JPH0765967B2 - 実装基板外観検査装置 - Google Patents

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
検査装置に関する。

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テータ格納メモリ、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70
6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、71
7、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、71
7、718毎に累積加算された累積加算値を明晰加算数で割
り算し、各走査領域715、716、717、718毎の平均二乗誤
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、
この測定データに基づいて高さ計算回路705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11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715、7
16、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、717、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71
2により累積加算数で割り算されて、各走査領域715、71
6、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12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11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1
2が、同図中実線で示すような回転ずれを起こした位置7
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720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。

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
11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ｆθレンズ、20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、40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、50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3
07、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グで出力される位置信
号23をアナログ／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、309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から入力される
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11上か
ら反射されてくる散乱光を、プリント基板11とｆθ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23は、画像演算処理手段
30に入力される。

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（Position-Se
nsitive Detectors;半導体位置検出素子）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PSDの
両電極からの電流I₁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・（I₁−I₂）／（I₁＋I₂） （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、一旦測定高
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50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30
7、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42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43からの位
置情報信号としきい値記憶手段45に記憶してあるしきい
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3
02、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（ａ）、（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A1、A2、A3とし、
各固有値A1、A2、A3に各々の走査範囲301、302、303
の、第３図（ａ）、（ｂ）中左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60
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4
2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）中右
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1
2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B
2、第３図（ｂ）に示す実際の実装位置306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K1、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がK1とK2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についても行うこ
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12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、302、30
3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302、303をグル
ープ化すれば、正規の実装位置304に対する実際の実装
位置の回転角θ_１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X₁、x₂と、走査範囲302、303相互間の距離ｙ
とから次式により求めることができ、 tanθ_１＝（x₁−x₂）/y 求めた回転角θ_１の大きさによって、実装された部品12
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307、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S₁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、40……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、301、302、303……走査範囲、307、308、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。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平２−10252（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−114156（ＪＰ，Ａ) 特開 昭49−83470（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−261850（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−82367（ＪＰ，Ａ)

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項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。