JPH0654224B2

JPH0654224B2 - 形状検出方法

Info

Publication number: JPH0654224B2
Application number: JP32290789A
Authority: JP
Inventors: 紳二岡本; 一成吉村
Original assignee: Matsushita Electric Works Ltd
Current assignee: Panasonic Electric Works Co Ltd
Priority date: 1989-12-13
Filing date: 1989-12-13
Publication date: 1994-07-20
Anticipated expiration: 2009-07-20
Also published as: JPH03183905A

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明は、電子回路基板上の電子部品の実装状態の非接
触外観検査などに好適な、平板上の凹凸形状を検出する
ための形状検出方向に関する。

（従来の技術）従来、レーザ光などの光ビームを投光して平板上の凹凸
形状を検出する方法としては、本願出願人によって既に
提案され「形状検出装置」として題された先行出願（特
願平１−５６５０号）などがあり、第６図に示すような
構成をとっていた。図において、20はレーザ光源で、こ
のレーザ光源20より発するレーザ光をコリメータ21を介
して同期振動ミラー22により屈折し、レンズ23を通して
被検出物24に照射する。この被検出物24上に照射された
スポット光を検出するため別の設けたレンズ25を介し
て、同期振動ミラー26により反射されたスポット光を屈
折して光位置検出部27によって検出するように構成され
ていた。この場合、同期振動ミラー22と26とは同期して
光を同じ角度に屈折させるもので、これによってＸ方向
へのレーザ光走査を行わせるようになっていた。また、
被検出物24は前記Ｘ方向への走査とは異なるＹ方向へ移
動されるようになっていた。このような構成で、レーザ
光をＸ方向に走査してＸ方向のビームスポット高さ位置
を投光走査に同期した受光系で検出し、Ｙ方向には被検
出物24を移動させることでＸ、Ｙの二次平面上の物体の
高さを測定していた。

このような形状検出装置で電子回路基板上の電子部品の
実装状態を外観検査する場合等においては、半田付け部
分等の光沢や鏡面性を有する表面に光ビームを投光する
と、第７図に示すように、光ビームの２次反射ビームス
ポットＳ₂や３次反射ビームスポットＳ₃などの異常反射
が発生し、ビームスポット高さ位置を検出する受光素子
28の結像面には複数のビームスポットＰ_S1〜Ｐ_S3が結像
されることがあった。

また、他の従来例において、前記受光素子にポジション
センシティブディテクター（ＰＳＤ）を使用するものも
あったが、このＰＳＤでは受光面全体での照度重心位置
を検出するため２次反射や３次反射等による影響が大き
かった。

（発明が解決しようとする課題）上述した従来の形状検出における複数のビームスポット
に対しては、検出すべきビームスポット（１次反射ビー
ムスポットＳ₁）を正しく選択して検出することが必要
である。しかし、従来においては受光素子出力の最大光
量位置を検出することで１次反射ビームスポットＳ₁を
検出していたが、検出点によっては１次反射ビームスポ
ットＳ₁より２次反射や３次反射のビームスポットＳ₂、
Ｓ₃の方が受光出力Ｐ_S1〜Ｐ_S3からわかるようにビーム
スポット高さが大きくなってしまい、明るく、これを誤
検出をしてしまうという課題があった。

本発明は上記のことに鑑み提案されたもので、その目的
とするところは、２次反射、３次反射ビームスポットを
発生するような光沢面や鏡面性を有する物体の３次元的
な位置、形状、寸法の測定や検出を可能とした形状検出
方法を提供しようとするものである。

（課題を解決するための手段）本発明は、レーザ光の走査方向と凹凸のある被検出物の
移動方向とを相対的にＸ、Ｙ方向に移動させながら，上
方より光ビームを被検出物上に照射して、ビームスポッ
トを生成し、このビームスポットの高さ位置を検出して
被検出物の三次元形状を検出する方法において、電子回
路基板上に実装された各被検出物の高さが異なる場合、
それに応じて各被検出物の検出領域を設定し、かつ各検
出領域毎にビームスポット高さ位置の検出範囲を異なら
して設定し、検出を行うようにして上記目的を達成して
いる。

また、上記において、各検出領域毎にビームスポット高
さ位置の検出範囲を設定可能な光透過範囲可変シャッタ
を用いて検出を行うようにして上記目的を達成してい
る。

さらに、基板高さ位置を検出し、この基板高さ位置を基
準にしてビームスポット高さ位置の検出範囲を設定する
ようにして上記目的を達成している。

（作用）電子回路基板（５）上に、種々の形状の部品が実装され
る場合に、それらの部品の高さを上方から投光レーザを
照射して三角測量の原理から検出するにあたり、１次反
射ビームスポットＳ₁が本来の真の高さであるが、２次
反射ビームスポットＳ₂や３次反射ビームスポットＳ₃等
をも受光素子１を介し検出した際、、それらの受光出力
の方が大きく、この受光出力が大きなものを真の高さと
して誤検出してしまう。

しかし、この場合、２次、３次反射ビームスポット
Ｓ₂、Ｓ₃等は、真の高さである１次反射ビームスポット
Ｓ₁より離れた位置に生じ易い。また真の高さは、実装
される部品が予めどういったものかわかっていればある
程度予測可能である。

したがって、実装部品の種類、実装状態に応じ、検出領
域を予め設定し、かつ各検出領域毎にビームスポット高
さ位置の検出範囲を異ならしめ、つまり、実装部品がど
ういったものかわかっているので、予め真の高さを予測
して検出範囲を決め、その範囲内において検出された反
射ビームスポットのデータを真の高さとするようにして
いる。

この場合、各検出領域毎に検出範囲を設定する手段とし
て、光透過範囲を可変とすることができるシャッタを用
い、各実装部品の種々に応じ、予め予測した範囲でもっ
て光透過範囲を設定しておき、シャッタによって異常反
射を除去してしまい、透過されてきたものを真の高さを
示す１次反射ビームスポットとして検出するようにして
いる。

（実施例）以下、本発明の実施例を説明する。

第１図は、本発明第１実施例を示すもので、この実施例
では、受光素子（１）の前方に光透過範囲可変シャッタ
（２）を設け、投光レーザ光（４）が電子回路基板
（５）上の実装部品（６）の半田付け部（７）にあた
り、レンズ（３）を介し反射されてきた反射ビームのう
ち、この光透過範囲可変シャッタ（２）の光透過部を介
し、真の高さを示す１次反射ビームスポットＳ₁のみを
透過させ受光素子（１）に入力して受光出力Ｐ_S1として
出力させ、２次反射ビームスポットＳ₂や３次反射ビー
ムスポットＳ₃を光透過範囲可変シャッタ（２）によっ
て遮断するようにし、誤検出を防止するようにしたもの
である。

第２図は、電子回路基板（５）に所望の電子回路を構成
する形状や高さの異なる抵抗やＩＣ等の如き種々の実装
部品群が実装・半田付けされた様子を示す。しかして、
電子回路基板（５）上において破線で示すＡ領域内は基
板面、Ｂ領域内は抵抗チップ等の高さが１mm以下の低い
部品（６ｂ）の実装部品、Ｃ領域は高さが１〜１．５mm
のトランジスタチップ（６ｃ）、Ｄ領域は高さが１．５
〜２mmのフラットパックＩＣ（６ｄ）が実装されてい
る。また、その他のＥ領域には高さが２〜６mmと高い部
品、例えば電解コンデンサ（６f）、タンタルコンデン
サ（６g）等が実装されている。

この電子回路基板（５）上の被検出物である実装部品に
対し投光レーザを相対的にＸＹ方向に移動、つまり、相
対的とはＸＹ方向の移動は被検出物側でも、投光レーザ
側でも良いということで、このようにして被検出物上方
より投光レーザの光ビームを照射し、被検出物上にビー
ムスポットを生成し、反射されたビームスポットを受光
素子（１）を介し検出し、ビームスポットの高さ位置、
すなわち受光出力の強弱をみて各種実装部品の三次元形
状を検出するものであるが、ここで、前述の２次反射ビ
ームスポットＳ₂、３次反射ビームスポットＳ₃等の異常
値は真の高さと離れた位置に生じ易く、また真の高さは
実装される部品により、ある程度予測可能であり、この
ことから、実装部品により高さ検出範囲を限定すれば、
異常反射による異常値を除去可能である。

第３図は、本発明における検出処理部の構成を示す。図
中（10）は基板位置検出補正部、（11）は基板位置検出
補正部の出力が加えられる透過範囲設定データ部で、そ
の出力は光透過範囲可変シャッタ制御部（12）に加えら
れ、その出力によって光透過範囲可変シッャタ（２）の
光透過範囲が変化させ、この光透過範囲可変シャッタ
（２）を介し、反射ビームスポットが受光素子（１）を
介し光位置検出器（13）に入力される。この光位置検出
器（13）の出力は光位置検出器駆動検出部（14）を介し
ビームスポット位置検出部（15）に加えられ、ビームス
ポット位置検出出力が得られるようになっている。

なお、基板位置検出補正部（10）、透過範囲設定データ
部（11）、光透過範囲可変シャッタ制御部（12）の制御
信号を送る検出タイミング制御部（16）は、投光走査タ
イミング制御部（17）からの信号によって制御される。
また、光位置検出器駆動検出部（14）およびビームスポ
ット位置検出部（15）は検出タイミング制御部（16）に
よって制御されるように構成されている。

次に本発明の動作を説明する。

投光レーザを被検出物上に走査して、その反射によって
三次元形状を検出するが、走査は、第４図に示すよう
に、例えば被検出物をＹ方向に移動させ、投光レーザを
Ｘ方向に移動させて行われる。

しかして、投光レーザが第２図において、Ａ領域検出時
には基板高さを検出し、これを基板位置検出補正部（1
0）で記憶しておく。また、透過範囲設定データでは
Ｂ、Ｃ、Ｄ領域検出時にそれぞれ設定されたビームスポ
ット高さ検出範囲を基板位置検出補正部（10）の基板高
さ位置を基準にして決定し、光透過範囲可変シャッタ
（２）の光透過範囲、つまり検出範囲を変化させる。

第５図に高さ検出範囲の設定例を示す。

Ａ領域は基板上面高さを検出するが、検出範囲Ｚは、Ｚ
_AL≦Ｚ≦Ｚ_AHである。

Ｂ領域は抵抗チップ部品等の高さの低い部品を検出し、
この検出範囲はＺ_BL≦Ｚ≦Ｚ_BHである。

ここでＡ領域で検出した基板高さをＺ_Oとすれば、Ｚ_BL
＝Ｚ_O−α、Ｚ_BH＝Ｚ_O＋β（α、βは設定定数）と
Ｚ_BL、Ｚ_BHはＺ_Oを基準にして浮動設定している。

なお、基板高さが安定している場合はＺ_BL、Ｚ_BHは固定
的な設定でよい。また、Ｃ、Ｄ、Ｅ領域についてもＢ領
域と同様にし、それぞれ検出範囲はＺ_CL≦Ｚ≦Ｚ_CH、Ｚ
_DL≦Ｚ≦Ｚ_DH、Ｚ_EL≦Ｚ≦Ｚ_EH、となるものである。

光透過範囲可変シャッタ（２）としては、液晶光学シャ
ッタなどが使用できる。

このようにして、２次反射、３次反射等の異常反射の検
出を防止しながらビームスポット高さを検出していくこ
とができる。

なお、基板高さが一定の場合は補正する必要がないの
で、基板位置検出補正部（10）は不要である。

また、ビームスポット高さ検出範囲を可変する方法とし
ては、光透過範囲可変シャッタ（２）を使用せず、受光
素子出力の電気的な信号処理でゲートをかけ、該範囲の
信号のみ検出する方法もある。

また、可変する領域は、半田付け部分を認識して、更に
細かく設定してもよい。

（発明の効果）以上のように、本発明によれば、レーザ光の走査方向と
凹凸のある被検出物の移動方向とを相対的にＸ、Ｙ方向
に移動させながら，上方より光ビームを被検出物上に照
射して、ビームスポットを生成し、このビームスポット
の高さ位置を検出して被検出物の三次元形状を検出する
方法において、電子回路基板上に実装された各被検出物
の高さが異なる場合、それに応じて各被検出物の検出領
域を設定し、かつ各検出領域毎にビームスポット高さ位
置の検出範囲を異ならして設定し、検出を行うように
し、この場合、各検出領域毎にビームスポット高さ位置
の検出範囲を設定可能な光透過範囲可変シャッタを用い
たり、基板高さ位置を検出し、この基板高さ位置を基準
にしてビームスポット高さ位置の検出範囲を設定するよ
うにしたから、２次反射、３次反射等の異常反射の影響
を除去でき、高精度な形状検出ができる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例、第２図は本発明における電
子回路基板上の各種実装部品の平面図、第３図は本発明
の検出処理部の構成をブロックで示した説明図、第４図
は検出時の走査状態説明図、第５図は本発明の高さ検出
範囲の設定例、第６図は従来例、第７図は従来における
異常反射状態が生じた場合の説明図である。１……受光素子２……光透過範囲可変シャッタ３……レンズ４……投光レーザ光５……電子回路基板６……実装部品

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】レーザ光の走査方向と凹凸のある被検出物
の移動方向とを相対的にＸ、Ｙ方向に移動させながら，
上方より光ビームを被検出物上に照射して、ビームスポ
ットを生成し、このビームスポットの高さ位置を検出し
て被検出物の三次元形状を検出する方法において、基板上に実装された各被検出物の高さが異なる場合、そ
れに応じて各被検出物の検出領域を設定し、かつ各検出
領域毎にビームスポット高さ位置の検出範囲を異ならし
て設定し、検出を行うことを特徴とした形状検出方法。
【請求項２】各検出領域毎にビームスポット高さ位置の
検出範囲を設定可能な光透過範囲可変シャッタを用いて
検出を行う請求項（１）記載の形状検出方法。
【請求項３】基板高さ位置を検出し、この基板高さ位置
を基準にしてビームスポット高さ位置の検出範囲を設定
することを特徴とした請求項（１）記載の形状検出方
法。