JPH0363508A - 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、プリント基板上に実装された部品の位置ずれ
等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、プリント基板上に実装された部品の位置ずれ、欠
品や浮き等の不良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つれ、
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
層進んでいる。このような状況の中で１人間が高い検査
精度を保ちつつ非常に細かな部品の実装状態を、しかも
長時間続けることが難しくなってきている。

そこで最近、検査の自動化が掲く望まれている中で、ビ
デオカメラからの濃淡画像から部品の位置ズレ等を検査
する装置が提案されている。

ビデオカメラで部品を撮像して、二次元的な情報を用い
ているために、例えば部品が半田付は不良等の原因で全
体的に浮き上がって実装されていたり、ＩＣの足が部分
的に浮き上がっているような不良な検出はできないとい
うことがあり、三次元的データを測定し部品の位置ずれ
や浮きを検査する方法が提案されている。

たとえば、特願昭６３−２６８４３７号に記載の実装基
板検査装置を例にして説明する。

第７図は、その実装基板検査装置の構成を示すブロック
図である。第７図に釦いて、７０１はプリント基板、７
０２はプリント基板７０１上に実装されている部品、７
０３はプリント基板７０１を移動させる搬送手段、７０
４はその移動方向を示す矢印である。７０５はレーザ光
源、７０６はレーザ光源７０５からのレーザ光、７０７
はポリゴンミラー、７０８はレーザ光をポリゴンミラー
７０７に導くための反射鏡、７０９はｆθレンズ、７１
０は反射ミラーである０７１）は集光レンズ、７１２は
位置検出素子（ＰＳＤ、　Ｐａ５ｉｔｉｏｎＳｅｎｓｉ
ｔｉｖｅ　Ｄｅｔｅｃｔｏｒ　）、７１３は位置検出素
子７１２からの位置信号、７１４はその位置信号７１３
から部品の高さデータに変換演算をする画像演算処理手
段、７１５はプリント基板７０１上の部品７０２の実装
状態の良否を判定する判定処理手段である。

以下にその動作を説明する。

筐ず、部品７０２が実装されているプリント基板７０１
を搬送手段７０３により移動方向７０４の方向に移動さ
せつつ、レーザ光源７０５からのレーザ光７０６を反射
鏡７０８を３個用いて、回転しているポリゴンミラー７
０７に導き、ポリゴンミラー７０７とｆθレンズ７０９
によジレーザ光７０６をプリント基板７０１上に垂直に
照射する０これにより、プリント基板７０１上にレーザ
光７０６を二次元的に全面走査する。

レーザ光７０６の走査によりブリント基板７０１上から
反射してくる散乱光を、検査対象物であるプリント基板
７０１とｆθレンズ７０９との間に設けた反射ミラー７
１０で反射させ、ｆθレンズ７０９とポリゴンミラー７
０７を介して、さらに集光レンズ７１）を通して、位置
検出素子７１２上に集光する。位置検出素子７１２から
の位置信号７１３は、画像演算処理手段７１４に入力さ
れる０ 画像演算処理手段７１４では、同期信号のタイミングで
入力された位置信号７１３をプリント基板７０１＞よび
プリント基板７０１上に実装された部品７０２の高さデ
ータに変換する演算を行い、実測高さデータを判定処理
手段７１５へ出力する。

判定処理手段７１５では、画像演算処理手段７１４で演
算された実測高官データとあらかじめ定めておいた基準
高さデータとを比較し、プリント基板７０１上の部品７
０２の実装状態訟よび部品７０２の実装位置以外での余
分な部品の有無を判定するものである。

以上の動作を繰シ返し、順次行うことによりプリント基
板１０１上全面について検査することができる。この一
連の動作は、適当な信号により同期して行う必要がある
が、第７図の場合ポリゴンミラー１０７の回転に合わせ
た同期信号を用いて同期を取っている。

以上、三次元データを用いることにより、ビデオカメラ
めような二次元的な濃淡画像からでは、検出できない部
品の浮きやＩＣの足が部分的に浮き上がっているような
不良が検出できる点では最良の方法である。

発明が解決しようとする課題 しかし、″’ＰＳＤカメラの適正位置配置法”（三村晃
満氏、電子情報通信学会論文誌Ｃ：Ｖｏｌ。

Ｊ７１−Ｃ，Ｎｏ、１０．ＰＩ）１４８０−１４８２．
１９８８）によれば、光量が少ないときＰＳＤの位置精
度が悪くなるという指摘をしている。これは、対象物の
散乱光のダイナミックレンジと高さを演算する演算器の
ダイナミックレンジがマツチしていないためと考えられ
る。

筐た、演算器のダイナミックレンジを大きく取れないた
めにこのような問題が生じる。

本発明は上記課題に鑑み、信頼性の高す検査を可能とし
、人間の目視検査に頼ることなく、また二次元的な位置
情報では検査できなか−た三次元的な部品浮き等の不良
を検査できるようになり、検査の自動化が推進できる実
装基板検査装置を提供するものである。

課題を解決するための手段 上記課題を解決するため本発明の技術的解決手段は、第
１に部品が実装されたプリント基板を外観で実装状態を
検査する実装検査装置において、部品が実装されたプリ
ント基板を移動させる搬送手段と、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、前記プリント基板と前記ｆθレンズの間に設
けた反射ミラーで反射させ、前記ｆθレンズとポリゴン
ミラーを介して反射させる散乱光反射手段と、前記散乱
光手段からの散乱光を集光レンズで位置検出素子Ｐ　Ｓ
　Ｄ　（Ｐｏｓｉｔｔｏｎ　５ｅｎｓｉｔｉ　−ｖｅ　
Ｄｅｔｅｃｔｏｒ　）にさらに集光し第１．第２の光電
流信号を出力する光量検出手段と、前記光量検出手段か
らの第１．第２の光電流信号を加算し輝度データとし、
輝度データに応じ前記第１．第２の光電流信号の増幅率
を可変して増幅するゲイン制御手段と、前記ゲイン制御
手段からの増幅された前記第１．第２の光電流信号によ
り前記プリント基板およびプリント基板上に実装された
部品の高さデータを演算する画像演算手段と、前記画像
演算手段で演算された高さデータと予め定めた基準高さ
データとを比較し、前記プリント基板中の部品の実装状
態の良否を判定する判定処理手段とから構成したもので
ある。

第２に、第１の構成手段に加えて、ゲイン制御手段にお
いて前記光量検出手段からの第１．第２の光電流信号を
加算し輝度データとする際、前記第１、第２の光電流信
号を加算後に対数増幅するようにしたものである。

第３に、第１および第２の構成手段に加えて、ゲイン制
御手段にかいて輝度データに応じ前記第１、第２の光電
流信号の増幅率を可変して増幅する際、輝度データに応
じステップ的に増幅率を変えるようにしたものである。

第４に、第１および第３の構成手段に加えて、ゲイン制
御手段において輝度データに応じ前記第１、第２の光電
流信号の増幅率をステップ的に可変し増幅率を切り替え
る際に、輝度データの上降時と下降時とにヒステリシス
性を持たせて増幅率を切り替えるようにしたものである
。

作　　　　用 本発明は、上記構成により、第１に部品が実装されたプ
リント基板をレーザ光で全面走査し、プリント基板から
反射して得られる散乱光を反射ミラーで位置検出手段に
導き、プリント基板上の高さの凹凸に従って変化する位
置検出素子上の散乱光の集光位置を光電流信号で検出し
、その第１゜第２の光電流信号を加算し輝度データとし
、輝度データに応じ、前記第１．第２の光電流信号の増
幅率を可変して増幅し、増幅された前記第１．第２の光
電流信号から画像演算処理手段によりプリント基板上に
実装された部品の高さデータを演算することで、対象物
の反射率によることなく高精度の高さデータを得ること
ができる。

実測した高さデータと基準高さデータを比較することに
より、プリント基板上の二次元的（平面的）な位置ずれ
の検査に加え、三次元的な部品の浮き等の不良も簡便に
検査できるものである。

また第２に、第１．第２の光電流信号を加算後対数増幅
したものを輝度データとし、輝度データに応じ、前記第
１．第２の光電流信号の増幅率を可変して増幅し、増幅
された前記第１、第２の光電流信号から画像演算処理手
段によりプリント基板上に実装された部品の高さデータ
を演算することで、対象物の反射率によることなくさら
に対数増幅することで広範囲に増幅率を可変でき高精度
の高さデータを得られ、高精度の検査ができる。

また第４に、第３の作用に加え、輝度データに応じ前記
第１、第２の光電流信号の増幅率をステップ的に可変増
幅する際、輝度データの上降時と下降時とにヒステリシ
ス性を持たせ増幅率を切り替えて増幅し、増幅された前
記第１、第２の光電流信号から画像演算処理手段により
ブリント基板上に実装された部品の高でデータを演算す
ることで、対象物の反射率によることなくさらに簡便に
増幅率を可変できるとともに、切り替えの時のノイズを
除去でき高精度の高さデータを得られ、高精度の検査が
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一実施例を示すブ
ロック図である。第１図に釦いて、１０１はプリント基
板、１０２はプリント基板１０１上に実装されている部
品、１０３はプリント基板１０１を移動させる搬送手段
、１０４はその移動方向を示す矢印である。１０５はレ
ーザ光源。

１０６はレーザ光源１０５からのレーザ光、１０７はポ
リゴンミラー、１０８はレーザ光をポリゴンミラー１０
７に導くための反射鏡、１０９はｆθレンズ、１）０は
反射ミラーである。１）１は集光レンズ、１）２は位置
検出素子、１）３は位置検出素子１）２からの位置信号
、１）６はその位置信号１）３であるＩｔｋよび工２を
加算し輝度データとし、輝度データに応じ工１および工
２の増幅率を可変して増幅するゲイン制御手段、１）４
はゲイン制御手段１）６で可変増幅された工１および■
２から高さデータに変換演算をする画像演算処理手段、
１）５は画像演算処理手段１）４からの高さデータを用
いてプリント基板１０１上の部品１０２の実装状態の良
否を判定する判定処理演算手段である。

以下に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を搬送
手段１０３により移動方向１０４の方向に移動させつつ
、レーザ光源１０５からのレーザ光からのレーザ光１０
６を反射鏡１０８を３個用いて、回転しているポリゴン
ミラー１０７に導き、ポリゴンミラー１０７と７ｆθレ
ンズ１０９によりレーザ光１０６をプリント基板１０１
上に垂直に照射する。これにより、プリント基板１０１
上にレーザ光１０６を二次元的に全面走査する。

レーザ光１０６の走査によりブリント基板１０１上から
反射してくる散乱光を、検査対象物であるプリント基板
１０１とｆθレンズ１０９との間に設けた反射ミラー１
）０で反射させ、ｆθレンズ１０９とポリゴンミラー１
０７を介して、さらに集光レンズ１）１を通して、位置
検出素子１）２上に集光する。位置検出素子１）２から
の位置信号１）３は、ゲイン制御手段１）６へ出力さ・
れる。

ゲイン制御手段１）６では、同期信号のタイミングで入
力された位置信号１）３である工１および工２を加算し
輝度データとし、輝度データに応じ１）および工２の均
幅率を可変増幅し画像演算処理手段１）４へ出力する。

画像演算処理手段１）４では、ゲイン制御手段１）６で
増幅された１）＆よび工２よりプリント基板１０１訃よ
びプリント基板１０１上に実装された部品１０２の高さ
データに変換する演算を行い、高さデータを判定処理手
段１）５に出力する。

判定処理手段１）５では、画像演算処理手段１）４で演
算された実測高さデータとあらかじめ定めておいた基準
高さデータとを比較し、プリント基板１０１上の部品１
０２の実装状態を判定するものである。

以上の動作を繰り返し、順次行うことによりプリント基
板１０１上全面について検査することができる。この一
連の動作は、適当な信号により同期して行う必要がある
が、本実施例の場合ポリゴンミラー１０７の回転に合わ
せた同期信号を用いて同期を取った。

次に、ゲイン制御手段１）６は、画像演算処理手段１）
４および判定処理手段１）５について、第２図を用いて
さらに詳しく説明する〇ゲイン制御手段１）６は、位置
検出素子１）２からの位置信号１）３を入力し、位置信
号１）３である１）および工２を加算し輝度データとし
、輝度データに応じてその工１および工２の増幅率を可
変増幅する。

画像演算処理手段１）４は、ゲイン制御手段１）６で可
変増幅された工１）およびＩ１２をＡ／Ｄコンバータ２
０１でデジタル信号に変換し位置演算回路２０２に入力
する。本実施例では、位置検出素子にＰ　Ｓ　Ｄ　（Ｐ
ｏｓｉｔｉｏｎ　５ｅｎｓｉｔｉｖｅ　Ｄｅｔｅｃ−ｔ
ｏｒ　：半導体装置検出素子）を用いておジ、ＰＳＤに
入射する入射位置は、素子の両端電極に流れる電流が各
電極間との距離に反比例するものを用いている。位置演
算回路２０２では、デジタル信号に変換された画電極か
らの電流Ｉ１およびＩ２を輝度データに応じ可変増幅さ
れた工′１および工／　２を第（１）式を用いて高さデ
ータを演算する。

Ｋは、正規化するための係数である。

高さデータ＝Ｋ・（Ｉ’１−　Ｉ’２　）／　（Ｉ’１
　＋　Ｉ’２　）・・・・・・・・・・・・（１） 位置演算回路２０２で得られた高さデータは、−旦高さ
データ格納メモリ２０３に格納される。

次に、判定手段１）５では、画像演算処理手段１）４か
らの測定高さデータと基準高さデータ格納メモリ２０６
からの基準高さデータとを比較回路２０４で比較しその
差分を比較データとして判定回路２０５に出力する。判
定回路２０５では、比較回路２０４からの比較データを
基にその差分の大小によって部品の実装状態を判定する
ものである。

第３図にゲイン制御手段１）６の回路構成図の一実施例
を示し以下に説明する。

位置信号１）３である工１および工２を入力端子３０１
訃よび３０２から入力し、加算器３０３で加算し輝度デ
ータ（１）＋Ｉ２）とする。輝度データに応じて増幅率
を可変する回路を、アナログ輝算器によって構成し、ア
ナログ乗算器３０４および３０５は第（２）式の演算を
行う。

・・・・・・・・・・・・・・・・・・（２）これによ
、９．Ｉ’１＞よび工′２は輝度データ（１）＋■２）
に応じて増幅率を可変し、輝度が低いときはＫ・（１）
＋Ｉ２）が大きくなり、輝度が高いときはＫ・（１）＋
Ｉ２）が小さくなりＣＩ’１　＋Ｉ’２　）が一定にな
るように制御される。このために、対象物の反射率によ
って輝度データのレベルが変化しても、高さデータの演
算精度を確保することができる。

なか、アナログ乗算器３０４，３０５は、各半導体メー
カようユニット化され供給されているので容易に入手で
き、容易に実現できるものである。

例えば、アナログ・デバイス社のアナログ乗算器ＡＤ５
３８などである。

次に、ゲイン制御回路２０１の第２の実施例について、
回路構成を第４図（ａ）を用い、第３図の構成と異なる
点を中心に以下に説明する。

第４図（ａ）では、位置信号１）３である■１Ｄよび工
２を入力端子４０１および４０２から入カレ、加算器４
０３で加算し輝度データ（工１＋Ｉ２）とする。を対数
増幅器４０４で対数変換し、さらに反転増幅器４０５で
反転する。輝度データ（ｅｏ）に応じて増幅率を可変す
る回路を、アナログ輝算器４０６，４０７によって構成
する。

対数増幅器４０４および反転増幅器４０５とアナログ乗
算器４０６および４０７は下記第（３）式、第、（４）
式の演算を行う。

（１）＋ｌ２） ｅｏ　＝に１　・ｌｏｇ　１０　　Ｅ、ｏｆ−−（３）
（ここで、Ｋ　１　＄−よびに２は任意のスケール係数
、Ｅｒｅｆは基準電圧を示す。） 第４図（ｂ）にその輝度データ（工１＋■２）を対数変
換したときの入出力特性を示す。同図に示す如く、輝度
データを対数変換したことにより、低輝度から、高輝度
會で広範囲な輝度データ（ｅＯ）でＩ’　ｊ　＞よび■
′２の増幅度を可変できる。

な釦、対数増幅器は、半導体メーカよりユニット化され
供給されているので容易に入手できる。

例えば、アナログ・デバイス社の対数増幅器モデル７５
５Ｎなどである。

次に、ゲイン制御回路２０１の第３の実施例として、そ
の回路構成を第５図に示し以下に説明する０ 位置信号１）３である工１および■２を入力端子５０１
　訃よび５０２から入力し、加算器５０３で加算し輝度
データ（１）＋Ｉ２）とする。輝度データ（１）＋Ｉ２
）をＡ／Ｄ変換器５０４でデジタル信号に変換する。デ
ジタル信号に応じて増幅率の異なる増幅器を選択するも
ので、デジタル信号に応じてデコーダ５０５によυアナ
ログスイッチＳｌｌ−Ｓ１３　＞よびＳ２１〜８２３を
同時に選択する。

アナログスイッチの選択により、増幅率の異なる増幅器
（例えば５０６および５０９は１倍とし、５０７および
５１０は１０倍とし、５０８および５１）は５０倍とす
る）を選択する。

これにより１対象物の反射率によることなく。

簡便に増幅率を可変でき高精度の高さデータが得られる
。

次に、ゲイン制御回路２０１の第４の実施例として、そ
の回路構成を第６図に示し以下に説明する０ 位置信号１）３である１）および工２を入力端子６０１
および６０２から入力し、入力端子６０３からのサンプ
リングクロックのタイミングでサンプル・ホールド回路
６０４＄−よび６０５を用いて一旦アナログ的にそれぞ
れに記憶する。記憶されたｒｌｈよびｒ２を加算器６０
６で加算し輝度データ（Ｉｔ−＋４２）とする。輝度デ
ータ（Ｉ　１＋　Ｉ　２　）をＡ／Ｄ変換器６０７でデ
ジタル信号に変換する。

Ａ／Ｄ変換器６０７で変換されたデジタル信号を、先の
サンプリングクロックでのタイ□ングでレジスタ６０８
に一時記憶し、ｌ処理分遅延させる。

Ａ／Ｄ変換器６０７のデジタル出力とレジスタ６０８か
ら１処理分遅延したデジタル出力との差分を減算器６０
９で求め、上降方向か下降方向かをその極性で判断する
。Ａ／Ｄ変換器６０７の出力と減算器６０９の出力をテ
ーブルＲＯＭ６１０に供給する。テーブルＲＯＭ６１０
は、減算器６０９の極性とＡ　／　Ｄ変換器６０７のデ
ジタル信号から上降時と下降時で切り替える閾値を変え
るようなテーブルとする。テーブルＲＯＭ６１０の選択
信号Ｃ１〜Ｃ５によって、アナログスイッチ８１）〜８
１３＞よびＳ２１〜Ｓ２３を同時に選択する。

アナログスイッチの選択により、増幅率の異なる増幅器
（例えば６１）および６１４は１倍とし、６１２および
６１５は１０倍とし、６１３および６１６は５０倍とす
る）を選択する。

サンプル・ホールド回路６０４および６０５とレジスタ
６０８は、Ｉ’１および工′２をＡＤ変換するＡ／Ｄコ
ンバータ６０７とサンプリングクロックで同期を取りな
がら処理するものである。

これにより、対象物の反射率によることなく。

簡便に増幅率を可変できるとともに切り替え時のノイズ
を除去でき高精度の高さデータが得られる。

さらに、第３の実施例シよび第４の実施例で。

輝度データを対数変換することも容易に実現できる。

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、プリント
基板上の部品の高さデータを測定し、基準高さデータと
比較し部品の実装状態を判定する際に、対象物の反射率
により高さデータを演算する時演算系のダイナミックレ
ンジの不足から高輝度領域あるいは低輝度領域での高官
データの演算精度が確保できなくなる。

そこで、ダイナミックレンジを確保するために、輝度レ
ベルに応じて第１．第２の光電流信号の増幅率を可変し
て増幅することにより高精度の高さデータが得られ、信
頼性の高い検査を可能とし、人間の目視検査に頼ること
なく、筐た二次元的な位置情報では検査できなかった三
次元的な部品浮き等の不良を検査できるようになり、検
査の自動化が推進でき効果が大きい。

また、第２として、輝度レベルに応じて前記第１、第２
の光電流信号の増幅率を可変して増幅する際、輝度レベ
ルを対数変換して広範囲に増幅率を可変でき、高精度の
高さデータが得られる。

また、第３として、輝度レベルに応じて前記第１、第２
の光電流信号の増幅率をステップ的に可変増幅すること
で、簡便に増幅率カヨ可変でき高精度の高さデータが得
られる。

また、第４として、輝度レベルに応じて前記第１、第２
の光電流信号の増幅率をステップ的に可変増幅する際に
、輝度レベルの上降時と下降時でヒスティシス性を持た
せて増幅することで、簡便でしかも切り替え時のノイズ
を除去でき高精度の高さデータが得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１の実施例における基板検査装置の
ブロック結線図、第２図〜第３図は第１図の要部詳細ブ
ロック結線図、第４図は本発明の第２の実施例における
要部ゲイン制御回路のブロック結線図、第５図は本発明
の第３の実施例における要部ゲイン制御回路のブロック
結線図、第６図は第４の実施例に釦ける要部ゲイン制御
回路のブロック結線図、第７図は従来の基板検査装置の
ブロック結線図である。 １０１・・・プリント基板、１０２　・、−・部品、１
０３・・・搬送手段、１０５・・・レーザ光源・、１０
７・・・ポリゴンミラー、１０９・・・ｆθレンズ、１
）０・・・反射ミラー　１）１・・・集光レンズ、１）
２・・・位置検出素子、１）４・・・画像演算処理手段
、１）５・・・判定処理手段。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）部品が実装されたプリント基板を移動させる搬送
   手段と、レーザ光線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、前記プリント基
   板と前記ｆθレンズの間に設けた反射ミラーで反射させ
   、前記ｆθレンズとポリゴンミラーを介して反射させる
   散乱光反射手段と、前記散乱光反射手段からの散乱光を
   集光レンズで位置検出素子にさらに集光し、第１、第２
   の光電流信号を出力する光量検出手段と、前記光量検出
   手段からの第１、第２の光電流信号を加算し輝度データ
   とし、その輝度データに応じ前記第１、第２の光電流信
   号の増幅率を可変して増幅するゲイン制御手段と、前記
   ゲイン制御手段からの増幅された前記第１、第２の光電
   流信号により前記プリント基板およびプリント基板上に
   実装された部品の高さデータを演算する画像演算手段と
   、前記画像演算手段で演算されたデータと予め定めた基
   準高さデータとを比較し、前記プリント基板上の部品の
   実装状態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）ゲイン制御手段は、光量検出手段からの第１、第
   ２の光電流信号を加算し輝度データとする際、前記第１
   、第２の光電流信号を加算後に対数増幅することを特徴
   とする請求項１記載の実装基板検査装置。
3. （３）ゲイン制御手段において、輝度データに応じ第１
   、第２の光電流信号の増幅率を可変して増幅する際、輝
   度データに応じステップ的に増幅率を変えることを特徴
   とする請求項１記載の実装基板検査装置。
4. （４）ゲイン制御手段は、輝度データに応じ第１、第２
   の光電流信号の増幅率をステップ的に可変し増幅率を切
   り替える際に、輝度データの上降時と下降時とにヒステ
   リシス性を持たせて増幅率を切り替えることを特徴とす
   る請求項１記載の実装基板検査装置。