JPH08247736A

JPH08247736A - 実装基板検査装置

Info

Publication number: JPH08247736A
Application number: JP7080886A
Authority: JP
Inventors: Masato Ishiba; 正人石羽
Original assignee: Omron Corp; Omron Tateisi Electronics Co
Current assignee: Omron Corp
Priority date: 1995-03-14
Filing date: 1995-03-14
Publication date: 1996-09-27

Abstract

(57)【要約】【目的】ハンダ部位等の鏡面を有する部分の情報と実
装部品等の乱反射面を有する部分の情報を正確に検出で
きる実装基板検査装置を提供すること。【構成】投光部１の赤色光源６、緑色光源７、青色光
源８、および白色光源９によって実装基板の被検査部位
を照射し、この被検査部位からの反射光像を撮像部２に
よって撮像して得られたカラー画像を制御処理部５に送
り、制御処理部５によって、このカラー画像から、赤色
光、緑色光、青色光の各反射光による彩色部分を検出す
ることによってハンダ部等の鏡面を有する部分の三次元
形状情報を検出するとともに、白色光照射による反射光
によってその信号レベルが十分に大きい実装部品等の乱
反射面を有する部分の平面情報を検出し、この両情報に
基づいて、被検査部位の良否判定を行う構成。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】部品実装基板の部品実装状態を検
査する実装基板検査装置に関し、特に検査部位に有色光
を照射し、この検査部位を撮像して得た、検査部位の三
次元情報を有する画像に基づいて部品実装状態を検査す
る実装基板検査装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来このような実装基板検査装置は、赤
色、緑色、青色の三色光を異なる仰角から部品実装基板
の被検査部位に照射し、この被検査部位を撮像すること
によって得られた画像に基づいて部品実装状態の良否判
定を行うものである。後述するように、得られた画像に
おいて、鏡面反射特性を有するハンダ部位等は、その三
次元形状に依存してある部分は赤色に、他のある部分は
緑色に、また他のある部分は青色に彩色される。従って
この画像からは、乱反射特性を有する実装部品等の平面
形状とともに、ハンダ部位等の鏡面を有する部分の三次
元曲面形状を知ることができ、適当な画像処理を施すこ
とによって、ハンダ部位等においては三次元形状による
精密な実装状態の良否判定を行うことができる。

【０００３】上記の実装基板検査装置は、投光部、撮像
部、制御処理部等によって構成されている。

【０００４】投光部は、赤色光源、緑色光源、青色光源
の三個のリング状光源を有し、これら三色光を基板の被
検査部位に異なる仰角から照射する。これら三色光源
は、三色光が被検査部位において混色されると完全な白
色光が得られる対波長発光エネルギー分布を有してい
る。

【０００５】撮像部はＣＣＤカメラ等のカラーテレビカ
メラであり、被検査部位の反射光像を撮像し、このカラ
ー画像信号を制御処理部に送る。

【０００６】制御処理部は、投光部および撮像部の動作
を制御し、撮像部によって撮像された被検査部位のカラ
ー画像から、ハンダ部位等の鏡面を有する部分の三次元
形状情報、および実装部品等の乱反射面を有する部分の
平面情報を検出し、これらの情報に基づいて被検査部位
の良否判定を行う。

【０００７】次に図９は有色光源によるハンダ部位の三
次元曲面形状の検出原理を示す説明図である。同図にお
いて、撮像部１０１の撮像中心軸（被検査基基板に対し
て垂直方向）１０２上に中心を有するリング状の有色光
源１０３から基準面（被検査基板面に対して平行な面）
１０４に対して仰角θで被検査基板のハンダ部位１０５
に入射した光は、基準面１０４に対する傾斜角がｉ₁で
ある、ハンダ部位１０５のある曲面要素に対しては入射
角ｉ₂（＝ｉ₁）で入射し、反射角ｉ₃（＝ｉ₁＝
ｉ₂）で反射される。この反射方向が撮像中心軸１０２
の方向と一致していれば、この曲面要素は、撮像部１０
１によって撮像されたカラー画像において、有色光源１
０３の光源色に彩色される。ここで傾斜角、入射角、お
よび反射角は等しいので、これをｉ（＝ｉ₁＝ｉ₂＝ｉ
₃）とすると、有色光の反射方向が撮像中心軸１０２の
方向と一致するときには、傾斜角（あるいは入射角また
は反射角）ｉと仰角θとの間には、 θ＝９０°−２ｉの関係がある。

【０００８】実際には有色光源１０３からの入射光は入
射角がｉ−Δｉからｉ＋Δｉまで２Δｉの幅を持つ有色
光を入射させるので、傾斜角ｉ−Δｉからｉ＋Δｉであ
る曲面要素が検出される。

【０００９】図１０はリング状の、赤色光源１１１、緑
色光源１１２、青色光源１１３を有する投光部の構成図
である。同図において、上記のリング状光源１１１、１
１２、１１３はその中心が撮像部１０１の撮像中心軸１
０２と一致するように同心円上に設置され、かつリング
半径ｒ₁、ｒ₂、ｒ₃を違え、基板面１１４からの高さ
ｈ₁、ｈ₂、ｈ₃を違えることによって、基板面１１４
と撮像中心軸１０２が交わる点Ａからの仰角が、異なる
角度θ₁、θ₂、θ₃となるように設置されている。こ
こでθ₁＞θ₂＞θ₃である。

【００１０】上記の構成を有する投光部によって被検査
基板のハンダ部位１０５を照射すると、ハンダ部位１０
５の、傾斜角ｊ₁（＝（９０°−θ₁）／２）を持つ部
分は赤色光を撮像中心軸１０２方向に反射させ、傾斜角
ｊ₂（＝（９０°−θ₂）／２）を持つ部分は緑色光を
撮像中心軸１０２方向に反射させ、また傾斜角ｊ₃（＝
（９０°−θ₃）／２）を持つ部分は青色光を撮像中心
軸１０２方向に反射させる。

【００１１】従って撮像部１０１で撮像されたカラー画
像において、ハンダ部位１０５の、平坦部に近い傾斜が
なだらかな傾斜角ｊ₁の曲面要素は赤色に彩色され、傾
斜が急な傾斜角ｊ₃の曲面要素は青色に彩色され、これ
らの中間の傾斜を持つ傾斜角ｊ₂の曲面要素は緑色に彩
色される。

【００１２】さらに撮像されたカラー画像には、上記の
ハンダ部位の三次元曲面形状に関する情報に加えて、合
成された白色光によって、基板の二次元情報、すなわち
実装部品の平面形状、色等や基板の色、シルク印刷等、
乱反射面を有する部分の平面情報が検出できる。

【００１３】従って上記従来の実装基板検査装置によれ
ば、制御処理部は、投光部によって赤色光、緑色光、青
色光を被検査基板の被検査部位に照射し、この被検査部
位を撮像部によって撮像する。そして得られたカラー画
像から、ハンダ部位等の三次元形状情報、および実装部
品等の平面情報を検出し、これらの情報に基づいて被検
査部位の良否判定を行う。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の実装基板検査装置においては、三色光の入射方向は
いずれも被検査基板に対して斜め方向であるため、乱反
射面を有する実装部品等からの反射光量が不足し、得ら
れた画像において実装部品等の部分が暗くなり、この部
分の平面情報の検出精度の低下によって検査が正確に行
えないことがあった。

【００１５】また実装部品等の色が赤色、緑色、または
青色であると、鏡面を有するハンダ部位等の彩色された
領域と区別が付かなくなり、誤検出による検査ミスを生
じることがあった。

【００１６】本発明はこのような従来の問題点を解決す
るものであり、ハンダ部位等の鏡面を有する部分の三次
元形状情報、および実装部品等の乱反射面を有する部分
の平面情報を正確に検出できる実装基板検査装置を提供
することを目的とするものである。

【００１７】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに本発明の実装基板検査装置は、リング状の白色光源
を有し、この白色光を検査部位に投光する第一の投光手
段と、リング状の有色光源を有し、この有色光を斜め方
向から検査部位に投光する第二の投光手段とを具備する
ものである。

【００１８】

【作用】従って本発明によれば、第二の投光手段によっ
て被検査部位に有色光を斜め方向から照射して、この反
射光像からハンダ部位等の鏡面反射特性を有する部分の
三次元曲面形状情報を検出するとともに、第二の投光手
段によって被検査部位に白色光を照射して、この反射光
像から実装部品等の乱反射特性を有する部分の平面情報
を検出ことによって、各情報を正確に検出することがで
きる。

【００１９】

【実施例】図１は本発明の第一実施例の実装基板検査装
置の概略構成図である。

【００２０】図１において、実装基板検査装置は、投光
部１、撮像部２、Ｘ軸テーブル部３、Ｙ軸テーブル部
４、および制御処理部５によって構成される。

【００２１】投光部１は、赤色光源６、緑色光源７、青
色光源８、および白色光源９の四個のリング状光源を有
し、これら三色光を部品実装基板１０の被検査部位に異
なる仰角から照射する。これら三色光源の光度およびＯ
Ｎ／ＯＦＦは、制御処理部５によって制御される。

【００２２】図２は投光部１の構成図である。同図にお
いて、赤色光源６、緑色光源７、青色光源８、および白
色光源９の各リング状光源は、その中心が撮像部２の撮
像中心軸１１と一致するように同心円上に設置され、か
つリング半径ｒ₁、ｒ₂、ｒ₃、ｒ₄を違え、基板面１
２からの高さｈ₁、ｈ₂、ｈ₃、ｈ₄を違えることによ
って、撮像中心軸１１と基板面１２が交わる点からの仰
角が、異なる角度θ₁、θ₂、θ₃、θ₄となるように
設置されている。ここでθ₁＞θ₂＞θ₃＞θ₄であ
り、白色光源９の仰角θ₁は９０°に近いことが望まし
い。

【００２３】撮像部２はＣＣＤカメラ等のカラーテレビ
カメラであり、投光部１と一体化されており、制御処理
部５からの命令に従って、被検査部位を撮像する。

【００２４】Ｘ軸テーブル部３は、投光部１および撮像
部２が取り付けられており、部品実装基板１０の被検査
部位を順次撮像するために、制御処理部５からの命令に
従って、投光部１および撮像部２をＸ方向に移動させ
る。

【００２５】Ｙ軸テーブル部４は、部品実装基板１０が
セットされ、被検査部位を順次撮像するために、制御処
理部５からの命令に従って、部品実装基板１０をＹ方向
に移動させる。

【００２６】制御処理部５は、投光部１、撮像部２、Ｘ
軸テーブル部３、およびＹ軸テーブル部４の動作を制御
し、撮像部２によって撮像された被検査部位のカラー画
像に、Ａ／Ｄ変換処理、二値化等の画像処理を施すこと
によって、ハンダ部位等の三次元形状情報、および実装
部品等の平面情報を検出し、これらの情報に基づいて被
検査部位の良否判定を行う。

【００２７】次に上記の構成を有する第一実施例の動作
について説明する。

【００２８】制御処理部５は、Ｘ軸テーブル部３および
Ｙ軸テーブル部４を移動させて、被検査基板１０の被検
査部位を撮像部２の撮像位置に移動させ、投光部１によ
って三色光および白色光、あるいは白色光のみを被検査
部位に照射し、この被検査部位を撮像部２によって撮像
する。

【００２９】三色光および白色光を被検査部位に照射し
た場合は、ハンダ部位等の鏡面を有する部分は各曲面要
素の傾斜角に応じて、三色光を撮像部２へ反射し、実装
部品等の乱反射面を有する部分は主に白色光を撮像部２
へ反射する。

【００３０】図３は三色光および白色光を被検査部位に
同時照射したときに得られるカラー画像の彩色状態を示
すものである。同図の断面図および上面図において、２
１および２２はハンダ、２３は実装部品、２４は実装部
品２３のリード端子、２５は基板のレジスト部であり、
ハンダ２１、２２、およびリード端子２４は鏡面を有
し、実装部品２３およびレジスト部２５は乱反射面を有
している。

【００３１】カラー画像において、２６、２７、２８は
ハンダ２１の彩色部分を示し、２６は赤色に彩色された
ほぼ平坦な部分、２７は緑色に彩色された部分、２８は
青色に彩色された傾斜が急な部分である。また実装部品
２３は部品色２９に、基板のレジスト部２５はレジスト
色３０にそれぞれ彩色される。この乱反射面を有する部
分の画像においては、白色反射光によって十分に大きな
レベルのカラー画像信号が得られる。尚、ハンダ２２お
よびリード端子２４の彩色は省略してある。

【００３２】また三色光源を消灯させ、白色のみを被検
査部位に照射したときは、実装部品２３あるいは基板の
レジスト部２５は、部品色２９、レジスト色３０にそれ
ぞれ彩色されるが、ハンダ部位２１、２２、リード端子
２４は無彩色となる。

【００３３】次に図４は三色光および白色光を被検査部
位に同時照射したときの代表的な不良のカラー画像を示
すものである。同図の断面図において、３１はハンダ、
３２は実装部品、３３は実装部品３２のリード端子、３
４は銅箔のランド、３５は基板のレジスト部である。

【００３４】カラー画像において、３６は赤色に彩色さ
れる部分、３７は緑色に彩色される部分、３８は青色に
彩色される部分であり、３９は部品色、４０はレジスト
色を示す。

【００３５】部品欠落の場合は、部品部分が部品色でな
く、基板のレジスト色に彩色される。またハンダ不足の
場合は、ハンダが盛られず露出したランド３４の銅箔部
分４１は赤色であるため、この部分が赤色に彩色され
る。

【００３６】従って、制御処理部５は、撮像部２によっ
て得られたカラー画像信号をディジタルデータにＡ／Ｄ
変換し、部品欠落を検査する場合は、例えば部品実装位
置において、部品色３９を有する画素を二値化処理によ
ってによって抜き出し、この部品色の面積が予め設定さ
れたしきい値以下であれば、基板のレジスト色４０を検
出しているものとして、部品欠落と判定する。

【００３７】ハンダ不足を検査する場合は、ハンダ３１
の領域において、赤色を有する画素を二値化処理によっ
て抜き出し、この面積が予め設定されたしきい値以上で
あれば、ランド３４の露出部分があるものとして、ハン
ダ不足と判定する。

【００３８】また三色光源を消灯させ、白色のみを被検
査部位に照射したときは、鏡面を有するハンダ３１およ
びリード端子３２は彩色されないため、赤色、緑色、ま
たは青色の実装部品の検出を行う場合に、ハンダ部位が
誤検出されることはない。

【００３９】このように本発明の第一実施例によれば、
三色光とともに白色光を被検査部位に照射し、この被検
査部位を撮像して得られるカラー画像において、実装部
品等の乱反射面を有する部分の信号レベルを十分に大き
くすることによって、乱反射面を有する部分の平面情報
の検出精度を向上させ、また白色光のみを被検査部位に
照射し、この被検査部位を撮像して得られるカラー画像
における、ハンダ部位等の鏡面を有する部分の彩色をな
くすことによって、乱反射面を有する部分の平面情報の
検出において、この部分が赤色、緑色、または青色であ
っても、ハンダ部位等を誤検出することがない、従って
乱反射面を有する部分の平面情報を正確に検出すること
ができる。

【００４０】次に本発明の第二実施例について以下に説
明する。

【００４１】図５は本発明の第二実施例の実装基板検査
装置の概略構成図である。尚図１に示す第一実施例と同
様の構成要素については、同一符号を付すとともに、そ
の説明を略す。

【００４２】図５において、投光部５１は、２つの青色
光源５２、５３、および白色光源５４の計三個のリング
状光源を有し、これら青色光および白色光を部品実装基
板１０の被検査部位に異なる仰角から照射する。これら
光源の光度およびＯＮ／ＯＦＦは、制御処理部５５によ
って制御される。

【００４３】図６は投光部５１の構成図である。同図に
おいて、２つの青色光源５２、５３、および白色光源５
４の各リング状光源は、その中心が撮像部２の撮像中心
軸１１と一致するように同心円上に設置され、かつリン
グ半径ｒ₁、ｒ₂、ｒ₃、を違え、基板面１２からの高
さｈ₁、ｈ₂、ｈ₃を違えることによって、基板面から
の仰角が、異なる角度θ₁、θ₂、θ₃となるように設
置されている。ここでθ₁＞θ₂＞θ₃であり、白色光
源５４の仰角θ₁は９０°に近いことが望ましい。

【００４４】制御処理部５５は、投光部５１、撮像部
２、Ｘ軸テーブル部３、およびＹ軸テーブル部４の動作
を制御し、撮像部２によって撮像された被検査部位の画
像に、Ａ／Ｄ変換処理、二値化等の画像処理を施すこと
によって、ハンダ部位等の三次元形状情報、および実装
部品等の平面情報を検出し、これらの情報に基づいて被
検査部位の良否判定を行う。

【００４５】次に上記の構成を有する第二実施例の動作
について説明する。

【００４６】制御処理部５５は、Ｘ軸テーブル部３およ
びＹ軸テーブル部４を移動させて、部品実装基板１０の
被検査部位を撮像部２の撮像位置に移動させ、投光部５
１によって青色光および白色光、あるいは白色光のみを
被検査部位に照射し、この被検査部位を撮像部２によっ
て撮像する。

【００４７】青色光および白色光を被検査部位に照射し
た場合は、ハンダ部位等の鏡面を有する部分は各曲面要
素の傾斜角に応じて青色光を撮像部２へ反射し、実装部
品等の乱反射面を有する部分は主に白色光を撮像部２へ
反射する。

【００４８】図７は青色光および白色光を被検査部位に
同時照射したときに得られるカラー画像の彩色状態を示
すものである。同図の断面図および上面図において、６
１はハンダ、６２は実装部品、６３は実装部品６２のリ
ード端子、６４は基板のレジスト部であり、ハンダ６１
およびリード端子６３は鏡面を有し、実装部品６２およ
びレジスト部６４は乱反射面を有している。

【００４９】カラー画像において、６５は青色に彩色さ
れた、傾斜を有する鏡面部分である。また実装部品６２
は部品色６６に、基板のレジスト部６４はレジスト色６
７にそれぞれ彩色される。この乱反射面を有する部分の
画像においては、白色反射光によって十分に大きなレベ
ルのカラー画像信号が得られる。

【００５０】また青色光源を消灯させ、白色のみを被検
査部位に照射したときは、ハンダ部位６１およびリード
端子６３は無彩色となる。

【００５１】次に図８は青色光および白色光を被検査部
位に同時照射したときのハンダ部位の代表的な不良のカ
ラー画像を示すものである。同図は基板のハンダ面（部
品実装面の裏面）のカラー画像を示しており、断面図に
おいて、７１はハンダ、７２は実装部品のリード端子、
７３は銅箔のランド部である。

【００５２】カラー画像において、７４は青色に彩色さ
れる部分であり、７５はランド部７３の露出によって赤
色に彩色される部分である。

【００５３】部品欠落の場合は、ハンダ７１の形状がド
ーム形となるため青色に彩色される部分の面積が小さ
い。ハンダ不足の場合は、ハンダが盛られず露出したラ
ンド７３の銅箔部分は赤色であるため、この部分が赤色
に彩色される。またブリッジの場合は、青色に彩色され
る部分の面積が大きくなる。

【００５４】従って、制御処理部５は、撮像部２によっ
て得られたカラー画像信号をディジタルデータにＡ／Ｄ
変換し、例えば、青色に彩色される部分の面積を算出す
ることによって、部品欠落やブリッジの検査を行い、赤
色に彩色される部分が存在するか否かによってハンダ不
足の検査を行えばよい。

【００５５】また青色光源５２および５３による青色光
の照射によって得られるハンダ部位の三次元形状情報
は、三色光による場合に比較して大まかなものとなる
が、実装基板においては青色の乱反射面は、赤色や緑色
の部分に比較して少ないので、ハンダ部位の検査におい
て、青色の乱反射面を誤検出する可能性は低い。

【００５６】このように本発明の第二実施例によれば、
青色光によって被検査部位を照射し、この被検査部位を
撮像して得られるカラー画像における、ハンダ部位等の
鏡面を有する部分の彩色を青色のみとすることによっ
て、実装部品等の乱反射面を有する部分の平面情報の検
出においては、この部分が赤色または緑色であっても、
ハンダ部位等の彩色部分を誤検出することがなく、同時
に、ハンダ部位等の三次元形状情報の検出においては、
青色に彩色された部分のみを検出すればよいため、赤色
または緑色の実装部品等を誤検出することがない、従っ
て両情報を正確に検出することができる。

【００５７】

【発明の効果】本発明は上記実施例から明らかなよう
に、三色光あるいは青色光を被検査部位に斜め方向から
照射して、この反射光像からハンダ部位等の鏡面を有す
る部分の三次元曲面形状情報を検出するとともに、白色
光を被検査部位に照射して、この反射光像から実装部品
等の乱反射特性を有する部分の平面情報を検出ことによ
って、各情報を正確に検出することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第一実施例の実装基板検査装置の概略
構成図である。

【図２】第一実施例の投光部の構成図である。

【図３】第一実施例における被検査部位のカラー画像を
示すものである。

【図４】第一実施例における代表的な実装不良のカラー
画像を示すものである。

【図５】本発明の第二実施例の実装基板検査装置の概略
構成図である。

【図６】第二実施例の投光部の構成図である。

【図７】第二実施例における被検査部位のカラー画像を
示すものである。

【図８】第二実施例におけるハンダ部位の代表的な実装
不良のカラー画像を示すものである。

【図９】有色光源によるハンダ部位の三次元曲面形状の
検出原理を示す説明図である。

【図１０】従来例における投光部の構成図である。

【符号の説明】

１，５１投光部２撮像部３Ｘ軸テーブル部４Ｙ軸テーブル部５，５５制御処理部６赤色光源７緑色光源８，５２，５３青色光源９，５４白色光源１０部品実装基板

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】部品実装基板の部品実装状態の検査にお
いて、検査部位に投光し、この検査部位を撮像して得ら
れる画像に基づいて実装状態の良否を判定する実装基板
検査装置であって、リング状の白色光源を有し、この白色光を検査部位に投
光する第一の投光手段と、リング状の有色光源を有し、この有色光を斜め方向から
検査部位に投光する第二の投光手段と、を具備すること
を特徴とする実装基板検査装置。
【請求項２】前記第二の投光手段は、赤色、緑色、青
色の三つのリング状光源を有し、この三色光を異なる仰
角から検査部位に投光する投光手段である請求項１記載
の実装基板検査装置。
【請求項３】前記第二の投光手段は、青色のリング状
光源を有し、この青色光を斜め方向から検査部位に投光
する投光手段である請求項１記載の実装基板検査装置。