JP4977528B2 - 外観検査装置およびシステム - Google Patents

Description

本発明は、外観検査装置およびシステムに関する。特に、プリント基板などの被検査体に搭載される電子部品の実装状態を検査する技術に関する。

電子部品の高密度実装が進むなか、非接触型、特に画像認識技術を用いた外観検査装置が普及してきている。このような外観検査装置は、非常に高解像度で撮像した画像をもとに検査を行うため、コンピュータにかかる負荷が大きくなる。とくに、被検査物の注目すべき領域の部分画像に限らず、全体画像をもとにした検査ではデータ処理量が非常に多くなる。

特許文献１は、複数台のコンピュータを使用し、メタルマスクの表面の画像を複数の部分画像ファイルとして画像収録用コンピュータに取り込む手法を開示する。画像収録用コンピュータは一台目の画像処理用コンピュータに部分画像を転送し、その枚数があらかじめ設定された枚数に達すると、一台目の画像処理用コンピュータは画像処理を開始し、部分画像の転送先が二台目の画像処理用コンピュータに切り替わる。
特開２００６−１７１８１６号公報

全体画像をもとにした検査は、基板上に落下しているゴミなどの異物まで検出することができ、高レベルな検査を実現することができる。しかしながら、上述したように全体画像をもとにした検査は、データ処理量が多くなるため検査時間が長くなってしまう。たとえば、部品の位置ずれなど所定の検査を実行した後に異物検査を実行すると、通常、検査時間が２倍以上になってしまう。

本発明はこうした状況に鑑みなされたものであり、その目的は、全体画像をもとにした検査を高速に実行することができる外観検査装置およびシステムを提供することにある。

本発明のある態様の外観検査装置は、被写体の全体画像を所定の画素数単位で撮像する撮像部と、撮像部により撮像された全体画像をもとに所定の検査を実行するメインユニットと、を備える。メインユニットは、全体画像を記憶するための記憶部と、撮像部から所定の画素数単位の画像データを取り込み、記憶部に記憶させる制御部と、を含む。制御部は、画像データが取り込まれた後、撮像部により次の画素数単位の画像データが撮像されて取り込まれるまでの間に、記憶部に記憶された全体画像を再現するための画像データを所定の転送単位で順次、所定の検査を分担すべきサブユニットにネットワークを介して送信することにより、撮像部による全体画像の撮像の完了に合わせて、サブユニットの記憶部にも全体画像を再現するための全画像データが形成されるよう制御する。「所定の画素数単位」は、ライン単位であってもよい。メインユニットからサブユニットへのライン単位の画像データの転送時間は、撮像部によるその画像データを撮像するための時間より短くてもよい。

この態様によると、撮像部による全体画像の撮像の完了に合わせて、サブユニットの記憶部にも全体画像を再現するための全画像データが形成されるため、複数の検査を並行して開始することができ、検査を高速化することができる。

制御部は、画像データが取り込まれた後、撮像部により次のライン単位の画像データが撮像されて取り込まれるまでの間に、その前のラインの画像データをサブユニットにネットワークを介して送信してもよい。画像データの取り込み単位と、画像データのサブユニットへの送信単位を合わせることにより、処理を単純化することができる。

本発明のさらに別の態様は、外観検査システムである。この外観検査システムは、被写体の全体画像を一次元センサを用いてライン単位で撮像する撮像部と、撮像部により撮像された全体画像をもとに所定の検査を実行するメインユニットと、所定の検査をメインユニットと分担する少なくとも一つのサブユニットと、を備える。メインユニットは、全体画像を記憶するための第１記憶部と、撮像部からライン単位の画像データを取り込み、第１記憶部に記憶させる第１制御部と、を含む。少なくとも一つのサブユニットは、全体画像を記憶するための第２記憶部と、撮像部からライン単位の画像データを取り込み、第２記憶部に記憶させる第２制御部と、を含む。第１制御部は、画像データが取り込まれた後、撮像部により次の画素数単位の画像データが撮像されて取り込まれるまでの間に、第１記憶部に記憶された全体画像を再現するための画像データを所定の転送単位で順次、サブユニットにネットワークを介して送信することにより、撮像部による全体画像の撮像の完了に合わせて、第２記憶部にも全体画像を再現するための全画像データが形成されるよう制御し、メインユニットおよびサブユニットは、それぞれ異なる種別の検査を並列的に実行する。

この態様によると、検査を高速化することができる。

なお、以上の構成要素の任意の組み合わせ、本発明の表現を方法、装置、システム、記録媒体、コンピュータプログラムなどの間で変換したものもまた、本発明の態様として有効である。

本発明によれば、全体画像をもとにした検査を高速に実行することができる。

図１は、本発明の実施の形態に係る外観検査システム１００の全体構成図である。外観検査システム１００は、外観検査装置１０、第１サブユニット２１０、および第２サブユニット２２０を備える。これらは、ＬＡＮ（Local Area Network）やＷＡＮ（Wide Area Network）などのネットワーク３００で接続される。なお、図１では同一ネットワーク上に二つのサブユニット２１０、２２０を接続しているが、一つでも三つ以上でもよい。

外観検査装置１０は、メインユニット１２および試験ユニット１４を含む。メインユニット１２、第１サブユニット２１０、および第２サブユニット２２０は、ＰＣなどの汎用コンピュータで構成することができる。なお、これらは筐体の単位で認識される必要はなく、マザーボードの単位で認識されればよい。したがって、一つの筐体に複数のマザーボードを搭載したコンピュータでボード間通信を行うことにより、本外観検査システム１００を構築してもよい。

図２は、本発明の実施の形態に係る外観検査装置１０の機能ブロック図である。この装置は、被検査物の検査面をラインセンサで走査して画像を形成し、画像認識によって部品実装状態の合否を判定するものである。ラインセンサによる走査方向と垂直に走査ヘッドを駆動することで順次ラインごとの画像がえられ、走査ヘッドの一次元運動で基板面の全体画像が取得される。外観検査装置の別のタイプとして、検査面を二次元的に移動させて停止し、これを繰り返してつぎつぎにスポット撮影をするものもあるが、その場合、一般に機構系が複雑になり、検査時間も長い場合が多い。その点で、この実施の形態の一次元センサを用いる形態は有利である。

試験ユニット１４の下部には支持台２２が設けられ、被検査体である基板１が把持されている。試験ユニット１４の上部には、走査ヘッド１６と、それを駆動するステッピングモータ２０と、走査ヘッド１６を支持するリニアガイド等のガイド１８が設けられている。

走査ヘッド１６は照明ユニット３０、レンズ３２およびラインセンサ３４を有する。これらの部材はフレーム３６上に固定されている。照明ユニット３０は、落射照明源、側方照明源、ハーフミラーなどを内蔵する。基板１から垂直上方への反射光はハーフミラーでレンズ３２へ導かれ、レンズ３２を通過した後、一次元ＣＣＤ(Charge Coupled Device)センサまたは一次元ＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）イメージセンサであるラインセンサ３４へ入力される。ラインセンサ３４はライン単位に基板１を走査してその画像データ５７をメモリ４４に出力する。

メインユニット１２は、本装置全体を統括的に制御するものであり、ハードウェア的には、任意のコンピュータのＣＰＵ、メモリ、その他のＬＳＩで実現でき、ソフトウェア的にはメモリにロードされた外観検査機能のあるプログラムなどによって実現されるが、ここではそれらの連携によって実現される機能ブロックを描いている。したがって、これらの機能ブロックがハードウェアのみ、ソフトウェアのみ、またはそれらの組合せによっていろいろなかたちで実現できることは、当業者には理解されるところである。

メインユニット１２のヘッド制御ユニット４０はまず、照明制御信号５５を照明ユニット３０へ出力し、試験の内容に応じて異なる点灯状態を実現する。ヘッド制御ユニット４０はさらに、モータ制御信号５６をモータ２０へ、試験開始信号５８をメモリ制御ユニット４２へそれぞれ出力する。モータ制御信号５６によってモータ２０のステップ制御がなされ、検査の開始に際し、走査ヘッド１６が基板１の端部へ移動する。この位置をスタート位置として、以降１ライン走査されるたびにモータ制御信号５６によって走査ヘッド１６が１ライン分進行する。一方、試験開始信号５８を参照し、メモリ制御ユニット４２はメモリ４４への画像データ５７の書込を制御し、以降、画像データ５７がライン単位で記録されていく。

解析ユニット４６は、走査と並行して、または走査完了後にメモリ４４から画像データ５７を読み出し、検査データ記憶部４８に予め記録された合否判断基準に照らして、検査項目ごとに合否を判断する。照明ユニット３０の照明源を垂直下方に照明する落射照明源と、横方向から照明する側方照明源との間で切り替えることにより、２つの画像を記録し、落射試験と側方試験を行う。検査項目として、落射試験による部品の位置ずれ、欠品、ハンダのヌレの判定など、および側方試験によるハンダブリッジの有無、実装部品の間違い、極性の反転の判定などがある。

検査設定部５２は、基板上の電子部品単位に検査項目と合否判断基準を定めた検査データを検査データ記憶部４８に設定する。検査設定部５２は、必要に応じて検査ライブラリ記憶部５０に格納された電子部品の種別ごとにあらかじめ用意された検査データのライブラリを参照して利用する。なお、メインユニット１２、第１サブユニット２１０、および第２サブユニット２２０との間で通信するための構成については下記図３のハードウェアブロック図で説明する。

図３は、本発明の実施の形態に係る外観検査システム１００のハードウェアブロック図である。図３は、ラインセンサ３４で撮像された被検査物の全体画像をメインユニット１２、第１サブユニット２１０、および第２サブユニット２２０に転送および蓄積する流れを説明するためのハードウェア構成を示している。

メインユニット１２は、同一バス１２９上にＣＰＵ１２２、メモリ１２４、Ｉ／Ｏポート１２６およびＮＩＣ（Network Interface Card）１２８を備える。第１サブユニット２１０は、同一バス２１９上にＣＰＵ２１２、メモリ２１４、ＮＩＣ２１８を備える。同様に、第２サブユニット２２０は、同一バス２２９上にＣＰＵ２２２、メモリ２２４、ＮＩＣ２２８を備える。メインユニット１２、第１サブユニット２１０、および第２サブユニット２２０は、ＬＡＮケーブルなどでハブ３５０に接続する。以下の説明では、ラインセンサ３４とメインユニット１２間をＩＥＥＥ１３９４またはカメラリンクで構築し、メインユニット１２、第１サブユニット２１０、および第２サブユニット２２０間をギガイーサネット（登録商標）で構築する。

Ｉ／Ｏポート１２６は、ＣＰＵ１２２からの制御信号にしたがい、ラインセンサ３４からライン単位で転送されてくる画像データをメモリ１２４に所定のアドレスから書き込む。メモリ１２４は、Ｉ／Ｏポート１２６から取り込まれたライン単位の画像データを順次、格納し、最終的に被検査物の全体画像を再現するための全画像データを格納する。

ＣＰＵ１２２は、メモリ１２４に格納された画像データをｎ（ｎは自然数）ライン単位で読み出し、所定のコマンドとともにＮＩＣ１２８に出力する。所定のコマンドに、各サブユニット２１０、２２０が実施すべき検査の種別を特定するための情報を含めてもよい。ＮＩＣ１２８への出力処理は、バス１２９が開放されている期間に実行する。具体的には、全体画像のｍ（ｍは自然数）ライン目の画像データがバス１２９を占有している期間と、（ｍ＋１）ライン目の画像データがバス１２９を占有している期間との間の期間に、実行する。ＮＩＣ１２８は、ＣＰＵ１２２が読み出した画像データおよび上記コマンドをネットワークに送出する。

ＮＩＣ２１８は、メインユニット１２から送出されたｎライン単位の画像データを取り込み、メモリ２１４内に所定のアドレスから書き込む。ＣＰＵ２１２は、メモリ２１４に格納された画像データをｎライン単位で読み出し、所定のコマンドとともにＮＩＣ２１８に出力し、ＮＩＣ２１８は、その画像データおよびコマンドをネットワークに送出する。ＮＩＣ２２８は、第１サブユニット２１０から送出されたｎライン単位の画像データを取り込み、メモリ２２４内に所定のアドレスから書き込む。

ここでは、画像データがメインユニット１２から順番に第１サブユニット２１０、第２サブユニット２２０と転送される構成を説明したが、ハブ３５０にルーティング機能を持たせて、メインユニット１２から第１サブユニット２１０および第２サブユニット２２０に画像データをマルチキャストする構成でもよい。また、ハブ３５０を設けずにメインユニット１２、第１サブユニット２１０、および第２サブユニット２２０それぞれの間でピアツーピアで通信してもよい。

図４は、本発明の実施の形態における外観検査システム１００の動作を説明するための図である。ラインセンサ３４は、被検査物の全体画像をｐラインに分けて撮像する。ここで撮像される全体画像の容量は１．２〜１．４Ｇバイト程度の非常に大きいものである。ラインセンサ３４は２０〜１００Ｍｂｐｓで撮像および信号処理する。図４では５０Ｍｂｐｓに設定している。この信号処理では、相関二重サンプリング、ゲイン制御およびアナログ／デジタル変換などが行われる。ラインセンサ３４は、デジタル信号に変換した画像データをメインユニット１２に４００〜１６００Ｍｂｐｓで伝送する。図４では４００Ｍｂｐｓに設定している。メインユニット１２は、当該画像データを第１サブユニット２１０に１０００Ｍｂｐｓで伝送する。第１サブユニット２１０も、当該画像データを第１サブユニット２１０に１０００Ｍｂｐｓで伝送する。

図４に示すように、ラインセンサ３４の処理速度は、ラインセンサ３４とメインユニット１２間の通信速度より遅いため、ラインセンサ３４がｍライン目の処理を終了させる前に、（ｍ−１）ライン目の画像データのメインユニット１２への蓄積処理は完了する。メインユニット１２では、ｍライン目の画像データが伝送されてくるまでの間、バス１２９が開放される。本実施の形態では、このバス１２９が開放されている期間を利用して、メインユニット１２に蓄積された画像データを第１サブユニット２１０および第２サブユニット２２０に転送する。

図４は、１ライン単位でこの転送処理を行う例を示している。すなわち、メインユニット１２は、ｍライン目の画像データをメモリ１２４に蓄積した後、（ｍ＋１）ライン目の画像データが伝送されてくる前に、ｍライン目の画像データを第１サブユニット２１０に転送する。その後、（ｍ＋１）ライン目の画像データをメモリ１２４に蓄積した後、（ｍ＋２）目の画像データが伝送されてくる前に、（ｍ＋１）ライン目の画像データを第１サブユニット２１０に転送する。以下、最終ラインまで同様に処理する。ラインセンサ３４が最後のラインを撮像して転送すると実質的に同時に、メインユニット１２のメモリ１２４、第１サブユニット２１０のメモリ２１４、および第２サブユニット２２０のメモリ２２４に全ライン分の画像データが蓄積されることになる。

この状態から、メインユニット１２、第１サブユニット２１０、および第２サブユニット２２０は、それぞれ異なる種別の検査を実質的に同時に開始する。たとえば、メインユニット１２がハンダ検査を行い、第１サブユニット２１０が欠品検査を行い、第２サブユニット２２０が落下物・異物検査を行う。第１サブユニット２１０および第２サブユニット２２０の検査結果は、画像データの転送ルートを反対方向に遡ってメインユニット１２に転送される。メインユニット１２は、検査結果を集計して、図示しないディスプレイに表示させる。

図４に示す例では、メインユニット１２と第１サブユニット２１０間で１ライン分の画像を転送する時間ｔ３は、ラインセンサ３４で１ライン分の画像を撮像して処理する時間ｔ１の２０倍あるため、メインユニット１２は、ラインセンサ３４から画像データが伝送されてくる期間の切れ目の期間に、最大２０ライン分の画像データを第１サブユニット２１０に転送することができる。設計者は、当該切れ目の期間に転送可能な任意のライン分の画像データをまとめて第１サブユニット２１０に転送するよう設計することができる。この場合、一回の転送で送られるデータ量が増える分、転送回数が減ることになる。また、一回に転送するライン数を途中で切り替えてもよい。たとえば、５ライン分の画像データをまとめて転送して転送回数を減らしつつ、最後から５ライン目の画像データからは１ラインごとに転送し、全画像データの転送完了時間の遅延を最低限に抑えるといった手法も可能である。

以上説明したように本実施の形態によれば、撮像の完了に合わせて複数のコンピュータ上のメモリに全体画像を再現するための全画像データを蓄積することが可能であるため、全体画像をもとにした検査を高速に実行することができる。すなわち、複数のコンピュータで、異なる種別の検査を実質的に同時に開始することができる。同程度の時間がかかる検査を並列して実行する場合、メインユニットに全体画像を取り込んだ後にサブユニットに画像データを転送する場合と比較し、一つの検査に必要な時間分を短縮することができる。

以上、本発明をいくつかの実施の形態をもとに説明した。これらの実施の形態は例示であり、それらの各構成要素や各処理プロセスの組合せにいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。

たとえば、上述した実施の形態では一次元ＣＣＤセンサなどを用いたラインセンサ３４で撮像する例を説明したが、横ｘ画素×縦ｙ画素（ｘ，ｙは２以上の整数）の二次元センサを用いてもよい。この場合も、二次元センサを移動させながら複数回撮像することにより、被検査物の全体画像を取得することができる。

本発明の実施の形態に係る外観検査システムの全体構成図である。 本発明の実施の形態に係る外観検査装置の機能ブロック図である。 本発明の実施の形態に係る外観検査システムのハードウェアブロック図である。 本発明の実施の形態における外観検査システムの動作を説明するための図である。

符号の説明

１０ 外観検査装置、 １２ メインユニット、 １４ 試験ユニット、 ２１０ 第１サブユニット、 ２２０ 第２サブユニット、 １００ 外観検査システム、 ３００ ネットワーク、 １２２ ＣＰＵ、 １２４ メモリ、 １２６ Ｉ／Ｏポート、 １２８ ＮＩＣ、 １２９ バス。

Claims (5)

1. 被写体の全体画像を所定の画素数単位で撮像する撮像部と、
   前記撮像部により撮像された全体画像をもとに所定の検査を実行するメインユニットと、を備え、
   前記メインユニットは、
   前記全体画像を記憶するための記憶部と、
   前記撮像部から所定の画素数単位の画像データを取り込み、前記記憶部に記憶させる制御部と、を含み、
   前記制御部は、前記画像データが取り込まれた後、前記撮像部により次の画素数単位の画像データが撮像されて取り込まれるまでの間に、前記記憶部に記憶された前記全体画像を再現するための画像データを所定の転送単位で順次、前記所定の検査を分担すべきサブユニットにネットワークを介して送信することにより、前記撮像部による前記全体画像の撮像の完了に合わせて、前記サブユニットの記憶部にも前記全体画像を再現するための全画像データが形成されるよう制御することを特徴とする外観検査装置。
2. 被写体の全体画像を一次元センサを用いてライン単位で撮像する撮像部と、
   前記撮像部により撮像された全体画像をもとに所定の検査を実行するメインユニットと、を備え、
   前記メインユニットは、
   前記全体画像を記憶するための記憶部と、
   前記撮像部からライン単位の画像データを取り込み、前記記憶部に記憶させる制御部と、を含み、
   前記制御部は、前記画像データが取り込まれた後、前記撮像部により次のライン単位の画像データが撮像されて取り込まれるまでの間に、前記記憶部に記憶された前記全体画像を再現するための画像データを所定の転送単位で順次、前記所定の検査を分担すべきサブユニットにネットワークを介して送信することにより、前記撮像部による前記全体画像の撮像の完了に合わせて、前記サブユニットの記憶部にも前記全体画像を再現するための全画像データが形成されるよう制御することを特徴とする外観検査装置。
3. 前記メインユニットから前記サブユニットへの前記ライン単位の画像データの転送時間は、前記撮像部によるその画像データを撮像するための時間より短いことを特徴とする請求項２に記載の外観検査装置。
4. 前記制御部は、前記画像データが取り込まれた後、前記撮像部により次のライン単位の画像データが撮像されて取り込まれるまでの間に、その前のラインの画像データを前記サブユニットにネットワークを介して送信することを特徴とする請求項２に記載の外観検査装置。
5. 被写体の全体画像を一次元センサを用いてライン単位で撮像する撮像部と、
   前記撮像部により撮像された全体画像をもとに所定の検査を実行するメインユニットと、
   前記所定の検査を前記メインユニットと分担する少なくとも一つのサブユニットと、を備え、
   前記メインユニットは、
   前記全体画像を記憶するための第１記憶部と、
   前記撮像部からライン単位の画像データを取り込み、前記第１記憶部に記憶させる第１制御部と、を含み、
   前記少なくとも一つのサブユニットは、
   前記全体画像を記憶するための第２記憶部と、
   前記撮像部からライン単位の画像データを取り込み、前記第２記憶部に記憶させる第２制御部と、を含み、
   前記第１制御部は、前記画像データが取り込まれた後、前記撮像部により次の画素数単位の画像データが撮像されて取り込まれるまでの間に、前記第１記憶部に記憶された前記全体画像を再現するための画像データを所定の転送単位で順次、前記サブユニットにネットワークを介して送信することにより、前記撮像部による前記全体画像の撮像の完了に合わせて、前記第２記憶部にも前記全体画像を再現するための全画像データが形成されるよう制御し、
   前記メインユニットおよび前記サブユニットは、それぞれ異なる種別の検査を並列的に実行することを特徴とする外観検査システム。

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