JPH0762654B2

JPH0762654B2 - 実装基板検査装置

Info

Publication number: JPH0762654B2
Application number: JP63268437A
Authority: JP
Inventors: 和俊池谷; 邦夫三宮; 幸文津田; 祐二丸山; 信博荒木; 広門鳥羽
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1988-10-25
Filing date: 1988-10-25
Publication date: 1995-07-05
Anticipated expiration: 2010-07-05
Also published as: JPH02114156A; US4983827A; DE3935424A1; DE3935424C2

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位置ずれ等
の実装不良を検査するための実装基板検査装置に関する
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
品や浮き等の不良の検査は人間による目視検査に頼って
いた。ところが製品の小型化や軽量化が進むにつれ、プ
リント基板上の部品の小型化や高密度実装化もより一層
進んできている。このような状況の中で、人間が高い検
査精度を保ちつつ非常に細かな部品の実装状態を、しか
も長時間検査し続けることは困難に近い作業である。そ
こで最近、検査の自動化が強く望まれている中で、二次
元的な部品の画像から部品の位置ずれ等を検査する装置
が提案されてきている。

その従来の一般的な検査装置を第６図に示す。第６図に
おいて、61はプリント基板、62はプリント基板61上に実
装された部品、63はそれらを撮像するビデオカメラ、64
はビデオカメラ63からの映像信号をA/D変換して画像メ
モリに格納する画像取込回路、65は取込んだ画像から部
品のエッジを検出するエッジ検出回路、66はエッジ情報
から部品のコーナを検出するコーナ検出回路、67は各部
品のコーナの基準座標値が格納されている基準データ格
納メモリ、68は検出されたコーナの座標と基準座標値と
から部品のずれ量を計算するずれ量計算回路、69は部品
の許容ずれ量が格納されている許容ずれ量格納メモリ、
70は算出されたずれ量と許容ずれ量を比較し、部品の実
装状態の良否を判定する比較・判定回路である。

以下その動作を説明する。プリント基板61上に実装され
た部品62をビデオカメラ63で撮像し、その映像信号を画
像取込回路64でA/D変換し画像メモリに取込む。その画
像を用いてエッジ検出回路65で部品62のエッジを検出
し、そのエッジ情報からコーナ検出回路66で部品62のコ
ーナの座標値を検出する。この検出された各コーナの座
標値とメモリ67に格納されている部品の基準座標値とを
比較して、ずれ量計算回路68で両者のずれ量を計算す
る。そして、その算出された部品の基準値からのずれ量
と、メモリ69に格納されているずれの許容値とを比較・
判定回路70で比較し、部品のずれや欠品等の実装状態の
良否を判定している。

発明が解決しようとする課題しかし、従来例で示したような検査方法では、ビデオカ
メラで部品を撮像して、二次元的な情報を用いているた
め、例えば部品が半田付け不良等の原因で全体的に浮き
上がって実装されていたり、ICの足が部分的に浮き上が
っている様な不良は検出できないという課題があった。

本発明は以上のような三次元的な部品の浮きや傾斜等の
実装不良が検出できないことに鑑み、第１の目的は部品
の三次元的な高さデータを取得し、二次元的な位置ずれ
に加えて三次元的な実装不良をも検出できるようにする
ことである。また第２の目的は取得する三次元高さデー
タの精度を向上させることである。

課題を解決するための手段上記目的を達成するため、本発明の技術的解決手段は、
第１に部品が実装されたプリント基板を移動させる搬送
手段と、レーザ光源からのレーザ光をポリゴンミラーと
ｆθレンズによりプリント基板上に垂直に走査するレー
ザ光走査手段と、レーザ光の走査によりプリント基板上
から反射して得られる反射光のうち所定角度の散乱光の
みを、プリント基板とｆθレンズの間に設けた反射ミラ
ーで反射させ、ｆθレンズと前記ポリゴンミラーを介し
て反射させる散乱光反射手段と、散乱光反射手段からの
光を集光レンズで位置検出素子にさらに集光し位置信号
を出力する位置検出手段と、位置検出手段からの位置信
号により前記プリント基板およびプリント基板上に実装
された部品の高さデータに変換する演算をする画像演算
処理手段と、画像演算処理手段で演算された高さデータ
と予め定めた基準高さデータを比較し、プリント基板上
の部品の実装状態の良否を判定する判定処理手段とから
構成したものである。

また第２には、第１の構成手段に加えて、レーザ光の走
査面に対称な位置に更にひとつずつ、反射ミラーと位置
検出手段である集光レンズ及び受光素子を設け、追加し
た受光素子も含めた２つの受光素子からのそれぞれの位
置信号を高さデータに変換し、得られた２つの高さデー
タの平均値を測定高さデータとして出力する画像演算処
理手段とから構成したものである。

作用本発明は、第１に部品が実装されたプリント基板をレー
ザ光で全面走査し、プリント基板から反射して得られる
散乱光を反射ミラーで位置検出手段に導き、プリント基
板上の高さの凹凸に従って変化する位置検出素子上の散
乱光の集光位置を検出し、その位置信号から画像演算処
理手段によりプリント基板上に実装された部品の高さデ
ータを演算し、その実測高さデータと基準高さデータを
比較することにより、プリント基板上の部品の二次元的
（平面的）なずれの検査に加え、三次元的な部品の浮き
等の不良も簡便に検査できるものである。

また第２に、レーザ光の走査によるプリント基板からの
反射散乱光をレーザ光の走査面に対称な位置に配置した
１対の反射ミラーにより反射させ、同様に対称な位置に
配置した位置検出手段にそれぞれ散乱光を導き、それぞ
れの位置検出手段からの位置信号を画像演算処理手段に
より、それぞれ高さデータに変換し、変換された両高さ
データの平均値を測定高さデータとして判定に用いるこ
とにより、第１の構成手段で得た測定高さデータよりも
ノイズの影響を軽減でき、測定高さデータの精度を向上
させることができる。

実施例以下、第１図を参照しながら本発明の第１の実施例につ
いて説明する。

第１図は本発明の実装基板検査装置の第１の実施例を示
すブロック図である。第１図において、１はプリント基
板、２はプリント基板１上に実装されている部品、３は
プリント基板１を移動させる搬送手段、４はその移動方
向を示す矢印である。５はレーザ光源、６はレーザ光源
５からのレーザ光、７はポリゴンミラー、８はレーザ光
６をポリゴンミラー７に導くための鏡、９はｆθレン
ズ、10は散乱光集光手段である反射ミラーである。また
位置検出手段として11は集光レンズ、12は光位置検出用
の受光素子である。13は受光素子12からの位置信号で、
14は画像演算処理手段として位置信号13からレーザ光６
を照射した部位の高さデータに変換する演算を行なう画
像演算処理部、そして15は判定処理手段としてプリント
基板１上の部品２の実装状態の良否を判定する判定部で
ある。

以下その動作を説明する。

部品２が実装されているプリント基板１を搬送手段３に
より矢印４の方向に移動させつつ、レーザ光源５からの
レーザ光６に対して３つの鏡８を用いて、回転している
ポリゴンミラー７に導き、ポリゴンミラー７とｆθレン
ズ９によりレーザ光６をプリント基板１上に垂直に照射
する。これにより、プリント基板１上にレーザ光６を２
次元的に全面走査する。

レーザ光６の走査によりプリント基板１上から反射して
くる散乱光を、検査対称体であるプリント基板１とｆθ
レンズ９との間に設けた反射ミラー10で反射させ、ｆθ
レンズ９とポリゴンミラー７を介して、更に集光レンズ
11を通して、光位置検出用の受光素子12上に集光する。
そして、受光素子12からは、受光素子12上のどの位置に
集光されたかを示す位置信号13が出力され、画像演算処
理部14に入力される。

画像演算処理部14では、同期信号のタイミングで入力さ
れた位置信号13をプリント基板１及びプリント基板１上
に実装された部品２の高さデータに変換する演算を行な
い、実測高さデータを判定部15へ出力する。判定部15で
は、画像演算処理部14で演算された高さデータと予め定
めておいた基準高さデータとを比較し、プリント基板１
上の部品２の実装状態の良否を判定する。

以上の動作を繰り返し、順次行なうことによりプリント
基板１上全面について検査を行なうことができる。本実
施例の場合、上記一連の動作はポリゴンミラー７の回転
にあわせた同期信号により同期をとることで実現してい
る。

以上の動作説明の中で、次の２点（，）について更
に詳しく図面を用いて説明する。

レーザ光の散乱光を集光することによる高さデータ
の取得原理及び反射ミラー10の役割。

画像演算処理部14及び判定部15の構成。

まず、については第２図を用いて説明する。第２図
は、本実施例の各構成要素の配置と高さデータ取得原理
を示す図である。第１図と同じ構成のプリント基板１、
実装部品２、レーザ光６、ポリゴンミラー７、ｆθレン
ズ９、反射ミラー10、集光レンズ11、受光素子12、位置
信号13については、第１図と同一の番号を付して説明を
省略する。

高さデータ取得原理の説明のために、位置検出手段であ
る集光レンズ11、受光素子12と同様の集光レンズ16及び
受光素子17を図のように仮想配置する。この時、レーザ
光６はポリゴンミラー７及びｆθレンズ９を通って部品
２上に照射され、部品２上で反射したレーザ光のうち集
光レンズ16で集光された光は受光素子17上に結像する。

この構成において、部品２の高さがＡ点19、Ｂ点20、Ｃ
点21であった場合、集光された光の受光素子17上の結像
位置は、それぞれＤ点22、Ｅ点23、Ｆ点24と変化する。
このように、レーザ光を照射した対象物である部品の高
さに応じてレーザ光の集光する位置が変わり、この位置
信号18を測定することにより対象物の高さ情報を得るこ
とができる。

本発明においては、この原理により、ポリゴンミラー
７、ｆθレンズ９、反射ミラー10及び集光レンズ11を用
いて、プリント基板１もしくは部品２上で反射した散乱
光を受光素子12上に集光させ、受光素子12からの位置信
号13から対象物の高さ情報を得ている。即ち、レーザ光
６が例えばＡ点19で散乱反射し、その散乱光のうちの一
部を反射ミラー10で反射させ、ｆθレンズ９及びポリゴ
ンミラー７に導き、ポリゴンミラー７で再度反射した光
を集光レンズ11で集光し、受光素子12上のＧ点25に結像
させ位置信号13を得ている。この時反射ミラー10は、対
象物からの反射光のうちある角度をもって反射した散乱
光の一部を反射させ受光素子12へ導いているため、例え
ばＣ点21で正反射したようなノイズ成分を多く含む光は
Ｈ点26方向へ反射され、受光素子12へはもどらず、ノイ
ズの少ない高さ情報を得ることができる。

次にの画像演算処理部14及び判定部15の構成につい
て、第３図を用いて詳しく説明する。

第３図は、画像演算処理部14及び判定部15の詳細ブロッ
ク図である。画像演算処理部14は、A/Dコンバータ31、
位置演算回路32、高さ変換回路33及び測定高さデータ格
納メモリ34で構成されており、判定部15は、基準高さデ
ータ格納メモリ35、減算回路36、基準しきい値格納メモ
リ37及び判定回路38で構成されている。

以下その動作を説明する。

画像演算処理部14では、受光素子12からの位置信号13を
A/Dコンバータ31でデジタル信号に変換し、位置演算回
路32へ入力する。本実施例の場合受光素子12は、受光位
置検出素子として受光部表面に抵抗層を設け、素子の両
端電極に流れる電流が受光位置と各電極間との距離に反
比例するものを用いた。従って位置信号は、両電極に流
れた電流を電圧値に変換した信号となる。

そこで位置演算回路32では、デジタル信号に変換された
両電極の電圧値V₁,V₂を用いて、受光位置Ｐを次式で演
算している。

（但し、Ｋは任意の定数である。）位置演算回路32で出力される受光位置は、高さ変換回路
33で、第２図を用いて説明した高さデータ取得原理に基
づき、受光位置とその時の高さデータの関係から高さデ
ータに相当する値に変換される。高さ変換回路33で得ら
れた高さデータ格納メモリ34に順次格納される。

判定部15では、測定高さデータ格納メモリ34からの測定
高さデータと基準高さデータ格納メモリ35からの基準高
さデータとを減算回路36で減算し、その減算値と基準し
きい値格納メモリ37からの基準しきい値を判定回路38で
比較し、基準しきい値よりも減算値が小さいか大きいか
でその部位の高さデータの良／不良を判定することがで
きる。

なお、基準高さデータは予め格納メモリに格納しておく
が、この基準高さデータは部品の設計値から作成する
か、もしくは良品基板の高さデータを実際に測定してそ
の値を基準高さデータとするか複数の良品基板の実測高
さデータを平均して、その平均値を基準高さデータとす
るかの方法があるが、同じ部品でも設計値と実装状態で
のプリント基板からの部品の高さとは必ずしも良く一致
しないので良品基板の高さデータを用いて基準高さデー
タを作成する方法が望ましい。

以上の様に本実施例においては、ポリゴンミラー、ｆθ
レンズ、反射ミラー、散乱光集光レンズ及び光位置検出
素子を基本構成要素として、プリント基板上から反射し
てくる散乱光を反射ミラーを用いてｆθレンズ及びポリ
ゴンミラーにもどし、ポリゴンミラーで反射した光を散
乱光集光レンズで受光素子上に集光させ、その集光位置
情報からレーザ光を照射した部位の高さ情報を得て、そ
の高さ情報と基準値とを比較することにより三次元的に
部品の実装状態を検査することができる。このように、
二次元的な位置情報の比較によっては検査できなかった
三次元的な部品の浮きや傾き、部分的なICの足の浮き等
も検査できるようになり、測定高さデータと基準高さデ
ータを比較することにより非常に簡便に部品の実装状態
の良否を判定することができる。

以下第４図を参照しながら本発明の第２の実施例につい
て説明する。

第４図は本発明の基板検査装置の第２の実施例を示すブ
ロック図である。第４図において、レーザ光の走査面に
対称な位置に更にひとつずつ、反射ミラー41と位置検出
手段である集光レンズ42及び受光素子43を設け、受光素
子43からの位置信号44を画像演算処理部45へ入力してい
る以外は、本発明の基板検査装置の第１の実施例に示す
第１図と同一の構成であるため、第１図と同一の番号を
付して説明は省略する。

以下その動作を説明する。

第１の実施例と同様に、部品２が実装されたプリント基
板１を搬送手段３により移動させつつ、レーザ光６をポ
リゴンミラー７に導きｆθレンズ９を通してプリント基
板１上に垂直に照射する。

レーザ光６の走査によりプリント基板１上から反射して
くる散乱光を、検査対象物であるプリント基板１とｆθ
レンズ９との間において、レーザ光の走査面に対称な位
置に２つ設けた反射ミラー10,41でそれぞれ反射させ、
ｆθレンズ９とポリゴンミラー７を介して、更に反射ミ
ラーと同様に対称な位置に設けた集光レンズ11,42及び
受光素子12,43へそれぞれ導いている。そして受光素子1
2,43からは位置信号13,44が出力され、画像演算処理部4
5にそれぞれ入力される。

画像演算処理部45では、それぞれに入力された位置信号
13,44を高さデータに変換する演算を行ない、得られた
２つの高さデータの平均値を測定高さデータとして判定
部15へ出力する。判定部15は、第３図に示した第１の実
施例の時の詳細ブロック図と同一の構成であって、測定
高さデータと予め定めておいた基準高さデータとを比較
し、プリント基板１上の部品２の実装状態の良否を判定
する。

以上の動作を繰り返し、順次行なうことにより、第１の
実施例と同様にプリント基板１上全面について検査を行
なうことができ、かつレーザ光の走査面に対し対称な位
置から散乱光を集光し高さデータを得、その両高さデー
タの平均をとっているためノイズを軽減でき、取得した
高さデータの精度を向上させることができる。

以上の動作の説明の中で、画像演算処理部45について更
に詳しく図面を用いて説明する。第５図は、画像演算処
理部45の詳細ブロック図であり、基本構成は第１の実施
例の時の第３図の構成と同一である。画像演算処理部45
へ入力された位置信号A13及びB44は、それぞれA/Dコン
バータ31、位置演算回路32及び高さ変換回路33を通って
高さデータに変換される。得られた両高さデータは平均
回路51で平均され、測定高さデータ格納メモリ34に格納
される。そして、この格納された高さデータは順次判定
部へ送られる。

なお判定部15で用いる基準高さデータは、本発明の第１
の実施例と同様に、良品基板の高さデータの実測値を用
いて作成する。

以上の様に本実施例においては、レーザ光の走査面に対
称な位置に反射ミラー10,41及び位置検出手段12,43を設
け、両位置検出手段からの位置信号を画像演算処理部で
それぞれ高さデータに変換し、両高さデータの平均値を
測定高さデータとして出力することにより、本発明の第
１の実施例の効果に加え、ノイズの影響をも軽減でき、
判定に用いる測定高さデータの精度を向上させ、部品の
実装状態の良否判定の精度を向上させることができる。

発明の効果以上述べてきたように本発明の効果としては、部品が実
装されたプリント基板を移動させる搬送手段と、レーザ
光源からのレーザ光をポリゴンミラーとｆθレンズによ
りプリント基板上に走査するレーザ光走査手段と、プリ
ント基板とｆθレンズの間に設けた反射ミラーで、プリ
ント基板上からの散乱光を反射させる散乱光反射手段
と、その散乱光を集光レンズで位置検出素子に集光し位
置信号を出力する位置検出手段と、位置信号から高さデ
ータに変換する画像演算処理手段と、高さデータと基準
高さデータを比較しプリント基板上の部品の実装状態の
良否を判定する判定処理手段との構成により、人間の目
視検査に頼ることなく、また二次元的な位置情報では検
査できなかった三次元的な浮きや傾きに関する不良につ
いても検査できるようになり、検査の自動化や作業効率
向上という多大な効果を得ることができる。

また反射ミラー及び位置検出手段をレーザ光走査面に対
し対称な位置に配置して、２方向より測定した高さデー
タの平均をとることにより、ノイズの影響を軽減するこ
とができ、測定した高さデータの精度を向上させること
ができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１の実施例における実装基板検査装
置のブロック結線図、第２図は同第１の実施例の各構成
要素の配置及び高さデータ取得原理図、第３図は第１の
実施例の要部である画像演算処理部及び判定部のブロッ
ク結線図、第４図は本発明の第２の実施例における実装
基板検査装置のブロック結線図、第５図は同第２の実施
例の要部である画像演算処理部のブロック結線図、第６
図は従来の基板検査装置のブロック結線図である。１……プリント基板、２……部品、３……基板搬送手
段、５……レーザ光源、７……ポリゴンミラー、９……
ｆθレンズ、10……反射ミラー、11……集光レンズ、12
……位置検出用受光素子、14……画像演算処理部、15…
…判定部。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者丸山祐二神奈川県川崎市多摩区東三田３丁目10番１号松下技研株式会社内 (72)発明者荒木信博神奈川県川崎市多摩区東三田３丁目10番１号松下技研株式会社内 (72)発明者鳥羽広門神奈川県横浜市港北区綱島東４丁目３番１号松下通信工業株式会社内 (56)参考文献特開昭49−83470（ＪＰ，Ａ) 特開昭63−128242（ＪＰ，Ａ)

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】部品が実装されたプリント基板を移動させ
る搬送手段と、レーザ光源からのレーザ光をポリゴンミ
ラーとｆθレンズにより前記プリント基板上に垂直に走
査するレーザ光走査手段と、前記レーザ光の走査により
前記プリント基板上から反射して得られる反射光のうち
所定角度の散乱光のみを、前記プリント基板と前記ｆθ
レンズの間に設けた反射ミラーで反射させ、前記ｆθレ
ンズと前記ポリゴンミラーを介して反射させる散乱光反
射手段と、前記散乱光反射手段からの散乱光を集光レン
ズで位置検出素子にさらに集光し位置信号を出力する位
置検出手段と、前記位置検出手段からの位置信号により
前記プリント基板およびプリント基板上に実装された部
品の高さデータを演算する画像演算処理手段と、前記画
像演算処理手段で演算された高さデータと予め定めた基
準高さデータとを比較し、前記プリント基板上の部品の
実装状態の良否を判定する判定処理手段とを具備する実
装基板検査装置。
【請求項２】反射ミラー及び位置検出手段を、それぞれ
レーザ光の走査面に対称な位置に１組ずつ設け、画像演
算処理手段で、前記対称な位置に設けたそれぞれの位置
検出手段からの位置信号により、それぞれプリント基板
及びプリント基板上に実装された部品の高さデータに変
換し、得られた２つの高さデータの平均値を測定高さデ
ータとして出力することを特徴とする請求項１記載の実
装基板検査装置。