专利名称：扫描头及可用该扫描头的外观检查方法和装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及扫描头和外观检查技术。本发明尤其涉及对被测体进行扫描以取得信息的扫描头及可用该扫描头的被测体外观检查方法和装置。
目前面临21世纪，信息技术(IT)和生物技术一起以世界规模规定新世纪的状态这一点是确实无疑的。IT领域中，用“翻卷书页”的词语象征商品周期短暂，缩短开发时间和减少开发费用具有前所未有的重要性，是掌握企业存亡的关键。
支持IT兴盛的硬件大体上可分为作为基础设施的因特网和作为终端的PC、PDA、便携电话等信息设备。后者，即各种终端设备，在爆炸性普及的背景中，技术革新带来的商品小型化和价廉所作贡献很大，高集成度设计支持这些贡献。
实现高集成度的要素，除各种工具的充实和半导体技术进步外，可举出高密度安装技术。高密度安装的关键在于制造技术和检查技术。安装部件后的印刷电路板(以下简称“电路板”)的检查，历来采用进行接触型测试的ICT(电路联机测试仪)等，但最近的高密度安装，接触型检查装置难适应，对非接触型，尤其是采用图像识别技术的外观检查装置的需求不断增长。
很早就知道外观检查中采用图像识别技术的方法本身。然而，在目前的状况下，经常很小的电路板也安装几百到1千个以上的元件，要求检查图像的析像度非常高。例如考虑20微米左右的析像度时，与部件安装相比，检查用的时间非常多，对激烈的商品开发竞争，这样的检查正在成为非常大的累赘。
在这样的情况下，本申请人先在日本专利申请特开平8-254500号公报中提出了装有行传感器的外观检查装置。该装置除当时普通的侧方照明源外，还设置落射照明源，并根据测试项目对两照明源进行切换。其情况说明如下。
现取
图1为被查体的电路板1。图2(a)、图2(b)分别示出侧方光6a和落射光6b的效果。如图2(a)所示，侧方光6a的反射光8a对部件2的水平面射向斜上方，对正确堆高的焊锡4的倾斜部分，则有一部分射向垂直上方。如图2(b)所示，落射光6b的反射光8b，在部件2的水平面几乎全反射到垂直上方，对上述倾斜部分则不是这样。
图3(a)、图3(b)分别示出由侧方光6a、落射光6b借助设置在电路板1垂直上方的CCD传感器取得的图像。如图3(a)所示，利用侧方光6a，则取得复印机那样的图像，比较容易判断部件导线部分的桥接(即焊锡使多条导线短路的安装缺陷)和部件的极性标记。如图3(b)所示，利用落射光6b，则可得对比度大的图像，立体件的轮廓部分和焊锡的倾斜部分照得黑。因此，比较容易判断部件位置偏差、缺件，以及焊锡是否正确焊在部件的电极和导线上。
尽管对外观检查装置的需求不断增加，上述检查速度还是本领域待解决的普遍课题。当然，对图像识别精度的要求越来越高。
本发明是鉴于上述状况而完成的，其目的在于提供一种外观检查技术及其所用要素技术，可满足处理速度和检查精度原本相悖的要求。本发明的另一目的在于提供对上述本申请人提出的技术的进一步改良。
本发明的一个方面涉及扫描头。该扫描头对具有三维形状的被查体进行扫描，它包括从垂直上方投射到所述被查体的检查面的落射照明源、检测从所述检查面射向垂直上方的反射光的一维传感器，以及插在所述落射照明源与所述被查体之间且具有透镜面和非透镜面的透镜状片；所述透镜状片配置成所述透镜面朝向所述被查体，而且其透镜槽的方向与所述一维传感器的扫描方面大致正交。“从垂直上方投射到检查面”意指以大致为零度的入射角投射到检查面。“从检查面射向垂直上方的反射光”系指以大致为零度的出射角反射的光。即，落射光与反射光大致沿同一轴行进。术语“落射”严格地说，是指入射角为零度的状态，但本说明书中对装置实际状态而言，也可以零入射角为中心具有某种程度的宽度。
落射照明源例如具有一维形状，并位于与上述一维传感器平行。一维传感器为CCD传感器及其他任意的图像获取传感器。“一维传感器的扫描方向”通常为该传感器的纵向，该传感器与检查面的相对运动方向一般为垂直。本说明书中，下文将此相对运动方向称为“驱动方向”，以区别于扫描方向。“透镜”一般是柱面透镜，但只要在本发明中具有同等效果，其他透镜也可以。
根据上述方面，在所述透镜面上，来自所述落射照明源的光产生折射，可设定得对所述检查面垂直行进的分量优于其他分量。因此，能精度较高地进行利用落射光的检查。
所述透镜状片可在所述非透镜面上分别正对各所述透镜槽的位置，带有线状遮光材料。这时，如后文所述，产生阻挡所述检查面垂直行进的光分量以外的其它光分量的作用。因此，有助于改善利用落射光的检查精度。
本发明的另一方面涉及扫描头。与上述扫描头相比，此扫描头的非透镜面结构不同。即，为了抑制射向所述被查体的光扩散，非透镜面带有对入射光起缝隙作用的遮光材料。这时也可取得上述效果。
本发明的再一方面涉及扫描头。此方面中，透镜状片具有双面为透镜的结构。主透镜面朝向所述被查体，而且其透镜槽的方向与所述一维传感器的扫描方向大致正交。副透镜面构成朝向所述落射照明源，并且形成该面的各透镜正对形成所述主透镜面的各透镜。又，在与主透镜面的透镜槽对置的副透镜面的透镜边界部，带有线状遮光材料。利用此结构，上述效果一般会再提高。后面的实施形态将加以说明。
本发明的再一方面涉及外观检查装置。此装置包含扫描头和对包含该扫描头的本装置总体进行统一控制的主单元。扫描头包含落射照明源、检测从检查面射向垂直上方的反射光并产生图像数据的一维传感器，以及上述或与上述类似的透镜状片。主单元包含控制所述扫描头与所述被测体的相对运动的扫描头控制单元，以及将所述图像数据与规定的是否合格判断基准对照，每一检查项目判决是否合格的解析单元。利用此装置，能有效实施采用落射光的测试(以下简称为“落射测试”)。
本发明的再一方面涉及扫描头。此扫描头具有检测从检查面射向垂直上方的反射光的一维传感器、在所述检查面的垂直上方沿所述一维传感器的扫描方向配置的落射照明源，以及在所述检查面的斜上方沿所述一维传感器的扫描方向配置的侧方照明源；所述落射照明源在所述检查面的垂直上方沿所述一维传感器的扫描方向配置，而且具有规定的宽度，能构成使带状贯穿该宽度中央部的第1区域和其外的第2区域分别独立控制点亮。此结构中，可在落射测试时，只点亮第1区域或第1和第2区域都点亮，并可在进行用侧方照明的测试(以下简称为“侧方测试”)时，点亮第2区域作为辅助光。
第1区域可以成为接收从该区域照明产生的所述反射光接近最大值的落射测试理想区域。落射光应得的图像是高对比度反射光图像。现将一维传感器配置成检测射向检查面垂直上方的反射光，因而从垂直上方投下落射光，就能得到高对比度图像。然而，因为这里使落射照明源具有宽度。因而即使来自其中央附近的照射有上述现象，也往往宁愿来自边缘的照射形成接近侧方照明的现象。于是，将所测图像为高对比度的所述中央部分定为第1区域，当作“落射测试理想区域”。反之，使第2区域在侧方测试时点亮，用于增强侧方照明。
本发明的再一方面涉及外观测试方法。该方法包含以下工序选择第1测试模式；在第1测试模式，从设置在所述被查体检查面的垂直上方的落射照明源投下落射光，以行为单位对所述检查面进行扫描；检测第1测试模式中进行所述扫描期间从所述检查面射向垂直上方的反射光，以行为单位生成所述检查面的图像数据；选择第2测试模式；在第2测试模式，同时照射设置在所述检查面斜上方的侧方照明源来的侧方光和所述落射照明源内其中央部以外的区域照明而得的增强光，以行为单位扫描所述检查面；检测第2检测模式中进行所述扫描期间从所述检查面射向垂直上方的反射光，以行为单元生成所述检查面的图像数据。
第1测试模式例如为落射测试，第2测试模式例如为侧方测试。此方面利用所述增强光可提高侧方测试的精度。落射照明源的一部分还兼作增强光供应源，可在成本和安装上得到好处。
又，以行为单元交错进行第1测试模式和第2测试模式，并可用一次扫描形成所述第1测试模式的所述图像数据和所述第2测试模式的所述图像数据。这种情况下，当然能缩短测试时间。
以上组成要素的任意组合，作为装置表现的结构置换为方法和系统构成的形态及其相反的形态等，对本发明均有效。
图1是作为被查体例子的电路板的外观图。
图2(a)和图2(b)是分别示出侧方测试的侧方光、落射测试的落射光及其反射光方向的图。
图3(a)和图3(b)是分别示出侧方测试、落射测试中所得图像例的图。
图4是实施形态所涉及外观检查装置的总体组成图。
图5是实施形态所涉及测试单元的详细立体图。
图6是含测试单元的扫描单元的侧视图。
图7(a)、图7(b)、图7(c)分别是照明单元所装透镜状片的结构图。
图8是示出图7(c)的透镜状片和通过该片的落射光的图。
图9是示出落射照明源所发落射光照射到电路板上2个安装件的状态的图。
图10是示出用落射光沿驱动方向拍摄安装部件所得图像的图。
图11是示出用落射光沿扫描方向拍摄安装部件所得图像的图。
图12(a)、图12(b)分别是示出落射测试和侧方测试时照明点亮或熄灭状态的图。
图13是具有残留焊剂和焊锡桥的已装IC的立体图。
图14是示出侧方测试时来自残留焊剂和焊锡桥的反射光强度的图。
图15是示出分别进行落射测试和侧方测试的过程的流程图。
图16是示出交错进行落射测试和侧方测试的过程的流程图。
附图中符图说明1是电路板，10是外观检查装置，12是主单元，14是测试单元，16是扫描头，30是照明单元，34是行传感器，40是扫描头控制单元，42是存储器控制单元，44是存储器，46是解析单元，54是图像数据，100是落射照明源，102是侧方照明源，104是丙烯酸树脂片，106是透镜状片，108是半透明反射镜，110是扫描方向，114是驱动方向，120是LED(发光二极管)群，130是透镜面，132是非透镜面，134是遮光材料，136是主透镜面，138是副透镜面，160是落射光，162是侧方光，164是辅助光，220是焊锡桥反射光的光量区，222是残留焊剂反射光的光量区。
下文参照附图，叙述本发明的实施形态。
图4示出实施形态所涉及外观检查装置10的组成。此装置用行传感器对被查体的检查面进行扫描，形成图像，并借助图像识别判定部件安装状态是否合格。通过与行传感器扫描方向垂直地驱动扫描头，依次取得每行的图像，以扫描头的一维运动完成检查。作为另一类型的外观检查装置，有的装置使扫描头作二维移动后停止，并重复此过程，逐点进行拍摄。但这时，机构系统通常复杂，往往检查时间长。在这点上，采用本实施形态的一维传感器是有利的。
如图4所示，外观检查装置10具有主单元12和测试单元14。在测试单元14的下部设有支承台22，支承作为被查体的电路板1。在测试单元14的上部，设有扫描头16、驱动该扫描头的步进电动机20和支持扫描头16的直线导轨等导轨18。
扫描头16具有照明单元30、透镜32和行传感器34。这些构件固定在机架36上。照明单元30内装后述的落射照明源、侧方照明源、半透明反射镜等。从电路板1射向垂直上方的反射光用半透明反射镜导向透镜32，穿过该透镜32后，输入到作为一维CCD传感器的行传感器34。行传感器34以行为单位对电路板1进行扫描，并输出其图像数据54。
主单元12是对本装置进行总体统一控制的设备，硬件上可用任意计算机CPU、存储器和其它LSI实现，软件上可借助存储器所装具有外观检查功能的程序等实现，但这里示出由软、硬件联合实现的功能块。因此，本领域技术人员应理解能仅用硬件、仅用软件或用软、硬件组合，以各种形式实现这些功能块。
主单元12的扫描头控制单元40首先对照明单元30输出照明控制信号50，实现随测试内容而不同的点亮状态。进而，扫描头控制单元40分别对电动机20输出电动机控制信号52，对存储器控制单元42输出测试启动信号56。利用电动机控制信号52完成电动机20的步进控制，而且在检查开始时，扫描头16移到电路板1的端部。以下称该位置为“起始位置”。此后，每扫描一行就由电动机控制信号52使扫描头16前进一行。另一方面，参照测试启动信号56，存储器控制单元42控制图像数据54对存储器44的写入，然后以行为单位将图像数据54加以记录。
解析单元46，与扫描并行或在扫描结束后，从存储器44读出图像数据54，并对照判决基准存储部48预先存储的判决基准，每一检查项目判断是否合格。作为检查项目，有落射测试的元件位置偏差、缺件、焊锡润湿等方面的判断，以及侧方测试的有无焊锡桥、安装部件错误、极性颠倒等方面的判断。例如，落射测试的焊锡润湿判断如图10所示，若在部件电极周围同样产生黑暗部分，则可认为合格，而若在离开电极处产生黑点，则可认为不合格。后一情况下，很可能焊锡不是沾在电极上，而是未熔化并以低山状残留在电路板1的焊点上。总之，判决基准存储部48预先对要检查的电路板1的部件安装记录有关合格与否的判决基准或基准图像，并应用这些基准或图像对行传感器实际取得的图像进行合格与否的判决。
图5为测试单元14的立体图。力6为从扫描方向110看测试单元114的示意图。照明单元30具有落射照明源100和侧方照明源102，这些照明源包围半透明反射镜108。落射照明源100与半透明反射镜108之间插入透镜状片106，落射光通过透镜状片106、半透明反射镜108，以大致为零度的入射角照射电路板1的检查面。侧方照明源102的下方设有丙烯酸树脂片。在本实施形态中，使落射照明源100具有宽度，以顾及电路板1挠曲时也存在入射角为零度的落射光分量。
如图6所示，落射照明源100配置成从中央分成两块副电路板100a、100b，并分别在扫描方向110具有3列LED(发光二极管)群120。这两块副电路板100a和100b配置成以微妙地往内侧相合的形式连接，使各自的LED群120将落射光有效地照到检查中的行112。另一方面，两个侧方照明源102分别具有4列LED群120，并且和落射照明源100一样带有倾斜，使侧方光有效地照到所述行112。在半透明反射镜108反射所述行112发射的反射光，使该光朝向透镜32。图5中示出此过程，即来自落射照明源100内某点P的落射光L1在电路板1上的点Q附近反射，该反射光L2由半透明反射镜108再次反射，所得反射光L3入射到透镜32。落射照明源100中央附近的2列LED群120和其外的4列LED群120具有各自未图示的电源，以便可控制成分别独立点亮。
丙烯酸树脂片104使来自侧方照明源102的侧方光扩散。当侧方照明源102是点光源LED的集合体，因而没有扩散作用时，会担心点状光出现在图像数据中而对检查精度产生不良影响。透镜状片106在图9至图11中详述其意义，其作用在于对扫描方向110将落射光集中为垂直于电路板1的分量。透镜状片106还实现对落射光的扩散作用。
在图5或图6的状态下，取入一行图像数据，则由导轨18将扫描头16往驱动方向114前进一行。此后，重复进行同样的处理，从而取得整块电路板1的图像数据。
图7(a)、图7(b)和图7(c)分别示出透镜状片106的不同形态。图7(a)的例子中，透镜状片106的状态为透镜面130朝向电路板1侧，非透镜面132朝向落射照明源100侧并由照明单元30的壳体夹持。该例中，透镜面130为柱面透镜的连续体，非透镜面132为平面或与其等效的面。
图7(b)的例子也大致相同，但非透镜面132上涂敷条状遮光材料134。在与构成透镜面130的多个透镜槽相对的位置上设置遮光材料134。此结构比图7(a)的结构调整落射光的效果更好。
图7(c)的例子中，透镜状片106双面形成透镜，电路板1的一侧为主透镜面136，落射照明源100的一侧为副透镜面138。与副透镜面138相比，主透镜面136各透镜的柱面直径略大，主透镜面136与副透镜面138，其透镜一一相互对应。而且，副透镜面138各透镜的边界部分形成往落射照明源100方向隆起，并在该部分涂敷遮光材料134。根据本申请人的实验结果，图7(c)的例子中，对齐落射光的效果最大，而且在对落射光的开口率方面也没有发现大问题。
在日本专利申请特开平10-300909号公报中揭示与这些透镜状片106同等的结构，但与利用该公报与其它透镜状片的一般结构相反，本发明在光路的下行一侧配置透镜面或主透镜面。
图8将图7(c)的透镜状片106的一部分加以放大，并同时示出落射光的光路。落射光对各种方向扩散，并且包含对副透镜面138具有较大入射角的光L10、L12。这样的光L10、L12经过副透镜面138的折射和主透镜面136的折射，如图8所示，使对电路板1的入射角接近零度。另一方面，预先用遮光材料134阻塞经过透镜状片106的折射后入射角不接近零度的光14的光路。
图9为无透镜状片106时出现缺陷的说明图。现仅限于阐述落射照明源100和电路板1。来自落射照明源100的落射光只有照射在检查中的行112上的分量涉及图像数据的形成。因此，仅根据此事实，对驱动方向114而言，可假定落射光大致垂直照射电路板1。然而，扫描方向110则情况不同。即，如图9所示，对扫描方向110而言，以落射照明源110中任意处为起点的任意方向的光到达行112。换句话说，对扫描方向112实质上不能实现落射光。
现考虑按不同方向装在电路板1上的两块芯片部件140、142。第1部件140安装成连接其两电极的方向与扫描方向110垂直。第2部件142安装成连接其两个电极的方向与扫描方向一致。进行落射测试时，第1部件140在其正确安装的情况下，从焊锡斜面和部件倾斜部分来的反射光几乎未到达行传感器34，从而如图10所示，产生包围第1部件140的黑暗图像区域150。
另一方面，如图11所示，第2部件142即使正确安装，包围第2部件142的黑暗图像区域150也由较亮的区域152断开，本发明者认为会导致妨碍是否合格的判决。这是因为如上文所述，对扫描方向110未实现落射光，混有来自各种方向的光，因而焊锡斜面和部件倾斜部分充分将反射光送回行传感器34。换句话说，落射照明源100沿其纵向依然照入明亮区域152。
本实施形态根据上述见解，采用透镜状片106。透镜状片106插在落射照明源100与电路板1之间，并调整得使其透镜槽的方向与扫描方向100大致垂直，从而利用图8中说明的光路调整效应消除图11所示的问题。这点已由实验证实。
实施形态的另一考虑在于照明强度。图12(a)和图12(b)分别用斜线示出落射测试时和侧方测试时点亮的LED群120。首先在落射测试时，点亮全部落射照明源100，从电路板1的垂直上方照射落射光160。使落射照明源100在驱动方向具有宽度，以便适应电路板1的翘曲或挠曲。
另一方面，在侧方测试时，点亮全部侧方照明源102，投射侧方光162，同时使落射照明源100的外侧共计4列LED群120点亮，投射辅助光164。从图2(a)和图2(b)也可知，落射照明源100与侧方照明源120同等亮度时，行传感器34检测的侧方光6a产生的反射光8a比落射光60产生的反射光8b暗。因此，为对此进行补偿，如图12(b)所示，不点亮落射照明源100的中央附近区域(以下称为“第1区域”)。这是因为第1区域产生的光为大致理想的落射光160，虽然进行侧方测试，但仍得到与落射测试相同的图像，不能达到测试目的。与此相反，第1区域可规定为落射测试中投射理想落射光的范围。再者，从与侧方光162不同的角度投射辅助光164，因而接近侧方测试中原来希望的状态，即接近从拍摄部分的整个周围均匀照光的状态。
现假设从落射照明源100到电路板1的距离为约100mm，从透镜状片106到电路板1的距离为约70mm，虽然取决于电路板1的状态和其他状况，但在某一试验中，第1区域为偏离扫描行正上方±2度～3度。本实施形态中，从余量的角度将第1区域取得略为大些，使落射照明源100的中央2列LED群120熄灭。
图13、图14为辅助光164的含义的说明图。如图13所示，考虑表面安装型IC200。安装后，IC200的引脚202之间存在残留的焊剂(以下简称为“残留焊剂”)206和安装欠佳的焊锡桥204。残留焊剂206也往往出现在引脚202之间，检查中只需要正确判断焊锡桥204为不合格。该检查作为侧方测试的一个项目进行。
图14对残留焊剂206和焊锡桥204示意说明侧方测试时行传感器34所检测的光量。如该图所示，仅有侧方光162时，残留焊剂206的反射光引起的光量范围222与焊锡桥204的反射光引起的光量范围220比较接近。侧方光162上追加辅助光164时，残留焊剂206所涉及的光量范围222几乎没有变化，但焊锡桥204所涉及的光量范围220移到光量大的一侧。根据本发明者发现的这种特性，使检查用的动态范围增大，可提高两者的识别精度。以上为加到本实施形态的第2点考虑，在最近较少洗净焊剂的安装现场，这是重要的检查技术。
图15为示出以上结构的外观检查装置10所进行检查过程的流程图。这里示出的例子首先用落射测试取得整个电路板1的图像数据，接着用侧方测试同样取得图像数据，从而进行检查。
如图15所示，首先将表示图像形成次数的计数器n置零(S10)，选择作为第1模式的落射测试模式，并将扫描头16送到起始位置(S12)。随着选择落射测试模式，扫描头控制单元40将落射照明源100置于点亮状态，将侧方照明源102置于熄灭状态。
然后，由行传感器34进行第1行扫描(S14)，并将其图像数据54写入存储器44(S16)。接着，由扫描头控制单元40接扫描头16往驱动方向馈送一行(S18)，并按照预先输入的电路板1有关信息，判断该位置是否扫描结束位置，即是否电路板1的结束端(S20)。只要不是结束位置(S20中的“否”)，就反复进行对行的扫描、对存储器44的写入和扫描头16的馈进(S14、S16、S18)，取得整个电路板1的落射测试图像。
取得整个电路板1的图像时，扫描头16到达结束位置(S20中的“是”)，使计数器n递增(S22)，并判断该n是否为2(S24)。现n仍为1，因而处理进至S26，选择作为第2测试模式的侧方测试模式后，扫描头16返回起始位置(S26)。随着选择侧方测试模式，将落射照明源100的中央部分(即第1区域)置于熄灭状态，将此外的落射照明源100的区域(即第2区域)置于点亮状态，而且将侧方照明源102也置于点亮状态。接着，将起始位置作为起始点，反复进行对行的扫描、对存储器44的写入和扫描头16的馈进(S14、S16、S18)，取得整个电路板1的侧方测试图像。取得整个图像时，扫描头16到达结束位置(S20中“是”)，使计数器n递增(S22)。该n变为2，因而处理从S24的“是”进至S28。
在S28进行涉及各项目的检查。解析单元46从存储器44读出落射测试时取得的图像，检查落射测试项目，接着读出侧方测试时取得的图像，对侧方测试项目进行检查。从判决基准存储部48读出判决是否合格用的基准等信息，并加以利用。检查结束时，显示其结果(S30)，并结束一系列的处理。本领域技术人员应理解，运用上存在各种变形例，合格与否不仅可显示，而且也可记录到存储器44，并在全部项目合格时不显示其结果等。作为第1模式，先进行侧方测试；作为第2模式后进行落射测试。这样安排也可以。当然也可以使图像数据54的获取和检查尽可能并行处理。
使落射光点亮与侧方光和辅助光点亮交错进行，可在扫描头16仅在电路板1上移动一次的期间，分别且一次形成落射测试用和侧方测试用两种图像。因此，外观检查装置10的图像分辨率足够高，即使隔一行分别取得上述图像也足以达到检查目的。
图16示出交错方式的检查过程，其中将包含作为起始位置的第1行的奇数行设定为落射测试用，将偶数行设定为侧方测试用。
首先，选择作为第一模式的落射测试模式，并将扫描头16馈送到起始位置(S50)。其次，进行第1行的扫描(S52)，并将其图像数据54写入存储器44(S54)。将扫描头16往驱动方向送一行(S56)，并判断该位置是否扫描结束位置(S58)。不是结束位置(S58中为“否”)，则切换到侧方测试模式(S60)，在侧方光和辅助光的基础上进行第2行扫描、对存储器44写入和扫描头16的馈进(S52、S54、S56)。反复进行S52至S60的处理，直到扫描头16处于结束位置，从而由落射光形成奇数行的图像外，还由侧方光和辅助光形成偶数行的图像。
若扫描头16到达结束位置，则处理从S58的“是”进至S60，与图15相同，进行各项目有关检查(S60)和结果显示(S62)，从而结束一系列的处理。
利用交错方式，当然可缩短检查时间。对一块电路板1仅将扫描头16往驱动方向移动一次即可，因而也有利于将外观检查装置10装到生产流水线。这时，例如将扫描头16这一侧做成固定式，将电路板1的支承台22做成传送带，就能原样检查生产流水线上运行的电路板1。
以上根据若干实施形态对本发明进行了说明。本领域技术人员应理解这些实施形态为例示，其各组成要素和处理过程的组合可以有各种变形例，而且这种变形例也属于本发明的范围。下面举出若干这种变形例。
实施形态中，作为被查体，考虑了电路板1，但外观检查装置10的应用不限于此。例如，可用于BGA(Ball Grid Array球栅阵)型大规模集成电路(LSI)的引脚检查，还可广泛用于含有落射测试和侧方测试组合的各种检查。
实施形态中，与落射照明源100并行设置2组侧方照明源102，但也可将其设置为3组、4组或更多。例如，设置4组时，可在图5的侧方照明源102的纵向端部附近设置新的侧方照明源102，并配置成4组侧方照明源包围要检查的行。总之，能确保侧方光较多，通常较好。
实施形态中，在透镜状片106上设置黑色条状遮光材料，但不限于这种形状，起缝隙作用并取得同样效果的任一结构均可。同样，丙烯酸树脂片104也可为具有扩散作用的其他材料。
实施形态中，用LED群120实现落射照明源100和侧方照明源102，但也可用荧光灯等其它手段实现该照明源。不过，以交错方式应用时，一般要点亮和熄灭足够快的元件，LED群120满足该条件。通常LED群120在工作寿命方面也比荧光灯有利得多。
实施形态中，落射照明源100和侧方照明源102的LED群120分别取为6列和4列，但当然不限于这些数字。落射照明源100和侧方照明源102通常都包含沿扫描方向110排列的m列LED群120，可由这些LED内中央附近的n列(n＜m)发光二极管群形成第1区域，但也可以是具有本发明同等效果的其他结构。
实施形态中，投射增强光时，理想落射光投射区域(即第1区域)的LED群120熄灭。作为另一方法，也可以在进行侧方测试时，中间插入遮蔽来自第1区域的光的构件。作为透光和遮光切换比较快而且不移动功能构件加以实现的方法，例如可在中间插入液晶板，并控制第1区域所对应部分的透射性。
实施形态中，分别构成落射照明源100和侧方照明源102，但也可构成一个整体。落射照明源100与侧方照明源102之间不需要有空隙，只要能确保从半透明反射镜108通往透镜32的光路，可进行各种设计。
不希望落射照明源100中仅第1区域在不同控制下点亮时，还有一种方法是进行侧方测试时，使落射照明源100全部弱照明。“弱照明”其含义为点亮得比落射测试的亮度暗。尤其在落射照明源100的宽度某种程度上较大时，即使弱照明，作为增强光也往往有用。
图4将主单元12和测试单元14示为一体，但这两个单元也可分别位于不同处。例如，也可以将测试单元14装到工厂的生产流水线，主单元12则位于用任意网络连接测试单元14的解析中心等机构。也可构成测试单元14放在用户端，主单元12放在解析中心，从而为承办用户解析业务的商用模式。
根据本发明，可提高外观检查精度，并能按情况缩短检查时间。
权利要求
1.一种扫描头，对具有三维形状的被查体进行扫描，其特征在于，它包括从垂直上方投射到所述被查体的检查面的落射照明源、检测从所述检查面射向垂直上方的反射光的一维传感器，以及插在所述落射照明源与所述被查体之间且具有透镜面和非透镜面的透镜状片；所述透镜状片配置成所述透镜面朝向所述被查体，而且其透镜槽的方向与所述一维传感器的扫描方面大致正交。
2.如权利要求1所述的扫描头，其特征在于，所述透镜状片在所述非透镜面上分别正对各所述透镜槽的位置上，带有线状遮光材料。
3.一种扫描头，对具有三维形状的被查体进行扫描，其特征在于，它包括从垂直上方投射到所述被查体的检查面的落射照明源、检测从所述检查面射向垂直上方的反射光的一维传感器，以及插在所述落射照明源与所述被查体之间且具有透镜面和非透镜面的透镜状片；所述透镜状片配置成所述透镜面朝向所述被查体，而且其透镜槽的方向与所述一维传感器的扫描方面大致正交；为了抑制射向所述被查体的光扩散，在所述非透镜面上带有对入射光起缝隙作用的遮光材料。
4.一种扫描头，对具有三维形状的被查体进行扫描，其特征在于，它包含从垂直上方投射到所述被查体的检查面的落射照明源、检测从所述检查面射向垂直上方的反射光的一维传感器，以及插在所述落射照明源与所述被查体之间且具有主透镜面和副透镜面的透镜状片；所述主透镜面构成朝向所述被查体，而且其透镜槽的方向与所述一维传感器的扫描方向大致正交；所述副透镜面构成朝向所述落射照明源，并且形成该面的各透镜正对形成主透镜面的各透镜；在与所述主透镜面透镜槽对置的所述副透镜面的透镜边界部，带有线状遮光材料。
5.如权利要求1至4中任一所述的扫描头，其特征在于，所述扫描头还包含从斜方投射到所述被查体的侧方照明源，并构成可有选择地点亮所述落射照明源和所述侧方照明源。
6.如权利要求1至5中任一所述的扫描头，其特征在于，所述落射照明源在所述检查面的垂直上方沿所述一维传感器的扫描方向配置，而且具有规定的宽度，构成可控制使带状贯穿该宽度中央部的第1区域和其外的第2区域分别独立点亮。
7.一种外观检查装置，对具有三维形状的被查体的外观进行检查，其特征在于，它包含对所述被查体进行扫描的扫描头，以及对包含该扫描头的本装置总体进行统一控制的主单元；所述扫描头包括从垂直上方投射到所述被查体的检查面的落射照明源、检测从所述被检查面射向垂直上方的反射光产生图像数据的一维传感器，以及透镜状片，该片插在所述落射照明源与所述被查体之间，其透镜面朝向所述被查体，并且为了抑制射向所述被查体的光扩散，其非透镜面上带有对入射光起缝隙作用的遮光材料；所述主单元包含控制所述扫描头与所述被查体的相对运动的扫描头控制单元，以及将所述图像数据与规定的是否合格的判断基准对照并每一检查项目判决是否合格的解析单元。
8.一种扫描头，对具有三维形状的被查体进行扫描，其特征在于，它具有检测从所述被查体的检查面射向垂直上方的反射光的一维传感器、在所述检查面的垂直上方沿所述一维传感器的扫描方向配置的落射照明源，以及在所述检查面的斜上方沿所述一维传感器的扫描方向配置的侧方照明源；所述落射照明源具有规定的宽度，并构成可控制使带状贯穿宽该宽度中央部的第1区域和其余的第2区域分别独立点亮。
9.如权利要求8所述的扫描头，其特征在于，所述第1区域是接收该区域照明所产生所述反射光接近最大值的落射测试理想区域。
10.如权利要求8或9所述的扫描头，其特征在于，所述落射照明源包含沿所述扫描方向排列的m列发光二极管；所述第1区域由这些m列中靠近中央的n列(n＜m)发光二极管群构成。
11.一种外观检查装置，对具有三维形状的被查体的外观进行检查，其特征在于，它包含对所述被查体进行扫描的扫描头，以及对包含该扫描头的本装置总体进行统一控制的主单元；所述扫描头具有检测从所述被查体的检查面射向垂直上方的反射光并产生图像数据的一维传感器、在所述检查面的上方沿所述一维传感器的扫描方向配置的落射照明源，以及在所述检查面的斜上方沿所述扫描方向配置的侧方照明源；所述落射照明源具有规定的宽度，并构成可控制使带状贯穿该宽度中央部的第1区域和其外的第2区域分别独立点亮；所述主单元包含控制所述扫描头的照明和所述扫描头与所述被查体的相对运动的扫描头控制单元、控制将所述图像数据存放到存储器的存储器控制单元，以及将存放到所述存储器的图像数据与规定的是否合格判断基准对照，第一检查项目判决是否合格的解析单元。
12.如权利要求11所述的外观检查装置，其特征在于，所述扫描头控制单元在第1测试模式置于点亮所述落射照明源的状态，在第2测试模式置于点亮所述侧方照明源和所述落射照明源中的第2区域的状态，而且处于熄灭所述第1区域的状态。
13.如权利要求11所述的外观检查装置，其特征在于，所述扫描头控制单元使所述第1测试模式与所述第2测试模式交错，反复切换所述落射照明源和所述侧方照明源的点亮和熄灭；所述存储器控制单元使所述存储器的图像数据写入交错进行，从而所述存储器内分开形成所述第1测试模式应得图像数据和所述第2测试模式应得图像数据。
14.如权利要求11所述的外观检查装置，其特征在于，所述扫描头控制单元在第1测试模式置于点亮所述落射照明源的状态，在第2测试模式置于点亮所述侧方照明源的状态，而且置于使所述落射照明源弱照明的状态。
15.如权利要求8至14中任一所述的外观检查装置，其特征在于，所述扫描头还包含插在所述落射照明源与所述被查体之间的透镜状片；所述透镜状片配置成其透镜面朝向所述被查体，而且其透镜槽的方向与所述一维传感器的扫描方向大致正交。
16.一种外观检查方法，对具有三维形状的被查体进行检查，其特征在于，该方法包含以下工序选择第1测试模式；在第1测试模式，从设置在所述被查体检查面的垂直上方的落射照明源投下落射光，以行为单位对所述检查面进行扫描；检测第1测试模式中进行所述扫描期间从所述检查面射向垂直上方的反射光，以行为单位生成所述检查面的图像数据；选择第2测试模式；在第2测试模式，同时照射设置在所述检查面斜上方的侧方照明源来的侧方光和所述落射照明源内其中央部以外的区域照明而得的增强光，以行为单位扫描所述检查面；检测第2检测模式中进行所述扫描期间从所述检查面射向垂直上方的反射光，以行为单元生成所述检查面的图像数据。
17.如权利要求16所述的外观检查方法，其特征在于，所述第1测试模式扫描工序包含通过配置成透镜面朝向所述被查体且透镜槽方向与所述扫描方向大致正交的透镜状片，使所述落射光方向一致的处理工序。
18.如权利要求16或17所述的外观检查方法，其特征在于，以所述行为单位交错进行所述第1测试模式和所述第2测试模式；用一次扫描形成第1测试模式的所述图像数据和所述第2测试模式的所述图像数据。
全文摘要
在检查印刷电路板等的行传感型外观检查装置中,要求改善检查精度和缩短测试时间这两相互对立的指标。为此,外观检查装置的测试单元(14)具有扫描头。扫描头具有照明单元(30)和行传感器(34)。照明单元(30)具有落射照明源(100)和侧方照明源(102)。落射照明源(100)与被查体之间设有对齐落射光用的透镜状片(106)。进行侧方测试时,落射照明源(100)内除中央部分以外的区域也照明,对侧方光产生辅助光。
文档编号G01N21/88GK1337576SQ0111110
公开日2002年2月27日 申请日期2001年2月27日 优先权日2000年8月11日
发明者秋山吉宏, 岩野行雄 申请人:株式会社先机