JP3170598B2 - 外観検査装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、特にプリント基板上
の電子回路部品の実装状態などを検査するのに好適な外
観検査装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、例えばプリント基板上の電子部品
の実装状態を検査する検査装置として、プリント基板を
撮像素子により走査し、その結果得られた画像から特定
の明るさの領域や特定の色の領域を抽出して各種の検査
を行うものが知られている。この代表的なものに、基板
上の灰色の領域を抽出して、基板上の銅箔部分に塗布さ
れたクリームハンダの面積や広がりを検査するものがあ
る。

【０００３】また、上記と同一の撮像方法で基板上の部
品の実装位置のずれや傾きを検査し、製品としての品質
を調べることも行われている。この場合の検査方式は、
上述のクリームハンダの場合と異なり、読み取った画像
からあらかじめ記憶している基板の色と同一の色の領域
を除外して、残りの領域が部品であると認識するもので
ある。

【０００４】図１１は上記のような従来の外観検査装置
における撮像系の概略を示す図である。同図中、１０１
はプリント基板等の被検査物で、この被検査物１０１を
周囲から例えばリング状の蛍光管１０２で照明し、その
反射光を撮像レンズ１０３を通してＣＣＤ等のイメージ
センサ１０４に入射させる。これにより、イメージセン
サ１０４の受光面には被検査物１０１の像が結像し、そ
の画像光が光電変換されて電気信号に変換される。そし
て、この電気信号に変換された画像信号を処理すること
により、不図示のモニタ上に被検査物１０１の画像を表
示することができる。

【０００５】上記の撮像系を持つ従来の検査装置は、被
検査物１０１を斜め横方向から照明して、その被検査物
１０１の色や明るさを測定するようにしたものであり、
検査者はモニタ上に表示された画像を見て被検査物１０
１の中の検査対象の色や明るさを判断し、その判断結果
からプリント基板上の部品の実装状態などを知ることが
できる。

【０００６】図１２は他の従来の撮像系の概略を示す図
である。この撮像系は、ハーフミラー１０５を使用して
被検査物１０１を照明するようにしたものであり、光源
１０６からの光を集光レンズ１０７を用いて平行光に
し、その光をハーフミラー１０５で反射させて被検査物
１０１に照射する。そして被検査物１０１で反射した画
像光を撮像レンズ１０３を通し、更に上記ハーフミラー
１０５を透過させてイメージセンサ１０４に入射させ
る。

【０００７】この撮像系の照明方法は、顕微鏡などて同
軸落射照明として利用されるものであり、このような照
明方法でも上記と同様プリント基板上の部品の実装状態
等を検査することができる。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ような従来の外観検査装置にあっては、被検査物を斜め
横方向から照明しており、このため、検査対象の輪部を
正しく抽出することができず、精度の高い検査を行うこ
とができないという問題点があった。

【０００９】すなわち、被検査物の中の検査対象の色は
下地色と似通っている場合も多く、例えばプリント基板
上の白いシルク印刷領域の上に実装された白色のコンデ
ンサや、下地レジスト色が非常に暗い緑色のプリント基
板上に実装された黒色のトランジスタ、チップ抵抗など
は下地色と非常に似通っており、このような場合、特定
の色を抽出できても部品の輪郭を抽出することはできな
い。

【００１０】また、これらの検査対象の色や明るさを抽
出する方式では、照明光の被検査物に対する入射角を大
きくとる必要があるので、高さの大きな部品の影になる
部分は色の差が認識できず、部品の輪郭を抽出すること
ができない。更に、プリント基板では多くの場合ハンダ
と部品の電極端子は同系統の金属色であるため、電極端
子を抽出することができず、よって電極端子のずれや曲
がり、浮きといった項目は検査対象外となってしまう。

【００１１】更に、図１２に示すような装置では、特に
画角の端部、つまり被検査物の端部では光学上の反射光
の方向がイメージセンサに向かう光軸と大きく異なり、
イメージセンサの入射光量が少なくなる。このため、検
査対象の色や明るさすら抽出できず、その検査対象の輪
郭を抽出することは到底できず、正確な検査を行うこと
ができないという問題点があった。

【００１２】この発明は、上記のような問題点に着目し
てなされたもので、簡易な構成で、複雑な色抽出条件設
定などの処理を行うことなく、下地色と似通った色の検
査対象や高さの大きな検査対象があっても各々の輪郭を
正しく容易に抽出することができ、精度の高い検査を行
うことができる外観検査装置を提供することを目的とし
ている。

【００１３】

【課題を解決するための手段】この発明に係る外観検査
装置は、次のように構成したものである。

【００１４】

【００１５】（２）被検査物を撮像素子により走査して
その外観を検査する照明手段を備えた外観検査装置であ
って、前記照明手段は第１の照明手段と第２の照明手段
からなり、第１の照明手段は、発光光源とこの発光光源
からの光束を所定の方向にそろえる導光手段とからな
り、前記撮像素子の視野全域にわたって、被検査物を照
明する照明光の方向が被検査物で反射して前記撮像素子
に向かう反射光と同一方向となるように照明して全反射
像が得られるようにし、第２の照明手段は、被検査物を
照明する照明光の方向が被検査物で反射して前記撮像素
子に向かう反射光と異なる方向となるように照明し、前
記撮像素子は、一次元イメージセンサアレーとした。

【００１６】

【００１７】（４）被検査物を撮像素子により走査して
その外観を検査する照明手段を備えた外観検査装置であ
って、前記照明手段は第１の照明手段と第２の照明手段
からなり、第１の照明手段は、発光光源とこの発光光源
からの光束を所定の方向にそろえる導光手段とからな
り、前記撮像素子の視野全域にわたって被検査物を照明
する照明光の方向が被検査物で反射して前記撮像素子に
向かう反射光と対称な方向となるように照明して全反射
像が得られるようにし、第２の照明手段は、被検査物を
照明する照明光の方向が被検査物で反射して前記撮像素
子に向かう反射光と異なる方向となるように照明し、前
記撮像素子は、一次元イメージセンサアレーとした。

【００１８】

【００１９】

【００２０】

【００２１】

【作用】この発明によれば、被検査物を照明する照明光
の方向が、被検査物で反射して撮像素子に向かう反射光
と同一方向となるように被検査物が照明されるので、被
検査物の高さに段差の生じる部分は暗く、平坦部は明る
く撮像され、凹凸を有する検査対象の輪郭が際立って表
示される。

【００２２】また、被検査物を照明する照明光の方向
が、被検査物で反射して撮像素子に向かう反射光と対称
な方向となるように被検査物が照明されるので、同様に
検査対象の輪郭が際立って表示される。

【００２３】また、被検査物を照明する照明光の方向
が、被検査物で反射して撮像素子に向かう反射光と異な
る方向となるように被検査物が照明されるので、被検査
物の平坦部のマーク等も鮮明に表示される。

【００２４】

【実施例】図１はこの発明の第１実施例による外観検査
装置の構成を模式的に示す斜視図である。

【００２５】図１において、１は被検査物であるプリン
ト基板で、検査対象となるコンデンサやトランジスタな
どの電子回路部品が実装されている。２はこのプリント
基板１を走査する撮像素子として設けられたＣＣＤライ
ンセンサ（一次元イメージセンサ）で、被写体であるプ
リント基板１からの画像光を電気信号に光電変換する。
３はその画像光をＣＣＤラインセンサ２の受光面に入射
させてプリント基板１の像を結像させる撮像レンズで、
プリント基板１で反射した画像光はハーフミラー４を介
してこのレンズ３を通過し、ＣＣＤラインセンサ２に入
射する。

【００２６】５はプリント基板１を上方から照明する線
状の第１の照明装置（照明手段）で、その照明光の方向
がプリント基板１で反射してＣＣＤラインセンサ２に向
かう反射光と同一方向となるように照明する。なおこの
例では、ハーフミラー４を通してプリント基板１を照明
するようになっている。

【００２７】６，６はプリント基板１を斜め横方向から
照明する線状の第２の照明装置（照明手段）で、その照
明光の方向がプリント基板１で反射してＣＣＤラインセ
ンサ２に向かう反射光と異なる方向となるよう照明す
る。この第２の照明装置６は本実施例では二つ設けてい
るが、一つでもまた三つ以上でも良く、その形状も線状
のものに限定されることはない。

【００２８】７は上記ＣＣＤラインセンサ２、撮像レン
ズ３、ハーフミラー４、第１の照明装置５及び第２の照
明装置６，６を一体的に支持しているフレームで、走査
ガイド８に沿って図の矢印方向に移動可能となってい
る。９はこのフレーム７を走査移動させるための駆動モ
ータである。

【００２９】図２は上記第１の照明装置５の内部構成を
示したものであり、（ａ）は側面断面図、（ｂ）は長手
方向の正面断面図となっている。

【００３０】この照明装置５は、発光光源と、この発光
光源からの光束を所定の方向にそろえる導光手段からな
り、本実施例では発光光源としてフレーム１１に固定さ
れた複数のＬＥＤ１２を用いており、また導光手段とし
て集光レンズ１３及びスリットアレー１４を用いてい
る。

【００３１】上記ＬＥＤ１２から出た光は、集光レンズ
１３に入り、ここから更にスリットアレー１４に導かれ
る。このとき、ＬＥＤ１２からの出射光は図の矢印で示
すように放射状であるが（図では一つおきに示してい
る）、フレーム１１の短手方向は集レンズ１３によって
平行化され、長手方向はスリットアレー１４の隔壁によ
って遮断されるため、スリットアレー１４の出口から出
射する光は略平行光となる。

【００３２】一方、第２の照明装置６，６は、図２の照
明装置５からスリットアレー１４を除いた構造となって
おり、ＬＥＤ１２からの光は集光レンズ１３によって線
状に集光されるが、フレーム１１の長手方向、つまりＣ
ＣＤラインセンサ２の長手方向には平行化されない。

【００３３】次に、上記のように構成された外観検査装
置の動作について説明する。

【００３４】まず、第１の照明装置５でプリント基板１
を真上から照明し、フレーム７を駆動モータ９により図
１のスタート位置から矢印方向に移動させてプリント基
板１を走査する。このとき、プリント基板１で反射した
画像光はハーフミラー４及び撮像レンズ３を経てＣＣＤ
ラインセンサ２に入射し、プリント基板１の像がライン
毎に順次撮像レンズ３によってＣＣＤラインセンサ２上
に結像する。そして、このＣＣＤラインセンサ２で光電
変換された画像信号は、不図示のメモリに格納されて、
画像処理が施された後、モニタ（図示せず）に送出さ
れ、このモニタ上にプリント基板１の画像が第１の平面
画像として表示される。

【００３５】次に、駆動モータ９によりフレーム７を上
記スタート位置に戻し、第２の照明装置６，６でプリン
ト基板１を側方から照明する。そして、上記と同様フレ
ーム７を図の矢印方向に移動させてプリント基板１の走
査を行う。これにより、上記モニタ上にプリント基板１
の第２の平面画像が表示される。

【００３６】以上のようにして、プリント基板１の異な
る第１の平面画像と第２の平面画像が得られ、検査者は
これらの画像を観測することにより、プリント基板１上
の部品の実装状態を検査することができる。

【００３７】ここで、まず第１の照明装置５で図３に示
すようなプリント基板１を照明して走査したとき、照明
装置５からの出射光はハーフミラー４を透過してプリン
ト基板１を線状に照明する。本実施例では、その際の照
明光のプリント基板１に対する入射角を０度に設定して
いる。そして、プリント基板１で反射した画像光は、ハ
ーフミラー４で反射し、撮像レンズ３を通してＣＣＤラ
インセンサ２に入射する。その際のプリント基板１で反
射して出射する画像光の出射角も０度である。

【００３８】このような照明装置５の照明下では、プリ
ント基板１上の水平面は正反射（全反射）となって明る
く観察される一方、実装されている部品の輪郭部やハン
ダを付着した傾斜面は、反射光が帰ってこないので暗い
部分（暗い線）として観察される。このときの部品の輪
郭部の暗い部分の線幅は、その部品の角部の丸みとテー
パーに依存し、またハンダ部の線幅はフィレット長さに
比例する。

【００３９】図４は図３に示すプリント基板１を走査し
て読み取った読取り画像を示したものであり、（ａ）は
従来の照明下で得られた読取画像、（ｂ）は本実施例の
照明装置５の照明下で得られた読取画像をそれぞれ示し
ている。

【００４０】従来では、図４の（ａ）に示すように、プ
リント基板１の位置合わせのためのマークや部品の極性
を示すマークは良好に認識可能であるが、いくつかの認
識不能な部分が存在する。例えば、ＩＣ部品の１ピンを
示す極性マークはその部品本体の色に隠れて識別するこ
とができず、基板上のシルク印刷パターン領域上の同一
色のコンデンサなども区別することができず、場所の特
定が困難である。また、ハンダと電極端子が接合してい
る部品やＩＣ部品のリード先端部分も同時に色の差がな
く、部品の輪郭が不明となり、したがって電極端子の位
置ずれや曲がりを検査することができない。

【００４１】また、高さの大きな部品は、その部品自身
の影の影響でサイズが大き目に読み取られ、誤認される
場合が多い、更に、この高さの大きな部品と隣接する小
型の部品には光が届かず、下地レジスト色との識別が不
可能となる。また製造上のばらつきによって両端の電極
端子の色が所定の色抽出範囲から外れるような部品に
は、電極端子がないものとして認識されてしまう。

【００４２】しかし、本実施例では図４の（ｂ）に示す
ように、部品の輪郭部など凹凸の変化する部分は暗く、
平面部は明るいコントラストの強い画像が得られる。こ
のため、従来困難であった下地色と部品の色が非常に似
通っている場合や、高さの大きな部品の影に小型の部品
が入る場合、また電極端子の色がハンダなどの金属色と
同一系統の色の場合でも、それらの部品や電極端子の抽
出が容易となる。

【００４３】一方、上述のプリント基板１の位置合わせ
のためのマークや極性マークなどの明暗情報が得られな
い場合は、この画像に従来の照明・撮像方式を組み合わ
せれば良い。つまり、上記画像に第２の照明装置６，６
の照明下で得られた画像を組み合わせることにより、上
記のマーク等も容易に認識することができ、これにより
すべての検査項目の検査が可能となる。

【００４４】このように、簡易な構成で、複雑な色抽出
条件設定などの処理を行うことなく、下地色と似通った
色の検査対象や高さの大きな検査対象があっても各々の
輪郭を正しく容易に抽出することができ、精度の高い検
査を行うことができる。

【００４５】なお、図１の例では、プリント基板１で反
射してＣＣＤラインセンサ２に向かう画像光のプリント
基板１よりの出射角を０度と設定して、プリント基板１
に入射する第１の照明装置５からの照明光の入射角をハ
ーフミラー４で整合させているが、図５に示すように、
その出射角と入射角を等しくしたまま大きくすることに
より、ハーフミラー４を通さないでプリント基板１を照
明するようにしても良い。

【００４６】次に、この発明の第２実施例について説明
する。撮像レンズ３の画角（視野角）が小さい場合は、
図６に示すように照明装置５から出た平行光をそのまま
プリント基板１に照射することができるが、撮像レンズ
３の画角が大きい場合は上述の出射角が中央と両端で異
なるため、プリント基板１の両端側で撮像に必要な反射
光が充分得られない。

【００４７】そこで、本実施例では図７に示すように、
第１の照明装置５のスリットアレー１５をフレーム１１
の長手方向の外側程隔壁を内側に傾けたものにし、この
スリットアレー１５から出射する照明光の方向がプリン
ト基板１で反射してＣＣＤラインセンサ３に向かう反射
光と基板面に対して対称な方向となるように照明するよ
うにしている。その他の構成は図１の実施例と同様なの
で省略する。

【００４８】このようにして、第１の照明装置５の導光
路を撮像レンズ３の画角に合わせて、長手方向に関して
内側に傾けることにより、ＣＣＤラインセンサ２に入射
する全反射光量を均一化することができ、前述の実施例
と同様の作用効果を得ることができる。また本実施例の
場合は、ハンダを付着した傾斜部の抽出が可能となり、
ハンダによる接合状態の検査も容易に行うことができ
る。

【００４９】次に、この発明の第３実施例について説明
する。前述の各実施例では撮像素子として一次元イメー
ジセンサを用いた場合について説明したが、本実施例で
は二次元イメージセンサを使用し、被検査物であるプリ
ント基板１を複数のブロックに分けて走査するようにし
ている。図８にその撮像系の概略を示す。

【００５０】図８において、１６は球状の発光光源、１
７はこの光源１６からの光を略平行にするレンズ、１８
はレンズ１７を通過した光を更に平行化するスリットア
レー等の導光路板で、これらの光源１６、レンズ１７及
び導光路板１８により第１の照明装置５が構成されてお
り、前述の各実施例と同様プリント基板１にハーフミラ
ー１９を介して基板面に垂直な照明光を供給する構成と
なっている。

【００５１】なお、不図示のＣＣＤエリアセンサ（二次
元イメージセンサ）にプリント基板１の像を結像させる
撮像レンズの画角が小さい場合は導光路板１８はなくて
も良く、また図示していないがプリント基板１を側方か
ら照明する前述の第２の照明装置も設けられている。

【００５２】このようにして、エリアセンサを使用して
プリント基板１を各ブロック領域毎に走査する場合で
も、第１の照明装置５により前述の各実施例と同様の作
用効果が得られ、検査対象の凹凸に応じて輪郭の抽出を
容易に行うことができ、高い精度の実装部品検査が可能
となる。

【００５３】図９は上述の各実施例における外観検査装
置の回路構成を示すブロック図である。同図中、２１は
全体を制御するメインのＣＰＵ、２２は画像処理用のＣ
ＰＵで、ＣＣＤラインセンサ２からの画像信号をメモリ
２３に格納したり、モニタ２４にその画像を表示させた
り制御するものである。

【００５４】２５は各照明装置５，６を制御する照明制
御部、２６はフレーム７を走査ガイド８に沿って移動さ
せるＸ軸スキャニング機構２７を制御するコントロー
ラ、２８はプリント基板１を搬送するコンベア２９と制
御信号のやり取りを行ったり、各インターフェース（Ｉ
／Ｆ）３０との信号のやり取りを行うＩ／Ｏ（入出力）
制御部である。

【００５５】また、図１０は上記外観検査装置における
検査方法の一例を示すフローチャートである。

【００５６】前述のように、まず第１の照明装置５の照
明下でプリント基板１を走査して第１の画面を形成し
（ステップＳ１）、続いて第２の照明装置６，６の照明
下で同様に第２の画面を形成する（ステップＳ２）。そ
して、第２の画面から基板マークを抽出して（ステップ
Ｓ３）、基板セットずれを算出し（ステップＳ４）、基
板の位置を確定する（ステップＳ５）。

【００５７】次に、上記第１の画面からプリント基板１
に実装されている部品の輪郭候補を抽出し（ステップＳ
６）、その中から部品形状に合致する輪郭を抽出する。
そして、部品サイズの判定を行い（ステップＳ８）、部
品の搭載位置を確定する（ステップＳ９）。次いで、部
品の搭載位置から位置ずれの判定を行い（ステップＳ１
０）、続いて第２の画面から部品の色を抽出し（ステッ
プＳ１１）、部品の誤搭載を判定する（ステップＳ１
２）。また、第２の画面から極性マークを抽出し（ステ
ップＳ１３）、極性判定を行う（ステップＳ１４）。

【００５８】次に、第１の画面から電極輪郭候補を抽出
し（ステップＳ１５）、その中から電極形状に合致する
輪郭を抽出して（ステップＳ１６）、電極位置を確定す
る（ステップＳ１７）。そして、電極の位置ずれの判定
を行い（ステップＳ１８）、続いて第１の画面からハン
ダの輪郭を抽出し（ステップＳ１９）、ブリッジの判定
（ステップＳ２０）、ブローホールの判定（ステップＳ
２１）、ハンダ浮きの判定（ステップＳ２２）、ハンダ
量の判定（ステップＳ２３）を順次行う。

【００５９】なお、上記ステップＳ６〜Ｓ２３の処理は
各部品毎に行い、またステップＳ１５〜Ｓ２３の処理は
各電極毎に行うものである。

【００６０】

【発明の効果】以上のように、この発明によれば、被検
査物を照明する照明光の方向が、被検査物で反射して撮
像素子に向かう反射光と同一方向となるように被検査物
を照明するようにしたため、高さに段差のある部分は暗
く、平坦部は明るく撮像され、簡易な構成で、複雑な色
抽出条件設定などの処理を行うことなく、下地色と似通
った色の検査対象や高さの大きな検査対象があっても各
々の輪郭を正しく容易に抽出することができ、精度の高
い検査を行うことができるという効果がある。

【００６１】またこの発明によれば、被検査物を照明す
る照明光の方向が、被検査物で反射して撮像素子に向か
う反射光と対称な方向となるように被検査物を照明する
ようにしたため、上記と同様に検査対象の輪郭が際立っ
て表示され、精度の高い検査を行うことができる。

【００６２】また、被検査物を照明する照明光の方向
が、被検査物で反射して撮像素子に向かう反射光と異な
る方向となるように被検査物を照明することにより、被
検査物の平坦部のマーク等も鮮明に表示される。

【図面の簡単な説明】

【図１】 この発明の第１実施例の構成を示す斜視図

【図２】 図１の第１の照明装置の内部構造を示す断面
図

【図３】 プリント基板の外観を示す斜視図

【図４】 プリント基板の撮像画面を示す説明図

【図５】 第１実施例の変化例を示す斜視図

【図６】 撮像レンズの画角が小さい場合の様子を示す
説明図

【図７】 この発明の第２実施例を示す構成図

【図８】 この発明の第３実施例の構成を示す模式図

【図９】 各実施例の回路構成を示すブロック図

【図１０】 各実施例における検査方法の一例を示すフ
ローチャート

【図１１】 従来例を示す構成図

【図１２】 他の従来例を示す構成図

【符号の説明】

１ プリント基板（被検査物） ２ ＣＣＤラインセンサ（撮像素子） ３ 撮像レンズ ５ 第１の照明装置（照明手段） ６ 第２の照明装置（照明手段） １２ ＬＥＤ（発光光源） １３ 集光レンズ（導光手段） １４ スリットアレー（導光手段） １５ スリットアレー（導光手段）

フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭61−290311（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−12212（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−91985（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−332854（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−251200（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−122840（ＪＰ，Ａ) 実開 昭63−12752（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭59−56510（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭63−144753（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G01N 21/84 - 21/958 G01B 11/00 - 11/30 G06T 7/00 H01L 21/66

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 被検査物を撮像素子により走査してその
   外観を検査する照明手段を備えた外観検査装置であっ
   て、前記照明手段は第１の照明手段と第２の照明手段か
   らなり、第１の照明手段は、発光光源とこの発光光源か
   らの光束を所定の方向にそろえる導光手段とからなり、
   前記撮像素子の視野全域にわたって、被検査物を照明す
   る照明光の方向が被検査物で反射して前記撮像素子に向
   かう反射光と同一方向となるように照明して全反射像が
   得られるようにし、第２の照明手段は、被検査物を照明
   する照明光の方向が被検査物で反射して前記撮像素子に
   向かう反射光と異なる方向となるように照明し、前記撮
   像素子は、一次元イメージセンサアレーとしたことを特
   徴とする外観検査装置。
2. 【請求項２】 被検査物を撮像素子により走査してその
   外観を検査する照明手段を備えた外観検査装置であっ
   て、前記照明手段は第１の照明手段と第２の照明手段か
   らなり、第１の照明手段は、発光光源とこの発光光源か
   らの光束を所定の方向にそろえる導光手段とからなり、
   前記撮像素子の視野全域にわたって被検査物を照明する
   照明光の方向が被検査物で反射して前記撮像素子に向か
   う反射光と対称な方向となるように照明して全反射像が
   得られるようにし、第２の照明手段は、被検査物を照明
   する照明光の方向が被検査物で反射して前記撮像素子に
   向かう反射光と異なる方向となるように照明し、前記撮
   像素子は、一次元イメージセンサアレーとしたことを特
   徴とする外観検査装置。