JP2743663B2 - 実装基板外観検査装置 - Google Patents

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
された部品のリード間のブリッジや異物等の実装不良の
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６は従来の実装基板外観検査装置の構
成を示している。図６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７に示すように、部品１２のリード５０５
とリード５０５の間にのみマスク８０１を設定するた
め、破線で示すように、部品１２のリード５０５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８０１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、集光位置に対応する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処理手段と、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第
１のマスクのデータを格納する第１のマスクデータ記憶
手段と、上記第１のマスク内において、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のサブマスクデータ記憶手段と、上記第１のマスク
内を移動する上記第１のサブマスク内の平均高さの二つ
の最大値よりその中心のリード間位置を求めるリード間
位置決定手段と、求められたリード間位置に設定する第
２のマスクのデータを格納する第２のマスクデータ記憶
手段と、上記第２のマスク内を移動する第２のサブマス
クのデータを格納する第２のサブマスクデータ記憶手段
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、上記第２のマスク内を移動する第２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２のマスク内を移動する上記第２のサブマスクの
高さのばらつきを計算する分散値検出手段と、この分散
値検出手段からの分散値と上記判定用しきい値記憶手段
に記憶された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処理手段とを備
えたものである。

【０００８】

【０００９】

【００１０】また、上記分散値検出手段として、上記第
２のサブマスク内において、上記画像演算処理手段によ
り演算された高さデータを累積加算する累積加算回路
と、その累積加算数値を累積加算数で割り算する平均計
算回路と、この平均計算回路で求めた上記第２のマスク
内を移動する上記第２のサブマスク内の高さの平均値の
分散値を計算する分散計算回路を備えることができる。

【００１１】

【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全面走査し、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。リード間位置決定手段により
実装部品に設定された第１のマスク内において、リード
上面をスキャンする第１のサブマスク内の平均高さの二
つの最大値より２本のリードの中心位置、つまり、リー
ド間位置を求める。そして、判定処理手段により上記の
ように求めたリード間位置に設定された第２のマスク内
を第２のサブマスクでスキャンさせ、高さのばらつきを
計算により求め、この分散値と判定用しきい値とを比較
することにより、基板の反り、部品のリードのずれ、リ
ードの曲がりに影響されることなく、部品の２本のリー
ド間のブリッジ、異物などを検査することができる。

【００１２】

【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。

【００１３】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。

【００１４】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ＩＣ等の部品、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、１８
ｂ、１８ｃはそれぞれレーザ光１６をポリゴンミラー１
７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１
２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は部品１２の実装位置にあらかじ
め定めた第１のマスク５０１（図５（ａ）参照）のデー
タを格納する第１のマスクデータ記憶手段、２６は第１
のマスク５０１内において、部品１２のリード５０５
（図５（ａ）参照）の上面を移動する第１のサブマスク
５０２（５（ａ）参照）のデータを格納する第１のサブ
マスクデータ記憶手段、２７はリード間位置決定手段で
あり、記憶手段２６からの第１のサブマスク５０２を部
品１２の２本のリード５０５の上面を移動させたとき、
第１のサブマスク５０２内のデータの平均値が最大とな
る２箇所の中点をリード間位置として求める。２８はリ
ード間位置決定手段２７で求めたリード間位置にブリッ
ジ検出用の領域を設定する第２のマスク５０３（図５
（ａ）参照）のデータを格納する第２のマスクデータ記
憶手段、２９は第２のマスク５０３内を移動する第２の
サブマスク５０４（図５（ａ）参照）のデータを格納す
る第２のサブマスクデータ記憶手段、３０はプリント基
板１１上の部品１２の実装状態の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、３１は判定処
理手段であり、第２のマスクデータ、第２のサブマスク
データ、判定用しきい値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。

【００１５】以上の構成について、以下、図５を参照し
ながらその動作と共に更に詳細に説明する。

【００１６】図５（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５（ｂ）は第１のマスク内を第１のサブマスクで
スキャンしたときの第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。

【００１７】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１
６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１
７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１１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。

【００１８】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。

【００１９】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、実測高さデータをリード
間位置決定手段２７へ出力する。

【００２０】リード間位置決定手段２７では、部品（Ｉ
Ｃ）１２の２本のリード５０５、５０５にかかるように
設定された第１のマスクデータ記憶手段２５からの第１
のマスク５０１内を移動する第１のサブマスクデータ記
憶手段２６からの第１のサブマスク５０２内の高さの平
均値の二つの最大となる所を見つけ、これら二つの最大
となる所の真中を２本のリード５０５、５０５間の位置
と決定する。

【００２１】判定処理手段３１では、リード間位置決定
手段２７で決定したリード間の位置に第２のマスクデー
タ記憶手段２８からの第２のマスク５０３を設定し、こ
の第２のマスク５０３内を移動する第２のサブマスクデ
ータ記憶手段２９からの第２のサブマスク５０４内の高
さの平均値の分散値を計算し、判定用しきい値記憶手段
３１からの判定用しきい値と比較することにより、リー
ド５０５、５０５間のブリッジ等を判定することができ
る。

【００２２】次に、画像演算処理手段２４とリード間位
置決定手段２７と判定処理手段３１の動作についてそれ
ぞれ図２、図３、図４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。

【００２３】まず、画像演算処理手段２４について説明
する。図２に示すように、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-Sensi
tive Detectors：半導体位置検出素子）を用いており、
ＰＳＤ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を次の式
（１）を用いて演算し、高さデータを求める。

【００２４】

【数１】 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、リード間位置決定手
段２７に出力される。

【００２５】次に、リード間位置決定手段２７について
説明する。本実施例では、第１のマスク５０１のデータ
として、その領域を示す直方体の左上と右下のＸＹ座標
が格納されており、第１のサブマスク５０２のデータと
してはその大きさ（Ｘ方向、Ｙ方向）、第２のマスク５
０３のデータとしてはその大きさ（Ｘ方向、Ｙ方向）、
第２のサブマスク５０４のデータとしてはその大きさ
（Ｙ方向）が格納されている。そして、図３、図５
（ａ）に示すように、部品１２の２本のリード５０５、
５０５にかかるように設定された第１のマスクデータ記
憶手段２５からの第１のマスク５０１内、すなわち、２
本のリード５０５、５０５にかかっている部分におい
て、第１のマスクデータ記憶手段２６からの第１のサブ
マスク５０２を第１のサブマスク位置決定手段３０１に
より部品１２の２本のリード５０５、５０５の長手方向
と垂直な矢印方向にスキャンニングし、第１のサブマス
ク５０２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３０２で
求め、第１の平均計算回路３０３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５０２内の平均値を求める。最大値検出回路３０
４においては、第１の平均計算回路３０３で求めた平均
値の最大値を持つ二箇所を求める。

【００２６】上記のようなマスクデータに基づいて、リ
ード５０５にかかるように設定した第１のサブマスク５
０２をスキャンさせたときの第１のサブマスク５０２内
の平均値を計算してプロットすると、図５（ｂ）のよう
になる。すなわち、第１のサブマスク５０２をＸの正の
方向にスキャンさせると、第１のサブマスク５０２がリ
ード上面にかかったとき高さが高くなり、二つの最大値
を持つこととなる。そこで、中心計算回路３０５では、
最大値検出回路３０４からの平均値の最大値を持つ二箇
所の位置を加算平均することにより、２本のリード５０
５の中心位置、つまりリード間位置を求めることができ
る。

【００２７】次に、判定処理手段３１について説明す
る。図４、５（ａ）に示すように、リード間位置決定手
段２７からのリード間位置に第２のマスクデータ記憶手
段２８からの第２のマスク５０３の中心を設定し、この
第２のマスク５０３内において、データ記憶手段２９か
らの第２のサブマスク５０４を第２のサブマスク位置決
定手段４０１により部品１２の２本のリード５０５、５
０５間位置を矢印方向にスキャンし、第２のサブマスク
５０４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２の累積加算回路４０２で求
め、第２の平均計算回路４０３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Ｈｎ（ｎ：移動の回数）を求める。分散
計算回路４０４では、第２の平均計算回路４０３からの
第２のサブマスク内の平均値Ｈ₁〜Ｈｎの分散を次の式
（２）によって求める。

【００２８】

【数２】 判定回路４０５では、分散計算回路４０４からの分散値
と、判定用しきい値記憶手段３０に記憶してあるしきい
値とを比較する。分散値がしきい値より小さいか否かに
より部品１２の実装状態を判定する。すなわち、式
（２）より計算したばらつきが判定用しきい値より小さ
ければ部品１２が正しく実装され、リード５０５、５０
５間位置にブリッジ、異物等がないと判定し、式（２）
より計算したばらつきが判定用しきい値より大きいとリ
ード５０５、５０５間位置にブリッジ、異物等があると
判定する。

【００２９】このように、上記実施例によれば部品１２
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１７
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、リード間位置決定手段２７に
より部品１２の実装位置に設定された第１のマスク５０
１内において、リード上面をスキャンする第１のサブマ
スク５０２内の平均高さの二つのピークより２本のリー
ド５０５のセンター位置、つまりリード間位置を求め、
判定処理手段３１によりリード５０５、５０５間位置に
設定された第２のマスク５０３内を第２のサブマスク５
０４でスキャンさせ、高さのばらつきを計算により求め
ることにより、基板１１の反り、部品１２のずれ、リー
ド５０５の曲がりに影響されることなく、部品１２の２
本のリード５０５間のブリッジ、異物なとを検査するこ
とができる。

【００３０】

【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第１のマスク内におい
て、リード上面をスキャンする第１のサブマスク内の平
均高さの二つの最大値より２本のリードの中心位置、つ
まり、リード間位置を求め、リード間位置に設定された
第２のマスク内を第２のサブマスクでスキャンさせ、高
さのばらつきを計算により求め、この分散値と判定用し
きい値とを比較することにより、基板の反り、部品のず
れ、リードの曲がりに影響されることなく、部品の２本
のリード間のブリジッジ、異物など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
度で正確に検査することができる。

【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画像演算処理手段の
詳細を示す機能ブロック図

【図３】同実装基板外観検査装置のリード間位置決定手
段の詳細を示す機能ブロック図

【図４】同実装基板外観検査装置の判定処理手段の詳細
を示す機能ブロック図

【図５】（ａ）は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
二次元的な配置説明図 （ｂ）は同実装基板外観検査装置において、第１のマス
ク内を第１のサブマスクでスキャンしたときの第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６】従来の実装基板外観検査装置を示す機能ブロッ
ク図

【図７】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 １９ ｆθ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 第１の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 リード間位置決定手段 ２８ 第２のマスクデータ記憶手段 ２９ 第２のサブマスクデータ記憶手段 ３０ 判定用しきい値記憶手段 ３１ 判定処理手段 ３０１ 第１のサブマスク位置決定手段 ３０２ 第１の累積加算回路 ３０３ 第１の平均計算回路 ３０４ 最大値検出回路 ３０５ 中心計算回路 ４０１ 第２のサブマスク位置決定手段 ４０２ 第２の累積加算回路 ４０３ 第２の平均計算回路 ４０４ 分散計算回路 ４０５ 判定回路 ５０１ 第１のマスク ５０２ 第１のサブマスク ５０３ 第２のマスク ５０４ 第２のサブマスク ５０５ 部品のリード

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 児玉 知晃 神奈川県横浜市港北区綱島東四丁目３番 １号 松下通信工業株式会社内 (56)参考文献 特開 平３−99208（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−203258（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−110306（ＪＰ，Ａ)

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【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、集
   光位置に対応する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処理手段と、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第１のマスクのデ
   ータを格納する第１のマスクデータ記憶手段と、上記第
   １のマスク内において、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のサブマス
   クデータ記憶手段と、上記第１のマスク内を移動する上
   記第１のサブマスク内の平均高さの二つの最大値よりそ
   の中心のリード間位置を求めるリード間位置決定手段
   と、求められたリード間位置に設定する第２のマスクの
   データを格納する第２のマスクデータ記憶手段と、上記
   第２のマスク内を移動する第２のサブマスクのデータを
   格納する第２のサブマスクデータ記憶手段と、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、上記第２のマスク内を移動する第２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２の
   マスク内を移動する上記第２のサブマスクの高さのばら
   つきを計算する分散値検出手段と、この分散値検出手段
   からの分散値と上記判定用しきい値記憶手段に記憶され
   た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処理手段とを備えた実装基
   板外観検査装置。
2. 【請求項２】 分散値検出手段が、第２のサブマスク内
   において、画像演算処理手段により演算された高さデー
   タを累積加算する累積加算回路と、その累積加算数値を
   累積加算数で割り算する平均計算回路と、この平均計算
   回路で求めた第２のマスク内を移動する上記第２のサブ
   マスク内の高さの平均値の分散値を計算する分散計算回
   路を備えた請求項１記載の実装基板外観検査装置。