專利名稱：掃描頭及可用該掃描頭的外觀檢查方法和裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及掃描頭和外觀檢查技術。本發(fā)明尤其涉及對被測體進行掃描以取得信息的掃描頭及可用該掃描頭的被測體外觀檢查方法和裝置。
目前面臨21世紀，信息技術(IT)和生物技術一起以世界規(guī)模規(guī)定新世紀的狀態(tài)這一點是確實無疑的。IT領域中，用“翻卷書頁”的詞語象征商品周期短暫，縮短開發(fā)時間和減少開發(fā)費用具有前所未有的重要性，是掌握企業(yè)存亡的關鍵。
支持IT興盛的硬件大體上可分為作為基礎設施的因特網和作為終端的PC、PDA、便攜電話等信息設備。后者，即各種終端設備，在爆炸性普及的背景中，技術革新帶來的商品小型化和價廉所作貢獻很大，高集成度設計支持這些貢獻。
實現高集成度的要素，除各種工具的充實和半導體技術進步外，可舉出高密度安裝技術。高密度安裝的關鍵在于制造技術和檢查技術。安裝部件后的印刷電路板(以下簡稱“電路板”)的檢查，歷來采用進行接觸型測試的ICT(電路聯機測試儀)等，但最近的高密度安裝，接觸型檢查裝置難適應，對非接觸型，尤其是采用圖像識別技術的外觀檢查裝置的需求不斷增長。
很早就知道外觀檢查中采用圖像識別技術的方法本身。然而，在目前的狀況下，經常很小的電路板也安裝幾百到1千個以上的元件，要求檢查圖像的析像度非常高。例如考慮20微米左右的析像度時，與部件安裝相比，檢查用的時間非常多，對激烈的商品開發(fā)競爭，這樣的檢查正在成為非常大的累贅。
在這樣的情況下，本申請人先在日本專利申請?zhí)亻_平8-254500號公報中提出了裝有行傳感器的外觀檢查裝置。該裝置除當時普通的側方照明源外，還設置落射照明源，并根據測試項目對兩照明源進行切換。其情況說明如下。
現取

圖1為被查體的電路板1。圖2(a)、圖2(b)分別示出側方光6a和落射光6b的效果。如圖2(a)所示，側方光6a的反射光8a對部件2的水平面射向斜上方，對正確堆高的焊錫4的傾斜部分，則有一部分射向垂直上方。如圖2(b)所示，落射光6b的反射光8b，在部件2的水平面幾乎全反射到垂直上方，對上述傾斜部分則不是這樣。
圖3(a)、圖3(b)分別示出由側方光6a、落射光6b借助設置在電路板1垂直上方的CCD傳感器取得的圖像。如圖3(a)所示，利用側方光6a，則取得復印機那樣的圖像，比較容易判斷部件導線部分的橋接(即焊錫使多條導線短路的安裝缺陷)和部件的極性標記。如圖3(b)所示，利用落射光6b，則可得對比度大的圖像，立體件的輪廓部分和焊錫的傾斜部分照得黑。因此，比較容易判斷部件位置偏差、缺件，以及焊錫是否正確焊在部件的電極和導線上。
盡管對外觀檢查裝置的需求不斷增加，上述檢查速度還是本領域待解決的普遍課題。當然，對圖像識別精度的要求越來越高。
本發(fā)明是鑒于上述狀況而完成的，其目的在于提供一種外觀檢查技術及其所用要素技術，可滿足處理速度和檢查精度原本相悖的要求。本發(fā)明的另一目的在于提供對上述本申請人提出的技術的進一步改良。
本發(fā)明的一個方面涉及掃描頭。該掃描頭對具有三維形狀的被查體進行掃描，它包括從垂直上方投射到所述被查體的檢查面的落射照明源、檢測從所述檢查面射向垂直上方的反射光的一維傳感器，以及插在所述落射照明源與所述被查體之間且具有透鏡面和非透鏡面的透鏡狀片；所述透鏡狀片配置成所述透鏡面朝向所述被查體，而且其透鏡槽的方向與所述一維傳感器的掃描方面大致正交?！皬拇怪鄙戏酵渡涞綑z查面”意指以大致為零度的入射角投射到檢查面。“從檢查面射向垂直上方的反射光”系指以大致為零度的出射角反射的光。即，落射光與反射光大致沿同一軸行進。術語“落射”嚴格地說，是指入射角為零度的狀態(tài)，但本說明書中對裝置實際狀態(tài)而言，也可以零入射角為中心具有某種程度的寬度。
落射照明源例如具有一維形狀，并位于與上述一維傳感器平行。一維傳感器為CCD傳感器及其他任意的圖像獲取傳感器?！耙痪S傳感器的掃描方向”通常為該傳感器的縱向，該傳感器與檢查面的相對運動方向一般為垂直。本說明書中，下文將此相對運動方向稱為“驅動方向”，以區(qū)別于掃描方向?！巴哥R”一般是柱面透鏡，但只要在本發(fā)明中具有同等效果，其他透鏡也可以。
根據上述方面，在所述透鏡面上，來自所述落射照明源的光產生折射，可設定得對所述檢查面垂直行進的分量優(yōu)于其他分量。因此，能精度較高地進行利用落射光的檢查。
所述透鏡狀片可在所述非透鏡面上分別正對各所述透鏡槽的位置，帶有線狀遮光材料。這時，如后文所述，產生阻擋所述檢查面垂直行進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檢查精度。
本發(fā)明的另一方面涉及掃描頭。與上述掃描頭相比，此掃描頭的非透鏡面結構不同。即，為了抑制射向所述被查體的光擴散，非透鏡面帶有對入射光起縫隙作用的遮光材料。這時也可取得上述效果。
本發(fā)明的再一方面涉及掃描頭。此方面中，透鏡狀片具有雙面為透鏡的結構。主透鏡面朝向所述被查體，而且其透鏡槽的方向與所述一維傳感器的掃描方向大致正交。副透鏡面構成朝向所述落射照明源，并且形成該面的各透鏡正對形成所述主透鏡面的各透鏡。又，在與主透鏡面的透鏡槽對置的副透鏡面的透鏡邊界部，帶有線狀遮光材料。利用此結構，上述效果一般會再提高。后面的實施形態(tài)將加以說明。
本發(fā)明的再一方面涉及外觀檢查裝置。此裝置包含掃描頭和對包含該掃描頭的本裝置總體進行統(tǒng)一控制的主單元。掃描頭包含落射照明源、檢測從檢查面射向垂直上方的反射光并產生圖像數據的一維傳感器，以及上述或與上述類似的透鏡狀片。主單元包含控制所述掃描頭與所述被測體的相對運動的掃描頭控制單元，以及將所述圖像數據與規(guī)定的是否合格判斷基準對照，每一檢查項目判決是否合格的解析單元。利用此裝置，能有效實施采用落射光的測試(以下簡稱為“落射測試”)。
本發(fā)明的再一方面涉及掃描頭。此掃描頭具有檢測從檢查面射向垂直上方的反射光的一維傳感器、在所述檢查面的垂直上方沿所述一維傳感器的掃描方向配置的落射照明源，以及在所述檢查面的斜上方沿所述一維傳感器的掃描方向配置的側方照明源；所述落射照明源在所述檢查面的垂直上方沿所述一維傳感器的掃描方向配置，而且具有規(guī)定的寬度，能構成使帶狀貫穿該寬度中央部的第1區(qū)域和其外的第2區(qū)域分別獨立控制點亮。此結構中，可在落射測試時，只點亮第1區(qū)域或第1和第2區(qū)域都點亮，并可在進行用側方照明的測試(以下簡稱為“側方測試”)時，點亮第2區(qū)域作為輔助光。
第1區(qū)域可以成為接收從該區(qū)域照明產生的所述反射光接近最大值的落射測試理想區(qū)域。落射光應得的圖像是高對比度反射光圖像?，F將一維傳感器配置成檢測射向檢查面垂直上方的反射光，因而從垂直上方投下落射光，就能得到高對比度圖像。然而，因為這里使落射照明源具有寬度。因而即使來自其中央附近的照射有上述現象，也往往寧愿來自邊緣的照射形成接近側方照明的現象。于是，將所測圖像為高對比度的所述中央部分定為第1區(qū)域，當作“落射測試理想區(qū)域”。反之，使第2區(qū)域在側方測試時點亮，用于增強側方照明。
本發(fā)明的再一方面涉及外觀測試方法。該方法包含以下工序選擇第1測試模式；在第1測試模式，從設置在所述被查體檢查面的垂直上方的落射照明源投下落射光，以行為單位對所述檢查面進行掃描；檢測第1測試模式中進行所述掃描期間從所述檢查面射向垂直上方的反射光，以行為單位生成所述檢查面的圖像數據；選擇第2測試模式；在第2測試模式，同時照射設置在所述檢查面斜上方的側方照明源來的側方光和所述落射照明源內其中央部以外的區(qū)域照明而得的增強光，以行為單位掃描所述檢查面；檢測第2檢測模式中進行所述掃描期間從所述檢查面射向垂直上方的反射光，以行為單元生成所述檢查面的圖像數據。
第1測試模式例如為落射測試，第2測試模式例如為側方測試。此方面利用所述增強光可提高側方測試的精度。落射照明源的一部分還兼作增強光供應源，可在成本和安裝上得到好處。
又，以行為單元交錯進行第1測試模式和第2測試模式，并可用一次掃描形成所述第1測試模式的所述圖像數據和所述第2測試模式的所述圖像數據。這種情況下，當然能縮短測試時間。
以上組成要素的任意組合，作為裝置表現的結構置換為方法和系統(tǒng)構成的形態(tài)及其相反的形態(tài)等，對本發(fā)明均有效。
圖1是作為被查體例子的電路板的外觀圖。
圖2(a)和圖2(b)是分別示出側方測試的側方光、落射測試的落射光及其反射光方向的圖。
圖3(a)和圖3(b)是分別示出側方測試、落射測試中所得圖像例的圖。
圖4是實施形態(tài)所涉及外觀檢查裝置的總體組成圖。
圖5是實施形態(tài)所涉及測試單元的詳細立體圖。
圖6是含測試單元的掃描單元的側視圖。
圖7(a)、圖7(b)、圖7(c)分別是照明單元所裝透鏡狀片的結構圖。
圖8是示出圖7(c)的透鏡狀片和通過該片的落射光的圖。
圖9是示出落射照明源所發(fā)落射光照射到電路板上2個安裝件的狀態(tài)的圖。
圖10是示出用落射光沿驅動方向拍攝安裝部件所得圖像的圖。
圖11是示出用落射光沿掃描方向拍攝安裝部件所得圖像的圖。
圖12(a)、圖12(b)分別是示出落射測試和側方測試時照明點亮或熄滅狀態(tài)的圖。
圖13是具有殘留焊劑和焊錫橋的已裝IC的立體圖。
圖14是示出側方測試時來自殘留焊劑和焊錫橋的反射光強度的圖。
圖15是示出分別進行落射測試和側方測試的過程的流程圖。
圖16是示出交錯進行落射測試和側方測試的過程的流程圖。
附圖中符圖說明1是電路板，10是外觀檢查裝置，12是主單元，14是測試單元，16是掃描頭，30是照明單元，34是行傳感器，40是掃描頭控制單元，42是存儲器控制單元，44是存儲器，46是解析單元，54是圖像數據，100是落射照明源，102是側方照明源，104是丙烯酸樹脂片，106是透鏡狀片，108是半透明反射鏡，110是掃描方向，114是驅動方向，120是LED(發(fā)光二極管)群，130是透鏡面，132是非透鏡面，134是遮光材料，136是主透鏡面，138是副透鏡面，160是落射光，162是側方光，164是輔助光，220是焊錫橋反射光的光量區(qū)，222是殘留焊劑反射光的光量區(qū)。
下文參照附圖，敘述本發(fā)明的實施形態(tài)。
圖4示出實施形態(tài)所涉及外觀檢查裝置10的組成。此裝置用行傳感器對被查體的檢查面進行掃描，形成圖像，并借助圖像識別判定部件安裝狀態(tài)是否合格。通過與行傳感器掃描方向垂直地驅動掃描頭，依次取得每行的圖像，以掃描頭的一維運動完成檢查。作為另一類型的外觀檢查裝置，有的裝置使掃描頭作二維移動后停止，并重復此過程，逐點進行拍攝。但這時，機構系統(tǒng)通常復雜，往往檢查時間長。在這點上，采用本實施形態(tài)的一維傳感器是有利的。
如圖4所示，外觀檢查裝置10具有主單元12和測試單元14。在測試單元14的下部設有支承臺22，支承作為被查體的電路板1。在測試單元14的上部，設有掃描頭16、驅動該掃描頭的步進電動機20和支持掃描頭16的直線導軌等導軌18。
掃描頭16具有照明單元30、透鏡32和行傳感器34。這些構件固定在機架36上。照明單元30內裝后述的落射照明源、側方照明源、半透明反射鏡等。從電路板1射向垂直上方的反射光用半透明反射鏡導向透鏡32，穿過該透鏡32后，輸入到作為一維CCD傳感器的行傳感器34。行傳感器34以行為單位對電路板1進行掃描，并輸出其圖像數據54。
主單元12是對本裝置進行總體統(tǒng)一控制的設備，硬件上可用任意計算機CPU、存儲器和其它LSI實現，軟件上可借助存儲器所裝具有外觀檢查功能的程序等實現，但這里示出由軟、硬件聯合實現的功能塊。因此，本領域技術人員應理解能僅用硬件、僅用軟件或用軟、硬件組合，以各種形式實現這些功能塊。
主單元12的掃描頭控制單元40首先對照明單元30輸出照明控制信號50，實現隨測試內容而不同的點亮狀態(tài)。進而，掃描頭控制單元40分別對電動機20輸出電動機控制信號52，對存儲器控制單元42輸出測試啟動信號56。利用電動機控制信號52完成電動機20的步進控制，而且在檢查開始時，掃描頭16移到電路板1的端部。以下稱該位置為“起始位置”。此后，每掃描一行就由電動機控制信號52使掃描頭16前進一行。另一方面，參照測試啟動信號56，存儲器控制單元42控制圖像數據54對存儲器44的寫入，然后以行為單位將圖像數據54加以記錄。
解析單元46，與掃描并行或在掃描結束后，從存儲器44讀出圖像數據54，并對照判決基準存儲部48預先存儲的判決基準，每一檢查項目判斷是否合格。作為檢查項目，有落射測試的元件位置偏差、缺件、焊錫潤濕等方面的判斷，以及側方測試的有無焊錫橋、安裝部件錯誤、極性顛倒等方面的判斷。例如，落射測試的焊錫潤濕判斷如圖10所示，若在部件電極周圍同樣產生黑暗部分，則可認為合格，而若在離開電極處產生黑點，則可認為不合格。后一情況下，很可能焊錫不是沾在電極上，而是未熔化并以低山狀殘留在電路板1的焊點上?？傊?，判決基準存儲部48預先對要檢查的電路板1的部件安裝記錄有關合格與否的判決基準或基準圖像，并應用這些基準或圖像對行傳感器實際取得的圖像進行合格與否的判決。
圖5為測試單元14的立體圖。力6為從掃描方向110看測試單元114的示意圖。照明單元30具有落射照明源100和側方照明源102，這些照明源包圍半透明反射鏡108。落射照明源100與半透明反射鏡108之間插入透鏡狀片106，落射光通過透鏡狀片106、半透明反射鏡108，以大致為零度的入射角照射電路板1的檢查面。側方照明源102的下方設有丙烯酸樹脂片。在本實施形態(tài)中，使落射照明源100具有寬度，以顧及電路板1撓曲時也存在入射角為零度的落射光分量。
如圖6所示，落射照明源100配置成從中央分成兩塊副電路板100a、100b，并分別在掃描方向110具有3列LED(發(fā)光二極管)群120。這兩塊副電路板100a和100b配置成以微妙地往內側相合的形式連接，使各自的LED群120將落射光有效地照到檢查中的行112。另一方面，兩個側方照明源102分別具有4列LED群120，并且和落射照明源100一樣帶有傾斜，使側方光有效地照到所述行112。在半透明反射鏡108反射所述行112發(fā)射的反射光，使該光朝向透鏡32。圖5中示出此過程，即來自落射照明源100內某點P的落射光L1在電路板1上的點Q附近反射，該反射光L2由半透明反射鏡108再次反射，所得反射光L3入射到透鏡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具有各自未圖示的電源，以便可控制成分別獨立點亮。
丙烯酸樹脂片104使來自側方照明源102的側方光擴散。當側方照明源102是點光源LED的集合體，因而沒有擴散作用時，會擔心點狀光出現在圖像數據中而對檢查精度產生不良影響。透鏡狀片106在圖9至圖11中詳述其意義，其作用在于對掃描方向110將落射光集中為垂直于電路板1的分量。透鏡狀片106還實現對落射光的擴散作用。
在圖5或圖6的狀態(tài)下，取入一行圖像數據，則由導軌18將掃描頭16往驅動方向114前進一行。此后，重復進行同樣的處理，從而取得整塊電路板1的圖像數據。
圖7(a)、圖7(b)和圖7(c)分別示出透鏡狀片106的不同形態(tài)。圖7(a)的例子中，透鏡狀片106的狀態(tài)為透鏡面130朝向電路板1側，非透鏡面132朝向落射照明源100側并由照明單元30的殼體夾持。該例中，透鏡面130為柱面透鏡的連續(xù)體，非透鏡面132為平面或與其等效的面。
圖7(b)的例子也大致相同，但非透鏡面132上涂敷條狀遮光材料134。在與構成透鏡面130的多個透鏡槽相對的位置上設置遮光材料134。此結構比圖7(a)的結構調整落射光的效果更好。
圖7(c)的例子中，透鏡狀片106雙面形成透鏡，電路板1的一側為主透鏡面136，落射照明源100的一側為副透鏡面138。與副透鏡面138相比，主透鏡面136各透鏡的柱面直徑略大，主透鏡面136與副透鏡面138，其透鏡一一相互對應。而且，副透鏡面138各透鏡的邊界部分形成往落射照明源100方向隆起，并在該部分涂敷遮光材料134。根據本申請人的實驗結果，圖7(c)的例子中，對齊落射光的效果最大，而且在對落射光的開口率方面也沒有發(fā)現大問題。
在日本專利申請?zhí)亻_平10-300909號公報中揭示與這些透鏡狀片106同等的結構，但與利用該公報與其它透鏡狀片的一般結構相反，本發(fā)明在光路的下行一側配置透鏡面或主透鏡面。
圖8將圖7(c)的透鏡狀片106的一部分加以放大，并同時示出落射光的光路。落射光對各種方向擴散，并且包含對副透鏡面138具有較大入射角的光L10、L12。這樣的光L10、L12經過副透鏡面138的折射和主透鏡面136的折射，如圖8所示，使對電路板1的入射角接近零度。另一方面，預先用遮光材料134阻塞經過透鏡狀片106的折射后入射角不接近零度的光14的光路。
圖9為無透鏡狀片106時出現缺陷的說明圖?，F僅限于闡述落射照明源100和電路板1。來自落射照明源100的落射光只有照射在檢查中的行112上的分量涉及圖像數據的形成。因此，僅根據此事實，對驅動方向114而言，可假定落射光大致垂直照射電路板1。然而，掃描方向110則情況不同。即，如圖9所示，對掃描方向110而言，以落射照明源110中任意處為起點的任意方向的光到達行112。換句話說，對掃描方向112實質上不能實現落射光。
現考慮按不同方向裝在電路板1上的兩塊芯片部件140、142。第1部件140安裝成連接其兩電極的方向與掃描方向110垂直。第2部件142安裝成連接其兩個電極的方向與掃描方向一致。進行落射測試時，第1部件140在其正確安裝的情況下，從焊錫斜面和部件傾斜部分來的反射光幾乎未到達行傳感器34，從而如圖10所示，產生包圍第1部件140的黑暗圖像區(qū)域150。
另一方面，如圖11所示，第2部件142即使正確安裝，包圍第2部件142的黑暗圖像區(qū)域150也由較亮的區(qū)域152斷開，本發(fā)明者認為會導致妨礙是否合格的判決。這是因為如上文所述，對掃描方向110未實現落射光，混有來自各種方向的光，因而焊錫斜面和部件傾斜部分充分將反射光送回行傳感器34。換句話說，落射照明源100沿其縱向依然照入明亮區(qū)域152。
本實施形態(tài)根據上述見解，采用透鏡狀片106。透鏡狀片106插在落射照明源100與電路板1之間，并調整得使其透鏡槽的方向與掃描方向100大致垂直，從而利用圖8中說明的光路調整效應消除圖11所示的問題。這點已由實驗證實。
實施形態(tài)的另一考慮在于照明強度。圖12(a)和圖12(b)分別用斜線示出落射測試時和側方測試時點亮的LED群120。首先在落射測試時，點亮全部落射照明源100，從電路板1的垂直上方照射落射光160。使落射照明源100在驅動方向具有寬度，以便適應電路板1的翹曲或撓曲。
另一方面，在側方測試時，點亮全部側方照明源102，投射側方光162，同時使落射照明源100的外側共計4列LED群120點亮，投射輔助光164。從圖2(a)和圖2(b)也可知，落射照明源100與側方照明源120同等亮度時，行傳感器34檢測的側方光6a產生的反射光8a比落射光60產生的反射光8b暗。因此，為對此進行補償，如圖12(b)所示，不點亮落射照明源100的中央附近區(qū)域(以下稱為“第1區(qū)域”)。這是因為第1區(qū)域產生的光為大致理想的落射光160，雖然進行側方測試，但仍得到與落射測試相同的圖像，不能達到測試目的。與此相反，第1區(qū)域可規(guī)定為落射測試中投射理想落射光的范圍。再者，從與側方光162不同的角度投射輔助光164，因而接近側方測試中原來希望的狀態(tài)，即接近從拍攝部分的整個周圍均勻照光的狀態(tài)。
現假設從落射照明源100到電路板1的距離為約100mm，從透鏡狀片106到電路板1的距離為約70mm，雖然取決于電路板1的狀態(tài)和其他狀況，但在某一試驗中，第1區(qū)域為偏離掃描行正上方±2度～3度。本實施形態(tài)中，從余量的角度將第1區(qū)域取得略為大些，使落射照明源100的中央2列LED群120熄滅。
圖13、圖14為輔助光164的含義的說明圖。如圖13所示，考慮表面安裝型IC200。安裝后，IC200的引腳202之間存在殘留的焊劑(以下簡稱為“殘留焊劑”)206和安裝欠佳的焊錫橋204。殘留焊劑206也往往出現在引腳202之間，檢查中只需要正確判斷焊錫橋204為不合格。該檢查作為側方測試的一個項目進行。
圖14對殘留焊劑206和焊錫橋204示意說明側方測試時行傳感器34所檢測的光量。如該圖所示，僅有側方光162時，殘留焊劑206的反射光引起的光量范圍222與焊錫橋204的反射光引起的光量范圍220比較接近。側方光162上追加輔助光164時，殘留焊劑206所涉及的光量范圍222幾乎沒有變化，但焊錫橋204所涉及的光量范圍220移到光量大的一側。根據本發(fā)明者發(fā)現的這種特性，使檢查用的動態(tài)范圍增大，可提高兩者的識別精度。以上為加到本實施形態(tài)的第2點考慮，在最近較少洗凈焊劑的安裝現場，這是重要的檢查技術。
圖15為示出以上結構的外觀檢查裝置10所進行檢查過程的流程圖。這里示出的例子首先用落射測試取得整個電路板1的圖像數據，接著用側方測試同樣取得圖像數據，從而進行檢查。
如圖15所示，首先將表示圖像形成次數的計數器n置零(S10)，選擇作為第1模式的落射測試模式，并將掃描頭16送到起始位置(S12)。隨著選擇落射測試模式，掃描頭控制單元40將落射照明源100置于點亮狀態(tài)，將側方照明源102置于熄滅狀態(tài)。
然后，由行傳感器34進行第1行掃描(S14)，并將其圖像數據54寫入存儲器44(S16)。接著，由掃描頭控制單元40接掃描頭16往驅動方向饋送一行(S18)，并按照預先輸入的電路板1有關信息，判斷該位置是否掃描結束位置，即是否電路板1的結束端(S20)。只要不是結束位置(S20中的“否”)，就反復進行對行的掃描、對存儲器44的寫入和掃描頭16的饋進(S14、S16、S18)，取得整個電路板1的落射測試圖像。
取得整個電路板1的圖像時，掃描頭16到達結束位置(S20中的“是”)，使計數器n遞增(S22)，并判斷該n是否為2(S24)?，Fn仍為1，因而處理進至S26，選擇作為第2測試模式的側方測試模式后，掃描頭16返回起始位置(S26)。隨著選擇側方測試模式，將落射照明源100的中央部分(即第1區(qū)域)置于熄滅狀態(tài)，將此外的落射照明源100的區(qū)域(即第2區(qū)域)置于點亮狀態(tài)，而且將側方照明源102也置于點亮狀態(tài)。接著，將起始位置作為起始點，反復進行對行的掃描、對存儲器44的寫入和掃描頭16的饋進(S14、S16、S18)，取得整個電路板1的側方測試圖像。取得整個圖像時，掃描頭16到達結束位置(S20中“是”)，使計數器n遞增(S22)。該n變?yōu)?，因而處理從S24的“是”進至S28。
在S28進行涉及各項目的檢查。解析單元46從存儲器44讀出落射測試時取得的圖像，檢查落射測試項目，接著讀出側方測試時取得的圖像，對側方測試項目進行檢查。從判決基準存儲部48讀出判決是否合格用的基準等信息，并加以利用。檢查結束時，顯示其結果(S30)，并結束一系列的處理。本領域技術人員應理解，運用上存在各種變形例，合格與否不僅可顯示，而且也可記錄到存儲器44，并在全部項目合格時不顯示其結果等。作為第1模式，先進行側方測試；作為第2模式后進行落射測試。這樣安排也可以。當然也可以使圖像數據54的獲取和檢查盡可能并行處理。
使落射光點亮與側方光和輔助光點亮交錯進行，可在掃描頭16僅在電路板1上移動一次的期間，分別且一次形成落射測試用和側方測試用兩種圖像。因此，外觀檢查裝置10的圖像分辨率足夠高，即使隔一行分別取得上述圖像也足以達到檢查目的。
圖16示出交錯方式的檢查過程，其中將包含作為起始位置的第1行的奇數行設定為落射測試用，將偶數行設定為側方測試用。
首先，選擇作為第一模式的落射測試模式，并將掃描頭16饋送到起始位置(S50)。其次，進行第1行的掃描(S52)，并將其圖像數據54寫入存儲器44(S54)。將掃描頭16往驅動方向送一行(S56)，并判斷該位置是否掃描結束位置(S58)。不是結束位置(S58中為“否”)，則切換到側方測試模式(S60)，在側方光和輔助光的基礎上進行第2行掃描、對存儲器44寫入和掃描頭16的饋進(S52、S54、S56)。反復進行S52至S60的處理，直到掃描頭16處于結束位置，從而由落射光形成奇數行的圖像外，還由側方光和輔助光形成偶數行的圖像。
若掃描頭16到達結束位置，則處理從S58的“是”進至S60，與圖15相同，進行各項目有關檢查(S60)和結果顯示(S62)，從而結束一系列的處理。
利用交錯方式，當然可縮短檢查時間。對一塊電路板1僅將掃描頭16往驅動方向移動一次即可，因而也有利于將外觀檢查裝置10裝到生產流水線。這時，例如將掃描頭16這一側做成固定式，將電路板1的支承臺22做成傳送帶，就能原樣檢查生產流水線上運行的電路板1。
以上根據若干實施形態(tài)對本發(fā)明進行了說明。本領域技術人員應理解這些實施形態(tài)為例示，其各組成要素和處理過程的組合可以有各種變形例，而且這種變形例也屬于本發(fā)明的范圍。下面舉出若干這種變形例。
實施形態(tài)中，作為被查體，考慮了電路板1，但外觀檢查裝置10的應用不限于此。例如，可用于BGA(Ball Grid Array球柵陣)型大規(guī)模集成電路(LSI)的引腳檢查，還可廣泛用于含有落射測試和側方測試組合的各種檢查。
實施形態(tài)中，與落射照明源100并行設置2組側方照明源102，但也可將其設置為3組、4組或更多。例如，設置4組時，可在圖5的側方照明源102的縱向端部附近設置新的側方照明源102，并配置成4組側方照明源包圍要檢查的行?？傊?，能確保側方光較多，通常較好。
實施形態(tài)中，在透鏡狀片106上設置黑色條狀遮光材料，但不限于這種形狀，起縫隙作用并取得同樣效果的任一結構均可。同樣，丙烯酸樹脂片104也可為具有擴散作用的其他材料。
實施形態(tài)中，用LED群120實現落射照明源100和側方照明源102，但也可用熒光燈等其它手段實現該照明源。不過，以交錯方式應用時，一般要點亮和熄滅足夠快的元件，LED群120滿足該條件。通常LED群120在工作壽命方面也比熒光燈有利得多。
實施形態(tài)中，落射照明源100和側方照明源102的LED群120分別取為6列和4列，但當然不限于這些數字。落射照明源100和側方照明源102通常都包含沿掃描方向110排列的m列LED群120，可由這些LED內中央附近的n列(n＜m)發(fā)光二極管群形成第1區(qū)域，但也可以是具有本發(fā)明同等效果的其他結構。
實施形態(tài)中，投射增強光時，理想落射光投射區(qū)域(即第1區(qū)域)的LED群120熄滅。作為另一方法，也可以在進行側方測試時，中間插入遮蔽來自第1區(qū)域的光的構件。作為透光和遮光切換比較快而且不移動功能構件加以實現的方法，例如可在中間插入液晶板，并控制第1區(qū)域所對應部分的透射性。
實施形態(tài)中，分別構成落射照明源100和側方照明源102，但也可構成一個整體。落射照明源100與側方照明源102之間不需要有空隙，只要能確保從半透明反射鏡108通往透鏡32的光路，可進行各種設計。
不希望落射照明源100中僅第1區(qū)域在不同控制下點亮時，還有一種方法是進行側方測試時，使落射照明源100全部弱照明。“弱照明”其含義為點亮得比落射測試的亮度暗。尤其在落射照明源100的寬度某種程度上較大時，即使弱照明，作為增強光也往往有用。
圖4將主單元12和測試單元14示為一體，但這兩個單元也可分別位于不同處。例如，也可以將測試單元14裝到工廠的生產流水線，主單元12則位于用任意網絡連接測試單元14的解析中心等機構。也可構成測試單元14放在用戶端，主單元12放在解析中心，從而為承辦用戶解析業(yè)務的商用模式。
根據本發(fā)明，可提高外觀檢查精度，并能按情況縮短檢查時間。
權利要求
1.一種掃描頭，對具有三維形狀的被查體進行掃描，其特征在于，它包括從垂直上方投射到所述被查體的檢查面的落射照明源、檢測從所述檢查面射向垂直上方的反射光的一維傳感器，以及插在所述落射照明源與所述被查體之間且具有透鏡面和非透鏡面的透鏡狀片；所述透鏡狀片配置成所述透鏡面朝向所述被查體，而且其透鏡槽的方向與所述一維傳感器的掃描方面大致正交。
2.如權利要求1所述的掃描頭，其特征在于，所述透鏡狀片在所述非透鏡面上分別正對各所述透鏡槽的位置上，帶有線狀遮光材料。
3.一種掃描頭，對具有三維形狀的被查體進行掃描，其特征在于，它包括從垂直上方投射到所述被查體的檢查面的落射照明源、檢測從所述檢查面射向垂直上方的反射光的一維傳感器，以及插在所述落射照明源與所述被查體之間且具有透鏡面和非透鏡面的透鏡狀片；所述透鏡狀片配置成所述透鏡面朝向所述被查體，而且其透鏡槽的方向與所述一維傳感器的掃描方面大致正交；為了抑制射向所述被查體的光擴散，在所述非透鏡面上帶有對入射光起縫隙作用的遮光材料。
4.一種掃描頭，對具有三維形狀的被查體進行掃描，其特征在于，它包含從垂直上方投射到所述被查體的檢查面的落射照明源、檢測從所述檢查面射向垂直上方的反射光的一維傳感器，以及插在所述落射照明源與所述被查體之間且具有主透鏡面和副透鏡面的透鏡狀片；所述主透鏡面構成朝向所述被查體，而且其透鏡槽的方向與所述一維傳感器的掃描方向大致正交；所述副透鏡面構成朝向所述落射照明源，并且形成該面的各透鏡正對形成主透鏡面的各透鏡；在與所述主透鏡面透鏡槽對置的所述副透鏡面的透鏡邊界部，帶有線狀遮光材料。
5.如權利要求1至4中任一所述的掃描頭，其特征在于，所述掃描頭還包含從斜方投射到所述被查體的側方照明源，并構成可有選擇地點亮所述落射照明源和所述側方照明源。
6.如權利要求1至5中任一所述的掃描頭，其特征在于，所述落射照明源在所述檢查面的垂直上方沿所述一維傳感器的掃描方向配置，而且具有規(guī)定的寬度，構成可控制使帶狀貫穿該寬度中央部的第1區(qū)域和其外的第2區(qū)域分別獨立點亮。
7.一種外觀檢查裝置，對具有三維形狀的被查體的外觀進行檢查，其特征在于，它包含對所述被查體進行掃描的掃描頭，以及對包含該掃描頭的本裝置總體進行統(tǒng)一控制的主單元；所述掃描頭包括從垂直上方投射到所述被查體的檢查面的落射照明源、檢測從所述被檢查面射向垂直上方的反射光產生圖像數據的一維傳感器，以及透鏡狀片，該片插在所述落射照明源與所述被查體之間，其透鏡面朝向所述被查體，并且為了抑制射向所述被查體的光擴散，其非透鏡面上帶有對入射光起縫隙作用的遮光材料；所述主單元包含控制所述掃描頭與所述被查體的相對運動的掃描頭控制單元，以及將所述圖像數據與規(guī)定的是否合格的判斷基準對照并每一檢查項目判決是否合格的解析單元。
8.一種掃描頭，對具有三維形狀的被查體進行掃描，其特征在于，它具有檢測從所述被查體的檢查面射向垂直上方的反射光的一維傳感器、在所述檢查面的垂直上方沿所述一維傳感器的掃描方向配置的落射照明源，以及在所述檢查面的斜上方沿所述一維傳感器的掃描方向配置的側方照明源；所述落射照明源具有規(guī)定的寬度，并構成可控制使帶狀貫穿寬該寬度中央部的第1區(qū)域和其余的第2區(qū)域分別獨立點亮。
9.如權利要求8所述的掃描頭，其特征在于，所述第1區(qū)域是接收該區(qū)域照明所產生所述反射光接近最大值的落射測試理想區(qū)域。
10.如權利要求8或9所述的掃描頭，其特征在于，所述落射照明源包含沿所述掃描方向排列的m列發(fā)光二極管；所述第1區(qū)域由這些m列中靠近中央的n列(n＜m)發(fā)光二極管群構成。
11.一種外觀檢查裝置，對具有三維形狀的被查體的外觀進行檢查，其特征在于，它包含對所述被查體進行掃描的掃描頭，以及對包含該掃描頭的本裝置總體進行統(tǒng)一控制的主單元；所述掃描頭具有檢測從所述被查體的檢查面射向垂直上方的反射光并產生圖像數據的一維傳感器、在所述檢查面的上方沿所述一維傳感器的掃描方向配置的落射照明源，以及在所述檢查面的斜上方沿所述掃描方向配置的側方照明源；所述落射照明源具有規(guī)定的寬度，并構成可控制使帶狀貫穿該寬度中央部的第1區(qū)域和其外的第2區(qū)域分別獨立點亮；所述主單元包含控制所述掃描頭的照明和所述掃描頭與所述被查體的相對運動的掃描頭控制單元、控制將所述圖像數據存放到存儲器的存儲器控制單元，以及將存放到所述存儲器的圖像數據與規(guī)定的是否合格判斷基準對照，第一檢查項目判決是否合格的解析單元。
12.如權利要求11所述的外觀檢查裝置，其特征在于，所述掃描頭控制單元在第1測試模式置于點亮所述落射照明源的狀態(tài)，在第2測試模式置于點亮所述側方照明源和所述落射照明源中的第2區(qū)域的狀態(tài)，而且處于熄滅所述第1區(qū)域的狀態(tài)。
13.如權利要求11所述的外觀檢查裝置，其特征在于，所述掃描頭控制單元使所述第1測試模式與所述第2測試模式交錯，反復切換所述落射照明源和所述側方照明源的點亮和熄滅；所述存儲器控制單元使所述存儲器的圖像數據寫入交錯進行，從而所述存儲器內分開形成所述第1測試模式應得圖像數據和所述第2測試模式應得圖像數據。
14.如權利要求11所述的外觀檢查裝置，其特征在于，所述掃描頭控制單元在第1測試模式置于點亮所述落射照明源的狀態(tài)，在第2測試模式置于點亮所述側方照明源的狀態(tài)，而且置于使所述落射照明源弱照明的狀態(tài)。
15.如權利要求8至14中任一所述的外觀檢查裝置，其特征在于，所述掃描頭還包含插在所述落射照明源與所述被查體之間的透鏡狀片；所述透鏡狀片配置成其透鏡面朝向所述被查體，而且其透鏡槽的方向與所述一維傳感器的掃描方向大致正交。
16.一種外觀檢查方法，對具有三維形狀的被查體進行檢查，其特征在于，該方法包含以下工序選擇第1測試模式；在第1測試模式，從設置在所述被查體檢查面的垂直上方的落射照明源投下落射光，以行為單位對所述檢查面進行掃描；檢測第1測試模式中進行所述掃描期間從所述檢查面射向垂直上方的反射光，以行為單位生成所述檢查面的圖像數據；選擇第2測試模式；在第2測試模式，同時照射設置在所述檢查面斜上方的側方照明源來的側方光和所述落射照明源內其中央部以外的區(qū)域照明而得的增強光，以行為單位掃描所述檢查面；檢測第2檢測模式中進行所述掃描期間從所述檢查面射向垂直上方的反射光，以行為單元生成所述檢查面的圖像數據。
17.如權利要求16所述的外觀檢查方法，其特征在于，所述第1測試模式掃描工序包含通過配置成透鏡面朝向所述被查體且透鏡槽方向與所述掃描方向大致正交的透鏡狀片，使所述落射光方向一致的處理工序。
18.如權利要求16或17所述的外觀檢查方法，其特征在于，以所述行為單位交錯進行所述第1測試模式和所述第2測試模式；用一次掃描形成第1測試模式的所述圖像數據和所述第2測試模式的所述圖像數據。
全文摘要
在檢查印刷電路板等的行傳感型外觀檢查裝置中,要求改善檢查精度和縮短測試時間這兩相互對立的指標。為此,外觀檢查裝置的測試單元(14)具有掃描頭。掃描頭具有照明單元(30)和行傳感器(34)。照明單元(30)具有落射照明源(100)和側方照明源(102)。落射照明源(100)與被查體之間設有對齊落射光用的透鏡狀片(106)。進行側方測試時,落射照明源(100)內除中央部分以外的區(qū)域也照明,對側方光產生輔助光。
文檔編號G01N21/88GK1337576SQ0111110
公開日2002年2月27日 申請日期2001年2月27日 優(yōu)先權日2000年8月11日
發(fā)明者秋山吉宏, 巖野行雄 申請人:株式會社先機