JP2007003360A - 目視検査装置 - Google Patents

Abstract

【課題】目視検査におけるカメラが３６０°を超えて回転することが可能で検査を迅速に確実に行うことができる目視検査装置を提供する。
【解決手段】被検査物体１の外観状態を観察する目視検査装置において、非検査物体を固定し、ＸＹ方向のいずれか１方向にのみに移動可能なテーブル３と、テーブル３上に配置され被検査物体を撮像するカメラ５と、カメラ５を搭載してテーブル３上で所望の角度に当該カメラ５を回転可能に制御するカメラ部７と、テーブル３の移動方向とは異なる他の１方向に移動可能でカメラ部７を接続するカメラ移動固定部９と、被検査物体１の不良箇所の不良状態を示すデータをデータ処理するとともにカメラ移動固定部９とカメラ部７を制御する管理コンピュータ２１と、を備え、被検査物体１の不良状態に基づいて、カメラ部７を制御してカメラ移動固定部９の回りを回転するカメラ５の回転駆動を制御する。
【選択図】図１

Description

本発明は、プリント基板に抵抗器、コンデンサ、ＩＣ等の電子部品の実装状態の不具合の検査（外観状態の検査）に使用する、目視検査装置に関するものである。

従来のプリント基板に実装された、抵抗器、コンデンサ、ＩＣ等の電子部品の半田付け、外観状態を観察するための、目視検査装置を図７に示す。図７において、４は目視検査装置でありテーブル３に電子部品２を実装したプリント基板１を固定する。テーブル３は目視検査装置４に設置してあるテーブル移動軌道３１をＹ方向１２の向きに移動することができる。固定アーム１４には、テーブル３上を垂直に撮像するカメラ５ａと、斜め方向（垂直な方向に対して４５°傾斜している）から撮像するカメラ５ｂが設置されているカメラ部７、カメラ部７を接続し固定アーム１４に接続されＸ方向１１の向きに移動するカメラ移動固定部９とから構成されている。カメラ部７はＸＹ平面上を３６０°回転することができ、即ちカメラ部７に固定されているカメラ５ａ、５ｂがＸＹ平面上を３６０°回転することである。

プリント基板１上の電子部品２を観察する場合、作業者がリモコン４４によって、カメラ移動固定部９をＸ方向１１に移動、テーブル３をＹ方向１２に移動、カメラ部７を回転、カメラ５ａ、５ｂ選択、ズーム、絞りをすることで観察したい電子部品２の部位を選択する。電子部品２の観察したい部位の画像は目視検査装置４とは別の場所に設置してあるモニタ８で観察することができる。電子部品２のリードの半田付け状態を観察したい場合は斜め方向から撮像するカメラ５ｂ、電子部品２の表面にマーキングされている品番を確認したい場合は垂直に撮像するカメラ５ａというふうに、作業者がリモコン４４の操作でモニタ８に映し出す画像を選択する。
特開２００１−２５５２７４号公報

従来技術の場合、電子部品を撮像するカメラは３６０°しか回転できなく、例えばＱＦＰのリード部の半田付け状態を観察する場合リード部を順次追って観察していくが、カメラが最大で３６０°しか回転できないため、途中でＱＦＰのリード部を追っていくことができないことがあった。このため、こういう場合においては、テーブル、カメラ移動固定部を移動させて撮像位置を再設定する必要があった。

これに対して、カメラが３６０°を超えて回転することが可能で検査を迅速に確実に行うことができる目視検査装置を提供する。

従来の課題を解決するために、本発明の目視検査装置は、被検査物体の外観状態を観察する目視検査装置において、被検査物体を固定し、ＸＹ方向のいずれか１方向にのみに移動可能なテーブルと、前記テーブル上に配置され前記被検査物体を撮像するカメラと、
前記カメラを搭載して前記テーブル上で所望の角度に当該カメラを回転可能に制御するカメラ部と、前記テーブルの移動方向とは異なる他の１方向に移動可能で前記カメラ部を接続するカメラ移動固定部と、前記被検査物体の不良箇所の不良状態を示すデータをデータ処理するとともに前記カメラ移動固定部とカメラ部を制御する管理コンピュータと、を備え、前記被検査物体の不良状態に基づいて、前記カメラ部を制御して前記カメラ移動固定部の回りを回転するカメラの回転駆動を制御し、前記カメラ部が原点に対する回転角度の位置に係らず３６０°連続回転することを特徴としたものである。

本発明の目視検査装置によれば、プリント基板に抵抗器、コンデンサ、ＩＣ等の電子部品を実装した後の半田付け状態の確認を確実に、迅速に行うことが可能である。

以下に、本発明の目視検査装置の実施の形態を図面とともに詳細に説明する。

図１は、本発明の実施例１に用いる目視検査装置４の全体図であり、テーブル３はテーブル移動軌道３１上を図示省略の電動機によって、１２ａ〜１２ｂの方向で移動できるようになっている。テーブル３にはテーブルレール３２が設置されており、テーブルレール３２の内側間に被検査対象のプリント基板１をセットするようになっている。テーブルレール３２はレール幅寄せ３３を操作することで、テーブルレール３２間の間隔を調整することができる構造になっている。すなわち、テーブルレール３２は１１ａ〜１１ｂの方向に移動することが可能な構造になっている。なお、テーブルレール３２の移動の構造及びレール幅寄せ３３の詳細な説明については、本願発明と直接関係ないのでここでは省略する。

目視検査装置４には、アーム支え１５によって固定アーム１４が１１の方向に設置されており、固定アーム１４にはカメラ移動固定部９が１１の方向に移動することができる図示省略の軌道が設けられている。カメラ移動固定部９にはカメラ部７が取り付けられており、カメラ部７には、ズーム機能及び自動絞り機能を有するカメラ５が１台のみ取り付けられている他、カメラ７を回転駆動する駆動部及びプリント基板１を照射するためのランプ１０ａ、１０ｂ（両方のランプを１０と表示する。）がついている。

カメラ部７に搭載されているズーム機能及び自動絞り機能を有するカメラ５は、垂直な方向に対して４５°傾いている。本実施例においては垂直な方向に対して、４５°の傾きとしているが、垂直な方向に対して３０°〜６０°の範囲であれば傾きの角度はいくらであっても構わない他、角度を前記３０°〜６０°の範囲で調整できるようにしてもよい。また、カメラ部５に搭載されているランプ１０は、プリント基板１に対して垂直方向の向きのランプ１０ａと、垂直方向に対してカメラ５と同一の傾き、つまりはカメラと同じ傾斜角であるランプ乙１０ｂの２つのランプが設置されており、目視検査装置４を制御する管理コンピュータである第１のコンピューター２１で、ランプ１０の点灯、消灯制御を行うことができるほか、ランプ１０の照度を変化させる制御を行うことができる構成になっている。

ここでカメラ５の傾きが垂直な方向に対して３０°〜６０°の範囲でなければならない理由としては、半田付け状態を観察する場合、例えば垂直な方向（０°）から半田状態を観察すると半田の立体形状がよく把握できないほか、電子部品２のリード部７２と半田の状態は垂直な方向からだけでの目視でははんだ付け状態を確認することができない。垂直な方向に対して３０°より小さい角度（例えば２０°）になると、前述の課題があるため、３０°以上にする必要がある。

また、カメラ５の垂直な方向に対して６０°より大きい角度になるとカメラ５は電子部品２の表面に平行に近い状態となり、電子部品２の表面のマーキングされた電子部品２固有の文字を確認することができない状態になる。こうなると電子部品２がどの電子部品２であるか確認できなくなるので、カメラ５の垂直な方向に対する角度は６０°より小さくなければならない。

前述の2つの条件により、カメラ５の垂直な方向に対する角度は３０°〜６０°の範囲にある必要があり、４５°程度の角度が好適であることがわかった。

このため本発明においては、カメラ５の傾きを垂直な方向に対して３０°〜６０°の範囲にあることにし、かつ角度を可変できるようにしている。このようにカメラ５が垂直な方向に対して傾いていること及び２つのランプ１０（ランプ１０ａ、ランプ１０ｂ）を点灯、消灯及び照度を変更することで、半田の立体形状の確認が容易に行うことができることで、半田付け状態を目視確認することができる。

カメラ５の機能として有するズーム機能及び自動絞り機能について説明を行う。カメラ５のズーム機能は、電子部品２の半田付け状態を確認する場合、電子部品２の大きさの違い、リード部７２の形状、大きさの違いによってズームで拡大撮像する必要があるのでこの機能を有している。自動絞り機能については目視検査装置４の制御を行う第１のコンピューター２１で、目視確認しようとするプリント基板１に実装の電子部品２の場所に併せると、その中心に位置する箇所に自動でズーム、絞りを行うというもので、目視検査装置４を操作する作業者の作業量の低減に役立てるものである
カメラ部７は、テーブル３と同じ平面（ＸＹ平面）上を、カメラ移動固定部９の廻りに３６０°を超えて回転することができる構造になっている。

３６０°を超えて回転させる必要性及び構成については、以下に詳細に説明する。図２に示すようにＩＣ等のＱＦＰ７１（Quad Field Package 多数のリード７２が四方から出ている四角形のＩＣのこと）のリード７２の外観状態を観察する場合、例えば図２（ａ）のリード１８番７２−０１８の半田付け状態を観察する場合、カメラ部７は、図２（ａ）に示す位置にいて、カメラ５によってリード１８番７２−０１８を観察する。

図２（ｂ）に示すようにリード１８番の７２−０１８の位置の反対側のリード９０番を観察する場合には、カメラ部７が（ａ）点のような状態にあればＱＦＰ７１本体が邪魔をしてリード９０番７２−０９０の半田付け状態を充分に確認することができないため、カメラ移動固定部９を１１ａ〜１１ｂの方向で移動させ、カメラ部７を１８０°回転させ（ｂ）点の位置まで回転させリード９０番の７２−０９０の半田付け状態を確認する必要がある。なお図２にＱＦＰ７１については、一部リード７２の図示を省略している。

一般にＱＦＰ７１については、半田付け不良（外観不良）の原因としては、ＱＦＰ７１の位置ずれという不良（ＱＦＰ７１のリード７２がプリント基板１の指定されたパターン部に実装されていない）が比較的多く、このため１箇所でもリード７２の不良がある場合にはそのＱＦＰ７１については全てのリード７２の外観状態を観察する必要もある。例えば図２（ａ）においてリード１８番７２−０１８に不良が見つかった場合には、時計廻り方向もしくは反時計廻り方向に全てのリード部７２を１周するように連続して観察していく必要がある。リード７２の外観不良を観察す場合には、カメラ５のズームは倍率を大きくしており、表示装置であるモニタ８の画面には該当のリード７２部とその周辺しか撮像されていない。

ＱＦＰ７１のリード７２の全てを観察する時は、カメラ部５が回転するだけでなく、カメラ移動固定部９が１１ａ〜１１ｂの方向に移動し、テーブル３が１２ａ〜１２ｂの方向に移動することで、常にカメラ５はリード７２について連続して撮像し、全てのリード７２を連続確認することができる。この間リード７２の外観不良を発見した場合には、第１のコンピューター２１を操作することで停止させることもできる。

ＱＦＰ７１のリード７２を全て連続で外観確認する場合、カメラ部７が回転する必要性については前述した通りであり、カメラ部７の回転角度については３６０°あれば充分で全てのリード７２を観察することができる。しかし、カメラ部７の回転角度が３６０°限界の場合には、カメラが回転移動していく際、θ＝０°を回転限界点として検出すると回転が停止するので、図３（ａ）に示すように、カメラ部７が（ア）の位置θ＝３０°の位置にあって、３６０°回転させようとしても、時計廻りの回転方向（ＣＷ）７４であれば３３０°回転したとこで限界点７３の位置であるθ＝０°にあたってしまい残り３０°の部分は反時計廻りの回転方向（ＣＣＷ）７５で回転して残り３０°の部分の撮像をカメラ５で行う必要があり、連続したリード７２の確認が行えず迅速さを求められている目視検査においては不利である。

また、図３（ｂ）に示すようにカメラ部７が限度点７３に対して（イ）の位置であるθ＝１８０°の位置にある場合には、時計廻りの回転方向（ＣＷ）７４、反時計回りの回転方向（ＣＣＷ）７５のいずれの回転方向でも１８０°しか連続して撮像できない。

このため、カメラ部７はどこの位置にあってでも７２０°回転が可能であれば、７２０°連続して撮像することができる。但し７２０°回転が可能であるとしても、例えば原点に対して３００°の位置にカメラ５がある場合には、反時計廻りの方向（ＣＣＷ）７５の場合、３００°回転したとこで限界点にあたってしまう。このため、時計廻りの回転方向（ＣＷ）７４の回転に限定する必要がある。ＱＦＰ７１のリード７２の全周確認の場合、第１のコンピューター２１でリード７２の全周確認の指令を出せば、カメラ部７の原点に対する角度によって、時計廻りの回転方向（ＣＷ）７４か反時計廻りの回転方向（ＣＣＷ）７５かを選択して回転することになる。

カメラ５の回転角度は、図１に示すように、カメラ５の撮像方向が１１ａの方向を向いている状態にあるときを原点（０°）と定める。原点から時計廻り方向（ＣＷ）７４の向きに回転していくことができ、３６０°の場所は原点と同じ向きで１回転している状態であり、限界点の７２０°は原点と同じ向きで２回転している状態である。

原点の位置を０°であると固定して原点からどれだけの位置にあるか数値で表すようにしている。例えば原点の位置から ９０°、４５０°というふうに表すものとする。なお、前述の９０°と４５０°については見た目上は同じ回転角度になっているが、原点からは一回転（３６０°）分だけ４５０°の方が回転が進んでいることになる。

図４は、カメラ部７の回転機構の構造について上方（垂直方向）より見た概略図である。この概略図は、カメラ移動固定部９の中に構成されている。

カメラ部回転用電動機８１で小歯車８２を回転させ小歯車８２と接続している大歯車８３を回転させて、その回転の動きをカメラ部７に伝えてカメラ部７を回転させる構造になっている。ここで小歯車８２及び大歯車８３の凹凸部（山、谷）については本発明と直接関係ないので図示を省略している。

大歯車８３には回転の限界を検知するためのドグ８５がついており、ドグ８５は大歯車８３上にあるので、大歯車８３が回転するとドグ８５も回転することになる。大歯車８３の上方には、カメラ部７に固定されてドグ８５を検出するためのセンサ８４が取り付けられている。図５は、センサ８４とドグ８５の関係を横方向（水平方向）から見た図でありセンサ８４は、凹のような形状をしておりカメラ移動固定部９に固定されていて回転はしない。センサ８４は、凹状になっている片側からレーザー光を発射して反対側で受光する構造になっている。凹状の間にドグ８５が入りレーザーを遮断すると、センサ８４は、ドグ８５を検出した信号を発する。ドグ８５は大歯車８３上に固定されていて、大歯車８３と同時に回転するので回転角度が原点から回転をスタートすると、０°（原点）、３６０°、７２０°の点ではドグ８５を検出することになる。

本発明ではカメラ部の回転角度は、０°〜７２０°としており、実際には余裕分をもって−１０°〜７３０°としている。その回転限界の手前０°と７２０°の場所を検知するためのセンサ８４とドグ８５がついており、その点に達した場合には、カメラ部回転用電動機８１の電源を遮断し、カメラ部７の回転を強制的に止める安全機能が入っている。

本発明の場合には、カメラ部７の回転角度は０°〜７２０°の範囲と設定されているため、０°の限界点では３６０°の場合でもセンサ８４がドグ８５を検知しカメラ部７の回転が停止することもあり、連続した回転動作のためにはある種の工夫が必要である。

このような問題点を解決するために本発明においては、カメラ部回転用電動機８１の回転の動きを常に第１のコンピューター２１で監視していて、カメラ部７の回転角度が原点に対していくらであるのか（０°〜７２０°のどの値であるのか）を判断して、センサ８４で検出したドグ８５が、限界点のドグ検出であるのか（０°、７２０°）それとも限界点でないドグ８５検出（３６０°）であるのか判断し、限界点でないドグ８５検出（３６０°）の場合は信号的にマスク処理を行い、非常停止しないようにしている。この限界点のドグ８５の検出と限界点でないドグ８５の検出について詳細に説明する。

例えば現在の角度が９０°である場合に、ドグの位置が０°の位置にあるので、時計廻りの回転方法（ＣＷ）７４の場合には、回転角度が３６０°の場合と７２０°との場合センサ８４は、ドグ８５を検出することになる。この理由としては図４において大歯車８３は円盤状になっており、ドグ８５は３６０°と７２０°の回転角度の差３６０°については、ドグ８５の位置は同じ位置にあることになるからである。限界点でないドグ８５検出で非常停止が働くと都合が悪いので、センサ８４がドグ８５を検出しても非常停止しないような構成にする必要がある。

信号的にマスク処理の方法については図６に示すようになっている。図６は時計廻りの回転方向（ＣＷ）７４についての説明であり、上段はドグ８５検出信号についてのチャート図であり、下段は電動機停止信号についてのチャート図である。カメラ部７の回転角度が原点に対して３６０°未満である場合には、３６０°の位置でセンサ８４がドグ８５を検出し、ドグ検出信号９１が入るが第１のコンピューター２１でカメラ部回転用電動機８１の原点に対する角度を認知しているので、３６０°の位置でのＣＷ方向停止信号をそのまま電動機停止信号とするのではなく、信号的にマスク処理９２をおこない、カメラ部回転用電動機８１の回転を停止させない。次に７２０°の点でＣＷ方向停止信号を検出した場合には、今度は７２０°の点であると認識し、電動機停止信号９３が入りカメラ部回転用電動機８１の回転を停止させるようになっている。即ち、カメラ部７の回転角度が原点位置に対し３６０°未満の位置からカメラ回転を開始する場合は、センサ８４が最初に検出するドグ検出信号９１をマスクし、次にドグ検出信号９１を検出すると電動機停止信号９３を出力してカメラ部回転用電動機８１の回転を停止させるのである。

反時計廻りの回転方向（ＣＣＷ）７５についても同様であるので、ここでは説明を省略する。
なお、第１のコンピュータ２１は、目視検査装置４とは別の場所にある第２のコンピューター（図示せず）にもデータ送信し、別の場所に移動される不良のプリント基板を収納した収納ラックに収納されたプリント基板の修理を他の目視装置にて他の場所で修理を行うことができる。
以上に詳細に説明したように、本発明によればプリント基板に実装されたＱＦＰ等の電子部品の外観状態（半田付け状態）を観察する場合において、例えばＱＦＰのリードの１箇所で外観不良がある場合、ＱＦＰのリード全ての外観状態を常に連続して観察することができるようになり、迅速なプリント基板の目視検査装置を提供することができる。

本願発明は、プリント基板にコンデンサ、抵抗器及びＩＣ等の電子部品を実装する実装工程の、実装済みプリント基板の検査に利用することができる。

本発明の目視検査装置の全体の概略構成図 本発明の目視検査装置における検査動作時のＱＦＰとＱＦＰのリードとカメラ部及びカメラとの関係を説明するための図 本発明の目視検査装置のカメラ部の回転と限界点とを説明するための図 本発明の目視検査装置のカメラ部のドグとセンサの関係を説明するための図 本発明の目視検査装置のセンサとドグの関係を説明するための図 本発明の目視検査装置のドグ検出信号のマスク処理を説明するための図 従来の目視検査装置の全体の概略構成図

符号の説明

１ プリント基板
２ 電子部品
３ テーブル
４ 目視検査装置
５、５ａ、５ｂ カメラ
７ カメラ部
８ モニタ
９ カメラ移動固定部
１０ａ、１０ｂ ランプ
１１、１１ａ、１１ｂ Ｘ方向
１２、１２ａ、１２ｂ Ｙ方向
１４ 固定アーム
１５ アーム支え
２１ 第１のコンピューター
３１ テーブル移動軌道
３２ テーブルレール
３３ レール幅寄せ
７１ ＱＦＰ
７２ リード
７２−０１８ リード１８番
７２−０９０ リード９０番
７３ 限度点
７４ 時計廻り回転方向（ＣＷ）
７５ 反時計廻り回転方向（ＣＣＷ）
７６ 回転角度θ
８１ カメラ部回転用電動機
８２ 小歯車
８３ 大歯車
８４ センサ
８５ ドグ
９１ ドグ検出信号
９２ マスク処理信号
９３ 電動機停止信号

Claims (6)

1. 被検査物体の外観状態を観察する目視検査装置において、
   被検査物体を固定し、ＸＹ方向のいずれか１方向にのみに移動可能なテーブルと、
   前記テーブル上に配置され前記被検査物体を撮像するカメラと、
   前記カメラを搭載して前記テーブル上で所望の角度に当該カメラを回転可能に制御するカメラ部と、
   前記テーブルの移動方向とは異なる他の１方向に移動可能で前記カメラ部を接続するカメラ移動固定部と、
   前記被検査物体の不良箇所の不良状態を示すデータをデータ処理するとともに前記カメラ移動固定部とカメラ部を制御する管理コンピュータと、
   を備え、
   前記被検査物体の不良状態に基づいて、前記カメラ部を制御して前記カメラ移動固定部の回りを回転するカメラの回転駆動を制御し、前記カメラ部が原点に対する回転角度の位置に係らず３６０°連続回転することを特徴とする目視検査装置。
2. 前記カメラ部に設置されるカメラは、前記テーブルの垂直な面に対して３０°〜６０°の範囲で傾斜して設置されることを特徴とする請求項１に記載の目視検査装置。
3. 前記管理コンピュータは、前記被検査物体の不良状態に基づいて前記カメラのズーム倍率と絞りを制御することを特徴とする請求項１に記載の目視検査装置。
4. 前記カメラ部は、前記カメラの回転限界を検知するセンサとカメラの回転停止位置を設定するドグを有し、前記カメラが回転開始位置を原点から測定して前記カメラ移動固定部の周りを３６０°を超えて回転を行う場合においては、前記センサが前記カメラの回転限界位置を示すドグであるかどうかを判定して回転限界位置でない場合は、センサがドグの信号のマスク処理をすることを特徴とする請求項１に記載の目視検査装置。
5. 前記カメラの原点位置に対する回転開始位置が３６０度未満である場合、前記センサがト゛グを検出すると、ドグ検出信号をマスク処理することを特徴とする請求項４に記載の目視検査装置。
6. 前記カメラの原点位置に対する回転開始位置の角度に基づいて前記管理コンピュータが前記カメラの回転方向を選択することを特徴とする請求項１に記載の目視検査装置。
   
   

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