JP2005140603A

JP2005140603A - 実装基板検査装置

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Publication number: JP2005140603A
Application number: JP2003376420A
Authority: JP
Inventors: Shigeki Kobayashi; 茂樹小林
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2003-11-06
Filing date: 2003-11-06
Publication date: 2005-06-02

Abstract

【課題】基板全面を均一の画像処理アルゴリズムで比較画像処理する実装基板検査装置は、教示プログラム作成が不要でかつ高速であるというメリットがあるが、最近の最高速の製造ライン速度にはまだ速度不足であるという課題があった。
【解決手段】基板全面を均一の画像処理アルゴリズムで比較検査する実装基板検査装置において、自動検査の範囲を、視野画像全体から基板領域もしくは部品実装領域に限定したので、最高速製造ラインの速度に十分対応できる検査速度が実現する。
【選択図】図１

Description

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品質検査やはんだ付品質検査を行う検査装置に関する。

電子部品を搭載した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。
従来の基板実装検査機は、ユーザが電源を投入しただけでは使用できない。ユーザは検査装置に、検査に必要なすべての基板情報を教えなければならない。それは、例えばテレビや携帯電話のように、製品によって基板のサイズも回路も使用部品の種類も数も非常に異なるからである。
ユーザは、基板種ごとに検査すべき位置と範囲である「検査領域」を教示し、その検査領域に部品の種類ごとの良否判定プログラムをあてはめ、更に良否判定の適用水準（厳しい判定をするか緩い判定をするか）を調整する必要があった。
１種類の基板において、教示しなければならない検査領域の数は、数百から数千箇所に達することがしばしばある。抵抗器やコンデンサなど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、計３領域の設定を要し、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が必要であった。

この教示の時間は、部品数と判定の難度に依存するが、通常数時間ないし十数時間を要していた。更に、判定基準の調整には高度な技能が必要であり、洗練した技巧を持った専従の技術者が取扱わなければ、検査自動化の効果が得られなかった。従って、パートタイマによって作業が行われることの多い中小規模のユーザでは、従来検査機はほとんど使用不可能であった。

これらの教示の問題を解決するために、本出願人は検査領域の教示と、良否判定プログラムの適用及び水準の調整を必要としない技術を考案し、既に特許出願をしている（特許文献参照）。

これらの出願の基本をなす技術は、基準基板と検査基板の全面画像を獲得して両者を全画素に亘って均一の差分画像処理アルゴリズムで比較画像処理するため、上述の検査領域の教示も、又良否判定プログラムの適用とその調整も不要になった。

しかしながらこの技術は、イメージセンサが獲得した視野全体の画像を全画素に亘って均一の差分画像処理アルゴリズムで比較画像処理するため、基板領域以外の画素にも画像処理を施してしまう。画像処理は、画素単位で行うものなので、その処理時間は画素の数に比例して増大する。視野画像の全画素を対象に画像処理すれば、基板以外の領域の画素も画像処理するので、その処理時間は基板以外の画素の処理時間をも含んでいた。これは基板品質に無関係領域の画像処理に無駄な時間をかけていたことになる。
特願２００２−１９６８４４特願２００３−８４１６１特願２００３−１５３６２０特願２００３−３２０５９０

そこで本発明は、均一の差分画像処理アルゴリズムで比較画像処理する検査機において、画像処理対象を検査に必要な領域即ち基板領域あるいは基板上の部品実装領域を限定することによって、検査の高速化を実現しようとしている。

前記目的を達成するために、本発明の請求項１記載の実装基板検査装置は、検体基板の撮像視野画像と基準基板の撮像視野画像とを全画素に亘って均一の差分画像処理プログラムで比較画像処理して不良箇所を検出する実装基板検査装置において、比較画像処理する範囲を基板領域あるいは部品実装領域に限定することによって処理データ量を削減し、自動検査の高速化を実現した実装基板検査装置であって、
撮像視野中の基板領域あるいは部品実装領域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軸移動して基板領域を含む視野画像を獲得する撮像手段と、
獲得画像の全画素に亘って均一の差分画像処理プログラムで比較画像処理して検体基板と基準基板の基板領域あるいは部品実装領域の相違点を抽出する画像処理アルゴリズムを備える画像処理手段とより成る。

また、請求項２記載の実装基板検査装置は、検体基板の撮像視野画像と基準基板の撮像視野画像とを全画素に亘って均一の差分画像処理プログラムで比較画像処理して不良箇所を検出する実装基板検査装置において、比較画像処理する範囲を基板領域に限定することによって処理データ量を削減し、自動検査の高速化を実現した実装基板検査装置であって、
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軸移動して基板領域を含む視野画像を獲得する撮像手段と、
視野画像が含む明度データあるいは色相データあるいは彩度データを利用して視野画像中の基板領域を抽出するアルゴリズムと、
獲得画像の全画素に亘って均一の差分画像処理プログラムで比較画像処理して検体基板と基準基板の基板領域の相違点を抽出する画像処理アルゴリズムとを備える画像処理手段とより成る。

また、請求項３記載の実装基板検査装置は、検体基板の撮像視野画像と基準基板の撮像視野画像とを全画素に亘って均一の差分画像処理プログラムで比較画像処理して不良箇所を検出する実装基板検査装置において、比較画像処理する範囲を部品実装領域に限定することによって処理データ量を削減し、自動検査の高速化を実現した実装基板検査装置であって、
部品実装領域を教示する教示手段と、
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移動して基板画像を獲得する撮像手段と、
獲得画像の全画素に亘って均一の差分画像処理プログラムで比較画像処理して検体基板と基準基板の部品実装領域の相違点を抽出する画像処理アルゴリズムを備える画像処理手段とより成る。

本発明になる請求項１記載の実装基板検査装置によれば、１次元イメージセンサが撮像する視野中の基板領域あるいは部品実装領域に限定して比較画像処理し、検体基板と基準基板の相違点を見出すので、必要最小限の情報処理量となり、検査の高速化が初めて可能になる。

又、本発明になる請求項２記載の実装基板検査装置によれば、１次元イメージセンサが撮像する視野中の基板領域を画像処理アルゴリズムによって抽出し、基板領域に限定して比較画像処理し、検体基板と基準基板の相違点を見出すので、必要最小限の情報処理量となり、検査の高速化が初めて可能になる。

又、本発明になる請求項３記載の実装基板検査装置によれば、２次元イメージセンサが撮像する視野中の部品実装領域に限定して比較画像処理し、検体基板と基準基板の相違点を見出すので、必要最小限の情報処理量となり、検査の高速化が初めて可能になる。

検体基板の撮像視野画像と基準基板の撮像視野画像とを全画素に亘って均一の差分画像処理プログラムで比較画像処理して不良箇所を検出する実装基板検査装置において、検査の高速化という目的を、比較画像処理する範囲を基板領域あるいは部品実装領域に限定することによって、処理データ量を大幅に削減して実現した。

図１は、本発明装置の第１実施例の全体構成図である。

図１において、基板１上には電子部品２が搭載され、基板１は、Ｙテーブル３に保持されている。

基板１の上方には、１次元イメージセンサカメラ４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、ピクセル配列が基板１のＸ軸に沿うように設置されている。そこで、基板１のＹ方向移動で、基板１の全景を撮像するようにしている。ここで逆に、１次元イメージセンサカメラ４をＹ方向移動し、基板１を固定しておいても、同じ画像が得られることは言うまでもない。

１次元イメージセンサカメラ４は、制御装置５に接続され、制御装置５は、1次元センサ撮像ユニット６、画像保存ユニット７、画像処理演算ユニット８、システム全体を制御する統合システム制御ユニット９、及び教示ユニット１０を有し、各ユニット６、７，８，９、及び１０は、バス１５を通じてデータの交換を行う。

また、制御装置５には、入力ユニット１１と、出力ユニット１２と、通信ユニット１３と、表示ユニット１４が接続されている。

次に、図２のフロー図に従って、この実施例の検査装置の教示ステップを説明する。図の（Ａ）は、基板領域を画像処理する実施例であって、まず基準とする基板１をテーブルに装填し（ＳＴ１）、基板ＩＤを教示し（ＳＴ２）、その後基準基板をＹ軸移動して１次元イメージセンサカメラ４で基板全面を撮像する（ＳＴ３）。

この画像は図１０の（ａ）に示すように、実際には、カメラの視野全体の画像であって、その中に基板全面の画像を含んでいる。この発明に関わる検査装置は、撮像した画像の全画素に亘って均一の差分画像処理を施すことによって、数百、数千の検査領域を教示しなければならない従来型検査機の難点を解消するものであるから、基板周辺の無関係画素についてもまったく同じ画像処理を施す。ここで必要とされる画像は基板領域だけであるから、無関係画素数が基板領域のそれの５倍であれば、当然画像データの処理時間も５倍を要することになる。

そこでこの実施例では、この差分画像処理を実行する範囲を、基板領域のみに限定することによって、たとえば前述の例をとれば、データ処理時間を五分の一にしている。このようにしてこの実施例では、５倍の検査速度を実現している。

基板領域の限定は、基板サイズの教示によって行う（図２（Ａ）ＳＴ４）。この実施例では３種類の方法で基板サイズを教示することができる。即ち、
（１）ＳＴ３で撮像した画像（図１０（ａ））を表示ユニット１４に表示し、オペレータが手入力で基板領域を指定する。たとえばポインターで基板周囲をなぞって、その内部を基板領域とする。
（２）あらかじめ基板サイズを計測し、その値を入力する。
（３）基板のコンピュータ設計（ＣＡＤ）データを利用する。

このようにして基板領域が限定されたら、基板画像を含む視野画像を画像保存ユニット７に保存する（ＳＴ５）。

部品実装領域を画像処理するその他の実施例を、図２のフロー図（Ｂ）に沿って説明する。その他の実施例は、差分画像処理を実行する範囲を、部品実装領域のみに限定することによって、データ処理時間を更に短縮化している。まず基準基板１をテーブルに装填し（ＳＴ１'）、基板ＩＤを教示し（ＳＴ２'）、その後基準基板をＹ軸移動して１次元イメージセンサカメラ４で基板全面を撮像する（ＳＴ３'）。次に部品実装領域を教示する（ＳＴ４'）。部品実装領域は、２種類の方法で教示することができる。即ち、
（１）ＳＴ３'で撮像した画像（図１０（ａ））を表示ユニット１４に表示し、オペレータが手入力で部品実装領域を指定する。たとえばポインターで部品周囲をなぞって、その内部を部品実装領域とする。
（２）基板のコンピュータ設計（ＣＡＤ）データを利用する。
部品実装領域が限定されたら、基板画像を含む視野画像を画像保存ユニット７に保存する（ＳＴ５'）。

次に、この実施例の検査装置における自動検査の動作を、図３（Ａ）のフロー図に沿って説明する。

まず、図１において検体基板１をＹテーブル３に装填し（ＳＴ１１）、検体基板種のＩＤデータを入力するか又は読取ると（ＳＴ１２）、制御装置５の指令で検体基板１をＹ軸移動し、1次元センサ撮像ユニット６の制御によって１次元イメージセンサカメラ４が検体基板１の全面を撮像する（ＳＴ１３）。

そこで、画像処理演算ユニット８が、均一差分画像処理アルゴリズムによって、画像保存ユニット７に保存された基準基板視野画像中の基板領域画像と検体基板視野画像中の基板領域画像の比較画像処理を行う（ＳＴ１４）。均一差分画像処理アルゴリズムは、基準基板と検体基板の差分画像から画素周辺に同一値が存在するかどうかを検出することによって、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。即ち、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、定型パタンがずれを起こした場合には、周辺画素に同一値の画素があり、実装不良等の新しい変化に基づく画像では、周辺に同一値の画素が存在しないため、真の異同箇所として識別・検出ができる。

ＳＴ１４の比較画像処理によって検出された基準基板と検体基板の相違点は、図１０（b）に模式的に示すように基板画像上に重畳して表示される（ＳＴ１５）。

最後に、検体基板をＹステージ３から除去する（ＳＴ１６）。

その他の実施例では、図３（Ｂ）に示すように、画像処理演算ユニット８が、基準基板と検体基板のそれぞれ対応する部品領域同士で比較画像処理を行う（ＳＴ１４'）。この場合、画像処理の画素数が基板領域に比べて著しく少ないので、処理スピードがさらに向上する。一方、部品領域以外の箇所は不感領域となり、異常箇所が発生しても検出しない。そこで、限定対象を基板領域とするか部品領域とするかは、ユーザの選択に委ねている。

ＳＴ１４'の比較画像処理によって検出された基準基板と検体基板の部品領域相違点は、図１０（ｃ）に模式的に示すように基板画像上に重畳して表示される（ＳＴ１５'）。

最後に、検体基板をＹステージ３から除去する（ＳＴ１６'）。

この実施例の検査装置を使用すれば、以上のように画像処理対象の画素数が必要最小限になり、最高速の製造ラインに十分対応できる自動検査速度が得られる。

図４は、本発明装置の第２実施例の全体構成図である。

図４において、基板１上には電子部品２が搭載され、基板１は、Ｙテーブル３に保持されている。

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次元カラーイメージセンサカメラ４はラインＣＣＤカメラであって、ピクセル配列が基板１のＸ軸に沿うように設置されている。そこで、基板１のＹ方向移動で、基板１の全景を撮像するようにしている。ここで逆に、１次元カラーイメージセンサカメラ４をＹ方向移動し、基板１を固定しておいても、同じ画像が得られることは言うまでもない。

１次元カラー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、画像保存ユニット８、画像処理演算ユニット９、システム全体を制御する統合システム制御ユニット１０、及び教示ユニット１１を有し、各ユニット７，８，９、１０、及び１１は、バス１６を通じてデータの交換を行う。

また、制御装置６には、入力ユニット１２と、出力ユニット１３と、通信ユニット１４と、表示ユニット１５が接続されている。

次に、図５のフロー図に従って、この実施例の検査装置の教示ステップを説明する。まず基準とする基板１をテーブルに装填し（ＳＴ２１）、基板ＩＤを教示し（ＳＴ２２）、その後基準基板をＹ軸移動して１次元カラーイメージセンサカメラ４で基板全面を撮像する（ＳＴ２３）。

基板領域の限定は、画像処理演算ユニット９が備える、基板画像抽出アルゴリズムによって行う（ＳＴ２４）。基板画像抽出アルゴリズムはカラー画像処理アルゴリズムであって、基板のカラー画像が含む、明度あるいは色相あるいは彩度の特徴データを利用している。この実施例では、基板色と背景色とをこれらのカラーデータを利用して識別している。この識別を更に安定化する方法として、検査装置の床面全体を白色あるいは黄色等の単色塗装し、図１０（ａ）の視野画像の中、緑色等に塗装された基板と単色の周辺画像とを、カラー画像処理によって識別することもある。

このようにして基板領域が限定されたら、基板画像を含む視野画像を画像保存ユニット８に保存する（ＳＴ２５）。

次に、この実施例検査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。

まず、図４において検体基板１をＹテーブル３に装填し（ＳＴ３１）、検体基板種のＩＤデータを入力するか又は読取ると（ＳＴ３２）、制御装置６の指令で検体基板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次元カラーイメージセンサカメラ４が検体基板１の全面を撮像する（ＳＴ３３）。

そこで、画像処理演算ユニット９が、基板画像抽出アルゴリズムによって基板領域を自動抽出した後、均一差分画像処理アルゴリズムによって、画像保存ユニット８に保存された基準基板視野画像中の基板領域画像と検体基板視野画像中の基板領域画像の比較画像処理を行う（ＳＴ３４）。均一差分画像処理アルゴリズムは、基準基板と検体基板の差分画像から画素周辺に同一値が存在するかどうかを検出することによって、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。即ち、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、定型パタンがずれを起こした場合には、周辺画素に同一値の画素があり、実装不良等の新しい変化に基づく画像では、周辺に同一値の画素が存在しないため、真の異同箇所として識別・検出ができる。

ＳＴ３４の比較画像処理によって検出された基準基板と検体基板の相違点は、図１０（b）に模式的に示すように基板画像上に重畳して表示される（ＳＴ３５）。

最後に、検体基板をＹステージ３から除去する（ＳＴ３６）。

図７は、本発明装置の第３実施例の全体構成図である。

図７において、基板１上には電子部品２が搭載され、基板１は、まずＸＹテーブル３に装填される。

基板１の上方には、２次元イメージセンサカメラ４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。

２次元イメージセンサカメラ４は、制御装置５に接続され、制御装置５は、２次元センサ撮像ユニット６、画像保存ユニット７、画像処理演算ユニット８、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９、及び教示ユニット１０を有し、各ユニット６、７，８、９、及び１０は、バス１５を通じてデータの交換を行う。

第３の実施例は、差分画像処理を実行する範囲を、部品実装領域のみに限定することによって、データ処理時間を短縮化している。図８のフロー図に従って、第３実施例の教示ステップを説明する。まず基準とする基板１をＸＹテーブル３に装填し（ＳＴ４１）、基板ＩＤを教示し（ＳＴ４２）、その後基準基板を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（ＳＴ４３）。

次に部品実装領域を教示する（ＳＴ４４）。部品実装領域は、２種類の方法で教示することができる。即ち、
（１）ＳＴ４３で撮像した画像（図１０（ａ））を表示ユニット１４に表示し、オペレータが手入力で部品実装領域を指定する。たとえばポインターで部品周囲をなぞって、その内部を部品実装領域とする。
（２）基板のコンピュータ設計（ＣＡＤ）データを利用する。
部品実装領域が限定されたら、基板画像を含む視野画像を画像保存ユニット７に保存する（ＳＴ４５）。

次に、第３の実施例における自動検査の動作を、図９のフロー図に沿って説明する。

まず、図７において検体基板１をＸＹテーブル３に装填し（ＳＴ５１）、検体基板種のＩＤデータを入力するか又は読取ると（ＳＴ５２）、制御装置５の指令により検体基板１をＸＹ移動し、２次元センサ撮像ユニット６の制御によって２次元イメージセンサカメラ４が検体基板１の教示視野を撮像する（ＳＴ５３）。

そこで、画像処理演算ユニット８が、均一差分画像処理アルゴリズムによって、基準基板と検体基板のそれぞれ対応する部品領域同士で比較画像処理を行う（ＳＴ５４）。この場合、比較画像処理を行う対象画素数が全面画像比較に比べて著しく少ないので、処理スピードの向上というメリットがある。しかし一方、部品領域以外の箇所に異常箇所が発生しても、検出しないという、デメリットもある。均一差分画像処理アルゴリズムは、基準基板と検体基板の差分画像から画素周辺に同一値が存在するかどうかを検出することによって、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。即ち、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、定型パタンがずれを起こした場合には、周辺画素に同一値の画素があり、実装不良等の新しい変化に基づく画像では、周辺に同一値の画素が存在しないため、真の異同箇所として識別・検出ができる。

ＳＴ５４の比較画像処理によって検出された基準基板と検体基板の部品領域相違点は、図１０（ｃ）に模式的に示すように基板画像上に重畳して表示される（ＳＴ５５）。

最後に、検体基板をＸＹステージ３から除去する（ＳＴ５６）。

基板全面画像の均一な画像処理によって検査プログラムの作成を不要化した実装基板検査装置において、画像処理の対象とする画素を視野全面から基板領域もしくは部品実装領域に限定したので、処理データの大幅な削減による自動検査速度の高速化が達成され、最高速の組立てラインに適用できる。

検査装置の全体構成と基板を示す図である。（実施例１）検査装置における教示動作を示すフロー図である。（実施例１）検査装置における自動検査の動作を示すフロー図である。（実施例１）検査装置の全体構成と基板を示す図である。（実施例２）検査装置における教示動作を示すフロー図である。（実施例２）検査装置における自動検査の動作を示すフロー図である。（実施例２）検査装置の全体構成と基板を示す図である。（実施例３）検査装置における教示動作を示すフロー図である。（実施例３）検査装置における自動検査の動作を示すフロー図である。（実施例３）検査装置における撮像視野範囲と基板領域と部品実装領域を模式的に示す図である。（実施例１と実施例２と実施例３）

符号の説明

１基板
２電子部品
３Ｙテーブル
４１次元イメージセンサカメラ
５制御装置
６ 1次元センサ撮像ユニット
７画像保存ユニット
８画像処理演算ユニット
９統合システム制御ユニット
１０教示ユニット
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

検体基板の撮像視野画像と基準基板の撮像視野画像とを全画素に亘って均一の差分画像処理プログラムで比較画像処理して不良箇所を検出する実装基板検査装置において、比較画像処理する範囲を基板領域あるいは部品実装領域に限定することによって処理データ量を削減し、自動検査の高速化を実現した実装基板検査装置であって、
撮像視野中の基板領域あるいは部品実装領域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軸移動して基板領域を含む視野画像を獲得する撮像手段と、
獲得画像の全画素に亘って均一の差分画像処理プログラムで比較画像処理して検体基板と基準基板の基板領域あるいは部品実装領域の相違点を抽出する画像処理アルゴリズムを備える画像処理手段と
より成る実装基板検査装置。
検体基板の撮像視野画像と基準基板の撮像視野画像とを全画素に亘って均一の差分画像処理プログラムで比較画像処理して不良箇所を検出する実装基板検査装置において、比較画像処理する範囲を基板領域に限定することによって処理データ量を削減し、自動検査の高速化を実現した実装基板検査装置であって、
教示手段と、
ピクセル配置がＸ軸方向に沿う１次元カラー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軸移動して基板領域を含む視野画像を獲得する撮像手段と、
視野画像が含む明度データあるいは色相データあるいは彩度データを利用して視野画像中の基板領域を抽出するアルゴリズムと、獲得画像の全画素に亘って均一の差分画像処理プログラムで比較画像処理して検体基板と基準基板の基板領域の相違点を抽出する画像処理アルゴリズムとを備える画像処理手段と
より成る実装基板検査装置。
検体基板の撮像視野画像と基準基板の撮像視野画像とを全画素に亘って均一の差分画像処理プログラムで比較画像処理して不良箇所を検出する実装基板検査装置において、比較画像処理する範囲を部品実装領域に限定することによって処理データ量を削減し、自動検査の高速化を実現した実装基板検査装置であって、
部品実装領域を教示する教示手段と、
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移動して基板画像を獲得する撮像手段と、
獲得画像の全画素に亘って均一の差分画像処理プログラムで比較画像処理して検体基板と基準基板の部品実装領域の相違点を抽出する画像処理アルゴリズムを備える画像処理手段と
より成る実装基板検査装置。