JPH0486548A - 実装基板外観検査装置 - 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形状や実
装位置等を検出して実装不良の検査を行う実装基板外観
検査装置（）関する。

従来の技術 従来より、プリント基板上に実装された部品の実装不良
を検査する装置は、ライン上における実装不良の基板の
好適な検出手段として広く用いられている。

第６図は従来の実装基板外観検査装置の構成を示す説明
図、第７図は、従来の実装基板外観検査装置における走
査領域とプリント基板との位置関係を示す説明図である
。同図において、１１はプリント基板、１２はプリント
基板１１上に実装された部品、７０３は、部品１２が実
装された状態のプリント基板１１の実装面の高さ分布を
測定する三次元座標計測部である。

この３次元座標計測部７０３は、例えばレーザと受光素
子とを用い三角測量法の原理によって距離を測定する距
離センサ７０４と、この距離センサ７０４により得られ
た距離データに基づいて、部品１２が実装されたプリン
ト基板１１の実装面の高さ分布を算出する高さ分布計算
回路７０５とから概略構成されている。

７０６は、部品１２が正確に実装された状態における、
プリント基板１１の実装面に関する高さ分布のデータが
格納されている基準高さ分布データ格納メモリ、７０７
は、三次元座標計測部７０３により検出されたプリント
基板１１の実装面の高さ分布データと、基準高さデータ
格納メモリ７０６に格納されている基準高さ分布データ
との二乗誤差を算出する二乗誤差計算回路であり、減算
回路７０８及び二乗計算回路７０９とから概略構成され
ている。

７１０は、プリント基板１１と同じ大きさのマスク領域
内の、プリント基板１１上に実装される各部品１２に対
応する位置に、複数の走査領域７１５．７１６．７１７
．７１８が設定されたマスクデータを格納しているマス
クデータ格納メモリである。

この走査領域７１５．７１６．７１７．７１８は、その
外辺が各部品１２の標準実装位置の外枠から位置ずれ許
容範囲寸法分だけ内方にずれて位置するように設定され
ており、許容寸法を越える部品１２の位置ずれを検出す
るためのものである。

７１１は、二乗誤差計算回路７０７により算出された二
乗誤差に、マスクデータ格納メモリ７１０に格納された
マスクデータによるマスクをかけて、各走査領域７１５
．７１６．７１７．７１８毎の二乗誤差を抽出すると共
に、抽出された二乗誤差を各走査領域７１５．７１６．
７１７．７１８毎に累積加算する累積加算回路である。

７１２は、累積加算回路７１１により各走査領域７１５
．７１６．７１７．７１８毎に累積加算された累積加算
値を累積加算数で割り算し、各走査領域７１５．７１６
．７１７．７１８毎の平均−乗誤差を算出する平均二乗
誤差計算回路である。

７１３は、各走査領域７１５．７１６．７１７．７１８
毎の平均二乗誤差に対する基準しきい値が格納されてい
る基準しきい値格納メモリ、７１４は、上記平均二乗誤
差と基準しきい値とを比較してプリント基板１１に対す
る部品１２の実装状態の良否を判定する比較判定回路で
ある。

次に、上記従来例の動作について説明する。

まず、部品１２が実装されたプリント基板１１の実装面
に関する高さ分布を、三次元座標計測部７０３で計測す
る。

この三次元座標計測部７０３による計測を具体的に説明
すると、距離センサ７０４からプリント基板１１の実装
面までの距離、即ち、距離センサ７０４からプリント基
板１１までの距離あるいは、距離センサ７０４から部品
１２までの距離を距離センサ７０４から放射されるレー
ザにより測定し、二の測定データに基づいて高さ計算回
路７Ｏ５がプリント基板１１の実装面に関する高さ分布
データを算出する。

三次元座標計測部７０３にて算出されたプリント基板１
１の実装面に関する高さ分布のデータは、二乗誤差計算
回路７０７に送られ、ここで、基準高さデータ格納メモ
リ７０６に格納されている基準高さ分布データとの二乗
誤差が算出される。

この二乗誤差計算回路７０７による二乗誤差の算出を具
体的に説明すると、三次元座標計測部７０３にて算出さ
れたプリント基板１１の実装面に関する高さ分布データ
と、基準高さデータ格納メモリ７０６に格納されている
基準高さ分布データとの数値差が、減算回路７０８によ
り算出され、この減算回路７０８により算出された値が
二乗計算回路７０９にて二乗されて二乗誤差が算出され
る。

二乗誤差計算回路７０７にて算出された二乗誤差には、
マスクデータ格納メモリ７１０に格納されたマスクデー
タによるマスクがかけられ、これによって、走査領域７
１５．７１６．７１７．７１８における二乗誤差のみが
抽出される。

抽出された二乗誤差は、各走査領域７１５．７１６．７
１７．７１８毎に分けて、累積加算回路７１１により各
々累積加算され、この累積加算値はさらに、平均二乗誤
差計算回路７１２により累積加算数で割り算されて、各
走査領域７１５．７１６．７１７．７１８毎の平均二乗
誤差が算出される。

さらに、各走査領域７１５．７１６．７１７．７１８毎
の平均二乗誤差は、比較判定回路７１４において、標準
しきい値格納メモリ７１３に格納されたしきい値と比較
され、これによって、プリント基板１１に対する部品１
２の実装状態の良否が判定される。

発明が解決しようとする課題 しかしながら、上記従来の実装基板外装検査装置では、
基準高さ分布データ格納メモリ７０６に格納されている
基準高さデータと、三次元座標計測部７０３により得た
高さ分布データとを比較する際、例えばプリント基板１
１が反っていると、この反りによる高さ分布データの変
動を補正することができず、検査精度を向上させること
ができないという問題点があった。

また、上記従来の実装基板外装検査装置では、部品１２
の面上にのみ走査領域７１５．７１６．７１７．７１８
を設定するので、第７図に示すように、本来プリント基
板１１の同図中破線で示される基準実装位置７１９に実
装されるべき部品１２が、同図中実線で示すような回転
ずれを起こした位置？２０に実装された場合、各走査領
域７１５．７１６．７１７．７１８が全て部品１２の実
装位置？２０上に臨むので、実装不良を検出することが
できないという問題点があった。

さらに、三次元座標計測部７０３により得た高さ分布デ
ータにノイズが含まれていた場合、第８図＜ａ）のよう
な実装状態の部品１２及びプリント基板１１の高さ分布
データが第８図（ｂ）のようになり、よって、平均二乗
誤差計算回路７１２により算出される平均二乗誤差が大
きくなり、本来実装状態が良と判定されるべきものが不
良と判定されることがあるという問題点があった。

本発明は上記問題点を解決するものであり、高さ分布デ
ータのノイズによる検査精度の劣化がなくプリント基板
の反りによる良否判定のミスがない、プリント基板に対
する部品の実装状態の良否を正確に判定することができ
る実装基板外観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 本発明は上記目的を達成するために、部品が実装された
プリント基板を移動させる移動手段と、レーザ光源と、
このレーザ光源からのレーザ光をプリント基板の実装面
上に走査させるレーサ光走査手段と、レーザ光の走査に
よりプリント基板の実装面から反射して得られる散乱光
の光軸を変化させる散乱光反射手段と、この散乱光反射
手段からの散乱光に基づいてプリント基板の実装面に関
する位置信号を出力する位置検出手段と、この位置信号
によりプリント基板の実装面に関する高さ分布データを
演算する画像演算処理手段と、プリント基板の部品実装
位置に対応して設定される複数の走査範囲の位置データ
を格納する走査範囲位置データ格納手段と、この各走査
範囲内を移動する移動走査領域のデータを格納する移動
走査領域データ格納手段と、各移動走査領域の移動位置
に対応する高さ分布データに基づいてプリント基板の実
装面に対する部品の実装状態の良否を判定する判定処理
手段とを備える構成とした。

作用 本発明は上記構成により、高さ分布データのノイズによ
る検査精度の劣化がなくプリント基板の反りによる良否
判定のミスが、ない、プリント基板に対する部品の実装
状態の良否を正確に判定することができる。

実施例 以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。第１
図は、本発明の一実施例による実装基板外観検査装置の
概略斜視図である。

第１図において、１１はプリント基板、１２はプリント
基板ｌｌ上に実装された部品、１３はプリント基板１１
を図中の矢印１４方向に移動させる搬送手段、１５はレ
ーザ光源、１６はレーザ光源１５からのレーザ光である
。

１７はポリゴンミラー　１８はレーザ光１６をポリゴン
ミラー１７に導くための反射鏡、１９は工θレンズ、２
０は反射ミラーであり、上記ポリゴンミラー１７、反射
鏡１８、及びｆθレンズ１９により、レーザ光源１５か
らのレーザ光１６をプリント基板１１上に照射させてそ
の実装面を走査させるレーザ光走査手段Ｐを構成してい
る。

また、上記ポリゴンミラー１７、ｆθレンズ１９、及び
反射ミラー２０により、プリント基板１１の実装面に照
射されて反射したレーザ光１６の散乱光の光軸を変化さ
せる散乱光反射手段Ｒを構成している。

２１は、散乱光反射手段Ｒにより光軸方向が変えられた
散乱光を集光する集光レンズ、２２は、集光レンズ２１
により集光された散乱光が入射され、これに基づいて位
置信号２３を出力する位置検出素子であり、これら集光
レンズ２１と位置検出素子２２とにより位置検出手段Ｔ
を構成している。

３０は、位置信号２３から部品１２の高さ分布データを
演算するための画像演算処理手段、４゜は、プリント基
板１１上の部品１２の実装状態の良否を判定する判定処
理手段である。

また、５ｏは第３図（ａ）、（ｂ）に示すように、プリ
ント基板１１上の部品１２の実装位置にあらかじめ設定
された走査範囲３０１．３０２．３０３の位置データを
格納する走査範囲位置データ格納手段、６０は、上記走
査範囲３０１．３０２．３０３の範囲内で各々移動可能
に設定される移動走査領域３０７．３０８．３０９の大
きさに関するデータを格納する移動走査領域データ格納
手段である。

上記画像演算処理手段３０は第２図に示すように、位置
検出素子２２から同期信号のタイミンクで出力される位
置信号２３をアナロク７／デジタル変換するアナログ、
／′デジタルコンバータ３１（以下、Ａ／Ｄコンバータ
と記す）と、デジタル信号に変換された位置信号２３に
基づいてプリント基板１１の実装面に関する高さ分布デ
ータを演算する位置演算回路３２と、この高さ分布デー
タを格納して判定処理手段４０に出力する高さ分布デー
タ格納メモリ３３とから構成されている。

また、上記判定処理手段４０は第２図に示すように、移
動走査領域３０７．３０８．３０９を走査範囲３０１．
３０２．３０３の範囲内で各々移動させる移動走査領域
位置決定手段４１と、移動走査領域３０７．３０８．３
０９の移動範囲における高さ分布データを、高さ分布デ
ータ格納メモリ３３から人力されるデータの中から取り
出して加算する加算回路４２とを有している。

さらに上記判定処理手段４０は、加算回路４２の加算結
果に基づいて移動走査領域３０７．３０８．３０９の移
動範囲における、高さ分布データが最大となる位置を検
出する最大位置検出回路４３と、最大位置検出回路４３
の検出結果に基づいて実装状態の良否を判定する判定回
路４４と、この判定回路４４による判定の基準となるし
きい値を記憶するしきい値記憶手段４５とを有している
。

次に、上記実施例の動作について説明する。部品１２が
実装されたプリント基板１１を、搬送手段１３の上に固
定して矢印１４方向に移動させる。そして、レーザ光源
１５からのレーザ光１６を、３つの反射鏡を介して回転
しているポリゴンミラー１７に導き、さらに、ポリゴン
ミラー１７とｆθレンズ１９とによりプリント基板１１
上に照射させる。これにより、プリント基板１１は、レ
ーザ光１６により上下方向に二次元的に全面走査される
。

レーザ光１６の上下方向の走査によりプリント基板ｌｌ
上から反射されてくる散乱光を、プリント基板１１とｆ
θレンズ１９との間に設けた反射ミラー２０により反射
させ、ｆθレンズ１９とポリゴンミラー１７とを介して
、さらに集光レンズ２１を通して位置検出素子２２上に
集光する。位置検出素子２２から出力された位置信号２
３は、画像演算処理手段３０に人力される。

画像演算処理手段３０では、同期信号のタイミングで入
力された位置信号２３をプリント基板１１及びプリント
基板１１上に実装された部品１２の高さ分布データに変
換する演算を行い、実測高さ分布データを判定処理手段
４０に出力し、このような動作をプリント基板１１上の
全面について行う。

次に、画像演算処理手段３０と判定処理手段４０との動
作について、第２図を用いて詳説する。

画像演算処理手段３０は、位置検出素子２２からの位置
信号２３をＡ／Ｄコンバータ３１でデジタル信号に変換
し、このデジタル信号を位置演算回路３２に入力する。

本実施例では、位置検出素子２２としてＰＳＤ（Ｐｏ５
ｉｔｉｏｎ−８ｅｎｓｉｔｉｖｅ　Ｄｅｔｅｃｔｏｒｓ
　；半導体装置検出素子）を用いており、ＰＳＤに入射
する反射光の入射位置は、ＰＳＤ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３２では、デジタル信号に変換されたＰＳ
Ｄの画電極からの電流Ｉ】及びＩ２を次式（’Ｉ）を用
いて演算し、高さデータを求める。

高さデータ＝Ｋ・（ＩＩ−１２）／（１１＋１２）（但
し、Ｋは正規化するための係数）・・・（Ｉ）このよう
にして得られた高さ分布データは、−旦測定高さデータ
格納メモリ３３に格納され、判定処理手段４０に出力さ
れる。

判定処理手段４０では、走査範囲位置データ格納手段５
０に格納された走査範囲３０１．３０２．３０３内にお
いて、移動走査領域データ格納手段６０に格納された移
動走査領域３０７．３０８．３０９を、移動走査領域位
置決定手段４１で決定された位置で移動させる。

すると、加算回路４２が上記移動位置に対応する位置の
高さ分布データを、測定データ格納メモリ３３からの入
力されるデータの中から取り出し、各位置毎の高さ分布
データの和を求め、その結果を高さ分布情報信号として
最大位置検出回路４３に出力する。

これに伴って、最大位置検出回路４３では、加算回路４
２からの高さ分布情報信号に基づいて高さ分布データの
和が最大となる位置を検出して位置情報信号を判定回路
４４に出力し、判定回路４４では、最大位置検出回路４
３からの位置情報信号としきい値記憶手段４５に記憶し
であるしきい値とを比較して、入力さ□れた位置情報信
号がしきい値の範囲内にあるかどうかを判定して、部品
１２のプリント基板１１に対する実装状態を判定する。

ここで、走査範囲３０１．３０２．３０３の位置と部品
１２との関係を、第３図（ａ）、（ｂ）に具体的に示す
。第３図（ａ）は良い実装状態、第３図（ｂ）は不良実
装状態を示したものである。

第３図（ａ）、（ａ）において３０４は、プリント基板
１１を平面的に見た際の、部品１２の正規の実装位置を
示しており、このプリント基板１１に対しては図中縦方
向に１本の走査範囲３０１が、また、図中横方向に２本
の走査範囲３０２．３０３が、部品１２の実装位置ずれ
を考慮して、それぞれ部品１２の正規の実装位置３０４
の縦幅、横幅より長めに設定されている。

さらに、第３図（］）、（ｂ）における３０５．３０６
は、それぞれ実際にプリント基板１１上に実装された部
品１２の位置を示しており、実装位置３０５は図中左上
に実装位置がずれた状態を、実装位置３０６は回転ずれ
を起こした状態を各々示している。

本実施例における走査範囲位置データ格納手段５０では
、各走査範囲３０１．３０２．３０３の固有値をＡ　１
　、Ａ　２、Ａ３とし、各固有値Ａ１、Ａ２、Ａ　３　
ニ各すの走査範囲３０１．３０２．３ｏ３の、第３図（
ａ）、（ｂ）中圧上と右下とのコーナーのＸＹ座標を対
応させた走査範囲位置データを格納している。

一方、本実施例における移動走査領域データ格納手段６
０では、移動走査領域３０７．３０８．３０９の大きさ
、即ち、移動走査領域３０７については図中Ｙ方向の長
さ、移動走査領域３０８．３０９については図中Ｘ方向
の長さが、それぞれ格納されている。

上記設定による移動走査領域３０７．３０８．３０９を
、走査範囲３０１．３０２．３０３の範囲内で移動させ
た場合、加算回路４２では、測定高さ分布データ格納メ
モリ３３から入力された高さ分布データの中から、対応
する位置の高さ分布データを取り出して加算する。

例えば、走査範囲３０２内を、第３図（ａ）、（ｂ）中
布から左に向けて移動走査領域３０８を移動させ、これ
に伴って加算回路４２で算出された値をグラフに示すと
、第４図のようになる。

即ち、移動走査領域３０８が部品１２から外れた位置に
ある場合、加算回路４２で加算されるデータの和はプリ
ント基板１１の高さの和となり、移動走査領域３０８が
移動して部品１２に臨むと加算回路４２で加算されるデ
ータの和が増加する。

例えば移動走査領域３０８の大きさを、第３図（ａ）中
の部品１２の横幅と同一とすると、移動走査領域３０８
が部品１２の直上に臨んだときに、加算回路４２で加算
されるデータの和が最大となり、この位置を最大位置検
出回路４３が検出する。

このため第４図に示すように、部品１２が正規の実装位
置３０４に実装されている場合の、加算回路４２で加算
されるデータの和が最大となる位置はＢ１、第３図（ａ
）に示す実際の実装位置３０５に部品１２が実装されて
いる場合はＢ２、第３図（ｂ）に示す実際の実装位置３
０６に部品１２が実装されている場合はＢ３として検出
される。　しきい値記憶手段４５には、第４図のに１、
Ｋ２で示す部品１２の実装位置ずれの許容範囲の値を示
すしきい値が記憶されており、これに基づいて判定手段
４４が、上述の如く検出された位置Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３か
に１とに２との範囲内に納まっているか否かを判定する
。

これと同様の動作を走査範囲３０１．３０３についても
行う二とにより、部品１２の位置ずれ、回転ずれを検出
することができる。この場合、仮に前記位置信号２３に
ノイズが含まれていたり、プリント基板１１に反りがあ
る場合にも、加算回路４２で加算されるデータの和が最
大となる位置に影響が出ることはなく、よって、部品１
２の実装位置の検出、及び、実装状態の良否の検出を正
確に行うことができる。

尚、上記実施例においては個々の走査範囲３０１．３０
２．３０３毎に部品１２の実装状態の良否の判定を行っ
たが、例えば、第５図に示すように回転ずれを起こして
実装された部品１２に対する、図中横方向の走査範囲３
０２．３０３をグループ化すれば、正規の実装位置３０
４に対する実際の実装位置の回転角θ】を求めることが
できる。

この場合は、上記実施例で示した動作で求めた、各走査
範囲３０２．３０３内における部品１２の図中横方向の
位置を示すＸ座標値Ｘ】、ｘｌと、走査範囲３０２．３
０３相互間の距離ｙとから次式により求めることができ
、 ｔａｎθ１＝　（ｘｌ−ｘｌりｌｙ 求めた回転角θ１の大きさによって、実装された部品１
２の位置ずれの度合を求め、これを基に部品１２の実装
状態の良否を判定することができる。

また、上記実施例では走査範囲３０１．３０２．３０３
の範囲内で移動走査領域３０？、３０８．３０９を移動
させ、移動位置における高さ分布データの和が最大とな
る位置としきい値とを比較して判定を行ったが、第４図
中に示すように、各走査範囲３０１．３０２．３０３内
の高さ分布データの和に関する最大値Ｓ１と最小値Ｓ２
との差を求め、これにより、部品１２の２枚重ねや欠品
を検出するようにしてもよい。

この場合、部品１２の２枚重ねが生じているときには最
大値Ｓ］と最小値Ｓ２との差が大きくなり、部品１２の
欠品が生じているときには最大値Ｓ１と最小値Ｓ２との
差が小さくなる。

発明の効果 上述の如く本発明によれば、部品が実装されたプリント
基板を移動させる移動手段と、レーザ光源と、このレー
ザ光源からのレーザ光をプリント基板の実装面上に走査
させるレーザ光走査手段と、レーザ光の走査によりプリ
ント基板の実装面から反射して得られる散乱光の光軸を
変化させる散乱光反射手段と、この散乱光反射手段から
の散乱光に基づいてプリント基板の実装面に関する位置
信号を出力する位置検出手段と、この位置信号によりプ
リント基板の実装面に関する高さ分布データを演算する
画像演算処理手段と、プリント基板の部品実装位置に対
応して設定される複数の走査範囲の位置データを格納す
る走査範囲位置データ格納手段と、この各走査範囲内を
移動する移動走査領域のデータを格納する移動走査領域
データ格納手段と、各移動走査領域の移動位置に対応す
る高さ分布データに基づいてプリント基板の実装面に対
する部品の実装状態の良否を判定する判定処理手段とを
備える構成とした。

このため、高さ分布データのノイズによる検査精度の劣
化がなくプリント基板の反りによる良否判定のミスがな
い、プリント基板に対する部品の実装状態の良否を正確
に判定することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の一実施例による実装基板外観検査装
置の概略斜視図、第２図は、第１図の要部詳細ブロック
図、第３図（ａ）、（ｂ）は、第１図の実装基板外観検
査装置における走査範囲と部品実装位置との関係を示す
説明図、第４図は、移動走査領域を移動させた場合の高
さ分布データの和の変化を示す説明図、第５図は、本発
明の他の実施例における位置ずれ検出動作を説明する説
明図、第６図は、従来の実装基板外観検査装置の概略斜
視図、第７図は、第６図の実装基板外観検査装置におけ
るマスク領域及び走査領域と部品実装位置との関係を示
す説明図、第８図（ａ）はプリント基板に実装された部
品の実装状態を示す説明図、第８図（ｂ）は、第８図（
ａ）に示すプリント基板の実装面を走査して得られる、
ノイズを含んだ高さ分布データを示す説明図である。 １１・・・プリント基板、１２・・部品、１３・・・搬
送手段、１５・・・レーザ光源、１６・・・レーザ光、
２３・・・位置信号、３０・・・画像演算処理手段、４
０・・・判定処理手段、５０・・・走査範囲位置データ
格納手段、６０・・・移動走査領域データ格納手段、３
゜１．３０２．３０３・・・走査範囲、３０７．３゜８
．３０９・・・移動走査領域、Ｐ・レーザ光走査手段、
Ｒ・・・散乱光反射手段、Ｔ・・・位置検出手段。 プ１ルト水板 し・−什光千１手段 散乱光反射手段徒 代理人の氏名　弁理士　粟　野　重　孝はが１名第 図 第 図 サブマスク中Ｊしイヴ！ 第 図 第 図 第 図 りθ３三戻九斤標計測部

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　部品が実装されたプリント基板を移動させる移動手段
   と、レーザ光源と、このレーザ光源からのレーザ光をプ
   リント基板の実装面上に走査させるレーザ光走査手段と
   、レーザ光の走査によりプリント基板の実装面から反射
   して得られる散乱光の光軸を変化させる散乱光反射手段
   と、この散乱光反射手段からの散乱光に基づいてプリン
   ト基板の実装面に関する位置信号を出力する位置検出手
   段と、この位置信号によりプリント基板の実装面に関す
   る高さ分布データを演算する画像演算処理手段と、プリ
   ント基板の部品実装位置に対応して設定される複数の走
   査範囲の位置データを格納する走査範囲位置データ格納
   手段と、この各走査範囲内を移動する移動走査領域のデ
   ータを格納する移動走査領域データ格納手段と、各移動
   走査領域の移動位置に対応する高さ分布データに基づい
   てプリント基板の実装面に対する部品の実装状態の良否
   を判定する判定処理手段とを備えた実装基板外観検査装
   置。