JP2017122641A - 三次元計測装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】三次元計測を行うにあたり、計測精度の向上等を図ることのできる三次元計測装置を提供する。【解決手段】基板検査装置10は、プリント基板1を搬送するコンベア13と、プリント基板1の表面に対し所定の光を照射する照明装置14と、該光の照射されたプリント基板1を撮像するカメラ15とを備えている。そして、連続搬送されるプリント基板1を同一照明の光の下で複数のタイミングで撮像し、該撮像結果をプリント基板1上の各座標位置毎に加算し平均する処理を実行することにより、三次元計測など所定の用途に用いる1つの画像データを取得する。【選択図】 図1
Description
本発明は、三次元計測を行う三次元計測装置に関するものである。
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。
近年では、光を用いた非接触式の三次元計測装置が種々提案されている。例えば位相シフト法を用いた三次元計測装置がよく知られている。
位相シフト法を利用した三次元計測装置としては、例えば被計測物を搬送する搬送手段と、該被計測物に対し縞状のパターン光を照射する照射手段と、該パターン光の照射された被計測物を撮像する撮像手段とを備えたものが知られている(例えば、特許文献1,2参照)。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。
かかる三次元計測装置においては、搬送される被計測物を複数のタイミングで撮像することにより、被計測物上における光強度分布がパターン光の所定位相分ずつ異なる複数の画像データを取得することができる。そして、これら複数の画像データを基に位相シフト法により被計測物の三次元計測を行うことができる。
例えば被計測物上における光強度分布がパターン光の位相90°分ずつ異なる4通りの画像データを取得した場合、当該4通りの画像データにおける被計測物上の所定の座標位置の輝度値I0,I1,I2,I3は、それぞれ下記式(1)、(2)、(3)、(4)により表すことができる。
I0=αsinθ+β ・・・(1)
I1=αsin(θ+90°)+β =αcosθ+β ・・・(2)
I2=αsin(θ+180°)+β=−αsinθ+β ・・・(3)
I3=αsin(θ+270°)+β=−αcosθ+β ・・・(4)
但し、 α:ゲイン、β:オフセット、θ:パターン光の位相。
I1=αsin(θ+90°)+β =αcosθ+β ・・・(2)
I2=αsin(θ+180°)+β=−αsinθ+β ・・・(3)
I3=αsin(θ+270°)+β=−αcosθ+β ・・・(4)
但し、 α:ゲイン、β:オフセット、θ:パターン光の位相。
上記式(1)、(2)、(3)、(4)を位相θについて解くと、下記式(5)を導き出すことができる。
θ=tan-1{(I0−I2)/(I1−I3)} ・・(5)
そして、上記のように算出された位相θを用いて、三角測量の原理に基づき、被計測物上の各座標(X,Y)における高さ(Z)を求めることができる。
そして、上記のように算出された位相θを用いて、三角測量の原理に基づき、被計測物上の各座標(X,Y)における高さ(Z)を求めることができる。
しかしながら、従来では、搬送される被計測物を複数のタイミングで撮像しているため、被計測物上の所定の座標位置を撮像素子の異なる画素でそれぞれ撮像することとなる。そのため、撮像素子の各画素で感度等の性能にばらつきがある場合には、計測誤差の原因となり得る。特に位相シフト法を利用した三次元計測においては、撮像素子の異なる画素で取得された輝度値を基に、被計測物上の所定の座標位置に係る演算を行うこととなるため、画素毎の性能のばらつきが計測誤差に直結するおそれがある。
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を行う場合に限らず、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。勿論、位相シフト法に限られる問題ではない。
本発明は、上記事情を鑑みてなされたものであり、その目的は、三次元計測を行うにあたり、計測精度の向上等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。
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。
手段1.被計測物(例えばプリント基板)に対し所定の光を照射可能な少なくとも1つの照明を有する照射手段と、
前記光の照射された前記被計測物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と前記被計測物とを相対移動可能な移動手段とを備え、
前記照射手段及び前記撮像手段と前記被計測物とを相対移動させつつ、該被計測物に対し前記照射手段から所定のタイミングに所定の光を照射し、前記撮像手段により撮像された撮像結果を基に前記被計測物の三次元計測を実行可能な三次元計測装置であって、
前記撮像手段により撮像された撮像結果を基に、所定の用途(例えば上記三次元計測)に用いる画像データを取得可能な画像データ取得手段と、
前記画像データ取得手段により取得された少なくとも1つの画像データを基に、所定の処理(例えば三次元計測処理)を実行可能な画像処理手段とを備え、
前記画像データ取得手段が1つの画像データを取得する上で、
前記照射手段の同一照明から照射される光の下での撮像(露光)を、前記照射手段及び前記撮像手段と前記被計測物との相対位置関係が異なる複数のタイミングで実行し、
該撮像結果(撮像された複数の画像データの各画素の輝度値)を前記被計測物上の各座標位置毎に(座標位置を一致させた上で)加算又は平均する処理を実行することを特徴する三次元計測装置。
前記光の照射された前記被計測物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と前記被計測物とを相対移動可能な移動手段とを備え、
前記照射手段及び前記撮像手段と前記被計測物とを相対移動させつつ、該被計測物に対し前記照射手段から所定のタイミングに所定の光を照射し、前記撮像手段により撮像された撮像結果を基に前記被計測物の三次元計測を実行可能な三次元計測装置であって、
前記撮像手段により撮像された撮像結果を基に、所定の用途(例えば上記三次元計測)に用いる画像データを取得可能な画像データ取得手段と、
前記画像データ取得手段により取得された少なくとも1つの画像データを基に、所定の処理(例えば三次元計測処理)を実行可能な画像処理手段とを備え、
前記画像データ取得手段が1つの画像データを取得する上で、
前記照射手段の同一照明から照射される光の下での撮像(露光)を、前記照射手段及び前記撮像手段と前記被計測物との相対位置関係が異なる複数のタイミングで実行し、
該撮像結果(撮像された複数の画像データの各画素の輝度値)を前記被計測物上の各座標位置毎に(座標位置を一致させた上で)加算又は平均する処理を実行することを特徴する三次元計測装置。
上記手段1によれば、相対移動する被計測物を同一照明の光の下で複数のタイミングで撮像し、該撮像結果を被計測物上の各座標位置毎に加算又は平均する処理を実行することにより、所定の用途に用いる1つの画像データを取得する構成となっている。
これにより、撮像手段(撮像素子)の異なる画素で撮像した撮像結果(輝度値)を加算等することとなるため、撮像素子の画素毎の性能のばらつきによる計測結果への影響を緩和することができる。
尚、特許文献1,2では、照明の輝度を変えて撮像することで、被計測物上の各部位(明部や暗部)に適した画像データを取得する構成となっているが、被計測物上の所定部位に係る演算を行う際、輝度の異なる複数の画像データの中から当該部位に適した何れかの画像データを選択するといった処理が必要になり、処理が複雑化するおそれがある。
この点、本手段によれば、このような複雑な処理をすることなく、単純に複数回撮像した結果(輝度値)を加算等するだけで、被計測物上のすべての部位(明部から暗部まで)に対応した輝度のダイナミックレンジの広い画像データを取得することができる。
一般に撮像素子が受光した光量(受光量)が多いほど、より計測に適した画質の良い画像、つまりノイズや量子化誤差の影響が小さい画像を得ることができる。しかし、撮像(露光)時間が長いと、撮像素子が飽和レベルに達してしまい、画像がいわゆる「白飛び」してしまう。これに対し、撮像(露光)を複数回行い、画素毎に輝度値を加算することで、飽和させることなく、受光量のより多い画像を得ることができる。
加えて、複数回撮像した結果を加算等することでS/N比を向上することができる。これについて、図52に示したシミュレーション結果を基に詳しく説明する。ここでは、ノイズをモデル化して1回の撮像で「1(V)」、「0(V)」、「−1(V)」の3種類のうちの1つのノイズが等しい確率でのるものとし、2回の撮像では、同様に2回のるものと仮定してS/N比を計算してみたところ、1回の撮像では「1.22×A(A:信号レベル)」だった値が2回の撮像により「1.73×A」に改善した。尚、図52中の「σ」は標準偏差を示す。
結果として、一回の撮像で取得した画像データを用いた場合よりも計測精度の向上等を図ることができる。
手段2.前記照射手段は、縞状(例えば正弦波状)の光強度分布を有するパターン光を照射可能な照明を備え、
前記画像データ取得手段は、少なくとも前記パターン光の下で撮像された撮像結果を基に、前記被計測物上における光強度分布が前記パターン光の所定位相分(例えば位相90°相当分)ずつ異なる複数の画像データ(例えば4つの画像データ)を取得可能に構成され、
前記画像処理手段は、前記画像データ取得手段により取得された前記複数の画像データを基に位相シフト法により前記被計測物の三次元計測を実行可能に構成されていることを特徴する手段1に記載の三次元計測装置。
前記画像データ取得手段は、少なくとも前記パターン光の下で撮像された撮像結果を基に、前記被計測物上における光強度分布が前記パターン光の所定位相分(例えば位相90°相当分)ずつ異なる複数の画像データ(例えば4つの画像データ)を取得可能に構成され、
前記画像処理手段は、前記画像データ取得手段により取得された前記複数の画像データを基に位相シフト法により前記被計測物の三次元計測を実行可能に構成されていることを特徴する手段1に記載の三次元計測装置。
上記手段2によれば、被計測物を相対移動させつつ三次元計測を行う三次元計測装置においても、輝度のダイナミックレンジが広くノイズの少ない画像データを基に、位相シフト法による三次元計測を行うことが可能となる。以下、この原理について図53を参照して説明する。
図53は、被計測物上の各座標位置と、90°ずつ位相の異なる4つの正弦波状のパターン光の輝度値との関係を示したグラフである。ここで横軸として示した位相値は、被計測物上の各座標位置を示すものであり、基準とするsinθのパターン光の各位相に対応する被計測物上の位置を指す。また、ここでは輝度の最大値を「1」、輝度の最小値を「0」と設定している。
図53の例において、撮像タイミングt1における撮像で輝度値がsinθ=a1となり、撮像タイミングt2における撮像で輝度値がsinθ=a2となった場合、その値を単純加算して処理すると、輝度値は[a1+a2]となる。これは[a1とa2との平均の2倍]であり、[撮像タイミングt1.5における輝度値の2倍]に相当する値となる。
上記関係は、sinθのパターン光のみならず、sin(θ+π/2)、sin(θ+π)、sin(θ+3π/2)それぞれのパターン光においても同様であることから、公知の位相シフト法の計算式(上記「背景技術」参照)においてゲインαとオフセットβの値が変わるだけで撮像タイミングt1.5における輝度値により位相θを求めることと実質的には等しくなる。つまり、位相シフト法を利用した三次元計測においては、照射したパターン光の位相が異なる画像データ(輝度値)を複数加算したとしても、その平均の位相のパターン光が照射されたものとして計測を行うことが可能となる。
手段3.前記照射手段及び前記撮像手段と前記被計測物とが少なくとも前記所定位相分よりも小さい所定量(例えばパターン光の位相6°相当分)相対移動するタイミング毎に前記撮像手段による撮像処理を実行可能な構成の下、
前記撮像処理を実行可能なタイミングのうち、連続した複数回分のタイミングを、前記同一照明から照射されるパターン光の下での撮像を行う複数のタイミングとしたことを特徴する手段2に記載の三次元計測装置。
前記撮像処理を実行可能なタイミングのうち、連続した複数回分のタイミングを、前記同一照明から照射されるパターン光の下での撮像を行う複数のタイミングとしたことを特徴する手段2に記載の三次元計測装置。
上記手段3によれば、位相シフト法による三次元計測を行う上で必要な複数の画像データのうちの1つの画像データを取得する際には、パターン光の下で被計測物が所定量相対移動される毎に複数回連続して撮像し、該撮像結果を被計測物上の各座標位置毎に加算又は平均する処理を実行することとなる。
また、連続したタイミングで撮像することにより、公知の位相シフト法の計算式におけるゲインαの見かけ上の値が小さくなること(図53の撮像タイミングt1.5参照)が抑制される。結果として、より高精度の三次元計測が可能となる。
手段4.前記画像データ取得手段が前記複数の画像データ(例えば4つの画像データ)を取得する上で、前記被計測物に対し照射されるパターン光がすべて180°位相の異なる一対のパターン光の組み合わせからなることを特徴する手段2又は3に記載の三次元計測装置。
上記手段4によれば、複数のタイミングで撮像された複数の撮像結果において、被計測物上の所定の座標位置におけるパターン光の位相が異なることに基づく誤差を、位相シフト法による計算の過程(上記「背景技術」参照)で相殺することができ、その影響を小さく抑えることができる。
例えば図53において、撮像タイミングt3における撮像で輝度値がsinθ=b1となり、撮像タイミングt4における撮像で輝度値がsinθ=b2となった場合、その値を単純加算して処理すると、輝度値は[b1+b2]となる。しかし、この場合、[b1とb2との平均の2倍]が[撮像タイミングt3.5における輝度値の2倍]とは等しくならない。
但し、この場合、sin(θ+π) のパターン光における[c1+c2]も[撮像タイミングt3.5における輝度値の2倍]とは等しくなく、[b1+b2]-[撮像タイミングt3.5におけるsinθの値]=[撮像タイミングt3.5におけるsin(θ+π)の値]-[c1+c2]となることから、公知の位相シフト法の計算式においてゲインαがやや小さくなるだけで撮像タイミングt3.5における輝度値により位相θを求めることと実質的には等しくなる。結果として、さらなる計測精度の向上を図ることができる。
手段5.前記照射手段は、光強度が一定の均一光を照射可能な少なくとも1つの照明を備え、
前記画像データ取得手段は、少なくとも前記均一光の下で撮像された撮像結果を基に輝度画像データを取得可能に構成されていることを特徴する手段1乃至4のいずれかに記載の三次元計測装置。
前記画像データ取得手段は、少なくとも前記均一光の下で撮像された撮像結果を基に輝度画像データを取得可能に構成されていることを特徴する手段1乃至4のいずれかに記載の三次元計測装置。
上記手段5によれば、取得した輝度画像データを基に、前記画像処理手段が例えば三次元計測により得られた三次元データに対しマッピングを行うことや、計測領域の抽出を行うこと等が可能となる。結果として、さらなる計測精度の向上等を図ることができる。
尚、一般に三次元計測装置において主要な役割を果たす三次元計測(パターン光)用の照明機構に比べ、補助的な役割を果たす輝度画像(均一光)用の照明機構は、スペース上の問題で簡素にせざるを得ないため、照明の輝度のばらつき(輝度ムラ)が生じやすくなるおそれがある。この点、本手段によれば、上記手段1の構成の下、均一光照明の輝度ムラによる影響を緩和することができる。特にテレセントリック光学系を使用しない場合は、均一光照明の輝度ムラによる影響を受けやすくなるため、より奏功することとなる。
手段6.前記照射手段及び前記撮像手段と前記被計測物とが所定量相対移動するタイミング毎に前記撮像手段による撮像処理を実行可能な構成の下、
前記撮像処理を実行可能なタイミングのうち、連続しない複数回分のタイミングを、前記同一照明から照射される均一光の下での撮像を行う複数のタイミングとしたことを特徴する手段5に記載の三次元計測装置。
前記撮像処理を実行可能なタイミングのうち、連続しない複数回分のタイミングを、前記同一照明から照射される均一光の下での撮像を行う複数のタイミングとしたことを特徴する手段5に記載の三次元計測装置。
上記手段6によれば、連続したタイミングで撮像し比較的近い位置の撮像結果を加算等する場合よりも、より離れた位置の撮像結果を加算等することができ、より平均化することができる。結果として、均一光照明における輝度ムラの影響をより緩和することができ、上記手段5の作用効果をさらに高めることができる。
特に上記手段2に係る構成の下、同一照明から照射される均一光の下での撮像回数をn回とし、パターン光の1周期(1波長を進むのに要する時間)をTとした場合、タイミング[T/n]毎に均一光の下で撮像することが好ましい。
手段7.前記照射手段は、それぞれ所定の光を照射する複数の照明を備え、
所定の順序に従い前記複数の照明を切替え、所定のタイミングに所定の光(複数の照明のうちのいずれか1つの照明からの光)を照射可能に構成されていることを特徴とする手段1乃至6のいずれかに記載の三次元計測装置。
所定の順序に従い前記複数の照明を切替え、所定のタイミングに所定の光(複数の照明のうちのいずれか1つの照明からの光)を照射可能に構成されていることを特徴とする手段1乃至6のいずれかに記載の三次元計測装置。
尚、複数の照明から照射される光には、例えば均一光やパターン光など照射態様の異なる異種の光や、輝度の異なる2種類のパターン光など輝度の異なる同種の光、輝度や照射態様が同じで照射方向のみが異なる光なども含まれる。
上記手段7によれば、例えば第1の照明から照射される光の下での撮像を複数回行う合間に、第2の照明から照射される光の下での撮像を行うことができる。
具体例としては、例えば三次元計測を目的として所定のパターン光の下で複数の画像データが取得される合間(1つの画像データの取得に係る一連の撮像が複数回行われる合間)にそれぞれ、1つの輝度画像データを取得することを目的とした所定の均一光の下での複数回の撮像のうちの1回が行われる構成が挙げられる。
かかる場合、三次元計測を行う上で必要な全ての画像データを取得するのに要する時間を延ばすことなく、該三次元計測用の画像データの取得に加え、該三次元計測とは異なる他の用途に用いる画像データ(画像処理手段により所定の処理を実行するための画像データ)を別途取得することができる。
結果として、複数種の計測を組み合せて行うことが可能となり、三次元計測を行うにあたり、計測効率の低下を抑制しつつ、計測精度の向上等を図ることができる。
これに代えて又は加えて、例えば三次元計測を目的として第1の方向から照射した第1のパターン光の下で複数の画像データが取得される合間(1つの画像データの取得に係る一連の撮像が複数回行われる合間)にそれぞれ、三次元計測を目的として第2の方向から照射した第2のパターン光の下で1つの画像データを取得する(1つの画像データの取得に係る一連の撮像が行われる)構成とすることができる。
パターン光を異なる方向から照射することにより、被計測物にパターン光が照射されない影の部分が生じることを極力防止することができる。
手段8.前記被計測物は、クリーム半田が印刷されたプリント基板であること、又は、半田バンプが形成されたウエハ基板であることを特徴とする手段1乃至7のいずれかに記載の三次元計測装置。
上記手段8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。
〔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。まず被計測物としてのプリント基板の構成について詳しく説明する。
以下、一実施形態について図面を参照しつつ説明する。まず被計測物としてのプリント基板の構成について詳しく説明する。
図2に示すように、プリント基板1は、平板状をなし、ガラスエポキシ樹脂等からなるベース基板2に、銅箔からなる電極パターン3が設けられている。さらに、所定の電極パターン3上には、クリーム半田4が印刷形成されている。このクリーム半田4が印刷された領域を「半田印刷領域」ということにする。半田印刷領域以外の部分を「背景領域」と総称するが、この背景領域には、電極パターン3が露出した領域(記号A)、ベース基板2が露出した領域(記号B)、ベース基板2上にレジスト膜5がコーティングされた領域(記号C)、及び、電極パターン3上にレジスト膜5がコーティングされた領域(記号D)が含まれる。なお、レジスト膜5は、所定配線部分以外にクリーム半田4がのらないように、プリント基板1の表面にコーティングされるものである。
次に、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の構成について詳しく説明する。図1は、基板検査装置10を模式的に示す概略構成図である。
基板検査装置10は、プリント基板1を搬送する搬送手段(移動手段)としてのコンベア13と、プリント基板1の表面に対し斜め上方から所定の光を照射する照射手段としての照明装置14と、該光の照射されたプリント基板1を撮像する撮像手段としてのカメラ15と、コンベア13や照明装置14、カメラ15の駆動制御など基板検査装置10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16(図3参照)とを備えている。制御装置16は、本実施形態における画像データ取得手段や画像処理手段を構成する。
コンベア13には、図示しないモータ等の駆動手段が設けられており、該モータが制御装置16により駆動制御されることによって、コンベア13上に載置されたプリント基板1が所定方向(図1右方向)へ定速で連続搬送される。これにより、カメラ15の撮像範囲Wは、プリント基板1に対し逆方向(図1左方向)へ相対移動していくこととなる。
照明装置14は、7つの照明を備え、照射される光が制御装置16により切替制御される。具体的には、縞状のパターン光(第1パターン光)を照射可能な第1照明14Aと、縞状のパターン光(第2パターン光)を照射可能な第2照明14Bと、全範囲において光強度が一定の赤色均一光を照射可能な第3照明14Cと、全範囲において光強度が一定の緑色均一光を照射可能な第4照明14Dと、全範囲において光強度が一定の青色均一光を照射可能な第5照明14Eと、全範囲において光強度が一定の近赤外色均一光を照射可能な第6照明14Fと、全範囲において光強度が一定の近紫外色均一光を照射可能な第7照明14Gとを備えている。
第1照明14A〜第7照明14Gは、公知のものであるため、図面を用いた詳細な説明は省略する。例えば第1照明14A及び第2照明14Bは、所定の光を発する光源や、該光源からの光をパターン光に変換する液晶光学シャッタを備えている。
ここで、光源から発せられた光は集光レンズに導かれ、そこで平行光にされた後、液晶光学シャッタを介して投影レンズに導かれ、縞状のパターン光として照射されることとなる。
液晶光学シャッタを使用することによって、理想的な正弦波に近い光強度分布を有するパターン光を生成することができ、三次元計測の計測分解能が向上する。また、パターン光の位相シフトの制御を電気的に行うことができ、制御系のコンパクト化を図ることができる。
第1照明14A及び第2照明14Bは、カメラ15の光軸方向である略鉛直方向(Z軸方向)に沿って視た平面視(X−Y平面)において、プリント基板1の搬送方向(X方向)にカメラ15を挟んで相対向する位置に配置されている。また、本実施形態では、第1照明14Aから照射される第1パターン光と、第2照明14Bから照射される第2パターン光とが輝度及び周期が同一のパターン光となっている。
図4に示すように、本実施形態では、縞の方向がプリント基板1の搬送方向(X方向)と直交するパターン光が照射される。すなわち、搬送されるプリント基板1上において搬送方向(X方向)と直交する方向(Y方向)に平行なパターン光が照射される。これにより、プリント基板1に対し、その搬送方向に沿って縞状(正弦波状)の光強度分布を有するパターン光が照射されることとなる。但し、図4では、簡略化のため、中間階調域を省略し、明暗2値の縞模様でパターン光を図示している。
上記公知の構成に加え、集光レンズや投影レンズなど、第1照明14Aや第2照明14B等の光学系にテレセントリック光学系を用いた構成としてもよい。プリント基板1は、コンベア13により搬送される際に高さ位置が微妙に変化してしまうおそれがある。テレセントリック光学系を用いれば、このような変化に影響を受けることなく、精度良く計測を行うことができる。
カメラ15は、レンズや撮像素子等を備え、その光軸がコンベア13上に載置されるプリント基板1に垂直な方向(Z方向)に沿って設定されている。本実施形態では、撮像素子としてCCDセンサを採用している。
カメラ15によって撮像された画像データは、該カメラ15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16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16は、該画像データを基に、後述するような画像処理や演算処理等を実施する。
次に、制御装置16の電気的構成について図3を参照して詳しく説明する。図3は、基板検査装置10の概略を示すブロック図である。
図3に示すように、制御装置16は、基板検査装置10全体の制御を司るCPU及び入出力インターフェース21、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15により撮像された画像データなどを記憶するための画像データ記憶装置24、該画像データに基づいて得られた三次元計測結果など、各種演算結果を記憶するための演算結果記憶装置25、設計データなどの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などを備えている。尚、これら各装置22〜26は、CPU及び入出力インターフェース21に対し電気的に接続されている。
次に、基板検査装置10にて実行される三次元計測処理等の各種処理について詳しく説明する。
制御装置16は、コンベア13を駆動制御してプリント基板1を定速で連続搬送する。そして、制御装置16は、コンベア13に設けられた図示しないエンコーダからの信号に基づいて、照明装置14及びカメラ15を駆動制御する。
より詳しくは、プリント基板1が所定量Δx搬送される毎、つまり所定時間Δtが経過する毎に、所定の順序で照明装置14から照射される光を切替えると共に、該光の照射されたプリント基板1をカメラ15により撮像する撮像処理を実行する。所定時間Δtが経過する毎にカメラ15により撮像された画像データは、随時、画像データ記憶装置24へ転送され記憶される。
尚、本実施形態では、前記所定量Δxが、第1照明14A及び第2照明14Bから照射されるパターン光の位相6°相当分の距離に設定されている。また、プリント基板1の搬送方向(X方向)におけるカメラ15の撮像範囲Wがパターン光の1周期(位相360°)相当分の長さに設定されている。勿論、所定量Δxやカメラ15の撮像範囲Wは、これに限定されるものではなく、これより長くてもよいし、短くてもよい。
ここで、照明装置14から照射される光と、カメラ15により撮像されるプリント基板1との関係について具体例を挙げ詳しく説明する。
図5は、時間経過と共に相対移動するカメラ15の撮像範囲Wと、プリント基板1上の座標位置との関係を説明するための模式図である。図6〜21は、プリント基板1がパターン光の1周期(位相360°)相当分の距離を移動する間において、時間経過(t1〜t60)と共に変化する照射光の種類、及び、プリント基板1上の各座標位置における照射光の態様(パターン光の位相や均一光の色)、並びに、これらと撮像素子の各画素の座標位置(X1〜X60)との関係を説明するための対応表である。
尚、プリント基板1上における搬送方向(X方向)と直交する方向(Y方向)については、プリント基板1のY方向全範囲がカメラ15の撮像範囲内に含まれ、X方向の同一座標位置におけるY方向の各座標位置については照射光の種類及び態様に違いはない。
また、カメラ15と照明装置14の位置関係は固定されているため、照明装置14から照射されるパターン光の位相は、撮像素子の各座標X1〜X60に対し固定されている。例えば撮像素子の座標X60で「0°」、座標X59で「6°」、座標X58で「12°」、・・・、座標X1で「354°」となる。一方、搬送されるプリント基板1上の各座標位置(例えば座標P60)においては、後述するように時間経過(t1〜t60)と共にパターン光の位相が「6°」ずつ変化していく。但し、図6〜21で示されるパターン光の位相は、高さ位置「0」かつ平面をなす基準面に照射された場合を想定したものである。
図6〜図9に示すように、撮像タイミングt1においては、第1照明14Aから第1パターン光が照射される。この際、カメラ15の撮像範囲W(X1〜X60)には、プリント基板1上の座標P1〜P60に相当する範囲が位置しており、該範囲が撮像されることとなる。
ここから所定時間Δtが経過した撮像タイミングt2(図6〜図9参照)においては、再度、第1照明14Aから第1パターン光が照射される。この際、カメラ15の撮像範囲W(X1〜X60)には、プリント基板1上の座標P2〜P61に相当する範囲が位置しており、該範囲が撮像されることとなる。
さらに所定時間Δtが経過した撮像タイミングt3(図6〜図9参照)においては、再度、第1照明14Aから第1パターン光が照射される。この際、カメラ15の撮像範囲W(X1〜X60)には、プリント基板1上の座標P3〜P62に相当する範囲が位置しており、該範囲が撮像されることとなる。
さらに所定時間Δtが経過した撮像タイミングt4(図6〜図9参照)においては、再度、第1照明14Aから第1パターン光が照射される。この際、カメラ15の撮像範囲W(X1〜X60)には、プリント基板1上の座標P4〜P63に相当する範囲が位置しており、該範囲が撮像されることとなる。
さらに所定時間Δtが経過した撮像タイミングt5(図6〜図9参照)においては、再度、第1照明14Aから第1パターン光が照射される。この際、カメラ15の撮像範囲W(X1〜X60)には、プリント基板1上の座標P5〜P64に相当する範囲が位置しており、該範囲が撮像されることとなる。
さらに所定時間Δtが経過した撮像タイミングt6(図6〜図9参照)においては、第2照明14Bから第2パターン光が照射される。この際、カメラ15の撮像範囲W(X1〜X60)には、プリント基板1上の座標P6〜P65に相当する範囲が位置しており、該範囲が撮像されることとなる。
さらに所定時間Δtが経過した撮像タイミングt7(図6〜図9参照)においては、再度、第2照明14Bから第2パターン光が照射される。この際、カメラ15の撮像範囲W(X1〜X60)には、プリント基板1上の座標P7〜P66に相当する範囲が位置しており、該範囲が撮像されることとなる。
さらに所定時間Δtが経過した撮像タイミングt8(図6〜図9参照)においては、再度、第2照明14Bから第2パターン光が照射される。この際、カメラ15の撮像範囲W(X1〜X60)には、プリント基板1上の座標P8〜P67に相当する範囲が位置しており、該範囲が撮像されることとなる。
さらに所定時間Δtが経過した撮像タイミングt9(図6〜図9参照)においては、再度、第2照明14Bから第2パターン光が照射される。この際、カメラ15の撮像範囲W(X1〜X60)には、プリント基板1上の座標P9〜P68に相当する範囲が位置しており、該範囲が撮像されることとなる。
さらに所定時間Δtが経過した撮像タイミングt10(図6〜図9参照)においては、再度、第2照明14Bから第2パターン光が照射される。この際、カメラ15の撮像範囲W(X1〜X60)には、プリント基板1上の座標P10〜P69に相当する範囲が位置しており、該範囲が撮像されることとなる。
さらに所定時間Δtが経過した撮像タイミングt11(図6〜図9参照)においては、第3照明14Cから赤色均一光が照射される。この際、カメラ15の撮像範囲W(X1〜X60)には、プリント基板1上の座標P11〜P70に相当する範囲が位置しており、該範囲が撮像されることとなる。なお、図6〜図9中の各座標位置において「R1」とあるのは、該位置に照射された光が「赤色均一光」であることを指す。
さらに所定時間Δtが経過した撮像タイミングt12(図6〜図9参照)においては、第4照明14Dから緑色均一光が照射される。この際、カメラ15の撮像範囲W(X1〜X60)には、プリント基板1上の座標P12〜P71に相当する範囲が位置しており、該範囲が撮像されることとなる。なお、図6〜図9中の各座標位置において「G1」とあるのは、該位置に照射された光が「緑色均一光」であることを指す。
さらに所定時間Δtが経過した撮像タイミングt13(図6〜図9参照)においては、第5照明14Eから青色均一光が照射される。この際、カメラ15の撮像範囲W(X1〜X60)には、プリント基板1上の座標P13〜P72に相当する範囲が位置しており、該範囲が撮像されることとなる。なお、図6〜図9中の各座標位置において「B1」とあるのは、該位置に照射された光が「青色均一光」であることを指す。
さらに所定時間Δtが経過した撮像タイミングt14(図6〜図9参照)においては、第6照明14Fから近赤外色均一光が照射される。この際、カメラ15の撮像範囲W(X1〜X60)には、プリント基板1上の座標P14〜P73に相当する範囲が位置しており、該範囲が撮像されることとなる。なお、図6〜図9中の各座標位置において「NIR1」とあるのは、該位置に照射された光が「近赤外色均一光」であることを指す。
さらに所定時間Δtが経過した撮像タイミングt15(図6〜図9参照)においては、第7照明14Gから近紫外色均一光が照射される。この際、カメラ15の撮像範囲W(X1〜X60)には、プリント基板1上の座標P15〜P74に相当する範囲が位置しており、該範囲が撮像されることとなる。なお、図6〜図9中の各座標位置において「NUV1」とあるのは、該位置に照射された光が「近紫外色均一光」であることを指す。
さらに所定時間Δtが経過した撮像タイミングt16(図10〜図13参照)においては、第1照明14Aから第1パターン光が照射される。この際、カメラ15の撮像範囲W(X1〜X60)には、プリント基板1上の座標P16〜P75に相当する範囲が位置しており、該範囲が撮像されることとなる。
さらに所定時間Δtが経過した撮像タイミングt17(図10〜図13参照)においては、再度、第1照明14Aから第1パターン光が照射される。この際、カメラ15の撮像範囲W(X1〜X60)には、プリント基板1上の座標P17〜P76に相当する範囲が位置しており、該範囲が撮像されることとなる。
さらに所定時間Δtが経過した撮像タイミングt18(図10〜図13参照)においては、再度、第1照明14Aから第1パターン光が照射される。この際、カメラ15の撮像範囲W(X1〜X60)には、プリント基板1上の座標P18〜P77に相当する範囲が位置しており、該範囲が撮像されることとなる。
さらに所定時間Δtが経過した撮像タイミングt19(図10〜図13参照)においては、再度、第1照明14Aから第1パターン光が照射される。この際、カメラ15の撮像範囲W(X1〜X60)には、プリント基板1上の座標P19〜P78に相当する範囲が位置しており、該範囲が撮像されることとなる。
さらに所定時間Δtが経過した撮像タイミングt20(図10〜図13参照)においては、再度、第1照明14Aから第1パターン光が照射される。この際、カメラ15の撮像範囲W(X1〜X60)には、プリント基板1上の座標P20〜P79に相当する範囲が位置しており、該範囲が撮像されることとなる。
さらに所定時間Δtが経過した撮像タイミングt21(図10〜図13参照)においては、第2照明14Bから第2パターン光が照射される。この際、カメラ15の撮像範囲W(X1〜X60)には、プリント基板1上の座標P21〜P80に相当する範囲が位置しており、該範囲が撮像されることとなる。
さらに所定時間Δtが経過した撮像タイミングt22(図10〜図13参照)においては、再度、第2照明14Bから第2パターン光が照射される。この際、カメラ15の撮像範囲W(X1〜X60)には、プリント基板1上の座標P22〜P81に相当する範囲が位置しており、該範囲が撮像されることとなる。
さらに所定時間Δtが経過した撮像タイミングt23(図10〜図13参照)においては、再度、第2照明14Bから第2パターン光が照射される。この際、カメラ15の撮像範囲W(X1〜X60)には、プリント基板1上の座標P23〜P82に相当する範囲が位置しており、該範囲が撮像されることとなる。
さらに所定時間Δtが経過した撮像タイミングt24(図10〜図13参照)においては、再度、第2照明14Bから第2パターン光が照射される。この際、カメラ15の撮像範囲W(X1〜X60)には、プリント基板1上の座標P24〜P83に相当する範囲が位置しており、該範囲が撮像されることとなる。
さらに所定時間Δtが経過した撮像タイミングt25(図10〜図13参照)においては、再度、第2照明14Bから第2パターン光が照射される。この際、カメラ15の撮像範囲W(X1〜X60)には、プリント基板1上の座標P25〜P84に相当する範囲が位置しており、該範囲が撮像されることとなる。
さらに所定時間Δtが経過した撮像タイミングt26(図10〜図13参照)においては、第3照明14Cから赤色均一光が照射される。この際、カメラ15の撮像範囲W(X1〜X60)には、プリント基板1上の座標P26〜P85に相当する範囲が位置しており、該範囲が撮像されることとなる。なお、図10〜図13中の各座標位置において「R2」とあるのは、該位置に照射された光が「赤色均一光」であることを指す。
さらに所定時間Δtが経過した撮像タイミングt27(図10〜図13参照)においては、第4照明14Dから緑色均一光が照射される。この際、カメラ15の撮像範囲W(X1〜X60)には、プリント基板1上の座標P27〜P86に相当する範囲が位置しており、該範囲が撮像されることとなる。なお、図10〜図13中の各座標位置において「G2」とあるのは、該位置に照射された光が「緑色均一光」であることを指す。
さらに所定時間Δtが経過した撮像タイミングt28(図10〜図13参照)においては、第5照明14Eから青色均一光が照射される。この際、カメラ15の撮像範囲W(X1〜X60)には、プリント基板1上の座標P28〜P87に相当する範囲が位置しており、該範囲が撮像されることとなる。なお、図10〜図13中の各座標位置において「B2」とあるのは、該位置に照射された光が「青色均一光」であることを指す。
さらに所定時間Δtが経過した撮像タイミングt29(図10〜図13参照)においては、第6照明14Fから近赤外色均一光が照射される。この際、カメラ15の撮像範囲W(X1〜X60)には、プリント基板1上の座標P29〜P88に相当する範囲が位置しており、該範囲が撮像されることとなる。なお、図10〜図13中の各座標位置において「NIR2」とあるのは、該位置に照射された光が「近赤外色均一光」であることを指す。
さらに所定時間Δtが経過した撮像タイミングt30(図10〜図13参照)においては、第7照明14Gから近紫外色均一光が照射される。この際、カメラ15の撮像範囲W(X1〜X60)には、プリント基板1上の座標P30〜P89に相当する範囲が位置しており、該範囲が撮像されることとなる。なお、図10〜図13中の各座標位置において「NUV2」とあるのは、該位置に照射された光が「近紫外色均一光」であることを指す。
さらに所定時間Δtが経過した撮像タイミングt31(図14〜図17参照)においては、第1照明14Aから第1パターン光が照射される。この際、カメラ15の撮像範囲W(X1〜X60)には、プリント基板1上の座標P31〜P90に相当する範囲が位置しており、該範囲が撮像されることとなる。
さらに所定時間Δtが経過した撮像タイミングt32(図14〜図17参照)においては、再度、第1照明14Aから第1パターン光が照射される。この際、カメラ15の撮像範囲W(X1〜X60)には、プリント基板1上の座標P32〜P91に相当する範囲が位置しており、該範囲が撮像されることとなる。
さらに所定時間Δtが経過した撮像タイミングt33(図14〜図17参照)においては、再度、第1照明14Aから第1パターン光が照射される。この際、カメラ15の撮像範囲W(X1〜X60)には、プリント基板1上の座標P33〜P92に相当する範囲が位置しており、該範囲が撮像されることとなる。
さらに所定時間Δtが経過した撮像タイミングt34(図14〜図17参照)においては、再度、第1照明14Aから第1パターン光が照射される。この際、カメラ15の撮像範囲W(X1〜X60)には、プリント基板1上の座標P34〜P93に相当する範囲が位置しており、該範囲が撮像されることとなる。
さらに所定時間Δtが経過した撮像タイミングt35(図14〜図17参照)においては、再度、第1照明14Aから第1パターン光が照射される。この際、カメラ15の撮像範囲W(X1〜X60)には、プリント基板1上の座標P35〜P94に相当する範囲が位置しており、該範囲が撮像されることとなる。
さらに所定時間Δtが経過した撮像タイミングt36(図14〜図17参照)においては、第2照明14Bから第2パターン光が照射される。この際、カメラ15の撮像範囲W(X1〜X60)には、プリント基板1上の座標P36〜P95に相当する範囲が位置しており、該範囲が撮像されることとなる。
さらに所定時間Δtが経過した撮像タイミングt37(図14〜図17参照)においては、再度、第2照明14Bから第2パターン光が照射される。この際、カメラ15の撮像範囲W(X1〜X60)には、プリント基板1上の座標P37〜P96に相当する範囲が位置しており、該範囲が撮像されることとなる。
さらに所定時間Δtが経過した撮像タイミングt38(図14〜図17参照)においては、再度、第2照明14Bから第2パターン光が照射される。この際、カメラ15の撮像範囲W(X1〜X60)には、プリント基板1上の座標P38〜P97に相当する範囲が位置しており、該範囲が撮像されることとなる。
さらに所定時間Δtが経過した撮像タイミングt39(図14〜図17参照)においては、再度、第2照明14Bから第2パターン光が照射される。この際、カメラ15の撮像範囲W(X1〜X60)には、プリント基板1上の座標P39〜P98に相当する範囲が位置しており、該範囲が撮像されることとなる。
さらに所定時間Δtが経過した撮像タイミングt40(図14〜図17参照)においては、再度、第2照明14Bから第2パターン光が照射される。この際、カメラ15の撮像範囲W(X1〜X60)には、プリント基板1上の座標P40〜P99に相当する範囲が位置しており、該範囲が撮像されることとなる。
さらに所定時間Δtが経過した撮像タイミングt41(図14〜図17参照)においては、第3照明14Cから赤色均一光が照射される。この際、カメラ15の撮像範囲W(X1〜X60)には、プリント基板1上の座標P41〜P100に相当する範囲が位置しており、該範囲が撮像されることとなる。なお、図14〜図17中の各座標位置において「R3」とあるのは、該位置に照射された光が「赤色均一光」であることを指す。
さらに所定時間Δtが経過した撮像タイミングt42(図14〜図17参照)においては、第4照明14Dから緑色均一光が照射される。この際、カメラ15の撮像範囲W(X1〜X60)には、プリント基板1上の座標P42〜P101に相当する範囲が位置しており、該範囲が撮像されることとなる。なお、図14〜図17中の各座標位置において「G3」とあるのは、該位置に照射された光が「緑色均一光」であることを指す。
さらに所定時間Δtが経過した撮像タイミングt43(図14〜図17参照)においては、第5照明14Eから青色均一光が照射される。この際、カメラ15の撮像範囲W(X1〜X60)には、プリント基板1上の座標P43〜P102に相当する範囲が位置しており、該範囲が撮像されることとなる。なお、図14〜図17中の各座標位置において「B3」とあるのは、該位置に照射された光が「青色均一光」であることを指す。
さらに所定時間Δtが経過した撮像タイミングt44(図14〜図17参照)においては、第6照明14Fから近赤外色均一光が照射される。この際、カメラ15の撮像範囲W(X1〜X60)には、プリント基板1上の座標P44〜P103に相当する範囲が位置しており、該範囲が撮像されることとなる。なお、図14〜図17中の各座標位置において「NIR3」とあるのは、該位置に照射された光が「近赤外色均一光」であることを指す。
さらに所定時間Δtが経過した撮像タイミングt45(図14〜図17参照)においては、第7照明14Gから近紫外色均一光が照射される。この際、カメラ15の撮像範囲W(X1〜X60)には、プリント基板1上の座標P45〜P104に相当する範囲が位置しており、該範囲が撮像されることとなる。なお、図14〜図17中の各座標位置において「NUV3」とあるのは、該位置に照射された光が「近紫外色均一光」であることを指す。
さらに所定時間Δtが経過した撮像タイミングt46(図18〜図21参照)においては、第1照明14Aから第1パターン光が照射される。この際、カメラ15の撮像範囲W(X1〜X60)には、プリント基板1上の座標P46〜P105に相当する範囲が位置しており、該範囲が撮像されることとなる。
さらに所定時間Δtが経過した撮像タイミングt47(図18〜図21参照)においては、再度、第1照明14Aから第1パターン光が照射される。この際、カメラ15の撮像範囲W(X1〜X60)には、プリント基板1上の座標P47〜P106に相当する範囲が位置しており、該範囲が撮像されることとなる。
さらに所定時間Δtが経過した撮像タイミングt48(図18〜図21参照)においては、再度、第1照明14Aから第1パターン光が照射される。この際、カメラ15の撮像範囲W(X1〜X60)には、プリント基板1上の座標P48〜P107に相当する範囲が位置しており、該範囲が撮像されることとなる。
さらに所定時間Δtが経過した撮像タイミングt49(図18〜図21参照)においては、再度、第1照明14Aから第1パターン光が照射される。この際、カメラ15の撮像範囲W(X1〜X60)には、プリント基板1上の座標P49〜P108に相当する範囲が位置しており、該範囲が撮像されることとなる。
さらに所定時間Δtが経過した撮像タイミングt50(図18〜図21参照)においては、再度、第1照明14Aから第1パターン光が照射される。この際、カメラ15の撮像範囲W(X1〜X60)には、プリント基板1上の座標P50〜P109に相当する範囲が位置しており、該範囲が撮像されることとなる。
さらに所定時間Δtが経過した撮像タイミングt51(図18〜図21参照)においては、第2照明14Bから第2パターン光が照射される。この際、カメラ15の撮像範囲W(X1〜X60)には、プリント基板1上の座標P51〜P110に相当する範囲が位置しており、該範囲が撮像されることとなる。
さらに所定時間Δtが経過した撮像タイミングt52(図18〜図21参照)においては、再度、第2照明14Bから第2パターン光が照射される。この際、カメラ15の撮像範囲W(X1〜X60)には、プリント基板1上の座標P52〜P111に相当する範囲が位置しており、該範囲が撮像されることとなる。
さらに所定時間Δtが経過した撮像タイミングt53(図18〜図21参照)においては、再度、第2照明14Bから第2パターン光が照射される。この際、カメラ15の撮像範囲W(X1〜X60)には、プリント基板1上の座標P53〜P112に相当する範囲が位置しており、該範囲が撮像されることとなる。
さらに所定時間Δtが経過した撮像タイミングt54(図18〜図21参照)においては、再度、第2照明14Bから第2パターン光が照射される。この際、カメラ15の撮像範囲W(X1〜X60)には、プリント基板1上の座標P54〜P113に相当する範囲が位置しており、該範囲が撮像されることとなる。
さらに所定時間Δtが経過した撮像タイミングt55(図18〜図21参照)においては、再度、第2照明14Bから第2パターン光が照射される。この際、カメラ15の撮像範囲W(X1〜X60)には、プリント基板1上の座標P55〜P114に相当する範囲が位置しており、該範囲が撮像されることとなる。
さらに所定時間Δtが経過した撮像タイミングt56(図18〜図21参照)においては、第3照明14Cから赤色均一光が照射される。この際、カメラ15の撮像範囲W(X1〜X60)には、プリント基板1上の座標P56〜P115に相当する範囲が位置しており、該範囲が撮像されることとなる。なお、図18〜図21中の各座標位置において「R4」とあるのは、該位置に照射された光が「赤色均一光」であることを指す。
さらに所定時間Δtが経過した撮像タイミングt57(図18〜図21参照)においては、第4照明14Dから緑色均一光が照射される。この際、カメラ15の撮像範囲W(X1〜X60)には、プリント基板1上の座標P57〜P116に相当する範囲が位置しており、該範囲が撮像されることとなる。なお、図18〜図21中の各座標位置において「G4」とあるのは、該位置に照射された光が「緑色均一光」であることを指す。
さらに所定時間Δtが経過した撮像タイミングt58(図18〜図21参照)においては、第5照明14Eから青色均一光が照射される。この際、カメラ15の撮像範囲W(X1〜X60)には、プリント基板1上の座標P58〜P117に相当する範囲が位置しており、該範囲が撮像されることとなる。なお、図18〜図21中の各座標位置において「B4」とあるのは、該位置に照射された光が「青色均一光」であることを指す。
さらに所定時間Δtが経過した撮像タイミングt59(図18〜図21参照)においては、第6照明14Fから近赤外色均一光が照射される。この際、カメラ15の撮像範囲W(X1〜X60)には、プリント基板1上の座標P59〜P118に相当する範囲が位置しており、該範囲が撮像されることとなる。なお、図18〜図21中の各座標位置において「NIR4」とあるのは、該位置に照射された光が「近赤外色均一光」であることを指す。
さらに所定時間Δtが経過した撮像タイミングt60(図18〜図21参照)においては、第7照明14Gから近紫外色均一光が照射される。この際、カメラ15の撮像範囲W(X1〜X60)には、プリント基板1上の座標P60〜P119に相当する範囲が位置しており、該範囲が撮像されることとなる。なお、図18〜図21中の各座標位置において「NUV4」とあるのは、該位置に照射された光が「近紫外色均一光」であることを指す。
このようにして、プリント基板1の所定の座標位置(例えば座標P60)に係る全てのデータが取得されると、上記各画像データの座標位置を位置合せする(各画像データの相互間の座標系を合せる)位置合せ処理を実行する(図22〜図25参照)。かかる処理を実行する機能が本実施形態における位置合せ手段を構成する。図22〜図25は、撮像タイミングt1〜t60において取得した複数の画像データの座標位置を位置合せした状態を模式的に示した表である。
続いて、複数の画像データの同一座標位置に係る各種データを各座標位置ごとにまとめた上で、予め設定したグループ(カテゴリー)ごとに整理して、演算結果記憶装置25に記憶する(図26〜図28参照)。図26〜図28は、図22〜図25に示したプリント基板1の各座標位置に係る各種データを、予め設定したグループごとに整理して並べ替えた状態を模式的に示した表である。但し、図26〜図28では、プリント基板1の座標P60に係る部分のみを例示している。
図26〜図28に示すように、本実施形態では、13個のグループに分けられる。詳しくは、第1パターン光に係る第1位相グループ[θ]、第2位相グループ[θ+90°]、第3位相グループ[θ+180°]、第4位相グループ[θ+270°]の4つのグループ、第2パターン光に係る第1位相グループ[θ]、第2位相グループ[θ+90°]、第3位相グループ[θ+180°]、第4位相グループ[θ+270°]の4つのグループ、各均一光に係る赤色グループ[R]、緑色グループ[G]、青色グループ[B]、近赤外色グループ[NIR]、近紫外色グループ[NUV]の5つのグループの計13グループに分けて整理される。
第1パターン光に係る第1位相グループ[θ]は、撮像タイミングt1〜t5において撮像された位相0°〜位相24°(位相が6°ずつ異なる位相30°相当分)の範囲における5個の輝度値からなる(図26参照)。
第1パターン光に係る第2位相グループ[θ+90°]は、撮像タイミングt16〜t20において撮像された位相90°〜位相114°(位相が6°ずつ異なる位相30°相当分)の範囲における5個の輝度値からなる(図26参照)。
第1パターン光に係る第3位相グループ[θ+180°]は、撮像タイミングt31〜t35において撮像された位相180°〜位相204°(位相が6°ずつ異なる位相30°相当分)の範囲における5個の輝度値からなる(図26参照)。
第1パターン光に係る第4位相グループ[θ+270°]は、撮像タイミングt46〜t50において撮像された位相270°〜位相294°(位相が6°ずつ異なる位相30°相当分)の範囲における5個の輝度値からなる(図26参照)。
第2パターン光に係る第1位相グループ[θ]は、撮像タイミングt6〜t10において撮像された位相30°〜位相54°(位相が6°ずつ異なる位相30°相当分)の範囲における5個の輝度値からなる(図27参照)。
第2パターン光に係る第2位相グループ[θ+90°]は、撮像タイミングt21〜t25において撮像された位相120°〜位相144°(位相が6°ずつ異なる位相30°相当分)の範囲における5個の輝度値からなる(図27参照)。
第2パターン光に係る第3位相グループ[θ+180°]は、撮像タイミングt36〜t40において撮像された位相210°〜位相234°(位相が6°ずつ異なる位相30°相当分)の範囲における5個の輝度値からなる(図27参照)。
第2パターン光に係る第4位相グループ[θ+270°]は、撮像タイミングt51〜t55において撮像された位相300°〜位相324°(位相が6°ずつ異なる位相30°相当分)の範囲における5個の輝度値からなる(図27参照)。
赤色グループ[R]は、撮像タイミングt11,t26,t41,t56において赤色均一光の下で撮像された4個の輝度値(R1,R2,R3,R4)からなる(図28参照)。
緑色グループ[G]は、撮像タイミングt12,t27,t42,t57において緑色均一光の下で撮像された4個の輝度値(G1,G2,G3,G4)からなる(図28参照)。
青色グループ[B]は、撮像タイミングt13,t28,t43,t58において青色均一光の下で撮像された4個の輝度値(B1,B2,B3,B4)からなる(図28参照)。
近赤外色グループ[NIR]は、撮像タイミングt14,t29,t44,t59において近赤外色均一光の下で撮像された4個の輝度値(NIR1,NIR2,NIR3,NIR4)からなる(図28参照)。
近紫外色グループ[NUV]は、撮像タイミングt15,t30,t45,t60において近紫外色均一光の下で撮像された4個の輝度値(NUV1,NUV2,NUV3,NUV4)からなる(図28参照)。
上記グループ分けが終了すると、制御装置16は、上記各パターン光に係る各位相グループに含まれる5個の輝度値を加算して、その平均値を算出する平均処理を実行する。そして、制御装置16は、前記平均処理により取得した値を演算結果記憶装置25に記憶する。
これにより、プリント基板1の各座標位置ごとに、それぞれ第1パターン光に係る4通りの(各位相グループの輝度平均値)及び第2パターン光に係る4通りの輝度値(各位相グループの輝度平均値)を取得することができる。結果として、第1パターン光に係るプリント基板1全体についての光強度分布の異なる4通りの画像データ、及び、第2パターン光に係るプリント基板1全体についての光強度分布の異なる4通りの画像データを取得することができる。尚、上記構成により、ここで取得される第1パターン光に係る4通りの画像データ、及び、第2パターン光に係る4通りの画像データは、それぞれ正弦波状の光強度分布を有するパターン光の位相を90°ずつシフトさせ撮像した4通りの画像データと同様の画像データとなる。
続いて、制御装置16は、上記のように取得した第1パターン光に係る4通りの画像データ(各座標の4通りの輝度値)、及び、第2パターン光に係る4通りの画像データ(各座標の4通りの輝度値)を基に、それぞれ背景技術においても説明した公知の位相シフト法により三次元計測(高さ計測)を行い、かかる計測結果を演算結果記憶装置25に記憶する。
尚、本実施形態では、一方(例えば第1パターン光)の照射により得られた計測結果を主たる計測結果として記憶し、そのデータ欠落部分に関して、他方(例えば第2パターン光)の照射により得られた計測結果により補完する構成となっている。このように、パターン光を2方向から照射することにより、プリント基板1にパターン光が照射されない影の部分が生じることを極力防止することができる。
また、制御装置16は、上記グループ分けが終了すると、上記各色グループに含まれる4個の輝度値を加算して、その平均値を算出する平均処理を実行する。そして、制御装置16は、前記平均処理により取得した値を演算結果記憶装置25に記憶する。
そして、制御装置16は、上記のように取得した各値を基に、赤・緑・青・近赤外色・近紫外色の各色成分を有したプリント基板1全体の画像データ(以下、輝度画像データという)を生成し、演算結果記憶装置25に記憶する。
続いて、上記輝度画像データの各画素の色情報を判別して各種計測対象領域の抽出を行う。例えば「白色」の画素の範囲を半田印刷領域として抽出し、「赤色」の画素の範囲を電極パターン3の露出した電極領域(背景領域)として抽出し、「緑色」の画素の範囲をベース基板2又はレジスト膜5の露出した基板領域(背景領域)として抽出する。
次に、制御装置16は、上記のように得られた計測結果を基にクリーム半田4の印刷状態の良否判定を行う。具体的には、制御装置16は、高さ基準面より所定長以上、高くなったクリーム半田4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4の量を算出する。
続いて、制御装置16は、このようにして求めたクリーム半田4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、クリーム半田4の印刷状態の良否を判定する。
以上詳述したように、本実施形態では、連続搬送されるプリント基板1を同一照明の光の下で複数のタイミングで撮像し、該撮像結果をプリント基板1上の各座標位置毎に加算し平均する処理を実行することにより、所定の用途に用いる1つの画像データを取得する構成となっている。
例えば、位相シフト法による三次元計測を行う上で必要な90°ずつ位相の異なる4通りの画像データのうちの1つの画像データを取得する際には、第1パターン光又は第2パターン光の下で、プリント基板1が所定量Δx搬送される毎に連続して撮像された5回分の画像データの輝度値をプリント基板1の各座標位置毎に加算して、その平均値を算出する。
また、プリント基板1に係る輝度画像データを取得する際には、プリント基板1がパターン光の1/4周期(位相90°)相当分の距離を移動する毎に、各色成分の均一光の下で撮像された4回分の画像データの輝度値をプリント基板1の各座標位置毎に加算して、その平均値を算出する。
かかる構成により、カメラ15(撮像素子)の異なる画素で撮像した撮像結果(輝度値)を加算等することとなるため、撮像素子の画素毎の性能のばらつきによる計測結果への影響を緩和することができる。
また、複雑な処理をすることなく、単純に複数回撮像した結果(輝度値)を加算等するだけで、プリント基板1上のすべての部位(明部から暗部まで)に対応した輝度のダイナミックレンジの広い画像データを取得することができる。さらに、複数回撮像した結果を加算等することでS/N比を向上することができる。
結果として、一回の撮像で取得した画像データを用いた場合よりも計測精度の向上等を図ることができる。
また、三次元計測用の画像データを取得する際には、カメラ15により撮像処理を実行可能な所定時間Δt経過毎の撮像タイミングのうち、連続した複数回分のタイミングでパターン光の下で撮像を行う構成となっている。これにより、位相シフト法による計算を行う上でゲイン(上記「背景技術」参照)の見かけ上の値が小さくなることを抑制することができる。結果として、より高精度の三次元計測が可能となる。
また、輝度画像データを取得する際には、カメラ15により撮像処理を実行可能な所定時間Δt経過毎の撮像タイミングのうち、連続しない複数回分のタイミングで各色成分の均一光の下で撮像を行う構成となっている。これにより、連続したタイミングで撮像し比較的近い位置の撮像結果を加算等する場合よりも、より離れた位置の撮像結果を加算等することができ、より平均化することができる。結果として、均一光照明における輝度ムラの影響をより緩和することができる。
〔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。
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。
本実施形態に係る照明装置14は、近赤外色均一光を照射可能な第6照明14Fと、近紫外色均一光を照射可能な第7照明14Gとが省略された構成となっている。
つまり、本実施形態に係る照明装置14は、第1パターン光を照射可能な第1照明14Aと、第2パターン光を照射可能な第2照明14Bと、全範囲において光強度が一定の赤色均一光を照射可能な第3照明14Cと、全範囲において光強度が一定の緑色均一光を照射可能な第4照明14Dと、全範囲において光強度が一定の青色均一光を照射可能な第5照明14Eとを備え、照射される光が制御装置16により切替制御される構成となっている。
尚、本実施形態では、プリント基板1の搬送方向(X方向)におけるカメラ15の撮像範囲Wに係る撮像素子の画素数が72画素(X1〜X72)に設定されると共に、第1照明14A及び第2照明14Bから照射される各パターン光の1周期(位相360°)の長さも、これに相当する長さに設定されている。さらに、所定時間Δt経過毎のプリント基板1の搬送量(所定量Δx)が各パターン光の位相10°相当分の距離に設定されている。つまり、本実施形態では、撮像素子の2画素分ずつプリント基板1が搬送されることとなる。
ここで、照明装置14から照射される光と、カメラ15により撮像されるプリント基板1との関係について具体例を挙げ詳しく説明する。
図29〜図44は、プリント基板1がパターン光の1周期(位相360°)相当分の距離を移動する間において、時間経過(t1〜t36)と共に変化する照射光の種類、及び、プリント基板1上の各座標位置における照射光の態様(パターン光の位相や均一光の色)、並びに、これらと撮像素子の各画素の座標位置(X1〜X72)との関係を説明するための対応表である。
カメラ15と照明装置14の位置関係は固定されているため、照明装置14から照射されるパターン光の位相は、撮像素子の各座標X1〜X72に対し固定されている。例えば撮像素子の座標X72で「0°」、座標X71で「5°」、座標X70で「10°」、・・・、座標X1で「355°」となる。一方、搬送されるプリント基板1上の各座標位置(例えば座標P72)においては、後述するように時間経過(t1〜t36)と共にパターン光の位相が「10°」ずつ変化していく。
図29〜図32に示すように、撮像タイミングt1においては、第1照明14Aから第1パターン光が照射される。この際、カメラ15の撮像範囲W(X1〜X72)には、プリント基板1上の座標P1〜P72に相当する範囲が位置しており、該範囲が撮像されることとなる。
ここから所定時間Δtが経過した撮像タイミングt2(図29〜図32参照)においては、再度、第1照明14Aから第1パターン光が照射される。この際、カメラ15の撮像範囲W(X1〜X72)には、プリント基板1上の座標P3〜P74に相当する範囲が位置しており、該範囲が撮像されることとなる。
さらに所定時間Δtが経過した撮像タイミングt3(図29〜図32参照)においては、再度、第1照明14Aから第1パターン光が照射される。この際、カメラ15の撮像範囲W(X1〜X72)には、プリント基板1上の座標P5〜P76に相当する範囲が位置しており、該範囲が撮像されることとなる。
さらに所定時間Δtが経過した撮像タイミングt4(図29〜図32参照)においては、第2照明14Bから第2パターン光が照射される。この際、カメラ15の撮像範囲W(X1〜X72)には、プリント基板1上の座標P7〜P78に相当する範囲が位置しており、該範囲が撮像されることとなる。
さらに所定時間Δtが経過した撮像タイミングt5(図29〜図32参照)においては、再度、第2照明14Bから第2パターン光が照射される。この際、カメラ15の撮像範囲W(X1〜X72)には、プリント基板1上の座標P9〜P80に相当する範囲が位置しており、該範囲が撮像されることとなる。
さらに所定時間Δtが経過した撮像タイミングt6(図29〜図32参照)においては、再度、第2照明14Bから第2パターン光が照射される。この際、カメラ15の撮像範囲W(X1〜X72)には、プリント基板1上の座標P11〜P82に相当する範囲が位置しており、該範囲が撮像されることとなる。
さらに所定時間Δtが経過した撮像タイミングt7(図29〜図32参照)においては、第3照明14Cから赤色均一光が照射される。この際、カメラ15の撮像範囲W(X1〜X72)には、プリント基板1上の座標P13〜P84に相当する範囲が位置しており、該範囲が撮像されることとなる。なお、図29〜図32中の各座標位置において「R1」とあるのは、該位置に照射された光が「赤色均一光」であることを指す。
さらに所定時間Δtが経過した撮像タイミングt8(図29〜図32参照)においては、第4照明14Dから緑色均一光が照射される。この際、カメラ15の撮像範囲W(X1〜X72)には、プリント基板1上の座標P15〜P86に相当する範囲が位置しており、該範囲が撮像されることとなる。なお、図29〜図32中の各座標位置において「G1」とあるのは、該位置に照射された光が「緑色均一光」であることを指す。
さらに所定時間Δtが経過した撮像タイミングt9(図29〜図32参照)においては、第5照明14Eから青色均一光が照射される。この際、カメラ15の撮像範囲W(X1〜X72)には、プリント基板1上の座標P17〜P88に相当する範囲が位置しており、該範囲が撮像されることとなる。なお、図29〜図32中の各座標位置において「B1」とあるのは、該位置に照射された光が「青色均一光」であることを指す。
さらに所定時間Δtが経過した撮像タイミングt10(図33〜図36参照)においては、第1照明14Aから第1パターン光が照射される。この際、カメラ15の撮像範囲W(X1〜X72)には、プリント基板1上の座標P19〜P90に相当する範囲が位置しており、該範囲が撮像されることとなる。
さらに所定時間Δtが経過した撮像タイミングt11(図33〜図36参照)においては、再度、第1照明14Aから第1パターン光が照射される。この際、カメラ15の撮像範囲W(X1〜X72)には、プリント基板1上の座標P21〜P92に相当する範囲が位置しており、該範囲が撮像されることとなる。
さらに所定時間Δtが経過した撮像タイミングt12(図33〜図36参照)においては、再度、第1照明14Aから第1パターン光が照射される。この際、カメラ15の撮像範囲W(X1〜X72)には、プリント基板1上の座標P23〜P94に相当する範囲が位置しており、該範囲が撮像されることとなる。
さらに所定時間Δtが経過した撮像タイミングt13(図33〜図36参照)においては、第2照明14Bから第2パターン光が照射される。この際、カメラ15の撮像範囲W(X1〜X72)には、プリント基板1上の座標P25〜P96に相当する範囲が位置しており、該範囲が撮像されることとなる。
さらに所定時間Δtが経過した撮像タイミングt14(図33〜図36参照)においては、再度、第2照明14Bから第2パターン光が照射される。この際、カメラ15の撮像範囲W(X1〜X72)には、プリント基板1上の座標P27〜P98に相当する範囲が位置しており、該範囲が撮像されることとなる。
さらに所定時間Δtが経過した撮像タイミングt15(図33〜図36参照)においては、第2照明14Bから第2パターン光が照射される。この際、カメラ15の撮像範囲W(X1〜X72)には、プリント基板1上の座標P29〜P100に相当する範囲が位置しており、該範囲が撮像されることとなる。
さらに所定時間Δtが経過した撮像タイミングt16(図33〜図36参照)においては、第3照明14Cから赤色均一光が照射される。この際、カメラ15の撮像範囲W(X1〜X72)には、プリント基板1上の座標P31〜P102に相当する範囲が位置しており、該範囲が撮像されることとなる。なお、図33〜図36中の各座標位置において「R2」とあるのは、該位置に照射された光が「赤色均一光」であることを指す。
さらに所定時間Δtが経過した撮像タイミングt17(図33〜図36参照)においては、第4照明14Dから緑色均一光が照射される。この際、カメラ15の撮像範囲W(X1〜X72)には、プリント基板1上の座標P33〜P104に相当する範囲が位置しており、該範囲が撮像されることとなる。なお、図33〜図36中の各座標位置において「G2」とあるのは、該位置に照射された光が「緑色均一光」であることを指す。
さらに所定時間Δtが経過した撮像タイミングt18(図33〜図36参照)においては、第5照明14Eから青色均一光が照射される。この際、カメラ15の撮像範囲W(X1〜X72)には、プリント基板1上の座標P35〜P106に相当する範囲が位置しており、該範囲が撮像されることとなる。なお、図33〜図36中の各座標位置において「B2」とあるのは、該位置に照射された光が「青色均一光」であることを指す。
さらに所定時間Δtが経過した撮像タイミングt19(図37〜図40参照)においては、第1照明14Aから第1パターン光が照射される。この際、カメラ15の撮像範囲W(X1〜X72)には、プリント基板1上の座標P37〜P108に相当する範囲が位置しており、該範囲が撮像されることとなる。
さらに所定時間Δtが経過した撮像タイミングt20(図37〜図40参照)においては、再度、第1照明14Aから第1パターン光が照射される。この際、カメラ15の撮像範囲W(X1〜X72)には、プリント基板1上の座標P39〜P110に相当する範囲が位置しており、該範囲が撮像されることとなる。
さらに所定時間Δtが経過した撮像タイミングt21(図37〜図40参照)においては、再度、第1照明14Aから第1パターン光が照射される。この際、カメラ15の撮像範囲W(X1〜X72)には、プリント基板1上の座標P41〜P112に相当する範囲が位置しており、該範囲が撮像されることとなる。
さらに所定時間Δtが経過した撮像タイミングt22(図37〜図40参照)においては、第2照明14Bから第2パターン光が照射される。この際、カメラ15の撮像範囲W(X1〜X72)には、プリント基板1上の座標P43〜P114に相当する範囲が位置しており、該範囲が撮像されることとなる。
さらに所定時間Δtが経過した撮像タイミングt23(図37〜図40参照)においては、再度、第2照明14Bから第2パターン光が照射される。この際、カメラ15の撮像範囲W(X1〜X72)には、プリント基板1上の座標P45〜P116に相当する範囲が位置しており、該範囲が撮像されることとなる。
さらに所定時間Δtが経過した撮像タイミングt24(図37〜図40参照)においては、再度、第2照明14Bから第2パターン光が照射される。この際、カメラ15の撮像範囲W(X1〜X72)には、プリント基板1上の座標P47〜P118に相当する範囲が位置しており、該範囲が撮像されることとなる。
さらに所定時間Δtが経過した撮像タイミングt25(図37〜図40参照)においては、第3照明14Cから赤色均一光が照射される。この際、カメラ15の撮像範囲W(X1〜X72)には、プリント基板1上の座標P49〜P120に相当する範囲が位置しており、該範囲が撮像されることとなる。なお、図37〜図40中の各座標位置において「R3」とあるのは、該位置に照射された光が「赤色均一光」であることを指す。
さらに所定時間Δtが経過した撮像タイミングt26(図37〜図40参照)においては、第4照明14Dから緑色均一光が照射される。この際、カメラ15の撮像範囲W(X1〜X72)には、プリント基板1上の座標P51〜P122に相当する範囲が位置しており、該範囲が撮像されることとなる。なお、図37〜図40中の各座標位置において「G3」とあるのは、該位置に照射された光が「緑色均一光」であることを指す。
さらに所定時間Δtが経過した撮像タイミングt27(図37〜図40参照)においては、第5照明14Eから青色均一光が照射される。この際、カメラ15の撮像範囲W(X1〜X72)には、プリント基板1上の座標P53〜P124に相当する範囲が位置しており、該範囲が撮像されることとなる。なお、図37〜図40中の各座標位置において「B3」とあるのは、該位置に照射された光が「青色均一光」であることを指す。
さらに所定時間Δtが経過した撮像タイミングt28(図41〜図44参照)においては、第1照明14Aから第1パターン光が照射される。この際、カメラ15の撮像範囲W(X1〜X72)には、プリント基板1上の座標P55〜P126に相当する範囲が位置しており、該範囲が撮像されることとなる。
さらに所定時間Δtが経過した撮像タイミングt29(図41〜図44参照)においては、再度、第1照明14Aから第1パターン光が照射される。この際、カメラ15の撮像範囲W(X1〜X72)には、プリント基板1上の座標P57〜P128に相当する範囲が位置しており、該範囲が撮像されることとなる。
さらに所定時間Δtが経過した撮像タイミングt30(図41〜図44参照)においては、再度、第1照明14Aから第1パターン光が照射される。この際、カメラ15の撮像範囲W(X1〜X72)には、プリント基板1上の座標P59〜P130に相当する範囲が位置しており、該範囲が撮像されることとなる。
さらに所定時間Δtが経過した撮像タイミングt31(図41〜図44参照)においては、第2照明14Bから第2パターン光が照射される。この際、カメラ15の撮像範囲W(X1〜X72)には、プリント基板1上の座標P61〜P132に相当する範囲が位置しており、該範囲が撮像されることとなる。
さらに所定時間Δtが経過した撮像タイミングt32(図41〜図44参照)においては、再度、第2照明14Bから第2パターン光が照射される。この際、カメラ15の撮像範囲W(X1〜X72)には、プリント基板1上の座標P63〜P134に相当する範囲が位置しており、該範囲が撮像されることとなる。
さらに所定時間Δtが経過した撮像タイミングt33(図41〜図44参照)においては、再度、第2照明14Bから第2パターン光が照射される。この際、カメラ15の撮像範囲W(X1〜X72)には、プリント基板1上の座標P65〜P136に相当する範囲が位置しており、該範囲が撮像されることとなる。
さらに所定時間Δtが経過した撮像タイミングt34(図41〜図44参照)においては、第3照明14Cから赤色均一光が照射される。この際、カメラ15の撮像範囲W(X1〜X72)には、プリント基板1上の座標P67〜P138に相当する範囲が位置しており、該範囲が撮像されることとなる。なお、図41〜図44中の各座標位置において「R4」とあるのは、該位置に照射された光が「赤色均一光」であることを指す。
さらに所定時間Δtが経過した撮像タイミングt35(図41〜図44参照)においては、第4照明14Dから緑色均一光が照射される。この際、カメラ15の撮像範囲W(X1〜X72)には、プリント基板1上の座標P69〜P140に相当する範囲が位置しており、該範囲が撮像されることとなる。なお、図41〜図44中の各座標位置において「G4」とあるのは、該位置に照射された光が「緑色均一光」であることを指す。
さらに所定時間Δtが経過した撮像タイミングt36(図41〜図44参照)においては、第5照明14Eから青色均一光が照射される。この際、カメラ15の撮像範囲W(X1〜X72)には、プリント基板1上の座標P71〜P142に相当する範囲が位置しており、該範囲が撮像されることとなる。なお、図41〜図44中の各座標位置において「B4」とあるのは、該位置に照射された光が「青色均一光」であることを指す。
このようにして、プリント基板1の所定の座標位置(例えば座標P71、P72)に係る全てのデータが取得されると、上記各画像データの座標位置を位置合せする(各画像データの相互間の座標系を合せる)位置合せ処理を実行する(図45〜図48参照)。図45〜図48は、撮像タイミングt1〜t36において取得した複数の画像データの座標位置を位置合せした状態を模式的に示した表である。
続いて、複数の画像データの同一座標位置に係る各種データを各座標位置ごとにまとめた上で、予め設定したグループ(カテゴリー)ごとに整理して、演算結果記憶装置25に記憶する(図49〜図51参照)。図49〜図51は、図45〜図48に示したプリント基板1の各座標位置に係る各種データを、予め設定したグループごとに整理して並べ替えた状態を模式的に示した表である。但し、図49〜図51では、プリント基板1の座標P71、P72に係る部分のみを例示している。
図49〜図51に示すように、本実施形態では、11個のグループに分けられる。詳しくは、第1パターン光に係る第1位相グループ[θ]、第2位相グループ[θ+90°]、第3位相グループ[θ+180°]、第4位相グループ[θ+270°]の4つのグループ、第2パターン光に係る第1位相グループ[θ]、第2位相グループ[θ+90°]、第3位相グループ[θ+180°]、第4位相グループ[θ+270°]の4つのグループ、各均一光に係る赤色グループ[R]、緑色グループ[G]、青色グループ[B]の3つのグループの計11個のグループに分けて整理される。
第1パターン光に係る第1位相グループ[θ]は、撮像タイミングt1〜t3において撮像された位相0°〜20°又は位相5°〜25°(位相が10°ずつ異なる位相30°相当分)の範囲における3個の輝度値からなる(図49参照)。
第1パターン光に係る第2位相グループ[θ+90°]は、撮像タイミングt10〜t12において撮像された位相90°〜110°又は位相95°〜115°(位相が10°ずつ異なる位相30°相当分)の範囲における3個の輝度値からなる(図49参照)。
第1パターン光に係る第3位相グループ[θ+180°]は、撮像タイミングt19〜t21において撮像された位相180°〜200°又は位相185°〜205°(位相が10°ずつ異なる位相30°相当分)の範囲における3個の輝度値からなる(図49参照)。
第1パターン光に係る第4位相グループ[θ+270°]は、撮像タイミングt28〜t30において撮像された位相270°〜290°又は位相275°〜295°(位相が10°ずつ異なる位相30°相当分)の範囲における3個の輝度値からなる(図49参照)。
第2パターン光に係る第1位相グループ[θ]は、撮像タイミングt4〜t6において撮像された位相30°〜50°又は位相35°〜55°(位相が10°ずつ異なる位相30°相当分)の範囲における3個の輝度値からなる(図50参照)。
第2パターン光に係る第2位相グループ[θ+90°]は、撮像タイミングt13〜t15において撮像された位相120°〜140°又は位相125°〜145°(位相が10°ずつ異なる位相30°相当分)の範囲における3個の輝度値からなる(図50参照)。
第2パターン光に係る第3位相グループ[θ+180°]は、撮像タイミングt22〜t24において撮像された位相210°〜230°又は位相215°〜235°(位相が10°ずつ異なる位相30°相当分)の範囲における3個の輝度値からなる(図50参照)。
第2パターン光に係る第4位相グループ[θ+270°]は、撮像タイミングt31〜t33において撮像された位相300°〜320°又は位相305°〜325°(位相が10°ずつ異なる位相30°相当分)の範囲における3個の輝度値からなる(図50参照)。
赤色グループ[R]は、撮像タイミングt7,t16,t25,t34において赤色均一光の下で撮像された4個の輝度値(R1,R2,R3,R4)からなる(図51参照)。
緑色グループ[G]は、撮像タイミングt8,t17,t26,t35において緑色均一光の下で撮像された4個の輝度値(G1,G2,G3,G4)からなる(図51参照)。
青色グループ[B]は、撮像タイミングt9,t18,t27,t36において青色均一光の下で撮像された4個の輝度値(B1,B2,B3,B4)からなる(図51参照)。
上記グループ分けが終了すると、制御装置16は、上記各パターン光に係る各位相グループに含まれる3個の輝度値を加算して、その平均値を算出する平均処理を実行する。そして、制御装置16は、前記平均処理により取得した値を演算結果記憶装置25に記憶する。
これにより、プリント基板1の各座標位置ごとに、それぞれ第1パターン光に係る4通りの(各位相グループの輝度平均値)及び第2パターン光に係る4通りの輝度値(各位相グループの輝度平均値)を取得することができる。結果として、第1パターン光に係るプリント基板1全体についての光強度分布の異なる4通りの画像データ、及び、第2パターン光に係るプリント基板1全体についての光強度分布の異なる4通りの画像データを取得することができる。尚、上記構成により、ここで取得される第1パターン光に係る4通りの画像データ、及び、第2パターン光に係る4通りの画像データは、それぞれ正弦波状の光強度分布を有するパターン光の位相を90°ずつシフトさせ撮像した4通りの画像データと同様の画像データとなる。
続いて、制御装置16は、上記のように取得した第1パターン光に係る4通りの画像データ(各座標の4通りの輝度値)、及び、第2パターン光に係る4通りの画像データ(各座標の4通りの輝度値)を基に、それぞれ背景技術においても説明した公知の位相シフト法により三次元計測(高さ計測)を行い、かかる計測結果を演算結果記憶装置25に記憶する。
また、制御装置16は、上記グループ分けが終了すると、上記各色グループに含まれる4個の輝度値を加算して、その平均値を算出する平均処理を実行する。そして、制御装置16は、前記平均処理により取得した値を演算結果記憶装置25に記憶する。
そして、制御装置16は、上記のように取得した各値を基に、赤・緑・青・近赤外色・近紫外色の各色成分を有したプリント基板1全体の画像データ(以下、輝度画像データという)を生成し、演算結果記憶装置25に記憶する。
以降、これらの画像データを基に、上記第1実施形態と同様、プリント基板1の三次元計測やクリーム半田4の印刷状態の検査などが行われることとなる。
以上詳述したように、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、本実施形態では、所定時間Δt経過毎にプリント基板1がパターン光の位相10°相当分(撮像素子の2画素分)ずつ搬送され撮像処理が行われる構成となっているため、第1実施形態に比べ計測精度がやや劣る反面、計測効率を高めることができる。
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。
(a)上記各実施形態では、三次元計測装置を、プリント基板1に印刷形成されたクリーム半田4の高さを計測する基板検査装置10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。
(b)上記各実施形態では、位相シフト法による三次元計測を行う上で、位相が90°ずつ異なる4通りの画像データを取得する構成となっているが、位相シフト回数及び位相シフト量は、これらに限定されるものではない。位相シフト法により三次元計測可能な他の位相シフト回数及び位相シフト量を採用してもよい。
例えば位相が120°(又は90°)ずつ異なる3通りの画像データを取得して三次元計測を行う構成としてもよいし、位相が180°(又は90°)ずつ異なる2通りの画像データを取得して三次元計測を行う構成としてもよい。
但し、上記各実施形態のように、位相シフト法による三次元計測を行う上で必要な複数の画像データ(上記各実施形態では4つの画像データ)を取得する上で、プリント基板1に対し照射されるパターン光(第1パターン光又は第2パターン光)がすべて180°位相の異なる一対のパターン光の組み合わせからなることが好ましい。このようにすれば、複数のタイミングで撮像された複数の撮像結果において、プリント基板1上の所定の座標位置におけるパターン光の位相が異なることに基づく誤差を、位相シフト法による計算の過程(上記「背景技術」参照)で相殺することができ、その影響を小さく抑えることができる。
(c)上記各実施形態では、三次元計測用の画像データを取得する際には、第1パターン光又は第2パターン光の下で、プリント基板1が所定量Δx搬送される毎に連続して5回(又は3回)撮像を行う構成となっている。三次元計測用の画像データ取得に係る撮像回数や撮像タイミングはこれに限定されるものではない。例えば所定時間Δt経過毎の撮像タイミングのうち、連続しない複数のタイミングでパターン光に係る撮像を行う構成としてもよい。
一方、上記各実施形態では、輝度画像データを取得する際には、プリント基板1がパターン光の1/4周期(位相90°)相当分の距離を移動する毎に1回ずつ計4回、各色成分の均一光の下での撮像を行う構成となっている。輝度画像データの取得に係る撮像回数や撮像タイミングはこれに限定されるものではない。例えば所定時間Δt経過毎の撮像タイミングのうち、連続する複数のタイミングで均一光に係る撮像を行う構成としてもよい。
(d)各照明から照射される光の種類など、照射手段に係る構成は上記各実施形態の照明装置14に限定されるものではない。
例えば上記各実施形態に係る第1照明14A及び第2照明14Bでは、液晶光学シャッタを使用して、理想的な正弦波に近い光強度分布を有するパターン光を照射する構成となっている。これに限らず、光源からの光をパターン光に変換する格子として格子板を採用してもよい。また、正弦波状の光強度分布を有するパターン光に代えて、縞状のパターン光として、矩形波状や台形波状などの光強度分布を有するパターン光を照射する構成としてもよい。
また、上記各実施形態では、パターン光を照射する第1照明14A及び第2照明14Bのみならず、第3照明14Cなど、均一光を照射する複数の均一光照明を備えた構成となっているが、これに限らず、位相シフト法による三次元計測を行う上で必要な画像データを取得するだけであれば、第1照明14A及び第2照明14Bだけを備えた構成としてもよい。勿論、第1照明14A又は第2照明14Bのいずれか一方のみを備えた構成としてもよい。
(e)上記各実施形態では、第1照明14Aから照射される第1パターン光と、第2照明14Bから照射される第2パターン光とが輝度及び周期が同一のパターン光となっている。
これに限らず、各パターン光の周期(縞ピッチ)を異ならせた構成としてもよい。例えば第1パターン光を第1周期(例えば600μm)のパターン光とすると共に、第2パターン光を前記第1周期よりも長い第2周期(例えば800μm)のパターン光としてもよい。このように周期の短い第1パターン光と、周期の長い第2パターン光とを組合わせて計測を行うようにすれば、両パターン光が照射される領域に関しては、長い周期の第2パターン光を利用するメリットである計測可能な高さレンジを大きくできること、及び、周期の短い第1パターン光を利用するメリットである分解能の高い高精度な計測を実現できることの双方の効果を得ることができる。結果として、広ダイナミックレンジで高分解能の計測を行うことができ、より高精度な計測を実現することができる。
また、特許文献1,2と同様に、輝度の異なるパターン光(又は均一光)を照射して同様の作用効果が得る構成としてもよい。但し、本願発明によれば、複数回撮像した結果(輝度値)を加算等することで、プリント基板1上のすべての部位(明部から暗部まで)に対応した輝度のダイナミックレンジの広い画像データを取得することができるため、輝度の異なる光を照射することなく、プリント基板1上の各部位の明暗の違いに基づく各種不具合の発生を抑制することができる。
(f)上記各実施形態では、三次元計測方法として位相シフト法を採用しているが、この他にも空間コード法やモアレ法、合焦法等といった各種三次元計測方法を採用することもできる。従って、縞状のパターン光に代えて又は加えて、他の三次元計測用の光を照射する構成としてもよい。
(g)上記各実施形態では、コンベア13によりプリント基板1を連続搬送することにより、照明装置14及びカメラ15とプリント基板1との位置関係を相対移動させる構成となっているが、これに限らず、照明装置14及びカメラ15からなる計測ヘッドを動かし、プリント基板1との位置関係を相対移動させる構成としてもよい。また、コンベア13に代えて他の移動手段を採用してもよいし、プリント基板1を連続移動するのではなく、間欠移動する構成としてもよい。
(h)上記各実施形態では、位相シフト法による三次元計測を行う上で必要な4通りの画像データのうちの1つの画像データを取得する際に、第1パターン光又は第2パターン光の下で、プリント基板1が所定量Δx搬送される毎に撮像された複数回分(例えば撮像タイミングt1〜t5)の画像データの輝度値をプリント基板1の各座標位置毎に加算して、その平均値を算出する構成となっている。
これに限らず、平均値を算出する処理を省略し、複数回分の画像データの輝度値をプリント基板1の各座標毎に加算した加算データ(画像データ)を基に三次元計測を行う構成としてもよい。
また、プリント基板1の移動中(例えば撮像タイミングt1〜t5)において連続してパターン光を照射する構成としてもよい。
(i)上記各実施形態では、カメラ15の撮像素子としてCCDセンサを採用しているが、撮像素子はこれに限定されるものではなく、例えばCMOSセンサ等を採用してもよい。
尚、一般のCCDカメラ等を用いた場合には、露光中にデータ転送を行うことができないため、上記各実施形態のようにプリント基板1が所定量搬送される毎に撮像(露光)を行う場合には、その間にデータ転送(読出)を行う必要がある。
これに対し、カメラ15として、CMOSカメラや、データ転送中に露光可能な機能を持ったCCDカメラ等を用いた場合には、撮像(露光)とデータ転送とを一部で重複して行うことができるため、プリント基板1の連続搬送に適しており、計測時間の短縮化を図ることができる。
(j)上記各実施形態では、輝度画像データを、各種計測対象領域の抽出処理を行うために利用しているが、これに代えて又は加えて、他の用途に使用してもよい。例えば、三次元計測により得られた三次元データに対し輝度画像データをマッピングする構成としてもよい。かかる構成とすれば、被計測物の濃淡を表現することができ、三次元画像の質感を高めることができる。その結果、被計測物の形状を瞬時に把握することが容易となり、確認作業に要する時間を著しく軽減させることができる。
1…プリント基板、4…クリーム半田、10…基板検査装置、13…コンベア、14…照明装置、14A〜14G…照明、15…カメラ、16…制御装置、24…画像データ記憶装置、25…演算結果記憶装置、W…撮像範囲。
Claims (8)
- 被計測物に対し所定の光を照射可能な少なくとも1つの照明を有する照射手段と、
前記光の照射された前記被計測物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と前記被計測物とを相対移動可能な移動手段とを備え、
前記照射手段及び前記撮像手段と前記被計測物とを相対移動させつつ、該被計測物に対し前記照射手段から所定のタイミングに所定の光を照射し、前記撮像手段により撮像された撮像結果を基に前記被計測物の三次元計測を実行可能な三次元計測装置であって、
前記撮像手段により撮像された撮像結果を基に、所定の用途に用いる画像データを取得可能な画像データ取得手段と、
前記画像データ取得手段により取得された少なくとも1つの画像データを基に、所定の処理を実行可能な画像処理手段とを備え、
前記画像データ取得手段が1つの画像データを取得する上で、
前記照射手段の同一照明から照射される光の下での撮像を、前記照射手段及び前記撮像手段と前記被計測物との相対位置関係が異なる複数のタイミングで実行し、
該撮像結果を前記被計測物上の各座標位置毎に加算又は平均する処理を実行することを特徴する三次元計測装置。 - 前記照射手段は、縞状の光強度分布を有するパターン光を照射可能な照明を備え、
前記画像データ取得手段は、少なくとも前記パターン光の下で撮像された撮像結果を基に、前記被計測物上における光強度分布が前記パターン光の所定位相分ずつ異なる複数の画像データを取得可能に構成され、
前記画像処理手段は、前記画像データ取得手段により取得された前記複数の画像データを基に位相シフト法により前記被計測物の三次元計測を実行可能に構成されていることを特徴する請求項1に記載の三次元計測装置。 - 前記照射手段及び前記撮像手段と前記被計測物とが少なくとも前記所定位相分よりも小さい所定量相対移動するタイミング毎に前記撮像手段による撮像処理を実行可能な構成の下、
前記撮像処理を実行可能なタイミングのうち、連続した複数回分のタイミングを、前記同一照明から照射されるパターン光の下での撮像を行う複数のタイミングとしたことを特徴する請求項2に記載の三次元計測装置。 - 前記画像データ取得手段が前記複数の画像データを取得する上で、前記被計測物に対し照射されるパターン光がすべて180°位相の異なる一対のパターン光の組み合わせからなることを特徴する請求項2又は3に記載の三次元計測装置。
- 前記照射手段は、光強度が一定の均一光を照射可能な少なくとも1つの照明を備え、
前記画像データ取得手段は、少なくとも前記均一光の下で撮像された撮像結果を基に輝度画像データを取得可能に構成されていることを特徴する請求項1乃至4のいずれかに記載の三次元計測装置。 - 前記照射手段及び前記撮像手段と前記被計測物とが所定量相対移動するタイミング毎に前記撮像手段による撮像処理を実行可能な構成の下、
前記撮像処理を実行可能なタイミングのうち、連続しない複数回分のタイミングを、前記同一照明から照射される均一光の下での撮像を行う複数のタイミングとしたことを特徴する請求項5に記載の三次元計測装置。 - 前記照射手段は、それぞれ所定の光を照射する複数の照明を備え、
所定の順序に従い前記複数の照明を切替え、所定のタイミングに所定の光を照射可能に構成されていることを特徴とする請求項1乃至6のいずれかに記載の三次元計測装置。 - 前記被計測物は、クリーム半田が印刷されたプリント基板であること、又は、半田バンプが形成されたウエハ基板であることを特徴とする請求項1乃至7のいずれかに記載の三次元計測装置。
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