JP2005181155A - 検査測定装置及び検査測定対象物の検査測定方法 - Google Patents

Abstract

【課題】電子回路基板の電気回路パターン上に塗布された半田クリームの良否などを検査測定する場合における自己判断機能を備えて正しく検査測定できる検査測定装置を得ること。
【解決手段】本発明の一実施例の検査測定装置は、内部に所定の面積と幅のターゲットマークＭを搭載し、そのターゲットマークＭの面積、幅方向（Ｘ方向及びＹ方向）の数値データを予め書き込んでおく記憶手段１３１と、前記ターゲットマークＭを撮影するカメラと２２、前記ターゲットマークＭを照明する照明手段２１と、前記カメラ２２及び前記照明手段２１を駆動制御する機構制御装置３０と、前記カメラ２２が撮影した画像データを画像処理する主制御装置１０とを備えて構成されている。
【選択図】図２

Description

本発明は、例えば、電子回路基板の所定の位置に形成された電気回路パターン、その電気回路パターン上に塗布された半田クリームの状態を検査するような検査測定装置及び検査測定対象物の検査測定方法に関するものである。

基板検査計測技術開発における従来技術の半田印刷の検査測定装置の概要を説明する。

例えば、プリント配線基板のような電子回路基板上の半田クリームの状態を検査する検査測定装置は、半田印刷機により、電子回路基板の電気回路パターン上に印刷された半田クリームの半田印刷状態を、画像処理装置を用いて印刷の良否を判定する装置である。

半田クリームの印刷の良否の判定手法は、検査測定装置に予め設定してある半田印刷の情報、即ち、半田の印刷面積、その半田の印刷幅方向の大きさ、半田の印刷位置を基に電子回路基板上の半田印刷の状態を、画像処理装置を用いて取り込んだ情報と比較処理することで半田印刷の良否の判定を行っている。この判定処理においては、精確に判定が行えることが重要である。

従来技術の前記検査測定装置においては、検査対象物を画像処理装置を用いて得られた情報から面積の大きさ、対象物の位置ずれ、欠品などの判断基準は、照明手段の時系列における変化、カメラ手段及び照明手段の駆動系の精度、カメラ手段の性能などの状態フィードバック制御が十分に行われていない状態での判断となっており、正しい判定ができていなかった。

例えば、検査対象物を検査する検査範囲内より得られた情報を基に検査結果の判定を実行するが、この時、得られた情報が精度の高い情報である保証はない。

また、検査対象物へのカメラ手段の移動制御を行っている駆動機構の精度も検査結果に大きく影響を与えるが、この精度も保証されているものではない。

更に、照明手段も時系列で変化しており、この変化による検査結果への影響も大きい。 従来はこのような検査測定における自己判断機能を使って正しく検査測定している装置はなく、検査測定装置にて判断された情報が実際に正しかったか否かを目視にて操作者が判断しているのが実情である。

本発明の検査測定装置は、内部に所定の面積と幅のターゲットマークを搭載し、そのターゲットマークの面積、幅方向（Ｘ方向及びＹ方向）、及び位置の数値データを予め書き込んでおく記憶手段と、前記ターゲットマークを撮影するカメラと、前記ターゲットマークを照明する照明手段と、前記カメラ手段及び前記照明手段を駆動制御する機構制御装置と、前記カメラ手段が撮影した画像データを画像処理する主制御装置とを備えていることを特徴とする。

前記カメラは前記ターゲットマークを画像処理にて認識し、前記ターゲットマークの面積、幅方向（Ｘ方向及びＹ方向）、及び位置の数値データを主制御装置にて集計処理し、そして前記主制御装置は集計した前記数値データを時系列に統計処理する機能を備えており、また、前記画像処理にて取り込んだ前記ターゲットマークの前記数値データを前記主制御装置に予め登録してある許容値と比較処理し、前記許容値を超えた前記数値データの場合は操作者に警告する警告報知機能を備えている。

また、本発明の検査測定対象物の検査測定方法は、内部に搭載された所定の面積と幅と位置が特定され、それらの基準値を備えたターゲットマークと他の離れた特定位置に載置、固定された検査測定対象物とを画像認識できる共通のカメラ手段と照明手段及びこれらを移動させる移動手段からなるロボット筐体ブロックを用い、そのロボット筐体ブロックで所定の時間間隔で前記検査測定対象物を画像認識により良否を検査測定した後、前記所定の時間が経過すれば、前記ロボット筐体ブロックを移動させて前記ターゲットマークの前記面積、幅及び又は位置を画像認識により検査測定し、得られた測定値が前記基準値内に在る場合は、前記検査測定対象物の画像認識による検査測定を続行し、前記得られた測定値が前記基準値から外れた場合は、作業者に警報を発することを特徴とする。

従って、本発明の検査測定装置によれば、この検査測定装置内に配設された絶対基準値であるターゲットマークを基準にしてカメラ、照明手段、駆動機構などが当初の基準値から狂っていないか否かを画像認識で検知でき、狂っておれば装置を停止し、作業者は狂いの原因がカメラ、照明手段、及びまたは駆動機構の何れに起因するのかを検査することができる。

また、本発明の検査測定対象物の検査測定方法によれば、所定の時間間隔で前記カメラ、照明手段、及びまたは駆動機構の狂いの検査を行うことができるので、ほぼ常時、前記検査測定対象物を精確に検査することができる。

本発明を採用することにより、次のような効果がもたらされる。
１．検査の判定結果の精確性が向上する
２．常に、正しい判定結果が得られる
３．精確性の高い判定結果であるため、不具合が何に起因しているかの問題解析が正しく 行える
４．各種製品機器の品質向上
５．生産工程の品質解析、工程管理能力向上
６．検査結果がＮＧ（Ｎｏ Ｇｏｏｄ）の時、特に多発傾向の時、機械責任とユーザの品 質責任が明確に区分できる、即ち、サービス責任・対応の迅速化が図れる
７．検査測定装置の工程能力を把握した上での事前点検が有効に行える
など、数々の優れた効果がえられる。

本発明では、検査測定装置に自己精度保証確認機能を持たせることにより、例えば、半田印刷の常に正しい精確性の高い判定結果が得られ、不具合があってもそれが何に起因しているかの問題解析を正しく行える検査測定装置を実現した。

以下、図を用いて、本発明の実施例の検査測定装置を説明する。

図１は本発明装置の一実施例の検査測定装置のシステムの概念図、図２は図１に示した検査測定装置の主制御装置のシステムブロック図、図３は図１及び図２に示した検査測定装置の精度保証確認機能のフローチャート、図４は検査時のばらつきデータを表した工程能力指数Ｃｐを求めるための正規分布グラフ、図５は分布が平均値より外れている検査時のばらつきデータを表した工程能力指数Ｃｐｋを求めるための正規分布グラフ、そして図６はターゲットマークＭの基準値に対する一定時間経過後のロボット筐体ブロックの経時変化によるターゲットマークＭの測定値のバラツキの一例を表すグラフである。

先ず、図１及び図２を用いて本発明の一実施例の検査測定装置の構成を、電子回路基板上の半田クリームの検査測定の場合に適用して説明する。

図１において、符号１は全体として本発明の検査測定装置を指す。この検査測定装置１は大別して主制御装置１０、ロボット筐体ブロック２０、機構制御装置３０などから構成されている。

主制御装置１０は、後記するように、コンピュータを中心に構成されていて、画像処理制御機能と演算処理機能を備えている。

ロボット筐体ブロック２０は、照明用鏡筒２１と画像取り込み用のカメラ２２とが共に一体化されたブロックである。鏡筒２１の内面には、ターゲットマークＭを照明するのに好適な半導体発光素子と反射鏡（いずれも不図示）が組み込まれている。カメラ２２は、例えば、ＣＣＤのような固体撮像素子を備えており、前記反射鏡で反射された映像を取り込み、主制御装置１０に伝送する。

機構制御装置３０は主制御装置１０とインターフェイスＩｆが取られおり、その主制御装置１０の指示に従ってロボット筐体ブロック２０を駆動、制御し、また、鏡筒２１内の照明灯の明るさを適切に調整する装置である。またカメラ２２のシャッターをコントロールする。この機構制御装置３０は主制御装置１０の下に制御され、ロボット筐体ブロック２０を同一水平面内でＸＹ方向に所定のシーケンスに従って駆動、制御する。

また、検査測定装置１の所定の位置には、所定の大きさのターゲットマークＭが形成されたターゲットマークプレートＰが配設、固定されている。このターゲットマークＭは前記のように機構制御装置３０の下でカメラ２２により撮影されるように鏡筒２１により照明される。

主制御装置１０は、図２に示したように、画像データ変換制御部１１０、主制御盤１２０、情報処理部１３０などから構成されており、更に、画像データ変換制御部１１０は撮影画像データ記憶部１１１、画像処理アプリケーションソフトウエア１１２から構成されており、主制御盤１２０は画面操作部１２１、データベース１３１へのアクセス部１２２から構成されており、そして情報処理部１３０はデータベース部１３１、検査結果データ記憶部１３２、ターゲットマークの基準値取得データ記憶部１３３、演算処理部１３４などから構成されている。

画面操作部１２１の操作により、画像データ変換制御部１１０の撮影画像データ記憶部１１１にはカメラ２２が撮影した画像データが入力され、記憶される。記憶された画像データは画像処理アプリケーションソフトウエア１１２で数値化される。

数値化された画像データはアクセス部１２２の動作によりデータベース１３１へ書き込まれ、或いは、読み出される。

データベース１３１にはターゲットマークＭの基準データ、即ち、その面積、その幅及び位置のデータ、検査結果データの他、鏡筒２１を移動させるデータ、照明の輝度を可変させるデータなどが記憶されている。

検査結果データ記憶部１３２にはカメラ２２により得られたターゲットマークＭの全ての数値データ、即ち、その面積、その幅及び位置の画像データが保存される。

ターゲットマーク基準値取得データ記憶部１３３には、データベース１３１から必要とするデータであるターゲットマークＭの面積、その幅、位置などの画像データが引き出され、保存される。

演算処理部１３４は、画像データより得られたターゲットマーク情報を基に機械性能、精度の確認を実行する。

次に、図３に示したフローチャートを用いて、本発明の検査測定装置１の動作を説明する。

先ず、予め設計段階で判っているターゲットマークＭの面積、幅（Ｘ方向サイズ、Ｙ方向サイズ）及び位置（座標）の数値データをデータベース１３１に記憶させておく。記憶されたこの数値データは基準値データとして実際の半田検査時に定期的に確認されるターゲットマークＭの数値データとの比較及び統計処理に用いられる。即ち、これは判定の精確性を保証するための絶対基準値となる。
次に、鏡筒２１とカメラ２２からなるロボット筐体ブロック２０を用いて、例えば、１０，０００枚の電子回路基板上の半田クリームが電気回路パターン上に精確に印刷されているか否かを画像認識により繰り返し検査し、その一定の時間経過毎に、例えば、２０分経過毎に、同一のロボット筐体ブロック２０をターゲットマークＭ上に移動させて（ステップＳ２）、そのターゲットマークＭの画像データを認識し（ステップＳ３）、この画像データを検査結果データ記憶部１３２内にターゲットマークＭの数値データ、即ち、ターゲットマークＭの面積サイズ、幅方向のサイズ（Ｘ方向サイズ、Ｙ方向サイズ）及び位置（座標）として取り込み、記憶する（ステップＳ４）。

なお、ターゲットマーク認識時のデータ取り込み制御として、照明手段のキャリブレーション（調光）を実行し、照明の時系列における変化に対応した最適条件出しを行い、常に安定した照明の制御を行う。

更に、ロボット筐体ブロック２０においては、目標位置に移動後、ターゲットマークＭの取り込み時、機構部の振動を計測して、或る一定値以内に機構部の振動が収束させるように機構制御装置３０にて制御し、常に安定した画像データの取り込みを行う機構制御を行う。

次に、演算処理部１３５で、ターゲットマークＭの基準値データと図１で示したロボット筐体ブロック２０、機構制御装置３０の構成より得られたターゲッートマークＭの数値データの演算処理を行い（ステップＳ５）、ターゲットマークの面積、幅方向、位置データなどの基準値データからのばらつきを統計処理することで標準偏差σの正規分布を求め、これより得られた情報から工程能力指数Ｃｐ値或いはＣｐｋ値（＝Ｐｒｏｃｅｓｓ Ｃａｐａｂｉｌｉｔｙ Ｉｎｄｅｘ）を算出することで検査の精確性を判断する。

ここで図４及び図５を用いて工程能力指数Ｃｐ値、Ｃｐｋ値を説明する。

先ず、Ｃｐ値は、図４に示したように、検査時のばらつきデータを正規分布グラフで表した場合、このケースの工程の安定度を求める際にＣｐ値を算出して安定度を数値データで表すことができる。Ｃｐ値の算出方法としては、下記の式で得られる。 Ｃｐ＝（規格の上限−規格の下限）／６σ
この式で得られた数値が１以下の場合は、安定していないと定義する。

次に、Ｃｐｋ値は、前記のような検査時のばらつきデータを正規分布グラフにした場合、分布が平均値より外れている場合に平均値を考慮した数値データとして求められる。Ｃｐｋ値の算出方法は下記の式で与えられる。

ｋ＝ａ／（ｂ／２）
Ｃｐｋ＝（１−ｋ）＊Ｃｐ
以上、Ｃｐ、Ｃｐｋを数値データとして求めることにより、ばらつきの度合いを知ることができ、規格に対する工程指数を確認することができる。

Ｃｐ値は規格の中心と分布の平均が同一の場合に活用し、Ｃｐｋ値は両規格でかつ規格の中心と分布の平均が一致しない場合に活用する。

ここで求めたＣｐｋ値が、図６に示したように、検査時のターゲットマークＭのばらつきデータである数値データが基準データの正規分布グラフで表される設定された規格値の幅、例えば、±０．５％内に入っているか否かを判定し（ステップＳ６）、規格値の幅に入っていない場合は、検査結果の精確性が悪いと判断し、操作者に警告を発し、検査の実行を中止する（ステップＳ７）。Ｃｐｋ値が設定されている規格値の幅に入っていると判定された場合は、電子回路基板の検査、測定を実行し続け（ステップＳ８）、その所定の検査、測定を所定回繰り返した後、前記と同様に次のターゲットマークＭの認識を行う（ステップＳ９）。

なお、図６のグラフを若干説明しておく。このグラフはターゲットマークＭの面積について比較しており、横軸はそのターゲットマークＭの面積を、縦軸は、ロボット筐体ブロック２０が、前記の例では、２０分毎にターゲットマークＭを認識しに行った時の基準値からのずれの頻度を表していて、図６では、面積が１２９０１７平方μｍの基準値に一致している場合が約４５０回あり、この基準値を中心にして、例えば、±５％以内の範囲に測定数値が入っている場合はそのロボット筐体ブロック２０で半田クリームの検査を続行してもよいことを表し、ロボット筐体ブロック２０は半田クリームの検査を続行する。もし、±５％の規格値の幅に入っていない場合であれば、前記のように操作者に警告を発し、検査の実行を中止するいる。

この図６の例では、ターゲットマークＭの面積について検査しているが、ターゲットマークＭの幅（Ｘ軸方向幅、Ｙ軸方向幅）、ターゲットマークＭの位置（Ｘ軸方向位置、Ｙ軸方向位置）も同様に行う。

前記のようにＣｐｋ値が設定されている規格値の幅に入っていない場合は、その原因がロボット筐体ブロック２０の駆動機構に起因するのか、カメラ２２に起因するのか、或いは、照明手段の計時変化に起因するのかを調べ、それらの調整を行った後、電子回路基板の検査を再開する。

従って、そのように調整されれば本発明の検査測定装置１はカメラ２２の性能、照明の性能及びこれらを駆動する駆動機構の性能をほぼ正常な値に保って電子回路基板の検査を行うことができる。

以上説明したように、本発明の検査測定装置１は、従来の検査測定装置に無い自己判断機能を持つことにより精確性の高い検査結果が得られることになる。

前記の実施例は電子回路基板の検査測定装置として例示したが、本発明の検査測定装置は、この他、部品実装装置において部品が正しく搭載されているかを検査する場合にも用いることができ、また、半導体ウエハーにおける集積回路パターンを検査する場合などにも用いることができる。

本発明装置の一実施例の検査測定装置のシステムの概念図である。 図１に示した検査測定装置の主制御装置のシステムブロック図である。 図１及び図２に示した検査測定装置の精度保証確認機能のフローチャートである。 検査時のばらつきデータを表した工程能力指数Ｃｐを求めるための正規分布グラフである。 分布が平均値より外れている検査時のばらつきデータを表した工程能力指数Ｃｐｋを求めるための正規分布グラフである。 ターゲットマークＭの基準値に対する一定時間経過後のロボット筐体ブロックの経時変化によるターゲットマークＭの測定値のバラツキの一例を表すグラフである。

符号の説明

１ 本発明の一実施例の検査測定装置
１０ 主制御装置
１１０ 画像データ変換制御部
１１１ 撮影画像データ記憶部
１１２ 画像処理アプリケーションソフトウエア
１２０ 主制御盤
１２１ 画面操作部
１２２ データベース１３１へのアクセス部
１３０ 情報処理部
１３１ データベース
１３２ 検査結果データ記憶部
１３３ ターゲットマークの基準値取得データ記憶部
１３４ 演算処理部
２０ ロボット筐体ブロック
２１ 鏡筒
２２ カメラ
３０ 機構制御装置
Ｓ 半田
Ｐ 部品実装基板
Ｉｆ インターフェイス

Claims (5)

1. 内部に所定の面積と幅と位置が特定されたターゲットマークを搭載し、該ターゲットマークの面積、幅方向（Ｘ方向及びＹ方向）、及び位置の数値データを予め書き込んでおく記憶手段と、前記ターゲットマークを撮影するカメラと、前記ターゲットマークを照明する照明手段と、前記カメラ手段及び前記照明手段を駆動制御する機構制御装置と、前記カメラ手段が撮影した画像データを画像処理する主制御装置とを備えていることを特徴とする検査測定装置。
2. 前記カメラは前記ターゲットマークを画像処理にて認識し、前記ターゲットマークの面積、幅方向（Ｘ方向及びＹ方向）、及び位置の数値データを主制御装置にて集計処理することを特徴とする請求項１に記載の検査測定装置。
3. 前記主制御装置は集計した前記数値データを時系列に統計処理する機能を備えていることを特徴とする請求項２に記載の検査測定装置。
4. 前記画像処理にて取り込んだ前記ターゲットマークの前記数値データを前記主制御装置に予め登録してある許容値と比較処理し、前記許容値を超えた前記数値データの場合は操作者に警告する警告報知機能を備えていることを特徴とする請求項１に記載の検査測定装置。
5. 内部に搭載された所定の面積と幅と位置が特定され、それらの基準値を備えたターゲットマークと他の離れた特定位置に載置、固定された検査測定対象物とを画像認識できる共通のカメラ手段と照明手段及びこれらを移動させる移動手段からなるロボット筐体ブロックを用い、該ロボット筐体ブロックで所定の時間間隔で前記検査測定対象物を画像認識により良否を検査測定した後、前記所定の時間が経過すれば、前記ロボット筐体ブロックを移動させて前記ターゲットマークの前記面積、幅及び又は位置を画像認識により検査測定し、得られた測定値が前記基準値内に在る場合は、前記検査測定対象物の画像認識による検査測定を続行し、前記得られた測定値が前記基準値から外れた場合は、作業者に警報を発することを特徴とする検査測定対象物の検査測定方法。
   

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