JP2010014530A

JP2010014530A - 基板外観検査方法および基板外観検査装置

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Publication number: JP2010014530A
Application number: JP2008174474A
Authority: JP
Inventors: Atsushi Kuriyama; 淳栗山; Aya Sawa; 彩澤
Original assignee: Omron Corp; Omron Tateisi Electronics Co
Current assignee: Omron Corp
Priority date: 2008-07-03
Filing date: 2008-07-03
Publication date: 2010-01-21
Anticipated expiration: 2028-07-03
Also published as: JP5239561B2

Abstract

【課題】はんだ付け部位および部品本体がともに明瞭で、両者間の実際の明るさの関係を反映した検査用画像を生成する。
【解決手段】検査の前に、部品本体の撮像に適した照明条件Ａと、はんだ付け部位の撮像に適した照明条件Ｂとを設定し、各照明条件下での画像の輝度比を求め、登録しておく。検査では、各照明条件Ａ，Ｂを順に設定して条件毎に撮像を行った後、照明条件Ａによる画像（ラインＬ_Ａ）のうちの飽和レベルに達している画素を、照明条件Ｂによる画像（ラインＬ_Ｂ）の対応画素のデータと登録された輝度比との乗算値に置き換えることにより、飽和レベルの画像データを本来の明るさを表す画像データ（ラインＬ_Ｃ）に変換する。その後は、ラインＬ_ＡおよびラインＬ_Ｃに対応する画像を用いて、部品本体およびはんだ付け部位に対する検査を実行する。
【選択図】図３

Description

この発明は、はんだ付け後の部品実装基板を対象に、当該基板上の部品本体およびはんだ付け部位に対する外観検査を行う方法、およびこの方法を実施するための基板外観検査装置に関する。

出願人は、従前より、「カラーハイライト方式」と呼ばれる検査方式を採用した基板外観検査装置を多数開発している。このカラーハイライト方式の基板外観検査装置（以下、単に「検査装置」という。）は、２次元のカラーカメラと、カメラの光軸を取り囲む各方位から赤、緑、青の色彩光をそれぞれ異なる入射角をもって基板に照射する照明装置とを用いて、各はんだ付け部位を各照明色に対応する色彩パターンにより表したカラー画像を生成し、色彩パターンの適否に基づく検査を自動的に行うものである。また、この検査装置では、はんだ付け部位を対象にした検査のほか、部品本体を対象に、実装間違い、欠落、位置ずれの有無などを実行する。

この種の検査装置には、あらかじめ、検査領域の設定データ（領域の位置および大きさを示す。）、被検査部位の特徴（一般に色彩）の抽出に用いる２値化しきい値、抽出された特徴の適否を判定するための判定基準値などが、部品毎に検査データとして登録される。検査の際には、検査対象の基板を撮像した後に、上記の検査データに基づき検査領域を設定し、検査領域毎に特徴抽出、計測、判定の各処理を実行する。

ただし、基板上のはんだ付け部位の位置は一定ではなく、マウンタにより部品が実装される際の部品のずれや、はんだ付け工程での熱による基板の収縮などにより、ばらついていることが多い。そこで従来の検査装置では、部品毎に、その部品を包含するのに十分な大きさの検索用のウィンドウを設定し、このウィンドウ内で周囲より輝度の高い領域をはんだ付け部位として検出し、その検出結果に基づき、検査領域の設定位置を調整するようにしている（下記の特許文献１の段落０００６〜０００９を参照。）。

特許第３５９９０２３号公報

検査対象の基板を撮像する場合には、鏡面反射性の高いはんだ付け部位の画像が飽和しないように照明強度を調整する必要があるが、このような調整によると、部品本体がかなり暗い画像が生成される。このため、色彩の異なる複数種の部品本体を色彩の違いにより見分ける場合には、各色彩を検出するためのしきい値の設定に、かなりの労力がかかる。

上記の問題を解決する方法として、部品本体に適した照明条件とはんだ付け部位に適した照明条件とをそれぞれ順に設定して、各照明条件下で撮像を行い、前者の条件による画像を用いて部品の検査を行い、後者の条件による画像を用いてはんだ付け部位の検査を行う方法が考えられる。しかし、この種の検査を行う現場では、検査に用いられた画像を作業員が目視確認する方法によって、検査基準が厳しすぎて良品であるのに不良と判定された部品や、検査基準が甘かったために不良が見逃された部品を検出することが多く、２とおりの画像が生成されると、この目視確認作業に支障が生じるおそれがある。

上記の点に関して、特許文献２には、照明強度の異なる２とおりの照明条件の下で被写体を撮像し、各撮像により生成された画像を座標が同じ画素毎に比較し、明るさの中央値（輝度値の最高値と最低値の平均値）に近い明るさを有する画素を選択することや、この画像合成処理を回路基板の実装状態の検査に用いることができる旨が記載されている（段落００４９，００５７〜００６２，００７０〜００７５等参照）。

特開２００１−２９２３７０号公報

特許文献２に記載された発明を部品実装基板の検査に適用すれば、部品本体に適した照明条件とはんだ付け部位に適した照明条件とによりそれぞれ撮像を行った後に、各照明条件により生成された画像を合成することによって、部品本体およびはんだ付け部位の双方が明瞭な画像を得ることができる。また２回の撮像により生成された画像が１つに統合されるので、画像の目視確認も容易に行うことができる。

しかし、特許文献２に記載の発明では、暗い領域の明るさを中央レベル付近に引き上げられることまでしか想定しておらず、部品本体の明るさの幅を、色彩の違いを見分けるのに十分な大きさに設定できるかどうか疑問である。

また、特許文献２に記載の発明によると、部品本体およびはんだ付け部位について、それぞれ明るさの中央値に近い方の明るさを選択することになるので、画像中のはんだ付け部位と部品本体との明るさの関係は、実際の関係を反映しないものとなる（特許文献２の段落００４５参照。）。また画像中のはんだ付け部位および部品本体の明るさがともに中央値に近づくので、はんだ付け部位の検出に用いるしきい値の設定が困難になるおそれもある。

このように、特許文献２に記載された発明を部品実装基板の検査用の画像の生成に適用しても、検査装置の性能を向上するのは困難である。撮像回数を増やすと、その分、検査の時間が長くなるが、検査装置の性能を向上できないのであれば、撮像回数を増やすメリットがない。

この発明は、上記の問題点に着目し、はんだ付け部位および部品本体がともに十分な明るさを持ち、両者の実際の明るさの関係を正確に表すような画像を生成することによって、自動外観検査の設定に関する労力を軽減して、精度の良い検査を実行できるようにすることを、課題とする。

上記の課題を解決するために、この発明では、はんだ付け後の部品実装基板を所定の照明条件下で撮像し、生成された画像を用いて部品本体およびはんだ付け部位に対する外観検査を実行する方法において、検査に先立ち、画像中のはんだ付け部位が飽和する照明強度に調整された第１の照明条件と、画像中のはんだ付け部位が飽和しない照明強度に調整された第２の照明条件とを設定する。また、検査においては、検査対象の基板を上記２とおりの照明条件下でそれぞれ撮像した後に、第１の照明条件による画像のうちの飽和レベルに達している画素のデータを、第２の照明条件による画像の対応画素のデータと画像間の飽和していない部分の輝度比との乗算値に置き換える画像変換処理を実行し、この画像変換処理により生成された画像を用いて外観検査を実行する。

上記の方法は、照明光の強度が異なる２とおりの照明条件により検査対象の基板を照明して、照明条件毎に撮像を行い、生成された２つの画像から１つの検査用画像を生成するものである。ここで生成される画像は、はんだ付け部位が飽和する強度の照明下で得た画像をベースにするが、この画像中で飽和レベルに達した画素に関しては、はんだ付け部位が飽和しない強度の照明による画像の対応画素のデータに画像間の飽和していない部分の輝度比を乗算した値が適用される。よって、部品が十分に明るくなるように調整された照明強度により基板を撮像したときに生成された画像の飽和した部分を、当該照明下における実際の明るさを表す画像に置き換えることができる。また、部品本体については、第１の照明条件による画像のデータが維持されるから、部品本体とはんだ付け部位との実際の明るさの関係を反映した画像を得ることができる。また、カメラから出力される輝度レベルの広い範囲を部品本体に対応づけることができるから、部品本体の明るさの幅を十分に設定することができる。

上記の方法の好ましい態様では、検査に先立ち、特定の撮像対象物を対象に第１および第２の照明条件を設定してそれぞれの照明条件下で撮像を行うステップと、各撮像により得た画像で対応関係にあり、かつ飽和が生じていない領域の輝度を計測するステップと、各計測値の比率を算出して輝度比として登録するステップとを実行する。また、検査時の画像変換処理では、上記の登録された輝度比を用いた演算を実行する。
なお、検査前の撮像における「特定の撮像対象物」は、色彩や反射率が一様なものであるのが望ましいが、これに限定されるものではない。

上記の態様によれば、特定の撮像対象物を撮像しながら２とおりの照明条件を設定する際に、設定された照明条件による特定対象物の画像を用いて画像変換処理のための輝度比を求め、登録するので、信頼度の高い輝度比による画像変換処理を行うことができる。また、事前に輝度比を登録するので、検査の都度、輝度比を算出する必要がなくなり、画像変換処理を容易に行うことができる。

上記方法の他の好ましい実施態様では、撮像にＣＣＤカメラを使用するとともに、このＣＣＤカメラの入出力特性の線形領域（ＣＣＤに入射した光の強度と出力される画像信号の強度との間に比例の関係が成立する範囲をいう。）に対応する強さの光がＣＣＤカメラに入射するように、各照明条件における照明強度を設定する。

上記の態様によれば、第２の照明条件による撮像では、ＣＣＤの各画素の受光量とＣＣＤから出力される画像データの強度との間に比例関係が成立する。また、照明強度が強い第１の照明条件による撮像でも、飽和レベルに達していない受光量については同様に、出力される画像データとの間に比例関係が成立する。したがって、画像間の飽和していない部分の輝度比を一定にすることができるから、この輝度比と第２の照明条件による画像とを用いた画像変換処理によって、第１の照明条件下でのＣＣＤの受光量に比例する関係を持つ画像を得ることができる。

つぎに、他の好ましい実施態様では、外観検査に使用された画像を、その画像中の最大の輝度が所定の上限値以内となるように補正し、補正後の画像を表示または出力する。
上記の画像変換処理によれば、変換後の画像のビット数が変換前より大きくなるが、検査後に検査結果を確認するために表示装置に画像を表示する場合や、外部装置に画像を送信する場合に、これらの装置で変換後の画像を処理できない可能性がある。上記の態様によれば、変換された画像を表示装置または外部装置の処理能力に応じたビット数の画像に変換することができるので、表示等の処理を問題なく行うことができる。

つぎに上記の方法では、照明条件を２とおりに限定したが、これに限らず、３以上の照明条件を設定してもよい。この場合の基板外観検査方法では、検査に先立ち、画像中のはんだ付け部位が飽和する照明強度に調整された照明条件と、画像中のはんだ付け部位が飽和しない照明強度に調整された照明条件とを、少なくとも１つずつ含むように複数とおりの照明条件を設定する。また複数とおりの照明条件を、照明強度の順に沿って各組間に重複が生じるように２つずつ組み合わせ、検査対象の基板を上記複数とおりの照明条件下でそれぞれ撮像した後に、照明強度の弱いものから順に照明条件の組み合わせに着目して、着目した組み合わせ毎に、照明強度が強い方の照明条件下で得た画像のうちの飽和レベルに達している画素のデータを、照明強度が弱い方の照明条件下で得た画像の対応画素のデータと前記組み合わせに係る画像間の飽和していない部分の輝度比との乗算値に置き換える画像変換処理を実行し、最後の組み合わせに対する画像変換処理により生成された画像を用いて外観検査を実行する。

たとえば、照明強度が最も高いものから順に、「条件１」「条件２」「条件３」の３つの照明条件が設定されており、条件１および条件２による撮像では、はんだ付け部位が飽和し、条件３による撮像では、はんだ付け部位が飽和しないように、各照明強度が調整されているものとする。この場合には、条件１と条件２との組み合わせ、および条件２と条件３との組み合わせが設定され、各照明条件下で基板を撮像した後に、まず条件２と条件３との組み合わせに着目して、先に説明したのと同様の画像変換処理を実行する。つぎに条件１と条件２との組み合わせに着目して同様の画像変換処理を実行するが、この段階で条件１による画像中の飽和した画素には、条件２，３の組み合わせに係る画像変換処理により生成された画像を用いた乗算演算が実行されることになる。

上記の処理によれば、最終的に、照明強度が最も高い状態下で基板を撮像した場合の各部位の明るさを反映した画像を生成し、その画像を用いて検査を実行することができる。よって、たとえば基板上の部品本体に適した照明条件として、各部品の色彩や反射率に応じて複数とおりの条件を設定した場合にも、最も暗い部品に合わせた照明条件により撮像を行った場合の各部品本体やはんだ付け部位の明るさを精度良く表した画像を生成し、これを用いて検査を実行することができる。

つぎに、上記の基板外観検査方法を実施するための装置は、はんだ付け後の部品実装基板を撮像するための撮像装置と、撮像装置の視野を照明するための照明装置と、２とおりの照明強度を照明装置に順に設定して、各照明強度による照明下で撮像装置に撮像を行わせる撮像制御手段と、撮像装置により生成された画像を用いて部品本体およびはんだ付け部位に対する外観検査を実行する検査実行手段とを具備する。

さらにこの装置の検査実行手段には、画像中のはんだ付け部位が飽和する照明強度に調整された第１の照明条件と、画像中のはんだ付け部位が飽和しない照明強度に調整された第２の照明条件とによりそれぞれ検査対象の基板を撮像することにより生成された２つの画像を対象に、第１の照明条件による画像のうちの飽和レベルに達している画素のデータを、第２の照明条件による画像の対応画素のデータと画像間の飽和していない部分の輝度比との乗算値に置き換える画像変換手段が含まれており、この画像変換手段により生成された画像を用いて外観検査を実行するように構成される。

上記の装置によれば、あらかじめ、第１および第２の照明条件を適切に設定することにより、各照明条件による照明下での撮像により生成された画像を用いて、部品およびはんだ付け部位がともに明瞭に現れ、かつ双方の実際の明るさの関係を反映した画像を自動生成し、その画像を用いて精度の良い検査を行うことができる。

上記の基板外観検査装置の好ましい態様では、検査の前に、第１および第２の各照明条件による照明下でそれぞれ撮像された画像を用いて、各画像で対応関係にある領域の輝度を計測する計測手段と、計測された各輝度の比率を算出する輝度比算出手段と、輝度比算出手段により算出された輝度比を登録する登録手段とを、さらに具備し、画像変換手段に、登録手段に登録された輝度比を用いた演算を実行させるようにしている。

上記の外観検査方法および外観検査装置によれば、検査対象の基板を照明強度が異なる複数とおりの照明条件下でそれぞれ撮像した後に、各撮像により得た画像から、部品本体に十分な明るさを確保でき、また部品本体およびはんだ付け部位の実際の明るさの関係を反映した画像を生成することができる。よって、部品本体の色彩の判別に用いるしきい値や、はんだ付け部位を周囲から識別するためのしきい値を容易に設定して、精度の良い検査を行うことができる。

また、撮像装置の能力を考慮せずに、部品本体およびはんだ付け部位のそれぞれに適した照明条件を設定すれば良いので、照明条件の設定も容易に行うことができる。

図１は、基板外観検査装置の構成例を示す。
この基板外観検査装置（以下、単に「検査装置」という。）は、はんだ付け後のプリント基板５を対象に、各部品の位置および姿勢、はんだ付け状態などの適否を検査するためのもので、カメラ１、照明装置２、制御処理装置３、基板ステージ４、入力部６、表示部７などにより構成される。

基板ステージ４には、一対のコンベア部４３，４３（図２に示す。）を含む基板支持テーブル４１と、この基板支持テーブル４１を基板５の長さ方向（図中の左右方向）に沿って移動可能に支持するステージ部４２とが含まれる。

カメラ１は、カラー静止画像を生成するＣＣＤカメラである。照明装置２は、径が異なる３個の円環状光源２Ｒ，２Ｇ，２Ｂを、上から下に向かうにつれて径が大きくなるように順に配置した構成のものである。一番高い位置に配置される光源２Ｒは赤色光を発し、中央の光源２Ｇは緑色光を発し、一番下に配置される光源２Ｂは青色光を発する。

カメラ１は、基板ステージ４の上方に受光面を真下に向けて配置され、照明装置２は、基板ステージ４とカメラ１との間に、各光源２Ｒ，２Ｇ，２Ｂの中心部をカメラ１の光軸に合わせた状態で配置される。このようにカメラ１および照明装置２を配置することにより、いわゆる「カラーハイライト方式」の光学系が設定される。

さらに、カメラ１および照明装置２は、図示しない支持部およびステージ部により、上記の関係を維持した状態で、基板支持テーブル４１の移動方向に直交する方向に沿って移動可能に支持される。

制御処理装置３には、コンピュータによる制御部３０のほか、画像入力部３１、撮像制御部３２、照明制御部３３、ＸＹステージ制御部３４、メモリ３５、検査結果出力部３６などが含まれる。

照明制御部３３は、照明装置２の各光源２Ｒ，２Ｇ，２Ｂの点灯・消灯動作の制御や光量の調整などを行う。ＸＹステージ制御部３４は、基板ステージ４のステージ部４２および光学系側のステージ部の移動のタイミングや移動量を制御する。

メモリ３５には、検査にかかる一連の処理手順が記述されたプログラムや検査データファイルなどが格納される。検査データファイルには、被検査部位毎に、検査領域の設定データ、その検査領域で被検査部位の特徴を抽出するための２値化しきい値、抽出された特徴に対する計測値の適否を判定するための判定基準値などが格納される。さらにこの実施例のメモリ３５には、後記する２つの照明条件の設定に関する情報（各光源２Ｒ，２Ｇ，２Ｂの光量、および後記する内部基準板の画像の輝度値など）や、画像間の輝度比などが保存される。

制御部３０は、ＸＹステージ制御部３４を介して各ステージ部の移動を制御することにより、カメラ１および照明装置２を基板５のあらかじめ定めた撮像対象領域に位置合わせする。位置合わせが完了すると、照明装置２の各光源２Ｒ，２Ｇ，２Ｂの光量を調整しながらカメラ１に撮像を行わせる。この撮像により生成されたカラー画像は、画像入力部３１によりＡ／Ｄ変換されて、制御部３０の内部メモリ（ＲＡＭ）に格納される。制御部３０は、検査データファイルを用いて、内部メモリに格納されたカラー画像中の各被検査部位に検査領域を設定し、検査領域毎に、特徴抽出、計測、判定の各処理を順に実行する。

基板５上の全ての被検査部位に対する処理が終了すると、制御部３０は、各被検査部位に対する計測結果や判定結果を検査結果出力部３６を介して外部装置に出力する。また、検査に使用された画像（以下、「検査用画像」という。）をメモリ３５に保存する。

さらに制御部３０は、適宜、入力部６や外部装置からの画像呼び出しを受け付けて、メモリ３５から検査用画像を読み出し、表示部７に表示、または外部装置に出力する。

上記の検査において、毎時の撮像対象領域には、所定数の部品の部品本体やはんだ付け部位が含まれる。これらのうちはんだ付け部位については、各光源２Ｒ，２Ｇ，２Ｂからの照明光に対して正反射が優勢になり、強い反射光がカメラ１に入射する。一方、部品本体は、一般に拡散反射が優勢で、また色彩が暗色であるため、カメラ１に入射する反射光の強度は弱くなる。

上記の点に鑑み、この実施例の検査装置では、部品本体の撮像に適した照明条件とはんだ付け部位の撮像に適した照明条件とを個別に設定し、これら２とおりの照明条件を順に設定して同一の撮像対象領域を２回撮像する。さらに、各撮像により生成された画像を統合し、この統合後の画像を検査に用いるようにしている（以下、統合後の画像を「検査用画像」という。）。
以下、上記の照明条件の設定処理および検査用画像の生成処理について、説明する。

照明条件の設定については、この実施例では、２種類の基準板の画像を使用する。各基準板は、いずれも白色のセラミック板であり、基板支持テーブル４１上に配置されてカメラ１により撮像される。

図２は、照明条件を設定する場合の基板支持テーブル４１の状態を示す。
図中の５１，５２が基準板である。一方の基準板５１は、基板５と同様に、外部から基板支持テーブル４１に搬入されて、各コンベア部４３，４３により両端縁を支持された状態で位置決めされる。他方の基準板５２は、基準板５１より小さく、検査の合間に適宜撮像できるように、一方のコンベア部４３の上面に固定配備されている。

以下、外部から搬入される基準板５１を「外部基準板５１」といい、装置内に固定配置される基準板５２を「内部基準板５２」という。

この実施例では、最初に、外部基準板５１を撮像しながら、画像中の外部基準板５１の輝度があらかじめ定めた所定の基準値に達するまで光源２Ｒ，２Ｇ，２Ｂの光量を調整する。この調整が完了すると、調整後の照明強度を維持しながら、カメラ１および照明装置２を内部基準板５２の上方に移動させ、当該基準板５２を撮像する。そして、生成された内部基準板５２の画像の輝度を計測し、その計測値を基準の輝度としてメモリ３５内に登録する。この一連の処理は、上記した２とおりの照明条件について、それぞれ個別に実施され、各照明条件の設定に関する照明制御データ（光源２Ｒ，２Ｇ，２Ｂに対する制御量）がメモリ３５に登録される。

検査では、登録された照明制御データに基づき各照明条件を交互に設定して撮像を行うが、時間の経過に伴って各光源２Ｒ，２Ｇ，２Ｂの照明強度が変動する可能性がある。この問題に対応するために、この実施例では、基板５の撮像に先立ち、各照明条件により内部基準板５２を撮像して、生成された画像中の輝度を計測し、その計測値が基準の輝度と異なる場合には、その差が消失するように照明光量を調整するようにしている。このような処理によれば、外部基準板５１を用いて設定した照明条件を維持することができるので、各基板５を安定した照明下で撮像することが可能になる。

なお、各基準板５１，５２の画像の輝度の計測は、具体的には、カラー画像を構成するｒ，ｇ，ｂの画像データ毎に行われる。以下に説明する検査用画像の生成処理も同様に、ｒ，ｇ，ｂの画像データ毎に実施されるものである。

つぎに、この実施例では、上記２とおりの照明条件について、それぞれ部品本体やはんだ付け部位の反射率に基づき、カメラ１にその入出力特性の線形領域の範囲内の光量の光が入射するように、照明強度を設定する。このような照明条件の設定処理と以下に述べる画像変換処理とによって、部品本体およびはんだ付け部位の双方が明瞭で、画像中の両者の明るさの関係が実際の関係に適合する検査画像を生成することができる。

図３は、基板５からカメラ１の撮像素子（ＣＣＤ）に入射する光の強度（受光量）のヒストグラム（上段）と、画像中の輝度と受光量との関係を表すグラフ（下段）とを対応づけて示したものである。いずれのグラフでも、横軸の受光量を、最大値を１００％として正規化して示すことにより、２とおりの照明条件の間で対応関係にある受光量（同じ反射率に基づく反射光に対する受光量）に横軸上の同じ座標が割り当てられるようにしている。

上段では、ヒストグラムを、部品本体からの反射光に対応するものと、はんだ付け部位からの反射光に対応するものとに分けて示している。これらのヒストグラムの強度分布は、実際の各部位の反射状態を模式化したものである。この模式によれば、部品本体からカメラ１に入射する光の強度は０〜５０％の範囲に含まれる一方で、はんだ付け部位からカメラ１に入射する光の大半は、５０％を超える強度を有する。

下段のグラフにおいて、実線のラインＬ_Ａは、部品本体に適した照明条件（以下、「照明条件Ａ」または「条件Ａ」という。）を設定したときのＣＣＤの受光量と画像の輝度との関係を示す。点線のラインＬ_Ｂは、はんだ付け部位に適した照明条件（以下、「照明条件Ｂ」または「条件Ｂ」という。）を設定したときのＣＣＤの受光量と画像の輝度との関係を示す。ここでは、いずれの条件とも、８ビット構成の画像が生成されるものとする。

ラインＬ_Ａによれば、照明条件Ａは、ＣＣＤに入射する光のうちの５０％の強度の光が最大の輝度（２５５）で表されるように設定される。この設定によれば、部品本体は明るいが、はんだ付け部位の大半が飽和した画像が生成される。

一方、ラインＬ_Ｂによれば、照明条件Ｂは、１００％の強度の受光量が最大の輝度で表されるように設定される。この設定によれば、はんだ付け部位は明瞭に表されるが、部品本体は、条件Ａの画像に比べてかなり暗い状態となる。

上記において、照明条件Ａ，Ｂは、ＣＣＤにその入出力特性の線形領域に含まれる光が入射するように設定されているから、ラインＬ_Ａのうち０〜５０％の光量範囲に対応する部分およびラインＬ_Ｂは、いずれも比例直線になる。したがって、これらの比例直線の対応点（横軸の座標が等しい関係にある２点）の間の輝度比は一律になると考えられる。よって、ラインＬ_Ａの飽和した部分（５０〜１００％の光量範囲に対応する部分）に対応するラインＬ_Ｂのデータに上記の輝度比を適用すれば、照明条件Ａによる画像で飽和した部分の本来の明るさを表すラインＬ_Ｃを得ることができると考えられる。

つぎに、照明条件Ａ，Ｂを設定する際に内部基準板５２の画像から計測された基準の輝度を、それぞれａ，ｂとすると、これら基準の輝度ａ，ｂは、同一の内部基準板５２からの反射光量に対応するので、図３に示すように、受光量を表す横軸の同一座標に対応づけられる。また、基準の輝度ａ，ｂは、照明条件Ａ，Ｂを適正に設定するためのものであるから、いずれも飽和レベルより下になると考えられる。したがって、これら基準の輝度ａ，ｂにより比例直線間の輝度比を求めることができる。

上記の原理に基づき、この実施例では、照明条件Ａに対応する基準の輝度ａを照明条件Ｂに対応する基準の輝度ｂで割った値Ｐ（Ｐ＝ａ／ｂ）を輝度比として求め、条件Ａによる画像中で飽和レベルに達している画素のデータを、条件Ｂによる画像中の対応画素のデータに輝度比Ｐを乗算した値に置き換えるようにしている。この変換処理によってラインＬ_Ｃに対応する画像データを得ることができる。

上記の処理によれば、条件Ａによる画像で飽和が生じている部分を、条件Ａにおける本来の明るさを表すデータに置き換えることができる。また、飽和が生じていない部分については、条件Ａによる画像のデータがそのまま反映されるので、部品本体とはんだ付けとの実際の明るさを反映した画像を得ることができる。

また、上記の基準の輝度ａ，ｂは、照明条件Ａ，Ｂを設定する際に計測されて登録されるので、輝度比Ｐもその際に求めて登録しておけばよい。先に説明したように、この実施例では、内部基準板５２を用いて照明条件Ａ，Ｂを維持しているから、登録された輝度比Ｐは毎時の各条件による画像に高い確度で適合すると考えられる。よって、検査用画像を容易かつ精度良く生成することが可能になる。

つぎに、照明条件の設定にかかる処理手順について、図４を参照して説明する。
この処理では、まず外部基準板５１の撮像によって、部品本体に適した照明条件（以下、「照明条件Ａ」という。）を設定する（ＳＴ１１）。具体的には、外部基準板５１を連続的に撮像しながら、画像中の外部基準板５１の輝度が所定の基準値に達するまで、光源２Ｒ，２Ｇ，２Ｂの光量を調整する。

つぎに上記の処理により設定された照明条件Ａにおいて内部基準板５２を撮像し、画像中の内部基準板５２の輝度を計測し、その計測値を基準の輝度ａとして設定する（ＳＴ１２，１３）。

つぎに、再び外部基準板５１を撮像対象として、はんだ付け部位に適した照明条件（以下、「照明条件Ｂ」という。）を設定する（ＳＴ１４）。具体的な処理はＳＴ１１と同様であるが、設定される照明強度は、照明条件Ａのときより低い値になる。

照明条件Ｂが設定されると、この照明条件Ｂによる照明下で内部基準板５２を撮像し、画像中の内部基準板５２の輝度を計測し、その計測値を基準の輝度ｂとして設定する（ＳＴ１５，１６）。

この後は、基準の輝度ａ，ｂを用いた演算によって、輝度比Ｐを算出し（ＳＴ１７）、基準の輝度ａ，ｂ、および輝度比Ｐをメモリ３５に登録する（ＳＴ１８）。さらに、照明条件Ａ，Ｂについて、それぞれ当該条件の設定に用いる照明制御データを登録し（ＳＴ１９）、処理を終了する。

なお、ＳＴ１１，１４の各ステップにおいて、光量調整のために画像の輝度を計測する際には、それぞれ同じ座標の輝度を計測する。ＳＴ１３，１６の計測でも同様に、計測対象の座標を一致させる。また、これらのステップでは、具体的には、所定大きさの領域について、ｒ，ｇ，ｂの画像毎の輝度の平均値を算出する。

図５は、検査時の処理の手順を示す。なお、このフローチャートは、説明を簡単にするために、撮像対象領域を１つとし、検査用画像の生成に関する処理を中心に表したものである。

同図のステップ符号を参照して説明すると、まず検査対象の基板５を基板ステージ４に搬入し（ＳＴ２１）、照明条件Ａを設定して撮像を行うことにより、図３のラインＬ_Ａに対応する画像Ｇ_Ａを生成する（ＳＴ２２）。つぎに、照明条件を条件Ｂに切り替えて２回目の撮像を行う（ＳＴ２３）ことにより、図３のラインＬ_Ｂに対応する画像Ｇ_Ｂを生成する。これらの画像Ｇ_Ａ，Ｇ_Ｂは、いずれも制御部３０内のＲＡＭに格納される。

なお、図５では記載を省略したが、ＳＴ２２，２３では、それぞれ基板５を撮像する前に内部基準板５２を撮像して、画像中の輝度を計測し、計測値を基準の輝度ａまたはｂと比較する処理を実行する。また、計測値が基準の輝度と異なる場合には、両者が一致するように照明光量を調整した後に基板５の撮像に移行する。

つぎに、着目画素を表すカウンタｉを初期値の１に設定し（ＳＴ２４）、画像Ｇ_Ａのｉ番目の画素のデータＧ_Ａ（ｉ）を読み出して、その値をチェックする（ＳＴ２５，２６）。ここでＧ_Ａ（ｉ）が上限値の２５５に達している場合（ＳＴ２６が「ＮＯ」）には、画像Ｇ_Ｂのｉ番目の画素のデータＧ_Ｂ（ｉ）を読み出し（ＳＴ２７）、このＧ_Ｂ（ｉ）と輝度比Ｐとの乗算により得た値によりデータＧ_Ａ（ｉ）を置き換える（ＳＴ２８）。一方、データＧ_Ａ（ｉ）が２５５より小さい場合（ＳＴ２６が「ＹＥＳ」）には、Ｇ_Ａ（ｉ）の値をそのまま維持する。

以下、ｉの値を更新することにより着目画素を変更して（ＳＴ２９，３０）、各画素につき同様の処理を実行することにより、画像Ｇ_Ａにおいて飽和レベルに達している画素のデータを、画像Ｇ_Ｂ中の対応画素のデータと輝度値Ｐとの乗算値に置き換える。これにより、画像Ｇ_Ａは、図３のラインＬ_Ａの飽和していない部分に対応するデータとラインＬ_Ｃに対応するデータを組み合わせた画像に変換される。

この後は、変換された画像Ｇ_Ａを用いて、検査のための画像処理や判定を行い（ＳＴ３１）、検査結果を出力する（ＳＴ３２）。最後に検査に用いた画像Ｇ_Ａを保存し（ＳＴ３３）、処理を終了する。

なお、ＳＴ２５〜２９のループも、実際には，ｒ，ｇ，ｂの画像毎に実施される。ただし、この実施例に限らず、単色の照明下でモノクロの画像を生成する場合にも、上記図４，５の手順を適用することができる。

上記図４に示した設定処理によれば、部品本体およびはんだ付け部位のそれぞれに個別に着目して、その着目部位に適した照明条件を設定すれば良いので、設定を容易に行うことができる。また、検査においては、各照明条件による撮像を順に行った後に、照明強度が強い方の条件Ａによる画像中のはんだ付け部位を、本来の明るさの画像（飽和が生じていない画像）に変換することにより、部品本体とはんだ付け部位との実際の明るさの関係を反映した画像を生成することができる。したがって、部品とはんだ付け部位とを識別するためのしきい値を容易に設定することができ、検査領域の設定位置の調整のためにはんだ付け部位を検出する処理も支障なく行うことができる。

また、各種部品本体のうちの最も明るい色彩のものからの反射光量がＣＣＤの出力の最大値に対応するように第１の照明条件を定めておけば、部品本体の明るさの幅を十分に大きくすることができ、色彩の違いを判別するためのしきい値の設定を容易に行うことが可能になる。

また、上記実施例では、内部基準板５２を用いて照明条件Ａ，Ｂを維持するとともに、内部基準板５２の画像から求めた基準の輝度ａ，ｂにより、各照明条件による基板の画像間の関係（飽和していない部分に限る。）に適合する輝度比Ｐを算出するので、精度の良い画像変換処理を行うことができる。

ただし、照明強度の変動量が許容値以内であれば、内部基準板５２を装置内に導入せずに、外部基準板５１のみを用いて照明条件Ａ，Ｂを調整し、その調整に用いた画像から輝度比Ｐを求めて画像変換処理に使用してもよい。また、装置内に内部基準板５２を設けない場合には、検査対象の基板毎に、各照明条件Ａ，Ｂにより生成された画像中の特定部位の輝度を用いて輝度比を算出し、その輝度比を用いて画像変換処理を行ってもよい。ただし、各画像における計測対象部位の座標を一致させる必要がある。またはんだ付け部位など、照明条件Ａによる画像で飽和する可能性の高い部位や輝度のばらつきが大きい部位を、計測対象とすることはできない。

つぎに、図３の例によれば、画像変換処理により生成された検査用画像は９ビット構成（５１１階調）になっているが、検査用画像のデータ容量は、これに限定されるものではなく、照明条件Ｂによる画像が表す受光量の幅に応じて変動する。

ただし、このようにデータ容量が変則的な画像を表示したり、外部装置に出力する場合には、表示装置や外部装置が認識できる形式の画像に変換する必要がある。この点につき、この実施例では、比較的低い輝度範囲に対する圧縮率が小さくなるような変換処理（たとえば対数変換処理）によって、検査用画像を標準的な８ビット構成の画像に変換して、表示または外部に出力するようにしている。このような変換処理によれば、検査用画像の部品の明るさを維持するとともに、はんだ付け部位に対応する高輝度領域の画像を色彩の視認が容易な輝度レベルにまで落とすことができるから、検査装置または外部装置において検査結果を目視確認する場合に、目視のしやすい画像を表示することができる。

つぎに、上記実施例では、２とおりの照明条件Ａ，Ｂによりそれぞれ撮像を行うようにしたが、３つ以上の照明条件を設定する場合にも、各条件による画像を照明強度の順に組み合わせて、図３，６に示したのと同様の処理を実行することにより、１つの検査用画像を生成することができる。

たとえば、上記の照明条件Ａ，Ｂに加えて、これらの条件の中間の照明強度による条件Ｘが設定された場合には、まず条件Ｂと条件Ｘとを組み合わせて、条件Ｘによる画像中の飽和レベルに達した画素のデータを変換した後に、この変換後の画像を用いて、条件Ａによる画像中の飽和レベルに達した画素のデータを変換すればよい。

上記のように、３以上の照明条件を設定すれば、たとえば、部品本体の色彩に応じて部品本体用の照明条件を複数とおり設定して、部品本体についての明るさの幅をより広げた画像を生成することが可能になる。

基板外観検査装置のブロック図である。基板支持テーブルにおける基準板の配置例を示す図である。ＣＣＤの受光量を部品本体、はんだ付け部位に分けて示したヒストグラムと、各照明条件に対応する画像および検査用画像の特性を示すグラフを対応づけて示す図である。照明条件の設定処理に関するフローチャートである。検査時の処理に関するフローチャートである。

符号の説明

１カメラ
２照明装置
３制御処理装置
５基板
７表示部
３０制御部
３１画像入力部
３３照明制御部
３５メモリ
３６検査結果出力部
５１外部基準板
５２内部基準板
ａ，ｂ基準の輝度

Claims

はんだ付け後の部品実装基板を所定の照明条件下で撮像し、生成された画像を用いて前記部品本体およびはんだ付け部位に対する外観検査を実行する方法であって、
検査に先立ち、画像中のはんだ付け部位が飽和する照明強度に調整された第１の照明条件と、画像中のはんだ付け部位が飽和しない照明強度に調整された第２の照明条件とを設定し、
検査対象の基板を前記２とおりの照明条件下でそれぞれ撮像した後に、第１の照明条件による画像のうちの飽和レベルに達している画素のデータを、第２の照明条件による画像の対応画素のデータと画像間の飽和していない部分の輝度比との乗算値に置き換える画像変換処理を実行し、この画像変換処理により生成された画像を用いて前記外観検査を実行する、ことを特徴とする基板外観検査方法。
請求項１に記載された方法において、
検査に先立ち、特定の撮像対象物を対象に前記第１および第２の照明条件を設定してそれぞれの照明条件下で撮像を行うステップと、各撮像により得た画像で対応関係にあり、かつ飽和が生じていない領域の輝度を計測するステップと、各計測値の比率を算出して輝度比として登録するステップとを実行し、
前記検査時の画像変換処理では、前記登録された輝度比を用いた演算を実行する、
基板外観検査方法。
請求項１または２に記載された方法において、
前記撮像にＣＣＤカメラを使用するとともに、このＣＣＤカメラの入出力特性の線形領域に対応する強さの光がＣＣＤカメラに入射するように、各照明条件における照明強度を設定する、基板外観検査方法。
請求項１に記載された方法において、
前記外観検査に使用された画像を、その画像中の最大の輝度が所定の上限値以内となるように補正し、補正後の画像を表示または出力する、基板外観検査方法。
はんだ付け後の部品実装基板を所定の照明条件下で撮像し、生成された画像を用いて前記部品本体およびはんだ付け部位に対する外観検査を実行する方法であって、
検査に先立ち、画像中のはんだ付け部位が飽和する照明強度に調整された照明条件と、画像中のはんだ付け部位が飽和しない照明強度に調整された照明条件とを、少なくとも１つずつ含むように、複数とおりの照明条件を設定し、
前記複数とおりの照明条件を、照明強度の順に沿って各組間に重複が生じるように２つずつ組み合わせ、
検査対象の基板を前記複数とおりの照明条件下でそれぞれ撮像した後に、照明強度の弱いものから順に前記照明条件の組み合わせに着目して、着目した組み合わせ毎に、照明強度が強い方の照明条件下で得た画像のうちの飽和レベルに達している画素のデータを、照明強度が弱い方の照明条件下で得た画像の対応画素のデータと前記組み合わせに係る画像間の飽和していない部分の輝度比との乗算値に置き換える画像変換処理を実行し、最後の組み合わせに対する画像変換処理により生成された画像を用いて前記外観検査を実行する、ことを特徴とする基板外観検査方法。
はんだ付け後の部品実装基板を撮像するための撮像装置と、前記撮像装置の視野を照明するための照明装置と、２とおりの照明強度を前記照明装置に順に設定して、各照明強度による照明下で前記撮像装置に撮像を行わせる撮像制御手段と、前記撮像装置により生成された画像を用いて前記部品本体およびはんだ付け部位に対する外観検査を実行する検査実行手段とを具備し、
前記検査実行手段は、画像中のはんだ付け部位が飽和する照明強度に調整された第１の照明条件と、画像中のはんだ付け部位が飽和しない照明強度に調整された第２の照明条件とによりそれぞれ検査対象の基板を撮像することにより生成された２つの画像を対象に、第１の照明条件による画像のうちの飽和レベルに達している画素のデータを、第２の照明条件による画像の対応画素のデータと画像間の飽和していない部分の輝度比との乗算値に置き換える画像変換手段を含み、この画像変換手段により生成された画像を用いて前記外観検査を実行する、
ことを特徴とする基板外観検査装置。
請求項６に記載された装置において、
検査の前に、前記第１および第２の各照明条件による照明下でそれぞれ撮像された画像を用いて、各画像で対応関係にある領域の輝度を計測する計測手段と、計測された各輝度の比率を算出する輝度比算出手段と、輝度比算出手段により算出された輝度比を登録する登録手段とを、さらに具備し、
前記画像変換手段は、登録手段に登録された輝度比を用いた演算を実行する基板外観検査装置。