JP2017219425A - 基板の外観検査装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 複数のカメラで複数の画像を取得することにより外観を検査する外観検査装置において、相互のカメラの光が干渉するのを防止して複数の画像を取得できるようにし、他のカメラのカメラ視野や検査順序等の影響を受けないで、お互いのカメラの撮影順序や撮影場所などの自由度等を損なうことがなく、撮影時のブレを防止する。
【解決手段】 上面カメラ11や上面照明部13を備えた上面撮像機構2と、下面カメラ14や下面照明部16を備えた下面撮像機構3によりプリント基板Wの上下面の撮像を得て外観を検査するような外観検査装置1において、前記上面撮像機構2と下面撮像機構3には、他組の撮像機構の照明部の光が干渉するのを防止しながら画像を取得するための光干渉防止撮像手段を設け、この光干渉防止撮像手段として、照明部の照明パルスの照射タイミングの制御及びカメラの露光時間と照明部の照射パルス幅（時間）との関係を制御する光干渉防止撮像手段を設ける。
【選択図】 図１

Description

本発明は、部品等が実装されたプリント基板等の外観を複数のカメラを使用して効率よく検査する外観検査装置に関する。

従来、部品等が実装されたプリント基板を検査するにあたり、例えば、基板の両面の外観を同時に検査する技術として、基板を挟んで上下に一対のカメラを設け、上部カメラと下部カメラによって上面側と下面側の撮像を同時に得るとともに、それぞれの得られた撮像を規準画像と比較することによって検査を迅速に行うような技術が知られている。（例えば、特許文献１参照。）
一方、両面に実装されたプリント基板にスルーホール等が形成されている場合の検査技術として、基板を挟んで上下に配設される上部カメラと下部カメラの撮影開始位置や撮影位置の座標を異ならせ、それぞれ上部カメラと下部カメラのよる撮影順序を定められた順番で独立に撮影し、それぞれ規準画像と比較することによって検査を行うような技術も知られている。（例えば、特許文献２参照。）

特開昭６２−２１５８５５号公報 特開２００３−９９７５８号公報

ところで、上記特許文献１の技術の場合、上部カメラと下部カメラが同時に撮像を得るようにしているため、例えば基板にスルーホール等の穴が形成されていたり、光を透過する隙間が形成されているような場合、上面側の照明と下面側の照明が相互に干渉する恐れがあり、光が干渉すると、干渉する光（迷光ともいわれる）によって良品を不良と判断する等の誤判定の可能性が生じる等の不具合が生じ、検査のための適切な撮像が得られないという問題があった。
また、特許文献２の場合、効率の良い（検査時間の短い）検査プログラムを作ろうとすると、基板上面または下面の教示作業において、常に反対側の面のカメラ視野の位置や検査順序などを意識する必要が生じるようになり、一方側のカメラの視野を動かしたり、カメラ視野を追加したりすると、他方側の面の検査プログラムも見直しが必要になる等の問題があった。すなわち、上部カメラや下部カメラのカメラ視野やお互いの撮影順序等の自由度が限定されるとともに、取り扱う基板の種類等が変更になった場合などに検査順序（移動経路）の教示作業に手間がかかるようになり、場合によってはカメラの移動経路が複雑になるなどして、検査速度に悪影響を及ぼす恐れもあった。

そこで本発明は、複数のカメラを用いて複数の画像を取得することにより短時間で効率的に外観を検査するような外観検査装置において、相互のカメラの光が相互に干渉するのを防止して検査のための適切な複数の画像を取得できるようにするとともに、取り扱う被検査物の種類等が変更されても、それに合わせてカメラ視野の検査順序（移動経路）等の教示作業の手間がかからないようにすると同時に、お互いのカメラの撮影順序やカメラの移動経路等の自由度を損なわないようにし、さらに撮影時のブレなどに起因する画像の不鮮明さを防止して検査精度を高めることを目的とする。

上記目的を達成するため本発明は、カメラ部と照明部とからなる撮像機構が少なくとも二組以上配設され且つそれぞれの撮像機構がそれぞれの移動制御手段によって独立に移動制御されるとともに、それぞれの撮像機構によって取得されたそれぞれの検査画像に基づいて基板の外観を検査するようにした基板の外観検査装置において、前記それぞれの撮像機構には、他組の撮像機構の照明部の光が干渉するのを防止しながら画像を取得するため、照明部の照明パルスの照射タイミングの制御及びカメラ部のカメラのシャッターオープンからシャッタークローズまでの時間（以下、カメラの露光時間という。）と照明部の照射パルス幅（時間）との関係を制御する光干渉防止撮像手段を設けるようにした。

そして、この光干渉防止撮像手段によって、複数の画像を取得し、それぞれ取得した画像に基づいて外観を検査すれば、短時間に効率的に検査することができ、しかも取り扱う被検査物の種類などが変更されても、これらに合わせてカメラ視野の検査順序（移動経路）等の教示作業を変更する手順は不要であり、さらに、お互いのカメラの撮影順序や移動経路等の自由度を損なうことがなく、しかもブレ等に起因して画像が不鮮明になるのを防止することができる。

ここで、光干渉防止撮像手段のカメラ部のカメラの露光時間と照明部の照射パルス幅（時間）との関係の制御としては、照明パルスの照射パルス幅（時間）をカメラの露光時間と同一か又はそれ以下に制御し、また、照明部の照明パルスの照射タイミングの制御は、それぞれの撮像機構の照明部の照明パルスを自組のカメラの露光時間内に照射するとともに照明パルス照射時の画像を取得できるよう制御し、さらに、それぞれの撮像機構に同期を持たせると同時に、それぞれの撮像機構の照明部の照射タイミングの位相を異ならせることによって、他の組の照明部の照明パルス幅（時間）がお互いに重ならないよう制御するようにすれば好ましい。
なお、「カメラの露光時間内で照明パルス照射時の画像を取得する」ことについては、例えば、ＣＣＤやＣＭＯＳ等の画像センサーは入射した光子を電荷に変えて信号処理回路に出力するため、照明パルスの照射による光子の入力がなければ信号処理回路への電荷の出力はゼロのままであり、真黒な画像である。

またこの際、照明部の照射パルス幅（時間）をカメラの露光時間と同一か又はそれ以下にすることにより、複数のカメラ部のお互いの露光時間の位相を異ならせるだけで相互の光の干渉を避けることができるとともに、撮像機構のブレ等に起因する画像の不鮮明さという不具合を防止することができる。なお、例えば露光時間を同一にセットした複数のカメラを使用する場合でも、例えば、照明部の照明パルス幅（時間）を、カメラの露光時間の１／２以下のものにすると同時に、カメラの露光時間を１／２に区画し、この区画された時間内にそれぞれ２つの別個のカメラ部の照明パルスを照射して画像を取得するようにすれば、お互いに光の干渉を避けることができる。またその際、露光時間の区画数を更に多くし、それに合わせて照明パルス幅（時間）の短いものを使用すれば、さらに撮像機構の数を増やしても相互の光の干渉を避けることができる。

また本発明では、前記撮像機構として、少なくとも基板の上面を撮影する上面撮像機構と基板の下面を撮影する下面撮像機構を含むようにし、また、外観検査装置を、基板上に搭載された部品の装着状況あるいは基板上のハンダの状態を検査する装置に適用するようにした。
このように、基板の両面を検査する装置に適用すれば、例えば上面や下面を検査するプログラムを作成するにあたり、他面側の検査プログラムの影響を考慮する必要をなくすことができる。また、このような装置をハンダの状態を検査する装置に適用すれば好適である。

複数の撮像機構の複数のカメラ部によって、相互の光の干渉を避けつつほぼ同時に複数の画像を取得して検査でき、この際、取り扱う被検査物の種類等が変更されても、これらに合わせてカメラの検査順序（移動経路）等の教示作業を変更する必要はなく、撮像機構の移動経路や撮影場所や撮影順序等の自由度を損なうような不具合はない。しかも検査のための適切な画像を取得することができるため、検査精度が向上する。
また、撮像機構として、少なくとも基板の上面を撮影する上面撮像機構と基板の下面を撮影する下面撮像機構を含むようにし、また、外観検査装置を、基板上に搭載された部品の装着状況あるいは基板上のハンダの状態を検査する装置に適用すればより好適である。

本発明に係る外観検査装置の構成概要図である。 同装置の作用を示すブロック図である。 撮像機構のカメラ部の露光信号と照明部の照射パルスの照射タイミングの一例を示す説明図である。

本発明に係る基板の外観検査装置の一例について添付した図面に基づき説明する。
本発明に係る基板の外観検査装置は、両面に部品が実装されたプリント基板を上下のカメラを用いてほぼ同時に画像を取得することにより短時間で効率的に外観を検査するような外観検査装置に適用され、プリント基板に光が透過する穴や隙間等が形成されていても相互のカメラの光が相互に干渉するのを防止して画像を取得できるようにされるとともに、事前のセットアップ手順等の複雑さやカメラの移動や撮影場所などの自由度等を損なうことがないようにされ、しかもブレ等のない鮮明な画像に基づいて検査できるようにされている。

すなわち、本外観検査装置１は、図１、図２に示すように、装置中央部の検査位置にセットされる基板Ｗを上下に挟んで、上方に上面カメラ１１や上面照明部１３などを有する上面撮像機構２を、下方に下面カメラ１４や下面照明部１６などを有する下面撮像機構３を備えており、またこの検査装置１では、基板Ｗを装置の投入部から装置中央部の検査位置に移動させてセットするための基板搬送機構４が設けられている。

また、前記上面撮像機構２と下面撮像機構３は、それぞれカメラ、照明、レンズ駆動部（図２）によって水平面のＸ・Ｙ２軸方向に移動自在にされている。すなわち、上面撮像機構２が取り付けられる上面Ｙ軸駆動部５と上面Ｘ軸駆動部６、及び下面撮像機構３が取り付けられる下面Ｙ軸駆動部７と下面Ｘ軸駆動部８は、それぞれＸ・Ｙ軸コントローラ１０が接続され、このＸ・Ｙ軸コントローラ１０は、図２に示すように制御部に接続されている。

前記上面撮像機構２は、ＣＣＤカメラ等の上面カメラ１１の下方に上面レンズ１２を備えるとともに、その下方の周囲には、円環状の上面照明部１３が設けられている。また、下面撮像機構３は、上面撮像機構２の各構成部品と上下対称に、下面カメラ１４、下面レンズ１５、下面照明部１６を備えており、上面カメラ１２、下面カメラ１５には、図２に示すように、画像信号を受け取って処理する信号処理部や露光信号を制御部に送り込むための配線が接続されるとともに、上面照明部１３や下面照明部１６には、照明点灯回路が設けられて制御部に接続されている。
なお、上面照明部１３と下面照明部１６の照明は、照明パルスを照射できるようにされるとともに、上面カメラ１１と下面カメラ１４は、シャッターオープンからシャッタークローズまでの時間（露光時間）内で、照明度が一定値以上でないと画像を取得することできないように制御されており、各照明部１３、１６の照明パルス照射時に撮像できるようにされている。

また、制御部は、検査結果で得られた画像を画像処理部に送り込み、予め取得し記憶させていた正規の画像とを、色や形状や形態等のパラメータで比較して検査結果の良否を上下別々の表示部に表示できるようにされている。

ところで、上面撮像機構２の上面カメラ１１の露光時間と上面照明部１３の照明パルス幅（時間）との関係、および下面撮像機構３の下面カメラ１４の露光時間と下面照明部１６の照明パルス幅（時間）との関係は、図３に示すように、上面カメラ１１の露光時間と上面照明部１３の照明パルス幅（時間）を一致させるとともに、下面カメラ１４の露光時間と下面照明部１６の照明パルス幅（時間）を一致させ、上面撮像機構２の露光時間と、下面撮像機構３の露光時間の位相をずらして、両者が重ならないようにし、両者の照明点灯時間内（露光時間内）にそれぞれ上面画像と下面画像を取得するようにしている。

以上のような装置構成において、上面と下面のそれぞれに実装部品が実装されたプリント基板Ｗが投入部に投入されると、基板搬送機構４によって装置中央部の検査位置に搬送され、上面撮像機構２と下面撮像機構３がＸ・Ｙ軸コントローラ１０によって、定められたコースに沿って移動し、定められた領域を局所的に撮像していく。
そして、取得した画像を画像処理部に送り込み、データを記憶するとともに、予め取得していた正規の画像と比較して検査していく。

この際、上下の照明部１３、１６の照明タイミングの位相をずらすことによって、お互いの撮影時の光が干渉せず、検査のための適切な画像を取得することができる。
また、各照明部１３、１６の照射パルスの照射幅（時間）が、それぞれのカメラ１１、１４の露光時間と同一であるため、それぞれの撮像機構２、３が撮影する際、移動時のブレ等の影響を抑制することができ、適切な画像に基づいて検査することができる。このため、検査精度が向上する。
因みに、本実施例における露光時間および照射パルスの照射幅（時間）は４ｍｓ程度としている。

ところで、以上の実施例では、それぞれのカメラ１１、１４の露光時間と、それぞれの照明部１３、１６の照明パルス幅（時間）を同一にした例を示したが、照明パスス幅（時間）を露光時間より短くするようにしてもよい。

例えば、露光時間を半分に区画し、照明パルス幅（時間）を露光時間の１／２以下にしたカメラを有する２組の撮像機構を配置するとともに、区画された露光時間の一方側の区画時間内に一方の撮像機構のカメラで撮像し、区画された露光時間の他方側の区画時間内に他方側の撮像機構のカメラで撮像できるようにしてもよい。
この場合、例えば、上方と下方に、それぞれ露光時間を同一にセットした２つのカメラを使用しても光が干渉することがなく、検査のための適切な画像で且つブレのない鮮明な画像を取得することができる。
また、露光時間の区画数を更に２つ以上に増やし、照明パルス幅（時間）をそれに合わせて狭くしたカメラを２つ以上設けて撮影するようにしてもよい。

なお、本発明は以上のような実施形態に限定されるものではない。本発明の特許請求の範囲に記載した事項と実質的に同一の構成を有し、同一の作用効果を奏するものは本発明の技術的範囲に属する。
例えば、カメラの露光時間や、照明部の照明パルス幅（時間）等は例示である。

複数のカメラを使用してほぼ同時に多数の画像を取得することができ、この際、ブレ等の少ない画像であるため、外観検査を迅速に且つ正確にできるため、今後の基板等の検査において広い普及が期待される。

１…検査装置、２…上面撮像機構、３…下面撮像機構、１０…Ｘ・Ｙ軸コントローラ、１１…上面カメラ、１３…上面照明部、１４…下面カメラ、１６…下面照明部。

Claims (4)

1. カメラ部と照明部とからなる撮像機構が少なくとも二組以上配設され且つそれぞれの撮像機構がそれぞれの移動制御手段によって独立に移動制御されるとともに、それぞれの撮像機構によって取得されたそれぞれの検査画像に基づいて基板の外観を検査するようにした基板の外観検査装置であって、前記それぞれの撮像機構には、他組の撮像機構の照明部の光が干渉するのを防止しながら画像を取得するため、照明部の照明パルスの照射タイミングの制御及びカメラ部のカメラのシャッターオープンからシャッタークローズまでの時間と照明部の照射パルス幅（時間）との関係を制御する光干渉防止撮像手段が設けられることを特徴とする基板の外観検査装置。
2. 前記光干渉防止撮像手段のカメラ部のカメラのシャッターオープンからシャッタークローズまでの時間と照明部の照射パルス幅（時間）との関係の制御は、照明部の照射パルス幅（時間）をカメラ部のカメラのシャッターオープンからシャッタークローズまでの時間と同一か又はそれ以下に制御し、また、照明部の照明パルスの照射タイミングの制御は、前記それぞれの撮像機構の照明部の照明パルスを自組のカメラ部のシャッターオープンからシャッタークローズまでの時間内に照射するとともに照明パルス照射時の画像を取得できるよう制御し、さらに、前記それぞれの撮像機構に同期を持たせると同時に、それぞれの撮像機構の照明部の照射タイミングの位相を異ならせることによって、他の組の照明部の照明パルス幅（時間）がお互いに重ならないよう制御することを特徴とする請求項１に記載の基板の外観検査装置。
3. 前記撮像機構は、少なくとも基板の上面を撮影する上面撮像機構と基板の下面を撮影する下面撮像機構を含むことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の基板の外観検査装置。
4. 前記外観検査装置は、基板上に搭載された部品の装着状況あるいは基板上のハンダの状態を検査する装置であることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の基板の外観検査装置。
   

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