JP2001041715A - 穴寸法測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 被測定物に形成された穴の寸法を被測定物を
損傷することなく精密に高速で測定する。 【解決手段】 貫通穴が設けられた被測定物を載置固定
する固定手段と、光源からの光を略平行な光束として、
前記被測定物の貫通光の軸に平行になるように照射する
照射光学系と、貫通穴を通過した光束を直線状に配置さ
れた光学素子により受光する受光手段とを備え、受光手
段からの信号により貫通穴の寸法を算出するとともに、
前記受光手段での平行光束の入射位置に基づいて、前記
貫通穴の位置情報を得る構成にした穴寸法測定装置。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、たとえば電子回
路用のＰＣ基板などの被測定物に形成された穴の径を測
定するための穴寸法測定装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、たとえば基板にドリルにより設け
られた穴をドリルダミーというが、このドリルダミーの
内径は次のように検査もしくは測定されていた。

【０００３】（１）ピンゲージを使用する方法 一定の外径を有するピンが挿入できるか否かで、貫通孔
の内径を検査する穴径の測定方法である。

【０００４】（２）テーパーゲージを使用する方法 先端になるにつれ外径が小さくなる円錐状のゲージを、
貫通孔に挿入していき、貫通孔の内径とテーパーゲージ
の外径が等しくなり、それ以上挿入できなくなったとき
の、それまでのテーパーゲージの移動量から貫通孔の内
径を算出する穴径測定方法である。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
方法では次のような問題点があった。

【０００６】貫通孔をひとつずつ検査しなくてはなら
ず、測定作業を速くするのに限界がある。

【０００７】位置決めを厳密に行わなくてはならない。

【０００８】機械的接触をともなうので、基板を損傷す
る可能性がある。

【０００９】この発明は、基板などの被測定物に損傷を
与えるおそれがなく穴径を精密に高速に測定できる穴寸
法測定装置を提供することを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】この発明の解決手段の１
つは、貫通穴が設けられた被測定物を固定する固定手段
と、光源からの光を略平行な光束として前記被測定物の
貫通穴の軸に平行になるように照射する照射光学系と、
前記貫通穴を通過した光束を直線状に配置された光学素
子により受光する受光手段とを備え、前記受光手段から
の信号により前記貫通光の寸法を算出するとともに、前
記受光手段での平行光束の入射位置に基づいて前記貫通
穴の位置情報を得る構成にした穴寸法測定装置である。

【００１１】

【実施例】図１はこの発明の穴寸法測定装置の好適な実
施例を示している。

【００１２】図１の穴寸法測定装置の概要は、次のとお
りである。

【００１３】（１）ラインセンサからの出力に基づい
て、径を測定する穴の座標位置（Ｙ方向）を検出する。

【００１４】（２）走査手段による走査位置情報と組み
合わせることでＸ方向に関する位置情報も得て、穴の位
置情報（Ｘ、Ｙ）を検出する。

【００１５】（３）上記の検出結果において、基盤上に
おける穴の位置情報が不正ならば不良品として判別す
る。

【００１６】（４）基盤を走査する走査範囲が任意に設
定可能である。

【００１７】図１の実施例における被測定物は、電子回
路用のＰＣ板１であり、複数の穴２が所定間隔ごとに一
列に形成されている。穴寸法測定装置はこの穴２の径を
測定する。

【００１８】穴寸法測定装置は、走査ユニット４、ＰＣ
板１の固定手段６を有している。

【００１９】走査ユニット４は、本体８、光源１０、照
射光学系１２、受光手段１４を備えている。本体８の中
間部には切欠部１６が形成されていて、本体８は上部１
８、下部２０、接続部２２から成る。本体８は駆動部２
６によりＸ軸方向に移動可能である。

【００２０】光源１０は好ましくは平行光束を発生する
たとえばレーザダイオードである。しかしこれに限定さ
れない。照射光学系１２は光源１０からの光をＰＣ板１
に対して照射するように導く。照射光学系１２は好まし
くは光源１０からの光を所定の幅の平行光束とするコリ
メーターレンズである。受光手段１４は、走査型のライ
ンセンサである。このラインセンサは受光素子、たとえ
ば複数のフォトダイオードをＹ方向に配置したものであ
る。

【００２１】光源１０と照射光学系１２は、本体８の上
部１８に配置されている。受光手段１４は本体８の下部
２０にＹ方向に沿って配置されている。光源１０と照射
光学系１２は、受光手段１４に対応して配置されてい
る。光源１０と照射光学系１８の光軸ＯＰはＺ軸に平行
である。すなわち光軸ＯＰの方向は、受光手段１４の長
手方向（Ｙ軸方向）と垂直でしかも走査ユニット４を走
査する方向（Ｘ軸方向）にも垂直である。

【００２２】固定手段６は、ＰＣ板１の下面を支える支
持部材３０と、ＰＣ板１を上から押えるクランプ装置３
２を有する。支持部材３０の長手方向はＸ軸方向に平行
であり、上面が水平である。クランプ装置３２はプッシ
ャ３４を上下動する駆動部３６を有している。

【００２３】図２を参照する。本体８の側方には、ＰＣ
板１をＹ軸方向に関して位置決めするための位置決め装
置４０が配置されている。この位置決め装置４０の先端
には接触式のセンサ４２が配置されていて、センサ４２
はＰＣ板１が当ったことを検出する。ＰＣ板１は光軸Ｏ
Ｐに対して垂直である。ＰＣ板１の下面と受光手段１４
は間隔Ｈはなれている。またセンサ４２の面と、ＰＣ板
１の穴２の中心または光軸ＯＰとの間はＬである。間隔
Ｈは、光源１０の光の拡散を防いで正しい穴径Ｄの測定
をするために、できる限り小さくする必要があるが、物
理的にその間隔Ｈを０にすることはできない。

【００２４】受光手段１４は好ましくは図３に示すよう
な走査型ラインセンサである。受光手段１４は複数の受
光素子４４を有している。これら受光素子４４は保護ガ
ラス４６によりおおわれて保護されている。保護ガラス
４６と受光素子４４の受光面とはｄｓの間隔があいてい
る。このため受光手段１４とＰＣ板１の間に対物レンズ
４８を配置する。この対物レンズ４８により穴２の表面
または上面の像を受光素子４４の表面に結像して、実質
的に間隔ｄｓをゼロにさせる。この対物レンズ４８は、
光軸に対し互いに直交する２つの軸に関して異なるパワ
ーを有するレンズ、例えば図９に示すように偏平形レン
ズや、円柱レンズ等も用いることができる。なぜなら、
受光面に像を形成する上では走査型ラインセンサーの走
査方向において正確であればよいからであり、量産性に
優れるプラスチックの円柱レンズ等を使用することで、
装置の組立が容易でかつ低コストにする事ができる。照
射光学系１２も同様に偏平レンズや円柱レンズを用いる
ことができる。

【００２５】受光手段１４により穴２の表面または上面
の像が得られると、図１に示す貫通穴寸法算出手段３１
により穴の径を算出する。

【００２６】これにより、ＰＣ板１の表面と受光手段１
４の受光面との隙間により生じる回折現象による影響を
さけることができる。この場合、像は等倍である必要は
なく、像を拡大することにより測定精度を上げることが
できる。

【００２７】図４を参照する。図４では、走査ユニット
４の位置検出手段５０、ＰＣ板１の設置状態検知手段５
２、受光手段１４を示している。

【００２８】走査ユニット４の位置検出手段５０はセン
サ５４とスケール５６を有する。スケール５６はＸ軸方
向に別の図示しない支持体に固定されている。センサ５
４は本体８に取付けられている。スケール５６には一定
間隔ごとにポイントが配置されセンサ５４から出る光は
ポイントで反射してセンサ５４の受光部分で受光する。
走査ユニット４がＸ軸方向に移動すると、センサ５４は
スケール５６のポイントをカウントする。これにより、
走査ユニット４のＸ軸方向に関する位置を測定する。な
お、測定手段は光学的なものに限られることはなく、マ
グネスケール等も有効である。

【００２９】受光手段１４は、光源１０からの光束を穴
２に通して通った光束を検出する。これにより穴２がＹ
軸のどの位置にあるかを検出する。

【００３０】設置状態検知手段５２は、ＰＣ板１のＸ軸
とＹ軸に関する位置を検出する。この設置状態検知手段
５２は発光部５３からの光を受けて穴２のＸ軸とＹ軸の
両方向に関する位置を検出する。すなわち、この検出値
からドリルダミーの位置が正確か否かを判定することに
より、穴寸法の測定値のみではわからない基板上の穴の
位置が不正確な不良品も識別することができる。具体的
には走査ユニット４を移動することにより、同一ライン
ＳＬにそって並んでいる複数の穴２の径を同一の測定走
査により順次測定する。

【００３１】図５に示すように、位置検出センサ５４、
受光手段１４および設置状態検知手段５２からの各信号
は貫通穴位置判定手段５６に入る。貫通穴位置判定手段
５６において穴２の位置が正しくしかも穴径が所定の値
であると判定すると適合出力５８を出力する。そうでな
く穴２の位置が正しくないとかあるいは穴径が所定の値
になっていないと判定すると、不適合出力５８を出力す
る。すなわち位置判定手段５６は、受光手段１４と位置
検出センサ５４と設置状態検知手段５２からの信号に基
いてＰＣ板における穴２の位置が正しいかどうか判定
し、受光手段１４からの信号により穴径が所定の値に正
確になっているかを判定する。

【００３２】図６では、走査ユニット４の移動範囲Ｅを
設定するため走査範囲制御部６０と前記ＰＣ板１の位置
決め装置４０を示している。

【００３３】走査範囲制御部６０は、第１センサ６２と
第２センサ６４を有している。第１センサ６２と第２セ
ンサ６４は、駆動部２６に対して接続されている。第１
センサ６２は、走査ユニット４の当初位置Ｐ１に対応
し、第２センサ６４は走査ユニット４の終端位置Ｐ２に
対応している。第１センサ６２と第２センサ６４は走査
ユニット４を検出すると、信号を駆動部２６に与える。
すなわち走査ユニット４が当初位置Ｐ１にあると駆動部
２６は正回転して走査ユニット８を＋Ｘ方向に移動範囲
Ｅだけ移動し走査ユニット４は終端位置Ｐ２に達する。
すると第２センサ６４が走査ユニット４を検出して駆動
部２６に信号を与える。この信号により駆動部２６は逆
回転して走査ユニット８を終端位置Ｐ２から当初位置Ｐ
１に−Ｘ方向にもどす。走査ユニット４が当初位置Ｐ１
に達すると、第１センサ６２は走査ユニット４を検出し
て信号を駆動部２６に与える。これにより駆動部２６は
停止する。この駆動部２６はたとえばパルスモータと送
りねじの組合せにより構成している。第１センサ６３と
第２センサ６４は、ＰＣ板の大きさに合せてＸ方向に位
置を変えて、移動範囲Ｅを変えることができる。被測定
物の大きさに応じて走査ユニット４の移動範囲Ｅを設定
することで、測定の時間を最小限に短縮できる。

【００３４】位置決め装置４０は、ＰＣ板用の位置決め
ストッパ８０，８２と接触型のセンサ４２，４２、指標
８８、目盛９０を有している。位置決めストッパ８０，
８２は、Ｙ軸方向に移動して設定可能であり、中間部９
２により接続されている。センサ４２，４２は、位置決
めストッパ８０，８２の先端にそれぞれ配置されてい
る。指標８８はストッパ８０に固定されていて、目盛９
０を指示する。ストッパ８０，８２がＹ軸方向に移動す
ると、指標８８が目盛９０に対して移動する。これによ
りＰＣ板１のＹ軸方向についての位置決めする位置を定
めることができる。

【００３５】図７では、ＰＣ板１を載せている支持部材
３０のゴミ除去手段７０を示している。このゴミ除去手
段７０は可撓性のあるワイパー７２とゴミ吸着部７４を
備える。支持部材３０の上面にはＰＣ板１を載せるため
の保護ガラス７６が設けられている。ワイパー７２はこ
の保護ガラス７６の表面についたゴミをゴミ吸着部７４
まで運ぶのである。ゴミ吸着部７４はワイパー７２につ
いているゴミを静電気を帯びて吸着する。ワイパー７２
は走査ユニットの本体８に固定されていて、走査ユニッ
トの本体８が＋Ｘ方向に移動すなわち、本体８が穴径を
測定する時に移動したあと、本体８が逆方向である−Ｘ
方向に移動するときにワイパー７２にゴムを付けてゴミ
吸着部７４まで運んでゴミを静電気によりゴミ吸着部７
４側へ吸着する。

【００３６】図８は、測定待機時（終端位置Ｐ２）に走
査ユニット４のガラス面１００，４６に着いたゴミをワ
イパー１０４，１０６でそれぞれ吸着するのである。ガ
ラス面１００は照射光学系１２を保護し、ガラス面４６
は受光手段１４の受光素子を保護している。終端位置Ｐ
２から本体８が＋Ｘ方向に移動すると、ワイパー１０
４，１０６は本体８からはなれる。

【００３７】このように図７で示したように支持部材３
０のガラス面７６や図８に示すようにガラス面１００，
４６からゴミを除くことで、穴２の穴径をより正確に測
定できる。

【００３８】ところで、この発明は上述の実施例に限定
されない。たとえば丸い穴だけでなく、たとえば正方形
の穴でも測定できる。被測定物はＰＣ板に限らない。

【００３９】

【発明の効果】この発明によれば、基材などの被測定物
に損傷を与える恐れがなく、被測定物に設けられた穴の
寸法を精密でかつ高速に測定できるとともに、穴の位置
も測定できるので、より効率の良い検査が可能になる。

【００４０】また、照射光学系と受光手段を備えた走査
ユニットの位置測定手段を設けることで、被測定物上で
の貫通穴の２次元での位置座標を検出することができ、
貫通穴の穴径とともに被測定物の良・不良の判定をより
確実に行うことが出来る。

【００４１】また、前記走査ユニットの走査範囲を任意
に設定可能とすることで、貫通穴が設けられていない場
所の走査を行う無駄がなくなり、より高速で効率の良い
検査が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の穴寸法測定装置の好適な実施例を示
す斜視図。

【図２】この発明の穴寸法測定装置の好適な実施例を示
す側面図。

【図３】この発明の穴寸法測定装置における光学系を示
す図。

【図４】この発明の穴寸法測定装置を示す斜視図。

【図５】この発明の図４における貫通穴の位置を測定す
る系統を示す図。

【図６】この発明における走査ユニットの移動範囲の限
定をする手段を示す図。

【図７】この発明における被測定物を支持する手段につ
いたゴミを除去する手段を示す図。

【図８】この発明における走査ユニットの本体についた
ゴミを除去する手段を示す図。

【図９】図３に対応して示す光学系の斜視図。

【符号の説明】

１ ＰＣ板（被測定物） ２ 穴（貫通穴） ４ 走査ユニット ６ 固定手段 ８ 本体 １０ 光源 １２ 照射光学系 １４ 受光手段

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 貫通穴が設けられた被測定物を固定する
   固定手段と、 光源からの光を略平行な光束として、前記被測定物の貫
   通光の軸に平行になるように照射する照射光学系と、 前記貫通穴を通過した光束を直線状に配置された光学素
   子により受光する受光手段とを備え、 前記受光手段からの信号により前記貫通穴の寸法を算出
   するとともに、前記受光手段での平行光束の入射位置に
   基づいて前記貫通穴の位置情報を得る構成にした穴寸法
   測定装置。
2. 【請求項２】 前記照射光学系と前記受光手段とが設け
   られていて、前記光学素子の配置された方向と直角方向
   に移動可能な走査ユニットと、 前記走査ユニットの移動方向および移動量を検出する位
   置検出手段とを備え、 前記受光手段での平行光束の入射位置と前記位置検出手
   段の出力に基づいて被測定物上における貫通光の位置を
   検出することを特徴とする請求項第１項に記載の穴寸法
   測定装置。
3. 【請求項３】 前記検出した貫通穴の穴径または位置に
   より、前記被測定物の不良を判定する請求項第２項に記
   載の穴寸法測定装置。
4. 【請求項４】 前記走査ユニットの走査範囲を任意に設
   定可能としたことを特徴とする請求項第１項に記載の穴
   寸法測定装置。