检查装置以及检查方法 技术领域 本发明涉及适合应用于进行例如电路基板等的检查的检查装置以及检查方法, 特 别涉及进行立体形状的检查的技术。
背景技术 以往, 作为检查电路基板等被检查物的形状的检查装置, 对利用摄影机等拍摄装 置拍摄了其电路基板的静止图像进行图像分析从而检查的装置得到了普及。
这时, 例如通过取得一张以平面方式拍摄了基板的静止图像, 从而能够进行平面 的形状、 即二维 (2D) 的检查。此外, 在对被检查物投射光栅条纹的基础上, 一边改变其光栅 条纹的投射位置的相位一边进行多张的拍摄, 通过对该多张静止图像进行图像分析, 从而 能够进行立体形状、 即三维 (3D) 的检查。该三维形状检查被称为相位偏移法。
为了进行基于该相位偏移法的三维检查, 需要准确地控制光栅条纹的投射位置的 相位。即, 在将相当于光栅条纹的一个配置间隔 ( 一个间距 ) 的距离 ( 相位 ) 设为 2π, 并 将移动前的状态作为原点时, 在将光栅条纹从原点移动相当于 (1/2)π、 π、 (3/2)π 的距 离的状态和原点的状态的 4 个状态下拍摄静止图像。
然后, 对该各个光栅条纹的相位的静止图像进行图像分析, 从而测定被摄体 ( 被 测定物 ) 的立体形状。关于用于进行基于相位偏移法的三维检查的装置结构例, 在后述的 实施方式中进行说明。
这样的三维检查例如能够应用于检查对电路基板涂抹了膏状的焊料 (solder) 时 的涂抹状态是否为正确的状态。即, 有时即使在平面地观察焊料的涂抹状态时看上去似乎 正确地涂抹于必要的区域中, 但在立体地观察时焊料涂抹的厚度可能不足。 这里, 通过进行 三维形状检查而测定焊料涂抹的厚度, 从而能够准确地进行检查焊料是否被正确涂抹。
在专利文献 1 中, 记载有关于应用了相位偏移法的测定装置的例子, 该相位偏移 法是在对被检查物投射了光栅条纹的基础上, 改变其光栅条纹的投射位置的相位而测定立 体形状。
[ 专利文献 1]( 日本 ) 特开 2006-227652 号公报
那么, 在应用相位偏移法来测定立体形状时, 需要适当地挑选测定其立体形状的 范围。
例如, 在测定基板上的焊料涂抹处的焊料涂抹厚度时, 预先对测定装置设定该基 板上焊盘 (pad) 等涂有焊料的区域, 从而在设定的区域内判断焊料涂抹高度。
例如图 11 所示那样, 在测定基板 1 上通过印制而配置了焊料 2 的地方的焊料高度 时, 将比配置焊料 2 的地方稍宽的范围设为立体形状测定范围 3, 并测定该立体形状测定范 围 3 内的高度。
将比配置焊料 2 的地方稍宽的范围设为立体形状测定范围 3 是为了能够应对焊料 的印制位置的偏差, 并且在有体积过多不良时, 能够检测出该情况。
在该图 11 所示那样, 在某一程度宽的范围内测定立体形状的情况下, 在没有涂抹
焊料 2 的地方, 高度依然是 0, 在原理上能够仅测定涂有焊料 2 的地方的体积。
但实际上, 由于测定时的噪声的影响, 有时在主体高度本应为 0 的焊料 2 的印制处 外的范围内也会检测出 0 以外的高度。例如由于图 11 所示的噪声 Dn 的产生, 在该处错误 地检测出某一高度, 从而在计算焊料 2 的体积时, 算出比实际更大的体积。
该噪声的产生是根据照射光栅条纹的精度而生成的。即, 本来通过照射的光栅条 纹产生的亮度变化需为正弦曲线, 但不可能投射成为理想的正弦曲线的状态的光栅条纹, 与该理想的状态之差成为噪声。
为了消除这样的噪声的影响, 例如在以往, 考虑能够从两个方向或者 4 个方向等 多个方向投射光栅条纹, 单独拍摄从各个方向投射了光栅条纹的状态下的图像从而进行多 次立体形状判定。 但是, 若具备这样的用于从多个方向投射光栅条纹的结构, 则检查装置会 复杂化, 并且检查所需的时间也将变长, 并不理想。 发明内容 本发明鉴于这一点而完成, 其目的在于, 在应用相位偏移法进行立体形状的检查 时, 能够进行没有噪声影响的正确的检查。
本发明在通常状态下进行二维图像的拍摄, 并且为了通过相位偏移法来测定立体 形状, 在投射了光栅条纹的状态下进行拍摄。从该拍摄所得的二维图像中确定被测定物的 检查区域。并且, 从投射了光栅条纹的二维图像中, 关于已确定的检查区域测定立体形状, 从而进行立体形状检查。
由此, 进行立体形状的检查的区域成为从实际拍摄的图像中判断出的区域, 根据 实际的被测定物的状态进行最佳的检查区域的设定。因此, 不会将作为目标的被测定物不 存在的区域包含于检查区域内。
根据本发明, 能够仅将作为目标的被测定物存在的区域可靠地设定为检查区域, 能够可靠地防止将作为目标的被测定物不存在的区域包含于检查区域内而导致的立体形 状测定时的噪声产生。因此, 具有不用进行为了消除噪声而通过从不同的方向投射的光栅 条纹来进行多次立体形状测定那样的费工夫的检查, 就能够简单地进行正确的立体形状的 测定, 能够简单且正确地进行基于该测定结果的检查的效果。 附图说明
图 1 是表示本发明的一实施方式的装置整体的结构例的结构图。 图 2 是表示本发明的一实施方式的装置结构例的立体图。 图 3 是表示本发明的一实施方式的光栅条纹的相位变化例的说明图。 图 4 是表示本发明的一实施方式的光栅条纹的光强度变化例的特性图。 图 5 是表示本发明的一实施方式的检查处理例的流程图。 图 6 是表示本发明的一实施方式的基于 3D 测定的检查处理例的流程图。 图 7 是表示通过本发明的一实施方式检查的基板的例子的平面图。 图 8 是表示通过本发明的一实施方式检查的基板的检查区域的设定例的平面图。 图 9 是表示通过本发明的一实施方式检查的基板的高度设定例的截面图。 图 10 是表示本发明的一实施方式的通过 3D 测定来测定高度以及体积的例子的立体图。 图 11 是表示以往的基板检查处理例的说明图。
标号说明
10... 台 子 (table)、 11... 控 制 部、 12... 驱 动 脉 冲 发 生 部、 13... 图 像 存 储 器、 14... 图 像 分 析 部、 15... 存 储 器、 16... 显 示 部、 17... 操 作 部、 20... 基 板 ( 被 检 查 物 )、 21, 22, 23... 拍 摄 区 域、 24, 24a, 24b, 24c, 24d, 25, 26... 焊 料 涂 抹 部、 27a, 27b, 27c, 27d...3D 检查区域、 30... 照相机、 31... 摄像镜头部、 32... 上段照明部、 33... 下段照明 部、 33a... 开口部、 40...3D 用投影部、 41... 投光机、 41a... 投影光输出部、 42... 投影镜 头、 43... 电机、 44... 滚珠丝杠、 45... 滑动板 (slide table)、 45... 螺钉装配部、 46... 光 栅条纹狭缝 (slit)、 51, 52... 焊盘 (pad)、 61, 62... 焊料、 63... 抗焊剂 (solder resist)
具体实施方式
按照以下的顺序, 说明本发明的一实施方式的例子。
1. 装置结构的说明 ( 图 1、 图 2)
2.3D 测定用的光栅条纹的说明 ( 图 3、 图 4)
3. 检查处理的说明 ( 图 5 ~图 10)
4. 变形例
[1. 装置结构的说明 ]
参照图 1 以及图 2 说明本实施方式的例子的检查装置的结构。本实施方式的例子 的检查装置构成为, 通过立体形状的测定来检查在电路基板上涂抹了膏状的焊料的状态。 图 1 是表示了包含有用于检查的控制结构的装置整体的概要的方框图, 图 2 是表示了检查 装置的用于检查被测定物 ( 被检查物 ) 的装置结构例的立体图。
如图 1 以及图 2 所示, 检查装置包括载放被检查物的台子 10, 通过作为进行拍摄处 理的拍摄部的照相机 30 对作为载放于该台子 10 上的被测定物 ( 被检查物 ) 的基板 20 进 行拍摄。照相机 30 例如是使用 CCD 成像器等拍摄元件对像光进行拍摄而输出电图像信号 ( 拍摄信号 ) 的摄影机。在台子 10 的正上方配置的照相机 30 上安装有摄像镜头部 31, 对 台子 10 上的基板 20 进行拍摄。如图 2 所示, 在摄像镜头部 31 的周围配置了上段照明部 32 和下段照明部 33, 一边对被检查物进行照明一边通过照相机 30 进行拍摄。下段照明部 33 具有圆形的开口部 33a, 在该开口部 33a 内配置作为被检查物的基板 20。
如图 1 所示, 通过照相机 30 拍摄所得的静止图像数据存储到图像存储器 13。 通过 控制部 11 的控制来读出所存储的静止图像数据, 从而通过图像分析部 14 测定形状。 在该例 子中作为检查装置而构成, 通过图像分析部 14 中的分析处理来判断与预先注册的基板 20 的状态是否一致, 从而将该判断结果输出到控制部 11。因此, 控制部 11 作为执行测定处理 以及检查处理而进行判定的检查处理部发挥作用。后述的用于确定 3D 检查用的检查区域 的处理也基于控制部 11 的控制, 由控制部 11 和其周边电路执行。
在图 1 中, 设为将通过控制部 11 所得的判断结果提供给显示部 16 进行显示的结 构。此外, 也可以设为将判断结果输出到外部从而传达给制造线的管理用的计算机装置等 的结构。此外, 控制部 11 上连接了操作部 17, 通过操作部 17 的操作可以进行各种调整等。
在该装置中进行检查时, 可进行用于检查基板 20 的平面形状的 2D 检查和用于检查基板 20 的立体形状的 3D 检查的双方。
在进行 2D 检查时, 通过照相机 30 拍摄作为被检查物的基板 20 的检查区域, 可通 过获得静止图像而进行检查。
在进行 3D 检查时, 通过照相机 30 拍摄作为被检查物的基板 20 的检查区域, 但在 利用后述的光栅条纹狭缝 46 将光栅条纹投影到基板 20 的状态下, 改变该光栅条纹的相位, 从而获得至少 4 张静止图像数据。关于改变光栅条纹的相位的处理将在后面叙述。然后, 对该多张静止图像数据进行图像分析, 从而判断基板 20 的检查区域的立体形状。在本实施 方式的情况下, 作为立体形状的判断, 判断基板 20 上所印制 ( 涂抹 ) 的焊料的高度和体积。 判断结果由控制部 11 取得。
接着, 说明用于进行在进行 3D 检查时所需的光栅条纹投射处理的、 光栅条纹投光 部的结构。
如图 2 所示, 3D 用投影部 40 配置在台子 10 的斜上方, 从该 3D 用投影部 40 投影光 栅条纹。
若参照图 1 说明投影光栅条纹的结构, 则将来自投光机 41 的光经由投影镜头 42, 斜着照射到作为被检查物的基板 20 的表面。这时, 在投光机 41 和投影镜头 42 之间配置了 光栅条纹狭缝 46。 在光栅条纹狭缝 46 上光栅条纹以一定间隔 ( 间距 ) 平行地形成, 通过投影来自投 光机 41 的光, 该光栅条纹被投影到作为被检查物的基板 20 的表面。
光栅条纹狭缝 46 配置为, 通过滑动板 45 可向与来自投光机 41 的光的光轴正交的 方向滑动。该滑动的方向也是向光栅条纹狭缝 46 上的光栅条纹平行排列的方向的滑动。
如图 1 所示, 滑动板 45 上螺钉装配部 45a 安装在滚珠丝杠 44 上。滚珠丝杠 44 设 为通过电机 43 旋转的结构, 设为通过基于电机 43 的滚珠丝杠 44 的旋转, 滑动板 45 平行移 动的结构。在本实施方式的情况下, 作为电机 43 使用脉冲电机, 通过从驱动脉冲发生部 12 提供驱动脉冲, 将滚珠丝杠 44 旋转驱动相当于该脉冲数目的量。因此, 在对电机 43 提供的 脉冲数目和滑动板 45 的平行移动量之间存在相关关系, 可通过提供给电机 43 的脉冲数目 来控制滑动量。
另外, 如图 1 所示, 由投影镜头 42 和光栅条纹狭缝 46 形成的角度 α、 由投影镜头 42 和被检查物 ( 基板 20) 形成的角度 β 设为利用了沙伊姆弗勒 (Scheimpflug) 的原理的 角度。 即, 通过设为利用了沙伊姆弗勒的原理的角度, 使斜向以一定的角度投影的光栅条纹 在基板 20 上的任何位置上都成为聚焦的状态。
[2.3D 测定用的光栅条纹的说明 ]
下面, 参照图 3 以及图 4, 说明在光栅条纹狭缝 46 上形成的光栅条纹的结构和该光 栅条纹的使用例。
图 3 是放大显示了光栅条纹的一部分的图, 将相位每次偏移 (1/2)π 的状态排列 显示。在图 3 的例子中, 各条纹沿左右方向配置, 条纹在上下方向以一定的间隔平行排列。
通过电机 43 的滑动板 45 的驱动, 光栅条纹的位置在上下方向偏移。
通过形成这样的光栅条纹, 在拍摄了该光栅条纹被投影后的图像时, 从光栅条纹 排列的方向观察到的光强度的变化, 成为图 4 所示的变化状态。即, 图 4 所示的光强度的变 化特性 L 为, 狭缝 46 的条纹的白色部分中强度最强的地方成为 L1, 狭缝 46 的条纹的黑色部
分中强度最弱的地方成为 L2, 成为以一定周期变化的正弦曲线的曲线特性。
在图 3 中, 在将图 3 的左端的相位 0 设为原点时, 将从该位置偏移了条纹的一个周 期 ( 一个间距 ) 的位置作为偏移了 2π 相位的位置。在测定立体形状的 3D 检查时, 获得投 影了如下 4 个状态的光栅条纹的状态下的静止图像。即, 设定相位 0 的原点的状态、 偏移了 一个周期的 1/4 的 (1/2)π 相位偏移的状态、 偏移了一个周期的 1/2 的 π 相位偏移的状态、 偏移了一个周期的 3/4 的 (3/2)π 相位偏移的状态的 4 个状态。并且, 对每次按照 1/4 相 位顺序偏移的、 各个状态的光栅条纹被投影的状态的被检查物单独进行拍摄。从而, 在 3D 检查时, 会利用照相机 30 对同一检查区域拍摄 4 次。
[3. 检查处理的说明 ]
下面, 参照图 5 ~图 10, 说明通过本实施方式的例子的检查装置进行基板的检查 时的处理例。
在本实施方式中, 例如图 7 所示那样, 对基板 20 上进行 2D 检查的区域的拍摄区域 21、 22、 23 内的焊料涂抹部 24、 25、 26 的焊料涂抹高度以及焊料体积, 利用 3D 检查进行测定 而检查。
若按照图 5 的流程图说明检查处理的流程, 则首先, 利用照相机 30 拍摄基板上的 各个拍摄区域 ( 例如图 7 所示的拍摄区域 21、 22、 23), 从而获得 2D 检查用的静止图像数据 ( 步骤 S11)。这时, 将一张基板上的各个拍摄区域作为单独的图像来拍摄, 或者一次性地拍 摄各拍摄区域以使其包含于一个图像内, 任意一种都可以, 但在这里例如设为单独拍摄各 拍摄区域。 然后, 在进行该 2D 检查用的静止图像的拍摄之后, 对于相同的拍摄区域, 进行 3D 检查用的静止图像的拍摄 ( 步骤 S12)。这时, 从已说明过的 3D 用投影部 40 将光栅条纹投 影的状态下, 利用照相机 30 进行拍摄。然后, 改变光栅条纹的相位, 对于一个拍摄区域至少 进行 4 张静止图像的拍摄。这时, 也同样可以是对各拍摄区域的每一个拍摄 4 张的情况和 将一张基板上的多个拍摄区域作为一个图像来拍摄的情况的任一种。
然后, 对在步骤 S12 中拍摄所得的光栅条纹的相位不同的 4 张图像进行合成处理, 并进行 3D 分析用的图像合成处理 ( 步骤 S13)。该 3D 分析的图像合成处理例如在图 1 所示 的控制部 11 的控制下, 通过处理在图像存储器 13 中存储的照相机 30 拍摄的图像数据而进 行。
接着, 对 2D 检查用的静止图像进行图像分析, 从而在 2D 检查中进行能够从二维形 状判定的检查 ( 步骤 S14)。 作为该检查之一, 检测各拍摄区域内涂有焊料的区域, 判断该焊 料涂抹区域的位置以及面积是否在预先决定的焊料涂抹位置的适当的范围内。
在进行该焊料涂抹区域的位置以及面积的判断时, 例如为了能够将通过照相机 30 拍摄的静止图像中的焊料颜色的部分和其他部分进行区分, 将图像数据设为二值化了的数 据。作为二值化图像数据, 例如将相当于焊料颜色的像素设为数据 1、 将相当于其他颜色的 像素设为数据 0 那样的数据。并且, 从该二值化后的图像数据中检测焊料的部分 ( 即在上 述的例子中数据 1 的部分 )。该二值化处理和从该二值化后的图像数据的检测处理也在控 制部 11 的控制下执行。
接着, 在控制部 11 的控制下, 对于在步骤 S14 中通过 2D 图像处理检测出的涂有 ( 印制 ) 焊料的区域, 进行基于 3D 图像的焊料涂抹高度以及焊料体积的检测处理 ( 步骤
S15)。这里, 具体地说, 对通过 2D 图像处理检测出的涂有焊料的各个区域的每一个, 从该焊 料涂抹区域中设定稍微窄的 3D 检查区域, 并检测所设定的区域的高度和每个区域的体积。
图 6 的流程图是表示了根据基于该 3D 图像的焊料涂抹高度以及焊料体积的检测 而进行基板的检查的状态的图。
若说明图 6 的流程图所示的检查处理, 则首先, 将基板上涂抹的抗焊剂的表面设 定为基准面 ( 步骤 S21)。 因此, 关于涂抹了抗焊剂的地方的高度, 也至少进行测定一处的处 理。然后, 判定涂抹了焊料的各区域内的各像素从基准面的高度 ( 步骤 S22)。
然后, 将该判定的各像素的高度按照焊料涂抹区域进行积分 ( 步骤 S23), 并将该 积分值设为焊料的体积。然后, 判断在步骤 S22 中判定的高度和在步骤 S23 中判定的积分 值是否恰当 ( 步骤 S24), 当一张基板都恰当时, 判定为是合格品 ( 步骤 S25)。当一张基板 中哪怕有一处不恰当的地方时, 判定为不合格品 ( 步骤 S26)。 判定结果通过显示等来告知。 或者, 也可以通过搬运所测定的基板的机构来划分合格品和不合格品。
下面, 参照图 7 ~图 10, 说明实际检查基板的状态的例子。
在本实施方式的例子中, 如图 7 所示, 对基板 20 上进行 2D 检查的区域的拍摄区域 21、 22、 23 内的焊料涂抹部 24、 25、 26 的焊料涂抹高度以及焊料体积, 利用 3D 检查进行测定 而检查。 这里, 若图 8 放大表示一个拍摄区域 21, 则假设在该拍摄区域 21 内例如存在 4 处 焊料涂抹部 24a、 24b、 24c、 24d。 这时, 通过 2D 测定, 根据实际的焊料的涂抹状态来检测该各 个焊料涂抹部 24a、 24b、 24c、 24d。
并且, 如图 8 所示, 在检测出的各个焊料涂抹部 24a、 24b、 24c、 24d 内, 设定用虚线 所示的 3D 检查区域 27a、 27b、 27c、 27d。该各个 3D 检查区域 27a、 27b、 27c、 27d 设为与焊料 涂抹部 24a、 24b、 24c、 24d 大致相同, 但比焊料涂抹部 24a、 24b、 24c、 24d 稍微窄的区域。具 体地说, 各 3D 检查区域 27a、 27b、 27c、 27d 的边缘比各焊料涂抹部 24a、 24b、 24c、 24d 的边缘 至少朝内侧一个像素 (pixel) 的量。这里, 一个像素是指拍摄的图像的像素。也可以朝内 侧比一个像素更富余的几个像素。
因此, 各 3D 检查区域 27a、 27b、 27c、 27d 成为仅涂有 ( 印制 ) 焊料的部分的区域, 没有配置焊料的地方不进行 3D 检查。
图 9 是以截面方式表示了设定有这些检查区域的基板 20 的一部分的图。
如图 9 所示, 在作为搭载了电路元件的电路基板的基板 20 的表面上, 配置有作为 涂抹焊料 61、 62 的电极部的焊盘 51、 52, 在该焊盘配置处以外的表面上配置抗焊剂 63。
这里, 在进行 3D 测定时, 将抗焊剂 63 的表面 H0 作为基准面, 将涂抹了膏状的焊料 61、 62 的高度 H1、 H2 作为从基准面 H0 的高度来检测。
图 10 表示检测出该高度以及体积的状态, 对 3D 检测区域 101 内的每个像素检测 图 10 所示那样的从基准面的高度, 判断各个高度是否恰当, 并且判断该区域 101 的整体的 体积是否恰当。该区域 101 的外侧的检测区域外 102 不进行 3D 检测, 因此例如视为基准面 H0 的高度。
这样, 进行高度以及体积的测定以及进行检查的区域, 成为从实际拍摄的图像判 断出的涂有焊料的特定区域, 根据实际的被测定物的状态进行最佳的检查区域的设定。因 此, 不会将作为目标的被测定物即膏状的焊料不存在的区域包含于高度和体积的检查区域
内。 即, 对于通过印制工序等涂抹了膏状的焊料的基板, 在预先将检查区域决定为一定的位 置而进行检查时, 为了应对印制偏差或焊料的体积过多, 需要测定比涂有焊料的范围稍宽 的范围的立体形状而进行检查。 相对于此, 在本实施方式的例子中, 即使存在印制偏差或焊 料的体积过多, 也由于检测实际的焊料涂抹区域而仅对该区域测定高度以及体积, 因此焊 料不存在的地方不会包含于 3D 检测区域内。也能够应对焊料的印制偏差或焊料的体积过 多。
尤其在本实施方式的情况下, 通过使各 3D 检查区域的边缘比检测出的各焊料涂 抹部的边缘部分稍微位于内侧, 具有能够大体正确地检测出涂抹了焊料的体积, 并且所检 测出的区域确实是具有焊料的部分的效果。
由此, 能够可靠地防止将作为目标的被测定物即焊料不存在的区域包含于 3D 测 定的检查区域内而导致的噪声产生, 不用进行用于消除噪声的特别的处理就能够进行良好 的检查。
例如, 不用进行在发明要解决的课题部分中已经说明的、 通过从不同的方向投射 的光栅条纹来进行多次立体形状测定的处理那样的、 基于费工夫的噪声去除方法的检查, 就能够进行简单且正确的立体形状的测定以及检查。
此外, 通过将二维图像二值化而检测出涂有 ( 印制 ) 焊料的地方, 从而具有能够通 过简单的判定处理来进行相应处的检测的效果。
进而, 通过将电路板上的抗焊剂的表面作为基准面来测定高度以及体积, 从而不 受印制了焊料的地方的焊盘的状态等的影响, 能够以一定的状态来测定高度以及体积, 具 有可进行均匀的测定以及检查的效果。
[4. 变形例 ]
另外, 在上述的实施方式中, 应用于检测电路基板的焊料涂抹 ( 印制 ) 处的检查 装置, 但只要是通过利用了光栅条纹的相位偏移法测定立体形状而检查的立体形状检查装 置, 则也可以应用于其他用途的装置中。
此外, 图 1 和图 2 所示的装置是适宜的一例, 只要是以同样的原理来进行测定和检 查的装置, 则也可以是其他的形状。
此外, 关于图 5 和图 6 的流程图所示的处理的顺序也是一例, 只要最终能够获得同 样的检查结果, 则也可以按照其他顺序来处理。
另外, 在本说明书中, 为了方便将基板上通过印制等涂抹的用于连接导电部的 构件 ( 合金 ) 称为焊料, 但这里的焊料也可以使用不包含铅的合金即所谓的无铅焊料 (lead-free soldering)。此外, 在本说明书中说明的焊料 ( 无铅焊料 ) 是通过印制工序等 涂抹的膏状焊料, 但也可以通过同样的处理来测定其他各种膏的涂抹 ( 印制 ) 状态而进行 检查。或者, 也可以应用于测定其他被测定物而进行检查。