JP4211950B2

JP4211950B2 - 実装済プリント基板自動検査装置

Info

Publication number: JP4211950B2
Application number: JP09962196A
Authority: JP
Inventors: 幾雄片岡; 秀世渡辺
Original assignee: Kowa Co Ltd; Nagoya Electric Works Co Ltd
Current assignee: Kowa Co Ltd; Nagoya Electric Works Co Ltd
Priority date: 1996-03-29
Filing date: 1996-03-29
Publication date: 2009-01-21
Anticipated expiration: 2016-03-29
Also published as: JPH09270600A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はレーザ源からのレーザビームをプリント基板に実装された電子部品のリード部に照射し、該リード部のプリント基板への半田付けが正常に行われているか否かを検査するための実装済プリント基板自動検査装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来におけるレーザビームを利用した実装済プリント基板の検査装置として、本出願人は先に実願昭６２−５６２２号（実公平７−２９４８３号公報）を出願している。これは、図６に示すように、上部中央に開口部Ａ₁を形成した下部開放形のボックス状受光部Ａの内周面に多数の受光素子Ａ₂を配置し、開口部Ａ₁より入射されたレーザビームをプリント基板Ｐに実装された電子部品の半田面Ｐ₁に照射し、該半田面Ｐ₁からの反射光を受光素子Ａ₂で受光し、その受光した受光素子の位置から反射光の角度を検出することにより、半田面の形状を判定する提案を行った。
【０００３】
また、本出願人は特願平２−３０８７９８号（特公平８６４６７号公報）において、Ｊリード（ＩＣのリードが本体の下面側に折曲されたもの）を持つ電子部品のように、従来の垂直光を基板に照射する方法では検知できない部品の下部に位置する半田状態を検査するため、図７に示すように前記ボックス状の受光部Ａの開口部Ａ₁に四角錐鏡Ｍを取付け、この四角錐鏡Ｍでレーザビームを屈折することによって傾斜ビームを作り、Ｊリード下部の半田にレーザを照射する提案を行っている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、前記した前者の従来例にあっては、受光部Ａの開口部Ａ_１を小さくする必要がある。すなわち、レーザビームの掃引幅を大きくしたいために開口部Ａ_１の面積を大きくすると、反射光ｂ−ｂ′の受光範囲が開口部Ａ_１を大きくした分だけ小さくなる。そこで、受光部Ａの高さを図６の仮想線で示す如く嵩高にし、開口部Ａ_１を大きくしても受光範囲が小さくならないようにすることが考えられる。
【０００５】
しかし、このように開口部Ａ₁を大きくするために受光部Ａの高さを嵩高にすると、反射光ａ−ｂを検知する範囲が広がり弱くなった反射光を多くの受光素子で受光することが必要となる。これにより、狭い範囲の強い光を受光した場合と比べ、必然的に検知精度が低下することとなり、また、開口部Ａ₁が大きくなったことで、受光する光量は減少するにも係わらず、反射光ａは大きく変化することになるといった問題があった。
【０００６】
一方、前記した後者の従来例にあっても、開口部Ａ₁の面積を大きくしようとすると、四角錐鏡Ｍで反射した傾斜ビームを受光部Ａで囲まれたプリント基板の中心に照射することができなくなる。従って、この場合にも、開口部Ａ₁を広げられないだけでなく、限られた範囲に傾斜ビームを照射するにも非常に嵩高な四角錐鏡Ｍが必要になるといった問題があった。
【０００７】
本発明は前記した問題点を解決せんとするもので、その目的とするところは、受光素子を多段的に配列すると共にレーザを照射する位置に対する受光素子のグループ制御を行うことにより、受光素子の数が少ないにも係わらず受光精度を向上させることができる実装済プリント基板自動検査装置を提供せんとするにある。
【０００８】
また、受光素子を水平と前傾の２種類としたことにより、少ない受光素子で受光効率の良い検査を行うことができる共に、垂直光をプリズムによって偏向して斜めビームを得るようにしたので、広範囲の斜めビームを得ることができ、Ｊリード部分の半田付け状況をも検査できる実装済プリント基板自動検査装置を提供せんとするにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明の実装済プリント基板自動検査装置は前記した目的を達成せんとするもので、請求項１の手段は、実装済の被検査プリント基板をＸ軸方向とＹ軸方向に移動させるＸ−Ｙステージと、該Ｘ−Ｙステージ上に載置された前記被検査プリント基板の半田に対して細く絞ったビームを垂直に照射した状態でＸ−Ｙ軸方向に掃引するビーム照射手段と、前記ビーム照射手段から照射されたビームに対して略垂直方向に反射された反射光を受光する受光素子からなるトップセンサと、前記ビーム照射手段よりのビームが入射可能な開口部が形成されたボックス状のハウジングと、該ハウジングの内面上方に水平状態で多段に取付けられたリング状の受光素子とを備え、予め予測される正常な半田付け状態であれば受光するであろう受光素子をスイッチの切替えによって選択し、該選択した受光素子が反射光を受光したか否かで半田付け状態が正常であるか否かを判別することを特徴とする。
【００１０】
請求項２の手段は前記した請求項１において、前記ハウジング内には、前記ビーム照射手段よりのビームを反射する中心部分の円状のハーフミラーと外周部分の全反射ミラーが形成されたミラーが取付けられ、前記ビーム照射手段よりのビームが前記ハーフミラーによって反射されると垂直方向のビームとなり、また前記全反射ミラーによって反射されるとリング状のプリズムを介して斜めビームに偏向され、該斜めに偏向されたビームは被検査プリント基板上の電子部品におけるＪリード部の半田面に対して斜めから照射することを特徴とする。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る実装済プリント基板自動検査装置の一実施の形態を図１〜図３と共に説明する。
図１において、１は実装済の被検査プリント基板２をＸ軸方向とＹ軸方向に移動させるＸ−Ｙステージ、３はレーザビームを発射するレーザダイオード等のレーザ光源、４は該光源１よりのレーザを５mm程度の平行なビームに拡張するためのエキスパンダである。
【００１２】
５はＸ−Ｙステージ１のＹ軸方向にビームを掃引するように操作するためのＹ軸回転ミラー５ａと、Ｘ−Ｙステージ１のＸ軸方向にビームを掃引するように操作するためのＸ軸回転ミラー５ｂとからなるガルバノメータであり、以上は公知の構成である。
【００１３】
６は前記ガルバノメータ５によってＸ，Ｙ軸方向に掃引されたレーザが照射される中心部分に円状のハーフミラー６ａが、その外周に全反射ミラー６ｂが形成されたミラー、７は該ミラー６におけるハーフミラー６ａにより反射され、被検査プリント基板２に照射された結果得られる反射光の一部を受光素子からなるトップセンサ８に導くための凸レンズにして、前記ミラー６、凸レンズ７、トップセンサ８とによりビーム照射手段Ｂが構成されている。また、Ａは図２に詳細を示す如く内面に多数の受光素子９が多段的に配置されたハウジング１０からなる受光部である。
【００１４】
次に、ビーム照射手段Ｂと受光部Ａの詳細を図２、図３と共に説明する。
先ず、ビーム照射手段Ｂは複数のレンズを組み合わせたレンズ系１１（図示のものは凸レンズのみを示している）が支持されたレンズ筒１２と、該レンズ筒１２が螺合固定された光学系支持体１３（以下、単に支持体という）と、該支持体１３の前記レンズ系１１から照射されるレーザが当接する位置に形成された開口部１３ａに前記ミラー６が前記レーザと４５度の角度で取付けられ、かつ、前記支持体１３の前記ミラー６の上方には前記凸レンズ７およびトップセンサ８が取付けられている。
【００１５】
また、前記支持体１３のレンズ系１１と前記ミラー６との間の外周部分には、水平レーザのみを通過させるためのルーバ１４が取付けられ、さらに、前記ミラー６における全反射ミラー６ｂから反射されたレーザビームのみを、斜めビームに偏向させるリング状のプリズム１５が支持体１３の下方に取付けられている。また、前記プリズム１５の下部外周面には、受光部Ａの受光素子９では受光できない反射光を受光するための受光素子よりなるトップセンサ１６が取付けられている。
【００１６】
次に、受光部Ａの構成について説明する。
受光部Ａは前記支持体１３が取付けられた取付板１７の下面に四角筒状のハウジング１０が取付けられ、その内面上方には水平状態で５段のリング状受光素子９が取付けられ、また、前記ハウジング１０の内面下方には、リング状受光素子９′が４段前傾した状態で取付けられている。
【００１７】
次に、前記した構成に基づいて動作を説明する。
先ず、レーザビームの照射系について図２と共に説明するに、レーザ光源３よりのレーザはガルバノメータ５によって掃引され、点線で示すようにレンズ系１１を介してミラー６のハーフミラー６ａあるいは全反射ミラー６ｂに到達し、該ミラー６で反射された後、ハウジング１０の下面にＸ−Ｙステージ１によって移動される被検査プリント基板２上に照射される。
【００１８】
なお、ハーフミラー６ａからの反射光は直接被検査プリント基板２に投光されるが、全反射ミラー６ｂで反射されたビーム光は、プリズム１５を介して被検査プリント基板２に投光されるので、該全反射ミラー６ｂからのビームは斜め光となる。
【００１９】
従って、前記レンズ系１１よりのレーザがハーフミラー６ａの範囲で掃引されている場合には、被検査プリント基板２に対して垂直光となり、横方向に延びている電子部品のリード部の半田付け検査が行え、また、全反射ミラー６ｂの範囲で掃引されている場合には、被検査プリント基板２に対して斜め光となり、Ｊリード部の半田付け検査が行える。
【００２０】
次に、受光系について図３と共に説明するに、被検査プリント基板２で反射された反射光は、該反射光の内の略垂直方向に反射されると凸レンズ７を介してトップセンサ８で受光され、その他の斜め状態で反射される反射光はトップセンサ１６および受光素子９，９′で受光される。
【００２１】
次に、前記したように受光素子９，９′で受光された反射光から半田付け状態が正常か不良かの判定方法について説明する。
受光素子９，９′は図４に示す如く被検査プリント基板２に対するビームの照射位置を内側、中央、外側と見なした場合、外側から内側に照射位置が移動すると同じ角度（例えば、６０°−９０°）の反射光に対する受光位置が下方（６０°−９０°の反射光を受光する受光位置Ｔが下へ移行する方向）へ移動する切替え制御が行なわれる。
【００２２】
なお、前記したＴ，Ｕ，Ｓをグループ分けする理由は、ビームの照射位置によって同じ角度の反射光に対する受光位置が変化することに対応するためであり、ビームの照射位置と反射光の角度に応じ図５に示すようにスイッチ群ＳＷを切替えて受光素子をオンする。図５のスイッチ群ＳＷの切替え状態は前記した図４の設定状態を示すものである。
【００２３】
このようにスイッチ群ＳＷを検査位置に適した、すなわち、ある電子部品のリードの半田付け状態を検出する場合において、正常な半田付け状態であれば、どの位置における受光素子９，９′が受光するかは予め判っているので、受光すべき位置の受光素子９，９′をスイッチ群ＳＷによって切替え選択する。
【００２４】
例えば、図５に示す如く中央から照射される入射ビームが半田面で反射して、その角度が４５°前後（斜線の部分）と予想された場合、反射方向は図４の中央の照射位置に対してグループ分けしたＵの方向になる。故に、中央の照射位置で４５°の角度の反射光の受光位置に対応するスイッチＳＷ_１，ＳＷ_２，ＳＷ_３の接点を閉じ、設定値以上の信号の有無を判定することにより半田付けの良否が判る。
【００２５】
このように、被検査プリント基板２上の電子部品のリードの種類によって垂直光か斜め光かの判別を行いビームを照射し、その反射光が予めスイッチ群ＳＷでグループ分けした受光素子９，９′（トップセンサ８，１５も含む）で受光したか否かによって、半田付け状態が正常であるか不良であるかを判別できるものである。
【００２６】
なお、前記した判定方法にあっては、スイッチＳＷの切替えによって受光素子９，９′よりの信号を得て判定したものについて説明したが、実際にはコンピュータによって切り分け制御が行われる。そこで、グループ分けした受光素子９，９′以外の受光素子９，９′からの信号も出力されるので、グループ分けした出力と他の出力とを比較し、グループ分けした出力が他の出力よりも大きい場合に、半田付け状態が正常であると判定する。
【００２７】
【発明の効果】
本発明は前記したように、ハウジングの内面における上方に水平状態で多段にリング状の受光素子を配置し、ビームの照射光の照射位置に応じて検査対象からの反射光を受光するようにしたことにより、少ない受光素子で受光精度を向上することができる。
【００２９】
さらに、ビーム照射手段における下部開口の周囲に配置したプリズムによってビーム光を偏向して、被検査プリント基板上の電子部品におけるＪリードに対して斜めから照射するようにしたので、限られたスペースで傾斜ビームを効果的に発生することができる等の効果を有するものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る実装済プリント基板検査装置の概要を示す斜視図である。
【図２】同上の要部を示す入射光路も記載した断面図である。
【図３】同上の反射経路を記載した断面図である。
【図４】受光素子をグループ分けする場合の一例を示す説明図である。
【図５】受光素子をグループ分けするためのスイッチ回路である。
【図６】垂直光による検査装置における受光部の従来例を示す断面図である。
【図７】斜め光による検査装置における受光部の従来例を示す断面図である。
【符号の説明】
１Ｘ−Ｙステージ
２被検査プリント基板
５ガルバノメータ
６ミラー
６ａハーフミラー
６ｂ全反射ミラー
９，９′ 受光素子
１５プリズム

Claims

実装済の被検査プリント基板をＸ軸方向とＹ軸方向に移動させるＸ−Ｙステージと、
該Ｘ−Ｙステージ上に載置された前記被検査プリント基板の半田に対して細く絞ったビームを垂直に照射した状態でＸ−Ｙ軸方向に掃引するビーム照射手段と、
前記ビーム照射手段から照射されたビームに対して略垂直方向に反射された反射光を受光する受光素子からなるトップセンサと、
前記ビーム照射手段よりのビームが入射可能な開口部が形成されたボックス状のハウジングと、
該ハウジングの内面上方に水平状態で多段に取付けられたリング状の受光素子とを備え、
予め予測される正常な半田付け状態であれば受光するであろう受光素子をスイッチの切替えによって選択し、該選択した受光素子が反射光を受光したか否かで半田付け状態が正常であるか否かを判別することを特徴とする実装済プリント基板自動検査装置。
前記ハウジング内には、前記ビーム照射手段よりのビームを反射する中心部分の円状のハーフミラーと外周部分の全反射ミラーが形成されたミラーが取付けられ、前記ビーム照射手段よりのビームが前記ハーフミラーによって反射されると垂直方向のビームとなり、また前記全反射ミラーによって反射されるとリング状のプリズムを介して斜めビームに偏向され、該斜めに偏向されたビームは被検査プリント基板上の電子部品におけるＪリード部の半田面に対して斜めから照射することを特徴とする請求項１記載の実装済プリント基板自動検査装置。