JP2006266685A - 実装基板の検査方法及び検査装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 画像処理に基づいて実装基板の検査を行う際、部品と基板の色彩が酷似しているような場合でも部品の識別を可能とし、検査精度を向上させる。
【解決手段】 部品ｂが実装される基板Ａを検査するに際し、自然光照射手段３を照射して撮像した自然光画像と、同軸落射光照射手段４を照射して撮像した同軸落射光画像と、サイド光照射手段５を照射して撮像したサイド光画像と、自然光画像と同軸落射光画像を重ね合わせて画像処理した第１の処理画像と、サイド光画像と同軸落射光画像を重ね合わせて画像処理した第２の処理画像と、自然光画像とサイド光画像の６つの画像を判断要素とし、これら画像をユーザが任意に選定して検査できるようにする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、電子部品が実装された基板の実装状態等を検査する技術に関する。

従来、基板に実装された電子部品の実装状態等（実装の有無、取付け位置の誤差、部品の正誤、異物の付着、傷の有無など）を検査する技術として、本出願人の提案に係る画像処理システムによるパターンマッチング処理技術（例えば、特許文献１参照。）が知られている。これは、実装基板をカメラでカラー撮影し、このカラー画像データとマスターデータの明度、色相、彩度を比較することで正常か異常かを判断するような技術である。
特許第２９０３３０５号公報

ところが、上記のような技術の場合、基板と部品の色彩が同系色で酷似しているような場合や、基板と部品の境界部が明瞭でない場合等には、明度と色相と彩度のマッチングだけでは良否の判定に限界があった。

そこで本発明は、画像処理に基づいて実装基板の検査を行うような技術において、部品と基板の色彩が酷似していたり、基板と部品の境界部が不明瞭な場合等でも、確実に部品の識別が可能で、実装状態を確実に検査できるようにすることを目的とする。

上記目的を達成するため本発明は、基板に実装される部品の取付け状態等を検査する方法において、実装基板に対して上方から自然光を照射して撮像した自然光画像と、前記実装基板に対して直上から同軸落射光を照射して撮像した同軸落射光画像とを重ね合わせて画像処理して第１の処理画像を作製し、少なくともこの第１の処理画像を良否判断の１つの要素として取り入れ、部品の取付け状態等を検査するようにした。

ここで、自然光画像とは、上方から自然光（拡散光）を照射して反射する散乱光を撮影したカラー画像をいい、同軸落射光画像とは、真上から同軸落射光（平行光）を照射して反射した直接光を撮影した画像をいうものとするが、同軸落射光を照射して得た同軸落射光画像は、一般的に平坦面が照射光と同色に強調されて撮像される。
このため、例えば、同軸落射光の照射を白色とすれば、平滑な平坦面が白色に、凹凸面が黒色に強調される。
一方、実装基板において、基板自体の表面は平滑面であり、部品やその取付部等の表面は基板自体に較べると平滑度において劣っている。
このため、例えば白色の同軸落射光画像と自然光画像とを重ね合わせて画像処理した第１の処理画像は、自然光画像に較べて基板部分が白っぽく、部品やその取付部分等が黒っぽくなると同時に、自然光画像だけでは似た色として識別が困難で、また、同軸落射光画像だけでは部品の輪郭等の細部識別が困難である基板と部品の境界部付近がはっきりと識別できるようになり、例えば、部品の有無、部品の位置ズレ、違う部品の取付け、異物の付着、傷・打痕の有無等の識別が確実に行われるようになる。
なお、二つの画像を重ね合わせて画像処理する具体的方法としては、それぞれの画像の有するＲＧＢの３原色データ割合を一定に保ったまま明度を増減させて加算することで、加算後の明度が常に一定になるよう演算処理するものである。

また、本発明では、前記実装基板に対して該基板の側方斜め上方からサイド光を照射してサイド光画像を撮像し、このサイド光画像と前記同軸落射光画像とを重ね合わせて画像処理した第２の処理画像も良否判断の１つの要素として取り入れ、部品の取付け状態等を検査するようにした。

すなわち、前述の自然光画像と同軸落射光画像を重ね合わせた第１の処理画像では、部品の有無や、部品の平面的な位置ズレや、異なる部品の取付けや、異物の付着や、傷・打痕の有無等の識別は可能なものの、部品の傾斜状態や、半田のフィレット部の状態等を明確に把握することはできない。
一方、基板の側方斜め上方からサイド光を照射して撮像すれば、例えばサイド光を赤色とした場合、反射波が一番多い傾斜面部分では赤色に、それ以外の反射の少ない部分は黒っぽい画像となる。このため、あらかじめ一番知りたい傾斜面の傾斜角に合わせてサイド光を照射する角度を定めておけば、同傾斜面部分の傾斜状態を知ることができる。
そして、サイド光と同軸落射光画像を重ね合わせて画像処理した第２の処理画像では、サイド光画像だけでは黒色に写る平面部分が白くなって傾斜部分の赤色だけが明確に判定できるようになり、これを良否判断の一つの要素として取り入れることで、所定角度で傾斜する半田のフィレット部分や、部品の傾斜取付け等の不良等を精度良く検査することができる。

また本発明では、前記部品の取付け状態等の良否の判断要素として、自然光画像と、同軸落射光画像と、サイド光画像と、自然光画像と同軸落射光画像とを重ね合わせて画像処理した第１の処理画像と、サイド光画像と同軸落射光画像とを重ね合わせて画像処理した第２の処理画像の少なくとも５つの画像が含まれるようにした。
そして、これらの画像の任意のものに基づいて良否判断できるようにしておけば、例えば、ユーザが実装基板の状態等に合わせて適切なものを選定しながら効率的に検査することができる。

また、本発明では、前記部品の取付け状態等の良否の判断要素に、自然光画像とサイド光画像とを重ね合わせて画像処理した第３の処理画像も付加するようにした。
このように判断要素に第３の処理画像を付加することにより、凹凸面部位の形状等把握の可能性が広がり、検査精度をより高めることができる。

また本発明では、前記自然光と同軸落射光を白色ＬＥＤ照明とし、前記サイド光を白色以外のＬＥＤ照明とした。
そして、ＬＥＤ照明を用いることにより装置の小型化が図れるとともに、装着位置の自由度が増し、また、ちらつきのない安定した光源を得ることができるが、同軸落射光を白色ＬＥＤ照明で、サイド光を白色以外のＬＥＤ照明にすることで、例えば、同軸落射光とサイド光を同時に照射してそれぞれの画像を撮像できるようになり、検査を効率的に行うことができる。
この際、同軸落射光、サイド光と自然光の照射とを同期をとって交互のタイミングで行うことで、より一層検査効率を上げながら精度良く検査することが可能である。
ここでサイド光の白色以外のＬＥＤ照明としては、赤色や青色等が好適である。

そして、基板に実装される部品の取付け状態等を検査する装置としては、実装基板に対して上方から自然光を照射する自然光照射手段と、直上から白色の同軸落射光を照射する同軸落射光照射手段と、側方からサイド光を照射するサイド光照射手段と、各照射手段からの反射光をカラー撮像する撮像手段と、撮像された画像及び所定の画像を重ね合わせて画像処理することにより複数種類の処理画像を作製する画像処理作製手段と、複数の画像を切換え手段によって切換え表示可能な表示手段と、選択した任意の画像に基づいて部品の取付け状態等の良否の判断する良否判断手段を設ける。

実装基板を検査するため、自然光を照射して撮像した自然光画像と、同軸落射光を照射して撮像した同軸落射光画像を重ね合わせた第１の処理画像を良否判断の一つの要素として取り入れることで、自然光だけ、または同軸落射光だけでは識別できない不良も検出できるようになり、検査精度が向上する。この際、基板の側方からサイド光を照射してサイド光画像を撮像し、このサイド光画像と同軸落射光画像を重ね合わせた第２の処理画像をも良否判断の一つの要素として取り入れれば、例えば半田フィレット部の状況等も精度良く検査できるようになり、検査精度を一層向上させることができ、更に、自然光画像とサイド光画像を重ね合わせた第３の処理画像を付加すれば、例えば明瞭でない凹凸面状況等が明確になる等、更に検査精度を高めることができる。
そして、自然光と同軸落射光を白色ＬＥＤ照明とし、サイド光を白色以外のＬＥＤ照明にすれば、これらを同時に照射してそれぞれの画像を得ることが可能となり、また、自然光の照射と同期をとって交互に行うことにより検査を効率的に且つ精度良く行うことができる。

本発明の実施の形態について添付した図面に基づき説明する。
ここで図１は本発明に係る検査方法を行うための装置構成の概要図、図２は検査方法の手順の一例を示すフロー図である。

本発明に係る実装基板の検査方法は、基板に実装される部品の色彩が基板と同系色で似ている場合でも確実に両者を識別して検査精度を高めることができるようにされており、複数の画像を撮像し、これらのうち、少なくとも自然光画像と同軸落射光画像を重ね合わせて画像処理した第１の処理画像を判断要素の一つとして取り入れて検査することを特徴としている。

この検査装置１は、図１に示すように、部品ｂが実装される基板Ａが載置されるテーブル２と、基板Ａに対して上方から自然光を照射することのできる自然光照射手段３と、基板Ａの直上から同軸落射光を照射することのできる同軸落射光照射手段４と、基板Ａの側方斜め上方からサイド光を照射することのできるサイド光照射手段５と、各照射手段３、４、５から照射した実装基板の画像をカラーで撮像することのできるＣＣＤカメラ６を備えており、前記テーブル２と、各照射手段３、４、５と、ＣＣＤカメラ６は一体的に構成されるとともに、これらテーブル２と、各照射手段３、４、５と、ＣＣＤカメラ６は、ＸＹコントローラ８の操作によるテーブル・カメラ駆動部７の駆動によってＸＹ方向に移動自在にされている。

また、この装置１には、装置全体を制御する制御部１０や、ＣＣＤカメラ６で撮像したアナログの画像信号をデジタル信号であるＲＧＢ値に変換するための信号処理部１１や、画像を処理するための画像処理部１２や、画像等を記憶するための記憶部１３や、キーボードやポインティングデバイス等により各種入力を行うための入力部１４や、画像に基づいて欠陥等を判断する判断部１５や、画像や検査結果等を表示する表示部１６が設けられ、任意の場所で簡易に検査ができる卓上型装置として構成されている。

前記自然光照射手段３は、リング状の白色ＬＥＤ照明であり、実装基板に向けて拡散光を照射することにより、実装基板から反射する散乱光を前記ＣＣＤカメラ６で撮像するようにされている。
また、前記同軸落射光照射手段４は、白色ＬＥＤ照明であり、実装基板に向けて真上から真下に向けて平行光を照射することにより、実装基板から反射する直接光を前記ＣＣＤカメラ６で撮像するようにされている。
また、前記サイド光照射手段５は、リング状の赤色ＬＥＤ照明であり、実装基板の側方斜め上方からローアングルで赤色光を照射することにより、実装基板から反射する光を前記ＣＣＤカメラ６で撮像するようにされている。

そして、これらの照明手段３、４、５は、制御部１０から発せられる同期信号により、同軸落射光照射手段４とサイド光照射手段５の照射が同時に、且つ自然光照射手段３の照射と交互のタイミングで行われるようにしている。

そして、同軸落射光照射手段４とサイド光照射手段５を照射したときにＣＣＤカメラ６で撮像した画像に基づいて、画像処理手部１２でサイド光（赤色）の影響を取り去るよう画像処理、補正することにより、同軸落射光だけを照射した画像（同軸落射光画像）に変換し、また、同軸落射光（白色）の影響を取り去るよう画像処理、補正することにより、サイド光だけを照射した画像（サイド光画像）に変換し、これらを画像メモリに記憶させる。

この際、同軸落射光画像では、水平な平滑面部分は白色の反射が多くて白色が強調される画像となり、それ以外の部分は黒色が強調される画像となる。また、サイド光画像では、所定角度の傾斜面部分は反射が多くて赤色が強調される画像となり、それ以外の部分は黒色が強調される画像となる
一方、自然光照射手段３を照射したときにＣＣＤカメラ６で撮像したカラー画像は、自然光画像としてそのまま画像メモリに記憶される。

この結果、ＣＣＤカメラ６によって撮像される基本的な画像は、自然光画像、同軸落射光画像、サイド光画像の三種類であるが、本発明の場合、これら画像から更に画像処理して作製した処理画像を新たに三種類作製し、合計六種類の画像を使用して検査に用いるようにしている。

この新たな処理画像の第１は、まず、自然光画像と同軸落射画像を重ね合わせて第１の処理画像である。この第１の処理画像の作製は、それぞれの画像の有するＲＧＢの３原色データ割合を一定に保ったまま明度を増減させて加算することにより、加算後の明度が常に一定になるよう処理するものである。そしてこの画像は、平面部が白色で強調されるため、特に部品ｂの輪郭等が明確となる。

また、新たな処理画像の第２は、サイド光画像と同軸落射光画像を重ね合わせて第２の処理画像である。この第２の処理画像の作製要領も前記手順と同様であり、この画像では、所定角度で傾斜する傾斜面が赤色で強調されるため、半田付け部のフィレット部等の形状等が明確となる。
なお、サイド光照射手段５の取付け位置（高さ）は、例えば、あらかじめ所望のフィレット部の傾斜角度等に合わせて設定されている。
また、新たな処理画像の第３は、自然光画像とサイド光画像を重ね合わせた第３の処理画像である。この第３の処理画像の作製要領も前記手順と同様であり、この画像では、その他の不明瞭な凹凸面部位を明確化するのに有効なことが多い。

以上のように画像処理された６種類の画像は、画像メモリに記憶されるとともに、切換え手段１７により表示部１６に表示可能とされている。そして、本実施例では、ユーザが手動で切換え手段１７を操作するようにしているが、勿論これは自動で行うようにしてもよい。

前記判断部１５は、マスターデータと比較することにより正常か否かを判断できるようにされており、本実施例では、ユーザがあらかじめ検査しようとする領域を指定し、ユーザが選定した画像（例えば、第１の処理画像等）で撮像した結果をマスターデータとして設定しておき、検査すべき実装基板の同じ領域を指定してマスターデータと同じ画像（例えば、第１の処理画像等）で撮像するとともに、これを判断部１５でマスターデータと比較することにより、結果を表示するようにされている。

以上のような検査装置１による検査手順の一例について図２に基づき説明する。
まず、マスターデータを作製し設定する。この手順は、上述のように、正規に組付けた実装基板のマスターサンプルをテーブル２上に載置し、ユーザが指定した領域を撮像して各種画像に画像処理した後、選定した画像（例えば、第２の処理画像）をマスターデータとして記憶させておく。

マスターデータの設定が完了すると、検査すべき実装基板Ａをテーブル２上に載置し、同じ要領でユーザが指定した領域を撮像し、各種画像に画像処理した後、所望の画像（この場合、第２の処理画像）を選択する。すると、選択された画像は表示部１６に表示されると同時に、判断部１５によりマスターデータとの比較判定が行われる。
このマスターデータとの比較判定の一例は、例えばＲＧＢデータにおいて両者の差分を求め、この差分が所定のしきい値以内であれば正常と判定し、範囲を超えれば欠陥と判定する等の要領である。

この際、第１の処理画像は、基板Ａと部品ｂが同系色で色彩が酷似している場合でも、平面視による部品の輪郭が明確に写し出されており、特に部品違い、部品の有無、部品の位置ズレ、基板への傷・打痕等の検査に効果があり、第２の処理画像は、半田フィレット部の傾斜角、部品の傾斜方向の位置ずれ等の検査に効果がある。
また、第３の処理画像は、その他の凹凸面等の識別に有効であるが、もちろん、第１〜第３の処理画像だけでなく、自然光画像やサイド光画像等だけでも十分明確に判断できるような場合は、マスターデータとして自然光画像や、サイド光画像や、同軸落射光画像を採用してもよく、ユーザが任意に選択できる。

以上のような要領により、基板Ａと部品ｂの色彩が酷似しているような場合でも、また基板Ａと部品ｂの境界部付近の画像が不明瞭な場合でも確実に検査できるようになり、検査精度を高めることができる。
なお、以上の実施形態では、画像の選定等をユーザが手動で行うようにしているが、これを自動化しても良いことは勿論である。

なお、本発明は以上のような実施形態に限定されるものではない。本発明の特許請求の範囲に記載した事項と実質的に同一の構成を有し、同一の作用効果を奏するものは本発明の技術的範囲に属する。
例えば、具体的な装置構成や検査手順等は一例である。

実装基板を画像処理して検査するに際し、複数の照射手段に基づいて複数の画像を作製し、このうち所定の二枚の画像を重ね合わせて画像処理した処理画像を判断要素の一つとして取り入れることで、特に基板と部品が同系色で似た色彩である場合でも部品の輪郭が明瞭に写し出され、検査精度を高めることができる。このため、非破壊、非接触、非汚染という画像処理検査システムのメリットを十分活かすことができる。

本発明に係る検査方法を行うための装置構成の概要図 検査方法の手順の一例を示すフロー図

符号の説明

１…検査装置、３…自然光照射手段、４…同軸落射光照射手段、５…サイド光照射手段、６…ＣＣＤカメラ、１２…画像処理部、１５…判断部、１６…表示部、１７…切換え手段、Ａ…基板、ｂ…部品。

Claims (7)

1. 基板に実装される部品の取付け状態等を検査する方法であって、実装基板に対して上方から自然光を照射して撮像した自然光画像と、前記実装基板に対して直上から同軸落射光を照射して撮像した同軸落射光画像とを重ね合わせて画像処理して第１の処理画像を作製し、少なくともこの第１の処理画像を良否判断の１つの要素として取り入れ、部品の取付け状態等を検査することを特徴とする実装基板の検査方法。
2. 前記実装基板に対して該基板の側方斜め上方からサイド光を照射してサイド光画像を撮像し、このサイド光画像と前記同軸落射光画像とを重ね合わせて画像処理した第２の処理画像も良否判断の１つの要素として取り入れ、部品の取付け状態等を検査することを特徴とする請求項１に記載の実装基板の検査方法。
3. 前記部品の取付け状態等の良否の判断要素は、自然光画像と、同軸落射光画像と、サイド光画像と、自然光画像と同軸落射光画像とを重ね合わせて画像処理した第１の処理画像と、サイド光画像と同軸落射光画像とを重ね合わせて画像処理した第２の処理画像の少なくとも５つの画像を含むことを特徴とする請求項２に記載の実装基板の検査方法。
4. 前記部品の取付け状態等の良否の判断要素に、自然光画像とサイド光画像とを重ね合わせて画像処理した第３の処理画像も付加することを特徴とする請求項３に記載の実装基板の検査方法。
5. 前記自然光と同軸落射光を白色ＬＥＤ照明とし、前記サイド光を白色以外のＬＥＤ照明にすることを特徴とする請求項２又は請求項３に記載の実装基板の検査方法。
6. 前記同軸落射光とサイド光とは同時に照射するようにし、この同時照射は、自然光の照射と同期をとって交互に行うことを特徴とする請求項５に記載の実装基板の検査方法。
7. 基板に実装される部品の取付け状態等を検査する装置であって、前記実装基板に対して上方から自然光を照射する自然光照射手段と、直上から同軸落射光を照射する同軸落射光照射手段と、側方斜め上方からサイド光を照射するサイド光照射手段と、各照射手段からの反射光をカラー撮像する撮像手段と、撮像された画像及び所定の画像を重ね合わせて画像処理することにより複数種類の処理画像を作製する画像処理作製手段と、複数の画像を切換え手段によって切換え表示可能な表示手段と、選択した任意の画像に基づいて部品の取付け状態等の良否の判断する良否判断手段を備えたことを特徴とする実装基板の検査装置。
   

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