JP3203397B2 - はんだ付け状態検査装置とはんだ付け状態検査方法 - Google Patents

はんだ付け状態検査装置とはんだ付け状態検査方法

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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に電子部品
を実装するはんだ印刷工程において、プリント基板(以
下基板という)上のはんだの印刷状態を検査するはんだ
付け状態検査装置とその検査方法に関する。
【0002】
【従来の技術】従来より撮像装置の出力差により印刷回
路の導体とクリーム状はんだとを識別する検査方法が特
開平2−208545号公報に示され、またレーザー光
を使用して半田ペーストの塗布状態の良否を判定する検
査装置が特開平3−239953号公報に示されてい
る。
【0003】そして基板上に印刷された特定の位置にお
ける印刷はんだの高さを測定する方法としては、基板上
にスリット光を照射し、スリット光とある角度を設けて
設定されたカメラなどによりその画像を撮像し、はんだ
部分により生じた段差をはんだの高さとして検出する方
法や、レーザー光を上方からはんだ部分に照射し、はん
だの表面における反射光をレーザー照射部と所定の位置
関係に設定された位置検出部で受光し、三角測量の原理
を用いて、その受光位置の変位から印刷はんだの高さを
測定する方法などが提案されている。しかし、検査対象
である印刷はんだの厚みは100〜150μmと非常に
微細であるために、高い測定精度が要求され、上述の方
法のうち、スリット光を用いる方法は高い測定精度が得
られにくいので、一般にはレーザーを用いた三角測量に
よる方法が用いられている。
【0004】以下に従来のはんだ付け状態検査装置につ
いて説明する。レーザーを用いた三角測量による測定で
は、各レーザーの照射点に対してそれぞれレーザー照射
部と検査対象部との相対距離に応じたある高低レベルの
値が得られるだけであって、その照射位置のはんだの高
さすなわち印刷厚みが実際にはいくらであるのかは、各
高低レベル画面内にてその画面内での高さ測定基準レベ
ル(すなわちはんだ高さが0となる高低レベルは部品パ
ッド部の表面の高低レベルとなる。)を設けることによ
り、その値との差をはんだの高さの測定値として算出す
る。特に実際のプリント基板においては微妙に反りを生
じていることが多いので、高さ測定基準レベルの決定
は、はんだ印刷部分の印刷厚みや体積量の算出のために
必須となる。
【0005】図5に示すように、印刷パッド部6のはん
だ5の印刷厚みは、予め設定してある高さ測定基準点P
の位置の高低レベル値Refを求め、各点における高低
レベル値hとRef値との差を求めることにより、実際
の印刷厚み(図中のΔh)と体積量(図中の斜線で示し
た部分Δv)が求められる。
【0006】通常高さ測定基準レベルを決定するために
は、検査対象範囲以外の基板4上の導体パターン部7に
対して、高さ測定基準レベルを決定するための高さ測定
基準点Pの設定が必要で、その設定に当たっては、実際
に測定者が画面に基板4を映しながら、導体パターン部
7を判断して設定しなければならず、高さ測定基準点P
の設定箇所の選択位置の適否が直接計算によって得られ
る測定値に対して大きな影響を与えてることとなる。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】上述のように従来の装
置と方法では、測定者によって算出結果にばらつきを生
じるという問題点、また高さ測定基準レベルの設定に当
たっては、検査画面を見ながらマニュアルで設定しなけ
ればならないのでプログラム作成に時間がかかるという
問題点を有していた。
【0008】本発明は上記従来の問題点を解決するもの
で、測定者による高さ測定基準レベルの設定のばらつき
を無くし、安定した測定結果が得られるとともに、プロ
グラム作成時間の大幅な短縮をはかれるはんだ付け状態
検査装置とその方法を提供することを目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
に本発明のはんだ付け状態検査装置は、検査対象のはん
だに対してレーザー光を照射するレーザー照射部と、反
射光を受光し、その反射光の受光強度と受光位置に対応
した輝度レベル信号と高低レベル信号を発生する位置検
出部と、これらの電気信号をもとに輝度画像および高低
レベル画像を生成し、輝度画像内においてはんだ印刷範
囲を抽出し、はんだの印刷厚みと体積量を算出する画像
処理部を備えた構成としたものである。
【0010】また本発明のはんだ付け状態検査方法は、
検査対象のはんだに対してレーザー光を照射するレーザ
ー照射工程と、反射光を受光し、その反射光の受光強度
と受光位置に対応した輝度レベル信号と高低レベル信号
を発生する位置検出工程と、これらの電気信号をもとに
輝度画像および高低レベル画像を生成し、輝度画像内に
おいて、はんだ印刷範囲を抽出し、はんだの印刷厚みと
体積を算出する画像処理工程を備えたものである。
【0011】
【作用】この構成において、はんだの高さ,体積量とい
った測定値を計算するための高さ測定基準レベルを自動
的に決定することとなり、かつ高さ測定基準レベルを得
るための高さ測定基準点の設定が不要となる。
【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に示すように、基板4上の部品パッド
部6に印刷されたはんだ5の高さや位置を測定するの
に、検査対象である基板4にレーザー照射部2から照射
したレーザー反射光を受光する位置検出部3と画像処理
部1で構成され、かつ他の位置の部品パッド部6に印刷
されたはんだ5を検査するために、レーザー照射部2と
位置検出部3は基板4上を平行移動する構成としてい
る。
【0014】以上のように構成したはんだ付け状態検査
装置について、以下のはんだ5の高さ測定の動作につい
て説明する。
【0015】レーザー照射部2から基板4上に照射され
た矢印aで示したレーザー光は、照射点Qのはんだ5の
表面にて反射され、矢印bで示したその反射光が位置検
出部3にて受光される。その受光位置X1 は照射点Qの
高さh1 によって変化し、その変位が高低レベル信号と
して、また受光した反射光の強度に応じて輝度信号が、
位置検出部3からそれぞれ画像処理部1に送られる。画
像処理部1においては、これらの各点に対応した信号か
ら、図2(a)に示すような輝度画像、または、図3
(a)に示すような高低レベル画像を生成する。各点の
実際のはんだの高さすなわち印刷厚みは各点における高
低レベル値h1 と、部品パッド部6の表面上の高さh0
に相当する高さ測定基準レベル(受光位置X0 に相当す
る)を測定することにより、その差Δhとして計算され
る。
【0016】つぎに、高さ測定基準レベルの自動設定に
ついて説明する。まず、所定の寸法の検査対象範囲の各
点に対して、基板4の上方のレーザー照射部2より、レ
ーザー光を照射し、位置検出部3において、各点に対す
る反射光を受光し、受光した反射光の強度に対応して輝
度信号が、位置検出部3における受光位置に対応して高
低レベル信号がそれぞれ画像処理部1に対して出力され
る。画像処理部1では各点に対する輝度信号から検査対
象範囲に対する図2(a)に示すような輝度画像が、ま
た高低レベル信号から図3(a)に示すような高低レベ
ル画像が生成される。輝度画像においては、図2(b)
に示すように、位置検出部3における反射光強度が高い
部分ほど、高い輝度レベル値を示し、通常のCCDカメ
ラなどで撮像された画像と同様の画像が得られる。高低
レベル画像においては、図3(b)に示すようにレーザ
ー照射部2との相対距離が短い部分ほど、高い高低レベ
ル値を示す。生成された輝度画像に対して、はんだ5が
示す輝度レベル値と、部品パッド部6が示す輝度レベル
値とを区別できるようなはんだ部抽出輝度レベル値(図
2(b)に示したA−thの値)を予め設定しておき、
輝度画像内の各点の輝度レベル値とはんだ部抽出の輝度
レベル値との比較により(本実施例では、はんだ抽出の
輝度レベル値よりも低い値を持つ部分がはんだ部分とな
る。)、はんだ部分を抽出し、輝度画像内におけるはん
だ5とそれ以外の部分との境界位置座標(図2(b)に
示したPA ,PB )を求める。画像内のすべての点に対
して同様の処理を行うことにより、輝度画像内における
はんだ5の印刷部分の輪郭部の位置座標が求められる。
次に生成された高低レベル画像に対して、前述のはんだ
5の印刷部分の境界位置座標における高低レベル値を求
め(図3(b)に示したPA ,PB における高低レベル
値IA ,IB )、両高低レベル値により生成される直線
で表される高低レベル値を、高低レベル画像の各断面上
における高さ測定基準レベル値とする。(図3(b)に
示したO−O’断面における点A,点Bを結ぶ直線L)
最後に高低レベル画像の各断面において、各点の高低レ
ベル値とその位置における高さ測定基準レベル値との差
を計算し、はんだ5の厚みを求め、すべての測定点にお
けるはんだ5の厚みの値を積分することではんだ部分の
体積量を求める。
【0017】すなわち、図3(b)において、ある高低
レベル画像におけるある一断面O−O’において、はん
だ境界位置PA ,PB における高低レベル値IA ,IB
を求め、点A(PA ,IA )と点B(PB ,IB )を結
ぶ直線Lを生成する。この直線Lが高さ測定レベルとな
り、例えば位置PC におけるはんだ厚みΔhC は位置P
C における高低レベル値Ih と前記直線L上の点Cにお
ける高低レベル値ICとの差として求められる。同様に
して一断面内におけるはんだの体積量は、図3(b)に
斜線で示した部分として計算され、各断面における体積
量を、すべての断面にわたって積分することにより、目
的の検査対象のはんだの体積量を求めることができる。
【0018】図4に上述の各装置および各工程の動作を
フローチャートで示した。なお、はんだ印刷範囲の抽出
方法については、はんだ抽出輝度レベル値を予め設定す
る方法の他に、輝度画像内において、各点における輝度
レベルを微分することにより、その輝度レベルの変化点
を利用して、はんだ印刷部分とそれ以外の部分との境界
位置を抽出する方法でも同様の結果を得ることができ
る。
【0019】以上のように本実施例によれば、検査対象
範囲に対する輝度画像において、はんだ印刷部分の境界
位置を検出し、高低レベル画像に対して、輝度画像から
得られたはんだ印刷部の境界位置における高低レベルを
求め、高さ測定基準レベルを自動的に決定することによ
り、従来は測定者が輝度レベルを目視にて判断して導体
部分を選択することにより設定していた高さ測定基準点
の設定が不要となり、したがって、測定者による設定の
ばらつきが無くなり、安定した測定結果が得られるとと
もに、プログラム作成時間の大幅な短縮ができる。
【0020】
【発明の効果】以上の実施例の説明からも明らかなよう
に、検査対象のはんだに対してレーザー光を照射するレ
ーザー照射部(レーザー照射工程)と、反射光を受光し
その反射光の受光強度と受光位置に対応した輝度レベル
信号と高低レベル信号を発生する位置検出部(位置検出
工程)と、これらの電気信号をもとに輝度画像および高
低レベル画像を生成し、輝度画像内においてはんだ印刷
範囲を抽出しはんだの印刷厚みと体積層を算出するよう
にした画像処理部(画像処理工程)を備えたことによ
り、測定者による高さ測定基準レベルの設定のばらつき
を無くし、安定した測定結果が得られるとともに、プロ
グラム作成時間の大幅な短縮をはかれる優れたはんだ付
け状態検査装置とその検査方法を実現できるものであ
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例のはんだ付け状態検査装置の
概略断面図
【図2】同はんだ付け状態検査装置による検査対象に対
する輝度画像の輝度レベル値のグラフ
【図3】同はんだ付け状態検査装置による検査対象に対
する高低レベル画像の高低レベル値のグラフ
【図4】同はんだ付け状態検査装置とその方法によるは
んだの検査動作のフローチャート
【図5】従来のはんだ付け状態検査装置による検査対象
に対する高低レベル値のグラフ
【符号の説明】
1 画像処理部 2 レーザー照射部 3 位置検出部 5 はんだ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G01B 11/00 - 11/30 102 G01N 21/84 - 21/958 H05K 3/34

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】プリント基板実装のはんだ印刷におけるは
    んだの印刷状態を測定するはんだ付け状態検査装置にお
    いて、検査対象のはんだに対してレーザー光を照射する
    レーザー照射部と、前記レーザー照射部から照射された
    レーザー光の反射光を受光して、その反射光の受光強度
    と受光位置に対応した輝度信号と高低レベル信号の電気
    信号を発生する位置検出部と、前記電気信号をもとに、
    前記検査対象のはんだの表面の明るさの分布状態を示す
    輝度画像と、その輝度画像と同一範囲に対する検査対象
    のはんだの表面の凹凸の分布状態を示す高低レベル画像
    を生成し、前記輝度画像に対して、予め指定された輝度
    条件をもとに、はんだ印刷範囲を抽出し、その境界位置
    を検出して、前記高低レベル画像に対して、前記境界位
    置における高低レベル値を、高さ測定基準レベルとして
    求め、前記高低レベル画像に対し、画像内各点の高低レ
    ベル値と、前記高さ測定基準レベル値から、各点におけ
    るはんだの印刷厚みと体積量を算出するようにした画像
    処理部を備えたはんだ付け状態検査装置。
  2. 【請求項2】検査対象のはんだに対してレーザー光を、
    照射するレーザー照射工程と、反射光を受光しその反射
    光の受光強度と受光位置に対応した輝度レベル信号と高
    低レベル信号を発生する位置検出工程と、これらの電気
    信号をもとに輝度画像および高低レベル画像を生成し、
    輝度画像内において、はんだ印刷範囲を抽出し、はんだ
    の印刷厚みと体積を算出する画像処理工程を備えたはん
    だ付け状態検査方法。
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