JP3162872B2 - 電子部品の輪郭認識装置及びその輪郭認識方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、対象物の輪郭を認識
し、その形状を良否判別する方法に係わり、特に、プリ
ント基板の表面に実装された電子部品の、半田付け状態
を検査する方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】物体形状を光学的手段で検査する方法
は、従来より種々提案されている。そのその一例として
掲げる特開平４−１５５０６号公報では、プリント基板
上の半田付個所に向かってレーザスポット光を掃引照射
するレーザ照射手段と、半田の横断方向に掃引照射され
たレーザスポット光の反射光を受光する受光手段を設
け、半田の横断方向におけるピーク位置を検出する。そ
して、そのピーク位置を通るよう縦断方向に掃引照射さ
れたレーザスポット光の反射光を受光する受光手段を設
け、縦断方向に沿った半田の高さ位置を検出し、半田形
状の良否を判断している。また、特開平２−２１６００
５号公報では、半田に向けてスリット光を照射し、照射
された部分からの拡散光を撮像して、三角測量方式を利
用することにより、半田部の高さを求めて半田付け状態
を検査している。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】このような物体形状の
検査方法では、精度良く形状を検出しようとして、レー
ザスポット光を多数回掃引照射するため、検査時間が長
くなったり、対象物の表面状態によって拡散光にむらが
生じ、実際の形状と違った形状が求められる場合があっ
た。本発明では、２方向から、２種類のスリット光を、
互いの水平方向断面が直交するように、時間差を置いて
対象物に照射し、この対象物からのスリット光の反射光
を、スリット光が交わる交点の真上で撮像する方法、あ
るいは、波長の異なる、互いの水平方向断面が直交する
スリット光を、スリット光が交わる交点の真上から対象
物に照射して、この対象物からのスリット光の反射光
を、一方の波長のスリット光のみを通過させ、通過して
きた反射光画像を撮像することによって、精度良く、あ
るいは対象物の表面状態に左右されずに撮像することが
でき、この撮像したスリット光の反射光画像を画像認識
し、スリット光の外形形状を認識することにより、短時
間でより正確に対象物の形状の良否を判別することがで
きる輪郭認識方法及びその装置を提供することを課題と
する。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明の輪郭認識方法
は、認識する対象物に、２種類のスリット光が交差する
ように照射し、対象物からのスリット光の反射光を撮像
して、その対象物の輪郭を認識する方法であって、前期
スリット光を、互いの水平方向断面の長手方向の中点位
置で直交するように、２方向から、一定の傾斜角度で、
前期対象物に照射し、前記対象物から反射される各スリ
ット光の反射光を、２種類のスリット光の交点の真上か
ら撮像し、撮像した各スリット光の反射光画像を画像認
識し、２種類のスリット光の反射画像の外形形状を求
め、その外形形状から対象物の輪郭を認識するものであ
る。そして、２方向から照射されるスリット光を、時間
差を置いて一方ずつ照射し、それぞれの反射光画像を区
別して撮像するものである。また、本発明の輪郭認識方
法の他の実施形態は、認識する対象物に、２種類のスリ
ット光が交差するように照射し、対象物からのスリット
光の反射光を撮像して、その対象物の輪郭を認識する方
法であって、前期スリット光を、互いの水平方向断面の
長手方向の中点位置で直交するように、前期対象物に向
け真下に照射し、前期対象物から反射される各スリット
光画像を、２方向から、前期スリット光の交点に向け、
一定の傾斜角度で撮像し、撮像した各スリット光の反射
光画像を画像認識し、２種類のスリット光の反射画像の
外形形状を求め、その外形形状から対象物の輪郭を認識
するものである。そして、異なる波長のスリット光を照
射し、その反射光について、一方の波長のスリット光の
みをそれぞれ通過させ、通過してきた反射光画像を撮像
するものである。

【０００５】また本発明では、対象物に２方向から照射
される各スリット光の一方ずつを選択して取り込む際、
各スリット光を時間差を置いて一方ずつ照射し、それぞ
れの反射光画像を区別して撮像するか、あるいは、２方
向から異なる波長のスリット光を照射し、その反射光に
ついて、一方の波長のスリット光のみをそれぞれ通過さ
せ、通過してきた反射光画像を各々撮像する。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明の輪郭認識装置
は、基板上に実装された電子部品に、光源からスリット
光を照射し、その反射光を撮像手段にて撮像し、その電
子部品の輪郭を認識する輪郭認識装置において、異なる
２箇所から所定角度で前記電子部品（２）にスリット光
（３１１、３２１）を照射する光源（３１、３２）と、
光源（３１、３２）より照射され、基板平面上で互いに
十字形に交差するように設定されたスリット光（３１
１、３２１）と、十字形の交点の真上に設定され、電子
部品上に照射された２つのスリット光の反射光を撮像す
る撮像手段（４）とを備え、撮像手段にて撮像された反
射光画像を画像認識し、前記電子部品の輪郭を求めるこ
とを特徴とする。そして、この輪郭認識装置における輪
郭認識方法は、光源（３１、３２）からのスリット光
（３１１、３２１）を電子部品（２）に照射し、電子部
品からの各スリット光の反射光を撮像して、撮像した反
射光画像を画像認識し、電子部品の輪郭を求めることを
特徴とする。そして、このスリット光（３１１、３２
１）の照射方法は、互いに時間差をおいて一方ずつ照射
することを特徴とする。また、本発明の輪郭認識方法の
他の実施形態は、基板上に実装された電子部品に、光源
からスリット光を照射し、その反射光を撮像手段にて撮
像し、その電子部品の輪郭を認識する輪郭認識装置にお
いて、基板平面上に互いに十字形に交差する２種類のス
リット光（３１１、３２１）において電子部品２を照射
する、十字形の交点の真上に設置された光源（３）と、
十字形の交点に向け、所定傾斜角度で異なる位置に設置
され、電子部品２上に照射された２種類のスリット光の
反射光を撮像する撮像手段（４１、４２）とを備え、撮
像手段にて撮像された反射光画像を画像認識し、電子部
品の輪郭を求めることを特徴とする。そして、この輪郭
認識装置における輪郭認識方法は、光源（３）からの２
種類のスリット光（３１１、３２１）を電子部品（２）
に照射し、電子部品からのスリット光の反射光を撮像し
て、撮像した反射光画像を画像認識し、電子部品の輪郭
を求めることを特徴とする。そして、こ のスリット光
（３１１、３２１）の照射方法は、互いに異なる波長の
スリット光を照射し、その反射について、一方の波長の
スリット光のみをそれぞれ通過させ、通過してきたスリ
ットの反射光を撮像することを特徴とする。

【０００７】

【実施例】本発明の電子部品の輪郭認識装置及びそれを
用いた輪郭認識方法を、半田付け検査装置及び半田付け
検査方法に用いる例について説明する。図１は本実施例
における半田付け検査装置の主要な構成を示す斜視図
で、プリント基板１に表面実装された電子部品２の電極
２１が、プリント基板の銅箔パターン１１上に、首尾よ
く半田付けされているかどうかを検査するものである。

【０００８】３１と３２はレーザスリット光を照射する
光源で、プリント基板１の真上に吊り下げられた図示し
ないθ回転ヘッド部に、所定の傾斜角度で下向きに保持
されている。両光源から照射されるレーザスリット光３
１１、３２１は、プリント基板１上の平面部において十
字形に交差するように照射され、その交点の真上にＣＣ
Ｄカメラ等の撮像手段４を、両光源と共にθ回転ヘッド
部に取り付ける。すなわち、プリント基板１の上面位置
における、両レーザスリット光の水平断面の長手方向
（以降スリット光の長さ方向と云う）同志が、互いの長
さ方向の中点位置で直交しており、その交点に撮像手段
４の光軸が垂直に交わる。図１において、プリント基板
１は図示しないＸＹテーブル上に水平に載置し、光源３
１と３２から照射されるレーザスリット光下に、検査し
ようとする電子部品の電極やリードを位置させる構成と
する。こうして、電子部品２の電極２１と対応する銅箔
パターン１１、電極とその銅箔パターンを接着する半田
部（以降半田フィレットと云う）１２に十字形のレーザ
スリット光が照射される。

【０００９】この時、既に別工程で、プリント基板上の
銅箔パターンの位置と実装された電子部品の装着位置が
認識されており（本発明の主旨ではないためその詳細説
明は省略する）、両者のずれ量が許容値内のプリント基
板のみが本実施例の半田付け検査に供される。そして、
それらの位置認識データにより、レーザスリット光３１
１と３２１の基板上面での交点を、部品電極の先端部か
ら所定距離離れ、かつ電極２１若しくは銅箔パターン１
１の幅方向（図１においてはＹ方向）中心に位置するよ
う、プリント基板１をＸＹ移動させる。電極とそれに対
応する銅箔パターンの幅方向中心位置がずれている場合
には、両中心間の中点に前述のレーザスリット光の交点
のＹ座標を一致させ、半田フィレットの頂点付近にレー
ザスリット光の交点が位置すべく、プリント基板１を位
置補正すればよい。

【００１０】本実施例の動作について図に基づいて説明
する。図３は図１における電子部品の電極半田付け部を
拡大して示した斜視図であり、リード２１、銅箔パター
ン１１、それらを接着する半田フィレット１２に向かっ
て、斜め上の２方向からレーザスリット光が照射されて
いる。この場合のスリット光照射方向断面は、基板１の
上面に描かれるであろう両スリット光の交点に向け、半
田部をスリット光の照射角度で破断したＸ及びＹ方向断
面である。３１２と３２２は両レーザスリット光が電
極、半田フィレット、銅箔パターンの各表面を照らし出
したときの帯状の反射光画像で、半田フィレット１２上
で交差する。この半田フィレットがないものとしたと
き、両レーザスリット光の銅箔パターン上の交点が、部
品電極の先端部から所定距離離れ、かつ電極２１若しく
は銅箔パターン１１の幅方向中心と一致することにな
る。

【００１１】これらの反射光画像を分離してＣＣＤカメ
ラ４に取り込むため、光源３１と３２のレーザスリット
光を時間をずらして照射する。まず光源３１によってス
リット光３１１を照射し、その反射光画像３１２をＣＣ
Ｄカメラ４で撮像すると、図５の右側に示すような画像
３１３となる。次に図示しないシャッタ等でスリット光
３１１を遮り、同じく図示しないシャッタ等を開放して
スリット光３２１を照射する。その反射光画像３２２を
ＣＣＤカメラ４で撮像し、図５の左側に示すような画像
３２３を取り込む。取り込んだそれぞれの反射光画像を
認識し、半田フィレットのスリット光照射方向断面の真
上から見た外形形状を求める。画像３１３による外形形
状すなわち輪郭データは、半田フィレットから見た光源
３１の光軸の仰角をαとすると、三角測量法によって、
ｔａｎαを乗じることにより、スリット光の反射位置に
おける半田フィレットの高さ方向断面の輪郭データに変
換できる。

【００１２】同様に、画像３２３についても、半田フィ
レットから見た光源３２の光軸の仰角をβとし、ｔａｎ
βを乗じてスリット光の反射位置における半田フィレッ
トの高さ方向断面の輪郭データを求める。この直交する
２方向の輪郭データを、半田フィレット１２の高さ形状
を評価する指標とし、あらかじめ定めた限界値以上の数
値であるかどうかを確認する。限界値以上であれば半田
付けを良好と判断し、限界値未満であれば半田付け不良
と判断する。

【００１３】図２は、本発明の輪郭認識方法及びそれを
用いた形状検査方法を、半田付け検査に用いる他の実施
例を説明する斜視図であり、図１の実施例との相違点の
みについて説明する。レーザスリット光を照射する光源
３を、図示しないθ回転ヘッド部に下向きに保持し、波
長の異なる２種類のレーザスリット光３１１と３２１を
ほぼ真下に向けて照射させる。このレーザスリット光３
１１と３２１は、プリント基板１上の平面部において十
字形に交差するように照射され、その交点に向かって、
一定の傾斜角度で、かつ水平面内で直交する２方向にＣ
ＣＤカメラ等の撮像手段４１、４２を配置し、光源３と
共にθ回転ヘッド部に取り付ける。すなわち、プリント
基板１の上面位置における、両レーザスリット光の長さ
方向同士が、互いにその方向の中点位置で直交してお
り、スリット光３１１を撮像するカメラ４１の光軸は、
スリット光３２１の長さ方向の垂直面内にあって前記交
点を通るとともに、プリント基板１に対して一定の傾斜
角度を保っている。スリット光３２１を撮像するカメラ
４２の光軸は、同様にスリット光３１１の長さ方向の垂
直面内にあって前記交点を通るとともに、プリント基板
１に対して一定の傾斜角度を保っている。

【００１４】４１１と４２１は、特定の波長のレーザ光
しか通過させない光学フィルタで、４１１はレーザスリ
ット光３１１のみを通過させ、４２１はレーザスリット
光３２１のみを通過させる。こうして、電子部品２の電
極２１と対応する銅箔パターン１１、電極とその銅箔パ
ターンを接着する半田部１２に十字形のレーザスリット
光が照射され、各カメラには１方向毎のレーザスリット
光反射画像が取り込まれる。

【００１５】図２の実施例における動作を、図１の実施
例の動作との相違点のみについて説明する。図４は図２
における電子部品の電極半田付け部を拡大して示した斜
視図であり、リード２１、銅箔パターン１１、それらを
接着する半田フィレット１２に向かって、それぞれ波長
の異なるレーザスリット光３１１と３２１により、ほぼ
真上から十字形にレーザスリット光が照射されている。
３１２と３２２は両レーザスリット光が電極、半田フィ
レット、銅箔パターンの各表面を照らし出したときの帯
状の反射光画像で、半田フィレット１２上で交差する。
その交点は、部品電極の先端部から所定距離離れ、かつ
電極２１若しくは銅箔パターン１１の幅方向中心と一致
しており、この場合のスリット光照射方向断面は、半田
フィレットの高さ方向断面である。

【００１６】反射光画像３１２は、光学フィルタ４１１
を介してＣＣＤカメラ４で撮像され、図６の右側に示す
ような画像３１３が取り込まれる。同様に反射光画像３
２２を光学フィルタ４２１を介してＣＣＤカメラ４で撮
像し、図６の左側に示すような画像３２３を取り込む。
取り込んだそれぞれの反射光画像を認識し、半田フィレ
ットのスリット光照射方向断面（高さ方向断面）を斜め
上から見た外形形状を求める。画像３１３による外形形
状すなわち輪郭データは、半田フィレットから見たカメ
ラ４１の光軸の仰角をαとすると、三角測量法によっ
て、ｃｏｓαで除することにより、スリット光の反射位
置における半田フィレットの高さ方向断面の輪郭データ
に変換できる。画像３２３についても、半田フィレット
から見たカメラ４２の光軸の仰角をβとし、ｃｏｓβを
除してスリット光の反射位置における半田フィレットの
高さ方向断面の輪郭データを求める。この直交する２方
向の輪郭データを、半田フィレット１２の高さ形状を評
価する指標とし、あらかじめ定めた限界値以上の数値で
あるかどうかを確認する。限界値以上であれば半田付け
を良好と判断し、限界値未満であれば半田付け不良と判
断する。

【００１７】本実施例では、プリント基板をＸＹテーブ
ルに保持し、光源と撮像手段をその上方にθ回転可能に
吊り下げる構成としたが、プリント基板を所定位置に保
持し、その上方を被うＸＹステージにθ回転可能に光源
と撮像手段を吊り下げる構成としてもよい。また、本実
施例では、電子部品の半田付け部の高さ方向の輪郭を認
識して、半田付け形状の検査に適用する例について述べ
たが、本発明の輪郭認識方法及びそれを使用した形状検
査方法は、前記実施例に限らず、検査対象を物体と物体
間の接合状態や物体そのものに適用してもよく、それら
の高さ、幅、奥行き方向の輪郭を認識し、認識した輪郭
データによってその検査対象物の形状の良否を判定する
ことも可能である。

【００１８】

【発明の効果】プリント基板あるいはθ回転ヘッドを移
動させずに、水平面内で直交する２種類のスリット光が
対象物である半田部に照射されるため、検査時間に占め
る移動時間の割合を低減できる。そして、直交する２種
類の断面の輪郭形状がほぼ同時に求められるため対象物
形状をより的確に判断でき、検査時間の短縮を期待でき
る。また、対象物の真上に位置した撮像手段４で２種類
のスリット光の反射光を撮像したり、対象物の真上に位
置した光源から２種類のスリット光を照射し、その交点
を撮像することにより、入射光あるいは反射光のどちら
か一方が対象物に対して垂直となり、複雑な角度成分を
持たないことにより、画像認識や判定が簡素化され、正
確なデータが得られるとともに、検査時間の短縮を図る
ことができる。また、光源または撮像手段のどちらか一
方を１台にすることによって構成が簡略化される。この
ことによって、メンテナンス性に優れた安価な輪郭認識
装置を実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例における半田付け検査方法の
構成を示す斜視図である。

【図２】半田付け検査方法の他の実施例の構成を示す斜
視図である。

【図３】図１の実施例におけるスリット光の反射状態を
説明する斜視図である。

【図４】図２の実施例におけるスリット光の反射状態を
説明する斜視図である。

【図５】図１の実施例における、撮像されたスリット光
反射画像の説明図である。

【図６】図２の実施例における、撮像されたスリット光
反射画像の説明図である。

【符号の説明】

１ プリント基板 １１ 銅箔パターン １２ 半田フィレット ２ 電子部品 ２１ 電子部品の電極ド ３ 光源 ４ 撮像手段

Claims (6)

(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に、光源から
   スリット光を照射し、その反射光を撮像手段にて撮像
   し、その電子部品の輪郭を認識する輪郭認識装置におい
   て、異なる２箇所から所定角度で前記電子部品(２)にス
   リット光（３１１、３２１）を照射する光源（３１、３
   ２）と、該光源（３１、３２）より照射され、前記基板
   平面上で互いに十字形に交差するように設定されたスリ
   ット光（３１１、３２１）と、前記十字形の交点の真上
   に設定され、電子部品（２）上に照射された２つのスリ
   ット光の反射光を撮像する撮像手段（４）とを備え、該
   撮像手段にて撮像された反射光画像を認識し、前記電子
   部品の輪郭を求めることを特徴とする電子部品の輪郭認
   識装置。
2. 【請求項２】基板上に実装された電子部品に、光源から
   スリット光を照射し、その反射光を撮像手段にて撮像
   し、その電子部品の輪郭を認識する輪郭認識装置におい
   て、前記基板平面上に互いに十字形に交差するスリット
   光（３１１、３２１）において前記電子部品（２）を照
   射する、前記十字形の交点の真上に設置された光源
   （３）と、前記十字形の交点に向け、所定傾斜角度で異
   なる位置に設置され、前記電子部品（２）上に照射され
   たスリット光（３１１，３２１）の反射光を撮像する撮
   像手段（４１、４２）とを備え、該撮像手段にて撮像さ
   れた反射光画像を認識し、前記電子部品の輪郭を求める
   ことを特徴とする電子部品の輪郭認識装置。
3. 【請求項３】請求項１に記載された電子部品の輪郭認識
   装置において、 前記光源（３１、３２）からのスリット光（３１１、３
   ２１）を電子部品(２）に照射し、該電子部品からの各
   スリット光の反射光を撮像して、撮像した反射光画像を
   画像認識し、前記電子部品の輪郭を求めることを特徴と
   する電子部品の輪郭認識方法。
4. 【請求項４】請求項２に記載された電子部品の輪郭認識
   装置において、 前記光源（３）からの前記２種類のスリット光（３１
   １、３２１）を電子部品（２）に照射し、該電子部品か
   らのスリット光の反射光を撮像して、撮像した反射光画
   像を画像認識し、前記電子部品の輪郭を求めることを特
   徴とする電子部品の輪郭認識方法。
5. 【請求項５】請求項３に記載された電子部品の輪郭認識
   方法において、 前記スリット光（３１１、３２１）は、互いに時間差を
   おいて一方ずつ照射することを特徴とする請求項３に記
   載の電子部品の輪郭認識方法。
6. 【請求項６】請求項４に記載された電子部品の輪郭認識
   方法において、 前記スリット光（３１１、３２１）は、互いに異なる波
   長のスリット光を照射し、その反射について、一方の波
   長のスリット光のみをそれぞれ通過させ、通過してきた
   スリット光の反射光を撮像することを特徴とする請求項
   ４に記載の電子部品の輪郭認識方法。