CN1104329A - 电子元件的外观检查装置及外观检查方法 - Google Patents

Abstract

通过配置从正上方观察焊接在印刷电路板上的 电子元件的摄像机，向该电子元件照射照明光，用激 光发生器自上方向设定成与摄像机视野重叠的照射 域照射激光，并在该照射域的斜上方配置光接收部， 用它接收受激光发生器照射后焊锡反射的激光反射 光。通过XY试验台使印刷电路板相对摄像机、激 光发生器水平向移动。通过同时进行用摄像机的电 子元件的图像数据摄取及用激光的焊锡高度分布测 量，能减少XY试验台的移动次数，缩短检查时间。

Description

本发明涉及用于检查印刷电路板上所装电子元件有否装错、将电子元件的电极接至印刷电路板的焊接座的焊锡的焊接状态良好与否的电子元件的外观检查装置及外观检查方法。

IC、LSI、片状电容器、片状电阻等电子元件焊接至印刷电路板后，要进行外观检查。外观检查大致分为检查电子元件有无装错和检查电子元件的电极接至印刷电路板的焊接座（电极）的焊锡的焊接状态良好与否。

作为装错检查的检查项目，要进行有无电子元件、电子元件偏位、电子元件的正反面倒，左右倒、电子元件的竖起、电子元件品种的确认等。作为焊接状态的检查项目要进行有无焊锡过多、过少、焊锡桥接的检查。

目前大多用摄像机和采用照射激光的激光发生器的高度测量装置作为电子元件的外观检查装置。摄像机能统观视野内测量对象物的表面信息，具有信息量多的长处，缺点是不能获得高度信息。与此相反，采用激光发生器的高度测量装置，因不能统观测量对象物的表面信息，存在信息量少的缺点，但具有能精密测量测量对象物各点高度的长处。

因此，本申请人以前曾提出将摄像机和采用激光发生器的高度测量装置合并使用的电子元件的外观检查装置的技术方案（日本特许公开号平3-48755号公报）。该装置通过在装载印刷电路板的XY试验台上方配置摄像机，再在该摄像机的一侧配置高度测量装置而构成。

现参见图7至图9说明用这种以往外观检查装置的外观检查方法。

图7是以往电子元件的外观检查装置的侧视图。XY试验台2用来使印刷电路板1水平方向上移动，其上方配置摄像机101，摄像机101的一侧配置高度测量装置102。高度测量装置102内装有照射激光的激光照射部103、装在印刷电路板上的电子元件P1、P2、P3、P4或者接收焊锡表面反射的反射激光的光接收部104。将摄像机101的视野A与来自激光照射部103的激光照射域B设在互不重叠的分离位置上。

图8是装在XY试验台2上的印刷电路板1的俯视图。多种电子元件P1、P2、P3、P4装在印刷电路板1上。图8中通过驱动XY试验台2使第1个电子元件P1位于摄像机的视野A内，接着用摄像机观察该电子元件P1、将该电子元件P1的电极接在印刷电路板1的焊接座上的焊锡S1，取入该图像数据，用计算机分析该图像数据，判断电子元件P1的有无、偏位或焊接状态的良好与否。

若第1个电子元件P1的检查结束，就再次驱动XY试验台2使印刷电路板1沿X方向、Y方向水平移动，让第2个电子元件P2位于摄像机的视野A内。接着，用摄像机观察该电子元件P2，进行与第1个电子元件P1相同的外观检查。以下同样地进行第3个电子元件P3、第4个电子元件P4的外观检查。图8中，实线箭号表示摄像机的检查顺序。另外，图8中，电子元件个数为4，当然也可以不为4个。

若如上所述，利用摄像机的所有电子元件的外观检查结束，接下，就用高度测量装置进行焊接状态的检查。该检查如下那样进行。即，驱动XY试验台2，使印刷电路板1沿X方向、Y方向水平移动，让第1个电子元件P1位于激光照射域B内。并将激光照射至焊锡S1，以光接收部接收其反射光，测量焊锡S1的高度分布，用计算机分析测量结果，判断焊接状态良好与否。如上所述，由于采用激光的高度测量装置具有能精密测量被测物高度的长处，因此，作为通过精密测量焊锡的高度分布，判断焊接状态良好与否的检查装置，是很出色的。

若第1个电子元件P1的检查结束，则再驱动XY试验台2，使印刷电路板1沿X方向、Y方向水平移动，让第2个电子元件P2位于激光照射域B内，将激光照射至焊锡S2，检查焊接状态。以下同样地进行第3个电子元件P3、第4个电子元件P4焊接状态检查。图8中，虚线箭号表示高度测量装置的检查顺序。

图9表示采用上述外观检查装置的外观检查时序图。如图所示，以往的电子元件的外观检查装置，是一边驱动XY试验台2使印刷电路板1沿X方向、Y方向水平移动，一边进行摄像机的电子元件的外观检查，若所有电子元件P1、P2、P3、P4结束摄像机的外观检查，则边再驱动XY试验台2使印刷电路板1沿X方向、Y方向水平移动，边用高度测量装置检查所有的电子元件的焊接状态。

图9中，时间t11、t12、t13、t14是用于使印刷电路板1水平移动的XY试验台2的驱动时间，时间t21、t22、t23、t24是摄像机的各电子元件P1、P2、P3、P4的图像取入时间，时间t31、t32、t33、t34是高度测量装置的焊锡高度测量时间，时间t41、t42、t43、t44是计算机控制部的判断时间。如图所示，因计算机的判断时间正处于驱动XY试验台2使印刷电路板1水平移动阶段之中，所以不影响生产节拍时间的长短。

然而，这种以往电子元件的外观检查装置要用摄像机取入各电子元件P1、P2、P3、P4的图像，并将激光逐一照射各电子元件P1、P2、P3、P4的焊锡S1、S2、S3、S4，同时，必须驱动XY试验台2使各电子元件P1、P2、P3、P4定位于摄像机的视野A及激光照射域B内，因此存在着XY试验台2的驱动次数多，为检查一块印刷电路板1的外观得化很长时间的问题。这种问题，对于用高度测量装置检查焊接状态后再用摄像机检查电子元件的外观，也同样存在。

本发明的目的在于大幅度缩短用于焊接在印刷电路板上的电子元件外观检查所需时间。

为实现此目的，本发明的电子元件的外观检查装置具有：（1）从正上方观察以焊锡接在印刷电路板上的电子元件的摄像机;（2）向该电子元件照射照明光的光源;（3）自上方向设定成与上述摄像机视野重叠的照射域照射测量光的光照射器;（4）配置于照射域的斜上方、并接收受光照射器照射后焊锡所反射的测量光的反射光的光接收部;（5）使印刷电路板相对摄像机、光照射器水平方向移动的移动构件。

根据此结构，摄像机的视野和测量光的照射域重叠，因此，若驱动移动构件使电子元件定位于摄像机的视野内，则电子元件也定位在测量光的照射域内。从而可以不驱动移动构件使印刷电路板水平移动，让印刷电路板在停止状态下直接进行利用摄像机的电子元件、焊锡的外观检查和测量光的焊接状态的检查。所以能使移动构件的驱动次数减半，大幅度缩短检查一块印刷电路板所需的时间。

本发明的电子元件的外观检查方法具有以下三个步骤：（1）第一步骤：使置于印刷电路板上方的摄像机的视野和来自激光发生器的照射激光的照射域设定成互相重叠，通过驱动移动构件使上述印刷电路板相对上述摄像机、激光发生器水平移动，并使以焊锡接在该印刷电路板上的电子元件位于上述视野内和照射域内;第二步骤：在以上述摄像机摄取该电子元件的图像数据，登记在存贮器内的同时，用激光测量焊锡的高度，结果将获得的高度数据登记在存贮器内;（3）第三步骤：驱动上述移动构件，使上述印刷电路板相对上述摄像机和激光发生器水平方向移动，让以焊锡接在上述印刷电路板上的下一个电子元件位于上述视野内和上述照射域内，同时在驱动该移动构件的过程中，由判断部根据上述存贮器所登记的数据判断电子元件及焊锡的外观是否良好。

用此方法，在第一步骤中，若驱动移动构件使电子元件定位于摄像机的视野内，则电子元件也被定位在测量光的照射域内，在第二步骤中，电子元件的图像数据取入和焊锡的高度测量能同时进行，并在第三步骤中，能在驱动移动构件的过程中，判断电子元件和焊锡的外观是否良好，能使移动构件的驱动次数减半，大幅度缩短检查一块印刷电路板的外观所需时间。

图1是本发明一实施例电子元件的外观检查装置的斜视图;

图2是图1实施例电子元件的外观检查装置的剖面图;

图3是用于图1实施例电子元件的外观检查装置的第1滤光器和第2滤光器的特性图;

图4是装载用图1实施例电子元件的外观检查装置检查的电子元件的印刷电路板的俯视图;

图5是图1实施例电子元件的外观检查装置的电子元件的外观检查流程图;

图6是图1实施例电子元件的外观检查装置的电子元件的外观检查时序图;

图7是以往电子元件的外观检查装置的侧视图;

图8是装载由以往电子元件的外观检查装置检查的电子元件的印刷电路板的俯视图;

图9是以往电子元件的外观检查装置的电子元件的外观检查的时序图。

以下参见图1及图2说明本发明一实施例。

图1是电子元件的外观检查装置的斜视图，图2是该电子元件的外观检查装置的剖面图。如图所示，印刷电路板1装在XY试验台2上。XY试验台2具有X台3和Y台4，当驱动X向马达MX，则印刷电路板1朝X方向水平移动，当驱动Y向马达MY，则印刷电路板1朝Y方向水平移动。

XY试验台2的上方设有箱5，箱5的上部设镜筒6。镜筒6的上部设的摄像机7和变焦机构8。该摄像机7为电荷耦合器件（CCD）摄像机，将明暗的浓淡图像取入至该摄像7中内装的光接收元件。并且，变焦机构8调整摄像机7的焦点深度，使摄像机能取入清晰的图像。

镜筒6的一侧设有激光发生器9和激光扫描部10。如图2所示，镜筒6内部的上部设有第1滤光器11，在第1滤光器11的正下面设置分光镜12。也可以用半透半反镜替代分光镜12。摄像机7配置在印刷电路板1的正上方，因此，摄像机7的光路相对印刷电路板1成垂直，摄像机7从正上方观察装于印刷电路板1的电子元件P1、P2、P3、P4。还有，由激光发生器9照射的点状激光，经激光扫描部10沿X方向、Y方向扫描，被配设在摄像机7光路上的分光镜12反射至下方，沿摄像机7的光路，对印刷电路板1成垂直或大致成垂直地照射。

图2中，箱5内部的上部，设有装着发光二极管组成的光源13的上板14A和下板14B。通过有选择地使设于上板14A的光源13和设于下板14B的光源13亮灯，能改变照射光对印刷电路板1的照射角度。并在摄像机7的垂直光路的周围，将4个光接收部15A、15B、15C、15D放射状地设置在以该光路为中心的同一圆周上（并参见图1）。4个光接收部15A、15B、15C、15D结构全相同，由第2滤光器16、聚光透镜17、光接收元件18构成。

由焊锡S反射的激光入射至4个光接收部15A、15B、15C、15D的各自的光接收元件18。光接收元件18测量从入射其中的激光位置至激光反射点的高度，即测量点的高度。本例中，设定摄像机7的光路和激光的光路，以使摄像机7的视野与激光发生器9照射的激光的照射域互相重叠。

图3表示第1滤光器11和第2滤光器16的特性。图3中，曲线a表示光源13的照明光波长分布，曲线b表示激光的波长分布，曲线f1表示第1滤光器11的透光特性，曲线f2表示第2滤光器16的透光特性。光源13的照明光为峰值的波长是680nm，激光为峰值的波长是810nm。而且，第1滤光器11对730nm以下波长的光透射率高，因此光源13的照明光透射而过，而激光阻断。再由于第2滤光器16对780nm以上的波长的光透射率高，因此，激光透过而光源13的照明光阻断。从而仅光源13的照明光入射至摄像机7，阻挡激光入射，使激光不会成为图像取入的噪声。光接收元件18上只入射激光，不让光源13的照明光入射，使光源13的照明光不会成为高度测量的噪声。

图2中，计算机控制部20为下述结构。摄像机7接至A/D变换部21，A/D变换部21将摄像机7送来的模拟图像数据变换成数字图像数据。该数字图像数据登记在图像存贮器22中。摄像机7与摄像控制器23连接。摄像控制器23根据中央处理装置（CPU）28的指令控制摄像机7的图像取入时序、光源13的亮、灭。

变焦机构8连接变焦控制器24。变焦控制器24根据CPU28的指令调节摄像机7的倍率、焦点深度。激光扫描部10与光接收部15A、15B、15C、15D与高度测量部25连接。高度测量部25控制激光扫描部10，并根据光接收元件18检出的激光入射位置计算测量点的高度。算得的高度存入随机存取存贮器（RAM）30内。XY试验台控制器26驱动XY试验台2，让印刷电路板1水平移动，使所要的电子元件P1、P2、P3、P4位于摄像机7的视野内。

判断部27根据图像存贮器22登记的图像数据、RAM30登记的高度数据来判断电子元件P1、P2、P3、P4的有无、偏位、焊接状态良好与否。该判断结果存入RAM30。

只读存贮器（ROM）29中存有控制摄像控制器23、变焦控制器24、XY试验台控制器26的程序数据。CPU28按照该程序数据控制整个外观检查装置。CRT控制器31控制阴极射线显像管（CRT）33。还有，键盘控制器32控制计算机键盘34。用总线35连接上述各构件。

本电子元件的外观检查装置如上述那样构成，接着说明电子元件的外观检查方法。

图4表示载于XY试验台2上的作为检查对像的印刷电路板1的俯视图。印刷电路板1上装载各种电子元件P1、P2、P3、P4。而且，电子元件P1、P2、P3、P4的电极以焊锡S1、S2、S3、S4装在印刷电路板1的电极上。该印刷电路板1如图7所示与以往的印刷电路板1相同。另外，图4中，电子元件数为4个，但不只限于4个。图4中视野A表示摄像机7的视野，照射域B表示激光的照射域。

如图1和图2所示，由于把激光的光接收部15A、15B、15C、15D配置在摄像机7的光路周围，因此能用光接收部15A、15B、15C、15D可靠检出照在摄像机7视野A内的激光反射光。另外，本实施例是将1个电子元件送入视野A和照射域B的内部，但也可以同时送入多个电子元件。

图5表示检查流程图，图6表示外观检查的时序图。图5的步骤101中，通过驱动XY试验台2使印刷电路板1沿X方向、Y方向水平移动，首先把排序第1检查的电子元件P1定位于摄像机7的视野A内。

若XY试验台2停止驱动，则步骤102中，CPU28对摄像控制器23发出用摄像机7摄取图象指令。摄像机7摄取的电子元件P1的图像数据用A/D变换器21变换为数字数据，登记在图像存贮器22内。与此同时，步骤103中，CPU28向高度测量部25发出用激光发生器9和光接收元件18获取高度数据的指令。结果，由激光发生器9照射激光，获得焊锡S1高度分布的数据。获得的高度分布数据存入RAM30。此时如图4所示，由于摄像机7的视野A与激光照射域B重叠，因此能直接在不驱动XY试验台2，让印刷电路板1不动状态下，用摄像机7摄取电子元件P1的图像数据，同时能用激光测量该电子元件P1的焊锡S1的高度分布。

如上所述，若CPU28确认取入第1电子元件P1的数据已结束，则步骤104中，CPU28对XY试验台控制器26发生XY试验台2的驱动指令。结果，在驱动XY试验台2，印刷电路板1水平移动的过程中，于步骤105，由判断部27发出电子元件P1的外观良好否，焊接状态良好否的判断指令。CPU28于步骤106接收该判断结果，用步骤107将该判断结果登记在RAM30中。若上述动作结束，XY试验台2就停止驱动，回到步骤102，再分别对电子元件P2、P3、P4重复上述各步骤。

另外，作为利用摄像机7的电子元件、焊锡等外观检查方法，例如有日本特许公开号平4-1512公开的方法。而且，作为利用激光的焊接状态检查方法，有日本特许公开号平3-183906公开的方法。本实施例电子元件的外观检查装置，能直接使用这些公知检查方法。

图6是本发明电子元件的外观检查方法的时序图。图6中，时间t11、t12、t13、t14是用于使印刷电路板1水平移动的XY试验台2的驱动时间，时间t21、t22、t23、t24是利用摄像机的电子元件P1、P2、P3、P4的图像摄取时间，时间t31、t32、t33、t34是利用激光发生器的焊锡高度测量时间，时间t41、t42、t43、t44是计算机控制部的判断时间。

本发明由于如图4所示，摄像机7的视野A与激光的照射域B重叠，因此能直接在不驱动XY试验台2，让印刷电路板1不动的状态下，用摄像机7摄取电子元件P1的图像数据，同时能用激光测量该电子元件P1的焊锡S1的高度分布。即图像摄取时间t21、t22、t23、t24与高度测量时间t31、t32、t33、t34为同一时间。因此，较之图8所示的以往方法，能将通过驱动XY试验台2使印刷电路板1移动的次数减半，能大幅度缩短一块印刷电路板1的检查所需的时间。

本实施例中激光是用来测焊锡的高度，但也可以用激光测电子元件的高度，用该测量结果检查电子元件的有无、偏位等。还可以固定印刷电板1，通过移动构件使摄像机7、激光发生器9等的光学系统沿X方向、Y方向水平移动。

综上所述，若利用本发明，则因摄像机的视野与激光照射域一致，当驱动XY试验台，使电子元件定位在摄像机的视野内，那么该电子元件也定位于测量光的照射域内，故可在不驱动XY试验台、不使印刷电路板水平移动，让印刷电路板不动的状态下直接进行利用摄像机的电子元件、焊锡的外观检查以及利用测量光的焊接状态检查。从而，较之以往方法能使XY试验台的驱动次数减半，能大幅度缩短对一块印刷电路板外观检查所需的时间。

Claims (4)

1、一种电子元件的外观检查装置，其特征是具有：(1)从正上方观察以焊锡接在印刷电路板上的电子元件的摄像机；(2)向该电子元件照射照明光的光源；(3)自上方向设定成与上述摄像机视野重叠的照射域照射测量光的光照射器；(4)配置于照射域的斜上方、并接收受上述光照射器照射后焊锡所反射的测量光的反射光的光接收部；(5)使上述印刷电路板相对上述摄像机、光照射器水平方向移动的移动构件。

2、根据权利要求1所述的电子元件的外观检查装置，其特征是光照射器为激光发生器。

3、根据权利要求1所述的电子元件的外观检查装置，其特征是使光源的照明光波长与光照射器的测量光波长不同，在摄像机的光路上设有阻止测量光射入摄像机的第1滤光器，并在光接收部的光路上设有阻止上述照明光射入的第2滤光器。

4、一种电子元件的外观检查方法，其特征是具有以下三个步骤，（1）第一步骤：使置于印刷电路板上方的摄像机的视野和来自激光发生器的照射激光的照射域设定成互相重叠，通过驱动移动构件使上述印刷电路板相对上述摄像机、激光发生器水平移动，并使以焊锡接在该印刷电路板上的电子元件位于上述视野内和照射域内;（2）第二步骤：在以上述摄像机摄取该电子元件的图像数据，登记在存贮器内的同时，用激光测量该电子元件或焊锡的高度，结果将获得的高度数据登记在存贮器内;（3）第三步骤：驱动上述移动构件，使上述印刷电路板相对上述摄像机和激光发生器水平方向移动，让以焊锡接在上述印刷电路板上的下一个电子元件位于上述视野内和上述照射域内，同时在驱动该移动构件的过程中，由判断部根据上述存贮器所登记的数据判断电子元件及焊锡的外观是否良好。

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