JPS5961761A - レ−ザ−／熱検査のための光フアイバ−走査システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 背景技術 本発明は、ある部品が熱放射を起すようにレーザービー
ムによって熱せられ、それからの熱放射が、その部品の
・特性を示す出力を発する赤外線・検知・／ステムで測
定されるような検査システムにｌｊｌ、１し、より具体
的には、Ｘ−Ｙ座標に沿って動けるホ査導出部へ向けて
、あるいはそこからレーザービームや赤外線放射を伝送
するだめの光フアイバー７ステムに関するものである。

Ｌ／−サーヒーム、赤外線検知−器検査システムの一般
的な原理は、Ｖａｎｚｅｔｔｉ等の１９７４年４月９日
付米国′待６′１第３，８０３，４１３号に開示されて
いる。この特許では、？１１：子回路基板系のハンダ接
合部を連続的にテストできるようにその系を載置して位
置決めする位置決め台の欧州の概念について発表してい
る。この装ｊｉ／、１．ではハンダ接合部のそれぞれが
、検査位置に動いてくるので、レーザービームの熱注入
パルスの投射を受け、その際に加熱の速度が赤外線検知
システムでモニターされてその接合部の品質についての
情報を力える。この特許では、プリント回路埜板を支持
する位置決め袷が１つの座標にｆｒ）って動き、一方回
転鏡がその座標に対して］α角をなすもう一つの座標に
沿って走査運動するレーサービームの進路を偏向させる
。さらにこの鏡の回転によって／ＩＩ」熱されたハンダ
接合部からの赤外線放射が適当な赤外線検知システムへ
と反射される。

発明の概要 本発明は、検、査されるべき対象物が固定位置にあり、
光ファイバーが片方の端にあるレーザー及び赤外線検知
器と、他方の端にあってｘ−ｙｇ＋＜標に沿って動くだ
めの走査ヘッドを接続している、新規の改善された検査
システムを提供するものである。別の態様では、赤外線
検知器は動く走査−＼ノドに直接取（＝Ｊけることがで
きる。さらに別の態様では、光ファイバーによってレー
ザーに接続されている走査ヘッドが検査の対象物の片面
にあり、赤外線検知器は対象物の反対側の面にある。こ
の態様では、赤外線検知器は対応するＸ−Ｙ座漂に沿っ
て動くよう取（＝Ｊけられてもよいし、或いは静止位置
に敗付けられて、光ファイバーによって走査ヘッドに接
続されてもよい。レーザーの代替としてアーク燈が用い
られてもよいし、それぞれの態様において、赤外線検知
器が認容できる部品であることを示す信号と比較するだ
めの出力信号を発生するように考えられている。

この発明における、前述のあるいは別の目的、特徴、及
び利点は添イτ１の図面に記したような、この発明の何
重しい態様についてのもつと詳細な記述から明らかであ
ろう。

好ましい態様の詳細な説明 、窮１図に示したように、本発明の第１番目の実施例で
は、多数の・・ンダ接合部を持つプリント回路基板１０
が固定位置におかれている。接合部の１つは１２で示さ
れている。光ヘッド１４は、慣用の方法でＸ−Ｙ座漂に
沿って動き、プリント回路基板１０の上の・・ンダ接合
部１２を連続的に走査するようになっている。適当なレ
ーザー装置１６からレーザーパルスが発生する。このレ
ーザー装置は、レンズ１８を通して、光ヘツド１４ヘレ
ーザーパルスを伝送する可撓性の光ファイバー２０へと
向けられている。また熱−赤外線検知器２２がレーザー
１６と共に機械中に静止して取１月けられており、・・
ンダ接合部１２からの熱−赤外線放射を光ファイバー２
４とレンズ２６を通して受ける。ｉｊＪ動λノド１４に
よって動かされる光ファイバー２０と２４の端は、〕・
ンダ接仔部１２へ向けての放射の伝、達及び１２からの
その心受のだめに、接近して並行に配置されてもよいＬ
、別の光学系により同一のノ・ンダ接合部についての光
学的な１象を作ってもよいが、別々のファイ・く−２０
と２４の光経路を、目標物の側の端の近くで短い距ｉｎ
とするため、単一の経路に合併してし寸うことが望捷し
い。そうすると、加熱と検知の両方の機能が単一経路を
通して目標、すなわち・・ンタ接合部と連動できる。第
１図の実施例では、２色（ダイクロイック）ビーム分肉
１１器（鏡）２８が尤ヘッド１４につけられている。と
れは１つの波長ノくノドに対しては透明な窓となり、他
の選択された・くノドに対しては鏡の機能を持つ。光フ
ァイ・＜−２０によって伝送されるレーザーパルスは、
レンズ３０を通して２色ビーム分離鏡２８にみちびかれ
、放射伝送体３２の一方の端へと反射されて入る０、放
射伝送体３２の反対側の端から放射されるレーザーパル
スは、適当なレンズ系３４によってノ１ンダ接舒部１２
へと集光される。加熱されたノ・ノダ接合部１２は熱赤
外線放射を起こし、レンズ系３４を通して、放射に透体
３２及び２色ビーム分離鏡２８へ逆広送される。さらに
これはレンズ３６を’、ｒＱ　して光ファイバー２４に
より熱−赤外線検知器２２へど伝送される。放射伝送体
３２によって定まる、短い共通の経路は両方の波長バン
ドを伝送するザファイア棒その他で構成されていてもよ
いし、あるいは全波長域多重内部反射が可能な中空の金
属管の形状であってもよい。装置の目標物側の端の面を
阿枯像するだめの光学装置２４は、マクロマチイックな
赤外レンズであってもよいし、反射光学系であってもよ
い。それぞれの枝で［吏わ１する、相対的に重い別々の
光ファイバー２０と２４の代わりに、その目標物側の端
に拡がるように編まれた、多数のより小さい直径のファ
イバーが使われてもよく、それぞれの目的に応じて反対
側の、７：ｊａは適当に分離されていてもよい。

加熱レーザー１６としてＮｄ：ＹＡＧあるいは同等のレ
ーザーが使われるのなら、レーザーファイバー２０は１
マイクロメーターの波長領域で効率のよい伝送体でなけ
ればならない。険知ファイバー２４は、加熱された目標
物からの熱放射を受は入れられるように４−６マイクロ
メーター領賊の良い伝送体であることが望ましい。これ
と対応して検知器２２は、この波長領域で感度の良いも
のを１′べばねばならないが、低温に冷却されたアンチ
モン化インジウムテルル化水銀カドミウム、及び光学的
技法の中で知られているその他のもののような従来から
の検知器によってこの要求はみたされる。

光ヘッド１４ばＸ−Ｙ座標に沿って、例えばＸ−Ｙレコ
ーダーのペンを動かずような任意の適当な方法により動
いてよい。光ヘッド１４を動かすことによってシステム
の外回りサイズが縮小され、走査される部品の力学的慣
性が小さくなり、従来の位置決め合方式に比較してより
速い走査ができる。そこでは、たいていの位置決め台に
おけるものとくらべて相対的に短い加速と減速の時間の
ため、断続的運動が使われる。プリント回路ＪＮ板を支
持する台がＸ−Ｙ座標に沿って目盛がつけられており、
光経路が固定されているという従前の方法では、７ステ
ノ・に対して機械的設泪北の東、縛がある。仮にシステ
ムが寸法ＡｘＢの基板を収容するようになっているのな
ら、対応する運動の容量を持っている台が明らかに適し
ている。けれども、台上で隅から隅まで動くようにする
だめに１４、台の外回りは少くとも寸法が２Ａ、ｘ２Ｂ
でなければならない。しかし、第１図に示されたように
、動かねばならない部位が２木の可撓性光ファイバーの
、目標物の側の端だけならば、これは外回り寸法ＡｘＢ
プラス、ファイバーの移動端を守る機械ｒ１η造のだめ
のわずかな寸法の増分、プラス何らかの付属光学系の範
囲内てことがたりる。また、いま少し、フレーム及びフ
ァイバ一端を直交方向に走査させる他の連動部分のため
に適度の余裕が必要である。

光ファイバーは、高い出力密度の近赤外レーザービーム
出力のだめの、集中可視光ビームを高効率で伝えること
のできるものとして知られている。

そのような光ファイバーの例は、直径０．５８　ｍｒＬ
ｌ（０，０２４インチ）の高純度溶融シリカファイバー
で、これ（は少くともＮｄ：ＹＡＧレーザー出力５０　
Ｗを受は入れることができ、端末反射と内部吸収による
わずかなロスがあるのみでこれを伝送することができる
。熱伝送ファイバーについては、溶１．．ＱＩＨ）ＩＪ
力よりも長波長側で有効な材料が要求される。近年、６
硫化ヒ素、ＪＡ’（ヒカリ、酸化テルル、フッ化ジルコ
ニウム、臭−沃化タリウムを用いる数種類の赤外伝送光
ファイバーが開発されつつある。このように、本発明で
の目的にとっては、可視光バッドあるいは近赤外加熱レ
ーザーを便うにあたって溶だめにｉｄ）もっど最近の材
料でできたファイバーを使ってもよい。あるいは両方の
ファイバーともをは近の１オ料とすることも可能で、そ
の＋＋＜、＝は１０６マイクロメーターの波長を放射す
る二酸化炭素レーザーを便ってよい。

第２図に示された実施例では、レー・ザーの配置、それ
に付属した光ファイバー２０と、Ｘ　−ＹＪイＩＴ　７
Ｗ４に沿って目標物に対してψｈく光ヘッド１４は、第
１１ン）に示されたものと同じである。唯一の違いは、
熱−赤外線検知器２２が直接光ヘッド１４に取イτ］け
られているととで、それによってレンズ２６と光ファイ
バー２４は年波となる。そのような装置を使うことによ
って、システムの光検知器部分を目標物にもっと接近し
て設置することができるように、そのザイズを縮小さぜ
ることかｆｆ１Ｊ能である。

第３図で示された実施例の装置では、基板の片面から反
対側まで貫通して延びているノ・ンダ塊４２を持つ回路
基板４０を使用するだめの設計がなされている。レーザ
ー装置４４は、光ファイバー４６を通して、ハンダ塊す
なわち目標物４２ヘレーザービームを集光するだめの適
当なレノズ系５０を取イ；１けられた可１す１ヘツド４
８へとパルスレーザ−ビームを１共給する。回路基板の
反射面のノ・ンダ塊４２から放出さすＬる熱−赤外線放
射は、第１．２図に示された可動ヘッドを持つ検知器と
同様の７ステム５２によって検知される。レーサーヒ−
１，のための可Ｈ１ｉｊへノド４８は、通常の走査機構
（示１７ていない）によって、検知システム５２の可動
ヘッドと同期して動く。このように・・ンダ塊すなわち
１ン４合部４２は、下部から加熱してｌ：　！’＜１（
で検知できるだめ、全ハンダ量の変動１５寸さらに容易
に検知できよう。そのような変動は、不充分な）・ンダ
吊か内部空隙によるものかも知れない。あるいはこの特
徴は、第１，２図に示されている没１↑１に単純につけ
加えられてもよい。それゆえユーザーは、それぞれの接
合部を熱するにあたって上部からか下部からかの選択が
できる。その２種類の加熱方法の迅速かつ便利な切換え
のため、別々のレーザー源が使われてもよい１〜、別々
の光ファイバーへ交互にビーム出力を転換するような単
一のレーザーが使わ、ｈでもよい。ビーム転換は、Ｖ−
ザーからのファイバー入力端をとりはずしてもう一方と
切換えるような手動式のものでもよいし、自動的に行わ
れるものであってもよい。

レーザーの作動や検知信号の処理は、Ｖａｎｚｅｔｔｉ
等のｆ′持許５，８０３，４１３の中で発表された方法
によってよい。制限された条件の下では、レーザーの代
わりに高出力度アーク燈を用いることも′ｉＴＪ能であ
る。

本発明では、特にその好ましい実施例を示しているが、
それらによって、当該技術分野において前記／ｉびその
他の、形状や詳皿のチェンジを、本発明のｒ＾′神や枠
内から薦１れることなく行ってもよいことが分るであろ
う。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１番目の実施例による検査システム
の慨）略図である。第２図は本発明の第２４１１０の実
施１列１ｔこよる１分１「／ステムの（既！１１８図で
ある。 第６図は本発明の第６番目の実施例による検査システム
の概略図である。 １４・・・光ヘッド、１６・・・レーサー２０．２４・
・・光ファイバー ２２・・・熱−赤外線検知器 ２Ｂ・・・２色ビーム分離器（鏡） ３２・・・放射伝送体 出頼人　　　ヴアンゼソティ・システムズ・インコーポ
レーション代理人　弁理士　加　、藤　朝　道 ＩＧ　１

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）多数の異なる赤外線放射素子から成るデバイスを検
   査するだめの装置であって、そのデバイスの固定位置へ
   の取イ」具、デバイスに近接する直交軸に沿って動ける
   ようにした可動ヘッド部材、上記可動ヘッド部利と連動
   でき、デバイスに熱エネルギーを注入するだめの熱放射
   手段、及びこのデバイスから発散する赤外線放射を検知
   するため上記の可動ヘッドと連動できる検知器を有する
   ことを特徴とする装置。 ２）前記熱放射手段は、このレーザービーム源と上記の
   可動へノドを連結できる光ファイバ一部材全有する′ｌ
   ’：ｉ許請求の範囲第１項に記載の装置。 ６）装置で、」二記の検知器が固定されており、上記の
   可動ヘッドとこの検知器を連結する光ファイバ一部Ａ詞
   を、上記のデバイスからこの検知器へと赤外、線放射を
   伝送するだめに有する′Ｉ１１’　＋ｔ’ｌ’　ｊＩ′
   ｆ求の・１・１１囲第１項に記載の装［浜。 ４）上記のデバイスから発散する放射を検知するだめに
   」二記の検知器が、上記の可動へノドに取１寸けられた
   特許請求の範囲第１項に田２載の走１を。 ５）特許請求の範囲第１項に記載の裟１１′へにおいて
   、上記のデバイスへ一つの面から熱エネルギーを注入し
   、その反対の面から発散する赤外線放射を検知するため
   に、レーザービーム源、」二記の第１ヘツドの動きに対
   応してデバイスの反対の面にを動ける第２ヘツド、及び
   」二記のレーザービーム源とこの第２ヘツドを連結する
   ための光ファイ・く一部材を有する装置。