JP4317402B2 - 実装部品検査方法 - Google Patents

Description

本発明は、チップ抵抗やチップコンデンサ等の実装部品が実装された被検査基板を撮像し、その画像に基づいて被検査基板を検査する実装部品検査方法に関する。

従来におけるこの種の実装部品検査方法は、例えば下記の特許文献１に記載されている。この特許文献１記載の実装部品検査方法は、実装部品が実装された回路基板を撮像してその画像を取得し、その回路基板の画像と基準のマスタデータとの間でマッチング処理を行って差分データを検出し、その差分データに基づいて実装部品の実装状態を検査するというものである。
特開平１０−１５０２９９号公報

しかしながら、上述した実装部品検査方法にあっては、実装部品の実装状態が適正な場合にも、実装部品の寸法のばらつきによって差分データが検出されてしまい、実装部品が適正に実装されていないという誤判断が下されるおそれがある。

そこで、本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、実装部品の寸法のばらつきの有無に拘わらず、被検査基板における実装部品の実装状態を精度良く検査することのできる実装部品検査方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明に係る実装部品検査方法は、被検査基板上の基準座標に位置させるべく実装部品の実装が行われた被検査基板を検査する実装部品検査方法であって、検査基準となる基準実装部品が実装されたマスタ基板の画像を取得する工程と、マスタ基板の画像と、実装部品が実装されるべき検査領域を示すマスク画像とに基づいて、マスタ基板の画像から検査領域に対応する第１の実装領域を抽出したマスタ画像を生成する工程と、第１の実装領域における基準実装部品の所定寸法と、実装部品の種類毎の所定寸法の基準データとに基づいて、第１の実装領域における基準実装部品の種類を判定する工程と、被検査基板の画像を取得する工程と、被検査基板の画像とマスク画像とに基づいて、被検査基板の画像から検査領域に対応する第２の実装領域を抽出した被検査画像を生成する工程と、第１の実装領域における基準実装部品の種類に対応する基準データに基づいて被検査基板における実装部品の実装座標を算出する工程と、実装座標と基準座標とを比較する工程とを備え、種類を判定する工程において、基準実装部品の所定寸法は基準実装部品に設けられた電極の寸法であり、実装部品の所定寸法は実装部品に設けられた電極の寸法であり、実装座標を算出する工程は、第２の実装領域を抽出した被検査画像を２値化して電極領域を抽出し寸法を計測する工程と、電極領域の寸法と基準実装部品の所定寸法とを比較する工程と、電極領域の重心を補正する工程とを備えていることを特徴とする。

この実装部品検査方法においては、実装部品の種類毎の所定寸法の基準データに基づいて、マスタ画像の第１の実装領域における基準実装部品の種類を判定する。そして、当該基準実装部品の種類に対応する基準データに基づいて、被検査画像の第２の実装領域における実装部品の所定寸法を補正し、被検査基板における実装部品の実装座標を算出する。このように、実装部品の所定寸法を補正することで、実装部品の所定寸法にばらつきが生じている場合や、第２の実装領域内に実装部品が収まっていない場合等にも、実装部品の実装座標を正確に算出することができる。従って、このように算出した実装座標を基準座標と比較すれば、実装部品の寸法のばらつきの有無に拘わらず、被検査基板における実装部品の実装状態（欠品や位置ずれ等）を精度良く検査することが可能になる。また、基準実装部品や実装部品に設けられた電極を示す画素には、撮像時の照明の条件等により、周囲の輝度に比べて高い輝度値をもたせることができる。従って、基準実装部品や実装部品の所定寸法として電極の寸法を用いれば、当該所定寸法を正確に検出することができるため、より一層精度の良い被検査基板の検査が可能となる。

また、マスク画像を生成する工程は、基準実装部品を実装する前の未実装基板の画像を取得する工程と、未実装基板上に基準実装部品を接続するための半田が塗布された半田基板の画像を取得する工程と、未実装基板の画像と半田基板の画像との輝度値の差を画素毎にとって、半田が塗布された領域に対応する複数の半田領域を抽出した画像を生成する工程と、複数の半田領域のうち基準座標に最も近い２つの半田領域を、当該基準座標に対応する検査領域として設定する工程とを備えていることが好ましい。チップ抵抗やチップコンデンサ等の実装部品は、半田が塗布された領域のうち隣り合う２つの領域に跨って実装されるのが一般的である。従って、未実装基板の画像と半田基板の画像とに基づいて抽出した複数の半田領域のうち基準座標に最も近い２つの半田領域を、当該基準座標に実装される実装部品の検査領域とすることができる。そして、被検査基板の種類が変わった際にも、新たな被検査基板に対応する未実装基板及び半田基板を撮像することで、新たな被検査基板に対応したマスク画像を簡易に生成することができる。

以上説明したように、本発明に係る実装部品検査方法によれば、実装部品の寸法のばらつきの有無に拘わらず、被検査基板における実装部品の実装状態を精度良く検査することができる。

以下、本発明に係る実装部品検査方法の好適な実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。

図１に示すように、実装部品検査方法を実施するための実装部品検査装置１は、チップ抵抗やチップコンデンサ等の実装部品が実装された被検査基板Ｓを載置するための測定ステージ２を有している。この測定ステージ２の上方には、被検査基板Ｓを撮像するカメラ３が設置されており、このカメラ３の前段部には、撮像時に点灯して被検査基板Ｓに光を照射するリング型照明４が設けられている。

カメラ３には、撮像された画像を取込む処理装置５が接続されている。この処理装置５は、被検査基板Ｓの画像等に基づいて各種処理を実行し、被検査基板Ｓにおいて実装部品が適正に実装されているか否かを判断する。更に、処理装置５には、ユーザインタフェースとしてのコンピュータ６が接続され、このコンピュータ６には、操作者の操作により入力された信号をコンピュータ６に出力するキーボード等の入力部７や、処理装置５による処理結果等を表示する表示部８が接続されている。

なお、コンピュータ６の記憶部には、図２に示すように、実装部品の長さＬｔ及び幅Ｗｔ、電極幅Ｗｐ、電極重心間隔Ｌｐといった所定寸法の基準データが部品サイズの種類毎にデータテーブル化されて保存されている。更に、当該記憶部には、被検査基板Ｓにおける各実装部品の基準座標データが保存されている。ここで、基準座標とは、被検査基板Ｓ上に設定されたＸ−Ｙ座標系における座標であって、被検査基板Ｓに実装部品を実装する際に目標となる座標のことである。

以上のように構成された実装部品検査装置１において実施される実装部品検査方法について説明する。

初めに、処理装置５によりマスク画像の生成が行われる。このマスク画像の生成処理について、図３に示すフローチャートに従って説明する。まず、検査基準となる基準実装部品を実装する前のプリント基板（未実装基板）１１をカメラ３により撮像してその画像Ａを取得する（ステップＳ１０２）。この画像Ａには、図４（ａ）に示すように、プリント基板１１上に設けられた導電パターン１２が撮像されている。

続いて、プリント基板１１上に基準実装部品を接続するためのクリーム半田が印刷された半田印刷済基板（半田基板）１３をカメラ３により撮像してその画像Ｂを取得する（ステップＳ１０４）。この画像Ｂには、図４（ｂ）に示すように、プリント基板１１上の導電パターン１２を覆うクリーム半田１４が撮像されている。ここで、基準実装部品とは、基準座標に対して適正に実装される実装部品のことであり、被検査基板Ｓにおいて実装部品が適正に実装されているか否かを検査する際の検査基準となるものである。

画像Ａ及び画像Ｂを取得した後、両画像間において画像を構成する各画素毎に輝度値の差をとって差画像Ｃを生成する（ステップＳ１０６）。この処理により画像Ｃには、図５（ａ）に示すように、画像Ｂにおいてクリーム半田１４が塗布された領域に対応する複数の半田領域Ｒｎ（ｎ＝１，２，３・・・）が現われることになる。続いて、図５（ｂ）に示すように、画像Ｃに領域分割を施して、半田領域Ｒｎ毎に第ｎパッドというようにラベリング処理を施す（ステップＳ１０８）。そして、ラベル毎に半田領域ＲｎのＸ軸方向の幅Ｗｘ及びＹ軸方向の幅Ｗｙを算出すると共に、各半田領域Ｒｎの重心座標αｎ（Ｒｘｎ，Ｒｙｎ）を算出する（ステップＳ１１０）。なお、算出した半田領域Ｒｎに関するデータは、図６に示すように、データテーブル化されてコンピュータ６の記憶部に保存される。

重心座標αｎの算出に続いて、各実装部品の基準座標βｍ（ｍ＝１，２，３・・・）のデータをコンピュータ６の記憶部から読み込む。そして、複数の半田領域Ｒｎから、各基準座標βｍに最も近い半田領域Ｒｎを２つずつ選出する。この基準座標βｍ毎に選出された２つの半田領域Ｒｎを各基準座標βｍに実装される実装部品の検査領域として設定してマスク画像Ｄを生成し（ステップＳ１１４）、コンピュータ６の記憶部に保存する。例えば、図５（ｂ）に示すマスク画像Ｄにおいては、半田領域Ｒ１，Ｒ７が基準座標β１に実装される実装部品の検査領域となり、半田領域Ｒ２，Ｒ８が基準座標β２に実装される実装部品の検査領域となる。

ここで、基準座標βｍに最も近い２つの半田領域Ｒｎとは、基準座標βｍに一番近い半田領域Ｒｎ、及びその次に近い半田領域Ｒｎのことである。また、検査領域とは、基準座標βｍに位置させるべき実装部品が当該基準座標βｍに適正に実装されているか否かを検査するための領域のことである。

以上のマスク画像Ｄの生成処理によれば、プリント基板１１の画像Ａと半田印刷済基板１３の画像Ｂとに基づいて抽出した複数の半田領域Ｒｎのうち基準座標βｍに最も近い２つの半田領域Ｒｎを、当該基準座標βｍに実装される実装部品の検査領域とすることができる。これは、チップ抵抗やチップコンデンサ等の実装部品が、半田が塗布された領域のうち隣り合う２つの領域に跨って実装されるのが一般的だからである。そして、被検査基板Ｓの種類が変わった際にも、新たな被検査基板Ｓに対応するプリント基板１１及び半田印刷済基板１３を撮像することで、新たな被検査基板Ｓに対応したマスク画像Ｄを簡易に生成することができる。

次に、処理装置５により各基準実装部品の種類の判定が行われる。この各基準実装部品の種類の判定処理について、図７に示すフローチャートに従って説明する。まず、検査基準となる基準実装部品が実装されたマスタ基板Ｍをカメラ３により撮像してその画像Ｅを取得する（ステップＳ２０２）。この画像Ｅには、図８（ａ）に示すように、各基準座標βｍに対して適正に実装された基準実装部品１５が撮像されている。つまり、基準実装部品１５の重心座標は基準座標βｍにほぼ一致している。なお、マスタ基板Ｍの撮像に際しては、各基準実装部品１５の両端部に設けられた電極１７がクリーム半田１４等と判別し易い明るさとなるようにリング型照明４を調節する。

画像Ｅの取得に続いて、コンピュータ６の記憶部からマスク画像Ｄを読み込み、マスタ基板Ｍの画像Ｅをマスク画像Ｄによりマスキング処理してマスタ画像Ｆを生成する（ステップＳ２０４）。この処理によりマスタ画像Ｆには、図８（ｂ）に示すように、マスク画像Ｄの各半田領域Ｒｎに対応する領域（第１の実装領域）が画像Ｅから抽出されることになる。続いて、マスタ画像Ｆにおいて半田領域Ｒｎに対応する領域を２値化処理し、図９に示すように、電極１７に対応する電極領域Ｐｎ（ｎ＝１，２，３・・・）を抽出した画像Ｇを生成する（ステップＳ２０６）。

この画像Ｇに基づいて、ラベル毎に電極領域ＰｎのＸ軸方向の幅Ｗｘ及びＹ軸方向の幅Ｗｙを算出すると共に、各基準座標βｍに対応付けられた２つの電極領域Ｐｎの外側幅Ｐｗを算出する（ステップＳ２０８）。続いて、算出した電極領域Ｐｎに関するデータと、コンピュータ６の記憶部に保存されている実装部品の各種所定寸法の基準データ（図２参照）とを比較して、マスタ基板Ｍにおいて各基準座標βｍに実装された基準実装部品１５の部品サイズの種類を判定して（ステップＳ２１０）、各基準実装部品の種類の判定処理が終了となる。

上述したマスク画像の生成処理、及び各基準実装部品の種類の判定処理が行われた上で、処理装置５により被検査基板Ｓの検査が行われる。この被検査基板Ｓの検査処理について、図１０に示すフローチャートに従って説明する。まず、被検査基板Ｓをカメラ３により撮像してその画像Ｈを取得する（ステップＳ３０２）。この被検査基板Ｓにおいては、図１１（ａ）に示すように、基準座標β１に位置させるべく実装が行われた実装部品１９はＹ軸のプラス側へ位置ずれを起こしている。また、基準座標β２に位置させるべく実装が行われた実装部品１９はＸ軸のマイナス側へ位置ずれを起こしている。なお、被検査基板Ｓの撮像に際しては、各実装部品１９の両端部に設けられた電極２１がクリーム半田１４等と判別し易い明るさとなるようにリング型照明４を調節する。

画像Ｈの取得に続いて、コンピュータ６の記憶部からマスク画像Ｄを読み込み、被検査基板Ｓの画像Ｈをマスク画像Ｄによりマスキング処理して被検査画像Ｊを生成する（ステップＳ３０４）。この処理により被検査画像Ｊには、図１１（ｂ）に示すように、マスク画像Ｄの半田領域Ｒｎに対応する領域（第２の実装領域）が画像Ｈから抽出されることになる。続いて、被検査画像Ｊにおいて半田領域Ｒｎに対応する領域を２値化処理し、図１２に示すように、電極２１に対応する電極領域Ｐｎ（ｎ＝１，２，３・・・）を抽出した画像Ｋを生成する（ステップＳ３０６）。

この画像Ｋに基づいて、ラベル毎に電極領域ＰｎのＸ軸方向の幅Ｗｘ及びＹ軸方向の幅Ｗｙを算出すると共に、各電極領域Ｐｎの重心座標γｎ（Ｐｘｎ，Ｐｙｎ）を算出する（ステップＳ３０８）。なお、算出した電極領域Ｐｎに関するデータは、図１３に示すように、データテーブル化されてコンピュータ６の記憶部に保存される。

電極領域Ｐｎに関するデータを算出した後、電極領域Ｐｎ毎に重心座標γｎ（Ｐｘｎ，Ｐｙｎ）の補正を行う（ステップＳ３１０〜Ｓ３１６）。すなわち、電極領域ＰｎのＸ軸方向の幅Ｗｘが基準データの基準値より短いか否かを判断し（ステップＳ３１０）、短くない場合にはステップＳ３１４に移行する。一方、短い場合には重心のＸ座標Ｐｘｎを補正した後（ステップＳ３１２）、ステップＳ３１４に移行する。続いて、電極領域ＰｎのＹ軸方向の幅Ｗｙが基準データの基準値より短いか否かを判断し（ステップＳ３１４）、短くない場合にはステップＳ３１８に移行する。一方、短い場合には重心のＹ座標Ｐｙｎを補正した後（ステップＳ３１６）、ステップＳ３１８に移行する。

ここで、電極領域Ｐｎの重心座標γｎ（Ｐｘｎ，Ｐｙｎ）の補正について、より具体的に説明する。図１２に示すように、電極領域Ｐ１，Ｐ７が基準座標β１に対してＹ軸のプラス側へ位置ずれを起こしている場合であって、幅Ｗｙが基準値より短いときには、基準値となるように幅ＷｙをＹ軸のプラス側へ延長してＹ座標Ｐｙｎを算出しなおす。また、電極領域Ｐ２，Ｐ８が基準座標β２に対してＸ軸のマイナス側へ位置ずれを起こしている場合であって、幅Ｗｘが基準値より短いときには、基準値となるように幅ＷｘをＸ軸のマイナス側へ延長してＸ座標Ｐｘｎを算出しなおす。

そして、電極領域Ｐｎの重心座標γｎの補正の後、各電極領域Ｐｎの補正後の重心座標γｎ（Ｐｘｎ，Ｐｙｎ）に基づいて、各実装部品１９の実装座標を算出する。例えば、基準座標β１に対する実装部品１９の実装座標δ１は、（（Ｐｘ１＋Ｐｘ７）／２，（Ｐｙ１＋Ｐｙ７）／２）となる（Ｐｘ１，Ｐｘ７，Ｐｙ１，Ｐｙ７は補正後の値である）。そして、ラベルが同一の実装座標δｍと基準座標βｍとの間でＸ座標の差及びＹ座標の差をそれぞれとって、各基準座標βｍに対する実装部品１５のＸ軸方向の位置ずれ量及びＹ軸方向の位置ずれ量を算出する（ステップＳ３１８）。

これにより、例えば、算出した位置ずれ量が所定値を超えている場合には実装不良と判断し、算出した位置ずれ量が所定値以下の場合には実質的に問題のない位置ずれと判断することができる。また、ステップＳ３０６において電極領域Ｐｎが抽出されないラベルについては、実装部品１９の欠品と判断することができる。

以上のように、実装部品検査装置１により実施される実装部品検査方法においては、実装部品の種類（部品サイズの種類）毎の各種所定寸法の基準データに基づいて、マスタ画像Ｆの各基準座標βｍに対応する基準実装部品１５の種類を判定する。そして、判定した基準実装部品１５の種類に対応する基準データに基づいて、被検査画像Ｊの各基準座標βｍに対応する実装部品１９の電極領域Ｐｎの所定寸法を補正し、被検査基板Ｓにおける各実装部品１９の実装座標δｍを算出する。このように、各実装部品１９の電極領域Ｐｎの所定寸法を補正することで、実装部品１９の電極２１の所定寸法にばらつきが生じている場合等にも、各実装部品１９の実装座標δｍを正確に算出することができる。従って、このように算出した実装座標δｍを基準座標βｍと比較すれば、実装部品１９の寸法のばらつきの有無に拘わらず、被検査基板Ｓにおける実装部品１９の実装状態（欠品や位置ずれ等）を精度良く検査することが可能になる。

また、検査領域である半田領域Ｒｎに的を絞って検査を行うため、処理装置５における演算の高速化が可能になる。また、実装部品１９が適正に実装されているにもかかわらず、半田領域Ｒｎ以外の領域における何らかの相異（例えば、チップ抵抗等に印刷された文字等）を原因として被検査基板Ｓが実装不良と判断されるような事態を防止することができ、検査精度を向上させることが可能になる。

更に、周囲の輝度に比べて高い輝度値を有する電極１７，２１に着目し、これらの電極１７，２１に対応する電極領域Ｒｎの所定寸法に基づいて実装座標δｍの補正を行うため、被検査基板Ｓにおける実装部品１９の欠品や位置ずれ等の検査結果を高精度且つ簡易に得ることができる。

本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。例えば、上記実施形態では、電極１７，２１に対応する電極領域Ｒｎの所定寸法に基づいて実装座標δｍの補正を行ったが、基準実装部品１５及び実装部品１９の他の部分の寸法や、或いは基準実装部品１５及び実装部品１９の全体の寸法に基づいて実装座標δｍの補正を行ってもよい。

本発明に係る実装部品検査方法が実施される実装部品検査装置の一実施形態を示す模式図である。 実装部品の所定寸法の基準データのデータテーブルを示す図である。 図１に示す実装部品検査装置の処理装置によるマスク画像の生成処理を示すフローチャートである。 図１に示す実装部品検査装置の処理装置における処理画像を示す模式図であり、（ａ）はプリント基板の画像であり、（ｂ）は半田印刷済基板の画像である。 図１に示す実装部品検査装置の処理装置における処理画像を示す模式図であり、（ａ）は半田領域を抽出した画像であり、（ｂ）はマスク画像である。 半田領域に関するデータのデータテーブルを示す図である。 図１に示す実装部品検査装置の処理装置による各基準実装部品の種類の判定処理を示すフローチャートである。 図１に示す実装部品検査装置の処理装置における処理画像を示す模式図であり、（ａ）はマスタ基板の画像であり、（ｂ）はマスタ画像である。 図１に示す実装部品検査装置の処理装置における処理画像であって、マスタ画像から電極領域を抽出した画像を示す模式図である。 図１に示す実装部品検査装置の処理装置による被検査基板の検査処理を示すフローチャートである。 図１に示す実装部品検査装置の処理装置における処理画像を示す模式図であり、（ａ）は被検査基板の画像であり、（ｂ）は被検査画像である。 図１に示す実装部品検査装置の処理装置における処理画像であって、被検査画像から電極領域を抽出した画像を示す模式図である。 電極領域に関するデータのデータテーブルを示す図である。

符号の説明

１１…プリント基板（未実装基板）、１３…半田印刷済基板（半田基板）、１４…クリーム半田、１５…基準実装部品、１７，２１…電極、１９…実装部品、Ａ…プリント基板の画像、Ｂ…半田印刷済基板の画像、Ｃ…半田領域を抽出した画像、Ｄ…マスク画像、Ｅ…マスタ基板の画像、Ｆ…マスタ画像、Ｇ…基準実装部品の電極領域を抽出した画像、Ｈ…被検査基板の画像、Ｊ…被検査画像、Ｋ…実装部品の電極領域を抽出した画像、Ｍ…マスタ基板、Ｓ…被検査基板、Ｒｎ（ｎ＝１，２，３・・・）…半田領域、Ｐｎ（ｎ＝１，２，３・・・）…電極領域、βｍ（ｍ＝１，２，３・・・）…基準座標、δｍ（ｍ＝１，２，３・・・）…実装座標。

Claims (2)

1. 被検査基板上の基準座標に位置させるべく実装部品の実装が行われた前記被検査基板を検査する実装部品検査方法であって、
   検査基準となる基準実装部品が実装されたマスタ基板の画像を取得する工程と、
   前記マスタ基板の画像と、前記実装部品が実装されるべき検査領域を示すマスク画像とに基づいて、前記マスタ基板の画像から前記検査領域に対応する第１の実装領域を抽出したマスタ画像を生成する工程と、
   前記第１の実装領域における前記基準実装部品の所定寸法と、前記実装部品の種類毎の前記所定寸法の基準データとに基づいて、前記第１の実装領域における前記基準実装部品の種類を判定する工程と、
   前記被検査基板の画像を取得する工程と、
   前記被検査基板の画像と前記マスク画像とに基づいて、前記被検査基板の画像から前記検査領域に対応する第２の実装領域を抽出した被検査画像を生成する工程と、
   前記第１の実装領域における前記基準実装部品の種類に対応する前記基準データに基づいて前記被検査基板における前記実装部品の実装座標を算出する工程と、
   前記実装座標と前記基準座標とを比較する工程とを備え、
   前記種類を判定する工程において、前記基準実装部品の所定寸法は前記基準実装部品に設けられた電極の寸法であり、前記実装部品の所定寸法は前記実装部品に設けられた電極の寸法であり、
   前記実装座標を算出する工程は、
   前記第２の実装領域を抽出した前記被検査画像を２値化して電極領域を抽出し寸法を計測する工程と、
   前記電極領域の寸法と前記基準実装部品の所定寸法とを比較する工程と、
   前記電極領域の重心を補正する工程とを備えていることを特徴とする実装部品検査方法。
2. 前記マスク画像を生成する工程は、
   前記基準実装部品を実装する前の未実装基板の画像を取得する工程と、
   前記未実装基板上に前記基準実装部品を接続するための半田が塗布された半田基板の画像を取得する工程と、
   前記未実装基板の画像と前記半田基板の画像との輝度値の差を画素毎にとって、前記半田が塗布された領域に対応する複数の半田領域を抽出した画像を生成する工程と、
   複数の前記半田領域のうち前記基準座標に最も近い２つの半田領域を、当該基準座標に対応する前記検査領域として設定する工程とを備えていることを特徴とする請求項１記載の実装部品検査方法。
   

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