JP6122310B2

JP6122310B2 - 検査装置

Info

Publication number: JP6122310B2
Application number: JP2013036787A
Authority: JP
Inventors: 保良鈴木; 明彦亀田; 浄竹内; 俊幸阪本; 義信滝沢; 足立　秀之; 秀之足立
Original assignee: ヴィスコ・テクノロジーズ株式会社
Priority date: 2013-02-27
Filing date: 2013-02-27
Publication date: 2017-04-26
Anticipated expiration: 2033-02-27
Also published as: JP2014163874A

Description

本発明は、物体の形状を検査するための技術、特に、ピン状の端子を複数有するコネクタ部品もしくはピン状の端子を挿入する前の成型品の外形を検査するための技術、に関する。

ＩＣチップなどの電子部品の製造過程においては、割れや欠け、異物の付着がないかについて、電子部品の外観を検査する必要である。一般的には、電子部品の真上に備え付けられたカメラで電子部品を撮影し、その撮影画像により電子部品の外観を確認することが多い。しかし、ピン状の端子を複数有するコネクタ部品もしくはピン状の端子を挿入する前の成型品の場合は、部品形状が複雑であるため、ピンの曲がり具合や、窪みや穴への異物混入を撮影画像から確認するのは困難である（特許文献１参照）。

また、電子部品を真上から撮影する場合、カメラの設置可能位置が限定されるため、製造現場のレイアウト上も好ましくない。更に、照明の拡散反射によりクリアな撮影画像を得にくいという問題もある。

特開２００５−２０８０６４号公報

電子部品を真上ではなく斜めから撮像すればこういった欠点は解消される。カメラの設置位置の自由度が増すし、１枚の撮影画像に電子部品の３面を含めることができるため検査効率も向上する。

しかし、斜め方向から電子部品を撮影すると、撮影画像に奥行きが生じるためピントが合いにくいという別の問題が生じる。

本発明は、上記課題に鑑みて完成された発明であり、その主たる目的は、電子部品、特に、コネクタ部品のような複雑な形状の電子部品の外観を効率的に検査するための技術、を提供することにある。

本発明に係る検査装置は、コネクタ部品の外観を検査するための装置であって、検査対象のコネクタ部品を載せる検査台と、コネクタ部品を照射する照明体と、水平面に対して斜めの方向であり、かつ、コネクタ部品の３面を撮影可能な方向を光軸として、コネクタ部品を撮像するカメラを備える。カメラの撮像面は、光軸に対して傾けられている。

本発明に係る別の検査装置は、検査対象物体を載せる検査台と、検査対象物体を照射する照明体と、水平面に対して斜めの方向を光軸として、検査対象物体を撮像するカメラと、照明体およびカメラの検査対象物体の表面に対する相対角度を変化させることにより、表面からの光の反射方向と光軸の方向の相対角度を変化させる姿勢制御部と、を備える。カメラの撮像面は、光軸に対して傾けられていおり、複数の相対角度について、検査対象物体を複数回撮像する。検査対象物体は、上述のコネクタ部品でもよい。

本発明に係る別の検査装置は、検査対象物体を載せる検査台と、検査対象物体を照射する照明体と、水平面に対して斜めの方向を光軸として検査対象物体を撮像する第１および第２のカメラと、を備える。第１のカメラの第１の光軸と第２のカメラの第２の光軸は互いに異なっており、第１のカメラの撮像面は、第１の光軸に対して傾けられており、第２のカメラの撮像面も、第２の光軸に対して傾けられている。第１および第２のカメラにより、検査対象物体を異なる方向から撮像する。

本発明に係る別の検査装置は、検査対象物体を載せる検査台と、互いに異なる方向から検査対象物体を照射する第１および第２の照明体と、水平面に対して斜めの方向を光軸として、検査対象物体を撮像するカメラと、を備える。カメラの撮像面は、光軸に対して傾けられていおり、カメラは、第１の照射体による照射時と第２の照射体による照射時のそれぞれにおいて、検査対象物体を複数回撮像する。

本発明によれば、電子部品の外観を効率的に検査しやすくなる。

シャインプルーフの原理を説明するための模式図である。コネクタ部品の外観図である。第１の実施形態における検査装置の構成図である。従来型の垂直方向からの検査方法を示す図である。本実施形態における斜め方向からの検査方法を示す図である。マニピュレータ（把持部）を搭載した検査装置の構成図である。第２の実施形態における検査装置の構成図である。第３の実施形態における検査装置の構成図である。第４の実施形態における検査装置の構成図である。

以下、添付図面を参照しながら、本発明の好ましい実施の形態について詳細に説明する。

図１は、シャインプルーフの原理を説明するための模式図である。
本実施形態における検査装置１００は、シャインプルーフの原理（Scheimpflug Principle）を応用することにより、検査対象物を斜め方向からクリアに撮影する。そこで、検査装置１００の構成および制御を説明する前に、シャインプルーフの原理について簡単に説明する。

シャインプルーフの原理に基づく撮影に使用するカメラ１０２は、レンズ１０６と撮像面１０８を内蔵する。撮像面１０８とはフィルム面やＣＣＤ（Charge Coupled Device）の配置面であり、レンズ１０６から得られた画像が像を結ぶ面である。レンズ１０６の法軸である光軸１１０と撮像面１０８の法軸である撮像軸１１２は一致しない。図１に示すように、光軸１１０と撮像軸１１２は角度Ｓを構成する。ここで、レンズ１０６の面と撮像面１０８が検査面１０４上で交わるとき（図１の点Ｐ）、カメラ１０２は、検査面１０４上の検査物に対しては広く焦点を合わせることができる。

シャインプルーフの原理を応用した撮影では被写界深度が深いため、検査面１０４上に置かれる被写体全体に対して焦点を合わせやすい。このため、奥行きのあってもクリアな撮影画像を得ることができる。

図２は、コネクタ部品１１４の外観図である。
本実施形態においては、コネクタ部品１１４の外観検査を対象として説明する。ただし、本実施形態における検査装置１００は、コネクタ部品１１４以外のさまざまな電子部品の外観検査にも応用可能である。

コネクタ部品１１４は、空洞部１１６を有し、空洞部１１６には複数のピン端子１１８が整列している。このようなコネクタ部品１１４の空洞部１１６には塵埃などの異物が入り込みやすい。また、製造時には多くのピン端子１１８に反りや欠けがないかについてもチェックする必要がある。更に、成型時のふくらみ１２０や欠け１２２などの存否についてもチェックする必要がある。

従来、コネクタ部品１１４の検査ではＺ方向（垂直方向）からコネクタ部品１１４の上面（ＸＹ平面）を撮影することによりピン端子１１８の反りがないか確認することが多かった。しかし、Ｚ方向、すなわち、真上方向からの撮影では、ピン端子１１８の精緻な検査が難しく、特に、側面のふくらみ１２０や欠け１２２を視認しにくいという欠点があった。また、コネクタ部品１１４の６面すべてを確認するには１部品あたり６回の撮影が必要であるため、検査効率が悪いという問題もある。

そこで、本実施例においては、図２に示されているような３面を含む撮影画像を得るために斜め方向からコネクタ部品１１４を撮像する。斜め方向から撮像すれば、ピン端子１１８の曲がり具合や空洞部１１６の異物混入などの外観異常をより確認しやすくなる。また、一度に３面を撮像できるため検査効率も向上する。このような斜め方向からの撮像に対応するために、図１に関連して説明したシャインプルーフの原理を応用する。

［第１実施形態］
図３は、第１実施形態における検査装置１００の構成図である。
第１実施形態における検査装置１００は、カメラ１０２、照明１２４および検査台１２６を含む。検査台１２６の水平面には検査対象のコネクタ部品１１４が載置される。照明１２４は、垂直方向（Ｚ方向）に対して斜め方向（入射角Ｓ１）からコネクタ部品１１４を照射する。カメラ１０２は、全反射方向（反射角Ｓ１）と光軸を一致させることが望ましい。このように、検査装置１００においては、コネクタ部品１１４を斜め方向から照射し、斜め方向からカメラ１０２により照射されたコネクタ部品１１４を撮影することで外観の撮影画像を得る。

カメラ１０２のレンズはテレセントリックレンズ（Telecentric Lense）であってもよい。テレセントリックレンズは、斜め方向からの撮影であっても直線部分を曲がることなく撮像できるというメリットがある。カメラ１０２のレンズの前には偏光板をつけてもよい。偏光板は、Ｓ波とＰ波という互いに直交する光波のうち、一方を遮断する。このような偏光板を通して撮影すると、コネクタ部品１１４などの検査対象物体の表面に模様が描かれていても、模様は撮像画像に写りこみにくくなるため、検査対象物体の外観異常を検出しやすくなる。

検査台１２６は、コネクタ部品１１４を固定する機構を備えてもよい。また、検査台１２６は、回転、移動可能に構成されてもよい。このように構成することにより、コネクタ部品１１４をさまざまな位置・角度から撮像できる。

図４は、従来型の垂直方向からの検査方法を示す図である。
一般的には、検査面１０４に対して垂直方向から照明し、同じく、垂直方向から検査面１０４を撮影することが多い。このような照明および検査方法を「同軸検査」とよぶことにする。同軸検査にてへこみ１２８を撮影すると、へこみ１２８において照明が乱反射する。このため、カメラ１０２による撮影画像においては充分なコントラストを確保しにくく、へこみ１２８を確認しにくくなることがある。

図５は、本実施形態における斜め方向からの検査方法を示す図である。
本実施形態における検査装置１００は、検査面１０４を斜め方向から照明・撮像する。照明方向と撮像方向は一致しない。へこみ１２８の周辺には影ができるため、高いコントラストにて撮影が可能となる。また、同軸照明は露光時間が長いという欠点もあるため、本実施形態における斜めからの撮影方法によれば検査時間を短縮できるというメリットもある。なお、へこみにかぎらずふくらみについても同様である。

図６は、マニピュレータ１３０（把持部）を搭載した検査装置１００の構成図である。
図６に示す検査装置１００においては、検査台１２６はベルトコンベアとしてＸ軸方向にコネクタ部品１１４を一定速度で搬送する。コネクタ部品１１４の上部には、マニピュレータ１３０が設置される。また、図３と同様、コネクタ部品１１４は照明１２４により斜め方向から照射され、カメラ１０２により斜め方向から撮像される。

制御装置１３２は、マニピュレータ１３０およびカメラ１０２を制御する。制御装置１３２は、カメラ１０２によりコネクタ部品１１４の外観を撮影し、外観に異常があればマニピュレータ１３０を制御して不良品を検査台１２６から取り除く。制御装置１３２は、一般的なパーソナルコンピュータとソフトウェアであればよい。より具体的には、制御装置１３２は、コネクタ部品１１４がマニピュレータ１３０の直下に来るタイミングで、カメラ１０２によりコネクタ部品１１４を撮像し、画像にて外観検査を行い、外観に異常が認められた場合にはマニピュレータ１３０に指示して不良品を検査台１２６から排除させればよい。撮影画像による外観検査は、公知の画像処理技術の応用でもよいし、検査員によるチェックであってもよい。

マニピュレータ１３０は、検査対象のコネクタ部品１１４の直上に設けたい場合があるが、同軸検査ではこのようなニーズに対応できない。これに対して、本実施形態においては、斜め方向からコネクタ部品１１４を撮像できるためカメラ１０２の設置可能範囲が広い。したがって、カメラ１０２をマニピュレータ１３０の邪魔にならないように配置できる。

［第２実施形態］
図７は、第２実施形態における検査装置１００の構成図である。
第２実施形態における検査装置１００は、カメラ１０２、照明１２４、検査台１２６および制御装置１３２（姿勢制御部）を含む。検査台１２６の水平面には検査対象のコネクタ部品１１４が載置される。第２実施形態においては、カメラ１０２は制御装置１３２により移動可能となっている。照明１２４は、斜め方向（入射角Ｓ１）からコネクタ部品１１４を照射する。まず、制御装置１３２は、カメラ１０２を移動させてその光軸を全反射方向（反射角Ｓ１）と一致させる（位置Ｐ１）。制御装置１３２は、カメラ１０２を操作して、コネクタ部品１１４を撮像する。位置Ｐ１において、照明１２４とカメラ１０２がコネクタ部品１１４の表面に対して為す角度はｔ１（＝Ｓ１＋Ｓ１）である。

次に、制御装置１３２は、カメラ１０２を移動させる（位置Ｐ２）。位置Ｐ２においてカメラ１０２の光軸は全反射方向とは一致しないため、カメラ１０２にはほぼ拡散光のみが入射される。位置Ｐ２において、照明１２４とカメラ１０２がコネクタ部品１１４の表面に対して為す角度はｔ２である。ｔ２＞ｔ１であってもよいし、ｔ２＜ｔ１であってもよい。制御装置１３２は、位置Ｐ２においてカメラ１０２を再び操作して、コネクタ部品１１４を撮像する。

カメラ１０２が位置Ｐ１にあるときには、コネクタ部品１１４の表面からの反射光成分がカメラ１０２に入射する。反射光成分を主とした撮像画像においては、コネクタ部品１１４表面のふくらみを確認しやすい。これに対して、カメラ１０２が位置Ｐ２にあるときには、カメラ１０２に入射する反射光成分は小さくなり、拡散光成分が大きくなる。このときには、コネクタ部品１１４の空洞部１１６に入り込んだ異物や筐体に入り込んだ異物を確認しやすくなる。このように、光の反射方向とカメラ１０２の光軸方向の相対角度を変えながら、コネクタ部品１１４を複数方向から撮像することにより、検査精度を高めることができる。これら複数枚の撮像画像は目視により確認してもよいし、公知の画像処理方法により確認してもよい。

一般的な目視検査の場合、人間が検査対象物体を手でつかんでその向きをさまざまに変えながら表面状態を確認することが多い。これは、向きの変更により反射光成分と拡散光成分の比率を変えることで表面の状態をより好適に確認できるためである。しかし、同軸照明では、反射光成分と拡散光成分の比率を変えることができないため、目視検査よりも検査精度が劣るという欠点があった。第２実施形態における検査装置１００によれば、カメラ１０２を移動させることで反射光成分と拡散光成分の比率を変化させながら複数種類の撮像画像を得ることができるため、目視検査に匹敵する検査精度と、目視検査以上の検査効率を実現できる。

なお、図７では、カメラ１０２を移動させているが、制御装置１３２はカメラ１０２を固定し、照明１２４を移動させてもよい。あるいは、制御装置１３２は、コネクタ部品１１４を固定したまま検査台１２６をＹ軸を中心として回転させてもよい。いずれにしても、照明１２４、カメラ１０２およびコネクタ部品１１４の相対位置を変化させることにより、反射光成分と拡散光成分の比率が異なる複数の撮像画像を取得できればよい。

また、図６に関連して説明したように、第２実施形態においても、マニピュレータ１３０による把持とカメラ１０２による検査を併用してもよい。以降に示す第３および第４の実施形態についても同様である。

［第３実施形態］
図８は、第３実施形態における検査装置１００の構成図である。
第３実施形態における検査装置１００は、２台のカメラ１０２ａ，１０２ｂ、照明１２４、検査台１２６および制御装置１３２を含む。検査台１２６の水平面には検査対象のコネクタ部品１１４が載置される。照明１２４は、斜め方向（入射角Ｓ１）からコネクタ部品１１４を照射する。カメラ１０２ａの光軸方向は、全反射方向（反射角Ｓ１）と一致する（位置Ｐ１）。制御装置１３２は、カメラ１０２ａを操作して、コネクタ部品１１４を撮像する。照明１２４とカメラ１０２ａがコネクタ部品１１４の表面に対して為す角度はｔ１（＝Ｓ１＋Ｓ１）である。

次に、制御装置１３２は、カメラ１０２ｂによりコネクタ部品１１４を撮像する（位置Ｐ２）。カメラ１０２ｂの光軸方向は、全反射方向とは一致しないため、カメラ１０２ｂに入射するのはほとんど拡散光成分である。照明１２４とカメラ１０２ｂがコネクタ部品１１４の表面に対して為す角度はｔ２である。ｔ２＞ｔ１であってもよいし、ｔ２＜ｔ１であってもよい。

このように、光軸方向が異なる２台のカメラ１０２ａ，１０２ｂによりコネクタ部品１１４を撮像することにより、反射光成分と拡散光成分の比率が異なる複数枚の撮像画像を取得できる。

［第４実施形態］
図９は、第４実施形態における検査装置１００の構成図である。
第４実施形態における検査装置１００は、カメラ１０２、２台の照明１２４ａ，１２４ｂ、検査台１２６および制御装置１３２を含む。検査台１２６の水平面には検査対象のコネクタ部品１１４が載置される。照明１２４ａは、斜め方向（入射角Ｓ１）からコネクタ部品１１４を照射する。カメラ１０２の光軸は、照明１２４ａ（位置Ｑ１）による全反射方向（反射角Ｓ１）と一致する。制御装置１３２は、カメラ１０２を操作して、コネクタ部品１１４を撮像する。照明１２４ａとカメラ１０２がコネクタ部品１１４の表面に対して為す角度はｔ１（＝Ｓ１＋Ｓ１）である。

次に、制御装置１３２は、照明１２４ｂからの照明によりコネクタ部品１１４を撮像する（位置Ｑ２）。照明１２４ｂは、斜め方向（入射角Ｓ２）からコネクタ部品１１４を照射する。カメラ１０２の光軸は、照明１２４ｂによる全反射方向とは一致しない。照明１２４ｂとカメラ１０２がコネクタ部品１１４の表面に対して為す角度はｔ２である。ｔ２＞ｔ１であってもよいし、ｔ２＜ｔ１であってもよい。

このように、照射方向が異なる２台の照明１２４ａ，１２４ｂにより照射方向を変えながらコネクタ部品１１４を撮像することにより、反射光成分と拡散光成分の比率が異なる複数枚の撮像画像を取得できる。

以上のように、本実施形態における検査装置１００によれば、斜め方向から検査対象物をクリアに撮影できるため、検査効率および検査精度を高めることができる。また、コネクタ部品１１４の直上部照明１２４やカメラ１０２を配置する必要がないため、マニピュレータ１３０との組み合わせが容易になる。

更に、第２から第４の実施形態として示したように、反射光成分と拡散光成分の比率が異なる複数の撮像画像を取得することにより、いっそう検査精度を高めることができる。

以上、本発明を実施の形態をもとに説明した。実施の形態は例示であり、それらの各構成要素や各処理プロセスの組合せにいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。

本実施形態においてはコネクタ部品を検査対象として説明したが、検査対象物はコネクタ部品に限らずさまざまな電子部品に応用可能である。たとえば、ＢＧＡ（Ball Grid Array）の平坦度検査などへの応用も考えられる。

１００検査装置
１０２カメラ
１０４検査面
１０６レンズ
１０８撮像面
１１０光軸
１１２撮像軸
１１４コネクタ部品
１１６空洞部
１１８ピン端子
１２０ふくらみ
１２２欠け
１２４照明
１２６検査台
１２８へこみ
１３０マニピュレータ
１３２制御装置

Claims

内部に複数のピン端子が整列してなる空洞部を有する検査対象のコネクタ部品が載置される表面を有し、かつ、該表面と平行な第１の軸を中心に回転可能に構成された検査台と、
前記検査台を回転させる前の段階における前記表面のうち前記コネクタ部品が載置される部分における該表面の法線に対して前記コネクタ部品から見て斜めであり、かつ、前記第１の軸と直交する方向から前記コネクタ部品を照射する照明体と、
前記検査台を回転させる前の段階における前記表面に対する前記照明体の照射光の全反射方向であり、かつ、前記空洞部の開口を含む前記コネクタ部品の３面を撮影可能な方向を光軸として、前記コネクタ部品を撮像するカメラと、
前記カメラ及び前記検査台を制御する制御装置とを備え、
前記カメラの撮像面は、前記光軸に対して傾けられており、
前記制御装置は、少なくとも前記検査台を前記第１の軸を中心に回転させる前と後のそれぞれにおいて前記カメラに前記コネクタ部品の撮像を行わせることにより、複数の撮像画像を取得するよう構成される
ことを特徴とする検査装置。
前記カメラのレンズは、テレセントリックレンズである
ことを特徴とする請求項１に記載の検査装置。
前記カメラは、偏光レンズを介して前記コネクタ部品を撮像する
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の検査装置。