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発明の名称 外観検査方法及び外観検査装置
発行国 日本国特許庁(JP)
公報種別 公開特許公報(A)
公開番号 特開平6−3123
公開日 平成6年(1994)1月11日
出願番号 特願平4−166310
出願日 平成4年(1992)6月24日
代理人 【弁理士】
【氏名又は名称】武 顕次郎
発明者 林 精一 / 中西 正丈 / 中川 泰夫 / 高木 裕治
要約 目的
検査対象物の良否を常に正確に、かつ最適な状態で判定することができる外観検査方法及び装置を提供すること。

構成
検査対象物3の上方に配置した複数の光源11〜17を用い、これらの光源により逐次異なった方向から検査対象物を照明し、その都度撮像カメラ21〜25で撮像して複数の画像データを得ると共に、スリット光発生部31、32用いてスリット光照射を行ない、所定の角度をもたせて上方から撮像して光切断像データを得、これらを併用して検査対象物の状態を認識判定するようにしたもの。
特許請求の範囲
【請求項1】 検査対象物の上方に配置した照明手段により、前記検査対象物に対して角度を異ならしめて光照射を行ない、この光照射による前記検査対象物の表面からの反射光を上方から撮像し、当該反射光による画像データを画素ごとに演算処理し、検査対象物の大きさと形状を求め、これから形状データパタ−ンの特徴を抽出することにより良品と不良品を抽出判定する第1の判定手段と、検査対象物の上方に配置したスリット光発生手段により、前記検査対象物に対してスリット光照射を行ない、反射光を光切断線として上方から撮像し、当該光切断線による画像データを処理して形状線データを求め、これから検査対象物の位置と形状を求めることにより良品と不良品を抽出判定する第2の判定手段とを設け、これらの第1と第2の判定手段による判定結果を併用して検査対象物の状態を認識判定するように構成したことを特徴とする外観検査方法。
【請求項2】 請求項1項の発明において、前記第2の判定手段は、前記第1の判定手段による判定結果が、曖昧・不明確な判定結果となった検査対象物に適用されるように構成したことを特徴とする外観検査方法。
【請求項3】 請求項1項の発明において、前記第1の判定手段は、前記第2の判定手段による判定結果が、良品となった検査対象物に適用されるように構成したことを特徴とする外観検査方法。
【請求項4】 請求項1項の発明において、前記第1の判定手段は、検査対象物の主としてはんだ付け状態を対象として判定処理を行ない、前記第2の判定手段は、検査対象物の主として部品の形状の実装状態を対象として判定処理を行なうように構成されていることを特徴とする外観検査方法。
【請求項5】 請求項1項の発明において、前記形状データパタ−ンが、形状傾斜角度コ−ドデ−タ分布パタ−ンであることを特徴とする外観検査方法。
【請求項6】 検査対象物の上方に順次多段に配置され、検査対象物に異なった角度で光照射を行なう複数の光源からなる段差照明部と、この段差照明部からの光照射による前記検査対象物の表面からの反射光を真上上方及び斜め上方から捉える複数の撮像カメラと、これらの撮像カメラから出力される画像分布データを記憶する画像メモリ部と、この画像分布データから画素ごとに演算処理する画像演算処理部と、この画像演算処理部の演算結果から形状コードデータパターンを編成する形状コードデータパターン部と、前記形状コードデータパターンの特徴を抽出して良品と不良品を抽出判定する認識判定部と、検査対象物の上方に配置されたスリット光発生部と、このスリット光発生部から前記検査対象物に照射されたスリット光による入射光を光切断線としてある一定角度をもたせて上方から捉える撮像カメラと、この撮像カメラの出力から当該光切断線による画像を処理して形状線データを求める画像処理部と、この形状線データに基づいて検査対象物の位置と形状を求め良品と不良品を抽出判定する認識判定部とを備え、この認識判定部は前記形状コードデータパターンの特徴を抽出して得た良品と不良品の抽出判定結果と、前記形状線データに基づいて検査対象物の位置と形状を求めて得た良品と不良品の判定結果を併せることにより検査対象物の曖昧な状態を認識判定するように構成されていることを特徴とする外観検査装置。
【請求項7】 請求項6の発明において、前記段差照明部からの光照射による前記検査対象物の表面からの反射光を斜め上方から捉える撮像カメラと、検査対象物の上方に配置され、検査対象物に対して角度を異ならしめて、検査対象物の上方に順次多段に設けられた複数の光照射を行なう照明部と、この照明部の光照射による前記検査対象物の表面からの反射光を、真上上方および斜め上方からとらえる撮像カメラと、前記スリット光発生部から前記検査対象物に照射されたスリット光による入射光を光切断線としてある一定角度をもたせて上方から捉える撮像カメラとが共通の撮像カメラとなるように構成されていることを特徴とする外観検査装置。
【請求項8】 請求項6の発明において、前記段差照明部は、多段及び多方向に、時間的に順次切り替えて照明を行なうように構成されているこを特徴とする外観検査装置。
発明の詳細な説明
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、物体の取付状態の良否判定を、その外観から判定する検査方法及び検査装置に係り、特に、電子部品の基板実装後におけるはんだ付け部分と、電子部品の実装状態を被検査対象として、その外観状態により取付状態の良否を検査するのに好適な外観検査方法及び外観検査装置に関する。
【0002】
【従来の技術】この種の従来技術としては、例えば、図2に示す装置が知られている。そして、この装置では、例えば異なった径寸法の環状のランプからなる4個の光源11、13、15、17と、これら光源11〜の上方の、該光源の中心軸上で検査対象物3の真上上方に設置した撮像カメラ21とを用い、X−Y方向に移動する機構部1上に水平に載置された実装基板(回路基板)2上の検査対象物3のはんだ付け部に、順次異なった方向(角度)から光を照射し、その都度、はんだ付け面から得られる反射光を、撮像カメラ21により電気信号に変換し、はんだ付け面の複数の傾斜面の画像情報を得、この種々の画像情報により、それぞれの判断レベルを基準にして、はんだ付けの状態を、例えば、良、はんだ不足、はんだ過剰、はんだ無し、リードずれなどに分類し、判定を行なっていた。
【0003】なお、この種の装置としては、上記以外にも、例えば特開昭60−154143号公報に記載の装置を挙げることができる。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】ところで、最近は、電子機器の小形化を目的として、基板実装の高密度化、表面実装化が急激に進展し、超小形チップや微細ピッチICの搭載に伴ない、そのはんだ付け部の微細化と、はんだ付け点数の著しい増大をもたらし、このため、はんだ付けの品質を高度に、かつ高速に検出把握し、判別管理できるようにするることが極めて重要な課題となってくる。
【0005】そこで、はんだ付け、及び実装の形状状態を、より精度良く分析し、これを的確に分類把握し、認識判定を行ない得るようにしなければならないが、これと並行して、このときの認識性能、すなわち、不良検出率を向上し、且つ、良品を不良と判定してしまう虚報率を改善する必要があり、このため、さらに識別の最適化と高速化が必要になる。
【0006】しかし、上述した従来技術では、はんだ付け状態を分類判定する認識の技法について、必ずしも充分な対応がなされているとはいえず、その対応に限界を生じてしまうという問題点があった。
【0007】本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、その目的は、検査対象となるはんだ付け部分の形状、及び実装状態での電子部品の姿勢や取付位置がどのような状態にあるかが明確に認識でき、これにより検査対象物の良品、不良品の明確な判別が可能にできると共に、これら良品又は不良品としての判別が明確に得られない残された部分についても、その曖昧なはんだ付け部分及び実装状態の形状がどのような状態にあるかを、形状の特徴を再度詳細に抽出することにより正確に、かつ最適な状態で判定することのできる、外観検査方法及び装置を提供するにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】この目的を達成するため、本発明は、検査対象物の上方に配置した複数の光源を用い、これらの光源により逐次異なった方向から検査対象物を照明し、その都度検査対象物を撮像して複数の画像データを得、これらの画像データを画素ごとに演算処理することにより検査対象物の大きさと形状を求め、さらに、この形状を表わすデータから、そのパタ−ンが有する特徴を抽出し、良品、不良品を判定すると共に、これと並行して、検査対象物の上方に配置した複数のスリット光源を用い、検査対象物に対してスリット光照射を行ない、所定の角度をもたせて上方から撮像して光切断像データを得、この光切断像データを画像処理して形状線データを求め、これから検査対象物の位置と形状を知り、良品、不良品を判定するようにし、これらの判定結果を併用して検査対象物の状態を認識判定するようにしたものである。
【0009】
【作用】検査対象物のある箇所に対し角度を変えた照明を行なうことにより、その角度特有の反射光を得る。この反射光は上方から撮像し電気信号に変換する。このようにして得られた各照明角度からの上方への反射光の画像分布データを画素ごとに演算処理し、画像詳細情報を得る。この結果にもとづき形状傾斜角度データ、形状高さデータ、形状長さデータ、形状面積デ−タ等を求め、検査対象物の大きさと形状を求め、さらに形状データパタ−ンの特徴抽出し、はんだ付け部の明確な良品と不良品を抽出判定する。
【0010】一方、少なくとも、曖昧・不明確な判定の実装部品に対しては、検査対象物の上方に配置されたスリット光を発生する照明手段により、検査対象物に対してスリット光照射を行ない、反射光を光切断線としてある一定角度をもたせて各斜め上方から撮像し、電気信号に変換する。このようにして得られた当該光切断線の各撮影画像を画像処理し形状線データを求める。この結果に基づいて、形状線デ−タを検査対象物の基準の形状線データとの形状比較分類を求め、良品、不良品を抽出判定するとともに、これらを併せて、検査対象物の状態を認識判定するようにしたものである。
【0011】これを、実施例に基づいて、さらに詳細に説明すると、以下のようになる。検査対象物であるはんだ付け面に対し角度を変えた照明を行なう。このはんだ付け面からは各角度特有の反射光が発生する。この反射光を上方から撮像し、はんだ付け面のそれぞれの傾斜角度の画像情報を得たのち、このはんだ付け状態の画像詳細情報を画素ごとにデータ化する。これらデータは、はんだ付け部の行方向成分の形状傾斜角度データと、形状高さデータ、形状面積データ、リード先端に並行した列方向成分の形状傾斜角度データと、更には形状高さデータに分けられている。
【0012】次に、はんだ付け部のリ−ド形状及び部品実装形状に対しては、検査対象物の上方に配置されたスリット光照明手段により、検査対象物に対して光照射を行ない、反射光を光切断線としてある一定角度をもたせて各斜め上方から撮像し、電気信号に変換する。このようにして得られた当該反射光の各撮影画像を画像処理し、検査対象物ごとに凸形状又は凹形状の形状線データを求める。ここで、特に検査対象物の真上上方にある、例えばビデオカメラなどからなる撮像手段は、主として部品の位置を確認する働きをし、他方、斜め上方にある撮像手段は、主として部品のはんだ付け部の鏡面的なはんだ状態の認識判定を行なう働きをする。
【0013】識別手段としては、まず、大きさの比較として、はんだ高さ、はんだ長、はんだ面積、はんだの傾斜角等の形状値の算出によリ比較し、更に、形状の比較として、形状デ−タパタ−ンの特徴抽出として形状デ−タの行・列のより、配列形状傾斜角度・高さデータの急峻性、はんだ付け中央部での比較的平坦な部分の有無とその大きさの比較、配列の全体において数値の対称性比較、及び対称性のずれ量比較、等角度線のパタ−ンの比較、その他形状デ−タのパタ−ンの特徴を抽出作成する。この方法・手段は、鏡面状のはんだ面の形状を全画素毎の状態と形状パタ−ンを把握し易い特徴を有するる。
【0014】これにより、例えば、はんだ付け状態を表わす典型的な判定結果として、(1)良、(2) ぬれ不良、(3) 不足、(4) はんだ無、(5) はんだ過剰、などの抽出判定と、間接的な部品実装状態を表わす判定結果として、(6) リードずれ、(7) リード浮き、(8) リード未着、(9) 部品無し、(10) 部品ずれ、(11) 部品浮き・部品立ち、などの抽出判定結果を得るのである。
【0015】次に、部品の実装状態を主体に、検査対象物の基準の形状線デ−タと比較した凸形状又は凹形状の形状線の高さ、及び凸形又は凹形の形状線の左右、上下のずれ量、浮き立ちの大きさが把握される。この方法・手段は垂直方向での形状の把握がし易い特長を有する。
【0016】そこで、これらの把握により、微妙なはんだ付けの条件変化やバラツキの変化に対応し、特に、はんだ付け部のはんだ状態とリ−ド状態の接合状態および部品実装状態の認識判定を行う。これより、例えば、はんだ付け状態と部品の実装形状状態の判定結果として、(6) リードずれ、(7) リード浮き、(8) リード未着、(9) 部品無し、(10) 部品ずれ、(11) 部品浮き・部品立ちなどの抽出判定を得るのである。
【0017】そして、検査では、不良の見逃しは絶対避ける必要があり、良品の見誤りは極力少なくする必要がある。そこで、本発明では、これらの両手段を併用し、適材適所の形状認識判定を行なうようになっている。すなわち、先の手段による典型的な抽出判定を実施後は、後の手段の判定の方法は少なくとも曖昧・不確定な良品の判定のみ最終的に良品の実装状態の確認判定を行う。
【0018】本方法によれば判定内容を充実させることができ、検査、測定レベルの性能を大幅に向上させることができることと、はんだ付け状態の検査効率を向上させることができるようになる。
【0019】
【実施例】以下、本発明による外観検査方法及び外観検査装置について、図示の実施例により詳細に説明する。図1と図3は、本発明の一実施例で、これらの図において、4は照明順次切替部、10、10’は撮像カメラ切替器、8は認識判定部(CPU)、31、32はスリット光発生部、33はスリット光発生切替部、60はバスライン、61、61’、61”はI/O、62は操作部、63は画像インターフェース、64は画像モニタ、65は外部メモリインターフェース、66はFDD(フロッピーディスク装置)、67はHDD(ハードディスク装置)、68はデータ表示装置、69は機構制御部で、その他の符号については、以下に順次説明する。
【0020】X−Y方向に移動する機構部1に搭載された実装基板2の検査対象物3の上方には、実装基板2の上方から順次、光源11、光源13、光源15、光源17が4段に配置され、段差照明部を構成している。各光源11、13、15、17は、それぞれ同心状に配置された環状からなるもので、実装基板2に近づくにしたがって、順次径が大きくなっており、照明順次切替部4によって切り替えられ、順次、実装基板2を照明するようになっている。
【0021】また、光源11の上方からは、段差照明部の中心軸上、検査対象物3の真上上方に撮影部の撮像カメラ21が1個と、中心軸からX軸方向の両側斜め上方の2個の撮像カメラ22、23、及びY軸方向の2個の撮像カメラ24、25(24、25は、図には表われていない)の計4個の撮像カメラが、4方向に対称的に配置されている。そして、これらの撮像カメラ21と、撮像カメラ22、23、24、25の何れかが、光源11、13、15、17の順次切替えによって照明された検査対象物3の反射光による映像を、順次捉えることができるようになっている。
【0022】これらの撮像カメラ21と、22、23、24、25の何れかの出力信号は、撮像カメラ切替器10、10’を介してRAMの画像メモリ部A5、B5’に入力されるようになっており、従って、これらの像メモリ部A5、B5’は、それぞれ光源11、13、15、17に対応して画像を記憶する。このとき、光源11、13、15、17の順次切替えによって照明される検査対象物3のそれぞれの画像を、それぞれ撮像カメラ21の画像信号は画像メモリA5に、撮像カメラ22、23、24、25の何れかの画像信号は画像メモリB5’に順次入力するようになっている。
【0023】次に、これら画像メモリA5、B5’からの出力は、それぞれ画素ごとに画像演算処理部6に入力されるようになっている。画像演算処理部6では、各光源11、13、15、17からの照明に対応した各撮像データを、各撮像画素ごとに、照度の大きさを相対的に比較し、この結果から得られたデータから、最も画像照度レベルの高い撮像画像を分類し、選択する。この選択されたデータは形状コ−ドデ−タパタ−ン部7に入力され、ここで選択された撮像画像の反射面の角度を意味する画像の番号コードを形状傾斜角度データとして編成する。
【0024】認識判定部8はCPUからなり、形状コ−ドデ−タパタ−ン部7からのコード化されたデータに基づいて、はんだ付け状態を、その形状、高さ、長さ、面積などに分け、それぞれの大きさを演算し算出する。さらにまた、この認識判定部8では、前記実装基板2の検査対称物3の面に形成されたはんだ付け部が、所望の状態で形成されているか否かが的確に判定されるようになっている。
【0025】次に、この実施例の動作について説明する。図5は、実装基板2のはんだ付け部51の詳細を示した断面図で、斜め上方撮像カメラ22、23、24、或いは25の何れかに入射する反射光を示したものであるが、このとき検査対象物3も形状状態判定の対象となる。図5において、実装基板2の主表面に銅箔パターン52が形成されており、この銅箔パターン52と接続されるべく、リード部53(電子部品のリード部)がはんだ付け部51を介して固着されている。そして、図中で■、■、■、■は形状傾斜角度のコードのデータ番号で、矢印は反射光の方向を示している。
【0026】このような構成からなる実装基板2において、光源11からの光がはんだ付け部51の面で反射後、データ番号■の方向に、光源13からの光がはんだ付け部51面にて反射後、データ番号■の方向に、光源15からの光がはんだ付け部51面にて反射後、データ番号■の方向に、そして光源17からの光がはんだ付け部51面にて反射後、データ番号■の方向にそれぞれ進み、撮像カメラ22、23、24、或いは25の何れかに入射されるようになっている。
【0027】先に述べた通り、各照明に対応した各撮像データは、画像信号の画像演算処理部6で最も画像照度レベルの高い撮像画像を分類し、選択対象画像の形状傾斜角度のコードを画素ごとに相対的に設定すると共に、形状コ−ドデ−タパタ−ン部7において、この設定されたデータをコード化し編成する。従って、形状コ−ドデ−タパタ−ン部7では、各画素での照度が最大になったデータ番号を、画像の中の対応する画素に書込んだ、図6の平面図に示すようなデータが編成されることになる。
【0028】従って、このデータは、形状傾斜角度のコードのデータ番号■から■を、はんだ付け上面より示した詳細データ状態図となる。ここでは形状傾斜角度コードのデータとして配列され、記憶、記録、表示、出力される。
【0029】次に、各画素毎のデータ番号■、■、■、■、■、■、■、■、■を決定する方法について、以下に説明する。なお、図5に示すように、この実施例で直接得られるのは、データ番号■、■、■、■だけであり、残りは補間により求めるようになっている。まず、角度を正確にとるため、はんだ付け部21の反射率に近似した鏡面状の表面を有する球状体を用いてデータをとると、照度のアナログデータ分布状態を得ることができる。このとき、例えば、照度を256階調として撮り、各照明はほぼ等角度の間隔を空ける。これを各段の照明するはんだ付け部51面の反射コードのデ−タとして光源11によるデータ番号■と、光源13によるデータ番号■と、光源15によるデータ番号■と、光源17によるデータ番号■と対応して番号付けをする。
【0030】次に、はんだ付け部51の表面の曲率が連続的であることから、中間アナログ値の内挿補間方法により、各段の光源11と光源13の間をデータ番号■、光源13と光源15の間をデータ番号■、光源15と光源17の間をデータ番号■、光源17を除くそれ以上をデータ番号■、光源11を除くそれ以下を■というように方向付けができるようになる。
【0031】なお、このような補間の具体的な方法として、例えば、レベルが100階調以下の照度において、これによりデータ番号■の照度とデータ番号■の照度の領域の重なっている部分をデータ番号■とし、同様に、データ番号■、データ番号■、及びデータ番号■の方向付けをするようにしても良い。従って、この場合、はんだ面の基板部品によりはんだ面観察可能範囲は9レベルで角度分類できることになる。
【0032】図6は、斜め上方撮像カメラ22、23、24、25による、はんだ付け部51が形成された実装基板2の画素ごとのデータ番号が記入されている状態を示した図で、4段になっている段差照明部の光源11、13、15、17を順次切り替えた場合に、はんだ付け部51からの反射光を捉えた撮像カメラ22、23、24、25の何れかからの撮影画像を前記画像演算処理部6により、はんだ付け部51の表面からの比較的反射率の高い箇所の領域を、前記各光源11、13、15、17に対応させて抽出した状態を示したものである。
【0033】この図6中、長方形の外側の枠は撮像カメラ22、23、24、25のいずれかに撮影された後、該当部分の中の検査すべき範囲を示し、この範囲内でデータ番号■が付された領域は、光源11からの反射光のうち比較的照度が高い部分、データ番号■が付された領域は、光源13からの反射光のうち比較的照度が高い部分、データ番号■が付された領域は、光源15からの反射光のうち比較的照度が高い部分、データ番号■が付された領域は、光源17からの反射光のうち比較的照度が高い部分を示している。また、データ番号■、■、■、■、■が付された領域は、上述した補間方法により演算設定されるものである。
【0034】図6のリ−ド部53の端部は、予め上方の撮像カメラ21の撮像により、位置を設定している。そして、この図6に示した結果は、形状情報の詳細データ状態図の画素対応分(冗長度の多い場合には必要に応じて間引いた後)が行データn×列データm=nm(縦×横)として、形状コ−ドデ−タパタ−ン部7で編成され、格納されている。
【0035】なお、このような分布(反射光のうち比較的照度が高い部分の)にあっては、その分布状態に応じてはんだ付け部51の表面の傾斜角度の変化が認識できる。すなわち、図7に示すように、光源からはんだ付け部51の表面に入射されたの光の垂直線に対する角度をα、はんだ面におけるカメラ光軸の垂直線に対する角度をβとすると、反射光の強度が強い部分(領域)の傾斜角度θについては、θ=α+(β−α)/2になるという関係があるからである。
【0036】従って、これにより、段差照明部の光源11、13、15、17のうち、いずれかの照明部からの反射光の比較的に強い領域における部分の傾斜角度を求めることができる。なお、この実施例では、上述のようなコードによるデータ化を行なうようにすると共に、はんだ付け面における各部分の高さを算出するようにもなっている。
【0037】図7は、斜め上方の撮像カメラ22、23、24、25のいずれかに入射する反射光を示すはんだ付け部側面を示した図で、これらの図に基づいて、はんだ付け面の各部分の高さを求める方法について、以下に説明する。
【0038】形状コ−ドデ−タパタ−ン部7においては、各画素分に対応して、図7に示すように、はんだ面形状傾斜角度をθ、段差照明部から入射する光の垂直軸角度をα、斜め上方撮像カメラ22〜の撮像光軸の垂直軸からの角度をβ、そして単位画素分の長さをaとすれば、次式が成立ち、 hn≒{a/cos(β−θ)}×sinθ =〔a/cos{(β−α)/2}〕×sin{α+(β−α)/2}
これから、単位画素分の長さa毎のはんだ形状高さhn(n=1,2,……)が得られ、更に、累積形状高さデータとして、HN=HM+hnが得られることなる。
【0039】従って、この際、得られた数値を特徴抽出用のパラメータとして、相対的な数値に区分し、デ−タとして求めることにより、その画素ごとのデ−タの配列を活用できる。また、このように、各画素分に対応してその高さが得られることにより、各画素長成分〔{a/cos(β−θ)}×cosθ〕の積により、ある側面でのはんだの断面積を算出することができる。さらに、はんだ付けの領域全体として、或るレベル以上での高さ、又は角度での、はんだ形状の占める面積として、画素数×画素分の縦・横長さ分(a・b)を求めることができる。
【0040】次に、はんだ付けの形状を表わす形状デ−タパタ−ンを決定する。はんだ付けの形状を表わす性質の1に急峻性があるが、これは、この実施例では、図7のはんだ付け部側面を示した説明図において、N行の側面の形状が直線か、凸形線か、凹形線かにより判断するもので、形状傾斜角度データの第N列と第M列の各画素ごとの差分を、A=(N)−(M)とした場合、殆どの形状傾斜角度デ−タにおいて、A=0 の場合は 直線変化、A>0 の場合は 凹形線変化 急峻性大A<0 の場合は 凸形線変化 緩慢であると判断することができる。なお、ここで行と列とは、図6に示して有るように、画素の行と列のことである。
【0041】認識判定部8では、以上述べてきた各演算による各々の識別項目を基準値と比較し、判別するようになっている。
【0042】次に、識別判定に必要な分類項目を設定する。ここで、この分類項目としては、これらの項目により微妙なはんだ付けの条件変化、バラツキ変化に充分に対応できるよう、例えば、(1) 良、(2) ぬれ不良、(3) 不足、(4) はんだ無、(5) はんだ過剰、(6) リードずれ、(7) リード浮き、(8) リード未着、(9) 部品無し、(10) 部品ずれ、(11)部品浮き・部品立ち、などを設定するのである。
【0043】この各々の分類項目に対して、本発明により自動的に分類を行なう場合、はんだ付け状態のそれぞれの形状例として、特に、この実施例では、はんだ付け部のはんだ状態とリ−ド状態の接合状態の認識判定を行なうようになっている。
【0044】この実施例における上記はんだ付け状態の形状コ−ド情報データのパタ−ンには、はんだの高さ、断面積、長さ、実面積領域、急峻性、対象性、特殊形状の中央平坦度(不連続性)等の形状データを含んでいる。なお、これらは、はんだ面の形状状態のデ−タの配列から積み上げられる。
【0045】そして、この実施例では、上記した識別項目を組合せて特徴抽出することにより、検査対象物が、これらの分類項目の何れに該当するのかを判定するようになっている。詳細に説明すると、はんだ付け状態の形状コ−ド情報データおよびパタ−ン比較による特徴抽出の具体例としては、先ず、はんだ付け状態がどうなっているか直接判定される内容としては以下の通りになる。
【0046】(a) はんだの高さ、長さ、面積、傾斜角が基準の値であり、急峻性大(凹形線変化)、中央平坦部面積無し、更にリード端検出あり、の各特徴が抽出されたとき。
この場合には、分類項目→(1) はんだ良。
【0047】(b) はんだの高さは非常に低く、長さは非常に短く、面積は非常に小さく、傾斜角はやや小の値、急峻性大(凹形線変化)、中央平坦部面積無し、更にリード端検出有り、の各特徴が抽出されたとき。
この場合には、分類項目→(2) はんだ不足。
【0048】(c) はんだの高さは非常に低く、長さと面積は普通、傾斜角は非常に小の値、緩慢(凸形線変化)あり、中央平坦部面積はやや大、更にリード端検出有り、の各特徴が抽出されたとき。
この場合には、分類項目→(3) はんだぬれ不足。
【0049】(d) はんだの高さ、長さ、面積、傾斜角、急峻性、全ての値無となり、更にリード端検出有り、の各特徴が抽出されたとき。
この場合には、分類項目→(4) はんだ無。
【0050】(e) はんだの高さは非常に高く、長さは非常に長く、面積は非常に大きく、緩慢(凸形線変化)あり、中央平坦部面積大、更にリード端検出無、の各特徴が抽出されたとき。
この場合には、分類項目→(5) はんだ過剰。
【0051】次に、この他に、部品の実装状態を間接的に判定する上で、はんだ付け状態がどうなっているかにより判定する分類項目は以下の通りとなる。
【0052】(f) はんだの形状は、先端形状にて非対称不均一、更にリード端検出にずれ有り、の各特徴が抽出されたとき。
この場合には、分類項目→(6) リード位置づれ。
【0053】(g) はんだの高さ、長さ、面積、傾斜角において基準より大きく、緩慢(凸形線変化)あり、中央平坦部面積無し、更にリード端よりはんだが中に入り込む、の各特徴が抽出されたとき。
この場合には、分類項目→(7) リード浮き。
【0054】(h) はんだの高さは普通、長さは非常に長く、面積は非常に大きく、行列比は非常に大、傾斜角は非常に小の値、緩慢(凸形線変化)あり、中央平坦部面積はやや大、更にリード端よりはんだが中に入り込む、の各特徴が抽出されたとき。
この場合には、分類項目→(8) リード未着。
【0055】(i) はんだの高さは普通、長さは非常に長く、面積は非常に大きく、量は非常に多量、行列比は非常に大、傾斜角は非常に小の値、緩慢(凸形線変化)あり、中央平坦部面積はやや大、更にリード端検出無、の各特徴が抽出されたとき。
この場合には、分類項目→(9) 部品無し。
【0056】(j) はんだの形状は、先端形状にて非対称不均一、更に部品電極端検出にずれ有り、の各特徴が抽出されたとき。
この場合には、分類項目→(10) 部品位置づれ。
【0057】(k) はんだの高さは普通、長さは非常に長く、面積は非常に大きく、行列比は非常に大、傾斜角は非常に小の値、緩慢(凸形線変化)あり、中央平坦部面積はやや大、更に部品の端子の端部よりはんだが中に入り込む、の各特徴が抽出されたとき。
この場合には、分類項目→(11) 部品立ち。
【0058】そこで、これらの分類を正確に得るため、この実施例では、以下に説明する構成が設けられている。図1、図3に戻り、これらの図において、実装基板2の検査対象物3の上方にはX方向のスリット光発生部31、及びY方向のスリット光発生部32と、X方向の反射ミラ−角度可変機構34、及びY方向の反射ミラ−角度可変機構35が配置されている。そして36は反射ミラ−角度制御部である。
【0059】ここで、X方向のスリット光発生部31とY方向のスリット光発生部32は、実際には互いに直角にX軸方向とY軸方向に配置されている(図1では、判り易くするため、X方向のスリット光発生部32を、X方向のスリット光発生部31の反対側に描いてある)。そして、スリット光発生部31と32の切替えは、スリット光発生切替部33によって行われるようになっている。
【0060】次に、この実施例の動作について説明すると、先ず、検査対象物3の上方のX軸方向に配置されているX方向のスリット光発生部31により、縦のスリット光を発生し、反射ミラ−角度制御部36によりX方向の反射ミラ−角度可変機構34を制御し、その反射ミラ−角度を変化させながら、検査対象物3のX軸方向に縦のスリット光を順に照射させる。この照射光は検査対象物3に対する光切断線となり、これによる像を、ある一定角度をもたせて斜め上方にあるX軸方向の撮像カメラ22、又は23のいずれかにより順次撮像させるようになっている。
【0061】ここで、撮像カメラ22、又は23の選択は、これらによる撮像方向が検査対象物3の一部が検査対象物3自身、又は隣接する別の検査対象物3’の光線陰影に入らない方向となるようにして行なわれる。
【0062】次に、検査対象物3の上方のY軸方向に配置されているY方向のスリット光発生部32により横のスリット光を発生させ、反射ミラ−角度制御部36により反射ミラ−角度可変機構Y35を制御し、その反射ミラ−角度を変化させながら、検査対象物3のY軸方向に横のスリット光を順に照射させる。この照射光は検査対象物3に対する光切断線となり、これによる像を、ある一定角度をもたせて斜め上方にあるY軸方向の撮像カメラ24(図で正面前方に配置されている)、又は撮像カメラ24(正面後方に配置されている)により順次撮像させるようになっている。
【0063】ここでも、撮像カメラ24と25の選択は、これらによる撮像方向が検査対象物3の一部が検査対象物3自身、又は隣接する別の検査対象物3’の光線陰影に入らない方向となるようにして行なわれる。
【0064】図8は、このときの光切断線による撮像動作を示したもので、(a)は、X方向のスリット光発生部31により縦の光切断線1−1’を検査対象物3に照射し、その反射光を撮像カメラ22により撮像した場合で、(b)は、X方向のスリット光発生部31により、縦の光切断線2−2’を検査対象物3に照射し、その反射光を撮像カメラ23により撮像した場合であり、(c)は、Y方向のスリット光発生部32により横の光切断線3−3’を検査対象物3に照射して、その反射光を撮像カメラ24により撮像した場合、そして、(d)は、光切断線発生部Y32により縦の光切断線4−4’を検査対象物3に照射し、その反射光を撮像カメラ25で撮像した場合を示したものである。
【0065】この結果、撮像対象部の形状に応じて、光切断線は撮像方向により凸形状又は凹形状に形成される。こうして撮像カメラ22〜25で撮像した光切断線による画像は、画像処理部71において処理され、ここで予め光切断線の無い画像と比較され、これら2種類の画像から背景が打ち消されて、光切断線による画像データだけが取り出されるようになっており、この結果が形状線デ−タ部72で、被検査対象物3に対応して得られた凸形状又は凹形状の光切断線の形状線デ−タに形成される。また、この形状線デ−タ部72には、各検査対象物3の位置、種類、形状別に高さ、長さ、或いは幅など、予め設定してある分類に従って、部品実装の基準となる基準形状線デ−タが設定・登録されている。
【0066】そこで、認識判定部8は、これらの形状線デ−タと基準形状線デ−タにより、部品の位置、形状を立体判別認識し、形状線デ−タと基準形状線デ−タを比較した結果、以下の通り判定する。
【0067】基準線より左右のずれ量が所定値を越えた場合分類項目→(6) リ−ドずれ基準線より上下のずれ量が所定値を越えた場合分類項目→(7) リ−ド浮き、又は(8) リ−ド未着基準線に対し凸形状又は凹形状の光切断線が得られない場合分類項目→(9) 部品無し基準線より左右のずれ量が所定値を越えた場合分類項目→(10) 部品ずれ基準線より上下のずれ量が所定値を越えた場合分類項目→(11) 部品立ち以上の判定処理の一例を具体例で説明する。
【0068】まず、図9の(a)に示すリードでの良品の場合と、図9(c)に示す部品での良品の場合には、■ 形状パターンデータ:はんだ中央の形状→基準状態■ 形状パターンデータ:はんだ両側の形状→基準状態■ 形状線データ :リード又は部品の高さ→基準値となる。そこで、このときのコード分布は、例えば図10に示すようになる。
【0069】一方、図9の(b)に示すリードでの不良品の場合と、図9(d)に示す部品での不良品の場合には、■ 形状パターンデータ:はんだ中央の形状→基準状態■ 形状パターンデータ:はんだ両側の形状→急峻状態■ 形状線データ :リード又は部品の高さ→基準値より高い値となる。そこで、このときのコード分布は、例えば図11に示すようになり、従って、これらのコード分布から良否を判定することができるのである。
【0070】従って、上記実施例による識別判定動作をフロ−チャ−トで示すと図4の通りになる。まず、真上上方の撮像カメラ21により画像撮像を行ない、これにより検査対象物3の部品位置と、画像取り込み範囲のリ−ド全体位置とを確認し、次に、斜め上上方撮像カメラ22〜25のいずれかにより画像撮像を行ない、画像取り込み範囲のリ−ド全体位置を確認する(S1〜S3、なお、Sはステップの略)。
【0071】次に、これらの位置確認結果により、各リ−ドごとのはんだ付け状態をみるのに必要な検査領域を、ウインドとして各々設定し、各ウインドごとに、ウインド内の画像を既述の方法により、各画素ごとに形状コ−ドを形成し、ウインドごとに形状コ−ドデ−タパタ−ンを作成する(S4〜S6)。このとき、S6では、はんだ付け状態を特徴付けして判定するために、はんだ付け状態の形状情報データから、高さ、長さ、面積、傾斜角、急峻性、中央平坦面積のそれぞれの識別項目の形状絶対値、又は相対値、更に形状パタ−ン等を作成区分するようになっている。
【0072】これより、はんだ付け状態を示す典型的な分類状態として、(1) 良、(2) ぬれ不良、(3) 不足、(4) はんだ無、(5) 過剰、(6) リードずれ、(7) リード浮き、(8) リード未着、(9) 部品無し、(10) 部品ずれ、(11) 部品立ち、等の抽出判定が行なわれ、良品はS7で、そして不良品はS8で、それぞれ抽出される。
【0073】しかして、実際には、これらS7、S8では何れとも明確に判定ができない検査対象物が存在する。そこで、このような明確に不良品とは判定できないが、他方、良品としても曖昧・不確定な判定しかできなかった検査対象物に対しては、続いてS9以降の処理に進み、まず、このような曖昧・不確定な判定が、どの項目について表われてしまったのかを分類する(S9〜S14)。
【0074】次に、再び真上上方撮像カメラ21により画像撮像を行ない、検査対象物の部品位置を確認し(S15)、画像取り込み範囲内のリ−ド全体位置を確認すると共に、さらに、斜め上上方撮像カメラ22〜25のいずれかによる撮像データによっても、画像取り込み範囲のリ−ド全体位置を再度確認し(S16)、これらの結果により、続いてリ−ドとはんだ付け状態をみるのに必要な検査領域を定めるためのウインドを再設定する(S17)。
【0075】次に、スリット光発生部31、32のいづれかによりスリット光を発生させ、反射ミラ−角度制御により、設定されている検査領域のウインドに対し光切断線を照射し(S18)、これにより斜め上上方撮像カメラ22〜25のいずれかにより撮像を行ない(S19)、この撮像データから凸形状又は凹形状の光切断線の形状線デ−タを得る(S20)。
【0076】このようにして、凸形状又は凹形状の光切断線の形状線デ−タが得られれば、これから部品の位置、形状を立体的に認識することができるようになる。そこで、この形状線デ−タと基準形状線デ−タを比較した結果、S21〜S25で、順次以下のような判定処理を行なうのである。
【0077】S21基準線より左右のずれ量が所定値を越えた場合分類項目→(6) リ−ドずれS22基準線より上下のずれ量が所定値を越えた場合分類項目→(7) リ−ド浮き、又は(8) リ−ド未着S23基準線に対し凸形状又は凹形状の光切断線が得られない場合分類項目→(9) 部品無しS24基準線より左右のずれ量が所定値を越えた場合分類項目→(10) 部品ずれS25基準線より上下のずれ量が所定値を越えた場合分類項目→(11) 部品立ちこの場合、当然のことながら、光切断線の形状線デ−タに異常があれば不良であり、異常がなければ良品であるから、これをS20で判定して最終的に良品か否かを識別するのである。
【0078】従って、この実施例によれば、良品であることについて曖昧・不確定な判定しか得られなかった場合には、さらに部品の実装状態により、良品か不良品かについての最終的な判定がなされることになり、常に確実に正確な良否判定を得ることができる。
【0079】ところで、上記したように、このような場合、不良品の見逃しは絶対避ける必要があり、このため、不良検出率を上げることが大きな命題であり、同様に良品の見誤りは極力少なくする必要があり、このため、良品虚報率を下げることも大きな命題である。
【0080】そこで、この実施例では、図4のフロ−チャ−トに示すように、2種類の判定手段を併用し、適材適所の形状認識判定を行なうように構成したものであり、この結果、曖昧な境界値又は不明確な形状については、段差照明部と斜め上方撮像カメラ21からなる撮像手段による形状デ−タとパタ−ンの判定による第1の手段と、スリット光と斜め上方撮像カメラ22〜25からなる撮像手段による光切断線の判定による第2の手段とを用い、どちらの手段でも良品と判定されたときだけ最終的に良品と判定する、AND条件による判定技法と、第1の手段による判定と第2の手段による判定の何れかの結果が一致しなかった場合は良品と判定せず、どちらかが良品以外の判定をした場合を優先する、OR条件による判定技法を採用しているので、常に確実な判定結果を得ることができるのである。
【0081】従って、この実施例によれば、まず検査対象物の典型的な判定を得たのち、残された検査対象物の曖昧・不確定な境界値又はパタ−ンも的確に判定が得られ、判定内容を充実させることができ、検査、測定の効率を大幅に向上することができ、はんだ付け状態の検査、測定レベルを的確にすることができる。
【0082】なお、このとき、プロセスにより、識別項目によっては、判定分類にしたがった区分が明確にはなし得ない場合も有り、従って、識別による効果が充分に得られるような項目を選定しなければならないことはいうまでもなく、また、これらの識別項目を、識別の明確さと重要度に応じて優先順位を付け、これにより判定処理における特徴抽出が確実に行なわれるようにしなければならないことも、いうまでもない。
【0083】また、逆に、本発明の各2つの判定手段において、判定優先度の高い手段で検査対象の全数を検査し、次の判定手段においては検査対象の少なくとも前者の判定において良品、の部分のみを検査する。本方法により、はんだ付け状態の検査、測定レベルを的確にし、検査、測定の効率を大幅に向上し、システムとして速度向上することが可能である。
【0084】即ち、先ず、検査対象の全数を、この場合、判定優先度の高い手段である形状線判定部(すなわち、第2の手段)により検査する。前記形状線判定部により、形状線データを求め、検査対象物の位置と形状を求め、明確な良品、不良を抽出判定し、次に、検査対象の一部、別の判定手段である形状パターン判定部、(すなわち、第1の手段)により検査する。少なくとも、良品、抽出判定に対して、前記形状パターン判定部により、検査対象物の大きさと形状を求め、さらに形状データパターンの特徴を抽出し、特に、はんだ付けの良品、不良を抽出判定するとともに、これらを併せて、検査対象物の状態を認識判定することを特徴とするはんだ付けおよび実装状態の外観検査装置としたものである。
【0085】以上述べた実施例によれば、特に、形状値と形状デ−タパタ−ンにより、主として、はんだ良、はんだ不足、はんだぬれ不良、はんだ無し、はんだ過剰などを微妙なはんだ付けの条件変化に対応して識別判定し、形状線デ−タにより、リ−ドずれ、リード浮き、リード未着、部品無し、部品ずれ、部品立ちなど、微妙なはんだ付部のリ−ド形状、部品実装形状等の条件変化に対応して識別判定し、最適、的確に判断を行うことができ、判定内容を容易に充実させることができ、はんだ付け状態の検査、測定レベルを的確にし、検査、測定の効率を大幅に向上することが出来る。
【0086】また、以上の実施例によれば、はんだ付け状態とリ−ドの形状、及び部品実装状態の形状に対して、主として、はんだ形状を形状デ−タ(高さ、長さ、面積等の形状値)と形状デ−タパタ−ンにより識別判定する方法と、主として、リ−ド及び部品実装形状を光切断線による形状を識別判定する方法とを組合わせ、これらにより総合識別判定するようにしたので、より詳細に、しかもより的確な判定が可能となる。
【0087】すなわち、この実施例によれば、検査対象物に、主としてはんだ付け状態を対象として、その上方に配置された照明手段により、検査対象物に対して角度を異ならしめて光照射を行ない、この光照射による検査対象物の表面からの反射光を上方から撮像し、検査対象物の大きさと形状を求め、さらに形状データパタ−ンの特徴を抽出することにより良品、不良品を抽出判定しすると共に、主として部品の形状の実装状態を対象として、検査対象物の上方に配置したスリット光照明手段により、検査対象物に光照射を行ない、反射光を光切断線として、ある一定角度をもたせて上方から撮像し、当該光切断線の撮影画像を画像処理することにより形状線データを求め、検査対象物の位置と形状を求め、良品、不良品を抽出判定するようにし、これらを併せて、検査対象物の状態を認識判定するようにしたので、はんだ付け状態の検査と測定レベルの設定が的確にでき、検査、測定の効率を大幅に向上することが出来る。
【0088】また、上記実施例によれば、検査対象物の上方に配置された照明手段により、検査対象物に対して角度を異ならしめて光照射を行ない、この照明の光照射による検査対象物の表面からの反射光を真上上方及び斜め上方からからとらえて電気信号に変換し、この電気信号から当該反射光の画像分布データを画素ごとに演算処理し、検査対象物の大きさと形状を求め、さらに形状データパタ−ンの特徴を抽出し、はんだ付け部の明確な良品、不良を抽出判定すると共に、他方、曖昧・不明確な抽出判定しか得られなかった検査対象物に対しては、その上方に配置されたスリット光発生手段により、検査対象物に対して光照射を行い、当該反射光を光切断線として、ある一定の角度を持たせて上方から撮像し、こうして得られた撮像画像を画像処理し、形状線デ−タを求め、検査対象物の位置と形状を判断して良品、不良品を抽出判定し、これらを併せて検査対象物の状態を認識判定するようにしており、従って、はんだ付け状態の検査と測定レベルの設定が的確に得られ、検査、測定の効率を大幅に向上し、システムとして処理を高速化することが出来る。
【0089】また、上記実施例では、一般的なフラットパッケ−ジ型電子部品のはんだ付け状態についての識別判定について説明したが、J形のリ−ドの電子部品のはんだ付け状態についても、斜め上方の撮像カメラ22〜25のいずれかにより撮像したデータにより、上記実施例と同様に、はんだ付け状態についての識別判定による外観検査を行うことも容易である。
【0090】また、本発明は、上記実施例に限らず、任意の物体を対象として適用することも可能なことは、言うまでもない。
【0091】また、本発明は、上記した実施例のおける形状情報デ−タ、形状データパタ−ンに代えて、例えば形状傾斜角度コ−ドデ−タ、形状傾斜角度コ−ドデ−タ分布パタ−ンにより特徴を抽出し、これにより明確な良品、不良品の抽出判定を行なうようにしたものとしても実施可能である。
【0092】また、上記実施例では、段差照明による撮像と、スリット光による撮像に使用する撮像カメラとを共通にしているが、これらを別々の撮像カメラとしてとして実施するようにしてもよい。
【0093】また、上記実施例では、4個の光源を用い、照明角度を4段階に変化させているが、本発明は、これに限らず実施可能で、例えば、はんだ周囲環状照明の角度方向に2等分によるはんだ前後照明による傾斜角度方向の識別を行なうようにしたり、或いは、4等分により、はんだ左右方向照明を用い、これにより傾斜角度方向の識別精度向上や、近接する部品に対する影響を除き、切り分けの識別も可能にしたりしてもよい。
【0094】また、本発明は、4段照明に限定されることはなく、3段、あるいは4段以上であっても同様の効果が得られることはいうまでもない。
【0095】さらに、上記実施例では、照射装置から照射される光を単一の波長の光としている。しかし、各段毎に色を変化させて照射させるようにしてもよい。
【0096】すなわち、本発明は、互いに色相を異にした複数の光源を用い、これらにより照明された被検査はんだ付け面を複数の角度から撮像し、このはんだ付け面のそれぞれの角度の画像情報を得るようにするのである。
【0097】このような本発明の具体的の実施例としては、多段の場合は当該各段、多方向の場合は該各方向の照明について、その各々の角度、すなわち、光の各照射角度に対応して固有の色の光を発光させることにより、画像分布データの抽出をより高速化することができる。たとえば、照明手段を赤色、緑色、黄色、青色等の複数の色相とした場合は反射光の色相の違い、変化により各照射角度が特定できるため、時間とともに光源を切替えたり、移動する必要がなくなり、処理の高速化が可能になるのである。
【0098】
【発明の効果】本発明によれば、検査対象物、例えばはんだ付け部の判定をそれぞれの各箇所ごとに、微妙なはんだ付けの条件変化に対応し、はんだ付け状態の形状がどのような状態にあるかを、形状デ−タとパタ−ンにより、まず最初は、典型的に明確な良品、不良品を判別区分し、ついで、少なくとも曖昧・不明確なはんだ付け部のそれぞれの各箇所に対しては、はんだ付け状態の形状がどのような状態にあるかを、形状線デ−タにより再度形状の特徴抽出を詳細に行なうようにしたので、判定内容を容易に充実させることが出来、はんだ付け状態の検査.測定レベルを的確にし、検査、測定の効率を大幅に向上することが出来る。
【0099】また、逆に、各判定の手段において、初めに第2の判定手段において検査対象の全数を検査し、次に第1の判定手段において検査対象の少なくとも前者の判定において良品、の部分のみを検査する方法により、はんだ付け状態の検査、測定レベルを的確にし、検査、測定の効率を大幅に向上し、システムとして速度向上することが可能である。
【0100】そして、この結果、本発明によれば、はんだ付けの形状状態の品質を高度に、かつ高速に検出把握し、判別管理出来る。すなわち、はんだ付けの形状状態をより精度良く分析し、これを的確に分類把握し、認識判定し、認識率、すなわち、不良検出率の向上と、良品を不良と判定してしまう誤報である虚報率を改善することができる。




 

 


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