JPH11108850A

JPH11108850A - 半田ボール検査装置

Info

Publication number: JPH11108850A
Application number: JP28777697A
Authority: JP
Inventors: Kouji Kitayama; 綱次北山
Original assignee: Toyota Central R&D Labs Inc
Current assignee: Toyota Central R&D Labs Inc
Priority date: 1997-10-02
Filing date: 1997-10-02
Publication date: 1999-04-23

Abstract

(57)【要約】【課題】リフロー半田付け、フロー半田付けの別な
く、基板上の広い領域で簡易かつ確実に半田ボールを検
出する。【解決手段】プリント基板２上の所定領域の画像を得
る撮像装置８を有し、データ処理装置６は、撮像装置８
で得られた画像のうち、所定の輝度値を有する連続した
画素群を識別し、識別された各画素群についてその面積
を算出するとともに、面積が所定値以下の画素群につい
てその円形度を算出し、円形度が所定値以上の画素群を
半田ボールと判定する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は基板上に生じた半田
ボールを確実に検出することが可能な半田ボール検査装
置に関する。

【０００２】

【従来の技術】半田付け工程において、急激な加熱等に
より溶融半田が飛散して生じる半田ボールは、部品周辺
の濡れ性のない基板上で球状となっているため、振動等
により移動して思わぬ短絡事故を生じる。そこで、特開
平８−２８８６４２号公報には、リフロー半田付け工程
において、加熱直後の半田付け基板を赤外線カメラで撮
影し、熱放射の２値画像を半田ボールの生じていない基
準画像と比較することで半田ボールを検出することが試
みられている（第１従来例）。

【０００３】また、特開平６−２８８９３１号公報で
は、撮影画像におけるＩＣ部品の平行リード間に検査ウ
インドウを設定して、リードと直交する方向と平行な方
向へ走査し、各画素の濃淡（輝度）値の度数分布の分散
が所定値を越えた時に半田ボールを生じたものとする半
田ボールの検査装置が提案されている（第２従来例）。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記第１従来
例は、半田槽を使用し基板を加熱しないフロー半田付け
には適用できないという問題があるとともに、クリーム
半田の印刷量のバラツキや部品搭載位置のバラツキによ
り熱放射率が変動し、あるいは溶融半田の表面張力で部
品を位置決めする際に当該部品が移動することによって
も熱放射率が変動するため、半田ボールの確実な検出が
できないおそれがあった。

【０００５】また、上記第２従来例では、画像の繰返し
走査や度数分布およびその分散値の算出が煩雑であると
ともに、平行リード間以外の広い領域を検査することは
困難であるという問題がある。

【０００６】本発明はこのような課題を解決するもの
で、リフロー半田付け、フロー半田付けの別なく、基板
上の広い領域で簡易かつ確実に半田ボールを検出するこ
とが可能な半田ボール検査装置を提供することを目的と
する。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明では、半田付け基板（２）上の所定領域
（Ｗ）の画像を得る撮像手段（８）と、撮像手段（８）
で得られた画像のうち、所定の輝度値を有する連続した
画素群（Ｃ12〜Ｃ15，Ｃ3 ）を識別する識別手段（６，
ステップ１０２）と、識別された各画素群（Ｃ12〜Ｃ1
5，Ｃ3 ）についてその面積あるいは周囲長を算出する
とともに、面積あるいは周囲長が所定値以下の画素群に
ついてその円形度を算出し、円形度が所定値以上の画素
群（Ｃ3 ）を半田ボール（３）と判定する判定手段
（６，ステップ１０３〜１０７）とを具備している。

【０００８】本発明において、半田ボールは同程度の輝
度値を示す電極等に比して通常極めて形状が小さく、半
田ボールに対応する画素群は面積あるいは周囲長が所定
値以下となる。加えて、半田ボールに対応する画素群は
真円に近い形状をしているから、その円形度は大きい。
したがって、面積あるいは周囲長が所定値以下の画素群
について、その円形度が所定値以上の画素群があれば、
これは半田ボールによるものである。本発明では半田付
け基板は加熱されている必要がないからリフロー半田付
け、フロー半田付けの別なく適用できる。また、平行電
極間に限らず、半田付け基板の広い領域にわたって検査
が可能であるとともに、従来のような画像の繰返し走査
や度数分布およびその分散値の算出等をする必要がない
から、処理が簡易となる。

【０００９】電極（１８，１７）に付着している半田ボ
ール（３１，３２）を検出する場合等には、予め位置、
形状等が知られている電極（１８，１７）等の対象物に
よる画素群（Ｃ18，Ｃ17）を画像中から除去した後、残
る画素群（Ｃ31，Ｃ32，Ｃ181 ）について面積あるいは
周囲長を算出して、面積あるいは周囲長が所定値以下の
画素群についてその円形度を算出し、円形度が所定値以
上の画素群（Ｃ31，Ｃ32）を半田ボールと判定する。

【００１０】また、電極に付着している半田ボールを検
出する他の手段としては、所定領域（Ｗ）内に一定の大
きさの抽出領域（Ｗ１）を設定して、この抽出領域（Ｗ
１）を所定領域（Ｗ）内で順次移動させ、移動する抽出
領域（Ｗ１）内の画素群（Ｃ31，Ｃ32，Ｃ171 ，Ｃ181
）について面積あるいは周囲長を算出して、面積ある
いは周囲長が所定値以下の画素群についてその円形度を
算出し、円形度が所定値以上の画素群（Ｃ31，Ｃ32）を
半田ボールと判定する。

【００１１】なお、上記カッコ内の符号は、後述する実
施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものであ
る。

【００１２】

【発明の実施の形態】

（第１実施形態）図１には半田付け検査装置の全体構成
を示す。図において、ディスクリート部品１はリフロー
半田部１１によりプリント基板２上に表面実装されてい
る。プリント基板２は移動テーブル４上に載置されてお
り、半田付けされたプリント基板２上の多数のディスク
リート部品１のうち検査対象となるものが、詳細を後述
する照明装置５の直下に移動テーブル４によって移送さ
れ位置決めされる。この移動テーブル４はＸ軸ステージ
４１とＹ軸ステージ４２で構成されて、プリント基板２
を二次元のＸ−Ｙ平面上で位置決めすることができる。
Ｘ軸ステージ４１とＹ軸ステージ４２は位置決め回路７
２の出力によりサーボ制御されている。なお、プリント
基板２は照明装置５の直下への移動に先立って除塵装置
（図示略）により基板上の塵等が除去されている。

【００１３】照明装置５は複数の円環状照明リング５１
〜５４を有し、これら照明リング５１〜５４は上下方向
へ間隔をおいて同心状に配設されるとともに、上方へ向
かうにつれて小径となっている。照明リング５１は周方
向へ４区画され、各区画毎に多数の発光ダイオードが設
けられている。他の照明リング５２〜５４も同一構造で
ある。照明リング５１〜５４はそれぞれ照明制御回路７
１へ接続され、照明制御回路７１は各照明リング５１〜
５４の各区画毎に、発光ダイオード群を通電発光させる
ことができる。なお、最上段の照明リング５４はプリン
ト基板２の位置合わせ時に使用するものであり、半田付
け検査では残る下段の照明リング５１〜５３が使用され
る。

【００１４】各照明リング５１〜５３から発する照明光
は、ディスクリート部品周辺の基板面にそれぞれ異なる
角度で入射して影等を生じない一様な照明を実現してい
る。各照明光の入射角度は上段の照明リング５３から発
したものほど大きくなり、本実施形態では３°〜７０°
の範囲内に設定されている。

【００１５】照明装置５の上方にはその中心軸上にＣＣ
Ｄカメラ等の撮像装置８が設けてあり、撮像装置８はデ
イスクリート部品周辺からの反射光を入射してその画像
を得る。撮像装置８で得られた画像は、データ処理装置
６の情報処理部６２からの指令によりその画像処理部６
１へ送られ、後述する処理がなされる。データ処理装置
６はパーソナルコンピュータ等で構成され、内部にＣＰ
Ｕ、ビデオＲＡＭを含む各種メモリ、およびＩ／Ｏイン
ターフェース等を有するとともに、モニタやプリンタ等
が接続されている。画像処理部６１および情報処理部６
２はソフトウエアによって実現されており、情報処理部
６２は既述の照明制御回路７１や位置決め回路７２の作
動を制御するとともに、画像処理部６１における半田ボ
ールの検査結果をモニタ上へ表示し、あるいはプリント
アウトする。

【００１６】以下、図２のフローチャートに従って、上
記画像処理部６１における処理手順を説明する。図２の
ステップ１０１では撮像装置８で得られた画像を取り込
む。取り込んだ画像の一例を図３に示す。検査領域Ｗ内
のディスクリート部品１からは平行に複数の電極１２〜
１５が延び、電極１３，１４間に半田ボール３が存在し
ている。ディスクリート部品１およびプリント基板２
（図中の斜線領域）は輝度が低く、電極１２〜１５と半
田ボール３は輝度が高い。そこで、図２のステップ１０
２では、一定輝度以上の連続した画素群にそれぞれ識別
のための番号を付すラベリングを行う。これを図３に示
し、各電極１２〜１５に対応する画素群Ｃ13〜Ｃ15は
「１」「２」「４」「５」とラベリングされ、半田ボー
ル３に対応する画素群Ｃ3 は「３」とラベリングされて
いる。

【００１７】図２のステップ１０３では、ラベリングさ
れた各画素群Ｃ12〜Ｃ15，Ｃ3 について、その画素数
（面積）を算出する。半田ボール３は電極１２〜１５に
比して通常極めて小さいから、画素数の少ない画素群Ｃ
3 は半田ボール３に対応するものである可能性が強い。
そこで、続くステップ１０４では、画素数が一定値Ｇ以
下か確認し、一定値Ｇ以下であればステップ１０５で、
この画素群Ｃ3 の円形度ｅを算出する。円形度ｅは当該
画素群Ｃ3 の周囲長Ｌと面積Ｓから下式（１）で算出さ
れる。この円形度ｅは真円の場合に１となり、正方形で
はπ／４（約０．７）である。

【００１８】

【数１】

【００１９】ステップ１０６では円形度ｅが一定値Ｈ以
上か確認し、一定値Ｈ以上であればステップ１０７で上
記画素群Ｃ3 は半田ボール３によるものであると判定し
て、これを表示する。なお、上記ステップ１０３におい
て、各画素群の画素数（すなわち面積Ｓ）を算出するの
に代えて周囲長を算出し、周囲長が小さい画素群につい
てステップ１０５で円形度ｅを算出するようにしても良
い。

【００２０】（第２実施形態）図５には撮像装置８で得
られる画像の他の例を示す。図５ではディスクリート部
品１から延びる矩形帯状の電極１６以外に円形電極（ラ
ンド）１７が設けられ、これらの間に半田ボール３が存
在している。図６は、上記画像について一定輝度以上の
連続した画素群をラベリングしたもので、電極１６，１
７に対応する画素群Ｃ16，Ｃ17は「１」「３」にラベリ
ングされ、半田ボール３に対応する画素群Ｃ3 は「２」
とラベリングされている。ところで、直上からの照明が
無いと、山形断面を有する半田ボール３の平坦な頂上中
心部は輝度が低いため、これに対応するラベリングされ
た画素群Ｃ3 は図６に示すようにリング状となり、上式
（１）で算出される円形度ｅの値が小さくなってしま
う。

【００２１】そこで、本実施形態では、図２のステップ
１０３以下の処理を開始する前に、同一の番号でラベリ
ングされた画素で囲まれる密閉領域の画素には同じラベ
リング番号を付与する処理を追加する。これにより、画
素群Ｃ3 の円形度ｅは１に近くなり、確実に半田ボール
３によるものと判定される。なお、この処理により電極
１７に対応する画素群Ｃ17の円形度ｅも１に近くなる
が、この画素群Ｃ17は図２のステップ１０３，１０４の
処理で判定対象から除かれるから、問題はない。

【００２２】（第３実施形態）図７には撮像装置８で得
られた画像のさらに他の例を示す。図７では矩形帯状の
電極１８と円形電極１７にそれぞれ半田ボール３１，３
２が付着しているとともに、電極１８からは半田部１８
１がややはみ出している。このような画像中の高輝度の
連続画素群についてラベリングを行うと、図８に示すよ
うに、電極１８、半田ボール３１および半田部１８１に
対応する画素群Ｃ18，Ｃ31，Ｃ181 が「１」にラベリン
グされ、電極１７と半田ボール３２に対応する画素群Ｃ
17，Ｃ32が「２」にラベリングされる。したがって、こ
のままでは、図２のステップ１０３以下の処理を行って
も半田ボール３１，３２は検出できない。

【００２３】そこで、本実施形態では、上記ステップ１
０３以下の処理に先立って、位置および形状が予め分か
っている電極１７，１８を画像中から除去する。これを
図９に示す。電極１７，１８を除去した後の各画素群Ｃ
181 ，Ｃ31，Ｃ32について「１」〜「３」と改めて再ラ
ベリングを行い、これら画素群Ｃ181 ，Ｃ31，Ｃ32につ
いて図２のステップ１０３以下の処理を行う。この場
合、全ての画素群Ｃ181，Ｃ31，Ｃ32の画素数が小さい
ため、ステップ１０５でそれぞれの画素群について円形
度ｅが算出される。ラベル「２」「３」の画素群Ｃ31，
Ｃ32は真円に近いためにその円形度は１に近く、ステッ
プ１０６，１０７で半田ボール３１，３２によるものと
判定される。これに対して、ラベル「１」の画素群Ｃ18
1 は欠円形であるから円形度ｅは小さく、半田ボール３
１，３２によるものとは判定されない。このようにし
て、電極に付着している場合にも半田ボール３１，３２
のみが確実に検出される。

【００２４】（第４実施形態）上記第３実施形態の電極
１７，１８を画像中から除去する方法に代えて、図１０
に示すように、検査領域Ｗ内の画像中に適当な大きさの
抽出領域Ｗ１を設ける。この抽出領域Ｗ１は本実施形態
では正方形であるが、これに限られるものではない。画
像上で上記抽出領域Ｗ１を左右方向および上下方向へ順
次移動させ、抽出領域Ｗ１内の画素群Ｃ17，Ｃ18，Ｃ18
1 ，Ｃ31，Ｃ32について図２のステップ１０３以下の処
理を行う。これにより、抽出領域Ｗ１が図１０に示す位
置に移動した時に、画素数が小さくかつ円形度ｅの大き
い画素群Ｃ31が半田ボール３１によるものと判定され、
また、抽出領域Ｗ１が図１１に示す位置に移動した時
に、画素数が小さくかつ円形度ｅの大きい画素群Ｃ32が
半田ボール３２として判定される。これに対して、図１
０における円形電極１７の部分画素群Ｃ171 、および図
１１における半田部１８１の画素群Ｃ181 は円形度ｅが
小さいことから半田ボールとは判定されない。このよう
にして、本実施形態によっても、電極に付着した半田ボ
ールを確実に検出することができる。

【００２５】

【発明の効果】以上のように、本発明の半田ボール検査
装置によれば、リフロー半田付け、フロー半田付けの別
なく、基板上の広い領域で簡易かつ確実に半田ボールを
検出することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施形態における、半田ボール検
査装置の全体構成を示すブロック図である。

【図２】データ処理装置の画像処理部の処理手順を示す
フローチャートである。

【図３】検査領域の撮影画像を示す平面図である。

【図４】ラベリング後の画像を示す平面図である。

【図５】本発明の第２実施形態における、検査領域の撮
影画像を示す平面図である。

【図６】ラベリング後の画像を示す平面図である。

【図７】本発明の第３実施形態における、検査領域の撮
影画像を示す平面図である。

【図８】ラベリング後の画像を示す平面図である。

【図９】電極画像部消去後の画像を示す平面図である。

【図１０】本発明の第４実施形態における、ラベリング
後の画像を示す平面図である。

【図１１】ラベリング後の画像を示す平面図である。

【符号の説明】

１…ディスクリート部品、１７，１８…電極、２…プリ
ント基板（半田付け基板）、３，３１，３２…半田ボー
ル、８…撮像装置（撮像手段）、６…データ処理装置
（識別手段、判定手段）、Ｃ12〜Ｃ18，Ｃ31，Ｃ32，Ｃ
171 ，Ｃ181 …画素群。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】半田付け基板上の所定領域の画像を得る
撮像手段と、前記撮像手段で得られた画像のうち、所定
の輝度値を有する連続した画素群を識別する識別手段
と、識別された前記各画素群についてその面積あるいは
周囲長を算出するとともに、面積あるいは周囲長が所定
値以下の前記画素群についてその円形度を算出し、円形
度が所定値以上の前記画素群を半田ボールと判定する判
定手段とを具備する半田ボール検査装置。