JPH0399209A - 実装基板検査装置 - 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 本発明は、プリント基板上に実装された部品の位置ずれ
等の実装不良を検査する実装基板検査装ずれ、欠品や浮
き等の不良の検査は人間による目視検査に頼っていた。

ところが、製品の小型化や軽量化が進むにつれ、プリン
ト基板上の部品の小型化や高密度実装化もより一層進ん
でいる。このような状況の中で、人間が高い検査精度を
保ちつつ非常に細かな部品の実装状態を、しかも長時間
続けることが難しくなってきている。

そこで最近、検査の自動化が強〈望１れている中で、ビ
デオカメラからの濃淡画像から部品の位置ズレ等を検査
する装置が提案されている。

その従来の一般的な検査装置を第４図に示す。

第４図において、４０１はプリント基板、４０２はプリ
ント基板４０１上に実装された部品、４０３はビデオカ
メラ、４０４Ｆｉ．ビデオカメラ４０３からの映像信号
をＡ／Ｄ変換して自己の画像メモリに格納する画像取込
回路、４０５は取シ込んだ画像から部品のエッジを検出
するエッジ検出回路、４０６はエッジ情報から部品のコ
ーナを検出するコーナ検出回路、４０７は各部品のコー
ナの基準座標値が格納されている基準データ格納メモリ
、４ｏ８は検出されたコーナの座標と基準座標とから部
品のずれ量を計算するずれ量計算回路、４０９は部品の
許容ずれ量が格納されている許容ずれ量格納メモリ、４
１０は算出されたずれ量と許容ずれ量を比較し、部品の
実装状態の良否を判定する比較判定回路である。

以下その動作を説明する。壕ず、プリント基板４０１上
に実装された部品４０２をビデオヵメラ４０３で撮像し
、その映録信号を画像取込回路４０４でＡ／Ｄ変換し自
己の画像メモリに取り込む。その画像を用いてエッジ検
出回路４０５で部品４０２のエッジを検出し、そのエッ
ジ情報からコーナ検出回路４０６で部品４０２のコーナ
の座標値を検出する。

この検出された各コーナの座標値と基準データ格納メモ
リ４０７に格納されている部品の基準座標値とを比較し
て、ずれ量計算回路４０８で両者のずれ量を計算する。

そして、その算出された部品の基準値からのずれ量と、
許容ずれ量格納メモリ４０９に格納されているずれの許
容値とを比較判定回路４１０で比較し、部品のずれや欠
品等の実装状態の良否を判定している。

発明が解決しようとする課題 しかし、上述したような検査方法では、ビデオカメラで
部品を撮像して、二次元的な情報を用いているため、例
えば部品が半田付け不良等の原因で全体的に浮き上がっ
て実装されていたり、ＩＣの足が部分的に浮き上がって
いるような不良は検出できないという課題がある。

本発明は上記従来技術に鑑み、プリント基板上の二次元
的（平面的）な位置ずれの検査に加え、三次元的な部品
の浮き等の不良も簡便に高精度に検査できる実装基板検
査装置を提供するものである。

課題を解決するための手段 上記課題を解決するため本発明の技術的解決手段は、部
品が実装されたプリント基板を移動させる搬送手段と、
レーザ光源からのレーザ光をポリゴンミラーとｆθレン
ズにより前記プリント基板上に走査させるレーザ光走査
手段と、前記レーザ光の走査により前記プリント基板上
から反射して得られる散乱光を、レーザ光の走査面に対
称な位置で前記プリント基板と前記ｆθレンズの間にそ
れぞれ反射ミラーを設け、前記ｒθレンズとポリゴンミ
ラーを介して反射させる散乱光反射手段と、前記散乱光
反射手段からの散乱光を前記１対の反射ミラーを介して
、それに対応した集光レンズおよび位置検出素子をそれ
ぞれ設けるとともに位置検出素子に集光し光電流信号を
それぞれに出力する光量検出手段と、前記光量検出手段
からの光電流信号により前記プリント基板およびプリン
ト基板上に実装された部品の輝度データＬＬ　．　Ｌ２
−Ｊ．−よび高さデータＨ１，Ｈ２を演算する画像演算
手段と、前記画像演算手段からの輝度データおよび高さ
データとから輝度データＬ１．Ｌ２がＬｍｉｎ　≦Ｌｌ
　≦Ｌｍａｘ　，　Ｌｍｉｎ　≦Ｌ２　≦Ｌｍａｘ　（
但し、Ｌｍｉｎ：任意の最低輝度レベル、Ｌｍａｘ　：
任意の最高輝度レベルを示めす）の範囲内にあるときは
高さデータ（Ｈ１＋Ｈ２）／２の平均値を出力し、輝度
データがＬｍｉｎ　≦Ｌ２　≦ＬｍａｘかつＬｍｉｎ　
’＞　Ｌｌ　ｆ，たはＬ１＞Ｌｍａｘの場合は高さデー
タＨ２を出力し、輝度データがＬｍｉｎ　≦Ｌｌ　（ｈ
　ＬｍａｘかつＬｍｉｎ　）　Ｌ２　１たぱＬ　２　）
　Ｌｍａｘ　の場合は高さデータＨｌを出力し、Ｌｍｉ
ｎ　）　Ｌｌ　ｉたはＬ　１　）　Ｌｍａｘ　カツＬｍ
　ｉｎ　＞Ｌ２１たはＬ　２　）　Ｌｍ　ａｘ　　の場
合は周辺画素の高さデータで置換して出力する補間演算
手段と、前記補間演算手段で演算された高さデータと予
め定めた基準高さデータとを比較し、前記プリント基板
上の部品の実装状態の良否を判定する判定処理手段とか
ら構或したものである。

作　　　　用 本発明は、部品が実装されたプリント基板をレーザ光で
全面走査し、プリント基板から反射して得られる散乱光
を反射ミラーで位置検出手段に導き、プリント基板上の
高さの凹凸に従って変化する位置検出素子上の散乱光の
集光位置を光電流信号で検出し、その光電流信号から画
障演算処理手段によりプリント基板上に実装された部品
の輝度データおよび高さデータを演算する。金属部や半
田面からの直接光などは高さデータが正しく演算されな
いために、輝度データを用いてその高さデータが正しい
かどうかを判断し、不正高さデータの場合はその周辺画
素の高さデータで置換し出力する。その実測高さデータ
と基準高さデータを比較することにより、プリント基板
上の二次元的（平面的）な位置ずれの検査に加え、三次
元的な部品の浮き等の不良も簡便に高精度に検査できる
ものである。

実施例 以下、第１図を参照しながら本発明の一実施例について
説明する。

第１図は、本発明の実装基板検査装置の一実施例を示す
ブロック図である。第１図において、１０１はプリント
基板、１０２はプリント基板１０１上に実装されている
部品、１０３はプリント基板１０１を移動させる搬送手
段、１０４はその移動方向を示す矢印である。１０５は
レーザ光源、１０６はレーザ光源１０５からのレーザ光
、１０７はポリゴンミラー１０８レーザ光をポリゴンミ
ラ−１０７に導〈ための反射鏡、１０９はｆθレンズで
ある。１１０　．　１１１は反射ミラー　１１２　．　
１１３は集光レンズ、１１４．１１５はレーザの走査方
向に対して対称に対で設けている位置検出素子、１１６
　．　１１７は位置検出素子１１４，１１５からの位置
信号である。１１８はその位置信号１１６　．　１１７
である工１および■２から輝度データＬ１，Ｌ２および
高さデータＨ１，Ｈ２に変換演算をする画像演算処理手
段、１１９は画像演算処理手段１１８からの輝度データ
Ｌ１，Ｌ２および高さデータＨ１，Ｈ２から正しい高さ
データを演算する補間演算手段、１２０は補間演算手段
１１９からの高さデータを用いてプリント基板１０１上
の部品１０２の実装状態の良否を判定する判定演算手段
である。

以下にその動作を説明する。

渣ず、部品１０２が実装されているプリント基板１０１
を搬送手段１０３により移動方向１０４の方向に移動さ
せつつ、レーザ光源１０５からのレーザ光１０６を反射
鏡１０８を３個用いて、回転しているポリゴンミラ−１
０７に導き、ポリゴンミラ−１０７とｆθレンズ１０９
により、Ｉ−ザ光１０６をプリント基板１０１上に垂直
に照射する。これにより、プリント基板１０１上にレー
ザ光１０６を二次元的に全面走査する。

レーザ光１０６の走査によりプリント基板１０１上から
反射してくる散乱光を、検査対象物でξるプリント基板
１０１とｆθ　レンズ１０９との間に設けた反射ミラー
１１０　．　１１１でそれぞれ反射させ、　ｆθレンズ
１０９とポリゴンミラ−１０７を介して、さらに集光レ
ンズ１１２　．　１１３を通して、位置検出素子１１４
　．　１１５上に集光する。位置検出素子１１４．１１
５からの位置信号１１６　．　１１７は、画像演算処理
手段１１８へ出力される。なお、本実施例では、位置検
出素子１１４　．　１１５としテＰＳＤ　（　Ｐｏｓｉ
ｔｉｏｎ　Ｓｅｎｓｉ　−ｔｉｖｅ　Ｄｅｔｅｃｔｏｒ
：半導***置検出素子）を用いており、ＰＳＤに入射す
る入射位置は、素子の両端電極に流れる電流が各電極間
との距離に反比例するものを用いている。

画像演算処理手段１１８では、それぞれの位置信号１１
６　．　１１７である■ｌおよび工２よりプリント基板
ｌＯｌおよびプリント基板１０１上に実装された部品１
０２の高さデータＨ１．Ｈ２＄−よび輝度データＬ１，
Ｉ，２に変換する演算を行い、高さデータおよび輝度デ
ータを補間演算手段１１９に出力する。

補間演算手段１１９は、輝度データのレベルがある範囲
内にあるかどうかで高さデータが正しく演算されたどう
かを判定し、正しく演算された場合は高さデータＨ１，
Ｈ２の平均値を判定演算手段１２０に出力する。捷た、
正しく演算されなかった場合は、輝度データＬ１が範囲
外であれば高さデータＨ２を出力し、輝度データＬ２が
範囲外であれば高さデータＨｌを出力し、さらに輝度デ
ータＬ１とＬ２が両方とも範囲外であれば周辺の高さデ
ータで補関し、それを実測高さデータとし判定手段１２
０に出力する。

判定演算手段１２０では、補間演算手段１１９で演算さ
れた実測高さデータとあらかじめ定めておいた基準高さ
データとを比較し、プリント基板１０１上の部品１０２
の実装状態を判定するものである。

以上の動作を繰り返し、順次行うことによりプリント基
板１０１上全面について検査することができる。なお、
この一連の動作は、適当な信号により同期して行う必要
があるが、本実施例の場合ポリゴンミラ−１０７の回転
に合わせた同期信号を用いて同期を取った。

次に、画像演算処理手段１１８および補間演算手段１１
９について、第２図および第３図を用いてさらに詳しく
説明する。

画像演算処理手段１１８ぱ、位置信号１１６　．　１１
７である■１および工２をＡ／Ｄコンバータ２０１〜２
０４でそれぞれデジタル信号に変換し、Ｉ１とＩ２を輝
度演算回路２０７　．　２０８で加算して輝度データ（
Ｌｌ）２１１および輝度データ（Ｌ２）２１２を演算す
る。

高さ演算回路２０５　．　２０６では、工１および輝度
データ（Ｉ１＋Ｉ２）よシ下記第（１）式を用いて高さ
データ（Ｈｌ　）　２０９および高さデータ（Ｈ２　）
　２１０をそれぞれ演算する。但し、Ｋは正規化するた
めの係数である。

高さデータ＝Ｋ”Ｉ１／（Ｉ１＋Ｉ２）　　・・・・・
・（１）補間演算手段１１９は、画障演算処理手段１１
８からの輝度データＬ１，Ｌ２および高さデータＨ１，
Ｈ２より、輝度データのレベルが、ある範囲内（　ＬＭ
ＡＸ　）　Ｌ　ｌ　）　ＬＭＩＮかつＬＭＡＸ　）　Ｌ
２　）　ＬＭＩＮ　）にあるかどうかで高さデータが正
しく演算されたかどうかを輝度レベル判定回路２１４で
判定し、正しく演算された場合は高さデータＨ１，Ｈ２
の平均値を判定演算手段１２０に出力する。筐た、正し
く演算されなかった場合は、輝度データＬ１が範囲外で
あれば高さデータＨ２を出力し、輝度データＬ２が範囲
外であれば高さデータＨｌを出力し、さらに輝度データ
ＬｌとＬ２が両方とも範囲外であれば周辺の高さデータ
で置換し、それを実測高さデータとし高さデータ補間回
路２１３から判定演算手段１２０に出力する。

判定演算手段１２０では、補間演算手段１１９からの実
測高さデータＨと基準高さデータ格納メモリ２１６から
の基準高さデータとを比較回路２１５で比較しその差分
を比較データとして判定回路２１７に出力する。判定回
路２１７では、比較回路２１５からの比較データを基に
その差分の大小によって都品の実装状態を判定するもの
である。

次に、補間演算回路１１９の周辺画素の高さデータを置
換する様子を第３図に示し以下に説明する。

第３図（ｂ）．（Ｃ）は、第３図（ａ）に示すような断
面のある部品の輝度データＬ１，Ｌ２を示すが、般的に
金属面は輝度レベルが高く、半田面のフィレット部は直
接光がＰＳＤセンチに戻らないために輝度レベルが低く
なる。このために、金属面や半田面では高さデータが正
しく演算されないことになる。そこで、任意の最低輝度
レベルＬＭＩＮおよび最高輝度レベルＬ　ＭＡＸを設定
し、斜線で示すように最低輝度レベル以下筐たは最高輝
度レベル以上の輝度データのときは、高さデータが正し
くないと判断する。輝度データＬ１およびＬ２とも正し
くないときは、第３図（ｄ）の斜線で示す対象画素を周
辺画素の正しい高さデータで置換するようにしたもので
ある。また、輝度データＬｌあるいはＬ２のどちらかが
正しい場合は、同（ｄ）のＨ１またはＨ２で示すように
、正しい高さデータを採用するようにし、検査精度の向
上を図ったものである。

発明の効果 以上述べてきたように本発明の効果としては、プリント
基板上の部品の高さデータを測定し、基準高さデータと
比較し部品の実装状態を判定する際に、部品上の金属面
や半田面などは直接反射するために高さデータが不正デ
ータとなる。本発明では、２方向からの輝度データおよ
び高さデータを用いて、輝度データのレベルがある範囲
内にあるかどうかで高さデータが正しいかどうかを判断
し、この不正データを排除するのではなく周辺画素の正
しい高さデータで置換することにより信頼性の高い検査
を可能とし、人間の目視検査に頼ることな〈、筐た二次
元的な位置情報では検査できなかった三次元的な部品浮
き等の不良を検査できるようになシ、検査の自動化が推
進でき、その効果は大きい。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例における基板検査装置のブロ
ック結線図、第２図は同要部の詳細ブロック結線図、第
３図は同要部における不正データを補間する様子を示し
た概念図、第４図は従来の基板検査装置のブロック結線
図である。 １０１・・・プリント基板、１０２・・・部品、１０３
・・・搬送手段、１０５・・・レーザ光源、１０７・・
・ポリゴンミラー１０９・・・ｆθレンズ、１１０．１
１１・・・反射ミラー１１２　．　１１３・・・集光レ
ンズ、１１４　．　１１５・・・位置検出素子、１１８
・・画像演算処理手段、１１９・・・補間演算手段、１
２０・・・判定処理手段。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　部品が実装されたプリント基板を移動させる搬送手段
   と、レーザ光源からのレーザ光をポリゴンミラーとｆθ
   レンズにより前記プリント基板上に走査させるレーザ光
   走査手段と、前記レーザ光の走査により前記プリント基
   板上から反射して得られる散乱光を、レーザ光の走査面
   に対称な位置で、前記プリント基板と前記ｆθレンズの
   間にそれぞれ反射ミラーを設け、前記ｆθレンズとポリ
   ゴンミラーを介して反射させる散乱光反射手段と、前記
   散乱光反射手段からの散乱光を前記１対の反射ミラーを
   介して、それに対応した集光レンズおよび位置検出素子
   をそれぞれ設けるとともに位置検出素子に集光し光電流
   信号をそれぞれに出力する光量検出手段と、前記光量検
   出手段からの光電流信号により前記プリント基板および
   プリント基板上に実装された部品の輝度データＬ＿１，
   Ｌ＿２および高さデータＨ＿１，Ｈ＿２を演算する画像
   演算手段と、前記画像演算手段からの輝度データおよび
   高さデータとから輝度データＬ＿１，Ｌ＿２がＬｍｉｎ
   ≦Ｌ＿１≦Ｌｍａｘ，Ｌｍｉｎ≦Ｌ＿２≦Ｌｍａｘ（但
   し、Ｌｍｉｎ：任意の最低輝度レベル、Ｌｍａｘ：任意
   の最高輝度レベルを示めす）の範囲内にあるときは高さ
   データ（Ｈ＿１＋Ｈ＿２）／２の平均値を出力し、輝度
   データがＬｍｉｎ≦Ｌ＿２≦ＬｍａｘかつＬｍｉｎ＞Ｌ
   ＿１またはＬ＿１＞Ｌｍａｘの場合は高さデータＨ＿２
   を出力し、輝度データがＬｍｉｎ≦Ｌ＿１≦Ｌｍａｘか
   つＬｍｉｎ＞Ｌ＿２またはＬ＿２＞Ｌｍａｘの場合は高
   さデータＨ＿１を出力し、Ｌｍｉｎ＞Ｌ＿１またはＬ＿
   １＞ＬｍａｘかつＬｍｉｎ＞Ｌ＿２またはＬ＿２＞Ｌｍ
   ａｘの場合は周辺画素の高さデータで置換して出力する
   補間演算手段と、前記補間演算手段で演算された高さデ
   ータと予め定めた基準高さデータとを比較し、前記プリ
   ント基板上の部品の実装状態の良否を判定する判定処理
   手段とを具備する実装基板検査装置。