JP2009014696A - 照度可変照明部及び撮像部の独立可動における外観検査装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 検査対象物の高さや、形状などの条件が異なる場合でも、外観検査に必要な高精度な画像情報を取得する。
【解決手段】 検査対象物を撮像する際、ＣＣＤカメラによる撮像部をＺ軸方向に稼動させ、カメラのフォーカスを検査対象物に合わせた後、照明部をＺ軸に稼動させる事により、又 多段ＬＥＤ照明の照度を各々任意設定することにより、最適の照度及び照明、高さを設定し、最適な画像を撮像することができる。又その位置座標や照度をコンピュータ上に記憶し 再現制御することにより、１台の装置にて高さ、形状が異なる検査対象物を検査が可能となる。
【選択図】図１

Description

本発明は、外観検査装置及び外観検査方法に関し、より詳細には、多段ＬＥＤ照明の照度を各ＬＥＤ照明につき各々任意に可変する事により、又 照明部及び撮像部が各々、Ｚ輔（上下）に独立可動する機能を有することにより、外観検査における対象物の高さや形状にかかわらず、高精度に対象物を撮像し、その画像情報、検査物の相対位置、照度及び動作制御をパソコンに記憶させ、繰り返し再現する技術に関するものである。

例えば、実装基板外観検査装置などにおいて、実装後の基板に搭載された電子部品の搭載状態を検査し、それによって組立の良否を判定する、などの実装基板の検査や、携帯電話や車両用コンデンサー部品の加工後の形状や組立後の位置関係の計測および検査が求められている。

図３の例は、実装基板検査装置であるが、基板の実装工程において、ＣＣＤカメラ４ａで、基板１に搭載された電子部品２の組み込み状況を レンズ４ｂを通し撮像し、撮像した画像をコンピューターで画像処理および画像認識することにより、部品の有無、部品の誤実装、部品の実装位置、極性方向を、予め教示された通りに行なわれているかどうかを検査する。

対象物、即ち検査対象である基板１上の電子部品２を撮像する場合、検査対象が載せられたＸＹロボット５を、ロボットコントローラにより２次元方向に可動させ、ＬＥＤ照明３の検査対象への照射により、レンズ４ｂを通し、ＣＣＤカメラ４ａにて検査対象の画像を撮像している。

しかしながら、基板の実装工程においては、検査対象である基板１に搭載される電子部品２が １つの基板上に、高さや形状が異なる物が幾つも搭載されており、高精度な撮像が難しくなっている問題がある。
基板上に搭載される電子部品２は、微細化され、又 形状も変化しており、より詳細なる画像情報が求められている。検査対象である電子部品２をより詳細に撮像するためには、カメラの１画素あたりの単位面積を可能な限り小さくする必要がある。しかし、単位面積を小さくすることは、カメラの１画面の視野では検査対象である電子部品２の全面を撮像することができない。基板上に搭載されている電子部品が１個であるか、又は 搭載されている幾つかの電子部品の高さや形状に大きな差が無い場合は、撮像部及び照明部を適切な位置に設定し撮像することは可能であるが、高さや形状が異なる電子部品が幾つも搭載されている場合、検査対象と撮像部及び照明部との位置関係が異なることにより、高精度な画像情報を得ることが難しいこととなる。

撮像部であるＣＣＤカメラ４ａとレンズ４ｂが固定化されて、低い部品にフォーカスを合わせていた場合、次ぎに高い電子部品を検査しようとし、 ＸＹロボット５を移動した場合、高い部品に照明部（図３におけるＬＥＤ照明３）や撮像部（図３におけるレンズ４ｂ、カメラ４ａ）がぶつかるという問題がある。同様に、高い部品にフォーカスを合わせる様 撮像部を固定していた場合、次ぎにＸＹロボット５を移動し、低い部品を撮像しようとする時、低い部品ではフォーカスが合わず詳細に検査できないという問題がある。その解決の為には、例えば高さの低い部品だけを先に搭載して、この部分だけを低部品専用検査装置で検査し、次に高さの高い部品を搭載して高部品専用検査装置で検査するといった工程をして運用する方法もあるが、多数の検査装置が必要となり大きな設備投資が必要になる。

同一基板上に 高さの異なる電子部品が実装されていた場合、高さの低い部品に合う様、照明部の高さを設定した場合、高い部品を検査しようとする時、照明部が高い部品に接触することが発生する。又 高い部品に合う様、照明部の高さを設定した場合、低い部品に対する照度や照射角度が変化する為、検査するのに充分なる画像情報を得ることが難しくなる。

又、形状が異なる検査対象物は、上記実装基板以外にも各種の物があり、外観検査を難しくしている状況がある。

図４−１は、板金加工における「キズ」検査であるが、検査対象物の形状により、焦点を合わせることが難しい状態を示している。 今 図４−１の検査対象物である加工済み板金１０の表面の「キズ」を検査しようとし、板金１０の段差の低い表面部分にカメラ４ａの焦点を合わせ、段差の低い表面上の「キズ」を検査したとする。次ぎに板金１０の段差が高い表面部分の「キズ」を検査しようとし、照明部（図４−１のＬＥＤ照明３）及び撮像部（図４−１のレンズ４ｂ、カメラ４ａ）を段差の高い表面部分に、即ち横側（Ｘ軸方向）で移動したとする。その結果、照明部や撮像部が検査対象である板金１０に接触することとなる。

逆に 図４−２の様に、板金１０の段差の高い表面部分に、カメラ４ａの焦点を合わせ、段差の高い表面上の「キズ」を検査したとする。次ぎに板金１０の段差が低い表面部分の「キズ」を検査しようとし、照明部（図４−２のＬＥＤ照明３）及び撮像部（図４−２のレンズ４ｂ、カメラ４ａ）を段差の低い表面部分に、即ち横側（Ｘ軸方向）で移動し、撮像しようとした場合、照明部焦点が合わなく、段差の低い表面部分の「キズ」は、鮮明なる画像を取得できない。

以上の通り、様々な形状を有する検査対象物を外観検査する時、照明の照度と検査対象との距離を任意に設定し、更に撮像部と照明部を独立して検査対象から距離を変えなければ、最適な画像が撮像できないという問題があった。

本発明は、
手段１．多段に重ねたＬＥＤ照明の各ＬＥＤ照明の照度を任意に可変する手段
手段２．撮像部及び照明部を、各々独立してＺ軸（上下）へ可動させる手段
手段３．検査対象の高さ情報と照明部の照度を教示する手段
手段４．検査対象の高さを計測し、撮像部及び照明部と検査対象との干渉を回避する手段
手段５．検査対象と撮像部及び照明部との相対位置を動作制御及び記憶する手段
手段６．照明部の照度を動作制御及び記憶する手段
手段７．繰り返し精度よく再現制御できる手段
を全て有することで、検査対象の様々な高さや、形状などの干渉条件を回避し位置座標や照度を記憶し再現制御する手段を有する事を特徴とする外観検査装置。

本発明の外観検査装置をもって、検査対象物の高さや、形状等の条件にかかわらず、１台の外観検査装置をもって、より高精度な検査を実施することができる。

本発明は、従来の外観検査装置に、以下の特徴を有する機能を加えた外観検査装置を提供するものである。
１） 各ＬＥＤ照明の照度をコンピューターソフトにより可変する機能
２） 照明部を可動させる機能
３） 撮像部を可動させる機能
４） 上記照度と照明部及び撮像部の高さ情報をコンピューター上に記憶させる事によ り、再現できる機能

本発明を、実装基板における外観検査装置を利用し、発明の効果を実験・検証したが、図１はその構成図である。
本外観検査装置では、実装後の基板の外観検査として、部品の有無、部品の誤実装、部品の実装位置、極性、基板上へのはんだ接着状態などの２次元検査を行なう。 以下 図１を用いて説明する。

検査対象である高さの低い電子部品２Ａ及び高さの高い電子部品２Ｂが搭載された基板１は、ＸＹロボット５上に置かれる。
そして検査対象である低い電子部品２Ａの上に位置する撮像部であるＣＣＤカメラ４ａとレンズ４ｂが、ロボット６ＡによりＺ軸（上下）方向に稼動し、最適のフォーカス位置を設定する。ロボット６Ａは、ロボットコントローラにより、可動操作される。

次に、ＬＥＤ照明３は、３段ＬＥＤ照明の照度を個々に可変させる事、及び ＬＥＤ照明３がロボット６ＢによりＺ軸（上下）方向に稼動する事により、最適な高さと照度を設定する。各ＬＥＤ照明の照度は、コンピューターソフトにより制御する。照明部を稼動させるロボット６Ｂは、ロボットコントローラにより、制御する。

以上 撮像部の最適フォーカス位置と照明部の最適なる照度と高さの設定により、検査対象の最適な画像を撮像する。

上記設定情報を、コンピューターに記憶させる。

次に高い電子部品２Ｂを検査する場合、ＸＹロボット５により、基板１がＸ軸方向に動く事により、電子部品２Ｂが、撮像部であるカメラ４ａとレンズ４ｂの下に位置する事となる。

高い電子部品２Ｂが移動した後も、同様に 撮像部であるＣＣＤカメラ４ａ及びレンズ４ｂを稼動させるロボット６ＡがＺ軸（上下）に稼動し、最適のフォーカス位置を設定する。

ＬＥＤ照明３も、照明部を稼動させるロボット６Ｂにより、Ｚ軸（上下）に稼動し、３段のＬＥＤ照明の照度を個々に可変させる事もあいまって、最適の照度及び高さを設定する。

以上により、撮像部の最適フォーカス位置と照明部の最適なる照度と高さの設定により、検査対象の最適な画像を撮像する。

上記高さの異なる電子部品が搭載された基板のリージョン（区域）毎の撮像部及び照明部と検査対象との相対位置、各ＬＥＤの照度情報は、図１のコンピューター上のハードディスクに記憶される。その記憶された情報を元に、検査する対象物がＸＹロボット５に載って検査される時、コンピューターに記憶された情報を元に自動的に撮像部と照明部が上下に動き、又 照明部も３段のＬＥＤ照度が自動的に変更され、検査対象を繰り返し、同じ条件で、撮像することにより、検査対象の良否を判定することができる。

図２は、 図１の内、ＬＥＤ照明３を抜き出した図面である。
実施例１にてもふれたが、３段のＬＥＤ照明の照度を個々に可変させることができる。
実施例では、３段のＬＥＤ照明にて説明するが、ＬＥＤ照明が３段より少なくなっても、多くなっても同じ成果を得ることができる。
以下 図２にて説明する。

図２には ＬＥＤ照明が３つ（ＬＥＤ照明 上段３Ａ、ＬＥＤ照明中段３Ｂ、ＬＥＤ照明下段３Ｃ）重ねて表示されている。
各ＬＥＤ照明から光線７が検査対象である電子部品２Ａに照射されている。

コンピューター内のソフトウェアより、コンピューター内に差し込まれたＤＯボード８に対し指示が出て、照明電源９の電圧を任意に変更することにより、各ＬＥＤ照明３Ａ、３Ｂ、３Ｃの照度を変更することができる。

上記各ＬＥＤ照明３Ａ、３Ｂ、３Ｃの照度は、コンピューターに記憶され、 且つ自動的に再現することができる。

本発明は、広範囲の外観検査分野にて適用できる。

本発明の外観検査装置における構成図を示した説明図である。（実施例 １） ３段ＬＥＤ照明の 各ＬＥＤの照度任意設定についての説明図である。（実施例２） 従来の一般的実装基板外観検査装置における検査装置の構成を説明する説明図である。 加工済み板金上の「キズ」検査についての説明図である。（本発明が広範囲の外観検査に利用できることの例を示す。） 加工済み板金上の「キズ」検査についての説明図である。（本発明が広範囲の外観査に利用できることの例を示す。）

符号の説明

１ 基板
２ 電子部品
２Ａ 高さが低い電子部品
２Ｂ 高さが高い電子部品
３ ＬＥＤ照明（照明部）
３Ａ ＬＥＤ照明（上段）
３Ｂ ＬＥＤ照明（中段）
３Ｃ ＬＥＤ照明（下段）
４ａ ＣＣＤカメラ（撮像部）
４ｂ レンズ （撮像部）
５ ＸＹロボット
６Ａ ロボット（撮像部 稼動ロボット）
６Ｂ ロボット（照明部 稼動ロボット）
７ 光線
８ ＤＯボード
９ 照明電源
１０ 加工板金

Claims (3)

1. ２次元のＣＣＤエリアカメラを用いた外観検査において、２次元ＣＣＤエリアカメラによる撮像部と被写体を照射するための照明部を、それぞれ撮像部と照明部を独立して可動させ被写体に接近または遠ざかることが出来る機能を持つことを、特徴とする外観検査装置。
2. 被写体を照射するための照明部は、ＬＥＤ照明を多段に重ね合わせ、しかも、それぞれの照度を任意に可変できる機能を持つことを、特徴とする外観検査装置。
3. ２次元のＣＣＤエリアカメラを用いた外観検査において、撮像部と照明部をそれぞれ独立して可動させ、被写体との相対位置を記憶し、任意の検査実行時にその位置と照度を再現制御できる機能を持つことを特徴とする外観検査装置。

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