JPWO2015104799A1 - 外観検査装置および外観検査方法 - Google Patents

Abstract

半田の状態の良否を適切に判断することを可能とする外観検査装置および外観検査方法を提供する。具体的には、これら外観検査装置および外観検査方法では、半田Ｂの表面Ｂｓに存在する傾斜（凹傾斜領域Ｇｃ）を探索し、その結果に基づいて半田Ｂの状態の良否を判断する。このように半田Ｂの高さではなく、半田Ｂの表面Ｂｓの傾斜に基づくことで、半田Ｂの状態の良否を適切に判断することが可能となっている。

Description

この発明は、半田の外観を検査する外観検査装置および外観検査方法に関する。

特許文献１、２では、対象物の三次元形状を測定する技術が提案されている。特に、特許文献１の基板外観検査装置は、基板に部品を接合する半田のフィレットの高さを測定する。具体的には、この基板外観検査装置は、互いに色の異なる複数の光をそれぞれ異なる方向から半田に照射し、半田の上方に配置されたカメラで半田を撮像する。そして、撮像結果に写った半田の表面の各領域の色に基づいて、半田の表面の傾斜角度の変化を表す近似曲線が設定され、当該近似曲線を積分することで、半田の高さが特定される。こうして特定された半田の高さは、半田の状態の良否を判断する基準に用いられる。

特開２０１０−０７１８４４号公報 特開２００８−１２２３６１号公報

しかしながら、半田の高さを基準にする方法では、半田の状態の良否を適切に判断できないおそれがあった。例えば、半田の濡れ性が悪いために部品が半田をはじいていると、部品の近傍では半田の量が少ない一方、部品から離れるにつれて半田が盛り上がるといった不良形状を半田が有し得る。かかる不良形状は、部品から離れた位置ではある程度の高さを有する。そのため、半田の高さを基準にする方法では、かかる不良形状を有する半田の状態を良いと誤って判断するおそれがあった。

この発明は上記課題に鑑みなされたものであり、半田の状態の良否を適切に判断することを可能とする外観検査装置および外観検査方法の提供を目的とする。

本発明にかかる外観検査装置は、上記目的を達成するために、部品を基板に接合する半田の表面の三次元形状を計測する計測部と、三次元形状の計測結果に基づいて、半田の表面に存在する傾斜を探索する制御部とを備え、制御部は、傾斜を探索した結果に基づいて半田の状態の良否を判断する。

本発明にかかる外観検査方法は、上記目的を達成するために、部品を基板に接合する半田の表面の三次元形状を計測する工程と、三次元形状の計測結果に基づいて、半田の表面に存在する傾斜を探索する工程と、傾斜を探索した結果に基づいて半田の状態の良否を判断する工程とを備える。

このように構成された本発明（外観検査装置、外観検査方法）では、半田の表面に存在する傾斜を探索し、その結果に基づいて半田の状態の良否を判断する。このように半田の高さではなく、半田の表面の傾斜に基づくことで、半田の状態の良否を適切に判断することが可能となっている。

この際、制御部は、勾配の角度および向きが所定の探索条件を満たす傾斜を探索するように、外観検査装置を構成しても良い。

また、制御部は、三次元形状の計測結果から傾斜の勾配の角度および向きを算出した結果に基づいて、傾斜を探索するように、外観検査装置を構成しても良い。

また、制御部は、三次元形状の計測結果に基づいて、半田の表面と基板との距離が部品に近づくに連れて小さくなる凹傾斜領域を半田の表面から探索し、凹傾斜領域を探索した結果に基づいて半田の状態の良否を判断するように、外観検査装置を構成しても良い。

このように凹傾斜領域を半田の表面から探索する構成では、部品の近傍では半田の量が少ない一方、部品から離れるにつれて半田が盛り上がるといった不良形状を半田が有する場合には、かかる不良形状に存在する凹傾斜領域を探知することができる。したがって、かかる不良形状を半田が有する場合であっても、凹傾斜領域を探索した結果に基づくことで、半田の状態の良否を適切に判断することができる。

さらに、制御部は、所定の探索条件を満たす凹傾斜領域を探索するように、外観検査装置を構成しても良い。このように凹傾斜領域が満たす探索条件を課すことで、後に例示するように、半田の状態の良否をより適切に判断し得る。

具体的には、制御部は、傾斜の方向が所定の傾斜角度範囲内にあるという探索条件を満たす凹傾斜領域を探索するように、外観検査装置を構成しても良い。あるいは、制御部は、勾配の角度が所定の勾配角度範囲内にあるという探索条件を満たす凹傾斜領域を探索するように、外観検査装置を構成しても良い。

さらに、ユーザーから入力された内容に応じて探索条件を設定する設定部をさらに備えるように、外観検査装置を構成しても良い。このような構成では、ユーザーが半田の状態の良否を判断する基準を設定することができる。その結果、ユーザーが求める精度で、半田の状態の良否を判断することができる。

ちなみに、凹傾斜領域を探索した結果に基づく半田の状態の良否判定の具体的態様としては種々考えられる。したがって、凹傾斜領域を探知した場合には、半田の状態が悪いと判断するように、外観検査装置を構成しても良い。ただし、探知された凹傾斜領域の面積が狭い場合等には、必ずしも半田の状態を悪いと即断することが適当とは限らない。そこで、制御部は、凹傾斜領域を探索した結果、所定の面積より広い凹傾斜領域を探知した場合には、半田の状態が悪いと判断するように、外観検査装置を構成しても良い。かかる構成では、凹傾斜領域の面積の広さに応じて、半田の状態が悪いことを適切に判断することができる。

この際、状態の良い半田の表面に表れる傾向にある凸傾斜領域を探索した結果を併用して、半田の状態の良否を判断しても良い。すなわち、制御部は、計測部の計測結果に基づいて、半田の表面と基板との距離が部品に近づくに連れて大きくなる凸傾斜領域を半田の表面から探索し、凸傾斜領域を探索した結果に基づいて半田の状態の良否を判断するように、外観検査装置を構成しても良い。このように、凹傾斜領域を探索した結果および凸傾斜領域を探索した結果に基づくことで、半田の状態の良否をより適切に判断することができる。

より具体的には、制御部は、凸傾斜領域を探索した結果、所定の面積より広い凸傾斜領域を探知しない場合には、半田の状態が悪いと判断するように、外観検査装置を構成しても良い。かかる構成では、半田の状態が悪いことを適切に判断することができる。

ところで、半田の表面の三次元形状を計測する構成としては、種々の具体的態様が考えらえる。そこで、計測部は、半田の表面に光を照射する照射器および光検出器を有し、照射器から照射されて半田の表面で反射された光を光検出器で検出して光検出結果を取得する光検出動作を実行し、制御部は、光検出結果に基づいて三次元形状を算出するように、外観検査装置を構成しても良い。

なお、照射器から光を照射する構成では、照射器から照射されて半田に直接入射する光の他に、照射器から照射されて例えば基板や部品で反射された後に半田に入射する照り返し光が存在し得る。かかる照り返し光は、半田の表面の三次元形状の算出精度を低下させるおそれがある。そこで、制御部は、照射器から射出されてから反射された後に半田に入射する照り返し光を探索した結果に基づいて、三次元形状を算出するように、外観検査装置を構成しても良い。かかる構成では、照り返し光の影響を抑制して、半田の表面の三次元形状を高精度に算出することができる。

また、計測部は、複数の前記照射器を有し、各照射器を個別に点灯させて光検出動作を実行して各照射器について光検出結果を取得し、制御部は、照り返し光が探知された場合は、照り返し光を照射する照射器を特定した結果に基づいて、三次元形状を算出するように、外観検査装置を構成しても良い。かかる構成では、照り返し光の影響を抑制して、半田の表面の三次元形状を高精度に算出することができる。

ここで、照り返し光を照射する照射器の特定結果に基づいて三次元形状を算出する具体的態様は、種々考えられる。一例を挙げると、制御部は、三次元形状を算出するために、照り返し光が入射する照り返し箇所と基板との距離を算出するにあたっては、所定の光量より大きい照り返し光を照射する照射器を点灯させることで取得された光検出結果を除いて照り返し箇所の高さを算出するように、外観検査装置を構成しても良い。かかる構成では、照り返し光の影響を抑制して、半田の表面の三次元形状を高精度に算出することができる。

半田の表面に存在する傾斜を探索し、その結果に基づいて半田の状態の良否を判断する。このように半田の高さではなく、半田の表面の傾斜に基づくことで、半田の状態の良否を適切に判断することが可能となっている。

本発明にかかる外観検査装置を模式的に例示するブロック図である。 部品を基板に接合する半田の状態が悪い場合を模式的に例示する図である。 図２において部品の右側に配置された半田の形状を模式的に例示する斜視図である。 微小傾斜が有する傾斜の方向および勾配の角度を説明するための模式図である。 ユーザーインターフェースの構成を模式的に例示する図である。 外観検査装置で実行される検査の内容を例示するフローチャートである。 外観検査装置で実行される検査の内容の変形例を示すフローチャートである。 照り返し光の探索方法の一例を説明するための図である。 部品を基板に接合する半田の状態が良い場合を模式的に例示する図である。

図１は、本発明にかかる外観検査装置を模式的に例示するブロック図である。この外観検査装置１は、制御装置１００によって搬送コンベア２、検査ヘッド３および駆動機構４を制御することで、基板１０（プリント基板）に部品（電子部品）を接合する半田Ｂの状態の良否を検査する。

搬送コンベア２は、基板１０を所定の搬送経路に沿って搬送する。具体的には、搬送コンベア２は、検査前の基板１０を外観検査装置１内の検査位置に搬入し、基板１０を検査位置で水平に保持する。また、検査位置における基板１０への検査が終了すると、搬送コンベア２は、検査後の基板１０を外観検査装置１の外へ搬出する。

検査ヘッド３は、撮像領域Ｒ３１内を上方から撮像する撮像カメラ３１を有しており、検査位置に搬入された基板１０の半田Ｂ（検査対象部位）を撮像領域Ｒ３１に収めて撮像カメラ３１によって撮像する。かかる撮像カメラ３１としては、例えばＣＣＤ(Charge Coupled Device)カメラを用いることができる。さらに、検査ヘッド３は、光強度分布が正弦波状に変化する縞状のパターンの光（パターン光）を撮像領域Ｒ３１に投影する投影機３２を有する。投影機３２は、ＬＥＤ(Light Emitting Diode)等の光源と、光源からの光を撮像領域Ｒ３１へ向けて反射するデジタル・マイクロミラー・デバイスとを有している。かかる投影機３２は、デジタル・マイクロミラー・デバイスの各マイクロミラーの角度を調整することで、互いに位相の異なる複数種のパターン光を撮像領域Ｒ３１に投影できる。つまり、検査ヘッド３は、投影機３２から投影するパターン光の位相を変化させながら撮像カメラ３１により撮像を行うことで、位相シフト法によって撮像領域Ｒ３１内の半田Ｂの三次元形状を計測することができる。

ちなみに、検査ヘッド３は、８個の投影機３２を有している（図１では、図示を簡便化するために２個の投影機３２が代表して示されている）。８個の投影機３２は、撮像カメラ３１の周囲を囲むように配置されており、鉛直方向Ｚを中心として円周状に等ピッチで並ぶ。そして、各投影機３２は、撮像カメラ３１の撮像領域Ｒ３１に対して斜め上方からパターン光を投影する。こうして、互いに異なる方向から、撮像領域Ｒ３１にパターン光を投影することが可能となっている。

駆動機構４は、検査ヘッド３を支持しつつ、モーターによって水平方向および鉛直方向へ検査ヘッド３を駆動させる。この駆動機構４の駆動によって、検査ヘッド３は半田Ｂの上方に移動して、半田Ｂを撮像領域Ｒ３１内に捉えることができ、撮像領域Ｒ３１内の半田Ｂの三次元形状を計測できる。

制御装置１００は、ＣＰＵ(Central Processing Unit)およびメモリーで構成された主制御部１１０を有しており、主制御部１１０が装置各部の制御を統括することで、検査が実行される。また。制御装置１００は、ディスプレイ、キーボードおよびマウス等の入出力機器で構成されたユーザーインターフェース２００を有しており、ユーザーは、ユーザーインターフェース２００を介して制御装置１００に指令を入力したり、制御装置１００による検査結果を確認したりすることができる。さらに、制御装置１００は、投影機３２を制御する投影制御部１２０、撮像カメラ３１を制御する撮像制御部１３０および駆動機構４を制御する駆動制御部１４０を有する。搬送コンベア２が検査位置に基板１０を搬入すると、主制御部１１０は、駆動制御部１４０により駆動機構４を制御して、基板１０の半田Ｂの上方へ検査ヘッド３を移動させる。これによって、撮像カメラ３１の撮像領域Ｒ３１内に半田Ｂが収まる。

続いて、主制御部１１０は、投影機３２から半田Ｂを含む撮像領域Ｒ３１へパターン光を投影しつつ撮像領域Ｒ３１に投影されたパターン光を撮像カメラ３１により撮像する（パターン撮像動作）。具体的には、主制御部１１０は、不揮発性メモリーで構成された記憶部１５０を有しており、記憶部１５０に記憶された投影パターンデータＤｐ(S)を読み出す。そして、主制御部１１０は、記憶部１５０から読み出した投影パターンデータＤｐ(S)に基づいて投影制御部１２０を制御することで、投影機３２のデジタル・マイクロミラー・デバイスの各マイクロミラーの角度を投影パターンデータＤｐ(S)に応じて調整する。こうして、撮像領域Ｒ３１には、投影パターンデータＤｐ(S)に応じたパターン光が投影される。さらに、主制御部１１０は、撮像制御部１３０を制御することで、撮像領域Ｒ３１に投影されたパターン光を撮像する。この撮像結果は、主制御部１１０が有する画像処理部１６０において撮像データＤｓ(S)に変換されて、記憶部１５０に記憶される。なお、記憶部１５０には、互いに位相の異なる４種類の投影パターンデータＤｐ(S)が記憶されており（S=1,2,3,4）、パターン撮像動作は、投影パターンデータＤｐ(S)を変えながら４回実行される。その結果、それぞれ位相の異なるパターン光を撮像した４種類の撮像データＤｓ(S)が取得される。

主制御部１１０は、こうして取得された４種類の撮像データＤｓ(S)から、位相シフト法によって、撮像領域Ｒ３１の高さを撮像カメラ３１の画素毎に求める。これによって、半田Ｂの表面の高さｈ（図２）が撮像カメラ３１の画素毎に求められることとなる。なお、撮像領域Ｒ３１の高さは、例えば対象画素に対応する撮像領域Ｒ３１内の点と基板１０との距離として求められる。また、半田Ｂの表面の高さｈは、例えば基板１０（あるいは基板１０に平行な基準平面）と半田Ｂの表面との距離として求められ、基板１０が水平に保持されている構成では鉛直方向Ｚ（すなわち、基板１０に垂直な方向）における基板１０（あるいは基板１０に平行な基準平面）と半田Ｂの表面との距離として求められる。こうして、半田Ｂの表面の高さｈを画素毎に示すデータを含んだ三次元形状データＤｔが算出されて、記憶部１５０に記憶される。

主制御部１１０は、こうして取得された三次元形状データＤｔに基づいて、半田Ｂの状態の良否を判断する。特に、主制御部１１０は、半田Ｂの表面と基板１０との距離（高さｈ）が部品Ａに近づくに連れて小さくなる凹傾斜領域（換言すれば、部品Ａに近づくに連れて下る下り坂領域）を半田Ｂの表面から探索した結果に基づいて、半田Ｂの状態の良否を判断する。

図２は、部品を基板に接合する半田の状態が悪い場合を模式的に例示する図である。図３は、図２において部品の右側に配置された半田の形状を模式的に例示する斜視図である。ここの例では、基板１０の表面に部品配置領域１０ａと当該部品配置領域１０ａに隣接する半田配置領域１０ｂ（ランド）とが設けられている。そして、部品配置領域１０ａに配置された部品Ａが半田配置領域１０ｂに取り付けられた半田Ｂによって基板１０表面に接合されている。なお、両図および以下の図面では、部品配置領域１０ａと半田配置領域１０ｂとが並ぶ方向をＸ方向とするＸＹＺ直交座標軸を適宜示す。例えば、このＸＹＺ直交座標軸は検査対象となる半田Ｂ毎に設定することができ、Ｘ方向は半田Ｂから部品Ａへ向かう方向を正にとることができる。

ここの例では、半田Ｂの濡れ性が悪いために部品Ａが半田Ｂをはじいている。そのため、部品Ａの近傍では半田Ｂの量が少ない一方、部品ＡからＸ方向へ離れるにつれて半田Ｂが盛り上がるといった不良形状を半田Ｂが有する。かかる不良形状が生じると、部品Ａと半田Ｂの境界近傍において半田Ｂの表面Ｂｓに凹傾斜領域Ｇｃが生じる。主制御部１１０は、このような不良形状に対応可能な適切な検査を行うため、半田Ｂの不良形状が有する凹傾斜領域Ｇｃを探索した結果に基づいて半田Ｂの良否を判断する。

ちなみに、凹傾斜領域Ｇｃは、半田Ｂの状態が悪い場合に顕著に表れるものの、半田Ｂの状態が良い場合であっても表れ得る。そのため、凹傾斜領域Ｇｃを探索した結果に基づいて半田Ｂの状態の良否を即断した場合、半田Ｂの状態が良いにも拘わらず、半田Ｂの状態が悪いと判断することも想定される。ただし、半田Ｂの状態が良い場合と悪い場合とでは、凹傾斜領域Ｇｃの傾斜の方向あるいは勾配の角度等の傾向に差異がある。具体的には、半田の状態が悪い場合は、傾斜の方向がよりＸ方向へ向いた（換言すれば、Ｘ方向との間に成す角度が小さい）凹傾斜領域Ｇｃが顕著に表れる傾向にあるとともに、勾配の角度が急な凹傾斜領域Ｇｃが顕著に表れる傾向にある。

かかる傾向を利用して、主制御部１１０は、傾斜の方向および勾配の角度が所定の条件を満たす凹傾斜領域Ｇｃを探索する。この際、凹傾斜領域Ｇｃの傾斜の方向や勾配の角度は一様ではなく、分布を有する。すなわち、図３に示されるように、傾斜の方向や勾配の角度は、半田Ｂの表面Ｂｓを構成する微小傾斜ｇ（例えば、１画素に対応する領域の傾斜）によって異なる。なお、図３では、微小傾斜ｇは、該当領域の傾斜の方向および勾配の角度を有する破線矢印で代表して示されている。

図４は、微小傾斜が有する傾斜の方向および勾配の角度を説明するための模式図である。同図では、微小傾斜ｇについて、傾斜の方向θおよび勾配の角度φが示されている。傾斜の方向θは、微小傾斜ｇをＸＹ平面に投影した影ｇ(xy)とＸ方向が成す角度として求められ、微小傾斜ｇの方位角に相当する。勾配の角度φは、影ｇ(xy)に平行な直線ｌと微小傾斜ｇとが成す角度として求められ、微小傾斜ｇの仰角に相当する。

そこで、主制御部１１０は、傾斜の方向θが所定の傾斜角度範囲内にあるとともに勾配の角度φが所定の勾配角度範囲にある微小傾斜ｇで構成される凹傾斜領域Ｇｃを探索する。この際、ユーザーは、ユーザーインターフェース２００において、傾斜角度範囲および勾配角度範囲を設定することができる。

図５は、ユーザーインターフェースの構成を模式的に例示する図である。ユーザーインターフェース２００は、角度設定画面２１０、θ設定部２２０およびφ設定部２３０を有する。ユーザーは、θ設定部２２０を操作することで、傾斜角度範囲の最小値θｍｉｎ（同図の例では−３０度）および最大値θｍａｘ（同図の例では＋３０度）のそれぞれを変更することができる。同様に、ユーザーは、φ設定部２３０を操作することで勾配角度範囲の最小値φｍｉｎ（同図の例では３０度）および最大値φｍａｘ（同図の例では６０度）のそれぞれを変更することができる。そして、角度設定画面２１０では、このように設定された角度θ、φを視覚的に確認するのに適した画像が表示される。同図の例の角度設定画面２１０では、円錐形を用いて、傾斜角度範囲Δθが表示されるとともに、勾配角度範囲の代表的な勾配の角度φ（例えば、中央値）が表示されている。さらに、ユーザーインターフェース２００は、表示画面２４０を有している。この表示画面２４０には例えば、検査の結果凹傾斜領域Ｇｃが探知された半田Ｂを、凹傾斜領域Ｇｃをハイライトしつつ表示することができる。

図６は、外観検査装置で実行される検査の内容を例示するフローチャートである。同フローチャートは、主制御部１１０が装置各部を制御することで実行される。ステップＳ１０１では、基板１０が検査位置に搬入される。続いて、ステップＳ１０２において、撮像カメラ３１の撮像位置（ビュー）を示す変数Ｖがゼロに設定された後、ステップＳ１０３において、変数Ｖがインクリメントされる。そして、ステップＳ１０４では、変数ＶがＶｍａｘ以下か否かが判断される。つまり、基板１０に対しては、複数個（Ｖｍａｘ）の撮像位置が設定されており、変数ＶがＶｍａｘとなるまで変数Ｖをインクリメントすることで、複数の撮像位置に対して順番に撮像カメラ３１を移動させながら、各撮像位置について以後のステップＳ１０５〜Ｓ１１８の動作を行う。すなわち、ステップＳ１０４で変数ＶがＶｍａｘ以下である（すなわち「ＹＥＳ」と）判断されると、ステップＳ１０５に進んで、撮像カメラ３１を変数Ｖが示す撮像位置へと移動させる。これによって、変数Ｖに対応する半田Ｂおよび半田Ｂの周囲（基板１０、部品Ａ）が照射領域Ｒ３１内に収まる。

続いてステップＳ１０６において、８個の投影機３２を識別する変数Ｐがゼロに設定された後、ステップＳ１０７において、変数Ｐがインクリメントされる。そして、ステップＳ１０８では、変数ＰがＰｍａｘ（＝８）以下か否かが判断される。つまり、変数ＰがＰｍａｘとなるまで変数Ｐをインクリメントすることで、パターン光を投影する投影機３２を８個の投影機３２の間で１個ずつ順番に切り換えながら、以後のステップＳ１０９〜Ｓ１１２の動作を実行する。

ステップＳ１０９において、互いに位相の異なるパターン光を示す４個の投影パターンデータＤｐ(S)を識別する変数Ｓがゼロに設定された後、ステップＳ１１０において、変数Ｓがインクリメントされる。そして、ステップＳ１１１では、変数ＳがＳｍａｘ（＝４）以下か否かが判断される。つまり、変数ＳがＳｍａｘとなるまで変数Ｓをインクリメントすることで、投影するパターン光の位相を４パターンの間で切り換えながら、以後のステップＳ１１２の動作を実行する。

具体的には、投影機３２から撮像領域Ｒ３１にパターン光を投影しつつ撮像領域Ｒ３１に投影されたパターン光を撮像カメラ３１により撮像するパターン撮像動作を、４種類のパターン光それぞれについて行い、４種類の撮像データＤｓ(S)を取得する。そして、４種類の撮像データＤｓ(S)を取得し終えると（ステップＳ１１１で「ＮＯ」と判断されると）、ステップＳ１１３に進んで、半田Ｂを含む撮像領域Ｒ３１の三次元形状データＤｔを位相シフト法によって算出し、ステップＳ１０７へ戻る。こうして、変数Ｐをインクリメントしながら、ステップＳ１０８〜Ｓ１１３を繰り返すことで、互いに異なる投影機３２からパターン光を投影した際の８通りの三次元形状データＤｔを得ることができる。ちなみに、こうして求められる三次元形状データＤｔは、半田Ｂの三次元形状を示すデータおよび半田Ｂの周囲（基板１０、部品Ａ等）の三次元形状を示すデータを含む。

８個の投影機３２の全てについて三次元形状データＤｔを取得し終えると（ステップＳ１０８で「ＮＯ」と判断されると）、ステップＳ１１４に進む。このステップＳ１１４では、８通りの三次元形状データＤｔから、半田Ｂを含む撮像領域Ｒ３１の三次元形状を最終的に決定する。具体的には、８通りの三次元形状データＤｔの示す高さｈを画素毎に平均することで撮像領域Ｒ３１の三次元形状を決定しても良いし、８通りの三次元形状データＤｔの示す高さｈのうち外れ値を除去した残りの高さｈを画素毎に平均することで撮像領域Ｒ３１の三次元形状を決定しても良い。

ステップＳ１１４において半田Ｂを含む撮像領域Ｒ３１の三次元形状を示す三次元形状データＤｔが最終的に決定されると、ステップＳ１１５において、角度θ、φが画素毎に算出される。例えば撮像領域Ｒ３１の表面（半田Ｂの表面Ｂｓを含む）を構成する微小領域（算出対象の画素に対応する領域）に対する接平面あるいはこれに近似する平面の傾斜の傾きθおよび勾配の角度φが求められる。算出方法の一例を説明すると次のとおりである。まず、算出対象の画素およびこれに四方から隣接する４画素それぞれが示す高さｈに沿う平面を近似的に求める。平面近似の方法は、例えば最小二乗法等を用いることができる。そして、この平面の傾斜の方向θおよび勾配の角度φを、算出対象の画素の傾斜の方向θおよび勾配の角度φとして求めればよい。具体例を挙げれば、平面の式を
ｚ＝α×ｘ＋β×ｙ＋γ
としたとき、角度θ、φは次式で求めることができる。

ステップＳ１１５において、撮像領域Ｒ３１に対応する各画素（半田Ｂの表面Ｂｓの各画素を含む）について角度θ、φが算出されると、ステップＳ１１６、Ｓ１１７が実行される。つまり、ユーザーによって設定された検索条件（θｍｉｎ≦θ≦θｍａｘ、φｍｉｎ≦φ≦φｍａｘ）の範囲内の角度θ、φを有する画素が探索され（ステップＳ１１６）、探索条件を満たす画素で構成される凹傾斜領域Ｇｃが抽出される（ステップＳ１１７）。ステップＳ１１８では、こうして凹傾斜領域Ｇｃを探索した結果に基づいて、半田Ｂの良否が判断される。具体的には、所定の面積（凹傾斜用閾面積）より広い凹傾斜領域Ｇｃを探知した場合には、当該凹傾斜領域Ｇｃを表面に有する半田Ｂの状態を不良と判断する。

ステップＳ１１８での良否判断が完了すると、ステップＳ１０３に戻る。そして、変数ＶがＶｍａｘとなるまで変数Ｖをインクリメントすることで、複数の撮像位置に対して順番に撮像カメラ３１を移動させながら、各撮像位置について以後のステップＳ１０５〜Ｓ１１８の動作を行い、半田Ｂの良否判断を行う。変数ＶがＶｍａｘとなり、全ての撮像位置において半田Ｂの良否判断が完了すると、基板１０を搬出して（ステップＳ１１９）、図６のフローチャートを終える。

以上に説明したように、このように構成された本実施形態では、半田Ｂの表面Ｂｓに存在する傾斜（凹傾斜領域Ｇｃ）を探索し、その結果に基づいて半田Ｂの状態の良否を判断する。このように半田Ｂの高さではなく、半田Ｂの表面Ｂｓの傾斜（凹傾斜領域Ｇｃ）に基づくことで、半田Ｂの状態の良否を適切に判断することが可能となっている。

また、本実施形態は、半田Ｂの表面Ｂｓの三次元形状を計測した結果に基づいて、半田Ｂの表面Ｂｓと基板１０との距離（高さｈ）が部品Ａに近づくに連れて小さくなる凹傾斜領域Ｇｃを半田Ｂの表面Ｂｓから探索する。かかる構成では、部品Ａの近傍では半田Ｂの量が少ない一方、部品Ａから離れるにつれて半田Ｂが盛り上がるといった不良形状を半田Ｂが有する場合には、かかる不良形状に存在する凹傾斜領域Ｇｃを探知することができる。したがって、かかる不良形状を半田Ｂが有する場合であっても、凹傾斜領域Ｇｃを探索した結果に基づくことで、半田Ｂの状態の良否を適切に判断することができる。

ちなみに、上記のような凹傾斜領域Ｇｃは、半田Ｂの状態が悪い場合に顕著に表れる。しかしながら、半田Ｂの状態が良い場合であっても、凹傾斜領域Ｇｃは表れ得る。そのため、凹傾斜領域Ｇｃを探索した結果に基づいて半田Ｂの状態の良否を判断した場合、半田Ｂの状態が良いにも拘わらず、半田Ｂの状態が悪いと判断することも想定される。ただし、半田Ｂの状態が良い場合と悪い場合とでは、上述のように凹傾斜領域Ｇｃの傾斜の方向θあるいは勾配の角度φ等の傾向に差異がある。そこで、本実施形態では、制御装置１００は、所定の探索条件（傾斜角度範囲、勾配角度範囲）を満たす凹傾斜領域Ｇｃを探索する。このように凹傾斜領域Ｇｃが満たす探索条件を課すことで、半田Ｂの状態が良いにも拘らず半田Ｂの状態が悪いと判断することを抑制することができる。

また、本実施形態では、ユーザーから入力された内容に応じて探索条件を設定するユーザーインターフェース２００が備えられている。このような構成では、ユーザーが半田Ｂの状態の良否を判断する基準を設定することができる。その結果、ユーザーが求める精度で、半田Ｂの状態の良否を判断することができる。

ちなみに、凹傾斜領域Ｇｃを探索した結果に基づく半田Ｂの状態の良否判定の具体的態様としては種々考えられる。したがって、凹傾斜領域Ｇｃを探知した場合には、半田Ｂの状態が悪いと判断しても構わない。ただし、探知された凹傾斜領域Ｇｃの面積が狭い場合等には、必ずしも半田Ｂの状態を悪いと即断することが適当とは限らない。そこで、本実施形態の制御装置１００は、凹傾斜領域Ｇｃを探索した結果、所定の面積（凹傾斜用閾面積）より広い凹傾斜領域Ｇｃを探知した場合には、半田Ｂの状態が悪いと判断する。かかる構成では、凹傾斜領域Ｇｃの面積の広さに応じて、半田Ｂの状態が悪いことを適切に判断することができる。

この際、凹傾斜用閾面積の値は、ユーザーインターフェース２００によってユーザーが設定できるようにしても良い。これによって、ユーザーが求める精度で、半田Ｂの状態の良否を判断することができる。

このように本実施形態では、外観検査装置１が本発明の「外観検査装置」の一例に相当し、検査ヘッド３および制御装置１００が協働して本発明の「計測部」の一例として機能し、制御装置１００が本発明の「制御部」の一例に相当し、ユーザーインターフェース２００が本発明の「設定部」の一例に相当し、凹傾斜領域Ｇｃが本発明の「凹傾斜領域」の一例に相当する。

なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない限りにおいて上述したものに対して種々の変更を加えることが可能である。例えば、図７に示すフローチャートを実行するよう制御装置１００を構成しても良い。ここで、図７は、外観検査装置で実行される検査の内容の変形例を示すフローチャートである。以下では、上記実施形態との差異点を中心に説明することとし、共通点については相当符号を付して説明を省略する。

上述したとおり、外観検査装置１では、互いに異なる方向から半田Ｂの表面Ｂｓにパターン光を照射する複数の投影機３２（照射器）と撮像カメラ３１（光検出器）が設けられていた。そして、投影機３２から半田Ｂに投影されたパターン光を撮像カメラ３１により撮像して、撮像データＤｓ(S)を取得するパターン撮像動作（光検出動作）が、複数の投影機３２を個別に点灯させて実行していた。

かかる構成では、投影機３２から照射されて半田Ｂに直接入射する光の他に、投影機３２から照射されて例えば基板１０や部品Ａで反射された後に半田Ｂに入射する照り返し光が存在し得る。かかる照り返し光は、半田Ｂの表面Ｂｓの三次元形状の算出精度を低下させるおそれがある。これに対して、図７のフローチャートでは、照り返し光の影響を補正しつつ半田Ｂの表面Ｂｓの三次元形状を算出する。

具体的には、ステップＳ１０８で「ＮＯ」と判断されると、ステップＳ２０１において変数Ｔがゼロに設定される。かかる変数Ｔは、照り返し光の影響を補正するためのステップＳ１１４、Ｓ１１５、Ｓ２０２〜Ｓ２０５のループ演算を、変数ＴがＴｍａｘとなるまで行うために設定される。続いて、上記実施形態と同様にステップＳ１１４で半田Ｂの表面Ｂｓを含む撮像領域Ｒ３１の三次元形状が決定されて、ステップＳ１１５で角度θ、φが求められる。次に、ステップＳ２０２において、変数Ｔがインクリメントされて、ステップＳ２０３において、変数ＴがＴｍａｘ以下か否かが判断される。そして、ステップＳ２０３で変数ＴがＴｍａｘ以下であると判断されると、ステップＳ２０４に進む。

ステップＳ２０４では、照り返し光の探索が実行される。図８は、照り返し光の探索方法の一例を説明するための図である。同図では、同じ投影機３２から射出された光Ｌ１、Ｌ２が例示されている。光Ｌ１は半田Ｂに直接入射する一方、光Ｌ２は基板１０で反射された後に半田Ｂに入射しており、照り返し光となっている。ちなみに、同図で例示するデータ（Ｘ１、Ｙ１、Ｚ１）、（Ｘ２、Ｙ２、Ｚ２）、（Ｘ３、Ｙ３、Ｚ３）は、いずれもステップＳ１１４で各位置（Ｘ、Ｙ）での高さＺを求めた結果である。

照り返し光の探索においては、ステップＳ１１４で求めた撮像領域Ｒ３１の三次元形状（Ｘ、Ｙ、Ｚ）や角度θ、φ等に基づいて、半田Ｂ、基板１０および部品Ａ上の各点で反射された光の軌跡を示す方程式を求める。例えば、図８では、半田Ｂ上の点（Ｘ１、Ｙ１、Ｚ１）で反射された後の光Ｌ１の軌跡を示す方程式として、
Ｚ＝ｆ１（Ｘ、Ｙ） …方程式１
が求められ、基板１０上の点（Ｘ２、Ｙ２、Ｚ２）で反射された後の光Ｌ２の軌跡を示す方程式として、
Ｚ＝ｆ２（Ｘ、Ｙ） …方程式２
が求められる。方程式１で表される光の軌跡は点（Ｘ１、Ｙ１、Ｚ１）以外では半田Ｂの表面に一致しないため、半田Ｂの表面Ｂｓの三次元形状を示すデータのうち、方程式１を満たすデータは（Ｘ１、Ｙ１、Ｚ１）の１つだけである。一方、方程式２で表される光の軌跡は点（Ｘ２、Ｙ２、Ｚ２）以外の点（Ｘ３、Ｙ３、Ｚ３）でも半田Ｂの表面Ｂｓに一致する。そのため、データ（Ｘ２、Ｙ２、Ｚ２）のみならず、データ（Ｘ３、Ｙ３、Ｚ３）も方程式２を満たすこととなる。このように、照り返しが生じている場合には、ステップＳ１１４で求められたデータのうち２個（あるいはそれ以上）のデータが反射光を示す方程式を満たす。換言すれば、各点における反射光の軌跡を示す方程式を求め、半田Ｂの表面Ｂｓの三次元形状を示すデータのうちから同一の方程式を満たすデータが２個以上発見された場合は、当該方程式に対応する光は照り返し光であると判断できる。

さらに、ステップＳ２０４では、照り返し光が探知されると、照り返し光を射出する投影機３２が特定されるとともに、照り返し光が半田Ｂの表面Ｂｓに入射する位置に対応するＸＹ位置（換言すれば、画素の位置）が特定される。そして、こうして特定された投影機３２と、照り返しが入射するＸＹ位置とが関連付けられる。

ステップＳ２０５では、各画素に対応する半田Ｂの表面Ｂｓの位置へ入射する照り返し光の光量が推定される。この際、同一のＸＹ位置に入射する照り返し光が複数ある場合には、各照り返し光について光量が求められる。そして、所定の光量（閾光量）より大きい照り返し光を照射する投影機３２を点灯させることで取得された撮像データＤｓ(S)を除外する処理が、各ＸＹ位置について行われる。

続くステップＳ１１４では、こうして照り返し光の影響を受けたデータを除外した撮像データＤｓ(S)に基づいて、半田Ｂの表面Ｂｓの三次元形状が再度求められる。これによって、ステップＳ１１４では、所定の光量より大きい照り返し光を照射する投影機３２を点灯させることで取得された撮像データＤｓ(S)を除いた上で、三次元形状データＤｔが求められることとなる。

ところで、最初にステップＳ１１４で求めた三次元形状は照り返し光の影響を受けたものであり、精度が必ずしも高くない可能性がある。そのため、かかる三次元形状に基づいて探索された照り返し光も誤差を含み得る。かかる照り返し光の探索結果の誤差は、実際には照り返し光が入射しているのにそうでないと判断されるといった誤判断につながり得る。ただし、上記のループ演算は、かかる誤判断があった場合でも、三次元形状の算出精度を向上させることができるものである。すなわち、実際には照り返し光が入射しているのにそうでないと判断された箇所では、結果は改善されないが悪化もしない。一方、実際に照り返し光が入射している箇所を正しく判断できた場合は、結果が改善される。したがって、上記のループ演算を行った場合、基本的には三次元形状の精度が改善することとなる。

また、三次元形状データＤｔの精度は、基本的にはループ演算の回数（すなわちＴｍａｘ）が多いほど向上できる。そこで、ユーザーインターフェース２００において、ユーザーがＴｍａｘを設定できるように構成すれば、ユーザーが求める精度で三次元形状データＤｔを求めることができる。こうして、所定回数Ｔｍａｘのループ演算が終了すると、上記実施形態と同様に、ステップＳ１１６以後の動作が実行される。

以上に説明したように、図７の変形例では、制御装置１００は、投影機３２から射出されてから反射された後に半田Ｂに入射する照り返し光を探索した結果に基づいて、半田Ｂの表面Ｂｓの三次元形状を算出する。かかる構成では、照り返し光の影響を抑制して、半田Ｂの表面Ｂｓの三次元形状を高精度に算出することができる。

また、制御装置１００は、照り返し光が探知された場合は、照り返し光を照射する投影機３２を特定した結果に基づいて、三次元形状を算出する。かかる構成では、照り返し光の影響を抑制して、半田Ｂの表面Ｂｓの三次元形状を高精度に算出することができる。

具体的には、制御装置１００は、三次元形状を算出するために、照り返し光が入射する照り返し箇所と基板１０との距離（高さ）を算出するにあたっては、所定の光量より大きい照り返し光を照射する投影機３２を点灯させることで取得された撮像データＤｓ(S)（光検出結果）を除いて照り返し箇所の高さを算出する。かかる構成では、照り返し光の影響を抑制して、半田Ｂの表面Ｂｓの三次元形状を高精度に算出することができる。

なお、照り返し光を照射する照射器の特定結果に基づいて三次元形状を算出する具体的態様は、上記のように所定の光量より大きい照り返し光を照射する投影機３２に対応する撮像データＤｓ(S)を除外する態様に限られない。つまり、照り返し光が最小の投影機３２に対応する撮像データＤｓ(S)を用いて三次元形状を算出しても良いし、照り返し光の小さい方から所定数（例えば２個）の投影機３２に対応する撮像データＤｓ(S)の平均値を用いて三次元形状を算出しても良いし、照り返し光の大きい方から所定数（例えば２個）の投影機３２に対応する撮像データＤｓ(S)を除いた残りの撮像データＤｓ(S)のメディアン値を用いて三次元形状を算出しても良い。

ところで、上記実施形態では、状態の悪い半田Ｂに生じる凹傾斜領域Ｇｃを探索した結果に基づいて、半田Ｂの良否を判断していた。しかしながら、状態の良い半田Ｂに生じる凸傾斜領域を探索した結果に基づいて、半田Ｂの良否を判断しても良い。図９は、部品を基板に接合する半田の状態が良い場合を模式的に例示する図である。ここの例では、半田Ｂの濡れ性が良いために半田Ｂが部品Ａになじんでいる。そのため、部品Ａの端からＸ方向へ部品Ａから離れるにつれて半田Ｂの量が減少するといった形状を、半田Ｂが有する。かかる半田Ｂの表面Ｂｓは、半田Ｂの表面Ｂｓと基板１０との距離（高さｈ）が部品Ａに近づくに連れて大きくなる凸傾斜領域Ｇｖ（換言すれば、部品に近づくに連れて上る上り坂領域）を有する。

そこで、状態の良い半田Ｂの表面Ｂｓに表れる傾向にある凸傾斜領域Ｇｖを探索した結果を併用して、半田Ｂの状態の良否を判断するように、図６あるいは図７で示す実施形態を変形しても良い。具体的には、ステップＳ１１７、Ｓ１１８の間に、三次元形状データＤｔに基づいて凸傾斜領域Ｇｖを半田Ｂの表面Ｂｓから探索するステップを追加する。この際、凹傾斜領域Ｇｃの探索の場合と同様に角度θ、φが所定の探索条件を満たす凸傾斜領域Ｇｖを探索するように構成することができる。さらに、凸傾斜領域Ｇｖの探索条件を示す角度θ、φをユーザーインターフェース２００においてユーザーが設定できるように構成することもできる。そして、追加したステップで所定の面積（凸傾斜用閾面積）よりも広い凸傾斜領域Ｇｖを探知できない場合は、ステップＳ１１８の良否判断において半田Ｂの状態が悪いと判断する。

かかる構成では、凹傾斜領域Ｇｃを探索した結果および凸傾斜領域Ｇｖを探索した結果に基づくことで、半田Ｂの状態の良否をより適切に判断することができる。特に、凸傾斜領域Ｇｖを探索した結果、所定の面積より広い凸傾斜領域Ｇｖを探知しない場合には、半田Ｂの状態が悪いと判断する。したがって、状態の良い半田Ｂの表面Ｂｓに存在すべき凸傾斜領域Ｇｖが十分な広さで存在しないことをもって、半田Ｂの状態が悪いことを適切に判断することができる。

この際、凸傾斜用閾面積の値は、ユーザーインターフェース２００によってユーザーが設定できるようにしても良い。これによって、ユーザーが求める精度で、半田Ｂの状態の良否を判断することができる。

さらに、凹傾斜領域Ｇｃを探索せずに、凸傾斜領域Ｇｖのみを探索した結果に基づいて、半田Ｂの状態の良否を判断するように構成しても良い。かかる構成においても、半田Ｂの表面Ｂｓに存在する傾斜（凸傾斜領域Ｇｖ）を探索し、その結果に基づいて半田Ｂの状態の良否を判断する。このように半田Ｂの高さではなく、半田Ｂの表面Ｂｓの傾斜（凸傾斜領域Ｇｖ）に基づくことで、半田Ｂの状態の良否を適切に判断することが可能となっている。

また、半田Ｂの三次元形状を求める具体的手法は、上記の位相シフト法に限られず、ステレオカメラを用いた手法などのその他の種々の手法であっても良い。

また、凹傾斜領域Ｇｃあるいは凸傾斜領域Ｇｖを探索する際の探索条件も上記の内容に限られず、適宜変更することができる。

また、座標軸の取り方や、角度θ、φの取り方も上記の例に限られず、適宜変更が可能である。

１…外観検査装置
１０…基板
３…検査ヘッド（計測部）
３１…撮像カメラ（光検出器）
３２…投影機（照射器）
１００…制御装置（計測部、制御部）
１１０…主制御部
１２０…投影制御部
１３０…撮像制御部
１４０…駆動制御部
１５０…記憶部
１６０…画像処理部
２００…ユーザーインターフェース（設定部）
Ａ…部品
Ｂ…半田
Ｂｓ…表面
Ｇｃ…凹傾斜領域
Ｇｖ…凸傾斜領域
θ…傾斜の方向（方位角）
φ…勾配の角度（仰角）
Ｄｓ(S)…撮像データ（光検出結果）

Claims (16)

1. 部品を基板に接合する半田の表面の三次元形状を計測する計測部と、
   前記三次元形状の計測結果に基づいて、前記半田の前記表面に存在する傾斜を探索する制御部と
   を備え、
   前記制御部は、前記傾斜を探索した結果に基づいて前記半田の状態の良否を判断する外観検査装置。
2. 前記制御部は、勾配の角度および向きが所定の探索条件を満たす前記傾斜を探索する請求項１に記載の外観検査装置。
3. 前記制御部は、前記三次元形状の計測結果から前記傾斜の勾配の角度および向きを算出した結果に基づいて、前記傾斜を探索する請求項１または２に記載の外観検査装置。
4. 前記制御部は、前記三次元形状の計測結果に基づいて、前記半田の前記表面と前記基板との距離が前記部品に近づくに連れて小さくなる凹傾斜領域を前記半田の前記表面から探索し、前記凹傾斜領域を探索した結果に基づいて前記半田の状態の良否を判断する請求項１に記載の外観検査装置。
5. 前記制御部は、所定の探索条件を満たす前記凹傾斜領域を探索する請求項４に記載の外観検査装置。
6. 前記制御部は、傾斜の方向が所定の傾斜角度範囲内にあるという前記探索条件を満たす前記凹傾斜領域を探索する請求項５に記載の外観検査装置。
7. 前記制御部は、勾配の角度が所定の勾配角度範囲内にあるという前記探索条件を満たす前記凹傾斜領域を探索する請求項５または６に記載の外観検査装置。
8. ユーザーから入力された内容に応じて前記探索条件を設定する設定部をさらに備える請求項５ないし７のいずれか一項に記載の外観検査装置。
9. 前記制御部は、前記凹傾斜領域を探索した結果、所定の面積より広い前記凹傾斜領域を探知した場合には、前記半田の状態が悪いと判断する請求項４ないし８のいずれか一項に記載の外観検査装置。
10. 前記制御部は、前記計測部の計測結果に基づいて、前記半田の前記表面と前記基板との距離が前記部品に近づくに連れて大きくなる凸傾斜領域を前記半田の前記表面から探索し、前記凸傾斜領域を探索した結果に基づいて前記半田の状態の良否を判断する請求項９に記載の外観検査装置。
11. 前記制御部は、前記凸傾斜領域を探索した結果、所定の面積より広い前記凸傾斜領域を探知しない場合には、前記半田の状態が悪いと判断する請求項１０に記載の外観検査装置。
12. 前記計測部は、前記半田の前記表面に光を照射する照射器および光検出器を有し、前記照射器から照射されて前記半田の表面で反射された光を前記光検出器で検出して光検出結果を取得する光検出動作を実行し、
    前記制御部は、前記光検出結果に基づいて前記三次元形状を算出する請求項４ないし１１のいずれか一項に記載の外観検査装置。
13. 前記制御部は、前記照射器から射出されてから反射された後に前記半田に入射する照り返し光を探索した結果に基づいて、前記三次元形状を算出する請求項１２に記載の外観検査装置。
14. 前記計測部は、複数の前記照射器を有し、
    前記各照射器を個別に点灯させて前記光検出動作を実行して前記各照射器について前記光検出結果を取得し、
    前記制御部は、前記照り返し光が探知された場合は、前記照り返し光を照射する前記照射器を特定した結果に基づいて、前記三次元形状を算出する請求項１３に記載の外観検査装置。
15. 前記制御部は、前記三次元形状を算出するために、前記照り返し光が入射する照り返し箇所と前記基板との距離を算出するにあたっては、所定の光量より大きい照り返し光を照射する前記照射器を点灯させることで取得された前記光検出結果を除いて前記照り返し箇所の高さを算出する請求項１４に記載の外観検査装置。
16. 部品を基板に接合する半田の表面の三次元形状を計測する工程と、
    前記三次元形状の計測結果に基づいて、前記半田の前記表面に存在する傾斜を探索する工程と、
    前記傾斜を探索した結果に基づいて前記半田の状態の良否を判断する工程と
    を備える外観検査方法。

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