JP3232821B2 - 実装済みプリント基板の検査方法 - Google Patents
実装済みプリント基板の検査方法Info
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Description
光を実装済みプリント基板に照射し、その反射光を複数
の方向から受光することで、実装部品の半田不良などを
検査せんとする実装済みプリント基板の検査方法に関す
るものである。
置ずれ、欠品、半田不良等の検査には三角測量の原理を
用いて、細く絞ったビーム光を実装済みプリント基板に
照射し、その反射光を検出して検査する非接触方式が用
いられている。これは微小ビーム光をポリゴンミラーで
偏向して基板上を走査し、微小ビーム光の照射位置から
の反射光を互いに異なる位置に配置した複数の光電変換
素子にて受光して、表面形状を検査するものである。
(半導体位置検出素子)を用い、微小ビーム光照射位置
の高さに応じたPSDの受光位置から、基板表面の高さ
を求めることにより、実装部品の位置ずれ、欠品、半田
不良を検査するものである。
おいては、複数のPSDの出力から基板表面の正確な高
さを求めることができない場合に、複数のPSDで受光
した光量をもとに、反射光の反射方向、すなわち計測点
の傾斜方向を求めることにより基板の検査を行ってい
る。
小ビーム光照射位置からの反射光だけでなく、計測点以
外の基板上の他の部品からの反射光、いわゆる2重反射
光も受光すると、PSDの受光光量は正確でなくなり、
間違った傾斜方向を求めてしまい、誤った検査がされて
しまう。
検出するだけでなく、2重反射の発生を検出することに
より、上述のような誤った検査をなくすことを目的とす
るものである。
に、本発明の実装済みプリント基板の検査方法は、実装
済みプリント基板上を微小ビーム光により走査し、前記
微小ビーム光の照射位置からの反射光を互いに異なる複
数の光電変換素子で受光して、前記複数の光電変換素子
で受光した光量をもとに、前記反射光の反射方向を検出
するようにした実装済みプリント基板の検査装置におい
て、前記光電変換素子に半導体位置検出素子を用い、各
半導体位置検出素子の出力のばらつきを検出することに
より、2重反射を検出し、そして前記反射光の反射方向
を補正することを特徴とするものである。
るだけでなく、2重反射をも検出し、それに基づき、検
出した計測点の傾斜方向を補正するようにしたので、よ
り正確に半田形状検査を行うことができるものである。
方法の実施例について図面を参照しながら説明する。本
発明が適用される実装済みプリント基板の検査装置とし
ては図1に示すものがある。
6上に照射する微小ビーム光を発生するための光源であ
る。2は光源1からの微小ビーム光を集光し平行光束に
するためのコリメートレンズ系である。3は前記平行光
束を偏向し、かつ、実装済みプリント基板6からの反射
光を偏向するためのポリゴンミラーである。4はポリゴ
ンミラー3を回転駆動させるポリゴンモーターである。
5はポリゴンミラー3により偏向された前記平行光束を
集光し、実装済みプリント基板6に対して略垂直に照射
するfθレンズである。6は検査対象の実装済みプリン
ト基板である。
6上の前記微小ビーム光照射位置からの反射光を4方向
から受光し、反射光をそれぞれ、受光fθレンズ11、
12、13、14に導くために、反射光の光路を補正す
る光路補正光学系である。受光fθレンズ11、12、
13、14は、光路補正光学系7、8、9、10を通過
してきた反射光をポリゴンミラー3に導くためのもので
ある。15、16、17、18は受光fθレンズ11、
12、13、14を通り、ポリゴンミラー3により偏向
された反射光を集光するためのPSD(半導体位置検出
素子)用レンズである。19、20、21、22はPS
D用レンズ15、16、17、18により集光された反
射光を受光するPSDであり、受光位置に応じた電気的
出力を発生する。
小ビーム光照射位置からの反射光のうち、投光光軸に沿
って、投光fθレンズ5、ポリゴンミラー3を通り戻っ
てきた、実装済みプリント基板6に対して垂直方向の反
射光を偏向するトンネルミラーである。24はトンネル
ミラー23により偏向された反射光を集光するためのレ
ンズである。25は前記垂直方向以外からの反射光を遮
断する絞りである。26は前記垂直方向の反射光を受光
し、受光光量を電気的出力に変換するフォトダイオード
である。
ためのテーブルである。28は回転することによりテー
ブル27を副走査方向(矢印y方向)に移動させるボー
ルネジである。29はボールネジ28を回転させるボー
ルネジモータである。30はテーブル27を案内するた
めの案内レールである。
基板検査装置についてその動作を説明する。光源1から
発生した微小ビーム光は、コリメートレンズ系2により
平行光束となり、トンネルミラー23の穴空き部分を通
過後、ポリゴンミラー3に偏向され、投光fθレンズ5
により集光され、微小ビーム光照射光軸として実装済み
プリント基板6上に略垂直に照射される。この際、光源
1より発生した微小ビーム光は、ポリゴンモータ4によ
り回転駆動されるポリゴンミラー3の回転にともない、
実装済みプリント基板6上を図中の主走査方向(矢印x
方向)を走査する。そして、実装済みプリント基板6上
の走査位置から拡散する反射光は、光路補正光学系7、
8、9、10によって、受光fθレンズ11、12、1
3、14へと導かれる。
済みプリント基板6上の照射位置から拡散する反射光の
うち、前記微小ビーム光の走査位置の変化に関わらず、
前記微小ビーム光照射光軸となす角度(以下、倒れ角)
が略一定で、かつ、反射光軸を前記微小ビーム光照射光
軸に対して垂直な平面に投影した時の主走査方向となす
角度(以下、割付角)が略一定の反射光、方向ベクトル
が略一定の反射光を受光する。そして、走査位置の変化
に関わらず、主走査方向(矢印x方向)の位置に対して
微小ビーム光照射光軸と略同位置で受光fθレンズ1
1、12、13、14へ略垂直に入射させ、さらに、走
査位置が変化しても、反射光の受光fθレンズの副走査
方向(矢印y方向)の入射位置が変化しないように、反
射光を導く。
同一の形状であるため、反射光は投光の微小ビーム光と
同一の経路をたどりポリゴンミラー3に導かれる。そし
て、ポリゴンミラー3により偏向され、微小ビーム光の
走査位置の変化に関わらず、実装済みプリント基板6上
の前記微小ビーム光照射位置の高さに応じた、PSD2
1上の位置に反射光の像が結像される。他の光路補正光
学系7、8、10も同様であり、それぞれ、光路補正光
学系7、8、10が受光する反射光は、受光fθレンズ
11、12、14及びPSD用レンズ15、16、18
を通り、PSD19、20、22に導かれる。
反射光は、微小ビーム光照射位置の高さに応じたPSD
上の位置に結像されるので、この時のPSD19、2
0、21、22からの電気的出力を用いて微小ビーム光
の照射位置の高さを求める。これらの4方向に配置され
たPSD19、20、21、22により測定されたデー
タに対して、後に述べる選択等の処理を行い、測定対象
物の表面状態に関わらず、正しい高さを計測することが
できる。
ビーム光照射光軸方向(略垂直方向)へ反射する反射光
は、投光fθレンズ5、ポリゴンミラー3、トンネルミ
ラー23、レンズ24、絞り25を介してフォトダイオ
ード26に導かれる。この際、垂直方向への反射光は、
投光fθレンズ5、レンズ24により集光され、この集
光された反射光をフォトダイオード26が受光する。ま
た、レンズ24とフォトダイオード26の間に設けられ
ている絞り25により前記微小ビーム光照射光軸方向の
反射光以外の光は遮断される。したがって、前記微小ビ
ーム光照射位置より前記微小ビーム光照射光軸方向へ反
射する反射光の光量のみが正しく計測できる。
1、22で1つの計測点に対して4方向より4つの輝度
データ及び高さデータが取得できる。4つの輝度データ
の選択方法としては、4つのデータの平均を求める方法
などがある。高さデータの選択処理方法としては、例え
ば、計測精度を保証できないデータを取り除き、残りの
データの平均を取る方法や、最大レベルのデータと最小
レベルのデータを取り除き、残りのデータの平均を取る
方法などがある。
ト基板6からの垂直方向への反射光を受光するので、半
田面の傾きが緩やかな時や半田がついていない時は、垂
直方向への反射光が多くなるので出力は大きくなり、逆
に半田面の傾きが急な時は、垂直方向への反射光が少な
くなるので出力は小さくなる。そこで4つのPSDによ
り半田面の高さを正しく測定できない場合は、フォトダ
イオード26の輝度情報を参照することができる。
と、予め基準となる実装済みプリント基板から得られて
記憶されている高さ及び輝度情報を比較して、実装済み
プリント基板の実装状態の良否を検査することができ
る。
場合、半田面が傾斜しているときは、PSDの検出精度
が悪くなり、正確な半田面の高さが求められない。そこ
でフォトダイオード26の出力より、半田面が平面であ
るのか、それとも斜面であるのかを区別することで、半
田の良、不良を判断している。しかしながらこのような
検査方法では、良品半田と不良半田の区別がつかないこ
とがある。
示している。(a)は良品、(b)は不良品を示す図で
あり、31はICリードを、32は半田を示している。
(a)、(b)ともにAからB、及びCからDまでは斜
面、BからCまでは平面である。上述のようにフォトダ
イオード26により平面、斜面の判断だけにもとづいて
半田の良、不良を区別しようとすると、AからBの間の
斜面では、(a)、(b)ともに同じ結果になり区別が
つかない。しかし斜面AからBまでの傾斜方向を求める
ことができると(a)と(b)の区別がつくようにな
る。
て説明する。図3は図1に示す検査装置のように、微小
ビーム光の照射位置から拡散する反射光を、互いに異な
る4つのPSDで受光する装置において、PSDの輝度
値より反射光の輝度重心位置ベクトルを算出する方法を
説明するものである。
を原点xyで示しており、4方向に配置されたPSD
1,PSD2,PSD3,PSD4と原点xyとの距離
は、それぞれのPSDの輝度を示している。点Pは輝度
重心位置、θは割付角、βはPSD1方向から輝度重心
位置Pまでの角度である。ωは主走査方向xから輝度重
心位置Pまでの角度(輝度重心位置ベクトルの方向)で
あり、このωが測定点xyの主走査方向を基準とした傾
斜方向を表している。
D2の輝度値、ch3をPSD3の輝度値、ch4をP
SD4の輝度値とし、aをch1とch3の合成値、b
をch2とch4とすると以下の式が成り立つ。
3、ch4で表すと以下のようになる。
式で表すことができる。
斜の程度を表しており、この値があるレベルより小さけ
れば平面と判定する。
を求めることで、測定点の傾斜方向と傾斜の程度を知る
ことができ、図2の(a)、(b)が判別でき良好な半
田検査を行うことができる。
方向は必要ないので、例えば、傾斜方向を4方向のみと
し、ωを0゜〜90゜、90゜〜180゜、180゜〜
270゜、270゜〜360゜で4値化すると簡単に検
査が行える。また、回転部品の場合には、この4値化の
しきい値を最も検査精度の良い方向に回転部品ごとに変
えることで、様々な方向に回転している部品(半田)の
検査も、精度よく簡単に行うことができる。
一例であり、輝度値の合成値を次のようにすることもで
きる。
位置からの反射光だけでなく、基板上の他の部品を反射
した光、いわゆる2重反射光も受光すると、PSD輝度
値が正確ではなくなり、よって輝度重心位置ベクトルを
求めることができなくなる。そこで本発明が特徴とす
る、2重反射を検出し、輝度重心位置ベクトルを補正す
る方法について以下に述べる。
る。図4は問題となる2重反射の説明図であり、33、
34は集光レンズ、35、36は半田である。投光の主
光線及び反射光の主光線を矢印付きの一点鎖線で表す。
半田36がなく2重反射が生じないときは、測定点Aの
傾斜方向はPSD3の方向であるため、PSD1の輝度
値よりもPSD3の輝度値の方が大きい。
射が生じると、PSD1、PSD3ともに、測定点Aか
らの反射光と2重反射点Bからの反射光を受光すること
となり、反射光の主光線がPSD1の方向に向いている
ため、PSD3の輝度値よりもPSD1の輝度値の方が
大きくなる。
の位置、いわゆる光量分布を示すものであり、図5
(a)はPSD1の光量分布、図5(b)はPSD3の
光量分布である。測定点Aからの反射光の分布を5A、
2重反射点Bからの2重反射光の光量分布を5Bで表し
ている。5CはPSDが検出する位置及び大きさであ
り、5Aと5Bの合成となる。
反射光が広がって受光されるために正確な基板表面の高
さを検出することはできないのではあるが、2重反射が
生じたときには、図4にも示すように、測定点Aからの
反射光と2重反射点Bからの反射光との光量分布は大き
く異なって検出される。このため5Cは、PSD1では
本来の測定点5Aの位置より高さの高い方向にずれて検
出され、PSD3では本来の測定点5Aの位置より高さ
の低い方向にずれて検出される。
で検出された5Cのばらつきは、2重反射のないときに
比べて大きいので、5Cのばらつきを検出することで2
重反射を生じていると判断することができる。具体的に
は、4つのPSDの高さの分散を求め、この分散値があ
る値以上であると2重反射を生じていると判断する方法
や、4つのPSDの高さの最大値と最小値の差がある値
以上であると2重反射を生じていると判断する方法など
がある。
重心位置ベクトル補正方法について述べる。半田面は光
沢面であるため、正反射方向の光量が極端に大きくなり
周辺光の光量は小さくなる。したがって、半田面が傾斜
している方向に一番近いPSDの輝度値が最大で他のP
SDの輝度値に比べかなり大きくなり、輝度重心位置は
PSD最大輝度値でだいたい決定される。図4に示した
ような2重反射が生じた場合は、本来ならPSD3の輝
度値が最大となるはずであるが、PSD1の輝度値が最
大となり最大輝度値のPSD方向が180゜変化するこ
とになる。以上より本来の傾斜方向は、ωに180゜加
えた方向となる。
6に示す。測定点Aで反射した拡散反射光の一部が半田
面Bでさらに反射して、PSD1、PSD3に入射す
る。PSD1、PSD3で点Aからの反射光のみを比べ
ると、PSD1とPSD3の輝度値はほぼ等しくなる
が、半田面Bからの反射光を比べると、半田面Bの傾き
が急になるほどPSD3の輝度値が大きくなり、PSD
1よりもPSD3の輝度値の方が大きくなる。このた
め、重心位置ベクトルの大きさを示すSの値が大きくな
り、点Aのプリント基板表面も傾斜していると判断され
てしまい、点Aの部分まで半田があるかのように見え、
半田が大きく認識されてしまう。この問題点を解消する
ために、フォトダイオード26の出力は半田斜面では小
さくプリント基板面では大きくなるので、輝度重心位置
ベクトルで斜面と判断されても、フォトダイオードの出
力が小さい場合は、輝度重心位置ベクトルを無視して平
面と判定する。
り輝度重心位置ベクトルを求め、測定点の傾斜方向を判
断し、さらに、2重反射が生じている場合は、これを検
出し、傾斜方向を補正することにより、正確な半田形状
を求めることができる。
PSD輝度値から輝度重心ベクトルを算出し、半田の傾
斜方向を求めたが、部品の回転方向が一定の場合は、4
つのPSDのうち最大輝度値のPSD方向に半田面が傾
斜していると判断して検査を行っても差し支えなく、こ
の場合も、同様な方法で2重反射を検出し傾斜方向を補
正できる。
が生じている場合においても、測定点の正しい傾斜方向
を検出し、半田の形状検査を精度よく行うことができ
る。
査装置の一構成図
ル算出方法の説明図
Claims (2)
- 【請求項1】実装済みプリント基板上を微小ビーム光に
より走査し、前記微小ビーム光の照射位置からの反射光
を互いに異なる複数の光電変換素子で受光して、前記複
数の光電変換素子で受光した光量をもとに、前記反射光
の反射方向を検出するようにした実装済みプリント基板
の検査装置において、 前記光電変換素子に半導体位置検出素子を用い、各半導
体位置検出素子の出力のばらつきを検出することによ
り、2重反射を 検出することを特徴とする実装済みプリ
ント基板の検査方法。 - 【請求項2】2重反射を検出した場合には、反射光の反
射方向から求めた微小ビーム光照射位置における傾斜方
向を補正することを特徴とする請求項1記載の実装済み
プリント基板の検査方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP27974093A JP3232821B2 (ja) | 1993-11-09 | 1993-11-09 | 実装済みプリント基板の検査方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP27974093A JP3232821B2 (ja) | 1993-11-09 | 1993-11-09 | 実装済みプリント基板の検査方法 |
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Publication Number | Publication Date |
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JPH07134011A JPH07134011A (ja) | 1995-05-23 |
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Family
ID=17615237
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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Country Status (1)
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---|---|---|---|---|
JP4493421B2 (ja) * | 2004-06-30 | 2010-06-30 | 株式会社リコー | プリント回路基板検査装置とプリント回路基板組み立て検査ラインシステムおよびプログラム |
JP2019100753A (ja) * | 2017-11-29 | 2019-06-24 | アンリツ株式会社 | プリント基板検査装置及びプリント基板検査方法 |
-
1993
- 1993-11-09 JP JP27974093A patent/JP3232821B2/ja not_active Expired - Fee Related
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