JPH01282410A - 曲面性状検査装置 - 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】 〈産業上の利用分野〉 この発明は、表面の曲面性状が異なる方向に配向してい
る多数の曲面要素の集合より成る曲面体につき、各曲面
要素の配向性を検出するのに適用される曲面性状検査装
置に関連し、殊にこの発明は、基板上に実装された部品
につき、そのハンダ付は部分の形状などを検査するのに
好適な曲面性状検査装置に関する。

〈従来の技術〉 多配向性曲面をもつ曲面体として、基板上に実装された
部品におけるハンダ付は部位の表面形状がその代表例に
挙げられる。従来このハンダ付は部位は、目視検査によ
り検査されており、ハンダ付は状態の良否、すなわちハ
ンダの有無。

量、溶解性、短絡、導通不良などがこの目視検査によっ
て判定されている。

ところがこのような目視検査による方法では、検査ミス
の発生が避けられず、判定結果も検査する者によりまち
まちであり、また検査処理能力にも限界がある。

そこで近年、この種の検査を自動的に行うことができる
自動検査装置が各種提案されている。

ところでハンダ付は部位の表面形状は、３次元の拡がり
をもつ立体形状であって、これを検査するには、３次元
の形状情報を検出できることが不可欠の条件となる。

第３図はこの条件を満たす自動検査装置の一例を示すも
のであり、レーザなどの光源から板状をなすスリット光
１を基板２上のハンダ付は部位へ照射している。このス
リット光１の照射により、ハンダ付は部位を含む基板２
の表面には、立体形状に沿って歪を受けた光切断線３が
生成されるもので、その光切断線３の反射光像を撮像装
置４で撮像して、そのｔ層像パターンの歪状態をチエツ
クすることにより、ハンダ付は部位の立体形状を検出す
る。

ところがこの検査方法の場合、スリット光１が照射され
た部分の形状情報が得られるのみであって、それ以外の
部分の立体形状を把握することは困難である。しかもハ
ンダ付は部位の表面は、その配向方向が基板２の垂直方
向に対して不定であるため、光源と撮像装置４との組み
合わせが少なくとも４組以上は必要であり、これがため
装置が複雑化し、かつ高精度の組立作業が必要となり、
コスト高を招くなどの問題がある。

そこでこの種問題を解消した方法として、検査対象であ
る曲面体の表面へ入射角が異なる光を照射し、曲面体の
表面からの各反射光像を撮像して、それぞれの撮像パタ
ーンより曲面体の有する各曲面要素の配向性を検出する
という方法が存在する。この方法の原理は、３次元画像
情報検出のひとつである「アクティブ・センシング法」
に属するものである。すなわちこの方法は、一定のパタ
ーンをもった光束を検査対象に投光したとき、その検査
対象から得られる反射光束のパターンが検査対象の立体
的形状に対応して変形を受けることに着目したもので、
その変形パターンから検査対象の形状を推定するという
方法である。

第４図は、この方法の原理説明図であり、投光装置５と
撮像装置６とから成る検出系と、検査対象である曲面体
７との位置関係を示している。

同図において、投光装置５より曲面体７の表面に対して
入射角ｉで光束８を投光すると、角度ｉ’　　（＝ｉ）
の反射光束９が真上に置かれた撮像装置６に入射して検
出される。これにより前記光束８で照明された曲面体７
の曲面要素は基準面ｌＯに対してｉの角度をなして配向
していることが検出されたことになる。従ってもし曲面
体７の表面性状が、ハンダ付は面のように異なる方向に
配向している多数の曲面要素から成るものであれば、入
射角が異なる複数の投光装置を用いて曲面体７の表面に
投光すれば、それぞれの入射角に対応する曲面要素の群
が撮像装置６により検出され、これにより曲面体７表面
の各曲面要素がそれぞれどんな配向をしているか、すな
わちハンダ付は部位の表面性状がどのようであるかを検
出できる。

また投光装置５が、入射角がｉ＋Δｉからｉ−Δｉまで
２Δｉの幅をもつ光束８を投光するならば、その幅に対
応した幅を有する反射光束９が撮像装置６により検出さ
れることになる。

すなわちこの場合は、基準面１０となす傾斜角がｉ＋Δ
ｉからｉ−Δｉまでの幅の角度をもつ曲面要素が検出で
きることになる。

さらに投光装置５が、第５図に示す如く、基準面１０に
対して水平に設置されたリング状のものであれば、曲面
体７が基準面１０に垂直な軸に対してどのような回転角
をもっていても、投光装置５と曲面体７との距離は一定
であり、曲面要素の回転角方向の配向性は消去されるの
で、基準面１０となす傾斜角だけが検出されることにな
る。

またこの第５図に示すように、投光装置５を曲面体７へ
の入射角が異なる複数のリング状発光体１１，１２．１
３をもって構成すれば、各発光体による光束１４，１５
．１６の入射角に対応した配向をもつ曲面要素がそれだ
け詳細に検出できることは前述したとおりである。

いま半径がｒ、、（ただしｎ　＝ｉ、２．３　）の３個
のリング状の発光体１１，１２．１３を基準面１０に対
して高さｈ　ｎ　　（ｎ　−１＋２＋３　）の位置に水
平に設置すれば、曲面体７への各光束１４゜１５．１６
の入射角はそれぞれｉ、、（ｎ＝１．２゜３）となり、
曲面体７における傾斜角がそれぞれｉ、、である各曲面
要素を撮像装置６により検出することができる。このと
き各発光体１１゜１２．１３から曲面体７の表面を経て
↑層像装置６に至る全光路長に比して曲面要素の大きさ
が十分に小さいので、次式により入射角、すなわち検出
しようとする曲面要素の傾斜角を定めればよい。

上記の原理に基づきハンダ付は部位の外観を検査する方
法として、前記の各発光体１１．１２゜１３に白色光源
を用いたものが提案されている（特開昭６１−２９３６
５７号）。この検査方法においては、ハンダ付は面に対
する入射角の異なる３個の発光体１１，１２．１３によ
る反射光像を相互に識別するために、それぞれ発光体１
１゜１２．１３を時間的に異なったタイミングで点灯し
、また消灯している。

〈発明が解決しようとする問題点〉 しかしながらこのような方法では、異なる投光タイミン
グで得た各画像を貯蔵するためのメモリや、これら画像
を同一視野像として演算処理するための演算装置や、各
発光体を瞬間的に点灯動作させるための点灯装置などが
必要であり、技術面での煩雑さが多く、またそれがコス
ト面や信頼性の面で課題となっている。

そこでこのようなタイム・シェアリング方式の課題を一
挙に解消する方法として、ワイヤのような線状物体を検
査する装置として提案された方法が存在する（特開昭６
２−１２７６１７号）。この方法では、検査対象に対す
る入射角の異なる３個の発光体として、赤、緑、青の三
原色光源を用いており、検査対象からの赤色、緑色、青
色の各反射光像をカラーテレビカメラのような色相感知
型の撮像装置により同一タイミングで分離して検出する
ものである。

この方法をハンダ付は部位の自動検査装置に適用すると
、ハンダ付は部位の曲面性状を短時間で検出することは
理論上可能となるが、基板上の各部位に関する情報（例
えば部品番号、極性、カラーコードなど）や基板パター
ン情報（種々のマークなど）のような基板実装部品の自
動検査に不可欠な周辺情報を検出する工夫がなされてい
ないため、このままでは装置の実用化は到底困難である
。

この発明は、上記問題に着目してなされたもので、各発
光体の照射光を合成すると白色光となるように工夫する
ことにより、ハンダ付は部位などの曲面体の曲面性状を
短時間で検出でき、しかも実際の検査に不可欠な周辺情
報の検出をも可能とした新規な曲面性状検査装置を提供
することを目的とする。

〈問題点を解決するための手段〉 上記目的を達成するため、この発明では、曲面体の表面
へ入射角が異なる赤色光、緑色光。

青色光を照射するための投光手段と、曲面体の表面から
の反射光像を各色相側に撮像するための撮像手段と、撮
像手段で得た撮像パターンより曲面体の有する各曲面要
素の性状を検出するための処理手段とで曲面性状検査装
置を構成している。そして前記投光手段は、赤色光、緑
色光、青色光をそれぞれ発生するリング状をなす３個の
発光体をもってなし、各発光体はそれぞれの光の合成に
より白色光となるような対波長発光エネルギー分布を有
すると共に、投光手段には各発光体による光を合成した
とき白色光となるように各発光体の光量を調整するため
の光量調節手段を接続している。

〈作用〉 曲面体の表面に対し異なる入射角をもって各発光体から
赤色光、緑色光、青色光が照射されると、曲面体の表面
からの赤色、緑色、青色の各反射光像が撮像手段により
同時に分離して検出される。この場合に、各発光体によ
る赤色光。

緑色光、青色光は合成されると白色光となるため、実装
部品のハンダ検査などでは、ハンダ付は部位の曲面性状
に関する情報に加えて、部品に関する情報のような周辺
情報も同時に検出されることになる。

〈実施例〉 第１図は、この発明の一実施例にかかる基板検査装置の
概略構成を示している。

図示例の基板検査装置は、位置決め基板２Ｏ３を撮像し
て得られた前記位置決め基板２０Ｓ上にある各部品２１
Ｓの検査領域のパラメータ（判定データ）と、被検査基
板２０Ｔを撮像して得られた前記被検査基板２ＯＴ上に
ある各部品２１Ｔの検査領域のパラメータ（被検査デー
タ）とを比較して、これらの各部品２１Ｔが正しく実装
されかつハンダ付けされているかどうかを検査するため
のものであって、Ｘ軸テーブル部２２．Ｙ軸テーブル部
２３．投光部２４゜撮像部２５．処理部２６などをその
構成とじて含んでいる。

Ｘ軸テーブル部２２およびＹ軸テーブル部２３は、それ
ぞれ処理部２６からの制御信号に基づいて動作するモー
タ（図示せず）を備えており、これらモータの駆動によ
りＸ軸テーブル部２２が撮像部２５をＸ方向へ移動させ
、またＹ軸テーブル部２３が基板２Ｏ３，２０Ｔを支持
するコンベヤ２７をＹ方向へ移動させる。

これら基板２０３．２０Ｔは、投光部２４からの照射光
を受けつつ撮像部２５により撮像される。

投光部２４は、処理部２６からの制御信号に基づき赤色
光、緑色光、青色光をそれぞれ発生して検査対象へ異な
る入射角で照射するためのリング状の発光体２８，２９
．３０を備えており、これら発光体２８，２９．３０を
発した三原色光の混合した光により前記基板２Ｏ３，２
０’ｒを投光して、その反射光像を撮像部２５で得て電
気信号に変換する。この実施例の場合、前記の各発光体
２Ｂ、２９．３０は白色光源に赤色。

緑色、青色の各フィルタを被せた構造のものを用いてい
るが、三原色の各色相光を発生させるものであれば、こ
のような構成に限られないことは勿論である。

またこの投光部２４は、その照明下で基板２Ｏ３，２Ｏ
Ｔ上の部品に関する情報（部品番号、極性、カラーコー
ドなど）や基板パターン情報（種々のマークなど）を検
出することを可能となすため、各発光体２８，２９．３
０が発する各色相の光が混色されると完全な白色光とな
るような工夫を施しである。すなわち各発光体２８，２
９．３０は、混色により白色光となるような対波長発光
エネルギー分布を有する赤色光スペクトル、緑色光スペ
クトル、青色光スペクトルの光を発する発光体をもって
構成すると共に、各発光体２８，２９．３０から照射さ
れた赤色光、緑色光、青色光が混色して白色光となるよ
うに、撮像コントローラ３１により各色相光の光量の調
整を可能としている。

つぎに撮像部２５は、前記投光部２４の上方に位置させ
たカラーテレビカメラ３２を備えており、前記基板２０
Ｓまたは２０Ｔからの反射光はこのカラーテレビカメラ
３２によって三原色のカラー信号Ｒ，Ｇ、Ｂに変換され
て処理部２６へ供給される。

処理部２６は、Ａ／Ｄ変換部３３．メモリ３８゜ティー
チングテーブル３５５画像処理部３４゜判定部３６．Ｘ
、Ｙテーブルコントローラ３７゜撮像コントローラ３１
．ＣＲＴ表示部４１．プリンタ４２．キーボード４０．
フロッピディスク装置４３．制御′１１部（ＣＰＵ）３
９などから構成されるもので、ティーチングモードのと
き、位置決め基板２Ｏ３についてのカラー信号Ｒ９Ｇ、
Ｂを処理しハンダ付は状態が良好な各部品２１３の所定
領域につき赤色、緑色、青色の各色相パターンを検出し
て判定データファイルを作成し、また検査モードのとき
、被検査基板２０Ｔについてのカラー信号Ｒ，Ｇ、Ｂを
処理し基板上の各部品２１Ｔの所定領域につき同様の各
色相パターンを検出して被検査データファイルを作成す
る。そしてこの被検査データファイルと前記判定データ
ファイルとを比較して、この比較結果から被検査基板２
ＯＴ上の所定の部品２１Ｔにつきハンダ付は部分の良、
不良を自動的に判定する。

第２図は、ハンダ付けが良好であるとき、部品が欠落し
ているとき、ハンダ不足の状態にあるときのそれぞれハ
ンダ４４の断面形態と、各場合の撮像パターン、赤色パ
ターン、緑色パターン、青色パターンとの関係を一覧表
で示したものであり、いずれか色相パターン間には明確
な差異が現われるため、部品の有無やハンダ付けの良否
が判定できることになる。

第１図に戻って、Ａ／Ｄ変換部３３は前記撮像部２５か
らカラー信号Ｒ，Ｇ、Ｂが供給されたときに、これをア
ナログ・ディジタル変換して制御部３９へ出力する。メ
モリ３８はＲＡＭなどを備え、制御部３９の作業エリア
として使われる。＠像処理部３４は制御部３９を介して
供給された画像データを画像処理して前記被検査データ
ファイルや判定データファイルを作成し、これらを制御
部３９や判定部３６へ供給する。

ティーチングテーブル３５はティーチング時に制御部３
９から判定データファイルが供給されたとき、これを記
憶し、また検査時に制御部３９が転送要求を出力したと
き、この要求に応じて判定データファイルを読み出して
、これを制御部３９や判定部３６などへ供給する。

判定部３６は、検査時に制御部３９から供給された判定
データファイルと、前記画像処理部３４から転送された
被検査データファイルとを比較して、その被検査基板２
０Ｔにつきハンダ付は状態の良否を判定し、その判定結
果を制御部３９へ出力する。

撮像コントローラ３１は、制御部３９と投光部２４およ
び撮像部２５とを接続するインターフェースなどを備え
、制御部３９の出力に基づき投光部２４の各発光体２Ｂ
、２９．３０の光量を調整したり、撮像部２５のカラー
テレビカメラ３２の各色相光出力の相互バランスを保つ
などの制御を行う。

Ｘ、Ｙテーブルコントローラ３７は制御部３９と前記Ｘ
軸テーブル部２２およびＹ軸テーブル部２３とを接続す
るインターフェースなどを備え、制御部３９の出力に基
づきＸ軸テーブル部２２およびＹ軸テーブル部２３を制
御する。

ＣＲ７表示部４１はブラウン管（ＣＲＴ）を備え、制御
部３９から画像データ、判定結果、キー人力データなど
が供給されたとき、これを画面上に表示する。プリンタ
４２は制御部３９から判定結果などが供給されたとき、
これを予め決められた書式（フォーマット）でプリント
アウトする。キーボード４０は操作情報や位置決め基板
２０３に関するデータ、この位置決め基板２０Ｓ上の部
品２１３に関するデータなどを入力するのに必要な各種
キーを備えており、このキーボード４０から入力された
情報やデータなどは制御１部３９へ供給される。

制？ａｌ１部３９は、マイクロプロセッサなどを備えて
おり、つぎに述べる手順に沿って動作する。

まず新たな被検査基板２０Ｔを検査するときには、制御
部３９は、ティーチングを実行するために装置各部を制
御して投光部２４や撮像部２５をオンし、また撮像条件
やデータの処理条件を整える。つぎにＹ軸テーブル部２
３上に位置決め基板２Ｏ３がセットされると、制御部３
９はＸ軸テーブル部２２およびＹ軸テーブル部２３を制
御して位置決め基板２０３を位置出しした後、撮像部２
５に位置決め基板２０Ｓを撮像させる。この撮像動作で
得られた三原色のカラー信号Ｒ，Ｇ、ＢはＡ／Ｄ変換部
３３でＡ／Ｄ変換され、その変換結果はメモリ３８にリ
アルタイムで記憶される。

ついで制御部３９は、前記メモリ３８より各色相に対応
する画像データを画像処理部３４へ転送させ、この画像
処理部３４にて各色相の画像データを各色相側の適当な
しきい値で２値化するなどして、赤色、緑色、青色のパ
ターンを検出する。また制御部３９は、画像処理部３４
を制御し、各部品２１Ｓの撮像パターンにつき各部分（
電極など）の明度をチエツクするなどして各部品２１Ｓ
の電極の位置や極性マークの位置などを識別させる。

この後制御部３９は、前記の各色相パターンと前記の識
別結果とに基づいて、被検査基板２０Ｔを検査するのに
必要な判定データファイルを作成し、これをティーチン
グテーブル３５に記憶させた後、ティーチングを終了す
る。

つぎに検査モードに移行すると、制御部３９はティーチ
ングテーブル３５やキーボード４０からその日の日付デ
ータや、被検査基板２０ＴのＩＤナンバ（識別番号）を
取り込むとともに、ティーチングテーブル３５から判定
データファイルを読み出して、これを判定部３６に供給
する。

この後、制御部３９は、撮像条件やデータの処理条件を
整えた後、Ｙ軸テーブル部２３上に被検査基板２０Ｔが
セットされたかどうかをチエツクする。

もしセットされておれば、制御部３９は前記と同様、画
像処理部３４にて各色相パターンの検出および電極や極
性マークの識別を順次行わせた後、各色相パターンと前
記の識別結果とに基づき被検査データファイルを作成す
る。ついで制御部３９は、前記被検査データファイルを
判定部３６に転送させ、この被検査データファイルと前
記判定データファイルとを比較させて、被検査基板２Ｏ
Ｔ上の所定の部品２１Ｔにつきハンダ付けの良否を判定
させると共に、この判定結果をＣＲＴ表示部４１やプリ
ンタ４２に供給して、これらを表示させ、またプリント
アウトさせる。

〈発明の効果〉 この発明は上記の如（、曲面体の表面に対し異なる入射
角をもってリング状の各発光体から赤色光、緑色光、青
色光を照射して、曲面体の表面からの反射光像を各色相
側に同時に得るよう構成したから、各色相パターンを用
いて曲面体の性状を短時間で検出でき、しかも各発光体
による赤色光、緑色光、青色光が合成されると白色光と
なるような構成であるから、実装部品のハンダ検査にお
いて必要不可欠な周辺情報の検出も可能であり、ハンダ
検査の自動化を実現するなど、発明目的を達成した顕著
な効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例にかかる基板検査装置の全
体構成を示す説明図、第２図はハンダ付は状態の良否と
パターンとの関係を示す説明図、第３図は従来のハンダ
付は状態の自動検査装置を示す原理説明図、第４図およ
び第５図はこの発明の原理を示す原理説明図である。 ２４・・・・投光部　　　　２５・・・・撮像部２６・
・・・処理部　　　　２８，２９．３０・・・・発光体
３１・・・・撮像コントローラ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 曲面体の表面へ入射角が異なる赤色光，緑色光，青色光
   を照射するための投光手段と、曲面体の表面からの反射
   光像を各色相別に撮像するための撮像手段と、撮像手段
   で得た撮像パターンより曲面体の有する各曲面要素の性
   状を検出するための処理手段とから成る曲面性状検査装
   置であって、 前記投光手段は、赤色光，緑色光，青色光をそれぞれ発
   生するリング状をなす３個の発光体より成り、各発光体
   はそれぞれの光の合成により白色光となるような対波長
   発光エネルギー分布を有すると共に、投光手段には各発
   光体による光を合成したとき白色光となるように各発光
   体の光量を調整するための光量調節手段が接続されて成
   る曲面性状検査装置。