JP4389801B2 - 基板検査装置 - Google Patents

Description

この発明は、部品が搭載されたプリント基板（以下、「部品実装基板」または単に「基板」という。）を撮像して得られた画像を用いて、前記部品実装基板上のはんだフィレット（以下、単に「フィレット」という。）の状態を検査する装置に関する。

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）。

特公平６−１１７３号 公報

上記の特許文献１に開示された検査装置では、「カラーハイライト照明」と呼ばれる照明方式を導入している。この照明は、赤、緑、青の色彩光を異なる仰角方向から基板に照射するもので、赤色光源の仰角が最も大きく、以下、緑色光源、青色光源の順に仰角が小さくなるように配備される。また、基板を撮像するカメラは、光軸を鉛直方向に向けて配備され、その光軸を取り囲むようにして各光源が配備される。

上記構成の光学系により基板上のフィレットを照明すると、各光源からの色彩光は、いずれもフィレットの表面で鏡面反射するが、カメラには、フィレットの傾斜角度によって異なる色彩の光が入射するようになる。

具体的には、フィレットの下端部の傾斜が緩やかな部分では、仰角が最も大きい赤色光源からの光に対する反射光がカメラに入射し、上端の傾斜が急な部分では、仰角が最も小さい青色光源からの光に対する反射光がカメラに入射する。また、フィレットの中央部では、緑色光源からの光に対する反射光がカメラに入射することになる。

上記構成によれば、カメラが生成した画像上のフィレットでは、上端部から下端部に向かう方向に沿って、青、緑、赤の各色領域が順に分布するようになる。従来の基板検査装置では、これらの色領域の面積や位置を計測し、各計測値をあらかじめ登録した基準値と比較することによって、フィレットの大きさや傾斜状態の適否を判別している。

近年の基板では、部品の高密度化が進み、微細部品が数多く搭載される傾向がある。しかし、従来と同じ大きさの部品も併存して使用されているため、両者を同じ条件で照明すると、フィレットの傾斜状態によって色領域の分布状態が異なるようになる。

たとえば微細部品は、部品本体、電極とも極小であり、また周囲が高密度化される可能性が高いため、一般にフィレットは急峻になる。このため、赤色の反射光による検出対象の傾斜面はごくわずかになり、画像上のフィレットにおいても、赤色領域は殆ど出現しない。しかも、フィレットの上端部はきわめて急峻で、青色の反射光の検出範囲より急な傾斜面になるので、画像上に、色彩が判別できない暗領域が出現する可能性がある。

一方、通常の大きさの部品（以下、「通常部品」という。）のフィレットは、微細部品のフィレットよりも大きく、一般に緩やかに傾斜するので、画像上でも３つの色領域が分布する可能性が高い。しかしながら、フィレットの下端部の傾斜角度が赤色の反射光による検出範囲よりも小さくなると、画像上の対応箇所が暗領域になり、フィレット全体の形状を判別できない状態になる。

この発明は上記の問題点に着目してなされたもので、フィレットの大きさや傾き角度にばらつきがあっても、いずれのフィレットにもカラーハイライト照明の光源配置に応じた色領域が分布されるようにして、フィレット検査の精度を向上することを目的とする。

この発明にかかる基板検査装置は、複数の部品がはんだ付けされた基板を支持するテーブル部の上方に、異なる仰角の方向からそれぞれ異なる色彩光が照射されるようにした構成の照明部と、前記各色彩光による照明状態下で前記基板を撮像する撮像部とが配備され、照明部からの光が基板上のはんだフィレットで反射して撮像部に入射することにより画像中に生じた色領域の分布に基づいて基板上のはんだフィレットの状態を検査するものである。照明部は、前記したカラーハイライト照明を実行するためのもので、たとえば、径の異なる複数の円環状光源からそれぞれ異なる色彩光が照射されるように構成することができる。またはＬＥＤなどの微小な発光体を多数配列して、各色彩光を照射するようにしてもよい。また、各色彩の光源は全方位型であるのが望ましいが、これに限らず、ライン状の光源を色彩毎に位置を代えて配備してもよい。

さらに、この発明にかかる第１の基板検査装置には、照明部の高さを調整するための調整手段と、検査対象の基板の撮像時に、調整手段の動作を制御して照明部の高さを部品毎に調整する高さ制御手段とが設けられる。高さ制御手段は、照明部をあらかじめ定められた標準の高さに配置して撮像を行った場合に各色彩光に対応する色領域の分布により検出することができる傾斜角度の範囲よりも急峻な傾斜面を含むフィレットに対しては、画像中の当該フィレットにおける各色領域の分布範囲がフィレットの上方側にシフトするように前記照明部を標準の高さより低い位置に配置し、前記照明部を標準の高さに配置して撮像を行った場合に各色彩光に対応する色領域の分布により検出することができる傾斜角度の範囲よりも緩やかな傾斜面を含むフィレットに対しては、画像中の当該フィレットにおける各色領域の分布範囲がフィレットの下方側にシフトするように前記照明部を標準の高さより高い位置に配置する。

上記の構成において、調整手段には、照明部を支持しつつ上下動させる機構（たとえばボールねじ機構）や、その駆動回路を含めることができる。

上記の構成によれば、基板上の各部品におけるフィレットの大きさや傾きにばらつきがあるために、照明部を標準の高さに配置して撮像すると、各色彩光に対応する色領域が適切に分布した画像を得ることができないフィレットがある場合でも、照明部の高さを標準の高さより高い位置または標準の高さより低い位置に調整することによって、各光源に対応する色領域が適切に分布した画像を得ることが可能となり、フィレットの全体形状を精度良く観測することができる。

この発明にかかる第２の基板検査装置は、照明部の高さを調整するための調整手段と、はんだフィレットの状態が良好なモデルの基板が前記テーブル部に配備されたとき、この基板上の複数の部品を順に処理対象として、ユーザの指定操作に応じて処理対象の部品に適した照明部の高さを決定する高さ決定手段と、各部品に対して高さ決定手段が決定した高さに関する情報を記憶保持する登録手段と、前記検査対象の基板の撮像時において、前記登録手段に記憶された情報に基づき前記調整手段の動作を制御して、照明部の高さを部品毎に調整する高さ制御手段とを、具備する。
上記の高さ決定手段は、処理対象の部品に対し、前記照明部をあらかじめ定められた標準の高さに配置して撮像および当該撮像により生成された画像の表示を開始し、照明部の高さの変更を指定する操作を受け付けたときは前記調整手段の動作を制御して照明部の高さを指定された位置に変更し、前記照明部の高さを確定する操作を受け付けたとき、その時点の照明部の高さを決定する。

上記構成において、ユーザの指定操作（照明部の高さの変更を指定する操作や、照明部の高さを確定する操作）は、キーボード、マウスなどの機器により行うことができる。また、高さ決定手段には、照明部の高さを検出するための手段（ロータリエンコーダなど）を含めるのが望ましい。

上記構成の基板検査装置では、検査に先立ち、モデルの基板が撮像されたときに、ユーザーに、撮像により得られた画像を表示画面上で確認させながら照明部の高さを調整させることができる。また、ユーザーは、まず照明部を標準の高さに配置して撮像したときの画像を確認して、その画像における色領域の分布状態から照明部の高さ調整が必要であるかどうかを判断し、高さ調整が必要であると判断したときに、画像上のフィレットに各光源に対応する色領域が適切な状態で分布するように照明部の高さを調整し、その高さを確定する旨の操作を行うことができる。一方、ユーザーが照明部を標準の高さに配置して撮像したときの画像で問題ないと判断した場合には、照明部の高さを調整することなく、標準の高さを確定する操作を行えばよい。

登録手段は、制御部の内部メモリまたは外付けのメモリ内に設定することができる。この登録手段には、高さそのものを表す情報に限らず、照明部の位置決め点を表す情報（Ａ点、Ｂ点、Ｃ点など）を登録してもよい。または、前記調整手段の動作量を示すデータ（たとえばボールねじ機構のモータの回転量など）を登録してもよい。
さらに登録手段には、照明部の高さに関する情報のみならず、検査に必要な各種検査データ（検査領域の設定条件、検査に使用するプログラム、判定のための基準値など）を登録することもできる。
なお、この登録手段の構成や登録対象の情報は、以下の第３および第４の基板検査装置にも適用することができる。

この発明にかかる第３の基板検査装置は、前記調整手段のほか、検査対象の基板について各ランドの形成情報および各部品の実装情報を含む基板の設計情報を用いて、ランド毎にそれぞれ部品に被覆されない部分の面積を求める面積算出手段と、前記面積算出手段により算出された面積に基づき前記照明部の高さを部品毎に決定する高さ決定手段と、前記高さ決定手段が決定した高さに関する情報を記憶保持する登録手段と、前記検査対象の基板の撮像時において、前記登録手段に記憶された情報に基づき前記調整手段の動作を制御して、照明部の高さを部品毎に調整する高さ制御手段とを、具備する。

上記において、登録手段および高さ制御手段は、第２の基板検査装置と同様に構成することができる。面積算出手段および高さ決定手段も、前記制御部に専用のプログラムを組み込むことにより設定することができる。

面積算出手段は、ＣＡＤデータやガーバデータなどの入力を受け付け、その中からランドの形成位置や大きさ、部品の実装位置や大きさを抽出し、両者の相対位置関係や大きさからランド上の部品により被覆されない部分の面積を算出することができる。
上記の部品に被覆されない部分の大きさは、フィレットの底面にほぼ匹敵すると考えることができる。したがって高さ決定手段は、算出した面積が小さいほど、フィレットが急峻になるとみなして、照明部の高さを低く設定することができる。

つぎに、この発明にかかる第４の基板検査装置は、前記調整手段のほか、はんだフィレットの状態が良好なモデルの基板が前記テーブル部に配備されて前記照明部による照明下で撮像されたとき、生成された画像上のフィレットに暗領域が生じているか否かを部品毎に判別する判別手段と、前記判別手段により暗領域が生じていると判別された部品に対し、前記調整手段の動作を制御して照明部の高さを調整し、暗領域が消失したときの前記照明部の高さをその部品に適した高さとして決定する高さ決定手段と、前記高さ決定手段が決定した高さに関する情報を記憶保持する登録手段と、前記検査対象の基板の撮像時において、前記登録手段に記憶された情報に基づき前記調整手段の動作を制御して、照明部の高さを部品毎に調整する高さ制御手段とを、具備する。

判別手段、高さ決定手段、高さ制御手段は、それぞれ前記制御部を構成するコンピュータに専用のプログラムを組み込むことにより、設定することができる。

第４の基板検査装置でも、第２の基板検査装置と同様にモデルの基板を撮像して各部品に対する照明部の高さを決定するが、その決定は取得した画像を用いて自動的に行われる。すなわち、画像上のフィレットに暗領域が発生している場合には、その暗領域が消失するように照明部の高さを調整し、その調整後の高さを登録することができる。なお、この調整処理は、画像上のフィレットに各光源に対応する色領域がすべて分布するまで行うのが望ましい。

さらに、登録手段には、高さの調整処理を行わなかった部品に対する情報も登録することができる。ただし、照明部にあらかじめ標準の高さを設定しておき、調整前の照明部を常に標準の高さに設定して撮像を行うならば、調整を行った部品のみを対象として、その調整後の高さに関する情報を登録してもよい。

上記第２〜４の基板検査装置によれば、検査対象の基板を撮像する際には、登録手段に記憶された情報に基づき、部品毎にその部品のフィレットに適した高さ位置に照明部が設置されて撮像が行われるので、フィレットの大きさや傾きに関わらず、各色領域が適切に分布した画像を得ることができる。なお、各フィレットに対する検査では、従来と同様に、各色領域の面積や位置を基準値と比較する方法を採用すれば良いので、照明部の高さが部品によって異なっても、高さ調整後の基板のモデルの画像から検査のための基準値を求めて登録しておけば、検査対象のフィレットを判別する上で問題が生じることはない。

第２〜４の基板検査装置に共通する好ましい態様においては、前記高さ決定手段は、１枚の基板上に同一種類の部品が複数搭載されているとき、これらの部品のうちの１つにつき決定した高さを同一種類の他の部品にも反映させる。このようにすれば、同種の部品が多数存在しても、これらの部品毎に照明部の高さを求める必要がないので、処理にかかる時間を短縮することができる。

この発明によれば、基板上の各部品におけるフィレットの大きさや傾きにばらつきがあっても、照明部の高さ調整によって、いずれのフィレットについても、各光源に対応する色領域が適切に分布した画像を得ることができる。よって、フィレットの全体形状を精度良く観測することができ、検査の精度を高めることができる。

図１は、この発明の一実施例にかかる基板検査装置の構成を示す。
この基板検査装置は、リフロー炉ではんだ付けされた後の部品実装基板１を検査対象として、この基板１上のフィレットの適否を自動判別する機能を具備するもので、撮像部３，照明部４，制御処理部５，Ｘ軸テーブル部６，Ｙ軸テーブル部７などにより構成される。

Ｙ軸テーブル部７は、前記基板１を支持するコンベヤ７Ａを具備し、図示しないモータによりこのコンベヤ７Ａを動かして、前記基板１をＹ軸方向（図の紙面に直交する方向）に沿って移動させる。前記Ｘ軸テーブル部６は、Ｙ軸テーブル部７の上方で撮像部３および照明部４を支持しつつ、これらをＸ軸方向（図の左右方向）に移動させる。

前記照明部４は、前述したカラーハイライト照明に適合した構成のもので、異なる径を有する３個の円環状光源４Ｒ，４Ｇ，４Ｂにより構成される。これらの光源４Ｒ，４Ｇ，４Ｂは、それぞれ赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）、青色（Ｂ）の各色彩光を発光するもので、観測位置の真上位置に中心を合わせることにより、前記基板１から見て、異なる仰角に対応する方向に位置するように配備される。

前記撮像部３は、カラー画像生成用のＣＣＤカメラ３０（以下、単に「カメラ３０」という。）を含むもので、その光軸が各光源４Ｒ，４Ｇ，４Ｂの中心に対応し、かつ鉛直方向に沿うように位置決めされる。これにより基板１からの反射光が撮像部３に入射し、Ｒ，Ｇ，Ｂの各階調データに変換されて制御処理部５へ入力される。

制御処理部５は、ＣＰＵを含むコンピュータを制御部１１として、画像入力部１２、メモリ１３、撮像コントローラ１４、画像処理部１５、照明制御部１６、高さ調整部１７、ＸＹテーブルコントローラ１８、検査部１９、ティーチングテーブル２０、入力部２１、ＣＲＴ表示部２２、プリンタ２３、送受信部２４、外部メモリ装置２５などを構成として含む。

画像入力部１２は、カメラ３０からのＲ，Ｇ，Ｂの各画像信号を増幅する増幅回路や、これら画像信号をディジタル信号に変換するためのＡ／Ｄ変換回路などを備える。メモリ１３には、Ｒ，Ｇ，Ｂ毎の階調データやティーチングテーブル２０から読み出された検査データなどが格納される。

撮像コントローラ１４は、撮像部３を制御部１１に接続するインターフェースなどを備えるもので、制御部１１からの命令に基づいて前記撮像部３を駆動する。照明制御部１６は、照明部４の各光源の光量を調整するためのものである。なお、この実施例では、赤、緑、青の各色彩光が混合されることによって白色照明が施されるように、各光源４Ｒ，４Ｇ，４Ｂの光量を調整するようにしている。

高さ調整部１７は、前記照明部４の高さを調整するためのもので、後記するモータ９２の駆動回路などを含む。ＸＹテーブルコントローラ１８は、前記Ｘ軸テーブル部６およびＹ軸テーブル部７を制御部１１に接続するインターフェースなどを含み、制御部１１からの指令に基づき、Ｘ軸テーブル部６およびＹ軸テーブル部７の移動動作を制御する。

ティーチングテーブル２０は、基板の検査データを記憶するための記憶部である。この検査データには、各種基板につき、それぞれ各被検査部位に対する検査領域の設定条件（設定位置や領域の大きさなどである。）、各検査領域で実行されるプログラムの種類、赤、緑、青の各色領域を抽出するための２値化しきい値、各色領域の面積や大きさの適否を判別するための判定基準値などが含められる。さらに、この実施例では、照明部４の高さ調整に関する情報も検査データに含められる。なお、このティーチングテーブル２０は、ハードディスクのような不揮発性のメモリ装置内に設定することができる。

この実施例で使用される検査データは、検査に先だって教示されるもので、基板の種類毎に検査データファイルとしてまとめられて、前記ティーチングテーブル２０に保存される。前記制御部１１は、被検査基板の基板名の入力を受け付けた後、前記ティーチングテーブル２０からその被検査基板に対応する検査データファイルを読み出してメモリ１３にセットする。画像処理部１５や検査部１９は、この読み出されたファイル内の検査データに基づき処理を実行する。

画像処理部１５は、検査時に、メモリ１３に格納されたＲ，Ｇ，Ｂの各階調によるカラー画像に対し、前記検査データを用いて、各フィレットにつき、それぞれ各光源４Ｒ，４Ｇ，４Ｂに対応する色領域を抽出し、それらの位置や大きさなどを計測する。検査部１９は、計測結果を登録された判定基準値と比較することにより、フィレットの形状の適否を判別する。

制御部１１は、検査部１９による各種判別結果を総合して被検査基板１が良品か否かを判定する。この最終的な判定結果は、ＣＲＴ表示部２１やプリンタ２２，あるいは送受信部２３に出力される。

前記入力部２１は、検査のための各種条件や検査情報などを入力するためのもので、キーボードやマウスなどにより構成される。
ＣＲＴ表示部２２（以下、単に「表示部２２」という。）は、制御部１１から画像データ、検査結果などの供給を受けて、これらを表示画面上に表示する。またプリンタ２３は、制御部１１から検査結果などの供給を受け、これを予め定められた形式でプリントアウトする。

送受信部２４は、他の装置との間でデータのやりとりを行うためのもので、たとえば不良と判定された基板１について、その識別情報や不良の内容を後段の修正装置に送信することにより、不良箇所を速やかに修正することができる。外部メモリ装置２５は、フレキシブルディスク、ＣＤ−Ｒ、光磁気ディスクなどの記憶媒体にデータを読み書きするための装置であって、前記検査結果を保存したり、検査に必要なプログラムや設定データを外部から取り込むために用いられる。

なお、上記構成において、画像処理部１５および検査部１９は、上記した各処理を実行するためのプログラムを組み込んだ専用のプロセッサにより構成される。ただし、必ずしも専用のプロセッサを設ける必要はなく、制御部１１に画像処理部１５および検査部１９の機能を付与するようにしてもよい。

つぎに、図２および図３は、基板上のフィレット２に対する照明の状態、およびその照明状態により得られるフィレット２の拡大画像を示す。なお、図中の１０は部品本体であり、１０１は部品側の電極である。

図２は、従来の基板検査装置で実施されていた照明方法とその問題点を示している。従来は、照明部４の高さを固定して撮像するため、３種類の色彩光の反射光により検出される角度範囲も固定されていた。このため、図２（Ａ）に示すように、フィレット２が急峻になって、赤色光による検出対象の傾斜面がなくなると、画像上でも赤色領域が殆ど出現しない状態となる。また、この例のように、フィレット２の上端部の傾斜角度が青色光による検出範囲よりも大きくなると、画像上の対応箇所に暗領域が生じてしまう。

一方、フィレット２の傾斜が緩やかな場合には、図２（Ｂ）に示すように、画像上では、フィレットの上端から下端に向かう方向に沿って、青、緑、赤の順に各色領域が分布するようになる。しかし、図２（Ｂ）の例のように、フィレット２の下端部の傾斜角度が赤色光による検出範囲よりも小さくなると、画像上のフィレットの下端部に暗領域が現れてしまう。

この実施例では、上記の問題点に鑑み、部品毎に照明部４の高さを調整することによって、基板１から見た各光源４Ｒ，４Ｇ，４Ｂの仰角を変更できるようにしている。これにより各色彩の反射光による検出範囲を変動させることが可能になるので、フィレット２の傾きに関わらず、各色領域が適切な状態で分布した画像を取得することが可能になる。

図３は、上記の高さ調整処理の具体例を示す。この例では、フィレット２が急峻になる場合には、図３（Ａ）に示すように、各光源４Ｒ，４Ｇ，４Ｂの位置を低くすることによって、各色彩の反射光による検出範囲をフィレット２の上方側にシフトさせる。またフィレット２が緩やかな場合には、図３（Ｂ）に示すように、各光源４Ｒ，４Ｇ，４Ｂの位置を高くすることによって、各色彩の反射光による検出範囲をフィレット２の下方側にシフトさせる。このような調整により、暗領域が消失し、フィレット全体に各色領域が分布した状態の画像を得ることができる。

図４は、前記撮像部３および照明部４の具体的な構成を示す。図中の４０は、照明部４の本体を構成するケース体であって、内部には前記各光源４Ｒ，４Ｇ，４Ｂが収容されている。この照明部４は、一対のガイド部８，８およびボールねじ機構９，９により上下動可能に支持される。

前記Ｘ軸テーブル部６の中央部には、カメラ挿入孔（図示せず。）が形成される。前記ガイド部８，８は、このＸ軸テーブル部６の下面側の両端部に長手方向を下方に向けた状態で連結される。前記ボールねじ機構９の送りねじ９１は、各ガイド部８の内側に沿うようにして、前記Ｘ軸テーブル部６に挿入され、上端部には、駆動源となるモータ９２が連結される。

前記ケース体４０の上端の両側部には、それぞれ取付片４１，４１が突出形成されている。各取付片４１は、送りねじ９１に螺合するとともに、外周部が前記ガイド部８のガイド溝（図示せず。）に摺動するように配備される。

上記の構成により、前記モータ９２を駆動して送りねじ９１を軸回転させると、Ｘ軸テーブル部６に対して照明部４が上下動する。なお、前記モータ９２にはロータリーエンコーダ９３（以下、単に「エンコーダ９３」という。）が取り付けられている。制御部１１は、このエンコーダ９３の検出信号に基づいて各モータ９２の動作量を制御することにより、ケース体４０を所定の高さに位置決めする。

前記撮像部３のカメラ３０は、その先端のレンズ部を前記カメラ挿入孔に挿入した状態で固定配備される。したがって、照明部４の高さが変わっても、部品１０やフィレット２の大きさが変化することはなく、画像上のフィレットにおける色領域の分布状態が変化するだけとなる。

前記図３に示したように照明部４の高さを調整するには、検査に先立って実施されるティーチング処理時に、部品毎にその部品に適した照明部４の高さを設定し、登録しておく必要がある。この登録処理では、各フィレット２が良好に形成されたモデルの基板が撮像され、ユーザーが生成された画像を見ながら設定した内容を登録する。この場合、ユーザーは、画像上のフィレットにおける色領域の分布状態を目視しながら、図３に示したような画像が得られるまで照明部４の高さを調整する（この調整のための操作にも前記入力部２１が用いられる。）。これにより照明部４の適切な高さが定められると、制御部１１は、この調整処理中に前記エンコーダ９３から入力した検出信号に基づき、照明部４を前記定められた高さ位置に合わせるのに必要な制御データを生成する（以下、この制御データを「高さ制御情報」という。）。なお、この高さ制御情報は、照明部４を標準の高さ位置から所定位置まで上昇または下降させるのに必要なモータ９２の動作量として表すことができる。

ただし、基板上には多数の部品が実装されているので、上記の登録作業を部品毎に実行すると、ユーザーの負担は多大なものになる。そこで、この実施例では、同一の機能を有する部品群（以下、「バリエーション」という。）には同じ検査データを適用できる点に着目して、１つの部品に対して設定した高さ制御情報を同じバリエーション内の全ての部品に反映させるようにしている。

図５は、ティーチング処理の具体的な手順を示す。
このティーチング処理は、教示対象の基板名の入力や教示開始操作に応じてスタートする。最初のＳＴ１（ＳＴは「ステップ」の略である。以下も同じ。）では、外部メモリ装置２５などから教示対象の基板の設計データ（ＣＡＤデータなど）を読み出し、これをメモリ１３に保存する。このティーチング処理では、この設計データ中の部品の位置情報に基づき、撮像位置を調整する。また、後記するＳＴ７で同一バリエーションの部品を抽出する際には、設計データ中の部品種情報を利用する。

ＳＴ２では、教示対象の基板のモデルをＹ軸テーブル部７に搬入する。そして、カメラ３０の撮像領域を最初の教示対象の部品に定め、撮像を実行する。なお、このＳＴ３では、前記照明部４は、あらかじめ定められた標準の高さ位置に設定される。

前記撮像により生成された画像は表示部２２に表示される。ユーザーはこの表示によりフィレット２の画像における色領域の分布状態を確認し、照明部４の高さ調整が必要であると判断すると、調整操作を行う（ＳＴ５）。制御部１１は、この操作に応じて前記高さ調整部１７を駆動して、前記照明部４を所定量ずつ上昇または下降させながら撮像を繰り返し、毎時の画像を表示する。所定の時点でユーザーが確定操作を行うと、その操作時点までにエンコーダ９３から入力した検出信号に基づいて、前記高さ制御情報が生成される（ＳＴ６）。ここで生成された高さ制御情報は、前記メモリ１３に一時保存される。

なお、ＳＴ５において、ユーザーが最初に表示された画像から標準の高さで問題がないと判断して確定操作を行った場合、ＳＴ６では、照明部４の高さの調整量がゼロである旨を示す高さ制御情報が生成される。

つぎに、ＳＴ７では、前記基板の設計データから着目中の部品と同一のバリエーションに属する部品を抽出し、これらの部品にも同じ高さ制御情報を設定する。この高さ制御情報も、メモリ１３に一時保存される。

ＳＴ８では、高さ調整後の画像を用いて、その他の検査データを設定する。ここでは、表示部２２に表示された画像に対する領域設定処理に応じて検査領域を設定したり、色彩の指定処理に応じてその指定された色彩の抽出に必要な２値化しきい値を設定する。さらに、設定された２値化しきい値により抽出される色領域の面積や位置を計測し、これらを判定基準値として設定する。

なお、これらの検査データを教示する際には、あらかじめバリエーション毎に登録されたライブラリデータを用いることもできる。この場合には、調整後の画像に対し、ライブラリデータに基づく検査領域が設定され、その領域内の画像が、同じくライブラリデータ中の２値化しきい値に基づいて２値化される。ユーザーは、この処理結果を表示部２２の表示により確認し、必要に応じて修正処理を実行することができる。

このようにして一部品に対する教示が終了すると、ＳＴ１１からＳＴ３に戻り、つぎの教示対象の部品に対し、上記と同様の手順が実行される。ただし、着目中の部品について、既に同一バリエーションの部品から流用された高さ制御情報が設定されている場合には、ＳＴ４からＳＴ９に進む。ＳＴ９では、この設定済みの高さ制御情報に基づいて照明部４の高さを調整し、再度撮像を行う。係員が、この撮像により生成された画像を確認し、修正操作を行った場合には、ＳＴ１０が「ＹＥＳ」となってＳＴ５に進み、照明部の高さ調整が行われる。さらに、この調整に基づき、高さ制御情報が再生成され（ＳＴ６）、同一バリエーションの他部品に設定されていた高さ制御情報も、調整後の高さ制御情報に書き換えられる。
一方、係員が修正の必要がないと判断して確定操作を行った場合には、ＳＴ１０が「ＮＯ」となってＳＴ８に進み、その他の検査データの設定処理が行われる。

上記のようにして、基板上の全ての部品に対する教示が終了すると、ＳＴ１１が「ＹＥＳ」となってＳＴ１２に進む。ＳＴ１２では、前記メモリ１３に保存していた検査データを前記基板設計データから得た部品種データなどに対応づけたデータファイルに編集し、このファイルをティーチングテーブル２０に登録する。この後は、ＳＴ１３に進んで前記基板のモデルを搬出し、処理を終了する。

上記の手順では、基板のモデルを撮像して得られた画像をユーザーが視認して、照明部４の高さを手動調整しているが、これに代えて、他の教示用データや画像処理を用いた処理により、照明部４の高さを自動調整するようにしてもよい。以下、その例について説明する。

図６に示す実施例では、教示対象の部品のサイズに基づいて照明部４の高さを調整するようにしている。一般に、フィレット２は、部品１０が小さくなるほど急峻になり、部品１０が大きくなるほど緩やかになる。そこでこの実施例では、微細部品に対しては、照明部４を低くする一方、所定サイズ以上の通常部品に対しては、照明部４を高く設定するようにしている。

部品のサイズは、ティーチング時に教示のために入力されるデータから判別することができる。図７は、この判別処理および照明部４の調整処理の一例を示す。この例では、部品の横幅ｘおよび縦幅ｙを表すデータを入力し、これらｘ，ｙから部品の面積を求め、この面積を所定のしきい値と比較することができる。ここで面積がしきい値未満であれば、部品は微細部品であると判断して、前記照明部４が標準の高さよりも低くなるようにし、面積がしきい値以上であれば、通常部品であると判別して、前記照明部４が前記標準の高さよりも高くなるようにすることができる。

なお、部品のサイズを表すデータ（部品サイズデータ）は、ユーザーが前記入力部２１から入力しても良いが、前記したライブラリデータを用いた教示を行う場合には、教示されたライブラリデータから抽出してもよい。または、つぎに述べる実施例のように、基板の設計データから抽出してもよい。

図８に示す実施例は、基板の設計データからランドの形成位置および大きさ、部品の実装位置および大きさをそれぞれ抽出し、これらを用いてランドと部品との相対位置関係を求め、さらにその関係からランド上の部品に被覆されない部分の幅ｗを算出するようにしている。

上記の幅ｗは、フィレット２の底面の幅にほぼ相当すると考えることができる。またフィレット２は、底面が小さくなるほど急峻になると考えられる。そこで、この実施例では、前記幅ｗが所定の規定値未満であれば、前記照明部４が標準の高さよりも低くなるようにし、幅ｗが規定値以上であれば、前記照明部４が標準の高さよりも高くなるようにする。

図９および図１０に示す例では、モデルの基板１Ｓの画像を用いて照明部４の高さを自動調整するものである。なお、図９では、基板１のほか、フィレット２、部品１０、電極１０１にもＳを付けて示す。
モデルの基板１Ｓは、良好な状態のフィレット２Ｓが形成されていることがわかっているから、暗領域が出現したり、一部の色領域が出現しない状態になった場合には、その不具合は照明部４の高さが適切でないことに起因すると考えることができる。

また、フィレット２Ｓの表面が適切な状態にあれば、その傾斜状態に関わらず、青色領域はほぼ確実に出現するが、フィレット２Ｓが急峻な場合には、赤色領域が出現しない可能性がある。そこでこの実施例では、画像上のフィレットに暗領域および赤色領域が出現しているか否かを判別することによって、照明部４の高さを調整するようにしている。たとえば、図９に示すように、画像上のフィレットの先端部分に暗領域が出現したり、赤色領域が出現しない場合には、照明部４をより低い位置に設定する。

図１０は、上記の高さ調整処理の詳細な手順を示す。なお、この手順は、ティーチング処理中に実行されるもので、前記図５のＳＴ５に対応すると考えることができるが、ここではＳＴ１０１から処理が開始されるものとする。

まず、最初のＳＴ１０１では、照明部４を標準の高さ位置に設定して教示対象の部品を撮像する。つぎにＳＴ１０２では、前記撮像により得られた画像のフィレットの部分に所定大きさのウィンドウを設定し、このウィンドウ内のＲ，Ｇ，Ｂ毎の階調データをそれぞれ所定のしきい値により２値化して各色領域を抽出する。さらに上記とは異なるしきい値により、Ｒ，Ｇ，Ｂの各階調がそれぞれ対応するしきい値より小さくなる領域を抽出し、これを暗領域として認定する。

ＳＴ１０３では、前記ウィンドウ内で暗領域が抽出されたか否かを判別する。ここで所定の基準値を上回る大きさの暗領域が抽出されている場合には、ＳＴ１０４に進み、他の色領域との関係から暗領域の抽出位置を判別する。

ここで暗領域が青色領域を挟んで緑色領域に対向している場合は、暗領域はフィレットの上端側にあるものと判断する。この場合には、ＳＴ１０４が「ＹＥＳ」となってＳＴ１０７に進み、照明部４を所定量だけ下降させる。
一方、暗領域が赤色領域を挟んで緑色領域に対向している場合には、暗領域はフィレットの下端側にあるものと判断する。この場合には、ＳＴ１０４が「ＮＯ」となってＳＴ１０６に進み、照明部４を所定量だけ上昇させる。

また、暗領域の大きさは基準値未満であるが、赤色領域の大きさも所定の基準値未満である場合には、ＳＴ１０３およびＳＴ１０５が「ＮＯ」となってＳＴ１０７に進み、前記照明部４を所定量だけ下降させる。

このようにして照明部４の高さを調整すると、ＳＴ１０１に戻って再度撮像を行い、ＳＴ１０２において、その再撮像により得られた画像の各領域の関係をチェックする。この結果、暗領域の大きさが基準値未満となり、かつ赤領域の大きさが基準値以上になると、ＳＴ１０３が「ＮＯ」、ＳＴ１０５が「ＹＥＳ」となってＳＴ１０８に進む。ＳＴ１０８では、その時点での照明部４の高さを適切な値として、高さ制御情報を生成し、これをメモリ１３に保存する。

このように、画像処理の手法を用いて色領域の良好な分布状態が得られるまで照明部４の高さを調整するので、いずれの部品についても、照明部４を最適な高さに調整することが可能になる。

上記したティーチング方法のいずれかにより高さ制御情報が登録されると、基板検査装置では、部品毎に照明部４の高さを調整しながら検査を実行することが可能になる。さらに効率の良い検査を行うには、照明部４の高さを段階的に変更しながら、設定された高さに対応する部品１００に順に着目し、フィレット２の適否を判別するとよい。

図１１は、効率を考慮して検査を実行する場合の手順を示す。なお、この手順はＳＴ２１から開始されるものとする。また、基板１上の各部品１０には、値の異なる複数の高さ制御情報が設定されているものとする。
まず、ＳＴ２１で検査対象の基板名などが入力されると、つぎのＳＴ２２では、ティーチングテーブル２０から該当する基板１の検査データを読み出してメモリ１３にセットする。

つぎのＳＴ２３では、前記検査データ中の高さ制御情報を用いて、照明部４の高さが同一のもの毎に各部品１０をグループ分けする。さらにＳＴ２４では、グループ毎に、そのグループに属する部品１０の配置に基づき、撮像位置を設定する。たとえば、前述の基板設計データなどに基づき基板１の全体マップ画像を設定し、このマップ画像上に前記カメラ３０の視野に応じた大きさのウィンドウを走査し、そのウィンドウ内に複数の部品が含まれるような走査位置を複数抽出し、これらを撮像位置として設定することができる。

このようにして検査のための前処理が終了すると、基板の供給に待機する。図示しないセンサにより上流からの基板の搬送が検出されると、ＳＴ２５が「ＹＥＳ」となってＳＴ２６に進み、前記検出された基板をＹ軸テーブル部７上に搬入する。

ＳＴ２７では、最初のグループの高さ制御情報に基づいて照明部４の高さを調整する。この後は、ＳＴ２８において、前記ＳＴ２４での設定に基づいて前記基板１に対してカメラ３０を位置決めしつつ、複数回の撮像を行い、得られた画像に含まれる部品を順に検査する。

この検査では、個々の部品１０毎に、検査データに基づいて検査領域を設定し、その領域内の画像を２値化して各色領域を抽出する。さらに、抽出された各色領域の面積や位置を計測し、これらを判定基準値と比較することにより、フィレットの良否を判別する。各フィレットに対する判別結果は、順次メモリ１３に蓄積される。

グループ内のすべての部品に対する検査が終了すると、ＳＴ２９からＳＴ３０に進み、つぎのグループの高さ制御情報に基づいて照明部４の高さを変更する。この後はＳＴ２８に戻り、このグループに属する各部品に対する検査を実行する。

このようにして、すべてのグループに対する検査が終了すると、ＳＴ２９が「ＹＥＳ」となってＳＴ３１に進み、前記メモリ１３に蓄積された部品毎の判別結果を用いて基板全体に対する良否を判定し、その結果を前記表示部２２や外部機器などに出力する。出力後、ＳＴ３２において検査が終了した基板を搬出すると、ＳＴ３３を介してＳＴ２５に戻り、つぎの被検査基板１に対して上記と同様の処理を実行する。
なお、不良判定を行った場合には、ＳＴ３１では、具体的な不良部位に関する情報も含めた情報を出力する。

この発明の一実施例にかかる基板検査装置のブロック図である。 従来の照明方法とその照明により得られるフィレットの画像とを対応づけて示す説明図である。 この発明による照明方法とその照明により得られるフィレットの画像とを対応づけて示す説明図である。 撮像部および照明部の構成の具体例を示す説明図である。 ティーチング処理の手順を示すフローチャートである。 照明部の高さ調整の具体例を示す説明図である。 部品サイズに基づいて照明部の高さを調整する例を示す説明図である。 フィレットの底面積に基づいて照明部の高さを調整する例を示す説明図である。 画像処理により照明部の高さを自動調整する例を示す説明図である。 図９に示した調整処理の手順を示すフローチャートである。 検査の手順を示すフローチャートである。

符号の説明

１ 基板
２ フィレット
３ 撮像部
４ 照明部
５ 制御処理部
９ ボールねじ機構
１１ 制御部
１７ 高さ制御部
２０ ティーチングテーブル

Claims (5)

1. 複数の部品がはんだ付けされた基板を支持するテーブル部の上方に、異なる仰角の方向からそれぞれ異なる色彩光が照射されるようにした構成の照明部と、各色彩光による照明状態下で前記基板を撮像する撮像部とが配備され、前記照明部からの光が基板上のはんだフィレットで反射して前記撮像部に入射することにより画像中に生じた色領域の分布に基づいて前記基板上のはんだフィレットの状態を検査する基板検査装置において、
   前記照明部の高さを調整するための調整手段と、検査対象の基板の撮像時に、前記調整手段の動作を制御して前記照明部の高さを部品毎に調整する高さ制御手段とを具備し、
   前記高さ制御手段は、
   前記照明部をあらかじめ定められた標準の高さに配置して撮像を行った場合に各色彩光に対応する色領域の分布により検出することができる傾斜角度の範囲よりも急峻な傾斜面を含むフィレットに対しては、画像中の当該フィレットにおける各色領域の分布範囲がフィレットの上方側にシフトするように前記照明部を前記標準の高さより低い位置に配置し、前記照明部を前記標準の高さに配置して撮像を行った場合に各色彩光に対応する色領域の分布により検出することができる傾斜角度の範囲よりも緩やかな傾斜面を含むフィレットに対しては、画像中の当該フィレットにおける各色領域の分布範囲がフィレットの下方側にシフトするように前記照明部を前記標準の高さより高い位置に配置する、
   ことを特徴とする基板検査装置。
2. 複数の部品がはんだ付けされた基板を支持するテーブル部の上方に、異なる仰角の方向からそれぞれ異なる色彩光が照射されるようにした構成の照明部と、各色彩光による照明状態下で前記基板を撮像する撮像部とが配備され、前記照明部からの光が基板上のはんだフィレットで反射して前記撮像部に入射することにより画像中に生じた色領域の分布に基づいて前記基板上のはんだフィレットの状態を検査する基板検査装置において、
   前記照明部の高さを調整するための調整手段と、
   はんだフィレットの状態が良好なモデルの基板が前記テーブル部に配備されたとき、この基板上の複数の部品を順に処理対象として、ユーザーの指定操作に応じて処理対象の部品に適した照明部の高さを決定する高さ決定手段と、
   各部品に対して前記高さ決定手段が決定した高さに関する情報を記憶保持する登録手段と、
   検査対象の基板の撮像時において、前記登録手段に記憶された情報に基づき前記調整手段の動作を制御して、照明部の高さを部品毎に調整する高さ制御手段とを具備し、
   前記高さ決定手段は、前記処理対象の部品に対し、前記照明部をあらかじめ定められた標準の高さに配置して撮像および当該撮像により生成された画像の表示を開始し、照明部の高さの変更を指定する操作を受け付けたときは前記調整手段の動作を制御して前記照明部の高さを指定された位置に変更し、前記照明部の高さを確定する操作を受け付けたとき、その時点の照明部の高さを決定する、
   ことを特徴とする基板検査装置。
3. 複数の部品がはんだ付けされた基板を支持するテーブル部の上方に、異なる仰角の方向からそれぞれ異なる色彩光が照射されるようにした構成の照明部と、各色彩光による照明状態下で前記基板を撮像する撮像部とが配備され、前記照明部からの光が基板上のはんだフィレットで反射して前記撮像部に入射することにより画像中に生じた色領域の分布に基づいて前記基板上のはんだフィレットの状態を検査する基板検査装置において、
   前記照明部の高さを調整するための調整手段と、
   検査対象の基板について各ランドの形成情報および各部品の実装情報を含む基板の設計情報を用いて、ランド毎にそれぞれ部品により被覆されない部分の面積を求める面積算出手段と、
   前記面積算出手段により算出された面積に基づき前記照明部の高さを部品毎に決定する高さ決定手段と、
   前記高さ決定手段が決定した高さに関する情報を記憶保持する登録手段と、
   前記検査対象の基板の撮像時において、前記登録手段に記憶された情報に基づき前記調整手段の動作を制御して、照明部の高さを部品毎に調整する高さ制御手段とを、具備することを特徴とする基板検査装置。
4. 複数の部品がはんだ付けされた基板を支持するテーブル部の上方に、異なる仰角の方向からそれぞれ異なる色彩光が照射されるようにした構成の照明部と、各色彩光による照明状態下で前記基板を撮像する撮像部とが配備され、前記照明部からの光が基板上のはんだフィレットで反射して前記撮像部に入射することにより画像中に生じた色領域の分布に基づいて前記基板上のはんだフィレットの状態を検査する基板検査装置において、
   前記照明部の高さを調整するための調整手段と、
   はんだフィレットの状態が良好なモデルの基板が前記テーブル部に配備されて前記照明部による照明下で撮像されたとき、生成された画像上のはんだフィレットに暗領域が生じているか否かを部品毎に判別する判別手段と、
   前記判別手段により暗領域が生じていると判別された部品に対し、前記調整手段の動作を制御して照明部の高さを調整し、暗領域が消失したときの前記照明部の高さをその部品に適した高さとして決定する高さ決定手段と、
   前記高さ決定手段が決定した高さに関する情報を記憶保持する登録手段と、
   前記検査対象の基板の撮像時において、前記登録手段に記憶された情報に基づき前記調整手段の動作を制御して、照明部の高さを部品毎に調整する高さ制御手段とを、具備することを特徴とする基板検査装置。
5. 前記高さ決定手段は、１枚の基板上に同一種類の部品が複数搭載されているとき、これらの部品のうちの１つにつき決定した高さを同一種類の他の部品にも反映させる請求項２〜４に記載された基板検査装置。

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