DE102015113051A1

DE102015113051A1 - Measuring device, printed circuit board testing device and method for its control

Info

Publication number: DE102015113051A1
Application number: DE102015113051.3A
Authority: DE
Inventors: Shimpei Fujii
Original assignee: Omron Corp; Omron Tateisi Electronics Co
Current assignee: Omron Corp
Priority date: 2014-08-08
Filing date: 2015-08-07
Publication date: 2016-02-11
Anticipated expiration: 2035-08-08
Also published as: CN105372259A; JP6256249B2; JP2016038315A; DE102015113051B4; CN105372259B

Abstract

Um Technologie bereitzustellen, mit der eine präzise Vermessung der dreidimensionalen Gestalt einer Lotoberfläche unabhängig von der Stärke des Glanzes (der Spiegeleigenschaft) der Lotoberfläche möglich ist, umfasst eine Messvorrichtung eine Bildaufnahmeeinheit, welche ein unter Einstrahlen von Licht mehrerer Farben mit voneinander abweichenden Einfallswinkeln derart, dass an einer Oberfläche des Lotes eine von deren Neigungswinkel abhängige Farbinformation erscheint, photographiertes erstes Bild sowie ein unter Projizieren gemusterten Lichts derart, dass an der Oberfläche des Lotes eine von deren Höhe abhängige Phaseninformation des Musters erscheint, photographiertes zweites Bild aufnimmt, eine Farbreliabilitätsrecheneinheit, welche für jeden Punkt auf der Oberfläche des Lotes eine Reliabilität der Farbinformation im ersten Bild ermittelt, eine Phasenreliabilitätsrecheneinheit, welche für jeden Punkt auf der Oberfläche des Lotes eine Reliabilität der Phaseninformation im zweiten Bild ermittelt, und eine Lotgestaltmesseinheit, welche durch Ermitteln einer dreidimensionalen Information für jeden Ort auf der Oberfläche des Lotes unter Verwendung derjenigen Information von der Farbinformation und der Phaseninformation, die die höhere Reliabilität aufweist, die dreidimensionale Gestalt des Lotes generiert.In order to provide a technology capable of precisely measuring the three-dimensional shape of a solder surface regardless of the magnitude of gloss of the solder surface, a measuring device comprises an image pickup unit which images light of plural colors with different angles of incidence on a surface of the solder, a color information dependent on its inclination angle appears, photographed first image and projected under projecting light such that on the surface of the solder appears depending on their height phase information of the pattern, takes photographed second image, a color reliability unit, which determines a reliability of the color information in the first image every point on the surface of the solder, a phase reluctance calculating unit, which for each point on the surface of the solder a reliability of the phase information in the second image, and a lot shape measuring unit which generates the three-dimensional shape of the solder by obtaining three-dimensional information for each location on the surface of the solder by using information of the color information and the phase information having the higher reliability.

Description

TECHNISCHES GEBIETTECHNICAL AREA

Die Erfindung betrifft Technologie zum Prüfen des Lötverbindungszustands von auf einer Leiterplatte montierten Bauelementen und betrifft insbesondere eine Technologie, welche die dreidimensionale Gestalt des Lots misst.The invention relates to technology for testing the solder joint state of components mounted on a printed circuit board, and more particularly to a technology which measures the three-dimensional shape of the solder.

TECHNISCHER HINTERGRUNDTECHNICAL BACKGROUND

In Bestückungslinien für die Oberflächenmontage auf Leiterplatten werden weithin Leiterplattenprüfvorrichtungen (auch Sichtprüfvorrichtungen genannt) zum Prüfen der Qualität der nach dem Wiederaufschmelzen bzw. Reflow ausgebildeten Lötverbindungen genutzt. Ausgehend von photographisch aufgenommenen Bildern der Leiterplatte messen die Leiterplattenprüfvorrichtungen verschiedene die Gestalt des Lotes betreffende Indikatoren, um auf Grundlage der Messwerte den Verbindungszustand des Lots gegenüber einem Bauelementanschluss oder einer Kontaktinsel (Leiterplattenkontaktfläche) zu prüfen. Da hierbei mittels der durch die Bilder gegebenen zweidimensionalen Information die dreidimensionale Gestalt des Lotes geprüft werden muss, sind im Stand der Technik verschiedenartige Verarbeitungsmethoden vorgeschlagen worden.Printed circuit boards for surface mounting on printed circuit boards widely utilize circuit board testers (also called visual testers) for testing the quality of post solder reflow solder joints. On the basis of photographically recorded images of the printed circuit board, the printed circuit board test devices measure various indicators relating to the shape of the solder in order to check the connection state of the solder to a component connection or contact pad (printed circuit board contact surface) on the basis of the measured values. Since the three-dimensional shape of the solder must be checked by means of the two-dimensional information given by the images, various processing methods have been proposed in the prior art.

Als eine davon ist das Farblichtreflexbeleuchtungsverfahren bekannt. Gemäß dem Farblichtreflexbeleuchtungsverfahren wird Licht mehrerer Farben unter voneinander verschiedenen Neigungswinkeln auf die Leiterplatte gestrahlt, sodass an Oberflächen spiegelnder Objekte eine von deren Normalenrichtung abhängige Farbinformation (die Farbe der Lichtquelle, die sich von der Kamera aus gesehen in der Spiegelreflexionsrichtung befindet) erscheint, um durch Photographieren in diesem Zustand die dreidimensionale Gestalt der Lotoberfläche als zweidimensionale Farbtoninformation zu erfassen. Man weiß, dass dieses Verfahren bei einer gewöhnlichen Lötprüfung höchst wirksam ist, um die Gestalt einer Lotkehle zu erfassen. Vorgeschlagen worden (vgl. z. B. Patentdokument 1, 2) sind auch Methoden, aus der Farbinformation im Bild einen Neigungswinkel (eine Steigung) zu berechnen, um durch Integrieren der Steigung die dreidimensionale Gestalt der Lotoberfläche zu rekonstruieren. Allerdings gibt es in der modernen Oberflächenmontage eine Tendenz zur Verwendung von flussmittelreichem Lot, was zu dem Problem führt, dass sich der Glanz (die Spiegeleigenschaft) der Lotoberfläche unter dem Einfluss des Flussmittels stellenweise vermindert. In den Abschnitten mit erniedrigtem Glanz wird dadurch, dass das Beleuchtungslicht streuende oder diffuse Reflexion erfährt, eine Farbe nahe dem Streulicht (Weißlicht) beobachtet, oder auch eine Farbe beobachtet, die von dem wahren Neigungswinkel abweicht. Verwendet man ein Bild, das stellenweise eine solche falsche Farbinformation enthält, so wird der Neigungswinkel (die Steigung) falsch erkannt, was zu einer Verschlechterung der Rekonstruktionsgenauigkeit der dreidimensionalen Gestalt führt. As one of them, the color light illumination method is known. According to the color light-reflecting illumination method, light of plural colors is irradiated to the circuit board at mutually different inclination angles, so that color-information dependent on the normal direction thereof (the color of the light source viewed in the mirror-reflection direction from the camera) appears on surfaces of specular objects to be photographed in this state, to grasp the three-dimensional shape of the solder surface as two-dimensional hue information. It is known that this method is most effective in ordinary soldering test to detect the shape of a fillet. It has also been proposed (see eg Patent Document 1, 2) to calculate an inclination angle (a slope) from the color information in the image in order to reconstruct the three-dimensional shape of the solder surface by integrating the slope. However, in modern surface mounting, there is a tendency to use flux-rich solder, which leads to the problem that the gloss (the mirroring property) of the solder surface under the influence of the flux decreases in places. In the low gloss portions, as the illuminating light is given diffused or diffused reflection, a color near the stray light (white light) is observed, or a color other than the true slant angle is observed. By using an image containing such wrong color information in places, the inclination angle (slope) is erroneously recognized, resulting in deterioration of the reconstruction accuracy of the three-dimensional shape.

Andererseits ist auch das sogenannte Phasenschiebeverfahren bekannt. Das Phasenschiebeverfahren ist eine Methode, die dreidimensionale Gestalt einer Objektoberfläche zu rekonstruieren, indem man die bei der Projektion gemusterten Lichts auf die Objektoberfläche auftretenden Verzerrungen (Phasenänderungen) des Musters analysiert. Diese Methode ist wirkungsvoll an streuenden Objekten (Bauelementen, Anschlüssen, Lotpaste usw.) und Lot mit niedrigem Glanz, hat jedoch das Problem, dass bei hohem Glanz der Lotoberfläche die Phase des gemusterten Lichts schwer zu analysieren ist, was den Messfehler für die dreidimensionale Gestalt der Lotoberfläche (Höheninformation) vergrößert.On the other hand, the so-called phase shift method is known. The phase shift method is a method of reconstructing the three-dimensional shape of an object surface by analyzing the distortions (phase changes) of the pattern occurring in the projection of patterned light on the object surface. This method is effective on scattering objects (devices, terminals, solder paste, etc.) and low-gloss solder, but has the problem that with high gloss of the solder surface, the phase of the patterned light is difficult to analyze, which is the measurement error for the three-dimensional shape the solder surface (height information) enlarged.

So weisen die im Stand der Technik vorgeschlagenen Methoden jeweils Vor- und Nachteile auf, wobei keine Methode existiert, die sowohl Lot mit hohem Glanz als auch solches mit niedrigem Glanz korrekt vermessen kann.Thus, the methods proposed in the prior art each have advantages and disadvantages, with no method exists that can correctly measure both high gloss and low gloss solder.

Angemerkt wird, dass Patentdokument 2 eine Methode vorschlägt, die jeweilige Vorteile des Farblichtreflexbeleuchtungsverfahrens und des Phasenschiebeverfahrens kombiniert. Diese Methode legt allerdings nur die Position einer mit dem Farblichtreflexbeleuchtungsverfahren rekonstruierten dreidimensionalen Gestalt der Lotoberfläche an einer mit dem Phasenschiebeverfahren gewonnenen Höhe fest, sodass im Falle verminderten Glanzes der Lotoberfläche unter dem Einfluss von Flussmittel o. Ä. nicht zu vermeiden ist, dass die Rekonstruktionsgenauigkeit der dreidimensionalen Gestalt sich verschlechtert.It should be noted that Patent Document 2 proposes a method combining respective advantages of the color light-reflecting illumination method and the phase-shifting method. However, this method only fixes the position of a three-dimensional shape of the solder surface reconstructed with the color light-reflecting illumination method at a height obtained by the phase-shifting method, so that in the case of reduced gloss of the solder surface under the influence of flux or the like. it can not be avoided that the reconstruction accuracy of the three-dimensional shape deteriorates.

Patentdokument 1 – JP 2010 071844 A , Patentdokument 2 – JP 2013 543591 A , Patentdokument 3 – JP 2012 145484 A und Patentdokument 4 – JP 2013 221861 A sind Beispiele für ein Dokument aus dem Stand der Technik.Patent Document 1 - JP 2010 071844 A , Patent Document 2 - JP 2013 543591 A , Patent Document 3 - JP 2012 145484 A and Patent Document 4 - JP 2013 221861 A are examples of a prior art document.

ABRISS DER ERFINDUNGSUMMARY OF THE INVENTION

Die vorliegende Erfindung wurde angesichts des oben beschriebenen Sachverhalts gemacht und setzt sich zum Ziel, eine Technologie bereitzustellen, mit der eine präzise Vermessung der dreidimensionalen Gestalt der Lotoberfläche unabhängig von der Stärke des Glanzes (der Spiegeleigenschaft), oder auch wenn innerhalb der Lotoberfläche Abschnitte mit hohem und Abschnitte mit niedrigem Glanz (Spiegeleigenschaft) nebeneinander existieren, möglich ist.The present invention has been made in view of the above-described facts and aims to provide a technology with which precise measurement of the three-dimensional shape of the solder surface regardless of the magnitude of the gloss (the mirror property), or even if within the solder surface high and portions with low gloss (mirror property) coexist, is possible.

Um dieses Ziel zu erreichen, verwendet die Erfindung einen Aufbau, demgemäß mittels unterschiedlicher Methoden Farbinformation und Phaseninformation für das Lot aufgenommen werden, um die dreidimensionale Gestalt des Lotes unter Verwendung derjenigen Information von der Farbinformation und der Phaseninformation, die die höhere Reliabilität aufweist, zu generieren. In order to achieve this object, the present invention employs a structure whereby color information and phase information for the solder are acquired by different methods to generate the three-dimensional shape of the solder by using information of the color information and the phase information having the higher reliability ,

Konkret umfasst eine erfindungsgemäße Messvorrichtung zum Messen einer dreidimensionalen Gestalt von Lot eine Bildaufnahmeeinheit, welche ein unter Einstrahlen von Licht mehrerer Farben mit voneinander abweichenden Einfallswinkeln derart, dass an einer Oberfläche des Lotes eine von deren Neigungswinkel abhängige Farbinformation erscheint, photographiertes erstes Bild sowie ein unter Projizieren gemusterten Lichts derart, dass an der Oberfläche des Lotes eine von deren Höhe abhängige Phaseninformation des Musters erscheint, photographiertes zweites Bild aufnimmt, eine Farbreliabilitätsrecheneinheit, welche für jeden Punkt auf der Oberfläche des Lotes eine Reliabilität der Farbinformation im ersten Bild ermittelt, eine Phasenreliabilitätsrecheneinheit, welche für jeden Punkt auf der Oberfläche des Lotes eine Reliabilität der Phaseninformation im zweiten Bild ermittelt, und eine Lotgestaltmesseinheit, welche durch Ermitteln einer dreidimensionalen Information für jeden Ort auf der Oberfläche des Lotes unter Verwendung derjenigen Information von der Farbinformation und der Phaseninformation, die die höhere Reliabilität aufweist, die dreidimensionale Gestalt des Lotes generiert.Specifically, a measuring device according to the present invention for measuring a three-dimensional shape of solder includes an image pickup unit which images a first image photographed while projecting light of plural colors with different angles of incidence such that a color information dependent on the tilt angle thereof appears on a surface of the solder, and under projecting patterned light such that a phase-dependent phase information of the pattern appears on the surface of the solder, photographed second image captures, a color-precision calculating unit which determines, for each point on the surface of the solder, a reliability of color information in the first image, a phase reluctance computing unit For each point on the surface of the solder, a reliability of the phase information in the second image is determined, and a Lotgestaltmesseinheit, which by determining a three-dimensional information for each location on the surface of the solder using the information of the color information and the phase information having the higher reliability that generates the three-dimensional shape of the solder.

Die vorliegende Erfindung verwendet zwei Arten von Bildern (erstes Bild, zweites Bild), die mit unterschiedlichen Beleuchtungsverfahren photographiert worden sind. Im ersten Bild kommt der Neigungswinkel der Lotoberfläche als Farbinformation zum Ausdruck, während im zweiten Bild die Höhe der Lotoberfläche als Phaseninformation zum Ausdruck kommt. Wenngleich es mit jeder der beiden Informationen allein möglich ist, eine dreidimensionale Gestalt des Lotes zu generieren, wird gemäß der vorliegenden Erfindung jeweils für sich eine Reliabilität der Farbinformation und eine Reliabilität der Phaseninformation ermittelt, um die Information mit der höheren Reliabilität zur Generierung einer dreidimensionalen Gestalt des Lotes zu benutzen. Vom Beleuchtungsverfahren des ersten Bildes kann prinzipiell umso mehr Präzision erwartet werden, je höher der Glanz des Lotes ist, während vom Beleuchtungsverfahren des zweiten Bildes prinzipiell umso mehr Präzision erwartet werden kann, je niedriger der Glanz des Lotes ist. Wird wie in der vorliegenden Erfindung von den beiden Verfahren vorzugsweise dasjenige mit der höheren Reliabilität (von dem mehr Präzision erwartet werden kann) benutzt, so ermöglicht dies, die dreidimensionale Gestalt der Lotoberfläche unabhängig von der Stärke des Glanzes (der Spiegeleigenschaft) der Lotoberfläche, und darüber hinaus auch wenn innerhalb der Lotoberfläche Abschnitte mit hohem und Abschnitte mit niedrigem Glanz (Spiegeleigenschaft) nebeneinander existieren sollten, präzise zu vermessen.The present invention uses two kinds of images (first image, second image) photographed with different illumination methods. In the first image, the angle of inclination of the solder surface is expressed as color information, while in the second image, the height of the solder surface is expressed as phase information. Although it is possible with each of the two pieces of information alone to generate a three-dimensional shape of the solder, according to the present invention, a reliability of the color information and a reliability of the phase information is determined in each case to the information with the higher reliability for generating a three-dimensional shape to use the solder. In principle, the higher the gloss of the solder, the more precision can be expected from the illumination method of the first image, whereas the lower the gloss of the solder, the more precision can be expected from the illumination method of the second image. If, as in the present invention, the two processes preferably use the one with the higher reliability (of which more precision can be expected), this allows the three-dimensional shape of the solder surface to be independent of the thickness of the gloss (the mirror property) of the solder surface, and moreover, even if high-gloss and low-gloss portions (mirror property) exist side by side within the solder surface, they should be precisely measured.

Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung ist ferner eine Ergebnisausgabeeinheit vorgesehen, welche ein Bild, das die von der Lotgestaltmesseinheit erhaltene dreidimensionale Gestalt des Lotes ausdrückt, an einer Anzeigeeinrichtung anzeigt. Durch Ansehen eines solchen Anzeigebildes kann ein Nutzer die dreidimensionale Gestalt des zu vermessenden Lotes korrekt und intuitiv erfassen. Das Anzeigebild ist zum Prüfen einer Lotkehlengestalt, zum Programmieren einer Leiterplattenprüfvorrichtung (Einstellen von Beurteilungskriterien, Prüfprogramm usw.) und Ähnlichem benutzbar.According to a preferred development, a result output unit is further provided, which displays an image which expresses the three-dimensional shape of the solder obtained from the Lotgestaltmesseinheit on a display device. By watching such a display image, a user can grasp the three-dimensional shape of the solder to be measured correctly and intuitively. The display image is usable for checking a fillet shape, programming a board tester (setting evaluation criteria, test program, etc.), and the like.

Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung ermittelt die Farbreliabilitätsrecheneinheit auf Grundlage der Sättigung oder der Helligkeit eines Bildpunkts des ersten Bildes die Reliabilität der Farbinformation für einen dem Bildpunkt entsprechenden Punkt auf der Oberfläche des Lotes. Mit dem Beleuchtungsverfahren des ersten Bildes wird nämlich eine Farbe mit einer umso höheren Sättigung oder Helligkeit beobachtet, je höher der Glanz der Lotoberfläche ist (je näher diese an spiegelnden Reflexion ist). Dies ermöglicht, die Reliabilität der Farbinformation so festzulegen, dass sie mit der Sättigung oder der Helligkeit positiv korreliert. Die Reliabilität kann eine kontinuierliche Größe sein oder auch eine binäre oder vielwertige diskrete Größe sein.According to a preferred refinement, the color reliability computation unit determines the reliability of the color information for a point corresponding to the pixel on the surface of the solder on the basis of the saturation or the brightness of a pixel of the first image. Namely, with the illumination method of the first image, a color having a higher saturation or brightness is observed the higher the gloss of the solder surface (the closer it is to specular reflection). This makes it possible to set the reliability of the color information so that it positively correlates with the saturation or the brightness. The reliability may be a continuous size or may be a binary or multi-valued discrete size.

Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung umfasst das zweite Bild eine Mehrzahl von Bildern, welche unter Variieren einer Phase des gemusterten Lichtes photographiert wurden, wobei die Phasenreliabilitätsrecheneinheit auf Grundlage eines Änderungsbetrags der Luminanz eines identischen Bildpunktes zwischen der Mehrzahl von Bildern die Reliabilität der Phaseninformation für einen dem Bildpunkt entsprechenden Punkt auf der Oberfläche des Lotes ermittelt. Mit dem Beleuchtungsverfahren des zweiten Bildes wird die Änderung der Phase des gemusterten Lichtes nämlich umso klarer sichtbar und der Änderungsbetrag der Luminanz des identischen Bildpunktes umso größer, je niedriger der Glanz der Lotoberfläche ist (je größer die Nähe zur streuenden Reflexion ist). Dies ermöglicht, die Reliabilität der Phaseninformation so festzulegen, dass sie mit dem Änderungsbetrag der Luminanz des identischen Bildpunktes positiv korreliert. Die Reliabilität kann eine kontinuierliche Größe sein oder auch eine binäre oder vielwertige diskrete Größe sein.According to a preferred embodiment, the second image comprises a plurality of images photographed by varying a phase of the patterned light, the phase reluctance computing unit based on a change amount of luminance of an identical pixel between the plurality of images, the reliability of the phase information corresponding to the pixel Point determined on the surface of the solder. Namely, with the illumination method of the second image, the lower the gloss of the solder surface (the larger the proximity to the scattering reflection), the more clearly the change of the phase of the patterned light becomes visible and the change amount of the luminance of the identical pixel increases. This makes it possible to set the reliability of the phase information so as to positively correlate with the amount of change in the luminance of the identical pixel. The reliability may be a continuous size or may be a binary or multi-valued discrete size.

Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung sind ferner eine Farbinformationsanalyseeinheit, welche durch Ausführen einer Vielwertwandelverarbeitung zum Aufteilen des ersten Bildes in nach Farbton getrennte Gebiete ein Vielwertbild generiert, dessen Bildpunktwerte jeweils unterschiedliche Neigungswinkelbereiche ausdrücken, sowie eine Phaseninformationsanalyseeinheit vorgesehen, welche aus der Phaseninformation im zweiten Bild den einzelnen Bildpunkten entsprechende Höheninformationen für die Oberfläche des Lotes ermittelt, wobei die Lotgestaltmesseinheit für diejenigen Bildpunkte unter den Bildpunkten des Vielwertbildes, welche eine im Vergleich zur Farbinformation höhere Reliabilität der Phaseninformation aufweisen, den Bildpunktwert auf Grundlage eines Neigungswinkels korrigiert, der aus den durch die Phaseninformationsanalyseeinheit ermittelten Höheninformationen für den betreffenden Bildpunkt und Bildpunkte in dessen Umgebung berechnet wird, sowie die dreidimensionale Gestalt des Lotes unter Verwendung des Vielwertbildes nach der Korrektur generiert. Durch die Vielwertwandelverarbeitung des ersten Bildes wird Rauschen unterdrückt. Dies ermöglicht, auf Grundlage des Vielwertbildes, etwa durch Verbinden der Neigungswinkel (Steigungen), die dreidimensionale Gestalt des Lotes auf einfache und präzise Weise zu rekonstruieren. Allein, wenn ein Teil der Oberfläche des Lotes einen Abschnitt einschließt, in dem unter dem Einfluss von Flussmittel o. Ä. der Glanz vermindert ist, besteht die Möglichkeit, dass die Farbinformation dieses Abschnitts nicht korrekt ist (einen falschen Neigungswinkel anzeigt), was die Rekonstruktionsgenauigkeit für die dreidimensionale Gestalt verschlechtert. Darum wird für solche Bildpunkte, an denen aufgrund einer Verminderung des Glanzes die Reliabilität der Farbinformation herabgesetzt und umgekehrt die Reliabilität der Phaseninformation erhöht ist, die Farbe in dem Vielwertbild basierend auf dem aus der Phaseninformation berechneten Neigungswinkel korrigiert. Dies ermöglicht, die Farbinformation (Neigungswinkelinformation) in Abschnitten verminderten Glanzes mittels der Phaseninformation zu ergänzen, sodass auch wenn Abschnitte mit hohem und Abschnitte mit niedrigem Glanz nebeneinander existieren sollten, die dreidimensionale Gestalt der gesamten Lotoberfläche korrekt rekonstruiert werden kann.According to a preferred embodiment, a color information analysis unit, which is executed by performing a multi-value conversion processing for splitting the first image into regions separated according to hue, generates a multivalue image whose pixel values in each case express different inclination angle ranges, and a phase information analysis unit which determines from the phase information in the second image the height information corresponding to the individual pixels for the surface of the solder, wherein the Lotgestaltmesseinheit for those Pixels among the pixels of the multivalue image having higher reliability of phase information than the color information corrects the pixel value based on a tilt angle calculated from the height information for the pixel and pixels in the vicinity thereof obtained by the phase information analysis unit and the three-dimensional one Shape of the solder generated using the multivalue image after the correction. The multi-value conversion processing of the first picture suppresses noise. This makes it possible to reconstruct the three-dimensional shape of the solder in a simple and precise manner on the basis of the multi-value image, for example by connecting the inclination angles (gradients). However, if a part of the surface of the solder includes a portion where under the influence of flux or the like. If the gloss is reduced, there is a possibility that the color information of this section is incorrect (indicating a wrong inclination angle), which deteriorates the reconstruction accuracy for the three-dimensional shape. Therefore, for those pixels at which the reliability of the color information is lowered due to a reduction in glossiness and, conversely, the reliability of the phase information is increased, the color in the multi-value image is corrected based on the tilt angle calculated from the phase information. This makes it possible to supplement the color information (inclination angle information) in portions of reduced gloss by means of the phase information, so that even when high and low gloss portions should exist side by side, the three-dimensional shape of the entire solder surface can be correctly reconstructed.

Ebenfalls zu bevorzugen ist, wenn ferner eine Farbinformationsanalyseeinheit, welche durch Ausführen einer Vielwertwandelverarbeitung zum Aufteilen des ersten Bildes in nach Farbton getrennte Gebiete ein Vielwertbild generiert, dessen Bildpunktwerte jeweils unterschiedliche Neigungswinkelbereiche ausdrücken, sowie eine Phaseninformationsanalyseeinheit, welche aus der Phaseninformation im zweiten Bild den einzelnen Bildpunkten entsprechende Höheninformationen für die Oberfläche des Lotes ermittelt, vorgesehen sind, wobei die Lotgestaltmesseinheit diejenigen Höheninformationen der Bildpunkte unter den von der Phaseninformationsanalyseeinheit ermittelten Höheninformationen der Bildpunkte, welche eine im Vergleich zur Phaseninformation höhere Reliabilität der Farbinformation aufweisen, auf Grundlage einer aus dem Vielwertbild erhaltenen Neigungswinkelinformation für den betreffenden Bildpunkt korrigiert, um die dreidimensionale Gestalt des Lotes unter Verwendung der Höheninformationen für die einzelnen Bildpunkte nach der Korrektur zu generieren. Wenn die Phaseninformation des zweiten Bildes verwendet wird, lässt sich die Höheninformation für die Oberfläche des Lotes ermitteln. Nun ist es so, dass für den Fall eines niedrigen Glanzes der Lotoberfläche Präzision der Höheninformation erwartet werden kann, während in Abschnitten mit hohem Glanz die Möglichkeit besteht, dass die Phaseninformation nicht korrekt ist, was die Rekonstruktionsgenauigkeit für die dreidimensionale Gestalt verschlechtert. Darum wird für solche Bildpunkte, an denen aufgrund hohen Glanzes die Reliabilität der Phaseninformation herabgesetzt ist, eine Korrektur der Höhe auf Grundlage der aus der Farbinformation, deren Reliabilität hoch ist, gewonnenen Neigungswinkelinformation durchgeführt. Dies ermöglicht, die Phaseninformation (Höheninformation) in hochglänzenden Abschnitten mittels der Farbinformation zu ergänzen, sodass auch wenn Abschnitte mit hohem und Abschnitte mit niedrigem Glanz nebeneinander existieren sollten, die dreidimensionale Gestalt der gesamten Lotoberfläche korrekt rekonstruiert werden kann.Also, it is preferable that a color information analysis unit which generates multi-value image by expressing multi-conversion processing for dividing the first image into color-separated regions expressing pixel values of different tilt angle ranges and a phase information analysis unit which extracts the phase information in the second image into the individual pixels are determined, the Lotgestaltmesseinheit those height information of the pixels among the determined by the phase information analysis unit height information of the pixels having a higher compared to the phase information reliability of the color information, based on an obtained from the multi-value image tilt angle information for corrected the pixel in question to the three-dimensional shape of the solder using the Höheninforma generate the individual pixels after the correction. If the phase information of the second image is used, the height information for the surface of the solder can be determined. Now, in the case of a low gloss of the solder surface, precision of the height information can be expected, while in high-gloss portions, there is a possibility that the phase information is incorrect, which deteriorates the reconstruction accuracy for the three-dimensional shape. Therefore, for those pixels where the reliability of the phase information is lowered due to high gloss, correction of the height is performed on the basis of the tilt angle information obtained from the color information whose reliability is high. This makes it possible to supplement the phase information (height information) in high-gloss portions by means of the color information, so that even if high-portion and low-gloss portions should exist side by side, the three-dimensional shape of the entire solder surface can be correctly reconstructed.

Angemerkt wird, dass die vorliegende Erfindung als eine Messvorrichtung aufgefasst werden kann, die zumindest einen Teil der oben beschriebenen Mittel oder Funktionen aufweist. Ferner kann die Erfindung auch als eine Leiterplattenprüfvorrichtung aufgefasst werden, die unter Verwendung einer von der betreffenden Messvorrichtung erhaltenen dreidimensionalen Lotgestalt einen Verbindungszustand des Lotes prüft. Weiter kann die Erfindung auch als ein Steuerverfahren für eine Messvorrichtung oder eine Leiterplattenprüfvorrichtung, als ein Computerprogramm, das einen Computer die Schritte dieses Verfahrens ausführen lässt, oder als ein computerlesbares Speichermedium, auf dem das betreffende Programm nichtflüchtig gespeichert ist, aufgefasst werden. Alle vorstehenden Strukturen und Verrichtungen können, solange kein technischer Widerspruch entsteht, miteinander kombiniert werden, um die Erfindung zu bilden.It should be noted that the present invention may be construed as a measuring device having at least a portion of the means or functions described above. Further, the invention can be also understood as a circuit board testing apparatus which checks a connection state of the solder by using a three-dimensional plumb shape obtained from the measuring apparatus concerned. Further, the invention may also be construed as a control method for a measuring device or a board checking device, a computer program that lets a computer perform the steps of this method, or a computer-readable storage medium on which the program in question is non-volatile stored. All the above structures and operations may be combined with each other so long as no technical inconsistency arises to form the invention.

Die vorliegende Erfindung ermöglicht, die dreidimensionale Gestalt der Lotoberfläche unabhängig vom der Stärke des Glanzes (der Spiegeleigenschaft), oder auch wenn innerhalb der Lotoberfläche Abschnitte mit hohem und Abschnitte mit niedrigem Glanz (Spiegeleigenschaft) nebeneinander existieren, präzise zu vermessen.The present invention makes it possible to precisely measure the three-dimensional shape of the solder surface regardless of the magnitude of gloss (the mirror property), or even if portions of high gloss and portions of low gloss (mirror property) exist side by side within the solder surface.

KURZE BESCHREIBUNG DER FIGUREN BRIEF DESCRIPTION OF THE FIGURES

1 Schematische Ansicht des Hardwareaufbaus einer Leiterplattenprüfvorrichtung. 1 Schematic view of the hardware structure of a printed circuit board tester.

2 Blockdiagramm von auf die Prüfverarbeitung bezogenen Funktionen. 2 Block diagram of functions related to the check processing.

3 Beispiel eines Farblichtreflexbildes, das unter Beleuchtung mit rotem, grünem und blauem Licht aufgenommen wird. 3 Example of a color light reflex image taken under illumination with red, green and blue light.

4 Beispiel eines Phasenbildes, das unter Projektion gemusterten Lichtes aufgenommen wird. 4 Example of a phase image taken with projection of patterned light.

5 Flussdiagramm, das den Ablauf einer Prüfverarbeitung zeigt. 5 Flowchart showing the flow of a check processing.

6 Flussdiagramm, das den Ablauf einer Lotgestaltmessverarbeitung zeigt. 6 Flowchart showing the flow of a Lotgestaltmessverarbeitung.

7 Beispiel eines Bildes zur schematischen Erläuterung der Lotgestaltmessprozedur. 7 Example of an image for schematically explaining the Lotgestaltmessprozedur.

AUSFÜHRUNGSFORMEN DER ERFINDUNGEMBODIMENTS OF THE INVENTION

Im Folgenden werden, unter Bezugnahme auf Figuren, bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung beispielhaft im Detail erläutert. Sofern nicht besonders vermerkt, sollen allerdings Abmessungen, Materialeigenschaften, Gestalt, relative Anordnung usw. der in den folgenden Ausführungsformen beschriebenen Strukturkomponenten den Bereich der Erfindung nicht auf nur diese beschränken.In the following, with reference to figures, preferred embodiments of the invention will be explained in detail by way of example. Unless otherwise noted, however, the dimensions, material properties, shape, relative arrangement, etc. of the structural components described in the following embodiments are not intended to limit the scope of the invention to only those.

Aufbau der LeiterplattenprüfvorrichtungConstruction of the printed circuit board tester

Mit Bezug auf 1 soll der Gesamtaufbau einer Leiterplattenprüfvorrichtung, die mit einer Messvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ausgestattet ist, erläutert werden. 1 zeigt in einer schematischen Ansicht den Hardwareaufbau der Leiterplattenprüfvorrichtung. Diese Leiterplattenprüfvorrichtung 1 findet Nutzanwendung vorzugsweise für die Leiterplattensichtprüfung (z.B. zur Prüfung des Lötverbindungszustands nach dem Wiederaufschmelzen) in einer Bestückungslinie für Oberflächenmontage.Regarding 1 the overall structure of a printed circuit board testing apparatus equipped with a measuring apparatus according to an embodiment of the invention will be explained. 1 shows a schematic view of the hardware structure of the PCB tester. This circuit board tester 1 preferably finds utility for circuit board inspection (eg, to check the solder joint condition after remelting) in a surface mount assembly line.

Die Leiterplattenprüfvorrichtung 1 umfasst als Hauptbestandteile eine Bühne 10, eine Messeinheit 11, eine Steuereinrichtung 12, eine Informationsverarbeitungseinrichtung 13 und eine Anzeigeeinrichtung 14. Die Messeinheit 11 weist eine Kamera (Bildsensor) 110, eine Beleuchtungseinrichtung 111 und eine Projektionseinrichtung (Projektor) 112 auf.The circuit board tester 1 includes as a main components a stage 10 , a measurement unit 11 , a control device 12 an information processing device 13 and a display device 14 , The measuring unit 11 has a camera (image sensor) 110 , a lighting device 111 and a projection device (projector) 112 on.

Die Bühne 10 ist eine Struktur, um eine Leiterplatte 15 festzuhalten und ein Bauelement 150 sowie Lot 151 als Prüfgegenstand an einer Messposition der Kamera 110 auszurichten. Mit X-Achse und Y-Achse parallel zur Bühne 10 und der Z-Achse senkrecht zur Bühne 10 angenommen, wie in 1 gezeigt, ist die Bühne 10 zumindest parallel zu den beiden Achsen in X- und Y-Richtung verschiebbar. Die Kamera 110 ist mit ihrer optischen Achse parallel zur Z-Achse angeordnet, sodass sie die Leiterplatte 15 auf der Bühne 10 aus der Normalenrichtung photographiert. Die mit der Kamera 110 aufgenommenen Bilddaten werden in die Informationsverarbeitungseinrichtung 13 importiert.The stage 10 is a structure around a circuit board 15 hold on and a component 150 as well as lot 151 as a test object at a measuring position of the camera 110 align. With X-axis and Y-axis parallel to the stage 10 and the Z-axis perpendicular to the stage 10 accepted as in 1 shown is the stage 10 at least parallel to the two axes in the X and Y directions displaced. The camera 110 is arranged with its optical axis parallel to the Z-axis, so that it the PCB 15 on stage 10 photographed from the normal direction. The with the camera 110 taken image data are in the information processing device 13 imported.

Bei der Beleuchtungseinrichtung 111 (111R, 111G, 111B) handelt es sich um ein Beleuchtungsmittel zum Einstrahlen von Beleuchtungslicht RL, GL, BL unterschiedlicher Farbe (Wellenlänge) auf die Leiterplatte 15. 1 zeigt einen schematischen XZ-Schnitt durch die Beleuchtungseinrichtung 111, die in Wahrheit eine kreisringförmige oder halbkugelförmige Gestalt aufweist, um mit Licht derselben Farbe aus dem vollen Azimut (allen Richtungen um die Z-Achse) beleuchten zu können. Die Projektionseinrichtung 112 stellt ein Musterprojektionsmittel zum Projizieren gemusterten Lichts PL, das ein vorbestimmtes Muster aufweist, auf die Leiterplatte 15 dar. Die Projektionseinrichtung 112 projiziert das gemusterte Licht PL durch eine bergab der Beleuchtungseinrichtung 111 vorgesehene Öffnung. Eine einzige Projektionseinrichtung 112 genügt, doch ist es vorteilhaft, mehrere Projektionseinrichtungen 112 vorzusehen, um tote Winkel für das gemusterte Licht PL eliminieren. In der vorliegenden Ausführungsform sind in zwei Projektionseinrichtungen 112 in unterschiedlichen Azimutrichtungen (gegenüberliegenden Positionen) angeordnet. Die Beleuchtungseinrichtung 111 und die Projektionseinrichtung 112 sind beides Beleuchtungssysteme zur Verwendung beim Photographieren der Leiterplatte 15 mittels der Kamera 110, wobei die Beleuchtungseinrichtung 111 dazu verwendet wird, die Oberflächengestalt des Lots nach dem Farblichtreflexbeleuchtungsverfahren zu messen, und die Projektionseinrichtung 112 dazu verwendet wird, die Oberflächengestalt des Lots nach dem Phasenschiebeverfahren zu messen.At the lighting device 111 ( 111R . 111G . 111B ) is a lighting means for irradiating illumination light RL, GL, BL of different color (wavelength) on the circuit board 15 , 1 shows a schematic XZ-section through the illumination device 111 which in fact has a circular or hemispherical shape to illuminate with light of the same color from the full azimuth (all directions about the Z-axis). The projection device 112 represents pattern projection means for projecting patterned light PL having a predetermined pattern on the circuit board 15 dar. The projection device 112 projects the patterned light PL through a downhill of the illumination device 111 provided opening. A single projection device 112 is enough, but it is advantageous to have multiple projection devices 112 to eliminate dead angles for the patterned light PL. In the present embodiment are in two projection devices 112 arranged in different azimuth directions (opposite positions). The lighting device 111 and the projection device 112 Both are lighting systems for use in photographing the printed circuit board 15 by means of the camera 110 , wherein the lighting device 111 is used to measure the surface shape of the solder after the color light-reflecting illumination method, and the projection device 112 is used to measure the surface shape of the solder after the phase shift method.

Die Steuereinrichtung 12 ist ein Steuerungsmittel zum Steuern des Betriebs der Leiterplattenprüfvorrichtung, wobei sie die Bewegungssteuerung der Bühne 10, die Schaltsteuerung der Beleuchtungseinrichtung 111, die Schaltsteuerung und Musteränderung für die Projektionseinrichtung 112, die Bildaufnahmesteuerung für die Kamera 110 und Ähnliches übernimmt.The control device 12 is a control means for controlling the operation of the board testing apparatus, controlling the motion control of the stage 10 , the switching control of the lighting device 111 , the switching control and pattern change for the projection device 112 , the image capture control for the camera 110 and the like takes over.

Die Informationsverarbeitungseinrichtung 13 weist Funktionen auf, um durch Verwendung der aus der Kamera 110 importierten Bilddaten auf das Bauelement 150, das Lot 151 usw. bezogene verschiedenartige Messwerte zu erfassen und den Zustand der Lötverbindung gegenüber einem Anschluss des Bauelements 150, einer Kontaktinsel (Leiterplattenkontaktfläche) auf der Leiterplatte o. Ä. zu prüfen. Die Anzeigeeinrichtung 14 dient dazu, die mit der Informationsverarbeitungseinrichtung 13 erhaltenen Messwerte und Prüfergebnisse anzuzeigen. Die Informationsverarbeitungseinrichtung 13 kann z.B. durch einen Allzweckcomputer gebildet werden, der eine CPU (zentrale Rechen- und Verarbeitungseinheit), einen Speicher, einen Hilfsspeicher (Festplattenlaufwerk o. Ä.) und ein Eingabegerät (Tastatur, Maus, Tastfeld o. Ä.) aufweist. Angemerkt wird, dass in 1 die Steuereinrichtung 12, die Informationsverarbeitungseinrichtung 13 und die Anzeigeeinrichtung 14 zwar durch unterschiedliche Blöcke wiedergegeben sind, jedoch ebenso mittels diskreter Vorrichtungen wie auch mittels einer einzigen Vorrichtung aufgebaut sein können.The information processing device 13 Has features to use by moving out of the camera 110 imported image data to the module 150 , the lot 151 etc., to record various measured values and the state of the solder connection with respect to a connection of the component 150 , a contact pad (PCB contact surface) on the circuit board o. Ä. to consider. The display device 14 serves to with the information processing device 13 display the measured values and test results. The information processing device 13 For example, it may be constituted by a general-purpose computer having a CPU (central processing and processing unit), a memory, an auxiliary storage (hard disk drive or the like) and an input device (keyboard, mouse, touchpad or the like). It is noted that in 1 the controller 12 , the information processing device 13 and the display device 14 Although represented by different blocks, but can also be constructed by means of discrete devices as well as by means of a single device.

Funktionsaufbaufunction structure

2 ist ein Blockdiagramm, das den Aufbau von auf die Lotgestaltmess- und Prüfverarbeitung bezogenen Funktionen zeigt, die von der Informationsverarbeitungseinrichtung 13 bereitgestellt werden. Letztere weist als auf die Lotgestaltmessverarbeitung bezogene Funktionen eine Bildaufnahmeeinheit 20, eine Farbinformationsanalyseeinheit 21, eine Farbreliabilitätsrecheneinheit 22, eine Phaseninformationsanalyseeinheit 23, eine Phasenreliabilitätsrecheneinheit 24, eine Lotgestaltmesseinheit 25 usw. sowie als auf die Prüfverarbeitung bezogene Funktionen eine Prüfeinheit 26, eine Prüfprogrammspeichereinheit 27, eine Ergebnisausgabeeinheit 28 usw. auf. Diese Funktionen werden dadurch realisiert, dass die CPU der Informationsverarbeitungseinrichtung 13 ein im Hilfsspeicher abgelegtes Programm einliest und ausführt. Allerdings können alle oder ein Teil der Funktionen auch mit Hilfe von Schaltkreisen wie ASIC, FPGA usw. aufgebaut werden. 2 FIG. 11 is a block diagram showing the structure of functions related to the lot shape measurement and verification processing executed by the information processing device 13 to be provided. The latter has an image pickup unit as functions related to the lot shape measurement processing 20 a color information analysis unit 21 , a color-compliant calculator 22 , a phase information analysis unit 23 , a phase reluctance calculator 24 , a Lotgestaltmesseinheit 25 etc. as well as functions related to the test processing a test unit 26 , a test program memory unit 27 , a result output unit 28 etc. on. These functions are realized by having the CPU of the information processing device 13 reads in and executes a program stored in the auxiliary memory. However, all or part of the functions can also be built using circuits such as ASIC, FPGA, and so on.

Die Bildaufnahmeeinheit 20 steht für die Funktion, Bilddaten aus der Kamera 110 zu importieren. Die Farbinformationsanalyseeinheit 21 steht für die Funktion, Farbinformation aus einem mit dem Farblichtreflexbeleuchtungsverfahren photographierten Bild zu analysieren, wobei die Farbreliabilitätsrecheneinheit 22 für die Funktion steht, eine Reliabilität der Farbinformation dieses Bildes zu errechnen. Die Phaseninformationsanalyseeinheit 23 steht für die Funktion, Phaseninformation aus einem mit dem Phasenschiebeverfahren photographierten Bild zu analysieren, wobei die Phasenreliabilitätsrecheneinheit 24 für die Funktion steht, eine Reliabilität der Phaseninformation dieses Bildes zu errechnen. Die Lotgestaltmesseinheit 25 steht für die Funktion, auf Grundlage der von der Farbinformationsanalyseeinheit 21 erhaltenen Farbinformation und der von der Phaseninformationsanalyseeinheit 23 erhaltenen Phaseninformation eine dreidimensionale Gestalt des Lotes zu generieren. Die Details der einzelnen Funktionen werden später erläutert.The image capture unit 20 stands for the function, image data from the camera 110 to import. The color information analysis unit 21 stands for the function of analyzing color information from an image photographed with the color-light-reflex illumination method, wherein the color-fidelity calculating unit 22 is for the function to calculate a reliability of the color information of this image. The phase information analysis unit 23 stands for the function of analyzing phase information from an image photographed with the phase shift method, wherein the phase reluctance computing unit 24 for the function is to calculate a reliability of the phase information of this image. The Lotgestaltmesseinheit 25 stands for the function based on the color information analysis unit 21 obtained color information and that of the phase information analysis unit 23 obtained phase information to generate a three-dimensional shape of the solder. The details of each feature will be explained later.

Die Prüfeinheit 26 steht für die Funktion, basierend auf den durch die Lotgestaltmesseinheit 25 erhaltenen dreidimensionalen Gestaltdaten verschiedenartige die Gestalt einer Lotkehle betreffende Indikatoren zu messen (berechnen) und dann mittels dieser Indikatorwerte den Zustand einer Lötverbindung zu prüfen. Die Prüfprogrammspeichereinheit 27 steht für die Funktion, ein Programm zu speichern, durch das in der Prüfeinheit 26 zu prüfenden Merkmale, Bedingungen usw. definiert sind. Im Prüfprogramm sind z.B. die Position und Größe einer zu prüfenden Kontaktinsel, die Größe eines Bauelements, die Art zu messender Indikatoren, Werte von Beurteilungskriterien (Schwellwerte, Wertebereiche u. Ä. zur Unterscheidung mangelfreier und mangelhafter Produkte) für jeden Indikator usw. definiert. Die Ergebnisausgabeeinheit 28 steht für die Funktion, die von der Lotgestaltmesseinheit 25 erhaltene dreidimensionale Gestalt des Lotes sowie von der mit der Prüfeinheit 26 erhaltene Messwerte, Prüfergebnisse u. Ä. an einem Bildschirm auszugeben.The test unit 26 stands for the function based on the through the Lotgestaltmesseinheit 25 obtained three-dimensional shape data to measure various types of the shape of a perpendicular fillet (calculate) and then to check by means of these indicator values the state of a solder joint. The test program memory unit 27 stands for the function of storing a program through which in the test unit 26 characteristics to be tested, conditions, etc. are defined. The test program defines, for example, the position and size of a contact pad to be tested, the size of a component, the type of indicators to be measured, evaluation criteria values (thresholds, value ranges, etc. for distinguishing defect-free and defective products) for each indicator, and so on. The result output unit 28 stands for the function of the Lotgestaltmesseinheit 25 obtained three-dimensional shape of the solder and of the with the test unit 26 obtained measured values, test results u. Ä. on a screen.

Messung von dem Neigungswinkel der Lotoberfläche entsprechender FarbinformationMeasurement of the inclination angle of the solder surface corresponding color information

In der vorliegenden Ausführungsform wird zur Messung des Neigungswinkels der Lotoberfläche das sogenannte Farblichtreflexbeleuchtungsverfahren benutzt. Gemäß dem Farblichtreflexbeleuchtungsverfahren wird Licht mehrerer Farben (Wellenlängen) mit voneinander verschiedenen Einfallswinkeln auf die Leiterplatte gestrahlt, sodass an der Lotoberfläche eine von deren Normalenrichtung abhängige Farbinformation (die Farbe der Lichtquelle, die sich von der Kamera aus gesehen in der Spiegelreflexionsrichtung befindet) erscheint, um durch Photographieren in diesem Zustand die dreidimensionale Gestalt der Lotoberfläche als zweidimensionale Farbtoninformation zu erfassen.In the present embodiment, the so-called color light reflection illumination method is used to measure the tilt angle of the solder surface. According to the color light-reflecting illumination method, light of several colors (wavelengths) having angles of incidence different from each other is radiated to the circuit board, so that color information (the color of the light source viewed in the mirror-reflection direction from the camera) appears on the solder surface by photographing in this state, to capture the three-dimensional shape of the solder surface as two-dimensional hue information.

Mit Bezug auf 1 soll der Aufbau der für das Farblichtreflexbeleuchtungsverfahren verwendeten Beleuchtungseinrichtung 111 erläutert werden. Die Beleuchtungseinrichtung 111 ist so konstruiert, dass drei ringförmige Lichtquellen – eine Rotlichtquelle 111R, eine Grünlichtquelle 111G und eine Blaulichtquelle 111B – in der Art konzentrischer Kreise um die optische Achse der Kamera 110 als Zentrum angeordnet sind. Elevationswinkel und Strahlrichtung der einzelnen Lichtquellen 111R, 111G, 111B sind derart eingestellt, dass der Einfallswinkel gegenüber der Leiterplatte in der Reihenfolge Rotlicht RL → Grünlicht GL → Blaulicht BL zunimmt. Eine solche Beleuchtungseinrichtung 111 kann z. B. gebildet werden, indem man an der Außenseite einer halbkugelförmigen Diffusorschale Leuchtdioden der Farben R, G, B jeweils ringförmig aufgereiht anordnet.Regarding 1 Let the structure of the lighting device used for the color light-reflecting illumination method 111 be explained. The lighting device 111 is designed so that three annular light sources - a red light source 111R , a green light source 111G and a blue light source 111B - in the nature of concentric circles around the optical axis of the camera 110 are arranged as a center. Elevation angle and beam direction of the individual light sources 111R . 111G . 111B are set such that the angle of incidence with respect to the printed circuit board in the order of red light RL → green light GL → blue light BL increases. Such a lighting device 111 can z. B. be formed by arranging on the outside of a hemispherical diffuser shell light emitting diodes of the colors R, G, B each ring-shaped.

In 3(a) bis 3(c) sind Beispiele für Bilddaten (im Folgenden „Farblichtreflexbilder“ genannt) gezeigt, die erhalten werden, wenn bei eingeschalteter Beleuchtungseinrichtung 111 mit der Kamera 110 photographiert wird. 3(a) zeigt übrigens einen Zustand mit einer guten Lotkehle, 3(b) einen Zustand mit zu wenig Lot, und 3(c) einen Zustand mit einem Übermaß an Lot. Die untere Hälfte der Figuren zeigt jeweils als Referenz eine Ansicht des Lotes aus zur Leiterplatte paralleler Richtung.In 3 (a) to 3 (c) are examples of image data (hereinafter called "color light reflection images") obtained when the illumination device is turned on 111 with the camera 110 is photographed. 3 (a) Incidentally, shows a state with a good fillet, 3 (b) a condition with too little solder, and 3 (c) a condition with an excess of solder. The lower half of the figures shows in each case as a reference a view of the solder from the circuit board parallel direction.

Wie in diesen Figuren gezeigt ist, erscheint bei den Farblichtreflexbildern im Abschnitt des Lotes 31, das ein spiegelndes Objekt darstellt, eine von dessen Normalenrichtung (Neigungswinkel) abhängige Farbinformation. Beispielsweise erscheint im Falle von 3(a), weil die Neigung des Lotes 31 mit zunehmender Entfernung vom Bauelementanschluss 30 flacher wird, im Gebiet des Lotes 31 ein Wechsel B → G → R des Farbtons. Außerdem erscheint in Abschnitten, wo die Neigung des Lotes 31 der Senkrechten nahe ist, und in Abschnitten, wo sie der Waagerechten nahe ist, eine schwarze Farbe, denn wie aus 1 ersichtlich gibt es dort, wo die Spiegelreflexionsrichtung bezüglich der optischen Achse der Kamera 110 sich nahe 90° befindet (Bereich unterhalb der Blaulichtquelle 111B) und dort, wo sie sich nahe 0° befindet (Bereich der Öffnung, wo die Kamera 110 angeordnet ist) keine Lichtquellen. Wie in 3(a) bis 3(c) gezeigt ist, wechseln die Gestalt, Breite, Reihenfolge des Erscheinens usw. der Gebiete der einzelnen Farben R, G, B und Schwarz in Abhängigkeit von der Oberflächengestalt des Lots 31. Weil an der Oberfläche des Anschlusses 30 und des Bauelementkörpers streuende Reflexion vorherrschend wird, erscheint keine Lichtquellenfarbe wie R, G, B, sondern die Farbe der Objekte selbst, wie wenn sie mit Weißlicht beleuchtet wären. Folglich ist es möglich, aus den Farblichtreflexbildern lediglich das Gebiet des Lotes zu extrahieren und ausgehend von der Gestalt, Breite und Reihenfolge der einzelnen Gebiete mit R, G, B und Schwarz durch Lösen des inversen Problems die dreidimensionale Gestalt des Lotes 31 zu rekonstruieren.As shown in these figures, in the color light reflection images, the portion of the solder appears 31 representing a specular object, a color information dependent on its normal direction (inclination angle). For example, in the case of 3 (a) because the inclination of the solder 31 with increasing distance from the component connection 30 flat, in the area of the solder 31 a change B → G → R of the hue. Also appears in sections where the inclination of the solder 31 is close to the vertical, and in sections where it is close to the horizontal, a black color, because as from 1 it can be seen where the mirror reflection direction with respect to the optical axis of the camera 110 is near 90 ° (area below the blue light source 111B ) and where it is located near 0 ° (area of the opening where the camera 110 is arranged) no light sources. As in 3 (a) to 3 (c) is shown, the shape, width, order of appearance, etc. of the areas of the individual colors R, G, B and black change depending on the surface shape of the solder 31 , Because on the surface of the connection 30 and scattering reflection of the component body, no light source color such as R, G, B appears, but the color of the objects themselves as if illuminated with white light. Consequently, it is possible to extract only the area of the solder from the color light reflection images, and from the shape, width and order of the individual areas of R, G, B and black, by solving the inverse problem, the three-dimensional shape of the solder 31 to reconstruct.

Messung von der Höhe der Lotoberfläche entsprechender Phaseninformation In der vorliegenden Ausführungsform wird zur Messung der Höhe der Lotoberfläche das sogenannte Phasenschiebeverfahren benutzt.Measurement of the height of the solder surface corresponding phase information In the present embodiment, the so-called phase shift method is used to measure the height of the solder surface.

Das Phasenschiebeverfahren ist eine Methode, eine dreidimensionale Information (Höheninformation) für eine Objektoberfläche zu messen, indem man die bei der Projektion gemusterten Lichts auf die Objektoberfläche auftretenden Verzerrungen des Musters analysiert. Konkret wird, während unter Verwendung der Projektionseinrichtung 112 ein vorbestimmtes Muster (z.B. ein Streifenmuster mit sinusförmig variierender Luminanz) auf die Leiterplatte projiziert ist, eine photographische Aufnahme mit der Kamera 110 durchgeführt. In diesem Fall erscheint, wie in 4 gezeigt, an der Objektoberfläche eine von deren Unebenheit abhängige Verzerrung des Musters. Hierbei kann zwar das Muster an hochglänzenden Lotoberflächen nicht richtig beobachtet werden, weil die spiegelnde Reflexion vorherrschend wird. In Abschnitten aber, in denen z. B. unter dem Einfluss von Flussmittel der Glanz erniedrigt ist, wird eine Beobachtung des Musters möglich, weil die streuend reflektierte Komponente anwächst. Durch mehrfaches (z. B. viermaliges) Wiederholen dieses Vorgangs unter Variieren der Phase der Luminanzänderung des gemusterten Lichts werden, wie in 4 gezeigt, mehrere Bilder mit unterschiedlichen Luminanzkennzeichnungen (im Folgenden „Phasenbilder“ genannt) erhalten. Weil die Helligkeit (Luminanz) identischer Bildpunkte in den einzelnen Bildern sich mit der gleichen Periode ändern muss, mit der das Streifenmuster variiert, lässt sich durch Anpassen einer Sinuskurve an die Helligkeitsänderung der einzelnen Bildpunkte die Phase jedes Bildpunkts bestimmen. Dadurch, dass man die Phasendifferenz bezüglich der Phase einer vorbestimmten Referenzposition (Tischoberfläche, Leiterplattenoberfläche o. Ä.) ermittelt, kann dann die Entfernung (Höhe) ab dieser Referenzposition berechnet werden.The phase shift method is a method of measuring three-dimensional information (height information) for an object surface by analyzing the distortions of the pattern occurring in the projection of patterned light on the object surface. Specifically, while using the projection device 112 a predetermined pattern (eg, a stripe pattern with sinusoidally varying luminance) is projected onto the circuit board, a photograph taken with the camera 110 carried out. In this case appears as in 4 shown on the object surface depending on their unevenness distortion of the pattern. Although the pattern of high-gloss solder surfaces can not be properly observed, because the specular reflection is predominant. In sections but in which z. For example, when the gloss is lowered under the influence of flux, observation of the pattern becomes possible because the scattering reflected component increases. Repeating this process several times (e.g., four times) to vary the phase of the luminance change of the patterned light, as in 4 shown, several images with different luminance labels (hereinafter called "phase images") obtained. Because the brightness (luminance) of identical pixels in the individual images must change with the same period at which the fringe pattern varies, the phase of each pixel can be determined by fitting a sinusoid to the brightness change of each pixel. By determining the phase difference with respect to the phase of a predetermined reference position (table surface, circuit board surface or the like), the distance (height) from this reference position can then be calculated.

Angemerkt wird, dass in der vorliegenden Ausführungsform zwar das Phasenschiebeverfahren verwendet wurde, aber auch andere Verfahren verwendet werden dürfen, sofern sie Höheninformation von streuenden Objekten gewinnen können. Als Verfahren, die z.B. streifen- oder gitterförmig gemustertes Licht auf ein Objekt projizieren, um durch eine graphische Analyse der Verzerrungen des Musters Höheninformation zu gewinnen, gibt es z.B. das Lichtschnittverfahren, das Streifenanalyseverfahren oder das Raumkodierverfahren.It should be noted that in the present embodiment, although the phase shift method has been used, other methods may be used so far as they can obtain height information of scattering objects. As a method, e.g. projecting stripe or lattice patterned light onto an object to obtain height information by graphical analysis of the distortions of the pattern, e.g. the light-section method, the strip analysis method or the spatial coding method.

Lotgestaltmess- und PrüfverarbeitungLotgestaltmess- and test processing

Als Nächstes soll anhand von 5 bis 7 der Ablauf der in der Leiterplattenprüfvorrichtung 1 durchgeführten Lotgestaltmess- und Prüfverarbeitung erläutert werden. 5 und 6 sind Flussdiagramme, die den Ablauf der Verarbeitung zeigen, während es sich bei 7 um ein Beispielbild handelt, das zur schematischen Erläuterung der Lotgestaltmessprozedur dient. Zunächst steuert die Steuereinrichtung 12 entsprechend einem Prüfprogramm die Bühne 10, um das zu prüfende Lot an eine Messposition (Gesichtsfeld der Kamera 110) zu bewegen (Schritt S500). Dann schaltet die Steuereinrichtung 12 die Beleuchtungseinrichtung 111 ein (Schritt S501) und führt, während Rotlicht RL, Grünlicht GL und Blaulicht BL eingestrahlt werden, eine photographische Aufnahme mittels der Kamera 110 durch (Schritt S502). Die gewonnenen Bilddaten (Farblichtreflexbild aus 3) werden von der Bildaufnahmeeinheit 20 in die Informationsverarbeitungseinrichtung 13 importiert. Nach Ausschalten der Beleuchtungseinrichtung 111 projiziert die Steuereinrichtung 12 von der Projektionseinrichtung 112 aus gemustertes Licht (Schritt S503), und photographiert mit der Kamera 110 (Schritt S504). Falls das Phasenschiebeverfahren benutzt wird, werden die Handlungen von Schritt S503 und S504 unter Variieren der Phase des gemusterten Lichts mehrfach ausgeführt. In der vorliegenden Ausführungsform wird, mit Änderung der Phase um jeweils 90°, viermalig eine Photographie ausgeführt, um Daten für vier Bilder aufzunehmen. Die erhaltenen Bilddaten von mehreren Bildern (Phasenbilder in 4) werden von der Bildaufnahmeeinheit 20 in die Informationsverarbeitungseinrichtung 13 importiert. Angemerkt wird, dass in der vorliegenden Ausführungsform zwar zuerst die photographischen Aufnahmen mit der Beleuchtungseinrichtung 111 ausgeführt wurden, es aber auch so sein darf, dass die photographischen Aufnahmen mit der Projektionseinrichtung 112 zuerst ausgeführt werden. Falls außerhalb des Gesichtsfeldes der Kamera 110 weitere Prüfgegenstände existieren, ist auch eine wiederholte Ausführung der Schritte von S500 bis S504 möglich.Next is based on 5 to 7 the process of in the PCB tester 1 Lotgestaltmess- and test processing are explained. 5 and 6 are flowcharts showing the flow of processing while it is at 7 is an example image that serves to schematically illustrate the Lotgestaltmessprozedur. First, the controller controls 12 according to a test program the stage 10 to move the solder to be tested to a measuring position (field of view of the camera 110 ) (step S500). Then the controller switches 12 the lighting device 111 one (Step S501) and, while the red light RL, the green light GL and the blue light BL are being irradiated, take a photograph by means of the camera 110 by (step S502). The obtained image data (color light reflection image 3 ) are taken by the image acquisition unit 20 in the information processing device 13 imported. After switching off the lighting device 111 projects the controller 12 from the projection device 112 of patterned light (step S503), and photographed with the camera 110 (Step S504). If the phase shift method is used, the actions of steps S503 and S504 are repeatedly executed to vary the phase of the patterned light. In the present embodiment, as the phase is changed by 90 ° at a time, a photograph is taken four times to take data for four images. The obtained image data of multiple images (phase images in 4 ) are taken by the image acquisition unit 20 in the information processing device 13 imported. It should be noted that in the present embodiment, although the photographic images with the illumination device 111 but it may also be so that the photographic images with the projection device 112 be executed first. If outside the field of view of the camera 110 Further test objects exist, a repeated execution of the steps from S500 to S504 is possible.

Ab hier wird zur Verarbeitung in der Informationsverarbeitungseinrichtung 13 übergegangen. Die Einzelheiten der Verarbeitung zum Vermessen der dreidimensionalen Gestalt der Lotoberfläche (Schritt S505) sind im Ablaufdiagramm von 6 gezeigt.From here will be for processing in the information processing facility 13 passed. The details of the processing for measuring the three-dimensional shape of the solder surface (step S505) are shown in the flowchart of FIG 6 shown.

Zunächst erläutert werden soll die Verarbeitung in Bezug auf das Farblichtreflexbild. Die Farbinformationsanalyseeinheit 21 extrahiert ein Lotgebietsbild (im Folgenden auch „erstes Lotgebietsbild“ oder einfach „erstes Bild“ genannt) aus dem Farblichtreflexbild (Schritt S600). Beispielsweise kann die Farbinformationsanalyseeinheit 21 ein Kontaktinselgebiet innerhalb des Farblichtreflexbildes ermitteln, indem sie dem Prüfprogramm eine Positionsund Größeninformation für eine Kontaktinsel auf der Leiterplatte entnimmt und zugleich auf dem Farblichtreflexbild das Gebiet eines Bauelements (streuenden Objekts) identifiziert, um das durch Aussparen des Bauelementgebietes aus dem Kontaktinselgebiet erhaltenes Gebiet als das erste Lotgebietsbild zu extrahieren. Bezugszeichen 70 in 7 stellt ein Beispiel eines ersten Lotgebietsbildes dar.First, the processing will be explained with respect to the color light reflection image. The color information analysis unit 21 Extracts a Lotgebietsbild (hereinafter also "first Lotgebietsbild" or simply called "first image") from the color light reflection image (step S600). For example, the color information analysis unit 21 determine a contact pad area within the color light reflection image by taking position and size information for a contact pad on the circuit board and at the same time identifying the area of a device (scattering object) on the color light reflex image as the first area obtained by skipping the device area from the pad area Extract solder field image. reference numeral 70 in 7 represents an example of a first Lotgebietsbildes.

Als Nächstes wendet die Farbinformationsanalyseeinheit 21 auf das erste Lotgebietsbild 70 eine Vielwertwandelverarbeitung an (Schritt S601), worunter eine Verarbeitung verstanden wird, welche das Bild in nach Farbton getrennte Gebiete aufteilt (segmentiert). Wenn die Lotoberfläche eine ideale Spiegelfläche wäre, müssten sich, da von der Beleuchtungseinrichtung 111 nur Rotlicht RL, Grünlicht GL und Blaulicht BL eingestrahlt werden, wie in 3 gezeigt Gebiete nach rotem, grünem und blauem Licht sauber trennen lassen. Allerdings rufen in der Praxis der von mikroskopischen Unebenheiten (Mikrofacetten) herrührende streuend reflektierte Anteil und der diffus reflektierte Anteil Rauschen und Mischfarben hervor, sodass die Grenze zwischen den Farbtönen R, G, B oft undeutlich wird. Die Vielwertwandelverarbeitung ist eine Vorbehandlung, um solcherart Rauschen und Mischfarben zwischen den Farbtönen zu beseitigen.Next, the color information analysis unit applies 21 on the first Lotgebiets picture 70 a multi-value conversion processing (step S601), which is understood to mean a processing which divides (segments) the image into regions separated by color tone. If the solder surface were an ideal mirror surface, then, because of the lighting device 111 only red light RL, green light GL and blue light BL are irradiated, as in 3 show clean areas of red, green and blue light. However, in practice, the diffused portion resulting from microscopic irregularities (microfacets) and the diffusely reflected portion cause noise and mixed colors, so that the boundary between the colors R, G, B often becomes indistinct. The multi-value conversion processing is a pre-treatment to eliminate such noise and mixed colors between the hues.

Zum Beispiel generiert die Farbinformationsanalyseeinheit 21 ein Vielwertbild 71, indem sie nach einer Transformation des ersten Lotgebietsbild 70 in den HSV-Farbraum dieses entsprechend

• Bildpunkte mit Helligkeit (V) kleiner als ein vorbestimmter Wert → schwarze Bildpunkte
• Bildpunkte mit Farbton (H) gleich 0° ± 60° → rote Bildpunkte
• Bildpunkte mit Farbton (H) gleich 120° ± 60° → grüne Bildpunkte
• Bildpunkte mit Farbton (H) gleich 240° ± 60° → blaue Bildpunkte

quaternär umwandelt und weiterhin eine Rauschunterdrückungsverarbeitung wie Vergrößern/Verkleinern durchführt. Das auf diese Weise erhaltene Vielwertbild 71 ist von der Seite her, wo die Neigung der Lotoberfläche sanft ist, der Reihe nach aus einem Schwarzgebiet (wo der Neigungswinkel im Wesentlichen waagerecht ist), einem Rotgebiet (wo der Neigungswinkel klein ist), einem Grüngebiet (wo der Neigungswinkel mittelgroß ist), einem Blaugebiet (wo der Neigungswinkel groß ist) und einem Schwarzgebiet (wo der Neigungswinkel im Wesentlichen senkrecht ist) aufgebaut. Falls das erste Lotgebietsbild 70 eine Oberfläche einer Kontaktinsel (Leiterplattenkontaktfläche) auf der Leiterplatte einschließt, gliedert es sich einschließlich des Gebiets der Kontaktinsel in sechs Gebiete. Die Korrespondenzbeziehung zwischen den einzelnen Farbgebieten und Bereichen des Neigungswinkels der Lotoberfläche bestimmt sich geometrisch aus der Positionsbeziehung zwischen der Kamera 110, dem Lot und

den einzelnen Lichtquellen

111R, 111G, 111B.For example, the color information analysis unit generates 21 a multi-value picture 71 by looking for a transformation of the first Lotgebietsbild 70 in the HSV color space this accordingly

• Pixels with brightness (V) less than a predetermined value → black pixels
• Pixels with hue (H) equal to 0 ° ± 60 ° → red pixels
• Pixels with hue (H) equal to 120 ° ± 60 ° → green pixels
• Pixels with hue (H) equal to 240 ° ± 60 ° → blue pixels

converts quaternary and further performs noise reduction processing such as zooming in / out. The multivalue image obtained in this way 71 is from the side where the inclination of the solder surface is gentle, in turn from a black area (where the inclination angle is substantially horizontal), a red area (where the inclination angle is small), a green area (where the inclination angle is medium), a blue region (where the inclination angle is large) and a black region (where the inclination angle is substantially perpendicular) are constructed. If the first Lotgebietsbild 70 Includes a surface of a contact pad (PCB contact surface) on the circuit board, it is divided into six areas including the area of the contact pad. The correspondence relationship between the individual color areas and ranges of the tilt angle of the solder surface is determined geometrically from the positional relationship between the camera 110 , the solder and the individual light sources 111R . 111G . 111B ,

Anschließend berechnet die Farbreliabilitätsrecheneinheit 22 für jeden Bildpunkt eine Reliabilität (Zuverlässigkeit) der Farbinformation (Schritt S602). In der vorliegenden Ausführungsform wird, nachdem das erste Lotgebietsbildes 70 in den HSV-Farbraum wurde, entsprechend

• Bildpunkte mit Sättigung (S) größer oder gleich einem Schwellwert T1 → Reliabilität = 1 (hoch)
• Bildpunkte mit Sättigung (S) kleiner als der Schwellwert T1 → Reliabilität = 0 (niedrig)

Subsequently, the color-stability calculating unit calculates 22 for each pixel, reliability (reliability) of the color information (step S602). In the present embodiment, after the first Lotgebietsbildes 70 into the HSV color space was, accordingly

• Pixels with saturation (S) greater than or equal to a threshold T1 → Reliability = 1 (high)
• pixels with saturation (S) smaller than the threshold value T1 → reliability = 0 (low)

auf Grundlage der Farbsättigung eine Reliabilität festgelegt. Je stärker nämlich der spiegelnd reflektierte Anteil, desto höher wird die Sättigung. Ein Beispiel einer Reliabilitätskarte für die Farbinformation (schwarze Bildpunkte für Reliabilität = 1 (hoch), weiße Bildpunkte für Reliabilität = 0 (niedrig)) ist in 7 mit 72 bezeichnet. Zu erkennen ist, dass auf der Oberfläche des Lotes Abschnitte hoher Reliabilität (Abschnitte mit hohem Glanz) und Abschnitte niedriger Reliabilität (Abschnitte mit niedrigem Glanz) nebeneinander existieren. Reliability determined based on color saturation. Namely, the stronger the specularly reflected portion, the higher the saturation becomes. An example of a color information reliabilty map (black pixels for reliability = 1 (high), white pixels for reliability = 0 (low)) is in 7 With 72 designated. It can be seen that on the surface of the solder portions of high reliability (portions with high gloss) and portions of low reliability (portions with low gloss) exist side by side.

Als Nächstes soll die Verarbeitung bezüglich der Phasenbilder erläutert werden. Die Phaseninformationsanalyseeinheit 23 extrahiert jeweils ein Lotgebietsbild (im Folgenden auch „zweites Lotgebietsbild“ oder auch einfach „zweites Bild“ genannt) aus den vier Phasenbildern (Schritt S603). Ein Beispiel für zweite Lotgebietsbilder ist in 7 mit 73 bezeichnet. Im Anschluss errechnet die Phaseninformationsanalyseeinheit 23, indem sie die Phase der Luminanzänderung identischer Bildpunkte in den vier zweiten Lotgebietsbildern 73 analysiert, für jeden Bildpunkt eine Höhe (Schritt S604). Eine Höhenkarte, in der die Höhe (Z-Position) der einzelnen Bildpunkte der zweiten Lotgebietsbilder 73 durch den Bildpunktwert ausgedrückt wurde, ist in 7 mit 74 bezeichnet.Next, the processing concerning the phase images will be explained. The phase information analysis unit 23 each extracts a Lotgebietsbild (hereinafter also called "second Lotgebietsbild" or simply called "second image") from the four phase images (step S603). An example of second Lotgebietsbilder is in 7 With 73 designated. Subsequently, the phase information analysis unit calculates 23 by taking the phase of the luminance change of identical pixels in the four second solder field images 73 analyzes, for each pixel a height (step S604). A height map in which the height (Z position) of the individual pixels of the second Lotgebietsbilder 73 expressed by the pixel value is in 7 With 74 designated.

Anschließend berechnet die Phasenreliabilitätsrecheneinheit 24 für jeden Bildpunkt eine Reliabilität der Phaseninformation (Schritt S605). In der vorliegenden Ausführungsform wird der Änderungsbetrag der Luminanz identischer Bildpunkte zwischen den vier zweiten Lotgebietsbildern 73 (Unterschied der kleinsten Luminanz und der größten Luminanz) berechnet, um entsprechend

• Bildpunkte mit Änderungsbetrag der Luminanz größer oder gleich einem Schwellwert T2 → Reliabilität = 1 (hoch)
• Bildpunkte mit Änderungsbetrag der Luminanz kleiner als der Schwellwert T2 → Reliabilität = 0 (niedrig)

eine Reliabilität der Phaseninformation festzulegen. Je deutlicher nämlich das Lichtmuster ist, desto größer wird der Änderungsbetrag der Luminanz. Ein Beispiel einer Reliabilitätskarte für die Phaseninformation (Schwarze Bildpunkte sind Reliabilität = 1 (hoch), weiße Bildpunkte sind Reliabilität = 0 (niedrig)) ist in 7

mit

72 bezeichnet. Zu erkennen ist, dass auf der Oberfläche des Lotes Abschnitte hoher Reliabilität (Abschnitte mit niedrigem Glanz) und Abschnitte niedriger Reliabilität (Abschnitte mit hohem Glanz) nebeneinander existieren.Subsequently, the phase reluctance computing unit calculates 24 Reliability of the phase information for each pixel (step S605). In the present embodiment, the amount of change of the luminance of identical pixels between the four second solder region images becomes 73 (Difference of the smallest luminance and the largest luminance) calculated accordingly

• Pixels with a change amount of the luminance greater than or equal to a threshold value T2 → Reliability = 1 (high)
• Pixels with amount of change in luminance smaller than the threshold T2 → Reliability = 0 (low)

define a reliability of the phase information. Namely, the clearer the light pattern is, the larger the amount of change of the luminance becomes. An example of a Reliabilitätskarte for the phase information (black pixels are reliability = 1 (high), white pixels are reliability = 0 (low)) is in 7 With 72 designated. It can be seen that on the surface of the solder portions of high reliability (portions with low gloss) and portions of low reliability (portions with high gloss) exist side by side.

Angemerkt wird, dass für die vorliegende Ausführungsform zwar die Verarbeitung der Phasenbilder nach der Verarbeitung des Farblichtreflexbildes beschrieben wurde, die Reihenfolge der beiden Verarbeitungen aber beliebig ist und außerdem auch eine parallele Verarbeitung erfolgen kann. Ferner können die Schwellwerte T1, T2 auf Grundlage von Versuchen mit Probebildern o. Ä. geeignet eingestellt werden. Als Schwellwert T1 kann ein für alle Farbtöne gleicher Schwellwert verwendet werden, wie auch der Schwellwert abhängig vom Farbton variieren kann. Beispielsweise kann, weil die von oben eingestrahlte Lichtquellenfarbe (im Falle der vorliegenden Ausführungsform die Farbe Rot) tendenziell leichter von der Kamera zu beobachten ist, wenn unter dem Einfluss von Flussmittel diffuse Reflexion auftritt, für rötliche Farbtöne ein höherer Schwellwert als für andere Farbtöne gewählt werden.Note that although the processing of the phase images after the processing of the color light reflection image has been described for the present embodiment, the order of the two processings is arbitrary and, moreover, parallel processing can be performed. Furthermore, the threshold values T1, T2 can be determined on the basis of tests with sample images or the like. be adjusted appropriately. Threshold T1 can be a threshold which is the same for all shades, as well as the threshold value can vary depending on the hue. For example, because the light source color irradiated from above (the color red in the present embodiment) tends to be more easily observed by the camera, when diffuse reflection occurs under the influence of flux, a higher threshold may be selected for reddish hues than for other hues ,

Als Nächstes greift die Lotgestaltmesseinheit 25 auf die Reliabilitätskarte 72 für die Farbinformation und die Reliabilitätskarte 75 für die Phaseninformation zu, um für jeden Bildpunkt die Reliabilität der Farbinformation und die Reliabilität der Phaseninformation zu vergleichen. Wenn ein Bildpunkt detektiert wird, an dem die Reliabilität der Phaseninformation höher als die Reliabilität der Farbinformation ist, entnimmt die Lotgestaltmesseinheit 25 der Höhenkarte 74 die jeweilige Höheninformation für den betreffenden Bildpunkt sowie für Bildpunkte in dessen Umgebung (z. B. die benachbarten Bildpunkte) und berechnet den Änderungsbetrag (d. h. die Steigung) der Höhe an dem betreffenden Bildpunkt, um den Neigungswinkel ausfindig zu machen. Da wie oben beschrieben die Korrespondenzbeziehung zwischen Neigungswinkel und Farbton bekannt ist, ist es möglich, den aus der Höhenkarte 74 ermittelten Neigungswinkel in eine Farbe (eine von R, G, B und Schwarz) umzuwandeln. Die Lotgestaltmesseinheit 25 ersetzt dann in dem Vielwertbild den Bildpunktwert (die Farbe) des betreffenden Bildpunktes durch die aus der Höhenkarte 74 ermittelte Farbe. Indem die vorstehende Verarbeitung für alle Bildpunkte des Vielwertbildes 71 durchgeführt wird, werden die Werte derjenigen Bildpunkte unter den Bildpunkten des Vielwertbildes 71, für die die Reliabilität der Phaseninformation höher als die der Farbinformation ist, auf der Grundlage der Phaseninformation korrigiert (Schritt S606). In 7 bezeichnet 76 das Vielwertbild nach der Korrektur.Next, the Lotgestaltmesseinheit attacks 25 on the Reliabilitätskarte 72 for the color information and the reliability map 75 for the phase information to compare the reliability of the color information and the reliability of the phase information for each pixel. When a pixel is detected where the reliability of the phase information is higher than the reliability of the color information, the lot shape measuring unit extracts 25 the height map 74 the respective height information for the pixel in question as well as for pixels in its surroundings (eg the neighboring pixels) and calculates the amount of change (ie the slope) of the height at that pixel to find the angle of inclination. Since, as described above, the correspondence relationship between the inclination angle and the hue is known, it is possible to obtain the one from the height map 74 determined inclination angle in a color (one of R, G, B and black) to convert. The Lotgestaltmesseinheit 25 then replaces in the multi-value image the pixel value (the color) of the relevant pixel by the from the height map 74 determined color. By the above processing for all the pixels of the multivalue image 71 is performed, the values of those pixels among the pixels of the multi-value image 71 for which the reliability of the phase information is higher than that of the color information is corrected on the basis of the phase information (step S606). In 7 designated 76 the multivalue image after the correction.

Aus dem korrigierten Vielwertbild 76 ermittelt die Lotgestaltmesseinheit 25 danach für alle Bildpunkte (d. h. an jedem Ort auf der Lotoberfläche) die Neigungswinkel (Steigungen), um durch Verbinden derselben die dreidimensionale Gestalt des Lotes zu rekonstruieren (Schritt S607). Die so berechneten Daten für die dreidimensionale Gestalt werden z. B. in Form einer Höhenkarte gesichert (77 in 7).From the corrected multivalue image 76 determines the Lotgestaltmesseinheit 25 thereafter, for all pixels (ie, at each location on the solder surface), the inclination angles (slopes) to reconstruct the three-dimensional shape of the solder by joining them (step S607). The data thus calculated for the three-dimensional shape are z. B. secured in the form of a height map ( 77 in 7 ).

In das Flussdiagramm von 5 zurückgekehrt führt die Prüfeinheit 26 unter Verwendung der in Schritt S505 erhaltenen Daten für die dreidimensionale Gestalt des Lotes die Prüfung eines Verbindungszustands des Lotes aus (Schritt S506). Weil hierbei, gestützt auf die dreidimensionalen Gestaltdaten, die Gestalt etwa eines Verbindungsabschnitts des Lotes gegenüber einem Bauelement oder einer Kontaktinsel plastisch und korrekt erfasst werden kann, wird eine Prüfung mit im Vergleich zum Stand der Technik höherer Präzision ermöglicht.In the flowchart of 5 returned returned the test unit 26 by using the data for the three-dimensional shape of the solder obtained in step S505, the check of a connection state of the solder (step S506). Because Here, based on the three-dimensional shape data, the shape of about a connecting portion of the solder to a component or a contact pad can be detected plastically and correctly, a test is made possible compared to the prior art higher precision.

Als Letztes zeigt die Ergebnisausgabeeinheit 28 ein Bild, das die in Schritt S505 erhaltene dreidimensionale Gestalt des Lotes wiedergibt, sowie das in Schritt S506 erhaltene Prüfergebnis an der Anzeigeeinrichtung an (Schritt S507). Dabei können auch verschiedene im Verlaufe der oben beschriebenen Verarbeitungen erhaltene Bilder und Karten (siehe 7), Messwerte usw. an der Anzeigeeinrichtung angezeigt werden. Ferner kann ermöglicht werden, auf dem Anzeigebildschirm Berichtigungen des Prüfprogramms (Programmierung) vorzunehmen.Last, the result output unit shows 28 an image representing the three-dimensional shape of the solder obtained in step S505 and the test result obtained in step S506 are displayed on the display device (step S507). In this case, various images and maps obtained in the course of the processing described above (see 7 ), Measured values, etc. are displayed on the display device. Furthermore, it may be possible to make adjustments to the test program (programming) on the display screen.

Vorteile der AusführungsformAdvantages of the embodiment

Gemäß dem vorstehend beschriebenen Aufbau der vorliegenden Ausführungsform werden zwei Arten von Bildern (erstes Lotgebietsbild, zweites Lotgebietsbild) verwendet, die mit unterschiedlichen Beleuchtungsverfahren – dem Farblichtreflexbeleuchtungsverfahren und dem Phasenschiebeverfahren – photographisch aufgenommen wurden, sowie jeweils für sich eine Reliabilität der Farbinformation und eine Reliabilität der Phaseninformation ermittelt, um die Information mit der höheren Reliabilität zur Generierung einer dreidimensionalen Gestalt des Lotes zu benutzen. Vom Farblichtreflexbeleuchtungsverfahren kann prinzipiell umso mehr Präzision erwartet werden, je höher der Glanz des Lotes ist, während vom Phasenschiebeverfahren prinzipiell umso mehr Präzision erwartet werden kann, je niedriger der Glanz des Lotes ist. Wird wie in der vorliegenden Ausführungsform von den beiden Verfahren vorzugsweise dasjenige mit der höheren Reliabilität (von dem mehr Präzision erwartet werden kann) benutzt, so ermöglicht dies, die dreidimensionale Gestalt der Lotoberfläche unabhängig von der Stärke des Glanzes (der Spiegeleigenschaft) der Lotoberfläche präzise zu vermessen.According to the above-described construction of the present embodiment, two kinds of images (first Lotgebietsbild, second Lotgebietsbild) are photographically recorded with different illumination methods - the color light illumination illumination method and the phase shift method, and each by itself a reliability of the color information and a reliability of the phase information determined to use the information with the higher reliability for generating a three-dimensional shape of the solder. In principle, the higher the gloss of the solder, the more precision can be expected from the color-light-reflecting illumination method, while in principle the more precision can be expected from the phase-shifting method the lower the gloss of the solder is. If, as in the present embodiment, the one of higher reliability (of which more precision can be expected) of the two methods is preferably used, it allows the three-dimensional shape of the solder surface to be precisely determined regardless of the magnitude of gloss (the mirror property) of the solder surface measured.

Genauer besteht, wenn die Lotoberfläche Abschnitte mit unter dem Einfluss von Flussmittel etc. vermindertem Glanz einschließt, die Möglichkeit, dass die Farbinformation in diesen Abschnitten nicht korrekt ist (einen falschen Neigungswinkel anzeigt), was die die Rekonstruktionsgenauigkeit für die dreidimensionale Gestalt verschlechtert. Darum wird für solche Bildpunkte, an denen aufgrund einer Verminderung des Glanzes die Reliabilität der Farbinformation herabgesetzt und umgekehrt die Reliabilität der Phaseninformation erhöht ist, die Farbe in dem Vielwertbild basierend auf dem aus der Phaseninformation berechneten Neigungswinkel korrigiert. Dies ermöglicht, die Farbinformation (Neigungswinkelinformation) in Abschnitten verminderten Glanzes mittels der Phaseninformation zu ergänzen, sodass auch wenn Abschnitte mit hohem und Abschnitte mit niedrigem Glanz nebeneinander existieren, die dreidimensionale Gestalt der gesamten Lotoberfläche korrekt rekonstruiert werden kann. Weil mittels unterschiedlicher Beleuchtungsverfahren erhaltene Information in einer einzigen Messgröße, nämlich der Höhe der Lotoberfläche, zusammengefasst wird, ergibt sich noch dazu auch der Vorteil, dass Prüflogiken und Beurteilungskriterien, die diese Messgröße verwenden, einfach zu entwerfen sind. More specifically, if the solder surface includes portions having a gloss reduced under the influence of flux etc., the possibility that the color information in those portions is incorrect (indicating a wrong inclination angle) deteriorates the reconstruction accuracy for the three-dimensional shape. Therefore, for those pixels at which the reliability of the color information is lowered due to a reduction in glossiness and, conversely, the reliability of the phase information is increased, the color in the multi-value image is corrected based on the tilt angle calculated from the phase information. This makes it possible to supplement the color information (inclination angle information) in portions of reduced gloss by means of the phase information, so that even when portions of high and portions of low gloss coexist, the three-dimensional shape of the entire solder surface can be correctly reconstructed. Because information obtained by means of different illumination methods is combined in a single measured variable, namely the height of the solder surface, there is also the advantage that test logics and evaluation criteria that use this parameter are easy to design.

Die obigen Beschreibungen von Ausführungsformen sollen die vorliegende Erfindung lediglich beispielhaft erläutern, ohne die Erfindung auf die vorgenannten konkreten Formen zu beschränken. Innerhalb des Bereichs ihrer technischen Idee kann die Erfindung vielfältig abgewandelt werden.The above descriptions of embodiments are intended to illustrate the present invention by way of example only, without limiting the invention to the aforesaid specific forms. Within the scope of its technical idea, the invention can be varied in many ways.

Beispielsweise wurde in der obigen Ausführungsform ein Aufbau angewendet, der ein aus der Farbinformation erhaltenes Vielwertbild auf Grundlage der Phaseninformation korrigiert. Umgekehrt ist jedoch auch ein Aufbau möglich, der eine aus der Phaseninformation erhaltene Höhenkarte auf Grundlage der Farbinformation korrigiert. In diesem Fall genügt es, bei im Großen und Ganzen gleichem Ablauf der Verarbeitungen in 5 und 6, den Inhalt der Korrekturverarbeitung von Schritt S606 wie folgt zu ändern. Das heißt, die Lotgestaltmesseinheit 25 greift auf die Reliabilitätskarte 72 der Farbinformation und die Reliabilitätskarte 75 der Phaseninformation zu, um für jeden Bildpunkt die Reliabilität der Farbinformation und die Reliabilität der der Phaseninformation zu vergleichen. Wenn ein Bildpunkt detektiert wird, an dem die Reliabilität der Farbinformation höher als die Reliabilität der Phaseninformation ist, ermittelt die Lotgestaltmesseinheit 25 aus dem Vielwertbild 71 den Neigungswinkel am betreffenden Bildpunkt und den Bildpunkten in dessen Umgebung. Danach korrigiert die Lotgestaltmesseinheit 25, auf Grundlage der aus dem Vielwertbild 71 erhaltenen Neigungswinkelinformation, die Höheninformation für den betreffenden Bildpunkt und die Bildpunkte in dessen Umgebung in der Höhenkarte 74. Beispielsweise kann sie von einer als Referenz genommenen Höhe eines Bildpunktes mit hoher Reliabilität innerhalb der Höhenkarte 74 ausgehend den Neigungswinkel (die Steigung) akkumulieren. Indem die vorstehende Verarbeitung für alle Bildpunkte der Höhenkarte 74 durchgeführt wird, werden die Werte (Höhen) derjenigen Bildpunkte unter den Bildpunkten der Höhenkarte 74, für die die Reliabilität der Farbinformation höher als die der Phaseninformation ist, auf der Grundlage der Farbinformation korrigiert. Auch eine derartige Verarbeitung ermöglicht wie bei der vorher beschriebenen Ausführungsform, die dreidimensionale Gestalt der gesamten Lotoberfläche unabhängig von der Höhe des Glanzes korrekt zu rekonstruieren.For example, in the above embodiment, a construction has been adopted which corrects a multi-value image obtained from the color information based on the phase information. Conversely, however, a construction is also possible which corrects a height map obtained from the phase information based on the color information. In this case it is sufficient, if the processing in. Is generally the same in 5 and 6 to change the content of the correction processing of step S606 as follows. That is, the Lotgestaltmesseinheit 25 picks up the Reliabilitätskarte 72 the color information and the reliability map 75 the phase information to compare for each pixel, the reliability of the color information and the reliability of the phase information. When detecting a pixel at which the reliability of the color information is higher than the reliability of the phase information, the lot shape measuring unit detects 25 from the multi-value picture 71 the angle of inclination at the relevant pixel and the pixels in its surroundings. After that, the lot shape measuring unit corrects 25 , on the basis of the multi-value image 71 obtained slope angle information, the height information for the pixel in question and the pixels in its environment in the height map 74 , For example, it may be taken from a reference of a high-reliability pixel within the height map 74 Accumulate from the angle of inclination (the slope). By the above processing for all pixels of the height map 74 is performed, the values (heights) of those pixels among the pixels of the height map 74 for which the reliability of the color information is higher than that of the phase information, corrected on the basis of the color information. Also, such processing allows the three-dimensional as in the previously described embodiment Correctly reconstruct the shape of the entire solder surface regardless of the height of the gloss.

Ferner kann, obgleich in der obigen Ausführungsform für das Farblichtreflexbeleuchtungsverfahren Lichtquellen der drei Farben R, G und B verwendet wurden, die Anzahl der Lichtquellenfarben auch größer als drei gewählt werden. Zudem ist die Reihenfolge der Anordnung der Lichtquellen beliebig. Weiter kann, obgleich in der obigen Ausführungsform als Methode zum Gewinnen der Phaseninformation das Phasenschiebeverfahren benutzt wurde, auch ein anderes Beleuchtungsverfahren benutzt werden, sofern es sich um eine bei niedrigem Glanz wirksame Methode handelt.Further, although in the above embodiment, light sources of the three colors R, G and B were used for the color light-reflecting illumination method, the number of the light source colors may be set larger than three. In addition, the order of arrangement of the light sources is arbitrary. Further, although the phase shift method was used as the method for obtaining the phase information in the above embodiment, another lighting method may be used as well, if it is a low-gloss method.

Obgleich in der obigen Ausführungsform die Reliabilität der Farbinformation und die Reliabilität der Phaseninformation beide als zweiwertig angenommen wurden, können ferner die Reliabilitäten auch durch vielwertige oder kontinuierliche Größen ausgedrückt werden. Weiter sind die Ermittlungsweisen für die als Reliabilität verwendeten Indikatoren nicht auf diejenigen in der obigen Ausführungsform beschränkt, sondern es können jegliche Indikatoren verwendet werden, sofern sie mit dem Glanz (der Spiegeleigenschaft) der Lotoberfläche korrelieren.

1: Leiterplattenprüfvorrichtung 10: Bühne, 11: Messeinheit, 12: Steuereinrichtung, 13: Informationsverarbeitungseinrichtung, 14: Anzeigeeinrichtung 20: Bildaufnahmeeinheit, 21: Farbinformationsanalyseeinheit, 22: Farbreliabilitätsrecheneinheit, 23: Phaseninformationsanalyseeinheit, 24: Phasenreliabilitätsrecheneinheit, 25: Lotgestaltmesseinheit, 26: Prüfeinheit, 27: Prüfprogrammspeichereinheit, 28: Ergebnisausgabeeinheit 110: Kamera, 111: Beleuchtungseinrichtung, 111R: Rotlichtquelle, 111G: Grünlichtquelle, 111B: Blaulichtquelle, 112: Projektionseinrichtung RL: Rotlicht, BL: Blaulicht, GL: Grünlicht, PL: gemustertes Licht

Further, in the above embodiment, although the reliability of the color information and the reliability of the phase information are both assumed to be bivalent, the reliabilities may also be expressed by multivalued or continuous quantities. Further, the determinations for the indicators used as reliability are not limited to those in the above embodiment, but any indicators may be used as far as they correlate with the gloss (the mirror property) of the solder surface.

1 : PCB tester 10 : Stage, 11 : Measuring unit, 12 : Control device, 13 : Information processing device, 14 : Display device 20 Image: Image capture unit, 21 : Color information analysis unit, 22 Image: Color slide calculator, 23 : Phase information analysis unit, 24 : Phase Reliability Calculator, 25 : Lotgestaltmesseinheit, 26 : Test unit, 27 : Test program memory unit, 28 : Result output unit 110 Photos: Camera, 111 : Lighting device, 111R : Red light source, 111G : Green light source, 111B : Blue light source, 112 : Projection device RL: red light, BL: blue light, GL: green light, PL: patterned light

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

JP 2010071844A [0007]
JP 2013543591 A [0007]
JP 2012145484 A [0007]
JP 2013221861 A [0007]

Claims

Measuring device for measuring a three-dimensional shape of solder ( 31 . 151 ), comprising: an image capture unit ( 20 ), which irradiate light (RL, BL, GL) of several colors (R, G, B) with differing angles of incidence such that on a surface of the solder ( 31 . 151 ) a color information dependent on its inclination angle appears, photographed first image ( 70 ) and a projected patterned light (PL) such that on the surface of the solder ( 31 . 151 ) a dependent of their height phase information of the pattern appears, photographed second image ( 73 ) receives; a color reliability unit ( 22 ), which for each point on the surface of the solder ( 31 . 151 ) Reliability of the color information in the first image ( 70 ) determined; a phase reluctance computing unit ( 24 ), which for each point on the surface of the solder ( 31 . 151 ) Reliability of the phase information in the second image ( 73 ) determined; and a Lotgestaltmesseinheit ( 25 ), which by determining a three-dimensional information for each location on the surface of the solder ( 31 . 151 ) using the information of the color information and the phase information having the higher reliability, the three-dimensional shape of the solder (FIG. 31 . 151 ) generated.

Measuring device according to claim 1, further comprising a result output unit ( 28 ), which one of the Lotgestaltmesseinheit ( 25 ) obtained three-dimensional shape of the solder ( 31 . 151 ) on a display device ( 14 ).

Measuring device according to claim 1 or 2, wherein the color-fidelity calculating unit ( 22 ) based on the saturation or brightness of a pixel of the first image ( 70 ) the reliability of the color information for a point corresponding to the pixel on the surface of the solder ( 31 . 151 ).

Measuring device according to one of claims 1 to 3, wherein the second image ( 73 ) comprises a plurality of images photographed by varying a phase of the patterned light (PL); wherein the phase reluctance computing unit ( 24 ) based on a change amount of the luminance of an identical pixel between the plurality of images, the reliability of the phase information for a point corresponding to the pixel on the surface of the solder ( 31 . 151 ).

Measuring device according to one of claims 1 to 4, further comprising: a color information analysis unit ( 21 ) performed by performing multivalue conversion processing for splitting the first image ( 70 ) in areas separated by color a multi-value image ( 71 ) whose pixel values each express different tilt angle ranges; and a phase information analysis unit ( 23 ), which from the phase information in the second image ( 73 ) height information corresponding to the individual pixels ( 74 ) for the surface of the solder ( 31 . 151 ) determined; wherein the lot shape measuring unit ( 25 ): for those pixels below the pixels of the multivalue image ( 71 ), which have higher reliability of phase information compared to the color information, corrects the pixel value based on an angle of inclination selected by the phase information analysis unit (Fig. 23 ) height information ( 74 ) is calculated for the relevant pixel and pixels in its surroundings; as well as the three-dimensional shape of the solder ( 31 . 151 ) using the multivalue image after correction ( 76 ) generated.

Measuring device according to one of claims 1 to 4, further comprising: a color information analysis unit ( 21 ) performed by performing multivalue conversion processing for splitting the first image ( 70 ) in areas separated by color a multi-value image ( 71 ) whose pixel values each express different tilt angle ranges; and a phase information analysis unit ( 23 ), which from the phase information in the second image ( 73 ) height information corresponding to the individual pixels ( 74 ) for the surface of the solder ( 31 . 151 ) determined; wherein the lot shape measuring unit ( 25 ): the height information of the pixels below that of the phase information analysis unit ( 23 ) height information ( 74 ) of the pixels, which have a higher reliability than the phase information of the color information, on the basis of one of the multi-value image ( 71 ) corrected inclination angle information for the pixel concerned; as well as the three-dimensional shape of the solder ( 31 . 151 ) using the height information for each pixel after the correction ( 77 ) generated.

PCB test device ( 1 ), comprising: a measuring device according to any one of claims 1 to 6; and a test unit ( 26 ) using data taken by the measuring device of the three-dimensional shape of the solder ( 31 . 151 ) a connection state of the solder ( 31 . 151 ) with respect to a component ( 150 ) or a printed circuit board ( 15 ) checks.

Control method for a measuring device for measuring a three-dimensional shape of solder ( 31 . 151 ), comprising: a step in which an angle of incidence of light (RL, GL, BL) of several colors (R, G, B) differing from each other such that on a surface of the solder ( 31 . 151 ) a color information dependent on its inclination angle appears, photographed first image ( 70 ) and a projected patterned light (PL) such that on the surface of the solder ( 31 . 151 ) a dependent of their height phase information of the pattern appears, photographed second image ( 73 ) are recorded; a step in which for each point on the surface of the solder ( 31 . 151 ) Reliability of the color information in the first image ( 70 ) is determined; a step in which for each point on the surface of the solder ( 31 . 151 ) Reliability of the phase information in the second image ( 73 ) is determined; and a step in which by determining three-dimensional information for each location on the surface of the solder ( 31 . 151 ) using the information of the color information and the phase information having the higher reliability, the three-dimensional shape of the solder (FIG. 31 . 151 ) is generated.

Program, which is a computer ( 13 ) performs the steps of the control method for a measuring device according to claim 8.