JP3524254B2 - パターンマッチング方法による被検査基板の位置ずれ検出方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は裸のプリント基板或
いは多数の電子部品等を実装したプリント基板等の被検
査基板についてのパターンマッチング方法による位置ず
れ検出方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、ベアボードテスタ、インサーキッ
トテスタ等の検査装置を用いて裸のプリント基板、実装
基板等の良否の判定を行っている。このような基板検査
装置にはプローブを備えて基板に実装された部品の電気
的特性等を測定して検査を行なう一般型と、画像カメラ
を備えて実装基板等の外観から検査を行なうビジュアル
型とがある。そして、基板検査装置にＸ−Ｙ方式を採用
すると、一般型では被検査基板を載せる測定台上にＸ−
Ｙユニットを設置して、そのＸ軸方向に可動するアーム
の上にＹ軸方向に可動するＺ軸ユニットを備え、そのＺ
軸ユニットでプローブをＺ軸方向に可動可能に支持する
ので、そのＸ−Ｙユニットを制御すると、プローブを基
板の上方からＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸方向にそれぞれ適宜移動
して、予め設定した各測定点に順次接触できる。又、ビ
ジュアル型では同様のＺ軸ユニットで画像カメラをＺ軸
方向に可動可能に支持するので、Ｘ−Ｙユニットを制御
することにより、その画像カメラを基板の上方から対象
物に向け、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸方向にそれぞれ適宜移動し
て近付けることができる。なお、インサーキットテスタ
には通常複数のＸ−Ｙユニットを備え付ける。

【０００３】検査時にはいずれの基板検査装置を用いて
も、最初に測定台上に設置した被検査基板の本来設置さ
れるべき位置からのずれを検出し、備えられているプロ
ーブや画像カメラの位置補正を行なわなければならな
い。その際、図５に示すように被検査基板１０のコーナ
部に基準となるマーク１２を設けて用い、一般型の基板
検査装置にもそのＸ−ＹユニットのＺ軸ユニットに画像
カメラを備え付けて使用すると、その基板１０の位置ず
れをビジュアル的に検出できる。なお、このマークは５
ｍｍ程の正方形にし、その中央部にパターン１４として
直径２ｍｍ程の円を設け、そのパターン１４を除く周囲
箇所はレジストにより表面光沢をなくしておく。但し、
基板１０にはマーク１２を最低２箇所設ける。

【０００４】そこで、検査に当っては事前に画像カメラ
を用いて、適正な照明の下でマークを写し、基準となる
良好な画像を作成して、その基準画像を理論座標によっ
て記憶させておく。なお、基準画像を作成する際に使用
する基板も被検査基板１０と同様のものである。そし
て、検査時には被検査基板１０の位置ずれを検出するた
め、画像カメラをマーク１２の位置に移動し、基準画像
（モデル）との類似度最大の検出画像の位置を正規化相
関関数によって捜し、パターンマッチング方法により基
板１０の位置ずれ量を検出する。すると、その位置ずれ
量に応じてプローブや画像カメラの理論座標で示した検
査位置を実際の基板１０の位置に合わせて補正すること
ができる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うなパターンマッチング方法による被検査基板１０の位
置ずれ検査時、基板１０に照射する外乱光やマーク１２
の状態等による影響によって、基準画像に対する検出画
像の類似度（相関値）が設定値より下回り、マーク１２
の位置を検出できなくなることがある。なお、検出画像
の画質がよければ、類似度は通常しきい値より大きくな
る。そして、外乱光による場合、通常基板１０の全体が
暗くなるのが問題となる。但し、一部が強く反射（金属
反射）するのも問題である。又、マーク１２の状態とは
マーク１２にやにが付いたり、異物が付着したりする場
合である。

【０００６】本発明はこのような従来の問題点に着目し
てなされたものであり、第１に照射する外乱光や基準マ
ークの状態等による影響を受け難く、マーク位置検出性
能に優れたパターンマッチング方法による被検査基板の
位置ずれ検出方法を提供することを目的とする。又、第
２に上記目的を一層達成することのできるパターンマッ
チング方法による被検査基板の位置ずれ検出方法を提供
することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、第１目的に対応するパターンマッチング方法による
被検査基板の位置ずれ検出方法では、基準画像との類似
度最大の検出画像の位置を正規化相関関数によって捜す
パターンマッチング方法によって被検査基板の位置ずれ
を検出する際に、その検出画像に含まれる各画素のグレ
ーレベルをそれぞれ定数倍して、それ等の総和が基準画
像に含まれる各画素のグレーレベルの総和とほぼ一致す
るように補正し、その基準画像の各画素のグレーレベル
と対応する明るさ補正した検出画像の各画素のグレーレ
ベルとの各正規化相関関数により、基準画像と類似度最
大の検出画像の位置を捜すパターンマッチング方法を実
施する。

【０００８】又、第２目的に対応するパターンマッチン
グ方法による被検査基板の位置ずれ検出方法では、複数
の異なる基準画像を用意し、それ等の基準画像のいずれ
かが明るさを補正した検出画像とマッチングするまでパ
ターンマッチング方法を繰り返して実施する。

【０００９】

【発明の実施の形態】以下、添付図面に基づいて、本発
明の実施の形態を説明する。図２は本発明を適用した画
像処理装置付きＸ−Ｙ方式インサーキットテスタのハー
ド構成を示すブロック図である。図中、１６はＸ−Ｙ方
式インサーキットテスタ、１８は画像処理装置である。
又、２０はインサーキットテスタ１６の操作部、２２は
Ｘ−Ｙ−Ｚ制御部、２４は測定部、２６はコントローラ
である。又、２８は画像処理装置１８の画像カメラであ
る。この操作部２０にはキーボード、表示装置、プリン
タ、フロッピーディスクドライバ等の入出力機器を備え
る。そして、Ｘ−Ｙ−Ｚ制御部２２により例えば３組の
Ｘ−Ｙユニット（図示なし）にそれぞれ備えたサーボモ
ータ等を駆動し、それ等のＸ−Ｙユニットを制御して、
１組のＸ−ＹユニットのＺ軸ユニットに備えたＣＣＤカ
メラ等の画像カメラ２８とプローブ３０ａ、他の各組の
Ｘ−ＹユニットのＺ軸ユニットに備えたプローブ３０
ｂ、３０ｃを測定台上でＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸方向にそれぞ
れ適宜移動する。又、測定部２４は抵抗測定回路等を有
し、適宜の直流定電圧等を各Ｘ−ＹユニットのＺ軸ユニ
ットに備えたプローブ３０に与え、それ等のプローブ３
０が接触する電子部品のリードやパターン等に流れる電
流等を検出し、抵抗値等の測定を行なう。

【００１０】コントローラ２６は本体側に備える例えば
マイクロコンピュータであり、操作部２０、Ｘ−Ｙ−Ｚ
制御部２２、測定部２４等と共に、画像処理装置１８を
もそれぞれ制御する。このマイクロコンピュータはＣＰ
Ｕ（中央処理装置）、ＲＯＭ（読み出し専用メモリ）、
ＲＡＭ（読み出し書き込み可能メモリ）、入出力ポー
ト、バスライン等から構成されている。なお、画像処理
装置１８にもマイクロコンピュータ、ＣＲＴモニタ、フ
ロッピーディスクドライバ等が備えられている。

【００１１】次に、このような画像処理装置付きＸ−Ｙ
方式インサーキットテスタによる基板の位置ずれ検出動
作について説明する。図１は画像処理装置１８に備えた
マイクロコンピュータのＲＡＭ或いはＲＯＭ中に格納す
る基板位置ずれ検出処理プログラムによる動作を示すＰ
１〜Ｐ４のステップからなるフローチャートである。被
検査基板１０の位置ずれの検査に当り、事前に従来と同
様にしてＸ−Ｙユニットの制御により画像カメラ２８を
移動し、基準画像作成用の基板上に設けた１箇所のパタ
ーン付きマークを写し、そのマークの輪郭形状と輝度に
関する基準画像のデータを作成する。その際、画像カメ
ラ２８で図３に示すようなマーク３２の一部或いは全部
を写すと、その画像中には画素のＬ（ｘｉ、ｙｉ）、１
≦ｉ≦ｎで示されるグレーレベル（輝度）の集合が含ま
れる。なお、３４はパターンである。そこで、検出画像
に含まれる画素のグレーレベルの総和をＰとすると、基
準画像の明るさＰを数１の式によって求めることができ
る。なお、画素のグレーレベルを８ビットで示すと、０
（真黒）〜２５５（真白）の２５６段階で輝度の程度を
表示できる。そこで、基準画像のデータを理論座標によ
って記憶する。

【数１】

【００１２】そして、先ずＰ１で処理に備え、事前に作
成した基準画像のデータを読み込む。次にＰ２へ行く。
Ｐ２では被検査基板１０のマーク１２を同様に写す。す
ると、その画像中には画素のＭ（ｘｉ、ｙｉ）、１≦ｉ
≦ｎで示されるグレーレベル（輝度）の集合が含まれる
ので、基準画像に含まれる各画素のグレーレベルの総和
をＱとすると、検出画像の明るさＱを数２の式によって
求めることができる。そこで、検出画像の各画素のグレ
ーレベルをそれぞれ定数倍して、それ等の総和が基準画
像の明るさに一致するように補正する。その際、補正し
た検出画像の各画素のグレーレベルをＮ（ｘｉ、ｙｉ）
とすると、Ｎ（ｘｉ、ｙｉ）は数３の式によって求める
ことができる。

【数２】

【数３】

【００１３】次にＰ３へ行く。Ｐ３では基準画像の各画
素のグレーレベルＬ（ｘｉ、ｙｉ）と対応する明るさ補
正した検出画像の各画素のグレーレベルＮ（ｘｉ、ｙ
ｉ）との各正規化相関関数により、基準画像と類似度最
大の検出画像の位置を捜すパターンマッチング方法を実
施し、マッチングしたか判定する。その際、しきい値を
最大相関値の例えば半分の値に設定しておく。このよう
にして、検出画像の各画素のグレーレベルを補正してお
くと、基板１０に照射する外乱光や基準となるマークの
状態等の影響を受け難くなるため、マッチングさせ易く
なる。

【００１４】ＹＥＳの場合、Ｐ４へ行く。Ｐ４では基準
画像の理論座標による位置とその基準画像が検出画像と
実際にマッチングした理論座標による位置の違いから被
検査基板１０の位置ずれ量を算出して検出する。そこ
で、他の箇所にあるマーク１２に関しても同様にして基
板１０の位置ずれ量を検出する。因みに、通常発生する
基板の位置ずれ量はコンマ数ｍｍである。すると、それ
等の位置ずれ量に基づいて、画像カメラ２８や各プロー
ブ３０の理論座標で示した検査位置を実際の基板１０の
位置に合せて補正することができる。なお、Ｐ３でＮＯ
と判定されるとエラーとなるので、検出画像を得るため
の照明を工夫し、マークを拭いて異物を取り除く等の処
置をする。

【００１５】図４は画像処理装置１２に備えたマイクロ
コンピュータのＲＡＭ或いはＲＯＭ中に格納する他の基
板位置ずれ検出処理プログラムによる動作を示すＰ１１
〜Ｐ１６のステップからなるフローチャートである。こ
の処理プログラムによる場合も、Ｐ１１〜Ｐ１４のステ
ップによる動作は先の処理プログラムによる動作と同一
である。但し、この処理プログラムによる場合は事前に
複数の異なる基準画像を例えば適正な照明下で写した普
通の基準画像をＮｏ１、照明が暗い基準画像をＮｏ２、
よく発生するマークの異状を写した基準画像をＮｏ３等
として作成して用意しておく。そして、Ｐ１１で基準画
像Ｎｏ１を読み込み、Ｐ１２で検出画像の明るさを補正
し、Ｐ１３でマッチングしたか判定するが、ＮＯの場合
にはＰ１５へ行く。

【００１６】Ｐ１５では次ナンバーの基準画像を読み込
み、Ｐ１６へ行く。Ｐ１６では基準画像のナンバーが用
意した基準画像のナンバーをオーバーしたか判定する。
ＮＯの場合、Ｐ１２へ戻る。以後、Ｐ１３でＹＥＳと判
定されるまで、即ちナンバー順に基準画像のいずれかが
明るさを補正した検出画像とマッチングするまでパター
ンマッチング方法を繰り返して実施する。このように複
数の異なる基準画像を用意し、選んだ基準画像の明るさ
に一致するように検出画像の各画素のグレーレベルを補
正し、順次基準画像と明るさを補正した検出画像とのマ
ッチングを判定すると、一層外乱光やマーク状態等の影
響を受け難くなり、マッチングさせ易くなる。なお、基
準画像のナンバーがオーバーすると、Ｐ１６でＹＥＳと
判定されエラーとなる。その際には、検出画像を得るた
めの照明を工夫し、マークを拭いて異物を取り除く等の
処置をする。或いは、検出画像を新たに基準画像として
ナンバーを付けて登録する。

【００１７】

【発明の効果】以上説明した本発明によれば、請求項１
記載の発明では基準画像により正規化相関関数によるパ
ターンマッチング方法によって検出画像位置を捜す際
に、その検出画像の明るさを検出画像に含まれる各画素
のグレーレベルをそれぞれ定数倍して、それ等の総和が
基準画像に含まれる各画素のグレーレベルの総和とほぼ
一致するように補正し、その基準画像の各画素のグレー
レベルと対応する明るさ補正した検出画像の各画素のグ
レーレベルとの各正規化相関関数により実施するため、
照射する外乱光や基準となるマークの状態等の影響を受
け難くなり、マッチングさせ易くなる。それ故、被検査
基板の位置ずれ検出率が向上する。

【００１８】又、請求項２記載の発明では複数の異なる
基準画像を用意し、それ等の基準画像のいずれかが明る
さを補正した検出画像とマッチングするまでパターンマ
ッチング方法を繰り返して実施するため、一層外乱光や
マーク状態等の影響を受け難くなり、マッチングさせ易
くなる。それ故、一層被検査基板の位置ずれ検出率が向
上する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を適用したＸ−Ｙ方式インサーキットテ
スタの画像処理装置に備えたマイクロコンピュータのメ
モリ中に格納する基板位置ずれ検出処理プログラムによ
る動作を示すフローチャートである。

【図２】同画像処理装置付きＸ−Ｙ方式インサーキット
テスタのハード構成を示すブロック図である。

【図３】同画像処理装置に備える画像カメラで写した基
準マークの画像を示す図である。

【図４】同画像処理装置に備えたマイクロコンピュータ
のメモリ中に格納する他の基板位置ずれ検出処理プログ
ラムによる動作を示すフローチャートである。

【図５】画像処理装置付きＸ−Ｙ方式インサーキットテ
スタの測定台上に設置した被検査基板の位置ずれ検出用
の基準マークを示す図である。

【符号の説明】

１０…被検査基板 １２、３２…基準マーク １４、３
４…パターン １６…Ｘ−Ｙ方式インサーキットテスタ
１８…画像処理装置 ２０…操作部 ２２…Ｘ−Ｙ−
Ｚ制御部 ２４…測定部 ２６…コントローラ ２８…
画像カメラ ３０…プローブ

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 基準画像との類似度最大の検出画像の位
   置を正規化相関関数によって捜すパターンマッチング方
   法によって被検査基板の位置ずれを検出する方法におい
   て、上記検出画像に含まれる各画素のグレーレベルをそ
   れぞれ定数倍して、それ等の総和が基準画像に含まれる
   各画素のグレーレベルの総和とほぼ一致するように補正
   し、その基準画像の各画素のグレーレベルと対応する明
   るさ補正した検出画像の各画素のグレーレベルとの各正
   規化相関関数により、基準画像と類似度最大の検出画像
   の位置を捜すパターンマッチング方法を実施することを
   特徴とするパターンマッチング方法による被検査基板の
   位置ずれ検出方法。
2. 【請求項２】 複数の異なる基準画像を用意し、それ等
   の基準画像のいずれかが明るさを補正した検出画像とマ
   ッチングするまでパターンマッチング方法を繰り返して
   実施することを特徴とする請求項１記載のパターンマッ
   チング方法による被検査基板の位置ずれ検出方法。