JP2014020969A

JP2014020969A - 平面度および異物検査装置

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Publication number: JP2014020969A
Application number: JP2012160762A
Authority: JP
Inventors: Nobuhiro Koyama; 伸広小山; Ryoichi Hoshino; 量一星野
Original assignee: Keihin Corp
Current assignee: Keihin Corp
Priority date: 2012-07-19
Filing date: 2012-07-19
Publication date: 2014-02-03

Abstract

【課題】検査の段取りに手間をかけることなくレーザー乱反射による誤検出を回避して被検査面の平面度および異物を検査可能とする。
【解決手段】虚像性判定手段２７がスパイク状に変化していると判定した形状データを虚像領域設定手段２８が走査位置情報とともに虚像領域と設定し、虚像領域に近接した形状データが複数の記憶領域にわたって連続した所定の範囲の連続値を有するときにその記憶領域の走査位置情報を凸領域設定手段２９が凸領域として設定し、虚像領域の形状データを形状データ置換手段３０が凸領域の形状データに基づく置換用データで上書きし、この置換した形状データに基づいて平面度および異物判定手段３２が被検査面の平面度および異物を判定する。
【選択図】図３

Description

本発明は、検査台上に載置、固定される被検査部材の被検査面にレーザー光を照射して前記被検査面の形状データを得るようにしたレーザー変位計と、前記被検査面を前記レーザー変位計で走査するために前記被検査面に沿う方向での前記検査台および前記レーザー変位計間の相対位置を変化させるべく前記レーザー変位計を駆動する駆動手段と、前記走査によって前記レーザー変位計で得られた形状データを読み取る形状データ読み取り手段と、該形状データ読み取り手段で読み取った形状データをその読み取り時点での走査位置情報に対応させて記憶する形状データ記憶手段とを備え、形状データ記憶手段で記憶された形状データに基づいて前記被検査面の平面度ならびに前記被検査面上の異物を判定するようにした平面度および異物検査装置に関する。

ところでＥＣＵ（電子制御ユニット）の筐体は、基板に搭載される電子部品の放熱性を考慮してアルミニウム等の金属で作られることが多いが、近年はＥＣＵを小型化するために金属製の筐体と、ＥＣＵの一部を構成する基板との間のクリアランスを極力小さく設計するニーズがある。そのような設計で筐体の内面に突起があったり、異物が付着していたりすると、基板の配線パターンとの干渉によって配線パターンの短絡や断線が発生してしまう可能性があるため、筐体に基板を組み付ける前に、基板に対向する筐体の内面の平面度および異物を検査する必要がある。このような平面度および異物の検査にあたっては、特許文献１で開示されるようにレーザー変位計を用いることが好適と考えられる。

特開２０００−１２１３３３号公報

レーザー変位計２１は、図６（ａ）で示すように、被検査面４０に向けてレーザ光を照射する照射部４１と、被検査面４０側で拡散した光を受光する受光部４２とを相互に間隔をあけて有しており、受光部４２で感知した光の受光角を検出することによって、三角法を用いて被検出面４０までの距離を計測するものであり、被検査面４０側に異物や突起４３が存在するときには、その異物や突起４３の高さをレーザー変位計２１で計測することができる。ところで、レーザー反射率の高いＥＣＵの金属筐体では、図６（ｂ）で示すように、被検査面４０側の異物や突起４３の段差（平面と、異物や突起の境界）でレーザー光が乱反射し、細線で示す拡散光よりも太線で示す乱反射光の方を受光部４２が強く受光したときには、受光部４２はその強かった方の光を感知するので、光の受光角が乱反射光のものとして検出されることになり、実形状である突起４３を反映していない虚像として、鎖線で示すような実際以上の突起４３ａを検出してしまう可能性がある。

上記特許文献１で開示された検査装置では、走査により特定された被検査部材の位置および形状を予め記憶した被検査部材の位置および形状と比較することで平面度を判定している。すなわち前述の、実形状を反映していない虚像の発生をあらかじめ加味した標準的な検査部材の位置および形状を記憶させておかなければ被検査部材の良否を誤判定することになるので、検査の段取りにとても手間がかかってしまう。

本発明は、かかる事情に鑑みてなされたものであり、検査の段取りに手間をかけることなくレーザー乱反射による誤検出を回避して被検査面の平面度および異物を検査し得るようにした平面度および異物検査装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明は、検査台上に載置、固定される被検査部材の被検査面にレーザー光を照射して前記被検査面の形状データを得るようにしたレーザー変位計と、前記被検査面を前記レーザー変位計で走査するために前記被検査面に沿う方向での前記検査台および前記レーザー変位計間の相対位置を変化させるべく前記レーザー変位計を駆動する駆動手段と、前記走査によって前記レーザー変位計で得られた形状データを読み取る形状データ読み取り手段と、該形状データ読み取り手段で読み取った形状データをその読み取り時点での走査位置情報に対応させて記憶する形状データ記憶手段とを備え、形状データ記憶手段で記憶された形状データに基づいて前記被検査面の平面度および異物を判定するようにした平面度および異物検査装置において、走査位置情報に関連づけて前記形状データ記憶手段で記憶された形状データに基づいて形状データがスパイク状に変化しているか否かを判定する虚像性判定手段と、該虚像性判定手段でスパイク状に変化していると判定された前記形状データをその走査位置情報とともに虚像領域と設定する虚像領域設定手段と、前記形状データ記憶手段で記憶された形状データの走査位置情報から前記虚像領域設定手段で設定された虚像領域に近接した形状データが複数の記憶領域にわたって連続した所定範囲の連続値を有すると判定したときに当該連続値を有する記憶領域に対応する複数の走査位置情報を凸領域として設定する凸領域設定手段と、前記虚像領域にある形状データを置換するための置換用データを前記凸領域設定手段で設定した凸領域の前記形状データに基づいて算出するとともに前記虚像領域に対応して記憶されている形状データを前記置換用データで上書きする形状データ置換手段と、前記虚像領域にある形状データを除いて前記形状データ記憶手段で記憶された形状データならびに前記形状データ置換手段で置換された形状データを判定用形状データとして設定する判定用形状データ設定手段と、該判定用形状データ設定手段で設定される判定用形状データに基づいて前記被検査面の平面度および異物を判定する平面度および異物判定手段を備えることを第１の特徴とする。

また本発明は、第１の特徴の構成に加えて、前記形状データ記憶手段で記憶された形状データから前記虚像領域および前記凸領域の形状データを除外した形状データの平均値によって基準平面を設定する基準平面設定手段を含み、前記平面度および異物判定手段は、前記基準平面設定手段で設定された前記基準平面と、前記判定用形状データ設定手段で設定された判定用形状データとに基づいて、前記被検査面の平面度および異物を判定することを第２の特徴とする。

さらに本発明は、第１または第２の特徴の構成に加えて、前記被検査部材が、基板もしくは該基板に装着された発熱性の電子部品と対向する吸熱面ならびに該吸熱面と反対側に臨む放熱面を有する筐体であり、該筐体が、前記吸熱面を被検査面として前記レーザー変位計に対向させて前記検査台に載置、固定されることを第３の特徴とする。

本発明の第１の特徴によれば、形状データがスパイク状に変化していると虚像性判定手段で判定した形状データが虚像領域設定手段で走査位置情報とともに虚像領域と設定され、虚像領域に近接した形状データが複数の記憶領域にわたって連続した所定の範囲の連続値を有するときにその連続値を有する記憶領域に対応する複数の走査位置情報が凸領域設定手段で凸領域として設定され、虚像領域にある形状データが形状データ置換手段によって凸領域の形状データに基づいて算出した置換用データで上書きされ、虚像領域にある形状データを除いて形状データ記憶手段で記憶された形状データならびに形状データ置換手段で置換された形状データが判定用形状データ設定手段で判定用形状データとして設定され、その判定用形状データに基づいて平面度および異物判定手段が被検査面の平面度および異物を判定するので、予め基準データを設定しておくような手間をかけずにレーザー乱反射による誤検出を回避して被検査面の平面度および異物を検査することが可能となる。すなわちレーザー乱反射に伴うスパイク状の虚像（ノイズ）は、異物や突起の段差（平面と、異物や突起の境界）で生じるものであり、その虚像周辺には乱反射の原因となる突起や異物があるので、虚像領域の形状データを凸領域の形状データに基づく置換用データで置換することによって虚像を除去することができるものであり、しかも虚像領域の形状データは、形状データに連続性がある凸領域の形状データに対して連続性を有することなくスパイク状のものであるので、レーザー乱反射による虚像領域の形状データを確実に排除して正確な判定を行うことができる。

また本発明の第２の特徴によれば、虚像領域および凸領域の形状データを除外した形状データの平均値を算出し、その平均値によって設定された基準平面との比較によって平面度および異物判定手段が被検査面の平面度および異物を判定するので、被検査面に凹凸が生じていても的確な平面度検査を行うことができる。

さらに本発明の第３の特徴によれば、筐体の吸熱面を被検査面として検査するので、筐体の吸熱面と、基板もしくは該基板に装着された発熱性の電子部品との間の間隔をより小さく設定することが可能となり、前記吸熱面に塗布される高価な放熱グリスの実質使用量が少なくてすみ、熱抵抗も少なくなる。

平面度および異物検査装置の全体構造を示す斜視図である。被検査部材の使用状態を示す簡略化した断面図である。平面度および異物検査装置の構成を示すブロック図である。虚像を含む形状データ（ａ）ならびに虚像を置換用データに置換した後の形状データ（ｂ）を示す図である。被検査面がうねっている状態での基準平面を示す図である。レーザ変位計による計測の基本原理を説明するための図である。

以下、本発明の実施の形態を、添付の図面を参照しながら説明すると、先ず図１において、基台１０上に固定された検査台１１上には、アルミニウム製の筐体１４が被検査部材として載置、固定される。前記基台１０に立設された一対の支柱１２，１２の上端部間には、水平に延びるガイド枠１３が設けられており、可動台２２が前記ガイド枠１３に沿って往復移動することを可能として該ガイド枠１３に支持される。前記可動台２２には、前記検査台１１上の前記筐体１４に向けてレーザー光を照射してその形状データを得るための２つのレーザー変位計２１，２１が上下位置を調節可能として取付けられており、これらの２つのレーザー変位計２１，２１の一方は、前記可動台２２が前記ガイド枠１３に沿う一方に向けて移動する際の往動時の計測を行い、他方のレーザー変位計２１は前記可動台２２が前記ガイド枠１３に沿う他方に向けて移動する際の復動時の計測を行うものである。

図２において、前記筐体１４は、吸熱面１５ならびに該吸熱面１５と反対側に臨む放熱面１６を有してＥＣＵのケースとなるものであり、発熱性の電子部品としてたとえば４つのＦＥＴ１８，１８，１８，１８が装着された基板１７が、前記各ＦＥＴ１８…を前記吸熱面１５に対向させるようにして前記筐体１４に複数のねじ部材１９，１９…で取付けられ、前記吸熱面１５には、該吸熱面１５および前記各ＦＥＴ１８…間に介在する吸熱グリス２０が塗布される。

前記筐体１４は、前記吸熱面１５を被検査面として上方に臨ませて前記検査台１１に載置、固定され、吸熱面１５の平面度ならびに吸熱面１５に付着した異物を判定するために、前記検査台１１上の前記吸熱面１５には上方の２つのレーザー変位計２１，２１からレーザー光が照射される。

前記支柱１２および前記ガイド部１３には、前記被検査面である前記吸熱面１５に沿う方向での前記検査台１１および前記レーザー変位計２１，２１間の相対位置を変化させるべく、前記レーザー変位計２１，２１が取付けられた前記可動台２２を駆動する駆動手段２３が設けられ、前記レーザー変位計２１，２１は、前記吸熱面１５を走査してその形状データを得ることが可能である。

２つの前記レーザー変位計２１，２１で得られる形状データは、パソコン等の演算処理装置２４に入力され、該演算処理装置２４は、前記レーザー変位計２１，２１で得られる形状データに基づいて前記吸熱面１５の平面度および異物を判定する。

図３において、前記演算処置装置２４は、前記レーザー変位計２１，２１で得られた形状データを読み取る形状データ読み取り手段２５と、該形状データ読み取り手段２５で読み取った形状データをその読み取り時点での走査位置情報に対応させて記憶する形状データ記憶手段２６と、該形状データ記憶手段２６で記憶された形状データが虚像であるか否かを判定する虚像性判定手段２７と、該虚像性判定手段２７が虚像であると判定した形状データをその走査位置情報とともに虚像領域と設定する虚像領域設定手段２８と、前記形状データ記憶手段２６で記憶された形状データの走査位置情報に基づいて複数の走査位置情報を凸領域として設定する凸領域設定手段２９と、前記虚像領域に対応して記憶されている形状データを置換用データで上書きする形状データ置換手段３０と、判定用形状データを設定する判定用形状データ設定手段３１と、その判定用形状データ設定手段３１で設定される形状データに基づいて前記吸熱面１５の平面度および異物を判定する平面度および異物判定手段３２とを備える。

レーザー乱反射に伴うスパイク状の虚像（ノイズ）は、異物や突起の段差（平面と、異物や突起の境界）で生じるものであり、前記虚像性判定手段２７は、走査位置情報に関連づけて前記形状データ記憶手段２６で記憶された形状データに基づいて形状データがスパイク状に変化しているか否かを判断し、スパイク状に変化していると判断したときに虚像であると判定し、その判定結果に基づいて虚像領域設定手段２８が、図４（ａ）で示すように、虚像領域と設定する。

ところで虚像周辺には、乱反射の原因となる突起や異物があるので、凸領域設定手段２９は、形状データの走査位置情報から虚像領域に近接した形状データが複数の記憶領域にわたって連続した所定範囲の連続値を有すると判定したときに当該連続値を有する記憶領域に対応する複数の走査位置情報を、図４（ａ）で示すように、凸領域として設定するものである。

また形状データ置換手段３０は、前記虚像領域にある形状データを置換するための置換用データを前記凸領域設定手段２９で設定した凸領域の前記形状データに基づいて算出するとともに前記虚像領域に対応して記憶されている形状データを前記置換用データで上書きするものである。それにより前記虚像領域および前記凸領域の形状データは、図４（ｂ）で示すように、スパイク状の形状データが削除されて滑らかに連なる凸部を形成することになる。

判定用形状データ設定手段３１は、前記虚像領域にある形状データを除いて前記形状データ記憶手段２６で記憶された形状データならびに前記形状データ置換手段３０で置換された形状データを判定用形状データとして設定するものであり、図４（ｂ）で示す形状データが判定用形状データとして設定されることになる。

前記演算処置装置２４は、さらに前記形状データ記憶手段２６で記憶された形状データから前記虚像領域および前記凸領域の形状データを除外した形状データの平均値によって基準平面を設定する基準平面設定手段３３を含む。

このような基準平面設定手段３３によれば、図５で示すように、うねりによる凹凸が被検査面である吸熱面１５に生じていても、筐体１４に取付けられる基板１７からの距離を一定とした基準平面を設定することが可能となる。前記平面度および異物判定手段３２は、前記基準平面設定手段３３で設定された前記基準平面と、前記判定用形状データ設定手段３１で設定された形状データとに基づいて前記吸熱面１５の平面度および異物を判定する。

したがって吸熱面１５に付着した異物３５等の高さを、吸熱面１５からの高さではなく、前記基準平面からの高さとして検出することができ、基板１７もしくは該基板１７に装着された前記ＦＥＴ１８等の電子部品と、前記吸熱面１５とのショートを回避するための閾値を、前記基準平面からの高さとして定めておくことで、うねりによる吸熱面１５の前記基準平面からの凹凸も検出することが可能となる。

次にこの実施の形態の作用について説明すると、形状データがスパイク状に変化していると虚像性判定手段２７で判定した形状データが虚像領域設定手段２８で走査位置情報とともに虚像領域と設定され、虚像領域に近接した形状データが複数の記憶領域にわたって連続した所定の範囲の連続値を有するときにその連続値を有する記憶領域に対応する複数の走査位置情報が凸領域設定手段２９で凸領域として設定され、虚像領域にある形状データが形状データ置換手段３０によって凸領域の形状データに基づいて算出した置換用データで上書きされ、虚像領域にある形状データを除いて形状データ記憶手段２６で記憶された形状データならびに形状データ置換手段３０で置換された形状データが判定用形状データ設定手段３１で判定用形状データとして設定され、その判定用形状データに基づいて平面度および異物判定手段３２が吸熱面１５の平面度および異物を判定するので、予め基準データを設定しておくような手間をかけずにレーザー乱反射による誤検出を回避して被検査面である吸熱面１５の平面度および異物を検査することが可能となる。

また虚像領域および凸領域の形状データを除外した形状データの平均値を算出し、その平均値によって設定された基準平面との比較によって平面度および異物判定手段３２が吸熱面１５の平面度および異物を判定するので、吸熱面１５に凹凸が生じていても的確な平面度および異物検査を行うことができる。

さらに筐体１４の吸熱面１５を被検査面として検査するので、筐体１４の前記吸熱面１５および発熱性のＦＥＴ１８…間の間隔をより小さく設定することが可能となり、前記吸熱面１５に塗布される高価な放熱グリス２０の実質使用量が少なくてすみ、熱抵抗も少なくなる。

以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明を逸脱することなく種々の設計変更を行うことが可能である。

たとえば上述の実施の形態では、基板１７に装着された発熱性の電子部品であるＦＥＴ１８が筐体１４の吸熱面１５に対向する場合について説明したが、前記吸熱面１５とは反対側に発熱性の電子部品が装着される基板１７が前記吸熱面１５に近接、対向するように配置される場合の前記吸熱面１５の平面度および異物検査装置として本発明を適用することも可能である。この場合、基板１７および吸熱面１５間に介在する放熱グリスは吸熱面１５により薄く塗布することを可能として実質使用量を少なくすることができる。

また上述の実施の形態では、被検査部材を筐体１４とし、被検査面を筐体１４の吸熱面１５としたが、それに限定されることなく、本発明は平坦な被検査面の平面度および異物を検査する平面度および異物検査装置として広く適用可能である。

１１・・・検査台
１４・・・被検査部材である筐体
１５・・・被検査面である吸熱面
１６・・・放熱面
１７・・・基板
１８・・・電子部品であるＦＥＴ
２１・・・レーザー変位計
２３・・・駆動手段
２５・・・形状データ読み取り手段
２６・・・形状データ記憶手段
２７・・・虚像性判定手段
２８・・・虚像領域設定手段
２９・・・凸領域設定手段
３０・・・形状データ置換手段
３１・・・判定用形状データ設定手段
３２・・・平面度および異物判定手段
３３・・・基準平面設定手段

Claims

検査台（１１）上に載置、固定される被検査部材（１４）の被検査面（１５）にレーザー光を照射して前記被検査面（１５）の形状データを得るようにしたレーザー変位計（２１）と、前記被検査面（１５）を前記レーザー変位計で走査するために前記被検査面（１５）に沿う方向での前記検査台（１１）および前記レーザー変位計（２１）間の相対位置を変化させるべく前記レーザー変位計（２１）を駆動する駆動手段（２３）と、前記走査によって前記レーザー変位計（２１）で得られた形状データを読み取る形状データ読み取り手段（２５）と、該形状データ読み取り手段（２５）で読み取った形状データをその読み取り時点での走査位置情報に対応させて記憶する形状データ記憶手段（２６）とを備え、形状データ記憶手段（２６）で記憶された形状データに基づいて前記被検査面（１５）の平面度および異物を判定するようにした平面度および異物検査装置において、走査位置情報に関連づけて前記形状データ記憶手段（２６）で記憶された形状データに基づいて形状データがスパイク状に変化しているか否かを判定する虚像性判定手段（２７）と、該虚像性判定手段（２７）でスパイク状に変化していると判定された前記形状データをその走査位置情報とともに虚像領域と設定する虚像領域設定手段（２８）と、前記形状データ記憶手段（２６）で記憶された形状データの走査位置情報から前記虚像領域設定手段（２８）で設定された虚像領域に近接した形状データが複数の記憶領域にわたって連続した所定範囲の連続値を有すると判定したときに当該連続値を有する記憶領域に対応する複数の走査位置情報を凸領域として設定する凸領域設定手段（２９）と、前記虚像領域にある形状データを置換するための置換用データを前記凸領域設定手段（２９）で設定した凸領域の前記形状データに基づいて算出するとともに前記虚像領域に対応して記憶されている形状データを前記置換用データで上書きする形状データ置換手段（３０）と、前記虚像領域にある形状データを除いて前記形状データ記憶手段（２６）で記憶された形状データならびに前記形状データ置換手段（３０）で置換された形状データを判定用形状データとして設定する判定用形状データ設定手段（３１）と、該判定用形状データ設定手段（３１）で設定される判定用形状データに基づいて前記被検査面（１５）の平面度および異物を判定する平面度および異物判定手段（３２）を備えることを特徴とする平面度および異物検査装置。
前記形状データ記憶手段（２６）で記憶された形状データから前記虚像領域および前記凸領域の形状データを除外した形状データの平均値によって基準平面を設定する基準平面設定手段（３３）を含み、前記平面度および異物判定手段（３２）は、前記基準平面設定手段（３３）で設定された前記基準平面と、前記判定用形状データ設定手段（３１）で設定された判定用形状データとに基づいて、前記被検査面（１５）の平面度および異物を判定することを特徴とする請求項１記載の平面度および異物検査装置。
前記被検査部材が、基板（１７）もしくは該基板（１７）に装着された発熱性の電子部品（１８）と対向する吸熱面（１５）ならびに該吸熱面（１５）と反対側に臨む放熱面（１６）を有する筐体（１４）であり、該筐体（１４）が、前記吸熱面（１５）を被検査面として前記レーザー変位計（２１）に対向させて前記検査台（１１）に載置、固定されることを特徴とする請求項１または２記載の平面度および異物検査装置。