JP2009168453A - Inspection device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、エレクトロニクス工場等において、イメージセンサカメラによりクリームはんだ印刷基板を3次元撮像して外観検査を行う検査装置に関する。 The present invention relates to an inspection apparatus for performing an appearance inspection by three-dimensionally imaging a cream solder printed board with an image sensor camera in an electronics factory or the like.
最近のプリント基板への部品組みつけ工法はほぼ表面実装方式になり、素基板にクリームはんだを謄写版式に印刷塗布し、その上に部品を自動マウントし、クリームはんだをリフロー炉で加熱溶融して、基板への部品のはんだ付を完了する。この方式における部品実装不良は、クリームはんだ印刷工程、部品マウント工程、はんだ溶融工程で発生し得るので、それぞれの工程において品質を検査・確認する必要性が一般的に認識されるようになった。
中でもクリームはんだ印刷工程における印刷不良は、重篤なはんだ付不良の原因になるため、検査装置によるはんだ印刷品質の自動検査が必須になってきている。従来のこの種検査装置は、大別、2次元検出方式と3次元計測方式とがあり、前者は基板に対して垂直方向から撮った平面画像で印刷の平面方向の不良を検出する。また後者は3次元計測により、印刷はんだの高さ計測を行う。
3次元計測法は、はんだに斜め方向からレーザ光を投射して高さによる反射スポットの位置変化量から算出する方法や、既知のパタンを持つ構造光を投光して、その変形分から算出する方法などが開示されている(特許文献1、2参照)。
In particular, printing defects in the cream solder printing process cause serious soldering defects, and therefore automatic inspection of solder printing quality by an inspection apparatus has become essential. This type of conventional inspection apparatus is roughly classified into a two-dimensional detection method and a three-dimensional measurement method. The former detects a defect in the plane direction of printing from a plane image taken from the direction perpendicular to the substrate. In the latter case, the height of the printed solder is measured by three-dimensional measurement.
In the three-dimensional measurement method, a laser beam is projected onto the solder from an oblique direction and calculated from the position change amount of the reflected spot depending on the height, or a structural light having a known pattern is projected and calculated from the deformation. A method is disclosed (see
一方、本出願人は、先に傾斜カメラと角度と色相の異なる2種の光源を備えたクリームはんだ3次元検査技術を考案し、出願している(未公開)。この技術は、基板に対して斜め撮像角度の1次元カラーイメージセンサが、第1色相光光源がほぼ真上から照明し、かつ第2色相光光源が撮像角度よりも浅い斜め角度で照明する基板を撮像して、第1色相光と第2色相光で同に二重照明されたクリームはんだ印刷基板の全面3次元画像を獲得し、基準基板画像と検体基板画像の差画像処理によって異常箇所を検出し、かつ異常箇所についてクリームはんだの3次元画像計測を行うものである。 On the other hand, the present applicant has devised and applied for a cream solder three-dimensional inspection technique that includes two types of light sources having different angles and hues from a tilt camera (not disclosed). In this technique, a one-dimensional color image sensor having an oblique imaging angle with respect to a substrate illuminates the first hue light source from almost directly above and the second hue light source illuminates at an oblique angle shallower than the imaging angle. To obtain a three-dimensional image of the entire surface of the cream solder printed board that has been double-illuminated with the first hue light and the second hue light. It detects and performs three-dimensional image measurement of cream solder for an abnormal part.
この技術は、1台のカメラで1方向から基板を斜めに撮像するので、獲得画像は立体である印刷クリームはんだの上面と手前側面画像のみであり、反対側面は陰面即ちオクルージョン(occulusion)となり、検査および計測の対象になし得なかった。実際の基板では、オクルージョン側に何らかの異常が存在し、反対側の検査が必要な場合もある。 In this technology, since the substrate is imaged obliquely from one direction with one camera, the acquired image is only the top and front side images of the three-dimensional printed cream solder, and the opposite side surface is a hidden surface or occlusion, It could not be the subject of inspection and measurement. In an actual substrate, there is an abnormality on the occlusion side, and there is a case where an inspection on the opposite side is necessary.
解決しようとする問題点は、クリームはんだ3次元検査装置において、オクルージョンのない印刷クリームはんだの3次元画像を獲得し、3次元検査および3次元計測ができなかった点である。 The problem to be solved is that in the cream solder 3D inspection apparatus, a 3D image of the printed cream solder without occlusion was acquired, and 3D inspection and 3D measurement could not be performed.
本発明は、基板面の上方において第1のカラーイメージセンサカメラおよび第2のカラーイメージセンサカメラが対向し、基板の同一領域を斜めの視軸(ビューイングアングル)で見下ろして撮像する両眼視システムと基板ステージから成り、両カメラが基板の3次元画像をそれぞれ獲得する撮像手段と、基板を直上方向から照明する第3色相光光源と、第1カメラよりも低い位置にあって第1カメラと同じ方向から基板を照明する第1色相光光源と、第2カメラよりも低い位置にあって第2カメラと同じ方向から基板を照明する第2色相光源とを備え、3光源によって基板を三重に照明する照明手段と、第1カメラと第2カメラが同時に撮像したそれぞれの基板画像において、基準点画像を用いて両画像の位置補正を行う画像位置補正手段と、両カメラが撮像した画像を保存する保存手段と、第1カメラが撮像した基準基板画像と検体基板画像の第1差分画像処理と、第2カメラが撮像した基準基板画像と検体基板画像の第2差分画像処理とをそれぞれ行う画像処理手段と、第1差分画像処理と第2差分画像処理のそれぞれにおいて、設定閾値を超える差分のある画素を異同画素として検出する検出手段と、検出されたそれぞれの異同画素から統合的にクリームはんだ印刷品質の良否判定を行う統合判定手段とより成ることを主要な特徴とする。
また本発明は、基板面の上方において第1のカラーイメージセンサカメラおよび第2のカラーイメージセンサカメラが対向し、基板の同一領域を斜めの視軸(ビューイングアングル)で見下ろして撮像する両眼視システムと基板ステージから成り、両カメラが基板の3次元画像をそれぞれ獲得する撮像手段と、基板を直上方向から照明する第3色相光光源と、第1カメラよりも低い位置にあって第1カメラと同じ方向から基板を照明する第1色相光光源と、第2カメラよりも低い位置にあって第2カメラと同じ方向から基板を照明する第2色相光源とを備え、3光源によって基板を三重に照明する照明手段と、第1カメラと第2カメラが同時に撮像したそれぞれの基板画像において、基準点画像を用いて両画像の位置補正を行う画像位置補正手段と、両カメラが撮像した画像を保存する保存手段と、第1カメラが撮像した基準基板画像と検体基板画像の第1差分画像処理と、第2カメラが撮像した基準基板画像と検体基板画像の第2差分画像処理とをそれぞれ行う画像処理手段と、第1差分画像処理と第2差分画像処理のそれぞれにおいて、設定閾値を超える差分のある画素を異同画素として検出する検出手段と、検出されたそれぞれの異同画素から統合的にクリームはんだ印刷品質の良否判定を行う統合判定手段とより成ることを主要な特徴とする。
In the present invention, the first color image sensor camera and the second color image sensor camera face each other above the substrate surface, and the same region of the substrate is imaged by looking down at an oblique viewing axis (viewing angle). An imaging means comprising a system and a substrate stage, both cameras each acquiring a three-dimensional image of the substrate, a third hue light source that illuminates the substrate from directly above, and a lower position than the first camera, the first camera A first hue light source that illuminates the substrate from the same direction and a second hue light source that is positioned lower than the second camera and that illuminates the substrate from the same direction as the second camera. Illuminating means for illuminating the image, and image position correcting means for correcting the position of both images using the reference point image in each of the substrate images taken simultaneously by the first camera and the second camera Storage means for storing images captured by both cameras, first differential image processing of the reference substrate image and the sample substrate image captured by the first camera, and a first difference between the reference substrate image and the sample substrate image captured by the second camera Image processing means for performing two difference image processing, detection means for detecting a pixel having a difference exceeding a set threshold as a different pixel in each of the first difference image processing and the second difference image processing, and each detected The main feature is that it comprises integrated determination means for determining the quality of cream solder print quality in an integrated manner from the different pixels.
In the present invention, the first color image sensor camera and the second color image sensor camera oppose each other above the substrate surface, and the same region of the substrate is imaged by looking down at an oblique viewing axis (viewing angle). An imaging system comprising a visual system and a substrate stage, both cameras each acquiring a three-dimensional image of the substrate, a third hue light source that illuminates the substrate from directly above, and a first position that is lower than the first camera. A first hue light source that illuminates the substrate from the same direction as the camera, and a second hue light source that is positioned lower than the second camera and that illuminates the substrate from the same direction as the second camera. Image position correction for correcting the position of both images using a reference point image in the illumination means for illuminating in triplicate and the respective substrate images captured simultaneously by the first camera and the second camera A storage means for storing images captured by both cameras, a first differential image processing of a reference substrate image and a sample substrate image captured by the first camera, and a reference substrate image and a sample substrate image captured by the second camera Image processing means for performing each of the second difference image processing, and detection means for detecting pixels having a difference exceeding a set threshold as different pixels in each of the first difference image processing and the second difference image processing. The main feature is that it comprises integrated determination means for determining the quality of cream solder print quality in an integrated manner from each different pixel.
本発明の検査装置は、2台のイメージセンサカメラでクリームはんだを反対方向から斜めに撮像し、かつ3基の色相別カラー光源でクリームはんだの上面、手前側面、反対側面をそれぞれの色相に着色照明するので、オクルージョンのないクリームはんだの検査および計測が格段に容易になるという利点がある。 The inspection apparatus of the present invention images cream solder obliquely from opposite directions with two image sensor cameras, and colors the upper, near side, and opposite sides of the cream solder in the respective hues with three color-specific color light sources. Since it illuminates, there is an advantage that inspection and measurement of cream solder without occlusion becomes much easier.
オクルージョンのないクリームはんだの検査および計測が容易な3次元クリームはんだ印刷検査装置を実現するという目的を、2台のイメージセンサカメラでクリームはんだを斜めに反対方向から撮像し、かつ3基の色相別カラー光源でクリームはんだの上面、手前側面、反対側面をそれぞれの色相に着色照明することによって実現した。 The purpose of realizing a three-dimensional cream solder printing inspection device that can easily inspect and measure cream solder without occlusion is to image cream solder diagonally from two opposite directions with two image sensor cameras, and separate the three hues. This was realized by illuminating the upper, near and opposite sides of the cream solder with a color light source.
図1は、本発明検査装置の第1実施例の全体構成図であって、基板1上にはクリームはんだ2が印刷され、基板1は1次元テーブル3に水平姿勢で保持されている。
FIG. 1 is an overall configuration diagram of a first embodiment of an inspection apparatus according to the present invention, in which cream solder 2 is printed on a
基板1の上方には、2台の1次元カラーイメージセンサカメラ4−1および4−2と又照明装置の第1色相光源5−1と第2色相光源5−2と第3色相光源5−3が配置されている。
Above the
1次元カラーイメージセンサカメラ4−1および4−2はカラーラインCCDカメラであって、基板の1点を頂点とする倒立二等辺三角形(図1の点線で示した)の底辺の2頂点に設置され、それぞれ基板の同一領域を斜めの視軸で撮像するようになっている。 The one-dimensional color image sensor cameras 4-1 and 4-2 are color line CCD cameras, and are installed at two vertices on the bottom of an inverted isosceles triangle (indicated by a dotted line in FIG. 1) having one point on the substrate as a vertex. Thus, the same region of the substrate is imaged with an oblique visual axis.
又、第1色相光源5−1は第1カメラ4−1よりも低い位置で第1カメラと同じ方向から基板を照明し、第2色相光源5−2は第2カメラ4−2よりも低い位置で第2カメラと同じ方向から基板を照明し、第3色相光源5−3は基板を直上方向から照明している。 The first hue light source 5-1 illuminates the substrate from the same direction as the first camera at a position lower than the first camera 4-1, and the second hue light source 5-2 is lower than the second camera 4-2. The substrate is illuminated from the same direction as the second camera at the position, and the third hue light source 5-3 is illuminating the substrate from directly above.
図2(A)の光学配置模式図に示すように、照明・撮像系の構成は、下記のようになっている:
第1色相光源5−1は、1次元カラーイメージセンサカメラ4−1よりも下方に設置され、第1色相光例えば赤色の光束を基板に投射することによって、クリームはんだの側面を赤色に着色する。
第2色相光源5−2は、1次元カラーイメージセンサカメラ4−2よりも下方に設置され、第2色相光例えば緑色の光束を基板に投射することによって、クリームはんだの側面を緑色に着色する。
第3色相光源5−3は、カメラ視野直上に設置され、第3色相光例えば青色の光束を基板に投射することによって、クリームはんだの上面を青色に着色する。
As shown in the schematic diagram of the optical arrangement in FIG. 2A, the configuration of the illumination / imaging system is as follows:
The first hue light source 5-1 is installed below the one-dimensional color image sensor camera 4-1, and the first hue light, for example, a red luminous flux is projected onto the substrate to color the side surface of the cream solder in red. .
The second hue light source 5-2 is installed below the one-dimensional color image sensor camera 4-2, and colors the side surface of the cream solder to green by projecting the second hue light, for example, a green light beam, onto the substrate. .
The third hue light source 5-3 is installed immediately above the camera field of view, and projects the third hue light, for example, blue light flux, onto the substrate, thereby coloring the upper surface of the cream solder in blue.
この幾何光学配置で、第1色相光源5−1と第3色相光源5−3の間に設置された斜め姿勢の1次元カラーイメージセンサカメラ4−1が基板を撮像すると、図2(B)の画像模式図に示すように、クリームはんだの3次元画像が得られ、しかもはんだの上面は青色画像領域となり、また側面は赤色画像領域となる。
赤色領域の奥行き(図2(B)長方形領域の横幅に相当)はクリームはんだの側面画像の奥行きであるので、クリームはんだの高さに比例し、青色領域はクリームはんだの上面画像であるので、クリームはんだの面積に比例する。
When the one-dimensional color image sensor camera 4-1 in an oblique posture installed between the first hue light source 5-1 and the third hue light source 5-3 captures the substrate with this geometric optical arrangement, FIG. As shown in the image schematic diagram, a three-dimensional image of cream solder is obtained, and the upper surface of the solder is a blue image region, and the side surface is a red image region.
Since the depth of the red region (corresponding to the width of the rectangular region in FIG. 2B) is the depth of the side image of the cream solder, it is proportional to the height of the cream solder, and the blue region is the top image of the cream solder. It is proportional to the area of cream solder.
又この幾何光学配置で、第2色相光源5−2と第3色相光源5−3の間に設置された斜め姿勢の1次元カラーイメージセンサカメラ4−2が基板を撮像すると、図2(B)の画像模式図に示すように、クリームはんだの3次元画像が得られ、しかもはんだの上面は青色画像領域となり、また側面は緑色画像領域となる。
緑色領域の奥行き(図2(B)長方形領域の横幅に相当)はクリームはんだの側面画像の奥行きであるので、クリームはんだの高さに比例し、青色領域はクリームはんだの上面画像であるので、クリームはんだの面積に比例する。
In addition, when the geometric optical arrangement is used to image the substrate by the oblique one-dimensional color image sensor camera 4-2 installed between the second hue light source 5-2 and the third hue light source 5-3, FIG. 3), a three-dimensional image of cream solder is obtained, and the upper surface of the solder is a blue image region, and the side surface is a green image region.
Since the depth of the green region (corresponding to the lateral width of the rectangular region in FIG. 2B) is the depth of the side image of the cream solder, it is proportional to the height of the cream solder, and the blue region is the top image of the cream solder. It is proportional to the area of cream solder.
上記の画像は、1次元イメージセンサカメラが視野全体を一定傾斜角で獲得するので、画像の奥行き(図2(B)長方形領域の横幅)と基板実寸との関係が画像のどこでも一定である。従って、カメラの傾斜角から、三角法によって実寸を容易に算出することができる。又、2台のカメラで両方向から立体物である印刷されたクリームはんだの画像を撮るので、オクルージョンのない画像計測が可能である。 In the above image, since the one-dimensional image sensor camera acquires the entire field of view at a constant inclination angle, the relationship between the image depth (horizontal width of the rectangular area in FIG. 2B) and the actual substrate size is constant everywhere in the image. Therefore, the actual size can be easily calculated from the tilt angle of the camera by trigonometry. Moreover, since the image of the printed cream solder which is a three-dimensional object is taken from both directions with two cameras, image measurement without occlusion is possible.
2台のカメラは、同一視野を撮像することが必要であるが、このために基板上に同じ基準点を設定し、それぞれのカメラが獲得した画像において位置補正を行うようにしている。 The two cameras need to capture the same field of view, and for this purpose, the same reference point is set on the substrate, and position correction is performed on images acquired by the respective cameras.
クリームはんだのはみ出しやブリッジは、いずれのカメラの画像においても青色領域の広がり異常として検出される。 The protrusion or bridge of cream solder is detected as an abnormality in the spread of the blue region in any camera image.
図1の全体構成図において、1次元カラーイメージセンサカメラ4−1と4−2は、制御装置6に接続され、制御装置6は、2台の1次元センサ撮像ユニット7、2台の画像位置補正ユニット8、3次元画像抽出ユニット9、3次元画像計測ユニット10、はんだ良否判定ユニット11、及びシステム全体を制御する統合システム制御ユニット12を有し、各ユニット7乃至12は、バス17を通じてデータの交換を行う。
1, the one-dimensional color image sensor cameras 4-1 and 4-2 are connected to the
又、制御装置6には、教示データ等の入力を行う入力ユニット13と、検査結果等を印字する出力ユニット14と、外部装置との間でデータ送受を行う通信ユニット15と、画像や検査結果等を表示する2台の表示ユニット16が接続されている。
The
次に、図3(A)のフロー図に従って、この実施例検査装置の教示ステップを説明する。まずクリームはんだが正しく印刷された基準基板1(図1)をテーブルに装填し(ST1)、基板のIDデータを教示し(ST2)、更に検査領域を教示する(ST3)。検査領域はクリームはんだが印刷される場所(パッドと称する)を中心として設定される。この教示には、基板のコンピュータ設計データを利用することができる。その後、基準基板を1次元テーブル3で移動して1次元カラーイメージセンサカメラ4−1及び4−2で同時にスキャン撮像する(ST4)。獲得した基準基板の3次元全面の2画像をそれぞれ対応する表示ユニット16に表示し、両画像中の特定箇所を位置補正マークとして設定する(ST5)。位置補正マークは、通常基板の対角コーナーに設定されるが、必要により基板の随所に設定することもできるようになっている。次に、ST3で教示した検査領域を画像上に重畳表示して、画像と検査領域との対応を確認する(ST6)。
Next, the teaching steps of this embodiment inspection apparatus will be described with reference to the flowchart of FIG. First, the reference board 1 (FIG. 1) on which the cream solder is correctly printed is loaded on the table (ST1), the ID data of the board is taught (ST2), and the inspection area is taught (ST3). The inspection area is set around a place (called a pad) where the cream solder is printed. This teaching can utilize computer design data of the substrate. Thereafter, the reference substrate is moved on the one-dimensional table 3, and scanning imaging is simultaneously performed by the one-dimensional color image sensor cameras 4-1 and 4-2 (ST4). The acquired two images of the entire three-dimensional surface of the reference substrate are displayed on the
教示ステップが完了したら、基準基板を除去する(ST7)。
When the teaching step is completed, the reference substrate is removed (ST7).
次に、この実施例における自動検査の動作を、図3(B)のフロー図に沿って説明する。
まず、図1において検体基板1を1次元テーブル3に装填し(ST11)、検体基板のIDデータを入力するか又は読取ると(ST12)、制御装置6の指令で検体基板1を1次元移動し、1次元センサ撮像ユニット7の制御によって1次元カラーイメージセンサカメラ4−1及び4−2で検体基板1を同時にスキャン撮像する(ST13)。
Next, the automatic inspection operation in this embodiment will be described with reference to the flowchart of FIG.
First, in FIG. 1, the
そこで3次元画像抽出ユニット9が、第1カメラ画像においては検査領域内画像から閾値を超える赤色画素と青色画素を抽出する。又第2カメラ画像においては検査領域内画像から閾値を超える緑色画素と青色画素を抽出し(ST14)、3次元画像計測ユニット10が、両画像の全検査領域について、クリームはんだの面積、高さ、体積を計測する(ST15)(図2(B)参照)。
Therefore, the three-dimensional
次に、はんだ良否判定ユニット11が、両画像から得られた全検査領域の計測データを統合して、印刷されたクリームはんだの品質良否判定を行い(ST16)、検査結果を報告したら(ST17)、検体基板を除去する(ST18)。
Next, the solder
図4は、本発明検査装置の第2実施例の全体構成図であって、基板1と、印刷されたクリームはんだ2と、1次元テーブル3と、2台の1次元カラーイメージセンサカメラ4−1および4−2と、照明装置の第1色相光源5−1と第2色相光源5−2と第3色相光源5−3の配置は、第1実施例と同様であるので、その説明を省略する。
FIG. 4 is a diagram showing the overall configuration of the second embodiment of the inspection apparatus according to the present invention. The
図4の全体構成図において、1次元カラーイメージセンサカメラ4−1と4−2は、制御装置6に接続され、制御装置6は、2台の1次元センサ撮像ユニット7、2台の画像位置補正ユニット8、3次元画像比較ユニット9、はんだ良否判定ユニット10、及びシステム全体を制御する統合システム制御ユニット11を有し、各ユニット7乃至11は、バス16を通じてデータの交換を行う。
4, the one-dimensional color image sensor cameras 4-1 and 4-2 are connected to the
又、制御装置6には、教示データ等の入力を行う入力ユニット12と、検査結果等を印字する出力ユニット13と、外部装置との間でデータ送受を行う通信ユニット14と、画像や検査結果等を表示する2台の表示ユニット15が接続されている。
The
次に、図5(A)のフロー図に従って、この実施例検査装置の教示ステップを説明する。まずクリームはんだが正しく印刷された基準基板1(図4)をテーブルに装填し(ST21)、基板のIDデータを教示し(ST22)、更に検査領域を教示する(ST23)。検査領域はクリームはんだが印刷される場所(パッドと称する)を中心として設定される。この教示には、基板のコンピュータ設計データを利用することができる。その後、基準基板を1次元テーブル3で移動して1次元カラーイメージセンサカメラ4−1及び4−2で同時にスキャン撮像する(ST24)。獲得した基準基板の3次元全面の2画像をそれぞれ対応する表示ユニット15に表示し、両画像中の特定箇所を位置補正マークとして設定する(ST25)。位置補正マークは、通常基板の対角コーナーに設定されるが、必要により基板の随所に設定することもできるようになっている。次に、ST23で教示した検査領域を画像上に重畳表示して、画像と検査領域との対応を確認する(ST26)。
Next, the teaching steps of this embodiment inspection apparatus will be described with reference to the flowchart of FIG. First, the reference board 1 (FIG. 4) on which the cream solder is correctly printed is loaded on the table (ST21), the ID data of the board is taught (ST22), and the inspection area is further taught (ST23). The inspection area is set around a place (called a pad) where the cream solder is printed. This teaching can utilize computer design data of the substrate. Thereafter, the reference substrate is moved on the one-dimensional table 3 and simultaneously scanned and imaged by the one-dimensional color image sensor cameras 4-1 and 4-2 (ST24). The obtained two images of the entire three-dimensional surface of the reference board are displayed on the
次に、テスト基板を装填し(ST28)、1次元テーブル3で移動して1次元カラーイメージセンサカメラ4−1及び4−2で同時にスキャン撮像する(ST29)。基準基板の3次元画像2とテスト基板の3次元画像2をそれぞれ表示ユニット15に表示して、デフォルト画像精度とデフォルト検出感度の条件で両者の差画像処理を試行し、テスト基板上の不良を見逃すことがあれば、その検査領域の画像精度あるいは検出感度を上げ、また、過検出が多ければ、その検査領域のそれらを下げることにより、この基板に最適な画像精度と検出感度に調節する(ST30)。
全検査領域の画像精度と検出感度の調節が終り、教示ステップが完了したら、テスト基板を除去する(ST31)。
Next, a test substrate is loaded (ST28), moved by the one-dimensional table 3, and scanned and imaged simultaneously by the one-dimensional color image sensor cameras 4-1 and 4-2 (ST29). Display the three-dimensional image 2 of the reference board and the three-dimensional image 2 of the test board on the
When the adjustment of the image accuracy and detection sensitivity of all the inspection areas is completed and the teaching step is completed, the test substrate is removed (ST31).
画像精度は、検査領域内の全画素を比較するか、間引いて行うか、選択できるようにしている。全画素を対象とすると、検査精度は当然アップするが、画像処理時間が長くなるので、基板の種類や不良の種類によって必要な画素密度を適用し、検査時間の短縮ができるようにしている。
また検査領域の検出感度は、差画像処理の閾値を上下させる差分感度と、閾値を超えた画素の広がりや移動の範囲を限定する感度とに大別される。異同画素の範囲を検出することによって、基板上に印刷されたクリームはんだの平面方向へのはみ出しや不足のみならず、高さの大小不良も検出できる。
基準基板と比較する基板の画像同士の差画像処理を行うと、例えば検体基板上のクリームはんだの高さが検体基板のそれよりも高い場合には、図2(B)下欄に示すように、差分画像が得られ、高さについての画像化検査が可能である。
As for the image accuracy, it is possible to select whether all pixels in the inspection area are compared or thinned out. When all the pixels are targeted, the inspection accuracy is naturally improved, but the image processing time becomes long. Therefore, a necessary pixel density is applied depending on the type of substrate and the type of defect so that the inspection time can be shortened.
The detection sensitivity of the inspection region is roughly classified into difference sensitivity that raises and lowers the threshold value of the difference image processing, and sensitivity that limits the range of pixel expansion and movement exceeding the threshold value. By detecting the range of different pixels, it is possible to detect not only the protrusion or deficiency of the cream solder printed on the substrate in the planar direction, but also the height defect.
When the difference image processing between the images of the substrates to be compared with the reference substrate is performed, for example, when the height of the cream solder on the sample substrate is higher than that of the sample substrate, as shown in the lower column of FIG. A difference image is obtained, and an imaging inspection about the height is possible.
次に、この実施例における自動検査の動作を、図5(B)のフロー図に沿って説明する。
まず、図4において検体基板1を1次元テーブル3に装填し(ST41)、検体基板のIDデータを入力するか又は読取ると(ST42)、制御装置6の指令で検体基板1を1次元移動し、1次元センサ撮像ユニット7の制御によって1次元カラーイメージセンサカメラ4−1及び4−2で検体基板1の全面を同時にスキャン撮像する(ST43)。
Next, the automatic inspection operation in this embodiment will be described with reference to the flowchart of FIG.
First, in FIG. 4, the
そこで3次元画像比較ユニット9が、基準基板3次元画像と検体基板3次元画像の各検査領域について、差分画像処理を行い(ST44)、教示した画像精度と検出感度に基づいて異同画素を検出する(ST45)。
Therefore, the three-dimensional
次に、はんだ良否判定ユニット10が、両画像から得られた異同画素データを統合して、印刷されたクリームはんだの品質良否判定を行い(ST46)、検査結果を報告したら(ST47)、検体基板を除去する(ST48)。
Next, the solder pass /
図6は、本発明検査装置の第3実施例の全体構成図であって、基板1上にはクリームはんだ2が印刷され、基板1はXYテーブル3に水平姿勢で保持されている。
FIG. 6 is an overall configuration diagram of a third embodiment of the inspection apparatus according to the present invention, in which cream solder 2 is printed on a
基板1の上方には、2台の2次元カラーイメージセンサカメラ4−1および4−2と又照明装置の第1色相光源5−1と第2色相光源5−2と第3色相光源5−3が配置されている。
Above the
2次元カラーイメージセンサカメラ4−1および4−2はカラーエリアCCDカメラであって、基板の1点を頂点とする倒立二等辺三角形(図1の点線で示した)の底辺の2頂点に設置され、それぞれ基板の同一領域を斜めの視軸で撮像するようになっている。 The two-dimensional color image sensor cameras 4-1 and 4-2 are color area CCD cameras and are installed at the two vertices of the base of an inverted isosceles triangle (indicated by the dotted line in FIG. 1) having one point on the substrate as the apex. Thus, the same region of the substrate is imaged with an oblique visual axis.
又、第1色相光源5−1は第1カメラ4−1よりも低い位置で第1カメラと同じ方向から基板を照明し、第2色相光源5−2は第2カメラ4−2よりも低い位置で第2カメラと同じ方向から基板を照明し、第3色相光源5−3は基板を直上方向から照明している。 The first hue light source 5-1 illuminates the substrate from the same direction as the first camera at a position lower than the first camera 4-1, and the second hue light source 5-2 is lower than the second camera 4-2. The substrate is illuminated from the same direction as the second camera at the position, and the third hue light source 5-3 is illuminating the substrate from directly above.
図2(A)の光学配置模式図に示すように、照明・撮像系の構成は、下記のようになっている:
第1色相光源5−1は、2次元カラーイメージセンサカメラ4−1よりも下方に設置され、第1色相光例えば赤色の光束を基板に投射することによって、クリームはんだの側面を赤色に着色する。
第2色相光源5−2は、2次元カラーイメージセンサカメラ4−2よりも下方に設置され、第2色相光例えば緑色の光束を基板に投射することによって、クリームはんだの側面を緑色に着色する。
第3色相光源5−3は、カメラ視野直上に設置され、第3色相光例えば青色の光束を基板に投射することによって、クリームはんだの上面を青色に着色する。
As shown in the schematic diagram of the optical arrangement in FIG. 2A, the configuration of the illumination / imaging system is as follows:
The first hue light source 5-1 is installed below the two-dimensional color image sensor camera 4-1, and the first hue light, for example, a red luminous flux is projected onto the substrate to color the side surface of the cream solder in red. .
The second hue light source 5-2 is installed below the two-dimensional color image sensor camera 4-2, and colors the side surface of the cream solder to green by projecting the second hue light, for example, a green light beam, onto the substrate. .
The third hue light source 5-3 is installed immediately above the camera field of view, and projects the third hue light, for example, blue light flux, onto the substrate, thereby coloring the upper surface of the cream solder in blue.
この幾何光学配置で、第1色相光源5−1と第3色相光源5−3の間に設置された斜め姿勢の2次元カラーイメージセンサカメラ4−1が基板を撮像すると、図2(B)の画像模式図に示すように、クリームはんだの3次元画像が得られ、しかもはんだの上面は青色画像領域となり、また側面は赤色画像領域となる。
赤色領域の奥行き(図2(B)長方形領域の横幅に相当)はクリームはんだの側面画像の奥行きであるので、クリームはんだの高さに比例し、青色領域はクリームはんだの上面画像であるので、クリームはんだの面積に比例する。
When the two-dimensional color image sensor camera 4-1 in an oblique posture installed between the first hue light source 5-1 and the third hue light source 5-3 images the substrate with this geometric optical arrangement, FIG. As shown in the image schematic diagram, a three-dimensional image of cream solder is obtained, and the upper surface of the solder is a blue image region, and the side surface is a red image region.
Since the depth of the red region (corresponding to the width of the rectangular region in FIG. 2B) is the depth of the side image of the cream solder, it is proportional to the height of the cream solder, and the blue region is the top image of the cream solder. It is proportional to the area of cream solder.
又この幾何光学配置で、第2色相光源5−2と第3色相光源5−3の間に設置された斜め姿勢の2次元カラーイメージセンサカメラ4−2が基板を撮像すると、図2(B)の画像模式図に示すように、クリームはんだの3次元画像が得られ、しかもはんだの上面は青色画像領域となり、また側面は緑色画像領域となる。
緑色領域の奥行き(図2(B)長方形領域の横幅に相当)はクリームはんだの側面画像の奥行きであるので、クリームはんだの高さに比例し、青色領域はクリームはんだの上面画像であるので、クリームはんだの面積に比例する。
Further, in this geometric optical arrangement, when the two-dimensional color image sensor camera 4-2 in an oblique posture installed between the second hue light source 5-2 and the third hue light source 5-3 images the substrate, FIG. 3), a three-dimensional image of cream solder is obtained, and the upper surface of the solder is a blue image region, and the side surface is a green image region.
Since the depth of the green region (corresponding to the lateral width of the rectangular region in FIG. 2B) is the depth of the side image of the cream solder, it is proportional to the height of the cream solder, and the blue region is the top image of the cream solder. It is proportional to the area of cream solder.
2次元イメージセンサカメラは一定傾斜角で画像を獲得するので、三角法によって立体の高さと面積を算出することができる。又、2台のカメラで両方向から立体物である印刷されたクリームはんだの画像を撮るので、オクルージョンのない画像計測が可能である。 Since the two-dimensional image sensor camera acquires an image at a constant tilt angle, the height and area of the solid can be calculated by trigonometry. Moreover, since the image of the printed cream solder which is a three-dimensional object is taken from both directions with two cameras, image measurement without occlusion is possible.
2台のカメラは、同一視野を撮像することが必要であるが、このために基板上に同じ基準点を設定し、それぞれのカメラが獲得した画像において位置補正を行うようにしている。 The two cameras need to capture the same field of view, and for this purpose, the same reference point is set on the substrate, and position correction is performed on images acquired by the respective cameras.
クリームはんだのはみ出しやブリッジは、いずれのカメラの画像においても青色領域の広がり異常として検出される。 The protrusion or bridge of cream solder is detected as an abnormality in the spread of the blue region in any camera image.
図6の全体構成図において、2次元カラーイメージセンサカメラ4−1と4−2は、制御装置6に接続され、制御装置6は、2台の2次元センサ撮像ユニット7、2台の画像位置補正ユニット8、3次元画像抽出ユニット9、3次元画像計測ユニット10、はんだ良否判定ユニット11、及びシステム全体を制御する統合システム制御ユニット12を有し、各ユニット7乃至12は、バス17を通じてデータの交換を行う。
6, the two-dimensional color image sensor cameras 4-1 and 4-2 are connected to the
又、制御装置6には、教示データ等の入力を行う入力ユニット13と、検査結果等を印字する出力ユニット14と、外部装置との間でデータ送受を行う通信ユニット15と、画像や検査結果等を表示する2台の表示ユニット16が接続されている。
The
次に、図7(A)のフロー図に従って、この実施例検査装置の教示ステップを説明する。まずクリームはんだが正しく印刷された基準基板1(図6)をXYテーブルに装填し(ST51)、基板のIDデータを教示し(ST52)、更に検査領域を教示する(ST53)。検査領域はクリームはんだが印刷される場所(パッドと称する)を中心として設定される。この教示には、基板のコンピュータ設計データを利用することができる。その後、基準基板をXYテーブル3で移動して2次元カラーイメージセンサカメラ4−1及び4−2で同一視野を同時に撮像していく(ST54)。獲得した基準基板の2画像をそれぞれ対応する表示ユニット16に表示し、両画像中の特定箇所を位置補正マークとして設定する(ST55)。位置補正マークは、通常基板の対角コーナーに設定されるが、必要により基板の各視野に設定することもできるようになっている。次に、ST53で教示した検査領域を視野画像上に重畳表示して、画像と検査領域との対応を確認する(ST56)。
Next, the teaching steps of this embodiment inspection apparatus will be described with reference to the flowchart of FIG. First, the reference board 1 (FIG. 6) on which the cream solder is correctly printed is loaded on the XY table (ST51), the board ID data is taught (ST52), and the inspection area is taught (ST53). The inspection area is set around a place (called a pad) where the cream solder is printed. This teaching can utilize computer design data of the substrate. Thereafter, the reference substrate is moved by the XY table 3, and the same visual field is simultaneously imaged by the two-dimensional color image sensor cameras 4-1 and 4-2 (ST54). The acquired two images of the reference board are displayed on the
教示ステップが完了したら、基準基板を除去する(ST57)。
When the teaching step is completed, the reference substrate is removed (ST57).
次に、この実施例における自動検査の動作を、図7(B)のフロー図に沿って説明する。
まず、図6において検体基板1をXYテーブル3に装填し(ST61)、検体基板のIDデータを入力するか又は読取ると(ST62)、制御装置6の指令で検体基板1を2次元移動し、2次元センサ撮像ユニット7の制御によって2次元カラーイメージセンサカメラ4−1及び4−2が検体基板1の各視野を同時に撮像する(ST63)。
Next, the automatic inspection operation in this embodiment will be described with reference to the flowchart of FIG.
First, in FIG. 6, the
そこで3次元画像抽出ユニット9が、第1カメラの視野画像においては検査領域内画像から閾値を超える赤色画素と青色画素を抽出する。又第2カメラの視野画像においては検査領域内画像から閾値を超える緑色画素と青色画素を抽出し(ST64)、3次元画像計測ユニット10が、両視野画像の検査領域について、クリームはんだの面積、高さ、体積を計測する(ST65)(図2(B)参照)。
Therefore, the three-dimensional
次に、はんだ良否判定ユニット11が、両視野画像から得られた全検査領域の計測データを統合して、印刷されたクリームはんだの品質良否判定を行い(ST66)、検査結果を報告したら(ST67)、検体基板を除去する(ST68)。
Next, the solder
図8は、本発明検査装置の第4実施例の全体構成図であって、基板1と、印刷されたクリームはんだ2と、XYテーブル3と、2台の2次元カラーイメージセンサカメラ4−1および4−2と、照明装置の第1色相光源5−1と第2色相光源5−2と第3色相光源5−3の配置は、第3実施例と同様であるので、その説明を省略する。
FIG. 8 is an overall configuration diagram of a fourth embodiment of the inspection apparatus according to the present invention, in which a
図8の全体構成図において、2次元カラーイメージセンサカメラ4−1と4−2は、制御装置6に接続され、制御装置6は、2台の2次元センサ撮像ユニット7、2台の画像位置補正ユニット8、3次元画像比較ユニット9、はんだ良否判定ユニット10、及びシステム全体を制御する統合システム制御ユニット11を有し、各ユニット7乃至11は、バス16を通じてデータの交換を行う。
8, the two-dimensional color image sensor cameras 4-1 and 4-2 are connected to the
又、制御装置6には、教示データ等の入力を行う入力ユニット12と、検査結果等を印字する出力ユニット13と、外部装置との間でデータ送受を行う通信ユニット14と、画像や検査結果等を表示する2台の表示ユニット15が接続されている。
The
次に、図9(A)のフロー図に従って、この実施例検査装置の教示ステップを説明する。まずクリームはんだが正しく印刷された基準基板1(図8)をXYテーブルに装填し(ST71)、基板のIDデータを教示し(ST72)、更に検査領域を教示する(ST73)。検査領域はクリームはんだが印刷される場所(パッドと称する)を中心として設定される。この教示には、基板のコンピュータ設計データを利用することができる。その後、基準基板をXYテーブル3で移動して2次元カラーイメージセンサカメラ4−1及び4−2で同一視野を同時に撮像する(ST74)。獲得した基準基板の2画像をそれぞれ対応する表示ユニット15に表示し、両画像中の特定箇所を位置補正マークとして設定する(ST75)。位置補正マークは、通常基板の対角コーナーに設定されるが、必要により基板の各視野に設定することもできるようになっている。次に、ST73で教示した検査領域を視野画像上に重畳表示して、画像と検査領域との対応を確認する(ST76)。
Next, the teaching steps of this embodiment inspection apparatus will be described with reference to the flowchart of FIG. First, the reference board 1 (FIG. 8) on which the cream solder is correctly printed is loaded on the XY table (ST71), the board ID data is taught (ST72), and the inspection area is further taught (ST73). The inspection area is set around a place (called a pad) where the cream solder is printed. This teaching can utilize computer design data of the substrate. Thereafter, the reference substrate is moved by the XY table 3, and the same field of view is simultaneously imaged by the two-dimensional color image sensor cameras 4-1 and 4-2 (ST74). The acquired two images of the reference board are displayed on the
次に、テスト基板を装填し(ST78)、XYテーブル3で移動して2次元カラーイメージセンサカメラ4−1及び4−2で各視野を同時に撮像する(ST79)。基準基板の視野画像2とテスト基板の視野画像2をそれぞれ表示ユニット15に表示して、デフォルト画像精度とデフォルト検出感度の条件で両者の差画像処理を試行し、テスト基板上の不良を見逃すことがあれば、その検査領域の画像精度あるいは検出感度を上げ、また、過検出が多ければ、その検査領域のそれらを下げることにより、この基板に最適な画像精度と検出感度に調節する(ST80)。
全検査領域の画像精度と検出感度の調節が終り、教示ステップが完了したら、テスト基板を除去する(ST81)。
Next, a test substrate is loaded (ST78), moved on the XY table 3, and images of each field of view are simultaneously captured by the two-dimensional color image sensor cameras 4-1 and 4-2 (ST79). Display the field image 2 of the reference board and the field image 2 of the test board on the
When the adjustment of the image accuracy and detection sensitivity of all the inspection areas is completed and the teaching step is completed, the test substrate is removed (ST81).
画像精度は、検査領域内の全画素を比較するか、間引いて行うか、選択できるようにしている。全画素を対象とすると、検査精度は当然アップするが、画像処理時間が長くなるので、基板の種類や不良の種類によって必要な画素密度を適用し、検査時間の短縮ができるようにしている。
また検査領域の検出感度は、差画像処理の閾値を上下させる差分感度と、閾値を超えた画素の広がりや移動の範囲を限定する感度とに大別される。異同画素の範囲を検出することによって、基板上に印刷されたクリームはんだの平面方向へのはみ出しや不足のみならず、高さの大小不良も検出できる。
基準基板と比較する基板の画像同士の差画像処理を行うと、例えば検体基板上のクリームはんだの高さが検体基板のそれよりも高い場合には、図2(B)下欄に示すように、差分画像が得られ、高さについての画像化検査が可能である。
As for the image accuracy, it is possible to select whether all pixels in the inspection area are compared or thinned out. When all the pixels are targeted, the inspection accuracy is naturally improved, but the image processing time becomes long. Therefore, a necessary pixel density is applied depending on the type of substrate and the type of defect so that the inspection time can be shortened.
The detection sensitivity of the inspection region is roughly classified into difference sensitivity that raises and lowers the threshold value of the difference image processing, and sensitivity that limits the range of pixel expansion and movement exceeding the threshold value. By detecting the range of different pixels, it is possible to detect not only the protrusion or deficiency of the cream solder printed on the substrate in the planar direction, but also the height defect.
When the difference image processing between the images of the substrates to be compared with the reference substrate is performed, for example, when the height of the cream solder on the sample substrate is higher than that of the sample substrate, as shown in the lower column of FIG. A difference image is obtained, and an imaging inspection about the height is possible.
次に、この実施例における自動検査の動作を、図9(B)のフロー図に沿って説明する。
まず、図8において検体基板1をXYテーブル3に装填し(ST91)、検体基板のIDデータを入力するか又は読取ると(ST92)、制御装置6の指令で検体基板1を2次元移動し、2次元センサ撮像ユニット7の制御によって2次元カラーイメージセンサカメラ4−1及び4−2で検体基板1の各視野を同時に撮像する(ST93)。
Next, the automatic inspection operation in this embodiment will be described with reference to the flowchart of FIG.
First, in FIG. 8, the
そこで3次元画像比較ユニット9が、基準基板の視野画像と検体基板の視野画像の検査領域について、差分画像処理を行い(ST94)、教示した画像精度と検出感度に基づいて異同画素を検出する(ST95)。
Therefore, the three-dimensional
次に、はんだ良否判定ユニット10が、両画像から得られた異同画素データを統合して、印刷されたクリームはんだの品質良否判定を行い(ST96)、検査結果を報告したら(ST97)、検体基板を除去する(ST98)。
Next, when the solder pass /
基板面を頂点として垂直に倒立する二等辺三角形の底辺の2頂点に対応する位置に第1および第2のカラーイメージセンサカメラをそれぞれ設置し、基板の同一領域を斜めの視軸(ビューイングアングル)で撮像するようにした両眼視システムと、基板を直上方向から照明する第3色相光光源と、第1カメラよりも低い位置にあって第1カメラと同じ方向から基板を照明する第1色相光光源と、第2カメラよりも低い位置にあって第2カメラと同じ方向から基板を照明する第2色相光源によって3次元撮像幾何光学配置を構成し、クリームはんだ印刷品質の自動的な3次元画像検査を行う検査装置に適用できる。
The first and second color image sensor cameras are respectively installed at positions corresponding to the two vertices of the base of an isosceles triangle that is vertically inverted with the substrate surface as a vertex, and the same area of the substrate is inclined to the oblique viewing axis (viewing angle) ), A third hue light source that illuminates the substrate from directly above, and a first that illuminates the substrate from the same direction as the first camera at a position lower than the first camera. The three-dimensional imaging geometric optical arrangement is configured by the hue light source and the second hue light source that is positioned lower than the second camera and illuminates the substrate from the same direction as the second camera, and the automatic solder
1 基板
2 クリームはんだ
4 1次元カラーイメージセンサカメラ
5 照明装置
6 制御装置
DESCRIPTION OF
Claims (4)
基板を直上方向から照明する第3色相光光源と、第1カメラよりも低い位置にあって第1カメラと同じ方向から基板を照明する第1色相光光源と、第2カメラよりも低い位置にあって第2カメラと同じ方向から基板を照明する第2色相光源とを備え、3光源によって基板を三重に照明する照明手段と、
第1カメラと第2カメラが同時に撮像したそれぞれの基板画像において、基準点画像を用いて両画像の位置補正を行う画像位置補正手段と、
第1カメラと第2カメラが撮像した画像を用いてクリームはんだ印刷後基板の3次元画像計測を行う3次元計測手段と、
3次元画像計測データを用いてクリームはんだ印刷品質の良否判定を行う判定手段と
より成る検査装置。 A binocular vision system and a substrate stage in which the first color image sensor camera and the second color image sensor camera are opposed to each other above the substrate surface, and image the same region of the substrate looking down at an oblique viewing axis (viewing angle) Imaging means for acquiring both of the three-dimensional images of the substrates by both cameras,
A third hue light source that illuminates the substrate from directly above, a first hue light source that is lower than the first camera and illuminates the substrate from the same direction as the first camera, and a lower position than the second camera A second hue light source that illuminates the substrate from the same direction as the second camera, and illumination means that illuminates the substrate in triplicate with three light sources;
Image position correcting means for correcting the position of both images using a reference point image in each substrate image simultaneously captured by the first camera and the second camera;
Three-dimensional measuring means for measuring a three-dimensional image of the substrate after cream solder printing using images taken by the first camera and the second camera;
An inspection apparatus comprising determination means for performing quality determination of cream solder printing quality using three-dimensional image measurement data.
基板を直上方向から照明する第3色相光光源と、第1カメラよりも低い位置にあって第1カメラと同じ方向から基板を照明する第1色相光光源と、第2カメラよりも低い位置にあって第2カメラと同じ方向から基板を照明する第2色相光源とを備え、3光源によって基板を三重に照明する照明手段と、
第1カメラと第2カメラが同時に撮像したそれぞれの基板画像において、基準点画像を用いて両画像の位置補正を行う画像位置補正手段と、
両カメラが撮像した画像を保存する保存手段と、
第1カメラが撮像した基準基板画像と検体基板画像の第1差分画像処理と、第2カメラが撮像した基準基板画像と検体基板画像の第2差分画像処理とをそれぞれ行う画像処理手段と、
第1差分画像処理と第2差分画像処理のそれぞれにおいて、設定閾値を超える差分のある画素を異同画素として検出する検出手段と、
検出されたそれぞれの異同画素から統合的にクリームはんだ印刷品質の良否判定を行う統合判定手段と
より成る検査装置。 A binocular vision system and a substrate stage in which the first color image sensor camera and the second color image sensor camera are opposed to each other above the substrate surface, and image the same region of the substrate looking down at an oblique viewing axis (viewing angle) Imaging means for acquiring both of the three-dimensional images of the substrates by both cameras,
A third hue light source that illuminates the substrate from directly above, a first hue light source that is lower than the first camera and illuminates the substrate from the same direction as the first camera, and a lower position than the second camera A second hue light source that illuminates the substrate from the same direction as the second camera, and illumination means that illuminates the substrate in triplicate with three light sources;
Image position correcting means for correcting the position of both images using a reference point image in each substrate image simultaneously captured by the first camera and the second camera;
Storage means for storing images captured by both cameras;
Image processing means for performing first difference image processing of the reference substrate image and specimen substrate image captured by the first camera, and second difference image processing of the reference substrate image and specimen substrate image captured by the second camera;
In each of the first difference image processing and the second difference image processing, detection means for detecting a pixel having a difference exceeding a set threshold as a different pixel,
An inspection apparatus comprising integrated determination means for performing quality determination of cream solder print quality in an integrated manner from each detected different pixel.
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