JP2008076107A

JP2008076107A - Apparatus and method for visual inspection, height measuring method, and circuit board manufacturing method

Info

Publication number: JP2008076107A
Application number: JP2006253120A
Authority: JP
Inventors: Hidehiko Kuramoto; 英彦蔵本; Takashi Murozaki; 隆室崎; Naokazu Takeuchi; 直和竹内
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2006-09-19
Filing date: 2006-09-19
Publication date: 2008-04-03
Anticipated expiration: 2026-09-19
Also published as: JP4905013B2

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a visual inspection apparatus and a visual inspection method capable of measuring accurately and speedily measuring even relatively small members having a level difference to their surroundings such as a pin or a tip part of a terminal. <P>SOLUTION: The visual inspection apparatus (1) comprises a light source part (2) for projecting a periodic gray-scale pattern in a prescribed direction to an object to be inspected; an imaging part (3) for acquiring a plurality of inspection images acquired by projecting the gray-scale pattern as displacing it in the prescribed direction prescribed amount by prescribed amount and photographing the object to be inspected; a phase image generating means (51) for generating a phase image indicating the amount of displacement of the phase of the gray-scale pattern on the basis of the plurality of inspection images; a position specifying means (52) for specifying the position of at least one section to be measured of the object to be inspected on the basis of the phase image or a positioning image acquired by photographing the object to be inspected; and a height measuring mean (53) for measuring the height of the at least one section to be measured on the basis of a pixel value of the phase image corresponding to the specified at least one section to be measured. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、外観検査装置、外観検査方法及び高さ測定方法並びに回路基板製造方法に関するものであり、より詳しくは、位相シフト法を用いて回路基板に挿入される接続端子などの高さを測定する外観検査装置、外観検査方法及び高さ測定方法及びそれらを用いた回路基板製造方法に関する。 The present invention relates to an appearance inspection apparatus, an appearance inspection method, a height measurement method, and a circuit board manufacturing method, and more specifically, measures the height of connection terminals and the like inserted into a circuit board using a phase shift method. The present invention relates to an appearance inspection apparatus, an appearance inspection method, a height measurement method, and a circuit board manufacturing method using them.

従来、電子回路の基板などの製造工程においては、不良品の発生を防ぐために、所定の電子部品やコネクタのピンが正しく実装されているか否かを、回路基板の外観を調べて検査することが行われている。例えば、ケーブルや他の回路基板などとの接続用に設けられた複数のピンを、回路基板上に形成されたホールに挿入し、ホールの周囲に設けられた金属端子部分（ランド）とピンとを半田付けすることによって回路基板間を電気的に接続するコネクタ部では、半田付けが正常に行われるために、各ピンが対応するホールに所定の長さだけ挿入されていることが必要となる。もし、挿入されたピンの長さが短すぎれば、半田不良となって接続不良を生じるおそれがあり、逆に長すぎれば、ピンがランド以外と接触して短絡を生じる可能性があるからである。そこで、検査によって、回路基板に挿入したピンの先端から回路基板までの高さを測定し、その高さが所定の範囲に含まれるか否かを調べる。 Conventionally, in the manufacturing process of electronic circuit boards and the like, in order to prevent the occurrence of defective products, it is possible to inspect the appearance of the circuit board to check whether or not predetermined electronic components and connector pins are correctly mounted. Has been done. For example, a plurality of pins provided for connection to cables or other circuit boards are inserted into holes formed on the circuit board, and metal terminal portions (lands) and pins provided around the holes are connected. In a connector portion that electrically connects circuit boards by soldering, in order to perform soldering normally, each pin needs to be inserted into a corresponding hole by a predetermined length. If the length of the inserted pin is too short, there is a risk of poor soldering and connection failure. On the other hand, if the length is too long, the pin may contact other than the land and cause a short circuit. is there. Therefore, by inspection, the height from the tip of the pin inserted into the circuit board to the circuit board is measured, and it is checked whether or not the height falls within a predetermined range.

そのような検査を行うために、回路基板を撮影した画像を参照パターンと比較したり、回路基板に向けて照射したレーザ光の反射光から各部の高さを求めることによって、その回路基板が良品か否かを自動的に判断する検査方法が用いられている。 In order to perform such an inspection, the circuit board is compared with a reference pattern, or the height of each part is determined from the reflected light of the laser beam irradiated toward the circuit board. An inspection method for automatically judging whether or not is used.

例えば、特許文献１に記載された回路基板の外観検査方法では、レーザ光を測定対象点に向けて照射し、その反射光をＰＳＤ（ＰｏｓｉｔｉｏｎＳｅｎｓｉｔｉｖｅＤｅｔｅｃｔｏｒ）で受光し、三角測量の原理に基づいてその測定対象点の回路基板からの高さを求めている。
しかし、特許文献１に記載された外観検査方法では、被検査物である回路基板面全体をレーザ光で走査しなければならず、測定時間が非常に長くなってしまうという問題があった。 For example, in the circuit board appearance inspection method described in Patent Document 1, a laser beam is irradiated toward a measurement target point, the reflected light is received by a PSD (Position Sensitive Detector), and based on the principle of triangulation. The height of the measurement target point from the circuit board is obtained.
However, the appearance inspection method described in Patent Document 1 has a problem that the entire circuit board surface, which is an object to be inspected, must be scanned with laser light, and the measurement time becomes very long.

一方、被検査物の高さを正確且つ高速に求める方法として、位相シフト法が知られている。位相シフト法では、正弦波状の濃淡パターンを所定の位相差（例えば、π／２）だけずらして被検査物に投影した複数の画像を取得する。すると、各測定点において、明度の絶対値は、反射率などによって異なるものの、画像間での明度差は、濃淡パターンの位相差を反映したものとなる。そのため、各測定点について、画像間の明度差に基づいて、濃淡パターンについての基準となる位相からのずれ量を求めることができる。そして、この位相のずれ量と、基準となる位相に対応する基準面の高さから、三角測量の原理に基づいて各測定点の高さ情報を得ることができる。 On the other hand, a phase shift method is known as a method for obtaining the height of an inspection object accurately and at high speed. In the phase shift method, a plurality of images projected on an inspection object are obtained by shifting a sine wave-like grayscale pattern by a predetermined phase difference (for example, π / 2). Then, at each measurement point, although the absolute value of the brightness varies depending on the reflectance and the like, the brightness difference between images reflects the phase difference of the light and shade pattern. Therefore, for each measurement point, the amount of deviation from the phase that serves as a reference for the gray pattern can be obtained based on the brightness difference between images. Then, height information of each measurement point can be obtained based on the principle of triangulation from the phase shift amount and the height of the reference plane corresponding to the reference phase.

図１は、位相シフト法による位相復元の原理を示す図である。図１において、グラフの横軸は任意の測定点(x,y)に対する濃淡パターンの位相を表す。また、グラフの縦軸は明度を表し、a1(x,y)〜a4(x,y)は、正弦波上の濃淡パターンを１／４ピッチ（すなわち、位相差π／２）ずつずらして撮影した各画像から測定される、その測定点(x,y)における明度を表す。この場合、a1(x,y)〜a4(x,y)は、図１に示すように、一つの正弦波関数上の点となるはずであり、基準となる位相からのずれ量δ(x,y)は、以下の式で表される。

しかし、位相シフト法では、いわゆる位相連結問題（あるいは位相接続問題）という欠点が存在する。詳細に説明すると、位相シフト法では式（１）のように逆正接関数を用いて位相を求めるため、基準となる位相からのずれ量を−π〜πの範囲でしか求めることができない。そのため、位相のずれ量が−π未満、あるいはπより大きい場合には、何らかの手段によって、位相のずれ量の本当の大きさを求めることが必要となる。ここで、被検査物の表面形状が滑らかに変化する場合には、位相のずれ量が−πあるいはπとなる度に、位相のずれ量の測定値に２πずつ加えるか差し引くことにより、位相のずれ量の本当の大きさを求めることができる。しかし、被検査物に段差が存在するような場合には、位相を正確に連結することが難しく、被検査物の高さを正確に求めることが困難となる。 FIG. 1 is a diagram illustrating the principle of phase restoration by the phase shift method. In FIG. 1, the horizontal axis of the graph represents the phase of the light and shade pattern for an arbitrary measurement point (x, y). In addition, the vertical axis of the graph represents lightness, and a1 (x, y) to a4 (x, y) are photographed by shifting the shading pattern on the sine wave by ¼ pitch (ie, phase difference π / 2). The brightness at the measurement point (x, y) measured from each image is expressed. In this case, as shown in FIG. 1, a1 (x, y) to a4 (x, y) should be points on one sine wave function, and the deviation amount δ (x , y) is expressed by the following equation.

However, the phase shift method has a drawback of a so-called phase connection problem (or phase connection problem). More specifically, in the phase shift method, the phase is obtained using an arctangent function as shown in Equation (1), and therefore, the amount of deviation from the reference phase can be obtained only in the range of -π to π. Therefore, if the phase shift amount is less than −π or greater than π, it is necessary to obtain the true magnitude of the phase shift amount by some means. Here, when the surface shape of the object to be inspected changes smoothly, the phase shift amount is added or subtracted by 2π each time the phase shift amount becomes −π or π, thereby subtracting the phase shift amount. The true amount of deviation can be determined. However, when there is a step in the inspection object, it is difficult to accurately connect the phases, and it is difficult to accurately determine the height of the inspection object.

図２を用いて、上記のような回路基板のコネクタ部の検査を例としてこの様子を説明する。図２は、回路基板のコネクタ部の概略側面図である。図２に示すように、回路基板６０には、複数のホール６１が形成されている。そして、各ホール６１には、それぞれ１本ずつピン６２が挿入される。そして、ピン６２の先端と根元の部分、ピン６２の先端と回路基板６０の表面との間には段差があり、回路基板６０の表面からの高さは不連続的に変化している。ここで、回路基板６０の上方に基準面を設定すると、位相シフト法によって求められる基準位相からのずれ量が−π〜πの範囲となる領域２０１がその基準面を中心とした所定幅の領域として決定される。そして領域２０１の下方に、位相のずれ量が−３π〜−πの範囲（あるいはπ〜３π）となる領域２０２ができる。ここで、図２に示すように、照明光２１１が、領域２０１に存在し、領域２０１の下側境界からの高さがｈ１であるピン６２の先端７１で反射され、一方、照明光２１２が、領域２０２の下側境界からの高さｈ２のところで、ピン６２の根元７２に当たって反射される場合において、それぞれの反射点７１及び７２の高さを測定することを考える。この場合、上記のように位相連結問題が発生する。すなわち、上記のように、位相のずれ量は−π〜πの範囲で再現されるから、位相連結を行わなければ、ピン６２の先端７１及び根元７２について測定される高さは、それぞれ、高さｈ１、ｈ２に基づいて求められ、領域が異なることは高さの測定結果に反映されない。すなわち、各領域内の高さの差については正確に評価できるが、領域を跨いだ高さの差については、正確に評価することができない。例えば、高さｈ１が、高さｈ２よりも低ければ、ピンの根元７２の方が高いという誤った測定結果となってしまい、ピン６２の先端７１の高さを正確に知ることが困難となる。 With reference to FIG. 2, this state will be described by taking the inspection of the connector portion of the circuit board as described above as an example. FIG. 2 is a schematic side view of the connector portion of the circuit board. As shown in FIG. 2, a plurality of holes 61 are formed in the circuit board 60. One pin 62 is inserted into each hole 61. There is a step between the tip and the base of the pin 62 and between the tip of the pin 62 and the surface of the circuit board 60, and the height from the surface of the circuit board 60 changes discontinuously. Here, when a reference plane is set above the circuit board 60, a region 201 in which the amount of deviation from the reference phase obtained by the phase shift method is in the range of −π to π is a region having a predetermined width centered on the reference plane. As determined. A region 202 having a phase shift amount in the range of −3π to −π (or π to 3π) is formed below the region 201. Here, as shown in FIG. 2, the illumination light 211 exists in the region 201 and is reflected by the tip 71 of the pin 62 whose height from the lower boundary of the region 201 is h1, while the illumination light 212 is reflected. Considering that the height of each of the reflection points 71 and 72 is measured when the light hits the root 72 of the pin 62 at the height h2 from the lower boundary of the region 202. In this case, the phase connection problem occurs as described above. That is, as described above, since the phase shift amount is reproduced in the range of −π to π, if the phase connection is not performed, the heights measured for the tip 71 and the root 72 of the pin 62 are respectively high. The difference between the areas obtained based on the heights h1 and h2 is not reflected in the height measurement result. That is, the height difference within each region can be accurately evaluated, but the height difference across the regions cannot be accurately evaluated. For example, if the height h1 is lower than the height h2, an erroneous measurement result indicating that the pin base 72 is higher is obtained, and it is difficult to accurately know the height of the tip 71 of the pin 62. .

このような問題を解決するために、位相復元画像を、位相差が−πから０の範囲と、０からπの範囲と、位相差の不明な、段差等によって生じた影の部分とに分けてラベリングすることにより、１位相分の範囲を同定して、回路基板の凹凸の高さを測定する方法が開発されている（非特許文献１参照）。しかしながら、上記のような、コネクタ部のピンの先端の高さを測定する場合、ピン先端部分は非常に小さい領域であるため、ラベリングによって周囲と連結することができない。そのため、上記のようなコネクタ部の検査には、非特許文献１に記載された測定方法を適用することはできない。また、コネクタ部に限らず、回路素子の端子を回路基板に挿入した状態で、その端子の挿入量を測定する場合についても同様である。 In order to solve such a problem, the phase-restored image is divided into a range where the phase difference is −π to 0, a range where the phase difference is 0 to π, and a shadow portion caused by a step or the like whose phase difference is unknown. Thus, a method for identifying the range of one phase and measuring the height of the unevenness of the circuit board has been developed (see Non-Patent Document 1). However, when measuring the height of the tip of the pin of the connector portion as described above, the pin tip portion is a very small region and cannot be connected to the surroundings by labeling. Therefore, the measurement method described in Non-Patent Document 1 cannot be applied to the inspection of the connector part as described above. The same applies not only to the connector portion but also to the case where the insertion amount of the terminal is measured in a state where the terminal of the circuit element is inserted into the circuit board.

そこで、ピンあるいは端子の先端部のように、周囲と段差のある比較的小さな部材についても、正確且つ高速に高さを測定できる外観検査装置及び外観検査方法の開発が望まれている。 Therefore, it is desired to develop an appearance inspection apparatus and an appearance inspection method that can accurately and quickly measure the height of a relatively small member having a step difference from the periphery, such as a tip of a pin or a terminal.

特開２００４−３４０８３２号公報Japanese Patent Laid-Open No. 2004-340832 三高良介、濱田長生、「位相シフト法による高速高精度３次元計測技術」、松下電工技報、２００２年８月、ｐ．１０−１５Ryosuke Mitaka and Nagao Hamada, “High-speed and high-accuracy three-dimensional measurement technology using the phase shift method”, Matsushita Electric Works Technical Report, August 2002, p. 10-15

上記の問題点に鑑み、本発明は、ピンあるいは端子の先端部のように、周囲と段差のある比較的小さな部材についても、正確且つ高速に高さを測定できる外観検査装置及び外観検査方法を提供することを目的とする。 In view of the above problems, the present invention provides an appearance inspection apparatus and an appearance inspection method capable of measuring the height accurately and at high speed even for a relatively small member having a step difference from the periphery, such as a tip of a pin or a terminal. The purpose is to provide.

本発明の請求項１に記載の形態によれば、本発明に係る外観検査装置は、位相シフト法の原理に基づいて被検査物の測定部位の高さを測定する。そのために、本発明に係る外観検査装置は、被検査物に対して所定の方向に周期的な濃淡パターンを投影する光源部（２）と、濃淡パターンを所定の方向に所定量ずつずらして投影された被検査物を撮影した複数の検査画像を取得する撮像部（３）と、その複数の検査画像に基づいて光源部（２）によって投影された濃淡パターンの位相のずれ量を表す位相画像を形成する位相画像作成手段（５１）と、位相画像又は被検査物を撮影した位置決め画像に基づいて、被検査物の少なくとも一つの測定部位の位置を特定する位置特定手段（５２）と、特定された少なくとも一つの測定部位の位置に対応する位相画像の画素値に基づいて、少なくとも一つの測定部位の高さを測定する高さ測定手段（５３）とを有することを特徴とする。
係る構成により、測定対象とする部位の位置を特定した上で、その部位の高さを測定するので、位相の連結を正確に行えない場合であっても、対象部位の高さを正確に測定することができる。 According to the first aspect of the present invention, the appearance inspection apparatus according to the present invention measures the height of the measurement site of the inspection object based on the principle of the phase shift method. For this purpose, the visual inspection apparatus according to the present invention projects a light source unit (2) that projects a periodic gray pattern in a predetermined direction on an object to be inspected, and shifts the gray pattern by a predetermined amount in a predetermined direction. An imaging unit (3) for acquiring a plurality of inspection images obtained by photographing the inspection object, and a phase image representing a phase shift amount of the gray pattern projected by the light source unit (2) based on the plurality of inspection images A phase image creating means (51) for forming the position, a position specifying means (52) for specifying the position of at least one measurement site of the inspection object based on the phase image or the positioning image obtained by photographing the inspection object, and the specification And a height measuring means (53) for measuring the height of at least one measurement region based on the pixel value of the phase image corresponding to the position of the at least one measurement region.
With this configuration, the position of the part to be measured is specified and the height of the part is measured, so even if phase connection cannot be performed accurately, the height of the target part is accurately measured. can do.

また請求項２に記載のように、位置特定手段（５２）は、位相画像又は位置決め画像と、少なくとも一つの所定部位のテンプレートとのパターンマッチングによって、最良の一致位置を求め、その最良の一致位置に基づいて少なくとも一つの測定部位の位置を特定することが好ましい。係る構成により、正確に測定部位の位置を特定することができる。 Further, as described in claim 2, the position specifying means (52) obtains the best matching position by pattern matching between the phase image or the positioning image and the template of at least one predetermined part, and the best matching position. It is preferable to specify the position of at least one measurement site based on the above. With this configuration, the position of the measurement site can be accurately specified.

あるいは請求項３に記載のように、位置特定手段（５２）は、少なくとも一つの測定部位と一定の位置関係にある第２の部位の位置を検出し、検出されたその第２の部位の位置に基づいて探索領域を決定し、探索領域内で少なくとも一つの測定部位の位置を特定するが好ましい。係る構成により、画像上で他の領域と識別することが容易な特徴的な部位の位置を検出し、その特徴的な部位の位置を参照して測定部位の位置を特定することができるので、より正確に測定部位の位置を特定することができる。なお、測定部位と第２の部位とが一定の位置関係にあるとは、距離又は方向が一定の関係にあることを示し、例えば、測定部位の周囲を囲むように第２の部位が存在したり、測定部位と第２の部位とが水平あるいは垂直に所定距離だけ離れて存在することを示す。 Alternatively, as defined in claim 3, the position specifying means (52) detects the position of the second part that is in a fixed positional relationship with at least one measurement part, and the detected position of the second part. Preferably, the search area is determined based on the above and the position of at least one measurement site is specified in the search area. With such a configuration, it is possible to detect the position of a characteristic part that can be easily distinguished from other regions on the image, and identify the position of the measurement part with reference to the position of the characteristic part. The position of the measurement site can be specified more accurately. Note that that the measurement site and the second site are in a certain positional relationship means that the distance or direction is in a certain relationship, for example, the second site exists so as to surround the measurement site. Or the measurement site and the second site are separated from each other by a predetermined distance horizontally or vertically.

さらに、請求項４に記載のように、高さ測定手段（５３）は、位相シフト法に基づいて少なくとも一つの測定部位の高さを測定するが好ましい。 Furthermore, as described in claim 4, it is preferable that the height measuring means (53) measures the height of at least one measurement site based on the phase shift method.

さらに、請求項５に記載のように、本発明に係る外観検査装置は、測定部位の全てについて測定された高さが所定の範囲内に含まれる場合に被検査物を良品と判定し、測定部位の何れか一つについて測定された高さがその所定の範囲に含まれない場合に被検査物を不良品と判定する良否判定手段（５４）を有することが好ましい。 Furthermore, as described in claim 5, the visual inspection apparatus according to the present invention determines that the object to be inspected is a non-defective product when the height measured for all the measurement sites is within a predetermined range, and the measurement is performed. It is preferable to have pass / fail judgment means (54) for judging that the object to be inspected is defective when the height measured for any one of the parts is not included in the predetermined range.

さらに、請求項６の記載によれば、被検査物は回路基板であり、被検査物の測定部位は、その回路基板に取り付けられる接続端子であることが好ましい。なお、接続端子には、回路素子の接続端子の他、回路基板を他の回路基板などと接続するためのピンを含む。 According to the sixth aspect of the present invention, it is preferable that the object to be inspected is a circuit board, and the measurement site of the object to be inspected is a connection terminal attached to the circuit board. The connection terminals include pins for connecting the circuit board to other circuit boards in addition to the connection terminals of the circuit elements.

また、請求項７に記載の形態によれば、本発明に係る外観検査方法が提供される。その外観検査方法は、被検査物に対して所定の方向に周期的な濃淡パターンを投影するステップと、濃淡パターンを所定の方向に所定量ずつずらして投影された被検査物を撮影した複数の検査画像を取得するステップと、それら複数の検査画像に基づいて濃淡パターンの位相のずれ量を表す位相画像を作成するステップと、位相画像又は被検査物を撮影した位置決め画像に基づいて、被検査物の少なくとも一つの測定部位の位置を特定するステップと、特定された少なくとも一つの測定部位の位置に対応する位相画像の画素値に基づいて、少なくとも一つの測定部位の高さを測定するステップとを有することを特徴とする。 Moreover, according to the aspect of Claim 7, the external appearance inspection method which concerns on this invention is provided. The visual inspection method includes a step of projecting a periodic shading pattern in a predetermined direction on an object to be inspected, and a plurality of inspected objects imaged by shifting the shading pattern by a predetermined amount in a predetermined direction. A step of acquiring an inspection image, a step of creating a phase image representing a phase shift amount of the light and shade pattern based on the plurality of inspection images, and an inspection object based on a positioning image obtained by photographing the phase image or the inspection object Determining the position of at least one measurement region of the object, and measuring the height of at least one measurement region based on the pixel value of the phase image corresponding to the specified position of at least one measurement region; It is characterized by having.

さらに、請求項８に記載の形態によれば、回路基板に取り付けられた接続端子の先端からその回路基板の表面までの高さを測定する方法が提供される。その高さ測定方法は、接続端子を回路基板に取り付けた部分を含む領域に対して所定の方向に周期的な濃淡パターンを投影するステップと、濃淡パターンを所定の方向に所定量ずつずらして投影された領域を撮影した複数の検査画像を取得するステップと、それら複数の検査画像に基づいて濃淡パターンの位相のずれ量を表す位相画像を作成するステップと、位相画像又は上記の領域を撮影した画像に基づいて、接続端子の先端の位置を特定するステップと、特定された接続端子の先端の位置に対応する位相画像の画素値に基づいて、接続端子の先端からその回路基板の表面までの高さを測定するステップとを有することを特徴とする。 Furthermore, according to the form of Claim 8, the method of measuring the height from the front-end | tip of the connection terminal attached to the circuit board to the surface of the circuit board is provided. The height measuring method includes a step of projecting a periodic gray pattern in a predetermined direction on a region including a portion where the connection terminal is attached to the circuit board, and a projection by shifting the gray pattern by a predetermined amount in a predetermined direction. A plurality of inspection images obtained by photographing the region obtained, a step of creating a phase image representing the amount of phase shift of the light and shade pattern based on the plurality of inspection images, and a phase image or the above region were photographed. Based on the image, the step of identifying the position of the tip of the connection terminal, and the pixel value of the phase image corresponding to the position of the tip of the connection terminal thus identified, from the tip of the connection terminal to the surface of the circuit board Measuring the height.

さらに、請求項９に記載の形態によれば、回路基板上に回路パターンを形成するパターン形成ステップと、回路基板に回路素子を実装する素子実装ステップと、回路基板に実装された回路素子の端子について、回路基板の表面からその端子の先端までの高さを測定する高さ測定ステップと、その高さが、所定の許容範囲に含まれる場合、回路素子は正常に実装されていると判定し、その高さが、所定の許容範囲に含まれない場合、回路素子は正常に実装されていないと判定する良否判定ステップと、回路素子は正常に実装されていると判定された場合、回路素子を回路基板に固定する固定ステップとを有する回路基板製造方法が提供される。その外観検査方法の高さ測定ステップは、回路素子の端子を回路基板に取り付けた部分を含む領域に対して所定の方向に周期的な濃淡パターンを投影するステップと、濃淡パターンを所定の方向に所定量ずつずらして投影された領域を撮影した複数の検査画像を取得するステップと、それら複数の検査画像に基づいて濃淡パターンの位相のずれ量を表す位相画像を作成するステップと、位相画像又は上記領域を撮影した画像に基づいて、端子の先端の位置を特定するステップと、特定された端子の先端の位置に対応する位相画像の画素値に基づいて、その高さを測定するステップとを有することを特徴とする。 Furthermore, according to the form of Claim 9, the pattern formation step which forms a circuit pattern on a circuit board, the element mounting step which mounts a circuit element on a circuit board, and the terminal of the circuit element mounted on the circuit board The height measurement step of measuring the height from the surface of the circuit board to the tip of the terminal, and if the height falls within a predetermined tolerance, it is determined that the circuit element is normally mounted. When the height is not included in the predetermined allowable range, the pass / fail determination step for determining that the circuit element is not normally mounted and the circuit element for determining that the circuit element is normally mounted There is provided a circuit board manufacturing method including a fixing step of fixing the circuit board to the circuit board. The height measurement step of the appearance inspection method includes a step of projecting a periodic gray pattern in a predetermined direction with respect to an area including a portion where the terminal of the circuit element is attached to the circuit board, and the gray pattern in a predetermined direction. Acquiring a plurality of inspection images obtained by imaging a projected region shifted by a predetermined amount, creating a phase image representing a phase shift amount of a grayscale pattern based on the plurality of inspection images, and a phase image or The step of specifying the position of the tip of the terminal based on the image obtained by photographing the region, and the step of measuring the height based on the pixel value of the phase image corresponding to the position of the tip of the specified terminal It is characterized by having.

なお、上記各手段に付した括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示す一例である。 In addition, the code | symbol in the parenthesis attached | subjected to each said means is an example which shows a corresponding relationship with the specific means as described in embodiment mentioned later.

以下、図面を参照しつつ本発明に係る外観検査装置について詳細に説明する。
本発明の外観検査装置を適用した検査装置は、一例として、図２に示したような回路基板６０のコネクタ部について、各ホール６１にそれぞれ挿入されたピン６２の先端７１から回路基板６０の表面までの高さを測定し、その高さが所定の許容範囲に含まれるか否かを判定することによって良否判定を行うものである。また、検査装置は、ピン先端位置をパターンマッチング処理を用いて特定し、その特定された位置について位相シフト法で高さを測定するため、ピン６２の先端７１の周囲に照明光を反射する部分が存在しても、正確にピン６２の高さを求めることができる。そのため、検査対象物たる回路基板が良品か否かを正確に判定することができるものである。 Hereinafter, an appearance inspection apparatus according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
As an example, the inspection apparatus to which the appearance inspection apparatus of the present invention is applied is the surface of the circuit board 60 from the tip 71 of the pin 62 inserted into each hole 61 in the connector portion of the circuit board 60 as shown in FIG. The quality is determined by measuring the height up to and determining whether or not the height falls within a predetermined allowable range. In addition, the inspection device specifies the pin tip position using pattern matching processing, and measures the height by the phase shift method for the specified position, so that the portion that reflects the illumination light around the tip 71 of the pin 62 Even if exists, the height of the pin 62 can be obtained accurately. Therefore, it is possible to accurately determine whether or not the circuit board as the inspection object is a non-defective product.

図３に、本発明の外観検査装置を適用した検査装置１の概略構成図を示す。
本発明の外観検査装置を適用した検査装置１は、光源部２、撮像部３、保持部４及び処理部５を有する。 FIG. 3 shows a schematic configuration diagram of an inspection apparatus 1 to which the appearance inspection apparatus of the present invention is applied.
The inspection apparatus 1 to which the appearance inspection apparatus of the present invention is applied includes a light source unit 2, an imaging unit 3, a holding unit 4, and a processing unit 5.

以下、検査装置１の各部について詳細に説明する。
光源部２は、位相シフト法によって検査対象物である回路基板６０の３次元形状を測定するために、回路基板６０の表面において明度が１次元的且つ一定のピッチで正弦波状に変化するように照明光を照射する。そのために光源部２は、光源２１、スリット２２、移動ステージ２３及び投影光学系２４を有する。 Hereinafter, each part of the inspection apparatus 1 will be described in detail.
In order to measure the three-dimensional shape of the circuit board 60 that is the inspection object by the phase shift method, the light source unit 2 changes the brightness on the surface of the circuit board 60 in a sine wave shape at a one-dimensional and constant pitch. Irradiate with illumination light. For this purpose, the light source unit 2 includes a light source 21, a slit 22, a moving stage 23, and a projection optical system 24.

光源２１は、回路基板６０の検査対象領域の全域を一度に照明できるように構成される。そのために、本実施形態では、光源２１としてハロゲンランプを用いた。しかし、光源２１は、ハロゲンランプに限られるものではなく、ＬＥＤなど周知の他の光源で構成してもよい。 The light source 21 is configured to illuminate the entire inspection target region of the circuit board 60 at a time. Therefore, in the present embodiment, a halogen lamp is used as the light source 21. However, the light source 21 is not limited to the halogen lamp, and may be constituted by other known light sources such as LEDs.

スリット２２は、照明光によって照射された回路基板６０の表面の明度が正弦波状に変化するように、所定のピッチで１次元的に透過率が正弦波状に変化するように形成される。また、スリット２２は、光源２１の前面において、透過率が変化する方向に沿って移動可能に配置される。 The slit 22 is formed so that the transmittance changes one-dimensionally in a sine wave form at a predetermined pitch so that the brightness of the surface of the circuit board 60 irradiated with the illumination light changes in a sine wave form. Moreover, the slit 22 is arrange | positioned in the front surface of the light source 21 so that a movement is possible along the direction where the transmittance | permeability changes.

移動ステージ２３は、スリット２２を保持する保持部材と、ステッピングモータと、ステッピングモータの動力を保持部材に伝達するためのギアなどで構成される。そして、移動ステージ２３は、回路基板６０上において、スリット２２をその透過率が変化する方向に沿って１／４ピッチずつ移動させる。 The moving stage 23 includes a holding member that holds the slit 22, a stepping motor, a gear for transmitting the power of the stepping motor to the holding member, and the like. Then, the moving stage 23 moves the slit 22 on the circuit board 60 by 1/4 pitch along the direction in which the transmittance changes.

投影光学系２４は、スリット２２を透過した照明光を回路基板６０上に投影し、スリット２２の像を回路基板６０上に形成させる。そのために、投影光学系２４は、スリット２２と回路基板６０の間に配置される。また、回路基板６０の凹凸などによる投影位置の差異が被写界深度内に収まるように、投影光学系２４のＦナンバーを設定する。
本実施形態では、光源部２を回路基板６０の上方に、回路基板６０の表面に対する法線方向と３０°の角をなすように配置した。なお、スリット２２のピッチ、投影光学系２４の焦点距離及びＦナンバー、光源部２と回路基板６０までの距離などについては、位相シフト法に基づく表面形状計測で通常使用される条件を使用することができる。さらに光源部２は、位相シフト法に基づく表面形状計測装置で用いられる様々な周知の構成とすることもできる。 The projection optical system 24 projects the illumination light transmitted through the slit 22 onto the circuit board 60 and forms an image of the slit 22 on the circuit board 60. For this purpose, the projection optical system 24 is disposed between the slit 22 and the circuit board 60. Further, the F number of the projection optical system 24 is set so that the difference in projection position due to the unevenness of the circuit board 60 is within the depth of field.
In the present embodiment, the light source unit 2 is disposed above the circuit board 60 so as to form an angle of 30 ° with the normal direction to the surface of the circuit board 60. For the pitch of the slit 22, the focal length and F number of the projection optical system 24, the distance between the light source unit 2 and the circuit board 60, the conditions normally used in the surface shape measurement based on the phase shift method should be used. Can do. Furthermore, the light source unit 2 can have various well-known configurations used in a surface shape measuring device based on the phase shift method.

撮像部３は、光源部２のスリット２２の移動に合わせて、回路基板６０の検査対象領域を撮影する。そして、１回の検査において、スリット２２を１／４ピッチずつずらして（すなわち、スリット２２によって与えられる濃淡パターンの位相差がπ／２となるように）撮影し、合計４枚の検査画像を取得する。そのために、撮像部３は、ＣＣＤ、Ｃ−ＭＯＳセンサなどの光電変換器で構成された２次元検出器と、その２次元検出器上に回路基板６０の検査対象領域の像を結像する結像光学系を有する。本実施形態では、２次元検出器として、６４０×４８０画素のＣＣＤセンサを用いた。そして、撮像部３を、回路基板６０の法線方向に沿って７５ｍｍ離した上方に配置した。また、撮像光学系については、位相シフト法に基づく表面形状計測で通常使用される条件を使用することができる。さらに、撮像部３は、位相シフト法に基づく表面形状計測装置で用いられる様々な周知の構成とすることもできる。 The imaging unit 3 images the inspection target area of the circuit board 60 in accordance with the movement of the slit 22 of the light source unit 2. Then, in one inspection, the slits 22 are shifted by ¼ pitch (that is, the phase difference of the shading pattern provided by the slits 22 is π / 2), and a total of four inspection images are obtained. get. For this purpose, the imaging unit 3 forms a two-dimensional detector composed of a photoelectric converter such as a CCD or C-MOS sensor, and forms an image of the inspection target region of the circuit board 60 on the two-dimensional detector. An image optical system is included. In this embodiment, a CCD sensor of 640 × 480 pixels is used as the two-dimensional detector. And the imaging part 3 was arrange | positioned 75 mm apart along the normal line direction of the circuit board 60. FIG. Moreover, about an imaging optical system, the conditions normally used by the surface shape measurement based on a phase shift method can be used. Furthermore, the imaging part 3 can also be set as various known structures used with the surface shape measuring apparatus based on a phase shift method.

保持部４は、撮像部３による検査画像取得中において、検査対象物である回路基板６０が移動しないように、所定の位置で固定する。なお、保持部４として、周知の様々な構成を用いることができるため、ここでは詳細な説明を省略する。 The holding unit 4 is fixed at a predetermined position so that the circuit board 60 that is the inspection target does not move during the acquisition of the inspection image by the imaging unit 3. In addition, since various well-known structures can be used as the holding part 4, detailed description is abbreviate | omitted here.

処理部５は、撮像部３から取得した各検査画像に基づいて、ピン６２の先端７１から回路基板６０までの高さを測定して、ピン６２が回路基板６０の対応するホール６１に正しく挿入されているかを調べる。そしてその測定結果に基づいて、回路基板６０が良品か否か判定する。 The processing unit 5 measures the height from the tip 71 of the pin 62 to the circuit board 60 based on each inspection image acquired from the imaging unit 3, and the pin 62 is correctly inserted into the corresponding hole 61 of the circuit board 60. Find out what has been done. Then, based on the measurement result, it is determined whether or not the circuit board 60 is a non-defective product.

図４に、処理部５の機能ブロック図を示す。処理部５は、位相画像作成手段５１、位置特定手段５２、高さ測定手段５３、良否判定手段５４、記憶手段５５、制御手段５６及び通信手段５７を有し、例えば、パーソナルコンピュータ（ＰＣ）及びその周辺機器で構成される。 FIG. 4 shows a functional block diagram of the processing unit 5. The processing unit 5 includes a phase image creating unit 51, a position specifying unit 52, a height measuring unit 53, a quality determination unit 54, a storage unit 55, a control unit 56, and a communication unit 57. For example, a personal computer (PC) and Consists of its peripheral devices.

位相画像作成手段５１、位置特定手段５２、高さ測定手段５３及び良否判定手段５４は、例えばＣＰＵ上で実行されるプログラムモジュールとして実装される。あるいは、位相画像作成手段５１、位置特定手段５２、高さ測定手段５３及び良否判定手段５４を、ＣＰＵと別個に設けられた画像処理用プロセッサなどを備えた専用処理ボードとして実装してもよい。
以下、処理部５の各部について詳細に説明する。 The phase image creating means 51, the position specifying means 52, the height measuring means 53, and the pass / fail judgment means 54 are implemented as program modules executed on the CPU, for example. Alternatively, the phase image creating means 51, the position specifying means 52, the height measuring means 53, and the quality determining means 54 may be mounted as a dedicated processing board including an image processing processor provided separately from the CPU.
Hereinafter, each part of the processing unit 5 will be described in detail.

位相画像作成手段５１は、各検査において取得される１組４枚の検査画像に基づいて、検査領域中の任意の測定点(x,y)における位相のずれ量δ(x,y)を算出する。ここで位相画像作成手段５１は、上記の式（１）にしたがって、各測定点の位相のずれ量δ(x,y)を算出する。位相画像作成手段５１は、検査領域に含まれる各画素について位相のずれ量δ(x,y)を算出すると、ずれ量が等しい点が同じ画素値となるように、位相画像を作成する。ここで、位相画像の画素値p(x,y)は、−π〜π間を２５６等分し、ずれ量が−πのとき０、πのとき２５５となるように規定される。すなわち、位相画像の画素値p(x,y)は、次式で求められる。

なお、上式において、［］はガウス記号である。
位相画像作成手段５１は、上記式（２）に基づいて、位相画像の各画素値を順次算出する。そして、位相画像作成手段５１は、全ての画素について画素値を算出すると、記憶手段５５に位相画像を記憶する。 The phase image creating means 51 calculates a phase shift amount δ (x, y) at an arbitrary measurement point (x, y) in the inspection region based on a set of four inspection images acquired in each inspection. To do. Here, the phase image creating means 51 calculates the phase shift amount δ (x, y) of each measurement point according to the above equation (1). When calculating the phase shift amount δ (x, y) for each pixel included in the inspection region, the phase image creating unit 51 creates a phase image so that the points having the same shift amount have the same pixel value. Here, the pixel value p (x, y) of the phase image is defined so that 256 is equally divided between −π and π, and is 0 when the shift amount is −π and 255 when π. That is, the pixel value p (x, y) of the phase image is obtained by the following equation.

In the above formula, [] is a Gaussian symbol.
The phase image creation means 51 sequentially calculates each pixel value of the phase image based on the above equation (2). When the phase image creating unit 51 calculates the pixel values for all the pixels, the phase image creating unit 51 stores the phase image in the storage unit 55.

なお、作成された位相画像では、式（１）から明らかなように、基準となる位相からのずれ量δ(x,y)が−π〜πの範囲でしか再現できないため、そのずれ量δ(x,y)が上記の範囲を外れた場合には、２ｍπ（ただし、ｍは整数）の値を差し引くかあるいは加えて−π〜πの範囲に含まれるようになったときのずれ量と等しい値として表現される。 In the created phase image, as apparent from the equation (1), the deviation amount δ (x, y) from the reference phase can be reproduced only in the range of −π to π. When (x, y) is out of the above range, the deviation amount when 2mπ (where m is an integer) is subtracted or added to fall within the range of −π to π Expressed as equal values.

位置特定手段５２は、位相画像とピンの先端形状に対応するマスクとのパターンマッチング処理を行うことによって、位相画像中のピンの先端位置を特定する。このように、パターンマッチング処理によってピンの先端位置を特定することにより、ピンの先端以外の部分が位相画像上でピンの先端よりも大きな画素値を有する場合でも、正確にピンの先端位置を認識することができる。 The position specifying means 52 specifies the tip position of the pin in the phase image by performing pattern matching processing between the phase image and a mask corresponding to the tip shape of the pin. In this way, pin tip position is specified by pattern matching processing, so that pin tip position can be accurately recognized even if the part other than the pin tip has a larger pixel value than the pin tip on the phase image. can do.

図５を用いてこの様子を説明する。図５は、被検査物である回路基板６０のコネクタ部を上方から見た位相画像の概略図である。各ホール６１ａ〜６１ｄの周囲には、リング状のランド６３ａ〜６３ｄが存在する。また、各ホール６１ａ〜６１ｄの中心近傍には、ピン６２の先端７１が存在する。
ここで、ホール６１ａのように、照明光が、ピンの先端でのみ反射して撮像部３に入射する場合、そのホール内には、ピンの先端及びその影の像８１が形成される。そのため、ホール６１ａのように、ホール内にピンの先端の像８１しかない場合には、ホール内で最も高い画素値に基づいて高さを求めれば、正確にピンの高さを測定することができる。
一方、ホール６１ｂのように、照明光が、ピンの根元など、ピンの先端以外のところで反射されて撮像部３に入射すると、そのホール内には、像８１の他に、ピンの先端以外の部分で反射された部分の像８２が形成される。このような場合、像８２の部分に基づいてピンの高さを測定してしまうと、正確にピンの高さを求めることができなくなる。しかし、予め像８１の部分だけを認識し、その部分の画素値に基づいて高さを測定することにより、ピンの先端が基準面からの位相のずれ量が−π〜πの範囲（図２の領域２０１の範囲）に含まれる限り、その高さを正確に測定することが可能となる。 This will be described with reference to FIG. FIG. 5 is a schematic diagram of a phase image of the connector portion of the circuit board 60, which is an object to be inspected, viewed from above. Ring-shaped lands 63a to 63d exist around each of the holes 61a to 61d. Further, the tip 71 of the pin 62 exists in the vicinity of the center of each of the holes 61a to 61d.
Here, when the illumination light is reflected only at the tip of the pin and enters the imaging unit 3 like the hole 61a, the tip 81 of the pin and the shadow image 81 are formed in the hole. Therefore, when there is only an image 81 of the tip of the pin in the hole as in the hole 61a, the height of the pin can be accurately measured by obtaining the height based on the highest pixel value in the hole. it can.
On the other hand, when the illumination light is reflected at a portion other than the tip of the pin, such as the hole 61b, and enters the imaging unit 3, as in the hole 61b, the image 81 and other than the tip of the pin are placed in the hole. An image 82 of the portion reflected by the portion is formed. In such a case, if the pin height is measured based on the portion of the image 82, the pin height cannot be obtained accurately. However, by recognizing only the portion of the image 81 in advance and measuring the height based on the pixel value of that portion, the phase shift amount of the pin tip from the reference plane is in the range of −π to π (FIG. 2). As long as it is included in the area 201), the height can be accurately measured.

図６は、ピンの先端位置を特定するための手順を示すフローチャートである。まず、位置特定手段５２は、位相画像においてピン６２が挿入されるホール６１の近傍領域を着目領域として設定する（ステップＳ１０１）。ホール６１の位置、大きさ、形状及び数は、回路基板６０の設計仕様から知ることができるため、位相画像上でのホール６１の位置も予想することができる。そこで、位置特定手段５２は、回路基板６０の設計仕様、撮像部３との相対的な位置、撮像部３の結像系の結像倍率及び画素数に基づいて、位相画像上のホール６１の位置を予め決定する。そして、ホール６１一つにつき、一つの着目領域を設定する。再度図５を参照すると、着目領域９１は、保持部４への回路基板６０の取り付け精度を考慮して、ホール６１が着目領域から外れることがないように、位相画像上でのホール６１の大きさよりも若干大きめに設定される。 FIG. 6 is a flowchart showing a procedure for specifying the tip position of the pin. First, the position specifying means 52 sets a region near the hole 61 into which the pin 62 is inserted in the phase image as a region of interest (step S101). Since the position, size, shape, and number of the holes 61 can be known from the design specifications of the circuit board 60, the position of the holes 61 on the phase image can also be predicted. Therefore, the position specifying means 52 is based on the design specifications of the circuit board 60, the relative position with the imaging unit 3, the imaging magnification of the imaging system of the imaging unit 3, and the number of pixels. The position is determined in advance. Then, one region of interest is set for each hole 61. Referring to FIG. 5 again, the region of interest 91 is a size of the hole 61 on the phase image so that the hole 61 does not deviate from the region of interest in consideration of the mounting accuracy of the circuit board 60 to the holding unit 4. It is set slightly larger than this.

なお、着目領域は、例えば、位相画像と同サイズの２値画像で表される。すなわち、着目領域に含まれる画素に対しては、２値画像上において同じ位置にある対応画素の値を‘１’とし、着目領域に含まれない画素に対しては、２値画像上において同じ位置にある対応画素の値を‘０’とする。なお、このような２値画像を予め記憶手段５５に記憶しておき、検査時に読み出すようにしてもよい。 Note that the region of interest is represented by, for example, a binary image having the same size as the phase image. That is, the value of the corresponding pixel at the same position on the binary image is set to '1' for pixels included in the region of interest, and the same on the binary image for pixels not included in the region of interest. The value of the corresponding pixel at the position is set to “0”. Note that such a binary image may be stored in advance in the storage means 55 and read during inspection.

次に、位置特定手段５２は、着目領域内でホールの周囲に設けられるランド６３を検出する（ステップＳ１０２）。ランド６３のような特徴的な形状を有する部分を検出してその位置を特定することにより、ホール６１の位置を正確に認識できるため、ホール内に挿入されるピン６２の先端７１の位置も、直接ピンの先端位置を認識するよりも正確に特定することができる。ここで、位置特定手段５２は、位相画像上でのランド６３の概略形状を知ることができるので、パターンマッチング処理を用いてランド６３の検出を行う。 Next, the position specifying means 52 detects a land 63 provided around the hole in the region of interest (step S102). By detecting a part having a characteristic shape such as the land 63 and specifying the position thereof, the position of the hole 61 can be accurately recognized. Therefore, the position of the tip 71 of the pin 62 inserted into the hole is also It is possible to specify more accurately than directly recognizing the tip position of the pin. Here, since the position specifying unit 52 can know the schematic shape of the land 63 on the phase image, the land 63 is detected using the pattern matching process.

本実施形態では、パターンマッチング処理に使用するテンプレートとして、予め作成された位相画像からランド６３を含む領域を切り出し、ランド６３以外の画素値を０に置き換えたものを使用した。 In the present embodiment, as a template used for the pattern matching process, a template including a land 63 extracted from a phase image created in advance and pixel values other than the land 63 replaced with 0 is used.

位置特定手段５２は、パターンマッチングにより、位相画像の各着目領域において、ランド６３のテンプレートの位相画像に対する相対的な位置及び角度を変えつつ相関係数を求め、その相関係数が最大となるときのテンプレートの位置を求める。そして、相関係数が最大となるとき、すなわち、着目領域とテンプレートが最良の一致となるときのテンプレートの位置に基づいて、ランド６３の位置を決定する。なお、相関係数は、公知のように、以下の式に基づいて求めることができる。

ここでｒは相関係数であり、Ｉ、Ｍはそれぞれ位相画像及びテンプレートの画素値を表す。また、Ｎはテンプレートに含まれる画素数を表す。この式において、位相画像とテンプレートが完全に一致する場合、相関係数ｒ＝１となり、位相画像とテンプレートに全く相関が無い場合、相関係数ｒ＝０となる。 The position specifying means 52 obtains a correlation coefficient by changing the relative position and angle of the land 63 with respect to the phase image of each template in each region of interest of the phase image by pattern matching, and the correlation coefficient becomes maximum. Determine the position of the template. Then, the position of the land 63 is determined based on the position of the template when the correlation coefficient is maximized, that is, when the region of interest and the template are the best match. As is well known, the correlation coefficient can be obtained based on the following equation.

Here, r is a correlation coefficient, and I and M represent pixel values of the phase image and the template, respectively. N represents the number of pixels included in the template. In this equation, the correlation coefficient r = 1 when the phase image and the template completely match, and the correlation coefficient r = 0 when there is no correlation between the phase image and the template.

ランド６３の位置が特定されると、位置特定手段５２は、ランド６３で囲まれる領域から、ピン６２の先端７１の位置を探索する探索領域を抽出する（ステップＳ１０３）。ランド６３がホール６１の周囲に設けられることから、ランド６３とホール６１の相対的な位置関係は決まっている。そこで、本実施形態では、図５に示すように、位置特定手段５２は、ランド６３に囲まれ、且つランド６３を含まないように、ランド６３の中心点から所定の半径の円形領域を探索領域９２とする。なお、所定の半径は、位相画像上におけるランド６３の大きさに基づいて予め定められる。例えば、ランド６３の内側半径が位相画像上で３０画素の場合、探索領域９２の半径を２６画素と設定することができる。 When the position of the land 63 is specified, the position specifying means 52 extracts a search area for searching for the position of the tip 71 of the pin 62 from the area surrounded by the land 63 (step S103). Since the land 63 is provided around the hole 61, the relative positional relationship between the land 63 and the hole 61 is determined. Therefore, in the present embodiment, as shown in FIG. 5, the position specifying unit 52 searches for a circular area having a predetermined radius from the center point of the land 63 so as to be surrounded by the land 63 and not include the land 63. 92. The predetermined radius is determined in advance based on the size of the land 63 on the phase image. For example, when the inner radius of the land 63 is 30 pixels on the phase image, the radius of the search area 92 can be set to 26 pixels.

最後に、位置特定手段５２は、探索領域内でピン６２の先端７１の位置を特定する（ステップＳ１０４）。位置特定手段５２は、ランド６３の検出と同様に、パターンマッチング処理を用いてピン６２の先端７１の位置を特定する。探索領域内に限定してパターンマッチング処理を行うことにより、ランド６３などピン６２以外の構造物をピン６２と誤認識することを防止できる。なお、ピン６２の先端７１の位置の検出に用いるテンプレートは、ランド検出用のテンプレートと同様に、位相画像からピン６２の先端７１の部分に相当する領域を切り出すことによって作成される。
位置特定手段５２は、各ピン６２の先端７１の位置を特定すると、それぞれの座標値を記憶手段５５などに一時的に記憶する。 Finally, the position specifying means 52 specifies the position of the tip 71 of the pin 62 within the search area (step S104). The position specifying means 52 specifies the position of the tip 71 of the pin 62 using pattern matching processing, as in the detection of the land 63. By performing the pattern matching process only within the search area, it is possible to prevent a structure other than the pin 62 such as the land 63 from being erroneously recognized as the pin 62. The template used for detecting the position of the tip 71 of the pin 62 is created by cutting out a region corresponding to the tip 71 of the pin 62 from the phase image, like the land detection template.
When the position specifying means 52 specifies the position of the tip 71 of each pin 62, the position specifying means 52 temporarily stores the respective coordinate values in the storage means 55 or the like.

高さ測定手段５３は、位置特定手段５２で特定されたピン６２の先端７１の位置の座標値をその記憶先から読み出し、その座標値で示された画素の値に基づいて、ピン６２の先端７１の回路基板６０からの高さを算出する。位相画像の画素値から、式（２）に基づいて基準となる位相からのずれ量を求めることができるので、高さ測定手段５３は、位相シフト法の原理に基づいて、基準となる位相に相当する基準面との差でピン６２の先端７１の高さを求めることができる。なお、高さ測定手段５３は、ピン６２の先端７１の位置として示された画素そのものの画素値を用いる代わりに、ピン６２の先端７１の位置に相当する画素及びその周囲の画素（例えば、４近傍画素、８近傍画素など）の平均値あるいは中央値を用いてもよい。このとき、高さ測定手段５３は、図２に示した領域２０１のように、位相のずれ量が−π〜πとなる範囲内にピン先端位置が存在する限り、ピン先端位置の高さを正確に求めることができる。そこで、基準面（位相のずれ量が０となるところ）をピン６２の先端７１の高さの設計値となるように設定する。なお、位相シフト法は周知の技術であるため、高さ算出の詳細な説明は省略する。
高さ測定手段５３は、各ピン６２の先端７１の高さを記憶手段５５などに一時的に記憶する。 The height measuring means 53 reads out the coordinate value of the position of the tip 71 of the pin 62 specified by the position specifying means 52 from the storage destination, and based on the value of the pixel indicated by the coordinate value, the tip of the pin 62 The height of 71 from the circuit board 60 is calculated. Since the amount of deviation from the reference phase can be obtained from the pixel value of the phase image based on the formula (2), the height measuring means 53 can set the reference phase based on the principle of the phase shift method. The height of the tip 71 of the pin 62 can be obtained from the difference from the corresponding reference plane. Instead of using the pixel value of the pixel itself indicated as the position of the tip 71 of the pin 62, the height measuring means 53 does not use the pixel value corresponding to the position of the tip 71 of the pin 62 and surrounding pixels (for example, 4 An average value or a median value of neighboring pixels, eight neighboring pixels, etc.) may be used. At this time, the height measuring unit 53 adjusts the height of the pin tip position as long as the pin tip position exists within a range in which the phase shift amount is −π to π as in the region 201 illustrated in FIG. 2. It can be determined accurately. Therefore, the reference plane (where the phase shift amount is 0) is set to be the design value of the height of the tip 71 of the pin 62. Since the phase shift method is a well-known technique, a detailed description of height calculation is omitted.
The height measuring means 53 temporarily stores the height of the tip 71 of each pin 62 in the storage means 55 or the like.

良否判定手段５４は、各ピンの先端の回路基板６０からの高さが、設計値及び許容公差によって定められる許容範囲内に含まれるか否かを調べる。そして、全てのピン６２について、その先端７１の高さが許容範囲内に含まれる場合、回路基板６０を良品と判定する。一方、何れかのピン６２について、その先端７１の高さが許容範囲から外れる場合、回路基板６０を不良品と判定する。
判定結果は、制御手段５６に送られ、さらに、通信手段５７を通じて外部の機器などに送られる。 The pass / fail judgment means 54 checks whether or not the height of the tip of each pin from the circuit board 60 is within an allowable range determined by a design value and an allowable tolerance. If the height of the tip 71 is within the allowable range for all the pins 62, the circuit board 60 is determined as a non-defective product. On the other hand, if the height of the tip 71 of any pin 62 is out of the allowable range, the circuit board 60 is determined to be defective.
The determination result is sent to the control means 56, and further sent to an external device or the like through the communication means 57.

記憶手段５５は、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、又は磁気ディスク、光ディスク若しくはフラッシュメモリなどの不揮発性メモリで構成され、撮像部３から受信した検査画像を一時的に記憶する。また、記憶手段５５は、位置特定手段５２でピンの先端部の位置などの決定に使用するテンプレートなどを記憶する。 The storage unit 55 is configured by a random access memory (RAM) or a nonvolatile memory such as a magnetic disk, an optical disk, or a flash memory, and temporarily stores an inspection image received from the imaging unit 3. The storage means 55 stores a template used by the position specifying means 52 for determining the position of the tip of the pin.

制御手段５６は、ＰＣの中央演算装置（ＣＰＵ）と、リードオンリーメモリ（ＲＯＭ）、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）などの半導体メモリなどで構成され、ＣＰＵに読み込まれたプログラムにしたがって動作し、光源部２、撮像部３及び処理部５の各手段を制御する。さらに、通信手段５７は、処理部５と撮像部３との間で制御信号及び画像データを送受信する入出力インタフェースであり、ＵＳＢ、ＳＣＳＩ、ＲＳ２３２Ｃ、イーサネット（登録商標）などの各種のＩ／Ｏポート及びそれらのドライバで構成される。そして、処理部５は、通信手段５７を通じて撮像部３から各検査画像を受信する。一方、制御手段５６で生成された制御信号は、通信手段５７を通じて光源部２及び撮像部３へ送信される。さらに、処理部５は、良否判定手段５４で判定された回路基板６０の良否判定結果を通信手段５７を通じて、検査装置１の設定操作を行ったり、良否判定結果などの表示を行う操作表示部（図示せず）や、外部の機器へ出力する。 The control means 56 is composed of a central processing unit (CPU) of a PC, a semiconductor memory such as a read only memory (ROM), a random access memory (RAM), etc., and operates according to a program read into the CPU. 2, each means of the imaging unit 3 and the processing unit 5 is controlled. Further, the communication unit 57 is an input / output interface that transmits and receives control signals and image data between the processing unit 5 and the imaging unit 3, and various I / Os such as USB, SCSI, RS232C, and Ethernet (registered trademark). It consists of ports and their drivers. Then, the processing unit 5 receives each inspection image from the imaging unit 3 through the communication unit 57. On the other hand, the control signal generated by the control unit 56 is transmitted to the light source unit 2 and the imaging unit 3 through the communication unit 57. Further, the processing unit 5 performs an operation of setting the inspection apparatus 1 and displays a result of pass / fail determination and the like through the communication unit 57 with the pass / fail determination result of the circuit board 60 determined by the pass / fail determination unit 54 ( Output to an external device (not shown).

図７を参照しつつ、本発明の外観検査装置を適用した検査装置１の動作について説明する。なお、検査装置１の動作は、処理部５の制御手段５６によって制御される。 The operation of the inspection apparatus 1 to which the appearance inspection apparatus of the present invention is applied will be described with reference to FIG. Note that the operation of the inspection apparatus 1 is controlled by the control means 56 of the processing unit 5.

図７に示すように、検査が開始されると、撮像部３は、光源部２のスリット２２を１／４ピッチずつ移動させて回路基板６０を４回撮影し、４枚の検査画像を取得する（ステップＳ２０１）。そして、各検査画像を処理部５へ送信する。 As shown in FIG. 7, when the inspection is started, the imaging unit 3 moves the slits 22 of the light source unit 2 by ¼ pitch and images the circuit board 60 four times to obtain four inspection images. (Step S201). Then, each inspection image is transmitted to the processing unit 5.

処理部５は、通信手段５７を通じて各検査画像を受信すると、位相画像作成手段５１において検査対象領域に含まれる各画素について、基準となる位相からのずれ量を求める（ステップＳ２０２）。そして、求めたずれ量に基づいて、位相画像を作成する（ステップＳ２０３）。位相画像が作成されると、処理部５のピン先端の位置特定手段５２は、その位相画像における各ピン６２の先端７１の位置を特定する（ステップＳ２０４）。なお、先端位置を特定する手順については、上述した通りである。 When the processing unit 5 receives each inspection image through the communication unit 57, the phase image creation unit 51 obtains a deviation amount from the reference phase for each pixel included in the inspection target region (step S202). Then, a phase image is created based on the obtained shift amount (step S203). When the phase image is created, the pin tip position specifying means 52 of the processing unit 5 specifies the position of the tip 71 of each pin 62 in the phase image (step S204). The procedure for specifying the tip position is as described above.

次に、処理部５の高さ測定手段５３は、各ピン６２の先端７１の位置における位相画像の画素値に基づいて、各ピン６２について、回路基板６０からピン６２の先端７１までの高さを算出する（ステップＳ２０５）。 Next, the height measuring means 53 of the processing unit 5 determines the height from the circuit board 60 to the tip 71 of the pin 62 for each pin 62 based on the pixel value of the phase image at the position of the tip 71 of each pin 62. Is calculated (step S205).

そして、処理部５の良否判定手段５４は、各ピン６２についての先端７１の高さが許容範囲内に含まれるか否かを確認する（ステップＳ２０６）。全てのピン６２について、その先端７１の高さが許容範囲に含まれる場合、良否判定手段５４は、回路基板６０を良品と判定する（ステップＳ２０７）。一方、ステップＳ２０６において、何れか一つのピン６２でも、その先端の高さが許容範囲から外れる場合、良否判定手段５４は、回路基板６０を不良品と判定する（ステップＳ２０８）。 And the quality determination means 54 of the process part 5 confirms whether the height of the front-end | tip 71 about each pin 62 is contained in an allowable range (step S206). When the height of the tip 71 is included in the allowable range for all the pins 62, the pass / fail determination means 54 determines that the circuit board 60 is a non-defective product (step S207). On the other hand, when the height of the tip of any one pin 62 is out of the allowable range in step S206, the pass / fail determination means 54 determines that the circuit board 60 is defective (step S208).

以上説明してきたように、本発明の外観検査装置を適用した検査装置１は、回路基板に形成されたホールに挿入されたピンの先端位置をパターンマッチング処理を用いて特定し、その特定された位置に基づいて位相シフト法で高さを測定するため、ピンが挿入されるホール内で、ピン先端部以外からの反射光がカメラに写る場合でも、正確にピンの高さを求めることができる。そのため、検査対象物たる回路基板が良品か否かを正確に判定することができる。 As described above, the inspection apparatus 1 to which the appearance inspection apparatus of the present invention is applied specifies the position of the tip of the pin inserted into the hole formed in the circuit board using the pattern matching process, and the identification is performed. Since the height is measured by the phase shift method based on the position, the height of the pin can be obtained accurately even when reflected light from other than the tip of the pin is reflected in the camera in the hole where the pin is inserted. . Therefore, it can be accurately determined whether or not the circuit board as the inspection object is a non-defective product.

なお、上述してきた実施形態は、本発明を説明するためのものであり、本発明は、これらの実施形態に限定されるものではない。
例えば、上記の実施形態では、位置特定手段５２は位相画像に基づいてピンの先端位置を特定した。しかし、光源２のスリット２２を取り外して回路基板６０を一様に照明した状態で撮影された位置決め用画像を別途取得し、位置特定手段５２は、その位置決め用画像に対して同様の処理を行ってピンの先端位置を特定するようにしてもよい。 The embodiments described above are for explaining the present invention, and the present invention is not limited to these embodiments.
For example, in the above embodiment, the position specifying unit 52 specifies the pin tip position based on the phase image. However, the positioning image 52 is separately acquired by removing the slit 22 of the light source 2 and the circuit board 60 is uniformly illuminated, and the position specifying unit 52 performs the same processing on the positioning image. Thus, the tip position of the pin may be specified.

また、上記の実施形態では、ピンの先端位置を特定するためにパターンマッチング処理を利用したが、パターンマッチング処理以外の公知の形状認識技術を用いてもよい。例えば、エッジ抽出などによってピン先端部の輪郭を抽出し、その輪郭の重心位置をピン先端部の位置として認識することもできる。
また、上記の実施形態では、スリット２２をそのピッチの１／４ずつずらして４枚の検査画像を取得し、それら検査画像に基づいて位相画像を形成したが、スリット２２のずらし方を変え、５枚以上の検査画像を取得して、それら５枚以上の検査画像に基づいて位相画像を形成するようにしてもよい。 In the above embodiment, the pattern matching process is used to specify the tip position of the pin. However, a known shape recognition technique other than the pattern matching process may be used. For example, the contour of the pin tip can be extracted by edge extraction or the like, and the center of gravity of the contour can be recognized as the position of the pin tip.
Further, in the above embodiment, the slit 22 is shifted by 1/4 of the pitch to obtain four inspection images, and the phase image is formed based on the inspection images. Five or more inspection images may be acquired, and a phase image may be formed based on the five or more inspection images.

さらに、本発明を適用した検査装置を、回路基板の製造装置に組み込むこともできる。この場合、回路基板製造装置は、まず、回路の設計データにしたがって、回路基板上に配線パターンをプリントし、各回路素子（回路基板のコネクタ部に挿入されるピンを含む）を実装する。その後、回路素子が正しく実装されているか否かを調べるために、回路基板の表面から回路素子の端子の先端までの高さを上記のように測定し、正常に実装されているか検査する。そして、検査を行った回路素子について、端子の先端の高さが許容範囲に含まれる場合は、正しく回路素子が実装されていると判断し、半田付けなどによって回路素子を固定する。一方、何れかの端子の先端の高さが許容範囲から外れる場合、その回路素子は正しく実装されていないと判断する。そして、必要に応じて回路素子の実装をやり直したり、別の回路素子と交換して再度実装を行い、再び検査を行う。そして再検査で正しく実装されていると判断した場合、その回路素子を固定する。各回路素子について、実装及び検査を行って固定することにより、回路基板が製造される。 Furthermore, an inspection apparatus to which the present invention is applied can be incorporated into a circuit board manufacturing apparatus. In this case, the circuit board manufacturing apparatus first prints a wiring pattern on the circuit board according to the circuit design data, and mounts each circuit element (including pins inserted into the connector portion of the circuit board). Thereafter, in order to check whether or not the circuit element is correctly mounted, the height from the surface of the circuit board to the tip of the terminal of the circuit element is measured as described above to check whether or not the circuit element is normally mounted. When the height of the tip of the terminal is within the allowable range for the circuit element that has been inspected, it is determined that the circuit element is correctly mounted, and the circuit element is fixed by soldering or the like. On the other hand, when the height of the tip of any terminal is out of the allowable range, it is determined that the circuit element is not correctly mounted. Then, the circuit element is mounted again as necessary, or is replaced with another circuit element and mounted again, and the inspection is performed again. If it is determined by re-examination that the circuit element is correctly mounted, the circuit element is fixed. A circuit board is manufactured by mounting and inspecting and fixing each circuit element.

また、本発明は、コネクタ部の検査以外にも適用することができる。例えば、ＩＣなどの電気素子を回路基板に取り付ける場合の検査にも適用することができる。この場合、上記の実施形態と同様に、本発明を用いることにより、回路基板に設けられたホールに電気素子の端子を挿入した状態で、回路基板から端子の先端までの高さの測定を行い、その測定結果に基づいて良否判定を行うことができる。さらに本発明は、ピン高さの測定及び測定されたピン高さに基づいて良否判定を行う検査装置以外にも適用することができる。 Further, the present invention can be applied to other than the inspection of the connector portion. For example, the present invention can be applied to an inspection when an electric element such as an IC is attached to a circuit board. In this case, as in the above embodiment, by using the present invention, the height from the circuit board to the tip of the terminal is measured with the terminal of the electric element inserted into the hole provided in the circuit board. The quality can be determined based on the measurement result. Furthermore, the present invention can be applied to devices other than the inspection device that performs the pass / fail determination based on the measurement of the pin height and the measured pin height.

以上のように、本発明の範囲内で、実施される形態に合わせて様々な変更を行うことができる。 As described above, various modifications can be made within the scope of the present invention according to the embodiment to be implemented.

位相シフト法による高さ測定の原理を示す図である。It is a figure which shows the principle of the height measurement by a phase shift method. 被検査物である回路基板の概略側面図である。It is a schematic side view of the circuit board which is a to-be-inspected object. 本発明の外観検査装置を適用した検査装置の概略構成図である。It is a schematic block diagram of the inspection apparatus to which the appearance inspection apparatus of this invention is applied. 処理部の機能ブロック図である。It is a functional block diagram of a processing part. 回路基板の検査画像から形成された位相画像の概略図である。It is the schematic of the phase image formed from the test | inspection image of a circuit board. 位置特定手段によるピン先端位置の検出動作を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the detection operation | movement of the pin tip position by a position specific means. 本発明の外観検査装置を適用した検査装置の動作を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows operation | movement of the inspection apparatus to which the external appearance inspection apparatus of this invention is applied.

Explanation of symbols

１検査装置（外観検査装置）
２光源部
２１光源
２２スリット
２３移動ステージ
２４投影光学系
３撮像部
４保持部
５処理部
５１位相画像作成手段
５２位置特定手段
５３高さ測定手段
５４良否判定手段
５５記憶手段
５６制御手段
５７通信手段
６０回路基板
６１ホール
６２ピン
６３ランド
７１ピンの先端部 1 Inspection device (Appearance inspection device)
2 Light source unit 21 Light source 22 Slit 23 Moving stage 24 Projection optical system 3 Imaging unit 4 Holding unit 5 Processing unit 51 Phase image creating unit 52 Position specifying unit 53 Height measuring unit 54 Pass / fail judgment unit 55 Storage unit 56 Control unit 57 Communication unit 60 circuit board 61 hole 62 pin 63 land 71 pin tip

Claims

A light source unit (2) for projecting a periodic shading pattern in a predetermined direction with respect to the inspection object;
An imaging unit (3) for acquiring a plurality of inspection images obtained by imaging the inspection object projected by shifting the grayscale pattern by a predetermined amount in the predetermined direction;
A phase image creating means (51) for forming a phase image representing a phase shift amount of the gray pattern based on the plurality of inspection images;
Position specifying means (52) for specifying a position of at least one measurement site of the inspection object based on the phase image or a positioning image obtained by imaging the inspection object;
Height measuring means (53) for measuring the height of the at least one measurement site based on the pixel value of the phase image corresponding to the identified position of the at least one measurement site;
An appearance inspection apparatus characterized by comprising:

The position specifying means (52) obtains the best matching position by pattern matching between the phase image or the positioning image and the template of the at least one predetermined part, and based on the best matching position, the at least one The appearance inspection apparatus according to claim 1, wherein the position of one measurement site is specified.

The position specifying means (52) detects a position of a second part having a fixed positional relationship with the at least one measurement part, and determines a search region based on the detected position of the second part. The visual inspection apparatus according to claim 1, wherein a position of the at least one measurement site is specified in the search area.

The appearance inspection apparatus according to any one of claims 1 to 3, wherein the height measuring means (53) measures the height of the at least one measurement site based on a phase shift method.

When the height measured for all of the measurement parts is included in a predetermined range, the inspection object is determined to be non-defective, and the height measured for any one of the measurement parts is the predetermined range. The appearance inspection apparatus according to any one of claims 1 to 4, further comprising: a quality determination unit (54) that determines that the object to be inspected is defective when it is not included.

The appearance inspection apparatus according to claim 1, wherein the object to be inspected is a circuit board, and the measurement site is a connection terminal attached to the circuit board.

Projecting a periodic shading pattern in a predetermined direction on the object to be inspected;
Acquiring a plurality of inspection images obtained by photographing the inspection object projected by shifting the grayscale pattern by a predetermined amount in the predetermined direction;
Creating a phase image representing a phase shift amount of the light and shade pattern based on the plurality of inspection images;
Identifying a position of at least one measurement site of the inspection object based on the phase image or a positioning image obtained by imaging the inspection object;
Measuring a height of the at least one measurement site based on a pixel value of the phase image corresponding to the identified position of the at least one measurement site;
A visual inspection method characterized by comprising:

A method of measuring the height from the tip of a connection terminal attached to a circuit board to the surface of the circuit board,
Projecting a periodic shading pattern in a predetermined direction on a region including a portion where the connection terminal is attached to a circuit board;
Obtaining a plurality of inspection images obtained by photographing a projected region by shifting the grayscale pattern by a predetermined amount in the predetermined direction;
Creating a phase image representing a phase shift amount of the light and shade pattern based on the plurality of inspection images;
Identifying the position of the tip of the connection terminal based on the phase image or the image obtained by photographing the region;
Measuring the height based on the pixel value of the phase image corresponding to the identified position of the tip of the terminal;
A height measuring method characterized by comprising:

A pattern forming step for forming a circuit pattern on the circuit board;
An element mounting step of mounting a circuit element on the circuit board;
For a terminal of a circuit element mounted on the circuit board, a height measuring step for measuring the height from the surface of the circuit board to the tip of the terminal;
When the height is included in a predetermined allowable range, it is determined that the circuit element is normally mounted. When the height is not included in the predetermined allowable range, the circuit element is normally mounted. A pass / fail judgment step for judging that it is not performed,
When it is determined that the circuit element is normally mounted, a fixing step of fixing the circuit element to the circuit board;
A circuit board manufacturing method comprising:
The height measuring step includes
Projecting a periodic shading pattern in a predetermined direction with respect to a region including a portion where the terminal of the circuit element is attached to the circuit board;
Obtaining a plurality of inspection images obtained by photographing a projected region by shifting the grayscale pattern by a predetermined amount in the predetermined direction;
Creating a phase image representing a phase shift amount of the light and shade pattern based on the plurality of inspection images;
Identifying the position of the tip of the terminal based on the phase image or an image obtained by photographing the region;
Measuring the height based on the pixel value of the phase image corresponding to the identified position of the tip of the terminal;
The manufacturing method characterized by having.