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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum dreidimensionalen
Messen (im Folgenden kurz „Messvorrichtung” genannt).
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Wenn
ein elektronisches Bauteil auf einer Leiterplatine befestigt wird,
wird im Allgemeinen zuerst eine Lötpaste auf ein bestimmtes
Elektrodenmuster, das auf der Leiterplatine angeordnet ist, aufgedruckt.
Das Haftvermögen dieser Lötpaste wird dann verwendet,
um das elektronische Bauteil vorübergehend auf der Leiterplatine
zu befestigen. Anschließend wird diese Leiterplatine in
einen Reflow- oder Wiederaufschmelzlötofen befördert,
in dem in einem Standard-Reflow-Schritt ein Lötvorgang durchgeführt
wird. Hierbei ist bisher eine Untersuchung des Aufdruckzustandes
der Lötpaste vor dem Befördern in den Reflow-Ofen
notwendig, die bisher mit Hilfe von Vorrichtungen zum dreidimensionalen Messen
durchgeführt werden.
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In
den vergangenen Jahren sind verschiedene Arten von so genannten
Nichtkontakt-Messvorrichtung vorgeschlagen worden, die Licht verwenden.
Eine Technologie ist vorgeschlagen worden, die zum Beispiel auf
Verfahren der Phasenverschiebung basiert.
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In
einer Messvorrichtung, die dieses Phasenverschiebungsverfahren verwendet,
wird ein Bestrahlungsmittel, in dem eine Lichtquelle und ein Filter
zur Erzeugung eines sinusförmigen Wellenmusters kombiniert
sind, verwendet, um das Messobjekt (wie etwa ein Substrat oder eine
Leiterplatine) mit einem Lichtmuster sinusförmiger (streifenförmiger)
Intensitätsverteilung zu bestrahlen. Anschließend
werden Punkte auf dem Messobjekt (im Folgenden kurz als „Messpunkte” bezeichnet)
mit Hilfe eines Abbildungsmittels, das direkt über dem
Messobjekt angeordnet ist, gemessen. Eine CCD-Kamera mit einer Linse
und Abbildungselementen kann als das Abbildungsmittel verwendet
werden. In diesem Fall ist die Intensität I des Lichts
an einem Punkt (Messpunkt) P des Bildes durch folgende Gleichung
gegeben: I = e + f·cosϕwobei
e ein optisches Gleichstromrauschen (Offset-Komponente), f ein sinusförmiger
Kontrast (Reflexionsgrad) und ϕ eine durch eine Ungleichmäßigkeit
des Messobjekts aufgeprägte Phase ist.
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Hierbei
wird das Lichtmuster so bewegt, dass sich die Phase verändert,
was zum Beispiel in vier Stufen erfolgen kann: ϕ + 0, ϕ + π/2, ϕ +
3/2π und ϕ + 3/2π, und Bilder mit Intensitätsverteilungen, die
diesen Phasenverschiebungen entsprechen (d. h. I0,
I1, I2 bzw. I3) werden aufgenommen, und eine Modulationskomponente α wird
bestimmt nach der Beziehung: α = arctan{I3 – I1)/(I0 – I2)}.
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Die
Modulationskomponente α kann verwendet werden, um Koordinaten
x, y, die eine Objektebene der CCD-Kamera definieren, und eine Höhe
z eines Messpunkts (z. B. Lötpaste) P über der
Objektebene zu bestimmen. Die Koordinaten x, y und die Höhe
z werden verwendet, um die dreidimensionale Oberflächenform
der Lötpaste zu messen.
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Jedoch
umfasst eine tatsächliche Messung sowohl große
als auch kleine Messobjekte. So gibt es z. B. im Fall einer Lötpaste
sowohl dünnschichtige als auch erhabene Bereiche, die kegelstumpfartig
ausgebildet sein können. Wenn die Lücken zwischen den
Linien der Lichtmusters, das auf das Messobjekt gestrahlt wird,
vergrößert werden, um eine Anpassung auf die maximale
Höhe solcher Messobjekte vorzunehmen, so ist das Auflösungsvermögen schlecht
und somit die Messgenauigkeit gering. Andererseits würde,
obwohl die Genauigkeit durch Verringerung der Lücken zwischen
den Linien verbessert werden kann, der messbare Höhenbereich
ungenügend klein; derartige schmale Lücken würden zu
Fehlern durch unterschiedliche Linienordnungen führen.
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Daher
ist zum Beispiel eine Technologie vorgeschlagen worden, um Bilddaten
mit höherer Auflösung dadurch zu gewinnen, dass
die erste Abbildung durchgeführt wird und dann eine relative
Verlagerung zwischen dem Abbildungselement und dem Messobjekt um
eine halbe Pixelbreite des Abbildungselements erzeugt wird, bevor
die zweite Abbildung durchgeführt wird (vgl. z. B. die
japanische Patentoffenlegungsschrift
Nr. H6-6794 ).
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Ferner
ist zur Lösung des Problems des zu kleinen messbaren Höhenbereichs
eine Technologie vorgeschlagen worden, die ein Lichtmuster einer
kurzen Periode (Linienabstand) mit einem Lichtmuster einer langen
Periode kombiniert (vgl. z. B. die j
apanische Patentoffenlegungsschrift Nr.
2005-98884 ).
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Wenn
jedoch die oben beschriebenen herkömmlichen Technologien
in dem Bestreben kombiniert werden, den messbaren Höhenbereich
zu erweitern und die horizontale Auflösung zu erhöhen, ohne
dabei die Auflösung in der Höhenrichtung zu verringern,
müssen zum Beispiel insgesamt vier Messungen durchgeführt
werden: Eine erste Messung, bei der ein Lichtmuster mit einer kurzen
Periode an einer ersten Position verwendet wird, eine zweite Messung,
bei der ein Lichtmuster einer langen Periode an einer zweiten Position
verwendet wird, eine dritte Messung, bei der ein Lichtmuster der
kurzen Periode an einer von der ersten Position um einen halben
Pixelabstand verschobenen Position verwendet wird, und eine vierte
Messung, bei der ein Lichtmuster der langen Periode an einer gegenüber der
zweiten Position um einen halben Pixelabstand verschobenen Position
verwendet wird.
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In
der herkömmlichen Messvorrichtung, die auf dem Phasenverschiebungsverfahren
in der oben beschriebenen Weise basiert, müssen, wenn die Phase
zum Beispiel in vier Stufen geändert wird, vier Sätze
von Bilddaten mit Intensitätsverteilungen, die einer jeweiligen
Stufe entsprechen, ermittelt werden. Das heißt, nach jedem
Phasenwechsel muss eine Abbildung durchgeführt werden,
und für eine einzelne Messposition muss der Abbildungsvorgang
viermal durchgeführt werden. Daher ist, wenn jeweilige Messungen
durch zwei verschiedene Lichtmuster in der oben beschriebenen Weise
an zwei Orten durchgeführt werden, die Gesamtanzahl von
Abbildungsoperationen 16.
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Es
besteht somit dahingehend ein Nachteil, dass eine einfache Kombination
der oben beschriebenen herkömmlichen Technologien zur Vergrößerung
des messbaren Höhenbereichs und der horizontalen Auflösung
aufgrund der Erhöhung der Anzahl von Abbildungsoperationen
die Gesamtmesszeit verlängert und somit die Messeffizienz
herabsetzt.
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Das
oben beschriebene Problem ist nicht auf eine Höhenmessung
von Lötpaste und dergleichen, die auf einer Leiterplatine
aufgedruckt ist, begrenzt, sondern besteht auch auf anderen Gebieten,
die Vorrichtungen zum dreidimensionalen Messen verwenden.
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Angesichts
der oben genannten Umstände ist es ein Ziel der vorliegenden
Erfindung, eine Messvorrichtung bereitzustellen, die dazu geeignet
ist, während einer kürzeren Zeitspanne, in der
eine dreidimensionale Messung mit Hilfe des Phasenverschiebungsverfahrens
durchgeführt wird, diese Messung genauer durchzuführen.
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Gemäß einem
ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst eine Messvorrichtung
eine Bestrahlungsvorrichtung zum Bestrahlen wenigstens eines Messobjekts
mit mehreren Lichtmustern, die unterschiedliche Perioden und eine
streifenförmige Intensitätsverteilung besitzen,
wobei die Bestrahlung zwischen den mehreren Lichtmustern umschaltbar ist,
eine Kamera mit einem Abbildungselement zum Abbilden eines von dem
Messobjekt, das mit dem Lichtmuster bestrahlt wird, reflektierten
Lichts, einer Basis zum Durchführen einer Relativbewegung
zwischen dem Abbildungselement und dem Messobjekt, und eine Steuerungs-
bzw. Regelungsvorrichtung (im Folgenden kurz „Steuerungsvorrichtung”;
ebenso in äquivalenten Ausdrücken) zum Durchführen
von dreidimensionalen Messungen auf der Grundlage von Bilddaten,
die von der Kamera geliefert werden, wobei die Steuerungsvorrichtung
die dreidimensionalen Messungen in folgenden Schritten durchführt: Durchführen
einer Berechnung in einem Phasenverschiebungsverfahren von Höhendaten
als erste Höhendaten für jede Pixeleinheit von
Bilddaten auf der Grundlage von Daten eines mehrfach phasenverschobenen
Bildes, die durch Strahlen des mehrfach phasenverschobenen Lichtmusters
mit einer ersten Periode auf eine erste Position gewonnen werden, Durchführen
einer Berechnung in einem Phasenverschiebungsverfahren von Höhendaten
als zweite Höhendaten für jede Pixeleinheit von
Bilddaten auf der Grundlage von Daten eines mehrfach phasenverschobenen
Bildes, die durch Strahlen des mehrfach phasenverschobenen Lichtmusters mit
einer zweiten Periode auf eine zweite Position gewonnen werden, wobei
die zweite Periode länger als die erste Periode ist und
die zweite Position um eine halbe Pixelbreite in eine vorbestimmte
Richtung gegenüber der ersten Position verschoben ist,
und Austauschen der ersten Höhendaten nach einer Identifizierung
einer Linienordnung von allen ersten Höhendaten auf der
Grundlage der zweiten Höhendaten mit einem Wert, der die identifizierte
Linienordnung berücksichtigt.
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Gemäß dem
oben beschriebenen ersten Aspekt werden die ersten Höhendaten
durch das Phasenverschiebungsverfahren für jede Pixeleinheit
von Bilddaten auf der Grundlage von mehreren Bilddaten berechnet,
die durch Strahlen eines ersten Lichtmusters mit der ersten Periode
auf die erste Position gewonnen werden. Ferner werden zweiten Höhendaten für
jede Pixeleinheit von Bilddaten durch das Phasenverschiebungsverfahren
auf der Grundlage von mehreren Bilddaten berechnet, die durch Strahlen
des zweiten Lichtmusters mit der zweiten Periode, die länger
als die erste Periode ist, auf die zweite Position, die gegenüber
der ersten Position um einen halben Pixelabstand in einer vorbestimmten
Richtung verschoben ist, gewonnen werden. Durch Kombination dieser
Daten (einschließlich Nachverarbeitungs-Bilddaten wie etwa
Messdaten, die für jede Koordinate als Höhendaten
angeordnet sind) ist es möglich, Bilddaten mit einer hohen
Auflösung zu erzeugen, die die Auflösung des Abbildungselements überschreitet,
so dass eine dreidimensionale Messung mit hoher Genauigkeit durchgeführt
werden kann.
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Ferner
wird gemäß dem vorliegenden Aspekt auf der Grundlage
der unter Verwendung des zweiten Lichtmusters mit der langen Periode
gewonnenen zweiten Höhendaten die Linienordnung (Randzone
entsprechend der Messobjektkomponente in dem Phasenverschiebungsverfahren)
aller ersten Höhendaten bestimmt. Anschließend
wird der Wert der ersten Höhendaten durch einen korrigierten Wert
ersetzt, der diese Linienordnung berücksichtigt. Das heißt,
es kann sowohl die Fähigkeit zur Vergrößerung
des messbaren Höhenbereichs, was ein Vorteil bei der Verwendung
des zweiten Lichtmusters mit der langen Periode ist, als auch die
Fähigkeit, hoch genaue Messungen mit hoher Auflösung
zu gewinnen, was ein Vorteil bei der Verwendung des ersten Lichtmusters
mit der kurzen Periode ist, erreicht werden. Als Folge davon ist
eine Ver größerung des messbaren Höhenbereichs
möglich, wobei die horizontale Auflösung erhöht
ist, ohne dabei die Auflösung in der Höhenrichtung
herabzusetzen.
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In
dem vorliegenden Aspekt verwendet jede Messung, die unter Verwendung
der ersten Position oder der zweiten Position durchgeführt
wird, nur das erste Lichtmuster oder das zweite Lichtmuster. Das heißt,
es besteht keine Notwendigkeit, Messungen unter Verwendung von Lichtmustern
von zwei Arten, jede für zwei Orte, durchzuführen,
so dass die Anzahl der Abbildungsoperationen und die Erhöhung
der Gesamtmesszeit verringert werden kann. Dies ermöglicht
die Durchführung von Messungen mit höherer Genauigkeit über
eine kürzere Zeitspanne.
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Da
die obige Konfiguration mit Bildverarbeitung, d. h. auf einer entsprechenden
Berechnungssoftware basierend, implementiert werden kann, wird es
möglich, die Herstellungskosten zu reduzieren, ohne die
Hardware zu modifizieren.
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Ein
zweiter Aspekt der vorliegenden Erfindung ist die Messvorrichtung
wie sie im ersten Aspekt dargelegt ist, wobei die zweite Position
eine gegenüber der ersten Position schräg um einen
halben Pixelabstand verlagerte Position ist.
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Gemäß dem
oben beschriebenen Aspekt ist es möglich, Bilddaten mit
der vierfachen Auflösung des Abbildungselements mit zwei
Messungen zu erhalten: Eine an der ersten Position und eine weitere an
der zweiten Position. Ferner bezieht sich der Ausdruck „schräg
um einen halben Pixelabstand versetzte Position” auf eine
Position, die um eine halbe Pixeleinheit in eine Richtung diagonal
(eine bezüglich der Richtung der Arrays schräge
Richtung) bezüglich der rechteckigen Form der Pixel, die
für die Bilddaten gitterförmig angeordnet sind,
versetzt ist.
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Ein
dritter Aspekt der vorliegenden Erfindung ist eine Messvorrichtung
wie sie im zweiten Aspekt dargelegt ist, wobei die Steuerungsvorrichtung
ferner einen Teil fehlender Daten auf der Grundlage der ersten Höhendaten,
die wenigstens die Linienordnung am Umfang des Teils fehlender Daten
berücksichtigen, interpoliert.
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Die
Teile fehlender Daten tauchen in den Daten auf, wenn die ersten
Höhendaten und die zweiten Höhendaten kombiniert
werden, um die hochauflösenden Daten zu erzeugen. Gemäß dem
dritten Aspekt der vorliegenden Erfindung kann jedoch ein solcher
Nachteil verhindert werden.
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Ein
vierter Aspekt der vorliegenden Erfindung ist die Messvorrichtung,
wie sie in einem der Aspekte eins bis drei dargelegt ist, wobei
die Steuerungsvorrichtung ferner den Wert der zweiten Höhendaten
auf der Grundlage der ersten Höhendaten, die die Linienordnung
berücksichtigen, korrigiert.
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Gemäß dem
vierten Aspekt der vorliegenden Erfindung kann der Wert der zweiten
Höhendaten (die tatsächlichen Messdaten), der
durch das zweite Berechnungsmittel gewonnen wird, auf der Grundlage
der ersten Höhendaten, die die Linienordnung berücksichtigen,
korrigiert werden, und dieser Wert kann so eingestellt werden, dass
er weniger von dem tatsächlichen Wert der zweiten Höhendaten
abweicht.
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Ein
fünfter Aspekt der vorliegenden Erfindung ist die Messvorrichtung
wie sie in dem vierten Aspekt dargelegt ist, wobei die Korrektur,
die durch die Steuerungsvorrichtung durchgeführt wird,
folgende Schritte umfasst: Bestimmen, ob ein Wert der durch die
Steuerungsvorrichtung an einer vorbestimmten Position berechneten
zweiten Höhendaten innerhalb eines vorbestimmten Fehlerbereichs
eines Durchschnittswerts der ersten Höhendaten, die die Linienordnung
an einer Umfangsposition der vorbestimmten Position berücksichtigen,
liegt; Verwenden der ersten Höhendaten, die die Linienordnung
als die zweiten Höhendaten der vorbestimmten Position berücksichtigen,
falls der Wert innerhalb des vorbestimmten Fehlerbereichs liegt;
und Verwenden der durch die Steuerungsvorrichtung berechneten zweiten
Höhendaten als die zweiten Höhendaten der vorbestimmten
Position, falls der Wert nicht innerhalb des vorbestimmten Fehlerbereichs
liegt.
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Auf
die oben beschriebene Weise ist es möglich, wenn der Wert
der zweiten Höhendaten einer vorbestimmten Position innerhalb
eines vorbestimmten Fehlerbereichs des Durchschnittswerts der ersten
Höhendaten, die die Linienordnung an einer Umfangsposition
dieser vorbestimmten Position berücksichtigen, liegt, einen
genaueren Wert zu gewinnen, indem der Durchschnittswert der genaueren
ersten Höhendaten, die die Linienordnung berücksichtigten, als
der optimale Wert verwendet wird, da die Form an der vorbestimmten
Position und die angrenzende Form als vergleichsweise stetig angenommen
wird.
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Wenn
hingegen der Wert der zweiten Höhendaten nicht innerhalb
des Fehlerbereichs liegt, wird die Verwendung der zweiten Höhendaten,
die als tatsächliche Messdaten gewonnen werden, die durch das
zweite Berechnungsmittel berechnet werden, zu einem genaueren Wert
führen, da die Form an der vorbestimmten Position und die
angrenzende Form als nichtstetig und vergleichsweise rau und uneben angenommen
werden.
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Weitere
Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden ersichtlich
aus der nachfolgenden ausführlichen Beschreibung mit Bezug
auf die Zeichnung. In der Zeichnung sind:
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1 eine
vereinfachte, perspektivische Ansicht, die schematisch eine Leiterplatinenuntersuchungsvorrichtung
(im Folgenden kurz „Untersuchungsvorrichtung”)
zeigt, die eine Messvorrichtung gemäß einer Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung enthält;
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2 ein
Blockdiagramm, das eine elektrische Konfiguration der Untersuchungsvorrichtung gemäß einer
Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
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3 eine
Tabelle, die die Auflösung gemäß einem
jeweiligen Muster gemäß einer Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung zeigt;
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4(a) und 4(b) Datenfelder
(arrays) der gemessenen Höhendaten gemäß einer
Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
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5 ein
Datenfeld der kombinierten ersten und zweiten Höhendaten
gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung;
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6 ein
spezifisches Beispiel einer Datenaustauschverarbeitung gemäß einer
Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
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7 ein
spezifisches Beispiel einer Korrekturverarbeitung gemäß einer
Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
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8 ein
spezifisches Beispiel einer Interpolationsverarbeitung gemäß einer
Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
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9 eine
Tabelle, die die Genauigkeit von verschiedenen Höhendaten
bezüglich wahrer Werte gemäß einer Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung zeigt;
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10 ein
Datenfeld der kombinierten ersten bis vierten Höhendaten
gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung;
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11 ein
spezifisches Beispiel einer Datenaustauschverarbeitung gemäß einer
Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
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12 ein
spezifisches Beispiel einer Korrekturverarbeitung gemäß einer
Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
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13 eine
Tabelle, die eine Genauigkeit verschiedener Höhendaten
bezüglich wahrer Werte gemäß einer Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung zeigt.
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Erste Ausführungsform
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Nachfolgend
ist eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung
mit Bezug auf die beigefügte Zeichnung erläutert.
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1 ist
eine vereinfachte Darstellung einer Untersuchungsvorrichtung 1,
die mit der Messvorrichtung gemäß der vorliegenden
Erfindung ausgestattet ist. Wie es in 1 gezeigt
ist, umfasst die Untersuchungsvorrichtung 1 eine Basis 3 zum
Tragen/Halten und Positionieren einer Leiterplatine 2 als das
Messobjekt, die bzw. das mit einer Löt paste als dem Teil
des Messobjekts, der erfindungsgemäß beurteilt
werden soll, bedruckt ist, ein Bestrahlungsmittel 4 zum
Bestrahlen einer Oberfläche der Leiterplatine 2 mit
einem wohl definierten streifenförmigen Lichtmuster, wobei
der Einfallswinkel größer Null ist (hierin auch
als „Bestrahlung von schräg oben bezeichnet”),
eine CCD-Kamera 5 als ein Abbildungsmittel zum Abbilden
des bestrahlten Teils der Leiterplatine 2 und eine Steuerungs-
bzw. Steuerungsvorrichtung (im Folgenden subsummierend „Steuerungsvorrichtung”;
entsprechend in äquivalenten Ausdrücken) 6 zur
Durchführung verschiedener Steuerungsprozesse zur Bildverarbeitung
und Berechnung.
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Die
Bestrahlungsvorrichtung 4 ist mit einer bekannten Flüssigkristallblende
(englisch: liquid crystal shutter (LCS)) ausgestattet und dient
dem Strahlen eines streifenförmigen Lichtmusters, das eine
Phase besitzt, die sich alle 1/4 Periode ändert, von schräg
oben auf die Leiterplatine 2. In der vorliegenden Ausführungsform
ist das Lichtmuster so eingestellt, dass die optische Achse der
Bestrahlung in der xz-Ebene liegt, wobei sich die x-Achse parallel
zu zwei gegenüberliegenden Rändern der rechteckig ausgebildeten
Leiterplatine 1 und die z-Achse senkrecht zu der Leiterplatine 1 erstreckt.
Insbesondere erstreckt sich die Leiterplatine in einer durch die x-Achse
und einer dazu orthogonalen y-Achse definierten Ebene, und die Linien
des Lichtmusters erstrecken sich orthogonal zu der x-Achse und parallel zu
der y-Achse auf der Leiterplatine 1.
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Die
Bestrahlung mit Hilfe der Bestrahlungsvorrichtung 4 gemäß der
vorliegenden Ausführungsform kann zwischen zwei Lichtmustern
mit unterschiedlich langen Linienabständen (den oben genannten
Perioden) umgeschaltet werden. Insbesondere ist die Bestrahlungsvorrichtung 4 dazu
geeignet, zwischen einem ersten Lichtmuster mit einer ersten Periode
von 2 μm und einem zweiten Lichtmuster mit einer zweiten,
gegenüber der ersten Periode um einen Faktor von 2 größeren
Periode von 4 μm umzuschalten. Auf diese Weise kann zum
Beispiel, wie es in 3 gezeigt ist, das erste Lichtmuster
mit einem Fehlerbereich (einer Genauigkeit) von ±1μm
in Intervallen von 2 μm zur Höhenmessung als „0 ± 1 μm”, „2 ± 1 μm”, „4 ± 1 μm” etc.
innerhalb eines Höhenbereichs von 0 μm bis 10 μm
(wobei 10 μm dem Wert von 0 μm der nächsten
Linienordnung entspricht) verwendet werden. Andererseits kann das
zweite Linienmuster mit einem Fehlerbereich (einer Genauigkeit)
von ±2 μm in Intervallen von 4 μm zur
Höhenmessung als „0 ± 2 μm”, „4 ± 2 μm”, „8 ± 2 μm” etc. innerhalb
eines Höhenbereichs von 0 μm bis 20 μm verwendet
werden.
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In
dem Bestrahlungsmittel 4 wird Licht von einer Lichtquelle
(nicht gezeigt) mit Hilfe von Lichtleitfasern zu einem Paar von
Kondensorlinsen geleitet, die es kollimieren, d. h. aus ihm ein
paralleles Strahlenbündel erzeugen. Das kollimierte Licht
wird durch die Flüssigkristallblende einer Projektionslinse,
die innerhalb einer isothermen Steuerungsvorrichtung angeordnet
ist, zugeführt. Durch die Projektionslinse wird dadurch
das Lichtmuster in vier verschiedenen Phasen aus. Durch Verwenden
der optischen Flüssigkristallblende in dem Bestrahlungsmittel 4 ist
die Intensitätsverteilung der Lichtmusters nahezu ideal sinusförmig.
Dadurch ist die Messauflösung der Messvorrichtung verbessert.
Ferner kann eine Steuerung der Phasenverschiebung des Lichtmusters elektrisch
durchgeführt werden, so dass eine kompaktere Auslegung
des Steuerungssystems möglich ist.
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Die
Basis 3 umfasst Stellmotoren 15 und 16, die
durch die Steuerungsvorrichtung 6 angesteuert werden und
durch die die auf der Basis 3 aufliegende Leiterplatine 2 beliebig
in der xy-Ebene bewegt werden kann.
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Die
CCD-Kamera 5 umfasst eine Linse, ein Abbildungselement,
z. B. ein CCD-Sensor und dergleichen. Die CCD-Kamera 5 der
vorliegenden Ausführungsform erzeugt ein Bild, das zum
Beispiel eine Auflösung in Richtung der x-Achse von 512
Pixel und eine Auflösung in Richtung der y-Achse von 480
Pixel besitzt.
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Nachfolgend
ist die elektrische Konfiguration der Steuerungsvorrichtung 6 beschrieben.
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Wie
es in 2 gezeigt ist, umfasst die Steuerungsvorrichtung 6 eine
CPU mit einer Eingangs- und Ausgangsschnittstelle 21 zur
gesamten Steuerung der Untersuchungsvorrichtung 1, eine
Eingabevorrichtung 22 in Form zum Beispiel einer Tastatur und
einer Maus oder eines Bildschirm-Tastfeldes (touch panel), eine
Anzeigevorrichtung 23 mit einem Anzeigebildschirm wie etwa
eine Kathodenstrahlröhre (CRT = cathode ray tube) oder
eine Flüssigkristallanzeige, eine Bilddaten-Speichervorrichtung 24 zum Speichern
von Bilddaten auf der Grundlage eines Bildes von der CCD-Kamera 5,
eine Berechnungsergebnis-Speichervorrichtung 25 zum Speichern
von verschiedenen Berechnungsergebnissen, und eine Einstelldaten-Speichervorrichtung 26 zum
vorherigen Speichern von verschiedenen Daten. Die Vorrichtungen 22 bis 26 sind
jeweils elektrisch über die Eingangs- und Ausgangsschnittstelle 21 mit
der CPU verbunden.
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Nachfolgend
sind Einzelheiten der Verarbeitung durch die Steuerungsvorrichtung 6 während
der dreidimensionalen Messung erläutert.
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Die
Steuerungsvorrichtung 6 bewegt zunächst durch
Ansteuern der Stellmotoren 15 und 16 die Leiterplatine 2 und
positioniert so das Blickfeld der CCD-Kamera 5 an der ersten
Position eines bestimmten Untersuchungsbereichs der Leiterplatine 2. Der
Untersuchungsbereich ist ein Bereich von mehreren Bereichen, in
die die Oberfläche der Leiterplatine 2 zuvor unterteilt
wurde. Der Untersuchungsbereich liegt in der Objektebene der CCD-Kamera 5 und hat
die Größe von deren Blickfeld.
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Anschließend
beginnt die Steuerungsvorrichtung 6 durch Ansteuern der
Bestrahlungsvorrichtung 4 die Ausstrahlung des ersten Lichtmusters
mit der Periode 2 μm und führt eine Steuerung
zur aufeinanderfolgenden Umschaltung zwischen vier Bestrahlungsarten
durch, wobei eine Phase des ersten Lichtmusters in Schritten von
1/4 Periode inkrementiert wird. Während auf diese Weise
unter Verwendung des phasenverschobenen ersten Lichtmusters eine
Bestrahlung durchgeführt wird, steuert die Steuerungsvorrichtung 6 die
CCD-Kamera 5 an, und Bilddaten von vier Bildern werden
für den Untersuchungsbereichsteil (erste Position) bei
der Bestrahlung mit dem ersten Lichtmuster gewonnen.
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Die
Steuerungsvorrichtung 6 führt an den Bilddaten
der vier gewonnen Bilder jeweils Bildverarbeitungen aus, und auf
der Grundlage des oben im Zusammenhang mit dem Stand der Technik
erläuterten bekannten Phasenverschiebungsverfahrens wird eine
Höhenmessung für jede Koordinate (jedes Pixel)
durchgeführt. Die Höhenmessungen werden als erste
Höhendaten gespeichert. Diese Verarbeitung ist eine Funktion
eines ersten Berechnungsmittels in der vorliegenden Ausführungsform.
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Während
dieser Verarbeitung steuert die Steuerungsvorrichtung 6 die
Stellmotoren 15 und 16 so an, dass die Leiterplatine 2 von
der oben beschriebenen ersten Position um einen halben Pixelabstand in
einer schräger Richtung bewegt wird, und positioniert das
Blickfeld der CCD-Kamera 5 an der zweiten Position desselben
Untersuchungsbereichs der Leiterplatine 2. Jedes der Pixel
in der vorliegenden Ausführungsform ist quadratisch und
hat Ränder, die sich parallel zu der x-Achse bzw. der y-Achse
erstrecken. Somit bedeutet eine Bewegung „in einer schrägen Richtung” eine
Bewegung in Richtung der Diagonalen eines Pixels um den Betrag der
halben Diagonale des Pixels.
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Anschließend
steuert die Steuerungsvorrichtung 6 die Bestrahlungsvorrichtung 4 so
an, dass diese das zweite Lichtmuster der doppelten Periode 4 μm
ausstrahlt. Die Steuerungsvorrichtung 6 schaltet wiederum
aufeinanderfolgend zwischen vier Arten der Bestrahlung um, wobei
wiederum eine Phase des zweiten Lichtmusters in Schritten von 1/4
der Periode inkrementiert wird. Während auf diese Weise
die phasenverschobenen Bestrahlung durch das zweite Lichtmuster
durchgeführt wird, steuert die Steuerungsvorrichtung 6 die
CCD-Kamera 5 an, und Bilddaten von vier Bildern werden
für den Untersuchungsbereichsteil (zweite Position) bei
der Bestrahlung mit dem zweiten Lichtmuster gewonnen.
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Die
Steuerungsvorrichtung 6 führt an den Bilddaten
der vier gewonnen Bilder jeweils Bildverarbeitungen aus, und auf
der Grundlage des oben im Zusammenhang mit dem Stand der Technik
erläuterten bekannten Phasenverschiebungsverfahrens wird eine
Höhenmessung für jede Koordinate (jedes Pixel)
durchgeführt. Die Höhenmessungen werden als zweite
Höhendaten gespeichert. Diese Verarbeitung ist eine Funktion
eines zweiten Berechnungsmittels in der vorliegenden Ausführungsform.
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Anschließend
kombiniert die Steuerungsvorrichtung 6 die Messdaten an
der ersten Position (erste Höhendaten) mit den Messdaten
an der zweiten Position (zweite Höhendaten), d. h. sie
führt eine Bildverarbeitung durch, um ein einziges Messergebnis
für diesen Untersuchungsbereich zu erhalten. Durch eine
solche Verarbeitung ist es möglich, Messdaten zu gewinnen,
die zu Messdaten äquivalent sind, die unter Verwendung
eines Abbildungsmittels gewonnen worden wären, das die
vierfache Auflösung der CCD-Kamera 5 besitzt.
Eine solche Bildverarbeitung ist nachfolgend ausführlich
erläutert.
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Die
Erläuterung der Bildverarbeitung bezieht sich hier auf
eine CCD-Kamera 5, deren Auflösung zum Beispiel
4×4 Pixel pro einzelnes Bildfeld beträgt. In diesem
Fall werden an der ersten Position gewonnene Daten, wie es in 4(a) gezeigt ist, für jede der
Koordinaten (jedes Pixel) als die ersten Höhendaten A1
bis A16 in einem Speicher gespeichert. Auf die gleiche Weise werden
an der zweiten Position gewonnene Daten, wie es in 4(b) gezeigt
ist, für jede der Koordinaten (jedes Pixel) als die zweiten
Höhendaten B1 bis B16 in einem Speicher gespeichert. Die 4(a) und 4(b) (und
entsprechend die 5 und 8) zeigen
schematisch das Datenfeld.
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Anschließend
werden in dem Verbindungsprozess, wie es in 5 gezeigt
ist, zuerst durch Anordnen der oben beschriebenen ersten Höhendaten A1
bis A16 und zweiten Höhendaten B1 bis B16 in einem Schachbrettmuster
auf einem 8×8-Gitter Daten erzeugt. Die leeren Felder in 5 sind
ein Teil fehlender Daten in dieser Stufe. Zur Verbesserung der Deutlichkeit
sind die nicht leeren Felder in 5 (und entsprechend
in den 6 bis 8) schraffiert dargestellt.
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Anschließend
wird eine Datenaustauschverarbeitung durchgeführt, in der
die ersten Höhendaten A1 bis A16 durch Werte ersetzt werden,
die die Linienordnung der ersten Höhendaten A1 bis A16
berücksichtigen. Diese Datenaustauschverarbeitung ist eine
Funktion des Datenaustauschmittels in der vorliegenden Erfindung.
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Betrachtet
man zum Beispiel die ersten Höhendaten A6 in 6,
die durch eine dicke Umrandung hervorgehoben sind, so beträgt
in diesem Beispiel deren durch Messung gewonnener und gespeicherter
Wert „4”, und die Werte der an die ersten Höhendaten
A6 angrenzenden zweiten Höhendaten B6, B7, B10 und B11
werden als „16”, „12”, „16” bzw. „12” gespeichert.
Obwohl in 6 nur diese Werte als die gespeicherten
Werte gezeigt sind, werden die Höhendaten aller weiteren
Positionen ebenso wie diese Höhendaten in dem Speicher
gespeichert. Entsprechendes gilt für die 7 und 8.
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Wie
es aus 3 klar hervorgeht, werden, wenn der als die ersten
Höhendaten gewonnene Wert „4 ± 1 μm” ist,
die Kandidatenwerte für die tatsächlichen Höhen
der Lötpaste (das Messobjekt) aufgrund der unterschiedlichen
Linienordnung „4 ± 1 μm” und „14 ± 1 μm”.
Das heißt, wenn die Linienordnung 1 ist, wird
für die tatsächliche Höhe „4 ± 1 μm” genommen,
und wenn die Linienordnung 2 ist, wird für die
tatsächliche Höhe „14 ± 1 μm” genommen.
Zur Vereinfachung sei ein Fall erläutert, in dem die Höhe der
Lötpaste (Messobjekt) 20 μm nicht überschreitet.
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Danach
wird in dem Datenaustauschprozesses durch Austausch von einem der
Kandidatenwerte „4” und „14” der
geeignetste Kandidatenwert als der Wert ausgesucht, der von dem
Mittelwert der diese ersten Höhendaten A6 umgebenden zweiten
Höhendaten B6, B7, B10 und B11 ((16 + 12 + 16 + 12)/4=
14) am wenigstens abweicht. Das heißt, die Linienordnung
des Phasenverschiebungsverfahrens wird bestimmt. Anschließend
wird der Wert der ersten Höhendaten A6 durch den Wert „14”,
der die Linienordnung berücksichtigt, ausgetauscht. Die
oben genannte Verarbeitung wird für alle ersten Höhendaten
A1 bis A16 in gleicher Weise ausgeführt.
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Anschließend
wird auf der Grundlage der ersten Höhendaten A1 bis A16,
die die Linienordnung berücksichtigten, eine Korrekturverarbeitung
durchgeführt, indem die zweiten Höhendaten B1
bis B16 korrigiert werden. Diese Datenaustauschverarbeitung ist
eine Funktion des Korrekturmittels in der vorliegenden Ausführungsform.
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Betrachtet
man die zweiten Höhendaten B11, die in 7 durch
eine dicke Umrandung hervorgehoben sind, so beträgt deren
gespeicherter Wert, der durch Messung an der zweiten Position gewonnen
wurde, „12”. Die an diese zweiten Höhendaten
B11 angrenzenden vier ersten Höhendaten A6, A7, A10 und
A11 werden nach der oben beschriebenen Austauschverarbeitung als
die Werte „14”, „12”, „14” bzw. „12” gespeichert.
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Zuerst
wird der Mittelwert dieser umgebenden ersten Höhendaten
A6, A7, A10 und A11 berechnet: (14 + 12 + 14 + 12)/4 = 13. Danach
wird bestimmt, ob der Wert der zweiten Höhendaten B11 innerhalb
einer Fehlerbereichs von „±2” dieses
Mittelwerts liegt.
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Anschließend,
wenn bestimmt wurde, dass dieser Mittelwert innerhalb des Fehlerbereichs
von „±2” liegt, wird angenommen, dass
die Lötpaste (das Messobjekt), die diesen zweiten Höhendaten
B11 entspricht, und die Form in der Umgebung dieser zweiten Höhendaten
B11 relativ kontinuierlich oder stetig sind, und der Mittelwert
dieser ersten Höhendaten A6, A7, A10 und All wird als der
geeignetste Wert für die zweiten Höhendaten B11
verwendet.
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Wenn
hingegen bestimmt wurde, dass dieser Mittelwert nicht innerhalb
des Fehlerbereichs von „±2” liegt, wird
angenommen, dass die Lötpaste (das Messobjekt), die diesen
zweiten Höhendaten B11 entspricht, und die Form in der
Umgebung dieser zweiten Höhendaten B11 eine relativ große,
nicht stetige bzw. nicht kontinuierliche Form ist, so dass die nicht
eingestellten zweiten Höhendaten B11 (tatsächliche
Daten) als der geeignetste Wert für die zweiten Höhendaten
B11 verwendet werden.
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Danach
wird eine Interpolationsverarbeitung durchgeführt, um Daten
der Teile ohne Daten (in 5 als leere Felder gezeigt)
zu interpolieren. Diese Verarbeitung ist eine Funktion des Interpolationsmittels
der vorliegenden Ausführungsform.
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Während
der Dateninterpolationsverarbeitung, wie es z. B. in 8 gezeigt
ist, werden die nach der Austauschverarbeitung vorliegenden ersten Höhendaten
A1 bis A16, die einen bestimmten Teil ohne Daten umgeben und an
diesen angrenzen, gemittelt, um einen Mittelwert zu erhalten, der
als der Interpolationswert für diesen fehlenden Teil verwendet wird,
oder es werden die nach der Austauschverarbeitung vorliegenden zweiten
Höhendaten B1 bis B16, die einen bestimmten Teil ohne Daten
umgeben und an diesen angrenzen, gemittelt, um einen Mittelwert
zu gewinnen, der als der Interpolationswert für diesen
Teil ohne Daten verwendet wird.
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Wenn
die oben beschriebene Verarbeitungsabfolge abgeschlossen ist, sind
die Messdaten vollständig, die jetzt eine Genauigkeit besitzen,
die einer Datenmessung äquivalent ist, die durch abgebildete Bilddaten
von 8×8 Pixel in dem gesamten Abbildungsfeld (Untersuchungsbereich)
gewonnen wird.
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Diese
Messdaten für jeden der auf diese Weise gewonnenen Untersuchungsbereiche
werden durch die Berechnungsergebnis-Speicherungsvorrichtung 25 der
Steuerungsvorrichtung 6 gespeichert. Anschließend
wird auf der Grundlage dieser Messdaten für jeden der Untersuchungsbereiche
der Druckbereich, in dem die Lötpaste höher als
die Standardoberfläche ist, erfasst, und durch Integration
der Höhe aller Teile innerhalb dieses Bereichs wird die Menge
an Lötpaste berechnet. Anschließend werden die
Position, der Oberflächenbereich, die Höhe, das Volumen
und dergleichen, die auf diese Weise gewonnen wurden, mit zuvor
in der Einstelldaten-Speicherungsvorrichtung 26 gespeicherten
Standarddaten verglichen, und in Abhängigkeit davon, ob
dieses Vergleichsergebnis innerhalb eines zulässigen Bereichs
liegt oder nicht, wird bestimmt, ob die Druckbedingungen der Lötpaste
in diesem Untersuchungsbereich gut oder schlecht sind.
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Während
der Durchführung dieser Verarbeitung steuert die Steuerungsvorrichtung 6 die
Stellmotoren 15 und 16 so an, dass die Leiterplatine 2 zu dem
nächsten Untersuchungsbereich bewegt wird. Anschließend
wird die oben beschriebene Verarbeitungsabfolge für alle
weiteren Untersuchungsbereiche wiederholt.
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Auf
diese Weise führt die Untersuchungsvorrichtung 1 der
vorliegenden Ausführungsform, indem sie die aufeinanderfolgende
Bildverarbeitung durchführt, während der Untersuchungsbereich
mit Hilfe der Steuerungsvorrichtung 6 verlagert wird, eine
dreidimensionale Messung der Lötpaste auf der Leiterplatine 2 durch.
Als Folge davon kann die Untersuchungsvorrichtung 1 der
vorliegenden Ausführungsform den Druckzustand der Lötpaste
schnell und zuverlässig untersuchen.
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Wie
es oben ausführlich beschrieben ist, werden in der vorliegenden
Ausführungsform auf der Grundlage einer Mehrzahl von Bilddaten,
die durch Strahlen eines ersten Lichtmusters mit einer ersten Periode
von 2 μm auf die erste Position gewonnen werden, Höhendaten
für jede Pixeleinheit von Bilddaten durch das Phasenverschiebungsverfahren
als die ersten Höhendaten A1 bis A16 berechnet. Auf die
um einen halben Pixelabstand schräg gegenüber
der ersten Position verschobene zweite Position wird das zweite
Lichtmuster mit einer zweiten Periode von 4 μm gestrahlt,
um eine Mehrzahl von Bilddaten zu gewinnen, und auf der Grundlage
dieser Mehrzahl von Bild daten werden Höhendaten für
jede Pixeleinheit von Bilddaten durch das Phasenverschiebungsverfahren
als die zweiten Höhendaten B1 bis B16 berechnet. Die Kombination
dieser Daten ermöglicht die Erzeugung von Bilddaten (Messdaten)
mit einer Auflösung, die das Vierfache derjenigen der CCD-Kamera 5 ist,
so dass eine dreidimensionale Messung mit höherer Genauigkeit
ausgeführt werden kann.
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Ferner
werden gemäß der vorliegenden Erfindung auf der
Grundlage der zweiten Höhendaten B1 bis B16, die unter
Verwendung des zweiten Lichtmusters mit der längeren zweiten
Periode gewonnen werden, die Linienordnungen aller ersten Höhendaten
A1 bis A16 bestimmt. Anschließend werden die Werte der
ersten Höhendaten A1 bis A16 durch kompensierte Werte,
die diese Linienordnungen berücksichtigen ausgetauscht.
Das heißt, die Fähigkeit, den messbaren Höhenbereich
zu vergrößern, was ein Vorteil der Verwendung
des zweiten Lichtmusters mit der längeren zweiten Periode
ist, und die Fähigkeit, eine hoch genaue Messung durchzuführen,
was ein Vorteil der Verwendung des ersten Lichtmusters mit der kürzeren
ersten Periode ist, können gemeinsam verwirklicht werden.
Als Folge davon wird die horizontale Auflösung erhöht,
und der messbare Höhenbereich wird erhöht, ohne
die Auflösung in der Höhenrichtung zu verringern.
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Ferner
wird gemäß der vorliegenden Ausführungsform
eine Messung an der ersten oder der zweiten Position dadurch durchgeführt,
dass entweder nur das erste oder nur das zweite Lichtmuster ausgestrahlt
wird. Das heißt, da keine Notwendigkeit besteht, eine Bestrahlung
und Messung von zwei Arten von Lichtmustern an den zwei Orten durchzuführen, ist
es möglich, die Anzahl von Abbildungsoperationen zu verringern
und somit die Gesamtmesszeit zu verkürzen. Dadurch kann
eine höhere Messgenauigkeit während einer kürzeren
Zeitspanne erreicht werden.
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Da
die obige Konfiguration mit Bildverarbeitung implementiert werden
kann, also auf einer entsprechenden Berechnungssoftware basiert,
ist es möglich, die Herstellungskosten zu reduzieren, ohne dabei
die Hardware zu modifizieren.
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Ferner
werden gemäß der Konfiguration der vorliegenden
Ausführungsform die ersten Höhendaten A1 bis A16
nach der Austauschverarbeitung für die bestimmten Tei le
fehlender Daten, die um die jeweiligen Daten angeordnet sind, berechnet,
ein Mittelwert wird auf der Grundlage aller korrigierten zweiten
Höhendaten B1 bis B16 berechnet, und eine Dateninterpolationsverarbeitung
unter Verwendung von Interpolationswerten für diese Teile
fehlender Daten wird durchgeführt.
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Ferner
noch wird gemäß der vorliegenden Ausführungsform
auf der Grundlage der ersten Höhendaten A1 bis A16, die
aufgrund der Berücksichtigung der Linienordnung eine hohe
Genauigkeit besitzen, eine Korrekturverarbeitung durchgeführt,
indem die zweiten Höhendaten B1 bis B16 korrigiert werden.
Dadurch können die Werte der zweiten Höhendaten
B1 bis B16 auf Werte gesetzt werden, die näher an den tatsächlichen
Werten liegen.
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Zweite Ausführungsform
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Nachfolgend
ist eine zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfindung
erläutert. Hierbei sind gleiche Elemente mit gleichen Bezeichnungen belegt
und nicht erneut beschrieben; die Beschreibung konzentriert sich
auf die von der ersten Ausführungsform verschiedenen Elemente.
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Gemäß einer
dreidimensionalen Messung der vorliegenden Ausführungsform
steuert die Steuerungsvorrichtung 6 die Stellmotoren 15 und 16 so
an, dass die Leiterplatine 2 bewegt und das Blickfeld der CCD-Kamera 5 mit
der ersten Position eines bestimmten Untersuchungsbereichs auf der
Leiterplatine 2 zur Deckung gebracht wird.
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Anschließend
steuert die Steuerungsvorrichtung 6 die Bestrahlungsvorrichtung 4 so,
dass diese das erste Lichtmuster mit der Periode von 2 μm
ausstrahlt, und führt eine Steuerung zur aufeinanderfolgenden
Umschaltung zwischen vier Bestrahlungsarten durch, wobei eine Phase
des ersten Lichtmusters in Schritten von 1/4 Periode inkrementiert
wird. Während die Ausstrahlung des ersten Lichtmusters
mit sich verschiebender Phase auf diese Weise durchgeführt
wird, steuert die Steuerungsvorrichtung 6 die CCD-Kamera 5,
bildet den Untersuchungsbereichsteil (erste Position) für
jede der Bestrahlungsarten ab und gewinnt Bilddaten als vier jeweilige
Bilder.
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Die
Steuerungsvorrichtung 6 führt auf der Grundlage
von jedem der gewonnenen vier Bilder von Bilddaten verschiedene
Bildverarbeitungen und auf der Grundlage des oben im Zusammenhang
mit dem Stand der Technik erläuterten bekannten Phasenverschiebungsverfahrens
eine Höhenmessung für jede Koordinate (Pixel)
aus. Die Steuerungsvorrichtung speichert dann die Höhenmessungen
als die ersten Höhendaten.
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Während
dieser Verarbeitung steuert die Steuerungsvorrichtung 6 die
Stellmotoren 15 und 16 so, dass die Leiterplatine 2 in
der xy-Ebene schräg zu einer um einen halben Pixelabstand
von der oben beschriebenen ersten Position liegenden Position bewegt
wird. Danach bewirkt die Steuerungsvorrichtung 6, dass
das Blickfeld der CCD-Kamera 5 mit der zweiten Position
des bestimmten Untersuchungsbereichs der Leiterplatine 2 zur
Deckung gebracht wird.
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Anschließend
steuert die Steuerungsvorrichtung 6 die Bestrahlungsvorrichtung 4 so
an, dass diese das zweite Lichtmuster mit der Periode von 4 μm ausstrahlt,
und führt eine Steuerung zur aufeinanderfolgenden Umschaltung
zwischen vier Bestrahlungsarten durch, wobei wiederum eine Phase
des ersten Lichtmusters in Schritten von 1/4 der Periode inkrementiert
wird. Während die Ausstrahlung des zweiten Lichtmusters
mit sich verschiebender Phase auf diese Weise durchgeführt
wird, steuert die Steuerungsvorrichtung 6 ferner die CCD-Kamera 5 an,
bildet den Untersuchungsbereichsteil (zweite Position) für
jede der Bestrahlungsarten ab und gewinnt Bilddaten als vier jeweilige
Bilder.
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Die
Steuerungsvorrichtung 6 führt auf der Grundlage
von jedem der gewonnenen vier Bilder von Bilddaten verschiedene
Arten der Bildverarbeitung und auf der Grundlage des Phasenverschiebungsverfahrens
eine Höhenmessung für jede der Koordinaten (Pixel)
durch. Die Steuerungsvorrichtung 6 speichert dann die Höhenmessungen
als die zweiten Höhendaten.
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Während
dieser Verarbeitung steuert die Steuerungsvorrichtung 6 die
Stellmotoren 15 und 16 so, dass die Leiterplatine 2 schräg
in der xy-Ebene zu einer um einen halben Pixelabstand von der oben
beschriebenen ersten Position liegenden Position bewegt wird. Danach
bewirkt die Steuerungsvorrichtung 6, dass das Blickfeld
der CCD- Kamera 5 mit der dritten Position des bestimmten
Untersuchungsbereichs der Leiterplatine 2 in Deckung gebracht
wird.
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Anschließend
steuert die Steuerungsvorrichtung 6 die Bestrahlungsvorrichtung 4 so,
dass diese das erste Lichtmuster mit der Periode von 2 μm
ausstrahlt, und führt eine Steuerung zur aufeinanderfolgenden
Umschaltung zwischen vier Bestrahlungsarten durch, wobei eine Phase
des ersten Lichtmusters in Schritten von 1/4 der Periode inkrementiert
wird. Ferner steuert die Steuerungsvorrichtung 6, Während
die Ausstrahlung des ersten Lichtmusters mit sich verschiebender
Phase auf diese Weise durchgeführt wird, die CCD-Kamera 5 an,
bildet den Untersuchungsbereichsteil (dritte Position) für
jede der Bestrahlungsarten ab und gewinnt Bilddaten als vier jeweilige
Bilder.
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Die
Steuerungsvorrichtung 6 führt auf der Grundlage
von jedem der gewonnenen vier Bilder von Bilddaten verschiedene
Arten der Bildverarbeitung auf der Grundlage des Phasenverschiebungsverfahrens
eine Höhenmessung für jede der Koordinaten (Pixel)
durch. Die Steuerungsvorrichtung 6 speichert dann die Höhenmessungen
als die dritten Höhendaten.
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Während
dieser Verarbeitung steuert die Steuerungsvorrichtung 6 die
Stellmotoren 15 und 16 so, dass die Leiterplatine 2 schräg
in der xy-Ebene zu einer um einen halben Pixelabstand von der oben
beschriebenen ersten Position liegenden Position bewegt wird. Danach
bewirkt die Steuerungsvorrichtung 6, dass das Blickfeld
der CCD-Kamera 5 mit der vierten Position des bestimmten
Untersuchungsbereichs der Leiterplatine 2 ausgerichtet
wird.
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Anschließend
steuert die Steuerungsvorrichtung 6 die Bestrahlungsvorrichtung 4 so,
dass diese das zweite Lichtmuster mit einer Periode von 4 μm ausstrahlt,
und führt eine Steuerung zur aufeinanderfolgenden Umschaltung
zwischen vier Bestrahlungsarten durch, wobei eine Phase des ersten
Lichtmusters um 1/4 Periode inkrementiert wird. Ferner steuert die
Steuerungsvorrichtung 6, während die Ausstrahlung
des zweiten Lichtmusters mit sich verschiebender Phase auf diese
Weise durchgeführt wird, die CCD-Kamera 5 an,
bildet den Untersuchungsbereichsteil (vierte Position) für
jede der Bestrahlungsarten ab und gewinnt Bilddaten als vier jeweilige
Bilder.
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Die
Steuerungsvorrichtung 6 führt auf der Grundlage
von jedem der gewonnenen vier Bilder von Bilddaten verschiedene
Arten der Bildverarbeitung und auf der Grundlage des Phasenverschiebungsverfahrens
eine Höhenmessung für jede der Koordinaten (Pixel)
durch. Die Steuerungsvorrichtung 6 speichert dann die Höhenmessungen
als die vierten Höhendaten.
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Anschließend
kombiniert die Steuerungsvorrichtung 6 die Messdaten an
der ersten Position (erste Höhendaten), die Messdaten an
der zweiten Position (zweite Höhendaten), die Messdaten
an der dritten Position (dritte Höhendaten) und die Messdaten an
der vierten Position (vierte Höhendaten). Eine Bildverarbeitung
wird ausgeführt, indem diese Messdaten als ein einziges
Messergebnis für diesen bestimmten Untersuchungsbereich
kombiniert werden. Diese Bildverarbeitung ist nachfolgend ausführlich erläutert.
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Die
Bildverarbeitung ist nachfolgend anhand einer CCD-Kamera 5 erläutert,
die eine Auflösung von zum Beispiel 4×4 Pixel
pro Bildfeld beträgt.
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Während
der Kombinierungsverarbeitung werden in diesem Fall zuerst, wie
es in 10 gezeigt ist, die ersten Höhendaten
C1 bis C16, die zweiten Höhendaten D1 bis D16, die dritten
Höhendaten E1 bis E16 und die vierten Höhendaten
F1 bis F16 für jedes Pixel, das an einer jeweiligen der
ersten bis vierten Position gewonnen wird, angeordnet, um Daten
in einem 8×8-Gitter zu erzeugen. Zur deutlicheren Darstellung
sind entsprechende Felder einer schachbrettmusterförmigen
Anordnung in 10 (und ebenso in den 11 und 12)
schraffiert dargestellt.
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Anschließend
wird eine Datenaustauschverarbeitung durchgeführt, in der
die ersten Höhendaten C1 bis C16 und die dritten Höhendaten
E1 bis E16 mit solchen ersten Höhendaten C1 bis C16 bzw.
dritten Höhendaten E1 bis E16 ausgetauscht werden, die
die Linienordnung berücksichtigen.
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Betrachtet
man zum Beispiel die ersten Höhendaten C6 in 11,
die darin durch eine dicke Umrandung hervorgehoben sind, so beträgt
der gespeicherte Wert, der durch Messung an der ersten Position
gewonnen wurde, „4”. Die zweiten Höhendaten
D5 und D6 und die vierten Höhendaten F2 und F6, die die
ersten Höhendaten C6 umgeben und an diese angrenzen, werden
als „16”, „12”, „12” bzw. „16” gespeichert.
Obwohl in 11 nur diese Werte als die gespeicherten
Werte gezeigt sind, werden die Höhendaten aller weiteren
Positionen ebenso wie diese Höhendaten in dem Speicher
gespeichert. Entsprechendes gilt für 12.
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Auf
die gleiche Weise wie in der oben beschriebenen Ausführungsform
sind, wenn der als die ersten Höhendaten gewonnene Wert „4 ± 1 μm” ist, die
Kandidatenwerte der tatsächlichen Höhe für
Lötpaste (Messobjekt) „4 ± 1 μm” und „14 ± 1 μm”.
Das heißt, wenn die Linienordnung 1 ist, wird
die tatsächliche Höhe als „4 ± 1 μm” genommen,
und wenn die Linienordnung 2 ist, wird die tatsächliche
Höhe als „14 ± 1 μm” genommen.
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Danach,
während der Datenaustauschverarbeitung durch Austausch
von einem dieser Kandidatenwerte „4” and „14”,
wird der geeignetste Kandidatenwert als der Wert ausgesucht, der
von dem Mittelwert der zweiten Höhendaten D5 und D6 und
der vierten Höhendaten F2 und F6 ((16 + 12 + 12 + 16)/4=
14), die diese ersten Höhendaten C6 umgeben, am wenigsten
abweicht. Das heißt, die Linienordnung des Phasenverschiebungsverfahrens
wird bestimmt. Anschließend wird der Wert der ersten Höhendaten
C6 durch den Wert „14”, der die Linienordnung
berücksichtigt, ausgetauscht. Die oben beschriebene Verarbeitung
wird für alle ersten Höhendaten C1 bis C16 und
dritten Höhendaten E1 bis E16 in gleicher Weise durchgeführt.
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Anschließend
wird auf der Grundlage der ersten Höhendaten C1 bis C16
und der dritten Höhendaten E1 bis E16, die die Linienordnung
berücksichtigten, eine Korrekturverarbeitung durchgeführt, indem
die zweiten Höhendaten D1 bis D16 und die vierten Höhendaten
F1 bis F16 korrigiert werden.
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Betrachtet
man zum Beispiel die zweiten Höhendaten D6 in 12,
die darin durch eine dicke Umrandung hervorgehoben sind, so beträgt
der gespeicherte Wert, der durch Messung an der zweiten Position
gewonnen wurde, „12”. Die ersten Höhendaten
C6 und C7 und die dritten Höhendaten E2 und E6, die die
zweiten Höhendaten D6 umgeben und an diese angrenzen, werden
in der oben beschriebenen Austauschverarbeitung als „16”, „12”, „12” bzw. „16” gespeichert.
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Zuerst
wird der Mittelwert ((14 + 12 + 12 + 14)/4 = 13) dieser 4, die zweiten
Höhendaten D6 umgebenden ersten Höhendaten C6
und C7 und dritten Höhendaten E2 und E6 berechnet. Anschließend wird
bestimmt, ob dieser Mittelwert innerhalb des Fehlerbereichs von „±2” der
zweiten Höhendaten D6 liegt.
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Anschließend,
wenn bestimmt wurde, dass die zweiten Höhendaten D6 innerhalb
dieses Fehlerbereichs „±2” liegen, wird,
ebenso wie in der oben beschriebenen ersten Ausführungsform,
der Mittelwert der ersten Höhendaten C6 und C7 und dritten
Höhendaten E2 und E6 als der geeignetste Wert für
die zweiten Höhendaten D6 verwendet.
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Andererseits
werden, wenn bestimmt wurde, dass die zweiten Höhendaten
D6 nicht innerhalb dieses Fehlerbereichs „±2” liegen,
in der gleichen Weise wie in der oben beschriebenen ersten Ausführungsform
die zweiten Höhendaten D6 (tatsächliche Messdaten)
ohne Modifikation als der meist geeignete Wert für die
zweiten Höhendaten D6 verwendet.
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Wenn
die oben beschriebene Verarbeitungsabfolge abgeschlossen ist, sind
die Messdaten über das gesamte Blickfeld (Untersuchungsbereich)
gewonnen, die eine Genauigkeit besitzen, die derjenigen von Messdaten äquivalent
ist, die von abgebildeten Bilddaten von 8×8 Pixel gewonnen
worden sind.
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Wie
es oben ausführlich beschrieben ist, hat die vorliegende
Ausführungsform einen der oben beschriebenen ersten Ausführungsform
vergleichbaren Effekt. Das heißt, wie es in 13 gezeigt
ist, kann zusätzlich zu einer Erhöhung der horizontalen
Auflösung der messbare Höhenbereich vergrößert
werden, ohne dabei die Auflösung in der Höhenrichtung zu
verringern. In der vorliegenden Ausführungsform besteht,
da das Problem der Teile fehlender Daten während der Kombination
aller Höhendaten zur Erzeugung der hoch auflösenden
Daten nicht besteht, auch nicht die Notwendigkeit zur Durchführung
der Dateninterpolationsverarbeitung zur Interpolation von Daten.
Dies hat zur Folge, dass Messdaten gewonnen werden können,
die von den tatsächlichen Werten weniger abweichen.
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Die
vorliegende Erfindung ist nicht auf die oben beschriebenen Einzelheiten
der jeweiligen Ausführungsformen begrenzt. Zum Beispiel
können eine Ausführungsform oder mehrere Ausführungsformen der
vorliegenden Erfindung in den nachfolgend beschriebenen Weisen implementiert
sein.
- (a) In jeder der oben beschriebenen Ausführungsformen
ist die Messvorrichtung durch die Untersuchungsvorrichtung 1 zur
Höhenmessung von Lötpaste, die auf der Leiterplatine 2 aufgedruckt
ist, verkörpert. Jedoch ist die vorliegende Erfindung nicht
auf solche Ausführungsformen begrenzt. Zum Beispiel kann
die Messvorrichtung durch eine Struktur zur Messung der Höhe
von auf eine Leiterplatine gedruckten Löthöckern,
elektronischen Komponenten und dergleichen verkörpert sein.
- (b) In jeder der oben beschriebenen Ausführungsformen
sind Beispiele genannt, wo ein erstes Lichtmuster mit einer Periode
von 2 μm und ein zweites Lichtmuster mit einer Periode
von 4 μm kombiniert sind, und die Lötpaste (das
Messobjekt) wird bis zu einer Höhe von 20 μm gemessen. Jedoch
ist die Messvorrichtung nicht auf bestimmte Lichtmusterperioden
oder Messbereiche beschränkt. Zum Beispiel ist eine Konfiguration möglich,
in der die Periode des zweiten Lichtmusters vergrößert
(z. B. auf ≥ 6 μm) und die Linienordnung des ersten
Lichtmusters größer oder gleich 3 ist.
- (c) Jede der oben beschriebenen Ausführungsformen ist
so konfiguriert, dass die räumliche Beziehung zwischen
der CCD-Kamera 5 (Abbildungselement) und der Leiterplatine 2 (Messobjekt) durch
relative Verlagerung geändert wird, indem die von der Basis 3 getragene
Leiterplatine 2 bewegt wird. Jedoch ist die Messvorrichtung
nicht auf diese Konfiguration begrenzt. Es ist vielmehr eine Konfiguration
möglich, die zum Beispiel eine relative Verlagerung dadurch
realisiert, dass nur die CCD-Kamera 5 bewegt wird.
- (d) Obwohl in jeder der oben beschriebenen Ausführungsformen
ein CCD-Sensor (CCD-Kamera 5) als das Abbildungselement
(Abbildungsmittel) verwendet wird, ist das Abbildungselement nicht auf
diesen CCD-Sensor begrenzt. Zum Beispiel kann ein CMOS-Sensor oder
dergleichen als das Abbildungselement verwendet werden.
Ferner
hat die CCD-Kamera 5 jeder der oben beschriebenen Ausführungsformen
eine Auflösung von 512 Pixel in Richtung der x-Achse und
von 480 Pixel in Richtung der y-Achse. Jedoch ist die CCD-Kamera 5 nicht
auf diese besondere Auflösung begrenzt. Die vorliegende
Erfindung kann wirksam auch auf Systeme angewendet werden, deren
Auflösung niedriger oder höher ist.
- (e) Das Verfahren der Korrekturverarbeitung der zweiten Höhendaten
etc. und das Verfahren der Interpolationsverarbeitung der Teile
fehlender Daten ist nicht auf die in jeder der oben beschriebenen
Ordnungen begrenzt. Vielmehr kann eine Konfiguration verwendet werden,
die eine solche Verarbeitung nach einem anderen Algorithmus durchführt.
-
- 1
- Untersuchungsvorrichtung
- 2
- Leiterplatine
- 4
- Bestrahlungsvorrichtung
- 5
- CCD-Kamera
- 6
- Steuerungsvorrichtung
- 15,
16
- Stellmotoren
- A1–A16
- erste
Höhendaten
- B1–B16
- zweite
Höhendaten
- C1–C16
- erste
Höhendaten
- D1–D16
- zweite
Höhendaten
- E1–E16
- dritte
Höhendaten
- F1–F16
- vierte
Höhendaten
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
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-
Zitierte Patentliteratur
-
- - JP 6-6794 [0008]
- - JP 2005-98884 [0009]