JP2862833B2 - 半田付外観検査装置 - Google Patents

半田付外観検査装置

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JP2862833B2 JP10029196A JP10029196A JP2862833B2 JP 2862833 B2 JP2862833 B2 JP 2862833B2 JP 10029196 A JP10029196 A JP 10029196A JP 10029196 A JP10029196 A JP 10029196A JP 2862833 B2 JP2862833 B2 JP 2862833B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、基板上に実装され
た電子部品またはディスクリート部品等の半田付状態を
検査する半田付外観検査装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来、この種の検査装置としては、電子
部品の半田付部のフィレット等の検査対象箇所に対して
適当な位置に配置した照明装置から光を照射し、検査対
象箇所における反射光を、例えば、基板に対して軸線を
垂直に配したCCD(電荷結合素子)カメラ等のカメラ
により撮影する方法のものがある。撮影された反射光
は、検査対象箇所の照度分布として把握されることによ
りフィレットの外観形状を認識することが可能となる。
そして、そのようにして把握された照度分布を、例え
ば、良品の照度分布と比較することによって、半田付部
の良否判定を実施することができるようになっていた。
【0003】また、上記照明装置としては、例えば、特
開平1−282410号公報に示されるように、赤色
光、緑色光、青色光をそれぞれ発する径寸法の異なるリ
ング状の3個の発光体よりなるものがある。これらの発
光体は、CCDカメラに対して、軸線を一致させかつそ
の軸線方向に間隔を空けた状態で固定されている。
【0004】この照明装置によれば、各発光体からの光
は、検査対象箇所に対して異なる角度で入射させられる
ことになるので、フィレットのような曲面形状の検査対
象箇所に照射された場合には、該検査対象箇所の異なる
領域からの反射光としてCCDカメラに撮影されること
になる。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ような検査装置においては、検査対象範囲の広狭、検査
対象たるフィレットの種類の相違に応じて、カメラの倍
率を変化させて検査を実施することが必要となる。カメ
ラの倍率を変化させる方法としては、ズームレンズを用
いる方法と、倍率の異なる複数のカメラを用いる方法と
があるが、ズームレンズを使用する場合には、通常、光
量調整を行うことが困難となり、カメラによって採取さ
れる画像にムラが生じ、不鮮明な画像となり易いという
不都合がある。
【0006】また、複数のカメラを用意する場合には、
上記不都合は回避し得るが、カメラごとに上記照明装置
を配置することが必要となって、検査装置が大型化して
しまうとともに、製品コストが増大するという不都合が
考えられる。特に、固定された基板に対してカメラを移
動して複数の半田付部を検査する方式の検査装置である
と、カメラ、照明装置の増加に伴って、可動部の重量が
増大し、制御性、位置決め時間および位置決め精度が低
下してしまうことになる。
【0007】一方、IC部品等のような電子部品の実装
手法として、装着の容易性と信頼性の観点から、IC部
品のリードをIC部品本体の下側にJ字状に湾曲させた
いわゆるJリードが広く採用されつつある。このJリー
ドによれば、装着前にあっては、リードがIC部品の輪
郭の外側に突出しないので、リードが変形されてしまう
ことが防止される一方、装着時には、湾曲したリードの
バネ性によって基板のパッドに対して安定した接触状態
を実現することができるというメリットがある。
【0008】しかしながら、このようなJリードにおけ
る半田付状態の検査に際しては、以下のような問題があ
った。すなわち、Jリード1は、図3に示されるよう
に、IC部品2が基板3に装着された状態で、IC部品
本体2aの下方に配置され、かつ、内側に湾曲する湾曲
部1aにおいて基板3のパッド4に半田付けされるた
め、IC部品本体2aの上方にカメラ(図示略)が配置
されている場合には、カメラから見るとフィレット5が
IC部品本体2aの下方に隠れてしまい、半田付け状態
が良好か否かを検査することは困難であった。
【0009】しかも、Jリード1とパッド4との間に形
成される半田よりなるフィレット5は、図3に示される
ように、正常に半田付けされた場合には、Jリード1の
湾曲部1aからパッド4に向けて滑らかに裾野を広げる
ような形状に形成されるので、半田付け状態の検査は、
IC部品本体2aから下方に延びるJリード1の脚部1
bに対面する方向から、つまり、鉛直線に対して傾斜し
た方向から行われる必要があった。
【0010】このようなJリード1のフィレット5を鉛
直線に対して斜め方向から検査する方法としては、例え
ば、カメラを斜めに設置して、フィレット5の反射光を
撮像する方法が考えられるが、Jリード1は、IC部品
本体2aの4辺のそれぞれに配置されている場合もある
から、全Jリード1を検査するためには、基板3に対し
てカメラを回転させるか、固定されたカメラに対して基
板3全体を回転させるか、あるいは、カメラを4台配置
する必要があった。
【0011】この場合に、カメラを回転させることおよ
びカメラを4台設置することは、上述の理由により望ま
しくない。また、基板3全体を回転させることも、検査
の高速処理の観点からは望ましくなく、しかも、検査装
置の構造が複雑なものとなってしまう不都合がある。
【0012】一方、発明者らは、実験により、カメラお
よび光源を所定の位置に固定した状態でフィレット5を
撮影する場合に、フィレット5からの反射光が一定輝度
以上の輝度を以てカメラに認識される領域、すなわち、
フィレット5の高輝度領域Hの位置や形状によって、以
下のように、フィレット5の半田付状態を判別すること
ができるという知見を得ており、その判別方法につい
て、特願平8−8732号に開示している。
【0013】すなわち、半田付状態に応じて形状の変化
する種々のフィレット5の高輝度領域Hの位置は、図4
〜図7に示すように変化する。図4は、正常な半田付状
態における高輝度領域Hの位置であり、基板3のパッド
4とJリード1とのほぼ中間位置に配置されている。ま
た、図5は、半田量が少なく、Jリード1に吸い上がる
ように形成されるフィレット5の高輝度領域Hを示して
おり、この場合には、高輝度領域Hは、正常のものより
も視点から遠ざかる方向に移動して、Jリード1に近接
する位置に配置される。また、図6は、半田が全くな
く、高輝度領域Hが存在しない場合を示している。さら
に、図7は、Jリード1がフィレット5から浮いてしま
っている状態を示しており、フィレット5がJリード1
に吸い上げられないために、高輝度領域Hは視点に近接
する方向に移動して、パッド4に近接する位置に配置さ
れる。なお、図4、図5、図7において、高輝度領域H
が2箇所に形成されているのは、光源を2箇所に配置し
ているためである。
【0014】したがって、このようにフィレット5の形
状に応じて3次元的に変化する高輝度領域Hの位置およ
び形状を明確に撮影することができれば、上記性質を利
用して半田付状態を判定することができると考えられ
る。しかしながら、鉛直線に対してカメラを傾斜させた
場合には、カメラがフィレット5に対しても傾斜させら
れることになるために、フィレット5各部からカメラま
での距離に大きな格差を生じることになり、被写界深度
を深く設定しなければ、フィレット5全域における鮮明
な画像を得ることは困難であった。
【0015】また、フィレット5からの反射光を撮像す
るカメラは、拡大レンズを使用する等のために、被写界
深度がきわめて浅くなり易い。さらに、被写界深度は、
一般に、高輝度の照明を採用して露出を十分に絞ること
ができれば、効果的に深くすることができるが、高輝度
の照明であるハロゲンランプや蛍光灯は、照明の寿命が
短くかつ安定した照度を得られないことを理由としてそ
の採用は困難であるため、低輝度の照明によらざるを得
ない条件下においては、被写界深度を深くすることは困
難であった。
【0016】したがって、フィレット5に対して傾斜さ
せたカメラにより、当該フィレット5の画像を撮像する
場合に、例えば、正常な半田付け状態における高輝度領
域Hを鮮明に撮像し得るようにカメラを設定すると、他
の状態における高輝度領域Hを鮮明に撮像することがで
きず、当該高輝度領域Hの位置、形状等によって半田付
け状態を判別することは困難であった。
【0017】本発明は、上述した事情に鑑みてなされた
ものであって、IC部品の半田付状態、特に、Jリード
のフィレットのような検査対象箇所の良否を確実に簡易
かつ確実に判定し得る半田付外観検査装置を提供するこ
とを目的としている。
【0018】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、請求項1に係る発明は、検査対象箇所の画像を採取
する撮像装置と、採取された画像に基づいて半田付状態
の良否を判定する判定装置とからなるとともに、撮像装
置が、検査対象箇所に向けて単色光を照射する照明手段
と、その照明手段からの光の検査対象箇所における反射
光を撮影する撮像手段と、その撮像手段と検査対象箇所
との間に配され反射光を屈折させることにより光軸を屈
曲させて撮像手段に入射させるプリズムよりなる屈折部
材とを具備する半田付外観検査装置を提案している。
【0019】また、請求項2に係る発明は、請求項1の
半田付外観検査装置において、撮像手段が固定され、照
明手段および屈折部材が前記撮像手段の光軸回りに一体
的に回転可能に配置されている半田付外観検査装置を提
案している。
【0020】
【作用】請求項1の発明に係る半田付外観検査装置によ
れば、照明手段の作動により、検査対象箇所に向けて単
色光が照射される。照射された単色光は、検査対象箇所
において種々の方向に反射させられることになるが、そ
の一部が屈折部材に入射させられてその光軸を屈折させ
られる。屈折させられた反射光は撮像手段に入射させら
れて画像が採取され、判定装置の作動により、半田付状
態の良否が判定される。
【0021】この場合において、屈折部材はプリズムに
より構成されているので、検査対象箇所の各部において
反射された反射光は、同程度の光路長で撮像手段に達す
るようになる。すなわち、検査対象の広範囲に亙って焦
点の一致した画像が撮像手段に採取されることになる。
その結果、十分な輝度を確保し得ない照明下において
も、被写界深度の比較的浅いカメラによって、広範囲に
亙る明確な画像を確保することができ、ズームレンズ等
の高価なレンズの使用を排除することが可能となる。
【0022】請求項2の発明に係る半田付外観検査装置
によれば、固定された撮像手段の光軸回りに、照明手段
および屈折部材を一体的に回転させた各位置において、
照明手段を作動させることにより、撮像手段に対して各
方向に向かって配置された検査対象箇所に適正な角度で
光を照射し、その光の検査対象箇所における反射光を屈
折部材で屈折させて撮像手段において採取することが可
能となる。その結果、撮像手段を移動させる必要がな
く、光学系のくるいを生じにくく、また、IC部品のリ
ードに対しても、複数の撮像手段を用いることなく、全
ての検査対象箇所を検査することが可能となる。
【0023】
【発明の実施の形態】以下、本発明に係る半田付外観検
査装置の一実施形態について、図1および図2を参照し
て説明する。本実施形態に係る半田付外観検査装置10
は、撮像装置11と、判定装置12とから構成されてい
る。
【0024】撮像装置11は、IC部品13を実装した
基板14を搭載して水平方向に移動させる図示しない搬
送機構と、該搬送機構に搭載された基板14の上方に間
隔を空けて配置される照明手段15および撮像手段16
と、前記基板14と撮像手段16との間に配置される屈
折部材17とを具備している。
【0025】前記搬送機構(図示略)は、例えば、基板
14を位置決め状態に搭載するスライダと、該スライダ
を直交する水平2方向に変位させる直線移動機構とから
構成されるものである。直線移動機構としては、スライ
ダを摺動自在に支持するガイドレールと、ボールネジあ
るいはラックアンドピニオンのような周知の直動機構お
よびサーボモータ等の任意のアクチュエータを適宜組み
合わせて構成されるものでよい。
【0026】前記照明手段15は、例えば、図1に示す
ように、水平に配される基板14に対して、所定の傾斜
角度に設定されたプレート18に複数のLED19を配
列してなる光源20と、この光源20を基板14の法線
回りに回転させる照明回転手段21とを具備している。
前記光源20は、後述する回転部材の下面に、下方に開
くハ字状に2箇所に配置され、斜め下方に向けて光L1
を照射するようになっている。光源20を2箇所に配置
したのは、Jリード22のフィレット5に対して、異な
る2方向から同時に光L1を照射するためであり、これ
により、Jリード22のフィレット5の外観形状を特徴
的に光らせることが可能となる。
【0027】前記照明回転手段21は、例えば、水平回
転自在に支持されるとともに外周面をプーリ状に形成さ
れてなる回転部材24と、該回転部材24の側方に配置
される駆動プーリ25と、これら回転部材24および駆
動プーリ25に掛け渡されるタイミングベルト26と、
前記駆動プーリ25を水平回転させるサーボモータ27
とから構成されている。前記回転部材24にはその中心
部にフィレット5からの反射光L2を上下方向に貫通さ
せる貫通孔28が設けられている。
【0028】前記撮像手段16は、例えば、CCDカメ
ラであって、その軸線を前記回転部材24の回転軸線と
一致させた状態で下向きに配置され、かつ、図示しない
装置フレームに固定されている。
【0029】前記屈折部材17は、例えば、三角プリズ
ムのような、一定の角度をなして配される2以上の屈折
面17a,17bを有するプリズムであって、前記撮像
手段16の鉛直下方に配置される前記回転部材24の上
面に、該回転部材24の貫通孔28を閉塞するように固
定されている。すなわち、フィレットにおいて反射され
た反射光L2のうち、回転部材24の方向に反射させら
れた反射光L2が、該回転部材24の貫通孔28を透過
して屈折部材17に入射させられると、該屈折部材17
を通過させられるときに屈折させられて、前記撮像手段
16の方向に指向させられるようになっている。この屈
折部材17は、その方向を上述した光源20を構成する
2枚のプレートの中央線の方向に合わせて配置されてい
る。
【0030】前記判定装置12は、例えば、マイクロコ
ンピュータにより実現されるものであって、撮像手段1
6において撮像された画像データに基づいて、その画像
データ中、輝度が一定レベル以上となる高輝度領域Hの
位置を計算し、基板14あるいはIC部品13を基準と
して当該高輝度領域Hが、所定の位置に配置されている
か否か等を計算することにより、半田付状態が正常であ
るか否かを判断するようになっている。
【0031】このように構成された半田付外観検査装置
10によって、Jリード22の半田付状態を検査する場
合について、以下に説明する。Jリード22の半田付状
態を検査するには、まず、照明回転手段21のサーボモ
ータ27を作動させることにより、駆動プーリ25、タ
イミングベルト26を介して回転部材24を水平回転さ
せる。回転部材24には、プリズムよりなる屈折部材1
7および光源20が固定されているので、これら屈折部
材17および光源20は、相対的な位置関係を保持した
まま、回転部材24の回転軸線回りに水平回転させられ
ることになる。
【0032】これと同時に、あるいは、これとは別に、
図示しない搬送機構を作動させてIC部品13を搭載し
た基板14の水平位置を調整する。そして、IC部品1
3のJリード22のフィレット5を検査するために最適
な位置関係、すなわち、図1に示すように、光源20を
構成する2枚のプレート18の中央線およびこれに一致
する方向に配されている屈折部材17が検査されるべき
Jリード22の斜め上方の所定位置でかつJリード22
の正面に配置されるような位置関係に光源20および屈
折部材17の方向およびIC部品13の位置を調節す
る。
【0033】次いで、このようにしてJリード22と光
学系との位置調整が完了した状態で、照明手段15を作
動させて光源20からの単色光L1をJリード22と基
板14との間に形成されたフィレット5に照射する。そ
して、フィレット5の表面で反射された反射光L2は、
その一部が屈折部材17の方向に反射させられて、屈折
部材17内で屈折され、鉛直上方の撮像手段16に向け
て指向させられることになる。その結果、撮像手段16
には、Jリード22を斜め上方から見たものと同様の画
像が撮影され、上方からの撮影ではJリード22の直線
部22aにより明らかにされなかったフィレット5の外
観形状を、確実に把握することができることになる。
【0034】この場合において、本実施形態に係る半田
付外観検査装置10によれば、撮像手段16とフィレッ
ト5との間に、フィレット5からの反射光L2を屈折さ
せる屈折部材17を設けているので、撮像手段16の視
点から各高輝度領域までの距離の相違が補正され、全て
の高輝度領域に焦点を合わせることが可能となる。
【0035】すなわち、本実施形態に係る半田付外観検
査装置10によれば、図2に示すように、屈折部材17
を、その2つの屈折面17a,17bが光を屈折させる
べき方向に漸次開くように配置することにより、両屈折
面17a,17bの距離が離れた位置では、2箇所の屈
折位置を離間させて比較的なだらかに光が屈折させら
れ、両屈折面17a,17b面の距離が近接した位置で
は、2箇所の屈折位置を近接させて比較的急激に光が屈
折させられることになる。その結果、全ての高輝度領域
から撮像手段16までの光路長をほぼ均等なものとなる
ように補正することが可能となり、全ての高輝度領域に
焦点を合わせることができる。
【0036】そして、フィレット5に対する光源20、
屈折部材17および撮像手段16の位置は、予め設定さ
れた一定の位置に保持されるので、撮像手段16には、
フィレット5からの反射光の内、特定の傾斜角度をなし
ているフィレット5の表面における反射光L2のみが高
輝度の反射光L2として撮像される。この場合におい
て、光源20から出射される光は単色光L1であるた
め、フィレット5からの反射光L2も屈折部材17にお
いて分光されることなくそのまま撮像手段16に入射さ
れることになる。これにより、判定装置12において
は、当該光輝度領域の位置および形状等に基づいて、フ
ィレット5の形状が明確に判別され、半田付状態が正確
に判定されることになる。
【0037】また、同IC部品13あるいは他のIC部
品13における他の方向に配置されているJリード22
のフィレット5を検査する場合には、搬送機構を作動さ
せて基板14を水平移動させるとともに、照明回転手段
21を作動させ、照明手段15および屈折部材17を撮
像手段16の軸線回りに回転させる。これにより、撮像
手段16を移動させることなく、また、撮像手段16を
複数台設置することなく、異なる方向に配されるJリー
ド22のフィレット5の半田付状態を簡易かつ確実に検
査することができる。
【0038】なお、本実施形態に係る半田付外観検査装
置10によれば、屈折部材17として三角プリズムを採
用しているが、これに代えて、一定の角度をなす2つの
屈折面を有する任意形状のプリズムを採用することがで
きる。また、本実施形態においては、説明の簡略のた
め、図1において、回転部材24を円盤状に形成した
が、実際には、軸受によって支持させるための形状、例
えば、屈折部材17を収納する円筒状に形成し、その外
周面に外嵌させられる軸受によって回転自在に支持する
構成とすればよい。また、回転部材24、駆動プーリ2
5、タイミングベルト26、サーボモータ27によって
照明回転手段21を構成することとしたが、これに代え
て、他の回転機構、例えば、歯車を用いた機構等を採用
することとしてもよい。
【0039】また、光源20を回転させる照明回転手段
21によって、屈折部材17を回転させることとした
が、これに代えて、別々の回転手段を設けることとして
もよい。さらに、検査対象箇所からの反射光L2を屈折
させる屈折手段17としてプリズムを使用したが、これ
に代えて、反射鏡を採用することとしてもよい。但し、
反射鏡を採用する場合には、反射角度が鈍角になるため
に、有効な撮像面積を確保する必要から反射鏡の面積を
大きくせざるを得ず、また、撮像手段16に撮像される
フィレット5の画像が反射鏡によって反転されてしまう
欠点があるため、かかる欠点のないプリズムの方が好ま
しい。
【0040】
【発明の効果】以上詳述したように、本発明に係る半田
付外観検査装置は、検査対象箇所の画像を採取する撮像
装置と、採取された画像に基づいて半田付状態の良否を
判定する判定装置とからなるとともに、撮像装置が、検
査対象箇所に向けて単色光を照射する照明手段と、該照
明手段からの光の検査対象箇所における反射光を撮影す
る撮像手段と、該撮像手段と前記検査対象箇所との間に
配され反射光の光軸を屈折させて前記撮像手段に入射さ
せるプリズムよりなる屈折部材とを具備するので、Jリ
ードのフィレットのように、IC部品を取り付けている
基板に対して傾斜した方向から撮像しなければならない
ような検査対象箇所をも検査することができる。
【0041】しかも、屈折部材としてプリズムを使用し
ているために、Jリードのフィレットのように、半田付
状態に応じて形状が3次元的に変化する検査対象箇所の
各部に焦点を合わせることができる。その結果、フィレ
ットにおける反射光の高輝度領域の位置あるいは形状を
鮮明に把握することが可能となり、その態様に応じて、
半田付状態を確実に判定することができるという効果を
奏する。
【0042】さらに、上記半田付外観検査装置におい
て、撮像手段を固定し、照明手段および屈折部材を撮像
手段の光軸回りに一体的に回転可能に配置すれば、種々
の方向に配されるフィレットの半田付状態を検査するこ
とができる。しかも、この場合に撮像手段の移動を伴わ
ないので、当該撮像手段の移動、位置決め機構のような
複雑な機構を必要とせず、きわめて簡易な構成で精度の
高い検査装置を提供することができる。さらに、屈折部
材を回転させることにより、種々の方向に配されている
フィレットからの反射光を撮像手段の方向に屈折させ、
単一の撮像手段によって各方向のフィレットを検査する
ことができる。したがって、複数の撮像手段を配置する
場合と比較して、装置を小型化し、かつ、コストを低減
することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る半田付外観検査装置の一実施形態
を示す斜視図である。
【図2】図1の半田付外観検査装置における屈折部材を
説明するための模式図である。
【図3】Jリードを有するIC部品の半田付け状態を示
す斜視図である。
【図4】半田付状態の正常な場合における図1の半田付
外観検査装置による画像例を説明するための図である。
【図5】半田付に浮きが生じている場合の図4と同様の
画像例を説明するための図である。
【図6】半田付けがなされていない場合の図4と同様の
画像例を説明するための図である。
【図7】半田の量が少ない場合の図4と同様の画像例を
説明するための図である。
【符号の説明】
5 フィレット(検査対象箇所) 10 半田付外観検査装置 11 撮像装置 12 判定装置 13 IC部品(電子部品) 14 基板 15 照明手段 16 撮像手段 17 屈折部材
フロントページの続き (56)参考文献 特開 平7−83631(JP,A) 特開 平7−58448(JP,A) 特開 平6−300538(JP,A) 特開 平5−60527(JP,A) 特開 平5−142157(JP,A) 特開 平3−231105(JP,A) 特開 平4−86548(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) H05K 3/32 - 3/34

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 基板上に実装された電子部品等の半田付
    状態を検査する装置であって、 検査対象箇所の画像を採取する撮像装置と、採取された
    画像に基づいて半田付状態の良否を判定する判定装置と
    からなるとともに、 前記撮像装置が、検査対象箇所に向けて単色光を照射す
    る照明手段と、該照明手段からの光の検査対象箇所にお
    ける反射光を撮影する撮像手段と、該撮像手段と前記検
    査対象箇所との間に配され反射光を屈折させることによ
    り光軸を屈曲させて前記撮像手段に入射させるプリズム
    よりなる屈折部材とを具備することを特徴とする半田付
    外観検査装置。
  2. 【請求項2】 撮像手段が固定され、照明手段および屈
    折部材が前記撮像手段の光軸回りに一体的に回転可能に
    配置されていることを特徴とする請求項1記載の半田付
    外観検査装置。
JP10029196A 1996-04-22 1996-04-22 半田付外観検査装置 Expired - Fee Related JP2862833B2 (ja)

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