TWI580927B

TWI580927B - Three - dimensional measuring device and three - dimensional measurement method

Info

Publication number: TWI580927B
Application number: TW104139308A
Authority: TW
Inventors: Tsuyoshi Ohyama; Norihiko Sakaida; Ikuo Futamura
Original assignee: Ckd Corp
Priority date: 2015-05-11
Filing date: 2015-11-26
Publication date: 2017-05-01
Also published as: JP6126640B2; CN107429992B; JP2016211986A; CN107429992A; WO2016181578A1; TW201640076A

Description

三維測量裝置及三維測量方法

本發明係有關利用相移(phase shift)法進行高度測量的三維測量裝置及三維測量方法。

一般而言，在將電子零件安裝至印刷基板上時，先是將焊膏(cream solder)印刷至配設在印刷基板上的預定之電極圖案(pattern)上。接著，利用該焊膏的黏性，將電子零件初步固定在印刷基板上。然後，將前述印刷基板送進迴焊(reflow)爐，經預定之迴焊步驟，藉此而進行焊接。最近，有必須在送進迴焊爐前的階段檢查焊膏的印刷狀態而於進行該檢查時使用三維測量裝置。

近年來，有提出許多種使用光之所謂非接觸式的三維測量裝置，例如有提出使用相移法的三維測量裝置的相關技術。

在該利用相移法的三維測量裝置中，係由光源與光柵之組合構成照射手段，藉由該照射手段，將光圖案照射至被測量物(在本例中為印刷基板)，該光源係發出預定之光、該光柵係將來自該光源的光轉換成具正弦波狀(條紋狀)光強度分布的光圖案。接著，使用配置在正上方的攝像手段觀測基板上的點。就攝像手段而言，使用由透鏡(lens)及攝像元件等構成的CCD(Charge Coupled Device；電荷耦合元件)攝像機(camera)等。

在上述構成下，藉由攝像手段拍攝到的圖像資料(data)上的各像素的光的強度(亮度)I係以下式(T1)給定。

式中，f：增益(gain)，e：偏移(offset)，：於該像素的正弦波的相位角。

此處，藉由對上述光柵進行切換控制，令光圖案的相位例如以四步(+0、+90°、+180°、+270°)變化，取得具有與該些四步變化對應的強度分布I₀、I₁、I₂、I₃之圖像資料，根據下式(T2)而消除f(增益)與e(偏移)，求取相位角。

接著，使用該相位角，根據三角量測的原理，算出印刷基板(焊膏)上的被測量座標(X,Y)的高度(Z)(參照例如下述之專利文獻1)。

被測量座標(X,Y)的相位角係依其高度而變化，例如，當該座標(X,Y)的高度(Z)為「0」時，照射至該座標(X,Y)的圖案光的相位角會成為「0°」，當為具有預定之高度時，相位角會成為「10°」。

相對於此，近年來亦有人提出令光圖案的相位以三步變化而從三張圖像資料取得相位角之技術(參照例如下述之專利文獻2)。

先前技術文獻專利文獻

專利文獻1 日本國特開平5-280945號公報

專利文獻2 日本國特開2002-81924號公報

然而，在習知技術的三維測量裝置中，係必須令相位以四步或三步變化，拍攝四張或三張具有與該些步對應的強度分布之圖像。亦即，針對一個點必須進行四次或三次攝像，故需要花時間在攝像上，而有測量時間拉長之虞。因此，係冀盼測量時間的進一步短縮化。

另外，上述課題未必僅會存在於印刷在印刷基板上的焊膏等的高度測量，亦存在於其他三維測量裝置的領域裡。

本發明乃係鑒於上述情事而研創，目的在於提供能夠在利用相移法進行高度測量時謀求測量時間的短縮化之三維測量裝置及三維測量方法。

以下，針對解決上述課題的各較佳手段，分項進行說明。另外，視需要，為相對應的手段附註其特有的作用效果。

手段1.一種三維測量裝置，係具備：照射手段，係具有發出預定之光的光源及將來自該光源的光轉換成具條紋狀光強度分布的光圖案之光柵，能夠對至少被測量物照射該光圖案；相位控制手段，係控制前述光柵的移送或切換，能夠將從前述照射手段照射的前述光圖案的相位變化複數種；攝像手段，係能夠拍攝來自受到前述光圖案照射的前述被測量物之反射光；及圖像處理手段，係能夠根據藉由前述攝像手段拍攝到的圖像資料而執行前述被測量物的三維測量；前述圖像處理手段係藉由利用：藉由預定之攝像條件而定的前述光圖案的增益及偏移之關係；及根據前述圖像資料上的被測量座標的亮度值而定的該被測量座標的前述光圖案的增益或偏移之值；而能夠根據在變化有兩種相位的前述光圖案下拍攝到的兩張圖像資料，藉由相移法執行前述被測量座標的高度測量。

依據上述手段1，係藉由利用：藉由預定之攝像條件而定的光圖案的增益A及偏移B之關係[例如A=K(比例常數)×B]、及根據圖像資料上的被測量座標(x,y)的亮度值V(x,y)而定的該被測量座標(x,y)的光圖案的增益A(x,y)或偏移B(x,y)之值，而能夠根據在變化有兩種相位的光圖案下拍攝到的兩張圖像資料，藉由相移法進行被測量座標的高度測量。

如上述，在本手段中，由於能夠根據兩張圖像資料進行被測量物的高度測量，因此相較於針對一個點需要四次或三次攝像的習知技術，能以較少之總攝像次數完成，從而能夠縮短攝像時間。就結果而言，能夠飛躍性地縮短測量時間。

另外，從光源照射的光係首先於通過光柵時衰減，接著於在被測量物反射時再次衰減，最後於在攝像手段進行A/D轉換(類比(analog)-數位(digital)轉換)時再次衰減，然後才獲取作為圖像資料的各像素的亮度值。

因此，藉由攝像手段拍攝到的圖像資料的各像素的亮度值係能夠藉由將光源的明亮度、從光源照射的光通過光柵時的衰減率、光在被測量物反射時的反射率、在攝像手段中進行A/D轉換(類比-數位轉換)時的轉換效率等全部相乘來表現。

例如，當設各項目如下：光源(均勻光)的明亮度：L

光柵的透射率：G=αsinθ+β

α、β為任意常數。

被測量物上的座標(x,y)的反射率：R(x,y)

攝像手段(攝像元件)的各像素的轉換效率：E

與被測量物上的座標(x,y)對應的圖像上的像素的亮度值：V(x,y)

被測量物上的座標(x,y)的光圖案的增益：A(x,y)

被測量物上的座標(x,y)的光圖案的偏移：B(x,y)

此時，亮度值能夠以下式(F1)表示。

數1 V(x,y)=L×G×R(x,y)×E =A(x,y)sin θ+B(x,y)．．．(F1)

此處，增益A(x,y)係能夠以「sinθ=1」的光產生的亮度值V(x,y)_MAX與「sinθ=-1」的光產生的亮度值V(x,y)_MIN之差來表示，因此，例如，當設：光柵在θ=0時的透射率(=平均透射率)：Gθ₌₀

光柵在θ=π/2時的透射率(=最大透射率)：Gθ₌π_/2

光柵在θ=-π/2時的透射率(=最小透射率)：Gθ_=-π_/2

此時，增益A(x,y)能夠以下式(F2)表示。

數2 A(x,y)={(L×G_θ=π/2×R(x,y)×E)-(L×G_θ=-π/2×R(x,y)×E)}/2 ={(L×R(x,y)×E)×(G_θ=π/2-G_θ=-π/2)}/2．．．(F2)

此外，偏移B(x,y)乃係「sinθ=0」的光的亮度值V(x,y)，即「sinθ=1」的光產生的亮度值V(x,y)_MAX與「sinθ=-1」的光產生的亮度值V(x,y)_MIN之平均值，因此能夠以下式(F3)表示。

數3 B(x,y)=L×G_θ=0×R(x,y)×E ={(L×G_θ=π/2×R(x,y)×E)+(L×G_θ=-π/2×R(x,y)×E)}/2 ={(L×R(x,y)×E)×(G_θ=π/2+G_θ=-π/2)}/2．．．(F3)

亦即，亮度值的最大值V(x,y)_MAX、最小值V(x,y)_MIN、平均值V(x,y)_AV係能夠分別以下式(F4)、(F5)、(F6)表示，成為如第3圖的線圖(graph)所示之關係。

數4 V(x,y)_MAX=(L×G_θ=π/2×R(x,y)×E)=B(x,y)+A(x,y)．．．(F4) V(x,y)_MIN=(L×G_θ=-π/2×R(x,y)×E)=B(x,y)-A(x,y)．．．(F5) V(x,y)_AV=(L×R(x,y)×E)×(G_θ=π/2+G_θ=-π/2)/2=B(x,y)．．．(F6)

從第3圖可以看出，預定之座標(x,y)的亮度值的最大值V(x,y)_MAX與亮度值的最小值V(x,y)_MIN之平均值V(x,y)_AV成為偏移B(x,y)，該偏移B(x,y)與最大值V(x,y)_MAX之差及該偏移B(x,y)與最小值V(x,y)_MIN之差分別成為增益A(x,y)。

此外，亮度值V(x,y)係與光源的明亮度L或反射率R(x,y)成比例地變化，因此，例如在反射率R成為一半的座標位置上，增益A和偏移B的值亦成為一半。

接著，先將上述式(F2)、(F3)調整成下式(F2')、(F3')，再整合兩式，便導出下式(F7)。

數5 2 A(x,y)/(G_θ=π/2-G_θ=-π/2)=(L×R(x,y)×E)．．．(F2′) 2 B(x,y)/(G_θ=π/2+G_θ=-π/2)=(L×R(x,y)×E)．．．(F3′) 2 A(x,y)/(G_θ=π/2-G_θ=-π/2)=2 B(x,y)/(G_θ=π/2+G_θ=-π/2)．．．(F7)

接著，針對A(x,y)解上述式(F7)，即成為下式(F8)，能夠表示如第4圖所示的線圖。

數6 A(x,y)=B(x,y)×(G_θ=π/2-G_θ=-π/2)/(G_θ=π/2+G_θ=-π/2) =K×B(x,y)．．．(F8)

式中，比例常數K=(G_θ=π/2-G_θ=-π/2)/(G_θ=π/2+G_θ=-π/2)

亦即，當將光源的明亮度L和反射率R(x,y)的其中一者固定、令另一者變化時，偏移B(x,y)發生增減，同時增益A(x,y)亦會與該偏移B(x,y)成比例地增減。藉由上式(F8)，只要知道增益A和偏移B的其中一者，便能夠求取另一者。此處，比例常數K係取決於光柵的透射率G，無關於光源的明亮度L和反射率R。亦即，能夠改以如下述的手段2、3的描述來表現。

手段2.如前述手段1之三維測量裝置，其中前述增益及偏移之關係為前述增益與前述偏移相互為唯一性的關係。

若增益A與偏移B相互為唯一性的關係，則例如藉由製作表示增益A與偏移B之關係的數值表或表資料(table data)，而能夠以增益A求得偏移B或以偏移B求得增益A。

手段3.如前述手段1之三維測量裝置，其中關於前述增益及偏移之關係，前述增益與前述偏移為比例關係。

若增益與偏移為比例關係，則例如能夠以如A=K×B+C[式中，C：攝像機的暗電流(偏移)]的關係式來表示，而能夠以增益A求得偏移B或以偏移B求得增益A。更甚者，係能夠採用如下述手段4的構成。

手段4.如前述手段1之三維測量裝置，其中設前述變化有兩種相位的光圖案的相對相位關係分別為0、γ，並設此時的前述兩張圖像資料的各像素的亮度值分別為V₀、V₁，此時，前述圖像處理手段係求取滿足下式(1)、(2)、(3)之關係的相位角θ，根據該相位角θ進行前述高度測量。

V₀=Asinθ+B…(1)

V₁=Asin(θ+γ)+B…(2)

A=KB…(3)

其中，γ≠0，A：增益，B：偏移，K：比例常數。

依據上述手段4，藉由將上述式(3)代入上述式(1)，便能夠導出下式(4)。

V₀=KBsinθ+B…(4)

針對偏移B解上述式(4)，即能夠導出下式(5)。

B=V₀/(Ksinθ+1)…(5)

此外，藉由將上述式(3)代入上述式(2)，便能夠導出下式(6)。

V₁=KBsin(θ+γ)+B…(6)

將上述式(6)代入上述式(5)，如下述[數7]整理後，即能夠導出下式(7)。

數7 V₁=K×{V₀/(Ksin θ+1)}sin(θ+γ)+{V₀/(Ksin θ+1)} V₁×(Ksin θ+1)=KV₀sin(θ+γ)+V₀ =KV₀{sin θ cos γ+sin γ cos θ}+V₀ -V₁Ksin θ+KV₀cos γ sin θ+KV₀sin γ cos θ+V₀-V₁=0 K(V₀cos γ-V₁)sin θ+KV₀sin γ cos θ+(V₀-V₁)=0(V₀cos γ-V₁)sin θ+V₀sin γ cos θ+(V₀-V₁)/K=0．．．(7)

此處，令「V₀cosγ-V₁=a」、「V₀sinγ=b」、「(V₀-V₁)/K=c」，上述式(7)即能夠表示如下式(8)。

a sinθ+b cosθ+c=0…(8)

此處，如下述[數8]所示針對相位角θ解上述式(8)，即能夠導出下述[數9]所示的下式(9)。

數9

式中，a=V₀cos γ-V₁

b=V₀sin γ

c=(V₀-V₁)/K

因此，上述手段4中的『求取滿足下式(1)、(2)、(3)之關係的相位角θ，根據該相位角θ進行前述高度測量』係能夠改以『根據下式(9)求取相位角θ，根據該相位角θ進行前述高度測量』描述。當然，獲取相位角θ的算則(algorithm)並不限於上述式(9)，只要滿足上述式(1)、式(2)、式(3)之關係，則亦可採用其他構成。

另外，若考慮到上述攝像機的暗電流C等，則能夠謀求測量精度的進一步提升。

手段5.如前述手段4之三維測量裝置，其中設γ=180°。

依據上述手段5，係成為在相位相差180°的兩種光圖案下進行兩次攝像。

在上述式(2)設γ=180°，導出下式(10)。

V₁=Asin(θ+180°)+B=-Asinθ+B…(10)

接著，能夠從上述式(1)、(10)導出下式(11)，再針對偏移B解式(11)，即能夠導出下式(12)。

V₀+V₁=2 B…(11)

B=(V₀+V₁)/2…(12)

此著，將上述式(12)代入上述式(3)，便能夠導出下式(13)。

A=KB=K(V₀+V₁)/2…(13)

此外，針對「sinθ」整理上述式(1)，即成為如下式(1')。

sinθ=(V₀-B)/A…(1')

接著，將上述式(12)、(13)代入上述式(1')，便能夠導出下式(14)。

sinθ={V₀-(V₀+V₁)/2}/{K(V₀+V₁)/2}=(V₀-V₁)/K(V₀+V₁)…(14)

此處，針對相位角θ解上述式(14)，即能夠導出下式(15)。

θ=sin^-1[(V₀-V₁)/K(V₀+V₁)]…(15)

亦即，相位角θ係能夠藉由既知的亮度值V₀、V₁及常數K來特定出。

如上述，依據上述手段5，能夠根據較簡單的演算式來求取相位角θ，在進行被測量物的高度測量時，處理能夠更進一步的高速化。

手段6.如前述手段4之三維測量裝置，其中設γ=90°。

依據上述手段6，係成為在相位相差90°的兩種光圖案下進行兩次攝像。

在上述式(2)設γ=90°，導出下式(16)。

V₁=Asin(θ+90°)+B=Acosθ+B…(16)

針對「cosθ」整理上述式(16)，即成為如下式(17)。

cosθ=(V₁-B)/A…(17)

此外，針對「sinθ」整理上述式(1)，即如上述成為如下式(1')。

sinθ=(V₀-B)/A…(1')

接著，將上述式(1')、(17)代入下式(18)，即成為如下式(19)，再進一步整理式(19)，導出下式(20)。

sin²θ+cos²θ=1…(18)

{(V₀-B)/A}²+{(V₁-B)/A}²=1…(19)

(V₀-B)²+(V₁-B)²=A²…(20)

接著，將上述式(3)代入上述式(20)，即成為如下式(21)，再進一步整理式(21)，導出下式(22)。

(V₀-B)²+(V₁-B)²=K²B²…(21)

(2-K²)B²-2(V₀+V₁)B+V₀ ²V₁ ²=0…(22)

此處，針對偏移B解上述式(22)，即能夠導出下式(23)。

其中，B>0

亦即，偏移B係能夠藉由既知的亮度值V₀、V₁及常數K來特定出。

此外，將上述式(1')、(17)代入下式(24)，即成為如下式(25)，再進一步整理式(25)，導出下式(26)。

tanθ=sinθ/cosθ…(24)

={(V₀-B)/A}/{(V₁-B)/A}…(25)

=(V₀-B)/(V₁-B)…(26)

接著，針對相位角θ解上述式(26)，即能夠導出下式(27)。

θ=tan^-1{(V₀-B)/(V₁-B)}…(27)

亦即，藉由使用上述式(23)，相位角θ便能夠藉由既知的亮度值V₀、V₁及常數K來特定出。

如上述，依據上述手段6，係能夠根據使用「tan^-1」的演算式求取相位角θ，因此能夠以-180°至180°的360°之範圍進行高度測量，從而能夠更擴大量程(range)。

手段7.如前述手段1至6中任一手段之三維測量裝置，其中具備：記憶手段，係記憶預先藉由標定(calibration)或以其他方法取得的測量結果而算出的前述光圖案的增益及偏移之關係。

例如對基準板照射變化有三種或四種相位的光圖案，根據在該些光圖案下拍攝到的三張或四張圖像資料來特定各像素的增益A及偏移B，再根據上述式(3)決定出常數K。藉此，依據上述手段7，係能夠於各像素進行更高精度的高度測量。

手段8.如前述手段1至6中任一手段之三維測量裝置，其中根據在前述變化有兩種相位的前述光圖案下拍攝到的兩張圖像資料，求取前述光圖案的增益及偏移之關係。

例如使用上述式(12)等針對圖像資料的全部像素求取偏移B，將其中偏移B的值一致的像素的亮度值V提取出來，製作梯級圖(histogram)。接著，從該梯級圖決定亮度值的最大值V_MAX與最小值V_MIN。

如上述，亮度值的最大值V_MAX與最小值V_MIN的平均值成為偏移B，最大值V_MAX與最小值V_MIN之差的一半成為增益A。據此，便能夠以上述式(3)決定常數K。藉此，依據上述手段8，係能夠省略如上述手段7所述的標定的工作，從而能夠謀求測量時間的進一步短縮化。

手段9.一種三維測量方法，係藉由具備下述手段的三維測量裝置進行：照射手段，係具有發出預定之光的光源及將來自該光源的光轉換成具條紋狀光強度分布的光圖案之光柵，能夠對至少被測量物照射該光圖案；相位控制手段，係控制前述光柵的移送或切換，能夠將從前述照射手段照射的前述光圖案的相位變化複數種；及攝像手段，係能夠拍攝來自受到前述光圖案照射的前述被測量物之反射光；該三維測量方法係含有下述步驟：關係取得步驟，係預先藉由標定或以其他方法取得的測量結果求取藉由預定之攝像條件而定的前述光圖案的增益及偏移之關係；圖像取得步驟，係取得在變化有兩種相位的前述光圖案下拍攝到的兩張圖像資料；及測量步驟，係藉由利用：在前述關係取得步驟中求得的前述光圖案的增益及偏移之關係、及根據前述圖像資料上的被測量座標的亮度值而定的該被測量座標的前述光圖案的增益或偏移之值，而根據前述兩張圖像資料，藉由相移法進行前述被測量座標的高度測量。

依據上述手段9，係達到與上述手段1及手段7相同的作用效果。

1‧‧‧基板檢查裝置

2‧‧‧印刷基板

4‧‧‧照明裝置

4a‧‧‧光源

4b‧‧‧液晶光柵

5‧‧‧攝像機

6‧‧‧控制裝置

24‧‧‧圖像資料記憶手段

25‧‧‧標定資料記憶手段

26‧‧‧相位資料記憶手段

V₀、V₁、V₂、V₃‧‧‧亮度值

A‧‧‧增益

B‧‧‧偏移

K‧‧‧比例常數

第1圖係示意性顯示基板檢查裝置之概略構成圖。

第2圖係顯示基板檢查裝置的電性構成之方塊(blog)圖。

第3圖係顯示光源的明亮度或反射率與亮度值之關係之線圖。

第4圖係顯示增益與偏移之關係之線圖。

第5圖係顯示各資料區間所含的亮度值的個數的分布之分布表。

第6圖係顯示各資料區間所含的亮度值的個數的分布之梯級圖。

[第1實施形態]

以下，針對一實施形態，參照圖式進行說明。第1圖係示意性顯示具備本實施形態的三維測量裝置之基板檢查裝置1之概略構成圖。如第1圖所示，基板檢查裝置1係具備：載置台3，係用以載置印刷有測量對象即焊膏而成之作為被測量物的印刷基板2；作為照射手段的照明裝置4，係對印刷基板2表面從斜上方照射預定之光圖案；作為攝像手段的攝像機5，係用以對印刷基板2上受到光圖案照射的部分進行攝像；及控制裝置6，係用以實施基板檢查裝置1內的各種控制、圖像處理、演算處理。

在載置台3係設有馬達(motor)15、16，該馬達15、16由控制裝置6(馬達控制手段23)驅動控制，藉此，驅使載置在載置台3上的印刷基板2往任意方向(X軸方向及Y軸方向)滑移(slide)。

照明裝置4係具備發出預定之光的光源4a及將來自該光源4a的光轉換成具正弦波狀(條紋狀)光強度分布的光圖案之液晶光柵4b，能夠對印刷基板2從斜上方照射相位變化複數種的條紋狀的光圖案。

更詳言之，在照明裝置4中，從光源4a發出的光係藉由光纖而導往一對集光透鏡(lens)，藉此形成為平行光。該平行光經過液晶光柵4b導往投影透鏡。接著，從投影透鏡對印刷基板2照射條紋狀的光圖案。

關於液晶光柵4b，係在一對透明基板間形成液晶層，並且具備配置在其中一方透明基板上的共同電極及以與該共同電極相對向之方式並列設置在另一方透明基板上的複數個帶狀電極；藉由驅動電路，對分別連接至各帶狀電極的開關(switching)元件(薄膜電晶體等)進行導通/關斷(on/off)控制來控制施加至各帶狀電極的電壓，藉此，形成由光透射率高的「亮部」與光透射率低的「暗部」構成的條紋狀的光柵圖案。接著，經由液晶光柵4b照射至印刷基板2上的光係因繞射作用致生的朦朧化等而成為具正弦波狀光強度分布的光圖案。

攝像機5係由透鏡和攝像元件等構成。就攝像元件而言，係採用CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor；互補式金屬氧化物半導體)感測器。當然，攝像元件並不以此為限，例如亦可採用CCD感測器等。藉由攝像機5拍攝到的圖像資料係在該攝像機5內部轉換成數位信號後，以數位信號的形式輸入至控制裝置6(圖像資料記憶手段24)。接著，控制裝置6 係根據該圖像資料，實施如後述的圖像處理和檢查處理等。從這層意義來看，控制裝置6係構成圖像處理手段。

接著，針對控制裝置6的電性構成進行說明。如第2圖所示，控制裝置6係具備：攝像機控制手段21，係控制攝像機5的攝像時序(timing)；照明控制手段22，係控制照明裝置4；馬達控制手段23，係控制馬達15、16；圖像資料記憶手段24，係記憶藉由攝像機5拍攝到的圖像資料(亮度資料)；標定資料記憶手段25，係記憶後述的標定資料；相位資料記憶手段26，係記憶根據前述圖像資料算出的相位資料；三維測量手段29，係根據前述標定資料及相位資料進行三維測量；及判定手段30，係根據該三維測量手段29的測量結果檢測焊膏的印刷狀態。藉由對照明裝置4(液晶光柵4b)進行控制的照明控制手段22，構成本實施形態的相位控制手段。

另外，雖省略圖示，但基板檢查裝置1係具備以鍵盤(keyboard)和觸控面板(touch panel)構成的輸入手段、具有CRT(Cathode Ray Tube；陰極射線管)或液晶等顯示畫面的顯示手段、供儲存檢查結果等之用的記憶手段、對焊料印刷機等輸出檢查結果等的輸出手段等手段。

接著，針對基板檢查裝置1進行的印刷基板2的檢查程序，詳細進行說明。首先，進行用以掌握光圖案之差異(相位分布)的標定。

在液晶光柵4b中，因連接至各帶狀電極的各電晶體的特性(偏移和增益等)之差異，施加至上述各帶狀電極的電壓亦會產生差異，故即使同樣為「亮部」或「暗部」，與各帶狀電極對應的各線(line)的光透射率(亮度級(level))仍然會有差異。結果，照射至被測量物上的光圖案亦無法形成正弦波狀的理想的光強度分布，而有於三維測量結果產生誤差之虞。

因此，預先進行掌握光圖案之差異(相位分布)的所謂之標定等。

就標定的程序而言，首先，準備有別於印刷基板2的高度位置0且呈平面的基準面。基準面係與測量對象即焊膏為相同顏色。亦即，光圖案的反射率與焊膏相等。

接著，對上述基準面照射光圖案，並且以攝像機5進行拍攝，藉此，獲得含有各座標的亮度值之圖像資料。在本實施形態中，係與後述的實測時不同，在進行標定時，係令光圖案的相位逐次移位90°，取得在各光圖案下拍攝到的四張圖像資料。

接著，控制裝置6係根據上述四張圖像資料算出各座標的光圖案的相位角θ，將該些資料作為標定資料記憶至標定資料記憶手段25。

此外，在本實施形態中，係根據上述四張圖像資料特定出各座標的光圖案的增益A及偏移B以及兩者的關係，將該些資料作為標定資料記憶至標定資料記憶手段25。因此，標定資料記憶手段25構成本實施形態的記憶手段，相關步驟構成本實施形態的關係取得步驟。

此處，針對算出增益A及偏移B的程序，進一步詳細進行說明。四張圖像資料的各座標的亮度值(V₀,V₁,V₂,V₃)與增益A及偏移B之關係係能夠藉由下式(H1)、(H2)、(H3)、(H4)表示。

數11 V₀=Asin θ+B．．．(H1) V₁=Asin(θ+90°)+B=Acos θ+B．．．(H2) V₂=Asin(θ+180°)+B=-Asin θ+B．．．(H3) V₃=Asin(θ+270°)+B=-Acos θ+B．．．(H4)

接著，將四張圖像資料的亮度值(V₀,V₁,V₂,V₃)加起來，如下述[數12]整理上述式(H1)、(H2)、(H3)、(H4)，即能夠導出下式(H5)。

數12 V₀+V₁+V₂+V₃=(Asin θ+B)-+-(Acos θ+B) +(-Asin θ+B)+(-Acos θ+B)=4 B B=(V₀+V₁+V₂+V₃)/4．．．(H5)

此外，根據上述式(H1)、(H3)，能夠導出下式(H6)。

數13 V₀-V₂=2 Asin θ sin θ=(V₀-V₂)/2 A．．．(H6)

此外，根據上述式(H2)、(H4)，能夠導出下式(H7)。

數14 V₁-V₃=2 Acos θ cos θ=(V₁-V₃)/2 A．．．(H7)

接著，如下述[數15]所示，將上述式(H6)、(H7)代入下式(H8)，整理後即能夠導出下式(H9)。

其中，A>0

接著，根據從上述式(H5)、(H9)導出的下式(H10)，算出增益A及偏移B的比例常數K。

接著，將如上述算出的各座標的光圖案的增益A、偏移B及比例常數K作為標定資料記憶至標定資料記憶手段25。當然，亦可採用僅記憶比例常數K作為標定資料之構成。

接著，針對按各檢查區域(area)進行的檢查例常作業(routine)詳細進行說明。此檢查例常作業乃係在控制裝置6執行。

控制裝置6(馬達控制手段23)係首先對馬達15、16進行驅動控制，令印刷基板2移動，使攝像機5的視野對準印刷基板2上的預定之檢查區域(測量範圍)。另外，檢查區域乃係以攝像機5的視野大小為一單位而預先分割印刷基板2表面的其中一個區域。

接著，控制裝置6係對照明裝置4的液晶光柵4b進行切換控制，將形成在該液晶光柵4b的光柵的位置設定為預定之基準位置。

當液晶光柵4b的切換設定完成，控制裝置6便藉由照明控制手段22令照明裝置4的光源4a發光，開始進行預定之光圖案的照射，並且藉由攝像機控制手段21對攝像機5進行驅動控制，開始進行受該光圖案照射的檢查區域部分的攝像。另外，由攝像機5拍攝到的圖像資料係傳送到圖像資料記憶裝置24予以記憶。

在光圖案的相位例如移位180°而得的光圖案下同樣地進行上述一連串的處理。藉此，針對預定之檢查區域，取得在相移180°而得的兩種光圖案下拍攝到的兩張圖像資料。相關步驟構成本實施形態的圖像取得步驟。

接著，控制裝置6係藉由相移法，根據上述兩張圖像資料算出各座標的光圖案的相位角θ，將該些相位角θ作為相位資料記憶至相位資料記憶手段26。具體而言，係根據上述式(15)，參酌上述兩張圖像資料上的各座標的亮度值V₀、V₁及記憶在標定資料記憶手段25的標定資料(根據標定而得的各座標的比例常數K)，算出各座標的光圖案的相位角θ。

接著，控制裝置6(三維測量手段29)係比較記憶在標定資料記憶手段25的標定資料(根據標定而得的各座標的相位角)與記憶在相位資料記憶手段26的相位資料(根據實測而得的各座標的相位角)，算出具有相同相位角的座標的偏位量，根據三角量測的原理，取得檢查區域的各座標的高度資料。相關步驟構成本實施形態的測量步驟。

例如，當被測量座標(x,y)的實測值(相位角)為「10°」時，檢測該「10°」的值位於藉由標定而記憶的資料上的哪個位置。此處，若「10°」存在於被測量座標(x,y)隔鄰3個像素之處，即代表光圖案的條紋偏位3個像素。接著，根據光圖案的照射角度及光圖案的條紋的偏位量，藉由三角量測的原理，而能夠求取被測量座標(x,y)的高度資料(z)。

此外，控制裝置6(三維測量手段29)係根據所求得的檢查區域的各座標的高度資料，檢測比基準面高之焊膏的印刷範圍，對該範圍內的各部位的高度進行積分，藉此算出所印刷的焊膏之量。

接著，控制裝置6(判定手段30)係將如上述求得的焊膏的位置、面積、高度或量等資料與預先記憶的基準資料進行比較判定，依據該比較結果是否屬於容許範圍內來判定該檢查區域的焊膏的印刷狀態之良否。

在進行上述處理的期間，控制裝置6係對馬達15、16進行驅動控制而令印刷基板2移動至下一個檢查區域，之後在全部的檢查區域重覆進行上述一連串的處理，據此，整個印刷基板2的檢查便結束。

如以上詳述，依據本實施形態，係藉由利用：藉由預定之攝像條件而定的光圖案的增益A及偏移B之關係[例如A=K(比例常數)×B]、及根據圖像資料上的被測量座標(x,y)的亮度值V(x,y)而定的該被測量座標(x,y)的光圖案的增益A(x,y)或偏移B(x,y)之值，而能夠根據在變化有兩種相位的光圖案下拍攝到的兩張圖像資料，藉由相移法進行被測量座標的高度測量。

如上述，由於能夠根據兩張圖像資料進行高度測量，因此相較於針對一個點需要四次或三次攝像的習知技術，能以較少之總攝像次數完成，從而能夠縮短攝像時間。就結果而言，能夠飛躍性地縮短測量時間。

[第2實施形態]

以下，針對第2實施形態，參照圖式進行說明。另外，針對與第1實施形態相同的構成部分係標記相同的元件符號並省略其詳細說明。

在上述第1實施形態中，係構成為預先藉由標定求取各座標的光圖案的增益A及偏移B之關係(比例常數K)，而在第2實施形態中係改構成為根據實測時所拍攝到的在前述變化有兩種相位的光圖案下拍攝到的兩張圖像資料來求取光圖案的增益A及偏移B之關係(比例常數K)。

就其程序而言，首先使用上述式(12)針對圖像資料的全部像素求取偏移B。接著，將其中偏移B的值一致的像素的亮度值V(=Asinθ+B)提取出來，製作梯級圖。第5圖及第6圖的圖表顯示其一例。其中，第5圖、第6圖係例示設增益A為「1」、設偏移B為「0」時的情形。第5圖係顯示將亮度值V劃分為幅距「0.1」的資料區間而各資料區間所含的亮度值的個數之分布表，第6圖係描繪個數分布而成的梯級圖。

接著，根據該梯級圖決定亮度值的最大值V_MAX與最小值V_MIN。藉由利用「sinθ」的特性，便能夠將上述梯級圖中產生的兩個峰值(peak)分別決定為亮度值的最大值V_MAX與最小值V_MIN。在第5圖、第6圖所示的例子中，落在亮度值V為「-1.0至-0.9」及「0.9至1.0」之資料區間的亮度值V的個數分別為「51」，成為兩峰值。

接著，根據亮度值的最大值V_MAX與最小值V_MIN，算出增益A及偏移B。如上述，亮度值的最大值V_MAX與最小值V_MIN的平均值成為偏移B，最大值V_MAX與最小值V_MIN之差的一半成為增益A。亦即，如第6圖所示，兩峰值的中間值成為偏移B，兩峰值的幅距的一半成為增益A。

根據如上述獲得的增益A與偏移B的值，便能夠決定比例常數K[參照上述式(3)]。

依據本實施形態，係能夠省略如上述第1實施形態所述的標定的工作，從而能夠謀求測量時間的進一步短縮化。

另外，並不限於上述實施形態的記載內容，例如亦可實施如下述。當然，亦能夠為未例示於以下的其他應用例、變更例。

(a)在上述實施形態中，係將三維測量裝置具體化為對印刷形成在印刷基板2的焊膏的高度進行測量的基板檢查裝置1，但並不以此為限，例如亦可具體化為對印刷在基板上的焊料凸塊(solder bump)和安裝在基板上的電子零件等其他物品的高度進行測量之構成。

(b)在上述實施形態中，係構成為藉由液晶光柵4b來構成用以將來自光源4a的光轉換成條紋狀的光圖案之光柵，並且藉由對液晶光柵4b進行切換控制來令光圖案的相移。但並不以此為限，例如採用藉由壓電致動器(piezo actuator)等移送手段來移送光柵構件而令光圖案的相移之構成。

(c)在上述實施形態中，係構成為根據實測時在相位相差180°的兩種光圖案下拍攝到的兩張圖像資料來進行高度測量。但例如亦可改為採用根據在相位相差90°的兩種光圖案下拍攝到的兩張圖像資料來進行高度測量之構成。此時，藉由上述式(23)、式(27)，利用兩張圖像資料上的各座標的亮度值V₀、V₁及既知的比例常數K，便能夠算出各座標的光圖案的相位角θ。

當然，除此之外，只要滿足上述式(1)、式(2)、式(3)之關係，則亦可採用其他構成。就獲取相位角θ的一般式而言，係可舉上述式(9)為其一例[參照[數9]]。

(d)在上述第1實施形態中，係構成為根據在相位相差90°的四種光圖案下拍攝到的四張圖像資料來進行標定，但並不限於此，例如亦可採用根據在相位相異的三種光圖案下拍攝到的三張圖像資料來進行標定之構成。

此外，亦可採用在進行標定時改變光源的亮度進行複數次標定之構成。若採用此構成，還能夠求得下式(28)所示的攝像機5的暗電流(偏移)C。

A=KB+C…(28)

式中，A：增益，B：偏移，C：攝像機的暗電流(偏移)，K：比例常數。

或者，亦可構成為增益A與偏移B之關係並不以數學式的形式求取，而是藉由製作表示增益A與偏移B之關係的數值表或表資料而能夠以增益A求得偏移B或以偏移B求得增益A。此外，亦可利用以其他方法取得的測量結果等取代標定來求取增益A與偏移B之關係。

(e)在上述第2實施形態中，係構成為根據在相位相差180°的兩種光圖案下拍攝到的兩張圖像資料，針對圖像資料的全部像素求取比例常數K等。

但並不限於此，例如亦可採用根據在相位相差90°的兩種光圖案下拍攝到的兩張圖像資料來求取比例常數K等之構成。此外，亦可採用非針對圖像資料的全部像素而是針對被測量座標周邊等圖像資料的一部分範圍來求取比例常數K等之構成。