JP2870695B2 - 実装極性部品の極性検査方法および実装基板外観検査方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、極性を誤って実装された極性部品を検出す
るための実装極性部品の極性検査方法、更にはこの方法
が適用された実装基板外観検査方法に関するものであ
る。

［従来の技術］ ダイオードや電解コンデンサなどの有極性電子部品
（以下、単に極性部品と称す）が基板に実装されるに際
しては、その極性を考慮して正しく実装されなければな
らないが、往々にして極性が逆の状態として実装される
ようになっている。このため実装部品各々についての自
動外観検査（部品表面に文字等が印刷されている場合で
のその自動認識と照合）の際、極性部品に対しては極性
検査が行なわれるようになっている。一般にこの種検査
においては、被検査対象についての二次元画像内の、極
性マークが存在すべき位置にはウィンドウが設定され、
ウィンドウ内二次元画像を処理することによって極性マ
ークが検出された場合は実装状態が正常として判定さ
れ、極性マークが検出されない場合には極性が逆の状
態、即ち、異常として判定されるようになっている。

なお、この種技術に関連するものとしては、特開昭62
−73700号公報が挙げられる。

［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、一概に極性部品といってもその機能種
別や用途によってその形状や大きさ、外部リードの取付
態様はまちまちであり、設計実装位置データ通りに基板
上に実装されたとしても、極性部品によっては実装のそ
の実装位置が設計実装位置より多少ずれたり、あるいは
姿勢状態に傾きが生じるなど、同一極性部品であっても
その実装態様は様々となっている。したがって、設計実
装位置データにもとづき一義的に極性マーク検出用ウィ
ンドウを設定する場合には、極性マークの一部がウィン
ドウ外部にはみ出るなど、極性マークは状態良好にして
検出され得ないものとなっている。因みに、実装態様如
何による極性マーク自体の姿勢状態の変化がそのまま二
次元画像データに現われることになるが、実装態様のバ
ラツキがある範囲内に収まっている場合には、ウィンド
ウ内の二次元画像処理上特に問題とはならない。また、
極性マークの部品表面への印刷位置のバラツキにして
も、ある範囲内に収まっている場合は、特に問題にされ
ることはない。

本発明の目的は、極性部品の実装態様がある範囲内に
収まっている限りにおいては、その極性部品に表示され
ている極性マークのウィンドウ内での存否がより確実に
検出可能とされた、一般的な実装極性部品の極性検査方
法を供するにある。更に本発明の他の目的は、実装位置
がほぼ確定している極性部品に好適とされた極性検査方
法、実装位置が不確定とされた極性部品に好適とされた
極性検査方法、外部リードが観察可とされた極性部品に
好適とされた極性検査方法、極性マーク対応画像データ
からのマーク特徴の抽出可否にもとづく極性検査方法、
極性マークが帯マーク、あるいは矢印マークとされた場
合での極性検査方法、更にはまた実装極性部品について
は、部品種別に応じた極性検査が自動外観検査の際行な
われる実装基板外観検査方法を供するにある。

［課題を解決するための手段］ 上記目的は、部品種別が既知とされた、実装状態にあ
る極性部品についての二次元画像データに対する画像処
理よりその部品の位置および大きさを検出した後は、そ
のデータ中の極性マークが存在すべき位置にウィンドウ
を設定し、そのウィンドウ内二次元画像データを画像処
理することによって検出された極性マークの存否を以
て、実装状態にある極性部品の極性を検査することで達
成される。更に他の目的は、部品種別上実装位置がほぼ
確定している極性部品については、二次元画像データに
即ウィンドウを設定することで、部品種別上実装位置が
不確定な極性部品については、その部品の全体、あるい
は特徴的部分についての二次元画像データに対する画像
処理によって、その部品の位置および大きさを検出する
ことで、二次元画像データ中に、特徴的部分として外部
リード対応二次元画像データが存在する極性部品につい
ては、リード検出用ウィンドウの設定位置更新による外
部リード追跡によって、その部品の位置および大きさを
検出することで、ウィンドウ内二次元画像データから
の、極性マーク対応二次元画像データの特徴部分の抽出
可否を以て極性を検査することで、極性マークとしての
帯マークの存否は、ウィンドウ内二次元画像データに対
する、帯方向への投影分布からの帯マークの特徴部分抽
出可否を以て検出することで、極性マークとしての矢印
マークの存否は、ウィンドウ内二次元画像データに対す
る、矢印方向とは直交する方向への投影分布からの矢印
マーク尾部部分抽出可否を以て検出することでそれぞれ
達成される。更にまた基板上に実装された部品に対し自
動外観検査を行なうに際しては、極性部品に対してはそ
の部品種別に応じた極性検査方法を適用することで達成
される。

［作用］ 極性マーク検出のための二次元画像データへのウィン
ドウは極性部品各々の設計実装位置データからの相対的
位置関係としてではなく、実際の実装位置からの相対的
位置関係として設定されるようにしたものである。ウィ
ンドウ設定のためには一般に極性部品の二次元画像デー
タより実際の実装位置を求めることが必要とされるが、
部品種別上実際の実装位置が設計実装位置データにほぼ
一致していると考えられる極性部品に対しては、実際の
実装位置を求めることなく即ウィンドウを設定すればよ
いというものである。極性部品の実際の実装位置は一般
にその部品全体、あるいはその一部としての特徴的部分
についての二次元画像データより求められるが、特に外
部リードについての画像データが二次元画像データ中に
存在する極性部品については、外部リードについての画
像データより極性部品の実際の実装位置を求め得るとい
うものである。極性部品の実際の実装位置にもとづき二
次元画像データにウィンドウを設定する場合は、ウィン
ドウは極性マークが存在すべき位置に適正に設定され得
るものである。適正に設定されたウィンドウ内二次元画
像データを処理することによって極性マークの存否が検
出され、これを以て極性部品の極性検査を行ない得るも
のである。特に極性マークとしての帯マークや矢印マー
クはウィンドウ内二次元画像データに対し所定方向より
投影分布をとることによってマーク特徴部分を抽出可能
であり、抽出可否を以て極性検査を行ない得ることにな
る。更にまた、自動外観検査の際、極性部品に対しては
その部品種別に応じた極性検査方法を適用すれば、自動
外観検査の一環として極性検査を行ない得ることにな
る。

［実施例］ 以下、本発明を第１図から第８図により説明する。

先ず本発明に係る実装基板自動外観検査装置について
説明すれば、第２図はその一例での外観構成を、また、
第３図はその一構成要素としての認識装置を中心とした
一例でのブロック構成を示したものである。この装置で
は通常の自動外観検査の他、基板上に実装されたコンデ
ンサ・ダイオード等の極性部品の極性状態を判定し、予
め用意されているデータと照合することによって、設計
通りの極性状態として正しく極性部品が実装されている
か否かが自動的に検査されるようになっている。

この装置は具体的には第２図に示すように、極性部品
を含む各種部品が実装された基板を移動させ認識対象部
品を所定の位置に設定するためのXYテーブル１、その認
識対象部品を均一に照明するための照明装置２、認識対
象部品についての画像を撮像するためのTVカメラ３、TV
カメラ３からのその画像を処理するための認識装置４、
撮像した画像、または処理した画像を表示するためのモ
ニタ５、それら装置の動作を制御・指示するためのオペ
レーションパネル６、各種データを入力・表示するため
のキーボード７・CRT8、検査結果を出力するためのプリ
ンタ９などを含むようにして構成されたものとなってい
る。

また、認識装置４は第３図に示すように、TVカメラ３
からの入力画像を量子化（多値化）したうえ画像メモリ
10に格納したり、画像メモリ10に格納された入力画像の
モニタ５への出力を行なう画像入出力ボード11や、高速
演算処理を行なうDSPボード12、ハードディスク13・フ
ロッピーディスク14をコントロールするためのディスク
コントローラ15、XYテーブル１とこれのＺ軸をコントロ
ールするためのXYZコントローラ16、装置前面の設定パ
ネル６からの割込み入力を行なうためのDI/O17、以上全
体を制御するためのCPU18を含むようにして構成された
ものとなっている。

TVカメラ３からの入力画像データは予め記述・格納さ
れているプログラムに従ってCPU18から発せられる指令
により画像入出力ボード11内の画像メモリ10、あるいは
DSPボード12内の画像メモリ19、またはその双方に格納
可とされる一方、CPU18からの指令によって画像メモリ1
0内の画像データは直接に、また、画像メモリ19内の画
像データは同じくDSPボード12内にある命令語メモリ20
に格納されている命令と共にDSP（ディジタル・シグナ
ル・プロセッサ）21内部に取り込まれたうえ処理される
ようになっている。

さて、第１図は本発明に係る極性部品に対する極性検
査処理の一般的な全体的フローを示したものである。極
性部品はその部品種別上一般にその実装位置がほぼ設計
実装位置データ通りのものと、そうではないものとに分
類され、更にそうではないものはたて置型のものと、非
たて置型のものとに分類されるようになっている。実装
位置がほぼ設計実装位置データ通りの極性部品について
は特に実際の実装位置を検出することは要されないが、
それ以外の極性部品についてはその実装位置が求められ
るようになっている。

即ち、認識対象（極性検査対象）としての極性部はXY
テーブルの移動によってTVカメラ直下に位置設定された
状態で、その全体がTVカメラによって撮像されるように
なっている（ステップS1）。次にその極性部品の部品種
別は予め知れているので、これよりそれがたて置型極性
部品であるか否かが判定されるようになっている（ステ
ップS2）。もしも、それがたて置型極性部品である場合
は、その実装位置を検出すべく大まかに大きく設定され
たウィンドウ内二次元画像データ（多値化）は、この画
像データ自体より自動的に決定されるスライスレベルに
よって２値化された後は、領域分割（セグメンテーショ
ン）処理が行なわれることによって、その実装位置が検
出されるようになっているものである（ステップS3〜S
5）。また、もしも、非たて置型極性部品であると判定
されたならば、それが（外部）リード検出可能極性部品
であるか否かが判定されるようになっている（ステップ
S6）。リード検出可能極性部品であれば、リード検出用
ウィンドウの設定によって外部リードの位置が検出され
た後は、検出されたリード位置を始点としてそのウィン
ドウの設定位置更新によるリード追跡によって、その実
装位置が検出されるようになっている（ステップS7,S
8）。もしも、リード検出可能極性部品ではないと判定
された場合には、その極性部品の実装位置は設計実装位
置データそのものとして扱われるものである。

以上のようにして、実際に検出された実装位置、ある
いは設計実装位置データを実装位置として、極性マーク
検出のためのウィンドウが二次元画像データ（多値化）
に設定されるが、ウィンドウは実装位置を基準として、
部品種別に応じた相対的位置関係として設定されるよう
になっている（ステップS9）。このウィンドウ内二次元
画像に対しヒストグラム、あるいは投影分布を求めるこ
とによって、その分布状況からは極性マークの存否や方
向が知れるものである（ステップS10）。その存否や方
向を以て、極性部品が正しい極性状態として実装されて
いるか否かが検査されるもので有る（ステップS11）。

第４図は極性検査対象としての極性部品の各種例を示
したものである。これによる場合、角型タンタルコンデ
ンサ（部品１）については、外部リードが部品下部にあ
ってそれをTVカメラによって捉えることは不可能であ
り、しかもその実装位置はほぼ確定しているので、その
全体が撮像された後即極性マーク検出用ウィンドウが設
定されるようになっている。一般にこの種の部品に対し
ては、即極性マーク検出用ウィンドウが設定されること
によって、極性検査処理が速やかに行なわれるものとな
っている。

また、ダイオード（部品２）やタンタルコンデンサ
（部品３）、ガラスダイオード（部品４）、よこ置型電
解コンデンサ（部品６）、アルミコンデンサ（部品７）
などは、水平方向に延びた外部リードによって基板上に
実装位置不確定として実装されていることから、リード
検出用ウィンドウの設定位置更新によるリード追跡によ
ってその実装位置が検出されるようになっている。その
後極性マーク検出用ウィンドウが所定の相対位置関係を
以て設定されるものである。外部リードがTVカメラによ
って捉え得る極性部品については、一般にこのような方
法によってその実装位置が検出可能となっているもので
ある。

更にたて置型電解コンデンサ（部品５）については、
その外部リードが部品下部にあってそれをTVカメラによ
って捉えることは不可能であり、しかもその実装姿勢状
態は傾いているなど、不確定として基板上に実装されて
いることから、極性マークが付されている上部面の位置
を検出する必要があるものとなっている。その上部面に
おける金属表面は外部リードと同様高レベル画像データ
として撮像され得るので、大まかに設定された対象画像
データ切出用ウィンドウ内の画像データを処理すること
によって、その上部面の中心位置（実装位置に相当し、
＋印として表示）とその大きさが検出されるものとなっ
ている。中心位置が求められたならば、極性マーク検出
用ウィンドウが所定の相対位置関係を以て設定されるも
のである。

なお、必要に応じ極性部品自体、あるいはその上部面
の大きさが併せて検出されているが、これは、実装位置
を検出するのに必要な場合もあれば、代替品の存在を検
出するのにも有効となっている。もしも、代替品が実装
されている場合には、それに応じた極性検査処理が行な
われるようになっている。また、実装位置検出方法とし
ては、基板上に予め形成された実装位置識別マークパタ
ーンを利用することも可能となっている。部品種別やそ
の大きさ、形状などを考慮して設計実装位置データにも
とづき適当なマークパターンを基板上に形成せしめてお
く場合は、画像処理によってマークパターンに対する部
品の実装状態のずれが知れ、これより実装位置が知れる
というわけである。

ここで、外部リード追跡による実装位置の検出方法に
ついてより詳細に説明すれば、第５図に示すようであ
る。

即ち、極性部品がダイオードであるとした場合、ダイ
オード22は理想的には設計実装位置データ通りに破線表
示の如く実装されるのが望ましいといえる。理想的に実
装された場合、極性マーク検出用ウィンドウ（１点鎖線
表示）23は図示の如くに一義的に設定され得るが、ダイ
オード22の実際の実装状態が実線表示の如くに理想状態
よりずれている場合には、極性マーク検出用ウィンドウ
23によっては極性マーク（黒点集合表示）を良好に認識
し得ないというわけである。理想状態からのずれに応じ
て極性マーク検出用ウィンドウ27が設定される場合は、
極性マークを良好に認識することが可能となるが、その
ためにはダイオード22の実際の実装位置を検出したう
え、これにもとづき極性マーク検出用ウィンドウを設定
すればよいというものである。幸いダイオード22の外部
リード25の基板へのリード挿入位置24は設計実装位置デ
ータ通りであり、しかも外部リード25に対する画像デー
タは高レベルデータとなっていることから、リード挿入
位置24近くを初期設定位置としてリード検出用ウィンド
ウ26の設定位置が更新される度にリード位置28を検出す
るようにすれば、ダイオード22本体への外部リード取付
位置29が求められることになる。これら外部リード取付
位置29よりダイオード22本体の実装位置が求められ、そ
の実装位置にもとづいては極性マーク検出用ウィンドウ
が適正に設定されるものである。

次に、たて置型電解コンデンサについての実装位置検
出方法について説明すれば、一般にたて置型電解コンデ
ンサは傾いた状態で実装されている場合があり、このよ
うな場合を想定して第６図（ａ）に示すように、たて置
型電解コンデンサ31の画像データには対象画像データ切
出用ウィンドウ30が大まかに設定されるようになってい
る。このウィンドウ30内画像データは、この画像データ
についてのヒストグラムより自動的に定められるスライ
スレベルによって２値化された後は、第６図（ｂ）に示
すように領域分割（セグメンテーション）処理が行なわ
れることによって、コンデンサヘッドとしての金属部領
域32が検出されるようになっている。この金属部領域よ
り算出された重心位置（＋印表示）が実装位置として求
められるわけであり、これにもとづき極性マーク検出用
ウィンドウ33が設定される場合は、実装状態にあるたて
置型電解コンデンサ31の極性状態が検査され得るもので
ある。他のたて置型極性部品についても同様な方法が採
られることによって、その極性状態が検査されるもので
ある。

更に極性マーク検出方法について説明すれば、極性マ
ークとしての帯マークは第７図に示すように検出可とな
っている。即ち、第７図（ａ），（ｂ）に示すように、
極性マーク検出用ウィンドウ内画像データに対し帯方向
に投影分布を求めたうえフィルタリング処理すれば、そ
の投影分布は棒グラフ状のものとして得られることにな
る。この分布は一定以上の明るさをもつ領域となるべく
領域分割されるが、これら領域の中にもしも帯マークの
幅に近く、しかも所定以上の明るさをもつものがあれ
ば、これを帯マークとして検出すればよいものである。
もしも、帯マークが背景に比し暗い場合には、帯マーク
の幅に近く、しかも所定以下の明るさをもつ領域を帯マ
ークとして検出すればよいものである。したがって、こ
のような帯マーク検出方法によれば、第７図（ｃ）に示
すように実装位置が設計実装位置データ通りである極性
部品に例え水平面内において多少回転ずれが生じていて
も、その帯マークは安定に検出され得るものである。極
性マーク検出用ウィンドウ内に外乱としての細線パター
ン（基板上に予め形成されたもの）が存在する場合で
も、帯マーク検出原理にもとづき良好に帯マークが検出
されるものである。

次に極性マークとしての矢印マークの向きを検出する
方法について説明すれば、第８図（ａ），（ｂ）に示す
ようである。

即ち、先ず極性部品上に設定された極性マーク検出用
ウィンドウ内画像データに対しては、矢印の方向とは直
交する方向に投影分布が求められ、この投影分布の形状
を解析することにより矢印の向きが判定されるようにな
っている。一般に矢印の先端はノイズ等の影響で形状が
不安定なためにそれを抽出することが困難となってい
る。一方、その反面矢印の尾部はノイズの影響を受けに
くく形状が一定であり、これに着目し矢印の尾部の抽出
を以て矢印マークの向きが判定可能となっている。

最後に基板上に実装された極性部品についての極性検
査、あるいは極性部品を含む実装部品に対し自動外観検
査を行なう際に必要とされるデータについて説明すれ
ば、データはシーケンスデータとタイプデータとに大別
されるものとなっている。シーケンスデータはCAD装置
で作製された、実装部品各々についての設計実装位置デ
ータであり、その実装部品の回路名や基本実装位置デー
タ、実装方向、タイプデータ種別を含むようにして構成
されたものとなっている。一方、タイプデータはタイプ
データ種別（部品種別）対応のものであり、その部品の
認識上必要とされる各種データ（TVカメラ選択制御コー
ド（小／大視野系、あるいはX/Y方向系）、高さコード
（その部品の基板上での高さ）、ウィンドウ設定位置デ
ータ（文字／極性マークの認識・検出のための各種ウィ
ンドウの設定位置データ））を含むようにして構成され
たものとなっている。これらシーケンスデータ、タイプ
データは独立とされ、実装基板自動外観検査に具備され
ているキーボードとCRTによって独立に設定・修正・消
去可となっている。実装部品はシーケンスデータの順に
自動外観検査、あるいは極性検査されるが、その際には
タイプデータが参照されるようになっているものであ
る。

［発明の効果］ 以上のように請求項１によれば、極性部品の実装態様
がある範囲内に収まっている限りにおいては、その極性
部品に表示されている極性マークのウィンドウ内での存
否がより確実に検出可とされ、請求項２による場合は、
実装位置がほぼ確定している極性部品に好適とされ、請
求項３による場合には、実装位置が不確定とされた極性
部品に好適とされたものとなっている。また、請求項４
によれば、外部リードが観察可とされた極性部品に好適
とされた極性検査方法、請求項５による場合は極性マー
ク対応画像データからのマーク特徴の抽出可否にもとづ
く極性検査方法、請求項6,7による場合には、極性マー
クが帯マーク、あるいは矢印マークとされた場合での極
性検査方法、更に請求項８によれば、実装極性部品につ
いては部品種別に応じた極性検査が自動外観検査の際併
せて行なわれることになる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明に係る極性部品に対する極性検査処理
の一般的な全体的フローを示す図、第２図は、本発明に
係る実装基板自動外観検査装置の一例での外観構成を示
す図、第３図は、その一構成要素としての認識装置を中
心とした一例でのブロック構成を示す図、第４図は、極
性検査対象としての極性部品の各種例を示す図、第５図
は、外部リード追跡による実装位置検出方法を説明する
ための図、第６図（ａ），（ｂ）は、たて置型極性部品
としての電解コンデンサについての実装位置検出方法を
説明するための図、第７図（ａ）〜（ｃ）は、極性マー
クとしての帯マークの検出方法を説明するための図、第
８図（ａ），（ｂ）は、極性マークとしての矢印マーク
の検出方法を説明するための図である。 １…XYテーブル、２…照明装置、３…TVカメラ、４…認
識装置、５…モニタ、６…オペレーションパネル、７…
キーボード、８…CRT、９…プリンタ。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 矢野 爽一 千葉県習志野市東習志野７丁目１番１号 日立京葉エンジニアリング株式会社内 (56)参考文献 特開 昭63−135849（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−106503（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−19078（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−73700（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−77707（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−76903（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) G01B 11/00 - 11/30 G01N 21/84 - 21/91 H05K 13/00 - 13/08

Claims (8)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】部品種別が既知とされた、実装状態にある
   極性部品についての二次元画像データに対する画像処理
   より該部品の位置および大きさを検出した後は、該デー
   タ中の極性マークが存在すべき位置にウィンドウを設定
   し、該ウィンドウ内二次元画像データを画像処理するこ
   とによって検出された極性マークの存否を以て、実装状
   態にある極性部品の極性が検査される、実装極性部品の
   極性検査方法。
2. 【請求項２】部品種別上実装位置がほぼ確定している極
   性部品については、二次元画像データに即ウィンドウが
   設定される、請求項１の実装極性部品の極性検査方法。
3. 【請求項３】部品種別上実装位置が不確定な極性部品に
   ついては、該部品の全体、あるいは特徴的部分について
   の二次元画像データに対する画像処理によって、該部品
   の位置および大きさが検出される、請求項１の実装極性
   部品の極性検査方法。
4. 【請求項４】二次元画像データ中に、特徴的部分として
   外部リード対応二次元画像データが存在する極性部品に
   ついては、リード検出用ウィンドウの設定位置更新によ
   る外部リード追跡によって、該部品の位置および大きさ
   が検出される、請求項３の実装極性部品の極性検査方
   法。
5. 【請求項５】ウィンドウ内二次元画像データからの、極
   性マーク対応二次元画像データのマーク特徴部分の抽出
   可否を以て極性が検査される、請求項1,2,3,4の何れか
   の実装極性部品の極性検査方法。
6. 【請求項６】極性マークとしての帯マークの存否は、ウ
   ィンドウ内二次元画像データに対する、帯方向への投影
   分布からの帯マークの特徴部分抽出可否を以て検出され
   る、請求項５の実装極性部品の極性検査方法。
7. 【請求項７】極性マークとしての矢印マークの存否は、
   ウィンドウ内二次元画像データに対する、矢印方向とは
   直交する方向への投影分布からの矢印マーク尾部部分抽
   出可否を以て検出される、請求項５の実装極性部品の極
   性検査方法。
8. 【請求項８】基板上に実装された部品に対し自動外観検
   査を行なうに際し、極性部品に対しては請求項1,2,3,4,
   5,6,7の何れかの極性検査方法が部品種別に応じて併せ
   て適用される、実装基板外観検査方法。