JP3106370B2 - グラフ情報によるプリント基板の欠陥検出及び種別認識方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、プリント配線板の検査
装置に関し、特に、位相幾何によるグラフ情報を利用し
たプリント基板の欠陥検出及び種別認識方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来におけるこの種のプリント基板の欠
陥検出方法としては、先ず第１の方法として、図１８、
図１９に示す方法が知られている。

【０００３】図１８において、Ｘ−Ｙテーブル１に載置
されたマスタプリント基板（標準プリント基板）２の表
面パターンはＣＣＤカメラ３によって撮像され、その画
像データは、白黒２値化回路４によって２値化されて白
黒２値化データとなり、圧縮率１／５〜１／２０程度の
データ圧縮回路２５を通して画像データメモリ２６に格
納される。次にＸ−Ｙテーブル１に図１９に示す如く被
検査プリント基板２’が載置され、マスタプリント基板
２と同様に処理され、被検査プリント基板画像データ位
置補正回路２８に導かれる。

【０００４】前述した如く、メモリ２６にはマスタプリ
ント基板２の画像データが格納されており、この画像デ
ータは画像伸張回路２７により完全に復元されて欠陥検
出回路２９に導かれる。ここで、位置補正回路２８によ
り位置補正された前記補正された被検査プリント基板
２’の画像データは欠陥検出回路２９において画像伸張
回路２７より出力されるマスタプリント基板２の画像デ
ータと比較され欠陥があればその欠陥が検出される。

【０００５】 従来における第２の方法としては、Ｘ−
Ｙテーブル１、ＣＣＤカメラ３及び白黒２値化回路４を
マスタプリント基板及び被検査プリント基板にそれぞれ
専用に２組配備し、各２値化回路４からそれぞれ出力さ
れたマスタプリント基板の画像データと被検査プリント
基板の画像データをメモリを用いずに直接欠陥検出回路
２９に導入して両者を比較し、欠陥を検出する方法が知
られている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た第１の検出方法に用いられている画像データメモリ２
６は、プリント基板全体の画像データを記憶させる必要
がある為に、記憶容量が極めて大きいものとなる欠点が
あった。更にマスタプリント基板画像データと被検査プ
リント基板画像データの位置合せはハードウェア的に重
ね合せて位置合わせをする為に完全な位置合せが必要と
なり、少しでもずれが生ずると誤差が発生する欠点があ
った。

【０００７】また、上述した第２の検出方法は、Ｘ−Ｙ
テーブル、ＣＣＤカメラ及び白黒２値化回路を２組必要
とする為に、物理的に装置規模が大きくなる欠点、及び
マスタプリント基板画像データと被検査プリント基板画
像データとの機械的な位置合せを必要とするので、上記
第１の検出方法と同様に位置合せ誤差に起因する検出誤
差が発生する虞があった。

【０００８】 本発明は従来の上記実情に鑑みてなされ
たものであり、従って本発明の目的は、従来の技術に内
在する上記諸欠点を解消し、小容量のメモリを使用して
位置合わせ誤差もなく的確にして迅速に欠陥を検出する
ことを可能としたプリント基板の新規な欠陥検出方法を
提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成する為
に、本発明に係るグラフ情報によるプリント基板の欠陥
検出及び種別認識方法は、正常な標準とするプリント基
板の導体及び背景から得られる外部・内部輪郭線及び骨
格線から各節点と各辺を各々標準節点、標準辺とする標
準グラフを作成し、被検査プリント基板の導体及び背景
から得られる骨格線から被検査グラフを作成し、該被検
査グラフと前記標準グラフとを比較し、各節点と各辺を
正常節点、欠陥隣接節点、欠陥候補節点、欠陥節点、正
常辺、準正常辺、欠陥候補辺に分類し、次いで各節点に
接続される各辺の種類と数から各節点の次数を計算し、
その次数によって欠陥の検出と断線、短絡、突起、くわ
れ、ピンホール、残銅などの欠陥の種類を判別すること
を特徴としている。

【００１０】［発明の原理］本発明の一実施例を説明す
る前に、本発明の根底の基本となるプリント基板画像の
位相幾何学的性質及びその周辺技術について簡単に説明
する。

【００１１】［プリント基板画像の位相幾何学的性質］
プリント基板に光を照射して得られる濃淡画像の白黒２
値化像において「黒」は導体部、「白」は基板を表す。
黒つまり導体の背景に対する境界線は閉曲線になり、ホ
ールがある場合には背景の白を囲む閉曲線になる。一般
には黒の閉曲線の中にいくつかの白の閉曲線のある図形
になる。一方白の背景部分は画像の端で切れていること
もあるが、外側には画像がないと仮定すれば黒の導体と
同様に白の境界も閉曲線になる。従って一般には白の閉
曲線の中に黒の閉曲線が存在する。

【００１２】黒及び白の各閉曲線に対して中心線を求め
る。これは閉曲線に沿って一巡しながら細線化すれば得
られる。中に白の閉曲線がある場合には、厳密には、白
の部分から黒の方に細線化する必要があるが外部の黒の
閉曲線のみで細線化しても位相情報を失うことはない。

【００１３】このようにして求められた中心線の集まり
は、中心線の端といくつかの中心線が交差する位置を節
点とし、節点間が線分で結ばれるグラフとなる。尚ラン
ドにスルホールがある場合には、その導体を表すグラフ
はループになる。導体の位相幾何情報を表すグラフ（Ｇ
ｃ）を単に導体グラフと定義する。また基板の位相を表
すグラフ（Ｇｂ）を背景グラフと定義する。

【００１４】また、画像の周辺（上下左右の端の位置）
にある節点を周辺節点といい、その他を内部節点と定義
する。

【００１５】導体グラフＧｃと背景グラフＧｂは各々い
くつかの連結成分から構成されるから、次の式数１、数
２によって与えられる。

【００１６】

【数１】

【数２】

【実施例】次に本発明をその好ましい一実施例について
図面を参照しながら導体グラフについて具体的に説明す
る。

【００１７】 図１は本発明に係る標準導体グラフを抽
出する方法を説明するための標準導体グラフ抽出装置の
一実施例を示すブロック構成図、図２は本発明に係る被
検査プリント基板の導体グラフを抽出して欠陥検出する
方法を説明するための被検査プリント基板導体グラフ抽
出欠陥検出装置の一実施例を示すブロック構成図であ
る。

【００１８】図１を参照するに、標準導体グラフは、Ｘ
−Ｙテーブル１を移動してＣＣＤカメラ３で得られる標
準プリント基板２の２値化画像をもとに、導体グラフ抽
出処理部６で生成され、標準導体グラフ・メモリ７に格
納される。同時に外部・内部輪郭線抽出処理部８、１０
で生成された内部・外部輪郭線情報は、外部・内部輪郭
線メモリ９、１１に格納される。

【００１９】 同様にして図２で示すように、被検査プ
リント基板２’の導体グラフを生成し、本発明に係る方
法を用いた欠陥検出処理部１３で被検査プリント基板
２’の欠陥検出と種別判定を行う。

【００２０】１．標準導体グラフの生成 （１）、輪郭線及び骨格線の生成と、輪郭線のラベル付
け 標準プリント基板の多値画像を２値化し、導体部分につ
いて外部・内部輪郭線及び骨格線を得る。

【００２１】 導体パターン画像 ↓ ２値化（図３参照） ↓ 輪郭線（図４参照）（導体パターンの輪郭）（以下外部輪郭線と言う） ↓ 欠陥・精度検出輪郭線（図５参照）（以下内部輪郭線と言う） ↓ 骨格線（図６参照） 外部輪郭線は導体パターン周囲の輪郭線（一点鎖線）
で、ラベルをＣ１、Ｃ２、…として登録する。内部輪郭
線は導体パターンの輪郭線を追跡し、細線化しながら骨
格線を得る途中の過程で、実際の輪郭線より細くした骨
格線に近い導体パターンの輪郭線（二点鎖線）で、ラベ
ルをＣ１’、Ｃ２’、…として登録する。

【００２２】（２）、骨格線の節点と辺のラベル付け １つの連続した骨格線においてその端点及び骨格線が交
差する接点（標準節点）、及び骨格線を辺（標準辺）と
してグラフに変換する。骨格線がループになりそのグラ
フが他の辺に接していない完全な自己ループになる場合
には、ループ上に適当な節点を設け自己ループからなる
グラフとする。

【００２３】辺は骨格線の端の節点から骨格線を追跡
し、次の節点までを座標点列（例えば１０画素毎）で表
し、ラベルをＧ１、Ｇ２、…として登録する。

【００２４】節点と辺の情報は次のように表す。

【００２５】節点名（節点の種類、次数、接続する辺
名） （例） Ｖｈ＝（正常，δ（Ｖｈ），ｅｊ） δ（Ｖｈ）はＶｈの次数で、節点から出ている辺の数を
表す。

【００２６】辺名 （辺の種類、両節点間の座標点列、
属する内部輪郭線） （例）ｅｉ＝（Ｖｐ，Ｖｑ） ＝（正常，（Ｘ０，Ｙ０）（Ｘ１，Ｙ１）…… ……（Ｘｎ，Ｙｎ），Ｃｊ’） 標準導体グラフでは、辺と節点の種類は正常とする。

【００２７】以上の操作をすべての骨格線に適用してグ
ラフを生成すると、連続した導体パターンの数に等しい
成分数（ｋ個とする）のグラフができる。標準導体グラ
フをＧｃ（ｓ）とすると、Ｇｃ（ｓ）は式数３にて表わ
される。

【００２８】

【数３】 Ｇｃ（ｓ）＝Ｇc1（ｓ）∪Ｇc2（ｓ）∪……∪Ｇck
（ｓ） ２．被検査プリント基板の導体グラフの生成 （１）、骨格線の生成 被検査プリント基板の多値画像を２値化し、導体部分に
ついて骨格線を得る。

【００２９】 （２）、骨格線と節点と辺のラベル付け 標準プリント基板と同様、骨格線から被検査導体グラフ
Ｇｃ（ｔ）を作成する。

【００３０】

【数４】 Ｇｃ（ｔ）＝Ｇc1（ｔ）∪Ｇc2（ｔ）∪…∪Ｇck’（ｔ） この時点では節点と辺のラベル情報の中で、辺と節点の
種類は未決定（空白）とする。

【００３１】３．標準導体グラフＧｃ（ｓ）と被検査グ
ラフＧｃ（ｔ）の比較 ３．１ 被検査節点の分類 Ｇｃ（ｓ）とＧｃ（ｔ）の節点を位置的に対応させ、次
のように比較分類する（図９、図１０、図１１、図１
２）。

【００３２】（１）、Ｇｃ（ｔ）の節点がＧｃ（ｓ）の
それとある許容の範囲で（ある条件下で）同一視（座標
の位置で判定）される節点を正常接点（黒丸●）とす
る。近傍に同一と見なされる節点が２つ以上ある時に
は、骨格線上で近い方を選択する。

【００３３】（２）、同一視されない節点で、内部輪郭
線の内側にある節点を欠陥隣接節点（三角△）とする。

【００３４】（３）、同一視されない節点で、内部輪郭
線の外側にあるが外部輪郭線の内側にある節点を欠陥候
補節点（白丸○）とする。

【００３５】（４）、外部輪郭線外にあるその他の節点
を欠陥節点（二重丸◎）とする。

【００３６】３．２ 被検査辺の分類 標準グラフＧｃ１（ｓ）からスタートし、各々Ｇｃｉ
（ｓ）（１≦ｉ≦ｋ）を構成する標準辺に対し、被検査
グラフＧｃｉ（ｔ）がどのように対応しているか調べ
る。Ｇｃｉ（ｓ）のＶｐからＶｑへの座標点列をなぞ
り、この点列上（標準辺上に）Ｇｃｉ（ｔ）の節点があ
るかどうか調べる。またその節点までの辺が標準辺の部
分と同じであるか（位置にあるか）調べ、次のようにＧ
ｃｉ（ｔ）の各辺を比較分類する。検索する節点の範囲
は基本的に外部輪郭線の内側で、外側におよんだ場合は
一つの節点までとし、その場所から折り返す（図１１、
図１２参照）。

【００３７】（ａ）、標準辺と同じ座標列上にあれば正
常辺（実線）とする。

【００３８】（ｂ）、標準辺とは完全には一致しない
が、全点列が内部輪郭線の内側に位置する場合、準正常
辺（一点鎖線）とする。

【００３９】（ｃ）、連続した点列の一部が内部輪郭線
からはみ出しているときには欠陥候補辺（点線）とす
る。

【００４０】（ｄ）、標準辺上になく、外部輪郭線外に
あるときにはこの辺は欠陥候補辺（点線）とする。

【００４１】４．欠陥検出と種別判別 ４．１ 標準辺が自己ループでない場合 標準グラフの辺ｅｉ＝（Ｖｐ、Ｖｑ）が自己ループでな
いとき、即ちＶｐ≠Ｖｑに対応する被検査グラフについ
て調べる。

【００４２】被検査グラフＧｃｉ（ｔ）において、導体
パターン内にある節点を調べ、各節点Ｖｈ’の次数δ
（Ｖ）＝ｄ（α、β、γ）を計算する。ただしαはＶか
らでている正常辺（実線）の数、βは準正常辺（一点鎖
線）の数、γは欠陥候補辺（点線）の数、ｄ＝α＋β＋
γで節点Ｖｈ’の次数を示す。

【００４３】（１）、次数が１（０、０、１）である欠
陥節点または欠陥候補節点は突起（ひげ）を表す節点で
あり、接続先節点とともに突起の位置を示す。１（０、
１、０）の欠陥近接節点でもその接続先が次数３の欠陥
候補節点または欠陥隣接接点の場合は突起である。突起
を表す接点とその接続辺をすべて除き、次数も再登録す
る。さらに次数２の接点も消去する（図１１ Ｖｆ
４’）。

【００４４】（２）、連続して近傍に位置する欠陥候補
接点または欠陥隣接節点の次数が３で、この２節点を含
むループがあるかどうか確認する。あればこれはホール
である。ホールを表す節点とその接続辺をすべて除き、
次数も再登録する（図１１Ｖｅ３’、Ｖｅ４’）。

【００４５】（３）、連続して近傍に位置する２つの欠
陥候補節点または欠陥隣接節点の次数が１で、かつ互い
に接続されていないとき、次数１の２つの節点は断線で
ある（図１１ Ｖａ３’、Ｖａ４’）。

【００４６】（４）、次数３の欠陥節点、欠陥候補節点
または欠陥隣接節点が欠陥候補辺によって、他の被検査
グラフの節点と接続されているとき短絡である（図１１
Ｖｂ３’、Ｖｃ３’） ４．２ 標準辺が自己ループの場合 Ｖｐ’から正常辺または準正常辺からなるループがあれ
ば、欠陥なしと判断する。ループがなければ突起がある
かどうか調べ、あれば対応する辺を除いたグラフを再度
調べる。短絡があるかチェックし、断線の候補が１つな
ら断線か中心位置ずれとする。この場合節点対が標準ル
ープの位置より離れるときは欠陥は中心位置ずれによる
ものとし、近い場合には断線とする。

【００４７】４．３ 標準グラフまたは、被検査グラフ
上に対応する節点がない場合 （１）、標準節点の近傍に欠陥候補節点または欠陥節点
があるときには、パターン長や形状の欠陥とする（長す
ぎるとか短すぎるなど）。

【００４８】（２）、標準グラフ上に標準節点があまる
ときは、パターン欠落とする。

【００４９】（３）、被検査グラフ上に欠陥節点がある
ときは、残銅とする（図１１ Ｖｊ１’、Ｖｊ２’）。

【００５０】４．４ 欠陥候補辺が単独である場合 欠陥節点または欠陥候補節点に接続されない欠陥候補辺
は線幅異常（パターン細り、または太り）とする（図１
１ ｅｇ１’）。

【００５１】 図１５、図１６、図１７に本発明に係る
プリント基板の欠陥検出方法における一実施例の動作フ
ローを示している。

【００５２】図１５〜図１７において、図１５のは図
１６のに接続され、図１５のは図１７のに接続さ
れる。

【００５３】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
以下に示す諸効果が得られる。

【００５４】（１）、全体の基板の画像データがＮ個の
ウィンドゥに分割されて処理され、１個のウィンドゥに
対応する画像データを格納するメモリが用意されればよ
いので、メモリ容量が極めて小さいものでよい。

【００５５】（２）、節点での位置合わせの採用により
機械的厳密な位置合わせが不用となり、処理操作が極端
に簡単なる。

【００５６】（３）、上記（１）、（２）、その他の理
由により全体のシステムの構成規模が小型化される。

【００５７】（４）、比較的簡単な構成により、大規模
欠陥のみならず微小欠陥も迅速にして容易に、しかも的
確に検出することができる。

【００５８】（５）、ＣＡＤデータから標準の導体及び
背景グラフを作成し、これと検査用プリント基板の導体
グラフを比較することができる。

【００５９】（６）、欠陥種別を判断することで、ある
位置でのある種類の欠陥は欠陥としないことが可能とな
る。例えばスルーホールの位置ずれ等。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明に係る標準導体グラフを抽出する方法
を説明するための標準導体グラフ抽出装置の一実施例を
示すブロック構成図である。

【図２】 本発明に係る被検査プリント基板の導体グラ
フを抽出して欠陥検出する方法を説明するための被検査
プリント基板導体グラフ抽出欠陥検出装置の一実施例を
示すブロック構成図である。

【図３】標準プリント基板の２値化画像を示す図であ
る。

【図４】標準プリント基板の外部輪郭線を示す図であ
る。

【図５】標準プリント基板の内部輪郭線を示す図であ
る。

【図６】標準プリント基板の骨格線を示す図である。

【図７】被検査プリント基板の２値化画像を示す図であ
る。

【図８】被検査プリント基板の骨格線を示す図である。

【図９】標準プリント基板の外部輪郭線と被検査プリン
ト基板の骨格線を示す図である。

【図１０】標準プリント基板の内部輪郭線と被検査プリ
ント基板の骨格線を示す図である。

【図１１】被検査プリント基板の骨格線を示す図であ
る。

【図１２】被検査プリント基板の骨格線を示す図であ
る。

【図１３】標準導体グラフ・リスト（その１）を示す図
である。

【図１４】標準導体グラフ・リスト（その２）を示す図
である。

【図１５】 本発明に係る欠陥検出方法の一実施例を示
すフローチャート（その１）である。

【図１６】 本発明に係る欠陥検出方法の一実施例を示
すフローチャート（その２）である。

【図１７】 本発明に係る欠陥検出方法の一実施例を示
すフローチャート（その３）である。

【図１８】この種の技術の従来例を説明する為のブロッ
ク図である。

【図１９】この種の技術の従来例を説明する為のブロッ
ク図である。

【符号の説明】

１…Ｘ−Ｙテーブル ２…標準基板 ２’…被検査基板 ３…ＣＣＤカメラ ４…白黒２値化回路 ５…白黒２値化メモリ ６…導体グラフ抽出処理部 ７…標準導体グラフメモリ ８…外部輪郭線抽出処理部 ９…外部輪郭線メモリ １０…内部輪郭線抽出処理部 １１…内部輪郭線メモリ １２…被検査グラフメモリ １３…欠陥検出処理部

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 正常な標準とするプリント基板の導体及
   び背景から得られる外部・内部輪郭線及び骨格線から各
   節点と各辺を各々標準節点、標準辺とする標準グラフを
   作成し、被検査プリント基板の導体及び背景から得られ
   る骨格線から被検査グラフを作成し、該被検査グラフと
   前記標準グラフとを比較し、各節点と各辺を正常節点、
   欠点隣接節点、欠陥候補節点、欠陥節点、正常辺、準正
   常辺、欠陥候補辺に分類し、次いで各節点に接続される
   各辺の種類と数から各節点の次数を計算し、その次数に
   よって欠陥の検出と断線、短絡、突起、くわれ、ピンホ
   ール、残銅などの欠陥の種類を判断することを特徴とし
   たグラフ情報によるプリント基板の欠陥検出及び種別認
   識方法。