JPH02212747A - 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、部品を実装し、たプリント基板上の十ｍ付け
の実装不良を検査する実装基板検査装置に関するもので
ある。

従来の技術 従来、プリント基板」−に半田付けされた半田部の検査
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連れ、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きている。こ
のような状況の中で、人間による目視検査が困難杏なっ
てきており、検査の自動化が強く望まれてきでいる。

その一方法とし７て特願昭６３−４５２０６号には、二
次元のカメラで輝度データを用い、輝度の累積度数分布
から半田部の良否判定を行うことを提案Ｌ５でいる。

第７図に、半田部に対し斜め上刃より照明ｉ、＋’　Ａ
７場合の半［］１の良品と不良品の累積度数分布に示Ｌ
１横軸に輝度の階級を、縦軸に輝度の累積１ｕ数を表し
ている。良品の半田部は、輝ｊ浪の高い部分が多いだめ
に長部分の累積度数分布７０１のような分布特性を示す
。不良の１″′、■１部（・７ｊ、輝ｉの暗ｌ／′１部
分が多いために不良部分の累積度数分布７０２のような
分布特性を示す。第７シｊに示すように、良品と不良品
の分布特性が異なるり、二めに１．ズ別ができるという
ものである。

発明が解決しようとする課題 し７かし、従来例で示した検査方法では、部品の位置ず
れや半田の量等によって累積度数分布のカーブが異なり
、十分に信頼性のある判定ができない。捷／こ、最適な
照明条イ！１トでないと良否の４゛、？性の差がでにく
いという課題がある。さらに、プリント基板上の位置に
よる照明むらや照明条イ！１を最適化するために微小面
積で分割して撮像（，５なければならないという課題も
ある。

本発明は、部品の位置ずれや半田の量に左右上５　へ−
・ れることなく、第１の目的は輝度信号を任意の閾値で２
値化し、ランド上に設定したマスク内において１とＯの
面積比率により良否判定するものである。

第２の目的は、輝度（２号を得る手段として、レーザ光
を用いてポリゴンミラー吉ｆθレンズでプリント基板を
走査１−１搬送手段で搬送することによりプリント基板
の二次元輝度データを得るように［５，だものである。

才だ第３の目的は、１対の光量検＋１＋手段から得られ
る輝度信号を加算することにより半田付は不良の特徴を
更に明確にとらえ、判定精度の向上を図るものである。

第４の目的は、半ＦＢ　ｓを２個所有する部品について
は、ペアの合算での１とＯの面積比率を演算することに
より良否判定するものである。

課題を解決するｊｖ−めの手段 上記目的を達成するために、本発明の技術的解決手段は
、第１に、プリント基板の法線方向より照明する照明手
段と、前記プリント基板をその法線７１１向、ｔ、０心
（φ像干る撮像１段１と、萌１．“１渭最ｆ“ぐ丁段乃
・６、−２ らの輝度信号を任意の閾値で２値化する２値化手段、■
−、ランドの位置にマスク処理をする予め定めた任意サ
イズのマスクデータを格納するマスク記憶手段と、前記
２値化手段からの２値化伯号と前記マスク記憶手段から
のマスクデータにより、マスク内におけるｌ（！：Ｏの
面積比率を演算し、面積比率から半田付けの良否を判定
処理手段とから構成したものである。

第２は、第１の輝度イハ号を得る別の手段として、プリ
ント基板を搬送する搬送手段と、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
ト基板上を走査す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、的記ｆθレンズとポリゴンミラーを介して反
射させ、更に集光レンズで光検出素子に集光し輝度信号
を出力する光量検出手段とから構成したものである。

第３は、第２の構成において、２つの光量検出手段をレ
ーザ光の走査面に対称な位置に設け、そＩトぞ゛れの光
計検出手段づ・ら得らカイ、がｊＬｌす（１、ｌ、；、
　、５−ぞ７　ベージ れぞれ２値化手段によ！ｌ１２値化した後、両方の２値
化信号を合成手段により合成するか、もしくはそれぞれ
の輝度信号を加算手段により加算した後、２値化手段に
より２値化信号を得る構成にしたものである。

第４は、第１、第２もしくは第３の構成に加え、半田の
良否の判定を行う判定処理手段において、半田付けする
個所が２個所ある部品については、両方のマスク内の１
とＯの面積をそれぞれ加算し、ベアでひとつの面積比率
を演算することによシ半田付けの良否を判定する判定処
理手段とする構成にしたものである。

作　　　　用 本発明は上記構成により、第１にプリント基板の法線方
向より照明されたプリント基板を同じ法線方向より撮像
し、その撮像手段からの輝度信号を２値化し、その２値
化信号からマスク内において１とＯの面積比率を演算し
、面積比率によシ半田付けの良否を判定するものである
。第２に、輝度信号を得る手段として、レーザ光をプリ
ント基板上に照射し、その散乱反射光をポリゴンミラー
とｆθレンズで反射させ、更に集光レンズで光検出素子
に集光し輝度信号を出力するものである。

第３に、２つの光量検出手段をレーザ光の走査面に対称
な位置に設け、それぞれの光量検出手段から得られる輝
度信号を合成手段もしくは加算手段によシ総合して２値
化信号を得ることにより、半田不良の特徴を更に明確に
とらえるものである。

また第４に、両端に半田付けするような部品においては
、判定処理手段においてペアで合わせた半田付は部の２
値化信号の１とＯの面積比により評価することで、位置
ずれのある部品の半田付は部の良否をも総合的に判定す
ることができる。

実施例 以下、第１図を参照しながら本発明の第１の実施例につ
いて説明する。

第１図は、本発明の実装基板検査装置の第１の実施例を
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上に実装された
部品、１０３はプリント基板１０１を照９　ページ 明する照明手段、１０４はプリント基板１０１を撮像す
るＣＣＤカメラ等の撮像手段である。１０６は撮像手段
１０４からの輝度信号１０５を２値化する２値化手段、
１０７はマスク処理するためのマスクを予め格納するマ
スク記憶手段である。１０８は半田付けの良否を判定す
る判定処理手段であり、各構成要素は以下のとおりであ
る。１０９はマスク内の全面積を計算する全カウンタ、
１１０は２値化信号のうちマスク内の０の面積を計算す
るＯカウンタ、１１１はマスク内における１と０の面積
比率を計算する割算器、１１２は半田付けの良否を判定
するための閾値を格納する閾値記憶手段、１１３は割算
器１１１の結果と閾値記憶手段１１２からの閾値とを比
較する比較器、１１４は２値化信号である。

以下その動作を説明する。

部品１０２が実装されているプリント基板１０１を、リ
ング照明などの照明手段１０３でプリント基板］０１の
法線方向より照明し、ＣＣＤカメラ等の撮像手段で同じ
くプリント基板１０１の法線方向より撮像し、輝度信号
】０５を得る。輝度信号１０５を、２１０　ベージ 値化手段１０６で任意の閾値で比較し２値化信号１１４
を出力する。判定処理手段１０８では、プリント基板１
０１上に設けてある半田付は用のランドの位置にマスク
処理をするために予め定めた任意サイズのマスクデータ
をマスク記憶手段１０７より入力し、そのマスクデータ
と２値化手段１０６からの２値化信号１１４を用いて、
マスク内における１と０の面積比率を演算し、その面積
比率から半田付けの良否を判定する。即ち、マスク記憶
手段１０７からのマスクデータに従い、マスク内の２値
化信号のみを全カウンタ１０９で全数カウントし、また
０カウンタ１１０ではマスク内の２値化信号のうち０の
信号の時のみカウントしている。割算器１１１では全カ
ウンタ１０９の出力と０カウンタ１１０の出力の比率を
計算し、比較器１］３では割算器１１１からの面積比率
値と半田部の良否判定用閾値を格納しである閾値記憶手
段１１２からの値とを比較し、半田付は部の良否を判定
するものである。

この半田付は部の良否判定方法について第２図及び第３
図を用いて更に詳しく説明する。

１１　ベー− 第２図（，１）、（１））はプリント基板２０１上に部
品２０２を半Ｌｌけし／こ側面及び平面の様子を示し５
ている。プリント基板２０１上に、リング照明などの尤
による照明手段により照射された照射光２０３（■、（
■、　■）は、部品２０２−１−や半田面からの反射光
２０．１となってプリント基板２０１の法線ｊ）向（同
図では一ヒカ向）に設置し７であるＣＣＤカメラの光電
変換素子に集光さハ、輝度信号に変換される。

特に半田部２（）５や電極部２０６は、鏡面を形成し７
ており正反射する特徴がある。第２図（ａ）において、
照射′Ｎ′、２０３（■、■、　■）がそ、ｆｌぞれラ
ンド２０７上、電極部２０６上、および半田フィレット
２０５上に照射され、それぞれの反射光２０４（■′。

■′、　■′）が反射される。この時、平面である電極
部２０６や一テンド２０７の一部では、反射光２０４の
■笈び■籐：尤電変換素子側に反射され輝度レベルとし
て高い輝度信号に変換される。平面でない半田フイシン
）２０５上に照射された照射光２０３■は、半［１リイ
レノ）　２（１５で正反射され反射光２０４の■′とし
て光電変換素子側には戻ってこない特徴が（Ｆ’する。

これを輝度信号として見ると、第２図（Ｉ））のように
平面である電極部２０６やランド２０７の−１１；は明
るく明部２０８となり、半田フイシンｂ　２０５のよう
にｍ度のついだ部分は暗く暗部２０９となる５、このよ
うな落射照明１ミでの半［１１付は部１Ｍ辺の輝度信号
の特徴に対し、第２図（１））で示１ｙ　７Ａ−様ｆ、
）　−７スクＡ２１０　（破線表示）をランド２０７十
任意サイズで設定する。このマスクＡ２１０内で、任意
の輝度レベルで輝度信号を２値化して生成さｆ′Ｖる：
２　（ｉｊｉ化信号の１（明部２０９）と０（暗部２１
０）を比較して、半田付は部の良否を判定するものであ
る。

例えば第３図に示すように、２値化化号の０（暗部）の
マスク内全体に対する面積比で＃！田例は部の良否を判
定する場合、閾値Ａ　３０１より暗部の面積比が大きい
か小さいかで大別できる。即ち、半田なしくａ）　３０
２や半田不足（＋＋）　３０３の場合＋（ｊ、゛１′−
田フィレノトの形成が少ないグこめ、マスク内の暗部の
面積比は小さくなる。まＩＬ良品（Ｃ）　３０４に対し
異常に暗部の面積比が大きくなり過きるような１３　、 半田過多（ｄ）　３０５の場合をも判定する時は、閾値
Ｂ５０６を設けることにより良品と区別する事ができる
。

以上の様に本実施例においては、半田付は部の光の反射
の特徴を的確（Ｃとらえる照明手段、撮像手段、マスク
及び半田付は部の輝度信号を２値化し、その面積比から
生田付部の良否を判定する２値化及び判定処理手段によ
り、微妙な照明条件の設定の必要もなく、また半田付け
されるランド上に一アスクを設定り５、その−７スク内
の２値化信号の相対的な面積比を比較しているため、半
田の量や形状・部品の大きさ等（パＣ左右されることが
ないため、非常に信頼性のある判定を行うことができる
。

次に、第・１図を用いて本発明の第２の実施例について
説明する。

第４図は、本発明の実装基板検査装置の第２の実施例を
示すブロック図である。本実施例では、第１の実施例に
おいで輝度信号を得るだめの照明手段及び撮像手段のか
わりにレーザ光をＩｌｆ］いた別の干３段を用いており
、第１の実施例と同様の輝度１・１　、 信号が得られるものである。

第４図において、４０１はプリント基板、＝１．０２け
プリント基板４０上に実装されている部品、７１０３は
プリント基板４０１を移動させる搬送手段、４０４はそ
の移動方向を示す矢印である。レーザ光走査手段として
、４０５はレーザ光（原、４０６はレーｆ光源４０５か
らのレーザ光、４０７はポリゴンミラ＝４０８はレーザ
光４０６をポリゴンミラー４０７に導くだめの鏡、４０
９はｆθレンズである。また光量検出手段として、４１
０は集光レンズ、４１］け光検出素子である。なお、１
０５は光検出素子４１１からの輝度信号、１０６は２値
化手段、１０７はマスク記憶手段、１０８は判定処理手
段であり、これらは本発明の第１の実施例と同一である
ため同一番号を付して詳細な説明は省略する。

以上その動作を説明する。

部品４０２が実装されているプリント基板４月を搬送手
段４０３により矢印４０４の方向に移動させつつ、レー
ザ光源４０５からのけザ源４０６に対して３つの鏡１０
８を用いて、回転しているポリゴンミラ１５６−ン ー４０７に導き、ポリゴンミラー４０７とｆθ　レンズ
４０９によりレーザ光４０６をプリント基板４０１上に
垂直に照射する。これにより、プリント基板４０１上に
レーザ光４０６を２次元的に全面走査することになる。

レーザ光４０６の走査によりプリント基板４０１上から
反射してくる散乱光を、ｆθレンズ４０９とポリゴンミ
ラー４０７を介して、更に集光レンズ４１０全通して光
電変換素子である光検出素子４１］Ｋ集光し、輝度信号
１０５を出力する。

これ以後の動作は第１の実施例と同一であるので簡単に
説明するが、輝度信号１０５を２値化手段１．０６で２
値化し、その２値化信号とマスク記憶手段１０７からの
マスクデータを用いて、判定処理手段１０８ではマスク
内における１と０の面積比率を演算し、その面積比率か
ら半田付けの良否を判定する。

以上の様に本実施例では、レーザ光とポリゴンミラー　
ｆθレンズ、集光レンズ及び光検出素子を用いることに
より第１の実施例とは別手段でプリント基板の同様な輝
度信号を得ることができ、プリント基板に対して垂直に
レーザ光を照射することにより、プリント基板上の位置
による照明むらの悪影響を除去することができる。また
、ポリゴンミラーの回転数、レーザ光のスポット径及び
搬送手段の移動速度を選択することにより、ＣＣＤカメ
ラ等を用いた場合に比べて、非常に簡単にプリント基板
上の輝度信号の分解能を上げることが可能で、より精度
の高い半田付部の検査をすることができる。

以下第５図を参照しながら本発明の第３の実施例につい
て説明する。

第５図は本発明の実装基板検査装置の第３の実施例を示
すブロック図である。第５図において、レーザ光の走査
面に対称な位置に更にひとつずつ、光量検出手段である
集光レンズ５０１及び光検出素子５０２を設け、加算手
段５０４により、これらの２つの光検出素子からの輝度
信号（１ｏ５及び５ｏ３）を加算し、２値化手段１０６
へ出力している以外は、本発明の実装基板検査装置の第
２の実施例に示す１７　ページ 第４図と同一の構成であるため、第４図と同一の番号を
付して説明は省略する。

以下その動作を説明する。

第２の実施例と同様に、部品４０２が実装されたプリン
ト基板４０１を搬送手段４０３によシ移動させつつ、レ
ーザ光４０６をポリゴンミラー４０７に導きｆθ　レン
ズ４０９を通してプリント基板４０１上に垂直に照射す
る。

レーザ光４０６の走査によりプリント基板４旧上から反
射してくる散乱光を、　ｆθレンズ４０９とポリゴンミ
ラー４０７を介して、レーザ光の走査面に対称な位置に
設けた集光レンズ４１０　、５０１及び光検出素子４］
、１　、５０２へ導いている。そして光検出素子４１１
．　、５０２からは輝度信号１０５　、５０３が出力さ
れ、加算手段５０４て両輝度信号は加算され、その後２
値化手段１０６で２値化される。その２値化信号とマス
ク記憶手段１０７からのマスクデータを用いて、判定処
理手段１０８ではマスク内における１とＯの面積比率を
演算し、その面積比率から半田（＝１けの良否を判定す
る。

１８　ページ 以上の動作の中で、光量検出手段を２つ設け、得られる
２つの輝度信号を加算する作用を第６図を用いて説明す
る。

第６図は、プリント基板上に半田付けされた部品の位置
ずれ等の原因によって生じた半田不良の様子を示す。６
０１はプリント基板、６０２はプリント基板６０１に半
田付けされている部品、６０３は部品６０２の電極部、
６０４はランド、６０５は半田付は不良部、６０６はレ
ーザ照射光、６０７は反射光である。第６図（ａ）に示
す様な半田不良状態では、照射光６０６の■及び■はそ
れぞれ反射光６０７の■′及び■′として異なる方向へ
反射する。これを輝度信号として見ると、第６図（ｂ）
のように、片方の光検出素子からの輝度信号では、明る
い部分は明部Ａ６０８と明部Ｂ６０９であシ、暗い部分
は暗部６１］であるのに対し、もう一方の光検出素子か
らの輝度信号では、明るい部分は明部Ａ６０８と明部Ｃ
（破線部内）６１０であり、暗い部分は暗部６１】であ
る。即ち、第６図（ａ）のような半田不良の場合、不良
の特徴として現われる明部の面積が、光検出１９　Ｋ−
。

手段を２つ設け、その両輝度信号を加算することにより
、より大きくとらえることができるのである。

以」−の様に本実施例では、光検出手段をレーザ光の走
査面に対称な位置に設け、加算手段で両光検出手段から
の輝度信号を加算することにより、更に半田不良の特徴
を明確にとらえることができるようになり、半田付は部
の良否の判定精度を向上させることができる。

なお本実施例では、両光検出手段からの輝度信号を加算
手段で加算し、た後２値化手段で２値化しているが、両
輝度信号をまずそれぞれ２値化手段により２値化Ｕ２、
その後置２値化信号を論理ＯＲ。

回路などの合成手段により合成しても、本実施例と同様
の効果を得ることができ、この２値化手段表両輝度伯号
の合成の順序は何ら本発明を限定するものではない。

次に、本発明の実装基板検査装置の第・１の実施例を、
本発明の第１の実施例で用いた第２図（ｂ）を用いて説
明する。同図では部品が半田イ」けされだ位置（４両ラ
ンド２０７のほぼ中央であるが、部品の位置ずれ等によ
って生ずる半田不良は右側あるいは左側だけの明部と暗
部の［ｈ１積比だけては判定が微妙になり、不良として
検出い（（＜　＜　７（、ることかある。

よって、判定処理手段１０８においてマスクＡ２ｏ）と
マスクＢ２１１の両刀の］９］部と暗部をそノ１ぞれ加
算手段（図示せず）により加算し、ベアでひとつの面積
比率を演算して総合的に比較することにより判定精度が
向上でき、位（６ずれ等に対（７ても許容範囲が広く設
定できる。

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、輝度信号
を任意の閾値で２値化し、その２値化信号とマスクデー
タによりマスク内における］と０の面積比率を演算し、
その面積比率から半ａ１イｉけの良否を判定することに
より、位置ずれに左右されることなく、半田の量をも判
定できるようになり、検査の自動化や作業効率向上とい
う多大な効果を得ることができる。

２］　ベージ まだ輝度信号を得る方法上して、レーザ光を用い、ｆθ
　レンズとポリゴンミラーによりプリント基板に対し２
て垂直に照射することにより、プリント基板上の位置に
よる照明むらを考える必要がなくなる。また、光検出手
段をレーザ光の走査面に対称な位置に設け、両光検出手
段から得られる２つの輝度信号を加え合わせることによ
り、半田不良の特徴を更に明確にとらえることができる
よう（でなり、判定精度を向上させることができる。

捷だ半田部が２個所ある場合、ペアで判定することによ
りさらに判定精度を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１の実施例における実装基板検査装
置のブロック結線図、第２図は同装置による半田付は部
長否判定方法の説明図、第３図は同装置による半田の状
態と０の面積比率の関係を示す図、第４図は本発明の第
２の実施例における実装基板検査装置のブロック結線図
、第５図は本発明の第３の実施例における実装基板検査
装置の２２ベ ブロック結線図、第６図は位置ずれ等に起因する半田不
良の状態図、第７図は従来の半ａＥ付は部検査の累積度
数分布の特性図である。 １０１・・プリント基板、１０２・部品、１０３　　照
明手段、１０４・撮像手段、１．０６−・２値化手段、
１０７・・・マスク記憶手段、１０８・・判定処理手段
、４０５・レーザ光源、４０７・・・ポリゴンミラー　
４０９・・　ｆＯレンズ、４１０　・集光レンズ、４１
］・・・光検出素子。 代理人の氏名　弁理士　粟　野　重　孝　ほか１名第 図 第 図 ＨＲの階振

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）　プリント基板上に配置・半田付けされた部品を
   前記プリント基板の法線方向より照明する照明手段と、
   前記プリント基板の法線方向より前記プリント基板を撮
   像する撮像手段と、前記撮像手段からの輝度信号を任意
   の閾値で２値化する２値化手段と、前記プリント基板上
   に設けてある半田付け用のランドの位置にマスク処理を
   する予め定めた任意サイズのマスクデータを格納するマ
   スク記憶手段と、前記２値化手段からの２値化信号と前
   記マスク記憶手段からのマスクデータにより、マスク内
   における１と０の面積比率を演算し、面積比率から半田
   付け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。
2. （２）　輝度信号を得る手段として、プリント基板を搬
   送する搬送手段と、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を走査
   す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、前記
   ｆθレンズとポリゴンミラーを介して反射させ、更に集
   光レンズで光検出素子に集光し輝度信号を出力する光量
   検出手段とからなることを特徴とする請求項１記載の実
   装基板検査装置。
3. （３）　２つの光量検出手段を、レーザ光の走査面に対
   称な位置に設け、それぞれの光量検出手段から得られる
   輝度信号をそれぞれ２値化手段により２値化した後、両
   方の２値化信号を合成手段により合成するか、もしくは
   それぞれの輝度信号を加算手段により加算した後、２値
   化手段により２値化信号を得ることを特徴とする請求項
   ２記載の実装基板検査装置。
4. （４）　半田の良否の判定を行う判定処理手段は、半田
   付けする個所が２個所ある部品については、両方のマス
   ク内の１と０の面積をそれぞれ加算し、ペアでひとつの
   面積比率を演算することにより半田付けの良否を判定す
   る判定処理手段としたことを特徴とする請求項１記載の
   実装基板検査装置。