JP2004296564A - 検出装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】従来のプリント基板実装検査装置の最大の短所であったユーザ教示作業の負荷と困難を解消するための装置を提供する。
【解決手段】実装異常検出装置は、プリント基板への部品実装品質検査を、基準プリント基板画像と検体プリント基板画像との差分画像処理を行い、両画像の異同箇所画像のうち、シルク印刷等の定型パタンのずれによる異同箇所を除外する画像処理を施すことによって、部品実装異常箇所のみを選択的に抽出して、検査領域教示というユーザ負荷の不要化を実現する。
【選択図】 図１
【解決手段】実装異常検出装置は、プリント基板への部品実装品質検査を、基準プリント基板画像と検体プリント基板画像との差分画像処理を行い、両画像の異同箇所画像のうち、シルク印刷等の定型パタンのずれによる異同箇所を除外する画像処理を施すことによって、部品実装異常箇所のみを選択的に抽出して、検査領域教示というユーザ負荷の不要化を実現する。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明が属する技術分野】
本発明は、エレクトロニクス工場等において、プリント基板上の部品の実装異常を自動的に検出する実装異常検出装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電子部品を搭載したプリント基板の組立品質検査の自動化に関しては、多くの種類の検査装置が開発され、すでにエレクトロニクス製造現場で利用されている。
【０００３】
しかしながら従来の検査装置は、ユーザが使用する場合のヒューマンインタフェースの点で大きな問題があった。それは、基板の種類ごとにユーザが検査データを作成し、検査機に教示する作業であって、１機種に対して、数百から数千箇所の検査領域の設定と、判定基準の調整を要することである。２電極のチップ部品では通常、はんだ検査用に２領域、部品搭載検査用に１領域で、計３領域の設定・調整を要し、またコネクタやＩＣのような多電極部品では、１部品につき数領域の設定・調整が必要である。したがって通常、搭載部品数の数倍の検査領域の教示が必要になっている。
【０００４】
非常に多くの基板では、数百から１千を超える部品が搭載されているので、教示すべき検査領域数は１千〜数千となる。連日数種の基板を組立てる製造ラインでは、この作業をのべつ実行する必要があり、多種少量生産ラインで自動検査機が使用できない、大きな原因となっている。
【０００５】
１つの検査領域の良否判定基準の調節はさらに困難で、専属の技術者がいない中小規模の製造現場では、パートタイマによる取扱いはほとんど不可能である。
【０００６】
これらが、プリント基板実装検査機の普及を妨げている最大の要因であることは、すでに広く認められてきている事実である。実際、年間普及台数がチップマウンタやリフロー炉のようなプリント基板実装装置に較べて約一割と低い現状である。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
そこで本発明は、プリント基板種ごとの検査領域の設定と検査領域ごとの良否判定基準の添付及び調整という、ユーザインタフェース上の重大な課題である教示の問題を解決しようとしている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するために、本発明の請求項１記載の実装異常検出装置は、検査対象領域（即ちウィンドウ）教示の不要化を実現した部品実装基板の実装異常検出装置であって、
対象基板データを教示する教示手段と、
部品実装基板を撮像してその画像を獲得する撮像手段と、
部品実装基準基板の画像を保存する保存手段と、
撮像手段が獲得した検体基板画像と基準基板の保存画像との差分画像処理を行い、差分画像上の異同箇所から定型パタンのずれに基づく異同箇所を除去し、実装異常箇所を抽出する画像抽出手段と、
実装異常箇所に座標値を添付して報告する報告手段とを備えることを特徴としている。
【０００９】
この実装異常検出装置は、基準基板の画像を保存し、検体基板画像との差分画像から両基板の異同箇所を見出し、それらの異同箇所から、実装品質に無関係な定型パタンのずれに基づく異同箇所を排除して、実装異常個所のみを抽出することによって、検査対象領域を指定する教示の不要化を実現している。
【００１０】
また、請求項２記載の実装異常検出装置は、撮像手段が、ピクセル配置がＸ軸方向に沿う１次元イメージセンサ及び、Ｘ軸に直交するＹテーブルを備え、基板あるいはセンサを相対的にＹ軸移動し、部品実装基板を撮像してその全面画像を獲得することを特徴としている。
【００１１】
更に、請求項３記載の実装異常検出装置は、教示手段が、対象基板データと撮像視野を教示し、撮像手段が、２次元イメージセンサ及びＸＹテーブルを備え、基板あるいはセンサを相対的にＸＹ移動し、部品実装基板を撮像してその全視野画像を獲得することを特徴としている。
【００１２】
更に、請求項４記載の実装異常検出装置は、検査対象領域（即ちウィンドウ）教示の不要化を実現した部品実装基板の実装異常検出装置であって、
照明手段と、
対象基板データと撮像傾斜角及び対象方位角を教示する教示手段と、
ピクセル配置がＸ軸方向に沿う１次元イメージセンサの前方に傾斜角可変のミラー装置と、基板を水平回転するターンテーブルと、ターンテーブルをＸ軸に直交するＹ方向に移動するＹテーブルとを備え、教示された方位角の基板に対して教示された撮像傾斜角で基板をＹ軸移動して部品実装基板を撮像し、その全面画像を獲得する撮像手段と、
部品実装基準基板の画像を保存する保存手段と、
撮像手段が獲得した検体基板画像と基準基板の保存画像との差分画像処理を行い、差分画像上の異同箇所から定型パタンのずれに基づく異同箇所を除去し、実装異常箇所を抽出する画像抽出手段と、
実装異常箇所に座標値を添付して報告する報告手段と
を備えることを特徴としている。
【００１３】
この実装異常検出装置は、１次元イメージセンサによって対象を上方から垂直の角度でも、斜めの角度でも撮像でき、部品有無や姿勢の平面視検査とはんだ付の立体視検査という複合検査の実行を可能にしている。
【００１４】
更に、請求項５記載の実装異常検出装置は、画像抽出手段が、基準基板と検体基板の差分画像から画素近傍の明度差境界連結性を検出し、基板上に描かれた定型パタンのずれに基づく異同箇所を抽出するアルゴリズムを備えることを特徴としている。
この実装異常検出装置は、実装異常箇所に無関係な差画像異同箇所を排除し、部品実装異常箇所のみの選択的抽出を可能にしている。
【００１５】
更に、請求項６記載の実装異常検出装置は、前記照明手段が、複数の色相光源を備え、前記画像抽出手段が、基準基板と検体基板の差分画像から基板上に描かれた定型パタンのずれによる異同箇所を、色相に基づいて特定してこれを除去するアルゴリズムを備えることを特徴としている。
【００１６】
この実装異常検出装置は、実装異常箇所に無関係なシルク印刷パタンのずれによる差画像異同箇所を排除し、部品実装異常箇所のみの選択的抽出を可能にしている。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を実施の形態に基いて詳細に説明する。
【００１８】
まず、第１の実施の形態に係る実装異常検出装置について、その全体構成図（図１）を参照しつつ、具体的な構成及び動作について説明する。
【００１９】
図１において、プリント基板１上には電子部品２が搭載され、このプリント基板１は、Ｙテーブル３に保持されている。
【００２０】
プリント基板１の上方には、１次元イメージセンサカメラ４と照明装置５が配置されている。１次元イメージセンサカメラ４はラインＣＣＤカメラであって、ピクセル配列がプリント基板１のＸ軸に沿うように設置されている。そこで、プリント基板１のＹ方向移動で、プリント基板１の全景を撮像するようにしている。
【００２１】
１次元イメージセンサカメラ４は、制御装置６に接続され、制御装置６は、１次元センサ撮像ユニット７、画像データ保存ユニット８、画像抽出演算ユニット９、及びシステム全体を制御する統合システム制御ユニット１０を有し、各ユニット７，８，９、及び１０は、バス１５を通じてデータの交換を行う。
【００２２】
また、制御装置６には、教示データ等の入力を行う入力ユニット（入力手段）１１と、検査結果等を印字する出力ユニット１２と、外部装置との間でデータ送受を行う通信ユニット１３と、画像や検査結果等を表示する表示ユニット１４が接続されている。
【００２３】
次に、図２のフロー図に従って、この実施形態になる実装異常検出装置の教示ステップを説明する。まず基準とするプリント基板１をテーブルに装填し（ＳＴ１）、プリント基板種のデータを教示し（ＳＴ２）、その後基準プリント基板をＹ軸移動して１次元イメージセンサカメラ４で撮像する（ＳＴ３）。獲得した基準プリント基板の全面画像を、画像データ保存ユニット８に保存する（ＳＴ４）。
【００２４】
次に、この実施形態の実装異常検出装置における自動検査の動作を、図３のフロー図に沿って説明する。
【００２５】
まず、図１において検体プリント基板１をＹテーブル３に装填し（ＳＴ１１）、検体プリント基板種のデータを入力するか又は読取ると（ＳＴ１２）、制御装置６の指令で検体プリント基板１をＹ軸移動し、１次元センサ撮像ユニット７の制御によって１次元イメージセンサカメラ４がプリント検体基板１の全面を撮像し（ＳＴ１３）、獲得した画像データを画像データ保存ユニット８に保存する（ＳＴ１４）。
【００２６】
ただし、前ステップ１３で画像を取込みながら次ステップ１５の画像処理を行うようにすることも可能であり、その場合にはこの画像保存ステップ１４は省略される。
【００２７】
そこで画像抽出演算ユニット９が、画像データ保存ユニット８に保存されている基準プリント基板画像と検体プリント基板画像の差分画像処理を行い（ＳＴ１５）、差分画像データから定型パタンのずれに基づく異同箇所の除去演算を行う（ＳＴ１６）。
【００２８】
プリント基板上の定型パタンには、多くの場合、回路パタンとシルク印刷パタンがある。このうち回路パタンは、高精度で描かれており、２枚の基板の差分画像におけるずれは、パタン自体のずれではなく、プリント基板装填の機械的ずれに基づく。したがって、回路パタンのずれは、そのいずれかの箇所を基準点として指定すれば、装填位置ずれは容易に補正できる。
【００２９】
一方シルク印刷パタンは、印刷位置の精度がたいへん低いので、２枚の基板の差分画像において装填位置ずれが完全に補正されても、なお差分即ち異同箇所として検出されてしまう。
【００３０】
基準基板画像と検体基板画像の異同から、実装異常箇所を特定しようとする場合、シルク印刷パタンずれ部分を除去できなければ、部品実装の異常箇所を検出できない。そこで本発明になる画像抽出演算ユニット７は、基準基板と検体基板の差分画像から複数の画素に亘る連続パタンを検出する画像処理アルゴリズムを備えることによって、シルク印刷パタンずれを含む定型パタンずれに基づく異同箇所を特定している。
【００３１】
このアルゴリズムは、プリント基板撮像によって得られる画像上の様々な部分画像のうち、実装品質に関係する画像、即ち部品の有無、間違い、ずれ、はんだの有無、はんだ量、はんだ形状などの画像には、複数画素にまたがる連続パタンがないことに基づいている。一方、人工的に描かれたパタンは画素連続のパタンであるので、この画像特徴の差異を検出して、定型パタンずれに基づく異同箇所を実装品質と無関係の箇所として除外している。
【００３２】
また１次元イメージセンサカメラ４をカラーイメージセンサカメラとし、照明装置５が、異る色相の複数光源を備えることにより、シルク印刷パタンのみをカラー識別処理によって抽出し、除外するようにすることも可能である。
【００３３】
この場合、対象の有色部分はスペクトル吸収によってそれぞれ特有の色相を呈し、金属反射部分は光源の色相をそのまま反射するが、白色シルクパタン部分は光源色相の合成スペクトル光を反射するので、色相によってシルクパタン部分を抽出することができる。
【００３４】
このようにして定型パタンに基づくものではないとされた異同箇所を、部品実装異常箇所として座標付けし（ＳＴ１７）、検査結果を報告すると共に部品実装異常箇所を表示ユニット１４に表示し、プリント基板をＹテーブルから除去する（ＳＴ１８）。
【００３５】
次に、この発明の第２の実施の形態に係る実装異常検出装置について、その全体構成図（図４）を参照しつつ、具体的な構成及び動作について説明する。
【００３６】
図４において、プリント基板１上には電子部品２が搭載され、このプリント基板１は、まずＸＹテーブル３に装填される。
【００３７】
プリント基板１の上方には、２次元イメージセンサカメラ４と照明装置５が配置されている。２次元イメージセンサカメラ４はエリアＣＣＤカメラである。
【００３８】
２次元イメージセンサカメラ４は、制御装置６に接続され、制御装置６は、２次元センサ撮像ユニット７、画像データ保存ユニット８、画像抽出演算ユニット９、及びシステム全体を制御する統合システム制御ユニット１０を有し、各ユニット７，８、９、及び１０は、バス１５を通じてデータの交換を行う。
【００３９】
また、制御装置６には、教示データ等の入力を行う入力ユニット（入力手段）１１と、検査結果等を印字する出力ユニット１２と、外部装置との間でデータ送受を行う通信ユニット１３と、画像や検査結果等を表示する表示ユニット１４が接続されている。
【００４０】
次に、図５のフロー図に従って、第２の実施形態になる実装異常検出装置の教示ステップを説明する。まず基準とするプリント基板１をＸＹテーブル３に装填し（ＳＴ２１）、プリント基板種のデータと撮像視野を教示し（ＳＴ２２）、その後基準プリント基板をＸＹ移動して教示された視野を２次元イメージセンサカメラ４で撮像する（ＳＴ２３）。獲得した基準プリント基板の全視野の画像を、画像データ保存ユニット８に保存する（ＳＴ２４）。
【００４１】
次に、この実施形態の実装異常検出装置における自動検査の動作を、図６のフロー図に沿って説明する。
【００４２】
まず、図４において検体プリント基板１をＸＹテーブル３に装填し（ＳＴ３１）、検体プリント基板種のデータを入力するか又は読取ると（ＳＴ３２）、制御装置６の指令により検体プリント基板１をＸＹ移動し、２次元センサ撮像ユニット７の制御によって２次元イメージセンサカメラ４がプリント検体基板１の教示視野を撮像し（ＳＴ３３）、獲得した画像データを画像データ保存ユニット８に保存する（ＳＴ３４）。
【００４３】
ただし、前ステップ３３で画像を取込みながら次ステップ３５の画像処理を行うようにすることも可能であり、その場合にはこの画像保存ステップ３４は省略される。
【００４４】
そこで画像抽出演算ユニット９が、画像データ保存ユニット８に保存されている基準プリント基板の視野画像と検体プリント基板視野画像の差分画像処理を行い（ＳＴ３５）、差分画像データから定型パタンのずれに基づく異同箇所の除去演算を行う（ＳＴ３６）。
【００４５】
プリント基板上の定型パタンには、多くの場合、回路パタンとシルク印刷パタンがある。このうち回路パタンは、高精度で描かれており、２枚の基板の差分画像におけるずれは、パタン自体のずれではなく、プリント基板装填の機械的ずれに基づく。したがって、回路パタンのずれは、そのいずれかの箇所を基準点として指定すれば、装填位置ずれは容易に補正できる。
【００４６】
一方シルク印刷パタンは、印刷位置の精度がたいへん低いので、２枚の基板の差分画像において装填位置ずれが完全に補正されても、なお差分即ち異同箇所として検出されてしまう。
【００４７】
基準基板画像と検体基板画像の異同から、実装異常箇所を特定しようとする場合、シルク印刷パタンずれ部分を除去できなければ、部品実装の異常箇所を検出できない。そこで本発明になる画像抽出演算ユニット７は、基準基板と検体基板の差分画像から複数の画素に亘る連続パタンを検出する画像処理アルゴリズムを備えることによって、シルク印刷パタンずれを含む定型パタンずれに基づく異同箇所を特定している。
【００４８】
このアルゴリズムは、プリント基板撮像によって得られる画像上の様々な部分画像のうち、実装品質に関係する画像、即ち部品の有無、間違い、ずれ、はんだの有無、はんだ量、はんだ形状などの画像には、複数画素にまたがる連続パタンがないことに基づいている。一方、人工的に描かれたパタンは画素連続のパタンがでるので、この画像特徴の差異を検出して、定型パタンずれに基づく異同箇所を実装品質と無関係の箇所として除外している。
【００４９】
また２次元イメージセンサカメラ４をカラーイメージセンサカメラとし、照明装置５が、異る色相の複数光源を備えることにより、シルク印刷パタンのみをカラー識別処理によって抽出し、除外するようにすることも可能である。
【００５０】
この場合、対象の有色部分はスペクトル吸収によってそれぞれ特有の色相を呈し、金属反射部分は光源の色相をそのまま反射するが、白色シルクパタン部分は光源色相の合成スペクトル光を反射するので、色相によってシルクパタン部分を抽出することができる。
【００５１】
このようにして定型パタンに基づくものではないとされた異同箇所を、部品実装異常箇所として座標付けし（ＳＴ３７）、教示された全視野の検査結果を報告すると共に部品実装異常箇所を表示ユニット１４に表示し、プリント基板１をＸＹテーブル３から除去する（ＳＴ３８）。
【００５２】
次に、この発明の第３の実施の形態に係る実装異常検出装置について、その全体構成図（図７及び図８）を参照しつつ、具体的な構成及び動作について説明する。
【００５３】
図７において、プリント基板１上には電子部品２が搭載され、このプリント基板１は、ターンテーブル４に保持されている。ターンテーブル４は、Ｙテーブル５によってＹ方向に移動し得る。
【００５４】
プリント基板１の上方には、傾斜角可変ミラー７を介して１次元イメージセンサカメラ６が配置されている。図７では、照明装置８と４５度に傾斜されたミラー５が設定されているので、１次元イメージセンサカメラ６はプリント基板１の垂直視画像を得ることができる。
【００５５】
また、図８に示す傾斜角可変ミラー７’は、鉛直方向に対して２２．５度などの傾斜角に設定されて、１次元イメージセンサカメラ６はプリント基板１の傾斜視画像を得ることができる。
【００５６】
１次元イメージセンサカメラ６はラインＣＣＤカメラであって、ピクセル配列がＸ軸に沿うように設置されている。そこで、Ｙテーブル５によるターンテーブル４のＹ方向移動で、プリント基板１の全景を撮像するようにしている。
【００５７】
１次元イメージセンサカメラ６は、制御装置９に接続され、制御装置９は、１次元センサ撮像ユニット１０、画像データ保存ユニット１１、画像抽出演算ユニット１２、及びシステム全体を制御する統合システム制御ユニット１３を有し、各ユニット１０，１１，１２、及び１３は、バス１８を通じてデータの交換を行う。
【００５８】
また、制御装置９には、教示データ等の入力を行う入力ユニット（入力手段）１４と、検査結果等を印字する出力ユニット１５と、外部装置との間でデータ送受を行う通信ユニット１６と、画像や検査結果等を表示する表示ユニット１７が接続されている。
【００５９】
次に、図９のフロー図に従って、第３の実施形態になる実装異常検出装置の教示ステップを説明する。まず基準とするプリント基板１をテーブルに装填し（ＳＴ４１）、プリント基板種のデータを教示し（ＳＴ４２）、基板の方位角（水平回転角）を０度に指定する（ＳＴ４３）。
【００６０】
次に、ターンテーブル４上の基準プリント基板１をＹ軸移動して、図７に示すように傾斜角可変ミラー７を４５度の角度として１次元イメージセンサカメラ６で垂直視撮像する（ＳＴ４４）。獲得した基準プリント基板の全面画像を、画像データ保存ユニット１１に保存する（ＳＴ４５）。
【００６１】
その後、図８に示すように、傾斜角可変ミラー７’を例えば２２．５度に傾斜して撮像する場合の基板の方位角（水平回転角）を０度（姿勢１’）、９０度（姿勢１”）、１８０度（姿勢１’）、あるいは２７０度（姿勢１”）に指定し、その都度ターンテーブル４上の基準プリント基板１をＹ軸移動して、１次元イメージセンサカメラ６で傾斜視撮像し（ＳＴ４６）、それぞれの画像を画像データ保存ユニット１１に保存する（ＳＴ４７）。
【００６２】
これらの傾斜視撮像は、はんだ付品質の異常を検出するために実行される。傾斜視撮像は、部品はんだフィレットの方向に応じて、通常少なくも４方向から実施しなければ、全部品のはんだ付画像が得られない。そのために、ターンテーブル４によって基準プリント基板１を回転する必要がある。
【００６３】
次に、第３の実施形態の実装異常検出装置における自動検査の動作を、図１０のフロー図に沿って説明する。
【００６４】
まず、図７において検体プリント基板１をターンテーブル４に装填し（ＳＴ５１）、検体プリント基板種のデータを入力するか又は読取ると（ＳＴ５２）、教示データにしたがって、制御装置９からのコマンドによってＹテーブル５が検体プリント基板１をターンテーブル４ごとＹ軸移動し、１次元センサ撮像ユニット１０の指令によって１次元イメージセンサカメラ６がプリント検体基板１の全面を垂直視撮像し（ＳＴ５３）、獲得した垂直視画像データを画像データ保存ユニット１１に保存する（ＳＴ５４）。
【００６５】
ただし、前ステップ５３で画像を取込みながら次ステップ５５の画像処理を行うようにすることも可能であり、その場合にはこの画像保存ステップ５４は省略される。
【００６６】
そこで画像抽出演算ユニット１２が、画像データ保存ユニット１１に保存されている基準プリント基板画像と検体プリント基板画像の差分画像処理を行い（ＳＴ５５）、差分画像データから定型パタンのずれに基づく異同箇所の除去演算を行う（ＳＴ５６）。
【００６７】
プリント基板上の定型パタンには、多くの場合、回路パタンとシルク印刷パタンがある。このうち回路パタンは、高精度で描かれており、２枚の基板の差分画像におけるずれは、パタン自体のずれではなく、プリント基板装填の機械的ずれに基づく。したがって、回路パタンのずれは、そのいずれかの箇所を基準点として指定すれば、装填位置ずれは容易に補正できる。
【００６８】
一方シルク印刷パタンは、印刷位置の精度がたいへん低いので、２枚の基板の差分画像において装填位置ずれが完全に補正されても、なお差分即ち異同箇所として検出されてしまう。
【００６９】
基準基板画像と検体基板画像の異同から、実装異常箇所を特定しようとする場合、シルク印刷パタンずれ部分を除去できなければ、部品実装の異常箇所を検出できない。そこで本発明になる画像抽出演算ユニット７は、基準基板と検体基板の差分画像から複数の画素に亘る連続パタンを検出する画像処理アルゴリズムを備えることによって、シルク印刷パタンずれを含む定型パタンずれに基づく異同箇所を特定している。
【００７０】
このアルゴリズムは、プリント基板撮像によって得られる画像上の様々な部分画像のうち、実装品質に関係する画像、即ち部品の有無、間違い、ずれ、はんだの有無、はんだ量、はんだ形状などの画像には、複数画素にまたがる連続パタンがないことに基づいている。一方、人工的に描かれたパタンは画素連続のパタンであるので、この画像特徴の差異を検出して、定型パタンずれに基づく異同箇所を実装品質と無関係の箇所として除外している。
【００７１】
また１次元イメージセンサカメラ６をカラーイメージセンサカメラとし、照明装置８が、異る色相の複数光源を備えることにより、シルク印刷パタンのみをカラー識別処理によって抽出し、除外するようにすることも可能である。
【００７２】
この場合、対象の有色部分はスペクトル吸収によってそれぞれ特有の色相を呈し、金属反射部分は光源の色相をそのまま反射するが、白色シルクパタン部分は光源色相の合成スペクトル光を反射するので、色相によってシルクパタン部分を抽出することができる。
【００７３】
このようにして定型パタンに基づくものではないとされた異同箇所を、部品実装異常箇所として座標付けする（ＳＴ５７）。
【００７４】
次に、図８に示すように、教示データにしたがって、制御装置９からのコマンドによって傾斜角可変ミラー７’を２２．５度に傾斜し、基板の方位角（水平回転角）を０度（姿勢１’）、９０度（姿勢１”）、１８０度（姿勢１’）、あるいは２７０度（姿勢１”）に指定し、その都度ターンテーブル４上の検体プリント基板１をＹ軸移動して、１次元イメージセンサカメラ６で傾斜視撮像し（ＳＴ５８）、それぞれの画像を画像データ保存ユニット１１に保存する（ＳＴ５９）。
【００７５】
ただし、前ステップ５８で画像を取込みながら次ステップ６０の画像処理を行うようにすることも可能であり、その場合にはこの画像保存ステップ５９は省略される。
【００７６】
そこで画像抽出演算ユニット１２が、画像データ保存ユニット１１に保存されているそれぞれの基板姿勢における、基準プリント基板画像と検体プリント基板画像の差分画像処理を行い（ＳＴ６０）、差分画像データから定型パタンのずれに基づく移動箇所の除去演算を行う（ＳＴ６１）。
【００７７】
プリント基板上の定型パタンには、多くの場合、回路パタンとシルク印刷パタンがある。このうち回路パタンは、高精度で描かれており、２枚の基板の差分画像におけるずれは、パタン自体のずれではなく、プリント基板装填の機械的ずれに基づく。したがって、回路パタンのずれは、そのいずれかの箇所を基準点として指定すれば、装填位置ずれは容易に補正できる。
【００７８】
一方シルク印刷パタンは、印刷位置の精度がたいへん低いので、２枚の基板の差分画像において装填位置ずれが完全に補正されても、なお差分即ち異同箇所として検出されてしまう。
【００７９】
基準基板画像と検体基板画像の異同から、実装異常箇所を特定しようとする場合、シルク印刷パタンずれ部分を除去できなければ、部品実装の異常箇所を検出できない。そこで本発明になる画像抽出演算ユニット７は、基準基板と検体基板の差分画像から複数の画素に亘る連続パタンを検出する画像処理アルゴリズムを備えることによって、シルク印刷パタンずれを含む定型パタンずれに基づく異同箇所を特定している。
【００８０】
このアルゴリズムは、プリント基板撮像によって得られる画像上の様々な部分画像のうち、実装品質に関係する画像、即ち部品の有無、間違い、ずれ、はんだの有無、はんだ量、はんだ形状などの画像には、複数画素にまたがる連続パタンがないことに基づいている。一方、人工的に描かれたパタンは画素連続のパタンがあるので、この画像特徴の差異を検出して、定型パタンずれに基づく異同箇所を実装品質と無関係の箇所として除外している。
【００８１】
また１次元イメージセンサカメラ６をカラーイメージセンサカメラとし、照明装置８が、異る色相の複数光源を備えることにより、シルク印刷パタンのみをカラー識別処理によって抽出し、除外するようにすることも可能である。
【００８２】
この場合、対象の有色部分はスペクトル吸収によってそれぞれ特有の色相を呈し、金属反射部分は光源の色相をそのまま反射するが、白色シルクパタン部分は光源色相の合成スペクトル光を反射するので、色相によってシルクパタン部分を抽出することができる。
【００８３】
このようにして定型パタンに基づくものではないとされた異同箇所を、部品実装異常箇所として座標付けし（ＳＴ６２）、検査結果を報告すると共に部品実装異常箇所を表示ユニット１７に表示し、プリント基板をターンテーブル４から除去する（ＳＴ６３）。
【００８４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の請求項１記載の実装異常検出装置によれば、従来のすべての類似検査装置の最大の問題であった、検査対象領域（ウィンドウ）教示の不要化を実現したので、プリント基板実装検査自動化におけるユーザインタフェースのみならずその普及率をも格段に向上することができる。
【００８５】
請求項２記載の構成とすれば、部品実装プリント基板全面の異常検出が最高のスピードで実行できる。
【００８６】
請求項３記載の構成とすれば、部品実装プリント基板全面の異常検出が普及型カメラを利用した低コスト構成で実行できる。
【００８７】
また、本発明の請求項４記載の実装異常検出装置によれば、従来のすべてのはんだ付検査装置の最大の問題であった、検査対象領域（ウィンドウ）教示の不要化を実現したので、プリント基板実装検査自動化におけるユーザインタフェースのみならずその普及率をも格段に向上することができる。
【００８８】
請求項５記載の構成とすれば、検体プリント基板画像において、形状識別によって実装品質に無関係の定型パタンずれ箇所を除外し、真の実装品質異常箇所のみを抽出することができる。
【００８９】
請求項６記載の構成とすれば、検体プリント基板画像において、カラー識別によって実装品質に無関係の定型パタンずれ箇所を除外し、真の実装品質異常箇所のみを抽出することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施形態に係る実装異常検出装置の全体構成とプリント基板を示す図である。
【図２】第１の実施形態に係る実装異常検出装置における教示動作を示すフロー図である。
【図３】第１の実施形態に係る実装異常検出装置における自動検査の動作を示すフロー図である。
【図４】第２の実施形態に係る実装異常検出装置の全体構成とプリント基板を示す図である。
【図５】第２の実施形態に係る実装異常検出装置における教示動作を示すフロー図である。
【図６】第２の実施形態に係る実装異常検出装置における自動検査の動作を示すフロー図である。
【図７】第３の実施形態に係る垂直視撮像時の実装異常検出装置全体構成とプリント基板を示す図である。
【図８】第３の実施形態に係る傾斜視撮像時の実装異常検出装置全体構成とプリント基板を示す図である。
【図９】第３の実施形態に係る実装異常検出装置における教示動作を示すフロー図である。
【図１０】第３の実施形態に係る実装異常検出装置における自動検査の動作を示すフロー図である。
【符号の説明】
１ プリント基板
２ 電子部品
３ Ｙテーブル
４ １次元イメージセンサカメラ
５ 照明装置
６ 制御装置
７ １次元センサ撮像ユニット
８ 画像データ保存ユニット
９ 画像抽出演算ユニット
１０ 統合システム制御ユニット
１１ 入力ユニット
１２ 出力ユニット
１３ 通信ユニット
１４ 表示ユニット
１５ データバス
【発明が属する技術分野】
本発明は、エレクトロニクス工場等において、プリント基板上の部品の実装異常を自動的に検出する実装異常検出装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電子部品を搭載したプリント基板の組立品質検査の自動化に関しては、多くの種類の検査装置が開発され、すでにエレクトロニクス製造現場で利用されている。
【０００３】
しかしながら従来の検査装置は、ユーザが使用する場合のヒューマンインタフェースの点で大きな問題があった。それは、基板の種類ごとにユーザが検査データを作成し、検査機に教示する作業であって、１機種に対して、数百から数千箇所の検査領域の設定と、判定基準の調整を要することである。２電極のチップ部品では通常、はんだ検査用に２領域、部品搭載検査用に１領域で、計３領域の設定・調整を要し、またコネクタやＩＣのような多電極部品では、１部品につき数領域の設定・調整が必要である。したがって通常、搭載部品数の数倍の検査領域の教示が必要になっている。
【０００４】
非常に多くの基板では、数百から１千を超える部品が搭載されているので、教示すべき検査領域数は１千〜数千となる。連日数種の基板を組立てる製造ラインでは、この作業をのべつ実行する必要があり、多種少量生産ラインで自動検査機が使用できない、大きな原因となっている。
【０００５】
１つの検査領域の良否判定基準の調節はさらに困難で、専属の技術者がいない中小規模の製造現場では、パートタイマによる取扱いはほとんど不可能である。
【０００６】
これらが、プリント基板実装検査機の普及を妨げている最大の要因であることは、すでに広く認められてきている事実である。実際、年間普及台数がチップマウンタやリフロー炉のようなプリント基板実装装置に較べて約一割と低い現状である。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
そこで本発明は、プリント基板種ごとの検査領域の設定と検査領域ごとの良否判定基準の添付及び調整という、ユーザインタフェース上の重大な課題である教示の問題を解決しようとしている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するために、本発明の請求項１記載の実装異常検出装置は、検査対象領域（即ちウィンドウ）教示の不要化を実現した部品実装基板の実装異常検出装置であって、
対象基板データを教示する教示手段と、
部品実装基板を撮像してその画像を獲得する撮像手段と、
部品実装基準基板の画像を保存する保存手段と、
撮像手段が獲得した検体基板画像と基準基板の保存画像との差分画像処理を行い、差分画像上の異同箇所から定型パタンのずれに基づく異同箇所を除去し、実装異常箇所を抽出する画像抽出手段と、
実装異常箇所に座標値を添付して報告する報告手段とを備えることを特徴としている。
【０００９】
この実装異常検出装置は、基準基板の画像を保存し、検体基板画像との差分画像から両基板の異同箇所を見出し、それらの異同箇所から、実装品質に無関係な定型パタンのずれに基づく異同箇所を排除して、実装異常個所のみを抽出することによって、検査対象領域を指定する教示の不要化を実現している。
【００１０】
また、請求項２記載の実装異常検出装置は、撮像手段が、ピクセル配置がＸ軸方向に沿う１次元イメージセンサ及び、Ｘ軸に直交するＹテーブルを備え、基板あるいはセンサを相対的にＹ軸移動し、部品実装基板を撮像してその全面画像を獲得することを特徴としている。
【００１１】
更に、請求項３記載の実装異常検出装置は、教示手段が、対象基板データと撮像視野を教示し、撮像手段が、２次元イメージセンサ及びＸＹテーブルを備え、基板あるいはセンサを相対的にＸＹ移動し、部品実装基板を撮像してその全視野画像を獲得することを特徴としている。
【００１２】
更に、請求項４記載の実装異常検出装置は、検査対象領域（即ちウィンドウ）教示の不要化を実現した部品実装基板の実装異常検出装置であって、
照明手段と、
対象基板データと撮像傾斜角及び対象方位角を教示する教示手段と、
ピクセル配置がＸ軸方向に沿う１次元イメージセンサの前方に傾斜角可変のミラー装置と、基板を水平回転するターンテーブルと、ターンテーブルをＸ軸に直交するＹ方向に移動するＹテーブルとを備え、教示された方位角の基板に対して教示された撮像傾斜角で基板をＹ軸移動して部品実装基板を撮像し、その全面画像を獲得する撮像手段と、
部品実装基準基板の画像を保存する保存手段と、
撮像手段が獲得した検体基板画像と基準基板の保存画像との差分画像処理を行い、差分画像上の異同箇所から定型パタンのずれに基づく異同箇所を除去し、実装異常箇所を抽出する画像抽出手段と、
実装異常箇所に座標値を添付して報告する報告手段と
を備えることを特徴としている。
【００１３】
この実装異常検出装置は、１次元イメージセンサによって対象を上方から垂直の角度でも、斜めの角度でも撮像でき、部品有無や姿勢の平面視検査とはんだ付の立体視検査という複合検査の実行を可能にしている。
【００１４】
更に、請求項５記載の実装異常検出装置は、画像抽出手段が、基準基板と検体基板の差分画像から画素近傍の明度差境界連結性を検出し、基板上に描かれた定型パタンのずれに基づく異同箇所を抽出するアルゴリズムを備えることを特徴としている。
この実装異常検出装置は、実装異常箇所に無関係な差画像異同箇所を排除し、部品実装異常箇所のみの選択的抽出を可能にしている。
【００１５】
更に、請求項６記載の実装異常検出装置は、前記照明手段が、複数の色相光源を備え、前記画像抽出手段が、基準基板と検体基板の差分画像から基板上に描かれた定型パタンのずれによる異同箇所を、色相に基づいて特定してこれを除去するアルゴリズムを備えることを特徴としている。
【００１６】
この実装異常検出装置は、実装異常箇所に無関係なシルク印刷パタンのずれによる差画像異同箇所を排除し、部品実装異常箇所のみの選択的抽出を可能にしている。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を実施の形態に基いて詳細に説明する。
【００１８】
まず、第１の実施の形態に係る実装異常検出装置について、その全体構成図（図１）を参照しつつ、具体的な構成及び動作について説明する。
【００１９】
図１において、プリント基板１上には電子部品２が搭載され、このプリント基板１は、Ｙテーブル３に保持されている。
【００２０】
プリント基板１の上方には、１次元イメージセンサカメラ４と照明装置５が配置されている。１次元イメージセンサカメラ４はラインＣＣＤカメラであって、ピクセル配列がプリント基板１のＸ軸に沿うように設置されている。そこで、プリント基板１のＹ方向移動で、プリント基板１の全景を撮像するようにしている。
【００２１】
１次元イメージセンサカメラ４は、制御装置６に接続され、制御装置６は、１次元センサ撮像ユニット７、画像データ保存ユニット８、画像抽出演算ユニット９、及びシステム全体を制御する統合システム制御ユニット１０を有し、各ユニット７，８，９、及び１０は、バス１５を通じてデータの交換を行う。
【００２２】
また、制御装置６には、教示データ等の入力を行う入力ユニット（入力手段）１１と、検査結果等を印字する出力ユニット１２と、外部装置との間でデータ送受を行う通信ユニット１３と、画像や検査結果等を表示する表示ユニット１４が接続されている。
【００２３】
次に、図２のフロー図に従って、この実施形態になる実装異常検出装置の教示ステップを説明する。まず基準とするプリント基板１をテーブルに装填し（ＳＴ１）、プリント基板種のデータを教示し（ＳＴ２）、その後基準プリント基板をＹ軸移動して１次元イメージセンサカメラ４で撮像する（ＳＴ３）。獲得した基準プリント基板の全面画像を、画像データ保存ユニット８に保存する（ＳＴ４）。
【００２４】
次に、この実施形態の実装異常検出装置における自動検査の動作を、図３のフロー図に沿って説明する。
【００２５】
まず、図１において検体プリント基板１をＹテーブル３に装填し（ＳＴ１１）、検体プリント基板種のデータを入力するか又は読取ると（ＳＴ１２）、制御装置６の指令で検体プリント基板１をＹ軸移動し、１次元センサ撮像ユニット７の制御によって１次元イメージセンサカメラ４がプリント検体基板１の全面を撮像し（ＳＴ１３）、獲得した画像データを画像データ保存ユニット８に保存する（ＳＴ１４）。
【００２６】
ただし、前ステップ１３で画像を取込みながら次ステップ１５の画像処理を行うようにすることも可能であり、その場合にはこの画像保存ステップ１４は省略される。
【００２７】
そこで画像抽出演算ユニット９が、画像データ保存ユニット８に保存されている基準プリント基板画像と検体プリント基板画像の差分画像処理を行い（ＳＴ１５）、差分画像データから定型パタンのずれに基づく異同箇所の除去演算を行う（ＳＴ１６）。
【００２８】
プリント基板上の定型パタンには、多くの場合、回路パタンとシルク印刷パタンがある。このうち回路パタンは、高精度で描かれており、２枚の基板の差分画像におけるずれは、パタン自体のずれではなく、プリント基板装填の機械的ずれに基づく。したがって、回路パタンのずれは、そのいずれかの箇所を基準点として指定すれば、装填位置ずれは容易に補正できる。
【００２９】
一方シルク印刷パタンは、印刷位置の精度がたいへん低いので、２枚の基板の差分画像において装填位置ずれが完全に補正されても、なお差分即ち異同箇所として検出されてしまう。
【００３０】
基準基板画像と検体基板画像の異同から、実装異常箇所を特定しようとする場合、シルク印刷パタンずれ部分を除去できなければ、部品実装の異常箇所を検出できない。そこで本発明になる画像抽出演算ユニット７は、基準基板と検体基板の差分画像から複数の画素に亘る連続パタンを検出する画像処理アルゴリズムを備えることによって、シルク印刷パタンずれを含む定型パタンずれに基づく異同箇所を特定している。
【００３１】
このアルゴリズムは、プリント基板撮像によって得られる画像上の様々な部分画像のうち、実装品質に関係する画像、即ち部品の有無、間違い、ずれ、はんだの有無、はんだ量、はんだ形状などの画像には、複数画素にまたがる連続パタンがないことに基づいている。一方、人工的に描かれたパタンは画素連続のパタンであるので、この画像特徴の差異を検出して、定型パタンずれに基づく異同箇所を実装品質と無関係の箇所として除外している。
【００３２】
また１次元イメージセンサカメラ４をカラーイメージセンサカメラとし、照明装置５が、異る色相の複数光源を備えることにより、シルク印刷パタンのみをカラー識別処理によって抽出し、除外するようにすることも可能である。
【００３３】
この場合、対象の有色部分はスペクトル吸収によってそれぞれ特有の色相を呈し、金属反射部分は光源の色相をそのまま反射するが、白色シルクパタン部分は光源色相の合成スペクトル光を反射するので、色相によってシルクパタン部分を抽出することができる。
【００３４】
このようにして定型パタンに基づくものではないとされた異同箇所を、部品実装異常箇所として座標付けし（ＳＴ１７）、検査結果を報告すると共に部品実装異常箇所を表示ユニット１４に表示し、プリント基板をＹテーブルから除去する（ＳＴ１８）。
【００３５】
次に、この発明の第２の実施の形態に係る実装異常検出装置について、その全体構成図（図４）を参照しつつ、具体的な構成及び動作について説明する。
【００３６】
図４において、プリント基板１上には電子部品２が搭載され、このプリント基板１は、まずＸＹテーブル３に装填される。
【００３７】
プリント基板１の上方には、２次元イメージセンサカメラ４と照明装置５が配置されている。２次元イメージセンサカメラ４はエリアＣＣＤカメラである。
【００３８】
２次元イメージセンサカメラ４は、制御装置６に接続され、制御装置６は、２次元センサ撮像ユニット７、画像データ保存ユニット８、画像抽出演算ユニット９、及びシステム全体を制御する統合システム制御ユニット１０を有し、各ユニット７，８、９、及び１０は、バス１５を通じてデータの交換を行う。
【００３９】
また、制御装置６には、教示データ等の入力を行う入力ユニット（入力手段）１１と、検査結果等を印字する出力ユニット１２と、外部装置との間でデータ送受を行う通信ユニット１３と、画像や検査結果等を表示する表示ユニット１４が接続されている。
【００４０】
次に、図５のフロー図に従って、第２の実施形態になる実装異常検出装置の教示ステップを説明する。まず基準とするプリント基板１をＸＹテーブル３に装填し（ＳＴ２１）、プリント基板種のデータと撮像視野を教示し（ＳＴ２２）、その後基準プリント基板をＸＹ移動して教示された視野を２次元イメージセンサカメラ４で撮像する（ＳＴ２３）。獲得した基準プリント基板の全視野の画像を、画像データ保存ユニット８に保存する（ＳＴ２４）。
【００４１】
次に、この実施形態の実装異常検出装置における自動検査の動作を、図６のフロー図に沿って説明する。
【００４２】
まず、図４において検体プリント基板１をＸＹテーブル３に装填し（ＳＴ３１）、検体プリント基板種のデータを入力するか又は読取ると（ＳＴ３２）、制御装置６の指令により検体プリント基板１をＸＹ移動し、２次元センサ撮像ユニット７の制御によって２次元イメージセンサカメラ４がプリント検体基板１の教示視野を撮像し（ＳＴ３３）、獲得した画像データを画像データ保存ユニット８に保存する（ＳＴ３４）。
【００４３】
ただし、前ステップ３３で画像を取込みながら次ステップ３５の画像処理を行うようにすることも可能であり、その場合にはこの画像保存ステップ３４は省略される。
【００４４】
そこで画像抽出演算ユニット９が、画像データ保存ユニット８に保存されている基準プリント基板の視野画像と検体プリント基板視野画像の差分画像処理を行い（ＳＴ３５）、差分画像データから定型パタンのずれに基づく異同箇所の除去演算を行う（ＳＴ３６）。
【００４５】
プリント基板上の定型パタンには、多くの場合、回路パタンとシルク印刷パタンがある。このうち回路パタンは、高精度で描かれており、２枚の基板の差分画像におけるずれは、パタン自体のずれではなく、プリント基板装填の機械的ずれに基づく。したがって、回路パタンのずれは、そのいずれかの箇所を基準点として指定すれば、装填位置ずれは容易に補正できる。
【００４６】
一方シルク印刷パタンは、印刷位置の精度がたいへん低いので、２枚の基板の差分画像において装填位置ずれが完全に補正されても、なお差分即ち異同箇所として検出されてしまう。
【００４７】
基準基板画像と検体基板画像の異同から、実装異常箇所を特定しようとする場合、シルク印刷パタンずれ部分を除去できなければ、部品実装の異常箇所を検出できない。そこで本発明になる画像抽出演算ユニット７は、基準基板と検体基板の差分画像から複数の画素に亘る連続パタンを検出する画像処理アルゴリズムを備えることによって、シルク印刷パタンずれを含む定型パタンずれに基づく異同箇所を特定している。
【００４８】
このアルゴリズムは、プリント基板撮像によって得られる画像上の様々な部分画像のうち、実装品質に関係する画像、即ち部品の有無、間違い、ずれ、はんだの有無、はんだ量、はんだ形状などの画像には、複数画素にまたがる連続パタンがないことに基づいている。一方、人工的に描かれたパタンは画素連続のパタンがでるので、この画像特徴の差異を検出して、定型パタンずれに基づく異同箇所を実装品質と無関係の箇所として除外している。
【００４９】
また２次元イメージセンサカメラ４をカラーイメージセンサカメラとし、照明装置５が、異る色相の複数光源を備えることにより、シルク印刷パタンのみをカラー識別処理によって抽出し、除外するようにすることも可能である。
【００５０】
この場合、対象の有色部分はスペクトル吸収によってそれぞれ特有の色相を呈し、金属反射部分は光源の色相をそのまま反射するが、白色シルクパタン部分は光源色相の合成スペクトル光を反射するので、色相によってシルクパタン部分を抽出することができる。
【００５１】
このようにして定型パタンに基づくものではないとされた異同箇所を、部品実装異常箇所として座標付けし（ＳＴ３７）、教示された全視野の検査結果を報告すると共に部品実装異常箇所を表示ユニット１４に表示し、プリント基板１をＸＹテーブル３から除去する（ＳＴ３８）。
【００５２】
次に、この発明の第３の実施の形態に係る実装異常検出装置について、その全体構成図（図７及び図８）を参照しつつ、具体的な構成及び動作について説明する。
【００５３】
図７において、プリント基板１上には電子部品２が搭載され、このプリント基板１は、ターンテーブル４に保持されている。ターンテーブル４は、Ｙテーブル５によってＹ方向に移動し得る。
【００５４】
プリント基板１の上方には、傾斜角可変ミラー７を介して１次元イメージセンサカメラ６が配置されている。図７では、照明装置８と４５度に傾斜されたミラー５が設定されているので、１次元イメージセンサカメラ６はプリント基板１の垂直視画像を得ることができる。
【００５５】
また、図８に示す傾斜角可変ミラー７’は、鉛直方向に対して２２．５度などの傾斜角に設定されて、１次元イメージセンサカメラ６はプリント基板１の傾斜視画像を得ることができる。
【００５６】
１次元イメージセンサカメラ６はラインＣＣＤカメラであって、ピクセル配列がＸ軸に沿うように設置されている。そこで、Ｙテーブル５によるターンテーブル４のＹ方向移動で、プリント基板１の全景を撮像するようにしている。
【００５７】
１次元イメージセンサカメラ６は、制御装置９に接続され、制御装置９は、１次元センサ撮像ユニット１０、画像データ保存ユニット１１、画像抽出演算ユニット１２、及びシステム全体を制御する統合システム制御ユニット１３を有し、各ユニット１０，１１，１２、及び１３は、バス１８を通じてデータの交換を行う。
【００５８】
また、制御装置９には、教示データ等の入力を行う入力ユニット（入力手段）１４と、検査結果等を印字する出力ユニット１５と、外部装置との間でデータ送受を行う通信ユニット１６と、画像や検査結果等を表示する表示ユニット１７が接続されている。
【００５９】
次に、図９のフロー図に従って、第３の実施形態になる実装異常検出装置の教示ステップを説明する。まず基準とするプリント基板１をテーブルに装填し（ＳＴ４１）、プリント基板種のデータを教示し（ＳＴ４２）、基板の方位角（水平回転角）を０度に指定する（ＳＴ４３）。
【００６０】
次に、ターンテーブル４上の基準プリント基板１をＹ軸移動して、図７に示すように傾斜角可変ミラー７を４５度の角度として１次元イメージセンサカメラ６で垂直視撮像する（ＳＴ４４）。獲得した基準プリント基板の全面画像を、画像データ保存ユニット１１に保存する（ＳＴ４５）。
【００６１】
その後、図８に示すように、傾斜角可変ミラー７’を例えば２２．５度に傾斜して撮像する場合の基板の方位角（水平回転角）を０度（姿勢１’）、９０度（姿勢１”）、１８０度（姿勢１’）、あるいは２７０度（姿勢１”）に指定し、その都度ターンテーブル４上の基準プリント基板１をＹ軸移動して、１次元イメージセンサカメラ６で傾斜視撮像し（ＳＴ４６）、それぞれの画像を画像データ保存ユニット１１に保存する（ＳＴ４７）。
【００６２】
これらの傾斜視撮像は、はんだ付品質の異常を検出するために実行される。傾斜視撮像は、部品はんだフィレットの方向に応じて、通常少なくも４方向から実施しなければ、全部品のはんだ付画像が得られない。そのために、ターンテーブル４によって基準プリント基板１を回転する必要がある。
【００６３】
次に、第３の実施形態の実装異常検出装置における自動検査の動作を、図１０のフロー図に沿って説明する。
【００６４】
まず、図７において検体プリント基板１をターンテーブル４に装填し（ＳＴ５１）、検体プリント基板種のデータを入力するか又は読取ると（ＳＴ５２）、教示データにしたがって、制御装置９からのコマンドによってＹテーブル５が検体プリント基板１をターンテーブル４ごとＹ軸移動し、１次元センサ撮像ユニット１０の指令によって１次元イメージセンサカメラ６がプリント検体基板１の全面を垂直視撮像し（ＳＴ５３）、獲得した垂直視画像データを画像データ保存ユニット１１に保存する（ＳＴ５４）。
【００６５】
ただし、前ステップ５３で画像を取込みながら次ステップ５５の画像処理を行うようにすることも可能であり、その場合にはこの画像保存ステップ５４は省略される。
【００６６】
そこで画像抽出演算ユニット１２が、画像データ保存ユニット１１に保存されている基準プリント基板画像と検体プリント基板画像の差分画像処理を行い（ＳＴ５５）、差分画像データから定型パタンのずれに基づく異同箇所の除去演算を行う（ＳＴ５６）。
【００６７】
プリント基板上の定型パタンには、多くの場合、回路パタンとシルク印刷パタンがある。このうち回路パタンは、高精度で描かれており、２枚の基板の差分画像におけるずれは、パタン自体のずれではなく、プリント基板装填の機械的ずれに基づく。したがって、回路パタンのずれは、そのいずれかの箇所を基準点として指定すれば、装填位置ずれは容易に補正できる。
【００６８】
一方シルク印刷パタンは、印刷位置の精度がたいへん低いので、２枚の基板の差分画像において装填位置ずれが完全に補正されても、なお差分即ち異同箇所として検出されてしまう。
【００６９】
基準基板画像と検体基板画像の異同から、実装異常箇所を特定しようとする場合、シルク印刷パタンずれ部分を除去できなければ、部品実装の異常箇所を検出できない。そこで本発明になる画像抽出演算ユニット７は、基準基板と検体基板の差分画像から複数の画素に亘る連続パタンを検出する画像処理アルゴリズムを備えることによって、シルク印刷パタンずれを含む定型パタンずれに基づく異同箇所を特定している。
【００７０】
このアルゴリズムは、プリント基板撮像によって得られる画像上の様々な部分画像のうち、実装品質に関係する画像、即ち部品の有無、間違い、ずれ、はんだの有無、はんだ量、はんだ形状などの画像には、複数画素にまたがる連続パタンがないことに基づいている。一方、人工的に描かれたパタンは画素連続のパタンであるので、この画像特徴の差異を検出して、定型パタンずれに基づく異同箇所を実装品質と無関係の箇所として除外している。
【００７１】
また１次元イメージセンサカメラ６をカラーイメージセンサカメラとし、照明装置８が、異る色相の複数光源を備えることにより、シルク印刷パタンのみをカラー識別処理によって抽出し、除外するようにすることも可能である。
【００７２】
この場合、対象の有色部分はスペクトル吸収によってそれぞれ特有の色相を呈し、金属反射部分は光源の色相をそのまま反射するが、白色シルクパタン部分は光源色相の合成スペクトル光を反射するので、色相によってシルクパタン部分を抽出することができる。
【００７３】
このようにして定型パタンに基づくものではないとされた異同箇所を、部品実装異常箇所として座標付けする（ＳＴ５７）。
【００７４】
次に、図８に示すように、教示データにしたがって、制御装置９からのコマンドによって傾斜角可変ミラー７’を２２．５度に傾斜し、基板の方位角（水平回転角）を０度（姿勢１’）、９０度（姿勢１”）、１８０度（姿勢１’）、あるいは２７０度（姿勢１”）に指定し、その都度ターンテーブル４上の検体プリント基板１をＹ軸移動して、１次元イメージセンサカメラ６で傾斜視撮像し（ＳＴ５８）、それぞれの画像を画像データ保存ユニット１１に保存する（ＳＴ５９）。
【００７５】
ただし、前ステップ５８で画像を取込みながら次ステップ６０の画像処理を行うようにすることも可能であり、その場合にはこの画像保存ステップ５９は省略される。
【００７６】
そこで画像抽出演算ユニット１２が、画像データ保存ユニット１１に保存されているそれぞれの基板姿勢における、基準プリント基板画像と検体プリント基板画像の差分画像処理を行い（ＳＴ６０）、差分画像データから定型パタンのずれに基づく移動箇所の除去演算を行う（ＳＴ６１）。
【００７７】
プリント基板上の定型パタンには、多くの場合、回路パタンとシルク印刷パタンがある。このうち回路パタンは、高精度で描かれており、２枚の基板の差分画像におけるずれは、パタン自体のずれではなく、プリント基板装填の機械的ずれに基づく。したがって、回路パタンのずれは、そのいずれかの箇所を基準点として指定すれば、装填位置ずれは容易に補正できる。
【００７８】
一方シルク印刷パタンは、印刷位置の精度がたいへん低いので、２枚の基板の差分画像において装填位置ずれが完全に補正されても、なお差分即ち異同箇所として検出されてしまう。
【００７９】
基準基板画像と検体基板画像の異同から、実装異常箇所を特定しようとする場合、シルク印刷パタンずれ部分を除去できなければ、部品実装の異常箇所を検出できない。そこで本発明になる画像抽出演算ユニット７は、基準基板と検体基板の差分画像から複数の画素に亘る連続パタンを検出する画像処理アルゴリズムを備えることによって、シルク印刷パタンずれを含む定型パタンずれに基づく異同箇所を特定している。
【００８０】
このアルゴリズムは、プリント基板撮像によって得られる画像上の様々な部分画像のうち、実装品質に関係する画像、即ち部品の有無、間違い、ずれ、はんだの有無、はんだ量、はんだ形状などの画像には、複数画素にまたがる連続パタンがないことに基づいている。一方、人工的に描かれたパタンは画素連続のパタンがあるので、この画像特徴の差異を検出して、定型パタンずれに基づく異同箇所を実装品質と無関係の箇所として除外している。
【００８１】
また１次元イメージセンサカメラ６をカラーイメージセンサカメラとし、照明装置８が、異る色相の複数光源を備えることにより、シルク印刷パタンのみをカラー識別処理によって抽出し、除外するようにすることも可能である。
【００８２】
この場合、対象の有色部分はスペクトル吸収によってそれぞれ特有の色相を呈し、金属反射部分は光源の色相をそのまま反射するが、白色シルクパタン部分は光源色相の合成スペクトル光を反射するので、色相によってシルクパタン部分を抽出することができる。
【００８３】
このようにして定型パタンに基づくものではないとされた異同箇所を、部品実装異常箇所として座標付けし（ＳＴ６２）、検査結果を報告すると共に部品実装異常箇所を表示ユニット１７に表示し、プリント基板をターンテーブル４から除去する（ＳＴ６３）。
【００８４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の請求項１記載の実装異常検出装置によれば、従来のすべての類似検査装置の最大の問題であった、検査対象領域（ウィンドウ）教示の不要化を実現したので、プリント基板実装検査自動化におけるユーザインタフェースのみならずその普及率をも格段に向上することができる。
【００８５】
請求項２記載の構成とすれば、部品実装プリント基板全面の異常検出が最高のスピードで実行できる。
【００８６】
請求項３記載の構成とすれば、部品実装プリント基板全面の異常検出が普及型カメラを利用した低コスト構成で実行できる。
【００８７】
また、本発明の請求項４記載の実装異常検出装置によれば、従来のすべてのはんだ付検査装置の最大の問題であった、検査対象領域（ウィンドウ）教示の不要化を実現したので、プリント基板実装検査自動化におけるユーザインタフェースのみならずその普及率をも格段に向上することができる。
【００８８】
請求項５記載の構成とすれば、検体プリント基板画像において、形状識別によって実装品質に無関係の定型パタンずれ箇所を除外し、真の実装品質異常箇所のみを抽出することができる。
【００８９】
請求項６記載の構成とすれば、検体プリント基板画像において、カラー識別によって実装品質に無関係の定型パタンずれ箇所を除外し、真の実装品質異常箇所のみを抽出することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施形態に係る実装異常検出装置の全体構成とプリント基板を示す図である。
【図２】第１の実施形態に係る実装異常検出装置における教示動作を示すフロー図である。
【図３】第１の実施形態に係る実装異常検出装置における自動検査の動作を示すフロー図である。
【図４】第２の実施形態に係る実装異常検出装置の全体構成とプリント基板を示す図である。
【図５】第２の実施形態に係る実装異常検出装置における教示動作を示すフロー図である。
【図６】第２の実施形態に係る実装異常検出装置における自動検査の動作を示すフロー図である。
【図７】第３の実施形態に係る垂直視撮像時の実装異常検出装置全体構成とプリント基板を示す図である。
【図８】第３の実施形態に係る傾斜視撮像時の実装異常検出装置全体構成とプリント基板を示す図である。
【図９】第３の実施形態に係る実装異常検出装置における教示動作を示すフロー図である。
【図１０】第３の実施形態に係る実装異常検出装置における自動検査の動作を示すフロー図である。
【符号の説明】
１ プリント基板
２ 電子部品
３ Ｙテーブル
４ １次元イメージセンサカメラ
５ 照明装置
６ 制御装置
７ １次元センサ撮像ユニット
８ 画像データ保存ユニット
９ 画像抽出演算ユニット
１０ 統合システム制御ユニット
１１ 入力ユニット
１２ 出力ユニット
１３ 通信ユニット
１４ 表示ユニット
１５ データバス
Claims (6)
- 検査対象領域（即ちウィンドウ）教示の不要化を実現した部品実装基板の実装異常検出装置であって、
対象基板データを教示する教示手段と、
照明手段と、
部品実装基板を撮像してその画像を獲得する撮像手段と、
部品実装基準基板の画像を保存する保存手段と、
撮像手段が獲得した検体基板画像と基準基板の保存画像との差分画像処理を行い、差分画像上の異同箇所から定型パタンのずれに基づく異同箇所を除去し、実装異常箇所を抽出する画像抽出手段と、
実装異常箇所に座標値を添付して報告する報告手段と
を備えることを特徴とする実装異常検出装置。 - 前記撮像手段は、ピクセル配置がＸ軸方向に沿う１次元イメージセンサ及び、Ｘ軸に直交するＹテーブルを備え、基板あるいはセンサを相対的にＹ軸移動し、部品実装基板を撮像してその全面画像を獲得することを特徴とする請求項１記載の実装異常検出装置。
- 前記教示手段は、対象基板データと撮像視野を教示し、前記撮像手段は、２次元イメージセンサ及びＸＹテーブルを備え、基板あるいはセンサを相対的にＸＹ移動し、部品実装基板を撮像してその全視野画像を獲得することを特徴とする請求項１記載の実装異常検出装置。
- 検査対象領域（即ちウィンドウ）教示の不要化を実現した部品実装基板の実装異常検出装置であって、
照明手段と、
対象基板データと撮像傾斜角及び対象方位角を教示する教示手段と、
ピクセル配置がＸ軸方向に沿う１次元イメージセンサの前方に傾斜角可変のミラー装置と、基板を水平回転するターンテーブルと、ターンテーブルをＸ軸に直交するＹ方向に移動するＹテーブルとを備え、教示された方位角の基板に対して教示された撮像傾斜角で基板をＹ軸移動して部品実装基板を撮像し、その全面画像を獲得する撮像手段と、
部品実装基準基板の画像を保存する保存手段と、
撮像手段が獲得した検体基板画像と基準基板の保存画像との差分画像処理を行い、差分画像上の異同箇所から定型パタンのずれに基づく異同箇所を除去し、実装異常箇所を抽出する画像抽出手段と、
実装異常箇所に座標値を添付して報告する報告手段と
を備えることを特徴とする実装異常検出装置。 - 前記画像抽出手段は、基準基板と検体基板の差分画像から画素近傍の明度差境界連結性を検出し、基板上に描かれた定型パタンのずれによる異同箇所を特定してこれを除去するアルゴリズムを備えることを特徴とする請求項１、請求項２、請求項３、あるいは請求項４記載の実装異常検出装置。
- 前記照明手段は、複数の色相光源を備え、前記画像抽出手段は、基準基板と検体基板の差分画像から基板上に描かれた定型パタンのずれによる異同箇所を、色相に基づいて特定してこれを除去するアルゴリズムを備えることを特徴とする請求項１、請求項２、請求項３、あるいは請求項４記載の実装異常検出装置。
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2015001497A (ja) * | 2013-06-18 | 2015-01-05 | 富士機械製造株式会社 | 基板検査方法および基板検査装置 |
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2003
- 2003-03-26 JP JP2003084161A patent/JP2004296564A/ja active Pending
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