JP2017072385A - Three-dimensional measurement device - Google Patents
Three-dimensional measurement device Download PDFInfo
- Publication number
- JP2017072385A JP2017072385A JP2015197516A JP2015197516A JP2017072385A JP 2017072385 A JP2017072385 A JP 2017072385A JP 2015197516 A JP2015197516 A JP 2015197516A JP 2015197516 A JP2015197516 A JP 2015197516A JP 2017072385 A JP2017072385 A JP 2017072385A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- measurement
- light pattern
- determination condition
- cream solder
- image data
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
- G01B11/00—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
- G01B11/24—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring contours or curvatures
- G01B11/25—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring contours or curvatures by projecting a pattern, e.g. one or more lines, moiré fringes on the object
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Computer Vision & Pattern Recognition (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
- Electric Connection Of Electric Components To Printed Circuits (AREA)
Abstract
Description
本発明は、位相シフト法を利用して三次元計測を行う三次元計測装置に関するものである。 The present invention relates to a three-dimensional measurement apparatus that performs three-dimensional measurement using a phase shift method.
一般に、プリント基板上に電子部品を実装する場合、まずプリント基板上に配設された所定の電極パターン上にクリーム半田が印刷される。次に、該クリーム半田の粘性に基づいてプリント基板上に電子部品が仮止めされる。その後、前記プリント基板がリフロー炉へ導かれ、所定のリフロー工程を経ることで半田付けが行われる。昨今では、リフロー炉に導かれる前段階においてクリーム半田の印刷状態を検査する必要があり、かかる検査に際して三次元計測装置が用いられることがある。 Generally, when an electronic component is mounted on a printed circuit board, cream solder is first printed on a predetermined electrode pattern disposed on the printed circuit board. Next, an electronic component is temporarily fixed on the printed circuit board based on the viscosity of the cream solder. Thereafter, the printed circuit board is guided to a reflow furnace, and soldering is performed through a predetermined reflow process. In recent years, it is necessary to inspect the printed state of the cream solder in a stage before being led to the reflow furnace, and a three-dimensional measuring device is sometimes used for such inspection.
近年、光を用いたいわゆる非接触式の三次元計測装置が種々提案されており、例えば位相シフト法を用いた三次元計測装置に関する技術が提案されている。 In recent years, various so-called non-contact type three-dimensional measuring apparatuses using light have been proposed. For example, a technique related to a three-dimensional measuring apparatus using a phase shift method has been proposed.
該位相シフト法を利用した三次元計測装置においては、所定の光を発する光源と、該光源からの光を正弦波状(縞状)の光強度分布を有する光パターンに変換する格子との組み合わせからなる照射手段により、光パターンをプリント基板(被計測物)に照射する。そして、基板上の点を真上に配置した撮像手段を用いて観測する。撮像手段としては、レンズ及び撮像素子等からなるCCDカメラ等が用いられる。 In the three-dimensional measuring apparatus using the phase shift method, a combination of a light source that emits predetermined light and a grating that converts light from the light source into a light pattern having a sinusoidal (stripe) light intensity distribution. The light pattern is irradiated onto the printed circuit board (object to be measured) by the irradiation means. And it observes using the imaging means which has arrange | positioned the point on a board | substrate directly above. As the imaging means, a CCD camera or the like including a lens and an imaging element is used.
上記構成の下、撮像手段により撮像された画像データ上の各画素の光の強度(輝度)Iは下式(U1)で与えられる。 Under the above configuration, the light intensity (luminance) I of each pixel on the image data picked up by the image pickup means is given by the following equation (U1).
I=f・sinφ+e ・・(U1)
但し、f:ゲイン、e:オフセット、φ:光パターンの位相。
I = f · sinφ + e (U1)
Where f: gain, e: offset, and φ: phase of the light pattern.
ここで、上記格子を移送又は切替制御することにより、光パターンの位相を例えば4段階(φ+0、φ+90°、φ+180°、φ+270°)に変化させ、これらに対応する強度分布I0、I1、I2、I3をもつ画像データを取り込み、下記式(U2)に基づいてf(ゲイン)とe(オフセット)をキャンセルし、位相φを求める。 Here, the phase of the light pattern is changed in, for example, four stages (φ + 0, φ + 90 °, φ + 180 °, φ + 270 °) by transferring or switching the grating, and intensity distributions I 0 , I 1 , corresponding to these are changed. Image data having I 2 and I 3 is captured, f (gain) and e (offset) are canceled based on the following equation (U2), and the phase φ is obtained.
φ=tan-1[(I1−I3)/(I2−I0)] ・・(U2)
そして、この位相φを用いて、三角測量の原理に基づきプリント基板上の各座標(X,Y)における高さ(Z)が求められる(例えば、特許文献1参照)。
φ = tan −1 [(I 1 −I 3 ) / (I 2 −I 0 )] (U2)
And using this phase (phi), the height (Z) in each coordinate (X, Y) on a printed circuit board is calculated | required based on the principle of triangulation (for example, refer patent document 1).
これに対し、近年では、上述した4回撮像方式に代えて、光パターンの位相を3段階に変化させ、3通りの画像データから位相φを取得する3回撮像方式も提案されている(例えば、特許文献2参照)。 On the other hand, in recent years, instead of the four-time imaging method described above, a three-time imaging method has been proposed in which the phase of the light pattern is changed in three stages and the phase φ is acquired from three types of image data (for example, , See Patent Document 2).
しかしながら、4回撮像方式は、より多くの画像データを基に計測を行うため、高精度な計測が可能である反面、計測(特に画像データの取得など)に時間がかかる。逆に、3回撮像方式は、計測時間が短くなる一方、比較的サイズの小さいクリーム半田(計測対象)について計測精度が不足する場合もある。 However, since the four-time imaging method performs measurement based on more image data, high-accuracy measurement is possible, but measurement (particularly, acquisition of image data) takes time. On the other hand, the three-time imaging method shortens the measurement time, but the measurement accuracy may be insufficient for a relatively small size cream solder (measurement target).
そのため、高精度の計測を必要とする比較的サイズの小さいクリーム半田を含むプリント基板の検査などにおいては、計測により多くの時間を要していた。 Therefore, much time is required for the measurement in the inspection of the printed circuit board including the relatively small-sized cream solder that requires high-precision measurement.
例えば、所定の計測領域(撮像領域)につき、1回の撮像にかかる時間をそれぞれ[10msec]、1回の格子の切替等にかかる時間をそれぞれ[20msec]と仮定した場合には、所定の計測領域に係る全ての撮像処理(最後の撮像処理)が終了するまでに必要な時間は、4回撮像方式の場合、図8(a)に示すように、〔撮像処理に要する時間[10ms]×4回〕+〔格子の切替等に要する時間[20ms]×3回〕=合計[100msec]となる。一方、3回撮像方式の場合には、図8(b)に示すように、〔撮像処理に要する時間[10ms]×3回〕+〔格子の切替等に要する時間[20ms]×2回〕=合計[70msec]となる。 For example, if it is assumed that the time required for one imaging is [10 msec] and the time required for one grid switching is [20 msec] for each predetermined measurement area (imaging area), the predetermined measurement is performed. In the case of the four-time imaging method, the time required until all the imaging processes related to the region (the last imaging process) are completed, as shown in FIG. 8A, [time required for imaging process [10 ms] × 4 times] + [time required for switching the grid [20 ms] × 3 times] = total [100 msec]. On the other hand, in the case of the three-time imaging method, as shown in FIG. 8B, [time required for imaging processing [10 ms] × 3 times] + [time required for grid switching [20 ms] × 2 times] = Total [70 msec].
勿論、一枚のプリント基板上に計測領域が多数設定されているような場合には、該一枚のプリント基板の計測に要する時間はそれぞれその数倍となる。 Of course, when a large number of measurement areas are set on a single printed board, the time required to measure the single printed board is several times as long.
尚、上記課題は、必ずしもプリント基板上に印刷されたクリーム半田等の高さ計測に限らず、他の三次元計測装置の分野においても内在するものである。 Note that the above-described problem is not limited to the height measurement of cream solder or the like printed on a printed circuit board, but is inherent in the field of other three-dimensional measurement devices.
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、位相シフト法を利用した三次元計測を行うにあたり、必要な計測精度を維持しつつ、計測速度の向上を図ることのできる三次元計測装置を提供することにある。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to improve measurement speed while maintaining necessary measurement accuracy in performing three-dimensional measurement using the phase shift method. It is to provide a three-dimensional measuring apparatus.
以下、上記課題を解決するのに適した各手段につき項分けして説明する。なお、必要に応じて対応する手段に特有の作用効果を付記する。 Hereinafter, each means suitable for solving the above-described problem will be described separately. In addition, the effect specific to the means to respond | corresponds as needed is added.
手段1.縞状の光強度分布を有する光パターンを被計測物(例えばプリント基板など)に対し照射可能な照射手段と、
前記光パターンの照射された前記被計測物上の所定の計測領域(計測エリア)を撮像可能な撮像手段と、
前記照射手段及び前記撮像手段を制御し、前記光パターンの位相を複数通りに変化させ、該各光パターンの下でそれぞれ撮像した前記計測領域に係る複数通りの画像(画像データ)を取得可能に構成されると共に、前記計測領域について取得(撮像)すべき画像数を前記計測領域に応じて変更可能な画像取得手段と、
前記画像取得手段により取得された画像を基に、位相シフト法により前記計測領域内における計測対象(例えばクリーム半田など)について三次元計測を実行可能な画像処理手段とを備え、
前記画像取得手段は、
前記計測領域内に所定の判定条件を満たす前記計測対象が含まれている場合には、第1所定数通り(例えば4通り)の位相で光パターンを照射し撮像した前記第1所定数通りの画像を取得し、
前記計測領域内に前記判定条件を満たす前記計測対象が含まれていない場合には、前記第1所定数よりも少ない第2所定数通り(例えば3通り)の位相で光パターンを照射し撮像した前記第2所定数通りの画像を取得することを特徴とする三次元計測装置。
Imaging means capable of imaging a predetermined measurement region (measurement area) on the object to be measured irradiated with the light pattern;
By controlling the irradiation unit and the imaging unit, the phase of the light pattern is changed in a plurality of ways, and a plurality of images (image data) relating to the measurement area captured under each light pattern can be acquired. An image acquisition means configured to change the number of images to be acquired (captured) for the measurement area according to the measurement area;
Based on the image acquired by the image acquisition means, provided with an image processing means capable of performing three-dimensional measurement on a measurement target (for example, cream solder) in the measurement region by a phase shift method,
The image acquisition means includes
When the measurement object satisfying a predetermined determination condition is included in the measurement region, the first predetermined number of images obtained by irradiating and imaging a light pattern with a first predetermined number (for example, four) of phases. Get an image,
When the measurement target satisfying the determination condition is not included in the measurement region, the light pattern is irradiated and imaged with a second predetermined number (for example, three) of phases smaller than the first predetermined number. A three-dimensional measuring apparatus that acquires the second predetermined number of images.
一般に、三次元計測装置によって計測されるプリント基板上には、大きさの異なる種々のクリーム半田が印刷されており、その種類や配置は各計測領域ごとに様々である。つまり、高精度の計測を必要とする比較的サイズの小さいクリーム半田を含むプリント基板であっても、高精度の計測を必要としない計測領域は存在し得る。 In general, various types of cream solder of different sizes are printed on a printed circuit board measured by a three-dimensional measuring apparatus, and the types and arrangements thereof are different for each measurement region. In other words, there may be a measurement region that does not require high-precision measurement even for a printed circuit board that includes relatively small-sized cream solder that requires high-precision measurement.
それにも拘らず、従来では、プリント基板上に設定された全ての計測領域について、予め設定された同一の撮像方式(例えば高精度の計測を行う場合には4回撮像方式、計測精度をそれほど必要とせず、より短い時間で計測を行う場合には3回撮像方式)によって画一的に計測を行っていた。 Nevertheless, in the past, all the measurement areas set on the printed circuit board have the same preset imaging method (for example, four times imaging method and high measurement accuracy are required for high-precision measurement). If the measurement is performed in a shorter time, the measurement is performed uniformly by the three-time imaging method).
これに対し、上記手段1によれば、所定の判定条件(例えば大きさが所定値未満)を満たす計測対象を含む計測領域については、第1所定数通り(例えば4通り)の画像を基により高精度に三次元計測を実行する一方、それ以外の計測領域については、前記第1所定数よりも少ない第2所定数通り(例えば3通り)の画像を基により短時間に三次元計測を実行することができる。
On the other hand, according to the
結果として、位相シフト法を利用した三次元計測を行うにあたり、所定の判定条件を満たす計測対象(高精度の計測を必要とする計測対象)に必要な計測精度を維持しつつ、計測速度の向上を図ることができる。 As a result, when performing three-dimensional measurement using the phase shift method, the measurement speed is improved while maintaining the measurement accuracy required for measurement objects (measurement objects that require high-accuracy measurement) that satisfy the predetermined criteria. Can be achieved.
尚、上記「所定の判定条件」には、計測対象の大きさが所定値未満であること(例えば「面積」、「体積」、「周囲長」又は「短辺長」が所定値未満であること)や、計測対象が所定の属性に属するものであること(例えば計測対象となるクリーム半田に対し実装される部品の品種が所定の品種であること)などが含まれる。尚、計測領域内に所定の判定条件を満たす計測対象が含まれているか否かの判定は、所定の記憶手段に予め記憶された被計測物に係る設計データ(ガーバデータ等)を基に行うことができる。 In the “predetermined determination condition”, the size of the measurement target is less than a predetermined value (for example, “area”, “volume”, “perimeter” or “short side length” is less than a predetermined value. And that the measurement target belongs to a predetermined attribute (for example, the type of component mounted on the cream solder to be measured is a predetermined type). Whether or not a measurement target satisfying a predetermined determination condition is included in the measurement region is determined based on design data (gerber data or the like) related to the measurement object stored in advance in a predetermined storage unit. be able to.
手段2.前記画像取得手段が前記第1所定数通り(例えば4通り)の画像を取得した場合において、
前記画像処理手段は、
前記計測領域内における前記判定条件を満たす前記計測対象については、前記第1所定数通りの画像を基に、位相シフト法により三次元計測を行い、
前記計測領域内における前記判定条件を満たさない計測対象については、前記第2所定数通り(例えば3通り)の画像を基に、位相シフト法により三次元計測を行うことを特徴とする手段1に記載の三次元計測装置。
Mean 2. When the image acquisition means acquires the first predetermined number of images (for example, four),
The image processing means includes
For the measurement target that satisfies the determination condition in the measurement region, based on the first predetermined number of images, three-dimensional measurement is performed by a phase shift method,
For the measurement target that does not satisfy the determination condition in the measurement region, the
上記手段2によれば、所定の判定条件を満たさない計測対象(計測精度をそれほど必要としない計測対象)については、より少ない画像を基により短時間で三次元計測を行うことができる。結果として、計測速度のさらなる向上を図ることができる。 According to the above means 2, three-dimensional measurement can be performed in a short time on the basis of a smaller number of images for a measurement target that does not satisfy the predetermined determination condition (measurement target that does not require much measurement accuracy). As a result, the measurement speed can be further improved.
また、第1所定数通り(例えば4通り)の画像を取得した場合における「所定の判定条件を満たさない計測対象」についての計測精度と、第2所定数通り(例えば3通り)の位相で光パターンを照射し撮像した第2所定数通りの画像を基に三次元計測を行った場合における「所定の判定条件を満たさない計測対象」についての計測精度とを同等にすることができる。 In addition, when the first predetermined number of images (for example, four types) are acquired, the light is measured with the measurement accuracy for the “measurement target that does not satisfy the predetermined determination condition” and the second predetermined number (for example, three types) of phases. When three-dimensional measurement is performed on the basis of a second predetermined number of images that are irradiated and imaged with a pattern, the measurement accuracy for “a measurement object that does not satisfy a predetermined determination condition” can be made equal.
手段3.外部操作に基づき前記判定条件を設定可能な条件設定手段を備えていることを特徴とする手段1又は2に記載の三次元計測装置。
上記手段3によれば、所定の判定条件を任意に設定することができ、利便性及び汎用性の向上を図ることができる。
According to the
手段4.前記条件設定手段により設定した前記判定条件の下で前記被計測物の計測にかかる予定時間を表示可能な予定時間表示手段を備えていることを特徴とする手段3に記載の三次元計測装置。
上記手段4によれば、作業者が求める計測時間や計測精度を満たす最適な判定条件を見付けるために、事前に何度も三次元計測装置を実際に稼働させる必要がない。結果として、利便性の向上を図ることができる。 According to the above means 4, it is not necessary to actually operate the three-dimensional measuring apparatus many times in advance in order to find the optimum determination condition that satisfies the measurement time and measurement accuracy required by the operator. As a result, convenience can be improved.
手段5.前記画像取得手段は、
前記計測領域内に前記判定条件を満たす前記計測対象が含まれている場合には、前記第1所定数通りとして4通り又は3通りの位相で光パターンを照射し撮像した4通り又は3通りの画像を取得し、
前記計測領域内に前記判定条件を満たす前記計測対象が含まれていない場合には、前記第2所定数通りとして2通りの位相で光パターンを照射し撮像した2通りの画像を取得することを特徴とする手段1乃至4のいずれかに記載の三次元計測装置。
When the measurement target satisfying the determination condition is included in the measurement region, the first predetermined number of four or three types of images obtained by irradiating a light pattern with three or three phases are imaged. Get an image,
When the measurement target that satisfies the determination condition is not included in the measurement area, two images obtained by irradiating a light pattern with two phases as the second predetermined number are acquired. The three-dimensional measuring apparatus according to any one of
上記手段5によれば、所定の判定条件を満たさない計測対象(計測精度をそれほど必要としない計測対象)については、より少ない画像を基により短時間で三次元計測を行うことができる。結果として、計測速度のさらなる向上を図ることができる。 According to the above means 5, three-dimensional measurement can be performed in a short time based on fewer images for a measurement target that does not satisfy the predetermined determination condition (measurement target that does not require much measurement accuracy). As a result, the measurement speed can be further improved.
手段6.前記画像取得手段は、
前記計測領域内に前記判定条件のうちの特定条件を満たす前記計測対象が含まれている場合には、前記第1所定数通りとして4通りの位相で光パターンを照射し撮像した4通りの画像を取得し、
前記計測領域内に前記判定条件を満たす前記計測対象が含まれているが、前記特定条件を満たす前記計測対象が含まれていない場合には、前記第1所定数通りとして3通りの位相で光パターンを照射し撮像した3通りの画像を取得し、
前記計測領域内に前記判定条件を満たす前記計測対象が含まれていない場合には、前記第2所定数通りとして2通りの位相で光パターンを照射し撮像した2通りの画像を取得することを特徴とする手段1乃至4のいずれかに記載の三次元計測装置。
When the measurement target satisfying a specific condition among the determination conditions is included in the measurement region, four images captured by irradiating a light pattern with four phases as the first predetermined number Get
When the measurement target that satisfies the determination condition is included in the measurement region, but the measurement target that satisfies the specific condition is not included, the first predetermined number of light is transmitted in three phases. Acquire three images captured by irradiating the pattern,
When the measurement target that satisfies the determination condition is not included in the measurement area, two images obtained by irradiating a light pattern with two phases as the second predetermined number are acquired. The three-dimensional measuring apparatus according to any one of
上記手段6によれば、上記手段5の作用効果に加え、さらに細かく計測対象の違いに対応することができ、さらなる計測速度の向上を図ることができる。
According to the
さらに、上記手段2の構成下における手段6では、
「前記画像取得手段が4通りの画像を取得した場合において、
前記画像処理手段は、
前記計測領域内における前記特定条件を満たす前記計測対象については、4通りの画像を基に、位相シフト法により三次元計測を行い、
前記計測領域内における前記特定条件を満たさずかつ前記判定条件を満たす前記計測対象については、3通りの画像を基に、位相シフト法により三次元計測を行い、
前記計測領域内における前記判定条件を満たさない計測対象については、2通りの画像を基に、位相シフト法により三次元計測を行い、
前記画像取得手段が3通りの画像を取得した場合において、
前記画像処理手段は、
前記計測領域内における前記判定条件を満たす前記計測対象については、3通りの画像を基に、位相シフト法により三次元計測を行い、
前記計測領域内における前記判定条件を満たさない計測対象については、2通りの画像を基に、位相シフト法により三次元計測を行うこと」とすれば、さらなる計測精度の向上を図ることができる。
Furthermore, in the
“When the image acquisition means has acquired four images,
The image processing means includes
For the measurement object that satisfies the specific condition in the measurement region, based on four images, three-dimensional measurement is performed by the phase shift method,
For the measurement object that does not satisfy the specific condition in the measurement region and satisfies the determination condition, based on three images, perform three-dimensional measurement by a phase shift method,
For a measurement target that does not satisfy the determination condition in the measurement region, based on two images, three-dimensional measurement is performed by a phase shift method,
In the case where the image acquisition means acquires three images,
The image processing means includes
For the measurement object that satisfies the determination condition in the measurement region, based on three images, three-dimensional measurement is performed by the phase shift method,
For a measurement target that does not satisfy the determination condition in the measurement region, if three-dimensional measurement is performed by the phase shift method based on two images, further improvement in measurement accuracy can be achieved.
手段7.前記画像処理手段は、
所定の撮像条件により定まるゲイン及びオフセットの関係と、
前記画像上の各画素の輝度値から定まる該画素に係るゲイン又はオフセットの値とを利用することにより、
位相シフト法による三次元計測を、2通りの画像を基に実行可能としたことを特徴とする手段5又は6に記載の三次元計測装置。
Means 7. The image processing means includes
The relationship between gain and offset determined by predetermined imaging conditions,
By using the gain or offset value related to the pixel determined from the luminance value of each pixel on the image,
The three-dimensional measurement apparatus according to means 5 or 6, wherein the three-dimensional measurement by the phase shift method can be executed based on two kinds of images.
上記手段7によれば、所定の撮像条件により定まるゲインA及びオフセットBの関係〔例えばA=K(比例定数)×B〕と、画像上の各画素(x,y)の輝度値V(x,y)から定まる、該画素(x,y)に係るゲインA(x,y)又はオフセットB(x,y)の値とを利用することにより、2通りの画像を基に位相シフト法により三次元計測を行うことが可能となる。 According to the means 7, the relationship between the gain A and the offset B determined by a predetermined imaging condition [for example, A = K (proportional constant) × B] and the luminance value V (x of each pixel (x, y) on the image. , Y) and the gain A (x, y) or the value of the offset B (x, y) relating to the pixel (x, y) determined by the phase shift method based on two images. Three-dimensional measurement can be performed.
これにより、4通り又は3通りの画像を必要とする従来技術に比べて、計測時間を飛躍的に短縮することができる。 As a result, the measurement time can be drastically shortened as compared with the prior art that requires four or three images.
一般に上記「照射手段」は、所定の光を発する光源、及び、該光源からの光を縞状の光強度分布を有する光パターンに変換する格子を有し、該光パターンを被計測物に対し照射可能に構成されている。 In general, the “irradiation means” includes a light source that emits predetermined light and a grating that converts light from the light source into a light pattern having a striped light intensity distribution, and the light pattern is applied to an object to be measured. It is configured to be able to irradiate.
そして、光源から照射された光は、まず格子を通過する際に減衰され、次に被計測物(計測対象)にて反射する際に減衰され、最後に撮像手段においてA/D変換(アナログ−デジタル変換)される際に減衰された上で、画像の各画素の輝度値として取得される。 The light emitted from the light source is first attenuated when passing through the grating, then attenuated when reflected by the measurement object (measurement target), and finally A / D conversion (analog- After being attenuated during digital conversion, it is acquired as the luminance value of each pixel of the image.
従って、撮像手段により撮像された画像の各画素の輝度値は、光源の明るさ(輝度)、光源から照射された光が格子を通過する際の減衰率、光が被計測物にて反射する際の反射率、撮像手段においてA/D変換(アナログ−デジタル変換)される際の変換効率等を掛け合わせることにより表現することができる。 Therefore, the luminance value of each pixel of the image captured by the imaging means is the brightness (luminance) of the light source, the attenuation rate when the light emitted from the light source passes through the grating, and the light is reflected by the object to be measured. It can be expressed by multiplying the reflectance at the time, the conversion efficiency at the time of A / D conversion (analog-digital conversion) in the imaging means, and the like.
例えば、光源(均一光)の明るさ:L
格子の透過率:G=αsinθ+β
α,βは任意の定数。
For example, the brightness of the light source (uniform light): L
Transmittance of lattice: G = αsinθ + β
α and β are arbitrary constants.
被計測物上の座標 (x,y)における反射率:R(x,y)
撮像手段(撮像素子)の各画素の変換効率:E
被計測物上の座標(x,y)に対応する画像上の画素の輝度値:V(x,y)
被計測物上の座標(x,y)における光パターンのゲイン:A(x,y)
被計測物上の座標(x,y)における光パターンのオフセット:B(x,y)
とした場合には、下記式(F1)で表すことができる。
Reflectance at coordinates (x, y) on the measurement object: R (x, y)
Conversion efficiency of each pixel of the imaging means (imaging device): E
The luminance value of the pixel on the image corresponding to the coordinate (x, y) on the object to be measured: V (x, y)
Gain of light pattern at coordinates (x, y) on the measurement object: A (x, y)
Offset of light pattern at coordinates (x, y) on the measurement object: B (x, y)
In this case, it can be expressed by the following formula (F1).
ここで、ゲインA(x,y)は、「sinθ=1」の光による輝度値V(x,y)MAXと、「sinθ=−1」の光による輝度値V(x,y)MINとの差から表すことができるので、
例えば、格子がθ=0の時の透過率(=平均透過率):Gθ=0
格子がθ=π/2の時の透過率(=最大透過率):Gθ=π/2
格子がθ=−π/2の時の透過率(=最小透過率):Gθ=-π/2
とした場合には、下記式(F2)で表すことができる。
Here, the gain A (x, y) is a luminance value V (x, y) MAX due to light of “sin θ = 1” and a luminance value V (x, y) MIN due to light of “sin θ = −1”. Can be expressed from the difference between
For example, transmittance when the grating is θ = 0 (= average transmittance): Gθ = 0
Transmittance when the grating is θ = π / 2 (= maximum transmittance): Gθ = π / 2
Transmittance when the grating is θ = −π / 2 (= minimum transmittance): Gθ = −π / 2
In this case, it can be expressed by the following formula (F2).
また、オフセットB(x,y)は、「sinθ=0」の光における輝度値V(x,y)であって、「sinθ=1」の光による輝度値V(x,y) MAXと、「sinθ=−1」の光による輝度値V(x,y) MINとの平均値であるので、下記式(F3)で表すことができる。 The offset B (x, y) is the luminance value V (x, y) in the light of “sin θ = 0”, and the luminance value V (x, y) MAX in the light of “sin θ = 1” Since it is an average value with the luminance value V (x, y) MIN by the light of “sin θ = −1”, it can be expressed by the following formula (F3).
つまり、輝度値の最大値V(x,y)MAX、最小値V(x,y)MIN、平均値V(x,y)AVはそれぞれ下記式(F4)、(F5)、(F6)で表すことができ、図3のグラフに示すような関係となる。 That is, the maximum value V (x, y) MAX , the minimum value V (x, y) MIN , and the average value V (x, y) AV of the luminance value are expressed by the following equations (F4), (F5), and (F6), respectively. The relationship is as shown in the graph of FIG.
図3から見てとれるように、所定の座標(x,y)における輝度値の最大値V(x,y)MAXと輝度値の最少値V(x,y)MINの平均値V(x,y)AVがオフセットB(x,y)となり、該オフセットB(x,y)と最大値V(x,y)MAXとの差、及び、該オフセットB(x,y)と最少値V(x,y)MINとの差がそれぞれゲインA(x,y)となる。 As can be seen from FIG. 3, the average value V (x, y) of the maximum value V (x, y) MAX of the luminance value and the minimum value V (x, y) MIN of the luminance value at a predetermined coordinate (x, y). y) AV becomes an offset B (x, y), the difference between the offset B (x, y) and the maximum value V (x, y) MAX , and the offset B (x, y) and the minimum value V ( x, y) The difference from MIN is the gain A (x, y).
また、輝度値V(x,y)は、光源の明るさL又は反射率R(x,y)に比例して変化するため、例えば反射率Rが半分となる座標位置では、ゲインAやオフセットBの値も半分となる。 Further, since the luminance value V (x, y) changes in proportion to the brightness L or the reflectance R (x, y) of the light source, for example, at the coordinate position where the reflectance R is halved, the gain A and the offset The value of B is also halved.
次に上記式(F2)、(F3)を下記式(F2´)、(F3´)とした上で、両者を合わせて整理すると、下記式(F7)が導き出せる。 Next, after formulating the above formulas (F2) and (F3) into the following formulas (F2 ′) and (F3 ′) and arranging them together, the following formula (F7) can be derived.
さらに、上記式(F7)をA(x,y)について解くと、下記式(F8)となり、図4に示すグラフのように表すことができる。 Further, when the above equation (F7) is solved for A (x, y), the following equation (F8) is obtained, which can be expressed as a graph shown in FIG.
つまり、光源の明るさL又は反射率R(x,y)の一方を固定して他方を変化させた場合には、オフセットB(x,y)が増減すると共に、該オフセットB(x,y)に比例してゲインA(x,y)も増減することとなる。かかる式(F8)により、ゲインA又はオフセットBの一方が分かれば、他方を求めることができる。ここで、比例定数Kは、光源の明るさLや反射率Rとは無関係に、格子の透過率Gにより定まる。つまり、下記の手段8,9のように換言することができる。
That is, when one of the brightness L or the reflectance R (x, y) of the light source is fixed and the other is changed, the offset B (x, y) increases and decreases and the offset B (x, y) ), The gain A (x, y) also increases / decreases. If one of the gain A and the offset B is known from the equation (F8), the other can be obtained. Here, the proportionality constant K is determined by the transmittance G of the grating irrespective of the brightness L and the reflectance R of the light source. In other words, the following
手段8.前記ゲイン及びオフセットの関係は、前記ゲインと前記オフセットとが相互に一義的に定まる関係であることを特徴とする手段7に記載の三次元計測装置。 Means 8. 8. The three-dimensional measuring apparatus according to claim 7, wherein the relationship between the gain and the offset is a relationship in which the gain and the offset are uniquely determined from each other.
ゲインAとオフセットBとが相互に一義的に定まる関係であれば、例えばゲインAとオフセットBとの関係を表した数表やテーブルデータを作成することにより、ゲインAからオフセットB、或いは、オフセットBからゲインAを求めることが可能となる。 If the relationship between the gain A and the offset B is uniquely determined, for example, by creating a numerical table or table data representing the relationship between the gain A and the offset B, the offset B from the gain A or the offset The gain A can be obtained from B.
手段9.前記ゲイン及びオフセットの関係は、前記ゲインと前記オフセットとが比例関係であることを特徴とする手段7に記載の三次元計測装置。
ゲインとオフセットとが比例関係であれば、例えばA=K×B+C〔但し、C:カメラの暗電流(オフセット)〕のような関係式で表すことができ、ゲインAからオフセットB、或いは、オフセットBからゲインAを求めることが可能となる。ひいては下記の手段10のような構成とすることができる。
If the gain and the offset are in a proportional relationship, for example, it can be expressed by a relational expression such as A = K × B + C [where C is the dark current (offset) of the camera]. The gain A can be obtained from B. As a result, it can be set as the following
手段10.前記2通りの画像に係る光パターンの相対位相関係をそれぞれ0、γとしたときの該2通りの画像の各画素の輝度値をそれぞれV0、V1とした場合に、
前記画像処理手段は、
下記式(1)、(2)、(3)の関係を満たす位相θを求め、該位相θに基づき三次元計測を行うことを特徴とする手段7乃至9のいずれかに記載の三次元計測装置。
The image processing means includes
The three-dimensional measurement according to any one of means 7 to 9, wherein a phase θ satisfying a relationship of the following formulas (1), (2), and (3) is obtained, and three-dimensional measurement is performed based on the phase θ: apparatus.
V0=Asinθ+B ・・・(1)
V1=Asin(θ+γ)+B ・・・(2)
A=KB ・・・(3)
但し、γ≠0、A:ゲイン、B:オフセット、K:比例定数。
V 0 = Asinθ + B (1)
V 1 = Asin (θ + γ) + B (2)
A = KB (3)
However, γ ≠ 0, A: gain, B: offset, K: proportional constant.
上記手段10によれば、上記式(3)を上記式(1)に代入することにより、下記式(4)を導き出すことができる。
According to the
V0=KBsinθ+B ・・・(4)
これをオフセットBについて解くと、下記式(5)を導き出すことができる。
V 0 = KBsinθ + B (4)
When this is solved for the offset B, the following equation (5) can be derived.
B=V0/(Ksinθ+1) ・・・(5)
また、上記式(3)を上記式(2)に代入することにより、下記式(6)を導き出すことができる。
B = V 0 / (Ksinθ + 1) (5)
Further, the following formula (6) can be derived by substituting the above formula (3) into the above formula (2).
V1=KBsin(θ+γ)+B ・・・(6)
上記式(6)を上記式(5)に代入し、下記[数7]に示すように整理していくと、下記式(7)を導き出すことができる。
V 1 = KBsin (θ + γ) + B (6)
By substituting the above equation (6) into the above equation (5) and rearranging as shown in the following [Equation 7], the following equation (7) can be derived.
ここで、「V0cosγ−V1=a」、「V0sinγ=b」、「(V0−V1)/K=c」と置くと、上記式(7)は下記式(8)のように表すことができる。 Here, when “V 0 cos γ−V 1 = a”, “V 0 sin γ = b”, and “(V 0 −V 1 ) / K = c” are set, the above equation (7) becomes the following equation (8): It can be expressed as
asinθ+bcosθ+c=0 ・・・(8)
ここで、下記[数8]に示すように、上記式(8)を位相θについて解いていくと、下記[数9]に示す下記式(9)を導き出すことができる。
asinθ + bcosθ + c = 0 (8)
Here, as shown in the following [Equation 8], when the above equation (8) is solved for the phase θ, the following equation (9) shown in the following [Equation 9] can be derived.
従って、上記手段10における『下記式(1)、(2)、(3)の関係を満たす位相θを求め、該位相θに基づき三次元計測を行うこと』とあるのは、『下記式(9)に基づき位相θを求め、該位相θに基づき三次元計測を行うこと』と換言することができる。勿論、位相θを得るアルゴリズムは、上記式(9)に限定されるものではなく、上記式(1)、(2)、(3)の関係を満たすものであれば、他の構成を採用してもよい。
Therefore, “the phase θ satisfying the relationship of the following formulas (1), (2), (3) in the above-mentioned
尚、上述したカメラの暗電流C等を考慮すれば、計測精度のさらなる向上を図ることができる。 If the dark current C of the camera described above is taken into account, the measurement accuracy can be further improved.
手段11.γ=180°としたことを特徴とする手段10に記載の三次元計測装置。
上記手段11によれば、位相が180°異なる2通りの光パターンの下でそれぞれ撮像した2通りの画像を基に三次元計測を行うこととなる。
According to the
上記式(2)においてγ=180°とすることで下記式(10)が導き出される。 By setting γ = 180 ° in the above formula (2), the following formula (10) is derived.
V1=Asin(θ+180°)+B
=−Asinθ+B ・・・(10)
そして、上記式(1),(10)から下記式(11)を導き出すことができ、これをオフセットBについて解くと、下記式(12)を導き出すことができる。
V 1 = Asin (θ + 180 °) + B
= -Asinθ + B (10)
Then, the following formula (11) can be derived from the above formulas (1) and (10). When this is solved for the offset B, the following formula (12) can be derived.
V0+V1=2B ・・・(11)
B=(V0+V1)/2 ・・・(12)
さらに、上記式(12)を上記式(3)に代入することにより、下記式(13)を導き出すことができる。
V 0 + V 1 = 2B (11)
B = (V 0 + V 1 ) / 2 (12)
Furthermore, the following formula (13) can be derived by substituting the above formula (12) into the above formula (3).
A=KB
=K(V0+V1)/2 ・・・(13)
また、上記式(1)を「sinθ」について整理すると、下記式(1´)のようになる。
A = KB
= K (V 0 + V 1 ) / 2 (13)
Further, when the above equation (1) is arranged for “sin θ”, the following equation (1 ′) is obtained.
sinθ=(V0−B)/A ・・・(1´)
そして、上記式(1´)に、上記式(12),(13)を代入することにより、下記式(14)を導き出すことができる。
sin θ = (V 0 −B) / A (1 ′)
Then, the following formula (14) can be derived by substituting the above formulas (12) and (13) into the above formula (1 ′).
sinθ={V0−(V0+V1)/2}/{K(V0+V1)/2}
=(V0−V1)/K(V0+V1) ・・・(14)
ここで、上記式(14)を位相θについて解くと、下記式(15)を導き出すことができる。
sin θ = {V 0 − (V 0 + V 1 ) / 2} / {K (V 0 + V 1 ) / 2}
= (V 0 −V 1 ) / K (V 0 + V 1 ) (14)
Here, when the above equation (14) is solved for the phase θ, the following equation (15) can be derived.
θ=sin-1[(V0−V1)/K(V0+V1)] ・・・(15)
つまり、位相θは、既知の輝度値V0,V1及び定数Kにより特定することができる。
θ = sin −1 [(V 0 −V 1 ) / K (V 0 + V 1 )] (15)
That is, the phase θ can be specified by the known luminance values V 0 and V 1 and the constant K.
このように、上記手段11によれば、比較的簡単な演算式に基づいて位相θを求めることができ、計測対象の三次元計測を行うに際し、さらなる処理の高速化が可能となる。
Thus, according to the
手段12.γ=90°としたことを特徴とする手段10に記載の三次元計測装置。
上記手段12によれば、位相が90°異なる2通りの光パターンの下でそれぞれ撮像した2通りの画像を基に三次元計測を行うこととなる。
According to the
上記式(2)においてγ=90°とすることで下記式(16)が導き出される。 By setting γ = 90 ° in the above equation (2), the following equation (16) is derived.
V1=Asin(θ+90°)+B
=Acosθ+B ・・・(16)
上記式(16)を「cosθ」について整理すると、下記式(17)のようになる。
V 1 = Asin (θ + 90 °) + B
= Acosθ + B (16)
When the above equation (16) is arranged for “cos θ”, the following equation (17) is obtained.
cosθ=(V1−B)/A ・・・(17)
また、上記式(1)を「sinθ」について整理すると、上述したように下記式(1´)のようになる。
cos θ = (V 1 −B) / A (17)
Further, when the above equation (1) is arranged with respect to “sin θ”, as described above, the following equation (1 ′) is obtained.
sinθ=(V0−B)/A ・・・(1´)
次に上記式(1´)、(17)を下記式(18)に代入すると下記式(19)のようになり、さらにこれを整理することで、下記式(20)が導き出される。
sin θ = (V 0 −B) / A (1 ′)
Next, when the above formulas (1 ′) and (17) are substituted into the following formula (18), the following formula (19) is obtained. Further, by arranging this, the following formula (20) is derived.
sin2θ+cos2θ=1 ・・・(18)
{(V0−B)/A}2+{(V1−B)/A}2=1 ・・・(19)
(V0−B)2+(V1−B)2=A2 ・・・(20)
そして、上記式(20)に対し上記式(3)を代入すると下記式(21)のようになり、さらにこれを整理することで、下記式(22)が導き出される。
sin 2 θ + cos 2 θ = 1 (18)
{(V 0 −B) / A} 2 + {(V 1 −B) / A} 2 = 1 (19)
(V 0 −B) 2 + (V 1 −B) 2 = A 2 (20)
Then, when the above equation (3) is substituted into the above equation (20), the following equation (21) is obtained, and by further arranging this, the following equation (22) is derived.
(V0−B)2+(V1−B)2=K2B2 ・・・(21)
(2−K2)B2−2(V0+V1)B+V0 2V1 2=0 ・・・(22)
ここで、上記式(22)をオフセットBについて解くと、下記式(23)を導き出すことができる。
(V 0 −B) 2 + (V 1 −B) 2 = K 2 B 2 (21)
(2-K 2 ) B 2 -2 (V 0 + V 1 ) B + V 0 2 V 1 2 = 0 (22)
Here, when the above equation (22) is solved for the offset B, the following equation (23) can be derived.
つまり、オフセットBは、既知の輝度値V0,V1及び定数Kにより特定することができる。 That is, the offset B can be specified by the known luminance values V 0 and V 1 and the constant K.
また、下記式(24)に上記式(1´)、(17)を代入すると下記式(25)のようになり、さらにこれを整理することで、下記式(26)が導き出される。 Further, when the above formulas (1 ′) and (17) are substituted into the following formula (24), the following formula (25) is obtained, and by further arranging this, the following formula (26) is derived.
tanθ=sinθ/cosθ ・・・(24)
={(V0−B)/A}/{(V1−B)/A} ・・・(25)
=(V0−B)/(V1−B) ・・・(26)
そして、上記式(26)を位相θについて解くと、下記式(27)を導き出すことができる。
tanθ = sinθ / cosθ (24)
= {(V 0 -B) / A} / {(V 1 -B) / A} (25)
= (V 0 -B) / (V 1 -B) (26)
Then, when the above equation (26) is solved for the phase θ, the following equation (27) can be derived.
θ=tan-1{(V0−B)/(V1−B)} ・・(27)
つまり、位相θは、上記式(23)を用いることにより、既知の輝度値V0,V1及び定数Kにより特定することができる。
θ = tan −1 {(V 0 −B) / (V 1 −B)} (27)
That is, the phase θ can be specified by the known luminance values V 0 and V 1 and the constant K by using the above equation (23).
このように、上記手段12によれば、「tan-1」を用いた演算式に基づいて位相θを求めることができるため、−180°〜180°の360°の範囲で三次元計測可能となり、計測レンジをより大きくすることができる。
Thus, according to the
手段13.予め前記ゲイン及びオフセットの関係を把握する関係把握手段を備えていることを特徴とする手段7乃至12のいずれかに記載の三次元計測装置。 Means 13. The three-dimensional measuring apparatus according to any one of means 7 to 12, further comprising a relation grasping means for grasping a relation between the gain and the offset in advance.
関係把握手段としては、例えば予めキャリブレーションによりゲイン及びオフセットの関係を把握する構成が挙げられる。例えば基準板に対し3通り又は4通りに位相変化させた光パターンを照射し、これらの下でそれぞれ撮像した3通り又は4通りの画像に基づき各画素におけるゲインA及びオフセットBを特定し、上記式(3)から定数Kを決定しておく。かかる構成によれば、各画素においてより精度の良い計測を行うことができる。 As the relationship grasping means, for example, a configuration for grasping the relationship between gain and offset by calibration in advance can be cited. For example, the reference plate is irradiated with light patterns whose phases are changed in three or four ways, and the gain A and the offset B in each pixel are specified based on the three or four images picked up under these patterns. A constant K is determined from Equation (3). According to such a configuration, it is possible to perform more accurate measurement at each pixel.
また、関係把握手段としては、例えば別途行った計測時(実測時)に撮像した画像を基にゲイン及びオフセットの関係を把握する構成が挙げられる。かかる構成によれば、キャリブレーションの手間を省略することができ、さらなる計測時間の短縮化を図ることができる。 Further, as the relationship grasping means, for example, a configuration for grasping the relationship between the gain and the offset based on an image picked up at the time of measurement (measurement) performed separately can be given. According to such a configuration, the labor of calibration can be omitted, and the measurement time can be further shortened.
ここで、上記「別途行った計測時に撮像した画像」には、例えば4通り又は3通りに位相変化させた光パターンの下でそれぞれ撮像した4通り又は3通りの画像は勿論のこと、2通りに位相変化させた光パターンの下でそれぞれ撮像した2通りの画像も含まれる。 Here, the “images taken at the time of separately performed measurement” include, for example, four or three images picked up under a light pattern whose phase has been changed in four or three ways, as well as two ways. Also included are two kinds of images taken under the light pattern whose phase is changed.
尚、2通りに位相変化させた光パターンの下でそれぞれ撮像した2通りの画像を基にゲイン及びオフセットの関係を把握する場合には、例えば上記式(12)等を用いて画像の全画素についてオフセットBを求め、その中でオフセットBの値が一致する画素の輝度値Vを抽出し、そのヒストグラムを作成する。そして、そのヒストグラムから輝度値の最大値VMAXと最小値VMINを決定する。 In the case where the relationship between the gain and the offset is grasped based on the two images captured under the light patterns whose phases are changed in two ways, for example, all the pixels of the image using the above equation (12) or the like. An offset B is obtained for, a luminance value V of a pixel having the same offset B value is extracted, and a histogram thereof is created. Then, the maximum value V MAX and the minimum value V MIN of the luminance value are determined from the histogram.
上述したとおり、輝度値の最大値VMAXと最少値VMINの平均値がオフセットBとなり、最大値VMAXと最少値VMINの差の半分がゲインAとなる。これを基に、上記式(3)から定数Kを決定することができる。 As described above, the average value of the maximum value V MAX and the minimum value V MIN of the luminance value is the offset B, and the half of the difference between the maximum value V MAX and the minimum value V MIN is the gain A. Based on this, the constant K can be determined from the above equation (3).
手段14.前記計測対象は、前記被計測物としてのプリント基板に印刷されたクリーム半田であること、又は、前記被計測物としてのウエハ基板に形成された半田バンプであることを特徴とする手段1乃至13のいずれかに記載の三次元計測装置。
上記手段14によれば、プリント基板に印刷されたクリーム半田、又は、ウエハ基板に形成された半田バンプの高さ計測等を行うことができる。ひいては、クリーム半田又は半田バンプの検査において、その計測値に基づいてクリーム半田又は半田バンプの良否判定を行うことができる。従って、かかる検査において、上記各手段の作用効果が奏されることとなり、精度よく良否判定を行うことができる。結果として、半田印刷検査装置又は半田バンプ検査装置における検査精度の向上を図ることができる。
According to the
〔第1実施形態〕
以下、一実施形態について図面を参照しつつ説明する。図1は、本実施形態における三次元計測装置を具備する基板検査装置1を模式的に示す概略構成図である。同図に示すように、基板検査装置1は、計測対象たるクリーム半田が印刷されてなる被計測物としてのプリント基板2を載置するための載置台3と、プリント基板2の表面に対し斜め上方から所定の光パターンを照射する照射手段としての照明装置4と、プリント基板2上の光パターンの照射された部分(すなわち当該部分からの反射光)を撮像するための撮像手段としてのカメラ5と、照明装置4やカメラ5の駆動制御など基板検査装置1内における各種制御や画像処理、演算処理を実施するための制御装置6とを備えている。制御装置6は、本実施形態における画像取得手段及び画像処理手段を構成する。
[First Embodiment]
Hereinafter, an embodiment will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a schematic configuration diagram schematically illustrating a
載置台3には、モータ15,16が設けられており、該モータ15,16が制御装置6により駆動制御されることによって、載置台3上に載置されたプリント基板2が任意の方向(X軸方向及びY軸方向)へスライドさせられるようになっている。
The mounting table 3 is provided with
照明装置4は、所定の光を発する光源4aと、当該光源4aからの光を正弦波状(縞状)の光強度分布を有する光パターンに変換する液晶格子4bとを備えており、プリント基板2に対し、斜め上方から複数通りに位相変化する縞状の光パターンを照射可能となっている。
The
より詳しくは、照明装置4において、光源4aから発せられた光は光ファイバーにより一対の集光レンズに導かれ、そこで平行光にされる。その平行光が、液晶格子4bを介して投影レンズに導かれる。そして、投影レンズからプリント基板2に対し縞状の光パターンが照射される。
More specifically, in the illuminating
液晶格子4bは、一対の透明基板間に液晶層が形成されると共に、一方の透明基板上に配置された共通電極と、これと対向するように他方の透明基板上に複数並設された帯状電極とを備え、駆動回路により、各帯状電極にそれぞれ接続されたスイッチング素子(薄膜トランジスタ等)をオンオフ制御し、各帯状電極に印加される電圧を制御することにより、各帯状電極に対応する各格子ラインの光透過率が切替えられ、光透過率の高い「明部」と、光透過率の低い「暗部」とからなる縞状の格子パターンを形成する。そして、液晶格子4bを介してプリント基板2上に照射される光は、回折作用に起因したボケ等により、正弦波状の光強度分布を有する光パターンとなる。尚、液晶格子4bにおける格子態様は制御装置6(格子制御手段)により切替制御される。
The
カメラ5は、レンズや撮像素子等からなる。撮像素子としては、CMOSセンサを採用している。勿論、撮像素子はこれに限定されるものではなく、例えばCCDセンサ等を採用してもよい。
The
カメラ5によって撮像された画像データは、該カメラ5内部においてデジタル信号に変換された上で、デジタル信号の形で制御装置6に入力され、後述する画像データ記憶装置24に記憶される。そして、制御装置6は、該画像データを基に、後述するような画像処理や検査処理等を実施する。
Image data captured by the
次に、制御装置6の電気的構成について説明する。図2に示すように、制御装置6は、基板検査装置1全体の制御を司るCPU及び入出力インターフェース21(以下、「CPU等21」という)、キーボードやマウス、タッチパネル等で構成される「入力手段」としての入力装置22、CRTや液晶などの表示画面を有する「表示手段」としての表示装置23、カメラ5により撮像された画像データを記憶するための画像データ記憶装置24、各種演算結果を記憶するための演算結果記憶装置25、ガーバデータ(設計データ)や後述するキャリブレーションデータなど各種情報を予め記憶しておくための設定データ記憶装置26を備えている。なお、これら各装置22〜26は、CPU等21に対し電気的に接続されている。
Next, the electrical configuration of the
次に、基板検査装置1よるプリント基板2の検査手順について詳しく説明する。まずはプリント基板2の検査を開始する前に行うキャリブレーションについて説明する。キャリブレーションは、光パターンのばらつき(位相分布)を把握するためのものである。
Next, the inspection procedure of the printed
液晶格子4bでは、各帯状電極に接続された各トランジスタの特性(オフセットやゲイン等)のばらつきにより、上記各帯状電極に印加される電圧にもばらつきが生じるため、同じ「明部」や「暗部」であっても、各帯状電極に対応する各ラインごとに光透過率(輝度レベル)がばらつくこととなる。その結果、被計測物上に照射される光パターンも正弦波状の理想的な光強度分布とならず、三次元計測結果に誤差が生じるおそれがある。
In the
そこで、予め光パターンのばらつき(位相分布)を把握しておく、いわゆるキャリブレーション等が行われる。 Therefore, so-called calibration or the like is performed to grasp the variation (phase distribution) of the light pattern in advance.
キャリブレーションの手順としては、まずプリント基板2とは別に、高さ位置0、かつ、平面をなす基準面を用意する。基準面は、計測対象たるクリーム半田と同一色となっている。すなわち、クリーム半田と光パターンの反射率が等しくなっている。
As a calibration procedure, first, apart from the printed
続いて上記基準面に対し光パターンを照射すると共に、その反射光をカメラ5により撮像することで、各座標の輝度値を含んだ画像データを得る。本実施形態では、キャリブレーションを行う際には、光パターンの位相を90°ずつシフトさせ、各光パターンの下でそれぞれ撮像された4通りの画像データを取得する。
Then, while irradiating a light pattern with respect to the said reference surface, the reflected light is imaged with the
そして、制御装置6は、上記4通りの画像データから各画素(座標)における光パターンの位相θを算出し、これをキャリブレーションデータとして設定データ記憶装置26に記憶する。
Then, the
さらに本実施形態では、上記4通りの画像データから各画素における光パターンのゲインA及びオフセットB、並びに両者の関係を特定し(図3,4参照)、これをキャリブレーションデータとして設定データ記憶装置26に記憶する。 Furthermore, in the present embodiment, the gain A and the offset B of the light pattern in each pixel and the relationship between them are specified from the above four types of image data (see FIGS. 3 and 4), and this is used as calibration data as a setting data storage device. 26.
ここで、ゲインA及びオフセットBを算出する手順についてより詳しく説明する。4通りの画像データの各画素における輝度値(V0,V1,V2,V3)と、ゲインA及びオフセットBとの関係は、下記式(H1)、(H2)、(H3)、(H4)により表すことができる。 Here, the procedure for calculating the gain A and the offset B will be described in more detail. The relationship between the luminance values (V 0 , V 1 , V 2 , V 3 ) at each pixel of the four types of image data and the gain A and the offset B is expressed by the following equations (H1), (H2), (H3), It can be represented by (H4).
そして、4通りの画像データの輝度値(V0,V1,V2,V3)を加算し、上記式(H1)、(H2)、(H3)、(H4)を下記[数12]に示すように整理すると、下記式(H5)を導き出すことができる。 Then, the luminance values (V 0 , V 1 , V 2 , V 3 ) of the four kinds of image data are added, and the above equations (H1), (H2), (H3), and (H4) are expressed by the following [Equation 12]. The following formula (H5) can be derived by arranging as shown in FIG.
また、上記式(H1)、(H3)から、下記式(H6)を導き出すことができる。 Moreover, the following formula (H6) can be derived from the above formulas (H1) and (H3).
また、上記式(H2)、(H4)から、下記式(H7)を導き出すことができる。 Moreover, the following formula (H7) can be derived from the above formulas (H2) and (H4).
そして、下記[数15]に示すように、上記式(H6)、(H7)を下記式(H8)に代入し、整理していくと、下記式(H9)を導き出すことができる。 Then, as shown in [Equation 15] below, when the above formulas (H6) and (H7) are substituted into the following formula (H8) and rearranged, the following formula (H9) can be derived.
さらに、上記式(H5)、(H9)から導き出された下記式(H10)を基にゲインA及びオフセットBの比例定数Kを算出する。 Further, the proportional constant K of the gain A and the offset B is calculated based on the following formula (H10) derived from the above formulas (H5) and (H9).
そして、上記のように算出された各画素における光パターンのゲインA、オフセットB、及び、比例定数Kをキャリブレーションデータとして設定データ記憶装置26に記憶する。勿論、比例定数Kのみをキャリブレーションデータとして記憶する構成としてもよい。従って、比例定数Kを決定する上記一連の処理機能により本実施形態における関係把握手段が構成される。
Then, the gain A, the offset B, and the proportionality constant K of the light pattern in each pixel calculated as described above are stored in the setting
尚、本実施形態では、位相が90°異なる4通りの光パターンの下でそれぞれ撮像された4通りの画像データを基にキャリブレーションを行う構成となっているが、これに限らず、例えば位相の異なる3通りの光パターンの下でそれぞれ撮像された3通りの画像データを基にキャリブレーションを行う構成としてもよい。 In the present embodiment, the calibration is performed based on the four types of image data captured under the four types of light patterns whose phases are different by 90 °. The calibration may be performed based on three types of image data captured under three different light patterns.
また、キャリブレーションを行う際に、光源の輝度を変えて複数回行う構成としてもよい。かかる構成とすれば、下記式(28)に示すようなカメラ5の暗電流(オフセット)Cまで求めることができる。
Moreover, when performing calibration, it is good also as a structure performed by changing the brightness | luminance of a light source in multiple times. With this configuration, the dark current (offset) C of the
A=KB+C ・・・(28)
但し、A:ゲイン、B:オフセット、C:カメラの暗電流(オフセット)、K:比例定数。
A = KB + C (28)
However, A: Gain, B: Offset, C: Dark current (offset) of the camera, K: Proportional constant.
あるいは、ゲインAとオフセットBとの関係は、式として求めることなく、ゲインAとオフセットBとの関係を表した数表やテーブルデータを作成することにより、ゲインAからオフセットBあるいはオフセットBからゲインAを求めることが可能に構成しても良い。 Alternatively, the relationship between the gain A and the offset B is not obtained as an equation, but by creating a numerical table or table data that represents the relationship between the gain A and the offset B, the gain A can be gained from the offset B or the offset B. You may comprise so that A can be calculated | required.
また、キャリブレーションに代えて、別途行った計測時(実測時)に、4通り(又は3通り)に位相変化させた光パターンの下でそれぞれ撮像した4通り(又は3通り)の画像データを利用してゲインAとオフセットBとの関係(比例定数K)を求める構成としても良い。 Further, instead of calibration, four (or three) image data respectively captured under light patterns whose phases are changed in four (or three) phases at the time of measurement (measurement) performed separately are obtained. A configuration may be used in which the relationship between the gain A and the offset B (proportional constant K) is obtained.
次に、プリント基板2の検査を開始する前に行う条件設定処理について説明する。条件設定処理は、画像取得手段としての制御装置6が各検査エリア(計測領域)について取得(撮像)すべき画像データ数(撮像回数)を決定する際に参照する所定の判定条件を事前に設定するためのものである。従って、この条件設定処理を実行する制御装置6の機能(入力装置22や表示装置23を含む)により本実施形態における条件設定手段が構成されることとなる。
Next, the condition setting process performed before starting the inspection of the printed
後述するように、本実施形態では、ここで設定された判定条件を満たすクリーム半田が検査エリア内に含まれている場合には、第1所定数通りとして4通りに位相変化させた光パターンの下でそれぞれ撮像した4通りの画像データを取得する一方、検査エリア内に前記判定条件を満たすクリーム半田が含まれていない場合には、第2所定数通りとして2通りに位相変化させた光パターンの下でそれぞれ撮像した2通りの画像データを取得する構成となっている。 As will be described later, in the present embodiment, when cream solder satisfying the determination condition set here is included in the inspection area, the light pattern whose phase is changed in four ways as the first predetermined number is used. When four types of image data respectively captured below are acquired, but the cream solder satisfying the determination condition is not included in the inspection area, the light pattern having the phase changed in two ways as the second predetermined number It is the structure which acquires the two types of image data each imaged below.
本実施形態における条件設定処理は、表示装置23に表示される条件設定画面230(図5参照)を介して行われる。条件設定画面230には、判定条件として設定可能な複数の項目欄が設けられている。
The condition setting process in the present embodiment is performed via a condition setting screen 230 (see FIG. 5) displayed on the
より詳しくは、クリーム半田に対し実装される電子部品が所定品種であることを判定条件の1つとして設定可能な「属性」項目欄231、クリーム半田の体積が所定値未満であることを判定条件の1つとして設定可能な「体積」項目欄232、クリーム半田の面積が所定値未満であることを判定条件の1つとして設定可能な「面積」項目欄233、クリーム半田の周囲長が所定値未満であることを判定条件の1つとして設定可能な「周囲長」項目欄234、クリーム半田の短辺長が所定値未満であることを判定条件の1つとして設定可能な「短辺長」項目欄235が設けられている。
More specifically, an “attribute”
各項目欄231〜235には、その項目を選択するためのチェックボックス236が設けられている。本実施形態では、例えば「属性」及び「体積」といったように、同時に複数の項目を選択可能に構成されている。但し、本実施形態では、複数の項目(条件)を選択した場合には、いずれか1つの項目を満たせば、判定条件を満たす構成となっている(いわゆるOR条件)。勿論、これに代えて、複数の項目(条件)すべてを満たすことが判定条件を満たす構成としてもよい(いわゆるAND条件)。
Each
「属性」項目欄231には、判定条件となる電子部品の品種として、SOP(Small Outline Package)、SOJ(Small Outline J−leaded)、SOT(Small Outline Transistor)、QFP(Quad Flat Package)、PLCC(Plastic leaded chip carrier)、BGA(Ball grid array)が挙げられている。勿論、判定条件となる電子部品の品種は、これらに限定されるものではなく、例えばLGA(Land grid array)など他の品種を判定条件として設定可能な構成としてもよい。
In the “attribute”
また、「属性」項目欄231には、電子部品の各品種に対応して、これらの品種を選択するためのチェックボックス237が設けられている。ここでチェックボックス237にチェックを入れて選択した所定品種の電子部品が判定条件の1つとして設定され、設定データ記憶装置26に記憶されることとなる。
In the “attribute”
尚、各品種のチェックボックス237は、「属性」項目欄231のチェックボックス236にチェックを入れ、該「属性」項目を選択することによりはじめて、チェックを入力可能(選択可能)となる。また、本実施形態では、例えば「SOP」及び「SOJ」といったように、同時に複数の品種を選択可能に構成されている。但し、本実施形態では、複数の品種(条件)を選択した場合には、いずれか1つの品種を満たせば、判定条件を満たす構成となっている(いわゆるOR条件)。
Note that the
一方、「体積」、「面積」、「周囲長」及び「短辺長」の各項目欄232〜235には、判定条件となる数値を入力するための入力欄238が設けられている。ここで入力欄238に入力した数値が判定条件の1つとして設定され、設定データ記憶装置26に記憶されることとなる。尚、各入力欄238は、それぞれ対応する各項目欄232〜235のチェックボックス236にチェックを入れ、該項目を選択することによりはじめて、数値入力可能(選択可能)となる。
On the other hand, each of the item fields 232 to 235 for “volume”, “area”, “perimeter” and “short side length” is provided with an
例えば、ここで『「体積」が「1mm3」未満』であることを判定条件として設定した場合には、『「体積」が「1mm3」未満』のクリーム半田が検査エリア内に含まれている場合、4回撮像方式により画像データが取得される一方、検査エリア内に『「体積」が「1mm3」未満』のクリーム半田が含まれていない場合には、2回撮像方式により画像データが取得されることとなる。 For example, where the case of setting the determination condition that "" volume "is" 1 mm 3 "less than" is the "" volume "is" 1 mm 3 "less than" cream solder contained in the inspection area In the case where the image data is acquired by the four-time imaging method, and the cream solder whose “volume” is less than “1 mm 3 ” is not included in the inspection area, the image data is acquired by the two-time imaging method. Will be acquired.
次に、各検査エリアごとに行われる検査ルーチンについて、図6のフローチャートを参照して詳しく説明する。この検査ルーチンは、制御装置6(CPU等21)にて実行されるものである。
Next, the inspection routine performed for each inspection area will be described in detail with reference to the flowchart of FIG. This inspection routine is executed by the control device 6 (
制御装置6は、まずモータ15,16を駆動制御してプリント基板2を移動させ、カメラ5の視野をプリント基板2上の所定の検査エリアに合わせる。なお、検査エリアは、カメラ5の視野の大きさを1単位としてプリント基板2の表面を予め分割しておいた中の1つのエリアである。
The
そして、ステップS101において、この検査エリア内に、上記条件設定処理にて設定した所定の判定条件(例えば体積が所定値未満)を満たすクリーム半田が含まれているか否かを判定する。ここでの判定は、予め記憶されたガーバデータを参照して行われる。 In step S101, it is determined whether or not cream solder that satisfies the predetermined determination condition (for example, the volume is less than a predetermined value) set in the condition setting process is included in the inspection area. This determination is made with reference to pre-stored Gerber data.
ガーバデータには、例えばプリント基板2上に設けられたランド、及び、該ランド上に印刷される理想的なクリーム半田の位置、大きさ、形状などが記憶されると共に、これらランドやクリーム半田が属する電子部品の品種などが記憶されている。
The Gerber data stores, for example, the lands provided on the printed
ここで、検査エリア内に、前記判定条件を満たすクリーム半田が含まれている場合には、ステップS102に移行し、かかる検査エリアについて4回撮像方式により画像データを取得する。すなわち4通りの位相で光パターンを照射し撮像した4通りの画像データを取得する。 Here, when the cream solder satisfying the determination condition is included in the inspection area, the process proceeds to step S102, and image data is acquired for the inspection area by the four-time imaging method. That is, four types of image data obtained by irradiating a light pattern with four phases and capturing images are acquired.
より詳しくは、制御装置6は、まず照明装置4の液晶格子4bを切替制御し、該液晶格子4bに形成される格子の位置を所定の基準位置(位相「0°」の位置)に設定する。
More specifically, the
液晶格子4bの切替設定が完了すると、制御装置6は、所定のタイミングTa1にて、位相「0°」の光パターンの下で1回目の撮像処理を開始する〔図8(a)参照〕。
When the switching setting of the
具体的には、照明装置4の光源4aを発光させ、光パターンの照射を開始すると共に、カメラ5を駆動制御して、該光パターンが照射された検査エリア部分の撮像を開始する。かかる撮像処理の手順は、後述する2〜4回目の撮像処理においても同様である。
Specifically, the
そして、制御装置6は、撮像開始から所定時間(本実施形態では10msec)経過後のタイミングTa2において、1回目の撮像処理を終了する。つまり、光パターンの照射を終了すると共に、該光パターンに係る1回目の撮像を終了する。ここで、カメラ5により撮像された画像データは、画像データ記憶装置24へ転送され記憶される(以下同様)。
And the
同時に、制御装置6は、タイミングTa2にて照明装置4の液晶格子4bの切替処理を開始する。具体的には、液晶格子4bに形成される格子の位置を基準位置(位相「0°」の位置)から、光パターンの位相が4分の1ピッチずれる位相「90°」の位置へ切替える処理を開始する。
At the same time, the
そして、制御装置6は、液晶格子4bの切替処理の開始(タイミングTa2)から所定時間(本実施形態では20msec)経過後のタイミングTa3において、該切替処理を終了する。
And the
液晶格子4bの切替処理の完了と同時に、制御装置6は、タイミングTa3にて位相「90°」の光パターンの下で2回目の撮像処理を開始し、撮像開始から所定時間(本実施形態では10msec)経過後のタイミングTa4において、2回目の撮像処理を終了する。
Simultaneously with the completion of the switching process of the
2回目の撮像処理の終了と同時に、制御装置6は、タイミングTa4にて照明装置4の液晶格子4bの切替処理を開始する。具体的には、照明装置4の液晶格子4bに形成される格子の位置を位相「90°」の位置から、光パターンの位相が4分の1ピッチずれる位相「180°」の位置へ切替える処理を開始する。
Simultaneously with the end of the second imaging process, the
液晶格子4bの切替処理の完了と同時に、制御装置6は、タイミングTa5にて位相「180°」の光パターンの下で3回目の撮像処理を開始し、撮像開始から所定時間(本実施形態では10msec)経過後のタイミングTa6において、3回目の撮像処理を終了する。
Simultaneously with the completion of the switching process of the
同時に、制御装置6は、タイミングTa6にて照明装置4の液晶格子4bの切替処理を開始する。具体的には、液晶格子4bに形成される格子の位置を位相「180°」の位置から、光パターンの位相が4分の1ピッチずれる位相「270°」の位置へ切替える処理を開始する。
At the same time, the
次に、制御装置6は、液晶格子4bの切替処理の開始(タイミングTa6)から所定時間(本実施形態では20msec)経過後のタイミングTa7において、該切替処理を終了する。
Next, the
液晶格子4bの切替処理の完了と同時に、制御装置6は、タイミングTa7にて位相「270°」の光パターンの下で4回目の撮像処理を開始し、撮像開始から所定時間(本実施形態では10msec)経過後のタイミングTa8において、4回目の撮像処理を終了する。
Simultaneously with the completion of the switching process of the
このように、上記一連の撮像処理を行うことにより、4通りに位相変化させた光パターンの下でそれぞれ撮像された4画面分の画像データが取得される。 In this way, by performing the above-described series of imaging processes, image data for four screens each captured under a light pattern whose phase has been changed in four ways is acquired.
一方、ステップS101において、検査エリア内に前記判定条件を満たすクリーム半田が含まれていないと判別された場合には、ステップS103に移行し、かかる検査エリアについて2回撮像方式により画像データを取得する。すなわち2通りの位相で光パターンを照射し撮像した2通りの画像データを取得する。 On the other hand, if it is determined in step S101 that cream solder satisfying the determination condition is not included in the inspection area, the process proceeds to step S103, and image data is acquired for the inspection area by the twice imaging method. . That is, two types of image data obtained by irradiating light patterns with two phases and capturing images are acquired.
より詳しくは、制御装置6は、まず照明装置4の液晶格子4bを切替制御し、該液晶格子4bに形成される格子の位置を所定の基準位置(位相「0°」の位置)に設定する。
More specifically, the
液晶格子4bの切替設定が完了すると、制御装置6は、所定のタイミングTc1にて、位相「0°」の光パターンの下で1回目の撮像処理を開始する〔図8(c)参照〕。
When the switching setting of the
具体的には、照明装置4の光源4aを発光させ、光パターンの照射を開始すると共に、カメラ5を駆動制御して、該光パターンが照射された検査エリア部分の撮像を開始する。かかる撮像処理の手順は、後述する2回目の撮像処理においても同様である。
Specifically, the
そして、制御装置6は、撮像開始から所定時間(本実施形態では10msec)経過後のタイミングTc2において、1回目の撮像処理を終了する。つまり、光パターンの照射を終了すると共に、該光パターンに係る1回目の撮像を終了する。ここで、カメラ5により撮像された画像データは、画像データ記憶装置24へ転送され記憶される(以下同様)。
And the
同時に、制御装置6は、タイミングTc2にて照明装置4の液晶格子4bの切替処理を開始する。具体的には、液晶格子4bに形成される格子の位置を基準位置(位相「0°」の位置)から、光パターンの位相が2分の1ピッチずれる位相「180°」の位置へ切替える処理を開始する。
At the same time, the
そして、制御装置6は、液晶格子4bの切替処理の開始(タイミングTc2)から所定時間(本実施形態では20msec)経過後のタイミングTc3において、該切替処理を終了する。
Then, the
液晶格子4bの切替処理の完了と同時に、制御装置6は、タイミングTc3にて位相「180°」の光パターンの下で2回目の撮像処理を開始し、撮像開始から所定時間(本実施形態では10msec)経過後のタイミングTc4において、2回目の撮像処理を終了する。
Simultaneously with the completion of the switching process of the
このように、上記一連の撮像処理を行うことにより、2通りに位相変化させた光パターンの下でそれぞれ撮像された2画面分の画像データが取得される。 As described above, by performing the above-described series of imaging processes, image data for two screens each captured under the light pattern whose phase is changed in two ways is acquired.
ここで具体例を挙げて説明する。例えば図7に例示するプリント基板2においては、所定の判定条件となるBGAやSOP、QFPなどの電子部品が実装される比較的サイズの小さいランド(図示略)に対応して比較的サイズの小さいクリーム半田Jsが印刷されると共に、抵抗やコンデンサ、トランジスタなどの電子部品が実装される比較的サイズの大きいランド(図示略)に対応して比較的サイズの大きいクリーム半田Jbが印刷されている。
Here, a specific example will be described. For example, the printed
従って、かかるプリント基板2においては、所定の判定条件を満たす比較的サイズの小さいクリーム半田Jsのみが含まれる検査エリアW1、並びに、前記判定条件を満たす比較的サイズの小さいクリーム半田Js及び前記判定条件を満たさない比較的サイズの大きいクリーム半田Jbを含む検査エリアW2に関して、4回撮像方式により画像データが取得される。一方、前記判定条件を満たす比較的サイズの小さいクリーム半田Jsを含まず、前記判定条件を満たさない比較的サイズの大きいクリーム半田Jbのみを含む検査エリアW3,W4に関しては、2回撮像方式により画像データが取得される。
Therefore, in the printed
そして、制御装置6は、ステップS104において、上記ステップS102又はステップS103にて取得した画像データを基に位相シフト法により三次元計測(高さ計測)を行う。
In step S104, the
まずステップS102において4通りの画像データを取得した場合について説明する。制御装置6は、位相シフト法により、上記4通りの画像データ(各画素の輝度値)から各画素に係る光パターンの位相θ1を算出する。
First, a case where four types of image data are acquired in step S102 will be described. The
ここで、上記4通りの画像データの各画素に係る輝度値V10,V11,V12,V13は、下記式(H1´)、(H2´)、(H3´)、(H4´)により表すことができる。 Here, the luminance values V 10 , V 11 , V 12 , and V 13 relating to the respective pixels of the four types of image data are represented by the following formulas (H1 ′), (H2 ′), (H3 ′), and (H4 ′). Can be represented by
上記式(H1´)、(H2´)、(H3´)、(H4´)を位相θ1について解くと、下記式(H11)を導き出すことができる。 When the above equations (H1 ′), (H2 ′), (H3 ′), and (H4 ′) are solved for the phase θ 1 , the following equation (H11) can be derived.
続いて、制御装置6は、上記のように算出された各画素の位相θ1と、上記設定データ記憶装置26に記憶したキャリブレーションデータ(キャリブレーションに基づく各画素の位相)とを比較して、同一の位相を有する画素のズレ量を算出し、三角測量の原理に基づき、検査エリアの各画素(x,y)に係る高さデータ(z)を算出し、かかる高さデータ(z)を演算結果記憶装置25に記憶する。
Subsequently, the
例えば、被計測画素(x,y)における実測値(位相)が「10°」であった場合、該「10°」の値が、キャリブレーションにより記憶したデータ上のどの位置にあるかを検出する。ここで、被計測画素(x,y)よりも3画素隣りに「10°」が存在していれば、それは光パターンの縞が3画素ずれたことを意味する。そして、光パターンの照射角度と、光パターンの縞のズレ量を基に、三角測量の原理により、被計測画素(x,y)の高さデータ(z)を求めることができる。 For example, when the measured value (phase) at the pixel to be measured (x, y) is “10 °”, the position where the value of “10 °” is on the data stored by calibration is detected. To do. Here, if “10 °” exists adjacent to the pixel to be measured (x, y) by three pixels, it means that the stripe of the light pattern has shifted by three pixels. Based on the principle of triangulation, the height data (z) of the pixel to be measured (x, y) can be obtained based on the irradiation angle of the light pattern and the amount of deviation of the stripe of the light pattern.
次にステップS103において2通りの画像データを取得した場合について説明する。制御装置6は、位相シフト法により、上記2通りの画像データ(各画素の輝度値)と、上記設定データ記憶装置26に記憶したキャリブレーションデータ(キャリブレーションに基づく各画素の比例定数K)とを基に、各画素に係る光パターンの位相θ2を算出する。
Next, a case where two types of image data are acquired in step S103 will be described. The
ここで、上記2通りの画像データの各画素に係る輝度値V20,V21とした場合、各画素に係る光パターンの位相θ2は、上記式(15)に基づき、下記式(H12)により表すことができる。 Here, when the luminance values V 20 and V 21 relating to each pixel of the above two types of image data are used, the phase θ 2 of the light pattern relating to each pixel is expressed by the following equation (H12) based on the above equation (15). Can be represented by
θ2=sin-1[(V20−V21)/K(V20+V21)] ・・・(H12)
但し、K:比例定数。
θ 2 = sin −1 [(V 20 −V 21 ) / K (V 20 + V 21 )] (H12)
However, K: proportionality constant.
続いて、制御装置6は、上記同様、このように算出された各画素の位相θ2と、上記設定データ記憶装置26に記憶したキャリブレーションデータ(キャリブレーションに基づく各画素の位相)とを比較して、同一の位相を有する画素のズレ量を算出し、三角測量の原理に基づき、検査エリアの各画素(x,y)に係る高さデータ(z)を算出し、かかる高さデータ(z)を演算結果記憶装置25に記憶する。
Subsequently, the
次に、制御装置6は、ステップS105において、上記ステップS104の三次元計測結果(各座標における高さデータ)に基づき、クリーム半田の良否判定処理を行う。具体的に、制御装置6は、上記のように得られた検査エリアの計測結果に基づいて、基準面より高くなったクリーム半田の印刷範囲を検出し、この範囲内での各部位の高さを積分することにより、印刷されたクリーム半田の量を算出する。
Next, in Step S105, the
続いて、制御装置6は、このようにして求めたクリーム半田の位置、面積、高さ又は量等のデータを、予め設定データ記憶装置26に記憶されている基準データ(ガーバデータなど)と比較判定し、この比較結果が許容範囲内にあるか否かによって、その検査エリアにおけるクリーム半田の印刷状態の良否を判定する。
Subsequently, the
かかる処理が行われている間に、制御装置6は、モータ15,16を駆動制御してプリント基板2を次の検査エリアへと移動せしめ、以降、上記一連の処理が、全ての検査エリアで繰り返し行われることで、プリント基板2全体の検査が終了する。
While such processing is being performed, the
以上詳述したように、本実施形態によれば、所定の判定条件(例えば大きさが所定値未満)を満たすクリーム半田を含む検査エリアについては、4回撮像方式により画像データを取得し高精度に三次元計測を実行する一方、それ以外の検査エリアについては、2回撮像方式により画像データを取得することにより、短時間に三次元計測を実行することができる。 As described above in detail, according to the present embodiment, image data is acquired by the four-time imaging method for the inspection area including cream solder that satisfies a predetermined determination condition (for example, the size is less than a predetermined value) with high accuracy. On the other hand, three-dimensional measurement can be executed in a short time by acquiring image data by the two-time imaging method for other inspection areas.
結果として、位相シフト法を利用した三次元計測を行うにあたり、所定の判定条件を満たすクリーム半田(高精度の計測を必要とするクリーム半田)に必要な計測精度を維持しつつ、計測速度の向上を図ることができる。 As a result, when performing three-dimensional measurement using the phase shift method, the measurement speed is improved while maintaining the measurement accuracy required for cream solder (cream solder that requires high-accuracy measurement) that satisfies the predetermined criteria. Can be achieved.
また、本実施形態では、所定の判定条件を満たすクリーム半田を含まない検査エリアについては、所定の撮像条件により定まるゲインA及びオフセットBの関係〔例えばA=K(比例定数)×B〕と、画像データ上の各画素(x,y)の輝度値V(x,y)から定まる、該画素(x,y)に係るゲインA(x,y)又はオフセットB(x,y)の値とを利用することにより、2回撮像方式により取得した画像データを基に位相シフト法により高さ計測を行う構成となっている。 In the present embodiment, for an inspection area that does not include cream solder satisfying a predetermined determination condition, a relationship between a gain A and an offset B determined by a predetermined imaging condition [for example, A = K (proportional constant) × B], A value of gain A (x, y) or offset B (x, y) relating to the pixel (x, y) determined from the luminance value V (x, y) of each pixel (x, y) on the image data; Is used to measure the height by the phase shift method based on the image data acquired by the twice imaging method.
これにより、所定の検査エリアに係る全ての撮像処理(最後の撮像処理)が終了するまでに必要な時間をより短縮することができる。図8(c)に示すように、2回撮像方式の場合、所定の検査エリアに係る全ての撮像処理を終了するまでに必要な時間は、〔撮像処理に要する時間[10ms]×2回〕+〔液晶格子4bの切替処理に要する時間[20ms]×1回〕=合計[40msec]となる。
Thereby, it is possible to further shorten the time required until all the imaging processes (final imaging process) related to the predetermined inspection area are completed. As shown in FIG. 8C, in the case of the two-time imaging method, the time required to finish all the imaging processes related to a predetermined inspection area is [time required for imaging process [10 ms] × 2 times]. + [Time required for switching process of
〔第2実施形態〕
以下、第2実施形態について図面を参照しつつ説明する。尚、第1実施形態と同一構成部分については、同一符号を付し、その詳細な説明を省略する。
[Second Embodiment]
Hereinafter, the second embodiment will be described with reference to the drawings. In addition, about the same component as 1st Embodiment, the same code | symbol is attached | subjected and the detailed description is abbreviate | omitted.
上記第1実施形態では、各画素における光パターンのゲインA及びオフセットBの関係(比例定数K)を、予めキャリブレーション(4通りに位相変化させた光パターンの下でそれぞれ撮像した4通りの画像データ)により求める構成となっているが、これに代えて、第2実施形態では、光パターンのゲインA及びオフセットBの関係(比例定数K)を、2回撮像方式により別途行った計測時(実測時)に、2通りに位相変化させた光パターンの下でそれぞれ撮像した2通りの画像データを基に求める構成となっている。 In the first embodiment, the relationship between the gain A and the offset B (proportional constant K) of the light pattern in each pixel is calibrated in advance (four images captured under four light patterns whose phases have been changed). However, instead of this, in the second embodiment, the relationship between the gain A and the offset B (proportional constant K) of the light pattern is separately measured by the two-time imaging method ( In the actual measurement), the image data is obtained on the basis of two kinds of image data respectively captured under the light patterns whose phases are changed in two ways.
その手順としては、まず上記式(12)を用いて画像データの全画素についてオフセットBを求める。次に、その中でオフセットBの値が一致する画素の輝度値V(=Asinθ+B)を抽出し、そのヒストグラムを作成する。その一例を図9,10の表に示す。但し、図9,10はゲインAを「1」、オフセットBを「0」とした場合を例示している。図9は、輝度値Vを「0.1」幅のデータ区間に区切って、そのデータ区間に含まれる輝度値の数を表した分布表であり、図10は、それをプロットしたヒストグラムである。 As the procedure, first, the offset B is obtained for all the pixels of the image data using the above equation (12). Next, the luminance value V (= Asin θ + B) of the pixels having the same offset B value is extracted, and a histogram thereof is created. An example is shown in the tables of FIGS. 9 and 10 exemplify a case where the gain A is “1” and the offset B is “0”. FIG. 9 is a distribution table in which the luminance value V is divided into data sections having a width of “0.1” and the number of luminance values included in the data section is represented. FIG. 10 is a histogram in which the luminance values are plotted. .
そして、このヒストグラムを基に輝度値の最大値VMAXと最小値VMINを決定する。「sinθ」の特性を利用することにより、上記ヒストグラムにおいて発生する2つのピークをそれぞれ輝度値の最大値VMAXと最小値VMINとして決定することができる。図9,10に示す例では、輝度値Vが「−1.0〜−0.9」及び「0.9〜1.0」のデータ区間に入る輝度値Vの個数がそれぞれ「51」となり、ここが2つのピークとなる。 Based on this histogram, the maximum value V MAX and the minimum value V MIN of the luminance value are determined. By using the characteristic of “sin θ”, two peaks generated in the histogram can be determined as the maximum value V MAX and the minimum value V MIN of the luminance values, respectively. In the example shown in FIGS. 9 and 10, the number of luminance values V that fall within the data section where the luminance value V is “−1.0 to −0.9” and “0.9 to 1.0” is “51”, respectively. Here are two peaks.
続いて、輝度値の最大値VMAXと最少値VMINを基にゲインA及びオフセットBを算出する。上述したとおり、輝度値の最大値VMAXと最少値VMINの平均値がオフセットBとなり、最大値VMAXと最少値VMINの差の半分がゲインAとなる。つまり、図9に示すように、2つのピークの中間値がオフセットBとなり、2つのピークの幅の半分がゲインAとなる。 Subsequently, the gain A and the offset B are calculated based on the maximum value V MAX and the minimum value V MIN of the luminance values. As described above, the average value of the maximum value V MAX and the minimum value V MIN of the luminance value is the offset B, and the half of the difference between the maximum value V MAX and the minimum value V MIN is the gain A. That is, as shown in FIG. 9, the intermediate value between the two peaks is the offset B, and half of the width of the two peaks is the gain A.
このようにして得たゲインAとオフセットBの値を基に比例定数Kを決定することができる〔上記式(3)参照〕。従って、比例定数Kを決定する上記一連の処理機能により本実施形態における関係把握手段が構成される。 The proportionality constant K can be determined based on the gain A and the offset B values obtained in this way [see the above formula (3)]. Therefore, the above-described series of processing functions for determining the proportionality constant K constitutes the relationship grasping means in this embodiment.
本実施形態によれば、上記第1実施形態と同様の作用効果が奏される。また、上記第1実施形態のようなキャリブレーションの手間を省略することができ、さらなる計測時間の短縮化を図ることができる。 According to this embodiment, the same effect as the first embodiment is obtained. Further, the labor of calibration as in the first embodiment can be omitted, and the measurement time can be further shortened.
尚、本実施形態では、位相が180°異なる2通りの光パターンの下でそれぞれ撮像された2通りの画像データを基に、画像データの全画素について比例定数K等を求める構成となっているが、これに限らず、例えば位相が90°異なる2通りの光パターンの下でそれぞれ撮像された2通りの画像データを基に比例定数K等を求める構成としてもよい。また、画像データの全画素ではなく、被計測画素の周辺など画像データの一部の範囲において、比例定数K等を求める構成としてもよい。 In the present embodiment, the proportionality constant K and the like are obtained for all the pixels of the image data based on the two types of image data captured under two types of light patterns that are 180 degrees out of phase. However, the present invention is not limited to this, and for example, the proportional constant K or the like may be obtained based on two types of image data captured under two types of light patterns that are 90 ° out of phase. Further, the proportional constant K or the like may be obtained not in all the pixels of the image data but in a partial range of the image data such as around the pixel to be measured.
尚、上記実施形態の記載内容に限定されず、例えば次のように実施してもよい。勿論、以下において例示しない他の応用例、変更例も当然可能である。 In addition, it is not limited to the description content of the said embodiment, For example, you may implement as follows. Of course, other application examples and modification examples not illustrated below are also possible.
(a)上記実施形態では、三次元計測装置を、プリント基板2に印刷形成されたクリーム半田の高さを計測する基板検査装置1に具体化したが、これに限らず、例えば基板上に印刷された半田バンプや、基板上に実装された電子部品など、他のものの高さを計測する構成に具体化してもよい。
(A) In the above-described embodiment, the three-dimensional measuring device is embodied as the
(b)上記実施形態では、光源4aからの光を縞状の光パターンに変換するための格子を、液晶格子4bにより構成すると共に、これを切替制御することにより、光パターンの位相をシフトさせる構成となっている。これに限らず、例えば格子部材をピエゾアクチュエータ等の移送手段により移送させ、光パターンの位相をシフトさせる構成としてもよい。
(B) In the above embodiment, the grating for converting the light from the
(c)上記実施形態では、所定の判定条件を満たすクリーム半田を含む検査エリアについては、位相が90°ずつ異なる4通りの光パターンの下でそれぞれ撮像された4通りの画像データを基に三次元計測を行い、前記判定条件を満たすクリーム半田を含まない検査エリアについては、位相が180°ずつ異なる2通りの光パターンの下でそれぞれ撮像された2通りの画像データを基に三次元計測を行う構成となっている。 (C) In the above embodiment, for the inspection area including the cream solder satisfying the predetermined determination condition, the third order is based on the four image data captured under the four light patterns whose phases are different by 90 °. The original measurement is performed, and the inspection area not including the cream solder satisfying the determination condition is subjected to the three-dimensional measurement based on the two image data captured under the two light patterns whose phases are different by 180 °. It is configured to do.
これに限らず、例えば所定の判定条件を満たすクリーム半田を含む検査エリアについては、位相が90°ずつ異なる4通りの光パターンの下でそれぞれ撮像された4通りの画像データを基に三次元計測を行い、前記判定条件を満たすクリーム半田を含まない検査エリアについては、位相が120°(又は90°)ずつ異なる3通りの光パターンの下でそれぞれ撮像された3通りの画像データを基に三次元計測を行う構成としてもよい。 Not limited to this, for example, for an inspection area including cream solder satisfying a predetermined determination condition, three-dimensional measurement is performed based on four image data captured under four light patterns whose phases are different by 90 °. For the inspection area that does not include the cream solder that satisfies the determination condition, the third order is based on the three types of image data captured under three different light patterns whose phases are different by 120 ° (or 90 °). It is good also as a structure which performs original measurement.
また、所定の判定条件を満たすクリーム半田を含む検査エリアについては、位相が120°(又は90°)ずつ異なる3通りの光パターンの下でそれぞれ撮像された3通りの画像データを基に三次元計測を行い、前記判定条件を満たすクリーム半田を含まない検査エリアについては、位相が180°(又は90°)ずつ異なる2通りの光パターンの下でそれぞれ撮像された2通りの画像データを基に三次元計測を行う構成としてもよい。 In addition, for an inspection area including cream solder that satisfies a predetermined determination condition, the inspection area is three-dimensional based on three types of image data captured under three different light patterns whose phases are different by 120 ° (or 90 °). For the inspection area that does not include cream solder that meets the above criteria, the measurement is performed on the basis of two types of image data captured under two different light patterns whose phases are different by 180 ° (or 90 °). It is good also as a structure which performs three-dimensional measurement.
勿論、位相シフト量は、上記例示した各種シフト量に限定されるものではなく、位相シフト法により三次元計測可能な他のシフト量を採用してもよい。 Of course, the phase shift amount is not limited to the various shift amounts exemplified above, and other shift amounts that can be three-dimensionally measured by the phase shift method may be adopted.
(d)上記実施形態では、所定の判定条件を満たすクリーム半田を含む検査エリアについては、4回撮像方式により三次元計測を行い、前記判定条件を満たすクリーム半田を含まない検査エリアについては、2回撮像方式により三次元計測を行うといったように、撮像方式を2段階で切替える構成となっているが、これに限らず、撮像方式を3段階に切替える構成としてもよい。 (D) In the above embodiment, the inspection area including the cream solder satisfying the predetermined determination condition is measured three-dimensionally by the four-time imaging method, and the inspection area not including the cream solder satisfying the determination condition is 2 Although the configuration is such that the imaging method is switched in two stages, such as performing three-dimensional measurement by the multiple imaging method, the configuration is not limited to this, and the imaging method may be switched in three steps.
例えば図11に示す条件設定画面330を用いて、検査エリア内に所定の判定条件(例えば図11中の中精度計測欄331において設定される条件)のうちの特定条件(例えば図11中の高精度計測欄332において設定される条件)を満たすクリーム半田が含まれている場合には、4回撮像方式(4通りの位相で光パターンを照射し撮像すること)により4通りの画像データを取得し、検査エリア内に前記判定条件を満たすクリーム半田が含まれているが、前記特定条件を満たすクリーム半田が含まれていない場合には、3回撮像方式(3通りの位相で光パターンを照射し撮像すること)により3通りの画像データを取得し、検査エリア内に前記判定条件を満たすクリーム半田が含まれていない場合には、2回撮像方式(2通りの位相で光パターンを照射し撮像すること)により2通りの画像データを取得する構成としてもよい。
For example, using the
例えば、ここで『「体積」が「2mm3」未満』であることを「判定条件」として設定し、『「体積」が「1mm3」未満』であることを「特定条件」として設定した場合には、『「体積」が「1mm3」未満』のクリーム半田が検査エリア内に含まれている場合、4回撮像方式により画像データが取得され、検査エリア内に『「体積」が「2mm3」未満』を満たすクリーム半田が含まれているが、『「体積」が「1mm3」未満』を満たすクリーム半田が含まれていない場合には、3回撮像方式により画像データが取得され、検査エリア内に『「体積」が「2mm3」未満』を満たすクリーム半田が含まれていない場合には、2回撮像方式により画像データが取得されることとなる。 For example, here is set to be "" volume "is" 2 mm 3 "less than" is the "determination condition", if you set the "" volume "is" 1 mm 3 "less than" is as "specific condition" If the inspection area contains cream solder with “volume” of less than “1 mm 3 ”, image data is acquired by the four-time imaging method, and “volume” is “2 mm in the inspection area. If cream solder satisfying “less than 3 ” is included, but cream solder satisfying “less than“ 1 mm 3 ”” is included, image data is acquired by the three-time imaging method, If the inspection area does not include cream solder satisfying “volume” of less than “2 mm 3 ”, the image data is acquired by the two-time imaging method.
(e)上記実施形態では、判定条件を満たすクリーム半田(例えば図7のクリーム半田Js)と、判定条件を満たさないクリーム半田(例えば図7のクリーム半田Jb)の両者を含む検査エリア(例えば図7の検査エリアW2)について、位相の異なる4通りの光パターンの下でそれぞれ撮像された4通りの画像データを取得した場合において、該検査エリア内における両クリーム半田(例えば図7のクリーム半田Js,Jb)ともに、4通りの画像データを基に三次元計測を行う構成となっている。 (E) In the above embodiment, an inspection area (for example, FIG. 7) including both cream solder that satisfies the determination condition (for example, cream solder Js in FIG. 7) and cream solder that does not satisfy the determination condition (for example, cream solder Jb in FIG. 7). 7 inspection area W2), when four types of image data captured under four different light patterns having different phases are acquired, both cream solders in the inspection area (for example, cream solder Js in FIG. 7). , Jb) are configured to perform three-dimensional measurement based on four types of image data.
これに限らず、例えば判定条件を満たすクリーム半田(例えば図7のクリーム半田Js)と、判定条件を満たさないクリーム半田(例えば図7のクリーム半田Jb)の両者を含む検査エリア(例えば図7の検査エリアW2)について、位相の異なる4通りの光パターンの下でそれぞれ撮像された4通りの画像データを取得した場合において、該検査エリア内において判定条件を満たすクリーム半田(例えば図7のクリーム半田Js)については、4通りの画像データを基に三次元計測を行い、該検査エリア内において判定条件を満たさないクリーム半田(例えば図7のクリーム半田Jb)については、撮像された4通りの画像データのうちの2通り又は3通りの画像データを基に三次元計測を行う構成としてもよい。 For example, an inspection area (for example, cream solder Js in FIG. 7) that includes both cream solder that satisfies the determination condition (for example, cream solder Js in FIG. 7) and cream solder that does not satisfy the determination condition (for example, cream solder Jb in FIG. 7). For the inspection area W2), when four types of image data respectively captured under four light patterns with different phases are acquired, cream solder that satisfies the determination condition in the inspection area (for example, cream solder in FIG. 7) For Js), three-dimensional measurement is performed based on the four types of image data, and for the cream solder that does not satisfy the determination condition in the inspection area (for example, cream solder Jb in FIG. 7), the four types of captured images are taken. A configuration in which three-dimensional measurement is performed based on two or three types of image data among the data may be employed.
かかる構成によれば、所定の判定条件を満たさないクリーム半田(計測精度をそれほど必要としないクリーム半田)については、より少ない画像データを基により短時間で三次元計測を行うことができる。結果として、計測速度のさらなる向上を図ることができる。 According to such a configuration, three-dimensional measurement can be performed in a short time based on less image data for cream solder that does not satisfy the predetermined determination condition (cream solder that does not require much measurement accuracy). As a result, the measurement speed can be further improved.
また、4通りの画像データを取得した場合における「所定の判定条件を満たさないクリーム半田(例えば図7のクリーム半田Jb)」についての計測精度と、2回又は3回撮像方式により取得した2通り又は3通りの画像データを基に三次元計測を行った場合における「所定の判定条件を満たさないクリーム半田(例えば図7のクリーム半田Jb)」についての計測精度とを同等にすることができる。 In addition, when four types of image data are acquired, the measurement accuracy for “a cream solder that does not satisfy a predetermined determination condition (for example, cream solder Jb in FIG. 7)” and two types acquired by two or three imaging methods. Alternatively, the measurement accuracy for “a cream solder that does not satisfy a predetermined determination condition (for example, cream solder Jb in FIG. 7)” when three-dimensional measurement is performed based on three types of image data can be made equivalent.
勿論、判定条件を満たすクリーム半田(例えば図7のクリーム半田Js)と、判定条件を満たさないクリーム半田(例えば図7のクリーム半田Jb)の両者を含む検査エリア(例えば図7の検査エリアW2)について、位相の異なる3通りの光パターンの下でそれぞれ撮像された3通りの画像データを取得した場合においても同様の構成とすることができる。 Of course, an inspection area (for example, inspection area W2 in FIG. 7) that includes both cream solder that satisfies the determination condition (for example, cream solder Js in FIG. 7) and cream solder that does not satisfy the determination condition (for example, cream solder Jb in FIG. 7). The same configuration can be obtained when three types of image data captured under three types of light patterns having different phases are acquired.
また、上記(d)に例示した撮像方式を3段階に切替える構成の下、4回撮像方式により4通りの画像データを取得した場合において、検査エリア内における特定条件(例えば『「体積」が「1mm3」未満』)を満たすクリーム半田については、4通りの画像データを基に位相シフト法により三次元計測を行い、検査エリア内における前記特定条件を満たさずかつ判定条件(例えば『「体積」が「2mm3」未満』)を満たすクリーム半田については、取得した4通りの画像データのうちの3通りの画像データを基に位相シフト法により三次元計測を行い、検査エリア内における前記判定条件を満たさないクリーム半田については、取得した4通りの画像データのうちの2通りの画像データを基に位相シフト法により三次元計測を行い、3回撮像方式により3通りの画像データを取得した場合において、検査エリア内における前記判定条件を満たすクリーム半田については、3通りの画像データを基に位相シフト法により三次元計測を行い、検査エリア内における前記判定条件を満たさないクリーム半田については、取得した3通りの画像データのうちの2通りの画像データを基に位相シフト法により三次元計測を行う構成としてもよい。 In addition, when four types of image data are acquired by the four-time imaging method under the configuration in which the imaging method exemplified in (d) is switched to three stages, a specific condition in the examination area (for example, ““ volume ”is“ For cream solder satisfying “less than 1 mm 3 ” ”, three-dimensional measurement is performed by the phase shift method based on the four kinds of image data, and the specific condition in the inspection area is not satisfied and the determination condition (for example,“ “volume”) For cream solder satisfying “less than“ 2 mm 3 ””), the three-dimensional measurement is performed by the phase shift method based on three kinds of image data among the obtained four kinds of image data, and the determination condition in the inspection area is determined. For cream solder that does not satisfy the above, three-dimensional measurement is performed by the phase shift method based on two of the acquired four types of image data. When three types of image data are acquired by the imaging method, the cream solder satisfying the determination condition in the inspection area is subjected to a three-dimensional measurement by the phase shift method based on the three types of image data, and in the inspection area. The cream solder that does not satisfy the determination condition may be configured to perform three-dimensional measurement by a phase shift method based on two types of acquired image data.
(f)上記実施形態では、条件設定画面230を介して判定条件を設定する構成となっているが、条件設定手段の構成はこれに限定されるものではない。
(F) In the above embodiment, the determination condition is set via the
例えば図12に示す条件設定画面350を介して判定条件を設定する構成としてもよい。条件設定画面350では、スライドバー351を左右にスライドさせることにより、判定条件となるクリーム半田の体積値を変更することができる。尚、スライドバー351とは、表示装置23に表示されたスライドバーを模した画像であり、タッチパネルを介して操作することができる。
For example, the determination condition may be set via the
ここで、スライドバー351を操作して設定した所定値未満の体積のクリーム半田を含む検査エリアについては、4回撮像方式により三次元計測を行い、前記所定値未満の体積のクリーム半田を含まない検査エリアについては、2回撮像方式により三次元計測を行うこととなる。
Here, for the inspection area including the cream solder having a volume less than a predetermined value set by operating the
図12において、例えばスライドバー351を右端まで動かすと、判定条件となるクリーム半田の体積値は最大値となる。つまり、プリント基板2上の全てのクリーム半田が判定条件を満たすこととなり、全ての検査エリアについて4回撮像方式により三次元計測が行われることとなる。一方、スライドバー351を左端まで動かすと、判定条件となるクリーム半田の体積値は最小値となる。つまり、プリント基板2上の全てのクリーム半田が判定条件を満たさないこととなり、全ての検査エリアについて2回撮像方式により三次元計測が行われることとなる。
In FIG. 12, for example, when the
また、条件設定画面350には、スライドバー351を操作して設定した判定条件(所定の体積値)の下でプリント基板2の計測にかかる予定時間を表示可能な予定時間表示部352(予定時間表示手段)が設けられている。ここに表示される予定時間は、スライドバー351を操作して設定した判定条件と、ガーバデータとを基に算出される。
Further, the
例えば図8に示した例において、1つの検査エリアに係る全ての撮像処理を終了するまでに必要な時間は、4回撮像方式の場合は100msec(0.100sec)となり、2回撮像方式の場合は40msec(0.040sec)となる。 For example, in the example shown in FIG. 8, the time required to finish all the imaging processes related to one inspection area is 100 msec (0.100 sec) in the case of the four-time imaging method, and in the case of the two-time imaging method. Is 40 msec (0.040 sec).
従って、プリント基板2上に設定される検査エリアの数をN個とすると、1枚のプリント基板2の全範囲の画像データを取得するまでに要する時間は、全ての検査エリアについて4回撮像方式により画像データを取得する場合には、100×N(msec)となる。一方、全ての検査エリアについて2回撮像方式により画像データを取得する場合には、40×N(msec)となる。
Accordingly, if the number of inspection areas set on the printed
また、スライドバー351を操作して設定した所定値未満の体積のクリーム半田を含む検査エリアの数がN1(個)で、前記所定値未満の体積のクリーム半田を含まない検査エリアの数がN2(個)である場合には、1枚のプリント基板2の全範囲の画像データを取得するまでに要する時間は、100×N1(msec)+40×N2(msec)となる。
In addition, the number of inspection areas including cream solder having a volume less than a predetermined value set by operating the
さらに、モータ15,16を駆動してプリント基板2を所定の検査エリアから次の検査エリアへ移動する移動時間を含めた時間を予定時間として予定時間表示部352に表示する構成としてもよい。
Furthermore, it is good also as a structure which displays on the scheduled
(g)上記実施形態では、2回撮像方式において、位相が180°異なる2通りの光パターンの下でそれぞれ撮像された2通りの画像データを基に三次元計測を行う構成となっている。これに代えて、例えば位相が90°異なる2通りの光パターンの下でそれぞれ撮像された2通りの画像データを基に三次元計測を行う構成としてもよい。かかる場合、上記式(23),(27)を用いることにより、2通りの画像データ上の各画素における輝度値V20,V21と、既知の比例定数Kを利用して、各画素における光パターンの位相θ2を算出することができる。 (G) In the above-described embodiment, the two-time imaging method is configured to perform three-dimensional measurement based on two types of image data captured under two types of light patterns that are 180 degrees out of phase. Instead of this, for example, a configuration may be adopted in which three-dimensional measurement is performed based on two types of image data captured under two types of light patterns whose phases differ by 90 °. In such a case, by using the above formulas (23) and (27), the luminance values V 20 and V 21 at each pixel on the two kinds of image data and the known proportionality constant K are used, and the light at each pixel. The phase θ 2 of the pattern can be calculated.
かかる構成によれば、「tan-1」を用いた演算式に基づいて位相θ2を求めることができるため、−180°〜180°の360°の範囲で高さ計測可能となり、計測レンジをより大きくすることができる。 According to such a configuration, since the phase θ 2 can be obtained based on an arithmetic expression using “tan −1 ”, the height can be measured in a range of 360 ° from −180 ° to 180 °. Can be larger.
勿論、この他にも、上記式(1)、(2)、(3)の関係を満たすものであれば、他の構成を採用してもよい。位相θ2を得る一般式としては、上記式(9)が一例に挙げられる〔[数9]参照〕。 Of course, other configurations may be adopted as long as the relationship of the above formulas (1), (2), and (3) is satisfied. An example of the general formula for obtaining the phase θ 2 is the above formula (9) [see [Equation 9]].
1…基板検査装置、2…プリント基板、4…照明装置、4a…光源、4b…液晶格子、5…カメラ、6…制御装置、23…表示装置、24…画像データ記憶手段、25…演算結果記憶装置、26…設定データ記憶装置、230…条件設定画面、A…ゲイン、B…オフセット、K…比例定数、Js,Jb…クリーム半田、W1〜W4…検査エリア。
DESCRIPTION OF
Claims (6)
前記光パターンの照射された前記被計測物上の所定の計測領域を撮像可能な撮像手段と、
前記照射手段及び前記撮像手段を制御し、前記光パターンの位相を複数通りに変化させ、該各光パターンの下でそれぞれ撮像した前記計測領域に係る複数通りの画像を取得可能に構成されると共に、前記計測領域について取得すべき画像数を前記計測領域に応じて変更可能な画像取得手段と、
前記画像取得手段により取得された画像を基に、位相シフト法により前記計測領域内における計測対象について三次元計測を実行可能な画像処理手段とを備え、
前記画像取得手段は、
前記計測領域内に所定の判定条件を満たす前記計測対象が含まれている場合には、第1所定数通りの位相で光パターンを照射し撮像した前記第1所定数通りの画像を取得し、
前記計測領域内に前記判定条件を満たす前記計測対象が含まれていない場合には、前記第1所定数よりも少ない第2所定数通りの位相で光パターンを照射し撮像した前記第2所定数通りの画像を取得することを特徴とする三次元計測装置。 Irradiation means capable of irradiating an object to be measured with a light pattern having a striped light intensity distribution;
Imaging means capable of imaging a predetermined measurement area on the object to be measured irradiated with the light pattern;
The irradiation unit and the imaging unit are controlled, the phase of the light pattern is changed in a plurality of ways, and a plurality of images related to the measurement region captured under each light pattern can be acquired. Image acquisition means capable of changing the number of images to be acquired for the measurement region according to the measurement region;
Based on the image acquired by the image acquisition means, the image processing means capable of performing three-dimensional measurement on the measurement target in the measurement region by the phase shift method,
The image acquisition means includes
When the measurement target satisfying a predetermined determination condition is included in the measurement region, the first predetermined number of images captured by irradiating the light pattern with the first predetermined number of phases are acquired,
When the measurement target that satisfies the determination condition is not included in the measurement region, the second predetermined number obtained by irradiating and imaging a light pattern with a second predetermined number of phases smaller than the first predetermined number A three-dimensional measuring apparatus characterized by acquiring a street image.
前記画像処理手段は、
前記計測領域内における前記判定条件を満たす前記計測対象については、前記第1所定数通りの画像を基に、位相シフト法により三次元計測を行い、
前記計測領域内における前記判定条件を満たさない計測対象については、前記第2所定数通りの画像を基に、位相シフト法により三次元計測を行うことを特徴とする請求項1に記載の三次元計測装置。 In the case where the image acquisition means acquires the first predetermined number of images,
The image processing means includes
For the measurement target that satisfies the determination condition in the measurement region, based on the first predetermined number of images, three-dimensional measurement is performed by a phase shift method,
The three-dimensional measurement according to claim 1, wherein a three-dimensional measurement is performed by a phase shift method based on the second predetermined number of images for a measurement target that does not satisfy the determination condition in the measurement region. Measuring device.
前記計測領域内に前記判定条件を満たす前記計測対象が含まれている場合には、前記第1所定数通りとして4通り又は3通りの位相で光パターンを照射し撮像した4通り又は3通りの画像を取得し、
前記計測領域内に前記判定条件を満たす前記計測対象が含まれていない場合には、前記第2所定数通りとして2通りの位相で光パターンを照射し撮像した2通りの画像を取得することを特徴とする請求項1乃至4のいずれかに記載の三次元計測装置。 The image acquisition means includes
When the measurement target satisfying the determination condition is included in the measurement region, the first predetermined number of four or three types of images obtained by irradiating a light pattern with three or three phases are imaged. Get an image,
When the measurement target that satisfies the determination condition is not included in the measurement area, two images obtained by irradiating a light pattern with two phases as the second predetermined number are acquired. The three-dimensional measuring apparatus according to claim 1, wherein the three-dimensional measuring apparatus is characterized.
Priority Applications (4)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2015197516A JP6027204B1 (en) | 2015-10-05 | 2015-10-05 | 3D measuring device |
PCT/JP2016/055612 WO2017061131A1 (en) | 2015-10-05 | 2016-02-25 | Three-dimensional measurement device |
CN201680024062.3A CN107532889B (en) | 2015-10-05 | 2016-02-25 | Three-dimensional measuring device |
TW105107856A TWI607198B (en) | 2015-10-05 | 2016-03-15 | Three-dimensional measuring device |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2015197516A JP6027204B1 (en) | 2015-10-05 | 2015-10-05 | 3D measuring device |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP6027204B1 JP6027204B1 (en) | 2016-11-16 |
JP2017072385A true JP2017072385A (en) | 2017-04-13 |
Family
ID=57326555
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2015197516A Active JP6027204B1 (en) | 2015-10-05 | 2015-10-05 | 3D measuring device |
Country Status (4)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP6027204B1 (en) |
CN (1) | CN107532889B (en) |
TW (1) | TWI607198B (en) |
WO (1) | WO2017061131A1 (en) |
Families Citing this family (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP7000380B2 (en) * | 2019-05-29 | 2022-01-19 | Ckd株式会社 | 3D measuring device and 3D measuring method |
JP2021060326A (en) * | 2019-10-09 | 2021-04-15 | 興和株式会社 | Surface inspection device |
Family Cites Families (11)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2711042B2 (en) * | 1992-03-30 | 1998-02-10 | シャープ株式会社 | Cream solder printing condition inspection device |
US7525669B1 (en) * | 2004-07-09 | 2009-04-28 | Mohsen Abdollahi | High-speed, scanning phase-shifting profilometry using 2D CMOS sensor |
CA2528791A1 (en) * | 2005-12-01 | 2007-06-01 | Peirong Jia | Full-field three-dimensional measurement method |
CN100567884C (en) * | 2008-05-06 | 2009-12-09 | 哈尔滨工业大学 | Second confocal measuring method and device based on movable phase interfere |
JP2010164424A (en) * | 2009-01-15 | 2010-07-29 | Kurabo Ind Ltd | Non-contact shape measuring apparatus and non-contact shape measuring method |
DE102010064593A1 (en) * | 2009-05-21 | 2015-07-30 | Koh Young Technology Inc. | Form measuring device and method |
JP5478122B2 (en) * | 2009-06-04 | 2014-04-23 | ヤマハ発動機株式会社 | Phase shift image capturing apparatus, component transfer apparatus, and phase shift image capturing method |
JP5443303B2 (en) * | 2010-09-03 | 2014-03-19 | 株式会社サキコーポレーション | Appearance inspection apparatus and appearance inspection method |
JP5643241B2 (en) * | 2012-02-14 | 2014-12-17 | Ckd株式会社 | 3D measuring device |
JP6004851B2 (en) * | 2012-09-11 | 2016-10-12 | 株式会社キーエンス | Shape measuring device, shape measuring method, and shape measuring program |
EP2869023B1 (en) * | 2013-10-30 | 2018-06-13 | Canon Kabushiki Kaisha | Image processing apparatus, image processing method and corresponding computer program |
-
2015
- 2015-10-05 JP JP2015197516A patent/JP6027204B1/en active Active
-
2016
- 2016-02-25 WO PCT/JP2016/055612 patent/WO2017061131A1/en active Application Filing
- 2016-02-25 CN CN201680024062.3A patent/CN107532889B/en active Active
- 2016-03-15 TW TW105107856A patent/TWI607198B/en active
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP6027204B1 (en) | 2016-11-16 |
WO2017061131A1 (en) | 2017-04-13 |
CN107532889B (en) | 2020-01-24 |
TWI607198B (en) | 2017-12-01 |
CN107532889A (en) | 2018-01-02 |
TW201713919A (en) | 2017-04-16 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP2017020959A (en) | Three-dimensional measurement device | |
KR101152842B1 (en) | Three-dimensional measurement device and board inspecting machine | |
JP6110897B2 (en) | 3D measuring device | |
JP2010169433A (en) | Three-dimensional measuring device | |
JP5847568B2 (en) | 3D measuring device | |
JP5957575B1 (en) | 3D measuring device | |
WO2017110115A1 (en) | Three-dimensional measurement device | |
JP6566832B2 (en) | 3D measuring device | |
JP4011561B2 (en) | 3D measuring device | |
JP6027204B1 (en) | 3D measuring device | |
KR101121992B1 (en) | Method of Forming Mounting Inspection Data, Media Storing the Same, and Inspection Apparatus using the Same | |
JP4947559B2 (en) | 3D measuring device | |
WO2016203668A1 (en) | Three-dimensional measurement device | |
TWI580927B (en) | Three - dimensional measuring device and three - dimensional measurement method | |
CN113966457B (en) | Three-dimensional measuring device and three-dimensional measuring method | |
WO2017090268A1 (en) | Three-dimensional measurement device | |
JP2002081924A (en) | Three-dimensional measuring device |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20160907 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20161004 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20161013 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 6027204 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |