被検査体の検査装置
【課題】撮像装置に要するコストを抑制しつつ基板上の部品の高さを把握する。
【解決手段】基板検査システムにおいて、ミラー角度制御部は、被検査面の垂線に対する角度の絶対値が互いに異なる撮像角度から見た基板２の映像をラインセンサが走査できるよう撮像角度を切り替える。ミラー角度制御部は、ラインセンサから基板２への光路長が変化しないよう撮像角度を切り替える。ミラー角度制御部は、基板２からの光をラインセンサに向けて反射するハーフミラー４２の角度を、ラインセンサから基板２への光路長が変化しないよう変更して撮像角度を切り替える。このときミラー角度制御部は、基板２の表面に対して垂直な垂直撮像角度と、基板２の表面に対して傾斜した傾斜撮像角度とを切り替える。
【解決手段】基板検査システムにおいて、ミラー角度制御部は、被検査面の垂線に対する角度の絶対値が互いに異なる撮像角度から見た基板２の映像をラインセンサが走査できるよう撮像角度を切り替える。ミラー角度制御部は、ラインセンサから基板２への光路長が変化しないよう撮像角度を切り替える。ミラー角度制御部は、基板２からの光をラインセンサに向けて反射するハーフミラー４２の角度を、ラインセンサから基板２への光路長が変化しないよう変更して撮像角度を切り替える。このときミラー角度制御部は、基板２の表面に対して垂直な垂直撮像角度と、基板２の表面に対して傾斜した傾斜撮像角度とを切り替える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被検査体の検査装置に関し、特に撮像して得られた被検査体の画像を利用して被検査体を検査する被検査体の検査装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電子部品には足がある場合があり、この足と基板との間に異物が挟まる場合がある。このような異物が挟まっているか否かを判定するためには、基板上の部品の高さを精度良く把握することが要求される。このため、例えば２つのカメラアレイによって撮像されたステレオ画像を利用して基板のプロファイルを取得する自動検査システムが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特表２００３−５２２３４７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
上述の自動検査システムのように互いに異なる複数の撮像角度から見た被検査体の映像を走査可能な複数のカメラを設ける場合、カメラに要するコストの増大を抑制することは困難である。
【０００４】
本発明はこうした状況に鑑みてなされたものであり、その目的は、撮像装置に要するコストを抑制しつつ基板上の部品の高さを把握することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記課題を解決するために、本発明のある態様の被検査体の検査装置は、ライン状のセンサ列と、被検査面の垂線に対する角度の絶対値が互いに異なる撮像角度から見た被検査体の映像をライン状のセンサ列が走査できるよう撮像角度を切り替える撮像角度切替手段と、を備える。撮像角度切替手段は、ライン状のセンサ列から被検査体への光路長が変化しないよう撮像角度を切り替える。
【０００６】
この態様によれば、被検査体に焦点を合わせたまま撮像角度を切り替えることができる。このため、撮像角度と焦点合わせを別々の工程で行う場合に比べ、ステレオ画像取得のための検査工数を削減することができる。なお、ライン状のセンサ列は、ラインセンサであってもよく、また、エリアセンサに含まれるライン状のセンサ列であってもよい。
【０００７】
撮像角度切替手段は、被検査体からの光をライン状のセンサ列に向けて反射するミラーの角度を、ライン状のセンサ列から被検査体への光路長が変化しないよう変更して撮像角度を切り替えてもよい。この態様によれば、ミラーの角度を変更させるという簡易な構成で被検査体に対する撮像角度を切り替えることができる。
【０００８】
撮像角度切替手段は、被検査面に対して垂直に被検査体を見る垂直撮像角度と、被検査面に対して傾斜して被検査体を見る傾斜撮像角度とを切り替えてもよい。この態様によれば、被検査体の被検査面に対して垂直に見た映像を走査した画像を取得することができるため、例えば被検査体の被検査面の高さ以外の様々な項目についても簡易に検査を実施することが可能となる。
【０００９】
撮像角度切替手段は、主走査方向に見て、垂直撮像角度から被検査体の映像を走査するときのミラーの反射ポイントを原点とし、原点を含む水平軸をｘ軸、原点を含む垂直軸をｙ軸とし、原点から被検査体までの距離をＡ１、ミラーの回転角度をθ１としたとき、以下の座標、
【数１】
を中心としてミラーを回転させることにより垂直撮像角度と傾斜撮像角度とを切り替えてもよい。
【００１０】
この態様によれば、ミラーを回転させるという簡易な構成により、ミラーの角度を適切に変更することができる。
【００１１】
ライン状のセンサ列による走査位置と被検査体の位置とを相対的に往復移動させる移動手段をさらに備えてもよい。撮像角度切替手段は、往路と復路とで、被検査面の垂線に対する角度の絶対値が互いに異なる撮像角度から見た被検査体の映像をライン状のセンサ列が走査できるよう撮像角度を切り替えてもよい。この態様によれば、往復移動させる一工程において互いに異なる複数の撮像角度から見た被検査体の画像データを取得することができ、検査工数を抑制することができる。
【００１２】
ライン状のセンサ列は、被検査体からの反射光をレンズ光軸に対して平行に集光する光学系を介して被検査体の映像を走査してもよい。この態様によれば、視差の影響が少ないステレオ画像を利用することができるため、被検査体における被検査面の立体形状を高速かつ高精度に把握することが可能となる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明に係る被検査体の検査装置によれば、撮像装置に要するコストを抑制しつつ基板上の部品の高さを把握することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態（以下、「実施形態」という。）について説明する。
【００１５】
図１は、本実施形態に係る基板検査システム１０の構成を示す図である。基板検査システム１０は、基板搬送機構１２および撮像システム１４を有する。基板搬送機構１２は、支持プレート１８、および支持プレート１８により支持される２本の搬送レール２０を有している。
【００１６】
搬送レール２０はモータ（図示せず）を駆動することにより基板２を搬送する搬送ベルト（図示せず）を有し、搬送ベルトに載置された基板２を基板搬送機構１２の略中央まで搬送する。搬送レール２０の上方であって検査テーブルの略中央には、基板２の搬送を検知する光センサなどの搬送センサ（図示せず）が設けられている。この搬送センサが基板２の端面や基板２に設けられた検知孔を検知すると、基板検査システム１０は、基板２が基板搬送機構１２の略中央に搬送されたと判定し、搬送レール２０による基板２の搬送を停止させる。
【００１７】
基板搬送機構１２の下方には、搬送レール２０の延在方向と直行する方向に延在するボールネジ２２が設けられている。ボールネジ２２は、搬送モータ（図示せず）によって駆動される。ボールネジ２２が回転することにより支持プレート１８が搬送レール２０の延在方向と垂直な方向に移動される。このとき、基板搬送機構１２もまた支持プレート１８と共に移動される。こうして基板検査システム１０は、基板２を撮像システム１４の下方に搬送する。
【００１８】
所定の位置まで基板２が移動すると、基板検査システム１０は搬送モータを逆転させてボールネジ２２を逆回転させ、もとの位置まで基板搬送機構１２を移動させる。基板検査システム１０は、こうしてもとの位置まで移動された基板２を搬送レール２０によって次の工程へと搬送する。次に検査を行う基板２がある場合、基板検査システム１０は再び搬送レール２０によってその基板２を基板搬送機構１２の略中央まで搬送し、上述の動作を繰り返す。なお、本図手前側の搬送レール２０には、搬送レール２０上の載置された基板２を上方から押圧して基板２の形状を矯正するクランプが設けられている。基板搬送機構１２の略中央に搬送された基板２は、このクランプによりゆがみが矯正された状態で撮像システム１４へ搬送される。
【００１９】
撮像システム１４は、撮像ユニット２４および回転機構２６を有する。撮像ユニット２４は、基板２へ光を照射すると共に基板２を撮像し、画像データを生成する。回転機構２６はユニット回転モータ（図示せず）およびギヤなどからなる伝達機構（図示せず）を有している。回転機構２６は、ユニット回転モータが作動することにより伝達機構を介して基板２の被検査面と垂直な軸を中心に撮像ユニット２４を回転させて、基板２の搬送方向と撮像ユニット２４による走査方向とがなす角度である主走査角度を変更する。
【００２０】
図２は、本実施形態に係る撮像ユニット２４の内部構成を示す斜視図である。撮像ユニット２４は、走査ユニット３０および照明ユニット５０を有する。走査ユニット３０は、支持プレート３６上にラインセンサ３８、レンズ３９、テレセントリックレンズ４０、およびハーフミラー４２を備える。
【００２１】
図３は、本実施形態に係る撮像ユニット２４の構成を模式的に表した図である。図３において、基板２は左側から右側へと搬送されている間に撮像ユニット２４によって基板２の撮像処理が実施される。以下、図３の右方向を第１方向、図３の左方向を第２方向として説明する。なお、撮像ユニット２４は、基板２が第２方向に搬送されている間に基板２の撮像処理を実施してもよい。
【００２２】
ラインセンサ３８は、ライン状のセンサ列を内部に含み、ハーフミラー４２によって反射されてテレセントリックレンズ４０およびレンズ３９を通過した基板２における走査ライン上の映像を走査する。以下、走査ラインが基板２の搬送方向と垂直に向くときの撮像ユニット２４の位置を「ユニット初期位置」という。また、「走査する」は、対象物の映像を示す光の量をラインセンサ３８内の受光素子が電気信号に変換して出力する動作をいう。また、「撮像する」は、一走査単位を走査することをいう。一走査単位とは、例えば基板の一方の端部から他方の端部までの１回の一方向の走査や１回の往復の走査など、ラインセンサ３８の走査の単位をいう。
【００２３】
なお、ラインセンサ３８に代えて、エリアセンサが用いられてもよい。この場合、エリアセンサによって撮像された画像のうち、エリアセンサに含まれるライン状のセンサ列のいずれかによって撮像された部分の画像を用いて基板２の検査を実施する。
【００２４】
照明ユニット５０は、第１光源５２、第２光源５４、第３光源５６、アクリルシート５８を有する。基板搬送機構１２は、まず本図右方向に基板２を搬送し、所定の長さを搬送後、図３における左方向に基板２を搬送する。以下、図３における右方向を第１方向、左方向を第２方向として説明する。
【００２５】
第１光源５２は、ラインセンサ３８の走査方向に被検査体である基板２の長さ以上に列ぶＬＥＤ（発光ダイオード）群により構成される。第１光源５２は、基板２に落射する光を照射することができるように、ラインセンサ３８が走査する基板２における走査ラインの真上に配置される。本実施形態においては、第１光源５２は、基板２の被撮像面と平行に配設された基板に設けられたＬＥＤ群により構成される。なお、効率的に検査中の走査ラインへ落射光を投ずるために、ＬＥＤ群を取り付ける基板を中央からふたつのサブ基板に分け、それぞれのサブ基板に走査方向に列んだＬＥＤ群を構成してもよい。第１光源５２により落射光を基板２に投じ、この反射光をラインセンサ３８で検出することにより、基板２に実装される部品の位置ずれ欠品、ハンダのヌレなどに関する検査を実施することができる。
【００２６】
第２光源５４は、基板２の被撮像面と平行に配設された２つの基板に設けられた、ラインセンサ３８の走査方向に被検査体である基板２の長さ以上に列ぶＬＥＤ群により構成される。ＬＥＤが取り付けられた２つの基板は、第１光源５２が走査ラインに落射光を投ずる光路に干渉しないように、走査ラインを含む鉛直面を挟んで両側に配置される。
【００２７】
第３光源５６も、第２光源５４と同様にＬＥＤ群により構成される。このＬＥＤ群は、基板２の被撮像面と平行に配設された２つの基板に設けられ、被検査体となる基板２の走査方向長さ以上にわたって列べられて構成される。ＬＥＤが取り付けられた２つの基板は、第１光源５２および第２光源５４が走査ラインに光を照射する光路に干渉しないように、走査ラインを含む鉛直面を挟んで両側に配置される。第２光源５４により側射光を基板２に投じ、この反射光をラインセンサ３８で検出することにより、基板２におけるハンダブリッジの有無、実装部品の間違い、極性の反転などに関する検査を実施することができる。
【００２８】
第１光源５２は緑色の光を照射し、第２光源５４は白色の光を照射し、第３光源５６は青色の光を照射する。各々の光源は、異なる入射角度で被検査体となる基板２に光を照射する。このため、照明ユニット５０は被検査体である基板２に複数の入射角度の光を照射する複合光源として機能する。第１光源５２を緑色とし第３光源５６を青色としたのは、ＳＮ比のよいクリアな画像を得るためである。プリント基板は緑色の場合が多いことから、落射光により平明を明るく照射するため、第１光源５２を緑色としている。また、ＩＣやチップのボディにレーザー印字された文字は、低い角度から青い光を当てることにより認識しやすくなるため、第３光源５６を青色としている。
【００２９】
第１光源５２の鉛直下方にハーフミラー４２が設けられる。第１光源５２からの落射光は、ハーフミラー４２を通過して基板２の検査面へ入射角がほぼゼロで投じられる。本実施形態においては、第１光源５２に幅をもたせており、基板２が反ったときでも入射角がゼロになるような落射光成分が存在するように配慮されている。走査ラインからの反射光は、ハーフミラー４２で反射し、テレセントリックレンズ４０およびレンズ３９を通過してラインセンサ３８へ入射する。
【００３０】
第２光源５４および第３光源５６と走査ラインの間には、アクリルシート５８が設けられる。このアクリルシート５８は、第２光源５４および第３光源５６からの光を拡散する。第２光源５４および第３光源５６は、点光源であるＬＥＤの集合体であるため、拡散作用がなければスポット的な光が画像データに写り込んで検査精度に影響を与える可能性があるからである。
【００３１】
図４は、走査ユニット３０の主光線の光路を示す図である。なお、図４においてハーフミラー４２による主光線の反射に関する図示は省略している。
【００３２】
視差による歪みがある画像を利用して基板２に実装された部品の高さを算出しようとすると、視差による歪みを考慮した複雑な計算工程を経る必要があり、また、精度の高い算出結果を期待することも困難である。このため、ラインセンサ３８は、テレセントリックレンズ４０を介して基板２の映像を走査する。テレセントリックレンズ４０は、基板２からの反射光をレンズ光軸に対して平行に集光する。このため、テレセントリックレンズ４０と基板２との間では、主光線は光軸に対して平行、すなわち画角が実質的にゼロ度となる。
【００３３】
このため、被写体の像が光軸中心にあっても光軸から離れた周辺位置にあっても視差による影響を受けず、原理的には視差による歪みのない画像を撮影することができる。したがって、シンプルな計算工程によって基板２に実装された部品などの高さを正確に算出することが可能となる。
【００３４】
図５は、本実施形態に係る走査ユニット３０を主走査方向に見た図である。以下、基板２の表面に対して垂直な垂直撮像角度から被検査体の映像を走査するときのハーフミラー４２の位置を「ミラー初期位置」という。このため、ハーフミラー４２がミラー初期位置にあるときの反射面と水平面との角度である初期ミラー角度θ０は４５度に設定されている。
【００３５】
ハーフミラー４２がミラー初期位置にあるときにラインセンサ３８に入射する光を反射する反射面上の反射ラインの位置を原点Ｏとする。また、原点Ｏを含む水平軸をｘ軸、原点Ｏを含む垂直軸をｙ軸とする。また、原点Ｏから基板２の表面までの距離を垂直光路長Ａ１、原点Ｏからテレセントリックレンズ４０までの水平距離を第１水平光路長Ｂ１とする。
【００３６】
また、走査ユニット３０には、ハーフミラー４２を回転させるミラー角度切替機構７０が設けられている。以下、ハーフミラー４２のミラー初期位置からの回転角度をθ１とする。ミラー角度切替機構７０によってハーフミラー４２が回転された場合、ラインセンサ３８は、垂直撮像角度に対して２×θ１だけ傾斜する傾斜撮像角度から基板２を見た映像を走査する。すなわち、垂直撮像角度は、被検査面の垂線に対する角度の絶対値がゼロ度となる方向、すなわち被検査面を垂直に見た映像を走査するときの撮像角度であり、傾斜撮像角度は、被検査面の垂線に対する角度の絶対値が２×θ１となる方向から見た映像を走査するときの撮像角度である。このとき、ラインセンサ３８に入射する光を反射するハーフミラー４２の反射ラインと基板２の走査ラインとの距離を傾斜光路長Ａ２とする。
【００３７】
仮にミラー角度切替機構７０が原点Ｏを中心にハーフミラー４２を回転させた場合、第１水平光路長Ｂ１は変わらないが、垂直光路長Ａ１と傾斜光路長Ａ２とが異なる長さとなるため、光路長は変化する。このときの光路長の変化量をλとすると、λは、
λ＝Ａ２−Ａ１＝Ａ１×（１／ｃｏｓ（２×θ１）−１）・・・数式１
によって表される。
【００３８】
光路長が変化すると別途焦点合わせを実施する構成および工程が必要となり、コストや検査工数の抑制が困難となる。このためミラー角度切替機構７０は、ラインセンサ３８から基板２への光路長が変化しないようハーフミラー４２を回転させて、垂直撮像角度と傾斜撮像角度とを切り替える。これにより、別途焦点合わせを実施する構成および工程が不要となり、コストや検査工数を抑制することができる。
【００３９】
まず、ミラー初期位置にあるときのハーフミラー４２の反射面は、
ｙ＝−ｘｔａｎθ０・・・数式２
によって表される。
【００４０】
ハーフミラー４２をミラー初期位置から回転させても光路長を変化させないためには、ハーフミラー４２による反射ポイントの座標を（−λ，０）とする必要がある。このため、光路長を変化させないようミラー初期位置からミラー回転角度θ１回転したとき、そのときのハーフミラー４２の反射面は、
ｙ＝−ｘｔａｎ（θ０−θ１）−λｔａｎ（θ０−θ１）・・・数式３
によって表される。
【００４１】
この数式２および数式３より、ｘ、ｙの解、すなわちハーフミラー４２の回転中心を求める。まず、数式２と数式３からｙを消去すると、
【数２】
となる。
【００４２】
加法定理より、数式４は、
【数３】
となる。
【００４３】
初期ミラー角度θ０＝４５度であることから、ｔａｎθ０＝１を代入すると、
【数４】
となる。
【００４４】
この分子分母に（１＋ｔａｎθ１）を乗じると、
【数５】
となる。
【００４５】
この数式７のλに数式１を代入すると、
【数６】
となる。
【００４６】
また、数式２のｘに数式８を代入すると、
【数７】
となる。
【００４７】
以上より、ハーフミラー４２の回転中心の座標は、
【数８】
となる。
【００４８】
図６は、ユニット初期位置にあるときの撮像ユニット２４と、回転機構２６によりユニット初期位置から回転された位置にあるときの撮像ユニット２４とを示す上面図である。図５において、撮像ユニット２４がユニット初期位置にあるときに走査ユニット３０が走査する走査ラインを第１主走査ラインＬ１とする。また、撮像ユニット２４がユニット初期位置から回転したときの走査ラインを第２主走査ラインＬ２とする。第１主走査ラインＬ１と第２主走査ラインＬ２とがなす角度は、撮像ユニット２４がユニット初期位置から回転した角度となる。以下、この角度を主走査角度αとする。
【００４９】
このように回転機構２６は、基板２の搬送方向と基板２上の走査ラインとの角度を変更する撮像角度変更手段として機能する。このように基板２の搬送方向と基板２上の走査ラインとの角度を変更することにより、ラインスキャン特有の指向性の抑制し、検査対象である基板２の全体形状を計測し易くすることができる。本実施形態では、主走査角度αは４５度に予め設定されている。
【００５０】
図７は、本実施形態に係る基板検査システム１０の機能ブロック図である。基板検査システム１０は、基板搬送機構１２および撮像システム１４の他に、ＰＣ１００およびディスプレイ１３０を有する。なお、図４においてＰＣ１００は、各種演算処理を実行するＣＰＵ、各種制御プログラムを格納するＲＯＭ、データ格納やプログラム実行のためのワークエリアとして利用されるＲＡＭなどのハードウェア、およびソフトウェアの連携によって実現される機能ブロックが描かれている。したがって、これらの機能ブロックはハードウェアおよびソフトウェアの組合せによって様々な形で実現することができる。
【００５１】
ＰＣ１００は、搬送制御部１０２、回転制御部１０４、照明制御部１０６、撮像制御部１０８、ミラー角度制御部１１０、記憶部１１２、画像処理部１１４、メモリ１１６、検査部１１８、および表示制御部１２０を有する。
【００５２】
基板２を第１方向および第２方向に搬送する搬送モータ７２は、ＰＣ１００に接続されている。搬送制御部１０２は、搬送モータ７２に駆動信号を供給することにより搬送モータ７２を作動させて基板搬送機構１２を移動させることにより、基板２を第１方向および第２方向に移動させる。したがって搬送制御部１０２および基板搬送機構１２は、ラインセンサ３８による走査位置と基板２の位置とを相対的に移動させる移動手段として機能する。
【００５３】
回転機構２６内に設けられたユニット回転モータ（図示せず）は、ＰＣ１００に接続されている。回転制御部１０４は、ユニット回転モータに供給する駆動信号を制御することにより、撮像ユニット２４の回転角度を制御する。照明ユニット５０はＰＣ１００に接続されている。照明制御部１０６は、第１光源５２、第２光源５４、および第３光源５６の点灯を制御する。撮像制御部１０８は、照明ユニットが基板２に光を照射するタイミングで基板２の映像を走査するよう、ラインセンサ３８の各々の撮像を制御する。
【００５４】
ミラー角度切替機構７０に含まれるミラー角度変更モータ（図示せず）は、ＰＣ１００に接続されている。ミラー角度制御部１１０は、ミラー角度変更モータの作動を制御することにより、ハーフミラー４２の角度を変化させて撮像角度を切り替える。このため、ミラー角度切替機構７０およびミラー角度制御部１１０は、撮像角度を切り替える撮像角度切替手段として機能する。
【００５５】
記憶部１１２はハードディスクにより構成されており、基板検査に利用される判定基準データが予め格納されている。また、検査部１１８による検査結果なども記憶部１１２に格納される。画像処理部１１４は、走査ユニット３０のラインセンサ３８によって撮像され生成された画像データに画像処理を施す。メモリ１１６は、画像処理が施された画像データなどを保持する。
【００５６】
検査部１１８は、メモリ１１６に保持された画像データを解析し、まず基準データを取得する。ここで基準データは、例えば基板２に設けられた、基板２の位置を示す認識マークの位置データ、基板２に設けられたバーコードなどの識別マークを解析することにより得られる基板２シリアルナンバーや製造年月日などの識別データを含む。
【００５７】
また、検査部１１８は、メモリ１１６に保持された画像データを解析し、さらに取得した基準データを利用して、基板２に実装される各部品やハンダ個所の位置を示す位置情報データを取得する。検査部１１８は、記憶部１１２に格納された判定基準データを利用して、基板２の部品の実装状態に関する総合的な検査を実施する。なお、部品の実装状態とは、被検査体としての基板２に実装される素子など部品の有無、位置、適正な部品か等だけではなく、ハンダの有無、ハンダの量、ブリッジの有無、部品の高さ等を含む。
【００５８】
検査部１１８は、記憶部１１２に保持された基準データおよび位置情報データを利用して、基板２に実装される部品の高さを算出する。このため、検査部１１８は高さ算出部としても機能する。
【００５９】
具体的には、走査ユニット３０は、それぞれ異なる視点で見た基板２の被検査面を走査するため、被検査面の高さがゼロの平面を基準とすると、高さがある部分はそれぞれの走査ユニットにより得られる画像の位置が異なることになる。本実施形態では、走査ユニット３０が傾斜撮像角度に基板２を走査するときの角度は基板２表面の鉛直方向に対して４５度と予め決まっている。検査部１１８は、これを利用して、記憶部１１２に保持された位置情報データが示す各部品位置のずれ量に基づいて基板２に実装される部品の高さを算出する。記憶部１１２には、基板２における部品の高さに関する検査基準データが予め格納されている。検査部１１８は、記憶部１１２に格納された検査基準データを利用して、例えば検査基準データが示す正常範囲の高さに各部品の高さが入っているか否かを判定する高さ検査を実施する。これにより、例えば電子部品の足と基板との間に異物が挟まっているかなどを検出することが可能となる。
【００６０】
表示制御部１２０は、検査部１１８による基板２の総合的な検査結果をディスプレイ１３０に表示させる。このとき表示制御部１２０は、メモリ１１６に格納された画像データを利用して、基板２を鉛直上方から見た画像を、異常がある部品の位置を明示しながらディスプレイ１３０に表示させてもよい。
【００６１】
図８は、本実施形態に係る基板検査システム１０の基板検査処理工程を示すフローチャートである。本フローチャートにおける処理は、基板検査システム１０に設けられたスタートボタンがユーザによって押されたときに開始する。
【００６２】
ユーザはマウスやキーボードなどの入力装置を用いて、主走査方向の変更指示を入力することができる。回転制御部１０４は、主走査方向の変更指示が入力されたか否かを判定する（Ｓ１０）。
【００６３】
主走査方向の変更指示がユーザによって入力された場合（Ｓ１０のＹ）、回転制御部１０４は、回転機構２６のユニット回転モータに駆動信号を供給して、ユニット初期位置から主走査角度αとして設定されいる４５度だけ撮像ユニット２４を回転させる（Ｓ１２）。これにより、基板２の幅方向または長さ方向に並んで実装された部品の間など、検査の死角となる範囲を低減させることができる。なお、入力装置を用いて主走査角度αが入力可能となっていてもよい。主走査角度αが入力された場合、回転制御部１０４は、ユニット初期位置から入力された主走査角度αだけ撮像ユニット２４を回転させる。主走査方向の変更指示の入力が場合（Ｓ１０のＮ）、Ｓ１２をスキップする。
【００６４】
次に撮像制御部１０８および搬送制御部１０２は、往路において通常撮像処理を実行する（Ｓ１４）。この通常撮像処理では、回転制御部１０４はミラー角度θを４５度に保持した状態とし、搬送制御部１０２は第１方向に基板２を搬送する。
【００６５】
基板２が撮像システム１４の下方に搬入されると、撮像制御部１０８は、ラインセンサ３８に基板２の撮像を開始させる。具体的には、照明制御部１０６が第２光源５４を点灯させて基板の上面に白色の光を落射させ、撮像制御部１０８はこのタイミングで基板２からの反射光をラインセンサ３８に撮像させる。次に照明制御部１０６が第１光源５２を点灯させて緑色の光を基板の上面に落射させ、撮像制御部１０８は、このタイミングで基板からの反射光をラインセンサ３８に撮像させる。次に照明制御部１０６が第３光源５６を点灯させて基板の上面に青色の光を落射させ、撮像制御部１０８は、このタイミングで基板２からの反射光をラインセンサ３８に撮像させる。このように、照明制御部１０６は、一走査単位につき３回異なる色の落射光を基板に投じ、撮像制御部１０８は、各色での落射光の基板による反射光をラインセンサ３８に撮像させる。以下、これを１ラインの第１撮像という。
【００６６】
１ラインの第１撮像が終了すると、搬送制御部１０２は、基板を搬送方向に所定の走査ライン間隔だけ移動させ、照明制御部１０６およびラインセンサ３８は再び１ラインの第１撮像を実施する。照明制御部１０６、撮像制御部１０８、および搬送制御部１０２は、基板の撮像処理においてこの動作を繰り返すことにより、検査対象となる基板の全上面を撮像する。
【００６７】
ここで、撮像ユニット２４が回転されて主走査方向が変更されている場合、搬送制御部１０２は、搬送方向における各走査ラインの間隔がＬ×ｃｏｓαになるよう基板２を搬送させる。本実施形態ではαは４５度に設定されていることから、搬送制御部１０２は、搬送方向における各走査ラインの間隔がＬ×√２になるよう基板２を搬送させる。このＬは、基板２がユニット初期位置にあるときの基板２の被検査面における各走査ラインの間隔を示す。これにより、基板２がユニット初期位置にあるときに比べ、搬送方向の解像度を１／ｃｏｓα、即ち１／√２に高めることができる。また、このように基板２の搬送速度を調整することにより、搬送方向の解像度を基板幅方向の解像度に合わせることができる。
【００６８】
本実施形態に係る基板検査システム１０では、ユーザは、入力装置を用いてＰＣ１００にステレオ撮像モードまたは通常撮像モードを択一的に選択することが可能となっている。往路における第１撮像処理を終了すると、ミラー角度制御部１１０は、ユーザによってステレオ撮像モードが選択されているか否かを判定する（Ｓ１６）。ステレオ撮像モードが選択されている場合（Ｓ１６のＹ）、ミラー角度制御部１１０は、ミラー角度切替機構７０を作動させてハーフミラー４２をミラー回転角度θ１だけ回転させてその角度を変更させる（Ｓ１８）。
【００６９】
ハーフミラー４２の角度変更が終了すると、撮像制御部１０８および搬送制御部１０２は、復路において傾斜撮像処理を実行する（Ｓ２０）。この傾斜撮像処理では、搬送制御部１０２は第２方向に基板２を搬送させる。
【００７０】
傾斜撮像処理では、照明制御部１０６が第２光源５４を点灯させて基板の上面に白色の光を落射させ、撮像制御部１０８はこのタイミングで基板２からの反射光をラインセンサ３８に撮像させる。以下、これを１ラインの第２撮像という。１ラインの第２撮像が終了すると、搬送制御部１０２は、基板を搬送方向に所定の走査ライン間隔だけ移動させ、照明制御部１０６およびラインセンサ３８は再び１ラインの第２撮像を実施する。照明制御部１０６、撮像制御部１０８、および搬送制御部１０２は、基板の撮像処理においてこの動作を繰り返すことにより、検査対象となる基板の全上面を撮像する。なお、走査ライン間隔および搬送速度は往路と同様である。
【００７１】
このようにミラー角度制御部１１０は、ステレオ撮像モードが選択された場合、ハーフミラー４２の角度を変更することによって、基板の２の垂線に対する角度の絶対値が互いに異なる垂直撮像角度と傾斜撮像角度とを切り替える。このようにステレオ撮像モードにおいても垂直撮像角度から見た基板２の画像データを取得することで、基板２における部品の高さ以外の様々な項目についてこの画像データを利用して検査を実施することが可能となる。
【００７２】
なお、ミラー角度制御部１１０は、垂直撮像角度と傾斜撮像角度とを切り替えるだけでなく、被検査面の垂線に対する角度の絶対値が互いに異なる撮像角度から見た基板２の映像をラインセンサ３８が走査できるよう撮像角度を切り替えるてもよい。この場合も、ミラー角度制御部１１０は、ラインセンサ３８から基板２への光路長が変化しないよう撮像角度を切り替える。
【００７３】
また、ミラー角度制御部１１０は、往路と復路とでラインセンサが被検査面の垂線に対する角度の絶対値が互いに異なる複数の撮像角度から見た被検査体の映像を択一的に走査することができるよう、基板２に対する撮像角度を切り替える。これにより、往復移動させる一工程において、互いに異なる複数の撮像角度から見た基板２の画像データを取得することができる。
【００７４】
こうして傾斜撮像処理を終了して基板２の全撮像工程を完了すると、検査部１１８は、各部品の高さを算出する（Ｓ２２）。なお、通常撮像モードが選択されている場合（Ｓ１６のＮ）、Ｓ１８〜Ｓ２２をスキップする。次に検査部１１８は、基板２に実装される部品の位置ずれ欠品、ハンダのヌレ、ハンダブリッジの有無、実装部品の間違い、極性の反転などに関する総合検査を実行する（Ｓ２４）。なお、ステレオ撮像モードが選択されている場合、検査部１１８は、算出された各部品の高さを利用して、基板との間に異物が挟まって電子部品の足が浮いているかなどの高さ検査も総合判定の一部をして実施する。総合検査を終了すると、表示制御部１２０は、総合検査結果をディスプレイ１３０に表示する（Ｓ２６）。
【００７５】
本発明は上述の各実施形態に限定されるものではなく、各実施形態の各要素を適宜組み合わせたものも、本発明の実施形態として有効である。また、当業者の知識に基づいて各種の設計変更等の変形を各実施形態に対して加えることも可能であり、そのような変形が加えられた実施形態も本発明の範囲に含まれうる。以下、そうした例をあげる。
【００７６】
ある変形例では、搬送レール２０上にターンテーブルが設けられる。ターンテーブルはモータが作動することにより回転するよう構成されている。ユーザによってＰＣ１００に主走査角度αが入力された後スタートボタンが押されると、回転制御部１０４は、このモータを作動させてターンテーブルを主走査角度αだけ回転させる。このように撮像ユニット２４を回転させる代わりに基板２を回転させることによっても、主走査角度αを変更することができる。
【図面の簡単な説明】
【００７７】
【図１】本実施形態に係る基板検査システムの構成を示す図である。
【図２】本実施形態に係る撮像ユニットの内部構成を示す斜視図である。
【図３】本実施形態に係る撮像ユニットの構成を模式的に表した図である。
【図４】第１走査ユニットの主光線の光路を示す図である。
【図５】本実施形態に係る第１走査ユニットを主走査方向に見た図である。
【図６】ユニット初期位置にあるときの撮像ユニットと、回転機構によりユニット初期位置から回転された位置にあるときの撮像ユニットとを示す上面図である。
【図７】本実施形態に係る基板検査システムの機能ブロック図である。
【図８】本実施形態に係る基板検査システムの基板検査処理工程を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００７８】
２ 基板、 １０ 基板検査システム、 １２ 基板搬送機構、 １４ 撮像システム、 ２４ 撮像ユニット、 ２６ 回転機構、 ３０ 走査ユニット、 ３６ 支持プレート、 ３８ ラインセンサ、 ３９ レンズ、 ４０ テレセントリックレンズ、 ４２ ハーフミラー、 ５０ 照明ユニット、 ５２ 第１光源、 ５４ 第２光源、 ５６ 第３光源、 ７０ ミラー角度切替機構、 ７２ 搬送モータ、 １００ ＰＣ、 １０２ 搬送制御部、 １０４ 回転制御部、 １０６ 照明制御部、 １０８ 撮像制御部、 １１０ ミラー角度制御部、 １１２ 記憶部、 １１８ 検査部、 １２０ 表示制御部、 １３０ ディスプレイ。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被検査体の検査装置に関し、特に撮像して得られた被検査体の画像を利用して被検査体を検査する被検査体の検査装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電子部品には足がある場合があり、この足と基板との間に異物が挟まる場合がある。このような異物が挟まっているか否かを判定するためには、基板上の部品の高さを精度良く把握することが要求される。このため、例えば２つのカメラアレイによって撮像されたステレオ画像を利用して基板のプロファイルを取得する自動検査システムが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特表２００３−５２２３４７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
上述の自動検査システムのように互いに異なる複数の撮像角度から見た被検査体の映像を走査可能な複数のカメラを設ける場合、カメラに要するコストの増大を抑制することは困難である。
【０００４】
本発明はこうした状況に鑑みてなされたものであり、その目的は、撮像装置に要するコストを抑制しつつ基板上の部品の高さを把握することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記課題を解決するために、本発明のある態様の被検査体の検査装置は、ライン状のセンサ列と、被検査面の垂線に対する角度の絶対値が互いに異なる撮像角度から見た被検査体の映像をライン状のセンサ列が走査できるよう撮像角度を切り替える撮像角度切替手段と、を備える。撮像角度切替手段は、ライン状のセンサ列から被検査体への光路長が変化しないよう撮像角度を切り替える。
【０００６】
この態様によれば、被検査体に焦点を合わせたまま撮像角度を切り替えることができる。このため、撮像角度と焦点合わせを別々の工程で行う場合に比べ、ステレオ画像取得のための検査工数を削減することができる。なお、ライン状のセンサ列は、ラインセンサであってもよく、また、エリアセンサに含まれるライン状のセンサ列であってもよい。
【０００７】
撮像角度切替手段は、被検査体からの光をライン状のセンサ列に向けて反射するミラーの角度を、ライン状のセンサ列から被検査体への光路長が変化しないよう変更して撮像角度を切り替えてもよい。この態様によれば、ミラーの角度を変更させるという簡易な構成で被検査体に対する撮像角度を切り替えることができる。
【０００８】
撮像角度切替手段は、被検査面に対して垂直に被検査体を見る垂直撮像角度と、被検査面に対して傾斜して被検査体を見る傾斜撮像角度とを切り替えてもよい。この態様によれば、被検査体の被検査面に対して垂直に見た映像を走査した画像を取得することができるため、例えば被検査体の被検査面の高さ以外の様々な項目についても簡易に検査を実施することが可能となる。
【０００９】
撮像角度切替手段は、主走査方向に見て、垂直撮像角度から被検査体の映像を走査するときのミラーの反射ポイントを原点とし、原点を含む水平軸をｘ軸、原点を含む垂直軸をｙ軸とし、原点から被検査体までの距離をＡ１、ミラーの回転角度をθ１としたとき、以下の座標、
【数１】
を中心としてミラーを回転させることにより垂直撮像角度と傾斜撮像角度とを切り替えてもよい。
【００１０】
この態様によれば、ミラーを回転させるという簡易な構成により、ミラーの角度を適切に変更することができる。
【００１１】
ライン状のセンサ列による走査位置と被検査体の位置とを相対的に往復移動させる移動手段をさらに備えてもよい。撮像角度切替手段は、往路と復路とで、被検査面の垂線に対する角度の絶対値が互いに異なる撮像角度から見た被検査体の映像をライン状のセンサ列が走査できるよう撮像角度を切り替えてもよい。この態様によれば、往復移動させる一工程において互いに異なる複数の撮像角度から見た被検査体の画像データを取得することができ、検査工数を抑制することができる。
【００１２】
ライン状のセンサ列は、被検査体からの反射光をレンズ光軸に対して平行に集光する光学系を介して被検査体の映像を走査してもよい。この態様によれば、視差の影響が少ないステレオ画像を利用することができるため、被検査体における被検査面の立体形状を高速かつ高精度に把握することが可能となる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明に係る被検査体の検査装置によれば、撮像装置に要するコストを抑制しつつ基板上の部品の高さを把握することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態（以下、「実施形態」という。）について説明する。
【００１５】
図１は、本実施形態に係る基板検査システム１０の構成を示す図である。基板検査システム１０は、基板搬送機構１２および撮像システム１４を有する。基板搬送機構１２は、支持プレート１８、および支持プレート１８により支持される２本の搬送レール２０を有している。
【００１６】
搬送レール２０はモータ（図示せず）を駆動することにより基板２を搬送する搬送ベルト（図示せず）を有し、搬送ベルトに載置された基板２を基板搬送機構１２の略中央まで搬送する。搬送レール２０の上方であって検査テーブルの略中央には、基板２の搬送を検知する光センサなどの搬送センサ（図示せず）が設けられている。この搬送センサが基板２の端面や基板２に設けられた検知孔を検知すると、基板検査システム１０は、基板２が基板搬送機構１２の略中央に搬送されたと判定し、搬送レール２０による基板２の搬送を停止させる。
【００１７】
基板搬送機構１２の下方には、搬送レール２０の延在方向と直行する方向に延在するボールネジ２２が設けられている。ボールネジ２２は、搬送モータ（図示せず）によって駆動される。ボールネジ２２が回転することにより支持プレート１８が搬送レール２０の延在方向と垂直な方向に移動される。このとき、基板搬送機構１２もまた支持プレート１８と共に移動される。こうして基板検査システム１０は、基板２を撮像システム１４の下方に搬送する。
【００１８】
所定の位置まで基板２が移動すると、基板検査システム１０は搬送モータを逆転させてボールネジ２２を逆回転させ、もとの位置まで基板搬送機構１２を移動させる。基板検査システム１０は、こうしてもとの位置まで移動された基板２を搬送レール２０によって次の工程へと搬送する。次に検査を行う基板２がある場合、基板検査システム１０は再び搬送レール２０によってその基板２を基板搬送機構１２の略中央まで搬送し、上述の動作を繰り返す。なお、本図手前側の搬送レール２０には、搬送レール２０上の載置された基板２を上方から押圧して基板２の形状を矯正するクランプが設けられている。基板搬送機構１２の略中央に搬送された基板２は、このクランプによりゆがみが矯正された状態で撮像システム１４へ搬送される。
【００１９】
撮像システム１４は、撮像ユニット２４および回転機構２６を有する。撮像ユニット２４は、基板２へ光を照射すると共に基板２を撮像し、画像データを生成する。回転機構２６はユニット回転モータ（図示せず）およびギヤなどからなる伝達機構（図示せず）を有している。回転機構２６は、ユニット回転モータが作動することにより伝達機構を介して基板２の被検査面と垂直な軸を中心に撮像ユニット２４を回転させて、基板２の搬送方向と撮像ユニット２４による走査方向とがなす角度である主走査角度を変更する。
【００２０】
図２は、本実施形態に係る撮像ユニット２４の内部構成を示す斜視図である。撮像ユニット２４は、走査ユニット３０および照明ユニット５０を有する。走査ユニット３０は、支持プレート３６上にラインセンサ３８、レンズ３９、テレセントリックレンズ４０、およびハーフミラー４２を備える。
【００２１】
図３は、本実施形態に係る撮像ユニット２４の構成を模式的に表した図である。図３において、基板２は左側から右側へと搬送されている間に撮像ユニット２４によって基板２の撮像処理が実施される。以下、図３の右方向を第１方向、図３の左方向を第２方向として説明する。なお、撮像ユニット２４は、基板２が第２方向に搬送されている間に基板２の撮像処理を実施してもよい。
【００２２】
ラインセンサ３８は、ライン状のセンサ列を内部に含み、ハーフミラー４２によって反射されてテレセントリックレンズ４０およびレンズ３９を通過した基板２における走査ライン上の映像を走査する。以下、走査ラインが基板２の搬送方向と垂直に向くときの撮像ユニット２４の位置を「ユニット初期位置」という。また、「走査する」は、対象物の映像を示す光の量をラインセンサ３８内の受光素子が電気信号に変換して出力する動作をいう。また、「撮像する」は、一走査単位を走査することをいう。一走査単位とは、例えば基板の一方の端部から他方の端部までの１回の一方向の走査や１回の往復の走査など、ラインセンサ３８の走査の単位をいう。
【００２３】
なお、ラインセンサ３８に代えて、エリアセンサが用いられてもよい。この場合、エリアセンサによって撮像された画像のうち、エリアセンサに含まれるライン状のセンサ列のいずれかによって撮像された部分の画像を用いて基板２の検査を実施する。
【００２４】
照明ユニット５０は、第１光源５２、第２光源５４、第３光源５６、アクリルシート５８を有する。基板搬送機構１２は、まず本図右方向に基板２を搬送し、所定の長さを搬送後、図３における左方向に基板２を搬送する。以下、図３における右方向を第１方向、左方向を第２方向として説明する。
【００２５】
第１光源５２は、ラインセンサ３８の走査方向に被検査体である基板２の長さ以上に列ぶＬＥＤ（発光ダイオード）群により構成される。第１光源５２は、基板２に落射する光を照射することができるように、ラインセンサ３８が走査する基板２における走査ラインの真上に配置される。本実施形態においては、第１光源５２は、基板２の被撮像面と平行に配設された基板に設けられたＬＥＤ群により構成される。なお、効率的に検査中の走査ラインへ落射光を投ずるために、ＬＥＤ群を取り付ける基板を中央からふたつのサブ基板に分け、それぞれのサブ基板に走査方向に列んだＬＥＤ群を構成してもよい。第１光源５２により落射光を基板２に投じ、この反射光をラインセンサ３８で検出することにより、基板２に実装される部品の位置ずれ欠品、ハンダのヌレなどに関する検査を実施することができる。
【００２６】
第２光源５４は、基板２の被撮像面と平行に配設された２つの基板に設けられた、ラインセンサ３８の走査方向に被検査体である基板２の長さ以上に列ぶＬＥＤ群により構成される。ＬＥＤが取り付けられた２つの基板は、第１光源５２が走査ラインに落射光を投ずる光路に干渉しないように、走査ラインを含む鉛直面を挟んで両側に配置される。
【００２７】
第３光源５６も、第２光源５４と同様にＬＥＤ群により構成される。このＬＥＤ群は、基板２の被撮像面と平行に配設された２つの基板に設けられ、被検査体となる基板２の走査方向長さ以上にわたって列べられて構成される。ＬＥＤが取り付けられた２つの基板は、第１光源５２および第２光源５４が走査ラインに光を照射する光路に干渉しないように、走査ラインを含む鉛直面を挟んで両側に配置される。第２光源５４により側射光を基板２に投じ、この反射光をラインセンサ３８で検出することにより、基板２におけるハンダブリッジの有無、実装部品の間違い、極性の反転などに関する検査を実施することができる。
【００２８】
第１光源５２は緑色の光を照射し、第２光源５４は白色の光を照射し、第３光源５６は青色の光を照射する。各々の光源は、異なる入射角度で被検査体となる基板２に光を照射する。このため、照明ユニット５０は被検査体である基板２に複数の入射角度の光を照射する複合光源として機能する。第１光源５２を緑色とし第３光源５６を青色としたのは、ＳＮ比のよいクリアな画像を得るためである。プリント基板は緑色の場合が多いことから、落射光により平明を明るく照射するため、第１光源５２を緑色としている。また、ＩＣやチップのボディにレーザー印字された文字は、低い角度から青い光を当てることにより認識しやすくなるため、第３光源５６を青色としている。
【００２９】
第１光源５２の鉛直下方にハーフミラー４２が設けられる。第１光源５２からの落射光は、ハーフミラー４２を通過して基板２の検査面へ入射角がほぼゼロで投じられる。本実施形態においては、第１光源５２に幅をもたせており、基板２が反ったときでも入射角がゼロになるような落射光成分が存在するように配慮されている。走査ラインからの反射光は、ハーフミラー４２で反射し、テレセントリックレンズ４０およびレンズ３９を通過してラインセンサ３８へ入射する。
【００３０】
第２光源５４および第３光源５６と走査ラインの間には、アクリルシート５８が設けられる。このアクリルシート５８は、第２光源５４および第３光源５６からの光を拡散する。第２光源５４および第３光源５６は、点光源であるＬＥＤの集合体であるため、拡散作用がなければスポット的な光が画像データに写り込んで検査精度に影響を与える可能性があるからである。
【００３１】
図４は、走査ユニット３０の主光線の光路を示す図である。なお、図４においてハーフミラー４２による主光線の反射に関する図示は省略している。
【００３２】
視差による歪みがある画像を利用して基板２に実装された部品の高さを算出しようとすると、視差による歪みを考慮した複雑な計算工程を経る必要があり、また、精度の高い算出結果を期待することも困難である。このため、ラインセンサ３８は、テレセントリックレンズ４０を介して基板２の映像を走査する。テレセントリックレンズ４０は、基板２からの反射光をレンズ光軸に対して平行に集光する。このため、テレセントリックレンズ４０と基板２との間では、主光線は光軸に対して平行、すなわち画角が実質的にゼロ度となる。
【００３３】
このため、被写体の像が光軸中心にあっても光軸から離れた周辺位置にあっても視差による影響を受けず、原理的には視差による歪みのない画像を撮影することができる。したがって、シンプルな計算工程によって基板２に実装された部品などの高さを正確に算出することが可能となる。
【００３４】
図５は、本実施形態に係る走査ユニット３０を主走査方向に見た図である。以下、基板２の表面に対して垂直な垂直撮像角度から被検査体の映像を走査するときのハーフミラー４２の位置を「ミラー初期位置」という。このため、ハーフミラー４２がミラー初期位置にあるときの反射面と水平面との角度である初期ミラー角度θ０は４５度に設定されている。
【００３５】
ハーフミラー４２がミラー初期位置にあるときにラインセンサ３８に入射する光を反射する反射面上の反射ラインの位置を原点Ｏとする。また、原点Ｏを含む水平軸をｘ軸、原点Ｏを含む垂直軸をｙ軸とする。また、原点Ｏから基板２の表面までの距離を垂直光路長Ａ１、原点Ｏからテレセントリックレンズ４０までの水平距離を第１水平光路長Ｂ１とする。
【００３６】
また、走査ユニット３０には、ハーフミラー４２を回転させるミラー角度切替機構７０が設けられている。以下、ハーフミラー４２のミラー初期位置からの回転角度をθ１とする。ミラー角度切替機構７０によってハーフミラー４２が回転された場合、ラインセンサ３８は、垂直撮像角度に対して２×θ１だけ傾斜する傾斜撮像角度から基板２を見た映像を走査する。すなわち、垂直撮像角度は、被検査面の垂線に対する角度の絶対値がゼロ度となる方向、すなわち被検査面を垂直に見た映像を走査するときの撮像角度であり、傾斜撮像角度は、被検査面の垂線に対する角度の絶対値が２×θ１となる方向から見た映像を走査するときの撮像角度である。このとき、ラインセンサ３８に入射する光を反射するハーフミラー４２の反射ラインと基板２の走査ラインとの距離を傾斜光路長Ａ２とする。
【００３７】
仮にミラー角度切替機構７０が原点Ｏを中心にハーフミラー４２を回転させた場合、第１水平光路長Ｂ１は変わらないが、垂直光路長Ａ１と傾斜光路長Ａ２とが異なる長さとなるため、光路長は変化する。このときの光路長の変化量をλとすると、λは、
λ＝Ａ２−Ａ１＝Ａ１×（１／ｃｏｓ（２×θ１）−１）・・・数式１
によって表される。
【００３８】
光路長が変化すると別途焦点合わせを実施する構成および工程が必要となり、コストや検査工数の抑制が困難となる。このためミラー角度切替機構７０は、ラインセンサ３８から基板２への光路長が変化しないようハーフミラー４２を回転させて、垂直撮像角度と傾斜撮像角度とを切り替える。これにより、別途焦点合わせを実施する構成および工程が不要となり、コストや検査工数を抑制することができる。
【００３９】
まず、ミラー初期位置にあるときのハーフミラー４２の反射面は、
ｙ＝−ｘｔａｎθ０・・・数式２
によって表される。
【００４０】
ハーフミラー４２をミラー初期位置から回転させても光路長を変化させないためには、ハーフミラー４２による反射ポイントの座標を（−λ，０）とする必要がある。このため、光路長を変化させないようミラー初期位置からミラー回転角度θ１回転したとき、そのときのハーフミラー４２の反射面は、
ｙ＝−ｘｔａｎ（θ０−θ１）−λｔａｎ（θ０−θ１）・・・数式３
によって表される。
【００４１】
この数式２および数式３より、ｘ、ｙの解、すなわちハーフミラー４２の回転中心を求める。まず、数式２と数式３からｙを消去すると、
【数２】
となる。
【００４２】
加法定理より、数式４は、
【数３】
となる。
【００４３】
初期ミラー角度θ０＝４５度であることから、ｔａｎθ０＝１を代入すると、
【数４】
となる。
【００４４】
この分子分母に（１＋ｔａｎθ１）を乗じると、
【数５】
となる。
【００４５】
この数式７のλに数式１を代入すると、
【数６】
となる。
【００４６】
また、数式２のｘに数式８を代入すると、
【数７】
となる。
【００４７】
以上より、ハーフミラー４２の回転中心の座標は、
【数８】
となる。
【００４８】
図６は、ユニット初期位置にあるときの撮像ユニット２４と、回転機構２６によりユニット初期位置から回転された位置にあるときの撮像ユニット２４とを示す上面図である。図５において、撮像ユニット２４がユニット初期位置にあるときに走査ユニット３０が走査する走査ラインを第１主走査ラインＬ１とする。また、撮像ユニット２４がユニット初期位置から回転したときの走査ラインを第２主走査ラインＬ２とする。第１主走査ラインＬ１と第２主走査ラインＬ２とがなす角度は、撮像ユニット２４がユニット初期位置から回転した角度となる。以下、この角度を主走査角度αとする。
【００４９】
このように回転機構２６は、基板２の搬送方向と基板２上の走査ラインとの角度を変更する撮像角度変更手段として機能する。このように基板２の搬送方向と基板２上の走査ラインとの角度を変更することにより、ラインスキャン特有の指向性の抑制し、検査対象である基板２の全体形状を計測し易くすることができる。本実施形態では、主走査角度αは４５度に予め設定されている。
【００５０】
図７は、本実施形態に係る基板検査システム１０の機能ブロック図である。基板検査システム１０は、基板搬送機構１２および撮像システム１４の他に、ＰＣ１００およびディスプレイ１３０を有する。なお、図４においてＰＣ１００は、各種演算処理を実行するＣＰＵ、各種制御プログラムを格納するＲＯＭ、データ格納やプログラム実行のためのワークエリアとして利用されるＲＡＭなどのハードウェア、およびソフトウェアの連携によって実現される機能ブロックが描かれている。したがって、これらの機能ブロックはハードウェアおよびソフトウェアの組合せによって様々な形で実現することができる。
【００５１】
ＰＣ１００は、搬送制御部１０２、回転制御部１０４、照明制御部１０６、撮像制御部１０８、ミラー角度制御部１１０、記憶部１１２、画像処理部１１４、メモリ１１６、検査部１１８、および表示制御部１２０を有する。
【００５２】
基板２を第１方向および第２方向に搬送する搬送モータ７２は、ＰＣ１００に接続されている。搬送制御部１０２は、搬送モータ７２に駆動信号を供給することにより搬送モータ７２を作動させて基板搬送機構１２を移動させることにより、基板２を第１方向および第２方向に移動させる。したがって搬送制御部１０２および基板搬送機構１２は、ラインセンサ３８による走査位置と基板２の位置とを相対的に移動させる移動手段として機能する。
【００５３】
回転機構２６内に設けられたユニット回転モータ（図示せず）は、ＰＣ１００に接続されている。回転制御部１０４は、ユニット回転モータに供給する駆動信号を制御することにより、撮像ユニット２４の回転角度を制御する。照明ユニット５０はＰＣ１００に接続されている。照明制御部１０６は、第１光源５２、第２光源５４、および第３光源５６の点灯を制御する。撮像制御部１０８は、照明ユニットが基板２に光を照射するタイミングで基板２の映像を走査するよう、ラインセンサ３８の各々の撮像を制御する。
【００５４】
ミラー角度切替機構７０に含まれるミラー角度変更モータ（図示せず）は、ＰＣ１００に接続されている。ミラー角度制御部１１０は、ミラー角度変更モータの作動を制御することにより、ハーフミラー４２の角度を変化させて撮像角度を切り替える。このため、ミラー角度切替機構７０およびミラー角度制御部１１０は、撮像角度を切り替える撮像角度切替手段として機能する。
【００５５】
記憶部１１２はハードディスクにより構成されており、基板検査に利用される判定基準データが予め格納されている。また、検査部１１８による検査結果なども記憶部１１２に格納される。画像処理部１１４は、走査ユニット３０のラインセンサ３８によって撮像され生成された画像データに画像処理を施す。メモリ１１６は、画像処理が施された画像データなどを保持する。
【００５６】
検査部１１８は、メモリ１１６に保持された画像データを解析し、まず基準データを取得する。ここで基準データは、例えば基板２に設けられた、基板２の位置を示す認識マークの位置データ、基板２に設けられたバーコードなどの識別マークを解析することにより得られる基板２シリアルナンバーや製造年月日などの識別データを含む。
【００５７】
また、検査部１１８は、メモリ１１６に保持された画像データを解析し、さらに取得した基準データを利用して、基板２に実装される各部品やハンダ個所の位置を示す位置情報データを取得する。検査部１１８は、記憶部１１２に格納された判定基準データを利用して、基板２の部品の実装状態に関する総合的な検査を実施する。なお、部品の実装状態とは、被検査体としての基板２に実装される素子など部品の有無、位置、適正な部品か等だけではなく、ハンダの有無、ハンダの量、ブリッジの有無、部品の高さ等を含む。
【００５８】
検査部１１８は、記憶部１１２に保持された基準データおよび位置情報データを利用して、基板２に実装される部品の高さを算出する。このため、検査部１１８は高さ算出部としても機能する。
【００５９】
具体的には、走査ユニット３０は、それぞれ異なる視点で見た基板２の被検査面を走査するため、被検査面の高さがゼロの平面を基準とすると、高さがある部分はそれぞれの走査ユニットにより得られる画像の位置が異なることになる。本実施形態では、走査ユニット３０が傾斜撮像角度に基板２を走査するときの角度は基板２表面の鉛直方向に対して４５度と予め決まっている。検査部１１８は、これを利用して、記憶部１１２に保持された位置情報データが示す各部品位置のずれ量に基づいて基板２に実装される部品の高さを算出する。記憶部１１２には、基板２における部品の高さに関する検査基準データが予め格納されている。検査部１１８は、記憶部１１２に格納された検査基準データを利用して、例えば検査基準データが示す正常範囲の高さに各部品の高さが入っているか否かを判定する高さ検査を実施する。これにより、例えば電子部品の足と基板との間に異物が挟まっているかなどを検出することが可能となる。
【００６０】
表示制御部１２０は、検査部１１８による基板２の総合的な検査結果をディスプレイ１３０に表示させる。このとき表示制御部１２０は、メモリ１１６に格納された画像データを利用して、基板２を鉛直上方から見た画像を、異常がある部品の位置を明示しながらディスプレイ１３０に表示させてもよい。
【００６１】
図８は、本実施形態に係る基板検査システム１０の基板検査処理工程を示すフローチャートである。本フローチャートにおける処理は、基板検査システム１０に設けられたスタートボタンがユーザによって押されたときに開始する。
【００６２】
ユーザはマウスやキーボードなどの入力装置を用いて、主走査方向の変更指示を入力することができる。回転制御部１０４は、主走査方向の変更指示が入力されたか否かを判定する（Ｓ１０）。
【００６３】
主走査方向の変更指示がユーザによって入力された場合（Ｓ１０のＹ）、回転制御部１０４は、回転機構２６のユニット回転モータに駆動信号を供給して、ユニット初期位置から主走査角度αとして設定されいる４５度だけ撮像ユニット２４を回転させる（Ｓ１２）。これにより、基板２の幅方向または長さ方向に並んで実装された部品の間など、検査の死角となる範囲を低減させることができる。なお、入力装置を用いて主走査角度αが入力可能となっていてもよい。主走査角度αが入力された場合、回転制御部１０４は、ユニット初期位置から入力された主走査角度αだけ撮像ユニット２４を回転させる。主走査方向の変更指示の入力が場合（Ｓ１０のＮ）、Ｓ１２をスキップする。
【００６４】
次に撮像制御部１０８および搬送制御部１０２は、往路において通常撮像処理を実行する（Ｓ１４）。この通常撮像処理では、回転制御部１０４はミラー角度θを４５度に保持した状態とし、搬送制御部１０２は第１方向に基板２を搬送する。
【００６５】
基板２が撮像システム１４の下方に搬入されると、撮像制御部１０８は、ラインセンサ３８に基板２の撮像を開始させる。具体的には、照明制御部１０６が第２光源５４を点灯させて基板の上面に白色の光を落射させ、撮像制御部１０８はこのタイミングで基板２からの反射光をラインセンサ３８に撮像させる。次に照明制御部１０６が第１光源５２を点灯させて緑色の光を基板の上面に落射させ、撮像制御部１０８は、このタイミングで基板からの反射光をラインセンサ３８に撮像させる。次に照明制御部１０６が第３光源５６を点灯させて基板の上面に青色の光を落射させ、撮像制御部１０８は、このタイミングで基板２からの反射光をラインセンサ３８に撮像させる。このように、照明制御部１０６は、一走査単位につき３回異なる色の落射光を基板に投じ、撮像制御部１０８は、各色での落射光の基板による反射光をラインセンサ３８に撮像させる。以下、これを１ラインの第１撮像という。
【００６６】
１ラインの第１撮像が終了すると、搬送制御部１０２は、基板を搬送方向に所定の走査ライン間隔だけ移動させ、照明制御部１０６およびラインセンサ３８は再び１ラインの第１撮像を実施する。照明制御部１０６、撮像制御部１０８、および搬送制御部１０２は、基板の撮像処理においてこの動作を繰り返すことにより、検査対象となる基板の全上面を撮像する。
【００６７】
ここで、撮像ユニット２４が回転されて主走査方向が変更されている場合、搬送制御部１０２は、搬送方向における各走査ラインの間隔がＬ×ｃｏｓαになるよう基板２を搬送させる。本実施形態ではαは４５度に設定されていることから、搬送制御部１０２は、搬送方向における各走査ラインの間隔がＬ×√２になるよう基板２を搬送させる。このＬは、基板２がユニット初期位置にあるときの基板２の被検査面における各走査ラインの間隔を示す。これにより、基板２がユニット初期位置にあるときに比べ、搬送方向の解像度を１／ｃｏｓα、即ち１／√２に高めることができる。また、このように基板２の搬送速度を調整することにより、搬送方向の解像度を基板幅方向の解像度に合わせることができる。
【００６８】
本実施形態に係る基板検査システム１０では、ユーザは、入力装置を用いてＰＣ１００にステレオ撮像モードまたは通常撮像モードを択一的に選択することが可能となっている。往路における第１撮像処理を終了すると、ミラー角度制御部１１０は、ユーザによってステレオ撮像モードが選択されているか否かを判定する（Ｓ１６）。ステレオ撮像モードが選択されている場合（Ｓ１６のＹ）、ミラー角度制御部１１０は、ミラー角度切替機構７０を作動させてハーフミラー４２をミラー回転角度θ１だけ回転させてその角度を変更させる（Ｓ１８）。
【００６９】
ハーフミラー４２の角度変更が終了すると、撮像制御部１０８および搬送制御部１０２は、復路において傾斜撮像処理を実行する（Ｓ２０）。この傾斜撮像処理では、搬送制御部１０２は第２方向に基板２を搬送させる。
【００７０】
傾斜撮像処理では、照明制御部１０６が第２光源５４を点灯させて基板の上面に白色の光を落射させ、撮像制御部１０８はこのタイミングで基板２からの反射光をラインセンサ３８に撮像させる。以下、これを１ラインの第２撮像という。１ラインの第２撮像が終了すると、搬送制御部１０２は、基板を搬送方向に所定の走査ライン間隔だけ移動させ、照明制御部１０６およびラインセンサ３８は再び１ラインの第２撮像を実施する。照明制御部１０６、撮像制御部１０８、および搬送制御部１０２は、基板の撮像処理においてこの動作を繰り返すことにより、検査対象となる基板の全上面を撮像する。なお、走査ライン間隔および搬送速度は往路と同様である。
【００７１】
このようにミラー角度制御部１１０は、ステレオ撮像モードが選択された場合、ハーフミラー４２の角度を変更することによって、基板の２の垂線に対する角度の絶対値が互いに異なる垂直撮像角度と傾斜撮像角度とを切り替える。このようにステレオ撮像モードにおいても垂直撮像角度から見た基板２の画像データを取得することで、基板２における部品の高さ以外の様々な項目についてこの画像データを利用して検査を実施することが可能となる。
【００７２】
なお、ミラー角度制御部１１０は、垂直撮像角度と傾斜撮像角度とを切り替えるだけでなく、被検査面の垂線に対する角度の絶対値が互いに異なる撮像角度から見た基板２の映像をラインセンサ３８が走査できるよう撮像角度を切り替えるてもよい。この場合も、ミラー角度制御部１１０は、ラインセンサ３８から基板２への光路長が変化しないよう撮像角度を切り替える。
【００７３】
また、ミラー角度制御部１１０は、往路と復路とでラインセンサが被検査面の垂線に対する角度の絶対値が互いに異なる複数の撮像角度から見た被検査体の映像を択一的に走査することができるよう、基板２に対する撮像角度を切り替える。これにより、往復移動させる一工程において、互いに異なる複数の撮像角度から見た基板２の画像データを取得することができる。
【００７４】
こうして傾斜撮像処理を終了して基板２の全撮像工程を完了すると、検査部１１８は、各部品の高さを算出する（Ｓ２２）。なお、通常撮像モードが選択されている場合（Ｓ１６のＮ）、Ｓ１８〜Ｓ２２をスキップする。次に検査部１１８は、基板２に実装される部品の位置ずれ欠品、ハンダのヌレ、ハンダブリッジの有無、実装部品の間違い、極性の反転などに関する総合検査を実行する（Ｓ２４）。なお、ステレオ撮像モードが選択されている場合、検査部１１８は、算出された各部品の高さを利用して、基板との間に異物が挟まって電子部品の足が浮いているかなどの高さ検査も総合判定の一部をして実施する。総合検査を終了すると、表示制御部１２０は、総合検査結果をディスプレイ１３０に表示する（Ｓ２６）。
【００７５】
本発明は上述の各実施形態に限定されるものではなく、各実施形態の各要素を適宜組み合わせたものも、本発明の実施形態として有効である。また、当業者の知識に基づいて各種の設計変更等の変形を各実施形態に対して加えることも可能であり、そのような変形が加えられた実施形態も本発明の範囲に含まれうる。以下、そうした例をあげる。
【００７６】
ある変形例では、搬送レール２０上にターンテーブルが設けられる。ターンテーブルはモータが作動することにより回転するよう構成されている。ユーザによってＰＣ１００に主走査角度αが入力された後スタートボタンが押されると、回転制御部１０４は、このモータを作動させてターンテーブルを主走査角度αだけ回転させる。このように撮像ユニット２４を回転させる代わりに基板２を回転させることによっても、主走査角度αを変更することができる。
【図面の簡単な説明】
【００７７】
【図１】本実施形態に係る基板検査システムの構成を示す図である。
【図２】本実施形態に係る撮像ユニットの内部構成を示す斜視図である。
【図３】本実施形態に係る撮像ユニットの構成を模式的に表した図である。
【図４】第１走査ユニットの主光線の光路を示す図である。
【図５】本実施形態に係る第１走査ユニットを主走査方向に見た図である。
【図６】ユニット初期位置にあるときの撮像ユニットと、回転機構によりユニット初期位置から回転された位置にあるときの撮像ユニットとを示す上面図である。
【図７】本実施形態に係る基板検査システムの機能ブロック図である。
【図８】本実施形態に係る基板検査システムの基板検査処理工程を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００７８】
２ 基板、 １０ 基板検査システム、 １２ 基板搬送機構、 １４ 撮像システム、 ２４ 撮像ユニット、 ２６ 回転機構、 ３０ 走査ユニット、 ３６ 支持プレート、 ３８ ラインセンサ、 ３９ レンズ、 ４０ テレセントリックレンズ、 ４２ ハーフミラー、 ５０ 照明ユニット、 ５２ 第１光源、 ５４ 第２光源、 ５６ 第３光源、 ７０ ミラー角度切替機構、 ７２ 搬送モータ、 １００ ＰＣ、 １０２ 搬送制御部、 １０４ 回転制御部、 １０６ 照明制御部、 １０８ 撮像制御部、 １１０ ミラー角度制御部、 １１２ 記憶部、 １１８ 検査部、 １２０ 表示制御部、 １３０ ディスプレイ。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ライン状のセンサ列と、
被検査面の垂線に対する角度の絶対値が互いに異なる撮像角度から見た被検査体の映像を前記ライン状のセンサ列が走査できるよう撮像角度を切り替える撮像角度切替手段と、
を備え、
前記撮像角度切替手段は、前記ライン状のセンサ列から被検査体への光路長が変化しないよう撮像角度を切り替えることを特徴とする被検査体の検査装置。
【請求項２】
前記撮像角度切替手段は、被検査体からの光を前記ライン状のセンサ列に向けて反射するミラーの角度を、前記ライン状のセンサ列から被検査体への光路長が変化しないよう変更して撮像角度を切り替えることを特徴とする請求項１に記載の被検査体の検査装置。
【請求項３】
前記撮像角度切替手段は、被検査面に対して垂直に被検査体を見る垂直撮像角度と、被検査面に対して傾斜して被検査体を見る傾斜撮像角度とを切り替えることを特徴とする請求項１または２に記載の被検査体の検査装置。
【請求項４】
前記撮像角度切替手段は、主走査方向に見て、垂直撮像角度から被検査体の映像を走査するときのミラーの反射ポイントを原点とし、原点を含む水平軸をｘ軸、原点を含む垂直軸をｙ軸とし、原点から被検査体までの距離をＡ１、ミラーの回転角度をθ１としたとき、以下の座標、
【数１】
を中心としてミラーを回転させることにより垂直撮像角度と傾斜撮像角度とを切り替えることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の被検査体の検査装置。
【請求項５】
前記ライン状のセンサ列による走査位置と被検査体の位置とを相対的に往復移動させる移動手段をさらに備え、
前記撮像角度切替手段は、往路と復路とで、被検査面の垂線に対する角度の絶対値が互いに異なる撮像角度から見た被検査体の映像を前記ライン状のセンサ列が走査できるよう撮像角度を切り替えることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の被検査体の検査装置。
【請求項６】
前記ライン状のセンサ列は、被検査体からの反射光をレンズ光軸に対して平行に集光する光学系を介して被検査体の映像を走査することを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の被検査体の検査装置。
【請求項１】
ライン状のセンサ列と、
被検査面の垂線に対する角度の絶対値が互いに異なる撮像角度から見た被検査体の映像を前記ライン状のセンサ列が走査できるよう撮像角度を切り替える撮像角度切替手段と、
を備え、
前記撮像角度切替手段は、前記ライン状のセンサ列から被検査体への光路長が変化しないよう撮像角度を切り替えることを特徴とする被検査体の検査装置。
【請求項２】
前記撮像角度切替手段は、被検査体からの光を前記ライン状のセンサ列に向けて反射するミラーの角度を、前記ライン状のセンサ列から被検査体への光路長が変化しないよう変更して撮像角度を切り替えることを特徴とする請求項１に記載の被検査体の検査装置。
【請求項３】
前記撮像角度切替手段は、被検査面に対して垂直に被検査体を見る垂直撮像角度と、被検査面に対して傾斜して被検査体を見る傾斜撮像角度とを切り替えることを特徴とする請求項１または２に記載の被検査体の検査装置。
【請求項４】
前記撮像角度切替手段は、主走査方向に見て、垂直撮像角度から被検査体の映像を走査するときのミラーの反射ポイントを原点とし、原点を含む水平軸をｘ軸、原点を含む垂直軸をｙ軸とし、原点から被検査体までの距離をＡ１、ミラーの回転角度をθ１としたとき、以下の座標、
【数１】
を中心としてミラーを回転させることにより垂直撮像角度と傾斜撮像角度とを切り替えることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の被検査体の検査装置。
【請求項５】
前記ライン状のセンサ列による走査位置と被検査体の位置とを相対的に往復移動させる移動手段をさらに備え、
前記撮像角度切替手段は、往路と復路とで、被検査面の垂線に対する角度の絶対値が互いに異なる撮像角度から見た被検査体の映像を前記ライン状のセンサ列が走査できるよう撮像角度を切り替えることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の被検査体の検査装置。
【請求項６】
前記ライン状のセンサ列は、被検査体からの反射光をレンズ光軸に対して平行に集光する光学系を介して被検査体の映像を走査することを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の被検査体の検査装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１０−１０７２４９（Ｐ２０１０−１０７２４９Ａ）
【公開日】平成２２年５月１３日（２０１０．５．１３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−２７７３４１（Ｐ２００８−２７７３４１）
【出願日】平成２０年１０月２８日（２００８．１０．２８）
【出願人】（５９５０３９０１４）株式会社サキコーポレーション (31)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年５月１３日（２０１０．５．１３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年１０月２８日（２００８．１０．２８）
【出願人】（５９５０３９０１４）株式会社サキコーポレーション (31)
【Ｆターム（参考）】
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