JP2002081924A - 三次元計測装置 - Google Patents
三次元計測装置Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】計測対象物の三次元形状を位相シフト法を用い
て計測するに際し、計測に要する時間の短縮を図ること
の可能な三次元計測装置を提供する。 【解決手段】印刷状態検査装置1は、クリームハンダの
印刷されてなるプリント基板Kを載置するためのテーブ
ル2と、プリント基板Kの表面に対し斜め上方から正弦
波状の複数の位相変化する光パターンを照射するための
照明装置3と、プリント基板K上の前記照射された部分
を撮像するための撮像手段を構成するCCDカメラ4と
を備えている。照明装置3の位相変更手段により変化さ
せられた3通りの相対位相関係下においてCCDカメラ
4にて撮像された3通りの画像データに基づき、位相シ
フト法により少なくともクリームハンダの高さが制御装
置7によって演算される。
て計測するに際し、計測に要する時間の短縮を図ること
の可能な三次元計測装置を提供する。 【解決手段】印刷状態検査装置1は、クリームハンダの
印刷されてなるプリント基板Kを載置するためのテーブ
ル2と、プリント基板Kの表面に対し斜め上方から正弦
波状の複数の位相変化する光パターンを照射するための
照明装置3と、プリント基板K上の前記照射された部分
を撮像するための撮像手段を構成するCCDカメラ4と
を備えている。照明装置3の位相変更手段により変化さ
せられた3通りの相対位相関係下においてCCDカメラ
4にて撮像された3通りの画像データに基づき、位相シ
フト法により少なくともクリームハンダの高さが制御装
置7によって演算される。
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、測定対象物の三次
元形状等を位相シフト法を用いて計測する三次元計測装
置に関するものである。
元形状等を位相シフト法を用いて計測する三次元計測装
置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】一般に、プリント基板上に電子部品を実
装する場合、まずプリント基板上に配設された所定の電
極パターン上にクリームハンダが印刷される。次に、該
クリームハンダの粘性に基づいてプリント基板上に電子
部品が仮止めされる。その後、前記プリント基板がリフ
ロー炉へ導かれ、所定のリフロー工程を経ることでハン
ダ付けが行われる。昨今では、リフロー炉に導かれる前
段階においてクリームハンダの印刷状態を検査する必要
があり、かかる検査に際して三次元計測装置が用いられ
ることがある。
装する場合、まずプリント基板上に配設された所定の電
極パターン上にクリームハンダが印刷される。次に、該
クリームハンダの粘性に基づいてプリント基板上に電子
部品が仮止めされる。その後、前記プリント基板がリフ
ロー炉へ導かれ、所定のリフロー工程を経ることでハン
ダ付けが行われる。昨今では、リフロー炉に導かれる前
段階においてクリームハンダの印刷状態を検査する必要
があり、かかる検査に際して三次元計測装置が用いられ
ることがある。
【0003】近年、光を用いたいわゆる非接触式の三次
元計測装置が種々提案されており、中でも位相シフト法
を用いた三次元計測装置に関する技術が提案されている
(特開平11−211443号公報、特許第27110
42号等)。
元計測装置が種々提案されており、中でも位相シフト法
を用いた三次元計測装置に関する技術が提案されている
(特開平11−211443号公報、特許第27110
42号等)。
【0004】上記技術における三次元計測装置において
は、CCDカメラが用いられる。すなわち、光源と正弦
波パターンのフィルタとの組み合わせからなる照射手段
により、縞状の光強度分布を有する光パターンを測定物
体(この場合プリント基板)に照射する。そして、基板
上の点を真上に配置したCCDカメラを用いて観測す
る。この場合、画面上の点Pの光の強度Iは下式で与え
られる。
は、CCDカメラが用いられる。すなわち、光源と正弦
波パターンのフィルタとの組み合わせからなる照射手段
により、縞状の光強度分布を有する光パターンを測定物
体(この場合プリント基板)に照射する。そして、基板
上の点を真上に配置したCCDカメラを用いて観測す
る。この場合、画面上の点Pの光の強度Iは下式で与え
られる。
【0005】I=e+f・cosφ [但し、e:直流光ノイズ(オフセット成分)、f:正
弦波のコントラスト(反射率)、φ:物体の凹凸により
与えられる位相] このとき、光パターンを移動させて、位相を4段階(φ
+0、φ+π/2、φ+π、φ+3π/2)に変化さ
せ、これらに対応する強度分布I0、I1、I2、I3
をもつ画像を取り込み、下記式に基づいて位置情報θを
求める。
弦波のコントラスト(反射率)、φ:物体の凹凸により
与えられる位相] このとき、光パターンを移動させて、位相を4段階(φ
+0、φ+π/2、φ+π、φ+3π/2)に変化さ
せ、これらに対応する強度分布I0、I1、I2、I3
をもつ画像を取り込み、下記式に基づいて位置情報θを
求める。
【0006】 θ=arctan{(I3−I1)/(I0−I2)} この位置情報θを用いて、プリント基板(クリームハン
ダ)上の点Pの3次元座標(X,Y,Z)が求められ、
もってクリームハンダの三次元形状、特に高さが計測さ
れる。
ダ)上の点Pの3次元座標(X,Y,Z)が求められ、
もってクリームハンダの三次元形状、特に高さが計測さ
れる。
【0007】
【発明が解決しょうとする課題】ところで、上記技術に
おける三次元計測装置においては、位相を4段階に変化
させ、各段階に対応する強度分布をもつ4通りの画像を
取得する必要がある。つまり、1つのポイントに関し撮
像を4回行う必要がある。このため、撮像に時間を要す
ることとなり、ひいては、計測開始から終了までの時間
が長いものとなってしまうおそれがある。
おける三次元計測装置においては、位相を4段階に変化
させ、各段階に対応する強度分布をもつ4通りの画像を
取得する必要がある。つまり、1つのポイントに関し撮
像を4回行う必要がある。このため、撮像に時間を要す
ることとなり、ひいては、計測開始から終了までの時間
が長いものとなってしまうおそれがある。
【0008】本発明は、上記事情に鑑みてなされたもの
であり、計測対象物の三次元形状を位相シフト法を用い
て計測するに際し、計測に要する時間の短縮を図ること
の可能な三次元計測装置を提供することを主たる目的の
一つとしている。
であり、計測対象物の三次元形状を位相シフト法を用い
て計測するに際し、計測に要する時間の短縮を図ること
の可能な三次元計測装置を提供することを主たる目的の
一つとしている。
【0009】
【課題を解決するための手段及びその効果】上記目的を
達成し得る特徴的手段について以下に説明する。また、
各手段につき、特徴的な作用及び効果を必要に応じて記
載する。
達成し得る特徴的手段について以下に説明する。また、
各手段につき、特徴的な作用及び効果を必要に応じて記
載する。
【0010】手段1.少なくとも計測対象物に対し、縞
状の光強度分布を有する光パターンを照射可能な照射手
段と、前記光パターンの照射された計測対象物を撮像可
能な撮像手段と、前記計測対象物と、前記光パターンと
の相対位相関係を変化させる位相変化手段と、前記位相
変更手段により変化させられた3通りの相対位相関係下
において前記撮像手段にて撮像された3通りの画像デー
タに基づき、位相シフト法により少なくとも前記計測対
象物の所定の高さを演算する演算手段とを備えたことを
特徴とする三次元計測装置。
状の光強度分布を有する光パターンを照射可能な照射手
段と、前記光パターンの照射された計測対象物を撮像可
能な撮像手段と、前記計測対象物と、前記光パターンと
の相対位相関係を変化させる位相変化手段と、前記位相
変更手段により変化させられた3通りの相対位相関係下
において前記撮像手段にて撮像された3通りの画像デー
タに基づき、位相シフト法により少なくとも前記計測対
象物の所定の高さを演算する演算手段とを備えたことを
特徴とする三次元計測装置。
【0011】手段1によれば、少なくとも計測対象物に
対し、縞状の光強度分布を有する光パターンが照射手段
によって照射される。また、前記光パターンの照射され
た計測対象物が撮像手段によって撮像される。このと
き、計測対象物と、光パターンとの相対位相関係が位相
変化手段によって適宜変化させられる。そして、演算手
段によって、位相変更手段により変化させられた3通り
の相対位相関係下において、撮像手段にて撮像された3
通りの画像データに基づき、位相シフト法により少なく
とも計測対象物の所定の高さが演算される。このよう
に、3通りの画像データに基づいて計測対象物の所定の
高さを求めることができることから、4回の撮像データ
に基づいて演算されていた従来技術に比べて、総合的な
撮像回数が少なくて済み、ひいては撮像時間の短縮を図
ることができる。その結果、計測に要する時間の飛躍的
な短縮を図ることが可能となる。
対し、縞状の光強度分布を有する光パターンが照射手段
によって照射される。また、前記光パターンの照射され
た計測対象物が撮像手段によって撮像される。このと
き、計測対象物と、光パターンとの相対位相関係が位相
変化手段によって適宜変化させられる。そして、演算手
段によって、位相変更手段により変化させられた3通り
の相対位相関係下において、撮像手段にて撮像された3
通りの画像データに基づき、位相シフト法により少なく
とも計測対象物の所定の高さが演算される。このよう
に、3通りの画像データに基づいて計測対象物の所定の
高さを求めることができることから、4回の撮像データ
に基づいて演算されていた従来技術に比べて、総合的な
撮像回数が少なくて済み、ひいては撮像時間の短縮を図
ることができる。その結果、計測に要する時間の飛躍的
な短縮を図ることが可能となる。
【0012】手段2.前記位相変化手段により変化させ
られる3通りの相対位相関係をそれぞれ0、α、βとし
たときの前記3通りの画像データがそれぞれV0、V1、V2
であるとき、前記演算手段は、下記式(1)により位置
情報θを求め、該位置情報θに基づき前記所定の高さを
演算するものであることを特徴とする手段1に記載の三
次元計測装置。
られる3通りの相対位相関係をそれぞれ0、α、βとし
たときの前記3通りの画像データがそれぞれV0、V1、V2
であるとき、前記演算手段は、下記式(1)により位置
情報θを求め、該位置情報θに基づき前記所定の高さを
演算するものであることを特徴とする手段1に記載の三
次元計測装置。
【0013】
【数2】 手段2に関し、位相変化手段により変化させられる3通
りの相対位相関係をそれぞれ0、α、βとしたときの前
記3通りの画像データ(光強度)がそれぞれV0、V1、V2
であるとき、一般的には下式(2),(3),(4)が
成立することとなる。
りの相対位相関係をそれぞれ0、α、βとしたときの前
記3通りの画像データ(光強度)がそれぞれV0、V1、V2
であるとき、一般的には下式(2),(3),(4)が
成立することとなる。
【0014】 V0=Asinθ+B ・・・(2) V1=Asin(θ+α)+B ・・・(3) V2=Asin(θ+β)+B ・・・(4) 但し、α≠0,β≠0,α≠β,A:反射率,B:オフ
セット成分 これらの式(2)乃至(4)により、下記式(5)が導
出される。
セット成分 これらの式(2)乃至(4)により、下記式(5)が導
出される。
【0015】
【数3】 そして、かかる式(5)より、上記式(1)が導き出さ
れる。
れる。
【0016】このようにさほど複雑でない数式に基づい
て位置情報θを求めることができ、該位置情報θに基づ
き前記所定の高さを演算することができる。そのため、
3通りの画像データに基づいて計測対象物の所定の高さ
を求めるに際し、演算が複雑になってしまうことによる
遅延が生じない。
て位置情報θを求めることができ、該位置情報θに基づ
き前記所定の高さを演算することができる。そのため、
3通りの画像データに基づいて計測対象物の所定の高さ
を求めるに際し、演算が複雑になってしまうことによる
遅延が生じない。
【0017】手段3.β=−αとしたことを特徴とする
手段2に記載の三次元計測装置。
手段2に記載の三次元計測装置。
【0018】手段3によれば、β=−αとすることで、
上記式(1)から下記式(6)が導き出される。
上記式(1)から下記式(6)が導き出される。
【0019】 θ=ARCTAN[[(2V0-V1-V2)sinα]/[(V1-V2)(1-cosα)]] ・・(6) このため、演算がより容易なものとなり、より一層高速
の処理が可能となる。
の処理が可能となる。
【0020】手段4.α=π/2としたことを特徴とす
る手段3に記載の三次元計測装置。
る手段3に記載の三次元計測装置。
【0021】手段4によれば、α=π/2とすること
で、上記式(6)から下記式(7)が導き出される。
で、上記式(6)から下記式(7)が導き出される。
【0022】 θ=ARCTAN[(2V0-V1-V2)/(V1-V2)] ・・(7) このため、上記式(7)の分母たる(V1-V2)及び分子た
る(2V0-V1-V2)のθによる変化が最大(具体的には±
2)となることから、V0、V1、V2それぞれの測定誤差の
影響を比較的小さいものとすることができ、ひいては計
測の精度をより高めることができる。また、演算がさら
に一層容易なものとなる。
る(2V0-V1-V2)のθによる変化が最大(具体的には±
2)となることから、V0、V1、V2それぞれの測定誤差の
影響を比較的小さいものとすることができ、ひいては計
測の精度をより高めることができる。また、演算がさら
に一層容易なものとなる。
【0023】手段5.前記位相変化手段は、前記照射手
段により前記計測対象物に対し照射される光パターンの
位相を変化させるものであることを特徴とする手段1乃
至4のいずれかに記載の三次元計測装置。
段により前記計測対象物に対し照射される光パターンの
位相を変化させるものであることを特徴とする手段1乃
至4のいずれかに記載の三次元計測装置。
【0024】手段5によれば、照射手段により前記計測
対象物に対し照射される光パターンの位相が、位相変化
手段によって変化させられる。このため、計測対象物等
を移動させる必要がなく、設置スペースの増大を招くこ
となく比較的簡易な構成でもって計測することができ
る。なお、この場合、位相変化手段は、「液晶素子を実
体格子とする液晶光学シャッタを用いて、所定方向に光
パターンを走査可能な構成」を具備することとしてもよ
い。
対象物に対し照射される光パターンの位相が、位相変化
手段によって変化させられる。このため、計測対象物等
を移動させる必要がなく、設置スペースの増大を招くこ
となく比較的簡易な構成でもって計測することができ
る。なお、この場合、位相変化手段は、「液晶素子を実
体格子とする液晶光学シャッタを用いて、所定方向に光
パターンを走査可能な構成」を具備することとしてもよ
い。
【0025】手段6.前記位相変化手段は、前記計測対
象物、又は、前記照射手段及び撮像手段を、前記照射手
段及び撮像手段、又は、前記計測対象物に対し相対移動
させることにより位相を変化させるものであることを特
徴とする手段1乃至4のいずれかに記載の三次元計測装
置。
象物、又は、前記照射手段及び撮像手段を、前記照射手
段及び撮像手段、又は、前記計測対象物に対し相対移動
させることにより位相を変化させるものであることを特
徴とする手段1乃至4のいずれかに記載の三次元計測装
置。
【0026】手段6によれば、前記計測対象物、又は、
前記照射手段及び撮像手段が、他に対し相対移動させる
ことで位相が変化させられる。このため、機械的な移動
装置を用いれば済むこととなり、構造が複雑なものとな
ってしまうことがない。
前記照射手段及び撮像手段が、他に対し相対移動させる
ことで位相が変化させられる。このため、機械的な移動
装置を用いれば済むこととなり、構造が複雑なものとな
ってしまうことがない。
【0027】手段7.前記光パターンは、略正弦波状の
光強度分布を有することを特徴とする手段1乃至6のい
ずれかに記載の三次元計測装置。
光強度分布を有することを特徴とする手段1乃至6のい
ずれかに記載の三次元計測装置。
【0028】手段7によれば、光パターンは、略正弦波
状の光強度分布を有するため、より一層の計測精度の向
上を図ることができる。
状の光強度分布を有するため、より一層の計測精度の向
上を図ることができる。
【0029】手段8.手段1乃至7のいずれかに記載の
三次元計測装置を備え、プリント基板又はICパッケー
ジに印刷形成されたクリームハンダの少なくとも高さを
計測し、その計測値に基づいて良否判定を導出すること
の可能なクリームハンダ印刷検査装置。
三次元計測装置を備え、プリント基板又はICパッケー
ジに印刷形成されたクリームハンダの少なくとも高さを
計測し、その計測値に基づいて良否判定を導出すること
の可能なクリームハンダ印刷検査装置。
【0030】手段8によれば、プリント基板又はICパ
ッケージに印刷形成されたクリームハンダの少なくとも
高さが計測され、その計測値に基づいて良否判定が行わ
れる。このため、クリームハンダの計測に際して上記各
作用効果が奏され、しかも精度よく良否判定を行うこと
ができる。
ッケージに印刷形成されたクリームハンダの少なくとも
高さが計測され、その計測値に基づいて良否判定が行わ
れる。このため、クリームハンダの計測に際して上記各
作用効果が奏され、しかも精度よく良否判定を行うこと
ができる。
【0031】手段9.プリント基板又はICパッケージ
にクリームハンダを印刷形成する工程と、上記手段8に
記載のクリームハンダ印刷検査装置を用いて良否判定を
行う検査工程と、前記検査工程において良品判定された
ものについてのみ実装を行うべくリフローを施すリフロ
ー工程とを備えたことを特徴とする基板の製造方法。
にクリームハンダを印刷形成する工程と、上記手段8に
記載のクリームハンダ印刷検査装置を用いて良否判定を
行う検査工程と、前記検査工程において良品判定された
ものについてのみ実装を行うべくリフローを施すリフロ
ー工程とを備えたことを特徴とする基板の製造方法。
【0032】手段9によれば、検査に要する時間の短縮
を図ることができることから、全体的な製造時間の低減
を図ることができ、しかも不良品の発生を抑制すること
ができる。
を図ることができることから、全体的な製造時間の低減
を図ることができ、しかも不良品の発生を抑制すること
ができる。
【0033】
【発明の実施の形態】以下、一実施の形態について、図
面を参照しつつ説明する。
面を参照しつつ説明する。
【0034】図1は、本実施の形態における三次元計測
装置を具備する印刷状態検査装置1を模式的に示す概略
構成図である。同図に示すように、印刷状態検査装置1
は、クリームハンダの印刷されてなるプリント基板Kを
載置するためのテーブル2と、プリント基板Kの表面に
対し斜め上方から正弦波状の複数の位相変化する光パタ
ーンを照射するための照射手段及び位相変化手段を構成
する照明装置3と、プリント基板K上の前記照射された
部分を撮像するための撮像手段を構成するCCDカメラ
4とを備えている。なお、本実施の形態におけるクリー
ムハンダは、プリント基板K上に設けられた銅箔からな
る電極パターン上に印刷形成されている。
装置を具備する印刷状態検査装置1を模式的に示す概略
構成図である。同図に示すように、印刷状態検査装置1
は、クリームハンダの印刷されてなるプリント基板Kを
載置するためのテーブル2と、プリント基板Kの表面に
対し斜め上方から正弦波状の複数の位相変化する光パタ
ーンを照射するための照射手段及び位相変化手段を構成
する照明装置3と、プリント基板K上の前記照射された
部分を撮像するための撮像手段を構成するCCDカメラ
4とを備えている。なお、本実施の形態におけるクリー
ムハンダは、プリント基板K上に設けられた銅箔からな
る電極パターン上に印刷形成されている。
【0035】テーブル2には、モータ5,6が設けられ
ており、該モータ5,6によって、テーブル2上に載置
されたプリント基板Kが任意の方向(X軸方向及びY軸
方向)へスライドさせられるようになっている。
ており、該モータ5,6によって、テーブル2上に載置
されたプリント基板Kが任意の方向(X軸方向及びY軸
方向)へスライドさせられるようになっている。
【0036】照明装置3は、公知の液晶光学シャッター
を備えており、プリント基板Kに対し、斜め上方から所
定ピッチずつ位相変化する光パターンを照射するように
なっている。従って、光源からの光は液晶光学シャッタ
ーを介してプリント基板K上に照射されるようになって
おり、特にプリント基板Kに対し、照度が正弦波状に変
化する縞状の光パターン(正弦波パターン)が照射され
るようになっている。
を備えており、プリント基板Kに対し、斜め上方から所
定ピッチずつ位相変化する光パターンを照射するように
なっている。従って、光源からの光は液晶光学シャッタ
ーを介してプリント基板K上に照射されるようになって
おり、特にプリント基板Kに対し、照度が正弦波状に変
化する縞状の光パターン(正弦波パターン)が照射され
るようになっている。
【0037】なお、照明装置3において、図示しない光
源からの光は光ファイバーにより一対の集光レンズに導
かれ、そこで平行光にされる。その平行光が、液晶素子
を介して恒温制御装置内に配置された投影レンズに導か
れる。そして、投影レンズから3つの位相変化する光パ
ターンが照射される。このように、照明装置3に液晶光
学シャッターが使用されていることによって、縞状の光
パターンを作成した場合に、その照度が理想的な正弦波
に近いものが得られ、これにより、三次元計測の測定分
解能が向上するようになっている。また、光パターンの
位相シフトの制御を電気的に行うことができ、制御系の
コンパクト化を図ることができるようになっている。
源からの光は光ファイバーにより一対の集光レンズに導
かれ、そこで平行光にされる。その平行光が、液晶素子
を介して恒温制御装置内に配置された投影レンズに導か
れる。そして、投影レンズから3つの位相変化する光パ
ターンが照射される。このように、照明装置3に液晶光
学シャッターが使用されていることによって、縞状の光
パターンを作成した場合に、その照度が理想的な正弦波
に近いものが得られ、これにより、三次元計測の測定分
解能が向上するようになっている。また、光パターンの
位相シフトの制御を電気的に行うことができ、制御系の
コンパクト化を図ることができるようになっている。
【0038】また、図1に示すように、前記CCDカメ
ラ4、照明装置3、モータ5,6を駆動制御するととも
に、CCDカメラ4により撮像された撮像データに基づ
き種々の演算を実行するための制御装置7が設けられて
いる。すなわち、プリント基板Kがテーブル2上に載置
されると、制御装置7は、まずモータ5,6を駆動制御
して所定の位置に移動させ、プリント基板Kを初期位置
に移動させる。この初期位置は、例えばCCDカメラ4
の視野の大きさを1単位としてプリント基板Kの表面を
予め分割しておいた中の1つの位置である。また、制御
装置7は、照明装置3を駆動制御して光パターンの照射
を開始させると共に、この光パターンの位相を所定ピッ
チ(本実施の形態では例えばπ/2)ずつシフトさせて
3種類の照射を順次切換制御する。さらに、このように
して光パターンの位相がシフトする照射が行われている
間に、制御装置7はCCDカメラ4を駆動制御して、こ
れら各照射ごとに検査エリア部分を撮像し、それぞれ3
画面分の画像データを得る。
ラ4、照明装置3、モータ5,6を駆動制御するととも
に、CCDカメラ4により撮像された撮像データに基づ
き種々の演算を実行するための制御装置7が設けられて
いる。すなわち、プリント基板Kがテーブル2上に載置
されると、制御装置7は、まずモータ5,6を駆動制御
して所定の位置に移動させ、プリント基板Kを初期位置
に移動させる。この初期位置は、例えばCCDカメラ4
の視野の大きさを1単位としてプリント基板Kの表面を
予め分割しておいた中の1つの位置である。また、制御
装置7は、照明装置3を駆動制御して光パターンの照射
を開始させると共に、この光パターンの位相を所定ピッ
チ(本実施の形態では例えばπ/2)ずつシフトさせて
3種類の照射を順次切換制御する。さらに、このように
して光パターンの位相がシフトする照射が行われている
間に、制御装置7はCCDカメラ4を駆動制御して、こ
れら各照射ごとに検査エリア部分を撮像し、それぞれ3
画面分の画像データを得る。
【0039】制御装置7は画像メモリを備えており、3
画面分の画像データを順次記憶する。この記憶した画像
データに基づいて、制御装置7は各種画像処理を行う。
かかる画像処理が行われている間に、制御装置7は、モ
ータ5,6を駆動制御してテーブル2を次の検査エリア
へと移動せしめる。制御装置7は、ここでの画像データ
についても画像メモリへ格納する。一方、画像メモリで
の画像処理が一旦終了した場合、すでに画像メモリには
次の画像データが記憶されているので、速やかに制御装
置7は次の画像処理を行うことができる。つまり、検査
は、一方で次なる検査エリア(m+1番目)への移動及
び画像入力を行い、他方ではm番目の画像処理及び比較
判定を行う。以降、全ての検査エリアでの検査が完了す
るまで、交互に同様の上記並行処理が繰り返し行われ
る。このように、本実施の形態の印刷状態検査装置1に
おいては、制御装置7の制御により検査エリアを移動し
ながら、順次画像処理を行うことにより、プリント基板
K上のクリームハンダの印刷状態を高速かつ確実に検査
することができるようになっている。
画面分の画像データを順次記憶する。この記憶した画像
データに基づいて、制御装置7は各種画像処理を行う。
かかる画像処理が行われている間に、制御装置7は、モ
ータ5,6を駆動制御してテーブル2を次の検査エリア
へと移動せしめる。制御装置7は、ここでの画像データ
についても画像メモリへ格納する。一方、画像メモリで
の画像処理が一旦終了した場合、すでに画像メモリには
次の画像データが記憶されているので、速やかに制御装
置7は次の画像処理を行うことができる。つまり、検査
は、一方で次なる検査エリア(m+1番目)への移動及
び画像入力を行い、他方ではm番目の画像処理及び比較
判定を行う。以降、全ての検査エリアでの検査が完了す
るまで、交互に同様の上記並行処理が繰り返し行われ
る。このように、本実施の形態の印刷状態検査装置1に
おいては、制御装置7の制御により検査エリアを移動し
ながら、順次画像処理を行うことにより、プリント基板
K上のクリームハンダの印刷状態を高速かつ確実に検査
することができるようになっている。
【0040】次に、制御装置7の行う画像処理と比較判
定について説明する。プリント基板Kに投影された光パ
ターンに関して、プリント基板K面上とクリームハンダ
との間では、その高さの相違に基づく位相のずれが生じ
る。そこで、制御装置7では、光パターンの位相が所定
ピッチずつシフトした際の検査エリアの画像データ(本
実施の形態では3画面の画像データ)に基づき、位相シ
フト法(縞走査法)によって検査エリア内の各部の反射
面の高さを算出するのである。
定について説明する。プリント基板Kに投影された光パ
ターンに関して、プリント基板K面上とクリームハンダ
との間では、その高さの相違に基づく位相のずれが生じ
る。そこで、制御装置7では、光パターンの位相が所定
ピッチずつシフトした際の検査エリアの画像データ(本
実施の形態では3画面の画像データ)に基づき、位相シ
フト法(縞走査法)によって検査エリア内の各部の反射
面の高さを算出するのである。
【0041】すなわち、所定ピッチずつ、例えば0、
α、βといった具合に、位相をシフトした際の画面上の
点Pの光の強度V0、V1、V2は下式で与えられる。
α、βといった具合に、位相をシフトした際の画面上の
点Pの光の強度V0、V1、V2は下式で与えられる。
【0042】 V0=Asinθ+B ・・・(2) V1=Asin(θ+α)+B ・・・(3) V2=Asin(θ+β)+B ・・・(4) 但し、α≠0,β≠0,α≠β,A:反射率,B:オフ
セット成分,θ:高さを導出するための位置情報。
セット成分,θ:高さを導出するための位置情報。
【0043】これらの式(2)乃至(4)により、下記
式(5)が導出される。
式(5)が導出される。
【0044】
【数4】 かかる式(5)より、下記式(1)が導き出される。
【0045】
【数5】 特に、β=−αとすることで、上記式(1)から下記式
(6)が導き出される。
(6)が導き出される。
【0046】 θ=ARCTAN[[(2V0-V1-V2)sinα]/[(V1-V2)(1-cosα)]] ・・(6) また特に、α=π/2とすることで、上記式(6)から
下記式(7)が導き出される。
下記式(7)が導き出される。
【0047】 θ=ARCTAN[(2V0-V1-V2)/(V1-V2)] ・・(7) このように演算された位置情報θを用いて、下記式に基
づいてプリント基板K(クリームハンダ)上の点Pの高
さZを求める。
づいてプリント基板K(クリームハンダ)上の点Pの高
さZを求める。
【0048】ここで、照明装置3の鉛直線と、照明装置
3から点Pに向けて照射したときの照射光線とのなす角
をεとすると、当該角εは、下式(8)により表され
る。
3から点Pに向けて照射したときの照射光線とのなす角
をεとすると、当該角εは、下式(8)により表され
る。
【0049】 ε=f(θ+2nπ) ・・(8) そして、高さZは、下記式(9)に従って導き出され
る。
る。
【0050】 Z=Lp−Lpc/tanε+Xp/tanε ・・(9) (但し、Lp:照明装置3の基準面からの高さ、Lp
c:CCDカメラ4と照明装置3とのX軸方向の距離、
Xp:点PのX座標。) このようにして得られた点Pの高さデータは、撮像画面
の画素P単位に演算され、制御装置7のメモリに格納さ
れる。また、当該各部のデータに基づいて、基準面より
高くなったクリームハンダの印刷範囲が検出され、この
範囲内での各部の高さを積分することにより、印刷され
たクリームハンダの量が算出される。そして、このよう
にして求めたクリームハンダの位置、面積、高さ又は量
等のデータが予め記憶されている基準データと比較判定
され、この比較結果が許容範囲内にあるか否かによっ
て、その検査エリアにおけるクリームハンダの印刷状態
の良否が判定されるのである。
c:CCDカメラ4と照明装置3とのX軸方向の距離、
Xp:点PのX座標。) このようにして得られた点Pの高さデータは、撮像画面
の画素P単位に演算され、制御装置7のメモリに格納さ
れる。また、当該各部のデータに基づいて、基準面より
高くなったクリームハンダの印刷範囲が検出され、この
範囲内での各部の高さを積分することにより、印刷され
たクリームハンダの量が算出される。そして、このよう
にして求めたクリームハンダの位置、面積、高さ又は量
等のデータが予め記憶されている基準データと比較判定
され、この比較結果が許容範囲内にあるか否かによっ
て、その検査エリアにおけるクリームハンダの印刷状態
の良否が判定されるのである。
【0051】以上詳述したように、本実施の形態によれ
ば、3通りの相対位相関係下において、CCDカメラ4
にて撮像された3通りの画像データに基づき、位相シフ
ト法により少なくともクリームハンダの高さが演算され
る。このように、3通りの画像データに基づいてクリー
ムハンダの高さを求めることができることから、4回の
撮像データに基づいて演算されていた従来技術に比べ
て、総合的な撮像回数が少なくて済み、ひいては撮像時
間の著しい短縮を図ることができる。その結果、計測に
要する時間の飛躍的な短縮を図ることができる。
ば、3通りの相対位相関係下において、CCDカメラ4
にて撮像された3通りの画像データに基づき、位相シフ
ト法により少なくともクリームハンダの高さが演算され
る。このように、3通りの画像データに基づいてクリー
ムハンダの高さを求めることができることから、4回の
撮像データに基づいて演算されていた従来技術に比べ
て、総合的な撮像回数が少なくて済み、ひいては撮像時
間の著しい短縮を図ることができる。その結果、計測に
要する時間の飛躍的な短縮を図ることができる。
【0052】特に、本実施の形態ではさほど複雑でない
数式に基づいて位置情報θを求めることができ、該位置
情報θに基づき高さを演算することができる。そのた
め、演算が複雑になってしまうことによる遅延が生じず
に、上記作用効果が確実に奏される。
数式に基づいて位置情報θを求めることができ、該位置
情報θに基づき高さを演算することができる。そのた
め、演算が複雑になってしまうことによる遅延が生じず
に、上記作用効果が確実に奏される。
【0053】また、上記式(1)において、β=−αと
することで、一層演算式の簡素化が図られる[式(6)
参照]ため、より一層高速の処理が可能となる。
することで、一層演算式の簡素化が図られる[式(6)
参照]ため、より一層高速の処理が可能となる。
【0054】特に、α=π/2とすることで、上記式
(7)が導き出される。この場合、上記式(7)の分母
たる(V1-V2)及び分子たる(2V0-V1-V2)のθによる変化が
最大(具体的には±2)となることから、V0、V1、V2そ
れぞれの測定誤差の影響を比較的小さいものとすること
ができ、ひいては計測の精度をより高めることができ
る。また、演算をさらに一層容易なものとすることがで
きる。
(7)が導き出される。この場合、上記式(7)の分母
たる(V1-V2)及び分子たる(2V0-V1-V2)のθによる変化が
最大(具体的には±2)となることから、V0、V1、V2そ
れぞれの測定誤差の影響を比較的小さいものとすること
ができ、ひいては計測の精度をより高めることができ
る。また、演算をさらに一層容易なものとすることがで
きる。
【0055】尚、上述した実施の形態の記載内容に限定
されることなく、例えば次のように実施してもよい。
されることなく、例えば次のように実施してもよい。
【0056】(a)上記実施の形態では、照明装置3が
光パターンをシフトさせることができる構成となってい
たが、照明装置3とは別体で位相をシフトさせることが
できる装置を設けることとしてもよい。また、プリント
基板K(ひいてはクリームハンダ)を照明装置3やCC
Dカメラ4に対し相対移動させることにより、位相を変
化させることとしてもよい。逆に、プリント基板Kを固
定しておいて、照明装置3及びCCDカメラ4を相対移
動させることとしてもよい。
光パターンをシフトさせることができる構成となってい
たが、照明装置3とは別体で位相をシフトさせることが
できる装置を設けることとしてもよい。また、プリント
基板K(ひいてはクリームハンダ)を照明装置3やCC
Dカメラ4に対し相対移動させることにより、位相を変
化させることとしてもよい。逆に、プリント基板Kを固
定しておいて、照明装置3及びCCDカメラ4を相対移
動させることとしてもよい。
【0057】(b)上記実施の形態における光パターン
は、正弦波状の光強度分布を有するものであったが、縞
状のものであれば、例えば鋸歯状の光強度分布を有する
光パターンであってもよい。
は、正弦波状の光強度分布を有するものであったが、縞
状のものであれば、例えば鋸歯状の光強度分布を有する
光パターンであってもよい。
【0058】(c)上記実施の形態では特に言及しては
いないが、プリント基板Kにクリームハンダを印刷形成
する工程と、上記実施の形態における印刷状態検査装置
1を用いて良否判定を行う検査工程と、前記検査工程に
おいて良品判定されたものについてのみ実装を行うべく
リフローを施すリフロー工程とを備えた基板の製造方法
に具現化することも可能である。該製造方法によれば、
検査に要する時間の短縮を図ることができることから、
全体的な製造時間の低減を図ることができ、しかも不良
品の発生を抑制することができる。
いないが、プリント基板Kにクリームハンダを印刷形成
する工程と、上記実施の形態における印刷状態検査装置
1を用いて良否判定を行う検査工程と、前記検査工程に
おいて良品判定されたものについてのみ実装を行うべく
リフローを施すリフロー工程とを備えた基板の製造方法
に具現化することも可能である。該製造方法によれば、
検査に要する時間の短縮を図ることができることから、
全体的な製造時間の低減を図ることができ、しかも不良
品の発生を抑制することができる。
【0059】(d)上記実施の形態では、3通りの相対
位相関係をそれぞれ0、α、βとしたとき、特にβ=−
αとしたときについて言及した。この場合において、0
<α<πであることが望ましく、また、α=π/2以外
にも、α=(2/3)π、α=(1/3)π、α=(1
/4)π、α=(1/8)π、α=(1/16)πとし
てもよい。特に、α=(1/4)πとした場合には、上
記式(7)に代えて、下記式(10)が導き出される。
位相関係をそれぞれ0、α、βとしたとき、特にβ=−
αとしたときについて言及した。この場合において、0
<α<πであることが望ましく、また、α=π/2以外
にも、α=(2/3)π、α=(1/3)π、α=(1
/4)π、α=(1/8)π、α=(1/16)πとし
てもよい。特に、α=(1/4)πとした場合には、上
記式(7)に代えて、下記式(10)が導き出される。
【0060】 θ=ARCTAN〔(2V0-V1-V2)/[(V1-V2)・[(√2)-1]]〕 ・・(10) (e)上記実施の形態ではプリント基板Kに印刷形成さ
れたクリームハンダの高さ等を計測する場合に具体化し
たが、他にもICパッケージ(例えばリード)に印刷形
成されたクリームハンダの高さ等を計測する場合にも具
体化できる。さらに、他の計測対象物の高さ等を計測す
る場合に具体化してもよい。他の計測対象物としては、
基板上に印刷された印刷物、積層体等が挙げられる。
れたクリームハンダの高さ等を計測する場合に具体化し
たが、他にもICパッケージ(例えばリード)に印刷形
成されたクリームハンダの高さ等を計測する場合にも具
体化できる。さらに、他の計測対象物の高さ等を計測す
る場合に具体化してもよい。他の計測対象物としては、
基板上に印刷された印刷物、積層体等が挙げられる。
【図面の簡単な説明】
【図1】一実施の形態における三次元計測装置を具備す
る印刷状態検査装置を模式的に示す概略斜視図である。
る印刷状態検査装置を模式的に示す概略斜視図である。
1…三次元計測装置を具備する印刷状態検査装置、2…
テーブル、3…照明手段及び位相変化手段を構成する照
明装置、4…撮像手段としてのCCDカメラ、7…演算
手段を構成する制御装置、K…プリント基板、C…計測
対象物を構成するクリームハンダ。
テーブル、3…照明手段及び位相変化手段を構成する照
明装置、4…撮像手段としてのCCDカメラ、7…演算
手段を構成する制御装置、K…プリント基板、C…計測
対象物を構成するクリームハンダ。
Claims (7)
- 【請求項1】 少なくとも計測対象物に対し、縞状の光
強度分布を有する光パターンを照射可能な照射手段と、 前記光パターンの照射された計測対象物を撮像可能な撮
像手段と、 前記計測対象物と、前記光パターンとの相対位相関係を
変化させる位相変化手段と、 前記位相変更手段により変化させられた3通りの相対位
相関係下において前記撮像手段にて撮像された3通りの
画像データに基づき、位相シフト法により少なくとも前
記計測対象物の所定の高さを演算する演算手段とを備え
たことを特徴とする三次元計測装置。 - 【請求項2】 前記位相変化手段により変化させられる
3通りの相対位相関係をそれぞれ0、α、βとしたとき
の前記3通りの画像データがそれぞれV0、V1、V2である
とき、前記演算手段は、下記式(1)により位置情報θ
を求め、該位置情報θに基づき前記所定の高さを演算す
るものであることを特徴とする請求項1に記載の三次元
計測装置。 【数1】 - 【請求項3】 β=−αとしたことを特徴とする請求項
2に記載の三次元計測装置。 - 【請求項4】 α=π/2としたことを特徴とする請求
項3に記載の三次元計測装置。 - 【請求項5】 前記位相変化手段は、前記照射手段によ
り前記計測対象物に対し照射される光パターンの位相を
変化させるものであることを特徴とする請求項1乃至4
のいずれかに記載の三次元計測装置。 - 【請求項6】 前記位相変化手段は、前記計測対象物、
又は、前記照射手段及び撮像手段を、前記照射手段及び
撮像手段、又は、前記計測対象物に対し相対移動させる
ことにより位相を変化させるものであることを特徴とす
る請求項1乃至4のいずれかに記載の三次元計測装置。 - 【請求項7】 前記光パターンは、略正弦波状の光強度
分布を有することを特徴とする請求項1乃至6のいずれ
かに記載の三次元計測装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2000237001A JP2002081924A (ja) | 2000-07-05 | 2000-08-04 | 三次元計測装置 |
Applications Claiming Priority (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2000203177 | 2000-07-05 | ||
JP2000-203177 | 2000-07-05 | ||
JP2000237001A JP2002081924A (ja) | 2000-07-05 | 2000-08-04 | 三次元計測装置 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2002081924A true JP2002081924A (ja) | 2002-03-22 |
Family
ID=26595398
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2000237001A Pending JP2002081924A (ja) | 2000-07-05 | 2000-08-04 | 三次元計測装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2002081924A (ja) |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2007155601A (ja) * | 2005-12-07 | 2007-06-21 | Roland Dg Corp | 三次元形状の測定方法およびその装置 |
JP2008076107A (ja) * | 2006-09-19 | 2008-04-03 | Denso Corp | 外観検査装置、外観検査方法及び高さ測定方法並びに回路基板製造方法 |
US8436890B2 (en) | 2007-08-08 | 2013-05-07 | Ckd Corporation | Three-dimensional measuring device and board inspection device |
WO2013150709A1 (ja) * | 2012-04-03 | 2013-10-10 | パナソニック株式会社 | 部品実装方法及び部品実装装置 |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS58122409A (ja) * | 1981-10-09 | 1983-07-21 | インタ−ナシヨナル ビジネス マシ−ンズ コ−ポレ−シヨン | 光セクシヨニング法 |
JPS6176906A (ja) * | 1984-09-14 | 1986-04-19 | ニユーヨーク インステイテユート オブ テクノロジイ | 物体の表面形状決定方法及び装置 |
JPH10132531A (ja) * | 1996-11-05 | 1998-05-22 | Canon Inc | 非球面形状測定方法及び装置 |
WO1999034301A1 (en) * | 1997-12-31 | 1999-07-08 | The Research Foundation Of State University Of New York | Method and apparatus for three-dimensional surface contouring using a digital video projection system |
JPH11325849A (ja) * | 1998-03-30 | 1999-11-26 | Carl Zeiss Jena Gmbh | スペクトル干渉に基づく光学・トモグラフィ―および光学表面プロファイル測定装置 |
-
2000
- 2000-08-04 JP JP2000237001A patent/JP2002081924A/ja active Pending
Patent Citations (5)
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