JPH02114156A

JPH02114156A - 実装基板検査装置

Info

Publication number: JPH02114156A
Application number: JP63268437A
Authority: JP
Inventors: Kazutoshi Iketani; 池谷　和俊; Kunio Sannomiya; 三宮　邦夫; Yukifumi Tsuda; 津田　幸文; Yuji Maruyama; 祐二丸山; Nobuhiro Araki; 信博荒木; Hirokado Toba; 鳥羽　広門
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1988-10-25
Filing date: 1988-10-25
Publication date: 1990-04-26
Anticipated expiration: 2010-07-05
Also published as: US4983827A; DE3935424A1; DE3935424C2; JPH0762654B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】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位置ずれ等
の実装不良を検査するだめの実装基板検査装置に関する
ものである。

従来の技術従来、プリント基板上に実装された部品の位置ずれ、欠
品や浮き等の不良の検査は人間による目視検前に頼って
いた。ところが製品の小型化や軽量化が進むにつれ、プ
リント基板上の部品の小型化や高密度実装化もより一層
進んできている。このような状況の中で、人間が高い検
査精度を保ちつつ非常に細かな部品の実装状態を、しか
も長時間検査し続けることは困難に近い作業である。そ
こで最近、検査の自動化が強く望まれている中で、二次
元的な部品の画像から部品の位置ずれ等を検査する装置
が提案されてきている。

その従来の一般的な検査装置を第６図に示す。

第６図において、６１はプリント基板、６２はプリント
基板６１上に実装された部品、６３はそれらを撮像する
ビデオカメラ、６４はビデオカメラ６３からの映像信号
をＡ／Ｄ変換して画像メモリに格納する画像取込回路、
６５は取込んだ画像から部品のエツジを検出するエツジ
検出回路、６６はエツジ情報から部品のコーナを検出す
るコーナ検出回路、６７は各部品のコーナの基準座標値
が格納されている基準データ格納メモリ、６８は検出さ
れたコーナの座標と基準座標値とから部品のずれ量を計
算するずれ量計算回路、６９は部品の許容ずれ量が格納
されている許容ずれ量格納メモリ、７０は算出されたず
れ量と許容ずれ量を比較し、部品の実装状態の良否を判
定する比較・判定回路である。

以下その動作を説明する。プリント基板６１上に実装さ
れた部品６２をビデオカメラ６３で撮像し、その映像信
号を画像取込回路６４でＡ／Ｄ変換し画像メモリに取込
む。その画像を用いてエツジ検出回路６５で部品６２の
エツジを検出し、そのエツジ情報からコーナ検出回路６
６で部品６２のコーナの座標値を検出する。この検出さ
れた各コーナの座標値とメモリ６７に格納されている部
品の基準座標値とを比較して、ずれ量計算回路６８で両
者のずれ量を計算する。そして、その算出された部品の
基準値からのずれ量と、メモリ６９に格納されているず
れの許容値上を比較・判定回路７０で比較し、部品のず
れや欠品等の実装状態の良否を判定している。

発明が解決しようとする課題しかし、従来例で示したような検査方法では、ビデオカ
メラで部品を撮像して、二次元的な情報を用いているた
め、例えば部品が半田付は不良等の原因で全体的に浮き
上がって実装されていたり、ＩＣの足が部分的に浮き上
がっている様な不良は検出できないという課題があった
。

本発明は以上のような三次元的な部品の浮きや傾斜等の
実装不良が検出できないことに鑑み、第１の目的は部品
の三次元的な高さデータを取得し、二次元的な位置ずれ
に加えて三次元的な実装不良をも検出できるようにする
ことである。また第２の目的は取得する三次元高さデー
タの精度を向上させることである。

課題を解決するだ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、
ｖ１４１に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ポリゴンミラ
ーとｆθレンズによりプリント基板上に走査するレーザ
光走査手段と、レーザ光の走査忙よりプリント基板上か
ら反射して得られる散乱光を、プリント基板とｆθレン
ズの間に設けた反射ミラーで反射させ、ｆθレンズと前
記ポリゴンミラーを介して反射させる散乱光反射手段と
、散乱光反射手段からの光を集光レンズで位置検出素子
にさらに集光し位置信号を出力する位置検出手段と、位
置検出手段からの位置信号により前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に変換
する演算をする画像演算処理手段と、画像演算処理手段
で演算された高さデータと予め定めた基準高さデータを
比較し、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から構成したものである。

また第２には、第１の構成手段に加えて、レーザ光の走
査面に対称な位置に更にひとつずつ、反射ミラーと位置
検出手段である集光レンズ及び受光素子を設け、追加し
た受光素子も含めた２つの受光素子からのそれぞれの位
置信号を高さデータに変換し、得られた２つの高さデー
タの平均値を測定高さデータとして出力する画像演算処
理手段とから構成したものである。

作　　　　用本発明は、第１に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
散乱光を反射ミラーで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し、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
ータを演算し、その実測高さデータと基準高さデータを
比較することにより、プリント基板上の部品の二次元的
（平面的）なずれの検査に加え、三次元的な部品の浮き
等の不良も簡便に検査できるものである。

また第２に、レーザ光の走査によるプリント基板からの
反射散乱光をレーザ光の走査面に対称な位置に配置した
１対の反射ミラーにより反射させ、同様に対称な位置に
配置した位置検出手段にそれぞれ散乱光を導き、それぞ
れの位置検出手段からの位置信号を画像演算処理手段に
より、それぞれ高さデータに変換し、変換された両高さ
データの平均値を測定高さデータとして判定に用いるこ
とにより、第１の構成手段で得た測定高さデータよりも
ノイズの影響を軽減でき、測定高さデータの精度を向上
させることができる。

実施例以下、第１図を参照しながら本発明の第１の実施例につ
いて説明する。

第１図は本発明の実装基板検査装置の第１の実施例を示
すブロック図である。第１図において、１はプリント基
板、２はプリント基板１上に実装されている部品、３は
プリント基板１を移動させる搬送手段、４はその移動方
向を示す矢印である。

５はレーザ光源、６はレーザ光源５からのレーザ光、７
はポリゴンミラー　８はレーザ光６をポリゴンミラー７
に導くための鏡、９はｆθレンズ、１０は散乱光集光手
段である反射ミラーである。

また位置検出手段として１１は集光レンズ、　１２は光
位置検出用の受光素子である。１３は受光素子１２から
の位置信号で、１４は画像演算処理手段として位置信号
１３からレーザ光６を照射した部位の高さデータに変換
する演算を行なう画像演算処理部、そして１５は判定処
理手段としてプリント基板１上の部品２の実装状態の良
否を判定する判定部である。

以下その動作を説明する。

部品２が実装されているプリント基板ｌを搬送手段３に
より矢印４の方向に移動させつつ、レーザ光源５からの
レーザ光６に対して３つの鏡８を用いて、回転している
ポリゴンミラー７に導き、ポリゴンミラー７とｆθレン
ズ９によりレーザ光６をプリント基板１上に垂直に照射
する。これにより、プリント基板１上にレーザ光６を２
次元的に全面走査する。

レーザ光６の走査によりブリント基板１上から反射して
くる散乱光を、検査対称体であるプリント基板１とｆθ
レンズ９との間に設けた反射ミラー１０で反射させ、ｆ
θレンズ９とポリゴンミラー７を介して、更に集光レン
ズ１１を通して、光位置検出用の受光素子１２上に集光
する。そして、受光素子１２からは、受光素子１２上の
どの位置に集光されたかを示す位置信号１３が出力され
、画像演算処理部１４に入力される。

画像演算処理部１４では、同期信号のタイミングで入力
された位置信号１３をプリント基板１及びプリント基板
１上に実装された部品２の高さデータに変換する演算を
行ない、実測高さデータを判定部１５へ出力する。判定
部１５では、画像演算処理部１４で演算された高さデー
タと予め定めておいた基準高さデータとを比較し、プリ
ント基板１上の部品２の実装状態の良否を判定する。

以上の動作を繰り返し、順次行なうことによりプリント
基板１上全面について検査を行なうことができる。本実
施例の場合、上記一連の動作はポリゴンミラー７の回転
にあわせた同期信号により同期をとることで実現してい
る。

以上の動作説明の中で、次の２点（■、■）について更
に詳しく図面を用いて説明する。

■　レーザ光の散乱光を集光することによる高さデータ
の取得原理及び反射ミラー１０の役割。

■　画像演算処理部１４及び判定部１５の構成。

まず、■については第２図を用いて説明する。

第２図は、本実施例の各構成要素の配置と高さデータ取
得原理を示す図である。第１図と同じ構成のプリント基
板１、実装部品２、レーザ光６、ポリゴンミラー７、ｆ
θレンズ９、反射ミラー１０、集光レンズ１１、受光素
子１２、位置信号１３については、第１図と同一の番号
を付して説明を省略する。

高さデータ取得原理の説明のために、位置検出手段であ
る集光レンズ１１、受光素子１２と同様の集光レンズ１
６及び受光素子１７を図のように仮想配置する。この時
、レーザ光６はポリゴンミラー７及びｆθレンズ９を通
って部品２上に照射され、部品２上で反射しだレーザ光
のうち集光レンズ１６で集光された光は受光素子１７上
に結像する。

この構成において、部品２の高さがＡ点１９．８点２０
．６点２１であった場合、集光された光の受光素子１７
上の結像位置は、それぞれ０点２２、８点２３．２点２
４と変化する。このように、レーザ光を照射した対象物
である部品の高さに応じてレーザ光の集光する位置が変
わり、この位置信号１８を測定することにより対象物の
高さ情報を得ることができる。

本発明においては、この原理により、ポリゴンミラー７
、　ｆθレンズ９、反射ミラー１０及び集光レンズ１１
を用いて、プリント基板１もしくは部品２上で反射した
散乱光を受光素子１２上に集光させ、受光素子１２から
の位置信号１３から対象物の高さ情報を得ている。即ち
、レーザ光６が例えばＡ点１９で散乱反射し、その散乱
光のうちの一部を反射ミラー１０で反射させ、　ｆθレ
ンズ９及びポリゴンミラー７に導き、ポリゴンミラー７
で再度反射した光を集光レンズ１１で集光し、受光素子
１２上の０点２５に結像させ位置信号１３を得ている。

この時反射ミラー１０は、対象物からの反射光のうちあ
る角度をもって反射した散乱光の一部を反射させ受光素
子１２へ導いているため、例えば６点２１で正反射した
ようなノイズ成分を多く含む光は８点２６方向へ反射さ
れ、受光素子１２へはもどらず、ノイズの少ない高さに
ついて、第３図を用いて詳しく説明する。

第３図は、画像演算処理部１４及び判定部１５の詳細ブ
ロック図である。画像演算処理部１４は、Ａ／Ｄコンバ
ータ３１　、位置演算回路３２、高さ変換回路３３及び
測定高さデータ格納メモリ３４で構成されており、判定
部１５は、基準高さデータ格納メモリ３５、減算回路３
６、基準しきい値格納メモリ３７及び判定回路３８で構
成されている。

以下その動作を説明する。

画像演算処理部１４では、受光素子１２からの位置信号
１３をＡ／Ｄコンバータ３Ｉでデジタル信号に変換し、
位置演算回路３２へ入力する。本実施例の場合受光素子
１２は、受光位置検出素子として受光部表面に抵抗層を
設け、素子の両端電極に流れる電流が受光位置と各電極
間との距離に反比例するものを用いた。従って位置信号
は、画電極に流れた電流を電圧値に変換した信号となる
。

そこで位置演算回路３２では、デジタル信号に変換され
た画電極の電圧値Ｖｌ、　Ｖ２を用いて、受光位置Ｐを
次式で演算している。

（但し、Ｋは任意の定数である。）位置演算回路３２で出力される受光位置は、高さ変換回
路３３で、第２図を用いて説明した高さデータ取得原理
に基づき、受光位置とその時の高さデータの関係から高
さデータに相当する値に変換される。高さ変換回路３３
で得られた高さデータ格納メモリ３４　に順次格納され
る。

判定部１５では、測定高さデータ格納メモリ３４からの
測定高さデータと基準高さデータ格納メモリ３５　から
の基準高さデータとを減算回路３６で減算し、その減算
値と基準しきい値格納メモリ３７からの基準しきい値を
判定回路３８で比較し、基準しきい値よりも減算値が小
さいか大きいかでその部位の高さデータの良／不良を判
定することかできる。

なお、基準高さデータは予め格納メモリに格納しておく
が、この基準高さデータは部品の設計値から作成するか
、もしくは良品基板の高さデータを実際に測定してその
値を基準高さデータとするか複数の良品基板の実測高さ
データを平均して、その平均値を基準高さデータとする
かの方法があるが、同じ部品でも設計値と実装状態での
プリント基板からの部品の高さとは必ずしも良く一致し
ないので良品基板の高さデータを用いて基準高さデータ
を作成する方法が望ましい。

以上の様に本実施例においては、ポリゴンミラｆθレン
ズ、反射ミラー、散乱光集光レンズ及び光位置検出素子
を基本構成要素として、プリント基板上から反射してく
る散乱光を反射ミラーを用いてｆθレンズ及びポリゴン
ミラーにもどし、ポリゴンミラーで反射した光を散乱光
集光レンズで受光素子上に集光させ、その集光位置情報
からレーザ光を照射した部位の高さ情報を得て、その高
さ情報と基準値とを比較することにより三次元的に部品
の実装状態を検査することができる。このように、二次
元的な位置情報の比較によっては検査できなかった三次
元的な部品の浮きや傾き、部分的なＩＣの足の浮き等も
検査できるようになり、測定高さデータと基準高さデー
タを比較することにより非常に簡便に部品の実装状態の
良否を判定することができる。

以下第４図を参照しながら本発明の第２の実施例につい
て説明する。

第４図は本発明の基板検査装置の第２の実施例を示すブ
ロック図である。第４図において、レーザ光の走査面に
対称な位置に更にひとつずつ、反射ミラー４１と位置検
出手段である集光レンズ４２及び受光素子４３を設け、
受光素子４３からの位置信号４４を画像演算処理部４５
へ入力している以外は、本発明の基板検査装置の第１の
実施例に示す第１図と同一の構成であるため、第１図と
同一の番号を付して説明は省略する。

以下その動作を説明する。

第１の実施例と同様に、部品２が実装されたプリント基
板１を搬送手段３により移動させつつ、レーザ光６をポ
リゴンミラー７に導きｆθ　レンズ９を通してプリント
基板１上に垂直に照射する。

レーザ光６の走査によりプリント基板１上から反射して
くる散乱光を、検査対象物であるプリント基板１とｒθ
　レンズ９との間において、レーザ光の走査面に対称な
位置に２つ設けた反射ミラー１０　、４１でそれぞれ反
射させ、ｆθレンズ９とポリゴンミラー７を介して、更
に反射ミラーと同様に対称な位置に設けた集光レンズ１
１　、４２及び受光素子１２　、４３へそれぞれ導いて
いる。そして受光素子１２　、４３からは位置信号１３
　、４４が出力され、画像演算処理部４５にそれぞれ入
力される。

画像演算処理部４５では、それぞれに入力された位置信
号１３　、４４を高さデータに変換する演算を行ない、
得られた２つの高さデータの平均値を測定高さデータと
して判定部１５へ出力する。判定部１５は、第３図に示
した第１の実施例の時の詳細ブロック図と同一の構成で
あって、測定高さデータと予め定めておいた基準高さデ
ータとを比較し、プリント基板ｌ上の部品２の実装状態
の良否を判定する。

以上の動作を繰り返し、順次行なうことにより、第１の
実施例と同様にプリント基板１上全面について検査を行
なうことができ、かつレーザ光の走査面に対し対称な位
置から散乱光を集光し高さデータを得、その両高さデー
タの平均をとっているためノイズを軽減でき、取得した
高さデータの精度を向上させることができる。

以上の動作の説明の中で、画像演算処理部４５について
更に詳しく図面を用いて説明する。第５図は、画像演算
処理部４５の詳細ブロック図であり、基本構成は第１の
実施例の時の第３図の構成と同一である。画像演算処理
部４５へ入力された位置信号Ａ１３　及びＢ４４　は、
それぞれＡ／Ｄコンバータ３１、位置演算回路３２及び
高さ変換回路３３を通って高さデータに変換される。得
られた両高さデータは平均回路５１で平均され、測定高
さデータ格納メモリ３４に格納される。そして、この格
納された高さデータは順次判定部へ送られる。

なお判定部１５で用いる基準高さデータは、本発明の第
１の実施例と同様に、良品基板の高さデータの実測値を
用いて作成する。

以上の様に本実施例においては、レーデ光の走査面に対
称な位置に反射ミラー１０　、４１及び位置検出手段１
２　、４３を設け、両位置検出手段からの位置信号を画
像演算処理部でそれぞれ高さデータに変換し、両高さデ
ータの平均値を測定高さデータとして出力することＫよ
り、本発明の第１の実施例の効果に加え、ノイズの影響
をも軽減でき、判定に用いる測定高さデータの精度を向
上させ、部品の実装状態の良否判定の精度を向上させる
ことができる。

発明の効果以上述べてきたように本発明の効果としては、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ポリゴンミラーとｆθレンズによ
りプリント基板上に走査するレーザ光走査手段と、プリ
ント基板とｆθ　レンズの間に設けた反射ミラーで、プ
リント基板上からの散乱光を反射させる散乱光反射手段
と、その散乱光を集光レンズで位置検出素子に集光し位
置信号を出力する位置検出手段と、位置信号から高さデ
ータに変換する画像演算処理手段と、高さデータと基準
高さデータを比較し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の構成により、人間の目
視検査に頼ることなく、また二次元的な位置情報では検
査できなかった三次元的な浮きや傾きに関する不良につ
いても検査できるようになシ、検査の自動化や作業効率
向上という多大な効果を得ることができる。

また反射ミラー及び位置検出手段をレーザ光走査面に対
し対称な位置に配置して、２方向より測定した高さデー
タの平均をとることにより、ノイズの影響を軽減するこ
とができ、測定した高さデータの精度を向上させること
ができる。

４、図面の簡単な説明　　　　　　　　　望襞第１図は
本発明の第１の実施例におけへ基板検査装置のブロック
結線図、第２図は同ｗＪ１の実施例の各構成要素の配置
及び高さデータ取得原理図、第３図は第１の実施例の要
部である画像演算処理結線図、第５図は同第２の実施例
の要部である画像演算処理部のブロック結線図、第６図
は従来の基板検査装置のブロック結線図である。

ｌ・−・プリント基板、２・・・部品、３・・基板搬送
手段、５・・・レーザ光源、７・・・ポリゴンミラー　
９・・・ｆθレンズ、１０・・・反射ミラー　１１・・
・集光レンズ、１２・・・位置検出用受光素子、１４・
・・画像演算処理部、１５・・判定部。

第　１　図Ｉｆ某′Ｊｅレズ代理人の氏名　弁理士　粟　野　重　孝　＃１か１名第図嘉図１２文悲子纂図ヂｊ定音声

Claims

【特許請求の範囲】

（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ポリゴンミラーと
ｆθレンズにより前記プリント基板上に走査するレーザ
光走査手段と、前記レーザ光の走査により前記プリント
基板上から反射して得られる散乱光を、前記プリント基
板と前記ｆθレンズの間に設けた反射ミラーで反射させ
、前記ｆθレンズと前記ポリゴンミラーを介して反射さ
せる散乱光反射手段と、前記散乱光反射手段からの散乱
光を集光レンズで位置検出素子にさらに集光し位置信号
を出力する位置検出手段と、前記位置検出手段からの位
置信号により前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をする画像演算処理
手段と、前記画像演算処理手段で演算された高さデータ
と予め定めた基準高さデータとを比較し、前記プリント
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
と具備する実装基板検査装置。
（２）反射ミラー及び位置検出手段を、それぞれレーザ
光の走査面に対称な位置に１組ずつ設け、画像演算処理
手段で、前記対称な位置に設けたそれぞれの位置検出手
段からの位置信号により、それぞれプリント基板及びプ
リント基板上に実装された部品の高さデータに変換し、
得られた２つの高さデータの平均値を測定高さデータと
して出力することを特徴とする請求項１記載の実装基板
検査装置。