JP2743617B2

JP2743617B2 - 実装基板外観検査装置

Info

Publication number: JP2743617B2
Application number: JP3124323A
Authority: JP
Inventors: 卓美脊戸; 広門鳥羽; 和俊池谷
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1991-05-29
Filing date: 1991-05-29
Publication date: 1998-04-22
Anticipated expiration: 2013-04-22
Also published as: JPH04352079A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、プリント基板上に実装
された部品の位置ずれや、リード浮き等の実装不良の検
査を行う実装基板外観検査装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】図４は従来の実装基板外観検査装置の構
成を示している。図４において、１１はプリント基板、
１２はプリント基板１１上に実装された部品、７０３は
プリント基板１１および部品１２の高さを測定する三次
元座標計測部であり、距離センサ部７０４および高さ計
算回路７０５からなる。７０６は部品１２の基準の高さ
データが格納されている基準高さデータ格納メモリ、７
０７は二乗誤差計算回路であり、減算回路７０８および
二乗計算回路７０９からなる。７１０はプリント基板１
１と同じ大きさに相当するメモリであり、部品１２毎に
マスクが設定されているマスクデータ格納メモリ、７１
１は累積加算回路、７１２は平均計算回路、７１３はマ
スク毎の基準しきい値が格納されている基準しきい値格
納メモリ、７１４は部品実装状態の良否を判定する比較
判定回路である。

【０００３】以上の構成について、以下、その動作と共
に更に詳細に説明する。まず、プリント基板１１上に実
装されている部品１２の高さとプリント基板１１の表面
の高さとを三次元座標計測部７０３で計測する。この三
次元座標計測部７０３は、距離センサ部７０４と、この
距離センサ部７０４からの情報を用いて高さを計算する
高さ計算回路７０５とから構成されており、三次元座標
の計測原理としては、レーザおよび受光素子を使った三
角測量法の原理を用いて測定し、二乗誤差計算回路７０
７に出力される。

【０００４】二乗誤差計算回路７０７では、基準となる
部品１２の高さデータが格納されているメモリ７０６か
らの値と、三次元座標計測部７０３で計測された高さデ
ータとの二乗誤差を計算する。すなわち、両データの差
を減算回路７０８で求め、その差の二乗を二乗計算回路
７０９で計算する。そして、計算された二乗誤差は、メ
モリ７１０に格納されているマスクデータを参照して、
累積加算回路７１１でマスク毎に累積加算され、平均計
算回路７１２でその累積加算値を累積加算数を用いて割
算し、マスク内の二乗誤差の平均値を計算する。最後
に、比較判定回路７１４で平均計算回路７１２の出力で
あるマスク毎の平均二乗誤差と、メモリ７１３に格納さ
れている良不良判定用のマスク毎の基準しきい値とを比
較し、平均二乗誤差が基準しきい値より大きいか小さい
かを判定することにより、部品実装の良不良を判定する
ことができる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の実装基板外観検査装置では、二乗誤差計算回路７０
７において、メモリ７０６に格納されている基準高さデ
ータと、三次元座標計測部７０３から得た高さデータと
を比較し、平均二乗誤差を計算するが、プリント基板１
１が反っていたりすると、測定された高さ情報を補正す
ることができず、検査精度を向上することができないと
いう問題があった。また、上記従来の実装基板外観検査
装置では、図５に示すように、部品１２のリード３０１
の上面にのみマスク７１５を設定するため、破線枠で示
すように部品１２のリード３０１が許される範囲内で正
常な実装位置からずれを起こしていたりすると、マスク
７１５の位置合わせが正しく行われず、良品を不良品と
判定してしまうという問題もあった。

【０００６】本発明は、このような従来の問題を解決す
るものであり、部品の実装状態の良否を高い検査精度で
正確に判定することができるようにした実装基板外観検
査装置を提供することを目的とするものである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明の技術的解決手段は、部品が実装されたプリ
ント基板を移動させる搬送手段と、レーザ光源からのレ
ーザ光を上記プリント基板上に走査させるレーザ光走査
手段と、上記レーザ光の走査により上記プリント基板上
から反射して得られる散乱光を反射させて集光する散乱
光反射集光手段と、この散乱光反射集光手段の集光位置
に設けられ、位置信号を出力する位置検出手段と、この
位置検出手段からの位置信号により上記プリント基板お
よびプリント基板上に実装された部品の高さデータを演
算する画像演算手段と、上記部品の実装位置にあらかじ
め定めた任意サイズの複数のマスクのデータを格納する
マスクデータ記憶手段と、上記マスク内において、上記
部品のリード上面を移動する第１のサブマスクのデータ
を格納する第１のデータ記憶手段と、上記マスク内にお
いて、上記プリント基板面に設定された第２のサブマス
クのデータを格納する第２のデータ記憶手段と、比較演
算用のしきい値を格納する演算用しきい値記憶手段と、
良否判定用の基準しきい値を格納する判定用しきい値記
憶手段と、上記マスクデータ記憶手段からのマスク内を
移動する第１のサブマスクの位置を決定するサブマスク
位置決定手段と、上記第１のサブマスク内の高さの値か
ら上記第２のサブマスク内の高さの値を減算する減算手
段と、この減算手段からの出力と上記演算用しきい値記
憶手段からの演算用しきい値とを比較する比較手段と、
上記第１のサブマスク内の高さの値から上記第２のサブ
マスク内の高さの値を減算した値が演算用しきい値より
大きい値を累積加算する累積加算回路と、上記累積加算
した値を累積加算数で割り算して平均値を計算する平均
計算回路と、上記平均値と上記判定用しきい値記憶手段
からの判定用しきい値とを比較し、上記プリント基板上
の部品の実装状態の良否を判定する判定手段とを備えた
ものである。

【０００８】

【０００９】

【００１０】

【作用】本発明は、上記構成により、部品が実装された
プリント基板をレーザ光で走査し、プリント基板から反
射して得られる散乱光を位置検出手段に導き、プリント
基板上の高さの凹凸に従って変化する位置検出素子上の
散乱光の集光位置を検出する。その位置信号から画像演
算処理手段によりプリント基板上に実装された部品の高
さデータを演算する。そして、実装部品に設定されたマ
スク内において、リード上面を移動する第１のサブマス
ク内の高さの値から基板面に設定した第２のサブマスク
内の高さの値を減算した値が演算用しきい値より大きい
値、すなわち、部品のリードの高さを求め、この値と判
定用しきい値と比較することにより、基板の反り、許容
範囲内のリードのずれに影響されることなく、部品のリ
ードの浮き、欠落等を検査することができる。

【００１１】

【実施例】以下、本発明の一実施例について図面を参照
しながら説明する。

【００１２】図１は本発明の一実施例における実装基板
外観検査装置を示す概略構成図である。図１において、
１１はプリント基板、１２はプリント基板１１上に実装
された部品、１３はプリント基板１１を矢印１４方向に
移動させる搬送手段、１５はレーザ光源、１６はレーザ
光源１５から出射されるレーザ光、１７はポリゴンミラ
ー、１８ａ、１８ｂ、１８ｃはそれぞれレーザ光１６を
ポリゴンミラー１７に導くための反射鏡、１９はｆθレ
ンズであり、ポリゴンミラー１７により反射されるレー
ザ光１６を部品１２が実装されたプリント基板１１に照
射させる。２０は反射ミラーであり、部品１２が実装さ
れたプリント基板１１から反射する散乱光をｆθレンズ
１９へ導く。２１は集光レンズであり、ｆθレンズ１９
を通り、ポリゴンミラー１７で反射された光を集光す
る。２２は位置検出素子であり、集光レンズ２１の集光
位置に設けられ、集光位置に対応する位置信号２３を出
力する。２４は位置信号２３から部品１２の高さデータ
を演算するための画像演算処理手段、２５は判定処理手
段であり、データ記憶手段２６に格納され、部品１２の
実装位置にあらかじめ定めた任意サイズの複数のマスク
データ、データ記憶手段２７に格納され、マスク内にお
いて、部品１２のリード上面を移動する第１のサブマス
クデータ、データ記憶手段２８に格納され、マスク内に
おいて、プリント基板１１面に設定された第２のサブマ
スクデータ等を用いてプリント基板１１上の部品１２の
実装状態を判定する。

【００１３】以上の構成について、以下、その動作と共
に更に詳細に説明する。部品１２が実装されたプリント
基板１１を搬送手段１３により固定状態に保持して矢印
１４方向に移動させる。この間、レーザ光源１５からの
レーザ光１６を３個の反射鏡１８ａ、１８ｂ、１８ｃを
用い、回転しているポリゴンミラー１７に導き、ポリゴ
ンミラー１７とｆθレンズ１９とによりレーザ光１６を
部品１２が実装されたプリント基板１１上に垂直に照射
する。これにより部品１２が実装されたプリント基板１
１は、レーザ光１６により上下方向に二次元的に全面が
走査される。

【００１４】レーザ光１６の上下方向の二次元走査によ
り部品１２が実装されたプリント基板１１上から反射し
てくる散乱光をプリント基板１１とｆθレンズ１９との
間に設けた反射ミラー２０により反射させ、ｆθレンズ
１９とポリゴンミラー１７を介し、更に集光レンズ２１
を通して位置検出素子２２上に集光する。位置検出素子
２２から出力された位置信号２３は画像演算処理手段２
４に入力される。

【００１５】画像演算処理手段２４では、同期信号のタ
イミングで入力された位置信号２３をプリント基板１１
およびプリント基板１１上に実装された部品１２の高さ
データに変換する演算を行い、実測高さデータを判定処
理手段２５へ出力する。判定処理手段２５では、部品１
２に設定されたマスクデータ記憶手段２６からのマスク
内において、部品１２のリード上面を移動するデータ記
憶手段２７からの第１のサブマスク内の高さの平均値か
らプリント基板１１面に設定したデータ記憶手段２８か
らの第２のサブマスク内の高さの平均値を減算した値が
演算用しきい値より大きい値と、判定用しきい値とを比
較することにより、プリント基板１１の反りに影響され
ることなく、部品１２のリードの浮き等を判定すること
ができる。このような動作をプリント基板１１上の全面
について行う。

【００１６】次に、画像演算処理手段２４と判定処理手
段２５の動作について図２に示す機能ブロック図を参照
しながら更に詳しく説明する。まず、画像演算処理手段
２４について説明する。位置検出素子２２からの位置信
号２３をＡ／Ｄコンバータ２０１でディジタル信号に変
換し、位置演算回路２０２に入力する。本実施例では、
位置検出素子２２として、ＰＳＤ（Position-Sensitive
Detectors；半導体位置検出素子）を用いており、ＰＳ
Ｄに入射する反射光の入射位置は、素子の両端電極に流
れる電流が各電極間との距離に反比例するものを用いて
いる。位置演算回路２０２では、ディジタル信号に変換
された両電極からの電流Ｉ₁およびＩ₂を下式に代入し
て、高さデータを求める。

【００１７】高さデータ＝Ｋ・Ｉ ₁ ／（Ｉ₁＋Ｉ₂）（ただし、Ｋは正規化するための係数）このようにして
得られた高さデータは、一旦測定高さデータ格納メモリ
２０３に格納され、判定処理手段２５に出力される。

【００１８】次に、判定処理手段２５について説明す
る。マスクデータ記憶手段２６からのマスク内におい
て、データ記憶手段２７からの第１のサブマスクをサブ
マスク位置決定手段２１０により部品１２であるＩＣの
リード上面でスキャンニングし、第１のサブマスクに対
応する測定高さデータ格納メモリ２０３からの測定高さ
データの和を第１の累積加算回路２０４で求め、第１の
平均計算回路２０５において、その累積加算数値を累積
加算数で割り算することにより第１のサブマスク内の平
均値を求める。また、データ記憶手段２８に格納され、
基板面に設定した第２のサブマスクに対応する測定高さ
データ格納メモリ２０３からの測定高さデータの和を第
１の累積加算回路２０４で求め、第１の平均計算回路２
０５において、その累積加算数値を累積加算数で割り算
することにより第２のサブマスク内の平均値を求める。
減算回路２１３では、第１の平均計算回路２０５で計算
したリード上面をスキャンニングする第１のサブマスク
の平均高さから基板面に設定した第２のサブマスク内の
平均高さを減算する。比較回路２０６では、減算回路２
１３からの出力と演算用しきい値記憶手段２１１からの
演算用しきい値を比較し、第１のサブマスクの平均高さ
から第２のサブマスク内の平均高さを減算した値が、演
算用しきい値記憶手段２１１からの演算用しきい値より
大きい場合、第２の累積加算回路２０７に出力する。第
２の累積加算回路２０７では、比較回路２０６より出力
される減算値を累積加算し、第２の平均計算回路２０８
において、その累積加算数値を累積加算数で割り算する
ことによりリード上面の高さ、つまり、基板面からのリ
ードの相対高さを計差する。判定回路２０９では、第２
の平均計算回路２０８からのリード上面の高さと判定用
しきい値記憶手段２１２に記憶してあるしきい値とを比
較し、リード上面の高さがしきい値の範囲内にあるか否
かにより部品１２の実装状態を判定する。

【００１９】図３（ａ）は部品１２を上方から見たとき
のマスクの具体的な設定例を示す二次元的な配置説明
図、図３（ｂ）はマスク内を第１のサブマスクでスキャ
ンニングしたときの第１のサブマスク内の高さデータの
平均の変化を示すグラフである。図３（ａ）において、
破線は部品１２のリード３０１が正しく実装されている
状態を示し、実線は部品１２のリード３０１が浮いてお
り、正しく実装されていない状態を示している。そし
て、図３（ａ）に示すように、マスク３０２を部品１２
のリード３０１とプリント基板にかかるように設定し、
そのマスク内において、リード３０１にかかっている部
分を第１のサブマスク３０３でスキャンニングさせ、プ
リント基板面に第２のサブマスク３０４を設定する。本
実施例では、マスク３０２のマスクデータとして、マス
クの領域を示す直方体のマスクの左上と右下のコーナの
ＸＹ座標が格納されており、第１のサブマスク３０３の
データとしては、この第１のサブマスクの大きさ（Ｘ方
向、Ｙ方向）、第２のサブマスク３０４のデータとして
は、Ｙ方向の第２のサブマスクの大きさが格納されてい
る。

【００２０】このようなマスクデータに基づいて、基板
面に設定した第２のサブマスク３０４内の平均値とリー
ド３０１の上面にかかるように設定した第１のサブマス
ク３０３をスキャンニングさせたときの第１のサブマス
ク３０３内の平均値を計算し、プロットすると、図３
（ｂ）に示すようになる。すなわち、第１のサブマスク
３０３をＸの正の方向にスキャンニングさせると図３
（ｂ）に実線で示すように、第１のサブマスク３０３が
リード３０１の上面にかかったとき高さが高くなる。そ
して、リード３０１の上面をスキャンニングする第１の
サブマスク３０３内の平均高さ（実線）から基板面に設
定した第２のサブマスク３０４内の平均高さ（２点鎖
線）を減算した値が演算用しきい値記憶手段２１１から
の演算用しきい値△ｈより大きいものを累積加算し、第
２の平均計算回路２０８において、その累積加算数値を
累積加算数で割り算することにより部品１２のリード３
０１の高さ、つまり、プリント基板１１面からのリード
３０１の相対高さを求めることができる。これにより計
算したリード３０１の高さと判定用しきい値記憶手段２
１２からの判定用しきい値、Ｋ１、Ｋ２と比較する。図
３（ａ）に破線で示すように、部品１２のリード３０１
が正しく実装されている場合、計算したリード３０１の
高さは判定用しきい値Ｋ１、Ｋ２の範囲内（Ｋ１＜リー
ド３０１の上面の高さ＜Ｋ２）にあるが、図３（ａ）に
実線で示すように、リード３０１が浮いた状態で実装さ
れている場合、計算したリード３０１の上面の高さは、
Ｋ２より大きくなり、リード３０１が欠落していた場
合、Ｋ１より小さくなる。

【００２１】このように、上記実施例によれば、部品１
２が実装されたプリント基板１１をレーザ光１６で全面
走査し、プリント基板１１から反射して得られる散乱光
を反射ミラー２０、ｆθレンズ１９、ポリゴンミラー１
７および集光レンズ２１を通して位置検出素子２２に導
き、プリント基板１１上の高さの凹凸に従って変化する
位置検出素子２２上の散乱光の集光位置を検出する。そ
の位置信号２３から画像演算処理手段２４によりプリン
ト基板１１およびその上に実装された部品１２の高さデ
ータを演算する。そして、マスクデータ記憶手段２６、
第１のサブマスクデータ記憶手段２７、第２のサブマス
クデータ記憶手段２８および判定処理手段２５により部
品１２の実装位置に設定されたマスク内において、リー
ド上面をスキャンニングする第１のサブマスク３０３内
の平均高さから基板面に設定した第２のサブマスク３０
４内の平均高さを減算した値が演算用しきい値記憶手段
２１１からの演算用しきい値より大きいものを累積加算
する。その後、第２の平均計算回路２０８において、そ
の累積加算数値を累積加算数で割り算することにより部
品１２のリード３０１の高さ、つまり、プリント基板１
１面からのリード３０１の相対高さを計算することによ
り、基板１１の反り、許容範囲内のリード３０１の曲が
りに影響されることなく、部品１２のリード３０１の浮
き、欠落を検査することができる。また、図３（ａ）に
実線で示すように、部品１２のリード３０１は曲がって
いてもリード上面にかかるように設定した第１のサブマ
スク３０３をリード３０１の幅より大きい範囲でスキャ
ンニングさせるので、許容範囲内でリード３０１がずれ
ていたり、曲がっていても正しくリード３０１の上面の
高さを計算することができる。

【００２２】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、プ
リント基板およびその上に実装された部品の高さデータ
を測定し、実装部品に設定されたマスク内において、リ
ード上面をスキャンニングする第１のサブマスク内の高
さから基板面に設定した第２のサブマスク内の高さを減
算した値が演算用しきい値記憶手段からの演算用しきい
値より大きい値、すなわち、部品のリードの高さ、つま
り、基板面からのリードの相対高さを計算する。そし
て、判定用しきい値と比較することにより、基板の反
り、許容範囲内のリードのずれに影響されることなく、
部品のリードの浮き、欠落等を検査することができる。
したがって、部品の実装状態の良否を高い検査精度で正
確に判定することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例における実装基板外観検査装
置を示す概略構成図

【図２】同実装基板外観検査装置の要部の詳細を示す機
能ブロック図

【図３】（ａ）同実装基板外観検査装置において部品を
上方から見たときのマスクの具体的な設定例を示す二次
元な配置説明図（ｂ）マスク内を第１のサブマスクでスキャンニングし
たときの第１のサブマスク内の高さデータの平均の変化
を示すグラフ

【図４】従来の実装基板外観検査装置を示す機能ブロッ
ク図

【図５】従来の実装基板外観検査装置におけるマスクと
ずれの関係を示す図

【符号の説明】

１１プリント基板１２部品１３搬送手段１５レーザ光源１６レーザ光１７ポリゴンミラー１９ｆθレンズ２０反射ミラー２１集光レンズ２２位置検出素子２３位置信号２４画像演算処理手段２５判定処理手段２６マスクデータ記憶手段２７第１のサブマスクのデータ記憶手段２８第２のサブマスクのデータ記憶手段２０４第１の累積加算回路２０５第１の平均計算回路２０６比較回路２０７第２の累積加算回路２０８第２の平均計算回路２０９判定回路２１０サブマスク位置決定手段２１１演算用しきい値記憶手段２１２判定用しきい値記憶手段

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献特開平３−99208（ＪＰ，Ａ) 特開平２−189407（ＪＰ，Ａ) 特開平４−3953（ＪＰ，Ａ)

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】部品が実装されたプリント基板を移動さ
せる搬送手段と、レーザ光源からのレーザ光を上記プリ
ント基板上に走査させるレーザ光走査手段と、上記レー
ザ光の走査により上記プリント基板上から反射して得ら
れる散乱光を反射させて集光する散乱光反射集光手段
と、この散乱光反射集光手段の集光位置に設けられ、位
置信号を出力する位置検出手段と、この位置検出手段か
らの位置信号により上記プリント基板およびプリント基
板上に実装された部品の高さデータを演算する画像演算
手段と、上記部品の実装位置にあらかじめ定めた任意サ
イズの複数のマスクのデータを格納するマスクデータ記
憶手段と、上記マスク内において、上記部品のリード上
面を移動する第１のサブマスクのデータを格納する第１
のデータ記憶手段と、上記マスク内において、上記プリ
ント基板面に設定された第２のサブマスクのデータを格
納する第２のデータ記憶手段と、比較演算用のしきい値
を格納する演算用しきい値記憶手段と、良否判定用の基
準しきい値を格納する判定用しきい値記憶手段と、上記
マスクデータ記憶手段からのマスク内を移動する第１の
サブマスクの位置を決定するサブマスク位置決定手段
と、上記第１のサブマスク内の高さの値から上記第２の
サブマスク内の高さの値を減算する減算手段と、この減
算手段からの出力と上記演算用しきい値記憶手段からの
演算用しきい値とを比較する比較手段と、上記第１のサ
ブマスク内の高さの値から上記第２のサブマスク内の高
さの値を減算した値が演算用しきい値より大きい値を累
積加算する累積加算回路と、上記累積加算した値を累積
加算数で割り算して平均値を計算する平均計算回路と、
上記平均値と上記判定用しきい値記憶手段からの判定用
しきい値とを比較し、上記プリント基板上の部品の実装
状態の良否を判定する判定手段とを備えた実装基板外観
検査装置。