JP5640025B2 - 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。

ところが、プリント基板上におけるクリームハンダの印刷部分（ハンダ印刷領域）と、その他の部分（背景領域）とでは、光の反射率等が異なることから、同一輝度のパターン光の下では、各部分のより正確なデータを取得することが困難となるおそれがある。

例えば、比較的反射率の高いハンダ印刷領域に関しては、パターン光の輝度が高すぎると、撮像手段により撮像された画像データの中で当該ハンダ印刷領域に対応する画素に輝度飽和状態（サチュレーション）が生じてしまい、より正確な高さ計測が困難となるおそれがある。一方、比較的反射率の低い背景領域に関しては、パターン光の輝度が低すぎると、画像データ上、パターン光の明暗の差（輝度差）が小さくなってしまい、高さ計測が困難となるおそれがある。

これに対し、近年では、ハンダ印刷領域に適した撮像条件（照射輝度）による撮像と、背景領域に適した撮像条件による撮像とを別々に行い、高さ計測を適切に行う技術も提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００６−３００５３９号公報

しかしながら、同じハンダ印刷領域内や背景領域内であっても、例えばカメラとプリント基板の位置関係、クリームハンダの表面形状等により、プリント基板上で反射しカメラに入射するパターン光の反射率がプリント基板上の各位置毎に異なる。

例えば所定のクリームハンダの表面形状が球面状になっている場合等には、当該クリームハンダに対応する同一領域内であっても反射率の高い部分と低い部分とが生じる。そのため、反射率の高い部分に適した撮像条件（照射輝度）で撮像した場合には、反射率の低い部分が暗い画像となってしまい、計測精度が低下するおそれがある。一方、反射率の低い部分に適した撮像条件で撮像した場合には、反射率の高い部分が輝度飽和状態となってしまうおそれがある。結果として、計測精度が低下するおそれがある。

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を行う場合に限らず、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。勿論、位相シフト法に限られる問題ではない。

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しかつ輝度の異なる複数種類のパターン光を切換えて照射可能な照射手段と、
前記各種パターン光の照射された前記被計測物からの反射光を撮像し、少なくとも輝度値を含む画像データを出力する撮像手段と、
前記被計測物が所定量搬送される毎に、所定量ずつ位相の変化した同一輝度のパターン光の下で撮像される複数通りの画像データを１組として、前記複数種類のパターン光の下で撮像された複数の画像データ組を取得する画像データ取得手段と、
前記被計測物上の各座標位置に対応する前記画像データの各画素の輝度値が予め設定した有効範囲内に含まれているか否かを判定する判定手段と、
前記被計測物の各座標位置毎に、前記複数の画像データ組の中から、前記画像データの各画素の輝度値が前記有効範囲内にある画像データ組を抽出する抽出手段と、
前記抽出された画像データ組を基に、前記被計測物の各座標位置に係る三次元計測を行う三次元計測手段とを備えた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（例えば４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、輝度の異なる複数種類のパターン光の下で上記複数通りの画像データからなる画像データ組を複数組取得する。そして、被計測物上の各座標位置（計測点）に対応する画像データの各画素の輝度値が予め設定した有効範囲内に含まれているか否かを判定すると共に、被計測物の各座標位置毎に、複数の画像データ組の中から、画像データの各画素の輝度値が有効範囲内にある画像データ組を抽出し、当該抽出された画像データ組を基に、例えば位相シフト法により被計測物の各座標位置に係る三次元計測を行う。

結果として、被計測物の各座標位置毎に、より適切な輝度の画像データを用いて三次元計測を行うことができ、計測精度の向上を図ることができる。

手段２．前記判定手段は、少なくとも前記画像データの各画素の輝度値が飽和レベルに相当する値よりも小さいか否かを判定することを特徴とする手段１に記載の三次元計測装置。

上記手段２によれば、飽和レベルに相当する値よりも小さい値を上記有効範囲の上限に設定することにより、上記輝度飽和に起因した計測精度の低下を抑制することができる。

手段３．前記抽出手段は、前記複数の画像データ組のうち、前記画像データの各画素の輝度値が前記有効範囲内にある画像データ組（飽和レベルに相当する値よりも小さい画像データ組）が複数組ある場合には、前記複数種類のパターン光のうち最も照射輝度の高いパターン光の下で撮像された画像データ組を抽出す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、より大きな輝度値を有する画像データを抽出でき、より適切な三次元計測を行うことができる。

手段４．前記抽出手段により抽出された画像データ組が複数組ある場合に、当該複数組の画像データ組の平均値を算出する平均値算出手段を備え、
前記平均値算出手段により算出された画像データ組の平均値を基に、前記三次元計測手段が前記三次元計測を行う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４によれば、より適切な三次元計測を行うことのできる画像データを抽出することができる。

手段５．前記有効範囲の下限値として、前記画像データの各画素の輝度値がとり得る下限値（例えば「０」）よりも大きな値を設定した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。

上記手段５によれば、より適切な三次元計測を行うために十分な輝度を有する画像データを抽出することができる。

手段６．前記被計測物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５のいずれかに記載の三次元計測装置。

上記手段６によれば、被計測物の搬送を停止させることなく、各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パターン光の種類（照射輝度）、及び、プリント基板の各座標位置におけるパターン光の位相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。 プリント基板の所定の座標位置に係る１６通りのデータ（輝度値）の一具体例を示した表である。 図８のデータと比較して、輝度飽和状態を説明するための理論上の数値を示した表である。

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射手段としての照明装置１４と、当該光の照射されたプリント基板１からの反射光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、所定の光を発する４個の照明（光源）を備えている。具体的には、第１照明１４Ａ〜第４照明１４Ｄを備えている。

第１照明１４Ａ〜第４照明１４Ｄは、それぞれ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〜第４照明１４Ｄから照射されるパターン光は、それぞれ照射輝度が異なる。

より詳しくは、第１照明１４Ａからは第１輝度のパターン光が照射される。第２照明１４Ｂからは、第１輝度の２倍の第２輝度のパターン光が照射される。第３照明１４Ｃからは、第２輝度の２倍の第３輝度のパターン光が照射される。第４照明１４Ｄからは、第３輝度の２倍の第４輝度のパターン光が照射される。

本実施形態では、例えば第１輝度が「５０（ｃｄ／ｍ²）」、第２輝度が「１００（ｃｄ／ｍ²）」、第３輝度が「２００（ｃｄ／ｍ²）」、第４輝度が「４００（ｃｄ／ｍ²）」と設定されている。

また、本実施形態におけるカメラ１５には、撮像素子としてＣＣＤセンサを用いた２５６階調のモノクロＣＣＤカメラが採用されている。つまり、カメラ１５によって撮像された画像は、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、少なくとも各画素毎に「０」から「２５５」までのいずれかの値の輝度値を含む画像データとして制御装置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換えると共に、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、照明装置１４（第１照明１４Ａ〜第４照明１４Ｄ）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パターン光の種類（照射輝度）、及び、プリント基板１の各座標位置におけるパターン光の位相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１４Ａ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Ｇ１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パターン光の種類及び位相に違いはない（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２照明１４Ｂ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Ｐ２〜Ｐ１８に相当する範囲が位置し、当該範囲の画像データＧ２が取得される。

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３照明１４Ｃから第３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Ｇ３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１４Ｄから第４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Ｐ４〜Ｐ２０に相当する範囲が位置し、当該範囲の画像データＧ４が取得される。

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１４Ａ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Ｇ５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２照明１４Ｂ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Ｐ６〜Ｐ２２に相当する範囲が位置し、当該範囲の画像データＧ６が取得される。

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３照明１４Ｃから第３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Ｇ７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４照明１４Ｄから第４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Ｐ８〜Ｐ２４に相当する範囲が位置し、当該範囲の画像データＧ８が取得される。

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１４Ａ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Ｇ９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２照明１４Ｂ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Ｐ１０〜Ｐ２６に相当する範囲が位置し、当該範囲の画像データＧ１０が取得される。

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３照明１４Ｃから第３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Ｇ１１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４照明１４Ｄから第４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Ｐ１２〜Ｐ２８に相当する範囲が位置し、当該範囲の画像データＧ１２が取得される。

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１４Ａ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Ｇ１３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、プリント基板１に対し、第２照明１４Ｂ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Ｐ１４〜Ｐ３０に相当する範囲が位置し、当該範囲の画像データＧ１４が取得される。

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３照明１４Ｃから第３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Ｇ１５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、プリント基板１に対し、第４照明１４Ｄから第４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Ｐ１６〜Ｐ３２に相当する範囲が位置し、当該範囲の画像データＧ１６が取得される。

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の所定座標位置に係る全てのデータが取得されると、上記各画像データＧ１〜Ｇ１６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Ｇ１〜Ｇ１６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Ｇ１〜Ｇ１６の同一座標位置に係る各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、図６に示したプリント基板１の各座標位置に係る各データを、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（画像データＧ１，Ｇ５，Ｇ９，Ｇ１３）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（画像データＧ２，Ｇ６，Ｇ１０，Ｇ１４）からなる第２グループデータ、第３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（画像データＧ３，Ｇ７，Ｇ１１，Ｇ１５）からなる第３グループデータ、第４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（画像データＧ４，Ｇ８，Ｇ１２，Ｇ１６）からなる第４グループデータに分けて記憶される。ここで、各グループデータがそれぞれ本実施形態における画像データ組に相当し、これらを取得する処理機能が画像データ取得手段を構成する。

ここで、ハンダ印刷領域中の所定の座標位置に係る１６通りのデータ（輝度値）の一具体例を図８に示す。図８に示した例では、第３及び第４グループデータのうち、初期位相からのパターン光のシフト量が［０°］及び［９０°］に対応する箇所の輝度値が、飽和レベルに相当する「２５５」となっている（散点模様を付した部分参照）。

しかしながら、輝度値が飽和レベル「２５５」、すなわち輝度飽和状態となった上記箇所に関しては、実際にカメラ１５に入射した光の輝度レベルと、画像データとして記憶された輝度値とが比例していない可能性もある。例えば図９に例示したように、入射光の輝度レベルが、輝度値「２５５」に相当するレベル以上である可能性もある。尚、図９に示した上記箇所に関する値は、入射光の輝度レベルを、他の部分の２５６階調のデータに対応する値に置き換えた理論上の数値である。

そこで、次にプリント基板１の各座標位置につき、上記４つグループの４通りデータ（計１６通りの画像データＧ１〜Ｇ１６）に含まれる輝度値の値がそれぞれ予め設定した有効範囲Ｈ内に含まれているか否かを判定する。かかる判定処理を実行する機能が本実施形態における判定手段を構成する。

本実施形態では、輝度値が「１１」以上、「２５４」以下の範囲に含まれるか否かを判定する（図８参照）。

続いて、プリント基板１の各座標位置毎に、４つグループデータの中から、画像データＧ１〜Ｇ１６の各画素の輝度値が上記有効範囲Ｈ（１１≦Ｈ≦２５４）内にあるグループデータを抽出する。これにより、輝度飽和状態となった画像データを含んだグループデータを、三次元計測を行う基となるデータから排除する。かかる抽出処理を実行する機能が本実施形態における抽出手段を構成する。

図８に示す例では、第２輝度のパターン光の下で撮像された第２グループデータが抽出されることとなる。尚、画像データの各画素の輝度値が有効範囲Ｈ内にあるグループデータが複数ある場合（４つグループデータすべての場合も含む）には、上記複数種類のパターン光のうち最も照射輝度の高いパターン光の下で撮像されたグループデータを抽出する。例えば、全てのグループデータが上記条件を満たす場合には、第４輝度のパターン光の下で撮像された第４グループデータが抽出されることとなる。

次に、制御装置１６は、上記抽出した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の三次元データとして演算結果記憶装置２５に記憶する。かか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する。

そして、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。

以上詳述したように、本実施形態では、連続搬送されるプリント基板１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プリント基板１が所定量搬送される毎にカメラ１５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π／２ずつ異なる４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プリント基板１の三次元計測が行われる。

さらに、本実施形態では、輝度の異なる４種類のパターン光の下で４通りの画像データからなるグループデータを複数組取得する。そして、プリント基板１上の各座標位置に対応する画像データの各画素の輝度値が予め設定した有効範囲Ｈ内に含まれているか否かを判定すると共に、プリント基板１の各座標位置毎に、４つのグループデータの中から、画像データの各画素の輝度値が有効範囲Ｈ内にあるグループデータを抽出し、当該抽出されたグループデータを基に位相シフト法によりプリント基板１の各座標位置に係る三次元計測を行う。

結果として、プリント基板１の各座標位置毎に、より適切な輝度の画像データを用いて三次元計測を行うことができ、計測精度の向上を図ることができる。

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、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。

（ｂ）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。

（ｃ）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、上記実施形態では、照射輝度の異なる４個の照明（光源）を備えた構成となっているが、これに代えて、１つの光源を備え、その照射輝度を適宜変更制御する構成を採用してもよい。

また、各照明１４Ａ〜１４Ｄの照射輝度も上記実施形態に限定されるものではなく、例えば第１輝度が「１００（ｃｄ／ｍ²）」、第２輝度が「２００（ｃｄ／ｍ²）」、第３輝度が「３００（ｃｄ／ｍ²）」、第４輝度が「４００（ｃｄ／ｍ²）」と設定されるなど、上記実施形態とは異なる設定としてもよい。

（ｄ）カメラ１５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、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。また、カメラ１５の出力階調に関しても、上記実施形態の２５６階調に限らず、例えば１０２４階調など上記実施形態とは異なる設定としてもよい。

（ｅ）上記実施形態では、プリント基板１上の各座標位置に対応する画像データＧ１〜Ｇ１６の各画素の輝度値が予め設定した有効範囲Ｈ内に含まれているか否かを判定するにあたり、上限値に関しては、飽和レベルに相当する値「２５５」よりも小さい「２５４」以下であるか否かを判定する構成となっている。上限値はこれに限定されるものではなく、異なる値に設定してもよい。

また、上記実施形態では、有効範囲Ｈの下限値として、画像データＧ１〜Ｇ１６の各画素の輝度値がとり得る下限値「０」よりも大きな値である「１１」が設定されているが、下限値はこれに限定されるものではなく、異なる値に設定してもよい。尚、下限に関しては、上限のような輝度飽和等の不具合が生じないことから、有効範囲Ｈの下限値を「０」、すなわち下限値を設定しない構成としてもよい。

（ｆ）上記実施形態では、画像データＧ１〜Ｇ１６の各画素の輝度値が有効範囲Ｈ内にあるグループデータを抽出するにあたり、輝度の異なる４種類のパターン光の下で撮像した４つグループデータを取得する構成となっているが、グループデータの数はこれに限定されるものではなく、２以上あればよい。

（ｇ）上記実施形態では、画像データの各画素の輝度値が有効範囲Ｈ内にあるグループデータが複数ある場合には、４種類のパターン光のうち最も照射輝度の高いパターン光の下で撮像されたグループデータを抽出する構成となっている。三次元計測に用いるグループデータの抽出方法は、これに限定されるものではなく、異なる方法を採用してもよい。

例えば、画像データの各画素の輝度値が有効範囲Ｈ内にあるグループデータが複数ある場合には、当該複数のグループデータの平均値を算出し、当該グループデータの平均値を基に三次元計測を行う構成としてもよい。ここで、グループデータの平均値を算出する処理機能が本実施形態における平均値算出手段を構成する。

（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、１５…カメラ、１６…制御装置、Ｐ１〜Ｐ３２…座標、Ｇ１〜Ｇ１６…画像データ、Ｈ…有効範囲、Ｗ…撮像範囲。

Claims (6)

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しかつ輝度の異なる複数種類のパターン光を切換えて照射可能な照射手段と、
   前記各種パターン光の照射された前記被計測物からの反射光を撮像し、少なくとも輝度値を含む画像データを出力する撮像手段と、
   前記被計測物が所定量搬送される毎に、所定量ずつ位相の変化した同一輝度のパターン光の下で撮像される複数通りの画像データを１組として、前記複数種類のパターン光の下で撮像された複数の画像データ組を取得する画像データ取得手段と、
   前記被計測物上の各座標位置に対応する前記画像データの各画素の輝度値が予め設定した有効範囲内に含まれているか否かを判定する判定手段と、
   前記被計測物の各座標位置毎に、前記複数の画像データ組の中から、前記画像データの各画素の輝度値が前記有効範囲内にある画像データ組を抽出する抽出手段と、
   前記抽出された画像データ組を基に、前記被計測物の各座標位置に係る三次元計測を行う三次元計測手段とを備えたことを特徴とする三次元計測装置。
2. 前記判定手段は、少なくとも前記画像データの各画素の輝度値が飽和レベルに相当する値よりも小さいか否かを判定することを特徴とする請求項１に記載の三次元計測装置。
3. 前記抽出手段は、前記複数の画像データ組のうち、前記画像データの各画素の輝度値が前記有効範囲内にある画像データ組が複数組ある場合には、前記複数種類のパターン光のうち最も照射輝度の高いパターン光の下で撮像された画像データ組を抽出することを特徴とする請求項１又は２に記載の三次元計測装置。
4. 前記抽出手段により抽出された画像データ組が複数組ある場合に、当該複数組の画像データ組の平均値を算出する平均値算出手段を備え、
   前記平均値算出手段により算出された画像データ組の平均値を基に、前記三次元計測手段が前記三次元計測を行うことを特徴とする請求項１又は２に記載の三次元計測装置。
5. 前記有効範囲の下限値として、前記画像データの各画素の輝度値がとり得る下限値よりも大きな値を設定した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。
6. 前記被計測物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５のいずれかに記載の三次元計測装置。

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