JP2014503824A

JP2014503824A - 視覚検査装置

Info

Publication number: JP2014503824A
Application number: JP2013547309A
Authority: JP
Inventors: ユルイ，ヒョン; ヒョンガン，グン; グァンパク，テ
Original assignee: ミルテクカンパニーリミテッド
Priority date: 2010-12-30
Filing date: 2011-12-20
Publication date: 2014-02-13
Also published as: CN103430013A; US20130301904A1; WO2012091344A3; EP2660586A2; WO2012091344A2; KR101240947B1; KR20120076761A

Abstract

本発明は、視覚検査装置に関する。本発明による視覚検査装置は、検査対象物をカメラで撮影して良好または不良を判定する装置である。この視覚検査装置は、検査対象物を取付けるステージ部と、レンズとイメージ感知部とを含んで構成され、検査対象物の映像を撮影するカメラ部と、検査対象物を照明する照明部と、カメラ部で撮影された映像を判読して検査対象物の良好または不良を判定する映像処理部と、を有している。カメラ部で検査対象物が取付けられた平面に垂直な線に対して傾いて設置された側部カメラ内のイメージ感知部の表面は、検査対象物の中心と側部カメラ部内のカメラレンズ中心とを結ぶ線に垂直な平面に対して予め設定された角度で傾いて設置される。これにより、この視覚検査装置は、検査対象物に対する光路差を補正することによって、分解能を高めて検査対象物に対する正確な映像の判読が可能である。また、装置の大きさを変えずに検査対象物の正確な映像が得られる。
【選択図】図１

Description

本発明は視覚検査装置に関するものであり、より詳細には、視覚検査装置の側部カメラにある光感知部を傾けて配置することによって、検査対象物に対する光路差を補正することができるように構成された視覚検査装置に関するものである。

一般に、印刷回路基板（ＰＣＢ）などに表面実装部品を組立てる表面実装技術（ＳＭＴ；ＳｕｒｆａｃｅＭｏｕｎｔｉｎｇＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ）は表面実装部品（ＳＭＤ；ＳｕｒｆａｃｅＭｏｕｎｔｉｎｇＤｅｖｉｃｅ）を小型化／集積化する技術と、このような表面実装部品を精密に組立てるための精密組立装備の開発及び各種組立装備を運用する技術を含んでいる。

通常、表面実装ラインは、表面実装機と視覚検査装置などの装備で構成される。
表面実装機は、表面実装部品を印刷回路基板上に実装する装備として、部品供給機（Ｆｅｅｄｅｒ）から、テープ（Ｔａｐｅ）、スティック（Ｓｔｉｃｋ）あるいはトレイ（Ｔｒａｙ）の形態で供給される各種表面実装部品を受けて印刷回路基板上の実装位置に乗せる作業を行う。

そして、視覚検査装置は、表面実装部品の半田付け工程完了の前または完了後、表面実装部品の実装状態を検査して、その検査結果によって印刷回路基板を次の工程に移送させる。

この時、従来の視覚検査方法では、コンベヤーで半田付けが完了した印刷回路基板が水平に移送されると、位置調節装置で初期位置を調節し、調節を完了した後、照明燈が印刷回路基板を照射し、カメラが各表面実装部品の半田付け部位を撮影する。

その後、視覚検査装置は、半田付け部位の撮影状態をモニターに出力して演算することによって、実装の良好／不良を検査するか、表面実装部品の実装有無を検査するようになる。

通常、視覚検査装置は、検査対象物上に格子形状の影柄を照らし、影柄の歪曲を感知して検査対象物の立体的高さを測定する技術が利用されている。

視覚検査装置は、検査対象物が置かれた面の垂直上部に配置されて検査対象物の平面映像を撮影するための垂直カメラと、検査対象物の側部に傾いて配置されて検査対象物に映った影柄の変形された形態を撮影する側部カメラを有して構成される。

ところが、検査対象物の側部カメラから遠い端部は、検査対象物の中心より長い光経路（ＯｐｔｉｃａｌＰａｔｈ）を持ち、検査対象物の側部カメラから近い端部は、検査対象物の中心より短い光経路を持つようになって、映像面での焦点（Ｆｏｃｕｓｉｎｇ）が違うようになる。これは検査対象領域が広くなるほど大きくなる。

これを解消するためには、深い深度（Ｄｅｐｔｈｏｆｆｏｃｕｓ）とすると、領域全体で映像が均一に撮影が可能である。

上記のように、検査対象物の両端部を正確に撮影するために要求される深度の差は、側部カメラが検査対象物が取付けられたステージ部に近く配置されるほど、すなわち垂直カメラから遠く配置されるほど大きくなる。

このような現象は、検査対象物全体を撮影するために深度を大きくさせるが、カメラはその特性上深度が大きくなると、Ｆ値が上り絞りが狭められ、結果的に暗い映像を撮影するようになるので、分解能が低下すると言う問題がある。

上記のように、分解能が低下したときに、微細なパターンまたは小型部品の３次元的形状を正確に判定するのに限界がある。

本発明は上記のような従来の問題に鑑みなされたもので、本発明の目的は、検査対象物に対する光路差を補正することによって、分解能を高めて正確な映像の撮影及び判定が可能な視覚検査装置を提供することにある。

本発明のまた他の目的は、装置を大きくすることなく検査対象物の正確な映像を確保することができるようにした視覚検査装置を提供することにある。

上記目的を達成するためになされた本発明による視覚検査装置は、検査対象物をカメラで撮影して良好または不良を判定するための視覚検査装置において、検査対象物を取付けるステージ部と、レンズとイメージ感知部とを含んで構成され、検査対象物の映像を撮影するカメラ部と、検査対象物を照明する照明部と、カメラ部で撮影された映像を判読して検査対象物の良好または不良を判定する映像処理部とを有し、カメラ部で検査対象物が取付けられた平面に垂直な線に対して傾いて設置された側部カメラ内のイメージ感知部の表面は、検査対象物の中心と側部カメラ部内のカメラレンズ中心とを結ぶ線に垂直な平面に対して予め設定された角度で傾いて設置されることを特徴とする。

ここで、カメラレンズ中心（Ｌｏ）から近い距離にある検査対象物の側端部（Ｏｂ）に対して、カメラレンズの中心（Ｌｏ）からイメージ感知部の側端部（Ｃｂ）がより近く配置されるように構成される。

また、検査対象物が取付けられた平面に対して、検査対象物の中心（Ｏｏ）と側部カメラ部のカメラレンズ中心（Ｌｏ）を結ぶ線の角度（θｏ）が小くなるほど、イメージ感知部の表面３７は検査対象物の中心（Ｏｏ）と側部カメラ部内のカメラレンズ中心（Ｌｏ）とを結ぶ線に垂直な平面（Ｐｖ）に対してより大きい角度に傾いて設置される。

望ましくは、イメージ感知部の表面３７は、検査対象物の中心（Ｏｏ）と側部カメラ部のカメラレンズ中心（Ｌｏ）とを結ぶ線に垂直な平面（Ｐｖ）に対して２度以上２０度以下で傾いて設置される。

本発明によって、検査対象物に対する光路差を補正することによって、分解能を高めて検査対象物に対する正確な映像の判読が可能である。

また、装置を大きくすることなく検査対象物の正確な映像が実現できる。

本発明による視覚検査装置の概路図である。本発明の原理を説明する概念図である。従来の視覚検査装置によって撮影された映像の一例である。本発明による視覚検査装置によって撮影された映像の一例である。

以下、添付した図面を参照して本発明の構成を詳しく説明する。

説明に先たち、本明細書及び特許請求の範囲に使う用語は、辞書的な意味に限定解釈されることなく、発明者は自分の発明を最善の方法で説明するために用語の概念を適切に定義することができるという原則に即して、本発明の技術的思想に叶う意味と概念で解釈されなければならない。

したがって、本明細書に記載した実施形態及び図面で示した構成は、本発明の望ましい実施形態に過ぎないものであり、本発明の技術的思想を全て表現しているものではないので、本出願時点にあってこれらを置換可能な多様な均等物と変形形態が存在することができることを理解しなければならない。

図１は本発明による視覚検査装置の概路図であり、図２は本発明の原理を説明する概念図である。

図１及び図２を参照すると、本発明による視覚検査装置は、検査対象物１５をカメラで撮影して良好または不良を判定するための視覚検査装置として、検査対象物を取付けるステージ部１０と、レンズとイメージ感知部３５とを含んで構成され、検査対象物の映像を撮影するためのカメラ部２０、３０と、検査対象物１５を照明する照明部（図示していない）と、カメラ部２０，３０で撮影された映像を判読して検査対象物の良好または不良を判定する映像処理部４０とを有し、カメラ部２０、３０のうち検査対象物１５が取付けられた平面に垂直な線に対して傾いて設置された側部カメラ３０におけるイメージ感知部３５の表面３７は、検査対象物の中心（Ｏｏ）と側部カメラ部３０内のカメラレンズ中心（Ｃｏ）とを結ぶ線に垂直な平面（Ｐｖ）に対して、予め設定された角度（θｃ）に傾いて設置される。

本発明による視覚検査装置は、表面実装ラインで作業を終えた印刷回路基板の表面実装部品を検査する場合、先行装備のコンベヤーに載って次の工程に移動される手前で視覚検査を実施するように設置される。

このような視覚検査装置は、先行及び後行装備のコンベヤーとコンベヤーとの間に形成される空間に配置される方式か、または先行及び後行装備と連携することなく、単独テーブルで使うこともできる。

ステージ部１０は、視覚検査の対象になるＰＣＢ基板などの検査対象物１５を取付けるためのものであり、例えば、制御部５０で制御されたロボットアーム、移送ローラーまたはモーター及びコンベアーベルトなどの移送手段によって移送された検査対象物１５が取付けられる。

カメラ部２０、３０は、検査対象物の２次元的形状及び格子影を撮影するための構成であり、このうち側部カメラ３０は、検査対象物１５に対して一定の角度で斜めに設置される。

カメラ部２０、３０にあるイメージ感知部は、シーシーディー（ＣＣＤ：ＣｈａｒｇｅＣｏｕｐｌｅｄＤｅｖｉｃｅ）またはシーモス（ＣＭＯＳ：Ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙｍｅｔａｌ−ｏｘｉｄｅｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）などの撮像素子で構成される。

照明部は、検査対象物１５を照明するための構成であり、格子形状の影を形成するために格子部（図示していない）を有して構成することができる。

よって、格子部を照明して、その格子部の影が検査対象物１５の表面に形成されるようにし、形成された格子部の影をカメラ部２０、３０で撮影することによって、検査対象物の３次元的高さを測定するようになる。

照明部が格子部を照明することで、これをカメラ部２０、３０で撮影すると、検査対象物１５の表面から３次元的高さが同じ部分では格子線が一直線に撮影される。

検査対象物１５の表面から３次元的高さが異なる部分では、格子線が歪曲されて撮影される。このような歪曲の程度を、三角関数で計算すれば、検査対象物１５の３次元的高さを計算することができる。

カメラ部２０、３０によって撮影された映像は、映像処理部４０で判読され、検査対象物１５表面の３次元的高さが計算され、検査対象物１５の高さが予め保存された基準データの高さより高いか、または低い場合、例えば、ＰＣＢ基板上のチップなどの検査対象物１５が正しく装着されていないと判断する。

検査対象物１５の端部のうち側部カメラ３０から遠い方の端部（Ｏａ）は、側部カメラ３０のイメージ感知部３５からの距離が検査対象物の中心（Ｏｏ）より遠い距離であり、検査対象物の中心（Ｏｏ）に対して凡そｆａ程度の深度（Ｄｅｐｔｈｏｆｆｉｅｌｄ）とし、検査対象物の端部のうち側部カメラ３０から近い方の端部（Ｏｂ）は、検査対象物の中心（Ｏｏ）より近い距離にあり、検査対象物の中心（Ｏｏ）に対して凡そｎｅ程度の深度として、領域全体で均一な映像の撮影が可能である。

上記したように、検査対象物の両端部を正確に撮影するために要求される深度の差は、側部カメラ３０が検査対象物が取付けられるステージ部に対して小さな角度で傾いて配置されるほど、すなわち垂直カメラ２０から遠く配置されるほど大きくなる。

このような現象は、検査対象物全体を撮影するためには確保されなければならない深度を大きくさせる。カメラは、その特性上深度が大きくなると、Ｆ値が上昇して絞りが狭められ、結果的に暗い映像を撮影するようになるので、分解能が低下する。

よって、本発明ではカメラのＦ値を低くして深度を低下させるが、映像をより明るい状態にして映像の分解能を上昇させ、代わりにイメージ感知部から検査対象物までの光路差を補正することによって、映像全体をより鮮かに撮影するようにしようとする。

上記の構成により深度を低下させることによって、検査対象物全体を撮影するために要求される大きいレンズの必要性がなくなる。

上記の目的によって、カメラ部２０、３０のうち、側部カメラ３０内のイメージ感知部３５の表面３７は、検査対象物の中心（Ｏｏ）と側部カメラ部３０内のカメラレンズ中心（Ｌｏ）とを結ぶ線に垂直な平面（Ｐｖ）に対して予め設定された角度（θｃ）に傾いて設置される。

従って、レンズ中心（Ｌｏ）に対して近い距離にある検査対象物の端部（Ｏｂ）に対称な位置にあるイメージ感知部の端部（Ｃａ）は、レンズ中心（Ｌｏ）からより遠くさせ、レンズ中心（Ｌｏ）に対して遠い距離にある検査対象物の端部（Ｏａ）に対称な位置にあるイメージ感知部の端部（Ｃｂ）は、レンズ中心（Ｌｏ）からより近くさせることによって、イメージ感知部３５によって撮影される映像の光路差を補正する。

したがって、上記のような検査対象物の両端部に対する光路差を減少させるため、側部カメラ３０の装着角度を大きくしなくても良いので、装備全体の大きさは従来の視覚検査装置の大きさと同じで、より鮮明な映像が得られる視覚検査装置とすることができる。

また、上記のように、検査対象物１５の両端部に対する光路差を補償するため、検査対象物１５が取付けられた平面に対して、検査対象物の中心（Ｏｏ）と側部カメラ３０内のカメラレンズ中心（Ｌｏ）とを結ぶ線の角度（θｏ）が小くなるほど、イメージ感知部の表面３７は検査対象物の中心（Ｏｏ）と側部カメブ内のカメラレンズ中心（Ｌｏ）とを結ぶ線に垂直な平面（Ｐｖ）に対してより大きい角度（θｃ）で傾いて設置される。

ここで、望ましくは、イメージ感知部の表面３７は、検査対象物１５の中心と側部カメラ部のカメラレンズ中心とを結ぶ線に垂直な平面（Ｐｖ）に対して２度以上２０度以下で傾いて設置される。

イメージ感知部の表面３７は、シーシーディー（ＣＣＤ：ＣｈａｒｇｅＣｏｕｐｌｅｄＤｅｖｉｃｅ）またはシーモス（ＣＭＯＳ：Ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙｍｅｔａｌ−ｏｘｉｄｅｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）などの撮像素子で検査対象物１５を対面して光を受け入れる側の表面とする。

視覚検査装置内で側部カメラ３０は、検査対象物１５が取付けられた平面に対して通常３０ないし７０度の角度で傾いて設置され、このような設置状態に関し、検査対象物の中心と側部カメラ部内のカメラレンズ中心とを結ぶ線に垂直な平面（Ｐｖ）に対してイメージ感知部の表面３７が２度以上２０度以下で傾いて設置されるのが望ましい。

図３は、深度を大きく（Ｆ値高め）する状態で従来の視覚検査装置によって撮影された映像であり、図４は同じ対象に対して深度を小さく（Ｆ値低め）してイメージ感知部を傾けて設置した本発明による視覚検査装置によって撮影された映像である。

図３と図４に示した撮影映像を比べると、本発明による視覚検査装置によって撮影された映像が全体的に明るく、鮮明であることが確認できる。

以上、本発明を実施形態によって詳細に説明したが、本発明は実施形態によって限定されず、本発明が属する技術分野において通常の知識を有するものであれば本発明の思想と精神を離れることなく、本発明を修正または変更できるであろう。

本発明は視覚検査装置に関するものであり、より詳細には、視覚検査装置内に含まれる側部カメラ内の光感知部を傾けて配置することによって、検査対象物に対する光路差を補正することができる視覚検査装置の分野に有用に活用されることができる。

１０；ステージ部
２０、３０；カメラ部
４０；映像処理部
５０；制御部

Claims

検査対象物をカメラで撮影して良好または不良を判定するための視覚検査装置において、
検査対象物を取付けるステージ部と、
レンズとイメージ感知部とを含んで構成され、前記検査対象物の映像を撮影するためのカメラ部と、
前記検査対象物を照明するための照明部と、
前記カメラ部で撮影された映像を判読して前記検査対象物の良好または不良を判定する映像処理部とを有し、
前記カメラ部のうち検査対象物が取付けられた平面に垂直な線に対して傾いて設置された側部カメラ内のイメージ感知部の表面は、前記検査対象物の中心と前記側部カメラ部内のカメラレンズ中心とを結ぶ線に垂直な平面に対して予め設定された角度で傾いて設置されることを特徴とする視覚検査装置。
前記カメラレンズ中心（Ｌｏ）から近い距離にある検査対象物の側端部（Ｏｂ）に対しては、前記カメラレンズの中心（Ｌｏ）から前記イメージ感知部の側端部（Ｃｂ）がより近く配置されるように構成されることを特徴とする請求項１に記載の視覚検査装置。
前記検査対象物が取付けられた平面に対して、前記検査対象物の中心（Ｏｏ）と前記側部カメラ部内のカメラレンズの中心（Ｌｏ）とを結ぶ線の角度（θｏ）が小くなるほど、前記イメージ感知部の表面は、前記検査対象物の中心（Ｏｏ）と前記側部カメラ部内のカメラレンズ中心（Ｌｏ）とを結ぶ線に垂直な平面（Ｐｖ）に対してより大きい角度に傾いて設置されることを特徴とする請求項２に記載の視覚検査装置。
前記イメージ感知部の表面３７は、前記検査対象物の中心（Ｏｏ）と前記側部カメラ部内のカメラレンズ中心（Ｌｏ）とを結ぶ線に垂直な平面（Ｐｖ）に対して２度以上２０度以下で傾いて設置されることを特徴とする請求項３に記載の視覚検査装置。