JPH07209205A - 半田付状態検査方法及びその装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 半田付状態検査方法及びその装置において、
対象部品の半田付部のみの検査画像を抽出してその半田
付状態の良否を容易かつ迅速に検査する。 【構成】 検査対象のプリント基板１上に実装された電
子部品２に対して略垂直上方から照明する上照明４又は
斜上方から照明する斜照明５をそれぞれ行い、上記対象
部品（２）の略垂直上方に位置する撮像装置６で該対象
部品（２）の上照明４による画像及び斜照明５による画
像をそれぞれ撮影し、これら上照明画像７の信号と斜照
明画像８の信号との間で演算して演算画像１０を作成
し、この演算画像１０を用いて対象部品（２）の半田付
状態の良否を判定（１２）するものである。このとき、
上記演算画像１０により、対象部品（２）の半田付部１
１のみの検査画像を抽出して表示し、その半田付状態の
良否を容易かつ迅速に検査することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、検査対象のプリント基
板上に実装された電子部品又はディスクリート部品等の
半田付部の状態の良否を検査する半田付状態検査方法及
びその装置に関し、特に対象部品の半田付部のみの検査
画像を抽出してその半田付状態の良否を容易かつ迅速に
検査することができる半田付状態検査方法及びその装置
に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来のこの種の半田付状態検査方法は、
例えば特開昭61-293657号公報に記載されているよう
に、被検査物の上方にドーム状に配置した複数段のリン
グ状の照明手段により照明を行い、ドーム上方よりテレ
ビカメラにより撮像して画像処理を行い、上記複数段の
リング状の照明手段を順次点灯して照明角度を切り換
え、その都度得られる画像特徴から総合して半田付状態
の良否を判定するものが提案されている。そして、上記
複数段のリング状の照明手段で、例えば垂直落射照明と
斜め照明と水平照明とをそれぞれ分担させて行い、各々
の照明条件での検査画像をテレビカメラで撮影すると共
に、画像処理部で画像処理して半田付けの良否を判定し
ていた。この場合、各照明条件における検査画像のそれ
ぞれについて或るレベルでしきい値を定めて二値化し、
各々の二値化画像の例えば明るく光る部分の形状、面積
の変化を総合的に判断して半田付状態の良否を判定して
いた。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、このような従
来の半田付状態検査方法においては、複数段の照明手段
による照明角度を適宜変化させて撮影した各検査画像に
ついて、それぞれしきい値を定めて二値化し、各々の二
値化画像の画像特徴を総合的に判断して半田付状態の良
否を判定していたので、まず、各検査画像の二値化のた
めの或るレベルのしきい値を定めるのが難しいものであ
った。すなわち、半田付部以外の部品や背景部分の画像
が撮影されている状態で、必要な半田付部のみの画像を
抽出するようなしきい値の決定は困難であった。従っ
て、或るレベルのしきい値の決め方によっては、半田付
部以外の不要画像も抽出することとなり、実際に必要な
半田付部のみを抽出した二値化画像は得られないことが
あった。このことから、各照明角度によって得られた二
値化画像の画像特徴を総合的に判断して良否を判定する
のが難しく、熟練を要すると共に、検査に時間がかかる
ものであった。

【０００４】そこで、本発明は、このような問題点に対
処し、プリント基板上に実装された電子部品の半田付部
のみの検査画像を抽出してその半田付状態の良否を容易
かつ迅速に検査することができる半田付状態検査方法及
びその装置を提供することを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明による半田付状態検査方法は、検査対象のプ
リント基板上に実装された電子部品に対して略垂直上方
から照明する上照明又は斜上方から照明する斜照明をそ
れぞれ行い、上記対象部品の略垂直上方に位置する撮像
装置で該対象部品の上照明による画像及び斜照明による
画像をそれぞれ撮影し、これら上照明画像の信号と斜照
明画像の信号との間で演算して演算画像を作成し、この
演算画像を用いて対象部品の半田付状態の良否を判定す
るものである。

【０００６】そして、上記演算画像は、上照明画像の信
号と斜照明画像の信号との間で減算した差画像を用いた
ものである。

【０００７】あるいは、上記演算画像は、上照明画像の
信号と斜照明画像の信号とを加算した和画像を用いても
よい。

【０００８】また、上記の検査方法の実施に使用する半
田付状態検査装置は、検査対象のプリント基板上に実装
された電子部品に対して略垂直上方から照明する上照明
部及び斜上方から照明する斜照明部を有しこの各照明部
を切り換えて点灯可能な照明装置と、この照明装置の上
方に位置し上記対象部品をその略垂直上方から上照明画
像及び斜照明画像をそれぞれ撮影する撮像装置と、この
撮像装置から出力される上照明画像及び斜照明画像をそ
れぞれ記憶する複数の記憶装置と、これらの記憶装置か
ら読み出した上照明画像の信号と斜照明画像の信号との
間で演算する画像演算部と、この画像演算部で演算した
結果の演算画像を表示する画像表示器と、上記各構成要
素の動作を制御する制御回路部とを備えて成るものであ
る。

【０００９】さらに、上記画像演算部の出力側には、得
られた演算画像について明暗領域の面積をそれぞれ算出
すると共に、この算出結果と予め用意された明暗領域の
面積の基準値とを比較して対象部品の半田付状態の良否
を判定する演算判定部を設けてもよい。

【００１０】

【作用】このように構成された半田付状態検査装置は、
上照明部及び斜照明部を有しこの各照明部を切り換えて
点灯可能な照明装置により、検査対象のプリント基板上
に実装された電子部品に対して略垂直上方からの照明又
は斜上方からの照明を行い、上記照明装置の上方に位置
する撮像装置で上記対象部品をその略垂直上方から上照
明画像及び斜照明画像をそれぞれ撮影し、複数の記憶装
置により上記撮像装置から出力される上照明画像及び斜
照明画像をそれぞれ記憶し、画像演算部で上記記憶装置
から読み出した上照明画像の信号と斜照明画像の信号と
の間で演算し、画像表示器により上記画像演算部で演算
した結果の演算画像を表示するように動作する。そし
て、上記演算画像により、対象部品の半田付部のみの検
査画像を抽出して表示し、その半田付状態の良否を容易
かつ迅速に検査することができる。

【００１１】

【実施例】以下、本発明の実施例を添付図面に基づいて
詳細に説明する。図１は本発明による半田付状態検査方
法の実施例を示す説明図である。この半田付状態検査方
法は、検査対象のプリント基板上に実装された電子部品
又はディスクリート部品等の半田付部の状態の良否を検
査するもので、まず、検査対象のプリント基板１上に実
装された電子部品２に対して照明装置３で照明する。こ
のとき、上記照明装置３で行う照明は、電子部品２の略
垂直上方から照明する上照明４又は斜上方から照明する
斜照明５をそれぞれ切り換えて行う。

【００１２】次に、上記対象部品としての電子部品２の
略垂直上方に位置する撮像装置６で、該電子部品２の上
照明４による画像及び斜照明５による画像をそれぞれ撮
影する。これは、上記照明装置３による照明を切り換え
て、上照明４だけで電子部品２を照らした状態で撮影し
て上照明画像７を検出し、斜照明５だけで電子部品２を
照らした状態で撮影して斜照明画像８を検出する。

【００１３】次に、これら上照明画像７と斜照明画像８
とを画像演算部９に取り込み、この画像演算部９で上記
上照明画像７の信号と斜照明画像８の信号との間で演算
して演算画像１０を作成する。この演算画像１０として
は、上照明画像７の信号と斜照明画像８の信号との間で
減算した差画像があり、あるいは、上照明画像７の信号
と斜照明画像８の信号とを加算した和画像がある。これ
らの差画像及び和画像においては、上照明４と斜照明５
との光照射の違いから電子部品２の半田付部１１及びそ
の他の部分からの反射光輝度がそれぞれ異なっているの
で、演算により上記半田付部１１以外の部品や背景部分
が消えた画像とすることができる。

【００１４】そして、これらの演算画像１０を用いて、
半田付部１１から抽出した明暗画像の形及び面積などか
ら電子部品２の半田付状態の良否を判定（１２）する。

【００１５】ここで、上記検査画像の検出及び半田付状
態の良否の判定について、図２及び図３を参照して説明
する。まず、チップ部品及びディスクリート部品等の半
田付けにおいて、斜面状に半田が形成されたフィレット
部について差画像を用いて検査する状態を、図２（ａ）
〜（ｄ）により説明する。図２（ａ）はこの場合の検査
対象を示しており、プリント基板１上にチップ状の電子
部品２が実装されており、半田付部が斜面状に形成され
たフィレット部において、図上で左側のフィレット部１
３ａは良好であり、右側のフィレット部１３ｂは半田が
少なくて不良であるとする。この状態で、図１において
電子部品２に対して上照明４だけを照射して撮影する
と、図２（ｂ）に示すような上照明画像が得られる。こ
の上照明画像では、表面が傾斜しているフィレット部１
３ａ，１３ｂで照明光が側方へ反射して、該フィレット
部１３ａ，１３ｂは図に斜線を付して示すように暗く見
え(低輝度）、表面が平坦な電子部品２の上面及び接続
パッド１４，１４で照明光が上方へ反射して、該電子部
品２及び接続パッド１４，１４は図に白抜きで示すよう
に明るく見える（高輝度）。

【００１６】次に、図１において電子部品２に対して斜
照明５だけを照射して撮影すると、図２（ｃ）に示すよ
うな斜照明画像が得られる。この斜照明画像では、表面
が傾斜しているフィレット部１３ａ，１３ｂで照明光が
上方へ反射して、該フィレット部１３ａ，１３ｂは図に
白抜きで示すように明るく見え（高輝度）、表面が平坦
な電子部品２の上面及び接続パッド１４，１４で照明光
が側方へ反射して、該電子部品２及び接続パッド１４，
１４は図に斜線を付して示すように暗く見える（低輝
度）。

【００１７】次に、図１に示す画像演算部９で図２
（ｃ）に示す斜照明画像の信号から同図（ｂ）に示す上
照明画像の信号を減算して、図２（ｄ）に示すような差
画像を得る。この差画像では、フィレット部１３ａ，１
３ｂの領域は、演算結果がプラスの値となって図に白抜
きで示すように明るく見え、電子部品２及び接続パッド
１４，１４の領域は、演算結果がマイナスの値となって
図に二方向の交差した斜線を付して示すように画像が何
も無い状態で暗く見える。このとき、その周囲の背景部
分の画像も完全に消える。この結果、図１に示す半田付
部１１であるフィレット部１３ａ，１３ｂのみの検査画
像が抽出される。そして、この抽出されたフィレット部
１３ａ，１３ｂの画像の形及び面積を演算して、半田付
状態の良否を判定する。すなわち、図２（ｄ）に示す差
画像によると、左側のフィレット部１３ａの画像は或る
基準とされる面積と同等であり良好と判定され、右側の
フィレット部１３ｂの画像は基準の面積より小さく不良
と判定される。

【００１８】次に、リード線の半田付けにおいて、半田
付部内に発生した穴あき部について和画像を用いて検査
する状態を、図３（ａ）〜（ｄ）により説明する。図３
（ａ）はこの場合の検査対象を示しており、プリント基
板１にリード線１５が上向きに突出して半田付けされて
おり、その半田付部１１内に上下方向の穴あき部１６が
発生しているとする。この状態で、図１において上照明
４だけを照射して撮影すると、図３（ｂ）に示すような
上照明画像が得られる。この上照明画像では、表面が傾
斜している半田付部１１で照明光が側方へ反射し、穴あ
き部１６からは反射光が発生せず、該半田付部１１及び
穴あき部１６は図に斜線を付して示すように暗く見え
（低輝度）、表面が略平坦となるリード線１５の上面で
照明光が上方へ反射して、該リード線１５の部分は図に
白抜きで示すように明るく見える(高輝度）。

【００１９】次に、図１において斜照明５だけを照射し
て撮影すると、図３（ｃ）に示すような斜照明画像が得
られる。この斜照明画像では、表面が傾斜している半田
付部１１で照明光が上方へ反射して、該半田付部１１は
図に白抜きで示すように明るく見え（高輝度）、表面が
略平坦となるリード線１５の上面で照明光が側方へ反射
し、穴あき部１６からは反射光が発生せず、該リード線
１５の部分及び穴あき部１６は図に斜線を付して示すよ
うに暗く見える（低輝度）。

【００２０】次に、図１に示す画像演算部９で図３
（ｂ）に示す上照明画像の信号と同図(ｃ）に示す斜照
明画像の信号とを加算して、図３（ｄ）に示すような和
画像を得る。この和画像では、半田付部１１及びリード
線１５の領域は、演算結果がそれぞれプラスの大きな値
となって図に白抜きで示すように明るく見え、穴あき部
１６の領域は、演算結果が非常に小さい値となって図に
二方向の交差した斜線を付して示すように暗く見える。
このとき、その周囲の背景部分の画像も演算結果がプラ
スの大きな値となって、総て明るく見える。この結果、
図３（ａ）に示す半田付部１１内に発生した穴あき部１
６のみの検査画像が抽出される。これにより、上記半田
付部１１内に穴あき部１６が発生していることが一目瞭
然にわかる。

【００２１】図４は上記の半田付状態検査方法の実施に
使用する検査装置の実施例を示す全体構成のブロック図
である。この半田付状態検査装置は、図４に示すよう
に、照明装置３と、撮像装置６と、Ａ／Ｄ変換器１７
と、二つの画像メモリ１８ａ，１８ｂと、画像演算部９
と、画像表示器１９と、制御回路部２０とを有し、さら
に演算判定部２１と、基準値メモリ２２と、出力装置２
３とを備えて成る。

【００２２】上記照明装置３は、検査対象のプリント基
板１上に実装された電子部品２に対して略垂直上方から
照明する（４）上照明部及び斜上方から照明する（５）
斜照明部を有しこの各照明部を切り換えて点灯可能とす
るもので、その具体的な構造は図５に示すようになって
いる。すなわち、中央部に検査対象のプリント基板１上
に実装された電子部品２等の外観検査のための撮影用孔
２４を有する円板状の笠部材２５と、この笠部材２５の
下面側の同一平面内にて上記撮影用孔２４を中心として
中央部寄りの領域に複数の同心円状に配置され対象部品
を略垂直上方から照明する第１グループＡの多数の発光
体（ＬＥＤ２６ａ）と、同じく上記撮影用孔２４を中心
として外周部寄りの領域に複数の同心円状に配置され対
象部品を斜上方から照明する第２グループＢの多数の発
光体（ＬＥＤ２６ｂ）と、上記笠部材２５の撮影用孔２
４に対応する透光孔２７を有すると共に該笠部材２５の
下方中央部に取り付けられた光拡散用のスモーク板２８
と、上記笠部材２５の周縁部の全周にて内向きの斜下方
に突出して設けられた拡散反射板２９と、上記第１グル
ープＡの多数のＬＥＤ２６ａに電力を供給する上照明電
源３０と、上記第２グループＢの多数のＬＥＤ２６ｂに
電力を供給する斜照明電源３１とを備えて成る。そし
て、上記第１グループＡのＬＥＤ２６ａで上照明部を形
成しており、第２グループＢのＬＥＤ２６ｂで斜照明部
を形成している。なお、図５において、符号３２，３２
はスモーク板２８を笠部材２５の下方に吊下する取付金
具を示している。また、上記上照明電源３０及び斜照明
電源３１は、図４に示すように制御回路部２０に接続さ
れており、この制御回路部２０によって電源のオン、オ
フの動作が制御されるようになっている。

【００２３】撮像装置６は、上記電子部品２をその略垂
直上方から、上照明４を照射した状態の上照明画像及び
斜照明５を照射した状態の斜照明画像をそれぞれ撮影す
るもので、上記照明装置３の中央部上方に位置し、例え
ばテレビカメラ又はＣＣＤカメラ等から成る。そして、
Ａ／Ｄ変換器１７は、上記撮像装置６で撮影され出力さ
れた画像信号を入力してディジタル信号に変換するもの
である。なお、上記撮像装置６による上照明画像又は斜
照明画像の撮影の切り換えは、制御回路部２０の制御に
よって上照明電源３０と斜照明電源３１とのオン動作を
切り換え、上照明４と斜照明５とを切り換えることによ
って行われる。

【００２４】第一の画像メモリ１８ａは、上記Ａ／Ｄ変
換器１７から出力される上照明画像のデータを記憶する
記憶装置となるもので、第二の画像メモリ１８ｂは、同
じくＡ／Ｄ変換器１７から出力される斜照明画像のデー
タを記憶する記憶装置となるものである。そして、これ
らの画像メモリ１８ａ，１８ｂの切り換えは、上記制御
回路部２０の制御によって、上照明電源３０と斜照明電
源３１とのオン動作の切り換えに同期して切り換えられ
るようになっている。

【００２５】画像演算部９は、上記第一及び第二の画像
メモリ１８ａ，１８ｂからそれぞれ読み出した上照明画
像のデータと斜照明画像のデータとを入力しそれらの画
像データ間で演算して演算画像を作成するもので、斜照
明画像のデータから上照明画像のデータを減算して差画
像を作成したり、上照明画像のデータと斜照明画像のデ
ータとを加算して和画像を作成するようになっている。
このとき、上記画像演算部９での演算動作においては、
制御回路部２０からのアドレス制御によって、上照明画
像と斜照明画像との同一画素同士のデータ間で演算が行
われるように制御される。

【００２６】画像表示器１９は、上記画像演算部９で演
算した結果の演算画像、すなわち差画像及び和画像等を
表示するもので、例えばテレビモニタから成る。そし
て、操作者は、この画像表示器１９に表示される差画像
又は和画像を観察し、その画像の形及び面積等から判断
して、半田付状態の良否又は半田の穴あき部の有無を判
定する。

【００２７】そして、制御回路部２０は、上述のように
上記各構成要素の動作を制御するもので、例えばＣＰＵ
（中央処理装置）から成る。

【００２８】さらに、上記画像演算部９の出力側には、
演算判定部２１が設けられている。この演算判定部２１
は、上記画像演算部９で得られた演算画像について明暗
領域の面積をそれぞれ算出すると共に、この算出結果と
予め用意された明暗領域の面積の基準値とを比較して対
象部品の半田付状態の良否を判定するものである。ま
た、基準値メモリ２２は、上記演算判定部２１で比較す
る画像の明暗領域の面積の基準値を記憶しておくと共に
該演算判定部２１へ送り出すもので、経験に基づいて予
め用意した基準値を書き込み及び読み出すＲＡＭ（随時
書込み読出しメモリ）から成る。そして、出力装置２３
は、上記演算判定部２１で判定した各対象部品について
の半田付状態の良否の結果を自動的に出力するもので、
例えばテレビモニタ又はプリンタから成る。上記演算判
定部２１及び基準値メモリ２２並びに出力装置２３を設
けた場合は、操作者が前記画像表示器１９に表示される
演算画像を観察してそれぞれ判定することなく、半田付
状態の良否の判定結果を自動的に出力することができ
る。

【００２９】このように構成された半田付状態検査装置
の動作により、前述の図１を参照して説明した半田付状
態検査方法が実施され、図２に示すような差画像を作成
してチップ部品等の半田付けにおいてフィレット部１３
ａ，１３ｂの半田付状態の良否を判定することができ、
図３に示すような和画像を作成してリード線１５の半田
付けにおいて半田付部１１内に発生した穴あき部１６の
有無を判定することができる。なお、上記半田付状態検
査装置を使用して検査するに先立って、照明装置３の照
明による上照明４と斜照明５との明るさを較正する必要
がある。すなわち、図４において、照明装置３の下方に
プリント基板１の代わりに例えば白色の拡散反射板を水
平にセットし、この拡散反射板に対して上照明４と斜照
明５とを切り換えて照射する。そして、この状態で撮像
装置６により上記拡散反射板を撮影し、上照明４の照射
による撮影画像の輝度と、斜照明５の照射による撮影画
像の輝度とが一定の関係になるように上照明４及び斜照
明５の明るさを調整する。上記一定の関係とは、上照明
４の撮影画像の輝度Ｂ₁と斜照明５の撮影画像の輝度Ｂ₂
とが同一になるようにするか、Ｂ₁＝Ｂ₂＋ΔＢのように
両者に一定の差を設け輝度差ΔＢを可変とするものであ
る。特に後者のように、Ｂ₁とＢ₂とに一定の輝度差ΔＢ
を設けた場合は、実際のプリント基板１の検査におい
て、該プリント基板１の水平度を正確に出さなくても検
査を実行することができる。

【００３０】

【発明の効果】本発明は以上のように構成されたので、
検査対象のプリント基板上に実装された電子部品に対し
て略垂直上方から照明する上照明又は斜上方から照明す
る斜照明をそれぞれ行い、上記対象部品の略垂直上方に
位置する撮像装置で該対象部品の上照明による画像及び
斜照明による画像をそれぞれ撮影し、これら上照明画像
の信号と斜照明画像の信号との間で演算して演算画像を
作成し、この演算画像を用いて対象部品の半田付状態の
良否を判定することができる。このとき、上記演算画像
により、対象部品の半田付部のみの検査画像を抽出して
表示し、その半田付状態の良否を容易かつ迅速に検査す
ることができる。従って、従来のように各照明角度の検
査画像についてそれぞれしきい値を定めて二値化するこ
とを要さず、また半田付部以外の不要画像を抽出するこ
となく、熟練を要さず簡単かつ短時間に半田付状態の検
査を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による半田付状態検査方法の実施例を示
す説明図である。

【図２】チップ部品の半田付けにおいて斜面状に半田が
形成されたフィレット部について差画像を用いて検査す
る状態を示す説明図である。

【図３】リード線の半田付けにおいて半田付部内に発生
した穴あき部について和画像を用いて検査する状態を示
す説明図である。

【図４】上記の半田付状態検査方法の実施に使用する検
査装置の実施例を示す全体構成のブロック図である。

【図５】照明装置の具体的な構造を示す断面説明図であ
る。

【符号の説明】

１…プリント基板 ２…電子部品 ３…照明装置 ４…上照明 ５…斜照明 ６…撮像装置 ９…画像演算部 １１…半田付部 １３ａ，１３ｂ…フィレット部 １６…穴あき部 １７…Ａ／Ｄ変換器 １８ａ，１８ｂ…画像メモリ １９…画像表示器 ２０…制御回路部 ２１…演算判定部 ２２…基準値メモリ ２３…出力装置 ３０…上照明電源 ３１…斜照明電源

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 検査対象のプリント基板上に実装された
   電子部品に対して略垂直上方から照明する上照明又は斜
   上方から照明する斜照明をそれぞれ行い、上記対象部品
   の略垂直上方に位置する撮像装置で該対象部品の上照明
   による画像及び斜照明による画像をそれぞれ撮影し、こ
   れら上照明画像の信号と斜照明画像の信号との間で演算
   して演算画像を作成し、この演算画像を用いて対象部品
   の半田付状態の良否を判定することを特徴とする半田付
   状態検査方法。
2. 【請求項２】 上記演算画像は、上照明画像の信号と斜
   照明画像の信号との間で減算した差画像であることを特
   徴とする請求項１記載の半田付状態検査方法。
3. 【請求項３】 上記演算画像は、上照明画像の信号と斜
   照明画像の信号とを加算した和画像であることを特徴と
   する請求項１記載の半田付状態検査方法。
4. 【請求項４】 検査対象のプリント基板上に実装された
   電子部品に対して略垂直上方から照明する上照明部及び
   斜上方から照明する斜照明部を有しこの各照明部を切り
   換えて点灯可能な照明装置と、この照明装置の上方に位
   置し上記対象部品をその略垂直上方から上照明画像及び
   斜照明画像をそれぞれ撮影する撮像装置と、この撮像装
   置から出力される上照明画像及び斜照明画像をそれぞれ
   記憶する複数の記憶装置と、これらの記憶装置から読み
   出した上照明画像の信号と斜照明画像の信号との間で演
   算する画像演算部と、この画像演算部で演算した結果の
   演算画像を表示する画像表示器と、上記各構成要素の動
   作を制御する制御回路部とを備えて成ることを特徴とす
   る半田付状態検査装置。
5. 【請求項５】 上記画像演算部の出力側には、得られた
   演算画像について明暗領域の面積をそれぞれ算出すると
   共に、この算出結果と予め用意された明暗領域の面積の
   基準値とを比較して対象部品の半田付状態の良否を判定
   する演算判定部を設けたことを特徴とする請求項４記載
   の半田付状態検査装置。