JPH061173B2 - 曲面性状検査装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〈産業上の利用分野〉 この発明は、表面の曲面性状が異なる方向に配向してい
る多数の曲面要素の集合より成る鏡面反射性の曲面体に
つき、各曲面要素の配向生を検出するのに適用される曲
面性状検査装置に関連し、殊にこの発明は、基板上に実
装された部品につき、そのハンダ付け部分の形状などを
検査するのに好適な曲面性状検査装置に関する。

〈従来の技術〉 多配向性曲面をもつ鏡面反射性の曲面体として、基板上
に実装された部品におけるハンダ付け部位の表面形状が
その代表例に挙げられる。従来このハンダ付け部位は、
目視検査により検査されており、ハンダ付け状態の良
否、すなわちハンダの有無、量、溶解性、短絡、導通不
良などがこの目視検査によって判定されている。

ところがこのような目視検査による方法では、検査ミス
の発生が避けられず、判定結果も検査する者によりまち
まちであり、また検査処理能力にも限界がある。

そこで近年、この種の検査を自動的に行うことができる
自動検査装置が各種提案されている。

ところでハンダ付け部位の表面形状は、３次元の拡がり
をもつ立体形状であって、これを検査するには、３次元
の形状情報を検出できることが不可欠の条件となる。

第３図はこの条件を満たす自動検査装置の一例を示すも
のであり、レーザなどの光源から板状をなすスリット光
１を基板２上のハンダ付け部位へ照射している。このス
リット光１の照射により、ハンダ付け部位を含む基板２
の表面には、立体形状に沿って歪を受けた光切断線３が
生成されるもので、その光切断線３の反射光像を撮像装
置４で撮像して、その撮像パターンの歪状態をチェック
することにより、ハンダ付け部位の立体形状を検出す
る。

ところがこの検査方法の場合、スリット光１が照射され
た部分の形状情報が得られるのみであって、それ以外の
部分の立体形状を把握することは困難である。しかもハ
ンダ付け部位の表面は、その配向方向が基板２の垂直方
向に対して不定であるため、光源と撮像装置４との組み
合わせが少なくとも４組以上は必要であり、これがため
装置が複雑化し、かつ高精度の組立作業が必要となり、
コスト高を招くなどの問題がある。

そこでこの種問題を解消した方法として、検査対象であ
る曲面体の表面へ入射角が異なる光を照射し、曲面体の
表面からの各反射光像を撮像して、それぞれの撮像パタ
ーンより曲面体の有する各曲面要素の配向性を検出する
という方法が存在する。この方法の原理は、３次元像情
報検出のひとつである「アクティブ・センシング法」に
属するものである。すなわちこの方法は、一定のパター
ンをもった光束を検査対象に投光したとき、その検査対
象から得られる反射光束のパターンが検査対象の立体的
形状に対応して変形を受けることに着目したもので、そ
の変形パターンから検査対象の形状を推定するという方
法である。

第４図は、この方法の原理説明図であり、投光装置５と
撮像装置６とから成る検出系と、検査対象である曲面体
７との位置関係を示している。

同図において、投光装置５より曲面体７の表面に対して
入射角ｉで光束８を投光すると、角度ｉ′（＝ｉ）の反
射光束９が真上に置かれた撮像装置６に入射して検出さ
れる。これにより前記光束８で照明された曲面体７の曲
面要素は基準面１０に対してｉの角度をなして配向して
いることが検出されたことになる。従ってもし曲面体７
の表面形状が、ハンダ付け面のように異なる方向に配向
している多数の曲面要素から成るものであれば、入射角
が異なる複数の投光装置を用いて曲面体７の表面に投光
すれば、それぞれの入射角に対応する曲面要素の群が撮
像装置６により検出され、これにより曲面体７表面の各
曲面要素がそれぞれどんな配向をしているか、すなわち
ハンダ付け部位の表面形状がどのようであるかを検出で
きる。

また投光装置５が、入射角がｉ＋Δｉからｉ−Δｉまで
２Δｉの幅をもつ光束８を投光するならば、その幅に対
応した幅を有する反射光束９が撮像装置６により検出す
ることになる。すなわちこの場合は、基準面１０となす
傾斜角がｉ＋Δｉからｉ−Δｉまでの幅の角度をもつ曲
面要素が検出できることになる。

さらに投光装置５が、第５図に示す如く、基準面１０に
対して水平に設置されたリング状のものであれば、曲面
体７が基準面１０に垂直な軸に対してどのような回転角
をもっていても、投光装置５と曲面体７との距離は一定
であり、曲面要素の回転角方向の配向性は消去されるの
で、基準面１０となす傾斜角だけが検出されることにな
る。

またこの第５図に示すように、投光装置５を曲面体７へ
の入射角が異なる複数のリング状発光体１１，１２，１
３をもって構成すれば、各発光体による光束１４，１
５，１６の入射角に対応した配向をもつ曲面要素がそれ
だけ詳細に検出できることは前述したとおりである。

いま半径がｒ_ｎ（ただしｎ＝1,2,3）の３個のリング状
の発光体１１，１２，１３を基準面１０に対して高さｈ
_ｎ（ｎ＝1,2,3）の位置に水平に設置すれば、曲面体７
への各光束１４，１５，１６の入射角はそれぞれｉ
_ｎ（ｎ＝1,2,3）となり、曲面体７における傾斜角がそ
れぞれｉ_ｎである各曲面要素を撮像装置６により検出す
ることができる。このとき各発光体１１，１２，１３か
ら曲面体７の表面を経て撮像装置６に至る全光路長に比
して曲面要素の大きさが十分に小さいので、次式により
入射角、すなわち検出しようとする曲面要素の傾斜角を
定めればよい。

上記の原理に基づきハンダ付け部位の外観を検査する方
法として、前記の各発光体１１，１２，１３に白色光源
を用いたものが提案されている（特開昭61-293657
号）。この検査方法においては、ハンダ付け面に対する
入射角の異なる３個の発光体１１，１２，１３による反
射光像を相互に識別するために、それぞれ発光体１１，
１２，１３を時間的に異なったタイミングで点灯し、ま
た消灯している。

〈発明が解決しようとする問題点〉 しかしながらこのような方法では、異なる投光タイミン
グで得た各画像を貯蔵するためのメモリや、これら画像
を同一視野像として演算処理するための演算装置や、各
発光体を瞬間的に点灯動作させるための点灯装置などが
必要であり、技術面での煩雑さが多く、またそれがコス
ト面や信頼性の面で課題となっている。

そこで、このようなタイム・シェアリング方式の課題を
一挙に解消する方法として、ワイヤのような線状物体を
検査する装置として提案された方法が存在する（特開昭
62-127617号）。この方法では、検査対象に対する入射
角の異なる３個の発光体として、赤、緑、青の三原色光
源を用いており、検査対象からの赤色、緑色、青色の各
反射光像をカラーテレビカメラのような色相感知型の撮
像装置により同一タイミングで分離して検出するもので
ある。

この方法をハンダ付け部位の自動検査装置に適用する
と、ハンダ付け部位の曲面性状を短時間で検出すること
は理論上可能となるが、基板上の各部位に関する情報
（例えば部品番号、極性、カラーコードなど）や基板パ
ターン情報（種々のマークなど）のような基板実装部品
の自動検査に不可欠な周辺情報を検出する工夫がなされ
ているため、このままでは装置の実用化は到底困難であ
る。

この発明は、上記問題に着目してなされたもので、各発
光体の照射光を合成すると白色光となるように工夫する
ことにより、ハンダ付け部位のような鏡面反射性の曲面
体の曲面性状を短時間で検出でき、しかも実際の検査に
不可欠な周辺情報の検出をも可能とした曲面性状検査装
置を提供することを目的とする。

〈問題点を解決するための手段〉 上記目的を達成するため、この発明では、第１の色相
光、第２の色相光、第３の色相光をそれぞれ発生するリ
ング状をなす３個の発光体が、鏡面反射性の曲面体の表
面への各色相光の入射角が異なるように配置されて成る
投光手段と、前記鏡面反射性の曲面体の表面からの反射
光像を各色相別に撮像するための撮像手段と、前記撮像
手段で得られた撮像パターンより前記鏡面反射性の曲面
体を有する各曲面要素の傾斜角を検出するための処理手
段とで曲面性状検査装置を構成している。そして前記投
光手段の各発光体は、それぞれの色相光の合成により白
色光となるような対波長発光エネルギー分布を有すると
共に、前記投光手段には、各発光体による色相光を合成
したとき白色光となるように各発光体の光量を調整する
ための光量調節手段が接続している。

〈作用〉 鏡面反射性の曲面体の表面に対し異なる入射角をもって
各発光体から第１の色相光、第２の色相光、第３の色相
光が照射されると、前記曲面体の表面からの第１の色相
光、第２の色相光、第３の色相光の各反射光像が撮像手
段により同時に分離して検出される。この場合に、各発
光体は、それぞれの色相光の構成により白色光となるよ
うな対波長発光エネルギー分布を有し、各発光体による
色相光を合成したとき、白色光となるように各発光体の
光量が調整されるため、実装部品のハンダ検査などで
は、ハンダ付け部位の曲面性状に関する情報を加えて、
部品に関する情報のような周辺情報も同時に検出される
ことになる。

〈実施例〉 第１図は、この発明の一実施例にかかる基板検査装置の
概略構成を示している。

図示例の基板検査装置は、位置決め基板20Ｓを撮像して
得られた前記位置決め基板２０Ｓ上にある各部品２１Ｓ
の検査領域のパラメータ（判定データ）と、被検査基板
２０Ｔを撮像して得られた前記被検査基板２０Ｔ上にあ
る各部品２１Ｔの検査領域のパラメータ（被検査デー
タ）とを比較して、これらの各部品２１Ｔが正しく実装
されかつハンダ付けされているかどうかを検査するため
のものであって、Ｘ軸テーブル軸２２、Ｙ軸テーブル部
２３、投光部２４、撮像部２５、処理部２６などをその
構成として含んでいる。

Ｘ軸テーブル部２２およびＹ軸テーブル部２３は、それ
ぞれ処理部２６からの制御信号に基づいて動作するモー
タ（図示せず）を備えており、これらモータの駆動によ
りＸ軸テーブル部２２が撮像部２５をＸ方向へ移動さ
せ、またＹ軸テーブル部２３が基板２０Ｓ，２０Ｔを支
持するコンベヤ２７をＹ方向へ移動させる。

これら基板２０Ｓ，２０Ｔは、投光部２４からの照射光
を受けつつ撮像部２５により撮像される。

投光部２４は、処理部２６からの制御信号に基づき赤色
光、緑色光、青色光をそれぞれ発生するリング状をなす
３個の発光体２８，２９，３０を備えている。各発光体
２８，２９，３０は、検査対象への各色相光の入射角が
異なるように配置されており、これら発光体２８，２
９，３０を発した三原色光の混合した光が前記基板２０
Ｓ，２０Ｔへ投光される。撮像部２５は前記基板２０
Ｓ，２０Ｔでの反射光像を得てこれを電気信号に変換す
る。この実施例の場合、前記の各発光体２８，２９，３
０は白色光源に赤色、緑色、青色の各フィルタを被せた
構造のものを用いているが、三原色の各色相光を発生さ
せるものであれば、このような構成に限られないことは
勿論である。

またこの投光部２４は、その照明下で基板２０Ｓ，２０
Ｔ上の部品に関する情報（部品番号、極性、カラーコー
ドなど）や基板パターン情報（種々のマークなど）を検
出することを可能となすため、各発光体２８，２９，３
０が発する各色相の光が混色されると完全な白色光とな
るような工夫を施してある。すなわち各発光体２８，２
９，３０は、混色により白色光となるような対波長発光
エネルギー分布を有する赤色光スペクトル、緑色光スペ
クトル、青色光スペクトルの光を発する発光体をもって
構成すると共に、各発光体２８，２９，３０から照射さ
れた赤色光、緑色光、青色光が混色して白色光となるよ
うに、撮像コントローラ３１により各色相光の光量の調
整を可能としている。

つぎに撮像部２５は、前記投光部２４の上方に位置させ
たカラーテレビカメラ３２を備えており、前記基板２０
Ｓまたは２０Ｔからの反射光はこのカラーテレビカメラ
３２によって三原色のカラー信号Ｒ，Ｇ，Ｂに変換され
て処理部２６へ供給される。

処理部２６は、Ａ／Ｄ変換部３３、メモリ３８、ティー
チングテーブル３５、画像処理部３４、判定部３６、
Ｘ，Ｙテーブルコントローラ３７、撮像コントローラ３
１、ＣＲＴ表示部４１、プリンタ４２、キーボード４
０、フロッピディスク装置４３、制御部（ＣＰＵ）３９
などから構成されるもので、ティーチングモードのと
き、位置決め基板２０Ｓについてのカラー信号Ｒ，Ｇ，
Ｂを処理しハンダ付け状態が良好な各部品２１Ｓの所定
領域につき赤色、緑色、青色の各色相パターンを検出し
て判定データファイルを作成し、また検査モードのと
き、被検査基板２０Ｔについてのカラー信号Ｒ，Ｇ，Ｂ
を処理し基板上の各部品２１Ｔの所定領域につき同様の
各色相パターンを検出して被検査データファイルを作成
する。そしてこの被検査データファイルと前記判定デー
タファイルとを比較して、この比較結果から被検査基板
２０Ｔ上の所定の部品２１Ｔにつきハンダ付け部分の
良、不良を自動的に判定する。

第２図は、ハンダ付けが良好であるとき、部品が欠陥し
ているとき、ハンダ不足の状態にあるときのそれぞれハ
ンダ４４の断面形態と、各場合の撮像パターン、赤色パ
ターン、緑色パターン、青色パターンとの関係を一覧表
で示したものであり、いずれかの色相パターン間には明
確な差異が現われるため、部品の有無やハンダ付けの良
否が判定できることになる。

第１図に戻って、Ａ／Ｄ変換部３３は前記撮像部２５か
らカラー信号Ｒ，Ｇ，Ｂが供給されたときに、これをア
ナログ・ディジタル変換して制御部３９へ出力する。メ
モリ３８はＲＡＭなどを備え、制御部３９の作業エリア
として使われる。画像処理部３４は制御部３９を介して
供給された画像データを画像処理して前記被検査データ
ファイルや判定データファイルを作成し、これらを制御
部３９や判定部３６へ供給する。

ティーチングテーブル３５はティーチング時に制御部３
９から判定データファイルが供給されたとき、これを記
憶し、また検査時に制御部３９が転送要求を出力したと
き、この要求に応じて判定データファイルを読み出し
て、これを制御部３９や判定部３６などへ供給する。

判定部３６は、検査時に制御部３９から供給された判定
データファイルと、前記画像処理部３４から転送された
被検査データファイルとを比較して、その被検査基板２
０Ｔにつきハンダ付け状態の良否を判定し、その判定結
果を制御部３９へ出力する。

撮像コントローラ３１は、制御部３９と投光部２４およ
び撮像部２５とを接続するインターフェースなどを備
え、制御部３９の出力に基づき投光部２４の各発光体２
８，２９，３０の光量を調整したり、撮像部２５のカラ
ーテレビカメラ３２の各色光出力の相互バランスを保つ
などの制御を行う。

Ｘ，Ｙテーブルコントローラ３７は制御部３９と前記Ｘ
軸テーブル部２２およびＹ軸テーブル部２３とを接続す
るインターフェースなどを備え、制御部３９の出力に基
づきＸ軸テーブル部２２およびＹ軸テーブル部２３を制
御する。

ＣＲＴ表示部４１はブラウン管（ＣＲＴ）を備え、制御
部３９から画像データ、判定結果、キー入力データなど
が供給されたとき、これを画面上に表示する。プリンタ
４２は制御部３９から判定結果などが供給されたとき、
これを予め決められた書式（フォーマット）でプリント
アウトする。キーボート４０は操作情報や位置決め基板
２０Ｓに関するデータ、この位置決め基板２０Ｓ上の部
品２１Ｓに関するデータなどを入力するのに必要な各種
キーを備えており、このキーボード４０から入力された
情報やデータなどは制御部３９へ供給される。

制御部３９は、マイクロプロセッサなどを備えており、
つぎに述べる手順に沿って動作する。

まず新たな被検査基板２０Ｔを検査するときには、制御
部３９は、ティーチングを実行するために装置各部を制
御して投光部２４や撮像部２５をオンし、また撮像条件
やデータの処理条件を整える。つぎにＹ軸テーブル部２
３上に位置決め基板２０Ｓがセットされると、制御部３
９はＸ軸テーブル部２２およびＹ軸テーブル部２３を制
御して位置決め基板２０Ｓを位置出しした後、撮像部２
５に位置決め基板２０Ｓを撮像させる。この撮像動作で
得られた三原色のカラー信号Ｒ，Ｇ，ＢはＡ／Ｄ変換部
３３でＡ／Ｄ変換され、その変換結果はメモリ３８にリ
アルタイムで記憶される。

ついで制御部３９は、前記メモリ３８より各色相に対応
する画像データを画像処理部３４へ転送させ、この画像
処理部３４にて各色相の画像データを各色相別の適当な
しきい値で２値化するなどして、赤色、緑色、青色のパ
ターンを検出する。また制御部３９は、画像処理部３４
を制御し、各部品２１Ｓの撮像パターンにつき各部分
（電極など）の明度をチェックするなどして各部品２１
Ｓの電極の位置や極性マークの位置などを識別させる。

この後制御部３９は、前記の各色相パターンと前記の識
別結果とに基づいて、被検査基板２０Ｔを検査するのに
必要な判定データファイルを作成し、これをティーチン
グテーブル３５に記憶させた後、ティーチングを終了す
る。

つぎに検査モードに移行すると、制御部３９はティーチ
ングテーブル３５やキーボード４０からその日の日付デ
ータや、被検査基板２０ＴのＩＤナンバ（識別番号）を
取り込むとともに、ティーチングテーブル３５から判定
データファイルを読み出して、これを判定部３６に供給
する。

この後、制御部３９は、撮像条件やデータの処理条件を
整えた後、Ｙ軸テーブル部２３上に被検査基板２０Ｔが
セットされたかどうかをチェックする。

もしセットされておれば、制御部３９は前記と同様、画
像処理部３４にて各色相パターンの検出および電極や極
性マークの識別を順次行わせた後、各色相パターンと前
記の識別結果とに基づき被検査データファイルを作成す
る。ついで制御部３９は、前記被検査データファイルを
判定部３６に転送させ、この被検査データファイルと前
記判定データファイルとを比較させて、被検査基板２０
Ｔ上の所定の部品２１Ｔにつきハンダ付けの良否を判定
させると共に、この判定結果やＣＲＴ表示部４１やプリ
ンタ４２に供給して、これらを表示させ、またプリント
アウトさせる。

〈発明の効果〉 この発明は上記の如く、鏡面反射性の曲面体の表面に対
し異なる入射角をもってリング状の各発光体から第１、
第２、第３の各色相光を照射して、前記曲面体の表面か
らの反射光像を各色相別に同時に得るように構成したか
ら、各色相パターンを用いて鏡面反射性の曲面体の性状
を短時間で検出できる。しかも各発光体は、それぞれの
光の合成により白色色となるような対波長発光エネルギ
ー分布を有すると共に、各発光体による色相光を合成し
たとき白色光となるように各発光体の光量を調整するよ
うに構成したから、実装部品のハンダ検査において必要
不可欠な周辺情報の検出も可能であり、ハンダ検査の自
動化を実現するなど、発明目的を達成した顕著な効果を
奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例にかかる基板検査装置の全
体構成を示す説明図、第２図はハンダ付け状態の良否と
パターンとの関係を示す説明図、第３図は従来のハンダ
付け状態の自動検査装置を示す原理説明図、第４図およ
び第５図はこの発明の原理を示す原理説明図である。 ２４…投光部 ２５…撮像部 ２６…処理部 ２８，２９，３０…発光体 ３１…撮像コントローラ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭61−293657（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−127617（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−153108（ＪＰ，Ａ)

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】第１の色相光、第２の色相光、第３の色相
   光をそれぞれ発生するリング状をなす３個の発光体が、
   鏡面反射性の曲面体の表面への各色相光の入射角が異な
   るように配置されて成る投光手段と、 前記鏡面反射性の曲面体の表面からの反射光像を各色相
   別に撮像するための撮像手段と、 前記撮像手段で得られた撮像パターンより前記鏡面反射
   性の曲面体の有する各曲面要素の傾斜角を検出するため
   の処理手段とから成る曲面性状検査装置であって、 前記投光手段の各発光体は、それぞれの色相光の合成に
   より白色光となるような対波長発光エネルギー分布を有
   すると共に、前記投光手段には、各発光体による色相光
   を合成したとき白色光となるように各発光体の光量を調
   整するための光量調節手段が接続されて成る曲面性状検
   査装置。