JPH08201044A

JPH08201044A - 半田付け検査用画像入力装置

Info

Publication number: JPH08201044A
Application number: JP7034201A
Authority: JP
Inventors: Munetoshi Numata; 宗敏沼田
Original assignee: Nippei Toyama Corp
Current assignee: Nippei Toyama Corp
Priority date: 1995-01-31
Filing date: 1995-01-31
Publication date: 1996-08-09

Abstract

(57)【要約】【目的】検査対象の半田付け部に対して同じ位置から
互いに波長の異なる光を照射できるようにし、半田付け
部に対応する画素の光の反射特性を正しく観測できるよ
うにする。【構成】半田付け検査用画像入力装置１を、プリント
基板２の半田付け部３に向けられて半田付け部３の半田
付け状態を撮像し画像メモリ１０に入力するためのテレ
ビカメラ４と、このテレビカメラ４の光軸を中心とする
周囲に設けられそれぞれが複数種の色相光を発光可能な
複数の光源１６で構成される照明部５と、この照明部５
の各光源１６に対し発光する色相光を制御するとともに
テレビカメラ４の撮像と同期させて点灯制御する照明コ
ントローラ７とからなることを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、プリント基板に電子部
品を半田付けにより組み付けた後の、半田付け検査に用
いる画像入力装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】プリント基板に挿入または実装された電
子部品の半田付け検査においては、半田付け部上方にお
かれた例えば工業用テレビカメラで半田付け部を撮像
し、その半田付け部の画像データの各画素の光反射特性
（明度、色相、彩度）および反射角度が判れば、充分な
検査ができる。

【０００３】一般に、半田付け部の目視検査は、半田付
け表面の状態および形状を肉眼で見て、良品または不良
品に分ける。このうち、半田付け表面の状態は、その材
質（半田合金、銅箔、レジスト、フラックス等）の区分
や汚れの有無（半田かす、異物の付着等）の確認をする
ことであって、通常、その注視点（検査部位）の明るさ
や色合いを調べることで代用される。すなわち、半田付
け表面の状態は、光反射特性（明度、色相、彩度）を調
べることによって実行される。

【０００４】一方、半田付け表面の形状を分析すること
は、検査対象のプリント基板の平面上にＸＹ平面を設定
し、それに垂直な軸にＺ軸を設定し、これらの三次元座
標に基づいて検査対象部の各々のＸ、Ｙ、Ｚ座標値にお
ける半田付け部の形態を調べることと等価である。

【０００５】一般に、半田付け検査では、図１、２、３
のように、プリント基板上の半田付け部に対して、入射
光の角度θを違わせて、複数の点光源を配置し、ある角
度の照明のときに、工業用テレビカメラによって得られ
る反射光の画像が一番明るい部分すなわちハイライト部
を形成する半田付け部の傾斜角の式〔傾斜角φ＝（π／
４）−（θ／２）〕によって求められる理論を利用し、
複数の点光源を順次切り換えながら点滅し、それぞれの
点光源についてのハイライト部のＸ、Ｙ座標および傾斜
角φを求める。ここで、画像上の画素の位置がＸ、Ｙ座
標と対応付けられているために、ハイライト部のＸ、Ｙ
座標は、画像処理によって求められる。

【０００６】このようにして、複数の点光源を順次切り
換えて、工業用テレビカメラにより画像を取り込み、画
像処理すれば、検査対象部の半田付け部の上面における
すべての測定点でのハイライト部のＸ、Ｙ、Ｚ座標およ
び傾斜角φが判る。ところで測定点の座標（Ｘ，Ｙ，
Ｚ）における傾斜角φと（Ｘ，Ｙ）座標とは、図４を参
照して、傾きＺ’や距離ｒなどを用いて、次のような関
係がある。

【０００７】Ｚ’＝ｄｚ／ｄｒ＝ｔａｎφ ｒ＝√（Ｘ² ＋Ｙ² ）

【０００８】上記関係式より、Ｚ＝∫ｔａｎφｄｒ≒Σ
ｔａｎφ・Δｒから、Ｚ座標を求めることができる。す
なわち、半田付け部を撮像し、その半田付け部の画像デ
ータから得られる各画素の光反射の角度θを調べること
により、式Ｚ≒Σｔａｎφ・Δｒによって検査対象部の
座標（Ｘ，Ｙ，Ｚ）を知ることができ、結局、これによ
って半田付け部の三次元形状を調べることができる。

【０００９】また、光反射特性（明度、色相、彩度）に
ついては、カラー蛍光灯、ネオン管やカラーＬＥＤなど
を用いて、互いに波長の異なる例えば赤、青、黄の３色
の光源を用いれば、ある程度の情報は得られるが、従来
では、例えば特開平４−１５１０号公報に示すものがあ
る。

【００１０】この特開平４−１５１０号公報のものは、
赤、青、黄の３種類のＬＥＤを組み合わせた照明を用い
たが、各々のＬＥＤの発光する位置が違うため、半田付
け部の測定点に対しそれぞれの入射角度が異なり、同一
測定点での画像から得られる反射特性を知ることができ
ない。

【００１１】つまり、図５のように複数のカラーＬＥＤ
で多段リング状の照明をドーム状として構成したとす
る。この場合、最上段のリング状の照明の外径は一番小
さくなる。仮に、ドーム半径を１００ｍｍ、プリント基
板面に対する最上段の照明の角度を７９度とし、使用す
るカラーＬＥＤの直径を５ｍｍと考える。このとき、最
上段照明の直径は、３８ｍｍとなる。

【００１２】特開平４−１５１０号公報においては、図
６のようにたがいに波長の異なる３色〔赤（Ｒ）、緑
（Ｇ）、青（Ｂ）〕のカラーＬＥＤを取り混ぜてリング
状の１つの照明を使用している。カラーＬＥＤの配置は
下から見ると、５ｍｍの間隔で８組すなわち合計２４個
入るから１つの検査ポイントに対し±１５度の広がりを
もって照射することになる。

【００１３】半田付け部が図７のようにストレート状の
リードであって、ランドの直径が３ｍｍ、半田付け部と
ランドとの接触角が５．５度であったとすると、ちょう
ど先の最上段の照明によって外周部にハイライト部が発
生する。半田表面が鏡面状態であれば、Ｒ、Ｇ、Ｂの各
カラーＬＥＤは、それぞれ半田付け部の表面の外周近く
の１点で反射する。このとき、１組のカラーＬＥＤは、
この１点に対して±１５度の広がりをもって照射するた
め、その１点における各色相の分光反射率が正しく得ら
れない。例えば画像の分解能を５０μｍとした場合、外
周付近で±０．４ｍｍすなわち±８画素もの色ずれが発
生することになる。なお、上記の数値の条件ドーム半径
やカラーＬＥＤのサイズや分解能などは、標準的な条件
である。

【００１４】実際には、半田付け部の表面は、つや消し
剤の塗布などによって乱反射面となっている。図８は、
上記条件で半田付け部の外周近傍の反射点Ｐ_R、Ｐ_G、
Ｐ_Bで、各色のカラーＬＥＤによる反射光の強度分布を
調べた一例である。乱反射によって近傍の画素も反射す
るが、８画素も離れると、反射率は極端に低くなる。

【００１５】ここで、反射点Ｐ_R、Ｐ_G、Ｐ_Bでの各色
のカラーＬＥＤによる反射光の強度は次の表のようにな
る。

【００１６】

【００１７】次に、半田付け部および銅の分光反射率を
下の表に示す。

【００１８】

【００１９】半田合金では、Ｒ、Ｇ、Ｂの各波長に対す
る反射率は、ほぼ一定であるが、銅ではＲとＢとの間の
比は２倍近くも違っている。通常は、このＲ、Ｂの反射
率の比をもって材質が半田合金なのか銅（回路パター
ン）なのかを見分けるのであるが、上記表に見られるよ
うに、実際の半田付け部の外周近辺では、半田付け部で
ありながらこの比が１にはならず、検査は不能となって
しまう。

【００２０】また、特開平４−１５１０号公報において
は、図９のように、Ｒ、Ｇ、Ｂに対応する光源の位置が
経度方向にも違ってくるため、点Ｐにおける各色相の分
光反射率が異なり、反射強度の違いとなって現れる。こ
のようにして、反射強度が違ってくると、ＨＳＩ変換を
施しても、正しい明度、色相、彩度が得られないことに
なる。なお、ＨＳＩ変換は、Ｒ、Ｇ、Ｂのモード情報か
ら明度、色相、彩度を得るための技法であり、東京大学
出版会刊・高木他著「画像解析ハンドブック」の第４８
５頁に記載されている。

【００２１】

【発明の目的】したがって、本発明の目的は、検査対象
の半田付け部に対して互いに波長の異なる光を同一位置
から照射できるようにし、半田付け部の表面の測定点に
おける画像から得られる画素より、半田付け部の表面の
光反射特性を正しく観測できるようにすることである。

【００２２】

【発明の解決手段】上記目的の下に、本発明は、半田付
け検査用画像入力装置を、プリント基板の半田付け部に
向けられて半田付け部の半田付け状態を撮像し画像メモ
リに入力するためのテレビカメラと、このテレビカメラ
の光軸を中心とする周囲に設けられそれぞれが複数種の
色相光を発光可能な複数の光源で構成される照明部と、
この照明部の各光源に対し発光する色相光を制御すると
ともに上記テレビカメラの撮像と同期させて点灯制御す
る照明コントローラとで構成している。

【００２３】上記照明部によって、プリント基板の半田
付け部に対して各光源毎に同じ位置から互いに波長の異
なる光を撮像タイミングで照射できるため、半田付け部
の光反射特性を撮像データから正しく把握することがで
きる。

【００２４】

【実施例】図１０は、本発明の半田付け検査用画像入力
装置１の構成を示している。半田付け検査用画像入力装
置１は、検査対象のプリント基板２の半田付け部３に向
けられるテレビカメラ４、照明部５、画像入力制御部６
として、照明コントローラ７、同期分離回路８、Ａ／Ｄ
変換器９および画像メモリ１０を有しており、これら
は、半田付け検査装置１１に対して、双方向のバス１２
によって接続されている。

【００２５】上記プリント基板２は、半田付け検査装置
１１で制御されるＸ−Ｙテーブル１３の上に乗せられて
おり、プリント基板２の半田付け部３を所定の順序でテ
レビカメラ４の視野内に案内される。ここで、半田付け
部３は、電子部品のリード１５およびランド（回路パタ
ーン）１４に対して電子部品の背面側から付着してお
り、通常、富士山状の形状となっている。

【００２６】テレビカメラ４は、例えば工業用テレビカ
メラが用いられ、プリント基板２の半田付け部３の表面
を撮像するために、半田付け部３の上方で、撮像すべき
半田付け部３に向けられており、半田付け部３の半田付
け状態を撮像し、画像メモリ１０に入力する。

【００２７】そして、照明部５は、互いに波長の異なる
光で検査対象の半田付け部３を照射するためのものであ
り、複数個の光源１６によって構成されており、テレビ
カメラ４の光軸を中心としたドーム状のホルダ１７に複
数の光源１６を円周方向である経度方向に複数個かつ緯
度方向に複数段配設してなる。この光源１６は、例えば
ＬＥＤでなる点光源を用いてもよく、またネオン管でな
る線状の光源を用いることもできる。また、上記ホルダ
１７はドーム状に限らず、テレビカメラ４の光軸を中心
としてかつその周りを取り囲む円筒状または円錐状のも
のを用いてもよい。なお、ホルダ１７は、頂上部分で、
工業用テレビカメラ４による撮像のための窓１８を形成
している。

【００２８】ここでは、光源１６に点光源を用いてい
る。図１１に示すように、光源１６はレンズ兼用のケー
シング１９の内部で互いに異なる波長の光例えば光の３
原色として赤（Ｒ）、緑（Ｇ）および青（Ｂ）の色相光
を発生する３個の発光素子２０を内蔵している。これら
３個の発光素子２０は、ケーシング１９の中心の位置に
対して３等配位置で、中心から離れないように近接した
状態でケーシング１９の底部に取り付けられている。

【００２９】また、上記照明コントローラ７は、テレビ
カメラ４の撮像に同期させて照明部５の点灯範囲を光源
１６単位或いは色相単位すなわち発光素子２０単位また
はそれらの組み合わせで制御し、照明部５に複数種の照
明パターンを発生させるためのものであり、全部の光源
１６のほか、バス１２を介して同期分離回路８画像メモ
リ１０、半田付け検査装置１１に接続されている。照明
部５の点滅のタイミングは、同期分離回路８からの１／
３０ｓｅｃ毎の信号（指令）に同期させる。なお、上記
照明コントローラ７は、各光源１６の光量および各光源
１６毎の各色相光の光量すなわち各発光素子２０に対す
る光量の制御も行う。これによって、複数の光源１６お
よび各光源１６内の複数の発光素子２０の発光強度（光
度）が各々異なっていても、光量制御により、各光度を
同一にすることができる。

【００３０】照明点滅のパターン、つまり発光素子２０
をつけるかは、半田付け検査装置１１より、その都度パ
ターンそのもののデータが指示されるか、もしくは予め
全てのパターンが番号付けされて照明コントローラ７も
しくは画像入力制御部６内の図示しないメモリに記憶し
ておき、点灯時に半田付け検査装置１１より、その番号
が指示される。同期分離回路８は、テレビカメラ４から
の垂直同期信号を分離し、１／３０ｓｅｃ毎に垂直同期
信号発生のタイミングを知らせる信号を出力する。

【００３１】テレビカメラ４の画像データは、Ａ／Ｄ変
換器９によってアナログ量からデジタル量に変換され、
画像処理用の画素データとして画像メモリ１０に送り込
まれる。テレビカメラ４は、カラーカメラまたはモノク
ロカメラとして構成する。

【００３２】テレビカメラ４がカラーカメラの場合に、
カラーカメラに内蔵される図示しない色分解用フィルタ
は、光源１６が発光する各色相光の各色相成分の波長域
を通すフィルタである。通常の市販の工業用テレビのカ
ラーカメラに用いられている色分解カラーフィルタは、
Ｒ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）の３色のみを通過するフ
ィルタとして帯域フィルタを使用しているので、光源１
６内の発光素子２０もこの３色に対応した波長域のもの
を使えばよい。また、一般に、光源１６の発光素子２０
の波長域とテレビカメラ４の３色分解用フィルタの通過
波長域とが同じであればよいから、互いに波長の異なる
３種類の発光素子の波長は、Ｒ、Ｇ、Ｂの３原色に限定
されず、他の波長域のものであってもよい。

【００３３】テレビカメラ４として、カラーカメラを使
う場合に、３色同時に発光させ、それらの合成光として
白色光の照明を行って撮像する。この１回の撮像で、３
色全ての画像が入力できる。したがって、光源１６の内
部の各色の発光素子２０は、テレビカメラ４の撮像タイ
ミングに合わせて同時点滅制御とする。したがって、上
記照明コントローラ７によって上記各光源１６内の複数
の発光素子２０を同時に点灯させ、カラーカメラによる
一度の撮像で、複数の色相光の画像を同時に得ることが
できる。

【００３４】照明部５のある段の光源１６を点灯状態と
して、その照明光のもとで半田付け部３の画像をテレビ
カメラ４による撮影中に、予め撮像してあるそれと別の
段の照明部５による画像を半田付け検査装置１１により
処理すれば、ビデオレート（１／３０秒サイクル）で順
次照明部５を切り換え、撮像し、半田付け検査装置１１
により画像処理できるので、この場合、Ｒ、Ｇ、Ｂの画
像メモリ３枚で１組、そしてビデオレートで照明部５を
切り換え、撮像、画像処理するために、もう１組で計６
枚の画像メモリ１０が必要とされる。なお、ここでの画
像メモリ１０とは、テレビカメラ４からのビデオ信号を
Ａ／Ｄ変換器９によりデジタル化して、同時に１フレー
ム分だけ入力するメモリのことである。

【００３５】テレビカメラ４としてモノクロカメラを用
いる場合は、異なる波長に対応する発光素子２０は、所
定の順序で撮像タイミングに同期して、順次点灯させ
る。この点灯タイミングに合わせて、テレビカメラ４
は、異なる波長の照明部５のもとで半田付け部３の画像
を順次に撮像することになる。このように、テレビカメ
ラ４としてモノクロカメラを用い、照明コントローラ７
によって上記光源１６内の複数の発光素子２０を色相毎
に順番に点灯させ、モノクロカメラによる複数回の撮像
で複数の色相光の画像を得ることかできる。したがっ
て、モノクロカメラでは、撮像を３回に分けて実施する
ので、画像入力時間は３倍必要となるが、安価なモノク
ロカメラで実施する場合に、有利となる。

【００３６】図１２のように、各光源１６から互いに波
長の異なる照明用の光（Ｒ、Ｇ、Ｂ）が照射でき、これ
らの波長の光の半田付け部３に対する入射角度が変わら
ないため、半田付け部３の画素の光反射特性を正しく得
ることができる。このようにして、複数の色相光の画像
を得ることにより、検査部位の材質、色合い、分光特性
を決定し、これらから半田付け部の表面状態が正確に判
定できることになる。

【００３７】

【発明の効果】本発明によれば、照明部をそれぞれが複
数種の色相光を発光できる複数の光源によって構成した
ことにより、全く同一の位置から半田付け部に互いに波
長の異なる光例えば３原色の光を照射できるため、半田
付け部の表面での反射率が全て同じとなり、半田付け部
の画素の光反射特性を正確に画像信号として入力でき、
したがって、半田付け部の画素の光反射特性が正しく把
握でき、ＨＳＩ変換によって正しい明度、色相、彩度が
得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来の装置の光源の配置状態の側面図である。

【図２】半田付け部の表面のハイライト部分の平面図で
ある。

【図３】半田付け部の表面での照明光の入反射状態の側
面図である。

【図４】半田付け部の表面の座標の平面図である。

【図５】従来の装置の概略的な側面図である。

【図６】従来の装置のＬＥＤの配置の説明図である。

【図７】半田付け部でのハイライト部の発生状況の説明
図である。

【図８】半田付け部の表面の外周近傍の反射光の強度分
布のグラフである。

【図９】従来例による半田付け部の表面での照明光の入
反射状態の側面図である。

【図１０】本発明の半田付け検査用画像入力装置のブロ
ック線図である。

【図１１】点光源の平面図である。

【図１２】本発明による半田付け部の表面での照明光の
入反射状態の側面図である。

【符号の説明】

１半田付け検査用画像入力装置２プリント基板３半田付け部４テレビカメラ５照明部６画像入力制御部７照明コントローラ８同期分離回路９Ａ／Ｄ変換器１０画像メモリ１１半田付け検査装置１２バス１３Ｘ−Ｙテーブル１４ランド１５リード１６光源１７ホルダ１８窓１９レンズ兼用のケーシング２０発光素子

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】プリント基板の半田付け部に向けられて
半田付け部の半田付け状態を撮像し画像メモリに入力す
るためのテレビカメラと、このテレビカメラの光軸を中
心とする周囲に設けられそれぞれが複数種の色相光を発
光可能な複数の光源で構成される照明部と、この照明部
の各光源に対し発光する色相光を制御するとともに上記
テレビカメラの撮像と同期させて点灯制御する照明コン
トローラとからなることを特徴とする半田付け検査用画
像入力装置。
【請求項２】テレビカメラとしてカラーカメラを用
い、このカラーカメラは内部に上記光源が発する複数種
の色相光の各色相成分の発光波長域を通す色分解用フィ
ルタを有することを特徴とする請求項１記載の半田付け
検査用画像入力装置。
【請求項３】上記照明コントローラによって上記各光
源から複数種の色相光を同時に発光させ、複数種の色相
光または白色光を得てカラーカメラによる一度の撮像で
複数の色相光の画像を同時に得ることを特徴とする請求
項２記載の半田付け検査用画像入力装置。
【請求項４】テレビカメラとしてモノクロカメラを用
い、上記照明コントローラによって上記光源から複数種
の色相光を順次発光させ、モノクロカメラによる複数回
の撮像で複数の色相光の画像を得ることを特徴とする請
求項１記載の半田付け検査用画像入力装置。
【請求項５】上記照明コントローラは、テレビカメラ
の撮像に同期させて照明部の点灯範囲を光源単位或いは
色相単位またはそれらの組み合わせで制御し照明部に複
数種の照明パターンを発生させることを特徴とする請求
項１ないし請求項４のいずれかに記載の半田付け検査用
画像入力装置。
【請求項６】上記照明コントローラは、各光源の光量
および各光源毎の各色相光の光量制御も行うことを特徴
とする請求項１ないし請求項５のいずれかに記載の半田
付け検査用画像入力装置。