DE112020005971T5

DE112020005971T5 - Messvorrichtung, Prüfvorrichtung und Oberflächenmontageeinrichtung

Info

Publication number: DE112020005971T5
Application number: DE112020005971.5T
Authority: DE
Inventors: Nobuaki TABATA
Original assignee: Yamaha Motor Co Ltd
Current assignee: Yamaha Motor Co Ltd
Priority date: 2020-04-16
Filing date: 2020-04-16
Publication date: 2022-09-15
Also published as: JP7332792B2; JPWO2021210128A1; WO2021210128A1; KR20220106839A; CN114930119A; US20230080582A1

Abstract

Eine Messvorrichtung 1 weist eine Projektionseinrichtung 2, die Streifenmusterlicht mit einer Helligkeit, die sich periodisch verändert, auf ein Zielobjekt M projiziert, eine Kamera 3, die ein Bild des Streifenmusterlichts, das auf das Zielobjekt M projiziert wird, aufnimmt, und eine Rechenvorrichtung 7 auf. Die Projektionseinrichtung 2 projiziert erstes Streifenmusterlicht L1 mit einer ersten Periode, zweites Streifenmusterlicht L2 mit einer zweiten Periode und drittes Streifenmusterlicht L3 mit einer dritten Periode auf das Zielobjekt M. Eine Beziehung der Perioden lautet: erste Periode < zweite Periode < dritte Periode. Die Kamera 3 nimmt ein Bild des ersten Streifenmusterlichts L1, ein Bild des zweiten Streifenmusterlichts L2 und ein Bild des dritten Streifenmusterlichts L3, die jeweils auf das Zielobjekt M projiziert werden, auf. Die Rechenvorrichtung 7 ist eingerichtet, eine Phasenanalyse der Leuchtdichte I unter Verwendung eines Phasenverschiebungsverfahrens für das Bild G des ersten Streifenmusterlichts L1, das Bild G des zweiten Streifenmusterlichts L2 und das Bild G des dritten Streifenmusterlichts L3, die jeweils von der Kamera 3 aufgenommen werden, durchzuführen und eine Höhe des Zielobjekts M basierend auf erhaltenen Ergebnissen der Phasenanalyse zu berechnen.

Description

[TECHNISCHES GEBIET]
Die hierin offenbarte Technologie betrifft eine Messvorrichtung zum Messen von Höhen von Zielobjekten mittels eines Phasenverschiebungsverfahrens.
[STAND DER TECHNIK]
Ein Beispiel für Höhenmessverfahren ist ein Phasenverschiebungsverfahren. Beim Phasenverschiebungsverfahren wird Licht mit einem Streifenmuster, das eine sich periodisch verändernde Leuchtdichte aufweist, mehrmals unter Verschiebung der Phase auf ein Zielobjekt projiziert und es werden Bilder des projizierten Lichts mit dem Streifenmuster aufgenommen. Anhand der aufgenommenen Bilder werden die auf die Leuchtdichte der Pixel bezogenen Phasen geschätzt und eine Höhe des Zielobjekts wird gemessen. Die Patentdokumente 1 und 2 offenbaren Vorrichtungen zur dreidimensionalen Formmessung unter Verwendung des Phasenverschiebungsverfahrens.
[DOKUMENT AUS DEM STAND DER TECHNIK]
[Patentdokument]

[Patentdokument 1] Japanisches Patent Veröffentlichungsnr. 5780659
[Patentdokument 2] Ungeprüfte japanische Patentanmeldung Veröffentlichungsnr. 2018-146476

[Kurzdarstellung der Erfindung]
[Durch die Erfindung zu lösendes Problem]
Bei dem Phasenverschiebungsverfahren wird Streifenmusterlicht auf das Zielobjekt projiziert und die auf die Leuchtdichte bezogenen Phasenwerte werden anhand des aufgenommenen Bildes geschätzt und eine Höhe wird berechnet. Wenn die Periode des Streifenmusterlichts, das auf das Zielobjekt zu projizieren ist, kürzer ist, wird die Auflösung höher und dies steigert die Genauigkeit bei der Berechnung der Höhe. Wenn die Periode länger ist, nimmt die Wirkungstiefe in Bezug auf eine für die Kamera relevante Fokalebene zu.
Die Auflösung und die Wirkungstiefe weisen eine sogenannte Austauschbeziehung auf. Wenn die Auflösung erhöht wird, um die Genauigkeit bei der Berechnung der Höhe unter Verwendung von Licht mit nur einem einzelnen Streifenmuster zu steigern, nimmt die Wirkungstiefe ab. Wenn die Wirkungstiefe erhöht wird, verringert sich die Auflösung und die Genauigkeit bei der Berechnung der Höhe wird verringert.
Die hierin beschriebene Technologie wurde angesichts der vorstehenden Probleme entwickelt. Eine Aufgabe ist es, eine Messung mit hoher Genauigkeit und großer Tiefe unter Verwendung von drei Arten von Streifenmusterlicht mit unterschiedlichen Perioden in einer Messvorrichtung durchzuführen, die eine Höhe eines Zielobjekts unter Verwendung eines Phasenverschiebungsverfahrens misst.
[Mittel zur Lösung des Problems]
Eine Messvorrichtung weist eine Projektionseinrichtung, die Streifenmusterlicht mit einer Helligkeit, die sich periodisch verändert, auf ein Zielobjekt projiziert, eine Kamera, die ein Bild des Streifenmusterlichts, das auf das Zielobjekt projiziert wird, aufnimmt, und eine Rechenvorrichtung auf. Die Projektionseinrichtung projiziert erstes Streifenmusterlicht mit einer ersten Periode, zweites Streifenmusterlicht mit einer zweiten Periode und drittes Streifenmusterlicht mit einer dritten Periode auf das Zielobjekt, und eine Beziehung der Perioden lautet: erste Periode < zweite Periode < dritte Periode. Die Kamera nimmt ein Bild des ersten Streifenmusterlichts, ein Bild des zweiten Streifenmusterlichts und ein Bild des dritten Streifenmusterlichts auf, die jeweils auf das Zielobjekt projiziert werden. Die Rechenvorrichtung ist eingerichtet, eine Phasenanalyse der Leuchtdichte mittels eines Phasenverschiebungsverfahrens für das Bild des ersten Streifenmusterlichts, das Bild des zweiten Streifenmusterlichts und das Bild des dritten Streifenmusterlichts, die jeweils von der Kamera aufgenommen werden, durchzuführen und eine Höhe des Zielobjekts basierend auf den erhaltenen Ergebnissen der Phasenanalyse zu berechnen.
Bei dieser Konfiguration werden drei Arten von Streifenmusterlicht mit unterschiedlichen Perioden zur Berechnung der Höhe des Zielobjekts verwendet. Die Auflösung und die Wirkungstiefe weisen eine Austauschbeziehung auf. Bei dem Streifenmusterlicht mit der ersten Periode (kurze Periode) ist die Wirkungstiefe klein, aber die Auflösung ist hoch. Daher kann die Höhe mit hoher Genauigkeit berechnet werden. Bei dem Streifenmusterlicht mit der zweiten Periode (mittlere Periode) und dem Streifenmusterlicht mit der dritten Periode (lange Periode) ist die Auflösung niedrig, aber die Wirkungstiefe ist groß.
Gemäß der Messvorrichtung einer Ausführungsform kann die Rechenvorrichtung eingerichtet sein, die Höhe des Zielobjekts unter Verwendung eines ersten Phasenwerts, der aus der Phasenanalyse der Leuchtdichte in Bezug auf das aufgenommene Bild des ersten Streifenmusterlichts erhalten wurde, eines zweiten Phasenwerts, der aus der Phasenanalyse der Leuchtdichte in Bezug auf das aufgenommene Bild des zweiten Streifenmusterlichts erhalten wurde, und eines dritten Phasenwerts, der aus der Phasenanalyse der Leuchtdichte in Bezug auf das aufgenommene Bild des dritten Streifenmusterlichts erhalten wurde, zu berechnen, wenn die Genauigkeit bei der Berechnung der Höhe des Zielobjekts hoch ist. Die Rechenvorrichtung kann eingerichtet sein, die Höhe des Zielobjekts unter Verwendung des zweiten Phasenwerts, der aus der Phasenanalyse der Leuchtdichte in Bezug auf das aufgenommene Bild des zweiten Streifenmusterlichts erhalten wurde, und des dritten Phasenwerts, der aus der Phasenanalyse der Leuchtdichte in Bezug auf das aufgenommene Bild des dritten Streifenmusterlichts erhalten wurde, zu berechnen, wenn die Genauigkeit bei der Berechnung der Höhe des Zielobjekts gering ist.
Gemäß dieser Konfiguration kann unter Verwendung des ersten Phasenwerts, des zweiten Phasenwerts und des dritten Phasenwerts die Höhe des Zielobjekts mit hoher Genauigkeit (einer kleinen Tiefe) berechnet werden. Unter Verwendung des zweiten Phasenwerts und des dritten Phasenwerts kann die Höhe des Zielobjekts mit geringer Genauigkeit (einer großen Tiefe) berechnet werden.
Gemäß der Messvorrichtung von einer Ausführungsform kann, wenn die Genauigkeit bei der Berechnung der Höhe des Zielobjekts hoch ist, die Rechenvorrichtung eingerichtet sein, Phasenkontinuierung (Phase-Unwrapping) des ersten Phasenwerts in Bezug auf eine Phasendifferenz zwischen dem zweiten Phasenwert und dem dritten Phasenwert durchzuführen und die Höhe des Zielobjekts basierend auf dem ersten Phasenwert, der anhand der Phasenkontinuierung erhalten wurde, zu berechnen.
Bei dieser Konfiguration wird die Phasenkontinuierung des ersten Phasenwerts in Bezug auf eine Phasenveränderung einer langen Periode, die mit der Phasendifferenz zwischen dem zweiten Phasenwert und dem dritten Phasenwert zusammenhängt, durchgeführt. Da die Phase, auf die Bezug zu nehmen ist, eine längere Periode aufweist, kann ein höherer Phasengrad erzielt werden. Daher wird ein Höhenbereich, der mit hoher Genauigkeit berechnet werden kann, innerhalb der Wirkungstiefe des ersten Streifenmusterlichts vergrößert.
Gemäß der Messvorrichtung einer Ausführungsform kann, wenn die Genauigkeit bei der Berechnung der Höhe des Zielobjekts gering ist, die Rechenvorrichtung eingerichtet sein, Phasenkontinuierung des zweiten Phasenwerts oder des dritten Phasenwerts in Bezug auf eine Phasendifferenz zwischen dem zweiten Phasenwert und dem dritten Phasenwert durchzuführen und die Höhe des Zielobjekts basierend auf dem zweiten Phasenwert oder dem dritten Phasenwert, der anhand der Phasenkontinuierung erhalten wurde, zu berechnen.
Bei dieser Konfiguration wird die Phasenkontinuierung des zweiten Phasenwerts oder des dritten Phasenwerts in Bezug auf eine Phasenveränderung einer langen Periode, die mit der Phasendifferenz zwischen dem zweiten Phasenwert und dem dritten Phasenwert zusammenhängt, durchgeführt. Da die Phase, auf die Bezug zu nehmen ist, eine längere Periode aufweist, kann ein höherer Phasengrad erzielt werden. Daher wird ein Höhenbereich, der mit geringer Genauigkeit berechnet werden kann, innerhalb der Wirkungstiefe des zweiten Streifenmusterlichts oder des dritten Streifenmusterlichts vergrößert.
Wenn die erste Periode als T1 definiert ist, die zweite Periode als T2 definiert ist und die dritte Periode als T3 definiert ist, können die Beziehungen: 2×T1≤T2, T2<T3<1,5×T2 sein.
Bei solch einer Konfiguration beträgt eine Beziehung der dritten Periode zur zweiten Periode 1 bis 1,5 und eine lange Phasenveränderung kann basierend auf der Phasendifferenz zwischen dem zweiten Phasenwert und dem dritten Phasenwert erhalten werden. Diese wird vorzugsweise als eine Referenzphase verwendet, die für die Phasenkontinuierung verwendet wird.
Die Rechenvorrichtung kann eingerichtet sein, die Genauigkeit bei der Berechnung der Höhe des Zielobjekts zwischen der hohen Genauigkeit und der geringen Genauigkeit basierend auf dem Analyseergebnis zu bestimmen, das sich auf das aufgenommene Bild des zweiten Streifenmusterlichts und das aufgenommene Bild des dritten Streifenmusterlichts bezieht.
Bei dieser Konfiguration kann die Genauigkeit bei der Berechnung der Höhe des Zielobjekts unter Verwendung der Analyseergebnisse ausgewählt werden, die sich auf das Streifenmusterlicht, das auf das Zielobjekt projiziert wird, beziehen.
Wenn die Rechenvorrichtung die geringe Genauigkeit auswählt und die Höhe des Zielobjekts unter Verwendung des zweiten Phasenwerts und des dritten Phasenwerts berechnet und eine berechnete Höhe des Zielobjekts kleiner gleich einem Höhenschwellenwert ist, kann die Rechenvorrichtung eingerichtet sein, die hohe Genauigkeit auszuwählen und die Höhe des Zielobjekts unter Verwendung des ersten Phasenwerts, des zweiten Phasenwerts und des dritten Phasenwerts zu berechnen.
Bei dieser Konfiguration kann, wenn die berechnete Höhe des Zielobjekts kleiner gleich dem Höhenschwellenwert ist (wenn sich das Zielobjekt in einem Bereich nahe der Oberfläche der Fokalebene befindet), die Höhe mit hoher Genauigkeit berechnet werden.
Die Rechenvorrichtung kann eingerichtet sein, die Phasenkontinuierung des zweiten Phasenwerts oder des dritten Phasenwerts unter Verwendung einer Phasendifferenz zwischen dem zweiten Phasenwert und dem dritten Phasenwert durchzuführen. Wenn der zweite Phasenwert, der anhand der Phasenkontinuierung erhalten wurde, oder der dritte Phasenwert, der anhand der Phasenkontinuierung erhalten wurde, kleiner gleich einem Phasenschwellenwert ist, kann die Rechenvorrichtung eingerichtet sein, die hohe Genauigkeit auszuwählen und die Höhe des Zielobjekts unter Verwendung des ersten Phasenwerts, des zweiten Phasenwerts und des dritten Phasenwerts zu berechnen.
Wenn der zweite Phasenwert, der anhand der Phasenkontinuierung erhalten wurde, oder der dritte Phasenwert, der anhand der Phasenkontinuierung erhalten wurde, größer als der Phasenschwellenwert ist, kann die Rechenvorrichtung eingerichtet sein, die geringe Genauigkeit auszuwählen und die Höhe des Zielobjekts unter Verwendung des zweiten Phasenwerts und des dritten Phasenwerts zu berechnen.
Bei dieser Konfiguration kann, wenn der zweite Phasenwert oder der dritte Phasenwert kleiner gleich dem Phasenschwellenwert ist (wenn sich das Zielobjekt in einem Bereich nahe der Oberfläche der Fokalebene befindet), die Höhe mit hoher Genauigkeit berechnet werden. Wenn der zweite Phasenwert oder der dritte Phasenwert größer als der Phasenschwellenwert ist (wenn sich das Zielobjekt weit entfernt von der Oberfläche der Fokalebene befindet), kann die Höhe mit geringer Genauigkeit berechnet werden.
Die Rechenvorrichtung kann eingerichtet sein, die Stärke der Leuchtdichte sowohl für das Bild des ersten Streifenmusterlichts als auch das Bild des zweiten Streifenmusterlichts als auch das Bild des dritten Streifenmusterlichts, die von der Kamera aufgenommen werden, zusätzlich zur Phasenanalyse zu analysieren. Wenn die Stärke der Leuchtdichte des aufgenommenen Bilds des ersten Streifenmusterlichts größer gleich einem Leuchtdichteschwellenwert ist, kann die Rechenvorrichtung eingerichtet sein, beim Rechenprozess den hochgenauen Prozess durchzuführen.
Bei dieser Konfiguration kann, wenn die Stärke der Leuchtdichte des aufgenommenen Bilds des Streifenmusterlichts mit der ersten Periode größer als der Schwellenwert ist (die - Stärke in einem Bereich ist, der einen für die Phasenanalyse des Streifenmusters mit der ersten Periode erforderlichen Kontrast bereitstellen kann), die Höhe des Zielobjekts mit hoher Genauigkeit berechnet werden.
Wenn die Stärke der Leuchtdichte von dem aufgenommenen Bild des ersten Streifenmusterlichts kleiner als der Leuchtdichteschwellenwert ist, kann die Rechenvorrichtung eingerichtet sein, jede der Stärken der Leuchtdichte der zwei aufgenommenen Bilder des zweiten Streifenmusterlichts und des dritten Streifenmusterlichts mit dem Leuchtdichteschwellenwert zu vergleichen. Wenn die Stärken von zwei aufgenommenen Bildern größer gleich dem Leuchtdichteschwellenwert sind, kann die Rechenvorrichtung beim Rechenprozess den weniger genauen Prozess durchführen.
Bei dieser Konfiguration kann, wenn die Stärke der Leuchtdichte des aufgenommenen Bilds des Streifenmusterlichts mit der zweiten Periode oder des Streifenmusterlichts mit der dritten Periode größer als der Schwellenwert ist (die Stärke in einem Bereich ist, der einen für die Phasenanalyse des Streifenmusters mit der zweiten Periode oder der dritten Periode erforderlichen Kontrast bereitstellen kann), die Höhe des Zielobjekts mit geringer Genauigkeit berechnet werden.
Die Messvorrichtung kann für eine Oberflächenmontageeinrichtung verwendet werden, die elektronische Bauteile auf Leiterplatten montiert und kann für eine Prüfvorrichtung zum Prüfen von Leiterplatten verwendet werden. Die Messvorrichtung kann für andere Verwendungen oder andere Vorrichtungen genutzt werden.
[Vorteilhafte Wirkungen der Erfindung]
Gemäß der hierin offenbarten Technologie kann bei einer Messvorrichtung zum Messen einer Höhe eines Zielobjekts unter Verwendung eines Phasenverschiebungsverfahrens eine Messung mit hoher Genauigkeit und großer Tiefe unter Verwendung von drei Arten von Streifenmusterlicht mit unterschiedlichen Perioden durchgeführt werden.
Figurenliste

1 ist ein Blockdiagramm, das eine Messvorrichtung veranschaulicht.
2 veranschaulicht ein Streifenmuster.
3 veranschaulicht ein Bild.
4 veranschaulicht eine Beziehung von Leuchtdichte zu Verschiebungsmengen.
5 veranschaulicht eine Beziehung von Leuchtdichte zu Phasen.
6 ist ein Schaubild zur Beschreibung eines Phasenkontinuierungsverfahrens.
7 ist ein Schaubild, das eine Beziehung von Auflösung zu Wirkungstiefe veranschaulicht.
8 ist ein Schaubild, das Wellen und Phasenwerte veranschaulicht.
9 veranschaulicht eine Rechensequenz.
10 ist eine Draufsicht auf eine Oberflächenmontageeinrichtung.
11 ist eine Trägerstruktur einer Kopfeinheit.
12 veranschaulicht eine Rechensequenz.
13 veranschaulicht eine Rechensequenz.
14 ist eine Aufrissansicht einer Prüfvorrichtung.

[MODI ZUM AUSFÜHREN DER ERFINDUNG]
<Ausführungsform 1>
1. Beschreibung der Messvorrichtung 1
Wie in 1 veranschaulicht, weist eine Messvorrichtung 1 eine Projektionseinrichtung 2, eine Kamera 3 und eine Datenverarbeitungsvorrichtung 4 auf.
Die Messvorrichtung 1 vermisst ein Zielobjekt M. Die Projektionseinrichtung 2 der Messvorrichtung 1 befindet sich oberhalb des Zielobjekts M und ist so angeordnet, dass Detektionslicht von einer Seite schräg oben auf das Zielobjekt M projiziert wird. Wie in 2 veranschaulicht, handelt es sich bei dem Detektionslicht um Streifenmusterlicht L mit einer Helligkeit, die sich periodisch verändert. Ein Beispiel für das Streifenmusterlicht L ist Sinuswellen-Musterlicht und die Helligkeit von solchem Licht verändert sich in Form einer Sinuswelle. Die Sinuswelle in 2 beschreibt eine Veränderung der Helligkeit des Streifenmusterlichts L.
Die Kamera 3 ist oberhalb des Zielobjekts M angeordnet, so dass eine Bildaufnahmeoberfläche nach unten weist. Die Kamera 3 nimmt ein Bild des Streifenmusterlichts L, das auf das Zielobjekt M projiziert wird, auf.
Die Datenverarbeitungseinheit 4 weist eine Bildverarbeitungsvorrichtung 5, einen Speicher 6 und eine Rechenvorrichtung 7 auf. Die Bildverarbeitungsvorrichtung 5 empfängt Daten eines Bilds G von der Kamera 3. Die Bildverarbeitungsvorrichtung 5 verarbeitet die Daten des Bilds G und berechnet die Leuchtdichte I jedes Pixels Ps (siehe 3) .
Die Rechenvorrichtung 7 berechnet einen Phasenwert φ, der sich auf die Leuchtdichte I bezieht, basierend auf den Daten der Leuchtdichte I des Pixels Ps, die von der Bildverarbeitungsvorrichtung 5 übertragen wurden. Die Rechenvorrichtung 7 berechnet eine Höhe H des Zielobjekts M basierend auf dem berechneten Phasenwert φ. Die Höhe H ist ein Abstand von einer Bezugsoberfläche F in Bezug auf eine Z-Richtung. Die Rechenvorrichtung 7 berechnet die Phasenwerte φ unter Verwendung des Phasenverschiebungsverfahrens.
2. Messprinzip des Phasenverschiebungsverfahrens
Das Phasenverschiebungsverfahren ist ein Verfahren des Projizierens des Streifenmusterlichts L auf das Zielobjekt M und des mehrmaligen Aufnehmens von Bildern des projizierten Streifenmusterlichts L bei Verschiebung der Phase des Streifenmusterlichts L und des Schätzens der Phasenwerte φ anhand der Leuchtdichte I des aufgenommenen Bilds G.
Die Leuchtdichte I (x, y) jedes Pixels Ps des aufgenommenen Bilds G des Streifenmusterlichts L wird durch eine Formel 1 ausgedrückt. Das Streifenmusterlicht hat die Form einer Sinuswelle und x, y bilden eine Position (eine Koordinate) jedes Pixels Ps ab. $I (x,y) = a (x,y) cos (φ (x,y) + a) + b (x,y)$
In der Formel 1 bezeichnet a eine Leuchtdichtenamplitude, φ bezeichnet einen Phasenwert und b bezeichnet Hintergrundleuchtdichte.
Wenn die Verschiebungsmengen α der Streifenmusterlichter L 0, π/2, π, (3/2)π sind, wird die Leuchtdichte I0 bis I3 der Pixel Ps, die für das Streifenmusterlicht L, dessen Phase verschoben wird, relevant sind, durch die folgenden Formeln 2 ausgedrückt. Die Richtung, in der die Streifenmusterlichter L verschoben werden, ist eine Richtung entlang der Wellenform, das heißt eine X-Richtung in 2. $\begin{matrix} I 0 = a (x,y) cos (φ (x,y)) + b (x,y) \\ I 1 = a (x,y) cos (φ (x,y) + π / 2) + b (x,y) \\ I 2 = a (x,y) cos (φ (x,y) + π) + b (x,y) \\ I 3 = a (x,y) cos (φ (x,y) + 3 π / 2) + b (x,y) \end{matrix}$
Unter Bezugnahme auf die Formeln 2 wird der Phasenwert φ, der sich auf die Leuchtdichte I0 des Streifenmusterlichts L bezieht, das ein zu messendes Ziel ist, durch die folgende Formel 3 ausgedrückt. Die Stärke P der Leuchtdichte 10 wird durch die folgende Formel 4 ausgedrückt (siehe 4 und 5). $φ = Arkustangens (\frac{I 2 - I 0}{I 3 - I 1})$
$P = \sqrt{{(I 2 - I 0)}^{2} + {(I 3 - I 1)}^{2}}$
Da der Phasenwert φ sich auf die Höhe H des Zielobjekts M bezieht, kann die Höhe H(φ) des Zielobjekts M geschätzt werden, indem die Phasenwerte φ, die sich auf die jeweiligen Pixel Ps beziehen, geschätzt werden. Beispielsweise werden Daten, die sich auf die Phasenwerte φ und die Höhe H des Zielobjekts M beziehen, zuvor als Referenzdaten erhalten, um eine Referenztabelle zu erzeugen und die Referenztabelle wird im Speicher 6 gespeichert. Die Höhe H(φ) des Zielobjekts M kann unter Verwendung der Referenztabelle erhalten werden.
Bei der vorstehenden Beschreibung beinhaltet die Abweichung der Verschiebungsmenge α 0, π/2, π und (3/2)π; es reichen jedoch mindestens drei unterschiedliche Phasen aus, um den Phasenwert φ zu schätzen. Die Abweichung der Verschiebungsmenge α kann 0, 2π/3 und 4π/3 beinhalten.
3. Phasenkontinuierung
Wenn der Phasenwert φ zwischen -π und einschließlich π liegt, ist der Wert von H(φ) darauf beschränkt, in einem Bereich von H(-π) bis einschließlich H(π) zu liegen. Eines der Verfahren zum Vergrößern des Bereichs der Höhe H, die berechnet werden kann, ist ein Phasenkontinuierungsverfahren. Das Phasenkontinuierungsverfahren ist ein Verfahren zum Vorgeben eines Phasengrads K in Bezug auf den Phasenwert φ unter Verwendung einer Referenzphase.
6 veranschaulicht die Phasenkontinuierung, die unter Verwendung von Licht mit Randzonen hoher Frequenz mit einer Periode T1 als Streifenmuster-Messlicht und unter Verwendung von Licht mit Randzonen niedriger Frequenz mit einer Periode T2 (T1<T2) als Streifenmuster-Referenzlicht durchgeführt wird. φa bezeichnet einen Phasenwert des Streifenmuster-Messlichts (T1) und φb bezeichnet einen Phasenwert des Streifenmuster-Referenzlichts (T2).
In dem Beispiel in 6 entspricht der Referenzphasenwert φb dem Phasenwert φa an der fünften Periode. Daher beträgt der Phasengrad k des Phasenwerts φa 5. $φ' = φ \pm 2 π (k - 1)$
φ' bezeichnet einen Phasenwert nach der Phasenkontinuierung und φ bezeichnet einen Phasenwert, der durch die Analyse mittels des Phasenverschiebungsverfahrens erhalten wird.
Wie zuvor beschrieben, kann, bei Verwendung der Referenzphase, der Phasengrad k des Phasenwerts φ spezifiziert werden und der Bereich des Phasenwerts φa kann von dem Bereich von -π zu π vergrößert werden. Dementsprechend wird ein Bereich H(φ), der berechnet werden kann, vergrößert.
4. Auflösung und Wirkungstiefe
7 veranschaulicht eine Beziehung zwischen der Auflösung und der Wirkungstiefe in Bezug auf die Berechnung einer Höhe mittels des Phasenverschiebungsverfahrens. Die Auflösung ist ein kleinster Abstand, der berechnet werden kann. Die Wirkungstiefe D ist ein Z-Richtungsbereich (ein Abstand von der Bezugsoberfläche F), in dem ein Bild G mit einem effektiven Kontrast erhalten werden kann. Die Bezugsoberfläche F ist eine Oberfläche (eine Fokalebene), bei der die Kamera 3 einen perfekten Fokus hat. Die Z-Richtung ist eine Höhenrichtung (eine Richtung von oben nach unten in 1).
E ist eine Kennlinie, die die Beziehung von Auflösung zu Wirkungstiefe darstellt. Ea ist eine Kennlinie bezogen auf das Streifenmusterlicht mit der Periode Ta, Eb ist eine Kennlinie bezogen auf das Streifenmusterlicht mit der Periode Tb und Ec ist eine Kennlinie bezogen auf das Streifenmusterlicht mit der Periode Tc. Da-Dc stellen die Wirkungstiefen dar. Die Beziehung der Perioden ist Ta<Tb<Tc.
Die Auflösung wird höher, wenn die Periode T kürzer ist, und die Wirkungstiefe wird größer, wenn die Periode T länger ist. Die Auflösung und die Wirkungstiefe haben eine Austauschbeziehung und diese ist erforderlich, um eine hohe Auflösung und große Wirkungstiefe zu erhalten.
Die Messvorrichtung 1 projiziert drei Arten von Streifenmusterlicht L1-L3 mit unterschiedlichen Perioden T auf das Zielobjekt M (siehe 8).
Bei dem Streifenmusterlicht L1 mit einer kurzen Periode ist die Wirkungstiefe D klein; jedoch ist die Auflösung hoch und die Höhe H kann mit hoher Genauigkeit berechnet werden. Bei dem Streifenmusterlicht L2 mit einer mittleren Periode und dem Streifenmusterlicht L3 mit einer langen Periode ist die Auflösung niedrig und die Genauigkeit ist gering; jedoch ist die Wirkungstiefe D groß. Daher kann die Messung mit hoher Genauigkeit und großer Tiefe durchgeführt werden und es kann eine hohe Genauigkeit bei der Berechnung der Höhe H und eine große Wirkungstiefe erhalten werden.
Nachfolgend wird das Verfahren zum Berechnen der Höhe des Zielobjekts M ausführlich unter Bezugnahme auf 9 beschrieben.
Eine Rechensequenz, die in 9 veranschaulicht ist, beinhaltet fünf Schritte S10, S20, S30, S40 und S90.
Bei Schritt S10 wird ein Bildaufnahmeprozess durchgeführt. Konkret projiziert die Projektionseinrichtung 2 das Streifenmusterlicht L auf das Zielobjekt M und die Kamera 3 nimmt ein Bild des auf das Zielobjekt M projizierten Streifenmusterlichts L auf. Das Streifenmusterlicht beinhaltet drei Arten von Streifenmustern L1-L3 und Bilder werden aufgenommen, während das Streifenmusterlicht sequenziell zwischen den drei Arten von Streifenmusterlicht L1-L3 geschaltet wird.
Die Messvorrichtung 1 berechnet Phasen bezogen auf die Leuchtdichte I unter Verwendung des Phasenverschiebungsverfahrens. Daher wird ein Bild von jedem der Streifenmusterlichter L1-L3 vier Mal aufgenommen, während die Phasen mit einer Verschiebungsmenge α von π/2 verschoben wird.
Wie in 8 veranschaulicht, haben die drei Arten von Streifenmusterlicht L1-L3 jeweils unterschiedliche Perioden T1-T3 auf. Die Beziehung der Perioden ist T1<T2<T3 und eine erste Periode T1 des ersten Streifenmusterlichts L1 ist am kürzesten. Ein Unterschied zwischen einer zweiten Periode T2 des zweiten Streifenmusterlichts L2 und einer dritten Periode T3 des dritten Streifenmusterlichts L3 ist sehr klein. Durch Synthetisieren des Streifenmusterlichts L2 und des Streifenmusterlichts L3 wird Streifenmusterlicht L₂₃ mit einer langen Periode erhalten. Die Beziehung der Wellenlängen λ ist λ1<λ2<λ3.
Bei Schritt S20 wird das aufgenommene Bild G von der Bildverarbeitungsvorrichtung 5 und der Rechenvorrichtung 7 analysiert. Konkret extrahiert die Bildverarbeitungsvorrichtung 5 ein Pixel Ps aus dem aufgenommenen Bild G und berechnet einen Leuchtdichtewert I. Die Rechenvorrichtung 7 schätzt einen Phasenwert φ bezogen auf die Leuchtdichte I unter Verwendung des Phasenverschiebungsverfahrens.
Bei Schritt S30 bestimmt die Rechenvorrichtung 7, ob die Berechnung des Phasenwerts φ für alle Bilder G abgeschlossen ist. Wenn nicht alle Bilder G, die bei Schritt S10 aufgenommen wurden, analysiert worden sind, kehrt der Prozess zu Schritt S10 zurück und ein Pixel Ps an der gleichen Position wird aus dem Bild G, das noch nicht analysiert worden ist, extrahiert und das Bild G wird analysiert.
Durch wiederholtes Durchführen des Prozesses in Schritt S20 werden drei Phasenwerte φ1-φ3 für das Pixel Ps an der gleichen Position von jedem der Bilder G des jeweiligen Streifenmusterlichts L1-L3, die bei Schritt S10 aufgenommen wurden, berechnet.
Der erste Phasenwert φ1 ist ein Phasenwert bezogen auf die Leuchtdichte I des ersten Streifenmusterlichts L1. Der zweite Phasenwert φ2 ist ein Phasenwert bezogen auf die Leuchtdichte I des zweiten Streifenmusterlichts L2. Der dritte Phasenwert φ3 ist ein Phasenwert bezogen auf die Leuchtdichte I des dritten Streifenmusterlichts L3.
Wenn der Analyseprozess für alle Bilder G abgeschlossen ist, wird bei Schritt S30 JA bestimmt und der Prozess schreitet zu Schritt S40 voran.
Bei Schritt S40 wird von der Rechenvorrichtung 7 ein Rechenprozess durchgeführt. Bei dem Rechenprozess wird die Höhe H des Zielobjekts M basierend auf den Ergebnissen der bei Schritt S20 durchgeführten Phasenanalyse berechnet. Der Rechenprozess umfasst fünf Schritte S41-S45.
Bei Schritt S41 wird die Phasenkontinuierung des zweiten Phasenwerts φ2 unter Verwendung des zweiten Phasenwerts φ2 und des dritten Phasenwerts φ3 unter den drei Phasenwerten φ1-φ3 durchgeführt.
Insbesondere wird, wie in 8 veranschaulicht, eine Phasendifferenz Δ zwischen dem zweiten Phasenwert φ2 und dem dritten Phasenwert φ3 erhalten. Die Phasendifferenz Δ=φ2-φ3.
Unter Bezugnahme auf die berechnete Phasendifferenz Δ wird die Phasenkontinuierung des zweiten Phasenwerts φ2 durchgeführt. Da eine Differenz zwischen den beiden Perioden T2 und T3 kleiner ist, ist die erhaltene Periode T länger. Daher kann ein höherer Phasengrad k des zweiten Phasenwerts φ2 erhalten werden und ein Bereich von H(φ), der berechnet werden kann, wird vergrößert.
Eine durch das Synthetisieren von zwei Wellen mit unterschiedlichen Perioden T erhaltene synthetisierte Welle weist im Vergleich zu einer einzelnen Welle keine Wellenformdeformation auf und es kann eine Sinuswelle mit hoher Genauigkeit erhalten werden. Bei Verwendung solch einer synthetisierten:Welle ist die Messgenauigkeit hoch.
Als Nächstes wird bei Schritt S42 ein Rechenprozess mit geringer Genauigkeit von der Rechenvorrichtung 7 durchgeführt. Konkret wird ein Prozess zur Berechnung einer Höhe H₂(φ) des Zielobjekts M basierend auf einem anhand der Phasenkontinuierung erhaltenen zweiten Phasenwert φ'2 durchgeführt. Die Höhe H₂(φ) des Zielobjekts M wird als ein Berechnungsergebnis im Speicher 6 gespeichert. H₂(φ) wird basierend auf dem zweiten Phasenwert φ2, der verglichen mit dem ersten Phasenwert φ1 eine niedrigere Auflösung hat, berechnet. Daher ist die Genauigkeit bei der Berechnung von H₂(φ) geringer als die Genauigkeit bei der Berechnung von H₁(φ).
Als Nächstes wird bei Schritt S43 die Höhe H₂(φ) des Zielobjekts M mit einem Höhenschwellenwert H_o verglichen. Der Höhenschwellenwert H_o wird dazu verwendet, zu bestimmen, ob das Zielobjekt M innerhalb der Wirkungstiefe D1 bezogen auf das erste Streifenmusterlicht L1 liegt. „E“ in 1 steht für außerhalb der Wirkungstiefe.
Wenn die Höhe H₂(φ) des Zielobjekts M kleiner gleich dem Höhenschwellenwert H_o (innerhalb der Wirkungstiefe) ist, schreitet der Prozess zu Schritt S44 voran. Bei Schritt S44 wird die Phasenkontinuierung des ersten Phasenwerts φ1 unter Verwendung des zweiten Phasenwerts φ'2 durchgeführt, der anhand der Phasenkontinuierung in Schritt S41 erhalten wurde. Dann schreitet der Prozess zu Schritt S45 voran.
Bei Schritt S45 wird ein hochgenauer Rechenprozess von der Rechenvorrichtung 7 durchgeführt. Insbesondere wird ein Prozess zur Berechnung einer Höhe H₁(φ) des Zielobjekts M basierend auf einem anhand der Phasenkontinuierung erhaltenen ersten Phasenwert φ'1 durchgeführt.
Wenn der hochgenaue Rechenprozess aus Schritt S45 durchgeführt wird, wird das Schätzergebnis, nämlich H₂(φ), das bei Schritt S42 berechnet und im Speicher 6 gespeichert wurde, überschrieben und die Höhe H₁(φ), die in Schritt S45 berechnet wurde, wird gespeichert. Überschreiben bedeutet, dass Daten durch andere Daten ersetzt werden. H₁(φ) wird basierend auf dem ersten Phasenwert φ1 berechnet, der eine höhere Auflösung hat als die Auflösungen des zweiten Phasenwerts φ2 und des dritten Phasenwerts φ3. Daher ist die Genauigkeit bei der Berechnung von H₁(φ) höher als die Genauigkeit bei der Berechnung von H₂(φ).
Wenn die Höhe H₂(φ) des Zielobjekts M größer ist als der Höhenschwellenwert H_o (außerhalb der Wirkungstiefe), dann werden die Prozesse der Schritte S44 und S45 nicht durchgeführt und der bei Schritt S42 berechnete Wert bleibt als Berechnungsergebnis übrig.
Bei Schritt S90 wird bestimmt, ob das Analysieren für alle Pixel Ps von der Rechenvorrichtung 7 abgeschlossen ist. Wenn das Analysieren nicht für alle Pixel Ps abgeschlossen ist, bewegt sich der Prozess zurück zu Schritt S20 und das nächste Pixel Ps wird extrahiert und der Analyseprozess wird durchgeführt.
Solche Prozesse werden für jedes Pixel Ps durchgeführt und eine Höhe H(φ) an jedem Zielpunkt des Zielobjekts M wird berechnet. Wenn die Berechnung für alle Zielpunkte (alle Pixel Ps) abgeschlossen ist, wird bei Schritt S90 JA bestimmt und eine Reihe von Prozessen wird beendet.
Wie vorstehend beschrieben, umfasst der Rechenprozess S40 den hochgenauen Rechenprozess S45 und den weniger genauen Rechenprozess S42. Der hochgenaue Rechenprozess S35 wird für einen Bereich nahe der Oberfläche der Fokalebene F (einen Bereich mit geringer Tiefe) durchgeführt und die Höhe H₁(φ) wird mit einer hohen Genauigkeit erhalten. Der weniger genaue Rechenprozess S42 wird für einen von der Oberfläche der Fokalebene F (einen Bereich mit großer Tiefe) weit entfernt liegenden Bereich durchgeführt und die Höhe H₂(φ) wird mit einer geringen Genauigkeit erhalten. Dementsprechend kann die Höhe H(φ) des Zielobjekts M in dem von der Oberfläche der Fokalebene F (dem Bereich großer Tiefe) entfernt liegenden Bereich berechnet werden und ebenso kann die Höhe H(φ) des Zielobjekts M in dem Bereich nahe der Oberfläche der Fokalebene F (dem Bereich mit geringer Tiefe) mit hoher Genauigkeit berechnet werden.
Die Phasenkontinuierung des ersten Phasenwerts φ1 wird bei Schritt S44 durchgeführt. Daher wird ein Bereich von H₁(φ), der berechnet werden kann, innerhalb des Bereichs der Wirkungstiefe D1 bezogen auf das erste Streifenmusterlicht L1 vergrößert.
Die Phasenkontinuierung des zweiten Phasenwerts φ2 wird bei Schritt S41 durchgeführt. Daher wird ein Bereich von H₂(φ), der berechnet werden kann, innerhalb des Bereichs der Wirkungstiefe D2 bezogen auf das zweite Streifenmusterlicht L2 vergrößert.
10 ist eine Draufsicht auf eine Oberflächenmontageeinrichtung 11, die die Messvorrichtung 1 aufweist. Die Oberflächenmontageeinrichtung 11 weist die Messvorrichtung 1, einen Tisch 31, Fördereinrichtungen 32, eine Kopfeinheit 33, eine Antriebseinheit 34 und Zuleitungseinrichtungen 35 auf. Die Fördereinrichtungen 32 befördern eine gedruckte Leiterplatte W, an der Betriebe durchgeführt werden, in einer X-Richtung auf dem Tisch 31.
Die Antriebseinheit 34 bewegt die Kopfeinheit 33 entlang einer planaren Oberflächenrichtung (einer X-Y-Richtung).
Die Antriebseinheit 34 kann einen Motor als eine Antriebsquelle und einen Kugelspindelmechanismus mit zwei oder drei Wellen umfassen. Die Zuleitungseinrichtungen 35 leiten elektronische Bauteile B, die auf der Leiterplatte W montiert werden sollen, zu.
Wie in 11 veranschaulicht, wird die Kopfeinheit 33 verschieblich von einem Stützelement 38 gestützt und weist Montageköpfe 40 auf.
Die Montageköpfe 40 werden von der Kopfeinheit 33 so gestützt, dass sie nach oben und unten bewegbar sind. Die Montageköpfe 40 saugen die elektronischen Bauteile B an und halten sie mittels Unterdruck.
Die Kopfeinheit 33 und die Montageköpfe 40 dienen zur Montage der elektronischen Bauteile B, die von den Zuleitungseinrichtungen 35 zugeleitet wurden, auf der Leiterplatte W an einer Arbeitsposition, die sich in der Mitte des Tisches befindet.
Wie in 11 veranschaulicht, ist die Messvorrichtung 1 in der Kopfeinheit 33 installiert. Die Messvorrichtung 1 ist so angeordnet, dass eine Bildaufnahmeoberfläche nach unten weist und ein Bild der Leiterplatte W aufnimmt. Die Messvorrichtung 1 misst Höhen der Punkte der gedruckten Leiterplatte W oder eine Höhe des elektronischen Bauteils E, das auf der gedruckten Leiterplatte W montiert ist, basierend auf dem aufgenommenen Bild G.
Basierend auf den Messergebnissen kann ein Zustand der Leiterplatte W untersucht werden. Beispielsweise kann untersucht werden, ob die Leiterplatte W verzogen ist und ob die Montage der elektronischen Bauteile E gut erfolgte. Somit kann die Messvorrichtung 1 zur Untersuchung der Leiterplatten W verwendet werden.
<Zweite Ausführungsform>
12 ist ein Flussdiagramm einer Rechensequenz. Die Rechensequenz gemäß einer zweiten Ausführungsform umfasst fünf Schritte S10, S20, S30, S50 und S90 und unterscheidet sich von der Rechensequenz gemäß der ersten Ausführungsform hinsichtlich des Rechenprozesses von Schritt S50.
Bei den Schritten S10-S30 projiziert, ähnlich wie bei den Prozessen der ersten Ausführungsform, die Projektionseinrichtung 2 die drei Arten von Streifenmusterlicht L1-L3 auf das Zielobjekt M und die Kamera 3 nimmt Bilder der Lichter auf. Dann wird ein Pixel Ps an der gleichen Position aus jedem der aufgenommenen Bilder G der Streifenmusterlichter L1-L3 extrahiert und die auf die Leuchtdichte I jedes Pixels Ps bezogenen Phasenwerte φ1-φ3 werden analysiert. Wenn der Analyseprozess abgeschlossen ist, schreitet der Prozess zu Schritt S50 voran und der Rechenprozess wird durchgeführt.
Der Rechenprozess umfasst fünf Schritte S51-S55.
Bei Schritt S51 wird die Phasenkontinuierung des zweiten Phasenwerts φ2 unter Verwendung des zweiten Phasenwerts φ2 und des dritten Phasenwerts φ3 unter den drei Phasenwerten φ1-φ3 durchgeführt.
Bei Schritt S52 wird der Phasengrad k des zweiten Phasenwerts φ2 mit einem Gradschwellenwert k_o verglichen und es wird bestimmt, ob der Phasengrad k kleiner gleich dem Gradschwellenwert k_o ist. Der Gradschwellenwert k_o wird dazu verwendet, zu bestimmen, ob das Zielobjekt M bezogen auf das erste Streifenmusterlicht L1 innerhalb der Wirkungstiefe D1 ist, und es handelt sich dabei um einen Wert, der aus dem Höhenschwellenwert H_o in einen Phasengrad umgewandelt wird.
Wenn der Phasengrad k kleiner gleich dem Gradschwellenwert k_o (S52: JA) ist, dann schreitet der Prozess zu Schritt S53 voran. Bei Schritt S53 führt die Rechenvorrichtung 7 die Phasenkontinuierung des ersten Phasenwerts φ1 unter Verwendung des zweiten Phasenwerts φ2 durch, der anhand der Phasenkontinuierung bei Schritt S51 erhalten wurde. Dann schreitet der Prozess zu Schritt S54 voran.
Bei Schritt S54 wird der hochgenaue Rechenprozess von der Rechenvorrichtung 7 durchgeführt. Bei dem hochgenauen Rechenprozess wird die Höhe H₁(φ) des Zielobjekts M basierend auf dem anhand der Phasenkontinuierung erhaltenen ersten Phasenwert φ'1 berechnet.
Wenn der Phasengrad k größer als der Gradschwellenwert k_o (S52: NEIN) ist, dann schreitet der Prozess zu Schritt S55 voran. Bei Schritt S55 führt die Rechenvorrichtung 7 den weniger genauen Rechenprozess durch. Bei dem weniger genauen Rechenprozess wird die Höhe H₂(φ) des Zielobjekts M basierend auf dem anhand der Phasenkontinuierung bei S51 erhaltenen zweiten Phasenwert φ'2 berechnet.
Bei Schritt S90 wird bestimmt, ob das Analysieren für alle Pixel Ps abgeschlossen ist. Wenn das Analysieren nicht für alle Pixel Ps abgeschlossen ist, kehrt der Prozess zurück zu Schritt S20 und das nächste Pixel Ps wird extrahiert und der Analyseprozess wird durchgeführt.
Solche Prozesse werden für jedes Pixel Ps durchgeführt und Höhen H(φ) werden an allen Zielpunkten geschätzt. Dann wird bei Schritt S90 JA bestimmt und eine Reihe von Prozessen wird abgeschlossen.
Ähnlich zu der ersten Ausführungsform umfasst der Rechenprozess S50 gemäß der zweiten Ausführungsform den hochgenauen Rechenprozess S54 und den weniger genauen Rechenprozess S55. Der hochgenaue Rechenprozess S54 wird für den Bereich nahe der Oberfläche der Fokalebene F (den Bereich mit geringer Tiefe) durchgeführt und die Höhe H₁(φ) wird mit einer hohen Genauigkeit erhalten. Der weniger genaue Rechenprozess S55 wird für den Bereich weit entfernt von der Oberfläche der Fokalebene F (den Bereich mit großer Tiefe) durchgeführt und die Höhe H₂(φ) wird mit einer geringen Genauigkeit erhalten. Dementsprechend kann die Höhe H(φ) des Zielobjekts M in dem Bereich weit entfernt von der Oberfläche der Fokalebene F (dem Bereich großer Tiefe) berechnet werden und ebenso kann die Höhe H(φ) des Zielobjekts M in dem Bereich nahe der Oberfläche der Fokalebene F (dem Bereich mit geringer Tiefe) mit hoher Genauigkeit berechnet werden.
Bei der zweiten Ausführungsform wird durch Vergleichen des Phasengrads k des zweiten Phasenwerts φ'2 mit dem Gradschwellenwert k_o bei Schritt S52 bestimmt, welcher der Rechenprozesse - der mit hoher Genauigkeit (S54) oder der mit geringer Genauigkeit (S55) - durchgeführt werden soll. Abgesehen davon kann eine solche Bestimmung durch Vergleichen des anhand der Phasenkontinuierung erhaltenen zweiten Phasenwerts φ'2 mit dem Phasenschwellenwert φ_o erfolgen. Der Phasenschwellenwert φ_o ist ein Phasenwert, der dem Höhenschwellenwert H_o entspricht.
Unter Verwendung des zweiten Phasenwerts φ'2 für die Bestimmung, kann die Bestimmung mit hoher Genauigkeit erfolgen. Unter Verwendung des Phasengrads k für die Bestimmung, kann der Vergleich leicht erfolgen und die Rechenlast ist gering, da es sich bei dem Grad um eine ganze Zahl handelt.
<Dritte Ausführungsform>
13 ist ein Flussdiagramm einer Messsequenz. Die Rechensequenz gemäß einer dritten Ausführungsform umfasst fünf Schritte S10, S25, S30, S60 und S90 und unterscheidet sich von der Rechensequenz gemäß der ersten Ausführungsform hinsichtlich des Rechenprozesses der Schritte S25 und S60.
Bei Schritt S10 projiziert, ähnlich wie bei den Prozessen in der ersten Ausführungsform, die Projektionseinrichtung 2 die drei Arten von Streifenmusterlicht L1-L3 auf das Zielobjekt M und die Kamera 3 nimmt Bilder der Lichter auf. Dann wird bei Schritt S25 der Analyseprozess durchgeführt. Bei dem Analyseprozess wird für die Bilder G der Streifenmusterlichter L1-L3 zusätzlich zu der Analyse des Phasenwerts φ bezogen auf die Leuchtdichte I die Stärke P der Leuchtdichte I analysiert. Die Stärke P wird anhand der Formel 4 berechnet.
Nachfolgend ist die Stärke der Leuchtdichte I des ersten Streifenmusterlichts L1 als P1 definiert. Die Stärke der Leuchtdichte I des zweiten Streifenmusterlichts L2 ist als P2 definiert und die Stärke der Leuchtdichte I des dritten Streifenmusterlichts L3 ist als P3 definiert. Wenn der Analyseprozess abgeschlossen ist, schreitet der Prozess zu Schritt S50 voran und der Rechenprozess wird durchgeführt.
Der Rechenprozess von Schritt S60 umfasst sieben Schritte S61-S67. Bei Schritt S61 führt die Rechenvorrichtung 7 die Phasenkontinuierung des zweiten Phasenwerts φ2 unter Verwendung des zweiten Phasenwerts φ2 und des dritten Phasenwerts φ3 unter den drei Phasenwerten φ1-φ3 durch.
Bei Schritt S62 vergleicht die Rechenvorrichtung 7 die Stärke P1 mit einem Leuchtdichteschwellenwert P_o und bestimmt, ob die Stärke P1 größer gleich dem Leuchtdichteschwellenwert P_o ist. Der Leuchtdichteschwellenwert P_o ist ein kleinster Wert der Stärke, die erforderlich ist, um die Messgenauigkeit beizubehalten.
Wenn die Stärke P1 größer gleich dem Leuchtdichteschwellenwert P_o ist, schreitet der Prozess zu Schritt S63 voran. Bei Schritt S63 führt die Rechenvorrichtung 7 die Phasenkontinuierung des ersten Phasenwerts φ1 unter Verwendung des zweiten Phasenwerts φ'2 durch, der anhand der Phasenkontinuierung bei Schritt S61 erhalten wurde. Dann schreitet der Prozess zu Schritt S64 voran.
Bei Schritt S64 führt die Rechenvorrichtung 7 den Hochgenaue Rechenprozessdurch. Bei dem Hochgenaue Rechenprozesswird die Höhe H₁(φ) des Zielobjekts M basierend auf dem anhand der Phasenkontinuierung erhaltenen ersten Phasenwert φ'1 berechnet.
Wenn die Stärke P1 kleiner als der Leuchtdichteschwellenwert P_o (S62: NEIN) ist, dann schreitet der Prozess zu Schritt S65 voran. Bei Schritt S65 vergleicht die Rechenvorrichtung 7 sowohl die Stärke P2 als auch die Stärke P3 mit dem Leuchtdichteschwellenwert P_o und bestimmt, ob sowohl die Stärke P2 als auch die Stärke P3 größer gleich dem Leuchtdichteschwellenwert P_o ist.
Wenn die Stärke P2 und die Stärke P3 größer gleich dem Leuchtdichteschwellenwert P_o (S65: JA) sind, dann schreitet der Prozess zu Schritt S66 voran. Bei Schritt S66 wird der weniger genaue Rechenprozess durchgeführt. Bei dem weniger genauen Rechenprozess wird die Höhe H₂(φ) des Zielobjekts M basierend auf dem anhand der Phasenkontinuierung erhaltenen zweiten Phasenwert φ'2 berechnet.
Wenn die Stärke P2 und/oder die Stärke P3 kleiner als der Leuchtdichteschwellenwert P_o (S65: NEIN) ist/sind, schreitet der Prozess zu Schritt S67 voran und das Pixel Ps wird als ein ungültiges Pixel Ps verarbeitet.
Dann wird in Schritt S90 bestimmt, ob das Analysieren für alle Pixel Ps abgeschlossen ist. Wenn das Analysieren nicht für alle Pixel Ps abgeschlossen ist, kehrt der Prozess zurück zu Schritt S20 und das nächste Pixel Ps wird extrahiert und der Analyseprozess wird durchgeführt, um den Phasenwert φ und die Stärke P zu analysieren.
Solche Prozesse werden für jedes Pixel Ps durchgeführt und Höhen H(φ) werden an allen Zielpunkten geschätzt. Dann wird bei Schritt S90 JA bestimmt und eine Reihe von Prozessen wird abgeschlossen.
Analog zur ersten Ausführungsform umfasst der Rechenprozess S60 gemäß der dritten Ausführungsform den hochgenauen Rechenprozess S64 und den weniger genauen Rechenprozess S66. Der hochgenaue Rechenprozess S64 wird für den Bereich nahe der Oberfläche der Fokalebene F (den Bereich mit geringer Tiefe) durchgeführt und die Höhe H₁(φ) wird mit einer hohen Genauigkeit erhalten. Der weniger genaue Rechenprozess S64 wird für den Bereich weit entfernt von der Oberfläche der Fokalebene F (den Bereich mit großer Tiefe) durchgeführt und die Höhe H₂(φ) wird mit einer geringen Genauigkeit erhalten. Dementsprechend kann die Höhe H(φ) des Zielobjekts M in dem Bereich weit entfernt von der Oberfläche der Fokalebene F (dem Bereich großer Tiefe) berechnet werden und ebenso kann die Höhe H(φ) des Zielobjekts M in dem Bereich nahe der Oberfläche der Fokalebene F (dem Bereich mit geringer Tiefe) mit hoher Genauigkeit berechnet werden.
Die Ausführungsformen sind ausführlich beschrieben worden; jedoch sind die Ausführungsformen lediglich beispielhaft und beschränken den technischen Schutzumfang nicht. Der technische Schutzumfang kann verschiedene Modifikationen und Abänderungen der Ausführungsformen umfassen.
(1) Bei der ersten Ausführungsform ist die Messvorrichtung 1 in der Oberflächenmontageeinrichtung 11 beinhaltet. Die Messvorrichtung 1 kann in einer Prüfvorrichtung 100 enthalten sein. Die Prüfvorrichtung 100 kann in einer Fertigungslinie für Leiterplatten installiert sein. Wie in 14 veranschaulicht, kann die Prüfvorrichtung 100 den Tisch 31, die Kopfeinheit 33 und die Antriebseinheit 34, die die Kopfeinheit 33 in zwei axialen Richtungen (der X-Y-Richtung) auf dem Tisch 31 bewegt, aufweisen. Die Messvorrichtung 1 kann in der Kopfeinheit 33 beinhaltet sein. Die in der Kopfeinheit 33 beinhaltete Messvorrichtung 1 kann ein Bild der Leiterplatte W aufnehmen und eine Höhe des elektronischen Bauteils B, das auf der Leiterplatte W montiert ist, prüfen. Die Messvorrichtung 1 kann Höhen von Abschnitten der Leiterplatte W messen und das Verziehen der Platte W überprüfen. Die Messvorrichtung 1 muss nicht unbedingt in der Oberflächenmontageeinrichtung 11 oder der Prüfvorrichtung 100 beinhaltet sein, sondern kann als ein eigenständiges Bauteil verwendet werden.
(2) Bei der ersten Ausführungsform wird die Sinuswelle als ein Beispiel für das Streifenmusterlicht verwendet; das Streifenmusterlicht muss jedoch nicht unbedingt eine Sinuswelle sein, sondern kann eine beliebige Welle sein, vorausgesetzt, dass das Streifenmusterlicht eine Helligkeit aufweist, die sich periodisch verändert. Beispielsweise kann das Streifenmusterlicht eine Sägezahnwelle aufweisen.
(3) Bei der ersten bis dritten Ausführungsform wird die Phasenkontinuierung des zweiten Phasenwerts φ2 basierend auf der Phasendifferenz Δ zwischen dem zweiten Phasenwert φ2 und dem dritten Phasenwert φ3 durchgeführt. Des Weiteren wird die Phasenkontinuierung des ersten Phasenwerts φ1 basierend auf dem anhand der Phasenkontinuierung erhaltenen Phasenwert φ'2 durchgeführt. Bei dem hochgenauen Rechenprozess wird die Höhe H₁(φ) des Zielobjekts M basierend auf dem anhand der Phasenkontinuierung erhaltenen ersten Phasenwert φ'1 geschätzt. Der hochgenaue Rechenprozess kann anhand von beliebigen Verfahren durchgeführt werden, vorausgesetzt, dass die Höhe H₁(φ) des Zielobjekts M basierend auf drei Phasenwerten φ1-φ3 geschätzt wird.
(4) Bei der ersten bis dritten Ausführungsform wird die Phasenkontinuierung des zweiten Phasenwerts φ2 basierend auf der Phasendifferenz Δ zwischen dem zweiten Phasenwert φ2 und dem dritten Phasenwert φ3 durchgeführt. Bei dem weniger genauen Rechenprozess wird die Höhe H₂(φ) des Zielobjekts M basierend auf dem anhand der Phasenkontinuierung erhaltenen zweiten Phasenwert φ'2 geschätzt. Der weniger genaue Rechenprozess kann anhand von beliebigen Verfahren durchgeführt werden, vorausgesetzt, dass die Höhe H₂(φ) des Zielobjekts M basierend auf zwei Phasenwerten φ2 und φ3 geschätzt wird.
(5) Bei der ersten bis dritten Ausführungsform wird die Phasenkontinuierung des zweiten Phasenwerts φ2 basierend auf der Phasendifferenz Δ zwischen dem zweiten Phasenwert φ2 und dem dritten Phasenwert φ3 durchgeführt. Bei dem weniger genauen Rechenprozess wird die Höhe H₂(φ) des Zielobjekts M basierend auf dem anhand der Phasenkontinuierung erhaltenen zweiten Phasenwert φ'2 geschätzt. Abgesehen von solch einem Verfahren kann die Phasenkontinuierung des dritten Phasenwerts φ3 basierend auf der Phasendifferenz Δ durchgeführt werden. Bei dem weniger genauen Rechenprozess kann die Höhe H₂(φ) des Zielobjekts M basierend auf dem anhand der Phasenkontinuierung erhaltenen dritten Phasenwert φ'3 geschätzt werden. H₂(φ) ist ein Messwert der Auflösung.
Bezugszeichenliste

1: Messvorrichtung
2: Projektionseinrichtung
3: Kamera
5: Bildverarbeitungsvorrichtung
6: Speicher
7: Rechenvorrichtung
11: Oberflächenmontageeinrichtung
100: Prüfvorrichtung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

JP 5780659 [0002]
JP 2018146476 [0002]

Claims

Messvorrichtung, aufweisend: eine Projektionseinrichtung, die Streifenmusterlicht mit einer Helligkeit, die sich periodisch verändert, projiziert, wobei die Projektionseinrichtung das Licht auf ein Zielobjekt projiziert; eine Kamera, die ein Bild des Streifenmusterlichts, das auf das Zielobjekt projiziert wird, aufnimmt; und eine Rechenvorrichtung, wobei die Projektionseinrichtung erstes Streifenmusterlicht mit einer ersten Periode, zweites Streifenmusterlicht mit einer zweiten Periode und drittes Streifenmusterlicht mit einer dritten Periode auf das Zielobjekt projiziert, wobei eine Beziehung der Perioden so ist, dass die erste Periode < die zweite Periode < die dritte Periode ist, die Kamera ein Bild des ersten Streifenmusterlichts, ein Bild des zweiten Streifenmusterlichts und ein Bild des dritten Streifenmusterlichts, die jeweils auf das Zielobjekt projiziert werden, aufnimmt und die Rechenvorrichtung eingerichtet ist, eine Phasenanalyse der Leuchtdichte anhand eines Phasenverschiebungsverfahrens für das Bild des ersten Streifenmusterlichts, das Bild des zweiten Streifenmusterlichts und das Bild des dritten Streifenmusterlichts, die jeweils von der Kamera aufgenommen werden, durchzuführen und eine Höhe des Zielobjekts basierend auf den erhaltenen Ergebnissen der Phasenanalyse zu berechnen.
Messvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Rechenvorrichtung eingerichtet ist, die Höhe des Zielobjekts unter Verwendung eines ersten Phasenwerts, der aus der Phasenanalyse der Leuchtdichte in Bezug auf das aufgenommene Bild des ersten Streifenmusterlichts erhalten wurde, eines zweiten Phasenwerts, der aus der Phasenanalyse der Leuchtdichte in Bezug auf das aufgenommene Bild des zweiten Streifenmusterlichts erhalten wurde, und eines dritten Phasenwerts, der aus der Phasenanalyse der Leuchtdichte in Bezug auf das aufgenommene Bild des dritten Streifenmusterlichts erhalten wurde, zu berechnen, wenn die Genauigkeit bei der Berechnung der Höhe des Zielobjekts hoch ist, und die Rechenvorrichtung -eingerichtet ist, die Höhe des Zielobjekts unter Verwendung des zweiten Phasenwerts, der aus der Phasenanalyse der Leuchtdichte in Bezug auf das aufgenommene Bild des zweiten Streifenmusterlichts erhalten wurde, und des dritten Phasenwerts, der aus der Phasenanalyse der Leuchtdichte in Bezug auf das aufgenommene Bild des dritten Streifenmusterlichts erhalten wurde, zu berechnen, wenn die Genauigkeit bei der Berechnung der Höhe des Zielobjekts gering ist.
Messvorrichtung nach Anspruch 2, wobei dann, wenn die Genauigkeit bei der Berechnung der Höhe des Zielobjekts hoch ist, die Rechenvorrichtung eingerichtet ist, Phasenkontinuierung des ersten Phasenwerts in Bezug auf eine Phasendifferenz zwischen dem zweiten Phasenwert und dem dritten Phasenwert durchzuführen und die Höhe des Zielobjekts basierend auf dem ersten Phasenwert, der anhand der Phasenkontinuierung erhalten wurde, zu berechnen.
Messvorrichtung nach Anspruch 2 oder Anspruch 3, wobei dann, wenn die Genauigkeit bei der Berechnung der Höhe des Zielobjekts gering ist, die Rechenvorrichtung eingerichtet ist, Phasenkontinuierung des zweiten Phasenwerts oder des dritten Phasenwerts in Bezug auf eine Phasendifferenz zwischen dem zweiten Phasenwert und dem dritten Phasenwert durchzuführen und die Höhe des Zielobjekts basierend auf dem zweiten Phasenwert oder dem dritten Phasenwert, der anhand der Phasenkontinuierung erhalten wurde, zu berechnen.
Messvorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, wobei dann, wenn die erste Periode als T1 definiert ist, die zweite Periode als T2 definiert ist und die dritte Periode als T3 definiert ist, 2×T1≤T2, T2<T3<1,5×T2 gilt.
Messvorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 5, wobei die Rechenvorrichtung eingerichtet ist, die Genauigkeit bei der Berechnung der Höhe des Zielobjekts zwischen der hohen Genauigkeit und der geringen Genauigkeit basierend auf dem Analyseergebnis zu bestimmen, das sich auf das aufgenommene Bild des zweiten Streifenmusterlichts und das aufgenommene Bild des dritten Streifenmusterlichts bezieht.
Messvorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 6, wobei dann, wenn die Rechenvorrichtung die geringe Genauigkeit auswählt und die Höhe des Zielobjekts unter Verwendung des zweiten Phasenwerts und des dritten Phasenwerts berechnet und eine berechnete Höhe des Zielobjekts kleiner gleich einem Höhenschwellenwert ist, die Rechenvorrichtung eingerichtet ist, die hohe Genauigkeit auszuwählen und die Höhe des Zielobjekts unter Verwendung des ersten Phasenwerts, des zweiten Phasenwerts und des dritten Phasenwerts zu berechnen.
Messvorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 6, wobei die Rechenvorrichtung eingerichtet ist, die Phasenkontinuierung des zweiten Phasenwerts oder des dritten Phasenwerts unter Verwendung einer Phasendifferenz zwischen dem zweiten Phasenwert und dem dritten Phasenwert durchzuführen, wenn der zweite Phasenwert, der anhand der Phasenkontinuierung erhalten wurde, oder der dritte Phasenwert, der anhand der Phasenkontinuierung erhalten wurde, kleiner gleich einem Phasenschwellenwert ist, die Rechenvorrichtung eingerichtet ist, die hohe Genauigkeit auszuwählen und die Höhe des Zielobjekts unter Verwendung des ersten Phasenwerts, des zweiten Phasenwerts und des dritten Phasenwerts zu berechnen, und wenn der zweite Phasenwert, der anhand der Phasenkontinuierung erhalten wurde, oder der dritte Phasenwert, der anhand der Phasenkontinuierung erhalten wurde, größer als der Phasenschwellenwert ist, die Rechenvorrichtung eingerichtet ist, die geringe Genauigkeit auszuwählen und die Höhe des Zielobjekts unter Verwendung des zweiten Phasenwerts und des dritten Phasenwerts zu berechnen.
Messvorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 6, wobei die Rechenvorrichtung eingerichtet ist, die Stärke der Leuchtdichte für sowohl das Bild des ersten Streifenmusterlichs als auch das Bild des zweiten Streifenmusterlichts als auch das Bild des dritten Streifenmusterlichts, die von der Kamera aufgenommen werden, zusätzlich zur Phasenanalyse zu analysieren, und dann, wenn die Stärke der Leuchtdichte von dem aufgenommenen Bild des ersten Streifenmusterlichts größer gleich einem Leuchtdichteschwellenwert ist, die Rechenvorrichtung eingerichtet ist, die Höhe des Zielobjekts unter Verwendung des ersten Phasenwerts, des zweiten Phasenwerts und des dritten Phasenwerts zu berechnen.
Messvorrichtung nach Anspruch 9, wobei dann, wenn die Stärke der Leuchtdichte von dem aufgenommenen Bild des ersten Streifenmusterlichts kleiner als der Leuchtdichteschwellenwert ist, die Rechenvorrichtung eingerichtet ist, jede der Stärken der Leuchtdichte der zwei aufgenommenen Bilder des zweiten Streifenmusterlichts und des dritten Streifenmusterlichts mit dem Leuchtdichteschwellenwert zu vergleichen, und wenn die Stärken der zwei aufgenommenen Bilder größer gleich dem Leuchtdichteschwellenwert sind, die Rechenvorrichtung die geringe Genauigkeit auswählt und eingerichtet ist, die Höhe des Zielobjekts unter Verwendung des zweiten Phasenwerts und des dritten Phasenwerts zu berechnen.
Oberflächenmontageeinrichtung, aufweisend: die Messvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10.
Prüfvorrichtung, aufweisend: die Messvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10.