(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子部品装着装置により所定のパターンが付された治具基板上に装着されたチップ部品の実装精度を測定する実装部品の検査装置において、
精度測定用のチップ部品に対応したチップ部品パターンを記憶する記憶手段と、
前記治具基板上に装着されたチップ部品を撮像する撮像手段と、
前記チップ部品パターンを予め前記記憶手段に記憶されている複数の異なる伸縮度毎にＸ方向及びＹ方向に複数回伸縮させ、その都度、伸縮された前記チップ部品パターンと前記撮像手段により撮像されたチップ部品の画像とのマッチング度を検査し、マッチング度が最も高いチップ部品パターンを予め前記記憶手段に記憶され前記検査で使用した前記伸縮度より小さい複数の異なる伸縮度毎にＸ方向及びＹ方向に複数回伸縮させ、その都度、伸縮された前記チップ部品パターンと前記撮像手段により撮像されたチップ部品の画像とのマッチング度を検査し、マッチング度が最も高いチップ部品パターンに基づいてチップ部品の装着位置或いは装着角度を検査する検査手段とを備えたことを特徴とする実装部品の検査装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、チップ部品の実装精度を測定するための実装部品の検査装置及び実装部品の検査方法。
【背景技術】
【０００２】
プリント基板へチップ部品を装着する電子部品自動装着装置を使用して装着されたチップ部品の検査方法は種々あるが、従来の目視による実装部品の簡易検査方法にあっては、図８に示すような冶具基板３０を用いていたので、実装精度の合否判定に人的差が生じる場合があり、かつ、実装精度を数値化して表す事が出来なかった。即ち、チップ部品３１を装着する位置に長方形の枠３２が施された治具基板３０上に順次電子部品自動装着装置を使用してチップ部品３１を装着し、作業者が目視により、きちんと枠３２内にチップ部品３１が入っているかを検査するものであるため、例えば治具基板３０の最下行の１番左のチップ部品は拡大したように枠３２内に入っているため「合格」であり、その右隣りのチップ部品３１は枠３２外であるから「不合格」であるが、共に合否判定はできても枠３２に対するチップ部品３１のズレ量を数値化することはできなかった。また、その右隣りのチップ部品３１のように枠３２上に一部がかかっている場合には、合否判定に人的差が生じる。
【０００３】
しかし、ズレ量を数値化するためには、従来は画像認識装置付きの精密測定機を使用しなくてはならなく（特許文献１参照）、高価格であって、また容易に持運びできるものでは無かった。
【０００４】
また、装着されたチップ部品の位置を測定する方法として、図９に示したようにチップ部品５０の四隅であるエッジを黒丸５１にて示した各点にて検出し、チップ部品の中心位置及び傾きを検出する方法があるが、このエッジ検出においては、チップ部品のエッジにバリがあったとき、部品本体との区別がつかず、図９に黒丸５１にて示したように右上のバリをエッジとして検出し、この結果、チップ部品の中心位置或いは傾きを正しく計測できないという問題が発生します。
【０００５】
また、同一部品種のチップ部品においても、チップ部品毎に寸法の違いが大きい、即ち寸法公差が大きいチップ部品の場合には、撮像されたチップ部品の画像と予め設定されているそのチップ部品に対応したチップ部品パターンとのズレが発生する虞があり、装着されたチップ部品の装着位置又は装着角度が正確に測定できないという問題がある。
【０００６】
更に、同一部品種のチップ部品においても、部品メーカ毎にチップ部品毎に部品の縦横寸法比率が大きくこと異なる場合があり、撮像されたチップ部品の画像と予め設定されているそのチップ部品に対応した１種類のチップ部品パターンとのズレが発生する虞があり、装着されたチップ部品の装着位置又は装着角度が正確に測定できないという問題がある。
【特許文献１】特開平１１−１６０２４８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
そこで本発明は、チップ部品の実装精度を簡易に、そして正確に測定可能な実装部品の検査装置及び実装部品の検査方法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】
【００１０】
このため第１の本発明は、電子部品装着装置により所定のパターンが付された治具基板上に装着されたチップ部品の実装精度を測定する実装部品の検査装置において、精度測定用のチップ部品に対応したチップ部品パターンを記憶する記憶手段と、  前記治具基板上に装着されたチップ部品を撮像する撮像手段と、前記チップ部品パターンを予め前記記憶手段に記憶されている複数の異なる伸縮度毎にＸ方向及びＹ方向に複数回伸縮させ、その都度、伸縮された前記チップ部品パターンと前記撮像手段により撮像されたチップ部品の画像とのマッチング度を検査し、マッチング度が最も高いチップ部品パターンを予め前記記憶手段に記憶され前記検査で使用した前記伸縮度より小さい複数の異なる伸縮度毎にＸ方向及びＹ方向に複数回伸縮させ、その都度、伸縮された前記チップ部品パターンと前記撮像手段により撮像されたチップ部品の画像とのマッチング度を検査し、マッチング度が最も高いチップ部品パターンに基づいてチップ部品の装着位置或いは装着角度を検査する検査手段とを備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明は、チップ部品の実装精度をチップ部品パターンを用いて簡易に、そして正確に測定可能な実装部品の検査装置及び実装部品の検査方法を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。先ず、図１は電子部品装着装置により装着された複数のチップ部品２、特に極小なチップ部品の実装精度を測定するのに好適なガラス製の治具基板１の一部を示し、この治具基板１は横３２列、縦１６行の「０６０３（横０．６ミリメートル、縦０．３ミリメートルのチップ部品）」用の装着領域３を備えている。また、治具基板１の４隅の部分には後述する基板位置確認用のマークＭが設けられている。
【００１６】
そして、装着領域２には図１に示すような各チップ部品の装着位置毎に、装着位置及び装着角度測定用のマーク６、７が印刷されている。これらのマーク６、７は、例えば正方形であり、装着位置を斜めに通過する対角線上に装着位置を挟むように設けられている。
【００１７】
以下、検査装置１０について、図２に基づいて説明する。
【００１８】
１１は実装部品の検査装置であり、この検査装置１１は精度測定器１２と、この精度測定器１２に後述する通信ケーブルにより接続され、モニタ画面１３Ａ及びキー入力部１３Ｂを備えたパーソナルコンピュータ１３（以下、パソコンという）とから構成されている。
【００１９】
以下、精度測定器１２について、説明する。１４は測定器ボックスであり、１５は測定器ボックス１４内に設けられた図示しない電気回路に接続された電源ケーブル、１６は測定器ボックス１２の側部に設けられた通信線接続部１７に一端が接続され、他端がパソコン１３に接続されたＸＹステージ用の通信ケーブルである。また、１８はＸＹステージであり、図示しないモータ、ボールネジ、ナット及びこのナットに取り付けられたＸ方向に移動するステージなどから構成されたＸステージ２０と、このＸステージ１８に載置され、図示しないモータ、ボールネジ、ナット及びこのナットに取り付けられＸＹ方向に移動するステージなどから構成されたＹステージ２１とから構成されている。
【００２０】
２２はＹステージ２１に接続され、ＸＹ方向に移動する基板載置ステージであり、この基板載置ステージには、載置された治具基板１を下方から照明する透過照明装置２３が設けられ、また、その上面である基板載置面には、間隔を存して並行に基板押さえ２４、２５が設けられている。
【００２１】
２５は基板の撮像装置であり、この撮像装置２５は測定器ボックス１４に着脱自在に立てられた支柱２６と、この支柱２６の上部に支持部材２７を介して設けられたでデジタルカメラなどの撮像手段であるカメラ２８と、このカメラ２８の先端に設けられたレンズ３０と、支持部材２７に設けられたピント調節器３１とを備えている。
【００２２】
以下、電子部品装着によりチップ部品２が装着された治具基板１の実装精度を検査装置１１により検査する際の動作について説明する。
【００２３】
作業者、チップ部品が装着された治具基板１を基板載置ステージ２２に載置し、基板押さえ２４、２５により押さえ固定する。そして、パソコン１３のキー入力部１３Ｂを操作すると、パソコンの記憶手段である例えばＲＯＭ（リード・オンリー・メモリ）に格納された実装精度測定プログラムが起動し、パソコン１３はＸステージ２０及びＹステージ２１の駆動信号を通信ケーブル１６を介して測定器ボックス１４へ出力し、この駆動信号に基づいてＸステージ２０及びＹステージ２１は例えば治具基板１２上に装着された縦横複数列及び行の各チップ部品２を縦横にスキャンしカメラ２８により撮像可能なように移動し、撮像結果に基づいて、ＣＰＵは各チップ部品２の位置をほぼ確定する。
【００２４】
次に、ＣＰＵは確定したチップ部品２の位置に基づいて、Ｘステージ２０及びＹステージ２１の駆動信号を出力し、この駆動信号に基づいてＸステージ２０及びＹステージ２１は例えば治具基板１２上の測定開始位置である左上端のチップ部品２をカメラ２８により撮像可能なように移動する。そして、カメラ２８により撮像された装着領域３のチップ部品２がモニタ１３Ａに表示される。この状態で、作業者はモニタ１３Ａのピント調節器３１を操作し、ピントを合せ、次に、パソコン１３のキー入力部１３Ｂを操作すると、起動された実装精度測定プログラムに基づいて、パソコン１３はＸステージ２０及びＹステージ２１に駆動信号を通信ケーブル１６を介して測定器ボックス１４へ出力し、この駆動信号に基づいてＸステージ２０及びＹステージ２１はカメラ２８により１部品毎に撮像可能なように間欠的に移動する。
【００２５】
カメラ２８による撮像結果は、パソコン１３に送られ、パソコン１３に設けられている制御装置としての図示しないＣＰＵ（セントラル・プロセッシング・ユニット）が動作し、パソコン１３の記憶手段であるＲＡＭ（ランダム・アクセス・メモリ）に記憶されてチップ部品の部品種毎に記憶されていたチップ部品パターンのうち、装着された検査対象のチップ部品に対応したチップ部品パターンを選択して重ね、モニタ１３Ａに表示する（図３参照）。そして、画像及びチップ部品の全体にてマッチングを行う。
【００２６】
以下、撮像されたチップ部品の全体画像と全体のチップ部品パターンとからマッチング度が高いチップ部品パターンを探し出す詳細認識の動作について、詳細に説明する。
【００２７】
まず、ＣＰＵは検査対象のチップ部品に対応し背景の量が後述する初期認識の際の背景より少ないチップ部品パターンを読み込み、このチップ部品パターンを予め設定されている伸縮範囲（初期認識より小さい）内にてＸＹ方向について伸縮する。
【００２８】
即ち、ステップ１としてチップ部品パターンの寸法を、１）X（Ｘ方向）最大（例えば伸縮度１１０パーセント）とY（Ｙ方向）最小（例えば伸縮度９０パーセント）、２）X最大とY標準（例えば伸縮度１００パーセント）、３）X最大とY最大（例えば伸縮度１１０パーセント）、４）X最小（例えば伸縮度９０パーセント）とY最大、５）X最小とY標準、６）X最小とY最大、７）X標準（例えば伸縮度１００パーセント）とY最小、８）X標準とY標準、９）X標準とY最大の９種類の伸縮度について伸縮し、チップ部品の画像とのパターンマッチングを行う。ここでのパターンマッチングにおいて、チップ部品の画像に対して伸縮されたチップ部品パターンを伸縮されたチップ部品パターン毎に僅かずつＸＹ方向に移動或いは回転させ、チップ部品の画像とのマッチング度を求め、このマッチング度の１番高いチップ部品パターンの位置及び角度を選択してもよい。
【００２９】
そして、パターンマッチングの結果、最もマッチング度の高いチップ部品パターンの伸縮度Ａ、例えば１）のX最大（例えば１１０パーセント）とY最小（例えば９０パーセント）と、２番目に高い伸縮度、例えば８）のX標準とY標準の伸縮度Ｂのチップ部品パターンを選択する。
【００３０】
次に、ＣＰＵは、ステップ２として選択された上記伸縮度Ａ（Ｘ最大（例えば伸縮度１１０パーセント）とY最小（例えば伸縮度９０パーセント）と伸縮度Ｂ（Ｘ標準（例えば伸縮度１００パーセント）とY最小（例えば標準１００パーセント）とから、伸縮範囲、即ち検索範囲をＸ方向の最大値（１１０パーセント）と最小値（１００パーセント）、及びＹ方向の最大値（１００パーセント）と最小値（９０パーセント）の範囲に絞り込む。
【００３１】
次に、ＣＰＵは、ステップ３として、ステップ２により絞り込まれた範囲において、ステップ１と同様にチップ部品パターンの寸法を９種類の伸縮度について伸縮する。即ち、１）X（Ｘ方向）最大（例えば伸縮度１１０パーセント）とY（Ｙ方向）最小（例えば伸縮度９０パーセント）、２）X最大とY標準（例えば伸縮度９５（１００パーセントと９０パーセントとの中間）パーセント）、３）X最大とY最大（例えば伸縮度１００パーセント）、４）X最小（例えば伸縮度１００パーセント）とY最大、５）X最小とY標準、６）X最小とY最大、７）X標準（例えば１０５（１１０パーセントと１００パーセントとの中間）パーセント）とY最小、８）X標準とY標準、９）X標準とY最大の９種類の伸縮度について伸縮し、伸縮されたチップ部品パターン毎にチップ部品の画像とのパターンマッチングを行う。そして、パターンマッチングの結果、最もマッチング度の高いチップ部品パターンの伸縮度Ａと、２番目に高い伸縮度Ｂのチップ部品パターンを選択し、上記ステップ２及びステップ３を実行する。
【００３２】
以後、同様に、ステップ１から３を複数回繰り返し、例えば４回目のステップ１によるパターンマッチングの結果、最もマッチング度の高いチップ部品パターンをＲＡＭに格納する。
【００３３】
そして、ＣＰＵはＲＡＭに格納されたチップ部品パターンと治具基板１上のマーク６、７とに基づいてチップ部品の装着位置及び装着角度を求める。
【００３４】
即ち、チップ部品の画像に対して伸縮されＲＡＭに格納されたチップ部品パターンを僅かずつＸＹ方向に移動或いは回転させ、チップ部品の画像とのマッチング度を求め、このマッチング度の１番高いチップ部品パターンの位置及び角度を選択し、選択されたチップ部品パターンの位置及び角度と治具基板１上のマーク６、７とに基づいてチップ部品の装着位置及び装着角度を求める。
【００３５】
以上のように、ステップ１からステップ３を繰り返すことにより、チップ部品のコーナーなど一部にバリなどが形成されている場合、治具基板１に装着されたチップ部品の縦横寸法比率が部品メーカにより異なっていた場合、或いは治具基板１に装着されたチップ部品の寸法公差が大きいチップ部品、即ち、同一部品種においても個々のチップ部品により縦横寸法が大きく異なる場合においても、治具基板１に装着されたチップ部品に対してマッチング度の高いチップ部品パターンを探し出すことができる。この結果、治具基板１に装着されたチップ部品とチップ部品パターンとの間でパターンマッチングを行うときの双方のズレを極力小さくすることができ、治具基板１に装着されたチップ部品の装着位置、又は装着角度を一層正確に検出することができ、装着位置、又は装着角度のズレ量によりチップ部品の実装精度をより確実に検査することができる。
【００３６】
また、検査装置１１は精度測定器１２と、この精度測定器１２に後述する通信ケーブルにより接続され、モニタ画面１３Ａ及びキー入力部１３Ｂを備えたパーソナルコンピュータ１３（以下、パソコンという）とから構成されているので、検査装置１１を、例えば装着精度の検査が必要な電子部品装着装置が設置されている製造現場毎、容易に持ち運ぶことができる。
【００３７】
また、装着されたチップ部品を撮像する毎に、同様に、ステップ１から３を複数回繰り返し、パターンマッチングの結果に基づいて、最もマッチング度の高いチップ部品パターンをＲＡＭに格納し、ＲＡＭに格納されたチップ部品パターンと治具基板１上のマーク６、７とに基づいてチップ部品の装着位置及び装着角度を検出し、装着されたチップ部品を撮像する毎の装着位置、又は装着角度のズレ量データをＲＡＭに格納する。
【００３８】
全チップ部品の測定が完了すると、チップ部品実装精度の３シグマ値、Ｃｐｋ値（工程能力指数）等を自動算出し、電子部品装着装置の実装精度を評価する。即ち、実装角度毎にＸ、Ｙ、θ別の３シグマ値、ＣｐＫ値等を自動算出した結果やＸ、Ｙ、θ別の各吸着ノズル毎の実装精度グラフを表示し（図４参照）、算出した結果に基づいてＸ、Ｙ別の実装精度のヒストグラムを表示したり（図５参照）、θ別に実装精度のヒストグラムを表示したりして（図６参照）、吸着ノズル毎の実装精度のバラツキ等を自動算出して表示できる。
【００３９】
次に、電子部品装着装置の実装精度の調整用として、各種オフセット値を自動算出する。即ち、吸着ノズル毎のヘッドオフセット、プリント基板の装着位置に合わせて平面方向に移動するＸＹテーブルオフセット値等を自動算出すると共にＣＲＴに表示することができる（図７参照）。
【００４０】
そして、これらの実装精度の調整用の各種オフセット値をパソコンのＲＡＭに格納して、測定を終了する。従って、この格納されたデータを利用して、チップ部品の実装精度を向上させることができる。
【００４１】
なお、上述したような、撮像されたチップ部品の全体画像と全体のチップ部品パターンとからマッチング度が高いチップ部品パターンを探し出す詳細認識を行う前に初期認識を行い、この初期認識により、チップ部品の大きさをつかむと共に、チップ部品の中心の位置をほぼつかみ、これらのチップ部品の大きさ及び中心位置に基づいて、上述した詳細認識を行ってもよい。
【００４２】
即ち、パターンマッチングを行うチップ部品に対応したチップ部品パターンを含み、周囲の背景の量が詳細認識時のチップ部品パターンより多いパターンが予めＲＡＭに格納されている。
【００４３】
そして、ＣＰＵは上記ステップ１と同様に、まず、チップ部品パターンを詳細認識のときよりも大きい伸縮度にて伸縮する。即ち、チップ部品パターンの寸法を、１）X（Ｘ方向）最大（例えば伸縮度１２０パーセント）とY（Ｙ方向）最小（例えば伸縮度８０パーセント）、２）X最大とY標準（例えば伸縮度１００パーセント）、３）X最大とY最大（例えば伸縮度１２０パーセント）、４）X最小（例えば伸縮度８０パーセント）とY最大、５）X最小とY標準、６）X最小とY最大、７）X標準（例えば伸縮度１００パーセント）とY最小、８）X標準とY標準、９）X標準とY最大の９種類の伸縮度について伸縮し、チップ部品の画像とのパターンマッチングを行う。即ち、チップ部品の画像に対して伸縮されたチップ部品パターンを伸縮されたチップ部品パターン毎に僅かずつＸＹ方向に移動させると共に回転させ、チップ部品の画像とのマッチング度を求め、このマッチング度の１番高いチップ部品パターンの位置及び角度を選択し、そのときのマッチング度をそのチップ部品パターンのマッチング度とする。
【００４４】
以後、上述した詳細認識のときと同様にステップ１から３を複数回繰り返し、最もマッチング度が高いチップ部品パターンを選択し、ＲＡＭに格納する。
【００４５】
このように初期認識を行った後に、上述した詳細認識を行う。このとき、初期認識時のマッチング度が高いチップ部品パターンの伸縮度に基づいて詳細認識を行う際のチップ部品パターンの標準寸法（伸縮度）を決定する。ここで、初期認識時でのマッチング度が高いチップ部品パターンの伸縮度に最も近い伸縮度が予め設定されている９５パーセント、１００パーセント及び１０５パーセントから選択され、例えば初期認識時のマッチング度が高いチップ部品パターンの伸縮度（チップ部品パターンの寸法）がＸ方向１０５パーセント、Ｙ方向１０３パーセントのときには、標準寸法（伸縮度）としてＸ方向１０５パーセント及びＹ方向１０５パーセントが選択される。
【００４６】
そして、ＣＰＵにより選択された標準寸法を基準としてプラスマイナス１０パーセントであるＸ及びＹ方向の最大及び最小伸縮度として１１５．５パーセント及び９４．５パーセントが算出される。そして、標準寸法（伸縮度）であるＸ方向１０５パーセント及びＹ方向１０５パーセント、Ｘ及びＹ方向の最大及び最小伸縮度である１１５．５パーセント及び９４．５パーセントに基づいて上述したステップ１のパーターンマッチングが行われ、更にステップ２及び３の絞り込みが行われ、ステップ１からステップ３の繰り返しによる詳細認識により、更にマッチング度が高いチップ部品パターンを確定し、最もマッチング度が高い位置及び角度をチップ部品の位置及び角度と確定する。
【００４７】
上述したように、大きい伸縮度により伸縮され、背景の量が多いチップ部品パターンを伸縮させ、初期認識を行い、チップ部品の位置及び寸法をほぼつかんだ後に、小さい伸縮度によって伸縮され、背景の少ないチップ部品パターンを伸縮させ、詳細認識を行うので、チップ部品に上述した寸法公差が大きいチップ部品において、更にパターンマッチングでのズレを抑えることができる。
【００４８】
また、モニタ画面上のチップ部品画像に対して、外周のエッジ検出を行い、得られたエッジ情報からチップ部品の大きさを計算し、計算により得られたチップ部品の大きさになる様に、チップ部品パターンを伸縮させてからマッチングを行ってもよく、このようにマッチングを行うことにより、チップ部品パターンの伸縮工程を極力少なくすることができる。
【００４９】
また、この実装精度の測定検査は、単数又は複数の装着ヘッドに設けられ複数の吸着ノズル毎に行うことにより、チップ部品の実装精度を向上させることができる。
【００５０】
以上本発明の実施態様について説明したが、上述の説明に基づいて当業者にとって種々の代替例、修正又は変形が可能であり、本発明はその趣旨を逸脱しない範囲で前述の種々の代替例、修正又は変形を包含するものである。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】治具基板の平面の一部拡大図である。
【図２】実装部品の検査装置の斜視図である。
【図３】チップ部品とチップ部品パターンとを表示したモニタ画面図である。
【図４】実装角度毎にＸ、Ｙ、θ別の３シグマ値、ＣｐＫ値等を自動算出した結果やＸ、Ｙ、θ別の各吸着ノズル毎の実装精度グラフを表示したモニタ画面図である。
【図５】Ｘ、Ｙ別の実装精度のヒストグラムを表示したモニタ画面図である。
【図６】θ別に実装精度のヒストグラムを表示したモニタ画面図である。
【図７】ヘッドオフセット及びＸＹテーブルオフセットを表示したモニタ画面図である。
【図８】従来の治具基板及び一部を拡大した図を示す。
【図９】従来のチップ部品の位置を測定する方法の説明図。
【符号の説明】
【００５２】
１              治具基板
２              チップ部品
２Ａ            チップ部品パターン
１１            実装部品の検査装置
１２            精度測定器
１３            パソコン
１３Ａ          モニタ
【図１】
0004757595.tif 000002
【図２】
0004757595.tif 000003
【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】
0004757595.tif 000008
【図８】
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【図９】
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