JPH08152311A - 物体の形状検査装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 物体の形状状態を、例えば、電子回路基板上
の部品のはんだ付け状態等を精度良く簡便に検査する物
体の形状検査装置を提供することにある。 【構成】 検査すべき物体の形状に対して上方より角度
を変えて光照射を行い多段配列された円環状の照明装置
と、該照明装置による光照射を制御する照射制御手段
と、該照明装置の上方に当該物体の形状と対向して配設
し該照明装置の光照射によるはんだ付け部の表面からの
反射光をとらえる撮影装置と、物体の形状への照射前に
各段の照明装置ごとに光校正用基板を照射し、当該反射
光を撮影装置で検出してこれを一定の反射光量になるよ
うに照明強度を制御する照明強度制御手段とを備え、物
体の形状状態に応じた反射光を撮影しこれを基準照度と
比較判定して照明強度を制御することにより、照明強度
の変化を的確に校正でき物体の形状状態を精度良く簡便
に検査することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、物体の形状、構造これ
らの存否等の状態を検査する、例えば、プリント基板上
に実装された電子部品等のはんだ付け部の状態の検査に
おいては、はんだ付け部を常に安定した照度で照射し、
特に未はんだ、はんだ過少、はんだ過剰等の状態を正確
にかつ簡便に検出する物体の形状検査装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、プリント基板上に実装された電子
部品等のはんだ付け部の検査において、はんだ付け部を
照射してその反射光をカメラで撮像して画像処理技術に
よって良否を判定する手法が幾つか提案されている。こ
のような従来の光学式の検査装置においては、蛍光灯、
ハロゲンランプ等の照明装置が利用されている（特開平
２−１０２５１号公報）。また、赤色の発光ダイオード
（以下ＬＥＤと称する）を円環状に配置して 360度方向
から照射し、さらに照度センサによってＬＥＤの照射強
度をフィードバック制御することにより照度変化を抑え
た安定な照明系を構成した手法もある（特開平４−２３
８２４５号公報）。さらにＬＥＤによる円環状の照明を
中心軸が一致するように上段、中段、下段に直径が順に
大きくなるように多段配置し、中心軸上にテレビカメラ
を設置して各段の照明を順次切り換えて照射し、各段の
照明ごとに得られる画像データからはんだ付け状態を検
査する装置がそれぞれ提案されている（特開平４−３０
１５４９号公報、特開平６−０６６５３４号公報）。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】従来の光学式によりは
んだ付け部の検査を行う場合、蛍光灯、ハロゲンランプ
等の照明装置を用いるとはんだ接合部に残存する溶剤に
よって十分な反射強度が得られなく、また光源寿命が短
くなり、さらにちらつく等といった実用上解決すべき問
題がある。近年では溶剤を透過し易い赤外光を利用する
手法が一般的になっている。そして、赤色のＬＥＤを円
環状に構成し照度センサを利用してその照射強度をフィ
ードバック制御するようにした従来装置にあっては、Ｌ
ＥＤの温度変化による照射強度変化を抑えることができ
る。しかしながら、これは照度センサ、テレビカメラの
温度変化や経年変化によって照射強度が変化するといっ
た実用上の問題がある。また、前記ＬＥＤの円環状照明
装置を多段に構成した従来装置では、角度の異なる各段
の照明を切り換えて照射、撮像するために複数の画像デ
ータの処理が必要とされる。さらに、従来装置は複数の
画像データからはんだ接合部の形状を求めるための検査
時間が長く、また求めたはんだ接合部の形状から不良を
識別するしきい値によっては過剰判定あるいは誤判定が
発生するといった実用上の問題がある。本発明は、上記
幾多の問題点を解決するもので各円環状の照明装置の照
射強度および照射方向を制御でき、照明装置、カメラな
どの光学系の温度変化、経年変化に影響されない安定な
照明系を構成することによって、物体の形状、構造、こ
れらの存否等の状態を検査する、例えば、電子回路基板
上の部品のはんだ付け状態等をより正確かつ簡便に判定
するようにした物体の形状検査装置を提供することにあ
る。

【０００４】

【課題を解決するための手段】そして、本発明の物体の
形状検査装置は、検査すべき物体に対して上方より角度
を変えて光照射を行い多段配列された円環状の照明装置
と、該照明装置による光照射を制御する照射制御手段
と、該照明装置の上方に当該物体と対向して配設し該照
明装置の光照射による該物体の表面からの反射光をとら
える撮像装置と、該物体への照射前に各段の照明装置ご
とに光校正用基板を照射し、当該反射光を撮像装置で検
出してこれを一定の反射光量になるように照射強度を制
御する照射強度制御手段と、前記撮像装置からの出力よ
り必要抽出画像分析データを形状データとして編成する
画像処理装置と、該照射強度制御手段により照明強度の
変化を校正しかつ該画像処理装置からの形状データをそ
の行または列とに分け各々の組み合わせにて特徴抽出し
物体の形状状態を判定する情報処理装置とを備えたこと
を特徴とする。また、その他の発明の物体の形状検査装
置は、各段の照明装置が発光ダイオードを円周上に複数
個設置し、互にグールプ化して照射するようにしたこと
を特徴とする。さらに、その他の発明の物体の形状検査
装置は、各段の照明装置は発光ダイオードを円周上に複
数個設置し、円周を多分割するように発光ダイオードを
グールプ化して、多方向からの個別照射および同時に照
射するようにしたことを特徴とする。ここで、多段配列
された円環状の照明装置は、蛍光灯、ハロゲンランプ、
発光ダイオード等で構成してもよい。

【０００５】

【作用】上記構成からなる本発明の物体の形状検査装置
は、例えば、ＬＥＤを円周上に配置した照明装置を角度
を変えて多段に設置することによって、物体の形状、構
造等の、例えば、傾斜角度に関係なく物体からの反射光
を撮像することができるため物体の形状状態を容易に判
別できる。また、各段の円環状の照明装置を物体の形状
の検査を行う前に各段ごとに光校正用基板、例えば、白
色の基準板を設定された照射強度で照射し、その反射光
を撮像して画像処理を行って基準照度と比較判定して照
射強度を制御するので、ＬＥＤおよび撮像装置の温度変
化、経年変化による照射強度の変化を校正することがで
きより安定な光照射を行うことができる。さらに各段の
ＬＥＤを互にグールプ化することによって、ＬＥＤの個
々の特性のばらつきによる光照射面の照度むらを低減す
ることができより安定な物体の形状状態の検査が可能と
なる。さらに、上記構成からなるその他の発明の物体の
形状検査装置では、例えば、ＬＥＤを多分割、例えば、
２乃至８分割した円周上に配置した照明装置を角度を変
えて多段に設置することによって、物体の形状の傾斜角
度に関係なく物体の形状状態に応じた反射光を撮像する
ことができるため、物体の形状状態、構造等を容易に判
別できる。また、各段の円環状の照明装置を物体の形状
等の検査を行う前に各段ごと、多分割した方向ごとある
いは一括して白色の基準板を設定された照射強度で照射
し、その反射光を撮像して画像処理を行って基準照度と
比較判定して照射強度を制御するので、ＬＥＤおよび撮
像装置の温度変化、経年変化による照射強度の変化を校
正することができより安定な光照射を行うことができ
る。

【０００６】

【発明の効果】上記構成からなる本発明の物体の形状検
査装置によれば、例えば、ＬＥＤを用いた円環状の照明
装置によって角度および照射強度を変えて検査すべき物
体の形状に照射し、その反射光を撮像装置で撮像して画
像処理装置により検査すべき部位の輝度値から物体の形
状状態までのデータを作成し、情報処理装置において当
該物体の形状状態までを検出することができる。また、
本発明の物体の形状検査装置は、各円環状の照明装置の
ＬＥＤを交互に接続することによってＬＥＤの特性のば
らつきに影響されない均一な照射を行うことができ、さ
らに予め各円環状の照明装置の照射強度を常に一定にな
るように制御するのでＬＥＤ、撮像装置の温度変化、経
年変化による影響を避けた安定な照射を行えるため、よ
り安定に精度良く物体の形状状態の検査ができるといっ
た実用的作用効果を奏する。さらに、上記構成からなる
その他の発明の物体の形状検査装置によれば、例えば、
発光ダイオードを用いた円環状の照明装置によって角
度、方向および照射強度を変えて検査すべき物体の形状
に照射し、その反射光を撮像装置で撮像して画像処理装
置により検査すべき部位の輝度値から当該物体の形状状
態までを検出することができる。しかも、本発明の物体
の形状検査装置は、あらかじめ各円環状の照明装置の照
射強度を常に一定になるように制御するので発光ダイオ
ード、撮像装置の温度変化、経年変化による影響を回避
した安定な照射を行えるため、より安定に物体の形状状
態の検査ができる実用的効果を奏する。

【０００７】

【実施例】以下、本発明の代表的な実施例を図面に基づ
き詳細に説明する。

【第１実施例】第１実施例の物体の形状検査装置は、は
んだ付け状態検査装置への適用した例で、基本的にプリ
ント基板上に実装された電子部品等のはんだ付け部に対
して入射角がそれぞれ異なるように複数の円環状の照明
装置がプリント基板の上方に配置されている。該照明装
置の光照射による前記はんだ付け部の表面からの反射光
を検出する撮像装置は、円環状の照明装置の中心軸上に
はんだ付け部と対向するように配置されている。該撮像
装置からの信号は、データ処理判定装置により画像デー
タとして記憶され画像処理によってはんだ付け状態を判
定する構成である。そして、円環状の照明装置の基準照
射強度は、段によって異なる設定で照射し、はんだ付け
部の検査を行う前に白色の基準板による反射光量を撮像
装置で検出して常に基準照射強度となるようにＬＥＤに
流れる電流を制御することにより行うことを特徴とする
ものである。すなわち、第１実施例の物体の形状検査装
置は、特にプリント基板上に実装されたチップ部品のは
んだ付け部のはんだの有無およびはんだの不足の検出す
るためのはんだ付け状態検査装置に適用したものであ
る。図１は、第１実施例の物体の形状検査装置を示す構
成図である。図１においてチップ部品10が実装およびは
んだ付けされたプリント基板20はＸ軸ステージ31、Ｙ軸
ステージ32で構成された２軸の移動テーブル33上に設置
され、その上方に直径が順次大きくなる円環状照明装置
41、42、43、44を配置し、さらにその中心軸上に撮像装
置50を配置してなる。そして、第１実施例の物体の形状
検査装置は、Ｘ軸ステージ31およびＹ軸ステージ32が位
置決め装置30に接続されており、情報処理装置70の指令
により位置決め装置30がプリント基板の位置を移動制御
するように構成されている。また、円環状の照明装置4
1、42、43、44は照度制御装置40に接続されており、情
報処理装置70の指令によって照度制御装置40が各円環状
の照明装置の点灯、消灯、照射強度などを制御するよう
に構成されている。さらに撮像装置50は画像処理装置60
に接続されており、情報処理装置70の指令によって画像
処理装置60に撮像装置50による画像データの転送および
画像処理が行われ、その結果を情報処理装置70に転送し
て所望のはんだ付け状態と比較判定するように構成され
ている。

【０００８】図２は、前記プリント基板20に実装および
はんだ付けされて検査対象となるチップ部品10のはんだ
付け部12の詳細を示す断面図である。図２においてプリ
ント基板20にパターン電極21が形成されており、このパ
ターン電極21と接続されるべくチップ部品10のリード電
極11がはんだ付け部12を介して固着されている。このよ
うなチップ部品10のはんだ付け部12において、円環状の
照明装置41からの照射光41a は、はんだ付け部12によっ
て図２中の方向、円環状の照明装置42からの照射光42
a は、はんだ付け部12によって図２中の方向、円環状
の照明装置43からの照射光43a は、はんだ付け部12によ
って図２中の方向、円環状の照明装置44からの照射光
44a は、はんだ付け部12によって図２中の方向に反射
されて前記撮像装置50に入射される。なお、本第１実施
例においてはんだ付け部12への光の照射角度は20〜50゜
である。

【０００９】上記構成からなる第１実施例の物体の形状
検査装置は、はんだ付け部12への光照射において、円環
状の照明装置44のように角度が低い照射光44a が、はん
だ付け部12の形状が急峻な部分において撮像装置50の方
向に反射される。また、円環状の照明装置41のように
角度が高い照射光41a は、はんだ付け部12の形状が緩や
かな部分において撮像装置50の方向に反射される。こ
のため、第１実施例の物体の形状検査装置は、角度を変
えた円環状の照明装置41、42、43、44の光照射によって
はんだ付け部の形状に応じた反射光を撮像装置50により
検出することができる。なお、図２に示す光照射にあっ
ては、各円環状の照明装置によるはんだ付け部からの反
射光を撮像装置50で検出した時の輝度値が飽和しないよ
うに各円環状の照明装置の照射強度を予め設定してあ
る。この際、上段の円環状の照明装置の照射強度は強す
ぎるとプリント基板のパターンやチップ部品による反射
の影響が生じるために弱く設定する。つまり、円環状の
照明装置の照射強度をはんだ付け部12からの反射光の輝
度値が特定値以下にならない範囲内で下段方向から上段
方向に弱くなるように設定することによって、チップ部
品などによる反射の影響を避けたはんだ付け部12の反射
特性を得ることができる。

【００１０】ここで、円環状の照明装置による光照射に
おいて、各段ごとに順次照射してその反射光を撮像装置
50で捕らえて複数の画像データからはんだ付け部12の形
状を求めることが考えられる。しかしながら、本第１実
施例装置では、全ての円環状の照明装置によって同時に
光照射を行い撮像装置50による一度の撮像ではんだ付け
部の反射特性を検出している。つまり、はんだの有無に
よって特定値以上の輝度値が検出されるのでその輝度値
を処理することによって判別が可能となるのである。ま
た、各段の円環状の照明装置の照射強度はそれぞれ異な
るのではんだ付け部12が急峻な部分からの反射光の輝度
値は高く、はんだ付け部12が緩やかな部分からの反射光
の輝度値は低くなり、輝度値の強弱からはんだ付け部12
の形状を判別することができる。そして、はんだ付け部
12を照射した時の反射光の画像処理によるはんだ付け部
の判別の詳細については後述し、ここでは円環状の照明
装置の特徴について詳細に説明する。

【００１１】各段の円環状の照明装置は、ＬＥＤをプリ
ント基板20に対して各段ごとの角度で光が入射するよう
に円周上に複数個設置してある。ここで円環状の照明装
置によって光を照射するには、各ＬＥＤに電流を流す必
要がある。通常は各円環状の照明装置ごとにＬＥＤを全
て直列に接続して同一の電源から電流を供給している。
しかし、各ＬＥＤには同一の電流が流れるにもかかわら
ず個々のＬＥＤの特性のばらつきによって照射面には照
度むらが発生する。このため、各ＬＥＤを個々に調整す
る方法が考えられるが、調整回路が膨大になるといった
問題が生じる。そこで、本第１実施例では、ＬＥＤを交
互に直列接続して２系統の回路により照射強度を制御し
ている。上記のように円環状の照明装置を構成すること
によって、照射面を均一な照度で照射することができ、
より一層安定な検査を可能としている。

【００１２】前記ＬＥＤを用いて構成した円環状の照明
装置では、温度変化によってＬＥＤの特性が変化して照
射強度が変化する。このため、本第１実施例では、プリ
ント基板の検査を実施する前に図示しない白色の基準板
を照射してその反射光の輝度値から電流を制御して常に
一定の照射強度になるように制御している。つまり、各
段の円環状の照明装置の２系統のＬＥＤ回路ごとに予め
白色の基準板を照射した時の基準板からの反射光の輝度
値の総和を設定しておき、最初に最下段の円環状の照明
装置44の一方のＬＥＤ回路によって照射し、その反射光
を撮像装置50で検出して画像処理装置60によって撮像装
置50の撮像領域内の輝度値の総和を算出する。この結果
を情報処理装置70によって基準の値と比較し、基準より
も低い場合はＬＥＤに流れる電流を増大し、基準よりも
高い場合はＬＥＤに流れる電流を減少させるように照度
制御装置40を制御する。さらに、円環状の照明装置44の
他方のＬＥＤ回路による照射強度も同様に制御し、順次
他の円環状の照明装置についても制御を行う。

【００１３】上記のようにＬＥＤで構成した円環状の照
明装置の照射強度を制御することによってＬＥＤの温度
変化、経年変化に影響されない安定な光照射を行ってい
る。さらに、撮像装置50の温度変化、経年変化による影
響も同時に校正することができる。なお、本第１実施例
では照射強度を制御する基準となる白色の板をほこり等
の影響がない装置内に設置してあるが、定期的にエアー
を吹き付けるなどの手段を用いることによって除塵対策
を施すこともできる。

【００１４】以下、第１実施例による物体の形状検査装
置の動作について詳細に説明する。前記図１において、
検査対象となるチップ部品10が実装されたプリント基板
20が搭載されたを移動テーブル33は、Ｘ軸ステージ31お
よびＹ軸ステージ32からなる２軸の移動機構に固定され
ている。また、図示しない白色板も移動テーブル33に固
定されている。図示しない外部からの操作によって検査
が開始されると、第１に情報処理装置70の指令によって
位置決め装置30が移動テーブル33上に固定された白色板
が各円環状の照明装置および撮像装置50の中心軸上に位
置するようにＸ軸ステージ31およびＹ軸ステージ32を制
御する。第２に情報処理装置70の指令によって最下段の
円環状の照明装置44の交互に接続した一方のＬＥＤを定
められた照射強度で点灯させ、撮像装置50でその反射光
を検出して画像処理装置60によって撮像領域内の輝度値
の総和を算出し、情報処理装置70においてその結果を基
準値と比較判定し、ＬＥＤに流れる電流を制御する。さ
らに、もう一方のＬＥＤ、他の円環状の照明装置につい
ても同様の制御を行う。

【００１５】第３に情報処理装置70の指令によってプリ
ント基板20の検査対象領域が撮像装置50の中心軸上に位
置するようにＸ軸ステージ31およびＹ軸ステージ32を制
御する。第４に情報処理装置70の指令によって先に制御
された電流値で各円環状の照明装置を照度制御装置40に
よって点灯する。第５に撮像装置50で検査対象領域から
の反射光を検出し、画像処理装置60によって定められた
アルゴリズムに基づいて画像処理が行われる。第６に画
像処理装置60による処理結果を基にはんだ付け状態の判
別を行い、次の検査対象領域の検査を行うように第３か
ら第５の動作を繰り返す。第７に全ての検査対象領域の
処理が終わると、情報処理装置70は各はんだ付け部の検
査結果を表示する。

【００１６】上記の検査結果の表示は、未はんだ、はん
だ不足などの不良部をディスプレイによる画像および位
置で表示することを主とし、後述する判定レベルなどを
表示することもできる。また、検査結果をプリント出
力、ファイル管理することも可能である。以上は、第１
実施例による物体の形状検査装置の基本的な動作であ
り、はんだ付け状態の判別は、以下のような画像処理で
実施される。予め検査対象領域ごとに検査すべきプリン
ト基板のパターン電極21に応じて図３に示すように検査
領域100 を設定してある。そして、検査領域内の反射光
の輝度値を画像処理装置70によって処理を行う。例え
ば、予め設定した輝度値未満をはんだ無し、逆に設定し
た輝度値以上をはんだ有りとして２値化を行い、はんだ
有りと判断された画素数を算出する。この画素数が特定
値Ａ以上のものをはんだ付け状態が正常、特定値Ｂ以下
のものを未はんだと判定する。つまり、はんだ付け部の
接合面積が大きいと検出画素数は多くなり、接合面積が
小さいと検出画素数は少なくなることから接合面積に対
応した判定が可能となる。すなわち、画素数の特定値Ａ
とＢの中間の状態をはんだによって接合されているがそ
の面積が小さいはんだ不足として捕らえることができ
る。また、各円環状の照明装置の照射強度が異なるので
２値化する前の輝度値が大きいものは低い角度からの照
明による反射、つまりはんだ付け部の形状が急峻な部分
からの反射、輝度値が小さいものは高い角度からの照明
による反射つまりはんだ付け部の形状が緩やかな部分か
らの反射として検出することができるのではんだ付け部
の形状までも検出することが可能である。

【００１７】第１実施例では、検査すべき電極ごとに検
査領域を設定してあり、移動テーブル33上のプリント基
板をＸ軸ステージ31およびＹ軸ステージ32で位置制御す
ることによって全ての検査が可能である。また、位置制
御時にプリント基板の位置ずれが生じても常に位置補正
を画像処理装置70によって行っており、安定した検査が
可能である。なお、第１実施例では、円環状の照明装置
としての複数の発光ダイオードが交互に直列接続されて
いるが、これに限らず、この他に、並列接続や、ソフト
ウエアによる個別制御とすることもできる。また、第１
実施例では、はんだ付け状態検査装置について詳細に説
明したが、はんだ付け部における当該接合状態や接合形
状、構造等の検査に限らず、この他に、プレス品や機械
加工品等の表面形状、構造等の検査等へも適用実施可能
である。

【００１８】

【第２実施例】次に、第２実施例の物体の形状検査装置
を図面に基づき詳細に説明する。第２実施例の物体の形
状検査装置は、プリント基板上に実装された電子部品等
のはんだ付け部に対して入射角が異なるように円周を４
分割した複数の円環状の照明装置をプリント基板の上方
に配置してなる。撮像装置は、該照明装置の光照射によ
る前記はんだ付け部の表面からの反射光を検出するもの
で、円環状の照明装置の中心軸上にはんだ付け部と対向
するように配置してある。データ処理判定装置は、該撮
像装置からの信号を画像データとして記憶して画像処理
によってはんだ付け状態を判定するように構成されてい
る。このため、第２実施例のはんだ付け状態簡易検査装
置は、はんだ付け部の検査を行う前に白色の基準板を円
環状の照明装置によって段ごと、４分割した方向ごとあ
るいは一括して照射し、反射光量を撮像装置で検出して
常に基準照射強度となるようにＬＥＤに流れる電流を制
御するように構成したことを特徴とするものである。第
２実施例の物体の形状検査装置は、特にプリント基板上
に実装されたチップ部品のはんだ付け部の所定の配列方
向に対応して当該はんだ付け部におけるはんだの有無、
過少および過剰等の検出に本発明を適用したものであ
る。図４は、本第２実施例による物体の形状検査装置を
示す構成図である。図４においてチップ部品10が実装お
よびはんだ付けされた基板20は、Ｘ軸ステージ51、Ｙ軸
ステージ52で構成された２軸の移動テーブル53上に設置
され、その上方に直径が順次大きくなる円環状照明装置
81、82、83、84を配置し、さらにその中心軸上に撮像装
置90を配置する構成である。移動テーブル53上には基板
20の手前に光校正用板30が配置されており、その上方に
は埃除去装置40が設置されている。Ｘ軸ステージ51およ
びＹ軸ステージ52は位置決め装置50に接続されており、
情報処理装置110 の指令により位置決め装置50が基板20
および光校正用板30の位置を移動制御する構成である。

【００１９】また、円環状の照明装置81、82、83、84は
照射角・方向切換え装置70に接続されており、情報処理
装置 110の指令によって各円環状の照明装置の点灯、消
灯、照射角、照射方向の切換えを制御する。さらにこの
照射角・方向切換え装置70は照射強度制御装置60に接続
されており、情報処理装置110 の指令に応じた照射強度
となるように照射強度制御装置60が動作し、その制御値
で照射角・方向切換え装置50によって各円環状の照明装
置を制御する。撮像装置90は画像処理装置100 に接続さ
れており、情報処理装置110 の指令によって画像処理装
置100 に撮像装置90による画像データの転送および画像
処理が行われ、その結果を情報処理装置 110に転送して
所望のはんだ付け状態と比較判定する。図５は、上記構
成における円環状の照明装置のさらなる詳細な構成を示
す図で、例えば最上段の円環状の照明装置81は、その円
周が４等分になるように４分割されており、各々発光ダ
イオード群811、812、813、814で構成されている。各発
光ダイオード群の発光ダイオードは直列に接続されてお
り、同一電流で点灯する。さらに各発光ダイオード群は
照射角・方向切換え装置70に接続されており、照射強度
制御装置60による制御値で任意な組合わせで点灯・消灯
制御される。上記構成からなる第２実施例装置を使用し
たはんだ付け状態の検査装置について以下に説明する。
図６は、基板20に実装およびはんだ付けされて検査対象
となるチップ部品10のはんだ付け部12の詳細を示す断面
図である。図６において基板20にパターン電極21が形成
されており、このパターン電極21と接続されるべくチッ
プ部品10のリード電極11がはんだ付け部12を介して固着
されている。このようなチップ部品10のはんだ付け部12
において、円環状の照明装置81からの照射光81a は、は
んだ付け部12によって図６中の方向、円環状の照明装
置82からの照射光82a は、はんだ付け部12によって図６
中の方向、円環状の照明装置83からの照射光83a は、
はんだ付け部12によって図６中の方向、円環状の照明
装置84からの照射光84a は、はんだ付け部12によって図
６中の方向に反射されて撮像装置90に入射される。な
お、本実施例においてはんだ付け部12への光の照射角度
は20〜50゜である。

【００２０】上記構成からなる第２実施例装置では、は
んだ付け部12への光照射において、円環状の照明装置84
のように角度が低い照射光84a は、はんだ付け部12の形
状が急峻な部分において撮像装置50の方向に反射され
る。また、円環状の照明装置81のように角度が高い照射
光81a は、はんだ付け部12の形状が緩やかな部分におい
て撮像装置90の方向に反射される。このため、第２実
施例装置は、角度を変えた円環状の照明装置81、82、8
3、84の光照射によってはんだ付け部の形状に応じた反
射光を撮像装置90によって検出することができる。前記
図６の光照射において、各円環状の照明装置によるはん
だ付け部からの反射光を撮像装置90で検出した時の輝度
値が飽和しないように各円環状の照明装置の照射強度を
照射強度制御装置60によってあらかじめ設定してある。
この際、上段の円環状の照明装置の照射強度は強すぎる
と基板のパターンやチップ部品による反射の影響が生じ
るために弱く設定した方が良い。つまり、第２実施例装
置では、円環状の照明装置の照射強度をはんだ付け部12
からの反射光の輝度値が特定値以下にならない範囲内で
下段方向から上段方向に弱くなるように設定してある。
これにより、第２実施例装置は、チップ部品などによる
反射の影響を避けたはんだ付け部12の反射特性を得るこ
とができる。

【００２１】上記円環状の照明装置による光照射におい
て、各段ごとに順次照射してその反射光を撮像装置90で
捕らえて複数の画像データからはんだ付け部12の形状を
求めることが考えられる。しかし、本第２実施例では全
ての円環状の照明装置によって同時に光照射を行って撮
像装置90による一度の撮像ではんだ付け部の反射特性を
検出している。つまり、はんだの有無によって特定値以
上の輝度値が検出されるのでその輝度値を処理すること
によって判別が可能となる。また、各段の円環状の照明
装置の照射強度が異なるのではんだ付け部12が急峻な部
分からの反射光の輝度値は高く、はんだ付け部12が緩や
かな部分からの反射光の輝度値は低くなり、輝度値の強
弱からはんだ付け部12の形状を判別することもできる。
上記によってはんだ付け部12を照射した時の反射光の画
像処理によるはんだ付け部の判別の詳細については後述
し、ここでは照明装置手法の特徴について詳細に説明す
る。

【００２２】前記発光ダイオードを用いて構成した円環
状の照明装置80では、温度変化によって発光ダイオード
の特性が変化して照射強度が変化する。このため、本第
２実施例では、基板20の検査を実施する前に移動テーブ
ル53上に設置した光校正用板（白色板）30をまず埃除去
装置40の中心下に移動させる。移動終了後に情報処理装
置110 の指令によって埃除去装置40が光校正板30にエア
ーを吹き付けて表面の埃などを除去する。なお、本第２
実施例では埃除去装置40はエアーを吹き付ける方法とし
たが柔らかい布などでブラッシングしても良い。埃を除
去した後に光校正用板30が円環状の照明装置80の中心下
になるように位置決め装置50によって移動させる。移動
終了後に情報処理装置110 の指令によって照射強度制御
装置60で定められた制御値で円環状の照明装置80の発光
ダイオードを点灯させ、照射強度の校正を行う。強いて
言えば光校正用板からの反射光の強さが常に一定になる
ように制御する。つまり、各段の円環状の照明装置ごと
にあらかじめ光校正用板30を照射した時の反射光の輝度
値の総和を設定しておき、最初に最下段の円環状の照明
装置84によって照射し、その反射光を撮像装置90で検出
して画像処理装置100 によって撮像装置90の撮像領域内
の輝度値の総和を算出する。この結果を情報処理装置11
0 によって基準の値と比較し、基準よりも低い場合は発
光ダイオードに流れる電流を増大し、基準よりも高い場
合は電流を減少させるように照射強度制御装置60を制御
する。照射強度制御装置60は指令された電流値となるよ
うにフィードバック回路によって構成されている。この
制御を各段の円環状の照明装置ごとに行うことによって
発光ダイオードの温度変化、経年変化に影響されない安
定な光照射を行っている。さらに撮像装置90の温度変
化、経年変化による影響も同時に校正することができ
る。なお、本第２実施例では、各段の円環状の照明装置
ごとに校正を行ったが、４分割した各発光ダイオード群
ごとに行うことも可能であり、より正確な校正ができ
る。

【００２３】次に、本第２実施例による物体の形状検査
装置の動作について詳細に説明する。前記図４におい
て、検査対象となるチップ部品10が実装された基板20が
搭載されたを移動テーブル53は、Ｘ軸ステージ51および
Ｙ軸ステージ52からなる２軸の移動機構に固定されてい
る。図示しない外部からの操作によって検査が開始され
ると、第１に情報処理装置110 の指令によって位置決め
装置50が移動テーブル53上に固定された光校正用板30が
埃除去装置40の中止下に位置するようにＸ軸ステージ51
およびＹ軸ステージ52を制御する。第２に情報処理装置
110 の指令によって埃除去装置40が光校正板30にエアー
を吹き付けて表面上の埃などを除去する。第３に情報処
理装置110 の指令によって位置決め装置50が光校正用板
30が円環状の照明装置80の中心軸上に位置するようにＸ
軸ステージ51およびＹ軸ステージ52を制御する。第４に
情報処理装置110 の指令によって照射強度制御装置60と
照射角・方向切換え装置70が最下段の円環状の照明装置
をあらかじめ定められた照射強度および発光ダイオード
群で点灯させる。第５に情報処理装置110 の指令によっ
て光校正用板30からの反射光を撮像装置90で撮像し、画
像処理装置100 に転送して輝度値の総和を算出する。

【００２４】第６に情報処理装置110 は、第５の動作で
算出された数値をあらかじめ定めた基準値と比較判定
し、低い場合は照射強度制御装置60への指令値を増大さ
せ、高い場合は指令値を減少させるように動作し、再び
第４、５の制御を行って照射強度が一定となるように制
御する。この動作を各段の円環状の照明装置あるいは各
発光ダイオード群ごとに行う。第７に情報処理装置110
の指令によって位置決め装置50が基板20の検査部位が円
環状の照明装置80および撮像装置90の中心軸上に位置す
るようにＸ軸ステージ51およびＹ軸ステージ52を制御す
る。第８に情報処理装置110 の指令によって第４から第
７の動作で設定された照射強度で各円環状の照明装置を
照度制御装置60、照射角・方向切換え装置によって点灯
する。第９に撮像装置90で検査対象領域からの反射光を
検出し、画像処理装置100 によって定められたアルゴリ
ズムに基づいて画像処理を行う。第10に画像処理装置90
による処理結果を基にはんだ付け状態の判別を行い、次
の検査対象領域の検査を行うように第７から第９の動作
を繰り返す。第11に全ての検査対象領域の処理が終わる
と、情報処理装置110 は各はんだ付け部の検査結果を表
示する。

【００２５】上記の検査結果の表示は、未はんだ、過
少、過剰などの不良部をディスプレイによる画像および
位置で表示することを主とし、後述する判定レベルなど
を表示することもできる。また、検査結果をプリント出
力、ファイル管理することも可能である。以上は、本第
２実施例による物体の形状検査装置の基本的な動作であ
り、はんだ付け状態の判別は以下のような画像処理で実
施される。予め検査対象領域ごとに検査すべきプリント
基板のパターン電極21に応じて図７に示すように検査領
域200 を設定してあり、検査領域内の反射光の輝度値を
画像処理装置110 によって処理を行う。例えば、予め設
定した輝度値未満をはんだ無し、逆に設定した輝度値以
上をはんだ有りとして２値化を行い、はんだ有りと判断
された画素数を算出する。この画素数が特定値Ａ以上の
ものをはんだ付け状態が正常、特定値Ｂ以下のものを未
はんだと判定する。つまり、図８、図９、図１０に示す
ようにはんだ付け部の接合面積が大きいと検出画素数は
多くなり、接合面積が小さいと検出画素数は少なくなる
ことから接合面積に対応した判定が可能となる。強いて
補足すれば画素数の特定値ＡとＢの中間の状態は、はん
だによって接合されているがその面積が小さいはんだ過
少として捕らえることができる。

【００２６】本第２実施例による物体の形状検査装置
は、前記ように簡便に未はんだ、はんだ過少を検出する
ことができるが図１１に示すようなはんだ過剰の検出
は、得られる画像の明暗からだけでは簡便に判定するこ
とができない。このため、各円環状の照明装置の照射強
度が異なることを利用して、２値化する前の輝度値が大
きいものは低い角度からの照明による反射つまりはんだ
付け部の形状が急峻な部分からの反射、輝度値が小さい
ものは高い角度からの照明による反射つまりはんだ付け
部の形状が緩やかな部分からの反射として検出し、はん
だ付け部の形状を求めて判別することができる。しか
し、複数の画像データの処理、形状判定のしきい値によ
っては正確に判定できない場合も考えられる。しかし、
本第２実施例ではこれを簡便かつ正確に判定できるよう
に下記のように構成した。つまりはんだ過剰部は図１１
に示すようにチップ部品の電極上にも盛り上がった円形
部が形成されており、盛り上がった部分は正常のはんだ
付け状態とは反対方向の傾斜を有している。この特徴に
着眼して、各段の円環状の照明装置を４分割して構成し
てあるので、分割照射することによって簡便にはんだ過
剰部の特徴を抽出することができる。すなわち、図１２
に示すようにチップ部品の長手方向に分割した円環状の
照明装置において、はんだ過剰部と対抗する発光ダイオ
ード群だけを点灯させる。はんだ付け状態が正常、未は
んだ、過少の場合は図８、図９にそれぞれ示すように反
射するために得られる画像は暗くなる。これに対しては
んだ過剰の場合は、チップ部品の電極上に形成された円
形部の照射方向とは対抗する傾斜面から真上方向に反射
するために過剰部分が明るい画像が得られる。この明暗
の有無によって簡便にはんだ過剰を判別することができ
る。

【００２７】また、本第２実施例による物体の形状検査
装置は、チップ部品の並び方向は部品実装装置の制限に
より同一方向か＋字方向であるために、円環状の照明装
置を４分割してあらかじめ軸を併せて設置しておくこと
で簡便に照射方向を切り替えるだけではんだ過剰の判別
ができる。さらに、本第２実施例装置では、検査すべき
電極ごとに検査領域を設定してあり、移動テーブル53上
の基板20をＸ軸ステージ51およびＹ軸ステージ52で位置
制御することによって全ての検査が可能である。また、
位置制御時に基板20の位置ずれが生じても常に位置補正
を画像処理装置70によって行っており、安定した検査が
可能である。この他、本第２実施例による物体の形状検
査装置は、前記第１実施例と略同様な作用効果を奏す
る。また、本第２実施例による物体の形状検査装置は、
多分割した照明装置を多色化し、例えば交互に赤、青、
赤、青と多色配列することにより、はんだ付け部の過剰
部において過剰部を赤、はんだ付け部を青といった多色
識別の検査をすることもできる。さらに、前記各実施例
にあっては、例えば、搬送ラインに検査すべきはんだ付
け部と白色基板を交互に配列することにより、常に光校
正を効率良く実奏することもできる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の代表的な第１実施例装置を示す構成図

【図２】第１実施例装置におけるはんだ付け部を示す要
部拡大断面図

【図３】第１実施例装置におけるはんだ付け部を示す要
部拡大平面図

【図４】本発明の代表的な第２実施例装置を示す構成図

【図５】第２実施例装置における円環状の照明装置を示
す要部拡大平面図

【図６】第２実施例装置におけるはんだ付け部を示す要
部拡大断面図

【図７】第２実施例装置におけるはんだ付け部を示す要
部拡大平面図

【図８】第２実施例装置における未はんだ付け部の断面
と平面を示す要部拡大図

【図９】第２実施例装置における過少はんだ付け部の断
面と平面を示す要部拡大図

【図１０】第２実施例装置における正常はんだ付け部の
断面と平面を示す要部拡大図

【図１１】第２実施例装置における過剰はんだ付け部の
断面と平面を示す要部拡大図

【図１２】第２実施例装置の多分割照明装置による過剰
はんだ付け部の要部断面図

【図１３】第２実施例装置の多分割照明装置による正常
はんだ付け部の要部断面図

【図１４】第２実施例装置の多分割照明装置による過剰
はんだ付け部の要部断面図

【符号の説明】

１０ チップ部品 １２ はんだ付け部 ２０ プリント基板 ３３、５３ 移動テーブル ４１、４２、４３、４４、８１、８２、８３、８４ 円
環状の照明装置 ５０、９０ 撮像装置 ６０、１００ 画像処理装置 ７０、１１０ 情報処理装置 ４０ 照明制御装置 ６０ 照明強度制御装置 ７０ 照射角・方向切替え装置 ３０、５０ 位置決め装置

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 林 貞幸 愛知県愛知郡長久手町大字長湫字横道41番 地の１株式会社豊田中央研究所内 (72)発明者 加藤 隆幸 愛知県愛知郡長久手町大字長湫字横道41番 地の１株式会社豊田中央研究所内 (72)発明者 橋本 利夫 愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自動 車株式会社内 (72)発明者 山ノ内 勇智 愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自動 車株式会社内 (72)発明者 渡辺 智之 愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自動 車株式会社内

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 検査すべき物体に対して上方より角度を
   変えて光照射を行う多段配列された円環状の照明装置
   と、該照明装置による光照射を制御する照射制御手段
   と、該照明装置の上方に当該物体と対向して配設し該照
   明装置の光照射による該物体の表面からの反射光をとら
   える撮像装置と、該物体への照射前に各段の照明装置ご
   とに光校正用基板を照射し、当該反射光を撮像装置で検
   出してこれを一定の反射光量になるように照射強度を制
   御する照射強度制御手段と、前記撮像装置からの出力よ
   り必要抽出画像分析データを形状データとして編成する
   画像処理装置と、該照射強度制御手段により照明強度の
   変化を校正しかつ該画像処理装置からの形状データをそ
   の行または列とに分け各々の組み合わせにて特徴抽出し
   物体の形状状態を判定する情報処理装置と、を備えたこ
   とを特徴とする物体の形状検査装置。
2. 【請求項２】 請求項１記載の発明において、各段の照
   明装置は発光ダイオードを円周上に複数個設置し、互に
   グールプ化して照射するようにしたことを特徴とする物
   体の形状検査装置。
3. 【請求項３】 請求項１または請求項２記載の発明にお
   いて、各段の照明装置は発光ダイオードを円周上に複数
   個設置し、円周を多分割するように発光ダイオードをグ
   ールプ化して、多方向からの個別照射および同時に照射
   するようにしたことを特徴とする物体の形状検査装置。