(57)【要約】【課題】装置の使用に習熟していないユーザーでも、容易に作業手順を取得できるようにする。【解決手段】ディスクリート部品へのはんだの付け忘れを検査するためのティーチング処理において、実装前基準基板Ｓ１および実装後基準基板Ｓ２の画像をそれぞれティーチボタン６の操作に応じて取り込み、ティーチングデータを自動生成する。実装前基準基板Ｓ１の画像からは、スルーホールが検出されて、このホールおよび周囲のランドを含む部分画像が切り出され、はんだ検査用モデルとして登録される。また実装後基準基板Ｓ２の画像からは、基板が正しくセットされているかどうかを確認するための基板確認用モデルが生成され、またこの画像を用いて未実装部位に対応するはんだ検査用モデルを削除する処理が行われる。【選択図】　図１
2004071668.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ディスクリート部品が実装された基板について、前記ディスクリート部品に対するはんだ付けの有無を検査するためのティーチングデータを生成する方法であって、
スルーホールが正しく形成された部品実装前の基板を撮像するステップ、
部品が良好に実装された基板を撮像するステップ、
前記部品実装前の基板の画像上で所定の円検出処理により画像上のスルーホールを検出するステップ、
検出されたスルーホール毎にそれぞれそのホールを含む所定大きさの部分画像からはんだ検査用のモデルを生成してメモリに登録するステップ、
前記部品が実装された基板の画像から所定の特徴量を具備する部分画像を抽出し、この部分画像から基板確認用のモデルを生成してメモリに登録するステップ、
の各ステップを実行することを特徴とする基板検査用のティーチングデータ生成方法。
【請求項２】
請求項１に記載された方法において、
前記部品実装前の基板を撮像するステップ、および前記部品が実装された基板を撮像するステップを、それぞれ所定の撮像開始操作に応じて実行するようにした基板検査用のティーチングデータ生成方法。
【請求項３】
請求項１または２に記載された方法において、
前記部品が実装された基板の画像に前記はんだ検査用のモデルによる検索処理を実行するステップと、前記検索処理に成功したモデルを削除するステップとを実行するようにした基板検査用のティーチングデータ生成方法。
【請求項４】
請求項１に記載された方法において、
前記部品実装前の基板の画像に対する円検出処理において、前記画像上のエッジ点を検出するステップと、検出されたエッジ点毎にエッジ方向に沿う線分を設定してこれら線分の交点を検出するステップとを実行する基板検査用のティーチングデータ生成方法。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれかに記載された方法により生成されたティーチングデータを用いて、ディスクリート部品が実装された基板に対する検査を実行する方法であって、
検査対象の基板を撮像して得られた画像に前記基板確認用のモデルによる検索処理を実行するステップと、
前記検索処理に成功したことを条件として前記検査対象の基板の画像に前記はんだ検査用のモデルによる検索処理を実行するステップと、
前記はんだ検査用のモデルによる検索処理結果に基づき、各ディスクリート部品に対するはんだ付け部位の有無を判別するステップとを含んで成る基板検査方法。
【請求項６】
請求項５に記載された基板検査方法において、
前記基板確認用のモデルによる検索処理に失敗したとき、検査対象の基板が正しく撮像されていないことを示す警告出力処理をおこなうことを特徴とする基板検査方法。
【請求項７】
ディスクリート部品が実装された基板について、前記ディスクリート部品に対するはんだ付けの有無を検査するためのティーチングデータを生成する装置であって、
基板の画像を入力するための画像入力手段と、
前記画像入力手段にティーチングのための画像の入力を２回実行させる入力制御手段と、
１回目に入力された画像上で所定の円検出処理により画像上のスルーホールを検出し、検出されたスルーホール毎にそれぞれそのホールを含む所定大きさの部分画像からはんだ検査用のモデルを生成する第１のモデル生成手段と、
２回目に入力された画像から所定の特徴量を具備する部分画像を抽出し、この部分画像から基板確認用のモデルを生成する第２のモデル生成手段とを具備して成るティーチングデータ生成装置。
【請求項８】
請求項７に記載されたティーチングデータ生成装置において、
ティーチング開始を指示するための操作手段を具備するとともに、前記入力制御手段は、前記画像入力手段の２回の画像入力処理をそれぞれ前記操作手段の操作に応じて開始させる請求項７に記載されたティーチングデータ生成装置。
【請求項９】
請求項７または８に記載されたティーチングデータ生成装置において、
前記２回目に入力された画像に前記はんだ検査用のモデルによる検索処理を実行する検索手段と、この検索処理に成功したモデルを削除するモデル削除手段とを具備して成るティーチングデータ生成装置。
【請求項１０】
ディスクリート部品が実装された基板を検査するための装置であって、
基板の画像を入力するための画像入力手段と、
前記画像入力手段にティーチングのための画像の入力を２回実行させる入力制御手段と、
１回目に入力された画像上で所定の円検出処理により画像上のスルーホールを検出し、検出されたスルーホール毎にそれぞれそのホールを含む所定大きさの部分画像からはんだ検査用のモデルを生成する第１のモデル生成手段と、
２回目に入力された画像から所定の特徴量を具備する部分画像を抽出し、この部分画像から基板確認用のモデルを生成する第２のモデル生成手段と、
第１，第２のモデル生成手段により生成されたモデルを含むティーチングデータを登録するための記憶手段と、
前記画像入力手段が検査対象の基板の画像を入力したことに応じて、この入力画像に前記基板確認用のモデルによる検索処理を実行する第１のサーチ手段と、前記第１のサーチ手段による検索処理に成功した入力画像に対し、前記はんだ検査用のモデルによる検索処理を実行する第２のサーチ手段と、
前記第２のサーチ手段による検索処理の結果に基づき、前記基板上の各ディスクリート部品に対するはんだ付けの有無を判別する判別手段とを具備して成る基板検査装置。
【請求項１１】
請求項１０に記載された基板検査装置であって、
前記第１のサーチ手段による検索処理に失敗したとき、検査対象の基板が正しく撮像されていないことを示す警告信号を出力する警告出力手段を具備して成る基板検査装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、画像処理の手法を用いて部品実装後の基板を検査する技術に関するもので、特に、前記ディスクリート部品に対するはんだの付け忘れがないかどうかの検査を行うためのティーチングデータを生成する方法、生成されたティーチングデータを用いた検査方法、およびこれら方法を実施するための装置に関連する。
【０００２】
【従来の技術】
基板に部品を実装する方法を大別すると、基板表面に部品を接着およびはんだ付けする表面実装方式と、基板に設けられた貫通孔（スルーホール）に部品のリードを挿通して裏面側ではんだ付けを行う挿入実装方式とに分類できる。
【０００３】
トランジスタ，ダイオード，抵抗などのディスクリート部品の実装には挿入実装方式が用いられている。これらディスクリート部品は比較的大型であり、はんだ付けが手作業で行われることが多いため、作業終了後に、はんだの付け忘れがないかどうかの検査を行う必要がある。この種の検査は、従来の画像処理の手法による検査装置を用いて行うことができる。
【０００４】
上記の検査装置を使用する際には、検査に先立ち、検査対象となるはんだ付け部位の場所やその大きさから検査領域の設定位置や大きさを特定し、この検査領域を検査装置にティーチングする必要がある。従来のティーチングでは、基板の画像を表示して、この画像上でユーザーに検査領域を指定させる方法、または基板設計用のＣＡＤデータから検査領域を自動抽出する方法が採用されている。さらに自動検査を行うためには、検査領域におけるモデルの画像や特徴量を教示する処理も必要となる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
画像上で検査領域を指定するには、検査装置の使用に習熟している必要があるため、習熟度の低いユーザーが利用するのは困難である。またユーザーの習熟度が十分であっても、部品毎に設定操作を行う必要があるため、ティーチングに時間がかかる、という問題がある。特に検査対象の基板が複数種ある場合には、基板毎にティーチング作業を行う必要があり、検査が可能な状態になるまでに多大な手間や時間を要する。
一方、ＣＡＤデータを用いたティーチングを行う場合には、外部システムからＣＡＤデータを取り込むためのインターフェースやＣＡＤデータから検査領域を抽出するためのソフトウェアなどを組み込む必要がある。このため、検査装置の構成が複雑化し、コスト高を招く、という問題がある。
【０００６】
この発明は上記問題点に着目してなされたもので、装置の使用に習熟していないユーザーでも簡単にティーチング作業の手順を取得して、ティーチングを実行できるようにすることを目的とする。またこの発明では、このティーチング作業の簡易化により、ティーチングにかかる労力や時間を大幅に削減することを目的とする。
【０００７】
さらにこの発明は、はんだ付けの有無を自動検査する場合に、処理対象の基板が正しく撮像されていないことにより誤った検査結果が出されるのを防止して、信頼度の高い検査を実現することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
この発明にかかるティーチングデータ生成方法を実施するには、ティーチング対象の基板について、スルーホールが正しく形成された部品実装前の基板と部品が良好に実装された基板とを用意する必要がある。
【０００９】
ここで「スルーホールが正しく形成された部品実装前の基板」とは、ティーチング対象の基板の部品実装前の良好な状態を示すものである（以下、この基板を「実装前基準基板」と呼ぶ。）。一方、「部品が良好に実装された基板」は、前記ティーチング対象の基板に部品が正しく実装され、各部品が適切にはんだ付けされた状態を示すものである。（以下、この基板を「実装後基準基板」と呼ぶ。）
【００１０】
ディスクリート部品のリードを挿入するためのスルーホールは、真円に近く、大きさも安定している。したがって実装前基準基板の画像からスルーホールを検出すれば、各ディスクリート部品のはんだ付け部位の位置を特定することが可能となる。また実装後の基板にはんだを付け忘れたとき、その部位における画像は、実装前基準基板の画像と同様になる。
【００１１】
したがって、たとえばスルーホールやランドを含む画像を切り出してはんだ検査用のモデルとして設定すると、検査対象の基板において、前記切り出し位置付近でモデルに類似する画像が抽出された場合は、その位置は、はんだを付け忘れた部位であると判断することができる。一方、前記切り出し位置付近でモデル画像に類似する画像が抽出されなかった場合は、はんだの付け忘れがないと見なすことができる。
【００１２】
ただし、検査対象の基板が正しくセットされていない状態で撮像がなされた場合（たとえば基板の反対面が撮像される、上下反転して撮像される、基板がセットされずに撮像されるなど）にも、モデルに類似する画像が抽出されない状態となり、はんだの付け忘れはない、という誤判定がなされてしまう。したがって前記はんだ検査用のモデルによる検索処理に先立ち、検査対象の基板が正しく撮像されているかどうかを判断する必要がある。
【００１３】
この発明では、上記の技術思想に鑑み、基板上のディスクリート部品に対するはんだ付けの有無を検査するためのティーチングデータを生成する方法として、スルーホールが正しく形成された部品実装前の基板（実装前基準基板）を撮像するステップ、部品が良好に実装された基板（実装後基準基板）を撮像するステップ、前記部品実装前の基板の画像上で所定の円検出処理により画像上のスルーホールを検出するステップ、検出されたスルーホール毎にそれぞれそのホールを含む所定大きさの部分画像からはんだ検査用のモデルを生成してメモリに登録するステップ、前記実装後基準基板の画像から所定の特徴量を具備する部分画像を抽出し、この部分画像から基板確認用のモデルを生成してメモリに登録するステップ、の各ステップを実行する方法を提供する。
【００１４】
実装後基準基板から生成される基板確認用のモデルとは、検査対象の基板が正しく撮像されているかどうかを判別するために用いられるものである。このモデル生成のために切り出される部分画像は、前記スルーホールの検出位置に重ならない位置で切り出された部分画像であって、濃淡のばらつきが所定値以上である、所定数以上のエッジ点を含むなど、基板の特徴的なパターンが反映された画像であるのが望ましい。
【００１５】
上記の方法によれば、実装前基準基板および実装後基準基板をそれぞれ個別に撮像すると、実装前基準基板の画像からは、はんだ検査用のモデルが、実装後基準基板の画像からは、基板確認用のモデルが、それぞれ自動的に生成されて、メモリに登録される。したがってユーザーは、２種類の適正な基準基板を選択して、これらの基板を正しく撮像させることによってティーチングのための設定処理をおこなうことができ、ティーチング作業を簡単化することができ、またティーチングにかかる時間や労力を大幅に削減することができる。また仮にユーザーが基板の構成をよく把握していなくとも、適正なティーチングデータを設定することができる。
【００１６】
なお、上記方法では、前記はんだ検査用のモデルとして、前記実装前基準基板の画像からスルーホールを含む部分画像を切り出してメモリに登録し、基板確認用のモデルとして、前記実装後基準基板の画像から抽出された部分画像を切り出してメモリに登録することができる。このような画像のモデルによれば、検索処理では、処理対象の基板の画像上でモデルの切り出し位置を基準に所定大きさの処理領域を設定し、この領域内でモデルの画像による相関サーチ処理を実行することができる。
【００１７】
また上記方法では、実装前基準基板を撮像するステップを実行した後に、実装後基準基板を撮像するステップを実行するのが望ましい。このようにすれば、まず実装前基準基板の画像からはんだ検査用のモデルを生成してメモリに登録した後に、実装後基準基板の画像上でスルーホールの検出位置に重ならない部分画像を抽出して基板確認用のモデルを生成することができ、効率の良い処理を行うことができる。
なお、各モデルを登録するステップは、撮像処理のステップが実行された直後に実行するのが望ましいが、これに限らず、たとえば複数種の基板についてそれぞれ２段階の撮像ステップを順に実行して各画像を蓄積した後、蓄積された画像を用いて各基板毎にモデルを生成し、メモリに登録するようにしてもよい。
【００１８】
上記方法の好ましい一態様では、実装前基準基板を撮像するステップ、および実装後基準基板を撮像するステップを、それぞれ所定の撮像開始操作に応じて実行するようにしている。このようにすれば、ユーザーが実装前，実装後の各基準基板をセットして撮像開始操作を行うことによって、検査に必要なティーチングデータが生成されることになり、きわめて簡単な操作でティーチングデータを自動生成することが可能となる。またユーザーに撮像開始操作を行わせることによって、撮像対象の基板のセットに誤りがないかなどをユーザーに確認させる機会を与えることができ、人為ミスによるティーチングエラーを削減することができる。
【００１９】
上記方法の他の好ましい態様では、前記実装後基準基板の画像に前記はんだ検査用のモデルによる検索処理を実行するステップと、前記検索処理に成功したモデルを削除するステップとを実行するようにしている。なお、「検索処理に成功」とは、検索処理に用いたモデルに対応する画像を抽出できたことを意味する（以下においても同じ。）
【００２０】
上記態様を設定したのは、基板によっては、スルーホールが形成されているが部品は実装しないように設計される部位があるためである。実装前基準基板の画像を用いたティーチングによれば、このような部位の画像からもはんだ検査用のモデルが生成されるので、検査時に誤判別が生じる、という不具合がある。上記態様のように、実装前基準基板から抽出したモデルを用いて実装後基準基板に対する検索処理を実行し、この検索処理に成功したモデルを登録から削除すれば、はんだ付けを行うべき部位のモデルのみが登録された状態となり、基板の設計に応じたティーチングデータを簡単かつ的確に生成することが可能となる。
【００２１】
上記方法の他の好ましい態様では、実装前基準基板の画像に対する円検出処理において、前記画像上のエッジ点を検出するステップと、検出されたエッジ点毎にエッジ方向に沿う線分を設定してこれら線分の交点を検出するステップとを実行するようにしている。
【００２２】
上記の方法は、円に近似する物体を撮像して得た画像上で、前記物体の輪郭線を構成するエッジ点につき、それぞれエッジ方向に沿う線分を設定すると、これらの線分は円の中心付近で交わる、という原理を応用したものである（詳細については、国際公開特許　ＷＯ９９／５２０７２号公報に開示されている。）。なお、前記したようにスルーホールは安定した大きさを持つので、画像上のスルーホールの半径に応じた長さの線分を設定すれば、スルーホールの中心位置を精度良く検出することができる。加えて、検出された交点からスルーホールの縁部を構成するエッジ点の候補を抽出し、これらのエッジ点が真円に近いパターンを形成しているかどうかを判別するようにすれば、画像上のスルーホールをより精度良く検出することができる。
【００２３】
この発明にかかる基板検査方法は、上記の方法により生成されたティーチングデータを用いて、ディスクリート部品が実装された基板に対する検査を実行するもので、検査対象の基板を撮像して得られた画像上で前記基板確認用のモデルによる検索処理を実行するステップと、前記検索処理に成功したことを条件として前記検査対象の画像に前記はんだ検査用のモデル画像による検索処理を実行するステップと、前記はんだ検査用のモデルによる検索処理結果に基づき、各ディスクリート部品に対するはんだ付け部位の有無を判別するステップとを含む。
【００２４】
上記の基板検査方法によれば、基板確認用のモデルによる検索処理に成功することにより、検査対象の基板が正しく撮像されていることが確認され、さらにこの確認の後にはんだ付け部位の検査が行われるので、検査対象の基板が正しく撮像されていない状態下で誤った検査結果が出力されるのを防止することができる。
【００２５】
さらに上記基板検査方法の好ましい態様では、基板確認用のモデルによる検索処理に失敗したとき、検査対象の基板が正しく撮像されていないことを示す警告出力処理をおこなうようにしている。このような方法によれば、基板のセットに不備があることがユーザーに報知されるので、ユーザーに基板セットミスを認識させ、正しい設定による再試行を促すことができる。
【００２６】
つぎにこの発明にかかるティーチングデータ生成装置は、基板の画像を入力するための画像入力手段と、前記画像入力手段にティーチングのための画像の入力を２回実行させる入力制御手段と、１回目に入力された画像上で所定の円検出処理により画像上のスルーホールを検出し、検出されたスルーホール毎にそれぞれそのホールを含む所定大きさの部分画像からはんだ検査用のモデルを生成する第１のモデル生成手段と、２回目に入力された画像から所定の特徴量を抽出し、この部分画像から基板確認用のモデル画像を生成する第２のモデル設定手段とを具備するものである。
【００２７】
上記装置において、画像入力手段は、撮像手段からの画像信号を取り込むインターフェースなどを含むもので、画像信号がアナログ信号の場合には、これを符号化するためのＡ／Ｄ変換回路を含むことができる。
入力制御手段は、この画像入力手段の画像取り込みのタイミングを制御する制御回路として構成することができる。なお、撮像手段が静止画像用のカメラであれば、入力制御手段は、このカメラと前記画像入力手段とに同時にタイミング信号を出力するなどして、撮像動作に応じたタイミングで画像入力処理が行われるように制御する必要がある。
【００２８】
第１，第２のモデル生成手段は、それぞれその手段の処理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。
【００２９】
上記の装置によれば、１回目の画像入力時に実装前基準基板を、２回目の画像入力時に実装後基準基板を、それぞれ正しくセットして画像入力を行うことにより、各画像からはんだ検査用、基板確認用の各モデルが自動生成される。
【００３０】
好ましい態様のティーチングデータ生成装置では、ティーチング開始を指示するための操作手段が設けられ、前記入力制御手段は、前記２回の画像入力処理をそれぞれ操作手段の操作に応じて実行させるようにしている。このようにすれば、ユーザーは、実装前基準基板をセットして開始操作を行った後、実装後基準基板をセットして同じく開始操作を行うことにより、ティーチングを完了することができ、初心者でも簡単にティーチングのための操作を取得することができる。
【００３１】
さらに好ましい態様のティーチングデータ生成装置では、２回目に入力された画像（すなわち実装後基準画像）に前記はんだ検査用のモデルによる検索処理を実行する検索手段と、この検索処理に成功したモデルを削除するモデル削除手段とを具備させている。これらの手段を設けることにより、スルーホールが形成されているが部品を実装する必要のない部位を検査対象から除外したティーチングデータを自動的に生成することができ、高性能のティーチングデータ生成装置を提供することができる。
【００３２】
上記のティーチングデータ生成装置は、専用の装置として構成することができるが、汎用のパーソナルコンピュータにプログラムや画像処理ボードなどを組み込んで構成することもできる。さらにこの装置では、生成された各モデルを基板の種類毎にファイル化して、フレキシブルディスクやＣＤ−Ｒなどの記憶媒体に格納し、検査装置に提供することができる。または検査装置と通信するための構成を設け、検査装置の要求に応じて必要なティーチングファイルを、適宜、伝送するように構成することもできる。
【００３３】
さらにこの発明では、ディスクリート部品が実装された基板を検査するための基板検査装置として、上記ティーチングデータ生成装置に具備させたのと同様の画像入力手段，入力制御手段，第１，第２のモデル生成手段を具備するほか、第１，第２のモデル生成手段により生成されたモデルを含むティーチングデータを登録するための記憶手段と、前記画像入力手段が検査対象の画像を入力したことに応じて、この入力画像に前記基板確認用のモデルによる検索処理を実行する第１のサーチ手段と、前記第１のサーチ手段による検索処理に成功した入力画像に対し、前記はんだ検査用のモデルによる検索処理を実行する第２のサーチ手段と、前記第２のサーチ手段による検索処理の結果に基づき、前記基板上の各ディスクリート部品に対するはんだ付けの有無を判別する判別手段とを具備する装置を提供する。
【００３４】
ティーチング処理にかかる各手段は、前記ティーチングデータ生成装置と同様の構成のものである。このほか上記の検索装置には、ティーチングデータ生成装置と同様に、ティーチング開始を指示するための操作手段を設け、ティーチング時の２回の画像入力処理をこの操作手段の操作に応じて開始させることができる。なお、この場合の操作手段はティーチング時のみならず、検査対象の基板の画像を入力する際にも使用できるようにするのが望ましい。
【００３５】
加えてこの装置には、２回目の撮像処理により得られた画像にはんだ検査用のモデルによる検索処理を実行する検索手段と、この検索処理に成功したモデルを削除するモデル削除手段とを設けることができる。
【００３６】
第１，第２のサーチ手段および判別手段は、それぞれその手段の処理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。このコンピュータは、前記第１，第２のモデル設定手段およびティーチングータ生成手段用のプログラムを組み込むのと同一のコンピュータとすることができる。記憶手段は、各プログラムが格納されるのと同一のメモリ内に設定することができるが、これに限らず、コンピュータの外部メモリ（リムーバブル媒体を含む。）により構成してもよい。
【００３７】
上記構成によれば、ユーザーは、２回の撮像処理によりティーチングデータを自動生成して登録した後、検査対象の基板を順に撮像するだけで、各基板のはんだ付けの有無を自動判定させることができる。よって簡単かつ迅速なティーチングで自動検査を実現できる装置を提供することが可能となる。しかも検査対象の基板が誤った状態でセットされて撮像された場合には、はんだ付け部位を検査できなくなるから、信頼度の高い検査結果を得ることができる。
【００３８】
さらに好ましい態様の検査装置は、第１のサーチ手段による検索処理に失敗したとき、検査対象の基板が正しく撮像されていないことを示す警告信号を出力する警告出力手段を具備している。この警告出力手段は、たとえばランプ，警報ブザーなどにより構成することができる。このような手段を付加することにより、検査対象の基板が誤ってセットされた場合には、ユーザーにこれを認識させることができる。なお、警告出力後に再度画像入力を受け付けて検査をやり直すことが可能な構成にすれば、装置の利便性を向上することができる。
【００３９】
【発明の実施の形態】
図１は、この発明の一実施例にかかる基板検査装置の概略構成を示す。
この基板検査装置は、ディスクリート部品へのはんだの付け忘れがないかどうかの検査を行うためのもので、制御主体となるコントローラ１に、ビデオカメラ２（以下、単に「カメラ２」という。），モニタ３，２個の結果表示用ランプ４，５，ティーチボタン６，検査ボタン７などが接続されて成る。
【００４０】
前記コントローラ１には、図２に示すように、ＣＰＵ１１，ＲＯＭ１２，ＲＡＭ１３のほか、前記カメラ２からの画像信号を処理するための同期分離回路１４，Ａ／Ｄ変換回路１５，および前記した各種ボタン６，７やランプ４，５に対するＩ／Ｏポート１６などが配備される。なお、この実施例のモニタ３は、処理対象の画像を確認するためのものであり、コントローラ１内では、カメラ２からの画像信号をそのままモニタ３へと通過させるとともに、同じ画像信号を同期分離回路１４およびＡ／Ｄ変換回路１５に入力するようにしている。
【００４１】
ＣＰＵ１１は、同期分離回路１４で抽出された水平同期信号や垂直同期信号に応じてＡ／Ｄ変換回路１５を駆動することにより、処理に必要なディジタル画像データを生成する。ＲＡＭ１３は、生成されたディジタル画像データのほか、ティーチング時に生成されたティーチングデータや検査時の検査結果などを保存するために用いられる。またＲＯＭ１２には、ティーチングや検査にかかる処理のためのプログラムや固定データが格納される。
【００４２】
この実施例の検査装置は、検査に先立ち、各ディスクリート部品に対するスルーホールが適正に形成された実装前基準基板Ｓ１と、各ディスクリート部品が適正にはんだ付けされた実装後基準基板Ｓ２とを順に撮像し、得られた画像から検査に必要なティーチングデータを生成するようにしている。そしてティーチングデータが生成されると、以後は検査に移行し、検査対象の基板Ｔを順に撮像して、前記ティーチングデータに基づき、各基板Ｔにはんだの付け忘れがないかどうかを判別するようにしている。
【００４３】
なお、ユーザーは、ティーチング時には、カメラ２の撮像領域に実装前基準基板Ｓ１，実装後基準基板Ｓ２を順にセットして撮像を行わせるとともに、これら基準基板をセットする都度、ティーチボタン６の操作によりティーチング開始を指示する。また検査の際にも、前記撮像領域に検査対象の基板Ｔをセットした後に、検査ボタン７を操作する。
【００４４】
コントローラ１は、ティーチング時には、前記ティーチボタン６の操作に応じて前記したディジタル画像の生成およびこの画像をＲＡＭ１３に格納する処理を行い、各入力画像につき、それぞれ後記する図６，７の手順を実行する。また検査時には、検査ボタン７の操作に応じてディジタル画像の生成およびＲＡＭ１３への入力処理を行った後、後記する図８の手順を実行する。
【００４５】
結果表示用ランプ４，５は、ティーチングおよび検査の結果をユーザーに報知するためのもので、一方のランプ４は青色光を点灯し、他方のランプ５は赤色光を点灯する（以下、ランプ４を「青色ランプ」、ランプ５を「赤色ランプ」と呼ぶ。）。青色ランプ４は、ティーチングが成功したとき、および検査においてはんだ付け忘れの部位が検出されなかったときに点灯する。一方、赤色ランプ５は、ティーチングに失敗したとき、検査においてはんだ付け忘れの部位が検出されたとき、および検査対象の基板Ｔが正しく撮像されていないと判断されたときに点灯する。
【００４６】
図３は、部品実装前の基板の画像の一例を示す。この画像は、基板の裏面（基板の両面に部品が配置される場合もあるが、この実施例では、便宜上、部品が配置される面は片面のみとし、この部品配置面を表面、反対の面を裏面とする。）の画像であって、ディスクリート部品の実装位置に対応する複数の位置に、それぞれランドのパターン２１が現れている。さらにこのパターン２１の内部には、スルーホールのパターン２２が現れている。
【００４７】
なおこの図３およびつぎの図４では、基板の特徴部分を視認しやすいように、濃淡画像の白黒を反転させた２値画像を示している。実際の基板の画像は、基板面が黒っぽく、ランド，配線パターン，シルク印刷などは、基板面よりも明るい画像として現れ、スルーホールは黒い円形パターンとして現れる。
【００４８】
図４は、前記図３と同種の基板であって、はんだ付けが完了した基板の画像を示す。この画像では、スルーホール，ランドの各パターン２１，２２が消失し、代わりに輝度の高いはんだのパターン２３（他の部分と区別しやすいように塗りつぶしのパターンにより示す。）が現れる。なお、図中の２４は、リードのパターンである。
その他のパターンについては、基本的に部品実装前の基板の画像と同様である。
【００４９】
このようにはんだ付け後の基板の画像では、通常、スルーホールやランドのパターン２１，２２は現れないので、これらのパターン２１，２２が現れている場合には、その場所は、はんだを付け忘れた場所であると考えることができる。
この実施例では、この原理に基づき、前記実装前基準基板Ｓ１から各スルーホールおよびランドのパターン２１，２２を含む画像を切り出し、これをはんだの付け忘れ部位を検出するためのモデル画像（以下、「はんだ検査用モデル」と呼ぶ。）として設定するようにしている。
【００５０】
設定されたはんだ検査用モデルはその切り出し位置とともに、ＲＡＭ１３内に登録される。モデルの切り出し位置は、相関サーチ処理の対象領域を設定するための基準位置として登録されるもので、検査時には、設定された処理領域内ではんだ検査用モデルによる相関サーチを実行し、モデルに類似する画像の有無を判別することになる。ここで相関サーチに失敗、すなわちはんだ検査用モデルに類似する画像が抽出されない結果となれば、はんだの付け忘れはないものと見なされる。
【００５１】
しかしながらこの検査方法によれば、前記処理領域にはんだ付け部位が存在しない場合にも、同様に、はんだ検査用モデルに類似する画像を抽出できない状態となる。たとえば基板が反転してセットされたとき、基板が上下逆にセットされたとき、基板がセットされずに撮像されたときなど、検査対象の基板Ｔが正しく撮像されていない状態下では、処理領域内でモデルに類似する画像を抽出できない可能性が高くなるので、はんだの付け忘れがない状態であるという誤判別が起こる虞がある。
【００５２】
また基板によっては、スルーホールやランドが形成されているにもかかわらず、部品を実装しないように設計される部位がある。このような未実装部位にはんだ検査用モデルが登録されていると、この部位がはんだの付け忘れ部位として検出されてしまい、正しい検査結果を得られなくなる。
【００５３】
前記実装後基準基板Ｓ２は、上記のような不具合を取り除くためのティーチングに用いられる。このティーチングでは、実装前基準基板Ｓ１によるティーチングを行った後に行われるもので、処理対象の基板が正しく撮像されているかどうかを確認するためのモデル画像（以下、「基板確認用モデル」という。）を設定するとともに、スルーホールが形成されているがディスクリート部品を実装しない部位に対応するはんだ検査用モデルを、登録から削除するようにしている。
【００５４】
図５は、ティーチング時にユーザーが行う作業の手順を示す。なお、この手順の各ステップはＳＴｕ−として示す。
まず前記はんだ検査用モデルを登録するために、ＳＴｕ−１で前記カメラ２の撮像領域に実装前基準基板Ｓ１をセットし、つぎのＳＴｕ−２でティーチボタン６を押下する。この操作によりコントローラ１内では後記する図６の手順が実行され、結果表示用ランプ４または５により、ティーチング結果が報知される。
【００５５】
ユーザーは、ＳＴｕ−３において、前記ティーチングの結果を確認する。ここで青色ランプ４が点灯していると、はんだ検査用モデルのティーチングが成功したとみなして（ＳＴｕ−４が「ＹＥＳ」）、ＳＴｕ−５に進む。
【００５６】
ＳＴｕ−５では、撮像領域に実装後基準基板Ｓ２をセットし、さらにＳＴｕ−６でティーチボタン６を押下する。この操作により、コントローラ１では、図７の手順が実行され、前記と同様に、結果表示ランプ４または５により、ティーチング結果が報知される。
【００５７】
ユーザーは、ＳＴｕ−７において、２回目のティーチングの結果を確認する。ここで青色ランプ４が点灯していると、ティーチング成功と認識して（ＳＴｕ−８が「ＹＥＳ」）、処理を終了する。この後は、生成されたティーチングデータを用いた検査の作業に移行することが可能であり、また別の基板について、同様にティーチングを行うこともできる。
【００５８】
一方、前記２段階のティーチングのいずれかにおいて、赤色ランプ５が点灯した場合（ＳＴｕ−４またはＳＴｕ−８が「ＮＯ」の場合）は、ティーチング失敗と認識して、処理を終了する。
ＳＴｕ−４，ＳＴｕ−８での「ＮＯ」判定は、基準基板の選択を間違った場合や、基板が正しくセットされなかった場合（基板のセットを忘れた場合も含む。）に生じる。なおユーザーは、赤色ランプ５の点灯によってティーチングに失敗したことを認識した後は、失敗の原因を取り除いて再度ティーチング作業を行うことができる。
【００５９】
上記図５に示したように、ティーチングのためのユーザーの作業は、２種類の基準基板Ｓ１，Ｓ２を順にセットしてティーチボタン６を押下し、結果表示用ランプ４，５の点灯状態を確認するのみとなる。したがって実装前，実装後の適正な基準基板Ｓ１，Ｓ２を用意して、これらを正しくセットすることができれば、問題なくティーチングを成功させることができる。
また検査時の作業についても、検査対象の基板Ｔをセットして検査ボタン７を操作し、結果表示用ランプ４，５の点灯状態を確認するだけとなる。このようにティーチングや検査のための作業が簡単化されるので、装置の使用に不慣れなユーザーでも、容易に使用方法を取得して検査を進めることができる。
【００６０】
以下、コントローラ１内における処理の内容について説明する。
図６は前記ティーチボタン６の１回目の操作に応じて実行されるティーチング処理の手順を、図７はティーチボタン６の２回目の操作に応じて実行されるティーチング処理の手順を、図８は検査時の手順を、それぞれ示す。なお、これらの手順においては、各ステップを「ＳＴ」として、図６から順に数字を割り付けて示す。
【００６１】
図６に示す第１回目のティーチング処理では、はんだ検査用モデルの切り出し位置を特定するために、スルーホールのパターン２１を検出するようにしている。
スルーホールは、リードを挿通させるという用途から、真円に近く、また大きさのばらつきも少ない（半径約０．５ｍｍ）ので、安定した精度で検出することができる。一方、ランドは、部品によっては楕円状になる場合があり、大きさにもばらつきがあるため、安定した精度での検出は困難である。
【００６２】
この実施例でのスルーホールの検出処理は、国際公開特許　ＷＯ９９／５２０７２号公報および特開２００２−１４０７１３号公報に記載された技術を応用して行われるもので、実装前基準基板Ｓ１の画像から生成したエッジ画像上でスルーホールの大きさに応じた円を検出する処理により行われる。
【００６３】
図６では、まずＳＴ１において、前記Ａ／Ｄ変換回路１５を用いてカメラ２からの画像信号をサンプリングすることによって、ディジタル量の濃淡画像データを生成し、ＲＡＭ１３内に格納する（以下、画像信号のサンプリング開始からＲＡＭ１３内に画像を格納するまでの処理を「画像入力処理」という。）。つぎにＳＴ２では、前記入力画像上のエッジを抽出し、エッジ画像を生成する。
【００６４】
つぎにＳＴ３では、前記エッジ画像上の各特徴点（以下、「エッジ点」という。）につき、濃度勾配の方向を示す角度（特開２００２−１４０７１３号公報に記載した「エッジコード」）と、このエッジコードに直交する方向を示す角度（同上公報に記載の「エッジ方向コード」）を算出する。なお、エッジ方向コードは、明るい側から暗い側に向かう方向を示すように設定される。
【００６５】
つぎのＳＴ４では、エッジ点毎に、それぞれそのエッジ点を起点にしてエッジ方向コードの示す方向に伸びる所定長さの線分を設定し、所定数以上の線分が交わる点を、円の仮中心として抽出する。
【００６６】
濃淡画像上のスルーホールは、その周囲のランドよりも暗いパターンとして現れる。よって図９に示すように、スルーホールの輪郭を構成する任意の点ａ１，ａ２のエッジ方向コードは、これらの点ａ１，ａ２を起点にしてスルーホールの内側に向かうベクトルｃ１，ｃ２に対応する。したがって各点ａ１，ａ２からの線分は、スルーホールの中心付近で交わるようになる。一方、ランドは、基板面よりも明るいパターンであるので、ランドの外側輪郭を構成する任意の点ｂ１，ｂ２のエッジ方向コードは、各点ｂ１，ｂ２を起点にして外方向に向かうベクトルｄ１，ｄ２に対応する。したがって点ｂ１，ｂ２からの線分では、ランドの中心を示す交点を抽出することは不可能である（詳細については、国際公開特許　ＷＯ９９／５２０７２号を参照されたい。）。
【００６７】
図６に戻って、前記ＳＴ４では、各エッジ点につき画像上のスルーホールの半径の長さよりやや長い程度の線分を設定するようにしている。これにより、スルーホールよりも大きい円や小さい円の中心が抽出されるのを排除することができる。
【００６８】
ただし、抽出された仮中心の中には、シルク印刷の円弧状のパターンなど、真円以外のパターンに対応するノイズが含まれている可能性がある。そこでこの実施例では、特開２００２−１４０７１３号公報に開示された方法により、スルーホールの大きさに適合し、真円度が高い円の中心を特定するようにしている。
【００６９】
ＳＴ６〜１１のループは、この処理にかかるもので、抽出された仮中心を順に選択し、この仮中心に対応する円周の候補点を抽出する。なお、円周の候補点としては、前記仮中心からの距離が前記スルーホールの半径に近似し、仮中心に対する方向がその点におけるエッジ方向コードに近似するエッジ点が抽出される。
【００７０】
つぎのＳＴ８では、抽出された各候補点の座標を円の近似式にあてはめて、円の中心の座標および真円度を示す評価値を算出する（詳細な算出方法については、上記特開２００２−１４０７１３号公報を参照されたい。）。
【００７１】
上記の評価値が、円として認定できる値を満足している場合には、ＳＴ９が「ＹＥＳ」となり、ＳＴ１０，１１を実行する。ＳＴ１０では、前記円の中心を基準に所定大きさの矩形領域内の画像を切り出し、これをはんだ検査用モデルとしてＲＡＭ１３内に登録する。さらにつぎのＳＴ１１では、前記部分画像の切り出し位置を、相関サーチの処理領域の基準位置として登録する。なお、この基準位置としては、前記矩形領域の左上端点、前記円の中心の座標など、１点の座標を登録すれば良いが、これに代えて、処理領域を設定するための具体的な位置データ（たとえば左上および右下の各端点の座標など）を登録しても良い。
一方、前記評価値が円として認定できる値を満足していない場合には、ＳＴ９が「ＮＯ」となり、ＳＴ１０，１１はスキップされる。
【００７２】
このように、仮中心に基づき、真円度が高く、スルーホールの大きさに応じた円を特定するので、シルク印刷の円弧状のパターンなどのノイズを除去して、スルーホールの中心を精度良く検出することができる。
【００７３】
以下、同様に、抽出された各仮中心について、上記の処理を実行することにより、画像上の各スルーホールに対応する位置の部分画像が切り出され、はんだ検査用モデルとして登録される。またこれらはんだ検査用モデルによる相関サーチの処理領域の基準位置も登録される。
【００７４】
ＳＴ６〜１２のループが終了すると、ＳＴ１３では、はんだ検査用モデルが登録されたかどうかをチェックする。ここでモデルが登録されている場合には、ＳＴ１３が「ＹＥＳ」となってＳＴ１４に進み、青色ランプ４を点灯させることによって、ティーチング成功を報知する。
はんだ検査用モデルが全く登録されなかった場合は、ＳＴ１３からＳＴ１５に進み、赤色ランプ５を点灯させることによってティーチングの失敗を報知する。またＳＴ４において円の仮中心が全く抽出されなかった場合にも、ＳＴ５の「ＮＯ」判定に応じて同様にＳＴ１５に進み、赤色ランプを点灯させる。
【００７５】
つぎに図７を用いて２回目のティーチング処理の手順について説明する。
まずＳＴ１６において、２回目のティーチボタン６の操作に応じて画像入力処理を実行した後、ＳＴ１７〜２１のループに入る。このループでは、前記図６の手順で登録されたはんだ検査用モデルを順に選択し、選択したモデルにより前記入力画像に対する相関サーチを実行する。なお、相関サーチの際には、前記はんだ検査用モデルとともに登録された基準位置に基づき所定大きさの処理領域を設定し、この領域内でモデルに類似する画像を検索することになる（以下の相関サーチでも同様である。）。
【００７６】
つぎのＳＴ１９では、前記相関サーチにおいて得られた最大の相関値を所定のしきい値Ｒ１と比較する。このしきい値Ｒ１は、処理領域内にはんだ検査用モデルに類似する画像があると判定するための基準値であり、処理領域内の画像における相関値がこのしきい値Ｒ１以上となる場合には、この領域は部品未実装の部位に相当することになる。よって前記相関値がＲ１以上であれば、ＳＴ２０に進み、相関サーチに使用したはんだ検査用モデルを登録から削除する。なお、このとき、処理領域の基準位置も同時に削除される。
一方、前記相関値がしきい値Ｒ１以下である場合には、使用したはんだ検査用モデルは、そのまま残される。
【００７７】
登録されたすべてのはんだ検査用モデルについて、上記の処理が終了すると、ＳＴ２２において残存するはんだ検査用モデルがあることを確認した上で、ＳＴ２３に進む。なおＳＴ２２の判定が「ＮＯ」、すなわちすべてのはんだ検査用モデルが削除された場合には、ＳＴ３１に進み、赤色ランプ５の点灯によってティーチングの失敗を報知する。
【００７８】
ＳＴ２３では、前記した基板確認用モデルの候補となる部分画像を抽出する。この抽出は、たとえば前記入力画像に所定大きさのマスクを走査して、所定数以上のエッジが含まれる領域，濃淡のばらつき（分散値）が所定値以上となる領域など、大きな特徴量を持つ領域を検索することにより行われる。ここで所定数の部分画像が抽出されると、ＳＴ２４〜２８のループにおいて、はんだ検査用モデルに重ならない画像を選択して切り出し、基板確認用モデルとして登録する。またはんだ検査用モデルと同様に、相関サーチの処理領域を設定するために、画像の切り出し位置を登録する。
【００７９】
このようにして所定数の基板確認用モデルが登録されると、ＳＴ２９が「ＹＥＳ」となってＳＴ３０に進み、青色ランプ４の点灯によりティーチング成功を報知する。なお、基板確認用モデルを全く登録できなかった場合には、ＳＴ２９が「ＮＯ」となり、ＳＴ３１に進んで赤色ランプ５を点灯させる。
【００８０】
つぎに図８を用いて検査時の処理手順を説明する。
まずＳＴ３２では、前記検査ボタン７の操作に応じて画像入力処理を行った後、ＳＴ３３〜３６のループに入る。このループでは、基板確認用モデルを順に選択して、前記入力画像に対する相関サーチ処理を実行する。
【００８１】
登録された基板確認用モデルのいずれについても、前記相関サーチにおいて所定のしきい値Ｒ２以上の相関値が得られると、ＳＴ３３〜３６のループが正常に終了する。このループ終了の後は、ＳＴ３７〜４０のループに入り、はんだ検査用モデルを順に選択して相関サーチ処理を実行する。ここで各モデルについて得た相関値がいずれも前記しきい値Ｒ１を下回るものであれば、ＳＴ３７〜４０のループも正常に終了する。
【００８２】
このように各ループが正常に終了した場合には、ＳＴ４１に進んで、青色ランプ４の点灯により、はんだの付け忘れがない旨を報知する。
一方、ＳＴ３７〜４０のループの途中で、いずれかのはんだ検査用モデルについて前記しきい値Ｒ１以上の相関値を得た場合には、ＳＴ３９が「ＹＥＳ」となり、前記ループを抜けてＳＴ４２に移行し、赤色ランプ５を点灯させる。また前記ＳＴ３３〜３６のループにおいて、いずれかの基板確認用モデルについての相関値が前記しきい値Ｒ２を下回った場合にも、同様にループを抜けてＳＴ４２に移行し、赤色ランプ５を点灯させる。
すなわちはんだを付け忘れた部位がある場合や、検査対象の基板Ｔが正しくセットされずに画像入力が行われた場合には、赤色ランプ５の点灯により不備が報知されることになる。
【００８３】
なお、上記実施例では、検査において不備が抽出された場合には、赤色ランプ５を点灯させるだけであるが、はんだの付け忘れが検出された場合には、その検出位置をモニタ３に表示するなど、より具体的な報知を行うようにしてもよい。また図８の手順では、はんだの付け忘れが１つ検出されると、ＳＴ３７〜４０のループを抜けるようにしているが、すべてのはんだ検査用モデルによる相関サーチを行った上で、各部位毎の検査結果を表示するなど、より詳細な検査を行うようにしてもよい。
【００８４】
またこの実施例では、１回目のティーチング処理において、エッジ方向コードに基づく円検出処理によりスルーホールを検出したが、検出処理はこれに限定されるものではない。たとえば、あらかじめスルーホールの濃淡画像モデルを登録しておき、このモデルによる相関サーチを行う方法を用いることができる。また基板の表面側に面照明を施して裏面側から撮像を行い、得られた画像を２値化するなどして、スルーホールを通過する光像を検出するようにしてもよい。
【００８５】
また各モデルに類似する画像を検索する処理も、相関サーチに限定されるものではない。たとえば、処理領域とモデルとの間で、濃度の平均値や分散値を比較したり、エッジコードまたはエッジ方向コードによるマッチング処理を行うなどの方法を採用することもできる。
【００８６】
【発明の効果】
この発明では、実装前基準基板と実装後基準基板とをそれぞれ個別に撮像して得られた画像を用いて、ディスクリート部品に対するはんだ付けの有無を検査するためのティーチングデータを自動生成するようにしたので、ティーチングにかかる労力や時間を大幅に削減することができる。またティーチング作業が簡単化されるので、装置の使用に習熟していないユーザーでも、簡単にティーチング作業の手順を取得して、ティーチングを実行することが可能となる。
【００８７】
またこの発明では、はんだ付け部位の検査に先立ち、基板確認用モデルにより処理対象の基板が正しく撮像されているかどうかを確認するようにしたので、基板のセットに不備がある場合に誤った検査結果が出されるのを防止でき、信頼度の高い自動検査を実行することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の一実施例にかかる基板検査装置の概略構成を示す説明図である。
【図２】コントローラの構成を示すブロック図である。
【図３】部品実装前の基板の画像の一例を示す説明図である。
【図４】部品実装後の基板の画像の一例を示す説明図である。
【図５】ティーチング時の作業手順を示すフローチャートである。
【図６】１回目のティーチング処理の手順を示すフローチャートである。
【図７】２回目のティーチング処理の手順を示すフローチャートである。
【図８】検査の手順を示すフローチャートである。
【図９】スルーホールとランドの各エッジにおけるエッジ方向コードの特徴を示す説明図である。
【符号の説明】
Ｓ１　　実装前基準基板
Ｓ２　　実装後基準基板
Ｔ　　　検査対象の基板
１　　　コントローラ
２　　　カメラ
６　　　ティーチボタン
４，５　結果表示用ランプ
１１　　ＣＰＵ
１２　　ＲＯＭ
１３　　ＲＡＭ
１４　　同期分離回路
１５　　Ａ／Ｄ変換回路
【図１】
2004071668.tif 000003
【図２】
2004071668.tif 000004
【図３】
2004071668.tif 000005
【図４】
2004071668.tif 000006
【図５】
2004071668.tif 000007
【図６】
2004071668.tif 000008
【図７】
2004071668.tif 000009
【図８】
2004071668.tif 000010
【図９】
2004071668.tif 000011