JP2010029888A

JP2010029888A - 半田付け検査方法及び半田付け装置

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Publication number: JP2010029888A
Application number: JP2008192659A
Authority: JP
Inventors: Yoshiomi Munesawa; 良臣宗澤; Atsuo Murata; 厚生村田; Shuji Kira; 周二吉良
Original assignee: Okayama University NUC; Japan Unix Co Ltd
Current assignee: Okayama University NUC; Japan Unix Co Ltd
Priority date: 2008-07-25
Filing date: 2008-07-25
Publication date: 2010-02-12

Abstract

【課題】半田付作業において、不良品の発生を抑える。
【解決手段】半田を溶融させる半田溶融手段を半田付けが行われる半田付け領域に配置し、前記半田溶融手段に半田を供給して行う半田付けの検査方法において、半田付け領域内に、判定基準領域を自由形状で指定するステップと、前記半田付け領域内を逐次カメラで撮影して画像データを生成するステップと、前記画像データのうち、撮影のタイミングが異なる少なくとも２つの画像データの差分をとって差分画像データを逐次生成するステップと、前記差分画像データを合成して合成画像データを生成するステップと、前記合成画像データの前記判定基準領域における半田の面積を検出するステップと、前記半田の面積が判定基準領域の割合を満たしているか否かを判定するステップと、前記判定基準領域の割合を満たしていると判定した場合には、半田溶融手段への半田の供給を停止させるステップと、を有する。
【選択図】図５

Description

本発明は、半田付け作業の終了を判定する半田付け検査方法、及び、半田付け作業の終了を判定する画像処理装置を具備する半田付け装置に関するものである。特に、半田形状を考慮した終了判定を可能としている。そのため、半田付け作業中に半田形状に異常が発生した場合には緊急停止させることができる。

従来、半田付けの検査方法の一形態として、半田付け領域における半田の面積を検出して、この半田の面積に基づいて半田付け状態を検査するようにしたものがある。つまり、半田の形状によらず、半田の面積値のみで終了判定を行うようにしたものである（例えば、特許文献１参照）。
特許第３９６２７８２号公報

ところが、上記した半田付けの検査方法のように、半田の供給の終了判定を半田の形状によらず半田の存在する領域の面積のみによって行うと、半田付けが正常とされる正常領域への半田の有無、及び、半田供給中の異常の検知には用いることができない。例えば、図１０（ａ）は、正常領域に存在する半田形状s1の概念図であり、図１０（ｂ）〜（ｄ）の半田形状s1の概念図は、図１０（ａ）の半田形状s1の概念図と半田の存在する領域の面積は同一であるが、半田の形状が歪で正常とはいえないものである。

そこで、半田付けが正常とされる正常領域及び／又は半田付けが異常とされる（半田の存在すべきでない）異常領域を指定し、その領域を判定基準として画像処理手法により測定できる面積値を用いて終了判定を行うことにより、上記課題を解決した。

前記課題を解決するため、請求項１〜４に係る本発明では、以下のような半田付けの検査方法を提供するものである。

（１）請求項１記載の本発明は、半田を溶融させる半田溶融手段を半田付けが行われる半田付け領域に配置し、前記半田溶融手段に半田を供給して行う半田付けの検査方法において、半田付け領域内に、あらかじめ半田付けが正常ないしは異常と判定するための判定基準領域を自由形状で指定するステップと、前記半田付け領域内を所定のタイミングで逐次カメラで撮影して画像データを生成するステップと、前記画像データのうち、撮影のタイミングが異なる少なくとも２つの画像データの差分をとって差分画像データを逐次生成するステップと、前記差分画像データを逐次互いに重ね合わせて合成して合成画像データを生成するステップと、前記合成画像データの前記判定基準領域における半田の面積を検出するステップと、前記半田の面積があらかじめ設定した判定基準領域の割合を満たしているか否かを判定するステップと、前記判定基準領域の割合を満たしていると判定した場合には、半田溶融手段への半田の供給を停止させるステップと、を有することを特徴とする半田付けの検査方法である。

（２）請求項２記載の本発明は、請求項１記載の半田付けの検査方法であって、前記判定基準領域は、正常と判定するための正常領域として自由形状で指定されていることを特徴とするものである。

（３）請求項３記載の本発明は、請求項１記載の半田付けの検査方法であって、前記判定基準領域は、異常と判定するための異常領域として自由形状で指定されていることを特徴とするものである。

（４）請求項４記載の本発明は、請求項１記載の半田付けの検査方法であって、前記判定基準領域は、正常と判定するための正常領域と、同正常領域の外側の領域に配置して異常と判定するための異常領域とが自由形状で指定されていることを特徴とするものである。

前記課題を解決するため、請求項５〜８に係る本発明では、以下のような半田付け装置を提供するものである。

（５）請求項５記載の本発明は、半田付け領域内に配置した半田溶融手段で半田を溶融することにより、部品などを所定位置に半田付けする半田付け装置において、半田付け領域内に、あらかじめ半田付けが正常ないしは異常と判定するための判定基準領域を自由形状で指定する領域指定手段と、前記半田溶融手段に半田を供給する半田供給手段と、前記半田溶融手段で溶融された半田の画像データを所定のタイミングで逐次生成する画像データ生成手段と、前記画像データのうち、生成のタイミングが異なる少なくとも２つの画像データの差分をとって差分画像データを逐次生成すると共に、生成された差分画像データを逐次互いに重ね合わせて合成することにより合成画像データを生成し、この合成画像データから前記半田溶融手段で溶融された半田の面積を検出して、前記半田の面積があらかじめ設定した判定基準領域の割合を満たしているか否かを判定し、前記判定基準領域の割合を満たしていると判定した場合には、半田溶融手段への半田の供給を停止させる制御手段と、を備えたことを特徴とする半田付け装置である。

（６）請求項６記載の本発明は、請求項５記載の半田付け装置であって、領域指定手段では、正常と判定するための正常領域として前記判定基準領域を自由形状で指定するようにしたことを特徴とするものである。

（７）請求項７記載の本発明は、請求項５記載の半田付け装置であって、領域指定手段では、異常と判定するための異常領域として前記判定基準領域を自由形状で指定するようにしたことを特徴とするものである。

（８）請求項８記載の本発明は、請求項５記載の半田付け装置であって、領域指定手段では、正常と判定するための正常領域と、その外側の領域に配置して異常と判定するための異常領域とからなる前記判定基準領域を自由形状で指定するようにしたことを特徴とするものである。

本発明では、半田付けをする正常領域及び／又は異常領域を自由形状で指定して、それらの領域の半田の面積値を測定することによって、半田形状を終了判定に用いている。そのため、以下のような効果が生起される。

（１）従来の自動半田づけ装置においては、気温、湿度、部品の組合せ精度，加工精度など制御の難しい要因が存在する場合でも、一定時間間隔で半田供給を行っている。それに対して、本発明では、半田形状の変化を見ながら作業を行うため、制御の難しい要因に影響されずに半田づけを行うことができる。このため、不良品の発生を抑えることができる。

（２）従来は、半田づけ作業後の形状検査を行い、不良品を次工程に送らないよう取り組んでいる。言い換えると不良品の発生を抑えることには寄与していない。それに対して、本発明では、半田付け作業中の形状変化を見るため、不良品の発生を抑えることができる。

（３）本発明では、面積値の測定のみでは判定できなかった形状の異常も判定できるため、不良品の出荷を早い段階で止めることができる。

（４）本発明では、適切な面積値を数値ではなく、形状で指定することができるため、直感的に面積値のパラメータを設定することができる。そのため、パラメータ調整の煩雑さを解消することができる。

本発明は、半田づけ作業の終了を判定するための画像処理手段に関するものである。前記特許文献１では暗中状態において赤外線を照射する条件下で形状によらず面積値のみで終了判定を行っていた。本発明では、暗中状態でなく通常照明下でも長波長照明を照射することで観察可能とし、半田形状を考慮した終了判定を可能としている。そのため、前記特許文献１では判定できなかった半田付け作業中の判定を行って、半田形状に異常が発生した場合には半田付け作業を非常停止させることができる。

すなわち、本発明の半田付けの検査方法及び半田付け装置では、ペイントツールにより画像表示手段に自由形状を指定可能とした領域指定手段により、半田付け領域内に、あらかじめ半田付けが正常ないしは異常と判定するための判定基準領域を自由形状で指定しておき、高価な赤外線センサではなく、比較的安価なＣＣＤカメラなどの撮像装置を用いて半田付けされている部分の半田の面積を検出して、この半田の面積が判定基準領域の割合を満たしているか否かを判定するようにしている。

このようにして、上記判定基準領域に基づいて半田付けの終了判定を速やか検出可能としている。しかも、半田付けの異常発生の判定を作業途中において検出可能としている。特に、判定基準領域の設定は、例えばＷｉｎｄｏｗｓ（商品名；登録商標）のペイントで画像表示手段に自由形状を描画することにより、簡単に面積値を指定することができる。そのため、直感的に面積値のパラメータを設定することができてパラメータ調整の煩雑さを解消することができる。そして、判定基準領域としては、正常と判定するための正常領域ないしは異常と判定するための異常領域を自由形状で指定することも、また、自由形状で指定した正常領域の外側に異常領域を自由形状で指定することもできる。

ここで、図１（ｂ）の概念図に示すように、半田付け領域t1内において、自由形状で指定した正常領域t2は、半田付けがなされるべき適正な領域であり、その領域t2内で半田付けがなされている限り正常な半田付け作業がなされていると判定する。そして、図１（ａ）の概念図に示す半田形状（後述する合成画像データから得られる半田形状）s1の面積の検出結果が、図１（ｃ）に示すように、正常領域t2において所定の割合（例えば８０％以上）に達した際には、半田付け作業の終了と判定して半田の供給を停止させる。また、図２（ａ）の概念図に示すように、異常領域t3は、半田付けがなされるべきではない不適正な領域であり、図２（ｂ）の概念図に示すように、その領域t3内に半田付けがなされていない場合（半田の面積が検出されない場合）には、異常事態の発生と判定しないが、図２（ｃ）の概念図に示すように、その領域t3内に半田付けがなされた場合（半田の面積が検出された場合）には、異常事態の発生と判定して半田付け作業を途中であっても直ちに停止させる。従って、半田の無駄な使用を回避することができると共に、速やかに事態に対処することができて作業能率を向上させることができる。ただし、その領域内で半田の面積が検出されない場合には、半田付け作業は継続される。また、正常領域の外側に異常領域を配置することにより、上記した正常領域における判定の結果と上記した異常領域における判定の結果のいずれか早く出た結果に基づいて制御を行うことができる。

以下において、ＣＣＤカメラやＣＭＯＳカメラなどの半導体製の撮像素子を用いた撮像装置を単に「カメラ」と呼ぶこととする。特に、カメラは赤外線領域の光を検出可能としているものであり、半田ごてにより溶融された半田から反射してきた赤色よりも長波長の光により画像データを生成しているものである。

このように赤色よりも長波長の光を用いることにより、例えば、やに入りはんだを使用して半田付けする際に発生する煙の影響を低減させて半田付け状態を監視することができる。

すなわち、やに入り半田の溶融に伴い、その半田に含有されているフラックスの蒸発で煙が発生する。この煙は、蒸発するフラックス等の成分に可視光があたり、レイリー散乱やミー散乱が起こって観察される現象である。この煙の排除用に設けたダクトに介設した集塵用フィルタの性能から推察すると、この煙は３００ｎｍ以上の大きさを有する粒子で構成されており、この大きさの粒子は、空間中においていわゆるミー散乱と呼ばれている可視光の散乱の原因となって、散乱にともなって白っぽい煙として見えているものである。

従って、カメラが可視光域で撮影を行う場合には、半田付けの際に発生する煙も撮影されることとなり、半田溶融手段で溶融された半田とカメラとの間に煙が存在すると、半田が煙に隠れて明瞭に撮影することができなかった。

しかし、可視光よりも長波長である赤色よりも長波長の光で撮影を行うと、この波長域の光に対して半田付けの際に発生する煙はいわゆるレイリー散乱を生じるものの、レイリー散乱では、散乱の強さが波長の４乗分の１に比例するので散乱が抑制されやすく、カメラでの撮影における煙の写り込みを抑制して、半田付け状態の監視を可能としているものである。

このように、赤色よりも長波長の光により画像データを生成することによって、やに入り半田の溶融に伴い含有されているフラックスの蒸発する成分に可視光があたりレイリ―散乱、ミー散乱が起こり観察される現象が煙となって発生しているもので、この煙の影響を低減させて半田溶融手段で溶融された半田を明瞭に撮影できるので、半田付け領域における半田の状態を確実に監視できることによって、半田付けの終了判定を行うことができると共に、異常の検出を可能とすることができる。

なお、やに入り半田の溶融に伴い含有されているフラックスの蒸発する成分に可視光があたりレイリ―散乱、ミー散乱が起こり観察される現象が煙となって発生しているもので、６７０ｎｍ辺りから煙によるレイリー散乱の強度が半田からの反射光よりも小さくなることが初めて実験的に確認できた。従って、赤色よりも長波長の光としては、６７０ｎｍよりも長波長の光を用いることが望ましい。

さらに、従来のＣＣＤ撮像素子を内蔵したカメラを用いて、数μｍの波長まで使用して画像処理をしていたところ、シリコンセンサであるＣＣＤ撮像素子の感度領域までの波長でも画像データの生成が十分に可能であることが実験的に初めて判明したことから、バンドギャップ１．１７ｅＶであるシリコン製撮像素子の感度範囲の波長である１１００ｎｍまでは少なくとも利用できることが確認された。

従って、赤色よりも長波長の光として、少なくとも６７０ｎｍ〜１１００ｎｍの赤外光を用いることが望ましい。

そこで，長波長照明(赤外線以上)を用いることにより、半田煙の影響を受けにくくし、半田の形成状態の画像を取り込むことを可能とする。また、ミー散乱は前方(光の進んでいた方向)に対する散乱が強い。そのため、少しでもミー散乱の影響を少なくするため、照明とカメラは図４に示すように同位置に設置するのが望ましい。

また、長波長照明のみの環境であれば、半田煙による散乱の影響は受けにくい。しかし、室内照明などの可視光の波長が半田煙で散乱し、カメラで撮像すると半田煙を含む画像となってしまう。そこで、カメラレンズの前に、長波長以上を透過するフィルタを設置することにより、室内照明などの可視光によるミー散乱を除去する。これにより、遮光ボックスによる室内照明などをカットすることを不要とした。

一方、半田付けにおいては、半田溶融手段で溶融された半田に作用する表面張力によって、溶融した半田が球状化する傾向があるので、半田溶融手段で溶融された半田をカメラで撮影して得られた半田の二次元画像から半田の量を推定可能となっており、半田溶融手段で溶融された半田をカメラで監視するだけでよい。

ただし、カメラで撮影した画像から半田溶融手段で溶融された半田の量を検出するために、半田溶融手段への半田の供給開始前の状態をカメラで撮影して第１画像データを生成し、半田溶融手段への半田の供給を開始して所定量の半田を溶融させた状態をカメラで撮影して第２画像データを生成して、第１画像データと第２画像データとの差分をとって差分画像データを生成し、この差分画像データから半田の量を検出すると、第１画像データ中の半田溶融手段である半田ごてや半田付けされるリードなどの影響による誤差が生じるために、半田溶融手段で溶融された半田の量を精度よく検出したい場合には、第１画像データとして半田溶融手段への半田の供給開始前の状態の画像からなる画像データを用いることは好適ではない。

このような場合、通常では、観察対象の変化以外の変化を抽出することを抑制するためにできるだけ短い時間間隔で連続的に撮影して得られた少なくとも２つの画像データを用いるが、観察対象が半田である場合には、前述したように、半田が存在する領域に対する差分処理において変化量が小さい領域が生じるために、半田を正しく抽出できない領域が生じることとなっている。

すなわち、半田の場合には、カメラに対して正面となる溶融された半田の表面が近似的に平面と見なせる面となり、半田がさらに溶融されても表面的な変化が極めて小さいために、差分処理における二値化の際に閾値を越えることができず、図３（ｃ）や図３（ｄ）に示すように、中央において半田が検出できない未検出領域Ｌが生じることとなっている。

そこで、本発明では、半田付けを行っている際に、カメラで画像データを逐次生成すると共に、生成された画像データのうち、撮影のタイミングが異なる少なくとも２つの画像データの差分をとって、図３（ａ）〜（ｄ）に示すように差分画像データPa,Pb,Pc,Pdを逐次生成し、これらの差分画像データPa,Pb,Pc,Pdを逐次互いに重ね合わせて合成して、図３（ｅ）に示すように合成画像データPeを生成している。

このように差分画像データPa,Pb,Pc,Pdを合成して合成画像データPeを生成することにより、未検出領域Ｌを他の差分画像データで解消することができ、合成画像データPeを用いることにより半田溶融手段で溶融された半田の量を正確に検出することができる。

以下において、図面に基づいて本発明の実施形態を詳説する。図４は、第1実施形態の半田付け装置の概略模式図である。なお、以下において半田溶融手段は一般的な半田ごてとして説明するが、昨今、レーザ光源を用いた半田溶融手段も知られており、半田ごての替わりにレーザ光源を備えた半田溶融器を用いてもよく、供給された半田を順次溶融させることができる半田溶融手段であれば何であってもよい。

半田付け装置A1では、所要の電子部品21が仮装着された実装基板20が載置される載置部11が設けられた基台10と、実装基板20の半田付けされる半田付け領域を撮影するカメラ13と、半田付け領域を照らすライト14と、半田付け領域に配置した半田溶融手段である半田ごて15と、この半田ごて15に向けて糸半田16を供給する半田供給手段としての半田供給器17と、この半田供給器17を制御すると共にカメラ13の出力信号を解析する制御部18と、判定基準領域を自由形状で指定して上記制御部18に信号を出力する領域指定手段としての領域指定部19とを備えている。

図示しないが、半田付け装置A1には載置部11に実装基板20を移送すると共に、半田付け処理が終了した実装基板20を後工程へと移送する移送装置を設けている。具体的には、移送装置には、移送方向に移動すると共に上下に昇降可能とした矩形状の昇降体（図示せず）を設けると共に、この昇降体には先端を実装基板20に下方から当接させる複数の支持柱（図示せず）を設け、実装基板20を載置部11に移送する際には、昇降体を上昇させることにより支持柱を実装基板20に当接させて持ち上げ、その状態で昇降体を水平方向に移動させて実装基板20を載置部11に移送し、昇降体を降下させることにより載置部11に実装基板20を載置している。同様の移送装置によって、載置部11の実装基板20を後工程へと移送することができる。

載置部11は、本実施形態では基台10の上面に突接した複数の柱体11aで構成しており、この柱体11aを所定間隔で配置して実装基板20を水平状態に支持可能としている。

カメラ13は、赤外領域の撮影が可能なＣＣＤカメラを用いている。このＣＣＤカメラは、たとえば監視カメラとして一般的に用いられているものを利用することができる。なお、市販のＣＣＤカメラを用いる場合には、場合によっては赤外線カットフィルタが内蔵されている場合があり、この赤外線カットフィルタを取り外して使用することが望ましい。

さらに、カメラ13には、赤色よりも長波長の光のみを透過させるフィルタＦを装着している。特に、フィルタＦは、好適には８００〜９００ｎｍの赤外光域で最も高い透過率となるものを用いるのが望ましい。このフィルタＦによって可視光域の光がカメラ13の撮像素子に入射されることを抑止し、前記同様、半田付けの際に発生した煙の写り込みを抑止している。

ライト14は、半田ごて15で溶融された半田からの赤色よりも長波長の光からなる反射光量を多くするために設けているものであり、赤色よりも長波長の光を照射するものを使用しており、６００ｎｍよりも長波長の光を照射するものが望ましく、好適には８００〜９００ｎｍ程度の光を照射するものが望ましい。なお、ライト14による照射を行わなくとも、半田ごて15で溶融された半田からの赤色よりも長波長の十分な光量の光が反射される場合には、ライト14は設けなくてもよい。

なお、場合によっては必ずしも特別な光源のライトを用いる必要はなく、例えば、タングステンランプやハロゲンランプ、あるいは太陽光などの連続スペクトル光を利用して、赤外成分の光量を単に増加させるだけでもよく、特に、タングステンランプやハロゲンランプなどの場合には、定格電流以下で使用することにより赤外成分の割合を増やした状態として照射を行ってもよい。

また、半田溶融手段がレーザ光源を用いた半田溶融手段である場合には、レーザ光源によるレーザ光の光スポットによって溶融した半田部分でハレーションが生じ、カメラ13での適正な画像データの生成が困難となるおそれがあるため、例えば、加熱用のレーザ光としてＧａＩｎＰ系半導体レーザによる６７０ｎｍの赤色レーザを使用する場合は、ライト14にはＧａＡｌＡｓ系半導体レーザを用いて７８０ｎｍの光の照射を行ったり、ＧａＡｓ系半導体レーザを用いて８００〜９００ｎｍの光の照射を行ったりすることが望ましい。さらに、加熱用のレーザ光として７８０ｎｍや８００ｎｍのレーザ光を使用する場合には、ライト14には、さらに長波長の光を照射可能な光源を用いることが望ましい。

カメラ13及びライト14は、載置部11の直上位置に配置するのではなく、載置部11の直上位置から離隔させて配置して、半田付けにともなって発生した煙がカメラ13及びライト14に当たらないようにすることが望ましく、カメラ13は、半田ごて15で溶融された半田を撮影する必要があるので、載置部11の斜め上方位置に配置している。

さらに、本実施形態では、ライト14はカメラ13に装着して、できるだけカメラ13に近接させて配置している。従って、ライト14の配設を容易に行うことができると共に、カメラ13が半田による強い反射光を得られやすくすることができ、カメラ13による半田の撮影を確実に行うことができる。

半田ごて15は、図示しない昇降装置に装着して昇降自在としており、載置部11に実装基板20が載置された後に降下させて、供給された糸半田を溶融可能としている。なお、１つの実装基板20で複数カ所の半田付けが必要な場合には、昇降装置にＸ−Ｙ方向の移動手段を設けて半田ごて15の位置を適宜移動可能としてもよいし、実装基板20をＸ−Ｙテーブルなどで適宜移動させてもよい。

半田供給器17は、糸状に加工された糸半田16を所定のタイミングで所定量ずつ繰り出し可能としている。半田供給器17から繰り出された糸半田16は、図示しないガイドに案内されて接合部の半田ごて15に供給されている。

制御部18は適宜のプログラムを実行可能としており、本実施形態ではパーソナルコンピュータで構成して、カメラ13の出力信号を解析し、半田供給器17からの糸半田16の繰り出しの終了タイミングを検出して、終了タイミングの検出にともなって半田供給器17の動作を停止させる制御信号を出力している。

領域指定部19は、半田付け領域内に、あらかじめ半田付けが正常ないしは異常と判定するための判定基準領域を自由形状で指定可能としており、本実施形態ではＷｉｎｄｏｗｓ（商品名；登録商標）のペイントで画像表示手段に自由形状を描画することにより、面積値を指定することができるようにしている。

そして、図５（ａ）は入力画像である。図５（ｂ）の領域形状説明図に示すように、判定基準領域として、正常と判定するための正常領域t2を自由形状で指定した場合には、半田付け領域t1内において、正常領域t2は、半田付けがなされるべき適正な領域であり、その領域t2内で半田付けがなされている限り正常な半田付け作業がなされていると制御部18が判定するようにしている。そして、前記した合成画像データから得られた半田形状の面積の検出結果が、正常領域t2内において所定の割合（例えば８０％以上）に達した場合を第１終了条件として、その第１終了条件が満足された際には、制御部18が半田付け作業の終了、すなわち、半田供給器17からの糸半田16の繰り出しの終了タイミングの検出、と判定して半田の供給を停止させる。図６（ａ）は、正常領域t2内の半田形状s1の認識結果（その１）であり、図６（ｂ）は、その半田認識結果に基づいて半田付け作業を終了させた際の半田の画像である（その１）。図６（ｃ）は、正常領域t2内の半田形状s1の認識結果（その２）であり、図６（ｄ）は、その半田認識結果に基づいて半田付け作業を終了させた際の半田の画像である（その２）。図６（ａ）（ｃ）では正常領域t2の大きさを変えている。その結果、図６（ｂ）（ｄ）では半田のできあがり形状の大きさが異なる。

また、図５（ｃ）の領域形状説明図に示すように、判定基準領域として、異常と判定するための異常領域t3を自由形状で指定した場合には、半田付け領域t1内において、異常領域t3は、半田付けがなされるべきではない不適正な領域（本実施形態では正常領域t2の外周領域）に設定される。そして、前記した合成画像データから得られた半田形状の面積の検出結果が、異常領域t3内において所定の割合（例えば１％以上）に達した場合、つまり異常領域t3内に半田付けがなされた場合（半田の面積が検出された場合）を第２終了条件として、その第２終了条件が満足された際には、制御部18が半田付け作業の緊急停止、すなわち、半田供給器17からの糸半田16の繰り出しの緊急停止タイミングの検出、と判定して半田付け作業を途中であっても直ちに停止させる。ただし、その異常領域t3内で半田の面積が検出されない場合には、半田付け作業は継続される。図７（ａ）は、異常領域t3内の半田認識結果であり、左側から下側にかけて半田の進入（進入半田s2）が確認されている。図７（ｂ）は、その半田認識結果に基づいて、その時点で半田付け作業を終了させた際の半田の画像である。図７（ｂ）に示すように、大きめの半田形状となっていることが分かる。従って、異常領域t3を設定することにより、半田供給の無駄を回避することができると共に、半田作業の不良である角半田（ツノハンダ）等を見つけることができる。ここで、図５(d)のように異常領域t3の左側上部に切欠部t4を形成して、異常領域t3の一部を削除しているのは、同異常領域t3の左側上部の位置（切欠部t4の位置）が糸半田16の供給位置と符合しているからであり、誤認識を回避している。

また、図５（ｄ）の領域形状説明図に示すように、判定基準領域として、自由形状で指定した正常領域t2の外側に異常領域t3を自由形状で指定した場合には、前記した正常領域t2における判定の結果と前記した異常領域t3における判定の結果のいずれか早く検出された結果に基づいて、制御部18が半田供給器17の制御を前記したように適宜行うことができる。

以下において、図８のフローチャートに基づいて、半田付け装置A1による半田接合工程について説明する。なお、本半田付け装置A1には、第１終了条件及び第２終了条件の両方を設定している。

まず、半田付け装置A1では、実装基板20を移送して載置部11に載置し（ステップＳ１）、光源であるライト14で実装基板20の半田付け領域に赤色よりも長波長の光を照射する（ステップＳ２）。

次いで、半田付け装置A1では、半田供給器17によって糸半田16の供給を開始し（ステップＳ３）、カメラ13での半田付け領域の撮影を開始する（ステップＳ４）。このとき、半田付け中に通常照明下で観測される煙（飛散するフラックス等）が、赤色よりも長波長の光を用いて撮影していることによりカメラ13で撮影された画像に煙が写り込むことを抑止して、明瞭な画像を得ることができる。

カメラ13では所定タイミングで半田付け領域を連続的に順次撮影して、出力信号を半田付け装置A1の制御部18に入力し、制御部18では、入力されたカメラ13の出力信号から画像データを順次生成している。さらに、制御部18は、カメラ13の出力信号から生成した第１画像データと、この第１画像データよりも撮影タイミングが後となっている第２画像データとから差分をとって差分画像データを生成している（ステップＳ５）。

第１画像データと第２画像データとでは撮影タイミングが異なることにより、半田付け領域における半田の形状のみが異なっており、差分画像データでは、この半田の形状の変化分が抽出されることとなる。本実施形態の差分画像データでは、第１画像データと第２画像データとの差分の値が所定の閾値より小さい領域を「０」、閾値以上の領域を「１」とした画像データとしている。

次いで、制御部18は、画像データを一時的に記憶するために設けている画像データ用メモリから記憶されている保存画像データを読み出している（ステップＳ６）。保存画像データは、後述するように差分画像データどうしを重ね合わせて合成することにより生成した合成画像データである。なお、画像データ用メモリには、デフォルトとして全ての領域で「０」となった画像データを記憶している。

制御部18は、第１画像データと第２画像データとから生成した差分画像データと、画像データ用メモリから読み出した保存画像データ（合成画像データ）との論理和処理を行うことにより差分画像データの重ね合わせによる合成を行って、新たな合成画像データを生成している（ステップＳ７）。

合成画像データの生成後、制御部18は、合成画像データから半田付け領域における半田ごて15により溶融した半田の面積を検出している（ステップＳ８）。この際、判定基準領域として正常と判定するための正常領域t2の半田の面積と、判定基準領域として異常と判定するための異常領域t3内の半田の面積とをそれぞれ検出している。具体的には、合成された差分画像中の閾値以上の領域「１」の領域をカウントしている。

制御部18は、検出した半田の面積と、あらかじめ設定した前記第２終了条件とを比較して（ステップＳ９ａ）、検出した半田の面積が、第２終了条件を満たしていない場合には、続いて、あらかじめ設定した前記第１終了条件とを比較する（ステップＳ９ｂ）。そして、検出した半田の面積が、第１終了条件を満たしていない場合には、ステップＳ７で生成された合成画像データを画像データ用メモリに記憶して（ステップＳ１０）、ステップＳ５に戻り、先の第２画像データと、この第２画像データよりも撮影タイミングが後となっている第３画像データとから差分をとって新たな差分画像データを生成している。また、ステップＳ９ａにおいて半田の面積があらかじめ設定した第２終了条件を満たした場合には、制御部18は、半田供給器17の動作を停止させる制御信号を出力する（ステップＳ１１）。

そして、制御部18では、この差分画像データを、ステップＳ６で読み出した画像データ用メモリに記憶された保存画像データ（合成画像データ）に合成して新たな合成画像データを生成し（ステップＳ７）、この合成画像データから半田の面積の検出を行っている（ステップＳ８）。

このように、制御部18では、差分画像データを逐次生成すると共に、生成した差分画像データを逐次合成して合成画像データを生成することにより、半田付け領域における半田ごて15により溶融された半田の面積を正しく検出することができ、ステップＳ９ａ,Ｓ９ｂにおいて半田の面積があらかじめ設定した第１終了条件ないしは第２終了条件を満たした場合には、半田供給器17の動作を停止させる制御信号を出力している（ステップＳ１１）。

その後、半田付け装置A1では、載置部11から実装基板20を除去して（ステップＳ１２）、第１終了条件を満たした場合には後工程へと移送している。また、第２終了条件を満たした場合には前工程に戻して修復する。

本実施形態の半田付け装置A1では、赤色よりも長波長の光のみを透過させるフィルタＦを装着したカメラ13で半田ごて15により溶融された半田を撮影していることにより、半田付けにともなって発生する煙の影響を低減させて半田の状態を監視できると共に、差分画像データどうしを重ね合わせて生成した合成画像データに基づいて半田の面積を検出することにより、精度よく半田を検出することができ、しかも、自由形状で指定した第１終了条件ないしは第２終了条件を満たした場合には、半田供給器17の動作を停止させるようにしている。

従って、本実施形態の半田付け装置A1では、必要最小限の半田で半田付けを行うことができ、半田付けの作業時間を短縮することができる。

しかも、本実施形態の半田付け装置A1では、精度よく半田を検出することができると共に、半田付けの異常も半田付け作業中に検出できるので、速やかに事態に対処することができる。その結果、製造工程の短縮化による製造コストの低減を図ることもできる。

図９は、第２実施形態の半田付け装置A2の概略模式図である。第２実施形態の半田付け装置A2では、第１実施形態の半田付け装置A1のようにカメラ13にフィルタＦを装着するのではなく、載置部11に載置された実装基板20を覆う遮光カバー12を設けているものである。フィルタＦの替わりに遮光カバー12を設けた点以外は、第１実施形態の半田付け装置A1と同一構成であって、第１実施形態の半田付け装置A1と同一部分には同一符号を用い、詳細な説明は省略する。

遮光カバー12は、赤色よりも長波長の光のみを透過させるシート体で構成しており、本実施形態では、透明なアクリル板でボックス状に形成した基体に、赤色よりも長波長の光のみを透過させるシート体を貼付けて形成した。シート体は、好ましくは８００〜９００ｎｍの赤外光域で最も高い透過率となるものが望ましい。

遮光カバー12は、載置部11に載置された実装基板20だけでなくカメラ13も覆う大きさとし、場合によっては、半田供給器17や制御部18も遮光カバー12で被覆してもよい。

このように、実装基板20及びカメラ13を遮光カバー12で被覆することにより、遮光カバー12を透過して遮光カバー12内に射し込む光を赤色よりも長波長の光として、半田ごて15により溶融された半田からの反射光を赤色よりも長波長の光とすることができるので、カメラ13による半田の撮影の際における半田付けにともなって発生した煙の写り込みを抑止でき、確実に半田を撮影することができる。

なお、本実施形態では、遮光カバー12内に赤色よりも長波長の光を照射するライト14を設けて、遮光カバー12を透過して遮光カバー12内に射し込む光の量が十分でない場合に、このライト14から照射された光を用いて、カメラ13による半田の撮影を確実に行えるようにしている。ライト14は、６００ｎｍよりも長波長の光を照射するものが望ましく、好適には８００〜９００ｎｍ程度の光を照射するものが望ましい。

本実施形態では、遮光カバー12は図示しない昇降装置によって昇降自在としており、載置部11に実装基板20を移送する際には遮光カバー12を上方に待避させて実装基板20の移送を行い、半田付け時には遮光カバー12を降下させて実装基板20を覆うこととしている。

なお、遮光カバー12に昇降装置を設ける場合に限定するものではなく、遮光カバー12の壁面の一部に実装基板20を遮光カバー12内に導入するための送給開口（図示せず）を設けると共に、半田付けが終了した実装基板20を遮光カバー12外に送出するための送出開口（図示せず）を設けて、遮光カバー12への実装基板20の出し入れを可能としてもよい。

さらに、遮光カバー12には、排気ファン（図示せず）などの排気装置を装着して、半田付けにともなって発生した煙が遮光カバー12内に充満することを防止することが望ましい。

このように半田付け領域を遮光カバー12で被覆することにより、可視光の影響を排除できるので半田付けにともなって発生した煙の影響を容易に排除できる一方で、作業者が半田付け領域を視認することができなくなるため、可能であれば実施形態１のようにフィルタＦを用いることが望ましい。

あるいは、フィルタＦと遮光カバー12を併用し、遮光カバー12では、ある程度の視認性を確保しながら半田付け領域への余計な光の入射を抑止すると共に、フィルタＦでは赤色よりも長波長の帯域の光をカメラ13の撮像素子に入射させるようにして、フィルタＦによる遮光効果を向上させてもよい。

本発明の実施形態は上記のように構成しているものであり、次のような効果も有する。すなわち、今後使用の拡大する環境問題に対応した鉛フリー半田では、煙の発生が従来半田に比べて多いことが確認されている。この場合も、本発明により煙の影響をなくした画像処理を行うことができる。専用の装置を製作することなく，市販の装置(例えば、PC、画像キャプチャーボード、赤外線照明装置、赤外線対応カメラ)を組み合わせることにより，安価に実現することが可能である。暗中状態にする必要がなく、装置を遮光ボックス(カバー)で覆う必要がなく、作業状態を目視で確認することもできる。また、今後、増えるレーザハンダロボットに使用されている波長とは別波長を用いることにより、同様の手法を適用することができる。
長波長照明としては、安価な赤外LEDを用いることができる。また、その波長領域であれば、安価な高感度カメラを用いることもできる。

正常終了の判定の概念説明図。異常終了の判定の概念説明図。半田の面積の検出方法の説明図である。第１実施形態の半田付け装置の概略説明図である。（ａ）は入力画像、（ｂ）〜（ｄ）は各判定基準領域の領域形状説明図。（ａ）は正常領域内の半田形状の認識結果（その１）、（ｂ）はその半田認識結果に基づいて半田付け作業を終了させた際の半田の画像である（その１）。（ｃ）は正常領域内の半田形状の認識結果（その２）、（ｄ）はその半田認識結果に基づいて半田付け作業を終了させた際の半田の画像である（その２）。（ａ）は異常領域内の半田形状の認識結果、（ｂ）はその半田認識結果に基づいてその時点で半田付け作業を終了させた際の半田の画像である。第１実施形態の半田付け装置による半田付け工程のフローチャートである。第２実施形態の半田付け装置の概略説明図である。（ａ）は正常領域に存在する半田の形状の概念図、（ｂ）〜（ｄ）は半田の形状が歪で正常とはいえない半田の形状の概念図である。

符号の説明

A1 半田付け装置
A2 半田付け装置
Ｆフィルタ
10 基台
11 載置部
12 遮光ボックス
13 赤外線カメラ
14 ライト
15 半田ごて
16 糸半田
17 半田供給器
18 制御部
19 領域指定部
20 実装基板
21 電子部品

Claims

半田を溶融させる半田溶融手段を半田付けが行われる半田付け領域に配置し、前記半田
溶融手段に半田を供給して行う半田付けの検査方法において、
半田付け領域内に、あらかじめ半田付けが正常ないしは異常と判定するための判定基準領域を自由形状で指定するステップと、
前記半田付け領域内を所定のタイミングで逐次カメラで撮影して画像データを生成するステップと、
前記画像データのうち、撮影のタイミングが異なる少なくとも２つの画像データの差分をとって差分画像データを逐次生成するステップと、
前記差分画像データを逐次互いに重ね合わせて合成して合成画像データを生成するステップと、
前記合成画像データの前記判定基準領域における半田の面積を検出するステップと、
前記半田の面積があらかじめ設定した判定基準領域の割合を満たしているか否かを判定するステップと、
前記判定基準領域の割合を満たしていると判定した場合には、半田溶融手段への半田の供給を停止させるステップと、
を有することを特徴とする半田付けの検査方法。
前記判定基準領域は、正常と判定するための正常領域として自由形状で指定されていることを特徴とする請求項１記載の半田付けの検査方法。
前記判定基準領域は、異常と判定するための異常領域として自由形状で指定されていることを特徴とする請求項１記載の半田付けの検査方法。
前記判定基準領域は、正常と判定するための正常領域と、同正常領域の外側の領域に配置して異常と判定するための異常領域とが自由形状で指定されていることを特徴とする請求項１記載の半田付けの検査方法。
半田付け領域内に配置した半田溶融手段で半田を溶融することにより、部品などを所定位置に半田付けする半田付け装置において、
半田付け領域内に、あらかじめ半田付けが正常ないしは異常と判定するための判定基準領域を自由形状で指定する領域指定手段と、
前記半田溶融手段に半田を供給する半田供給手段と、
前記半田溶融手段で溶融された半田の画像データを所定のタイミングで逐次生成する画像データ生成手段と、
前記画像データのうち、生成のタイミングが異なる少なくとも２つの画像データの差分をとって差分画像データを逐次生成すると共に、生成された差分画像データを逐次互いに重ね合わせて合成することにより合成画像データを生成し、この合成画像データから前記半田溶融手段で溶融された半田の面積を検出して、前記半田の面積があらかじめ設定した判定基準領域の割合を満たしているか否かを判定し、前記判定基準領域の割合を満たしていると判定した場合には、半田溶融手段への半田の供給を停止させる制御手段と、
を備えたことを特徴とする半田付け装置。
領域指定手段では、正常と判定するための正常領域として前記判定基準領域を自由形状で指定するようにしたことを特徴とする請求項５記載の半田付け装置。
領域指定手段では、異常と判定するための異常領域として前記判定基準領域を自由形状で指定するようにしたことを特徴とする請求項５記載の半田付け装置。
領域指定手段では、正常と判定するための正常領域と、その外側の領域に配置して異常と判定するための異常領域とからなる前記判定基準領域を自由形状で指定するようにしたことを特徴とする請求項５記載の半田付け装置。