JP5430612B2 - 三次元計測装置 - Google Patents

Description

本発明は、三次元計測装置に関するものである。

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。

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、例えば、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。

当該位相シフト法を利用した三次元計測装置においては、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、正弦波状（縞状）の光強度分布を有するパターン光を被計測物（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撮像手段を用いて観測する。撮像手段としては、レンズ及び撮像素子等からなるＣＣＤカメラ等が用いられる。この場合、画面上の計測対象点Ｐの光の強度Ｉは下式で与えられる。

Ｉ＝Ｂ＋Ａ・ｃｏｓφ
［但し、Ｂ：直流光ノイズ（オフセット成分）、Ａ：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、パターン光を移動させて、位相を例えば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Ｉ１、Ｉ２、Ｉ３、Ｉ４をもつ画像を取り込み、下記式に基づいて変調分（高さを導出するための位置情報）θを求める。

θ＝ａｒｃｔａｎ｛（Ｉ４−Ｉ２）／（Ｉ１−Ｉ３）｝
この変調分θを用いて、プリント基板上のクリームハンダ等の計測対象点Ｐの３次元座標（Ｘ，Ｙ，Ｚ）が求められ、もって計測対象の三次元形状、特に高さが計測される。

近年では、計測精度の向上等を図るため、上述した従来の三次元計測用の１組の画像データ（例えば４通りの画像データ）の取得に加え、当該１組の画像データの撮像時におけるパターン光とは異なる照射光の下で撮像した画像データを別途取得する技術も種々提案されている（例えば、特許文献１，２参照）。

特開２００３−２７９３３４号公報 特開２００６−３００５３９号公報

しかしながら、上記特許文献１，２等の従来技術では、所定の計測対象範囲（撮像範囲）について、所定のパターン光の下で三次元計測用の１組の画像データを全て撮像した後に、当該計測対象範囲について、前記パターン光とは異なる照射光の下で別途の撮像を行う構成となっている。

このため、従来技術では、別途の撮像を行う分だけ、従来よりも、所定の計測対象範囲に係る全ての画像データの取得に要する時間が延びてしまうおそれがある。さらに、一枚のプリント基板上に計測対象範囲が多数設定されている場合には、一枚のプリント基板の計測に要する時間が著しく増加するおそれがある。

なお、上記課題は、必ずしもプリント基板上に印刷されたクリームハンダ等の高さ計測や位相シフト法による計測に限らず、他の三次元計測装置の分野においても内在するものである。

本発明は、上記事情を鑑みてなされたものであり、その目的は、三次元計測を行うにあたり、計測効率の低下を抑制しつつ、計測精度の向上等を図ることのできる三次元計測装置を提供することにある。

以下、上記課題を解決するのに適した各手段につき項分けして説明する。なお、必要に応じて対応する手段に特有の作用効果を付記する。

手段１．連続搬送される被計測物に対し、当該被計測物の搬送方向に沿って縞状の光強度分布を有するパターン光を照射可能な第１照射手段と、
前記被計測物に対し、前記パターン光とは異なる第２の光を照射可能な第２照射手段と、
前記各種光の照射された前記被計測物を撮像可能な撮像手段と、
前記被計測物が所定量搬送される毎に、前記第１照射手段から照射された前記パターン光の下で前記撮像手段により撮像された複数通りの画像データを取得する第１画像データ取得手段と、
少なくとも前記第１画像データ取得手段により取得された複数通りの画像データに基づき、三次元計測を行う三次元計測手段と、
前記第１画像データ取得手段により取得される複数通りの画像データのうちの所定の画像データが撮像された後、次の画像データが撮像されるまでの間に、前記第２照射手段から照射された前記第２の光の下で前記撮像手段により撮像された画像データを取得する第２画像データ取得手段と、
前記第２画像データ取得手段により取得された画像データに基づき、所定の処理を実行する特定処理実行手段とを備え、
前記第２照射手段は、前記第２の光として、光強度が一定の均一光を照射可能に構成されていることを特徴とする三次元計測装置。

上記手段１によれば、連続搬送される被計測物に対し縞状の光強度分布を有するパターン光が照射され、当該パターン光の照射された被計測物が所定量（例えばパターン光の位相π／２分に相当する距離）搬送される毎に撮像手段により撮像される。これにより、照射されたパターン光の位相が所定量ずつ（例えばπ／２ずつ）異なる複数通りの画像データが取得される。そして、これらの画像データを基に被計測物の三次元計測が行われる。

さらに、本手段では、上記三次元計測を目的とした複数回の撮像が行われる合間に、第２照射手段から照射された第２の光の下で被計測物の撮像が行われる。つまり、上記三次元計測を行う上で必要な全ての画像データを取得するのに要する時間を延ばすことなく、当該三次元計測用の画像データの取得に加え、当該三次元計測とは異なる他の用途に用いる画像データ（特定処理実行手段により所定の処理を実行するための画像データ）を別途取得することができる。

結果として、複数種類の計測を組み合せて行うことが可能となり、三次元計測を行うにあたり、計測効率の低下を抑制しつつ、計測精度の向上等を図ることができる。
また、上記手段１によれば、輝度画像データを取得することが可能となる。ひいては当該輝度画像データを基に、例えば上記三次元計測により得られた三次元データに対しマッピングを行うことや、計測領域の抽出を行うこと等が可能となるため、さらなる計測精度の向上等を図ることができる。

手段２．連続搬送される被計測物に対し、当該被計測物の搬送方向に沿って縞状の光強度分布を有するパターン光を照射可能な第１照射手段と、
前記被計測物に対し、前記パターン光とは異なる第２の光を照射可能な第２照射手段と、
前記各種光の照射された前記被計測物を撮像可能な撮像手段と、
前記被計測物が所定量搬送される毎に、前記第１照射手段から照射された前記パターン光の下で前記撮像手段により撮像された複数通りの画像データを取得する第１画像データ取得手段と、
少なくとも前記第１画像データ取得手段により取得された複数通りの画像データに基づき、位相シフト法により三次元計測を行う三次元計測手段と、
前記第１画像データ取得手段により取得される複数通りの画像データのうちの所定の画像データが撮像された後、次の画像データが撮像されるまでの間に、前記第２照射手段から照射された前記第２の光の下で前記撮像手段により撮像された画像データを取得する第２画像データ取得手段と、
前記第２画像データ取得手段により取得された画像データに基づき、所定の処理を実行する特定処理実行手段とを備え、
前記第２照射手段は、前記第２の光として、光強度が一定の均一光を照射可能に構成されていることを特徴とする三次元計測装置。

上記手段２によれば、連続搬送される被計測物に対し縞状の光強度分布を有するパターン光が照射され、当該パターン光の照射された被計測物が所定量（例えばパターン光の位相π／２分に相当する距離）搬送される毎に撮像手段により撮像される。これにより、照射されたパターン光の位相が所定量ずつ（例えばπ／２ずつ）異なる複数通りの画像データが取得される。そして、これらの画像データを基に位相シフト法により被計測物の三次元計測が行われる。

さらに、本手段では、上記位相シフト法による三次元計測を目的とした複数回の撮像が行われる合間に、第２照射手段から照射された第２の光の下で被計測物の撮像が行われる。つまり、上記位相シフト法による三次元計測を行う上で必要な全ての画像データを取得するのに要する時間を延ばすことなく、当該三次元計測用の画像データの取得に加え、当該三次元計測とは異なる他の用途に用いる画像データ（特定処理実行手段により所定の処理を実行するための画像データ）を別途取得することができる。

結果として、複数種類の計測を組み合せて行うことが可能となり、位相シフト法を利用した三次元計測を行うにあたり、計測効率の低下を抑制しつつ、計測精度の向上等を図ることができる。

手段３．前記第２照射手段は、前記第１画像データ取得手段により取得される複数通りの画像データが全て撮像されるまでの間に、前記第２の光として、複数種類の光を切替え照射可能に構成されていることを特徴とする手段１又は２に記載の三次元計測装置。

上記手段３によれば、複数種類の用途に用いる画像データを別途取得することができ、上記手段１等の作用効果をさらに高めることができる。ここで、複数種類の光には、後述する均一光やパターン光など照射態様の異なる異種の光は勿論のこと、例えば輝度の異なる２種類の均一光など、輝度の異なる同種の光も含まれる。

尚、輝度の異なる複数種類の光を照射することにより、被計測物上の各部位の明暗の違いに基づく各種不具合の発生を抑制することができる。

例えば、被計測物としてのプリント基板上のクリームハンダの印刷部分の周囲（以下、背景領域という）の色は様々である。これは、ガラスエポキシ樹脂やレジスト膜に種々の色が使用されるためである。そして、例えば黒色などの比較的暗い色の背景領域では、撮像手段による撮像に基づく画像データのコントラストが小さくなってしまう。つまり、画像データ上、上記パターン光の明暗の差（輝度差）が小さくなってしまうのである。そのため、背景領域の高さの計測が困難となるおそれがある。本来であれば基板上に印刷されたクリームハンダの高さをより高精度で計測するためには、その基板内に高さ基準を採ることが望ましい。しかしながら、背景領域を高さ基準面として適正に利用できないため、その基板内に高さ基準を採ることができないといった不具合を生じるおそれがある。

そこで、例えば照射光の輝度を替え、ハンダ印刷領域（明部）に適した輝度による撮像と、背景領域（暗部）に適した輝度による撮像とを別々に行い、高さ基準を適切に計測することにより、上記不具合の発生を抑制することができる。

手段４．前記プリント基板の搬送方向における異なる位置でそれぞれ撮像された前記画像データの相互間の座標系を合せる位置合せ手段を備えたことを特徴とする手段１乃至３のいずれかに記載の三次元計測装置。

上記手段４によれば、プリント基板の搬送を停止させることなく、各種画像データの取得が可能となるため、計測効率の向上等を図ることができる。

一実施形態における基板検査装置を模式的に示す概略斜視図である。 プリント基板の断面図である。 基板検査装置の概略を示すブロック図である。 時間経過と共に変化するカメラの撮像範囲と、プリント基板の座標位置との関係を説明するための模式図である。 時間経過と共に変化する照射光の種類、及び、プリント基板の各座標位置における照射光の態様を説明するための対応表である。 複数の画像データの座標位置を位置合せした状態を模式的に示した表である。 プリント基板の各座標位置に係る各種データを各種カテゴリーごとに整理して並べ替えた状態を模式的に示した表である。

以下、一実施形態について図面を参照しつつ説明する。まず被計測物としてのプリント基板の構成について詳しく説明する。

図２に示すように、プリント基板１は、平板状をなし、ガラスエポキシ樹脂等からなるベース基板２に、銅箔からなる電極パターン３が設けられている。さらに、所定の電極パターン３上には、クリームハンダ４が印刷形成されている。このクリームハンダ４が印刷された領域を「ハンダ印刷領域」ということにする。ハンダ印刷領域以外の部分を「背景領域」と総称するが、この背景領域には、電極パターン３が露出した領域（記号Ａ）、ベース基板２が露出した領域（記号Ｂ）、ベース基板２上にレジスト膜５がコーティングされた領域（記号Ｃ）、及び、電極パターン３上にレジスト膜５がコーティングされた領域（記号Ｄ）が含まれる。なお、レジスト膜５は、所定配線部分以外にクリームハンダ４がのらないように、プリント基板１の表面にコーティングされるものである。

次に、本実施形態における三次元計測装置を具備する基板検査装置の構成について詳しく説明する。図１は、基板検査装置１０を模式的に示す概略構成図である。

基板検査装置１０は、プリント基板１を搬送する搬送手段としてのコンベア１３と、プリント基板１の表面に対し斜め上方から所定の光を照射する照明装置１４と、当該光の照射されたプリント基板１を撮像する撮像手段としてのカメラ１５と、基板検査装置１０内における各種制御や画像処理、演算処理を実施するための制御装置１６（図３参照）とを備えている。

コンベア１３には、図示しないモータが設けられており、該モータが制御装置１６により駆動制御されることによって、コンベア１３上に載置されたプリント基板１が所定方向（図１右方向）へ定速で連続搬送される。これにより、カメラ１５の撮像範囲Ｗは、プリント基板１に対し逆方向（図１左方向）へ相対移動していくこととなる。

照明装置１４は、８個の照明を備えている。具体的には、第１照明１４Ａ〜第８照明１４Ｈを備えている。

第１照明１４Ａ及び第２照明１４Ｂは、公知の液晶光学シャッターを備え、プリント基板１に対し、その搬送方向に沿って縞状（正弦波状）の光強度分布を有するパターン光を照射可能に構成されている。つまり、縞の方向がプリント基板１の搬送方向と直交するパターン光が照射される。

但し、第１照明１４Ａから照射されるパターン光と、第２照明１４Ｂから照射されるパターン光とでは、その輝度が異なる。詳しくは、第１照明１４Ａのパターン光の輝度は、「暗部」となる上記「背景領域」に対応した比較的明るい第１輝度に設定されている。一方、第２照明１４Ｂのパターン光の輝度は、「明部」となる上記「ハンダ印刷領域」に対応した、前記第１輝度よりも暗い第２輝度に設定されている。

第３照明４Ｃ及び第４照明４Ｄは、全範囲において光強度が一定の赤色均一光を照射可能に構成されている。上記同様、第３照明４Ｃからは上記第１輝度の赤色均一光が照射され、第４照明４Ｄからは上記第２輝度の赤色均一光が照射される構成となっている。

第５照明４Ｅ及び第６照明４Ｆは、全範囲において光強度が一定の緑色均一光を照射可能に構成されている。上記同様、第５照明４Ｅからは上記第１輝度の緑色均一光が照射され、第６照明４Ｆからは上記第２輝度の緑色均一光が照射される構成となっている。

第７照明４Ｇ及び第８照明４Ｈは、全範囲において光強度が一定の青色均一光を照射可能に構成されている。上記同様、第７照明４Ｇからは上記第１輝度の青色均一光が照射され、第８照明４Ｈからは上記第２輝度の青色均一光が照射される構成となっている。

尚、上記第１照明１４Ａ〜第８照明１４Ｈのうち、第１照明１４Ａ又は第２照明１４Ｂの一方が本実施形態における第１照射手段に相当し、第１照明１４Ａ又は第２照明１４Ｂの他方、及び第３照明１４Ｃ〜第８照明１４Ｈが第２照射手段に相当する。従って、第１照明１４Ａ又は第２照明１４Ｂの他方が照射するパターン光、及び第３照明１４Ｃ〜第８照明１４Ｈが照射する均一光が本実施形態における第２の光に相当する。

カメラ１５には、撮像素子としてＣＣＤセンサを用いたモノクロＣＣＤカメラが採用されている。勿論、カメラ１５は、これに限定されるものではない。例えば、撮像素子としてＣＭＯＳセンサを用いたカメラ等を採用してもよい。

カメラ１５によって撮像された画像データは、当該カメラ１５内部においてデジタル信号に変換された上で、デジタル信号の形で制御装置１６に入力される。そして、制御装置１６は、当該画像データを基に、後述するような画像処理や三次元計測処理、検査処理等を実施する。

次に、制御装置１６の電気的構成について図３を参照して詳しく説明する。図３は、基板検査装置１０の概略を示すブロック図である。

図３に示すように、制御装置１６は、基板検査装置１０全体の制御を司るＣＰＵ及び入出力インターフェース２１、キーボードやマウス、あるいは、タッチパネルで構成される入力手段としての入力装置２２、ＣＲＴや液晶などの表示画面を有する表示手段としての表示装置２３、カメラ１５により撮像された画像データを記憶するための画像データ記憶装置２４、当該画像データに基づいて得られた三次元計測結果など、各種演算結果を記憶するための演算結果記憶装置２５等を備えている。なお、これら各装置２２〜２５は、ＣＰＵ及び入出力インターフェース２１に対し電気的に接続されている。

次に、基板検査装置１０にて実行される三次元計測処理等の各種処理について詳しく説明する。

制御装置１６は、コンベア１３を駆動制御してプリント基板１を定速で連続搬送する。そして、制御装置１６は、コンベア１３に設けられた図示しないエンコーダからの信号に基づいて、照明装置１４及びカメラ１５を駆動制御する。

より詳しくは、プリント基板１が所定量Δｘ搬送される毎、つまり所定時間Δｔが経過する毎に、所定の順序で照明装置１４から照射される光を切替えると共に、当該光の照射されたプリント基板１をカメラ１５により撮像する。本実施形態においては、前記所定量Δｘが、第１照明１４Ａ及び第２照明１４Ｂから照射されるパターン光の位相π／８分（２２．５°分）に相当する距離に設定されている。また、カメラ１５の撮像範囲Ｗは、前記パターン光の位相２π分（３６０°分）に相当する長さに設定されている。

ここで、照明装置１４から照射される光と、カメラ１５の撮像範囲Ｗとの関係について具体例を挙げ詳しく説明する。図４は、時間経過と共に相対移動するカメラ１５の撮像範囲Ｗと、プリント基板１の座標位置との関係を説明するための模式図である。図５は、時間経過と共に変化する照射光の種類、及び、プリント基板１の各座標位置における照射光の態様（パターン光の位相等）を説明するための対応表である。

図４，５に示すように、所定の撮像タイミングｔ１においては、プリント基板１に対し、第１照明４Ａから第１輝度のパターン光が照射される。この際、カメラ１５の撮像範囲Ｗ内には、プリント基板１のうち、その搬送方向（Ｘ方向）における座標Ｐ１〜Ｐ１７に相当する範囲が位置する。つまり、撮像タイミングｔ１においては、第１輝度のパターン光が照射されたプリント基板１表面の座標Ｐ１〜Ｐ１７の範囲の画像データが取得される。なお、搬送方向と直交する方向（Ｙ方向）については、プリント基板１のＹ方向全範囲がカメラ１５の撮像範囲内に含まれ、Ｘ方向の同一座標位置におけるＹ方向の各座標位置については照射光の種類及び態様に違いはない（以下同様）。

図５に示すように、撮像タイミングｔ１においては、プリント基板１に照射されたパターン光の位相が座標Ｐ１７で「０°」、座標Ｐ１６で「２２．５°」、座標Ｐ１５で「４５°」、・・・、座標Ｐ１で「３６０°」といったように、パターン光の位相が各座標Ｐ１〜Ｐ１７ごとに「２２．５°」ずつずれた画像データが取得される。

撮像タイミングｔ１より所定時間Δｔが経過した撮像タイミングｔ２においては、プリント基板１に対し、第３照明４Ｃから第１輝度の赤色均一光が照射される。この際、カメラ１５の撮像範囲Ｗ内には、プリント基板１の座標Ｐ２〜Ｐ１８に相当する範囲が位置し、当該範囲の画像データが取得される。なお、図５中の各座標位置において「Ｒ」とあるのは、当該位置に照射された光が「第１輝度の赤色均一光」であることを指す。

撮像タイミングｔ２より所定時間Δｔが経過した撮像タイミングｔ３においては、プリント基板１に対し、第２照明４Ｂから第２輝度のパターン光が照射される。この際、カメラ１５の撮像範囲Ｗ内には、プリント基板１の座標Ｐ３〜Ｐ１９に相当する範囲が位置し、当該範囲の画像データが取得される。

撮像タイミングｔ３より所定時間Δｔが経過した撮像タイミングｔ４においては、プリント基板１に対し、第４照明４Ｄから第２輝度の赤色均一光が照射される。この際、カメラ１５の撮像範囲Ｗ内には、プリント基板１の座標Ｐ４〜Ｐ２０に相当する範囲が位置し、当該範囲の画像データが取得される。なお、図５中の各座標位置において「ｒ」とあるのは、当該位置に照射された光が「第２輝度の赤色均一光」であることを指す。

撮像タイミングｔ４より所定時間Δｔが経過した撮像タイミングｔ５においては、プリント基板１に対し、第１照明４Ａから第１輝度のパターン光が照射される。この際、カメラ１５の撮像範囲Ｗ内には、プリント基板１の座標Ｐ５〜Ｐ２１に相当する範囲が位置し、当該範囲の画像データが取得される。

撮像タイミングｔ５より所定時間Δｔが経過した撮像タイミングｔ６においては、プリント基板１に対し、第５照明４Ｅから第１輝度の緑色均一光が照射される。この際、カメラ１５の撮像範囲Ｗ内には、プリント基板１の座標Ｐ６〜Ｐ２２に相当する範囲が位置し、当該範囲の画像データが取得される。なお、図５中の各座標位置において「Ｇ」とあるのは、当該位置に照射された光が「第１輝度の緑色均一光」であることを指す。

撮像タイミングｔ６より所定時間Δｔが経過した撮像タイミングｔ７においては、プリント基板１に対し、第２照明４Ｂから第２輝度のパターン光が照射される。この際、カメラ１５の撮像範囲Ｗ内には、プリント基板１の座標Ｐ７〜Ｐ２３に相当する範囲が位置し、当該範囲の画像データが取得される。

撮像タイミングｔ７より所定時間Δｔが経過した撮像タイミングｔ８においては、プリント基板１に対し、第６照明４Ｆから第２輝度の緑色均一光が照射される。この際、カメラ１５の撮像範囲Ｗ内には、プリント基板１の座標Ｐ８〜Ｐ２４に相当する範囲が位置し、当該範囲の画像データが取得される。なお、図５中の各座標位置において「ｇ」とあるのは、当該位置に照射された光が「第２輝度の緑色均一光」であることを指す。

撮像タイミングｔ８より所定時間Δｔが経過した撮像タイミングｔ９においては、プリント基板１に対し、第１照明４Ａから第１輝度のパターン光が照射される。この際、カメラ１５の撮像範囲Ｗ内には、プリント基板１の座標Ｐ９〜Ｐ２５に相当する範囲が位置し、当該範囲の画像データが取得される。

撮像タイミングｔ９より所定時間Δｔが経過した撮像タイミングｔ１０においては、プリント基板１に対し、第７照明４Ｇから第１輝度の青色均一光が照射される。この際、カメラ１５の撮像範囲Ｗ内には、プリント基板１の座標Ｐ１０〜Ｐ２６に相当する範囲が位置し、当該範囲の画像データが取得される。なお、図５中の各座標位置において「Ｂ」とあるのは、当該位置に照射された光が「第１輝度の青色均一光」であることを指す。

撮像タイミングｔ１０より所定時間Δｔが経過した撮像タイミングｔ１１においては、プリント基板１に対し、第２照明４Ｂから第２輝度のパターン光が照射される。この際、カメラ１５の撮像範囲Ｗ内には、プリント基板１の座標Ｐ１１〜Ｐ２７に相当する範囲が位置し、当該範囲の画像データが取得される。

撮像タイミングｔ１１より所定時間Δｔが経過した撮像タイミングｔ１２においては、プリント基板１に対し、第８照明４Ｈから第２輝度の青色均一光が照射される。この際、カメラ１５の撮像範囲Ｗ内には、プリント基板１の座標Ｐ１２〜Ｐ２８に相当する範囲が位置し、当該範囲の画像データが取得される。なお、図５中の各座標位置において「ｂ」とあるのは、当該位置に照射された光が「第２輝度の青色均一光」であることを指す。

撮像タイミングｔ１２より所定時間Δｔが経過した撮像タイミングｔ１３においては、プリント基板１に対し、第１照明４Ａから第１輝度のパターン光が照射される。この際、カメラ１５の撮像範囲Ｗ内には、プリント基板１の座標Ｐ１３〜Ｐ２９に相当する範囲が位置し、当該範囲の画像データが取得される。

撮像タイミングｔ１３より所定時間Δｔが経過した撮像タイミングｔ１４においては、照明装置１４からの照射及びカメラ１５による撮像は行われない。

撮像タイミングｔ１４より所定時間Δｔが経過した撮像タイミングｔ１５においては、プリント基板１に対し、第２照明４Ｂから第２輝度のパターン光が照射される。この際、カメラ１５の撮像範囲Ｗ内には、プリント基板１の座標Ｐ１５〜Ｐ３１に相当する範囲が位置し、当該範囲の画像データが取得される。

撮像タイミングｔ１５より所定時間Δｔが経過した撮像タイミングｔ１６においては、照明装置１４からの照射及びカメラ１５による撮像は行われない。

撮像タイミングｔ１６より所定時間Δｔが経過したタイミングにおいては、再び上記撮像タイミングｔ１における処理と同様の処理が行われる。以後、上記撮像タイミングｔ１〜ｔ１６の処理と同様の処理が繰り返し行われる。

このようにして、プリント基板１全体のデータが取得されると、上記各画像データの座標位置を位置合せする位置合せ処理を実行する（図６参照）。かかる処理を実行する機能が本実施形態における位置合せ手段を構成する。図６は、撮像タイミングｔ１〜ｔ１６において取得した複数の画像データの座標位置を位置合せした状態を模式的に示した表である。

続いて、複数の画像データの同一座標位置に係る各種データを各座標位置ごとにまとめた上で、予め設定したグループごとに整理して、演算結果記憶装置２５に記憶する（図７参照）。図７は、プリント基板１の各座標位置に係る各種データを、予め設定したグループごとに整理して並べ替えた状態を模式的に示した表である。但し、図７では、座標Ｐ１７に係る部分のみを例示している。

本実施形態では、プリント基板１の各座標位置につき、第１輝度のパターン光の下で撮像され、当該パターン光の位相が９０°ずつずれた４通りのデータからなる第１グループデータ、第２輝度のパターン光の下で撮像され、当該パターン光の位相が９０°ずつずれた４通りのデータからなる第２グループデータ、第１輝度の赤・緑・青の各色成分の均一光の下で撮像された３色の色成分の輝度データからなる第３グループデータ、第２輝度の赤・緑・青の各色成分の均一光の下で撮像された３色の色成分の輝度データからなる第４グループデータに分けて記憶される。

第１グループデータ又は第２グループデータの一方を取得する処理機能が本実施形態における第１画像データ取得手段を構成し、第１グループデータ又は第２グループデータの他方、並びに第３グループデータ及び第４グループデータを取得する処理機能が第２画像データ取得手段を構成する。

次に、制御装置１６は、上記各グループデータに基づき、当該グループに対応した各種処理を実行する。

より詳しくは、第１グループデータに基づき、背景技術でも示した公知の位相シフト法により各座標毎の高さ計測を行う。そして、当該処理を各座標毎に繰り返すことで、プリント基板１全体の高さデータを算出し、当該プリント基板１の三次元データ（以下、第１三次元データという）として演算結果記憶装置２５に記憶する。

同様に、第２グループデータに基づき、公知の位相シフト法により各座標毎の高さ計測を行う。そして、当該処理を各座標毎に繰り返すことで、プリント基板１全体の高さデータを算出し、当該プリント基板１の三次元データ（以下、第２三次元データという）として演算結果記憶装置２５に記憶する。

また、第３グループデータに基づき、赤・緑・青の各色成分を有したプリント基板１全体のカラー画像データ（以下、第１カラー画像データという）を生成し、演算結果記憶装置２５に記憶する。

同様に、第４グループデータに基づき、赤・緑・青の各色成分を有したプリント基板１全体のカラー画像データ（以下、第２カラー画像データという）を生成し、演算結果記憶装置２５に記憶する。

第１三次元データ又は第２三次元データの一方を取得する処理機能が本実施形態における三次元計測手段を構成し、第１三次元データ又は第２三次元データの他方、並びに第１カラー画像データ及び第２カラー画像データを取得する処理機能が特定処理実行手段を構成する。

続いて、上記各カラー画像データの各画素の色情報を判別して各種計測対象領域の抽出を行う。例えば、第２カラー画像データから「白色」の画素の範囲をハンダ印刷領域として抽出し、第１カラー画像データから「赤色」の画素の範囲を電極パターン３の露出した電極領域（背景領域）として抽出し、「緑色」の画素の範囲をベース基板２又はレジスト膜５の露出した基板領域（背景領域）として抽出する。

次に、上記のように得られた計測結果を基にクリームハンダ４の印刷状態の良否判定を行う。具体的には、高さ基準面より所定長以上、高くなったクリームハンダ４の印刷範囲が検出され、この範囲内の部位の体積が算出される。そして、当該体積が予め設定した基準値と比較判定され、この比較結果が許容範囲内にあるか否かによって、当該クリームハンダ４の印刷状態の良否が判定される。

上記判定処理が行われる際、本実施形態では、第２カラー画像データから抽出したハンダ印刷領域に関しては、第１三次元データの値が採用され、高さ基準面となる背景領域に関しては、第２三次元データの値が採用される。

以上詳述したように、本実施形態では、位相シフト法による三次元計測を目的として第１輝度のパターン光の下で複数回の撮像が行われる合間に、位相シフト法による三次元計測を目的とした第２輝度のパターン光の下での複数回の撮像や、輝度画像データを取得することを目的とした第１輝度及び第２輝度の各色成分の均一光の下での撮像が行われる。

つまり、上記位相シフト法による三次元計測を行う上で必要な全ての画像データを取得するのに要する時間を延ばすことなく、当該三次元計測用の画像データの取得に加え、当該三次元計測とは異なる他の用途に用いる画像データを別途取得することができる。

結果として、複数種類の計測を組み合せて行うことが可能となり、位相シフト法を利用した三次元計測を行うにあたり、計測効率の低下を抑制しつつ、計測精度の向上等を図ることができる。

また、照射光の輝度を替え、ハンダ印刷領域（明部）に適した輝度による撮像と、背景領域（暗部）に適した輝度による撮像とを別々に行うことで、プリント基板１上の各部位の明暗の違いに基づく各種不具合の発生を抑制することができる。

尚、上記実施形態の記載内容に限定されず、例えば次のように実施してもよい。勿論、以下において例示しない他の応用例、変更例も当然可能である。

（ａ）上記実施形態では、クリームハンダ４が「白色」、電極パターン３が「赤色」、ベース基板２及びレジスト膜５が「緑色」をしたプリント基板１を計測する場合に具体化しているが、これに限らず、例えばベース基板２が黒色あるいは相対的に黒色に近い灰色又は白色あるいは相対的に白色に近い灰色であるプリント基板など、異なる構成のプリント基板を計測する場合に具体化してもよい。

（ｂ）上記実施形態では、三次元計測装置を、プリント基板１に印刷形成されたクリームハンダ４の高さを計測する基板検査装置１０に具体化したが、これに限らず、例えば基板上に印刷されたハンダバンプや、基板上に実装された電子部品など、他のものの高さを計測する構成に具体化してもよい。

（ｃ）上記実施形態の位相シフト法では、パターン光の位相を４分の１ピッチずつ変化させる構成となっているが、これに限らず、パターン光の位相を３分の１ピッチずつ変化させる構成としてもよい。

（ｄ）上記実施形態では、赤・緑・青の各色成分の均一光の下で撮像された３色の色成分の輝度データからカラー画像データを生成する構成となっているが、これに限らず、例えば白色均一光を照射してカラー画像データを取得する構成としてもよい。

（ｅ）上記実施形態では、カラー画像データを、各種計測対象領域の抽出処理を行うために利用しているが、これに代えて又は加えて、他の用途に使用してもよい。例えば、三次元計測により得られた三次元データに対しカラー画像データをマッピングする構成としてもよい。かかる構成とすれば、被計測物の濃淡を表現することができ、三次元画像の質感を高めることができる。その結果、被計測物の形状を瞬時に把握することが容易となり、確認作業に要する時間を著しく軽減させることができる。

（ｆ）照明装置１４の構成は、上記実施形態に限定されるものではない。例えば、第１照明１４Ａ及び第２照明１４Ｂを１つにして、その都度、輝度を変更する構成としてもよい。

（ｇ）上記実施形態では、位相シフト法による三次元計測を目的として第１輝度のパターン光の下で複数回の撮像が行われる合間に、位相シフト法による三次元計測を目的とした第２輝度のパターン光の下での複数回の撮像や、輝度画像データを取得することを目的とした第１輝度及び第２輝度の各色成分の均一光の下での撮像が行われる構成となっている。これに限らず、例えば位相シフト法による三次元計測を目的として第１輝度のパターン光の下で複数回の撮像が行われる合間に、白色均一光の下で１回のみ撮像が行われる構成としてもよい。

（ｈ）上記実施形態では、パターン光を用いた三次元計測方法として位相シフト法を採用しているが、この他にも空間コード法やモアレ法、合焦法等といった各種三次元計測方法を採用することもできる。

１…プリント基板、４…クリームハンダ、１０…基板検査装置、１３…コンベア、１４…照明装置、１４Ａ〜１４Ｈ…照明、１５…カメラ、１６…制御装置、２４…画像データ記憶装置、２５…演算結果記憶装置、Ｐ１〜Ｐ３１…座標、Ｗ…撮像範囲。

Claims (4)

1. 連続搬送される被計測物に対し、当該被計測物の搬送方向に沿って縞状の光強度分布を有するパターン光を照射可能な第１照射手段と、
   前記被計測物に対し、前記パターン光とは異なる第２の光を照射可能な第２照射手段と、
   前記各種光の照射された前記被計測物を撮像可能な撮像手段と、
   前記被計測物が所定量搬送される毎に、前記第１照射手段から照射された前記パターン光の下で前記撮像手段により撮像された複数通りの画像データを取得する第１画像データ取得手段と、
   少なくとも前記第１画像データ取得手段により取得された複数通りの画像データに基づき、三次元計測を行う三次元計測手段と、
   前記第１画像データ取得手段により取得される複数通りの画像データのうちの所定の画像データが撮像された後、次の画像データが撮像されるまでの間に、前記第２照射手段から照射された前記第２の光の下で前記撮像手段により撮像された画像データを取得する第２画像データ取得手段と、
   前記第２画像データ取得手段により取得された画像データに基づき、所定の処理を実行する特定処理実行手段とを備え、
   前記第２照射手段は、前記第２の光として、光強度が一定の均一光を照射可能に構成されていることを特徴とする三次元計測装置。
2. 連続搬送される被計測物に対し、当該被計測物の搬送方向に沿って縞状の光強度分布を有するパターン光を照射可能な第１照射手段と、
   前記被計測物に対し、前記パターン光とは異なる第２の光を照射可能な第２照射手段と、
   前記各種光の照射された前記被計測物を撮像可能な撮像手段と、
   前記被計測物が所定量搬送される毎に、前記第１照射手段から照射された前記パターン光の下で前記撮像手段により撮像された複数通りの画像データを取得する第１画像データ取得手段と、
   少なくとも前記第１画像データ取得手段により取得された複数通りの画像データに基づき、位相シフト法により三次元計測を行う三次元計測手段と、
   前記第１画像データ取得手段により取得される複数通りの画像データのうちの所定の画像データが撮像された後、次の画像データが撮像されるまでの間に、前記第２照射手段から照射された前記第２の光の下で前記撮像手段により撮像された画像データを取得する第２画像データ取得手段と、
   前記第２画像データ取得手段により取得された画像データに基づき、所定の処理を実行する特定処理実行手段とを備え、
   前記第２照射手段は、前記第２の光として、光強度が一定の均一光を照射可能に構成されていることを特徴とする三次元計測装置。
3. 前記第２照射手段は、前記第１画像データ取得手段により取得される複数通りの画像データが全て撮像されるまでの間に、前記第２の光として、複数種類の光を切替え照射可能に構成されていることを特徴とする請求項１又は２のいずれかに記載の三次元計測装置。
4. 前記プリント基板の搬送方向における異なる位置でそれぞれ撮像された前記画像データの相互間の座標系を合せる位置合せ手段を備えたことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の三次元計測装置。

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