JP2012154664A - Substrate inspection device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、プリント基板上に印刷されたクリームハンダの印刷状態を検査する基板検査装置に関するものである。 The present invention relates to a substrate inspection apparatus for inspecting the printing state of cream solder printed on a printed circuit board.
一般に、プリント基板は、ガラスエポキシ樹脂からなるベース基板の上に電極パターンを具備し、表面がレジスト膜によって保護されている。前記プリント基板上に電子部品を実装する場合、まず電極パターン上のレジスト膜による保護がされていない所定位置にクリームハンダが印刷される。次に、該クリームハンダの粘性に基づいてプリント基板上に電子部品が仮止めされる。その後、前記プリント基板がリフロー炉へ導かれ、所定のリフロー工程を経ることでハンダ付けが行われる。昨今では、リフロー炉に導かれる前段階においてクリームハンダの印刷状態を検査する必要があり、かかる検査に際して三次元計測装置を備えた基板検査装置が用いられることがある。 Generally, a printed circuit board has an electrode pattern on a base substrate made of glass epoxy resin, and the surface is protected by a resist film. When an electronic component is mounted on the printed board, cream solder is first printed at a predetermined position that is not protected by a resist film on the electrode pattern. Next, the electronic component is temporarily fixed on the printed circuit board based on the viscosity of the cream solder. Thereafter, the printed circuit board is guided to a reflow furnace, and soldering is performed through a predetermined reflow process. In recent years, it is necessary to inspect the printed state of the cream solder in a stage before being led to the reflow furnace, and a substrate inspection apparatus including a three-dimensional measurement apparatus is sometimes used for such inspection.
例えば、位相シフト法を用いた三次元計測装置においては、照射手段によって可視光を光源とした縞状の光強度分布を有するパターン光をプリント基板に照射する。そして、撮像手段によってプリント基板を撮像し、得られた画像から前記パターン光の縞の位相差を解析することで、クリームハンダの三次元形状、特に高さが計測される。 For example, in a three-dimensional measurement apparatus using a phase shift method, a pattern light having a striped light intensity distribution using visible light as a light source is irradiated onto a printed circuit board by an irradiation unit. Then, the three-dimensional shape, particularly the height of the cream solder is measured by imaging the printed circuit board by the imaging means and analyzing the phase difference of the pattern light stripes from the obtained image.
近年では、検査精度等の向上を図るため、撮像手段としてカラーカメラを用いることにより、三次元計測用の画像と共に、これに係るカラー輝度画像(テクスチャデータ)を取得する技術も種々提案されている(例えば、特許文献1、2参照)
In recent years, in order to improve inspection accuracy and the like, various techniques have been proposed for acquiring a color luminance image (texture data) related to this together with an image for three-dimensional measurement by using a color camera as an imaging means. (For example, see
しかしながら、位相シフト法を利用した三次元計測を行うにあたり、撮像手段として3板式カラーカメラを用いた場合には、その構造上、色収差の影響を大きく受け、RGB各色成分によって撮像素子上に結像する座標が異なってくる。その結果、RGB各色成分で得られる高さ計測の結果が異なるものとなるなど、計測精度の低下が懸念される。 However, when performing a three-dimensional measurement using the phase shift method, when a three-plate color camera is used as an imaging means, the structure is greatly affected by chromatic aberration, and an image is formed on the image sensor by each RGB color component. The coordinates to do are different. As a result, there is a concern that the measurement accuracy may be lowered, for example, the height measurement results obtained for the RGB color components are different.
一方、単板式カラーカメラを用いた場合には、撮像された画像データがRGB各色成分ごとに分解された後、そのデータの欠落部分が補完される。そして、当該補完された画像データを基に高さ計測が行われるため、補完された画素については真の高さを計測できないおそれがある。結果として、計測精度が低下するおそれがある。 On the other hand, when a single-plate color camera is used, after the captured image data is decomposed for each RGB color component, the missing portion of the data is complemented. Since height measurement is performed based on the complemented image data, there is a possibility that the true height cannot be measured for the complemented pixels. As a result, there is a possibility that measurement accuracy may be reduced.
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、位相シフト法を利用した三次元計測を行うにあたり、計測精度の向上を図ることのできる基板検査装置を提供することにある。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object thereof is to provide a substrate inspection apparatus capable of improving measurement accuracy in performing three-dimensional measurement using a phase shift method. .
以下、上記課題を解決するのに適した各手段につき項分けして説明する。なお、必要に応じて対応する手段に特有の作用効果を付記する。 Hereinafter, each means suitable for solving the above-described problem will be described separately. In addition, the effect specific to the means to respond | corresponds as needed is added.
手段1.プリント基板上に印刷されたクリームハンダの印刷状態を検査するための基板検査装置であって、
前記プリント基板に対し、縞状の光強度分布を有しかつ複数通りに位相変化させた白色パターン光を照射可能な照射手段と、
前記白色パターン光の照射された前記プリント基板の表面部分を撮像可能な単板式カラーカメラからなる撮像手段と、
前記複数通りの白色パターン光を照射して前記撮像手段により撮像された複数通りの三次元計測用の元画像データを記憶する元画像データ記憶手段と、
所定の手順により前記プリント基板の表面部分のカラー輝度画像を取得するカラー画像取得手段と、
前記カラー輝度画像の色成分を基に、当該カラー輝度画像から前記クリームハンダの印刷されたハンダ印刷領域を抽出するハンダ印刷領域抽出手段と、
前記ハンダ印刷領域に関して、前記複数通りの元画像データを基に位相シフト法により三次元計測を行うハンダ領域計測手段とを備えたことを特徴とする基板検査装置。
Irradiation means capable of irradiating the printed circuit board with white pattern light having a striped light intensity distribution and having a plurality of phases changed;
Imaging means comprising a single plate color camera capable of imaging the surface portion of the printed circuit board irradiated with the white pattern light;
Original image data storage means for storing a plurality of kinds of original image data for three-dimensional measurement imaged by the imaging means by irradiating the plurality of white pattern lights;
Color image acquisition means for acquiring a color luminance image of the surface portion of the printed circuit board according to a predetermined procedure;
Based on the color components of the color luminance image, a solder printing area extracting means for extracting a solder printing area on which the cream solder is printed from the color luminance image;
A board inspection apparatus comprising: a solder area measuring unit that performs three-dimensional measurement by a phase shift method based on the plurality of original image data with respect to the solder printing area.
上記手段1によれば、プリント基板に対し白色パターン光が照射され、当該白色パターン光の照射されたプリント基板の表面部分が撮像手段により撮像される。これを基に各種画像処理が行われ、クリームハンダ等の三次元計測が行われる。そして、当該計測結果に基づいて良否判定等が行われる。
According to the
特に本手段では、プリント基板の表面部分のカラー輝度画像を取得し、当該カラー輝度画像の色成分を基に当該カラー輝度画像からハンダ印刷領域を抽出し、当該ハンダ印刷領域に関して、複数通りの元画像データを基に位相シフト法により三次元計測を行う構成となっている。一般にクリームハンダは白色や灰色をしているため、例えば「白色」であればハンダ印刷領域として抽出する。このように上記カラー輝度画像からハンダ印刷領域を抽出することで、設計データ等に頼ることなく、実測データに則した領域特定を行うことができる。 In particular, this means obtains a color luminance image of the surface portion of the printed circuit board, extracts a solder print area from the color luminance image based on the color components of the color luminance image, and provides a plurality of originals for the solder print area. It is configured to perform three-dimensional measurement by the phase shift method based on image data. Since cream solder is generally white or gray, for example, “white” is extracted as a solder print area. Thus, by extracting the solder print area from the color luminance image, it is possible to specify the area according to the actual measurement data without depending on the design data or the like.
また、比較的起伏の大きなハンダ印刷領域の計測に関しては、その領域内全ての画素のデータが必要となるため、本手段では、特に計測精度が必要なハンダ印刷領域に関して、データの欠落部分や補完値等を含まない元画像データを用いることで、単板式カラーカメラを採用した場合でも、より真の値に近い計測データを得ることができる。 In addition, for measurement of solder printing areas with relatively large undulations, data for all the pixels in that area is required, so this means especially with respect to solder printing areas that require measurement accuracy, data missing parts and interpolation By using original image data that does not include a value or the like, measurement data closer to a true value can be obtained even when a single-plate color camera is employed.
さらに、カラー輝度画像を取得するにあたり、単板式カラーカメラを採用することで色収差の影響を少なく抑えることができる。 Furthermore, in obtaining a color luminance image, the influence of chromatic aberration can be reduced by adopting a single-plate color camera.
結果として、位相シフト法を利用した三次元計測を行うにあたり、計測精度の向上を図ることができる。さらには、3板式カラーカメラを採用した場合に比べ、コストの削減及び装置の小型化を図ることができる。 As a result, it is possible to improve measurement accuracy when performing three-dimensional measurement using the phase shift method. Furthermore, the cost can be reduced and the apparatus can be downsized as compared with the case where a three-plate color camera is employed.
尚、「白色」の光には、RGBなど複数色の光を合せて白色に近い光としたものも含まれる。 Note that “white” light includes light that is close to white by combining light of a plurality of colors such as RGB.
手段2.前記元画像データ記憶手段に記憶された元画像データからRGB各色成分を抜き出し、RGB各色成分ごとの抜き出し画像データを作成する抜き出し画像データ作成手段と、
前記カラー輝度画像の色成分を基に、当該カラー輝度画像から前記ハンダ印刷領域の高さ計測の基準となる基準領域を抽出する基準領域抽出手段と、
前記基準領域に関して、当該基準領域の色成分に対応した前記複数通りの抜き出し画像データ、又は、当該抜き出し画像データのデータ欠落部分を補完した補完画像データを基に位相シフト法により三次元計測を行う基準領域計測手段とを備えたことを特徴とする手段1に記載の基板検査装置。
Mean 2. Extracted image data creating means for extracting each RGB color component from the original image data stored in the original image data storage means and creating extracted image data for each RGB color component;
A reference area extracting means for extracting a reference area serving as a reference for height measurement of the solder print area from the color luminance image based on the color component of the color luminance image;
With respect to the reference area, three-dimensional measurement is performed by a phase shift method based on the plurality of extracted image data corresponding to the color components of the reference area, or complementary image data that complements the missing data portion of the extracted image data. The substrate inspection apparatus according to the
上記手段2によれば、プリント基板の表面部分のカラー輝度画像の色成分を基に当該カラー輝度画像から基準領域を抽出し、当該基準領域に関して、当該基準領域の色成分に適した抜き出し画像データ等を基に位相シフト法により三次元計測を行う構成となっている。例えば「赤色」であれば電極領域、「緑色」であれば基板領域として抽出する。したがって、基準領域が「電極」であれば、赤色成分の抜き出し画像データ等を用い、基準領域が「基板」であれば、緑色成分の抜き出し画像データ等を用いて三次元計測を行うこととなる。
According to the
上述したように比較的起伏の大きなハンダ印刷領域の計測に関しては、その領域内全ての画素のデータが必要となるが、基準領域となる電極や基板等は起伏が小さく比較的平坦であるため、データの欠落部分や補完値等を含む抜き出し画像データや補完画像データを用いて計測を行ったとしても特段の支障はない。 As described above, regarding the measurement of the solder printing area having a relatively large undulation, data of all pixels in the area is required, but the electrode and the substrate serving as the reference area are relatively flat with a small undulation, Even if measurement is performed using extracted image data or complementary image data including a missing portion of data or a complementary value, there is no particular problem.
また、計測対象が白色のクリームハンダの場合には、照射されるパターン光の縞の明暗がはっきり現れるため、単板式カラーカメラを用いた場合でも、RGBいずれの色成分においても分解能が低下するおそれは小さいが、有色の計測対象(例えば「電極」)に関しては、当該計測対象の色成分(例えば「赤色」)と異なる色成分(例えば「青色」)の画素において、当該計測対象が暗く映り、分解能が低下するおそれがある。この点、本手段では、基準領域の三次元計測を行うにあたり、当該基準領域の色成分に適した抜き出し画像データ等を用いることで、このような不具合の発生を抑制している。 In addition, when the measurement target is white cream solder, the light and darkness of the pattern light to be irradiated appears clearly, so even if a single-plate color camera is used, the resolution of any RGB color component is reduced. Although it is small, with respect to a colored measurement target (for example, “electrode”), the measurement target appears dark in pixels of a color component (for example, “blue”) different from the color component (for example, “red”) of the measurement target, The resolution may be reduced. In this respect, in this means, when performing the three-dimensional measurement of the reference region, the occurrence of such a problem is suppressed by using extracted image data or the like suitable for the color component of the reference region.
このように、カラー輝度画像上の所定領域の色成分の違いにより、当該領域の三次元計測に用いられる画像データの種類を異ならせ、より適した種類の画像データを用いることで、位相シフト法を利用した三次元計測を行うにあたり、計測精度を著しく向上させることができる。 In this way, the phase shift method can be achieved by using different types of image data and different types of image data used for the three-dimensional measurement of the area depending on the color components of the predetermined area on the color luminance image. The measurement accuracy can be remarkably improved when performing three-dimensional measurement using.
手段3.前記カラー画像取得手段は、
前記抜き出し画像データ作成手段により作成された抜き出し画像データにおけるデータの欠落部分を補完して補完画像データを作成する補完画像データ作成手段と、
前記補完画像データ作成手段により作成された複数通りの補完画像データを合成して前記カラー輝度画像を作成するカラー画像作成手段とを備えていることを特徴とする手段2に記載の基板検査装置。
Means 3. The color image acquisition means includes
Complementary image data creation means for creating complementary image data by complementing a missing portion of data in the extracted image data created by the extracted image data creation means;
3. The substrate inspection apparatus according to
上記手段3によれば、三次元計測用に作成された画像データを合成することにより、カラー輝度画像を作成している。これにより、プリント基板に対し別途、白色光を照射してカラー輝度画像を撮像する手間を省略することができる。結果として、撮像回数ひいては総体的な計測時間の増加を抑制することができ、計測効率の向上を図ることができる。
According to the
また、画像処理といったソフト的な処理により実現できるため、白色光を照射する専用の照射手段を別途設けるなど、ハード面を変更する必要もなく、製造コストの増加抑制を図ることができる。 Further, since it can be realized by software processing such as image processing, there is no need to change the hardware surface such as providing a dedicated irradiation means for irradiating white light, and the increase in manufacturing cost can be suppressed.
手段4.前記三次元計測により得られた三次元データに対し、前記カラー輝度画像をマッピングするマッピング手段を備えたことを特徴とする手段1乃至3のいずれかに記載の基板検査装置。
Means 4. 4. The substrate inspection apparatus according to any one of
上記手段4によれば、三次元データに対しカラー輝度画像(テクスチャデータ)をマッピングすることにより、計測対象物の濃淡を表現することができ、三次元画像の質感を高めることができる。その結果、計測対象物の形状を瞬時に把握することが容易となり、確認作業に要する時間を著しく軽減させることができる。
According to the
以下、一実施形態について図面を参照しつつ説明する。 Hereinafter, an embodiment will be described with reference to the drawings.
図2に示すように、プリント基板1は、平板状をなし、ガラスエポキシ樹脂等からなるベース基板2に、銅箔からなる電極パターン3が設けられている。さらに、所定の電極パターン3上にはクリームハンダ4が印刷形成されている。このクリームハンダ4が印刷された領域を「ハンダ印刷領域」という。ハンダ印刷領域以外の部分を「基準領域」と総称するが、この基準領域には、電極パターン3が露出した領域(記号A)、ベース基板2が露出した領域(記号B)、ベース基板2上にレジスト膜5がコーティングされた領域(記号C)、及び、電極パターン3上にレジスト膜5がコーティングされた領域(記号D)が含まれる。なお、レジスト膜5は、所定配線部分以外にクリームハンダ4がのらないように、プリント基板1の表面にコーティングされるものである。本実施形態におけるクリームハンダ4は「白色」、電極パターン3は「赤色」、ベース基板2及びレジスト膜5は「緑色」を呈している。
As shown in FIG. 2, the printed
図1は、本実施形態における基板検査装置8を模式的に示す概略構成図である。同図に示すように、基板検査装置8は、検査対象物としてのプリント基板1を載置するための載置台9と、プリント基板1の表面に対し斜め上方から所定の光を照射するための照射手段としての照明装置10と、プリント基板1上の前記照射された部分を撮像するための撮像手段としてのCCDカメラ11と、基板検査装置8内における各種制御や画像処理、演算処理を実施するための制御装置12とを備えている。
FIG. 1 is a schematic configuration diagram schematically showing a
前記載置台9には、モータ15,16が設けられており、該モータ15,16が制御装置12により駆動制御されることによって、載置台9上に載置されたプリント基板1が任意の方向(X軸方向及びY軸方向)へスライドさせられるようになっている。かかる構成により、検査エリア60(図4参照)を移動させることができるようになっている。なお、検査エリア60は、CCDカメラ11の撮像視野の大きさを1単位としてプリント基板1の表面を予め分割しておいた中の1つのエリアである。
The mounting table 9 is provided with
照明装置10は、白色光源と、公知の液晶光学シャッターとを備え、4分の1ピッチずつ位相変化する正弦波状(縞状)の光強度分布を有する白色パターン光を照射可能に構成されている。本実施形態では、矩形状の検査エリア60の各辺(X軸方向及びY軸方向)に対し、白色パターン光の縞の方向が斜めに交わるように照射されるよう設定されている(図5参照)。
The
なお、照明装置10において、光源からの光は光ファイバーにより一対の集光レンズに導かれ、そこで平行光にされる。その平行光が、液晶素子を介して恒温制御装置内に配置された投影レンズに導かれる。そして、投影レンズから4つの位相変化するパターン光が照射される。このように、照明装置10に液晶光学シャッターが使用されていることによって、縞状のパターン光を作成した場合に、その照度が理想的な正弦波に近いものが得られ、これにより、三次元計測の計測分解能が向上するようになっている。また、パターン光の位相シフトの制御を電気的に行うことができ、制御系のコンパクト化を図ることができる。
In the
また、CCDカメラ11としては、単板式カラーCCDカメラが採用されている。CCDカメラ11によって撮像された画像データ(カラー画像データ)は、当該CCDカメラ11内部においてデジタル信号(RGB信号)に変換された上で、デジタル信号の形で制御装置12に入力される。そして、制御装置12は、当該画像データを基に、後述するような画像処理や検査処理等を実施する。かかる意味で、制御装置12は画像処理手段を構成する。
As the
次に、制御装置12の電気的構成について説明する。図3に示すように、制御装置12は、CCDカメラ11の撮像タイミングを制御するカメラ制御手段21と、照明装置10を制御する照明制御手段22と、モータ15,16を制御するモータ制御手段23と、CCDカメラ11により撮像された画像データを記憶する元画像データ記憶手段24と、元画像データ記憶手段24に格納された画像データからRGB各色成分を抜き出す抜き出し画像データ作成手段25と、抜き出し画像データ作成手段25により作成された抜き出し画像データにおけるデータの欠落部分を補完する補完画像データ作成手段26と、当該補完画像データ作成手段26により作成された補完画像データを基にカラー輝度画像を作成するカラー画像作成手段(カラー画像取得手段)27と、カラー輝度画像の色成分を基に当該カラー輝度画像から各種計測対象領域を抽出する二次元計測手段(ハンダ印刷領域抽出手段及び基準領域抽出手段)28と、各種計測対象について三次元計測を行う三次元計測手段(ハンダ領域計測手段及び基準領域計測手段)29と、当該三次元計測手段29の計測結果を基にクリームハンダ4の印刷状態を検査する判定手段30とを備えている。
Next, the electrical configuration of the
なお、図示は省略するが、基板検査装置8は、キーボードやタッチパネルで構成される入力手段、CRTや液晶などの表示画面を有する表示手段、検査結果等を格納するための記憶手段、ハンダ印刷機等に対し検査結果等を出力する出力手段等を備えている。
Although not shown, the
次に、各検査エリア60ごとに行われる検査ルーチンについて図6のフローチャートを参照して詳しく説明する。この検査ルーチンは、制御装置12にて実行されるものである。
Next, the inspection routine performed for each
まず、ステップS1において、元画像データ格納処理を実行する。より詳しくは、プリント基板1が載置台9上に載置されると、制御装置12はモータ15,16を駆動制御し、プリント基板1上の所定の検査エリア60をCCDカメラ11の撮像視野(白色パターン光の照射エリア)に合わせる。続いて制御装置12は照明装置10を駆動制御して白色パターン光の照射を開始すると共に、この白色パターン光の位相を4分の1(「π/2」)ピッチずつシフトさせて4通りの照射を行う。同時に、制御装置12は、CCDカメラ11を駆動制御して、各位相の白色パターン光が照射された検査エリア60を撮像し、4通りの元画像データを取得する。
First, in step S1, original image data storage processing is executed. More specifically, when the printed
そして、元画像データ記憶手段24は、CCDカメラ11により撮像された画像データを順次、所定のメモリに記憶する。本実施形態では、各検査エリア60につき、位相の異なる4通りの画像データが記憶される。例えば、位相1(位相が「θ+0」)の場合に撮像された画像データを元画像データS1として記憶し、位相2(位相が「θ+π/2」)の場合に撮像された画像データを元画像データS2として記憶し、位相3(位相が「θ+π」)の場合に撮像された画像データを元画像データS3として記憶し、位相4(位相が「θ+3π/2」)の場合に撮像された画像データを元画像データS4として記憶する(図7,8参照)。なお、図7は、例えばCCDカメラ11の分解能が1撮像視野あたり5×5画素であった場合のデータ配列の変化を模式的に表した図である。図7では、便宜上、元データの部分に関して散点模様を付してある。また、図8は、画像処理の手順を模式的に表した図である。
The original image
続くステップS2においては、抜き出し画像データ作成処理を行う。より詳しくは、抜き出し画像データ作成手段25は、元画像データ記憶手段24に格納された4通りの元画像データS1〜S4からそれぞれRGB各色成分を抜き出した抜き出し画像データを作成し、所定のメモリに記憶する。つまり、RGB各色成分ごとに、位相の異なる4通りの画像データが記憶されることとなる。具体的には、元画像データS1〜S4からそれぞれ赤(R)成分を抜き出した画像データを抜き出し画像データSR1〜SR4として記憶し、元画像データS1〜S4からそれぞれ緑(G)成分を抜き出した画像データを抜き出し画像データSG1〜SG4として記憶し、元画像データS1〜S4からそれぞれ青(R)成分を抜き出した画像データを抜き出し画像データSB1〜SB4として記憶する(図7,8参照)。
In the subsequent step S2, extracted image data creation processing is performed. More specifically, the extracted image
ステップS3では、補完画像データ作成処理を行う。より詳しくは、補完画像データ作成手段26は、抜き出し画像データ作成手段25により作成された抜き出し画像データSR1〜SR4等におけるデータの欠落部分を補完する補完処理を行い、当該補完後の画像データを所定のメモリに記憶する。
In step S3, a complementary image data creation process is performed. More specifically, the supplemental image
CCDカメラ11(単板式カラーCCDカメラ)は各画素毎に撮像可能な波長域が異なる。そのため、CCDカメラ11により撮像された元画像データS1〜S4(図7上段参照)から抜き出された抜き出し画像データSR1〜SR4等には、データの欠落部分(図7中段の空欄部分参照)が存在する。ここでは、抜き出し画像データSR1〜SR4等に存在するデータ欠落部分を埋める処理を実行する。
The CCD camera 11 (single-plate color CCD camera) has a different wavelength range that can be imaged for each pixel. Therefore, in the extracted image data SR1 to SR4 extracted from the original image data S1 to S4 (see the upper part of FIG. 7) captured by the
例えば、赤(R)成分の抜き出し画像データSR1〜SR4においては、所定のデータ欠落部分に対し、その周囲に隣接する画素の元データ「R」の平均値等を補完データ「r」として書き込むことで、補完画像データHR1〜HR4とする。同様に、緑(G)成分の抜き出し画像データSG1〜SG4においては、所定のデータ欠落部分に対し、その周囲に隣接する画素の元データ「G」の平均値等を補完データ「g」として書き込むことで、補完画像データHG1〜HG4とする。青(R)成分の抜き出し画像データSB1〜SB4においては、所定のデータ欠落部分に対し、その周囲に隣接する画素の元データ「B」の平均値等を補完データ「b」として書き込むことで、補完画像データHB1〜HB4とする。 For example, in the extracted image data SR1 to SR4 of the red (R) component, the average value or the like of the original data “R” of adjacent pixels around the predetermined data missing portion is written as the complementary data “r”. Thus, the complementary image data HR1 to HR4. Similarly, in the extracted image data SG1 to SG4 of the green (G) component, the average value or the like of the original data “G” of adjacent pixels around the predetermined data missing portion is written as the complementary data “g”. Thus, it is set as complementary image data HG1 to HG4. In the extracted image data SB1 to SB4 of the blue (R) component, by writing the average value or the like of the original data “B” of neighboring pixels around the predetermined data missing portion as the complementary data “b”, It is set as complementary image data HB1 to HB4.
ステップS4では、カラー画像データ作成処理を行う。より詳しくは、カラー画像作成手段27は、まずRGB各色成分ごとの4通りの補完画像データHR1〜HR4,HG1〜HG4,HB1〜HB4をそれぞれ合成することにより、RGB各色成分ごとの縞のない画像データを作成し、所定のメモリに記憶する。具体的には、赤(R)成分の4通りの補完画像データHR1〜HR4を合成して、赤色成分の縞なし画像データRTを作成する。同様に、緑(G)成分の4通りの補完画像データHG1〜HG4を合成して、緑色成分の縞なし画像データGTを作成する。青(B)成分の4通りの補完画像データHB1〜HB4を合成して、青色成分の縞なし画像データBTを作成する。 In step S4, color image data creation processing is performed. More specifically, the color image creating means 27 first synthesizes four types of complementary image data HR1 to HR4, HG1 to HG4, and HB1 to HB4 for each RGB color component, whereby an image without stripes for each RGB color component. Data is created and stored in a predetermined memory. Specifically, four types of complementary image data HR1 to HR4 of the red (R) component are combined to create red stripe-free image data RT. Similarly, four types of complementary image data HG1 to HG4 of the green (G) component are combined to create green component non-striped image data GT. Four types of complementary image data HB1 to HB4 of the blue (B) component are synthesized to create blue component non-striped image data BT.
続いて、カラー画像作成手段27は、RGB各色成分の縞なし画像データRT,GT,BTを合成して、縞のないカラー輝度画像KTを作成し、所定メモリに格納する。かかるカラー輝度画像KTは、光強度及び位相が一定の白色光(白色均一光)を照射して得られたカラー輝度画像と同様の画像となる。 Subsequently, the color image creation means 27 synthesizes the stripe-free image data RT, GT, BT of the RGB color components to create a color luminance image KT without stripes and stores it in a predetermined memory. The color luminance image KT is an image similar to the color luminance image obtained by irradiating white light (white uniform light) having a constant light intensity and phase.
ステップS5では、領域抽出処理を実行する。より詳しくは、二次元計測手段28は、カラー輝度画像KTの各画素の色情報を判別して各種計測対象領域を抽出する。具体的には、「白色」の画素の範囲がハンダ印刷領域61として抽出され、「赤色」の画素の範囲が電極パターン3の露出した電極領域62として抽出され、「緑色」の画素の範囲がベース基板2又はレジスト膜5の露出した基板領域63として抽出される(図4参照)。
In step S5, an area extraction process is executed. More specifically, the two-
ステップS6では、三次元計測処理を実行する。より詳しくは、三次元計測手段29は、上記元画像データS1〜S4、抜き出し画像データSR1〜SR4等、補完画像データHR1〜HR4等、カラー輝度画像KTを基に、各種計測対象について三次元計測(主として高さ計測又は体積計測)を行う。具体的には、ハンダ印刷領域61に関しては、位相の異なる4通りの元画像データS1〜S4を基に公知の位相シフト法により三次元計測が行われる。一方、高さ計測の基準(高さ基準面)となる基準領域に関しては、当該基準領域の色成分に適した複数通りの抜き出し画像データSR1〜SR4等、又は、補完画像データHR1〜HR4等を基に公知の位相シフト法により三次元計測を行う。例えば、電極領域62を基準面とする場合には、赤色成分の抜き出し画像データSR1〜SR4等が用いられ、基板領域63を基準面とする場合には、緑色成分の抜き出し画像データSG1〜SG4等が用いられる。
In step S6, a three-dimensional measurement process is executed. More specifically, the three-
なお、公知の位相シフト法において、画像データ上の計測対象点の光の強度I1、I2、I3、I4は、下記式(1)〜(4)で与えられる。 In the known phase shift method, the light intensities I1, I2, I3, and I4 of the measurement target points on the image data are given by the following formulas (1) to (4).
I1=αsinθ+β ・・・(1)
I2=αsin(θ+π/2)+β ・・・(2)
I3=αsin(θ+π)+β ・・・(3)
I4=αsin(θ+3π/2)+β ・・・(4)
但し、α:反射率、β:オフセット成分、θ:高さを導出するための位置情報。
I1 = αsinθ + β (1)
I2 = αsin (θ + π / 2) + β (2)
I3 = αsin (θ + π) + β (3)
I4 = αsin (θ + 3π / 2) + β (4)
However, α: reflectance, β: offset component, θ: position information for deriving height.
そして、これらの式(1)乃至(4)により、下記式(5)が導出される。 Then, the following formula (5) is derived from these formulas (1) to (4).
θ=arctan{(I1−I3)/(I2−I4)} ・・・(5)
そして、この位置情報θを用いて、プリント基板1上のクリームハンダ4等の計測対象点の3次元座標(X,Y,Z)が求められ、もって三次元形状、特に高さが計測される。
θ = arctan {(I1-I3) / (I2-I4)} (5)
Then, using this position information θ, the three-dimensional coordinates (X, Y, Z) of the measurement target point such as
このようにして、ここでは基準面より高くなったクリームハンダ4の印刷範囲が検出され、この範囲内での各部位の高さを積分することにより、印刷されたクリームハンダ4の量が算出される。
In this way, the printing range of the
ステップS7では、上記のように得られた計測結果を基に判定手段30がクリームハンダ4の印刷状態の良否判定を行う。より詳しくは、上記のようにして求めたクリームハンダ4の位置、面積、高さ又は量等のデータが予め設定した基準データと比較判定され、この比較結果が許容範囲内にあるか否かによって、所定の検査エリア60におけるクリームハンダ4の印刷状態の良否が判定される。これにて、1つの検査エリア60に係る検査ルーチンが終了する。
In step S <b> 7, the
当該検査ルーチンが行われている間に、制御装置12は、モータ15,16を駆動制御してプリント基板1を次の検査エリア60へと移動させ、以降、上記一連の処理が、全ての検査エリア60で繰り返し行われる。
While the inspection routine is being performed, the
以上詳述したように、本実施形態では、プリント基板1に対し白色パターン光が照射され、当該白色パターン光の照射されたプリント基板1の表面部分がCCDカメラ11により撮像される。これを基に各種画像処理が行われ、クリームハンダ4等の三次元計測が行われる。そして、当該計測結果に基づいて良否判定等が行われる。
As described above in detail, in the present embodiment, the printed
特に本実施形態では、位相シフト法による三次元計測を行うにあたり、プリント基板1の表面部分のカラー輝度画像KTを取得し、当該カラー輝度画像KTの色成分を基に当該カラー輝度画像KTからハンダ印刷領域61及び電極領域62等を抽出する。このようにカラー輝度画像KTからハンダ印刷領域61等を抽出することで、設計データ等に頼ることなく、実測データに則した領域特定を行うことができる。
In particular, in the present embodiment, when performing three-dimensional measurement by the phase shift method, a color luminance image KT of the surface portion of the printed
そして、比較的起伏の大きなハンダ印刷領域61の計測に関しては、その領域内全ての画素のデータが必要となるため、本実施形態では、特に計測精度が必要なハンダ印刷領域61に関して、データの欠落部分や補完値等を含まない元画像データS1〜S4を用いることで、単板式カラーカメラを採用した場合でも、より真の値に近い計測データを得ることができる。
In addition, regarding the measurement of the
一方、基準領域となる電極パターン3等は起伏が小さく比較的平坦であり、データの欠落部分や補完値等を含む抜き出し画像データSR1〜SR4等や補完画像データHR1〜HR4等を用いて計測を行ったとしても特段の支障はないため、本実施形態では、電極領域62等に関しては、当該電極領域62等の色成分に適した抜き出し画像データSR1〜SR4等を用いる構成となっている。
On the other hand, the
また、計測対象が白色のクリームハンダ4の場合には、照射されるパターン光の縞の明暗がはっきり現れるため、単板式カラーカメラを用いた場合でも、RGBいずれの色成分においても分解能が低下するおそれは小さいが、有色の計測対象(例えば「電極パターン3」)に関しては、当該計測対象の色成分(例えば「赤色」)と異なる色成分(例えば「青色」)の画素において、当該計測対象が暗く映り、分解能が低下するおそれがある。この点、本実施形態では、電極領域62等の三次元計測を行うにあたり、当該電極領域62等の色成分に適した抜き出し画像データSR1〜SR4等を用いることで、このような不具合の発生を抑制している。
Further, when the measurement target is
さらに、カラー輝度画像KTを取得するにあたり、単板式カラーカメラを採用することで色収差の影響を少なく抑えることができる。 Furthermore, when acquiring the color luminance image KT, the influence of chromatic aberration can be suppressed by adopting a single-plate color camera.
このように、カラー輝度画像KT上の所定領域の色成分の違いにより、当該領域の三次元計測に用いられる画像データの種類を異ならせ、より適した種類の画像データを用いることで、位相シフト法を利用した三次元計測を行うにあたり、計測精度を著しく向上させることができる。さらには、3板式カラーカメラを採用した場合に比べ、コストの削減及び装置の小型化を図ることができる。 In this way, the phase shift is achieved by using different types of image data and using different types of image data depending on the color components of the predetermined area on the color luminance image KT, depending on the type of image data used for the three-dimensional measurement of the area. In performing three-dimensional measurement using the method, the measurement accuracy can be remarkably improved. Furthermore, the cost can be reduced and the apparatus can be downsized as compared with the case where a three-plate color camera is employed.
加えて、本実施形態では、三次元計測用の補完画像データHR1〜HR4等を合成することにより、カラー輝度画像KTを作成している。これにより、プリント基板1に対し別途、白色光を照射してカラー輝度画像KTを撮像する手間を省略することができる。結果として、撮像回数ひいては総体的な計測時間の増加を抑制することができ、計測効率の向上を図ることができる。
In addition, in this embodiment, the color luminance image KT is created by synthesizing the complementary image data HR1 to HR4 for three-dimensional measurement. Thereby, it is possible to omit the trouble of separately irradiating the printed
また、画像処理といったソフト的な処理により実現できるため、白色光を照射する専用の照射手段を別途設けるなど、ハード面を変更する必要がなく、製造コストの増加抑制を図ることができる。 In addition, since it can be realized by software processing such as image processing, it is not necessary to change the hardware surface, such as providing a dedicated irradiation means for irradiating white light, and the increase in manufacturing cost can be suppressed.
尚、上記実施形態の記載内容に限定されず、例えば次のように実施してもよい。勿論、以下において例示しない他の応用例、変更例も当然可能である。 In addition, it is not limited to the description content of the said embodiment, For example, you may implement as follows. Of course, other application examples and modification examples not illustrated below are also possible.
(a)上記実施形態では、クリームハンダ4が「白色」、電極パターン3が「赤色」、ベース基板2及びレジスト膜5が「緑色」をしたプリント基板1を計測する場合に具体化しているが、これに限らず、例えばベース基板2が白色あるいは相対的に白色に近い灰色であるプリント基板など、異なる構成のプリント基板を計測する場合に具体化してもよい。
(A) In the above embodiment, the embodiment is implemented when measuring the printed
(b)上記実施形態では、三次元計測用の補完画像データHR1〜HR4等を合成することにより、カラー輝度画像KTを取得する構成となっているが、これに限らず、例えば白色パターン光とは別に照明装置10により光強度(輝度)及び位相が一定の白色光(白色均一光)を照射してカラー輝度画像KTを取得する構成としてもよい。又は、白色パターン光を照射する照明装置10とは別に白色光(白色均一光)を照射する他の照明装置を設け、両者を切替える構成としてもよい。
(B) In the above-described embodiment, the color luminance image KT is obtained by synthesizing the complementary image data HR1 to HR4 for three-dimensional measurement. Alternatively, the color luminance image KT may be obtained by irradiating white light (white uniform light) having a constant light intensity (luminance) and phase by the
(c)照明装置10の光源は上記実施形態の白色光源に限定されるものではなく、例えばRGBなど複数色の光源を合せて白色に近い光を照射可能な構成としてもよい。
(C) The light source of the illuminating
(d)上記実施形態の位相シフト法では、白色パターン光の位相を4分の1ピッチずつ変化させる構成となっているが、これに限らず、白色パターン光の位相を3分の1ピッチずつ変化させる構成としてもよい。 (D) In the phase shift method of the above embodiment, the phase of the white pattern light is changed by a quarter pitch. However, the present invention is not limited to this, and the phase of the white pattern light is changed by a third pitch. It is good also as composition changed.
(e)上記実施形態では、取得したカラー輝度画像KTを、各種計測対象領域の抽出処理を行うためだけに利用しているが、これに限らず、他の用途に使用してもよい。例えば、三次元計測により得られた三次元データに対しカラー輝度画像KTをマッピングするマッピング手段を備えた構成としてもよい。かかる構成とすれば、計測対象物の濃淡を表現することができ、三次元画像の質感を高めることができる。その結果、計測対象物の形状を瞬時に把握することが容易となり、確認作業に要する時間を著しく軽減させることができる。 (E) In the above-described embodiment, the acquired color luminance image KT is used only for performing extraction processing of various measurement target regions. However, the present invention is not limited to this, and may be used for other purposes. For example, it is good also as a structure provided with the mapping means which maps the color luminance image KT with respect to the three-dimensional data obtained by three-dimensional measurement. With such a configuration, it is possible to express the density of the measurement object and to enhance the texture of the three-dimensional image. As a result, it is easy to instantly grasp the shape of the measurement object, and the time required for the confirmation work can be significantly reduced.
(f)上記実施形態では、撮像素子(撮像手段)としてCCDセンサ(CCDカメラ11)を採用しているが、撮像素子はこれに限定されるものではない。例えば、CMOS等を採用してもよい。 (F) In the above embodiment, the CCD sensor (CCD camera 11) is employed as the image sensor (imaging means), but the image sensor is not limited to this. For example, a CMOS or the like may be employed.
(g)上記実施形態では、カラー輝度画像KTからハンダ印刷領域61及び電極領域62等(基準領域)の両者を抽出する構成となっているが、これに限らず、カラー輝度画像KTから少なくともハンダ印刷領域61のみを抽出する構成としてもよい。かかる場合、基準領域に関しては、設計データ等を基に領域を特定し、当該基準領域の色成分に対応した画像データとして予め設定した抜き出し画像データ等を基に三次元計測を行うようにしてもよい。
(G) In the above embodiment, both the
1…プリント基板、2…ベース基板、3…電極パターン、4…クリームハンダ、5…レジスト膜、8…基板検査装置、9…載置台、10…照明装置、11…CCDカメラ、12…制御装置、24…元画像データ記憶手段、25…抜き出し画像データ作成手段、26…補完画像データ作成手段、27…カラー画像作成手段、28…二次元計測手段、29…三次元計測手段、30…判定手段、60…検査エリア、61…ハンダ印刷領域、62…電極領域、63…基板領域、S1〜S4…元画像データ、SR1〜SR4,SG1〜SG4,SB1〜SB4…抜き出し画像データ、HR1〜HR4,HG1〜HG4,HB1〜HB4…補完画像データ、RT,GT,BT…縞なし画像データ、KT…カラー輝度画像。
DESCRIPTION OF
Claims (4)
前記プリント基板に対し、縞状の光強度分布を有しかつ複数通りに位相変化させた白色パターン光を照射可能な照射手段と、
前記白色パターン光の照射された前記プリント基板の表面部分を撮像可能な単板式カラーカメラからなる撮像手段と、
前記複数通りの白色パターン光を照射して前記撮像手段により撮像された複数通りの三次元計測用の元画像データを記憶する元画像データ記憶手段と、
所定の手順により前記プリント基板の表面部分のカラー輝度画像を取得するカラー画像取得手段と、
前記カラー輝度画像の色成分を基に、当該カラー輝度画像から前記クリームハンダの印刷されたハンダ印刷領域を抽出するハンダ印刷領域抽出手段と、
前記ハンダ印刷領域に関して、前記複数通りの元画像データを基に位相シフト法により三次元計測を行うハンダ領域計測手段とを備えたことを特徴とする基板検査装置。 A substrate inspection device for inspecting the printing state of cream solder printed on a printed circuit board,
Irradiation means capable of irradiating the printed circuit board with white pattern light having a striped light intensity distribution and having a plurality of phases changed;
Imaging means comprising a single plate color camera capable of imaging the surface portion of the printed circuit board irradiated with the white pattern light;
Original image data storage means for storing a plurality of kinds of original image data for three-dimensional measurement imaged by the imaging means by irradiating the plurality of white pattern lights;
Color image acquisition means for acquiring a color luminance image of the surface portion of the printed circuit board according to a predetermined procedure;
Based on the color components of the color luminance image, a solder printing area extracting means for extracting a solder printing area on which the cream solder is printed from the color luminance image;
A board inspection apparatus comprising: a solder area measuring unit that performs three-dimensional measurement by a phase shift method based on the plurality of original image data with respect to the solder printing area.
前記カラー輝度画像の色成分を基に、当該カラー輝度画像から前記ハンダ印刷領域の高さ計測の基準となる基準領域を抽出する基準領域抽出手段と、
前記基準領域に関して、当該基準領域の色成分に対応した前記複数通りの抜き出し画像データ、又は、当該抜き出し画像データのデータ欠落部分を補完した補完画像データを基に位相シフト法により三次元計測を行う基準領域計測手段とを備えたことを特徴とする請求項1に記載の基板検査装置。 Extracted image data creating means for extracting each RGB color component from the original image data stored in the original image data storage means and creating extracted image data for each RGB color component;
A reference area extracting means for extracting a reference area serving as a reference for height measurement of the solder print area from the color luminance image based on the color component of the color luminance image;
With respect to the reference area, three-dimensional measurement is performed by a phase shift method based on the plurality of extracted image data corresponding to the color components of the reference area, or complementary image data that complements the missing data portion of the extracted image data. The substrate inspection apparatus according to claim 1, further comprising a reference area measuring unit.
前記抜き出し画像データ作成手段により作成された抜き出し画像データにおけるデータの欠落部分を補完して補完画像データを作成する補完画像データ作成手段と、
前記補完画像データ作成手段により作成された複数通りの補完画像データを合成して前記カラー輝度画像を作成するカラー画像作成手段とを備えていることを特徴とする請求項2に記載の基板検査装置。 The color image acquisition means includes
Complementary image data creation means for creating complementary image data by complementing a missing portion of data in the extracted image data created by the extracted image data creation means;
The substrate inspection apparatus according to claim 2, further comprising a color image creation unit that creates the color luminance image by combining a plurality of complementary image data created by the complementary image data creation unit. .
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