JP4484673B2

JP4484673B2 - 電子部品の実装検査装置、実装検査方法および実装検査プログラム

Info

Publication number: JP4484673B2
Application number: JP2004339179A
Authority: JP
Inventors: 康博工藤
Original assignee: Nagoya Electric Works Co Ltd
Current assignee: Nagoya Electric Works Co Ltd
Priority date: 2004-11-24
Filing date: 2004-11-24
Publication date: 2010-06-16
Anticipated expiration: 2024-11-24
Also published as: JP2006145486A

Description

本発明は、基板に実装された電子部品の裏取付けを検出する電子部品の実装検査装置、実装検査方法および実装検査プログラムに関する。

従来、電子部品を搭載した基板を撮影して部品の状態を検査する方法として、未実装基板を撮影して得られた画像データの輝度情報と、検査対象の実装基板を撮影して得られた画像データの輝度情報とを比較することにより、電子部品の欠品を判定するものが知られている。（例えば、特許文献１、参照。）
より具体的には、予め未実装の基板上における検査エリアを撮影し、その画像データから輝度の平均値とピーク値と分散値とを算出しておき、これらの値と実際に実装を行った検査対象の基板上における検査エリアを撮影して得られた平均値とピーク値と分散値とを比較し、両者が近似する場合には電子部品が欠品していると判断する手法が上記文献に開示されている。
特許第３１２３２７５号公報

上述した技術において、予め未実装基板の撮影を行わなければならないという課題があった。また、未実装基板と電子部品の輝度特性が類似する場合には誤判定が多く発生するという課題もあった。

本発明は、上記課題にかんがみてなされたもので誤判定が少なく、迅速な判定が可能な電子部品の実装検査装置、実装検査方法および実装検査プログラムを提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、請求項１にかかる発明では、少なくとも電子部品の一部が含まれる検査エリアを撮影することにより、それぞれ指標値を有する複数の画素データで構成される画像データを生成する撮影手段と、上記画像データを記憶する画像データ記憶手段と、上記指標値についての上記画素データの度数分布の特徴値から同度数分布が正規分布となると仮定した場合の確率密度関数を算出する確率密度関数算出手段と、上記度数分布と上記確率密度関数との相関係数を算出する相関係数算出手段と、上記相関係数に基づいて電子部品が裏取付けか否かを判定する裏取付け判定手段とを具備する構成としてある。

上記のように構成した請求項１の発明において、撮影手段は少なくとも電子部品の一部が含まれる検査エリアを撮影する。そして、それぞれ指標値を有する複数の画素データで構成される画像データを生成する。画像データ記憶手段は上記撮影手段にて生成した上記画像データを記憶する。確率密度関数算出手段は、上記指標値についての上記画素データの度数分布の特徴値を算出し、この特徴値に基づいて同度数分布が正規分布となると仮定した場合の確率密度関数を算出するさらに、相関係数算出手段は、上記確率密度関数算出手段が算出した上記確率密度関数と上記度数分布との相関係数を算出する。そして、裏取付け判定手段は、上記相関係数算出手段にて算出された相関係数に基づいて電子部品が裏取付けか否かを判定する。すなわち、上記指標値の分布傾向が正規分布に近いかどうかで電子部品が裏取付けか否かを判定する。従って、予め良品や不良品についての上記画像データをティーチングしておく必要もない。

また、請求項２にかかる発明では、上記裏取付け判定手段は、上記相関係数が所定の閾値よりも大きい場合に電子部品が裏取付けであると判定する構成としてある。
上記のように構成した請求項２の発明において、上記相関係数が所定の閾値よりも大きい場合に電子部品が裏取付けされていると判定する。すなわち、上記指標値の分布傾向が正規分布に近い場合に、電子部品が裏取付けであると判定する。電子部品の表側は識別性を確保するために文字や模様等が付されている場合が多く、上記指標値が偏った分布となる場合が多い。従って、上記指標値が正規分布と近似せず、上記相関係数が低い場合に、上記電子部品が表側を上にして取り付けられていることが判定できる。

さらに、請求項３にかかる発明では、上記確率密度関数算出手段は、上記度数分布の平均値と分散値とから上記確率密度関数を算出する構成としてある。
上記のように構成した請求項３の発明において、上記画像データから上記指標値の度数分布における平均値ｕと分散値σ²を算出する。そして、上記平均値と上記分散値から下記の数式を利用して、上記確率密度関数ｆ_iを算出することができる。

さらに、請求項４にかかる発明では、上記撮影手段は上記検査エリアを撮影するとともに、上記検査エリアには、上記電子部品の表側において上記指標値が偏分布する特異パターンが含まれる構成としてある。
上記のように構成した請求項４の発明において、上記電子部品に特に上記指標値が偏分布する特異パターンを形成し、同特異パターンを上記検査エリアに含ませることにより、精度良く上記電子部品の取り付け方向を判定できる。例えば、上記電子部品にシルクスクリーン印刷によって文字を形成したものを上記特異パターンとして適用することができる。

さらに、請求項５にかかる発明では、上記指標値は輝度値である構成としてある。
上記のように構成した請求項５の発明において、輝度値を上記指標値として適用しても良い。

また、上述した電子部品の実装検査手法は、方法としても適用可能であり、請求項６にかかる発明においても、基本的には同様の作用となる。本発明を実施しようとする際に、実装検査装置にて所定のプログラムを実行させる場合もある。そこで、そのプログラムとしても本発明を実施可能であり、請求項７にかかる発明においても、基本的には同様の作用となる。むろん、請求項２〜請求項５に記載された構成を請求項６の方法や請求項７のプログラムに対応させることも可能である。

また、いかなる記憶媒体もプログラムを提供するために使用可能である。例えば、磁気記録媒体や光磁気記録媒体であってもよいし、今後開発されるいかなる記録媒体においても全く同様に考えることができる。また、一部がソフトウェアであって、一部がハードウェアで実現される場合においても本発明の思想において全く異なるものではなく、一部を記録媒体上に記録しておいて必要に応じて適宜読み込む形態のものも含まれる。さらに、一次複製品、二次複製品などの複製段階についても同等である。

本発明の請求項１、請求項６および請求項７の発明によれば、誤判定が少なく、迅速な判定が可能な電子部品の実装検査装置、実装検査方法および実装検査プログラムを提供することができる。
また、請求項２の発明によれば、電子部品の表裏を正確に判定することができる。
さらに、請求項３の発明によれば、確率密度関数を算出する手法を提供することができる。
また、請求項４の発明によれば、電子部品の表側を明確に判断できる。
さらに、請求項５の発明によれば、輝度値の分布傾向に基づいて電子部品の裏取付けを判定することができる。

ここでは、下記の順序に従って本発明の実施形態について説明する。
（１）本発明の構成：
（２）本発明の動作：
（３）まとめ：

（１）第一の実施形態：
図１は、本発明にかかる電子部品の実装検査装置の構成を概略的に示している。同図において、実装検査装置１００は、撮影部１０と判定部２０とから構成されている。撮影部１０は、ＣＣＤカメラ１１とＡ／Ｄ変換器１２と照明装置１３とＸ−Ｙテーブル１４とから構成されている。ＣＣＤカメラ１１は固定されており、下方に視野を有している。Ｘ−Ｙテーブル１４は被検査基板３０を規定の位置に位置決めしつつ載置することが可能であり、載置された被検査基板３０をＸ方向とＹ方向に水平移動させることが可能となっている。なお、被検査基板３０上には電子部品３１が実装されている。照明装置１３は白色あるいは赤色のＬＥＤ等によって構成され、被検査基板３０上におけるＣＣＤカメラ１１の視野を照明することができる。照明装置は一台に限られず、上中下の多段照明を適用してもよい。すなわち、電子部品の表面の状態に応じて、表面反射の少ない照明装置を選択できる構成としてもよい。

この構成において、後述するプログラムに従いＣＣＤカメラ１１と照明装置１３とＸ−Ｙテーブル１４に判定部２０からの駆動信号（図示省略）が与えられ、被検査基板３０上における所望の撮影エリアにＣＣＤカメラ１１の視野が位置するように被検査基板３０が移動させられる。そして、ＣＣＤカメラ１１が撮影エリアについての撮影を行う。ＣＣＤカメラ１１はドットマトリクス状に配列する複数の画素毎に光電素子を備えており、各光電素子にて生成された電荷を複数のＣＣＤ素子が記憶保持する。このＣＣＤ素子に記憶された電荷はＡ／Ｄ変換器１２によってデジタル階調で表現される輝度値に変換される。

各画素についての輝度値は順次フレームメモリ２１に入力され、同フレームメモリ２１にてフレーム単位の画像データとして記憶される。例えば、ＣＣＤカメラ１１が１００万画素を有し、途中で解像度変換を行わない場合には、フレームメモリ２１には１００万画素分の輝度信号が各画素のアドレスに対応づけられて記憶させられる。ただし、ＣＣＤカメラ１１が有する画素数と、フレームメモリ２１にて記憶される画像データの画素数とは必ずしも一致しなくてもよい。

判定部２０は、上述したフレームメモリ２１と、ＣＰＵ２２とＲＯＭ２３とＲＡＭ２４と出力部２５とから構成されている。フレームメモリ２１は画像データをフレーム単位で記憶するメモリであり、ＣＰＵ２２はＲＯＭ２３に記憶された検査プログラム２３ａにしたがって基板検査に関する演算処理を実行する。ＲＡＭ２４はＣＰＵ２２が各処理を行う際にワークエリアとして利用するメモリであり、後述する輝度分布データ２４ａ等も一時データとして記憶する。出力部２５は、ＣＰＵ２２における処理結果を実装検査装置１００の外部に出力するためのインターフェイスであり、例えばディスプレイやプリンタ等に出力を行うことが可能となっている。

図２は、検査プログラム２３ａの概略構成を示している。同図において、検査プログラム２３ａは、輝度分布データ記憶部Ｍ１と確率密度関数生成部Ｍ２と相関係数算出部Ｍ３と裏取付け判定部Ｍ４の各モジュールから構成されている。輝度分布データ記憶部Ｍ１はフレームメモリ２１から画像データを入力し、同画像データから輝度分布データを生成する。すなわち、輝度分布データ記憶部Ｍ１は、複数の画素毎の輝度値で表現された画像データを、輝度値毎の画素の度数（画素数）で表される輝度分布データに変換する。そして、輝度分布データをＲＡＭ２４に記憶させる。確率密度関数生成部Ｍ２は、ＲＡＭ２４に記憶した輝度分布データに基づいて輝度についての平均値ｕと分散値σを算出し、これらの値から確率密度関数を生成する。

相関係数算出部Ｍ３は、ＲＡＭ２４から輝度分布データを取得するとともに、確率密度関数生成部Ｍ２にて算出した確率密度関数を取得する。そして、輝度分布データにおける分布傾向と確率密度関数との相関係数を算出する。この相関係数は裏取付け判定部Ｍ４に入力され、同相関係数に基づいて電子部品３１が裏取付けであるか正常取付けであるかを裏取付け判定部Ｍ４が判定する。

（２）本発明の動作：
図３は、本発明において実行される裏取付け判定処理の流れを示している。なお、図３のフローチャートは、本発明の電子部品の実装検査装置が起動された後に、基板が所定の撮影位置に移動してＣＣＤカメラ１１で撮影される毎に繰り返し実施される部分的なフローを示している。従って、基板上に実装された電子部品の全ての検査を行うためには、図３で示すフローチャートの処理が必要回数実施されることとなる。

ここで、図３のフローチャートにしたがって裏取付け判定処理における実装検査装置１００の動作を説明する。１回の撮影によって生成された撮影エリアについての画像データがフレームメモリ２１に記憶されると、ＣＰＵ２２はステップＳ１００で検査エリアの選択を行う。図４は、ＣＣＤカメラ１１が撮影を行う撮影エリアＲ１を破線により示している。同図において、被検査基板３０上にＣＣＤカメラ１１の略矩形状視野が配置されており、当該視野を撮影エリアＲ１として撮影する。撮影エリアＲ１の内側には予め実装された５個のコンデンサＣ１〜Ｃ５と半導体部品Ｃ６とが存在している。各電子部品Ｃ１〜Ｃ６の封止容器やパッケージの表側にはスクリーン印刷によって００１〜００６までの部品番号が印刷されている。なお、００１〜００６までの部品番号が本発明にいう特異パターンに相当する。

図のように、実装後において００１〜００６までの部品番号が読み取り可能であれば、全ての電子部品Ｃ１〜Ｃ６が表側を上にして取り付けられており、正常な方向で実装されていることが分かる。逆に実装後において００１〜００６までの部品番号が読み取れないようであれば、裏取付けや欠品している可能性が高い。上述したとおり撮影エリアＲ１についてＣＣＤカメラ１１が撮影を行うため、撮影エリアＲ１についての画像データがフレームメモリ２１に記憶される。

このようにフレームメモリ２１に記憶される画像データには複数の電子部品Ｃ１〜Ｃ６の画像が含まれるが、ステップＳ１００では、各電子部品Ｃ１〜Ｃ６の部品番号の画像が含まれるいずれかの領域を選択する。すなわち、検査プログラム２３ａには撮影エリアＲ１における各電子部品Ｃ１〜Ｃ６の部品番号の位置および範囲が検査エリアＲ２，Ｒ２・・・としてそれぞれ記憶されており、以降の処理対象とする検査エリアＲ２，Ｒ２・・・のいずれか一つを選択する。なお、図４の例では、各電子部品Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３・・・の順に検査エリアＲ２，Ｒ２・・・が選択されるものとする。

ステップＳ１００にてコンデンサＣ１についての検査エリアＲ２が選択されると、ステップ１１０において輝度分布データ記憶部Ｍ１がフレームメモリ２１から検査エリアＲ２についての画像データを入力し、同画像データから輝度分布データを生成する。すなわち、検査エリアＲ２に属する画素毎の輝度値で表現された画像データを、輝度値毎の画素の度数で表される輝度分布データに変換する。さらに、輝度分布データ記憶部Ｍ１は輝度分布データをＲＡＭ２４に記憶させる。図５（ａ）および図５（ｂ）は、輝度分布データをグラフにして示している。同図において、横軸が輝度値ｉを示しており、縦軸が度数（画素数）ｂ_iを示している。

なお、図５（ａ）は正常に取り付けられており検査エリアＲ２に部品番号が捉えられているときの輝度分布データを示しており、図５（ｂ）は裏向きに取り付けられており検査エリアＲ２に部品の裏側が捉えられているときの輝度分布データを示している。部品番号は電子部品の封止容器やパッケージ上に樹脂インクを部分的に塗布することにより形成されている。封止容器やパッケージは反射率が高く、樹脂インクは反射率が低い。そのため、部品番号を撮影した輝度分布データにおいては偏った輝度値の分布となる。これに対して、電子部品が裏向きに取り付けられ、裏側が撮影された場合には輝度分布データはほぼ一様な反射面が撮影されるため正規的な分布となる。

ステップＳ１２０においては、確率密度関数生成部Ｍ２がＲＡＭ２４に記憶された輝度分布データ２４ａを取得し、同輝度分布データ２４ａから輝度についての平均値ｕと分散値σ²を算出する。さらに、ステップＳ１３０において確率密度関数生成部Ｍ２は、ステップＳ１２０にて算出した平均値ｕと分散値σ²を下記式（１）に代入して確率密度関数ｆ_iを算出する。

なお、確率密度関数ｆ_iは、ステップＳ１２０にて算出した平均値ｕと分散値σ²を満足する正規分布を表す関数である。図６（ａ）および図６（ｂ）は、図５（ａ）および図５（ｂ）の輝度分布データに基づいて算出された確率密度関数ｆ_iをグラフにして示している。同図において、横軸が輝度値ｉを示し、縦軸が度数（画素数）ｂ_iを示している。

次に、ステップＳ１４０において相関係数算出部Ｍ３は、ＲＡＭ２４に記憶された輝度分布データ２４ａと上記式（１）によって導出した確率密度関数ｆ_iとの相関を下記式（２）によって相関係数ｒとして算出する。

なお、このとき、カメラやＡ／Ｄ変換の特性、シェーディング補正等の影響による輝度分布のばらつきを補正するため、隣り合う輝度値の度数ｂ_iを下記式（３）によって平滑化した度数ｂ_i’を上記式（２）のｂ_iに適用することが望ましい。
ｂ_i’＝（ｂ_i-1＋ｂ_i＋ｂ_i+1）／３・・・（３）

ただし、平滑化の手法は、上記式（３）のように平均値を求めるものに限られず、例えば中心値を求める手法等を適用してもよい。次に、ステップＳ１５０〜Ｓ１６０で裏取付け判定部Ｍ４は、算出した相関係数ｒの値と所定の閾値（例えば０．９）との大小比較を実施する。図６（ａ）および図６（ｂ）に示すように、それぞれ算出された正規分布を示す確率密度関数と、輝度分布データの分布傾向とが似ている場合には相関係数が高くなり、確率密度関数と輝度分布データの分布傾向とが似ていない場合には相関係数が低くなる。従って、相関係数ｒが閾値よりも大きい場合には輝度分布データの分布傾向が正規分布に近いことが分かるし、相関係数ｒが閾値よりも小さい場合には輝度分布データの分布傾向が正規分布に近くないことが分かる。

そして、算出した相関係数ｒの値が閾値以上の場合には、ステップＳ１７０において電子部品が裏付けされているとの判定信号を出力する。算出した相関係数ｒの値が閾値よりも小さい場合には、ステップＳ１８０において電子部品が正常に取り付けられているの判定信号を出力する。すなわち、電子部品が正常に取り付けられている場合には、検査エリアＲ２に部品番号が含まれ、同検査エリアについての輝度分布が不均一となるため、輝度分布データが正規分布に近似しないことをもって電子部品が正常な方向に取り付けられていないことを判断することができる。

ステップＳ１９０では、撮影した撮影エリアＲ１に含まれる全ての検査エリアＲ２についてステップＳ１１０〜Ｓ１７０の処理を実行したかどうかが判定される。そして、全ての検査エリアＲ２についての処理が完了している場合には当該撮影エリアＲ１についての処理を終了させる。一方、全ての検査エリアＲ２についての処理が完了していない場合には、残りの検査エリアＲ２についてステップＳ１１０〜Ｓ１７０の処理を実行させる。

ここで、実証結果について説明すると、上記の図６（ａ）と図６（ｂ）では、相関係数ｒがそれぞれ０．６１８と０．９９７の値となり、裏取付けの場合の元の輝度分布による度数を平滑化した輝度分布と確率密度関数から求めた正規分布との間に極めて強い正の相関があることが確認され、正規分布との相関によって電子部品の裏取付けを判定する方法によって高い精度の検査が実行できることが証明された。

以上の実施例では、確率密度関数として上記式（１）を用いる場合を例示したが、図５（ｂ）で示すように輝度分布曲線の相関（曲線の形状の相似性）を判定する場合には、上記式（１）から下記の係数

を省略しても同じ相関係数が得られる。すなわち、確率密度関数は上記式（１）の関数に限定されるものでなく平均値ｕと分散値σ²から元の輝度分布の形状に近似な正規分布の曲線を生成することができる関数であればよい。また、正規分布との相関とあわせて、輝度値の偏り（モード）も参考に裏取付けの判定を行うようにしてもよい。

なお、本発明は、電子部品の裏面における輝度分布が正規分布に近似する点に着目してなされたもので、正規分布を得る指標値として他のものを適用してもよい。すなわち、上記実施形態のように白黒画像やカラー画像から求められる輝度値に限られず、例えばＲＧＢ信号から合成された輝度信号（Ｙ信号）や輝度情報を含む色差信号（Ｒ−Ｙ，Ｂ−Ｙ）等を指標値として適用してもよい。さらに、隣接する画素同士の輝度差や色差などを指標値として用いてもよい。

（３）まとめ：
以上説明したように、本発明において検査エリアＲ２を撮影して得られた輝度分布が正規分布に近似しているかどうかによって電子部品の裏取付け判定が行われる。具体的には、検査エリアＲ２を撮影して得られた輝度分布から平均値ｕと分散値σ²を算出し、これらを満足するような正規分布の関数として確率密度関数ｆ_iする。そして、確率密度関数ｆ_iと元の輝度分布の分布傾向との相関係数ｒを算出し、この相関係数ｒの大小によって電子部品の裏取付け判定を行うことができる。従って、予め不良品や良品の輝度分布のティーチング等を行うことなく、正確な判定を実現することができる。

本発明の電子部品の実装検査装置の概略ブロック図である。本発明の電子部品の実装検査装置のソフトウェアブロック図である。電子部品の裏取付け判定処理のフローチャートである。電子部品の検査エリアを説明する説明図である。撮影した輝度情報に対する輝度分布図（ヒストグラム）である。（ａ）電子部品が正常に取付けられている場合（ｂ）電子部品が裏面取付けされている場合撮影した輝度情報による輝度分布と確率密度関数とを比較した説明図である。（ａ）電子部品が正常に取付けられている場合（ｂ）電子部品が裏面取付けされている場合

符号の説明

１０…撮影部
１１…カメラ
１２…Ａ／Ｄ変換器
１３…照明装置
１４…Ｘ−Ｙテーブル
２０…判定部
２１…フレームメモリ
２２…ＣＰＵ
２３…ＲＯＭ
２３ａ…検査プログラム
２４…ＲＯＭ
２４ａ…輝度分布データ
２５…出力部
３０…被検査基板
３１…電子部品
１００…実装検査装置
Ｃ１〜Ｃ５…コンデンサ
Ｃ６…半導体部品
Ｃ６電子部品
Ｍ１…輝度分布データ記憶部
Ｍ２…確率密度関数生成部
Ｍ３…相関係数算出部
Ｍ４…判定部
Ｒ１…撮影エリア
Ｒ２…検査エリア

Claims

少なくとも電子部品の一部が含まれる検査エリアを撮影することにより、それぞれ指標値を有する複数の画素データで構成される画像データを生成する撮影手段と、
上記画像データを記憶する画像データ記憶手段と、
上記指標値についての上記画素データの度数分布の特徴値から同度数分布が正規分布となると仮定した場合の確率密度関数を算出する確率密度関数算出手段と、
上記度数分布と上記確率密度関数との相関係数を算出する相関係数算出手段と、
上記相関係数に基づいて電子部品が裏取付けか否かを判定する裏取付け判定手段とを具備することを特徴とする電子部品の実装検査装置。
上記裏取付け判定手段は、
上記相関係数が所定の閾値よりも大きい場合に電子部品が裏取付けであると判定することを特徴とする請求項１に記載の電子部品の実装検査装置。
上記確率密度関数算出手段は、上記度数分布の平均値と分散値とから上記確率密度関数を算出することを特徴とする請求項１または請求項２のいずれかに記載の電子部品の実装検査装置。
上記撮影手段は上記検査エリアを撮影するとともに、
上記検査エリアには、上記電子部品の表側において上記指標値が偏分布する特異パターンが含まれることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載した電子部品の実装検査装置。
上記指標値は輝度値であることを特徴とした請求項１から請求項４のいずれかに記載した電子部品の実装検査装置。
少なくとも電子部品の一部が含まれる検査エリアを撮影することにより、それぞれ指標値を有する複数の画素データで構成される画像データを生成する撮影工程と、
上記画像データを記憶する画像データ記憶工程と、
上記指標値についての上記画素データの度数分布の特徴値から同度数分布が正規分布となると仮定した場合の確率密度関数を算出する確率密度関数算出工程と、
上記度数分布と上記確率密度関数との相関係数を算出する相関係数算出工程と、
上記相関係数に基づいて電子部品が裏取付けか否かを判定する裏取付け判定工程とを具備することを特徴とする電子部品の実装検査方法。
少なくとも電子部品の一部が含まれる検査エリアを撮影することにより、それぞれ指標値を有する複数の画素データで構成される画像データを生成する撮影機能と、
上記画像データを記憶する画像データ記憶機能と、
上記指標値についての上記画素データの度数分布の特徴値から同度数分布が正規分布となると仮定した場合の確率密度関数を算出する確率密度関数算出機能と、
上記度数分布と上記確率密度関数との相関係数を算出する相関係数算出機能と、
上記相関係数に基づいて電子部品が裏取付けか否かを判定する裏取付け判定機能とをコンピュータに実現させることを特徴とする電子部品の実装検査プログラム。