JPH11241916A

JPH11241916A - 高さ測定方法、高さデータ処理方法及び高さ測定装置

Info

Publication number: JPH11241916A
Application number: JP4273098A
Authority: JP
Inventors: Mitsumasa Okabayashi; 光正岡林; Sumio Goto; 純夫後藤; Masaru Saito; 勝斉藤
Original assignee: Juki Corp
Current assignee: Juki Corp
Priority date: 1998-02-25
Filing date: 1998-02-25
Publication date: 1999-09-07
Anticipated expiration: 2018-02-25
Also published as: JP4137212B2

Abstract

(57)【要約】【課題】タクトタイムを大幅に向上させて正確な高さ
を測定することが可能な高さ測定方法を提供する。【解決手段】光切断法により配線基板に印刷されたク
リーム半田部の高さが測定される。そのために、まずク
リーム半田の近傍の平坦部に第１のライン光が投光され
その像１１２が撮像される。続いてクリーム半田部に第
２のライン光が投光されその像１１３ａ、１１３ｂが撮
像される。第１のライン光の像１１２から求められる平
坦部の高さを基準にしてクリーム半田部１１３ａの高さ
が求められる。この構成では、クリーム半田が形成され
ている平坦部１１３ｂと異る平坦部１１２の高さデータ
を基準にしてクリーム半田部１１３ａの高さデータを求
めているので、クリーム半田印刷前の平坦部１１３ｂの
高さデータを求める必要がなく、タクトタイムを顕著に
向上させることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、高さ測定方法、高
さデータ処理方法及び高さ測定装置、更に詳細には、表
面実装システムに用いられるクリーム半田印刷機によっ
て印刷されたクリーム半田など微細な高さを測定する高
さ測定方法、高さデータ処理方法及び高さ測定装置に関
する。

【０００２】

【従来の技術】従来から三次元形状を認識して高さを測
定する装置として光切断法を用いた三次元認識装置が知
られている。この光切断法による三次元認識装置を図１
４に示す。光源であるライン光発生器１２１からのライ
ン光１２２が被測定物１２３の斜め上方から所定の角度
で投光され、被測定物１２３の表面に形成された面形状
に沿ってできた像が垂直上方よりＣＣＤカメラ１２４で
撮影される。ＣＣＤカメラ１２４で撮影した画像はＣＣ
Ｄカメラ制御器１２５でＡ／Ｄ変換され、画像取込み器
１２６で取込まれる。そして、その取込まれたデータは
座標演算器１２７によって被測定物１２３の三次元座標
に変換される。

【０００３】クリーム半田印刷機に組込んで使用するよ
うなクリーム半田高さ測定装置においては、図１４で点
線で囲まれた部分（測定ユニット）１２８が、ＸＹ移動
ガントリー（ＸＹ移動機構）に組み込まれて使用され
る。まずクリーム半田印刷機に印刷用の配線基板が搬入
されると、配線基板とステンシルの位置決め完了後に、
ＸＹ移動ガントリーによって、初期待避位置から目的と
する測定位置まで測定ユニット１２８が移動される。そ
して、測定ユニットは被測定物である配線基板上のパッ
ド面（レジスト面）に形成されるライン光の像を、ＣＣ
Ｄカメラ１２４によって撮像してから初期待避位置に再
び移動待避する。次に配線基板のパッド面にクリーム半
田が印刷される。配線基板のパッド面への印刷が完了し
た後に、再びＸＹ移動ガントリーによって測定ユニット
１２８が目的とする測定位置まで移動されて、クリーム
半田の形状に沿ってできたライン光の像を、ＣＣＤカメ
ラ１２４によって撮像してから、初期待避位置に再び移
動待避する。

【０００４】以上の撮像データから、配線基板のパッド
面の高さ方向の重心位置座標と、クリーム半田部の高さ
方向の重心位置座標を計算する。そして、配線基板のパ
ッド面の高さ方向の重心位置座標とクリーム半田部の高
さ方向の重心位置座標の差し引きから、配線基板のパッ
ド面を基準として、印刷後のクリーム半田部の高さを算
出する。そして各パッド面にわたるクリーム半田部の平
均高さを算出する。

【０００５】三次元形状を得るためには、光切断位置を
変えた複数のデータが必要となる。例えば長さが２ｍｍ
のパッドに印刷されたクリーム半田の三次元形状を得る
ために、５０μｍのピッチで光切断を行うとする。この
場合は、クリーム半田の印刷前に、配線基板のパッド面
に形成されるライン光の像をＣＣＤカメラによって、光
切断の位置を変えながら４０回撮像する。さらに、クリ
ーム半田の印刷後に、クリーム半田の形状に沿って形成
されたライン光の像を、ＣＣＤカメラで光切断の位置を
変えながら４０回撮像する必要がある。従って、ＣＣＤ
カメラによる撮像回数の合計は８０回となる。同じく、
測定ユニットの微小移動回数の合計も８０回となる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
クリーム半田印刷機に組込んで使用するようなクリーム
半田の高さ測定装置においては、印刷前のライン光の像
と印刷後のライン光の像をＣＣＤカメラで撮像してクリ
ーム半田の高さを算出しなければならない。このために
タクトタイムが長くなり、半導体の表面実装システム全
体の性能を下げてしまうという問題点があった。

【０００７】さらに、光切断の位置を微小に変えるにも
ＣＣＤカメラが搭載された重い測定ユニットを移動しな
ければならず、ＸＹ移動ガントリーに対しては、目的と
する測定位置までのスキップ機能と、測定目的位置での
微小移動という二つの機能を持たせねばならず、ＸＹ移
動ガントリー駆動用のサーボ系が複雑になるという問題
点があった。

【０００８】従って、本発明は、このような問題を解決
するためになされたもので、タクトタイムを大幅に向上
させて正確な高さを測定することが可能な高さ測定方
法、高さデータ処理方法及び高さ測定装置を提供するこ
とをその課題とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は、この課題を解
決するために、平坦部から突出する突出物を有する被測
定物にライン光を投光し、ライン光によって切断される
平坦部及び突出物を撮像して光切断法により平坦部から
の突出物の高さを測定する高さ測定方法において、突出
物近傍の平坦部に第１のライン光を投光してその像を撮
像し、突出物に第２のライン光を投光してその像を撮像
し、第２のライン光の像から求められる突出物の高さを
第１のライン光の像から求められる平坦部の高さを基準
にして算出する構成を採用している。

【００１０】このような構成では、突出物が既に形成さ
れている被測定物の平坦部の高さデータを基準にして突
出物の高さデータが算出されるので、突出物が形成され
る前の平坦部の高さデータを求める必要がなく、平坦部
に突出物を形成するごとに突出物の高さを測定しなけれ
ばならないような場合、例えば、配線基板にクリーム半
田を印刷し、クリーム半田の高さを測定しなければなら
ない場合などにタクトタイムを顕著に向上させることが
できる。

【００１１】また、本発明の高さデータ処理では、撮像
された画素の階調データに対して平坦化処理がなされた
あと二値化されるので、安定した高さデータが得られ
る。また二値化データに対してフィルタ処理を行なっ
て、その結果空白行が発生した場合、その前後の行の二
値化データの配列に応じて空白行にデータの埋め込みが
行なわれるので、信頼性のある高さデータが求められ
る。

【００１２】また、本発明では、平坦部から突出する突
出物を有する被測定物にライン光を投光し、ライン光に
よって切断される平坦部及び突出物を撮像して光切断法
により平坦部からの突出物の高さを測定する高さ測定装
置において、突出物近傍の平坦部並びに突出物にそれぞ
れ第１と第２のライン光を投光する投光装置と、前記第
１と第２のライン光が投光された突出物近傍の平坦部並
びに突出物の像を撮像する手段と、前記第１と第２のラ
イン光による突出物近傍の平坦部並びに突出物の画像を
処理して該平坦部並びに突出物の高さを算出する手段
と、前記突出物の高さを突出物近傍の平坦部の高さを基
準にして算出する手段とを有する構成も採用している。
このような構成においても、上記と同様な作用効果が得
られる。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、図面に示す実施の形態に基
づいて本発明を詳細に説明する。

【００１４】［基本構成］図１は本発明の１実施形態を
示した３次元測定装置の主要光学部品の基本構成図であ
り、図２はその側面図である。各図において、符号１で
示すものは、レーザ光源としてのレーザダイオードで、
このレーザダイオード１から発光されたレーザ光は、コ
リメートレンズ２で光学中心軸に平行な平行光束１ａに
される。このレーザ平行光束１ａは、フォーカスレンズ
３と投光ミラー４とラインジェネレータレンズ５が組み
込まれている投光ユニット７に入射する。レーザ光束
は、投光ユニット７内のフォーカスレンズ３によりスポ
ット光となるように絞り込まれ、投光ミラー４によって
垂直軸（Ｚ方向）に対して４５度の角度に反射され、ラ
インジェネレータレンズ５によって幅１４〜２０μｍ、
長さ１０ｍｍのライン光９となり、被測定物（クリーム
半田ないしそれが印刷される配線基板）１１上にＸ方向
にライン光９を形成する。

【００１５】被測定物１１からの散乱反射光は、光軸６
ａが垂直軸となるように配置された６．４ｍｍ×４．８
ｍｍ視野のノンインターレース式ＣＣＤカメラ６により
撮像される。また、この投光ユニット７は、リニアモー
タ８のシャフト８ａに取り付けられており、リニアモー
タ８がＹ方向に約１０ｍｍのストロークで直線運動を行
なうことにより、２重矢印で示したように、平行光束１
ａに平行に往復移動する。この投光ユニット７の移動に
よりライン光９はライン光の伸びるＸ方向と垂直方向に
移動することになる。

【００１６】［回路構成（データ取得）］図３は、３次
元測定装置において被測定物の画像データを取得する回
路構成を示したブロック図である。同図において、リニ
アモータ駆動指令器３１は、ＣＰＵ４４からのスタート
信号を受けて、リニアモータドライバ３２にリニアモー
タ駆動用の指令パルス列を出力し、リニアモータ８を１
パルス当たり０．２５μｍ移動させる。リニアモータ駆
動指令器３１は、同時にＬＤ（レーザダイオード）オン
／ＣＣＤトリガタイミングデコーダ（以下タイミングデ
コーダという）３５に正／逆方向信号を送り、リニアモ
ータ８が正方向か逆方向のどちらに移動しているかを知
らせる。

【００１７】リニアモータドライバ３２は、指令パルス
列を受けてリニアモータを駆動するとともに、リニアモ
ータ８内蔵の位置エンコーダ８ｂからの実際位置を示す
信号を受けてリニアモータ８への供給電圧を調整し、リ
ニアモータの位置をフィードバック制御する。

【００１８】位置カウンタ３４は、リニアモータ８の位
置エンコーダ８ｂにより９０度位相の異なるＡ相信号、
Ｂ相信号を受け、リニアモータ８の位置を示す位置信号
をデジタルデータで出力する。なお、位置カウンタ３４
のリセットは、位置エンコーダ８ｂの原点リセット信号
により行なう。

【００１９】タイミングデコーダ３５は、位置カウンタ
３４からの位置データを受けてＬＤオンのタイミング信
号（１６０μｍピッチ）を出力する。この信号の立ち上
がりを受けて、ワンショットマルチバイブレータ（Ｍ
Ｓ）４６は、２ｍｓ幅のＬＤオンパルスをレーザダイオ
ードドライバ３６に出力し、レーザダイオード１をパル
ス点灯する。レーザダイオード１には、光量モニタフォ
トダイオード（不図示）が内蔵されており、これにより
レーザダイオード１の光量が一定に制御される。

【００２０】なお、ＬＤオンの最中にも、リニアモータ
８が動いているために、移動方向によりライン光位置が
ずれるための補正と、正方向と逆方向で半ピッチ分（実
施例では８０μｍ）ズラすために、上述したようにリニ
アモータ駆動指令器３１から正／逆方向信号が入力され
る。

【００２１】位置ラッチ３７は、位置カウンタ３４から
出力される位置データをＬＤオンのタイミングの立ち上
がりでラッチし、そのときのライン光のＹ方向の位置を
ＭＳ４６からのＬＤオンパルスの立ち下がりタイミング
に同期してＣＰＵ４４に伝えている。ＬＤオン中にもラ
イン光が移動して、実際のライン光位置とずれを生じる
が、これについては、ライン光移動速度とＬＤオン時間
と正／逆方向信号により、ＣＰＵ４４内で補正を行なっ
ている。

【００２２】一方、同期信号タイミング発生器３９は、
タイミングデコーダ３５からＯＲ回路３５’を介してＣ
ＣＤカメラ同期タイミング信号を受け、ＨＤ水平同期信
号とタイミングを合わせたＶＤ垂直同期信号を出力す
る。このＶＤ垂直同期信号に関連して、前フレームの各
画素の光量データ読み出しが開始される。同時に、各画
素での光量蓄積が始まり、ライン光９による画像がＣＣ
Ｄカメラ６のＣＣＤエリアイメージセンサ３８上に取得
される。

【００２３】ＣＣＤエリアイメージセンサ３８上の像
は、同期信号タイミング発生器３９からの垂直レジスタ
転送クロック、水平レジスタ転送クロック等により、ド
ライバ３３を介して各画素の光量値（アナログ値）とし
て読み出される。これが、アンプ４７を介して、Ａ／Ｄ
変換器４８に入力され、デジタルデータとして、Ｖ−Ｒ
ＡＭ画像メモリ４０に入力される。

【００２４】水平アドレスカウンタ４２は、同期信号タ
イミング発生器３９からの水平同期信号の立ち下がりよ
り所定の水平クロック数後にリセットされ、その後水平
クロックをカウントすることにより有効画面内の現在の
画素の水平方向の位置（水平アドレス）を出力する。こ
の水平アドレス値は、マルチプレクサ４１を介してＶ−
ＲＡＭ画像メモリ４０の水平アドレスに入力される。

【００２５】一方、垂直アドレスカウンタ４３は、同期
信号タイミング発生器３９からの垂直同期信号の立ち下
がりより所定の水平同期信号のパルス数後にリセットさ
れ、その後水平同期信号のパルスをカウントすることに
より有効画面内の現在の画素の垂直方向の位置（垂直ア
ドレス）を出力する。この垂直アドレス値は、マルチプ
レクサ４５を介してＶ−ＲＡＭ画像メモリ４０の垂直ア
ドレスに入力される。

【００２６】書込タイミング発生器４９は、水平アドレ
スカウンタ４２よりの有効水平走査区間信号と、垂直ア
ドレスカウンタ４３よりの有効垂直走査区間信号の間、
水平クロックに同期してＶ−ＲＡＭ画像メモリ４０に書
き込み信号を出力する。これによりＶ−ＲＡＭ画像メモ
リ４０は有効水平走査区間信号と有効垂直走査区間信号
で定まる有効画面内の各画素データを格納する。

【００２７】水平／垂直アドレス発生器５０は、水平ア
ドレス信号をマルチプレクサ４１に、垂直アドレス信号
をマルチプレクサ４５に、また読出し信号をＶ−ＲＡＭ
画像メモリ４０に出力する。マルチプレクサ４１、４５
はＣＰＵ４４からの切替信号に応じて読み出し側に切り
替えられ、読出し信号に同期して水平アドレス信号及び
垂直アドレス信号で定まるアドレスのＶ−ＲＡＭ画像メ
モリ４０の画像データが順次読み出される。なお、この
画像データの読み出しは、Ｖ−ＲＡＭ画像メモリ４０に
画像データの書き込みが完了した後に行なわれる。これ
は、ＣＰＵ４４からの切替信号によりマルチプレクサ４
１、４５が書き込みから読み出しモードに切り替えられ
ることにより保証される。

【００２８】［回路構成（データ処理）］図４には、Ｖ
ーＲＡＭ画像メモリ４０に格納された画像データを処理
するための回路構成が図示されており、ＶーＲＡＭ画像
メモリ４０を中心とした回路構成は、図３に図示したも
のと同じものが図示されている。

【００２９】切替信号によりマルチプレクサ４１、４５
が読出しに切り替えられることにより読出し信号に同期
してＶーＲＡＭ画像メモリ４０から読み出される画像デ
ータは、階調データフィルタ処理ブロック６０に入力さ
れ、ノイズ分が除去される。階調データフィルタ処理ブ
ロック６０には、２つの１ラインバッファ６１、６２が
設けられ、これにより３ライン分の画像データが同時に
得られる。これらの３ライン分の画像データは演算回路
６３に入力され、画像データの平坦度Ｆが演算され、ま
た演算回路６４にも入力されて、階調の最大値ＭＡＸと
階調の最小値ＭＩＮの差ΔＢが演算される。また、３ラ
イン分の画像データは帯域除去フィルタ６８にも入力さ
れ、帯域除去フィルタがかけられる。また１ラインバッ
ファ６１の出力は遅延回路６９に入力され、演算処理時
間分に相当する遅延がかけられる。なお、演算回路６
３、６４及び帯域除去フィルタ６８の処理はそれぞれ３
×３の各画素ブロック単位で処理が行なわれる。

【００３０】演算回路６５は画像データの平坦度Ｆの差
ΔＢに対する比を演算し、比較器６６はその演算結果を
しきい値６６’と比較する。しきい値以下であればマル
チプレクサ６８は、帯域除去フィルタ６８で帯域除去フ
ィルタ処理された画像データを選択し、またしきい値以
上であれば遅延回路６９で各演算時間分に相当する遅延
のかけられた画像データを選択して二値化処理ブロック
７０に出力する。

【００３１】二値化処理ブロック７０では、階調データ
フィルタ処理ブロック６０からの画像データに対して平
均値演算回路７１で１ライン毎に平均値ｘ（上にバー付
き）が演算され、また標準偏差演算回路７２で１ライン
毎に標準偏差ρが演算され、しきい値演算回路７４でし
きい値（ｘ＋１．５ρ）が演算される。比較器７５は、
このしきい値と１ラインバッファ７３で保持していた１
ライン分の画像データを比較し、画像データの二値化を
行なう。

【００３２】二値化処理ブロック７０から二値化された
画像データは、二値化データフィルタ処理ブロック８０
のノイズ除去処理回路８３と２つの１ラインバッファ８
１、８２に入力される。ノイズ除去フィルタ処理回路８
３は、入力側の２つの１ラインバッファ８１、８２と直
接の画像データから同時に３ライン分の画像データを受
け、３×３の各画像ブロック毎に小突起、孤立データが
あるかを調べ、あればそのデータを除去する処理を行な
う。ノイズ除去処理回路８３の出力は判定回路８７と１
ラインバッファ８５に入力される。判定回路８７は、１
ラインの全てが０かを判定し、１ライン全てが０の場合
はマルチプレクサ８９でオア回路８８の出力を、またそ
うでない場合は１ラインバッファ８５の出力を選択し、
それを１ラインバッファ８６に入力する。１ラインバッ
ファ８５の画像データは、現在の画像データに、またノ
イズ除去処理回路８３の出力と１ラインバッファ８６の
画像データはその前後の画像データに相当するので、１
ライン全てが０の場合は、前後のラインの同じ水平位置
のデータのオア処理により穴埋めされた画像データが出
力される。

【００３３】二値化データフィルタ処理ブロック８０か
らの二値化された画像データは、重心位置演算処理ブロ
ック９０に入力され重心位置が各ライン毎に演算され
る。重心位置演算処理ブロック９０の立上り検出回路９
１は、二値化画像データが「０」から「１」に変化する
のを検出して、そのときの水平アドレスカウンタ９３の
水平アドレス値をラッチ回路９４にラッチする。また、
立下り検出回路９２は、二値化画像データが「１」から
「０」に変化するのを検出して、そのときの水平アドレ
スカウンタ９３の水平アドレス値をラッチ回路９５にラ
ッチする。重心位置演算回路９６は、この立上り及び立
下り時の水平アドレス値を平均して重心位置を演算し、
その値を重心位置演算結果メモリ１００に格納する。な
お、水平アドレスカウンタ９３は水平アドレス値を求め
るために、Ｖ−ＲＡＭ画像メモリからの読み出し用の水
平クロックをカウントしている。また、水平アドレスカ
ウンタ９３のリセットは画像データ１ラインの切り替わ
り時期に行なわれる。

【００３４】［高さデータの測定］次にこのような構成
において、被測定物を配線基板に印刷されたクリーム半
田に例をとり配線基板ないしクリーム半田の高さデータ
を求める処理を図５、図６の流れを参照して説明する。

【００３５】一般に、クリーム半田の高さを測定する場
合、クリーム半田部の像の輝度に比べて、クリーム半田
間のレジスト面の像の画像の輝度が極端に低く、レジス
ト面のライン光の像を認識できないためにクリーム半田
の印刷基準を求めることができなくなるという問題があ
る。光強度を高めたり、露光時間を長くするとレジスト
面の像は認識できるようになるが、今度はクリーム半田
部の像がハレーションを起こして、重心計算を正確に処
理できなくなってしまう。そこで、以下で説明するよう
に２つの基準線を用いて高さ測定が行なわれる。

【００３６】まず、ＣＰＵ４４はリニアモータ駆動指令
器３１に位置指令信号とスタート信号を発生し、リニア
モータ８を第１基準位置（配線基板のレジスト位置）に
移動させる（ステップＳ１１）。第１基準位置にくる
と、ＣＰＵ４４よりオア回路３５’を介してＣＣＤカメ
ラ同期タイミングパルスを送出するとともに（ステップ
Ｓ１２）、ＬＤオン信号を発生してレーザダイオード１
を例えば３０ｍｓ点灯させる（ステップＳ１３）。

【００３７】レーザダイオード１から発光されたレーザ
光は、コリメートレンズ２で集光されて、光学中心軸に
対して平行な平行光束１ａとなり、フォーカスレンズ３
によりスポット光となるように絞り込まれる。このレー
ザスポット光は、投光ミラー４によって入射角に対して
４５度の方向に反射され、ラインジェネレータレンズ５
に入射する。このレンズ５によりレーザスポット光は、
プリズム効果によって一方向（Ｘ方向）に引き伸ばされ
て、被測定物１１上で幅１４μｍ、長さ１０ｍｍのライ
ン光９となる。このライン光は、視野６．４ｍｍ×４．
８ｍｍでノンインターレース式のＣＣＤカメラ６によっ
て撮像される。

【００３８】ステップＳ１４でＴ1の時間待機した後、
ステップＳ１５でＣＣＤカメラ同期タイミングパルスを
送り、同期信号タイミング発生器３９を駆動してＣＣＤ
カメラ６のイメージセンサ３８の画像データを書込タイ
ミング発生器４９の出力に同期してＶーＲＡＭ画像メモ
リ４０に読み込む（ステップＳ１６）。このようにし
て、取得される画像データが第１基準線１１０として図
７に図示されている。

【００３９】この画像データはステップＳ１７において
各画像処理を受ける。まず、ＣＰＵ４４の切替信号によ
りマルチプレクサ４１、４５が読み出しモードに切り替
わり、水平／垂直アドレス発生器５０からの読み出し信
号に従って水平アドレス及び垂直アドレスに同期してＶ
ーＲＡＭ画像メモリ４０から画像データが読み出され
る。

【００４０】読み出された画像データは階調データフィ
ルタ処理ブロック６０で階調データフィルタ処理が行な
われる。演算回路６３は、各３×３の画素ブロックの中
心の画素を注目画素として、その周りの階調の平坦度Ｆ
を演算する。この平坦度Ｆは、注目画素周囲の画素間差
の絶対値の平均値として求められ、画素列をＡ、Ｂ、Ｃ
・・・・、画素行を１、２、３・・・・として、例え
ば、注目画素をＢ２とすると、

【００４１】

【数１】

【００４２】を算出することにより平坦度Ｆが演算され
る。演算回路６４は、各３×３の画素ブロックの画素の
最大値と階調の最小値の差ΔＢを求め、演算回路６５は
Ｆ／ΔＢを演算する。比較器６６はＦ／ΔＢがしきい値
６６’より小さいときには、画像データが平坦でないの
で、マルチプレクサ６７を切り替える。これにより帯域
除去フィルタ回路６８で注目画素に対して

【００４３】

【数２】

【００４４】の帯域除去フィルタ処理のかけられたデー
タが出力され、一方ΔＢ＝０の時またはＦ／ΔＢがしき
い値より大きい時は遅延回路６９からのデータが選択さ
れ、帯域除去フィルタ処理されないデータが出力され
る。

【００４５】このように階調データのフィルタ処理が行
なわれた画像データは、二値化処理ブロック７０で二値
化処理される。そのために、演算回路７１、７２は各ラ
インの階調の平均値ｘと標準偏差ρを計算する。比較器
７５は、１ラインバッファ７３の各画素毎にその画素の
階調データがそのラインの階調の平均値ｘ＋ρ×１．５
より大きい時は現在の画素の値を１に、以下の時は現在
の画素の値を０にして二値化する。

【００４６】この各二値化された画像データは、二値化
データフィルタ処理ブロック８０に送られ、ノイズ除去
処理回路８３は各３×３画素ブロック毎に小突起データ
並びに孤立データをノイズとして除去する。このノイズ
除去は、図８に示したようなａ〜ｆのフィルタ処理を行
うことに対応している。３×３の中心の画素を注目画素
として、図８のパターンが現れた時、その注目画素の値
を０にする。ｆ以外の５種類のフィルタは、９０度づつ
回転させて実行する。このようにノイズ処理された二値
化画像データは、１ラインバッファ８５、８６に送られ
る。判定回路８７は、１ラインの全ての画素が０の場合
には、前後のラインを参照して穴埋めを行なう。例え
ば、第２ラインの画素が全て０であった場合、その前後
のライン（第１と第３ライン）に１の画素がある場合に
は、その１の画素のあるところを１にする。

【００４７】このように処理された画像データは重心位
置演算処理ブロック９０に送られ、演算回路９６で重心
位置（平均値）が演算される。この重心位置は、図１３
に示すように、画素列Ａ、Ｂ、Ｃ・・・に対して１、
２、３・・・のような連番を付けることにより行なわれ
る。この例では１、２行目に関してはＩ列、Ｊ列の画素
の値が１であり、Ｉ列の番号は９、Ｊ列の番号は１０な
ので、１、２行目の重心値は９．５となる。また３、
４、５行目に関してはＩ列、Ｈ列、Ｇ列の画素が１であ
り、各行の重心値は各列に付された番号と同じ値の９、
８、７となる。以下同様にして各行の重心値を求める。

【００４８】このようにして縦軸を重心値、横軸をライ
ン番号としてグラフを描くと図９（ａ）のようになる。
この結果がステップＳ１８で第１基準位置（レジスト位
置）の高さデータとしてメモリ１００に格納される。

【００４９】このように第１基準位置の高さデータが求
められたので、次にこれからクリーム半田が印刷されよ
うとする第２基準位置にライン光を投光して、その面の
高さデータを測定する。そこで、ステップＳ２１で、リ
ニアモータ８は、制御信号に従って一定速度４．８ｍｍ
／ｓｅｃでＹ方向に第２基準位置に直線移動され（２．
７２ｍｍ移動）、それに従ってリニアモータ８のシャフ
トに結合された投光ユニット７もＹ方向に平行光束１ａ
に平行に直線運動する。投光ユニット７は、平行光線に
向かって前後方向に移動するが、フォーカスレンズ３は
常に平行光束１ａを受光することになるので、フォーカ
スレンズ３の結像作用には影響を及ぼすことはない。

【００５０】次のステップＳ２２〜Ｓ２７は、ステップ
Ｓ１２〜Ｓ１７と同じであり、撮像された画像データが
図７の１１１で示され、また演算された高さデータが図
９（ｂ）に図示されている。この結果は、ステップＳ２
８で第２基準位置の高さデータとしてメモリ１００に格
納される。次に、ステップＳ２９で第１基準線と第２基
準線での平均高さデータの差Δｘが演算される。図９の
例では、Δｘ＝１７１μｍ−１２７μｍ＝４４μｍとな
る。

【００５１】以上で、配線基板上に２本のライン光を投
光して、測定面の平行度が測定されたので、次に、配線
基板にクリーム半田を印刷する。図６のステップＳ３０
でクリーム半田が印刷されていることが確認された場合
には、ステップＳ３１でリニアモータ８を第１基準位置
（図７の１１０の位置）、すなわちレジスト位置に移動
する。ステップＳ３１からＳ３８は、ステップＳ１１〜
Ｓ１８と同様である。第１基準位置に投光されたライン
光の像が図１０で１１２で図示されている。

【００５２】続いて、ステップＳ４１でリニアモータ８
を２．７２ｍｍ移動してクリーム半田が印刷された部分
（第２基準位置）に移動させる。続くステップＳ４２〜
Ｓ４７は、ステップＳ３２〜Ｓ３７と同様であるが、ス
テップＳ４３でレーザダイオードは、クリーム半田に適
した露光量（２ｍｓ間露光）点灯されるところが相違し
ている。このライン光の像は、図１０で１１３ａ、１１
３ｂに示したような像になる。この場合、右側に突出し
た輝度の高い像がクリーム半田部１１３ａであり、その
間の輝度の低い直線部分が配線基板のレジスト面ないし
パッド面１１３ｂである。

【００５３】ステップＳ４７で演算される重心位置、す
なわちクリーム半田の高さデータは図１１に示したごと
くになり、この高さデータがステップＳ４８でメモリ１
００に格納される。この高さデータは第１の基準位置の
高さが「０」として処理されている。しかし、実際に
は、上記「０」としたレジスト面の高さはクリーム半田
の印刷されたレジスト面ではない。従って、両レジスト
面の高さの差に相当するステップＳ２９で求めた第１基
準線と第２基準線での高さデータの差Δｘ（４４μｍ）
で両レジスト面の高さの差に応じてクリーム半田部の高
さを補正する（ステップＳ４９）。これが図１２に図示
されており、クリーム半田の平均高さが１０３μｍとな
っている。

【００５４】予め別の計測器にて測定したクリーム半田
の平均高さが１０２μｍであったので、上記方法によっ
てクリーム半田部の高さが正確であることが確認でき
た。平行度の取得と、クリーム半田部の高さ取得時に、
各ライン光の間隔を２．７２ｍｍと一致させたが、これ
は説明の便宜上であり、平行度は直線近似を行うことに
より、投光の位置と間隔が既知であれば、任意の位置と
間隔で投光し、計算することができる。

【００５５】このように、上記方法では、クリーム半田
の印刷されるレジスト面と別のレジスト面を基準にクリ
ーム半田の高さを測定するようにし、両レジスト面の高
さに差がある場合には、それを補正してクリーム半田の
高さを測定している。この場合、それぞれレジスト面並
びにクリーム半田に適した露光量でライン光を投光する
ことができ、鮮明なレジスト面並びにクリーム半田の光
切断像が得られるので、精度のよいクリーム半田の高さ
測定が可能になる。

【００５６】なお、上述した例では、レジスト面及びク
リーム半田部は、ライン光の投光時間を変えてそれぞれ
に適した露光量で撮像されたが、ライン光の強さ、ある
いはＣＣＤカメラの撮像感度を変化させることによりそ
れぞれ適した露光量で撮像するようにしてもよい。

【００５７】［表計算ソフトを用いた高さデータの測
定］また、上述した実施形態では、ＶーＲＡＭ画像メモ
リ４０の画像データは、図４に示す回路構成で画像処理
されたが、ＶーＲＡＭ画像メモリ４０の画像データを表
計算ソフトに取り込んで行なうこともできる。ＶーＲＡ
Ｍ画像メモリ４０の画像データは、横６４０画素×縦４
８０画素のビットマップ画像であるので、これを各画素
を２５６階調の階調データに変換した後、６４０列×４
８０行のセルの表計算ソフトに取り込む。画素間の分解
能は１０μｍであるので、表計算ソフトに読み込んだ場
合は前記画素がセルに相当することから、セル間のピッ
チは１０μｍとなる。ただし、実際の表計算ソフトは最
大列数が２５６列という機能上の制約が有るので、２０
０列×４８０行の階調データを取り込んで処理を行う。

【００５８】まず、取込んだ階調データは３×３のセル
毎に取り出されて、階調の平坦度を調べてフィルタ処理
が行なわれる。３×３のセルの中心のセルを注目セルと
し、その周りの階調の平坦度を計算する。注目セル周囲
のセル間差の絶対値の平均値を求める。列をＡ、Ｂ、Ｃ
・・・・、行を１、２、３・・・・として、例えば、注
目セルをＢ２として、数１に従い平坦度Ｆを算出する
（図４の演算回路６３による演算に対応）。次に３×３
のセルの中の階調の最大値と階調の最小値の差ΔＢに対
する比を求め（演算回路６５に対応）、Ｆ／ΔＢがしき
い値より小さい時（比較器６６に対応）に注目セルに対
して、数２の帯域除去フィルタ（フィルタ回路６８に対
応）をかける。もしΔＢ＝０の時またはＦ／ΔＢがしき
い値より大きい時は何もしない。次に注目セルをＢ３に
移し以上の処理を実行し、Ｂ４、Ｂ５・・・・と処理を
する。そして次の行に移行してＣ２、Ｃ３・・・のよう
に順次処理を行う。

【００５９】以上のように階調データのフィルタ処理が
終わると、次の二値化処理に移る。各行の階調の平均値
と標準偏差を計算する（演算回路７１、７２に対応）。
そして各セル毎にそのセルの階調データがその行の階調
の平均値＋１．５×標準偏差より大きい時（比較器７５
に対応）は現在のセルの値を１に書換え、以下の時は現
在のセルの値を消去する。セルＡ１、Ｂ１、Ｃ１・・・
に対しては１行目の平均値と標準偏差を用い、セルＡ
２、Ｂ２、Ｃ２・・・に対しては２行目の平均値と標準
偏差を用いる。各セルは１か空白の状態になる。

【００６０】このように各セルの値が二値化されたあ
と、小突起データ並びに孤立データはノイズと考えられ
るので、ノイズ除去のためにこれらのデータの消去処理
を行う。すなわち、図８に示す様なａ〜ｆのフィルタ処
理を行う。３×３の中心のセルを注目セルとして、図８
のパターンが現れた時、その注目セルの値を消去する。
ｆ以外の５種類のフィルタは、９０度づつ回転させて実
行する（ノイズ除去処理回路８３に対応）。

【００６１】次は各行を参照して、全て空白の場合は上
下の行の数値１のセルの配列を参照して、穴埋めを行う
（判定回路８７に対応）。次に、各行の数値１のセルに
対して重心値を計算する。これは、図１３に示すよう
に、列Ａ、Ｂ、Ｃ・・・に対しては、１、２、３・・・
と連番を付けるとこの数値が重心の値となる（重心位置
演算回路９６に対応）。この例では１、２行目に関して
はＩ列、Ｊ列のセルの値が１であり、Ｉ列の番号は９、
Ｊ列の番号は１０なので、１、２行目の重心値は９．５
となる。また３、４、５行目に関してはＩ列、Ｈ列、Ｇ
列のセルが１であり、各行の重心値は各列に付された番
号と同じ値の９、８、７となる。以下同様にして各行の
重心値を求める。

【００６２】このように、図４の各処理ブロック６０、
７０、８０、９０をソフトウェアで処理することもでき
る。

【００６３】

【発明の効果】以上説明したように、本発明では、突出
物近傍の平坦部に第１のライン光を投光してその像を撮
像し、突出物に第２のライン光を投光してその像を撮像
し、第２のライン光の像から求められる突出物の高さを
第１のライン光の像から求められる平坦部の高さを基準
にして求めるようにしているので、突出物が形成される
前の平坦部の高さデータを求める必要がなく、平坦部に
突出物を形成するごとに突出物の高さを測定しなければ
ならないような場合に、測定のタクトタイムを顕著に向
上させることができる。

【００６４】また、第２のライン光が投光される位置の
平坦部の高さを求め、第１のライン光の像から求められ
る平坦部の高さとの差を用いて突出物の高さを補正する
ようにしているので、両ラインが投光される平坦部が平
行でない場合でも突出物の正確な高さ測定が可能にな
る。

【００６５】また、平坦部及び突出部は、ライン光の投
光時間、ライン光の強さ、あるいは撮像感度を変化させ
ることにより平坦部と突出部にそれぞれ適した露光量で
撮像されるので、鮮明な撮像が可能になり、高さデータ
の品質を向上させることができる。

【００６６】また、本発明での高さデータ処理では、撮
像された画素の階調データに対して平坦化処理がなされ
たあと二値化されるので、安定した高さデータが得られ
る。また二値化データに対してフィルタ処理を行なっ
て、その結果空白行が発生した場合、その前後の行の二
値化データの配列に応じて空白行にデータの埋め込みが
行なわれるので、信頼性のある高さデータが求められ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に用いられる高さ測定装置の構成を示す
斜視図である。

【図２】図１の高さ測定装置の側面図である。

【図３】ライン光を投光して得られる像から画像データ
を取得する回路構成を示した回路図である。

【図４】取得された画像データを処理する回路構成を示
した回路図である。

【図５】クリーム半田を印刷する前に２つのライン光を
投光した場合に得られる画像の処理の流れを示したフロ
ーチャート図である。

【図６】クリーム半田を印刷した後に２つのライン光を
投光した場合に得られる画像の処理の流れを示したフロ
ーチャート図である。

【図７】クリーム半田を印刷する前に２つのライン光を
投光した場合に得られる画像を示した説明図である。

【図８】画像データのフィルタ処理に用いられるフィル
タデータを示す説明図である。

【図９】クリーム半田を印刷する前に２つのライン光を
投光した場合に得られる画像データから求めた平坦部の
高さを示す線図である。

【図１０】クリーム半田を印刷した後に２つのライン光
を投光した場合に得られる画像を示した説明図である。

【図１１】クリーム半田部分の画像データから求めたク
リーム半田の高さを示す線図である。

【図１２】補正したクリーム半田の高さデータを示す線
図である。

【図１３】画素あるいはセルの情報から重心値を求める
ための例を示した説明図である。

【図１４】従来の三次元測定装置の構成を示した斜視図
である。

【符号の説明】

１レーザ光源５ラインジェネレータ６ＣＣＤカメラ９ライン光

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】平坦部から突出する突出物を有する被測
定物にライン光を投光し、ライン光によって切断される
平坦部及び突出物を撮像して光切断法により平坦部から
の突出物の高さを測定する高さ測定方法において、突出物近傍の平坦部に第１のライン光を投光してその像
を撮像し、突出物に第２のライン光を投光してその像を撮像し、第２のライン光の像から求められる突出物の高さを第１
のライン光の像から求められる平坦部の高さを基準にし
て算出することを特徴とする高さ測定方法。
【請求項２】第２のライン光が投光される位置の平坦
部の高さを求め、第１のライン光の像から求められる平
坦部の高さとの差を用いて前記突出物の高さを補正する
ことを特徴とする請求項１に記載の高さ測定方法。
【請求項３】前記平坦部及び突出部は、ライン光の投
光時間、ライン光の強さ、あるいは撮像感度を変化させ
ることにより平坦部と突出部にそれぞれ適した露光量で
撮像されることを特徴とする請求項１または２に記載の
高さ測定方法。
【請求項４】ライン光によって切断される突出物を撮
像して光切断法により得られる突出物の高さデータを処
理する高さデータ処理方法において、突出物の像を画素ごとに階調データとして取り出し、各画素ごとにその周辺の画素の階調の平坦度を調べ、平坦でない場合には対象画素にフィルタ処理を行うよう
な階調処理を行ない、前記階調処理の行なわれた階調データに対して二値化を
行ない突出物の像を二値化データに変換することを特徴
とする高さデータ処理方法。
【請求項５】各行ごとにフィルタ処理の行なわれた階
調データの平均値と標準偏差を求め、行ごとに前記平均
値と標準偏差から決まるしきい値とその行にある各画素
の階調データを比較して各画素の二値化を行なうことを
特徴とする請求項４に記載の高さデータ処理方法。
【請求項６】ライン光によって切断される突出物を撮
像して光切断法により得られる突出物の高さデータを処
理する高さデータ処理方法において、突出物の像を行と列に配置された画素の二値化データと
して取り出し、二値化データに対してフィルタ処理を行ない、フィルタ処理の結果空白行となった場合には、前後の行
の二値化データの配列に応じて空白行にデータの埋め込
みを行なうことを特徴とする高さデータ処理方法。
【請求項７】平坦部から突出する突出物を有する被測
定物にライン光を投光し、ライン光によって切断される
平坦部及び突出物を撮像して光切断法により平坦部から
の突出物の高さを測定する高さ測定装置において、突出物近傍の平坦部並びに突出物にそれぞれ第１と第２
のライン光を投光する投光装置と、前記第１と第２のライン光が投光された突出物近傍の平
坦部並びに突出物の像を撮像する手段と、前記第１と第２のライン光による突出物近傍の平坦部並
びに突出物の画像を処理して該平坦部並びに突出物の高
さを算出する手段と、前記突出物の高さを突出物近傍の平坦部の高さを基準に
して算出する手段と、を有することを特徴とする高さ測定装置。
【請求項８】第２のライン光が投光される位置の平坦
部の高さを求め、第１のライン光の像から求められる平
坦部の高さとの差を用いて前記突出物の高さを補正する
ことを特徴とする請求項７に記載の高さ測定装置。
【請求項９】前記平坦部及び突出部は、ライン光の投
光時間、ライン光の強さ、あるいは撮像感度を変化させ
ることにより平坦部と突出部にそれぞれ適した露光量で
撮像されることを特徴とする請求項７または８に記載の
高さ測定装置。