外观检查装置及外观检查方法

外观检查装置及外观检查方法
【专利摘要】本发明提供外观检查装置及外观检查方法，能够恰当地判断焊料的状态是否良好。具体而言，在这些外观检查装置及外观检查方法中，探索焊料(B)的表面(Bs)存在的倾斜(凹倾斜区域(Gc))，基于其结果来判断焊料(B)的状态是否良好。通过这样不基于焊料(B)的高度而是基于焊料(B)的表面(Bs)的倾斜，能够恰当地判断焊料(B)的状态是否良好。
【专利说明】
外观检查装置及外观检查方法
技术领域
[0001 ]本发明涉及检查焊料的外观的外观检查装置及外观检查方法。
【背景技术】
[0002] 专利文献1、2中提出了一种测定对象物的三维形状的技术。特别是专利文献1的基 板外观检查装置测定在基板上接合元件的焊料的圆角的高度。具体而言，该基板外观检查 装置将颜色相互不同的多个光分别从不同的方向照射焊料，并利用配置于焊料上方的照相 机拍摄焊料。而且，基于拍摄结果所显现的焊料表面的各区域的颜色，设定表示焊料表面的 倾斜角度的变化的近似曲线，并对该近似曲线进行积分，由此确定焊料的高度。这样确定的 焊料的高度用于判断焊料的状态是否良好的基准。
[0003] 专利文献
[0004] 专利文献1:日本特开2010-071844号公报
[0005] 专利文献2:日本特开2008-122361号公报

【发明内容】

[0006] 发明要解决的课题
[0007] 但是，在以焊料高度为基准的方法中，可能无法恰当地判断焊料的状态是否良好。 例如，由于焊料的浸润性差，因此，如元件不沾焊料，则焊料的量在元件附近较少，另一方 面，随着离开元件，焊料可能会有焊料隆起的不良形状。该不良形状在离开元件的位置具有 一定程度的高度。因此，在以焊料高度为基准的方法中，可能会将具有该不良形状的焊料的 状态误判断为良好。
[0008] 本发明是鉴于上述课题而研发的，其目的在于，提供能够恰当地判断焊料的状态 是否良好的外观检查装置及外观检查方法。
[0009] 用于解决课题的方案
[0010] 本发明为了达成上述目的，提供一种外观检查装置，具备:计测部，计测将元件接 合于基板上的焊料的表面的三维形状;及控制部，基于三维形状的计测结果，探索焊料的表 面存在的倾斜，控制部基于探索了倾斜的结果，判断焊料的状态是否良好。
[0011] 本发明为了达成上述目的，提供一种外观检查方法，具备如下工序:计测将元件接 合于基板上的焊料的表面的三维形状;基于三维形状的计测结果，探索焊料的表面存在的 倾斜;及基于探索了倾斜的结果来判断焊料的状态是否良好。
[0012] 这样构成的本发明（外观检查装置、外观检查方法）中，探索焊料表面存在的倾斜， 且基于该结果判断焊料的状态是否良好。通过这样不基于焊料的高度而是基于焊料表面的 倾斜，能够恰当地判断焊料的状态是否良好。
[0013] 此时，也可以按照如下方式构成外观检查装置，控制部探索坡度的角度及朝向满 足预定的探索条件的倾斜。
[0014] 另外，也可以按照如下方式构成外观检查装置，控制部基于根据三维形状的计测 结果计算出倾斜的坡度的角度及朝向的结果来探索倾斜。
[0015] 另外，也可以按照如下方式构成外观检查装置，控制部基于三维形状的计测结果， 从焊料的表面探索焊料的表面与基板的距离随着接近元件而变小的凹倾斜区域，基于探索 了凹倾斜区域的结果，判断焊料的状态是否良好。
[0016] 这样从焊料表面探索凹倾斜区域的结构中，焊料的量在元件附近较少，另一方面， 在焊料具有焊料随着离开元件而隆起这样的不良形状的情况下，能够探测存在于该不良形 状的凹倾斜区域。因此，即使在焊料具有该不良形状的情况下，通过基于探索了凹倾斜区域 的结果，也能够恰当地判断焊料的状态是否良好。
[0017] 另外，也可以按照如下方式构成外观检查装置，控制部探索满足预定的探索条件 的凹倾斜区域。通过这样施加凹倾斜区域满足的探索条件，能够如后示例那样更恰当地判 断焊料的状态是否良好。
[0018] 具体而言，也可以按照以下方式构成外观检查装置，控制部探索满足倾斜方向处 于预定的倾斜角度范围内这样的探索条件的凹倾斜区域。或者，也可以按照以下方式构成 外观检查装置，控制部探索满足坡度的角度处于预定的坡度角度范围内这样的探索条件的 凹倾斜区域。
[0019] 另外，也可以按照如下方式构成外观检查装置，还具备根据由用户输入的内容来 设定探索条件的设定部。在这种结构中，用户能够设定判断焊料的状态是否良好的基准。其 结果是，能够以用户要求的精度判断焊料的状态是否良好。
[0020] 顺便说一下，作为基于探索了凹倾斜区域的结果来判定焊料的状态是否良好的具 体方式，可以考虑各种方式。因此，也可以按照如下方式构成外观检查装置，在探测到凹倾 斜区域的情况下，判断为焊料的状态差。但是，在探测到的凹倾斜区域的面积狭窄的情况下 等，将焊料的状态立即判断为差不一定是合适的。因此，也可以按照如下方式构成外观检查 装置，在探索了凹倾斜区域的结果是探测到比预定的面积大的凹倾斜区域的情况下，控制 部判断为焊料的状态差。在该结构中，能够根据凹倾斜区域的面积的大小，恰当地判断为焊 料的状态差。
[0021] 此时，也可以并用探索了具有在状态良好的焊料表面上呈现的倾向的凸倾斜区域 的结果，判断焊料的状态是否良好。即，也可以按照如下方式构成外观检查装置，控制部基 于计测部的计测结果，从焊料表面探索焊料的表面与基板的距离随着接近元件而变大的凸 倾斜区域，并基于探索了凸倾斜区域的结果来判断焊料的状态是否良好。这样，通过基于探 索了凹倾斜区域的结果和探索了凸倾斜区域的结果，能够更恰当地判断焊料的状态是否良 好。
[0022] 更具体而言，也可以按照如下方式构成外观检查装置，在探索了凸倾斜区域的结 果是未探测到比预定面积大的凸倾斜区域的情况下，控制部判断为焊料的状态差。在该结 构中，能够恰当地判断焊料的状态差。
[0023] 但是，作为计测焊料表面的三维形状的结构，考虑各种具体的方式。因此，也可以 按照如下方式构成外观检查装置，计测部具有对焊料的表面照射光的照射器和光检测器， 并执行如下的光检测动作:利用光检测器检测由照射器照射并在焊料的表面反射的光而获 取光检测结果，控制部基于光检测结果来计算出三维形状。
[0024] 此外，在从照射器照射光的结构中，除了从照射器照射且直接入射到焊料的光以 外，还可以存在从照射器照射且被例如基板、元件反射后入射到焊料的返照光。该返照光可 能会降低焊料表面的三维形状的计算精度。因此，也可以按照如下方式构成外观检查装置， 控制部基于探索了从照射器射出后被反射而后入射到焊料的返照光的结果，计算出三维形 状。在该结构中，能够抑制返照光的影响，高精度地计算出焊料表面的三维形状。
[0025]另外，也可以按照如下方式构成外观检查装置，计测部具有多个所述照射器且使 各照射器单独亮灯来执行光检测动作，获取各照射器的光检测结果，在探测到返照光的情 况下，控制部基于确定了照射返照光的照射器的结果来计算出三维形状。在该结构中，能够 抑制返照光的影响，高精度地计算出焊料表面的三维形状。
[0026]在此，可以考虑多种基于照射返照光的照射器的确定结果来计算出三维形状的具 体方式。如举出一例，也可以按照如下方式构成外观检查装置，在为了计算出三维形状而计 算返照光入射的返照部位与基板的距离时，控制部将通过使照射比预定的光量大的返照光 的照射器亮灯而获取的光检测结果排除，计算出返照部位的高度。在该结构中，能够抑制返 照光的影响，高精度地计算出焊料表面的三维形状。
[0027]发明效果
[0028] 探索焊料表面存在的倾斜，基于该结果判断焊料的状态是否良好。通过这样不基 于焊料的高度而是基于焊料表面的倾斜，能够恰当地判断焊料的状态是否良好。
【附图说明】
[0029] 图1是示意性地示例本发明的外观检查装置的框图。
[0030]图2是示意性地示例将元件接合在基板上的焊料的状态差的情况的图。
[0031]图3是示意性地示例图2中配置在元件右侧的焊料的形状的立体图。
[0032]图4是用于说明具有微小倾斜的倾斜方向和坡度的角度的示意图。
[0033] 图5是示意性地示例用户界面的结构的图。
[0034] 图6是示例由外观检查装置执行的检查内容的流程图。
[0035] 图7是表示由外观检查装置执行的检查内容的变形例的流程图。
[0036] 图8是用于说明返照光的探索方法的一例的图。
[0037] 图9是示意性地示例将元件接合在基板上的焊料的状态良好的情况的图。
【具体实施方式】
[0038] 图1是示意性地示例本发明的外观检查装置的框图。该外观检查装置1通过利用控 制装置100控制输送带2、检查头3和驱动机构4,检查在基板10(印刷基板)上接合元件（电子 元件)的焊料B的状态是否良好。
[0039]输送带2沿着预定的输送路径输送基板10。具体而言，输送带2将检查前的基板10 搬入到外观检查装置1内的检查位置，并将基板10在检查位置保持成水平。另外，当在检查 位置的对基板10的检查结束时，输送带2将检查后的基板10搬出到外观检查装置1的外部。 [0040]检查头3具有从上方拍摄摄像区域R31内的摄像照相机31，将搬入到检查位置的基 板10的焊料B(检查对象部位)收纳于摄像区域R31内并利用摄像照相机31进行拍摄。作为该 摄像照相机31，例如可以使用CCD(Charge Coupled Device)照相机。而且，检查头3还具有 投影机32,该投影机32将光强度分布变化成正弦波状的条纹状的图案的光（图案光)投影至 摄像区域R31。投影机32具有LED(Light Emitting Diode)等光源和将来自光源的光朝向摄 像区域R31反射的数字微镜器件。该投影机32通过调整数字微镜器件的各微镜的角度，能够 将相位相互不同的多种图案光投影至摄像区域R31中。即，检查头3-边改变由投影机32投 影的图案光的相位，一边利用摄像照相机31进行拍摄，由此，能够通过相移法计测摄像区域 R31内的焊料B的三维形状。
[0041 ]顺便提及，检查头3具有8个投影机32(图1中，为了简化图示，代表性地表示出了两 个投影机32)。8个投影机32以包围摄像照相机31的周围的方式配置，并以垂直方向Z为中心 按照等间距排列成圆周状。而且，各投影机32从斜上方对摄像照相机31的摄像区域R31投影 图案光。这样，可以从相互不同的方向对摄像区域R31投影图案光。
[0042]驱动机构4支撑检查头3,同时利用电动机向水平方向和垂直方向驱动检查头3。通 过该驱动机构4的驱动，检查头3能够向焊料B的上方移动，而在摄像区域R31内捕捉焊料B， 能够计测摄像区域R31内的焊料B的三维形状。
[0043] 控制装置100具有由CPU(Central Processing Unit)和存储器构成的主控制部 110,主控制部110通过支配装置各部的控制来执行检查。控制装置100还具有由显示器、键 盘及鼠标等输入输出设备构成的用户界面200,用户能够经由用户界面200向控制装置100 输入指令，或利用控制装置100确认检查结果。控制装置100还具有控制投影机32的投影控 制部120、控制摄像照相机31的摄像控制部130及控制驱动机构4的驱动控制部140。当输送 带2将基板10搬入到检查位置时，主控制部110利用驱动控制部140控制驱动机构4,并使检 查头3向基板10的焊料B的上方移动。由此，将焊料B收纳于摄像照相机31的摄像区域R31内。
[0044] 接着，主控制部110从投影机32向包含焊料B的摄像区域R31投影图案光，同时利用 摄像照相机31拍摄投影至摄像区域R31的图案光（图案摄像动作）。具体而言，主控制部110 具有由非易失性存储器构成的存储部150,读出存储于存储部150的投影图案数据Dp(S)。而 且，主控制部110基于从存储部150读出的投影图案数据Dp(S)控制投影控制部120,由此，根 据投影图案数据Dp(S)调整投影机32的数字微镜器件的各微镜的角度。这样，在摄像区域 R31中投影与投影图案数据Dp(S)相应的图案光。进而，主控制部110通过控制摄像控制部 130,而拍摄投影于摄像区域R31的图案光。该拍摄结果是，在主控制部110具有的图像处理 部160中变换成摄像数据Ds(S)，并存储于存储部150。此外，在存储部150中存储有相位相互 不同的4种投影图案数据0?(5)(5=1，2,3,4)，一边改变投影图案数据0?(5)，一边执行4次 图案摄像动作。其结果是，分别获取拍摄到相位不同的图案光的4种摄像数据Ds(S)。
[0045] 主控制部110根据这样获取的4种摄像数据Ds(S)，通过相移法，按照摄像照相机31 的每个像素求得摄像区域R31的高度。由此，按照摄像照相机31的每个像素求得焊料B表面 的高度h (图2)。此外，摄像区域R31的高度例如作为与对象像素对应的摄像区域R31内的点 与基板10的距离而求得。焊料B的表面的高度h还例如作为基板10(或与基板10平行的基准 平面)与焊料B的表面的距离而求得，在将基板10保持成水平的结构中，作为垂直方向Z(即， 与基板10垂直的方向）上的基板1〇(或与基板10平行的基准平面)与焊料B表面的距离而求 得。这样，计算出包含按照每个像素表示焊料B表面的高度h的数据的三维形状数据Dt，并存 储于存储部150。
[0046]主控制部110基于这样获取的三维形状数据Dt，判断焊料B的状态是否良好。特别 是主控制部110基于从焊料B的表面探索了焊料B的表面与基板10的距离(高度h)随着接近 元件A而变小的凹倾斜区域(换而言之，随着接近元件A而降低的下坡区域）的结果，判断焊 料B的状态是否良好。
[0047] 图2是示意性地示例将元件接合于基板上的焊料的状态差的情况的图。图3是示意 性地示例图2中配置在元件右侧的焊料的形状的立体图。在该例子中，在基板10的表面上设 有元件配置区域l〇a和与该元件配置区域10a相邻的焊料配置区域10b(焊盘）。而且，配置于 元件配置区域l〇a的元件A利用安装于焊料配置区域10b的焊料B而与基板10表面接合。此 外，两图及以下附图中，适当表示以元件配置区域l〇a和焊料配置区域10b排列的方向为X方 向的XYZ正交坐标轴。例如，该XYZ正交坐标轴能够按照成为检查对象的每个焊料B进行设 定，X方向中，能够将从焊料B向元件A的方向设为正。
[0048] 该例子中，由于焊料B的浸润性差，因此，元件A不沾焊料B。因此，焊料B的量在元件 A的附近较少，另一方面，随着元件A向X方向离开，焊料B具有焊料B隆起的不良形状。当产生 该不良形状时，在元件A和焊料B的界限附近，在焊料B的表面Bs上会产生凹倾斜区域Gc。主 控制部110为了进行能够与这种不良形状对应的恰当的检查，基于探索了焊料B的不良形状 具有的凹倾斜区域Gc的结果，判断焊料B是否良好。
[0049] 顺便提及，虽然在焊料B的状态差的情况下会显著呈现凹倾斜区域Gc，但在焊料B 的状态良好的情况下也可呈现凹倾斜区域Gc。因此，还可以预想到，在基于探索了凹倾斜区 域Gc的结果立即判断焊料B的状态是否良好的情况下，不管焊料B的状态是否良好，均判断 为焊料B的状态差。但是，在焊料B的状态良好的情况下和状态差的情况下，凹倾斜区域Gc的 倾斜方向或坡度的角度等的倾向会有差异。具体而言，在焊料的状态差的情况下，有显著呈 现倾斜方向进一步朝向X方向（换而言之，在与X方向之间构成的角度较小）的凹倾斜区域Gc 的倾向，并且有显著呈现坡度的角度陡峭的凹倾斜区域Gc的倾向。
[0050] 利用该倾向，主控制部110探索倾斜方向和坡度的角度满足预定条件的凹倾斜区 域Gc。此时，凹倾斜区域Gc的倾斜方向和坡度的角度具有不一样的分布。即，如图3所示，倾 斜方向和坡度的角度根据构成焊料B的表面Bs的微小倾斜g(例如，与1个像素对应的区域的 倾斜)而不同。此外，在图3中，微小倾斜g以具有该区域的倾斜方向和坡度的角度的虚线箭 头代表性地表示。
[0051] 图4是用于说明微小倾斜具有的倾斜方向和坡度的角度的示意图。该图中，对微小 倾斜g表示倾斜方向Θ和坡度的角度Φ。倾斜方向Θ作为将微小倾斜g投影至XY平面的影g (xy)与X方向构成的角度而求得，相当于微小倾斜g的方位角。坡度的角度Φ作为与影g(xy) 平行的直线1与微小倾斜g构成的角度而求得，相当于微小倾斜g的仰角。
[0052]因此，主控制部110探索由倾斜方向Θ处于预定的倾斜角度范围内并且坡度的角度 Φ处于预定的坡度角度范围的微小倾斜g构成的凹倾斜区域Gc。此时，用户能够在用户界面 200设定倾斜角度范围和坡度角度范围。
[0053]图5是示意性地示例用户界面的结构的图。用户界面200具有角度设定画面210、θ 设定部220及Φ设定部230。用户通过操作Θ设定部220,能够分别变更倾斜角度范围的最小 值θη?η(该图的例子中，为-30度)和最大值0max(该图的例子中，为+30度）。同样，用户通过 操作Φ设定部230,能够分别变更坡度角度范围的最小值Φπ?η(该图的例子中，为30度)和 最大值Φπι &Χ(该图的例子中，为60度）。而且，在角度设定画面210中，显示适于视觉上确认 这样设定的角度Θ、Φ的图像。该图的例子的角度设定画面210中，使用圆锥形显示倾斜角度 范围ΔΘ，并且显示坡度角度范围的代表性的坡度的角度Φ (例如，中间值）。另外，用户界面 200具有显示画面240。该表示画面240中，例如能够在凸显凹倾斜区域Gc的同时显示检查的 结果即探测到凹倾斜区域Gc的焊料B。
[0054]图6是示例由外观检查装置执行的检查内容的流程图。该流程图通过主控制部110 控制装置各部而执行。步骤S101中，基板10被搬入至检查位置。接着，步骤S102中，将表示摄 像照相机31的摄像位置(视图）的变量V设定成零后，在步骤S103中，使变量V递增。而且，步 骤S104中，判断变量V是否为Vmax以下。即，对基板10设定多个(Vmax)摄像位置，并使变量V 递增，直到变量V成为Vmax，由此，一边使摄像照相机31相对于多个摄像位置依次移动，一边 对各摄像位置进行以后的步骤S105~SI 18的动作。即，在步骤S104中判断变量V为Vmax以下 (即"是"时)时，进入步骤S105,并使摄像照相机31向变量V表示的摄像位置移动。由此，将与 变量V对应的焊料B和焊料B的周围(基板10、元件A)收纳于照射区域R31内。
[0055]接着，在步骤S106中，将识别8个投影机32的变量P设定成零后，在步骤S107中递增 变量P。而且，步骤S108中，判断变量P是否为Pmax(=8)以下。即，使变量P递增直到变量P成 为Pmax，由此，一边在8个投影机32之间逐一依次切换投影图案光的投影机32,一边执行以 后的步骤S109~S112的动作。
[0056]步骤S109中，将识别表示相位相互不同的图案光的4个投影图案数据Dp(S)的变量 S设定成零后，在步骤S110中使变量S递增。而且，在步骤S111中判断变量S是否为Smax(=4) 以下。即，使变量S递增直到变量S成为Smax，由此，一边在4个图案之间切换投影的图案光的 相位，一边执行以后的步骤SI 12的动作。
[0057]具体而言，从投影机32向摄像区域R31投影图案光，且对4种图案光分别进行利用 摄像照相机31拍摄投影于摄像区域R31的图案光的图案摄像动作，而获取4种摄像数据Ds ⑶。而且，当获取完4种摄像数据Ds⑶时(步骤Sill中判断为"否"时），进入步骤S113,通过 相移法计算出包含焊料B的摄像区域R31的三维形状数据Dt，并返回步骤S107。这样，一边使 变量P递增，一边重复进行步骤S108~S113,由此，能够得到由相互不同的投影机32投影图 案光时的8组三维形状数据Dt。顺便提及，这样求得的三维形状数据Dt包含表示焊料B的三 维形状的数据和表示焊料B的周围(基板10、元件A等)的三维形状的数据。
[0058]当对全部8个投影机32获取完三维形状数据Dt时（步骤S108中判断为"否"时），进 入步骤S114。该步骤S114中，根据8组三维形状数据Dt，最终决定包含焊料B的摄像区域R31 的三维形状。具体而言，也可以通过按照每个像素对8组三维形状数据Dt表示的高度h进行 平均，来决定摄像区域R31的三维形状，也可以通过按照每个像素对8组三维形状数据Dt表 示的高度h中将离群值排除了的剩余的高度h进行平均，来决定摄像区域R31的三维形状。 [0059]当在步骤S114中最终决定表示包含焊料B的摄像区域R31的三维形状的三维形状 数据Dt时，步骤S115中，按照每个像素计算出角度θ、φ。例如求得相对于构成摄像区域R31 的表面(包含焊料Β的表面Bs)的微小区域(与计算对象的像素对应的区域)的切平面或与其 近似的平面的倾斜的倾斜度Θ及坡度的角度Φ。对计算方法的一例如下进行说明。首先，近 似性地求得沿着计算对象的像素和从各个方向与其邻接的4个像素分别表示的高度h的平 面。平面近似的方法可以使用例如最小二乘法等。而且，只要将该平面的倾斜方向Θ和坡度 的角度Φ作为计算对象的像素的倾斜方向Θ和坡度的角度Φ求得即可。如果举出具体例，则 在将平面的式子设为ζ = α X χ+βXy+ γ时，角度θ、φ可以通过下式求得。
[0060] [式1]
[0061] α>〇时 0[rad]=arctan(P/a)
[0062] a<〇时 0[rad]=arctan(0/a)+Ji
[0064]步骤SI 15中，当对与摄像区域R31对应的各像素(包含焊料B的表面Bs的各像素)计 算出角度Θ、Φ时，执行步骤S116、S117。即，探索具有由用户设定的检索条件（θπ?η<θ<θ max，Φη?η彡Φ彡Φηκχ)的范围内的角度θ、φ的像素(步骤S116)，并提取由满足探索条件 的像素构成的凹倾斜区域Gc(步骤S117)。步骤S118中，基于这样探索了凹倾斜区域Gc的结 果，判断焊料B是否良好。具体而言，在探测到比预定面积（凹倾斜用阈面积)大的凹倾斜区 ±或6(3的情况下，将表面具有该凹倾斜区域Gc的焊料B的状态判断为不良。
[0065]当步骤S118中完成是否良好的判断时，返回步骤S103。而且，通过使变量V递增直 到变量V成为Vmax，一边使摄像照相机31相对于多个摄像位置依次移动，一边对各摄像位置 进行以后的步骤S105~S118的动作，并进行焊料B是否良好的判断。当变量V成为Vmax而在 全部的摄像位置完成焊料B是否良好的判断时，搬出基板10(步骤S119)，并结束图6的流程 图。
[0066]如以上说明的那样，在这样构成的本实施方式中，探索焊料B的表面Bs存在的倾斜 (凹倾斜区域Gc)，基于该结果判断焊料B的状态是否良好。通过这样不基于焊料B的高度而 是基于焊料B的表面Bs的倾斜(凹倾斜区域Gc)，能够恰当地判断焊料B的状态是否良好。 [0067]另外，本实施方式中，基于计测了焊料B的表面Bs的三维形状的结果，从焊料B的表 面Bs探索焊料B的表面Bs与基板10的距离（高度h)随着接近元件A而变小的凹倾斜区域Gc。 该结构中，焊料B的量在元件A的附近较少，另一方面，在焊料B具有随着离开元件A而焊料B 隆起这样的不良形状的情况下，能够探测存在于该不良形状的凹倾斜区域Gc。因此，即使在 焊料B具有该不良形状的情况下，通过基于探索了凹倾斜区域Gc的结果，也能够恰当地判断 焊料B的状态是否良好。
[0068]顺便提及，在焊料B的状态差的情况下显著呈现上述那样的凹倾斜区域Gc。但是， 即使在焊料B的状态良好的情况下，凹倾斜区域Gc也可呈现。因此，还可以预想到，在基于探 索了凹倾斜区域Gc的结果来判断焊料B的状态是否良好的情况下，不管焊料B的状态是否良 好，均判断为焊料B的状态差。但是，在焊料B的状态良好的情况下和状态差的情况下，如上 所述，凹倾斜区域Gc的倾斜方向Θ或坡度的角度φ等的倾向会存在差异。因此，本实施方式 中，控制装置100探索满足预定的探索条件(倾斜角度范围、坡度角度范围）的凹倾斜区域 Gc。通过这样施加凹倾斜区域Gc满足的探索条件，能够抑制不管焊料B的状态是否良好均判 断为焊料B的状态差的情况。
[0069] 另外，本实施方式中，具备根据由用户输入的内容来设定探索条件的用户界面 200。这种结构中，用户能够设定判断焊料B的状态是否良好的基准。其结果是，能够以用户 要求的精度判断焊料B的状态是否良好。
[0070] 顺便提及，作为基于探索了凹倾斜区域Gc的结果判定焊料B的状态是否良好的具 体方式，可以考虑多种方式。因此，也可以在探测到凹倾斜区域Gc的情况下，判断为焊料B的 状态差。但是，在探测到的凹倾斜区域Gc的面积狭窄的情况下等，将焊料的状态立即判断为 差不一定合适。因此，本实施方式的控制装置1〇〇探索了凹倾斜区域Gc，结果是，在探测到比 预定的面积（凹倾斜用阈面积)大的凹倾斜区域Gc的情况下判断为焊料B的状态差。该结构 中，能够根据凹倾斜区域Gc的面积的大小，恰当地判断焊料B的状态差。
[0071 ] 此时，凹倾斜用阈面积的值也可以能够由用户利用用户界面200设定。由此，可以 以用户要求的精度判断焊料B的状态是否良好。
[0072] 这样，在本实施方式中，外观检查装置1相当于本发明的"外观检查装置"的一例， 检查头3和控制装置100共同作为本发明的"计测部"的一例发挥作用，控制装置100相当于 本发明的"控制部"的一例，用户界面200相当于本发明的"设定部"的一例，凹倾斜区域Gc相 当于本发明的"凹倾斜区域"的一例。
[0073] 此外，本发明不限定于上述实施方式，只要不脱离其主旨，就可以对上述方式施加 各种变更。例如，也可以以执行图7所示的流程图的方式构成控制装置100。在此，图7是表示 由外观检查装置执行的检查内容的变形例的流程图。以下，以与上述实施方式的不同点为 中心进行说明，对共同点标注相同的附图标记并省略说明。
[0074]如上所述，外观检查装置1中设有从相互不同的方向对焊料B的表面Bs照射图案光 的多个投影机32(照射器)和摄像照相机31(光检测器）。而且，利用摄像照相机31拍摄从投 影机32投影到焊料B的图案光，获取摄像数据Ds(S)的图案摄像动作(光检测动作)通过使多 个投影机32分开亮灯来执行。
[0075]该结构中，除了从投影机32照射且直接入射到焊料B的光以外，还可以存在从投影 机32照射且被例如基板10或元件A反射后入射到焊料B的返照光。该返照光可能会降低焊料 B的表面Bs的三维形状的计算精度。与之相对，图7的流程图中，校正返照光的影响且计算出 焊料B的表面Bs的三维形状。
[0076]具体而言，步骤S108中判断为"否"时，在步骤S201中将变量T设定成零。该变量T为 了进行用于校正返照光的影响的步骤S114、S115、S202~S205的环运算直到变量T成为Tmax 而设定。接着，与上述实施方式一样，在步骤S114中决定包含焊料B的表面Bs的摄像区域R31 的三维形状，在步骤S115中求得角度θ、φ。接着，在步骤S202中使变量T递增，在步骤S203中 判断变量T是否为Tmax以下。而且，当在步骤S203中判断出变量T为Tmax以下时，进入步骤 S204。
[0077]在步骤S204中执行返照光的探索。图8是用于说明返照光的探索方法的一例的图。 该图中，示例有从相同的投影机32射出的光LI、L2。光L1直接入射到焊料B，另一方面，光L2 在被基板10反射后入射到焊料B，而成为返照光。顺便提及，该图中示例的数据(X1、Y1、Z1)、 (父2、￥2、22)、03、￥3、23)均是在步骤5114中求得各位置0，￥)处的高度2的结果。
[0078]返照光的探索中，基于步骤S114中求得的摄像区域R31的三维形状(Χ、Υ、Ζ)及角度 Θ、Φ等，求得表示在焊料Β、基板10及元件Α上的各点反射的光的轨迹的方程式。例如，在图8 中，作为表示在焊料B上的点(X1、Y1、Z1)反射后的光L1的轨迹的方程式，求得以下方程式1:
[0079] Ζ = η(Χ，Υ)···方程式 1
[0080] 作为表示在基板1〇上的点(Χ2、Υ2、Ζ2)反射后的光L2的轨迹的方程式，求得以下方 程式2:
[0081] Z = f2(X，Y)···方程式 2
[0082] 就以方程式1表示的光的轨迹而言，除了点(X1、Y1、Z1)以外，不与焊料B的表面一 致，因此，表示焊料Β的表面Bs的三维形状的数据中，满足方程式1的数据仅为(Χ1、Υ1、Ζ1)1 个。另一方面，就以方程式2表示的光的轨迹而言，除了点(X2、Y2、Z2)以外的点(X3、Y3、Z3) 也与焊料Β的表面Bs-致。因此，不仅是数据02、￥2、22)，而且数据03、￥3、23)也满足方程 式2。这样，在产生返照的情况下，步骤S114中求得的数据中的两个(或两个以上)数据满足 表不反射光的方程式。换而言之，在求得表不各点中的反射光的轨迹的方程式且从表不焊 料B的表面Bs的三维形状的数据中发现两个以上满足同一方程式的数据的情况下，能够判 断为与该方程式对应的光为返照光。
[0083]另外，在步骤S204中，如探测到返照光，则确定射出返照光的投影机32,并且确定 与返照光入射到焊料B的表面Bs的位置对应的XY位置(换而言之，像素的位置）。而且，使如 此确定的投影机32和返照入射的XY位置相关联。
[0084]步骤S205中，推定向与各像素对应的焊料B的表面Bs的位置入射的返照光的光量。 此时，在向同一 XY位置入射的返照光存在多个的情况下，求得各返照光的光量。而且，对各 XY位置进行将使照射比预定的光量（阈光量)大的返照光的投影机32亮灯而获取的摄像数 据Ds(S)排除的处理。
[0085]接着，在步骤S114中，基于这样将受到返照光影响的数据排除了的摄像数据Ds (S)，再次求得焊料B的表面Bs的三维形状。由此，步骤S114中，在将通过使照射比预定的光 量大的返照光的投影机32亮灯而获取的摄像数据Ds(S)排除了之后，求得三维形状数据Dt。 [0086]但是，最初在步骤S114中求得的三维形状受到了返照光的影响，存在精度未必高 的可能性。因此，基于该三维形状探索出的返照光也可能包含误差。该返照光的探索结果的 误差可能会导致实际上是返照光入射而判断为不是的误判断。但是，即使在上述的环运算 存在该误判断的情况下，也能够提高三维形状的计算精度。即，在实际是返照光入射而判断 为不是的部位，结果虽未改善，但也不会变差。另一方面，在能够精确地判断实际上返照光 入射的部位的情况下，改善结果。因此，在进行了上述的环运算的情况下，基本上会改善三 维形状的精度。
[0087]另外，基本上，环运算的次数（即Tmax)越多，越能够提高三维形状数据Dt的精度。 因此，如果以用户能够在用户界面200上设定Tmax的方式构成，则能够以用户要求的精度求 得三维形状数据Dt。这样，当预定次数Tmax的环运算结束时，与上述实施方式一样，可执行 步骤S116以后的动作。
[0088] 如上述说明那样，图7的变形例中，控制装置100基于探索了从投影机32射出后被 反射而后入射到焊料B的返照光的结果，计算出焊料B的表面Bs的三维形状。该结构中，能够 抑制返照光的影响，高精度地计算出焊料B的表面Bs的三维形状。
[0089] 另外，控制装置100在探测到返照光的情况下，基于确定了照射返照光的投影机32 的结果，计算出三维形状。该结构中，能够抑制返照光的影响而高精度地计算出焊料B的表 面Bs的三维形状。
[0090] 具体而言，在为了计算出三维形状而计算返照光入射的返照部位与基板10的距离 (高度)时，控制装置100将通过使照射比预定的光量大的返照光的投影机32亮灯而获取的 摄像数据Ds(S)(光检测结果)排除，计算出返照部位的高度。该结构中，能够抑制返照光的 影响而高精度地计算出焊料B的表面Bs的三维形状。
[0091] 此外，基于照射返照光的照射器的确定结果计算出三维形状的具体方式不限于上 述那样排除与照射比预定的光量大的返照光的投影机32对应的摄像数据Ds(S)的方式。即， 也可以使用与返照光最小的投影机32对应的摄像数据Ds(S)计算出三维形状，也可以从返 照光较小的一方使用与预定数(例如2个)的投影机32对应的摄像数据Ds(S)的平均值计算 出三维形状，也可以使用从返照光较大的一方排除了与预定数(例如2个）的投影机32对应 的摄像数据Ds(S)后的剩余的摄像数据Ds(S)的中间值而计算出三维形状。
[0092]但是，上述实施方式中，基于探索了在状态差的焊料B中产生的凹倾斜区域Gc的结 果，判断焊料B是否良好。但是，也可以基于探索了在状态良好的焊料B中产生的凸倾斜区域 的结果，判断焊料B是否良好。图9是示意性地示例将元件接合在基板上的焊料的状态良好 的情况的图。该例子中，由于焊料B的浸润性良好，因此，焊料B融合于元件A。因此，焊料B具 有焊料B的量随着从元件A的一端起沿X方向离开元件A而减少的形状。该焊料B的表面Bs具 有焊料B的表面Bs与基板10的距离（高度h)随着接近元件A而变大的凸倾斜区域Gv(换而言 之，随着接近元件而上升的上坡区域）。
[0093]因此，也可以按照并用探索了具有在状态良好的焊料B的表面Bs呈现的倾向的凸 倾斜区域Gv的结果来判断焊料B的状态是否良好的方式，对图6或图7中表示的实施方式进 行变形。具体而言，在步骤S117、S118之间追加基于三维形状数据Dt从焊料B的表面Bs探索 凸倾斜区域Gv的步骤。此时，可以与探索凹倾斜区域Gc的情况一样，以探索角度θ、φ满足预 定的探索条件的凸倾斜区域Gv的方式构成。还可以以用户能够在用户界面200设定表示凸 倾斜区域Gv的探索条件的角度θ、φ的方式构成。而且，在追加的步骤中不能探测到比预定 的面积(凸倾斜用阈面积)大的凸倾斜区域Gv的情况下，在步骤S118是否良好的判断中判断 为焊料B的状态差。
[0094]该结构中，通过基于探索了凹倾斜区域Gc的结果和探索了凸倾斜区域Gv的结果， 能够更恰当地判断焊料B的状态是否良好。特别是在探索了凸倾斜区域Gv的结果是未探测 到比预定的面积大的凸倾斜区域Gv的情况下，判断为焊料B的状态差。因此，根据在状态良 好的焊料B的表面Bs应存在的凸倾斜区域Gv未以充分的大小存在，能够恰当地判断焊料B的 状态差。
[0095] 此时，凸倾斜用阈面积的值也可以由用户能够利用用户界面200设定。由此，能够 以用户要求的精度判断焊料B的状态是否良好。
[0096]另外，也可以以如下方式构成，即，基于不探索凹倾斜区域Gc而仅探索了凸倾斜区 域Gv的结果，判断焊料B的状态是否良好。该结构中，也探索焊料B的表面Bs上存在的倾斜 (凸倾斜区域Gv)，并基于其结果判断焊料B的状态是否良好。通过这样不基于焊料B的高度， 而是基于焊料B的表面Bs的倾斜(凸倾斜区域Gv)，能够恰当地判断焊料B的状态是否良好。 [0097]另外，求得焊料B的三维形状的具体方法不限于上述的相移法，也可以是使用立体 照相机的方法等其它各种方法。
[0098]另外，探索凹倾斜区域Gc或凸倾斜区域Gv时的探索条件也不限于上述的内容，可 以进行适当变更。
[0099]另外，坐标轴的获取方法、角度θ、φ的获取方法也不限于上述例子，可以进行适当 变更。
[0100] 附图标记说明
[0101] 1…外观检查装置
[0102] 10···基板
[0103] 3…检查头(计测部）
[0104] 31···摄像照相机(光检测器）
[0105] 32…投影机(照射器）
[0106] 100…控制装置(计测部，控制部）
[0107] 110…主控制部
[0108] 120···投影控制部
[0109] 130…摄像控制部
[0110] 140…驱动控制部
[0111] 150…存储部
[0112] 160…图像处理部
[0113] 200…用户界面(设定部）
[0114] A···元件
[0115] B···焊料
[0116] Bs…表面
[0117] Gc…凹倾斜区域
[0118] Gv…凸倾斜区域 [0119] Θ…倾斜方向（方位角）
[0120] Φ…坡度的角度(仰角）
[0121] Ds(S)…摄像数据(光检测结果）
【主权项】
1. 一种外观检查装置，具备： 计测部，计测将元件接合于基板上的焊料的表面的三维形状;及 控制部，基于所述三维形状的计测结果，探索所述焊料的所述表面存在的倾斜， 所述控制部基于探索了所述倾斜的结果，判断所述焊料的状态是否良好。2. 根据权利要求1所述的外观检查装置，其中， 所述控制部探索坡度的角度及朝向满足预定的探索条件的所述倾斜。3. 根据权利要求1或2所述的外观检查装置，其中， 所述控制部基于根据所述三维形状的计测结果计算出所述倾斜的坡度的角度及朝向 的结果，探索所述倾斜。4. 根据权利要求1所述的外观检查装置，其中， 所述控制部基于所述三维形状的计测结果，从所述焊料的所述表面探索所述焊料的所 述表面与所述基板的距离随着接近所述元件而变小的凹倾斜区域，基于探索了所述凹倾斜 区域的结果，判断所述焊料的状态是否良好。5. 根据权利要求4所述的外观检查装置，其中， 所述控制部探索满足预定的探索条件的所述凹倾斜区域。6. 根据权利要求5所述的外观检查装置，其中， 所述控制部探索满足倾斜方向处于预定的倾斜角度范围内这样的所述探索条件的所 述凹倾斜区域。7. 根据权利要求5或6所述的外观检查装置，其中， 所述控制部探索满足坡度的角度处于预定的坡度角度范围内这样的所述探索条件的 所述凹倾斜区域。8. 根据权利要求5~7中任一项所述的外观检查装置，其中， 还具备根据由用户输入的内容来设定所述探索条件的设定部。9. 根据权利要求4~8中任一项所述的外观检查装置，其中， 在探索了所述凹倾斜区域的结果是探测到比预定的面积大的所述凹倾斜区域的情况 下，所述控制部判断为所述焊料的状态差。10. 根据权利要求9所述的外观检查装置，其中， 所述控制部基于所述计测部的计测结果，从所述焊料的所述表面探索所述焊料的所述 表面与所述基板的距离随着接近所述元件而变大的凸倾斜区域，并基于探索了所述凸倾斜 区域的结果来判断所述焊料的状态是否良好。11. 根据权利要求10所述的外观检查装置，其中， 在探索了所述凸倾斜区域的结果是未探测到比预定的面积大的所述凸倾斜区域的情 况下，所述控制部判断为所述焊料的状态差。12. 根据权利要求4~11中任一项所述的外观检查装置，其中， 所述计测部具有对所述焊料的所述表面照射光的照射器和光检测器，并执行如下的光 检测动作:利用所述光检测器检测由所述照射器照射并在所述焊料的表面反射的光而获取 光检测结果， 所述控制部基于所述光检测结果计算出所述三维形状。13. 根据权利要求12所述的外观检查装置，其中， 所述控制部基于探索了从所述照射器射出后被反射而后入射到所述焊料的返照光的 结果，计算出所述三维形状。14. 根据权利要求13所述的外观检查装置，其中， 所述计测部具有多个所述照射器， 使各所述照射器单独亮灯来执行所述光检测动作，获取各所述照射器的所述光检测结 果， 在探测到所述返照光的情况下，所述控制部基于确定了照射所述返照光的所述照射器 的结果来计算出所述三维形状。15. 根据权利要求14所述的外观检查装置，其中， 在为了计算出所述三维形状而计算所述返照光入射的返照部位与所述基板的距离时， 所述控制部将通过使照射比预定的光量大的返照光的所述照射器亮灯而获取的所述光检 测结果排除，计算出所述返照部位的高度。16. -种外观检查方法，具备如下工序： 计测将元件接合于基板上的焊料的表面的三维形状； 基于所述三维形状的计测结果，探索所述焊料的所述表面存在的倾斜;及 基于探索了所述倾斜的结果来判断所述焊料的状态是否良好。
【文档编号】G01N21/956GK106030240SQ201480063618
【公开日】2016年10月12日
【申请日】2014年1月8日
【发明人】铃木芳邦
【申请人】雅马哈发动机株式会社