JPH08285785A - はんだ付け良否検査装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 プリント基板上に表面実装された電子部品の
リードピンが、配線パターンに正常にはんだ付けされて
いるか否かの検査のみを行うのに適したはんだ付け良否
検査装置を提供する。 【構成】 プローブピンＰを実装部品Ｃのリードピン配
列方向に沿って、その各リードピンに接触する位置で走
査し、そのプローブピンＰのリードピンへの接触前と接
触時においてそれぞれ部品の平面像を撮像するととも
に、その二つの画像データを比較し、この比較結果をは
んだ付けの良否を判定するための情報として用いるよう
に構成している。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、プリント基板上の表面
実装部品のはんだ付けの状態を検査するはんだ付け良否
検査装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】プリント基板上に表面実装された電子部
品のはんだ付けの状態を検査する装置としては、リード
ピンのはんだ付け部をカメラで撮らえて、その外観形状
やはんだ表面のつや及びリード間のはんだブリッジ等を
検査する方式、あるいは、はんだ付け部にスリット光を
照射し、その反射光を検出することにより外観形状を検
査する方式を採用した検査装置がある。

【０００３】また、このような光学系を利用した方式の
ほか、Ｘ線を用いてはんだ付け部を非破壊検査する方
式、さらに、はんだ付け部をレーザ光照射により加熱し
て、その温度分布からリードピンのはんだ付け不良やは
んだ濡れ性などを検査する方式を利用したものもある。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、従来のはん
だ付けは上記したような非接触方式の装置が主流である
が、これらの検査装置によれば、リードピンのはんだ付
け部の状態、例えば外観形状、濡れ性、内部ボイドなど
を精密に検査することが可能である反面、検査項目がリ
ードのはんだが付いているか否か判定だけの検査には不
向きである。

【０００５】本発明はそのような事情に鑑みてなされた
もので、その目的とするところは、プリント基板上に表
面実装された電子部品のリードピンが、正常にはんだ付
けさてれいるか否かの検査のみを行うのに適したはんだ
付け良否検査装置を提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めの構成を、図１の基本概念図を参照しつつ説明する
と、本発明の検査装置は、被検査基板を保持するテーブ
ルＴと、このテーブルＴの上方にプローブピンＰを支持
し、かつ、そのプローブピンＰをテーブルＴ上面と平行
な２軸（Ｘ−Ｙ）の方向に沿って相対的に移動する駆動
手段ａと、プローブピンＰの先端に物体が接触したとき
にその旨を検出するセンサｂと、テーブルＴに置かれた
被検査基板Ｓ上の実装部品Ｃの平面像を撮像する撮像手
段ｄと、駆動手段ａによりプローブピンＰを実装部品Ｃ
のリードピン配列方向に沿ってその各リードピンに接触
する位置で走査したときに（図６参照）、撮像手段ｄと
センサｂの各出力を用いて、プローブピンＰが実装部品
Ｃのリードピンに接触する前と接触した時の二つの画像
データを比較する画像処理手段ｅを備え、この比較結果
をはんだ付けの良否を判定するための情報として供する
ように構成されていることによって特徴づけられる。

【０００７】また、本発明においては、以上の構成に加
えて、図２の基本概念図に示すように、撮像手段ｄの出
力に基づいて被検査基板Ｓの平面像を表示器ｇに表示
し、かつ、その表示画面上において入力手段ｈにより指
示された実装部品Ｃの輪郭を求めるとともに、その輪郭
データと予め入力されたシフト量Ｄ（図６参照）を用い
てプローブピンＰの走査位置を設定する位置設定手段ｆ
と、その設定データに基づく位置でプローブピンＰを走
査すべく駆動手段ａを制御する制御手段ｉを設けておい
てもよい。なお、図２に示した構成において、撮像手段
として２台のカメラを使用し、その一方のカメラで被検
査基板Ｓの全体像を撮像し、他方のカメラで実装部品Ｃ
のリードピン周辺の画像を撮らえるようにしてもよい
し、あるいは、１台のカメラで双方の画像を撮像するよ
うに構成してもよい。

【０００８】

【作用】プローブピンＰを、その先端を電子部品のリー
ドピンに接触させつつ、リードピンの配列方向に沿って
走査し（図６参照）、この走査中においてプローブピン
Ｐがリードピンに接触する前と接触状態の時の部品の平
面像を撮らえると、各リードピンのはんだ付け部が正常
である場合には、プローブピンＰがリードピンに接触す
る前の画像データと接触した状態での画像データとの間
に差はないが、はんだ付け不良があってリードピンが配
線パターンに接合していないと、そのリードピンにプロ
ーブピンＰが接触した時点でリードピンが変形して、接
触状態での画像データは接触前に対してリードピンの変
形の相応する分の差が生じる（図８参照）。従って、プ
ローブピンＰがリードピンに接触する前と接触状態の時
の二つの画像データを比較すれば、その比較結果からリ
ードはんだ付け部の良否を判定することができる。

【０００９】ここで、図２に示すような構成を採用する
と、表示器ｇに表示した被検査基板Ｓの平面像上で、は
んだ付けの検査を行う部品を入力手段ｈにより指定する
といった操作により検査箇所が自動的に求められる。そ
して、このようなティーチング作業により設定された位
置にプローブピンＰが自動的に移動して、上記したはん
だ付け部の検査が実行される。

【００１０】

【実施例】本発明の実施例を、以下、図面に基づいて説
明する。図３は本発明実施例の構成を示す斜視図、図４
はその実施例のリード検出器１３のみを抽出して示す縦
断面図である。

【００１１】まず、この例の検査装置は、ＸＹロボット
１，入力装置（図５参照）２，演算処理装置３，ＣＲＴ
等の表示器４及び光源装置５などによって構成されてい
る。ＸＹロボット１の主要構造部は、ベース１ａと、こ
のベース上に位置しＸ方向（左右方向）に沿って延びる
アーム１ｂと、このアームの一端を支持する柱１ｃによ
って構成されており、そのベース１ａ上には、被検査基
板Ｓを載置するテーブル１５が、Ｙ方向（前後方向）に
沿って摺動自在に配設されている。

【００１２】ＸＹロボット１のアーム１ｂには工業用カ
メラ１１が装着されており、その照明用の蛍光灯６がア
ーム１ｂの前方に配置されている。工業用カメラ１１は
テーブル１５上の被検査基板Ｓの全体平面像を撮像する
のに使用される。

【００１３】また、ＸＹロボット１のアーム１ｂにはホ
ルダ１０が設けられている。このホルダ１０は、アーム
１ｂに摺動自在に配設された支持台１０ｂと、この支持
台に装着されたＺ軸（鉛直方向）移動ユニット１０ａを
備えており、そのユニット１０ａの前面側に、工業用カ
メラ１２，リード検出器１３及びポインタ１４が装着さ
れている。

【００１４】工業用カメラ１２は、被検査基板Ｓの電子
部品Ｃの平面像を撮るためのカメラで、その先端部には
照明用の光ガイド１２ａが設けられいる。この光ガイド
１２ａには光源装置５からの光が、光ファイバケーブル
等を介して供給される。

【００１５】また、リード検出器１３は、筒状の本体１
３ａに変位自在（軸方向）に配置されたプローブピンＰ
と、このピンＰを本体１３ａの先端側に向けて弾性的に
押圧する圧縮コイルばね１３ｄと、プローブピンＰの後
端部に固着された磁石１３ｃと、この磁石１３ｃに対し
所定の間隔を隔てて配置されてホールセンサ１３ｂを有
し、プローブピンＰの軸方向（上下方向）の変位を、磁
石１３ｃの移動による磁気変化としてホールセンサ１３
ｂで検出するように構成されており、このセンサ１３ｂ
に出力信号は、後述する演算処理装置３のタイミング発
生部３ｃに供給される。なお、プローブピンＰの先端
は、部品リードに接触するときに、リードピンのエッジ
に引っ掛からないように球形状としている。

【００１６】さらに、ポインタ１４は、レーザダイオー
ド及びレンズ系（図示せず）が組み込まれた機器で、テ
ーブル１５上の電子部品Ｃのリード位置にスポット光を
照射することが可能な位置に配置されている。

【００１７】そして、ＸＹロボット１のベース１ａ及び
アーム１ｂには、テーブル１５及びホルダの支持台１０
ｂに、それぞれ移動を与えるための移動機構（図示せ
ず）が内蔵されている。なお、その各移動機構は、例え
ば、ステッピングモータと、その回転運動を直線運動に
変換するタイミングベルト等を利用を組み合わせた公知
のものである。

【００１８】一方、入力装置２は、キーボード及びライ
トペン２１等であって、後述するティーチングの際の指
示及び検査位置の指定に関する情報、並びに検査実行の
旨などを演算処理装置３に入力することができる。な
お、ライトペン２１とその操作画面２２は演算処理装置
３側に組み込まれており、検査を行う電子部品Ｃを指定
するのに使用される。

【００１９】図５は本発明実施例の制御系の回路構成を
示すブロック図である。演算処理装置３は、例えばコン
ピュータであって、ティーチング実行部３ａ、駆動制御
部３ｂ、タイミング発生部３ｃ、画像記憶部３ｄ、画像
処理部３ｅ並びに異常信号発生部３ｆの各機能部が設け
られている。

【００２０】ティーチング実行部３ａは、入力装置２か
らの指示により、工業用カメラ１１の出力を採取して、
その画像つまり被検査基板Ｓの全体平面像を表示器４の
画面上に表示し、この表示後に、入力装置２のライトペ
ン２１の操作により、表示画面上での電子部品Ｃの位置
が指示された時点で、その指示ポイントを基にして電子
部品Ｃの画像上での輪郭（エッジ）を求めるとともに、
その指示ポイントデータ及び輪郭データを、ライトペン
２１による位置指示ごとに順次に記憶してゆくように構
成されている。さらに、入力装置２により、被検査基板
Ｓの検査位置の設定が完了した旨が入力された時点で、
記憶データと、予め入力されたシフト量Ｄに基づいて、
プローブピンＰの走査方向を決定して、その位置情報を
駆動制御部３ｂに出力するように構成されている。

【００２１】なお、このようなティーチングにおいて、
電子部品Ｃの種類・個数及びその実装位置が同一の複数
枚の基板Ｓの検査を連続して実行する場合には、ライト
ペン２１の操作による指示ポイントデータの入力作業
は、最初の基板についてのみ行って、その各指示ポイン
トデータを、２枚目以降の基板の検査に利用するように
してもよい。

【００２２】駆動制御部３ｂは、ティーチング実行部３
ａからの位置情報に基づいて、プローブピンＰを、指定
された電子部品Ｃの各検査位置で走査すべく、ＸＹロボ
ット１に駆動制御信号を供給する。

【００２３】タイミング発生部３ｃは、リード検出器１
３のホールセンサ１３ｂの出力に基づいて、工業用カメ
ラ１２のON/OFFと、そのカメラ１２の出力つまり電子部
品Ｃの画像データの採取を画像記憶部３ｄ及び画像処理
部３ｅに指令する機能部である。その指令動作は、図７
に示すように、まず、検査位置でプローブピンＰの走査
を開始した時点で、一度だけカメラ１２のON/OFFと画像
データを採取する旨の指令信号を発生し、この動作によ
り画像記憶部３ｄにピン接触前の画像データＶA が格納
され、次いで、センサ出力が閾値Ｔｈに達した時点でカ
メラ１２がON、閾値Ｔｈ以下で OFFとする指令信号を発
生するとともに、この間の画像データＶB を採取する旨
を画像処理部３ｅに指令する。そして、センサ出力が閾
値Ｔｈ以下となった後、時間ｔd だけ遅延してカメラ１
２を時間ｔs の間だけONとする指令信号を発生し、この
時間ｔs での画像データつまり次の検査リードピンＬに
対するプローブピンＰ接触前の画像データＶA を採取・
記憶する旨を画像記憶部３ｄに指令すると、といった動
作である。

【００２４】画像処理部３ｅは、タイミング発生部３ｃ
の指令に応じて画像データＶB を採取した時点で、この
画像データＶB と先に画像記憶部３ｄに格納された画像
データＶA とを比較して、この両者のデータ間に差（例
えば白黒の２値の差）があるかどうかを判定するように
構成されており、その判定結果が不一致であるときに
は、その旨を示す信号が異常信号発生部３ｆから出力さ
れ、この異常信号の発生に応じてポインタ１４及び警報
器７が駆動すると同時に、ＸＹロボット１の駆動が停止
される。

【００２５】ここで、本発明実施例において、リード検
出器１３の圧縮コイルばね１３ｄの弾性力は、プローブ
ピンＰの先端が電子部品ＣのリードピンＬに接触した時
に、そのリードピンＬを破損することがない程度の強さ
としておく。また、プローブピンＰの走査の速度は、リ
ードピンＬ・・Ｌの配列ピッチ、工業用カメラ１２のON/O
FFの追随性、プローブピンＰのリードピンＬへの接触
圧、並びに、検査スピード等の諸条件を考慮して決定す
る。さらに、ホールセンサ１３ｂの出力信号が所定値よ
りも大きくなるとき、すなわち、何らの異常によりプロ
ーブピンＰの変位が、リードピンＬに正常に接触した状
態のときよりも大きくなったときには、装置を即座に停
止してその旨を報知するといった非常停止機能を付加し
ておく。

【００２６】次に、本発明実施例の作用を制御系の動作
とともに述べる。まず、ティーチングを実行する旨が入
力されると、ティーチング実行部３ａは工業用カメラ１
１の出力信号を採り込んで、画像データ（基板全体の平
面像）を表示器４に表示し、次いで、ライトペン２１に
より表示画面上の電子部品Ｃの位置が指定されると、そ
の指定ポイントの周辺の２値の判定により電子部品像の
輪郭を求める。この画像処理は、ライトペン２１により
ポイントが指定されるごとに、順次に繰り返して行う。

【００２７】そして、全ての検査ポイントの設定が完了
した旨が入力された時点で、ティーチング実行部３ａ
は、各ポイントごとの輪郭データと、部品エッジに対す
るシフト量Ｄに基づいて、プローブピンＰの走査の位置
と方向に関する位置データを計算して、その計算結果を
駆動制御部３ｂに供給する。

【００２８】さて、検査実行の旨が入力されると、駆動
制御部３ｂが上記の位置データに基づく指令信号をＸＹ
ロボット１に供給する。これにより、プローブピンＰ
が、図６に示すように、電子部品ＣのリードピンＬに先
端が接触する位置で電子部品Ｃのエッジに対して距離Ｄ
だけ離れた位置に移動し、その位置から電子部品Ｃのエ
ッジと平行な方向に沿って走査される。

【００２９】その走査中において、プローブピンＰが電
子部品ＣのリードピンＬに接触するごとにその接触前と
接触時の画像データが、図７に示すタイミングで採取さ
れ、その接触前の画像データＶA と接触時の画像データ
ＶB との一致・不一致が画像処理部３ｅで求められる。

【００３０】このとき、電子部品ＣのリードピンＬの１
本にはんだ付け不良があると、図８(A) と(B) に示すよ
うに、プローブピンＰが接触する前の画像データＶA で
は不良箇所のリードピンＬ1 は他のリードピンと同様な
配置形態で現れるが、ピン接触時の画像データＶB で
は、その不良箇所のリードピンＬ1 は変形した状態で現
れ、これら二つの画像データＶA とＶB とは一致しなく
なり、この時点で、装置が即座に停止されると同時に、
その異常が警報により報知され、さらに異常箇所がレー
ザ光によりマークされる。

【００３１】なお、プローブピンＰの走査において異常
がないときには、電子部品Ｃのもう一方側のリード列に
対してプローブピンＰが走査され、この走査でも異常が
ないときには、次の新たな検査部品へとプローブピンＰ
が移動され、先と同様な手順で走査される。そして、テ
ィーチングにより指定された全ての検査位置での走査を
終えた時点で、１枚のプリント基板の検査を完了する。

【００３２】以上の本発明実施例においては、被検査基
板Ｓの平面像を撮像して、その画像データから電子部品
Ｃの輪郭を求めて検査位置を設定するので、被検査基板
Ｓのテーブル１５への装着時に、電子部品Ｃのエッジが
ＸまたはＹ方向に一致していなくても、プローブピンＰ
は部品エッジに対して距離Ｄの間隔を維持した状態で走
査される。従って、被検査基板Ｓの装着時に正確な位置
合わせを行う必要がなく、また被検査基板Ｓ上の電子部
品Ｃの傾きや位置ずれ等があっても問題なく検査を実行
できる。

【００３３】また、本発明実施例では電子部品Ｃの平面
像を撮像するので、電子部品Ｃの互いに隣合うリードピ
ンＬとＬとの間に、はんだブリッジが生じているか否か
を検査することも可能である。その検査の手法として
は、正常なはんだ付けが行われた電子部品Ｃの平面像を
予め工業用カメラ１２により撮らえて記憶しておき、そ
の基準画像データと、被検査基板Ｓ上の電子部品Ｃの平
面像とを画像処理部３ｅで比較して、部品のリード間に
はんだが存在するか、どうかを判別する、といった方法
を採用すればよい。

【００３４】さらに、以上の実施例では、プローブピン
Ｐの走査中に、はんだ付け不良が検出された時点で装置
を停止するように構成しているが、これに代えて、例え
ばはんだ付け不良が検出されてもプローブピンＰの走査
は停止することなく続行し、その不良が見つかった電子
部品の位置とリード位置を記憶しておくように構成して
おいてもよい。この場合、複数枚のプリント基板を連続
して検査するあたり、何枚目のプリント基板のどの位置
の電子部品のリードピンのはんだ付けに不良があるのか
を、検査を完了した後に特定することができ、従って、
このような構成を採用すると、所定数のプリント基板の
検査を先に済ませておき、後の工程で不良品を除去する
等の処理を採ることができる結果、工程の効率化をはか
ることができるといった効果を得ることができる。

【００３５】なお、以上の実施例では、ホールセンサ１
３ｂの出力信号を閾値Ｔｈと比較して工業用カメラ１２
及び光源装置５のON/OFFのタイミングを制御している
が、これに代えて、例えばホールセンサ１３ｂの出力信
号を微分して、その微分係数の正負の値から信号の立ち
上がり・立ち下がりを検出して、この検出値を基づいて
ON/OFFのタイミングを制御するように構成してもよい。

【００３６】また、工業用カメラ１２のON/OFF等のタイ
ミングを発生するのに用いるセンサとしては、プローブ
ピンＰの変位を検出するセンサであればよく、ホールセ
ンサ以外の他の一般的なセンサを用いてもい。

【００３７】さらに、以上の実施例ではプローブピンＰ
のリードピンＬへの接触を、プローブピンの上下方向の
変位として検出するように構成しているが、このほか、
例えばプローブピンＰの上端を回転自在に支承して、こ
のプローブピンＰがリードピンＬの側面に接触したとき
に傾く（回転）点を利用して、その角度変位から接触・
非接触を検出するといった構成を採用してもよい。

【００３８】

【発明の効果】以上説明したように、本発明のはんだ付
け良否検査装置によれば、プローブピンを被検査部品の
リードピンに接触させ、その接触前と接触した時におい
てそれぞれ部品の平面像を撮像し、この二つの画像デー
タの比較結果をはんだ付けの良否を判定するための情報
として用いるように構成したので、部品のリードピンが
配線パターンに確実に付いているか否かの検査を簡単か
つ正確に行える。

【００３９】なお、本発明において被検査基板の全体の
平面像を撮像し、その表示画面上で検査部品を指示する
だけで、プローブピンの部品に対する走査位置を自動的
に求めるためのティーチング機能を付加しておけば、検
査工程の効率化をはかることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の構成を示す基本概念図

【図２】同じく基本概念図

【図３】本発明実施例の全体構成を示す斜視図

【図４】その実施例のリード検出器１３の構造を示す縦
断面図

【図５】本発明実施例の制御系の構成を示すブロック

【図６】本発明実施例の検査実行時の状態を示す図

【図７】本発明実施例のタイミング発生部３ｃの動作を
説明するタイムチャート

【図８】本発明実施例の作用説明図

【符号の説明】

１ ＸＹロボット １０ ホルダ １１，１２ 工業用カメラ １２ａ 光ガイド １３ リード検出器 １３ｂ ホールセンサ Ｐ プローブピン １４ ポインタ １５ テーブル ２ 入力装置 ２１ ライトペン ２２ 操作画面 ３ 演算処理装置 ３ａ ティーチング実行部 ３ｂ 駆動制御部 ３ｃ タイミング発生部 ３ｄ 画像記憶部 ３ｅ 画像処理部 ３ｆ 異常信号発生部 ４ 表示器 ５ 光源装置 ６ 蛍光灯 Ｓ 被検査基板 Ｃ 電子部品 Ｌ リードピン

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 プリント基板上に表面実装された電子部
   品のリードピンが配線パターンに正常にはんだ付けされ
   ているか否かを検出する装置であって、被検査基板を保
   持するテーブルと、このテーブルの上方にプローブピン
   を支持し、かつ、そのプローブピンをテーブル上面と平
   行な２軸の方向に沿って相対的に移動する駆動手段と、
   プローブピンの先端に物体が接触したときにその旨を検
   出するセンサと、テーブルに置かれた被検査基板上の実
   装部品の平面像を撮像する撮像手段と、上記駆動手段に
   よりプローブピンを実装部品のリードピン配列方向に沿
   ってその各リードピンに接触する位置で走査したとき
   に、上記撮像手段とセンサの各出力を用いてプローブピ
   ンがリードピンに接触する前と接触した時の二つの画像
   データを比較する画像処理手段を備え、この比較結果を
   はんだ付けの良否を判定するための情報として供するよ
   うに構成されていることを特徴とする、はんだ付け良否
   検査装置。
2. 【請求項２】 撮像手段の出力に基づいて被検査基板の
   平面像を表示器に表示し、かつ、その表示画面上におい
   て入力手段により指示された実装部品の輪郭を求めると
   ともに、その輪郭データと予め入力されたシフト量を用
   いて上記プローブピンの走査位置を設定する位置設定手
   段と、その設定データに基づく位置でプローブピンを走
   査すべく上記駆動手段を制御する制御手段が設けらてい
   ることを特徴とする請求項１に記載のはんだ付け良否検
   査装置。