(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
回路基板上に半田実装されたチップ部品の半田フィレット部位の良否を検査する半田フィレット検査方法であって、半田フィレット部位をほぼ真上からの照明のみで撮像するとともに、前記照明と異なる照明角度範囲の照明のみで撮像して夫々の画像を得、チップ部品の電極および半田の存在領域を設定して、前記２枚の画像のチップ部品の電極および半田の存在領域の輝度値を正規化し、同一位置の画素の正規化された輝度値の大小関係からその画素の傾斜を同定し、チップ部品の長手方向の傾斜の分布から半田フィレット部位の状態を判定するもので、２枚の画像のチップ部品の電極および半田の存在領域の輝度値の最大輝度同士を一致させ、且つ最小輝度同士を一致させるような輝度値に正規化し、同一位置の正規化された輝度値を横軸落射・縦軸斜方の座標にプロットし、プロットされた位置に基づいてその傾斜を同定することを特徴とする半田フィレット検査方法。
【請求項２】
チップ部品の電極および半田の存在領域における同一位置の落射照明画像から斜方照明画像の輝度を引き，その輝度差が最大となる落射照明画像の輝度を落射照明画像の最大輝度とし斜方照明画像の輝度を斜方照明画像の最小輝度とし、また同一位置の輝度差が最小となる落射照明画像の輝度を落射照明画像の最小輝度とし斜方照明画像の輝度を斜方照明画像の最大輝度とし、両画像の最大輝度同士を一致させ、且つ最小輝度同士を一致させるような輝度値に正規化することを特徴とする請求項１記載の半田フィレット検査方法。
【請求項３】
各輝度値の正規化を行う輝度値分布の収集は正反射する部位のみとすることを特徴とする請求項１又は２記載の半田フィレット検査方法。
【請求項４】
同一位置の正規化された輝度値を横軸落射・縦軸斜方の座標にプロットし、プロットされた位置が原点から一定距離内であれば、その画素上の傾斜を同定不能と判定することを特徴とする請求項１記載の半田フィレット検査方法。
【請求項５】
傾斜同定された検査領域に乱反射面と判定された画素が存在すると、乱反射面と判定される条件に当てはまる画素を除いて両照明画像の正規化をやり直すことを特徴とする請求項１又は４記載の半田フィレット検査方法。
【請求項６】
複数の検査ラインを設け、そのうち１ラインでも不良であれば、当該被検査対象の半田フィレット部位を不良と判定することを特徴とする請求項１記載の半田フィレット検査方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、チップ部品実装の半田付け検査を行うための半田フィレット検査方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、半田フィレット検査方法としては特開平５−２９６７４５号公報に示されるように、リング照明を複数段配置し、正反射する照明から半田フィレット部位の傾きを同定し、その半田フィレット部位の傾きを積算することで形状を計測する方法があった。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上記の従来方法では、リング照明を複数段配置する必要があるため高価な照明設備になり、結果検査装置としては高コストになり、しかも画像撮像に時間を要してしまうという問題がある。
【０００４】
また照明角度範囲の異なる照明を２つ有し、夫々の照明下で撮像した画像の差画像で半田フィレットの有無を判定する方法も特開平７−２０９２０５号公報に見られるように従来提案されているが、この方法ではチップ部品の電極の片側が浮き、半田フィレット部位の側面がお椀型になると検出できないという問題がある。
【０００５】
本発明は、上記の問題点に鑑みてされたたもので、その目的とするところは回路基板上に半田付けされたチップ部位の半田フィレット部位を低コストな光学系で高精度に検査することができる半田フィレット検査方法を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１の発明では、回路基板上に半田実装されたチップ部品の半田フィレット部位の良否を検査する半田フィレット検査方法であって、半田フィレット部位をほぼ真上からの照明のみで撮像するとともに、前記照明と異なる照明角度範囲の照明のみで撮像して夫々の画像を得、チップ部品の電極および半田の存在領域を設定して、前記２枚の画像のチップ部品の電極および半田の存在領域の輝度値を正規化し、同一位置の画素の正規化された輝度値の大小関係からその画素の傾斜を同定し、チップ部品の長手方向の傾斜の分布から半田フィレット部位の状態を判定するもので、２枚の画像のチップ部品の電極および半田の存在領域の輝度値の最大輝度同士を一致させ、且つ最小輝度同士を一致させるような輝度値に正規化し、同一位置の正規化された輝度値を横軸落射・縦軸斜方の座標にプロットし、プロットされた位置に基づいてその傾斜を同定することを特徴とする。
【０００９】
請求項２の発明では、請求項１の発明において、チップ部品の電極および半田の存在領域における同一位置の落射照明画像から斜方照明画像の輝度を引き，その輝度差が最大となる落射照明画像の輝度を落射照明画像の最大輝度とし斜方照明画像の輝度を斜方照明画像の最小輝度とし、また同一位置の輝度差が最小となる落射照明画像の輝度を落射照明画像の最小輝度とし斜方照明画像の輝度を斜方照明画像の最大輝度とし、両画像の最大輝度同士を一致させ、且つ最小輝度同士を一致させるような輝度値に正規化することを特徴とする。
【００１０】
請求項３の発明では、請求項１又は２の発明において、各輝度値の正規化を行う輝度値分布の収集は正反射する部位のみとすることを特徴とする。
【００１２】
請求項４の発明では、請求項１の発明において、同一位置の正規化された輝度値を横軸落射・縦軸斜方の座標にプロットし、プロットされた位置が原点から一定距離内であれば、その画素上の傾斜を同定不能と判定することを特徴とする。
請求項５の発明では、請求項１又は４の発明において、傾斜同定された検査領域に乱反射面と判定された画素が存在すると、乱反射面と判定される条件に当てはまる画素を除いて両照明画像の正規化をやり直すことを特徴とする。
【００１５】
請求項６の発明では、請求項１の発明において、複数の検査ラインを設け、そのうち１ラインでも不良であれば、当該検査対象の半田フィレット部位を不良と判定することを特徴とする。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下本発明を実施形態により説明する。
【００１７】
（実施形態１）
図１は本実施形態方法（及び後述する実施形態２の方法）を用いる検査装置の構成を示しており、本装置は被検査対象物とは、回路基板１上に実装したチップ部品２の半田フィレット部位３とし、前記回路基板１を移動させるＸＹテーブル４＜Ｘテーブル４Ａ及びＹテーブル４Ｂからなる＞と、そのＸＹテーブル４を制御する搬送制御部５と、半田フィレット部位３の傾斜を同定するために半田フィレット部位３をほぼ真上からの照明を行うための落射照明手段６と、半田フィレット部位３を落射照明とは異なる照明角度範囲、斜め方向から照明を行うための斜方照明手段７と、これらの照明手段６，７の点灯消灯を行う照明制御部８と、半田フィレット部位３を撮像するモノクロのＣＣＤカメラ９と、撮像された画像を処理して半田フィレット部位３の良否を計測する画像処理部１０と、撮像された画像等を表示するための画像表示部１１とで構成される。
【００１８】
落射照明手段６は側方に配置した光源６Ａからの光をハーフミラー６Ｂで反射させてＸＹテーブル４に固定された回路基板１面に対して垂直な方向から照射するようになている。
【００１９】
斜方照明手段７は照射方向を下斜め向きで且つ内向きに配置したかさ状の光源により上記回路基板１を斜方向から光を照射するようになっており、天井部位はハーフミラー６Ｂにより反射された落射照明手段６の光が透過できるようになっている。  またＣＣＤカメラ９はハーフミラー６Ｂ、斜方照明手段７の天井部位を介して回路基板１上を撮像することができるようようになっている。
【００２０】
次に図１の検査装置を用いた半田フィレット部位３を計測する手順を図２，図３のフローチャートに基づいて説明する。
【００２１】
まず図４（ａ）に示す複数のチップ部品２…を実装した回路基板１をＸＹテーブル４の上に固定し、搬送制御部５の制御の下でＸＹテーブル４を動かすことにより検査対象である半田フィレット部位３をＣＣＤカメラ９の視野まで移動させる。
【００２２】
そして図２のフローチャートで示すように照明制御部８の制御の下で落射照明手段６，斜方照明手段７を随時点灯させ、その度に画像処理部１０の制御の下でＣＣＤカメラ９により画像を撮像する。
【００２３】
この場合予めパターンの輪郭が直交している部分（図４（ａ）の楕円枠Ａ内の矩形部Ｂ（図４（ｂ）参照等）の画像と位置を保持しておき、撮像された画像からパターンマッチングでパターンの輪郭が直交している部分の位置を計測する。
【００２４】
その位置の保存時からの移動量を考慮して半田フィレット候補部(半田傾斜判定領域）を設定する。
【００２５】
次に、画像処理部１０の制御処理の下で、上記の設定された半田フィレット候補部の輝度値を落射照明画像、斜方照明画像毎に収集し、それぞれ一次元配列Ｒ（ｘ），Ｓ（ｘ）に入力する。その際、両画像の差Ｄ（ｘ）＝Ｓ（ｘ）−Ｒ（ｘ）も算出しておく。
【００２６】
次のステップでは半田フィレット侯補部の部品側から順にＤ（ｘ）を見ていき、Ｄ（ｘ）がしきい値を越え且つ極大値となる点を見つけ、その点をチップ部品２の長手方向の端点位置（チップ部品先端位置Ｘｃ＝ｘ）と判定し記憶しておく。
【００２７】
次に一次元配列Ｒ（ｘ），Ｓ（ｘ）の最大輝度値・最小輝度値を検索し、式（１）、（２）でＲ（ｘ），Ｓ（ｘ）を正規化する。
【００２８】
すると、図５（ａ）のように正規化前ではばらついていた落射Ｓ、斜方Ｒの輝度値が図５（ｂ）のように最大輝度同士及び最小輝度同士を一致させるように正規化することで落斜Ｓ’、斜方Ｒ’の照明の照度の違いでばらつかなくなる。
【００２９】
ここで、最大輝度値・最小輝度値を検索する部分はチップ部品２の電極と半田部位に限定するとともに照明光を正反射する部位（矩形部Ｂ）のみとする。
【００３０】
【数１】
0003755370.tif 000002
【００３１】
【数２】
0003755370.tif 000003
【００３２】
Ｓｍａｘ：斜方照明画像における矩形部Ｂ内での最大輝度
Ｓｍｉｎ：斜方照明画像における矩形部Ｂ内での最小輝度
Ｒｍａｘ：落射照明画像における矩形部Ｂ内での最大輝度
Ｒｍｉｎ：落射照明画像における矩形部Ｂ内での最小輝度
次に、図６に示すようにＲ’（ｘ）を横軸、Ｓ’（ｘ）を縦軸にし、正規化された輝度値を順次次式（３）で偏角表現することで、傾斜を同定する。尚図６の▲２▼が第２象限、▲３▼が第３象限、▲４▼が第４象限を示す。
【００３３】
【数３】
0003755370.tif 000004
【００３４】
次に図３のフローチャートに示すようにチップ部品３の先端位置（ｘ＝Ｘｃ）からスタートし、偏角α（ｘ）が第４象限を示し始めた点Ｘｆを記憶しておく。連続で偏角が第４象限を示す回数（ｆｌａｔ）がしきい値を超えるかｘが終端（ｘ＝ｘｅｎｄ）となると、チップ部品２の先端位置（ｘ＝Ｘｃ）から点Ｘｆまでの距離Ｌを算出し、その値Ｌがしきい値未満であれば半田不足（図７（ｂ））と判定し、しきい値以上であれば良品（図７（ａ））と画像処理部１０で判定する。またｘ＝ｘｅｎｄの場合には良品と判定する。
【００３５】
尚、傾斜同定された検査領域に乱反射面と判定する画素が存在すると、乱反射面と判定される条件に当てはまる画素を除いて落射照明及び斜方照明による画像の正規化をやり直すと、検査精度の向上が図れる。
【００３６】
また画像撮像以下の処理を複数本の検査ラインを設け、その内の１本の検査ラインでも不良であれば検査対象の半田フィレット部位３を不良と判定するようにすれば検査精度の向上も図れる。
【００３７】
而して本実施形態の方法では半田フィレット部位３を検査（半田量のチェック）すると、多段照明方式と同等以上の検査性能が得られ、画像撮像回数が減少し検査時間々が短縮され、照明コストが激減される。
【００３８】
（実施形態２）
本実施形態は実施形態１と同様に図１の検査装置を用いて実現されたもので、装置の構成についての説明は省略する。
【００３９】
次に本実施形態における、半田フィレット部位３を計測する手順を図８、図９のフローチャートに基づいて説明する。
【００４０】
まず実施形態１の手順と同様に回路基板１をＸＹテーブル４の上に固定し、検査対象である半田フィレット部位３をＣＣＤカメラ９の視野まで移動させる。落射照明手段６，斜方照明手段７を随時点灯させその度にＣＣＤカメラ９で画像を撮像する。
【００４１】
そして図８のフローチャートで示すように照明制御部８の制御の下で落射照明手段６，斜方照明手段７を随時点灯させ、その度に画像処理部１０の制御の下でＣＣＤカメラ９で画像を撮像する。
【００４２】
この場合予めパターンの輪郭が直交している部分（図４（ａ）の楕円枠Ａ内の矩形部Ｂ（図４（ｂ）参照等）の画像と位置を保持しておき、撮像された画像からパターンマッチングでパターンの輪郭が直交している部分の位置を計測する。
【００４３】
その位置の保存時からの移動量を考慮して半田フィレット候補部(半田傾斜判定領域）を設定する。
【００４４】
次に、画像処理部１０の制御処理の下で、上記の設定された半田フィレット候補部の輝度値を落射照明画像、斜方照明画像毎に収集し、それぞれ一次元配列Ｒ（ｘ），Ｓ（ｘ）に入力する。その際、両画像の差Ｄ（ｘ）＝Ｓ（ｘ）−Ｒ（ｘ）も算出しておく。
【００４５】
次のステップでは半田フィレット侯補部の部品側から順にＤ（ｘ）を見ていき、Ｄ（ｘ）がしきい値を越え且つ極大値となる点を見つけ、その点をチップ部品２の長手方向の端点位置（チップ部品先端位置Ｘｃ＝ｘ）と判定し記憶しておく。
【００４６】
次に両画像の差Ｄ（ｘ）での最大値を持つｘをｘ max 、最小値を持つｘをｘminとし、これらの値を元に次式（４）、（５）でＲ（ｘ），Ｓ（ｘ）を正規化する。
【００４７】
点ｘmaxは正反射する４５&deg;以下の斜面である可能性が高いので、Ｓ（ｘmax）はＳ（ｘ）の明の代表値であり、Ｒ（ｘmax）はＲ（ｘ）の暗の代表値である。  また、点ｘminは正反射する水平な面である可能性が高いのでＳ（ｘmin）はＳ（ｘ）の暗の代表値でありＲ（ｘmin）はＲ（ｘ）の明の代表値である。（図９（ａ）（ｂ）参照、尚（ｂ）は正規化後を示す）
【数４】
0003755370.tif 000005
【００４８】
【数５】
0003755370.tif 000006
【００４９】
次に、Ｒ’（ｘ）を横軸，Ｓ’（ｘ）を縦軸にし、正規化された輝度値を順次次式（６）で偏角表現する。
【００５０】
但し、偏角表現は｜Ｒ’（ｘ）｜，ｌＳ’（ｘ）｜のどちらかがしきい値を越える時のみ行う。これは、どちらともいえない傾斜を無理に同定するより同定不可能としておく方が後の良否判定に悪影響を及ぼさないからである。
【００５１】
【数６】
0003755370.tif 000007
【００５２】
次に図９のフローチャートで示すようにチップ部品２の先端位置（ｘ＝Ｘｃ）からスタートし、偏角の変動が良品パターン（象限の並びが第３象限→第２象限→第４象限あるいは第３象限→第２象限）と一致するかどうかで良否の判定を行う。一致していなければチップ部品２の浮き（図１０（ｂ））と判定し、一致していれば良品（図１０（ａ））と判定する。つまりチップ部品２の端部から傾斜の分布と一致するかどうかで良品を判定するのである。
【００５３】
尚、傾斜同定された検査領域に乱反射面と判定する画素が存在すると、乱反射面と判定される条件に当てはまる画素を除いて落射照明及び斜方照明による画像の正規化をやり直すと、検査精度の向上が図れる。
【００５４】
また画像撮像以下の処理を複数本の検査ラインを設け、その内の１本の検査ラインでも不良であれば検査対象の半田フィレット部位３を不良と判定するようにすれば検査精度の向上も図れる。
【００５５】
而して本実施形態の方法で半田フィレット部位３を検査（チップ部品２の浮き検査）すると、多段照明方式と同等以上の検査性能が得られ、画像撮像回数が減少し検査時間が短縮され、照明コストが激減される。
【００５６】
【発明の効果】
請求項１の発明は、回路基板上に半田実装されたチップ部品の半田フィレット部位の良否を検査する半田フィレット検査方法であって、半田フィレット部位をほぼ真上からの照明のみで撮像するとともに、前記照明と異なる照明角度範囲の照明のみで撮像して夫々の画像を得、チップ部品の電極および半田の存在領域を設定して、前記２枚の画像のチップ部品の電極および半田の存在領域の輝度値を正規化し、同一位置の画素の正規化された輝度値の大小関係からその画素の傾斜を同定し、チップ部品の長手方向の傾斜の分布から半田フィレット部位の状態を判定するので、多段照明方式と同等以上の高精度検査が可能となり、また画像撮像回数が減少して検査時間を短縮でき、しかも照明手段のコストを激減できる。
更に２枚の画像のチップ部品の電極および半田の存在領域の輝度値の最大輝度同士を一致させ、且つ最小輝度同士を一致させるような輝度値に正規化するので、落射照明及び斜方照明による輝度値が照明の照度の違いによってばらつくのを無くすことができる。
特に、同一位置の正規化された輝度値を横軸落射・縦軸斜方の座標にプロットし、プロットされた位置に基づいてその傾斜を同定するので、半田フィレット部位の判定が確実に行える。
【００５９】
請求項２の発明は、請求項１の発明において、チップ部品の電極および半田の存在領域における同一位置の落射照明画像から斜方照明画像の輝度を引き、その輝度差が最大となる落射照明画像の輝度を落射照明画像の最大輝度とし斜方照明画像の輝度を斜方照明画像の最小輝度とし、また同一位置の輝度差が最小となる落射照明画像の輝度を落射照明画像の最小輝度とし斜方照明画像の輝度を斜方照明画像の最大輝度とし、両画像の最大輝度同士を一致させ、且つ最小輝度同士を一致させるような輝度値に正規化するので、落射照明及び斜方照明による輝度値が照明の照度の違いによってばらつくのを一層無くすことができる。
【００６０】
請求項３の発明は、請求項１又は２の発明において、各輝度値の正規化を行う輝度値分布の収集は正反射する部位のみとするので、落射照明及び斜方照明による輝度値が照明の照度の違いによってばらつくのを更に一層無くすことができる。
【００６２】
請求項４の発明は、請求項１の発明において、同一位置の正規化された輝度値を横軸落射・縦軸斜方の座標にプロットし、プロットされた位置が原点から一定距離内であれば、その画素上の傾斜を同定不能と判定するので、無理な同定を行うのに比べて良否判定に悪影響を与えることがない。
【００６３】
請求項５の発明は、請求項１又は４の発明において、傾斜同定された検査領域に乱反射面と判定された画素が存在すると、乱反射面と判定される条件に当てはまる画素を除いて両照明画像の正規化をやり直すので、より検査精度を向上させることができる。
【００６６】
請求項６の発明は、請求項１の発明において、複数の検査ラインを設け、そのうち１ラインでも不良であれば、当該検査対象の半田フィレット部位を不良と判定するので、検査精度の一層の向上が図れる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の検査装置の構成図である。
【図２】本発明の実施形態１の検査手順説明用のフローチャートである。
【図３】同上の検査手順説明用のフローチャートである。
【図４】同上における被検査対象部位の説明図である。
【図５】同上による輝度値の正規化の説明図である。
【図６】同上による半田フィレット部位の傾斜の同定の説明図である。
【図７】同上による良品、不良品の判定の説明図である。
【図８】本発明の実施形態２の検査手順説明用のフローチャートである。
【図９】同上における検査手順説明用フローチャートである。
【図１０】同上による輝度値の正規化の説明図である。
【図１１】同上による良品、不良品の判定の説明図である。
【符号の説明】
１  回路基板
２  チップ部品
３  半田フィレット部位
４  ＸＹテーブル
５  搬送制御部
６  落射照明手段
７  斜方照明手段
８  照明制御部
９  ＣＣＤカメラ
１０  画像処理部
１１  画像表示部
【図１】
0003755370.tif 000008
【図２】
0003755370.tif 000009
【図３】
0003755370.tif 000010
【図４】
0003755370.tif 000011
【図５】
0003755370.tif 000012
【図６】
0003755370.tif 000013
【図７】
0003755370.tif 000014
【図８】
0003755370.tif 000015
【図９】
0003755370.tif 000016
【図１０】
0003755370.tif 000017
【図１１】
0003755370.tif 000018