JPH04166711A - 表面性状観測装置 - 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、表面の曲面形状か異なる方向に配向する多
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適用される曲面性状観測装置に
関連し、殊にこの発明は、プリント基板上に実装された
部品につき、そのはんだ付は部分の形状なとを検査する
のに好適な曲面性状観測装置に関する。

〈従来の技術〉 多配向性曲面をもつ曲面体として、プリント基板上に実
装された部品におけるはんだ付は部位の表面形状かその
代表例に挙げられる。従来、このはんだ付は部位は、目
視検査により検査されており、はんだ付は状態の良否、
すなわちはんだの有無、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かできる
自動検査装置が各種提案されている。

ところではんだ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６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
ｌを基板２上のはんだ付は部位へ照射している。このス
リット光ｌの照射により、はんだ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線３か
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て撮像して、その撮像パターンの歪状態をチエツク
することにより、はんだ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ｌ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。しかもは
んだ付は部位の表面は、その配向方向か基板２の垂直方
向に対して不定であるため、光源と撮像装置４との組み
合わせが少なくとも４組以上は必要であり、これかため
装置か複雑化し、かつ高精度の組立作業が必要となり、
コスト高を招くなとの問題かある。

そこでこの種問題を解消した方法として、検査対象であ
る曲面体の表面へ入射角か異なる光を照射し、曲面体の
表面からの各反射光像を撮像して、それぞれの撮像パタ
ーンより曲面体の有する各曲面要素の配向性を検出する
という方法か存在する。この方法の原理は、３次元画像
情報検出のひとつである「アクティブ・センシング法Ｊ
に属するものである。すなわちこの方法は、一定のパタ
ーンをもった光束を検査対象に投光したとき、その検査
対象から得られる反射光束のパターンか検査対象の立体
的形状に対応して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
方法である。

第７図は、この方法の原理説明図てあり、光源５と撮像
装置６とから成る観測系と、観測対象である曲面体７と
の位置関係を示している。

同図において、光源５より曲面体７の表面に対して入射
仰角ｉて光束８を投光すると、角度ｉ’　　（＝ｉ）の
反射光束９か真上に置かれた撮像装置６に入射して検出
される。これにより前記光束８で照明された曲面体７の
曲面要素は基準面ｌＯに対してｉの仰角をなして配向し
ていることか検出されたことになる。従ってもし曲面体
７の表面性状か、はんだ付は面のように異なる仰角方向
に配向している多数の曲面要素から成るものであれば、
入射仰角か異なる複数の光源を用いて曲面体７の表面に
投光すれば、それぞれの入射仰角に対応する曲面要素の
群が撮像装置６により検出され、これにより曲面体７表
面の各曲面要素がそれぞれどんな仰角をなして配向をし
ているか、すなわちはんだ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、入射仰角がｉ＋Δｉからｉ−Δｉまで２
Δｉの輻をもつ光束８を投光するならば、その幅に対応
した幅を存する反射光束９が撮像装置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ＩＯとなす
仰角かｉ＋Δｉからｉ−Δｉまでの幅の角度をもつ曲面
要素が検出できることになる。

さらに第８図に示すように、曲面体７への入射仰角か異
なる複数の光源１１，１２．１３をもって投光装置を構
成すれば、各光源による光束１４．１５．１６の入射仰
角に対応した配向をもつ曲面要素かそれだけ詳細に検出
できることになる。

上記の原理に基づきはんだ付は部位の外観を検査する装
置として、円環状の白色光源を複数用いたものが提案さ
れている（特開昭６１−２９３６５７号）。

第９図はその検査原理を示すもので、半径が異なる３個
の円環状の白色光源１７，１８．１９を基準面１０に対
して異なる高さ位置に水平に配置されている。

いま各光源１７，１８．１９の半径がｒ、。

（ただしｎ＝１．２．３　）　、基準面１０に対する高
さがり、　　（ｎ＝１．２．３　）とすると、曲面体７
への各光束の入射仰角はそれぞれｉ、（ｎ＝１，２゜３
）となり、曲面体７における仰角がそれぞれｉ、である
各曲面要素を撮像装置６により検出することができる。

このとき各光源１７，１８゜１９から曲面体７の表面を
経て撮像装置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、次式により入射仰角、すなわち
検出しようとする曲面要素の仰角を定めればよい。

ｈ。

ｃｏｓ　ｉ　、　＝□ ８７７石−了 この検査方法においては、はんだ付は面に対する入射仰
角の異なる３個の光源１７，１８゜１９による反射光像
を相互に識別するために、それぞれ光源１７．１８．１
９を時間的に異なったタイミングで点灯し、また消灯す
るようにしている。

〈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方法では、曲面性状の検査を高
速で行うことができないばかりでなく、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
、各光源を瞬間的に点滅させるための制御装置などが必
要であり、技術面での煩雑さか多く、またそれがコスト
面や信頼性の面で課題となっている。

この発明は、上記問題に着目してなされたもので、はん
だ付は部位などの曲面体の曲面性状を短時間で観測でき
、しかもコストの低減と信頼性の向上とを実現した曲面
性状観測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〉 請求項（１）にかかる発明は、観測対象である曲面体を
観測位置へ導入して前記曲面体の表面形状を観測する表
面性状観測装置であって、投光装置と撮像装置とを有し
ている。前記投光装置は、各列毎に異なる色彩の光を同
時に投射する複数の光源列を備えると共に、各光源列は
、観測位置から見てそれぞれ異なる仰角に対応する各方
向に複数個の点状光源を整列配置して構成されている。

そして前記撮像装置は、観測位置の真上位置に前記曲面
体の表面の反射光像を撮像可能に配置されている。

請求項（２）にかかる発明は、投光装置と撮像装置とを
有する同様の表面形状観測装置であって、前記投光装置
は、特定の色彩の光を投射する光源列と、前記色彩と異
なる色彩の光を前記光源列と同時に投射するその周辺の
光源群とを備えている。前記光源列は、観測位置から見
て特定の仰角に対応する方向であって特定の方位角の範
囲に複数個の点状光源を整列配置して構成されている。

〈作用〉 請求項（１）にかかる発明によれば、観測位置から見て
異なる仰角に対応する各方向の光源列からそれぞれ異な
る色彩の光か同時に観測対象に投射されるので、撮像装
置では曲面体の表面からの反射光像を各色彩別に同時を
得ることができ、その撮像パターンを用いて曲面体の表
面性状を高速で判断し得る。

また請求項（２）にかかる発明によれば、観測位置から
見て特定の仰角に対応する方向であって特定の方位角の
範囲に位置する光源列から周辺の光源群と異なる色彩の
光か観測対象に投射されるので、上記の作用効果に加え
て検出したい曲面要素の有無や位置を直接判定できるこ
とになる。

〈実施例〉 第１図は、この発明か実施されたプリント基板検査装置
の概略構成を示す。

図示例の基板検査装置は、位置決め基板２Ｏ３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
板２０Ｔ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か正しく実装
されかつはんだ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か基板２Ｏ３，２０Ｔ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２ＯＳ、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各列
毎に異なる色彩の光をそれぞれ発生して検査対象へ異な
る入射仰角で同時に照射するための複数の光源列２８ａ
、２８ｂ、２８ｃを備えており、各光源列２８ａ〜２８
ｃを発した光束を前記基板２Ｏ３，２０Ｔ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。

第２図および第３図は、この投光部２４の具体例を示し
ており、ドーム形状をなすフード２９の内面に前記の各
光源列２８ａ〜２８ｃを構成する多数の点状光源２８を
点在させた状態で配備しである。フード２９は下面開口
を下方に向け、上面の開口部３０に撮像部２５を位置さ
せである。

前記点状光源２８には、発光ダイオードか用いであるか
、異なる色彩の光を投射できるものであれば、これに限
られないことは勿論である。

各光源列２８ａ〜２８ｃは、検査位置の上方てあって検
査位置から見てそれぞれ異なる仰角に対応する各方向に
配置されるもので、第３図中、１番目の光源列２８ａに
属する各点状光源２８がそれぞれ同一の仰角の方向に位
置し、２番目の光源列２８ｂに属する各点状光源２８が
それぞれ同一の他の仰角の方向に位置し、３番目の光源
列２８ｃに属する各点状光源２８かそれぞれ同一のさら
に他の仰角の方向に位置するものである。

なお点状光源２８は、上記実施例のように必ずしも全方
位角の方向にわたって設ける必要はなく、特定範囲の方
位角の方向に限って設けてもよい。

また第４図に示す如く、特定の色彩の光を投射する光源
列２８ｄ（図中、斜線で示す）と、前記色彩と異なる色
彩の光を前記光源列２８ｄと同時に投射するその周辺の
光源群とて投光部２４を構成すると、検出したい曲面要
素の有無や位置を直接判定できるという利点かある。

つぎに撮像部２５は、検査位置の真上に位置させたカラ
ーテレビカメラ３２を備えており、前記基板２Ｏ３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。

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３５１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
．ＣＲＴ表示部４１．プリンタ４２．キーボード４０．
フロッピーディスク装置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２Ｏ３についてのカラー信号Ｒ９Ｇ、　　
Ｂを処理し、はんだ付は状態が良好な各部品２１Ｓの所
定領域につき投光された各色彩の光の反射光により形成
された色彩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色彩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２ＯＴ
上の所定の部品２１Ｔにつきはんだ付は部分の良、不良
を自動的に判定する。

第５図（１）は、はんだ付けが良好であるとき、第５図
（２）ははんだか欠落しているとき、第５図（３）は部
品が欠落しているときのそれぞれのはんだ４４の断面形
態と、各場合の撮像パターン４５〜４７および４５′〜
４７′との関係を対応付けして示したものである。この
うち４５〜４７は第３図に示す構成の投光部２４を用い
たときの撮像パターンてあり、４５′〜４７′は・第４
図に示す構成の投光部２４を用いたときの撮像パターン
であって、各撮像パターン４５〜４７間および４５′〜
４７′間には明確な差異か現われるため、部品の有無や
はんだ付けの良否か判定できることになる。

第１図に戻って、Ａ／Ｄ変換部３３は前記撮像部２５か
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３６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か供給されたとき、これを記
憶し、また検査時に制御部３９か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なとへ供給する。

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につきはんだ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。

搬像コントローラ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の各点状光源２
８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との制御
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。

ＣＲＴ表示部４！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から判定結果なとか供給されたとき、
これを予め決められた書式（フォーマット）てプリント
アウトする。キーボード４０は操作情報や位置決め基板
２Ｏ３に関するデータ、この位置決め基板２Ｏ３上の部
品２１Ｓ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、
つぎに述へ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２
３上に位置決め基板２０Ｓかセットされると、制御部３
９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２
５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て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別の適当な
しきい値で２値化するなどして、反射光の色彩パターン
を検出する。また制御部３９は、画像処理部３４を制御
し、各部品２１Ｓ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２１Ｓ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、前記の各色彩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
セットされたかと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にて各色彩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、各色彩パターンと前
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。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２Ｏ
Ｔ上の所定の部品２１Ｔにつきはんだ付けの良否を判定
させると共に、この判定結果をＣＲ７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、各列毎に異なる色彩の光を同時
に投射する複数の光源列をもって投光装置を構成すると
共に、各光源列は観測位置から見てそれぞれ異なる仰角
に対応する各方向に複数の点状光源を整列配置して構成
したから、撮像装置では曲面体の表面からの反射光像を
各色彩別に同時を得ることができ、その撮像パターンを
用いて曲面体の表面性状を高速で判断し得る。また時系
列的に各光源を点灯動作させる従来例のように、大きな
メモリ容量を必要とせず、また時間ずれのある画像を結
合するための演算や光源の点滅のタイミングをとるため
の制御が不要であり、コストの低減および信頼性の向上
を実現する。また請求項（２）にかかる発明は、観測位
置から見て特定の仰角に対応する方向であって特定の方
位角の範囲に位置する光源列から周辺の光源群と異なる
色彩の光を観測対象へ投射するようにしたから、上記の
効果に加えて、検出したい曲面要素の有無や位置を直接
判定できるなど、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図は投光部の構成を示す拡大
断面図、第３図は点状光源の配置状態を示す投光部の下
面図、第４図は点状光源の他の配置状態を示す投光部の
下面図、第５図ははんだ付は状態の良否と撮像パターン
との関係を示す説明図、第６図は従来例を示す説明図、
第７図および第８図は仰角の検出原理を示す説明図、第
９図は従来例を示す説明図である。 ２４・・・・投光部　　　　２５・・・・撮像部２６・
・・・処理部　　　　２８・・・・点状光源２８ａ〜２
８ｃ・・・・光源列 第２図投光１；＞グ補八Σ子、Ｕ広ズ釘ｊ１図第　３　
図　点枚船源り 第４　図　点仏先湧ηイ Ｉ！！、配置イズ虱行ず投４節丁を図 第７図卸鴫護す署理Σ示■訛 第８図仲杓ρ将ピ、沖追ビ、口え鴨図 、明ｊ２ □

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）観測対象である曲面体を観測位置へ導入して前記
   曲面体の表面形状を観測する表面性状観測装置であって
   、 投光装置と撮像装置とを有し、 前記投光装置は、各列毎に異なる色彩の光を同時に投射
   する複数の光源列を備え、 各光源列は、観測位置から見てそれぞれ異なる仰角に対
   応する各方向に複数個の点状光源を整列配置して構成さ
   れており、 前記撮像装置は、観測位置の真上位置に前記曲面体の表
   面の反射光像を撮像可能に配置されて成る表面性状観測
   装置。
2. （２）観測対象である曲面体を観測位置へ導入して前記
   曲面体の表面形状を観測する表面性状観測装置であって
   、 投光装置と撮像装置とを有し、 前記投光装置は、特定の色彩の光を投射する光源列と、
   前記色彩と異なる色彩の光を前記光源列と同時に投射す
   るその周辺の光源群とを備え、 前記光源列は、観測位置から見て特定の仰角に対応する
   方向であって特定の方位角の範囲に複数個の点状光源を
   整列配置して構成されており、 前記撮像装置は、観測位置の真上位置に前記曲面体の表
   面の反射光像を撮像可能に配置されて成る表面性状観測
   装置。