JPH02206709A - 半田フィレット検査装置 - 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】 〔概要〕 プリント基板上の半田付部のフィレット形状の良否判定
を行う半田フィレット検査装置に関し。

半田付部のブイレット形状の検査を完全に自動化して高
品質かつ高能率の検査を可能にすることを目的とし。

プリント基板を介して部品リードの半田付部を間接照明
し半田付部の正面フィレット像を生成する第１の光学手
段と、半田付部を横方向から透過照明し半田付部の側面
フィレット像を生成する第２の光学手段と、上記正面フ
ィレット像および側面フィレット像を逼像し画像信号に
変換する撮像装置と９画像処理装置と、プリント基板の
位置決め装置とをそなえ０画像処理装置は、正面フィレ
ント像の画像信号から半田付部の位置ずれを検出して位
置決め制御装置に位置補正を行わせるとともに、側面フ
ィレント像の画像信号がらフィレット形状の変形度を求
め、良否判定を行うよう構成した。

〔産業上の利用分野〕

本発明は、コンピュータを代表とする情報機器や、各種
家電製品等に使用されているプリント基板上の部品リー
ドの半田付部のフィレット形状の良否判定を行う半田フ
ィレット検査装置に関するものである。

プリント板上に接合された部品の半田付部の外観検査は
、プリント板の急激な高密度化に伴って。

検査精度及び検査速度の両面から自動化が切望されてお
り、従来の作業者の目視による曖昧な官能検査を、検査
装置による高速・高精度な自動検査に置き換える必要が
ある０本発明は、このための有用な検査装置を提供する
。

〔従来の技術と発明が解決しようとする課題〕第９図は
、プリント基板に半田付接合された部品の半田付部の断
面図で示したもので、１はプリント基板、２は部品、３
はリード、４は半田付部である。

部品２のリード３は、プリント基板１の孔を貫通して裏
側で半田付部４によりプリント基板１に接合される。半
田付部４は、その断面が斜線を施して示されており、正
常な半田付けがなされた場合、そのフィレット形状（肉
付きの形）は１図示されているような適度な傾斜角をも
ったきれいな円錐形をなしている。

これに対して不適切な半田付けが行われた場合の半田付
部のフィレット形状の例を、第１０図（ａ）。

山１．　＋ｃ＋に示す、　（ａｌ、　ｔｂｌ、　（ｃｌ
それぞれにおいて、実線図形は不適切な半田フィレット
形状の断面像。

点線図形は適切な半田フィレット形状の断面像を示して
いる。このうちｆａｔは半田不足の例であり。

接合強度が低く接続不良の原因となりやすい、また山）
は半田過剰の例であり、他の配線部分とブリッジして絶
縁不良の原因となりやすい、そして（Ｃ１は半田の欠け
や濡れ不良が生じた例であり、（ａ）と同様に接続不良
となりやすい。

従来はこれらの半田付部の不良を、フィレット形状の目
視検査によって発見していたの゛で１次のような問題が
あった。

１１１検査ミスの発生 検査員の疲労や単調感から、不良箇所の見逃しや見間違
いが発生しやすい。

（２）検査基準のばらつき 検査基準は検査員ごとに個人差があり、また同一検査員
でも時間により一定しないため、高い信転性が得られな
い。

（３）検査速度 検査箇所が多く人間では高速検査が困難である。

（４）検査精度 人間の検査分解能は比較的低く、検査精度を上げること
ができない。

このため本発明は、半田付部のフィレット形状の検査を
完全に自動化して高品質かつ高能率の検の検査を完全に
自動化して高品質かつ高能率の検査を可能にすることを
目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

本発明は、半田付部を真上から見た正面シルエツト像と
横方向から見た側面シルエツト像とをそれぞれ検出する
手段をそなえ、まず正面シルエツト像を検出して位置決
めを行い２次に側面シルエツト像を検出してフィレット
形状の良否判定を行う検査装置を実現し前述した課題の
解決を図るものである。

第１図は９本発明による半田フィレット検査装置の原理
的構成図である。

第１図において。

■は、プリント基板である。

２は１部品である。

３は３部品のリードである。

４は、半田付部である。

５−１は、正面フィレット像を得るための光源である。

５−２は、集光レンズである。

５−３は、中央部が不透明で周辺が透明なマスクである
。

５−４は、投影レンズである。

６−１は、側面フィレット像を得るためのファイバー照
明器である。

６−２は９反射ミラーである。

６−３は、光拡散板である。

６−４は２反射ミラーである。

７は、フィレット像を画像信号として入力するためのビ
デオカメラなどの撮像装置である。

８は、半田付部４の位置検出、フィレット像の変形度検
出を行う画像処理装置である。

９は、プリント基板１上の各半田付部４を検査位置にセ
ットする移動制御を行う三次元の位置決め装置である。

なお、５−１ないし７の各要素は一体に構成されている
。

また６−１ないし６−４の要素の組を同一円周上に等間
隔で複数配置しくたとえば３組）、複数方向からのフィ
レット像を得るようにすることができる。

〔作用〕

第１図において、まず検査装置をプリント基板１上の１
つの半田付部４の真上に位置決めする制御を実行するた
め、光源５−１を点灯する。

光源５−１から放射された光は、集光レンズ５−２．マ
スク５−３．投影レンズ５−４をそれぞれ経てプリント
基板１上を照射する。この場合。

マスク５−３の中央の不透明部の作用により、半田付部
４は真上から直接には照射されず、第２図に示すように
半田付部４の周辺領域からプリント基板中に透過した光
が再放射される形で半田付部４を背面から間接照明する
。このようにしてプリント基板１から放射された光は半
田付部４の正面シルエツト像をつくり、撮像装置７はこ
れを撮像して画像信号を画像装置８へ送出する。

画像処理装置は１画像信号から半田付部４の正面フィレ
ット像を識別し、第３図に示すように。

このフィレット像が視野内の位置合せ基準に正確に来る
ように位置決め装置９を制御する。

次に光源５−１を消灯し、ファイバー照明器６−１を動
作させる。ファイバー照明器６−１から放射された光は
１反射ミラー６−２で反射され。

さらに光拡散板６−３で拡散されて、半田付部４を側面
から照明する。半田付部４の外側を透過した光は１反射
ミラー６−４で撮像装置７へ反射され、ｔｉ像装置７に
より側面から見たフィレット像が撮像されて画像処理装
置８に入力される。

この側面から見たフィレット像は、第１０図に例示され
るように半田付部４の半田付は状態によって様々なパタ
ーンを呈する。画像処理装置８はこのような入力された
側面シルエツト像のパターンを第４図に示すような基準
のシルエツト像のパターンと比較して変形度を評価し、
半田付部４の良否を判定する。

半田付部４の側面のフィレット像を複数の方向から検出
した場合には、それぞれのフィレット像のパターンにつ
いて変形度を評価し、総合して半田付部の良否を判定す
る。

〔実施例〕

第５図は１本発明の１実施例による半田フィレット検査
装置の全体構成図である。

第５図において。

１０は、ｘｙｚテーブルである。

１１は、プリント基板である。

Ｉ２は、検査対象の半田付部である。

１３は、半田付部１２を真上から見た正面フィレット像
を採取するために、半田付部１２をプリント基板１１か
ら間接照明する第１の光学系である。

１４は、半田付部１２を横方向から見た側面フィレット
像を採取するために半田付部１２を透過照明する第２の
光学系であり、３方向からの側面フィレット像をそれぞ
れ得るための３本のファイバー照明器、と、対応する反
射ミラー、光拡散板を含む（細部構成は第６図により後
述）。

１５は、ビデオカメラである。

１６は９画像処理部であり、Ａ／Ｄ変換器１６ａ１画像
メモリ１６ｂ、処理部１６ｃ、ＲＡＭ１６ｄによって構
成されている。

１７は、システム制御部である。

１８は、ｘｙｚテーブル１０の三次元移動制御を行うテ
ーブル制御部である。

第６図は、第５図中の第２の光学系１４の細部構成図で
あり、３つの独立した光学系を円周上に等間隔に配置す
ることによって、３方向から見た半田付部の側面フィレ
ット像を取得できるようにしたものである。

これら３つの光学系の要素はそれぞれａ、　　ｂＣの添
字を付した参照番号によつて識別可能にされており、ま
た実現される各透過照明は矢線ＡＢ、Ｃで表わされてい
る。ここで１４−１８ないし１４−ＩＣはファイバー照
明器、１４−２ａないし１４−２ｃはそれぞれファイバ
ー照明器１４−１ａないし１４−ＩＣから入射した光を
半田付部１２の側面に向ける反射ミラー、１４３ａない
し１４−３ｃはそれぞれ反射ミラー１４−２ａないし１
４−２ｅで反射された光を拡散光に変換する光拡散板、
１４−４ａないし１４−４Ｃはそれぞれ光拡散板１４−
３ａないし１４−３ｃからの拡散光が半田付部１２を透
過照明して反対側に透過した光をビデオカメラ１５の方
向に反射する反射ミラー、１４−５８ないし１４−５ｃ
はそれぞれ３つの方向について得られる側面フィレット
像を示している。

次に、第５図の画像処理部１６の機能について説明する
。

ビデオカメラ１５から出力される正面フィレット像ある
いは各側面フィレット像の画像信号はアナログ形式の信
号であり、Ａ／Ｄ変換器１６ａで多値デジタル信号に変
換されて画像メモリ１６ｂに格納される。

処理部１６Ｃは１画像メモリ１６ｂの多値デジタル信号
を２値化してＲＡＭ１６ｄに格納する。

２値化のためには、まず多値デジタル信号の値（濃度値
）を画素単位に識別して濃度ヒストグラムを作成し、フ
ィレット像領域と周辺領域とを切分ける最適のスライス
レベルを決定して２次にこのスライスレベルと多値デジ
タル信号とを比較して２値化処理を行う。

第７図は濃度ヒストグラムを用いる多値デジタル信号の
２値化方法の例を示したものであり９図中の（ａｌは間
接照明により撮像した正面フィレット像の多値デジタル
信号の濃度ヒストグラム、山）は透過照明により撮像し
た側面フィレット像の多値デジタル信号の濃度ヒストグ
ラムである。それぞれ横軸が輝度レベル、縦軸が画素数
を表わし、斜線領域はフィレット像（シルエット）部分
の画素。

斜線なしの領域は視野内の残り部分の画素の各群が対応
している゛、またＴＩ、Ｔ２は決定されたスライスレベ
ルを示している。

図（ａｌに示す間接照明の場合はプリント基板中から再
放射された光のレベルは、　（ｂｌに示す透過照明の場
合の光拡散板から放射される光にくらべて低くなる。

図１ａｌの濃度ヒストグラムの場合、半田付部の面詰は
既知であるため、濃度ヒストグラム内の画素数を暗い方
のレベルから異算し、半田付部の面積に一致したときの
画素のレベルをスライスレベルＴＩとして決定する。ま
た回出）の濃度ヒストグラムの場合は、２つの山のほぼ
中央にスライスレベルＴ２を設定する。

このような方法でスライスレベルを決定し、２値化を行
うことにより、プリント基板の状態に応じた最適の２値
化が可能となる。

画像処理部１６は、２値化した画像データを対象に、さ
らに位置合せやフィレット像の変形度算出、半田付部の
良否判定を行う。

第８図の検査処理のフローにしたがって、第５図の実施
例装置の動作を説明する。

■　ＸＹＺテーブル１０に、プリント基板１１を半田付
面が上になるように保持させ、システム制御部１７は、
テーブル制御部１８に指示して。

１つの検査対象の半田付部１２にビデオカメラ１５と第
１の光学系１３の光軸が一致するようにＸＹＺテーブル
１０を移動させる。

■　第１の光学系１３の光源を点灯し２間接照明をＯＮ
にする。このとき第２の光学系による透過照明はＯＦＦ
である。

■　半田付部１２の正面シルエツト像がビデオカメラ１
５により邊像され、その画像信号は、システム制御部１
７からの画像取り込み信号（図示せず）により、Ｎ像処
理部１６に取り込まれる。この画像信号は、前述したよ
う゛にＡ／Ｄ変換器１６ａでＡ／Ｄ変換され１画像メモ
リ１６ｂに格納される。

■　画像メモリ１６ｂに格納されている多値デジタル信
号形式の画像データは例えば濃度が８ビツトで表わされ
、処理部１６Ｃはこれから各濃度レベルごとに画素数を
カウントして第７図（ａｌに示されるような濃度ヒスト
グラムを作成する。

これから前述したようにスライスレベルＴ１を決定して
画像データを２値化し、さらに２値化画像データのうち
１”の画素の群の重心位置を求め、第３図に示す位置合
せ基準との差分を求める。

この差分は、システム制御部１７を介してテーブル制御
部１Ｂに送られ１位置の補正が行われる。またこの後、
第２の光学系１４をプリント基板面まで降下させる。

■　第６図に示されている第２の光学系１４について透
過照明Ａを選択する。

■　選択した透過照明に対応するファイバー照明器（第
６図の１４−１ａないし１４−１ｃの１つ）を点灯し、
ＯＮにする。このとき第１の光学系１３による間接照明
はＯＦＦにする。

■　透過照明に基づく側面フィレット像をビデオカメラ
１５により措像し、システム制御部１７からの画像取り
込み信号により１画像処理部Ｉ６の画像メモリ１６ｂに
画像データを取り込む。

■　画像処理部１６の処理部１６ｃは９画像データから
第７回出）に示す濃度ヒストグラムを作成し、スライス
レベルＴ２を求めて画像データを２値化する。

次に側面フィレット像の輪郭線を求めて３曲線の傾きや
複雑度等の変形度を定量化する。この場合一般のパター
ン認識分野で慣用されている技術が利用される。

■　撮像方向と変形度のデータをＲＡＭｌ６ｄに格納す
る。

■　直前に選択した透過照明がＡ、Ｂ、Ｃのどれである
かにより１次のステップをΦ′、Φ′［Ｆ］の１つに切
分ける。

Φ′透過照明Ｂを選択し、■に戻る。

■＃透過照明Ｃを選択し、■に戻る。

０　ので得た各撮像方向からの側面フィレット像の変形
度データを総合評価し、半田不足、半田過剰、欠け、濡
れ不足等の不良を検出する。

■　不良を検出したときそのデータを出力する。

［相］　システム制御部１７には、全ての半田付部につ
いて■からの処理を繰り返すことにより検査を実行し、
全ての検査が終了したとき処理を終る。

〔発明の効果〕 本発明によれば、プリント基板の半田付部のフィレット
形状検査を、はとんど人手を要さずに迅速適確に実施す
ることができ、信頼性の向上とコストの低減とが可能と
なる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の原理的構成図、第２図は第１図の本発
明の構成において正面フィレット像を得るた゛めの間接
照明の説明図、第３図は本発明による位置決め制御の説
明図、第４図は本発明による基準の側面シルエツト像の
説明図、第５図は本発明の１実施例による半田フィレッ
ト検査装置の構成図、第６図は第５図における第２の光
学系の細部構成図、第７図は多値デジタル信号の２値化
方法の説明図、第８図は本発明実施例による検査処理の
フロー図、第９図はプリント基板における半田付部の断
面図、第１０図は不適切な半田付部のフィレット形状の
例を示す説明図である。 第１図中。 １ニブリント基板 ４：半田付部 ５−１：光源 ５−３：マスク ６−１：ファイバー照明器 ６−２．６＝４：反射ミラー ６−３：光拡散板 ７：揚傷装置 ８：画像処理装置 ９：位置決め制御装置

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 プリント基板上の部品リードの半田付部の良否を判定す
   る半田フィレット検査装置において，プリント基板（１
   ）を介して半田付部（４）を間接照明し半田付部（４）
   の正面フィレット像を生成する第１の光学手段（５−１
   〜５−４）と，半田付部（４）を横方面から透過照明し
   半田付部（４）の側面フィレット像を生成する第２の光
   学手段（６−１〜６−４）と， 上記正面フィレット像および側面フィレット像を撮像し
   画像信号に変換する撮像装置（７）と，画像処理装置（
   ８）と， プリント基板の位置決め制御装置（９）とをそなえ， 画像処理装置（８）は，正面フィレット像の画像信号か
   ら半田付部（４）の位置ずれを検出して位置決め制御装
   置（９）に位置補正を行わせるとともに，側面フィレッ
   ト像の画像信号からフィレット形状の変形度を求め，良
   否判定を行うことを特徴とする半田フィレット検査装置
   。