JPH07260449A

JPH07260449A - 形状検査装置および方法

Info

Publication number: JPH07260449A
Application number: JP7944194A
Authority: JP
Inventors: Isao Nakazawa; 勲中澤
Original assignee: Olympus Optical Co Ltd
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 1994-03-25
Filing date: 1994-03-25
Publication date: 1995-10-13

Abstract

(57)【要約】【目的】被検物からの反射光量の影響を受けずに正確
な測定をする。また、基板などの半透明な被検物を測定
する。【構成】光源１により照射された被検物２の反射光は
ＣＣＤカメラで撮像される。ＣＣＤカメラからの出力信
号は、Ａ／Ｄコンバータ５を介して画像メモリ６に送ら
れ、さらに演算処理部８および表示部９に送られる。フ
ォーカススキャン駆動部７は、ＣＣＤカメラ３のレンズ
３ａまたはＣＣＤカメラ３内のＣＣＤを駆動する駆動部
４を制御する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、電子回路基板の立体的
な計測を行い、部分的な高さ寸法の不良などを検査する
形状検査装置および方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年プリント基板の高密度実装等には、
部品の高密度化やプリント基板のランドの極小化により
ペースト半田を用いたリフロー方式による表面実装を用
いている。このような状況のもと、ペースト半田の印刷
状態および部品の装着状態を正確にかつより高速に検査
する必要があり、自動化が進められている。

【０００３】これらの従来技術として、例えば特開昭５
８−１１５３１２号公報に記載される形状欠陥検出装置
がある。上記発明は、図９に示す様に、まずスリット光
Ｌを被検物９１の斜め４５°から照射する。次に前記被
検物９１を矢印方向に移動する。そして真上から前記ス
リット光Ｌとは直角になるように１次元ポジションセン
サを配置する。

【０００４】そして、スリット光Ｌを被検物９１に照射
することにより得られる光切断光ｌは、図１０ａのよう
になり、１次元ポジションセンサの観測部をａとし、被
検物９１の移動方向を図９の矢印方向として被検物９１
を連続的に移動させることによって図１０ｂのように、
ピーク点の高さｈ１，ｈ２，ピークの幅および間隔より
高さと、寸法が測定できる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】一般に、１次元ポジシ
ョンセンサは光量から重心を求めているため、光量が不
足するとノイズ等の影響により誤差を生じる。前記従来
技術においては、スリット光の反射が１次元ポジション
センサに入射する量は、被検物９１の形状によってまち
まちである。そのため、被検物９１の反射光が少ない場
合に誤差を生じ、正確な測定が困難であった。また、被
検物９１が半透明な基板等の場合、被検物９１からの反
射光はその上面および下面の両方から反射する。そのた
め、ポジションセンサは複数の重心を持ち、正確な測定
が困難であった。

【０００６】請求項１および２に係る発明の目的は、被
検物の形状や半透明などに左右されず、正確な測定を行
うことにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段および作用】本発明は、被
検物に光を照射する光源と、被検物を撮像するＣＣＤカ
メラと、該ＣＣＤカメラのレンズまたはＣＣＤカメラ内
部のＣＣＤを駆動する駆動手段と、該駆動手段を制御す
るフォーカススキャン駆動部と、前記ＣＣＤカメラから
の画像を複数枚撮り込むＡ／Ｄコンバータと、該Ａ／Ｄ
コンバータに接続されたメモリ部と、該メモリ部に接続
された演算処理部および表示部とからなることを特徴と
する形状検査装置である。

【０００８】また、被検物の画像をフォーカス方向にス
キャンさせて画像メモリに撮り込み、該画像メモリの画
像に対応する各画素の輝度を求め、最小値または最大値
の輝度とデフォーカス時の輝度との中点を閾値とし、各
画素の輝度と前記閾値とを用いてベストピント位置を求
めて形状を判断することを特徴とする形状検査方法であ
る。

【０００９】図１〜図３は本発明を示し、図１は概念
図、図２はフローチャート、図３ａは説明図、図３ｂは
グラフ、図３ｃは説明図である。被検物２は光源１によ
り照射され、その反射光はＣＣＤカメラ３のレンズ３ａ
により撮像されて電気信号に変換される。出力されたＣ
ＣＤカメラ３の出力信号は、Ａ／Ｄコンバータ５を介し
て画像メモリ６に送られ、さらに演算処理部８および表
示部９に送られる。一方、フォーカススキャン駆動部７
は、ＣＣＤカメラ３のレンズ３ａまたはＣＣＤカメラ３
内のＣＣＤを駆動するための駆動部４を制御するもので
ある。

【００１０】図２は形状検査装置および方法の手順を示
すフローチャートである。まず、被検物の表面における
１点（１つの画素）での遠点側と近点側の輝度を連続的
に求め、これをＱとする（ステップ１）。ここで、遠点
側および近点側とは、ＣＣＤカメラと被検物との位置関
係を示し、ＣＣＤカメラがベストピント位置を中心とし
て被検物に近い側を近点側、遠い側を遠点側とする。な
お、被検物の厚みを予め調べ、ＣＣＤカメラが被検物表
面に対してデフォーカス状態になるように測定開始位置
を設定する。

【００１１】次に、遠点側と近点側の間の連続的な輝度
のデータから輝度の最小値を求め、これをＳとする（ス
テップ２）。その後、輝度ＱとＳとの中点Ｒを求め（ス
テップ３）、この中点を閾値としたときの前記連続的に
求めた輝度特性線図上での交点ｎ１，ｎ３を求める（ス
テップ４）。更にｎ１とｎ３の中点を求め、これをベス
トピントの位置に対応する画像メモリの位置ｎ２とする
（ステップ５）。これら上記処理を被検物の被検正面に
対応する全画素について行うことにより、被検物の形状
を求めることが可能となる。

【００１２】次に、得られた複数の画像データの処理過
程を図３ａ，ｂを用いて説明する。ここでは、図３ａに
示す様に、画像メモリのある１点（Ｘ，Ｙ）の画素につ
いて説明する。図３ｂは、図３ａの点（Ｘ，Ｙ）での輝
度値と画像メモリ番号ｎとの関係を示したグラフであ
り、横軸が画像メモリ番号で、０が近点でのメモリ番
号、ｎが遠点でのメモリ番号を示す。

【００１３】近点側と遠点側との輝度レベルが等しくな
ったとき、図３ｂに示す様に、輝度をＱとする。また、
ベストピント位置に近づくとコントラストが増加し、輝
度レベルは低下する。一般に、ベストピントの付近では
輝度レベルが変化するが、ノイズ等の影響により最小値
付近では極小値が複数存在するため誤差を含んでいる。
そのため、図３ｂに示す様に、最小値Ｓと位置Ｑとの中
点を求め、これを閾値としたときの交点ｎ１，ｎ３の中
点を求めることにより、安定した値が求められる。これ
をベストピントの位置とする。

【００１４】また、交点ｎ１，ｎ３が、画像メモリのメ
モリ間に位置した場合は、交点と最も近い画像メモリの
番号を交点として用いることにする。なお上記作用説明
では、輝度が最小値の場合を示す。しかし、被検物が光
沢色である場合は最大値を示す。この場合は、図３ｂの
最小値の代わりに最大値を求めることによってベストピ
ント位置を求めることが可能となる。以上、上記の処理
は、画像のある１点（Ｘ，Ｙ）におけるベストピント位
置が、画像メモリ番号ｎ２に対応する説明をした。そし
て、図３ｃに示す様に、求めたｎ２を別のメモリに格納
する。この時格納するメモリ位置は、図３ａのＸ，Ｙの
位置と対応する位置に格納する。

【００１５】そして、上記処理を全画素について行うこ
とにより、図３ｃには高さ情報が得られる。この結果と
して、被検物が半透明であってもデフォーカス時のコン
トラストとベストピント時のコントラストとの値には変
化があるため、被検物が不透明あるいは半透明であって
も影響を受けず、測定が可能となる。

【００１６】

【実施例１】図４〜図６は本実施例を示し、図４は斜視
図、図５はフローチャート、図６ａおよびｂは部分拡大
図である。ベース１２上に移動テーブルのＸＹテーブル
１１を載置し、支柱１３を立設する。光源はリング照明
１ａを用いる。リング照明１ａは支柱１３に取りつけら
れており、モータ１８によって上下方向に調整可能に設
けられている。また、調光部１４を用いて光量を任意に
設定可能にする。一方、被検物は実装基板２ａを用い
る。爪１０は、実装基板２ａの位置決めをするもので、
ＸＹテーブル１１上に配置する。ＣＣＤカメラ３のレン
ズ３ａにはギア３ｂが取り付けられ、それがフォーカス
にスキャンするためのモータ１５，ギア付回転基板１６
およびモータ押さえ治具１７が支柱１３に取り付けられ
ている。

【００１７】また、処理回路１９の詳細を図１を用いて
説明する。ＣＣＤカメラ３からの出力はＡ／Ｄコンバー
タ５を介して画像メモリ６に送られ、さらに演算処理部
８および表示部９に送られる。また、前記ＣＣＤカメラ
３にフォーカススキャン駆動部７を接続する。なお、画
像メモリ６は、フォーカススキャンする度に格納するメ
モリで、スキャンステップ数に応じた数の画像データを
格納できる容量を有している。また、演算処理後の結果
を保存する画像メモリを１枚有している。

【００１８】以下、本実施例の作用を説明する。まず、
リング照明１ａの明るさを調光部１４およびモータ１８
を用いて調節する。リング照明１ａは各部品を均一に照
射するように設定する。また、ＸＹテーブルにより実装
基板２ａを測定する位置に移動する。フォーカススキャ
ンをする場合はモータ１５を回転させる。するとそれに
取り付けられたギア付回転板１６とレンズ３ａのギア３
ｂとが回転し、フォーカススキャンが出来る。

【００１９】次に、図５を用いて説明する。Ｉは測定回
数をカウントする変数である。ここでは、Ｉ＝１（近点
位置）からＩ＝ｎ（遠点位置）まで測定するものとす
る。まず、ＸＹテーブル１１によって実装基板２ａを測
定する位置に移動する。次にレンズ３ａをモータ１５に
よって近点位置（Ｉ＝１）に移動する（ステップ１）。
この位置での画像データをメモリＩに格納する（ステッ
プ２）。レンズ３ｂの焦点をモータ１５を用いて遠点側
に画像の１分解能の分（Ｉ＝Ｉ＋１）だけ微動する（ス
テップ３）。レンズ３ａの焦点が、遠点位置になるまで
複数回（Ｉ＝ｎ）実行する（ステップ４）。

【００２０】これにより、ｎ個の画像メモリには焦点位
置の移動に対する輝度データが格納される。次に、これ
らの画像メモリからベストピント位置を求める。まず、
図２のフローチャートで示した方法で、画像メモリの各
画素におけるベストピント位置を求める。

【００２１】以上の様に、上記処理を全画素について処
理し、ベストピント位置を求め、これを図３ｃに示すよ
うに別のメモリに格納する。これにより、図３ｃのメモ
リには、各画素のベストピントのデータが含まれてい
る。そのため部品の形状が確認できる。図６ａは実装基
板２ａの一部を拡大した部品である。この部品を測定
し、その結果を鳥瞰図を用いて表示する。すると図６ｂ
に示すように、部品形状を検査することができる。

【００２２】本実施例によれば、リング照明１ａにより
各部品が均一に照射されるため、反射光の影響を受けず
に正確な測定ができる。また、任意に測定範囲を設定し
たり、光量を調整することが可能なため、部品形状や半
田ののり具合などを正確に測定することが可能となる。
と同時に、モータ１５を用いることにより自動化するこ
とができる。さらに、従来のような重心を求めないので
基板等の半透明の測定が可能となる。

【００２３】

【実施例２】図７および図８は本実施例を示し、図７は
フローチャート、図８はグラフである。本実施例の構成
は、前記実施例１と同様であり、構成の説明を省略す
る。

【００２４】以下、本実施例の作用を図４，図７および
図８を用いて説明する。Ｉは測定回数をカウントする変
数である。ここでは、Ｉ＝１（近点位置）とＩ＝ｎ（遠
点位置）とでそれぞれ画像（輝度）を測定するものとす
る。そのためにレンズ３ａは、モータ１５によって近点
位置（Ｉ＝１）に移動される。この画像（輝度）をメモ
リＡに格納する（ステップ１）。レンズ３ａの焦点をモ
ータ１５を用いて遠点位置に移動する。この画像（輝
度）をメモリＢに格納する（ステップ２）。メモリＡ，
Ｂに格納された輝度データを用いて各画素の閾値（各輝
度の半分の値）を求め、メモリＣに格納する（ステップ
３）。

【００２５】ＣＣＤカメラ３のレンズ３ａの焦点を遠点
位置ｎからモータ１５で近点側（Ｉ＝ｎ−１）に微動す
る（ステップ４）。ｎ−１での画像（輝度）を取り込
み、そのデータの各画素と閾値とを比較する。これを連
続的に（ｎ−ｍ）で画像を取り込みながら閾値と比較し
て行く（ステップ５）。取り込んだデータの各画素の輝
度と閾値とが一致した時の交点を求める。最初の交点ｎ
３はメモリＥに格納する。次に、閾値と一致する画素と
の交点ｎ１を求めてメモリＤに格納する（ステップ
６）。さらに、Ｉ＝１まで輝度と閾値との比較を進める
（ステップ７）。ｎ１とｎ３との中点ｎ２を求めてメモ
リＦに格納する（ステップ８）。

【００２６】この様子を図８を用いて説明する。図８
は、図３ｂと同様に、画像データのある１画素につい
て、フォーカス位置の変化に応じた輝度の変化を示した
ものである。画像データは、遠点位置（Ｉ＝ｎ）から取
り込み（その輝度をＱとする）、各画素と画素に対応し
た閾値２１とを比較する。そして閾値の交点２３を求
め、メモリＥに格納する。このようにしてもう１つの交
点２２をも求め、これをメモリＤに格納する。この２つ
のメモリＤ，Ｅから図２のステップ５に示す様に、ｎ１
とｎ３との中点を求めることによりベストピント位置ｎ
２を求め、メモリＦに格納する。この作業は、画像取り
込み毎に各画素について行われ、実装基板２ａの形状を
検査することが出来る。

【００２７】本実施例によれば、画像取り込み毎にメモ
リへ格納せずに閾値と比較するため、メモリの大幅な節
約が可能となる。

【００２８】

【発明の効果】請求項１および２に係わる発明の効果
は、被検物からの反射光量の影響を受けずに正確な測定
をすることができる。また、基板などの半透明な被検物
の測定に威力を発揮する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を示す概念図である。

【図２】本発明を示すフローチャートである。

【図３】本発明を示し、ａは説明図、ｂはグラフ、ｃは
説明図である。

【図４】実施例１を示す斜視図である。

【図５】実施例１を示すフローチャートである。

【図６】ａおよびｂは実施例１を示す部分拡大図であ
る。

【図７】実施例２を示すフローチャートである。

【図８】実施例２を示すグラフである。

【図９】従来例を示す要部構成図である。

【図１０】ａおよびｂは従来例を示す動作説明図であ
る。

【符号の説明】

１光源２被検物３ＣＣＤカメラ４駆動部５Ａ／Ｄコンバータ６画像メモリ７フォーカススキャン駆動部８演算処理部９表示部

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】被検物に光を照射する光源と、被検物を
撮像するＣＣＤカメラと、該ＣＣＤカメラのレンズまた
はＣＣＤカメラ内部のＣＣＤを駆動する駆動手段と、該
駆動手段を制御するフォーカススキャン駆動部と、前記
ＣＣＤカメラからの画像を複数枚撮り込むＡ／Ｄコンバ
ータと、該Ａ／Ｄコンバータに接続されたメモリ部と、
該メモリ部に接続された演算処理部および表示部とから
なることを特徴とする形状検査装置。
【請求項２】被検物の画像をフォーカス方向にスキャ
ンさせて画像メモリに撮り込み、該画像メモリの画像に
対応する各画素の輝度を求め、最小値または最大値の輝
度とデフォーカス時の輝度との中点を閾値とし、各画素
の輝度と前記閾値とを用いてベストピント位置を求めて
形状を判断することを特徴とする形状検査方法。