特開 2022-153735 検査装置及び検査方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2022153735

(43)【公開日】2022-10-13

(54)【発明の名称】検査装置及び検査方法

(51)【国際特許分類】

   G01N 21/88 20060101AFI20221005BHJP

【ＦＩ】

G01N21/88 Z

【審査請求】未請求

【請求項の数】8

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021056411

(22)【出願日】2021-03-30

(71)【出願人】

【識別番号】000005234

【氏名又は名称】富士電機株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100161562

【弁理士】

【氏名又は名称】阪本 朗

(72)【発明者】

【氏名】小林 聡

【テーマコード（参考）】

2G051

【Ｆターム（参考）】

2G051AA65

2G051AB14

2G051AC02

2G051BA10

2G051BB05

2G051BB07

2G051CA04

2G051CB01

2G051CB05

2G051CC07

2G051EA08

2G051ED11

(57)【要約】

【課題】簡易な手段で任意の照射範囲を切り替え、立体状の検査対象物を検査可能な検査装置を提供する。
【解決手段】上記課題を解決するために、本発明の一様態に係る検査装置１は、立体状の検査対象物が配置される平面を基準平面１５ａとする検査対象領域Ｗに対して光を照射する照明部３と、照明部３を一部覆う遮光部４と、検査対象領域Ｗを撮影する撮影部２と、照明部３、遮光部４および撮影部２を制御する制御部２０と、撮影部２で撮影された画像をあらかじめ準備された基準画像と比較する判定部３０と、を有し、制御部２０は、遮光部４を移動させることにより、照明部３の検査対象領域Ｗに対する照射範囲Ｒを変える。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

立体状の検査対象物が配置される平面を基準平面とする検査対象領域に対して光を照射する照明部と、
前記照明部を一部覆う遮光部と、
前記検査対象領域を撮影する撮影部と、
前記照明部、前記遮光部および前記撮影部を制御する制御部と、
前記撮影部で撮影された画像をあらかじめ準備された基準画像と比較する判定部と、を有し、
前記制御部は、前記遮光部を移動させることにより、前記照明部の前記検査対象領域に対する照射範囲を変えることを特徴とする検査装置。

【請求項2】

前記遮光部は、複数形成され、
前記制御部は、複数の前記遮光部を移動させることにより、前記照明部の照射面積を制御することを特徴とする請求項１に記載の検査装置。

【請求項3】

前記照明部は、前記基準平面に対して垂直方向から見て該検査対象領域を囲う位置に配置されていることを特徴とする請求項１または２に記載の検査装置。

【請求項4】

前記照明部は、中央に中空部を有するリング形状であることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の検査装置。

【請求項5】

前記遮光部は、リング形状を一部欠いた切欠部を有することを特徴とする請求項１ないし４のいずれか一項に記載の検査装置。

【請求項6】

前記照明部は、前記基準平面に平行な平面上に設けられ、
前記撮影部は、前記検査対象領域を前記照明部よりも遠い位置から前記照明部の前記中空部を介して撮影することを特徴とする請求項４に記載の検査装置。

【請求項7】

前記判定部は、前記撮影部で撮影された画像と前記基準画像の明度を比較して良否判定を行うことを特徴とする請求項１ないし６のいずれか一項に記載の検査装置。

【請求項8】

立体状の検査対象物に対して光を照射する照射ステップと、
前記照射ステップで照射された光の一部を遮蔽した状態で、前記検査対象物を撮影する第１撮影ステップと、
前記照射ステップで照射された光の前記第１撮影ステップとは異なる一部を遮蔽した状態で、前記検査対象物を撮影する第２撮影ステップと、
前記第１撮影ステップ及び前記第２撮影ステップで撮影された情報に基づいて前記検査対象物とあらかじめ準備された基準画像の明度を比較する判定ステップと、を含むことを特徴とする検査方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、立体状の検査対象物の不良を検出するのに好適な検査装置及びその検査方法に関する。

【背景技術】

【0002】

立体状の検査対象物の不良を検出する検査装置として、例えば、特許文献１に開示されている検査装置がある。同検査装置は、検査対象物に光を照射する複数の照明部と、検査対象物を撮影する画像検出部と、異なる条件で撮影された画像を統合することで生成された３次元モデルを、あらかじめ準備された３次元の良品基準と照合して不良を検出する欠陥判定部と、照明部及び画像検出部及び欠陥判定部を駆動する制御部と、を備えている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１５－１２９７５１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

ところで、従来の検査装置は、複数の照明部がそれぞれ独立しており、照射可能な範囲を増やすためには、照明部の数を増やす必要があり、構成が複雑になるという課題があった。

【0005】

そこで、本発明の課題は、簡易な構成で任意の照射範囲を切り替え、立体状の検査対象物を検査可能な検査装置を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0006】

上記課題を解決するために、本発明の一様態に係る検査装置は、立体状の検査対象物が配置される平面を基準平面とする検査対象領域に対して光を照射する照明部と、照明部を一部覆う遮光部と、検査対象領域を撮影する撮影部と、照明部、遮光部および撮影部を制御する制御部と、撮影部で撮影された画像をあらかじめ準備された基準画像と比較する判定部と、を有し、制御部は、遮光部を移動させることにより、照明部の検査対象領域に対する照射範囲を変えることを特徴とする。

【発明の効果】

【0007】

本発明の実施形態によれば、簡易な構成で任意の照射範囲を切り替え、立体状の検査対象物を検査することができる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】本発明の第１実施形態に係る検査装置の構成を示す側面図である。

【図2】本発明の第１実施形態に係る検査装置の一部の構成を示す斜視図である。

【図3】本発明の第１実施形態に係る遮光部を検査対象領域側から見た平面図である。

【図4】本発明の第１実施形態に係る検査装置の機能を示すブロック図である。

【図5】本発明の第２実施形態に係る検査装置の構成を示す側面図である。

【図6】本発明の第２実施形態に係る検査装置の一部の構成を示す斜視図である。

【図7】本発明の第２実施形態に係る遮光部を検査対象領域側から見た平面図である。

【発明を実施するための形態】

【0009】

以下、図１～図７に基づいて本発明の実施形態を説明する。なお、本発明は以下の例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、任意に変更可能である。

【0010】

なお、上記図１及び以下の各図において、同一部分には同一番号を付し、重複する説明は省略する。
＜第１実施形態＞
図１は、本発明の第１実施形態に係る検査装置１の構成を示す側面図である。図２は、本発明の第１実施形態に係る検査装置１における撮影部２、照明部３及び遮光部４の構成を示す斜視図である。図１～図２に示すように、検査装置１は、検査対象物が配置される検査対象領域Ｗと、検査対象領域Ｗを照射する照明部３と、照明部３を一部覆う遮光部４と、検査対象領域Ｗを撮影する撮影部２と、図示しないが、照射部３、遮光部４及び撮影部２を駆動する制御部２０と、撮影部２で撮影された画像をあらかじめ準備された基準画像と比較する判定部３０を備えている。

【0011】

検査対象領域Ｗは、検査対象物が配置される平面を基準平面１５ａとする空間である。基準平面１５ａは、例えばテーブルやフロア等のステージ１５の上面により構成される。つまり、この基準平面１５ａに検査対象物の底面が重ねられ、検査対象領域Ｗに検査対象物が配置される。基準平面１５ａを有するステージ１５は、動かないように固定されていても、上下等の移動や回転可能に保持されていても良い。

【0012】

照明部３は、中央に中空部３ａを有するリング形状である。照明部３は、リング形状で、検査対象領域Ｗ側にリング幅の中心に沿って連続して形成された窪みを有する照明支持体３ｂと、照明支持体３ｂの窪みに収まり保持されている光源である複数個の照明３ｃとで構成されている。照明部３は、検査対象領域Ｗの基準平面１５ａに平行な平面上に設けられ、基準平面１５ａに対して垂直方向から見て検査対象領域を囲う位置に配置されている。検査対象物は、検査対象領域Ｗにおいて照明部３の中空部３ａと重なる範囲以内に配置されていることが好ましい。

【0013】

照明部３の光源である照明３ｃは、特に光源は自由に選択可能である。例えば、レーザ、ＬＥＤ、蛍光灯、蛍光管、白熱電球などを用いることができる。また、光源の光の波長は短波長でもよく、広帯域の波長であってもよい。

【0014】

遮光部４は、照明部３に対して回転可能に配置されており、リング形状を一部欠いた切欠部４ａを有するＣ字形状である。切欠部４ａが成す弧と遮光部４の中心を結んで成る扇形の中心角は、例えば略９０°である。照明部３のリング幅と遮光部４のリング幅の大小関係は、遮光部４≧照明部３である。遮光部４は、照明部３と遮光部４のリング同士が重なるように、照明部の下部にほとんど間隔を開けずに並列されている。照明部３の遮光部４に遮られている位置は、検査対象領域Ｗに対して光が照射されず、切欠部４ａによって開放されている位置は、検査対象領域Ｗに対して光が照射される。また、遮光部４の外周には、例えばギア等の遮光部４を回転させる回転伝達機構５が設けられている。回転伝達機構５の一端には、モータ等の回転伝達機構５を駆動する駆動部６が設けられている。ギア等の回転伝達機構５を設けることで、遮光部４の照明部３に対する位置決めが容易となる。

【0015】

撮影部２は、カメラ支持体２ａと、カメラ支持体２ａに保持されているカメラ２ｂとで構成されている。撮影部２は、基準平面１５ａに対して照明部３よりも遠い位置から照明部３の中空部３ａを介して検査対象領域Ｗを望むように配置されている。

【0016】

照明部３、遮光部４及び駆動部６は、それぞれ照明固定部７、遮光固定部８及び駆動固定部９に保持されている。照明固定部７、遮光固定部８及び駆動固定部９は、固定補強部１１を介して、例えばシリンダ等の照明動作機構１２に保持されている。撮影部２は、撮影固定部１０を介して、例えばシリンダ等の撮影動作機構１３に保持されている。照明動作機構１２及び撮影動作機構１３は、例えばアルミフレーム等の強固な固定機構１４に上下方向にスライド可能に保持されている。

【0017】

図３は、本発明の第１実施形態に係る遮光部を検査対象領域側から見た平面図である。図４は、本発明の第１実施形態に係る検査装置の機能を示すブロック図である。
図３において、遮光制御部２０ｂで任意の方向及び移動量を駆動部６に出力することによって、回転伝達機構５を介して遮光部４が回転する。図３の（ａ）～（ｄ）に示すように、切欠部４ａの位置によって、照明部３の照射範囲Ｒが変位する。

【0018】

ここで、照射範囲Ｒとは、切欠部４ａの長さや幅、面積等の大きさの変化ではなく、遮光部４の回転による切欠部４ａの位置の変位によって決められる、照明部３の検査対象領域Ｗに対して照射可能な範囲とする。例えば、図３（ａ）に示すように、左前に切欠部４ａが配置される場合に、検査対象領域Ｗに対して照射可能な範囲を第１照射範囲Ｒ１、図３（ｂ）に示すように、右前に切欠部４ａが配置される場合に、検査対象領域Ｗに対して照射可能な範囲を第２照射範囲Ｒ２、図３（ｃ）に示すように、左後ろに切欠部４ａが配置される場合に、検査対象領域Ｗに対して照射可能な範囲を第３照射範囲Ｒ３、図４（ｄ）に示すように、右後ろに切欠部４ａが配置される場合に、検査対象領域Ｗに対して照射可能な範囲を第４照射範囲Ｒ４とする。

【0019】

図４において、２０は、照明制御部２０ａ、遮光制御部２０ｂ、撮影制御部２０ｃからなる制御部であり、２０ａは、照明部３を制御する照明制御部、２０ｂは、遮光部を制御する遮光制御部、２０ｃは、撮影部２を制御する撮影制御部である。３０は、撮影部２で撮影された画像をあらかじめ準備された基準画像と比較する判定部３０である。
次に、図３～図４を用いて本発明の第１実施形態に係る検査装置１を用いた検査方法を説明する。

【0020】

まず、制御部２０の照明制御部２０ａで照明部３を駆動し、検査対象物が配置された検査対象領域Ｗに対して光を照射する（照射ステップ）。
次に、遮光制御部２０ｂで遮光部４を図３（ａ）に示す位置に駆動し、照射範囲Ｒ１とする。そして、撮影制御部２０ｃで撮影部２を駆動し、検査対象領域Ｗを撮影する（第１撮影ステップ）。

【0021】

次に、遮光制御部２０ｂで遮光部４を図３（ｂ）に示す位置まで駆動し、第１撮影ステップとは異なる照射範囲Ｒ２とする。そして、撮影制御部２０ｃで撮影部２を駆動し、検査対象領域Ｗを撮影する。同じように、図３（ｄ）に示す位置（照射範囲Ｒ４）と、図３（ｃ）に示す位置（照射範囲Ｒ３）で撮影部２により検査対象領域Ｗを撮影する（第２撮影ステップ）。ここで、第２撮影ステップにおける遮光部の位置や撮影の回数は、任意であり、検査対象物によって一回でもよいし繰り返しても良い。
次に、撮影部２で撮影した画像を判定部３０ａにおいて、あらかじめ準備された基準画像と比較し、不良を検出する。（判定ステップ）。

【0022】

ここで、判定ステップにおける比較は、例えば、撮影部２で撮影した画像の明度と、基準画像の明度を比較し、明度の差異が生じた場合に不良と検出される。本実施形態によれば、検査対象物として、プリント板に搭載したコネクタの接続良否や、プリント板のはんだ接合良否を検査することができる。

【0023】

例えば、プリント基板に対して適切にコネクタが実装されている基準画像と、コネクタが浮いている不良品とを比較した場合に、影が生じる位置が異なっているため、明度の差異が生じる。或いは、プリント基板に対して適切にはんだ付けされている基準画像に比較して、はんだの量や形状に異常がある不良品とを比較した場合に、はんだの光り具合が異なるため、明度の差異が生じる。具体的には、はんだ不足の場合は明るくなり、はんだ過多や形状に異常がある場合は暗くなる。

【0024】

次に、本発明の第１実施形態に係る検査装置１の効果を説明する。

【0025】

第１実施形態に係る検査装置１は、照明部３に対して切欠部４ａを有する遮光部４を任意に回転させるという簡易な構成で任意の照射範囲Ｒを設定することができる。
さらに、それゆえ、部品数やコストを下げるだけでなく、より多くの条件で撮影部２によって撮影された画像データを用いて検査することができるので、不良検出の精度を高めることができる。

【0026】

従って、本発明の第１実施形態によれば、簡易な構成で任意の照射範囲を切り替え、立体状の検査対象物を検査することができる。
＜第２実施形態＞
図５は、本発明の第２実施形態に係る検査装置１の側面図である。図６は、本発明の第２実施形態に係る検査装置２における撮影部２、照明部３、第１遮光部４及び第２遮光部４１の構成を示す斜視図である。図５～図６に示すように、第２実施形態に係る検査装置１は、第１実施形態の検査装置１の構成に加え、第２遮光部４１、第２回転伝達機構５１、第２駆動部６１、第２遮光固定部８１、及び第２駆動固定部９１をさらに備えている。

【0027】

第２遮光部４１は、照明部３に対して回転可能に配置されており、リング形状を一部欠いた切欠部４１ａを有するＣ字形状である。第２実施形態における第１遮光部４の切欠部４ａが成す弧と第１遮光部４の中心を結んで成る扇形の中心角及び、第２遮光部４１の切欠部４１ａと、第２遮光部４１の中心を結んで成る扇形の中心角は、例えば略１８０°である。第１遮光部４のリング幅と第２遮光部４１のリング幅は略等しい。第２遮光部４１は、照明部３、第１遮光部４と第２遮光部４１のリング同士が重なるように、第１遮光部４の下部にほとんど間隔を開けずに並列されている。照明部３の第１遮光部４または第２遮光部４１に遮られている位置は、検査対象領域Ｗに対して光が照射されず、第１切欠部４ａ及び第２切欠部４１ａによってひらけている第３切欠部４２は、検査対象領域Ｗに対して光が照射される。

【0028】

また、第２遮光部４１の外周には、例えばギア等の第２遮光部４１を回転させる第２回転伝達機構５１が設けられている。第２回転伝達機構５１の一端には、モータ等の第２回転伝達機構５１を駆動する第２駆動部６１が設けられている。ギア等の回転伝達機構５１を設けることで、第２遮光部４１の照明部３に対する位置決めが容易となる。
第２遮光部４１及び第２駆動部６１は、それぞれ第２遮光固定部８１及び第２駆動固定部９１に保持されている。第２遮光固定部８１及び第２駆動固定部９１は、固定補強部１１に保持されている。

【0029】

図７は、本発明の第２実施形態に係る遮光部を検査対象領域側から見た平面図である。
図７において、遮光制御部２０ｂで任意の方向及び移動量を第１駆動部６に出力することによって、第１回転伝達機構５を介して第１遮光部４が回転する。また、遮光制御部２０ｂで任意の方向及び移動量を第２駆動部６１に出力することによって、第２回転伝達機構５１を介して第２遮光部４１が回転する。第１遮光部４と第２遮光部４１を重ねて生じる第３切欠部４２の位置の変位によって照射範囲Ｒが変位し、第３切欠部４２の長さや幅、面積等の大きさの変化によって照射面積Ａが変化する。

【0030】

ここで、照射範囲Ｒとは、第３切欠部４２の長さや幅、面積等の大きさの変化ではなく、第１遮光部４や第２遮光部４１の回転による切欠部４２の位置の変位によって決められる、照明部３の検査対象領域Ｗに対して照射可能な範囲とする。一方、照射面積Ａとは、第３切欠部４２の長さや幅、面積等の大きさの変化によって決められる照明部３の検査対象領域Ｗに対して照射可能な面積とする。例えば、図７（ａ）に示すように、第１遮光部４と第２遮光部４１が略１／２ずつ重なっている場合に、検査対象領域Ｗに対して照射可能な面積を第１照射面積Ａ１、第１遮光部４と第２遮光部４１がほとんど重なっている場合に、検査対象領域Ｗに対して照射可能な面積を第２照射面積Ａ２とする。

【0031】

次に、本発明の第２実施形態に係る検査装置１を用いた検査方法を説明する。
まず、制御部２０の照明制御部２０ａで照明部３を駆動し、検査対象物が配置された検査対象領域Ｗに対して光を照射する（照射ステップ）。
次に、遮光制御部２０ｂで第１遮光部４と第２遮光部４１を図７（ａ）に示す位置まで駆動し、照射面積Ａ１とする。そして、撮影制御部２０ｃで撮影部２を駆動し、検査対象領域Ｗを撮影する（第１撮影ステップ）。

【0032】

次に、遮光制御部２０ｂで第１遮光部４と第２遮光部４１を駆動し、図７（ｂ）に示す位置まで駆動し、第１撮影ステップとは異なる照射面積Ａ２とする。そして、撮影制御部２０ｃで撮影部２を駆動し、検査対象領域Ｗを撮影する（第２撮影ステップ）。ここで、第２撮影ステップにおける遮光部の位置や撮影の回数は、任意であり、検査対象物によって一回でもよいし繰り返しても良い。
次に、撮影部２で撮影した画像を判定部３０において、あらかじめ準備された基準画像と比較し、不良を検出する。（判定ステップ）。
次に、本発明の第２実施形態に係る検査装置１の効果を説明する。

【0033】

第２実施形態に係る検査装置１は、照明部３に対して第１遮光部４や第２遮光部４１を任意に移動させることで、第３切欠部４２の照射範囲Ｒ及び照射面積Ａを簡易な構成で任意に設定することができる。
さらに、それゆえ、部品数やコストが下げるだけでなく、より多くの条件で撮影部２によって撮影された画像データを用いて検査することができるので、不良検出の精度を高めることができる。

【0034】

従って、本発明の第２実施形態によれば、簡易な構成で任意の照射範囲を切り替え、立体状の検査対象物を検査することができる。
なお、本発明の実施形態では、照明部３、第１遮光部４、第２遮光部４１、第１駆動部６、及び第２駆動部６１、は、それぞれの固定部７、８、８１、９、９１及び固定補強部１１を介して照明動作機構１２に保持され、撮影部２は、撮影固定部１０を介して、シリンダ等の撮影動作機構１３に保持され、照明動作機構１２及び撮影動作機構１３は、強固な固定機構１３にスライド可能に保持されている。それゆえ、照明部３と検査対象領域Ｗの距離を簡易な構成で変えることによって、さらに検査対象領域Ｗに対する照射条件を調整することができるが、これに限らず、例えばそれぞれ各構成が独立して配置されたり、スライド可能な動作機構等が省略されても良い。また、照明部３に対して、第１実施形態の第１遮光部、第２実施形態の第１遮光部４１と第２遮光部４１側を固定し、検査対象領域Ｗ側を回転、例えば、ステージ１５を回転するようにしても良い。

【0035】

また、遮光部が１つ或いは２つの場合において説明したが、遮光部が３つ以上あっても良い。遮光部が３つ以上の場合は、例えば、それぞれの遮光部の切欠部と遮光部の中心を結んで成る扇形の中心角の合計が３６０°よりも下回るようにすることで、照射範囲Ｒを複数カ所設けることができる。

【符号の説明】

【0036】

１…検査装置 ２…撮影部 ２ａ…カメラ支持体 ２ｂ…カメラ ３…照明部
３ａ…中空部 ３ｂ…照明支持体 ３ｃ…照明 ４…遮光部（第１遮光部）
４１…第２遮光部 ４ａ…切欠部（第１切欠部） ４１ａ…第２切欠部
４２…第３切欠部 ５…回転伝達機構（第１回転伝達機構）、５１…第２回転伝達機構
６…駆動部（第１駆動部） ６１…第２駆動部 ７…照明固定部 ８…遮光固定部
８１…第２遮光固定部 ９…駆動固定部 ９１…第２駆動固定部 １０…撮影固定部 １１…固定補強部 １２…照明動作機構 １３…撮影動作機構 １４…固定機構
１５…ステージ １５ａ…基準平面 ２０…制御部（制御部） ２０ａ…照明制御部
２０ｂ…遮光制御部 ２０ｃ…撮影制御部 ３０…判定部 Ｗ…検査対象領域
Ｒ…第１照射範囲 Ｒ２…第２照射範囲 Ｒ３…第３照射範囲 Ｒ４…第４照射範囲 Ａ…照射面積 Ａ１…第１照射面積 Ａ２…第２照射面積

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】