JP2009139155A

JP2009139155A - 検査システム、画像検査装置及びその制御方法

Info

Publication number: JP2009139155A
Application number: JP2007314080A
Authority: JP
Inventors: Makoto Noyori; 誠野依
Original assignee: Ueno Seiki Co Ltd
Current assignee: Ueno Seiki Co Ltd
Priority date: 2007-12-04
Filing date: 2007-12-04
Publication date: 2009-06-25

Abstract

【課題】画像検査の技術において、省スペース性を維持しながら簡易な構成でアライメントを実現するとともに、検査のスピードと精度を両立すること。
【解決手段】制御手段１は、カメラＣの画像に所定の異常を検出すると、次のように各駆動手段Ｋ１，Ｋ２を制御することにより、拡大レンズＬ５をカメラＣとレンズＬ１の間に挿入する。すなわち、第一の駆動手段Ｋ１によりカメラＣをレンズＬ１からいったん解離させ、この状態で、第二の駆動手段Ｋ２により拡大レンズＬ５を、カメラＣとレンズＬ１間の所定の挿入位置へ進出させ、その後、第一の駆動手段Ｋ１によりカメラＣを拡大レンズＬ５へ進出させる。
【選択図】図３

Description

本発明は、電子部品を画像で検査する技術の改良に関する。

近年、半導体装置に代表される電子部品の需要は増加の一途を辿り、その検査では、精度とスピードの両立が求められている。検査項目は電子部品により異なるが、例えば半導体装置の場合、基板上の素子や配線、それらを包むモールド樹脂など相互に特性の異なる要素を有しながら、近時では家電などの屋内用途に限らず自動車などの用途において極端な温度帯で用いられるため、高温や低温での電気的特性の検査を要する。また、樹脂表面のボイド（未充填）や欠け、長さや面積、文字記号のマーキング状態などの検査項目も存在する。

これらいくつもの各検査項目をそれぞれ受け持つ各装置や、検査後に樹脂台紙テープに対象物をはめ込むテーピング装置などへ、対象物を順次搬送する装置はテストハンドラと呼ばれる（例えば、特許文献１参照）。このようなテストハンドラのうち、対象物を円周状に動かしてゆくタイプの代表例について、上方から見た概念的平面図を、図１に示す。

この例は、モータ５で回転するターンテーブルＴを、所定の角度間隔で、パーツフィーダＰと各装置Ｓ（Ｓ１〜Ｓ７）が取り囲むもので、同じ角度間隔でターンテーブルＴには対象物を真空吸着などで保持し搬送する搬送手段Ｈが設けられる。このようなターンテーブルを用いるタイプは、対象物を直線的に搬送するタイプと比べ、省スペース性に優れる利点がある。

このような装置Ｓには、上記のような樹脂表面のボイドや欠けなどを検査する画像検査装置が含まれ、そのような画像検査装置では、従来、検査の生産性すなわちスピードを重視し、対象物全体が一度に画面内に収まる程度の適切なレンズをカメラに装着し撮影した画像をもとに、画像処理によって対象物全体を検査する、いわゆるマクロ検査を行っていた。
特開２００６−７３８２４号公報特開平９−４９７５９号公報特開２００４−２０５５２号公報

しかしながら、検査対象となる対象物の種類や、問題箇所の具体的な大きさや態様によっては、一律の不良扱いが必ずしも適当でなく、精密に判定すれば良品であったり、程度によりＡ品、Ｂ品などの分類により有効活用できる場合もある。

そして、最初の画像で問題を検出した対象物について、レンズのズーム機能によりある程度拡大して精密に判定することは考えられるが、コンパクトなレンズのズーム機能での拡大倍率は２〜３倍程度など限界があり、倍率を上げて判定精度を向上しようとすれば高価なズームレンズの常用となって、コストだけでなくレンズが大型化して装置の容積が増して省スペース性を損ない、また、ズーム切替え所要時間が長くなって検査の生産性すなわちスピードを抑制する問題が生じる。

また、予め用意された複数の異なるレンズをカメラに付け替える機構によりカメラの倍率を切替える例もあるが（特許文献２参照）、この場合は、切替え毎に対象物とレンズの位置関係が変わるため、やはり焦点距離調整に時間を要し、検査スピードを抑制する問題があった。

さらに、カメラ側と対物側の光学系を交換可能とする提案もあるが（特許文献３参照）、これは、各光学系の位置関係や絞りの設定などで、特定の光学的特性を持つテレセントリック光学系を構成するもので、適用対象が限られるだけでなく、自動切換えの機構を提供するものでもないので、検査続行中の高速な切替に適用できるものではなかった。

さらに、上記いずれの従来技術においても、ズーム機能などでの倍率拡大では対象物の中心部は拡大できるが、問題箇所が周囲に偏っている場合は視野の移動すなわちアライメントが必要で、そのためには従来では、カメラ丸ごともしくは対象物すなわちワーク側を移動させねばならず、そのように、カメラ全体や、ワークの搬送手段もしくは治具を移動させる機構を設ければ、やはり省スペース性を損なう問題があった。

本発明は、上記のような従来技術の問題点を解決するために提案されたものであり、その目的は、画像検査の技術において、省スペース性を維持しながら簡易な構成でアライメントを実現するとともに、検査のスピードと精度を両立することである。

上記の目的を達成するため、本発明の一態様は、電子部品を対象物として検査するための画像を得るカメラ及びレンズを有する画像検査装置において、第一のレンズに対して前記カメラを進退させる第一の駆動手段と、前記カメラと前記第一のレンズの間に挟んで用いる拡大レンズを、前記カメラと前記第一のレンズ間の所定の挿入位置と、所定の退避位置と、に進退させる第二の駆動手段と、前記カメラからの前記画像をもとに前記各駆動手段を制御する制御手段と、を有し、前記第二の駆動手段は、前記拡大レンズを光軸に直交するＸ軸及びＹ軸で定まる任意の位置に移動させるように構成され、前記制御手段は、前記カメラの画像に所定の異常を検出すると、前記第一の駆動手段により前記カメラを前記第一のレンズから解離させ、前記第二の駆動手段により前記拡大レンズを前記挿入位置へ進出させ、前記第一の駆動手段により前記カメラを前記拡大レンズへ進出させ、前記画像のどの箇所で前記異常が検出されたかに応じ、前記第二の駆動手段を制御することにより、前記拡大レンズを光軸に直交する前記Ｘ軸及びＹ軸方向に移動させることにより、カメラ視野を前記異常の箇所に移動させるように構成したことを特徴とする。

本発明の他の態様は、上記態様を方法という見方からとらえたもので、電子部品を対象物として検査するための画像を得るカメラ及びレンズと、第一のレンズに対して前記カメラを進退させる第一の駆動手段と、前記カメラと前記第一のレンズの間に挟んで用いる拡大レンズを、前記カメラと前記第一のレンズ間の所定の挿入位置と、所定の退避位置と、に進退させるとともに、前記拡大レンズを光軸に直交するＸ軸及びＹ軸で定まる任意の位置に移動させるように構成された、第二の駆動手段と、前記カメラからの前記画像をもとに前記各駆動手段を制御する制御手段と、を有する画像検査装置の制御方法であって、前記制御手段により、前記カメラの画像に所定の異常を検出した場合に、前記第一の駆動手段により前記カメラを前記第一のレンズから解離させる処理ステップと、前記第二の駆動手段により前記拡大レンズを前記挿入位置へ進出させる処理ステップと、前記第一の駆動手段により前記カメラを前記拡大レンズへ進出させる処理ステップと、前記画像のどの箇所で前記異常が検出されたかに応じ、前記第二の駆動手段を制御することにより、前記拡大レンズを光軸に直交する前記Ｘ軸及びＹ軸方向に移動させることにより、カメラ視野を前記異常の箇所に移動させる処理ステップと、を実行することを特徴とする。

このように、通常のレンズとカメラの間に拡大レンズを必要な場合だけ挿入して用いる簡易な構成により、切替え時に対象物とレンズの焦点距離が不変のためその調整も要さず、通常のズームレンズより小型化、コスト削減、切替えの高速化が実現し、検査のスピードすなわち高生産性を維持したまま、解像度の高いミクロ検査により検査精度も改善可能となる。さらに、挿入した状態の拡大レンズの移動により、カメラや対象物の移動を要さず、ミクロ検査の注目視野をどの位置へでも移動するアライメントが容易、高速、高精度に実現できる。

本発明の他の態様である検査システムは、さらに、上記態様において、回転体状のターンテーブルと、前記ターンテーブルを回転させるモータと、を有し、それぞれ前記対象物を保持搬送する複数の搬送手段を、前記ターンテーブルに等しい角度間隔で設け、前記ターンテーブル周囲に前記角度間隔に対応して設けた各装置の少なくとも一つが、上記態様のいずれかにおける画像検査装置であることを特徴とする。

このように、省スペース性に優れる本発明を、回転体状のターンテーブルを用いる検査システムと組合せることにより、直線搬送形式との組合せと比べ、省スペース効果に一層優れた検査システムが実現可能となる。

本発明の他の態様は、さらに、上記態様において、前記画像検査装置は、前記第二の駆動手段における前記Ｘ軸又はＹ軸が前記ターンテーブルの中心方向と一致する向きに設置したことを特徴とする。

このように、画像検査装置について、アライメントを行ういずれかの軸が、対象物を搬送するターンテーブルの中心方向と一致する向きに設置することにより、搬送手段が吸着搬送している対象物の縦又は横とアライメントの一軸が合致しアライメントが迅速容易になると共に、駆動手段などの設置方向はアライメントの軸と通常一致することから、画像検査装置をターンテーブル周囲に他の装置と共に放射状を構成するように設置容易となる。

以上のような本発明によれば、画像検査の技術において、省スペース性を維持しながら簡易な構成でアライメントを実現するとともに、検査のスピードと精度を両立することができるので、経済性が効果的に改善される。

次に、本発明を実施するための最良の実施形態について、図に沿って説明する。なお、背景技術や課題での説明と共通の前提事項は適宜省略する。

〔１．構成〕
本実施形態は、電子部品を対象物（以下「ワーク」とも呼ぶ）として検査する画像検査装置を組み込んだ検査システム（以下「本システム」と呼ぶ）であり、本システムを上方から見た平面図を図１に示す。この図に示すように、まず、本システムは、回転体状のターンテーブルＴと、ターンテーブルＴを回転させるモータ５と、を有し、テストハンドラとも呼ぶ。また、本システムでは、それぞれワークを真空吸着ノズルなどで保持搬送する搬送手段（ハンドリングユニットなどと呼ばれる）Ｈを、ターンテーブルＴに等しい角度間隔（例えば４５度、２２．５度など）で複数設ける。

また、ターンテーブルＴ周囲の前記角度間隔に対応した各位置には、パーツフィーダＰのほか、各工程を担当する複数の各装置Ｓ（Ｓ１〜Ｓ７）が設けられている。これら各装置Ｓは、対象物の極性や向きの判別や反転、高温や低温での電気的特性の検査、マーキングやテーピングなどの各装置で、その少なくとも一つが、画像検査装置である。

画像検査装置は、図２の側面図に示すように、対象物Ｗの画像を得るカメラＣと、画像検査装置内に固定され、接合用リングＲを伴う第一のレンズＬ１を有し、レンズＬ１に対してカメラＣを進退させる第一の駆動手段Ｋ１と、カメラＣとレンズＬ１の間に挟んで用いる拡大レンズＬ５を、カメラＣとレンズＬ１間の所定の挿入位置と、所定の退避位置と、に進退させる第二の駆動手段Ｋ２と、カメラＣからの画像をもとに各駆動手段Ｋ１，Ｋ２を制御する制御手段１と、を有する。

ここで、通常使用するレンズＬ１は、標準倍率の画像（「マクロ画像」と呼ぶこととする）から３倍程度の低倍率の画像（「ズーム画像」と呼ぶこととする）を得るためのもので、マクロレンズＬ１とも呼ぶ。

一方、拡大レンズＬ５は、リアコンバータとも呼び、マクロレンズＬ１後方に挿入することにより、倍率をレンズＬ１のズーム倍率（例えば２〜３倍）よりも大きく、例えば５倍などに拡大し、そのような高倍率の画像（「ミクロ画像」と呼ぶこととする）により精密なミクロ検査を行うためのものである。なお、マクロ、ミクロの語は説明のため相対的に用いているものである。

また、各駆動手段Ｋ１，Ｋ２は、モータ、空気圧ピストンシリンダ、電動スライダなど適宜な駆動源を用い、特に、第二の駆動手段Ｋ２は、複数のモータなどの機構により、拡大レンズＬ５を、光軸に直交するＸ軸、Ｙ軸で定まる任意の位置に移動（アライメント）するように構成する。

〔２．作用〕
上記のように構成した本実施形態では、概要としては、カメラＣとレンズＬ１の間に拡大レンズＬ５を同じ向きで挟む形で挿入すればミクロ画像（図３（２））、抜き出せばマクロ画像に切り替わり（図２）、第一及び第二の各駆動手段Ｋ１，Ｋ２は、拡大レンズＬ５を挟んだ状態との切替機構である。

すなわち、図４は、検査における画像の視野を示す例であり、前記マクロ画像を用いたマクロ検査で疑わしい場所、すなわちＮＧ箇所があれば（図４（１））、例えば最初はレンズＬ１をズームアップして判定し（図４（２））、それでも程度が判定困難であれば、拡大レンズＬ５を挟んでミクロ画像で精密に判定する（図４（３））。

より具体的には、本システム全体としては（図１）、ターンテーブルＴが図１の時計回りに間欠的に４５度ずつ回転しては、各搬送手段Ｈと各装置Ｓの位置が一致する角度で停止し、パーツフィーダＰが一つずつ供給する対象物を搬送手段Ｈが吸着保持し、各装置Ｓに対象物を順に搬送し各工程の処理を受けさせる。

そして、画像検査装置では、通常時は、図４（１）のように、カメラＣとレンズＬ１による対象物全体の画像（「マクロ画像」と呼ぶこととする）から、樹脂表面のボイドや欠けなどの異常を検出する。そして、制御手段１は、カメラＣの画像に所定の異常を検出すると、次のように各駆動手段Ｋ１，Ｋ２を制御することにより、拡大レンズＬ５をカメラＣとレンズＬ１の間に挿入する。

すなわち、図３（１）に示すように、まず、第一の駆動手段Ｋ１によりカメラＣをレンズＬ１からいったん解離させ、この状態で、第二の駆動手段Ｋ２により拡大レンズＬ５を、カメラＣとレンズＬ１間の所定の挿入位置へ進出させ（図３（２））、その後、第一の駆動手段Ｋ１によりカメラＣを拡大レンズＬ５へ進出させる。

逆に、拡大レンズＬ５をカメラＣとレンズＬ１の間から除去するときは、第一の駆動手段Ｋ１によりカメラＣをレンズＬ５からいったん解離させ、この状態で、第二の駆動手段Ｋ２により拡大レンズＬ５を、カメラＣとレンズＬ１間の所定の挿入位置から所定の退避位置へ退避させ、その後、第一の駆動手段Ｋ１によりカメラＣをレンズＬ１へ進出させる。

拡大レンズＬ５は、上記のように挿入した状態において（図３（２））、カメラＣ及びレンズＬ１とわずかな間隔（例えば０．５ｍｍ程度）を保った状態であり、この状態で、制御手段１は、画像のどの箇所で異常が検出されたかに応じ、第二の駆動手段Ｋ２を制御することにより、拡大レンズＬ５を光軸に直交するＸ軸、Ｙ軸方向の所望量移動させることにより、カメラ視野を前記異常の箇所に移動させる、アライメントを行う。このように、拡大レンズＬ５のみの移動により、視野が実用的に移動可能であることは、本出願人が鋭意研究のうえ究明したものである。

〔３．効果〕
以上のように、本実施形態では、大型で高価なズームレンズを常用せず、カメラＣと通常のレンズＬ１の間に拡大レンズＬ５を必要な場合に挿入して用いるという簡易な構成により、切替え時に対象物とレンズの焦点距離が変わらないのでその調整も要さず、通常のズームレンズより切替えが高速化され、検査のスピードすなわち高生産性を維持したまま、解像度の高いミクロ検査により検査精度も改善可能となり、良品を不良品とする誤検出も排除できる。

また、本実施形態では、カメラＣとレンズＬ１の間に拡大レンズＬ５を挟んでいる状態を活用し、その状態で拡大レンズＬ５を光軸に直交する方向に移動させることにより、カメラＣや対象物Ｗの移動を要さず、ミクロ検査の注目視野を容易、高速、高精度に移動可能となり、問題箇所の位置を問わず、対象物周囲に偏った問題箇所についても、スピードを維持しながら高速で高精度な判定が実現できる。

特に、本実施形態では、省スペース性に優れる本発明を、回転体状のターンテーブルを用いる検査システムすなわちテストハンドラと組合せることにより、直線搬送形式との組合せと比べ、省スペース効果に一層優れた検査システムが実現可能となる。とりわけ、本実施形態は、図２に示すように、第一と第二の各駆動手段Ｋ１，Ｋ２を各レンズＬ１，Ｌ５とカメラＣからみて同じ側に設けることで、同じ支柱に取り付けて安定性を確保可能となる。

さらに、画像検査装置について、第二の駆動手段Ｋ２でアライメントを行うＸ軸又はＹ軸が、対象物を搬送するターンテーブルＴの中心方向と一致する向きに設置すれば、搬送手段が吸着搬送している対象物の縦又は横とアライメントの一軸が合致しアライメントが迅速容易になると共に、駆動手段などの設置方向はアライメントの軸と通常一致することから、画像検査装置をターンテーブル周囲に他の装置と共に放射状を構成するように設置容易となる。

〔４．他の実施形態〕
なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、次に例示するもの及びそれ以外の実施形態も含むものである。例えば、第一のレンズにおいてはズーム機能は必須ではなく、また、図２では、説明を単純化するためにカメラのレンズを上向きに示したが、実際にはミラーや、ビームスプリッタなどのプリズムなどを用いて、カメラのレンズを横向きや下向きとする構成でもよい。

また、上記実施形態は、回転体状のターンテーブルを有するテストハンドラへの適用例を示したが、本発明は、直線搬送方式や、テストハンドラ以外の各種の画像検査の装置や方法にも適用可能である。

本発明の実施形態及び従来におけるテストハンドラの全体構成を示す平面図。本発明の実施形態における画像検査装置の構成を概念的に示す側面図。本発明の実施形態における画像検査装置について、カメラとレンズ間に拡大レンズを挿入する手順を示す図。本発明の実施形態におけるマクロ画像、ズーム画像、ミクロ画像を示す図。

符号の説明

１…制御手段
５…モータ
Ｃ…カメラ
Ｈ…搬送手段
Ｋ１，Ｋ２…駆動手段
Ｌ１…第一のレンズ
Ｌ５…拡大レンズ
Ｐ…パーツフィーダ
Ｒ…接合用リング
Ｓ（Ｓ１〜Ｓ７）…装置
Ｔ…ターンテーブル
Ｗ…対象物

Claims

電子部品を対象物として検査するための画像を得るカメラ及びレンズを有する画像検査装置において、
第一のレンズに対して前記カメラを進退させる第一の駆動手段と、
前記カメラと前記第一のレンズの間に挟んで用いる拡大レンズを、前記カメラと前記第一のレンズ間の所定の挿入位置と、所定の退避位置と、に進退させる第二の駆動手段と、
前記カメラからの前記画像をもとに前記各駆動手段を制御する制御手段と、
を有し、
前記第二の駆動手段は、前記拡大レンズを光軸に直交するＸ軸及びＹ軸で定まる任意の位置に移動させるように構成され、
前記制御手段は、
前記カメラの画像に所定の異常を検出すると、前記第一の駆動手段により前記カメラを前記第一のレンズから解離させ、前記第二の駆動手段により前記拡大レンズを前記挿入位置へ進出させ、前記第一の駆動手段により前記カメラを前記拡大レンズへ進出させ、
前記画像のどの箇所で前記異常が検出されたかに応じ、前記第二の駆動手段を制御することにより、前記拡大レンズを光軸に直交する前記Ｘ軸及びＹ軸方向に移動させることにより、カメラ視野を前記異常の箇所に移動させる
ように構成したことを特徴とする画像検査装置。
回転体状のターンテーブルと、前記ターンテーブルを回転させるモータと、を有し、
それぞれ前記対象物を保持搬送する複数の搬送手段を、前記ターンテーブルに等しい角度間隔で設け、
前記ターンテーブル周囲に前記角度間隔に対応して設けた各装置の少なくとも一つが、請求項１記載の画像検査装置である
ことを特徴とする検査システム。
前記画像検査装置は、前記第二の駆動手段における前記Ｘ軸又はＹ軸が前記ターンテーブルの中心方向と一致する向きに設置したことを特徴とする請求項２記載の検査システム。
電子部品を対象物として検査するための画像を得るカメラ及びレンズと、
第一のレンズに対して前記カメラを進退させる第一の駆動手段と、
前記カメラと前記第一のレンズの間に挟んで用いる拡大レンズを、前記カメラと前記第一のレンズ間の所定の挿入位置と、所定の退避位置と、に進退させるとともに、前記拡大レンズを光軸に直交するＸ軸及びＹ軸で定まる任意の位置に移動させるように構成された、第二の駆動手段と、
前記カメラからの前記画像をもとに前記各駆動手段を制御する制御手段と、
を有する画像検査装置の制御方法であって、
前記制御手段により、前記カメラの画像に所定の異常を検出した場合に、
前記第一の駆動手段により前記カメラを前記第一のレンズから解離させる処理ステップと、
前記第二の駆動手段により前記拡大レンズを前記挿入位置へ進出させる処理ステップと、
前記第一の駆動手段により前記カメラを前記拡大レンズへ進出させる処理ステップと、
前記画像のどの箇所で前記異常が検出されたかに応じ、前記第二の駆動手段を制御することにより、前記拡大レンズを光軸に直交する前記Ｘ軸及びＹ軸方向に移動させることにより、カメラ視野を前記異常の箇所に移動させる処理ステップと、
を実行することを特徴とする画像検査装置の制御方法。