JP2020091136A - Projection device and three-dimensional measuring device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、位相シフト法などのパターン投影法を利用した三次元計測を行うにあたり、所定のパターン光を投影する投影装置及びこれを備えた三次元計測装置に関するものである。 The present invention relates to a projection device that projects a predetermined pattern of light when performing three-dimensional measurement using a pattern projection method such as a phase shift method, and a three-dimensional measurement device including the projection device.
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 arranged on the printed circuit board. Next, the electronic component is temporarily fixed on the printed board based on the viscosity of the cream solder. After that, the printed circuit board is introduced into a reflow furnace and soldered by performing a predetermined reflow process. Nowadays, it is necessary to inspect the printed state of the cream solder before it is introduced into the reflow furnace, and a three-dimensional measuring device may be used for such inspection.
従来、所定のパターン光を投影して三次元計測を行う三次元計測装置が種々提案されている。中でも、位相シフト法を利用した三次元計測装置がよく知られている。 Conventionally, various three-dimensional measuring devices have been proposed that project a predetermined pattern of light to perform three-dimensional measurement. Among them, a three-dimensional measuring device using the phase shift method is well known.
位相シフト法を利用した三次元計測装置は、プリント基板等の被計測物に対し、縞状の光強度分布を有するパターン光(以下、「縞パターン」という)を斜め上方より投影する投影装置と、該縞パターンの投影された被計測物を撮像する撮像装置とを備えている。 A three-dimensional measurement device using the phase shift method is a projection device that projects pattern light having a striped light intensity distribution (hereinafter, referred to as “striped pattern”) onto an object to be measured such as a printed circuit board from diagonally above. , And an image pickup device for picking up an image of the measured object on which the stripe pattern is projected.
投影装置は、所定の光を発する光源と、該光源からの光を縞パターンに変換するパターン生成部とを備え、ここで生成された縞パターンが投影レンズ等からなる投影光学系を介して被計測物に対し投影される。 The projection device includes a light source that emits a predetermined light and a pattern generation unit that converts the light from the light source into a striped pattern, and the striped pattern generated here is projected through a projection optical system including a projection lens or the like. It is projected on the measured object.
かかる構成の下、被計測物に投影される縞パターンの位相を複数通り(例えば4通り)にシフトさせると共に、位相の異なる各縞パターンの下で撮像を行い、被計測物に係る複数通りの画像データを取得する。そして、これらの画像データを基に被計測物の三次元計測を行う。 Under such a configuration, the phase of the stripe pattern projected on the object to be measured is shifted in a plurality of ways (for example, four ways), and imaging is performed under each of the stripe patterns having different phases, so that a plurality of patterns related to the object to be measured are obtained. Get image data. Then, three-dimensional measurement of the object to be measured is performed based on these image data.
但し、実際に高さ計測される計測対象には、高さの高いものもあれば低いものもある。例えばクリーム半田に関して言えば、従来の一般的なプリント基板上に印刷されるクリーム半田の高さは通常100μm程度であるが、近年、自動車の電動化に伴い増加している車載用プリント基板等においては、パワー回路等が搭載されるため、クリーム半田の高さが300〜400μm程度となる場合もある。 However, some of the measurement targets whose heights are actually measured are high in height and low in height. For example, regarding cream solder, the height of the cream solder printed on a conventional general printed circuit board is usually about 100 μm. Since the power circuit and the like are mounted, the height of the cream solder may be about 300 to 400 μm.
ここで、例えば車載用プリント基板に合わせて、投影する縞パターンの周期を従来よりも長くした三次元計測装置を用いれば、高さのダイナミックレンジが増え、車載用プリント基板の計測は可能となるものの、これを従来の一般的なプリント基板の計測に用いた場合には、高さ分解能が粗くなり、計測精度が悪化してしまうおそれがある。 Here, for example, if a three-dimensional measuring device in which the period of the projected stripe pattern is made longer than in the past according to the vehicle printed circuit board is used, the height dynamic range is increased and the vehicle printed circuit board can be measured. However, when this is used for the measurement of the conventional general printed circuit board, the height resolution becomes rough and the measurement accuracy may be deteriorated.
従って、三次元計測装置に汎用性を持たせるためには、プリント基板等の被計測物の凹凸度合いが大きい場合には周期の長い縞パターンを投影し、凹凸度合いが小さい場合には周期の短い縞パターンを投影するといったように、被計測物の凹凸度合いに応じた縞パターンを投影する必要がある。 Therefore, in order to make the three-dimensional measuring device versatile, a striped pattern having a long cycle is projected when the degree of unevenness of an object to be measured such as a printed circuit board is large, and a short cycle when the degree of unevenness is small. It is necessary to project a striped pattern according to the degree of unevenness of the measured object, such as projecting a striped pattern.
しかしながら、パターン生成部として、フィルムやガラス板などに格子パターンを印刷した従来の格子板を用いた場合には、印刷された格子パターンの幅やピッチを変更できないため、被計測物に投影される縞パターンは一定となる。 However, when a conventional grid plate in which a grid pattern is printed on a film or a glass plate is used as the pattern generation unit, the width and pitch of the printed grid pattern cannot be changed, so that the pattern is projected onto the measured object. The stripe pattern is constant.
そのため、仮に格子板を用いる三次元計測装置によって、被計測物の凹凸度合いに応じて異なる縞パターンを投影しようとした場合には、印刷された格子パターンの幅やピッチが異なる格子板を予め複数用意しておき、被計測物の凹凸度合いに応じて、これらの格子板を使い分ける必要が生じる。このように、その都度、格子板を交換しなければならない三次元計測装置は、利便性が悪く、生産性の低下を招くおそれがある。 Therefore, if an attempt is made to project different stripe patterns depending on the degree of unevenness of the object to be measured by a three-dimensional measuring device using a grid plate, a plurality of grid plates with different widths or pitches of the printed grid patterns are prepared in advance. It is necessary to prepare and use these lattice plates properly according to the degree of unevenness of the measured object. As described above, the three-dimensional measuring device in which the grid plate has to be replaced each time is inconvenient and may cause a decrease in productivity.
一方、パターン生成部として、複数の画素がマトリクス状に二次元配列されてなる液晶素子などを用いた三次元計測装置なども見受けられる。 On the other hand, as a pattern generation unit, a three-dimensional measurement device using a liquid crystal element in which a plurality of pixels are two-dimensionally arranged in a matrix is also found.
しかしながら、従来の液晶素子は画素と画素の間が暗部となることから、生成される縞パターンが微視的には不連続なものとなるため、被計測物に投影される縞パターンが、想定した縞パターンとならず、三次元計測の計測精度が低下するおそれがある。 However, since the conventional liquid crystal element has a dark portion between pixels, the generated stripe pattern is microscopically discontinuous, so that the stripe pattern projected on the measured object is assumed. The striped pattern is not formed, and the measurement accuracy of the three-dimensional measurement may be reduced.
これに対し、近年では、上記不具合を解消するため特殊な液晶素子を用いて、被計測物の凹凸度合いに応じて格子パターンの幅やピッチを変更し、周期の異なる縞パターンを投影可能とした三次元計測装置も見受けられる(例えば、特許文献1参照)。 On the other hand, in recent years, in order to solve the above problems, a special liquid crystal element is used to change the width and pitch of the lattice pattern according to the degree of unevenness of the object to be measured, and stripe patterns with different periods can be projected. A three-dimensional measuring device is also found (for example, refer to Patent Document 1).
具体的に、特許文献1に記載された三次元計測装置は、液晶素子に一定のピッチと幅を有するストライブ状の電極をN本形成し、3あるいは4の倍数の電極数nで前記ストライブ状電極をN/n個のグループに分割し、各々のグループごとに正弦波状の強度分布を有する格子を1本ずつ作成し、前記電極数nに応じて前記正弦波の一周期をn等分に分割し、該分割された各々の領域の正弦波の振幅と、該正弦波のバイアス強度との和の強度に対応する液晶駆動信号を前記ストライブ電極の各々に印加して正弦波強度分布を有する格子パターン(縞パターン)をN/n本発生させると共に、該格子パターンの一周期を3あるいは4分割した周期を単位とし、前記ストライブ電極に印加する前記の液晶駆動信号の電圧印加の配列を順次変化させ、前記格子パターンの位相を2π/3、あるいはπ/2ピッチごとにシフトさせ、前記電極数nを変化させることによって測定される物体の表面形状に適する格子パターンを形成するように構成されている。
Specifically, the three-dimensional measuring apparatus described in
しかしながら、特許文献1に係る構成では、上述した特殊な液晶素子が必要となり、投影装置の製造コストが増大するおそれがある。
However, the configuration according to
さらに、液晶素子は、偏光フィルタを介するため、被計測物に投影される縞パターンが暗くなるおそれがある。結果として、精度の良い輝度画像データを取得できず、三次元計測の計測精度が低下するおそれがある。 Further, since the liquid crystal element passes through the polarization filter, the stripe pattern projected on the measured object may be dark. As a result, accurate luminance image data cannot be acquired, and the measurement accuracy of the three-dimensional measurement may decrease.
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三次元計測に限らず、他の三次元計測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。 The above problem is not limited to three-dimensional measurement of cream solder or the like printed on a printed circuit board, but is inherent in other three-dimensional measurement fields. Of course, the problem is not limited to the phase shift method.
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、パターン投影法を利用した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投影装置及び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 thereof is to provide a projection apparatus and a three-dimensional measurement apparatus capable of improving the measurement accuracy when performing three-dimensional measurement using the pattern projection method. To do.
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-mentioned problems will be described by itemizing. In addition, the action and effect peculiar to the corresponding means will be additionally described as needed.
手段1.所定の被計測物(例えばプリント基板)に係る三次元計測を行うにあたり、前記被計測物に対し所定のパターン光を投影する投影装置であって、
所定の光を発する光源と、
前記光源から入射する光をパターン光に変換して出射するパターン生成部と、
前記パターン生成部から出射されるパターン光を前記被計測物に対し結像させる投影光学系とを備え、
前記パターン生成部は、
所定の透過率で光を透過する透光部と、少なくとも一部の光を遮る遮光部とが第1方向(例えば水平方向)に交互に並ぶ格子パターンを有した複数の格子部材が、前記第1方向と直交する第2方向(例えば上下方向)に相対向するように配置されると共に、
前記第1方向に対する前記複数の格子部材の相対位置関係を変更可能な格子移動手段を備えることにより、
前記被計測物に投影するパターン光の周期を変更可能に構成されていることを特徴とする投影装置。
A light source that emits predetermined light,
A pattern generation unit that converts the light incident from the light source into pattern light and emits the light.
A projection optical system for forming an image of the pattern light emitted from the pattern generation unit on the object to be measured,
The pattern generation unit,
A plurality of grid members having a grid pattern in which a light-transmitting portion that transmits light with a predetermined transmittance and a light-shielding portion that blocks at least a part of light are arranged alternately in a first direction (for example, a horizontal direction), While being arranged to face each other in a second direction (for example, a vertical direction) orthogonal to one direction,
By providing a grid moving means capable of changing the relative positional relationship of the plurality of grid members with respect to the first direction,
A projecting device, characterized in that the cycle of the pattern light projected onto the object to be measured can be changed.
尚、「格子部材」には、例えばガラスやアクリル樹脂などの透光素材により平板状又はフィルム状に形成された基材上に格子パターンが印刷(蒸着)形成されたものや、不透明樹脂や金属等を加工しスリット等を開口形成することにより格子パターンを形成したものなどが含まれる。 The "lattice member" is, for example, one in which a lattice pattern is printed (deposited) on a flat or film-shaped substrate made of a translucent material such as glass or acrylic resin, or an opaque resin or metal. Those in which a lattice pattern is formed by processing the above and forming openings such as slits are included.
上記手段1によれば、光源からの光をパターン光に変換するパターン生成部を複数の格子部材を用いて構成することにより、液晶格子等を用いた場合よりも明るいパターン光の投影が可能となる。
According to the
また、複数の格子部材の相対位置関係を変更する格子移動手段を備えることにより、格子部材を交換することなく、被計測物に投影するパターン光の周期(ピッチ)を変更することが可能となる。 Further, by providing the grating moving means for changing the relative positional relationship of the plurality of grating members, it is possible to change the cycle (pitch) of the pattern light projected on the object to be measured without replacing the grating member. ..
さらに、ガラス板等の基材上に格子パターンが印刷された既存の格子板など、安価な光学部材を用いることができるため、液晶素子等の高価な光学制御素子をパターン生成部として用いた場合に比べ、パターン生成部の製造コストを抑制することができる。 Furthermore, since an inexpensive optical member such as an existing lattice plate in which a lattice pattern is printed on a substrate such as a glass plate can be used, when an expensive optical control element such as a liquid crystal element is used as the pattern generation unit. It is possible to suppress the manufacturing cost of the pattern generation unit as compared with the above.
加えて、既存の液晶素子等を用いた場合のように、画素の制御を行う必要もなく、制御の簡素化を図ることができると共に、生成されるパターン光が微視的に不連続となることもないため、より理想的なパターン光を被計測物に対し投影することが可能となる。 In addition, unlike the case where an existing liquid crystal element or the like is used, it is not necessary to control the pixel, the control can be simplified, and the generated pattern light becomes microscopically discontinuous. Since this is not the case, it is possible to project a more ideal pattern light onto the object to be measured.
手段2.前記複数の格子部材に形成された格子パターンが同一であることを特徴とする手段1に記載の投影装置。
上記手段2によれば、同一の格子パターンを有する複数の格子部材を用いることにより、パターン生成部の構成の簡素化、格子部材の移動制御の簡素化、製造コストの増加抑制などを図ることができる。 According to the above means 2, by using a plurality of lattice members having the same lattice pattern, it is possible to simplify the configuration of the pattern generation unit, simplify the movement control of the lattice member, and suppress the increase in manufacturing cost. it can.
ここで、上記「格子パターンが同一」とは、前記第1方向における前記透光部の幅が同一であること、前記第1方向における前記遮光部の幅が同一であること、前記第1方向における前記透光部と前記遮光部の比が同一であること、並びに、前記第1方向における前記透光部及び前記遮光部の形成ピッチが同一であることを意味する。 Here, "the same lattice pattern" means that the width of the light transmitting portion in the first direction is the same, the width of the light shielding portion in the first direction is the same, the first direction. It means that the ratio of the light-transmitting portion and the light-shielding portion in is the same, and the formation pitch of the light-transmitting portion and the light-shielding portion in the first direction is the same.
尚、複数の格子部材の格子パターンを重ね合わせた合成格子パターンにおける透光部と遮光部の比に関しては、完全同一であることが好ましいが、略同一であってもよい。略同一となっていれば、パターン投影法を利用した三次元計測を行う上で十分な精度のパターン光を生成することは可能である。 It is preferable that the ratios of the light-transmitting portion and the light-shielding portion in the synthetic lattice pattern in which the lattice patterns of a plurality of lattice members are overlapped are completely the same, but they may be substantially the same. If they are substantially the same, it is possible to generate pattern light with sufficient accuracy for performing three-dimensional measurement using the pattern projection method.
手段3.前記パターン生成部は、
前記第2方向に相対向する2つの前記格子部材のうちの一方の格子部材における前記格子パターンの遮光部と、他方の格子部材における前記格子パターンの遮光部とが前記第1方向に連なるように、前記2つの格子部材を配置することにより、長周期のパターン光を生成可能に構成され、
前記一方の格子部材における前記格子パターンの遮光部と、前記他方の格子部材における前記格子パターンの遮光部とが前記第1方向に離間するように、前記2つの格子部材を配置することにより、短周期のパターン光を生成可能に構成されていることを特徴とする手段1又は2に記載の投影装置。
A light-shielding portion of the lattice pattern in one of the two lattice members facing each other in the second direction and a light-shielding portion of the lattice pattern in the other lattice member are continuous in the first direction. By arranging the two grating members, it is possible to generate long-period pattern light,
By arranging the two lattice members such that the light shielding portion of the lattice pattern of the one lattice member and the light shielding portion of the lattice pattern of the other lattice member are separated in the first direction, 3. The projection apparatus according to means 1 or 2, which is configured to be able to generate periodic pattern light.
上記手段3によれば、一方の格子部材の遮光部によって生成されるパターン光の暗部と、他方の格子部材の遮光部によって生成されるパターン光の暗部とが連なる長周期のパターン光、及び、一方の格子部材の遮光部によって生成されるパターン光の暗部と、他方の格子部材の遮光部によって生成されるパターン光の暗部とが離間する短周期のパターン光の2種類のパターン光を切換えて投影することができる。 According to the above means 3, the pattern light having a long period in which the dark portion of the pattern light generated by the light shielding portion of the one lattice member and the dark portion of the pattern light generated by the light shielding portion of the other lattice member are continuous, Switching between two types of pattern light of a short cycle, in which the dark portion of the pattern light generated by the light shielding portion of one grating member and the dark portion of the pattern light generated by the light shielding portion of the other grating member are separated from each other Can be projected.
手段4.前記パターン生成部は、
前記一方の格子部材における前記格子パターンの遮光部の第1方向一端側の端部位置と、他方の格子部材における前記格子パターンの遮光部の第1方向他端側の端部位置とが第1方向同一位置となるように、前記2つの格子部材を配置することにより、前記長周期のパターン光を生成可能に構成されていることを特徴とする手段3に記載の投影装置。
An end position on one end side in the first direction of the light shielding portion of the grid pattern in the one grid member and an end position on the other end side in the first direction of the light shielding portion of the grid pattern in the other grid member are first. 4. The projection apparatus according to
上記手段4によれば、長周期のパターン光、及び、短周期のパターン光の双方で、明部と暗部の比を同一とすることができる。結果として、より理想的なパターン光を被計測物に対し投影することが可能となる。 According to the above means 4, it is possible to make the ratio of the bright portion and the dark portion the same for both the long-period pattern light and the short-period pattern light. As a result, it becomes possible to project more ideal pattern light onto the object to be measured.
手段5.前記パターン生成部は、
前記一方の格子部材における前記格子パターンの遮光部の第1方向一端部を含む所定範囲と、前記他方の格子部材における前記格子パターンの遮光部の第1方向他端部を含む所定範囲とが前記第1方向に重なるように、前記2つの格子部材を配置することにより、前記長周期のパターン光を生成可能に構成されていることを特徴とする手段3に記載の投影装置。
The predetermined range including one end in the first direction of the light shielding portion of the lattice pattern in the one grid member, and the predetermined range including the other end in the first direction of the light shielding portion of the grid pattern in the other lattice member are 4. The projection apparatus according to
上記手段5によれば、相対向する2つの格子部材の遮光部の一部が重なることで、該両遮光部間からの光の漏れを低減することができる。結果として、より理想的なパターン光を被計測物に対し投影することが可能となる。 According to the above means 5, the light-shielding portions of the two lattice members facing each other are partially overlapped with each other, so that the leakage of light from between the both light-shielding portions can be reduced. As a result, it becomes possible to project more ideal pattern light onto the object to be measured.
手段6.前記複数の格子部材は、1つの固定された固定格子部材と、これに対し相対変位可能に設けられた少なくとも1つの可動格子部材とにより構成されていることを特徴とする手段1乃至5のいずれかに記載の投影装置。
上記手段6によれば、格子部材の移動制御の簡素化を図ると共に、固定格子部材があることにより、パターン光の投影位置(投影基準位置)を安定させることができる。 According to the above means 6, the movement control of the grating member can be simplified, and the projection position (projection reference position) of the pattern light can be stabilized by the fixed grating member.
手段7.前記遮光部は、透過率の異なる複数の部位から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投影装置。
Means 7. 7. The projection device according to any one of
上記手段7によれば、透過率の高い部位(例えば透光部)と、透過率の低い部位(例えば遮光部のうちの透過率がより低い部位)との間に、透過率が中程度の部位を設けることができ、より理想的なパターン光を被計測物に対し投影することが可能となる。 According to the above-mentioned means 7, between the portion having a high transmittance (for example, the light transmitting portion) and the portion having a low transmittance (for example, the portion having the lower transmittance in the light shielding portion), the transmittance is medium. A site can be provided, and more ideal pattern light can be projected onto the object to be measured.
手段8.前記パターン光として、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投影可能に構成されていることを特徴とする手段1乃至7のいずれかに記載の投影装置。
Means 8. 8. The projection device according to any one of
上記手段8によれば、縞状の光強度分布を有するパターン光を投影することにより、位相シフト法による三次元計測を行うことができる。結果として、三次元計測の計測精度の向上等を図ることができる。 According to the above means 8, the three-dimensional measurement by the phase shift method can be performed by projecting the pattern light having the striped light intensity distribution. As a result, it is possible to improve the measurement accuracy of the three-dimensional measurement.
位相シフト法のように、位相の異なるパターン光の下で撮像し取得した複数の画像データの輝度値の違いを基に三次元計測を行う構成においては、輝度値の誤差が僅かであっても、計測精度に多大な影響を与えるおそれがある。従って、本手段に係る構成の下において上記各手段の作用効果がより奏功することとなる。特に正弦波状の光強度分布を有するパターン光は、光強度分布(波形)が崩れやすいため、高い投影精度が要求される。 In the configuration such as the phase shift method in which the three-dimensional measurement is performed based on the difference in the brightness value of the plurality of image data acquired by capturing under the pattern light having different phases, even if the error in the brightness value is small, , The measurement accuracy may be greatly affected. Therefore, under the configuration according to the present means, the action and effect of each of the above means will be more successful. In particular, pattern light having a sinusoidal light intensity distribution is likely to collapse the light intensity distribution (waveform), and thus high projection accuracy is required.
手段9.手段1乃至8のいずれかに記載の投影装置と、
前記パターン光の投影された前記被計測物の所定範囲を撮像可能な撮像手段と、
前記撮像手段により撮像され取得された画像データを基に前記被計測物に係る三次元計測を実行可能な画像処理手段とを備えたことを特徴とする三次元計測装置。
An image capturing unit capable of capturing an image of a predetermined range of the measured object onto which the pattern light is projected;
A three-dimensional measuring device comprising: an image processing unit capable of performing three-dimensional measurement of the object to be measured based on the image data captured and acquired by the image capturing unit.
上記手段9によれば、手段1乃至8のいずれかに記載の投影装置から投影されるパターン光を利用して三次元計測を行うことができる。通常、パターン投影法を利用した三次元計測を行う際には、所定の光源から出射された光をパターン生成部において所定のパターン光に変換し、投影光学系を介して被計測物に対し投影する。そして、パターン光の投影された被計測物を撮像手段により撮像し、取得した画像データを基に被計測物の三次元計測を行う。
According to the
より具体的に、上記手段8に記載の投影装置から投影されるパターン光を利用して位相シフト法による三次元計測を行う三次元計測装置としては、
「手段8に記載の投影装置と、
前記パターン光の投影された前記被計測物の所定範囲を撮像可能な撮像手段と、
前記投影装置によって投影されるパターン光と、前記被計測物との相対位置関係(位相)を変化させるパターン光変位手段と、
前記パターン光と前記被計測物との相対位置関係が異なる状態で、前記撮像手段により撮像され取得された前記被計測物に係る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に係る三次元計測を実行可能な画像処理手段とを備えたことを特徴とする三次元計測装置。」が一例に挙げられる。
More specifically, as a three-dimensional measurement device that performs three-dimensional measurement by the phase shift method using the pattern light projected from the projection device according to the above means 8,
"A projection device according to means 8,
An image capturing unit capable of capturing an image of a predetermined range of the measured object onto which the pattern light is projected;
Pattern light displacing means for changing the relative positional relationship (phase) between the pattern light projected by the projection device and the object to be measured;
In a state where the relative positional relationship between the pattern light and the measured object is different, the measured object is related to the measured object by a phase shift method based on a plurality of image data of the measured object captured and captured by the imaging unit. A three-dimensional measuring apparatus, comprising: an image processing unit capable of performing three-dimensional measurement. Is given as an example.
尚、上記「被計測物」としては、例えばクリーム半田が印刷されたプリント基板などが挙げられる。つまり、上記各手段に記載の投影装置を用いることにより、プリント基板に印刷されたクリーム半田の三次元計測を行うことができる。ひいては、クリーム半田の検査において、その計測値に基づいてクリーム半田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、半田印刷検査装置における検査精度の向上を図ることができる。 Examples of the "measurement object" include a printed circuit board on which cream solder is printed. That is, by using the projection device described in each of the above means, it is possible to perform three-dimensional measurement of the cream solder printed on the printed circuit board. As a result, in the inspection of the cream solder, the quality of the cream solder can be judged based on the measured value. Therefore, in such an inspection, the effects of each of the above-described means are exhibited, and it is possible to accurately determine the quality. As a result, it is possible to improve the inspection accuracy in the solder printing inspection device.
〔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。まず本実施形態において被計測物となるプリント基板1の構成について詳しく説明する(図2,3参照)。図2は、プリント基板1の概略構成を示す平面模式図である。図3は、プリント基板1の断面模式図である。
[First Embodiment]
Hereinafter, an embodiment will be described with reference to the drawings. First, the configuration of the printed
図2,3に示すように、プリント基板1は、ガラスエポキシ樹脂等からなる平板状のベース基板2の表面上に、銅箔からなる電極パターン3Aやランド3Bが形成されてなる。ベース基板2の表面上には、ランド3B及びその近傍を除く部分にレジスト膜4がコーティングされている。そして、ランド3B上にクリーム半田5が印刷される。
As shown in FIGS. 2 and 3, the printed
尚、本実施形態に係るプリント基板1は、例えば電気自動車などに搭載される車載用プリント基板であって、インバータ回路など、比較的大きな負荷電流が流れる電子部品が実装されるパワー回路部PAや、これを制御する制御回路など、比較的小さな信号電流が流れる電子部品が実装される制御回路部PBが混在した構成となっている。
The printed
次に、本実施形態における三次元計測装置を構成する基板検査装置10について詳しく説明する(図1参照)。図1は、基板検査装置10の概略構成を示す模式図である。以下、図1の紙面左右方向を「X軸方向」とし、紙面前後方向を「Y軸方向」とし、紙面上下方向(鉛直方向)を「Z軸方向」として説明する。
Next, the
基板検査装置10は、プリント基板1に印刷されたクリーム半田5の印刷状態を検査する半田印刷検査装置である。基板検査装置10は、プリント基板1の搬送や位置決め等を行う搬送機構11と、プリント基板1の検査を行うための検査ユニット12と、搬送機構11や検査ユニット12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13(図6参照)とを備えている。
The
搬送機構11は、プリント基板1の搬送方向(Y軸方向)に沿って配置された一対の搬送レール11aと、各搬送レール11aに対し回転可能に配設された無端のコンベアベルト11bと、該コンベアベルト11bを駆動するモータ等の駆動手段(図示略)と、プリント基板1を所定位置に位置決めするためのチャック機構(図示略)と備え、制御装置13により駆動制御される。
The
上記構成の下、基板検査装置10へ搬入されたプリント基板1は、搬送方向と直交する幅方向(X軸方向)の両側縁部がそれぞれ搬送レール11aに挿し込まれると共に、コンベアベルト11b上に載置される。続いて、コンベアベルト11bが動作を開始し、プリント基板1が所定の検査位置まで搬送される。プリント基板1が検査位置に達すると、コンベアベルト11bが停止すると共に、チャック機構が作動する。このチャック機構の動作により、コンベアベルト11bが押し上げられ、コンベアベルト11bと搬送レール11aの上辺部によってプリント基板1の両側縁部が挟持された状態となる。これにより、プリント基板1が検査位置に位置決め固定される。検査が終了すると、チャック機構による固定が解除されると共に、コンベアベルト11bが動作を開始する。これにより、プリント基板1は、基板検査装置10から搬出される。勿論、搬送機構11の構成は、上記形態に限定されるものではなく、他の構成を採用してもよい。
Under the above configuration, the printed
検査ユニット12は、プリント基板1の搬送路(一対の搬送レール11a)の上方に配設されている。検査ユニット12は、プリント基板1上の所定の検査範囲に対し斜め上方から縞パターンW(図4参照)を投影する投影装置14と、該縞パターンWの投影されたプリント基板1上の所定の検査範囲を真上から撮像する撮像手段としてのカメラ15と、X軸方向への移動を可能とするX軸移動機構16(図6参照)と、Y軸方向への移動を可能とするY軸移動機構17(図6参照)とを備え、制御装置13により駆動制御される。
The
尚、図2に示すように、プリント基板1上の所定の検査範囲は、カメラ15の撮像視野(撮像範囲)Kの大きさを1単位としてプリント基板1上に予め設定された複数のエリア(検査範囲「1」〜「15」)のうちの1つのエリアである。
As shown in FIG. 2, the predetermined inspection range on the printed
制御装置13は、X軸移動機構16及びY軸移動機構17を駆動制御することにより、検査ユニット12(撮像視野K)を、検査位置に位置決め固定されたプリント基板1上の任意の検査範囲の上方位置へ移動することができる。そして、プリント基板1上に設定された複数の検査範囲に検査ユニット12を順次移動させつつ、各検査範囲に係る検査処理を実行していくことで、プリント基板1全域に係る半田印刷検査を実行する構成となっている。
The
投影装置14は、図5に示すように、所定の光を発する光源19と、該光源19からの光を縞パターンWに変換するパターン生成部としての格子ユニット20と、該格子ユニット20により生成された縞パターンWをプリント基板1上に結像する投影光学系としての投影レンズユニット21と、格子ユニット20を変位させ、プリント基板1に投影される縞パターンWの位相を変化させるための格子ユニット移動機構22(図7参照)とを備え、制御装置13により駆動制御される。
As shown in FIG. 5, the
投影装置14は、その光軸J1がX−Z平面に平行し、かつ、Z軸方向に対し所定角度α(例えば30°)傾斜するように配置されている。
The
光源19は、白色光を出射するハロゲンランプにより構成されている。光源19から出射された光は、図示しない前処理レンズ群等を介して平行光化された状態で光軸J1に沿って格子ユニット20に入射する。
The
ここで、格子ユニット20の構成について図7を参照して詳しく説明する。図7は格子ユニット20の概略構成を示す模式図である。
Here, the configuration of the
尚、格子ユニット20単体について説明する際には、便宜上、図7の紙面左右方向を「X´軸方向」とし、紙面前後方向を「Y´軸方向」とし、紙面上下方向を「Z´軸方向」として説明する。
When describing the
但し、格子ユニット20単体を説明するための座標系(X´,Y´,Z´)と、基板検査装置10(投影装置14)全体を説明するための座標系(X,Y,Z)は異なる座標系である。ここで、「X´軸方向」が本実施形態における「第1方向」に相当し、「Z´軸方向」が「第2方向」に相当する。
However, the coordinate system (X′, Y′, Z′) for explaining the
図7に示すように、格子ユニット20は、その外殻を構成する本体ケース部24と、該本体ケース部24内に設けられた固定格子部材としての固定格子板25及び可動格子部材としての可動格子板26と、該固定格子板25に対し可動格子板26を相対変位させ、プリント基板1に投影される縞パターンWの周期を変更するための格子板移動機構(パターン周期変更機構)27とを備えている。格子板移動機構27が本実施形態における格子移動手段を構成する。
As shown in FIG. 7, the
本体ケース部24は、透光性を有しており、その表面が、光源19から出射された光を格子ユニット20内部に入射させる格子ユニット20の入射面20aとなり、その裏面が、格子ユニット20内部を透過した光(縞パターンW)を出射させる格子ユニット20の出射面20bとなる。
The main
固定格子板25及び可動格子板26は、格子ユニット20の入射面20a及び出射面20bに直交する自身の光軸J3(Z´軸方向となる図7の上下方向)に対し相対向するように配設されている。
The fixed grating
固定格子板25は、本体ケース部24に対し相対変位不能に固定されている。一方、可動格子板26は、光軸J3と直交するX´軸方向(図7の左右方向)に沿って変位可能に設けられている。
The fixed
格子板移動機構27は、可動格子板26のX´軸方向一方側(図7左側)に設けられかつ該可動格子板26を他方側(図7右側)に向け付勢する付勢手段としてのバネ部材27aと、可動格子板26のX´軸方向他方側に設けられかつ該可動格子板26をX´軸方向に沿ってスライド変位させる駆動手段としてのソレノイド27bとを備え、制御装置13により駆動制御される。
The lattice
各格子板25,26には、所定の透過率で光を透過する透光部31と、少なくとも一部の光を遮る遮光部32とがX´軸方向に交互に並ぶように配置構成された格子パターン30が形成されている〔図8(a),(b)参照〕。図8(a),(b)は、固定格子板25及び可動格子板26の相対位置関係の変化を説明するための模式図である。
On each of the
具体的に、本実施形態の各格子板25,26においては、所定の透光素材(例えばガラスやアクリル樹脂等)により平板状又はフィルム状に形成された基材28上に、遮光部32がX´軸方向に所定間隔で印刷(蒸着)形成されることにより、格子パターン30が形成されている。
Specifically, in each of the
そして、本実施形態では、格子パターン30の印刷面(格子面)が光源19側、すなわち光の入射側に向くように各格子板25,26が配置されている〔図8(a),(b)参照〕。但し、図7においては、分かりやすくするため、遮光部32に対応する部位について、各格子板25,26の表面のみならず、各格子板25,26の厚み方向全域を黒塗りして示している(後述する図9〜図14についても同様)。
In the present embodiment, the
また、本実施形態では、固定格子板25及び可動格子板26に形成された格子パターン30が同一となっている。つまり、両格子板25,26において、X´軸方向における透光部31の幅が同一となり、X´軸方向における遮光部32の幅が同一となり、X´軸方向における透光部31と遮光部32の比が同一となり、並びに、X´軸方向における透光部31及び遮光部32の形成ピッチが同一となっている。
Further, in the present embodiment, the
具体的に、本実施形態に係る各格子板25,26では、X´軸方向における透光部31の幅が「600(30×20)μm」、X´軸方向における遮光部32の幅が「200(10×20)μm」に設定され、透光部31と遮光部32の比が「3:1」となっている〔図9(a),(b)参照〕。尚、図9における透光部31及び遮光部32の幅の表記態様は、後述する図10〜図14に示す他の実施形態と比較しやすい表記態様としている。
Specifically, in each of the
上記構成の下、格子ユニット20は、生成する縞パターンWを、周期(縞ピッチ)の異なる2種類の縞パターンWに切換えることができる。
With the above configuration, the
具体的に、本実施形態では、第1周期800μm(高さ分解能8μm)の第1縞パターンW1と、第2周期400μm(高さ分解能4μm)の第2縞パターンW2の2種類の縞パターンWに切換えることができる。「第1周期800μm」が本実施形態における「長周期」に相当し、「第2周期400μm」が「短周期」に相当する。
Specifically, in the present embodiment, two types of stripe patterns W, a first stripe pattern W1 having a first cycle of 800 μm (height resolution 8 μm) and a second stripe pattern W2 having a second cycle of 400 μm (
ここで、長周期の第1縞パターンW1を生成する場合には、格子板移動機構27を駆動制御して可動格子板26をX´軸方向にスライド変位させ、図9(a)に示すように、固定格子板25側の遮光部32のX´軸方向一端部(右端部)の位置に、可動格子板26側の遮光部32のX´軸方向他端部(左端部)を位置合わせする。
Here, in the case of generating the first striped pattern W1 having a long period, the lattice
この結果、格子ユニット20には、両格子板25,26の格子パターン30を重ね合わせた合成格子パターンとして、X´軸方向における透光部の幅が「400(20×20)μm」、X´軸方向における遮光部の幅が「400(20×20)μm」、透光部と遮光部の比が「1:1」となる仮想の格子パターンが形成されることとなる。
As a result, in the
そして、この合成格子パターンにより、第1周期800μmの第1縞パターンW1が生成される。かかる第1縞パターンW1がプリント基板1上に投影されることにより、0μm〜800μmの高さ範囲内にあるクリーム半田5を「8μm」刻みの精度で計測することができる。
Then, the first stripe pattern W1 having the first period of 800 μm is generated by the synthetic lattice pattern. By projecting the first striped pattern W1 on the printed
尚、通常、格子を通過する光は完全な平行光でなく、透光部及び遮光部の境界部における回折作用等に起因して、投影される縞パターンの「明部」及び「暗部」の境界部に中間階調域が生じることとなる。そのため、プリント基板1に対し投影される縞パターンWは、プリント基板1の搬送方向(Y軸方向)と直交する方向(X軸方向)に沿って正弦波状の光強度分布を有するパターン光となる(図4参照)。
It should be noted that the light passing through the grating is not a perfect parallel light, and the "bright part" and "dark part" of the projected stripe pattern are caused by the diffraction effect at the boundary between the light transmitting part and the light shielding part. An intermediate gradation area is generated at the boundary. Therefore, the striped pattern W projected on the printed
但し、図4及び図9では、簡略化のため、中間階調域を省略し、明暗2値の縞模様で縞パターンWを図示している。従って、図9における縞パターンWの明部及び暗部の幅の表記は、合成格子パターンにおける透光部及び遮光部の幅を示したものである(後述する図10〜図14においても同様)。 However, in FIG. 4 and FIG. 9, for simplification, the intermediate gradation region is omitted, and the striped pattern W is illustrated as a bright and dark binary striped pattern. Therefore, the notation of the width of the bright portion and the dark portion of the striped pattern W in FIG. 9 indicates the width of the light-transmitting portion and the light-shielding portion in the composite lattice pattern (the same applies to FIGS. 10 to 14 described later).
一方、短周期の第2縞パターンW2を生成する場合には、格子板移動機構27を駆動制御して可動格子板26をX´軸方向にスライド変位させ、図9(b)に示すように、可動格子板26側の遮光部32を固定格子板25側の透光部31のX´軸方向中央部に位置合わせする。
On the other hand, when the second striped pattern W2 having a short cycle is generated, the lattice
この結果、格子ユニット20には、両格子板25,26の格子パターン30を重ね合わせた合成格子パターンとして、X´軸方向における透光部の幅が「200(10×20)μm」、X´軸方向における遮光部の幅が「200(10×20)μm」、透光部と遮光部の比が「1:1」となる仮想の格子パターンが形成されることとなる。
As a result, in the
そして、この合成格子パターンにより、第2周期400μmの第2縞パターンW2が生成される。かかる第2縞パターンW2がプリント基板1上に投影されることにより、0μm〜400μmの高さ範囲内にあるクリーム半田5を「4μm」刻みの精度で計測することができる。
Then, the second grid pattern W2 having the second cycle of 400 μm is generated by the combined grid pattern. By projecting the second striped pattern W2 on the printed
尚、本実施形態では、投影光学系(投影レンズユニット21)の投影倍率を1倍とした例を示したが、投影倍率は、これに限定されるものではない。投影倍率によって、各格子板25,26上での格子パターン30のサイズ(格子ユニット20の出射面20bにおける合成格子パターンのサイズ)と、プリント基板1上に投影される縞パターンWのサイズは変化する。
In the present embodiment, the example in which the projection magnification of the projection optical system (projection lens unit 21) is set to 1 is shown, but the projection magnification is not limited to this. Depending on the projection magnification, the size of the
また、格子ユニット20を変位させる格子ユニット移動機構22は、図7に示すように、格子ユニット20のX´軸方向一方側(図7左側)に設けられかつ該格子ユニット20を他方側(図7右側)に向け付勢する付勢手段としてのバネ部材22aと、格子ユニット20のX´軸方向他方側に設けられかつ該格子ユニット20をX´軸方向に沿ってスライド変位させる駆動手段としてのピエゾ素子22bとを備え、制御装置13により駆動制御される。格子ユニット移動機構22が本実施形態におけるパターン光変位手段を構成する。
Further, as shown in FIG. 7, a lattice
図5の説明に戻り、投影レンズユニット21は、入射側レンズ35及び出射側レンズ36を有し、これら両レンズ35,36により両側テレセントリック光学系(両側テレセントリックレンズ)として構成されている。
Returning to the description of FIG. 5, the
ここで、入射側レンズ35は、格子ユニット20から出射された光(縞パターンW)を集光するものであり、入射側で光軸J1と主光線とが平行となるテレセントリック構造を有する。
Here, the
出射側レンズ36は、入射側レンズ35を透過した光(縞パターンW)の像をプリント基板1上に結像させるためのものであり、出射側で光軸J1と主光線とが平行となるテレセントリック構造を有する。
The
さらに、本実施形態に係る投影装置14においては、プリント基板1上に投影される縞パターンWが投影範囲(本実施形態では撮像視野Kと同一範囲)全域において合焦するように、光軸J1に対し格子ユニット20(光軸J3)が傾くように設定されている(図5,図7参照)。
Further, in the
具体的には、プリント基板1に対して、格子ユニット20の出射面(合成格子面)20b及び投影レンズユニット21の主面がシャインプルーフの条件を満たすように設定されている。
Specifically, with respect to the printed
ここで、シャインプルーフの原理について図5を参照して説明する。シャインプルーフの原理とは、格子ユニット20の出射面20bを含む平面S1と、投影レンズユニット21の主面を含む平面S2とが同一直線C(図5上の点Cにおける紙面に垂直な直線)上で交わる場合、縞パターンWが合焦状態で投影される物体面S3も同一直線C上で交わるというものである。従って、このようなシャインプルーフの原理に基づく条件は、格子ユニット20の出射面20bを含む平面S1と、投影レンズユニット21の主面を含む平面S2と、プリント基板1の表面(投影面)を含む平面S3が同一直線C上で互いに交わることである。
Here, the principle of Scheimpflug will be described with reference to FIG. The Scheimpflug principle is that a plane S1 including the
上記構成の下、投影装置14において、光源19から出射された光は、格子ユニット20の入射面20aに対し入射する。格子ユニット20内を透過した光は、格子ユニット20の出射面20bから縞パターンWとして出射される。そして、投影レンズユニット21を介してプリント基板1上に投影される。これにより、本実施形態では、図4に示すように、プリント基板1の搬送方向(Y軸方向)に平行な縞パターンWが投影されることとなる。
With the above configuration, in the
カメラ15は、図1に示すように、複数の受光素子が二次元配列された受光面を有する撮像素子15aと、該撮像素子15aに対し、縞パターンWが投影されたプリント基板1の撮像視野Kの像を結像させる撮像光学系としての撮像レンズユニット15bとを有し、その光軸J2がプリント基板1の上面に垂直な鉛直方向(Z軸方向)に沿って設定されている。本実施形態では、撮像素子15aとしてCCDエリアセンサを採用している。
As shown in FIG. 1, the
撮像レンズユニット15bは、物体側レンズ、開口絞り、像側レンズ等を一体に備えた両側テレセントリックレンズ(両側テレセントリック光学系)により構成されている。但し、図1においては、簡素化のため、撮像レンズユニット15bを1つのレンズとして図示している。
The
ここで、物体側レンズは、プリント基板1からの反射光を集光するものであり、物体側で光軸J2と主光線とが平行となるテレセントリック構造を有する。また、像側レンズは、物体側レンズから開口絞りを透過した光を撮像素子15aの受光面に結像させるためのものであり、像側で光軸J2と主光線とが平行となるテレセントリック構造を有する。
Here, the object side lens collects the reflected light from the printed
カメラ15によって撮像され取得された画像データは、随時、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13に入力され、後述する画像データ記憶装置44に記憶される。そして、制御装置13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。制御装置13が本実施形態における画像処理手段を構成する。
The image data captured and acquired by the
次に制御装置13の電気的構成について図6を参照して説明する。図6は、基板検査装置10の電気的構成を示すブロック図である。
Next, the electrical configuration of the
図6に示すように、制御装置13は、基板検査装置10全体の制御を司るマイクロコンピュータ41、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42、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43、カメラ15により撮像され取得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44、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45、ガーバ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46などを備えている。
As shown in FIG. 6, the
マイクロコンピュータ41は、演算手段としてのCPU41aや、各種プログラムを記憶するROM41b、演算データや入出力データなどの各種データを一時的に記憶するRAM41cなどを備え、上記各装置42〜46等と電気的に接続されている。そして、これら各装置42〜46等との間で各種データや信号の入出力制御を行う機能を有する。
The
設定データ記憶装置46には、プリント基板1に設定された複数の検査範囲、並びに、これらに対するカメラ15の撮像視野Kの移動順序に関する情報などが記憶されている。ここで「撮像視野Kの移動順序」とは、プリント基板1上に設定された複数の検査範囲について、いかなる順序でカメラ15の撮像視野Kを移動させていくかを定めたものである。
The setting
尚、プリント基板1に係る複数の検査範囲並びにこれらに対する撮像視野Kの移動順序の設定は、ガーバデータ等を基にして事前に所定のプログラムにより自動で又は作業者により手動で行われる。
The plurality of inspection ranges on the printed
例えば図2に示した例では、右上コーナー部の検査範囲を起点として撮像視野Kの移動順序(検査順序)が設定されている。尚、図2において二点鎖線枠により囲まれた範囲が撮像視野K(検査範囲)を示し、この枠内に付された丸付き数字「1」〜「15」が検査順序を示す。また、図2においては、撮像視野Kの移動方向(移動経路)を点線矢印で示している。 For example, in the example shown in FIG. 2, the movement order (inspection order) of the imaging visual field K is set with the inspection range in the upper right corner as a starting point. In FIG. 2, the area surrounded by the chain double-dashed line frame indicates the imaging visual field K (inspection range), and the circled numbers “1” to “15” in the frame indicate the inspection order. Further, in FIG. 2, the moving direction (moving path) of the imaging visual field K is indicated by a dotted arrow.
次に基板検査装置10により行われるプリント基板1の検査ルーチンについて詳しく説明する。かかる検査ルーチンは、制御装置13(マイクロコンピュータ41)により実行されるものである。
Next, the inspection routine of the printed
上述したように、基板検査装置10へ搬入されたプリント基板1が所定の検査位置に位置決め固定されると、制御装置13は、まずプリント基板1の位置検出処理を実行する。
As described above, when the printed
より詳しくは、制御装置13は、プリント基板1上に付された位置決め用マーク(図示略)を検出し、該検出したマークの位置情報(座標)と、ガーバデータに記憶されたマークの位置情報(座標)とを基に、プリント基板1の位置情報(傾きや位置ズレなど)を算出する。これにより、プリント基板1の位置検出処理を終了する。そして、このプリント基板1の位置情報を基に、検査ユニット12(カメラ15)とプリント基板1との相対位置関係のズレを補正する補正処理を実行する。
More specifically, the
その後、設定データ記憶装置46に記憶された検査順序に従って、検査ユニット12をプリント基板1上の「1」番目の検査範囲に対応する位置へ移動させる移動処理を実行する。
After that, according to the inspection order stored in the setting
この間、制御装置13は、設定データ記憶装置46に記憶されたガーバデータに基づき、「1」番目の検査範囲に投影する縞パターンWの周期を該検査範囲に対応した周期に調整する処理を実行する。
During this time, the
図2に示すように、本実施形態では、「1」番目の検査範囲が制御回路部PBとなっているため、ここでは短周期の第2縞パターンW2に設定する。 As shown in FIG. 2, in the present embodiment, the “1”-th inspection range is the control circuit unit PB, and therefore the second stripe pattern W2 having a short cycle is set here.
検査ユニット12の移動処理が完了し、カメラ15の撮像視野Kがプリント基板1上の「1」番目の検査範囲に合わせられると、投影装置14から第2縞パターンW2を投影して、プリント基板1上の「1」番目の検査範囲に係る検査処理を実行する。かかる検査処理の詳細については後述する(他の検査範囲に係る検査処理についても同様)。
When the moving process of the
その後、プリント基板1上の「1」番目の検査範囲に係る検査処理が終了すると、設定データ記憶装置46に記憶された検査順序に従って、検査ユニット12をプリント基板1上の「2」番目の検査範囲に対応する位置へ移動させる移動処理を開始する。
After that, when the inspection process related to the “1”-th inspection range on the printed
この間、制御装置13は、上記同様、「2」番目の検査範囲に投影する縞パターンWの周期を該検査範囲に対応した周期に調整(変更)する処理を実行する。
During this time, the
図2に示すように、本実施形態では、「2」番目の検査範囲がパワー回路部PAとなっているため、ここでは長周期の第1縞パターンW1に設定する。 As shown in FIG. 2, in the present embodiment, the “2”-th inspection range is the power circuit unit PA, so here, the first stripe pattern W1 having a long period is set.
検査ユニット12の移動処理が完了し、カメラ15の撮像視野Kがプリント基板1上の「2」番目の検査範囲に合わせられると、投影装置14から第1縞パターンW1を投影して、プリント基板1上の「2」番目の検査範囲に係る検査処理を実行する。
When the moving process of the
その後、プリント基板1上の「2」番目の検査範囲に係る検査処理が終了すると、設定データ記憶装置46に記憶された検査順序に従って、検査ユニット12をプリント基板1上の「3」番目の検査範囲に対応する位置へ移動させる移動処理を開始する。
After that, when the inspection process related to the "2"th inspection range on the printed
以降同様に、プリント基板1上の「3」番目〜「15」番目の検査範囲ついて、該検査範囲に対応する縞パターンW(第1縞パターンW1又は第2縞パターンW2)によって検査処理が実行されることにより、プリント基板1全体に係る半田印刷検査が終了する。
Similarly, thereafter, the inspection processing is executed for the “3”th to “15th” inspection ranges on the printed
次にプリント基板1の各検査範囲にて行われる検査処理について説明する。かかる検査処理は、制御装置13(マイクロコンピュータ41)によって実行されるものである。
Next, the inspection process performed in each inspection range of the printed
本実施形態では、各検査範囲について、投影装置14から投影される縞パターンWの位相を変化させつつ、位相の異なる縞パターンWの下で4回の撮像処理を行うことにより、光強度分布の異なる4通りの画像データを取得する。以下、詳しく説明する。
In the present embodiment, for each inspection range, while changing the phase of the stripe pattern W projected from the
上述したように、制御装置13は、まずX軸移動機構16及びY軸移動機構17を駆動制御して検査ユニット12を移動させ、カメラ15の撮像視野Kをプリント基板1の所定の検査範囲に位置合わせする。同時に、投影装置14の格子ユニット20を移動制御し、該格子ユニット20の位置を所定の基準位置(例えば位相「0°」の位置)に設定する。
As described above, the
格子ユニット20の位置決めが完了すると、制御装置13は、投影装置14の光源19を発光させ、所定の縞パターンW(第1縞パターンW1又は第2縞パターンW2)を投影すると共に、カメラ15を駆動制御して、該縞パターンWの下での1回目の撮像処理を実行する。
When the positioning of the
その後、制御装置13は、所定の縞パターンWの下での1回目の撮像処理の終了と同時に、光源19を消灯すると共に、格子ユニット20の移動処理を実行する。具体的には、格子ユニット20の位置を前記基準位置から、縞パターンWの位相が4分の1ピッチ(90°)ずれる第2の位置へ移動させる。
After that, the
格子ユニット20の移動処理が完了すると、制御装置13は、光源19を発光させ、所定の縞パターンWを投影すると共に、カメラ15を駆動制御して、該縞パターンWの下での2回目の撮像処理を実行する。
When the moving process of the
以後、同様の処理を繰り返し行うことで、90°ずつ(4分の1ピッチずつ)位相の異なる縞パターンWの下で光強度分布の異なる4通りの画像データを取得する。これにより、正弦波状の光強度分布を有する縞パターンWの位相を90°ずつシフトさせた4通りの画像データを取得することができる。 After that, by repeating the same process, four types of image data having different light intensity distributions are acquired under the stripe pattern W having different phases by 90° (each quarter pitch). This makes it possible to acquire four types of image data in which the phase of the fringe pattern W having a sinusoidal light intensity distribution is shifted by 90°.
そして、制御装置13は、上記のように取得した4通りの画像データ(各座標の4通りの輝度値)を基に公知の位相シフト法によりクリーム半田5の三次元計測(各座標の高さ計測)を行い、かかる計測結果を演算結果記憶装置45に記憶する。
Then, the
ここで、公知の位相シフト法について説明する。上記4通りの画像データにおけるプリント基板1上の所定座標位置の光強度(輝度)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。
Here, a known phase shift method will be described. Light intensities (luminances) I0, I1, I2, and I3 at predetermined coordinate positions on the printed
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:縞パターンの位相。
I0=αsinθ+β (1)
I1=αsin(θ+90°)+β=αcos θ+β (2)
I2=αsin(θ+180°)+β=−αsinθ+β (3)
I3=αsin(θ+270°)+β=−αcos θ+β (4)
However, α: gain, β: offset, θ: phase of fringe pattern.
そして、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。 Then, by solving the above equations (1), (2), (3), and (4) for the phase θ, the following equation (5) can be derived.
θ=tan-1{(I0−I2)/(I1−I3)} ・・(5)
このように算出された位相θを用いることにより、三角測量の原理に基づき、プリント基板1上の各座標(X,Y)における高さ(Z)を求めることができる。
θ=tan −1 {(I0-I2)/(I1-I3)} ··· (5)
By using the phase θ calculated in this way, the height (Z) at each coordinate (X, Y) on the printed
次に、制御装置13は、上記のようにして得られた三次元計測結果(各座標における高さデータ)に基づき、クリーム半田5の印刷状態の良否判定処理を行う。具体的に、制御装置13は、上記のように得られた検査範囲の計測結果に基づいて、各検査範囲(パワー回路部PA、制御回路部PB)ごとに定められた高さ基準面より所定長以上、高くなったクリーム半田5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5の量を算出する。
Next, the
続いて、制御装置13は、このようにして求めたクリーム半田5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46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、その検査範囲におけるクリーム半田5の印刷状態の良否を判定する。
Subsequently, the
上記4通りの画像データの取得後、上記良否判定処理が行われている間に、制御装置13は、検査ユニット12を次の検査範囲へと移動させる。以降、上記一連の処理が、プリント基板1上の全ての検査範囲で繰り返し行われることで、プリント基板1全体に係る半田印刷検査が終了する。
After the acquisition of the four types of image data, the
以上詳述したように、本実施形態によれば、投影装置14からプリント基板1に対し縞パターンWを投影すると共に、該縞パターンWの位相を異ならせた4通りの画像データを取得し、これらの画像データを基に位相シフト法によるプリント基板1の三次元計測が行われる。
As described above in detail, according to the present embodiment, the
この際、本実施形態では、プリント基板1上の検査範囲の凹凸度合いに応じて、投影装置14から投影する縞パターンWの周期(ピッチ)を変更する構成となっている。具体的には、長周期の第1縞パターンW1と、短周期の第2縞パターンW2の2種類の縞パターンWを切換えて投影する。
At this time, in this embodiment, the cycle (pitch) of the stripe pattern W projected from the
特に本実施形態に係る投影装置14によれば、光源19からの光を縞パターンWに変換するパターン生成部として格子ユニット20(格子板25,26)を用いることにより、液晶格子等を用いた場合よりも明るい縞パターンWの投影が可能となる。
Particularly, according to the
また、2枚の格子板25,26の相対位置関係を変更する格子板移動機構27を備えることにより、格子板25,26を交換することなく、プリント基板1に投影する縞パターンWの周期を変更することが可能となる。
Further, by providing the grid
さらに、本実施形態では、ガラス板等の基材28上に格子パターン30が印刷された既存の格子板25,26など、安価な光学部材を用いることができるため、液晶素子等の高価な光学制御素子をパターン生成部として用いた場合に比べ、パターン生成部の製造コストを抑制することができる。
Further, in the present embodiment, since inexpensive optical members such as the existing
加えて、既存の液晶素子等を用いた場合のように、画素の制御を行う必要もなく、制御の簡素化を図ることができると共に、生成される縞パターンWが微視的に不連続となることもないため、より理想的な縞パターンWをプリント基板1に対し投影することが可能となる。
In addition, unlike the case where an existing liquid crystal element or the like is used, it is not necessary to control the pixels, the control can be simplified, and the generated stripe pattern W is microscopically discontinuous. Therefore, the more ideal stripe pattern W can be projected onto the printed
〔第2実施形態〕
次に第2実施形態について図10を参照して詳しく説明する。尚、上記第1実施形態と重複する部分については、同一の部材名称、同一の符号を用いる等してその詳細な説明を省略するとともに、以下には第1実施形態と相違する部分を中心として説明することとする(後述する第3実施形態から第6実施形態についても同様)。
[Second Embodiment]
Next, the second embodiment will be described in detail with reference to FIG. In addition, about the part which overlaps with the said 1st Embodiment, the detailed description is abbreviate|omitted using the same member name and the same code|symbol, and below, focusing on the part different from 1st Embodiment. This will be described (the same applies to the third to sixth embodiments described later).
本実施形態に係る固定格子板25及び可動格子板26では、X´軸方向における透光部31の幅が「580(29×20)μm」、X´軸方向における遮光部32の幅が「220(11×20)μm」に設定され、透光部31と遮光部32の比が「29:11」となっている〔図10(a),(b)参照〕。
In the fixed
そして、長周期の第1縞パターンW1を生成する場合には、格子板移動機構27を駆動制御して可動格子板26をX´軸方向にスライド変位させ、図10(a)に示すように、固定格子板25側の遮光部32のX´軸方向一端部(右端部)を含む所定範囲と、可動格子板26側の遮光部32のX´軸方向他端部(左端部)を含む所定範囲とが、X´軸方向に重なるように位置合わせする。
When the first striped pattern W1 having a long period is generated, the lattice
この結果、格子ユニット20には、両格子板25,26の格子パターン30を重ね合わせた合成格子パターンとして、X´軸方向における透光部の幅が「400(20×20)μm」、X´軸方向における遮光部の幅が「400(20×20)μm」、透光部と遮光部の比が「1:1」となる仮想の格子パターンが形成されることとなる。そして、この合成格子パターンにより、第1周期800μmの第1縞パターンW1が生成される。
As a result, in the
一方、短周期の第2縞パターンW2を生成する場合には、格子板移動機構27を駆動制御して可動格子板26をX´軸方向にスライド変位させ、図10(b)に示すように、可動格子板26側の遮光部32を固定格子板25側の透光部31のX´軸方向中央部に位置合わせする。
On the other hand, when the second striped pattern W2 having a short cycle is generated, the lattice
この結果、格子ユニット20には、両格子板25,26の格子パターン30を重ね合わせた合成格子パターンとして、X´軸方向における透光部の幅が「180(9×20)μm」、X´軸方向における遮光部の幅が「220(11×20)μm」、透光部と遮光部の比が「9:11」となる仮想の格子パターンが形成されることとなる。そして、この合成格子パターンにより、第2周期400μmの第2縞パターンW2が生成される。
As a result, in the
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。 As described in detail above, according to this embodiment, the same operational effects as those of the above-described first embodiment are exhibited.
特に本実施形態によれば、長周期の第1縞パターンW1を生成する際に、固定格子板25側の遮光部32の一部と、可動格子板26側の遮光部32の一部とが重なることで、光の漏れを抑制することができる。結果として、より理想的な縞パターンWをプリント基板1に対し投影することが可能となる。
In particular, according to the present embodiment, when the long-period first stripe pattern W1 is generated, a part of the
尚、本実施形態では、短周期の第2縞パターンW2を生成する際、合成格子パターンにおける透光部と遮光部の比が「1:1」の完全同一となっていないが、その比が「9:11」のように略同一となっていれば、位相シフト法による三次元計測を行う上で十分な精度の正弦波状の光強度分布を有する縞パターンWを生成することができる。 In the present embodiment, when the second striped pattern W2 having a short cycle is generated, the ratio of the light-transmitting portion and the light-shielding portion in the synthetic grating pattern is not “1:1”, but the ratio is not the same. If they are substantially the same as "9:11", it is possible to generate the fringe pattern W having a sinusoidal light intensity distribution with sufficient accuracy for performing three-dimensional measurement by the phase shift method.
〔第3実施形態〕
次に第3実施形態について図11を参照して詳しく説明する。本実施形態に係る固定格子板25及び可動格子板26では、X´軸方向における透光部31の幅が「600(30×20)μm」、X´軸方向における遮光部32の幅が「200(10×20)μm」に設定され、透光部31と遮光部32の比が「3:1」となっている〔図11(a),(b)参照〕。
[Third Embodiment]
Next, a third embodiment will be described in detail with reference to FIG. In the fixed
そして、長周期の第1縞パターンW1を生成する場合には、格子板移動機構27を駆動制御して可動格子板26をX´軸方向にスライド変位させ、図11(a)に示すように、固定格子板25側の遮光部32のX´軸方向一端部(右端部)を含む所定範囲と、可動格子板26側の遮光部32のX´軸方向他端部(左端部)を含む所定範囲とが、X´軸方向に重なるように位置合わせする。
Then, when the first striped pattern W1 having a long period is generated, the lattice
この結果、格子ユニット20には、両格子板25,26の格子パターン30を重ね合わせた合成格子パターンとして、X´軸方向における透光部の幅が「420(21×20)μm」、X´軸方向における遮光部の幅が「380(19×20)μm」、透光部と遮光部の比が「21:19」となる仮想の格子パターンが形成されることとなる。そして、この合成格子パターンにより、第1周期800μmの第1縞パターンW1が生成される。
As a result, in the
一方、短周期の第2縞パターンW2を生成する場合には、格子板移動機構27を駆動制御して可動格子板26をX´軸方向にスライド変位させ、図11(b)に示すように、可動格子板26側の遮光部32を固定格子板25側の透光部31のX´軸方向中央部に位置合わせする。
On the other hand, when the second striped pattern W2 having a short cycle is generated, the lattice
この結果、格子ユニット20には、両格子板25,26の格子パターン30を重ね合わせた合成格子パターンとして、X´軸方向における透光部の幅が「200(10×20)μm」、X´軸方向における遮光部の幅が「200(10×20)μm」、透光部と遮光部の比が「1:1」となる仮想の格子パターンが形成されることとなる。そして、この合成格子パターンにより、第2周期400μmの第2縞パターンW2が生成される。
As a result, in the
以上詳述したように、本実施形態によれば、上記第1,2実施形態と同様の作用効果が奏される。 As described above in detail, according to this embodiment, the same operational effects as those of the first and second embodiments can be obtained.
〔第4実施形態〕
次に第4実施形態について図12を参照して詳しく説明する。本実施形態に係る格子ユニット20は、1つの固定格子板25と、2つの可動格子板26により構成されている。具体的には、固定格子板25の上側に位置する第1可動格子板26Aと、固定格子板25の下側に位置する第2可動格子板26Bとを備えている。
[Fourth Embodiment]
Next, a fourth embodiment will be described in detail with reference to FIG. The
本実施形態に係る固定格子板25及び可動格子板26(26A,26B)では、X´軸方向における透光部31の幅が「1000(50×20)μm」、X´軸方向における遮光部32の幅が「200(10×20)μm」に設定され、透光部31と遮光部32の比が「5:1」となっている〔図12(a),(b)参照〕。
In the fixed
そして、長周期の第1縞パターンW1を生成する場合には、格子板移動機構27を駆動制御して第1可動格子板26A及び第2可動格子板26BをそれぞれX´軸方向にスライド変位させ、図12(a)に示すように、固定格子板25側の遮光部32のX´軸方向一端部(左端部)の位置に、第1可動格子板26A側の遮光部32のX´軸方向他端部(右端部)を位置合わせすると共に、固定格子板25側の遮光部32のX´軸方向他端部(右端部)の位置に、第2可動格子板26B側の遮光部32のX´軸方向一端部(左端部)を位置合わせする。
When the first striped pattern W1 having a long period is generated, the lattice
この結果、格子ユニット20には、3つの格子板25,26A,26Bの格子パターン30を重ね合わせた合成格子パターンとして、X´軸方向における透光部の幅が「600(30×20)μm」、X´軸方向における遮光部の幅が「600(30×20)μm」、透光部と遮光部の比が「1:1」となる仮想の格子パターンが形成されることとなる。そして、この合成格子パターンにより、第1周期1200μmの第1縞パターンW1が生成される。
As a result, in the
一方、短周期の第2縞パターンW2を生成する場合には、格子板移動機構27を駆動制御して第1可動格子板26A及び第2可動格子板26BをそれぞれX´軸方向にスライド変位させ、図12(b)に示すように、第1可動格子板26A側の遮光部32を固定格子板25側の遮光部32からX´軸方向一方側(左方)へ所定量〔200(10×20)μm〕離間させると共に、第2可動格子板26B側の遮光部32を固定格子板25側の遮光部32からX´軸方向他方側(右方)へ所定量〔200(10×20)μm〕離間させる。
On the other hand, when the second striped pattern W2 having a short cycle is generated, the lattice
この結果、格子ユニット20には、3つの格子板25,26A,26Bの格子パターン30を重ね合わせた合成格子パターンとして、X´軸方向における透光部の幅が「200(10×20)μm」、X´軸方向における遮光部の幅が「200(10×20)μm」、透光部と遮光部の比が「1:1」となる仮想の格子パターンが形成されることとなる。そして、この合成格子パターンにより、第2周期400μmの第2縞パターンW2が生成される。
As a result, in the
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。特に本実施形態によれば、3つの格子板25,26A,26Bを用いることにより、長周期の第1縞パターンW1と、短周期の第2縞パターンW2との周期の差を大きくすることができる。
As described in detail above, according to this embodiment, the same operational effects as those of the above-described first embodiment are exhibited. Particularly, according to the present embodiment, by using the three
〔第5実施形態〕
次に第5実施形態について図13を参照して詳しく説明する。本実施形態に係る固定格子板25及び可動格子板26では、X´軸方向における透光部31の幅が「500(25×20)μm」、X´軸方向における遮光部32の幅が「300(15×20)μm」に設定され、透光部31と遮光部32の比が「5:3」となっている〔図13(a),(b)参照〕。
[Fifth Embodiment]
Next, a fifth embodiment will be described in detail with reference to FIG. In the fixed
但し、本実施形態における遮光部32は、透過率の異なる複数の部位から構成されている。より詳しくは、透過率の高い部位(透光部31)と、透過率の低い部位(遮光部32のうちの透過率がより低い部位)との間に、透過率が中程度の部位を設けている。
However, the
具体的には、遮光部32のX´軸方向中央部の「100(5×20)μm」範囲に透過率25%の高遮光部が設けられ、該高遮光部のX´軸方向両側の「100(5×20)μm」範囲にはそれぞれ透過率50%の中遮光部が設けられている。一方、本実施形態における透光部31の透過率は100%となっている。
Specifically, a high light-shielding portion with a transmittance of 25% is provided in the “100 (5×20) μm” range in the central portion of the light-shielding
そして、長周期の第1縞パターンW1を生成する場合には、格子板移動機構27を駆動制御して可動格子板26をX´軸方向にスライド変位させ、図13(a)に示すように、固定格子板25側の遮光部32のX´軸方向一端部(右端部)を含む所定範囲(透過率50%の部位)と、可動格子板26側の遮光部32のX´軸方向他端部(左端部)を含む所定範囲(透過率50%の部位)とが、X´軸方向に重なるように位置合わせする。
Then, when the first striped pattern W1 having a long period is generated, the lattice
この結果、格子ユニット20には、両格子板25,26の格子パターン30を重ね合わせた合成格子パターンとして、X´軸方向における透光部の幅が「300(15×20)μm」、X´軸方向における遮光部の幅が「500(25×20)μm」、透光部と遮光部の比が「3:5」となる仮想の格子パターンが形成されることとなる。
As a result, in the
但し、合成格子パターンの遮光部は、そのX´軸方向中央部の「300(15×20)μm」範囲が透過率25%の高遮光部となり、該高遮光部のX´軸方向両側の「100(5×20)μm」範囲が透過率50%の中遮光部となっている。 However, in the light shielding portion of the synthetic lattice pattern, the “300 (15×20) μm” range in the central portion in the X′-axis direction is a high light shielding portion having a transmittance of 25%, and the light shielding portion on both sides of the high light shielding portion in the X′-axis direction. The range of “100 (5×20) μm” is the middle light-shielding portion with a transmittance of 50%.
そして、この合成格子パターンにより、第1周期800μmの第1縞パターンW1が生成される。 Then, the first stripe pattern W1 having the first period of 800 μm is generated by the synthetic lattice pattern.
一方、短周期の第2縞パターンW2を生成する場合には、格子板移動機構27を駆動制御して可動格子板26をX´軸方向にスライド変位させ、図13(b)に示すように、可動格子板26側の遮光部32を固定格子板25側の透光部31のX´軸方向中央部に位置合わせする。
On the other hand, when the second striped pattern W2 having a short cycle is generated, the lattice
この結果、格子ユニット20には、両格子板25,26の格子パターン30を重ね合わせた合成格子パターンとして、X´軸方向における透光部の幅が「100(5×20)μm」、X´軸方向における遮光部の幅が「300(15×20)μm」、透光部と遮光部の比が「1:3」となる仮想の格子パターンが形成されることとなる。
As a result, in the
但し、合成格子パターンの遮光部は、そのX´軸方向中央部の「100(5×20)μm」範囲が透過率25%の高遮光部となり、該高遮光部のX´軸方向両側の「100(5×20)μm」範囲が透過率50%の中遮光部となっている。 However, in the light shielding part of the synthetic grating pattern, the “100 (5×20) μm” range in the central part in the X′-axis direction is a high light-shielding part with a transmittance of 25%, and the high light-shielding part on both sides in the X′-axis direction. The range of “100 (5×20) μm” is the middle light-shielding portion with a transmittance of 50%.
そして、この合成格子パターンにより、第2周期400μmの第2縞パターンW2が生成される。 Then, the second grid pattern W2 having the second cycle of 400 μm is generated by the combined grid pattern.
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。特に本実施形態によれば、遮光部32が、透過率の異なる複数の部位から構成されることにより、より理想的な縞パターンWをプリント基板1に対し投影することが可能となる。
As described in detail above, according to this embodiment, the same operational effects as those of the above-described first embodiment are exhibited. In particular, according to the present embodiment, since the
〔第6実施形態〕
次に第6実施形態について図14を参照して詳しく説明する。本実施形態に係る固定格子板25及び可動格子板26では、X´軸方向における透光部31の幅が「500(25×20)μm」、X´軸方向における遮光部32の幅が「300(15×20)μm」に設定され、透光部31と遮光部32の比が「5:3」となっている〔図14(a),(b)参照〕。
[Sixth Embodiment]
Next, a sixth embodiment will be described in detail with reference to FIG. In the fixed
但し、本実施形態における遮光部32は、透過率の異なる複数の部位から構成されている。より詳しくは、透過率の高い部位(透光部31)と、透過率の低い部位(遮光部32のうちの透過率がより低い部位)との間に、透過率が中程度の部位を設けている。
However, the
具体的には、遮光部32のX´軸方向中央部の「200(10×20)μm」範囲に透過率50%の中遮光部が設けられ、該中遮光部のX´軸方向両側の「50(2.5×20)μm」範囲にはそれぞれ透過率75%の低遮光部が設けられている。一方、本実施形態における透光部31の透過率は100%となっている。
Specifically, an intermediate light-shielding portion having a transmittance of 50% is provided in the “200 (10×20) μm” range in the central portion of the light-shielding
そして、長周期の第1縞パターンW1を生成する場合には、格子板移動機構27を駆動制御して可動格子板26をX´軸方向にスライド変位させ、図14(a)に示すように、固定格子板25側の遮光部32のX´軸方向一端部(右端部)を含む所定範囲(100μm範囲)と、可動格子板26側の遮光部32のX´軸方向他端部(左端部)を含む所定範囲(100μm範囲)とが、X´軸方向に重なるように位置合わせする。
When the first striped pattern W1 having a long period is generated, the lattice
この結果、格子ユニット20には、両格子板25,26の格子パターン30を重ね合わせた合成格子パターンとして、X´軸方向における透光部の幅が「300(15×20)μm」、X´軸方向における遮光部の幅が「500(25×20)μm」、透光部と遮光部の比が「3:5」となる仮想の格子パターンが形成されることとなる。
As a result, in the
但し、合成格子パターンの遮光部は、そのX´軸方向中央部の「100(5×20)μm」範囲が透過率38%の高遮光部となり、該高遮光部のX´軸方向両側の「150(7.5×20)μm」範囲がそれぞれ透過率50%の中遮光部となり、さらにその外側の「50(2.5×20)μm」範囲がそれぞれ透過率75%の低遮光部となっている。 However, the light-shielding portion of the synthetic grating pattern is a high light-shielding portion having a transmittance of 38% in the “100 (5×20) μm” range in the central portion in the X′-axis direction, and the high light-shielding portion on both sides in the X′-axis direction. The “150 (7.5×20) μm” range serves as a medium light-shielding portion with a transmittance of 50%, and the “50 (2.5×20) μm” range outside thereof has a low light-shielding portion with a transmittance of 75%. Has become.
そして、この合成格子パターンにより、第1周期800μmの第1縞パターンW1が生成される。 Then, the first stripe pattern W1 having the first period of 800 μm is generated by the synthetic lattice pattern.
一方、短周期の第2縞パターンW2を生成する場合には、格子板移動機構27を駆動制御して可動格子板26をX´軸方向にスライド変位させ、図14(b)に示すように、可動格子板26側の遮光部32を固定格子板25側の透光部31のX´軸方向中央部に位置合わせする。
On the other hand, when the second striped pattern W2 having a short cycle is generated, the lattice
この結果、格子ユニット20には、両格子板25,26の格子パターン30を重ね合わせた合成格子パターンとして、X´軸方向における透光部の幅が「100(5×20)μm」、X´軸方向における遮光部の幅が「300(15×20)μm」、透光部と遮光部の比が「1:3」となる仮想の格子パターンが形成されることとなる。
As a result, in the
但し、合成格子パターンの遮光部は、そのX´軸方向中央部の「200(10×20)μm」範囲が透過率50%の中遮光部となり、該中遮光部のX´軸方向両側の「50(2.5×20)μm」範囲がそれぞれ透過率75%の低遮光部となっている。 However, in the light-shielding portion of the composite lattice pattern, the "200 (10×20) μm" range in the central portion in the X′-axis direction is the middle light-shielding portion with a transmittance of 50%, and the light-shielding portion on both sides of the middle light-shielding portion in the X′-axis direction is located. The range of “50 (2.5×20) μm” is a low light-shielding portion with a transmittance of 75%.
そして、この合成格子パターンにより、第2周期400μmの第2縞パターンW2が生成される。 Then, the second grid pattern W2 having the second cycle of 400 μm is generated by the combined grid pattern.
以上詳述したように、本実施形態によれば、上記第1,第5実施形態と同様の作用効果が奏される。 As described in detail above, according to this embodiment, the same operational effects as those of the first and fifth embodiments can be obtained.
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。 It should be noted that the present invention is not limited to the contents described in the above embodiment, and may be implemented as follows, for example. Of course, other application examples and modification examples not illustrated below are naturally possible.
(a)上記各実施形態では、本願発明である投影装置及び三次元計測装置を、プリント基板1に印刷されたクリーム半田5の印刷状態を検査する基板検査装置10に具体化したが、これに限らず、例えばプリント基板上に実装された電子部品など、他の対象を検査する装置に具体化してもよい。勿論、プリント基板とは異なる対象物を被計測物として三次元計測を行う構成としてもよい。
(A) In each of the above embodiments, the projection device and the three-dimensional measuring device according to the present invention are embodied in the
(b)上記各実施形態では、パワー回路部PA及び制御回路部PBが混在したプリント基板1を被計測物とし、該プリント基板1上のパワー回路部PAに対しては長周期の第1縞パターンW1を投影して三次元計測を行い、制御回路部PBに対しては短周期の第2縞パターンW2を投影して三次元計測を行うといったように、プリント基板1上の各検査範囲の凹凸度合いに応じて縞パターンWの周期を切換える構成となっている。
(B) In each of the above-described embodiments, the printed
これに限らず、パワー回路部PAのみを有したプリント基板を被計測物とし、これに対し長周期の第1縞パターンW1だけを投影して三次元計測を行い、制御回路部PBのみを有したプリント基板を被計測物とし、これに対し短周期の第2縞パターンW2だけを投影して三次元計測を行うといったように、製造ラインにおいて製造されるプリント基板の種別に応じて縞パターンWの周期を切換える構成としてもよい。 Not limited to this, a printed circuit board having only the power circuit section PA is used as an object to be measured, and only the first striped pattern W1 having a long period is projected on the object to be three-dimensionally measured, and only the control circuit section PB is provided. The measured printed circuit board is used as the object to be measured, and only the second striped pattern W2 having a short period is projected on the measured circuit board to perform three-dimensional measurement. The cycle may be switched.
また、パワー回路部PAに対しては、長周期の第1縞パターンW1と短周期の第2縞パターンW2の双方をそれぞれ複数通り投影して、両者を組み合わせて三次元計測を行う構成としてもよい。これにより、計測時間は増えるものの、高さ分解能を落とすことなく、ダイナミックレンジを広げることができる。 In addition, a plurality of long-period first striped patterns W1 and short-period second striped patterns W2 may be projected on the power circuit unit PA in plural ways, and the two may be combined to perform three-dimensional measurement. Good. Thereby, although the measurement time is increased, the dynamic range can be expanded without lowering the height resolution.
(c)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、縞パターンWの位相が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。 (C) In each of the above-described embodiments, in performing three-dimensional measurement by the phase shift method, four types of image data in which the phase of the stripe pattern W differs by 90° are acquired. The phase shift amount is not limited to these. Other number of phase shifts and amount of phase shift that can be three-dimensionally measured by the phase shift method may be adopted. For example, three-dimensional measurement may be performed by acquiring three types of image data having different phases by 120° or 90°.
(d)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、縞パターンWとして、正弦波状の光強度分布を有するパターン光を投影する構成となっているが、これに限らず、縞パターンWとして、例えば矩形波状や三角波状など非正弦波状の光強度分布を有するパターン光を投影する構成としてもよい。 (D) In each of the above-described embodiments, the pattern light having the sinusoidal light intensity distribution is projected as the stripe pattern W when performing three-dimensional measurement by the phase shift method, but the present invention is not limited to this. As the stripe pattern W, for example, a pattern light having a non-sinusoidal light intensity distribution such as a rectangular wave shape or a triangular wave shape may be projected.
但し、非正弦波状の光強度分布を有するパターン光を投影し三次元計測を行うよりも、正弦波状の光強度分布を有するパターン光を投影し三次元計測を行う方が計測精度が良い。そのため、計測精度の向上を図る点においては、正弦波状の光強度分布を有するパターン光を投影し三次元計測を行う構成とすることが好ましい。 However, rather than projecting the pattern light having the non-sinusoidal light intensity distribution and performing the three-dimensional measurement, it is better to project the pattern light having the sinusoidal light intensity distribution and perform the three-dimensional measurement. Therefore, in order to improve the measurement accuracy, it is preferable that the pattern light having a sinusoidal light intensity distribution is projected to perform three-dimensional measurement.
(e)上記各実施形態では、プリント基板1に対し縞パターンWを投影し、位相シフト法により三次元計測を行う構成となっているが、これに限らず、例えば空間コード法やモアレ法など、他のパターン投影法を利用して三次元計測を行う構成としてもよい。但し、クリーム半田5など小さな計測対象を計測する場合には、位相シフト法など、計測精度の高い計測方法を採用することがより好ましい。
(E) In each of the above-described embodiments, the stripe pattern W is projected on the printed
(f)上記各実施形態では、所定位置に固定されたプリント基板1上の複数の検査範囲に対し、検査ユニット12(投影装置14及びカメラ15)を順次移動させることにより、プリント基板1全域の検査を行う構成となっている。これに限らず、検査ユニット12を固定させた状態で、プリント基板1を移動させることにより、プリント基板1全域の検査を行う構成としてもよい。
(F) In each of the above-described embodiments, the inspection unit 12 (the
また、上記各実施形態では、投影装置14において格子ユニット20を変位させる格子ユニット移動機構22を備えることにより、検査ユニット12とプリント基板1とを相対移動させることなく、所定位置に固定されたプリント基板1と、そこに投影される縞パターンWとの相対位置関係を変化(位相シフト)させる構成となっているが、縞パターンWとプリント基板1とを相対変位させる構成(パターン光変位手段)は、上記実施形態に限定されるものではない。
Further, in each of the above-described embodiments, the
例えば上述したようにプリント基板全域において、投影する縞パターンWの周期を切換えない場合には、コンベア等によりプリント基板を連続移動させる、又は、固定されたプリント基板に対し検査ユニット12を連続移動させることにより、該プリント基板と、そこに投影される縞パターンWとの相対位置関係を変化(位相シフト)させる構成としてもよい。
For example, as described above, when the period of the projected stripe pattern W is not switched over the entire printed circuit board, the printed circuit board is continuously moved by a conveyor or the like, or the
(g)上記各実施形態では、光源19が白色光を出射するハロゲンランプにより構成されている。これに限らず、白色LEDなど他の光源を用いる構成としてもよい。
(G) In each of the above embodiments, the
(h)パターン生成部の構成は、上記各実施形態に係る格子ユニット20に限定されるものではない。
(H) The configuration of the pattern generation unit is not limited to the
例えば上記各実施形態では、透光性を有する本体ケース部24内に固定格子板25及び可動格子板26が収容された構成となっているが、これに限らず、例えばフレーム枠などにより固定格子板25及び可動格子板26等がユニット化された構成としてもよい。
For example, in each of the above embodiments, the fixed
上記各実施形態では、1つの固定された固定格子板25と、1又は2つの可動格子板26とを備えた構成となっているが、これに限らず、4つ以上の格子板が相対向するように配置された構成としてもよい。
In each of the above-described embodiments, one fixed
また、全ての格子板を可動格子板としてもよい。例えば第1可動格子板と第2可動格子板を備え、これらをそれぞれ移動させることにより、両者の相対位置関係を変更する構成としてもよい。 Further, all the lattice plates may be movable lattice plates. For example, the configuration may be such that a first movable lattice plate and a second movable lattice plate are provided, and the relative positional relationship between the two is changed by moving them.
(i)上記各実施形態に係る格子ユニット20では、プリント基板1上のパワー回路部PAに対応して、長周期の第1縞パターンW1を生成し、制御回路部PBに対応して、短周期の第2縞パターンW2を生成する構成となっているが、格子ユニット20が生成する縞パターンWの数(種類)や、具体的な周期は、上記各実施形態に限定されるものではない。
(I) In the
例えばプリント基板1上の検査範囲の凹凸度合いに応じて、周期の異なる3種類以上の縞パターンWを生成可能な構成としてもよい。
For example, it may be configured such that three or more types of stripe patterns W having different cycles can be generated according to the degree of unevenness of the inspection range on the printed
(j)格子移動手段に係る構成は、上記各実施形態に係る格子板移動機構27に限定されるものではない。例えば上記格子板移動機構27は、可動格子板26をスライド変位させる駆動手段としてのソレノイド27bを用いているが、これに限らず、ピエゾ素子など他のアクチュエータを採用してもよい。
(J) The configuration related to the lattice moving means is not limited to the lattice
(k)パターン光変位手段に係る構成は、上記各実施形態に係る格子ユニット移動機構22に限定されるものではない。例えば上記格子ユニット移動機構22は、格子ユニット20をスライド変位させる駆動手段としてのピエゾ素子22bを用いているが、これに限らず、ソレノイドなど他のアクチュエータを採用してもよい。
(K) The configuration related to the pattern light displacement means is not limited to the grating
(l)格子部材及び格子パターンの構成は、上記各実施形態に係る固定格子板25及び可動格子板26並びに格子パターン30に限定されるものではない。
(L) The configurations of the lattice member and the lattice pattern are not limited to the fixed
例えば上記各実施形態に係る格子板25,26は、格子パターン30の印刷面が入射側に向くように配置された構成となっているが、これに限らず、例えば格子パターン30の印刷面が出射側に向くように配置された構成としてもよい。
For example, the
また、固定格子板25及び可動格子板26が、格子パターン30の印刷面同士が相対向するように配置された構成としてもよいし、格子パターン30の非印刷面同士が相対向するように配置された構成としてもよい。格子パターン30の印刷面同士が相対向するように配置した方が、縞パターンWのピントを合いやすくする点においては好ましい。
The fixed
尚、上記各実施形態では、特に言及していないが、固定格子板25及び可動格子板26を図7に示したように当接状態で配置した構成としてもよいし、図8等に示すように離間(近接)した状態で配置した構成としてもよい。
Although not particularly mentioned in each of the above-described embodiments, the fixed
(m)上記各実施形態に係る格子板25,26においては、所定の透光素材(例えばガラスやアクリル樹脂等)により平板状又はフィルム状に形成された基材28上に、遮光部32が印刷(蒸着)形成されることにより、格子パターン30が形成されている。
(M) In the
これに限らず、例えばレーザー加工など他の方法により格子パターンが形成される構成としてもよい。 The present invention is not limited to this, and the lattice pattern may be formed by another method such as laser processing.
また、不透明樹脂や金属等を加工しスリット等を開口形成することにより格子パターンを形成した格子板などを採用してもよい。 Alternatively, a grid plate having a grid pattern formed by processing opaque resin, metal, or the like and forming slits or the like may be employed.
また、透光部31及び遮光部32の透過率は、上記各実施形態に限定されるものではない。例えば透光部31の透過率は、100%に限定されるものではなく、95%程度の透過率であってもよい。
Further, the transmissivities of the
上記各実施形態では、固定格子板25及び可動格子板26に形成された格子パターン30が同一となっている。これに限らず、これらの格子板25,26によって、周期の異なる複数の縞パターンWを生成可能であれば、これらの格子板25,26に形成される格子パターン30が同一でなくともよい。
In each of the above embodiments, the fixed
また、透光部31や遮光部32の幅など、格子パターン30の具体的なサイズは、上記各実施形態に限定されるものではない。
Further, the specific size of the
(n)投影光学系に係る構成は、上記各実施形態に係る投影レンズユニット21に限定されるものではない。
(N) The configuration related to the projection optical system is not limited to the
例えば上記各実施形態に係る投影レンズユニット21は、入射側レンズ35及び出射側レンズ36を有し、これら両レンズ35,36により両側テレセントリック光学系(両側テレセントリックレンズ)として構成されている。これに限らず、投影レンズユニット21として、物体側テレセントリックレンズ(物体側テレセントリック光学系)を採用してもよい。また、テレセントリック構造を有しない構成としてもよい。
For example, the
(o)撮像手段は、上記実施形態のカメラ15に限定されるものではない。例えば上記実施形態では、撮像素子15aとしてCCDエリアセンサを採用しているが、これに限らず、例えばCMOSエリアセンサ等を採用してもよい。
(O) The image pickup means is not limited to the
また、撮像レンズユニット15bが両側テレセントリックレンズ(両側テレセントリック光学系)により構成されている。これに限らず、撮像レンズユニット15bとして、物体側テレセントリックレンズ(物体側テレセントリック光学系)を採用してもよい。また、テレセントリック構造を有しない構成としてもよい。
Further, the
(p)上記各実施形態に係る投影装置14では、プリント基板1に対して、格子ユニット20の出射面20b及び投影レンズユニット21の主面がシャインプルーフの条件を満たすように設定されている。
(P) In the
これに限らず、投影範囲全域における縞パターンWの合焦状態によっては、必ずしもシャインプルーフの条件を満たすように設定されていなくともよい。 Not limited to this, the Scheimpflug condition may not necessarily be set depending on the focused state of the stripe pattern W in the entire projection range.
また、上記シャインプルーフの条件は、格子板25,26の配置構成などを加味したものであることが好ましい。
Further, it is preferable that the Scheimpflug condition takes into consideration the arrangement and the like of the
格子ユニット20の出射面20bに形成される合成格子パターンは、格子板25,26の格子パターン30を重ね合わせた格子パターンであるため、格子板25,26の配置構成などを考慮することなく、格子ユニット20の出射面20b及び投影レンズユニット21の主面がシャインプルーフの条件を満たすように配置された場合には、僅かながらも誤差が生じ得るおそれがある。
Since the synthetic lattice pattern formed on the
1…プリント基板、5…クリーム半田、10…基板検査装置、12…検査ユニット、13…制御装置、14…投影装置、15…カメラ、19…光源、20…格子ユニット、21…投影レンズユニット、22…格子ユニット移動機構、25…固定格子板、26…可動格子板、27…格子板移動機構、30…格子パターン、31…透光部、32…遮光部、J1…投影装置の光軸、J3…格子ユニットの光軸、PA…パワー回路部、PB…制御回路部、W(W1,W2)…縞パターン。
DESCRIPTION OF
Claims (9)
所定の光を発する光源と、
前記光源から入射する光をパターン光に変換して出射するパターン生成部と、
前記パターン生成部から出射されるパターン光を前記被計測物に対し結像させる投影光学系とを備え、
前記パターン生成部は、
所定の透過率で光を透過する透光部と、少なくとも一部の光を遮る遮光部とが第1方向に交互に並ぶ格子パターンを有した複数の格子部材が、前記第1方向と直交する第2方向に相対向するように配置されると共に、
前記第1方向に対する前記複数の格子部材の相対位置関係を変更可能な格子移動手段を備えることにより、
前記被計測物に投影するパターン光の周期を変更可能に構成されていることを特徴とする投影装置。 In performing three-dimensional measurement of a predetermined object to be measured, a projection device for projecting a predetermined pattern light onto the object to be measured,
A light source that emits predetermined light,
A pattern generation unit that converts the light incident from the light source into pattern light and emits the light.
A projection optical system for forming an image of the pattern light emitted from the pattern generation unit on the object to be measured,
The pattern generation unit,
A plurality of lattice members having a lattice pattern in which a light-transmitting portion that transmits light with a predetermined transmittance and a light-shielding portion that blocks at least a part of light are alternately arranged in the first direction are orthogonal to the first direction. While being arranged to face each other in the second direction,
By providing a grid moving means capable of changing the relative positional relationship of the plurality of grid members with respect to the first direction,
A projecting device, characterized in that the cycle of the pattern light projected onto the object to be measured can be changed.
前記第2方向に相対向する2つの前記格子部材のうちの一方の格子部材における前記格子パターンの遮光部と、他方の格子部材における前記格子パターンの遮光部とが前記第1方向に連なるように、前記2つの格子部材を配置することにより、長周期のパターン光を生成可能に構成され、
前記一方の格子部材における前記格子パターンの遮光部と、前記他方の格子部材における前記格子パターンの遮光部とが前記第1方向に離間するように、前記2つの格子部材を配置することにより、短周期のパターン光を生成可能に構成されていることを特徴とする請求項1又は2に記載の投影装置。 The pattern generation unit,
A light-shielding portion of the lattice pattern in one of the two lattice members facing each other in the second direction and a light-shielding portion of the lattice pattern in the other lattice member are continuous in the first direction. By arranging the two grating members, it is possible to generate long-period pattern light,
By arranging the two lattice members such that the light shielding portion of the lattice pattern of the one lattice member and the light shielding portion of the lattice pattern of the other lattice member are separated in the first direction, The projection device according to claim 1 or 2, wherein the projection device is configured to be capable of generating periodic pattern light.
前記一方の格子部材における前記格子パターンの遮光部の第1方向一端側の端部位置と、他方の格子部材における前記格子パターンの遮光部の第1方向他端側の端部位置とが第1方向同一位置となるように、前記2つの格子部材を配置することにより、前記長周期のパターン光を生成可能に構成されていることを特徴とする請求項3に記載の投影装置。 The pattern generation unit,
An end position on one end side in the first direction of the light shielding portion of the grid pattern in the one grid member and an end position on the other end side in the first direction of the light shielding portion of the grid pattern in the other grid member are first. The projection device according to claim 3, wherein the two grating members are arranged so as to be in the same position in the direction, and the long-period pattern light can be generated.
前記一方の格子部材における前記格子パターンの遮光部の第1方向一端部を含む所定範囲と、前記他方の格子部材における前記格子パターンの遮光部の第1方向他端部を含む所定範囲とが前記第1方向に重なるように、前記2つの格子部材を配置することにより、前記長周期のパターン光を生成可能に構成されていることを特徴とする請求項3に記載の投影装置。 The pattern generation unit,
The predetermined range including one end in the first direction of the light shielding portion of the lattice pattern in the one grid member, and the predetermined range including the other end in the first direction of the light shielding portion of the grid pattern in the other lattice member are The projection device according to claim 3, wherein the two grating members are arranged so as to be overlapped in the first direction so that the long-period pattern light can be generated.
前記パターン光の投影された前記被計測物の所定範囲を撮像可能な撮像手段と、
前記撮像手段により撮像され取得された画像データを基に前記被計測物に係る三次元計測を実行可能な画像処理手段とを備えたことを特徴とする三次元計測装置。 A projection device according to claim 1,
An image capturing unit capable of capturing an image of a predetermined range of the measured object onto which the pattern light is projected;
A three-dimensional measuring device comprising: an image processing unit capable of performing three-dimensional measurement of the object to be measured based on the image data captured and acquired by the image capturing unit.
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