JP2007107966A - X線検査装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】 同一形状の被測定物を次々交換して検査する際に、簡単な操作で所望の測定位置について異なる検査を実行することができるX線検査装置を提供する。
【解決手段】 ステージ14およびステージを駆動する駆動機構16と、X線測定光学系13と、表示装置24と、入力装置22、23と、X線画像に基づいて被測定物の検査のための計測処理を行う選択可能な計測処理プログラム41と、各測定点の座標に各測定点で実行する計測処理プログラムが関連付けられてティーチングされることにより、これらをティーチング情報として記憶させるティーチング情報記憶制御部35と、被測定物がステージに載置された状態で、ティーチング情報に基づいて各測定点に関連付けられた計測処理プログラムを実行するティーチング情報実行部36とを備える。
【選択図】図1

Description

本発明は、工業製品などの透視検査またはCT検査などを行うためのX線検査装置に関し、さらに詳細には、同一形状の被測定物を、次々とX線検査装置のステージに載置して、繰り返し同様の検査測定を行うX線検査装置に関する。
工業製品などの透視検査を行うX線検査装置では、X線発生装置のX線源に対向するようにして、イメージインテンシファイア(以下、IIと略す)とCCDカメラとを組み合わせたX線検出器を配置し、さらにX線源とX線検出器との間に移動可能なステージを配置して、ステージ上に被測定物を載置するようにしてある。そして、ステージを移動して測定視野内(X線通過領域)に被測定物を移動し、X線測定を行う。最近はII、CCDカメラからなるX線検出器に代えて、フラットパネルX線検出器を使用したX線検査装置も利用されている。
X線検査では、同一形状の多数の被測定物について、それぞれ同じ位置を次々と検査する場合がある。このような場合に、最初の被測定物(位置決めの基準にする被測定物)に含まれる複数の検査位置を、シーケンスとして装置に教示(ティーチング)しておき、そのシーケンスに従ってX線測定光学系の測定視野を次々と変更し、各検査位置のX線画像を順番に表示画面に再現することで効率的に検査を行う、いわゆるティーチング機能を備えた装置が市販されている。
ティーチング機能を備えたX線透視装置としては、産業用ロボットのような位置再現性に優れた搬送手段を用いて、予めティーチングした被測定物の任意のポイントを測定視野内に移動させ、測定(観察)することが開示されている(例えば特許文献1参照)。
また、特許文献1に記載のX線透視装置においては、各教示ポイントにおける、X線条件(電流、電圧)、画像処理条件(画像積算、コントラスト変更)、次のポイントまでの移動スピードを各教示ポイントに関連付けて記憶するようにしてあり、個々の透視箇所におけるX線条件、画像処理条件の変更がユーザサイドで随時行うことができ、最適な条件のもとに透視画像を得るようにすることが開示されている。
特開2004−117214号公報
同一形状を有する複数の被測定物を次々とX線検査を行う場合に、上述した従来例のように、被測定物をステージ上に載せ、ティーチング機能により、測定位置(教示ポイント)とともに、その位置におけるX線条件(電流、電圧)、画像処理条件(画像積算、コントラスト変更)を教示しておくことで、例えば透視方向によって肉厚等が相違する検査対象であっても、検査の信頼性を向上させることができる。
しかしながら、検査対象によっては、各測定位置の透視画像を、最適なX線撮影条件で表示し、各測定位置の画像を観察するだけではなく、表示されたX線画像に基づいて予め定めた検査項目について基準データと比較することにより、客観的に合否判定したい場合がある。
また、1つの被測定物において、測定位置ごとに、異なる観点(検査項目)で検査の合否を判断したい場合がある。例えば、被測定物が実装基板である場合のX線検査では、IC取付部やネジ取付部など実装基板各部の検査が行われるが、このうちIC部分の検査ではハンダ付け部分の気泡発生の割合を確認する面積比計測が行われ、ネジ部分ではワッシャの取り付け有無を確認するための寸法計測(直径計測)が行われる。
このような場合に、たとえ各測定位置で最適なX線撮影条件で測定したとしても、得られたX線画像に基づく合否判定は、操作者がそれぞれの測定点でのX線画像から必要な検査情報を抽出して判断することになり、操作者に負担がかかっていた。また、適当な合否判定の基準を設けて操作者に判断させたとしても、操作者が判断するとなると個人差が生じ、検査結果が異なることもあった。
また、合否判定は、合格品も不合格品も、すべての測定対象物について操作者自身が判断をしなければならなかった。
そこで、本発明は、第一に、被測定物の測定点ごとに、その測定点に適した検査項目での測定を自動的に行うことができるX線検査装置を提供することを目的とする。
また、第二に、被測定物の測定点ごとに基準と比較することにより、自動的に合否判定を行うことができるX線検査装置を提供することを目的とする。
また、第三に、操作者自身の合否判断を行わなければならない被測定物の数を減らすようにしたX線検査装置を提供することを目的とする。
上記課題を解決するためになされた本発明のX線検査装置は、測定点の座標を指定することで位置決めが可能なステージおよびステージを駆動する駆動機構と、ステージを挟むようにして対向配置されたX線源とX線検出器とからなるX線測定光学系と、X線測定光学系で撮影した映像信号に基づいて作成したX線画像を含む画像情報を画面に表示する表示装置と、表示装置の画面に表示された画像情報を用いて入力操作を行う入力装置と、X線画像に基づいて被測定物の検査のための計測処理を行う選択可能な計測処理プログラムと、各測定点の座標に各測定点で実行する計測処理プログラムが関連付けられてティーチングされることにより、これらをティーチング情報として記憶させるティーチング情報記憶制御部と、被測定物がステージに載置された状態で、ティーチング情報に基づいて各測定点に関連付けられた計測処理プログラムを実行するティーチング情報実行部とを備え、各測定点で予めティーチングされた計測処理プログラムを実行するようにしている。
本発明によれば、ステージ上に被測定物を載置し、これをX線測定光学系で撮影することにより作成したX線画像を表示装置のモニタ画面に表示する。X線検査を行う際に、予め、位置決め用の被測定物(以下、基準測定物という)をステージ上に載置して、基準測定物上の各測定点を教示するティーチングを行う。各測定点のティーチングは、表示装置のモニタ画面に表示されたX線画像上で入力装置により測定位置を指示することにより行うことができる。また、後述するように予め光学カメラを用いて被測定物の全体像を撮影し表示装置のモニタ画面に表示しておくことで、光学カメラ画像上で測定位置を指示するようにしてもよい。各測定位置のティーチングの際に、その測定位置で実行する計測処理プログラムを関連付けて教示し、ティーチング情報を記憶する領域にティーチング情報として記憶する。基準測定物上のすべての測定位置について、その測定値と計測処理プログラムとの関連付けが完了すると、ステージに検査対象となる被測定物を載置する。そして、ティーチング情報実行部が、測定点ごとに、その測定点に関連付けられた計測処理プログラムを実行する。これにより、各測定点について予め教示された計測処理プログラムが実行される。
ここで、計測処理プログラムは、対象となる被測定物に応じて種々の計測処理を実行するようにすればよく、1つの測定点に対し複数の計測処理を関連付けて、複数の計測処理を実行するようにしてもよい。
本発明によれば、予め設定した被測定物の各測定点に、その測定点に適した検査項目での測定を、予め設定した順で、自動的に実行することができる。
(その他の課題を解決するための手段および効果)
上記発明において、計測処理プログラムは、予め設定した基準との比較により、検査の合否判定を行うとともに、合否の結果に応じて、それぞれ実行する検査後の後処理を独立に選択できるように構成されるようにしてもよい。
これによれば、各測定点について、異なる検査項目の測定を行うとともに、その合否判定を自動的に行うことができる。また、各測定点について、合否判定結果に応じて、異なる後処理を独立に選択できるので、例えば、合格の場合のみ合否結果を出力して、検査成績として利用することができる。また、逆に不合格の場合のみ、画像データを保存して、後ほど、操作者が不合格品の画像データを確認し、最終的な合否判定を行うようにすることで、操作者の負担を軽減することができる。
上記発明において、ティーチング情報記憶制御部は、さらに記憶されたティーチング情報を表示装置の画面上に表示してティーチング情報の編集のための入力を受け付けるようにしてもよい。
これによれば、各測定点について、ティーチングの操作後に、表示装置の画面上で設定内容を編集することができるので、検査の内容や手順の変更を簡単に行うことができる。
以下、本発明の実施形態について図面を用いて説明する。なお、本発明は、以下の実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の態様が含まれることはいうまでもない。
本実施形態では、便宜上、実装基板検査用に特化させたX線検査装置について説明することとし、具体的には、検査のための計測処理として、実装基板上のIC部分の測定位置で、ICのハンダ付け部分に含まれる気泡とハンダとの比率(気泡率)を面積比率として確認する面積比率計測を行い、また、ネジ部分の測定位置で、ネジ部の直径を測定することにより、ワッシャの欠落を確認する寸法計測を行うものとする。
なお、実装基板用検査項目としては、これら以外に、ボールグリッドの接合状態を確認するBGA計測(Ball Grid Array計測)、ワイヤボンディングの不具合を確認するワイヤ流れ計測、真円度などの形状を確認するオブジェクト抽出、画像の濃淡と画素数との関係を確認する画像ヒストグラムなどの検査項目が、選択により実行できるものとする。
すなわち、BGA計測、面積比率計測、ワイヤ流れ計測、寸法計測、オブジェクト抽出計測、画像ヒストグラム計測を実行するための計測処理プログラムが予め用意されているものとする。
図1は、本発明の一実施形態であるX線検査装置の構成を示すブロック図である。このX線検査装置1は、X線発生装置11とX線検出器12とで構成されるX線測定光学系13と、被測定物S(または位置決め用の基準測定物)を載置するステージ14と、ステージ14を直交するXYZ方向(ステージ面をXY面とする)に並進駆動およびZ軸に沿って回転駆動するための駆動機構16と、X線光学系13に固定され、かつ、被測定物Sの全体像を可視光で撮影する光学カメラ18と、装置全体の制御を行う制御系20とにより構成される。
制御系20は汎用のコンピュータ装置により構成されるが、そのハードウェアをさらにブロック化して説明すると、CPU21と、入力装置としてのキーボード22およびマウス23と、液晶パネルなどの表示装置24と、メモリ25とにより構成される。
また、CPU21が処理する機能をブロック化して説明すると、X線画像作成部31、X線画像表示制御部32、光学カメラ画像作成部33、光学カメラ画像表示制御部34、ティーチング情報記憶制御部35、ティーチング情報実行部36とに分けられる。
また、メモリ25は、計測処理プログラム記憶領域41、ティーチング情報記憶領域42、光学カメラ画像記憶領域43、透視X線像範囲記憶領域44が設けられている。
X線測定光学系13を構成するX線発生装置11は、透視X線照射用のX線管を備えている。X線検出器12は、X線管に対向するように配置されるIIと、このIIの後側に一体的に取り付けられたCCDカメラとからなり、IIが透視X線を検出することにより形成した蛍光像をCCDカメラで撮影することにより、透視X線像の映像信号が出力されるようにしてある。
ステージ14は、ステージ面内の方向であるXY方向とステージ面に垂直なZ方向との3次元方向にスライドすることが可能な下部ステージと、下部ステージに対しZ軸方向の回転軸により回転可能に支持される上部ステージとにより構成され、被測定物S(または基準測定物)は上部ステージに載置されるようにしてある。
駆動機構16は、XYZ方向の3軸方向駆動用モータ、回転駆動用モータが搭載され、CPU21からのステージ駆動のための駆動制御信号に基づいてステージ14を並進移動したり、回転移動したりする。なお、ステージ14を手動で移動するための駆動制御信号は、キーボード22やマウス23による入力操作を行うことにより送られる。
光学カメラ18はX線測定光学系13の近傍で、透視X線像測定に支障をきたさないようにX線の測定視野から離れた位置に固定してあり、ステージ14上の被測定物Sを撮影する。なお、光学カメラ18は、その視野を調整することで、ステージ全体を撮影することができるようにしてある。
次に、CPU21の各機能ブロックについて説明する。
X線画像作成部31は、X線検出器12から送られてきた透視X線像の映像信号を、次々とデジタル画像に変換し、コマ画像データを作成する制御を行う。
X線画像表示制御部32は、作成されたコマ画像データを表示装置24に順次送って、モニタ画面に透視X線画像24aを表示する制御を行う。モニタ画面に表示される画像はX線測定(観察)に用いられる画像(通常は局所画像)である。
光学カメラ画像作成部33は、光学カメラ18により撮影した映像信号をデジタル変換して、光学カメラ画像データを作成する。この光学カメラ画像データは、ステージ14を原点位置(ステージ14の初期位置で、この初期位置からステージ14を移動することによりその後のステージ14の位置や座標が常に把握できるようにするための基準となる位置)に位置決めした状態でステージ面を撮影する。撮影された光学カメラ画像データは光学カメラ画像記憶領域43に蓄積される。
光学カメラ画像表示制御部34は、蓄積された光学カメラ画像データに基づいて表示装置24に光学カメラ画像24bを表示する制御を行う。
表示装置24のモニタ画面に表示された光学カメラ画像24b上の位置は、ステージ14上の実際の位置と対応が付けられている。
すなわち、ステージ14上の各点の位置は、座標で表現できる。ステージ14を原点に復帰させた状態で、ステージ14の光学カメラ画像を作成すると、表示装置24のモニタ画面にステージ14の各点の画像が表示されることになる。これにより、実際のステージ14上の各点と、モニタ画面に表示されている光学カメラ画像24b上のステージの各点との対応を付けることができる。この対応関係について光学カメラ画像記憶領域43に記憶させておくことにより、以後、モニタ画面上でマウス23により位置を指定すると、原点復帰状態におけるその指定位置に対応するステージ座標を読み出すことができるようになる。
測定を開始する前に、予め、原点に復帰させた状態のステージ14上に基準測定物(位置決め用の被測定物)を載置し、光学カメラ18による撮影により、ステージ14上の基準測定物の光学カメラ画像データを作成し、モニタ画面に表示する。
そして基準測定物の光学カメラ画像24b上で、基準測定物内の位置をマウス23によるカーソル23aで指定すると、その指定した位置に対応するステージ座標(基準点座標)が抽出できるようにしてある。
また、原点復帰している状態で、X線測定光学系13とステージ14との位置関係は一定であるので、ステージ14が原点復帰しているときのステージ14の座標と透視X線像範囲とが予め対応付けられており、その対応関係(ステージ14が原点復帰状態のときの透視X線像が得られる範囲の座標)が透視X線像範囲記憶領域44に蓄積してある。
この結果、ステージ14が原点復帰しているときに、表示装置24のモニタ画面に表示されるX線画像24a上でカーソル23aにて位置を指定すると、透視X線像範囲記憶領域44に蓄積してある対応関係のデータを参照することにより、対応するステージ14の座標を読み出すことができる。以後、ステージ14を原点位置から移動し、他の場所の透視X線像範囲をモニタ画面に表示するときは、移動量とマウス23により指定したモニタ画面上の位置情報とを加算することにより、指定した透視X線像位置に対応するステージ座標が抽出されるようにしてある。
基本的には、X線画像24aの上で位置指定すれば、光学カメラ画像24bがなくてもステージ座標を抽出することができるが、X線画像24aは、通常、局所画像であり、被測定物の全体画像を見ながら位置指定する方が便利な場合もあるので、本実施形態では上述した光学カメラ画像24bでも位置指定ができるようにしてある。
ティーチング情報記憶制御部35は、操作者が、各測定点の座標の指示とともに各測定点で実行する計測処理プログラムを関連付けてティーチングすることにより、これらをティーチング情報として記憶する制御を行う。ティーチング情報は、ティーチング情報記憶領域42に蓄積される。なお、関連付けられる計測処理プログラム(BGA計測41a、面積比率計測41b、ワイヤ流れ計測41c、寸法計測41d、オブジェクト抽出計測41e、画像ヒストグラム計測41f)は、計測処理プログラム記憶領域41に蓄積されている。
ティーチングのための入力操作は、マウス23で表示装置24のモニタ画面で位置指定することにより行うが、具体的な操作例は後述する。
ティーチング情報実行部36は、すべての測定点のティーチングを終え、これから実際に検査しようとする被測定物がステージに載置された状態において、ティーチング情報に基づいて各測定点に次々と移動し、それぞれに関連付けられた計測処理プログラムを実行する制御を行う。
(ティーチング操作)
次に、ティーチング情報記憶制御部35によるティーチングの入力操作例について説明する。図2は表示装置24のモニタ画面にX線画像24aおよび光学カメラ画像24bを表示した状態を示し、図3は表示装置24のモニタ画面に計測処理プログラムの選択画面を表示した状態を示す。
検査は、最初に、実装基板上のIC部分の測定位置でICのハンダ付け部分に含まれる気泡とハンダとの比率(気泡率)を面積比率として確認する面積比率計測を行い、続いて、ネジ部分の測定位置でネジ部の直径を測定することにより、ワッシャの欠落を確認する寸法計測を行うものとする。
この場合、まずキーボード22から駆動機構16に駆動制御信号を送ることによりステージ14を移動し、図2(a)に示すように、X線画像24aにIC部分の測定点(第1測定点という)が表示されるようにする。あるいは、マウス23の操作により光学カメラ画像24b上にカーソル23aを移動し、IC部分の測定点上にカーソル23aを移動してクリックする。この操作により、駆動機構16が作動し、X線画像24aにIC部分の測定点(第1測定点)が表示されるようになる。X線画像24a内に第1測定点が表示された状態で、測定点を確定する入力操作を行う。この操作により、図3(a)に示す計測処理プログラムの選択画面が表示され、計測処理項目その他の入力が促される。
この計測処理プログラム選択画面には、計測処理項目を選択するためのボタン、合否判定を実行する否かを選択する選択ボタン、パラメータ設定スイッチが表示されている。
表示された計測項目から、第1測定点で実行しようとするプログラムを、マウス23操作により選択する。第1測定点ではハンダ部分の気泡面積比率計測を行うため、面積比率計測を選択する。このとき、パラメータ設定スイッチを操作し、検査基準として気泡率(ハンダ領域A中の気泡領域Bの比率)を5%に設定し、さらにその他必要な設定情報(例えば輝度情報に基づいてハンダ領域Aや気泡領域Bを画面の他と区別して抽出するための設定など)を入力する。この操作により、合否判定の検査基準がプログラム中に組み込まれる。
さらに、設定した検査基準に基づいて合否判定を行うため、合否判定の実行を指示する選択ボタンをチェックし、確定する入力を行う。すると、図3(b)に示すように合否判定結果に応じて行う後処理内容を選択する画面が表示され、選択が促される。
ここでは合格時にはX線画像をプリント出力する「画像プリント」を選択し、不合格時には後で操作者が確認するため画像で保存する「画像保存」を選択し、合否判定結果により、異なる後処理を実行するように設定する。
なお、図3(a)で、合否判定の実行を指示する選択ボタンをチェックしないで確定した場合は、図3(c)に示す選択画面が表示され、合否判定を実行しないときの後処理の選択が促される以上の入力操作で、第1測定点のティーチングが完成する。
引き続き、キーボード22からステージ駆動機構16に駆動制御信号を送ることによりステージ14を移動し、図2(b)に示すように、X線画像24aにネジ部分の測定点(第2測定点という)が表示されるようにする。以下、同様の手順で2つ目の測定点についてティーチングを行う。第2測定点では、ワッシャCの欠落を確認するため、図3(a)の画面でネジ部の直径を測定する寸法計測が選択される。
本実施形態では、便宜上、これら2点のみをティーチングすることとしたが、さらに測定点を追加してもよい。
そして、すべての測定点について、ティーチングが終了すると、設定したティーチング情報はティーチング情報記憶部42に蓄積される。蓄積されたティーチング情報は、図4に示すように、表形式で表示装置24の画面上に表示することができ、この画面上でキーボード22やマウス23の操作で編集することができる。
(処理動作の流れ)
次に、上記X線検査装置によるティーチングから計測までの一連の処理動作について説明する。図5は上記X線検査装置による処理の流れを説明するフローチャートである。
最初に、原点復帰状態にあるステージ14に、ティーチング用の基準測定物を搭載する(S101)。このとき光学カメラ18により基準測定物の全体像が撮影され、以後、表示装置24のモニタ画面にX線画像24aととも光学カメラ画像24bが表示される。
続いて、基準測定物による第1測定点のティーチングが行われ、第1測定点の座標、実行する計測処理プログラム、合否判定実行の有無、後処理の指定が行われる(S102)。
第1測定点の入力を終えると、第2測定点以降すべての測定点のティーチングが終了するまでティーチングを繰り返えす(S103)。
全測定点のティーチングが終了すると、基準測定物(2回目以降は被測定物)から別の被測定物への交換を促す表示がなされる(s104)ので、操作者が被測定物に交換する。
続いて、第1測定点について自動で測定を行う(S105)。
測定が終わると合否判定を実行するか否かが判断され(S106)、合否判定する場合は合否判定を行い(S107)、その後に後処理(例えば画像プリント)を行う(S108)。合否判定が実行されない場合はS107を飛ばして後処理を行う(S108)。
続いて、現在載置されている被測定物のすべての測定点について測定が行われたかが判断され(S109)、すべての測定点が測定を終えるまで繰り返される。
続いて、すべての被測定物について測定を繰り返し(S110)、全部の被測定物について測定が完了すると、終了する(S111)。
以上のフローでX線検査を実行することにより、操作者は最小限の手間で、複数の被測定物について、場所ごとに異なる検査を実行することができ、しかも、自動で合否判定を行うことができる。そして、合否判定結果に応じて、異なる後処理を実行することができる。
本実施形態では、被測定物として実装基板を例に説明したが、これに限らず、機械組立品など様々の測定物を検査対象とすることができる。しかも、その際に、様々な計測処理プログラムを用意しておきさえすれば、それぞれの計測処理を自動的に実行することができる。
本発明は、同一形状の被測定物のX線検査を次々と行うX線検査装置に利用することができる。
本発明の一実施形態であるX線検査装置の構成を示すブロック図。 本発明におけるティーチングの際に表示される画面(位置指定画面)を示す図。 本発明におけるティーチングの際に表示される画面(検査処理プログラム選択画面)を示す図。 ティーチングが完了したときに表示される編集用画面を示す図。 本発明における処理動作の流れを説明するフローチャート。
符号の説明
1: X線検査装置
11: X線発生装置(X線源)
12: X線検出器
13: X線測定光学系
14: ステージ
16: 駆動機構
18: 光学カメラ
20: 制御系
21: CPU
22: キーボード
23: マウス
24: 表示装置
25: メモリ
31: X線画像作成部
32: X線画像表示制御部
33: 光学カメラ画像作成部
34: 光学カメラ画像表示制御部
35: ティーチング情報記憶制御部
36: ティーチング情報実行部
41: 計測処理プログラム記憶領域
42: ティーチング情報記憶領域
43: 光学カメラ画像記憶領域
44: 透視X線像範囲記憶領域

Claims (3)

  1. 測定点の座標を指定することで位置決めが可能なステージおよびステージを駆動する駆動機構と、
    ステージを挟むようにして対向配置されたX線源とX線検出器とからなるX線測定光学系と、X線測定光学系で撮影した映像信号に基づいて作成したX線画像を含む画像情報を画面に表示する表示装置と、
    表示装置の画面に表示された画像情報を用いて入力操作を行う入力装置と、
    X線画像に基づいて被測定物の検査のための計測処理を行う選択可能な計測処理プログラムと、
    各測定点の座標に各測定点で実行する計測処理プログラムが関連付けられてティーチングされることにより、これらをティーチング情報として記憶させるティーチング情報記憶制御部と、
    被測定物がステージに載置された状態で、ティーチング情報に基づいて各測定点に関連付けられた計測処理プログラムを実行するティーチング情報実行部とを備え、
    各測定点で予めティーチングされた計測処理プログラムを実行することを特徴とするX線検査装置。
  2. 計測処理プログラムは、予め設定した基準との比較により、検査の合否判定を行うとともに、合否の結果に応じてそれぞれ実行する検査後の後処理を独立に選択できるように構成されることを特徴とする請求項1に記載のX線検査装置。
  3. ティーチング情報記憶制御部は、記憶されたティーチング情報を表示装置の画面上に表示してティーチング情報の編集のための入力を受け付けることを特徴とする請求項1に記載のX線検査装置。
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