(57)【要約】【課題】クリームはんだ印刷の低廉なコストの３次元自動検査と３次元計測を実現する。【解決手段】斜めの撮像角度で基板を撮像する１次元カラーイメージセンサカメラと、ほぼ真上からクリームはんだ上面を照明する第１色相光光源と、撮像角度よりも浅い斜め角度でクリームはんだ側面を照明する第２色相光光源とが構成する３次元撮像幾何光学配置において、カメラのピクセル配置に直交する方向に基板を移動することによって、基板全面の３次元画像を獲得し、検体クリームはんだ印刷基板の３次元画像と基準クリームはんだ印刷基板の３次元画像との差分画像処理を行い、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し、異同画素が検出された領域の基準基板画像と検体基板画像に関して、第１色相光反射領域と第２色相光反射領域から、クリームはんだの３次元計測値を算出する。【選択図】図１
2008157749.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
クリームはんだ印刷基板の印刷品質を３次元画像により検査および計測する検査装置であって、
斜めの撮像角度で基板を撮像する１次元カラーイメージセンサカメラと、ほぼ真上からクリームはんだ上面を照明する第１色相光光源と、撮像角度よりも浅い斜め角度でクリームはんだ側面を照明する第２色相光光源とを備え、カメラのピクセル配置に直交する方向に基板を相対移動することによって、第１色相光と第２色相光で同時二重照明した基板全面の３次元画像を獲得する撮像手段と、
撮像手段が獲得した検体基板の３次元画像と基準基板の３次元画像との差分画像処理を行い、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画像処理手段と、
差分画像処理で異同画素が検出された領域の基準基板画像と検体基板画像に関して、第１色相光反射領域と第２色相光反射領域から、クリームはんだの３次元計測値を算出する画像計測手段と、
異同画素及び３次元計測値を報告する報告手段と
より成る検査装置。
【請求項２】
クリームはんだ印刷基板の印刷品質を３次元画像により計測・検査する検査装置であって、
斜めの撮像角度で基板を撮像する１次元イメージセンサカメラと、ほぼ真上からクリームはんだ上面を照明する第１光源と、撮像角度よりも浅い斜め角度でクリームはんだ側面を照明する第２光源とを備え、カメラのピクセル配置に直交する方向に基板を相対移動し、１次元イメージセンサカメラの奇数番目の電子走査時に第１光源を点灯し、偶数番目の電子走査時に第２光源を点灯することによって、基板の第１光源反射画像と基板の第２光源反射画像とを獲得する撮像手段と、
第１光源反射画像と第２光源反射画像から、クリームはんだの３次元計測値を算出する画像計測手段と、
基準基板と検体基板のクリームはんだの３次元計測値を比較して良否判定する判定手段と
より成る検査装置。
【請求項３】
前記撮像手段の１次元カラーイメージセンサカメラの前方にテレセントリックレンズを備えることを特徴とする請求項１記載の検査装置、あるいは前記撮像手段の１次元イメージセンサカメラの前方にテレセントリックレンズを備えることを特徴とする請求項２記載の検査装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エレクトロニクス工場等において、１次元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。
【背景技術】
【０００２】
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、部品のはんだ付を完了する。この方式における部品実装の不良は、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、はんだ付不良の最大の原因であるため、はんだ印刷品質を自動検査する検査装置が使用されるようになっている。従来のこれら検査装置は、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。また後者は三次元計測により、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、その変形量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）。
【特許文献１】特開２０００−０９７６３１
【特許文献２】特開２００５−３３７９４３
【０００３】
これらの原理による３次元計測方式の検査装置は、３次元計測を行う仕組みのコストが高く、検査自動化普及の障害になっていた。
【０００４】
一方、本出願人は、プリント基板の全面を撮像し、その画像をもとにして外観検査を行うことにより、従来の教示作業を必要としない実装検査技術を考案し、開示をしている（特許文献３、４参照、以下省略）。
【特許文献３】特開２００３−０３７３４２
【特許文献４】特開２００４−３５４２６５
【０００５】
これらの開示技術は、基板に対して真上方向に設置した１次元イメージセンサカメラによりはんだ付後基板の検査を行うものであって、総じて２次元画像の差画像処理を行う技術であるため、クリームはんだの３次元計測はできなかった。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
解決しようとする問題点は、２次元画像方式ではクリームはんだの高さ異常の検出ができず、一方、３次元計測方式では高コスト構造が避けられなかった点である。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、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カメラが、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色相光で同時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、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ことを主要な特徴とする。
また本発明は、基板に対して斜め撮像角度の１次元イメージセンサカメラが、第１光源がほぼ真上から点滅照明し、かつ第２光源が撮像角度よりも浅い斜め角度で点滅照明する基板を電子走査に合せて交互に撮像して、第１光源反射画像と第２光源反射画像とを獲得し、クリームはんだの３次元計測値を算出して良否判定することを主要な特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の検査装置は、斜め撮像角度の１次元イメージセンサカメラとほぼ真上からの照明と撮像角度よりも浅い角度の照明より成る３次元撮像幾何光学配置によりクリームはんだ印刷基板の３次元画像を獲得し、クリームはんだの３次元画像計測と不良検出をするので、高価な３次元計測構造が不要な、安価な３次元クリームはんだ印刷検査装置が実現するという利点がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
安価で普及性の高いクリームはんだ印刷の自動検査装置を実現するという目的を、斜め撮像角度の１次元イメージセンサカメラとほぼ真上からの照明光源と撮像角度よりも浅い角度の照明光源より成る３次元撮像幾何光学配置によりクリームはんだ印刷基板の３次元画像を獲得し、３次元画像計測と不良検出をすることによって実現した。
【実施例１】
【００１０】
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。
【００１１】
基板１の上方には、１次元カラーイメージセンサカメラ４と照明装置の第１色相光源５−１と第２色相光源５−２が配置されている。１次元カラーイメージセンサカメラ４はカラーラインＣＣＤカメラであって、その視軸が基板１に対して斜めになるように傾斜姿勢で設置されている。図示していないが、１次元カラーイメージセンサカメラ４の前方にテレセントリックレンズを装備し、基板からの入射光を平行光としている。
【００１２】
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、基板のほぼ真上に設置され、第１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、クリームはんだの上面を緑色に着色する。一方第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よりも下方に設置され、第２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。
この幾何光学配置で、第１色相光源５−１と第２色相光源５−２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緑色画像領域となり、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、緑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。実際の高さおよび面積は、カメラ視軸の傾斜角と画素数から概算でき、高さと面積からクリームはんだの体積を算出する。
良否判定は、基準基板と検体基板の画像同士の差画像処理を行い、閾値以上の差分を検出した場合に、不良と判定する（図２（Ｃ）参照）。
【００１３】
上記の計算は、（１）１次元イメージセンサカメラの電子走査軸と基板の相対的移動軸を直角としたこと及び、（２）テレセントリックレンズによってカメラへの入射光を平行光としたことによって、非常に簡単なものになっている。クリームはんだ側面が傾斜面である場合が多いため、第２色相光源光束の入射角に対する角度の大小に応じて変化する側面領域画素の赤色輝度値を用いて補正演算を行っている。
【００１４】
クリームはんだのはみ出しやブリッジは、緑色領域の広がり異常として検出される。
【００１５】
図１において、１次元カラーイメージセンサカメラ４は、制御装置６に接続され、制御装置６は、１次元センサ撮像ユニット７、画像データ保存ユニット８、画像処理演算ユニット９、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１０を有し、各ユニット７，８，９、及び１０は、バス１５を通じてデータの交換を行う。
【００１６】
また、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１１と、検査結果等を印字する出力ユニット１２と、外部装置との間でデータ送受を行う通信ユニット１３と、画像や検査結果等を表示する表示ユニット１４が接続されている。
【００１７】
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。まず基準とする基板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）、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でスキャン撮像する（ＳＴ３）。獲得した基準基板の３次元全面画像を表示ユニット１４に表示し、検査領域を設定する（ＳＴ４）。
【００１８】
検査領域設定は、部品実装箇所あるいははんだ付箇所のそれぞれを囲むように設定する。領域教示が完了したら、基準基板を除去する（ＳＴ５）。
【００１９】
次に、テスト基板を装填し（ＳＴ６）、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でスキャン撮像する（ＳＴ７）。基準基板の３次元全面画像とテスト基板の３次元全面画像を表示ユニット１４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する（ＳＴ８）。
このとき、テスト基板上の不良の見逃しがあれば、その検査領域のデフォルト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。
本実施例は、検査領域の画像精度と検出感度を個別に調整できるようにしているので、検査領域ごとの画像状況に応じた調節によって、全体均一レベル方式では困難であった過検出や不検出の発生可能性が大きく低減している。
全検査領域の画像精度と検出感度の調節が完了したら、テスト基板を除去する（ＳＴ９）。
【００２０】
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。
【００２１】
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が検体基板１の全面をスキャン撮像する（ＳＴ１３）。
【００２２】
そこで画像処理演算ユニット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（ＳＴ１４）、差分画像データから教示した画像精度と検出感度に基づいて不良領域を検出する。
【００２３】
次に、不良領域のクリームはんだについて、第１色相光領域から面積を算出し、また第２色相光領域から高さを算出して、体積を計算し（ＳＴ１５）、検査結果を報告したら（ＳＴ１６）、検体基板を除去する（ＳＴ１７）。
【実施例２】
【００２４】
本発明検査装置の第２実施例の全体構成を、図４に示す。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。
【００２５】
基板１の上方には、１次元イメージセンサカメラ４と照明装置の第１光源５−１と第２光源５−２が配置されている。１次元イメージセンサカメラ４はラインＣＣＤカメラであって、その視軸が基板１に対して斜めになるように傾斜姿勢で設置されている。図示していないが、１次元イメージセンサカメラ４の前方にテレセントリックレンズを装備し、基板からの入射光を平行光としている。
【００２６】
図５（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光源５−１は、基板のほぼ真上に設置され、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照明する。一方第２光源５−２は、１次元イメージセンサカメラ４よりも下方に設置され、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照明する。
この幾何光学配置で、第１光源５−１は１次元イメージセンサカメラ４の奇数番目の電子走査と同期して点灯し、１次元イメージセンサカメラ４が基板の第１光源反射画像を獲得する。また、第２光源５−２は１次元イメージセンサカメラ４の偶数番目の電子走査と同期して点灯し、基板の第２光源反射画像を獲得する。その結果、図５（Ｂ）の画像模式図に示すように、２面のクリームはんだの３次元画像が得られ、はんだの上面は第１光源反射領域となり、また側面は第２光源反射領域となる。
第２光源反射領域の奥行き（図５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、第１光源反射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。実際の高さおよび面積は、カメラ視軸の傾斜角と画素サイズから概算でき、高さと面積からクリームはんだの体積を算出する。
良否判定は、基準基板と検体基板のクリームはんだ同士の計測値を比較し、閾値以上の差分を検出した場合に、不良と判定する。
【００２７】
上記の計算は、（１）１次元イメージセンサカメラの電子走査軸と基板の相対的移動軸を直角としたこと及び、（２）テレセントリックレンズによってカメラへの入射光を平行光としたことによって、非常に簡単なものになっている。クリームはんだ側面が傾斜面である場合が多いため、第２光源光束の入射角に対する角度の大小に応じて変化する側面領域画素の輝度値を用いて補正演算を行っている。
【００２８】
クリームはんだのはみ出しやブリッジは、第１光源反射領域の広がり異常として検出される。
【００２９】
図４において、１次元イメージセンサカメラ４は、制御装置６に接続され、制御装置６は、１次元センサ撮像ユニット７、画像データ保存ユニット８、画像処理演算ユニット９、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１０を有し、各ユニット７，８，９、及び１０は、バス１５を通じてデータの交換を行う。
【００３０】
また、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１１と、検査結果等を印字する出力ユニット１２と、外部装置との間でデータ送受を行う通信ユニット１３と、画像や検査結果等を表示する表示ユニット１４が接続されている。
【００３１】
次に、図６（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。まず基準とする基板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）、その後基準基板を１次元テーブル３で移動して１次元イメージセンサカメラ４でスキャン撮像する（ＳＴ２３）。獲得した基準基板の第１光源画像を表示ユニット１４に表示し、検査領域を設定する（ＳＴ２４）。
【００３２】
検査領域設定は、はんだ付箇所のそれぞれを囲むように設定する。この場合、コンピュータ設計データを利用することが可能である。領域教示が完了したら、画像処理演算ユニット９が、第１光源画像からはんだの面積を算出し（ＳＴ２５）、また第２光源画像からはんだの高さを算出し、面積と高さから体積を算出し、データを保存する（ＳＴ２６）。
【００３３】
次に、基準基板の第１光源画像と第２光源画像を保存し（ＳＴ２７）、基準基板を除去する（ＳＴ２８）。
【００３４】
次に、この実施例における自動検査の動作を、図６（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（ＳＴ３１）、検体基板のＩＤデータを入力するか又は読取ると（ＳＴ３２）、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次元イメージセンサカメラ４が検体基板１の全面をスキャン撮像する（ＳＴ３３）。
【００３５】
そこで画像処理演算ユニット９が、第１光源画像からはんだの面積を算出し（ＳＴ３４）、また第２光源画像からはんだの高さを算出し、面積と高さから体積を算出する（ＳＴ３５）。
【００３６】
次に、教示ステップＳＴ２６で保存した基準基板のデータと検体基板のデータとを比較し（ＳＴ３６）、比較値から印刷はんだの良否判定を行い（ＳＴ３７）、検査結果を報告したら（ＳＴ３８）、検体基板を１次元テーブル３から除去する（ＳＴ３９）。
【産業上の利用可能性】
【００３７】
斜め撮像角度の１次元イメージセンサカメラと、ほぼ真上からの照明する光源と撮像角度よりも浅い角度で照明する光源によって３次元撮像幾何光学配置を構成し、クリームはんだ印刷基板のはんだ印刷品質の自動的な３次元画像計測及び検査を行う検査装置に適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】検査装置の全体構成を示した説明図である。（実施例１）
【図２】検査装置における撮像の幾何光学配置と画像処理を説明する図である。（実施例１）
【図３】検査装置における教示と自動検査の動作を示したフロー図である。（実施例１）
【図４】検査装置の全体構成を示した説明図である。（実施例２）
【図５】検査装置における撮像の幾何光学配置と画像処理を説明する図である。（実施例２）
【図６】検査装置における教示と自動検査の動作を示したフロー図である。（実施例２）
【符号の説明】
【００３９】
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
【図１】
2008157749.tif 000003
【図２】
2008157749.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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