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Technisches Gebiet
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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Messung dreidimensionaler Form, ein Verfahren zur Messung dreidimensionaler Form und ein Programm.
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Hintergrundtechnik
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Im technischen Bereich der Prüfung des Lötverbindungszustandes von Bauteilen, die auf Leiterplatten montiert sind, ist herkömmlicherweise ein Verfahren zur Messung dreidimensionaler Form nach der sogenannten Farbmarkierungsmethode bekannt. Die Farbmarkierungsmethode erfasst die dreidimensionale Form der Lotoberfläche als zweidimensionale Farbtoninformation, indem Licht mehrerer Farben (Wellenlängen) unter verschiedenen Einfallswinkeln auf das Substrat abgestrahlt und Bilder im Zustand aufgenommen werden, in dem Farbeigenschaften (Farben der Lichtquellen in Richtung der spiegelnden Reflexion von der Kamera aus gesehen) entsprechend ihrer Normalrichtung auf der Lotoberfläche erscheinen.
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Das Patentdokument 1 offenbart bspw. ein Substratprüfgerät, das die Messung dreidimensionaler Form eines spiegelnden Objekts durch die oben genannte Farbmarkierungsmethode und die Messung dreidimensionaler Form eines diffusen Objekts durch die sogenannte Phasenverschiebungsmethode kombiniert. Die Phasenverschiebungsmethode gehört zu Methoden zur Wiederherstellung der dreidimensionalen Form einer Objektoberfläche durch Analyse der Verzerrung des Musters bei Projizieren von Musterlicht auf die Objektoberfläche.
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Ermittelte Schrift
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Patentdokument
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Patentdokument 1:
JP 2016-11857 A -
Übersicht der Erfindung
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Zu lösende Aufgabe der Erfindung
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Bei der Messung von dreidimensionalen Formen durch die oben genannten Farbmarkierungsmethode besteht das Problem, dass der Neigungsgrad der zu messenden Oberfläche als zweidimensionale Farbtoninformation mit einer gewissen Genauigkeit gemessen werden kann, jedoch die „Richtung“ der Neigung nicht in zwei Dimensionen unterschieden werden kann. D. h., bei der Prüfung von Leiterplatten ist es schwierig, anhand von zweidimensionalen Farbtoninformationen genau zu unterscheiden, ob die Neigung der Lotoberfläche in Bezug auf die Elektrode nach oben (sog. Benetzung) oder in Bezug auf die Elektrode nach unten (sog. nicht benetzender Zustand) gerichtet ist.
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Der Erfindung liegt der Sachverhalt zugrunde und der Zweck liegt darin, bei der Messung dreidimensionaler Form eine Technik zur hochgenauen Unterscheidung der Neigungsrichtung, die von einem Messobjekt umfasst ist, bereitzustellen.
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Mittel zu Lösen der Aufgabe
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Um den oben genannten Zweck zu erreichen, nimmt die Erfindung die folgenden Ausbildungen an.
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Die Vorrichtung zur Messung dreidimensionaler Form gemäß der Erfindung umfasst: eine Beleuchtungseinheit zur Bestrahlung eines Messobjekts mit Beleuchtungslicht, eine Aufnahmeeinheit zur Aufnahme des Messobjekts und eine Messeinheit zur Messung dreidimensionaler Form des Messobjekts auf der Basis der Unterschiede in den Wellenlängen des reflektierten Lichts des Beleuchtungslichts, die von den durch die Aufnahmeeinheit aufgenommenen Bildern erhalten werden, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufnahmeeinheit mehrere Bilder, bei denen die Winkel der Aufnahmerichtung der Aufnahmeeinheit oder der Beleuchtungsrichtung des Beleuchtungslichts um die lotrechte Achse in Bezug auf das Messobjekt unterschiedlich sind und die Reflexionsart einschließlich der Intensität oder der Wellenlänge des reflektierten Lichts an einem vorbestimmten Teil des Messobjekts unterschiedlich ist, erhält, und die Messeinheit auf der Basis der durch die Aufnahmeeinheit erhaltenen mehreren Bilder die dreidimensionale Form des vorbestimmten Teils misst.
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Der Begriff „Messung“ umfasst hier auch die Messung durch Berechnung (nachfolgend ebenfalls). Der Begriff „Beleuchtungseinheit“ umfasst umfangreich Lichtquellen, die Licht abstrahlen können, um ein Messobjekt zu beleuchten, unabhängig von der ursprünglichen Verwendung der Einheit. Diese Ausbildung ermöglicht es, die dreidimensionale Form des Messobjekts mit höherer Genauigkeit zu messen als die Messung der dreidimensionalen Form des Messobjekts anhand eines einzigen Bildes.
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Der vorbestimmte Teil ist ein Teil mit einer Neigung im Messobjekt, und die Messeinheit kann die Neigungsrichtung des vorbestimmten Teils auf der Basis der Unterschiede in vorbestimmten Kenngrößen in jedem Bild in jedem Pixel messen, das mehrere Bilder mit jeweils unterschiedlichen Reflexionsarten des reflektierten Lichts ausbildet.
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Der Begriff „Neigung“ umfasst hier nicht lediglich eine Neigung, die durch eine gerade Linie in Bezug auf eine horizontale Ebene definiert ist, sondern auch eine Neigung im weiteren Sinne, die durch eine Kurve definiert ist. Unter einer schrägen Fläche, die die vorliegende Neigung umfasst, ist auch eine schräge Fläche im weitesten Sinne zu verstehen, die nicht nur ebene Flächen, sondern auch gekrümmte Flächen umfasst. Im Folgenden wird der Begriff als gleichbedeutend interpretiert.
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Diese Ausbildung ermöglicht es, die Richtung der vom Messobjekt umfassten Neigung zu messen und somit die dreidimensionale Form des betreffenden geneigten Teils hochgenau zu messen. Als vorbestimmte Kenngröße kann die Leuchtdichte jedes Pixels beispielhaft gezeigt werden.
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Die Aufnahmeeinheit kann mehrere Bilder mit unterschiedlichen Winkeln der Aufnahmerichtung um die lotrechte Achse in Bezug auf das Messobjekt erhalten, indem die Aufnahmeeinheit das Messobjekt von mehreren verschiedenen Positionen auf einem auf das Messobjekt zentrierten Umfang aufnimmt. Diese Ausbildung ermöglicht es, mehrere Bilder mit unterschiedlichen Reflexionsarten des reflektierten Lichts an einem vorbestimmten Teil des Messobjekts im Zustand zu erhalten, in dem die Beleuchtungseinheit den Umfang des Messobjekts umgibt und das gesamte Messobjekt mit Beleuchtungslicht bestrahlt ist.
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Wenn mehrere Aufnahmeeinheiten auf dem Umfang vorgesehen sind und das Messobjekt, das mit dem Beleuchtungslicht bestrahlt ist, gleichzeitig aus mehreren Richtungen aufgenommen wird, kann die zum Erhalten der mehreren Bilder erforderliche Zeit reduziert werden.
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Die Aufnahmeeinheit kann mehrere Bilder mit unterschiedlichen Winkeln der Beleuchtungsrichtung des Beleuchtungslichts um die lotrechte Achse in Bezug auf das Messobjekt erhalten, indem die Beleuchtungseinheit von mehreren verschiedenen Positionen auf einem auf das Messobjekt zentrierten Umfang das Beleuchtungslicht auf das Messobjekt abstrahlt. Diese Ausbildung ermöglicht es, mehrere Bilder mit unterschiedlichen Reflexionsarten des reflektierten Lichts an einem vorbestimmten Teil des Messobjekts zu erhalten, selbst wenn lediglich eine einzige Aufnahmeeinheit direkt über dem Messobjekt vorgesehen ist. Dies vereinfacht die Ausbildung der Aufnahmeeinheit.
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Die Aufnahmeeinheit kann mehrere Bilder mit unterschiedlichen Winkeln der Beleuchtungsrichtung des Beleuchtungslichts um die lotrechte Achse in Bezug auf das Messobjekt erhalten, indem die Beleuchtungseinheit in einer auf das Messobjekt zentrierten Umfangsrichtung beweglich angeordnet ist und von mehreren verschiedenen Positionen auf einem auf das Messobjekt zentrierten Umfang das Beleuchtungslicht auf das Messobjekt abstrahlt.
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Diese Ausbildung ermöglicht es, von einer gewünschten Position auf dem Umfang das Beleuchtungslicht auf das Messobjekt abzustrahlen und aus der für die Messung der dreidimensionalen Form optimalen Richtung das Beleuchtungslicht abzustrahlen, unabhängig von der Ausrichtung und Form des vorbestimmten Teils des Messobjekts.
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Außerdem kann die Beleuchtungseinheit kreisringförmig um das Messobjekt herum angeordnet und derart ausgebildet sein, dass die Leuchtintensität des Beleuchtungslichts für jeden der mehreren Bereiche, die durch Aufteilung des Kreisrings in mehrere Abschnitte gebildet werden, eingestellt werden kann, und die Aufnahmeeinheit kann mehrere Bilder mit unterschiedlichen Winkeln der Beleuchtungsrichtung des Beleuchtungslichts um die lotrechte Achse in Bezug auf das Messobjekt erhalten, indem Bilder beim Abstrahlen des Beleuchtungslichts aus zumindest einem der mehreren Bereiche auf das Messobjekt und Bilder beim Abstrahlen des Beleuchtungslichts aus den anderen Bereichen auf das Messobjekt erhalten werden.
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Der Begriff „Leuchtintensität“ umfasst hier eine Intensität von 0, d. h. keine Lumineszenz, und die Einstellung der Leuchtintensität umfasst auch das Ein- und Ausschalten des Leuchtens. Diese Ausbildung ermöglicht es, die Vorrichtungsausbildung im Vergleich zu einer beweglichen Anordnung der Beleuchtungseinheit zu vereinfachen, da die Beleuchtungseinheit den Umfang des Messobjekts bedeckend angeordnet sein kann, um den Bereich aufzuteilen.
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Außerdem weist die Vorrichtung dreidimensionaler Form eine Projektionseinheit zur Projektion eines vorbestimmten Musterlichts auf das Messobjekt weiter auf, wobei die Aufnahmeeinheit Musterprojektionsbilder des Messobjekts, auf die das Musterlicht projiziert ist, weiter erhalten kann, und die Messeinheit auf der Basis der mehreren Bilder mit unterschiedlichen Reflexionsarten des reflektierten Lichts an einem vorbestimmten Teil des Messobjekts und der Musterprojektionsbilder die dreidimensionale Form des vorbestimmten Teils messen kann.
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Diese Ausbildung ermöglicht es, die dreidimensionale Form der Struktur durch die Phasenverschiebungsmethode zu messen, selbst wenn an dem vorbestimmten Teil eine Struktur vorhanden ist, die keine Spiegelflächenstruktur aufweist. In Kombination mit der Messung der dreidimensionalen Form auf der Basis der oben genannten mehreren Bildern kann die Genauigkeit der Messung verbessert werden.
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Außerdem kann die Beleuchtungseinheit von mehreren unterschiedlichen Winkeln zwischen der lotrechten und der horizontalen Richtung Beleuchtungslicht mit jeweils unterschiedlichen Wellenlängen auf das Messobjekt abstrahlen, und die Messeinheit kann anhand der Reflexionsart des jeweiligen reflektierten Lichts des Beleuchtungslichts mit unterschiedlichen Wellenlängen in mindestens einem Bild, das durch die Aufnahmeeinheit erhalten wird, den Neigungsgrad des vorbestimmten Teils messen. Diese Ausbildung ermöglicht es, den Neigungsgrad des vorbestimmten Teils durch die sogenannte Farbmarkierungsmethode zu messen und somit eine hochgenaue dreidimensionale Messung durch Messung des Neigungsgrades (einschließlich Vorhandensein/ Nichtvorhandensein) und der Neigungsrichtung vorzunehmen.
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Die Vorrichtung zur Messung dreidimensionaler Form weist eine Bildanzeigeeinheit zur Anzeige eines zusammengesetzten Bildes, das aus den mehreren durch die Aufnahmeeinheit erhaltenen Bildern erstellt wird, weiter auf, wobei das zusammengesetzte Bild ein Bild sein kann, auf das eine Bildverarbeitung angewendet wird, um zumindest die Unterschiede in der Neigungsrichtung an dem vorbestimmten Teil mittels verschiedener Farben und/oder Muster getrennt anzuzeigen. Außerdem kann das zusammengesetzte Bild ein Bild sein, auf das eine Bildverarbeitung angewendet wird, um die Unterschiede im Grad und in der Richtung der Neigung an dem vorbestimmten Teil mittels verschiedener Farben und/oder Muster getrennt anzuzeigen.
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Herkömmlicherweise ist z. B. in Vorrichtungen zur Messung dreidimensionaler Form mittels der Farbmarkierungsmethode eine Technik bekannt, bei der die Reflexionsart des Beleuchtungslichts als Bilder angezeigt wird, wodurch der Benutzer Unterschiede im Neigungsgrad des Messobjekts visuell erkennen kann. Allerdings auch mit dieser Technik konnte die Neigungsrichtung des Messobjekts nicht spezifiziert werden, so dass z. B. beim Lehren der Messvorrichtung oder bei der Festlegung der Prüfkriterien auf der Basis der Bilder sicherere (d. h. strengere) Parametereinstellungen verwendet wurden.
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Demgegenüber kann der Benutzer bei der Ausbildung der Vorrichtung zur Messung dreidimensionaler Form mit der oben genannten Bildanzeigeeinheit die Neigungsrichtung des Messobjekts unter Bezugnahme auf die Bilder visuell erkennen. D. h., es ist möglich, geneigte Teile anhand von mehreren Faktoren zu erkennen und Parameter für jeden der spezifizierten Faktoren festzulegen. Hierdurch ist es auch möglich, die Festlegungen (z. B. Prüfkriterien) der Vorrichtung zur Messung dreidimensionaler Form hochgenauer einzustellen.
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Das zusammengesetzte Bild kann ferner ein Bild sein, bei dem die Werte der vorbestimmten Kenngröße von Pixeln verglichen werden, die dieselbe Stelle des Messobjekts in jedem Bild anzeigen, das als Quelle der Zusammensetzung dient, und die Pixel aus dem Bild mit dem größten Wert ausgewählt und zusammengesetzt werden.
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Das Verfahren zur Messung dreidimensionaler Form gemäß der Erfindung umfasst: einen Bestrahlungsschritt, in dem ein Beleuchtungslicht auf ein Messobjekt abgestrahlt wird, einen Aufnahmeschritt, in dem mehrere Bilder, bei denen die Winkel der Aufnahmerichtung oder der Beleuchtungsrichtung des Beleuchtungslichts um die lotrechte Achse in Bezug auf das Messobjekt unterschiedlich sind und die Reflexionsart einschließlich der Intensität oder der Wellenlänge des reflektierten Lichts des Beleuchtungslichts an einem vorbestimmten Teil des Messobjekts unterschiedlich ist, erhalten werden, und einen Messschritt, in dem auf der Basis der in dem Aufnahmeschritt erhaltenen mehreren Bilder die dreidimensionale Form des vorbestimmten Teils gemessen wird.
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Der vorbestimmte Teil kann ferner ein Teil sein, der eine Neigung im Messobjekt umfasst, und im Messschritt kann die Neigungsrichtung des vorbestimmten Teils auf der Basis der Unterschiede in vorbestimmten Kenngrößen in jedem Pixel gemessen werden, das mehrere Bilder jeweils mit unterschiedlichen Reflexionsarten des reflektierten Lichts ausbilden.
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Im Aufnahmeschritt können mehrere Bilder mit unterschiedlichen Winkeln der Beleuchtungsrichtung des Beleuchtungslichts um die lotrechte Achse in Bezug auf das Messobjekt erhalten werden, indem im Beleuchtungsschritt von mehreren verschiedenen Positionen auf einem auf das Messobjekt zentrierten Umfang das Beleuchtungslicht auf das Messobjekt abgestrahlt wird.
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Mehrere Bilder mit unterschiedlichen Winkeln der Aufnahmerichtung um die lotrechte Achse in Bezug auf das Messobjekt können auch erhalten werden, indem im Aufnahmeschritt das Messobjekt von mehreren verschiedenen Positionen auf einem auf das Messobjekt zentrierten Umfang aufgenommen wird.
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Außerdem weist das Messverfahren einen Projektionsschritt, in dem ein vorbestimmtes Musterlicht auf das Messobjekt projiziert wird, weiter auf, wobei im Aufnahmeschritt Musterprojektionsbilder des Messobjekts, auf das das Musterlicht projiziert wird, weiter erhalten werden können, und im Messschritt auf der Basis der mehreren Bilder mit unterschiedlichen Reflexionsarten des reflektierten Lichts an einem vorbestimmten Teil des Messobjekts und der Musterprojektionsbilder die dreidimensionale Form des vorbestimmten Teils gemessen werden kann.
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Im Beleuchtungsschritt kann von mehreren unterschiedlichen Winkeln zwischen der lotrechten und der horizontalen Richtung Beleuchtungslicht mit jeweils unterschiedlichen Wellenlängen auf das Messobjekt abgestrahlt werden, und im Messschritt kann anhand der Reflexionsart des jeweiligen reflektierten Lichts des Beleuchtungslichts mit unterschiedlichen Wellenlängen in mindestens einem Bild, das in dem Aufnahmeschritt erhalten wird, der Neigungsgrad des vorbestimmten Teils gemessen werden.
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Ein Schritt zur Anzeige eines zusammengesetzten Bildes, in dem ein zusammengesetztes Bild, das aus mehreren im Aufnahmeschritt erhaltenen Bildern erstellt wird, ist weiter vorgesehen, wobei das zusammengesetzte Bild ein Bild sein kann, auf das eine Bildverarbeitung angewendet wird, um zumindest die Unterschiede in der Neigungsrichtung an dem vorbestimmten Teil mittels verschiedener Farben und/oder Muster getrennt anzuzeigen. Außerdem kann das zusammengesetzte Bild ein Bild sein, auf das eine Bildverarbeitung angewendet wird, um die Unterschiede im Grad und in der Richtung der Neigung an dem vorbestimmten Teil mittels verschiedener Farben und/oder Muster getrennt anzuzeigen. Das zusammengesetzte Bild kann ferner ein Bild sein, bei dem die Werte der vorbestimmten Kenngröße von Pixeln verglichen werden, die dieselbe Stelle des Messobjekts in jedem Bild anzeigen, das als Quelle der Zusammensetzung dient, und die Pixel aus dem Bild mit dem größten Wert ausgewählt und zusammengesetzt werden.
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Die Erfindung kann ferner auch als Programm, das die Vorrichtung zur Messung dreidimensionaler Form zum Durchführen des oben genannten Verfahrens veranlasst, sowie als computerlesbares Speichermedium, auf dem das Programm nicht-temporär gespeichert ist, betrachtet werden.
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Alle oben genannten Ausbildungen und Verarbeitungen können miteinander kombiniert werden, um die Erfindung zu verwirklichen, sofern sich kein technischer Widerspruch ergibt.
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Effekte der Erfindung
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Gemäß der Erfindung ist es möglich, bei der Messung dreidimensionaler Form eine Technik zur hochgenauen Unterscheidung der Neigungsrichtung, die von einem Messobjekt umfasst ist, bereitzustellen.
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Figurenliste
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- 1 zeigt eine schematische Ansicht einer Vorrichtung zur Messung dreidimensionaler Form gemäß Anwendungsbeispiel der Erfindung.
- 2 zeigt ein Flussdiagramm einer Verarbeitung zur Messung dreidimensionaler Form der Vorrichtung zur Messung dreidimensionaler Form gemäß dem Anwendungsbeispiel der Erfindung.
- 3 zeigt eine schematische Ansicht, die die Hardware-Ausbildung eines Substratprüfgeräts gemäß Ausführungsform 1 zeigt.
- 4 zeigt ein Blockdiagramm, das die Funktionen eines Informationsverarbeitungsgeräts gemäß Ausführungsform 1 veranschaulicht.
- 5 zeigt eine Draufsicht, die die Ausbildung einer Beleuchtungseinrichtung gemäß Ausführungsform 1 zeigt.
- 6A zeigt eine Seitenansicht, die einen gelöteten Teil eines zu messenden Substrats veranschaulicht. 6B zeigt ein erstes Farbmarkierungsbild des gelöteten Teils des Substrats. 6C zeigt ein zweites Farbmarkierungsbild des gelöteten Teils des Substrats. 6D zeigt ein drittes Farbmarkierungsbild des gelöteten Teils des Substrats. 6E zeigt ein zusammengesetztes Farbmarkierungsbild des gelöteten Teils des Substrats.
- 7 zeigt ein Flussdiagramm einer Substratprüfungsverarbeitung des Substratprüfgeräts gemäß Ausführungsform 1.
- 8 zeigt eine schematische Ansicht der schematischen Ausbildung einer Prüfeinheit gemäß einem abgewandelten Beispiel von Ausführungsform 1.
- 9 zeigt eine schematische Ansicht, die die Hardware-Ausbildung des Substratprüfgeräts gemäß Ausführungsform 2 zeigt.
- 10 zeigt ein Flussdiagramm, das den Ablauf der Substratprüfungsverarbeitung des Substratprüfgeräts gemäß Ausführungsform 2 zeigt.
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Ausführungsformen
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Im Folgenden werden die Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen erläutert.
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<Anwendungsbeispiel>
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(Ausbildung des Anwendungsbeispiels)
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Die Erfindung kann bspw. auf eine in 1 gezeigte Vorrichtung zur Messung dreidimensionaler Form angewendet werden. 1 ist eine schematische Ansicht der schematischen Ausbildung einer Vorrichtung 9 zur Messung dreidimensionaler Form gemäß dem vorliegenden Anwendungsbeispiel. Die Vorrichtung 9 zur Messung dreidimensionaler Form ist eine Vorrichtung zur Messung dreidimensionaler Form eines Messobjekts O, und weist als Hauptausbildung auf, wie in 1 gezeigt: eine Beleuchtungseinrichtung 91 als Beleuchtungseinheit, eine Kamera 92 als Aufnahmeeinheit und ein Informationsverarbeitungsgerät 93 (z. B. Computer) als Messeinheit.
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Die Beleuchtungseinrichtung 91 ist derart ausgebildet, dass diese Licht mit mehreren unterschiedlichen Wellenlängen auf das Messobjekt abstrahlt, und im vorliegenden Anwendungsbeispiel ist die Beleuchtungseinrichtung 91 mit drei unterschiedlichen Lichtquellen, also mit einer roten Lichtquelle 911R, einer grünen Lichtquelle 911G und einer blauen Lichtquelle 911B versehen. Die rote Lichtquelle 911R, die grüne Lichtquelle 911G und die blaue Lichtquelle 911B sind jeweils in unterschiedlichen Höhen angeordnet (in Richtung der Z-Achse in der Zeichnung), so dass der Einfallswinkel des Lichts auf das Messobjekt O jeweils unterschiedlich ist. Im Folgenden wird das Licht jeder Lichtquelle, das von der Beleuchtungseinrichtung 91 abgestrahlt wird, zusammen als RGB-Beleuchtungslicht bezeichnet. Die Beleuchtungseinrichtung 91 ist derart ausgebildet, dass das RGB-Beleuchtungslicht von verschiedenen Positionen um die Z-Achse in der Zeichnung auf das Messobjekt O abgestrahlt wird.
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Die Kamera 92 ist eine Aufnahmeeinheit, die das Messobjekt O in einem Zustand aufnimmt, in dem das RGB-Beleuchtungslicht abgestrahlt wird, und ein digitales Bild ausgibt. Im Folgenden wird das von der Aufnahmeeinheit aufgenommene Bild auch als Beobachtungsbild bezeichnet. Die Kamera 92 besteht z. B. aus einem optischen System und einem Bildsensor.
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Das Informationsverarbeitungsgerät 93 weist Funktionen wie die Steuerung der Beleuchtungseinrichtung 91, der Kamera 92 und eines Transportmechanismus, die Verarbeitung von Bildern, die von der Kamera 92 importiert werden, und die Messung dreidimensionaler Form auf, und betrifft eine Messeinheit in der Erfindung. Das Informationsverarbeitungsgerät 93 kann aus einem Computer mit einer CPU (Central Processing Unit), einem RAM (Random Access Memory), einem nichtflüchtigen Speichergerät (z. B. Festplattenlaufwerk, Flash-Speicher usw.), einem Eingabegerät (z. B. Tastatur, Maus, Touchpanel usw.), einem Anzeigegerät (z. B. LCD-Display usw.) ausgebildet werden.
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Die Ausbildung der Beleuchtungseinrichtung 91 und der Kamera 92 kann frei ausgebildet werden, solange die Kamera 92 mehrere Bilder mit unterschiedlichen Reflexionsarten des RGB-Beleuchtungslichts am geneigten Teil OP des Messobjekts O aufnehmen kann. So kann bspw. die Kamera 92 direkt über dem Messobjekt O angeordnet sein und die Beleuchtungseinrichtung 91 kann kreisförmig um die Z-Achse in der Zeichnung auf das Messobjekt O zentriert angeordnet und dann in mehrere Bereiche aufgeteilt werden, wobei das Ein- und Ausschalten des Leuchtens jeder Lichtquelle für jeden Bereich einstellbar sein kann.
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Indem das Messobjekt O im ausgeschalteten Zustand des Leuchtens der Lichtquellen in anderen Bereichen (oder mit abgeschwächter Lichtintensität) mit der Kamera 92 aufgenommen und eine weitere Aufnahme durch Umschalten der leuchtenden Bereiche durchgeführt wird, wenn das RGB-Beleuchtungslicht von einem einzigen Bereich abgestrahlt wird, können mehrere Bilder mit unterschiedlichen Reflexionsarten des RGB-Beleuchtungslichts am geneigten Teil OP des Messobjekts O aufgenommen werden können.
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Die Beleuchtungseinrichtung 91 kann auch nicht ringförmig sein und durch Vorsehen eines Bewegungsmechanismus in Umfangsrichtung um die Z-Achse in der Zeichnung beweglich sein. Hierbei wird die Beleuchtungseinrichtung 91 in eine gewünschte Position bewegt, das RGB-Beleuchtungslicht wird auf das Messobjekt O abgestrahlt und an jeder Position wird die Aufnahme mit der Kamera 92 vorgenommen, wodurch mehrere Bilder mit unterschiedlichen Reflexionsarten des RGB-Beleuchtungslichts am geneigten Teil OP des Messobjekts O aufgenommen werden können.
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Die Kamera 92 kann auch nicht direkt über dem Messobjekt O, sondern zur Mitte des Messobjekts O hin geneigt angeordnet und durch Vorsehen des Bewegungsmechanismus in Umfangsrichtung um die Z-Achse in der Zeichnung beweglich sein. Es ist auch möglich, mehrere Kameras 92 an verschiedenen Positionen in Umfangsrichtung um die Z-Achse in der Zeichnung anzuordnen, ohne einen Bewegungsmechanismus vorzusehen.
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Bei der Messung der dreidimensionalen Form des Messobjekts O mit der Vorrichtung 9 zur Messung dreidimensionaler Form mit der oben genannten Ausbildung wird die dreidimensionale Form des Messobjekts O gemessen, indem mehrere Bilder des Messobjekts O in einem Zustand, in dem das RGB-Beleuchtungslicht von der Beleuchtungseinrichtung 91 abgestrahlt ist, mit der Kamera 92 aufgenommen werden, und die aufgenommenen Bilder dann mit Hilfe eines Verfahrens wie z. B. einer Farbmarkierungsmethode durch das Informationsverarbeitungsgerät 93 verarbeitet werden.
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(Funktionen von Steuergerät)
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Als nächstes werden Funktionen das Informationsverarbeitungsgerät 93 im Zusammenhang mit der Messung dreidimensionaler Form erläutert. Das Informationsverarbeitungsgerät 93 weist eine Bilderhaltung 931, eine Kenngrößenextrahierung 932, eine Kenngrößenvergleichung 933, eine Erstellung 934 zusammengesetzter Daten und eine Messung 935 dreidimensionaler Form als Funktionsmodule für die Messung dreidimensionaler Form auf.
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Die Bilderhaltung 931 ist eine Funktion zum Importieren mehrerer Beobachtungsbilder von der Kamera 92, die zur Messung dreidimensionaler Form verwendet werden, und erhält bspw. zwei Bilder mit Arten, bei denen die Ausrichtungen des auf das Messobjekt O abgestrahlten RGB-Beleuchtungslichts um 180° auf dem auf das Messobjekt O zentrierten Umfang unterschiedlich sind. Im vorliegenden Anwendungsbeispiel wird ein Beobachtungsbild als Beobachtungsbild a und das andere Bild als Beobachtungsbild b bezeichnet.
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Die Kenngrößenextrahierung 932 extrahiert aus jedem erhaltenen Beobachtungsbild die Kenngröße (z. B. den Leuchtdichtenwert), die jedes Pixel des Beobachtungsbildes aufweist. Im vorliegenden Anwendungsbeispiel werden die aus dem Beobachtungsbild a extrahierten Kenngrößendaten als Kenngrößendaten a und die aus dem Beobachtungsbild b extrahierten Kenngrößendaten als Kenngrößendaten b bezeichnet.
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Die Kenngrößenvergleichung 933 vergleicht die von der Kenngrößenextrahierung 932 extrahierten Kenngrößendaten a mit den Kenngrößendaten b, die von der Kenngrößenextrahierung 932 extrahiert werden. Konkret werden die Kenngrößenwerte der Pixel verglichen, die denselben Teil des Messobjekts O in jedem Beobachtungsbild darstellen, und spezifiziert, ob das Pixel mit dem größeren Wert zum Beobachtungsbild a oder Beobachtungsbild b gehört. Handelt es sich hierbei bei der Kenngröße um die Leuchtdichte, so wird das Bild spezifiziert, das heller ist, also bei dem mehr Licht in die Kamera 92 einfällt. Wenn das Messobjekt O einen geneigten Teil aufweist, sind die Pixel des Bildes beim Strahlen des RGB-Beleuchtungslichts aus der der Neigung gegenüberliegenden Richtung heller, so dass es möglich ist, die Neigungsausrichtung von hier aus zu spezifizieren.
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Die Erstellung 934 zusammengesetzter Daten erstellt aus dem Beobachtungsbild a und dem Beobachtungsbild b zusammengesetzte Daten für die Messung dreidimensionaler Form. Konkret werden aus dem Beobachtungsbild a und dem Beobachtungsbild b die Pixel mit dem größeren Wert der von der Kenngrößenvergleichung 933 spezifizierten Kenngrößenwerte zusammengesetzt, indem diese mit der Information verknüpft werden, aus welchem Bild die Pixel stammen, um die Profildaten der dreidimensionalen Form zu erstellen. Hierdurch ist es möglich, Profildaten für die Messung dreidimensionaler Form zu erhalten, bei denen die Ausrichtung des geneigten Teils im Messobjekt O spezifiziert ist.
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Die Messung 935 dreidimensionaler Form misst die dreidimensionale Form des Messobjekts O auf der Basis der zusammengesetzten Daten, die von der Erstellung 934 zusammengesetzter Daten erstellt werden.
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(Ablauf der Verarbeitung zur Messung dreidimensionaler Form)
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Als nächstes wird unter Bezugnahme auf 2 die Vorgehensweise der Messung dreidimensionaler Form im vorliegenden Anwendungsbeispiel erläutert. Zunächst steuert das Informationsverarbeitungsgerät 93 die Beleuchtungseinrichtung 91 und bestrahlt das Messobjekt O aus der ersten Richtung auf dem auf das Messobjekt O zentrierten Umfang mit RGB-Beleuchtungslicht (Schritt S901). Als nächstes steuert das Informationsverarbeitungsgerät 93 die Kamera 92, um das Messobjekt O in dem Zustand aufzunehmen, in dem das RGB-Beleuchtungslicht aus der ersten Richtung abgestrahlt wird, und erhält ein erstes Bild (Schritt S902).
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Als nächstes steuert das Informationsverarbeitungsgerät 93 die Beleuchtungseinrichtung 91 und bestrahlt das Messobjekt O aus der zweiten, der ersten Richtung über das Messobjekt O gegenüberliegenden Richtung mit RGB-Beleuchtungslicht (Schritt S903). Als nächstes steuert das Informationsverarbeitungsgerät 93 die Kamera 92, um das Messobjekt O in dem Zustand aufzunehmen, in dem das RGB-Beleuchtungslicht aus der zweiten Richtung abgestrahlt wird, und erhält ein zweites Bild (Schritt S904).
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Als nächstes extrahiert das Informationsverarbeitungsgerät 93 aus dem erhaltenen ersten Bild und dem erhaltenen zweiten Bild die Kenngrößen, die die Pixel jedes Bildes aufweisen (Schritt S905), und vergleicht die extrahierten Kenngrößen und erstellt zusammengesetzte Daten für die Messung dreidimensionaler Form unter Verwendung von Pixeln mit größeren Kenngrößen (S906). Dann wird auf der Basis der erstellten zusammengesetzten Daten die dreidimensionale Form des Messobjekts O gemessen (Schritt S907), und die Reihe der Verarbeitungen ist beendet. Die Messergebnisse können auf einem nicht dargestellten Anzeigegerät angezeigt werden.
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Bei der oben genannten Ausbildung der Vorrichtung 9 zur Messung dreidimensionaler Form gemäß dem vorliegenden Anwendungsbeispiel ist es möglich, wenn sich ein geneigter Teil OP im Messobjekt O befindet, auf der Basis der Profildaten dreidimensionaler Form, bei denen zusätzlich zum Neigungsgrad auch die Neigungsrichtung spezifiziert ist, eine hochgenaue Messung dreidimensionaler Form vorzunehmen.
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<Ausführungsform 1>
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Als nächstes wird ein Substratprüfgerät 1 erläutert, das ein weiteres Beispiel für eine Ausführungsform der Erfindung darstellt. Die Abmessungen, Werkstoffe, Formen und relativen Anordnungen der in der Ausführungsform angegebenen Bauteile sind jedoch nicht dazu bestimmt, den Umfang dieser Erfindung auf diese allein zu beschränken, sofern nichts anderes angegeben ist.
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(Hardware-Ausbildung von Substratprüfgerät)
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Unter Bezugnahme auf 3 wird die Gesamtausbildung des Substratprüfgeräts gemäß einer Ausführungsform der Erfindung erläutert. 3 zeigt eine schematische Ansicht, die die Hardware-Ausbildung des Substratprüfgeräts zeigt. Das Substratprüfgerät 1 wird zur Prüfung des Substrataussehens (z. B. Prüfung des Lötverbindungszustandes nach dem Reflow) in einer Oberflächenmontageanlage eingesetzt.
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Das Substratprüfgerät 1 weist als Hauptausbildung auf: eine Auflage 10, eine Messeinheit 11, ein Steuergerät 12, ein Informationsverarbeitungsgerät 13 und ein Anzeigegerät 14. Die Messeinheit 11 weist eine Kamera 110, eine Beleuchtungseinrichtung 111 und einen Musterprojektor (Projektor) 112 auf.
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Die Auflage 10 ist ein Mechanismus zum Halten des Substrats K und Positionieren eines zu prüfenden Bauteils KB oder Lots KH auf die Messposition der Kamera 110. Wenn, wie in 3 dargestellt, die X- und Y-Achsen parallel zur Auflage 10 verlaufen und die Z-Achse senkrecht zur Auflage 10 verläuft, kann die Auflage 10 in mindestens zwei Achsen in X- und Y-Richtung verlaufen. Die Kamera 110 ist derart angeordnet, dass die optische Achse parallel zur Z-Achse verläuft, und nimmt Bilder des Substrats K auf der Auflage 10 aus lotrecht oberer Richtung auf. Die von der Kamera 110 aufgenommenen Bilddaten werden ins Informationsverarbeitungsgerät 13 importiert.
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Die Beleuchtungseinrichtung 111 (111R, 111G, 111B) ist eine Beleuchtungseinheit, die Beleuchtungslicht unterschiedlicher Farben (Wellenlängen) auf das Substrat K abstrahlt. 3 zeigt schematisch den XZ-Querschnitt der Beleuchtungseinrichtung 111, wobei die Beleuchtungseinrichtung 111 in der Praxis über eine Kreisringform oder Kuppelform verfügt, damit Licht derselben Farbe aus allen Richtungen (alle Richtungen um die Z-Achse) abgestrahlt werden kann. Der Projektor 112 ist eine Musterprojektionseinheit, die Musterlicht mit einem vorbestimmten Muster auf das Substrat K projiziert. Der Projektor 112 projiziert Musterlicht durch eine Öffnung, die in der Mitte der Beleuchtungseinrichtung 111 vorgesehen ist. Die Anzahl der Projektoren 112 kann eins sein, oder mehrere Projektoren 112 können vorgesehen sein. In der Ausführungsform sind zwei Projektoren 112 in unterschiedlichen Azimuten (diagonalen Positionen) angeordnet. Sowohl das Beleuchtungseinrichtung 111 als auch der Projektor 112 werden bei der Aufnahme von Bildern des Substrats K mit der Kamera 110 als Beleuchtungssystem verwendet, wobei das Beleuchtungseinrichtung 111 zur Messung der Oberflächenform von spiegelnden Objekten wie Lot verwendet wird, und der Projektor 112 zur Messung der Oberflächenform von diffusen Objekten wie z. B. Bauteilen verwendet wird.
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Das Steuergerät 12 ist eine Steuereinheit zur Steuerung des Betriebs des Substratprüfgeräts 1 und dient zur Steuerung der Bewegung der Auflage 10, Steuerung des Leuchtens und des Dimmens der Beleuchtungseinrichtung 111, Leuchtsteuerung und Musteränderung des Projektors 112 sowie Bildaufnahmesteuerung der Kamera 110.
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Das Informationsverarbeitungsgerät 13 ist ein Gerät, das die Funktionen aufweist, unter Verwendung der von der Kamera 110 importierten Bilddaten verschiedene Messwerte in Bezug auf das Bauteil KB oder Lot KH zu erhalten, und den Zustand der Lötverbindung des Bauteils KB zu überprüfen. Das Anzeigegerät 14 ist ein Gerät, das die vom Informationsverarbeitungsgerät 13 erhaltenen Messwerte und Prüfergebnisse anzeigt. Das Informationsverarbeitungsgerät 13 kann bspw. aus einem Allzweckcomputer mit einer CPU (central processing unit), RAM (random-access memory), nichtflüchtigem Speicher und Eingabegerät bestehen. In 3 sind das Steuergerät 12, das Informationsverarbeitungsgerät 13 und das Anzeigegerät 14 als separate Blöcke dargestellt, jedoch können diese aus separaten Geräten oder aus einem einzigen Gerät bestehen.
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(Funktionelle Ausbildung)
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4 zeigt ein Blockdiagramm, das die Ausbildung der Funktionsmodule in Bezug auf die vom Informationsverarbeitungsgerät 13 bereitgestellte Prüfungsverarbeitung zeigt. Diese Funktionsmodule werden realisiert, indem CPU des Informationsverarbeitungsgeräts 13 ein in einem Hilfsspeicher abgelegtes Programm liest und ausführt. Alle oder einige der Funktionen können jedoch auch aus Schaltungen wie ASIC (application specific integrated circuit) oder FPGA (field-programmable grid array) bestehen.
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Eine Bilderhaltung 131 ist ein Funktionsmodul, das Bilddaten von der Kamera 110 importiert. Eine Lotformmessung 132 ist ein Funktionsmodul, das die dreidimensionale Form eines spiegelnden Objektteils wie Lot anhand von zweidimensionalen Bilddaten wiederherstellt, und eine Bauteilformmessung 133 ist ein Funktionsmodul, das die dreidimensionale Form eines diffusen Objektteils, z. B. eines Bauteils anhand von zweidimensionalen Bilddaten wiederherstellt. Die Bilddaten und Wiederherstellungsalgorithmen, die in jeder Wiederherstellungsverarbeitung verwendet werden, werden später beschrieben.
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Eine Prüfung 134 ist ein Funktionsmodul, das auf der Basis der dreidimensionalen Formdaten, die durch die Lotformmessung 132 und die Bauteilformmessung 133 erhalten werden, verschiedene Indikatoren in Bezug auf die Form des Lots KH und des Bauteils KB misst und den Zustand der Lötverbindung anhand dieser Messwerte prüft. Eine Prüfprogrammspeicherung 135 ist ein Funktionsmodul, das ein Prüfprogramm ablegt, das die Prüfgegenstände und -bedingungen in der Prüfung 134 definiert. Das Prüfprogramm definiert bspw. die Lage und Größe des zu prüfenden Land-Bereichs, die Größe des Bauteils, die Art der zu messenden Indikatoren und die Beurteilungsreferenzen für jeden Indikator (Schwellwerte und Wertebereiche zur Beurteilung von guten und mangelhaften Produkten). Eine Ausgabeverarbeitung 136 ist ein Funktionsmodul, das die von der Prüfung 134 erhaltenen Messwerte und Prüfergebnisse, die dreidimensionale Form des Bauteils KB und des Lots KH usw. extern an das Anzeigegerät 14 usw. ausgibt.
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Im Folgenden werden das Verfahren zur Wiederherstellung der dreidimensionalen Form des Lotes KH (spiegelndes Objekt) und das Verfahren zur Wiederherstellung der dreidimensionalen Form des Bauteils KB (diffuses Objekt) erläutert und danach wird der Ablauf der Prüfverarbeitung des Informationsverarbeitungsgeräts 13 erläutert.
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(Messung dreidimensionaler Form von Lot)
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Für die Messung der dreidimensionalen Form von Lot KH werden Bilder verwendet, die mit der sogenannten Farbmarkierungsmethode erhalten werden. Bei der Farbmarkierungsmethode handelt es sich um eine Methode, bei der die dreidimensionale Form der Lotfläche als zweidimensionale Farbtoninformation erfasst wird, indem Licht mehrerer Farben (also Wellenlängen) unter unterschiedlichen Einfallswinkeln auf das Substrat abgestrahlt wird, und ist derart, dass auf der Lotfläche Farbmerkmale erscheinen, die der Normalrichtung entsprechen (d. h. die Farbe der Lichtquelle in der Richtung der spiegelnden Reflexion aus Sicht der Kamera), und in diesem Zustand eine Aufnahme erfolgt. Lediglich die Bereiche, in denen die Farben der Lichtquellen R, G und B erscheinen, werden aus dem Bild extrahiert, und auf der Basis der Form, Breite und Reihenfolge der Bereiche R, G und B kann die dreidimensionale Form wiederhergestellt werden. Da bekannte Methoden zur Wiederherstellung der dreidimensionalen Form verwendet werden können, wird hier auf eine detaillierte Erläuterung verzichtet.
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Zunächst wird die Ausbildung der Beleuchtungseinrichtung 111, die für die Farbmarkierungsmethode verwendet wird, unter Bezugnahme auf 5 erläutert. 5 zeigt eine schematische Draufsicht, die die Anordnung jeder der Lichtquellen 111R, 111G und 111B der Beleuchtungseinrichtung 111 zeigt. Die Beleuchtungseinrichtung 111 weist eine Struktur auf, in der drei kreisringförmige Lichtquellen, eine rote Lichtquelle 111R, eine grüne Lichtquelle 111G und eine blaue Lichtquelle 111B, konzentrisch um optische Achse der Kamera 110 angeordnet sind. Bei jeder Lichtquelle 111R, 111G und 111B sind der Elevationswinkel und die Ausrichtung derart eingestellt, dass der Einfallswinkel auf das Substrat K in der Reihenfolge rotes Licht, grünes Licht und blaues Licht zunimmt. Eine solche Beleuchtungseinrichtung 111 kann gebildet werden, indem z. B. außerhalb einer kuppelförmigen Streuscheibe LEDs mit den Farben R, G und B kreisringförmig angeordnet werden.
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Wie in 5 gezeigt, ist die Beleuchtungseinrichtung 111 in vier gleiche Teile, in einen ersten Beleuchtungsbereich 111a, einen zweiten Beleuchtungsbereich 111b, einen dritten Beleuchtungsbereich 111c und einen vierten Beleuchtungsbereich 111d, aufgeteilt. Die Leuchtintensität (einschließlich Ein-/Ausschalten, im Nachstehenden ebenfalls) der roten Lichtquelle 111R, der grünen Lichtquelle 111G und der blauen Lichtquelle 111B ist für jeden Bereich einstellbar. Durch diese Aufteilung der Beleuchtungseinrichtung 111 in vier Bereiche ist es möglich, abhängig von der Kombination der leuchtenden Bereiche das Substrat K aus acht verschiedenen Richtungen mit Beleuchtungslicht zu bestrahlen. Konkret gibt es vier Richtungen beim Leuchten lediglich eines einzigen Bereichs von den vier Bereichen und vier Richtungen beim Leuchten von zwei benachbarten Bereichen. Die Anzahl der Kombination der leuchtenden Bereiche beträgt 13 einschließlich des Leuchtens aller Bereiche.
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Wenn die Kamera 110 bei leuchtender Beleuchtungseinrichtung 111 das Substrat K aufnimmt, erscheint beim Lot KH als spiegelndes Objekt das Farbmerkmal entsprechend der Normalrichtung (Neigungswinkel). Wenn z. B. die Neigung des Lots KH mit zunehmender Entfernung von der Bauteilelektrode abnimmt, erscheint eine Änderung der Farbton von B über G nach R im Bereich des Lots KH. Die Form, die Breite und die Erscheinungsreihenfolge des Bereichs jeder Farbe R, G und B ändern sich abhängig von der Oberflächenform des Lotes KH.
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Unter Bezugnahme auf 6 wird ein Bild des Lotteils erläutert, das bei der Aufnahme des Substrats mit der Kamera 110 im leuchtenden Zustand der Beleuchtungseinrichtung 111 gemäß der Ausführungsform erhalten werden kann. 6A zeigt eine Seitenansicht eines Elektrodenabschnitts des Bauteils KB auf einem Substrat K und eines damit zu verbindenden Lotteils (im Folgenden als gelöteter Teil bezeichnet). Wie in 6A gezeigt ist, passt sich das Lot KH in diesem Fall nicht ausreichend der vom Bauteil KB ausgehenden Elektrode an, und die Kontaktfläche ist wenig (d. h. in nicht benetzendem Zustand).
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6B zeigt ein Bild des gelöteten Teils im Fall, in dem im gesamten Bereich der Beleuchtungseinrichtung 111 mit der leuchtenden Beleuchtung die Aufnahme erfolgt. Die Bereiche mit jeder Farbe R, G und B sind in 6B dargestellt. Aus dem in 6B gezeigten Bild lässt sich ableiten, dass eine Neigung (eine hierdurch definierte schräge Fläche) an der Verbindungsstelle zwischen Lot und der Elektrode vorliegt, jedoch ist es nicht möglich zu bestimmen, in welche Richtung diese Neigung zeigt (d. h. ob diese benetzend oder nicht benetzend ist). Da an den Oberflächen des Hauptkörpers des Bauteils KB oder der Elektrode eine diffuse Reflexion vorherrscht, erscheint die Farbe des Objekts selbst, die die gleiche ist wie bei der Beleuchtung mit weißem Licht, und nicht die Farben der Lichtquelle wie R, G und B.
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Da bei der Beleuchtungseinrichtung 111 der Ausführungsform die Lichtquelle in jedem der vier getrennten Bereiche ein- und ausgeschaltet werden kann, kann ein wie in 6C gezeigtes Bild (im Folgenden als erstes Farbmarkierungsbild bezeichnet) erhalten werden, wenn lediglich die Bereiche auf der Seite des Endes des Lots KH in 6 (zweiter Beleuchtungsbereich 111b und vierter Beleuchtungsbereich 111d) der Beleuchtungseinrichtung 111 leuchten und Aufnahme des gelöteten Teils erfolgt.
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Außerdem kann ein wie in 6D gezeigtes Bild (im Folgenden als zweites Farbmarkierungsbild bezeichnet) erhalten werden, wenn lediglich die Bereiche auf der Seite des Bauteils KB in 6 (erster Beleuchtungsbereich 111a und dritter Beleuchtungsbereich 111c) der Beleuchtungseinrichtung 111 leuchten und Aufnahme des gelöteten Teils erfolgt.
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Das Informationsverarbeitungsgerät 13 extrahiert den Leuchtdichtenwert, den jedes Pixel weist, aus den Daten des ersten Farbmarkierungsbildes und des zweiten Farbmarkierungsbildes, und setzt die Pixel mit dem höheren Leuchtdichtenwert zusammen, wodurch zusammengesetzte Daten erstellt werden. Da die Eigenschaften solcher zusammengesetzten Daten und die Verarbeitung der Erstellung zusammengesetzter Daten die gleichen sind wie in den Anwendungsbeispielen erläutert, wird auf eine detaillierte Erläuterung verzichtet. Kurz gesagt, mit Hilfe der zusammengesetzten Daten kann die Richtung der schrägen Fläche an der Verbindungsstelle zwischen dem Lot KH und der Elektrode unterschieden werden.
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6E zeigt ein Beispiel für ein zusammengesetztes Bild (im Folgenden als zusammengesetztes Farbmarkierungsbild bezeichnet), das auf der Basis der auf diese Weise erstellten zusammengesetzten Daten erstellt wird. Im zusammengesetzten Farbmarkierungsbild bleiben die Bereiche, in denen die Pixel in den Bereichen R, G und B des ersten Farbmarkierungsbildes importiert werden, rot (R), grün (G) und Blau (B), während die Bereiche, in denen Pixel in den Bereichen R, G und B des zweiten Farbmarkierungsbildes importiert werden, sind in Magenta (M), Gelb (Y) und Cyan (C) dargestellt. Die Wahl der Farben im zusammengesetzten Bild ist völlig beliebig und nicht auf diese sechs Farben beschränkt, jedoch durch die Verwendung ähnlicher Farben, auch wenn diese aus unterschiedlichen Farbsystemen stammen, kann intuitiv erfasst werden, dass der Neigungsgrad gleich ist, und dass das Originalbild anders ist (d. h. die Neigungsrichtung unterschiedlich ist).
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Indem ein solches zusammengesetztes Farbmarkierungsbild z. B. auf dem Anzeigegerät 14 angezeigt werden kann, kann der Benutzer den Zustand des gelöteten Teils durch Betrachten des zusammengesetzten Farbmarkierungsbildes ohne weiteres erfassen.
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(Messung dreidimensionaler Form von Bauteil)
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Die Phasenverschiebungsmethode wird demgegenüber zur Messung dreidimensionaler Form des Bauteils KB verwendet, die ein diffuses Objekt ist. Die Phasenverschiebungsmethode ist eine der Methoden zur Wiederherstellung der dreidimensionalen Form einer Objektoberfläche durch Analyse der Verzerrung des Musters bei Projizieren eines Musterlichts auf die Objektoberfläche. Konkret wird ein Projektor 112 verwendet, um ein vorbestimmtes Muster (z. B. ein Streifenmuster, dessen Leuchtdichte sinusförmig variiert) auf das Substrat zu projizieren, und in diesem Zustand die Aufnahme mittels der Kamera 110 erfolgt. An der Oberfläche des Substrats K erscheint dann eine Verzerrung des Musters entsprechend ihrer Unebenheit (da die spiegelnde Reflexion an der Stelle des Lots KH herrscht, ist das Muster kaum zu beobachten). Diese Verarbeitung wird mehrmals wiederholt, wobei die Phase der Leuchtdichteänderung des Musterlichts geändert wird, wodurch mehrere Bilder (im Folgenden als Musteranalysebilder bezeichnet) mit unterschiedlichen Leuchtdichtmerkmalen erhalten werden können. Da sich die Leuchtdichte desselben Pixels in jedem Bild in der gleichen Periode wie die Änderung des Streifenmusters ändern sollte, kann die Phase jedes Pixels durch Anwendung einer Sinuswelle auf die Änderung der Leuchtdichte jedes Pixels bestimmt werden. Durch Ermittlung der Phasendifferenz in Bezug auf die Phase der vorbestimmten Bezugsposition (Tischoberfläche, Substratoberfläche usw.) kann dann der Abstand (d. h. die Höhe) von der Bezugsposition berechnet werden.
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(Ablauf der Prüfungsverarbeitung)
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Als nächstes wird unter Bezugnahme auf 7 der Ablauf der vom Substratprüfgerät 1 durchgeführten Prüfverarbeitung erläutert. 7 ist ein Flussdiagramm, das den Ablauf der Prüfungsverarbeitung zeigt.
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Zunächst steuert das Steuergerät 12 die Auflage 10 entsprechend dem Prüfungsprogramm, und bewegt das Bauteil KB und Lot KH als Prüfobjekt in die Messposition (Sichtfeld der Kamera 110) (Schritt S101). Dann bringt das Steuergerät 12 einige Bereiche der Beleuchtungseinrichtung 111 zum Leuchten (Schritt S102), und eine Aufnahme mittels der Kamera 110 erfolgt, wobei ein rotes, grünes und blaues Licht abgestrahlt werden (Schritt S103). Die erhaltenen Bilddaten (erstes Farbmarkierungsbild) werden von der Bilderhaltung 131 in das Informationsverarbeitungsgerät 13 importiert.
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Nach dem Ausschalten der Beleuchtungseinrichtung 111 wird der Bereich, der dem früheren Leuchtbereich der Beleuchtungseinrichtung 111 gegenüberliegt, durch das Steuergerät 12 zum Leuchten gebracht (Schritt S104), und die Aufnahme mittels der Kamera 110 erfolgt, wobei ein Markierungsbeleuchtungslicht abgestrahlt wird (Schritt S105). Die hier erhaltenen Bilddaten (zweites Farbmarkierungsbild) werden von der Bilderhaltung 131 in das Informationsverarbeitungsgerät 13 importiert.
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Als nächstes projiziert das Steuergerät 12 Musterlicht vom Projektor 112 (Schritt S106), und die Bildaufnahme mittels der Kamera 110 erfolgt (Schritt S107). Wenn die Phasenverschiebungsmethode verwendet wird, werden die Schritte S106 und S107 mehrmals durchgeführt, während die Phase des Musterlichts geändert wird. Die erhaltenen mehreren Bilddaten werden von der Bilderhaltung 131 in das Informationsverarbeitungsgerät 13 importiert. In der Ausführungsform wird zunächst die Aufnahme mit der Beleuchtungseinrichtung 111 durchgeführt, jedoch auch die Aufnahme mit dem Projektor 112 kann zunächst durchgeführt werden. Liegen andere Prüfungsobjekte außerhalb des Sichtfelds der Kamera 110 vor, so können die Schritte S101 bis S107 wiederholt ausgeführt werden.
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Danach wird die Verarbeitung durch das Informationsverarbeitungsgerät 13 durchgeführt. Die Lotformmessung 132 extrahiert den Leuchtdichtenwert jedes Pixels aus den in Schritt S103 und Schritt S105 erhaltenen Bildern, um die oben genannten zusammengesetzten Daten zu erstellen, und stellt auf der Basis der zusammengesetzten Daten die dreidimensionale Form des Lots KH (und der Elektrode des Bauteils KB) wieder her (Schritt S108). Die Daten der wiederhergestellten dreidimensionalen Formen werden z. B. in Form von Bilddaten (sogenannte Höhenkarte) gespeichert, in denen die Höhe (Z-Position) jedes Pixels im Bereich des Lots KH in Pixelwerten ausgedrückt ist. Demgegenüber stellt die Bauteilformmessung 133 die dreidimensionale Form des Bauteils KB aus den in Schritt S107 erhaltenen Musterbildern und durch die Phasenverschiebungsmethode wieder her (Schritt S109). Auch die Daten der dreidimensionalen Form des Bauteils KB werden ebenfalls in Form von Höhenkarten gespeichert. Durch Zusammensetzung dieser Höhenkarten kann eine gesamte Höhenkarte erstellt werden, die die Höheninformationen sowohl des Lots KH, das ein spiegelndes Objekt ist, als auch des Bauteils KB, das ein diffuses Objekt ist, darstellt.
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Die Prüfung 134 prüft dann das Substrat K anhand der gesamten Höhenkarte und der Schwellwerten des Prüfungsprogramms (Schritt S110). Wenn die Prüfung beendet ist, zeigt das Anzeigegerät 14 ein zusammengesetztes Farbmarkierungsbild an, bei dem das Ergebnis der Prüfung und die in Schritt S108 erstellten zusammengesetzten Daten visuell dargestellt sind (Schritt S111), und beendet eine Reihe der Verarbeitungen.
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Gemäß dem oben genannten Substratprüfgerät der Ausführungsform werden die dreidimensionalen Formen des Lots, das ein spiegelndes Objekt ist, und der Bauteilelektrode, die ein diffuses Objekt ist, in einem für beide geeigneten Verfahren wiederhergestellt, so dass hochgenaue Daten der dreidimensionalen Form sowohl für das Lot als auch für die Bauteilelektrode erhalten werden können. Außerdem wird bei der Wiederherstellung der dreidimensionalen Form des Lots durch die Erstellung zusammengesetzter Daten unter Verwendung mehrerer Farbmarkierungsbilder die Richtung der schrägen Fläche am geneigten Teil spezifiziert und die dreidimensionale Form wiederhergestellt, so dass die Form der schrägen Fläche des Lots hochgenau wiederhergestellt werden kann.
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(Abgewandeltes Beispiel)
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In der obigen Ausführungsform 1 ist die Beleuchtungseinrichtung 111 in einer auf die Z-Achse zentrierten Kreisringform gebildet, jedoch ist diese Ausbildung nicht unbedingt nötig. 8 zeigt eine Erläuterungsansicht, die die schematische Ausbildung der Messeinheit 21 gemäß einem abgewandelten Beispiel der Ausführungsform zeigt. Die Messeinheit 21 gemäß dem vorliegenden abgewandelten Beispiel ist mit einer Beleuchtungseinrichtung 211 und einem Bewegungsmechanismus 25 zum Bewegen eines Projektors 212 versehen. Im vorliegenden abgewandelten Beispiel werden dieselben Bezugszeichen für ähnliche Ausbildungen wie in Ausführungsform 1 verwendet, und auf detaillierte Erläuterungen wird verzichtet.
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Der Bewegungsmechanismus 25 gemäß dem vorliegenden abgewandelten Beispiel mit einem hohlzylindrischen Drehmechanismus 251, der von einem Motor (nicht dargestellt) angetrieben wird, der vom Steuergerät 12 gesteuert wird, und einer Referenzplatte 252, die am Drehmechanismus 251 eingebaut ist und die Beleuchtungseinrichtung 211 trägt. Der Drehmechanismus 251 besteht aus einem Gehäuse 251a und einem Drehkörper 251b, wobei der obere Teil des Gehäuses 251a an einem Vorrichtungsrahmen 26 fixiert ist. Obwohl 8 einen Teilquerschnitt zeigt, um das Verständnis der inneren Struktur des Bewegungsmechanismus 25 zu erleichtern, ist die eigentliche Kamera 110 im Hohlraum des Drehmechanismus 251 angeordnet und von der Seite nicht sichtbar.
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Der Drehmechanismus 251 ist derart ausgebildet, dass sich bspw. der Drehkörper 251b in einem Bereich von 360° um die Drehachse dreht, die sich in Z-Achsenrichtung erstreckt, indem Drehung des Motors durch ein Getriebe übertragen wird. Wenn sich der Drehkörper 251b dreht, dreht sich ebenfalls die Referenzplatte 252, die am Drehmechanismus 251 eingebaut ist, wodurch die Beleuchtungseinrichtung 211 und der Projektor 212, die an der Referenzplatte 252 verankert sind, sich auf einem Umfang um die Drehachse des zylindrischen Drehmechanismus 251 drehen und bewegen. D. h., wenn das Substrat K auf der gleichen Achse wie die Drehachse des Drehmechanismus 251 angeordnet ist, drehen und bewegen sich die Beleuchtungseinrichtung 211 und der Projektor 212 auf der durch die XY-Achsen definierten Ebene um das Substrat K. Andere Hardware-Ausbildungen, Verarbeitungen usw. des vorliegenden abgewandelten Beispiels ähneln denen der Ausführungsform 1, so dass auf die Darstellung und die Erläuterung verzichtet wird.
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Durch diese Ausbildung können die Beleuchtungseinrichtung 211 und der Projektor 212 an einer beliebigen Position des um das Substrat K zentrierten Umfangs angeordnet werden, und die Abstrahlung des Beleuchtungslichts und die Musterprojektion können erfolgen, so dass mehrere Farbmarkierungsbilder und Musterprojektionsbilder erhalten werden können. Außerdem können das Beleuchtungslicht und das Muster unabhängig von der Ausrichtung des Bauteils und des Lots auf dem Substrat K aus der für die Messung der dreidimensionalen Form optimalen Richtung abgestrahlt werden.
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<Ausführungsform 2>
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Anschließend wird die zweite Ausführungsform erläutert. 9 zeigt eine schematische Ausbildungsansicht eines Substratprüfgeräts 3 gemäß der Ausführungsform. Wie in 9 gezeigt, ist das Substratprüfgerät 3 im Überblick mit einer Prüfeinheit 31, einem Steuergerät 32, einem Informationsverarbeitungsgerät 33 und einem Anzeigegerät 34 versehen. Das Substratprüfgerät 3 unterscheidet sich vom Substratprüfgerät 1 der Ausführungsform 1 durch die Anzahl und Anordnungsposition der Kameras und durch das Fehlen eines Projektors. D. h., die Ausbildung des sonstigen Steuergeräts 32, des Informationsverarbeitungsgeräts 33 und des Anzeigegeräts 34 ist ähnlich wie beim Substratprüfgerät 1 der Ausführungsform 1, so dass auf eine detaillierte Erläuterung verzichtet ist.
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Die Prüfeinheit 31 umfasst eine Auflage 30, Kameras 310a, 310b, eine Beleuchtungseinrichtung 311, einen Bewegungsmechanismus 35, und einen Vorrichtungsrahmen 36. Der Bewegungsmechanismus 35 ist mit einem Drehmechanismus 351 (Gehäuse 351a, Drehkörper 351b) und einer Referenzplatte 352 versehen, die dem Bewegungsmechanismus des oben genannten abgewandelten Beispiels der Ausführungsform 1 ähnelt, so dass auf eine detaillierte Erläuterung verzichtet ist. Das Gleiche gilt auch für die Auflage 30 und den Vorrichtungsrahmen 36.
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Die Kameras 310a, 310b sind an diagonalen Positionen der Referenzplatte 352 derart angeordnet, dass die Kameras 310a, 310b jeweils an der Referenzplatte 352 des Bewegungsmechanismus 35 das Substrat K aufnehmen. Die Beleuchtungseinrichtung 311 ist ferner eine Beleuchtungseinheit, die Beleuchtungslicht mit unterschiedlichen Wellenlängen auf das Substrat K abstrahlt, wobei die Beleuchtungseinrichtung 111 in der Praxis über eine Kreisringform oder eine Kuppelform verfügt, damit Licht mit derselben Wellenlänge aus allen Richtungen (alle Richtungen um die Z-Achse) abgestrahlt werden kann. Die Beleuchtungseinrichtung 311 gemäß der Ausführungsform weist keinen aufgeteilten Bereich auf, und das RGB-Beleuchtungslicht wird kollektiv als Ganzes abgestrahlt.
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D. h., in Ausführungsform 1 wird die Kamera lotrecht über dem Messobjekt fixiert, und mehrere Aufnahmen erfolgen, indem die Richtung der Abstrahlung des RGB-Beleuchtungslichts geändert wird, wodurch mehrere Bilder mit unterschiedlichen Reflexionsarten des RGB-Beleuchtungslichts erhalten werden, während in der Ausführungsform mehrere Bilder mit unterschiedlichen Aufnahmerichtungen und somit mehrere Bilder mit unterschiedlichen Reflexionsarten des RGB-Beleuchtungslichts erhalten werden.
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Als nächstes wird der Ablauf der Prüfungsverarbeitung, die vom Substratprüfgerät 3 durchgeführt wird, unter Bezugnahme auf 10 erläutert. 10 ist ein Flussdiagramm, das den Ablauf der Prüfungsverarbeitung zeigt.
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Zunächst steuert das Steuergerät 32 die Auflage 30 entsprechend dem Prüfprogramm und bewegt das Bauteil und das Lot als Prüfobjekt in die Messposition (Schritt S 201). Dann bringt das Steuergerät 32 die Beleuchtungseinrichtung 311 zum Leuchten (Schritt S202), und unter Bestrahlung von rotem, grünem und blauem Licht wird der Bewegungsmechanismus 35 gesteuert, um die beiden Kameras 310a, 310b in eine geeignete Position zu bewegen (Schritt S203). Die Aufnahme erfolgt dann gleichzeitig mittels der beiden Kameras (Schritt S204). Die so erhaltenen mehreren Bilddaten (Farbmarkierungsbilder) werden in das Informationsverarbeitungsgerät 33 importiert.
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Das Informationsverarbeitungsgerät 33 extrahiert dann Kenngrößen aus den mehreren Farbmarkierungsbildern und erstellt zusammengesetzte Daten (Schritt S205), und führt auf der Basis dieser zusammengesetzten Daten eine Prüfung durch (Schritt S206). Das Ergebnis der Prüfung, das aus den zusammengesetzten Daten erstellte zusammengesetzte Bild usw. werden dann auf dem Anzeigegerät angezeigt (Schritt S207), und die Reihe der Verarbeitungen endet. Da die Verarbeitung zur Erstellung der zusammengesetzten Daten aus mehreren Farbmarkierungsbildern der der Ausführungsform 1 ähnelt, wird auf die Erläuterung verzichtet.
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Mit dem Substratprüfgerät 3 in der Ausführungsform muss das Farbmarkierungsbild lediglich einmal aufgenommen werden, um die zusammengesetzten Daten zu erstellen, so dass die Zeit für die Prüfung reduziert werden kann.
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Obwohl das Substratprüfgerät 3 in der Ausführungsform ohne einen Projektor ausgebildet ist, kann es mit einem Projektor versehen werden, und es können Musterprojektionsbilder erhalten werden.
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<Sonstiges>
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Jede der oben genannten Ausführungsformen ist lediglich eine beispielhafte Erläuterung der vorliegenden Erfindung, und die vorliegende Erfindung ist nicht auf die oben genannten konkreten Formen beschränkt. Im Rahmen des technischen Gedankens sind verschiedene Varianten der vorliegenden Erfindung möglich. Jede der obigen Ausführungsformen geht bspw. von einer Vorrichtung zur Messung des Neigungsgrads eines Messobjekts unter Verwendung der Farbmarkierungsmethode aus, jedoch es ist nicht notwendig, mehrere Beleuchtungslichter mit unterschiedlichen Wellenlängen abzustrahlen, um die Neigungsrichtung zu messen. Daher ist es bspw. möglich, die Neigungsrichtung eines Messobjekts zu messen, indem man ein Bild erhält, in dem Licht der gewünschten Wellenlänge lediglich aus einer der gegenüberliegenden Richtungen mit dem Messobjekt als Zentrum abgestrahlt wird, und ein Bild, in dem das gleiche Beleuchtungslicht lediglich aus der anderen Richtung abgestrahlt wird, und diese Kenngrößenwerte vergleicht.
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Konkret kann bspw. Licht, das kein Muster enthält, von einem Projektor auf ein Messobjekt abgestrahlt werden, und die Neigungsrichtung des Messobjekts kann auf der Basis der mehreren Bilder gemessen werden, die mit diesem Licht bestrahlt werden. D. h., das vom Projektor auf das Messobjekt abgestrahlte musterfreie Licht kann als das „Beleuchtungslicht“ der vorliegenden Anmeldung angesehen werden. In diesem Fall kann der Projektor derart ausgebildet werden, dass dieser als Einheit zur Projektion von Musterlicht zur Messung nach der Phasenverschiebungsmethode und als Beleuchtungseinheit zur Messung der Neigungsrichtung des Messobjekts dient. Es ist auch möglich, den Neigungsgrad gemeinsam zu messen, indem diese mit Farbmarkierungsbildern kombiniert werden.
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In der obigen Ausführungsform 1 wird die dreidimensionale Form eines spiegelnden Objekts auf der Basis des Farbmarkierungsbildes und die dreidimensionale Form eines diffusen Objekts auf der Basis des Musterprojektionsbildes gemessen, jedoch das ist nicht unbedingt der Fall, und es ist auch möglich, zwei Profildaten zur Messung der Form des gesamten Messobjekts auf der Basis jedes Bildes zu erstellen und diese Daten dann zusammenzusetzen.
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In Ausführungsform 1 ist eine Vorrichtungsausbildung ohne einen Projektor auch möglich. Indem die dreidimensionale Form des Messobjekts lediglich mit der Farbmarkierungsmethode gemessen wird, kann die Vorrichtungsausbildung vereinfacht und die Prüfzeit reduziert werden. Es ist ferner auch möglich, eine Vorrichtungsausbildung zu verwenden, in der neben dem Projektor und der Lichtquelle für die Farbmarkierung auch weitere Beleuchtungseinheiten vorgesehen sind.
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Die Wellenlänge der Lichtquelle für die oben genannte Beleuchtungseinrichtung ist nicht auf R, G und B beschränkt, sondern es kann Licht jeder beliebigen Wellenlänge verwendet werden. In der obigen Ausführungsform wird auch das auf dem Anzeigegerät angezeigte Bild entsprechend dem Beleuchtungslicht in Rot (R), Grün (G), Blau (B), Magenta (M), Gelb (Y) und Cyan (C) getrennt angezeigt, jedoch ist dies nicht darauf beschränkt. Obwohl die vorliegende Erfindung bspw. auch auf Messvorrichtungen angewendet werden kann, die nicht die Methode der Farbmarkierung verwenden, in diesem Fall weist die oben genannte Farbklassifizierung keine Bedeutung auf und die Anzeige kann auch durch verschiedene Farben und/oder Muster aufgeteilt werden.
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<Nachträge>
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Ein Aspekt der vorliegenden Erfindung ist eine Vorrichtung zur Messung dreidimensionaler Form, umfassend: eine Beleuchtungseinheit (91) zur Bestrahlung eines Messobjekts (O) mit Beleuchtungslicht, eine Aufnahmeeinheit (92) zur Aufnahme des Messobjekts und eine Messeinheit (93) zur Messung dreidimensionaler Form des Messobjekts auf der Basis der Unterschiede in den Wellenlängen des reflektierten Lichts des Beleuchtungslichts, die von den durch die Aufnahmeeinheit aufgenommenen Bildern erhalten werden, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufnahmeeinheit mehrere Bilder, bei denen die Winkel der Aufnahmerichtung der Aufnahmeeinheit oder der Beleuchtungsrichtung des Beleuchtungslichts um die lotrechte Achse in Bezug auf das Messobjekt unterschiedlich sind und die Reflexionsart einschließlich der Intensität oder der Wellenlänge des reflektierten Lichts an einem vorbestimmten Teil des Messobjekts unterschiedlich ist, erhält, und die Messeinheit auf der Basis der durch die Aufnahmeeinheit erhaltenen mehreren Bilder die dreidimensionale Form des vorbestimmten Teils misst.
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Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur Messung dreidimensionaler Form, umfassend: einen Bestrahlungsschritt (S901, S903), in dem ein Beleuchtungslicht auf ein Messobjekt abgestrahlt wird, einen Aufnahmeschritt (S902, S904), in dem mehrere Bilder, bei denen die Winkel der Aufnahmerichtung oder der Beleuchtungsrichtung des Beleuchtungslichts um die lotrechte Achse in Bezug auf das Messobjekt unterschiedlich sind und die Reflexionsart einschließlich der Intensität oder der Wellenlänge des reflektierten Lichts des Beleuchtungslichts an einem vorbestimmten Teil des Messobjekts unterschiedlich ist, erhalten werden, und einen Messschritt (S907), in dem auf der Basis der in dem Aufnahmeschritt erhaltenen mehreren Bilder die dreidimensionale Form des vorbestimmten Teils gemessen wird.
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Bezugszeichenliste
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- 1, 3
- Substratprüfgerät
- 9
- Vorrichtung zur Messung dreidimensionaler Form
- 10, 30
- Auflage
- 11,31
- Prüfeinheit
- 110, 310,92
- Kamera
- 111, 211, 311, 91
- Beleuchtungseinrichtung
- 12, 32
- Steuergerät
- 13, 33, 93
- Informationsverarbeitungsgerät
- 14, 34
- Anzeigegerät
- 25, 35
- Bewegungsmechanismus
- K
- Substrat
- O
- Messobjekt
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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