(57)【要約】【課題】基板全面検査方式による実装基板検査装置の検査データには、不良箇所に該当する部品番号や座標を伴わないので、品質管理データとして利用できないという課題があった。【解決手段】基板全面を比較検査する実装基板の検査装置において、自動検査で検出した基準基板と検査基板の相違点と、コンピュータ設計データに基づく部品領域とを基板画像上に同時に重ねて表示し、再検査によって相違点の中から不良箇所を選別し、部品領域にヒットした不良箇所には部品ＩＤデータを添付して実装不良箇所あるいは部品不良箇所として報告し、それら以外の不良箇所には基板座標データを添付して表面不良箇所として報告するので、品質情報化検査データの報告が実現する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
部品実装基板全面を比較画像処理することで検査領域設定を不要化した検査装置であって、
基板の種類・番号（ＩＤ）とコンピュータ設計（ＣＡＤ）データと部品領域の設定方式を教示する教示手段と、
ピクセル配置がＸ軸方向に沿う１次元イメージセンサ及びＸ軸に直交するＹテーブルを備え、基板あるいはセンサを相対的にＹ軸移動して基板全面の画像を獲得する撮像手段と、
獲得した基板全面の画像を保存するデータ保存手段と、
撮像手段が獲得した検体基板画像と保存した基準基板画像との比較画像処理を行って両者の相違点を抽出するアルゴリズムを備える画像処理手段と、
基板画像に部品領域と相違点とを同時に重ねて表示する表示手段と、
相違点を目視判定して不良箇所のみを選別する再検査手段と、
不良箇所がヒットした部品領域において、教示されていた部品ＩＤデータを顕現化して添付して部品実装不良箇所とし、それ以外の不良箇所に基板座標値を添付して基板表面不良箇所とする、検査データの品質情報化手段とより成る検査装置。
【請求項２】
部品実装基板全面を比較画像処理することで検査領域設定を不要化した検査装置であって、
基板の種類・番号（ＩＤ）とコンピュータ設計（ＣＡＤ）データと部品領域の設定方式を教示する教示手段と、
２次元イメージセンサ及びＸＹテーブルを備え、基板あるいはセンサを相対的にＸＹ移動して基板全面の画像を獲得する撮像手段と、
獲得した基板全面の画像を保存するデータ保存手段と、
撮像手段が獲得した検体基板の個々の視野画像と、基準基板において対応する視野の保存画像との比較画像処理を行って、両者の相違点を抽出するアルゴリズムを備える画像処理手段と、
基板画像に部品領域と相違点とを同時に重ねて表示する表示手段と、
相違点を目視判定して不良箇所のみを選別する再検査手段と、
不良箇所がヒットした部品領域において、教示されていた部品ＩＤデータを顕現化して添付して部品実装不良箇所とし、それ以外の不良箇所に基板座標値を添付して基板表面不良箇所とする、検査データの品質情報化手段とより成る検査装置。
【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、プリント基板上の部品の実装品質検査やはんだ付品質検査を行う検査装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電子部品を搭載した基板の組立品質検査の自動化に関しては、多くの種類の検査装置が開発され、すでにエレクトロニクス製造現場で利用されている。
従来の基板実装検査機は、ユーザが電源を投入しただけでは使用できない。ユーザは検査装置に、検査に必要なすべての基板情報を教えなければならない。それは、例えばテレビや携帯電話の場合のように、製品によって基板のサイズも回路も使用部品の種類も数も非常に異なるからである。
ユーザは、基板種ごとに検査すべき位置と範囲である「検査領域」を教示し、その検査領域に部品の種類ごとの良否判定プログラムを適用し、更に良否判定の適用水準（厳しい判定をするか緩い判定をするか）を調整する必要があった。
１種類の基板において、教示しなければならない検査領域の数は、数百から数千箇所に達することがしばしばある。抵抗器やコンデンサなどチップ部品では通常、はんだ検査用に２領域、部品搭載検査用に１領域、計３領域の設定を要し、コネクタやＩＣのような多電極部品では、１部品につき数領域の設定が必要であった。
【０００３】
この教示の時間は、部品数と判定の難度に依存するが、通常数時間ないし十数時間を要していた。更に、判定基準の調整には高度な技能が必要であり、洗練した技巧を持った専従の技術者が取扱わなければ、検査自動化の効果が発揮できなかった。従って、パートタイマによって作業が行われることの多い中小規模のユーザでは、従来検査機はほとんど操作不可能であった。
【０００４】
基板実装検査機における教示の問題を解決するために、本出願人は検査領域の教示と、良否判定プログラムの適用及び水準の調整を必要としない技術を考案し、既に特許出願をしている（特願２００２−１９６８４４、特願２００３−８４１６１、並びに特願２００３−１５３６２０）。
【０００５】
これらの出願の基本をなす技術は、基準基板と検査基板の全面画像を獲得して両者の比較画像処理を行うため、上述の検査領域の教示も、又良否判定プログラムの適用とその調整も不要になった。
【０００６】
しかしながらこの技術は、基板全面の比較によって不良箇所を検出するだけなので、検出された不良箇所が部品の実装不良であってもその部品のＩＤデータがないため、基板の実装品質データが得られなかった。部品のＩＤデータがあれば、不良解析からその原因を追求し、クリームはんだ印刷段階の問題であるか、部品搭載段階の問題であるか、又リフローはんだ付段階の問題であるかに問題を絞りこんで、その発生の一般的な対策が可能になる。このように、部品のＩＤデータを伴う実装品質データは、品質向上や、製品化後の品質追跡（トレーサビリティ）に利用する点において、生産技術上極めて重要な情報であるので、全面比較検査装置においてこのデータが得られないことは、品質管理上大きな問題であった。
【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、検査領域設定不要の全面検査方式検査装置において、検出された不良箇所と搭載部品のＩＤデータを対応付けることによって、部品実装不良と基板表面不良を区別して報告し、部品実装不良箇所には部品実装データを添付し、又基板表面不良箇所には基板座標を添付することによって、基板品質データを獲得し、品質改善や品質追跡に役立つ報告を可能にする問題を解決しようとしている。
製造者責任がより強く問われるようになった現在、メーカが製品品質の把握のために、品質情報を伴う検査データを保有すべきことは当然であって、本発明は最便利、最速、最廉価の全面検査方式検査装置の課題であった問題を解決しようとしている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記目的を達成するために、本発明の請求項１記載の検査装置は、部品実装基板全面を比較画像処理することで検査領域設定を不要化した検査装置であって、
基板の種類・番号（ＩＤ）とコンピュータ設計（ＣＡＤ）データと部品領域の設定方式を教示する教示手段と、
ピクセル配置がＸ軸方向に沿う１次元イメージセンサ及びＸ軸に直交するＹテーブルを備え、基板あるいはセンサを相対的にＹ軸移動して基板全面の画像を獲得する撮像手段と、
獲得した基板全面の画像を保存するデータ保存手段と、
撮像手段が獲得した検体基板画像と保存した基準基板画像との比較画像処理を行って両者の相違点を抽出するアルゴリズムを備える画像処理手段と、
基板画像に部品領域と相違点とを同時に重ねて表示する表示手段と、
相違点を目視判定して不良箇所のみを選別する再検査手段と、
不良箇所がヒットした部品領域において、教示されていた部品ＩＤデータを顕現化して添付して部品実装不良箇所とし、それ以外の不良箇所に基板座標値を添付して基板表面不良箇所とする、検査データの品質情報化手段とより成る。
【０００９】
この検査装置は、基準基板の全面画像を保存し、検体基板全面画像との比較画像から両基板の相違点を見出し、それらの相違点を再検査して不良箇所を選別し、不良部品実装箇所には部品ＩＤデータを添付し、それ以外の基板表面不良箇所には基板座標を添付して検査結果データを報告するので、基板の品質情報化検査データ報告を実現している。
【００１０】
また、請求項２記載の検査装置は、部品実装基板全面を比較画像処理することで検査領域設定を不要化した検査装置であって、
基板の種類・番号（ＩＤ）とコンピュータ設計（ＣＡＤ）データと部品領域の設定方式を教示する教示手段と、
２次元イメージセンサ及びＸＹテーブルを備え、基板あるいはセンサを相対的にＸＹ移動して基板全面の画像を獲得する撮像手段と、
獲得した基板全面の画像を保存するデータ保存手段と、
撮像手段が獲得した検体基板の個々の視野画像と、基準基板において対応する視野の保存画像との比較画像処理を行って、両者の相違点を抽出するアルゴリズムを備える画像処理手段と、
基板画像に部品領域と相違点とを同時に重ねて表示する表示手段と、
相違点を目視判定して不良箇所のみを選別する再検査手段と、
不良箇所がヒットした部品領域において、教示されていた部品ＩＤデータを顕現化して添付して部品実装不良箇所とし、それ以外の不良箇所に基板座標値を添付して基板表面不良箇所とする、検査データの品質情報化手段とより成る。
【００１１】
この検査装置は、基準基板の全面画像を保存し、検体基板全面画像との比較画像から両基板の相違点を見出し、それらの相違点を再検査して不良箇所を選別し、不良部品実装箇所には部品ＩＤデータを添付し、それ以外の基板表面不良箇所には基板座標を添付して検査結果データを報告するので、基板の品質情報化検査データ報告を実現している。
【発明の効果】
【００１２】
本発明になる請求項１記載の検査装置によれば、１次元イメージセンサを使用して部品実装基板の全面を撮像して検査する検査装置において、結果報告が不良部品の部品ＩＤデータ等の品質情報をまったく伴っていなかった問題を解決したので、ユーザにおける実装不良の解析、実装品質の向上、及び製品化後の品質追跡（トレーサビリティ）が、初めて可能になる。
【００１３】
又、本発明になる請求項２記載の検査装置によれば、2次元イメージセンサを使用して部品実装基板の全面を撮像して検査する検査装置において、結果報告が不良部品の部品ＩＤデータ等の品質情報をまったく伴っていなかった問題を解決したので、ユーザにおける実装不良の解析、実装品質の向上、及び製品化後の品質追跡（トレーサビリティ）が、初めて可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
部品実装基板の全面を撮像して検査する検査装置において、結果報告に不良部品の部品ＩＤデータ等の品質情報を添付するという目的を、検出した不良箇所が、基板のコンピュータ設計（ＣＡＤ）データに基づいて設定した部品領域にヒットした場合に、その箇所を部品ＩＤデータ付実装不良箇所とすることによって実現した。
【実施例１】
【００１５】
図１は、本発明装置の第１実施例の全体構成図である。
【００１６】
図１において、基板１上には電子部品２が搭載され、基板１は、Ｙテーブル３に保持されている。
【００１７】
基板１の上方には、１次元イメージセンサカメラ４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、ピクセル配列が基板１のＸ軸に沿うように設置されている。そこで、基板１のＹ方向移動で、基板１の全景を撮像するようにしている。ここで逆に、１次元イメージセンサカメラ４をＹ方向移動し、基板１を固定しておいても、同じ画像が得られることは言うまでもない。
【００１８】
１次元イメージセンサカメラ４は、制御装置５に接続され、制御装置５は、1次元センサ撮像ユニット６、画像保存ユニット７、画像処理演算ユニット８、システム全体を制御する統合システム制御ユニット９、教示ユニット１０、及び品質情報化ユニット１１を有し、各ユニット６、７，８，９、１０、及び１１は、バス１６を通じてデータの交換を行う。
【００１９】
また、制御装置５には、入力ユニット１２と、出力ユニット１３と、通信ユニット１４と、表示ユニット１５が接続されている。
【００２０】
次に、図２のフロー図に従って、この実施形態になる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をテーブルに装填し（ＳＴ１）、基板ＩＤと部品ライブラリを含むコンピュータ設計（ＣＡＤ）データと画像座標変換の際に用いる部品領域の設定方式を教示し（ＳＴ２）、その後基準基板をＹ軸移動して１次元イメージセンサカメラ４で基板全面を撮像する（ＳＴ３）。この全面画像を画像保存ユニット７に保存する（ＳＴ４）。
【００２１】
次に、この実施形態の検査装置における自動検査と再検査と品質情報化の動作を、図３のフロー図に沿って説明する。
【００２２】
まず、図１において検体基板１をＹテーブル３に装填し（ＳＴ１１）、検体基板種のＩＤデータを入力するか又は読取ると（ＳＴ１２）、制御装置５の指令で検体基板１をＹ軸移動し、1次元センサ撮像ユニット６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の全面を撮像する（ＳＴ１３）。
【００２３】
そこで、画像処理演算ユニット８が、画像保存ユニット７に保存された基準基板画像と検体基板画像の比較画像処理を行う（ＳＴ１４）。
【００２４】
その他の実施形態では、この比較画像処理を、基準基板と検体基板のそれぞれ対応する部品領域同士で行うこともできる。この場合、比較画像処理を行う対象画素数が全面画像比較に比べて著しく少ないので、処理スピードの向上というメリットがある。しかし一方、部品領域以外の箇所に異常箇所が発生しても、検出しないという、デメリットもある。
【００２５】
次に獲得画像から例えば特定のホール（穴）画像を検出し、その中心位置から基板の基準点を割出し、ＳＴ２で教示された部品ライブラリを含むＣＡＤデータを利用して、品質情報化ユニット１１が基板座標を画像座標に変換し、各部品領域を画像座標に位置付けて部品ＩＤデータを添付する（ＳＴ１５）。
【００２６】
部品領域は、教示した設定方式に従って設定される。この実施の形態では拡大率を教示し、図７の模式図に示した太線枠のように、部品外形領域よりもやや拡大した領域を設定するようにしている。これは、基板のはんだ付パタン（ランド）や搭載ずれの範囲をカバーするためである。
【００２７】
ＳＴ１４の比較画像処理によって検出された基準基板と検体基板の相違点は、図８（Ｃ）に模式的に示すように基板画像上に表示される（基板画像は図示せず）。重畳する部品画像を参考にして、検査員は再検査作業を行うことができるが、実装部品と相違点とが情報的に関連付けられていないために、どの部品が不良であるかの情報が欠落しており、基板実装の品質データとして保存することができない。即ち、品質改善や品質記録ができないので、製品化後の品質保証ができないのである。
【００２８】
そこで、この実施の形態になる検査装置では、ＳＴ１５で作成した基板の画像座標変換データを用いて、表示ユニット１５に相違点画像付きの基板画像を表示し、その上に部品領域を重ねて描出する（ＳＴ１６）（図８（Ｂ））。
【００２９】
以上のステップで自動検査が終了し、再検査のステップに進む。再検査ステップでは、検査員が、前ステップで表示された相違点と部品領域が重畳した基板画像を目視するか、又は検体基板のその箇所を目視することによって、真の不良箇所を選別する（ＳＴ１７）。この選別は、比較画像処理で検出される相違点には、多少の良品の過検出をも含んでいるために実施される。
【００３０】
相違点画像は、検査員がクリックすれば順次表示ユニット１５に拡大表示されるので（図示せず）、詳しい画像再検査が可能である。図８（Ｂ）は不良箇所選別後の基板画像を模式的に表しており、相違点の中、黒色塗りつぶし箇所が選別された不良箇所を示し、斑点塗りつぶし箇所が品質に無関係な過検出点である。過検出点は、この時点でデータ消去される。
【００３１】
検査員がすべての相違点の再検査を完了すると、検査データが確定し、不良箇所を重畳した基板画像が表示される。この時、不良箇所がヒットした部品領域画像を着色等でマーキング表示し（図８（Ａ））、ＣＡＤデータ導入によって潜在的に添付されていた部品ＩＤデータが顕在化され、どの部品に不良が発生したかがデータとして保存される。このデータは基板の品質データであるから、自動実装やはんだ付の改善、あるいは採用部品の再検討に利用することができる。又部品領域以外の不良箇所は表面不良箇所として基板座標を添付し、同じく基板製造の改善等に利用することができる。
【００３２】
最後に、最終結果を表示・報告し（ＳＴ１８）、検体基板をＹステージ３から除去する（ＳＴ１９）。
【００３３】
この実施の形態になる検査装置を使用すれば、以上のように基板画像データが品質情報化され、実装不良箇所には部品ＩＤデータが、又表面不良箇所には座標がそれぞれ添付されたので、全面検査装置利用の製造ラインにおいて初めて、検査データを不良発生原因の解析あるいは品質改善作業に利用したり、又出荷後の品質追跡（トレーサビリティ）に利用できるようになったのである。
【実施例２】
【００３４】
図４は、本発明装置の第２実施例の全体構成図である。
【００３５】
図４において、基板１上には電子部品２が搭載され、基板１は、まずＸＹテーブル３に装填される。
【００３６】
基板１の上方には、2次元イメージセンサカメラ４が配置されている。2次元イメージセンサカメラ４はエリアＣＣＤカメラである。
【００３７】
２次元イメージセンサカメラ４は、制御装置５に接続され、制御装置５は、２次元センサ撮像ユニット６、画像保存ユニット７、画像処理演算ユニット８、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９、教示ユニット１０、及び品質情報化ユニット１１を有し、各ユニット６、７，８、９、１０、及び１１は、バス１６を通じてデータの交換を行う。
【００３８】
また、制御装置５には、入力ユニット１２と、出力ユニット１３と、通信ユニット１４と、表示ユニット１５が接続されている。
【００３９】
次に、図５のフロー図に従って、第2の実施形態になる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をＸＹテーブル３に装填し（ＳＴ２１）、基板ＩＤと部品ライブラリを含むコンピュータ設計（ＣＡＤ）データと画像座標変換の際に用いる部品領域の設定方式を教示し（ＳＴ２２）、その後基準基板をＸＹ移動して教示された視野を2次元イメージセンサカメラ４で撮像する（ＳＴ２３）。獲得した基準基板の全視野の画像を、画像保存ユニット７に保存する（ＳＴ２４）。
【００４０】
次に、この実施形態の検査装置における自動検査と再検査と品質情報化の動作を、図６のフロー図に沿って説明する。
【００４１】
まず、図４において検体基板１をＸＹテーブル３に装填し（ＳＴ３１）、検体基板種のＩＤデータを入力するか又は読取ると（ＳＴ３２）、制御装置５の指令により検体基板１をＸＹ移動し、２次元センサ撮像ユニット６の制御によって２次元イメージセンサカメラ４が検体基板１の教示視野を撮像（ＳＴ３３）する。
【００４２】
そこで、画像処理演算ユニット８が、画像保存ユニット７に保存された基準基板画像と検体基板画像の比較画像処理を行う（ＳＴ３４）。
【００４３】
その他の実施形態では、この比較画像処理を、基準基板と検体基板のそれぞれ対応する部品領域同士で行うこともできる。この場合、比較画像処理を行う対象画素数が全面画像比較に比べて著しく少ないので、処理スピードの向上というメリットがある。しかし一方、部品領域以外の箇所に異常箇所が発生しても、検出しないという、デメリットもある。
【００４４】
次に獲得画像から例えば特定のホール（穴）画像を検出し、その中心位置から基板の基準点を割出し、ＳＴ２で教示された部品ライブラリを含むＣＡＤデータを利用して、品質情報化ユニット１１が基板座標を画像座標に変換し、各部品領域を画像座標に位置付けて部品ＩＤデータを添付する（ＳＴ３５）。
【００４５】
部品領域は、教示した設定方式に従って設定される。この実施の形態では拡大率を教示し、図７の模式図に示した太線枠のように、部品外形領域よりもやや拡大した領域を設定するようにしている。これは、基板のはんだ付パタン（ランド）や搭載ずれの範囲をカバーするためである。
【００４６】
ＳＴ３４の比較画像処理によって検出された基準基板と検体基板の相違点は、図８（Ｃ）に模式的に示すように基板画像上に表示される（部品画像は図示せず）。重畳する部品画像を参考にして、検査員は再検査作業を行うことができるが、実装部品と相違点とが情報的に関連付けられていないために、どの部品が不良であるかの情報が欠落しており、基板実装の品質データとして保存することができない。即ち、品質改善や品質記録ができないので、製品化後の品質保証ができないのである。
【００４７】
そこで、この実施の形態になる検査装置では、ＳＴ３５で作成した基板の画像座標変換データを用いて、表示ユニット１５に相違点画像付きの基板画像を表示し、その上に部品領域を重ねて描出する（ＳＴ３６）（図８（Ｂ））。
【００４８】
以上のステップで自動検査が終了し、再検査のステップに進む。再検査ステップでは、検査員が、前ステップで表示された相違点と部品領域が重畳した基板画像を目視するか、又は検体基板のその箇所を目視することによって、真の不良箇所を選別する（ＳＴ３７）。この選別は、比較画像処理で検出される相違点には、多少の良品の過検出をも含んでいるために実施される。
【００４９】
相違点画像は、検査員がクリックすれば順次表示ユニット１５に拡大表示されるので（図示せず）、詳しい画像再検査が可能である。図８（Ｂ）は不良箇所選別後の基板画像を模式的に表しており、相違点の中、黒色塗りつぶし点が選別された不良箇所を示し、斑点塗りつぶし点が品質に無関係な過検出点である。無関係な点は、この時点でデータ消去される。
【００５０】
検査員がすべての相違点の再検査を完了すると、検査データが確定し、不良箇所を重畳した基板画像が表示される。この時、不良箇所がヒットした部品領域画像は着色等でマーキング表示し（図８（Ａ））、ＣＡＤデータ導入によって潜在的に添付されていた部品ＩＤデータが顕在化され、どの部品に不良が発生したかがデータとして保存される。このデータは基板の品質データであるから、自動実装やはんだ付の改善、あるいは採用部品の再検討に利用することができる。又部品領域以外の不良箇所は表面不良箇所として基板座標を添付し、同じく基板製造の改善等に利用することができる。
【００５１】
最後に、最終結果を表示・報告し（ＳＴ３８）、検体基板をＹステージ３から除去する（ＳＴ３９）。
【００５２】
この実施の形態になる検査装置を使用すれば、以上のように基板画像データが品質情報化され、実装不良箇所には部品ＩＤデータが、又表面不良箇所には座標がそれぞれ添付されたので、全面検査装置利用の製造ラインにおいて初めて、検査データを不良発生原因の解析あるいは品質改善作業に利用したり、又出荷後の品質追跡（トレーサビリティ）に利用できるようになったのである。
【産業上の利用可能性】
【００５３】
取り扱いが最も便利で最高速の実装基板全面検査装置の検査データにおいて、これまで欠落していた実装品質データが添付されようになったので、製造方法の改善や製品製造責任のベースとなるトレーサビリティが不可欠なメーカの用途にも適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】検査装置の全体構成と基板を示す図である。（実施例１）
【図２】検査装置における教示動作を示すフロー図である。（実施例１）
【図３】検査装置における自動検査と再検査と結果表示の動作を示すフロー図である。（実施例１）
【図４】検査装置の全体構成と基板を示す図である。（実施例２）
【図５】検査装置における教示動作を示すフロー図である。（実施例２）
【図６】検査装置における自動検査と再検査と結果表示の動作を示すフロー図である。（実施例２）
【図７】検査装置における拡大部品領域を模式的に示す図である。（実施例１と実施例２）
【図８】検査装置における全面検査不良点と部品領域との重畳表示を模式的に示す図である。（実施例１と実施例２）
【符号の説明】
【００５５】
１    基板
２    電子部品
３    Ｙテーブル
４    １次元イメージセンサカメラ
５    制御装置
６    1次元センサ撮像ユニット
７    画像保存ユニット
８    画像処理演算ユニット
９    統合システム制御ユニット
１０  教示ユニット
１１  品質情報化ユニット
１２  入力ユニット
１３  出力ユニット
１４  通信ユニット
１５  表示ユニット
１６  データバス
【図１】
2005093462.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
2005093462.tif 000007
【図６】
2005093462.tif 000008
【図７】
2005093462.tif 000009
【図８】
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