JPH02216408A - 基板検査装置 - Google Patents

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〉 この発明は、基板上に実装された部品につきハンダ付け
の良否を検査するのに用いられる基板検査装置に関する
。

〈従来の技術〉 例えば基板上の表面実装部品につきその実装状態の良否
を検査するのに、従来は目視による検査が行われており
、殊にハンダ付け状態の良否は、ハンダの有無、！、溶
解性、短絡、導通不良などをこの目視検査で判定してい
る。ところがこのような目視検査では、検査ミスの発生
が避けられず、判定結果も検査する者によりまちまちで
あり、また検査処理能力にも限界がある。

そこで近年、この種の検査が自動的に行える自動検査装
置が各種提案された。

第７図は、３次元の形状情報を検出できる自動検査装置
の一例を示す。同図の装置は、レーザ光源からスリット
光１を基板２上のハンダ付け部位へ照射して、ハンダ付
け部位を含む基板２の表面に表面形状に沿って歪を受け
た光切断線３を生成するものである。この光切断線３の
反射光像は撮像装置４で過像され、その撮像パターンの
歪状態をチエツクすることにより、ハンダ付け部位の立
体形状が検出される。

ところがこの検査方法の場合、スリット光１が照射され
た部分の形状情報が得られるのみで、それ以外の部分の
立体形状を把握するのは困難である。

この問題を解消する方法として、ハンダ付け部位の表面
へ入射角が異なる光を照射してハンダ付け部位の各反射
光像のパターンを撮像することにより、ハンダ付け部位
が有する曲面要素の配向性を検出するという方法が存在
している。

この方法は、一定パターンの光束を検査対象に当てたと
き、その反射光束のパターンが検査対象の立体的形状に
応じた変形を受けることに着目したもので、その変形パ
ターンから検査対象の形状を推定するというものである
。

第８図は、この方法の原理説明図であり、投光部５と撮
像部６とから成る検出系と、検査対象であるハンダ付け
部位７との位置関係を示している。

同図において、投光部５よりハンダ付け部位７の表面へ
入射角ｉで光束８を投光すると、角度ｉ’　　（＝ｉ）
の反射光束９が真上位置の撮像部６に入射して検出され
る。これにより前記光束８で照明されたハンダ付け部位
７の曲面要素は基準面１０に対してｉの角度をなして配
向していることが検出されたことになる。従って異なる
方向に配向する多数の曲面要素から成るハンダ付け部位
７に対して、入射角が異なる複数の投光装置による投光
を行えば、それぞれの入射角に対応する曲面要素の群が
撮像部６により検出され、これによりハンダ付け部位７
の各曲面要素がそれぞれどんな配向をしているか、すな
わちハンダ付け部位の表面性状がどのようであるかを検
出できる。

また投光部５が、入射角がｉ＋Δｉから１−Δｉまで２
Δｉの幅をもつ光束８を投光するならば、その幅に対応
した幅を有する反射光束９が撮像部６により検出される
ことになる。すなわちこの場合は、基準面１０となす（
頃斜角がｉ十Δｉからｉ−Δｉまでの幅の角度をもつ曲
面要素を検出できることになる。

さらに投光部５が、第９図に示す如く、基準面１０に対
して水平に設置された円環状の光源であれば、ハンダ付
け部位７の表面が基準面１゜に垂直な軸に対してどのよ
うな回転角をもっていても、投光部５とハンダ付け部位
７との距離は一定であり、曲面要素の回転角方向の配向
性は消去されるので、基準面１ｏとなす傾斜角だけが検
出されることになる。

またこの第９図に示すように、投光部５をハンダ付け部
位７への入射角が異なる複数の円環状光源１１，１２．
１３をもって構成すれば、各光源による光束１４．１５
．１６の入射角に対応した配向をもつ曲面要素がそれだ
け詳細に検出できることは前述したとおりである。

いま半径がｒ、、（ただしｎ＝Ｌ２．３　）の３個の円
環状の光源１１．１２．１３を基準面１゜に対して高さ
ｈ　ｎ　　（ｎ　＝１＋２＋３　）の位置に水平に設置
すれば、ハンダ付け部位７への各光束１４．１５．１６
の入射角はそれぞれｉ、　　（ｎ＝１．２．３　）とな
り、ハンダ付け部位７における傾斜角がそれぞれ量、で
ある各曲面要素を撮像部６により検出することができる
。このとき各光源１１，１２．１３からハンダ付け部位
７の表面を経て撮像部６に至る全光路長に比して曲面要
素の大きさが十分に小さいので、次式により入射角、す
なわち検出しようとする曲面要素の傾斜角を定めればよ
い。

上記の原理に基づきハンダ付け部位の外観を検査する方
法として、前記の各光源１１，１２゜１３に白色光源を
用いたものが提案されている（時開８４６１−２９３６
５７号）。この検査方法においては、ハンダ付け部位に
対する入射角の異なる３個の光源１１．１２．１３によ
る反射光像を相互に識別するために、それぞれ光源１１
゜１２．１３を時間的に異なったタイミングで点灯させ
、また消灯させている。

〈発明が解決しようとする問題点〉 しかしながらこのような基板検査装置の場合、ハンダ付
け部位の表面が緩やかな斜面であるときは、その反射光
は上向きとなって撮像部６へ導かれるが、ハンダ付け部
位の表面が急峻な斜面（基板表面に対して４５°以上の
角度）であるときは、その反射光は撮像部６に入射せず
、ハンダ付け部位の性状検査が困難となる。

この発明は、上記問題に着目してなされたもので、第２
の撮像部を付加して急峻なハンダ付け部位についてもそ
の検査を可能となすことにより、ハンダ付け部位の表面
の角度を問わず性状検査が可能な基板検査装置を提供す
ることを目的とする。

〈問題点を解決するための手段〉 上記目的を達成するため、この発明では、基板上の実装
部品につきハンダ付け部位の性状を検査するのに、前記
部品に対し白色光を照射するための円環状光源を含む投
光部と、前記検査部位の表面からの反射光像を部品の真
上位置の円環状光源の中心線上で撮像するためのモノク
ロカメラを含む第１の撮像部と、前記検査部位の表面か
らの反射光像を部品の周囲位置で撮像するためのモノク
ロカメラを含む第２の撮像部と、第１．第２の各撮像部
で得た撮像パターンによりハンダ付け部位の性状を検出
してハンダ付）すの良否を判定する判定処理部とで基板
検査装置を構成することにしている。

また請求項２に記載の発明では、ハンダ付け部位のより
詳しい情報を得るため、投光部を構成する円環状光源を
複数個とし、各光源を時系列的に瞬時動作させて部品に
対し異なる入射角で照射すると共に、その照射タイミン
グに対応して第１．第２の各撮像部で得た画像を判定処
理部に取り込むことにしている。

く作用〉 基板上の実装部品に対し円環状光源から白色光が照射さ
れると、ハンダ付け部位の表面が緩やかな斜面であると
きは、その白色光は上方へ反射して、その反射光像が第
１の撮像部により検出される。

一方、ハンダ付け部位の表面が急峻な斜面であるときは
、白色光は側方へ反射し、その反射光像は第２の各撮像
部におけるいずれかモノクロカメラにより検出されるこ
とになる。

この場合に、投光部が時系列的に瞬時動作する複数個の
円環状光源により構成してあれば、ハンダ付け部位のよ
り詳しい角度情報が得られ、高精度な基板検査が可能と
なる。

従ってこの発明によるとき、ハンダ付け部位の表面が、
緩やかな斜面であっても、急峻な斜面であっても、自動
検査が可能である。

〈実施例〉 第１図および第２図は、この発明の一実施例にかかる基
板検査装置の原理を示すもので、１個の円環状光源２８
を基準面５２に対して所定の高さ位置に水平配置して成
る投光部２４と、この円環状光源２８の中心線４５上で
あって被検査部品２１Ｔの真上に位置させた１台のモノ
クロテレビカメラ３２より成る第１の撮像部２５と、被
検査部品２１Ｔを中心としてその周囲の９０度等角度の
各位置に合計４台のモノクロテレビカメラ５３〜５６を
配置して成る第２の撮像部５７とから検出系が構成され
ている。

前記投光部２４の円環状光源２８は、部品２１Ｔに対し
て白色光を照射するためのもので、第１の撮像部２５に
おけるモノクロテレビカメラ３２では前記光源２８によ
る光束４６の入射角に対応した配向をもつ緩やかな傾斜
の曲面要素の検出が可能であり、また第２の撮像部５７
におけるモノクロテレビカメラ５５では前記光源２８に
よる光束４７の入射角に対応した配向をもつ急峻な傾斜
の曲面要素の検出が可能である。なお図示例においては
、第２の撮像部５７の他のモノクロテレビカメラ５３，
５４．５６は同図の曲面要素の検出には関与していない
。

第３図は、上記検出系が用いられた基板検査装置の全体
構成を示している。

この基板検査装置は、基準基板２０３をｊ最像して得ら
れた前記基準基板２Ｏ３上にある各部品２ＬＳの検査領
域の特徴パラメータ（判定データ）と、被検査基板２０
Ｔを撮像して得られた前記被検査基板２ＯＴ上にある各
部品２１Ｔの検査領域の特徴パラメータ（被検査データ
）とを比較して、これらの各部品２１Ｔが正しく実装さ
れかつハンダ付けされているかどうかを検査するための
ものであって、Ｘ軸テーブル部２２、Ｙ軸テーブル部２
３．投光部２４．第１の撮像部２５．第２の撮像部５７
２判定処理部２６などをその構成として含んでいる。

Ｘ軸テーブル部２２およびＹ軸テーブル部２３は、それ
ぞれ判定処理部２６からの制御信号に基づいて動作する
モータ（図示せず）を備えており、これらモータの駆動
によりＸ軸テーブル部２２が第１の撮像部２５をＸ方向
へ移動させ、またＹ軸テーブル部２３が基板２Ｏ３，２
０Ｔを支持するコンベヤ２７をＹ方向へ移動させる。

これら基板２０３，２０Ｔは、投光部２４からの照射光
を受けつつ第１．第２の各撮像部２５．５７により撮像
される。

投光部２４は、判定処理部２６からの制御信号に基づき
白色光を発生して検査対象へ所定の入射角で照射するた
めの円環状光源２８を備えており、この光源２８を発し
た白色光により前記基板２Ｏ３，２０’ｒへの投光を施
して、その反射光像を第１．第２の各撮像部２５５７で
得て電気信号に変換する。

つぎに第１の撮像部２５は、前記投光部２４の上方で前
記光源２８の中心線上に位置させたモノクロテレビカメ
ラ３２を備えており、前記基板２Ｏ３または２０Ｔから
の上方への反射光はこのモノクロテレビカメラ３２によ
ってビデオ信号に変換されて判定処理部２６へ供給され
る。

また第２の撮像部５７は、基板２Ｏ３または２０Ｔを中
心とするその周囲四方に位置させた合計４台のモノクロ
テレビカメラ５３，５４゜５５．５６を備えており、前
記基板２Ｏ３または２０Ｔからの側方への反射光はその
方向に位置するモノクロテレビカメラによってビデオ信
号に変換されて判定処理部２６へ供給される。

判定処理部２６は、Ａ／Ｄ変換部３３．メモリ３８．テ
ィーチングテーブル３５２画像処理部３４２判定部３６
．Ｘ、Ｙテーブルコントローラ３７．撮像コントローラ
３１．ＣＲ７表示部４１．プリンタ４２．キーボード４
０．フロッピディスク装置４３．制御部（ＣＰＵ）３９
などから構成されるもので、ティーチングモードのとき
、基準基板２Ｏ３より各部品２１　Ｓの実装位置、実装
部品の種別や実装方向および。

検査領域を検出すると共に、基準基板２Ｏ３についての
ビデオ信号を処理しハンダ付け状態が良好な各部品２１
Ｓの検査領域にっき撮像パターンを検出して特徴パラメ
ータを生成し、判定データファイルを作成する。また判
定処理部２６は、検査モードのとき、被検査基板２０Ｔ
についてのビデオ信号を処理し基板上の各部品２１Ｔの
検査領域につき同様の撮像パターンを検出して特徴パラ
メータを生成し、被検査データファイルを作成する。そ
してこの被検査データファイルと前記判定データファイ
ルとを比較して、この比較結果から被検査基板２ＯＴ上
の所定の部品２１Ｔにつきハンダ付け部位の良、不良を
自動的に判定する。

Ａ／Ｄ変換部３３は前記第１．第２の各撮像部２５．５
７からビデオ信号が供給されたときに、これをアナログ
・ディジタル変換して制御部３９へ出力する。メモリ３
８はＲＡＭなどを備え、制御部３９の作業エリアとして
使われる。

画像処理部３４は制御部３９を介して供給された画像デ
ータを画像処理して前記被検査データファイルや判定デ
ータファイルを作成し、これらを制御部３９や判定部３
６へ供給する。

ティーチングテーブル３５はティーチング時に制御部３
９から判定データファイルが供給されたとき、これを記
憶し、また検査時に制御部３９が転送要求を出力したと
き、この要求に応じて判定データファイルを読み出して
、これを制御部３９や判定部３６などへ供給する。

判定部３６は、検査時に制御部３９から供給された判定
データファイルと、前記画像処理部３４から転送された
被検査データファイルとを比較して、その被検査基板２
０Ｔにつきハンダ付け状態の良否を判定し、その判定結
果を制御部３９へ出力する。

撮像コントローラ３１は、制御部３９と投光部２４およ
び第１．第２の各撮像部２５．５７とを接続するインタ
ーフェースなどを備え、制御部３９の出力に基づき投光
部２４の光源２８の光量や第１．第２の各撮像部２５．
５７のモノクロテレビカメラ３２．５３〜５６のビデオ
出力を調整するなどの制御を行う。

Ｘ、Ｙテーブルコントローラ３７は制御部３９と前記Ｘ
軸テーブル部２２およびＹ軸テーブル部２３とを接続す
るインターフェースなどを備え、制御部３９の出力に基
づきＸ軸テーブル部２２およびＹ軸テーブル部２３を制
御する。

ＣＲ７表示部４１はブラウン管（ＣＲＴ）を備え、制御
部３９から画像データ、判定結果、キー人力データなど
が供給されたとき、これを画面上に表示する。プリンタ
４２は制御部３９から判定結果などが供給されたとき、
これを予め決められた書式（フォーマット）でプリント
アウトする。キーボード４０は操作情報、基準基板２０
３や被検査基準２０Ｔに関するデータなどを入力するの
に必要な各種キーを備えており、このキーボード４０か
ら入力された情報やデータなどは制御部３９へ供給され
る。

制御部３９は、マイクロプロセッサなどを備えており、
以下に述べる手順（第４図および第５図）に沿ってティ
ーチングおよび検査における動作を制御する。

まずティーチングに際して、制御部３９は、第４図のス
タート時点において、装置各部を制御して投光部２４や
第１．第２の各撮像部２５゜５７をオンし、また撮像条
件やデータの処理条件を整える。つぎにオペレータは、
キーボード４０を操作して、ステップ１（図中ｒｓＴＩ
Ｊで示す）で教示対象とする基板名の登録を行い、また
基板のサイズをキー人力した後、つぎのステップ２で、
基準基板２０　Ｓ＠Ｙ軸テーブル部２３上にセットして
スタートキーを押操作する。

そしてステップ３でその基準基板２０Ｓの原点と右上お
よび左下の各角部資第１の撮像部２５にて撮像させて各
点の位置により実際の基板２０Ｓのサイズを入力した後
、制御部３９は入力データに基づきＸ軸テーブル部２２
およびＹ軸テーブル部２３を制御して基準基板２Ｏ３を
初期位置に位置出しする。

前記基準基板２０Ｓは、部品実装位置に所定の部品２１
Ｓを適正にハンダ付けして良好な実装状態が形成された
ものであって、この基準基板２０Ｓが初期位置に位置決
めされると、つぎのステップ４で第１の撮像部２５が基
準基板２Ｏ３上の領域を順次撮像して、部品の実装位置
や実装部品の種別などを教示してゆく。

かくして部品位置および種別の教示手順が完了すると、
つぎのステップ６において、この基準基板２Ｏ３を用い
て全ての部品につき検査領域を設定するための教示手順
を次々に実行する。

この検査領域設定のための教示が完了すると、つぎに特
徴パラメータの教示手順へ移行する。

まずステップ６で制御部３９の基板枚数計数用のカウン
タｎに「１」が初期設定された後、つぎのステップ７で
オペレータが、１枚目の基準基板２０３をＹ軸テーブル
部２３上にセットして、キーボード４０のスタートキー
を押操作すると、ステップ１５において、制御部３９は
先の教示で得られた部品位置データに基づきＸ軸テーブ
ル部２２およびＹ軸テーブル部２３を制御して、カラー
テレビカメラ３２．５３〜５６の視野を順次各部品に位
置決めして撮像を行わせる。

それぞれの撮像動作で得られたビデオ信号はＡ／Ｄ変換
部３３でＡ／Ｄ変換され、その変換結果はメモリ３８に
リアルタイムで記憶される。

ついで制御部３９は、先の教示で得られた各部品の検査
領域内の各ランド領域を抽出した後、前記メモリ３８よ
り画像データを画像処理部３４へ転送させ、この画像処
理部３４にて画像データを適当なしきい値で２値化する
などして、各ランド部の正常なハンダ付け状態を撮像パ
ターンとして検出し、さらにこれらパターンの特徴を特
徴パラメータとして算出する。

１枚目の基準基板２０３につき各部品毎に複数種の特徴
パラメータの抽出が完了すると、その基板が搬出された
後、前記カウンタｎが１加算されて２枚目の基準基板２
Ｏ３が指定され（ステップ１０）、前記と同様の手順で
特徴パラメータの抽出処理が実行される。

このようにして所定枚数（ｎ枚）の基準基板２０３につ
き特徴パラメータの抽出処理が終了すると、ステップ９
の判定が“ＹＥＳ”となってステップ１１へ進む。ステ
ップ１１では、制御部３９は、各部品についての平均的
な特徴量を得るため、ｎ枚の基準基板２０３についての
各特徴パラメータを統計処理して平均値データを得、こ
の平均値データに基づき判定データファイルを作成して
、これをティーチングテーブル３５に記憶させ、必要に
応じてデータの修正を施してティーチングを終了する。

以上でティーチングが完了すると、この基板検査装置は
ハンダ付け後の被検査基板２０Ｔの自動検査が可能な状
態となる。

かくしてオペレータは、第５図に示す検査モードに移行
し、ステップ１，２で検査すべき基板上を選択して基板
検査の開始操作を行うことになる。

つぎのステップ３は、基板検査装置への被検査基板２０
Ｔの供給をチエツクしており、”’ＹＥＳ”の判定でコ
ンベヤ２７が作動して、Ｙ軸テーブル部２３に被検査基
板２０Ｔが搬入され、基板検査が開始される（ステップ
４．５）。

ステップ５において、制御部３９はＸ軸テーブル部２２
およびＹ軸テーブル部２３を制御して、被検査基板上の
１番目の部品２１Ｔに対しカラーテレビカメラ３２．５
３〜５６の視野を位置決めして撮像を行わせ、検査領域
内の各ランド領域を自動抽出すると共に、各ランド領域
の特徴パラメータを算出して、被検査データファイルを
作成する。ついで制御部３９は、前記被検査データファ
イルを判定部３６に転送させ、この被検査データファイ
ルと前記判定データファイルとを比較させて、１番目の
部品２１Ｔにつきハンダ付けの良否を判定させる。

このような検査が被検査基板２ＯＴ上の全ての部品２１
Ｔにつき繰り返し実行され、その結果、ハンダ付け不良
があると、その不良部品と不良内容とがＣＲＴ表示部４
１に表示され或いはプリンタ４２に印字された後、被検
査基板２０Ｔは検査位置より搬出される（ステップ７゜
８）。

かくして同様の検査手順が全ての被検査基板２０Ｔにつ
き実行されると、ステップ９の判定が“ＹＩＥＳ”とな
って基板検査が完了する。

第６図は、基板検査装置における検出系の他の実施例を
示している。

同図の実施例は、投光部２４として異なる径をもつ３個
の円環状光源２８，２９．３０を中心線を一致させて異
なる高さ位置に水平配備して構成されたもので、各光源
２Ｂ、２９．３０を時系列的に瞬時動作（ストロボ発光
動作）させて、部品２１Ｓ、２１Ｔに対し異なる入射角
にて白色光を照射している。その結果、第１゜第２の各
撮像部２５．５７は、各光源による照射タイミングに対
応して部品２１Ｓ、２１Ｔの画像を生成し、それぞれ画
像が判定処理部２６に順次取り込まれて処理されること
になる。

この第２の実施例によるとき、第１の実施例と比較して
、ハンダ付け部位につより詳しい角度情報を得ることが
でき、高精度の基板検査が可能である。

なお、第２の実施例についても判定処理部２６の構成や
ティーチング、検査の各手順は第１の実施例と同様であ
り、ここではその説明を省略する。

〈発明の効果〉 この発明は上記の如く構成したから、たとえハンダ付け
部位の表面が急峻であっても、第２の撮像部により反射
光像を生成できるため、ハンダ付け部位の表面の角度を
問わず、全てのハンダ付け部位の自動検査が可能となる
。

またこの発明の装置は、第１．第２の各撮像部をモノク
ロテレビカメラで構成したから、設備費用が安価であり
、その実用化が容易である。

さらに投光部を複数個の円環状光源で構成すれば、ハン
ダ付け部位につき詳しい角度情報が得られて、高精度の
基板検査が可能となるなど、幾多の顕著な効果を奏する
。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例にかかる基板検査装置の原
理説明図、第２図はこの発明の基板検査装置におけるカ
メラ配置を示す平面図、第３図はこの発明の一実施例に
かかる基板検査装置の全体構成を示す説明図、第４図は
ティーチングの手順を示すフローチャート、第５図は検
査の手順を示すフローチャート、第６図はこの発明の他
の実施例を示す説明図、第７図は従来の自動検査装置を
示す原理説明図、第８図および第９図は自動検査装置の
原理を示す原理説明図である。 ２０Ｔ・・・・基板　　　　２１Ｔ・・・・部品２４・
・・・投光部　　　　２５・・・・第１の撮像部２６・
・・・判定処理部 ２８〜３０・・・・円環状光源 ３２・・・・モノクロテレビカメラ ５３〜５６・・・・モノクロテレビカメラ５７・・・・
第２の撮像部−

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）基板上の実装部品につきハンダ付け部位の性状を
   検査するための基板検査装置において、前記部品に対し
   白色光を照射するための円 環状光源を含む投光部と、 前記検査部位の表面からの反射光像を部品 の真上位置の円環状光源の中心線上で撮像するためのモ
   ノクロカメラを含む第１の撮像部と、 前記検査部位の表面からの反射光像を部品 の周囲位置で撮像するためのモノクロカメラを含む第２
   の撮像部と、 第１，第２の各撮像部で得た撮像パターン によりハンダ付け部位の性状を検出してハンダ付けの良
   否を判定する判定処理部とを備えて成る基板検査装置。
2. （２）基板上の実装部品につきハンダ付け部位の性状を
   検査するための基板検査装置において、前記部品に対し
   入射角を違えて白色光を時 系列的に瞬時照射するための複数個の円環状光源を含む
   投光部と、 前記検査部位の表面からの反射光像を部品 の真上位置の各円環状光源の中心線上で撮像するための
   モノクロカメラを含む第１の撮像部と、 前記検査部位の表面からの反射光像を部品 の周囲位置で撮像するためのモノクロカメラを含む第２
   の撮像部と、 前記の各光源による瞬時照射の各タイミン グに対応して第１，第２の各撮像部で得た画像を取り込
   んでその撮像パターンによりハンダ付け部位の性状を検
   出してハンダ付けの良否を判定する判定処理部とを備え
   て成る基板検査装置。