(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
部品本体の複数の端部にそれぞれ電極が設けられ、プリント基板上に前記複数の電極で半田付けされた実装部品を検査する実装部品の検査方法であって、
前記実装部品の実装状態を画像として入力し、この入力画像に基づいて実装部品の前記複数の電極と部品本体との境界線をそれぞれ検出し、これらの境界線の情報と予め入力されている実装部品に関する情報とに基づいて実装部品の装着位置を算出し、前記実装部品の装着位置と予め入力されている適正装着位置との情報に基づいて実装状態の良否を判定し、
実装部品の装着位置を算出する工程で、境界線を検出工程において検出した複数の境界線位置と、予め入力されている実装部品の電極の情報を含む形状に関する情報とに基づいて、実装部品の外形を算出する部品外形算出処理を行うことを特徴とする実装部品の検査方法。
【請求項２】
実装部品の装着位置を算出する工程で、境界線を検出する工程において検出した複数の境界線位置から実装部品の中心位置を算出する部品中心位置算出処理を行うことを特徴とする請求項１に記載の実装部品の検査方法。
【請求項３】
実装部品の実装状態を画像として入力する工程で、実装済みプリント基板表面箇所の高さと、前記実装済みプリント基板表面からの反射光量とを計測することで、実装部品の実装状態を画像として入力することを特徴とする請求項１に記載の実装部品の検査方法。
【請求項４】
部品本体の複数の端部にそれぞれ電極が設けられ、プリント基板上に前記複数の電極で半田付けされた実装部品を検査する実装部品の検査方法であって、
前記実装部品の実装状態を画像として入力し、この入力画像に基づいて実装部品の前記複数の電極と部品本体との境界線をそれぞれ検出し、これらの境界線の情報と予め入力されている実装部品の情報とに基づいて実装部品のサイズを算出し、前記実装部品のサイズと予め入力されている適正サイズとの情報に基づいて実装部品の良否を判定し、
前記実装部品のサイズを算出する工程で、実装部品の電極の情報を含む部品形状に関する情報に基づいて部品外形を算出する部品外形算出処理を行うことを特徴とする実装部品の検査方法。
【請求項５】
実装部品の実装状態を画像として入力する工程で、実装済みプリント基板表面箇所の高さと、前記実装済みプリント基板表面からの反射光量とを計測することで、実装部品の実装状態を画像として入力することを特徴とする請求項４に記載の実装部品の検査方法。
【請求項６】
部品本体の複数の端部にそれぞれ電極が設けられ、プリント基板上に前記複数の電極で半田付けされた実装部品を検査する実装部品の検査装置であって、
前記実装部品の実装状態を画像として入力する画像入力手段と、この入力画像に基づいて実装部品の前記複数の電極と部品本体との境界線をそれぞれ検出する境界線検出手段と、これらの境界線の情報と予め入力されている実装部品の情報とに基づいて実装部品の装着位置を算出する装着位置算出手段と、前記実装部品の装着位置と予め入力されている適正装着位置との情報に基づいて実装状態の良否を判定する判定手段とを備え、
前記装着位置算出手段は、境界線検出手段により検出した複数の境界線位置と、予め入力された実装部品の電極の情報を含む形状に関する情報とに基づいて、実装部品の外形を算出することを特徴とする実装部品の検査装置。
【請求項７】
装着位置算出手段は、複数の境界線位置から実装部品の中心位置を算出することを特徴とする請求項６に記載の実装部品の検査装置。
【請求項８】
画像入力手段は、実装済みプリント基板表面箇所の高さと、前記実装済みプリント基板表面からの反射光量とを計測する計測手段で構成されていることを特徴とする請求項６に記載の実装部品の検査装置。
【請求項９】
部品本体の複数の端部にそれぞれ電極が設けられ、プリント基板上に前記複数の電極で半田付けされた実装部品を検査する実装部品の検査装置であって、
前記実装部品の実装状態を画像として入力する画像入力手段と、この入力画像に基づいて実装部品の前記複数の電極と部品本体との境界線をそれぞれ検出する境界線検出手段と、これらの境界線の情報と予め入力されている実装部品の情報とに基づいて実装部品のサイズを算出するサイズ算出手段と、前記実装部品のサイズと予め入力されている適正サイズとの情報に基づいて実装部品の良否を判定する判定手段とを備え、
サイズ算出手段は、実装部品の電極の情報を含む部品形状に関する情報に基づいて部品外形を算出することを特徴とする実装部品の検査装置。
【請求項１０】
画像入力手段は、実装済みプリント基板表面箇所の高さと、前記実装済みプリント基板表面からの反射光量とを計測する計測手段で構成されていることを特徴とする請求項９に記載の実装部品の検査装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子機器に使用されるプリント基板の実装工程において、プリント基板上に実装して半田付けされた後の電子部品である実装部品を検査する方法および装置に関し、特にチップ部品などの実装部品の装着位置ズレおよびチップ部品の誤装着を外観で検査する半田付け後のチップ部品の検査方法および装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
プリント基板上に実装された電子部品である実装部品の装着状態を非接触で検査する方法としては、特開平４−２０８８０３号公報に開示された検査装置がある。この検査装置においては、三角測量の原理を用いて、細く絞ったビーム光を実装済みプリント基板に照射し、その反射光を検出することで、計測点までの距離を計測し、前記ビーム光を計測対象となるプリント基板全面に走査させることで、実装済みプリント基板全面の高さ画像を取得するようになっている。
【０００３】
そして、前記取得された高さ画像をもとに前記プリント基板上に実装された部品の外形を認識することで実装部品の位置およびサイズを計測し、予め教示されたプリント基板上に実装されるべき部品の装着位置および部品サイズに適合するかどうかを判定している。つまり、実装部品の装着位置にズレを生じている場合には、接続状態不良などのおそれがあるため不良判定を行い、実装部品のサイズが適合していない場合には、異なった部品が装着されているおそれがあるため不良判定を行って、これらの不具合を防止するように図られている。
【０００４】
以下、図面を参照しながら、実装部品を認識するために実装部品の位置やサイズを計測する従来の方法について説明する。
図７の（ａ）および（ｂ）は、プリント基板に実装されて半田付けされたチップ部品を示す断面図および平面図である。部品本体１１の両側部に第一の電極１２と第二の電極１３とが設けられている実装部品としてのチップ部品１０は、プリント基板１８に形成された第一のランド１６と第二のランド１７とに跨るように実装される。そして、半田１４によりチップ部品１０の第一の電極１２と第一のランド１６とが接合され、半田１５によりチップ部品１０の第二の電極１３と第二のランド１７とが接合される。
【０００５】
また、図７の（ｃ）は、プリント基板１８上のチップ部品１０を撮像して得られた高さデータの断面プロファイルを概略的に示すもので、２１は高さデータの断面プロファイル、２２は２値化のための高さ閾値を表わす。この高さ閾値２２としては、高さデータの断面プロファイル２１に基づいて、電極１２、１３を含むチップ部品１０の外形形状２５を抽出することのできる適切な高さ閾値２２が用いられる。そして、チップ部品１０を上方から撮像して得られた濃淡画像を、前記高さ閾値２２で２値化して図７の（ｄ）に示すようなチップ部品１０の外形形状２５を得て、この外形形状２５を示す２値化画像に基づいてチップ部品１０の４つコーナー位置の認識もしくは、４辺の認識を行い、チップ部品１０の位置やサイズを計測し、予め教示されたチップ部品１０の装着位置や部品サイズに適合するかどうかを判定していた。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、クリーム半田印刷の量が多い場合、もしくは半田槽を通すフロー半田付けの場合には、図８の（ａ）、（ｂ）に示すように、半田１４、１５がチップ部品１１の電極１２、１３上まで吸い上げられ、電極１２、１３の外側の端面、あるいはチップ部品１１の４つのコーナーが半田１４、１５により覆われてしまい、図８（ｃ）に示すように、チップ部品１０を計測して得られた高さデータを表す濃淡画像（高さデータの断面プロファイル）２１を、高さ閾値２２で２値化した際に、この２値化画像において、チップ部品１０の外形線２５が、半田部分も含めて２値化されて認識されるため、当該チップ部品１０における正規の４つコーナー位置およびチップ部品１０の外形を表わす４辺において、電極１２、１３側の端面の認識ができず、この結果、チップ部品１０の正確な位置およびサイズの計測ができないという問題が生じていた。
【０００７】
本発明は上記問題を解決するもので、実装部品における電極の外側の端面やコーナーが半田により覆われてしまった場合でも、実装部品の装着位置および部品サイズの良否を良好に判定することのできる実装部品の検査方法および検査装置を提供することを目的とするものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記問題を解決するために本発明の実装部品の検査方法および検査装置は、実装部品の実装状態を入力して得た画像に基づいて実装部品の前記複数の電極と部品本体との境界線をそれぞれ検出し、これらの境界線の情報と予め入力されている実装部品に関する電極の位置およびサイズなどの情報とに基づいて実装部品の装着位置およびサイズを算出することで実装部品の装着位置および部品サイズの良否を判定し、実装部品の装着位置を算出する工程で、境界線を検出工程において検出した複数の境界線位置と、予め入力されている実装部品の電極の情報を含む形状に関する情報とに基づいて、実装部品の外形を算出する部品外形算出処理を行うものである。
【０００９】
本発明によれば、半田によりチップ部品などの実装部品の電極が覆われ、従来のように電極の部品外側位置の端面、あるいは実装部品のコーナーを認識することができない場合においても、半田に覆われる可能性の低い２箇所の電極と部品本体との境界線を検出することにより、正確に実装部品の装着位置およびサイズを決定できて正しい検査が行えるものである。
【００１０】
【発明の実施形態】
本発明の請求項１に記載の実装部品の検査方法は、実装済みプリント基板表面部分、すなわち、実装部品の実装状態を入力して得た画像に基づいて実装部品の前記複数の電極と部品本体との境界線をそれぞれ検出し、これらの境界線の情報と予め教示などにより入力されている実装部品に関する電極の位置およびサイズなどの情報とに基づいて実装部品の装着位置を算出することで実装部品の装着位置の良否を判定し、実装部品の装着位置を算出する工程で、境界線を検出工程において検出した複数の境界線位置と、予め入力されている実装部品の電極の情報を含む形状に関する情報とに基づいて、実装部品の外形を算出する部品外形算出処理を行うことを特徴としたものであり、部品の半田付けの状態に関わらず正確にチップ部品などの実装部品の装着位置を認識し、正しい検査をし得るものである。また、例えば、境界線検出処理により検出された２つの電極と部品本体との境界線位置より、予め教示された電極サイズ分を加算することにより外形を推定し、前記推定した外形より実装部品の中点を求めて、実装中心位置とする。
【００１１】
また、本発明の請求項２に記載の実装部品の検査方法は、装着位置を算出する工程で、境界線を検出する工程において検出した複数の境界線位置から実装部品の中心位置を算出する部品中心位置算出処理を行うもので、例えば、境界線検出処理により検出された２つの電極と部品本体との境界線位置の中点を、実装部品における電極に沿う方向の中心位置とする。
【００１４】
（実施の形態１）
図１は本発明の実施の形態に係る実装部品の検査装置の斜視図であり、この検査装置により、実装済みプリント基板表面部分の高さおよび、基板表面からの反射光量を計測する動作を行うものであり、図１はこの原理を説明している。なお、従来のものと同様のものには同符号を付す。
【００１５】
図１に示すように、検査装置は、被検体である実装済みプリント基板２のチップ部品（実装部品）１０にレーザ光Ｌを真上から照射するレーザーユニット１と、プリント基板２のチップ部品１０で反射された光を受ける４つの位置敏感検出器（ＰＳＤ：Position Sensitive Detector）４Ａ，４Ｂ，４Ｃ，４Ｄとを備えており、三角測量の原理に基づいて被検体であるプリント基板２の表面形状データを計測する。また、記憶機能や演算機能を有して、後述する処理を行う制御手段（図示せず）なども備えられている。位置敏感検出器４Ａ〜４Ｄは、レーザ光Ｌを受光した位置に応じて２つのアナログ信号を出力するセンサとして機能する。
【００１６】
三角測量の原理から、レーザ光Ｌの照射源座標（Ｘ，Ｙ，Ｚ）、被検体上の照射位置座標（Ｘ，Ｙ）、各位置敏感検出器４Ａ〜４Ｄにおけるレーザ光受光座標（Ｘａ，Ｙａ，Ｚａ）、（Ｘｂ，Ｙｂ，Ｚｂ）、（Ｘｃ，Ｙｃ，Ｚｃ）、（Ｘｄ，Ｙｄ，Ｚｄ）により、被検体上の照射位置における高さ座標が算出される。
【００１７】
位置敏感検出器４Ａ〜４Ｄから出力されたアナログ信号を下記の式（１）に基づいて変換処理することにより被検体の高さデータが算出される。下記式（１）と式（２）において、Ｈ（ｘ，ｙ）は照射位置であるサンプリング座標点（ｘ，ｙ）において計測した高さの値を示しており、Ｂ（ｘ，ｙ）はサンプリング座標点（ｘ，ｙ）において計測した輝度値（反射強度）である。また、Ｉａ（ｘ，ｙ）とＩｂ（ｘ，ｙ）はサンプリング座標点（ｘ，ｙ）において計測した各位置敏感検出器４Ａ〜４Ｄからの信号値である。各位置敏感検出器４Ａ〜４Ｄの出力信号である２つの信号値Ｉａ（ｘ，ｙ）とＩｂ（ｘ，ｙ）とを加算することにより、そのサンプリング座標点（ｘ，ｙ）における輝度値（Ｂ（ｘ，ｙ））が表される。
Ｈ（ｘ，ｙ）＝Ｉａ（ｘ，ｙ）／（Ｉａ（ｘ，ｙ）＋Ｉｂ（ｘ，ｙ））・・式１
Ｂ（ｘ，ｙ）＝Ｉａ（ｘ，ｙ）＋Ｉｂ（ｘ，ｙ）・・式２
被検体の２次元領域における表面形状データ（高さデータ）の計測は、サンプリング座標点を固定したまま被検体をＸ，Ｙ平面内で平行移動させて繰り返し行うか、あるいは被検体を固定した状態でサンプリング座標点を並行移動させて繰り返し行う。
【００１８】
なお、上記以外の装置を用いて表面形状データを計測する方法としては、例えばスリット光の変化により高さデータを計測する光切断法や、２つ以上の視差画像から高さデータを計測するステレオ法等があり、またＸ線ＣＴ装置（x-ray Computed Tomography System）やＭＲＩ装置（Magnetic Resonance Imaging System）等によって計測した３次元データから表面形状データを取得することも可能である。
【００１９】
これらの方法により、被検体であるプリント基板２に実装部品としてのチップ部品１０が実装された状態が濃淡画像として取得できるるとともに、チップ部品１０が実装されたプリント基板２の高さを認識できる画像を得ることができる。
【００２０】
次に、上記検査装置において撮像した高さ画像と輝度画像とを用いてチップ部品位置の検査およびチップ部品サイズの検査を実施する。図２はこの検査処理を示すフローチャートである。
【００２１】
まず、ステップＳＴ１０において、前記検査装置で、部品実装済みのプリント基板２全面の高さデータおよび輝度データを計測する。
そして、ステップＳＴ２０において、前記高さデータを用いて、被検体における平面視して短い長さの辺に沿う方向（短手方向と称す）の部品エッジ検出処理を実行する。図３により、エッジ検出処理を実行するウインドウ３１、３２、３３３、３４を示す。前記エッジ検出ウインドウ３１〜３４を、予め教示されたプリント基板２およびチップ部品１０の装着位置の情報に基づいて、半田付け状態によるエッジ検出精度の影響の受けないと想定される箇所に設定し、前記ウインドウ３１〜３４内の高さデータの変化点を検出して、エッジ点とする。ウインドウ３１、３２で検出された２つのエッジ点のデータから、半田が付かない側（短手方向）における一方の辺の位置が求まり、ウインドウ３３、３４で検出された２つのエッジ点のデータから、半田が付かない側（短手方向）における他方の辺の位置が求まる。また、ウインドウ３１、３３で検出された２つのエッジ点の中点と、ウインドウ３２、３４で検出された２つのエッジ点の中点とを結ぶ直線が、半田が付く方向（長手方向）の中心線Ａとなり、この中心線Ａの側方から見た直線部分と水平線とのなす角度が部品の装着回転角度（装着傾斜角度）となる。
【００２２】
次に、ステップＳＴ３０において、前記高さデータおよび輝度データを用いて、電極１２、１３と部品本体１１との境界線位置を検出し、この境界線位置に基づいて、長手方向（半田により部品エッジが覆われる方向）の部品エッジを検出する。なお、長手方向の部品エッジ検出処理については後述する。
【００２３】
次に、ステップＳＴ４０において、ステップＳＴ２０、ＳＴ３０で検出されたエッジ座標よりチップ部品１０の位置およびサイズの算出処理を実行する。
最後に、ステップＳＴ５０において、チップ部品１０の装着位置については、ステップＳＴ４０で算出されたチップ部品１０の装着位置と、予め教示されたチップ部品１０の適正装着位置とのズレ量が、予め教示されたズレ許容値以下であるかどうかを比較し、前記ズレ量が前記ズレ許容値以下であれば良品、前記ズレ量が前記ズレ許容値より大きければ不良と判断する。
【００２４】
部品サイズについては、ステップＳＴ４０で算出したチップ部品１０のサイズと、予め教示されたチップ部品１０のサイズとの差が、予め教示されたサイズ許容値以下であるかどうかを比較し、前記サイズの差が前記サイズ許容値以下であれば良品、前記サイズの差が前記サイズ許容値よりも大きければ不良と判断する。
【００２５】
ここで、上記ステップＳＴ３０の長手方向の部品エッジ検出処理についてさらに詳しく説明する。図４は、長手方向の部品エッジ検出処理ステップＳＴ３０を示すフローチャートである。
【００２６】
まず、ステップＳＴ３１において、処理対象領域を決定する。図５は、長手方向の部品エッジ検出処理を実行するための処理対象領域を示した図である。予めティーチングされたチップ部品１０の装着位置に関する情報と、チップ部品１０の形状に関する情報である部品中心位置座標４１と、電極１２、１３の部品中心位置からの相対座標および部品ズレ許容範囲４２とにより、一つのチップ部品１０に対して第一の処理対象領域４３と第二の処理対象領域４４との二つの処理領域を決定する。
【００２７】
そして、ステップＳＴ３２において、前述したステップＳＴ３１で決定した第一の処理対象領域４３の高さ画像を読込む。また、ステップＳＴ３３において、前記高さ画像を、部品形状を抽出することのできるチップ部品１０の高さよりやや低めの高さ閾値で２値化し、マスク領域を０、非マスク領域を１としたマスク画像を生成する。
【００２８】
次に、ステップＳＴ３４において、前述したステップＳＴ３１で決定した第一の処理対象領域４３の輝度画像を読込む。そして、ステップＳＴ３５において、前記読み込んだ輝度画像とステップＳＴ３４で抽出したマスク処理領域との画像間演算を行い、電極１２、１３と部品本体１１との境界線位置検出処理領域の絞込みを行う。
【００２９】
さらに、ステップＳＴ３６において、ステップＳＴ３５により得られたマスク処理を施された輝度画像に対し、例えば図６に示す微分オペレータを施す。そして、微分処理された処理画像においてある値以上の値を示す座標の最小二乗近似直線を求めることにより電極１２と部品本体１１との境界線を検出する電極本体境界線検出処理を実行する。
【００３０】
なお、本実施の形態では、輝度画像が、反射光量の高い電極１２の部分で高く、反射光量の低い部品本体１１の部分で低く計測される特徴に対応させて、微分処理により電極１２と部品本体１１との境界線位置を検出したが、ステップＳＴ３５により得られたマスク処理を施された輝度画像において、電極１２のみを抽出できる閾値により２値化した画像に対して輪郭線を抽出して、電極１２と部品本体１１との境界線を検出することも可能である。
【００３１】
また、ステップＳＴ３７において、ステップＳＴ３１で決定された第二の処理対象領域４４について、処理を実行済みかどうかの判断を実行する。そして、未実行の場合、第二の処理対象領域４４に対し、ステップＳＴ３２からステップＳＴ３６までの処理を実行し、ステップＳＴ３１で決定された第一の処理対象領域４３および第二の処理対象領域４４のそれぞれの処理領域に対し、二つの電極１２、１３と部品本体１１との境界線を検出する。
【００３２】
そして、ステップＳＴ３８において、ステップＳＴ３７で検出した２つの電極１２、１３と部品本体１１との境界線位置と、予め教示された電極１２、１３の幅とにより、チップ部品１０の外形エッジ座標を算出する。
【００３３】
これにより、チップ部品１０の外形エッジ座標を算出して、上述したように、ステップＳＴ４０で、エッジ座標よりチップ部品１０の装着位置およびサイズの算出処理を実行することで、半田１４、１５によりチップ部品１０の電極１２、１３が覆われている場合でも、正確にチップ部品１０の装着位置およびサイズを決定でき、チップ部品１０の装着位置やサイズに関して正しい検査が行える。
【００３４】
なお、上記実施の形態においては、部品本体１１の両側部の２箇所に電極１２、１３がある場合を述べたが、これに限るものではなく、部品本体の４隅箇所など、部品本体１１の複数の端部箇所に電極がある場合にも上記検査方法を適用可能である。
【００３５】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、半田により実装部品の電極が覆われ、従来のように電極の部品外側の端面、あるいは実装部品のコーナーを認識することができない場合においても、半田に覆われる可能性の低い複数箇所の電極と部品本体との境界線を検出することにより、正確にチップ部品などの実装部品の装着位置およびサイズを決定できて正しい検査が行え、これにより検査の信頼性が向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態にかかる検査装置の概略的な斜視図である。
【図２】本発明の実施の形態にかかる検査方法を示すフローチャートである。
【図３】同検査方法における短手方向の部品エッジ検出処理を示す図である。
【図４】同検査方法における長手方向の部品エッジ検出処理を示すフローチャートである。
【図５】同検査方法における処理対象領域を示す図である。
【図６】同検査方法における輝度画像の微分処理のマスクパターンを示す図である。
【図７】（ａ）はプリント基板に実装されて半田付けされたチップ部品の断面図である。
（ｂ）は半田付けされたチップ部品を上面から見た図である。
（ｃ）は同チップ部品の高さデータの断面プロファイルを示した図である。
（ｄ）は従来の検査方法によりチップ部品を２値化した画像を示す図である。
【図８】従来の検査方法の課題を示すもので、（ａ）はチップ部品の断面図、（ｂ）は半田付けされたチップ部品を上面から見た平面図、（ｃ）は同チップ部品の高さデータの断面プロファイル、（ｄ）は同チップ部品を２値化した画像を示す図である。
【符号の説明】
１        レーザーユニット
２        プリント基板
４Ａ〜４Ｄ    位置敏感検出器
１０      チップ部品（実装部品）
１１      部品本体
１２、１３    電極
１４、１５    半田
【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】
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【図８】
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