JPH05280945A - クリーム半田の印刷状態検査装置 - Google Patents

クリーム半田の印刷状態検査装置

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JPH05280945A
JPH05280945A JP4074496A JP7449692A JPH05280945A JP H05280945 A JPH05280945 A JP H05280945A JP 4074496 A JP4074496 A JP 4074496A JP 7449692 A JP7449692 A JP 7449692A JP H05280945 A JPH05280945 A JP H05280945A
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裕 岩田
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 プリント基板に印刷されたクリーム半田の印
刷状態を検査する装置を得る。 【構成】 クリーム半田を印刷したプリント基板に、複
数の位相変化する光パターンを投影し、このプリント基
板表面を撮像する撮像装置から得られる信号を位相シフ
ト法により処理してクリーム半田の印刷位置、面積、厚
さ、又は量を検出する。このようにして検出されたデー
タを基準データと比較して印刷状態を判定する。 【効果】迅速かつ確実にクリーム半田の印刷状態が検査
することができ、生産ラインにおけるプリント基板の実
装工程を停めることなく連続した自動処理が行える。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、ヘッドホンステレオ、
コードレス電話、カメラ一体型ビデオのように、配線基
板に高密度に非常に小型の電子部品（１００５チップな
ど）や狭リードピッチＩＣを実装するためにプリント基
板に印刷されたクリーム半田の印刷状態を検査する装置
に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】プリント基板に電子部品の表面実装を自
動化する場合、まずプリント基板上の各所定位置にクリ
ーム半田を印刷し、次にこのプリント基板に電子部品を
クリーム半田の粘性によって仮止めし、その後リフロー
炉を通して半田付けを行っている。そして、従来はプリ
ント基板の半田付け状態をこのリフロー炉による半田付
け工程の終了後に検査していた。しかしながら、プリン
ト基板の高密度実装化のため、例えばＪリードを有する
ＬＳＩ等の電子部品の裏面側で半田付けを行うものが使
用されるようになり、この場合には半田付け工程の終了
後に検査を行うことが困難になる。また電子部品の半田
付け状態は、プリント基板にクリーム半田を印刷したと
きの印刷状態の良否に大いに影響を受ける。このため、
リフロー炉による半田付け工程の前にクリーム半田の印
刷状態を検査する必要が生じ、目視検査を行う検査員を
配置していた。
【０００３】
【発明が解決しょうとする課題】ところが、検査員によ
る目視検査は検査の負担が大きく、また作業効率が低か
った。
【０００４】クリーム半田の印刷状態を検査する装置と
しては、スリット光をプリント基板上に投影して、その
投影パターンを撮像し、得られた画像信号から半田の欠
陥、位置ずれ等を判定する装置が使用されている。この
従来のスリット光投影による検査法は、スリット光の間
隔が小さいほど検出分解能が高く、一方スリット光の間
隔が大きいほど検出速度が速くなる。即ち、精度と速度
が完全なトレードオフにあり、しかもこのスリット光投
影による検査法では、座標値はスリット上でしか得られ
ないという欠点を有している。また測定対象面の三次元
的形状に依存したスリット光のずれ量を検出する際に、
１つのスリットが隣接するスリットと重なることがある
ため、正確なずれ量が得られないという欠点も有してい
る。そのため、リトライを行ったり、スリットに色を付
ける等の空間コード化等に於ける工夫が必要である。こ
のため、従来の印刷状態検査装置では、精度と計測時間
短縮には限度がある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明は、上記事情に鑑
み、プリント基板に複数の位相変化する光パターンを照
射して複数の画像信号よりクリーム半田の位置、面積、
厚さ又は量を検出する。また、本発明はこの検出データ
を基準データと比較することにより、クリーム半田の印
刷状態を迅速かつ確実に検査することができるクリーム
半田の印刷状態検査装置を提供することを目的としてい
る。
【０００６】本発明のクリーム半田の印刷状態検査装置
は、プリント基板に斜め上方から複数の位相変化する光
パターンを投影する投影手段、この複数の光パターンが
投影されたプリント基板表面を撮像する撮像手段、この
撮像手段から得られた複数の位相変化する光パターンに
基づいて複数の画像信号よりプリント基板上に印刷され
ているクリーム半田の位置、面積、量又は厚さを得る手
段からなる。また、上記画像信号から得たクリーム半田
の位置、面積、厚さ又は量に関するデータと、あらかじ
め定められたクリーム半田の印刷位置、面積、厚さ又は
量の基準データとを比較して印刷状態の良否を判定する
手段とを備える。
【０００７】上記位相変化する光パターンは、縞状であ
って、この縞状パターンの強度は、正弦波状に変化して
いることを特徴とする。また投影手段は、液晶を実体格
子とする液晶光学シャッターにより複数の位相変化する
光パターンを生成することを特徴とする。更に、上記比
較に用いるあらかじめ定められたクリーム半田の印刷状
態の基準データは、クリーム半田を印刷するスクリーン
印刷機のスクリーンマスクのＣＡＤデータをダウンロー
ドして検査データファイルを自動生成する変換手段より
得て、この検査データファイルを記憶するメモリ手段を
備えることを特徴とする。
【０００８】
【作用】本発明は、プリント基板上に複数の位相変化す
る光パターンを投影し、複数の位相変化する複数の画像
データを使用するので、プリント基板の全表面を高速
に、かつ高精度に検査することができる。
【０００９】
【実施例】本発明の一実施例について、図面を用いて詳
細に説明する。図１〜図８は、本発明の第１の実施例を
示し、図１は印刷状態検査装置の全体の構成を示す図、
図２は照明装置（液晶光学シャッター）の一実施例、図
３は図２の照明装置を使用した光学系の構成例を示す
図、図４は図２の照明装置で用いる液晶素子の構成例、
図５は図４の液晶素子の駆動方法を示す。図６は図１の
システム構成におけるフローチャートを示し、図７
（イ）〜（ニ）はそれぞれ図５の液晶素子の駆動によっ
て得られる４画面分の画像メモリによって記憶された各
画像を示す図である。そして図８は位相シフト法（縞走
査法）の説明図である。本実施例の印刷状態検査装置
は、図１に示すように、プリント基板１０を載置するＸ
Ｙテーブル１と、このプリント基板１０に斜め上方から
スリット状の複数の位相変化する光パターンを照射する
照明装置２と、このプリント基板１０を基板表面に対し
てほぼ垂直方向から撮像するＣＣＤカメラ３とを備えて
いる。プリント基板１０上には、クリーム半田１０ａが
印刷されている。ＸＹテーブル１はコンピュータ装置５
及びコントローラ９からの命令をＸ−Ｙテーブルコント
ローラ４を介してパルスモータ１ａ，１ｂを駆動するこ
とにより、載置したプリント基板１０をＸ−Ｙ方向の任
意位置に移動させる装置である。照明装置２は、コント
ローラ９の命令を照明コントローラ６を介してプリント
基板１０に斜め上方から４分の１ピッチづつ位相変化す
る光を照射する照明装置であり、光源からの光を液晶光
学シャッターを介して照射することにより、Ｘ方向また
はＹ方向に沿って照度が正弦波状に変化する縞状パター
ンをプリント基板１０上に照射する。また、この縞状パ
ターンは液晶光学シャッターを制御して、その位相を任
意に移動させることにより、上記説明のようにＸ方向又
はＹ方向に４分の１ピッチづつ位相が変化する縞状パタ
ーンを生成する。
【００１０】図２は、本発明の一実施例に使用される照
明装置２の断面構成図を示し、光源（図示しない。）か
らの光は光ファイバーにより集光レンズ２１，２２に導
かれる。集光レンズ２１と２２の中間にはフイルター２
３が挿入されている。集光レンズ２１，２２により平行
光にされ、液晶素子２４を介して投影レンズ２５に導か
れる。この実施例では集光レンズ２１，２２と投影レン
ズ２５の間に恒温制御装置２６が設けられ、液晶素子２
４はこの恒温制御装置２６の中に配置されている。恒温
制御装置２６内に液晶素子２４を配置するので、液晶素
子の温度ドリフトを防ぎ、投影パターンのコントラスト
が安定する。照明装置２はプリント基板１０に対して斜
め上方に配置されているため、投影レンズ２５の焦点距
離がプリント基板の全部分で同じでないので、これを補
償するように光軸に対して斜めに配置され、光軸に対す
る角度を調整するよう取り付けられている。
【００１１】図３は、上記照明装置２及びＣＣＤカメラ
３の具体的配置関係を説明する図であり、光学系シャー
シ３１の上にカメラスタンド３２が取り付けられ、スタ
ンドキャリア３３によりＣＣＤカメラ３が固定されてい
る。また、シャーシ３１には図２で説明したファイバー
２０、集光レンズ２１，２２、液晶素子を内蔵する恒温
制御装置２６、投影レンズ２５からなる照明装置が取り
付けられ、偏角ミラー３４によりプリント基板上に光が
向けられる。このシャーシ３１には液晶素子２４のコン
トローラ３５も搭載されている。
【００１２】図４は、液晶素子２４の構成を示し、液晶
素子２４の一方の透明電極は全面に設けられ、他方の透
明電極は図４に示すように、一方向に細長く分割された
短冊型電極４１で構成されている。短冊型電極４１から
は結線４２により端子４３が各短冊型電極に対して導出
される。液晶素子２４はツイストネマチック型液晶を使
用し、液晶素子２４の前後には偏光板（図示しない。）
が張り付けられている。図５は、液晶素子２４の駆動方
法を示し、上記短冊型電極４１が４分の１ピツチずつシ
フトするように駆動され、４つの位相変化する光パター
ンを発生する。即ち、図４（イ）（ロ）（ハ）（ニ）に
示すように、２つの短冊型電極づつが順に光を透過する
オン状態になるよう駆動される。シフトの周期、方向、
短冊型電極の駆動分割数は、駆動回路により任意に設定
することが可能である。
【００１３】照明装置２に液晶光学シャツターを使用す
ることによる利点は、まず、液晶の光透過特性によっ
て、縞状パターンを作成したときにその照度が理想的正
弦波に近いものが得られ、これにより３次元計測の測定
分解能が向上する。次に、縞状パターンの位相シフトの
制御が電気的に行えるので、制御系をコンパクトにで
き、しかも高速で正確な位相シフトが行える。その外
に、本実施例の印刷状態検査装置を構築する上で、シス
テム構成を容易にし、装置全体を小さくし、なおかつイ
ンライン対応型の高速検査装置にするために、重要な役
割を果たしている。
【００１４】上記の構成の印刷状態検査装置は次のよに
動作する。プリント基板１０がＸＹテーブル１上に載置
されると、まずコンピュータ装置５がＸＹテーブルコン
トローラ４に移動量等のデータと共に指示信号を送り、
プリント基板１０を最初の検査エリア（初期位置）に移
動させる。この検査エリアは、例えばＣＣＤカメラ３の
視野の大きさを単位としてプリント基板１０をあらかじ
め分割して定めておいたものである。次に、コントロー
ラ９は、照明コントローラ６に縞状パターン等のデータ
と共に、指示信号を送り、照明装置２に縞状パターンの
照明を開始させると共に、図５に示すように、この縞状
パターンの位相を４分の１ピッチずつシフトさせて４種
類の照明を順次切り換えさせる。このようにして縞状パ
ターンの位相がシフトする照明が行われている間に、Ｃ
ＣＤカメラ３は、これらの各照明ごとに検査エリアを撮
像し、それぞれ４画面分の画像信号を順次出力する。
【００１５】画像メモリ８ａは分配器７を介して送られ
て来た４画面分の画像信号を順次記憶する。この記憶し
た画像信号をコンピュータ５に送り出す。この画像メモ
リ８ａに格納された画像をコンピュータ装置５が処理し
ている間に、ＸＹテーブル１は次の検査エリアへ移動
し、分配器７はこの検査画像を画像メモリ８ｂへ格納す
る。一方、コンピュータ装置５はメモリ８ａの画像処理
が終わると、すでにメモリ８ｂに次の画像信号が入力済
みであるために、すぐに次の画像を処理することができ
る。つまり、検査は図６に示すように、一方で次の検
査エリア（ｎ＋１番目）への移動→画像入力を行い、
他方ではｎ番目の画像処理→比較判定を平行処理で
行う。以下、全ての検査エリアの検査が完了するまで、
交互に同様の平行処理を繰り返す。この結果、本実施例
の印刷状態検査装置は、コンピュータ装置５とコントロ
ーラ９の制御により検査エリアを移動しながら、順次画
像処理を行うことにより、プリント基板１０上のクリー
ム半田１０ａの印刷状態を高速かつ確実に検査すること
ができる。
【００１６】次に、コンピュータ装置５の行う画像処理
と比較判定について説明する。縞状パターンの位相が４
分の１ピッチずつシフトした際の検査エリアの画像は、
図７（ａ）〜（ｄ）のようになる。この図７から明らか
なように、プリント基板１０に写し出された縞状パター
ンは、基板面上とクリーム半田１０ａとの間でその高さ
の相違から、その高さの差に依存した位相のずれを生じ
る。そこでコンピュータ装置５では、これら４画面の画
像信号をもとに、位相シフト法（縞走査法）によって検
査エリア内の各部の反射面の高さを算出する。計測手順
は図８に示すようなデータフローによって行われる。こ
の図８において、Ｐは検査エリア内の任意の画素、Ｉ0
〜Ｉ3はこの画素Ｐにおける図７の４画面の各画素につ
いて８ビットに量子化された光強度信号レベル、Ｚはこ
の画素Ｐの求めるべき高さを表す。そして、αとφの１
対１関数のデータテーブルは光学概念図の基準面上にて
あらかじめ求めておいたものである。即ち、４つの光強
度信号は次式（１）により、−π／２＜φ＜π／２につ
いて位相φの光強度信号を得る。
【００１７】
【数１】
【００１８】次に、位相の光強度信号を一般角Φに拡大
する。ここで、ＣＣＤカメラ３は、図８（ｂ）に示すよ
うに、プリント基板１０の表面の基準面に対して撮像中
心の原点Ｏから垂直方向に配置され、照明装置２は斜め
に配置されている。このため、プリント基板１０の表面
のｘ方向の照度Ｉは、図８（ｃ）のように、位相変化す
る。この位相変化Φは図８（ｄ）に示すように、ｘ方向
に対して次の関数で表される。
【００１９】 ｘ＝ｆ1（Φ） ・・・・・（２） また、プリント基板表面の垂直軸に対する照明装置２の
角度αは、ｘ方向に次式で表される。
【００２０】 α＝ｆ2（ｘ） ・・・・・（３） 上記（２）（３）式より次式を得る。
【００２１】 α＝ｆ（Φ） ・・・・・（４） このαとΦの１対１関数のデータテーブルは、光学概念
図の基準面上にてあらかじめ求めておき、メモリされて
いる。そして、下記式より画素単位の高さデータＺを得
る。
【００２２】
【数５】
【００２３】このようにして得られた高さデータは、撮
像画面の画素単位にもっており、距離画像としてコンピ
ュータ装置５のメモリに格納される。
【００２４】また、この各部の高さのデータに基づい
て、基板面より高くなったクリーム半田１０ａの印刷領
域が占める範囲を検出し、位置及び面積を求める。次に
この範囲内での各部の高さを積分することにより、印刷
半田の量を算出する。そして、このようにして求めた印
刷半田の位置、面積、高さ又は量等のデータをあらかじ
め記憶しておいた基準データと比較し、この比較結果が
許容範囲内かどうかによって、その検査エリアにおける
クリーム半田１０ａの印刷状態の良否を判定する。この
基準データは、例えば良品のプリント基板１０について
同様の画像処理を施してあらかじめコンピュータ装置５
内のＲＯＭ等に記憶しておいたものを用いてもよいが、
クリーム半田を印刷するスクリーン印刷機のスクリーン
マスクのＣＡＤデータを作成するホストコンピュータ１
２からこのＣＡＤデータをデータコンバージョンマシン
１１にダウンロードして検査に使用する各種データに自
動変換し、良否判定基準を設定した検査データを使用し
た方が効率的である。
【００２５】以上説明したように、本実施例では縞状パ
ターンの位相をずらせて得た画像信号に基づき位相シフ
ト法によりクリーム半田１０ａの相対的な高さを検出し
ている。
【００２６】
【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
の印刷状態検査装置によれば、迅速かつ確実にクリーム
半田の印刷状態を検査することができるようになるの
で、生産ラインにおけるプリント基板の実装工程を停め
ることなく連続した自動処理が可能となる。しかも正確
な検査によって半田付け不良を未然に防止し、生産性の
向上を図ることができる。また、光学系の設定方法によ
って高さ測定精度を自在に決めることができるので、１
００５角形チップや０．５ｍｍピッチＱＦＰ等の高密度
実装部品のクリーム半田パッドにも対応可能である。こ
の場合、厚さ１５０μｍのクリーム半田パッドに対し、
精度は標準偏差でσ＝３μｍの計測を行うことができ
る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施例の印刷状態検査装置の全
体の構成図を示す。
【図２】本発明の照明装置の一実施例の構成図を示す。
【図３】本発明の光学系の構成図を示す。
【図４】本発明の液晶素子の構成図を示す。
【図５】本発明の液晶素子の駆動方法を説明する図であ
る。
【図６】本発明のシステムのフローチャートを示す。
【図７】位相変化する光パターンによって得られる各画
像を示す図である。
【図８】本発明に用いられる位相シフト法の説明図であ
る。
【符号の説明】
２ 照明装置（投影手段） ３ ＣＣＤカメラ（撮像装置） ５ コンピュータ装置 ８ａ，８ｂ 画像メモリ １０ プリント基板 ２４ 液晶素子
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 岩田 裕 大阪府大阪市阿倍野区長池町22番22号 シ ャープ株式会社内 (72)発明者 西垣 賢吾 大阪府大阪市阿倍野区長池町22番22号 シ ャープ株式会社内 (72)発明者 岸本 真 大阪府大阪市阿倍野区長池町22番22号 シ ャープ株式会社内

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】プリント基板上に印刷されたクリーム半田
    の印刷位置、面積、厚さ又は量を検査する装置におい
    て、 上記プリント基板に斜め上方から複数の位相変化する光
    パターンを投影する投影手段と、 上記プリント基板上に配置された撮像手段と、 上記撮像手段から出力される複数の位相変化する光パタ
    ーンに基づく複数の画像信号よりプリント基板上に印刷
    されているクリーム半田の位置、面積、厚さ又は量を得
    る手段と、からなることを特徴とするクリーム半田の印
    刷状態検査装置。
  2. 【請求項２】上記光パターンの強度が正弦波状に変化し
    ている請求項１に記載のクリーム半田の印刷状態検査装
    置。
  3. 【請求項３】上記投影手段は、液晶素子を実体格子とす
    る液晶光学シャッターにより一方向に走査する光パター
    ンを生成することを特徴とする請求項１に記載のクリー
    ム半田の印刷状態検査装置。
  4. 【請求項４】上記画像信号より得たクリーム半田の位
    置、面積、厚さ、又は量に関するデータと、あらかじめ
    定められたクリーム半田の印刷位置、面積、厚さ、又は
    量の基準データとを比較して印刷状態を判定する手段と
    を備えてなることを特徴とする請求項１に記載のクリー
    ム半田の印刷状態検査装置。
  5. 【請求項５】上記あらかじめ定められたクリーム半田の
    印刷位置、面積、厚さ又は量の基準データは、クリーム
    半田を印刷するスクリーン印刷機のスクリーンマスクの
    ＣＡＤデータを作成するホストコンピュータから上記Ｃ
    ＡＤデータをダウンロードして検査データファイルを自
    動生成する変換手段より得ることを特徴とする請求項４
    に記載のクリーム半田の印刷状態検査装置。
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