JP2629798B2 - 基板検査装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ＜産業上の利用分野＞ この発明は、プリント配線基板（以下、単に「基板」
という）上に実装された部品が適正にハンダ付けされて
いるか否かを検査するのに用いられる基板検査装置に関
連し、殊にこの発明は、多数本のピンをもつ「SOP部
品」と称される表面実装部品につき、各ピンのランド部
に対するハンダ付けの良否を検査するための基板検査装
置に関する。

＜従来の技術＞ 従来この種基板検査装置として、検査部品の検査部位
へレーザビームを照射してその反射光によりハンダ付け
の良否を検査する方式や、検査部品の検査部位に対し２
方向からの全体照明を行い各照明下の反射像を２値化し
て合成することによりハンダ付けの良否を検査する方式
などが提案されている。

＜発明が解決しようとする問題点＞ しかしながら前者の方式では、レーザビームを走査し
て検査部品の各ピン位置へレーザビームを導くことが必
要であり、しかも検査部位へビームスポットを正確に位
置設定するために、部品実装位置のずれ量を検出して測
定位置を修正するなどの処理が必要である。

また後者に方式では、撮像装置で得た検査部品の画像
から検査領域を切り出して合成するなどの処理が必要で
あり、しかも検査領域外にある部品による影響も考慮す
る必要があるという問題があった。

この発明は、上記問題に着目してなされたもので、検
査部品に対して複数本のピンを含む限定された帯状領域
を照射する光を所定の方向より照射してその検査部品を
観測することにより、観測位置の修正や検査領域の切出
しなどの処理を必要とせず、しかも不要部分の情報を取
り込まずに正確なハンダ付け検査を実現する新規な基板
検査装置を提供することを目的とする。

＜問題点を解決するための手段＞ 上記目的を達成するため、この発明では、基板上に実
装された多数本のピンをもつ表面実装部品につき、各ピ
ンのランド部に対するハンダ付け状態を検査するための
基板検査装置において、検査部品に対して複数本のピン
を含む限定された帯状領域を照明する光をピンの突出方
向と直交する方向の斜め上方位置より照射するための投
光装置と、ピンの突出方向と対向する方向の斜め上方位
置にて前記投光装置による照明下で検査部品を撮像する
ための撮像装置と、この撮像装置で得た検査部品の画像
につき各ピン位置の画像の明るさを求めてその明るさに
基づき各ピンのランド部に対するハンダ付けの良否を順
次判別するための演算制御装置とを具備させている。

またこの発明では、上記構成の他に、検査部品に対し
て複数本のピンを含む限定された帯状領域を照明する光
をピンの突出方向と対向する方向の斜め上方位置より照
射するための第２の投光装置を付加しており、撮像装置
にてこの第２の投光装置による照明下で検査部品を撮像
させると共に、演算制御装置に対し、この検査部品の画
像から基準となるピン位置を検出する機能を付与してい
る。

さらにまたこの発明では、上記構成の他に、演算制御
装置に対して、第２の各投光装置による照明下で撮像装
置で得た検査部品の画像につき各ピン位置の画像の明る
さを求めてその明るさに基づき各ピンのランド部に対す
るハンダ付けの良否を順次判別する機能を付与してい
る。

＜作用＞ 部品が実装された基板が与えられると、投光装置が作
動し、検査部品に対して複数本のピンを含む限定された
帯状領域を照射する光が所定方向から照射される。この
照明下で撮像装置は所定位置にて検査部品を撮像して、
その画像を演算制御装置へ出力する。この場合に照明領
域は必要最小限度に制限してあるから、他の部品の影響
を考慮する必要はない。演算制御装置は入力画像につき
各ピン位置の画像の明るさを求める。もし各ピンがラン
ド部に対し適正にハンダ付けされておれば、ハンダフィ
レットは溶融時の表面張力による特有の３次元曲面を形
成するため、撮像装置はその反射光により高輝度点を検
出する。このためそのピン位置の画像は明るくなり、演
算制御装置はハンダ付け状態は良好であるとの判断を行
う。もしハンダ付けが不良であれば、特有の３次元曲面
をもつハンダフィレットは生じず、撮像装置による高輝
度点の検出はない。

第２の投光装置を有する構成のものでは、部品実装基
板が与えられると、まずこの第２の投光装置を作動し
て、検査部品に対して複数本のピンを含む限定された帯
状領域を照明する光を所定方向より照射する。この照明
下で検査部品を撮像した場合、各ピンの根元部分はパッ
ケージ部分との間でコントラストが生ずるため、その検
出が容易である。従って演算制御装置はこの部分の画像
を利用して基準となるピン位置を検出し、以下の各ピン
位置にウィンドウ設定を行って検査部位を特定する。

さらに演算制御装置は、第２の投光装置による照明下
で得た検査部品の画像につき各ピン位置の画像の明るさ
を求める。もし各ピンがランド部に正しくハンダ付けさ
れておれば、ハンダフィレットでの反射光は撮像装置の
方向と一致しない。このためそのピン位置の画像は暗く
なり、演算制御装置はハンダ付けが良好であるとの判断
を行う。もしハンダ付けが不良であると、照射光は撮像
装置の方向へ反射し、そのピン位置の画像は明るくな
る。

＜実施例＞ 第１図は、この発明の一実施例にかかる基板検査装置
の概略構成を示している。

図示例において、XYテーブルより成る測定テーブル１
上に検査対象２（基板上に複数の表面実装部品が実装さ
れたもの）が載置され、その斜め上方の所定位置に検査
対象２の検査部品６に向けて撮像装置３と第1,第２の各
投光装置4,5とが配備されている。検査部品６は、第２
図に示す如く、部品本体７が黒色のパッケージで覆わ
れ、その両側に金属光沢をもつ各４本のピン8a〜8dが所
定間隔で配設してある。各ピンの先端は基板のランド部
上にハンダ付けされ、適正なハンダ付けが行われると、
そのハンダフィレット９は、第３図に示すように、表面
張力の作用により特有の３次元曲面を形成する。なお第
２図の例では、第１ピン8aおよび第3,第４の各ピン8c,8
d良好なハンダ付け状態となっているが、第２ピン8bは
ハンダフィレット９が欠落したハンダ付け不良の状態と
なっている。

第１の投光装置４は、ピンの突出方向と直交する方向
の斜め上方位置（例えば45゜の角度位置）に配備されて
おり、検査部品６に対して片側４本のピン8a〜8dを含む
限定された帯状領域10（第２図中、斜線で示す）を照射
する光を照射する。

第５図は、この帯状領域10を平面的に示したものであ
り、この領域10内には片側４本のピン8a〜8dの全体とピ
ンの根元側の部品本体７の一部が含まれている。このよ
うに照明範囲をピン近傍に制御するのは、他の部品の影
響をなくし、検査に必要な部分からこの雑音を除くため
である。

つぎに撮像装置３は、ピン8a〜8dの突出方向と対向す
る方向の斜め上方位置（例えば45゜の角度位置）に配備
されており、第１の投光装置４による照明下で検査部品
６を撮像すると共に、後記する第２の投光装置５による
照明下でも同様に検査部品６を撮像するものである。

第３図は、第１ピン8aを間上（Ｚ方向）から見た場合
の撮像装置３と照明光11との関係を、また第４図は第１
ピン8aを真横（Ｘ方向）から見た場合の撮像装置３と照
明光11との関係を、それぞれ示している。

第３図において、番号１〜７で示す照明光11はＸ方向
に沿って進み、また撮像装置３はＹ方向に向いて位置し
ている。このときＸ方向に対し45゜の傾きをもつハンダ
フィレット９の表面での番号５で示す照明光が撮像装置
３の方向へ正反射している。

また第４図において、番号１〜６で示す照明光11はＺ
方向に沿って進み、また撮像装置３はＹ方向と45゜の角
度をなす方向に位置している。このときＹ方向に対し2
2.5゜の傾きをもつハンダフィレット９の表面で番号３
で示す照明光が撮像装置３の方向へ正反射している。

なお第３図および第４図中、番号１′〜６′で示す光
12は番号１〜６で示す照明光11のハンダフィレット９の
表面での反射光である。

かくしてハンダフィレット９は３次元曲面を形成する
ものであるから、このハンダフィレット９上には上記の
ように撮像装置３に向かう反射光の発生する点が必ず存
在する。しかもハンダ表面は鏡面であるため、ハンダフ
ィレット９上のその点は高輝度点として検出されること
になる。従って高輝度点の有無を画像上で調べることに
よりハンダフィレット９の有無を判定できる。

第６図は、撮像装置３で得た検査部品６の画像６′を
示している。この画像６′において、第1,第3,第４の各
ピンの各画像8a′,8c′,8d′には、ハンダフィレットの
対応位置に高輝度点13が現れているが、ハンダフィレッ
トの欠落した第２ピンの画像8b′には高輝度点は現れて
いない。

第１図に戻って、撮像装置3,第1,第２の各投光装置4,
5および，測定テーブル１はマイクロコンピュータのCPU
より成る演算制御装置14に接続されており、この演算制
御装置14はメモリ15のプログラムを解読実行して、撮像
装置３の撮像動作，投光装置4,5の投光動作，測定テー
ブル１の移動などを制御信号により一連に制御すると共
に、撮像装置３より映像信号を取り込んで画像メモリ16
に記憶させ、ハンダ付けの検査に関する各種演算や処理
を実行する。

なお第１図中、モニタ部17は撮像装置３で得た画像を
モニタするためのもの、また表示部18や印字部19は検査
結果を表示したり印字したりするためのものである。

前記演算制御装置14は、撮像装置３で得た検査部品６
の画像６′（第６図参照）につき、各ピン（先端部）の
画像8a′〜8d′の明るさの平均値を求めて、その値の大
小に応じて各ピン8a〜8dのランド部に対するハンダ付け
の良否を順次判別する。この実施例の場合、ランド部な
どのハンダフィレット以外のものが高輝度点として検出
されるのを防止するため、撮像装置３で得た各ピンの画
像8a′〜8d′につき、明るさの平均値に加えて、偏差値
とピーク値とを求め、これら各値を判定基準とを比較
し、所定の条件を満たす場合にハンダフィレットあると
の判断を下している。

すなわち明るさの平均値のみで判定すると、たとえ良
好なハンダ付け状態であっても、ハンダの表面状態が悪
いような場合は、十分な反射光が得られず、ハンダフィ
レットなしとの誤判定が下される虞れがある。そこで明
るさの偏差値やピーク値を判定基準に加えることで判定
の安定性と信頼性とを高めている。

第７図（１）は、ハンダフィレットによる高輝度点が
検出された場合の画像の明るさ分布特性を示している。
図中、横軸は明るさ、縦軸は画素数をとってあり、この
場合に偏差値は小さく、ピーク値は大きなものとなって
いる。

これに対し第７図（２）は、ハンダフィレット以外の
乱反射が検出された場合の分布特性を示しており、この
場合は偏差値は大きく、ピーク値は小さなものとなる。

つぎに第２の投光装置５は、第８図に示す如く、検査
部品６のピン8a〜8dの突出方向と対向する方向の斜め上
方位置（例えば45゜の角度位置）に配備されており、検
査部品６に対して片側４本のピン8a〜8dを含む限定され
た帯状領域10（図中斜線で示す）を照射する光を照射す
る。ここではこの帯状領域10は、第１の投光装置４によ
る照明範囲（第５図に示す）と一致させてあり、この領
域10内には片側４本のピン8a〜8dの全体とピンの根元側
の部品本体７の一部が含まれている。

第９図は、第１ピン8aを真横（Ｘ方向）から見た場合
の撮像装置３と照明光20との関係を示しており、このと
きの照明光20はハンダフィレット９の表面で反射する
が、その反射光は撮像装置３に向っていない。

これに対して第10図は、第２ピン8bを真横（Ｘ方向）
から見た場合の撮像装置３と照明光20との関係を示して
おり、このときの照明光20は、ハンダフィレット９が存
在しないため、ピン8bの端面やランド部で反射して、そ
の反射光が撮像装置３の方向に向かっている。

かくして演算制御装置14において、各ピン8a〜8dの先
端部につきその画像の明るさを求めて、判定基準と比較
することによりハンダフィレット９の有無を判定でき
る。

第11図は、撮像装置３が第２の投光装置５による照明
下で撮像した検査部品６の画像６″を示している。この
画像６″において、第1,第3,第４の各ピン先端部の各画
像8a″,8c″,8d″は明るいものとなるが、第２ピンの画
像8b″は暗いものとなっている。

第12図は、第２の投光装置５による照明下で検査部品
６を撮像して、ハンダブリッジの有無を検査している状
況を示すもので、図示例の場合、検査部品６の第２ピン
8bと第３ピン8cとの間にブリッジ21が発生している。

第13図は、第２ピン8bを有横（Ｘ方向）から見た場合
の撮像装置３と照明光20との関係を示している。前記ブ
リッジ21は溶融した際の表面張力により曲面を形成する
から、照明光20の一部は撮像装置３の方向へ正反射する
ことになる。しかもハンダ表面は鏡面であるため、この
ブリッジ21は画像上では高輝度部分21′（第14図に示
す）として現れる。従って演算制御装置14において、ピ
ン間に高輝度部分21′が存在するか否かを画像上でチェ
ックすることによりブリッジ21の有無を判定できる。

さらにこの実施例の演算制御装置14においては、第２
の投光装置５による照明下で撮像装置３が検査部品６を
撮像したとき、その画像から基準となる第１ピン8aの位
置を検出するようにしている。

第15図および第16図は、演算制御装置14により第１ピ
ン8aの検出手順と、その後に続くハンダ付け状態の検査
手順と併せて示してある。

いま第15図のスタート時点で検査部品６が搬送機構に
よる搬送されて測定テーブル１上にセットされると、測
定テーブル１がＸ方向およびＹ方向に移動して、検査部
品６を撮像装置３および投光装置4,5の下方位置に位置
決めする。つぎにステップ１（図中、「ST1」で示す）
において、まず第２の投光装置５が作動し、検査部品６
へ光を照射して、片側４本のピン8a〜8dとピン根元の部
品本体７の一部とを含む限定された帯状領域10を照射す
ると共に、この照明下で撮像装置３が作動して検査部品
６を撮像し、その画像は画像メモリ16に取り込まれる。

つぎに部品本体７のパッケージの色が黒色であってピ
ン8a〜8dとの間でコントラストが生ずることを利用し
て、演算制御装置14は、ステップ２において、部品本体
７の画像位置にウィンドウW₁（第16図（１）参照）を設
定し、このウィンドウW₁内の画像をチェックすることに
より、ピンの画像8a″〜8d″の根元位置を求める。この
場合にもしウィンドウW₁内の明るさが明らかに暗いとき
は、判定不能として検査を終了する（ステップ３）。

つぎのステップ４では、演算制御装置14はピンの画像
（この場合、8b″）の根元位置にウィンドウW₂（第16図
（２）参照）を設定し、このウィンドウW₂内の画像につ
き重心を求めてこれをピンの位置とする。つぎにステッ
プ５では、演算制御装置14は前記画像がノイズでないこ
とを確認するため、ピンの配列ピッチ上に隣のピンの画
像8c″が存在するか否かをチェックする（第16図（３）
参照）。もしピンのピッチ上にピンの画像がなければ、
ステップ６が“NO"となり、ステップ４に戻って、再度
ピン位置を検出する。

ステップ６が“YES"であれば、つぎのステップ７で基
準となる第１ピンの画像8a″を検出するため、ウィンド
ウW₂をピンピッチだけ左方へ移して、そのウィンドウW₂
内の明るさをチェックする（第16図（４）参照）。もし
ウィンドウW₂内が明るければ、そのピンを第１ピンの画
像8a″の候補とし、さらにウィンドウW₂を左方へ移し、
同様の明るさのチェックを行う。そしてもしウィンドウ
W₂内が暗ければ、もとのピンを第１ピンの画像8a″であ
ると決定する。

つぎにステップ８では、第１ピンの画像8a″の根元位
置とピン長さとから、そのピン画像の先端部位置を求
め、そこにウィンドウW₃（第16図（５）参照）を設定し
て、ウィンドウW₃内の明るさの平均値を求め、その値が
判定基準以下か否かを判断する。同様にして第２〜第４
の各ピンの画像8b″,8c″,8d″についてもウィンドウW₃
内の明るさを求めて、判定基準との比較を行い、もし判
定基準以下の明るさをもつピンが存在すれば、ステップ
９が“YES"となり、そのピンをハンダ付け不良の候補と
して記憶しておく（ステップ10）。またもし判定基準以
下の明るさをもつピンが存在しなければ、ステップ９が
“NO"となり、ハンダ付け不良の候補がない旨を記憶し
ておく（ステップ11）。

つぎにステップ12において、演算制御装置14は隣合う
ピン画像の中間位置にウィンドウW₄（第16図（６）参
照）を設定して、ウィンドウW₄内の明るさの平均値を求
め、その値が判定基準以上か否かを判断する。同様にし
て他のピン間についてもウィンドウW₄内の明るさを求め
て、判定基準との比較を行う。その結果もし判定基準以
上の明るさが検出されれば、ステップ13が“YES"とな
り、ブリッジがあった旨が記憶され、またもし判定基準
以上の明るさが検出されなければ、ステップ13が“NO"
となり、ブリッジがなかった旨が記憶される（ステップ
14,15）。

つぎにステップ16において、第１の投光装置４が作動
し、検査部品６へ光を照射して、片側４本のピン8a〜8d
を含む限定された帯状領域10を照射すると共に、この照
明下で撮像装置３が作動して検査部品６を撮像し、その
画像は画像メモリ16に取り込まれる。

つぎにステップ17では、演算制御装置14は不良候補に
挙げられたピンにつき、その画像の先端部位置にウィン
ドウW₃（第16図（７）参照）を設定し、ウィンドウW₃内
の明るさの平均値，偏差値，ピーク値を求めて、それら
全てが判定基準を満たすかを判断する。同様にして他の
不良候補についても判定基準との比較を行い、もし判定
基準を満たさないピンがあれば、ステップ18が“YES"と
なり、ハンダ付け不良ありとの出力を行う（ステップ1
9）。またもし判定基準を満たさないピンが存在せず、
かつブリッジの発生もなければ、ステップ18が“NO"と
なり、ハンダ付け不良なしとの出力を行う（ステップ2
0）。

なお上記実施例では、第１の投光装置４による照明下
で撮像した画像については、不良候補のピンについての
み明るさなどのチェックを行っているが、これに限ら
ず、全てのピンについてもチェックを行ってもよい。

＜発明の効果＞ この発明は上記の如く、検査部品に対して複数本のピ
ンを含む限定された帯状領域を照明する光を所定方向か
ら照射し、この照明下で撮像した検査部品の画像につき
各ピンの画像の明るさを求めて各ピンのハンダ付けの良
否を判別するようにしたから、レーザビームを照射した
り２方向からの全体照明を施したりする従来の方式のよ
うに観測位置の修正や検査領域の切出しなどの処理を必
要とせず、正確なハンダ付け検査を実現でき、しかも照
明領域を必要最小限度に制御してあるから、他の部品の
影響を考慮するなどの必要もない。

また他の方向より同様の帯状照明を行う第２の投光装
置を具備するものであれば、基準となるピン位置の検出
が可能であり、加えて第1,第２の各投光装置による照明
下で得たそれぞれ画像につき各ピンのハンダ付け検査を
異なる角度から総合的に実施でき、精度の高い判定デー
タが得られるなど、発明目的を達成した顕著な効果を奏
する。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例にかかる基板検査装置の概
略構成を示す説明図、第２図は第１の投光装置による照
明下で検査部品を撮像している状態を示す斜面図、第３
図はピンを真上から見た場合の撮像装置と照明光との関
係を示す平面図、第４図はピンを真横から見た場合の撮
像装置と照明光との関係を示す正面図、第５図は投光装
置による照明範囲を示す説明図、第６図は第１の投光装
置による照明下で撮像された画像を示す平面図、第７図
はピンの画像の明るさ分布を示す説明図、第８図は第２
の投光装置による照明下で検査部品を撮像している状態
を示す斜面図、第９図はハンダ付けが良好なピンを真横
から見た場合の撮像装置と照明光との関係を示す正面
図、第10図はハンダ付け不良のピンを真横から見た場合
の撮像装置と照明光との関係を示す正面図、第11図は第
２の投光装置による照明下で撮像された画像を示す平面
図、第12図は第２の投光装置による照明下でブリッジを
有する検査部品を撮像している状態を示す斜面図、第13
図はブリッジを有するピンを真横から見た場合の撮像装
置と照明光との関係を示す正面図、第14図は第２の投光
装置による照明下で撮像されたブリッジが現れた画像を
示す平面図、第15図はハンダ付け状態の検査手順を示す
フローチャート、第16図はハンダ付け状態の検査手順を
示す説明図である。 ３……撮像装置、４……第１の投光装置 ５……第２の投光装置、６……検査部品 8a〜8d……ピン、10……帯状領域 14……演算制御装置

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 米田 匡宏 京都府京都市右京区花園土堂町10番地 立石電機株式会社内 (56)参考文献 特開 昭58−77609（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−235068（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−269047（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−193052（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−269009（ＪＰ，Ａ)

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】基板上に実装された多数本のピンをもつ表
   面実装部品につき、各ピンのランド部に対するハンダ付
   け状態を検査するための基板検査装置において、 検査部品に対して複数本のピンを含む限定された帯状領
   域を照明する光をピンの突出方向と直交する方向の斜め
   上方位置より照射するための投光装置と、 ピンの突出方向と対向する方向の斜め上方位置にて前記
   投光装置による照明下で検査部品を撮像するための撮像
   装置と、 この撮像装置で得た検査部品の画像につき各ピン位置の
   画像の明るさを求めてその明るさに基づき各ピンのラン
   ド部に対するハンダ付けの良否を順次判別するための演
   算制御装置とを具備して成る基板検査装置。
2. 【請求項２】基板上に実装された多数本のピンをもつ表
   面実装部品につき、各ピンのランド部に対するハンダ付
   け状態を検査するための基板検査装置において、 検査部品に対して複数本のピンを含む限定された帯状領
   域を照明する光をピンの突出方向と直交する方向の斜め
   上方位置より照射するための第１の投光装置と、 検査部品に対して複数本のピンを含む限定された帯状領
   域を照明する光をピンの突出方向と対向する方向の斜め
   上方位置より照射するための第２投光装置と、 ピンの突出方向と対向する方向の斜め上方位置にて第1,
   第２の各投光装置による照明下で検査部品を撮像するた
   めの撮像装置と、 第２の投光装置による照明下で撮像装置で得た検査部品
   の画像から基準となるピン位置を検出すると共に、第１
   の投光装置による照明下で撮像装置で得た検査部品の画
   像につき各ピン位置の画像の明るさを求めてその明るさ
   に基づき各ピンのランド部に対するハンダ付けの良否を
   順次判別するための演算制御装置とを具備して成る基板
   検査装置。
3. 【請求項３】基板上に実装された多数本のピンをもつ表
   面実装部品につき、各ピンのランド部に対するハンダ付
   け状態を検査するための基板検査装置において、 検査部品に対して複数本のピンを含む限定された帯状領
   域を照明する光をピンの突出方向と直交する方向の斜め
   上方位置より照射するための第１の投光装置と、 検査部品に対して複数本のピンを含む限定された帯状領
   域を照明する光をピンの突出方向と対向する方向の斜め
   上方位置より照射するための第２投光装置と、 ピンの突出方向と対向する方向の斜め上方位置にて第1,
   第２の各投光装置による照明下で検査部品を撮像するた
   めの撮像装置と、 第２の投光装置による照明下で撮像装置で得た検査部品
   の画像から基準となるピン位置を検出すると共に、第1,
   第２の各投光装置による照明下で撮像装置で得た検査部
   品の各画像につき各ピン位置の画像の明るさを求めてそ
   の明るさに基づき各ピンのランド部に対するハンダ付け
   の良否を順次判別するための演算制御装置とを具備して
   成る基板検査装置。