JP3861551B2 - 外観検査における光学系の較正方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、実装基板などの検査対象物の外観検査における光学系の較正方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
実装基板の電子部品の実装状態を検査する方法として、外観検査が広く用いられている。この外観検査は、実装基板をカメラで撮像し撮像結果を画像処理することにより電子部品の実装状態の異常の有無を検出するものであり、検査項目としては電子部品の有無や位置ずれなど各種のものがある。近年、基板と電子部品など検査対象部位の色の違いを利用することによって所定の検査を行うカラー画像処理による外観検査が実用化されている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
このカラー画像処理においては、同一の対象物を撮像した場合に、取り込まれる画像の明るさや色のデータが常に同一であることが前提となっている。ところが、外観検査装置において撮像対象を照明するハロゲン光源などの照明手段は、一般に経時変化や時間応答性などの要因により一定の照度を維持することが困難である。このため、取り込まれた画像データから抽出された明るさや色の情報は照明の状態によって異なる。
【0004】
すなわち同一種類の装置であって装置個体が異なる場合はもちろん、同一装置においても照明器の累積使用時間によって得られる画像情報はばらつく。したがって、検査精度を確保するためには、この画像情報のばらつきを補正するための光学系の較正が必要となる。そしてカラー画像処理を応用した外観検査においては、画像データの明るさのみならず色についても画像情報のばらつきを補正する必要がある。しかしながら従来このようなカラー画像処理を対象とした光学系の較正処理を適正なアルゴリズムでしかも実際の外観検査装置において効率よく行う方法は確立されていなかった。
【0005】
そこで本発明は、カラー画像処理を用いた外観検査を適正に効率よく行うことができる外観検査における光学系の較正方法を提供することを目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】
請求項1記載の外観検査における光学系の較正方法は、撮像対象を撮像してカラー画像を取り込む撮像手段と、撮像対象を照明する照明手段と、撮像により得られたカラー画像データからR(赤)、G(緑)、B(青)の各要素ごとに明るさを検出する明るさ検出部と、前記各要素の明るさ目標値を記憶する明るさ目標値記憶部と、この明るさ目標値に基づいて前記照明手段を制御することにより前記各要素のうち特定要素の明るさを調整する明るさ調整部と、前記特定要素の明るさとその他の要素の明るさとの相対関係を所定条件に設定する色バランス調整手段とがあり、較正板を撮像して較正用のカラー画像を取り込むことにより光学系の較正処理を行う外観検査における光学系の較正方法であって、第1の較正板を撮像して較正用のカラー画像を取り込む較正用画像取り込み工程を行い、次いで撮像により得られたカラー画像データから明るさ検出部によりR(赤)、G(緑)、B(青)の各要素ごとに明るさを検出する明るさ検出工程を行い、次いでこれらの各要素のうちの特定要素の明るさ検出値が予め記憶された明るさ目標値に一致するように明るさ調整部によって前記照明手段を制御する明るさ調整工程を行い、次いで前記特定要素の明るさとその他の要素の明るさとの相対関係を色バランス調整手段によって所定条件に設定する色バランス調整工程を行い、前記第1の較正板を用いた前記明るさ調整工程および前記色バランス調整工程が行なわれた状態で、第2の較正板を撮像してカラー画像データを取得し、R(赤)、G(緑)、B(青)の各要素ごとに明るさ検出値を求めて明るさ目標値を更新する。
【0010】
請求項2記載の外観検査における光学系の較正方法は、請求項1記載の外観検査における光学系の較性方法であって、前記第2の較正板を外観検査装置に備えておき、外観検査装置の稼働中に前記第2の較正板を撮像して前記較正画像取り込み工程、明るさ検出工程、明るさ調整工程および色バランス調整工程を含む光学系の較正処理を所定インターバルで行う。
【0011】
請求項3記載の外観検査における光学系の較正方法は、撮像対象を撮像してカラー画像を取り込む撮像手段と、撮像対象を照明する照明手段と、撮像により得られたカラー画像データからR(赤)、G(緑)、B(青)の各要素ごとに明るさを検出する明るさ検出部と、前記各要素の明るさ目標値を記憶する明るさ目標値記憶部と、この明るさ目標値に基づいて前記照明手段を制御することにより前記各要素のうち特定要素の明るさを調整する明るさ調整部と、前記特定要素の明るさとその他の要素の明るさとの相対関係を所定条件に設定する色バランス調整手段とがあり、較正板を撮像して較正用のカラー画像を取り込むことにより光学系の較正処理を行う外観検査における光学系の較正方法であって、撮像対象を照明する照明手段を明るさ調整部によって制御することにより、第1の較正板を撮像して得られるカラー画像の明るさを予め記憶された明るさ目標値に基づいて調整するとともに、カラー画像のR(赤)、G(緑)、B(青)の各要素の明るさの相対関係を色バランス調整手段によって所定条件に設定する第1較正工程と、第1較正工程後に第2の較正板を撮像して得られたカラー画像から前記各要素の明るさ検出値を求める工程と、この明るさ検出値によって前記明るさ目標値を置き換えて更新する工程とを含む。
請求項4記載の外観検査における光学系の較正方法は、請求項3記載の外観検査における光学系の較正方法であって、前記第2の較正板よりも前記第1の較正板が上位である。
請求項5記載の外観検査における光学系の較正方法は、請求項3記載の外観検査における光学系の較正方法であって、前記第2の較正板を外観検査装置に備えておき、外観検査装置の稼働中に前記第2の較正板を撮像して前記較正画像取り込み工程、明るさ検出工程、明るさ調整工程および色バランス調整工程を含む光学系の較正処理を所定インターバルで行う。
【0012】
本発明によれば、撮像対象を照明する照明手段を明るさ調整部によって制御して、撮像により得られるカラー画像の明るさを予め記憶された明るさ目標値に基づいて調整し、次いでカラー画像のR(赤)、G(緑)、B(青)の各要素の明るさの相対関係を色バランス調整手段によって所定条件に設定することにより、光学系の較正を適正に行ってカラー画像における画像情報のばらつきを排除することができる。
【0013】
【発明の実施の形態】
次に本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。図1は本発明の一実施の形態の外観検査装置の構成を示すブロック図、図2は本発明の一実施の形態の外観検査装置の処理機能を示す機能ブロック図、図3は本発明の一実施の形態の外観検査装置の光学系の較正処理のフロー図、図4は本発明の一実施の形態の外観検査装置のメンテナンス時較正処理のフロー図、図5は本発明の一実施の形態の外観検査装置の通常稼働時較正処理のフロー図、図6は本発明の一実施の形態の較正板のツリー構造を示す図である。
【0014】
まず図1を参照して外観検査装置の構成を説明する。図1において、位置決めテーブル1上には外観検査の検査対象物である実装基板2が載置されている。実装基板2を撮像してカラー画像を取得し、得られたカラー画像を画像処理することにより、電子部品の有無や位置ずれなどの所定の検査が行われる。位置決めテーブル1上には、較正板3が装着されている。較正板3は後述するように光学系の較正処理に使用される。
【0015】
位置決めテーブル1の上方には、撮像手段としてのカメラ10が配設されている。位置決めテーブル制御部15によって位置決めテーブル1を駆動することにより、実装基板2はカメラ10に対して相対的に位置決めされ、実装基板2の任意位置をカメラ10により撮像することができる。また較正処理時には位置決めテーブル1を駆動して較正板3をカメラ10の下方に移動させ、較正板3を撮像する。
【0016】
カメラ10はカメラ制御部11と接続されており、カメラ制御部11はカメラ10の撮像動作を制御するとともに、撮像により取得されたカラー画像情報を受け取る。カメラ10による撮像時には、撮像対象の実装基板2は発光部14からの照射光によって照明される。発光部14は光ファイバなどの導光ケーブル14aによってハロゲンランプなどの光源部13と接続されている。
【0017】
光源部13は照明制御部12によって制御され、光源部13を点灯することにより、発光部14から照明光が照射される。照明制御部12には、明るさを指示するデジタル値である指令値が入力され、照明制御部12はこの指令値に比例した電力で光源部13を点灯させる。光源部13、導光ケーブル14aおよび発光部14は撮像対象を照明する照明手段となっている。
【0018】
演算処理部16はCPUであり、プログラム記憶部17に記憶された各種プログラムおよびデータ記憶部18に記憶された各種データに基づいて、画像処理による外観検査や、光学系の較正処理などの各種の処理・演算を行う。プログラム記憶部17は、外観検査や光学系の較正処理などのプログラムを記憶する。データ記憶部18は、光学系の較正に用いられる明るさ目標値などの各種のデータを記憶する。表示部19はディスプレイ装置であり、カメラ10によって撮像された画像表示や、操作入力時の案内画面などを表示する。操作・入力部20はキーボードやマウスなどの入力手段であり、制御コマンドの入力やデータ入力を行う。
【0019】
次に図2を参照して、外観検査装置の光学系の較正処理機能について説明する。この較正処理は、検査対象物を照明する照明装置の照明条件を、同一撮像対象を同一条件で撮像する場合については、常に同一撮像結果が得られるように調整するものである。この較正処理は次に説明する較正板を撮像して得られた画像データに基づいて行われる。
【0020】
なお、図2に示す明るさ検出部21、ゲイン補正部22、明るさ調整部24は、図1に示すプログラム記憶部17に記憶されたプログラムにしたがって演算処理部16によって行われる処理機能を示すものであり、明るさ目標データ記憶部23は、図1に示すデータ記憶部18に記憶されるデータ内容を示している。
【0021】
図2において位置決めテーブル1上には第1の較正板としての基準較正板4および第2の較正板としての付属較正板3が装着される。付属較正板3は図1の較正板3であり、外観検査装置の通常稼働時において、照明装置の経時変化に起因する照明条件のばらつきを補正するための光学系の較正に用いられる。また、基準較正板4は、付属較正板3の表面性状が経時変化することによる較正条件のばらつきを補正するために用いられるものである。この基準較正板4は較正条件のばらつきを補正する場合にのみ使用され、通常は経時変化をできるだけ生じないような環境で保管されている。
【0022】
これらの付属較正板3、基準較正板4をカメラ10で撮像して得られたR(赤)、G(緑)、B(青)の各要素の画像情報を含むカラー画像データは、カメラ制御部11に送られる。そしてこれらR,G,Bの各要素の画像情報は明るさ検出部21に送られ、明るさ検出部21では対象エリア内の各画素の明るさの平均値を求めることによりR,G,B各要素ごとに明るさが検出される。
【0023】
ここで検出された明るさを数値データで示す明るさ検出値のうち、特定要素(ここではG要素)の明るさ検出値は明るさ調整部24に伝達される。そしてこの明るさ検出値を目標データ記憶部23に記憶された明るさ目標値と比較し、比較結果に基づいて照明制御部12に明るさ調整指令を出力する。これにより、光源部13の出力が調整され、発光部14より照射される照明光の明るさが変更される。すなわち、明るさ検出値が予め設定され記憶された明るさ目標値に一致するように、明るさ調整部12によって照明手段を制御する。
【0024】
ここで明るさ目標値について説明する。カラー画像処理では、R,G,Bの各要素の画像情報を抽出して所定の検査を行うものであるため、同一撮像対象を同一条件で撮像して取り込まれる画像については、検出される明るさが各要素ごとに常に同じであることが求められる。換言すれば、所定の基準撮像対象を撮像した場合に、各要素ごとに所定の明るさが検出されるよう、照明条件を設定する必要がある。
【0025】
この所定の明るさは、基準撮像対象として用いられる較正板について、各要素ごとに明るさ目標値として設定される。すなわち、当該較正板を撮像して取り込まれた画像から検出された明るさ検出値が、R,G,Bの各要素について明るさ目標値と一致している場合には、カラー画像処理を行うための適正な照明条件が満たされ光学系が適正に較正されていることになる。
【0026】
なお、明るさ目標値は一組のみに限定されず、複数組の目標値を設定してもよい。本実施の形態では、高明度の照明条件下で撮像する場合に用いられる照明条件に対応した明るさ目標値の組(R1,G1,B1)と、低明度の照明条件下で撮像する場合に用いられる照明条件に対応した明るさ目標値の組(R2,G2,B2)の2組の明るさ目標データ23a,23bが、明るさ目標データ記憶部23に記憶されている。
【0027】
明るさ目標データ記憶部23に記憶されるこれらのデータは、明るさ検出部21によって得られる明るさ検出値によって置き換えが可能であり、必要に応じて明るさ目標値の更新が行えるようになっている。
【0028】
次に色バランス調整について説明する。前述の明るさ調整においては、特定要素(G)について検出された明るさ検出値が明るさ目標値と一致するよう、光源部13を制御するものである。したがってこの明るさ調整によっては、他の要素(R,B)の明るさ検出値は必ずしも明るさ目標値と一致しない。そこで明るさ検出部21によって検出されたR,Bの明るさ検出値に基づいて、ゲイン補正部22によって色バランスの調整を行う。
【0029】
ゲイン補正部22は、カメラ制御部11から出力される各要素の画像情報のゲインを変更できるようになっており、ここでは、R,Bの2要素についてゲインを補正する。そして明るさ検出値と明るさ目標値が一致するよう、ゲイン補正部22によってカメラ制御部11に対して補正指令が出力される。この補正処理はR,Bの各要素について行われ、全ての要素について特定要素(G)の明るさ検出値と他の要素の明るさ検出値との相対関係があらかじめ設定される所定条件に合致するようにゲインを設定することにより色バランス調整が行われる。すなわち、ゲイン補正部22は、特定要素の明るさとその他の要素の明るさとの相対関係を所定条件に設定する色バランス調整手段となっている。
【0030】
この外観検査装置は上記の様に構成されており、以下、光学系の較正処理のフローについて図3を参照して説明する。このフロー図は、較正板を用いた光学系の較正処理の一般フロー図を示すものであり、用いる較正板の種類によって実際の外観検査装置において行われる較正処理の目的は異なったものとなる。
【0031】
まず位置決めテーブル1上に装着された較正板をカメラ10によって撮像し、カラー画像データを取得する(ST1)。カラー画像データは、R,G,B各要素ごとにカメラ制御部11から明るさ検出部21に送られ、ここでR,G,B各要素ごとに明るさのエリア平均値を求める(ST2)。次に、特定要素(G)の明るさが目標値となるよう、明るさ調整部24から照明制御部12に出力される指令値を調整して光源部13の明るさを調整する(ST3)。すなわち、較正板を撮像して得られる較正用のカラー画像の明るさを、予め記憶された明るさ目標値に基づいて調整する(明るさ調整工程)。
【0032】
次に、カラー画像のR,G,Bの各要素の明るさ検出値の相対関係を所定条件に設定する(色バランス調整工程)。すなわち、まずRの明るさとGの明るさとの相対関係があらかじめ設定された所定条件を満たすように、Rのゲインを補正する(ST4)。そして同様に、Bの明るさとGの明るさとの相対関係があらかじめ設定された所定条件を満たすように、Bのゲインを補正する(ST5)。これにより、較正板を用いて取得画像の明るさ調整および色バランス調整が行われ、光学系の較正処理が完了する。
【0033】
以下、図4、図5のフロー図を参照して、具体的な較正処理について説明する。
【0034】
まず図4を参照して、通常稼働時較正処理について説明する。この較正処理は、外観検査装置を継続して稼働させる際に、光源部13の劣化などによる照明条件の経時変化を定期的に較正するために行われるものである。この較正処理は、位置決めテーブル1上の所定位置に固定装着された付属較正板3(図1参照)を撮像して行われる。
【0035】
まず検査装置の稼働が開始され(ST11)、実装基板2を対象として検査作業が実行される(ST12)。そしてこの検査作業の実行において、既に所定サイクル数が経過したか否かが判断され(ST13)、未経過であればそのまま検査作業が反復され、既に所定サイクル数が経過している場合には、付属較正板3を用いて図3に示すフロー図にしたがって光学系の較正を行う(ST14)。
【0036】
すなわちこの較正処理は、外観検査装置に備えた付属較正板3を用い、外観検査装置の稼働中に較正画像取り込み工程、明るさ検出工程、明るさ調整工程および色バランス調整工程を含む光学系の較正処理を所定インターバルで行うものである。そしてこの較正処理により、照明制御部12への指令値が調整されて明るさ調整が行われるとともに、カメラ制御部11においてR,Bのゲイン補正が行われ、色バランス調整が行われる。これにより、同一対象を撮像する場合においては、光源部13の経時劣化状態に拘らず画像情報のばらつきを排除して常に所定の明るさ、色バランスの画像を取得することができ、カラー画像による外観検査の検査精度を確保することができる。
【0037】
次に図5を参照して、メンテナンス時較正処理について説明する。この較正処理は付属較正板3を長期間外観検査装置に装着して使用することによる付属較正板3自体の表面性状の経時変化に起因する較正結果のばらつきを、装置メンテナンス時に定期的に補正する目的で行われるものである。この較正処理には、経時変化による表面劣化のない基準較正板4が用いられる(図2参照)。
【0038】
まず図5において、基準較正板(第1の較正板)4を外観検査装置にセットし、図5に示すフロー図にしたがって光学系の較正を行う(ST21)。すなわち、この較正処理により照明制御部12への指令値が調整されて明るさ調整が行われるとともに、カメラ制御部11においてR,Bのゲイン補正が行われ色バランス調整が行われる(第1較正工程)。
【0039】
次に上記の明るさ調整および色バランス調整が行われた状態で、外観検査装置に備えられた付属較正板(第2の較正板)3を撮像してカラー画像データを取得する(ST22)。そしてR,G,B各要素ごとに明るさ検出値R1,G1,B1を求め(ST23)、求められた明るさ検出値R1,G1,B1を明るさ目標データ記憶部23に記憶させる。そして既存の明るさ目標値をこれらの明るさ検出値R1,G1,B1によって置き換えて明るさ目標値を更新する(ST24)。
【0040】
これにより、付属較正板3の当該時点における表面性状に応じた明るさ目標値が新たに設定され記憶される。したがって、長期間の使用により付属較正板3自体の表面が変化する場合にあっても、常に適正な明るさ目標値が設定され、光学系の適正な較正結果を得ることができる。
【0041】
更に図6に示すように、前述の基準較正板4の上位にマスター較正板5を設定するようにしてもよい。すなわち、同一種類の複数の基準較正板4を較正するために、さらに厳密に管理されたマスター較正板5を設けるものである。このマスター較正板5は、表面性状が経時変化することのないよう厳しい保管状態で保存される。そして、マスター較正板5と基準較正板4とを図5に示す処理と同様の方法で較正する。この場合には、マスター較正板5が第1の較正板に、基準較正板4が第2の較正板にそれぞれ相当する。
【0042】
この較正処理により、基準較正板4自体の経時変化による較正結果のばらつきを補正することができる。このようなマスター較正板5を設定することにより、多数台製作される外観検査装置全体について共通の較正基準が保証され、広い範囲の検査対象物に対して共通の検査基準でばらつきのない外観検査を行うことが可能となる。
【0043】
【発明の効果】
本発明によれば、撮像対象を照明する照明手段を明るさ調整部によって制御して、撮像により得られるカラー画像の明るさを予め記憶された明るさ目標値に基づいて調整し、次いでカラー画像のR(赤)、G(緑)、B(青)の各要素の明るさの相対関係を色バランス調整手段によって所定条件に設定することにより、光学系の較正を適正に行ってカラー画像における画像情報のばらつきを排除し、外観検査の検査精度を確保することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施の形態の外観検査装置の構成を示すブロック図
【図2】本発明の一実施の形態の外観検査装置の処理機能を示す機能ブロック図
【図3】本発明の一実施の形態の外観検査装置の光学系の較正処理のフロー図
【図4】本発明の一実施の形態の外観検査装置のメンテナンス時較正処理のフロー図
【図5】本発明の一実施の形態の外観検査装置の通常稼働時較正処理のフロー図
【図6】本発明の一実施の形態の較正板のツリー構造を示す図
【符号の説明】
2 実装基板
3 (付属)較正板
4 基準較正板
10 カメラ
11 カメラ制御部
12 照明制御部
13 光源部
21 明るさ検出部
22 ゲイン補正部
23 明るさ目標データ記憶部
24 明るさ調整部
Claims (5)
- 撮像対象を撮像してカラー画像を取り込む撮像手段と、撮像対象を照明する照明手段と、撮像により得られたカラー画像データからR(赤)、G(緑)、B(青)の各要素ごとに明るさを検出する明るさ検出部と、前記各要素の明るさ目標値を記憶する明るさ目標値記憶部と、この明るさ目標値に基づいて前記照明手段を制御することにより前記各要素のうち特定要素の明るさを調整する明るさ調整部と、前記特定要素の明るさとその他の要素の明るさとの相対関係を所定条件に設定する色バランス調整手段とがあり、較正板を撮像して較正用のカラー画像を取り込むことにより光学系の較正処理を行う外観検査における光学系の較正方法であって、
第1の較正板を撮像して較正用のカラー画像を取り込む較正用画像取り込み工程を行い、次いで撮像により得られたカラー画像データから明るさ検出部によりR(赤)、G(緑)、B(青)の各要素ごとに明るさを検出する明るさ検出工程を行い、次いでこれらの各要素のうちの特定要素の明るさ検出値が予め記憶された明るさ目標値に一致するように明るさ調整部によって前記照明手段を制御する明るさ調整工程を行い、次いで前記特定要素の明るさとその他の要素の明るさとの相対関係を色バランス調整手段によって所定条件に設定する色バランス調整工程を行い、前記第1の較正板を用いた前記明るさ調整工程および前記色バランス調整工程が行なわれた状態で、第2の較正板を撮像してカラー画像データを取得し、R(赤)、G(緑)、B(青)の各要素ごとに明るさ検出値を求めて明るさ目標値を更新することを特徴とする外観検査における光学系の較正方法。 - 前記第2の較正板を外観検査装置に備えておき、外観検査装置の稼働中に前記第2の較正板を撮像して前記較正画像取り込み工程、明るさ検出工程、明るさ調整工程および色バランス調整工程を含む光学系の較正処理を所定インターバルで行うことを特徴とする請求項1記載の外観検査における光学系の較正方法。
- 撮像対象を撮像してカラー画像を取り込む撮像手段と、撮像対象を照明する照明手段と、撮像により得られたカラー画像データからR(赤)、G(緑)、B(青)の各要素ごとに明るさを検出する明るさ検出部と、前記各要素の明るさ目標値を記憶する明るさ目標値記憶部と、この明るさ目標値に基づいて前記照明手段を制御することにより前記各要素のうち特定要素の明るさを調整する明るさ調整部と、前記特定要素の明るさとその他の要素の明るさとの相対関係を所定条件に設定する色バランス調整手段とがあり、較正板を撮像して較正用のカラー画像を取り込むことにより光学系の較正処理を行う外観検査における光学系の較正方法であって、
撮像対象を照明する照明手段を明るさ調整部によって制御することにより、第1の較正板を撮像して得られるカラー画像の明るさを予め記憶された明るさ目標値に基づいて調整するとともに、カラー画像のR(赤)、G(緑)、B(青)の各要素の明るさの相対関係を色バランス調整手段によって所定条件に設定する第1較正工程と、第1較正工程後に第2の較正板を撮像して得られたカラー画像から前記各要素の明るさ検出値を求める工程と、この明るさ検出値によって前記明るさ目標値を置き換えて更新する工程とを含むことを特徴とする外観検査における光学系の較正方法。 - 前記第2の較正板よりも前記第1の較正板が上位であることを特徴とする請求項3記載の外観検査における光学系の較正方法。
- 前記第2の較正板を外観検査装置に備えておき、外観検査装置の稼働中に前記第2の較正板を撮像して前記較正画像取り込み工程、明るさ検出工程、明るさ調整工程および色バランス調整工程を含む光学系の較正処理を所定インターバルで行うことを特徴とする請求項3記載の外観検査における光学系の較正方法。
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