JP2009156877A - 三次元検査システム - Google Patents

Abstract

【課題】電子リード線を含む対象物を三次元で検査する手法を提供する。
【解決手段】透明な焦点板（２０）の上に設置された精密パターン・マスク（図４）の画像を作成するためのカメラ（１０）を含む、プリント基板および集積回路を検査するための部品検査および校正方法。小形の部品（３０）が、検査のために、透明な焦点板（２０）の上に接触状態で、または浮いた状態で設置される。頭上のミラーまたはプリズム（４０）は、上記カメラ（１０）により検査中の、上記部品（３０）の側面図を反射する。部品（３０）の像は、三角測量により計測され、システムの寸法を校正することができる。ドット・パターンを含む精密焦点板マスク（図４）は、校正に必要なもう一組の情報を提供する。一つ以上のドット・パターンを画像化することにより、反復三角測量法により、喪失状態値を解決することができる。システムの光学系は、追加の焦点素子を使用しなくても、すべての斜視図に対する画像に焦点を結ぶように設計されている。
【選択図】図１Ａ

Description

本発明は、三次元検査用の方法および装置に関し、特に１台の軸方向カメラおよび一つの画像を使用する電気構成部分リード線を三次元で検査するための方法および装置に関する。

［発明の背景］
従来技術の三次元検査システムは、複数のアクセス・ミラーおよび複数のカメラ、または１台のカメラおよび複数の画像を使用していた。これらのシステムは、プリント基板、集積回路およびその他の小形部品を検査するのに使用された。従来技術の場合には、三次元検査を行うために複数の画像を必要とした。今までの従来技術の方法は、複数の画像を必要とする三角測量法を使用する。複数の画像を使用するので、従来技術の方法はコストが高く、複雑であり、検査するのに時間が掛かった。

従来技術の方法は、一つの画像からリード線を持つ部品を三次元で検査するための方法および装置を含んでいない。三次元システムに対して一つの画像を使用した場合には、速度が速くなり、コストが安くなるという利点がある。それ故、本発明の目的は、走査システムが、測定中の部品の一つの画像だけで測定を行うことができる場合に、リード線をもつ部品用の三次元走査システムを提供することである。

１９９２年１２月２２日付の、パーム他の「三次元走査システム」という名称の米国特許第５,１７３,７９６号、および１９９４年１月４日付の、パーム他の「三次元走査システム」という名称の米国特許第５,２７６,５４６号は、他の走査システムを開示している。これらの米国特許の全文は、引用によって本明細書の記載に援用する。

［発明の概要］
本発明は、電子リード線を含む対象物を三次元で検査するための方法および装置を提供する。検査システムは、焦点板の中央部上に、検査対象の部品を収容するための透明な焦点板を含む。光学的素子は、焦点板の下に位置する一つの軸方向カメラが側面を撮影することができるように焦点板の中央部付近に位置している。カメラは、底面図および側面図を含む画像を捉える。焦点板は、さらに、共通の基準点を提供する。プロセッサは、共通の基準点に対する部品の関係を使用して三次元での部品の特徴の位置を決定する。プロセッサは、システムのパラメータに対して不変である一組の寸法上のデータを提供するために、焦点板マスクのような正確に定義した対象物を画像化することによって検査システムを校正する。この校正方法により、一組辺状態方程式が得られる。検査対象の対象物に対する光学系、およびオーバーヘッド・ミラーまたはプリズムの相対的な位置を選択すれば、焦点素子を使用しなくてもすむ。底面図とオーバーヘッド図との間の光路長の差は、焦点深度より短い。三次元分析を行うのに一つの画像しか必要としないので、この検査システムを使用すれば、コストが安く、反復して使用することができ、高速で分析を行うことができる。

本発明は、また、一つの画像から電子リード線を三次元で検査するための方法を提供する。本発明の方法は、頂面を持つ透明な焦点板を設置することから始まる。その後で、透明な焦点板の頂面の中央部上に検査対象の電子リード線が設置される。その後で、上記部品の側部斜視図を提供するための固定光学的素子が設置される。さらに、部品の画像と、その内部で、カメラが画像データを提供する固定光学的素子が提供するもう一つの斜視図を入手するために、透明な焦点板の下にカメラが設置される。その後で、部品の三次元分析を行うために、上記画像データがコンピュータにより処理される。

本発明は、また、焦点板マスクを使用して、コンピュータを校正する方法を提供する。ある実施形態の場合には、本発明は、下記のステップで、底面図を校正することによりコンピュータを校正する。本発明は、最初、底面図から直接見ることができる、焦点板マスク上の校正ドットの位置を発見する。その後で、各ドットの位置および大きさが決定される。さらに、各ドットの位置および大きさがメモリに記憶される。その後で、既知の数値を各ドットの位置および大きさと比較することによって、底面の校正のための状態値が決定され、メモリに上記状態値が記憶される。

本発明は、さらに、下記ステップで、側面図を校正することにより、コンピュータの校正を行う。最初に、本発明の方法は、各固定光学的素子で見ることができる校正ドットの位置を決定する。その後で、基準縁部の位置を決定する。その後で、基準縁部から側面の画像および底面の画像の各ドットまでの距離が計算される。さらに、既知の数値から固定光学的素子に対する状態値が決定され、この状態値がメモリに記憶される。

本発明は、また、一つの画像により、電子リード線を持つ対象物の三次元検査を行う。本発明の方法の場合、最初、検査信号が送られてくるのを待つ。本発明は、底面図および側面図を含む対象物の一つの画像を必要とする。その後で、対象物の回転、ｘ位置およびｙ位置を発見するために上記画像が処理される。さらに、底面図において、対象物の電子リード線の位置が決定される。その後で、側面図において、対象物の電子リード線の位置が決定され、各リード線に対する基準点が決定される。さらに、ピクセル値が世界値に変換される。その後で、世界値が部分値に変換される。さらに、部分値が測定値に変換されるが、その場合、測定値は、計算した部品値を所定の部品値と比較することにより決定される。最後に、測定値および所定の許容値に基づいて、部品判定結果が提供される。

ある実施形態の場合には、部品判定結果は、合格判定結果、不合格判定結果および再加工判定結果からなるリストの中から選択したある判定結果を含む。
他の実施形態の場合には、所定の許容値は、さらに、合格許容値および不合格許容値を含む。

ある実施形態の場合には、測定値が合格許容値以下であるか、または等しい場合には、部品判定結果は合格判定結果となり、測定値が不合格許容値を超えていた場合には、部品判定結果は不合格判定結果となり、そうでない場合、再加工判定結果となる。

ある実施形態の場合には、カメラが画像を入手した後で部品を除去し、部品の結果を計算している間に透明な焦点板の上に新しい部品を置くことができる。

部品を検査、校正するための本発明の装置である。 本発明のシステムが入手した例示としての画像である。 一つの画像から電子リード線を三次元で検査するための方法である。 本発明の三次元検査ループのフローチャートである。 本発明の三次元検査ループのフローチャートである。 三次元で対象物の位置を決定するために使用される、本発明の一つの方法である。 三次元で対象物の位置を決定するために使用される、本発明の別の方法である。 四つの側部光学的素子を含むカメラにより撮影した校正ドット・パターンの一実施形態である。 ＤＳおよびＤＢを決定するための、本発明の方法である。 システムの校正に使用する、本発明の方法のフローチャートである。 光学的素子を校正するための方法である。 三次元で位置を決定するための方法のフローチャートである。 本発明の部品ホルダーおよび光学的素子の他の実施形態である。 本発明の部品ホルダーおよび光学的素子の他の実施形態である。 本発明の部品ホルダーおよび光学的素子の他の実施形態である。 本発明の部品ホルダーおよび光学的素子の他の実施形態である。 サブピクセル・リード線寸法測定方法の１実施形態である。 サブピクセル・リード線寸法測定方法の１実施形態である。 サブピクセル・リード線寸法測定方法の１実施形態である。 サブピクセル・リード線寸法測定方法の１実施形態である。

［好適な実施形態の詳細な説明］
本発明のある実施形態の場合には、本明細書に開示する方法および装置は、電子リード線を持つ対象物を三次元で検査するための方法および装置である。
図１Ａは、三次元検査用の本発明の装置である。上記装置は、レンズ１２備えるカメラ１０および焦点板２０を含む。焦点板２０は、カメラにより画像化するための、リード線５０を持つ部品３０を収容するための中央部２２を含む。カメラ１０は、部品３０の画像を入手するために、焦点板２０の中央部２２の下に位置する。焦点板２０は、部品３０のもう一つの斜視図を提供するための光学的素子４０を含む。光学的素子４０は、焦点板に取り付けられていて、カメラ１０に部品３０の複数の側面図を提供するために中央部２２の周囲に位置している。本発明のある実施形態の場合には、光学的素子４０は、プリズムを備えることができる。本発明の他の実施形態の場合には、光学的素子４０はミラーを備えることができる。

カメラ１０は、部品３０の画像、および光学的素子４０が提供するもう一つの斜視図を撮影できるような場所に位置している。カメラ１０は、画像を捕捉するために、フレーム・グラバー・ボード１８を含む。カメラ１０の光学系は、焦点板２０から底面図の光路、および光学的素子４０から提供される側面図の光路を含む焦点深度を持つ。カメラ１０は、図２Ａおよび図２Ｂのところで説明するように、三次元検査を行うために、プロセッサ１４に画像データ出力を提供する。プロセッサ１４は、メモリ１６に画像を記憶することができる。

図１Ｂは、図１Ａのシステムが入手した例示としての画像である。カメラ１０が撮影した画像６０は、焦点板２０を通して入手した底面図７０を含む。底面図７０は、部品３２の画像およびリード線５２、５４、５６、５８の画像である。画像６０は、さらに、焦点板２０を通し、光学的素子４０から反射した四つの側面の画像８０、８２、８４、８６を含む。側面の画像８０、８２、８４、８６は、部品３２および対応するリード線５３、５５、５７、５９の各側面の画像である。例えば、側面図８２のリード線５３は、底面図７０のリード線５２に対応し、側面図８４のリード線５５は、底面図７０のリード線５４に対応する。以下同じ。当業者なら理解することができると思うが、本発明は、任意の数の側面画像で動作することができる。例えば、１列のリード線を検査するのに、一つの画像を使用することができる。２列のリード線の場合には、二つの画像を使用することができる。

一つの画像から電子リード線を三次元検査するための方法を示す、図１Ｃについて説明する。この方法の場合、最初に、ステップ１０１０において、頂面を持つ透明な焦点板が設置される。その後で、ステップ１０２０において、透明な焦点板の頂面の中央部に検査対象の電子リード線を持つ部品が置かれる。さらに、ステップ１０３０において、部品の側面の斜視図を提供するための固定光学的素子が設置される。その後で、ステップ１０４０において、部品の画像と、固定光学的素子が提供するもう一つの斜視図を入手するために、透明な焦点板の下にカメラが設置される。この場合、ステップ１０４０において、カメラは画像データを提供する。その後で、ステップ１０５０において、部品の三次元分析を行うために、上記画像データがコンピュータにより処理される。

図２Ａおよび図２Ｂは、本発明の三次元検査ループのフローチャートである。
プロセスは、ステップ１１０における、検査信号の入力待ちの状態からスタートする。上記信号により状態が変化すると、システムが検査を開始する。プロセッサは、ステップ１１０において、カメラからリード線を持つ部品の画像を入手するために、フレーム・グラバー・ボード１８にコマンドを送る。ステップ１２０において、カメラ１０は、ピクセル値を含む画像を捕捉し、プロセッサはメモリに画像を記憶する。上記画像は、図１Ｂの部品の底面図及び多数の側面図の両方からの情報を含む。

ステップ１３０において、検査システムは、部品が検査焦点板を離れ、次の部品を正しい場所に置くことができるように、図９Ｂ、図９Ｃおよび図９Ｄの部品ハンドラーに信号を送る。上記ハンドラーは、検査システムが、記憶している画像データを処理している間に部品を設置することができる。

検査システムは、図４の焦点板マスクを使用して、検査システムが校正されている間に発見された中心点に対する、回転、Ｘ位置、およびＹ位置を発見するために、ステップ１４０において、記憶した画像のピクセル値を処理する。プロセッサは、部品の本体上の四つの側面上の点を発見して、これらのプレースメント値を決定する。ステップ１５０において、プロセッサは、理想的な部品の測定値を含む部品識別ファイルを使用する。部品識別ファイルからの上記測定値、およびステップ１４０において決定したプレースメント値を使用して、プロセッサは、画像の底面図の部分に対する部品の各リード線の予想位置を計算する。プロセッサは、底面図の予想位置に最も近いリード線の位置を決定するために、画像データにより捜索手順を使用する。その後で、プロセッサは、図１０Ａ−図１０Ｄのサブピクセル画像処理方法により、各リード線の三つの側面上の縁部を発見することにより、ピクセル値でのリード線のＸ位置およびＹ位置を決定する。

プロセッサは、ステップ１６０において、図６のところで説明した計算手順中に決定したように、側面の既知の位置を使用して、画像の側面図の各リード線の予想位置、および底面図で発見したリード線の位置を計算する。プロセッサは、図３Ａのところでさらに詳細に説明する、ピクセル値でのリード線のＺ位置を決定するために、サブピクセル手順を使用する。

プロセッサがリード線の位置を決定した後で、各リード線の基準縁部を決定するために、検査ループは、ステップ１７０に進む。プロセッサは、側面図で発見した各リード線の最も近い基準縁部を決定する。ある実施形態の場合には、焦点板を含む光学的素子の接合箇所が、基準縁部としての働きをする。他の実施形態の場合には、基準縁部は、透明な焦点板に内接させることができる。好適な実施形態の場合には、参照縁部を透明な焦点板上に内接することができる。もう一つの実施形態の場合には、ピクセルの仮想ラインが、基準縁部を形成する。プロセッサは、校正中に決定したピクセル値、およびパラメータを使用して、ステップ１８０において、ピクセル値を各リード線の世界位置に変換する。世界位置は、基準縁部に対するリード線の物理的位置を表わす。プロセッサは、ＤＳおよびＤ_Bの大きさを測定し、図３Ａおよび図３Ｂのところでさらに詳細に説明する、各リード線のＺ寸法を計算する。

その後で、プロセッサは、理想の部品の座標を指定するために、ステップ１９０において、計算した部品の回転、Ｘ位置、およびＹ位置を使用して、世界値を部品値に変換する。部品値は、リード線の長さおよびリード線の幅のような、リード線の物理的寸法を表わす。

ステップ２００において、理想の位置からの三次元での各リード線の変位を計算するために、これらの部品値は、部品ファイルに記載されている理想の部品の数値と比較される。本発明の例示としての、ある実施形態の場合には、変位値は、先端のオフセット、傾き、リード線の曲がり、幅および同一平面性を含むことができる。プロセッサは、電子リード線の検査結果を提供するために、ステップ２１０において、これらの変位値を、部品ファイルに記載されている理想の部品に対する所定のしきい値を比較する。ある実施形態の場合には、所定の許容値は、工業規格からの合格許容値および不合格許容値を含む。測定値が合格許容値より小さいか等しい場合には、プロセッサはその部品を合格とする。測定値が不合格許容値を超えている場合には、プロセッサはその部品を不合格とする。測定値が合格許容値より大きいが、不合格許容値より小さいかまたは等しい場合には、プロセッサは、その部品を再加工するように指定する。プロセッサは、ステップ２２０において、その部品の検査結果を報告し、部品の検査を終了する。その後で、プロセスはステップ１１０に戻り、次の検査信号待ちになる。

図３Ａは、対象物の三次元位置を提供するために使用する、本発明の一つの方法である。図６に示す、校正手順により決定したパラメータおよび一つの画像を使用してプロセッサは三次元位置を計算する。プロセッサは、焦点板２０の平面と光学的素子４０との接合部分により形成される焦点板２０の面上の基準線の位置を決定する。光線３００は、基準縁部３０２からカメラ１０への光路を示す。光線３００、３１０および３２０は、カメラ１０の軸に対して平行である。プロセッサは、基準縁部３０２と光路３１０で示す、光学的素子４０の反射面３１２の対象物３３０の反射画像との間の距離として距離であるＤＳを測定する。ある実施形態の場合には、反射面３１２と焦点板２０との間の角度は４２度である。当業者なら、カメラ１０にリード線の画像を提供できるなら、任意の角度を使用することができることを理解することができるだろう。プロセッサは、光路３２０により示すように、基準縁部３０２と、対象物３３０の画像との間の距離である、距離ＤＢを決定する。光路３１０と、対象物３３０と交差している焦点板の面に平行な面とが形成する角度θ３４０を使用して、プロセッサは焦点板の面の上の対象物３３０の距離Ｚ３５０を決定する。図７は、システムの校正中の角度θの計算例を示す。プロセッサは、下記式により距離Ｚを計算する。
Ｚ＝ＤＳ tan（４５°−θ／２）−（ＤＢ−ＤＳ）tanθ
ここで、ＤＳ＝基準縁部から対象物の側面の画像までの距離である。
ＤＢ＝基準縁部から対象物の底面の画像までの距離である。
θ＝光学的素子により反射され、カメラのところに
θ＝光学的素子により反射され、カメラのところに届いた
対象物からの光線、および焦点板の面に平行で対象物と交差する面と
が形成する角度である。
Ｚ＝焦点板の面から対象物までのＺ軸に沿った距離である。

図３Ｂは、三次元で対象物の位置を決定するために使用される、本発明の別の方法である。この方法の場合には、プロセッサ１４は、最初に、焦点板２０上に内接している基準線３６０の位置を決定する。プロセッサは、焦点板２０の面への光学的素子４０の面３１２の角度により変化する角度θ３４０を決定する。角度θ３４０は、二つの点３３２および３３４により決定される。プロセッサは、カメラに平行に、点３３２および３３４から下方に向かって延びる二つの光線３３３および３３５の間の距離を測定することによって、点３３２および３３４の間の距離を決定する。その後で、プロセッサは、光学的素子４０から、カメラのところに届いた、対応する光線３７０および３７２の側面図をチェックする。側面図のこれら二つの光線３７０および３７２の間の距離はΔｚであると測定される。θは、下記式により決定される。
θ＝ＡＲＣＴＡＮ（ΔＺ／ΔＸ）
ここで、ＤＳ＝基準縁部から対象物の側面の画像までの距離である。
ｄＢ＝基準縁部から対象物の底面の画像までの距離である。
θ＝固定光学的素子により反射され、カメラのところに届
いた対象物からの光線と、焦点板の面に平行で対象物と交差する面と
が形成する角度である。
Ｒ＝光学的素子４０の反射面と、透明な焦点板２０との間
の基準線３６０および交差３８２のオフセットである。
Ｚ＝焦点板の面から対象物までのＺ軸に沿った距離である。

その後で、プロセスは、オフセットＲを決定する。オフセットＲは、光学的素子の面３１２の交点３８２、および焦点板２０の面、および基準線３６０の縁部からの距離の測定値である。オフセットＲは、下記式により決定される。
Ｒ＝｛（ｄＢ−ｄＳ）ｔａｎθ／ｔａｎ（４５°−θ／２）｝ − ｄＳ
ここで、ｄＢ＝光線３８０と３３３との間の距離である。
ｄＳ＝光線３８０から光線３７０への距離である。
その後で、プロセッサは、下記式により、焦点板２０の上面からの対象物の高さＺを決定する。
Ｚ＝（ｄＳ＋Ｒ）ｔａｎ（４５°−θ／２） − （ｄＢ−ｄＳ）ｔａｎθ

本発明のある実施形態の場合には、システムは、焦点板の面上に、既知の間隔および大きさの校正ドットのパターンを置くことにより校正される。図４は、四つの側面光学的素子を持つカメラ１０から見た校正ドット・パターンのある実施形態である。もっと少ない側面、またはもっと多くの側面を持つ、光学的素子も使用することができる。カメラは、焦点板の面上に位置する光学的素子から底面図および四つの側面図を含む画像を受け取る。校正ドットは、直接画像４１０および反射画像４２０として現われる。図５は、直接画像４１０、反射画像４２０、および基準縁部３０２およびＤＳおよびＤＢの数値との間の関係を示す。

図６は、焦点板マスク４００を使用する、システムを校正するための本発明の方法を示す。この方法は、校正ドットを発見することによりステップ６００からスタートする。プロセッサは、底面図から直接見ることができる各ドットの位置および大きさを発見する。これらの結果をメモリに記憶している、既知の数値と比較することにより、プロセッサは、ステップ６１０および６２０において、底面校正用の喪失状態値を計算する。例えば、ステップ６１０において、プロセッサは、カメラの歪および回転角度を決定し、ステップ６２０においては、プロセッサはピクセルの幅および高さを測定する。これらの状態値は、ピクセル幅およびピクセル高さ、ピクセルのアスペクト比、光学系の歪、およびドット・パターンに対するカメラの向きを含む。その後で、プロセッサはこれら結果をメモリに記憶する。これら結果は、ピクセル値を世界値に変換するために、分析中、使用するための変換係数を提供する。

プロセスは、ステップ６３０に進み、そこでプロセッサは、側面図および基準縁部で見ることができる校正点を発見する。これらの数値から、プロセッサは、図７に示すように、ステップ６４０において、光学的素子４０の側面図の角度を決定する。プロセッサは、データから各側面ミラーを校正するための喪失状態値を発見することによりスタートする。これらは、焦点板の面に対するミラーの位置を含む。状態値はメモリに記憶される。

図７は、システムが、ＤＳおよびＤＢを使用して、光学的素子７２０に対する角度θ７１０をどのように決定するのかを示す。システムは、基準縁部７３０の位置を発見し、距離ＤＳ７６０を決定するために、対象物７５０の反射画像７４０を使用する。ＤＢは、基準縁部７３０および対象物７５０からの距離により決定される。角度θ７１０の角度計算は、下記式により行われる。
θ＝ArcSin［ＤＳ／ＤＢ］
角度θが分かれば、検査システムは、空間内の対象物の三次元の位置を決定するために、これらの既知の数値を使用することができる。

図８は、空間内の対象物の三次元の位置を決定するための、本発明の検査システムの方法の一実施形態である。この方法は、底面図から対象物を発見することにより、ステップ８００からスタートする。捜索方法を使用して、プロセッサは、対象物の座標を決定する。ある実施形態の場合には、プロセッサは、反復可能な位置を発見するために、図１０Ａ−図１０Ｄに示すサブピクセル法を使用する。その後で、この方法は、側面図で対象物を発見するために、ステップ８１０へ進む。プロセッサは、底面図の場合と同じ方法で、対象物に対するサブピクセル位置を決定する。プロセッサは、ステップ８２０において、サブピクセル位置への基準縁部を発見し、その後で、ステップ８３０において、ＤＳおよびＤＢに対する観察した数値を計算する。これらの既知の数値から、プロセッサは、ステップ８４０において、ｘ、ｙおよびｚ位置を決定することができる。

図９Ａ、図９Ｂ、図９Ｃおよび図９Ｄは、本発明の部品ホルダーおよび光学的素子の他の実施形態である。図９Ａの場合には、ペデスタル９１０は、焦点板９２０の中央部に取り付けられている。部品９００は、分析のために、ペデスタル９１０上に設置することができる。図９Ｂの場合には、部品９００を焦点板９２０の頂面の上に釣り下げるために、真空ホルダー９５０が使用される。真空ホルダー９５０は、焦点板９２０の面にほぼ平行に、部品９００を釣り下げる。図９Ｃは、焦点板の中央部９２２に孔が開いていて、焦点板９２０の上に部品９００を釣り下げている真空ホルダー９５０である。焦点板９２０の中央部分９２２は、孔が開いていて、そのため、プリズム９４０の内面９４２は、焦点板９２０の開口部とほぼ一直線になっている。図９Ｄは、ミラー９５２が、プリズム９４０の代わりに使用されている点を除けば、図９Ｃのものと同じものである。

サブピクセル・リード線寸法測定方法の一実施形態を示す図１０Ａ−図１０Ｄについて説明する。プロセッサは、リード線の先端５１を持つリード線５０に対する、理想の位置中心を発見するために、底面図から決定した既知のパラメータからスタートする。部品の大きさおよび照明状態のような他のパラメータにより、リード線先端５１の理想の位置の中心は変化する。プロセッサは、図１０Ａに示す座標ｎｘ、ｎｙのような、理想の中心位置の周囲に、１１×１９のような、問題の領域を指定する。例えば、カメラは、リード線の１インチの約１６００分の１を表わす、ピクセルにより、１０２４×１０２４個のピクセルを含むＣＣＤカメラである。本発明の精神および範囲から逸脱しないで、他の光学的システムおよびカメラ・タイプも使用することができる。問題の領域の大きさは、一本のリード線だけが、問題の領域内に含まれるように選択される。ピクセルの予想される幅、ｎＷ、部品の本体までのリード線５０の使用できる予想の長さ、ｎＬを使用することにより、図１０Ａに示すように予想されるリード線の寸法が発見される。問題の領域内で、プロセッサは、リード線の先端５１に対向する外部縁部から、リード線の先端５１の方向に、一回に１ピクセルだけ移動することにより、リード線の先端５１を発見する。プロセッサは、リード線の先端ｄＴの縁部になる最大勾配を持つピクセルを決定する。各ピクセルの勾配は、次のピクセルのグレー・スケール値からそのピクセルのグレー・スケール値を差し引くことにより発見することができる。ノイズにより起こる可能性がある影響を少なくするために、プロセッサは、個々のピクセルを使用するのではなく、三つまたはそれ以上のピクセルのグループを平均することにより、前に進むことができる。リード線の先端５１が発見されると、プロセッサは、理想の部品により指定されているように、リード線に平行に軸方向に沿って、リード線に、例えば、５ピクセル移動することによって、二つのリード線の先端の縁部の位置、ｄＳ１およびｄＳ２を決定する。その後で、この方法は、ラインに沿って最大の勾配が発見されるまで、リード線に垂直なラインに沿って、各側縁部の方向に移動して行われる。最大の勾配を持つピクセルｄＳ₁およびｄＳ２は、側部の位置として定義される。

その後で、プロセッサは、第二のサブピクセル動作のための、もっと正確なシード位置を発見するために、図１０Ｂに示すように、サブピクセル動作を行う。
プロセッサは、各位置ｄＴ、ｄＳ１およびｄＳ２の周囲に、小さな３×５のボックスを形成する。サブピクセル動作は、左から右へ移動し、もっと多くの反復可能な位置ｄＴを発見して、各行の三つのピクセルの平均を取ることによりｄＴでスタートする。同様に、各列のピクセルの平均を取りながら、リード線の縁部でないところから、リード線内に移動して、側部位置に対するもっと正確なシード位置ｄＳ１およびｄＳ２が発見される。

これらの新しいシード・ピクセルが決定されると、プロセッサは新しいシード点ｄＴｉｐを使用し、先端の点の中心が、ｄＴ上に左から右に移動し、図１０Ｃに示すように、（ｄＳ１およびｄＳ２）／２の上で、頂部から底部に中心が移動する、大きさ２ｎＷ×２ｎＷの大きなサブピクセル・ボックスを定義することにより、先端の位置を決定する。ここでもまた、プロセッサは、先端の位置であるｄＴｉｐを発見するために、各行のピクセルの平均を取りながら、リード線の縁部から、リード線に向かって、左から右に移動する。もっと多くのピクセルを含むもっと大きなボックスを使用することにより、もっと反復可能な結果が入手される。

同様に、図１０Ｄに示すように、寸法ｎＬ×ｎＷのサブピクセル・ボックスと一緒に、シード位置ｄＳ１およびｄＳ２を使用して、側部位置が発見される。第一のボックスの場合には、シード位置は、ｄＳ１および（ｄＴｉｐ＋ｎＬ／３）である。第二のボックスの場合には、シード位置は、ｄＳ２および（ｄＴｉｐ＋ｎＬ／３）である。プロセッサは、各列のピクセルの平均を取りながら、リード線の方向に移動し、以下に示すサブピクセル・プロセスを使用して、ｄＳｉｄｅ₁およびｄＳｉｄｅ₂であるサブピクセル位置を決定する。その後で、リード線の幅がｄＳｉｄｅ₁−ｄＳｉｄｅ₂により計算される。
Ｃ言語で実行されるサブピクセル縁部検出の一例を以下に示す。

特許法に適合するように、必要に応じて、当業者に、この新規な原理を適用し、上記の特殊化した構成部分を組立て、使用するために必要な情報を提供するために、本発明をかなり詳細に説明してきた。しかし、本発明は、ハッキリと異なる装置および手段により実行することができること、また本発明の範囲から逸脱しないで、装置の詳細および動作手順の両方を種々に修正することができることを理解されたい。

Claims (27)

1. 電子リード線（５２、５４、５６、５８）の三次元検査を行うための装置において、
   ａ）頂面の中央部（２２）上に、検査対象の電子リード線（５２、５４、５６、５８）を有する部品（３０）を収容するための、前記頂面を有する透明な焦点板（２０）と、
   ｂ）前記透明な焦点板（２０）の前記頂面に取り付けられている固定光学的素子（４０）であって、前記透明な焦点板（２０）を通して、前記部品（３０）の側面図を反射するように、位置している固定光学的素子（４０）と、
   ｃ）前記透明な焦点板（２０）を通して、前記部品（３０）の底面図と、前記固定光学的素子（４０）からの前記部品の側面図とを含む画像を受け取るように前記透明な焦点板（２０）の下に配置されたカメラであって、前記底面図および側面図を表わす画像データ出力を持つカメラ（１０）と、
   ｄ）前記画像データ出力を受け取るように接続されたプロセッサ（１４）であって、電子リード線（５２、５４、５６、５８）を検査するために、前記画像データ出力を三次元分析するプロセッサ（１４）と、を備える装置。
2. 請求項１に記載の装置において、前記装置は、較正するために焦点板マスク（図４）を使用し、前記焦点板マスクが較正ドット・パターンを更に含むことを特徴とする装置。
3. 請求項１に記載の装置において、前記カメラ（１０）に対して前記部品（３０）の四つの側面図を提供するために、前記透明な焦点板（２０）の中央部（２２）の周囲に取り付けられている四つの固定光学的素子（４０）を更に備える装置。
4. 請求項１に記載の装置において、前記固定光学的素子（４０）が、プリズムを更に含むことを特徴とする装置。
5. 請求項１に記載の装置において、前記固定光学的素子（４０）が、ミラーを更に含むことを特徴とする装置。
6. 請求項１に記載の装置において、前記カメラ（１０）からの前記画像データがメモリ（１６）に記憶されることを特徴とする装置。
7. 請求項１に記載の装置において、前記プロセッサ（１４）が、次式により、透明な焦点板（２０）からの対象物の高さを決定することを特徴とする装置。
   Ｚ＝ＤＳｔａｎ（４５°−θ／２）−（ＤＢ−ＤＳ）ｔａｎθ
   （ここで、ＤＳ＝基準縁部から前記対象物の側面図までの距離である。
   ＤＢ＝基準縁部から前記対象物の底面図までの距離である。
   θ ＝前記固定光学的素子により反射され、前記カメラのところに届いた前記対象物からの光線と、前記透明な焦点板の面に平行で前記対象物と交差する面とが形成する角度である。
   Ｚ＝前記透明な焦点板の面から前記対象物までのＺ軸に沿った距離である。）
8. 請求項７に記載の装置において、前記固定光学的素子（４０）の反射面と透明な焦点板（２０）との交点が基準縁部であることを特徴とする装置。
9. 請求項１に記載の装置において、前記プロセッサ（１４）が、次式により、透明な焦点板（２０）からの対象物の高さを決定することを特徴とする装置。
   Ｚ＝（ｄＳ＋Ｒ）ｔａｎ（４５°−θ／２） − （ｄＢ−ｄＳ）ｔａｎθ
   （ここで、ｄＳ＝基準縁部から前記対象物の側面図までの距離である。
   ｄＢ＝基準縁部から前記対象物の底面図までの距離である。
   θ ＝前記固定光学的素子により反射され、カメラに届いた前記対象物からの光線と、前記透明な焦点板に平行で前記対象物と交差する面とが形成する角度である。
   Ｒ＝基準線と、前記固定光学的素子の反射面および前記透明な焦点板の間の交線とのオフセットである。
   Ｚ＝前記透明な焦点板の面から前記対象物までのＺ軸に沿った距離である。）
10. 請求項９に記載の装置において、前記プロセッサ（１４）が、次式により角度θおよびオフセットＲを決定することを特徴とする装置。
    θ＝ＡＲＣＴＡＮ（ΔＺ／ΔＸ）
    Ｒ＝｛（ｄＢ−ｄＳ）ｔａｎθ／ｔａｎ（４５°−θ／２）｝ − ｄＳ
    （ここで、Δｘ＝前記底面図に基づく二つの対象物の間の距離である。
    Δｚ＝前記側面図に基づく二つの対象物の間の対応する距離である。）
11. 請求項１に記載の装置において、前記カメラ（１０）が、前記部品（３０）から前記カメラ（１０）への光路、および前記部品（３０）から前記固定光学的素子（４０）への光路を含む前記カメラ（１０）に対する焦点深度を提供するように較正されたことを特徴とする装置。
12. 請求項１に記載の装置において、真空ホルダー（９５０）が、前記部品（９００）を透明な焦点板（９２０）の上に釣り下げることを特徴とする装置。
13. 請求項１２に記載の装置において、前記透明な焦点板（９２０）の前記中央部（９２２）が切除されていることを特徴とする装置。
14. 請求項１に記載の装置において、前記部品（９００）を収容するために、前記透明な焦点板（９２０）の中央部上に装着されている台（９１０）を更に備える装置。
15. 請求項１に記載の装置において、前記カメラ（１０）が、前記カメラ（１０）の軸が前記透明な焦点板（９２０）の表面にほぼ垂直になるように位置していることを特徴とする装置。
16. 一つの画像から電子リード線の三次元検査を行うための方法であって、
    ａ）頂面を有する透明な焦点板を設置するステップ（１０１０）と、
    ｂ）前記透明な焦点板の頂面の中央部上に検査対象の電子リード線を有する部品を設置するステップ（１０２０）と、
    ｃ）部品の側面の斜視図を提供するための固定光学的素子を設置するステップ（１０３０）と、
    ｄ）前記部品の画像と、前記固定光学的素子が提供する側面の斜視図とを受け取るために、前記透明な焦点板の下に位置していて、画像データを提供するカメラを設置するステップ（１０４０）と、
    ｅ）前記部品の三次元分析を行うために、前記画像データをコンピュータにより処理するステップ（１０５０）とを含む方法。
17. 請求項１６に記載の方法において、焦点板マスク（図６）を使用して前記コンピュータを較正するステップを更に含む方法。
18. 請求項１７に記載の方法において、前記コンピュータを較正するステップが、
    ａ）底面図から直接見ることができる、前記焦点板マスク上の較正ドットの位置を決定するステップ（６００）と、
    ｂ）各ドットの位置および大きさを決定するステップ（６１０、６２０）と、
    ｃ）各ドットの位置および大きさをメモリに記憶するステップ（６１０、６２０）と、
    ｄ）各ドットの位置および大きさを既知の値と比較することにより、底面図を較正するための状態値を決定するステップ（６２０）と、
    ｅ）前記状態値をメモリに記憶するステップ（６２０）と、
    により底面図を較正するステップを更に含むことを特徴とする方法。
19. 請求項１８に記載の方法において、前記コンピュータを較正するステップが、
    ａ）前記各固定光学的素子の、目視できる較正ドットの位置を決定するステップ（６３０）と、
    ｂ）基準縁部の位置を決定するステップ（６３０）と、
    ｃ）前記基準縁部から前記側面図および前記底面図の各ドットまでの距離を計算するステップ（６４０）と、
    ｄ）既知の値から前記固定光学的素子の状態値を決定するステップ（６４０）と、
    ｅ）前記状態値をメモリに記憶するステップ（６４０）と、
    により側面図を較正するステップを更に含むことを特徴とする方法。
20. 一つの画像から電子リード線を有する対象物を三次元検査するための方法であって、
    ａ）検査信号の入力を待機するステップ（１１０）と、
    ｂ）底面図および側面図を含む、前記対象物の画像を取得するステップ（１２０）と、
    ｃ）前記対象物の回転、ｘ座標位置およびｙ座標位置とを発見するために、前記画像を処理するステップと、
    ｄ）前記底面図において、前記対象物の前記電子リード線の位置を決定するステップ（１５０）と、
    ｅ）前記側面図において、前記対象物の前記電子リード線の位置を決定するステップ（１６０）と、
    ｆ）各リード線の基準点を決定するステップ（１７０）と、
    ｇ）ピクセル値を世界値に変換するステップ（１８０）と、
    ｈ）世界値を部品値に変換するステップ（１９０）と、
    ｉ）測定値は、前記部品値を所定の部品値と比較することにより決定され、部品値を該測定値に変換するステップ（２００）と、
    ｊ）前記測定値および所定の許容値に基づいて、部品判定結果を提供するステップ（２１０、２２０）と、を含む方法。
21. 請求項２０に記載の方法において、前記部品判定結果（２２０）が、合格判定結果、不合格判定結果および再加工判定結果とからなるグループより選択される判定結果を含むことを特徴とする方法。
22. 請求項２０に記載の方法において、前記所定の許容値が、合格許容値および不合格許容値を更に含むことを特徴とする方法。
23. 請求項２２に記載の方法において、前記部品判定結果（２２０）が、前記測定値が前記合格許容値より小さいか又は等しい場合の合格判定結果、前記測定値が不合格許容値を超えている場合の不合格判定結果、及び前記の場合以外の場合の再加工判定結果とを含むことを特徴とする方法。
24. 請求項２０に記載の方法において、前記画像がメモリ（１６）に記憶されることを特徴とする方法。
25. 請求項２０に記載の方法において、前記画像を取得した後に前記対象物を取り除いて、前記部品判定結果（２２０）を計算している間に次の対象物を配置することを特徴とする方法。
26. 請求項２０に記載の方法において、前記底面図における前記対象物の前記電子リード線の位置を決定するステップと、前記側面図における前記対象物の前記電子リード線の位置を決定するステップとからなるステップが、
    （ａ）リード線（５０）の画像を処理するステップであって、前記画像が、前記リード線の先端（５１）を含む画像の領域をほぼ示すようにして前記リード線の先端（５１）を含むことを特徴とするステップと、
    （ｂ）リード線の先端部の縁部および両側部を含んだ前記リード線の先端部（５１）を含む重要な領域（図１０Ｃ）を定義するステップと、
    （ｃ）前記リード線の先端部（５１）の中心の位置を発見するために、前記重要な領域に対してサブピクセル縁部検出（図１０Ｂ）を行うステップと、
    を更に含むことを特徴とする方法。
27. 請求項２６に記載の方法において、前記重要な領域（図１０Ｃ）が、一本のリード線全体（５０）の画像のみを含む大きさにされることを特徴とする方法。

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