明源１０
２からの側方光を拡散する。側方照明源１０２は点光源
であるＬＥＤの集合体であるため、拡散作用がないと、
スポット的な光が画像データへ写り込んで検査精度に悪
影響を及ぼす懸念がある。一方、レンチキュラーシート
１０６は、走査方向１１０について落射光を基板１に垂
直な成分に絞り込むよう作用する。なお、落射光に関す
る拡散作用はレンチキュラーシート１０６によって実現
される。

【００２６】図６または図７の状態で１ライン分の画像
データが取り込まれると、走査ヘッド１６はガイド１８
によって駆動方向１１４へ１ライン分送り出される。以
降同様の処理を繰り返すことにより、基板１全面にわた
る画像データが取得される。

【００２７】以上、外観検査装置１０の構成を説明し
た。つづいて、以上の構成による外観検査装置１０の動
作について説明する。

【００２８】図９は、本実施形態に係る外観検査方法を
示すフローチャートである。まず、試験ユニット１４に
より最大解像度にて被検査体の上面を撮影し、メモリ４
４へ格納する（Ｓ１００）。このとき、落射照明源１０
０による画像と、側方照明源１０２による画像とが撮影
される。つづいて、解析ユニット４６は、被検査体の領
域毎に指定された検査のための解像度をファイル記憶部
５８から取得し（Ｓ１０２）、その情報に基づいて、撮
影画像をメモリ４４から読み出して検査画像を生成し
（Ｓ１０４）、その検査画像により検査を実行する（Ｓ
１０６）。検査が終了するまでは（Ｓ１０８のＮ）、Ｓ
１０２からＳ１０６のステップを繰り返して検査を続け
る。検査は、その内容に応じて、落射照明源１００によ
る画像および側方照明源１０２による画像の双方により
実施されてもよいし、どちらか一方により実施されても
よい。

【００２９】上記の方法によれば、異なる複数の解像度
の画像が必要な検査であっても、解像度を変えて複数回
撮影する必要がなく、検査時間を短縮することができ
る。

【００３０】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。例え
ば、実施の形態では、被検査体として基板１を考えた
が、外観検査装置１０の適用はそれには限られない。例
えば、ＢＧＡ（Ball Grid Array）タイプのＬＳＩのピ
ンの検査をはじめ、複数の解像度の画像を用いた検査に
広く適用できる。

【００３１】

【発明の効果】本発明によれば、検査時間の短い外観検
査技術を提供することができる。

【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】 図２（ａ）、図２（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】 図３（ａ）、図３（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】 外観検査に用いる画像の範囲を示す図であ
る。

【図５】 実施の形態に係る外観検査装置の全体構成図
である。

【図６】 実施の形態に係る試験ユニットの詳細斜視図
である。

【図７】 照明ユニットを含む走査ユニットの側面図で
ある。

【図８】 ファイル記憶部の内部データを示す図であ
る。

【図９】 実施の形態に係る外観検査方法の手順を示す
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、 １６ 走査ヘッド、 ４４ メモリ、 ５８
ファイル記憶部。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 被検査体の上面を一旦最大解像度にて撮
   影し、その画像をメモリへ格納する工程と、 被検査体の領域毎に指定された検査のための解像度を取
   得する工程と、 取得された検査のための解像度に従い、前記画像をメモ
   リから読み出して領域毎に指定された解像度にて検査を
   実行する工程と、 を含むことを特徴とする外観検査方法。
2. 【請求項２】 被検査体を走査して画像を取得する走査
   ヘッドと、 取得された画像を格納するメモリと、 その画像に対し、所定の検査項目に沿った検査を実施す
   るメインユニットと、 前記被検査体の領域毎に検査のための解像度を記述した
   ファイルを記憶するファイル記憶部とを含み、 前記走査ヘッドは一旦最大解像度にて前記画像を取得
   し、取得された画像がメモリへ格納され、前記メインユ
   ニットは前記ファイルをファイル記憶部から読み出し、
   そのファイルの記述にしたがって領域毎に指定された解
   像度で検査を実施することを特徴とする外観検査装置。
3. 【請求項３】 前記走査ヘッドは一次元センサを有し、
   この一次元センサを駆動して被検査体の上面全体にわた
   る画像を取得し、前記メモリには被検査体の上面の画像
   が一枚を単位として保存されることを特徴とする請求項
   ２に記載の装置。