JP2019124493A - 外観検査装置および外観検査方法 - Google Patents

Abstract

【課題】検査対象物の外観の検査精度を向上させることができる外観検査装置および外観検査方法を提供する。【解決手段】互いに異なる照射条件で検査対象物に光を選択的に照射する複数の照明部と、複数の照明部からの選択的な照射光で照明された検査対象物を撮像することで、複数の照明部のそれぞれの照射光に対応する複数の撮像画像を取得する撮像部と、取得された複数の撮像画像のうちの一部である少なくとも１つの撮像画像の輝度を反転した反転画像を生成し、生成された反転画像の輝度と、取得された複数の撮像画像のうちの少なくとも１つの撮像画像の他の撮像画像の輝度とを加算することで、検査対象物の外観検査に用いる少なくとも１つの検査画像を生成する検査画像生成部と、生成された検査画像に基づいて検査対象物の外観を判定する判定部と、を備える。【選択図】図１

Description

本発明は、外観検査装置および外観検査方法に関する。

従来から、電子部品などの検査対象物（以下、ワークとも呼ぶ）の撮像画像に基づいて、ワークの外観を検査する外観検査装置が採用されていた。外観検査において、ワークの欠け不良は、ワークが整然とした形状で欠けている場合やワークに樹脂の未充填部分がある場合には、正常な部分に比べて暗い画像として検出され、一方、ワークが衝撃を伴って欠けている場合には、正常な部分に比べて明るい画像として検出される傾向にある。これら暗い画像として検出される欠け不良（以下、暗欠陥とも呼ぶ）と、明るい画像として検出される欠け不良（以下、明欠陥とも呼ぶ）とは、同じワークにいずれか一方が存在する場合もあるし、双方が存在する場合もある。暗欠陥および明欠陥の双方を適切に検出するため、従来から、外観検査装置においては、暗欠陥および明欠陥のそれぞれの検出に好適な照明角度の照明光をワークに照射してワークの画像を撮像し、撮像された画像に基づいて暗欠陥または明欠陥を検査していた。

特許第５２２１８５８号公報

しかしながら、従来は、ワークの検査対象面に擦れキズ等が存在する場合に、特に明欠陥の検査において、良品であるにもかかわらず擦れキズ等が不良として過剰検出されてしまうことがあった。

これにより、従来は、検査対象物の外観の検査精度を向上させることが困難であるといった問題があった。

そこで、本発明は、検査対象物の外観の検査精度を向上させることができる外観検査装置および外観検査方法を提供することを目的とする。

本発明の一態様に係る外観検査装置は、
互いに異なる照射条件で検査対象物に光を選択的に照射する複数の照明部と、
前記複数の照明部からの選択的な照射光で照明された前記検査対象物を撮像することで、前記複数の照明部のそれぞれの照射光に対応する複数の撮像画像を取得する撮像部と、
前記取得された複数の撮像画像のうちの一部である少なくとも１つの撮像画像の輝度を反転した反転画像を生成し、前記生成された反転画像の輝度と、前記取得された複数の撮像画像のうちの前記少なくとも１つの撮像画像の他の撮像画像の輝度とを加算することで、前記検査対象物の外観検査に用いる少なくとも１つの検査画像を生成する検査画像生成部と、
前記生成された検査画像に基づいて前記検査対象物の外観を判定する判定部と、を備える。

前記外観検査装置において、
前記検査画像は、前記加算により、外観不良に該当する前記検査対象物の外観特徴部の輝度が増加され、外観不良に該当しない前記検査対象物の外観特徴部の輝度が減少された画像であってもよい。

前記外観検査装置において、
前記検査画像は、前記外観不良に該当する前記検査対象物の外観特徴部の輝度として、前記検査対象物の欠損部の輝度が増加され、前記外観不良に該当しない前記検査対象物の外観特徴部の輝度として、前記検査対象物の擦傷部および汚染部の少なくとも一方の輝度が減少された画像であってもよい。

前記外観検査装置において、
前記複数の照明部は、前記互いに異なる照射条件としての互いに異なる照射角度で、前記検査対象物に光を照射してもよい。

前記外観検査装置において、
前記検査画像生成部は、前記取得された複数の撮像画像のうちの前記照射角度が大きい照射光に対応する撮像画像の輝度を反転することで第１の反転画像を生成し、前記生成された第１の反転画像の輝度と、前記取得された複数の撮像画像のうちの前記照射角度が小さい照射光に対応する撮像画像の輝度とを加算することで、第１の検査画像を生成し、
前記判定部は、前記生成された第１の検査画像に基づいて前記検査対象物の第１の欠損部の有無を判定してもよい。

前記外観検査装置において、
前記検査画像生成部は、前記取得された複数の撮像画像のうちの前記照射角度が小さい照射光に対応する撮像画像の輝度を反転することで第２の反転画像を生成し、前記生成された第２の反転画像の輝度と、前記取得された複数の撮像画像のうちの前記照射角度が大きい照射光に対応する撮像画像の輝度とを加算することで、第２の検査画像を生成し、
前記判定部は、前記生成された第２の検査画像に基づいて前記検査対象物の第２の欠損部の有無を判定してもよい。

前記外観検査装置において、
前記検査画像生成部は、前記生成された反転画像の輝度と、前記他の撮像画像の輝度とを、互いに対応する画素単位で加算することで前記検査画像を生成してもよい。

前記外観検査装置において、
前記照明部の個数は、２個であってもよい。

本発明の一態様に係る外観検査方法は、
互いに異なる照射条件で検査対象物に光を選択的に照射し、
前記選択的な照射光で照明された前記検査対象物を撮像することで、前記選択的な照射光のそれぞれに対応する複数の撮像画像を取得し、
前記取得された複数の撮像画像のうちの一部である少なくとも１つの撮像画像の輝度を反転した反転画像を生成し、
前記生成された反転画像の輝度と、前記取得された複数の撮像画像のうちの前記少なくとも１つの撮像画像の他の撮像画像の輝度とを加算することで、前記検査対象物の外観検査に用いる少なくとも１つの検査画像を生成し、
前記生成された検査画像に基づいて前記検査対象物の外観を判定する。

前記外観検査方法において、
前記検査対象物は、電子部品であってもよい。

本発明の一態様に係る外観検査装置は、互いに異なる照射条件で検査対象物に光を選択的に照射する複数の照明部と、複数の照明部からの選択的な照射光で照明された検査対象物を撮像することで、複数の照明部のそれぞれの照射光に対応する複数の撮像画像を取得する撮像部と、取得された複数の撮像画像のうちの一部である少なくとも１つの撮像画像の輝度を反転した反転画像を生成し、生成された反転画像の輝度と、取得された複数の撮像画像のうちの前記少なくとも１つの撮像画像の他の撮像画像の輝度とを加算することで、検査対象物の外観検査に用いる少なくとも１つの検査画像を生成する検査画像生成部と、生成された検査画像に基づいて検査対象物の外観を判定する判定部と、を備える。
このように、複数の撮像画像のうちの１つの撮像画像の反転画像の輝度と他の撮像画像の輝度とを加算して検査画像を生成し、生成された検査画像に基づいて検査対象物の外観を判定することで、検査対象物の外観の検査精度を向上させることができる。
したがって、本発明によれば、検査対象物の外観の検査精度を向上させることができる。

本実施形態に係る外観検査装置の一例を示す図である。 本実施形態に係る外観検査方法の一例を示すフローチャートである。 本実施形態に係る外観検査方法において、欠け不良がある場合の検査画像の生成工程を示す図である。 本実施形態に係る外観検査方法において、擦れ傷がある場合の検査画像の生成工程を示す図である。 本実施形態の変形例に係る外観検査方法の一例を示すフローチャートである。

以下、図面を参照して本発明に係る実施形態を説明する。実施形態は、本発明を限定するものではない。

図１は、本実施形態に係る外観検査装置１の一例を示す図である。図１に示される本実施形態に係る外観検査装置１は、検査対象物の外観を検査する装置である。図１の例において、検査対象物は、電子部品の一例である半導体ワークＷである。

図１に示すように、外観検査装置１は、複数の照明部の一例である第１照明部２および第２照明部３と、撮像部４と、検査画像生成部５と、判定部６と、を備える。

第１照明部２および第２照明部３は、互いに異なる照射条件で半導体ワークＷに光Ｌを選択的に照射する。図１の例において、第１照明部２および第２照明部３は、互いに異なる照射角度θ１、θ２で半導体ワークＷに光Ｌを照射する。ここで、照射角度θ１、θ２は、半導体ワークＷの表面に沿った面方向ｄに対して図１に一点鎖線で示される照射部２、３の光軸がなす角度である。図１の例において、第１照明部２の照射角度θ１は、第２照明部３の照射角度θ２よりも大きいすなわち広い。照射角度以外の照射条件は、第１照明部２と第２照明部３との間において互いに同一であってもよいし、または互いに異なってもよい。第１照明部２および第２照明部３は、例えば、ＬＥＤ照明装置であってもよい。

撮像部４は、第１照明部２および第２照明部３からの選択的な照射光で照明された半導体ワークＷを撮像する。図１の例において、撮像部４は、半導体ワークＷの表面に垂直な方向から半導体ワークＷを撮像する。半導体ワークＷを撮像することで、撮像部４は、照明部２、３のそれぞれの照射光に対応する複数の撮像画像を取得する。より詳しくは、撮像部４は、第１照明部２からの照射角度が大きいすなわち広い照射光で照明された半導体ワークＷの撮像画像である広角照射時撮像画像と、第２照明部３からの照射角度が小さいすなわち狭い照射光で照明された半導体ワークＷの撮像画像である狭角照射時撮像画像とを取得する。広角照射時撮像画像は、暗欠陥が正常な部分よりも暗い画像として映り込む撮像画像である。狭角照射時撮像画像は、明欠陥が正常な部分よりも明るい画像として映り込む撮像画像である。撮像部４は、例えば、固体撮像素子を有するカメラであってもよい。

検査画像生成部５は、撮像部４で取得された広角照射時撮像画像および狭角照射時撮像画像のうちの一方の撮像画像の輝度を反転した反転画像を生成する。そして、検査画像生成部５は、生成された反転画像の輝度と、広角照射時撮像画像および狭角照射時撮像画像のうちの他方の撮像画像の輝度とを加算することで、半導体ワークＷの外観検査に用いる１つの検査画像を生成する。

より詳しくは、検査画像生成部５は、生成された一方の撮像画像の反転画像と、他方の撮像画像とを、互いに対応する画素単位で加算することで検査画像を生成する。

検査画像は、一方の撮像画像の反転画像と他方の撮像画像との輝度の加算により、外観不良に該当する半導体ワークＷの外観特徴部の輝度が増加され、外観不良に該当しない半導体ワークＷの外観特徴部の輝度が減少された画像である。

より詳しくは、検査画像は、外観不良に該当する半導体ワークＷの外観特徴部の輝度として、半導体ワークＷの欠損部の輝度が増加され、外観不良に該当しない半導体ワークＷの外観特徴部の輝度として、半導体ワークＷの擦傷部および汚染部の輝度が減少された画像である。

検査画像生成部５は、例えば演算処理装置などのハードウェアである。検査画像生成部５は、１つの機器に搭載されていてもよく、または、一部の構成部が、他の構成部との間で外部ネットワークを通じて通信可能な装置（例えばクラウド上のサーバやデータベース）上にあってもよい。また、検査画像生成部５の一部をソフトウェアで構成してもよい。

判定部６は、生成された検査画像に基づいて、半導体ワークＷの外観を判定する。例えば、判定部６は、検査画像と、外観の判定において参照とする参照画像とを比較し、両画像の画素値の差が閾値以内に収まる場合には、半導体ワークＷが欠陥を有しないと判定し、一方、閾値以内に収まらない場合には、半導体ワークＷが欠陥を有すると判定してもよい。

判定部６は、例えば演算処理装置などのハードウェアである。判定部６は、１つの機器に搭載されていてもよく、または、一部の構成部が、他の構成部との間で外部ネットワークを通じて通信可能な装置（例えばクラウド上のサーバやデータベース）上にあってもよい。また、判定部６の一部をソフトウェアで構成してもよい。

次に、図１の外観検査装置１を適用した外観検査方法の一例について、図２〜図４を参照して説明する。図２は、本実施形態に係る外観検査方法の一例を示すフローチャートである。図３は、本実施形態に係る外観検査方法において、欠け不良がある場合の検査画像の生成工程を示す図である。図４は、本実施形態に係る外観検査方法において、擦れ傷がある場合の検査画像の生成工程を示す図である。

先ず、図２に示すように、第１照明部２から半導体ワークＷに大きい照射角度θ１で光Ｌを照射する（ステップＳ１）。

次いで、撮像部４により、第１照明部２からの照射光Ｌで照明された半導体ワークＷを撮像することで、広角照射時撮像画像を取得する（ステップＳ２）。半導体ワークＷが欠け不良を有する場合、図３に模式的に示すように、広角照射時撮像画像Ｉ１は、欠け不良Ａが正常な部分よりも暗く映り込んだ撮像画像となる。なお、図３の例において、半導体ワークＷは、半導体素子を樹脂で封止した封止部Ｗ１と、封止部Ｗ１から露出し、半導体素子に電気的に接続された端子部Ｗ２とを有している。半導体ワークＷは、図３の例に限定されない。一方、半導体ワークＷが欠け不良を有さず欠陥には該当しない擦れ傷のみを有する場合、図４に模式的に示すように、広角照射時撮像画像Ｉ１は、擦れ傷Ｂが比較的目立たずに映り込んだ撮像画像となる。

広角照射時撮像画像を取得した後、図２に示すように、第２照明部３から半導体ワークＷに小さい照射角度θ２で光Ｌを照射する（ステップＳ３）。

次いで、撮像部４により、第２照明部３からの照射光Ｌで照明された半導体ワークＷを撮像することで、狭角照射時撮像画像を取得する（ステップＳ４）。半導体ワークＷが欠け不良を有する場合、図３に示すように、狭角照射時撮像画像Ｉ２は、欠け不良Ａが正常な部分よりも明るく映り込んだ撮像画像となる。一方、半導体ワークＷが欠け不良を有さず擦れ傷のみを有する場合、図４に示すように、狭角照射時撮像画像Ｉ２は、擦れ傷Ｂが過剰に強調されて映り込んだ撮像画像となる。

ここで、もし、図４の狭角照射時撮像画像Ｉ２のみに基づいて外観判定を行った場合、擦れ傷Ｂが欠陥として誤判定されてしまうおそれがある。しかるに、本実施形態では、後述する広角照射時撮像画像Ｉ１の反転画像Ｉ３と狭角照射時撮像画像Ｉ２との輝度を加算した検査画像Ｉ４を取得することで、擦れ傷の誤判定を防止することができる。

広角照射時撮像画像および狭角照射時撮像画像を取得した後、図２に示すように、検査画像生成部５は、大きい照射角度θ１の照射光に対応する広角照射時撮像画像の輝度を反転した反転画像を生成する（ステップＳ５）。半導体ワークＷが欠け不良を有する場合、図３に示すように、反転画像Ｉ３は、欠け不良Ａが正常な部分よりも明るく映り込んだ画像となる。なお、反転画像の生成（ステップＳ５）と第２照明部３から光Ｌの照射（ステップＳ３）とは、順番が前後してもよい。

反転画像を生成した後、検査画像生成部５は、生成された反転画像の輝度と狭角照射時撮像画像の輝度とを加算することで、検査画像を生成する（ステップＳ６）。このとき、検査画像は、反転画像と狭角照射時撮像画像との輝度の加算によって半導体ワークＷの欠損部の輝度が増加され、半導体ワークＷの擦傷部の輝度が減少された画像となる。したがって、半導体ワークＷが欠け不良を有する場合、図３に示すように、検査画像Ｉ４は、欠け不良Ａが正常な部分よりも明るく映り込んだ画像となる。一方、半導体ワークＷが欠け不良を有さず擦れ傷のみを有する場合、図４に示すように、検査画像Ｉ４は、擦れ傷が解消された画像となる。

検査画像を生成した後、図２に示すように、判定部６は、生成された検査画像に基づいて判定部６の外観を判定する（ステップＳ７）。

以下、本実施形態によってもたらされる作用について説明する。

既述したように、本実施形態に係る外観検査装置１は、互いに異なる照射角度θ１、θ２で半導体ワークＷに光を選択的に照射する複数の照明部２、３と、照明部２、３からの選択的な照射光で照明された半導体ワークＷを撮像することで、複数の照明部２、３のそれぞれの照射光に対応する複数の撮像画像を取得する撮像部４とを備える。また、外観検査装置１は、取得された複数の撮像画像のうちの一部である少なくとも１つの撮像画像の輝度を反転した反転画像を生成し、生成された反転画像の輝度と、取得された複数の撮像画像のうちの少なくとも１つの撮像画像の他の撮像画像の輝度とを加算することで、検査対象物の外観検査に用いる少なくとも１つの検査画像を生成する検査画像生成部５を備える。また、外観検査装置１は、生成された検査画像に基づいて半導体ワークＷの外観を判定する判定部６を備える。検査画像は、反転画像の輝度と他の撮像画像の輝度との加算により、外観不良に該当する半導体ワークＷの外観特徴部の輝度が増加され、外観不良に該当しない半導体ワークＷの外観特徴部の輝度が減少された画像である。より詳しくは、検査画像は、半導体ワークＷの欠損部の輝度が増加され、半導体ワークＷの擦傷部および汚染部の少なくとも一方の輝度が減少された画像である。

ここで、欠け不良（欠損部）のような不良品に該当する外観特徴部は、三次元的な広がりを有するため、照射光の照射角度に応じて明暗が大きく変化するのに対して、擦れキズ（擦傷部）や汚れ（汚染部）のような不良品に該当しない外観特徴部は、ワークの同一平面上に存在するため、照射角度が変わってもそれほど明暗が変化しない。本実施形態によれば、複数の撮像画像のうちの１つの撮像画像の反転画像の輝度と他の撮像画像の輝度とを加算することで、欠け不良の輝度が増加され、擦れキズや汚れの輝度が減少された検査画像を生成することができる。このような検査画像に基づいて検査対象物の外観を検査することで、欠け不良を確実に検出しつつ、擦れキズや汚れの過剰検出を防止することができる。これにより、検査対象物の外観の検査精度を向上させることができる。

（変形例）
上述した構成以外にも、本実施形態には種々の変形例を適用することができる。図５は、本実施形態の変形例に係る外観検査方法の一例を示すフローチャートである。

図２では、広角照射時撮像画像および狭角照射時撮像画像のうちの広角照射時撮像画像の輝度を反転させた反転画像を生成し、生成された反転画像と狭角照射時撮像画像との輝度を加算することで検査画像を生成する例について説明した。これに対して、図５の例において、検査画像生成部５は、広角照射時撮像画像および狭角照射時撮像画像を取得した後、小さい照射角度θ２の照射光に対応する狭角照射時撮像画像の輝度を反転した反転画像を生成する（ステップＳ５１）。反転画像を生成した後、検査画像生成部５は、生成された反転画像の輝度と広角照射時撮像画像の輝度とを加算することで、検査画像を生成する（ステップＳ６１）。この場合でも、図２の例と同様に、擦れ傷や汚れの過剰検出を防止して、検査対象物の外観の検査精度を向上させることができる。

また、第１照明部２および第２照明部３は、検査対象物の外観をより高精度に検査できるように、検査対象物に対する照射光の照射角度を変更可能に配置されていてもよい。また、検査画像の生成に用いられる撮像画像は、異なる照射条件の下で検査対象物を撮像した３つ以上の撮像画像であってもよい。

上述した実施形態は、あくまで一例であって、発明の範囲を限定するものではない。発明の要旨を逸脱しない限度において、上述した実施形態に対して種々の変更を行うことができる。変更された実施形態は、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。

１ 外観検査装置
２ 第１照明部
３ 第２照明部
４ 撮像部
５ 検査画像生成部
６ 判定部

Claims (10)

1. 互いに異なる照射条件で検査対象物に光を選択的に照射する複数の照明部と、
   前記複数の照明部からの選択的な照射光で照明された前記検査対象物を撮像することで、前記複数の照明部のそれぞれの照射光に対応する複数の撮像画像を取得する撮像部と、
   前記取得された複数の撮像画像のうちの一部である少なくとも１つの撮像画像の輝度を反転した反転画像を生成し、前記生成された反転画像の輝度と、前記取得された複数の撮像画像のうちの前記少なくとも１つの撮像画像の他の撮像画像の輝度とを加算することで、前記検査対象物の外観検査に用いる少なくとも１つの検査画像を生成する検査画像生成部と、
   前記生成された検査画像に基づいて前記検査対象物の外観を判定する判定部と、を備えることを特徴とする外観検査装置。
2. 前記検査画像は、前記加算により、外観不良に該当する前記検査対象物の外観特徴部の輝度が増加され、外観不良に該当しない前記検査対象物の外観特徴部の輝度が減少された画像であることを特徴とする請求項１に記載の外観検査装置。
3. 前記検査画像は、前記外観不良に該当する前記検査対象物の外観特徴部の輝度として、前記検査対象物の欠損部の輝度が増加され、前記外観不良に該当しない前記検査対象物の外観特徴部の輝度として、前記検査対象物の擦傷部および汚染部の少なくとも一方の輝度が減少された画像であることを特徴とする請求項２に記載の外観検査装置。
4. 前記複数の照明部は、前記互いに異なる照射条件としての互いに異なる照射角度で、前記検査対象物に光を照射することを特徴とする請求項３に記載の外観検査装置。
5. 前記検査画像生成部は、前記取得された複数の撮像画像のうちの前記照射角度が大きい照射光に対応する撮像画像の輝度を反転することで前記反転画像を生成し、前記生成された反転画像の輝度と、前記取得された複数の撮像画像のうちの前記照射角度が小さい照射光に対応する撮像画像の輝度とを加算することで、前記検査画像を生成し、
   前記判定部は、前記生成された検査画像に基づいて前記検査対象物の欠損部の有無を判定することを特徴とする請求項４に記載の外観検査装置。
6. 前記検査画像生成部は、前記取得された複数の撮像画像のうちの前記照射角度が小さい照射光に対応する撮像画像の輝度を反転することで前記反転画像を生成し、前記生成された反転画像の輝度と、前記取得された複数の撮像画像のうちの前記照射角度が大きい照射光に対応する撮像画像の輝度とを加算することで、前記検査画像を生成し、
   前記判定部は、前記生成された検査画像に基づいて前記検査対象物の欠損部の有無を判定することを特徴とする請求項４に記載の外観検査装置。
7. 前記検査画像生成部は、前記生成された反転画像の輝度と、前記他の撮像画像の輝度とを、互いに対応する画素単位で加算することで前記検査画像を生成することを特徴とする請求項１に記載の外観検査装置。
8. 前記照明部の個数は、２個であることを特徴とする請求項１に記載の外観検査装置。
9. 互いに異なる照射条件で検査対象物に光を選択的に照射し、
   前記選択的な照射光で照明された前記検査対象物を撮像することで、前記選択的な照射光のそれぞれに対応する複数の撮像画像を取得し、
   前記取得された複数の撮像画像のうちの一部である少なくとも１つの撮像画像の輝度を反転した反転画像を生成し、
   前記生成された反転画像の輝度と、前記取得された複数の撮像画像のうちの前記少なくとも１つの撮像画像の他の撮像画像の輝度とを加算することで、前記検査対象物の外観検査に用いる少なくとも１つの検査画像を生成し、
   前記生成された検査画像に基づいて前記検査対象物の外観を判定することを特徴とする外観検査方法。
10. 前記検査対象物は、電子部品であることを特徴とする請求項９に記載の外観検査方法。