JP2002310934A - 外観検査装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 検査を効率よく行うことのできる技術、およ
び取り込む画像の精度を向上し、検査精度を向上する技
術を提供する。 【解決手段】 被検査体の走査前の待機状態において走
査ヘッド１６に対向する位置にシェーディング補正用の
シート６０を設け、このシート６０と被検査体の搭載面
２２との間に、その被検査体が通過するために必要十分
なクリアランスを設ける。シート６０を利用することに
よりシェーディング補正を行うことができる。このシー
ト６０は被検査体１の通過を妨げない。

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。この発明はとくに、被試験体を走査して画像を
取得し、これをもとに外観検査を行う外観検査装置に関
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】

【発明が解決しようとする課題】製造工程においては、
例えばコンベアにより基板を流し、部品を高速実装して
いる。検査工程は一般に、製造工程に流れたすべての基
板を対象とする。このため、製造工程のなかに検査工程
を組み込むことが製造効率やコストの点から好ましい。
また、検査工程自体においても検査効率と精度の向上に
対する要望は厳しくなっている。

【０００９】外観検査では、例えば、画像を取り込むた
めにＣＣＤセンサを用いるが、このとき温度ドリフトそ
の他の要因による取込み画像の歪みが問題になる。光学
系、すなわち、レンズ、ミラー等の汚れや曇りも当然に
好ましくない。

【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、検査効率の改善と検査精度の向
上の両面でメリットのある外観検査技術、およびそのた
めの要素技術の提供にある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明のある態様は外観
検査装置に関する。この装置は、一次元センサを含む走
査ヘッドで被検査体を走査して画像を取得し、これをも
とに外観検査を行うものであり、被検査体の走査前の待
機状態において走査ヘッドに対向する位置に色バランス
補正、例えばシェーディング補正用のシートを設け、こ
のシートと被検査体の搭載面との間に、その被検査体が
通過するために必要十分なクリアランスを設けたことを
特徴とする。シェーディング補正用シートの一例は基準
白色板である。一次元センサはＣＣＤセンサ、その他任
意の画像取得センサである。この装置によると、シート
を利用することにより色バランス補正を行うことができ
るとともに、このシートは被検査体の通過を妨げない。
したがって、被検査体と装置本体が相対移動する検査に
も好都合である。

【００１２】被検査体の走査に先立って色バランス補正
を実施するときシートが搭載面により近い位置に移動
し、被検査体の走査が始まるときにはクリアランスを保
つ位置に移動するよう、シートの高さ調整機構を設けて
もよい。「搭載面により近い位置」の例として、被検査
体の画像を結像するレンズの焦点位置であってもよい。
この構成によると、被検査体の通過面またはそれに近い
位置で色バランス補正を行うことができる。また、シー
トがクリアランスを保つ位置にあるとき、そのシートに
よって走査ヘッドの開口部、又は前記走査ヘッドの最も
外側の光透過部がふさがれるよう構成してもよい。

【００１３】この構成によると、走査ヘッド内への塵埃
の進入、又は光透過部への塵埃の付着を防ぐ効果が期待
できる。後者の場合さらに、光透過部に接触するシート
の面に、光透過部を走掃するブラシ様の部材を取り付け
てもよく、これにより積極的に塵埃を除去してもよい。

【００１４】なお、以上の構成要素の任意の組合せ、本
発明を方法やシステムとして表現したものもまた、本発
明の態様として有効である。

【００１５】

【発明の実施の形態】図４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被検査体を流すことで
順次ラインごとの画像がえられる。

【００１６】図４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の下部にはコ
ンベア２２が設けられ、被検査体である基板１が把持さ
れた状態で、例えば、他の工程から一定の速度で流れて
くるようになっている。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。図中において、位置α１は検査前の待機
状態における走査ヘッド１６の位置（以下、待機位置と
いう）を示し、位置α２は検査時における走査ヘッド１
６の位置（以下、検査位置という）を示す。

【００１７】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
ラーで反射してレンズ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を出力する。

【００１８】試験ユニット１４には、待機位置α1にあ
る走査ヘッド１６と対向する位置にシェーディング補正
用の基準白色板であるシート６０が設けられている。シ
ート６０は、シート調整機構６２に接続されている。シ
ート調整機構６２は、シート６０を、コンベア２２に搭
載された基板１が通過するために十分なクリアランスを
設けた位置（図中β１：以下、シート待機位置という）
と、レンズ３２の焦点位置又はその近傍の位置（図中β
２：以下、補正位置という）とに移動させる。

【００１９】メインユニット１２のヘッド制御ユニット
４０は、シェーディング補正をするとき、モータ制御信
号５２によってモータ２０を制御して走査ヘッド１６を
待機位置α１に維持し、シート調整信号５８をシート調
整機構６２に出力してシート６０を補正位置β２に移動
させる。ヘッド制御ユニット４０は、照明制御信号５０
を照明ユニット３０へ出力し、シェーディング補正のた
めの点灯状態を制御する。これにより、シェーディング
補正に必要な情報が取得される。すなわち、照明がつい
ているときに得られた画像データをもとに白バランスの
ための補正値が取得され、照明が消えているときに得ら
れた画像データをもとに黒バランスのための補正値が取
得される。

【００２０】一方、外観検査を行うとき、ヘッド制御ユ
ニット４０はモータ制御信号５２によってモータ２０を
制御して走査ヘッド１６を検査位置α２に移動させ、シ
ート調整信号５８をシート調整機構６２に出力してシー
ト６０をシート待機位置β１に移動させる。ヘッド制御
ユニット４０は、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、処理指示信号５
６をメモリ制御ユニット４２へ出力する。処理指示信号
５６を参照し、メモリ制御ユニット４２はメモリ４４へ
の画像データの書込を制御し、以降、画像データがライ
ン単位で記録されていく。

【００２１】検査対象物の画像取得が完了した後、解析
ユニット４６は、メモリ４４からその画像データを読み
出し、先に得られた補正値をもとにシェーディング補正
を加味し、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。

【００２２】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。

【００２３】図５は、試験ユニット１４の詳細斜視図、
図６は、実施の形態に係る試験ユニット１４を走査方向
１１０から見た側面図である。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、検査時においては、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。なお、落射照
明を用いる試験を落射試験といい、側方照明を用いる試
験を側方試験という。

【００２４】図６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３列のＬＥＤ（発光ダイオード）
群１２０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ＬＥ
Ｄ群１２０が効率的に検査中のラインへ落射光を投ずる
配置とされている。一方、ふたつの側方照明源１０２は
それぞれ４列のＬＥＤ群１２０をもち、落射照明源１０
０同様、前記ライン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。なお、
落射照明源１００の中央に近い２列のＬＥＤ群１２０
と、それ以外の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５および図６に示すように、シート６０
は、シート待機位置β１において、２つのアクリルシー
ト１０４間に形成されている開口部１１２をふさぐ。こ
れにより、開口部１１２から走査ヘッド１６内に進入す
る塵埃を低減する作用がある。

【００２７】図７（ａ）、図７（ｂ）はそれぞれ、落射
試験、側方試験の際の照明の点灯または消灯状態を示す
図である。落射試験の際、落射照明源１００全体が点灯
され、落射光１６０が基板１の垂直上方から投じられ
る。一方、側方試験の際、側方照明源１０２全体を点灯
して側方光１６２を投ずると同時に、落射照明源１００
の外側のＬＥＤ群１２０を点灯させ、補助光１６４を投
じている。

【００２８】図８は、落射試験と側方試験とをインター
リーブして行う処理動作を示すフローチャートである。
ここでは、落射光の点灯と側方光および補助光の点灯を
インターリーブして行い、基板１が走査ヘッド１６下を
通過する間に落射試験用と側方試験用の両方の画像を個
別かつ一度に形成する。なお、このために、外観検査装
置１０による画像解像度は十分に高く、前記画像をそれ
ぞれ１ラインおきに取得しても十分検査目的に耐えるも
のとする。

【００２９】まず、走査ヘッド１６を待機位置α１に位
置させ、シート６０を補正位置β２に位置させ、シェー
ディング補正のための補正値取得処理を行う（Ｓ１
０）。まず光を照射しない状態でシート６０の画像デー
タをメモリ４４に書き込み、黒バランスのための補正値
を得る。つぎに、落射光のもとシート６０の画像データ
をメモリ４４に書き込み、また側方光と補助光のもと同
様の処理をし、これらをもとに落射試験時と側方試験時
における白バランスの補正値を得る。

【００３０】次いで、走査ヘッド１６を検査位置α２に
位置させ、シート６０をシート待機位置β１に位置させ
る（Ｓ１２）。そして、コンベア２２上を流れてくる基
板１が所定の位置にくるまで待機し（Ｓ１４）、基板が
所定の位置にきたとき（Ｓ１４のＹ）落射光のもと１ラ
インの走査が実施され（Ｓ１６）、その画像データがメ
モリ４４へ書き込まれる（Ｓ１８）。そして、基板のエ
ンド位置であるか否かが判定される（Ｓ２０）。エンド
位置でなければ（Ｓ２０のＮ）、側方試験モードへ切替
が行われ（Ｓ２２）、側方光と補助光のもと、次の１ラ
インの走査、メモリ４４への書込（Ｓ１６、Ｓ１８）が
行われる。基板の検査すべきエンド位置にくるまでＳ１
６からＳ２２の処理は繰り返され、奇数ラインの画像は
落射光によって形成される一方、偶数ラインの画像は側
方光および補助光によって形成される。

【００３１】基板１がエンド位置にくれば、処理はＳ２
０のＹからＳ２４へ進み、Ｓ２４では、各項目に関する
検査が行われる。解析ユニット４６はメモリ４４から落
射試験時に得られた画像を読み出し、落射試験に対応す
るシェーディング補正値を考慮した後、落射試験項目を
検査する。つづいて側方試験時に得られた画像を読み出
し、側方試験に対応するシェーディング補正値を考慮し
た後、側方試験項目を検査する。

【００３２】つづいて、検査処理を終了するか否かが判
断され（Ｓ２６）、終了する場合（Ｓ２６のＹ）、走査
ヘッド１６を待機位置α１に移動させて一連の処理を終
了する。この際、シート６０は、走査ヘッド１６の開口
部１１２を覆う。

【００３３】コンベア２２上を流れてくる後続の基板１
に対する検査処理を続ける場合（Ｓ２６のＮ）、所定時
間が経過しているか否かを検出し（Ｓ３０）、経過して
いる場合（Ｓ３０のＹ）、ラインセンサ３４に温度ドリ
フトが発生している等、シェーディング補正を再度行う
ことが好ましい状況が考えられるので、走査ヘッド１６
を待機位置α１に移動させてシェーディング補正用のデ
ータ取得処理（Ｓ１０）を実行し、Ｓ１２以降の処理を
行う。一方、所定時間経過していない場合（Ｓ３０の
Ｎ）には新たなシェーディング補正用のデータ取得処理
が必要ないとして、Ｓ１４からＳ２４の処理を行う。た
だし、当然ながらすべての基板についてシェーディング
補正用のデータを取得してもよい。

【００３４】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。

【００３５】実施の形態では、白黒画像についてのシェ
ーディング補正を行うようにしていたが、本発明はこれ
に限られず、カラー画像のシェーディング補正を行うよ
うにしてもよい。また、シェーディング補正にかぎら
ず、任意の手法の色バランス補正をしてもよい。色バラ
ンス補正は、光学系の機構的な調整でもよいし、画像処
理系の信号補正であってもよいし、その他、結果的に色
の調整ができるものであれば、任意であってよい。

【００３６】また、上記実施形態では、走査ヘッド１６
が開口部１１２を有する構成であったために、待機位置
において、シート６０により開口部１１２をふさいだ
が、例えば、走査ヘッド１６が最も外側をガラス等の光
透過部で囲った構成である場合、この光透過部にシート
６０を当接してもよい。

【００３７】実施の形態では、検査を行う際に、メモリ
４４に格納した基板１の画像データに対してシェーディ
ング補正を加味し、その画像データを利用して検査を行
うようにしていたが、本発明はこれに限られず、ライン
センサ３４から取得された基板１の画像データに対して
シェーディング補正を行った後、メモリ４４に格納する
ようにしてもよい。

【００３８】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ＬＳ
Ｉのピンの検査をはじめ、落射試験と側方試験の組合せ
に意味のある検査に広く適用できる。

【００３９】

【発明の効果】本発明によれば、外観検査の効率または
精度を改善することができる。

【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】 実施の形態に係る外観検査装置の全体構成図
である。

【図５】 実施の形態に係る試験ユニットの詳細斜視図
である。

【図６】 実施の形態に係る試験ユニットの側面図であ
る。

【図７】 図７（ａ）、図７（ｂ）はそれぞれ、落射試
験、側方試験の際の照明の点灯または消灯状態を示す図
である。

【図８】 落射試験と側方試験とをインタリーブして行
う処理動作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、
４０ ヘッド制御ユニット、 ４４ メモリ、４６ 解
析ユニット、 ６０ シート 、 ６２ シート調整機
構 、 １００ 落射照明源、 １０２ 側方照明源、
１１０ 走査方向、 １１２ 開口部。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 2G051 AA61 AA65 AB14 BA01 BB01 BB11 BB20 CA03 CB01 CD07 DA06 EA14 EA30 EB01 5B047 AA12 AB04 BA01 BB02 BC05 BC09 BC11 BC14 DA04 5C072 AA01 BA04 BA05 CA02 DA02 DA05 DA12 DA21 DA23 EA05 RA15 UA02

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 一次元センサを含む走査ヘッドで被検査
   体を走査して画像を取得し、これをもとに外観検査を行
   う装置において、 被検査体の走査前の待機状態において走査ヘッドに対向
   する位置に色バランス補正用のシートを設け、このシー
   トと被検査体の搭載面との間に、その被検査体が通過す
   るために必要十分なクリアランスを設けたことを特徴と
   する外観検査装置。
2. 【請求項２】 被検査体の走査に先立って色バランス補
   正を実施するとき前記シートが前記搭載面により近い位
   置に移動し、被検査体の走査が始まるときには前記クリ
   アランスを保つ位置に移動するよう、シートの高さ調整
   機構を設けた請求項１に記載の装置。
3. 【請求項３】 前記シートが前記クリアランスを保つ位
   置にあるとき、そのシートによって前記走査ヘッドの開
   口部、又は前記走査ヘッドの最も外側の光透過部がふさ
   がれるよう構成した請求項１、２のいずれかに記載の装
   置。