JP2008051753A - 基板検査装置 - Google Patents

Abstract

【課題】複数の基板検査装置を少ないスペースにコンパクトに配置できるようにする。
【解決手段】基板検査装置１は、プリント基板Ｐを保持し移動させる基板保持機構、基板Ｐを撮像する撮像機構、画像データに基づいて良否判定を行うコントローラ６３および検査結果を表示する液晶表示パネル４等を共通のベースフレーム１０に組み込み、これらをケーシングＣａにより外側から覆った一体構成を有する。また、検査装置１に対して作業者が立つ側を装置前側としたときに、検査装置１のうち前側部分２Ｂの幅が装置後側から前側に向かって先細りに構成されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、プリント基板等の基板に実装された部品の実装状態等を検査する基板検査装置に関するものである。

プリント基板に実装された部品の実装状態等を検査する基板検査装置として、従来よりインライン型のものとは別に、作業者のマニュアル操作により個別にプリント基板を検査するアウトライン用の卓上据え置き型（単に卓上型という）の検査装置が知られている。

例えば特許文献１には、この種の卓上型検査装置の一つが開示されている。この検査装置は、プリント基板をセットする試験ユニットと、良否判定等の処理を行うメインユニットとから構成されており、作業者がプリント基板を試験ユニットにセットして開始操作を行うと、当該ユニットに搭載されたカメラにより基板表面の画像が取り込まれてその画像データがメインユニットに転送され、この画像データに基づき良否判定等の処理が行われるとともに、その結果がメインユニットのモニタに表示されるようになっている。
特開２００２−１８１７３０号公報

上記のような基板の検査にはある程度の時間を要するため、通常は、複数台の卓上型検査装置を一列に並べて設置し、各検査装置に時間差を持たせて検査を実施することによって、一人の作業者の下で検査を効率的に進めることが行われている。

そのため、複数の検査装置を少ないスペースにコンパクトに配置できる方が作業者の移動範囲が少なくて済むため都合がよく、また、省スペース化の上でも望ましい。

しかし、特許文献１に開示されるものでは、検査装置が試験ユニットとメインユニットとの別個独立した二つのユニットから構成され、さらにメインユニットがデスクトップ型のパーソナルコンピュータから構成されているため、複数の検査装置を少ないスペースにコンパクトに配置することは到底望めない。

本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであって、複数の検査装置を少ないスペースにコンパクトに配置できる基板検査装置を提供することを目的とするものである。

上記課題を解決するために、本発明は、基板を保持する基板保持手段と、この基板保持手段に保持された基板を検査する検査手段と、検査結果を表示する表示手段と、を備えた基板検査装置において、前記各手段が共通のフレーム部材に一体に組み込まれ、かつ作業者の立ち位置側を装置前側としたときに装置の前後方向と直交する方向の寸法である装置の幅が装置の後側から前側に向かって先細りに形成されているものである（請求項１）。

このような基板検査装置によると、装置を構成する上記各手段が共通のフレーム部材に組み込まれて一体化されているため、複数のユニットが分離している従来のものに比べて装置をコンパクトに設置することが可能になる。特に、装置の幅が先細りに構成されているため、複数の基板検査装置を互いに当接させた状態で設置することにより、作業者を中心とした扇形状の配列でコンパクトに複数の基板検査装置を設置することが可能となる。

なお、請求項の記載において「作業者の立ち位置」とは、基板検査装置に対向する位置であって、主に作業者が装置に対して基板の出し入れ等の作業を行う位置を意味する。

なお、上記のように装置の幅を先細りに設ける場合には、幅方向に対向する側面のうち一方側の側面が前記前後方向に対して平行に設けられ、他方側の側面が前記前後方向に対して傾斜して設けられるのが好適である（請求項２）。すなわち、装置全体が平面視で左右非対称となっているのが好適である。また、前記前後方向における前端部分の装置の幅が先細りに形成され、当該前端部分よりも後側では装置の幅が略一定に形成されているのが好適である（請求項３）。

このような装置構成によれば、複数の基板検査装置を上記のように扇形状に配置できるようにしながらも、内部スペースを広く確保して検査手段や基板保持手段等を支障なく組み込むことが可能となる。また、スイッチ類等の配置スペースも確保し易くなる。

本発明の基板検査装置によれば、基板保持手段、検査手段および表示手段が共通のフレーム部材に組み込まれて一体化されるため装置全体がコンパクトになる。しかも、基板検査装置同士を互いに当接させるだけで複数の装置を容易に扇形状に配置することができるため、作業者を中心とする少ないスペースに複数の装置をコンパクトに設置できるようになる。

本発明の好ましい実施の形態について図面を用いて説明する。

図１及び図２は、本発明に係る基板検査装置を概略的に示しており、図１は斜視図で、図２は平面図でそれぞれ基板検査装置を示している。

基板検査装置１（以下、検査装置１と略す）は全体が箱形を成し、同図に示すように後側部分２Ａとその前端下部から前方に延びる前側部分２Ｂとを具備した側面視Ｌ字型の外観形状を有している。このような検査装置１の外観形状は、後記ベースフレーム１０等に固定されるケーシングＣａにより形成されている。このケーシングＣａは、実際には幾つかのパーツからなるが、以下の説明では便宜上、各パーツを区別することなくケーシングＣａとして一体に取り扱うものとする。

この検査装置１のうち前記前側部分２Ｂには上向きに開口する基板Ｐの出し入れ口６が設けられている。この出し入れ口６は、ケーシングＣａに形成される開口部からなり、検査装置１の幅方向中央（図２では左右方向における中央）に設けられている。

この出し入れ口６の上方であって前記後側部分２Ａの前面部分には、液晶表示パネル４（本発明に係る表示手段に相当する）が配置されている。この液晶表示パネル４は、いわゆるタッチパネル型液晶表示器からなり、検査結果等の各種情報がこの液晶表示パネル４上に表示されるとともに、作業者がモニタ表示に指先で触れることにより検査装置１に対して各種操作入力を行えるようになっている。

液晶表示パネル４は、作業者の立ち位置側（図２では下側）に指向する状態で、検査装置１の中央からやや幅方向片側（図２では右側）に偏った位置に配置されている。

前側部分２Ｂのうち液晶表示パネル４に並ぶ部分にはメンテナンス用の扉９が設けられている。この扉９は、前記ケーシングＣａの一部が開閉可能に構成されたもので、必要に応じてこの扉９を開くことにより作業者が検査装置１内部にアクセスして後述するチェックペン５６の交換や撮像ユニット５０のメンテナンス等を行えるようになっている。

図１および図２中、符号３は、ハンドキャリ用の取っ手であり、ケーシングＣａに形成される凹部からなり後側部分２Ａの左右側面に設けられている。また、符号８は、非常停止用ボタンであり、前側部分２Ｂのうち前記出し入れ口６の側方に配置されている。

なお、検査装置１は、これらの図に示すように、その幅が装置後側から作業者の立ち位置である装置前側に向かって先細りに形成されている。詳しくは、前記ケーシングＣａにより構成される検査装置１の側面のうち前側部分２Ｂの一方側の側面（図２では左側の側面）が前後方向に対して所定角度αだけ傾斜して設けられることにより検査装置１の幅が先細りに形成されている。これは複数台の検査装置１をコンパクトに設置して作業性を高めるための工夫であって、この点については後に詳述する。

図３，図４は、検査装置１の具体的な内部構成を示しており、図３は縦断面で、図４は平断面でそれぞれ検査装置１を示している。

これらの図示に示すように、検査装置１はベースフレーム１０を有している。このベースフレーム１０は、前側から後側（図３，図４では左方から右方）に向かって先上がりに傾斜する傾斜面１２ａをもつ基台部１２と、この基台部１２の左右両端からそれぞれ立ち上がる側壁部１４とを一体に備えた構造を有しており、例えばアルミダイカスト等の鋳物により一体成形されている。

このベースフレーム１０には、被検査基板Ｐを保持し、かつこの基板Ｐを前記傾斜面１２ａに沿って移動させる基板保持機構と、この基板保持機構に保持された被検査基板Ｐを撮像するための撮像機構と、必要に応じて基板Ｐに対してチェック（マーク）を入れるためのマーキング機構等が組み付けられている。

基板保持機構は、基台部１２の前記傾斜面１２ａに固定され、スライダ２２を前後方向であって、かつ前記傾斜面１２ａに沿った方向（以下、この方向をＹ軸方向という）に移動させるリニアモータ式の単軸ロボット２０と、前記スライダ２２に組み付けられるテーブル３０とから構成されている。

テーブル３０は基板Ｐを保持するもので、被検査面、ここでは部品実装面を上向きにし、かつ傾斜面１２ａと略平行にした状態で基板Ｐを保持し、前記単軸ロボット２０の作動により前記出し入れ口６に対向するホームポジション（図３に示す位置）と後述する撮像ユニット５０に対向する検査ポジションとに亘ってＹ軸方向に移動可能となっている。

このテーブル３０は、前記スライダ２２に固定されるプレート３２と、このプレート３２に組み付けられて左右方向（以下、この方向をＸ軸方向という）に延びる前後一対の基板保持フレーム３６，３８（前側フレーム３６，後側フレーム３８という）とを有しており、これらフレーム３６，３８により被検査基板Ｐを挟持した状態で保持する構成となっている。詳しくは、両フレーム３６，３８のうち後側フレーム３８に、Ｙ軸方向に変位可能で、かつ圧縮コイルバネ等の弾性部材により前側に付勢される可動部３９が設けられ、この可動部３９と前側フレーム３６との対向する部分に、それぞれ階段状の基板受部が形成されている。そして、これら基板受部に基板Ｐの前後縁部を載せ、当該基板Ｐを前側フレーム３６と可動部３９との間に嵌め込むと（図３参照）、圧縮コイルバネ等の弾性力により基板Ｐが両フレーム３６，３８の間に弾性的に挟み込まれる、すなわち、前側フレーム３６を基準として基板ＰがＹ軸方向に位置決めされた状態でテーブル３０に保持されるようになっている。また、前側フレーム３６の一端には、位置決めプレート３６ａが設けられており、このプレート３６ａに基板Ｐの一端（左右方向の一端）を当接させることにより、基板ＰがＸ軸方向に位置決めされた状態でテーブル３０に保持されるようになっている。

なお、両フレーム３６，３８の間隔は基板サイズに応じて可変となっている。具体的には、前記プレート３２の後端にエンドプレート３４が固定され、このエンドプレート３４と前記前側フレーム３６とに亘って互いに平行な左右一対のガイドバー３５が固定されている。そして、これらガイドバー３５に対して前記後側フレーム３８がスライド可能に装着されるとともに、前記ガイドバー３５に対して後側フレーム３８を任意の位置でロックするための図外のロック手段が設けられている。つまり、前側フレーム３６を基準として後側フレーム３８をスライドさせ、前記ロック手段により後側フレーム３８を所望の位置でロックすることによって両フレーム３６，３８の間隔を変更できる構成となっている。

撮像機構は、スライダ４２をＸ軸方向に移動させる単軸ロボット４０と、この単軸ロボット４０の前記スライダ４２に組み付けられる撮像ユニット５０およびマーキングユニット５５等とから構成されている。

単軸ロボット４０は、基板保持機構を構成する前記単軸ロボット２０と同様にリニアモータ式の単軸ロボットからなり、前記両側壁部１４に亘って横架された状態でベースフレーム１０に固定されている。

撮像ユニット５０は、ＣＣＤあるいはＣＭＯＳイメージセンサ等のエリアセンサからなるカメラ５２と照明装置５４等とから構成されており、テーブル３０に保持された被検査基板Ｐの表面を、その上方であって、かつ当該表面に対して直交する方向から撮像するように構成されている。

マーキングユニット５５は、マークを記載するためのチェックペン５６と、このチェックペン５６を進退駆動する駆動機構とから構成されており、この駆動機構により、チェックペン５６を、テーブル３０に保持された基板Ｐに対して当接させる作動位置（図３中二点鎖線に示す位置）とこの位置から上方に退避する退避位置（図３中実線で示す位置）とに亘って進退駆動する構成となっている。なお、詳細図を省略しているが、上記駆動機構としては、例えばモータによりボールネジ軸を回転させることによりチェックペン５６を一軸方向に進退移動させるいわゆるボールネジ機構等が適用されている。

マーキングユニット５５は、図３および図４に示すように、連結アーム５８を介して撮像ユニット５０に固定されている。これにより撮像ユニット５０と一体的にＹ軸方向に移動するようになっている。なお、マーキングユニット５５の可動領域のうちその一端（図４では上端；同図中に二点鎖線で示す位置）はホームポジションとされており、この位置ではちょうどマーキングユニット５５が上述した扉９に対応するようになっている。つまり、上述の通りマーキングユニット５５をホームポジションに配置した状態で扉９を開くことによって作業者が容易にチェックペン５６の交換等を行えるようになっている。

検査装置１の内部において、ベースフレーム１０の上方には、さらに前後方向に延びるビーム１９が設けられている。

このビーム１９は、図５に示すように、ベースフレーム１０の両側壁部１４に亘って固定された前後一対の門型のサブフレーム１６，１８に固定されている。そして、このビーム１９の先端に前記液晶表示パネル４が組み付けられることにより、図３に示すように、前後方向において、液晶表示パネル４が前記撮像ユニット５０による基板Ｐの撮像位置と前記出し入れ口６との略中間部分であって、かつ前記撮像ユニット５０の前方に配置されている。なお、当実施形態では、前記ベースフレーム１０、サブフレーム１６，１８およびビーム１９等が本発明のフレーム部材に相当する。

液晶表示パネル４は、ビーム１９に対してチルト可能に支持されている。具体的には、前記ビーム１９の前端に横軸４５（Ｘ軸方向に延びる軸）回りに回動可能なジョイント４６が連結され、このジョイント４６に前記液晶表示パネル４が組み付けられることによって、液晶表示パネル４が上下方向に姿勢変更可能（チルト可能）な状態で前記ビーム１９の先端に支持されている。なお、ここでは液晶表示パネル４のチルト方向は上下方向のみであるが、加えて左右方向にチルト可能であってもよい。また、任意の方向にチルト可能であってもよい。

上記テーブル３０の可動領域よりも上方であって撮像ユニット５０等よりも後側のスペースには、図３に示すように、撮像機構の前記単軸ロボット４０用のドライバ６６が配置されている。具体的には、ベースフレーム１０の両側壁部１４に左右一対の側板６７が固定されるとともにこれら側板６７間に支持プレート６８が横架され、この支持プレート６８上に前記ドライバ６６が固定されている。

一方、検査装置１の内底部には制御ユニット６０が配置されている。すなわち、ベースフレーム１０における前記基台部１２には、図６に示すように、下方および後方に向かって開く凹部が形成されることにより断面楔型の空間１５が設けられており、この空間１５に制御ユニット６０が配置されている。

制御ユニット６０は、基板保持機構の前記単軸ロボット２０用のドライバ６２、検査装置１を統括的に制御するコントローラ６３および冷却ファン６４等からなり、検査装置１を主にその下面側および後側から覆うアンダカバー６５に一体に固定されている。そして、同図に示すようにベースフレーム１０に対してその下側から前記アンダカバー６５が組み付けられることにより、上記のように制御ユニット６０がベースフレーム１０の前記空間１５に配置されている。

なお、コントローラ６３は、論理演算を実行するＣＰＵ、そのＣＰＵを制御する種々のプログラム等を記憶するＲＯＭ、装置動作中に種々のデータを一時的に記憶するＲＡＭおよびＨＤＤ等から構成されている。このコントローラ６３には、液晶表示パネル４、単軸ロボット２０，４０、カメラ５２およびドライバ６２，６６等が電気的に接続されている。そして、基板Ｐの検査時には、予め記憶された動作プログラムに従って基板Ｐの検査を実行すべく単軸ロボット２０，４０や撮像ユニット５０の駆動がこのコントローラ６３により制御されるとともに、カメラ５２の画像データに基づく基板Ｐの良否判定処理および液晶表示パネル４への検査結果の表示制御等がこのコントローラ６３により行われるようになっている。つまり、この検査装置１では、前記撮像機構やこのコントローラ６３等が本発明に係る検査手段に相当する。

以上のように構成された検査装置１では、以下のようにして基板Ｐの検査が実施される。

まず、この検査装置１では、起動後、試験が開始されるまで装置１がスタンバイ状態に保たれる。このスタンバイ状態では、前記テーブル３０および撮像ユニット５０はそれぞれホームポジションにセットされ、かつ液晶表示パネル４には所定のメニュー画面が示される。

そして、このスタンバイ状態で、作業者が被検査基板Ｐをテーブル３０にセットし、さらに液晶表示パネル４に触れて前記メニュー画面から「検査開始」項目を選択すると、当該基板Ｐの検査が開始される。なお、テーブル３０への基板Ｐのセットは、被検査面（部品実装面）を上向きにし、上述の通り、前記位置決めプレート３６ａに基板Ｐを突き当てた状態で前記基板保持フレーム３６，３８の間に基板Ｐを嵌め込むことにより行う。

検査が開始されると、単軸ロボット２０の作動によりテーブル３０がＹ軸方向に移動するとともに単軸ロボット４０の作動により撮像ユニット５０がＸ軸方向に移動し、これにより撮像ユニット５０に対して基板Ｐが相対的に位置決めされ、前記照明装置５４による照明光の下、カメラ５２により基板Ｐが撮像される。なお、このような撮像ユニット５０による基板Ｐの撮像は、例えば予めプログラムされたエリア毎に行われる。つまり、基板Ｐの被検査面は、基板Ｐのサイズや部品の実装密度等の諸条件に応じて予め複数の撮像エリアに分割されており、検査時には、テーブル３０および撮像ユニット５０の相対移動に伴い、予め設定された順番に従って撮像ユニット５０が順次各エリアに対向する位置に位置決めされながらエリア毎に撮像が行われるようになっている。

基板Ｐの全てのエリアの撮像が完了すると、その画像データに基づいて前記コントローラ６３において部品の実装状態の良否が判定され、その結果（検査結果）が前記液晶表示パネル４に表示される。

また、マーキングユニット５５が作動することにより、基板Ｐに設けられる所定のチェック欄に対し判定結果に応じたマークが記入される。具体的には、テーブル３０および撮像ユニット５０の相対移動に伴いマーキングユニット５５が基板Ｐの所定のチェック欄に対向する位置に配置され、この状態でチェックペン５６が駆動されることにより前記チェック欄に所定のマークが記入される。

マーキングが完了すると、テーブル３０がホームポジションにリセットされ、作業者が出し入れ口６を通じて基板Ｐをテーブル３０から取り外すことにより基板Ｐの検査が終了する。そして、検査終了後は、液晶表示パネル４に検査結果の「良」「否」表示が継続的に行われるとともに次の基板投入を促すメッセージが表示されることとなる。

なお、上記のような基板Ｐの検査にはある程度時間を要するため、通常は、上記検査装置１を複数台並べて設置し、各検査装置１に時間差を持たせて基板Ｐの検査を行わせることにより、一人の作業者で基板Ｐの検査を効率的に進めることを行う。この場合、上記の検査装置１では、図７に示すように複数台（図示の例では５台）の検査装置１を並べて配置することができる。すなわち、検査装置１は、上記の通り前側部分２Ｂの一方側の側面が前後方向に対して傾斜することにより、前側部分２Ｂの幅が先細りに形成されている。そのため、この傾斜した側面部分を互いに当接させた状態で複数の検査装置１を横並びに並べることにより、同図に示すように、複数の検査装置１を、作業者を中心として扇形状に配置することができる。

以上説明したように、この検査装置１では、基板Ｐを保持して移動させる基板保持機構、基板Ｐを撮像する撮像機構およびその画像データに基づいて良否判定を行うコントローラ６３、さらに検査結果を表示するとともに各種操作を行うための液晶表示パネル４等が共通のベースフレーム１０に一体に組み込まれているため、従来のように、検査装置が別個独立した複数のユニット（試験ユニット、メインユニット）から構成され、さらにメインユニットがデスクトップ型のパーソナルコンピュータから構成されているものと比べると、検査装置１をコンパクトに設置することができる。そのため、上記のように複数の検査装置１を使用する場合でも、これらの検査装置１を少ないスペースにコンパクトに設置して作業を進めることができる。

特に、この検査装置１では、上述の通り複数の検査装置１を互いに当接させた状態で扇形状に配置することができるので、作業者を中心としてよりコンパクトに複数の検査装置１を配置できる。そして、このような配置によると、各検査装置１に対する作業者のアクセス距離を略均一化することができるため、例えば横並びに真っ直ぐに検査装置１を並べる場合に比べると、作業者は、より能率的に検査作業を進めることができるというメリットがある。

なお、上述した検査装置１は、本発明に係る検査装置１の好ましい実施の形態の一例であって、その具体的な構成は、本発明の要旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。

例えば、実施形態の検査装置１では、前側部分２Ｂのうち一方側の側面部分だけが前後方向に対して傾斜した左右非対称な構成となっているが、前側部分２Ｂの両方の側面部分が傾斜した左右対称な構成であってもよい。この構成によれば、図７に示すように複数の検査装置１を扇形状に並べる場合の当該配列の曲率を大きくすることができる。

また、実施形態の検査装置１では、検査装置１の側面部分のうち前側部分２Ｂだけが傾斜した構成となっているが、勿論、後側部分２Ａから前側部分２Ｂに亘って連続する傾斜面となる構成であってもよい。この場合、上記と同様に検査装置１の両方の側面部分が傾斜した左右対称な構成であってもよい。このような構成によれば、図７に示すように複数の検査装置１を扇形状に並べる場合に隣接するもの同士を隙間無く密着させることが可能となる。但し、この構成の場合には、検査装置１の側面部分のうち傾斜する部分が増える分、実施形態のものに比べて検査装置１の内部スペースが狭くなることが考えられるため、上記基板保持機構等を支障なく余裕をもって組み込む上では、実施形態のように側面部分のうち傾斜する部分を極力小さくする方が好ましい。

また、実施形態の検査装置１では、テーブル３０が水平面に対して傾斜した方向（Ｙ軸方向）に移動するように基板保持機構が構成されているが、勿論、水平方向に移動する構成であってもよい。また、実施形態では、基板Ｐの被検査面が上向きになるようにテーブル３０に基板Ｐをセットしておき、撮像ユニット５０により基板Ｐの上方から被検査面を撮像するようにしているが、例えば、被検査面が側方（図４では左方又は右方）を向くように基板Ｐをテーブル３０にセットし、撮像ユニット５０により被検査面をその側方から撮像するように基板保持機構および撮像機構を構成してもよい。

また、実施形態では、基板Ｐの任意の位置を撮像ユニット５０により撮像するために、テーブル３０をＹ軸方向に、撮像ユニット５０をＸ軸方向にそれぞれ移動させ、これらの相互移動により基板Ｐ上の任意の位置に撮像ユニット５０を配置し得るようにしているが、勿論、基板Ｐ又は撮像ユニット５０の何れか一方側を静止させた状態で他方側だけをＸ軸方向およびＹ軸の両方向に移動させる構成としてもよい。

本発明に係る基板検査装置を示す斜視図である。 基板検査装置を示す平面図である。 基板検査装置の内部構成を示す縦断面図である。 基板検査装置の内部構成を示す平断面図である。 図３のうち液晶表示パネルを支持する部分を抽出した図である。 制御ユニットの組み付け構造を示すベースフレームの断面図である。 複数の基板検査装置を扇形状に並べた状態を示す平面図である。

符号の説明

１ 基板検査装置
２Ａ 後側部分
２Ｂ 前側部分
４ 液晶表示パネル
６ 出入口
１０ ベースフレーム
Ｐ プリント基板
Ｃａ ケーシング

Claims (3)

1. 基板を保持する基板保持手段と、この基板保持手段に保持された基板を検査する検査手段と、検査結果を表示する表示手段と、を備えた基板検査装置において、
   前記各手段が共通のフレーム部材に一体に組み込まれ、かつ作業者の立ち位置側を装置前側としたときに装置の前後方向と直交する方向の寸法である装置の幅が装置の後側から前側に向かって先細りに形成されている
   ことを特徴とする基板検査装置。
2. 請求項１に記載の基板検査装置において、
   幅方向に対向する側面のうち一方側の側面が前記前後方向に対して平行に設けられ、他方側の側面が前記前後方向に対して傾斜して設けられることにより装置の幅が先細りに形成されている
   ことを特徴とする基板検査装置。
3. 請求項１又は２に記載の基板検査装置において、
   前記前後方向における前端部分の装置の幅が先細りに形成され、当該前端部分よりも後側では装置の幅が略一定に形成されている
   ことを特徴とする基板検査装置。

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