JP4100376B2 - Surface condition inspection method and apparatus, and inspection image generation apparatus - Google Patents
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Description
この発明は、部品実装基板上のはんだのような、表面に傾斜面を有する物体を検査対象として、ラインセンサにより得た検査対象物の2次元画像を用いてその表面状態を検査する技術に関する。特にこの発明は、複数の色彩光を用いた照明によって傾斜状態に応じた色彩分布が現れた2次元画像を生成し、前記検査を実行する場合の方法および装置に関する。 The present invention relates to a technique for inspecting a surface state using a two-dimensional image of an inspection object obtained by a line sensor using an object having an inclined surface on the surface, such as solder on a component mounting board, as an inspection object. In particular, the present invention relates to a method and apparatus for generating a two-dimensional image in which a color distribution corresponding to an inclined state appears by illumination using a plurality of color lights, and executing the inspection.
出願人は、以前に、はんだ付け部位の鏡面反射性を利用して、画像処理の手法により基板上のはんだ付け部位を自動検査する装置を開発した(特許文献1参照。)。 The applicant has previously developed an apparatus for automatically inspecting a soldering site on a substrate by an image processing technique using the specular reflectivity of the soldering site (see Patent Document 1).
上記の特許文献1に開示された検査装置の光学系は、径の異なる3個の円環状光源と2次元撮像装置とにより構成される。各光源は、それぞれ赤、緑、青の色彩光を発光するもので、2次元撮像装置は、これら光源の中心に対応する位置に光軸を鉛直方向に向けて配備される。
The optical system of the inspection apparatus disclosed in
上記構成において、各光源からはんだの表面に照射された色彩光は、それぞれ鏡面反射する。このうち、はんだの傾斜面に対し、撮像装置の方向に対応する角度方向からの色彩光の鏡面反射光が撮像装置に入射するため、画像上のはんだの部分では、その勾配が変化する方向に沿って、赤、緑、青の各色彩が分布するようになる。よって、良好な形状のはんだの画像に出現する各色彩のパターンを登録しておき、検査対象の画像における各色彩パターンを登録された色彩パターンと比較することにより、はんだの表面状態の良否を判別することができる。 In the above configuration, the color light irradiated on the surface of the solder from each light source is specularly reflected. Among these, since the specular reflected light of the color light from the angle direction corresponding to the direction of the imaging device is incident on the imaging device with respect to the inclined surface of the solder, the solder portion on the image is in a direction in which the gradient changes. Along each of the colors, red, green, and blue colors are distributed. Therefore, by registering each color pattern that appears in a well-shaped solder image and comparing each color pattern in the image to be inspected with the registered color pattern, the quality of the solder surface state is determined can do.
つぎに、ラインセンサを用いて検査を行う装置として、特許文献2,3に開示されたものがある。これらの文献の検査装置では、ラインセンサの撮像対象領域に沿って複数の線状光源が配置した光学系を使用している。
Next, there are apparatuses disclosed in
特許文献2に記載の装置では、ラインセンサの撮像対象領域に対し、複数の色彩光を異なる角度から照射することによって、前記特許文献1と同様の原理による検査を実行できるようにしている。また、特許文献3に開示された装置では、1つの光源の光路にハーフミラーを介在させることにより、検査対象物に対し、斜め方向からの照明と真上方向からの照明とを同時に行えるようにしている。
In the apparatus described in
特許文献2,3のような構成の光学系で特許文献1と同じ原理による検査を行う場合、はんだの傾斜面と撮像対象領域との関係によって、画像上の色彩の分布状態が異なるものになる。たとえば、はんだの勾配が変化する方向が撮像対象領域に直交する関係にある場合には、各線状光源からの光は、はんだの傾斜面に対して正面側から照射されるから、円環状光源による場合と同様の条件で色彩光を照射することができ、各色彩が勾配の変化の方向に沿って分布する画像を得ることができる。これに対し、前記勾配が変化する方向が撮像対象領域に沿う方向を向いている場合には、各色彩光は、はんだの傾斜面の側方側から照射されることになり、上記のような色彩分布の画像を得るのは困難になる。
When an inspection based on the same principle as in
このように、ラインセンサや線状光源を用いた場合には、同種の部品であっても、実装される方向によって、色彩の分布状態が異なるようになる。このため、自動検査を行う場合には、実装される方向毎に、色彩パターンを登録する必要がある。また、この自動検査のための検査基準を定める作業を行ったり、目視による検査を行う場合には、モニタに表示された画像を利用することになるが、部品の実装方向によって見え方が異なるため、視認性が悪くなり、作業に支障が生じたり、判別を誤るおそれがある。 As described above, when a line sensor or a linear light source is used, the color distribution state differs depending on the mounting direction even for the same type of components. Therefore, when performing automatic inspection, it is necessary to register a color pattern for each mounting direction. In addition, when working to determine the inspection standard for this automatic inspection or when performing visual inspection, the image displayed on the monitor will be used, but the way it looks depends on the mounting direction of the parts Visibility is poor, there is a risk that the work may be hindered or misjudged.
さらに、各光源が傾斜面の側方側に位置する場合には、はんだの傾斜状態によっては、いずれの色彩の鏡面反射光もラインセンサに入射しない状態となり、黒色に近い画像しか得られなくなる可能性がある。このような場合には、色彩分布に基づく検査を実行すること自体が難しくなる。 Furthermore, when each light source is located on the side of the inclined surface, depending on the inclined state of the solder, no specular reflected light of any color will enter the line sensor, and only an image close to black may be obtained. There is sex. In such a case, it is difficult to execute the inspection based on the color distribution.
この発明は上記の問題点に着目してなされたもので、撮像開始時の検査対象物の勾配が変化する方向が光源の配置に対してどのような関係をとる場合でも、その勾配の変化の方向を表す色彩の分布パターンが統一された状態で現れる画像を生成することにより、安定した精度で検査を行えるようにすることを目的とする。 The present invention has been made paying attention to the above-mentioned problems, and no matter what relationship the direction in which the gradient of the inspection target changes at the start of imaging changes with respect to the arrangement of the light source , An object of the present invention is to enable inspection with stable accuracy by generating an image in which a color distribution pattern representing a direction appears in a unified state .
この発明にかかる表面状態検査方法は、ラインセンサの撮像対象領域に沿って配備された複数の線状光源により、前記撮像対象領域に複数の色彩光を異なる角度方向から照射し、その照明状態下で前記撮像対象領域に対する検査対象物の相対位置を変化させながらラインセンサの走査を繰り返すことによって前記検査対象物の2次元カラー画像を生成し、生成された2次元カラー画像を用いて前記検査対象物の表面状態を検査するもので、前記撮像対象領域に対する検査対象物の向きが異なる複数とおりの状態において、それぞれ検査対象物の2次元カラー画像を生成する処理を実行し、生成された複数の2次元カラー画像の1つを基準として、その他の画像上の検査対象物の向きおよび位置が基準の画像に揃うように前記他の画像を変換した後、画像間で対応関係にある画素の組毎にR,G,Bの各階調毎の平均値を算出することによって各画像を合成し、この合成処理により得られた画像を用いて検査を実行することを特徴とする。 In the surface condition inspection method according to the present invention, a plurality of linear light sources arranged along an imaging target area of a line sensor irradiate the imaging target area with a plurality of colored lights from different angular directions, in the generated two-dimensional color image of the inspection object by repeating the scanning of the line sensor while changing the relative position of the test object with respect to the imaging target region, said object using a two dimensional color image generated Inspecting the surface state of an object, in a plurality of states with different orientations of the inspection object with respect to the imaging target region, a process of generating a two-dimensional color image of the inspection object is executed, and a plurality of generated Using one of the two-dimensional color images as a reference, the other image is converted so that the orientation and position of the inspection object on the other images are aligned with the reference image. Thereafter, each image is synthesized by calculating an average value for each gradation of R, G, and B for each set of pixels having a correspondence relationship between the images, and an inspection is performed using the image obtained by this synthesis processing. It is characterized by performing .
上記において、複数の線状光源は、所定長さの直線状または直線に近い緩やかな曲率をもつ光源であって、蛍光灯、または複数の発光体(LEDなど)の集合体として構成することができる。これらの光源は、長さ方向を撮像対象領域に沿わせ、発光色毎に異なる高さ位置に設けられるのが望ましい。また、いずれの色彩光についても、2個以上の光源を、撮像対象領域を挟んで対称になるように配備することができる。また、前述した特許文献2のように、これらの光源の一部の光路にハーフミラーを介装させ、撮像対象領域に対し、斜め方向および真上方向からの照明を同時に行えるようにしてもよい。
In the above, the plurality of linear light sources are light sources having a linear shape with a predetermined length or a gentle curvature close to a straight line, and may be configured as a fluorescent lamp or an aggregate of a plurality of light emitters (LEDs, etc.). it can. These light sources are preferably provided at different height positions for each emission color with the length direction along the imaging target region. Further, for any color light, two or more light sources can be arranged so as to be symmetric with respect to the imaging target region. Further, as in
前記ラインセンサは、各画素の蓄積電荷を順に放出する処理によって1ライン分の画像データを生成するものである。この1ライン分の画像データを生成する処理が走査(スキャン)と呼ばれている。上記の方法では、撮像対象領域に対し、検査対象物を相対的に動かしながら走査を繰り返すことにより、検査対象物の全体像を含む2次元画像を生成することができる。 The line sensor generates image data for one line by a process of sequentially discharging the accumulated charge of each pixel. The process of generating image data for one line is called scanning. In the above method, a two-dimensional image including the entire image of the inspection target can be generated by repeating scanning while moving the inspection target relative to the imaging target region.
上記の方法によれば、1つの検査対象物について、異なる照明状態を反映した複数とおりの画像を取得した後、これらの画像を平均化するので、最初の撮像時の検査対象物がいずれの方向を向いていても、最終的な検査用の画像における色彩の分布状態を統一した状態にすることができる。 According to the above method, since a plurality of images reflecting different illumination states are acquired for one inspection object, and these images are averaged, the inspection object at the time of the first imaging is in any direction. The color distribution state in the final inspection image can be made uniform even when facing the direction.
なお、上記の加算平均処理を行うに際しては、各画像間の位置ずれや歪みを調整しておくのが望ましい。また、画像合成処理には、前記加算平均処理に加え、明るさ補正など、加算平均画像に対する補正処理を含めることができる。 In addition, when performing the above-described averaging process, it is desirable to adjust the positional deviation and distortion between the images. In addition to the addition averaging process, the image composition process can include a correction process for the addition average image such as brightness correction.
上記の方法によれば、あらかじめモデルの対象物に対し同様の方法を実行して、合成処理後の画像から基準の色彩パターンを抽出して登録し、検査時の合成画像から抽出した色彩パターンを登録された色彩パターンと照合することにより、検査を行うことができる。この場合に、同種の検査対象物であれば、同じ登録パターンを使用することができる。また、検査用の画像を表示して目視による検査を行う場合にも、検査対象物の向きに関わらず、統一された色彩分布状態が表示されるようになるから、判断を誤るおそれがない。 According to the above method, the same method is executed in advance on the object of the model, the reference color pattern is extracted and registered from the image after the synthesis process, and the color pattern extracted from the synthesized image at the time of inspection is registered. Inspection can be performed by collating with the registered color pattern. In this case, the same registered pattern can be used for the same kind of inspection object. In addition, when visual inspection is performed by displaying an inspection image, a unified color distribution state is displayed regardless of the orientation of the inspection object, so that there is no possibility of erroneous determination.
上記方法において、部品実装基板上のはんだを検査対象物とする場合、好ましい態様では、検査対象物の2次元カラー画像を取得する処理を2回実行するとともに、前記撮像対象領域に対する検査対象物の向きを、1回目の処理後に90°変化させる。これは、基板上の殆どの部品は、その主軸を基板の水平方向または垂直方向に対応させて実装されることによる。上記の態様によれば、部品がいずれの方向に実装される場合でも、はんだの傾斜面に対し、正面側から光を照射したときの画像と、側方側から光を照射したときの画像とを得ることができる。よって、これらの画像を合成することによって、各色彩の分布状態が統一された状態の画像を得ることができる。 In the above method, when the solder on the component mounting board is used as an inspection object, in a preferred embodiment, the process of acquiring a two-dimensional color image of the inspection object is executed twice, and the inspection object for the imaging target region is also processed. The orientation is changed by 90 ° after the first treatment. This is because most components on the board are mounted with their main axes corresponding to the horizontal or vertical direction of the board. According to the above aspect, when the component is mounted in any direction, the image when the light is irradiated from the front side and the image when the light is irradiated from the side side on the inclined surface of the solder, and Can be obtained. Therefore, by combining these images, it is possible to obtain an image in which the distribution state of each color is unified.
つぎに、この発明にかかる検査用画像の生成装置は、ラインセンサを含む撮像手段と、前記ラインセンサの撮像対象領域に複数の色彩光を異なる角度方向から照射できるようにして、前記撮像対象領域に沿って配備された複数の線状光源と、前記各線状光源による照明下で前記撮像対象領域に対する検査対象物の相対位置を変更しながらラインセンサの走査を繰り返すことによって、前記検査対象物の表面状態を検査するための2次元カラー画像を生成する画像生成手段とを具備する。さらに、前記画像生成手段は、前記撮像対象領域に対する検査対象物の向きを変換するための転換手段と、この転換手段により撮像対象領域に対する検査対象物の向きが異なる複数とおりの状態を設定しつつ、各状態において、それぞれ検査対象物の2次元カラー画像を取得する処理を実行する画像取得手段と、画像取得手段が取得した複数の2次元カラー画像の1つを基準として、その他の画像上の検査対象物の向きおよび位置が基準の画像に揃うように前記他の画像を変換した後、画像間で対応関係にある画素の組毎にR,G,Bの各階調毎の平均値を算出することによって各画像を合成する画像合成手段とを含む。 Next, an inspection image generating apparatus according to the present invention includes: an imaging unit including a line sensor; and the imaging target region of the line sensor so that a plurality of color lights can be irradiated from different angular directions. a plurality of linear light sources deployed along, by repeating the scanning of the line sensor while changing the relative position of the test object with respect to the imaging target region under illumination by the respective linear light source, of the test object Image generating means for generating a two-dimensional color image for inspecting the surface state. Further, the image generation means sets a plurality of states in which the orientation of the inspection object with respect to the imaging target region is different by the conversion means for converting the orientation of the inspection target with respect to the imaging target region, and the conversion means. In each state, an image acquisition unit that executes a process of acquiring a two-dimensional color image of the inspection object, and one of a plurality of two-dimensional color images acquired by the image acquisition unit is used as a reference. After the other image is converted so that the direction and position of the inspection object are aligned with the reference image, the average value for each gradation of R, G, and B is calculated for each set of pixels having a correspondence relationship between the images. Image combining means for combining the images.
上記において、撮像手段は、前記ラインセンサやレンズなどを含むラインセンサカメラとして構成することができる。複数の線状光源は、前記したものと同様である。画像取得手段や画像合成手段は、それぞれその手段に応じたプログラムが設定されたコンピュータを構成要素とすることができる。さらに、画像取得手段には、検査対象物、もしくは撮像手段および光源を移動させるための移動機構を含めることができる。 In the above, the imaging unit can be configured as a line sensor camera including the line sensor, the lens, and the like. The plurality of linear light sources are the same as described above. Each of the image acquisition means and the image composition means can be configured by a computer in which a program corresponding to the means is set. Furthermore, the image acquisition means can include an inspection object or a moving mechanism for moving the imaging means and the light source.
画像取得手段の転換手段は、撮像手段や各線状光源に対して検査対象物を回転させる回転機構により構成することができる。または、検査対象物に対し、撮像手段および光源を回転させる回転機構とすることもできる。また、撮像手段および各線状光源による光学系を複数設け、検査対象物を各光学系に順に送り込む構成をとる場合には、各光学系間の搬送路に転換手段を設けることができる。 The conversion means of the image acquisition means can be constituted by an imaging means or a rotation mechanism that rotates the inspection object relative to each linear light source. Or it can also be set as the rotation mechanism which rotates an imaging means and a light source with respect to a test subject. Further, in the case where a plurality of optical systems using the imaging unit and each linear light source are provided and the inspection object is sequentially sent to each optical system, a conversion unit can be provided in the conveyance path between the optical systems.
さらに、好ましい態様にかかる検査用画像の生成装置は、画像合成手段により生成された合成画像を表示する表示手段を具備する。 Furthermore, the inspection image generation apparatus according to a preferred aspect includes display means for displaying the composite image generated by the image composition means.
上記の検査用画像の生成装置によれば、検査対象物の傾斜状態が良好であれば、その向きに関わらず、色彩の分布状態が統一された検査用画像を生成することができ、安定した検査を実行することができる。 According to the above-described inspection image generation apparatus, if the inclination state of the inspection object is good, it is possible to generate an inspection image in which the color distribution state is unified regardless of the orientation thereof, and is stable. An inspection can be performed.
この発明にかかる表面状態検査装置は、前記検査用画像の生成装置と同様の撮像手段、複数の線状光源、画像生成手段を具備する。さらに、この表面状態検査装置は、前記検査対象物について、前記画像生成手段により生成される基準の画像データを保存するためのメモリと、前記画像生成手段により生成された2次元カラー画像を前記メモリ内の基準の画像データと比較して、前記検査対象物の表面状態の良否を判別する判別手段とを具備する。
この表面状態検査装置によれば、検査対象物の向きが異なっても、同種の検査対象物であれば、基準の画像データを1つにすることができる。したがって、メモリ容量を節約でき、効率の良い検査を行うことができる。
The surface state inspection apparatus according to the present invention includes the same imaging means, a plurality of linear light sources, and image generation means as those of the inspection image generation apparatus. The surface condition inspection apparatus further includes a memory for storing reference image data generated by the image generation unit for the inspection object, and a two-dimensional color image generated by the image generation unit. Discriminating means for discriminating the quality of the surface state of the inspection object as compared with the reference image data.
According to this surface condition inspection apparatus, even if the direction of the inspection object is different, if the inspection object is of the same type, the reference image data can be made one. Therefore, the memory capacity can be saved and an efficient inspection can be performed.
この発明によれば、撮像開始時の検査対象物の撮像対象領域に対する向きがどのような状態であっても、傾斜状態が良好な場合の勾配の変化の方向を表す色彩の分布パターンが統一された状態になるような画像を生成することができるから、その画像を用いて精度の安定した検査を実行することができる。 According to the present invention, regardless of the state of the inspection object relative to the imaging target region at the start of imaging, the color distribution pattern representing the direction of the gradient change when the tilt state is good is unified. Therefore, an image with a stable state can be generated, and an accurate inspection can be performed using the image.
図1は、この発明が適用された基板検査装置の構成例を示す。
この基板検査装置は、はんだ塗布、部品実装、はんだ加熱処理の各工程を経た部品実装基板5(以下、単に「基板5」という。)を検査するためのもので、ラインセンサカメラ1、投光部2、コントローラ3、基板ステージ4などにより構成される。
FIG. 1 shows a configuration example of a substrate inspection apparatus to which the present invention is applied.
This substrate inspection apparatus is for inspecting a component mounting substrate 5 (hereinafter simply referred to as “
ラインセンサカメラ1は、後記するラインセンサ10やレンズなどを有するものである。投光部2には、赤、緑、青の各色彩毎に、その色彩の光を発光する2個の線状光源が設けられる(この図1では、赤色(R)の光源を21、緑色(G)の光源を22、青色(B)の光源を23として示す。)。これらの光源21,22,23は、蛍光灯または複数のLEDを線状に配列したもので、それぞれ長さ方向をラインセンサカメラ1の撮像対象領域に沿わせた状態で配備される。また、同じ色彩の光源は、ラインセンサカメラ1の光軸に対して対称になるように配備される。さらに、最も高い位置に赤色光源21を、つぎに緑色光源22を、そのつぎに青色光源23を、それぞれ配置するとともに、光源の位置が高くなるほどラインセンサカメラ1の光軸に近づけるようにしている。このような配置により、撮像対象領域に対し、各色彩光を異なる角度方向から照射することができる。
The
なお、投光部2は、図2のように構成することもできる。この図2の投光部2は、図1と同様の線状光源21,22,23を具備するほか、光源21とラインセンサカメラ1との間にハーフミラー25が配備され、このハーフミラー25の光軸に対応する位置に、別途、LEDを並べた線状光源24が配備されている。この構成によれば、撮像対象領域に、斜め方向からの光と真上方向からの光とを同時に照射することができる。また、真上方向からの光により、平坦な面を観測しやすい状態となる。なお、真上方向からの光は、白色光または赤色光とするのが望ましい。
The
基板ステージ4には、撮像対象領域に直交する方向(図の左右方向)にステージを移動させるための移動機構(図示せず。)や、ステージを所定角度だけ回転させるための回転機構(図示せず。)が設けられている。
The
前記コントローラ3は、CPU31、メモリ32のほか、撮像制御部33、照明制御部34、基板ステージ制御部35、入出力部36などを含む。撮像制御部33には、前記ラインセンサカメラ1への駆動信号を生成するための回路やその信号の出力回路、前記ラインセンサカメラ1からの画像データを取り込むための入力回路、取り込まれた画像データをディジタル変換するためのA/D変換回路などが含まれる。照明制御部34は、各光源の点灯/消灯動作の制御や、点灯時の光量を調整するためのものである。基板ステージ制御部35は、前記した基板ステージ4の移動機構や回転機構の動作を制御するためのものである。入出力部36は、キーボード、マウスなどから検査に関する設定データを取り込んだり、検査用の画像をモニタに出力するためのインターフェース回路により構成される。
In addition to the
前記メモリ32には、プログラム記憶部32aと検査データ記憶部32bとが設定される。プログラム記憶部32aには、検査のための各種プログラムや、固定データなどが格納される。検査データ記憶部32bには、検査領域の設定データ、前記検査領域で各色彩を抽出するための2値化しきい値、前記2値化しきい値により抽出されるべき基準の色彩パターン、基準の色彩パターンと検査対象の色彩パターンとを照合する際の判定基準など、検査にかかる種々のデータが格納される(以下、これらのデータを「検査データ」と総称する。)。このほか、メモリ32には、検査対象の基板の画像を一時保存するための領域なども設定される。
In the
上記において、CPU31は、撮像制御部33および基板ステージ制御部34を用いて、ラインセンサカメラ1や基板ステージ4の動作を制御することにより、前記基板5の検査用の2次元画像を生成し、検査を実行する。
In the above, the
図3は、上記の基板検査装置において、検査用の画像を生成する上での撮像処理の具体例を示す。なお、この図3は、前記図1の光学系と基板5との上方から見た関係を模式的に示したもので、カメラ1内のラインセンサ10と投光部2との長さとが同一であり、ラインセンサ10の画素配列が投光部1の長さ方向と同じ向きに配列されているものとして表している。
FIG. 3 shows a specific example of an imaging process for generating an inspection image in the substrate inspection apparatus. 3 schematically shows the relationship between the optical system of FIG. 1 and the
この実施例では、前記基板1を、ラインセンサ10の撮像対象領域に直交する方向に沿って移動させながら、ラインセンサ10の走査を繰り返すことにより、基板5の全体像を含む2次元画像を生成する。以下では、この1枚の2次元画像を生成するための処理を「撮像処理」という。この実施例では、基板ステージ3にセットされた基板5に対し、1回の撮像処理を実行した後、基板5を初期位置に戻して90°回転させ、再度、撮像処理を実行するようにしている。
In this embodiment, a two-dimensional image including the entire image of the
さらに、この実施例では、前記2回の撮像処理により得た2枚の2次元画像から、同一部品の画像を切り出し、これらの画像を部品の向きを揃えた状態で合成することによって、部品毎に検査用の画像を生成する。以下では、上記図3に示した撮像処理の持つ意味や検査用の画像を作成する具体的方法について、説明する。 Furthermore, in this embodiment, by cutting out images of the same component from the two two-dimensional images obtained by the two imaging processes, and synthesizing these images with the orientation of the components aligned, An image for inspection is generated. Hereinafter, the meaning of the imaging process shown in FIG. 3 and a specific method for creating an image for inspection will be described.
図4(1)は、基板5上の球体状のはんだ(図中の6)を示し、図4(2)は、このはんだ6を、前記図1の光学系により撮像して得られた画像を示す。なお、図4(2)中の点線の矢印Cは、前記ラインセンサ10の撮像対象領域に対してはんだ6を移動した方向に対応する。また、この図4(2)および図6では、赤、緑、青の各色彩の領域をR,G,Bで示す。また、図中の塗りつぶしは、いずれの色彩光もラインセンサに入射しなかったために生じた影の領域である。
4 (1) shows a spherical solder (6 in the figure) on the
図4(1)のような球体状のはんだ6では、全方位にわたって同程度の勾配変化が生じていると考えることができる。このうち、各光源21,22,23からの光を正面側から受けることが可能な範囲に、勾配の変化を反映した色彩分布が現れる。図4(2)の画像では、矢印Cの方向に沿って勾配が変化する範囲に、その勾配の変化を反映した色彩の分布が生じる一方、勾配の変化の方向が光源の長さ方向とほぼ同様になる中央部では、いずれの色彩の鏡面反射光もラインセンサ10に導くことができなくなるため、影が発生している。
なお、濃度勾配の変化の方向が矢印Cの方向に沿う範囲でも、平坦面に近いはんだの中央部と基板面に近い急斜面の部分には、影が発生している。
In the
Even in the range where the concentration gradient changes along the direction of the arrow C, shadows are generated on the central portion of the solder near the flat surface and the steep slope near the substrate surface.
上記した球状のはんだ6の画像では、全方位にわたって同様の勾配変化が生じるから、はんだ6に対し、ラインセンサ10をどの方向に走査しても、その走査方向を横切る方向に沿って、図4(2)と同様の色彩分布が生じると考えることができる。一方、はんだフィレットでは、傾斜面の形成される範囲が限定されるため、その傾斜面に対し、各光源21,22,23からの光が正面側から照射されなければ、傾斜状態を反映した色彩分布を有する画像を得るのは困難になる。
In the image of the
図5は、典型的な検査対象であるチップ部品7を、前記ラインセンサ10に対して移動させる方向とともに示す。図中の71は、部品本体であって、72は部品側の電極である。また8は、前記電極72と基板側の電極(ランド)との間を接合するためのはんだフィレットである。
FIG. 5 shows a
部品7の横幅方向に沿う矢印MAは、はんだフィレット8の勾配が変化する方向に対応する。他方の矢印MBは、前記矢印MAに直交する方向となる。図3の方法によれば、まず部品7を矢印MAの方向に沿って動かしながら1回目の撮像処理を実行した後、この部品7を90°回転させ、矢印MBの方向に沿って動かしながら2回目の撮像処理を行うことになる。
Arrow M A along the width direction of the
図6は、前記図5のチップ部品7の一方のフィレット8の部分を抜き出して、前記2回の撮像処理により得られる画像やその後の画像合成処理の具体例を示したものである。図中の(A)は、前記図5の矢印MAの方向に沿うフィレット8の断面形状と、このフィレット8を矢印MAに沿って移動させた場合に得られる画像とを対応づけたものである。一方、(B)は、前記図5の矢印MBの方向に沿うフィレット8の断面形状と、このフィレット8を矢印MBに沿って移動させた場合に得られる画像とを対応づけたものである。なお、いずれの場合も、フィレット8は、ラインセンサ10の撮像対象領域および光源21,22,23の長さ方向に直交する方向に移動する。
FIG. 6 shows a specific example of an image obtained by the above two imaging processes by extracting one
矢印MAの方向にフィレット8を移動させた場合には、フィレット8の傾斜面に対し、色彩光を正面側から照射することができる。すなわち、ラインセンサ10が傾斜面の所定のラインを走査しているとき、その両側の光源群(光源21,22,23を1つずつ含むもの)のいずれか一方からの光がラインセンサ10の側に反射し、そのうち、傾斜面の傾きに応じた色彩光がラインセンサ10に入射することになる。これにより画像上のフィレットには、勾配の変化に応じた色彩分布が現れるようになる。ただし、この場合でも、急斜面および平坦面に近い部分では、影が発生する可能性がある。
一方、矢印MBの方向にフィレット8を移動させた場合には、各色彩光は、傾斜面の側方側から照射されることになる。この場合、矢印Bの方向に沿う勾配の変化が殆どない状態であると、いずれの色彩の鏡面反射光もラインセンサ10に入射しない状態となり、画像上のフィレットには影が生じる。
When moving the
On the other hand, in the case of moving the
この実施例では、2回の撮像処理により得た画像から、それぞれフィレット8の画像A,Bを切り出す。このとき、2回目の画像から切り出した画像Bを90°回転させることにより、画像A,B間のフィレットの向きを揃え、さらにこれらの画像A,Bを、加算平均処理により合成する。
In this embodiment, images A and B of the
加算平均処理では、画像A,Bの対応する画素毎に、R,G,Bの各階調の平均値を求める。ここで、画像Bの各画素は黒色に近いため、R,G,Bのいずれの階調も0に近い値をとる、と考えることができる。したがって、加算平均処理後の画像には、画像Aにおける色彩の分布状態が反映されるようになる。 In the averaging process, an average value of each gradation of R, G, and B is obtained for each corresponding pixel of images A and B. Here, since each pixel of the image B is close to black, it can be considered that all the gradations of R, G, and B have values close to 0. Therefore, the color distribution state in the image A is reflected in the image after the averaging process.
基板上の殆どの部品は、主軸を水平方向または垂直方向に向けて実装される。したがって、前記図3の方法によれば、基板上の殆どのはんだ付部位について、その傾斜面を正面側から照明したときの画像と、側方側から照明したときの画像とを、得ることができる。よって、はんだの傾斜状態が正常であれば、基板ステージ4に置かれた直後の傾斜面の勾配の変化の方向がラインセンサ10の撮像対象領域を横切る方向に生じているか否かに関わらず、加算平均画像における色彩について、統一された分布のパターンを得ることができる。
Most components on the board are mounted with the main axis oriented horizontally or vertically. Therefore, according to the method of FIG. 3, it is possible to obtain an image when the inclined surface is illuminated from the front side and an image when the inclined surface is illuminated from the side side for most soldered portions on the substrate. it can. Therefore, if the tilt state of the solder is normal, regardless of whether or not the direction of the change in the slope of the inclined surface immediately after being placed on the
なお、図6に示したフィレット8の画像は、模式的なものであり、フィレット8の形状によっては、側方側から照明したときの画像Bにも、この方向から見た勾配の変化を反映した色彩が現れる場合がある。しかしながら、これがフィレット8の良好な形状を反映しているものであれば、加算平均画像の色彩の分布状態が図6とは若干異なるものになるだけであり、検査用の画像として使用する上での問題はない。
Note that the image of the
また、実際の検査では、フィレットを含む部品全体の画像を切り出して2回の撮像処理や加算平均処理を行うため、部品や電極の画像も加算平均されることになる。部品や電極に対応する加算平均画像についても、フィレットについて上記に述べたのと同じ理由により、特に問題視する必要はない。 In an actual inspection, an image of the entire part including the fillet is cut out and subjected to two imaging processes and addition averaging processes. Therefore, the images of the parts and electrodes are also added and averaged. The addition average images corresponding to the parts and electrodes need not be regarded as a problem for the same reason as described above for the fillet.
この実施例の基板検査装置では、あらかじめ、検査対象の基板5のモデルを用いて前記した2回の撮像処理を実行し、得られた画像を用いて、部品毎に図6に示した画像の加算平均処理を行って、ティーチング用の画像を生成する。このティーチング用の画像は、モニタに表示され、係員により、前記2値化しきい値や判定基準などの登録作業が行われる。なお、各部品に対する検査領域の設定データは、CADデータなどを用いて作成することができる。また、基準の色彩パターンは、2値化しきい値を登録することにより、自動抽出される。
In the board inspection apparatus of this embodiment, the above-described two imaging processes are executed in advance using the model of the
図7は、前記ティーチング作業が完了した後の検査の手順を示す。なお、この図7および以下の説明では、各ステップ(STEP)を「ST」と略して示す。 FIG. 7 shows an inspection procedure after the teaching work is completed. In FIG. 7 and the following description, each step (STEP) is abbreviated as “ST”.
この検査は、係員が検査対象の基板の基板名などを入力することによってスタートする。まず、ST1では、検査対象の基板に対応する検査データを前記検査データ記憶部32bから読み出して、メモリ32の作業エリアにセットする。
This inspection starts when an attendant inputs the name of a substrate to be inspected. First, in ST1, inspection data corresponding to a substrate to be inspected is read from the inspection
ST2では、前記基板ステージ4に検査対象の基板5を搬入する。つぎのST3では、この基板5に対し、前記した要領で1回目の撮像処理を実行する。ついで、ST4では、基板ステージ4を90°回転させ、ST5において、2回目の撮像処理を実行する。
In ST2, the
2回目の撮像処理が終了すると、以下、取得した2枚の画像を用いて、検査対象の部品毎にST6〜12を実行する。
ST6では、特定の一部品について、前記2枚の画像上に、それぞれ検査領域a,bを設定する。図8に、この検査領域の設定例を示す。この例において、A1は、前記1回目の撮像処理により得た画像であり、5Aは、その画像中の基板である。一方、B1は、2回目の撮像処理により得た画像であり、5Bは、その画像中の基板である。各検査領域a,bの大きさや部品に対する相対的な位置関係は、同一になるように調整されている。
When the second imaging process is completed, ST6 to ST12 are executed for each component to be inspected using the two acquired images.
In ST6, inspection areas a and b are set on the two images for one specific part, respectively. FIG. 8 shows an example of setting the inspection area. In this example, A1 is an image obtained by the first imaging process, and 5A is a substrate in the image. On the other hand, B1 is an image obtained by the second imaging process, and 5B is a substrate in the image. The sizes of the inspection areas a and b and the relative positional relationship with respect to the parts are adjusted to be the same.
図7に戻って、つぎのST7では、各検査領域a,b内の画像を切り出す(以下、領域aから切り出した画像を画像A、領域bから切り出した画像を画像Bという。)。ST8では、画像Bを、撮像時の基板の回転とは反対の方向に90°回転させる。そして、ST9では、回転後の画像Bについて、他方の画像Aに対する位置ずれ量(x,y,θ)を抽出する。 Returning to FIG. 7, in the next ST7, an image in each of the inspection areas a and b is cut out (hereinafter, an image cut out from the area a is referred to as an image A, and an image cut out from the area b is referred to as an image B). In ST8, the image B is rotated by 90 ° in the direction opposite to the rotation of the substrate at the time of imaging. In ST9, the positional deviation amount (x, y, θ) with respect to the other image A is extracted from the rotated image B.
上記ST9で抽出する位置ずれ量のうち、xは、画像の水平方向(x軸方向)におけるずれを、yは画像の垂直方向(y軸方向)におけるずれを、それぞれ示し、θは回転ずれに相当する。これらのずれ量を求めるには、たとえば、各画像A,Bをモノクロ画像に変換して、エッジ画素およびそのエッジコードを抽出する。そして、エッジコードの差が所定値以内になるエッジ画素の組を対応関係にある画素として抽出し、対応するエッジ画素間のx座標の差の平均値をずれ量x,y座標の差の平均値をずれ量y、エッジコードの差の平均値をずれ量θとする。
なお、エッジコードは、エッジ画素を基準に濃度勾配が変化する方向を示す角度データである。詳細については、下記の特許文献4を参照されたい。
Of the positional shift amounts extracted in ST9, x indicates a shift in the horizontal direction (x-axis direction) of the image, y indicates a shift in the vertical direction (y-axis direction) of the image, and θ indicates a rotational shift. Equivalent to. In order to obtain these shift amounts, for example, the images A and B are converted into monochrome images, and edge pixels and their edge codes are extracted. Then, a pair of edge pixels whose edge code difference is within a predetermined value is extracted as a corresponding pixel, and an average value of x-coordinate differences between corresponding edge pixels is calculated as an average of the difference between the shift amounts x and y coordinates. The value is the shift amount y, and the average value of the edge code differences is the shift amount θ.
The edge code is angle data indicating the direction in which the density gradient changes with the edge pixel as a reference. For details, see
このようにして位置ずれ量が求められると、ST10では、その位置ずれ量に基づき、画像Bをアフィン変換することにより、画像A,B間の位置ずれを補正する。そして、ST11では、補正後の画像Bと前記画像Aとの間で、対応する画素毎に加算平均処理を実行することによって、前記画像合成処理を実行する。 When the positional deviation amount is obtained in this way, in ST10, the positional deviation between the images A and B is corrected by affine transformation of the image B based on the positional deviation amount. In ST11, the image synthesis process is executed by executing an addition averaging process for each corresponding pixel between the corrected image B and the image A.
この後は、ST11の処理により得た合成画像から各色彩のパターンを抽出し、これらの色彩パターンを前記検査データとして登録された基準の色彩パターンと照合するなどして、はんだ付け部位の適否を判別する。このほか、ST11では、部品の有無、位置ずれなどの検査を実行することもできる。 After this, patterns of each color are extracted from the composite image obtained by the process of ST11, and the suitability of the soldering part is checked by comparing these color patterns with the reference color pattern registered as the inspection data. Determine. In addition, in ST11, inspections such as presence / absence of components and displacement can be performed.
以下同様に、部品毎にST6〜12を実行することにより、検査を進行させる。なお、検査の結果は、メモリ32の作業領域などに蓄積することができる。
Similarly, the inspection is advanced by executing ST6 to 12 for each part. The inspection result can be stored in a work area of the
基板5上のすべての部品に対する検査が終了すると、ST13が「YES」となってST14に進む。ST14では、部品毎の検査を総合して、基板全体に対する良否判定を行い、その判定結果を出力する。さらに、不良判定が出力された場合には、不良と判断された部品にかかる検査結果も出力する。
When the inspection for all components on the
このようにして1枚の基板5に対する検査が終了することになる。さらに、同じ種類の基板5を検査する場合には、ST15からST2に戻り、同様の手順を繰り返す。検査対象のすべての基板5についての検査が終了すると、ST15が「YES」となり、処理を終了する。
In this way, the inspection for one
上記の手順によれば、ラインセンサ10の撮像対象領域や光源21,22,23の長さ方向に対し、各部品の主軸がいずれの方向を向いている場合でも、その部品のはんだ付け部位を統一した基準に基づき検査することができる。また、はんだの傾斜状態を反映した色彩分布を得られないような向きに実装されている部品でも、2枚の画像を加算平均することによって、色彩分布が明瞭な画像を得ることができる。よって、検査データ記憶部32nに格納する基準の色彩パターンを部品の種毎に統一できるとともに、安定した精度で検査を実行することができる。
According to the above procedure, even if the main axis of each component is oriented in any direction with respect to the imaging target region of the
また、検査に先立つティーチング時にも、モデルの基板に対し、同様の2回の撮像処理を行い、各画像の加算平均画像を表示して、登録作業を行うから、表示された画像における色彩分布を、部品の種毎に統一することができる。よって、作業者が混乱するおそれがなく、登録作業を効率良く進めることができる。 Also, at the time of teaching prior to the inspection, the same two imaging processes are performed on the model substrate, the addition average image of each image is displayed, and the registration work is performed. Therefore, the color distribution in the displayed image is determined. , Can be unified for each type of parts. Therefore, there is no possibility that the worker will be confused, and the registration work can be performed efficiently.
なお、上記の実施例では、2回目の撮像処理時に基板を90°回転させるようにしたが、これに代えて、図9に示すように、光学系を90°回転させるようにしてもよい。 In the above embodiment, the substrate is rotated by 90 ° during the second imaging process, but instead, the optical system may be rotated by 90 ° as shown in FIG.
さらに、図10に示すように、ベルトコンベヤ9により基板5を搬送しながら2組の光学系100A,100Bによる撮像処理を順に実行するようにしてもよい。この例の2つの光学系100A,100Bは、いずれも、図3と同様のラインセンサ10や投光部2を有するもので、長さ方向をコンベア9の幅方向に対応させた状態で配備される。この例では、ベルトコンベア9の搬送方向を切り替えることによって、各光学系100Aに対しては基板5の横幅方向を、光学系100Bに対しては基板の縦幅方向を、それぞれ移動させるようにしているので、前記図3や図9の例と同様の画像を得ることができる。ただし、この例の場合、あらかじめ、倍率、収差(ディストーション)、位置ずれ量、色合い、明るさレベルなどについて、各光学系100A,100B間における差異を補正するのに必要なパラメータを求め、撮像処理後の各画像を前記パラメータにより補正してから加算平均処理を行う必要がある。
Further, as shown in FIG. 10, the image pickup processing by the two sets of optical systems 100 </ b> A and 100 </ b> B may be sequentially executed while the
1 ラインセンサカメラ
2 投光部
3 コントローラ
4 基板ステージ
5 基板
8 フィレット
10 ラインセンサ
21,22,23 線状光源
31 CPU
32 メモリ
33 撮像制御部
35 基板ステージ制御部
36 入出力部
DESCRIPTION OF
32
Claims (5)
前記撮像対象領域に対する検査対象物の向きが異なる複数とおりの状態において、それぞれ検査対象物の2次元カラー画像を生成する処理を実行し、生成された複数の2次元カラー画像の1つを基準として、その他の画像上の検査対象物の向きおよび位置が基準の画像に揃うように前記他の画像を変換した後、画像間で対応関係にある画素の組毎にR,G,Bの各階調毎の平均値を算出することによって各画像を合成し、この合成処理により得られた画像を用いて検査を実行することを特徴とする表面状態検査方法。 A plurality of linear light sources arranged along the imaging target area of the line sensor irradiate the imaging target area with a plurality of color lights from different angular directions, and the inspection target with respect to the imaging target area is illuminated under the illumination state . In a method of generating a two-dimensional color image of the inspection object by repeating scanning of a line sensor while changing a relative position, and inspecting a surface state of the inspection object using the generated two-dimensional color image ,
In a plurality of different states of the inspection object with respect to the imaging target region, a process of generating a two-dimensional color image of the inspection object is executed, and one of the generated two-dimensional color images is used as a reference After the other image is converted so that the orientation and position of the inspection object on the other image are aligned with the reference image, each gradation of R, G, B for each set of pixels having a correspondence relationship between the images A surface condition inspection method comprising: combining each image by calculating an average value for each, and performing an inspection using an image obtained by the combining process .
前記検査対象物は部品実装基板上のはんだであって、前記検査対象物の2次元カラー画像を取得する処理を2回実行するとともに、前記撮像対象領域に対する検査対象物の向きを、1回目の処理後に90°変化させるようにした表面状態検査方法。 In the surface state inspection method according to claim 1 ,
The inspection object is solder on a component mounting board, and a process of acquiring a two-dimensional color image of the inspection object is executed twice, and the direction of the inspection object with respect to the imaging target area is set to the first time A surface condition inspection method in which the surface is changed by 90 ° after the treatment.
前記ラインセンサの撮像対象領域に複数の色彩光を異なる角度方向から照射できるようにして、前記撮像対象領域に沿って配備された複数の線状光源と、
前記各線状光源による照明下で前記撮像対象領域に対する検査対象物の相対位置を変更しながら前記ラインセンサの走査を繰り返すことによって、前記検査対象物の表面状態を検査するための2次元カラー画像を生成する画像生成手段とを具備し、
前記画像生成手段は、前記撮像対象領域に対する検査対象物の向きを変更するための転換手段と、この転換手段により撮像対象領域に対する検査対象物の向きが異なる複数とおりの状態を設定しつつ、各状態において、それぞれ検査対象物の2次元カラー画像を取得する処理を実行する画像取得手段と、画像取得手段が取得した複数の2次元カラー画像の1つを基準として、その他の画像上の検査対象物の向きおよび位置が基準の画像に揃うように前記他の画像を変換した後、画像間で対応関係にある画素の組毎にR,G,Bの各階調毎の平均値を算出することによって各画像を合成する画像合成手段とを含んで成る検査用画像の生成装置。 Imaging means including a line sensor;
A plurality of linear light sources arranged along the imaging target area so that the imaging target area of the line sensor can be irradiated with a plurality of colored lights from different angular directions;
A two-dimensional color image for inspecting the surface state of the inspection object is obtained by repeating scanning of the line sensor while changing the relative position of the inspection object with respect to the imaging target region under illumination by each linear light source. Image generating means for generating,
The image generating means sets a plurality of states in which the orientation of the inspection object with respect to the imaging target area is different by the conversion means for changing the orientation of the inspection target with respect to the imaging target area, and the conversion means. in the state, an image acquisition unit that executes a process of acquiring two-dimensional color image of each inspection object, based on the one of the plurality of 2-dimensional color image by the image acquisition unit has acquired, inspected on other images After the other image is converted so that the orientation and position of the object are aligned with the reference image, an average value for each gradation of R, G, and B is calculated for each set of pixels having a correspondence relationship between the images. And an image synthesizing unit that synthesizes the images.
前記画像合成手段により生成された合成画像を表示する表示手段をさらに具備して成る検査用画像の生成装置。 The apparatus of claim 3 , wherein
An inspection image generating apparatus, further comprising display means for displaying the combined image generated by the image combining means.
前記ラインセンサの撮像対象領域に複数の色彩光を異なる角度方向から照射できるようにして、前記撮像対象領域に沿って配備された複数の線状光源と、
前記各線状光源による照明下で前記撮像対象領域に対する検査対象物の相対位置を変更しながら前記ラインセンサの走査を繰り返すことによって、前記検査対象物の表面状態を検査するための2次元カラー画像を生成する画像生成手段と、
前記検査対象物について、前記画像生成手段により生成される基準の画像データを保存するためのメモリと、
前記画像生成手段により生成された2次元カラー画像を前記メモリ内の基準の画像データと比較して、前記検査対象物の表面状態の良否を判別する判別手段と、
前記判別手段による良否判別結果を出力する出力手段とを具備し、
前記画像生成手段は、前記撮像対象領域に対する検査対象物の向きを変更するための転換手段と、この転換手段により撮像対象領域に対する検査対象物の向きが異なる複数とおりの状態を設定しつつ、各状態において、それぞれ検査対象物の2次元画像を取得する処理を実行する画像取得手段と、画像取得手段が取得した複数の2次元カラー画像の1つを基準として、その他の画像上の検査対象物の向きおよび位置が基準の画像に揃うように前記他の画像を変換した後、画像間で対応関係にある画素の組毎にR,G,Bの各階調毎の平均値を算出することによって各画像を合成する画像合成手段とを含んで成る検査用画像の生成装置。 Imaging means including a line sensor;
A plurality of linear light sources arranged along the imaging target area so that the imaging target area of the line sensor can be irradiated with a plurality of colored lights from different angular directions;
A two-dimensional color image for inspecting the surface state of the inspection object is obtained by repeating scanning of the line sensor while changing the relative position of the inspection object with respect to the imaging target region under illumination by each linear light source. Image generating means for generating;
For the inspection object, a memory for storing reference image data generated by the image generation means;
A determination unit that compares the two-dimensional color image generated by the image generation unit with reference image data in the memory to determine whether the surface state of the inspection object is good;
Output means for outputting a pass / fail judgment result by the discrimination means,
The image generating means sets a plurality of states in which the orientation of the inspection object with respect to the imaging target area is different by the conversion means for changing the orientation of the inspection target with respect to the imaging target area, and the conversion means. In the state, the image acquisition means for executing the process of acquiring the two-dimensional image of the inspection object, and the inspection object on other images based on one of the plurality of two-dimensional color images acquired by the image acquisition means By converting the other images so that their orientations and positions are aligned with the reference image, and then calculating an average value for each gradation of R, G, and B for each set of pixels having a correspondence relationship between the images. An inspection image generating apparatus including image combining means for combining each image .
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