DE102012217240A1

DE102012217240A1 - Vorrichtung zum messen einer dreidimensionalen form

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Publication number: DE102012217240A1
Application number: DE102012217240A
Authority: DE
Inventors: Hiroyuki Ishigaki
Original assignee: CKD Corp
Current assignee: CKD Corp
Priority date: 2011-11-17
Filing date: 2012-09-25
Publication date: 2013-05-23
Anticipated expiration: 2032-09-26
Also published as: US20130128282A1; CN103123255B; DE102012217240B4; JP5709009B2; JP2013104858A; US8693007B2; CN103123255A

Abstract

Eine Vorrichtung zum Messen einer dreidimensionalen Form umfasst mehrere Bestrahlungseinheiten, die jeweils dazu ausgelegt sind, ein zu messendes Objekt von einer jeweiligen, unterschiedlichen Position mit mehreren Lichtmustern zu bestrahlen, die jeweils eine streifenförmige Lichtintensitätsverteilung und unterschiedliche Perioden besitzen, eine Abbildungseinheit zum Abbilden des zu messenden Objekts, das durch jedes der Lichtmuster bestrahlt wird, und eine Bildverarbeitungseinheit zur Durchführung einer dreidimensionalen Messung auf der Grundlage von durch die Abbildungseinheit abgebildeten Bilddaten, wobei die Bildverarbeitungseinheit umfasst: eine Messwert-Ermittlungseinheit zur Durchführung einer dreidimensionalen Messung unter Verwendung des Phasenverschiebungsverfahrens auf der Grundlage von mehreren Bilddaten, eine Messwert-Ermittlungseinheit zur Durchführung einer dreidimensionalen Messung unter Verwendung des Phasenverschiebungsverfahrens auf der Grundlage von mehreren Bilddaten von mehreren Mehrfachphasenverschiebungs-Lichtmustern, wobei die mehreren Bilddaten durch Bestrahlung mit jedem der mehreren Mehrfachphasenverschiebungs-Lichtmuster und durch Abbilden mittels der Abbildungseinheit abgebildet werden, und zur Verwendung der Messwerte der dreidimensionalen Messung als Messwerte gemäß den Lichtmustern, eine Einheit zur Ermittlung von ersten Höhendaten, die aus den Messwerten entsprechend den mehreren Lichtmustern spezifiziert sind, die mit einem vollständig bestrahlten Gebiet in Beziehung stehen, der durch die mehreren Lichtmuster bestrahlt wird, und zur Verwendung der ermittelten, spezifizierten Höhendaten als Höhendaten für den vollständig bestrahlten Bereich, eine Einheit zur Ermittlung von Ergänzungsdaten auf der Grundlage der Höhendaten für den vollständig bestrahlten Bereich, wobei die Ergänzungsdaten einen teilweise bestrahlten Bereich betreffen, der nur von einem Teil der mehreren Lichtmuster bestrahlt wird, und eine Einheit zur Ermittlung von zweiten Höhendaten zur Spezifizierung einer Beugungsordnung der Messwerte für den teilweise bestrahlten Bereich auf der Grundlage der Ergänzungsdaten, und zur Ermittlung von Höhendaten, die den Messwerten der spezifizierten Beugungsordnung entsprechen, als Höhendaten für den teilweise bestrahlten Bereich.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Messen einer dreidimensionalen Form.
Allgemein wird beim Befestigen von elektronischen Komponenten auf einer Leiterplatine zuerst eine Lötpaste an bestimmten Stellen auf dem Elektrodenmuster aufgedruckt. Anschließend werden, unter Ausnutzung der Zähigkeit der Lötpaste, die elektronischen Komponenten auf der Leiterplatine vorübergehend befestigt. Danach wird die Leiterplatine zu einem Reflow-Lötofen transportiert, einem Reflow-Lötprozess unterzogen und so fest verlötet. In den letzten Jahren ist eine Untersuchung des bedruckten Zustandes des Weichlots erforderlich geworden, bevor die Leiterplatine zu dem Reflow-Lötofen transportiert wird. Bei dieser Untersuchung wird eine Vorrichtung zum Messen der dreidimensionalen Form verwendet.
In den letzten Jahren sind verschiedene Arten von Vorrichtungen zum Messen einer dreidimensionalen Form mit Hilfe von Licht (so genannte berührungsfreie Vorrichtungen zum Messen einer dreidimensionalen Form) vorgeschlagen worden, wie etwa eine Technologie, die Vorrichtungen zum Messen einer dreidimensionalen Form mit Hilfe eines Phasenverschiebungsverfahrens betrifft.
Eine Vorrichtung zum Messen einer dreidimensionalen Form mit Hilfe dieses Phasenverschiebungsverfahrens verwendet eine Bestrahlungseinheit, die aus einer Lichtquelle und einem Filter für sinusförmige Wellenmuster besteht und ein Lichtmuster mit sinusförmiger (d. h. streifenförmiger) Lichtintensitätsverteilung auf ein zu messendes Objekt (d. h. in diesem Fall die Leiterplatine) strahlt. Mit Hilfe einer direkt über der Platine angeordneten Abbildungseinheit wird dann ein Punkt auf der Platine beobachtet. Eine CCD-Kamera oder dergleichen, die eine Linse und ein Abbildungselement oder dergleichen umfasst, wird als die Abbildungseinheit verwendet. In diesem Fall ist die Intensität I des Lichts an einem Punkt P in der Bildebene gegeben durch: I = e + f·cos ϕ wobei e ein nicht moduliertes Lichtrauschen (Offset-Komponente), f ein Sinuswellenkontrast (Reflexionsgrad) und ϕ eine durch die Rauheit des Objekts verliehene Phase bedeuten.
Während der Bestrahlung wird das Lichtmuster bewegt und die Phase zum Beispiel in vier Stufen ϕ + 0, ϕ + π/2, ϕ + π und ϕ + 3π/2 geändert. Bilder der jeweiligen Intensitätsverteilungen (I₀, I₁, I₂ und I₃) werden gelesen und eine Modulationskomponente α ergibt sich gemäß der Formel: α = arctan {(I₃ – I₁)/(I₀ – I₂)}.
Mit Hilfe dieser Modulationskomponente lassen sich die drei Koordinaten (X, Y, Z) des Punkts P des zu messenden Objekts, z. B. eine Lötpaste, in einem dreidimensionalen Koordinatensystem ermitteln, die dann verwendet werden, um die dreidimensionale Form (insbesondere die Höhe) des zu messenden Objekts zu erfassen.
Jedoch kann das tatsächliche zu messende Objekt sowohl hohe Punkte als auch niedrige Punkte enthalten. Im Falle einer Lötpaste gibt es neben dünnschichtartigen Lötpasten zum Beispiel erhabene, reliefartige Lötpasten, die die Form eines kreisförmigen Kegelstumpfs annehmen. Wenn der Spalt zwischen Linien des eingestrahlten Lichtmusters in Übereinstimmung mit der maximalen Höhe solcher zu messenden Objekte geweitet wird, wird das Auflösungsvermögen schlecht und die Genauigkeit der Messung kann sich verschlechtern. Auf der anderen Seite kann dies, obwohl es möglich ist zu versuchen, die Genauigkeit durch Verkleinern des Spalts zwischen den Linien zu verbessern, zu einem unzureichenden messbaren Höhenbereich führen (z. B. aufgrund einer Änderung der Streifenordnung).
Daher ist eine Technologie vorgeschlagen worden, die Lichtmuster mit unterschiedlichen Perioden kombiniert (d. h. ein Lichtmuster mit einer kurzen Periode mit einem Lichtmuster mit einer langen Periode; vgl. Patentschrift 1). Auf diese Weise ist es möglich, einen Verlust der Auflösung der Höhenrichtung zu verhindern und den messbaren Höhenbereich zu erweitern.
Patentschrift 1: Japanische ungeprüfte Offenlegungsschrift Nr. 2001-159510 . Jedoch können, wenn die Lichtquelle 1 nur an einer einzigen Position angeordnet ist, wie es in der oben erwähnten, herkömmlichen Technologie der Fall ist, abgeschattete Bereiche auftreten, wo das zu messende Objekt nicht von dem Lichtmuster bestrahlt wird.
Auf der anderen Seite würden selbst dann, wenn eine Konfiguration verwendet würde, in der Lichtmuster mit unterschiedlichen Perioden von zwei Lichtquellen ausgestrahlt würden, Bereiche des zu messenden Objekts existieren, die durch Lichtmuster mit nur einer der Perioden bestrahlt würden. Daher kann es sein, dass die oben beschriebene Art der Höhenauflösungsmessung mit einem weiten Dynamikbereich für solche Bereiche des zu messenden Objekts nicht möglich ist.
Dieses Problem ist charakteristisch für Vorrichtungen, die auf verschiedenen Gebieten zum Messen von dreidimensionalen Formen verwendet werden, und ist nicht auf die Messung der Höhe einer auf eine Leiterplatine oder dergleichen gedruckte Lötpaste beschränkt.
Die vorliegende Erfindung wurde angesichts der obigen Umstände entwickelt. Es ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung zum Messen einer dreidimensionalen Form bereitzustellen, die dazu geeignet ist, hochgenaue dreidimensionale Messungen mit Hilfe des Phasenverschiebungsverfahrens durchzuführen.
Nachfolgend sind verschiedene Aspekte zum Erreichen des oben genannten Problems beschrieben.
Erster Aspekt
Eine Vorrichtung zum Messen einer dreidimensionalen Form gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst:
mehrere Bestrahlungseinheiten, die jeweils ausgelegt sind, um ein zu messendes Objekt aus unterschiedlichen Positionen mit mehreren Lichtmustern mit jeweils streifenförmiger Lichtintensitätsverteilung und unterschiedlichen Perioden zu bestrahlen;
eine Abbildungseinheit zum Abbilden des mit jedem der Lichtmuster bestrahlten zu messenden Objekts;
und eine Bildverarbeitungseinheit zur Durchführung der dreidimensionalen Messung auf der Grundlage von durch die Abbildungseinheit gelieferten Bilddaten;
wobei die Bildverarbeitungseinheit umfasst:
eine Messwert-Ermittlungseinheit zur Durchführung der dreidimensionalen Messung mit Hilfe des Phasenverschiebungsverfahrens auf der Grundlage von mehreren Bilddaten;
eine Messwert-Ermittlungseinheit zur Durchführung der dreidimensionalen Messung mit Hilfe des Phasenverschiebungsverfahrens auf der Grundlage mehrerer Bilddaten, die durch Ausstrahlen mehrfach phasenverschobener Lichtmuster und Abbilden der mehrfach phasenverschobener Lichtmuster durch die Abbildungseinheit erzeugt werden, und zum Verwenden der hierbei ermittelten Messwerte als einem jeweiligen der Lichtmuster entsprechende Messwerte;
eine Einheit zur Ermittlung erster Höhendaten zum Ermitteln von Höhendaten eines vollständig bestrahlten Bereichs, der von den mehreren Lichtmustern bestrahlt wird, wobei die Höhendaten aus den durch die Bestrahlung mit jedem der mehreren Lichtmustern gewonnenen Messwerten bestimmt sind;
eine Ergänzungsdaten-Ermittlungseinheit zum Ermitteln von Ergänzungsdaten eines nur teilweise bestrahlten Bereichs, der nur mit einem Teil der Mehrzahl von Lichtmustern bestrahlt wird, auf der Grundlage der Höhendaten des vollständig bestrahlten Bereichs;
und eine Einheit zur Ermittlung zweiter Höhendaten zum Bestimmen einer Beugungsordnung der gemessenen Werte des teilweise bestrahlten Bereichs auf der Grundlage der Ergänzungsdaten und zur Ermittlung von Höhendaten, die den Messwerten der bestimmten Streifenordnung entsprechen, als Höhendaten für den teilweise bestrahlten Bereich.
Gemäß dem oben beschriebenen Aspekt 1 wird auf der Grundlage von durch Bestrahlen des zu messenden Objekts mit mehreren Lichtmustern unterschiedlicher Periode aus mehreren unterschiedlichen Richtungen gewonnenen mehreren Bilddaten durch das Phasenverschiebungsverfahren eine dreidimensionale Messung durchgeführt, und die resultierenden Messwerte werden entsprechend eines jeweiligen Lichtmusters als Messwerte ermittelt. Anschließend werden die durch die Messwerte entsprechend den mehreren Lichtmustern bestimmten Höhendaten als Höhendaten des zu messenden Objekts ermittelt. Dadurch können zwei Effekte kombiniert werden. Zum einen eine Vergrößerung des messbaren Höhenbereichs (ein Vorteil der Verwendung von Lichtmustern mit der großen Periode), und zum anderen die Durchführung einer hoch auflösenden und hoch genauen Messung (ein Vorteil der Verwendung von Lichtmustern mit der kleinen Periode). Dadurch ist es möglich, eine hoch auflösende und hoch genaue Messung über einen großen Dynamikbereich durchzuführen.
Jedoch treten aufgrund der Bestimmung der Höhendaten des zu messenden Objekts auf der Grundlage von Messwerten entsprechend der mehreren Lichtmuster teilweise fehlende Daten (Datenlücken) in Bereichen von nur teilweiser Bestrahlung, d. h. Bereichen, die nur von einigen der Lichtmuster von den mehreren Lichtmustern bestrahlt werden, auf.
Daher werden gemäß diesem Aspekt für einen durch die mehreren Lichtmuster vollständig bestrahlten Bereich die aus den Messwerten entsprechend den mehreren Lichtmustern bestimmten Höhendaten als die Höhendaten ermittelt. Hingegen werden für einen durch nur einen Teil der mehreren Lichtmuster teilweise bestrahlten Bereich Ergänzungsdaten auf der Grundlage der Höhendaten entsprechend dem vollständig bestrahlten Bereich berechnet, und anschließend werden auf der Grundlage der berechneten Ergänzungsdaten die Beugungsordnungen der Messwerte des teilweise bestrahlten Bereichs bestimmt und Höhendaten, die den Messwerten dieser Beugungsordnungen entsprechen, als Höhendaten für den teilweise bestrahlten Bereich ermittelt.
Dadurch ist es natürlich möglich, genauere Höhendaten für den vollständig bestrahlten Bereich zu ermitteln, der durch die mehreren Lichtmuster vollständig bestrahlt wird, und es ist ebenso möglich, genauere Höhendaten für den teilweise bestrahlten Bereich zu ermitteln, der nur von einem Teil der mehreren Lichtmuster bestrahlt wird.
Wenn der teilweise bestrahlte Bereich relativ flach ist, dann können die durch lineare Ergänzung oder dergleichen gewonnenen Daten unmodifiziert als die Höhendaten für den teilweise bestrahlten Bereich verwendet werden. Jedoch kann es sein, dass der teilweise bestrahlte Bereich eines zu messenden Objekts wie etwa der Lötpaste oder dergleichen von dieser flachen Form abweicht und relativ starke Unebenheiten aufweist. Daher werden für einen solchen teilweise bestrahlten Bereich, anstatt die unmodifizierten Messwerte (Höhenwerte, die den Messwerten für eine bestimmte Beugungsordnung entsprechen) einfach zu verwenden, vorzugsweise Werte ermittelt, die näher bei den tatsächlichen Werten liegen.
Aspekt 2.
Eine Vorrichtung zum Messen einer dreidimensionalen Form gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst:
eine erste Bestrahlungseinheit zur Ausstrahlung eines ersten Lichtmusters mit einer ersten Periode und einer streifenförmigen Lichtintensitätsverteilung von einer ersten Position auf ein zu messendes Objekt,
eine zweite Bestrahlungseinheit zur Ausstrahlung eines zweiten Lichtmusters mit einer zweiten Periode und einer streifenförmigen Lichtintensitätsverteilung von einer zweiten Position auf ein zu messendes Objekt, wobei die zweite Periode länger als die erste Periode und die erste Position und zweite Position verschieden ist,
eine Abbildungseinheit zum Abbilden des durch die Lichtmuster bestrahlten, zu messenden Objekts,
und eine Bildverarbeitungseinheit zur Durchführung einer dreidimensionalen Messung auf der Grundlage der durch die Abbildungseinheit gelieferten Bilddaten, wobei die Bildverarbeitungseinheit umfasst:
eine Einheit zur Ermittlung eines ersten Messwerts zur Durchführung einer dreidimensionalen Messung durch das Phasenverschiebungsverfahren auf der Grundlage mehrerer, durch mehrfaches Ausstrahlen des ersten Lichtmusters mit jeweils anderer Phasen und durch Verarbeiten von durch die Abbildungseinheit gelieferter Bilddaten, und zum
Ermitteln als einen erste Messwert den durch die dreidimensionale Messung der Einheit zum Ermitteln eines ersten Messwerts gewonnenen Messwert;
eine Einheit zur Ermittlung eines zweiten Messwerts zur Durchführung einer dreidimensionalen Messung durch das Phasenverschiebungsverfahren auf der Grundlage mehrerer, durch mehrfaches Ausstrahlen des zweiten Lichtmusters mit jeweils anderer Phase und durch Verarbeiten von durch die Abbildungseinheit gelieferter Bilddaten, und zum Ermitteln als einen zweiten Messwert den durch die dreidimensionale Messung der Einheit zum Ermitteln eines zweiten Messwerts gewonnenen Messwert;
eine Einheit zur Ermittlung erster Höhendaten zum Ermitteln von aus dem ersten Messwert und dem zweiten Messwert, die einen durch sowohl das erste Lichtmuster als auch das zweite Lichtmuster vollständig bestrahlten Bereich betreffen, bestimmten Höhendaten, und zum Verwenden der ermittelten Höhendaten als Höhendaten für den vollständig bestrahlten Bereich;
eine Ergänzungsdaten-Ermittlungseinheit zum Ermitteln, auf der Grundlage der Höhendaten für den vollständig bestrahlten Bereich, von Ergänzungsdaten, die einen teilweise bestrahlten Bereich betreffen, der nur durch das erste Lichtmuster oder das zweite Lichtmuster bestrahlt wird;
eine Einheit zur Ermittlung zweiter Höhendaten zum Bestimmen einer Beugungsordnung des ersten Messwerts oder des zweiten Messwerts für den teilweise bestrahlten Bereich auf der Grundlage der Ergänzungsdaten, und zur Ermittlung von Höhendaten als Höhendaten für den teilweise bestrahlten Bereich, die dem ersten Messwert oder dem zweiten Messwert der Beugungsordnung entsprechen, die bestimmt wurde.
Gemäß dem Aspekt 2 wird die dreidimensionale Messung durch das Phasenverschiebungsverfahren auf der Grundlage von mehreren, durch Bestrahlen des zu messenden Objekts von einer ersten Position unter Verwendung eines ersten Lichtmusters mit einer ersten Periode, wobei die Phase über mehrere Phasen variiert wird, gewonnenen Daten durchgeführt, und die Ergebnisse der dreidimensionalen Messung werden als die ersten Messwerte ermittelt. Ferner wird die dreidimensionale Messung durch das Phasenverschiebungsverfahren auf der Grundlage von mehreren, durch Bestrahlen des zu messenden Objekts von einer zweiten Position unter Verwendung eines zweiten Lichtmusters mit einer zweiten Periode, wobei die Phasen über mehrere Phasen variiert wird, gewonnenen Bilddaten durchgeführt, und die Ergebnisse der dreidimensionalen Messung werden als die zweiten Messwerte ermittelt. Anschließend werden die aus den ersten Messwerten und den zweiten Messwerten bestimmten Höhendaten als die Höhendaten des zu messenden Objekts ermittelt. Dies ist es möglich, zwei Effekte zu kombinieren. Zum einen die Fähigkeit, den messbaren Höhenbereich zu vergrößern (ein Vorteil der Verwendung von Lichtmustern mit der langen Periode), und die Fähigkeit, hoch auflösende und hoch genaue Messungen durchzuführen (ein Vorteil der Verwendung von Lichtmustern mit der kurzen Periode). Dadurch ist es möglich, hoch auflösende und hoch genaue Messungen über einen weiten Dynamikbereich durchzuführen.
Jedoch tritt aufgrund der Bestimmung der Höhendaten des zu messenden Objekts auf der Grundlage der ersten Messwerte und der zweiten Messwerte ein Teil, bei dem Daten fehlen, in dem teilweise bestrahlten Bereich auf, der nur mit dem ersten Lichtmuster oder nur mit dem zweiten Lichtmuster bestrahlt wird.
Somit werden gemäß dem vorliegenden Aspekt in dem durch die beiden Lichtmuster vollständig bestrahlten Bereich die aus den ersten Messwerten und den zweiten Messwerten bestimmten Höhendaten als die Höhendaten für den vollständig bestrahlten Bereich ermittelt. Jedoch werden in dem nur durch das erste Lichtmuster oder nur durch das zweite Lichtmuster teilweise bestrahlten Bereich Ergänzungsdaten auf der Grundlage der Höhendaten für den vollständig bestrahlten Bereich berechnet, und anschließend werden auf der Grundlage dieser Ergänzungsdaten die Beugungsordnungen der ersten Messwerte und der zweiten Messwerte für diesen teilweise bestrahlten Bereich bestimmt, und die diesen Beugungsordnungen der ersten Messwerte und der zweiten Messwerte entsprechenden Höhendaten werden als die Höhendaten für diesen teilweise bestrahlten Bereich ermittelt.
Auf diese Weise können genauere Höhendaten für den nur durch eines der zwei Lichtmuster teilweise bestrahlten Bereich ermittelt werden, und natürlich können genauere Höhendaten für den durch sowohl das erste Lichtmuster als auch das zweite Lichtmuster vollständig bestrahlten Bereich ermittelt werden.
Wenn der teilweise bestrahlte Bereich relativ flach ist, können die durch lineare Ergänzung gewonnenen Ergänzungsdaten als die Höhendaten für den teilweise bestrahlten Bereich unmodifiziert verwendet werden. Jedoch kann es sein, dass der teilweise bestrahlte Bereich eines zu messenden Objekts, wie etwa Lötpaste oder dergleichen, eine davon abweichende Form besitzt, so dass der teilweise bestrahlte Bereich zum Beispiel eine ungleichmäßige Form mit relativ großen Wellungen besitzt. Daher werden für einen solchen teilweise bestrahlten Bereich, statt die unmodifizierten Messwerte (Höhenwerte, die den Messwerten für eine bestimmte Beugungsordnung entsprechen) für diesen teilweise bestrahlten Bereich einfach zu verwenden, vorzugsweise Werte gewonnen, die näher an den tatsächlichen Werten liegen.
Aspekt 3.
Vorrichtung zum Messen einer dreidimensionalen Form gemäß dem Aspekt 2, wobei, wie es in einer Draufsicht, betrachtet entlang der Abbildungsrichtung (etwa vertikal) der Abbildungseinheit, ersichtlich ist, die erste Bestrahlungseinheit und die zweite Bestrahlungseinheit einander gegenüberliegend so angeordnet sind, dass das zu messende Objekt zwischen ihnen angeordnet ist.
Gemäß diesem Aspekt bestehen eine geringere Wahrscheinlichkeit, dass Bereiche auftreten können, die nicht durch sowohl das erste Lichtmuster als auch das zweite Lichtmuster bestrahlt werden, und der Effekt des Aspekts 2 kann mit größerer Sicherheit realisiert werden.
Aspekt 4.
Vorrichtung zum Messen einer dreidimensionalen Form gemäß dem Aspekt 2, wobei die Vorrichtung zum Messen einer dreidimensionalen Form ein Paar der ersten Bestrahlungseinheiten und ein Paar der zweiten Bestrahlungseinheiten umfasst, und, wie es in einer Draufsicht, betrachtet entlang der Abbildungsrichtung der Abbildungseinheit und zentriert bezüglich des zu messenden Objekts, ersichtlich ist, sind die ersten Bestrahlungseinheiten und die zweiten Bestrahlungseinheiten um 90° versetzt abwechselnd angeordnet.
Gemäß diesem Aspekt ist es möglich, den Anteil von teilweise bestrahlten Bereichen, die durch nur das erste Lichtmuster oder nur das zweite Lichtmuster bestrahlt werden, im Vergleich zu einer Konfiguration gemäß dem Aspekt 3, der zwei Paare von gegenüberliegenden ersten Bestrahlungseinheiten und zweiten Bestrahlungseinheiten bereitstellt und jede Bestrahlungseinheit mit einem zu dem zu messenden Objekt mittigen Abstand von 90° anordnet, liefert, stark zu verringern.
Weitere Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung werden ersichtlich aus der nachfolgenden ausführlichen Beschreibung mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen. In den Zeichnungen sind:
1 eine schematische, perspektivische Ansicht, die eine Platinenuntersuchungsvorrichtung zeigt;
2 ist ein Blockdiagramm, das die elektrische Konfiguration der Platinenuntersuchungsvorrichtung von 1 zeigt;
3 eine Tabelle zur Erläuterung der Beziehung zwischen den gemessenen Höhendaten und der Auflösung bei einem jeweiligen Lichtmuster;
4 eine schematische Ansicht, die den Bestrahlungszustand durch die Lichtmuster beider Bestrahlungsvorrichtungen zeigt;
5 eine schematische Draufsicht, die die durch beide Lichtmuster bestrahlte Lötpaste und den an die Lötpaste angrenzenden Bereich zeigt;
6 eine Kurve, die Höhendaten des vollständig bestrahlten Bereichs entlang einer Linie K-K in 5 zeigt;
7 eine Kurve, die Ergänzungsdaten des teilweise bestrahlten Bereichs entlang der Linie K-K in 5 zeigt;
8 eine Kurve, die Höhendaten für den teilweise bestrahlten Bereich zeigt, die auf der Grundlage der in 7 gezeigten Ergänzungsdaten bestimmt sind;
9 eine Kurve, die Höhendaten entlang der in 5 gezeigten Linie darstellt;
10 und 11 jeweils eine schematische Draufsicht, die das Layout der Bestrahlungsvorrichtungen gemäß einer zweiten Ausführungsform zeigen.
Nachfolgend ist eine erste bevorzugte Ausführungsform mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben.
1 ist eine schematische, perspektivische Ansicht, die eine Platinenuntersuchungsvorrichtung 1 zeigt, die mit einer Vorrichtung zum Messen einer dreidimensionalen Form gemäß der vorliegenden Erfindung ausgestattet ist. Wie es in 1 gezeigt ist, weist die Platinenuntersuchungsvorrichtung 1 einen Haltetisch zum Halten einer rechteckig ausgebildeten Leiterplatine 2 mit einer aufgedruckten Lötpaste H (vgl. 4 ff) als dem zu messenden Objekt, eine erste Bestrahlungsvorrichtung 4A und eine zweite Bestrahlungsvorrichtung 4B als erste bzw. zweite Bestrahlungseinheit zum Strahlen eines bestimmten Lichtmusters unter einem von Null verschiedenen Einfallswinkel auf die Oberfläche der Leiterplatine 2, eine Kamera 5 als einer Abbildungseinheit zum Abbilden des bestrahlten Teils der Leiterplatine 2 und eine Steuerungsvorrichtung zur Durchführung von diversen Steuerungen in der Platinenuntersuchungsvorrichtung 1 und zum Bildbearbeiten und zum Berechnen auf.
Die Bestrahlungsvorrichtungen 4A und 4B weisen jeweils eine bekannte optische Flüssigkristallblende auf, um ein streifenförmiges Muster mit einer Phase, die sich in Inkrementen von 1/4 Periode ändert, unter dem genannten Einfallswinkel auf die Leiterplatine 2 zu strahlen. In der vorliegenden Ausführungsform wird das Lichtmuster entlang der x-Achse eines kartesischen Koordinatensystems (vgl. 1), d. h. parallel zu zwei Seiten der Leiterplatine 2, auf die Leiterplatine 2 gestrahlt, wobei sich die Linien des Lichtmusters senkrecht zu der x-Achse und parallel zu der y-Achse erstrecken.
Ferner sind die Bestrahlungsvorrichtungen 4A und 4B so an gegenüberliegenden Positionen angeordnet, dass die Leiterplatine 2 in der Draufsicht (Blick auf die xy-Ebene), d. h. betrachtet in Abbildungs- oder Aufnahmerichtung der Kamera 5 (etwa die vertikale oder z-Achsenrichtung), zwischen ihnen angeordnet ist. Die Position der ersten Bestrahlungsvorrichtung 4A entspricht der erfindungsgemäßen ersten Position, und die Position der zweiten Bestrahlungsvorrichtung 4B entspricht der erfindungsgemäßen zweiten Vorrichtung.
Die Bestrahlungsvorrichtungen 4A und 4B der vorliegenden Ausführungsform dienen dazu, ein erstes bzw. ein zweites Lichtmuster auszustrahlen, wobei die Perioden der Lichtmuster verschieden sind. Insbesondere strahlt die erste Bestrahlungsvorrichtung 4A das erste Lichtmuster mit einer Periode von 600 μm aus, und die zweite Bestrahlungsvorrichtung 4B strahlt das zweite Lichtmuster mit einer Periode von 800 μm aus.
Durch diese Anordnung kann, wie es in 3 gezeigt ist, das erste Lichtmuster zum Messen von Höhen in 100 μm – Schritten innerhalb eines Bereichs von –300 μm bis +300 μm, zum Beispiel bei etwa –300 μm, –200 μm, –100 μm etc., verwendet werden. Eine Höhe von +300 μm entspricht einer Höhe von –300 μm, wenn die Beugungsordnung um 1 erhöht wird.
Andererseits kann das zweite Lichtmuster zur Höhenmessung in 100 μm – Schritten innerhalb eines Bereichs von –400 μm bis +400 μm, zum Beispiel bei Punkte etwa –400 μm, –300 μm, –200 μm etc., verwendet werden. Eine Höhe von +400 μm entspricht einer Höhe von –400 μm, wenn die Beugungsordnung um 1 erhöht wird.
In jeder der Bestrahlungsvorrichtungen 4A und 4B wird Licht von einer nicht dargestellten Lichtquelle durch einen Lichtleiter zu einem Paar von Kondensorlinsen geleitet, die daraus ein paralleles Lichtbündel erzeugen. Dieses parallele Lichtbündel tritt durch ein Flüssigkristallelement und wird zu einer innerhalb einer Konstanttemperatur-Steuerungsvorrichtung angeordneten Projektionslinse geleitet. Durch eine entsprechende Ansteuerung des Flüssigkristallelements wird von der Projektionslinse das jeweilige Lichtmuster in vier unterschiedlichen Phasen ausgestrahlt. Auf diese Weise kann ein Lichtmuster erzeugt werden, dessen Intensitätsverteilung derjenigen einer idealen Sinuswelle angenähert ist, so dass die Messauflösung der dreidimensionalen Messung verbessert ist. Insbesondere kann die Phasenverschiebung des Lichtmusters elektronisch geregelt werden, so dass das Steuerungssystem klein ausgebildet werden kann.
Für den Haltetisch 3 sind zwei, durch die Steuerungsvorrichtung 6 angesteuerte Motoren 15 und 16 vorgesehen, durch die die auf dem Haltetisch 3 gehaltene Leiterplatine 2 in beliebiger Richtung innerhalb der x-y-Ebene bewegt werden kann.
Die Kamera 5 weist eine Linse, ein Abbildungselement etc. auf. Gemäß der vorliegenden Ausführungsform wird ein CCD-Sensor als Abbildungselement verwendet. Natürlich kann auch ein anderes Abbildungselement, wie etwa ein CMOS-Sensor, verwendet werden.
Nachfolgend ist die elektronische Konfiguration der Steuerungsvorrichtung 6 erläutert. Wie es in 2 gezeigt ist, umfasst die Steuerungsvorrichtung 6 eine CPU und eine Eingabe-Ausgabe-Schnittstelle 21 zur Durchführung einer Gesamtsteuerung der Platinenuntersuchungsvorrichtung 1, eine Eingabevorrichtung 22 als eine Eingabeeinheit, die eine Tastatur, eine Maus oder ein Touchpad oder dergleichen umfasst, eine Anzeigevorrichtung 23 als eine Anzeigeeinheit, die eine Kathodenstrahlröhre CRT, eine Flüssigkristallanzeige oder dergleichen umfasst, eine Bilddaten-Speicherungsvorrichtung 24 zum Speichern von Bilddaten oder dergleichen auf der Grundlage einer durch die Kamera 5 erstellten Abbildung, eine Berechnungsergebnis-Speichervorrichtung 25 zum Speichern jedes Typs von Berechnungsergebnis, und eine Einstelldaten-Speicherungsvorrichtung 26 zum vorherigen Speichern diverser Informationen. Ferner ist jede dieser Vorrichtungen 22 bis 26 elektrisch mit der CPU und der Eingabe-Ausgabe-Schnittstelle 21 verbunden.
Nachfolgend sind Einzelheiten der Verarbeitung der dreidimensionalen Messung, die unter Verwendung der Steuerungsvorrichtung 6 durchgeführt wird, erläutert. Die zur Kamera 5 weisende Oberfläche der Leiterplatine 2 ist in mehrere Untersuchungsbereiche E unterteilt, deren Größe jeweils gleich groß wie das Sichtfeld der CCD-Kamera 5 auf der Leiterplatine 2 ist. Die Steuerungsvorrichtung 6 steuert die Motoren 15 und 16 so an, dass die Leiterplatine 2 zu einer Position bewegt wird, bei der einer der Untersuchungsbereiche E der Leiterplatine 2 mit dem Sichtfeld der Kamera 5 übereinstimmt.
Anschließend steuert die Steuerungsvorrichtung 6 die erste Bestrahlungsvorrichtung 4A so an, dass das erste Lichtmuster (Periode = 600 mm) viermal, jeweils um ein Inkrement von 1/4 der Periode entlang der x-Achse verschoben, ausgestrahlt wird. Die Steuerungsvorrichtung 6 steuert ferner die Kamera 5 so an, dass von jedem der vier auf diese Weise erzeugten Bestrahlungen ein Bild des aktuellen Untersuchungsbereichs E gemacht und als Bilddaten gespeichert wird.
Die Steuerungsvorrichtung 6 führt anschließend eine Bildverarbeitung jedes der vier Bilder durch. Mit Hilfe des oben erläuterten Phasenverschiebungsverfahrens wird eine Höhe jeder Koordinate (jedes Pixels) gemessen und der gemessene Messwert als erster Messwert gespeichert. Diese Verarbeitung wird in dieser Ausführungsform durch die Einheit zum Ermitteln eines ersten Messwerts durchgeführt.
Anschließend steuert die Steuerungsvorrichtung 6 die erste Bestrahlungsvorrichtung 4B so an, dass das erste Lichtmuster (Periode = 800 mm) viermal, jeweils um ein Inkrement von 1/4 der Periode entlang der x-Achse verschoben, ausgestrahlt wird. Die Steuerungsvorrichtung 6 steuert ferner die Kamera 5 so an, dass auch von jedem der vier auf diese Weise erzeugten Bestrahlungen ein Bild des aktuellen Untersuchungsbereichs E gemacht und als Bilddaten gespeichert wird.
Die Steuerungsvorrichtung 6 führt anschließend eine Bildverarbeitung jedes der vier Bilder durch. Mit Hilfe des oben erläuterten Phasenverschiebungsverfahrens wird eine Höhe jeder Koordinate (jedes Pixels) gemessen und der gemessene Messwert als zweiter Messwert gespeichert. Diese Verarbeitung wird in dieser Ausführungsform durch die Einheit zum Ermitteln eines zweiten Messwerts durchgeführt.
Die Steuerungsvorrichtung 6 bestrahlt den Untersuchungsbereich E sowohl mit dem ersten Lichtmuster als auch mit dem zweiten Lichtmuster, und für vollständig bestrahlte Bereiche WA1 und WA2 (vgl. 4 und 5), von denen es möglich ist, sowohl die ersten Messwerte und zweiten Messwerte zu ermitteln, werden aus diesen ersten und zweiten Messwerten abgeleitete Höhendaten als die Höhendaten dieser vollständig bestrahlten Bereichen WA1 und WA2 ermittelt. Diese Verarbeitung wird durch die Einheit zur Ermittlung erster Höhendaten in dieser Ausführungsform durchgeführt. 4 ist eine schematische Seitenansicht, die von den Bestrahlungsvorrichtungen 4A und 4B auf eine Lötpaste H, dem Messobjekt, gestrahlte Lichtmuster (Lichtkegel) zeigt. 5 ist eine schematische Draufsicht, die den Bestrahlungszustand der Lötpaste und der angrenzenden Bereiche durch die Bestrahlung mit den Lichtmustern zeigt.
Wie es aus der Messtabelle in 3 klar hervorgeht, beträgt, wenn der als der erste Messwert für einen bestimmten Punkt des Messobjekts gewonnene Wert zum Beispiel +100 μm ist, die tatsächliche Höhe dieses Punkts des Messobjekts +100 μm (Beugungsordnung = 1), +700 μm (Beugungsordnung = 2) oder +1300 μm (Beugungsordnung = 3).
Wenn sich als zweiter Messwert für den gleichen Punkt des Messobjekts zum Beispiel als –100 μm ergibt, dann können die Höhendaten dieses Punkts des Messobjekts als +700 μm bestimmt werden (die anderen Optionen stimmen mit keinem ersten Messwert überein).
Für den nur teilweise bestrahlten Bereich WB1 (der nur mit dem ersten Lichtmuster und nicht mit dem zweiten Lichtmuster bestrahlt wird) und für den nur teilweise bestrahlten Bereich WB2 (der nur mit dem zweiten Lichtmuster und nicht mit dem ersten Lichtmuster bestrahlt wird) des Untersuchungsgebiets E ergeben sich jedoch jeweils fehlende Daten (Datenlücken), wie es in 6 gezeigt ist (vgl. die Intervalle A-A’ bzw. B-B’). 6 ist eine Kurve, die die Höhendaten der vollständig bestrahlten Gebiete WA1 und WA2 des Querschnitts entlang der Linie K-K in 5 zeigt.
Anschließend werden auf der Grundlage der Höhendaten der oben erwähnten vollständig bestrahlten Bereiche WA1 und WA2 die Ergänzungsdaten der nur teilweise bestrahlten Bereiche WB1 und WB2 ermittelt. Diese Verarbeitung wird in der vorliegenden Ausführungsform durch die Ergänzungsdaten-Ermittlungseinheit durchgeführt.
In der vorliegenden Ausführungsform wird eine lineare Ergänzung durchgeführt (vgl. 7), um die Höhendaten A und A’ und die Höhendaten B und B’ der vollständig bestrahlten Bereiche WA1 bzw. WA2 an den Rändern des teilweise bestrahlten Bereichs WB1 bzw. WB2 (Teil der fehlenden Daten) zu verbinden. 7 zeigt die Ergänzungsdaten der teilweise bestrahlten Bereiche WB1 und WB2 des in 5 gezeigten Querschnitts entlang der Linie K-K.
Anschließend wird auf der Grundlage der oben erwähnten Ergänzungsdaten des teilweise bestrahlten Bereichs WB1 die Beugungsordnung des ersten Messwerts des teilweise bestrahlten Bereichs WB1 bestimmt, und es werden Höhendaten, die dem ersten Messwert dieser Beugungsordnung entsprechen, als die Höhendaten dieses teilweise bestrahlten Bereichs WB1 bestimmt (vgl. 8). Auf die gleiche Weise wird auf der Grundlage der oben erwähnten Ergänzungsdaten, die des teilweise bestrahlten Bereichs WB2 die Beugungsordnung des zweiten Messwerts des teilweise bestrahlten Bereichs WB2 bestimmt, und es werden Höhendaten, die dem zweiten Messwert der Beugungsordnung entsprechen, als die Höhendaten dieses teilweise bestrahlten Bereichs WB2 bestimmt (vgl. 8). Diese Verarbeitung wird in der vorliegenden Ausführungsform durch die Einheit zur Ermittlung zweiter Höhendaten durchgeführt. 8 ist eine Kurve, die die Höhendaten zeigt, die auf der Grundlage der in 7 gezeigten und die teilweise bestrahlten Bereiche WB1 und WB2 betreffenden Ergänzungsdaten bestimmt wurden.
In der vorliegenden Ausführungsform wird die Beugungsordnung (Beugungsordnung des Bereichs, der die Ergänzungsdaten enthält), die den Ergänzungsdaten für einen bestimmten Messpunkt am nächsten liegt, als die Beugungsordnung für den Objektmesspunkt bestimmt.
Wenn zum Beispiel die Ergänzungsdaten für einen bestimmten Objektmesspunkt innerhalb des teilweise bestrahlten Bereichs WB1 (d. h. des nur mit dem ersten Lichtmuster bestrahlten Bereichs) +1050 μm sind, dann wird die Beugungsordnung des ersten Messwerts für diesen Objektmesspunkt als 3 bestimmt (vgl. 3).
Wenn dann zum Beispiel der als der erste Messwert für den oben genannten Objektmesspunkt gewonnene Wert –100 μm ist, dann werden die Höhendaten für diesen Objektmesspunkt als +1100 μm bestimmt, d. h. als einen Wert, der dem ersten Messwert entspricht, wenn die Beugungsordnung 3 ist.
Wenn die oben genannte Folge von Verarbeitungsschritten beendet ist, sind die Messdaten für das gesamte visuelle Abbildungsfeld (d. h. den gesamten Untersuchungsbereich E) abgeschlossen. 9 ist eine Kurve der Höhendaten des in 5 gezeigten Querschnitts entlang der Linie K-K.
Die Messdaten für jeden der auf diese Weise gewonnenen Untersuchungsbereiche E werden durch die Berechnungsergebnis-Speichervorrichtung 25 der Steuerungsvorrichtung 6 gespeichert. Anschließend wird auf der Grundlage der Messdaten für jeden dieser Untersuchungsbereiche E der Druckbereich der Lötpaste H, das höher als eine Standardoberfläche ist, erfasst, und durch Integration der Höhe jeder Position innerhalb dieses Bereichs wird die Menge der gedruckten Lötpaste H berechnet. Anschließend werden zuvor in der Einstellungsdaten-Speicherungsvorrichtung 26 gespeicherte Standarddaten mit Daten wie etwa Position, Oberfläche, Bereich, Höhe, Menge und dergleichen der Lötpaste, die auf diese Weise gefunden werden, verglichen. Anschließend wird auf der Grundlage einer Bestimmung, ob die Ergebnisse dieses Vergleichs innerhalb eines erlaubten Bereichs liegen oder nicht, eine OK- / Nicht-OK-Bestimmung für den Druckzustand der Lötpaste H in diesem Untersuchungsbereich E durchgeführt.
Während dieser Verarbeitung steuert die Steuerungsvorrichtung 6 die Motoren 15 und 16 so an, dass die Leiterplatine 2 zu dem nächsten Untersuchungsbereich E bewegt wird, woraufhin die oben beschriebene Folge von Verarbeitungsschritten für diesen Untersuchungsbereich E und in der Folge für jeden der Untersuchungsbereiche E durchgeführt wird.
Während die Steuerungsvorrichtung 6 der Platinenuntersuchungsvorrichtung 1 dieser Ausführungsform den Untersuchungsbereich E auf diese Weise verschiebt, werden die Bilder sequentiell verarbeitet, um eine dreidimensionale Messung durchzuführen, die eine Messung der Höhe der Lötpaste H auf der Leiterplatine 2 beinhaltet, so dass es möglich ist, den Druckzustand der Lötpaste schnell und zuverlässig zu untersuchen.
Gemäß der vorliegenden Ausführungsform ist es möglich, zwei Effekte zu kombinieren. Zum einen eine Erhöhung des messbaren Höhenbereichs (ein Vorteil der Verwendung des zweiten Lichtmusters mit der langen Periode), und zum anderen eine Durchführung einer hoch genauen und hoch auflösenden Messung (ein Vorteil der Verwendung des ersten Lichtmusters mit der kurzen Periode). Dadurch kann eine hoch genaue und hoch auflösende Messung in einem großen Dynamikbereich durchgeführt werden.
Insbesondere werden gemäß dieser Ausführungsform für die vollständig bestrahlten Bereiche WA1 und WA2, die durch die beiden Lichtmuster bestrahlt werden, die Höhendaten, die aus den ersten Messwerten und den zweiten Messwerten bestimmt wurden, als Höhendaten für diese vollständig bestrahlten Bereiche WA1 und WA2 gewonnen. Darüber hinaus werden in den nur durch das erste Lichtmuster oder nur das zweite Lichtmuster teilweise bestrahlten Bereichen WB1 und WB2 die Ergänzungsdaten auf der Grundlage von Höhendaten für die vollständig bestrahlten Bereiche WA1 und WA2 berechnet. Anschließend wird auf der Grundlage dieser berechneten Ergänzungsdaten die Beugungsordnung des ersten Messwerts oder des zweiten Messwerts für die teilweise bestrahlten Bereiche WB1 und WB2 bestimmt, und Höhendaten, die dem ersten Messwert oder dem zweiten Messwert dieser Beugungsordnung entsprechen, werden als die Höhendaten für die teilweise bestrahlten Bereiche WB1 und WB2 ermittelt.
Auf diese Weise können natürlich genauere Höhendaten für die vollständig bestrahlten Bereiche WA1 und WA2 gewonnen werden, die sowohl mit dem ersten Lichtmuster als auch mit dem zweiten Lichtmuster bestrahlt werden. Darüber hinaus können jedoch auf diese Weise auch sehr viel genauere Höhendaten für die teilweise bestrahlten Bereiche WB1 und WB2 ermittelt werden, die jeweils nur mit einem dieser Lichtmuster bestrahlt werden.
Wenn die in den teilweise bestrahlten Bereichen WB1 und WB2 enthaltenen Formen relativ flach sind, können die durch lineare Ergänzung oder dergleichen gewonnenen Ergänzungsdaten unmodifiziert als die Höhendaten für die teilweise bestrahlten Bereiche verwendet werden. Jedoch sind die teilweise bestrahlten Bereiche WB1 und WB2 der Lötpaste H nicht notwendigerweise flach, sondern können relativ ungleichmäßig und gewellt sein. Daher wird die Verwendung der tatsächlichen Messerwerte (d. h. der Höhendaten, die dem ersten Messwert oder dem zweiten Messwert einer bestimmten Beugungsordnung entsprechen) vom Standpunkt der Eignung, einen Wert zu erhalten, der näher bei dem tatsächlichen Wert liegt, vorgezogen.
Ferner sind die Bestrahlungsvorrichtungen 4A und 4B dieser Ausführungsform an Positionen angeordnet, die einander gegenüberliegen und zwischen denen die Leiterplatine 2 innerhalb der xy-Ebene, betrachtet in der Abbildungsrichtung der Kamera 5, d. h. entlang der im Wesentlichen vertikalen Richtung (der z-Achsenrichtung), angeordnet ist. Daher ist die Wahrscheinlichkeit dafür verringert, dass ein abgeschatteter Bereich auftritt, auf den entweder nur das erste Lichtmuster oder nur das zweite Lichtmuster gestrahlt wird, so dass der oben erwähnte Effekt zuverlässiger sein kann.
Ferner ist die oben beschriebene Ausführungsform nicht auf die oben beschriebenen Einzelheiten beschränkt, sondern kann zum Beispiel folgendermaßen modifiziert sein. Das heißt, die oben beschriebene Ausführungsform ist nur beispielhaft und erläuternd zu versehen, und modifizierte Beispiele und beispielhafte Anwendungen sind möglich.

(a) Die Platinenuntersuchungsvorrichtung 1 der oben beschriebenen Ausführungsform verwendet eine Vorrichtung zum Messen einer dreidimensionalen Form, um Höhen der Lötpaste H, die durch Drucken auf die Leiterplatine 2 gebildet ist, zu messen. Jedoch ist diese Ausführungsform nicht hierauf beschränkt, sondern es kann eine Konfiguration verwendet werden, die Höhen eines anderen Objekts misst, wie etwa ein Lötauge auf einer Platine, eine auf einer Platine befestigte Komponente oder dergleichen.
(b) Die oben beschriebene Ausführungsform ist ein Beispiel einer Messung bis zu einer Höhe von 1500 μm durch Kombination eines ersten Lichtmusters mit einer Periode von 600 μm und eines zweiten Lichtmusters mit einer Periode von 800 μm. Natürlich sind die Perioden der Lichtmuster nicht auf diese Werte beschränkt. Zum Beispiel kann eine Konfiguration verwendet werden, in der die Periode des ersten Lichtmusters (zum Beispiel auf 400 μm) verkürzt ist und die dazu geeignet ist, eine Messung unter Verwendung des ersten Lichtmusters über einen Bereich von wenigstens vier Beugungsordnungen durchzuführen.

Hierbei ist es durch Verringern der Differenz zwischen der Periode des ersten Lichtmusters und der Periode des zweiten Lichtmusters möglich, die Differenz zwischen der Genauigkeit der Messung des durch nur das erste Lichtmuster teilweise bestrahlten Bereichs und der Genauigkeit des durch nur das zweite Lichtmuster teilweise bestrahlten Bereichs WB2 zu verringern.

(c) Gemäß der oben beschriebenen Ausführungsform wird eine Konfiguration verwendet, die zwei Lichtmuster unterschiedlicher Periode aus zwei unterschiedlichen Richtungen auf die Leiterplatine 2 strahlt. Diese Konfiguration ist jedoch nur beispielhaft. Insbesondere kann eine Konfiguration verwendet werden, bei der drei oder mehrere Lichtmuster unterschiedlicher Perioden aus einer entsprechenden Anzahl von Richtungen auf die Leiterplatine 2 gestrahlt wird.

Natürlich kann eine Konfiguration verwendet werden, in der aus mehreren Richtungen das gleiche Lichtmuster (mit der gleichen Periode) auf die Leiterplatine 2 gestrahlt wird. Zum Beispiel kann ein Paar von Bestrahlungsvorrichtungen als eine erste Bestrahlungsvorrichtung 4A und ein Paar von Bestrahlungsvorrichtungen als eine zweite Bestrahlungsvorrichtung 4B vorgesehen und einander gegenüberliegend angeordnet sein, ebenso wie bei der oben beschriebenen Ausführungsform. Und es kann eine Konfiguration verwendet werden (vgl. 10), bei der die vier Bestrahlungsvorrichtungen 4A und 4B, betrachtet von der Leiterplatine 2, in einem Winkelabstand von 90° zwischen sich angeordnet sein.
Jedoch kann es bei dieser Konfiguration vorkommen, dass Bereiche nur teilweise bestrahlt werden (vgl. den gekippten Teil von 10), die also nur mit dem ersten Lichtmuster oder nur mit dem zweiten Lichtmuster bestrahlt werden.
Demgegenüber kann zum Beispiel eine Konfiguration verwendet werden (vgl. 11), in der ein Paar der ersten Bestrahlungsvorrichtungen 4A und ein Paar der zweiten Bestrahlungsvorrichtungen 4B vorgesehen sind, wobei die ersten Bestrahlungsvorrichtungen 4A und die zweiten Bestrahlungsvorrichtungen 4B in einem Winkelabstand von 90° zueinander angeordnet sind, wie es in 11 gezeigt ist (d. h. die zwei ersten Bestrahlungsvorrichtungen 4A sind einander gegenüberliegend angeordnet, und die zwei Bestrahlungsvorrichtungen 4B sind einander gegenüberliegend angeordnet).
Im Vergleich zu der im Zusammenhang mit 10 genannten Konfiguration ist diese Konfiguration dazu geeignet, den durch nur das erste Lichtmuster oder das zweite Lichtmuster teilweise bestrahlten Bereich stark zu verkleinern. Dadurch ist es möglich, eine hoch genaue Messung durchzuführen.

(d) Jede der Lichtmuster gemäß der oben beschriebenen Ausführungsform wird entlang der x-Achsenrichtung, parallel zu zwei Seiten der Leiterplatine 2 auf diese gestrahlt. Das heißt, in der resultierenden Konfiguration werden die Linien des Lichtmusters senkrecht zu der x-Achse, d. h. parallel zu der y-Achsenrichtung, auf die Leiterplatine 2 gestrahlt. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht auf diese Konfiguration beschränkt, sondern es ist zum Beispiel eine Konfiguration möglich, bei der die Lichtmuster so auf die Leiterplatine 2 gestrahlt werden, dass die Linien der Lichtmuster Seiten der Leiterplatine 2 oder das Gesichtsfeld der Kamera 5 (den Untersuchungsbereich 5) in einem Winkel (z. B. 45°, betrachtet von oben) schneiden.
(e) Obwohl die mehreren Bestrahlungsvorrichtungen 4A und 4B der oben beschriebenen Ausführungsform, betrachtet in der Ebene der Leiterplatine 2, äquidistant angeordnet sind, ist die vorliegende Erfindung nicht hierauf beschränkt. Insbesondere kann die Anordnung der Bestrahlungsvorrichtungen 4A und 4B entsprechend der Struktur der Leiterplatine 2 oder einer anderen Struktur angeordnet sein.
(f) Während der Ermittlung der Ergänzungsdaten für die teilweise bestrahlten Bereiche WB1 und WB2 in der oben beschriebenen Ausführungsform wird eine Konfiguration verwendet, in der eine lineare Ergänzung auf der Grundlage von Höhendaten der vollständig bestrahlten Bereiche WA1 und WA2 durchgeführt wird. Jedoch ist die vorliegende Erfindung nicht hierauf beschränkt, sondern es ist möglich, eine Konfiguration auf der Grundlage eines anderen Verfahrens zu verwenden.
(g) Bei der Bestimmung der Beugungsordnung der Messwerte durch die oben beschrienen Ausführungsform für die teilweise bestrahlten Bereiche WB1 und WB2 auf der Grundlage der Ergänzungsdaten wird eine Konfiguration verwendet, die diejenige Beugungsordnung bestimmt, die Ergänzungsdaten für einen bestimmten Objektmesspunkt als der Beugungsordnung für diesen Objektmesspunkt verwendet (d. h. die Beugungsordnung des Bereichs, der die Ergänzungsdaten enthält). Jedoch ist die vorliegende Erfindung nicht auf das Verfahren der Bestimmung der Beugungsordnung der Messwerte für die teilweise bestrahlten Bereiche WB1 und WB2 beschränkt, sondern es kann auch eine Konfiguration verwendet werden, die einen Mittelwert von Ergänzungsdaten innerhalb eines durch mehrere, benachbarte Objektmesspunkte (Pixel) gebildeten Bereichs berechnet, und die Beugungsordnung (Beugungsordnung eines Bereichs, der den Mittelwert enthält), der diesem Mittelwert am nächsten ist, als die Beugungsordnung für diesen bestimmten Bereich bestimmt.

Bezugszeichenliste

1: Platinenuntersuchungsvorrichtung
2: Leiterplatine
4A: erste Bestrahlungsvorrichtung
4B: zweite Bestrahlungsvorrichtung
5: Kamera
6: Steuerungsvorrichtung
E: Untersuchungsbereich
H: Lötpaste
WA1, WA2: vollständig bestrahlter Bereich
WB1, WB2: teilweise bestrahlter Bereich

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2001159510 [0009]

Claims

Vorrichtung zum Messen einer dreidimensionalen Form, mit: – mehreren Bestrahlungseinheiten, die jeweils dazu ausgelegt sind, ein zu messendes Objekt von einer jeweiligen, unterschiedlichen Position mit mehreren Lichtmustern zu bestrahlen, die jeweils eine streifenförmige Lichtintensitätsverteilung und unterschiedliche Perioden besitzen, – einer Abbildungseinheit zum Abbilden des zu messenden Objekts, das durch jedes der Lichtmuster bestrahlt wird, – und einer Bildverarbeitungseinheit zur Durchführung einer dreidimensionalen Messung auf der Grundlage von durch die Abbildungseinheit abgebildeten Bilddaten, – wobei die Bildverarbeitungseinheit umfasst: – eine Messwert-Ermittlungseinheit zur Durchführung einer dreidimensionalen Messung unter Verwendung des Phasenverschiebungsverfahrens auf der Grundlage von mehreren Bilddaten, – einer Messwert-Ermittlungseinheit zur Durchführung einer dreidimensionalen Messung unter Verwendung des Phasenverschiebungsverfahrens auf der Grundlage von mehreren Bilddaten von mehreren Mehrfachphasenverschiebungs-Lichtmustern, wobei die mehreren Bilddaten durch Bestrahlung mit jedem der mehreren Mehrfachphasenverschiebungs-Lichtmuster und durch Abbilden mittels der Abbildungseinheit abgebildet werden, und zur Verwendung der Messwerte der dreidimensionalen Messung als Messwerte gemäß den Lichtmustern; – eine Einheit zur Ermittlung von ersten Höhendaten, die aus den Messwerten entsprechend den mehreren Lichtmustern spezifiziert sind, die mit einem vollständig bestrahlten Gebiet in Beziehung stehen, der durch die mehreren Lichtmuster bestrahlt wird, und zur Verwendung der ermittelten, spezifizierten Höhendaten als Höhendaten für den vollständig bestrahlten Bereich; – eine Einheit zur Ermittlung von Ergänzungsdaten auf der Grundlage der Höhendaten für den vollständig bestrahlten Bereich, wobei die Ergänzungsdaten einen teilweise bestrahlten Bereich betreffen, der nur von einem Teil der mehreren Lichtmuster bestrahlt wird; – und eine Einheit zur Ermittlung von zweiten Höhendaten zur Spezifizierung einer Beugungsordnung der Messwerte für den teilweise bestrahlten Bereich auf der Grundlage der Ergänzungsdaten, und zur Ermittlung von Höhendaten, die den Messwerten der spezifizierten Beugungsordnung entsprechen, als Höhendaten für den teilweise bestrahlten Bereich.
Vorrichtung zum Messen einer dreidimensionalen Form, mit: – einer ersten Bestrahlungseinheit zum Strahlen eines ersten Lichtmusters mit einer ersten Periode und einer streifenförmigen Lichtintensitätsverteilung von einer ersten Position auf ein zu messendes Objekt; – einer zweiten Bestrahlungseinheit zum Strahlen eines zweiten Lichtmusters mit einer zweiten Periode und einer streifenförmigen Lichtintensitätsverteilung von einer zweiten Position auf das zu messende Objekt, wobei die zweite Periode länger als die erste Periode ist und die zweite Position von der ersten Position verschieden ist; – einer Abbildungseinheit zum Abbilden des durch die Lichtmuster bestrahlten, zu messenden Objekts; – und einer Verarbeitungseinheit zur Durchführung einer dreidimensionalen Messung auf der Grundlage von durch die Abbildungseinheit gelieferten Abbildungsdaten; – wobei die Abbildungseinheit aufweist: – eine Einheit zur Ermittlung eines ersten Messwerts zur Durchführung einer dreidimensionalen Messung unter Verwendung des Phasenverschiebungsverfahrens auf der Grundlage von durch mehrfaches Ausstrahlen des ersten Lichtmusters unter Verwendung von unterschiedlichen Phasen und durch die Abbildung mit Hilfe der Abbildungseinheit gewonnener mehrerer Bilddaten, und zur Ermittlung eines ersten Messwerts, der durch die dreidimensionale Messung durch die Einheit zur Ermittlung eines ersten Messwerts gewonnen wird; – eine Einheit zur Ermittlung eines zweiten Messwerts zur Durchführung einer dreidimensionalen Messung unter Verwendung des Phasenverschiebungsverfahrens auf der Grundlage von mehreren Bilddaten, die durch mehrfaches Ausstrahlen des zweiten Lichtmusters unter Verwendung von mehreren, unterschiedlichen Phasen und durch Abbilden mit Hilfe der Abbildungseinheit gewonnen werden, und zur Ermittlung eines zweiten Messwerts, der durch die dreidimensionale Messung durch die Einheit zur Ermittlung eines ersten Messwerts gewonnen wird; – einer Einheit zur Ermittlung von ersten Höhendaten, die durch den ersten Messwert und den zweiten Messwert spezifiziert sind, die einen durch das erste Lichtmuster und das zweite Lichtmuster vollständig bestrahlten Bereich betreffen, und zur Verwendung der ermittelten, spezifizierten Höhendaten als Höhendaten für den vollständig bestrahlten Bereich; – eine Einheit zur Ermittlung von Ergänzungsdaten auf der Grundlage der Höhendaten für den vollständig bestrahlten Bereich, wobei die Ergänzungsdaten einen teilweise bestrahlten Bereich betreffen, der nur von einem Teil der mehreren Lichtmuster bestrahlt wird; – und eine Einheit zur Ermittlung von zweiten Höhendaten zur Spezifizierung einer Beugungsordnung des ersten Messwerts und des zweiten Messwerts für den teilweise bestrahlten Bereich auf der Grundlage der Ergänzungsdaten, und zur Ermittlung von Höhendaten für den teilweise bestrahlten Bereich von Höhendaten, die dem ersten Messwert oder dem zweiten Messwert der spezifizierten Beugungsordnung entsprechen.
Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass in der Draufsicht, betrachtet entlang der Abbildungsrichtung der Abbildungseinheit, di erste Bestrahlungseinheit und die zweite Bestrahlungseinheit so an gegenüberliegenden Positionen angeordnet sind, dass das zu messende Objekt zwischen ihnen angeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine Vorrichtung zur Messung einer dreidimensionalen Form zwei erste Bestrahlungseinheiten und zwei zweite Bestrahlungseinheiten umfasst, und in der Draufsicht, betrachtet, entlang der Abbildungsrichtung der Abbildungsachse und mittig bezüglich des Objekts, die ersten Bestrahlungseinheiten und die zweiten Bestrahlungseinheiten in einem Winkelabstand von 90° abwechselnd angeordnet sind.