JP3604967B2

JP3604967B2 - ペースト高さ測定装置

Info

Publication number: JP3604967B2
Application number: JP22153499A
Authority: JP
Inventors: 浩二弘中; 正高垣; 一義岸田; 春夫三階
Original assignee: 株式会社日立インダストリイズ
Priority date: 1999-08-04
Filing date: 1999-08-04
Publication date: 2004-12-22
Anticipated expiration: 2019-08-04
Also published as: JP2001050714A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はペーストの高さ測定装置に係わり、特に、基板上に塗布したペーストを横切るようにスリットライン光を投射し、これをカメラで撮像して画像処理により基板およびペーストのそれぞれに投射されている各スリットライン光の中心位置を求め、それらの中心位置の間隔から塗布したペーストの高さを測定する装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、プリント基板などの基板上に描画あるいはマスク印刷などで塗布されたはんだペースト（またはクリームはんだ）の高さを測定するために、計測したいはんだペーストに狙いを定めて基板上からはんだペーストを横切るようにスリットライン光を斜め４５度の方向で投射し、基板およびはんだペーストの上面を基板上方に設置したカメラで撮像し、画像処理をして、はんだペーストの高さを測定すること（光切断法）が行われている。
【０００３】
その画像処理は、カメラで撮像した基板上およびはんだペースト上での映像上でのスリットライン光の幅（以下、スリット光幅と略記する）から、映像上でのスリットライン光の中心位置（以下、スリット光中心位置と略記する）を求め、基板上およびはんだペースト上のそれぞれのスリット光中心位置の間隔からはんだペーストの高さを演算で求めるものである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
この場合、スリット光幅が基板やはんだペーストの表面の性状により異なる問題がある。
基板上におけるスリットライン光をカメラで撮像するためにスリットライン光の出力を強くすると、はんだペースト上におけるスリット光幅が太くなり、はんだペーストの表面には凹凸が多く盛り上がっていることからはんだペーストにおけるスリット光中心位置の測定に誤差が生じ易くなる。逆に、スリットライン光の出力を弱くすると、基板上のスリットライン光を撮像できなくなり、はんだペースト上のスリット光中心位置は得られても基板上のスリット光中心位置が得られないためにスリット光中心位置の間隔が求まらず、はんだペーストの高さを演算で求めることができなくなる。それで、スリットライン光の出力調整に手間が掛かっていた。
【０００５】
また、カメラの直下部を照明光で明るくして高さを計測したいはんだペーストを撮像し、カメラの位置合わせをしてスリットライン光の狙いを定めるようにしているが、スリットライン光を投射して撮像しようとした場合、はんだペーストも撮像してスリットライン光の画像処理が上手くできない。そこで、スリットライン光を撮像するときは照明光を消すようにしているが、プリント基板が湾曲している場合には斜め上方から投射したスリットライン光がはんだペーストを横切らないようになることがある。
このような場合、スリットライン光がはんだペーストを横切るようにする再位置合せに手間が掛かっていた。
【０００６】
それゆえ本発明の目的は、測定誤差を生じることなく速やかにペーストの高さを求めることができるペースト高さ測定装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成する本発明の特徴とするところは、基板上に塗布したペーストを横切るようにスリットライン光を投射し、これをカメラで撮像して画像処理により基板およびペーストのそれぞれに投射されている各スリットライン光の中心位置を求め、それらの中心位置の間隔から塗布したペーストの高さを測定する装置において、カメラで撮像した各スリットライン光の太さが予め設定された太さになるようにカメラゲインを調整する手段を設けたことにある。
【０００８】
また、スリットライン光の分割光と基板の照明光とが重ならないように同時に照射し、分割光からスリットライン光として照明光を消した場合にスリットライン光がペーストを横切る状態にあることを確認できるようにして、ペーストとスリットライン光の位置合せを行うことができるようにする手段を設けたことにある。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、図に示す実施形態に基いて、本発明のペースト高さ測定装置を詳細に説明する。
図１において、１は、はんだペースト２が塗布されたプリント基板である。プリント基板１には複数のはんだペースト２が塗布されるが、簡略化のために、１個のはんだペースト２のみを示している。３は基板１の上表面を撮像するカメラ、４は基板１の上表面を照らす照明光Ｌ１の光源である。５ははんだペースト２を横切るようにスリットライン光Ｌ２を投射する光源である。ここで、一点鎖線で表した矢印で示すスリットライン光Ｌ２の光軸と、カメラ４から降ろした点線で表した垂線で示すカメラ４の光軸、およびカメラ４と光源５を結ぶ点線で表した水平線とで形成される三角形が２等辺三角形となるようにする。
【００１０】
６は、スリットライン光Ｌ２の分割光を得るスリットライン光の遮光板である。７は制御装置であり、パーソナルコンピュータで構成される。８はモニタであり、カメラ３で得た画像を表示したり制御装置７で行った画像処理結果やキーボードから入力した各種データの表示などを行う。９は光源５のスリットライン光Ｌ２の幅を予め調整するための偏光フィルタである。
【００１１】
制御装置７は、図２に示した処理フローなどのプログラムを格納したＲＯＭ、カメラ３で得た画像のデータやキーボード（図示せず）から入力した各種データの処理を行うＣＰＵ、このＣＰＵで行った処理結果やカメラ３で得た画像のデータやキーボードから入力した各種データを格納するＲＡＭ、カメラ３、キーボードおよびモニタ８などとのデータの交信を行うインターフェースなどを備えている。制御装置７のプログラムにより処理される機能としては、次のようなものがある。
【００１２】
（１）基板上に塗布したペーストにスリットライン光を投射し、これをカメラで撮像して、ペーストの中心位置と寸法を測定する画像処理機能。
【００１３】
（２）基板およびペーストのそれぞれに投射されている各スリットライン光の中心位置を求め、それらの中心位置からペーストの高さを測定するペースト高さ測定機能。
【００１４】
（３）カメラで撮像した各スリットライン光の太さが予め設定された太さになるようにカメラゲインを調整するスリットライン光太さ調整機能。
【００１５】
（４）カメラで撮像した各スリットライン光の太さの許容範囲とそれに対応するカメラゲインを前以って設定しておくカメラゲイン設定機能。
【００１６】
（５）スリットライン光の分割光と基板の照明光とが重ならないように同時に照射し、分割光からスリットライン光として照明光を消した場合にスリットライン光がペーストを横切る状態にあることを確認できるようにして、ペーストとスリットライン光の位置合せを行うことができるようにする位置合せ機能。
【００１７】
（６）スリットライン光の分割光を得るスリットライン光の遮光手段を除去可能に設けて、該遮光手段を除去すると分割光からスリットライン光とするスリットライン光生成機能。
【００１８】
次に図２の処理フローに沿って、上記各機能を含む機能本発明のペースト高さ測定装置によるはんだペースト２の高さ測定について説明する。
先ず、制御装置７の電源を入れてステップ（以下、Ｓと略記する）１のティーチング処理を行う。
ティーチング処理Ｓ１では、図１のように遮光板６を移動させて光源４、５からの照明光Ｌ１とスリットライン光Ｌ２の分割光とが重ならないように同時に照射し、カメラ３で撮像する。モニタ８に示したようにスリットライン光Ｌ２ａは遮光板６で分割されはんだペースト２に投射されないし照明光Ｌ１がはんだペースト２を照射しているので、はんだペースト２と分割光の画像２ａ、Ｌ２ａが表示される。分割光の画像Ｌ２ａを結ぶ線がはんだペースト２の画像２ａと交差するようであれば、遮光板６を除去し分割光から図５のように連続したスリットライン光Ｌ２ａとして照明光Ｌ１を消した場合にスリットライン光Ｌ２ａがはんだペースト２を横切る状態にあることを確認できる。モニタ８に点線で表示する分割光の画像Ｌ２ｂを結ぶ線がはんだペースト２の画像２ａと交差しない場合は、カメラ３の位置合せがおかしいかプリント基板１が湾曲していることであるので、カメラ３とプリント基板１を相対的に移動してモニタ８に実線で示す状態とする。このモニタ８を用いた１回の相対移動で、カメラ３に対するティーチングが速やか、かつ、簡単にできたことになる。
【００１９】
次に、モニタ８の画像を利用してはんだペースト２のＸＹ各軸方向の長さを制御装置７のＲＡＭに格納する。そして、はんだペースト２の中心位置の検出時に使用する２値化用しきい値Ｑを図示していないキーボ−ドから設定する。さらに、はんだペースト２上およびプリント基板１上のスリット光幅を決定するためのカメラ３のゲインＧｍｈ、Ｇｍｋを設定する。
【００２０】
ここで、ゲインＧｍｈ、Ｇｍｋについて説明する。
図３は、はんだペースト２上およびプリント基板１上のスリット光幅とカメラ３のゲインの関係を示している。一般に、ゲインの値は異なっても、ゲインは類似した傾向を持ち、カメラゲインを増加するとスリット光幅は減少する。スリット光幅が小さい、即ち、カメラ３における画素数が少なければ、画像処理に必要な時間は短くて済むが、誤差が多くなる。本発明者らの検討によれば、図３（ａ）、（ｂ）に示したように、はんだペースト２上およびプリント基板１上のスリット光幅には画像処理時間と誤差から見ての許容範囲Ｒ１〜Ｒ２、Ｒ３〜Ｒ４があって、それら中央値に対応するカメラゲインをＧｍｈ、Ｇｍｋとして設定することが有効であることが判った。許容範囲Ｒ１〜Ｒ２、Ｒ３〜Ｒ４は、はんだペースト２やプリント基板１の種類材質によって異なるので、サンプルにより前以て調べておく。また、偏光フィルタ９についてもサンプルで予めスリット光幅が許容範囲Ｒ１〜Ｒ２、Ｒ３〜Ｒ４近くになるように調整しておく。
【００２１】
次に、図２の検査領域の設定処理Ｓ２を行う。この処理Ｓ２ではスリット光幅を検出する領域を設定する。検査領域ははんだペースト２やプリント基板１に分け、四角状とし、それらの中心位置と寸法を決める。さて、図１において、光源５を消灯し光源４でプリント基板１上を照らし、カメラ３で撮像した画像からはんだペースト２の領域ｈ１〜ｈ４を２値化用しきい値Ｑを用いて図４（ａ）に示すように検出する。はんだペースト２の領域ｈ１〜ｈ４にはいる画素を用いてその重心位置を求め、はんだペースト２の各領域ｈ１〜ｈ４の中心位置Ｏｈ１（Ｘｈ１、Ｙｈ１）、Ｏｈ２（Ｘｈ２、Ｙｈ２）、Ｏｈ３（Ｘｈ３、Ｙｈ３）、Ｏｈ４（Ｘｈ４、Ｙｈ４）とする。はんだペースト２の各領域ｈ１〜ｈ４の形状寸法は予め制御装置７のＲＡＭに格納してあるＸＹ各軸方向の長さを利用する。プリント基板１の検査領域ｋ１〜ｋ４はそれらの中心位置Ｏｋ１（Ｘｋ１、Ｙｋ１）、Ｏｋ２（Ｘｋ２、Ｙｋ２）、Ｏｋ３（Ｘｋ３、Ｙｋ３）、Ｏｋ４（Ｘｋ４、Ｙｋ４）が図４（ｂ）に示すようにはんだペースト２の各領域ｈ１〜ｈ４の中心位置Ｏｈ１（Ｘｈ１、Ｙｈ１）、Ｏｈ２（Ｘｈ２、Ｙｈ２）、Ｏｈ３（Ｘｈ３、Ｙｈ３）、Ｏｈ４（Ｘｈ４、Ｙｈ４）の中間位置になるようにし、大きさははんだペースト２の各領域ｈ１〜ｈ４の形状寸法とする。すなわち、検査領域ｋ１〜ｋ４の設定のために、中心位置Ｏｋ１〜Ｏｋ４を求めている。
【００２２】
次に、図２の画像の取り込み処理Ｓ３を行う。この処理Ｓ３は、図５に示すように光源４を消し遮光板６を引き込めて、検査領域ｋ１〜ｋ４の中心位置Ｏｋ１〜Ｏｋ４の付近に、光源５からスリットライン光Ｌ２でプリント基板１とはんだペースト２を照らしスリットライン光の撮像を行う。この時、制御装置７ではカメラ３のゲイン値をＭ２＝Ｇｍｋに自動設定する。すると、カメラ３は画像の明るさをゲイン値で信号に換算し、図５のモニタ８に示すようにスリットライン光の画像Ｌ２ａとして表示する。
【００２３】
その後、プリント基板上のスリットライン幅検出処理Ｓ４を行う。
図６は、プリント基板１の検査領域ｋ１におけるスリットライン光の画像Ｌ２ａをモデル化して示している。スリットライン光の画像Ｌ２ａとプリント基板１の検査領域ｋ１における輝度変化の最大位置Ｙｍａｘと最小位置Ｙｍｉｎからスリットライン光の画像Ｌ２ａとプリント基板１の検査領域ｋ１の境界を求め、最大位置Ｙｍａｘと最小位置Ｙｍｉｎの間隔をスリット光幅Ｒｋとする。この場合、Ｙ軸の各位置について、各Ｘ軸方向における画像Ｌ２ａと検査領域ｋ１の各画素における輝度を加算し、隣接するＹ軸の位置における輝度の加算値の差を求めて、輝度変化の最大位置Ｙｍａｘと最小位置Ｙｍｉｎを得ている。
【００２４】
上述したように、ゲイン値でスリット光幅は変化する。従って、ゲイン値を大きくすればスリット光幅は小さくなり、画像処理は楽になるが誤差が大きくなる。逆にゲイン値を小さくすれば誤差は小さいが画像処理に時間が掛かってしまう。
【００２５】
そこで、一旦得たプリント基板１の検査領域ｋ１におけるスリット光幅Ｒｋが適切なものか基板スリットライン幅判定処理Ｓ５を行う。この処理Ｓ５はスリット光幅Ｒｋを得た時のゲインＭ２においてそのスリット光幅Ｒｋが図３で示した設定済みの許容範囲Ｒ１〜Ｒ２の中に含まれているかで判断する。許容範囲以下であれば、ゲイン調整処理Ｓ６でゲインを下げ（Ｍ２＝Ｍ２−１）、許容範囲以上であれば、ゲインを上げ（Ｍ２＝Ｍ２＋１）処理Ｓ３に戻って、以上の処理を繰り返す。
【００２６】
許容範囲以内であれば、プリント基板上のスリットライン幅計測処理Ｓ７で最大位置Ｙｍａｘと最小位置Ｙｍｉｎを格納するとともに、両位置の中央の位置をスリット光中心位置Ａｋ１として格納する。
【００２７】
以上、検査領域ｋ１について説明したが、他の検査領域ｋ２〜ｋ４についても同時に同様な処理をしてそれらのスリット光中心位置Ａｋ２〜Ａｋ４を得て、最小自乗法により直線近似位置を算出し、格納しておく。
【００２８】
次に画像取り込み処理Ｓ８に進み、はんだペースト（クリーム半田）２について、Ｓ４〜Ｓ７と同様な処理をＳ９〜Ｓ１２においてそれぞれ行って、はんだペースト（クリーム半田）２のスリット光中心位置Ａｈ１〜Ａｈ４を得て、最小自乗法により直線近似位置を算出し、格納しておく。
【００２９】
その後、クリーム半田（はんだペースト）の高さ検出処理Ｓ１３において、プリント基板１上の各スリット光中心位置（Ａｋ１〜Ａｋ４）の直線近似位置とはんだペースト２の各スリット光中心位置（Ａｋ１〜Ａｋ４）の直線近似位置の間隔からはんだペーストの高さを算出する。即ち、前述したようにスリットライン光Ｌ２は斜め４５度の角度で投射されているため、両スリット光中心位置の間隔ははんだペーストの高さに等しいことに基づいている。
【００３０】
スリットライン幅判定処理Ｓ５、Ｓ１０で許容範囲外に判定されることは稀で、あっても、ゲイン調整処理Ｓ６、Ｓ１１の処理回数は非常に少ない。その理由は、図３で説明したように、プリント基板１やはんだペーストのサンプルで前以って画像処理時間と誤差から見ての許容範囲Ｒ１〜Ｒ２、Ｒ３〜Ｒ４とそれら中央値に対応するカメラゲインをＧｍｈ、Ｇｍｋを設定しているので、カメラゲインをＧｍｈ、Ｇｍｋが外れた数値になっていることはないことによる。従って、図６で説明したスリット光幅Ｒｋなどの適正な計測値を速やかでかつ簡単に得ることができる。
【００３１】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、測定誤差を生じることなく速やかにペーストの高さを求めることができるペースト高さ測定装置を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態になるペースト高さ測定装置を示す概略斜視図である。
【図２】図１に示したペースト高さ測定装置の処理フローを示す図である。
【図３】図２に示した処理フローにおけるカメラゲインのティーチング処理を説明するための図である。
【図４】図２に示した処理フローにおける検査領域の設定処理を説明するための図である。
【図５】図２に示した処理フローにおける画像の取り込み処理を説明するための図である。
【図６】図２に示した処理フローにおけるスリットライン幅検出処理を説明するための図である。
【符号の説明】
１プリント基板
２はんだペースト
３カメラ
４、５光源
６遮光板
７制御装置
８モニタ
９偏光フィルタ
Ｌ１照明光
Ｌ２スリットライン光

Claims

基板上に塗布したペーストを横切るようにスリットライン光を投射し、これをカメラで撮像し、カメラで撮像した各スリットライン光の太さが予め設定された太さになるようにカメラゲイン調節手段によってカメラゲインを調節し、調節されて画面表示されスリットライン光のスリット幅を計測し、各スリットライン光の中心位置を求め、それらの中心位置の間隔から塗布したペーストの高さを測定することを特徴とするペースト高さ測定装置。
上記請求項１に記載のペースト高さ測定装置において、検査領域を設定し、検査領域の中心位置は２つのスリット光中心位置の中間位置になるように設定したことを特徴とするペースト高さ測定装置。
基板上に塗布したペーストを横切るようにスリットライン光を投射し、これをカメラで撮像して画像処理により基板およびペーストのそれぞれに投射されている各スリットライン光の中心位置を求め、それらの中心位置の間隔から塗布したペーストの高さを測定する装置において、
スリットライン光の分割光と基板の照明光とが重ならないように同時に照射し、分割光からスリットライン光として照明光を消した場合にスリットライン光がペーストを横切る状態にあることを確認できるようにして、ペーストとスリットライン光の位置合せを行うことができるようにする手段を設けたことを特徴とするペースト高さ測定装置。
上記請求項３に記載のペースト高さ測定装置において、スリットライン光の分割光を得るスリットライン光の遮光手段を除去可能に設けて、該遮光手段を除去すると分割光からスリットライン光とすることができることを特徴とするペースト高さ測定装置。