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【発明の名称】 半田接合部の検査装置
【発明者】 【氏名】石亀 徹

【氏名】前川 恵三
【要約】 【課題】半田接合部の良否の判定精度を向上させることができる半田接合部の検査装置を提供する。

【解決手段】近似式演算手段は、白面積の凹部分の境界（２値化境界）をｘｙ座標上にプロットする。ここで、ｘ軸及びｙ軸は、ディジタル画像の縦横に対応する。近似式演算手段は、実線で示す２値化境界の各点を、鎖線で示す２次近似式で近似する。判定手段は、近似式演算手段が演算した２次近似式の２次近似係数の正負に基づいて、白面積の凹凸を判定する。例えば、２次近似係数が正であるときには、半田のフィレット形状が凹であり適性である。また、判定手段は、この２次近時係数の絶対値の大小に基づいて、半田のフィレット形状の先鋭度を判定する。
【特許請求の範囲】
【請求項１】 基板上に形成された半田接合部を検査する半田接合部の検査装置であって、前記半田接合部に光を照射する照射手段と、前記照射手段が照射する光のうち前記半田接合部で反射した反射光に基づいて、この半田接合部のリード先端部を撮像する撮像手段と、前記撮像手段が出力する２値化画像データに基づいて、白面積を演算する面積演算手段と、前記撮像手段が出力する２値化画像データに基づいて、白面積の境界を近似する近似式を演算する近似式演算手段と、前記面積演算手段が演算した白面積及び前記近似式演算手段が演算した近似式に基づいて、前記半田接合部の良否を判定する判定手段と、を含む半田接合部の検査装置。
【請求項２】 請求項１に記載の半田接合部の検査装置において、前記近似式演算手段は、前記白面積の境界を多項式で近似すること、を特徴とする半田接合部の検査装置。
【請求項３】 請求項１又は請求項２に記載の半田接合部の検査装置において、前記近似式演算手段は、前記白面積の境界を２次近似式で近似し、前記判定手段は、前記２次近似式の２次近似係数の正負に基づいて、前記所定領域の形状を判定すること、を特徴とする半田接合部の検査装置。
【請求項４】 請求項３に記載の半田接合部の検査装置において、前記判定手段は、前記２次近似係数の絶対値の大小に基づいて、前記リード先端部の形状の尖鋭度を判定すること、を特徴とする半田接合部の検査装置。
【請求項５】 請求項３又は請求項４に記載の半田接合部の検査装置において、前記判定手段は、前記白面積が所定値よりも大きく、かつ、前記２次近似係数が所定値よりも大きいときには、前記半田接合部を適正と判定すること、を特徴とする半田接合部の検査装置。
【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、基板上に形成された半田接合部を検査する半田接合部の検査装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】特開平６−３３１５６４号公報には、リング形光源及び拡散板とを有する照明手段と、半田接合部からの反射光を受けて、この半田接合部の反射光像を撮像する撮像手段と、この撮像手段の撮像画像から半田接合部の欠陥の有無を判定する判定手段とを備える半田接合部の検査装置が記載されている。この半田接合部の検査装置では、リング形光源の照射光が拡散板の端面から入射すると、この入射光線が拡散板内で全反射及び拡散反射して、拡散板から外界に出射する光の輝度が拡散板の長さ方向に沿って減衰する。そして、拡散板から出射した光が半田接合部に照射されると、半田接合部で反射した反射光のうち拡散板の長さ方向に進む反射光の輝度が、反射位置の傾斜角度に応じて連続的に変化する。この反射光像を撮像すると、撮像画像の濃淡情報が傾斜角情報となり、半田接合部の立体形状がこの濃淡情報に基づいて検出され、半田接合部の欠陥の有無が判定される。
【０００３】この半田接合部の検査装置では、所定領域に対して２値化後の白面積（画素数）を特徴量として、この白面積がしきい値（所定面積）よりも大きいときには良品と判定し、この白面積がしきい値よりも小さいときには不良品と判定している。このように、この半田接合部の検査装置では、半田接合部の半田量に応じて変化する反射光像の光る部分の面積（白面積）を判定基準の一つとしている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】図１３は、従来の半田接合部の検査装置による検査結果を示す図である。図１３に示す縦軸は、所定のプリント基板における良品のリード及び不良品のリードの発生頻度（度数）であり、横軸は、半田接合部の所定領域における白面積（２値化面積）である。図１３に示すように、２値化面積が小さくなると、半田量が少なくなり、不良品の発生頻度が高くなるために、２値化面積を判定基準として、良品と不良品とを判定することができる。しかし、２値化面積が５０以下の領域では、良品の度数と不良品の度数とが重なっており、良品と不良品との境界が一義的に定まらず、２値化面積だけを判定基準として半田接合部の状態を判定すると、虚報率が高くなってしまう。
【０００５】この発明の課題は、半田接合部の良否の判定精度を向上させることができる半田接合部の検査装置を提供することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】この発明は、以下のような解決手段により、前記課題を解決する。なお、この発明の実施形態に対応する符号を付して説明するが、これに限定するものではない。請求項１の発明は、基板（１）上に形成された半田接合部（１１）を検査する半田接合部の検査装置であって、前記半田接合部に光を照射する照射手段（４）と、前記照射手段が照射する光のうち前記半田接合部で反射した反射光に基づいて、この半田接合部のリード先端部を撮像する撮像手段（５）と、前記撮像手段が出力する２値化画像データに基づいて、白面積を演算する面積演算手段（６３３）と、前記撮像手段が出力する２値化画像データに基づいて、白面積の境界を近似する近似式を演算する近似式演算手段（６３４）と、前記面積演算手段が演算した白面積及び前記近似式演算手段が演算した近似式に基づいて、前記半田接合部の良否を判定する判定手段（６４１）とを含む半田接合部の検査装置である。
【０００７】請求項２の発明は、請求項１に記載の半田接合部の検査装置において、前記近似式演算手段は、前記白面積の境界を多項式で近似することを特徴とする半田接合部の検査装置である。
【０００８】請求項３の発明は、請求項１又は請求項２に記載の半田接合部の検査装置において、前記近似式演算手段は、前記白面積の境界を２次近似式で近似し、前記判定手段は、前記２次近似式の２次近似係数の正負に基づいて、前記所定領域の形状を判定することを特徴とする半田接合部の検査装置である。
【０００９】請求項４の発明は、請求項３に記載の半田接合部の検査装置において、前記判定手段は、前記２次近似係数の絶対値の大小に基づいて、前記リード先端部の形状の尖鋭度を判定することを特徴とする半田接合部の検査装置である。
【００１０】請求項５の発明は、請求項３又は請求項４に記載の半田接合部の検査装置において、前記判定手段は、前記白面積が所定値よりも大きく、かつ、前記２次近似係数が所定値よりも大きいときには、前記半田接合部を適正と判定することを特徴とする半田接合部の検査装置である。
【００１１】
【発明の実施の形態】以下、図面を用いて本発明を説明する。図１は本発明の一実施例の概略構成図である。この発明の実施形態にかかる半田接合部の検査装置は、プリント基板１上に装着された実装部品２に光を照射し、この実装部品２の半田接合状態を外観上から検出して、この半田接合状態の欠陥の有無を判定する装置である。図１において、１はプリント基板、２はプリント基板１上に装着された実装部品である。実装部品２は半田によりプリント基板１に接合されていて、半田接合部が検査対象となる。３はプリント基板１が載置されていて基板面に沿った２次元方向にプリント基板１を移動して位置決めするＸＹ駆動テーブルである。４はプリント基板１の上方に配置された照明手段で、リング形光源４１と拡散板４２とからなる。拡散板４２は、円筒形を成していて、リング形光源４１の内側に配置されている。リング形光源４１と拡散板４２の中心軸は一致している。リング形光源４１の光が拡散板４２に入光され、拡散板４２内で反射した後に外界に出射される。出射された光は半田接合部に照射される。５は撮像手段としてのカメラであり、照明手段４の上方に配置されていて、検査対象の反射光像を撮像する。６は検査処理系コントロール部であり、カメラ５の撮像画像から半田接合部の立体形状を検出し、検出した立体形状から半田接合部の欠陥の有無を判定する。検査処理コントロール部６は、Ａ／Ｄ変換器６１、画像メモリ６２、画像処理部６３、画像判定部６４を有し、これらを用いて欠陥の有無を判定する。７は駆動系コントロール部であり、照明手段４の駆動を制御する照明コントロール部７１、ＸＹ駆動テーブルのＸ方向とＹ方向の移動をそれぞれ制御するＸ軸駆動部７２とＹ軸駆動部７３を有する。
【００１２】図２及び図３は図１の装置の具体的構成例を示した図である。図３は図２の２点鎖線で囲んだＸ部分の拡大図である。図２及び図３で図１と同一のものは同一符号を付ける。以下、図において同様とする。図２及び図３において、リングライトガイド４１１内には光ファイバ４１２が引かれていて、ハロゲンランプ等の光源（図示せず）の光は光ファイバ４１２によって導かれ、リング形光源４１のリング部分に伝えられる。リング部分では、光ファイバ４１２の発光面を中心に向けて配置している。発光面を中心に向けた光ファイバがリングの周方向に沿って配列されている。拡散板４２は、例えばアクリルパイプで構成されていて、端面内側のエッジが面取りされて１次拡散面４２１が形成されている。光ファイバ４１２の発光面から出射した光が１次拡散面４２１に当たって拡散板４２内に入るように、リング形光源４１のリング部分はリングライトガイド４１１に内接している。リング形光源４１、拡散板４２及びカメラ５の中心軸は一致していてこれらの中心軸にプリント基板１の基板面が直交している。
【００１３】このように構成した装置の動作を説明する。まず、図１を用いて動作を説明する。照明手段４とカメラ５の位置は固定されている。駆動系コントロール部７の制御によってＸＹ駆動テーブル３が移動することによって、検査対象となった半田接合部が照明手段４の直下にくるようにプリント基板１が位置決めされる。位置決め完了後、カメラ５が半田接合部を撮像し、検査処理コントロール部６は撮像画像から半田接合部の立体形状を認識し、所定の条件に基づいて半田接合部の欠陥の有無を判定する。
【００１４】ここで、本発明の特徴となる検出原理について説明する。図４〜図６は検出原理の説明図である。図４において、８は円筒面状の照明で本発明の拡散板４２に相当する。９は鏡面性の球面で本発明の半田接合部１１に相当する。円筒面の高さ方向に対して放射強度が図５に示すように連続的に変化する光を、円筒面状の照明８から鏡面性の球面９に対して照射する。このとき、鏡面性の球面９で反射した光の中で円筒面の高さ方向に進む光は、反射光のもとになる照射光の照射角に応じて異なる光路をとる。これは、円筒面の高さ方向に進む反射光は、そのもとになる照射光の照射角が異なれば、球面９上の反射位置が異なるためである。図に示す傾斜角Θは、反射位置における球面の接線と水平線とのなす角である。円筒面の高さ方向に進む各反射光は、反射位置の傾斜角Θがそれぞれ異なる。このことから、円筒面の高さ方向に進む反射光を鏡面性の球面９の真上から観測すると、その光束の輝度は傾斜角Θに対応した値をもつことになる。光束の輝度Φと傾斜角Θの関係は、例えば図６に示すようになる。
【００１５】このような検出原理を適用した本発明の動作を図２と図３を用いて説明する。リングライトガイド４１１内の光ファイバ４１２から発光された光は、内接する拡散板４２に入光し、さらに１次拡散面４２１に照射される。この拡散面で反射した光は、拡散板４２を媒体として２次拡散面４２２で拡散反射し、拡散板４２の内面と外界の境界面から一部が外界に出射される。ここで、外界に出射されなかった光は、拡散板４２の内部で全反射し、再び２次拡散面４２２で拡散反射し、その一部が外界に出射される。これを繰り返すことにより、拡散板４２の入光位置から離れるに従って外界に出射する光の輝度が連続的に減衰していく。これによって、拡散板４２の内周面からは、拡散板４２の長さ方向に沿って照射角と強度が異なる光が照射される。図２で、半田接合部１１に対して、光路Ａから照射された光は傾斜角αの斜面で鉛直上方に反射し、光路Ｂから照射された光は傾斜角βの斜面で鉛直上方に反射する。それぞれの光の反射位置が異なるため、各反射光の光路は異なる。すなわち、鉛直上方に進む反射光は、反射位置の傾斜角に応じた輝度になっている。従って、反射光の輝度情報が傾斜角情報になっている。このような反射光をカメラ５で取り込むことにより、半田接合部１１の立体形状が検出される。
【００１６】図７は検査処理を行う場合の具体的構成例を示した図である。図７で、手段６３１〜６３４は画像処理部６３に設けられていて、手段６４１は画像判定部６４に設けられている。各手段を説明する。６３１はカメラ５から得られた画像データを取り込む画像取り込み手段、６３２は取り込んだ画像データの中からリード先端の画像データを抽出するリード先端抽出手段、６３３は抽出したリード先端の画像データに基づいて、リード先端に対応する画素領域の面積を演算する面積演算手段、６３４は抽出したリード先端の画像データに基づいて、リード先端に対応する画素領域の境界を近似する近似式を演算する近似式演算手段である。６４１は演算した面積及び近似式に基づいて検査対象の半田接合部の良否を判定する判定手段である。
【００１７】次に、半田接合部の良否を判定する方法を説明する。図８はカメラが撮像した２値化画像を示す。図９は、図８に示すリード１の先端部分の良否を判定する方法を示し、図９（Ａ）は、リード１の先端部分の２値化画像を示し、図９（Ｂ）は、２値化境界及び２次近似式を示す。図１０は、図８に示すリード２の先端部分の良否を判定する方法を示し、図１０（Ａ）は、リード２の先端部分の２値化画像を示し、図１０（Ｂ）は、２値化境界及び２次近似式を示す。
【００１８】図８に示すように、カメラ５が撮像した画像データは、１画素が白又は黒のみで表わされるディジタルデータである。面積演算手段６３３は、図９（Ａ）及び図１０（Ａ）に示す白部分の画素数から白面積を演算する。
【００１９】近似式演算手段６３４は、図９（Ａ）及び図１０（Ａ）に示す白面積の凹部分又は凸部分の境界（２値化境界）を、図９（Ｂ）及び図１０（Ｂ）に示すようにｘｙ座標上にプロットする。ここで、図９（Ｂ）及び図１０（Ｂ）に示すｘ軸及びｙ軸は、図９（Ａ）及び図１０（Ａ）に示すディジタル画像の縦横に対応する。近似式演算手段６３４は、図中実線で示す２値化境界の各点を、図中鎖線で示す２次近似式ｙ＝ａ2 ｘ2 ＋ａ1 ｘ＋ｂで近似する。
【００２０】判定手段６４１は、近似式演算手段６３４が演算した２次近似式の２次近似係数ａ2 の正負に基づいて、白面積の凹凸を判定する。例えば、図９（Ｂ）に示すように、２次近似係数ａ2 が正であるときには、リード先端の形状が凹であり、図１０（Ｂ）に示すように、２次近似係数ａ2 が負であるときには、リード先端の形状が凸である。また、判定手段６４１は、この２次近時係数ａ2 の絶対値の大小に基づいて、白面積の先鋭度を判定する。例えば、２次近似係数ａ2 の絶対値が大きいときには、リード先端の形状が鋭くなり、２次近似係数ａ2 の絶対値が小さいときには、リード先端の形状が鈍くなる。
【００２１】図１１は、２値化面積と２次近時係数との相関図である。判定手段６４１は、面積演算手段６３３が演算した２値化面積（白面積）と、近似式演算部６３４が演算した２次近似式の２次近似係数ａ2 とを判定基準として、半田のフィレット形状の良否を判定する。図１１に示すように、２値化面積が１００よりも小さく、かつ、２次近似係数が負であるときには、半田量が不足であると判定される。このように、この発明の実施形態では、半田接合部の外観判定のパラメータとして、２値化面積に加えて２次近似係数ａ2 を付加したので、人間の感覚に近い相対的な判定が可能になって、外観判定の精度を向上させることができる。
【００２２】図１２は、判定手段による判定の分類を説明するための図である。図１２に示すイメージ図は、撮像手段５が撮像したリード先端の画像データ（フィレット形状）を示す。２値画像の面積（白面積）における基準１は、正常の発生頻度が約７０％を占める２値化面積の値を目安に求められ、２値画像の面積における基準２は、不足気味の２値化面積の最小値である。なお、基準１は、基準２よりも値が大きい。
【００２３】判定１及び判定２は、パッド部分の両側にハイライトがある。判定１は、図９（Ａ）に示すように、２値画像の形状が凹形で先鋭であり、白面積が基準１及び基準２よりも大きく、半田量はリード部分の上面まである。このために、判定１は、フィレット形状が適正であり、半田量が正常である。一方、判定２は、２値画像の形状が凹形であるが先鋭ではなく、白面積が基準２よりも大きいが基準１よりも小さく、半田量はリード部分の中程までである。このために、判定２は、フィレット形状が適正であるが、半田量が判定１よりも若干少なくほぼ正常である。
【００２４】判定３は、リード軸の中央部が膨らんだハイライトになる。判定３は、図１０（Ａ）に示すように、２値画像の形状が凸形であり、２値画像の白面積が基準２よりも大きいが基準１よりも小さく、半田量はリード部分の中程まである。このために、判定３は、フィレット形状が不適であり、半田量がやや不足気味である。判定４は、２値画像の形状が凸形であり、基準１及び基準２よりも白面積が小さく半田量が少ない。このために、判定４は、フィレット形状が不適であり、半田量がなし又は不足である。判定５は、２値画像の形状が凸形であり、基準１及び基準２よりも白面積が大きく、半田量がパッド先端までである。このために、判定５は、フィレット形状が不適であり、半田量が少なくリード部分が浮いている。
【００２５】この発明の実施形態に係る半田接合部の検査装置には、以下に記載するような効果がある。
（１） この発明の実施形態では、図１２に示すパッド部分の白面積を面積演算手段６３３が演算し、この白面積の境界を近似する２次近似式を近似式演算手段６３４が演算して、この白面積及び２次近似式に基づいて、半田のフィレット形状の良否を判定手段６４１が判定する。このために、図１３に示すように、２値化面積（白面積）だけを判定基準として、半田のフィレット形状の良否を判定する場合に比べて、判定精度を向上させることができる。
【００２６】（２） この発明の実施形態では、白面積の境界を２次近似式で近似し、この２次近似式の２次近似係数の正負に基づいて、半田のフィレット形状を判定手段６４１が判定する。このために、図１１及び図１２に示すように、白面積の形状の凹凸を判定することで、半田のフィレット形状の適否を識別することができる。
【００２７】（３） この発明の実施形態では、２次近似係数の絶対値の大小に基づいて、白面積の形状の尖鋭度を判定手段６４１が判定する。このために、図１２に示すように、半田のフィレット形状が適正であるものから、半田量がリード上面まで達しているものをさらに識別することができる。
【００２８】この発明は、以上説明した実施形態に限定するものではなく、種々の変形又は変更が可能であり、これらもこの発明の範囲内である。例えば、この発明の実施形態では、２次近似式によって白面積の境界を近似する場合を例に挙げて説明したが、多項式ｙ＝ａn ｘn ＋・・＋ａ2 ｘ2 ＋ａ1 ｘ＋ｂで白面積の境界を近似してもよい。この場合には、半田のフィレット形状の良否をより正確に判定することができる。
【００２９】
【発明の効果】以上説明したように、この発明によると、リード先端部の２値化画像データに基づいて、白面積とその境界を近似する近似式を演算して、半田接合部の良否を判定するので、半田接合部の良否の判定精度を向上させることができる。
【出願人】 【識別番号】０００００６５０７
【氏名又は名称】横河電機株式会社
【出願日】 平成１２年１月１２日（２０００．１．１２）
【代理人】
【公開番号】 特開２００１−１９４１２５（Ｐ２００１−１９４１２５Ａ）
【公開日】 平成１３年７月１９日（２００１．７．１９）
【出願番号】 特願２０００−３７９５（Ｐ２０００−３７９５）