JP2007147320A

JP2007147320A - 検査装置

Info

Publication number: JP2007147320A
Application number: JP2005338769A
Authority: JP
Inventors: Shigeki Kobayashi; 茂樹小林
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2005-11-24
Filing date: 2005-11-24
Publication date: 2007-06-14

Abstract

【課題】基板全面に亘って均一の条件で基準基板画像と検体基板画像の差分処理をして不良を検出する検査装置は、教示プログラム作成が不要である上に最高速検査を実現できるというメリットがあるが、基板色と部品色が同色あるいは近似色の場合に不良の不検出が発生し易いという課題があった。
【解決手段】テスト検査により、画素比較検査では不良の検出が困難な部品領域が存在していることが判れば、その部品領域には形状比較検査を適用できるようにしたので、基板色と部品色が同色であっても画像形状の相違で不良検出ができるようになって上記課題が解決し、信頼性の高い自動検査が実現する。
【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、プリント基板を撮像して外観検査を行う検査装置に関する。

従来の基板自動検査機は、検査する基板の種類ごとに検査プログラムを作成する、いわゆる教示の問題を抱えていた。この教示プログラミング作業では、個々の部品の検査領域を教示した上に、検査領域ごとに検査アルゴリズムを教示する。更に、実際の基板でテスト検査を繰り返し行い、不良の見逃しがなくかつ過検出虚報が最も少ないプログラムにまで調整・仕上げをしなければならない。プログラミングはユーザ作業であるため、ユーザによってプログラムの出来がまちまちで、不良の見逃しや良品見過ぎが発生して、自動検査が信頼できる水準に維持できないという場合も多かった。又、パートタイム作業者には教示作業が難し過ぎること、教示作業中は検査機が稼動せず、自動検査が休業になること、多機種少量生産では教示時間が取れないので目視検査に頼らざるを得ないこと等、検査機の教示プログラミングには多くの問題があった。

これらの諸問題を解決する技術として、本出願人は、プリント基板の全面を撮像し、その画像をもとにして外観検査を行うことにより、従来の教示作業を必要としない技術を考案し、既に開示（特許文献１〜３参照）あるいは特許出願（特許文献４〜９参照）をしている。
特開２００３−０３７３４２特開２００４−２９６５６４特開２００４−３５４２６５特願２００３−３２０５９０特願２００３−３７６４２０特願２００４−０７５４９４特願２００４−１３７０４７特願２００５−６１８４９特開２００５−２９２８６７

この基板全面画像による検査技術は、上述の問題を解決し得る有功な技術であるが、基準画像と検体画像の画素単位の差画像処理を基本としているために、基板色と部品色とが同色である場合、精度の高い色度画像を用いても（特許文献９）なお、部品の欠品や位置ずれ等の不良の検出が困難であるという課題があった。

そこで本発明は、部品実装検査について、基準画像と検体画像の画素単位の比較処理アルゴリズムのほかに、両画像のテンプレートマッチングを行う形状比較アルゴリズムを用意し、基板色と部品色の近似度に応じて、これら二つのアルゴリズムを選択的に適用できるようにするので、基板と部品が同色であっても、正常パタンと異常パタンが異なれば実装不良検出ができるという利点がある。

前記目的を達成するために、本発明になる検査装置は、基準基板画像と検体基板画像の差分処理をして不良を検出するプリント基板の検査装置において、基板の全面画像を獲得する撮像手段と、基準基板と検体基板の全面画像同士の差分処理を行って画素値に差分のある画素を異同画素として検出する全面画素比較アルゴリズムと、基準基板と検体基板の同一部品領域画像同士の差分処理を行って画素値に差分のある画素を異同画素として検出する部品領域画素比較アルゴリズムと、基準基板と検体基板の同一部品領域画像の形状比較処理を行って形状の相違があれば実装不良として検出する部品領域形状比較アルゴリズムとを備えた画像処理手段と、部品検査領域を教示する教示手段と、テスト基板を用いて部品領域画素比較アルゴリズムおよび／あるいは部品領域形状比較アルゴリズムを試行するテスト検査手段と、テスト検査結果に従って部品領域画素比較アルゴリズムおよび／あるいは部品領域形状比較アルゴリズムを部品検査領域に適用する部品検査アルゴリズム適用手段とより成る。

本発明になる検査装置によれば、部品実装検査について、基準画像と検体画像の画素単位の比較処理アルゴリズムのほかに、両画像のテンプレートマッチングを行う形状比較アルゴリズムを用意し、基板色と部品色の近似度に応じて、これら二つのアルゴリズムを選択的に適用できるようにしたので、画素比較方式では不可能であった基板色と同色の部品の実装不良検出が可能になる。

検査領域の教示が不要なプリント基板全面検査装置において、基板色と同色の部品の実装不良検出という目的を、基準画像と検体画像の画素単位の比較処理アルゴリズムのほかに、両画像のテンプレートマッチングを行う形状比較アルゴリズムを用意することによって実現した。

図１は、本発明装置の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次元カラーイメージセンサカメラ４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はラインカラー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５に接続され、制御装置５は、1次元カラー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・テスト検査・部品検査アルゴリズム適用のユニット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のフロー図に沿って、この実施例の検査装置の教示ステップと検査ステップを説明する。

図２の（Ａ）は、教示ステップであって、まず基板ＩＤと部品領域を教示する（ＳＴ１）。次に、基準基板１をテーブル３に装填して（ＳＴ２）、１次元カラーイメージセンサカメラ４で基板全面をカラー撮像し（ＳＴ３）、その画像を保存し（ＳＴ４）、基準基板をテーブル３から取り除く（図示せず）。

次に、テスト基板をテーブル３に装填し（ＳＴ５）、１次元カラーイメージセンサカメラ４で基板全面をカラー撮像し（ＳＴ６）、その画像を保存しする（ＳＴ７）。このテスト基板には、検出したい不良箇所を有する基板を用いる。従って、異なる不良を有する複数枚を用いることもできる。

そこで、保存された基準基板画像とテスト基板画像の間でまず全面画素比較検査を行い（ＳＴ８）、検出すべき不良が検出できるように、検出感度を調節する（図示せず）。

次に、先に教示した部品領域の画素比較テスト検査を行い、不良の不検出領域があれば、不良が検出できるまで検出感度を調節する（ＳＴ９）。

もし、この不良箇所の部品色が基板色と同色あるいは極めて近い近似色であるために、画素比較テスト検査で検出感度を極限まで調節しても不良検出が困難である場合には、この部品領域に対して形状比較テスト検査を行う（ＳＴ１０）。

ここで、画素比較検査と形状比較検査の相違について説明する。
画素比較検査は、基準画像と検体画像の同一アドレスの画素値を比較する差分画像処理にもとづき、差分が設定されている閾値を超えたときに、異常をレポートする。
本出願人による上記特許文献に記載しているように、画素比較検査の差分処理は基板全面に亘って行うことも、また教示した部品領域について行うこともできる。部品領域の教示は、検査対象の部品が不良検出し難い形状や色彩を有するときに、その領域のみを他と異なる感度で検査するために行っている。

画素比較検査の差分処理は画素単位の比較であるために、基板色と部品色とが全く同色であると差分は得られないし、色成分が極めて近い場合も差分検出が相当困難になるという欠点があった。この検出は、光学倍率に基づく画像の解像度にも影響を受ける。

そこで本発明は、画素比較検査の欠点を解消する方法として、画素比較検査の適用が困難な部品領域に対しては、形状比較検査を適用して、不良検出を可能にしている。

形状比較検査は、画像の形状を比較するテンプレートマッチング画像処理法を利用するもので、部品領域の基準画像に対して検体画像がどの程度類似形状を有するか否かを判定する。従って比較対象は形状であって、色彩ではないので、どのように基板色と部品色が近似していても、形状の相違があれば実装不良を検出することができる。

図３によって、画素比較検査と形状比較検査の相違を説明する。
図３Ａは、基板レジスト色とチップボディ色とが同色の場合に、チップ部品がはんだ付された正常状態を上方から見た画像の模式図である。また図３Ｂは、この部品が欠品となった状態の模式図であり、部品が無いために基板ランドにはんだが盛られた場合である。
画素比較検査法では、図３Ａを基準画像として保存し、図３Ｂの欠品画像と差分処理して、その画素値の相違を検出する。しかし、部品色と基板レジスト色が同色である場合には、チップボディが消滅したか否かを検出できない。また、チップ電極とはんだフィレットを合せた領域は金属反射領域であって、同じ金属反射領域である欠品のランド＋はんだ領域とは、占有面積が異なればその差が検出できるが、両者の面積が近い場合には、その差を検出するだけの解像度が不足していると、差分として検出できない。
これに対して、形状検査法では、図３Ａの正常のチップ電極やはんだフィレットをテンプレート形状として保存するので、図３Ｂの欠品形状画像が正常形状でないことは、容易に検出できる。

画像の形状を比較するテンプレートマッチング法は、従来から知られた一般的な方法であるが、本発明は、画素検査法ではどうしても困難な部品領域をテスト検査によって見出し、これを適用するようにしたので、教示プログラミングの問題を解決した画素検査法に残された唯一の欠点を解決している。

次に、図２のフロー図（Ａ）に戻り、以降の教示ステップを説明する。ＳＴ１０の画像比較テスト検査で、この不良の検出閾値を調節し、この部品領域に適した部品検査アルゴリズムを適用する（ＳＴ１１）。このアルゴリズム選択は、画素検査法では不良検出が非常に困難な場合には形状検査法を直ちに適用するが、画素検査法でも不良検出の確度が高い場合には、画素検査でＯＫ判定されたときのみ、形状検査に進むようにしている。最後に、テスト基板をテーブル３から除去する（ＳＴ１２）。

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２（Ｂ）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（ＳＴ１３）、検体基板種のＩＤデータを入力するか又は読取ると（ＳＴ１４）、制御装置５の指令で検体基板１をＹ軸移動し、１次元カラーセンサ撮像ユニット６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の全面を撮像し（ＳＴ１５）、全面画像を画像保存ユニット７に保存する（ＳＴ１６）。（画像保存するしないは、検査工程にとって必ずしも本質的ではなく、直ちに次のＳＴ１７に進んでもよい。）

次に、全面画素比較検査を行い、続いて部品領域画素比較検査と部品領域形状比較検査を行う（ＳＴ１７）。この検査は、教示ユニット１０の教示内容に従って行われ、部品領域検査のみを行うこともでき、また既述のように、ある部品領域の検査は、画素比較検査あるいは形状比較検査を単独に行うことも、また画素比較検査に続いて形状比較検査を行うこともできる。これらの選択は、部品検査アルゴリズム適用ユニット１０によって教示ステップにおいて決定される（ＳＴ１１）。

これらの検査の結果を報告し（ＳＴ１８）、検体基板をテーブル３から除去する（ＳＴ１９）。

この実施例の検査装置を使用すれば、検査データプログラミングが不要な画素比較検査装置において、基板色と部品色が同色の部品の不良検出に限って形状比較検査法が適用できるので、どんな基板色と部品色の組合せを有する実装基板についても、不良不検出の課題を解決した自動検査が実現する。

基板全面に亘って均一の条件で基準基板画像と検体基板画像の差分処理をして不良を検出する検査装置において、部品領域に限定的に形状比較検査アルゴリズムを適用するようにしたので、基板色と部品色が同色あるいは近似色の検査についても、不良不検出の課題が解決し、高い検査精度が求められる電子製品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。検査装置における教示と自動検査の動作を示すフロー図である。検査装置における基板色と部品色が同色の検査領域の画素比較検査法と形状比較検査法の相違を説明する図である。

符号の説明

１基板
２電子部品
３Ｙテーブル
４１次元カラー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／テスト検査／部品検査アルゴリズム適用ユニット
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

基準基板画像と検体基板画像の差分処理をして不良を検出するプリント基板の検査装置において、
基板の全面画像を獲得する撮像手段と、
基準基板と検体基板の全面画像同士の差分処理を行って画素値に差分のある画素を異同画素として検出する全面画素比較アルゴリズムと、基準基板と検体基板の同一部品領域画像同士の差分処理を行って画素値に差分のある画素を異同画素として検出する部品領域画素比較アルゴリズムと、基準基板と検体基板の同一部品領域画像の形状比較処理を行って形状の相違があれば実装不良として検出する部品領域形状比較アルゴリズムとを備えた画像処理手段と、
部品検査領域を教示する教示手段と、
テスト基板を用いて部品領域画素比較アルゴリズムおよび／あるいは部品領域形状比較アルゴリズムを試行するテスト検査手段と、
テスト検査結果に従って部品領域画素比較アルゴリズムおよび／あるいは部品領域形状比較アルゴリズムを部品検査領域に適用する部品検査アルゴリズム適用手段と
より成る検査装置。