(57)【要約】【課題】周知な超小型バネ荷重型ＬＶＤＴは、プローブと検出器を対で用いるため、多数の実装部品の検査に好適せず、比較的低価格帯の電子部品を用いて高周波励磁用電力で駆動しても正確な動作が期待できない。【解決手段】本発明は、基板上に実装された複数の電子部品の検出部に用いられ、母線方向に延び、前記磁性体が移動する距離範囲内をカバーする長さと高周波の印加により筐体に発生するうず電流の電流通路が遮断できる幅を有する少なくとも１つのスリットが形成される筐体内を移動可能で一端が外部に延出し、他端に磁性体が設けられた可動軸と、磁性体と対向する位置に高周波励磁用電力が印加され電界を発する一次コイルと、電界中の前記磁性体の移動により発生する誘導電流を取り込む２分割された二次コイルとを備え、基板検査システムに用いられるリニアスケールプローブである。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板に実装された複数の電子部品に当接し、実装状態を検出する基板検査システムの検出部に用いられ、
筐体内を移動可能で一端が外部に延出し、他端に磁性体が設けられた可動軸と、
前記磁性体と対向する位置に高周波励磁用電力が印加され電界を発する一次コイルと、
前記電界中の前記磁性体の移動により発生する誘導電流を取り込む２分割された二次コイルと、を備え、
前記筐体には、母線方向に延び、前記磁性体が移動する距離範囲内をカバーする長さを有する少なくとも１つのスリットが形成されることを特徴とする基板検査システムに用いられるリニアスケールプローブ。
【請求項２】
前記リニアスケールプローブの前記スリットは、前記筐体に発生するうず電流の電流通路が遮断できる幅を有することを特徴とする請求項１に記載の基板検査システムに用いられるリニアスケールプローブ。
【請求項３】
前記リニアスケールプローブの前記一次コイルに印加される前記高周波励磁用電力は、１ＭＨｚ帯の高周波であることを特徴とする請求項１に記載の基板検査システムに用いられるリニアスケールプローブ。
【請求項４】
前記リニアスケールプローブの前記スリットは、前記筐体の母線方向に縦断し、スリット両端の間に挟み込まれる絶縁性を有する連結スペーサを具備することを特徴とする請求項１に記載の基板検査システムに用いられるリニアスケールプローブ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プリント配線基板等に実装されている多数の部品の取り付け状態を検査する基板検査システムに用いられるリニアスケールプローブに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、電子機器の製造分野においても、作業コストの削減や短期間の製造数の増大のためにロボット装置を用いた自動化が図られている。例えば、プリント配線基板等への部品の実装においても自動化が図られている。また、プリント配線基板等に実装された部品は、電気的な検査が行われる。まず、基板の接続端子に検査治具を接続し、所定のシーケンスにより自動的に試験し、その結果に基づき、良品を選別し、不良品に対しては、再度製造ラインに戻すか廃棄している。しかし、実装された部品の取り付け状態の良否は、取り付け位置の間違いや欠品などは、検査作業員の直視又は特許文献１に記載されるような撮影画像による目視検査を行っている。
【０００３】
実装された部品の取り付け状態を検査するシステムは、種々考えられている。例えば、距離を測定するレーザ光を走査させて、その反射光から部品までの距離を算出し、算出した距離データと予め測定した良品の測定データとを比較して良否を検査してもよい。
【０００４】
また検査に用いることができる小型プローブが知られている。小型プローブは、外装ケース内に可動軸が収容され、可動軸を検査対象に当接させ、可動軸の移動により電気信号を発する小型プローブが知られている。例えば、シンガーインスツルメンツ＆コントロール社（Singer Instruments & Control Ltd.）製の超小型バネ荷重型ＬＶＤＴ（micro-miniature spring-loaded LVDT ）が知られている。尚、ＬＶＤＴは、リニア可変作動トランス（Linear Variable Differential Transformer）である。 
【特許文献１】特開平５−２４９０４５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
前述した超小型バネ荷重型ＬＶＤＴは、１つのプローブに対して、１つの検出器を宛がう構成であるため、多数本を使用しなければならない実装部品検査に用いようとしても、検査システムとしては、装置の規模が大きくなり且つ、高コストになり構築することができない。
【０００６】
また、励磁用電力に高周波電力を用いた場合には、励磁コイル及び検出コイルの巻き数を減らすことができ、プローブ自体のコストを低く抑えることができる。しかしながら、励磁用電力に高周波電力を用いた場合には、図４（ａ），（ｂ）に示すような誘導電流即ち、うず電流損が大きくなり、熱に変換されてしまう。従って、検出コイル１２ａ，１２ｂのそれぞれの出力は、うず電流損により減少し、正確には検出できなくなる虞がある。そのため、前述したＬＶＤＴは、推奨される一次巻き線に印加する交流電圧を励磁周波数４０Ｈｚ〜２０ＫＨｚ帯で比較的低い周波数帯を用いている。
【０００７】
そこで本発明は、多数の検査ポイントを有する基板検査システムに好適し、高周波数電力による励磁される磁界中を磁石が装着された可動軸を収容し、可動軸の移動状態を電気的に検知するリニアスケールプローブ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】
【０００８】
上記目的を達成するために、基板に実装された複数の電子部品に当接し、実装状態を検出する基板検査システムの検出部に用いられ、筐体内を移動可能で一端が外部に延出し、他端に磁性体が設けられた可動軸と、前記磁性体と対向する位置に高周波励磁用電力が印加され電界を発する一次コイルと、前記電界中の前記磁性体の移動により発生する誘導電流を取り込む２分割された二次コイルと、を備え、前記筐体には、母線方向に延び、前記磁性体が移動する距離範囲内をカバーする長さを有する少なくとも１つのスリットが形成されるリニアスケールプローブを提供する。
【０００９】
また、前記リニアスケールプローブの前記スリットは、前記筐体に発生するうず電流の電流通路が遮断できる幅を有し、前記一次コイルに印加される前記高周波励磁用電力は、１ＭＨｚ帯の高周波である。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば多数の検査ポイントを有する基板検査システムに好適し、高周波数電力による励磁される磁界中を磁石が装着された可動軸を収容し、可動軸の移動状態を電気的に検知するリニアスケールプローブを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、図面を参照して本発明の実施形態について詳細に説明する。                  
図１（ａ）には、基板検査システムに用いるリニアスケールプローブの構成例を示し説明する。図１（ｂ）は、図１（ａ）におけるＡ−Ａのリニアスケールプローブの断面構成を示している。
【００１２】
このリニアスケールプローブ１は、外装となる筒形状のプローブケース２と、プローブケース２内を長手方向（又は母線方向）に移動可能で一端（先端部）を外部に延出させている可動軸３と、プローブケース２内の可動軸３の他端（後端部）側に装着されたフェライト等からなる磁性体４と、可動軸３の後端部に取り付けられたスプリングガイド５と、可動軸３の後端部に取り付けられるスプリング６と、可動軸３の先端部に設けられたヘッド部７と、プローブケース２の先端側を封止し可動軸３が移動可能に貫通する孔が形成されたつば部８と、プローブケース２の後端側を封止して配線用孔が開口される固定ブッシュ９と、固定ブッシュ９に設けられた溝に嵌合するプローブケース２に設けられた凸形状の固定部１０と、通常位置にある磁性体４の略中央部分と対向しプローブケース２の内周面に環装される一次巻き線となる励磁コイル１１と、その励磁コイル１１の両側に配置され対向する磁性体４の両端から延出しない長さの二次巻き線となる検出コイル１２ａ，１２ｂとで構成される。
【００１３】
本実施形態の可動軸３は、直径φ２ｍｍ程度の円柱形状であり、プローブケース２は、φ３ｍｍ程度の筒形状を成している。また、プローブケース２の長さ（母線長）は、４０数ｍｍ程度であり、可動軸３は３０数ｍｍで、このうち外部に延出した軸の長さは１０数ｍｍ程度である。可動軸３の外部に延出した軸の長さを含めて、６０数ｍｍ程度である。勿論、この寸法に限定されるものではなく、測定対象によって設計や仕様により適宜、変更される。
【００１４】
可動軸３及びプローブケース２は、金属製が好ましく、剛性の点から例えば、真鍮、ステンレス材料又はチタン材料、又はこれらの合金等の鋼材料が好ましい。また、用途に応じて一回りサイズが大きくてもよければ、アルミニウム又はアルミ合金を用いることも可能である。また、金属材料については単体であっても、複数の金属材料を組み合わせてもよいし、異なる金属による層構造であってもよい。また、磁性体の金属、鉄、ニッケル又はクロム金属等は本実施形態には好適しない。
【００１５】
磁性体４は、筒形状を成し、可動軸３の後端周囲に嵌装され、接着剤等で固定される。勿論、磁性体４は、筒形状が複数例えば、母線方向に２つに分割された形状を成して、可動軸３の周囲を囲むように取り付けて接着固定されてもよい。この磁性体４の母線方向の長さは、可動軸３における移動距離に応じて適宜、設定される。
【００１６】
スプリングガイド５は、スプリング６内に配置され、可動軸３が後退してスプリング６が縮まった際に、可動軸３が固定ブッシュ９に衝突することを回避し且つスプリング６の縮みすぎによる捩れ等の損傷を防止するためのストッパとして機能する。ヘッド部７は、検出時に検査対象物（例えば、電子部品）に当接する部材であり、その大きさや長さは、検査対象物により適宜、最適なサイズを選択して取り付けることができる。但し、ヘッド部７の大きさや重さには制限があり、図２に示すように、磁性体４の側面と、励磁コイル１１及び検出コイル１２ａ，１２ｂとが正対向する位置を維持しなくてはならない。例えば、リニアスケールプローブ１のヘッド部を下に向けて垂直方向に取り付けた際に、多少の位置ずれが発生した場合であれば、バネ定数を変更したスプリングコイルに交換して位置補正することもできる。
【００１７】
つば部８は、後述する樹脂製の検査パネルに挿嵌して装着された際に、固定箇所となるため、固定状態を保持させる強度が必要であり、硬質な部材、例えばステンレスやチタンなどの金属材料や硬質樹脂材料で作製されている。勿論、複数の部材を組み合わせてもよく、可動軸３と接する円盤形状部分に樹脂材料を用いて、外装として金属薄板で覆う２層構造であってもよい。
【００１８】
固定ブッシュ９は、例えば樹脂材料により作製され、少なくとも１つの配線用孔が開口され、励磁コイル１１と接続する電力供給線１４と、検出コイル１２ａ，１２ｂと接続する出力信号線１３とが貫通して出力端子１５に引き出されている。電力供給線１４及び出力信号線１３は、システム側に接続され、交流電源１６から電力供給線１４を通じて高周波電力が一次コイルの励磁コイル１１に供給され、検出した二次コイルの検出コイル１２ａ，１２ｂからの出力（出力電圧）を出力端子１５を通じて後述する検出部に送出する。
【００１９】
次に、励磁コイル１１及び検出コイル１２ａ，１２ｂによる検査対象物の検出方法について説明する。  
本実施形態のリニアスケールプローブ１は、図２に示すように、磁性体４の略中央部分に配置された励磁コイルに１ＭＨｚ程度の高周波の正弦波交流電圧（電流）を印加して磁場を発生させる。図２に示すように、磁性体４が検出コイル１２ａ，１２ｂと正対して外れていない場合には、検出コイル１２ａ，１２ｂのそれぞれの出力のバランスが取れて、図３に示す可動軸位置「０」（通常時に停まる基準位置）となり、電圧差は「０」となる。
【００２０】
可動軸３の先端部が検査対象物に当接した後、さらにリニアスケールプローブ１が定位置まで押し付けられると、可動軸３はスプリング６に付勢されつつプローブケース２の後方に後退する。この移動に伴い磁性体４が移動して、検出コイル１２ａとは対向しなくなり、検出コイル１２ｂとは対向を維持している。この対向位置の移動により誘導電流が検出コイル１２ａ，１２ｂの発生する。しかし、検出コイル１２ａ，１２ｂの出力において左右のバランスが不均等になり、その偏りに応じて出力電圧として発生する。磁性体４が後退（図２の点線部分）した場合には、検出コイル１２ａは出力が減少し、検出コイル１２ｂは出力を維持する。従って、図３に示す矢印側に移動することになり、出力電圧（Ｖ）が発生する。尚、図３に示す振幅出力及び位相出力の特性曲線は、それぞれ特性を示すものであり、出力電圧の値については同等レベルで記載するものではない。
【００２１】
また例えば、可動軸３がプローブケース２の先端部から後端部に掛けて移動した場合には、大きく分けて３つの状態が発生し、リニアに変動する。まず、磁性体４は検出コイル１２ａと正対し、検出コイル１２ｂとは外れている位置から、それぞれに正対する位置に移動し、さらに、検出コイル１２ａとは外れ、検出コイル１２ｂと正対している正対する位置に移動する。これを図３に示す振幅出力特性では、可動軸位置「０」で出力電圧が最小値になり、位相出力では、出力値が高レベルから低レベルに切り換えられる。振幅出力特性においては、可動軸３の移動量に応じた電圧値が出力するため、検出された電圧値から可動軸３の先端部の移動距離を算出することができる。
【００２２】
次に、リニアスケールプローブ１のプローブケース２に設けられるスリットについて説明する。  
本実施形態の励磁コイル１１には、電力供給線１４を通じて高周波（例えば、１ＭＨｚ帯）の励磁用電力が印加されている。課題の項で前述したように、一般的に比較的低価格帯で扱われている電子部品を利用して作製することにより、装置を低コストで実現できるためである。
【００２３】
しかしながら、励磁用電力に高周波電力を用いた場合には、図４（ａ），（ｂ）に示すような誘導電流即ち、うず電流損が大きくなり、熱に変換されてしまう。従って、検出された検出コイル１２ａ，１２ｂのそれぞれの出力は、うず電流損により減少し、正確には検出できなくなる虞がある。前述した従来の小型プローブ（ＬＶＤＴ）では、このような事態を回避するために、一次巻き線に印加する交流電圧を励磁周波数４０Ｈｚ〜２０ＫＨｚ帯で比較的低い周波数帯を用いている。
【００２４】
そこで、本実施形態においては、図４（ｃ），（ｄ）に示すように、うず電流の電流通路に対して、スリット２１（空間による絶縁領域）を設けて、うず電流の電流通路を遮断する。このスリットをリニアスケールプローブ１に適用した場合には、図５（ａ），（ｂ）に示すように、プローブケース２において、母線方向に少なくとも１つのスリット２１を設ける。本実施形態では、対向する位置に２つのスリット２１を設けている。これらのスリット２１の長さは、磁性体４が移動する距離範囲内をカバーすることが好ましく、少なくとも励磁コイル１１及び検出コイル１２ａ，１２ｂをカバーする範囲とする。また、スリット２１の幅は、うず電流の電流通路が遮断できる幅であればよく、実際の設計に基づいて、適宜設定すればよい。
【００２５】
また、このようなスリット２１は、プローブケース２の母線方向に長く形成する及びスリット数が多いほど、プローブケース２の強度が低下することとなる。  
そこで、図６に示すように、プローブケース２の母線方向に縦断するスリット２２を設けて、スリット両端の間に連結スペーサ２３を挟み込み、接着剤により固定する。これは、スリット両端を連結スペーサ２３で繋いで強度を低下させない構造である。この連結スペーサ２３は、絶縁体により形成される。例えば、硬質樹脂（絶縁性）、硬質ゴム（絶縁性）、アルミナ等の酸化された金属薄板等々が考えられる。
【００２６】
以上説明したように、電流通路を遮断するスリットを設けることにより、うず電流損を減少させて、高周波数帯の励磁用交流電力を一次巻き線である励磁コイルに印加することができる。従って、大量に生産されて汎用されている低価格の電子部品により駆動系装置を実現することができる。
【００２７】
次に、リニアスケールプローブ１を用いた基板検査システムについて説明する。  
本実施形態の基板検査システムは、多数の電子部品が実装されたプリント配線基板に対して、検査パネルを用いた一度の検査により、全電子部品における実装の有無、取り付け姿勢の良否を検査するシステムである。
【００２８】
図７は、基板検査システムのブロック構成図を示す。この基板検査システムは、複数のリニアスケールプローブ１が嵌装されて構成される検査パネル５１と、これらのリニアスケールプローブ１に対して、それぞれ高周波電力の印加と検出信号（出力電圧）の伝搬を行う例えばマルチプレクサからなるインタフェース（ＩＦ）部５２と、リニアスケールプローブ１に印加する高周波電力を生成する電源部５３と、個々のリニアスケールプローブ１から検出信号を受信して出力電圧を生成する検出部５４と、出力信号に基づき、全電子部品における実装の有無、取り付け姿勢の良否を判定する判定部５５と、判定部５５における判定基準設定等のシステム全体の制御及び動作指示を行う制御部５６と、検査者による指示入力を行うためのキーボードやタッチパネル等の操作パネルからなる入力部５７と、判定結果や入力指示等を表示するための例えば液晶表示画面を有する表示部５８と、音声による入力又は音声による告知を行う音声部５９とで構成される。
【００２９】
以上説明したように、本発明による実施形態のリニアスケールプローブは、励磁コイルに高周波（例えば、１ＭＨｚ帯）の励磁用電力を供給して駆動することができ、一般的に比較的低価格帯で扱われている電子部品を用いることができ、装置のコストを低く抑えることができる。また、励磁用電力に高周波電力を用いた場合であっても、うず電流損を無くし、正確な動作及びセンサとして用いることができる。また、装置構成が比較的低価格帯の部品を用いて、多数の実装部品に対して多数の検査ポイントが必要な基板検査システムを構築することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】図１（ａ）は、基板検査システムに用いるリニアスケールプローブの構成例を示す図、図１（ｂ）は、図１（ａ）におけるＡ−Ａのリニアスケールプローブの断面構成を示す図である。
【図２】リニアスケールプローブにおける磁性体と、励磁コイル及び検出コイルの位置関係と発生する電圧について説明するための図である。
【図３】可動軸の位置と振幅出力と位相出力について説明するための図である。
【図４】うず電流とスリットとの関係について説明するための図である。
【図５】スリットが設けられたリニアスケールプローブの構成例を示す図である。
【図６】連結スペーサが挟み込まれるスリットが設けられたリニアスケールプローブの構成例を示す図である。
【図７】本実施形態のリニアスケールプローブを用いた基板検査システムの一構成例を示す図である。
【符号の説明】
【００３１】
１…リニアスケールプローブ、２…プローブケース、３…可動軸、４…磁性体、５…スプリングガイド、６…スプリング、７…ヘッド部、８…つば部、９…固定ブッシュ、１０…固定部、１１…励磁コイル、１２ａ，１２ｂ…検出コイル、２１，２２…スリット、２３…連結スペーサ、５１，５１ａ〜５１ｎ…検査パネル、５２，５２ａ〜５２ｎ…ＩＦ部（マルチプレクサ）、５３，５３ａ〜５３ｎ…電源部、５４…検査部、５５…判定部、５６…制御部、５７，８５，８７…入力部、５８，８４，８６…表示部、５９…音声部、６１…昇降機構、６２…検査テーブル。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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