JP4830501B2 - 基板検査方法および装置、並びに、その検査ロジック設定方法および装置 - Google Patents

基板検査方法および装置、並びに、その検査ロジック設定方法および装置 Download PDF

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Description

本発明は、基板上に実装されたIC系部品のずれを検査する技術、並びに、検査で用いられる検査ロジックを生成するための技術に関する。
従来より、多数の電子部品が実装されたプリント基板の半田実装品質を検査するための基板検査装置が提案されている。この種のプリント基板において「電子部品の電極部とランドを半田付けした際の半田盛りの形状」を半田フィレットと呼ぶが、電子部品の電極部の濡れ上がりによっては、半田フィレットが形成されているように見えて、実は電子部品と半田フィレットが未接触な場合もある。よって、半田付けの良否を検査するには、自由曲線からなる半田フィレットの形状を正確に捉える必要がある。
しかしながら、従前の基板検査装置では、モノクロ(単色)単一照明を光源に用いていたために、半田フィレットの3次元形状を画像解析するのが困難であった。それゆえ、半田付けの良否を判定することができず、基板検査装置として実用に耐えるものではなかった。
このような課題を解決するため、本出願人は、図16に示す方式の基板検査装置を提案した(特許文献1参照)。この方式は3色光源カラーハイライト方式(もしくは単にカラーハイライト方式)とよばれるもので、複数の色の光源で検査対象を照らすことによって半田フィレットの3次元形状を疑似カラー画像として得る技術である。
プリント基板の自動検査の実用化は、実質、このカラーハイライト方式技術の登場以降であると言われている。特に、電子部品が小型化する現在では、半田フィレット形状を目視で判別することも困難であり、カラーハイライト方式の基板検査装置なしでは基板検査が成り立たないと言うこともできる。
図16に示すように、カラーハイライト方式の基板検査装置は、基板110上の検査対象107に異なる入射角で三原色光を照射する投光部105と、検査対象107からの反射光を撮像する撮像部106と、を備える。この投光部105は、異なる径を有し、かつ制御処理部からの制御信号に基づき赤色光、緑色光、青色光を同時に照射する3個の円環状光源111,112,113により構成されている。各光源111,112,113は、検査対象107の真上位置に中心を合わせ、かつ検査対象107から見て異なる仰角に対応する方向に配置されている。
かかる構成の投光部105で検査対象(半田フィレット)107を照射すると、撮像部106には、検査対象107の表面の傾斜に応じた色の光が入射する。よって、図17に示すように、電子部品の半田付けが良好であるとき/部品が欠落しているとき/半田不足の状態であるときなど、半田フィレットの形状に応じて、撮像画像の色彩パターンに明確な差異が現れる。これにより、半田フィレットの3次元形状を画像解析するのが容易になり、電子部品の有無や半田付けの良否を正確に判定することができるようになる。また例えば、部品のずれによって半田付けが不良であるような状態も、検知できるようになる。
特開平2−78937号公報 特開平9−145633号公報
しかしながら、IC系部品のずれ検査に関しては、次のような特有の問題がある。なお、ここでは、部品本体の対向する2辺もしくは部品本体の周囲4辺のそれぞれの辺に多数のリードが配列された部品のことを「IC系部品」と称する。この種の部品は、いわゆる角チップ部品やトランジスタ部品に比べて、部品本体の面積が極めて大きく、また、リードの幅およびリードの配列間隔が非常に狭い、という特徴がある。
図19に示すように、角チップ部品100やトランジスタ部品では、リード間隔に余裕があるため、ランド(半田が付与される部分)101の面積を広くとることができる。よって、半田102がランド101上に広がり、良品(部品が正常な姿勢で実装されたもの)と不良品(部品ずれが生じたもの)とで、半田フィレットの3次元形状が明確に異なることとなる。よって、半田部分に現れる色彩パターンに注目する従来の基板検査手法でも、部品ずれの有無を判定することができる。
しかし、IC系部品110の場合は、リード間隔に合わせてランド111を細長い形状にせざるを得ない。そのため、良品と不良品とにかかわらず、半田112は表面張力によりランド111上に盛り上がった形状を呈することとなる。したがって、半田フィレットの形状、つまり半田部分の色彩パターンには、良品と不良品の差異がほとんど現れず、これをみただけでは部品ずれを正確に判定することができないのである。
これを解決する一つの手法として、部品本体が配置されるはずの領域に、部品本体以外の色(例えば、基板の色)が現れていないかどうかを調べることによって、部品ずれを判定する手法が考えられる。この手法は、角チップ部品やトランジスタ系部品には有効であるが、IC系部品の検査においては次のような技術的弊害がある。上述の通りIC系部品は部品本体の面積が極めて大きいため、部品本体が配置されるはずの領域すべての色を精査しようとすると、処理時間が増大し、リアルタイムな基板検査を実現することが困難になる。加えて、部品本体が配置されるはずの領域全体の画像を処理・記録しなければならないため、ワークメモリおよび画像記憶装置の容量が膨大となり、結果として装置のコストアップを招いてしまう。
そこで、本発明は、IC系部品のずれを高速に、かつ、小さな記憶容量で検査可能な技術を提供することを第1の目的とする。
ところで、カラーハイライト方式の基板検査装置では、注目すべき領域の色を表す色条件を予め設定しておき、検査画像の中から色条件を満たす領域を抽出し、その抽出された領域のもつ種々の特徴量(たとえば、面積や長さ)に基づいて良否の判定を行う。部品ずれの検査についても同様である。したがって、実際の検査に先立ち、検査に用いる色条件、良品と不良品とを切り分けるための判定条件などを設定しておく必要がある。この色条件および判定条件が検査ロジックのパラメータとなる。検査ロジックを設定・調整することを一般にティーチングと呼ぶ。
検査精度を向上するためには、良品の示す特徴量と不良品の示す特徴量との間に有意かつ明確な差異が現れるように色条件を設定することが肝要である。すなわち、色条件のティーチングの善し悪しが検査精度を直接左右すると言える。
そこで本出願人は、図18に示すように、カラーハイライト方式における色条件の設定を支援するためのツールを提案している(特許文献2参照)。このツールでは、色条件として、複数の色特徴量(赤、緑、青の各色相比ROP、GOP、BOPおよび明度データBRT)のそれぞれの上限値および下限値の設定が可能である。図18の入力画面には、色条件の設定値を入力するための設定部127とともに、設定された各色条件により抽出される色彩の範囲を表示するための設定範囲表示部128が設けられている。この設定範
囲表示部128には、所定の明度の下で得られるすべての色彩を示した色合い図134が表示されており、オペレータが各色条件の上限値、下限値を設定すると、色合い図134上には、設定された色条件により抽出される色彩を囲むような確認領域135が表示される。また、2値化表示ボタン129を押すと、現在の色パラメータによる抽出結果が二値画像で表示される。このツールによれば、オペレータは、確認領域135や二値画像を見ながら、適切な抽出結果が得られるまで色条件の追い込みを行うことができる。
しかしながら、上述した色条件設定支援ツールを利用したとしても、結局、色条件の追い込みはオペレータの経験と勘に頼る部分が大きいため、設定ミスの発生は避けられない。しかも、どれだけ優れたオペレータでも試行錯誤的に調整を繰り返さなければならず、非効率的であり、多大な労力と調整時間を要してしまうという問題がある。
また、色条件のみならず、良否を判定するための判定条件についても、従来はオペレータの勘と経験に頼っていたため、非効率的であった。
商品ライフサイクルの短命化が進む変化の激しい製造環境では、ティーチング作業の軽減、さらにはティーチングの自動化が強く望まれている。
そこで、本発明は、IC系部品のずれを高速に、かつ、小さな記憶容量で検査するために用いられる検査ロジックの好適なパラメータ、すなわち、色条件、判定条件を求め、検査ロジックを自動で生成可能な技術を提供することを第2の目的とする。
本発明の第1態様は、基板上に実装されたIC系部品のずれを基板検査装置によって検査する基板検査方法であって、検査対象部品の部品本体に現れる色を規定する色条件と、判定条件とを含む検査ロジックを予め記憶し、検査対象部品に異なる入射角で複数の色の光を照射し、その反射光を撮像して、前記検査対象部品の部品本体のエッジの少なくとも一部が含まれる検査画像を取得し、前記色条件を用いて、画像処理によって、前記検査画像から前記色条件を満足する部品本体領域を抽出し、画像処理によって前記部品本体領域のエッジを特定し、前記エッジの特徴量の値と前記判定条件とを比較することにより、前記検査対象部品が正常な姿勢か否か判定する。
本発明の第2態様は、基板上に実装されたIC系部品のずれを検査する基板検査装置であって、検査対象部品の部品本体に現れる色を規定する色条件と、判定条件とを含む検査ロジックを記憶する記憶手段と、検査対象部品に異なる入射角で複数の色の光を照射する投光手段と、その反射光を撮像して、前記検査対象部品の部品本体のエッジの少なくとも一部が含まれる検査画像を取得する撮像手段と、前記色条件を用いて、画像処理によって、前記検査画像から前記色条件を満足する部品本体領域を抽出する領域抽出手段と、画像処理によって前記部品本体領域のエッジを特定するエッジ特定手段と、前記エッジの特徴量の値と前記判定条件とを比較することにより、前記検査対象部品が正常な姿勢か否か判定する判定手段と、を備える。
色条件は部品本体に現れる色(の範囲)を規定するものであるから、この色条件を用いて検査画像から抽出される部品本体領域は、検査画像中の部品本体の外形とほぼ一致するはずであり、また、部品本体領域のエッジは部品本体のエッジとみなすことができる。そして、そのエッジの特徴量の値(例えば、位置もしくは角度、または、位置および角度)を調べれば、部品本体が正常な姿勢で実装されているか否かを精度良く判定可能である。
本発明の第1、第2態様によれば、検査画像から色条件を満たす部品本体領域を抽出し、その領域のエッジの特徴量の値を判定条件と比較するだけでよいので、簡単かつ高速な
処理が可能となる。しかも、部品全体の画像を取り扱う必要はなく、部品本体のエッジの少なくとも一部が含まれる検査画像を処理するだけでよいので、ワークメモリや画像記憶装置の使用量を抑えることもできる。
本発明の第3態様は、上記基板検査において用いられる検査ロジックを生成する方法である。具体的には、情報処理装置が、正常な姿勢で実装されたIC系部品を撮像して得られた画像から、画像処理によって部品本体の部分と部品本体に隣接する部分とを特定し、1または複数の色特徴量について、部品本体の部分の各画素を対象点、部品本体に隣接する部分の各画素を除外点として、前記複数の対象点および除外点それぞれの色特徴量の値の度数分布を求め、前記1または複数の色特徴量の値の度数分布に基づいて、前記対象点の色特徴量の値と前記除外点の色特徴量の値とを最もよく分離する色特徴量の値の範囲を求め、前記1または複数の色特徴量の種類および値の範囲(以下、色特徴量の種類とその値の範囲を「色範囲」とよぶ。)を前記色条件として設定する。
また、本発明の第4態様は、上記基板検査において用いられるパラメータを生成する装置であって、正常な姿勢で実装されたIC系部品を撮像して得られた画像から、画像処理によって部品本体の部分と部品本体に隣接する部分とを特定する手段と、1または複数の色特徴量について、部品本体の部分の各画素を対象点、部品本体に隣接する部分の各画素を除外点として、前記複数の対象点および除外点それぞれの色特徴量の値の度数分布を求める手段と、前記1または複数の色特徴量の値の度数分布に基づいて、前記対象点の色特徴量の値と前記除外点の色特徴量の値とを最もよく分離する色特徴量の値の範囲を求める手段と、前記1または複数の色特徴量の種類および値の範囲(色範囲)を前記色条件として設定する手段と、を備える。
ここで、色範囲の探索処理で用いる色特徴量は、色空間を構成する色特徴量を用いることができる。また、単一の色空間を構成する色特徴量だけでなく、異なる色空間から複数の色特徴量を選択することも可能である。色空間としては、例えば、RGB、HSV、HSL、CMY、YCC、CIEXYZ、CIELAB、CIELUVなど、任意の色空間を用いることができる。色特徴量としては、例えば、青、赤、緑、シアン、マゼンタ、イエローなどの色の強度、明度、彩度、色相、CIEXYZにおける刺激値X,Y,Z、色度x,y,z、CIELABにおけるL*,a*,b*、CIELUVにおけるL*,u(u′),v(v′)などを用いることができる。
色特徴量の種類は予め定められていてもよい。例えば、部品本体の部分に多く含まれ、かつ部品本体に隣接する部分にほとんど含まれない傾向にある色が予めわかっている場合には、その色に関係する1または複数の特徴量(色の強度、明度など)を、色条件に用いる色特徴量として採用してもよい。このように構成することによって、検査精度の低下を低減しつつ処理量を削減することができる。
また、色条件に用いる色特徴量を動的に決定することも好ましい。例えば、情報処理装置が、1または複数の色特徴量から構成される色特徴量候補を複数有しており、前記複数の色特徴量候補のそれぞれについて、前記対象点の色特徴量の値と前記除外点の色特徴量の値とを最もよく分離する色特徴量の値の範囲および分離度を求め、その分離度を比較することによって前記色条件として採用する色特徴量候補を選択し、前記選択された色特徴量候補を構成する1または複数の色特徴量の種類および値の範囲を前記色条件として設定するようにしてもよい。なお、採用される色特徴量候補は1つでも複数でもよい。このように構成することによって、部品本体の部分と部品本体に隣接する部分との差異が顕著に現れるような色条件(色特徴量)が自動的に設定され、検査精度のさらなる向上を図ることができる。
判定条件の生成にあたっては、情報処理装置が、正常な姿勢で実装されたIC系部品を撮像して得られた複数の良品画像とずれを生じたIC系部品を撮像して得られた複数の不良品画像のそれぞれから前記色条件を満たす画素領域を抽出し、画像処理によって各画素領域のエッジを特定し、前記エッジの特徴量の値の度数分布を求め、前記特徴量の値の度数分布に基づいて、前記良品画像から抽出された画素領域のエッジの特徴量の値と前記不良品画像から抽出された画素領域のエッジの特徴量の値とを最もよく分離する特徴量の値の範囲を求め、前記特徴量の種類および値の範囲を前記判定条件として設定するとよい。
ここで、特徴量の種類としては、エッジの位置もしくは角度、または、位置と角度の両方を好適に採用できる。エッジの位置、角度、またはその両方のいずれの特徴量を判定条件として採用するかは、色特徴量の場合と同様、予め定めておいてもよいし、システムにより自動で決定してもよい。
この構成によれば、教師画像(良品画像および不良品画像)から、IC系部品のずれの有無を高精度に判定可能な判定条件を自動的に生成することができる。このように自動生成された検査ロジックのパラメータ(色条件および判定条件)は基板検査装置の記憶手段に格納され、IC系部品のずれ検査に供される。
本発明の第5態様は、基板上に実装されたIC系部品のずれを基板検査装置によって検査する基板検査方法であって、検査対象部品の部品本体のエッジに配列されたリードの基端部分に現れる色を規定する色条件と、判定条件とを含む検査ロジックを予め記憶し、検査対象部品に異なる入射角で複数の色の光を照射し、その反射光を撮像して、前記検査対象部品の部品本体のエッジの少なくとも一部およびそのエッジに配列された複数のリードが含まれる検査画像を取得し、前記色条件を用いて、画像処理によって、前記検査画像から前記色条件を満足する複数のリード領域を抽出し、画像処理によって前記複数のリード領域を結ぶ直線を特定し、前記直線の特徴量の値と前記判定条件とを比較することにより、前記検査対象部品が正常な姿勢か否か判定する。
本発明の第6態様は、基板上に実装されたIC系部品のずれを検査する基板検査装置であって、検査対象部品の部品本体のエッジに配列されたリードの基端部分に現れる色を規定する色条件と、判定条件とを含む検査ロジックを記憶する記憶手段と、検査対象部品に異なる入射角で複数の色の光を照射する投光手段と、その反射光を撮像して、前記検査対象部品の部品本体のエッジの少なくとも一部およびそのエッジに配列された複数のリードが含まれる検査画像を取得する撮像手段と、前記色条件を用いて、画像処理によって、前記検査画像から前記色条件を満足する複数のリード領域を抽出する領域抽出手段と、画像処理によって前記複数のリード領域を結ぶ直線を特定する直線特定手段と、前記直線の特徴量の値と前記判定条件とを比較することにより、前記検査対象部品が正常な姿勢か否か判定する判定手段と、を備える。
色条件はリードの基端部分に現れる色(の範囲)を規定するものであるから、この色条件を用いて検査画像から抽出されるリード領域は、検査画像中の個々のリードの基端部分とほぼ一致するはずである。個々のリードは部品本体のエッジに沿って配列されているので、複数のリード領域を結ぶ直線は、部品本体のエッジに平行な直線とみなすことができる。そして、その直線の特徴量の値(例えば、位置もしくは角度、または、位置および角度)を調べれば、部品本体が正常な姿勢で実装されているか否かを精度良く判定可能である。
本発明の第5、第6態様によれば、検査画像から色条件を満たす複数のリード領域を抽出し、それらの領域を結ぶ直線の特徴量の値を判定条件と比較するだけでよいので、簡単かつ高速な処理が可能となる。しかも、部品全体の画像を取り扱う必要はなく、部品本体
のエッジの少なくとも一部とそのエッジに配列された複数のリードが含まれる検査画像を処理するだけでよいので、ワークメモリや画像記憶装置の使用量を抑えることもできる。
本発明の第7態様は、第6態様の基板検査装置において用いられるパラメータを生成する方法である。具体的には、情報処理装置が、正常な姿勢で実装されたIC系部品を撮像して得られた画像から、画像処理によってリードの基端部分とリードの基端部分に隣接する部分とを特定し、1または複数の色特徴量について、リードの基端部分の各画素を対象点、リードの基端部分に隣接する部分の各画素を除外点として、前記複数の対象点および除外点それぞれの色特徴量の値の度数分布を求め、前記1または複数の色特徴量の値の度数分布に基づいて、前記対象点の色特徴量の値と前記除外点の色特徴量の値とを最もよく分離する色特徴量の値の範囲を求め、前記1または複数の色特徴量の種類および値の範囲(色範囲)を前記色条件として設定する。
また、本発明の第8態様は、第6態様の基板検査装置において用いられるパラメータを生成する装置であって、正常な姿勢で実装されたIC系部品を撮像して得られた画像から、画像処理によってリードの基端部分とリードの基端部分に隣接する部分とを特定する手段と、1または複数の色特徴量について、リードの基端部分の各画素を対象点、リードの基端部分に隣接する部分の各画素を除外点として、前記複数の対象点および除外点それぞれの色特徴量の値の度数分布を求める手段と、前記1または複数の色特徴量の値の度数分布に基づいて、前記対象点の色特徴量の値と前記除外点の色特徴量の値とを最もよく分離する色特徴量の値の範囲を求める手段と、前記1または複数の色特徴量の種類および値の範囲(色範囲)を前記色条件として設定する手段と、を備える。
この色範囲の探索処理で用いる色特徴量についても、上述した種々の色特徴量を採用することができる。
色特徴量の種類は予め定められていてもよい。例えば、リードの基端部分に多く含まれ、かつリードの基端部分に隣接する部分にほとんど含まれない傾向にある色が予めわかっている場合には、その色に関係する1または複数の特徴量(色の強度、明度など)を、色条件に用いる色特徴量として採用してもよい。このように構成することによって、検査精度の低下を低減しつつ処理量を削減することができる。
また、色条件に用いる色特徴量を動的に決定することも好ましい。例えば、情報処理装置が、1または複数の色特徴量から構成される色特徴量候補を複数有しており、前記複数の色特徴量候補のそれぞれについて、前記対象点の色特徴量の値と前記除外点の色特徴量の値とを最もよく分離する色特徴量の値の範囲および分離度を求め、その分離度を比較することによって前記色条件として採用する色特徴量候補を選択し、前記選択された色特徴量候補を構成する1または複数の色特徴量の種類および値の範囲を前記色条件として設定するようにしてもよい。なお、採用される色特徴量候補は1つでも複数でもよい。このように構成することによって、リードの基端部分とリードの基端部分に隣接する部分との差異が顕著に現れるような色条件(色特徴量)が自動的に設定され、検査精度のさらなる向上を図ることができる。
判定条件の生成にあたっては、情報処理装置が、正常な姿勢で実装されたIC系部品を撮像して得られた複数の良品画像とずれを生じたIC系部品を撮像して得られた複数の不良品画像のそれぞれから前記色条件を満たす複数の画素領域を抽出し、画像処理によって前記複数の画素領域を結ぶ直線を特定し、前記直線の特徴量の値の度数分布を求め、前記特徴量の値の度数分布に基づいて、前記良品画像から抽出された複数の画素領域を結ぶ直線の特徴量の値と前記不良品画像から抽出された複数の画素領域を結ぶ直線の特徴量の値とを最もよく分離する特徴量の値の範囲を求め、前記特徴量の種類および値の範囲を前記
判定条件として設定するとよい。
ここで、特徴量の種類としては、直線の位置もしくは角度、または、位置と角度の両方を好適に採用できる。直線の位置、角度、またはその両方のいずれの特徴量を判定条件として採用するかは、色特徴量の場合と同様、予め定めておいてもよいし、システムにより自動で決定してもよい。
この構成によれば、教師画像(良品画像および不良品画像)から、IC系部品のずれの有無を高精度に判定可能な判定条件を自動的に生成することができる。このように自動生成された検査ロジックのパラメータ(色条件および判定条件)は基板検査装置の記憶手段に格納され、IC系部品のずれ検査に供される。
本発明によれば、IC系部品のずれを高速に、かつ、小さな記憶容量で検査することができる。また、本発明によれば、IC系部品のずれを高速に、かつ、小さな記憶容量で検査するために用いられる検査ロジックを自動生成することができ、ティーチング作業の軽減、さらにはティーチングの自動化を図ることが可能となる。
以下に図面を参照して、この発明の好適な実施の形態を例示的に詳しく説明する。
<第1実施形態>
(基板検査システムの構成)
図1は、本発明の実施形態に係る基板検査システムのハードウェア構成を示している。
基板検査システムは、基板検査処理を実行する基板検査装置1と、この基板検査装置1の基板検査処理において用いられる検査ロジックを自動生成する検査ロジック設定装置2とから構成される。基板検査装置1と検査ロジック設定装置2は、有線もしくは無線のネットワーク、または、MOやDVDなどの記録媒体を介して、画像やパラメータなどの電子データの受け渡しを行うことができる。なお、本実施形態では基板検査装置1と検査ロジック設定装置2が別体構成となっているが、基板検査装置本体に検査ロジック設定装置の機能を組み込んで一体構成とすることも可能である。
(基板検査装置の構成)
基板検査装置1は、カラー光を基板に照射してそれを撮影し、撮影された画像を用いて基板20上の実装部品21の実装品質(半田付け状態など)を自動検査する装置である。基板検査装置1は、概略、Xステージ22、Yステージ23、投光部24、撮像部25、制御処理部26を備えている。
Xステージ22およびYステージ23は、それぞれ制御処理部26からの制御信号に基づいて動作するモータ(図示せず)を備える。これらモータの駆動によりXステージ22が投光部24および撮像部25をX軸方向へ移動させ、またYステージ23が基板20を支持するコンベヤ27をY軸方向へ移動させる。
投光部24は、異なる径を有しかつ制御処理部26からの制御信号に基づき赤色光,緑色光,青色光を同時に照射する3個の円環状光源28,29,30により構成されている。各光源28,29,30は、観測位置の真上位置に中心を合わせかつ観測位置から見て異なる仰角に対応する方向に配置されている。かかる配置により、投光部24は基板20上の実装部品21に異なる入射角で複数の色の光(本実施形態では、R,G,Bの3色)を照射する。
撮像部25はカラーカメラであって、観測位置の真上位置に下方に向けて位置決めしてある。これにより基板表面の反射光が撮像部25により撮像され、三原色のカラー信号R,G,Bに変換されて制御処理部26へ供給される。
制御処理部26は、A/D変換部33、画像処理部34、検査ロジック記憶部35、判定部36、撮像コントローラ31、XYステージコントローラ37、メモリ38、制御部(CPU)39、記憶部32、入力部40、表示部41、プリンタ42、通信I/F43などで構成される。
A/D変換部33は、撮像部25からのカラー信号R,G,Bを入力してディジタル信号に変換する回路である。各色相毎のディジタル量の濃淡画像データは、メモリ38内の画像データ格納エリアへと転送される。
撮像コントローラ31は、制御部39と投光部24および撮像部25とを接続するインターフェイスなどを備える回路であり、制御部39の出力に基づき投光部24の各光源28,29,30の光量を調整したり、撮像部25の各色相光出力の相互バランスを保つなどの制御を行う。
XYステージコントローラ37は制御部39とXステージ22およびYステージ23とを接続するインターフェイスなどを備える回路であり、制御部39の出力に基づきXステージ22およびYステージ23の駆動を制御する。
検査ロジック記憶部35は、基板検査処理に用いられる検査ロジックを記憶する記憶部である。基板検査装置1では、半田形状を検査するフィレット検査や部品のずれを検査するずれ検査など、複数種類の検査処理を行うことができる。検査ロジックは、検査の種類ごとに用意されるものであって、画像中の検査対象範囲(検査領域)を規定するための領域条件、検査領域内の画像から所定の色彩パターン(画素領域)を抽出するための色条件、その色彩パターンの良否を判定するための判定条件などから構成される。領域条件は、例えば、「部品の姿勢が正しいときの部品本体のエッジ位置からエッジに直交する方向に±20画素ずつ、エッジに沿う方向に80画素の範囲」のように、画像中の検査領域の位置、大きさ、範囲などを規定する条件である。色条件は、例えば、「画素の明度が150から250の間、かつ、赤信号の強度が150から180の間」のように、注目する色特徴量(この例では、明度と赤信号の強度)とその色特徴量の値の範囲とを規定する条件である。判定条件は、例えば、「検出されたエッジの角度が5度以下」のように、注目する特徴量(この例では、エッジの角度)とその特徴量の値の範囲(この例では、上限値)とを規定する条件である。
画像処理部34は、基板20上の部品21を撮像して得られた画像から領域条件で規定される検査領域を抽出する処理、検査領域の画像(検査画像)から色条件を満たす領域を抽出する処理、および、抽出された領域から判定条件で用いられる特徴量の値を算出する処理を実行する回路である。判定部36は、画像処理部34で算出された特徴量の値を受け取り、その特徴量の値が判定条件を満たすか否かで部品の実装状態の良否を判定する処理を実行する回路である。
入力部40は、操作情報や基板20に関するデータなどを入力するのに必要なキーボードやマウスなどから構成されている。入力されたデータは制御部39へ供給される。通信I/F43は、検査ロジック設定装置2や他の外部装置などとの間でデータの送受信を行うためのものである。
制御部(CPU)39は、各種演算処理や制御処理を実行する回路である。記憶部32は、ハードディスクやメモリから構成される記憶装置であって、制御部39にて実行されるプログラムの他、基板のCAD情報、基板検査処理の判定結果などが格納される。
図2に基板検査装置1の機能構成を示す。基板検査装置1は、指示情報受付機能10、基板搬入機能11、CAD情報読込機能12、ステージ操作機能13、撮像機能14、検査ロジック読込機能15、検査機能16、判定結果書込機能17、基板搬出機能18を有する。これらの機能は、制御部39が記憶部32に格納されたプログラムに従って上記ハードウェアを制御することによって実現されるものである。また、記憶部32の内部には、CAD情報を記憶するCAD情報記憶部32aと判定結果を記憶する判定結果記憶部32bが設けられている。
(基板検査処理)
次に、上記基板検査装置1における基板検査処理について述べる。本実施形態では、部品本体のエッジの位置や角度に着目して、IC系部品のずれを検査する手法について説明する。
図3は、検査処理の流れを示すフローチャートである。
指示情報受付機能10は、基板検査の実行を指示する指示情報が入力されるまで待ち状態にある(ステップS100;NO、ステップS101)。入力部40の操作により、もしくは、通信I/F43を介して外部機器から指示情報が入力されると、指示情報受付機能10が指示情報を、基板搬入機能11、CAD情報読込機能12および検査ロジック読込機能15に送る(ステップS100;YES)。この指示情報には検査対象となる基板の情報(型番など)が含まれている。
また、基板搬入機能11は、指示情報に基づいてプリント基板搬入部から検査対象となる基板20をコンベヤ27上に搬入し(ステップS102)、CAD情報読込機能12は、基板の型番に対応するCAD情報をCAD情報記憶部32aから読み込む(ステップS103)。このCAD情報には、基板20の寸法、形状とともに基板20上に実装されている部品の種類、数量、それぞれの実装位置の情報が含まれている。
検査ロジック読込機能15は、前記CAD情報より取得した部品の種類に応じてIC系部品のずれ検査用の検査ロジックを検査ロジック記憶部35から読み込む(ステップS104)。検査ロジックには、領域条件、色条件および判定条件が含まれる。
次に、ステージ操作機能13は、読み込まれたCAD情報から基板20の寸法、形状、部品の配置などの情報を得て、基板20上に実装された複数の部品21が順に観測位置(撮像位置)に位置合わせされるように、XYステージコントローラ37を介してXステージ22およびYステージ23を操作する(ステップS105)。
一方、撮像機能14は、撮像コントローラ31を介して投光部24の3個の光源28,29,30を発光させ、赤色、緑色、青色の光を同時に基板20上に照射する。また、撮像機能14は、撮像コントローラ31を介して撮像部25を制御し、ステージ22,23の操作に同期して基板20上の部品21を撮像する(ステップS106)。撮像された画像はメモリ38に取り込まれる。
次に、検査機能16が、画像処理部34によって撮像画像から検査画像を抽出する(ステップS107)。検査画像は、検査ロジックの領域条件によって規定される領域である。本実施形態では、図4に示すように、検査対象部品の部品本体90のエッジの少なくと
も一部が含まれるように、検査画像が抽出される。すなわち、部品本体90は略矩形状なので四方にエッジをもつが、少なくとも一辺のエッジが検査画像に含まれていればよい。また、そのエッジの全体が検査画像に含まれている必要はなく、エッジの一部分が現れていれば足りる。
続いて、検査機能16は、画像処理部34によって、色条件を用いて検査画像を二値化する(ステップS108)。ここで用いられる色条件は、部品本体に現れる色の範囲を規定するものである。換言すれば、色条件は、部品本体に現れる色と、部品本体に隣接する部分に現れる色とを区別(分離)するものといえる。部品本体に現れる色は、部品本体の材質、表面形状、色、表面粗さなどに依存する。例えば、部品本体が樹脂パッケージの場合には、部品本体の表面で光が乱反射されるため、白色光を照射したのとほぼ同じ色(部品本体の本来の色である、赤みを帯びた黒色)が画像に現れるし、部品本体の表面が鏡面反射を生じる場合には、赤、緑、青の3色のいずれかが画像に現れる。もちろん部品本体に隣接する部分に現れる色についても同様である。よって、部品本体部分や部品本体に隣接する部分に現れる色の傾向に合わせて、色条件に用いられる色特徴量の種類(色相、明度など)が選択される。本実施形態の色条件は、赤信号の強度の下限と上限、および、明度の下限と上限の4つの値で構成されている。本実施形態の検査対象部品は樹脂パッケージであり、撮像画像において部品本体の部分に明度の低い赤系色が現れるからである。なお、ここでは、赤信号の強度および明度のいずれも0から255までの256段階の値をとるものとする。二値化処理では、色条件で定義された色範囲内に含まれる画素(色条件を満足する画素)が白画素に、それ以外の画素が黒画素に変換される。
図5は、良品(部品が正常な姿勢で実装されたもの)と不良品(部品ずれが生じたもの)の検査画像およびそれらの二値化結果を示している。色条件で二値化することにより、検査画像中の部品本体90の部分が白画素領域として抽出されることがわかる。ここで抽出された領域を部品本体領域91とよぶ。
続いて、検査機能16は、画像処理部34によって、部品本体領域91のエッジ92を特定する(ステップS109)。エッジの特定には、例えばハフ変換などの既存の画像処理手法を用いればよい。ここで特定されたエッジ92は部品本体90のエッジとみなすことができる。
さらに、検査機能16は、エッジ92の特徴量として、エッジ92の位置および角度を算出する(ステップS110)。図5の例では、エッジ92の位置として、検査画像の左端の辺の中点から、その辺に垂直な方向に測ったエッジ92までの距離dを求め、エッジ92の角度として、検査画像の垂直方向に対する角度の絶対値|θ|を求めている。この算出結果は判定部36に引き渡される。
判定部36は、算出されたエッジ92の位置および角度と、検査ロジックの判定条件とを比較する(ステップS111)。この判定条件は、正常な姿勢(部品のずれが生じていない状態)とみなす範囲を規定する条件であり、例えば、エッジの位置や角度のずれ量の許容限界(上限値もしくは下限値、または、その両方)で構成される。エッジ92の位置および角度が判定条件の範囲内にある場合には(ステップS111;YES)、当該部品は正常な姿勢で実装されている(良品)と判定され(ステップS112)、エッジ92の位置または角度が判定条件の範囲から外れていた場合には(ステップS111;NO)、当該部品にずれが生じている(不良品)と判定される(ステップS113)。
判定結果書込機能17は、上記判定結果をロケーションID(部品を特定するための情報)とともに判定結果記憶部32bに書き込む(ステップS114)。
基板20上のすべての部品について検査を行ったら、基板搬出機能18がプリント基板搬送部によって基板20を搬出し、基板検査処理を終了する(ステップS115)。
以上述べた基板検査処理によれば、検査画像から色条件を満たす部品本体領域を抽出し、その領域のエッジの位置と角度を判定条件と比較するだけでよいので、簡単かつ高速に、IC系部品のずれ検査を高精度に行うことができる。しかも、部品全体の画像を取り扱う必要はなく、その一部分の画像(検査画像)を処理するだけでよいので、ワークメモリや画像記憶装置の使用量を抑えることも可能である。
なお、本実施形態では、エッジの位置と角度の両方を判定処理に用いたが、いずれか一方の特徴量だけで判定しても構わない。また、本実施形態では、1つのエッジにだけ着目したが、複数のエッジについて同様の判定処理を実施すれば、判定精度および検査の信頼性の向上を図ることができる。
ところで、不良品の見逃しがなく、かつ、過検出が許容値以下になるような高い判定精度を実現するためには、予め検査ロジックの色条件および判定条件を検査対象に合わせて最適な値に設定しておく必要がある。特に、上述したずれ検査の実現にあたっては、部品本体に現れる色と、部品本体に隣接する部分に現れる色とを正確に切り分けることのできる色条件が必要となる。本実施形態では、検査ロジックの生成(ティーチング)は、検査ロジック設定装置2によって自動的に行われる。以下、詳しく説明する。
(検査ロジック設定装置の構成)
検査ロジック設定装置2は、図1に示すように、CPU、メモリ、ハードディスク、I/O制御部、通信I/F、表示部、情報入力部(キーボードやマウス)などを基本ハードウェアとして備える汎用のコンピュータ(情報処理装置)によって構成される。
図6に第1実施形態に係る検査ロジック設定装置2の機能構成を示す。検査ロジック設定装置2は、指示情報受付機能50、教師画像情報読込機能51、部分特定機能52、度数算出機能53、色範囲探索機能54、二値化機能55、エッジ特定機能56、ヒストグラム生成機能57、しきい値算出機能58、検査ロジック生成機能59、検査ロジック書込機能60を有する。これらの機能は、メモリもしくはハードディスクに格納されたプログラムがCPUに読み込まれ実行されることによって実現されるものである。
また、ハードディスク内には、ティーチングに用いる教師画像情報を記憶する教師画像情報DB61が設けられている。教師画像情報は、基板検査装置1によって撮像されたIC系部品の画像と、その画像が良品(正常な姿勢で実装されたもの)か不良品(ずれを生じたもの)かを示す教師情報(ティーチングデータ)とからなる。ティーチングの信頼性を高めるために、良品と不良品それぞれについて数十〜数千の教師画像情報を準備することが好ましい。
(検査ロジック設定処理)
図7のフローチャートに沿って、検査ロジック設定処理の流れを説明する。
指示情報受付機能50は、検査ロジックの自動生成を指示する指示情報が入力されるまで待ち状態にある(ステップS200;NO、ステップS201)。情報入力部から指示情報が入力されると、指示情報受付機能50は教師画像情報読込機能51に指示情報を伝える(ステップS200;YES)。この指示情報には検査ロジック生成の対象となる教師画像情報を特定する情報、検査対象となる部品の種類あるいは型番を示す情報、および検出すべき不良の種類の情報などが含まれている。
教師画像情報読込機能51は、指示情報に従って、作成すべき検査ロジックに対応する教師画像情報を教師画像情報DB61から読み込む(ステップS202)。教師画像情報には、複数の良品画像と複数の不良品画像が含まれる。これらの画像には教師情報が付与されている。
(1)色条件の設定処理
まずは、良品画像のみを用いて色条件の設定が行われる。部分特定機能52は、画像処理によって、良品画像から「部品本体の部分」(以下、「対象領域」という)と「部品本体に隣接する部分」(以下、「除外領域」という)とを特定する(ステップS203)。具体的には、部分特定機能52は、図8に示すように、部品本体ウィンドウ70、ランドウィンドウ71、リードウィンドウ72から構成されるテンプレートを有しており、テンプレートを拡大/縮小したり、各ウィンドウの相対位置をずらしたりしながら、各ウィンドウを画像中の部品本体、ランド、リードに合わせ込む。ウィンドウの合わせ込みには、たとえば、テンプレートマッチングなどの手法を利用すればよい。続いて、部分特定機能52は、部品本体ウィンドウ70の内側を対象領域(実線ハッチング部分参照)に設定し、部品本体ウィンドウ70の外側を除外領域(破線ハッチング部分参照)に設定する。ここでは良品画像のみを用いているので、対象領域・除外領域の高精度な特定が可能である。
上述したように、実際のずれ検査においては、色条件を用いて部品本体の部分だけを抽出する。このような処理に最適な色条件を作成することは、対象領域の画素の色をなるべく多く包含し、かつ、除外領域の画素の色をほとんど排除できるような色範囲の最適解を求めることと等価である。
そこでまず、度数算出機能53が、対象領域と除外領域の全画素の色特徴量の値の度数分布を求める(ステップS204)。このとき、対象領域の画素は「対象点」として、除外領域の画素は「除外点」として、互いに区別可能な形式で度数の計算が行われる。以下、度数分布を視覚的に説明するために、色ヒストグラムを用いる。色ヒストグラムとは、色空間を構成する色特徴量を軸とする多次元空間内の各点に画素の度数(個数)を記録したものである。色ヒストグラムにより、対象領域、除外領域それぞれの画素の色分布を把握することができる。なお、ここで言うところの画素とは、画像の最小解像度のことである。複数の画素でまとめてマッピング処理を実行すると混色が発生するため、画素ごとの処理が好ましい。
一般に、色空間は、3種以上の色特徴量によって構成される多次元空間である。よって、画素の色分布を正確に把握するには、少なくとも2以上の色特徴量について度数を算出することが望ましい。ただし、検査に用いられる画像に含まれる構成要素およびその色は限られているため、部品本体の色(対象点)とその周辺領域の色(除外点)を分離するための色条件を決定する目的であれば、色相に関しては1色または2色についての色特徴量を考慮すれば十分といえる。そこで、本実施形態では、部品本体の部分に多く含まれ、かつ、部品本体に隣接する部分にほとんど含まれない傾向にある色相として赤色を選択し、明度と赤色の強度の組み合わせごとに度数を計算する。
図9は、2次元色ヒストグラムの一例を示している。図9の横軸は赤の強度、縦軸は明度の値であり、いずれも0から255までの256段階の数値で表されている。赤の強度に関しては0に近いほど赤信号の強度が弱い、すなわち画素に赤成分が含まれていないことを表し、255に近づくほど赤の強度が強いことを表す。明度は値が大きくなるほど明るさが強くなることを表す。図中の白丸(○)が対象領域の画素の度数が1以上の点を表し、黒三角(▲)が除外領域の画素の度数が1以上の点を表している。なお、白丸および黒三角は、(赤の強度、明度)に加えて度数(その色をもつ画素の個数)のデータを持っ
ている。また、後掲の図10についても、図9と同様、白丸および黒三角は個々の画素を表すものではなく、(赤の強度、明度、度数)の3次元のデータを保持しているものである。
次に、色範囲探索機能54が、対象点と除外点それぞれの度数分布に基づいて、対象点の色分布と除外点の色分布とを最適に切り分ける色範囲を探索する(ステップS205)。本実施形態では、アルゴリズムの簡単化のため、図10(a)に示すように、強度の下限(RInf)と上限(RSup)、および、明度の下限(LInf)と上限(LSup)の4つの値を求める。ここで求めるべき最適解は、対象点(○)をなるべく多く包含し、かつ、除外点(▲)をほとんど含まないような色範囲を構成する4つの値の組み合わせ(RInf, RSup, LInf, LSup)である。
具体的には、色範囲探索機能54は、RInf、RSup、LInf、LSupそれぞれの値を変えながら、各色範囲について度数合計値Eを算出し(数式1参照)、度数合計値Eが最大となる色範囲を求める。度数合計値Eは、色範囲に含まれる対象点の数(度数)と除外点の数(度数)の差を表す指標である。図10(b)は、度数合計値Eが最大となる色範囲を示している。
Figure 0004830501
そして、色範囲探索機能54は、度数合計値Eが最大となる色範囲を検査用の色条件として設定する。このように、本実施形態によれば、部品本体の部分(対象点)と部品本体に隣接する部分(除外点)とを適切に切り分ける色特徴量とその値の組み合わせを生成し、色条件として設定することが自動で行える。
なお、本実施形態では、明度の上限値および下限値と赤色の強度の上限値および下限値という4つの色パラメータで色条件を構成したが、パラメータは他の色特徴量に注目して行うものであっても構わない。色特徴量としては、例えば、青、赤、緑、シアン、マゼンタ、イエローなどの色の強度、明度、彩度、色相、CIEXYZにおける刺激値X,Y,Z、色度x,y,z、CIELABにおけるL*,a*,b*、CIELUVにおけるL*,u(u′),v(v′)などを用いることができる。また、色条件を構成する色特徴量の数は、2種類に限らず、1種類でもよいし、3種類以上を組み合わせても構わない。すなわち、色条件に採用する色パラメータは撮像された画像中の部品本体およびその周辺領域のもつ色彩パターンの傾向に合わせて適宜選択することができる。また、色パラメータを予め決定しておくのではなく、1または複数の色特徴量から構成される色特徴量候補を複数用意しておき、それぞれの色特徴量候補について上述した度数分布の算出処理および色条件算出処理を行い、その中から最適な色特徴量を色条件として採用することも好ましい。このとき、各色特徴量候補の度数分布について、対象点と除外点の分離度(本実施形態では、最大となる度数合計値Eが分離度に相当する。)を求め、互いの分離度を比較
することによって、採用する色特徴量候補を決定すればよい。例えば、分離度が最大となる一つの色特徴量候補を選択してもよいし、分離度の大きい順に複数の色特徴候補を選択してもよい。また、色範囲を探索する手法としては、上述した手法のほか、判別分析、SVM(Support Vector Machine)等の公知の手法を用いることができる。
(2)判定条件の設定処理
次に、上記色条件並びに良品画像・不良品画像を用いて、ずれ検査用の判定条件を自動生成する処理が実行される。
まず、二値化機能55が、上記色条件を用いて、良品画像、不良品画像それぞれを二値化することにより、色条件を満たす画素領域を抽出する(ステップS206)。続いて、エッジ特定機能56が、各画像について、白画素領域のエッジを特定した後(ステップS207)、そのエッジの特徴量(位置dおよび角度θ)を算出する(ステップS208)。これらの処理は、図5で説明したものと同様である。
続いて、ヒストグラム生成機能57が、良品画像におけるエッジの特徴量の値の分布傾向と不良品画像における特徴量の値の分布傾向との違いを把握するため、エッジの特徴量の値の度数分布を求める(ステップS209)。本実施形態ではエッジの特徴量として位置および角度を採用し、それぞれの特徴量に関して度数分布を求める。ここではエッジの位置および角度の度数分布を視覚的に示すため、エッジの位置に関する位置ヒストグラムとエッジの角度に関する角度ヒストグラムを用いる。図11(a)は位置ヒストグラムの一例を示し、図11(b)は角度ヒストグラムの一例を示している。図11(a)の横軸は、エッジの位置のずれ量Δdを表し、図11(b)の横軸は、エッジの角度の絶対値|θ|を表している。位置のずれ量Δdは、Δd=d−d0のように、ステップS208で算出されるエッジの位置dと、エッジが現れるべき位置(正常位置)d0との差分である。この正常位置d0は、CAD情報から算出可能である。図11(a)および(b)をみると、良品画像の特徴量分布(白色)と不良品画像の特徴量分布(黒色)に明確な違いが現れていることがわかる。
次に、しきい値算出機能58が、ヒストグラムの度数分布に基づいて良品画像におけるエッジの特徴量の値と不良品画像におけるエッジの特徴量の値とを最もよく分離するしきい値を算出する(ステップS210)。本実施形態では、エッジの位置dの下限値および上限値、エッジの角度|θ|の上限値の3つのしきい値が算出される。ヒストグラムに現れた複数の山を最適に分離する手法は種々提案されており、ここではどの方法を採用してもよい。たとえば、大津の判別分析法を利用してもよいし、あるいは、経験に基づき良品画像の山の端から3σだけ離れた点をしきい値に決めたり、良品画像の山の端点と不良品画像の山の端点との間にしきい値を設定してもよい。このようにして、エッジの位置、角度のそれぞれについて、良品と不良品を判別するための判定条件が生成される。
その後、検査ロジック生成機能59が、上記色条件および判定条件から検査ロジックを生成する(ステップS211)。そして、検査ロジック書込機能60が、その検査ロジックを基板検査装置1の検査ロジック記憶部35に書き込んで、検査ロジック設定処理を終了する(ステップS212)。
以上述べた本実施形態によれば、IC系部品のずれを高速に、かつ、小さな記憶容量で検査するために用いられる検査ロジックが自動で生成されるので、ティーチングに要する時間と負荷を大幅に削減することができる。
しかも、上述したアルゴリズムによって最適な色条件および判定条件が算出されるので、IC系部品のずれ検査を高精度に行うことが可能となる。なお、色条件と判定条件の信
頼性は、最初に与える教師画像情報の数が多くなるほど向上する。
<第2実施形態>
上記第1実施形態では、部品本体の部分のエッジに着目してIC系部品のずれを検査している。しかしながら、部品の種類によっては、部品本体の部分の色分布にバラツキやムラがあり、エッジの特定が困難な場合がある。部品本体部分の色ムラは、例えば、部品本体の表面に文字や記号等が印刷されている場合、リフロー時の加熱によって部品本体の表面が変形した場合などにも、生じる可能性がある。そこで、本発明の第2実施形態では、IC系部品では多数のリードがエッジに沿って直線的に配列されているという点に着目し、部品本体のエッジの代わりに、複数のリードを結んだ直線(以下、「リード配列線」とよぶ)の位置や角度を調べることによって、部品のずれを検査する。
(基板検査処理)
まず、図12のフローチャートを参照して、本実施形態の検査処理の流れを説明する。なお、第1実施形態の処理(図3参照)と同様の処理については、同一のステップ番号を付して詳しい説明を省略する。
指示情報に従って、検査対象となる基板の搬入およびCAD情報の読み込みが行われる(ステップS100〜S103)。このCAD情報より取得した部品の種類に応じてIC系部品のずれ検査用の検査ロジックの読み込みが行われる(ステップS104)。検査ロジックには、領域条件、色条件および判定条件が含まれる。そして、CAD情報に基づいて、搬入基板が適宜位置合わせされ、部品が撮像される(ステップS105〜S106)。
次に、検査機能16が、画像処理部34によって撮像画像から検査画像を抽出する(ステップS300)。検査画像は、検査ロジックの領域条件によって規定される領域である。本実施形態では、図4に示すように、検査対象部品の部品本体90のエッジの少なくとも一部およびそのエッジに配列された複数のリード94が含まれるように、検査画像が抽出される。少なくとも2つのリード94があれば後述する直線検出を行うことが可能であるが、処理の信頼性を高めるために、検査画像中に3つ以上のリード94が含まれていることが好ましい。また、リード94の全体が検査画像に含まれている必要はなく、少なくともリードの基端部分(肩部分)94aが含まれていれば足りる。
続いて、検査機能16は、画像処理部34によって、色条件を用いて検査画像を二値化する(ステップS301)。ここで用いられる色条件は、リードの基端部分に現れる色の範囲を規定するものである。換言すれば、色条件は、リードの基端部分に現れる色と、リードの基端部分に隣接する部分に現れる色とを区別(分離)するものといえる。本実施形態の色条件は、赤信号の強度の下限と上限、および、明度の下限と上限の4つの値で構成されている。撮像画像においてリードの基端部分には明度の高い赤系色が現れるからである。二値化処理では、色条件で定義された色範囲内に含まれる画素(色条件を満足する画素)が白画素に、それ以外の画素が黒画素に変換される。
図13は、良品(部品が正常な姿勢で実装されたもの)と不良品(部品ずれが生じたもの)の検査画像およびそれらの二値化結果を示している。色条件で二値化することにより、検査画像中のリードの基端部分94aが白画素領域として抽出されることがわかる。ここで抽出された領域をリード領域95とよぶ。
続いて、検査機能16は、画像処理部34によって、複数のリード領域95を結ぶ直線(リード配列線)96を特定する(ステップS302)。直線の特定には、例えばハフ変換などの既存の画像処理手法を用いたり、最小二乗法などの直線検出手法を用いればよい
ここで特定されたリード配列線96は部品本体90のエッジに平行な直線とみなすことができる。したがって、第1実施形態と同様にして、リード配列線96の位置dおよび角度θを算出し(ステップS303)、それらを検査ロジックの判定条件と比較することにより、部品の姿勢が正常か否かが判定される(ステップS111〜S113)。基板上に実装された各IC系部品の判定結果はロケーションIDとともに判定結果記憶部32bに書き込まれ(ステップS114)、基板検査処理が終了する(ステップS115)。
以上述べた基板検査処理によれば、検査画像から色条件を満たす複数のリード領域を抽出し、それらの領域を結ぶ直線の位置と角度を判定条件と比較するだけでよいので、簡単かつ高速に、IC系部品のずれ検査を高精度に行うことができる。しかも、部品全体の画像を取り扱う必要はなく、その一部分の画像(検査画像)を処理するだけでよいので、ワークメモリや画像記憶装置の使用量を抑えることも可能である。また、本実施形態ではリードの基端部分に現れる明度の高い赤色に着目しているので、部品本体の色にバラツキやムラがあるIC系部品でも問題なく検査することができる。
なお、本実施形態では、リード配列線の位置と角度の両方を判定処理に用いたが、いずれか一方の特徴量だけで判定しても構わない。また、本実施形態では、1つのエッジのリード配列にだけ着目したが、複数のエッジのリード配列について同様の判定処理を実施すれば、判定精度および検査の信頼性の向上を図ることができる。
(検査ロジック設定処理)
次に、図14のフローチャートに沿って、本実施形態の検査ロジック設定処理の流れを説明する。第1実施形態の処理(図7参照)と同様の処理については、同一のステップ番号を付して詳しい説明を省略する。なお、検査ロジック設定装置の機能構成は第1実施形態のもの(図6)とほぼ同様であるが、エッジ特定機能56の代わりに「直線特定機能」を有している点が異なる。
入力された指示情報に従って、教師画像情報DB61から教師画像情報が読み込まれる(ステップS200〜S202)。教師画像情報には、複数の良品画像と複数の不良品画像が含まれる。これらの画像には教師情報が付与されている。
(1)色条件の設定処理
まずは、良品画像のみを用いて色条件の設定が行われる。部分特定機能52は、画像処理によって、良品画像から「リードの基端部分」(以下、「対象領域」という)と「リードの基端部分に隣接する部分」(以下、「除外領域」という)とを特定する(ステップS400)。具体的には、部分特定機能52は、図15に示すように、部品本体ウィンドウ70、ランドウィンドウ71、リードウィンドウ72から構成されるテンプレートを有しており、テンプレートを拡大/縮小したり、各ウィンドウの相対位置をずらしたりしながら、各ウィンドウを画像中の部品本体、ランド、リードに合わせ込む。ウィンドウの合わせ込みには、たとえば、テンプレートマッチングなどの手法を利用すればよい。続いて、部分特定機能52は、リードウィンドウ72の所定範囲(例えば、リードウィンドウ72と部品本体ウィンドウ70の境界から、距離Lの範囲)を対象領域(実線ハッチング部分参照)に設定し、部品本体ウィンドウ70の内側を除外領域(破線ハッチング部分参照)に設定する。ここでは良品画像のみを用いているので、対象領域・除外領域の高精度な特定が可能である。
第2実施形態のずれ検査では、色条件を用いてリードの基端部分だけを抽出している。このような処理に最適な色条件を作成することは、対象領域の画素の色をなるべく多く包
含し、かつ、除外領域の画素の色をほとんど排除できるような色範囲の最適解を求めることと等価である。
そこで、第1実施形態と同様に、対象領域と除外領域の全画素の色特徴量の値の度数分布を求め(ステップS204)、対象点の色分布と除外点の色分布とを最もよく切り分ける色範囲を探索する(ステップS205)。これにより、リードの肩部分を抽出するための色条件が自動生成される。
(2)判定条件の設定処理
次に、上記色条件並びに良品画像・不良品画像を用いて、ずれ検査用の判定条件を自動生成する処理が実行される。
まず、二値化機能55が、上記色条件を用いて、良品画像、不良品画像それぞれを二値化することにより、色条件を満たす画素領域を抽出する(ステップS206)。続いて、直線特定機能が、各画像について、リード配列線を特定した後(ステップS401)、そのリード配列線の特徴量(位置および角度)を算出する(ステップS402)。これらの処理は、図13で説明したものと同様である。
続いて、ヒストグラム生成機能57が、良品画像におけるリード配列線の特徴量の値の分布傾向と不良品画像における特徴量の値の分布傾向との違いを把握するため、リード配列線の特徴量の値の度数分布を求める(ステップS403)。本実施形態ではリード配列線の特徴量として位置および角度を採用し、それぞれの特徴量に関して度数分布を求める。ここではリード配列線の位置および角度の度数分布を視覚的に示すため、リード配列線の位置に関する位置ヒストグラムとリード配列線の角度に関する角度ヒストグラムを用いる。そして、しきい値算出機能58が、第1実施形態と同様、ヒストグラムの度数分布に基づいて良品画像におけるリード配列線の特徴量の値と不良品画像におけるリード配列線の特徴量の値とを最もよく分離するための判定条件を算出する(ステップS404)。
その後、検査ロジック生成機能59が、上記色条件および判定条件から検査ロジックを生成する(ステップS211)。そして、検査ロジック書込機能60が、その検査ロジックを基板検査装置1の検査ロジック記憶部35に書き込んで、検査ロジック設定処理を終了する(ステップS212)。
以上述べた本実施形態によれば、IC系部品のずれを高速に、かつ、小さな記憶容量で検査するために用いられる検査ロジックが自動で生成されるので、ティーチングに要する時間と負荷を大幅に削減することができる。
しかも、上述したアルゴリズムによって最適な色条件および判定条件が算出されるので、IC系部品のずれ検査を高精度に行うことが可能となる。なお、色条件と判定条件の信頼性は、最初に与える教師画像情報の数が多くなるほど向上する。
<変形例>
上記実施形態は本発明の一具体例を例示したものにすぎない。本発明の範囲は上記実施形態に限られるものではなく、その技術思想の範囲内で種々の変形が可能である。
また、上記実施形態の色条件では、パラメータとして2つの色特徴量を用いて、色範囲は当該色特徴量の最大値・最小値で規定され、二次元平面上では矩形を表す範囲としたが、色範囲の決定方法はこれに限らず、二次元平面上で円形、多角形、自由曲線図形などを表す範囲としてもよい。さらに、3つ以上のパラメータを用いる場合も同様に、各パラメータについての最大値・最小値を求めてその組み合わせを色範囲としてもよいし、2つ以
上のパラメータの組み合わせについての色範囲表現(例えば、三次元空間内で球形を表す範囲など)としてもよい。また、色範囲を探索する手法としては、上記実施形態で述べた手法のほか、判別分析、SVM(Support Vector Machine)等の公知の手法を用いることができる。
また、上記実施形態では、エッジあるいはリード配列線の特徴量として位置および角度の両方を用いたが、いずれか一方だけでも構わないし、位置、角度以外の特徴量を用いても構わない。
本発明の実施形態に係る基板検査システムのハードウェア構成を示す図。 基板検査装置の機能構成を示す図。 第1実施形態の基板検査処理の流れを示すフローチャート。 検査に用いる検査画像の範囲を示す図。 第1実施形態の検査画像の二値化処理とエッジ特定処理を示す図。 第1実施形態の検査ロジック設定装置の機能構成を示す図。 第1実施形態の検査ロジック設定処理の流れを示すフローチャート。 部品本体部分の特定処理を示す図。 2次元色ヒストグラムの一例を示す図。 色範囲の探索処理を示す図。 ヒストグラムの一例を示す図。 第2実施形態の基板検査処理の流れを示すフローチャート。 第2実施形態の検査画像の二値化処理とエッジ特定処理を示す図。 第2実施形態の検査ロジック設定処理の流れを示すフローチャート。 リードの基端部分の特定処理を示す図。 カラーハイライト方式の基板検査装置の構成を示す図。 撮像画像に現れる色彩パターンの一例を示す図。 色条件の設定支援ツールを示す図。 IC系部品に特有の問題を示す図。
符号の説明
1 基板検査装置
2 検査ロジック設定装置
10 指示情報受付機能
11 基板搬入機能
12 CAD情報読込機能
13 ステージ操作機能
14 撮像機能
15 検査ロジック読込機能
16 検査機能
17 判定結果書込機能
18 基板搬出機能
20 基板
21 実装部品
22 Xステージ
23 Yステージ
24 投光部
25 撮像部
26 制御処理部
27 コンベヤ
28 赤色光源
29 緑色光源
30 青色光源
31 撮像コントローラ
32 記憶部
32a CAD情報記憶部
32b 判定結果記憶部
33 A/D変換部
34 画像処理部
35 検査ロジック記憶部
36 判定部
37 XYステージコントローラ
38 メモリ
39 制御部
40 入力部
41 表示部
42 プリンタ
50 指示情報受付機能
51 教師画像情報読込機能
52 部分特定機能
53 度数算出機能
54 色範囲探索機能
55 二値化機能
56 エッジ特定機能
57 ヒストグラム生成機能
58 しきい値算出機能
59 検査ロジック生成機能
60 検査ロジック書込機能
61 教師画像情報DB
70 部品本体ウィンドウ
71 ランドウィンドウ
72 リードウィンドウ
90 部品本体
91 部品本体領域
92 エッジ
93 半田
94 リード
95 リード領域
96 リード配列線

Claims (20)

  1. 基板上に実装されたIC系部品のずれを検査する基板検査装置において用いられる検査ロジックを生成する、基板検査装置の検査ロジック設定方法であって、
    前記基板検査装置は、検査対象部品の部品本体に現れる色を規定する色条件と、判定条件とを含む検査ロジックを記憶する記憶手段と、検査対象部品に異なる入射角で複数の色の光を照射する投光手段と、その反射光を撮像して、前記検査対象部品の部品本体のエッジの少なくとも一部が含まれる検査画像を取得する撮像手段と、前記色条件を用いて、画像処理によって、前記検査画像から前記色条件を満足する部品本体領域を抽出する領域抽出手段と、画像処理によって前記部品本体領域のエッジを特定するエッジ特定手段と、前記エッジの特徴量の値と前記判定条件とを比較することにより、前記検査対象部品が正常な姿勢か否か判定する判定手段と、を備えるものであり、
    前記検査ロジック設定方法は、
    情報処理装置が、
    正常な姿勢で実装されたIC系部品を撮像して得られた画像から、画像処理によって部品本体の部分と部品本体に隣接する部分とを特定し、
    1または複数の色特徴量について、部品本体の部分の各画素を対象点、部品本体に隣接する部分の各画素を除外点として、前記複数の対象点および除外点それぞれの色特徴量の値の度数分布を求め、
    前記1または複数の色特徴量の値の度数分布に基づいて、前記対象点の色特徴量の値と前記除外点の色特徴量の値とを最もよく分離する色特徴量の値の範囲を求め、
    前記1または複数の色特徴量の種類および値の範囲を前記色条件として設定する
    色条件の設定処理と、
    情報処理装置が、
    正常な姿勢で実装されたIC系部品を撮像して得られた複数の良品画像とずれを生じたIC系部品を撮像して得られた複数の不良品画像のそれぞれから、前記色条件の設定処理で求めた色条件を満たす画素領域を抽出し、
    画像処理によって各画素領域のエッジを特定し、
    前記エッジの特徴量の値の度数分布を求め、
    前記特徴量の値の度数分布に基づいて、前記良品画像から抽出された画素領域のエッジの特徴量の値と前記不良品画像から抽出された画素領域のエッジの特徴量の値とを最も
    よく分離する特徴量の値の範囲を求め、
    前記特徴量の種類および値の範囲を前記判定条件として設定する、
    判定条件の設定処理と、
    を含む基板検査装置の検査ロジック設定方法。
  2. 前記色特徴量の種類が予め定められている請求項1に記載の基板検査装置の検査ロジック設定方法。
  3. 前記色条件の設定処理において、
    情報処理装置が、
    予め用意された、1または複数の色特徴量から構成される複数の色特徴量候補のそれぞれについて、前記対象点の色特徴量の値と前記除外点の色特徴量の値とを最もよく分離する色特徴量の値の範囲および分離度を求め、その分離度を比較することによって前記色条件として採用する色特徴量候補を選択し、
    前記選択された色特徴量候補を構成する1または複数の色特徴量の種類および値の範囲を前記色条件として設定する請求項1に記載の基板検査装置の検査ロジック設定方法。
  4. 前記特徴量の種類は、前記エッジの位置または/および角度である請求項1〜3のいずれかに記載の基板検査装置の検査ロジック設定方法。
  5. 基板上に実装されたIC系部品のずれを検査する基板検査装置において用いられる検査ロジックを生成する、基板検査装置の検査ロジック設定装置であって、
    前記基板検査装置は、検査対象部品の部品本体に現れる色を規定する色条件と、判定条件とを含む検査ロジックを記憶する記憶手段と、検査対象部品に異なる入射角で複数の色の光を照射する投光手段と、その反射光を撮像して、前記検査対象部品の部品本体のエッジの少なくとも一部が含まれる検査画像を取得する撮像手段と、前記色条件を用いて、画像処理によって、前記検査画像から前記色条件を満足する部品本体領域を抽出する領域抽出手段と、画像処理によって前記部品本体領域のエッジを特定するエッジ特定手段と、前記エッジの特徴量の値と前記判定条件とを比較することにより、前記検査対象部品が正常な姿勢か否か判定する判定手段と、を備えるものであり、
    前記検査ロジック設定装置は、
    正常な姿勢で実装されたIC系部品を撮像して得られた画像から、画像処理によって部品本体の部分と部品本体に隣接する部分とを特定する手段
    1または複数の色特徴量について、部品本体の部分の各画素を対象点、部品本体に隣接する部分の各画素を除外点として、前記複数の対象点および除外点それぞれの色特徴量の値の度数分布を求める手段
    前記1または複数の色特徴量の値の度数分布に基づいて、前記対象点の色特徴量の値と前記除外点の色特徴量の値とを最もよく分離する色特徴量の値の範囲を求める手段、および、
    前記1または複数の色特徴量の種類および値の範囲を前記色条件として設定する手段、を有する色条件の設定手段と、
    正常な姿勢で実装されたIC系部品を撮像して得られた複数の良品画像とずれを生じたIC系部品を撮像して得られた複数の不良品画像のそれぞれから、前記色条件の設定手段で求めた色条件を満たす画素領域を抽出する手段、
    画像処理によって各画素領域のエッジを特定する手段、
    前記エッジの特徴量の値の度数分布を求める手段、
    前記特徴量の値の度数分布に基づいて、前記良品画像から抽出された画素領域のエッジの特徴量の値と前記不良品画像から抽出された画素領域のエッジの特徴量の値とを最もよく分離する特徴量の値の範囲を求める手段、および、
    前記特徴量の種類および値の範囲を前記判定条件として設定する手段、を有する判定
    条件の設定手段と、
    を備える基板検査装置の検査ロジック設定装置。
  6. 前記色特徴量の種類が予め定められている請求項に記載の基板検査装置の検査ロジック設定装置。
  7. 前記色条件の設定手段は、
    1または複数の色特徴量から構成される色特徴量候補を複数有しており、
    前記複数の色特徴量候補のそれぞれについて、前記対象点の色特徴量の値と前記除外点の色特徴量の値とを最もよく分離する色特徴量の値の範囲および分離度を求め、その分離度を比較することによって前記色条件として採用する色特徴量候補を選択し、
    前記選択された色特徴量候補を構成する1または複数の色特徴量の種類および値の範囲を前記色条件として設定する請求項5に記載の基板検査装置の検査ロジック設定装置。
  8. 前記特徴量の種類は、前記エッジの位置または/および角度である請求項5〜7のいずれかに記載の基板検査装置の検査ロジック設定装置。
  9. 請求項1〜4のいずれかに記載の基板検査装置の検査ロジック設定方法における、前記色条件の設定処理と前記判定条件の設定処理とを情報処理装置に実行させるためのプログラム。
  10. 請求項に記載のプログラムを記憶する記憶媒体。
  11. 基板上に実装されたIC系部品のずれを検査する基板検査装置において用いられる検査ロジックを生成する、基板検査装置の検査ロジック設定方法であって、
    前記基板検査装置は、検査対象部品の部品本体のエッジに配列されたリードの基端部分に現れる色を規定する色条件と、判定条件とを含む検査ロジックを記憶する記憶手段と、検査対象部品に異なる入射角で複数の色の光を照射する投光手段と、その反射光を撮像して、前記検査対象部品の部品本体のエッジの少なくとも一部およびそのエッジに配列された複数のリードが含まれる検査画像を取得する撮像手段と、前記色条件を用いて、画像処理によって、前記検査画像から前記色条件を満足する複数のリード領域を抽出する領域抽出手段と、画像処理によって前記複数のリード領域を結ぶ直線を特定する直線特定手段と、前記直線の特徴量の値と前記判定条件とを比較することにより、前記検査対象部品が正常な姿勢か否か判定する判定手段と、を備えるものであり、
    前記検査ロジック設定方法は、
    情報処理装置が、
    正常な姿勢で実装されたIC系部品を撮像して得られた画像から、画像処理によってリードの基端部分とリードの基端部分に隣接する部分とを特定し、
    1または複数の色特徴量について、リードの基端部分の各画素を対象点、リードの基端部分に隣接する部分の各画素を除外点として、前記複数の対象点および除外点それぞれの色特徴量の値の度数分布を求め、
    前記1または複数の色特徴量の値の度数分布に基づいて、前記対象点の色特徴量の値と前記除外点の色特徴量の値とを最もよく分離する色特徴量の値の範囲を求め、
    前記1または複数の色特徴量の種類および値の範囲を前記色条件として設定する
    色条件の設定処理と、
    情報処理装置が、
    正常な姿勢で実装されたIC系部品を撮像して得られた複数の良品画像とずれを生じたIC系部品を撮像して得られた複数の不良品画像のそれぞれから、前記色条件の設定処理で求めた色条件を満たす複数の画素領域を抽出し、
    画像処理によって前記複数の画素領域を結ぶ直線を特定し、
    前記直線の特徴量の値の度数分布を求め、
    前記特徴量の値の度数分布に基づいて、前記良品画像から抽出された複数の画素領域を結ぶ直線の特徴量の値と前記不良品画像から抽出された複数の画素領域を結ぶ直線の特徴量の値とを最もよく分離する特徴量の値の範囲を求め、
    前記特徴量の種類および値の範囲を前記判定条件として設定する
    判定条件の設定処理と、
    を含む基板検査装置の検査ロジック設定方法。
  12. 前記色特徴量の種類が予め定められている請求項11に記載の基板検査装置の検査ロジック設定方法。
  13. 前記色条件の設定処理において、
    情報処理装置が、
    予め用意された、1または複数の色特徴量から構成される複数の色特徴量候補のそれぞれについて、前記対象点の色特徴量の値と前記除外点の色特徴量の値とを最もよく分離する色特徴量の値の範囲および分離度を求め、その分離度を比較することによって前記色条件として採用する色特徴量候補を選択し、
    前記選択された色特徴量候補を構成する1または複数の色特徴量の種類および値の範囲を前記色条件として設定する請求項11に記載の基板検査装置の検査ロジック設定方法。
  14. 前記特徴量の種類は、前記直線の位置または/および角度である請求項11〜13のいずれかに記載の基板検査装置の検査ロジック設定方法。
  15. 基板上に実装されたIC系部品のずれを検査する基板検査装置において用いられる検査ロジックを生成する、基板検査装置の検査ロジック設定装置であって、
    前記基板検査装置は、検査対象部品の部品本体のエッジに配列されたリードの基端部分に現れる色を規定する色条件と、判定条件とを含む検査ロジックを記憶する記憶手段と、検査対象部品に異なる入射角で複数の色の光を照射する投光手段と、その反射光を撮像して、前記検査対象部品の部品本体のエッジの少なくとも一部およびそのエッジに配列された複数のリードが含まれる検査画像を取得する撮像手段と、前記色条件を用いて、画像処理によって、前記検査画像から前記色条件を満足する複数のリード領域を抽出する領域抽出手段と、画像処理によって前記複数のリード領域を結ぶ直線を特定する直線特定手段と、前記直線の特徴量の値と前記判定条件とを比較することにより、前記検査対象部品が正常な姿勢か否か判定する判定手段と、を備えるものであり、
    前記検査ロジック設定装置は、
    正常な姿勢で実装されたIC系部品を撮像して得られた画像から、画像処理によってリードの基端部分とリードの基端部分に隣接する部分とを特定する手段
    1または複数の色特徴量について、リードの基端部分の各画素を対象点、リードの基端部分に隣接する部分の各画素を除外点として、前記複数の対象点および除外点それぞれの色特徴量の値の度数分布を求める手段
    前記1または複数の色特徴量の値の度数分布に基づいて、前記対象点の色特徴量の値と前記除外点の色特徴量の値とを最もよく分離する色特徴量の値の範囲を求める手段、および、
    前記1または複数の色特徴量の種類および値の範囲を前記色条件として設定する手段、を有する色条件の設定手段と、
    正常な姿勢で実装されたIC系部品を撮像して得られた複数の良品画像とずれを生じたIC系部品を撮像して得られた複数の不良品画像のそれぞれから、前記色条件の設定手段で求めた色条件を満たす複数の画素領域を抽出する手段、
    画像処理によって前記複数の画素領域を結ぶ直線を特定する手段、
    前記直線の特徴量の値の度数分布を求める手段、
    前記特徴量の値の度数分布に基づいて、前記良品画像から抽出された複数の画素領域を結ぶ直線の特徴量の値と前記不良品画像から抽出された複数の画素領域を結ぶ直線の特徴量の値とを最もよく分離する特徴量の値の範囲を求める手段、および、
    前記特徴量の種類および値の範囲を前記判定条件として設定する手段、を有する判定条件の設定手段と、
    を備える基板検査装置の検査ロジック設定装置。
  16. 前記色特徴量の種類が予め定められている請求項15に記載の基板検査装置の検査ロジック設定装置。
  17. 前記色条件の設定手段は、
    1または複数の色特徴量から構成される色特徴量候補を複数有しており、
    前記複数の色特徴量候補のそれぞれについて、前記対象点の色特徴量の値と前記除外点の色特徴量の値とを最もよく分離する色特徴量の値の範囲および分離度を求め、その分離度を比較することによって前記色条件として採用する色特徴量候補を選択し、
    前記選択された色特徴量候補を構成する1または複数の色特徴量の種類および値の範囲を前記色条件として設定する請求項15に記載の基板検査装置の検査ロジック設定装置。
  18. 前記特徴量の種類は、前記直線の位置または/および角度である請求項15〜17のいずれかに記載の基板検査装置の検査ロジック設定装置。
  19. 請求項11〜14のいずれかに記載の基板検査装置の検査ロジック設定方法における、前記色条件の設定処理と前記判定条件の設定処理とを情報処理装置に実行させるためのプログラム。
  20. 請求項19に記載のプログラムを記憶する記憶媒体。
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