JPH02118439A - ハンダ付け状態検査装置 - 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〉 本発明は基板上に実装された電子部品のハンダ付け状態
を検査するハンダ付け状態検査装置に関する。

〈従来の技術〉 実装プリント基板の組立ラインは、プリント基板の高密
度実装化、電子部品のチップ化等の理由で、急速な勢い
で自動化の方向に進んでいる。即ち、電子部品自動実装
装置等を用いてプリント基板に電子部品を実装し、実装
された電子部品がプリント基板上の所定の位置にあるか
否かを基板実装検査装置を用いて検査し、実装検査の済
んだプリントｉ板に通電して所定の回路動作を行うか否
かを基板通電試験装置を用いて検査するというライン体
制でもって、実装プリント基板が製造されている。

ところで、基板実装検査装置には、プリント基板上に形
成されたパターンやランドに電子部品がハンダ付けによ
り正しく実装されているか否かを検査する機能しかなく
、電子部品の電極とパターン等とを接合するハンダの有
無やその量、即ち、ハンダ付け部のハンダ付け状態を検
査する機能までは有していないのが通常である。ハンダ
付け部のハンダ付け状態を検査するにあたっては、検査
員の目視検査による方法やハンダ付け状態検査装置を用
いた方法により行われている。

従来のハンダ付け状態検査装置は、プリント基板上の検
査すべきハンダ付け部に対してスポット的にレーザー光
を照射し、この反射光をセンサ等で受は止めて、しかも
このセンサにより変換された画像データ等に基づいてハ
ンダ付け部のハンダ付け状態を判定するようになってい
る。そして当該ハンダ付け部の検査が終了したならば、
プリント基板を所定量移動させて、次のハンダ付け部の
検査を行い、これを繰り返して、プリント基板上の全て
の電子部品に対するハンダ付け状態を検査するような基
本構成となっている。なお、一般光ではなく、レーザー
光を使用しているのは、一般光によると光散乱等の影響
で、正確なハンダ付け状態を認識できる程度のハンダ付
け部の画像が得られないことに基づくものである。

〈発明が解決しようとする課題〉 しかしながら、上記従来例による場合には、検査の信頼
性が非常に高いとはいえ、−ｉ光ではなくレーザー光を
使用する構成となっていることから、装置の価格が非常
に高いという欠点がある。

つまりレーザー光用の照射装置、センサ等は一般光用の
ものと比較すると品かに高価なものである上に、指向性
を有するレーザー光を検査すべきハンダ付け部に正確に
照射しなければならないことから、プリント基板の位置
決め機構等についても位置決め精度の高いものを使用せ
ねばならないからである。また、レーザー光をスポット
的にハンダ付け部に照射するようになっているので、プ
リント基板上の全てのハンダ付け部を検査するに要する
時間が比較的長いという欠点もある。

一方、価格の高いハンダ付け状態検査装置を利用する方
法ではなく、目視検査による方法によりプリント基板の
ハンダ付け状態を検査する場合には、検査の信顧性が低
いという本質的な欠点があることは勿論、最近のプリン
ト基板の高密度実装化に対応することもできない。

本発明は上記事情に鑑みて創案されたものであり、レー
ザー光ではなく一般光を使用する構成でありながら、基
板上に実装された電子部品のハンダ付け部における正確
なハンダ付け状態を検査することができるハンダ付け状
態検査装置を提供することを目的とする。

〈課題を解決するための手段〉 本発明にかかるハンダ付け状態検査装置は、電子部品が
実装された基板上のハンダ付け部を撮影する撮像部と、
前記ハンダ付け部に対して直進光を照射するポジ画像用
照明部と、前記ハンダ付け部に対して散乱光を照射する
ネガ画像用照明部と、前記ポジ画像用照明部と前記ネガ
画像用照明部とを交互に動作させるべく制御するととも
に、前記撮像部により得られた画像データに基づいて前
記ハンダ付け部のポジ画像、ネガ画像における各明暗領
域面積比を夫々算出し、当該算出結果と予めデータとし
て用意されたマスター基板の標準明暗領域面積比とを夫
々比較し、当該比較結果に基づいて前記ハンダ付け部の
ハンダ付け状態を判定する判定部とを具備している。

く作用〉 判定部を通じてポジ画像用照明部のみを動作させる。す
ると、ポジ画像用照明部からハンダ付け部に対して照射
された直進光は、プリント基板に対して平行なうンド等
やプリント基板に対して所定の角度を有するハンダによ
って反射される。この反射光を受けた撮像部によりハン
ダ付け部のポジ画像が得られ、ポジ画像に関する画像デ
ータを判定部に取り込むべく出力する。

また、判定部を通じてネガ画像用照明部のみを動作させ
る。すると、ネガ画像用照明部からハンダ付け部に対し
て照射された散乱光は、プリント基板に対して平行なう
ンド等や所定の角度を有するハンダによって反射される
。この反射光を受けた撮像部によりハンダ付け部のネガ
画像が得られ、ネガ画像に関する画像データを判定部に
取り込むべく出力する。

判定部は、撮像部から交互に取り込まれた画像データに
基づいて、ハンダ付け部のポジ画像、ネガ画像の中でも
、明るい領域の面積と暗い領域の面積との比である明暗
領域面積比を算出する。また、判定部には、マスター基
板におけるハンダ付け部の明暗領域面積比、即ち、標準
明暗領域面積比がデータとして用意されており、この標
準明暗領域面積比と算出された明暗領域面積比とを比較
し、この比較相違の程度によって、ハンダ付け部のハン
ダ付け状態を判定する 〈実施例〉 以下、本発明にかかるハンダ付け状態検査装置の一実施
例を図面を参照して説明する。第１図はハンダ付け状態
検査装置の簡略構成図、第２図はハンダ付け状態が正常
である部品例を示すハンダ付け部を側方から見た図、第
３図、第４図は第２図で示す部品例のポジ画像、ネガ画
像を夫々示す図、第５図はハンダ付け状態が異常である
第２図の部品例を示すハンダ付け部を側方から見た図、
第６図、第７図は第５図で示す部品例のポジ画像、ネガ
画像を夫々示す図、第８図はハンダ付け状態が異常であ
る他の部品例を示すハンダ付け部を側方から見た図、第
９図、第１０図は第８図に示す部品例のポジ画像、ネガ
画像を夫々示す図、第１１図、第１２図はハンダ付け状
態が異常である他の部品例のポジ画像、ネガ画像を夫々
示す図である。

図外のＸＹ子テーブル載置されたプリント基板５０の上
方位置には、プリント基板５０に実装された電子部品５
１のハンダ付け部ａを撮影する撮像部たる撮像カメラ１
０が配置されている。

この撮像カメラ１０は例えば白黒用のＣＣＤカメラ等か
らなり、ハンダ付け部ａに関する画像データを所定のタ
イミングで後述する判定部４０に出力するような構成と
なっている。このハンダ付け部ａの撮影にあたって必要
な照明は、ポジ画像用照明部２０又はネガ画像用照明部
３０によって行われるようになっている。

ポジ画像用照明部２０は撮像カメラ１０の先端部に配置
されたリング状の蛍光灯であって、略均−な単色光をプ
リント基板５０のハンダ付け部ａに対して略垂直に照射
するような構成となっている。つまりポジ画像用照明部
２０とプリント基板５０のハンダ付け部ａとは比較的距
離があることから、ハンダ付け部ａには直進光が照射さ
れることになる。

このポジ画像用照明部２０の照明により、ハンダ付け部
ａのポジ画像が得られるようになっている（この原理に
ついては後述する）。

一方、ネガ画像用照明部３０は、プリント基板５０の部
品実装面近傍に配置されたリング状の蛍光灯であって、
ハンダ付け部ａに対して低い角度で照射するような構成
となっている。即ち、ネガ画像用照明部３Ｄとハンダ付
け部ａとは比較的近距離であることから、ハンダ付け部
ａには散乱光が照射されることになる。このネガ画像用
照明部３０の照明によって、ハンダ付け部ａのネガ画像
が得られるようになっている（この原理については後述
する）。

撮像カメラ１０の出力段に接続された判定部４０は、マ
イクロコンピュータを主構成とする回路であって、ポジ
画像用照明部２０とネガ画像用照明部３０とを交互に動
作させるべく制御する機能の他に、撮像カメラ１０にて
生成された画像データに基づいてハンダ付け部ａのハン
ダ付け状態を判定する機能を有している。更に詳しく説
明すると、撮像カメラ１０からの画像データは、Ａ／Ｄ
変換部４１を介して画像メモリ４２に一旦格納されるよ
うになっている。即ち、画像メモリ４２には、ハンダ付
け部ａのネガ画像とポジ画像に関する画像データが取り
込まれるようになっており、格納された画像データは、
中央演算処理部４３によって所定のタイミングで読み取
られるようになっている。この中央演算処理部４３は、
読み出された画像データをもとにハンダ付け部ａのネガ
画像、ポジ画像の中でも明るい領域（高明度領域）と暗
い領域（低明度領域）との面積比、即ち、明暗領域面積
比を夫々算出するようになっている。また、中央演算処
理部４３に内蔵のメモリには、マスター基板におけるハ
ンダ付け部ａのネガ画像、ポジ画像の明暗領域面積比、
即ち、標準明暗領域面積比がデータとして予め格納され
ている。そして、算出された明暗領域面積比と標準明暗
領域面積比とを比較し、この比較結果に基づいてハンダ
付け部ａのハンダ付け状態の良否を判定するようになっ
ている（詳しいことについては後述する）。なお、中央
演算処理部４３は、照明制御部４４を通じてポジ画像用
照明部２０とネガ画像用照明部３０とを制御する他、プ
リント基板５０を載置する図外のＸＹ子テーブルも制御
するようになっている。

次に、ポジ画像用照明部２０の照明によってハンダ付け
部ａのポジ画像が、一方のネガ画像用照明部３０の照明
によってネガ画像が夫々得られることの原理について説
明する。

第２図は、角型チップ部品である電子部品５１の両側に
形成された電極５１１とプリント基板５０に形成された
ランド５２とが、適正な量のハンダｂによって接合され
ているハンダ付け部ａの様子を示している。

即ち、ポジ画像用照明部２０からの直進光は、ランド５
２、電極５１１、ハンダｂ等のハンダ付け部ａに照射さ
れる。そして、プリント基板５０に対して平行なうンド
５２や電極５１１等によって反射された光は、略１００
％、撮像カメラ１０の方向に向かうことになるが、プリ
ント基板５０に対して所定の傾きを有するハンダｂによ
って反射された光は、散乱される結果、その一部のみが
撮像カメラ１０の方向に向かうことになる。それ故、第
３図にて示されるようなポジ画像が得られる。

また、ネガ画像用照明部３０からの散乱光も同様にラン
ド５２、電極５１１、ハンダｂ等のハンダ付け部ａに照
射される。そして、プリント基板５０に対して平行なう
ンド５２や電極５１１等によって反射された光は、散乱
状態が反射前後において変化しないので、その一部のみ
しか撮像カメラ１０の方向に向かうことにはならないが
、プリント基板５０に対して所定の傾きを有するハンダ
ｂによって反射された光は、散乱状態が反射前後におい
て変化するので、上記に比べれば、表かに多く撮像カメ
ラ１０の方向に向かうことになる。それ故、第４図にて
示されるようなネガ画像が得られることになる。

但し、第３図及び第４図にて示されている画像図の中で
もハツチング部分は低明度領域、それ以外の部分は高明
度領域を夫々表しており、第６図、第７図、第９図〜第
１２図についても同様である。

次に、上記のように構成されたハンダ付け状態検査装置
の動作説明を行う。

まず、中央演算処理部４３から照明制御部４４を通じて
ポジ画像用照明部２０をオン状態、ネガ画像用照明部３
０をオフ状態にして、ハンダ付け部ａのポジ画像に関す
る画像データを撮像カメラ１０．　Ａ／Ｄ変換部４１を
順次的に介して画像メモリ４２の所定アドレスに格納す
る。その後、中央演算処理部４３によって、画像データ
を読み出し、読み出した画像データをもとにポジ画像の
低明度領域の面積ＡＩＬと高明度領域の面積ＡＩＨとを
夫々算出する。と同時に、明暗領域面積比Ａ＋ｔ／ＡＩ
Ｎを算出する。

（但し、検査すべきハンダ付け部ａの画像領域が大きい
場合には、ポジ画像を必要に応じて複数に画像分割し、
ウィンドウ毎に低明度領域の面積ＡＩＬと高明度領域の
面積Ａｌｌとを算出するようにすれば良い。この事情は
、次に述べるネガ画像についても全く同様である）。

次に、中央演算処理部４３から照明制御部４４を通じて
ネガ画像用照明部３０をオン状態、ポジ画像用照明部２
０をオフ状態にして、同様に、ハンダ付け部ａのネガ画
像に関する画像データを画像メモリ４２の所定アドレス
に格納する。その後、中央演算処理部４３において、画
像データを読み出し、読み出した画像データをもとにネ
ガ画像の低明度領域の面積Ａ！Ｌと高明度領域の面積Ａ
２Ｈとを夫々算出する。と同時に明暗領域面積比Ａ　ｚ
　ｏ　／　Ａ　Ｚ　Ｌを算出する。

ところで、マスター基板におけるハンダ付け部ａのポジ
画像に関する標準明暗領域面積比ａｌｌ／ａｌＮ、ネガ
画像に関する標準明暗領域面積比ａ、Ｈ／ａｚＬは、と
もに中央演算処理部４３のメモリに予め格納されている
訳であるが、このデータはマスター基板のハンダ付け部
ａを撮像カメラ１０によって撮影し、上記した方法と全
く同様に中央演算処理部４３にて算出し、この算出結果
をメモリに格納するようにしている。なお、標準明暗領
域面積比ａ　ＩＬ／　ａ　ＩＨ及び標準明暗領域面積比
ａ　ｔＪ　ａ　ＫＬのデータは、マスター基板の検査す
べき全てのハンダ付け部ａについて用意されている。

次に、このように算出された明暗領域面積比Ａｌ　ｔ、
／　Ａ　Ｉ　Ｈ１明暗領域面積比Ａ　ｔＨ／　Ａ　ＫＬ
に基づいてプリント基板５０のハンダ付け部ａのハンダ
付け状態の良否を次式を用いて判定する。

（ａ　＋ｔ／　ａ　ＩＮ）　　　Ｓ　ＩＬ≦（ＡＩＬ／
ＡＩＨ）≦（ａｔｔ／ａ１Ｍ）＋５Ｉ１４・・・■ （ａ　ｚｓ／　ａ　ＫＬ）　　　Ｓ　ｚＬ≦（Ａ　２Ｎ
／　Ａ　ＺＬ　）≦（ａｔＨ／　ａ　ｚｔ）　＋　Ｓ　
ｚＭ・・・■但し、Ｓ　ＩＬ％　Ｓ　ＺＬは下方許容値
、ＳＩＨ％ＳＩＬは上方許容値であって、上式とともに
中央演算処理部４３のメモリに予め格納されている。

即ち、算出された明暗領域面積比Ａ　Ｉ　Ｌ／　Ａ　Ｉ
Ｈ１明暗領域面積比Ａ　ｔＭ／　Ａ　ＺＬが夫々式■、
■を満足するならば、ハンダ付け部ａのハンダ付け状態
は正常であると判定する一方、満足しなければ異常であ
ると判定するのである。

このハンダ付け部ａのハンダ付け状態の良否が判定され
ると、中央演算処理部４３を通じて図外のＸＹ子テーブ
ル移動させ、次に検査すべきハンダ付け部ａの検査を同
様の方法でもって行い、これを繰り返して、プリント基
板５０に実装された全ての電子部品５１についてのハン
ダ付け状態を検査する。

次に、ハンダ付け状態検査装置によってハンダ付け部ａ
のハンダ付け状態の良否が検査できる原理について説明
する。

第５図においては、ハンダｂが全くないか或いは極端に
少ない場合の電子部品５１を示しており、第６図、第７
図に夫々示すポジ画像、ネガ画像における低明度領域の
面積、高明度領域の面積は第３図、第４図に示す場合と
比較すると、何れもかなり変わっている。かかる場合に
は、算出される明暗領域面積比Ａ　Ｉ　Ｌ／　Ａ　Ｉｏ
、明暗領域面積比Ａ２Ｈ／　Ａ　ｔ　Ｌは、式■、■を
夫々満足しないことになり、結果としてハンダ付け状態
が異常であると判定されることになる。言い換えると、
算出された明暗領域面積比ＡＩＬ／Ａｌ）ｌ、明暗領域
面積比ＡｚＨ／ＡよＬと標準明暗領域面積比ａｌｔ／ａ
１Ｍ、標準明暗領域面積比ａ　２Ｎ／　ａ　２Ｌとが夫
々間等であれば、問題なくハンダ付け部ａのハンダ付け
状態は正常とすることができ、式■、■は、両者がどの
程度相違しても、ハンダ付け部ａのハンダ付け状態が実
際上正常であると判定しても構わないことを与える判定
不等式となっている。

第８図においては、電子部品５１の電極５１１がリード
形であるために、ハンダｂが平面状になり易い例を示し
ている。図中右側に相当する電極５１１にはハンダが全
くないので、第９図に示すポジ画像、第１０図に示すネ
ガ画像にはハンダの画像が全く出ておらず、この部分に
ウィンドウが設定されると、ハンダ付け状態は異常であ
ると判定されることになる。一方、図中、左側に相当す
る電極５１１のハンダｂは、適正な量で、ランド５２と
の接合を完全に行っているものの、ハンダｂが平面状と
なっているため、ポジ画像の中でもハンダｂに対応する
一部分は高明度領域となっている。しかしながら、ネガ
画像の中でもハンダｂに対応する部分は、ポジ画像とネ
ガ画像との光感度の相違等から、高明度領域となってお
り、ハンダｂを確実に捉えている。従って、このような
ハンダｂが平面状になり易い部分のハンダ付け状態を判
定するにあたっては、式■、■において、ポジ画像より
もネガ画像を重視するような５ｉＨｓ　５ｔｔｓ　５１
１４％　５ＩＬＯ値を設定するようにすると、精度の高
い検査を行うことができる。

第１１図及び第１２図においては、合計４本のリード形
の電極５１１を有する電子部品５１を例に掲げており、
第１１図はポジ画像、第１２図はネガ画像を夫々示して
いる。電極５１１の中でも図中右側に相当する隣合う電
極５１１の間には、ハンダｂが存在しており、所謂ハン
ダブリッジを形成している。かかる場合であっても、隣
合う電極５１１の間にウィンドウを別に設けて、ハンダ
の有無を検出するようにすれば、ハンダブリッジの存在
をも検査できることになる。

従って、本実施例によるハンダ付け状態検査装置は、蛍
光灯等の一般光を使用する構成でありながら、ハンダ付
け部ａのポジ画像、ネガ画像の双方が与える画像情報に
基づいてハンダ付け部ａのハンダ付け状態の良否が判定
されるようになっているので、検査の信頼性が非常に高
く、しかも形状の異なった各種の電子部品にも対応する
ことができる。また、レーザー光用の光学装置等を使用
しなくて良いことから、装置自体の価格を極めて安くす
ることができる。更に、ハンダ付け部ａの画像領域を大
きく採ることができるので、プリント基板５０の全ての
ハンダ付け部ａの検査を行うのに要する時間を短縮する
こともできる。

なお、本発明にかかるハンダ付け状態検査装置は、ポジ
画像用照明部、ネガ画像用照明部に関してはどのような
構成を採っても良く、撮像部や基板に対する配置関係、
個数についても限定されない。また、撮像部に関しては
カラー用のカメラでもよく、この場合には色情報も加え
られることから検査の精度アップを図ることができる。

〈発明の効果〉 以上、本発明にかかるハンダ付け状態検査装置による場
合には、基板上に実装された電子部品のハンダ付け部に
おけるポジ画像とネガ画像との双方が与える画像情報に
基づいてハンダ付け部のハンダ付け状態の良否が判定さ
れ得るような構成となっているので、信頼性の高い検査
を行うことができる。しかもレーザー光用の高価な光学
装置を使用しな（でも良いことから、装置自体の価格を
極めて安（することができる。それ故、実装プリント基
板の組立ラインの全自動化を推進する上で非常に大きな
意義がある。

【図面の簡単な説明】

第１図から第１２図にかけては本発明にかかるハンダ付
け状態検査装置の一実施例を説明するための図であって
、第１図はハンダ付け状態検査装置の簡略構成図、第２
図はハンダ付け・状態が正常である部品例を示すハンダ
付け部を側方から見た図、第３図、第４図は第２図で示
す部品例のポジ画像、ネガ画像を夫々示す図、第５図は
ハンダ付け状態が異常である第２図の部品例を示すハン
ダ付け部を側方から見た図、第６図、第７図は第５図で
示す部品例のポジ画像、ネガ画像を夫々示す図、第８図
はハンダ付け状態が異常である他の部品例を示すハンダ
付け部を側方から見た図、第９図、第１０図は第８図に
示す部品例のポジ画像、ネガ画像を夫々示す図、第１１
図、第１２図はハンダ付け状態が異常である他の部品例
のポジ画像、ネガ画像を夫々示す図である。 第２図 第５図 １０・ ２０・ ３０・ ４０・ ５０・ ５１・ 撮像カメラ ポジ画像用照明部 ネガ画像用照明部 判定部 プリント基板 電子部品 ハンダ付け部 第３図 第６図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）電子部品が実装された基板上のハンダ付け部を撮
   影する撮像部と、前記ハンダ付け部に対して直進光を照
   射するポジ画像用照明部と、前記ハンダ付け部に対して
   散乱光を照射するネガ画像用照明部と、前記ポジ画像用
   照明部と前記ネガ画像用照明部とを交互に動作させるべ
   く制御するとともに、前記撮像部により得られた画像デ
   ータに基づいて前記ハンダ付け部のポジ画像、ネガ画像
   における各明暗領域面積比を夫々算出し、当該算出結果
   と予めデータとして用意されたマスター基板の標準明暗
   領域面積比とを夫々比較し、当該比較結果に基づいて前
   記ハンダ付け部のハンダ付け状態を判定する判定部とを
   具備していることを特徴とするハンダ付け状態検査装置
   。