(57)【要約】【課題】  画像上のはんだ付け部位に二次反射によるノイズが生じているか否かを精度良く判別できるようにする。【解決手段】  部品実装基板の画像のはんだ付け部位に対し、他のはんだ付け部位からの反射光を受ける可能性のある位置に検査領域Ｒを設定するとともに、この検査領域Ｒにおいて、特定方向に沿う仮想ラインＬにおける強度分布をＲ，Ｇ，Ｂの色成分毎に取得する。この強度分布において、赤色成分が他の色成分よりも優勢になる部分（赤色ピーク）が抽出されると、その赤色ピークの両隣で優勢な色成分を抽出する。ここで両隣に、それぞれ青色成分が優勢となる画素が所定の基準値以上あることが認められると、検査対象のはんだ付け部位には、前記他のはんだ付け部位からの反射光による二次反射が生じていると判別する。【選択図】  図７
2006140279.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
部品実装基板上のはんだ付け部位に複数の仰角方向からそれぞれ異なる色彩光を照射し、各色彩光に対する前記はんだ付け部位からの反射光を撮像し、得られた画像を用いて前記はんだ付け部位の表面状態を検査する方法において、
前記はんだ付け部位にかかる検査領域において、その領域内の特定方向に沿う強度分布を各色彩光に対応する色成分毎に抽出し、色成分間における前記強度分布の関係に基づいて前記はんだ付け部位の表面状態の適否を判別することを特徴とするはんだ検査方法。
【請求項２】
請求項１に記載されたはんだ検査方法において、
検査対象のはんだ付け部位について、他のはんだ付け部位からの反射光を受ける可能性のある部分に対応する位置に前記検査領域を設定した後、前記色成分毎の強度分布のうち他のはんだ付け部位からの反射光に対応する色成分の強度分布についてピークを抽出する第１ステップと、前記ピークが抽出されたとき、このピークに対応する色成分以外の色成分のうち、前記ピークの隣の位置で優勢になる色成分を抽出する第２ステップとを実行し、
前記第２ステップで抽出された色成分が前記ピークの抽出位置でも優勢となるべき色成分であるかどうかを判別し、優勢となるべき色成分であると判別したとき、前記検査対象のはんだ付け部位に前記他のはんだ付け部位からの反射光に対する二次反射が生じているとする検査結果を出力するはんだ検査方法。
【請求項３】
請求項２に記載されたはんだ検査方法において、
前記第２ステップで抽出された色成分が前記ピークの抽出位置で優勢となるべき色成分とは異なると判別したとき、前記検査対象のはんだ付け部位の表面形状に不良が生じているとする検査結果を出力するはんだ検査方法。
【請求項４】
請求項２に記載されたはんだ検査方法において、
前記第１ステップでは、前記基板から見た仰角が最も大きい方向からの色彩光に対応する色成分について前記ピークを抽出するはんだ検査方法。
【請求項５】
異なる色彩光を発光する複数の光源を検査対象の基板に対してそれぞれ異なる仰角の方向に配備して成る照明手段と、
前記基板からの反射光を撮像するための撮像手段と、
前記照明手段の各光源を点灯させた状態で前記撮像手段により生成された画像を取り込む画像入力手段と、
前記画像入力手段により取り込まれた入力画像を用いて前記基板上のはんだ付け部位の表面状態を検査する検査実行手段と、
前記検査実行手段による検査の結果を出力する出力手段とを具備し、
前記検査実行手段は、予め設定された設定データに基づき検査対象のはんだ付け部位に検査領域を設定する領域設定手段と、前記検査領域内の特定方向に沿う強度分布を各色彩光に対応する色成分毎に抽出する強度分布抽出手段と、色成分間における前記強度分布の関係に基づいて前記はんだ付け部位の表面状態の適否を判別する判別手段とを含んでいる基板検査装置。
【請求項６】
前記判別手段は、あらかじめ設定された特定の色成分の強度分布についてピークを抽出する第１の抽出手段と、前記ピークが抽出されたとき、前記特定の色成分を除く各色成分のうち前記ピークの隣の位置で優勢になる色成分を抽出する第２の抽出手段とを具備し、前記第２の抽出手段が抽出した色成分が前記ピークの抽出位置でも優勢となるべき色成分であるかどうかを判別した後、その判別結果に応じて、前記検査対象のはんだ付け部位に他のはんだ付け部位からの反射光に対する二次反射が生じているか否かを判別する請求項５に記載された基板検査装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、部品が搭載されたプリント基板（以下、「部品実装基板」または単に「基板」という。）を撮像して得られた画像を用いて、前記部品実装基板上のはんだ付け部位を検査するための方法、およびこの方法を用いた基板検査装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
出願人は、以前に，はんだ付け部位の鏡面反射性を利用して、画像処理の手法により基板上のはんだ付け部位を自動検査する装置を開発した（特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】特公平６−１１７３号  公報
【０００４】
上記の特許文献１に開示された検査装置の光学系は、径の異なる３個の円環状光源を含む投光部や２次元のカラー画像を生成するカメラにより構成される。各光源は、それぞれ赤、緑、青の色彩光を発光するもので、赤色光源の径が最も小さく、以下、緑、青の順に径が大きくなるように構成される。カメラは、これら光源の中心に対応する位置に光軸を鉛直方向に向けて配備される。
【０００５】
上記構成において、各光源からの色彩光は、はんだの表面に対し、それぞれ異なる仰角の方向から照射され、はんだの表面で鏡面反射する。これらの反射光のうち、はんだから見たカメラの方向に対称となる方向からの光に対する反射光が、カメラに入射する。言い換えれば、平坦面に近い部分では、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、傾斜の急な部分では、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。これらの中間の傾斜状態を有する部分では、緑色光源からの光に対する反射光がカメラに入射することになる。
【０００６】
図１（Ａ）は、典型的なチップ部品の構成を示す。図中の３０は部品本体、３１は部品の両側部の電極である。また４０は、前記電極３１を基板側のランド（図示せず。）に接続するためのはんだフィレットである。
【０００７】
図１の（Ｂ）−１は、前記チップ部品の片側のはんだフィレット４０（以下、単に「フィレット４０」という。）について、前記した構成の光学系による照明を施したときの反射光の分布状態を上方から観測した状態を示す。また、（Ｂ）−２は、フィレット４０の側面図に上記の色彩分布を反映させたものである。図中の１は、基板である。
なお、（Ｂ）―２は、上方から観測される色彩とフィレットの傾斜状態との関係を明確にするための説明図であって、フィレット４０を側方から見た場合に、この図のような色彩分布が得られるわけではない（後記する図２や図４（２）も同様である。）。
【０００８】
フィレット４０の傾斜状態が良好であれば、図１の（Ｂ）−１、（Ｂ）―２に示すように、上端から下端に向かう方向に沿って、青、緑、赤の各色彩の領域４２，４３，４４が順に分布する状態となる。特に、図示のようにフィレット４０の傾斜が急峻になると、青色領域４２の占める割合は、他の領域４３，４４よりも格段に大きくなる。
【０００９】
従来の基板検査装置では、はんだ付け部位に所定大きさの検査領域を設定し、この検査領域に含まれる画素につき、それぞれＲ，Ｇ，Ｂの各色成分毎に２値化処理を実行することにより、前記各色彩の領域４２，４３，４４を抽出する。そして領域毎に面積を計測し、これらの計測値をあらかじめ設定された基準値と比較することにより、はんだの表面状態の良否を判別するようにしている。なお、前記面積は、一般に、２値化により抽出された画素の数を計数する方法で求められる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
ところで、はんだの表面に照射される色彩光のうち、その照射位置の傾斜角度に対応していない光は、カメラとは異なる方向に反射することになる。この場合に、反射光の進む方向に他の部品のはんだ付け部位があると、そのはんだ付け部位に前記反射光が照射されて二次反射が起こり、その二次反射光がカメラに入射する可能性がある。この場合の二次反射光が反射位置の傾斜角度に対応する色彩を有していない場合には、画像上のはんだ付け部位の色彩分布に異常が生じることになる。
【００１１】
図２は、前記二次反射の例を示す。この例で対向関係にある２つのフィレット４０ａ，４０ｂは、いずれも青色光により検出可能な急峻な傾斜面を有している。ここで、一方のフィレット４０ａに、ほぼ鉛直方向から赤色光が照射されると、この赤色光は水平方向に反射して他方のフィレット４０ｂに照射され、その二次反射光がほぼ鉛直方向に沿って進行してカメラに入射することになる。
【００１２】
図３は、上記フィレット４０ｂで観測される色彩分布を示す。このフィレット４０ｂについても、前記図１の（Ｂ）−１に示したのと同様の領域４２，４３，４４が観測できるが、前記フィレット４０ａからの反射光により、青色領域４２の一部（図中、４１で示す。）に赤色が現れている。以下、この通常は発生しない赤色による領域４１を「異常色彩領域４１」という。
【００１３】
このように、検査対象のはんだの傾斜角度を検出するための方向とは異なる方向から他のはんだ付け部位からの反射光が照射され、その光に対する二次反射光がカメラに入射すると、画像上のはんだ付け部位には、その傾斜角度を反映しない異常色彩領域が現れる。このような異常色彩領域が発生すると、はんだ付け部位の形状が適切であっても、不良として誤判別される可能性が生じる。
【００１４】
図４は、チップ部品のフィレットにかかる形成不良の代表例を示す。この不良部位４５は、フィレットを形成すべきはんだが部品に接合せずに、緩やかな山状になって固まったことにより発生するもので、「フヌレ」と呼ばれている。このフヌレ４５に対する反射光の色彩分布を観測すると、中心部で赤色が、その周辺で緑色が、それぞれ観測される（図中、赤色領域を４６、緑色領域を４７として示す。）。なお、青色については、急斜面が存在しないため、緑色領域４７の周辺にごくわずか現れるだけとなる。
【００１５】
従来の基板検査装置では、前記図１，２のような急峻なフィレット４０を検査対象とする場合には、ランド全体における青色領域を抽出するとともに、ランドの中央部に正方形状の小ウィンドウを設定し、そのウィンドウ内の赤色領域を抽出するようにしている。ここで青色領域の面積が所定の数値範囲内にあり、かつ赤色領域の面積が所定の判定基準値を下回れば、検査対象のフィレット４０は正常であると判断される。
しかし、前記二次反射によるノイズも赤色領域４１として前記赤色領域４６と同様の位置に現れるため、上記の検査によれば、前記図２のフィレット４０ｂがフヌレ４５と誤判別されてしまう可能性がある。
このように、各色彩毎に抽出された領域の面積を判定基準値と比較する方法によると、二次反射による異常色彩領域（図２，３の例では赤）が不良部位として誤抽出され、はんだ付け部位の形状が正常であるのに、不良である旨の判定がなされる可能性がある。
【００１６】
前記の二次反射に起因するノイズは、従来でも生じる可能性があったが、はんだの傾斜面が比較的緩やかであると、カメラの方向に二次反射光が導かれる可能性は非常に低くなるから、大きなノイズが生じるまでには至らなかった。しかし、近年、微細部品が高密度で実装された基板が増加するのに伴って、フィレットの傾斜面が急峻になったことから、二次反射によるノイズが増加する傾向にある。
図５は、高密度の基板１の構成例を示すもので、二次反射によるノイズが生じる可能性のある部分を点線枠で囲んで示している。このように１枚の基板の複数箇所で二次反射によるノイズが生じ、そのノイズによる誤判別が生じる可能性があるので、検査の精度が著しく悪くなるおそれがある。
【００１７】
この発明は上記の問題に着目してなされたもので、画像上のはんだ付け部位に二次反射によるノイズが生じているか否かを精度良く判別できるようにして、検査の精度を向上することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
この発明にかかるはんだ検査方法は、部品実装基板上のはんだ付け部位に複数の仰角方向からそれぞれ異なる色彩光を照射し、各色彩光に対する前記はんだ付け部位からの反射光を撮像し、得られた画像を用いて前記はんだ付け部位の表面状態を検査するものである。この方法では、前記はんだ付け部位にかかる検査領域において、その領域内の特定方向に沿う強度分布を各色彩光に対応する色成分毎に抽出し、色成分間における前記強度分布の関係に基づいて前記はんだ付け部位の表面状態の適否を判別するようにしている。
【００１９】
上記において、はんだ付け部位には、前記特許文献１と同様に、赤、緑、青の三原色の光を照射するのが望ましいが、これに限定されるものではない。たとえば、赤と緑のように、２種類の色彩光を照射しても良いし、三原色に加えて、黄色などの中間色の光を照射することもできる。また、各色彩光を発光する光源は、前記特許文献１のような全方位型の光源であるのが望ましいが、これに限らず、たとえば、ライン状の光源を、色彩毎に位置を変えて配備してもよい。また、各反射光を撮像するカメラは、光軸を鉛直方向に向けて配備されるのが望ましい。
【００２０】
「色成分」とは、画像上における特定の色彩の強度を示す特徴量と考えることができる。この発明では、各色彩光に対応する色彩を前記特定の色彩とすることができる。たとえば、前記した赤、緑、青の各色彩光を照射する場合には、Ｒ，Ｇ，Ｂの各色彩の強度（階調）を色成分と考えることができる。
強度分布の抽出のためのラインは、他のはんだ付け部位からの反射光が照射されると仮定した場合に、その照射範囲が十分に含まれる方向に沿って設定するのが望ましい。強度分布を抽出する処理では、前記ラインを構成する画素の各色成分を求めることにより、色成分毎のヒストグラムを作成することができる。
【００２１】
「色成分間における強度分布の関係に基づいてはんだ付け部位の表面状態の適否を判別する処理」では、たとえば、前記色成分毎のヒストグラムにつき、それぞれモデルの分布曲線に対する相関値を求める処理を行うことができる。この場合に、二次反射によるノイズのモデルを撮像して得た画像から前記ヒストグラムを作成し、これをモデルの分布曲線として設定しておけば、検査対象のはんだ付け部位に二次反射によるノイズが生じているか否かを判別することができる。
【００２２】
このほか、作成されたヒストグラムに基づき、前記ライン上の各画素毎にその画素における優勢な色成分の種類を抽出し、その優勢な色成分の分布パターンをモデルのパターンと照合するようにしてもよい。
【００２３】
なお、前記色成分毎の強度分布を抽出するためのラインは１ラインに限らず、複数のラインを設定するのが望ましい（以下の各態様でも同様である。）。より望ましくは、検査領域において前記ラインをその長さ方向に直交する方向に沿って走査しつつ、各走査位置で強度分布の抽出処理や判別処理を実行するのがよい。ただし、判別処理は、ライン毎に限らず、複数ライン分の強度分布の抽出結果を用いて１回の判別処理を行うようにしてもよい。
【００２４】
二次反射によるノイズが生じている場合、前記強度分布中のこのノイズに対応する位置では、二次反射光に対応する色成分（図３の例では赤色成分）が他の色成分よりも優勢になると考えることができる。また、このノイズは、図３に示すように、その反射位置における傾斜角度を反映した色彩領域（青色領域４２）の一部に出現するから、ノイズの周囲の色彩は正常であると考えることができる。また、ノイズが生じている領域（異常色彩領域４１）の部分でも、本来はその周囲と同様の色彩（青色）が出現すると考えることができる。
【００２５】
上記の考察に基づき、好ましい態様にかかるはんだ検査方法では、検査対象のはんだ付け部位について、他のはんだ付け部位からの反射光を受ける可能性のある部分に対応する位置に前記検査領域を設定した後、前記色成分毎の強度分布のうち他のはんだ付け部位からの反射光に対応する色成分の強度分布についてピークを抽出する第１ステップと、前記ピークが抽出されたとき、このピークに対応する色成分以外の色成分のうち、前記ピークの隣の位置で優性になる色成分を抽出する第２ステップとを実行する。そして、第２ステップで抽出された色成分が前記ピークの抽出位置で優勢と成るべき色成分であるかどうかを判別し、優勢となるべき色成分であると判別したとき、前記検査対象のはんだ付け部位に前記他のはんだ付け部位からの反射光に対する二次反射が生じているとする検査結果を出力する。
【００２６】
上記態様において、検査領域の設定位置や大きさは、検査対象の基板における部品配置やはんだ付け部位の傾斜角度などに応じて変化すると考えられるので、作業者の設定操作に応じて定めるようにするのが望ましい。第１ステップでは、他のはんだ付け部位からの反射光に対応する色成分が所定値以上となっている部分を抽出した後、さらにその抽出部分から他の色成分よりも優勢となっている部分をピークとして抽出するのが望ましい。なお、このピークの抽出対象の色成分も、あらかじめ作業者の設定操作に応じて決めておくことができる。また、ピークの幅についても、二次反射により生じ得る異常色彩領域の大きさに応じた基準値をあらかじめ設定しておき、この基準値を超える幅を持つピークを抽出するのが望ましい。
【００２７】
第２のステップでは、前記ピークの始端および終端より外側方向を所定画素数分サーチして、各画素毎に、ピークに対応しない色成分の中で最も強度の大きい色成分を抽出することができる。
【００２８】
上記の態様によれば、前記二次反射によるノイズまたはフヌレなどの不良が発生している場合には、前記第１ステップでピークを抽出することができる。この場合、第２のステップで抽出される優勢な色成分は、前記ノイズの周囲の色彩を反映すると考えることができる。この第２のステップで抽出された優勢な色成分がピークの抽出位置でも優勢となるべき色成分（図３の例では青色）であれば、前記ピークが二次反射によるノイズに対応するものであるとみなすことができる。
【００２９】
たとえば、前記図３のはんだ付け部位の画像の場合、各色成分毎の強度分布のうち、赤色成分の強度分布におけるピークを抽出することにより、前記赤色領域４１を抽出することができる。さらにピークの隣の位置で優勢な色成分を抽出することにより、前記青色領域４２に対応する青色成分を抽出することができる。よって、前記判別処理では、他のはんだ付け部位からの反射光に対する二次反射光が生じていると判別することができる。
一方、図４のフヌレの画像について赤色成分の強度分布におけるピークを抽出すると、赤色領域４６が抽出されるが、このピークの隣の位置で優勢な色成分を抽出すると、青色成分でなく緑色成分が抽出される。よって、前記判別処理では、他のはんだ付け部位からの反射光に対する二次反射光は生じていないと判別することができる。
【００３０】
なお、上記の態様において二次反射が生じていないと判別した場合には、引き続き、従来と同様の検査を実行して、はんだ付け部位に不良が生じていないかどうかを判別するのが望ましい。
【００３１】
さらに好ましい態様にかかるはんだ検査方法では、第２ステップで抽出された色成分が前記ピークの抽出位置で優勢となるべき色成分とは異なると判別したとき、前記検査対象のはんだ付け部位の表面形状に不良が生じているとする検査結果を出力する。
本物の不良が生じている場合には、この不良部位のみならず、その周囲にも、本来出現する色彩とは異なる色彩が生じている可能性が高い。上記の態様によれば、このような状態を的確に判別することができるので、従来は二次反射によるノイズとの識別が困難であった不良についても、精度良く検出することができる。
【００３２】
つぎに、対向するはんだ付け部位からの反射光により二次反射が生じても、その反射光がカメラに入射しなければ、前記したノイズが生じることはない。二次反射が生じる可能性は、対向する各はんだ付け部位の傾きが急峻になるほど大きくなると考えることができる。また、はんだ付け部位の傾きが急峻であっても、仰角が小さい方向から照射された光は、カメラには導かれにくい。これに対し、カメラの方向に近い位置から照射された色彩光、すなわち仰角が最も大きい方向からの光に対して二次反射が生じると、その反射光がカメラに入射する可能性は非常に高くなると考えることができる。
【００３３】
他の好ましい態様にかかるはんだ検査方法では、上記の考察に基づき、前記第１ステップにおいて、前記基板から見た仰角が最も大きい方向からの色彩光に対応する色成分について前記ピークを抽出する。すなわち、基板から見た仰角が最も大きくなる位置に配置された光源（特許文献１に示したような光学系の場合、赤色光源となる。）に対応する色成分の強度分布から前記ピークを抽出することになる。
【００３４】
携帯電話用の制御基板のように、基板自体の面積が小さく、極小の部品が数多く搭載されている基板では、はんだ付け部位の傾斜面が急峻になる可能性が高い。このような基板では、仰角が最も大きい方向からの色彩光に対応する二次反射によるノイズが起こる可能性が高くなると考えられる。したがって、上記の態様を適用すれば、二次反射によるノイズに起因する誤判別を回避することが可能となり、検査の精度を高めることができる。
【００３５】
上記したはんだ検査方法を実行するための基板検査装置は、異なる色彩光を発光する複数の光源を検査対象の基板に対してそれぞれ異なる仰角の方向に配備して成る照明手段と、前記基板からの反射光を撮像するための撮像手段と、前記照明手段の各光源を点灯させた状態で前記撮像手段により生成された画像を取り込む画像入力手段と、前記画像入力手段により取り込まれた入力画像を用いて前記基板上のはんだ付け部位の表面状態を検査する検査実行手段と、前記検査実行手段による検査の結果を出力する出力手段とを具備する。前記検査実行手段は、予め設定された設定データに基づき検査対象のはんだ付け部位に検査領域を設定する領域設定手段と、前記検査領域内の特定方向に沿う強度分布を各色彩光に対応する色成分毎に抽出する強度分布抽出手段と、色成分間における前記強度分布関係に基づいて前記はんだ付け部位の表面状態の適否を判別する判別手段とを含む。
【００３６】
前記照明手段には、たとえば色彩毎に異なる径を有するリング状の光源を設けることができる。またはリング状光源に代えて、色彩毎に、ＬＥＤのような発光体を帯状に配列した発光体群を構成することもできる。また、前記したように、複数のライン状光源によりを異なる位置に配置した構成の照明手段を設定することもできる。
【００３７】
撮像手段は、各色彩光を反映したカラー画像を生成可能なＣＣＤカメラにより構成することができる。この撮像手段は、光軸を鉛直方向に向けて設置されるのが望ましいが、はんだ表面の傾きを反映した反射光を入射可能な状態であれば、鉛直方向に対し、光軸を若干傾けた状態で設置してもよい。
画像入力手段は、前記検査実行手段の処理対象の画像を生成するためのもので、前記撮像手段からの画像信号を増幅処理するための増幅回路や処理用のディジタル画像を生成するためのＡ／Ｄ変換回路などを含めることができる。
なお、撮像手段は、アナログ画像信号を生成するものに限らず、ディジタルカメラであってもよい。この場合の画像入力手段は、Ｒ，Ｇ，Ｂの各ディジタル画像データを個別に取り込むための入力ポートとして構成することができる。
【００３８】
検査実行手段は、前記はんだ検査方法を実行するためのプログラムが組み込まれたコンピュータにより構成することができる。この検査実行手段中の領域設定手段は、あらかじめ前記コンピュータに設定された条件に基づき、処理対象画像上のはんだ付け部位に対応する位置に所定大きさの検査領域を設定することができる。強度分布抽出手段は、この検査領域に特定方向に沿うラインを設定し、前記した色成分毎のヒストグラムを作成することができる。
【００３９】
好ましい態様にかかる基板検査装置では、前記判別手段は、あらかじめ設定された特定の色成分の強度分布についてピークを抽出する第１の抽出手段と、前記ピークが抽出されたとき、特定の色成分を除く各色成分の強度分布のうち前記ピークの隣の位置で優勢になる色成分を抽出する第２の抽出手段とを具備し、前記第２の抽出手段が抽出した色成分が前記ピークの抽出位置でも優勢となるべき色成分であるかどうかを判別した後、その判別結果に応じて、前記検査対象のはんだ付け部位に他のはんだ付け部位からの反射光に対する二次反射が生じているか否かを判別するように構成される。
【００４０】
第１、第２の各抽出手段は、それぞれ前記した第１ステップ、第２ステップにかかる処理を実行する。なお、第２の抽出手段は、第１の抽出手段によりあらかじめ定められた所定幅以上のピークが抽出されたことを条件として、第２の抽出手段による処理を実行するのが望ましい。このようにすれば、判別手段は、検査領域に異常色彩領域があるか否かを判別した上で、その異常色彩領域の周囲の色彩に基づき、二次反射によるノイズが生じているか否かを、精度良く判別することができる。
【００４１】
なお、この基板検査装置においても、前記基板から見た仰角が最も大きい位置に配置された光源の色彩に対応する色成分について、前記ピークを抽出するように設定することができる。
【発明の効果】
【００４２】
この発明によれば、基板上のはんだ付け部位を検査する場合に、他のはんだ付け部位からの反射光に対する二次反射光に起因するノイズが生じているか否かを精度良く判別することができるから、この種のノイズを不良部位と誤判別するのを防止することができ、はんだ検査における検査精度を大幅に高めることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４３】
図６は、この発明の一実施例にかかる基板検査装置の構成を示す。
この基板検査装置は、リフロー炉ではんだ付けされた後の部品実装基板１を検査対象として、この基板１上のはんだ付けの適否を自動判別する機能を具備するもので、撮像部３，投光部４，制御処理部５，Ｘ軸テーブル部６，Ｙ軸テーブル部７などにより構成される。
【００４４】
前記Ｙ軸テーブル部７は、前記基板１を支持するコンベヤ７Ａを具備し、図示しないモータによりこのコンベヤ７Ａを動かして、前記基板１をＹ軸方向に（図の紙面に直交する方向）に沿って移動させる。前記Ｘ軸テーブル部６は、Ｙ軸テーブル部７の上方で撮像部３および投光部４を支持しつつ、これらをＸ軸方向（図の左右方向）に移動させる。
【００４５】
前記投光部４は、異なる径を有する３個の円環状光源８，９，１０により構成される。これらの光源８，９，１０は、それぞれ赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）、青色（Ｂ）の各色彩光を発光するもので、観測位置の真上位置に中心を合わせることにより、前記基板１から見て、異なる仰角に対応する方向に位置するように配備される。
【００４６】
前記撮像部３は、カラー画像生成用のＣＣＤカメラを含むもので、その光軸が各光源８，９，１０の中心に対応し、かつ鉛直方向に沿うように位置決めされる。これにより観測対象である基板１からの反射光が撮像部３に入射し、三原色のカラー信号Ｒ，Ｇ，Ｂに変換されて制御処理部５へ入力される。
【００４７】
制御処理部５は、ＣＰＵを含むコンピュータを制御部１１として、画像入力部１２、メモリ１３、撮像コントローラ１４、画像処理部１５、照明制御部１６、ＸＹテーブルコントローラ１７、検査部１８、ティーチングテーブル１９、入力部２０、ＣＲＴ表示部２１、プリンタ２２、送受信部２３、外部メモリ装置２４などを構成として含む。
【００４８】
画像入力部１２は、撮像部３からのＲ，Ｇ，Ｂの各画像信号を増幅する増幅回路や、これら画像信号をディジタル信号に変換するためのＡ／Ｄ変換回路などを備える。メモリ１３には、各色彩毎のディジタル濃淡画像データのほか、これら濃淡画像を処理して得られる２値画像データなどが格納される。また、後記するラインプロファイルを用いた検査を実行する際には、ラインプロファイルを構成する各色成分毎のヒストグラムや、検査に用いる基準値などが前記メモリ１３に格納される。
【００４９】
撮像コントローラ１４は、撮像部３を制御部１１に接続するインターフェースなどを備えるもので、制御部１１からの命令に基づいて前記撮像部３を駆動したり、各色彩光の出力レベルを調整するなどの制御を行う。照明制御部１６は、投光部４の各光源の光量を調整するためのものである。なお、この実施例では、赤、緑、青の各色彩光が混合されることによって白色照明が施されるように、各光源８，９，１０の光量を調整するようにしている。
【００５０】
ＸＹテーブルコントローラ１７は、前記Ｘ軸テーブル部６およびＹ軸テーブル部７を制御部１１に接続するインターフェースなどを含み、制御部１１からの指令に基づき、Ｘ軸テーブル部６およびＹ軸テーブル部７の移動動作を制御する。
【００５１】
ティーチングテーブル１９は、基板の検査データを記憶するための記憶部である。この検査データには、各部品の種類や実装位置、検査領域の設定位置や大きさのほか、各検査領域で実行されるプログラムの種類、実行される画像処理に応じたパラメータ（たとえば２値化処理のためのしきい値、エッジ抽出のためのフィルタなど）、抽出された特徴量の適否を判別するための判定基準値などが含められる。なお、このティーチングテーブル１９は、ハードディスクのような不揮発性のメモリ装置内に設定することができる。
【００５２】
上記の検査データは、検査に先立ち、良好な品質を有する基準基板を撮像して得られた画像や、あらかじめ入力された部品のモデルの画像を用いて係員により教示される。これらの検査データは、基板の種類毎に検査データファイルとしてまとめられて、前記ティーチングテーブル１９に保存される。前記制御部１１は、被検査基板１の基板名の入力を受け付けた後、前記ティーチングテーブル１９からその被検査基板１に対応する検査データファイルを読み出してメモリ１３にセットする。画像処理部１５や検査部１８は、この読み出されたファイル内の検査データに基づき処理を実行する。
【００５３】
画像処理部１５は、検査時に、メモリ１３に格納されたＲ，Ｇ，Ｂの各階調によるカラー画像を処理して、被検査部位にかかる特徴量を計測する。検査部１８は、算出された特徴量を対応する検査データと比較することにより、被検査部位の適否を判別する。
【００５４】
制御部１１は、検査部１８における各種判別処理の結果を総合して被検査基板１が良品か否かを判定する。この最終的な判定結果は、ＣＲＴ表示部２１やプリンタ２２，あるいは送受信部２３に出力される。
【００５５】
前記入力部２０は、検査のための各種条件や検査情報などを入力するためのもので、キーボードやマウスなどにより構成される。
ＣＲＴ表示部２１（以下、単に「表示部２１」という。）は、制御部１１から画像データ、検査結果などの供給を受けて、これらを表示画面上に表示する。またプリンタ２２は、制御部１１から検査結果などの供給を受け、これを予め定められた形式でプリントアウトする。
【００５６】
送受信部２３は、他の装置との間でデータのやりとりを行うためのもので、たとえば不良と判定された被検査基板１について、その識別情報や不良の内容を後段の修正装置に送信することにより、不良箇所を速やかに修正することができる。外部メモリ装置２４は、フレキシブルディスク、ＣＤ−Ｒ、光磁気ディスクなどの記憶媒体にデータを読み書きするための装置であって、前記検査結果を保存したり、検査に必要なプログラムや設定データを外部から取り込むために用いられる。
【００５７】
なお、上記構成において、画像処理部１５および検査部１８は、上記した各処理を実行するためのプログラムを組み込んだ専用のプロセッサにより構成される。ただし、必ずしも専用のプロセッサを設ける必要はなく、制御部１１に画像処理部１５および検査部１８の機能を付与するようにしてもよい。
【００５８】
この実施例の基板検査装置では、基板１のはんだ付け状態の検査（以下、この検査を「はんだ検査」という。）において、二次反射によるノイズを本物の不良として誤判別しないように、まず、この二次反射によるノイズを検出する処理を実行し、ノイズが生じていないと判別したはんだ付け部位に対してのみ、従来と同様の手法による検査（以下、「通常検査」という。）を実施するようにしている。
以下、二次反射によるノイズを検出するための処理を詳細に説明する。
【００５９】
二次反射によるノイズは、検査対象のはんだ付け部位およびこれに対向するはんだ付け部位の双方の傾きが急峻である場合に、最も仰角が大きい赤色光源８からの照明光によって引き起こされる可能性が高い（前出の図２参照。）。この場合の画像上のはんだ付け部位では、図３に示すように、急峻な傾斜面を表す青色領域４２内に赤色の異常色彩領域４１が含まれるようになる。
【００６０】
従来の検査では、ランド全体を含むような検査領域を設定して、この検査領域内の画像を色彩毎に２値化し、抽出された各色領域のうちの青色領域の面積を計測し、その計測値が所定の上限値および下限値で規定される数値範囲に含まれるか否かによって、はんだの傾斜状態の適否を判別する。さらに、ランドの中央部に正方形状の小ウィンドウを設定し、そのウィンドウ内の赤色領域の面積を計測し、その計測値を所定の判定基準値と比較することにより、前記したフヌレの発生を検出するようにしている。しかしながら、前記図３に示したように、二次反射が生じると、本来は青色領域４２であるべき部分に赤色領域４１が生じるため、検査領域内の青色領域の面積が前記数値範囲を下回り、また中央の赤色領域４１が、フヌレ４５の赤色領域４６を検出するための判定基準値により抽出される可能性がある。この結果、はんだ付け状態は正常であるにもかかわらず、不良部位として判別される可能性がある。
【００６１】
そこでこの実施例では、はんだ付け部位の前記二次反射が生じる可能性のある部分に所定大きさの検査領域を設定し、この検査領域において、Ｒ，Ｇ，Ｂの色成分毎にそれぞれ特定方向に沿う強度分布を抽出する。そして、抽出された各強度分布を用いて赤色領域を抽出するとともに、この赤色領域の周囲で優勢な色彩を抽出することにより、前記二次反射によるノイズが生じているか否かを識別するようにしている。
【００６２】
図７は、前記強度分布を抽出するための検査領域と前記強度分布を抽出するための仮想ラインとの設定例を示す。なお、以下では、部品の横幅に沿う方向をｘ方向とし、縦幅に沿う方向をｙ方向とする。
この例でも、チップ部品を対象としており、図中の５０は、フィレットが形成される基板上のランドを示す。この例では、ランド５０の内部に所定大きさの検査領域Ｒを設定している。この検査領域Ｒは、部品側電極３１の外側端縁、ランド５０の外側端縁、ランド５０の上下端縁に対し、それぞれ所定距離ｂ，ｄ，ｆだけ離れるように設定される。
【００６３】
なお、前記距離ｂ，ｄ，ｆは、作業者の入力に基づいて設定されるもので、画素数により表される。この例では、部品３０やランド５０の大きさが変わっても、入力を１回で済ませられるように、前記距離ｂ，ｄ，ｆにつき、それぞれ電極３１からランドの外側端縁までの距離ａ、ランドの横幅ｃ、ランドの縦幅ｅに対する比率（ｂ／ａ、ｄ／ｃ、ｆ／ｅ）を入力するようにしている。
【００６４】
上記において、距離ｂ，ｄ，ｆは、二次反射を安定して検出するという目的で設定されるものである。すなわち、電極３１の外側端縁に近い部分は、光が照射されにくく、画像上で暗領域となる可能性があるため、距離ｂにより暗領域に該当する部分が検査対象から除外されるようにしたのである。また、後記するアルゴリズムによれば、二次反射や不良に起因するものを除き、赤や緑は出来るだけ検査領域に含まれないようにするのが望ましいが、ランド５０の端縁に近い部分では、はんだ面が平坦に近づくため、赤や緑が出現しやすい状態になる。そこで、距離ｄおよびｆにより、ランドの上下端縁や外側端縁に近い部分が検査対象から除外されるようにしたのである。
【００６５】
この実施例では、上記の方法で設定された検査領域内に、ｙ方向に沿う仮想ラインＬを設定し、この仮想ラインＬをｘ方向に沿って１画素ずつ動かしながら、Ｒ，Ｇ，Ｂの色成分毎に、前記ラインＬ上の強度分布を抽出するようにしている。抽出した強度分布は、図８に示すように、色成分毎のヒストグラムとして表すことができる。
【００６６】
この実施例では、前記仮想ラインＬにおける各色成分の強度分布状態（以下、「ラインプロファイル」という。）を用いて、ラインＬ上の各画素における各色成分の強度の関係を解析し、その解析結果から二次反射によるノイズの有無を判別するようにしている。
【００６７】
図８は、チップ部品のフィレットについて、二次反射によるノイズの赤色領域（異常色彩領域）が出現した画像から作成されたラインプロファイルと、フヌレの画像から作成されたラインプロファイルとを、対比させて示したものである。いずれのラインプロファイルも、前記仮想ラインＬが赤色領域を横切る位置に設定されたときに作成されたものである。
【００６８】
二次反射に関するラインプロファイル、フヌレに関するラインプロファイルとも、中央付近において、赤色成分が青色成分や緑色成分よりも優勢になっていることが認められる。以下では、この赤色成分が優勢になっている部分を「赤色ピーク」という。この赤色ピークは、前記図３，６に示した赤色領域４１，４６に対応すると考えることができる。
【００６９】
二次反射に関するラインプロファイルでは、前記赤色ピークの両隣では、青色成分が緑色成分より優勢になっている。これに対し、フヌレに関するラインプロファイルでは、赤色成分のピークの両隣では、緑色成分が顕著になっている。このように、二次反射が発生している場合とフヌレが発生している場合とでは、ラインプロファイル上の各色の分布状態に違いがあるため、これを分析することにより両者を見分けることができる。
【００７０】
以下、図９〜１１を用いて、はんだ付け部位に対する検査（はんだ検査）の詳細を説明する。
図９に示すはんだ検査の手順は、１つのはんだ付け部位に対して実行されるものである。この手順に先立ち、制御部１１は、ティーチングテーブル１９から被検査基板１に対応する検査データファイルを読み出してメモリ１３にセットする。なお、この検査データファイルには、前記した検査領域Ｒを設定するためのパラメータ（ｂ／ａ、ｄ／ｃ、ｆ／ｅのこと。以下、これらを「設定パラメータ」という。）や、後記する基準値Ｗ，Ｎなどが含まれる。
【００７１】
つぎに、制御部１１は、被検査基板１をＹ軸テーブル部７上に搬入し、撮像部３や投光部４を位置決めして被検査基板１を撮像する。そして、画像入力部１２による変換処理で生成されたディジタル画像データがメモリ１３に格納されると、以下、各はんだ付け部位に順に着目しつつ、部位毎に図９の手順を実行する。なお、この手順によりなされた判定結果は、メモリ１３に蓄積され、最後のはんだ付け部位にかかる検査が終了した時点で表示部２１などに出力される。
【００７２】
図９に示すはんだ検査では、まず、ＳＴ１（「ＳＴ」はステップの略である。以下も同じ。）において、前記設定パラメータに基づき、検査対象のはんだ付け部位に検査領域Ｒを設定する。つぎに、ＳＴ２では、設定した検査領域Ｒの左端に前記仮想ラインＬを設定する。続くＳＴ３では、この仮想ラインＬ上の各画素について、それぞれ色成分毎の強度を抽出し、前記ラインプロファイルを表すヒストグラムを作成する。
【００７３】
つぎのＳＴ４では、ＳＴ３で作成したラインプロファイルから赤色ピークを抽出する。この抽出処理については、図１０に詳細に示してあり、以下、これを用いて説明する。
まず、ＳＴ４１では、前記ラインプロファイル中の赤色成分のヒストグラムに着目する。つぎのＳＴ４２では、前記ヒストグラムの左端の画素（仮想ラインＬで言えば、上端の画素にあたる。）から順に着目画素を１つずつ動かしながら、着目画素の強度ｒｇ０と１つ右の画素の強度ｒｇ１との差Δｒｇを求める。
なお、この演算式は、Δｒｇ＝ｒｇ１−ｒｇ０である。
【００７４】
ＳＴ４３では、前記強度差Δｒｇが最大になったときの着目画素の座標をＡ点として、ＳＴ４４では、前記強度差Δｒｇが最小になったときの着目画素の座標をＢ点として、それぞれ設定する。ここで、強度差Δｒｇは正または負となるから、図１１に示すように、赤色成分の強度が上昇する手前の点がＡ点となり、上昇後の赤色成分が下降を終える直前の点がＢ点となる。これらＡ，Ｂ点間に、前記赤色ピークが存在すると考えることができる。
【００７５】
ＳＴ４５からは、緑色成分、青色成分のヒストグラムも含めたラインプロファイル全体のデータを使用する。ＳＴ４５では、前記Ａ点からピークの内側に向かう方向（図１１の例では右方向）に沿って、赤色成分が他の色成分（緑色成分および青色成分）よりも優勢になる画素を検索する。この画素が抽出されると、つぎのＳＴ４６では、抽出された画素を前記赤色ピークの始点として設定する。
【００７６】
ＳＴ４７では、前記Ｂ点からピークの内側に向かう方向（図１１の例では左方向）に沿って、赤色成分が他の色成分よりも優勢になる画素を検索する。この画素が抽出されると、つぎのＳＴ４８では、抽出された画素を前記赤色ピークの終点として設定する。
【００７７】
最後のＳＴ４９では、前記ＳＴ４６で設定された始点からＳＴ４８で設定された終点までの画素数を求め、これを前記赤色ピークのピーク幅として設定する。
【００７８】
図９に戻って、上記のようにして赤色ピークを抽出すると、ＳＴ５では、前記ＳＴ４９で求めたピーク幅が所定の基準値Ｗ以上であるかどうかを判定する。この判定結果が「ＹＥＳ」であれば、ＳＴ６においてカウンタｎを０に設定する。さらに、ＳＴ７では、前記赤色ピークの始点および終点をそれぞれ着目画素として初期設定し、しかる後にＳＴ８に進む。
【００７９】
ＳＴ８では、前記２つの着目画素を、それぞれピークの外側方向に１画素分ずつ移動する。ＳＴ９では、新しい着目画素における青色成分および緑色成分を抽出する。ここで、いずれの画素においても青色成分の方が優勢であれば、ＳＴ１０が「ＹＥＳ」となってＳＴ１１に進み、前記カウンタｎを１つ大きくする。つぎのＳＴ１２では、更新後のｎが所定の基準値Ｎに達したかどうかをチェックする。ここでｎ＜Ｎであれば、ＳＴ８に戻り、前記２つの着目画素をさらに１画素分ずつ外側に移動する。
【００８０】
前記ピークの両隣に、それぞれ青色成分が緑色成分より優勢になる画素がＮ個以上並んでいる場合には、前記ＳＴ８〜１２のループがＮ回繰り返された後、ＳＴ１２が「ＹＥＳ」となってＳＴ１３に進む。ＳＴ１３では、検査対象のはんだ付け部位に二次反射が生じていると判定し、その判定をもって処理を終了する。
【００８１】
一方、前記ＳＴ４９で抽出されたピーク幅が基準値Ｗに満たない場合には、ＳＴ５が「ＮＯ」となってＳＴ１４に進む。また、前記ＳＴ８〜１２のループの実行回数がＮ回に達するより前に、少なくともいずれか一方の着目画素において緑色成分が優勢になった場合には、ＳＴ１０が「ＮＯ」となり、同様にＳＴ１４に進む。
【００８２】
ＳＴ１４では、前記仮想ラインＬが検査領域Ｒの右端に達しているか否かを判別する。ここで仮想ラインＬが検査領域Ｒの右端に位置していない場合には、ＳＴ１７に進み、前記仮想ラインＬを１画素分だけ右に移動させる。この後は、ＳＴ３において、新たに設定されたラインＬにおけるラインプロファイルを取得した後、前記と同様の処理を実行する。
【００８３】
この後、いずれかの位置での仮想ラインＬにつき、前記ＳＴ８〜１２のループがＮ回連続実行されると、ＳＴ１３の「二次反射あり」の判定が行われ、検査終了となる。一方、仮想ラインＬが検査領域Ｒの右端に達するまでに、前記ＳＴ８〜１２のループをＮ回実行できる状態に達しなかった場合には、ＳＴ１４が「ＹＥＳ」となってＳＴ１５に進み、「二次反射なし」と判定する。この後はＳＴ１６に進み、検査対象のはんだ付け部位に対し、通常検査を実行する。
【００８４】
上記のはんだ検査によれば、検査領域Ｒ内の色彩分布を反映したラインプロファイルを用いて、二次反射によるノイズが生じているか否かを精度良く判別することができるから、この種のノイズがフヌレなどの不良と誤判別されることがなくなり、検査精度を高めることができる。
【００８５】
なお、前記図９の手順によれば、赤色のピークの両隣に青色成分が優勢な画素がＮ個ずつ並んでいる状態が１度検出されると、すぐに二次反射が生じていると判断して検査を終了しているが、前記基準値ＮやＷの値を厳密に設定しておけば、特段の問題は生じず、二次反射によるノイズを精度良く検出することができる。勿論、ＳＴ８〜１２のループを完全実行できる状態が複数回続いたことをもって、二次反射が生じていると判断すれば、ノイズの検出精度をより一層高めることができる。
【００８６】
また、上記のラインプロファイルを用いた検査では、二次反射の有無以外は判別していないが、不良部位についても、赤色ピークの両隣に緑色成分が青色成分よりも優勢になる画素が所定数以上並んでいる状態が認められれば、検査対象部位にフヌレが生じていると判別することができる。
【図面の簡単な説明】
【００８７】
【図１】チップ部品の構成例、およびこのチップ部品のはんだフィレットについて観測される色彩分布を示す説明図である。
【図２】二次反射の例を示す説明図である。
【図３】二次反射が生じたはんだフィレットについて観測される色彩分布を示す説明図である。
【図４】フヌレについて観測される色彩分布を示す説明図である。
【図５】基板上の部品配置の例に二次反射が生じる可能性のある部位を対応づけて示した説明図である。
【図６】基板検査装置の構成を示すブロック図である。
【図７】強度分布を抽出するための検査領域と仮想ラインとの設定例を示す説明図である。
【図８】二次反射、フヌレのそれぞれに関するラインプロファイルを示す説明図である。
【図９】はんだ検査の手順を示すフローチャートである。
【図１０】赤色ピーク抽出処理の詳細な手順を示すフローチャートである。
【図１１】図１０のＳＴ４３，４４におけるＡ，Ｂ点の設定例を示す説明図である。
【符号の説明】
【００８８】
１  基板
３  撮像部
４  投光部
５  制御処理部
１１  制御部
１２  画像入力部
１３  メモリ
１５  画像処理部
１８  検査部
４０  フィレット
４１  異常色彩領域（赤色領域）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
2006140279.tif 000010
【図９】
2006140279.tif 000011
【図１０】
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【図１１】
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