JPH0434320A - レーザビーム測定装置 - 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、レーザビーム測定装置に関し、特に出射レー
ザビームの位置・形状および強度をオンライン上でいつ
でも計測検査することができ、回路基板表面の実装部品
用のレーザ半田付装置等に好適なレーザビーム測定装置
に関する。

［従来の技術］ 従来、レーザ半田付装置に用いるレーザビームの出力測
定にはレーザパワーメータを用いていた。

また、レーザビームの位置および大きさの測定に関して
は、ＩＲピュア等を用いた目視検査が行われていた。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、上記従来例にあっては、例えばパワーメ
ータの場合、受光部口径が数１ｏ〔ＩＩＩｆｉｌ］とな
っていることがらレーザ半田付時に使用するビーム径数
〔謹〕に較べて大きい。このためビーム出力及びそのピ
ーク位置を正確に計測することはできないという欠点が
あった。

また、レーザビーム位置及び大きさに関しては、ＩＲピ
ュア等を用いた目視検査が行われていた。

しかし、レーザビームは２次元正規分布に近い強度分布
パターンを有するため、その位置をビーム径を０．１〔
■〕単位で定量計測することは不可能となっていた。

〔発明の目的〕

本発明は、かかる従来例の有する不都合を改善し、とく
にレーザビームの位置及び強度分布パターン等をＣＣＤ
カメラの誤差範囲で高精度に測定することのできるレー
ザビーム測定装置を提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

本発明では、レーザビーム出射光学系と、このレーザビ
ーム出射光学系から出力されるレーザビームのビーム像
を受光し外部へ投影する結像光学系と、この結像光学系
から投影されるビーム像を受光するＣＣＤカメラと、二
〇ＣＣＤカメラから出力されるビーム情報を信号処理し
てビーム像のビーム位置及び大きさを演算する信号処理
系とを設け、信号処理系が、ＣＣＤカメラからの出力情
報を高低二つの二値化レベルに基づいて小パターン及び
大パターンの二つのビームパターンを出力する二値化回
路を有するとともに、高二値化レベルより得られる小ビ
ームパターンに基づいてレーザ強度のピーク位置を算定
するビーム位置演算機能と、大ビームパターンに基づい
てレーザビームの総パワーを算定するビームパワー演算
機能とを備えている、という構成を採っている。これに
よって前述した目的を達成しようとするものである。

〔発明の実施例〕

以下、本発明の一実施例を第１図ないし第３図に基づい
て説明する。

この第１図ないし第３図に示す実施例は、本発明をレー
ザ半田付装置について実施した場合の例を示す。この第
１図ないし第３図において、第１図は本発明一実施例の
縦断面図である。レーザ半田付装置本体は、ＸＹＺロボ
ット１と基板供給部２とレーザ発振器３とレーザ半田付
ハンド４から構成される。レーザ半田付ハンド４には、
レーザ発振器３よりファイバー光学系５によって導かれ
るレーザ光を集光し、加工ワーク搭載基板６上の半田付
ポイントに照射する出射光学系７と、基板６に設けられ
ている基板位置認識用アイマークを撮像する２次元ＣＣ
Ｄカメラ８とを取付けている。

更に、ＸＹＺロボットの作動領域内に、半透明ガラス９
と反射鏡１０とレンズ１１ならびに減衰フィルタ１２で
構成される結像光学系１３を配置している。制御装置１
４は２次元ＣＣＤカメラ８とレーザ発振器３とＸＹＺロ
ボット１ならびに基板供給部２と信号送受を行い動作を
制御する。

第２図は制御装置ｔ１４の内部回路ブロック図である。

主制御回路２１はロボットＩ／Ｆ回路２２を通じてＸＹ
Ｚロボット１を、また、入出力Ｉ／Ｆ回路２３を通じて
他の機構部の動作制御を行う。

画像処理系は、２値化回路２４と位置計測回路２５と面
積演算回路２６と外接矩形発生回路２７と判定回路２８
から構成される。判定回路２８からの位置データおよび
ビーム検査判定信号は主制御回路２１に入力される。

次にビーム検査動作について説明する。レーザ半田付ハ
ンド４を第１図に示すように結像光学系１３の上空に移
動しレーザを出力すると、半透明ガラス上にレーザのビ
ーム像が形成される。これを反射鏡１０とレンズ１１を
用いて２次元ＣＣＤカメラの撮像面上の実像として結像
させる。減衰フィルタ１２はレーザビーム強度をＣＣＤ
カメラ素子の飽和レベル以下に減じる効果を有する。

第２図中の画像処理系の動作を説明する。

まず、２次元ＣＣＤカメラ８の撮像画像は２値化回路２
４で２値画像に変換される。この２値画像データより、
位置計測回路２５では重心位置を、面積演算回路２６で
は面積値を、そして外接矩形発生回路２７では外接矩形
の長短辺長さをそれぞれ計測し判定回路２８に出力する
。

第３図は画像処理系で行うビーム検査方式の説明図であ
る。

同図左に示す曲線は直線ｌ上でのレーザビーム像の輝度
レベルを表す、２値化回路では、まず低２値化レベルＴ
ＨＬでレーザビーム像を２値化する。この２値化像より
重心位置Ｇ１と大ビームパターンの面積値Ｓ１と外接矩
形辺長さＬｘとＬｙを得る０次に高２値化レベルＴＨＨ
で２値化し、重心位置Ｇ２と小ビームパターンの面積値
Ｓ２を得る０判定回路２８では、これらのデータを予め
設定している上限値及び下限値と比較し、許容範囲内な
らば合格とする。この時、レーザ強度、ピ。

−クについては小ビームパターンの面積Ｓ２の値を、レ
ーザ総パワーについては大ビームパターンの面積Ｓ１の
値を用いて判定される。ビーム位置については、Ｇ２の
値を用いて判定される。また、外接矩形辺の長さＬｘと
Ｌ）Ｆの差分及び各重心位置Ｇ１とＧ２の差分より、レ
ーザビーム軸の傾きについての度合いが判定される。

以上のように、本実施例においては１．レーザビームを
直接計測するためデータの精度が高く、また画像処理回
路系の出力データに基づくレーザビーム軸の傾き検査を
含んだ定量検査であり信幀性も高い。そして、結像光学
系を装置内に組込んでいるため、オンライン検査が可能
である。そして、これらの効果が従来のレーザ半田付装
置に結像レンズ系と外接矩形発生回路などの画像処理回
路のみを部分的に追加することによって実現できるとい
う利点があり、さらに必要な場合はいつでもレーザビー
ムの検査も行い得るという利点がある。

〔発明の効果〕

以上のように、本発明によると、レーザビームのビーム
像を結像光学系とＣＣＤカメラとを使って外部で捕捉し
得るように構成したことから、レーザ半田付装置に組み
込んだままでもレーザビームの位置や形状或いは強度を
計測することが可能となり、信号処理系にあっては、Ｃ
ＣＤカメラからの出力情報を高低二つの二値化レベルに
基づいて小ハターン及ヒ大パターンの二つのビームパタ
ーンを出力する二値化回路を有するとともに、高二値化
レベルより得られる小ビームパターンに基づいてレーザ
強度のピーク位置を算定するビーム位置演算機能と、大
ビームパターンに基づいてレーザビームの総パワーを算
定するビームパワー演算機能とを備える、という構成を
採ったことから、ＣＣＤカメラの精度の範囲内でレーザ
ビームの位置や強度若しくは形状等検査に必要な情報及
び製品への適用への可否等を高精度に演算することがで
きるという従来にない優れたレーザビーム測定装置を提
供することができる。

・・・基板、７・・・出射光学系、訃・・２次元ＣＣＤ
カメラ、１３・・・結像光学系、１４・・・制御装置、
２１・・・主制御回路、２２・・・ロボット１／Ｆ回路
、２３・・・入出力１／Ｆ回路、２４・・・２値化回路
、２５・・・位置計測回路、２６・・・面積演算回路、
２７・・・外接矩形発生回路、２８・・・判定回路。

出願人　　日　本　電　気　株式会社 代理人　　弁理士　　高　橋　　　勇

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す全体的構成図、第２図
は第１図内の一部を成す制御装置内の回路ブロック図、
第３図は第１図の動作を示すビーム検査の方式説明図で
ある。 １・・・ＸＹＺロボット、３・・・レーザ発振器、４・
・・レーザ半田付ハンド、５・・・ファイバー光学系、
６第 図 第 図 第 図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）、レーザビーム出射光学系と、このレーザビーム
   出射光学系から出力されるレーザビームのビーム像を受
   光し外部へ投影する結像光学系と、この結像光学系から
   投影されるビーム像を受光するＣＣＤカメラと、このＣ
   ＣＤカメラから出力されるビーム情報を信号処理してビ
   ーム像のビーム位置及び大きさを演算する信号処理系と
   を設け、前記信号処理系が、前記ＣＣＤカメラからの出
   力情報を高低二つの二値化レベルに基づいて小パターン
   及び大パターンの二つのビームパターンを出力する二値
   化回路を有するとともに、前記高二値化レベルより得ら
   れる小ビームパターンに基づいてレーザ強度のピーク位
   置を算定するビーム位置演算機能と、前記大ビームパタ
   ーンに基づいてレーザビームの総パワーを算定するビー
   ムパワー演算機能とを備えていることを特徴としたレー
   ザビーム測定装置。