CN102261897A - 检查设备和检查方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种检查设备，包括：网格图案投影部分，被适配为将网格图案投影到目标上；网格图案移动部分，被适配为移动被投影到目标上的网格图案；成像部分，被适配为对所述目标成像；以及控制部分，被适配为基于所指定的用于检查所述目标的检查区的情况来确定将感兴趣的检查区分类为二维还是三维检查区，用所述成像部分对感兴趣的检查区成像至少一次，并且基于捕获的图像检查二维形状，用所述网格图案投影部分投影网格图案并用所述网格图案移动部分移动所述网格图案被投影到的位置的同时，用所述成像部分对该感兴趣的检查区成像多次，并基于捕获的图像检查三维形状。

Description

检查设备和检查方法

技术领域

本发明涉及适合于例如检查(inspect)电路板的检查设备以及用于该检查设备的检查方法。

背景技术

当前广泛用于检查诸如电路板的目标的形状的检查设备被设计为摄像机或其他成像设备捕获电路板的静止图像并分析该静止图像用于检查。

在此情况下，通过获得二维捕获的单个静止图像来检查板的平面形状、即二维(2D)形状。此外，可以通过首先将网格(grid)图案投影到目标上、捕获多个图像同时移动网格图案被投影到的位置的相位并分析多个静止图像来检查三维(3D)形状。该三维形状检查被称为相移方法。

为了基于相移方法进行三维形状检测，必需准确地控制网格图案被投影到的位置的相位。即，在等效于网格图案中的条纹之间的间隔(间距)的距离(相位)是2π、并且在移动之前的网格图案的位置在原点的情况下，在四个不同的条件下或在四个不同的位置处捕获目标的图像，该四个不同位置即网格在距原点的位置(1/2)π处的位置、网格位置在距原点的位置π处的位置、网格在距原点的位置(3/2)π处的位置以及网格位置在原点处的位置。

然后，分析在不同相位处的目标的图像以测量被摄体(目标)的三维形状。稍后将给出用于基于相移方法进行三维检查的设备配置例子的描述。

这样的三维检查可以用于例如确定在将膏状的焊料(solder)应用于电路板期间焊料是否恰当地被填充到每个点。即，尽管当按平面方式看时所有预期点可能看起来都用焊料恰当地填充，但是存在当三维地看时焊料可能未填充足够厚度的可能性。因此，三维形状检查可以准确地确定这些点是否用焊料恰当地填充。

图9A到9C例示其中电路板的开口未用膏状的焊料恰当地填充的例子。在图9A到9C所示的每个例子中，金属模具2用作适配为遮盖不应用焊料填充的区域的遮盖部件。使用刮板(squeegee)3将焊料4填充到金属模具2的开口部分2a中。刮板3由例如有弹性达某个程度的树脂材料制成。刮板3的尖端与金属模具2的表面接触，并且在诸如垂直或水平的预定方向上移动。此时，给定量的焊料4被置于刮板3和金属模具2的表面之间，如图9A所示，使得焊料4以适合于金属模具2的开口部分2a的方式被填充到开口部分2a中，即板1的预期点。

图9A中所示的例子示出焊料在刮板3的运动方向M上在背面触碰金属模具2的开口部分2a的壁面，因此，在于刮板3的运动方向M相反的方向上用焊料填充开口部分2a。在此，如果金属模具2的开口部分2a长，则焊料不能填充整个开口，因此导致具有不足够量的填充焊料5的填充不足(under-filled)点5a。

图9B中所示的例子示出填充焊料5的一部分5b粘到刮板3的相对侧。这导致具有不足够量的填充焊料5的填充不足点。

图9C中所示的例子示出从与刮板3移动的方向M垂直的方向上看到的问题。当从该方向看时，如果刮板3由例如聚氨酯树脂制成，并且如果开口部分2a宽，则刮板3的中心部分3a弯曲，致使刮板3掏出(scrape out)填充的焊料并得到具有不足够厚度的填充焊料5的填充不足点5c。

这些填充不足缺陷的每个可以通过三维形状检查准确地判断。

日本专利申请特开公开No.2006-227652描述了基于适配为通过将网格图案投影到目标上并移动网格图案被投影到的位置的相位来测量目标的三维形状的相移方法测量器件的例子。

发明内容

顺便提及，使用相移方法的三维形状检查要求相同位置应该在移动网格图案的相位的同时被成像多次。因此，比适配为检查目标的平面形状的二维检查花费更多时间来检查每个点。因此，如果单个电路板上的多个点的每个被三维地检查以确定是否恰当地应用了膏状焊料，则花费极长的时间来完成单个电路板的检查。

已经考虑到以上而做出本发明，并且本发明的目标是降低基于相移方法三维地检查诸如板的目标所需的时间而不降低检查准确度。

本发明适用于被适配为通过将网格图案投影到目标上并在移动网格图案被投影到的位置的相位的同时捕获图像来三维地检查该目标的形状的检查设备。

在本发明中，基于所指定的用于检查所述目标的检查区的情况来确定感兴趣的检查区将被二维地还是三维地检查。

如果确定感兴趣的检查区将被二维地检查，则对该区域成像至少一次用于基于捕获的图像的二维形状检查。

另一方面，如果确定感兴趣的检查区将被三维地检查，则从网格图案投影部分将网格图案投影到目标上，并在移动所述网格图案被投影到的位置的相位的同时，对该感兴趣的检查区成像多次用于基于多个图像的三维形状检查。

因此，对基于区域的形状可以通过二维形状检查充分地被检查的那些区域进行二维检查。另一方面，对基于区域的形状认为需要三维形状检查的那些区域进行三维检查。

因此，在对目标的检查期间，对通过二维形状检查可以充分地被检查的那些区域进行用于二维检查的成像，因此确保比如果目标的所有检查区都被三维地检查更短的检查时间。

本发明根据基于例如目标的检查区的形状的情况自动地指定要经历二维检查的那些区域以及要经历三维检查的其他区域，因此最小化经历相对耗时的三维检查的区域的数量，用于快速和准确的检查。

附图说明

图1是例示根据本发明的实施例的设备的配置例子的透视图；

图2是例示根据本发明的实施例的设备整体的配置例子的工作原理图；

图3是例示根据本发明的实施例的其中开口被填充焊料的情况的例子的透视图；

图4是例示根据本发明的实施例用于指定情况并对检查区分类的步骤的例子的流程图；

图5A和5B是例示根据本发明的实施例的检查区的形状的说明图；

图6是例示根据本发明的实施例的板上的检查区的布置例子的说明图；

图7是例示根据本发明的实施例用于指定检查情况的屏幕的例子的说明图；

图8是例示根据本发明的实施例的修改例子的用于指定检查情况的屏幕的例子的说明图；以及

图9A到9C是例示焊料的填充不足的例子的说明图。

具体实施方式

将按以下顺序在以下给出本发明的优选实施例的描述。

1.设备配置的描述(图1和图2)

2.焊料填充的描述(图3)

3.情况的指定和检查区的分类的描述(图4到图7)

4.情况的指定和检查区的分类的修改例子(图8)

[1.设备配置的描述]

参考图1和图2，以下将给出在根据本实施例的例子中的检查设备的描述。在根据本实施例的例子中的检查设备被配置为检查其中焊料被施加到将被并入电子设施中的电路板的情况。

如图1和图2中所示，检查设备包括平台10，目标被置于该平台10上，使得利用相机30、即成像部分对置于该平台20上的板20、即目标成像。就布置在平台10之上的相机30具有附连到相机30以对平台10上的板20成像的成像镜头部分31。如图1所示，上部和下部照明部分32和33被布置在成像镜头部分31的周围以在对目标照明的同时用相机30对该目标成像。下部照明部分33包括圆形开口部分33a，使得板20、即目标可以被布置在开口部分33a中。在稍后将描述的二维和三维检查两者的成像期间使用该上部和下部照明部分32和33。

如图2所示，通过用相机30成像获得的静止图像数据被存储在图像存储器13中。所存储的图像数据由控制部分11读取用于图像分析部分14的形状测量。然后，图像分析部分14通过图像分析而确定该图像数据是否与预先登记的板的情况相匹配。确定结果从控制部分11输出。在此，术语“预先登记的板20的情况”指其中板20的预期点用焊料恰当地填充的情况。因此，检验是否用焊料恰当地填充这些点。

在图2中，控制部分11获得的确定结果被提供给显示部分16用于显示。此外，确定结果可以输出到外部设施，以便将信息传输到例如用于管理生产线的计算机设备。另一方面，操作部分17连接到控制部分11，使得可以通过操纵操作部分17进行各种调整。对于稍后将描述的三维检查的情况的指定，还可以通过在显示部分16上显示整个屏幕的同时操纵操作部分17来指定情况。或者，可以使用外部计算机设备(信息处理设备)来显示整个屏幕并指定情况。

该检查设备允许适于检查板20的平面形状的二维检查以及适于检查板20的三维形状的三维检查。

可以通过用相机30对板20即目标的检查区成像并获得静止图像数据来进行二维检查。在二维检查期间不需要从三维投影部分40投影网格图案。

对于三维检查，用相机30对板20即目标的检查区成像。此时，随着使用网格图案裂缝板46将网格图案投影到板20上，网格图案的相位被移动以获得四段静止图像数据。

即，黑色条纹或其他颜色的条纹按规则的间隔布置在网格图案裂缝板46上。在等效于条纹之间的间隔(间距)的相位量是2π的情况下，在被适配为测量目标的三维形状的三维检查期间，用投影在以下四个不同位置处的网格图案来捕获目标的静止图像：即网格图案在原点处的位置、网格图案的相位移动了间隔的四分之一或者(1/2)π的另一位置、网格图案的相位移动了间隔的一半或者π的另一位置以及网格图案的相位移动了间隔的四分之三或者(3/2)π的另一位置。在被投影在目标上的以上情况的每个情况下用网格图案对目标成像。

然后，分析四段静止图像数据以确定板20的检查区的三维形状、即板20沿其高度的情况。确定结果由控制部分11获得。

接下来将给出被适配为投影三维检查所需的网格图案的配置的描述。

如图1所示，将三维投影部分40对角地提供在平台10以上，使得可以从三维投影部分40投影网格图案。

参考图2描述被适配为投影网格图案的配置，来自投影仪41的光经由投影镜头42对角地照射到板20即目标的表面。此时，网格图案裂缝板42被提供在投影仪41和投影镜头42之间。

在网格图案裂缝板46上的网格图案中以规则的间隔(节距)形成平行的条纹，使得当从投影仪41投射光时，网格图案中的条纹被投影到板20即目标的表面。

网格图案裂缝板46被布置为可在与来自投影仪41的光的光轴垂直的方向上随滑动台45滑动。该滑动方向也是网格图案中的条纹被布置为在网格图案裂缝板46上彼此平行的方向。

如图2所示，滑动台45具有附连于滚珠螺杆44的螺杆紧固部分45a，使得滑动台45被配置为可滑动网格图案移动部分。即，通过马达43旋转滚珠螺杆44。马达43使滚珠螺杆44的旋转导致滑动台45进行平行移动。在本实施例中，脉冲马达被用作马达43。随着从驱动脉冲产生部分12提供驱动脉冲，滚珠螺杆44被驱动为旋转了与脉冲数对应的角度。因此，在提供给马达43的脉冲数与滑动台45的平行位移之间存在相关性。因此，滑动台45滑动的距离可以由提供给马达43的脉冲数控制。

应该注意，在投影镜头42与网格图案裂缝板46之间形成的角α以及在投影镜头42和目标(板20)之间形成的角β是Scheimpflug原理的角。即，将角α和β设置为Scheimpflug原理的角确保对角地投影的网格图案在在板20上的任何位置都在焦点上。

[2.焊料填充的描述]

参考图3，接下来将给出根据本实施例的将焊料填充到将有检查设备检查的板20的预期点中的描述。在板被置于检查设备上之前，使用单独的焊料填充设备(未示出)来填充焊料。

图3例示了板20的一部分的放大图，并且在焊料的填充期间，金属模具50、及金属模具元件被提供在板20上。开口部分51被提供在金属模具50中，并且焊料被应用于在与开口部分51相关联的位置处的板20的点。

为了填充焊料，由例如树脂材料制成的刮板60的尖端与金属模具50接触，如图3所示。焊料70被提供在刮板60与金属模具50相接触的位置。在此情况下，致使刮板60做平行移动。按与背景技术中所述相同的方式填充焊料。如已经参考图9A和9B所述，可以发生填充缺陷。因此，在焊料填充之后，由根据本实施例的检查设备检查该板。应该注意，移除金属掩膜50而进行检查设备的检查。

如上所述填充焊料。已经发现参考图9A和9B所述的焊料填充缺陷涉及用焊料填充的点的大小(即图3中的开口部分51的大小)。即，已经发现如果用焊料填充的开口部分51的水平和垂直长度L1和L2大于或小于给定长度，如图3所示，则以相对高的频率发生填充缺陷。

其中填充缺陷很可能发生的情况取决于板的类型和所使用的焊料的类型以及使用刮板的情况而变化。作为例子，假设在给定情况下，焊料被填充到接近方形的开口中。在此情况下，如果开口的短边是0.5mm或更小或者如果其长边是2.0mm或更大，则在该开口中很可能发生焊料填充缺陷。可以想到当开口的短边是0.5mm或更大并且当其长边小于2.0mm时，很难发生焊料填充缺陷。

本实施例利用该事实并使用检查设备确定要经历三维检查的区域。

[3.情况的指定以及检查区的分类的描述]

接下来将参考图4所示的流程图以及图5A到图7给出在利用检查设备检查印刷在板20上的焊料之前的情况的指定以及作为二维或三维检查区的检查区域的分类的例子的描述。在检查之前的该情况指定的例子通过例如控制部分11的控制而实行。

首先，用户通过输入期望的值来指定两个阈值W1和W2(步骤S11)。阈值W1应用于用焊料填充的每个点的短边，并且阈值W2应用于其长边。例如，用户指定0.5mm作为短边的阈值W1，并且2.0mm作为长边的阈值，如上所述。

然后，指定检查区(步骤S12)。根据用焊料填充的点在板上的布置来指定检查区。检查区可以自动指定或者通过用户指定。或者，可以根据从外部设施提供的数据来指定检查区。

然后，在步骤S12终止顶的检查区之一中判断每个填充焊料的点的尺寸(金属模具中的每个开口的尺寸)(步骤S13)。该判断确定短边是否等于或小于阈值W1以及长边是否等于或大于阈值W2(步骤S14)。如果由于该判断而确定短边等于或小于阈值W1或者长边大于或等于阈值W2，则包括该开口的检查区被分类为要经历三维形状检查的三维检查区(步骤S15)。

然后，如果由于步骤S14中的确定而确定短边大于阈值W1并且长边小于阈值W2，控制前进到步骤S17。在步骤S17，确定当前检查区中的所有填充焊料的点(开口)是否已经被判断。如果存在尺寸还未被判断的其他填充焊料的点，则控制返回到步骤S13。在步骤S13，在相同的检查区中判断其他填充焊料的点的尺寸。

如果在步骤S17确定在感兴趣的检查区中已经判断了所有填充焊料的点的尺寸，并且如果感兴趣的检查区还未被分类为三维检查区，则该检查区被分类为要经历平面形状检查的二维检查区(步骤S18)。

然后，如果在步骤S15中检查区被分类为三维检查区或者在步骤S18中被分类为二维检查区，则控制前进到步骤S16。在步骤S16，确定是否存在还未被分类为二维或三维检查区的任何其他检查区。如果在步骤S16确定存在还需被分类为二维或三维检查区的其他检查区，则控制返回到步骤S12。然后，对还需被分类的检查区进行从步骤S12向前的处理步骤。

当在步骤S16中确定所有检查区都已被分类为二维或三维检查区时，通过将与分类的二维和三维检查区有关的数据存储在存储器15(图2)中来登记该数据。

在板20的实际检查期间，控制部分11在分类每个检查区的同时基于存储在存储器15中的与二维和三维检查区有关的数据进行检查。

图5A和5B分别例示三维和二维检查区。在图5A所示的检查区100中，例如，填充焊料的点101的短边大于阈值W1。但是，其长边大于阈值W2。因此，检查区100整体上已被分类为三维检查区。类似地，检查区100中的另一填充焊料的点102的短边大于阈值W1。但是，其长边大于阈值W2。因此，检查区100由于点102而已经被分类为三维检查区。应该注意，如从图4所示的流程图很清楚，即使检查区100中的一个点满足三维检查区的条件，检查区也被分类为三维检查区。因此，不需要判断两个点的尺寸。

另一方面，在图5B所示的检查区200中，填充焊料的点201的短边大于阈值W1。但是，其长边小于阈值W2。因此，直到关注检查区200，所有的填充焊料的点都是相同的尺寸。因此，检查区200被分类为二维检查区。

图6例示其中板20上存在三个检查区21、22和23的例子。在检查期间，用相机30分别对检查区21、22和23成像。

对于检查区21，假设区域21中的小区域21a已经被分类为二维检查区，并且另一小区域21b也已经被分类为二维检查区。此时，检查区21被分类为二维检查区。在检查期间，用相机30对该区域成像，其后基于从成像获得的图像数据判断平面形状。

对于检查区22，假设区域22中的小区域22a已经被分类为三维检查区，因为区域22中的小区域22a包含需要二维检查的一些点以及需要三维检查的其他点。还假设另一小区域22b已经被分类为二维检查区。此时，检查区22被分类为三维检查区。因此，在检查期间，通过在移动网格图案被投影到的位置的相位的同时投影网格图案来用相机30对该区域成像四次。其后基于从成像获得的图像数据判断三维形状。不仅检查平面形状，而且检查焊料高度和体积。

对于检查区23，还假设区域23中的小区域23a已经被分类为需要二维和三维检查区两者的区域，并且另一小区域23b已经被分类为仅需要二维检查的区域。此时，不仅为了二维检查而对检查区23成像，而且为了三维检查对其成像四次。然后，小区域23a不仅经历作为二维检查的平面形状检查而且经历作为三维检查的焊料高度和体积检查。另一方面，小区域23b仅经历作为二维检查的平面形状检查。

图7例示了在图4的流程图的步骤S11中指定的情况的整个屏幕的例子。如图7所示，用户自由指定短边尺寸(示出“0.500mm”的框：W1)以及长边的尺寸(示出“2.000mm”的框：W2)作为用作三维检查的情况的焊料尺寸。但是，应该注意，阈值W1必须等于或小于阈值W2。

基于如上所述规定的情况，板的一些检查区经历二维检查，并且其他的经历三维检查。不需要三维检查的那些点被成像用于二维检查，因此最小化经历相对耗时的三维检查的区域的数量。这有助于降低检查单个板所需的总检查时间。

[4.情况的指定和检查区的分类的修改例子]

图8例示了用于指定情况以确定将检查区分类为二维还是三维检查区的屏幕的另一例子。

在此例子中，除了用于输入短边和长边尺寸的框之外，存在另外两个框用于输入在垂直和水平长度方面的限制。此外，可以通过勾选(check)或者不勾选接近由每个值指定的每个限制的复选框来选择或者不选择该限制。因此，在图8所示的例子中，如果仅勾选了短边和长边，则与图7所示的情况下相同的情况适用。

图8中的术语“垂直”和“水平”指用相机30捕获的静止图像中的垂直和水平方向。在此指定方向限制以例如在刮板的运动方向和与其垂直的方向之间改变情况。取决于检查情况，如上所述对刮板的运动方向的考虑确保了更好的确定。

另一方面，可以仅勾选(checked)“短边”或“长边”之一以仅在两种情况之一下进行二维和三维检查。例如，可以忽略短边的长度，使得仅在长边的长度等于或大于阈值时才进行三维检查。

应该注意，在上述实施例中所述的短边和长边的阈值仅仅是例子，并且本发明不限于这些值。应该输入基于例如目标的实际情况的最佳值。

另一方面，在以上实施例中，本发明应用于被适配为检查其中焊料被应用于电路板的情况的检查设备。但是，本发明可以应用于被设计用于其他应用的设备，只要这些设备用于通过使用网格图案检查目标的三维形状以及高度并基于相移方法测量目标的三维形状即可。

另一方面，图1和2所示的检查设备的形状是优选实施例的例示，并且检查设备可以是其他形状，只要其基于系统原理测量或检查目标的三维形状即可。

本发明包含与2010年4月30日在日本专利局提交的日本优先权专利申请JP 2010-105109中的公开有关的主题，通过引用将其全部内容合并于此。

本领域技术人员应当理解，取决于设计要求和其他因素，可以发生各种修改、组合、子组合和替换，只要其在所附权利要求或其等效物的范围内即可。

Claims (7)

1.一种检查设备，包括：

网格图案投影部分，被适配为将网格图案投影到目标上；

网格图案移动部分，被适配为移动被投影到目标上的网格图案；

成像部分，被适配为对所述目标成像；以及

控制部分，被适配为基于所指定的用于检查所述目标的检查区的情况来确定将感兴趣的检查区分类为二维还是三维检查区，所述控制部分还被适配为如果基于所述确定，感兴趣的检查区已经被分类为二维检查区，则用所述成像部分对感兴趣的检查区成像至少一次，并且基于捕获的图像检查二维形状，所述控制部分还被适配为如果感兴趣的检查区已经被分类为三维检查区，则在用所述网格图案投影部分投影网格图案并用所述网格图案移动部分移动所述网格图案被投影到的位置的同时，用所述成像部分对该感兴趣的检查区成像多次，并基于捕获的图像检查三维形状。

2.如权利要求1的检测设备，其中

所述目标是已经被应用了焊料的板，以及

所指定的用于检查检查区的情况是针对已经被应用了焊料的每个点的短边或长边的情况。

3.如权利要求2的检查设备，其中

如果长边等于或大于第一值，则针对已经被应用了焊料的每个点的短边或长边的情况将检查区分类为三维检查区，而当长边小于第一值时，将同一区域分类为二维检查区。

4.如权利要求3的检查设备，其中

如果短边等于或小于一个小于第一值的第二值，则检查区进一步被分类为三维检查区，并且当短边大于第二值时，该检查区被分类为二维检查区。

5.如权利要求1的检查设备，其中

如果在通过所述成像部分一次成像的区域的界限内存在二维和三维检查区，则感兴趣的区域经历三维检查。

6.一种检查方法，包括以下步骤：

将网格图案投影到目标上；

移动被投影到目标上的网格图案； 

对所述目标成像；以及

基于所指定的用于检查所述目标的检查区的情况，确定将感兴趣的检查区分类为二维还是三维检查区，其中

如果感兴趣的检查区已经被分类为二维检查区，则用成像部分对感兴趣的检查区成像至少一次，其后基于捕获的图像检查二维形状，以及如果感兴趣的检查区已经被分类为三维检查区，则在用网格图案投影部分投影网格图案并用网格图案移动部分移动所述网格图案被投影到的位置的同时，用成像部分对该感兴趣的检查区成像多次，其后基于捕获的图像检查三维形状。

7.一种检查设备，包括：

网格图案投影部件，用于将网格图案投影到目标上；

网格图案移动部件，用于移动被投影到目标上的网格图案；

成像部件，用于对所述目标成像；以及

控制部件，用于基于所指定的用于检查所述目标的检查区的情况来确定将感兴趣的检查区分类为二维还是三维检查区，用于如果基于所述确定，感兴趣的检查区已经被分类为二维检查区，则用所述成像部件对感兴趣的检查区成像至少一次，并且基于捕获的图像检查二维形状，用于如果感兴趣的检查区已经被分类为三维检查区，则在用所述网格图案投影部件投影网格图案并用所述网格图案移动部件移动所述网格图案被投影到的位置的同时，用所述成像部件对该感兴趣的检查区成像多次，并基于捕获的图像检查三维形状。 

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