JPH05126543A - 実装基板検査装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】１枚の実装基板のみを用いてティーチングを行
うことを可能となす。 【構成】実装基板に対し異なる仰角の方向に３個の光源
９，１０，１１が配置される。各光源９，１０，１１は
赤，緑，青の各色相光を発する。観測位置に教示対象の
実装基板が搬入されると、撮像部６は各色相光の基板表
面での反射光を観測して制御処理部７へ観測データを出
力する。制御処理部７は反射光の分布状態より各部品の
はんだ付け部を検出し、反射光と各光源との対応関係に
よりはんだ付け部の傾斜状態を検出する。さらにその傾
斜状態の検出結果より部品の実装状態を判別して実装情
報を抽出し、前記実装情報を基板検査のための教示デー
タとして用いる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、チップ部品のような
複数の部品がはんだ付けされた実装基板につき、各部品
の良否やランド部に対する各部品のはんだ付けの良否な
どを自動検査するのに用いられる実装基板検査装置に関
連し、殊にこの発明は、前記基板検査に必要な各部品の
位置，方向，種類などの情報（以下「実装情報」とい
う）を実装基板検査装置に教示するための方法に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】近年、多数の部品がはんだ付けされた実
装基板につき、はんだ付けの良否などの実装品質を画像
処理技術を用いて自動的に検査する実装基板検査装置が
実用化されている。この実装基板検査装置を使用する場
合、検査に先立ち、プリント基板上のどの位置に、どの
ような部品が、どのような方向で実装されるかにつき、
実装基板の種別毎に実装基板検査装置に教示してやる必
要がある。一般にこの種の教示作業は「ティーチング」
と呼ばれている。

【０００３】従来この種ティーチングの方法として、多
数の部品がはんだ付けされた実装基板を実装基板検査装
置に搬入し、その実装基板をテレビカメラで撮像してそ
の画像をビデオモニタに表示させ、オペレータはこの表
示画像を見ながらキー操作により各部品の位置，種類，
方向を手入力している。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながらこのよう
な方法では、ティーチングのために多大の労力と時間と
を要し、またティーチングの作業中はその実装基板検査
装置を用いて基板検査ができないという問題がある。

【０００５】そこで出願人は、先般、部品実装前のプリ
ント基板を１枚用意し、そのプリント基板の表面全体を
黒色塗料により塗装しかつその塗装面の各部品の実装位
置に白色塗料によりマークを施してサンプル基板を作成
した後、そのサンプル基板を実装基板検査装置に搬入し
てテレビカメラで撮像し、その画像からマークの画像部
分を検出して各部品の位置などの実装情報を教示データ
として抽出するという方法を提案した。

【０００６】しかしながらこの方法では、プリント基板
を塗装する必要があるため、その塗装作業に手数を要
し、しかも前記サンプル基板を作成するのに、１枚のプ
リント基板を無駄にする必要があって不経済である。

【０００７】この問題を解消するのに、部品実装前のプ
リント基板と、部品実装後の実装基板とを実装基板検査
装置に順次搬入してテレビカメラで撮像し、それぞれの
画像データの差を求めることにより各部品の位置などの
実装情報を抽出することも可能である。この方法によれ
ば、１枚のプリント基板を無駄にせずに済むが、部品実
装前のプリント基板と部品実装後の実装基板との２種類
を用意する必要があり、しかも各基板を実装基板検査装
置に順次搬入してティーチングを行う必要があるため、
ティーチングのための手数は十分に軽減されない。

【０００８】この発明は、上記問題に着目してなされた
もので、複数の部品がはんだ付けされた１枚の実装基板
のみを用いてティーチングを行うことを可能となすこと
により、ティーチングにおける手数の軽減と時間の短縮
とを実現する実装基板検査装置を提供することを目的と
する。

【０００９】

【課題を解決するための手段】この発明の実装基板検査
装置は、複数の部品がはんだ付けされた実装基板に対し
異なる仰角の方向に配置された複数の光源と、各光源に
よる投射光の前記実装基板の表面での反射光を観測して
観測データを出力する観測部と、前記観測部からの観測
データを入力して処理する制御処理部とから成るもの
で、前記制御処理部には、前記実装基板における反射光
の分布状態より各部品のはんだ付け部を検出する手段
と、前記実装基板における反射光と各光源との対応関係
により前記はんだ付け部の傾斜状態を検出する手段と、
前記傾斜状態の検出結果より部品の実装状態を判別して
実装情報を抽出する手段と、前記実装情報を基板検査の
ための教示データとして記憶する手段とを具備させてい
る。

【００１０】

【作用】複数の部品がはんだ付けされた１枚の実装基板
を観測視野内に導入し、その実装基板に対して複数の光
源より光を投射しかつ実装基板からの反射光を観測する
だけで、各部品の位置などの実装情報が自動的に抽出さ
れるので、手数を要さず、しかも短時間でティーチング
が可能である。

【００１１】

【実施例】図１は、実装基板検査装置の全体構成を示
す。この実装基板検査装置は、多数の部品が実装された
被検査基板１Ｔを撮像し、その画像より各部品の検査領
域の特徴パラメータを計測して各部品２Ｔの実装品質を
検査するためのもので、Ｘ軸テーブル部３，Ｙ軸テーブ
ル部４，投光部５，撮像部６，制御処理部７などをその
構成として含んでいる。

【００１２】前記Ｘ軸テーブル部３およびＹ軸テーブル
部４は、それぞれ制御処理部７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３が撮像部６をＸ方向
へ移動させ、またＹ軸テーブル部４が被検査基板１Ｔを
支持するコンベヤ８をＹ方向へ移動させる。

【００１３】前記投光部５は、異なる径を有しかつ制御
処理部７からの制御信号に基づき赤色光，緑色光，青色
光を同時に照射する３個の円環状光源９，１０，１１に
より構成されており、各光源９，１０，１１を観測位置
の真上位置に中心を合わせかつ観測位置から見て異なる
仰角の方向に位置させている。

【００１４】この実施例では、各光源９，１０，１１と
して白色光源に赤色，緑色，青色の各着色透明板を被せ
た構造のものが用いてあるが、これに代えて、赤色光，
緑色光，青色光をそれぞれ発生する３本の円環状のカラ
ー蛍光灯やネオン管を用いてもよい。

【００１５】またこの投光部５による照明下で基板１
Ｓ，１Ｔ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、各光源９，１０，１１
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
よう工夫してある。すなわち各光源９，１０，１１は混
色により白色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
ペクトルの光を発し、各光源９，１０，１１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
う後記する撮像コントーラ１８による各色相光の光量の
調整を可能としている。

【００１６】つぎに撮像部６は、カラーテレビカメラが
用いられ、観測位置の真上位置に下方に向けて位置決め
してある。これにより観測対象である被検査基板１Ｔの
表面の反射光が撮像部６により撮像され、三原色のカラ
ー信号Ｒ，Ｇ，Ｂに変換されて制御処理部７へ供給され
る。

【００１７】制御処理部７は、Ａ／Ｄ変換部１２，メモ
リ１３，ティーチングテーブル１４，画像処理部１５，
判定部１６，ＸＹテーブルコントローラ１７，撮像コン
トローラ１８，部品種テーブル１９，表示部２０，プリ
ンタ２１，キーボード２２，フロッピディスク装置２
３，制御部２４などで構成されるもので、ティーチング
モードのとき、あらかじめ登録されている部品種テーブ
ル１９の中から、観測位置に搬入された基準基板１Ｓ上
の各部品２Ｓに対応する部品種をそれぞれ選択して呼び
出し、基準基板１Ｓの各部品の検査領域について色相、
明度などの特徴パラメータを適用して判定データファイ
ルを作成する。なお前記基準基板１Ｓは適正な全ての部
品が適正位置および適正方向に適正にはんだ付けされた
実装基板のサンプルを指す。

【００１８】また制御処理部７は、検査モードのとき、
被検査基板１Ｓについてのカラー信号Ｒ，Ｇ，Ｂを処理
し、被検査基板１Ｔ上の各部品２Ｔの検査領域につき
赤，緑，青の各色相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１Ｔ上の各部品
２Ｔにつきはんだ付けの良否などの実装品質を自動的に
判定する。

【００１９】図１に戻って、Ａ／Ｄ変換部１２は前記撮
像部６からのカラー信号Ｒ，Ｇ，Ｂをディジタル信号に
変換して制御部２４へ出力する。メモリ１３はＲＡＭな
どを備え、制御部２４の作業エリアとして使用される。
画像処理部１５は制御部２４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２４や判定部１
６へ供給する。

【００２０】前記部品種テーブル１９は、実装部品の検
査に必要な画像およびその判定基準に関する情報、例え
ば各部品がはんだ付けされる基板上のランドに関する情
報（形状，長さ，幅など）、検査領域として設定される
ウィンドウに関する情報（形状，大きさなど）、ランド
上のはんだ付け状態などを表す特徴パラメータに関する
情報（色相や明度など）、特徴パラメータの良否などを
判定するための判定基準などを部品の種類毎にあらかじ
め記憶させておくためのテーブルであって、前記判定デ
ータファイルを作成する際に部品種に応じてこれら情報
が選択されて読み出される。なおこの実施例では、画像
に関する情報はカラー画像情報であって、色相、明度
（全カラーの総合明度）、各色相毎の明度、彩度などの
各情報のうち、必要なものを選択的に用いるが、画像に
関する情報がモノクローム画像情報である場合は、白黒
の濃淡情報が用いられることになる。

【００２１】ティーチングテーブル１４はティーチング
時に制御部２４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２４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２４は判定部１６などへ供給
する。

【００２２】判定部１６は、検査時に制御部２４から供
給された判定データファイルと、前記画像処理部１５か
ら転送された被検査データファイルとを比較して、被検
査基板１Ｔの各部品２Ｔにつきはんだ付け状態の良否な
どを判定し、その判定結果を制御部２４へ出力する。

【００２３】撮像コントローラ１８は、制御部２４と投
光部５および撮像部６とを接続するインターフェイスな
どを備え、制御部２４の出力に基づき投光部５の各光源
９〜１１の光量を調整したり、撮像部６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。

【００２４】ＸＹテーブルコントローラ１７は制御部２
４と前記Ｘ軸テーブル部３およびＹ軸テーブル部４とを
接続するインターフェイスなどを備え、制御部２４の出
力に基づきＸ軸テーブル部３およびＹ軸テーブル部４を
制御する。

【００２５】表示部２０は、制御部２４から画像デー
タ、検査結果、キー入力データなどが供給されたとき、
これを表示画面上に表示し、またプリンタ２１は、制御
部２４から検査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。

【００２６】キーボード２２は、操作情報や基準基板１
Ｓや被検査基板１Ｔ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、キー入力データは前記制
御部２４へ供給される。制御部２４は、マイクロプロセ
ッサなどを備えており、部品種テーブル１９の作成，テ
ィーチングおよび，基板検査における実装部品検査装置
の動作を制御する。

【００２７】図２は、ティーチングの手順を示すもの
で、まず同図のステップ１（図中「ＳＴ１」で示す）に
おいて、オペレータはキーボード２２を操作して教示対
象とする基板名の登録を行い、また基板サイズをキー入
力した後、つぎのステップ２で、基準基板１ＳをＹ軸テ
ーブル部４上にセットしてスタートキーを押操作する。
つぎにステップ３でその基準基板１Ｓの原点と右上およ
び左下の各角部を撮像部６にて撮像させて各点の位置に
より実際の基準基板１Ｓのサイズを入力した後、制御部
２４は入力データに基づきＸ軸テーブル部３およびＹ軸
テーブル部４を制御して基準基板１Ｓを所定位置に位置
出しする。

【００２８】前記基準基板１Ｓが、位置決めされると、
つぎのステップ４で撮像部６が基準基板１Ｓを撮像し、
その画像が制御処理部７に取り込まれて図３の手順が実
行され、部品の実装位置，方向および部品種が検出され
て教示される。

【００２９】つぎのステップ５では制御部２４は教示さ
れた部品種に対応する情報を部品種テーブル１９より読
み出して教示データとして保存する。

【００３０】同様の手順が基準基板１Ｓ上の全ての部品
について繰り返し実行されると、ステップ６の判定が
「ＹＥＳ」となってステップ７へ移行し、修正ティーチ
ングを実行する。この修正ティーチングは、ステップ
４，５で生成された教示データによって全ての検査箇所
を実際に自動検査し、その検査結果に不十分な箇所があ
れば、該当箇所についてのみ教示データを修正するため
のもので、その修正データによる満足な結果が得れたと
き、それを教示データとして保存する（ステップ８）。

【００３１】図３は、図２のステップ４の詳細、すなわ
ち部品の実装情報の教示手順を示す。いまスタート時点
で投光部５による照明下で基準基板１Ｓが撮像部６によ
り撮像されると、三原色のカラー信号Ｒ，Ｇ ，Ｂが制
御処理部７に取り込まれ、Ａ／Ｄ変換部１２によりディ
ジタル画像信号に変換される。

【００３２】図４は、基準基板１Ｓの画像２９を示すも
ので、３０はチップ部品の画像部分である。このチップ
部品の画像部分３０には、図５に示す如く、両端に電極
部３１が、また各電極部３１の両側にはんだ部３３，３
４が、それぞれ現れている。

【００３３】図３のステップ４−１で画像処理部１５は
画像データをサンプリングしてつぎのステップ４−２で
２値化処理を行い、赤，緑，青の各色相値の高い部分を
はんだ部の候補として検出する。

【００３４】図６は、赤，緑，青の各光源９，１０，１
１より赤色光３６Ｒ，緑色光３６Ｇ，青色光３６Ｂを基
準基板１Ｓに対し投射した状態を示しており、撮像部３
では基準基板１Ｓの基板表面や部品表面での反射光の合
成光が観測される。

【００３５】図７は、チップ部品２Ｓのはんだ付け部２
７における赤色光３６Ｒ，緑色光３６Ｇ，青色光３６Ｂ
の反射状態を拡大して示してある。はんだ付け部２７は
ランド部２８と電極２６との間に形成され、はんだ付け
部分２７の表面は同図のように凹曲面状に傾斜してい
る。その傾斜角度は電極２６の側で大きく、ランド部２
８の側で小さくなっており、傾斜角度が大きい部分では
青色光３６Ｂが、小さい部分では赤色光３６Ｒが、中く
らいの部分では緑色光３６Ｇが、それぞれ撮像部３に向
かって反射する。

【００３６】図８は、撮像部３で観測された左右のはん
だ付け部分２７の画像、すなわち前記はんだ部３３，３
４を示しており、外側より内側に向けて赤色領域３２
Ｒ，緑色領域３２Ｇ，青色領域３２Ｂが順に並んでい
る。

【００３７】図３に戻って、ステップ４−３では画像処
理部１５は各領域３２Ｒ，３２Ｇ，３２Ｂの輪郭追跡を
行って各領域の面積を求めた後、制御部２４は面積の総
和が所定のしきい値以上か否かを判断する。いま着目箇
所が図８のはんだ部３４であるとき、各領域３２Ｒ，３
２Ｇ，３２Ｂの面積の総和はしきい値以上となるから、
その着目箇所は部品のはんだ付け部分（ランド部）に該
当する可能性が強いと判断される。

【００３８】つぎのステップ４−４では、画像処理部１
５は、図９に示すように、その着目箇所が赤色領域３２
Ｒ，緑色領域３２Ｇ，青色領域３２Ｂの順で並んでいる
か否かを追跡し、もしそうであれば制御部２４はその着
目箇所が部品のはんだ付け部分（ランド部）であると判
断する。

【００３９】つぎに制御部２４は、赤色領域３２Ｒ，緑
色領域３２Ｇ，青色領域３２Ｂの並びが上下左右のどの
方向かを判断するもので、図８のはんだ部３４の場合、
制御部２４は前記の並びが左から右であると認識し、青
色領域３２Ｂの右端の位置を検出してメモリ１３に記憶
させる（ステップ４−５）。

【００４０】つぎに画像処理部１５は、前記はんだ部３
４に対して右方向へ対をなすランド部の追跡を行う（ス
テップ４−６）。図８に示す例では、この追跡により他
方のはんだ部３３が検出され、このはんだ部３３は左か
ら右方向へ青色領域３２Ｂ，緑色領域３２Ｇ，赤色領域
３２Ｒの順で並んでいるから、制御部２４はこのはんだ
部３５は前記ランド部と対をなすランド部であると認識
し、青色領域３２Ｂの左端の位置を検出してメモリ１３
に記憶させる。

【００４１】つぎに制御部２４は、図１０に示すよう
に、はんだ部３４の青色領域３２Ｂの右端とはんだ部３
３の青色領域３２Ｂの左端との間の距離ｄを算出し、こ
の算出値により着目箇所の部品が前記部品種テーブル１
９に登録されたいずれの規格部品であるかを認識する
（ステップ４−７，４−８）。つぎにステップ４−９に
おいて、制御部２４は、前記距離ｄの長さ中央の位置を
求め、その位置の座標を部品位置Ｃとして認識する（ス
テップ４−９）。

【００４２】なお上記は、三原色光を発する３個の光源
９，１０，１１を用いた実装基板検査装置にこの発明を
実施した例を示すが、この発明はこれに限らず、複数個
の白色光源を用いた実装基板検査装置にも適用すること
もできる。この場合に各白色光源は実装基板に対し異な
る仰角の方向に配置して、各光源を順次点灯させること
により反射光と各光源とを対応付けることは勿論であ
る。

【００４３】

【発明の効果】この発明は上記の如く、複数の部品がは
んだ付けされた実装基板に対し異なる仰角の方向より光
を投射して実装基板の表面での反射光を観測し、その反
射光の分布状態より各部品のはんだ付け部を検出し、そ
の反射光と各光源との対応関係により前記はんだ付け部
の傾斜状態を検出し、前記傾斜状態の検出結果より部品
の実装状態を判別して実装情報を抽出するようにしたか
ら、１枚の実装基板を導入して観測するだけで、各部品
の位置などの実装情報が自動的に抽出でき、ティーチン
グに手数を要さず、しかも短時間でティーチングが可能
であるなど、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】

【図１】この発明の一実施例にかかる実装基板検査装置
の構成例を示すブロック図である。

【図２】ティーチングの手順を示すフローチャートであ
る。

【図３】図２のステップ４の詳細な制御手順を示すフロ
ーチャートである。

【図４】基準基板の画像を示す説明図である。

【図５】部品の画像を拡大して示す説明図である。

【図６】各光源からの光の投射状態を示す説明図であ
る。

【図７】はんだ付け部における投射光の反射状態を拡大
して示す説明図である。

【図８】はんだ付け部の画像を示す説明図である。

【図９】はんだ付け部の画像における赤色，緑色，青色
の各領域の並びとその追跡状態を示す説明図である。

【図１０】部品種および部品位置の検出方法を示す説明
図である。

【符号の説明】

５ 投光部 ６ 撮像部 ７ 制御処理部 ９，１０，１１ 光源 １５ 画像処理部 ２４ 制御部

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 複数の部品がはんだ付けされた実装基板
   に対し異なる仰角の方向に配置された複数の光源と、 各光源による投射光の前記実装基板の表面での反射光を
   観測して観測データを出力する観測部と、 前記観測部からの観測データを入力して処理する制御処
   理部とから成り、 前記制御処理部は、 前記実装基板における反射光の分布状態より各部品のは
   んだ付け部を検出する手段と、 前記実装基板における反射光と各光源との対応関係によ
   り前記はんだ付け部の傾斜状態を検出する手段と、 前記傾斜状態の検出結果より部品の実装状態を判別して
   実装情報を抽出する手段と、 前記実装情報を基板検査のための教示データとして記憶
   する手段とを備えて成る実装基板検査装置。