JPH0641164Y2 - 実装済プリント基板自動検査装置 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本考案は、細く絞られたレーザ光などによるビームスポ
ットを実装済プリント基板上で掃引し、ブリッジ、半田
フヌレ検出などを自動的に行うようにした実装済プリン
ト基板自動検査装置に関する。

〔従来の技術〕

従来、実装済プリント基板におけるブリッジあるいは半
田フヌレなどの検査を行うために被検査プリント基板の
部品穴に合わせて多数のピンを配設したヘッド等を用い
る接触検査方式がある。

しかしながら、この方式においては、種類の異なるプリ
ント基板毎に異なるヘッドを要し、さらに、ヘッドのピ
ンの間隔はピンの太さによって制限されるためチップリ
ードの間隔が密なICチップなどを実装したプリント基板
などパターンの緻密なプリント基板に対しては検査が困
難であるなどの問題がある。このような接触検査方式の
問題点を解消するために、レーザ光などのビームを走査
して被検査プリント基板上でビームスポットを掃引し、
このビームスポットの反射光等を検知してブリッジなど
の検査を行う非接触式の実装済プリント基板自動検査装
置なるものが本出願人によって提案され、特開昭61-769
40に開示されている。

また、半田ブリッジ、半田フヌレなどの検査を非接触式
で行う装置として、CCDカメラにより被検出プリント基
板の画像データを生成し、正常なプリント基板の画像デ
ータと比較してプリント基板の異常を検出する装置があ
る。

〔考案が解決しようとする問題点〕

前記のように、ビームスポットをプリント基板上で掃引
して検査を行う装置においては、温度変化、振動あるい
は経年変化などによるビーム走査機構あるいは光学系の
精度の低下を補償するとともに、プリント基板上の基準
位置を正確に検知することによってビームスポットの位
置制御を非常な精度で行うことが要求される。

また、プリント基板の組立作業の自動化あるいは多様化
に即応して幅広い検査が行える装置が要求されている
が、前記のようにCCDカメラを用いて画像データに基づ
く検査を行う装置においては、画像処理を行うため検査
に長い時間を要するばかりか装置のコストが高いという
問題がある。

本考案は、比較的簡単な構成で、ブリッジ、半田フヌレ
などの検査を高い精度で行うようにした実装済プリント
基板自動検査装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および作用〕

上記の目的を達成するためになした本考案の実装済プリ
ント基板自動検査装置は、細く絞られたビームを照射し
て被検査プリント基板上でビームスポットを掃引し、こ
のビームスポットの反射光あるいは透過光を検知してプ
リント基板の検査を行う実装済プリント基板自動検査装
置において、ビーム走査手段によって、ビームを定点を
中心として放射状に走査し、この放射の中心点と一方の
焦点とが一致するように配設された集光レンズによっ
て、上記放射上に走査されるビームを被検査プリント基
板上に集光し、ビームスプリッタにより、抽出して光点
位置検出素子にこの分離抽出された第２のビームを照射
し、この光点位置検出素子が出力する位置情報に基づい
てプリント基板上のビームスポットの照射位置をサーボ
制御部によってサーボ制御し、さらに、プリント基板の
ビーム照射面を覆うとともに照射されるビームを囲う受
光面を有する受光部によって、ビームスポットの反射光
を受光し実装済プリント基板の検査を行うようにした。

〔実施例〕

第３図は本考案の実装済プリント基板自動検査装置の全
体を示す正面図であり、11はケーシング、12はこのケー
シング内に配設された被検査物であるプリント基板Ｐが
載置されてＸ軸方向とＹ軸方向とに自由に移動されるＸ
−Ｙステージである。13は上記Ｘ−Ｙステージ12の上方
に配置され、後述説明するような受光部であり受光面に
はスパッタ光を検出する受光素子が多数配設されてい
る。14は上記Ｘ−Ｙステージ12の下方に設置された受光
器であり、後述説明するようにプリント基板上の基準点
を設定するときなどに上記受光部13を通過するレーザビ
ームをプリント基板に設けられた基準穴を介して受光す
るものである。15はケーシング11の上面に設けられた操
作スイッチ群であり、16は装置の動作状態を示す表示
灯、17は検査結果をプリントアウトするプリンタであ
る。

この実装済プリント基板自動検査装置では、検査に先立
って被検査プリント基板上の基準位置、検査位置あるい
はプリント基板の種類などを識別する基板名などの検査
用データが予め記憶装置などに登録され、検査を行うと
きには、被検査プリント基板をＸ−Ｙステージ12に設置
して基板名などを端末装置から入力すると、予め登録さ
れた検査個所の位置情報などの検査用データに基づいて
自動的に検査が行われ、検査が終了すると検出したブリ
ッジ等の位置あるいは個数などの検査結果がプリンタ17
からプリントアウトされると共に、図示しないマーカに
より被検査プリント基板のブリッジ等の位置付近にマー
クがつけられる。

第２図は上記第３図に示した装置の光学系を示す斜視図
であり、21はレーザ光を放射するHe-Neレーザ銃、22は
ビームスポットを充分に絞るために上記He-Neレーザ銃2
1が放射するレーザ光を一旦5mm径程度の平行ビームに拡
張するためのエキスパンダである。23は前記Ｘ−Ｙステ
ージ12のＹ軸方向にビームスポットが掃引されるように
レーザビームを走査するＹ軸回転ミラー23aと、同様に
Ｘ軸方向にビームスポットが掃引されるようにレーザビ
ームを走査するＸ軸回転ミラー23bとを備えたビーム走
査手段としてのガルバノメータであり、このガルバノメ
ータ23によって、Ｙ軸回転ミラー23aとＸ軸回転ミラー2
3bとの中間に位置する定点Ｏ′に対応する定点Ｏをほぼ
中心として各回転ミラーの可動範囲に基づく立体角内で
レーザビームが放射状に走査される。

24は第１のミラー25を介して光学的に一方の焦点が上記
ガルバノメータ23内の定点Ｏに一致するように配設され
た集光レンズであり、上記ガルバノメータ23によって走
査されたレーザビームはこの集光レンズ24によって、第
２のミラー26を介して光学的に集光レンズ24の他方の焦
点面に相当する面に配設されたプリント基板Ｐ上に集光
される。

すなわち、上記レーザビームの放射点Ｏと一方の焦点と
が一致するように配設された上記集光レンズ24によって
集光すると、集光されたビームは他方の焦点面上にビー
ムスポットを結像するとともにそのビームの光軸は集光
レンズ24の光軸と平行になるので、あらゆる方向に走査
されたビームは、集光レンズ24の像側の焦点面に配設さ
れた被検査プリント基板Ｐ上に絞られたビームスポット
を結像するとともにプリント基板面に直角に照射され
る。

27はビームスプリッタ、29は第１の光点位置検出素子で
あり、上記ガルバノメータ23によって走査されたレーザ
ビームＢは上記ビームスプリッタ27で２本のビームに分
離され、一方のレーザビームは上記のようにしてプリン
ト基板Ｐ上に照射され、他方のレーザビームは、集光レ
ンズ28によって集光され、上記第１の光点位置検出素子
29の受光面上にビームスポットが結像される。

上記第１の光点位置検出素子29は、受光面上に集光され
た上記レーザビームのスポットの２次元の位置座標に応
じた強度のＸ信号とＹ信号とを出力し、このX,Y信号は
図示しないサーボ回路に入力される。

1₁は上記プリント基板Ｐに集光されたビームスポットの
散乱光を集光する集光レンズ、1₂は第２の光点位置検出
素子であり、上記集光レンズ1₁によってプリント基板Ｐ
上のビームスポットの光点像が上記第２の光点位置検出
素子1₂の受光面Ｓ上に結像される。この受光面Ｓ上に結
像される光点の受光面Ｓ上の位置に応じた強度のX,Y信
号がビームスポットの位置情報としてこの第２の光点位
置検出素子1₂から図示しない処理装置に出力される。

第１図は本考案の実装済プリント基板自動検査装置のブ
ロック説明図である。

２は処理装置であり、図示しない記憶装置に記録された
データ、端末装置３および操作部４から入力されるデー
タと、受光器14から入力される信号に基づいて、この実
装済プリント基板自動検査装置の制御を行い、さらに、
前記第２の光点位置検出素子1₂と集光レンズ1₁からなる
スポット位置検知部１と受光部13からの入力信号に基づ
いて、各種の検査の結果を判定し、プリンタ17に検査結
果を出力するとともに、被検査プリント基板Ｐに検出個
所をマークするためにマーカ５を制御する。

６はサーボ制御部であり、後述説明するようにガルバノ
メータ23を駆動制御するサーボ制御回路6₁およびガルバ
ノ駆動回路6₂とからなる。

レーザビームを照射する位置を示す位置情報が処理装置
２から上記サーボ回路6₁に出力されると、サーボ回路6₁
は第１の光点位置検出素子29から入力されるＸ信号とＹ
信号とに基づいてガルバノ駆動回路6₂に出力しているX,
Y制御信号を補正して出力し、このガルバノ駆動回路6₂
によってガルバノメータ23が補正駆動され、レーザビー
ムＢの走査方向が補正される。

上記第１の光点位置検出素子29に照射されるレーザビー
ムとプリント基板に照射されるレーザビームＢとはガル
バノメータ23で走査されるときは一体のレーザビームで
あるので、光点位置検出素子29に照射されるレーザビー
ムの走査位置に基づいてビームの走査走行の制御を行え
ば、ガルバノ駆動回路6₂等が直接検知し得ない要因によ
って走査方向にずれが生じても、そのビームスポットの
位置を高い精度で制御することができる。

また、第１図において、７はＸ−Ｙステージ制御部であ
り、処理装置２から出力される位置座標に基づいてＸ−
Ｙステージ12を駆動し、プリント基板Ｐを所定の位置に
移動する。すなわち、Ｘ−Ｙステージ12の図示しないプ
リント基板設置部にはＸ方向、Ｙ方向の２次元座標系が
設定されており、処理装置２が出力する位置座標が示す
上記２次元座標系上の点が、レーザビームの初期設定位
置等この装置の固定点に一致するようにＸ−Ｙステージ
12が駆動される。

第４図は、プリント基板上の基準点の位置補正を説明す
る図であり、プリント基板上の部品穴などの予め決めら
れた基準穴Ｃを透過してレーザビームＢが照射され、受
光器14でレーザビームが検知されると、図の→のよ
うにプリント基板が移動され、レーザビームＢが基準穴
Ｃのエッジによって遮断されると、そのときの位置座標
が記憶され、次に、→→のようにプリント基板が
逆に移動されて同様にエッジがレーザビームを遮断した
ときの位置座標が記憶され、この移動方向のエッジの中
心座標が求められる。さらにこの移動方向と垂直方向に
同様の動作を行いこの基準穴Ｃの中心の位置座標が求め
られてその位置が基準点の位置として設定される。

この基準点の設定は、検査用データの作製時、あるい
は、検査時の最初に行われ、例えば検査時に設置したプ
リント基板に位置ずれが生じ、検査用のデータ作製時に
設定した基準点の位置が基準穴の中心からずれていて
も、基準位置の再設定が自動的に行われ、プリント基板
の位置ずれが検知されて、他の検査位置などが補正され
て正しい位置で検査が行われる。

なお、第１図において、８は受光部移動装置であり、ス
ポット位置検知部１によってプリント基板上のビームス
ポットの位置を検知するときにビームスポットが受光部
13によって覆われないように、受光部13を移動制御す
る。

第５図（Ａ）は、受光部13によるスパッタ光の受光状態
を説明する図であり、同図（Ｂ）に受光面Ｓを展開して
示したように、受光面Ｓの全面には多数の受光素子Ｄが
配設されており、反射角度の低いスパッタ光E₁は周囲の
受光面S₁によって受光され、反射角度の高いスパッタ光
E₂は天井部の受光面S₂によって受光される。このように
して、あらゆる方向のスパッタ光が検知され、受光量を
増加させるとともに、上記受光面Ｓに配設された受光素
子の各出力を適宜選択するようにして、反射方向を選択
してスパッタ光の検出が行われる。

なお、上記受光面Ｓの天井部の受光面S₂には開口部Ｗが
設けられており、この開口部Ｗを通してレーザビームＢ
がプリント基板に照射される。

第６図は、チップ部品の半田フヌレの検出を説明する図
であり、レーザビームを走査してプリント基板Ｐに実装
されたチップ部品Ｔの半田部H₁，H₂にビームスポットを
照射し、この半田部H₁，H₂からのスパッタ光Ｅを受光部
13が受光し、その総受光量を検出して半田フヌレが検出
される。

すなわち、第７図（Ａ）および（Ｂ）に半田フヌレを生
じていない場合と半田フヌレが生じている場合の、ビー
ムスポット位置とスパッタ光の強度の関係を示したよう
に、半田フヌレを生じている部分からはスパッタ光が検
知されず総受光量が減少し、半田フヌレが検出される。

第８図は、フラットパッケージのリードに生じるブリッ
ジの検出を説明する図である。

フラットパッケージはプリント基板の導電箔に半田ぺー
スト等によってリードが半田接合されるため、プリント
基板上の導電箔とリードとの間で位置ずれが生じた状態
で接合されることがあり、プリント基板に対して予め設
定された検査位置に照射されたレーザビームが、ずれた
リードに当たってスパッタ光が生じ、誤検出を行うこと
があるので、本考案の実装済プリント基板自動検査装置
は検査用データに記録された基準位置Ｉからビームスポ
ットをフラットパッケージＦのリードＬの並ぶ方向、す
なわち、図示の矢印の方向に掃引し、ビームスポットが
フラットパッケージＦの最初のリードL₁に差し掛かって
リードL₁のエッジによってレーザビームが反射され、ス
パッタ光が受光部13で検知されたときのビームスポット
のプリント基板上の位置座標を記憶する。そして、予め
分かっているリードのピッチおよびリード巾と上記リー
ドL₁のエッジのビーム掃引方向の位置座標とにより、各
リードの間隙を検知してブリッジ検査が行われる。

第９図は、前記スポット位置検知部１を示す図であり、
このスポット位置検知部により、チップ部品の有無が次
のように検出される。

レーザビームＢがプリント基板Ｐ上に設定されたチップ
部品搭載位置Ｘに照射されると、プリント基板Ｐにチッ
プ部品Ｔが有ればこのチップ部品Ｔ上の点Ａにビームス
ポットが生じ、チップ部品Ｔが無ければプリント基板Ｐ
上の点Ｂにビームスポットが生じる。この点Ａに生じた
ビームスポットあるいは点Ｂに生じたビームスポットの
光点像は集光レンズ1₁によって光点位置検出素子1₂の受
光面Ｓ上の異なる２点、すなわち、点ａおよび点ｂに結
像される。

したがって、上記光点位置検出素子1₂は、チップ部品Ｔ
が有る場合には点ａの位置に応じた強度の信号を出力
し、チップ部品Ｔが無い場合には点ｂの位置の応じた強
度の信号を出力するので、上記光点位置検出素子1₂の出
力する信号に基づいてチップ部品Ｔの有無が検出され
る。

上記のように、スポット位置検知部１の出力信号は、レ
ーザビーム方向、すなわちプリント基板面からの高さ方
向のビームスポットの位置情報を含んでいるので、例え
ば、第10図に示したように部上の実装部品の断面図形を
得ることができる。

すなわち、第10図（Ａ）に示したように、フラットパッ
ケージＦとリードＬ上にビームスポットを掃引すると、
スポット位置検知部１の出力とビーム位置とにより、フ
ラットパッケージＦとリードＬの実装状態を示す断面図
形が得られ、この断面図形の基づいてフラットパッケー
ジのリードの浮きが検出される。

また、同図（Ｂ）は、プリント基板に実装されたチップ
部品Ｔとその半田部Ｈの状態を示す断面図形を示すもの
であり、前記半田フヌレ検出方法と別の方法として、こ
の断面図形に基づいて半田フヌレが検出される。

第11図は、ブリッジ検査が行われる実装済プリント基板
のチップ部品の半田接合部の一例を示す図であり、同図
（Ａ）に示したようにプリント基板Ｐに実装されたチッ
プ部品T₁とチップ部品T₂のそれぞれのリードL₁，L₂との
間にブリッジが形成されていると、レーザビームＢのス
パッタ光Ｅが検知されてブリッジの検出を行うことがで
きるが、例えば、同図（Ｂ）に示したように、チップ部
品T₂のリードL₂が曲げられて半田接合されている場合、
ブリッジが形成されていないにもかかわらずこのリード
L₂によってスパッタ光Ｅが生じ、このスパッタ光Ｅが検
知されてブリッジの誤検出をする場合がある。

したがって、この実装済プリント基板自動検査装置は、
ブリッジ検出を行う実装部品穴間に予め設定された複数
の掃引位置で、レーザビームＢを順次掃引し、スパッタ
光が検知されない掃引位置が１個所でも存在した場合は
ブリッジが無いと判定し、全ての掃引位置でスパッタ光
が検知された場合にはブリッジが有ると判定してブリッ
ジ検出を行うようにしたAND検出が行われる。

しかしながら、第11図（Ｃ）に示したように、特殊な例
としてリードＬがプリント基板Ｐに対して45°以上の角
度を有する状態で曲げられてブリッジが形成されている
場合があり、このリードＬに照射されたレーザビーム
Ｂ′はプリント基板Ｐ側に反射されてスパッタ光が検知
されないので、上記のAND検出のようにスパッタ光が検
知されない個所を検知してブリッジ無しと判定する方法
では、ブリッジの見逃しを行うことになる。

そこで、上記AND検出と同様に、部品穴間の複数の掃引
位置でビームスポットを掃引し、スパッタ光が検知され
た掃引位置が１個所でも有った場合は、ブリッジ検出と
判定するOR検出が行われる。

上記のAND検出およびOR検出は、前記検査データの作製
時に操作部に設けられた選択スイッチを操作して選択・
設定される。

〔考案の効果〕

本考案は上記したように、ビーム走査手段によって走査
される絞られたビームをビームスプリッタにより２つの
ビームに分離し、その１つのビームを受光部を介してプ
リント基板に対して垂直に照射し、分離された他のビー
ムに基づいてビーム走査をサーボ制御するようにしたの
で、ビームの位置を高精度で制御でき、また、プリント
基板に対してビームを垂直に照射し、該ビームのプリン
ト基板における半田面から正反射光を受光部で受光する
ようにしたので、半田面の角度を検出することができ、
従って、実装済プリント基板上に発生したブリッジや半
田フヌレの有無を確実に検出できると共に、プリント基
板上のチップ部品の有無を検出できる等の効果を有する
ものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案の実施例の実装済プリント基板自動検査
装置のブロック説明図、 第２図は本考案の実施例の実装済プリント基板自動検査
装置の光学系を示す図、 第３図は本考案の実装済プリント基板自動検査装置の全
体を示す正面図、 第４図は実施例のプリント基板上の基準点の位置補正を
説明する図、 第５図は実施例の受光部を説明する図、 第６図は実施例のチップ部品の半田フヌレ検出を説明す
る図、 第７図は実施例のチップ部品の半田フヌレ検出のスパッ
タ光の受光量を示す図、 第８図は実施例のフラットパッケージのブリッジ検出を
説明する図、 第９図は実施例のスポット位置検知部を示す図、 第10図は実施例のフラットパッケージおよびチップ部品
の断面図形を示す図、 第11図は実施例のAND検出とOR検出を説明する図であ
る。 １……スポット位置検知部、６……サーボ制御部、13…
…受光部、14……受光器、23……ビーム走査手段、24…
…集光レンズ、27……ビームスプリッタ、29……光点位
置検出素子。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)考案者 片岡 幾雄 愛知県名古屋市中川区横堀町１丁目36番地 名古屋電機工業株式会社内 (56)参考文献 特開 昭49−83470（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−24202（ＪＰ，Ａ) 実開 昭61−114307（ＪＰ，Ｕ)

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】細く絞られたビームを照射して被検査プリ
   ント基板上でビームスポットを掃引し、このビームスポ
   ットの反射あるいは透過光を検知してプリント基板の検
   査を行う実装済プリント基板自動検査装置において、 上記ビームを定点Ｏを中心として放射状に走査するビー
   ム走査手段23と、 上記走査されたビームを２つのビームに分離抽出するビ
   ームスプリッタ27と、 上記放射の中心点と一方の焦点とが一致するように配置
   されると共に上記放射状に走査される上記ビームスプリ
   ッタよりの１つのビームを集光する集光レンズ24と、 上記分離された他の１つのビームの照射によって、その
   ビームスポットの位置情報を出力する光点位置検出素子
   29と、 上記光点位置検出素子が出力する位置情報に基づいてプ
   リント基板上のビームスポットの照射位置をサーボ制御
   するサーボ制御部６と、 上記集光レンズ24よりの垂直に照射されるビームを上記
   被検査プリント基板に向かって通過させる開口が形成さ
   れ、かつ、被検査プリント基板のビーム照射面を覆うと
   共に、照射されるビームを囲う受光面を有する受光部13
   とを具備し、 前記垂直に照射されたビームの被検査プリント基板にお
   ける半田面からの正反射光を受光し、半田面の角度を検
   出するようにしたことを特徴とする実装済プリント基板
   自動検査装置。