JP3273378B2 - 基板検査装置における特徴パラメータ決定装置 - 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、例えばプリント基板
（以下単に「基板」という）に実装された電子部品につ
き、はんだ付け前は電子部品の有無や姿勢などを、はん
だ付け後ははんだ付けの良否などを、それぞれ検査する
のに用いられる基板検査装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、被検査基板上の実装部品（はんだ
付け前のものとはんだ付け後のものとを総称して「実
装」という）について実装品質を検査するのに、目視に
よる検査が行われている。ところがこの種の目視検査で
は、検査ミスの発生が避けられず、検査結果も検査する
者によりまちまちであり、また検査処理能力にも限界が
ある。

【０００３】そこで近年、多数の部品が実装された基板
につき、実装品質を画像処理技術を用いて自動的に検査
する基板検査装置が実用化された。この基板検査装置を
使用する場合、検査に先立ち、被検査基板上のどの位置
に、どのような部品が、どのように実装されるかなどに
つき、基板の種別毎に基板検査装置に教示する必要があ
る。この教示作業は一般に「ティーチング」と呼ばれ
る。

【０００４】部品の実装品質の検査に関わる情報には、
被検査基板上に実装される部品の位置，種類，向きなど
の他に、各部品がはんだ付けされる基板上のランドおよ
び部品に関する情報（形状，長さ，幅など）、検査領域
として設定されるウィンドウに関する情報（形状，大き
さなど）、ランドなどを表す特徴パラメータに関する情
報（色相，明度など）、特徴パラメータなどの良否を判
定するための判定基準など（以下、これらを「検査用デ
ータ」と総称する）がある。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところでこの種の検査
では、基板上の各ランドについては、前記色相や明度な
どの特徴パラメータによりランドの画像部分を抽出し、
この抽出された画像部分の形状的特徴に基づき、部品の
欠落，位置ずれなどの不良の有無を判別するようにして
いる。しかしながらランドの色彩は基板毎に異なり、ま
た同じ基板でも部品毎に微妙にランドの色彩が変化して
いるため、前記ランドの明度や色相を表す特徴パラメー
タに関しては、オペレータが画面に表示されたランドの
色彩を見ながら、基板毎、部品毎に、ある程度の許容範
囲をもたせた値を経験的に決定し、これを基板検査装置
に教示している。しかしながらこのような特徴パラメー
タの決定および教示方法では、最適なパラメータの設定
が困難であるばかりでなく、教示作業に多大の労力と時
間とを要するという問題がある。

【０００６】この発明は、上記問題に着目してなされた
もので、対象物の特徴を示すとともに前記対象物の画像
部分の抽出に用いられる特徴パラメータについて、最適
な設定値を容易かつ自動的に決定でき、教示作業におけ
る労力の軽減および時間の短縮を実現する基板検査装置
における特徴パラメータ決定装置を提供することを目的
とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】この発明は、基板を撮像
して得られた画像より対象物の画像部分の特徴パラメー
タを決定する特徴パラメータ決定装置であって、前記対
象物の形状的特徴を表す基準データをあらかじめ記憶さ
せておく記憶手段と、前記画像より前記特徴パラメータ
を用いて対象物の画像部分を抽出する抽出手段と、前記
抽出手段により抽出された対象物の形状的特徴を表すデ
ータと前記記憶手段に記憶させた基準データとを比較し
て前記特徴パラメータの適否を判定する判定手段と、前
記判定手段による判定結果に応じて前記特徴パラメータ
を変更する変更手段と、前記変更手段が特徴パラメータ
を変更する毎に、前記抽出手段および判定手段に対し、
その変更後の特徴パラメータによる抽出動作および判定
動作を実行させる制御手段とを備えたものである。

【０００８】

【作用】抽出手段により抽出された対象物の形状的特徴
を表すデータが記憶手段に記憶させた基準データと一致
したとき、最適な特徴パラメータにより対象物の画像部
分が抽出されたことになり、特徴パラメータを容易かつ
自動的に決定できる。

【０００９】

【実施例】図１は、基板検査装置の全体構成を示す。こ
の基板検査装置は、実装品質の良好な基準基板１Ｓを撮
像して得られた前記基準基板１Ｓ上にある各部品２Ｓの
検査領域の特徴パラメータと、被検査基板１Ｔを撮像し
て得られた前記被検査基板１Ｔ上にある各部品２Ｔの検
査領域の特徴パラメータとを比較するなどして、各部品
２Ｔの実装品質を検査するためのもので、Ｘ軸テーブル
部３，Ｙ軸テーブル部４，投光部５，撮像部６，制御処
理部７などをその構成として含んでいる。

【００１０】前記Ｘ軸テーブル部３およびＹ軸テーブル
部４は、それぞれ制御処理部７からの制御信号に基づい
て動作するモータ（図示せず）を備えており、これらモ
ータの駆動によりＸ軸テーブル部３が撮像部６をＸ軸方
向へ移動させ、またＹ軸テーブル部４が基板１Ｓ，１Ｔ
を支持するコンベヤ８をＹ軸方向へ移動させる。

【００１１】前記投光部５は、異なる径を有しかつ制御
処理部７からの制御信号に基づき赤色光，緑色光，青色
光を同時に照射する３個の円環状光源９，１０，１１に
より構成されており、各光源９，１０，１１を観測位置
の真上位置に中心を合わせかつ観測位置から見て異なる
仰角に対応する方向に位置させている。

【００１２】前記撮像部６はカラーテレビカメラであっ
て、観測位置の真上位置に下方に向けて位置決めしてあ
る。これにより観測対象である基板１Ｓ，１Ｔの表面の
反射光が撮像部６により撮像され、三原色のカラー信号
Ｒ，Ｇ，Ｂに変換されて制御処理部７へ供給される。

【００１３】前記制御処理部７は、Ａ／Ｄ変換部１２，
メモリ１３，ティーチングテーブル１４，画像処理部１
５，判定部１６，ＸＹテーブルコントローラ１７，撮像
コントローラ１８，制御部１９，表示部２０，プリンタ
２１，キーボード２２，フロッピディスク装置２３など
で構成されるもので、ティーチングモードのとき、基準
基板１Ｓについてのカラー信号Ｒ，Ｇ，Ｂを処理し、実
装状態が良好な各部品２Ｓの検査領域について色相、明
度などの特徴パラメータを検出して判定データファイル
を作成する。

【００１４】また制御処理部７は検査モードのとき、被
検査基板１Ｔについてのカラー信号Ｒ，Ｇ，Ｂを処理
し、被検査基板１Ｔ上の各部品２Ｔの検査領域につき
赤，緑，青の各色相パターンを検出して特徴パラメータ
を生成し、被検査データファイルを作成する。そしてこ
の被検査データファイルと前記判定データファイルとを
比較して、この比較結果から被検査基板１Ｔ上の各部品
２Ｔにつき実装品質を自動的に判定する。

【００１５】前記Ａ／Ｄ変換部１２は前記撮像部６から
のカラー信号Ｒ，Ｇ，Ｂをディジタル信号に変換して制
御部１９へ出力する。メモリ１３はＲＡＭなどを備え、
制御部１９の作業エリアとして使用される。画像処理部
１５は制御部１９を介して供給された画像データを画像
処理して前記被検査データファイルや判定データファイ
ルを作成し、これらを制御部１９は判定部１６へ供給す
る。

【００１６】ティーチングテーブル１４はティーチング
時に制御部１９から判定データファイルが供給されたと
き、これを記憶し、また検査時に制御部１９が転送要求
を出力したとき、この要求に応じて判定データファイル
を読み出してこれを制御部１９や判定部１６などへ供給
する。

【００１７】判定部１６は、検査時に制御部１９から供
給された判定データファイルと、前記画像処理部１５か
ら転送された被検査データファイルとを比較して、被検
査基板１Ｔの各部品２Ｔにつき実装品質を判定し、その
判定結果を制御部１９へ出力する。

【００１８】撮像コントローラ１８は、制御部１９と投
光部５および撮像部６とを接続するインターフェイスな
どを備え、制御部１９の出力に基づき投光部５の各光源
９〜１１の光量を調整したり、撮像部６の各色相光出力
の相互バランスを保つなどの制御を行う。

【００１９】ＸＹテーブルコントローラ１７は制御部１
９と前記Ｘ軸テーブル部３およびＹ軸テーブル部４とを
接続するインターフェイスなどを備え、制御部１９の出
力に基づきＸ軸テーブル部３およびＹ軸テーブル部４の
駆動を制御する。

【００２０】表示部２０は、制御部１９から画像デー
タ、検査結果、キー入力データなどが供給されたとき、
これを表示画面上に表示し、またプリンタ２１は、制御
部１９から検査結果などが供給されたとき、これを予め
決められた書式でプリントアウトする。

【００２１】キーボード２２は、操作情報や基準基板１
Ｓや被検査基板１Ｔに関するデータなどを入力するのに
必要な各種キーを備えており、キー入力データは前記制
御部１９へ供給される。制御部１９は、マイクロプロセ
ッサなどを備えており、後述する制御手順に従って、テ
ィーチングおよび基板検査における基板検査装置の動作
を一連に制御する。

【００２２】図２は、前記制御処理部７によるティーチ
ングの制御手順を示す。まず同図のステップ１におい
て、オペレータはキーボード２２を操作して教示対象と
する基板名の登録を行い、また基板サイズをキー入力し
た後、つぎのステップ２で、各部品の実装品質が良好な
基準基板１ＳをＹ軸テーブル部４上にセットしてスター
トキーを押操作する。

【００２３】つぎにステップ３で基準基板１Ｓの原点と
右上および左下の各角部を撮像部６にて撮像させて各点
の位置により実際の基準基板１Ｓのサイズを入力する
と、制御部１９は入力データに基づきＸ軸テーブル部３
およびＹ軸テーブル部４を制御して基準基板１Ｓを初期
位置に位置出しする。

【００２４】前記基準基板１Ｓは、部品実装位置に所定
の部品２Ｓが適正に実装された良好な実装品質を有する
ものであって、この基準基板１Ｓが初期位置に位置決め
されると、つぎのステップ４で撮像部６が基準基板１Ｓ
上の領域を撮像して最初の部品２Ｓの実装位置を教示
し、続くステップ５で前記部品２Ｓについての検査用デ
ータとして、部品種，部品の大きさおよび形状，実装方
向などのデータや撮像された画像から生成した特徴パラ
メータ（例えば明度や色度）に関するデータなどを教示
する。なおこれらの検査用データは、予め部品種毎のテ
ーブルに記憶させておき、教示に際して、そのテーブル
より該当する部品の検査用データを読み出して用いるこ
ともできる。

【００２５】図３は、教示対象の一例であるチップ部品
３０と、このチップ部品３０をはんだ付けするためのラ
ンド３１，３２とを示す。このチップ部品３０について
は、部品の形状および大きさを表すデータとして部品の
画像における横幅Ｘおよび縦幅Ｙが、またランド３１，
３２についてはこれを画像上で抽出するためのデータと
して明度，色度などの特徴パラメータが、それぞれ教示
されることになる。

【００２６】同様の手順が基準基板１Ｓ上のすべての部
品について繰り返し実行されると、ステップ６の判定が
「ＹＥＳ」となってステップ７へ移行し、ステップ４，
５で作成した教示データを判定データファイルとしてテ
ィーチングテーブル１４に記憶させる。

【００２７】図４は、図３のチップ部品３０について教
示された検査用データのうち、ランド３１，３２を抽出
するための特徴パラメータを修正するための修正ティー
チングの制御手順を示す。この修正ティーチングは、教
示済の基板検査装置により前記基準基板１Ｓを実際にテ
スト検査し、実装品質が不良であると判定された部品の
特徴パラメータを適切なものに自動修正するものであ
る。

【００２８】まずステップ１で修正ティーチングの対象
となる基板名を入力し、つぎのステップ２で前記基準基
板１ＳをＹ軸テーブル部４上へ搬入して位置決めする。
検査コマンドが入力されると、つぎに制御処理部７は撮
像部６に対し基準基板１Ｓ上の部品２Ｓを予め決められ
た順に撮像させてそのカラー画像を取り込み、撮像の都
度、教示された特徴パラメータによりランド３１，３２
の画像部分を抽出する（ステップ３，４）。

【００２９】この場合、チップ部品３０はランド３１，
３２上に位置するから、図５（１）に示すように、抽出
された各ランドの画像部分３５，３６は、部品の画像部
分３７の外形に沿って切り取られたような形状となる。
したがって各ランドの画像部分３５，３６から部品の画
像部分３７の形状、具体的には横幅ｘと縦幅ｙとを計測
して、教示された横幅Ｘおよび縦幅Ｙと比較することに
より、設定された特徴パラメータが適切かどうかを判断
する（ステップ５，６）。

【００３０】最適な特徴パラメータによりランドの画像
部分３５，３６が抽出された場合、すなわち図５（１）
に示すような画像の抽出が行われた場合、部品の画像部
分３７の横幅ｘおよび縦幅ｙはそれぞれの教示データの
横幅Ｘおよび縦幅Ｙと一致する。

【００３１】これに対し、最適な特徴パラメータが設定
されていない場合は、図５（２）に示すように、各ラン
ドの画像部分３５，３６には部品の画像部分３７が現れ
ないか、または図５（３）に示すように、各ランドの画
像部分３５，３６には部品の画像部分３７が実際以上に
大きく現れる。

【００３２】図５（２）に示す例では、部品の画像部分
３７の横幅ｘはランドの画像部分３５，３６間の距離
に、また縦幅ｙはランド３５，３６の縦幅に、それぞれ
対応するものとし、横幅ｘは教示データの横幅Ｘより小
さな値となり，また縦幅ｙは教示データの縦幅Ｙより大
きな値となる。また図５（３）に示す例では、部品の画
像部分３７の横幅ｘおよび縦幅ｙ（特に横幅ｘ）は教示
データの横幅Ｘおよび縦幅Ｙより大きな値となる。。

【００３３】図４に戻って、ステップ６の判定が「Ｎ
Ｏ」のとき、制御部１９はつぎのステップ７で、設定し
た特徴パラメータが変更可能な範囲にあるかどうかをチ
ェックし、この判定が「ＹＥＳ」のとき、ステップ９で
特徴パラメータの値を変更して再設定した後、ステップ
４へと戻る。以下ステップ６が「ＹＥＳ」となるまで、
すなわち特徴パラメータの最適値が設定されるまで、同
様の手順が繰り返し実行される。

【００３４】上記の修正作業が基準基板１Ｓ上のすべて
の部品２Ｓについて行われるとステップ１０が「ＹＥ
Ｓ」となり、つぎのステップ１１で基準基板１Ｓを搬出
して修正ティーチングを終了する。

【００３５】なお、前記ステップ７の判定が「ＮＯ」と
なったとき、すなわち特徴パラメータの変更が不可能と
なったときは、ステップ８の異常処理へ移行した後、こ
の修正ティーチングは中止される。

【００３６】図６は、制御部１９による自動検査の制御
手順を示す。同図のステップ１，２で検査すべき基板名
を選択して基板検査の開始操作を行い、つぎのステップ
３で実装部品検査装置への被検査基板１Ｔの供給をチェ
ックする。その判定が「ＹＥＳ」であれば、コンベヤ８
が作動して、Ｙ軸テーブル部４に被検査基板１Ｔを搬入
し、自動検査を開始する（ステップ４，５）。

【００３７】ステップ５において、制御部１９はＸ軸テ
ーブル部３およびＹ軸テーブル部４を制御して、被検査
基板１Ｔ上の１番目の部品２Ｔに対し撮像部６の視野を
位置決めして撮像を行わせ、検査領域内の各ランド領域
を教示された特徴パラメータにより自動抽出し、この抽
出画像より部品の画像部分の形状などを求めて被検査デ
ータファイルを作成する。ついで制御部１９は、この被
検査データファイルと判定データファイルとを比較し
て、１番目の部品２Ｔについての実装品質（例えば部品
の欠落や位置ずれの有無）を判定する。

【００３８】前記部品２Ｔが正常に実装されている場合
には、前記特徴パラメータにより各ランドの画像部分３
５，３６が部品の画像部分３７によって中央位置で切り
取られたような画像が抽出されるが、もし部品が欠落し
ているときは、各ランドの画像部分３５，３６に欠落部
分のない画像、すなわち図５（２）に示したような画像
が抽出される。また部品が適正位置より位置ずれしてい
るときは、図７に示すように、各ランドの画像部分３
５，３６が部品の画像部分３７によっていずれか片寄っ
た位置で切り取られたような画像が抽出されることにな
る。なお図７に示す例では、部品の画像部分３７の縦幅
ｙは教示された縦幅Ｙより小さな値をとるもので、これ
ら値を比較することにより部品の位置ずれを判別でき
る。

【００３９】このような検査が被検査基板１Ｔ上の全て
の部品２Ｔにつき繰り返し実行され、その結果、実装状
態に不良があるとステップ６の判定が「ＮＯ」となり、
その不良部品と不良内容とが表示部２０に表示され或い
はプリンタ２１に印字された後、被検査基板１ＴはＹ軸
テーブル部４より搬出される（ステップ７，８）。かく
して同様の検査手順が全ての被検査基板１Ｔにつき実行
されると、ステップ９の判定が「ＹＥＳ」となって検査
が完了する。

【００４０】なお上記実施例では、部品の画像部分の形
状的特徴に着目してランドの画像部分を抽出するための
特徴パラメータの決定を行っているが、ランドの画像部
分の形状的特徴に着目して特徴パラメータの決定を行う
こともできる。

【００４１】

【発明の効果】この発明は上記の如く、基板を撮像して
得られた画像より特徴パラメータを用いて抽出された対
象物の形状的特徴を表すデータとあらかじめ記憶させた
基準データとを比較して前記特徴パラメータの適否を判
定し、その判定結果に応じて特徴パラメータを変更しつ
つ抽出動作および判定動作を繰り返し実行するようにし
たから、対象物の形状的特徴を表すデータが基準データ
と一致したときの特徴パラメータの値をもって最適な特
徴パラメータの設定を行うことができる。よって対象物
の画像部分を抽出するための最適な特徴パラメータを容
易かつ自動的に決定でき、教示作業における労力の軽減
および時間の短縮を実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】基板検査装置の全体構成を示す説明図である。

【図２】ティーチングの手順を示すフローチャートであ
る。

【図３】チップ部品とランドとの位置関係を示す説明図
である。

【図４】特徴パラメータについての修正ティーチングの
手順を示すフローチャートである。

【図５】抽出されたランドの画像部分を示す説明図であ
る。

【図６】検査手順を示すフローチャートである。

【図７】部品が位置ずれを起こした状態のランドの画像
部分を示す説明図である。

【符号の説明】

１Ｓ 基準基板 ７ 制御処理部 １４ ティーチングテーブル １５ 画像処理部 １６ 判定部 １９ 制御部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平６−160043（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−126542（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−76079（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G01B 11/24 G01N 21/956 H05K 13/08

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 基板を撮像して得られた画像より対象物
   の画像部分の特徴パラメータを決定する特徴パラメータ
   決定装置であって、 前記対象物の形状的特徴を表す基準データをあらかじめ
   記憶させておく記憶手段と、 前記画像より前記特徴パラメータを用いて対象物の画像
   部分を抽出する抽出手段と、 前記抽出手段により抽出された対象物の形状的特徴を表
   すデータと前記記憶手段に記憶させた基準データとを比
   較して前記特徴パラメータの適否を判定する判定手段
   と、 前記判定手段による判定結果に応じて前記特徴パラメー
   タを変更する変更手段と、 前記変更手段が特徴パラメータを変更する毎に、前記抽
   出手段および判定手段に対し、変更後の特徴パラメータ
   による抽出動作および判定動作を実行させる制御手段と
   を備えて成る基板検査装置における特徴パラメータ決定
   装置。