JPH0462403A - 実装部品の高さ測定装置 - 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 本発明は、プリント基板上に実装された部品の形状や位
置ずれ、欠品、浮き、半田形状等の外観検査を行う実装
部品の高さ測定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、浮き等の不良の検査は目視検査に頼っていた。しか
し、製品の小型軽量化に伴いプリント基板上の部品の小
型化や高密度化がより一層進み、目視による検査が困難
になってきた。

このため、これらの検査の自動化が強く望まれるように
なりいくつかの検査装置が提案されている。これらの検
査装置は、検査方式によりいくつかに分類できるが、そ
の中の１つに、実装部品の高さデータを計測しこれを用
いて検査を行う方法がある。この方法は、部品の形状を
三次元的に捉え検査するため高さデータが精度よく計測
できれば有望である。特願昭６３−２６８４３７号の「
実装基板検査装置」は、この方式を用いたものである。

第４図は、その構成を示すブロック図であり、これを用
いてその動作を説明する。まず、レーザ光源４０６より
出射されたレーザ光４０６は、反射ミラー４０Ｂ、ポリ
コンミラー４０７、ｆ−θレンズ４０９によりプリント
基板４０１上に垂直に照射されると共に、プリント基板
４０１の短辺方向に一次元走査される。プリント基板及
びプリント基板上の部品を走査したレーザ光は拡散し、
その−部は光切断ミラー４１０、ポリゴンミラー４０７
、集光レンズ４１１により光点位置検出センサ４１２（
たとえばＰ　Ｓ　Ｄ　：　Ｐｏｓ山ｏｎ　　５ｅｎｓｉ
ｔｉｖｅ　　Ｄｅｔｅｃｔｏｒ　）上に結像される。光
点位置検出センサ４１２は、結像された光点の位置に応
じた信号４１３を出力し、高さ演算手段４１４では、こ
の位置信号を用いて高さデータを算出する。プリント基
板全面について高さデータを測定するために、プリント
基板４０１を搬送手段４０３により定められた速度で４
０４の方向に移動させている。このようにして得られた
プリント基板上の部品４０２の高さデータは判定手段４
１６で予め与えられた基準データと比較され、部品の実
装状態の良否が判定される。

この方式ではプリント基板４０１上のすべての高さデー
タが測定されているため、部品が実装されてはいけない
部分に余分な部品が付いているか否かを検査することも
できる。

なお、以上説明した動作を行うためには、プリント基板
の先端を検出し動作を開始させろ同期信号、１ラインの
走査開始を示す同期信号および１画素毎のタイミングを
示すクロンク信号が必要になるが、ここでは図示してい
ない。

発明が解決しようとする課題 上記した技術のように高さデータを正確に測定しこれを
用いて三次元的に検査する方法は、他の方式に比べ優れ
ている。しかし、プリント基板上のすべての部品の高さ
データを高精度でかつ高速に測定することは非常に困難
である。このため特定な部品のみを対象にして検査した
り、特定な検査のみに高さデータを使用していた。この
理由は、プリント基板または部品にレーザ光を照射した
ときの反射光のダイナミックレンジと高さデータを算出
する演算回路のダイナミックレンジの違いである。すな
わち、反射光の方は１０４〜１０５程度、演算回路の方
は１０２〜１ｏ３（アナログ演算器の演算精度）程度で
あるため、反射光が強い場合や逆に非常に弱い場合は高
さデータが精度よく測定できない欠点がある。また、処
理速度についてもアナログ演算回路を用いているため高
速化が困難である。

本発明は上記課題に鑑み、プリント基板およびプリント
基板上に実装された部品からの反射光の強度によらず、
精度のよい高さデータを測定することができろ、実装部
品の高さ測定装置を提供するものである。

課題を解決するための手段 上記課題を解決するため、本発明では以下に示す手段を
用いている。

レーザ光によりプリント基板及びプリント基板上の部品
を走査するレーザ走査光学系と、プリント基板および基
板上の部品からの反射光を集光し光点位置検出センサに
導く反射光学系と、反射光学系により集光された光点位
置の変位を検出する光点位置検出センサと、このセンサ
の光電変換信号を増幅しディジタル化するＡ／Ｄ変換器
と、Ａ／Ｄ変換器からの出力を用いて高さデータを算出
する高さ演算器および該光電変換信号のレベルを判定す
るレベル判定器とを設けたものである。

作用 本発明は上記構成により、第１の課題であるダイナミッ
クレンジの拡張については、光点位置検出センサからの
光電変換信号をディジタル化し、かつその量子化数を実
効的に大幅に拡大することで解決できる。すなわち、光
点位置検出センサからの光電変換信号を増幅する増幅器
とＡ／Ｄ変換器とを複数組設け、入力レベルに応じて自
動的にレンジが切り替わるディジタル式レンジ切替機能
と、この出力を用いて高さデータを算出する高さ演算部
をディジタル化することにより、ダイナミックレンジの
拡張を図ることができる。

第２の課題である処理速度の高速化については、レンジ
切替機能を実現する複数組の増幅器とＡ／Ｄ変換器とを
常時並列に動作させ、ディジタル化されたデータを用い
てレンジ切替を行うことで解決できる。また、高さ演算
回路についても、容易にディジタル化できるため、高速
処理が可能になる。

このように本発明は、光点位置検出センサの出力をディ
ジタル化するＡ／Ｄ変換部において、入力レベルに応じ
て自動的にレンジ切替ができる機能を付加することによ
り、同センサからの出力が変動しても高さ演算回路で精
度が確保できる範囲に収めることができる。このため、
プリント基板およびプリント基板上に実装された部品か
らの反対光の強度によらず精度のよい高さデータを測定
することができる。

実施例 以下、第１図を用いて本発明の詳細な説明する。第１図
は本発明の実施例を示すブロック図であり、プリント基
板の実装検査に用いたものである。第１図において、レ
ーザ光源１０６より出射されたレーザ光１０６は、反射
ミラー１０８、ポリコンミラー１０７およびｆ−θレン
ズ１０９によりフリント基板１０１上に垂直に照射され
る。プリント基板全面について走査する方法として、プ
リント基板の短辺方向はポリゴンミラー１０７を回転さ
せることでレーザ光を走査（主走査）し、プリント基板
の長辺方向は、プリント基板１０１を搬送手段１０３に
より定められた速度で１０４の方向に移動（副走査）さ
せている。

プリント基板１０１およびプリント基板上の部品１０２
を走査したレーザ光は拡散するが、そのうちの一部は光
切断ミラー１１０、ポリゴンミラー１０７、集光レンズ
１１１により光点位置検出センサ（たとえばＰ　Ｓ　Ｄ
　：　Ｐｏ５ｉｔｉｏｎ　５ｅｎｓｉｔｉｖｅ　Ｄｅｔ
ｅｃｔｏｒ　）１１２上に結像される。光点位置検出セ
ンサ１１２は、結像された光点の位置に応じた信号１１
３（Ｉｌ、Ｉ２）を出力するものであり、このセンサ上
での光の変位はプリント基板上での部品の高さに比例し
た値である。高さデータへの変換は、この位置信号１１
３（１１、Ｉ２）を用いて行うことができる。すなわち
、 高さデータＨ＝　Ｋ・（１１−Ｉ２）／（ＩＩ＋Ｉ２）
ただし、Ｋ：正規化係数 で求めることができる。この場合は、センサ面の中心が
高さ二〇になり、これからの変位を求めることになる。

センサの端点な基準にする場合は、上記式において分子
（ＩＩ　　Ｉ２）の代わりにＩｌまたはＩ２を用いれば
よい。

本実施例では、光点位置検出センサの出力１１３はレン
ジ切替が可能なＡ／Ｄ変換部１１４に入力され最適なレ
ベルでディジタル化される。高さ演算部１１６ではディ
ジタル化された位置信号より高さデータを算出する。こ
こでの演算は、上記式に準じるものであるがハードウェ
アの簡略化を図るためチーフル参照方式を用いている。

判定部１１６では、予め与えられた基準の高さデータと
測定した高さデータとを比較し、部品１０２の実装状態
の良否を判定する。

以上の動作を順次繰り返して行うことにより、プリント
基板１０１の全面について検査することができる。これ
ら一連の動作を行うためには、フリント基板の先端を検
出し検査開始を示す同期信号、１ラインの走査開始を示
す同期信号、および１画素毎のタイミングを示すクロッ
ク信号が必要であるが、ここでは割愛する。

次に、レンジ切替Ａ／Ｄ変換部１１４の構成を第２図を
用いて説明する。

レンジ切替Ａ／Ｄ変換部１１４は、レンジ切替が可能な
ように構成された２つのＡ／Ｄ変換器２０１゜２０２と
入力信号のレンジを判定するレベル判定部２０３とで構
成されている。光点位置検出センサ１１２かもの位置信
号１１３（Ｉｌ、Ｉ２）を入力レンジの異なる複数のＡ
／Ｄ変換器２０１．２０２で同時にディジタル化し、デ
ィジタル化された信号２０６．２０６を用いてレベル判
定部２０３において位置信号１１３のレンジを判定する
。レンジ判定結果２０７はＡ／Ｄ変換器２ｏ１．２０２
に返され、これに従いディジタル化された入力信号の中
から定められたものを選択出力する。高さ演算部１１６
では、レンジ切替により有効範囲の向上した位置信号２
０８．２０９を用いて高さデータを算出する。

第２図におけるＡ／Ｄ変換器２０１とレベル判定部２０
３の構成を第３図を用いて詳しく説明する。

ただし、光点位置検出センサからの位置信号１１３は、
工１およびＩ２の２つの信号があり、どちらも同じ処理
をするためここでは、Ｉ１の系統のみについて説明する
。

Ａ／Ｄ変換器２０１は、利得の異なる複数の増幅器３０
１〜３０３、これらに接続された複数のＡ／Ｄ変換器３
０４〜３０Ｂおよびデータ選択回路３０７とで構成され
ている。

本実施例では、位置信号１１３の信号レベルを約１ｍＶ
〜約１０Ｖの範囲であることを条件にＡ／Ｄ変換部１１
４を設計している。

入力された位置信号１１３の１１は、利得の異なる３つ
の増幅器で同時に増幅される。すなわち、増幅器３ｏ１
では１倍、同３０２では１０倍、同３０３は１００倍に
増幅される。これらの出力は、対応するＡ／Ｄ変換器３
０４．３０６．３０６でそれぞれディジタル化される。

３つのＡ／Ｄ変携器３０４〜３０６は、サンプルホール
ド回路を内蔵した１２ビツトの分解能を有するもので、
フルスケール＋１゜Ｖのユニポーラモードで使用してい
る。このような構成において、各Ａ／Ｄ変換器の実効的
（入力電圧に換算）な分解能は Ａ／Ｄ変換器３０４　：　１０／４０９６＝　２．４４
１　［ｍＶ　］ Ａ／Ｄ変換器３０５　：　１０／４０９６／１０＝０．
２４４［ｍＶ］ Ａ／Ｄ変換器３０６　：　１０／４０９６／１００＝　
０．０２４　［ｍＶ　］ となり、３つのＡ／Ｄ変換器３０１〜３０３を連携して
使用すると１９ビツトＡ／Ｄ変換器に相当する。また、
変換速度についても、１２ビツトのＡ／Ｄ変換器の変換
速度を維持できるため、高速処理が可能になる。

つぎに、レベル判定部２０３の構成を説明する。

レベル判定部２０３は、位置信号１１３０レベルに応じ
てＡ／Ｄ変換器の入力レンジを自動的に切替、常に高さ
データの算出に適した有効なデータを出力するための制
御を行うものである。位置信号１１３０レベルを判定す
る場合、１．およびＩ２を加算した信号で行う必要があ
るため、まず、Ａ／Ｄ変換部２ｏ１および２０２の中間
的な出力２０６および２０６を加算器３０Ｂで加算し、
レベル判定信号３１０を生成している。これを用いて位
置信号１１３のレベルをレベル判定器３０９で行い、最
適なレンジを決める判定信号２０７　（３１ｓ〜３１５
）を出力する。本実施例における入力信号とレンジ切替
の関係およびディジタル化された信号出力を下表に示す
。

以下余白 上記表において、入力信号値に対する各Ａ／Ｄ変換器の
出力は、入力レンジが異なるため同表のようにフルスケ
ールが１桁ずつずれた形になる。

レベル判定信号３１０は、Ａ、／Ｄ変換器３０６の出力
とＡ／Ｄ変換部２０２からの同様な出力とを加算器３１
０で加算したものである。したがって、この信号は、８
１９Ｑ〜０の範囲になる。レベル判定器３０９では、こ
のレベル判定信号３１０からコンパレータを用いてレベ
ル判定信号を出力する。

この関係を以下に示す。

■レベル判定信号）４０９５　：　Ａ／Ｄ変換器の出力
選択■レベル判定信号≦４０９５　かつ レベル判定信号＞４０９　　：　Ａ／Ｄ変換器の出力選
択■レベル判定信号≦４０９　　：　Ａ／Ｄ変換器の出
力選択上記表におけるレンジ切換Ａ／Ｄ出力の欄は、上
記したようにして選択された信号値を示したものである
が、複数のＡ／Ｄ変換器にまたがる領域の出力は、最大
値を表示している。

位置信号１１３０Ｉ２を処理するＡ／Ｄ変換部２０２も
、前述したＡ／Ｄ変換部２０１と総て同一であり、同様
に処理されろ。

以上の動作により、入力される位置信号１１３は、その
レベルに応じて自動的にレンジが判定され、最適なディ
ジタルデータが出力されることになり、入力信号の広範
囲にわたり精度のよし・高さデータを算出することがで
きる。本実施例では、１２ビツトのＡ／Ｄ変換器で１９
ビツト相当の分解能が確保できている。特に、増幅器と
Ａ／Ｄ変換器とを複数組並列に動作させ、レンジ切替、
データ選択出力動作を総てディジタル化した後行うよう
に構成したため、レンジ切替の精度が向上すると共に出
力データにもレンジ切替による悪影響が無くなり、入力
信号の広範囲にわたり精度のよい高さデータを算出する
ことができる。

また、処理速度についても１２ビツトのＡ／Ｄ変換器を
並列に動作させるため、１μＳ／画素程度の高速処理が
可能になる。

発明の効果 本発明は、レーザ光によりプリント基板及びプント基板
上の部品を走査するレーザ走査光学系と、プリント基板
および基板上の部品からの反射光を集光し光点位置検出
センサに導く反射光学系と、反射光学系により集光され
た光点位置の変位を検出する光点位置検出センサと、こ
のセンサの光電変換信号を増幅しディジタル化するＡ／
Ｄ変換器と、Ａ／Ｄ変換器からの出力を用いて高さデー
タを算出する高さ演算器および光電変換信号のレベルを
判定するレベル判定器とを設け、光点位置検出センサの
出力をディジタル化するＡ　／　Ｉ）変換部において、
入力レベルに応じて自動的にレンジ切替ができる機能を
付加することにより、同センサかもの出力が大幅に変動
しても高さ演算回路で精度が確保できる範囲に収めろこ
とができる。

このため、プリント基板およびプリント基板上に実装さ
れた部品か　の反射光の強度によらず精度のよい高さデ
ータを測定することができる。

また、レンジ切替機能を実現する複数組の増幅器とＡ／
Ｄ変換器とを常時並列に動作させ、ディジタル化された
データを用いてレンジ切替を行うことと、高さ演算部を
ディジタル化することによリ、高速処理が可能になる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例における実装部品の高さ測定
装置のブロック結線図、第２図は第１図のレンジ切替Ａ
／Ｄ変換部の構成を詳しく示したブロック結線図、第３
図は同しンジ切替Ａ／Ｄ変換部の構成を詳細に示したブ
ロック結線図、第４図は従来の実装部品の高さ測定装置
のブロック結線図である。 １０１・・・プリント基板、１０２・・・部品、１０３
・・・搬送手段、１０６・・・レーザ光源、１０６・・
・レーザ光、１０７・・・ポリコンミラー　１０８・・
・反射ミラー１０９・・・ｆ−θレンズ、１１０・・・
光切断ミラー１１１・・・集光レンズ、１１４・・・レ
ンジ切替増幅器、１１６・・・高さ演算部、１１６・・
・判定部。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）レーザ光により対象部品を走査するレーザ走査光
   学系と、前記対象部品からの反射光を集光し光点位置検
   出センサに導く反射光学系と、前記反射光学系により集
   光された光点位置の変位を検出する光点位置検出センサ
   と、前記光点位置検出センサからの複数の光電変換信号
   を増幅しディジタル化するＡ／Ｄ変換器と、前記Ａ／Ｄ
   変換器からの出力を用いて高さデータを算出する高さ演
   算器および光電変換信号のレベルを判定するレベル判定
   器とを具備し、前記光電変換信号をディジタル化するＡ
   ／Ｄ変換器は、複数の異なった利得を有する増幅器群と
   、その増幅器の出力をディジタル化するＡ／Ｄ変換器群
   とで構成され、レベル判定器からの出力に応じて予め定
   められたＡ／Ｄ変換器からの出力を選択し、これを用い
   て高さ演算を行う実装部品の高さ測定装置。
2. （２）光電変換信号のレベルを判定するレベル判定器は
   、Ａ／Ｄ変換器でディジタル化された光電変換信号を用
   いて行うことを特徴とする請求項１記載の実装部品の高
   さ測定装置。
3. （３）光点位置検出センサからの光電変換信号を増幅す
   る増幅器群の利得を１０のｎ乗単位（ｎは整数）で変え
   て設定することを特徴とする請求項１記載の実装部品の
   高さ測定装置。
4. （４）光点位置検出センサからの光電変換信号を増幅す
   る増幅器群の利得を２のｍ乗単位（ｍは整数）で変えて
   設定することを特徴とする請求項１記載の実装部品の高
   さ測定装置。