WO2023032095A1 - ワーク高さ計測装置、及びこれを用いた実装基板検査装置 - Google Patents
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- G01B2210/54—Revolving an optical measuring instrument around a body
Definitions
- the present invention relates to a device for measuring the height of a work such as an electronic component mounted on a board, and a mounted board inspection device using the same.
- Patent Document 1 discloses a three-dimensional shape measuring apparatus for a workpiece using an optical section method.
- the apparatus of Patent Literature 1 has a mechanism for rotating a light-severing probe having a line light source and an imaging camera.
- a scan is performed in which the line light source and the imaging camera are moved horizontally with respect to the workpiece, and the images are captured many times. Height data is obtained from each image obtained by scanning, and by synthesizing these height data, the shape of the workpiece can be measured.
- the target workpiece should be irradiated. Line light may be blocked by adjacent workpieces. In this case, there arises a problem that the height measurement of the target work cannot be performed accurately.
- An object of the present invention is to provide a workpiece height measuring device that can accurately measure the height of a workpiece regardless of the arrangement state of the workpiece, and a mounting board inspection device using the same.
- a workpiece height measuring apparatus includes an imaging unit that has an imaging optical axis in a vertical direction and captures an image of a workpiece; a line light projection unit having an axis and capable of irradiating a work with line light from a plurality of directions; a scan driving unit for moving the imaging unit and the line light projection unit to scan the work; a measurement unit that controls the scan drive unit to perform the scan, and obtains height data of the workpiece by a light section method based on the image acquired by the scan, the measurement unit comprising: A first scan is performed by irradiating the work with the line light from a predetermined irradiation direction, and in the height data obtained based on the image acquired by the first scan, the missing part of the height data of the work is detected. The presence or absence is determined, and when the missing portion is detected, a second scan is performed in which the irradiation direction of the line light is different from that of the first scan.
- a mounted board inspection apparatus includes an inspection stage into which a mounted board on which components are mounted is carried, and height measurement of the components on the mounted board carried into the inspection stage as the workpiece. and the workpiece height measuring device described above.
- FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of a mounting board production line in which a workpiece height measuring device according to the present invention is incorporated as a visual inspection machine.
- FIGS. 2A to 2C are schematic diagrams showing a method of component height measurement by the light section method.
- FIGS. 3(A) and 3(B) are diagrams for explaining the drawbacks of the component height measurement by the light section method, and
- FIG. 3(C) is a diagram showing a solution thereof.
- FIG. 4 is a perspective view schematically showing the hardware configuration of the appearance inspection machine.
- FIG. 5 is a block diagram showing the electrical configuration of the appearance inspection machine.
- 6A to 6C are perspective views showing the rotating state of a head equipped with a camera unit and a line light source.
- FIGS. 7 is a perspective view showing a head according to a modification.
- FIGS. 8A to 8D are schematic diagrams for explaining component height measurement according to the first embodiment.
- FIGS. 9A to 9D are schematic diagrams for explaining component height measurement according to the first embodiment.
- FIGS. 10A to 10D are schematic diagrams for explaining component height measurement according to the second embodiment.
- FIGS. 11A to 11C are schematic diagrams for explaining component height measurement according to the second embodiment.
- FIG. 12 is a flowchart showing scanning direction determination processing in component height measurement according to the second embodiment.
- FIGS. 13A to 13E are schematic diagrams for explaining component height measurement according to the third embodiment.
- FIGS. 14A and 14B are schematic diagrams for explaining component height measurement according to the fourth embodiment.
- FIG. 15A and 15B are schematic diagrams for explaining component height measurement according to the fourth embodiment.
- FIG. 16 is a flowchart showing scan area determination processing in component height measurement according to the fourth embodiment.
- FIGS. 17A to 17C are schematic diagrams for explaining component height measurement according to the fifth embodiment.
- FIGS. 18A to 18C are schematic diagrams for explaining component height measurement according to the fifth embodiment.
- FIG. 19 is a flowchart showing scanning direction determination processing for each component in component height measurement according to the fifth embodiment.
- FIGS. 20A to 20C are schematic diagrams for explaining component height measurement according to a modification of the fifth embodiment.
- FIG. 21 is a flowchart showing scanning direction determination processing for each component in component height measurement according to the modification of the fifth embodiment.
- FIGS. 22A to 22D are schematic diagrams for explaining component height measurement according to the sixth embodiment.
- FIG. 23 is a flowchart showing processing for creating high-definition component height data in component height measurement according to the sixth embodiment.
- FIGS. 24A and 24B are diagrams showing modified examples of scanning.
- FIG. 25 is a diagram showing a modification of image data acquisition.
- the workpiece height measuring device can be widely applied to shape measurement of workpieces such as various industrial products, semi-finished products, machine parts, electronic parts, foods, and agricultural products.
- workpieces such as various industrial products, semi-finished products, machine parts, electronic parts, foods, and agricultural products.
- an example of performing height measurement using a component mounted on a board as a work will be described.
- the workpiece height measuring apparatus according to the present invention is applied to the visual inspection of a board after components are mounted in a production line of mounted boards is shown.
- FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of a mounting board production line 1 for mounting electronic components on printed boards.
- the mounting board production line 1 includes a printing machine 11, a printing inspection machine 12, a component mounting machine 13, a reflow furnace 14, and an appearance inspection machine 15 (work height measurement), which are arranged in order from the upstream side to the downstream side in the board transport direction. equipment/mounted board inspection equipment).
- the printer 11 applies solder to the pads of the printed circuit board.
- the printing machine 11 overlays a mask having openings on the printed circuit board and applies cream solder from above the mask.
- the print inspection machine 12 inspects whether or not the position and amount of solder applied to the printed circuit board are appropriate.
- the component mounter 13 has a component mounting head and mounts required components on the printed circuit board.
- the reflow furnace 14 heats the printed circuit board on which the components are mounted to melt the solder and fix the components to the circuit board.
- the visual inspection machine 15 inspects whether or not the electronic components are mounted on the printed circuit board at correct positions without defects. Specifically, the visual inspection machine 15 inspects electronic components mounted on the printed circuit board for misalignment, component floating, mounting omissions, soldering defects, and the like. For these inspections, it is sufficient to perform a visual inspection of the mounting board, that is, to measure the height of the mounting board. The appearance inspection machine 15 detects mounting defects by comparing the height data obtained by the height measurement with the board design data. The appearance inspection machine 15 of this embodiment performs the height measurement using the light section method.
- the object to be measured is a component C (workpiece) mounted on the board surface PS of the mounting board P.
- the appearance inspection machine 15 includes a camera unit 4 (imaging section) and a line light source 5 (line light projection section).
- the camera unit 4 has an imaging optical axis AX in the vertical direction with respect to the substrate surface PS, and takes an image of the component C.
- the line light source 5 has a projection optical axis having a predetermined crossing angle ⁇ with respect to the imaging optical axis AX, and emits line light SL along the projection optical axis.
- the line light SL is applied to the part C to be measured.
- a unit including the camera unit 4 and the line light source 5 has a mechanism for rotating around the imaging optical axis AX. With this mechanism, the line light source 5 can irradiate the component C to be measured with the line light SL from a plurality of directions.
- FIG. 2(B) shows an image IM acquired by the camera unit 4 at a scanning position SC1 where the component C is irradiated with the line light SL.
- the reflected light RL1 from the substrate surface PS around the component C and the reflected light RL2 from the upper surface of the component C are imaged by the camera unit 4 .
- the line light SL is oblique light and the component C has a height
- the reflected lights RL1 and RL2 are observed at different X-coordinate positions on the image IM. Specifically, the reflected light RL1 appears at the coordinate x11, and the reflected light RL2 appears at the coordinate x12 downstream of the coordinate x11 in the scanning direction.
- the three-dimensional shape data of part C can be obtained.
- the height data acquired at one scan position SC1, SC2, SC3 is based on the result of irradiation of the reflected light RL1, RL2 at different X-coordinate positions. Therefore, when integrating the data, for example, the height data of the coordinate x12 obtained in the area of the component C at the scanning position SC1 and the height data of the coordinate x12 obtained in the area of the substrate surface PS at the subsequent scanning position.
- a height table is created that matches the
- FIGS. 3 (A) and (B) are diagrams explaining the drawbacks of component height measurement by the light section method.
- the projection optical axis of the line light SL by the line light source 5 is inclined with respect to the vertical axis. Therefore, as shown in FIG. 3A, when a component C having a height is irradiated with the line light SL, a shadow portion SH is generated as a shadow of the component C, which is not hit by the line light SL. In this shaded area SH, reflected light having a predetermined brightness does not enter the camera unit 4, so height measurement cannot be performed.
- FIG. 3(B) is a diagram showing height data measurement results of the mounting substrate P shown in FIG. 3(A). Although the heights of the component C and the substrate surface PS have been measured, the height data is missing in the shaded area SH.
- FIG. 3(C) is a diagram showing a solution for preventing the height data missing portion described above.
- a first line light source 5A and a second line light source 5B arranged to face each other in the scanning direction F are used as the line light source 5.
- the first line light source 5A irradiates the substrate surface PS with the first line light SL1 at a predetermined intersection angle ⁇ .
- the second line light source 5B is arranged in the opposite direction to the first line light source 5A across the imaging optical axis AX.
- the second line light source 5B irradiates the substrate surface PS with the second line light SL2 from a direction 180 degrees different from the first line light SL1 at the same intersection angle ⁇ as the first line light SL1.
- the second line light SL2 makes it possible to illuminate the shadow portion SH.
- the height measurement result using the first line light SL1 and the height measurement result using the second line light SL2 it is possible to eliminate the lack of height data.
- height data may be missing.
- FIG. 4 is a perspective view schematically showing the hardware configuration of the appearance inspection machine 15, and FIG. 5 is a block diagram showing the electrical configuration of the appearance inspection machine 15.
- the visual inspection machine 15 includes a measuring device body 2 , a control device 3 (measurement section), and a server device 30 .
- the measuring device main body 2 performs the height measuring operation of the mounting substrate P.
- the measuring apparatus main body 2 includes a base 21, a moving frame 22, a Y-axis moving mechanism 23 (scan driving section/second moving mechanism), an X-axis moving mechanism 24 (scan driving section/first moving mechanism), a slider 25 and a head. Including 25H.
- the camera unit 4 and the line light source 5 described above are mounted on the head 25H.
- the base 21 is a flat frame base that supports the Y-axis movement mechanism 23 and serves as a measurement stage 21S for the mounting board P.
- a conveyor (not shown) loads the mounting board P to be inspected from the reflow furnace 14 onto the measurement stage 21S, and unloads the mounting board P after the inspection.
- the moving frame 22 is a gate-shaped frame extending in the X direction and moves in the Y direction above the base 21 .
- the moving frame 22 holds the head 25H via the slider 25. As shown in FIG.
- the Y-axis movement mechanism 23 and the X-axis movement mechanism 24 function as a scan driving section that moves the camera unit 4 and the line light source 5 to scan the component C (work).
- the Y-axis moving mechanisms 23 are arranged in pairs at both ends of the base 21 in the X direction, and move the moving frame 22 holding the head 25H (the camera unit 4 and the line light source 5) in the Y direction (first moving direction and the horizontal plane perpendicular to each other). It is a mechanism for horizontally moving in the second movement direction).
- the Y-axis moving mechanism 23 includes a Y-axis motor 231 such as a servomotor, and an unillustrated Y-axis ball screw shaft connected to the Y-axis motor 231 .
- the Y-axis ball screw shaft is screwed into a ball nut assembled to the moving frame 22 .
- the X-axis movement mechanism 24 is a mechanism that is provided on the movement frame 22 and horizontally moves the head 25H in the X direction (first movement direction).
- the X-axis movement mechanism 24 includes an X-axis motor 241 and an unillustrated X-axis ball screw shaft coupled to the X-axis motor 241 .
- the slider 25 is a plate member that holds the head 25H, and is attached to the moving frame 22 so as to be movable in the X direction (scanning direction).
- the X-axis ball screw shaft is screwed into a ball nut assembled to the slider 25 .
- the slider 25 moves in the X direction along the moving frame 22 as the X-axis motor 241 rotates the X-axis ball screw shaft.
- the moving frame 22 moves in the Y direction as the Y-axis motor 231 rotates the Y-axis ball screw shaft. Therefore, the head 25H held by the slider 25 can be moved in the XY directions by the Y-axis moving mechanism 23 and the X-axis moving mechanism 24.
- the head 25H includes a camera unit 4 for measuring the height of the component C, a pair of line light sources 5 (first line light source 5A and second line light source 5B), a support plate 251, a light source holder 51, and a rotating mechanism 6. including.
- the support plate 251 is a plate extending in the Y direction from the slider 25, and supports the camera unit 4 and the line light source 5 rotatably around the imaging optical axis AX.
- the light source holder 51 is a wing-shaped support frame integrated with the camera unit 4. One wing piece supports the first line light source 5A and the other wing piece supports the second line light source 5B.
- the rotation mechanism 6 is a mechanism mounted on the support plate 251 and integrally rotating the camera unit 4 and the line light source 5 around the imaging optical axis AX. Note that the rotation mechanism 6 may be a mechanism for independently rotating the camera unit 4 and the light source holder 51 holding the line light source 5 .
- the control device 3 controls various operations of the measuring device body 2 . Specifically, the control device 3 controls the Y-axis movement mechanism 23 and the X-axis movement mechanism 24 to cause the head 25H to scan the mounting substrate P, and based on the image acquired by the scanning, the light cutting is performed. Height data of the component C mounted on the mounting board P is obtained by the method.
- the server device 30 relays data transmission between the control device 3 and the measuring device body 2 .
- the measuring device body 2 includes a Z-axis motor 261 and an R-axis motor 61 as elements not shown in FIG.
- the Z-axis motor 261 is a drive source that vertically moves the head 25H in the Z-axis direction.
- the Z-axis motor 261 raises and lowers the head 25H as necessary when the mounting board P to be measured has a large warp.
- the Z-axis motor 261 may be omitted if the mounting substrate P is not expected to warp significantly.
- the R-axis motor 61 is a motor that serves as a driving source for the rotation mechanism 6, and generates a driving force that rotates the head 25H around the imaging optical axis AX.
- the camera unit 4 includes a camera body 41 having an imaging element such as a CMOS sensor, an imaging lens 42 for causing an optical image of the mounting board P to enter the camera unit 4, and an imaging surface of the imaging element to form the optical image. and a body 43 that incorporates an optical system that allows the
- the light source holder 51 is attached to the trunk portion 43 .
- the rotating mechanism 6 is also attached to the trunk portion 43 . When the rotating mechanism 6 rotates the body 43, the entire camera unit 4 rotates around the imaging optical axis AX, and the pair of line light sources 5A and 5B attached to the light source holder 51 also rotate.
- FIG. 6A shows a state where the rotation angle of the head 25H is 0 degrees.
- the pair of line light sources 5A and 5B are arranged along the X direction.
- the line light SL emitted by each of the line light sources 5A and 5B becomes line light extending in the Y direction.
- FIG. 6B shows a state where the rotation angle of the head 25H is 45 degrees.
- the line light sources 5A and 5B are arranged on a line inclined at 45 degrees with respect to both the X direction and the Y direction, and the line light SL also extends in a direction inclined at 45 degrees with respect to both the X direction and the Y direction. become light.
- FIG. 6C shows the state where the rotation angle of the head 25H is 90 degrees.
- the pair of line light sources 5A and 5B are arranged along the Y direction, and the line light SL becomes line light extending in the X direction.
- the rotation mechanism 6 rotates the head 25H, so that the irradiation direction of the line light SL can be set to a desired azimuth.
- the Y-axis motor 231, the X-axis motor 241, the Z-axis motor 261 and the R-axis motor 61 are provided with a Y-axis encoder 232 (second encoder), an X-axis encoder 242 (first encoder), a Z-axis encoder 262 and an R-axis motor 61, respectively.
- An encoder 62 is attached.
- the Y-axis encoder 232 outputs a position detection signal for detecting the Y-direction position of the moving frame 22 (head 25H) with a predetermined resolution.
- the X-axis encoder 242 outputs a position detection signal for detecting the X-direction position of the head 25H with a predetermined resolution.
- the Z-axis encoder 262 outputs a position detection signal indicating the Z-direction position of the head 25H.
- the R-axis encoder 62 outputs a position detection signal indicating the rotational position of the head 25H.
- the control device 3 is composed of a microcomputer or the like, and operates to functionally include an imaging control unit 31, a scan control unit 32, a measurement processing unit 33, and a mounting data storage unit 34 by executing a predetermined program. do. Position detection signals are input to the control device 3 from each of the X-axis, Y-axis, Z-axis and R-axis encoders 232 , 242 , 262 , 62 via the server device 30 .
- the imaging control section 31 controls the operations of the camera unit 4 and the line light source 5 . Specifically, the image pickup control unit 31 issues an image pickup command to the camera unit 4 to perform an image pickup operation at a predetermined timing while causing the line light source 5 to emit the line light SL, and outputs the image data obtained by the image pickup. Received as measurement data.
- the imaging control unit 31 causes the camera unit 4 to image the component C in synchronization with the position detection signals output by the Y-axis encoder 232 and the X-axis encoder 242 as the head 25H moves. to scan. For example, the imaging control unit 31 issues the imaging command each time the position detection signal reaches a predetermined count number. Thereby, the scanning distance and the size in the scanning direction on the imaging data can be set to an arbitrary proportional relationship. As a result, it is possible to acquire the height data of the component C at the same pitch regardless of the scanning direction.
- the scan control unit 32 moves the head 25H on which the camera unit 4 and the line light source 5 are mounted via the Y-axis movement mechanism 23 and the X-axis movement mechanism 24. in the scanning direction of The scan control unit 32 also operates the Z-axis motor 261 as necessary to adjust the height of the head 25H. Further, the scan control unit 32 controls the R-axis motor 61 to rotate the head 25H, and sets the irradiation direction of the line light SL from the line light source 5 to a desired azimuth.
- the measurement processing unit 33 Based on the image acquired by the camera unit 4 during the scanning, the measurement processing unit 33 performs arithmetic processing to obtain the height data of the component C by the light section method. For example, the measurement processing unit 33 detects the reflected lights RL1 and RL2 as illustrated in FIG. 2B using an image processing technique such as edge detection processing. The measurement processing unit 33 also performs processing for detecting the presence or absence of missing portions in the height data. The missing part corresponds to a part where the height data cannot be measured due to the influence of the shadow SH shown in FIG. 3A, for example. Suppose that a scan (first scan) is executed in a certain scanning direction/irradiation direction of the line light SL, and the missing portion is detected in the height data obtained based on the image acquired by the scanning. In this case, the measurement processing unit 33 causes the imaging control unit 31 and the scan control unit 32 to perform a rescan (second scan) in which the scanning direction/irradiation direction of the line light SL is changed.
- the mounting data storage unit 34 stores mounting data regarding the mounting board P.
- the mounting data includes, for example, the type of component C, XY size, height, number, arrangement position on the substrate, and the like. In some embodiments described later, the mounting data stored in the mounting data storage unit 34 is utilized.
- FIG. 7 is a perspective view showing a head 25HA according to a modification.
- FIG. 4 shows an example in which the direction of irradiation of the line light SL is changed by rotating the head 25H around the imaging optical axis AX by the rotating mechanism 6 .
- FIG. 7 illustrates a head 25HA in which the rotating mechanism 6 can be omitted.
- the head 25HA is formed by arranging a plurality of line light sources 5 at a predetermined pitch on a circumference around the imaging optical axis AX of one camera unit 4 .
- ten line light sources 5a1, 5a2, 5b1, 5b2, 5c1, 5c2, 5d1, 5d2, 5e1, and 5e2 are arranged at equal pitches on the circumference.
- the irradiation direction of the line light SL can be changed.
- FIGS. 8A to 8D are schematic diagrams for explaining component height measurement according to the first embodiment.
- the first scan is performed with the irradiation direction of the line light SL as the default azimuth, and then the head 25H is rotated to perform the second scan with the irradiation direction of the line light SL as a different azimuth.
- the head 25H is composed of a camera unit 4 indicated by a substantially square shape and a pair of line light sources 5A and 5B indicated by an elongated rectangular shape arranged to sandwich the camera unit 4. It is represented schematically. These also schematically show the attitude of the imaging area of the camera unit 4 and the irradiation directions of the line lights SL1 and SL2 emitted by the line light sources 5A and 5B.
- FIG. 8(A) shows the state of the first scan.
- An object of height measurement is a mounting board P on which a relatively tall high component C1 and a relatively short low component C2 are mounted.
- the low component C2 is mounted in a region surrounded by the high component C1.
- the scan control unit 32 operates the Y-axis motor 231 and/or the X-axis motor 241 with the rotational position of the head 25H as the default set position. As a result, the head 25H is moved in the predetermined scanning direction F.
- the imaging control unit 31 causes the camera unit 4 to perform an imaging operation while causing the first line light source 5A or the second line light source 5B to emit the first line light SL1 or the second line light SL2. The same is true for the second scan that is performed later.
- the scan direction F is the X direction (first scan direction), and the facing direction of the pair of line light sources 5A and 5B is also the X direction. That is, the projection optical axis of the first line light SL1 or the second line light SL2 follows the X direction, and the direction in which the first line light SL1 or the second line light SL2 projected onto the measurement object extends is the scanning direction.
- the Y direction is perpendicular to the F direction.
- the scanning direction F is the X direction
- an area in which the low component C2 is sandwiched between two high components C1 arranged in the X direction is scanned.
- the measurement processing unit 33 executes processing for obtaining height data of the high part C1 and the low part C2 by the light section method based on the image acquired by the first scan.
- FIG. 8B is a diagram showing the irradiation state of the first line light SL1 or the second line light SL2 when the first scan is performed in the scanning direction F and the line light projection direction of FIG. 8A. be.
- the first line light SL1 emitted by the first line light source 5A is blocked by the high component C1 on the left side of the drawing and is not irradiated to the low component C2.
- the second line light SL2 emitted by the second line light source 5B is also blocked by the high component C1 on the right side of the drawing and is not irradiated to the low component C2.
- the low component C2 is irradiated with either the first line light SL1 or the second line light SL2. can.
- the measurement processing section 33 cannot obtain height data for the mounting area of the low component C2. In this case, the measurement processing unit 33 determines that the height data missing portion is “presence” in the height measurement based on the first scan.
- FIG. 8C is a diagram showing a first example of the second scan.
- the scanning direction F is maintained in the same X direction as in the first scanning, while the head 25H is rotated by about 45 degrees.
- the low component C2 is sandwiched between the high components C1 when viewed in the X direction and the Y direction, but is not sandwiched between the high components C1 when viewed in an intermediate direction between the X and Y directions.
- the imaging area of the camera unit 4 is also rotated about 45 degrees around the imaging optical axis AX.
- the irradiation direction (projection optical axis) of the line lights SL1 and SL2 also rotates around the imaging optical axis AX. That is, the relationship between the irradiation directions of the line lights SL1 and SL2 and the orientation of the imaging area is maintained the same as in the first scan.
- the direction in which the line lights SL1 and SL2 extend is a direction that is inclined by about 45 degrees with respect to the X direction.
- the measurement processing unit 33 can obtain the height data of the low part C2, which is the part where the height data is missing, based on the image acquired by the second scan. Further, since the relationship between the attitude of the imaging area and the irradiation directions of the line lights SL1 and SL2 is maintained the same between the first scan and the second scan, the height data can be efficiently derived.
- FIG. 8(D) is a diagram showing a second example of the second scan.
- This second example shows an example in which the second scan is performed by setting the scan direction F to a direction different from that of the first scan.
- the scanning direction F of the second scanning is a direction (second scanning direction) that is inclined by about 45 degrees with respect to the X direction, which is the scanning direction F.
- the head 25H is rotated in the same manner as in the first example, and the imaging area of the camera unit 4 and the irradiation directions of the line lights SL1 and SL2 are also rotated by about 45 degrees with respect to the setting of the first scan.
- the relationship in which the scanning direction F and the extending directions of the line lights SL1 and SL2 are orthogonal is maintained.
- either the first line light SL1 or the second line light SL2 is irradiated to the low component C2 in the second scan, and the low component C2, which was the missing part of the height data, Height data can be obtained.
- FIGS. 9A to 9D are schematic diagrams for explaining another example where height data is missing and an example of part height measurement in that case.
- the components C may be mounted with a narrow pitch W between components. If the mounting board P is scanned such that the arrangement direction of the components C matches the scanning direction F, the height data between the components C may not be obtained.
- the first line light SL1 or the second line light SL2 when two components C are arranged on the mounting board P with a narrow inter-component pitch W along the scanning direction F, the first line light SL1 or the second line light SL2 In either case, a region that does not reach the substrate surface PS is generated.
- the line lights SL1 and SL2 are blocked by the component C when the inter-component pitch W is as follows. In this case, height data is missing in the area of the pitch W between parts.
- a mounting board P on which a plurality of components C are arranged in a matrix in the XY directions with a narrow pitch is illustrated.
- the scan direction F is set in the X direction (first scan direction).
- the facing direction of the pair of line light sources 5A and 5B is also the X direction.
- the direction in which the first line light SL1 or the second line light SL2 projected onto the substrate surface PS extends is the Y direction.
- FIG. 9(D) shows the state of the second scan.
- the scanning direction F of the second scan is set in the Y direction rotated 90 degrees from the X direction. That is, the head 25H is rotated 90 degrees.
- the imaging area of the camera unit 4 is rotated by about 90 degrees around the imaging optical axis AX with respect to the first scan, and the irradiation directions of the line lights SL1 and SL2 are also rotated by 90 degrees around the imaging optical axis AX. state.
- this second scan there is a possibility that the area of the pitch Wy of the components C arranged in the Y direction will be a missing part of the height data.
- the height data can be acquired for the region of the pitch Wx of the components C arranged in the X direction, which is the height data missing portion in the first scan. Therefore, by synthesizing the measurement results of the first scan and the second scan, it is possible to eliminate the height data missing portion.
- the second embodiment shows an example in which the scanning direction F is limited to either the X direction or the Y direction in order to simplify movement control of the head 25H. That is, an example is shown in which the control device 3 selects and operates either the Y-axis moving mechanism 23 or the X-axis moving mechanism 24 when performing the first scan and the second scan. The scannable width, the scan distance, and the like are referred to for the selection.
- the head 25H In measuring the height of the mounting board P or the like as the measurement target, the head 25H must be moved so that the entire area of the measurement target is irradiated with the line light SL.
- the scanning direction F can be set in any direction.
- the scanning direction F can be set to the intermediate direction between the X direction and the Y direction, as illustrated in FIG. 8(D).
- the scan controller 32 must synchronously control the Y-axis motor 231 and the X-axis motor 241, which complicates drive control.
- FIG. 10 shows an imaging area 4A of the camera unit 4 and line lights SL1 and SL2 projected in this imaging area 4A.
- FIG. 10(A) shows a state where the rotation angle of the head 25H is 0 degree.
- the line lights SL1 and SL2 extend along the Y direction. Therefore, in X-direction scanning in which the X direction is selected as the scanning direction F, the scannable width X is the maximum width max.
- the scannable width Y becomes zero and cannot be measured.
- FIG. 10(B) shows the state where the rotation angle of the head 25H is 30 degrees.
- FIG. 10C shows the state where the rotation angle of the head 25H is 60 degrees.
- FIG. 10(D) shows a state where the rotation angle of the head 25H is 90 degrees.
- the line lights SL1 and SL2 extend along the X direction. Therefore, the scannable width Y in the Y-direction scan becomes the maximum width max, while the scannable width X in the X-direction scan becomes zero and cannot be measured.
- either the X direction or the Y direction should be selected as the scanning direction F according to the rotation angle of the head 25H.
- FIG. 11(A) to (C) are diagrams for explaining the method of determining the scanning direction F.
- the rotation angle is 45 degrees, the measurable widths Lx and Ly are the same. In this case, the shorter the scan distance, the shorter the time required for scanning. Therefore, it is desirable to select the X-direction scan or the Y-direction scan, whichever has the shorter scan distance.
- FIG. 12 is a flowchart showing scanning direction determination processing in component height measurement according to the second embodiment.
- the scan control unit 32 of the control device 3 rotates the head 25H around the imaging optical axis AX to a required rotation angle ⁇ (step S1).
- This rotation angle ⁇ is a rotation angle that allows the line light SL to irradiate the low component C2 surrounded by the high component C1 as illustrated in FIG. 8C, for example.
- a process for selecting either the X-direction scan or the Y-direction scan is performed.
- the scan control unit 32 calculates the X-direction measurable width Lx and the Y-direction measurable width Ly using the above calculation formula based on the rotation angle ⁇ set in step S1 (step S2). Subsequently, the scan control unit 32 compares the values of the measurable widths Lx and Ly. First, it is determined whether or not the inequality of Lx>Ly is satisfied (step S3). If Lx>Ly is satisfied (YES in step S3), the scan control unit 32 selects X-direction scanning with a wide measurement width (step S4). On the other hand, if Lx>Ly is not satisfied (NO in step S3), it is determined whether or not the inequality Lx ⁇ Ly is satisfied (step S5). If Lx ⁇ Ly is satisfied (YES in step S5), the scan control unit 32 selects Y-direction scanning (step S6).
- the scan control unit 32 compares the scan distance when the X-direction scan is adopted and the scan distance when the Y-direction scan is adopted (step S7). For example, in the example of FIG. 8B, in the first scan, the area sandwiched between the two high parts C1 is a missing portion of height data. When re-measuring the missing portion area in the second scan, it is determined whether the scan distance is shorter in the X-direction scan or the Y-direction scan.
- the scan controller 32 selects the Y-direction scan (step S8). Conversely, if the Y-direction scan distance is longer than the X-direction scan distance (NO in step S7), the scan controller 32 selects the X-direction scan (step S9).
- the mounting data of the component C is used to determine the scanning direction F. What kind of components C are to be mounted on the mounting substrate P and in what layout are determined in advance by mounting data.
- the mounting data is information about the shape of the component C and the mounting position on the board, and is stored in the mounting data storage unit 34 . By utilizing this mounting data, it is possible to detect the irradiation direction or scanning direction F of the line light SL in which no height data missing portion occurs or where the height data missing portion is the least.
- the measurement processing unit 33 reads the mounting data from the mounting data storage unit 34 and determines whether or not there is a lack of height data.
- FIGS. 13A to 13E are schematic diagrams for explaining component height measurement according to the third embodiment.
- the measurement processing unit 33 acquires the mounting data of the mounting board P to be measured from the mounting data storage unit 34 before executing the scan.
- the simplest example is a case where height data is not missing even if scanning is executed in the default state. In this case, the height measurement is completed only by executing the first scan in the default state. The second scan becomes useless.
- FIG. 13B corresponds to an arrangement example of the components C1 and C2 shown in FIG. 8A
- FIG. 13C corresponds to a matrix arrangement example of the component C shown in FIG. 9C.
- Acquiring the mounting data makes it possible to create a three-dimensional model of the mounting board P after mounting the components.
- the measurement processing unit 33 uses this three-dimensional model to determine the scanning mode. As described above, in both the examples of FIGS. 13B and 13C, when scanning is performed in the default state, missing portions of height data occur.
- the measurement processing unit 33 performs simulations in which the irradiation direction of the line light SL and the scanning direction F are variously changed, and determines the optimum scanning mode.
- FIGS. 13(D) and 13(E) respectively show determination examples of the scanning mode when the mounting data of FIGS. 13(B) and 13(C) are acquired.
- FIG. 13(D) corresponds to the scanning mode of FIG. 8(C)
- FIG. 13(E) corresponds to the scanning mode of FIG. 9(D).
- the mounting data shown in FIG. 13B when the mounting data shown in FIG. 13B is obtained, it is found that there is no lack of height data in a scanning mode in which the head 25H is rotated at a rotation angle as shown in FIG. 13D. do. In this case, only the first scan is performed in the scan mode of FIG. 13(D), and the height measurement of the mounting board P is completed. In the scanning mode of FIG. 13(D), if height data missing portions occur in other portions, for example, the first scan is executed in the scanning mode of the default state of FIG. 13(D) scan mode to interpolate the height data. Further, when the mounting data of FIG. 13(C) is acquired, height data missing portions occur between component pitches in the Y direction in the scanning mode of FIG. 13(E). Therefore, it is determined to execute the first scan in the default scan mode of FIG. 13(A) and to execute the second scan in the scan mode of FIG. 13(E).
- the fourth embodiment when a missing part of the height data is detected in the first scan, it is determined whether or not the cause of the missing part is caused by the scanning direction, and the missing part caused by the scanning direction is determined.
- the height data missing portion is not caused only by the shadow portion SH of the component C.
- the mounting substrate P has an opening or a notch, the reflected light from the substrate surface PS cannot be detected at these portions, resulting in missing height data.
- the second scan is performed for such missing portions, height data cannot be obtained, resulting in wasted man-hours. Therefore, even if there is an area where the height data is missing, it is determined whether or not the height measurement failed due to the scanning direction, and then the second scan is performed for the missing area. It is desirable to
- FIGS. 14A and 14B are schematic diagrams showing one aspect of the determination.
- the missing part is determined as the missing part caused by the scanning direction.
- FIG. 14(A) shows a case where a mounting board P1 to be measured has a component layout in which a low component C2 is arranged between two high component C1.
- (A-1) of FIG. 14A it is assumed that the first scan for measuring the height of the mounting board P1 is performed with the scanning direction being the direction in which the two high parts C1 are arranged.
- (A-2) of FIG. 14A shows an image IM1 of height data obtained based on the first scan.
- the two high parts C1 are represented as data-present regions where height data higher than the height of the substrate surface PS (mounting surface) is obtained.
- two shadows SH1 and SH2 whose height is not detected appear in the image IM1.
- An isolated area CA elongated in the direction perpendicular to the scanning direction appears in one shadow SH1.
- One shadow SH1 is a shadow that is adjacent in the scanning direction to the two high parts C1 that are areas with data. In this case, it can be said that there is a high possibility that the line light SL is blocked by the high component C1 and the measurement of the shadow SH1 fails. Actually, the height data of the low component C2 sandwiched between the high components C1 has not been obtained.
- the isolated area CA is an error area detected as an area with data due to irregular reflection of the line light SL or the like. Since parts with such a shape usually do not exist, they are deleted as noise.
- the other shadow SH2 is not a shadow adjacent to any of the high parts C1 in the scanning direction.
- FIG. 14(A) shows an example of determination of the execution region of the second scan when the situation of (A-2) is obtained.
- a shaded area SH1 adjacent in the scanning direction to the areas with data corresponding to the two high parts C1 is determined as the rescan area RS1 to be the target area of the second scan.
- the shadow area SH2 which is not adjacent to the area with data in the scanning direction is not treated as the rescan area RS1.
- height measurement of the rescan region RS1 is performed by changing the irradiation direction of the line light SL. According to such an embodiment, unnecessary execution of the second scan can be avoided, and height measurement can be speeded up.
- FIG. 14(B) shows a case where the mounting substrate P2 to be measured has a notch portion PD2.
- the mounting substrate P2 has a cutout portion PD2 formed by cutting a part of the mounting substrate P2 adjacent to the downstream side of the mounted component C in the scanning direction.
- (B-2) of FIG. 14B shows an image IM2 of height data obtained based on the first scan.
- the mounting area of the component C is expressed as a data-present area having height data higher than the substrate surface PS.
- the region of the notch portion PD2 becomes a shadow portion SH3 without height data.
- FIG. 14(B) shows an example of determination of the execution region of the second scan when the situation of (B-2) is obtained.
- the shadow SH3 is adjacent to the area with data corresponding to the part C, the entire area is not the target area of the second scan.
- the shadow SH3 only the area that is exactly adjacent in the scanning direction to the data-present area of component C, that is, the area located downstream in the scanning direction is determined as the rescan area RS2. Since this rescan area RS2 is also an area corresponding to the notch PD2, as a result, height data is not measured even in the second scan.
- the execution area of the second scan is limited, it can contribute to speeding up the height measurement.
- FIGS. 15A and 15B are schematic diagrams showing other precedents regarding whether or not the second scan should be performed for height data missing portions.
- a height data missing portion adjacent to an area with data in the scanning direction F is a missing portion with less than a predetermined number of pixels in the image obtained by the first scan, the missing portion is removed in the scanning direction.
- FIG. 15(A) shows a case where a mounting board P1 to be measured has a component layout in which a low component C2 is arranged between two high component C1, as in FIG. 14(A).
- a first scan for measuring the height of the mounting board P1 is performed with the direction in which the two high-quality components C1 are arranged as the scanning direction.
- the area corresponding to the two high parts C1 is an area with data, and between them is a shadow area SH1 whose height is not detected and an isolated area CA is appearing.
- the isolated area CA is ignored as noise, and the width d1 in the scanning direction of the shadow SH1, which is the height data missing portion, is evaluated by the number of pixels on the image.
- the width d1 of the shadow portion SH1 is a missing portion having less than the predetermined number of pixels n, it is determined that the shadow portion SH1 is to be treated as the target of the second scan.
- FIG. 15(B) shows a case where the mounting substrate P2 to be measured has a notch portion PD2, similar to FIG. 14(B).
- the mounting board P2 has a notch PD2 adjacent to the downstream side of the component C in the scanning direction.
- the area corresponding to the part C is an area with data
- the area of the notch PD2 is a shadow SH3 without height data.
- the width d2 of the shadow SH3 in the scanning direction is evaluated by the number of pixels on the image.
- the width d2 of the shadow portion SH3 is a missing portion having a predetermined number of pixels n or more, it is determined that the shadow portion SH3 is not treated as the second scan target.
- FIG. 16 is a flowchart showing scan area determination processing in component height measurement according to the fourth embodiment.
- the scan control unit 32 of the control device 3 executes the first scan specified by the default settings, and measures the height of the mounting board P to be measured (step S11). Subsequently, the measurement processing unit 33 obtains height data and height data missing portions based on the image obtained by the first scan (step S12).
- the measurement processing unit 33 determines whether or not there is an isolated area CA in which the height data is unnaturally isolated, as illustrated in FIG. 14A, in the height data missing portion (step S13). . If the isolated area CA is detected (YES in step S13), the area is noise, so the measurement processing unit 33 performs processing to delete the isolated area CA (step S14). If the isolated area CA is not detected (NO in step S13), the measurement processing unit 33 determines that there is an area with data where height data higher than the substrate surface PS is detected adjacent to the height data missing portion. It is determined whether or not to do so (step S15).
- the measurement processing unit 33 determines whether the height data missing portion is a missing portion corresponding to the shadow in the scanning direction (step S16). That is, the measurement processing unit 33 determines whether or not the height data missing portion detected in step S2 is a missing portion adjacent to the data present area in the scanning direction. If the missing portion is adjacent in the scanning direction (YES in step S16), the measurement processing unit 33 determines that the height data missing portion is a missing portion having a width equal to or larger than a predetermined number of pixels n in the scanning direction on the image. It is determined whether or not it is a part (step S17).
- the measurement processing unit 33 determines that the height data missing portion is a missing portion that requires rescanning. In this case, it is determined whether or not all of the specified height measurements have been completed (step S18). If the height measurement has not been completed (NO in step S18), the scan control unit 32 changes the rotation angle of the head 25H and, if necessary, the scan direction F (step S20), and returns to step S11 again. A second scan is executed as a scan. For example, rescanning is performed by changing the rotation angle by 15 degrees.
- the measurement processing unit 33 stores the height measurement data for the mounting board P to be measured in the memory area of the control device 3, and stores the data. Update (step S19).
- the measurement processing unit 33 determines that rescanning is unnecessary (step S21), and ends the process.
- the fifth embodiment shows an example in which a desired scanning mode is detected in advance using a model board.
- the scan control unit 32 executes a plurality of scans in which the irradiation directions of the line light beams SL1 and SL2 are different from each other on the model substrate. Select a suitable scan. Then, in the subsequent height measurement of the mounting board P which is the same as the model board, height measurement is performed in the selected scanning mode.
- FIGS. 17A to 17C are schematic diagrams for explaining component height measurement according to the fifth embodiment.
- a model board PM as shown in FIG. 17A is prepared.
- the model board PM is a non-defective board on which components C are mounted in a predetermined arrangement according to the board design of a certain mounting board product.
- the layout is such that one low component C2 is surrounded by four high components C1.
- the control device 3 Before measuring the height of the mounted board product, the control device 3 performs a height measurement operation on the model board PM.
- the scan control unit 32 sequentially rotates the head 25H, for example, and performs a plurality of height measurements with different irradiation directions of the line lights SL1 and SL2.
- FIG. 17A shows an example in which the rotation angle of the head 25H is sequentially changed to 0 degrees, 45 degrees, and 90 degrees, and the model substrate PM is scanned in the scanning directions F1, F2, and F3, respectively. Actually, it is desirable to scan the model substrate PM while changing the rotation angle of the head 25H at small pitches of about 15 degrees.
- the measurement processing unit 33 obtains the height data of the model board PM based on the image acquired in each scan. At this time, the measurement processing unit 33 identifies the height data missing portion in each scan, and evaluates how accurately the height measurement is performed based on the mounting data.
- FIGS. 17(B) and 17(C) show the scanning mode for the mounting board P which is the same as the model board PM, which is carried out later. These are the same as the scanning modes shown in FIGS. 8C and 8D of the first embodiment.
- FIG. 17B shows an example in which scanning is performed with the rotation angle of the head 25H set to 45 degrees while maintaining the scanning direction F1 with the rotation angle of 0 degrees.
- FIG. 17C shows an example in which the rotation angle of the head 25H is set to 45 degrees and the scan direction F2 is set according to this rotation angle.
- a plurality of scans are performed in advance using the model board PM, and it is possible to detect the optimum scan in which height data missing portions are least likely to occur. Then, for the mounting board P that is the same as the model board PM, by applying the optimum scanning mode to at least the first scanning, height measurement can be performed without waste.
- the height, volume, and area obtained from the measurement values in each scan are the most suitable for the mounting data. can be selected.
- FIG. 18 shows an example in which the scan direction is evaluated using the volume ratio, which is the ratio of the volume obtained from the mounting data to the volume obtained by actual measurement in each scan, for the low component C2 and the high component C1. . The closer the volume ratio is to 100%, the more accurate the measurement is.
- the volume ratio for the low component C2 is a low value of 1%.
- a high value of 95% is obtained for the volume ratio.
- the low component C2 can also be irradiated with the line lights SL1 and SL2. Therefore, a high value of 99% is obtained for the volume ratio of the low component C2.
- a high volume ratio of 97% is also obtained for the high component C1.
- FIG. 18(C) shows the volume ratio when the rotation angle is 90 degrees. Even in this case, the low part C2 becomes a shadow of the high part C1, and accurate height measurement cannot be performed. Therefore, the volume fraction of the high part C1 is 94%, but the volume fraction of the low part C2 is as low as 2%.
- An actual mounting board P has a plurality of mounting areas, and a desired scanning direction exists for each mounting area. It is preferable to arrange the mounting areas or components that have the same desired scanning direction to set the optimum scanning mode for the entire mounting board P, for example.
- FIG. 19 is a flowchart showing scanning direction determination processing when mounting data can be used in component height measurement according to the fifth embodiment.
- the scan control unit 32 of the control device 3 causes the model board PM to perform a scan defined by the default setting, and measures the height of the mounted component C (step S31). Subsequently, the measurement processing unit 33 obtains height data for each component C on the model substrate PM. Further, the measurement processing unit 33 reads the mounting data from the mounting data storage unit 34, and calculates the volume ratio from the volume based on the measured height data of the component C and the volume of the component C1 derived from the measured data (step S32).
- step S33 it is confirmed whether or not the height measurement of the model substrate PM has been completed in the rotation angle and scanning direction of the head 25H designated in advance (step S33). If all height measurements have not been completed (NO in step S33), the scan control unit 32 changes the rotation angle or scan direction of the head 25H (step S35), and executes a new scan (step S31 ). On the other hand, if all the height measurements have been completed (YES in step S33), the measurement processing unit 33 selects the scanning direction in which the result closest to the mounting data is obtained among all the attempted scanning for each component C. This is specified and stored (step S34).
- FIGS. 20A, 20B, and 20C show measurement results when the scanning direction and the rotation angle of the head 25H are 0 degrees, 45 degrees, and 90 degrees, respectively.
- a region with data, which is the region of component C, is identified based on the images acquired in each scan of FIGS. 20(A) to (C).
- the area of the lacking portion of the height data adjacent to the data present area in the scanning direction is obtained.
- FIG. 20A when the rotation angle is 0 degree, the long side of the rectangular component C is orthogonal to the scanning direction, so that the shadow SH1 having a relatively large area, that is, the missing portion is formed. are showing.
- the rotation angle of FIG. 20B is 45 degrees
- shadows SH21 and SH22 with relatively small areas appear at the corners of the component C1 on the downstream side in the scanning direction.
- a shadow portion SH3 having an area larger than the sum of SH21 and SH22 appears on the short side of the component C.
- FIG. 20A when the rotation angle is 0 degree, the long side of the rectangular component C is orthogonal to the scanning direction, so that the shadow SH1 having a relatively large area, that is, the missing portion is formed. are showing.
- the scan that minimizes the area of the missing portion is selected as the first scan.
- shadows SH21 and SH22 detected by scanning with the rotation angle set to 45 degrees in FIG. 20B have the smallest areas compared to the others.
- the rotation angle of 45 degrees is the scan in which the lack of height data is least likely to occur. Therefore, a scan in which the rotation angle of the head 25H is 45 degrees is selected as at least the first scan.
- FIG. 21 is a flowchart showing scanning direction determination processing when mounting data cannot be used in component height measurement according to the fifth embodiment.
- the scan control unit 32 of the control device 3 causes the model board PM to perform a scan defined by the default setting, and measures the height of the mounted component C (step S41). Subsequently, the measurement processing unit 33 executes processing for obtaining height data missing portions for the model board PM (step S42).
- the processing in step S42 is the same as the processing in steps S12 to S17 in FIG. 16 described above. The explanation is omitted here.
- the measurement processing unit 33 performs processing to obtain the area of the height data missing portion that occurred in the scan (step S43). Subsequently, it is confirmed whether or not the height measurement of the model substrate PM is completed at the rotational angle and scanning direction of the head 25H designated in advance (step S44). If all height measurements have not been completed (NO in step S44), the scan control unit 32 changes the rotation angle or scan direction of the head 25H (step S46), and executes a new scan (step S41). ). On the other hand, if all height measurements are completed (YES in step S44), the measurement processing unit 33 selects a scan that minimizes the area of the height data missing portion (step S45). The scanning mode selected here is used for the height measurement of the mounting board P, which is the same as the model board PM, which will be performed later.
- the sixth embodiment shows an example of obtaining high-definition height data of a specific part. For example, it may be requested to determine the shape of a highly important part with high precision.
- the part is subjected to the first scan, and at least the second scan is performed on the assumption that there is a missing part of the height data in the first scan.
- the component is scanned a plurality of times. Then, the height data obtained from the images obtained by at least the first scan and the second scan are synthesized to obtain the height data of the part.
- FIGS. 22A to 22D are schematic diagrams for explaining component height measurement according to the sixth embodiment.
- a specific component CP mounted on the mounting board P is measured.
- the specific component CP is a critical component such as a large scale integrated circuit component.
- the specific part CP is scanned a plurality of times by changing the rotation angle of the head 25H, that is, the irradiation directions of the line lights SL1 and SL2.
- FIG. 22A shows an example in which a first scan with the X direction as the scan direction F1 and a second scan with the Y direction as the scan direction F2 are performed on the specific component CP.
- FIG. 22(B) shows the height data of the specific part CP obtained based on the image acquired in the first scan, and the shadow SHx, which is the height data missing portion.
- a shadow SHx appears on the X-side XS of the specific part CP, but no shadow exists on the Y-side YS.
- FIG. 22(C) shows the height data of the specific part CP based on the second scan and the shadow SHy.
- a shadow SHy appears on the Y-side YS of the specific component CP, but no shadow exists on the X-side XS.
- the height data of the X-side side XS is not determined.
- the height data of the Y-side YS is not determined.
- FIG. 22D by synthesizing the height data obtained by the first scan and the second scan, the uncertain portion due to the shadows SHx and SHy can be eliminated. Therefore, the height data of the specific part CP can be obtained with high precision.
- FIG. 23 is a flowchart showing high-definition component height data creation processing according to the sixth embodiment.
- the scan control unit 32 of the control device 3 causes the specific part CP to perform a scan defined by the default setting, and measures the height of the specific part CP (step S51). Based on this height measurement, the measurement processing unit 33 obtains height data and shadow portions SHx and SHy of the specific part CP (step S52).
- step S53 it is confirmed whether or not the height measurement necessary for data synthesis has been completed, as exemplified in FIGS. 22(B) to (D) (step S53). If all height measurements have not been completed (NO in step S53), the scan control unit 32 changes the rotation angle or scan direction of the head 25H (step S54), and executes a new scan (step S51). ). On the other hand, when all height measurements are completed (YES in step S53), the measurement processing unit 33 executes height data synthesis processing (step S55).
- step S55 for example, as illustrated in FIGS. 22C and 22D, if only one of the X-side side XS and the Y-side side YS of the specific component CP has shadows SHx and SHy, the other Synthesis processing is performed in which the height data of the sides are used as they are. That is, the height data of the specific part CP is created by using the height data of the Y side YS obtained in the first scan and the height data of the X side XS obtained in the second scan as they are. . On the other hand, shadows SHx and SHy may appear on both the X-side side XS and the Y-side side YS in a plurality of scans. In this case, height data can be created by adopting the average, median, maximum value, or minimum value of height data obtained by a plurality of scans.
- the camera unit 4 and the line light sources 5A and 5B are integrally rotated by rotating the head 25H around the imaging optical axis AX.
- only the line light sources 5A and 5B may be rotated to change the irradiation direction of the line light SL.
- the camera unit 4 and the line light source 5A are arranged so that the relationship between the posture of the imaging area 4A of the camera unit 4 and the irradiation directions of the line lights SL1 and SL2 is maintained.
- 5B are rotated integrally.
- the modification shown in FIG. 24B shows an example in which only the line light sources 5A and 5B are rotated without rotating the camera unit 4 .
- the relationship between the attitude of the imaging area 4A and the irradiation directions of the line lights SL1 and SL2 changes from the case of FIG. 24(A).
- the scanning direction can be set in a direction orthogonal to the extending direction of the line lights SL1 and SL2.
- FIG. 25 is a schematic diagram showing an example of limiting image data to be used. What is required in the image data in the light section method is the peripheral regions of the line lights SL1 and SL2. For example, it is assumed that line light beams SL1 and SL2 are applied as shown in FIG. 24(B). In this case, the image data of the entire imaging area 4A provided by the CMOS sensor or the like of the camera body 41 is not transferred, and as shown in FIG. transfer. As a result, the speed of data processing can be increased.
- a workpiece height measuring apparatus includes an imaging unit that has an imaging optical axis in a vertical direction and captures an image of a workpiece; a line light projection unit having an axis and capable of irradiating a work with line light from a plurality of directions; a scan driving unit for moving the imaging unit and the line light projection unit to scan the work; a measurement unit that controls the scan drive unit to perform the scan, and obtains height data of the workpiece by a light section method based on the image acquired by the scan, the measurement unit comprising: A first scan is performed by irradiating the work with the line light from a predetermined irradiation direction, and in the height data obtained based on the image acquired by the first scan, the missing part of the height data of the work is detected. The presence or absence is determined, and when the missing portion is detected, a second scan is performed in which the irradiation direction of the line light is different from that of the first scan.
- this workpiece height measuring device when a missing portion is detected in the height data obtained by the first scan, the second scan is performed with the irradiation direction of the line light being different from that of the first scan. be done.
- some works may not be irradiated with the line light due to being in the shadow of other works or the like in the first scan.
- a shadow portion may be generated in which the line light is not irradiated due to, for example, being blocked by a convex portion in the first scan.
- the measuring unit sets the scanning direction to a predetermined first scanning direction in a state in which the posture of the imaging area of the imaging unit and the irradiation direction of the line light are set to predetermined conditions.
- the scan direction is maintained in the first scan direction, the imaging area is rotated around the imaging optical axis, and the irradiation direction of the line light and the imaging area are changed.
- the second scan can be performed by changing the azimuth of the irradiation direction of the line light so that the relationship with the posture is maintained the same as that of the first scan.
- the first scan and the second scan are performed without changing the scanning direction. Even if the scanning direction is not changed, the direction of the imaging area and the irradiation direction of the line light are different between the first scan and the second scan. Therefore, height measurement can be performed in the second scan for an area where the height data of the workpiece is missing. Further, since the relationship between the orientation of the imaging area and the irradiation direction of the line light is maintained the same between the first scan and the second scan, height data can be derived efficiently.
- the measuring unit sets the scanning direction to a predetermined first scanning direction in a state in which the posture of the imaging area of the imaging unit and the irradiation direction of the line light are set to predetermined conditions.
- to execute the first scan set the scan direction to a second scan direction different from the first scan direction, and rotate the imaging area around the imaging optical axis according to the second scan direction.
- the second scan is performed by changing the orientation of the irradiation direction of the line light so that the relationship between the irradiation direction of the line light and the attitude of the imaging area is maintained the same as that of the first scan.
- this work height measuring device by simply changing the scanning direction, it is possible to perform height measurement in the second scan for areas where the height data of the work is missing.
- the scan driving unit includes a first moving mechanism that horizontally moves the imaging unit and the line light projecting unit in a first moving direction, and a first moving mechanism that is perpendicular to the first moving direction on a horizontal plane. and a second movement mechanism for horizontally moving in two movement directions, wherein the measurement unit moves either the first movement mechanism or the second movement mechanism when performing the first scan and the second scan. It is desirable to select and operate.
- the scan driving section drives either the first moving mechanism or the second moving mechanism. Therefore, drive control of the scan drive section can be simplified.
- the measurement unit when selecting the first movement mechanism or the second movement mechanism, the measurement unit preferably selects the one with the shorter scan distance. According to this aspect, the total scanning distance required for scanning the workpiece can be shortened, contributing to speeding up height measurement.
- the work is a board on which a plurality of parts are mounted, and the measuring unit acquires part mounting data including information on the shape of the part and the mounting position on the board. , it is desirable to determine whether or not there is a missing portion in the height data based on the component mounting data.
- this work height measuring device it is possible to grasp in advance the relationship between the irradiation direction or the scanning direction of the line light and the location where the height data is missing based on the component mounting data. . Therefore, it is possible to set in advance the irradiation direction or the scanning direction of the line light with few missing portions.
- the measuring unit determines whether or not the cause of the missing portion is caused by the scanning direction. If it is a missing part that does not fit, it is desirable to execute the second scan.
- Missing height data can also occur, for example, when there are openings or cutouts in the work installation base.
- the second scan is performed only when the height data is missing due to the scanning direction. Therefore, the second scan is not executed unnecessarily.
- the work is a work mounted on a mounting surface of a substrate, and the measuring unit obtains height data higher than the height of the mounting surface.
- the second scan can be executed when an area with data is specified and the missing part is adjacent to the area with data in the scanning direction.
- the workpiece height measuring device determines that the data missing portion is the missing portion caused by the scanning direction. Therefore, it is possible to accurately determine whether or not the second scan is necessary.
- the measurement unit determines that the missing portion adjacent to the data-existing area in the scanning direction is a missing portion having less than a predetermined number of pixels in the image obtained by the first scan. In some cases, the second scan can be performed.
- the criteria for judging that it is the missing portion that triggers the execution of the second scan can be arbitrarily set according to the number of pixels.
- the workpiece is a workpiece mounted on a mounting surface of a substrate
- the measuring unit measures a model substrate on which the workpiece is mounted on the substrate in a predetermined arrangement.
- the scan driving unit is caused to perform a plurality of scans in which the direction of irradiation of the line light is different, and a workpiece mounted on the substrate in the same arrangement as the model substrate is to be measured in height
- the plurality of height data can be obtained by selecting at least the scan to be used as the first scan from among the scans.
- this workpiece height measurement device multiple scans are performed using the model substrate, so it is possible to detect the optimum scan in which height data missing portions are least likely to occur.
- the optimal scan detected in advance can be applied for the mounting board that is the same as the model board.
- the measuring unit identifies a data-present area for which height data higher than the height of the mounting surface is obtained in the plurality of scans, and determines the area adjacent to the data-present area in the scanning direction. It is preferable to obtain the area of the missing part of the height data, and select the scan with the smallest area of the missing part from among the plurality of scans as the first scan.
- the first scan can be performed in a scan mode that minimizes the area where the height data is missing.
- the measuring unit executes the first scan on one work, considers that there is the missing part, and executes the second scan, and performs the first scan. It is desirable to obtain the height data of the one work by synthesizing the height data obtained from the image obtained by the second scan.
- this workpiece height measurement device it is possible to obtain high-definition workpiece height data by synthesizing the height data obtained from each of the two scans.
- the scan driving unit includes a first moving mechanism that horizontally moves the imaging unit and the line light projecting unit in a first moving direction, and a first moving mechanism that is perpendicular to the first moving direction on a horizontal plane.
- a second moving mechanism that horizontally moves in two moving directions, wherein the first moving mechanism includes a first encoder that detects a position in the first moving direction with a predetermined resolution;
- a second encoder for detecting positions in two moving directions with the predetermined resolution is provided, and the imaging unit detects the position of the workpiece in synchronization with the position detection signals output by the first encoder and the second encoder during scanning. It is desirable to capture an image.
- the height of the work can be measured at the same pitch regardless of the scanning direction. Data can be obtained.
- a slider movable in a scanning direction, a head supported by the slider and holding the imaging unit and the line light projection unit rotatably around the imaging optical axis, and the imaging and a rotating mechanism for integrally rotating the unit and the line light projecting unit or rotating both separately.
- the imaging section and the line light projection section can be rotated integrally or separately. Therefore, it is possible to freely set the rotation angle of the imaging region and the irradiation direction of the line light.
- a plurality of the line light projection units may be arranged at a predetermined pitch on a circumference centered on the imaging optical axis of one imaging unit.
- the irradiation direction of the line light can be changed by selecting one of the plurality of line light projection units arranged in the circumference.
- a mounted board inspection apparatus includes a measuring stage into which a mounted board on which components are mounted is carried, and height measurement of the components on the mounted board carried into the measuring stage as the workpiece. and the workpiece height measuring device described above.
- the component height can be accurately measured regardless of the arrangement state of the components, so accurate mounting board inspection can be performed.
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Abstract
ワーク高さ計測装置は、ワークの画像を撮像する撮像部と、撮像光軸に対して所定の交差角を持った投影光軸を有し、ワークに対して複数の方位からライン光を照射可能なライン光投影部と、前記撮像部及び前記ライン光投影部を移動させて、ワークのスキャンを行わせるスキャン駆動部と、前記スキャンにより取得された画像に基づいて光切断法により前記ワークの高さデータを求める計測部と、を備える。前記計測部は、前記ライン光を所定の照射方向からワークに照射させて第1スキャンを実行させ、前記第1スキャンで取得した画像に基づき求められた高さデータにおいて、当該ワークの前記高さデータの欠落部の有無を判定し、前記欠落部が検出された場合、前記ライン光の照射方向を前記第1スキャンとは異なる方位とした第2スキャンを実行させる。
Description
本発明は、例えば基板に実装された電子部品等のワークの高さ計測装置、及びこれを用いた実装基板検査装置に関する。
例えば、電子部品(ワーク)を基板に実装してなる部品実装基板の生産ラインでは、当該電子部品が設計通りに基板に実装されているか否かを検査する必要がある。部品実装基板に対して高さ計測を行えば、電子部品の実装不具合、例えば部品浮き、実装位置ずれ、実装漏れ等を検出することができる。ワークの高さ計測を非接触で行う方法として、光切断法が知られている。光切断法では、ライン光が斜め照射されたワークを撮像し、その撮像画像から三角測量の原理にてワークの高さを求める。特許文献1には、光切断法を用いたワークの三次元形状測定装置が開示されている。特許文献1の装置は、ライン光源と撮像カメラとを備えた光切断プローブを回転させる機構を備えている。
ワーク高さを計測する際には、ライン光源及び撮像カメラをワークに対して水平移動させながら多数回の撮像を行うスキャンが実行される。スキャンで得られた各画像から高さデータが求められ、これら高さデータを合成することで、ワークの形状を計測することができる。ここで、例えば複数のワークが高密度で配置されている、或いは、高さの高いワークに隣接して高さの低いワークが配置されているような場合、ターゲットとするワークに照射されるべきライン光が、隣接するワークに遮光されることがある。この場合、ターゲットのワークの高さ計測が正確に行うことができない問題が生じる。
本発明の目的は、ワークの配置状態に拘わらず、ワークの高さを正確に計測できるワーク高さ計測装置、及びこれを用いた実装基板検査装置を提供することにある。
本発明の一局面に係るワーク高さ計測装置は、鉛直方向に撮像光軸を有し、ワークの画像を撮像する撮像部と、前記撮像光軸に対して所定の交差角を持った投影光軸を有し、ワークに対して複数の方位からライン光を照射可能なライン光投影部と、前記撮像部及び前記ライン光投影部を移動させて、ワークのスキャンを行わせるスキャン駆動部と、前記スキャン駆動部を制御して前記スキャンを実行させると共に、前記スキャンにより取得された画像に基づいて、光切断法により前記ワークの高さデータを求める計測部と、を備え、前記計測部は、前記ライン光を所定の照射方向からワークに照射させて第1スキャンを実行させ、前記第1スキャンで取得した画像に基づき求められた高さデータにおいて、当該ワークの前記高さデータの欠落部の有無を判定し、前記欠落部が検出された場合、前記ライン光の照射方向を前記第1スキャンとは異なる方位とした第2スキャンを実行させる。
本発明の他の局面に係る実装基板検査装置は、部品が実装された実装基板が搬入される検査ステージと、前記検査ステージに搬入された前記実装基板上の部品を前記ワークとして高さ計測を行う上記のワーク高さ計測装置と、を備える。
以下、本発明の実施形態を、図面に基づいて詳細に説明する。本発明に係るワーク高さ計測装置は、各種の工業製品、半製品、機械部品、電子部品、食品、農産物などのワークの形状測定に広く適用することができる。以下に示す実施形態では、基板に実装された部品をワークとして高さ計測を行う例について説明する。ここでは、実装基板の生産ラインにおいて、部品実装後の基板の外観検査に本発明に係るワーク高さ計測装置が適用される例を示す。
[実装基板生産ライン]
図1は、プリント基板に電子部品を実装する実装基板生産ライン1の構成を示すブロック図である。実装基板生産ライン1は、基板の搬送方向の上流側から下流側にかけて順に配置された、印刷機11、印刷検査機12、部品実装機13、リフロー炉14及び外観検査機15(ワーク高さ計測装置/実装基板検査装置)を備える。
図1は、プリント基板に電子部品を実装する実装基板生産ライン1の構成を示すブロック図である。実装基板生産ライン1は、基板の搬送方向の上流側から下流側にかけて順に配置された、印刷機11、印刷検査機12、部品実装機13、リフロー炉14及び外観検査機15(ワーク高さ計測装置/実装基板検査装置)を備える。
印刷機11は、プリント基板のパッド部にハンダを塗布する。例えば印刷機11は、プリント基板にハンダ塗布部分が開口したマスクを重ね、前記マスク上からクリームハンダを塗布する。印刷検査機12は、プリント基板に塗布されたハンダの位置や量が適正であるか否かを検査する。部品実装機13は、部品実装用のヘッドを備え、プリント基板上に所要の部品を実装する。リフロー炉14は、部品が実装されたプリント基板を加熱してハンダを溶かし、部品を基板に定着させる。
外観検査機15は、プリント基板に電子部品が正しい位置に欠陥なく実装されているか否かを検査する。具体的には外観検査機15は、プリント基板に実装された電子部品の位置ズレ、部品浮き、実装漏れ、ハンダ付け欠陥などを検査する。これらの検査は、実装基板の外観検査、すなわち実装基板に対して高さ計測を行えば足りる。外観検査機15は、高さ計測で得られた高さデータと、基板の設計データとを照合することで、実装不良を検出する。本実施形態の外観検査機15は、光切断法を用いて、前記高さ計測を行う。
[光切断法による高さ計測]
図2(A)~(C)を参照して、外観検査機15が採用している、光切断法による高さ計測について説明を加えておく。図2(A)に示す通り、測定対象は、実装基板Pの基板表面PSに実装された部品C(ワーク)である。後記でハード構成を詳述するが、外観検査機15は、カメラユニット4(撮像部)と、ライン光源5(ライン光投影部)とを備えている。
図2(A)~(C)を参照して、外観検査機15が採用している、光切断法による高さ計測について説明を加えておく。図2(A)に示す通り、測定対象は、実装基板Pの基板表面PSに実装された部品C(ワーク)である。後記でハード構成を詳述するが、外観検査機15は、カメラユニット4(撮像部)と、ライン光源5(ライン光投影部)とを備えている。
カメラユニット4は、基板表面PSに対して鉛直方向に撮像光軸AXを有し、部品Cの画像を撮像する。ライン光源5は、撮像光軸AXに対して所定の交差角θを持った投影光軸を有し、当該投影光軸に沿ってライン光SLを発する。ライン光SLは、測定対象の部品Cに照射される。本実施形態では、カメラユニット4及びライン光源5を搭載したユニットが、撮像光軸AXの軸周りに回転する機構を備える。当該機構により、ライン光源5は、測定対象の部品Cに対して複数の方位からライン光SLを照射可能である。
図2(B)は、部品Cにライン光SLが照射される、あるスキャン位置SC1でカメラユニット4が取得する画像IMを示している。ライン光SLが部品Cを含む領域に照射されると、部品Cの周囲の基板表面PSからの反射光RL1と、部品Cの上面からの反射光RL2とがカメラユニット4にて撮像される。ライン光SLが斜光であって部品Cが高さを持つので、画像IM上において、反射光RL1、RL2はX座標の異なる位置に観測される。具体的には、反射光RL1は座標x11に、反射光RL2は座標x11よりもスキャン方向下流側の座標x12に表れる。
図2(A)の点P0にライン光SLが照射された場合を、計算上の高さ=0の地点と扱う。そうすると、図2(C)に示すように、交差角θを用いた三角測量の原理より、座標x11の高さはh1、座標x12の高さはh2という高さデータを得ることができる。以降、スキャン位置SC1からカメラユニット4及びライン光源5をスキャン方向下流側に移動させながら、スキャン位置SC2、SC3で順次カメラユニット4が撮像を行う。これにより、スキャン位置SC2では座標x21、x22の高さデータが、スキャン位置SC3では座標x31、x32の高さデータが取得される。言うまでもなく、実際のスキャンピッチは、図例よりも遙かに狭ピッチである。
スキャンにより取得された複数の高さデータを統合することで、部品Cの三次元形状データを求めることができる。なお、一つのスキャン位置SC1、SC2、SC3で取得される高さデータは、反射光RL1、RL2が異なるX座標位置に照射された結果に基づく。このため、データ統合に際しては、例えばスキャン位置SC1において部品Cの領域で得られた座標x12の高さデータと、その後のスキャン位置で基板表面PSの領域で得られた座標x12の高さデータとを整合させる高さテーブルが作成される。
図3(A)、(B)は、光切断法による部品高さ計測の欠点を説明する図である。ライン光源5によるライン光SLの投影光軸は、鉛直軸に対して傾斜している。このため、図3(A)に示すように、高さを持つ部品Cにライン光SLを照射した場合、部品Cの影となってライン光SLが当たらない影部SHが発生する。この影部SHの領域については、所定の輝度を持つ反射光がカメラユニット4に入射しないため、高さ計測が行えないことになる。図3(B)は、図3(A)に示す実装基板Pの高さデータ計測結果を示す図である。部品C及び基板表面PSの高さは計測できているが、影部SHの領域は高さデータの欠落部となる。
図3(C)は、上記の高さデータ欠落部を発生させないための解決策を示す図である。ライン光源5として、スキャン方向Fにおいて対向配置された第1ライン光源5A及び第2ライン光源5Bが用いられる。第1ライン光源5Aは、所定の交差角θで基板表面PSに向けて第1ライン光SL1を照射する。第2ライン光源5Bは、第1ライン光源5Aに対して撮像光軸AXを挟んで反対方向に配置される。第2ライン光源5Bは、第1ライン光SL1と同じ交差角θで、第1ライン光SLに対して180度異なる方向から第2ライン光SL2を基板表面PSに向けて照射する。
第2ライン光SL2を用いれば、影部SHへの照明が可能となる。第1ライン光SL1を用いた高さ計測結果と、第2ライン光SL2を用いた高さ計測結果とを組む合わせることで、高さデータの欠落部を解消することができる。但し、一対のライン光源5A、5Bを用いた場合でも、高さデータの欠落部が生じることがある。本実施形態では、一対のライン光源5A、5Bを用いた場合でも解消できない高さデータ欠落部について、高さ計測を可能とする。
[装置構成の説明]
図4は、外観検査機15のハード構成を概略的に示す斜視図、図5は、外観検査機15の電気的構成を示すブロック図である。外観検査機15は、測定装置本体2、制御装置3(計測部)及びサーバー装置30を含む。測定装置本体2は、実装基板Pの高さ計測動作を実行する。測定装置本体2は、基台21、移動フレーム22、Y軸移動機構23(スキャン駆動部/第2移動機構)、X軸移動機構24(スキャン駆動部/第1移動機構)、スライダ25及びヘッド25Hを含む。ヘッド25Hには、上述のカメラユニット4及びライン光源5が搭載されている。
図4は、外観検査機15のハード構成を概略的に示す斜視図、図5は、外観検査機15の電気的構成を示すブロック図である。外観検査機15は、測定装置本体2、制御装置3(計測部)及びサーバー装置30を含む。測定装置本体2は、実装基板Pの高さ計測動作を実行する。測定装置本体2は、基台21、移動フレーム22、Y軸移動機構23(スキャン駆動部/第2移動機構)、X軸移動機構24(スキャン駆動部/第1移動機構)、スライダ25及びヘッド25Hを含む。ヘッド25Hには、上述のカメラユニット4及びライン光源5が搭載されている。
基台21は、Y軸移動機構23を支持すると共に、実装基板Pの計測ステージ21Sとなる平板状のフレーム台である。図略のコンベアにより、計測ステージ21Sには、リフロー炉14から外観検査対象の実装基板Pが搬入され、検査後に当該実装基板Pが搬出される。移動フレーム22は、X方向に延びる門型形状のフレームであって、基台21の上方においてY方向に移動する。移動フレーム22は、スライダ25を介してヘッド25Hを保持している。
Y軸移動機構23及びX軸移動機構24は、カメラユニット4及びライン光源5を移動させて、部品C(ワーク)のスキャンを行わせるスキャン駆動部として機能する。Y軸移動機構23は、基台21のX方向両端部に一対で配置され、ヘッド25H(カメラユニット4及びライン光源5)を保持する移動フレーム22をY方向(第1移動方向と水平面で直交する第2移動方向)に水平移動させる機構である。Y軸移動機構23は、サーボモータ等からなるY軸モータ231と、Y軸モータ231に連結される図略のY軸ボールねじ軸とを含む。前記Y軸ボールねじ軸は、移動フレーム22に組み付けられたボールナットに螺合される。X軸移動機構24は、移動フレーム22に配設され、ヘッド25HをX方向(第1移動方向)に水平移動させる機構である。X軸移動機構24は、X軸モータ241と、X軸モータ241に連結される図略のX軸ボールねじ軸とを含む。
スライダ25は、ヘッド25Hを保持する板材であり、移動フレーム22に対してX方向(スキャン方向)に移動自在に組み付けられている。前記X軸ボールねじ軸は、スライダ25に組み付けられたボールナットに螺合される。スライダ25は、X軸モータ241が前記X軸ボールねじ軸を回転駆動することにより、移動フレーム22に沿ってX方向に移動する。一方、移動フレーム22は、Y軸モータ231が前記Y軸ボールねじ軸を回転駆動することにより、Y方向に移動する。従って、スライダ25に保持されたヘッド25Hは、Y軸移動機構23及びX軸移動機構24によりXY方向に移動可能である。
ヘッド25Hは、部品Cの高さ計測を行うカメラユニット4及び一対のライン光源5(第1ライン光源5A及び第2ライン光源5B)と、支持プレート251と、光源ホルダ51と、回転機構6とを含む。支持プレート251は、スライダ25からY方向に延びるプレートであり、カメラユニット4及びライン光源5を撮像光軸AX回りに回転可能に支持する。光源ホルダ51は、カメラユニット4と一体化された羽根型の支持フレームであり、一方の羽根片で第1ライン光源5Aを、他方の羽根片で第2ライン光源5Bを支持している。回転機構6は、支持プレート251にマウントされ、カメラユニット4及びライン光源5を撮像光軸AX回りに一体回転させる機構である。なお、回転機構6は、カメラユニット4とライン光源5を保持する光源ホルダ51とを個別独立して回転させる機構であっても良い。
制御装置3は、測定装置本体2の各種動作を制御する。具体的には制御装置3は、Y軸移動機構23及びX軸移動機構24を制御してヘッド25Hに実装基板Pのスキャンを実行させると共に、前記スキャンにより取得された画像に基づいて、光切断法により実装基板Pに搭載された部品Cの高さデータを求める。サーバー装置30は、制御装置3と測定装置本体2との間のデータ伝送の中継を行う。
図5を参照して、外観検査機15の電気的構成について説明を加える。なお、図5ではサーバー装置30の記載を省いている。測定装置本体2は、図4に現れていない要素として、Z軸モータ261及びR軸モータ61を含む。Z軸モータ261は、ヘッド25HをZ軸方向に昇降移動させる駆動源である。Z軸モータ261は、測定対象の実装基板Pに大きな反りが存在しているような場合に、必要に応じてヘッド25Hを昇降させる。なお、実装基板Pに大きな反りの発生が想定されない場合は、Z軸モータ261を省いても良い。R軸モータ61は、回転機構6の駆動源となるモータであり、ヘッド25Hを撮像光軸AX回りに回転させる駆動力を発生する。
カメラユニット4は、CMOSセンサ等の撮像素子を備えたカメラ本体41と、実装基板Pの光像をカメラユニット4に入射させる撮像レンズ42と、前記光像を前記撮像素子の撮像面に結像させる光学系を内蔵する胴部43とを含む。光源ホルダ51は、胴部43に取り付けられている。回転機構6も胴部43に対して装着されている。回転機構6が胴部43を回転させると、カメラユニット4全体が撮像光軸AX回りに回転すると共に、光源ホルダ51に装着された一対のライン光源5A、5Bも回転する。
図6(A)~(C)は、ヘッド25Hの回転状態を示す斜視図である。図6(A)は、ヘッド25Hの回転角度=0度の状態を示す。この状態では、一対のライン光源5A、5BはX方向に沿って並ぶ。ライン光源5A、5Bが各々発するライン光SLは、Y方向に延びるライン光となる。図6(B)は、ヘッド25Hの回転角度=45度の状態を示す。この場合、ライン光源5A、5Bは、X方向及びY方向の双方に対して45度傾いた線上に並び、ライン光SLもX方向及びY方向の双方に対して45度傾いた方向に延びるライン光となる。図6(C)は、ヘッド25Hの回転角度=90度の状態を示す。この状態では、一対のライン光源5A、5BはY方向に沿って並び、ライン光SLはX方向に延びるライン光となる。このように、回転機構6がヘッド25Hを回転させることで、ライン光SLの照射方向を所要の方位に設定することができる。
Y軸モータ231、X軸モータ241、Z軸モータ261及びR軸モータ61には、それぞれY軸エンコーダ232(第2エンコーダ)、X軸エンコーダ242(第1エンコーダ)、Z軸エンコーダ262及びR軸エンコーダ62が付設されている。Y軸エンコーダ232は、移動フレーム22(ヘッド25H)のY方向位置を所定の分解能で検出する位置検出信号を出力する。X軸エンコーダ242は、ヘッド25HのX方向位置を所定の分解能で検出する位置検出信号を出力する。Z軸エンコーダ262は、ヘッド25HのZ方向位置を示す位置検出信号を出力する。R軸エンコーダ62は、ヘッド25Hの回転位置を示す位置検出信号を出力する。
制御装置3は、マイクロコンピュータ等からなり、所定のプログラムが実行されることにより、機能的に撮像制御部31、スキャン制御部32、計測処理部33、実装データ記憶部34を具備するように動作する。制御装置3には、サーバー装置30を介してX軸、Y軸、Z軸及びR軸エンコーダ232、242、262、62の各々から位置検出信号が入力される。
撮像制御部31は、カメラユニット4及びライン光源5の動作を制御する。具体的には撮像制御部31は、ライン光源5にライン光SLを出射させつつ、カメラユニット4に所定のタイミングで撮像動作を行うよう撮像指令を出すと共に、その撮像で得られた画像データを計測データとして受領する。撮像制御部31は、ヘッド25Hの移動に伴って、Y軸エンコーダ232及びX軸エンコーダ242が出力する位置検出信号に同期して、部品Cの撮像をカメラユニット4に行わせることで、部品Cをスキャンさせる。例えば撮像制御部31は、前記位置検出信号が予め定められたカウント数に達する毎に、前記撮像指令を発出する。これにより、スキャン距離と、撮像データ上におけるスキャン方向のサイズとを任意の比例関係に設定することができる。結果として、スキャン方向が如何なる方向となったとしても、同じピッチで部品Cの高さデータを取得することが可能となる。
スキャン制御部32は、Y軸モータ231及びX軸モータ241を制御することにより、Y軸移動機構23及びX軸移動機構24を介して、カメラユニット4及びライン光源5を搭載したヘッド25Hを所要のスキャン方向に移動させる。また、スキャン制御部32は、必要に応じてZ軸モータ261を動作させ、ヘッド25Hの高さ調整を行う。さらに、スキャン制御部32は、R軸モータ61を制御してヘッド25Hを回転させ、ライン光源5からのライン光SLの照射方向を所要の方位に設定する。
計測処理部33は、前記スキャンの際にカメラユニット4により取得された画像に基づいて、光切断法により部品Cの高さデータを求める演算処理を行う。例えば計測処理部33は、エッジ検出処理などの画像処理手法を用いて、図2(B)に例示したような反射光RL1、RL2を検出する。また、計測処理部33は、高さデータの欠落部の有無を検出する処理を行う。前記欠落部は、例えば図3(A)に示した影部SHの影響等で、高さデータを計測できなかった箇所に相当する。あるスキャン方向/ライン光SLの照射方向にてスキャン(第1スキャン)が実行され、当該スキャンで取得された画像に基づき求められた高さデータにおいて、前記欠落部が検出されたとする。この場合、計測処理部33は、スキャン方向/ライン光SLの照射方向を異なる方位とした再スキャン(第2スキャン)を、撮像制御部31及びスキャン制御部32に実行させる。
実装データ記憶部34は、実装基板Pに関する実装データを記憶する。実装データは、例えば、部品Cの種別、XYサイズ、高さ、個数、基板上の配置位置等を含む。後述するいくつかの実施形態では、実装データ記憶部34に格納された実装データが活用される。
図7は、変形例に係るヘッド25HAを示す斜視図である。図4では、回転機構6によりヘッド25Hが撮像光軸AX回りに回転されることで、ライン光SLの照射方位を変更する例を示した。図7では、回転機構6を省くことが可能なヘッド25HAを例示する。ヘッド25HAは、一つのカメラユニット4の撮像光軸AXを中心とする円周上に、複数のライン光源5が所定ピッチで配列されてなる。ここでは、10台のライン光源5a1、5a2、5b1、5b2、5c1、5c2、5d1、5d2、5e1、5e2が、前記円周上に均等ピッチで配列されている例を示している。これら10台のライン光源5a1~5e2のうち、撮像光軸AXを挟んで互いに対向して配置されている一対のペア、例えばライン光源5a1、5a2、或いはライン光源5b1、5b2を選択することで、ライン光SLの照射方位を変更することができる。
[高さ計測の第1実施形態]
図8(A)~(D)は、第1実施形態に係る部品高さ計測を説明するための模式図である。第1実施形態では、ライン光SLの照射方向をデフォルト設定の方位として第1スキャンを実行し、続いてヘッド25Hを回転させてライン光SLの照射方向を異なる方位として第2スキャンを実行する例を示す。図8及び以下の図において、図示簡略化のため、ヘッド25Hを、略正方形で示すカメラユニット4と、このカメラユニット4を挟んで配置され、細長い長方形で示す一対のライン光源5A、5Bとで略図化して表している。これらは、カメラユニット4の撮像エリアの姿勢と、ライン光源5A、5Bが発するライン光SL1、SL2の照射方向とを模式的に示すものでもある。
図8(A)~(D)は、第1実施形態に係る部品高さ計測を説明するための模式図である。第1実施形態では、ライン光SLの照射方向をデフォルト設定の方位として第1スキャンを実行し、続いてヘッド25Hを回転させてライン光SLの照射方向を異なる方位として第2スキャンを実行する例を示す。図8及び以下の図において、図示簡略化のため、ヘッド25Hを、略正方形で示すカメラユニット4と、このカメラユニット4を挟んで配置され、細長い長方形で示す一対のライン光源5A、5Bとで略図化して表している。これらは、カメラユニット4の撮像エリアの姿勢と、ライン光源5A、5Bが発するライン光SL1、SL2の照射方向とを模式的に示すものでもある。
図8(A)は、第1スキャンの様子を示している。高さ計測の対象は、比較的背の高い高部品C1と、比較的背の低い低部品C2とが実装された実装基板Pである。低部品C2は、高部品C1に囲まれる領域に実装されている。第1スキャンに際し、スキャン制御部32は、ヘッド25Hの回転位置をデフォルト設定位置として、Y軸モータ231及び/又はX軸モータ241を動作させる。これにより、ヘッド25Hを所定のスキャン方向Fに移動させる。また、撮像制御部31は、第1ライン光源5A又は第2ライン光源5Bから第1ライン光SL1又は第2ライン光SL2を出射させながら、カメラユニット4に撮像動作を実行させる。後に実行される第2スキャンも同様である。
第1スキャンでは、スキャン方向FがX方向(第1スキャン方向)であり、一対のライン光源5A、5Bの対向方向もX方向である。つまり、第1ライン光SL1又は第2ライン光SL2の投影光軸はX方向に倣う方向であって、測定対象に投影された第1ライン光SL1又は第2ライン光SL2の延びる方向は、スキャン方向Fと直交するY方向である。図8(A)から明らかな通り、スキャン方向FをX方向とした場合、X方向に並ぶ2つの高部品C1の間に低部品C2が挟まれた領域がスキャンされる。計測処理部33は、第1スキャンにより取得された画像に基づき、光切断法により高部品C1及び低部品C2の高さデータを求める処理を実行する。
図8(B)は、図8(A)のスキャン方向F及びライン光投影方向で第1スキャンが行われた場合の、第1ライン光SL1又は第2ライン光SL2の照射状況を示す図である。第1ライン光源5Aが発する第1ライン光SL1は、図中の左側の高部品C1に遮光されて低部品C2には照射できていない。また、第2ライン光源5Bが発する第2ライン光SL2も、図中の右側の高部品C1に遮光されて低部品C2には照射できていない。
低部品C2のいずれか一方にしか高部品C1が存在しない場合には、図3(B)に示したように、第1ライン光SL1又は第2ライン光SL2のいずれかを低部品C2に照射できる。しかし、低部品C2の両側に高部品C1が存在すると、第1ライン光SL1及び第2ライン光SL2の双方を低部品C2に照射不能となる場合が生じ得る。この場合、低部品C2からの反射光がカメラユニット4に入射しないため、計測処理部33は、低部品C2の実装領域について高さデータを求めることができない。この場合、計測処理部33は、第1スキャンに基づく高さ計測において、高さデータ欠落部が「有」と判定する。
高さデータ欠落部が検出された場合、計測処理部33は、少なくともライン光SL1、SL2の照射方向を異なる方位として、第2スキャンを実行させる。図8(C)は、第2スキャンの第1例を示す図である。この第1例では、スキャン方向Fは第1スキャンと同じX方向に維持する一方で、ヘッド25Hを45度程度だけ回転させている。低部品C2は、X方向及びY方向で見ると高部品C1に挟まれているが、X方向とY方向との中間の方位で見ると高部品C1に挟まれていない位置関係にある。
ヘッド25Hの回転により、カメラユニット4の撮像エリアも撮像光軸AX回りに45度程度回転した姿勢となる。また、ライン光SL1、SL2の照射方向(投影光軸)も、撮像光軸AX回りに回転する。つまり、ライン光SL1、SL2の照射方向と前記撮像エリアの姿勢との関係が第1スキャンと同一に維持される。ライン光SL1、SL2の延びる方向は、X方向に対して45度程度傾いた方向となる。このような照射方向として第2スキャンを実行することで、第1ライン光SL1又は第2ライン光SL2のいずれも、低部品C2に対して照射可能となる。従って、計測処理部33は、第2スキャンで取得された画像に基づいて、高さデータの欠落部であった低部品C2の高さデータを求めることができる。また、第1スキャンと第2スキャンとで、前記撮像エリアの姿勢とライン光SL1、SL2の照射方向との関係は同一に維持されるので、高さデータを効率良く導出することができる。
図8(D)は、第2スキャンの第2例を示す図である。この第2例では、スキャン方向Fを第1スキャンと異なる方向に設定して第2スキャンが実行される例を示している。第2スキャンのスキャン方向Fは、スキャン方向FであるX方向に対して45度程度傾いた方向(第2スキャン方向)である。ヘッド25Hは、第1例と同様に回転され、カメラユニット4の撮像エリア及びライン光SL1、SL2の照射方向も、第1スキャンの設定に対して45度程度回転されている。第2例では、第1スキャン及び第2スキャンの双方で、スキャン方向Fとライン光SL1、SL2の延びる方向とが直交する関係が維持される。このような第2例によっても、第2スキャンで第1ライン光SL1又は第2ライン光SL2のいずれかを低部品C2に照射して、高さデータの欠落部であった当該低部品C2の高さデータを求めることができる。
図9(A)~(D)は、高さデータの欠落部が生じる他の例と、その場合の部品高さ計測例を説明するための模式図である。図9(A)に示すように、実際の実装基板Pでは、部品Cが狭い部品間ピッチWで実装されることがある。このような実装基板Pに対し、部品Cの配列方向とスキャン方向Fとが一致するスキャンを行ってしまうと、部品C間の高さデータが取得できないことがある。
図9(B)を参照して、スキャン方向Fに沿って2つの部品Cが狭い部品間ピッチWで実装基板P上に配置されていると、第1ライン光SL1又は第2ライン光SL2のいずれも基板表面PSに届かない領域が発生する。ライン光SL1、SL2が交差角θ(図2)で基板表面PSに向けて照射される場合、部品Cの高さをHとすると、
W=H/tanθ
以下の部品間ピッチWであると、ライン光SL1、SL2が部品Cに遮光される。この場合、部品間ピッチWの領域において高さデータの欠落部が発生することになる。
W=H/tanθ
以下の部品間ピッチWであると、ライン光SL1、SL2が部品Cに遮光される。この場合、部品間ピッチWの領域において高さデータの欠落部が発生することになる。
上記のような部品Cの配置を含む実装基板Pの高さ計測例を、図9(C)、(D)に示す。ここでは、複数の部品Cが狭ピッチでXY方向にマトリクス配置されている実装基板Pを例示している。図9(C)に示す第1スキャンでは、スキャン方向FがX方向(第1スキャン方向)に設定される。一対のライン光源5A、5Bの対向方向もX方向である。一方、基板表面PSに投影される第1ライン光SL1又は第2ライン光SL2の延びる方向は、Y方向である。この第1スキャンでは、X方向に並ぶ部品CのピッチWxの領域が、高さデータの欠落部となる可能性があるが、Y方向に並ぶ部品CのピッチWyの領域については高さデータを取得することができる。
図9(D)は、第2スキャンの様子を示している。第2スキャンのスキャン方向Fは、X方向から90度回転させたY方向に設定される。すなわち、ヘッド25Hが90度回転される。これにより、第1スキャンに対してカメラユニット4の撮像エリアは撮像光軸AX回りに90度程度回転した姿勢となり、ライン光SL1、SL2の照射方向も、撮像光軸AX回りに90度回転した状態となる。この第2スキャンでは、Y方向に並ぶ部品CのピッチWyの領域が、高さデータの欠落部となる可能性がある。しかし、第1スキャンで高さデータ欠落部となったX方向に並ぶ部品CのピッチWxの領域については、高さデータを取得することができる。従って、第1スキャン及び第2スキャンの計測結果を合成することで、高さデータ欠落部を解消することができる。
[第2実施形態]
第2実施形態では、ヘッド25Hの移動制御を簡素化するために、スキャン方向FをX方向又はY方向のいずれか一方向に制限する例を示す。すなわち、制御装置3が、第1スキャン及び第2スキャンを実行するに際し、Y軸移動機構23又はX軸移動機構24のいずれか一方を選択して動作させる例を示す。前記選択に際しては、スキャン可能幅やスキャン距離などが参照される。
第2実施形態では、ヘッド25Hの移動制御を簡素化するために、スキャン方向FをX方向又はY方向のいずれか一方向に制限する例を示す。すなわち、制御装置3が、第1スキャン及び第2スキャンを実行するに際し、Y軸移動機構23又はX軸移動機構24のいずれか一方を選択して動作させる例を示す。前記選択に際しては、スキャン可能幅やスキャン距離などが参照される。
実装基板Pなどを測定対象とする高さ計測では、測定対象の全領域にライン光SLを照射するようにヘッド25Hを移動せねばならない。この際、Y軸移動機構23及びX軸移動機構24を同時に動作させれば、スキャン方向Fをあらゆる方向に設定が可能である。例えば、図8(D)に例示したような、X方向とY方向との中間方向をスキャン方向Fに設定することができる。しかし、この場合、スキャン制御部32はY軸モータ231とX軸モータ241とを同期制御せねばならず、駆動制御が複雑化する。駆動制御の簡素化のためには、スキャンの際にY軸モータ231又はX軸モータ241のいずれか一方だけを動作させる制御とすることが望ましい。そして、スキャン方向FとしてX方向又はY方向のいずれを選択するかは、測定対象の全領域のスキャンに要する時間がいずれの方向が短いかを判断要素とすることが望ましい。
図3(C)に基づき説明した通り、部品Cの影部SHの影響を回避するには、2つのライン光SL1、SL2の双方が測定対象上を通過するようにスキャンする必要がある。しかし、ヘッド25Hの回転角度によって、X方向とY方向とでスキャン可能幅に広狭の差異が生じる。この点を図10(A)~(D)に基づいて説明する。図10では、カメラユニット4の撮像エリア4Aと、この撮像エリア4A内に投影されるライン光SL1、SL2が示されている。
図10(A)は、ヘッド25Hの回転角度=0度の状態を示す。0度の状態では、ライン光SL1、SL2はY方向に沿って延びている。このため、X方向をスキャン方向Fに選択するX方向スキャンでは、そのスキャン可能幅Xは最大幅maxとなる。一方、Y方向をスキャン方向Fに選択するY方向スキャンでは、スキャン可能幅Yはゼロとなり、測定不能となる。
図10(B)は、ヘッド25Hの回転角度=30度の状態を示す。30度の状態では、X方向スキャンにおいて2つのライン光SL1、SL2の双方が照射できる領域が、0度の状態よりも狭くなる。このため、スキャン可能幅Xは、最大幅maxよりも小さいX=x1となる。一方、Y方向スキャンでは、2つのライン光SL1、SL2の双方が照射できる領域がゼロではなくなり、スキャン可能幅Y=y1となる。但し、y1<x1である。図10(C)は、ヘッド25Hの回転角度=60度の状態を示す。60度の状態では、ライン光SL1、SL2の延在方向がY方向に近づくことから、Y方向のスキャン可能幅Yが増加する一方、X方向のスキャン可能幅Xが減少する。すなわち、スキャン可能幅X=x2、スキャン可能幅Y=y2、y2>x2の関係となる。
図10(D)は、ヘッド25Hの回転角度=90度の状態を示す。90度の状態では、ライン光SL1、SL2はX方向に沿って延びる。このため、Y方向スキャンのスキャン可能幅Yは最大幅maxとなる一方、X方向スキャンのスキャン可能幅Xはゼロとなり、測定不能となる。以上の通りであるので、ヘッド25Hの回転角度に応じて、X方向又はY方向のいずれか適切な方を、スキャン方向Fとして選択する必要がある。
図11(A)~(C)は、スキャン方向Fの決定手法を説明する図である。ヘッド25Hの回転角度と、X方向スキャン又はY方向スキャンでの測定可能幅との関係は、次のようにして求めることができる。図10(A)に示す通り、ヘッド25Hの回転角度をα、α=0度のときの測定可能幅をL、2つのライン光SL1、SL2間の距離をDとする。
図11(B)に示すように、ヘッド25Hの回転角度=αのとき、X方向スキャンを実行させた場合の測定可能幅Lxは、次式で示される。なお「abs」は絶対値を、「・」は乗算を各々示す。
Lx=abs(L・cosα)-abs(D・sinα)
一方、図11(C)に示すように、ヘッド25Hの回転角度=αのとき、Y方向スキャンを実行させた場合の測定可能幅Lyは、次式で示される。
Ly=abs(L・sinα)-abs(D・cosα)
Lx=abs(L・cosα)-abs(D・sinα)
一方、図11(C)に示すように、ヘッド25Hの回転角度=αのとき、Y方向スキャンを実行させた場合の測定可能幅Lyは、次式で示される。
Ly=abs(L・sinα)-abs(D・cosα)
上掲の測定可能幅Lx、Lyの値が大きいほど、1回のスキャンでの測定幅が大きくなる。従って、X方向測定可能幅LxとY方向測定可能幅Lyとの値を比較して、いずれか大きい方をスキャン方向Fとして選択すれば、効率の良い高さ計測を行える。なお、回転角度=45度のときは測定可能幅Lx、Lyの値は同値になる。この場合、スキャン距離が短いほど、スキャンに要する時間を短縮できるので、X方向スキャン又はY方向スキャンのうちスキャン距離が短い方を選択することが望ましい。
図12は、第2実施形態に係る部品高さ計測におけるスキャン方向決定処理を示すフローチャートである。制御装置3のスキャン制御部32は、撮像光軸AX回りにヘッド25Hを所要の回転角度αに回転させる(ステップS1)。この回転角度αは、例えば図8(C)で例示したような、高部品C1に取り囲まれた低部品C2にライン光SLを照射できる回転角度である。以下、X方向スキャン又はY方向スキャンのいずれを選択するかの処理が行われる。
次いでスキャン制御部32は、ステップS1で設定された回転角度αに基づき、上掲の算出式でX方向測定可能幅Lx及びY方向測定可能幅Lyを算出する(ステップS2)。続いてスキャン制御部32は、測定可能幅Lx、Lyの値を比較する。まず、Lx>Lyの不等式を満足するか否かが判定される(ステップS3)。Lx>Lyを満足する場合(ステップS3でYES)、スキャン制御部32は測定幅の広いX方向スキャンを選定する(ステップS4)。一方、Lx>Lyを満足しない場合(ステップS3でNO)、Lx<Lyの不等式を満足するか否かが判定される(ステップS5)。Lx<Lyを満足する場合(ステップS5でYES)、スキャン制御部32はY方向スキャンを選定する(ステップS6)。
これに対し、Lx<Lyも満足しない場合(ステップS5でNO)、Lx=Lyということになる。この場合、スキャン制御部32は、X方向スキャンを採用した場合のスキャン距離と、Y方向スキャンを採用した場合のスキャン距離とを比較する(ステップS7)。例えば図8(B)の例では、第1スキャンにおいて、2つの高部品C1で挟まれた領域が、高さデータの欠落部となる。この欠落部領域を第2スキャンで再計測するに際し、X方向スキャン又はY方向スキャンのいずれを採用した方がスキャン距離が短いかが判定される。例えば、前記欠落部領域が、X方向に長い矩形の領域であれば、Y方向スキャンの方が当該欠落部領域に対するスキャン距離が短くて済み、高さ計測の高速化に寄与できる。従って、X方向スキャン距離の方がY方向スキャン距離より長い場合(ステップS7でYES)、スキャン制御部32はY方向スキャンを選定する(ステップS8)。逆に、Y方向スキャン距離の方がX方向スキャン距離より長い場合(ステップS7でNO)、スキャン制御部32はX方向スキャンを選定する(ステップS9)。
[第3実施形態]
第3実施形態では、部品Cの実装データを利用して、スキャン方向Fを決定する例を示す。実装基板Pにどのような部品Cが、どのようなレイアウトで実装されるかは、実装データによって予め定められている。実装データは、部品Cの形状や基板への実装位置に関する情報であって、実装データ記憶部34に格納されている。この実装データを活用すれば、高さデータ欠落部が生じない、或いは高さデータ欠落部の最も少ないライン光SLの照射方向乃至はスキャン方向Fを探知することが可能である。第3実施形態では、計測処理部33が実装データ記憶部34から実装データを読み出し、高さデータの欠落部の発生有無を判定する例を示す。
第3実施形態では、部品Cの実装データを利用して、スキャン方向Fを決定する例を示す。実装基板Pにどのような部品Cが、どのようなレイアウトで実装されるかは、実装データによって予め定められている。実装データは、部品Cの形状や基板への実装位置に関する情報であって、実装データ記憶部34に格納されている。この実装データを活用すれば、高さデータ欠落部が生じない、或いは高さデータ欠落部の最も少ないライン光SLの照射方向乃至はスキャン方向Fを探知することが可能である。第3実施形態では、計測処理部33が実装データ記憶部34から実装データを読み出し、高さデータの欠落部の発生有無を判定する例を示す。
図13(A)~(E)は、第3実施形態に係る部品高さ計測を説明するための模式図である。図13(A)に示すようなデフォルト状態に、カメラユニット4及びライン光源5A、5Bを含むヘッド25Hの姿勢、スキャン方向Fが定められているとする。計測処理部33は、スキャンを実行する前に、実装データ記憶部34から測定対象の実装基板Pについての実装データを取得する。最も簡単に済む例は、デフォルト状態でスキャンを実行させても、高さデータの欠落部が発生しないケースである。この場合、デフォルト状態で第1スキャンを実行させるだけで高さ計測が完了する。第2スキャンは無用となる。
図13(B)及び(C)は、実装データの取得例を示す。図13(B)は、図8(A)に示した部品C1、C2の配置例、図13(C)は、図9(C)示した部品Cのマトリクス配置例に相当する。実装データを取得すれば、部品搭載後の実装基板Pの三次元モデルを作成できる。計測処理部33は、この三次元モデルを用いて、スキャン態様を決定する。図13(B)及び(C)の例の双方とも、デフォルト状態でスキャンを実行すると、高さデータの欠落部が発生することは上述の通りである。
この場合、計測処理部33は、ライン光SLの照射方位やスキャン方向Fを様々に変更するシミュレーションを行い、最適なスキャン態様を割り出す。図13(D)及び(E)は、図13(B)及び(C)の実装データが取得された場合のスキャン態様の決定例を各々示している。図13(D)は、図8(C)のスキャン態様に、図13(E)は、図9(D)のスキャン態様にそれぞれ対応する。
例えば、図13(B)の実装データが取得された場合において、図13(D)に示すようなヘッド25Hに回転角度とするスキャン態様で、高さデータの欠落部が発生しないと判明したとする。この場合、図13(D)のスキャン態様で第1スキャンだけを実行し、当該実装基板Pの高さ計測を終える。図13(D)のスキャン態様では、他の部分に高さデータ欠落部が発生する場合は、例えば第1スキャンを図13(A)のデフォルト状態のスキャン態様で実行させ、第2スキャンを図13(D)のスキャン態様で実行させ、高さデータを補完する。また、図13(C)の実装データが取得された場合において、図13(E)のスキャン態様では、Y方向の部品ピッチ間において高さデータ欠落部が発生する。従って、第1スキャンを図13(A)のデフォルト状態のスキャン態様で実行させ、第2スキャンを図13(E)のスキャン態様で実行するよう決定する。
[第4実施形態]
第4実施形態では、第1スキャンにおいて高さデータの欠落部が検出された場合、当該欠落部の発生要因がスキャン方向に起因するか否かを判定し、スキャン方向に起因する欠落部である場合、第2スキャンを実行させる例を示す。高さデータ欠落部は、部品Cの影部SHだけを要因として発生するわけではない。例えば、実装基板Pに開口部や切り欠き部が存在している場合、それらの部分については基板表面PSからの反射光が検出できず、高さデータ欠落部となる。このような欠落部について第2スキャンを実行しても、高さデータは得られず、無駄な工数となる。従って、高さデータ欠落部の領域が発生した場合でも、その欠落部がスキャン方向に起因して高さ計測に失敗したか否かを見定めた上で、当該欠落部領域について第2スキャンを実行させることが望ましい。
第4実施形態では、第1スキャンにおいて高さデータの欠落部が検出された場合、当該欠落部の発生要因がスキャン方向に起因するか否かを判定し、スキャン方向に起因する欠落部である場合、第2スキャンを実行させる例を示す。高さデータ欠落部は、部品Cの影部SHだけを要因として発生するわけではない。例えば、実装基板Pに開口部や切り欠き部が存在している場合、それらの部分については基板表面PSからの反射光が検出できず、高さデータ欠落部となる。このような欠落部について第2スキャンを実行しても、高さデータは得られず、無駄な工数となる。従って、高さデータ欠落部の領域が発生した場合でも、その欠落部がスキャン方向に起因して高さ計測に失敗したか否かを見定めた上で、当該欠落部領域について第2スキャンを実行させることが望ましい。
高さデータ欠落部に対して第2スキャンを実行するか否かの判定例を示す。図14(A)及び(B)は、前記判定の一態様を示す模式図である。ここでは、高さデータ欠落部が、高さデータが取得されているデータ有り領域にスキャン方向Fにおいて隣接している場合に、当該欠落部をスキャン方向に起因する欠落部と判定する。
図14(A)は、測定対象の実装基板P1が、2つの高部品C1の間に低部品C2が配置された部品レイアウトを備える場合を示す。図14(A)の(A-1)に示すように、2つの高部品C1が並ぶ方向をスキャン方向として、実装基板P1の高さ計測のための第1スキャンが行われたとする。図14(A)の(A-2)は、第1スキャンに基づき求められた高さデータの画像IM1を示す。2つの高部品C1は、基板表面PS(載置面)の高さよりも高い高さデータが得られている、データ有り領域として表出している。一方、画像IM1には、高さが検出されていない2つの影部SH1、SH2が表出している。一方の影部SH1には、スキャン方向と直交する方向に細長く伸びる孤立領域CAが現れている。
一方の影部SH1は、データ有り領域である2つの高部品C1に、スキャン方向において隣接している影部である。この場合、影部SH1は、ライン光SLが高部品C1に遮光されて計測に失敗した可能性が高いと言える。現に、高部品C1の間に挾まれた低部品C2の高さデータが得られていない。なお、孤立領域CAは、ライン光SLの乱反射などでデータ有り領域として検出されるエラー領域である。通常、このような形状の部品は存在しないことから、ノイズとして削除される。一方、他方の影部SH2は、いずれの高部品C1に対してもスキャン方向に隣接する影部ではない。
図14(A)の(A-3)は、(A-2)の状況が得られた場合の、第2スキャンの実行領域の決定例を示す。2つの高部品C1に対応するデータ有り領域に、スキャン方向に隣接している影部SH1は、第2スキャンの対象領域となる再スキャン領域RS1と決定される。一方、データ有り領域に対して、スキャン方向に隣接していない影部SH2は、再スキャン領域RS1とは扱われない。後に行われる第2スキャンでは、ライン光SLの照射方向を変える等して、再スキャン領域RS1の高さ計測が行われる。このような実施形態によれば、無用に第2スキャンが実行されずに済み、高さ計測の迅速化を図ることができる。
図14(B)は、測定対象の実装基板P2が、切り欠き部PD2を有する場合を示す。図14(B)の(B-1)に示すように、実装基板P2は、実装された部品Cのスキャン方向下流側に隣接して、実装基板P2の一部が切り取られた切り欠き部PD2を有している。図14(B)の(B-2)は、第1スキャンに基づき求められた高さデータの画像IM2を示す。部品Cの実装領域は、基板表面PSよりも高い高さデータを有するデータ有り領域として表出している。一方、切り欠き部PD2の領域は、高さデータの無い影部SH3となる。
図14(B)の(B-3)は、(B-2)の状況が得られた場合の、第2スキャンの実行領域の決定例を示す。この場合、影部SH3は部品Cに対応するデータ有り領域に隣接してはいるが、その全領域を第2スキャンの対象領域とはしない。影部SH3のうち、正に部品Cのデータ有り領域対してスキャン方向に隣接する領域、つまりスキャン方向下流側に位置する領域だけが、再スキャン領域RS2に決定される。この再スキャン領域RS2も切り欠き部PD2に対応する領域であるので、結果として第2スキャンでも高さデータが計測されない。しかし、第2スキャンの実行領域が限定される分、高さ計測の迅速化に貢献できる。
図15(A)及び(B)は、高さデータ欠落部に対して第2スキャンを実行するか否かの他の判例を示す模式図である。ここでは、データ有り領域にスキャン方向Fにおいて隣接している高さデータ欠落部が、第1スキャンで得られた画像において所定の画素数未満の欠落部である場合に、当該欠落部をスキャン方向に起因すると判定する例を示す。図14の例では、データ有り領域にスキャン方向に隣接している限りにおいて、切り欠き部PD2であっても第2スキャンの対象と決定してしまう。本判定例では、この不具合を抑制する例を示す。
図15(A)は、図14(A)と同様に、測定対象の実装基板P1が、2つの高部品C1の間に低部品C2が配置された部品レイアウトを備える場合を示す。2つの高部品C1が並ぶ方向をスキャン方向として、実装基板P1の高さ計測のための第1スキャンが行われたとする。図15(A)の(A-2)に示すように、2つの高部品C1に対応する領域はデータ有り領域となり、両者間には高さが検出されていない影部SH1と、孤立領域CAとが現れている。第2スキャンの実行要否判定に際し、孤立領域CAはノイズとして無視し、高さデータの欠落部である影部SH1のスキャン方向の幅d1を、画像上の画素数で評価する。ここでは、影部SH1の幅d1が、予め定められた所定の画素数n未満の欠落部であるので、この影部SH1を第2スキャンの対象と扱うと判定される。
図15(B)は、図14(B)と同様に、測定対象の実装基板P2が、切り欠き部PD2を有する場合を示す。実装基板P2は、部品Cのスキャン方向下流側に隣接して切り欠き部PD2を有している。図15(B)の(B-2)に示すように、部品Cに対応する領域はデータ有り領域となり、切り欠き部PD2の領域は、高さデータの無い影部SH3となる。上記と同様に、影部SH3のスキャン方向の幅d2を、画像上の画素数で評価する。ここでは、影部SH3の幅d2が、予め定められた所定の画素数n以上の欠落部であるので、この影部SH3を第2スキャンの対象とは扱わないと判定される。
所定の画素数nは、0以上の任意の値に設定することができる。例えば、高さデータ欠落部が検出された場合、その全てを再スキャンの対象とするときは、n=0に設定すれば良い。或いは、高さデータ欠落部の周囲の平均高さとライン光SLの照射角度との関係から、動的に画素数nを設定しても良い。また、画像処理で高さデータ補完を行う画素数を基準に画素数nを設定することができる。例えば、高さデータの無い画素が3画素以下ならば、補完処理でデータ無し画素の高さデータを導出する設定の場合、n=4に設定する。このように、第2スキャンを実行するトリガとなる高さデータ欠落部であると判断する基準を、画素数nによって任意に設定することができる。
図16は、第4実施形態に係る部品高さ計測におけるスキャン領域決定処理を示すフローチャートである。制御装置3のスキャン制御部32は、デフォルト設定で規定された第1スキャンを実行させ、測定対象の実装基板Pについて高さ計測を行わせる(ステップS11)。続いて計測処理部33が、第1スキャンで得られた画像に基づいて高さデータ、並びに高さデータ欠落部を求める(ステップS12)。
次に計測処理部33は、高さデータ欠落部内に、図14(A)に例示したような、高さデータが不自然に孤立した孤立領域CAが有るか否かを判定する(ステップS13)。孤立領域CAが検出された場合(ステップS13でYES)、当該領域はノイズであるので、計測処理部33は孤立領域CAを削除する処理を行う(ステップS14)。孤立領域CAが検出されなかった場合(ステップS13でNO)、計測処理部33は高さデータ欠落部に隣接して、基板表面PSよりも高い高さデータが検出されているデータ有り領域が存在するか否かを判定する(ステップS15)。
前記データ有り領域が存在する場合(ステップS15でYES)、計測処理部33は、高さデータ欠落部が、スキャン方向の影に対応する欠落部であるか否かを判定する(ステップS16)。すなわち、計測処理部33は、ステップS2で検出された高さデータ欠落部が、前記データ有り領域にスキャン方向に隣接した欠落部であるか否かを判定する。スキャン方向に隣接した欠落部である場合(ステップS16でYES)、計測処理部33は、当該高さデータ欠落部が、画像上においてスキャン方向に予め定められた画素数n以上の幅を有する欠落部であるか否かを判定する(ステップS17)。
画素数n以上の幅を有する欠落部と判定された場合(ステップS17でYES)、計測処理部33は、当該高さデータ欠落部は再スキャンが必要な欠落部であると判定する。この場合、指定された高さ計測を全て完了しているか否かが判定される(ステップS18)。高さ計測が未了の場合(ステップS18でNO)、スキャン制御部32は、ヘッド25Hの回転角度の変更及び必要に応じてスキャン方向Fを変更し(ステップS20)、ステップS11に戻って再スキャンとしての第2スキャンを実行させる。例えば、回転角度を15度ずつ変更する等して、再スキャンが実行される。
高さ計測が全て完了している場合(ステップS18でYES)、計測処理部33は、測定対象とした実装基板Pについての高さ計測データを、制御装置3のメモリ領域に格納し、データを更新する(ステップS19)。一方、ステップS15で前記データ有り領域が存在しない場合(ステップS15でNO)、ステップS16でスキャン方向に隣接した欠落部ではない場合(ステップS16でNO)、或いはステップS17で画素数n以上の幅を有する欠落部であると判定された場合(ステップS17でYES)、計測処理部33は再スキャンが不要と判定し(ステップS21)、処理を終える。
[第5実施形態]
第5実施形態では、モデル基板を用いて事前に望ましいスキャン態様を探知する例を示す。概略的には、スキャン制御部32がモデル基板を対象として、ライン光SL1、SL2の照射方向を異なる方位とした複数のスキャンを実行させ、複数のスキャンの中から、第1スキャンとして用いるのに好適なスキャンを選択する。そして、以降のモデル基板と同一の実装基板Pの高さ計測においては、選択したスキャン態様で高さ計測を行う。
第5実施形態では、モデル基板を用いて事前に望ましいスキャン態様を探知する例を示す。概略的には、スキャン制御部32がモデル基板を対象として、ライン光SL1、SL2の照射方向を異なる方位とした複数のスキャンを実行させ、複数のスキャンの中から、第1スキャンとして用いるのに好適なスキャンを選択する。そして、以降のモデル基板と同一の実装基板Pの高さ計測においては、選択したスキャン態様で高さ計測を行う。
図17(A)~(C)は、第5実施形態に係る部品高さ計測を説明するための模式図である。本実施形態では、図17(A)に示すようなモデル基板PMが準備される。モデル基板PMは、ある実装基板製品について、その基板設計通りに、部品Cが所定の配置で基板にマウントされた良品基板である。ここでは、図8(A)での例示品と同様に、4つの高部品C1に一つの低部品C2が囲まれたレイアウトを有する。
前記実装基板製品の高さ計測を行う前に、制御装置3はモデル基板PMに対して高さ計測動作を実行する。この高さ計測に際し、スキャン制御部32は、例えばヘッド25Hを順次回転させて、ライン光SL1、SL2の照射方向を異なる方位とした複数の高さ計測を行う。図17(A)では、ヘッド25Hの回転角度を0度、45度、90度に順次変更し、それぞれスキャン方向F1、F2、F3にてモデル基板PMのスキャンを行う例を示している。実際は、15度程度の小ピッチでヘッド25Hの回転角度を変化させながら、モデル基板PMのスキャンを行うことが望ましい。
各スキャンで取得された画像に基づき、計測処理部33がモデル基板PMの高さデータを求める。この際、計測処理部33は、各スキャンにおける高さデータの欠落部を特定し、高さ計測がどの程度正確に実行されたかを前記実装データに基づき評価する。図17(A)では、ヘッド25Hの回転角度=0度及び90度の場合、低部品C2の高さ計測が行えないので、最適なスキャン態様とは評価出来ない。一方、回転角度=45度の場合、低部品C2を含めた高さ計測が可能である。従って、計測処理部33は、ヘッド25Hの回転角度=45度を、モデル基板PMと同一の配置で部品C1、C2がマウントされた実装基板Pを高さ計測の対象とする際、スキャン態様として採用する。
図17(B)、(C)は、以降に実施される、モデル基板PMと同一の実装基板Pに対するスキャン態様を示す。これらは、第1実施形態の図8(C)、(D)で示したスキャン態様と同様である。図17(B)は、回転角度=0度のスキャン方向F1を維持したまま、ヘッド25Hの回転角度=45度としてスキャンを行う例を示している。図17(C)では、ヘッド25Hの回転角度=45度に設定すると共に、この回転角度に応じたスキャン方向F2に設定する例を示している。
第5実施形態によれば、モデル基板PMを用いて複数のスキャンが予め実行され、高さデータ欠落部が最も発生し難い最適スキャンを探知することが可能となる。そして、モデル基板PMと同一の実装基板Pについては、前記最適スキャンの態様を少なくとも第1スキャンに適用することで、無駄のない高さ計測を行うことができる。
第5実施形態において、部品Cについて、その高さ、体積、面積を算出可能な実装データが存在している場合は、各スキャンにおける計測値から得られる高さ、体積、面積が最も前記実装データに近いスキャン態様を選択させることができる。図18は、低部品C2及び高部品C1について、実装データから求められる体積と、各スキャンでの実測により求められる体積との比である体積割合で、スキャン方向の評価を行う例を示している。前記体積割合が100%に近いほど、計測の正確性が担保されている。
図18(A)は、スキャン方向及びヘッド25Hの回転角度=0度の場合における、低部品C2及び高部品C1の前記体積比を示している。既述の通り、0度の場合には低部品C2が高部品C1の影となって正確な高さ計測は行えない。このため、低部品C2についての体積割合は1%という低い値である。一方、高部品C1については計測に支障はないので、体積割合は95%という高い値が得られている。
図18(B)は、スキャン方向及びヘッド25Hの回転角度=45度の場合における体積比を示している。45度の場合、低部品C2にもライン光SL1、SL2を照射可能である。このため、低部品C2についての体積割合は99%という高い値が得られている。高部品C1についても、体積割合は97%という高い値が得られている。図18(C)は、回転角度=90度の場合における体積比を示している。この場合でも、低部品C2が高部品C1の影となって正確な高さ計測は行えない。従って、高部品C1の体積割合は94%が得られるが、低部品C2についての体積割合は2%という低い値である。
上記の結果によれば、回転角度=0度、90度では、少なくとも低部品C2及び高部品C1の実装エリアにおいて、正確な高さ計測は行えない。従って、回転角度=45度のスキャンが選択される。実際の実装基板Pでは、複数の実装エリアが存在し、それら実装エリア毎に望ましいスキャン方向が存在する。望ましいスキャン方向が同一である実装エリア若しくは部品を整理する等して、実装基板P全体でみて、最適なスキャン態様を設定することが好ましい。
図19は、第5実施形態に係る部品高さ計測における、実装データが使用できる場合のスキャン方向決定処理を示すフローチャートである。制御装置3のスキャン制御部32は、モデル基板PMに対してデフォルト設定で規定されたスキャンを実行させ、実装された部品Cの高さ計測を行わせる(ステップS31)。続いて計測処理部33が、モデル基板PMの各部品Cについての高さデータを求める。さらに計測処理部33は、実装データ記憶部34から実装データを読み出し、実測の部品Cの高さデータに基づく体積と、実測データから導出される部品C1の体積とから、体積割合を算出する(ステップS32)。
続いて、予め指定されたヘッド25Hの回転角度及びスキャン方向での、モデル基板PMの高さ計測が完了したか否かが確認される(ステップS33)。全ての高さ計測が未完了である場合(ステップS33でNO)、スキャン制御部32は、ヘッド25Hの回転角度乃至はスキャン方向を変更し(ステップS35)、新たなスキャンを実行させる(ステップS31)。一方、全ての高さ計測が完了した場合(ステップS33でYES)、計測処理部33は、部品C毎に、試行した全てのスキャンの中で最も実装データに近い結果が得られたスキャン方向を特定し、これを記憶させる(ステップS34)。
以上は、実装データを使用できる場合のスキャン方向決定方法の例である。実装データを使用出来ない場合は、高さデータの欠落部の面積とスキャン方向との関係から、最適なスキャン方向を選定することができる。図20(A)~(C)は、部品Cの高さ計測における、高さデータ欠落部である影部SH1、SH21、SH22、SH3とスキャン方向との関係を示す図である。図20(A)、(B)、(C)は、それぞれスキャン方向及びヘッド25Hの回転角度=0度、45度、90度の場合の計測結果を示している。
図20(A)~(C)の各スキャンで取得された画像に基づき、部品Cの領域であるデータ有り領域が特定される。次いで、このデータ有り領域に対してスキャン方向に隣接している高さデータの欠落部の面積が求められる。図20(A)に示すように、回転角度=0度の場合、矩形の部品Cの長辺がスキャン方向と直交していることから、比較的大きな面積の影部SH1、つまり前記欠落部が表出している。これに対し、図20(B)の回転角度=45度の場合、部品C1におけるスキャン方向下流側の角部に、比較的小さな面積の影部SH21、SH22が表出している。図20(C)の回転角度=90度では、部品Cの短辺側に、SH21、SH22の合計よりは大きい面積の影部SH3が表出している。
これら、図20(A)~(C)のスキャンの中から、最も前記欠落部の面積が小さくなるスキャンを、第1スキャンとして選択する。ここでの例では、図20(B)の回転角度=45度に設定したスキャンで検出される影部SH21、SH22が、他に比較して最も面積が小さい。つまり、回転角度=45度が高さデータの欠落部の最も発生し難いスキャンとなる。従って、ヘッド25Hの回転角度=45度とするスキャンが、少なくとも第1スキャンとして選定される。
図21は、第5実施形態に係る部品高さ計測における、実装データが使用できない場合のスキャン方向決定処理を示すフローチャートである。制御装置3のスキャン制御部32は、モデル基板PMに対してデフォルト設定で規定されたスキャンを実行させ、実装された部品Cの高さ計測を行わせる(ステップS41)。続いて計測処理部33が、モデル基板PMについての高さデータ欠落部を求める処理を実行する(ステップS42)。このステップS42に処理は、先に説明した図16のステップS12~S17の処理と同様である。ここでは説明を割愛する。
その後、計測処理部33は、当該スキャンで発生した高さデータ欠落部の面積を求める処理を行う(ステップS43)。続いて、予め指定されたヘッド25Hの回転角度及びスキャン方向での、モデル基板PMの高さ計測が完了したか否かが確認される(ステップS44)。全ての高さ計測が未完了である場合(ステップS44でNO)、スキャン制御部32は、ヘッド25Hの回転角度乃至はスキャン方向を変更し(ステップS46)、新たなスキャンを実行させる(ステップS41)。一方、全ての高さ計測が完了した場合(ステップS44でYES)、計測処理部33は、高さデータ欠落部の面積が最小となるスキャンを選定する(ステップS45)。後に実施するモデル基板PMと同一の実装基板Pの高さ計測は、ここで選定されたスキャン態様が用いられる。
[第6実施形態]
第6実施形態では、特定の部品の高精細な高さデータを取得する例を示す。例えば重要性の高い部品について、その形状を高精細に求めることが要請されることがある。この場合、当該部品に対して、第1スキャンを実行させると共に、当該第1スキャンでは高さデータの欠落部が有ると見なして少なくとも第2スキャンを実行させる。つまり、高さデータ欠落部の有無に拘わらず、当該部品について複数回のスキャンを実行させる。そして、少なくとも第1スキャン及び第2スキャンで得られた画像から得られた高さデータを合成して、前記部品の高さデータを求める。
第6実施形態では、特定の部品の高精細な高さデータを取得する例を示す。例えば重要性の高い部品について、その形状を高精細に求めることが要請されることがある。この場合、当該部品に対して、第1スキャンを実行させると共に、当該第1スキャンでは高さデータの欠落部が有ると見なして少なくとも第2スキャンを実行させる。つまり、高さデータ欠落部の有無に拘わらず、当該部品について複数回のスキャンを実行させる。そして、少なくとも第1スキャン及び第2スキャンで得られた画像から得られた高さデータを合成して、前記部品の高さデータを求める。
図22(A)~(D)は、第6実施形態に係る部品高さ計測を説明するための模式図である。測定対象は、実装基板Pに実装される特定部品CPである。特定部品CPは、例えば大規模集積回路部品のような重要部品である。図22(A)に示すように、特定部品CPに対して、ヘッド25Hの回転角度、つまりライン光SL1、SL2の照射方向を異ならせて、複数回のスキャンを実行させる。図22(A)では、特定部品CPに対して、X方向をスキャン方向F1とする第1スキャンと、Y方向をスキャン方向F2とする第2スキャンとが実行されている例を示している。
図22(B)は、第1スキャンで取得された画像に基づき求められた特定部品CPの高さデータと、高さデータ欠落部である影部SHxとを示している。特定部品CPのX側辺XSに影部SHxが現れているが、Y側辺YSには影部が存在しない。図22(C)は、第2スキャンに基づく特定部品CPの高さデータと、影部SHyとを示している。特定部品CPのY側辺YSに影部SHyが現れているが、X側辺XSには影部が存在しない。第1スキャンによる高さ計測では、X側辺XSの高さデータが確定していない。また、第2スキャンによる高さ計測では、Y側辺YSの高さデータが確定していない。しかし、図22(D)に示すように、第1スキャン及び第2スキャンで各々得られた高さデータを合成すれば、影部SHx、SHyによる不確定部分を消去できる。従って、特定部品CPの高さデータを高精細に求めることができる。
図23は、第6実施形態に係る高精細部品高さデータ作成処理を示すフローチャートである。制御装置3のスキャン制御部32は、特定部品CPに対してデフォルト設定で規定されたスキャンを実行させ、特定部品CPの高さ計測を行わせる(ステップS51)。この高さ計測に基づき、計測処理部33は、特定部品CPの高さデータ及び影部SHx、SHyを求める(ステップS52)。
続いて、図22(B)~(D)に例示したような、データ合成に必要な高さ計測が完了したか否かが確認される(ステップS53)。全ての高さ計測が未完了である場合(ステップS53でNO)、スキャン制御部32は、ヘッド25Hの回転角度乃至はスキャン方向を変更し(ステップS54)、新たなスキャンを実行させる(ステップS51)。一方、全ての高さ計測が完了した場合(ステップS53でYES)、計測処理部33は、高さデータの合成処理を実行する(ステップS55)。
ステップS55では、例えば図22(C)及び(D)に例示したように、特定部品CPのX側辺XS又はY側辺YSのいずれか一方しか影部SHx、SHyが存在しない場合、他方の側辺の高さデータをそのまま採用する合成処理が行われる。つまり、第1スキャンで得られたY側辺YSの高さデータを、第2スキャンで得られたX側辺XSの高さデータをそのまま用いて、特定部品CPの高さデータが作成される。これに対し、複数のスキャンにおいて、X側辺XS又はY側辺YSのいずれにも影部SHx、SHyが現れる場合がある。この場合、複数のスキャンで得られた高さデータの平均、中間、最大値又は最小値を採用して高さデータを作成することができる。
[その他変形実施形態]
以上、本発明の各種実施形態につき説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、例えば次のような変形実施形態を採用することができる。
以上、本発明の各種実施形態につき説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、例えば次のような変形実施形態を採用することができる。
(1)上記実施形態では、ヘッド25Hを撮像光軸AX回りに回転させることで、カメラユニット4とライン光源5A、5Bとを一体的に回転させる例を示した。これに代えて、ライン光源5A、5Bだけを回転させて、ライン光SLの照射方向を変更させても良い。上述の例では、図24(A)に示すように、カメラユニット4の撮像エリア4Aの姿勢と、ライン光SL1、SL2の照射方向との関係が維持されるよう、カメラユニット4とライン光源5A、5Bとを一体回転させている。これに対し、図24(B)に示す変形例では、カメラユニット4を回転させず、ライン光源5A、5Bだけを回転させる例を示している。この場合、撮像エリア4Aの姿勢とライン光SL1、SL2の照射方向との関係が、図24(A)の場合から変化する。なお、スキャン方向は、ライン光SL1、SL2の延在方向と直行する方向に設定できる。
(2)一般に、カメラユニット4が撮像した画像データは、その全画素数分が制御装置3側に転送される。これに代えて、処理の高速化のため、一部の画像データだけを転送するようにしても良い。図25は、使用する画像データを制限する例を示す模式図である。光切断法において画像データで必要となるのは、ライン光SL1、SL2の周辺領域である。例えば、図24(B)のようにライン光SL1、SL2を照射する場合を想定する。この場合、カメラ本体41のCMOSセンサ等が備える撮像エリア4A全体の画像データを転送せず、図25に示すように、ライン光SL1、SL2の撮像領域ROIに存在する画像のデータだけを切り取って転送させる。これにより、データ処理の高速化を図ることができる。
[上記実施形態に含まれる発明]
本発明の一局面に係るワーク高さ計測装置は、鉛直方向に撮像光軸を有し、ワークの画像を撮像する撮像部と、前記撮像光軸に対して所定の交差角を持った投影光軸を有し、ワークに対して複数の方位からライン光を照射可能なライン光投影部と、前記撮像部及び前記ライン光投影部を移動させて、ワークのスキャンを行わせるスキャン駆動部と、前記スキャン駆動部を制御して前記スキャンを実行させると共に、前記スキャンにより取得された画像に基づいて、光切断法により前記ワークの高さデータを求める計測部と、を備え、前記計測部は、前記ライン光を所定の照射方向からワークに照射させて第1スキャンを実行させ、前記第1スキャンで取得した画像に基づき求められた高さデータにおいて、当該ワークの前記高さデータの欠落部の有無を判定し、前記欠落部が検出された場合、前記ライン光の照射方向を前記第1スキャンとは異なる方位とした第2スキャンを実行させる。
本発明の一局面に係るワーク高さ計測装置は、鉛直方向に撮像光軸を有し、ワークの画像を撮像する撮像部と、前記撮像光軸に対して所定の交差角を持った投影光軸を有し、ワークに対して複数の方位からライン光を照射可能なライン光投影部と、前記撮像部及び前記ライン光投影部を移動させて、ワークのスキャンを行わせるスキャン駆動部と、前記スキャン駆動部を制御して前記スキャンを実行させると共に、前記スキャンにより取得された画像に基づいて、光切断法により前記ワークの高さデータを求める計測部と、を備え、前記計測部は、前記ライン光を所定の照射方向からワークに照射させて第1スキャンを実行させ、前記第1スキャンで取得した画像に基づき求められた高さデータにおいて、当該ワークの前記高さデータの欠落部の有無を判定し、前記欠落部が検出された場合、前記ライン光の照射方向を前記第1スキャンとは異なる方位とした第2スキャンを実行させる。
このワーク高さ計測装置によれば、第1スキャンで得られた高さデータに欠落部が検出された場合、ライン光の照射方向を前記第1スキャンとは異なる方位とした第2スキャンが実行される。サイズの異なる複数のワークが存在していたりワークが密集していたりする場合、前記第1スキャンでは、他のワークの影に入り込む等して、ライン光が照射されなかったワークが発生し得る。或いは、表面凹凸が存在するワークの場合、前記第1スキャンでは、凸部に遮られる等して、ライン光が照射されなかった影部分が発生し得る。しかし、前記第2スキャンが実行されることで、これらの影の領域について再度の高さ計測を行うことが可能となる。従って、ワークの高さを正確に計測することができる。
上記のワーク高さ計測装置において、前記計測部は、前記撮像部の撮像エリアの姿勢と前記ライン光の照射方向とを所定条件に設定した状態で、スキャン方向を所定の第1スキャン方向に設定して前記第1スキャンを実行させ、スキャン方向を、前記第1スキャン方向に維持する一方で、前記撮像エリアを前記撮像光軸回りに回転させると共に、前記ライン光の照射方向と前記撮像エリアの姿勢との関係が前記第1スキャンと同一に維持されるよう、前記ライン光の照射方向の方位を変更させて、前記第2スキャンを実行させることができる。
このワーク高さ計測装置によれば、スキャン方向を変えることなく第1スキャン及び第2スキャンが実行される。スキャン方向を変更せずとも、第1スキャンと第2スキャンとでは、撮像エリアの向きとライン光の照射方向が異なる。従って、ワークの高さデータの欠落部が生じた領域について、第2スキャンにて高さ計測を行い得る。また、第1スキャンと第2スキャンとで、前記撮像エリアの姿勢とライン光の照射方向との関係は同一に維持されるので、高さデータを効率良く導出することができる。
上記のワーク高さ計測装置において、前記計測部は、前記撮像部の撮像エリアの姿勢と前記ライン光の照射方向とを所定条件に設定した状態で、スキャン方向を所定の第1スキャン方向に設定して前記第1スキャンを実行させ、スキャン方向を、前記第1スキャン方向とは異なる第2スキャン方向に設定し、前記撮像エリアを前記第2スキャン方向に応じて前記撮像光軸回りに回転させると共に、前記ライン光の照射方向と前記撮像エリアの姿勢との関係が前記第1スキャンと同一に維持されるよう、前記ライン光の照射方向の方位を変更させて、前記第2スキャンを実行させても良い。
このワーク高さ計測装置によれば、単純にスキャン方向を変更するだけで、ワークの高さデータの欠落部が生じた領域について、第2スキャンにて高さ計測を行い得る。
上記のワーク高さ計測装置において、前記スキャン駆動部は、前記撮像部及び前記ライン光投影部を第1移動方向に水平移動させる第1移動機構と、前記第1移動方向と水平面で直交する第2移動方向に水平移動させる第2移動機構とを含み、前記計測部は、前記第1スキャン及び前記第2スキャンを実行するに際し、前記第1移動機構又は前記第2移動機構のいずれか一方を選択して動作させることが望ましい。
このワーク高さ計測装置によれば、スキャン動作を行うに際し、スキャン駆動部は前記第1移動機構又は前記第2移動機構のいずれか一方だけを駆動させる。従って、前記スキャン駆動部の駆動制御を簡素化することができる。
この場合、前記計測部は、前記第1移動機構又は前記第2移動機構の選択に際し、スキャン距離が短い方を選択することが望ましい。この態様によれば、ワークのスキャンに要するトータルスキャン距離を短くすることができ、高さ計測の高速化に寄与できる。
上記のワーク高さ計測装置において、前記ワークが、複数の部品が実装された基板であり、前記計測部は、前記部品の形状及び前記基板への実装位置に関する情報を含む部品実装データを取得し、当該部品実装データに基づいて前記高さデータの欠落部の有無を判定することが望ましい。
このワーク高さ計測装置によれば、部品実装データに基づいて、ライン光の照射方向若しくはスキャン方向と、高さデータの欠落部の発生箇所との関係を、事前に把握することが可能となる。従って、予め前記欠落部が少ないライン光の照射方向若しくはスキャン方向を設定することができる。
上記のワーク高さ計測装置において、前記計測部は、前記高さデータの欠落部が検出された場合、当該欠落部の発生要因がスキャン方向に起因するか否かを判定し、スキャン方向に起因する欠落部である場合、前記第2スキャンを実行させることが望ましい。
高さデータの欠落部は、例えばワークの設置ベースに開口部や切り欠き部が存在している場合にも発生し得る。上記のワーク高さ計測装置によれば、スキャン方向に起因する高さデータ欠落部であるときにだけ、第2スキャンが実行される。従って、前記第2スキャンが無用に実行されてしまわずに済む。
上記のワーク高さ計測装置において、前記ワークは、基板の載置面にマウントされたワークであって、前記計測部は、前記載置面の高さよりも高い高さデータが得られているデータ有り領域を特定し、前記欠落部が、前記データ有り領域のスキャン方向に隣接している場合に、前記第2スキャンを実行させることができる。
高さデータ欠落部が、データ有り領域のスキャン方向に隣接しているとき、その欠落部の発生要因がライン光照射時の影である可能性が高い。上記のワーク高さ計測装置によれば、このような場合に、データ欠落部がスキャン方向に起因する欠落部であると判定する。従って、第2スキャンの要否を的確に判断することができる。
上記のワーク高さ計測装置において、前記計測部は、前記データ有り領域のスキャン方向に隣接している前記欠落部が、前記第1スキャンで得られた画像において所定の画素数未満の欠落部である場合に、前記第2スキャンを実行させることができる。
このワーク高さ計測装置によれば、第2スキャンを実行するトリガとなる前記欠落部であると判断する基準を、画素数によって任意に設定することができる。
上記のワーク高さ計測装置において、前記ワークは、基板の載置面にマウントされたワークであって、前記計測部は、前記ワークが所定の配置で前記基板にマウントされたモデル基板を対象として、前記スキャン駆動部に前記ライン光の照射方向を異なる方位とした複数のスキャンを実行させ、前記モデル基板と同一の配置で基板にマウントされたワークを高さ計測の対象とする場合、前記複数のスキャンの中から、少なくとも前記第1スキャンとして用いるスキャンを選択して高さデータを求めることができる。
このワーク高さ計測装置によれば、モデル基板を用いて複数のスキャンが行われるので、高さデータ欠落部が最も発生し難い最適スキャンを探知することが可能となる。そして、モデル基板と同一の実装基板については、事前に探知した最適スキャンを適用することができる。
この場合、前記計測部は、前記複数のスキャンにおいて、前記載置面の高さよりも高い高さデータが得られているデータ有り領域を特定し、前記データ有り領域のスキャン方向に隣接している前記高さデータの欠落部の面積を求め、前記複数のスキャンの中から、最も前記欠落部の面積が小さくなるスキャンを、前記第1スキャンとして選択することが望ましい。
このワーク高さ計測装置によれば、高さデータの欠落部の発生面積が最も小さくなるスキャン態様で、第1スキャンを実施させることができる。
上記のワーク高さ計測装置において、前記計測部は、一つのワークに対して、前記第1スキャンを実行させると共に、前記欠落部が有ると見なして前記第2スキャンを実行させ、前記第1スキャン及び前記第2スキャンで得られた画像から得られた高さデータを合成して、前記一つのワークの高さデータを求めることが望ましい。
このワーク高さ計測装置によれば、2つのスキャンで各々得られた高さデータを合成することで、ワークの高さデータを高精細に求めることが可能となる。
上記のワーク高さ計測装置において、前記スキャン駆動部は、前記撮像部及び前記ライン光投影部を第1移動方向に水平移動させる第1移動機構と、前記第1移動方向と水平面で直交する第2移動方向に水平移動させる第2移動機構とを含み、前記第1移動機構は、前記第1移動方向の位置を所定の分解能で検出する第1エンコーダを、前記第2移動機構は、前記第2移動方向の位置を前記所定の分解能で検出する第2エンコーダを、各々備え、前記撮像部は、スキャン時に前記第1エンコーダ及び前記第2エンコーダが出力する位置検出信号に同期して、ワークの画像を撮像することが望ましい。
このワーク高さ計測装置によれば、第1及び第2エンコーダが出力する位置検出信号に同期させて撮像が行われるので、スキャン方向が如何なる方向となったとしても、同じピッチでワークの高さデータを取得することが可能となる。
上記のワーク高さ計測装置において、スキャン方向に移動可能なスライダと、前記スライダに支持され、前記撮像部及び前記ライン光投影部を前記撮像光軸回りに回転可能に保持するヘッドと、前記撮像部及び前記ライン光投影部を一体回転又は両者を個別に回転させる回転機構と、をさらに含むことが望ましい。
このワーク高さ計測装置によれば、前記撮像部及び前記ライン光投影部を一体回転または個別回転させることができる。従って、撮像領域の回転角及びライン光の照射方向を自在に設定することができる。
上記のワーク高さ計測装置において、一つの前記撮像部の前記撮像光軸を中心とする円周上に、複数の前記ライン光投影部が所定ピッチで配列された構成とすることができる。
このワーク高さ計測装置によれば、円周配列された複数のライン光投影部のいずれかを選択することで、ライン光の照射方向を変更することができる。
本発明の他の局面に係る実装基板検査装置は、部品が実装された実装基板が搬入される計測ステージと、前記計測ステージに搬入された前記実装基板上の部品を前記ワークとして高さ計測を行う上記のワーク高さ計測装置と、を備える。
この実装基板検査装置によれば、部品の配置状態に拘わらず部品高さを正確に計測できるので、的確な実装基板検査を行うことができる。
Claims (16)
- 鉛直方向に撮像光軸を有し、ワークの画像を撮像する撮像部と、
前記撮像光軸に対して所定の交差角を持った投影光軸を有し、ワークに対して複数の方位からライン光を照射可能なライン光投影部と、
前記撮像部及び前記ライン光投影部を移動させて、ワークのスキャンを行わせるスキャン駆動部と、
前記スキャン駆動部を制御して前記スキャンを実行させると共に、前記スキャンにより取得された画像に基づいて、光切断法により前記ワークの高さデータを求める計測部と、を備え、
前記計測部は、
前記ライン光を所定の照射方向からワークに照射させて第1スキャンを実行させ、
前記第1スキャンで取得した画像に基づき求められた高さデータにおいて、当該ワークの前記高さデータの欠落部の有無を判定し、
前記欠落部が検出された場合、前記ライン光の照射方向を前記第1スキャンとは異なる方位とした第2スキャンを実行させる、ワーク高さ計測装置。 - 請求項1に記載のワーク高さ計測装置において、
前記計測部は、
前記撮像部の撮像エリアの姿勢と前記ライン光の照射方向とを所定条件に設定した状態で、スキャン方向を所定の第1スキャン方向に設定して前記第1スキャンを実行させ、
スキャン方向を、前記第1スキャン方向に維持する一方で、前記撮像エリアを前記撮像光軸回りに回転させると共に、前記ライン光の照射方向と前記撮像エリアの姿勢との関係が前記第1スキャンと同一に維持されるよう、前記ライン光の照射方向の方位を変更させて、前記第2スキャンを実行させる、ワーク高さ計測装置。 - 請求項1に記載のワーク高さ計測装置において、
前記計測部は、
前記撮像部の撮像エリアの姿勢と前記ライン光の照射方向とを所定条件に設定した状態で、スキャン方向を所定の第1スキャン方向に設定して前記第1スキャンを実行させ、
スキャン方向を、前記第1スキャン方向とは異なる第2スキャン方向に設定し、前記撮像エリアを前記第2スキャン方向に応じて前記撮像光軸回りに回転させると共に、前記ライン光の照射方向と前記撮像エリアの姿勢との関係が前記第1スキャンと同一に維持されるよう、前記ライン光の照射方向の方位を変更させて、前記第2スキャンを実行させる、ワーク高さ計測装置。 - 請求項1に記載のワーク高さ計測装置において、
前記スキャン駆動部は、前記撮像部及び前記ライン光投影部を第1移動方向に水平移動させる第1移動機構と、前記第1移動方向と水平面で直交する第2移動方向に水平移動させる第2移動機構とを含み、
前記計測部は、前記第1スキャン及び前記第2スキャンを実行するに際し、前記第1移動機構又は前記第2移動機構のいずれか一方を選択して動作させる、ワーク高さ計測装置。 - 請求項4に記載のワーク高さ計測装置において、
前記計測部は、前記第1移動機構又は前記第2移動機構の選択に際し、スキャン距離が短い方を選択する、ワーク高さ計測装置。 - 請求項1~5のいずれか1項に記載のワーク高さ計測装置において、
前記ワークが、複数の部品が実装された基板であり、
前記計測部は、前記部品の形状及び前記基板への実装位置に関する情報を含む部品実装データを取得し、当該部品実装データに基づいて前記高さデータの欠落部の有無を判定する、ワーク高さ計測装置。 - 請求項1~5のいずれか1項に記載のワーク高さ計測装置において、
前記計測部は、
前記高さデータの欠落部が検出された場合、当該欠落部の発生要因がスキャン方向に起因するか否かを判定し、
スキャン方向に起因する欠落部である場合、前記第2スキャンを実行させる、ワーク高さ計測装置。 - 請求項7に記載のワーク高さ計測装置において、
前記ワークは、基板の載置面にマウントされたワークであって、
前記計測部は、
前記載置面の高さよりも高い高さデータが得られているデータ有り領域を特定し、
前記欠落部が、前記データ有り領域のスキャン方向に隣接している場合に、前記第2スキャンを実行させる、ワーク高さ計測装置。 - 請求項8に記載のワーク高さ計測装置において、
前記計測部は、前記データ有り領域のスキャン方向に隣接している前記欠落部が、前記第1スキャンで得られた画像において所定の画素数未満の欠落部である場合に、前記第2スキャンを実行させる、ワーク高さ計測装置。 - 請求項1~5のいずれか1項に記載のワーク高さ計測装置において、
前記ワークは、基板の載置面にマウントされたワークであって、
前記計測部は、
前記ワークが所定の配置で前記基板にマウントされたモデル基板を対象として、前記スキャン駆動部に前記ライン光の照射方向を異なる方位とした複数のスキャンを実行させ、
前記モデル基板と同一の配置で基板にマウントされたワークを高さ計測の対象とする場合、前記複数のスキャンの中から、少なくとも前記第1スキャンとして用いるスキャンを選択して高さデータを求める、ワーク高さ計測装置。 - 請求項10に記載のワーク高さ計測装置において、
前記計測部は、
前記複数のスキャンにおいて、前記載置面の高さよりも高い高さデータが得られているデータ有り領域を特定し、
前記データ有り領域のスキャン方向に隣接している前記高さデータの欠落部の面積を求め、
前記複数のスキャンの中から、最も前記欠落部の面積が小さくなるスキャンを、前記第1スキャンとして選択する、ワーク高さ計測装置。 - 請求項1~5のいずれか1項に記載のワーク高さ計測装置において、
前記計測部は、
一つのワークに対して、前記第1スキャンを実行させると共に、前記欠落部が有ると見なして前記第2スキャンを実行させ、
前記第1スキャン及び前記第2スキャンで得られた画像から得られた高さデータを合成して、前記一つのワークの高さデータを求める、ワーク高さ計測装置。 - 請求項1に記載のワーク高さ計測装置において、
前記スキャン駆動部は、前記撮像部及び前記ライン光投影部を第1移動方向に水平移動させる第1移動機構と、前記第1移動方向と水平面で直交する第2移動方向に水平移動させる第2移動機構とを含み、
前記第1移動機構は、前記第1移動方向の位置を所定の分解能で検出する第1エンコーダを、前記第2移動機構は、前記第2移動方向の位置を前記所定の分解能で検出する第2エンコーダを、各々備え、
前記撮像部は、スキャン時に前記第1エンコーダ及び前記第2エンコーダが出力する位置検出信号に同期して、ワークの画像を撮像する、ワーク高さ計測装置。 - 請求項1~13のいずれか1項に記載のワーク高さ計測装置において、
スキャン方向に移動可能なスライダと、
前記スライダに支持され、前記撮像部及び前記ライン光投影部を前記撮像光軸回りに回転可能に保持するヘッドと、
前記撮像部及び前記ライン光投影部を一体回転又は両者を個別に回転させる回転機構と、をさらに含む、ワーク高さ計測装置。 - 請求項1~13のいずれか1項に記載のワーク高さ計測装置において、
一つの前記撮像部の前記撮像光軸を中心とする円周上に、複数の前記ライン光投影部が所定ピッチで配列されている、ワーク高さ計測装置。 - 部品が実装された実装基板が搬入される計測ステージと、
前記計測ステージに搬入された前記実装基板上の部品を前記ワークとして高さ計測を行う、請求項1~15のいずれか1項に記載のワーク高さ計測装置と、
を備える実装基板検査装置。
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