JP2009042089A - 基板外観検査装置 - Google Patents

Abstract

【課題】カラーハイライト照明で検出が難しいはんだの急峻な面や平坦面を判別できるようにするとともに、はんだ以外の部位を白色照明下で撮像できるようにする。
【解決手段】基板Ｓの上方に、カラーカメラ１Ａと赤外線カメラ１Ｂとを各受光面が基板面に対向するように配備する。またカメラ１Ａ，１Ｂと基板Ｓとの間には、赤、緑、青の各可視光をそれぞれ異なる方向から照射する第１照明部２Ａと、カメラ１Ａの光軸１１に沿って赤外光を照射する第２照明部２Ｂとを設ける。カメラ１Ａでは、第１照明部２Ａからの光に対する基板Ｓからの反射光の入射によるカラー画像を生成し、カメラ１Ｂは、赤外光に対する反射光の入射による濃淡画像を生成する。フィレット以外の部位を検査する場合には、カラー画像の対応箇所の画像を処理し、フィレット検査の際には、カラー画像および濃淡画像を用いて５段階の傾斜レベルに相当する部位を特定する。
【選択図】図２

Description

この発明は、部品が実装され、各実装部品に対するはんだ付けが終了したプリント基板（以下、「部品実装基板」または単に「基板」という。）を撮像し、生成された画像を用いて部品の実装状態やはんだの表面状態などの適否を判別する基板外観検査装置に関する。

出願人は、従前より、「カラーハイライト方式」と呼ばれる基板外観検査装置を数多く開発している。このカラーハイライト方式の基板外観検査装置（以下、単に「検査装置」という。）は、２次元カラーカメラと、赤、緑、青の３種類の色彩光をそれぞれ異なる方向から照射する照明装置とを具備する（特許文献１，２参照。）。

特公平６−１１７３号公報 特開２００２−２９６１９８号公報

上記の検査装置において、カラーカメラは、基板の上方に、受光面を基板面に対向させて配備され、照明装置は、赤、緑、青の各色彩光を発するリング状光源がそれぞれ中心軸を撮像装置の光軸に合わせて配備される。また基板面に対する仰角が最も大きな方向から赤色光が照射され、次に仰角が大きい方向から緑色光が照射され、仰角が最も小さい方向から青色光が照射されるように、各光源の径や高さが調整されている。またリング状光源に代えて、多数のＬＥＤを同心円状に配列した構成の照明装置が用いられる場合もある。

上記構成の光学系により、はんだ付け後の基板に形成されたはんだフィレット（以下、単に「フィレット」という。）を照明すると、各光源からの色彩光は、いずれもフィレットの表面で鏡面反射し、フィレットの傾斜角度によって異なる色彩の反射光がカメラに入射する。具体的には、フィレットの下部の傾斜が緩やかな部分では、仰角が最も大きい赤色光源からの光に対する反射光がカメラに入射し、フィレットの上部の傾斜が急な部分では、仰角が最も小さい青色光源からの光に対する反射光がカメラに入射する。また、フィレットの中央部では、緑色光源からの光に対する反射光がカメラに入射するようになる。

カラーハイライト方式の検査装置では、上記の光学系により生成されたカラー画像を２値化して、赤、緑、青の各色彩が現れている領域（以下、「色彩領域」という。）を抽出し、各色彩領域の面積や位置などを計測する。そしてこれらの計測値をあらかじめ登録した基準値と比較することにより、フィレットの大きさや傾斜状態の適否を判別している。

さらにこの検査装置では、赤、緑、青の各色彩光が混合したときに白色光となるように各光の光量を調整することにより、基板の表面や部品本体のように拡散反射が大きくなる部位を、反射に伴う白色光による照明下で撮像するようにしている。このようにはんだ以外の部位については、本来の色彩や形状が明瞭に現れたカラー画像が生成されるので、たとえば部品の有無検査のために部品の色彩を抽出したり、実装間違い検査のために部品本体に印刷された文字を抽出するなどの処理を容易に行うことができる。また検査に使用された画像を表示する場合に実際の基板に近い状態の画像を表示できるので、ユーザが表示画像を確認する際に違和感を感じることがない。
したがって、カラーハイライト方式の検査装置によれば、はんだに対する検査と、はんだ以外の部位に対する検査とを、同じカラー画像を用いて実行することが可能になる。

さらに、上記の特許文献２には、カラーハイライト照明用の照明装置のほかに補償用照明部を設け、この補償用照明部によりカラーハイライト照明より低い角度から基板に青色光を照射することによって、はんだの側方の急峻な面も青色領域に含まれるようにすることや、カラーハイライト照明の各色彩光と補償用照明部からの青色光とを合成した光が白色光となるように各光の光量を調整することが、記載されている。

カラーハイライト方式の光学系では、各色彩光の照射角度の範囲が限定されているので、カラー画像に反映させることのできる傾斜面の角度範囲もおのずと限定される。このため、図９に示すように、半球状のはんだ７０に対する反射状態を考えた場合、底部のきわめて急峻な面では、急な面を検出するための青色光でも正反射光をカメラ１に入射させることができない状態になる。また天頂部の平坦な面では、緩やかな面を検出するための赤色光でも正反射光をカメラ１に入射させることができない状態になる。このようにカメラ１に正反射光を入射させることのできない部位は、いずれもカラー画像では暗領域となるので、傾斜状態が急峻であるのか、平坦であるのかを特定するのが困難である。

このような問題を解決する方法として、できるだけ大きな範囲から光が照射されるように照明装置を大きくしたり、照明装置の配置位置を低くする方法が考えられる。
しかし、カラーハイライト方式の照明装置では、全方位型の照明を行うので、照射範囲を広げるには全ての方位で幅を拡大をしなければならず、照明装置が大型化し、基板や部品が小型化している現状に対応できない。また、照明部を低くすると、背の高い部品が実装されている基板に対応するのが困難になる。

この発明は、上記の点に鑑み、カラーハイライト照明で検出が難しいはんだの急峻な面や平坦面を判別できるようにするととともに、はんだ以外の部位を、従来と同様に白色照明下で撮像できるようにすることを課題とする。同様の課題は、特許文献２にも開示されているが、この発明における課題を解決するための構成は、特許文献２とは全く異なる。

上記の課題を解決するための検査装置は、検査対象の基板の上方に受光面が基板面に対向するように配備され、基板のカラー画像を生成する第１の撮像手段と、混合すると白色光になる関係にある複数の可視光を、それぞれ基板面に対する仰角が異なり、かつ第１の撮像手段の光軸に対して斜めになる方向から基板面に照射する第１の照明手段と、第１の照明手段による照明方向よりも基板面に対する仰角が大きくなる方向から基板面に非可視光を照射する第２の照明手段と、第２の照明手段から照射された非可視光に対する基板面からの反射光のうち第１の撮像手段の光軸に沿って進行する反射光が入射するように配置され、この反射光の入射状態を反映した濃淡画像を生成する第２の撮像手段と、第１の撮像手段により生成されたカラー画像と第２の撮像手段により生成された濃淡画像とを用いて基板上のはんだに対する検査を行うとともに、はんだ以外の部位について、カラー画像中の対応箇所の画像を用いた検査を実行する検査実行手段とを備える。また、検査実行手段は、はんだに対する検査において、カラー画像中のはんだに対応する箇所のうち第１の照明手段からの照明光に対応する色彩が現れた部分については、出現した色彩に対応する照明光の照射方向に基づいて傾斜状態を判別し、暗領域となった部分については、濃淡画像中の対応領域の明度に基づいて傾斜状態を判別する。

上記において、第１の撮像手段および第１の照明手段は、カラーハイライト方式の光学系に相当するものである。なお、第１の撮像手段は、光軸を鉛直方向に合わせて配備されるのが望ましいが、これに限らず、鉛直方向に対し光軸が若干傾いた状態で配置されてもよい。

第２の照明手段からは、赤外光や紫外光などの非可視光が出射される。この非可視光は、基板面に対し、第１の照明手段による照明方向よりも仰角が大きくなる方向から照射されるので、この照明光に対する正反射光のうち、第１の撮像手段の光軸の方向に沿って進行するのは、平坦に近い面からの正反射光、すなわち可視光に対する正反射光を第１の撮像手段に入射させるのが困難な面からの正反射光となる。この正反射光が第２の撮像手段に入射して生成された濃淡画像では、はんだの平坦面が他の部分より明度の高い領域として現れる。一方、はんだの急峻な面については、非可視光に対する正反射光も第２の撮像装置に入射する光とはならないので、濃淡画像中の対応箇所は暗領域となる。

前出の図９に示したように、はんだの平坦面および急峻な面は、カラー画像ではいずれも暗領域となるが、非可視光による濃淡画像では、両者の明度は大きく異なるものになる。よって、濃淡画像中の明度に基づいて、これらの面の傾斜状態を判別することが可能になる。

上記構成の検査装置では、第１の照明手段による照明下での第１の撮像手段による撮像と、第２の照明手段による照明下での第２の撮像手段による撮像とを順次実行するか、後記する光路変換手段により第２の照明装置からの非可視光に対する反射光が第１の撮像装置に入射しないようにして、各撮像手段による撮像を同時に行うのが望ましい。このようにすることによって、拡散反射が優勢になる部位について、従来と同様に、各可視光の拡散反射による白色照明下でのカラー画像を生成することができる。よって、はんだ以外の部位に対する検査も安定して行うことが可能になる。

上記検査装置の好ましい一態様では、第１、第２の撮像手段は別体の撮像装置として構成されるとともに、第１の撮像手段の光軸上には、基板面からこの光軸に沿って進行した非可視光の反射光が第１の撮像手段に入射しない位置に導かれるように、当該反射光の光路を変更する光路変更手段が設けられる。さらにこの光路変更手段により変更された光路上に第２の撮像手段が配置される。

上記の態様によれば、第２の照明手段からの非可視光に対する反射光が第１の撮像手段の光軸に沿って進行しても、その反射光は第１の撮像手段に入射せずに第２の撮像手段に入射するので、非可視光の影響を受けないカラー画像を安定して生成することができる。また、可視光照明と非可視光照明とを同時に行いながら各撮像手段を同時駆動することができるので、検査の時間を短縮することが可能になる。

上記検査装置の他の好ましい態様では、第１、第２の撮像手段は、基板の上方に受光面が基板面に対向するように配備された１台の撮像装置として一体化されるとともに、撮像装置の撮像素子に可視光および非可視光の各反射光を順に切り換えて入射させる入射光切替手段と、入射する光が切り替えられるのに応じて前記撮像装置に撮像を行わせる撮像制御手段とが、さらに設けられる。

上記の態様によれば、第１、第２の撮像手段が一体化されるので、光学系をより小型にすることができる。また可視光照明下での撮像と非可視光照明下での撮像を別個に行う必要があるが、各撮像における撮像対象領域が一致するので、２つの画像間の対応関係を簡単に特定することができる。

上記検査装置の他の好ましい一態様では、検査実行手段は、はんだに対する検査において、カラー画像中のはんだに対応する箇所に生じた暗領域のうち、濃淡画像における明度が第１のしきい値を上回った箇所を平坦面であると判別し、濃淡画像における明度が第１のしきい値より低い第２のしきい値を下回った箇所を急峻な面であると判別する。

上記の態様では、あらかじめ登録されている位置情報等に基づいて検査対象のはんだに対応する箇所を特定することができれば、この箇所に暗領域として現れた部分について、濃淡画像における明度に基づき傾斜状態を精度良く判別することができる。

他の好ましい一態様では、検査実行手段は、はんだに対する検査において、カラー画像中の第１の照明装置からの各可視光に対応する色彩が並ぶ方向において、基板面に対する仰角が最も大きい方向から照射される可視光に対応する色彩を挟んで他の可視光に対応する色彩に対向する位置に現れた暗領域を対象に、濃淡画像中の対応領域の明度に基づき傾斜状態を判別する。

さらに他の好ましい一態様では、検査実行手段は、はんだに対する検査において、カラー画像中の第１の照明装置からの各可視光に対応する色彩が並ぶ方向において、基板面に対する仰角が最も小さい方向から照射される可視光に対応する色彩を挟んで他の可視光に対応する色彩に対向する位置に現れた暗領域を対象に、濃淡画像中の対応領域の明度に基づき傾斜状態を判別する。

上記した２つの態様では、カラー画像中にはんだの傾斜面を反映した特徴が現れている部分に隣接する暗領域のみを対象に傾斜状態の判別を行うので、カラー画像中のはんだに対応する箇所を正確に特定せずに処理を行い、その処理範囲にはんだ以外の鏡面反射性の高い部位が存在した場合でも、その部位がはんだとして誤判別されるのを防止することができる。よって、検査の精度を確保することができる。

上記構成の検査装置によれば、カラー画像中にいずれかの可視光に対応する色彩をもって現れる部分のほか、色彩が明瞭でない暗領域として現れるはんだの平坦面や急峻な面についても、非可視光による濃淡画像中の対応箇所の明度に基づいて、その傾斜状態を判別することが可能になる。また、はんだ以外の部位についても、非可視光による照明の影響を受けることなく、従来と同様に、白色照明下での撮像が可能になり、検査の精度を確保することができる。

以下、部品実装基板の製作に係る一連の工程（はんだ印刷工程、部品実装工程、はんだ付け工程）を経た基板を対象に、各部品の実装状態やフィレットの形状等の適否を検査する基板外観検査装置の一例を説明する。

図１は、この実施例の基板外観検査装置の電気構成例を示すブロック図である。
この検査装置には、検査対象の基板の画像を生成する手段として、カメラ１および照明部２が２つずつ設けられる（以下では、各カメラ１および各照明部２を対応関係にあるもの同士で組み合わせ、各組をＡ、Ｂの符号により区別する。）。さらにこの検査装置には、Ｘステージ部３、Ｙステージ部４、制御処理部５などが設けられる。このほか図１には示していないが、この検査装置には、検査対象の基板を支持するための基板支持テーブルや、基板を搬出入するための搬出入機構なども設けられる。

Ｘステージ部３は、各カメラ１Ａ，１Ｂおよび照明部２Ａ，２Ｂを基板支持テーブルの上方で支持し、Ｙステージ部４は基板支持テーブルを支持する。いずれのステージ部３，４とも、その支持対象を、一軸に沿って移動させることが可能である。また一方のステージ部による移動の方向は、他方のステージ部による移動の方向に直交する関係にある。

制御処理装置５は、コンピュータによる制御部５０に、各カメラ１Ａ，１Ｂに対応する画像入力部５２Ａ，５２Ｂ、各照明部２Ａ，２Ｂに対応する照明制御部５３Ａ，５３Ｂ、撮像制御部５１、Ｘステージ駆動部５４、Ｙステージ駆動部５５、入力部５６、表示部５７、通信用インターフェース５８などが接続された構成のものである。

２つの照明部２Ａ，２Ｂ（以下、「第１照明部２Ａ」「第２照明部２Ｂ」という。）のうち、第１照明部２Ａは、赤、緑、青の各可視光を出射し、第２照明部２Ｂは赤外光を出射する。また２つのカメラ１Ａ，１Ｂのうちのカメラ１Ａはカラーカメラであり、第１照明部２Ａからの可視光に対する反射光を撮像する。他方のカメラ１Ｂは、赤外線カメラであり、第２照明部２Ｂからの赤外光に対する反射光を撮像して、濃淡画像を生成する。なお、ここでは説明を簡単にするため、各カメラ１Ａ，１Ｂは、同一の領域を撮像するように、視野サイズや位置関係が調整され、画像間における画素の対応関係も既知になっているものとする。

画像入力部５２Ａ，５２Ｂには、それぞれ対応するカメラ１Ａ，１Ｂからの画像信号を受け付けるためのインターフェース回路やＡ／Ｄ変換回路が設けられる。また画像入力部５２Ａには、Ｒ，Ｇ，Ｂの画像信号毎に各種回路が個別に設けられる。

撮像制御部５１は、各カメラ１Ａ，１Ｂに同時に駆動信号を与えることにより、これらのカメラ１Ａ，１Ｂに同期するタイミングで撮像を行わせる。
照明制御部５３Ａ，５３Ｂは、それぞれ対応する照明部２Ａ，２Ｂの光量や点灯のタイミングを制御する。また第１の照明部２Ａに対する照明制御部５３Ａでは、赤、緑、青の各可視光が混合したときに白色光となるように、照明部２Ａ内の各ＬＥＤ２１Ｒ，２１Ｇ，２１Ｂ（図２に示す。）の光量を調整する。

入力部５６は、ティーチングの際の設定操作などを行うためのもので、キーボードやマウスなどを含む。表示部５７は、検査用の画像や検査結果などを表示するためのもので、液晶パネルなどにより構成される。通信用インターフェース５８は、検査結果を外部の装置に送信する目的で使用される。

上記構成において、制御部５０内のメモリには、基板に割り付けられた撮像対象領域にカメラ１を位置合わせするのに必要なＸ，Ｙステージ部３，４の移動量が登録される。また基板上の部品毎に、検査領域の設定や良否判別に係る判定基準値などが登録される。これらメモリに登録されるデータ（以下、「検査用情報」という。）は、いずれも、ティーチング時に、良品基板の画像を用いるなどして、ユーザにより設定される。

制御部５０は、上記の検査用情報に基づき、Ｘステージ駆動部５４やＹステージ駆動部５５を介してＸステージ部３およびＹステージ部４の移動量を調整し、カメラ１Ａ，１Ｂの視野を基板の撮像対象領域に位置合わせする。そして、この位置合わせ状態下で照明部２Ａ，２Ｂに照明を行わせながら各カメラ１Ａ，１Ｂを駆動し、検査用画像を生成する。生成された検査用画像は、画像入力部５２Ａ，５２Ｂを介して制御部５０内の画像メモリ（図示せず。）に入力される。制御部５０は、これらの検査用画像を、各種検査用情報に基づき処理し、部品やフィレットに対する検査を実行する。

図２は、上記検査装置の光学系の構成を示す。
図中、Ｓは検査対象の基板であり、７は基板Ｓ上に実装されたチップ部品を、７１はこのチップ部品７と基板Ｓとの間に形成されたフィレットを、それぞれ示す。
各カメラ１Ａ，１Ｂおよび各照明部２Ａ，２Ｂは、図示しない支持部材により、常にこの図２に示した位置関係を維持するように支持されている。

この実施例のカメラ１Ａ，１Ｂは、それぞれ受光面が基板Ｓの基板面に対向するように光軸１１，１２を鉛直方向に合わせた状態にして、基板Ｓの上方に横並びに配置される。
第１照明部２Ａは、ドーム型の筐体２０の内面に、赤、緑、青の各可視光を発するＬＥＤ２１Ｒ，２１Ｇ，２１Ｂがそれぞれ複数個配備された構成のものである。筐体２０の天頂部分には、上方に突出する筒状の開口部２２が形成され、各ＬＥＤ２１Ｒ，２１Ｇ，２１Ｂは、それぞれこの開口部２２を取り囲むように同心円状に配列されている。これらのうち、赤色光を発するＬＥＤ２１Ｒの同心円は開口部２２に最も近い位置に配置され、青色光を発するＬＥＤ２１Ｂの同心円は開口部２２から最も遠い位置に配置され、これらの同心円の間に、緑色光を発するＬＥＤ２１Ｇの同心円が配置される。

上記の第１照明部２Ａは、開口部２２の開口中心をカラーカメラ１Ａの光軸１１に合わせた状態で配備されている。この第１照明部２Ａとカラーカメラ１Ａとの関係は、従来のカラーハイライト方式の光学系と同様であるが、開口部２２の内面は鏡面に加工されている。

第２照明部２Ｂは、直方体状の筐体２４内に、赤外ＬＥＤ（図示せず。）を用いた面状光源２５（以下、「赤外光源２５」という。）、ハーフミラー２６、赤外反射ミラー２７などを組み込んだ構成のものである。ハーフミラー２６は赤外線カメラ１Ｂの光軸１２上に、赤外反射ミラー２７はカラーカメラ１Ａの光軸１１上に、それぞれ配備され、赤外光源２５は、ハーフミラー２６を挟んで赤外反射ミラー２７に対向する位置に、光軸２８を水平にして配備される。また、各ミラー２６，２７は、それぞれ上半分を赤外光源２５側に向け、鉛直方向に対して鏡面を４５度傾けた状態で配備される。

なお、図２には図示していないが、第２照明部２Ｂの筐体２４の下面の赤外反射ミラー２７の真下にあたる位置には、第１照明部２Ａの開口部２２の外径に応じた大きさの係合孔が形成されている。また筐体２４の上面のカメラ１Ａ，１Ｂの真下にあたる位置には、それぞれ撮像用の覗き穴が形成されている。
双方の照明部２Ａ，２Ｂは、上記の係合孔の位置で筐体２４を開口部２２に嵌め込むことにより、図２に示す関係をもって連結された状態になる。またこのとき、赤外反射ミラー２７の下端部は、第１照明部２Ａの開口部２２の上端縁にほぼ接した状態になる。

赤外光源２５から出射された赤外光は、ハーフミラー２６を透過した後に赤外反射ミラー２７で反射し、カラーカメラ１Ａの光軸に沿って進む光となって開口部２２を通過する。開口部２２の内面は鏡面になっているので、この鏡面による赤外光の発光領域がＬＥＤ２１Ｒによる赤色光の発光領域に連続し、基板面においても、３種類の可視光の照射範囲に赤外光の照射範囲を連続させることができる。

上記の赤外光に対する基板Ｓからの反射光のうちカメラ１Ａの光軸１１に沿う方向に反射した光は、赤外反射ミラー２７およびハーフミラー２６を介して赤外線カメラ１Ｂへと導かれる。このように、各ミラー２６，２７は、第２照明部２Ａの構成部材であるとともに、基板Ｓからカラーカメラ１Ａの光軸に沿って進行する赤外光の反射光の光路を変更するための光路変更手段としても機能することになる。

第２照明部２Ａからの赤外光は、基板面Ｓにほぼ真上から照射されるので、赤外光に対してフィレット７１で正反射した光のうちカメラ１Ａの光軸に沿う方向に反射するのは、水平または水平に近い面（以下、これらを「平坦面」という。）からの反射光、すなわちフィレット７１の形状が良好である場合には、下端部からの反射光になると考えられる。よって、赤外線カメラ１Ｂにより生成された濃淡画像（以下、「赤外光画像」という。）では、フィレット７１の平坦面に対応する部分の明度が他の部分に比べて顕著に高い状態となる。

一方、第１照明部２Ａからの各可視光に対しカメラ１Ａの受光面に向かって反射した光は、赤外反射ミラー２７を透過し、カラーカメラ１Ａに導かれる。よって、カラーカメラ１Ａでは、赤外光による照明の影響を受けることなく、第１照明部１Ａからの可視光照明に対する反射光を受け付けて、カラー画像を生成することができる。

また上記したように、筐体２Ａの筒状体２２の内面を鏡面にすることによって、基板Ｓにおける赤外光の照射範囲が各可視光の照射範囲に連続するようにしたので、フィレット７１の各光に対応する傾斜角度の面がそれぞれ対応する光の照射範囲となるように、基板Ｓと光学系との位置関係が調整されていれば、各可視光に対応する色彩領域により傾斜角度を判別できる範囲と赤外光の正反射による明領域により傾斜角度を判別できる範囲とを連続させることができ、フィレットを構成する一連の面全体を検査することが可能になる。

図３では、上記のフィレット７１について、第１照明部２Ａの照明に対してカラーカメラ１Ａに入射する正反射光の色彩を対応づけた模式図（ａ）、上記の入射状態下のカメラ１Ａにより生成されたカラー画像における色彩の分布状態を示す模式図（ｂ）、および第２照明部２Ｂの照明に対して赤外線カメラ１Ｂにより生成された赤外光画像における明暗の分布状態を示す模式図（ｃ）を、対応づけて示す。この例のカラー画像では、フィレット７１の傾斜面のうち、上端部の最も急峻な面と下端部の平坦面とに対応する箇所が色彩が明瞭にならない暗領域となっている。一方、赤外光画像では、カラー画像で暗領域となった平坦面が最も明るい領域となるが、赤色領域となっている箇所では明度がやや低下する。さらに傾斜が急な部分は、暗領域となる。

制御部５０のメモリには、図４に示すようなテーブルが格納されている。このテーブルは、カラー画像における色彩と赤外光画像における明るさとの組み合わせにより傾斜角度を５段階のレベルに分類したものである。各レベルに対応する傾斜角度はそれぞれ連続しており、最も傾斜が急なものがレベルＡであり、以下、Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅの順に緩やかになる。また、カラー画像でも明度が著しく低いものは、色彩ではなく「暗」（暗領域の意味）としている。
各傾斜レベルＡ〜Ｅに対応する傾斜角度の範囲は、各照明光の照射角度の範囲から導き出されたものである。

制御部５０は、フィレットに対する検査において、カラー画像中の色彩と赤外線画像の明るさの度合との組み合わせにより上記のテーブルを参照し、各傾斜レベルに相当する画素を特定する。これによりカラー画像のみでは暗領域となって、傾斜角度を判別できない部位についても、赤外光画像における明暗の度合いによって、急峻な傾斜レベルＡの面であるか、平坦な傾斜レベルＥの面であるかを判別することができる。

なお、カラー画像における各色彩は、それぞれＲ，Ｇ，Ｂの各画像データを所定のしきい値で２値化することにより抽出される。同様に、赤外光画像における明／暗の各領域も２値化により抽出される。明領域を抽出するためのしきい値には、図３の「明」と「やや明」との切り分けが可能な値が設定され、暗領域を抽出するためのしきい値には、「やや明」と「暗」との切り分けが可能な値が設定される。

上記のように、この実施例の検査装置によれば、カラーハイライト照明のみでの検出範囲よりも広い範囲について、傾斜角度を判別することが可能になり、フィレット検査の精度を向上することができる。
また、はんだ以外の拡散反射が優勢になる部位については、従来と同様に、拡散反射による白色照明を施すことができるから、本来の色彩や形状が明瞭に現れたカラー画像を生成することができる。よって、フィレット以外の部位に対する検査の精度も確保することができる。

つぎに、図５を用いて、１枚の基板に対して実行される検査の流れを説明する。
まず最初のステップ１において、検査対象の基板が基板支持テーブル上に搬入されると、ステップ２では、Ｘ，Ｙテーブル部３，４の動作を制御して、各カメラ１Ａ，１Ｂの視野を登録された撮像対象領域に位置合わせする（ステップ２）。位置合わせが完了すると、ステップ３では、各照明部２Ａ，２Ｂによる照明下でカメラ１Ａ，１Ｂを同時駆動して、検査のための撮像を行わせる。

撮像が終了すると、カラー画像を構成する３種類の画像（Ｒ，Ｇ，Ｂ毎の濃淡画像）と赤外光画像とを、それぞれ処理対象画像に設定し、これらの画像に対し、最初の検査対象部品の検査領域を設定する（ステップ４）。

この設定処理では、まず検査対象の部品について、メモリ内の検査情報に基づき、この部品および近傍のランドを確実に含む範囲に「部品抽出ウィンドウ」と呼ばれるウィンドウを設定する。そして、部品抽出ウィンドウ内のカラー画像から、赤，緑，青の各色彩が現れている箇所をランドとして特定し、この箇所に対しランドウィンドウを設定する。
ランドウィンドウの大きさや設定数は、あらかじめ検査用情報として登録されており、通常は複数のランドウィンドウが設定される。ステップ４では、さらに各ランドウィンドウの間に、部品本体ウィンドウを設定する。このウィンドウの大きさも、あらかじめ検査用情報として登録されている。

ステップ５では、部品本体ウィンドウについて、カラー画像のみを対象に、２値化により部品の色彩を検出し、その結果に基づき、部品の有無や、位置および傾きの適否を判別する。

ステップ６では、ランドウィンドウについて、カラー画像および赤外線画像の双方を用いた画像処理によりフィレット検査を行う。具体的には、設定されたランドウィンドウに順に着目して、図５の右側に示すステップ６ａ〜６ｄの処理をウィンドウ毎に実行する。

ステップ６ａでは、着目中のランドウィンドウにつき、２値化により、カラー画像については各可視光に対応する色彩領域を、赤外光画像については明および暗の各領域を、それぞれ抽出する。ステップ６ｂでは、ランドウィンドウ内の各画素につき、それぞれ上記の２値化処理の結果と図４に示したテーブルとを照合して、各傾斜レベルＡ〜Ｅに相当する画素を特定する。

ステップ６ｃでは、傾斜レベル毎の画素の集合体（領域）について、それぞれ位置および面積（画素数）を計測する。ステップ６ｄでは、各計測値をそれぞれ登録された基準値と比較することによって、ランドウィンドウ内のフィレットの形状の良否を判定する。

すべてのランドウィンドウにおける処理が終了すると、ステップ６ｅが「ＮＯ」となり、フィレット検査を終了する。以下、処理対象画像に含まれるすべての部品に対し、上記と同様に、ステップ４，５，６の処理により部品検査およびフィレット検査が実行される。

なお、ステップ５で実行する検査は部品の検査に限らず、たとえば電極の浮きなどの不良の有無を判別してもよい。

処理対象画像中の部品に対する検査が終了すると、ステップ７が「ＹＥＳ」となる。ここで他に撮像対象領域があれば、ステップ８からステップ２に戻り、再びカメラ１Ａ，１Ｂの位置合わせ以降の処理を実行する。

すべての撮像対象領域に対する処理が終了すると、ステップ８が「ＹＥＳ」となってステップ９に進み、一連の検査結果を統合して出力する。この後は、検査の終了した基板を搬出する処理（ステップ１０）が行われ、しかる後に処理が終了する。

なお、上記の実施例では、アルゴリズムを簡単にするために、赤、緑、青の各色彩で現れた画素についても、赤外光の明暗を組み合わせて傾斜レベルを判別するようにしたが、実質的な傾斜レベルの判定はカラー画像中の色彩に対応する照明光の照射方向に基づいて行われていると考えてよい。カラー画像において、可視光照明光に対応する色彩が現れている画素に対しては、赤外光画像を用いた判定を行わずにその色彩を用いた判別を実行し、カラー画像で暗領域となる画素に対してのみ赤外光画像の明度に基づく判別を行っても、同様の検査結果を得ることができる。

また、ランドウィンドウが広めに設定されたり、設定位置が若干ずれるなどして、はんだ以外の鏡面反射性の高い部位（たとえばシルク印刷のパターン）がウィンドウ内に含まれた場合の誤判別を防止するために、各可視光に対応する色彩の配列と暗領域との関係に基づき傾斜レベルの判定対象を特定するようにしてもよい。

すなわち、カラー画像中の各可視光に対応する色彩が並ぶ方向において、赤色領域を挟んで他の色領域に対向する位置にある暗領域、または青色領域を挟んで他の色領域に対向する位置にある暗領域を対象に、当該暗領域に係る赤外光画像中の対応領域の明暗状態を判別する。この場合、前者の暗領域については、赤外光画像中の対応領域が明領域であるときに、後者の暗領域については、赤外光画像中の対応領域が暗領域であるときに、表面状態が良好であると判定することができる。

さらに上記構成の検査装置では、第２照明部２Ｂからの赤外光を用いて光沢度を検出することによって、部品の適否を判別することも可能である。部品本体の上面は平坦であるため、本体を構成するパッケージの光沢度が高くなると、白色照明下での撮像による画像には暗い領域として現れ、同系色の他の部品との差異を判別するのが困難になる。しかし、第２カメラ１Ｂによる濃淡画像によれば、光沢度が高くなるほど明るい画像が得られるから、カラー画像による色彩のチェックと赤外光画像による光沢度のチェックとを合わせることにより、部品検査の精度を高めることができる。

上記の実施例による光学系では、カメラ１Ｂおよび第２照明部２Ｂが組み込まれる分、従来よりも構成が複雑にはなるが、第１照明部２Ａの構成自体は従来のカラーハイライト照明の照明装置と同様である。また第１照明部１Ａの高さを従来と同様にし、この照明部１Ａとカメラ１Ａとの間の空間に第２照明部２Ｂを配置することができるから、光学系の構成が大がかりになるのを防止することができる。
また赤外光の照射および撮像に関する構成は上記に限らず、赤外光源２５と赤外線カメラ１Ｂとの位置を逆転させてもよい。

また上記の実施例では、可視光照明による撮像と赤外照明による撮像とを同時に行うようにしたが、各撮像を順に行うようにしてもよい。このように撮像を分けて行う場合には、つぎの図６に示すように、２つのカメラ１Ａ，１Ｂを一体化することにより、光学系の構成を簡単かつ、より小型にすることができる。

図６の構成例は、カメラ１Ａ，１Ｂに代えて、カラー画像および赤外光画像を生成する機能を具備するカメラ１０を、カメラ１Ａと同様に、受光面が基板面に対向するようにして配置する。第１照明部２Ａの構成は図２と同様であるが、第２照明部２Ｂでは、赤外反射ミラー２７がなくなり、ハーフミラー２６がカメラ１０の光軸１１上に配備され、赤外光源２５も光軸１１に近い位置に配置されている。また、この第２照明部２Ｂとカメラ１Ａとの間には、フィルタ切替機構６が配備されている。

フィルタ切替機構６は、板状のフィルタ支持部６１、このフィルタ支持部６１の中心位置を貫通する回転軸６２、回転軸に連結されたモータ（図示せず。）などにより構成される。フィルタ支持部６１には、回転軸６２を通る直線を基準に対称になる関係をもって一対の窓部（図示せず。）が形成され、一方の窓部に可視光透過フィルタ６３が、他方に赤外光透過フィルタ６４が、それぞれ設けられる。各窓部およびフィルタ６３，６４は、それぞれカメラ１０の受光面に応じた大きさに形成され、いずれか一方のフィルタがカメラ１０の受光面の真下に位置するように、フィルタ支持部６１の位置が調整されている。

上記構成において、制御部５０は、フィルタ支持部６１を１８０度単位で回転させることにより、カメラ１０の受光面の真下に位置するフィルタを切り替え、切り替えの都度、カメラ１０に撮像を行わせる。

カメラ１０の撮像素子には、赤、緑、青の各可視光に感応するセルと赤外光に感応するセルとが含まれている。制御部５０は、受光面の真下に可視光透過フィルタ６３が配置されて撮像が行われたときには、可視光対応のセルからの信号を用いてカラー画像を生成し、受光面の真下に赤外光透過フィルタ６４が配置されて撮像が行われたときには、赤外光対応のセルからの信号を用いて赤外光画像を生成する。そしてこれらの画像に対し、図５のステップ４，５，６と同様の処理を実行することにより、部品検査およびフィレット検査を実行する。

上記の構成によれば、撮像対象領域毎に２回の撮像を行わなければならないので、検査の時間は長くなるが、２回の撮像における視野を一致させることができるので、カラー画像と赤外光画像との間の対応関係の特定が容易になる。画像の視認照合のために各画像を表示する場合も、視差がなく、対応関係を把握しやすい画像を表示することができる。
なお、上記のフィルタ切替機構６は、カメラ１０内部の撮像素子の前方に組み込むことも可能である。

図７および図８は、第２照明部２Ｂの構成を変更することによって、光学系を小型化した例を示す。
これらの実施例では、第２照明部２Ｂとして、赤外光ＬＥＤが配線された基板や導光拡散板等を組み合わせた薄板状の照明パネル２９を使用する。この照明パネル２９は、前面から面状光を出射する機能のほか、前面に対して照射された反射光を導光拡散板を介して裏面側に透過させる機能を具備する。なお、このような機能を具備する照明パネルとしては、たとえばシーシーエス株式会社のＬＦＸシリーズが知られている。

上記の照明パネル２９は、板面を水平にして第１照明部２Ａの開口部２２を塞ぐように配備される。図７の実施例では、カラーカメラ１Ａを図２の例と同様の状態で配置するとともに、赤外線カメラ１Ｂを、その光軸１２をカメラ１Ａの光軸１１に直交させた状態にして配置し、各光軸１１，１２の交わる地点に赤外反射ミラー２７を配置する。

上記の構成によれば、照明パネル２９からの赤外光は、カメラ１Ａの光軸１１に沿って進み、基板面に照射される。このときフィレット７１の平坦面で正反射して光軸１１に沿って進行した赤外光は、照明パネル２９を透過した後、赤外反射ミラー２７により光路を変更されて、赤外線カメラ１Ｂに導かれる。一方、第１照明部２Ａからの可視光照明に対し、光軸１１に沿う方向に反射した光は、照明パネル２９および赤外反射ミラー２７をともに透過して、カラーカメラ１Ａに導かれる。

図８の実施例では、図６の例と同様に、カラー画像および赤外光画像を生成する機能を持つカメラ１０とフィルタ切替機構６とを使用したものである。この例では、ハーフミラー２６，赤外反射ミラー２７とも不要になるので、照明部２Ａ，２Ｂとカメラ１０との距離を小さくすることが可能になる。よって、背の高い部品に対する対応や基板Ｓに接近しての撮像などを容易に行うことができる。

なお、図２，６，７，８に示した構成例では、いずれも、第１照明部２Ａは、赤、緑、青の３種類の可視光をそれぞれ基板面に対する仰角が異なる方向から出射するように構成されているが、出射する可視光の数は２種類であってもよい。この場合にも、たとえば緑色と、赤および緑の混合色であるマゼンタとを照明色にするなど、各可視光が混合されると白色光が生じるように、照明色を設定する必要がある。
第１照明部２Ａが占める空間は、光学系のその他の部分よりも大きくなるが、上記のように照明色を２種類にすれば、筐体２０を小型化することが可能になる。この場合にも、上記各例に示した第２照明部２Ｂを導入して赤外光画像を生成することによって、カラーハイライト照明では判別できない部位の検出角度を判別することができ、検査の精度が低下するのを防止することができる。

基板外観検査装置の構成例を示すブロック図である。 光学系の構成例を示す説明図である。 フィレットからカラーカメラに導かれる可視光の状態をカラー画像および赤外光画像に対応づけて示す説明図である。 傾斜レベルの分類例を示すテーブルである。 検査の流れを示すフローチャートである。 光学系の他の構成例を示す説明図である。 光学系の他の構成例を示す説明図である。 光学系の他の構成例を示す説明図である。 半球状のはんだに対するカラーハイライト照明により生成される画像の例を示す説明図である。

符号の説明

１Ａ カラーカメラ
１Ｂ 赤外線カメラ
２Ａ 第１照明部
２Ｂ 第２照明部
１１ カラーカメラの光軸
２１（Ｒ，Ｇ，Ｂ） ＬＥＤ（可視光光源）
２５ 赤外光源
２６ ハーフミラー
２７ 赤外反射ミラー
２９ 照明パネル
５０ 制御部

Claims (6)

1. はんだ付け後のプリント基板を対象に外観検査を行う装置であって、
   検査対象の基板の上方に受光面が基板面に対向するように配備され、前記基板のカラー画像を生成する第１の撮像手段と、
   混合すると白色光になる関係にある複数の可視光を、それぞれ基板面に対する仰角が異なり、かつ第１の撮像手段の光軸に対して斜めになる方向から基板面に照射する第１の照明手段と、
   前記第１の照明手段による照明方向よりも基板面に対する仰角が大きくなる方向から基板面に非可視光を照射する第２の照明手段と、
   前記第２の照明手段から照射された非可視光に対する基板面からの反射光のうち前記第１の撮像装置の光軸に沿って進行する反射光が入射するように配置され、この反射光の入射状態を反映した濃淡画像を生成する第２の撮像手段と、
   前記第１の撮像手段により生成されたカラー画像と第２の撮像手段により生成された濃淡画像とを用いて前記基板上のはんだに対する検査を行うとともに、はんだ以外の部位について、前記カラー画像中の対応箇所の画像を用いた検査を実行する検査実行手段とを備え、
   前記検査実行手段は、はんだに対する検査において、前記カラー画像中のはんだに対応する箇所のうち第１の照明手段からの照明光に対応する色彩が現れた部分については、出現した色彩に対応する照明光の照射方向に基づいて傾斜状態を判別し、暗領域となった部分については、前記濃淡画像中の対応領域の明度に基づいて傾斜状態を判別する基板外観検査装置。
2. 前記第１、第２の撮像手段は別体の撮像装置として構成されるとともに、前記第１の撮像手段の光軸上には、基板面からこの光軸に沿って進行した非可視光の反射光が前記第１の撮像手段に入射しない位置に導かれるように、当該反射光の光路を変更する光路変更手段が設けられ、この光路変更手段により変更された光路上に前記第２の撮像手段が配置される、請求項１に記載された基板外観検査装置。
3. 前記第１、第２の撮像手段は、前記基板の上方に受光面が基板面に対向するように配備された１台の撮像装置として一体化されるとともに、この撮像装置の撮像素子に可視光および非可視光の各反射光を順に切り換えて入射させる入射光切替手段と、入射する光が切り替えられるのに応じて前記撮像装置に撮像を行わせる撮像制御手段とが、さらに設けられる、請求項１に記載された基板外観検査装置。
4. 前記検査実行手段は、前記はんだに対する検査において、前記カラー画像中のはんだに対応する箇所に生じた暗領域のうち、前記濃淡画像における明度が第１のしきい値を上回った箇所を平坦面であると判別し、前記濃淡画像における明度が第１のしきい値より低い第２のしきい値を下回った箇所を急峻な面であると判別する、請求項１に記載された基板外観検査装置。
5. 前記検査実行手段は、前記はんだに対する検査において、前記カラー画像中の第１の照明装置からの各可視光に対応する色彩が並ぶ方向において、基板面に対する仰角が最も大きい方向から照射される可視光に対応する色彩を挟んで他の可視光に対応する色彩に対向する位置に現れた暗領域を対象に、前記濃淡画像中の対応領域の明度に基づき傾斜状態を判別する、請求項１に記載された基板外観検査装置。
6. 前記検査実行手段は、前記はんだに対する検査において、前記カラー画像中の第１の照明手段からの各可視光に対応する色彩が並ぶ方向において、基板面に対する仰角が最も小さい方向から照射される可視光に対応する色彩を挟んで他の可視光に対応する色彩に対向する位置に現れた暗領域を対象に、前記濃淡画像中の対応領域の明度に基づき傾斜状態を判別する、請求項１に記載された基板外観検査装置。

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