JPH03175309A - 曲面性状検査装置 - 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、表面の曲面性状が異なる方向に配向してい
る多数の曲面要素の集合より成る曲面体につき、各曲面
要素の配向性を検出するのに通用される曲面性状検査装
置に関連し、殊にこの発明は、基板上に実装された部品
につき、そのハンダ付は部分の形状などを検査するのに
好適な曲面性状検査装置に関する。

〈従来の技術〉 多配向性曲面をもつ曲面体として、基板上に実装された
部品におけるハンダ付は部位の表面形状がその代表例に
挙げられる。従来このハンダ付は部位は、目視検査によ
り検査されており、ハンダ付は状態の良否、すなわちハ
ンダの有無。

量、溶解性、短絡、導通不良などがこの目視検査によっ
て判定されている。

ところがこのような目視検査による方法では、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、この種の検査を自動的に行うことができる
自動検査装置が各種提案されている。

ところでハンダ付は部位の表面形状は、３次元の拡がり
をもつ立体形状であって、これを検査するには、３次元
の形状情報を検出できることが不可欠の条件となる。

第３図はこの条件を満たす自動検査装置の一例を示すも
のであり、レーザなどの光源から板状をなすスリット光
１を基板２上のハンダ付は部位へ照射している。このス
リット光１の照射により、ハンダ付は部位を含む基板２
の表面には、立体形状に沿って歪を受けた光切断ｌｌＡ
３が生成されるもので、その光切断線３の反射光像を撮
像装置４で撮像して、その撮像パターンの歪状態をチエ
ツクすることにより、“ハンダ付は部位の立体形状を検
出する。

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あって、それ以外の
部分の立体形状を把握することは困難である。

この問題を解消する方法として、ハンダ付は部位の表面
へ入射角が異なる光を照射してハンダ付は部位の各反射
光像のパターンを撮像することにより、ハンダ付は部位
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４図は、この方法の原理説明図であり、光源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は部
位７との位置関係を示している。

同図において、光源５よりハンダ付は部位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は部位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は部位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は部位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
ちハンダ付は部位の表面性状がどのようであるかを検出
できる。

また光源５が、入射角がｉ＋Δｉからｉ−Δｉまで２Δ
ｉ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となす傾斜
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。

さらに光源５が、第５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、ハンダ付は
部位７の表面が基準面１０に垂直な軸に対してどのよう
な回転角をもっていても、光源５とハンダ付は部位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１０となす傾斜角だけが検出さ
れることになる。

またこの第５図に示すように、光源５をハンダ付は部位
７への入射角が異なる複数の円環状光源１１，１２．１
３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ｒｌｌ　　（ただしｎ＝１．２．３　）の３
個の円環状の光源１１，１２．１３を基準面１０に対し
て高さｈｔｉ　　（ｎ＝１．２．３　）の位置に水平に
設置すれば、ハンダ付は部位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、ハンダ付は部位７における傾斜角がそれぞれ１
７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からハンダ付は
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１頃斜角を定め
ればよい。

上記の原理に基づきハンダ付は部位の外観を検査する方
法として、前記の各光源１１．１２１３に白色光源を用
いたものが提案されている（特開昭６Ｌ２９３６５７号
）。この検査方法においては、ハンダ付は部位に対する
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１工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。

ところがこの方法では、異なる投光タイミングで得た各
画像を貯蔵するためのメモリや、これら画像を同一視野
像として演算処理するための演算装置や、各発光体を瞬
間的に点灯動作させるための点灯装置などが必要であり
、技術面での煩雑さが多く、またそれがコスト面や信顛
性の面で問題となる。

そこでこのタイム・シェアリング方式の課題を一挙に解
消するため、この発明の発明者は、先般、新たな基板検
査装置を提案した。この基板検査装置は、その詳細は後
述するが、ハンダ付は部位の表面へ異なる色相光を入射
角を違えて照射するための投光部と、ハンダ付は部位の
表面からの反射光像を部品の真上位置で各色相側に撮像
する撮像部と、この撮像部で得た撮像パターンよりハン
ダ付は部位の有する各曲面要素の性状を検出してハンダ
付けの良否を判定する処理部とで構成されるもので、前
記投光部には、例えば赤色光、緑色光、青色光をそれぞ
れ発生する３個の円環状光源が用いである。

また前記撮像部には、赤、緑、青の三原色の加法混合を
原理とする通常のカラーテレビカメラが用いられており
、内蔵する三色分解光学系により入射光を三原色に分解
した上で各色の光量を検出している。このようなカラー
テレビカメラの三色分解光学系の色分解特性は、第６図
に示すような分光スペクトルパターンを有し、赤色、緑
色、青色の各分光スペクトルパターン（Ｒ）　（Ｇ）　
（Ｂ）がそれぞれ１００　ｎ１ｍの帯域幅をもつ上、各
帯域の相接する領域で相互に重畳している。

上記の基板検査装置によれば、ハンダ付は部位に対し異
なる入射角をもって各光源から赤色光、緑色光、青色光
を照射すると、ハンダ付は部位の表面からの赤色、緑色
、青色の各反射光像がその真上位置の撮像部により同時
に分離して検出される。

第７図は、ハンダ付けが良好であるとき、部品が欠落し
ているとき、ハンダ不足の状態にあるときのそれぞれハ
ンダ４４の断面形態と、各場合の撮像パターン、赤色パ
ターン、緑色パターン、青色パターンとの関係を一覧表
で示したものであり、いずれか色相パターン間には明確
な差異が現われるため、部品の有無やハンダ付けの良否
が判定できることになる。

〈発明が解決しようとする問題点〉 しかしながら前記カラーテレビカメラの三色分解光学系
の色分解特性は、各色相光の分光スペクトルパターンが
相互に重畳する波長領域を有するため、このカラーテレ
ビカメラで撮像される各色相パターンは第７図に示すよ
うな理想形態とはならず、実際には第８図に示すような
色相パターンとなる。

第８図中、点線で囲まれた領域が、第７図の理想パター
ンに追加された領域である。この追加領域は前記重畳す
る波長領域（第６図に示す）に起因して混入したパター
ンであって、この種の基板検査にとって有害な画像信号
、すなわち各色相に相当するハンダ付は部位の配向角度
以外の配向角度をもつハンダ付は部位について相当する
配向角度をもつものと誤って自動判定させてしまう画像
信号となるものである。

この発明は、上記問題に着目してなされたもので、理想
形態の各色相パターンが得られるよう撮像部の構成を工
夫することにより、良質な立体形状情報を得られて高精
度の検査を実現できる新規な曲面性状検査装置を提供す
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、曲面体の表面
へ入射角が異なる赤色光、緑色光。

青色光を照射するための円環状光源と、曲面体の表面か
らの反射光を各色相別に撮像するための撮像手段と、撮
像手段で得た撮像パターンより曲面体の有する各曲面要
素の性状を検出する処理手段とで曲面性状検査装置を構
成すると共に、前記撮像手段には、赤色、緑色、青色の
各色相光の分光スペクトルパターンが相互に重畳する波
長領域が存在しないような分光手段を具備させるように
した。

く作用〉 撮像手段は、赤色、緑色、青色の各色相光の分光スペク
トルパターンが相互に重畳する波長領域が存在しないよ
うな分光手段を備えているので、この撮像手段で得られ
る各色相パターンは第７図に示すような理想形態となる
。このため誤判定の要因となる有害な画像信号は発生せ
ず、曲面性状の検査精度が向上する。

〈実施例〉 第１図は、この発明の一実施例にかかる基板検査装置の
概略構成を示している。

図示例の基板検査装置は、位置決め基板２０３を撮像し
て得られた前記位置決め基板２Ｏ３上にある各部品２１
Ｓの検査領域のパラメータ（判定データ）と、被検査基
Ｆｉ、２０Ｔを撮像して得られた前記被検査基板２０Ｔ
上にある各部品２１Ｔの検査領域のパラメータ（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２３．投光部２４゜撮像部２５．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２０Ｓ、２０Ｔ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
を受けつつ撮像部２５により撮像される。

投光部２４は、処理部２６からの制御信号に基づき赤色
光、緑色光、青色光をそれぞれ発生して検査対象へ異な
る入射角で照射するための３個の円環状光源２Ｂ、２９
．３０を備えており、これら光源２Ｂ、２９．３０を発
した三原色光の混合した光により前記基板２０３，２０
Ｔを投光して、その反射光像を撮像部２５で得て電気信
号に変換する。この実施例の場合、前記の各党ａ２８．
２９．ａｏは白色光源に赤色。

緑色、青色の各フィルタを被せた構造のものを用いてい
るが、三原色の各色相光を発生させるものであれば、こ
のような構成に限られないことは勿論である。

またこの投光部２４は、その照明下で基板２Ｏ３，２Ｏ
Ｔ上の部品に関する情報（部品番号、極性、カラーコー
ドなど）や基板パターン情報（種々のマークなど）を検
出することを可能となすため、各党１６２Ｂ、２９．３
０が発する各色相の光が混色されると完全な白色光とな
るような工夫を施しである。すなわち各光源２８．２９
．３０は、混色により白色光となるような対波長発光エ
ネルギー分布を有する赤色光スペクトル、緑色光スペク
トル、青色光スペクトルの光を発する発光体をもって構
成すると共に、各光源２８，２９．３０から照射された
赤色光、緑色光、青色光が混色して白色光となるように
、撮像コントローラ３１により各色相光の光量の調整を
可能としている。

つぎに撮像部２５は、前記投光部２４の上方に位置させ
たカラーテレビカメラ３２を備えており、前記基板２０
Ｓまたは２０Ｔからの反射光はこのカラーテレビカメラ
３２によって三原色のカラー信号Ｒ，Ｇ、Ｂに変換され
て処理部２６へ供給される。

前記カラーテレビカメラ３２は、三原色の加法混合をそ
の原理とするもので、内蔵する三色分解光学系により入
射光を三原色に分解した上で各色の光量を検出する。こ
の発明にががる基板検査装置では、前記三色分解光学系
として各色相光の分光スペクトルパターンが相互に重畳
しないような色分解特性をもつものが使用してあり、こ
れにより第７図に示すような理想形態の各色相パターン
を得ている。具体的には、前記三色分解光学系として、
第２図に示すような分光スペクトルパターンをもつ３色
相分解用の光学的フィルタを用いることになる。第２図
によれば、各色相光の分光スペクトルパターン（Ｒ）　
（Ｇ）　（Ｂ）は相互に重畳する波長領域が存在してお
らず、この点で第６図の分光スペクトルパターンと相違
するものである。このような光学的分解特性の良好な光
学的フィルタは、実際、干渉フィルタによって実現され
ているが、干渉フィルタ以外の手段により上記重畳領域
が存在しないようになした３色分解光学系を用いても勿
論良い。

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３４゜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４０．
　　フロンピディスク装置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
、位置決め基板２０３についてのカラー信号Ｒ３Ｇ、Ｂ
を処理しハンダ付は状態が良好な各部品２１３の所定領
域につき赤色、緑色、青色の各色相パターンを検出して
判定データファイルを作成し、また検査モードのとき、
被検査基板２０Ｔについてのカラー信号Ｒ，Ｇ、Ｂを処
理し基板上の各部品２１Ｔの所定領域につき同様の各色
相パターンを検出して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２Ｏ
Ｔ上の所定の部品２１Ｔにつきハンダ付は部分の良、不
良を自動的に判定する。

Ａ／Ｄ変換部３３は前記撮像部２５がらカラー信号Ｒ，
Ｇ、Ｂ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３８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につきハンダ付は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
び撮像部２５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の各光源２８，
２９．３０の光量を調整したり、撮像部２５のカラーテ
レビカメラ３２の各色相光出力の相互バランスを保つな
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の出方に基
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がら画像データ、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４ｏは操作情報や位置決め基板
２０Ｓに関するデータ、この位置決め基板２０Ｓ上の部
品２１Ｓに関するデータなどを人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、
つぎに述べる手順に沿って動作する。

まず新たな被検査基板２０Ｔを検査するときには、制御
部３９は、ティーチングを実行するために装置各部を制
御して投光部２４や撮像部２５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Ｙ軸テーブル“部
２３上に位置決め基板２Ｏ３がセットされると、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
制御して位置決め基板２Ｏ３を位置出しした後、撮像部
２５のカラーテレビカメラ３２に位置決め基板２Ｏ３を
撮像させる。この撮像動作で得られた三原色のカラー信
号Ｒ，Ｇ、Ｂ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、前記メモリ３８より各色相に対応
する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にて各色相の画像データを各色相側の適当な
しきい値で２値化するなどして、赤色、緑色、青色のパ
ターンを検出する。この場合に前記カラーテレビカメラ
３２は、各色相光の分光スペクトルパターンが相互に重
畳する波長領域が存在しないような分光手段を備えてい
るので、各色相パターンは第７図に示すような理想形態
となる。また制御部３９は、画像処理部３４を制御し、
各部品２１３の撮像パターンにつき各部分（電極など）
の明度をチエツクするなどして各部品２１３の電極の位
置や極性マークの位置などを識別させる。

この後制御部３９は、前記の各色相パターンと前記の識
別結果とに基づいて、被検査基板２０Ｔを検査するのに
必要な判定データファイルを作成し、これをティーチン
グテーブル３５に記憶させた後、ティーチングを終了す
る。

つぎに検査モードに移行すると、制御部３９はティーチ
ングテーブル３５やキーボード４０からその日の日付デ
ータや、被検査基板２０ＴのＩＤナンバ（識別番号）を
取り込むとともに、ティーチングテーブル３５から判定
データファイルを読み出して、これを判定部３６に供給
する。

この後、制御部３９は、撮像条件やデータの処理条件を
整えた後、Ｙ軸テーブル部２３上に被検査基板２０Ｔが
セットされたかどうかをチエツクする。

もしセットされておれば、制御部３９は前記と同様、画
像処理部３４にて各色相パターンの検出および電極や極
性マークの識別を順次行わせた後、各色相パターンと前
記の識別結果とに基づき被検査データファイルを作成す
る。この場合の各色相パターンも第７図に示すような理
想形態をなすものである。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、被検査基板２０Ｔ上の所定の部品２１’Ｔにつき
ハンダ付けの良否を判定させると共に、この判定結果を
ＣＲＴ表示部４１やプリンタ４２に供給して、これらを
表示させ、またプリントアウトさせる。

〈発明の効果〉 この発明は上記の如く、撮像手段に赤色、緑色、青色の
各色相光の分光スペクトルパターンが相互に重畳する波
長領域が存在しないような分光手段を具備させているか
ら、曲面体を撮像して得た各色相パターンとして理想形
態のものを得ることができる。このため誤判定の要因と
なる有害な画像信号の発生を防止でき、曲面性状の検査
精度を向上できるなど、発明目的を達成した顕著な効果
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全
体構成を示す説明図、第２図はこの発明の装置に用いら
れたカラーテレビカメラの色分解光学系の分光スペクト
ルパターンを示す説明図、第３図〜第５図は従来のハン
ダ付は状態の自動検査装置を示す原理説明図、第６図は
従来のカラーテレビカメラの色分解光学系の分光スペク
トルパターンを示す説明図、第７図はハンダ付は状態の
良否と理想形態の撮像パターンとの関係を示す説明図、
第８図はハンダ付は状態の良否と実際の撮像パターンと
の関係を示す説明図である。 ２４・・・・投光部　　　　２５・・・・撮像部２６・
・・・処理部　　　　２８，２９，３０．・・・光源３
２・・・・カラーテレビカメラ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 曲面体表面の状態を検査するための曲面性状検査装置で
   あって、 曲面体の表面へ入射角が異なる赤色光、緑色光、青色光
   を照射するための円環状光源と、曲面体の表面からの反
   射光を各色相別に撮像するための撮像手段と、撮像手段
   で得た撮像パターンより曲面体の有する各曲面要素の性
   状を検出する処理手段とから成り、 前記撮像手段は、赤色、緑色、青色の各色相光の分光ス
   ペクトルパターンが相互に重畳する波長領域が存在しな
   いような分光手段を具備して成る曲面性状検査装置。