(57)【要約】【課題】事前に良品の基板を準備して基準画像を作成することを要さずに余剰部品の有無を正確に判定可能な回路基板の検査手段を提供する。【解決手段】検査装置１は、回路基板９０に対して高さ情報を含む画像を得るための照明光を投射する投射ユニット２４と、照明光が投射された回路基板の画像を撮影するカメラユニット２１と、撮影された画像から取得した画像から部品配置領域を除外して検査領域を規定し、検査領域内の高さ情報に基づいて基板上の余剰物品を検出する制御ユニット５０とを有して構成される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板に部品が取り付けられた回路基板の検査方法であって、
前記回路基板について高さ情報を含む画像を取得するステップと、
前記部品が位置すべき部品配置領域を除外して検査領域を規定するステップと、
前記検査領域内の高さ情報に基づいて前記基板上の余剰物品を検出するステップと
を有することを特徴とする回路基板の検査方法。
【請求項２】
前記余剰物品を検出するステップは、
高さが、予め設定された所定範囲にある部分を選択する処理を有することを特徴とする請求項１に記載の回路基板の検査方法。
【請求項３】
前記余剰物品を検出するステップは、
長さが、予め設定された所定範囲にある部分を選択する処理を有することを特徴とする請求項１または２に記載の回路基板の検査方法。
【請求項４】
前記余剰物品を検出するステップは、
高さのバラつきが、予め設定された所定範囲にある部分を選択する処理を有することを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の回路基板の検査方法。
【請求項５】
前記余剰物品を検出するステップは、
輝度が、予め設定された所定範囲にある部分を選択する処理を有することを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の回路基板の検査方法。
【請求項６】
前記回路基板の画像を取得するステップは、前記回路基板を複数の領域に分割して分割領域の画像を取得するステップと、複数の前記分割領域の画像を合成するステップとを有し、
前記複数の分割領域の画像を合成するステップは、
各前記分割領域内に複数設定された参照点の基板面の高さ情報から、近接する前記参照点を結ぶ線分により囲まれた領域の基板面の高さ及び傾きを算出し、算出された前記基板面の高さ及び傾きに基づいて前記線分に囲まれた領域内の高さ情報を補正して、
複数の前記線分に囲まれた領域のデータを合成する処理を有することを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の回路基板の検査方法。
【請求項７】
基板に部品が取り付けられた回路基板の検査装置であって、
前記回路基板に対して高さ情報を含む画像を得るための照明光を投射する投射ユニットと、
前記照明光が投射された前記回路基板の画像を取得するカメラユニットと、
前記画像を用いて請求項１〜６のいずれか一項に記載の検査方法により余剰物品を検出する制御ユニットと
を有することを特徴とする回路基板の検査装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基板に部品が取り付けられた回路基板を検査するための検査方法及び検査装置に関し、なお詳細には、基板上に余剰な物品が存在するか否かを検査する検査方法及び検査装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
基板上に電気・電子部品を実装した回路基板は様々な機器に用いられている。機器の小型化、薄型化等の要求に対応して回路基板の高密度化が進んでいる。このような回路基板を検査する検査装置についても高精度化、高機能化が求められており、近年では、基板の所定位置に所定の部品が適切に取り付けられているか否かを検査する機能に加えて、基板上に余剰部品が存在するか否かを検査する機能を備えた検査装置が提案されている（例えば、特許文献１を参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第４５７３２５５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記のような従来の検査装置においては、余剰部品が存在しない良品の回路基板の画像を基準とし、撮像ユニットにより撮像された検査対象の回路基板の画像と対比することによって余剰部品の有無を判定する検査方法が用いられてきた。このような検査方法について、次のような課題が指摘されていた。まず、検査を始める以前に、予め基準画像を準備する必要があった。具体的には、良品の回路基板を１０枚程度用意して各回路基板の画像をサンプリングし、これらのサンプリング画像間で相違する部分を処理して基準画像を作成し、これを良品の回路基板の画像として設定しておく必要があった。
【０００５】
また、基準画像と検査対象の画像とを対比し、色彩が相違する部分を抽出する手法では、余剰部品の色が背景（基板表面）の色と同色または近似する場合に、余剰部品を検出できないことがあった。また、輝度が高い部分と低い部分との境界（例えば、シルクと基板の境目等のようにコントラストが高い部分）を余剰部品として誤検出することがあった。
【０００６】
本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであり、事前に良品の基板を準備して基準画像を作成する必要がなく、また基板や余剰部品の色彩等によることなく、余剰部品の有無を正確に判定することができる回路基板の検査方法、及びこの検査方法を用いた検査装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するため、本発明を例示する第１の態様は、基板に部品が取り付けられた回路基板の検査方法である。この検査方法は、回路基板について高さ情報を含む画像を取得するステップと、部品が位置すべき部品配置領域を除外して検査領域を規定するステップと、検査領域内の高さ情報に基づいて基板上の余剰物品を検出するステップとを有して構成される。
【０００８】
なお、前記余剰物品を検出するステップは、高さが予め設定された所定範囲にある部分を選択する処理を有することが好ましく、長さが予め設定された所定範囲にある部分を選択する処理を有することが好ましい。
【０００９】
また、前記余剰物品を検出するステップは、高さのバラつきが予め設定された所定範囲にある部分を選択する処理を有することが好ましく、輝度が予め設定された所定範囲にある部分を選択する処理を有することが好ましい。
【００１０】
前記回路基板の画像を取得するステップは、回路基板を複数の領域に分割して分割領域の画像を取得するステップと、複数の分割領域の画像を合成するステップとを有し、複数の分割領域の画像を合成するステップは、各分割領域内に複数設定された参照点（例えば、実施形態における歪観察点：ＤＯＰ（Distortion  Observation  Point））の基板面の高さ情報から、近接する参照点を結ぶ線分により囲まれた領域の基板面の高さ及び傾きを算出し、算出された基板面の高さ及び傾きに基づいて線分に囲まれた領域内の高さ情報を補正して、複数の線分に囲まれた領域のデータを合成する処理を有することが好ましい。
【００１１】
本発明を例示する第２の態様は、基板に部品が取り付けられた回路基板の検査装置である。この検査装置は、回路基板に対して高さ情報を含む画像を得るための照明光（例えば、実施形態におけるパターン）を投射する投射ユニットと、照明光が投射された回路基板の画像を取得するカメラユニットと、取得した画像を用いて請求項１〜６のいずれか一項に記載の検査方法により余剰物品を検出する制御ユニットとを有して構成される。
【発明の効果】
【００１２】
本発明においては、検査対象である回路基板について、部品が位置すべき部品配置領域を除外して検査領域が設定される。換言すれば、本来、基板上に部品等が配置されない（部品等が位置すべきでない）領域が検査領域として設定される。検査領域内の高さは基本的に基板面の高さであり、検査領域内の高さ情報を監視することにより基板上の余剰物品が検出される。そのため、本発明によれば、事前に良品の基板を準備して基準画像を作成する必要がなく、また基板や余剰部品の色彩等によることなく、余剰部品の有無を正確に判定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】検査装置の構成を説明するための説明図である。
【図２】余剰物品の検査方法の流れを示すフローチャートである。
【図３】上記検査方法で用いるマスクを説明するための説明図である。
【図４】上記検査方法の判定結果を表示する画像の一例である。
【図５】従来の分割領域画像の合成方法を説明するための説明図である。
【図６】上記従来の分割領域画像の合成方法で生じる段差を説明するための説明図である。
【図７】新規な分割領域画像の合成方法において設定されるＤＯＰの配置例を示す回路基板の画像である。
【図８】上記新規な分割領域画像の合成方法では段差が生じないことを説明するための説明図である。
【図９】新規な分割領域画像の合成方法において設定されるＤＯＰの他の配置例を示す回路基板の画像である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の好ましい実施形態について図面を参照して説明する。まず、本実施形態に係る検査装置１の概要構成について、図１を参照して説明する。検査装置１は、被検査体を撮像して得られる被検査体画像を解析して被検査体を検査する装置である。被検査体の代表例として、基板上に複数の電気・電子部品が実装された回路基板９０が例示される。
【００１５】
検査装置１は、回路基板９０を保持するテーブルユニット１０と、回路基板９０を撮像する撮像ユニット２０と、テーブルユニット１０に保持された回路基板９０に対して撮像ユニット２０を相対移動させる駆動ユニット３０と、テーブルユニット１０、撮像ユニット２０及び駆動ユニット３０の作動を制御し、回路基板９０の検査を実行する制御ユニット５０とを備えて構成される。なお説明の便宜上、図１中に座標軸を示すように、テーブルユニット１０における基板配置面をＸＹ平面とし、その配置面に垂直な方向をＺ方向とする。
【００１６】
テーブルユニット１０は、回路基板９０を撮像位置に保持する機能を備えたユニットであり、回路基板９０を保持する検査テーブル１１と、検査テーブル１１に保持された回路基板９０を撮像位置にローディングして位置決め保持し、検査終了後にアンローディングするテーブル駆動機構１５とを備えて構成される。
【００１７】
撮像ユニット２０は、回路基板９０を撮影するカメラユニット２１と、回路基板９０を照明する照明ユニット２２と、回路基板９０にパターンを投射する投射ユニット２４とを備えて構成される。
【００１８】
カメラユニット２１は、回路基板９０の画像を取得する機能を備えたユニットであり、二次元画像を生成する撮像素子と、撮像素子に画像を結像させるための光学系などから構成される。カメラユニット２１は、例えばＣＣＤやＣＭＯＳ等の固体撮像素子を利用したデジタルカメラを好適に用いることができる。カメラユニット２１は、回路基板９０の検査面を垂直方向から撮像するユニットであり、この光学系の光軸がＺ軸方向に沿って配設される。
【００１９】
照明ユニット２２は、回路基板９０に照明光を投射する機能を備えたユニットである。本実施形態では、照明ユニット２２として、上位光源２２ａ、中位光源２２ｂ及び下位光源２２ｃを設けた構成を例示する。上位光源２２ａ、中位光源２２ｂ及び下位光源２２ｃは、回路基板９０を異なる角度で斜め上方から照明する照明源である。これらの光源２２ａ、２２ｂ、２２ｃは、カメラユニット２１の光軸を中心として各々円環状の照明光を回路基板９０に投射するリング照明源を好適に用いることができる。リング照明源を用いることによって、回路基板９０に実装された部品が高さを有することに起因して生じ得る「陰」の影響を抑制することができる。
【００２０】
なお、上位光源２２ａに加えて、あるいは上位光源２２ａに代えて、カメラユニット２１の光軸と同軸に照明光を投射する落射照明源を設けても良い。落射照明源は、カメラユニット２１の光軸上に設けたハーフミラーと、このハーフミラーに照明光を出射する落射光源とにより構成できる。上位光源２２ａ、中位光源２２ｂ、下位光源２２ｃ及び落射光源は、カメラユニット２１の撮像素子により検出可能な波長領域で任意波長の光を発する光源を選択して用いることができる。例えば、落射光源として白色光を出射する光源を用い、上位光源２２ａ、中位光源２２ｂ及び下位光源２２ｃとして各々異なる波長の光（例えば、赤色光、青色光、及び緑色光）を出射する光源を用いることができる。あるいは、落射光源、上位光源２２ａ及び下位光源２２ｃとして赤色光を出射する光源を用い、中位光源２２ｂとして異なる波長の光（同上）を出射する光源を用いることができる。
【００２１】
投射ユニット２４は、回路基板９０の検査面にパターンを投射する機能を備えたユニットである。投射ユニット２４は、いずれも詳細図示を省略するが、パターンを形成するパターン形成装置と、パターン形成装置を照明する光源と、光源により照明されたパターンを回路基板９０に投影し検査面にパターンの像を形成させる光学系などから構成される。パターン形成装置は、例えば液晶ディスプレイ等のように所望のパターンを動的に生成し得る可変パターニング装置を好適に用いることができる。回路基板９０に投影されるパターンは、代表的には、明るさがサインカーブに従って変化し明線と暗線とが交互に周期的に繰り返される縞パターンが用いられる。なお、パターン形成装置は、ガラスプレート等の基板上にパターンが固定的に形成された固定パターニング装置を用いても良い。この場合、固定パターニング装置を移動させる移動機構を設け、あるいはパターン投影用の光学系に調整機構を設けることにより、可変パターニング装置と同様にパターンの投影位置を可変とすることができる。
【００２２】
投射ユニット２４は、パターンが所定の入射角で回路基板９０に入射するように、光学系の光軸がＺ軸に対して傾斜して配置される。このようにパターンが回路基板９０に斜めに投射されるとき、回路基板９０の平坦な部分（例えば、基板面や直方体状の部品の上面部分等）では入射したパターンは変化しない。すなわち、投射ユニットが投射するパターン（以下「投射パターン」という。）と、カメラユニット２１により撮像されるパターン（「以下撮像パターン」という。）とは同一になる。一方、回路基板９０で高さが変化する部分（例えば部品の側面やリード部分等）では、入射したパターンが変化（例えば屈曲変形）して、投射パターンと撮像パターンとが一致しない。
【００２３】
そのため、投射パターンと撮像パターンとの不一致を検出することによって高さ変化を検出することができ、その不一致の状態に基づいてその部位の高さを求めることができる。例えば、投射パターンとして前述の縞パターンを用いた場合、高さの変化は縞パターンのずれとして表れ、そのずれ量はサインカーブの位相差に相当する。そのため、縞パターンのずれ量からＰＭＰ（Phase  Measurement  Profilometry）法に基づいて高さの変化量を求めることができ、これにより回路基板９０の高さマップを求めることができる。
【００２４】
投射ユニット２４は、カメラユニット２１の周囲に複数設けられており、例えばカメラユニット２１の光軸を中心として、方位角方向に１２０度ピッチで３つ、あるいは９０度ピッチで４つ設けられる。これら複数の投射ユニット２４，２４，２４…は、配設位置に応じて縞の形成方向が異なるパターンを異なるタイミングで回路基板９０に投射し、カメラユニット２１は各投射ユニットの投射タイミングに同期して回路基板９０を撮像する。このような構成によれば、回路基板９０に、縞の形成方向が異なるパターンが異なるタイミングで投影され、各方向の画像がカメラユニット２１に撮影される。そのため、一方向からの投射では部品の陰になってパターンが投影されない領域を、他方向からの照射でパターンを投影して撮像することができる。
【００２５】
駆動ユニット３０は、テーブルユニット１０により位置決め保持された回路基板９０に対して撮像ユニット２０を相対移動させる機能を備えたユニットである。駆動ユニット３０は、例えば、撮像ユニット２０をＸ軸方向に移動させるＸステージと、撮像ユニット２０をＹ軸方向に移動させるＹステージとを備えた、いわゆるＸ−Ｙステージを用いることができる。Ｘ−Ｙステージは、各軸方向に延びるリニアガイド等のガイド機構と、各軸方向に撮像ユニット２０を駆動するリニアモータやボールねじ等の駆動機構などにより構成することができる。駆動ユニット３０は、上記Ｘ−Ｙステージに加えて、撮像ユニット２０をＺ方向に移動させるＺステージや、撮像ユニット２０をＺ軸回りに回転させるθステージを備えて構成しても良い。
【００２６】
制御ユニット５０は、検査装置１を構成するテーブルユニット１０、撮像ユニット２０、駆動ユニット３０などの作動を統括的に制御するユニットである。制御ユニット５０は、ハードウエアとしては、コンピュータを主体とした電気・電子機器により実現され、ソフトウエアとしてはメモリに設定記憶されたプログラムなどによって実現される。図１にはこれらの連携によって実現される機能ブロックを描いている。
【００２７】
制御ユニット５０は、各種のプログラムやデータ等が設定記憶される記憶部５１、基板検査プログラムの進行に応じて各ユニットを作動させる作動制御部５２、基板検査プログラムの進行に応じて画像処理や合否判定等の処理を行うデータ処理部５３、入力機器６１や出力機器６２と情報の入出力を行うＩ／Ｏ部５５などを備えて構成される。
【００２８】
記憶部５１は、ＲＯＭやＲＡＭ等のメモリを主体として構成される。これらのメモリには、基板検査プログラムや各部の作動を制御する制御プログラム等のプログラム、回路基板９０の基板データや実装部品の部品データ、後述するマスクデータ等の各種データなどが予め設定記憶されている。
【００２９】
ここで、回路基板の良否を判定するために行う検査の項目すなわち検査項目は、想定される不具合の内容に応じて設けられる。検査装置１においては、複数の検査項目が選択可能に設けられており、基板検査プログラムは、検査項目に対応した複数の検査プログラムの集合体になっている。検査項目に対応した検査プログラムの例として、実装部品検査プログラム、接続部検査プログラム、余剰物品検査プログラムなどが示される。
【００３０】
実装部品検査プログラムは、基板に取り付けられた部品の適否を検査項目とする検査プログラムであり、例えば部品の位置ずれや欠品、極性反転などについて良否を判定する。接続部検査プログラムは、基板と部品との接続状態を検査項目とする検査プログラムであり、例えば基板側のパッドとパッドにハンダ接合されたリードとの接合状態について良否を判定する。余剰物品検査プログラムは、回路基板９０に余剰物品が含まれるか否かを検査項目とする検査プログラムであり、例えば基板面に異物や余剰部品などの余剰物品が存在するか否かにより良否を判定する。
【００３１】
基板データは、回路基板９０の構成、すなわち回路基板のサイズや部品のレイアウトなどが規定された実装図に相当するデータである。部品データは、回路基板９０を構成する基板や部品のデータであり、各部品の形状寸法や色彩などのデータである。
【００３２】
作動制御部５２は、基板検査プログラムの進行に応じて各ユニットに信号を出力し、制御プログラムに基づいて各ユニットの作動を制御する。例えば、基板検査プログラムにおいて撮像ユニット２０をＸ軸方向に移動させるステップになったときに、駆動ユニット３０のＸステージに信号を出力して当該ステップに設定された速度及び移動量で撮像ユニット２０をＸ軸方向に移動させる。同様に、基板検査プログラムにおいて回路基板９０を撮像するステップになったときに、撮像ユニット２０のカメラユニット２１、照明ユニット２２及び投射ユニット２４に信号を出力して当該ステップに設定された撮影条件、照明条件、投射条件でカメラユニット２１、照明ユニット２２及び投射ユニット２４を作動させ、回路基板９０を撮像させる。カメラユニット２１で撮影された回路基板９０の画像は制御ユニット５０に送信され、記憶部５１のメモリに記憶される。
【００３３】
データ処理部５３は、検査装置１において実行される検査プログラムに応じて演算処理を実行する。データ処理部５３が実行する演算処理は、基板検査プログラムに設定された検査項目に応じて様々であるが、後述する余剰物品検査に関連する演算処理の例として、高さマップ作成処理、マスク処理、余剰物品判定処理などが挙げられる。
【００３４】
Ｉ／Ｏ部５５は、入力機器６１から制御ユニット５０に入力される信号や、制御ユニット５０から出力機器６２に出力する信号を制御する入出力制御部である。入力機器６１は、検査装置１に設けられたマウスやキーボードなどが相当し、検査装置１が設置されたライン（回路基板９０の製造ラインや出荷ライン等）の作動を統合的に制御する統合制御装置などの外部装置が含まれる。出力機器６２は、検査装置１に設けられたディスプレイやプリンタなどが相当し、上記統合制御装置などの外部装置が含まれる。
【００３５】
以上のように概要構成される検査装置１には、基板上に余剰物品が存在するか否かを検査する検査方法として新規な検査方法が採用されている。この検査方法は、回路基板９０について高さ情報を含む画像を取得するステップと、部品が位置すべき部品配置領域を除外して検査領域を規定するステップと、検査領域内の高さ情報に基づいて基板上の余剰物品を検出するステップとを有して構成される。
【００３６】
この検査方法を実現する余剰物品検査プログラムの一例を図２に示す。ここで、図示する余剰物品検査プログラムＴＰは、複数の検査項目からなる基板検査プログラムの一部であり、オペレータが入力機器６１を操作して検査項目のリストから「余剰物品検査」を選択した場合（あるいは検査項目のリストから「余剰物品検査」を除外しなかった場合）に基板検査プログラムに組み込まれて実行される検査プログラムである。そのため、余剰物品検査プログラムや実装部品検査プログラム、接続部検査プログラムなどの個別の検査プログラムが実行されるのに先だって、各検査項目で必要になる画像の取得やこれに付随する処理などが先行して行われる。また、余剰物品の検査を効率的に行うため、事前に実行可能な処理がある。そこで、余剰物品検査プログラムＴＰの説明を行う前にこれらの事項について説明する。
【００３７】
まず、基板検査に先だって実行可能な処理としてマスクの自動作成がある。この処理は、余剰物品検査プログラムで使用するマスクを自動的に作成する処理である。検査装置１においては、作成するマスクのタイプが複数種類用意されており、オペレータが入力機器６１を操作してマスクのタイプを選択することによって、選択されたタイプのマスクが自動的に作成されるようになっている。オペレータが選択可能なマスクのタイプとして、輪郭タイプと外形タイプとを例示する。
【００３８】
いずれのタイプのマスクも、回路基板９０に実装された部品をマスキングするものであるが、輪郭タイプは部品を投影したときに観察されるような部品の輪郭形状をしたマスクであり、外形タイプは部品の最外周点を結んだときに形成されるようなマスクである。マスクを説明するための説明図を図３に示す。この図はマスクタイプとして輪郭タイプを選択した場合を示しており、図３（ａ）はカメラユニット２１により撮影された回路基板９０の画像の一部、図３（ｂ）は自動的に作成されたマスク９５の構成例である。図示するように、輪郭タイプのマスク９５は、部品の本体部分をマスキングするマスク部から、各リードをマスキングする短冊状のマスク部が多数突出したような形態になっている。外形タイプのマスクは、この輪郭タイプのマスクにおける短冊状のマスク部を合体してリードの突出領域全体を覆うような形態になっている。
【００３９】
既述したように、記憶部５１には、回路基板９０の基板データ（回路基板９０のサイズや部品のレイアウト等）や部品データ（回路基板９０を構成する基板や部品単体のデータ等）が予め設定記憶されている。検査装置１においては、オペレータによってマスクタイプが選択されたときに、データ処理部５３が記憶部５１から基板データ及び部品データを読み出して、マスクが自動的に作成される。図示するように、マスク９５は、基板（プリント配線基板）９１に実装されたＩＣ部品９２ａ，９２ｂやコネクタ部品９２ｃ、抵抗等のチップ部品に対応して生成され、図中黒塗りの部分マスク９５ａ，９５ｂ，９５ｃの集合体として構成される。作成されたマスクデータは、基板データ、部品データとともに記憶部５１のメモリに記憶される。
【００４０】
次に、基板検査プログラムが開始されてから、余剰物品検査プログラムや実装部品検査プログラム等の個別の検査プログラムに先だって行われる回路基板９０の撮影、及び付随する処理について説明する。基板検査が開始されると、制御ユニット５０は、基板検査プログラムに基づいてテーブルユニット１０、撮像ユニット２０、駆動ユニット３０などの作動を制御し、回路基板９０の画像を取得する。
【００４１】
具体的には、作動制御部５２がテーブルユニット１０のテーブル駆動機構１５に信号を出力して検査テーブル１１を駆動し、検査テーブル１１に保持された回路基板９０を撮像のための基準位置にローディングして位置決め保持する。作動制御部５２は撮像ユニット２０のカメラユニット２１、照明ユニット２２、投射ユニット２４などに信号を出力して所定の照明条件、パターン投射条件で回路基板９０を撮影させる。カメラユニット２１は撮影した回路基板９０の画像を制御ユニット５０に出力し、記憶部５１はカメラユニット２１から出力された画像のデータをメモリに書き込んで記憶する。このとき記憶部５１に記録される画像には、照明ユニット２２により照明された状態の回路基板９０の画像と、投射ユニット２４によりパターンが投射された状態の画像とが含まれる。
【００４２】
データ処理部５３は、パターンが投射された状態の二次元の画像を読み込んで三次元の高さマップを作成する。（高さマップ作成処理）。具体的には、データ処理部５３は、投射ユニット２４が回路基板９０に投射したパターンの画像（「投射パターン画像」という。）と、記憶部５１から読み込んだ回路基板９０上のパターンの画像（「撮影パターン画像」という。）とを対比して、回路基板９０の高さマップを作成する。すなわち、データ処理部５３は、まず投射パターン画像と撮影パターン画像との局所的な位相差を算出して回路基板９０の検査面の位相差マップを求め、求めた位相差マップに基づいてＰＭＰ法により回路基板９０の高さマップを作成する。このとき、高さの基準となる基準面は、一般的に回路基板９０の基板表面（基板面）とされる。作成された高さマップの画像は記憶部５１のメモリに記憶される。
【００４３】
このようにして余剰物品検査に必要な画像が取得されると、図２に示す余剰物品検査プログラムＴＰがスタートする。データ処理部５３は、記憶部５１のメモリに記憶された回路基板９０の高さマップの画像を読み込む（ステップＳ１００）。
【００４４】
次に、データ処理部５３は、読み込んだ高さマップの画像に対して、部品が位置すべき部品配置領域を除外するマスク処理を行って検査領域を規定する（ステップＳ１１０）。データ処理部５３は、記憶部５１から回路基板９０のマスクデータを呼び出し、高さマップの画像にマスクをかけて部品配置領域を除外し、本来的には部品が存在しない領域を検査領域として規定する。すなわち、図３（ａ）に例示した画像に対応する高さマップの画像に、図３(ｂ)に示したマスク９５をかけて部品９２（９２ａ，９２ｂ，９２ｃ等）が配置された領域を除外して検査領域を規定する。
【００４５】
次に、データ処理部５３は、基板面の高さを基準（高さゼロ）として、検査領域内で基板面よりも高い部分（高さを有する部分）を検出する（ステップＳ１２０）。上記のように、ステップＳ１１０で規定された検査領域は、本来的には基板上に部品が存在せず基板面が現れている領域である。従って、検査領域内で高さを有する部分があれば、基本的には、その部分を余剰物品として検出することができる。
【００４６】
但し、検査領域内で高さが検出される部分には、例えばマスクからはみ出たリードの一部やハンダ、ノイズなどが含まれている可能性がある。そのため、検査領域内で高さを有する部分をそのまま余剰物品と判断すると、過剰検出になるおそれがある。そこで、検査プログラムＴＰでは、ステップＳ１２０において検出された検査領域内で高さを有する部分から余剰物品を抽出する抽出処理を次のステップＳ１３０で行っている。抽出処理の例として、高さ範囲による抽出処理（高さ範囲抽出処理）と、長さ範囲による抽出処理（長さ範囲抽出処理）を提示する。
【００４７】
ここで、検査領域に存在し得る余剰物品には、部品や異物などが考えられる。これらの「物（有体物）」は、必ずその物の性質に応じた長さと高さを有する。例えば、その「物」が部品である場合、基板上に残り得る部品（余剰部品）は、回路基板９０を製造するときにその製造設備で用いられる部品の確率が高く、特に回路基板９０に実装された部品のいずれかである確率が高い。回路基板９０に実装された部品は、部品ごとに固有の長さと高さを有している。その「物」が異物である場合、も同様であり、基板上に残り得る異物は、回路基板９０を製造する製造設備で用いられる部材や回路基板９０に用いられる部材の一部（例えばケーブル芯線の断片や樹脂部品の破断片等）である確率が高い。
【００４８】
高さ範囲抽出処理は、検査領域内の高さを有する部分について、予め設定された所定の高さ範囲にある部分を選択する処理である。設定する高さ範囲は、対象とする「物」に応じて適宜に設定することができる。例えば、微細な異物を含めて広く対象にするような場合には、最小値を１００〜３００μｍ程度（例えば２００μｍ）とし最大値を無限大とする高さ範囲設定を行う。これにより、検査領域内で高さが２００μｍ以上の部分が余剰物品の候補として抽出される。一方、実装部品を対象にするような場合には、最小値を実装部品中最も小さい部品の最小寸法よりも幾分小さい値（例えば最小部品の寸法が２×４×０．５ｍｍの場合には０．４ｍｍ程度）とし、最大値を実装部品中最も大きい部品の最大寸法よりも幾分大きい値（例えば１５ｍｍ）とする高さ範囲設定を行う。これにより、検査領域内で高さが０．４〜１５ｍｍの部分が余剰物品の候補として抽出される。
【００４９】
長さ範囲抽出処理は、検査領域内の高さを有する部分において、予め設定された所定の長さ範囲にある部分を選択する処理である。設定する長さ範囲は、上記高さ範囲と同様に適宜に設定することができる。例えば、微細な異物を含めて広く対象にするような場合には、最小値を１〜２ｍｍ程度（例えば１．５ｍｍ）とし最大値を無限大とする長さ範囲設定を行う。これにより、検査領域内で長さが１．５ｍｍ以上の部分が余剰物品の候補として抽出される。実装部品を対象にするような場合には、最小値を実装部品中最も小さい部品の最小長さよりも幾分小さい値（例えば最小部品の寸法が２×４×０．５ｍｍの場合には１．８ｍｍ程度）とし、最大値を実装部品中最も大きい部品の最大長さよりも幾分大きい値（例えば１５ｍｍ）とする長さ範囲設定を行う。これにより、検査領域内で長さが１．８〜１５ｍｍの部分が余剰物品の候補として抽出される。
【００５０】
本実施形態に例示する検査装置１においては、検査領域の画像に対して、まず、高さ範囲抽出処理を行って所定の高さを有する部分を抽出した画像を生成し、この画像に対してメディアンフィルター処理を行ってノイズを除去し、さらに長さ範囲抽出処理を行って所定の長さを有する部分を抽出している（ステップＳ１３０）。例えば、高さ範囲の最小値を２００μｍとし最大値を無限大として検査領域内で高さが２００μｍ以上の部分を抽出た画像を生成し、この画像に適宜なサイズ（例えば７×７ピクセル）のメディアンフィルターをかけてノイズを除去し、さらに、長さ範囲の最小値を１．５ｍｍとし最大値を無限大として長さが１．５ｍｍ以上の部分を抽出する。この抽出処理により、検査領域内で高さが２００μｍ以上でありかつ長さが１．５ｍｍ以上の部分が抽出された画像が生成される。なお、メディアンフィルター処理は、高さ範囲抽出処理と同時に行っても良い。メディアンフィルター処理を高さ抽出処理と同時に行うことにより、これらの処理を段階的に行った場合と比較して処理時間を短縮することができる。
【００５１】
データ処理部５３は、抽出処理によって抽出された部分にラベリング処理を行う（ステップＳ１４０）。上記抽出処理によって抽出された部分は、隣接する複数の画素により撮影された点の集合体である。データ処理部５３は、画素が接しているときはこれらの点の集合体からなる部分を１つのグループとしてラベリングし、それぞれのグループの情報を管理する。
【００５２】
データ処理部５３は、ラベリングされた各部分（余剰物品の候補）について、それが余剰物品であるか否かを判定する余剰物品判定処理を行う（ステップＳ１５０）。余剰物品判定処理の例として、ここでは、高さのバラツキに基づく判定処理と輝度に基づく判定処理を提示する。
【００５３】
高さのバラツキに基づく判定処理は、ラベリングされた部分（画素のグループ）について、高さのバラツキが予め設定された所定範囲にある部分を選択する処理である。これは、ラベリングされた部分が「物」である場合は、隣接する画素で検出される高さは大きく変化せず高さのバラツキが小さい一方、その部分が例えば部品で反射されたパターンに起因するノイズであったような場合には、隣接する画素で検出される高さが大きく変化して高さのバラツキが大きくなる現象に着目した判定処理である。この高さのバラツキに基づく判定処理により、高さのバラツキが大きい部分が余剰物品の候補から除外され、高さのバラツキが小さいラベリング部分が余剰物品と判定される。
【００５４】
輝度に基づく判定処理は、ラベリングされた部分について、輝度が予め設定された所定範囲にある部分を選択する処理である。これは、基板上に残余する余剰物品の輝度と、基板に設けられたパッドやスルーホール等の構造物の輝度とが相違することに着目した判定処理である。例えば、ラベリングされた部分がパッドのようにメッキが鍍着された部位である場合、この部分は鍍着されたメッキによって照明光が反射されるため、余剰物品と比較して輝度が高い状態になっている。また、ラベリングされた部分がスルーホールである場合には、この部分は照明光が十分に届かないため、余剰物品と比較して輝度が低い状態になっている。
【００５５】
そのため、判定処理における輝度範囲の最大値を、メッキが鍍着されたパッド部分の輝度よりも幾分低い輝度に設定すると、これよりも輝度が高いパッド等が余剰物品の候補から除外される。また、輝度範囲の最小値を、スルーホール部分よりも幾分高い輝度に設定すると、これよりも輝度が低いスルーホール等が余剰物品の候補から除外される。判定処理の輝度範囲として両者を組み合わせ、共に満足する部分にすると、余剰物品の候補からパッド及びスルーホールが除外され、残ったラベリング部分が余剰物品と判定される。
【００５６】
本実施形態の検査装置１においては、余剰物品判定処理として高さのバラツキ基づく判定処理と輝度に基づく判定処理の両方を行っている。これにより、ステップＳ１４０でラベリングされた余剰物品の候補群から、ノイズやパッド等のように余剰物品に該当しないものが排除され、残ったラベリング部分が余剰物品と判定される。
【００５７】
データ処理部５３は、ラベリング部分を特定して判定結果を出力する(ステップＳ１６０)。判定結果は、例えば、記憶部５１から読み出した回路基板９０の画像上に、余剰物品と判定したラベリング部分が明確に視認されるような表現形態で表現される。例えば、図４に示すように、白色の照明光で照明された回路基板９０の画像に対し、余剰物品と判定したラベリング部分を赤色の枠Ｍｋで囲んで表現し、あるいは当該ラベリング部分を赤色に着色して表現する。また、余剰物品の候補として抽出されたが判定処理で除外されたラベリング部分は緑色の枠で囲んで表現し、あるいは当該ラベリング部分を緑色に着色して表現する。
【００５８】
判定結果は記憶部５１のメモリに記憶されるとともに、Ｉ／Ｏ部５５を介してディスプレイやプリンタ等の出力機器６２に出力され、必要に応じて統合制御装置などの外部装置に出力される。
【００５９】
以上説明したように、本検査方法は、検査対象である回路基板９０について、部品が位置すべき部品配置領域を除外して検査領域が設定される。そのため、本検査方法によれば、事前に良品の基板を準備して基準画像を作成する必要がなく、基板や余剰部品の色彩等によることなく余剰部品を検出することができる。また、高さ範囲や長さ範囲を選択して抽出処理を行うことで、マスクからはみ出たリードの一部やハンダ、ノイズ等を効果的に除去することができ、これにより過剰検出を防止することができる。さらに、高さのバラツキの範囲や輝度の範囲を選択して判定処理を行うことで誤検出が抑制され、高精度で余剰物品を検出することができる。
【００６０】
以上では、回路基板９０を撮影した画像から基板上に存在する余剰物品を検出する方法について説明した。この検出方法は、回路基板９０のサイズが比較的小さく回路基板全体を一度の撮影で取得可能な場合や、一度の撮影で取得した回路基板９０の一部について余剰物品を検出するような場合にはそのまま適用できる。ところが、回路基板９０のサイズが比較的大きいため、回路基板をカメラユニット２１の観察領域（ＦＯＶ：Field  of  View）に応じた複数の領域に分割して撮影し、これら複数の分割領域の画像を合成して回路基板全体の画像を得た場合に、分割領域の境界付近で余剰物品の誤検出が発生しやすいという新たな課題が発生した。
【００６１】
発明者らは、このような現象が生じる理由について鋭意研究し、その原因が分割領域の画像（以下、「分割領域画像」という。）を合成する際の基板面の高さ補正にあることを突き止め、このような現象が生じない新たな手法を開発した。まず、従来の分割領域画像の合成方法と、この合成方法によって生じた課題について説明する。
【００６２】
図５は、分割領域画像の取得から、高さ及び傾きを補正して合成し、回路基板全体の画像を取得するまでの流れを示したイメージ図である。図５（ａ）に示すように、回路基板９０の基板９１は基板自身の撓みや部品配置など様々な要因によって歪んだ状態になっている。回路基板９０は、カメラユニット２１の観察領域（ＦＯＶ）に応じて複数（図５では９つ)の領域に分割して撮影される。データ処理部５３は、各分割領域について基板面を代表する平面（便宜的に、「ＦＯＶ面」という。）を算出する。このとき、各分割領域のＦＯＶ面はそれぞれ異なる高さと傾きを持っており、これをそのまま接合したものが図５（ｂ）である。但し、この状態では基板面の高さが分割領域ごとに異なるため、このままでは回路基板全体について基板面の高さをゼロとした高さ計測が正確に行えない。そこで、各分割領域のＦＯＶ面が高さゼロの水平面になるように領域内の高さデータを補正して、分割領域のデータを合成したものが図５（ｃ）である。これにより、基板９１の歪みの影響を抑制した回路基板の画像が生成される。
【００６３】
しかし、基板の厚さが薄く剛性が低い基板やスリットが設けられた基板、局所的に大きな荷重がかかる基板などの場合、基板が複雑な形状に撓むことがある。このとき、ＦＯＶ面は滑らかに繋がらずに隣接する分割領域間で段差ができ、この状態で補正すると分割領域の境界付近に高さを有する部分が発生し得ることが確認された。図６はこの状況を説明するための説明図であり、図６における（ａ），（ｂ）は回路基板の断面を模式的に示したイメージ図であり、回路基板９０の基板９１を実線、分割領域の境界を点線、高さゼロの水平面を二点鎖線で示している。図６（ｃ）は図５（ｂ）に相当するイメージ図である。
【００６４】
図６（ａ）に示すように、回路基板９０の基板９１が凹凸の曲線状に撓んでいた場合、各分割領域のＦＯＶ面は一点鎖線で示すように求められる。このとき、求められた各分割領域のＦＯＶ面ＦＶａ，ＦＶｂ，ＦＶｃのうち、左から２番目の分割領域のＦＯＶ面ＦＶｂと左から３番目の分割領域のＦＯＶ面ＦＶｃとの境界にはほとんど段差が見られない。しかし、左から１番目の分割領域のＦＯＶ面ＦＶａと左から２番目の分割領域のＦＯＶ面ＦＶｂとの境界には大きな段差Ｇが生じている。図６（ｃ）は、このように複数の分割領域間で段差Ｇが生じたＦＯＶ面をそのまま接合した場合のイメージを示している。
【００６５】
図６（ｂ）は、図６（ａ）に示した高さ及び傾きが異なるＦＯＶ面ＦＶａ，ＦＶｂ，ＦＶｃが高さゼロの水平面ＦＶになるように、各分割領域内の各部の高さを補正して合成したときの状況を示している。このとき、補正後の回路基板９０の各部の高さは、ＦＯＶ面間で段差があった左から１番目の基板部分９１ａと左から２番目の基板部分９１ｂとの間に段差Ｇが生じ、この段差を挟んだ左右で高さが不連続になる。そのため、この合成時の補正によって大きく持ち上げられた基板部分９１ｂの左端近傍は、高さゼロの基板面ＦＶに対して高さを有しており、余剰物品として誤検出されるおそれがあった。また、前記従来の分割領域画像の合成方法によると、分割領域にまたがって一個の余剰物品が存在する場合、複数の余剰物品として誤検出されるおそれがあった。
【００６６】
次に、新たな分割領域画像の合成方法について説明する。この分割領域画像の合成方法では、予め、回路基板９０の各分割領域（観察領域（ＦＯＶ））内に複数の歪観察点（ＤＯＰ：Distortion  Observation  Point）が設定される。歪観察点(以下「ＤＯＰ」と表記する。)は、分割領域の画像を合成する際の基板面の高さを規定する観察点である。図７は回路基板９０の各分割領域内に４つのＤＯＰが位置するように自動割り付けて均等に配置した場合における、回路基板全体でのＤＯＰの配置例を示す。
【００６７】
各ＤＯＰの高さは、分割領域ごとに撮影された分割領域画像から求められる。例えば、前述したように分割領域ごとにＦＯＶ面を求め、ＤＯＰ位置のＦＯＶ面の高さをそのＤＯＰの高さとすることができる。あるいは分割領域ごとに撮影された分割領域画像の高さマップから、ＤＯＰ位置が基板面であると判断されるときに、その高さをＤＯＰの高さとすることができる。
【００６８】
このようにして高さを求めたＤＯＰについて、隣接するＤＯＰを直線で結んで三角形の平面を形成する。このとき、分割領域の中央部に２つの三角形の平面が形成され、その周囲に、隣り合う分割領域と繋がる多数（図示した構成例では１４）の三角形の平面が形成される。すなわち、これらの三角形平面（便宜的に「ＤＯＰ面」という。）は、各分割領域の内外を通して連続して形成される。各ＤＯＰ面の高さ及び傾きはＦＯＶ面と同様に求めることができ、求められたＤＯＰ面の高さ及び傾きに基づいて領域内の各部の高さを補正し、これらを合成することによって回路基板全体の画像が生成される。
【００６９】
図８（ａ），（ｂ）は、上記の状況を説明するための説明図であり、前述した図６（ａ），（ｂ）に対応した回路基板９０の断面を模式的に示したイメージ図である。回路基板９０の基板９１を実線、分割領域の境界（ＦＯＶのつなぎ目）を点線、ＤＯＰの設定位置及び、高さゼロの水平面を二点鎖線で示している。
【００７０】
図８（ａ）に示すように、回路基板９０の基板９１が凹凸の曲線状に撓んでいた場合、各分割領域のＤＯＰ面は一点鎖線で示すように求められる。上記したように、ＤＯＰ面（ＤＰ1〜ＤＰ7）は各分割領域の内外を通して連続して形成されており、ＦＯＶ面で段差Ｇが生じていた左から１番目の分割領域と左から２番目の分割領域との境界は、それぞれの分割領域内に設けられたＤＯＰを結んで形成されるＤＯＰ面ＤＰ3で繋がっている。左から２番目の分割領域と左から３番目の分割領域との境界も同様であり、ＤＯＰ面ＤＰ5で繋がっている。
【００７１】
このため、図８（ｂ）に示すように、ＤＯＰ面ＤＰ1〜ＤＰ7が高さゼロの水平面になるように各分割領域の高さデータを補正したときに、補正後の回路基板９０の各部の高さは、分割領域の境界部を含めて段差を生じることがない。従って、以上説明した分割領域画像の合成方法を用いて回路基板９０の全体画像を生成し、生成された回路基板９０の全体画像を取得して前述した余剰物品の検出方法により基板検査を行うことで、サイズが比較的大型の回路基板であっても高精度で余剰物品を検出することができる。
【００７２】
以上では、回路基板９０の分割領域を基準に、ＤＯＰを自動割り付けて均等配置した構成を例示したが、ＤＯＰは他の方法で設定することもできる。ＤＯＰ設定の他の方法一例として、オペレータが自らＤＯＰを設定する方法を例示する。このとき、オペレータは、記憶部５１に基板データとして記憶された回路基板の画像を呼び出してディスプレイに表示させ、適宜画像の拡大機能を利用しながら基板面が露出している所を選択してＤＯＰを設定し記憶させる。このようにしてＤＯＰを設定した回路基板９０の画像を図９に示す。ＤＯＰの設定が終わると、隣接するＤＯＰを結ぶ三角形が自動的に作成される。図における各三角形の交点がオペレータが任意に設定したＤＯＰである。
【００７３】
このような設定方法では、ＤＯＰの位置は基板面が露出した部位であるため、カメラユニット２１で撮影された画像の高さをそのままＤＯＰ位置の高さとして用いることができる。すなわち、カメラユニット２１で撮影された画像からにＦＯＶ面を求め、ＤＯＰ位置の高さを算出するような処理を行う必要がない。そして、回路基板の部品の実装状況等に応じて適宜な位置にＤＯＰを設定すること（例えば、撓みが想定される領域に高密度にＤＯＰを設定すること等）ができるため、きめ細かく基板の歪みを補正して分割領域画像を合成することができ、これにより高精度の回路基板全体の画像を得ることができる。
【００７４】
なお、高さを有する部分から余剰物品の候補を抽出する抽出処理の例として、高さ範囲抽出処理と、長さ範囲抽出処理を示したが、他の処理方法を用いても良い。例えば、検査領域内において予め設定された所定の面積範囲にある部分を余剰物品の候補として抽出する面積範囲抽出処理や、検査領域内において予め設定された所定の体積範囲にある部分を余剰物品の候補として抽出する体積範囲抽出処理などを用いても良い。
【符号の説明】
【００７５】
１  検査装置
２０  撮像ユニット
２１  カメラユニット
２２  照明ユニット（２２ａ  上位光源、２２ｂ  中位光源、２２ｃ  下位光源）
２４  投射ユニット
５０  制御ユニット（５１  記憶部、５２  作動制御部、５３  データ処理部、５５  Ｉ／Ｏ部）
９０  回路基板
９１  基板
９２  部品（９２ａ，９２ｂ  ＩＣ部品、９２ｃ  コネクタ部品）
ＤＯＰ  歪観察点（参照点）
ＤＰ1〜ＤＰ7  ＤＯＰ面
Ｓ１００〜Ｓ１６０  余剰物品検査プログラムのステップ
ＴＰ  余剰物品検査プログラム
【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】
2018017608.tif 000009
【図８】
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【図９】
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