检查装置以及检查方法

专利名称：检查装置以及检查方法
技术领域：
本发明涉及以安装元件前的基板或已安装元件的已安装基板作为被检查对象，对被检查对象的测定要部进行光学检查的检查装置以及检查方法。
背景技术：
用于检查安装前基板以及已安装基板的检查装置为公众所知，其中，所述安装前基板是安装元件前的基板，例如有利用印刷装置实施了焊料的印刷处理的基板，所述已安装基板是已安装了元件的基板，例如有在安装前基板上利用安装装置实施了元件的安装处理的基板。例如日本专利公开公报特开平3-48755号(以下，简称为专利文献1)中记载的装置是检查已安装基板的装置，对已安装基板上的测定要部照射激光，接收其反射光来进行高度测定，或利用照相机对包含上述测定要部的区域进行拍摄来进行检查。但是，在如上述专利文献1中记载的装置那样对已安装基板上的测定要部照射激光，接收其反射光来进行高度等测定的情况下，有时难以高精度地进行测定。例如，在由于其它元件等障碍物而无法适当地接收来自测定要部的反射光的情况下，难以高精度地进行测定。另外，即使是不存在障碍物的被检查对象(安装前基板、已安装基板)，例如根据被检查对象的形状、颜色或材质的分布状况不同，有时也会受到其形状或分布状况的影响，使得测定误差增大或者测定本身无法进行。对此，为了不受上述形状或分布状况的影响，考虑设置多组激光测定器，使这些激光测定器从不同方向对被检查对象进行测定。在此情况下，通过选择改变这些激光测定器中要使用的激光测定器，能够进行高精度的测定。但是，在这种装置中，激光测定器的数目增加相应地使成本上升、控制复杂化、装置大型化。另外，在控制装置动作的控制程序中，一般来讲，事先指定要使用的激光测定器， 因此难以做到能够根据上述形状或分布状况改变要使用的激光测定器。对此，期望一种能够在不用具备多个激光测定器的情况下，高精度地进行激光测定的装置。

发明内容
本发明鉴于上述问题，其目的在于提供一种检查装置以及检查方法，在用于进行光学测定的照射部以及受光部的个数最少的情况下(也就是激光测定器的个数最少的情况下)，还能够高精度地进行对被检查对象的测定要部的光学测定。本发明一方面涉及检查装置，以安装元件之前的安装前基板和安装元件之后的已安装基板中的至少其中之一作为被检查对象，对该被检查对象的测定要部进行光学检查， 包括照射部，对所述测定要部照射光；受光部，将从所述测定要部反射的来自所述照射部的光作为反射光而接收；驱动部，使所述照射部以及所述受光部中的至少其中之一与作为所述被检查对象的基板相对移位，来调整从所述照射部向所述测定要部的所述光的入射路径的始点与从所述测定要部向所述受光部的所述反射光的反射路径的终点在俯视观察时相向的朝向；拍摄部，拍摄至少包含所述测定要部的所述被检查对象的表面；以及控制部，控制所述驱动部，使所述驱动部根据所述拍摄部拍摄的图像调整所述朝向。本发明另一方面涉及检查方法，以安装元件之前的安装前基板和安装元件之后的已安装基板中的至少其中之一作为被检查对象，对该被检查对象的测定要部进行光学检查，包括以下工序第一工序，拍摄包含所述测定要部的所述被检查对象的表面；第二工序，从照射部对所述测定要部照射光，并且使用受光部接收从所述测定要部反射的反射光， 来检查所述测定要部；以及第三工序，在所述第二工序之前，判定在所述照射部照射的入射路径与所述受光部接收从所述测定要部反射的光的反射路径之间是否存在障碍物，当判定为存在障碍物时，根据在所述第一工序拍摄的图像，将从所述照射部向所述测定要部的所述光的入射路径的始点与从所述测定要部向所述受光部的所述反射光的反射路径的终点在俯视观察时相向的朝向调整为避免与所述障碍物发生干涉的方向。在以上述方式构成的发明(检查装置以及检查方法)中，在入射路径至反射路径之间存在安装于被检查对象的元件等障碍物的情况下，通过改变入射路径的始点与反射路径的终点在俯视观察时相向的朝向，能够在入射路径和反射路径中均消除障碍物等的干涉，较好地进行光学测定。因此，虽然照射部以及受光部分别为最少个数，但能够高精度地进行对被检查对象的测定要部的光学测定。作为被检查对象的基板可以是安装元件前的安装前基板，也可以是在安装前基板上安装了元件的已安装基板。测定要部可以是作为被检查对象的基板本身，也可以是安装在基板上的元件，或者用于检查基板和元件的安装状态的部位。另外，障碍物包含妨碍正确测量的各种情况。再说，所述朝向是在俯视观察时所述始点和所述终点中的一者为起点，另一者为结点而形成的方向。在上述结构中，较为理想的是，所述照射部从垂直于所述被检查对象的表面的方向对所述测定要部照射所述光；所述受光部在离开所述光的入射路径的位置接收所述反射光中的扩散反射成分；所述驱动部使所述照射部以及所述受光部围绕与所述入射路径同心的轴芯一体地旋转移动。更具体而言，所述照射部从垂直于所述被检查对象的表面的方向对所述测定要部照射所述光；所述受光部在离开所述光的入射路径的位置接收所述反射光中的扩散反射成分；所述驱动部具有使所述照射部以及所述受光部一体地旋转移动的轴芯，该轴芯与所述入射路径同心，该驱动部能够使该照射部和该受光部围绕该轴芯一体地旋转。根据上述结构，通过使照射部以及受光部围绕与入射路径同心的轴芯一体地旋转移动，来调整入射路径的始点与反射路径的终点在俯视观察时相向的朝向。此处，由于照射部以及受光部围绕与入射路径同心的轴芯一体地旋转移动，所以照射部的照射位置(入射路径)在朝向调整后也不发生变化。因此，无需再次进行相对于测定要部的照射部的定位。在上述结构中，较为理想的是，所述照射部以相对于轴芯倾斜的角度对所述测定要部照射所述光，其中，所述轴芯从所述测定要部向着垂直于所述被检查对象的表面的方向延伸；所述受光部在俯视观察时与所述照射部夹持所述轴芯的位置接收所述反射光；所述驱动部使所述照射部以及所述受光部围绕所述轴芯一体地旋转移动。更具体而言，所述驱动部具有使所述照射部以及所述受光部一体地旋转移动的轴芯，该驱动部能够使该照射部和该受光部围绕该轴芯一体地旋转；所述照射部从相对于所述轴芯倾斜的角度的方向对所述测定要部照射所述光，该轴芯从所述测定要部向着与所述被检查对象的表面垂直的方向延伸；所述受光部处于当俯视观察时使在该受光部和所述照射部之间配置有所述轴芯的位置接收所述反射光。根据上述结构，当改变入射路径的始点与反射路径的终点在俯视观察时相向的朝向时，围绕沿垂直于被检查对象的表面的方向延伸的轴芯一体地旋转驱动照射部以及受光部。此处，受光部在俯视观察时与所述照射部夹持所述轴芯的位置接收反射光，因此，与轴芯被设定为与照射部和受光部中的任意其中之一上下相向时相比，照射部和受光部旋转的半径变短，从装置小型化的观点来看较为优越。此外，关于这一点，在后面对比说明实施方式时进行详细描述。在上述结构中，较为理想的是，所述控制部根据所述拍摄部拍摄的图像求出该被检查对象的表面形状，并且根据该表面形状控制所述驱动部以便调整所述朝向。在上述结构中，较为理想的是，所述检查装置还包括存储部，存储所述拍摄部拍摄的所述被检查对象的特定的表面形状的图像，其中，所述控制部通过比较所述拍摄部拍摄的所述图像和所述存储部中存储的所述图像，来判定所述拍摄部拍摄的图像中是否包含所述特定的表面形状，当判定为包含所述特定的表面形状时，根据该特定的表面形状控制所述驱动部以便调整所述朝向。根据此结构，由于比较存储部中存储的特定的表面形状的图像和拍摄部拍摄的图像，因此能够高精度地判定是否包含特定的表面形状。在上述结构中，较为理想的是，所述控制部判定所述表面形状是否包含台阶，当判定为包含所述台阶时，控制所述驱动部将所述朝向调整为避免该台阶与所述入射路径以及所述反射路径发生干涉的方向。根据此结构，能够不受台阶形状所造成的影响，高精度地进行对被检查对象的测定要部的光学测定。在上述结构中，较为理想的是，所述控制部根据所述拍摄部拍摄的图像，判定该被检查对象是否在表面上包含边界线，当判定为包含所述边界线时，控制所述驱动部将所述朝向调整为避免该边界线与所述入射路径发生干涉的方向。例如，在被检查对象表面的颜色的三属性“色调”、“彩色饱和度”以及“亮度”中的至少一个以上不同的情况下，在因两种颜色互不相同而在二色区域中产生明暗度或对比度(contrast)等差异的情况下，或者，在测定要部的材质所引起的色调不同的情况下，被检查对象中包含边界线。如果存在这种边界线，即使为平面形状，也存在对光学测定产生影响的可能性。对此，当被检查对象在表面包含边界线时，控制驱动部将所述朝向调整为避免该边界线与入射路径发生干涉的方向， 由此能够不受颜色或材质的影响，高精度地进行对测定要部的光学测定。在上述结构中，较为理想的是，所述检查装置还包括存储部，存储有关所述已安装基板上的元件的外观的信息，其中，所述控制部根据所述存储部中存储的有关所述元件的外观的信息和所述拍摄部拍摄的图像，控制所述驱动部，使所述驱动部沿避免所述入射路径以及所述反射路径与所述元件发生干涉的方向调整所述朝向。根据此结构，入射路径以及反射路径与元件不发生干涉，因此能够进行对被检查对象的测定要部的测定。


图1是模式地表示作为本发明所涉及的检查装置的一实施方式的外观检查装置的概要结构的图。图2是表示图1所示的外观检查装置的主要电结构的框图。图3是表示设置于图1所示的外观检查装置的检查组件的立体图。
图4是表示设置于图3的检查组件的激光组件的侧面剖视图。图5(A)至(C)是表示在已安装基板上形成有台阶的情况的图。图6(A)至(C)是表示在已安装基板的表面上存在材质不同的区域的情况的图。图7(A)至(C)是表示在已安装基板上安装有高度较高的元件的情况的图。图8是表示外观检查装置的检查动作步骤的流程图。图9是表示激光测定准备处理子程序的流程图。图10是表示激光测定准备处理子程序的流程图。图11是表示激光组件的变形例的侧面剖视图。图12是模式地表示激光测量器的变形例的图。图13是比较对照激光测量器与轴芯之间的关系的说明图。图14是表示激光测定准备处理子程序的另一例的流程图。
具体实施例方式如图1所示，本实施方式所涉及的外观检查装置100是针对在印刷基板130上安装了元件120的已安装基板110，以光学方式检查元件120的安装状态的装置。在已安装基板110，在形成有配线图案(省略图示)的印刷基板130上的指定位置处配置有集成电路等多个元件120。在印刷基板130上按指定的图案涂敷(印刷)的糊状焊料上配置元件120 的端子部121，以此搭载(安装)这些元件120。然后，经过焊料的熔融和硬化(冷却)工序，元件120的端子部121焊料接合(solder bonding)于印刷基板130的配线上，从而元件120在与印刷基板130的指定配线电连接的状态下被固定在印刷基板130上。外观检查装置100将元件120的安装位置和朝向是否合理、相对于元件120的设计位置的位置偏移量是否在容许范围内、端子部121的焊料接合部是否正常等作为元件120的安装状态而进行检查。如上所述，在本实施方式中，已安装基板110相当于本发明的“被检查对象”。外观检查装置100包括用于搬送已安装基板110的基板搬送传送带10 ；可在基板搬送传送带10的上方沿XY方向(水平方向)移动的XY机械手20 ；以及被XY机械手20 保持的检查组件30和控制装置40 (图2)。基板搬送传送带10能够沿搬送方向(+X方向侧)搬送已安装基板110，并且在指定的检查位置处使已安装基板110停止并保持。另外，基板搬送传送带10能够从指定的检查位置沿搬送方向(+X方向侧)搬送检查结束的已安装基板110，并从外观检查装置100搬出已安装基板110。XY机械手20设置在基板搬送传送带10的上方(+Z方向)，例如由使用滚珠丝杠轴和伺服电动机的正交双轴机械手构成。即，XY机械手20中，沿X方向延伸的检查组件支撑部21的X方向的两端，以该检查组件支撑部21沿Y方向能够移动的方式被分别沿Y方向延伸的省略图示的一对导轨部支撑。具体而言，通过Y轴电动机22 (图2)驱动设置在导轨部上的省略图示的滚珠丝杠轴(Y轴)，从而使具有与滚珠丝杠轴(Y轴)螺合的省略图示的滚珠螺母的检查组件支撑部21沿Y方向移动。另外，在检查组件支撑部21设置有省略图示的滚珠丝杠轴(X轴)以及X轴电动机23(图幻。而且，通过X轴电动机23驱动滚珠丝杠轴(X轴)，具有与滚珠丝杠轴(X轴)螺合的省略图示的滚珠螺母的检查组件30能够沿X方向移动。通过这种结构，XY机械手20能够使保持在检查组件支撑部21上的检查组件30在基板搬送传送带10(已安装基板110)的上方(+Z方向)沿XY方向(水平方向)移动。如图1以及图3所示，检查组件30包括照相组件30a和安装在照相组件30a的激光组件30b。该照相组件30a包括光学识别用照相机31和照明部32等，激光组件30b包括激光测量器33等。并且，被保持在检查组件支撑部21上的检查组件30通过XY机械手20 被移动到已安装基板110上方的指定位置处，通过光学识别用照相机31和激光测量器33， 进行用于检查已安装基板110上的元件120的安装状态的拍摄处理和测量处理。光学识别用照相机31由设置有透镜31a(参照图1)的CCD照相机等构成。光学识别用照相机31设置在已安装基板110(基板搬送传送带10)的上方(+Z方向)，并且朝下方 (-Z方向)而设置，以使其拍摄方向大致垂直于已安装基板110。据此，光学识别用照相机 31使用从照明部32对已安装基板110照射的照明光，从正上方的位置拍摄已安装基板110 的上表面的二维(平面)图像。通过该光学识别用照相机31的拍摄，在后述的白色LED的照明光之下得到与红色R、绿色G、蓝色B对应的各图像(R图像、G图像以及B图像)，在红外LED的照明光之下得到红外图像。如上所述，在本实施方式中，光学识别用照相机31相当于本发明的“拍摄部”。照明部32在顶部形成有开口部的圆顶形状的盖部321的内面侧设置多个 LED322(参照图2)而构成。并且，在盖部321的开口部配置光学识别用照相机31，光学识别用照相机31经由盖部321的开口部进行对已安装基板110的拍摄。在盖部321的内面侧，作为LED322分别设置有多个白色LED以及多个红外LED，能够进行白色光照明以及红外光照明。如图1以及图4所示，激光测量器33包含具有半导体激光器等射出激光的发光元件的照射部33a ；以及具有光位置检测元件的受光部33b。照射部33a对已安装基板110 上的测定要部111从垂直方向照射激光。激光测量器33对已安装基板110上的测定要部 111大致垂直地从照射部33a照射激光，并且通过受光部3 接收从测定要部111反射的反射光之中的扩散反射(diffuse reflection)的成分。此时，通过受光部3 接收的反射光在光位置检测元件上结成光点(焦点)，并检测出该光点位置。利用三角法测距的原理能够从检测出的光点位置计算出从激光测量器33到测定要部111的距离。据此，基于激光测量器33与已安装基板110的已知的位置关系，能够测量在已安装基板110上的测定要部111 的高度。此外，在该激光测量器33中，从照射部33a朝向测定要部111的激光入射路径Ll 与从测定要部111朝向受光部33b的反射光的反射路径L2所成的角为角度α。该激光测量器33可旋转地固定在激光组件30b的组件主体35。下面，详细描述其结构。在该组件主体35的最上部设置有旋转用电动机331。该电动机331例如由伺服电动机构成，在本实施方式中，以90°为单位步进地旋转。在该电动机331的电动机轴固定有滑轮332。另一方面，在电动机331的图4中的左方，设置有旋转自如地被支撑于组件主体35 的、沿垂直方向延伸的轴333。在该轴333的下端安装有激光测量器33，由此，激光测量器 33通过轴333绕轴333的轴芯Cl旋转自如地被保持于组件主体35。另外，在轴333上与滑轮332相同高度的位置处固定有滑轮334，在这些滑轮332、334的周围卷绕有皮带335。 通过该皮带335，电动机331的旋转驱动力被传递到轴333。根据这种结构，激光测量器33 绕轴333的轴芯Cl以90°为单位旋转。即，激光测量器33相对于组件主体35能够采取4种不同的方向，也就是箭头OR所示的“朝向”。换言之，激光测量器33的入射路径Ll的始点与反射路径L2的终点能够采取俯视观察时4种不同的朝向OR。另外，在本实施方式中，以轴333的轴芯Cl通过照射部33a与受光部33b的大致中央，即相对于从照射部33a射出的激光位于受光部3 侧的方式，将激光测量器33安装到轴333。通过采用这种结构，如下面所说明的那样能够实现激光组件30b的小型化。S卩，如图13所示，也可以采用轴芯Cl与激光测量器33的配置关系为任意的结构， 例如轴芯Cl的轴芯线与从照射部33a射出的激光即上述入射路径Ll的直线一致的结构 (图13上侧的例子)，也就是轴芯Cl与入射路径Ll同心的结构。但是，若观察激光测量器 33的半径Rr，则在轴芯Cl与入射路径Ll同心的结构中，半径Rr为从照射部33a到受光部 33b的距离，而在本实施方式所涉及的激光组件30b中，如图13的下侧所示，半径Rr为从轴芯Cl到照射部33a和从轴芯Cl到受光部33b的距离中较长的距离(在图13的例子中是从轴芯Cl到受光部33b的距离)，与图13上侧的例子相比缩短了距离Rd。这样，激光测量器33的半径Rr在本实施方式的结构中较小，其结果能够有效地实现激光组件30b的小型化。参照图2，对外观检查装置100的控制结构进行说明。控制外观检查装置100的控制装置40包括运算处理部41、存储部42、电动机控制部43、通信控制部44、图像处理部 45、测量处理部46以及照明控制部47。另外，控制装置40与包含显示面板、警告蜂鸣器等的通知组件50以及输入设备(触摸面板、鼠标等点击设备(pointing device)、键盘)60连接，向用户通知消息或警告，或接受来自用户的操作输入。运算处理部41包括执行逻辑运算的CPU、存储控制CPU的程序等的ROM (Read Only Memory，只读存储器)以及在装置运行中临时存储各种数据的RAM (Random Access Memory, 随机存取存储器)等。运算处理部41按照存储在ROM中的程序，通过电动机控制部43、图像处理部45、测量处理部46以及照明控制部47，控制外观检查装置100的各部。另外，通过通信控制部44执行所需的数据和程序模块等的通信。并且，运算处理部41使用光学识别用照相机31以及激光测量器33等进行元件120的安装状态的检查，对于元件120的端子部121的焊料接合部进行合格与否的判定等。存储部42具有可进行各种数据的存储和可由运算处理部41读出的非易失性存储装置。在存储部42中存储有光学识别用照相机31拍摄的拍摄图像数据、决定已安装基板 110上的元件120的设计位置以及朝向等位置信息的基板CAD数据、决定包含已安装基板 110上的元件120的形状、尺寸在内的有关外观的数据的元件外观数据库等。另外，存储部 42也可以采用如辅助存储装置等的物理上能够装卸的结构。电动机控制部43根据从运算处理部41输出的控制信号，控制外观检查装置100 的各伺服电动机，即用于沿Y方向移动XY机械手20的Y轴电动机22、用于沿X方向移动 XY机械手20的X轴电动机23、用于旋转激光测量器33的旋转用电动机331以及用于驱动基板搬送传送带10的电动机(省略图示)等的驱动。另外，电动机控制部43根据来自各伺服电动机的编码器(省略图示)的信号，获取检查组件30的位置(光学识别用照相机31 的拍摄位置和激光测量器33的测定要部111中的至少一方)、激光测量器33的朝向、照射部33a的位置以及已安装基板110的位置等信息。通过电动机控制部43的动作获得的工作(transaction)信息能够登录到预先在存储部42中设定的存储区域中。
如图13的下侧所示，在本实施方式的激光组件30b中，以轴芯Cl平行于入射路径 Li、且该轴芯Cl配置于照射部33a和受光部3 之间的位置的方式将激光测量器33安装到轴333。因此，当激光测量器33旋转时，从照射部33a照射的激光入射位置发生变化。对此，运算处理部41根据测定要部111和使激光测量器33旋转时由电动机控制部43取得的照射部33a的位置，通过电动机控制部43控制Y轴电动机22以及X轴电动机23，以使照射部33a的激光入射位置与测定要部111 一致(上下相向)。通信控制部44包括控制用于构筑有线或无线LAN等网络的协议的模块、接口 (interface)等。通信控制部44与进行已安装基板110的生产线上的图外的其它装置以及生产线整体的控制的图外的主机等通过网络连接，具有进行信息通信的功能。图像处理部45根据从运算处理部41输出的控制信号，通过在指定的时间从光学识别用照相机31读出拍摄信号，并且对读出的拍摄信号进行指定的图像处理，从而生成适于识别已安装基板110的元件120和焊料接合部的图像数据。测量处理部46根据由激光测量器33检测的光点位置，计算从激光测量器33到测定要部111的距离，取得已安装基板Iio上的测定要部111的高度。另外，照明控制部47 根据从运算处理部41输出的控制信号，在指定的时间使照明部32的各LED点亮。在本实施方式中，控制装置40通过运算处理部41根据由光学识别用照相机31拍摄的已安装基板110的图像来判定已安装基板110的测定要部111的状态。另外，控制装置40根据运算处理部41的判定结果，通过电动机控制部43驱动电动机331，据此控制激光测量器33的朝向OR。关于该功能在后面详细描述，执行该功能的控制装置40相当于本发明的“控制部”。此处，在说明以上述方式构成的外观检查装置100的检查动作之前，对于外观检查装置100中使激光测量器33旋转的优点和优越性等依次进行概略说明和具体例说明。在已安装基板110的测定要部111附近，例如图5㈧至(C)所示那样存在台阶， 或者如图6(A)至(C)所示那样虽然形状平坦，但在已安装基板110的表面存在材质不同的区域，或者如图7(A)至(C)所示那样安装有高度较高的元件120的情况下，根据入射路径 Ll或反射路径L2的相对于测定要部111的朝向OR不同，有时测定精度会大幅降低。对此， 在本实施方式中，运算处理部41根据光学识别用照相机31的已安装基板110的拍摄图像和基板CAD数据，判定拍摄图像中包含的、由激光测量器33测定的测定要部111附近是否存在台阶。并且，在存在台阶的情况下，检测该台阶在俯视观察时延伸的方向，根据该方向和当前的激光测量器33的朝向0R，并通过电动机控制部43控制激光测量器33的朝向OR。另外，运算处理部41根据光学识别用照相机31拍摄的已安装基板110的拍摄图像，判定拍摄图像中包含的由激光测量器33测定的测定要部111附近的颜色和材质中的至少一方的分布状况。并且，在颜色或材质在指定的长度急剧变化的情况下，检测其边界线及其方向，根据边界线的方向和当前的激光测量器33的朝向0R，通过电动机控制部43控制激光测量器33的朝向OR。另外，运算处理部41使用基板CAD数据以及元件外观数据库，根据光学识别用照相机31拍摄的拍摄图像数据进行图像识别，从而识别已安装基板110上的元件120，并获取该元件120的形状、高度、位置以及方向等。并且，运算处理部41根据获取的元件120的形状、高度、安装位置以及方向等数据，以及当前的激光测量器33的朝向、入射路径Ll与反射路径L2所成的角度α等数据，判定入射路径Ll或反射路径L2是否被测定要部111附近的元件120遮挡。并且，当判定为被测定要部111附近的元件120遮挡时，判定是否能够通过改变激光测量器33的朝向，避免入射路径Ll或反射路径L2被该元件120遮挡。并且， 当判定为能够避免被遮挡时，通过电动机控制部43改变激光测量器33的朝向。在本实施方式中，判定使测定要部111的光学测定精度降低的因素的有无，根据该判定结果改变激光测量器33的朝向，来提高测定精度。关于这些具体例，使用图5、图6 以及图7进行说明。图5㈧至(C)是表示由于已安装基板110上存在高度不同的区域而在其边界形成台阶112的情况的图，其中，图5(A)、(B)为侧视图，图5(C)为图5(B)的俯视图。在如上所述形成有台阶112的情况下，如图5(A)所示，当以从照射部33a向受光部33b的方向上存在台阶112的方式配置激光测量器33时，受到由台阶112反射的不需要的乱反射光等的影响，测定精度会降低。对此，在此情况下，如图5(B)、(C)所示，运算处理部41改变激光测量器33的朝向0R，使俯视观察的台阶112的边界线(或轮廓)延伸的方向Dl与从照射部 33a向受光部3 的方向平行。换言之，使俯视观察的台阶112的延伸方向平行于包含入射路径Ll和反射路径L2的平面。由此，能够不受台阶112的影响，防止测定精度的降低。此外，朝向OR不必一定与俯视观察的台阶112的边界线延伸的方向Dl平行。根据测定要部和台阶的形态不同，也可以调整入射路径Ll和反射路径L2，使反射路径L2偏离到台阶112 的相反一侧。总之，台阶112只要位于能够避免与入射路径Ll或反射路径L2发生干涉的方向即可。图6(A)至(C)是表示已安装基板110的表面上存在材质不同的区域的情况的图， 其中，图6(A)、⑶为侧视图，图6(C)为图6(B)的俯视图。如上所述，在由相互不同的材质形成的区域113a、li;3b相邻的情况下，如图6(A)所示，当以从照射部33a向受光部33b的方向与区域113a、li;3b的边界线113c延伸的方向D2垂直或交叉的方式配置激光测量器33 时，会受到材质不同的影响，测定精度降低。对此，在此情况下，如图6(B)、(C)所示，运算处理部41改变激光测量器33的朝向，使边界线113c延伸的方向D2与从照射部33a向受光部33b的方向平行。换言之，使边界线113c的延伸方向平行于包含入射路径Ll和反射路径L2的平面。由此，能够不受材质不同的影响，防止测定精度的降低。此外，在图6(A)至 (C)中表示了材质不同的情况，颜色不同的情况也一样。不过，作为通过光学识别用照相机 31拍摄得到的图像，在材质不同的情况和颜色不同的情况下，均同样地作为二色(明暗)的区域表示。此外，朝向OR不必一定与俯视观察的边界线113c延伸的方向D2平行。根据测定要部和台阶的形态不同，也可以调整入射路径Ll和反射路径L2，使反射路径Ll与边界线 113c之间隔开充分的间隔而错开。总之，边界线113c只要位于能够避免与入射路径Ll发生干涉的方向即可。图7㈧至(C)是表示已安装基板110上安装有高度较高的元件120的情况的图， 其中，图7(A)、⑶为侧视图，图7(C)为图7(B)的俯视图。在如上所述安装有高度较高的元件120的情况下，如图7(A)所示，从照射部33a向受光部33b的方向上存在元件120，反射路径L2被元件120遮挡，无法进行测定，或者由于元件120反射的不需要的乱反射光等而使测定精度降低。对此，在此情况下，如图7(B)、(C)所示，改变激光测量器33的朝向，使入射路径Ll以及反射路径L2不被元件120遮挡。由此，能够不受高度较高的元件120的影响，防止测定精度的降低。下面，参照图8至图10对以上述方式构成的外观检查装置100的检查动作进行说明。图8是表示外观检查装置100的检查动作步骤的流程图。另外，图9、图10是表示图8 的步骤S 12的激光测定准备处理子程序的流程图。首先，在步骤Si，作为被检查对象的已安装基板110被基板搬送传送带10搬送到指定的检查位置并被固定。接着，在步骤S2，由运算处理部41通过电动机控制部43驱动XY 机械手20，光学识别用照相机31被移动到已安装基板110上的指定的基准标记(fiducial mark)位置的上方。并且，在指定位置处形成的省略图示的基准标记被光学识别用照相机 31拍摄，并由图像处理部45生成拍摄图像数据。在步骤S3，基准标记的拍摄图像数据通过运算处理部41被进行图像识别，从而进行已安装基板110的位置修正。据此，外观检查装置100的位置坐标与已安装基板110 (基板CAD数据)上的位置相对应，完成进行检查处理的准备。以下，在步骤S4至步骤S9，进行使用光学识别用照相机31拍摄的已安装基板110 的拍摄图像的安装状态检查处理。在步骤S4，由运算处理部41判断在已安装基板110上是否存在未进行光学识别用照相机31的拍摄的区域(未拍摄区域)。即，由于光学识别用照相机31的拍摄范围(视野)限于一定范围，因此已安装基板110的拍摄是分割为多个指定区域并分开多次进行拍摄的。因此，在步骤S4判断是否存在未拍摄区域，当存在未拍摄区域时(在步骤S4为 “是”)，前进到步骤S5。另一方面，当已安装基板110上的全部区域已被拍摄、不存在未拍摄区域时(在步骤S4为“否”)，转移至步骤S10。当存在未拍摄区域时，在步骤S5，根据存储在存储部42中的基板CAD数据驱动XY 机械手20，光学识别用照相机31被移动到用于拍摄下一个拍摄区域的指定的图像检查位置。然后，在步骤S6，由光学识别用照相机31拍摄已安装基板110上的指定区域(检查区域)。拍摄图像通过图像处理部45被处理为适于识别(图像识别)的拍摄图像数据， 并被输出到运算处理部41。接着，在步骤S7，运算处理部41进行图像数据的图像识别，从而识别被拍摄到拍摄图像数据(拍摄区域)内的元件120和焊料接合部等作为检查对象的部位(检查部位)。 然后，对每个检查部位，根据存储在存储部42中的基板CAD数据，检测出元件120的安装位置偏移量(安装位置相对于设计位置的偏差)和方向、以及端子部121有无弯曲和立起等。 另外，检测出焊料接合部的位置和形状。当图像识别完成时，拍摄图像数据被存储到存储部 42中。然后，在步骤S8，对拍摄区域内的检查部位，根据检测出的元件120的位置偏移量以及方向、焊料接合部的位置以及形状等，进行检查判定(合格与否的判定)。对焊料接合部，通过图像识别，判别是否为未焊接或焊接偏差、导线浮起等不合格状态。另外，对于根据从大致垂直上方(+Z方向)拍摄已安装基板110的拍摄图像数据难以进行判别的检查部位 (焊料接合部)，判定为合格品并作为后述的步骤Sio以后的激光测定的对象。因此，通过该图像检查判定，对检查部位的合格与否进行一次判定，并且为了后述的激光测定，生成判定为合格品的元件120的位置信息(位置、方向以及位置偏移量等)以及焊料接合部的位置信息等作为图像处理结果。
然后，在步骤S9，通过运算处理部41对拍摄区域(拍摄图像数据)内的检查部位判定是否存在未检查部位。当拍摄区域(拍摄图像数据)内残留未结束检查的检查部位时 (在步骤S9为“是”)，返回到步骤S7，对该检查部位进行图像识别和检查判定。另一方面， 当对拍摄区域(拍摄图像数据)内的所有检查部位结束检查、不存在未检查部位时(在步骤S9为“否”)，转移至步骤S4，再次判定是否存在未拍摄区域。通过如此反复进行步骤S4 至步骤S9，对已安装基板110上的每个拍摄区域进行拍摄，对拍摄区域内的每个检查部位进行基于拍摄图像数据的检查。其结果，在步骤S4判定为不存在未拍摄区域时(前进到步骤SlO时)，在已安装基板110整体上，确定作为激光测定对象的元件120以及该元件120 的焊料接合部的位置信息作为图像处理结果(参照步骤S8)。在以后的步骤SlO至S15中， 对通过图像检查判定为合格品的各检查部位进行激光测定。因此，在步骤S10，通过运算处理部41判定是否存在作为测定要部111的元件120 的焊料接合部。当存在焊料接合部时，前进到步骤S11。在步骤S11，从激光测定对象的元件120之中着眼于一个元件120，判定是否存在包含一个或多个未进行激光测定的测定要部111的“未进行激光测定的部位”。即，如图1 所示，元件120中存在多个端子部121时，对各个端子部121的焊料接合部(测定要部)进行激光测定。当存在未进行激光测定的部位时，前进到步骤S12，从未进行激光测定的部位之中进一步着眼于一个测定要部111，进行该测定要部111的激光测定准备处理。此处，参照图9、图10，对激光测定准备处理的子程序进行说明。首先，在步骤S21，通过运算处理部41提取未进行激光测定的部位的位置信息。具体而言，根据对包含着眼的测定要部111的未进行激光测定的部位进行图像检查判定(参照步骤S8)而生成的图像处理结果的信息、从省略图示的编码器取得的电动机位置信息 (光学识别用照相机31的位置信息)以及拍摄着眼的测定要部111的未进行激光测定的部位的拍摄图像数据，计算出用于进行激光测定的准确的位置信息。接着，在步骤S22，通过运算处理部41，对着眼的测定要部111的未进行激光测定的部位判断是否存在参照图5(A)至(C)说明的台阶。该判断是根据存储在存储部42中的上述拍摄图像数据以及上述基板CAD数据而进行的。然后，当存在台阶时(在步骤S22为 “是”)，转移至步骤S27,另一方面当不存在台阶时(在步骤S22为“否”)，在步骤S23，判断在未进行激光测定的部位中是否存在障碍物，即判断是否存在当进行测定要部111的测定时遮挡入射路径Ll或反射路径L2的元件120。该判断是根据存储在存储部42中的上述拍摄图像数据、上述基板CAD数据、上述元件外观数据库等进行的。然后，当存在障碍物时 (在步骤S23为“是”)，转移至步骤S27。另一方面，当不存在障碍物时(在步骤S23为“否”)，在步骤S24，从存储部42中取得该未进行激光测定的部位的图像处理数据，判断在该视野(拍摄区域)内是否为均勻材质。即，如果存在参照图6(A)至(C)说明的颜色或材质不同的边界线明显的区域，则判断为非均勻材质，如果是颜色或材质不变化，或者逐渐变化因而边界线不明显的区域，则判断为均勻材质。然后，当判断为视野内为均勻材质时(在步骤S25为“是”)，结束该子程序。 此外，在图9的步骤S21读入的拍摄图像数据残留在运算处理部41的存储器中的情况下， 可省略步骤S24。另一方面，当判断为视野内为非均勻材质时(在步骤S25为“否”)，在步骤S26，识别视野内的明暗(光的强度值的差异)的变化。即，检测参照图6(A)至(C)说明的颜色或材质不同的区域的边界线113c。接着，在步骤S27，取得激光测量器33的方向。即，根据从旋转用电动机331的省略图示的编码器取得的电动机位置信息，取得当前的激光测量器33 的朝向OR。接着，在步骤S28，判断通过旋转激光测量器33是否能够避免台阶、障碍物、颜色或材质所造成的影响。例如在参照图5(A)至图7(C)说明的例子中，判断为能够避免。另一方面，例如在测定要部的附近存在纵向以及横向(图1中的X方向以及Y方向)这两个方向的台阶和边界线中的至少其中之一的情况下，判断为不能避免。然后，当在步骤幻8判断为不能避免时(在步骤S28为“否”)，通过通知组件50的显示面板或警告蜂鸣器等对用户进行警告(步骤S29)，并结束该子程序，另一方面，当判断为能够避免时(在步骤S^为 “是”)，如参照图5(A)至图7(C)说明的那样旋转激光测量器33 (步骤S30)，并结束该子程序。图9、图10的激光测定准备处理子程序结束后，转移至图8的步骤S13。在步骤S13，通过运算处理部41，XY机械手20被驱动，激光测量器33移动至进行激光测定的测定要部111。此处，在图10的步骤S30旋转了激光测量器33时，如上所述照射部33a的位置发生变化，因此也参考该变化，控制XY机械手20的驱动。接着，在步骤S14，通过激光测量部33对每个未进行激光测定的部位进行着眼的测定要部111的测定。即，着眼的测定要部111例如是多个焊料接合部，将它们作为测定要部111进行激光测定。由此，对每个未进行激光测定的部位取得焊料接合部的最大高度，并且根据各测定要部111的高度信息(外形形状)，推定焊料接合部的焊料容积。在步骤S14结束激光测定后，在步骤S15，通过运算处理部41进行基于测定值的判定处理。即，对于作为着眼的测定要部111进行了测定的焊料接合部，根据最大高度和推定的焊料容积判定合格与否。据此，对于在基于拍摄图像数据的检查判定(参照步骤S8)中判定为合格品的焊料接合部，通过激光测定能够更详细地进行判定。在步骤S15之后返回到步骤S11，对着眼的元件120判定是否存在未进行激光测定的部位。据此，例如在元件120中存在未进行激光测定的其它焊料接合部时，接着着眼于该焊料接合部，进行步骤S12至S15的处理。另一方面，当着眼的元件120不存在未进行激光测定的部位时，返回到步骤S10。然后，在步骤S10，通过运算处理部41判定是否存在其它的激光测定对象的元件 120(例如具有焊料接合部的元件)。当存在激光测定对象的元件120时，前进到步骤Sl 1。 如此，对于所有的激光测定对象的元件120，按照每个测定要部分别执行激光测定准备处理子程序，并且进行激光测定。另一方面，对于所有的激光测定对象的元件120，当激光测定结束时，在步骤SlO判断为不存在激光测定对象的元件，从而结束外观检查装置100的对已安装基板110的检查动作。然后，结束检查的已安装基板110被基板搬送传送带10搬出，搬入下一个已安装基板110 (被检查对象)。由此进行外观检查装置100的对已安装基板110 的检查动作。如上所述，在本实施方式中，通过电动机331旋转激光测量器33，从而改变激光测量器33的朝向OR。并且，根据光学识别用照相机31对已安装基板110拍摄的图像、基板 CAD数据、元件形状数据库等，判定是否存在台阶等，并根据该判定结果控制激光测量器33 的朝向OR。即，在判定为有台阶112时，控制激光测量器33的朝向0R，使台阶112的延伸方向Dl平行于包含入射路径Ll和反射路径L2的平面。另外，在判定为入射路径Ll或反射路径L2被元件120遮挡时，控制激光测量器33的朝向OR使其不被遮挡。另外，在判定为有颜色或材质不同的区域113a、li;3b时，控制激光测量器33的朝向0R，使该边界线113c 的延伸方向D2平行于包含入射路径Ll和反射路径L2的平面。由此，仅通过一个激光测量器33，即最少个数的照射部以及受光部，能够在不受台阶等的影响的情况下，高精度地进行激光测定。另外，根据本实施方式，在照射部33a与受光部3 之间的大致中央处设置轴芯 Cl，因此以轴芯Cl为中心的半径Rr为从轴芯Cl到照射部33a(受光部33b)的距离。因此， 能够减小半径Rr，能够实现激光组件30b的小型化。此外，本发明并不限定于上述实施方式，只要不脱离其主旨，能够进行上述之外的各种变形。例如，在上述实施方式中，在照射部33a与受光部3 之间的大致中央处设置轴芯Cl，但本发明并不限定于此。图11是表示激光组件的变形例的侧面剖视图。此外，图11中，对与上述实施方式相同的结构标注相同符号。在图11的激光组件301中，轴333的轴芯Cl与从照射部33a 照射的激光、即入射路径Ll同心。根据该结构，即使旋转激光测量器33，从照射部33a照射的激光入射位置(入射路径Li)也不发生变化。因此，在旋转激光测量器33时，无需通过 XY机械手20移动检查组件30再次进行相对于测定要部111的定位。另外，在上述实施方式中，受光部3 采用了接收来自测定要部111的反射光中的扩散反射成分的扩散反射型的激光测量器33，但本发明并不限定于此。图12是模式地表示激光测量器的变形例的图。在图12的激光测量器302中，照射部303从相对于轴芯Cl倾斜的角度的方向向着测定要部111照射激光，其中轴芯Cl从测定要部111向着垂直于已安装基板110的表面的方向延伸，受光部304相对于轴芯Cl在照射部303的相反侧接收正反射光。即，图12的激光测量器302是入射路径Ll与反射路径L2以轴芯Cl为中心轴对称的正反射型的激光测量器。根据该结构，也可取得与上述实施方式相同的作用效果。另外，在上述实施方式中，照射部33a和受光部3 作为激光测量器33 —体地被设置，但本发明并不限定于此。例如，也可以采用将照射部和受光部分离设置，固定照射部并移动受光部的结构。或者，也可以采用固定受光部、移动照射部的结构。总之，只要是能够调整入射路径Ll的始点与反射路径L2的终点在俯视观察时相向的朝向OR的结构即可。在上述实施方式中，使用了包括具有半导体激光器等射出激光的发光元件的照射部33a的激光测量器33，但并不限定于此，例如，也可以使用包括具有LED等其它发光元件的照射部的光测量器。总之，只要是能够由受光部理想地接收从发光元件射出的光被测定要部111反射后的反射光，来测定测定要部111的高度的装置即可。在上述实施方式中，根据光学识别用照相机31拍摄的图像以及基板CAD数据判定已安装基板110上是否包含台阶，但本发明并不限定于此。例如，也可以预先将由光学识别用照相机31对实际包含台阶的已安装基板110拍摄的图像存储到存储部42中，运算处理部41通过比较光学识别用照相机31拍摄的已安装基板110的图像和存储部42中存储的图像，判定已安装基板110上是否包含台阶。根据该结构，与存储部42中存储的实际包含台阶的图像进行比较，因此能够容易并且高精度地判定作为被检查对象的已安装基板110上是否包含台阶。在该实施方式中，台阶相当于本发明的“特定的表面形状”。在上述实施方式中，以将元件120焊料接合于印刷基板130上的已安装基板110 作为被检查对象，但本发明并不限定于此。例如，也可以应用于以焊料接合元件之前的状态的基板作为被检查对象，进行元件安装状态的检查的装置。另外，也可以应用于以安装元件前的安装前基板，例如通过印刷装置实施了焊料的印刷处理的基板作为被检查对象，进行印刷状态的检查的装置。在上述实施方式中，光学识别用照相机31的拍摄方向大致垂直于已安装基板 110，但本发明并不限定于此，光学识别用照相机也可以从大致垂直方向以外的倾斜方向拍摄被检查对象。在上述实施方式中，根据由光学识别用照相机31对已安装基板110拍摄的图像、 元件外观数据库以及基板CAD数据等各种数据判定是否存在台阶，但本发明并不限定于此。在本发明中，只要是至少根据由光学识别用照相机31对已安装基板110拍摄的图像判定台阶等即可。在上述实施方式中，举出了将基板CAD数据、元件外观数据库等用于判定已安装基板110的台阶、障碍物、颜色、材质等的各种数据存储在存储部42中的例子，但本发明并不限于此。例如，也可以将用于上述各判定的各种数据，经由通信控制部44存储在网络连接的主机等中，并根据需要获取。在上述实施方式中，举出了使包括光学识别用照相机31、照明部32以及激光测量器33等的检查组件30，通过XY机械手20沿XY方向(水平方向)移动的例子，但本发明并不限于此。例如，也可以使检查组件仅沿X方向移动，并且使已安装基板在可沿Y方向移动的基板台上沿Y方向移动。另外，也可以将检查组件固定设置在已安装基板上方的位置，并且在可沿XY方向(水平方向)移动的基板台上使已安装基板沿XY方向移动。另外，也可以代替图10所示的流程图，执行图14的流程图。在图14的流程图中，代替图10的警告处理(步骤S29)，对判定为通过旋转不能避免干涉的未进行激光测定的部位设定不能测定标志(步骤SU9)，对该未进行激光测定的部位结束准备处理(步骤 S130)，跳过步骤S13到S15的处理，转移至步骤Sl 1。在此情况下，对于基板的所有测定要部111，当能测定时执行测定处理，并用不能测定标志确定未处理的测定要部111所涉及的未进行激光测定的部位，另行进行测定。除此之外，也可以在图10的步骤S29的处理之后，中断测定处理并等待用户的处理。此外，无需多言，能够在本发明的权利要求书的范围内进行各种变更。
权利要求
1.一种检查装置，以安装元件之前的安装前基板和安装元件之后的已安装基板中的至少其中之一作为被检查对象，对该被检查对象的测定要部进行光学检查，其特征在于包括照射部，对所述测定要部照射光；受光部，将从所述测定要部反射的来自所述照射部的光作为反射光而接收； 驱动部，使所述照射部以及所述受光部中的至少其中之一与作为所述被检查对象的基板相对移位，来调整从所述照射部向所述测定要部的所述光的入射路径的始点与从所述测定要部向所述受光部的所述反射光的反射路径的终点在俯视观察时相向的朝向； 拍摄部，拍摄至少包含所述测定要部的所述被检查对象的表面；以及控制部，控制所述驱动部，使所述驱动部根据所述拍摄部拍摄的图像调整所述朝向。
2.根据权利要求1所述的检查装置，其特征在于所述照射部从垂直于所述被检查对象的表面的方向对所述测定要部照射所述光； 所述受光部在离开所述光的入射路径的位置接收所述反射光中的扩散反射成分； 所述驱动部使所述照射部以及所述受光部围绕与所述入射路径同心的轴芯一体地旋转移动。
3.根据权利要求1所述的检查装置，其特征在于所述照射部以相对于轴芯倾斜的角度对所述测定要部照射所述光，其中，所述轴芯从所述测定要部向着垂直于所述被检查对象的表面的方向延伸；所述受光部在俯视观察时与所述照射部夹持所述轴芯的位置接收所述反射光； 所述驱动部使所述照射部以及所述受光部围绕所述轴芯一体地旋转移动。
4.根据权利要求1所述的检查装置，其特征在于所述控制部根据所述拍摄部拍摄的图像求出该被检查对象的表面形状，并且根据该表面形状控制所述驱动部以便调整所述朝向。
5.根据权利要求4所述的检查装置，其特征在于还包括存储部，存储所述拍摄部拍摄的所述被检查对象的特定的表面形状的图像，其中， 所述控制部通过比较所述拍摄部拍摄的所述图像和所述存储部中存储的所述图像，来判定所述拍摄部拍摄的图像中是否包含所述特定的表面形状，当判定为包含所述特定的表面形状时，根据该特定的表面形状控制所述驱动部以便调整所述朝向。
6.根据权利要求4所述的检查装置，其特征在于所述控制部判定所述表面形状是否包含台阶，当判定为包含所述台阶时，控制所述驱动部将所述朝向调整为避免该台阶与所述入射路径以及所述反射路径发生干涉的方向。
7.根据权利要求1所述的检查装置，其特征在于所述控制部根据所述拍摄部拍摄的图像，判定该被检查对象是否在表面上包含边界线，当判定为包含所述边界线时，控制所述驱动部将所述朝向调整为避免该边界线与所述入射路径发生干涉的方向。
8.根据权利要求1至4、6至7中任一项所述的检查装置，其特征在于还包括 存储部，存储有关所述已安装基板上的元件的外观的信息，其中，所述控制部根据所述存储部中存储的有关所述元件的外观的信息和所述拍摄部拍摄的图像，控制所述驱动部，使所述驱动部沿避免所述入射路径以及所述反射路径与所述元件发生干涉的方向调整所述朝向。
9. 一种检查方法，以安装元件之前的安装前基板和安装元件之后的已安装基板中的至少其中之一作为被检查对象，对该被检查对象的测定要部进行光学检查，其特征在于包括以下工序第一工序，拍摄包含所述测定要部的所述被检查对象的表面； 第二工序，从照射部对所述测定要部照射光，并且使用受光部接收从所述测定要部反射的反射光，来检查所述测定要部；以及第三工序，在所述第二工序之前，判定在所述照射部照射的入射路径与所述受光部接收从所述测定要部反射的光的反射路径之间是否存在障碍物，当判定为存在障碍物时，根据在所述第一工序拍摄的图像，将从所述照射部向所述测定要部的所述光的入射路径的始点与从所述测定要部向所述受光部的所述反射光的反射路径的终点在俯视观察时相向的朝向调整为避免与所述障碍物发生干涉的方向。
全文摘要
本发明提供一种检查装置以及检查方法。在所述检查装置(100)中，激光测量器(33)具有照射激光的照射部(33a)和接收在测定要部(111)反射的反射光的受光部(33b)，激光测量器(33)安装在轴(333)的下端。电动机(331)的旋转驱动力经由皮带(335)传递到轴(333)，通过电动机(331)的旋转能够改变激光测量器(33)的方向，即能够调整入射路径的始点与反射路径的终点在俯视观察时相向的朝向(OR)。据此，在激光测量器(33)具备的照射部(33a)和受光部(33b)的个数最少的情况下，检查装置(100)能够高精度地进行对被检查对象(110)的测定要部(111)的光学测定。
文档编号H04N5/232GK102221345SQ20111005401
公开日2011年10月19日 申请日期2011年3月4日 优先权日2010年3月4日
发明者角田阳 申请人:雅马哈发动机株式会社