(57)【要約】【課題】例えば半田フィレットなどの外観検査において、過検出（虚報）の発生が抑制され、高い直行率を保持しつつ高速に検査を行うことができる外観検査装置及び外観検査方法を得る。【解決手段】検査ワークとしての基板１に対して、複数の位置から、該位置によって互いに異なる光色の検査光を照射するように設けられた照明装置５と、前記照明装置から照射され前記検査ワークによって反射された反射光を受光するように配設されたカラー撮像装置６と、前記カラー撮像装置の出力に基づいて前記検査ワークの撮像領域別に求められた光色別の情報から前記検査ワークの状態を判定する情報処理装置６０と、を備えるようにした。【選択図】図１
2015210226.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
検査ワークに対して、複数の位置から、該位置によって互いに異なる光色の検査光を照射するように設けられた照明装置と、前記照明装置から照射され前記検査ワークによって反射された反射光を受光するように配設されたカラー撮像装置と、前記カラー撮像装置の出力に基づいて前記検査ワークの撮像領域別に求められた光色別の情報から前記検査ワークの状態を判定する情報処理装置と、を備えたことを特徴とする外観検査装置。
【請求項２】
前記照明装置は、リング状に形成され、互いに異なる光色の発光素子が周方向に所定の順に配列されたリング状光源部を用いたものであることを特徴とする請求項１記載の外観検査装置。
【請求項３】
外径の異なる複数の前記リング状光源部を同心状に複数備えていることを特徴とする請求項２記載の外観検査装置。
【請求項４】
前記リング状光源部は、リングの中心に対して対向する位置の光色が異なるように配色されていることを特徴とする請求項２または請求項３記載の外観検査装置。
【請求項５】
前記情報処理装置は、撮像された画像における検査領域を予め設定された所定方向に複数の検査エリアに分割し、分割された検査エリア毎に各色の平均輝度の最大値を求め、その最大値を当該検査エリアの代表値とし、前記検査エリア毎に求めた所定の色成分の平均輝度と前記代表値との差分によって前記検査ワークの良否を判定することを特徴とする請求項１から請求項４の何れかに記載の外観検査装置。
【請求項６】
前記情報処理装置は、撮像された画像における検査領域を予め設定された所定方向に複数の検査エリアに分割し、分割された検査エリア毎に各色の２値化により生成された画素の面積値を求め、その最大値を当該検査エリアの代表値とし、前記検査エリア毎に求めた所定の色成分の面積値と前記代表値との差分によって前記検査ワークの良否を判定することを特徴とする請求項１から請求項４の何れかに記載の外観検査装置。
【請求項７】
検査ワークに対して、複数の位置から、該位置によって互いに異なる光色の検査光を照射し、前記検査ワークによって反射された反射光をカラー撮像装置によって受光し、前記検査ワークの撮像領域別に求められた光色別の情報から前記検査ワークの状態を判定することを特徴とする外観検査方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば電子部品の基板実装後における半田付け状態の外観検査などに好ましく用いることができる外観検査装置及び外観検査方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の半田付け外観状態などを検査する外観検査装置として、半田付け部のフィレットの形状を取得するため、高さもしくは径を変えたリング状の照明を複数個装備し、各々の照明の反射光をカメラで撮像し、半田フィレットの角度情報を取得して外観検査を行うようにしたものがある（例えば特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平８−１５２３１１号公報（第１頁、図１〜３）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記のような外観検査装置にあっては、リング状の照明の角度からの反射光により、半田フィレットの角度成分は取得できるが、例えば部品浮き（不良）と半田量過多気味（良品）といったフィレット角度の情報だけでは判別することができない、垂直方向に不連続の形状がある場合が存在する。見逃しを抑制するためには、これらを不良と判断せざる得ないため、良品であっても不良品として検出するいわゆる過検出（虚報）が発生し、検査に一発で合格したものの比率である直行率低下の問題がある。このため、先行技術では、半田過多（不良）については、リング照明を円周方向に分割し、半田付け部に対向する照明のみを切り替えて照射することで検出している。しかし、この方法では半田過多気味（良品）の判別はできず、また、照明を切り替える必要があり、検査時間が長くなってしまう問題があった。
【０００５】
この発明は、上記のような問題点を解決するためになされたものであり、例えば半田フィレットなどの外観検査において、過検出（虚報）の発生が抑制され、高い直行率を保持しつつ高速に検査を行うことができる外観検査装置及び外観検査方法を得ることを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この発明に係る外観検査装置は、検査ワークに対して、複数の位置から、該位置によって互いに異なる光色の検査光を照射するように設けられた照明装置と、前記照明装置から照射され前記検査ワークによって反射された反射光を受光するように配設されたカラー撮像装置と、前記カラー撮像装置の出力に基づいて前記検査ワークの撮像領域別に求められた光色別の情報から前記検査ワークの状態を判定する情報処理装置と、を備えたことを特徴とするものである。
また、この発明に係る外観検査方法は、検査ワークに対して、複数の位置から、該位置によって互いに異なる光色の検査光を照射し、前記検査ワークによって反射された反射光をカラー撮像装置によって受光し、前記カラー撮像装置の出力に基づいて前記検査ワークの撮像領域別に求められた光色別の情報から前記検査ワークの状態を判定することを特徴とするものである。
【発明の効果】
【０００７】
この発明の外観検査装置によれば、検査ワークに対して、複数の位置から、該位置によって互いに異なる光色の検査光を照射し、前記検査ワークによって反射された反射光を受光するカラー撮像装置の出力に基づいて前記検査ワークの撮像領域別に求められた光色別の情報から前記検査ワークの状態を判定するようにしたので、検査ワークの様々な状態を照明を切替えることなく検査することができ、過検出（虚報）の発生が抑制され、高い直行率を保持しつつ高速に検査を行うことができる。
また、この発明の外観検査方法によれば、検査ワークに対して、複数の位置から、該位置によって互いに異なる光色の検査光を照射し、前記検査ワークによって反射された反射光を受光するカラー撮像装置の出力に基づいて前記検査ワークの撮像領域別に求められた光色別の情報から前記検査ワークの状態を判定するようにしたので、検査ワークの様々な状態を照明を切替えることなく検査することができ、過検出（虚報）の発生が抑制され、高い直行率を保持しつつ高速に検査を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の実施の形態１による外観検査装置の要部を概念的に示す全体構成図である。
【図２】図１に示された照明装置の構成を示す図である。
【図３】図１に示された外観検査装置によって基板に実装された電子部品の半田付け状態を外観検査する際の検査モデルを例示する図である。
【図４】本発明の実施の形態１による外観検査装置の動作例及び外観検査方法を説明するフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
実施の形態１．
以下、本発明の実施の形態１による外観検査装置を回路基板に実装された電子部品の半田付け状態の外観検査に用いた場合について図面を参照して説明する。なお、図１は本発明の実施の形態１による外観検査装置の要部を概念的に示す全体構成図、図２は図１に示された照明装置の構成を示す図である。図において、検査ワークである基板１は、半田付けされた電子部品２の端子２ａ、及び端子２ａと基板上の電極（図示省略）を接続する半田付け部である半田フィレット３を有している。外観検査装置は、基板１を保持する搬送ステージ４と、搬送ステージ４の図における上方に配設されたリング状の照明装置５、及び半田付け状態を撮像するカラー撮像装置６と、搬送ステージ４をＸＹ軸方向の任意の位置に移動するステージ制御装置４０と、照明装置５を制御する照明制御装置５０と、カラー撮像装置６の出力に基づいて検査ワークの撮像領域別に求められた光色別の情報から半田フィレット３の状態を判定する情報処理装置６０と、を備えている。
【００１０】
照明装置５は、図２に示すようにリング状で点灯エリアをａ、ｂ、ｃ、ｄで示す如く円周方向に均等に４分割して、対向するエリアの発光色Ｒ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）が互いに異なり（例えば、内周側から外周側に、点灯エリアａではＲＧＢとなっているのに対して対向する点灯エリアｂではＢＧＲとなっている）、しかも外径が順次大きくなるようにした３つのリング状光源部５１、５２、５３を同心状にＺ軸方向に多段（３段）に設置している。３つのリング状光源部５１、５２、５３は照明制御装置５０と接続されており、各リング状光源部５１、５２、５３の点灯エリア（ａ〜ｄ）の点灯、消灯、照明パワーなどを個別に任意に制御できるように構成されている。照明制御装置５０には、ステージ制御装置４０からステージ位置信号が入力されており、検査位置に応じて、カラー撮像装置６及び照明装置５へ撮像／発光信号（トリガ信号）を出力する機能を装備している。また、カラー撮像装置６は情報処理装置６０に接続されており、撮像した画像データ群から半田付け状態の良否を判定するように構成されている。なお、操作卓や判定結果などを表示するディスプレイなどの付随装置類は図示を省略している。
【００１１】
前記のように構成された実施の形態１において、検査ワークである基板１の半田フィレット３部分に対して照明装置５から検査光を照射する。照明装置５は、点灯エリア、発光色、及びリング状光源部５１、５２、５３のＺ軸方向の位置が前述のように構成されていることにより、複数の位置から、該位置によって互いに異なる光色の検査光が照射されるので、半田フィレット３に対して角度を変えた照明が行なわれる。半田フィレット３に照射された検査光は半田フィレット３の表面の傾斜角度などの形状と、検査光の光源の位置と光色に応じて、様々な方向に反射光が発生する。この反射光は図における上方部の所定位置に設置されたカラー撮像装置６によって撮像され、以下の手順によって半田付け部分の良否を判定する。
【００１２】
以下、カラー撮像装置６によって撮像された画像上で基板１に図の左右方向（Ｘ軸方向）に実装された電子部品２の端子２ａが存在し、かつ電子部品２の右側の半田付け部の半田フィレット３に対し、図２の照明装置５を適用した場合の動作例について図３及び図４を参照して説明する。なお、図３は図１に示された外観検査装置によって基板に実装された電子部品２の半田付け状態を外観検査する際の検査モデルを例示する図、図４は本発明の実施の形態１による外観検査装置の動作例及び外観検査方法を説明するフローチャートである。なお、図３における（ａ）半田付け状態良品、（ｂ）は半田少（不良）、（ｃ）は半田過多（不良）、（ｄ）は半田過多気味（良品）、（ｅ）は部品浮き／未半田（不良）を側面から見たときの模式図である。また、図３の（ａ）〜（ｅ）にそれぞれ示す表中、ア〜エは検査領域を列方向に分割した検査エリアであり、１行は各検査エリア中において測定された後述する代表輝度を与える光色を示している。
【００１３】
（ステップＳ１）
予め設定した検査エリア（ア〜エ）の画素群に対して上下方向（画像上ではＹ方向、図１及び図３では紙面の前後方向）に各列の各色の輝度の平均値をそれぞれ求め、各列中で測定された一番高い平均輝度を代表輝度とする。図２の照明装置５の配色では、例えば図３（ａ）の半田付け部において、検査エリア（ア）及び（エ）に示す平坦部ないしは平坦に近い領域では、カラー撮像装置６に入射される光は、図の位置、角度関係から明らかなように、図２の点灯エリアａ、ｄの最内側のＲ（赤）と、点灯エリアｂ、ｃの最内側のＢ（青）から照射された検査光の反射光成分が何れも多くなり、カラー撮像装置６で測定されるＲ、Ｇ、Ｂ各色の輝度としては赤と青が同程度に高い値となるため、代表輝度はＲ（赤）またはＢ（青）の平均輝度となる。図３の１行では便宜上これを「Ｒ≒Ｂ」と表示している。
【００１４】
一方、図３（ａ）の検査エリア（ウ）及び（イ）では、半田フィレット３の表面の傾斜角度が大きくなり、検査エリア（ウ）から（イ）に向けて角度が徐々に増えるにつれて、カラー撮像装置６に入射する反射光成分は図２の点灯エリアａからの検査光に基づくＧ、Ｂが多くなってくる。このため、図３（ａ）の半田付け部における検査エリア（ウ）では代表輝度はＧ（緑）、検査エリア（イ）では代表輝度はＢ（青）の平均輝度となる。
なお、図３（ａ）の場合、図２の点灯エリアｂのリング状光源部５３から照射される赤成分（Ｒ）の検査光は、図１に示すように、半田フィレット３に対する照射角度が低く、電子部品２の頂部によって遮断されて半田フィレット３には届かないため、点灯エリアｂの赤成分（Ｒ）に由来する検査光は検査エリア（ウ）及び（イ）では撮像されない。
【００１５】
なお、検査エリア（ア）は、図３（ｃ）に示すような「半田過多（不良）」の存在を想定して、実際には、図３（ｃ）のように複数の検査エリアとして設定されている。その点は、図３（ａ）、（ｂ）、（ｄ）、（ｅ）の場合についても図３（ｃ）と同様に複数の検査エリアとして設定されているが、説明の重複を避けるためここでは便宜上１つの検査エリアとしている。
また、図３（ｂ）の検査エリア（イ）における１行に示す「ＢＧ」は、代表輝度としては、「Ｂ」または「Ｇ」であり、検査エリア（イ）における検査エリア（ア）に近い側は「Ｂ」、検査エリア（ウ）に近い側は「Ｇ」となっていることを示している。
また、図３（ｃ）の検査エリア（ア）の右側の列における１行に示す「Ｂ＞Ｒ」は、代表輝度としては、「Ｂ」であるが、「Ｒ」成分が０ではないことを示している。
【００１６】
（ステップＳ２）
ステップＳ１で前記のように各検査エリア（ア〜エ）毎に求められた代表輝度と各列の赤（Ｒ）成分の輝度の平均値の差分値ｄＲをとる。図３（ａ）〜（ｅ）の２行にその差分値ｄＲを与えた色成分を示す。例えば、半田フィレット３の形状が図３（ａ）の場合について具体的に説明する。
図３（ａ）の検査エリア（ア）では、１行にＲ≒Ｂと示すように、代表輝度はＲ（赤）成分の輝度の平均値（≒Ｂ（青）成分の輝度の平均値）そのものであるので、検査エリア（ア）の代表輝度と検査エリア（ア）の赤（Ｒ）成分の輝度の平均値の差分ｄＲは、
ｄＲ＝｛Ｒ（赤）成分の輝度の平均値｝−｛Ｒ（赤）成分の輝度の平均値｝＝０
となる。
【００１７】
図３（ａ）の検査エリア（イ）では、１行に「Ｂ」と示すように、代表輝度はＢ（青）成分の輝度の平均値で、Ｒ（赤）成分の輝度の平均値は実質的に０であるので、検査エリア（イ）の代表輝度と検査エリア（イ）の赤（Ｒ）成分の輝度の平均値の差分値ｄＲは、
Ｂ（青）成分の輝度となるため、その差分値を与えた色成分「Ｂ」で表示している。
図３（ａ）の検査エリア（ウ）では、１行に「Ｇ」と示すように、代表輝度はＧ（緑）成分の輝度の平均値で、Ｒ（赤）成分の輝度の平均値は実質的に０であるので、検査エリア（ウ）の代表輝度と検査エリア（ウ）の赤（Ｒ）成分の輝度の平均値の差分ｄＲは、
Ｇ（緑）成分の輝度となるため、その差分値を与えた色成分「Ｇ」で表示している。
図３（ａ）の検査エリア（エ）では、検査エリア（ア）と同様であるので、検査エリア（エ）の代表輝度と検査エリア（エ）の赤（Ｒ）成分の輝度の平均値の差分ｄＲは、
ｄＲ＝｛Ｒ（赤）成分の輝度の平均値｝−｛Ｒ（赤）成分の輝度の平均値｝＝０
となる。
【００１８】
（ステップＳ３）
検査エリア（イ）、（ウ）の代表輝度と赤成分の平均値の差分値ｄＲが双方の検査エリアについて予め設定された閾値である所定値α以上の輝度であれば、赤よりも輝度の高いＧ（緑）またはＢ（青）の成分がある、つまり半田フィレット３が正常に存在していると判断し、検査ワークを「良品」とする。ここでは、図３（ａ）が前記条件に該当しており、良品と判定される。なお、所定値αは半田フィレットが正常の複数のサンプルと、不良の複数のサンプルについてそれぞれ実測して統計的に設定される。
（ステップＳ４）
検査エリア（イ）の代表輝度と赤成分の平均値の差分値ｄＲが予め設定された所定値β（＜α）以上の輝度がある場合、Ｇ（緑）またはＢ（青）の成分がある、つまり少ない半田フィレットが存在していると推定されるものの、良品とすることは適当でなく、「半田少（不良）」と判定する。ここでは、図３（ｂ）が前記条件に該当している。
【００１９】
（ステップＳ５）
検査エリア（ウ）の代表輝度と赤成分の平均値の差分値ｄＲが予め設定された所定値γ以上の輝度があれば、フラットでない部分、つまり半田フィレットが存在すると判断し、「半田過多（不良）」とする。ここでは、図３（ｃ）が前記条件に該当している。
（ステップＳ６）
代表輝度と各列の青（Ｂ）成分の平均値の差分値ｄＢをとる。図３の３行に前記差分値を示す。
【００２０】
（ステップＳ７）
検査エリア（イ）の代表輝度と青成分の平均値の差分値が一定値δ以上の輝度があれば、部品端子の厚みによって図２の点灯エリアｂの青成分（Ｂ）が届いていないと判断し、「部品浮き（不良）」もしくは「未半田（不良）」とする。ここでは、図３（ｅ）が前記条件に該当している。
（ステップＳ８）
上記以外を「半田過多気味（良品）」とする。ここでは、図３（ｄ）が前記条件に該当している。
【００２１】
上記ステップＳ１〜Ｓ８を検査ワークの全視野に対して実施する。このように検査エリアを中心部にして対向する照明を異なる色とし、カラー撮像装置６によって受光した色成分の差分に着目することで、基板１の半田付け状態の良不良の差異が強調され、照明を切り替えることなく、かつ半田過多気味（良品）と部品浮きや未半田といった、これまで区別が困難であったものが、判別可能となり、虚報率が抑制される。なお、従来方法では、図３における（ｄ）の半田過多気味（良品）と（ｅ）の部品浮き（未半田）の区別ができないため、半田過多気味（良品）を不良とせざるを得なかったものである。
【００２２】
上記のように実施の形態１に係る外観検査装置によれば、１つの撮像データを元に、予め設定されたシーケンスのプログラム制御によってデータ処理することで検査ワークの良否を判定することができ、照明の切り替えが不要になる。また、撮像動作はステージ制御装置４０からの位置信号を照明制御装置５０に入力し、検査位置でカラー撮像装置６、照明装置５にトリガ信号を与えることで、検査位置で停止することなく実行することができ、撮像時間を大幅に短縮することが可能となる。また、例えば高速化を目的にラインセンサカメラなどを使用することも可能となる。
【００２３】
また、実施の形態１に係る外観検査方法によれば、検査ワークに対して、複数の位置から、該位置によって互いに異なる光色の検査光を照射し、前記検査ワークによって反射された反射光を受光するカラー撮像装置の出力に基づいて前記検査ワークの撮像領域別に求められた光色別の情報から前記検査ワークの状態を判定するようにしたので、検査ワークの様々な状態を照明を切替えることなく検査することができ、過検出（虚報）の発生が抑制され、高い直行率を保持しつつ高速に検査を行うことができる。
【００２４】
なお、本発明はその発明の範囲内において、適宜、変形、省略することが可能である。例えば、実施の形態１では、列方向（Ｘ軸方向）の平均輝度の差分について説明したが、各色での２値化処理によって生成される画素の面積値の差分や平均輝度の組み合わせとしてもよい。また、照明装置５は点灯エリアについては周方向にａ〜ｄの４分割としたが、電子部品２の端子２ａの向きなどによって、５分割以上、または３分割以下にしてもよい。また、半田付けの状態によっては前記分割数を変えずに、点灯するエリアを、例えば図２におけるエリアａとエリアｂのみを点灯し、あるいは３段のリング状光源部５１、５２、５３の一部のみを点灯するなど、点灯する光源を適宜限定するようにしてもよい。
【００２５】
また、実施の形態１では照明装置５を円形のリング状光源部としているが、例えばバー型照明やスポット型照明をコの字型（４分割）や六角形（６分割）、八角形（８分割）のように配置し、それを多段照明としてもよい。また、光源部を多段にする場合、実施の形態１では３段に構成したが段数は特に限定されるものではなく、４段以上とすることもできる。また、発光色はＲ、Ｇ、Ｂ以外の光色を用いても良い。
また、例えば、リング照明を周方向に点灯エリアを分割し、半田付け部の端子の向きや端子からのパターンの引き出し方向に応じて、点灯エリアを切り替える手段と、各々の点灯条件で撮像する手段と、撮像した画像単体だけでなく、画像データ群を画像間処理する手段を備えるように構成しても良い。
【符号の説明】
【００２６】
１  基板（検査ワーク）、２  電子部品、２ａ  端子、３  半田フィレット、４  搬送ステージ、５  照明装置、６  カラー撮像装置、４０  ステージ制御装置、５０  照明制御装置、５１、５２、５３  リング状光源部、６０  情報処理装置。
【図１】
2015210226.tif 000003
【図２】
2015210226.tif 000004
【図３】
2015210226.tif 000005
【図４】
2015210226.tif 000006