JP3609325B2 - 三次元計測装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、測定対象物の三次元形状等を位相シフト法を用いて計測する三次元計測装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
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ハンダが印刷される。次に、該クリームハンダ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ハンダ付けが行われる。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ハンダ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。
【０００３】
近年、光を用いたいわゆる非接触式の三次元計測装置が種々提案されており、中でも位相シフト法を用いた三次元計測装置に関する技術が提案されている（特開平１１−２１１４４３号公報、特許第２７１１０４２号等）。
【０００４】
上記技術における三次元計測装置においては、ＣＣＤカメラが用いられる。すなわち、光源と正弦波パターンのフィルタとの組み合わせからなる照射手段により、正弦波状の光強度分布を有する光パターンを測定物体（この場合プリント基板）に照射する。そして、基板上の点を真上に配置したＣＣＤカメラを用いて観測する。この場合、画面上の点Ｐの光の強度Ｉは下式で与えられる。
【０００５】
Ｉ＝ｅ＋ｆ・ｃｏｓφ
［但し、ｅ：直流光ノイズ（オフセット成分）、ｆ：正弦波のコントラスト（反射率）、φ：物体の凹凸により与えられる位相］
このとき、光パターンを移動させて、位相を例えば４段階（φ＋０、φ＋π／２、φ＋π、φ＋３π／２）に変化させ、これらに対応する強度分布Ｉ０、Ｉ１、Ｉ２、Ｉ３をもつ画像を取り込み、下記式に基づいて変調分αを求める。
【０００６】
α＝ａｒｃｔａｎ｛（Ｉ３−Ｉ１）／（Ｉ０−Ｉ２）｝
この変調分αを用いて、プリント基板（クリームハンダ）上の点Ｐの３次元座標（Ｘ，Ｙ，Ｚ）が求められ、もってクリームハンダの三次元形状、特に高さが計測される。
【０００７】
【発明が解決しょうとする課題】
ところで、上記技術における三次元計測装置においては、基板の真上にＣＣＤカメラが設置され、該ＣＣＤカメラから離れた部位に照射手段が設置される。また、図６に示すように、照射手段からの光Ｌは、平面から見て矩形状のプリント基板Ｋの設置方向に沿って照射されるよう設定されている。すなわち、プリント基板Ｋの一対の辺と平行に（残りの１対の辺とは垂直に）光Ｌが当てられる。
【０００８】
また、図７に示すように、一般には、クリームハンダＣは長尺状をなしており、プリント基板Ｋの辺と平行に又は直交方向に延びるようにして印刷される。従って、該長尺状のクリームハンダＣに対して、光ＬはクリームハンダＣの延びる方向と平行に又は直交方向に当てられることとなる。
【０００９】
ここで、クリームハンダＣは、基板上に配設された銅箔からなる電極パターン上に印刷されるのであるが、該銅箔が錆びたりするのを防止するために、（１）銅箔表面に金メッキを施したり、（２）銅箔の上にプリフラックスを塗布したり、（３）ハンダの接合強度を増すために銅箔表面にハンダメッキを施したりすることが行われる。しかし、図８に示すように、電極部分の端縁（エッジ部分）の一部がクリームハンダＣで被覆されないことがあり、この場合には、該エッジ部分が露出することとなる。そして、かかる露出状態にて光Ｌを当てた場合、同図に示すように、光ＬがＣＣＤカメラの方へと反射してしまうことが起こりうる。そのため、撮像に際しハレーションを起こしてしまうことがあり、他のクリームハンダＣで被覆されている部分について正確な測定が困難となってしまうおそれがある。特に、上記（３）のように、銅箔表面にハンダメッキを施すことで電極パターンが構成されている場合には、エッジ部分が断面円弧状となるため、上記不具合が起こりやすくなる傾向にある。
【００１０】
また、光Ｌは真上から照射される訳ではないので、図７の斜線及び図９に示すように、光Ｌが当たらない（陰となる）部分が生じることとなる。そして、該部分のクリームハンダＣは測定されにくい。これに対し、上述したように（図７参照）、クリームハンダＣの中には、自身が延びる方向と平行に光Ｌが当たるものと、直交する方向に光Ｌが当たるものとがある。ここで、平行に光Ｌが当たる場合には陰となる部分が少ないのに対し、直交する方向に当たる場合には陰となる部分が多くなる。このため、たとえ同じ量のクリームハンダＣが印刷形成された場合であっても、平行に光Ｌが当たるものと直交方向に光Ｌが当たるものとでは、測定されるクリームハンダＣの量に大きな差異が生じてしまうおそれがある。
【００１１】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、計測対象物の三次元形状を位相シフト法を用いて計測するに際し、ハレーション等による不具合を抑制し、計測精度をより高めることのできる三次元計測装置を提供することを主たる目的の一つとしている。
【００１２】
【課題を解決するための手段及びその効果】
上記目的を達成し得る特徴的手段について以下に説明する。また、各手段につき、特徴的な作用及び効果を必要に応じて記載する。
【００１３】
手段１．略矩形状をなす基板本体上に設けられた長尺状の計測対象物に対し、略正弦波状の光強度分布を有する光パターンを照射可能な照射手段と、計測対象物を撮像可能な撮像手段と、前記計測対象物と、前記光パターンとの相対位相関係を変化させる位相変化手段と、前記位相変化手段により変化させられた複数通りの相対位相関係下において前記撮像手段にて撮像された複数通りの画像データに基づき、位相シフト法により少なくとも前記計測対象物の所定の高さを演算する演算手段とを備え、前記照射手段にて照射される光パターンが、前記基板本体の各辺に対し斜めとなるよう構成したことを特徴とする三次元計測装置。
【００１４】
手段１によれば、略矩形状をなす基板本体上に設けられた長尺状の計測対象物に対し、略正弦波状の光強度分布を有する光パターンが照射手段によって照射される。また、光パターンの照射された計測対象物が撮像手段によって撮像される。このとき、計測対象物と光パターンとの相対位相関係が位相変化手段によって変化させられる。そして、位相変化手段により変化させられた複数通りの相対位相関係下において前記撮像手段にて撮像された複数通りの画像データに基づき、演算手段では、位相シフト法により少なくとも計測対象物の所定の高さが演算される。ここで、照射手段にて照射される光パターンは、基板本体の各辺に対し斜めとなる。このため、撮像の対象となる計測対象物が基板本体の辺方向に延びるように設けられている場合には、光が計測対象物を撮像するための撮像手段の方へと反射してしまうことが起こりにくくなり、ハレーションによる不具合が抑制される。
【００１５】
手段２．ほぼ全ての計測対象物が、前記基板本体の辺方向に延びるように設けられていることを特徴とする手段１に記載の三次元計測装置。
【００１６】
手段２によれば、光がほぼ全ての計測対象物の延びる方向に斜めに当たり、反射光が撮像手段の方へと反射してしまうことが起こりにくくなり、ハレーションによる不具合が一層抑制される。また、光が当たらない部分が生じたとしても、ほぼ全ての計測対象物の延びる方向に斜めに光が当たるため、各計測対象物間で陰となる部分の均一化が図られる。このため、計測対象物間での計測結果に差異を生じにくくすることができる。
【００１７】
手段３．長尺状をなす計測対象物に対し、略正弦波状の光強度分布を有する光パターンを照射可能な照射手段と、計測対象物を略矩形状の視野にて撮像可能な撮像手段と、前記計測対象物と、前記光パターンとの相対位相関係を変化させる位相変化手段と、前記位相変化手段により変化させられた複数通りの相対位相関係下において前記撮像手段にて撮像された複数通りの画像データに基づき、位相シフト法により少なくとも前記計測対象物の所定の高さを演算する演算手段とを備え、前記照射手段にて照射される光パターンが、前記撮像手段の視野の各辺に対し斜めとなるよう構成したことを特徴とする三次元計測装置。
【００１８】
手段３によれば、長尺状をなす計測対象物に対し、略正弦波状の光強度分布を有する光パターンが照射手段によって照射される。また、照射された計測対象物が、撮像手段によって略矩形状の視野にて撮像される。このとき、計測対象物と光パターンとの相対位相関係が位相変化手段によって変化させられる。そして、位相変化手段により変化させられた複数通りの相対位相関係下において前記撮像手段にて撮像された複数通りの画像データに基づき、演算手段では、位相シフト法により少なくとも計測対象物の所定の高さが演算される。ここで、照射手段にて照射される光パターンは、撮像手段の視野の各辺に対し斜めとなる。このため、撮像の対象となる計測対象物が撮像手段の視野の辺方向に延びるように設けられている場合には、光が撮像手段の方へと反射してしまうことが起こりにくくなり、ハレーションによる不具合が抑制される。
【００１９】
手段４．ほぼ全ての計測対象物が、前記撮像手段の視野の辺方向に延びるように設けられていることを特徴とする手段３に記載の三次元計測装置。
【００２０】
手段４によれば、光がほぼ全ての計測対象物の延びる方向に斜めに当たり、反射光が撮像手段の方へと反射してしまうことが起こりにくくなり、ハレーションによる不具合が一層抑制される。また、光が当たらない部分が生じたとしても、ほぼ全ての計測対象物の延びる方向に斜めに光が当たるため、各計測対象物間で陰となる部分の均一化が図られる。このため、計測対象物間での計測結果に差異を生じにくくすることができる。
【００２１】
手段５．長尺状をなし、第１の方向及び該第１の方向に略直交する第２の方向の少なくとも一方向に延びるよう配列された計測対象物に対し、略正弦波状の光強度分布を有する光パターンを照射可能な照射手段と、計測対象物を撮像可能な撮像手段と、前記計測対象物と、前記光パターンとの相対位相関係を変化させる位相変化手段と、前記位相変化手段により変化させられた複数通りの相対位相関係下において前記撮像手段にて撮像された複数通りの画像データに基づき、位相シフト法により少なくとも前記計測対象物の所定の高さを演算する演算手段とを備え、前記照射手段にて照射される光パターンが、前記計測対象物の延びる方向に対し斜めとなるよう構成したことを特徴とする三次元計測装置。
【００２２】
手段５によれば、長尺状をなし、第１の方向及び該第１の方向に略直交する第２の方向の少なくとも一方向に延びるよう配列された計測対象物に対し、略正弦波状の光強度分布を有する光パターンが照射手段によって照射される。また、照射された計測対象物が撮像手段によって撮像される。このとき、計測対象物と光パターンとの相対位相関係が位相変化手段によって変化させられる。そして、位相変化手段により変化させられた複数通りの相対位相関係下において前記撮像手段にて撮像された複数通りの画像データに基づき、演算手段では、位相シフト法により少なくとも計測対象物の所定の高さが演算される。ここで、照射手段にて照射される光パターンが、計測対象物の延びる方向に対し斜めとなる。このため、光が計測対象物の延びる方向に斜めに当たることとなり、反射光が撮像手段の方へと反射してしまうことが起こりにくくなる。そのため、ハレーションによる不具合が抑制される。また、光が当たらない部分が生じたとしても、計測対象物の延びる方向に斜めに光が当たるため、各計測対象物間で陰となる部分の均一化が図られる。このため、計測対象物間での計測結果に差異を生じにくくすることができる。
【００２３】
手段６．前記計測対象物は、略矩形状のプリント基板本体表面に設けられた複数の電極パターン上に印刷形成されたクリームハンダであることを特徴とする手段１乃至５のいずれかに記載の三次元計測装置。
【００２４】
手段６によれば、クリームハンダで被覆されない電極パターンの露出部分があったとしても、該露出部分に当たった光の反射光が撮像手段の方へと反射してしまうことが起こりにくくなる。そのため、ハレーションによる不具合が抑制される。また、クリームハンダの端部において光が当たらない部分が生じたとしても、クリームハンダの延びる方向に斜めに光が当たるため、各クリームハンダ間で陰となる部分の均一化が図られる。このため、各クリームハンダ間での計測結果に差異を生じにくくすることができる。
【００２５】
手段７．前記電極パターン表面にはハンダメッキが施されていることを特徴とする手段６に記載の三次元計測装置。
【００２６】
手段７によれば、電極パターン表面に設けられたハンダメッキは、一般にはそのエッジ部分が断面円弧状をなしている。このため、該エッジ部分に光が当たった場合には、光が撮像手段の方へ反射することが懸念されるところであるが、光を計測対象物の延びる方向に対し斜めに当てることによって、撮像手段とは別の方向へ反射させることが可能となる。このため、撮像手段の方へと光が反射することによる不具合の抑制を図ることができる。
【００２７】
手段８．前記演算手段は、前記位相変化手段により変化させられた相対位相関係下において前記撮像手段にて撮像された少なくとも３通りの画像データに基づき前記計測対象物の所定の高さを演算す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。
【００２８】
手段８によれば、前記位相変化手段により変化させられた相対位相関係下において前記撮像手段にて撮像された少なくとも３通りの画像データに基づき、演算手段では、計測対象物の所定の高さが演算される。このため、演算に際し、光強度に関するオフセット成分と反射率とをキャンセルした計測が可能となる。
【００２９】
手段９．前記照射手段にて照射される光パターンが、前記計測対象物の延びる方向に対し略４５度となるよう構成したことを特徴とする手段１乃至８のいずれかに記載の三次元計測装置。
【００３０】
手段９によれば、照射手段にて照射される光パターンが、前記計測対象物の延びる方向に対し略４５度となるため、各計測対象物間で陰となる部分の一層の均一化が図られ、計測対象物間での計測結果の差異を一層生じにくくすることができる。
【００３１】
手段１０．手段１乃至９のいずれかに記載の三次元計測装置を備え、前記演算手段による演算結果に基づき、計測対象物の良否を判定する判定手段を設けたことを特徴とする検査装置。
【００３２】
手段１０によれば、判定手段では、演算手段による演算結果に基づき、計測対象物の良否が判定される。このため、反射光の影響や陰の影響の少ない正確な判定を期待することが可能となる。
【００３３】
【発明の実施の形態】
以下、一実施の形態について、図１乃至図５を参照しつつ説明する。
【００３４】
図１は、本実施の形態における三次元計測装置を具備する印刷状態検査装置１を模式的に示す概略構成図である。同図に示すように、印刷状態検査装置１は、クリームハンダＣの印刷されてなるプリント基板Ｋを載置するためのテーブル２と、プリント基板Ｋの表面に対し斜め上方から正弦波状の複数の位相変化する光パターンを照射するための照明手段及び位相変化手段を構成する照明装置３と、プリント基板Ｋ上の前記照射された部分を撮像するための撮像手段を構成するＣＣＤカメラ４とを備えている。なお、本実施の形態におけるクリームハンダＣは、プリント基板Ｋ上に設けられた銅箔からなる電極パターン上に印刷形成されている。また、電極パターン上にはハンダメッキが施されている。
【００３５】
テーブル２には、モータ５，６が設けられており、該モータ５，６によって、テーブル２上に載置されたプリント基板Ｋが任意の方向（Ｘ軸方向及びＹ軸方向）へスライドさせられるようになっている。
【００３６】
照明装置３は、公知の液晶光学シャッターを備えており、プリント基板Ｋに対し、斜め上方から４分の１ピッチづつ位相変化する光パターンを照射するようになっている。また、図４に示すように、本実施の形態における照明装置３は、テーブル２の中心とコーナー部とを結ぶ直線上に配置されており、テーブル２の辺方向（プリント基板Ｋの辺方向）に対し、平面視斜め４５度の方向から光パターンを照射する。従って、光源からの光は液晶光学シャッターを介してプリント基板Ｋ上に照射されるようになっており、特にプリント基板Ｋの辺方向に対し、４５度傾いた線に沿って照度が正弦波状に変化する縞状の光パターン（正弦波パターン）が照射されるようになっている（図２参照）。
【００３７】
なお、照明装置３において、図示しない光源からの光は光ファイバーにより一対の集光レンズに導かれ、そこで平行光にされる。その平行光が、液晶素子を介して恒温制御装置内に配置された投影レンズに導かれる。そして、投影レンズから４つの位相変化する光パターンが照射される。このように、照明装置３に液晶光学シャツターが使用されていることによって、縞状の光パターンを作成した場合に、その照度が理想的な正弦波に近いものが得られ、これにより、三次元計測の測定分解能が向上するようになっている。また、光パターン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ようになっている。
【００３８】
また、図１に示すように、前記ＣＣＤカメラ４、照明装置３、モータ５，６を駆動制御するとともに、ＣＣＤカメラ４により撮像された撮像データに基づき種々の演算を実行するための制御装置７が設けられている。すなわち、プリント基板Ｋがテーブル２上に載置されると、制御装置７は、まずモータ５，６を駆動制御して所定の位置に移動させ、プリント基板Ｋを初期位置に移動させる。この初期位置は、例えばＣＣＤカメラ４の視野の大きさを１単位としてプリント基板Ｋの表面を予め分割しておいた中の１つの位置である。また、制御装置７は、照明装置３を駆動制御して光パターンの照射を開始させると共に、この光パターンの位相を４分の１ピッチずつシフトさせて４種類の照射を順次切換制御する。さらに、このようにして光パターンの位相がシフトする照明が行われている間に、制御装置７はＣＣＤカメラ４を駆動制御して、これら各照射ごとに検査エリア部分を撮像し、それぞれ４画面分の画像データを得る。
【００３９】
制御装置７は画像メモリを備えており、４画面分の画像データを順次記憶する。この記憶した画像データに基づいて、制御装置７は各種画像処理を行う。かかる画像処理が行われている間に、制御装置７は、モータ５，６を駆動制御してテーブル２を次の検査エリアへと移動せしめる。制御装置７は、ここでの画像データについても画像メモリへ格納する。一方、画像メモリでの画像処理が一旦終了した場合、すでに画像メモリには次の画像データが記憶されているので、速やかに制御装置７は次の画像処理を行うことができる。つまり、検査は、一方で次なる検査エリア（ｎ＋１番目）への移動及び画像入力を行い、他方ではｎ番目の画像処理及び比較判定を行う。以降、全ての検査エリアでの検査が完了するまで、交互に同様の上記並行処理が繰り返し行われる。このように、本実施の形態の印刷状態検査装置１においては、制御装置７の制御により検査エリアを移動しながら、順次画像処理を行うことにより、プリント基板Ｋ上のクリームハンダＣの印刷状態を高速かつ確実に検査することができるようになっている。
【００４０】
次に、制御装置７の行う画像処理と比較判定について説明する。プリント基板Ｋに投影された光パターンに関して、プリント基板Ｋ面上とクリームハンダＣとの間では、その高さの相違に基づく位相のずれが生じる。そこで、制御装置７では、光パターンの位相が４分の１ピッチずつシフトした際の検査エリアの画像データ（本実施の形態では４画面の画像データ）に基づき、位相シフト法（縞走査法）によって検査エリア内の各部の反射面の高さを算出するのである。
【００４１】
すなわち、画面上の点Ｐの光の強度Ｉは下式で与えられる。
【００４２】
Ｉ＝ｅ＋ｆ・ｃｏｓφ
［但し、ｅ：直流光ノイズ（オフセット成分）、ｆ：正弦波のコントラスト（反射率）、φ：物体の凹凸により与えられる位相］
このとき、光パターンをシフトさせて、位相を例えば４段階（φ＋０、φ＋π／２、φ＋π、φ＋３π／２）に変化させ、これらに対応する強度分布Ｉ０、Ｉ１、Ｉ２、Ｉ３をもつ画像を取り込み、下記式に基づいて変調分αを求める。
【００４３】
α＝ａｒｃｔａｎ｛（Ｉ３−Ｉ１）／（Ｉ０−Ｉ２）｝
この変調分αを用いて、下記式に基づいてプリント基板（クリームハンダ）上の点Ｐの３次元座標（Ｘ，Ｙ，Ｚ）を求める。
【００４４】
Ｘ＝−ｓｘ
Ｙ＝ｂ＋ｓ（−ｃ＋ｙｃｏｓφ）
Ｚ＝ａ＋ｓ（−ｄ＋ｙｓｉｎφ）
ｓ＝（−ｂｃｏｓθ）／ｕ
θ＝ａｒｃｔａｎ（ｌα／ａ）
ｕ＝（−ｃ−ｙｃｏｓφ）ｃｏｓθ＋（−ｄ＋ｙｓｉｎφ）ｓｉｎθ
φ＝ａｒｃｔａｎ（ｂ／ａ）
ｃ＝ａｍ
ｄ＝ｂｍ （但し、ｌ：基準面に投影された光パターンのピッチ、ｍ：カメラ倍率）
このようにして得られた点Ｐの３次元座標（Ｘ，Ｙ，Ｚ）データは、撮像画面の画素Ｐ単位に演算され、制御装置７のメモリに格納される。また、当該各部のデータに基づいて、基準面より高くなったクリームハンダＣの印刷範囲が検出され、この範囲内での各部の高さを積分することにより、印刷されたクリームハンダＣの量が算出される。そして、このようにして求めたクリームハンダの位置、面積、高さ又は量等のデータが予め記憶されている基準データと比較判定され、この比較結果が許容範囲内にあるか否かによって、その検査エリアにおけるクリームハンダＣの印刷状態の良否が判定されるのである。
【００４５】
以上詳述したように、本実施の形態によれば、照明装置３にて照射される光パターンが、クリームハンダＣの延びる方向に対し斜めとなる（プリント基板Ｋの各辺に対し斜めとなり、ＣＣＤカメラ４の視野の各辺に対し斜めとなる：図２参照）。このため、図３に示すように、光ＬがクリームハンダＣの延びる方向に斜めに（４５度の角度で）当たることとなる。従って、仮にクリームハンダＣの端縁部において、電極パターンのエッジ部分が露出していたとしても、該エッジ部分に当たった光ＬがＣＣＤカメラ４の方へと反射してしまうといった事態が起こりにくくなる。その結果、ハレーションによる不具合を抑制することができ、ひいては計測精度をより高めることができる。
【００４６】
また、同図に示すように、光Ｌが当たらない部分が生じたとしても、クリームハンダＣの延びる方向に斜めに光Ｌが当たるため、クリームハンダＣが同図縦方向に延びていても横方向に延びていても陰となる部分に差異が生じにくい。従って、各クリームハンダＣ間で陰となる部分の均一化が図られる。このため、結果として得られる各クリームハンダＣについての計測結果に関し、差異を生じにくくすることができ、もってより一層の計測精度の向上を図ることができる。
【００４７】
さらに、本実施の形態では平面視斜め４５度の方向から光パターンを照射する構成となっているため、図５に示すように、クリームハンダＣに対して、該クリームハンダＣの延びる方向と平行に又は直交方向に当てられていた従来技術に比べて、照射光の角度が相対的に鋭角となる。そのため、陰となる部分（同図散点模様を付した部分）が相対的に減少することとなる。その結果、より一層加減の影響を少なくすることができることから、計測精度をより一層高めることができる。さらに、本実施の形態では、ＣＣＤカメラ４や照明装置３を移動させることなく固定状態で配設しておけばよいため、装置全体の構造の簡素化及び計測精度のさらなる向上を図ることができる。
【００４８】
尚、上述した実施の形態の記載内容に限定されることなく、例えば次のように実施してもよい。
【００４９】
（ａ）上記実施の形態では、照明装置３が光パターンをシフトさせることができる構成となっていたが、プリント基板Ｋ（ひいてはクリームハンダＣ）を移動させることにより、位相を変化させることとしてもよい。
【００５０】
（ｂ）ＣＣＤカメラ４及び照明装置３の配置を従来と同じにしておいて、テーブル２やプリント基板Ｋの配置角を従来と異ならせることとしてもよい。
【００５１】
（ｃ）上記実施の形態では平面視斜め４５度の方向から光パターンを照射する構成となっていたが、必ずしも４５度という数値に拘泥されるわけではなく、平面視斜めの方向から光パターンが照射される構成となっていれば、例えば３０度であってもよいし、４０度であってもよいし、６０度であってもよい。
【００５２】
（ｄ）上記実施の形態では、撮像回数を４回としたが、３回であってもよい。この場合には、位相変化手段により変化させられる３通りの相対位相関係をそれぞれ０、δ、εとしたときの前記３通りの光の強度がそれぞれI0、I1、I2であるとき、下記式により変調分αが求められ、該変調分αに基づき所定の高さ等が演算される。
【００５３】
【数１】
（ｅ）上記実施の形態ではクリームハンダＣの高さ等を計測する場合に具体化したが、他の計測対象物の高さ等を計測する場合に具体化してもよい。他の計測対象物としては、基板上に印刷された印刷物、積層体等が挙げられる。
【図面の簡単な説明】
【図１】一実施の形態における三次元計測装置を具備する印刷状態検査装置を模式的に示す概略斜視図である。
【図２】プリント基板、正弦波パターン及びカメラ視野の関係を模式的に示す平面図である。
【図３】プリント基板上のクリームハンダ及び入射光の関係を概略的に示す平面模式図である。
【図４】プリント基板、ＣＣＤカメラ及び照明装置の相対位置関係を示す平面模式図である。
【図５】本実施の形態の照射光に関する作用効果を説明する側面模式図である。
【図６】従来技術におけるプリント基板、正弦波パターン及びカメラ視野の関係を模式的に示す平面図である。
【図７】従来技術におけるプリント基板上のクリームハンダ及び入射光の関係を概略的に示す平面模式図である。
【図８】従来技術におけるプリント基板上のクリームハンダ並びに入射及び反射光の関係を概略的に示す断面模式図である。
【図９】従来技術におけるプリント基板上のクリームハンダ及び入射光の関係を概略的に示す断面模式図である。
【符号の説明】
１…三次元計測装置を具備する印刷状態検査装置、２…テーブル、３…照明手段及び位相変化手段を構成する照明装置、４…撮像手段としてのＣＣＤカメラ、７…演算手段を構成する制御装置、Ｋ…基板本体を構成するプリント基板、Ｌ…光、Ｃ…計測対象物を構成するクリームハンダ。
【発明の属する技術分野】
本発明は、測定対象物の三次元形状等を位相シフト法を用いて計測する三次元計測装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
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ハンダが印刷される。次に、該クリームハンダ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ハンダ付けが行われる。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ハンダ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。
【０００３】
近年、光を用いたいわゆる非接触式の三次元計測装置が種々提案されており、中でも位相シフト法を用いた三次元計測装置に関する技術が提案されている（特開平１１−２１１４４３号公報、特許第２７１１０４２号等）。
【０００４】
上記技術における三次元計測装置においては、ＣＣＤカメラが用いられる。すなわち、光源と正弦波パターンのフィルタとの組み合わせからなる照射手段により、正弦波状の光強度分布を有する光パターンを測定物体（この場合プリント基板）に照射する。そして、基板上の点を真上に配置したＣＣＤカメラを用いて観測する。この場合、画面上の点Ｐの光の強度Ｉは下式で与えられる。
【０００５】
Ｉ＝ｅ＋ｆ・ｃｏｓφ
［但し、ｅ：直流光ノイズ（オフセット成分）、ｆ：正弦波のコントラスト（反射率）、φ：物体の凹凸により与えられる位相］
このとき、光パターンを移動させて、位相を例えば４段階（φ＋０、φ＋π／２、φ＋π、φ＋３π／２）に変化させ、これらに対応する強度分布Ｉ０、Ｉ１、Ｉ２、Ｉ３をもつ画像を取り込み、下記式に基づいて変調分αを求める。
【０００６】
α＝ａｒｃｔａｎ｛（Ｉ３−Ｉ１）／（Ｉ０−Ｉ２）｝
この変調分αを用いて、プリント基板（クリームハンダ）上の点Ｐの３次元座標（Ｘ，Ｙ，Ｚ）が求められ、もってクリームハンダの三次元形状、特に高さが計測される。
【０００７】
【発明が解決しょうとする課題】
ところで、上記技術における三次元計測装置においては、基板の真上にＣＣＤカメラが設置され、該ＣＣＤカメラから離れた部位に照射手段が設置される。また、図６に示すように、照射手段からの光Ｌは、平面から見て矩形状のプリント基板Ｋの設置方向に沿って照射されるよう設定されている。すなわち、プリント基板Ｋの一対の辺と平行に（残りの１対の辺とは垂直に）光Ｌが当てられる。
【０００８】
また、図７に示すように、一般には、クリームハンダＣは長尺状をなしており、プリント基板Ｋの辺と平行に又は直交方向に延びるようにして印刷される。従って、該長尺状のクリームハンダＣに対して、光ＬはクリームハンダＣの延びる方向と平行に又は直交方向に当てられることとなる。
【０００９】
ここで、クリームハンダＣは、基板上に配設された銅箔からなる電極パターン上に印刷されるのであるが、該銅箔が錆びたりするのを防止するために、（１）銅箔表面に金メッキを施したり、（２）銅箔の上にプリフラックスを塗布したり、（３）ハンダの接合強度を増すために銅箔表面にハンダメッキを施したりすることが行われる。しかし、図８に示すように、電極部分の端縁（エッジ部分）の一部がクリームハンダＣで被覆されないことがあり、この場合には、該エッジ部分が露出することとなる。そして、かかる露出状態にて光Ｌを当てた場合、同図に示すように、光ＬがＣＣＤカメラの方へと反射してしまうことが起こりうる。そのため、撮像に際しハレーションを起こしてしまうことがあり、他のクリームハンダＣで被覆されている部分について正確な測定が困難となってしまうおそれがある。特に、上記（３）のように、銅箔表面にハンダメッキを施すことで電極パターンが構成されている場合には、エッジ部分が断面円弧状となるため、上記不具合が起こりやすくなる傾向にある。
【００１０】
また、光Ｌは真上から照射される訳ではないので、図７の斜線及び図９に示すように、光Ｌが当たらない（陰となる）部分が生じることとなる。そして、該部分のクリームハンダＣは測定されにくい。これに対し、上述したように（図７参照）、クリームハンダＣの中には、自身が延びる方向と平行に光Ｌが当たるものと、直交する方向に光Ｌが当たるものとがある。ここで、平行に光Ｌが当たる場合には陰となる部分が少ないのに対し、直交する方向に当たる場合には陰となる部分が多くなる。このため、たとえ同じ量のクリームハンダＣが印刷形成された場合であっても、平行に光Ｌが当たるものと直交方向に光Ｌが当たるものとでは、測定されるクリームハンダＣの量に大きな差異が生じてしまうおそれがある。
【００１１】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、計測対象物の三次元形状を位相シフト法を用いて計測するに際し、ハレーション等による不具合を抑制し、計測精度をより高めることのできる三次元計測装置を提供することを主たる目的の一つとしている。
【００１２】
【課題を解決するための手段及びその効果】
上記目的を達成し得る特徴的手段について以下に説明する。また、各手段につき、特徴的な作用及び効果を必要に応じて記載する。
【００１３】
手段１．略矩形状をなす基板本体上に設けられた長尺状の計測対象物に対し、略正弦波状の光強度分布を有する光パターンを照射可能な照射手段と、計測対象物を撮像可能な撮像手段と、前記計測対象物と、前記光パターンとの相対位相関係を変化させる位相変化手段と、前記位相変化手段により変化させられた複数通りの相対位相関係下において前記撮像手段にて撮像された複数通りの画像データに基づき、位相シフト法により少なくとも前記計測対象物の所定の高さを演算する演算手段とを備え、前記照射手段にて照射される光パターンが、前記基板本体の各辺に対し斜めとなるよう構成したことを特徴とする三次元計測装置。
【００１４】
手段１によれば、略矩形状をなす基板本体上に設けられた長尺状の計測対象物に対し、略正弦波状の光強度分布を有する光パターンが照射手段によって照射される。また、光パターンの照射された計測対象物が撮像手段によって撮像される。このとき、計測対象物と光パターンとの相対位相関係が位相変化手段によって変化させられる。そして、位相変化手段により変化させられた複数通りの相対位相関係下において前記撮像手段にて撮像された複数通りの画像データに基づき、演算手段では、位相シフト法により少なくとも計測対象物の所定の高さが演算される。ここで、照射手段にて照射される光パターンは、基板本体の各辺に対し斜めとなる。このため、撮像の対象となる計測対象物が基板本体の辺方向に延びるように設けられている場合には、光が計測対象物を撮像するための撮像手段の方へと反射してしまうことが起こりにくくなり、ハレーションによる不具合が抑制される。
【００１５】
手段２．ほぼ全ての計測対象物が、前記基板本体の辺方向に延びるように設けられていることを特徴とする手段１に記載の三次元計測装置。
【００１６】
手段２によれば、光がほぼ全ての計測対象物の延びる方向に斜めに当たり、反射光が撮像手段の方へと反射してしまうことが起こりにくくなり、ハレーションによる不具合が一層抑制される。また、光が当たらない部分が生じたとしても、ほぼ全ての計測対象物の延びる方向に斜めに光が当たるため、各計測対象物間で陰となる部分の均一化が図られる。このため、計測対象物間での計測結果に差異を生じにくくすることができる。
【００１７】
手段３．長尺状をなす計測対象物に対し、略正弦波状の光強度分布を有する光パターンを照射可能な照射手段と、計測対象物を略矩形状の視野にて撮像可能な撮像手段と、前記計測対象物と、前記光パターンとの相対位相関係を変化させる位相変化手段と、前記位相変化手段により変化させられた複数通りの相対位相関係下において前記撮像手段にて撮像された複数通りの画像データに基づき、位相シフト法により少なくとも前記計測対象物の所定の高さを演算する演算手段とを備え、前記照射手段にて照射される光パターンが、前記撮像手段の視野の各辺に対し斜めとなるよう構成したことを特徴とする三次元計測装置。
【００１８】
手段３によれば、長尺状をなす計測対象物に対し、略正弦波状の光強度分布を有する光パターンが照射手段によって照射される。また、照射された計測対象物が、撮像手段によって略矩形状の視野にて撮像される。このとき、計測対象物と光パターンとの相対位相関係が位相変化手段によって変化させられる。そして、位相変化手段により変化させられた複数通りの相対位相関係下において前記撮像手段にて撮像された複数通りの画像データに基づき、演算手段では、位相シフト法により少なくとも計測対象物の所定の高さが演算される。ここで、照射手段にて照射される光パターンは、撮像手段の視野の各辺に対し斜めとなる。このため、撮像の対象となる計測対象物が撮像手段の視野の辺方向に延びるように設けられている場合には、光が撮像手段の方へと反射してしまうことが起こりにくくなり、ハレーションによる不具合が抑制される。
【００１９】
手段４．ほぼ全ての計測対象物が、前記撮像手段の視野の辺方向に延びるように設けられていることを特徴とする手段３に記載の三次元計測装置。
【００２０】
手段４によれば、光がほぼ全ての計測対象物の延びる方向に斜めに当たり、反射光が撮像手段の方へと反射してしまうことが起こりにくくなり、ハレーションによる不具合が一層抑制される。また、光が当たらない部分が生じたとしても、ほぼ全ての計測対象物の延びる方向に斜めに光が当たるため、各計測対象物間で陰となる部分の均一化が図られる。このため、計測対象物間での計測結果に差異を生じにくくすることができる。
【００２１】
手段５．長尺状をなし、第１の方向及び該第１の方向に略直交する第２の方向の少なくとも一方向に延びるよう配列された計測対象物に対し、略正弦波状の光強度分布を有する光パターンを照射可能な照射手段と、計測対象物を撮像可能な撮像手段と、前記計測対象物と、前記光パターンとの相対位相関係を変化させる位相変化手段と、前記位相変化手段により変化させられた複数通りの相対位相関係下において前記撮像手段にて撮像された複数通りの画像データに基づき、位相シフト法により少なくとも前記計測対象物の所定の高さを演算する演算手段とを備え、前記照射手段にて照射される光パターンが、前記計測対象物の延びる方向に対し斜めとなるよう構成したことを特徴とする三次元計測装置。
【００２２】
手段５によれば、長尺状をなし、第１の方向及び該第１の方向に略直交する第２の方向の少なくとも一方向に延びるよう配列された計測対象物に対し、略正弦波状の光強度分布を有する光パターンが照射手段によって照射される。また、照射された計測対象物が撮像手段によって撮像される。このとき、計測対象物と光パターンとの相対位相関係が位相変化手段によって変化させられる。そして、位相変化手段により変化させられた複数通りの相対位相関係下において前記撮像手段にて撮像された複数通りの画像データに基づき、演算手段では、位相シフト法により少なくとも計測対象物の所定の高さが演算される。ここで、照射手段にて照射される光パターンが、計測対象物の延びる方向に対し斜めとなる。このため、光が計測対象物の延びる方向に斜めに当たることとなり、反射光が撮像手段の方へと反射してしまうことが起こりにくくなる。そのため、ハレーションによる不具合が抑制される。また、光が当たらない部分が生じたとしても、計測対象物の延びる方向に斜めに光が当たるため、各計測対象物間で陰となる部分の均一化が図られる。このため、計測対象物間での計測結果に差異を生じにくくすることができる。
【００２３】
手段６．前記計測対象物は、略矩形状のプリント基板本体表面に設けられた複数の電極パターン上に印刷形成されたクリームハンダであることを特徴とする手段１乃至５のいずれかに記載の三次元計測装置。
【００２４】
手段６によれば、クリームハンダで被覆されない電極パターンの露出部分があったとしても、該露出部分に当たった光の反射光が撮像手段の方へと反射してしまうことが起こりにくくなる。そのため、ハレーションによる不具合が抑制される。また、クリームハンダの端部において光が当たらない部分が生じたとしても、クリームハンダの延びる方向に斜めに光が当たるため、各クリームハンダ間で陰となる部分の均一化が図られる。このため、各クリームハンダ間での計測結果に差異を生じにくくすることができる。
【００２５】
手段７．前記電極パターン表面にはハンダメッキが施されていることを特徴とする手段６に記載の三次元計測装置。
【００２６】
手段７によれば、電極パターン表面に設けられたハンダメッキは、一般にはそのエッジ部分が断面円弧状をなしている。このため、該エッジ部分に光が当たった場合には、光が撮像手段の方へ反射することが懸念されるところであるが、光を計測対象物の延びる方向に対し斜めに当てることによって、撮像手段とは別の方向へ反射させることが可能となる。このため、撮像手段の方へと光が反射することによる不具合の抑制を図ることができる。
【００２７】
手段８．前記演算手段は、前記位相変化手段により変化させられた相対位相関係下において前記撮像手段にて撮像された少なくとも３通りの画像データに基づき前記計測対象物の所定の高さを演算す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。
【００２８】
手段８によれば、前記位相変化手段により変化させられた相対位相関係下において前記撮像手段にて撮像された少なくとも３通りの画像データに基づき、演算手段では、計測対象物の所定の高さが演算される。このため、演算に際し、光強度に関するオフセット成分と反射率とをキャンセルした計測が可能となる。
【００２９】
手段９．前記照射手段にて照射される光パターンが、前記計測対象物の延びる方向に対し略４５度となるよう構成したことを特徴とする手段１乃至８のいずれかに記載の三次元計測装置。
【００３０】
手段９によれば、照射手段にて照射される光パターンが、前記計測対象物の延びる方向に対し略４５度となるため、各計測対象物間で陰となる部分の一層の均一化が図られ、計測対象物間での計測結果の差異を一層生じにくくすることができる。
【００３１】
手段１０．手段１乃至９のいずれかに記載の三次元計測装置を備え、前記演算手段による演算結果に基づき、計測対象物の良否を判定する判定手段を設けたことを特徴とする検査装置。
【００３２】
手段１０によれば、判定手段では、演算手段による演算結果に基づき、計測対象物の良否が判定される。このため、反射光の影響や陰の影響の少ない正確な判定を期待することが可能となる。
【００３３】
【発明の実施の形態】
以下、一実施の形態について、図１乃至図５を参照しつつ説明する。
【００３４】
図１は、本実施の形態における三次元計測装置を具備する印刷状態検査装置１を模式的に示す概略構成図である。同図に示すように、印刷状態検査装置１は、クリームハンダＣの印刷されてなるプリント基板Ｋを載置するためのテーブル２と、プリント基板Ｋの表面に対し斜め上方から正弦波状の複数の位相変化する光パターンを照射するための照明手段及び位相変化手段を構成する照明装置３と、プリント基板Ｋ上の前記照射された部分を撮像するための撮像手段を構成するＣＣＤカメラ４とを備えている。なお、本実施の形態におけるクリームハンダＣは、プリント基板Ｋ上に設けられた銅箔からなる電極パターン上に印刷形成されている。また、電極パターン上にはハンダメッキが施されている。
【００３５】
テーブル２には、モータ５，６が設けられており、該モータ５，６によって、テーブル２上に載置されたプリント基板Ｋが任意の方向（Ｘ軸方向及びＹ軸方向）へスライドさせられるようになっている。
【００３６】
照明装置３は、公知の液晶光学シャッターを備えており、プリント基板Ｋに対し、斜め上方から４分の１ピッチづつ位相変化する光パターンを照射するようになっている。また、図４に示すように、本実施の形態における照明装置３は、テーブル２の中心とコーナー部とを結ぶ直線上に配置されており、テーブル２の辺方向（プリント基板Ｋの辺方向）に対し、平面視斜め４５度の方向から光パターンを照射する。従って、光源からの光は液晶光学シャッターを介してプリント基板Ｋ上に照射されるようになっており、特にプリント基板Ｋの辺方向に対し、４５度傾いた線に沿って照度が正弦波状に変化する縞状の光パターン（正弦波パターン）が照射されるようになっている（図２参照）。
【００３７】
なお、照明装置３において、図示しない光源からの光は光ファイバーにより一対の集光レンズに導かれ、そこで平行光にされる。その平行光が、液晶素子を介して恒温制御装置内に配置された投影レンズに導かれる。そして、投影レンズから４つの位相変化する光パターンが照射される。このように、照明装置３に液晶光学シャツターが使用されていることによって、縞状の光パターンを作成した場合に、その照度が理想的な正弦波に近いものが得られ、これにより、三次元計測の測定分解能が向上するようになっている。また、光パターン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ようになっている。
【００３８】
また、図１に示すように、前記ＣＣＤカメラ４、照明装置３、モータ５，６を駆動制御するとともに、ＣＣＤカメラ４により撮像された撮像データに基づき種々の演算を実行するための制御装置７が設けられている。すなわち、プリント基板Ｋがテーブル２上に載置されると、制御装置７は、まずモータ５，６を駆動制御して所定の位置に移動させ、プリント基板Ｋを初期位置に移動させる。この初期位置は、例えばＣＣＤカメラ４の視野の大きさを１単位としてプリント基板Ｋの表面を予め分割しておいた中の１つの位置である。また、制御装置７は、照明装置３を駆動制御して光パターンの照射を開始させると共に、この光パターンの位相を４分の１ピッチずつシフトさせて４種類の照射を順次切換制御する。さらに、このようにして光パターンの位相がシフトする照明が行われている間に、制御装置７はＣＣＤカメラ４を駆動制御して、これら各照射ごとに検査エリア部分を撮像し、それぞれ４画面分の画像データを得る。
【００３９】
制御装置７は画像メモリを備えており、４画面分の画像データを順次記憶する。この記憶した画像データに基づいて、制御装置７は各種画像処理を行う。かかる画像処理が行われている間に、制御装置７は、モータ５，６を駆動制御してテーブル２を次の検査エリアへと移動せしめる。制御装置７は、ここでの画像データについても画像メモリへ格納する。一方、画像メモリでの画像処理が一旦終了した場合、すでに画像メモリには次の画像データが記憶されているので、速やかに制御装置７は次の画像処理を行うことができる。つまり、検査は、一方で次なる検査エリア（ｎ＋１番目）への移動及び画像入力を行い、他方ではｎ番目の画像処理及び比較判定を行う。以降、全ての検査エリアでの検査が完了するまで、交互に同様の上記並行処理が繰り返し行われる。このように、本実施の形態の印刷状態検査装置１においては、制御装置７の制御により検査エリアを移動しながら、順次画像処理を行うことにより、プリント基板Ｋ上のクリームハンダＣの印刷状態を高速かつ確実に検査することができるようになっている。
【００４０】
次に、制御装置７の行う画像処理と比較判定について説明する。プリント基板Ｋに投影された光パターンに関して、プリント基板Ｋ面上とクリームハンダＣとの間では、その高さの相違に基づく位相のずれが生じる。そこで、制御装置７では、光パターンの位相が４分の１ピッチずつシフトした際の検査エリアの画像データ（本実施の形態では４画面の画像データ）に基づき、位相シフト法（縞走査法）によって検査エリア内の各部の反射面の高さを算出するのである。
【００４１】
すなわち、画面上の点Ｐの光の強度Ｉは下式で与えられる。
【００４２】
Ｉ＝ｅ＋ｆ・ｃｏｓφ
［但し、ｅ：直流光ノイズ（オフセット成分）、ｆ：正弦波のコントラスト（反射率）、φ：物体の凹凸により与えられる位相］
このとき、光パターンをシフトさせて、位相を例えば４段階（φ＋０、φ＋π／２、φ＋π、φ＋３π／２）に変化させ、これらに対応する強度分布Ｉ０、Ｉ１、Ｉ２、Ｉ３をもつ画像を取り込み、下記式に基づいて変調分αを求める。
【００４３】
α＝ａｒｃｔａｎ｛（Ｉ３−Ｉ１）／（Ｉ０−Ｉ２）｝
この変調分αを用いて、下記式に基づいてプリント基板（クリームハンダ）上の点Ｐの３次元座標（Ｘ，Ｙ，Ｚ）を求める。
【００４４】
Ｘ＝−ｓｘ
Ｙ＝ｂ＋ｓ（−ｃ＋ｙｃｏｓφ）
Ｚ＝ａ＋ｓ（−ｄ＋ｙｓｉｎφ）
ｓ＝（−ｂｃｏｓθ）／ｕ
θ＝ａｒｃｔａｎ（ｌα／ａ）
ｕ＝（−ｃ−ｙｃｏｓφ）ｃｏｓθ＋（−ｄ＋ｙｓｉｎφ）ｓｉｎθ
φ＝ａｒｃｔａｎ（ｂ／ａ）
ｃ＝ａｍ
ｄ＝ｂｍ （但し、ｌ：基準面に投影された光パターンのピッチ、ｍ：カメラ倍率）
このようにして得られた点Ｐの３次元座標（Ｘ，Ｙ，Ｚ）データは、撮像画面の画素Ｐ単位に演算され、制御装置７のメモリに格納される。また、当該各部のデータに基づいて、基準面より高くなったクリームハンダＣの印刷範囲が検出され、この範囲内での各部の高さを積分することにより、印刷されたクリームハンダＣの量が算出される。そして、このようにして求めたクリームハンダの位置、面積、高さ又は量等のデータが予め記憶されている基準データと比較判定され、この比較結果が許容範囲内にあるか否かによって、その検査エリアにおけるクリームハンダＣの印刷状態の良否が判定されるのである。
【００４５】
以上詳述したように、本実施の形態によれば、照明装置３にて照射される光パターンが、クリームハンダＣの延びる方向に対し斜めとなる（プリント基板Ｋの各辺に対し斜めとなり、ＣＣＤカメラ４の視野の各辺に対し斜めとなる：図２参照）。このため、図３に示すように、光ＬがクリームハンダＣの延びる方向に斜めに（４５度の角度で）当たることとなる。従って、仮にクリームハンダＣの端縁部において、電極パターンのエッジ部分が露出していたとしても、該エッジ部分に当たった光ＬがＣＣＤカメラ４の方へと反射してしまうといった事態が起こりにくくなる。その結果、ハレーションによる不具合を抑制することができ、ひいては計測精度をより高めることができる。
【００４６】
また、同図に示すように、光Ｌが当たらない部分が生じたとしても、クリームハンダＣの延びる方向に斜めに光Ｌが当たるため、クリームハンダＣが同図縦方向に延びていても横方向に延びていても陰となる部分に差異が生じにくい。従って、各クリームハンダＣ間で陰となる部分の均一化が図られる。このため、結果として得られる各クリームハンダＣについての計測結果に関し、差異を生じにくくすることができ、もってより一層の計測精度の向上を図ることができる。
【００４７】
さらに、本実施の形態では平面視斜め４５度の方向から光パターンを照射する構成となっているため、図５に示すように、クリームハンダＣに対して、該クリームハンダＣの延びる方向と平行に又は直交方向に当てられていた従来技術に比べて、照射光の角度が相対的に鋭角となる。そのため、陰となる部分（同図散点模様を付した部分）が相対的に減少することとなる。その結果、より一層加減の影響を少なくすることができることから、計測精度をより一層高めることができる。さらに、本実施の形態では、ＣＣＤカメラ４や照明装置３を移動させることなく固定状態で配設しておけばよいため、装置全体の構造の簡素化及び計測精度のさらなる向上を図ることができる。
【００４８】
尚、上述した実施の形態の記載内容に限定されることなく、例えば次のように実施してもよい。
【００４９】
（ａ）上記実施の形態では、照明装置３が光パターンをシフトさせることができる構成となっていたが、プリント基板Ｋ（ひいてはクリームハンダＣ）を移動させることにより、位相を変化させることとしてもよい。
【００５０】
（ｂ）ＣＣＤカメラ４及び照明装置３の配置を従来と同じにしておいて、テーブル２やプリント基板Ｋの配置角を従来と異ならせることとしてもよい。
【００５１】
（ｃ）上記実施の形態では平面視斜め４５度の方向から光パターンを照射する構成となっていたが、必ずしも４５度という数値に拘泥されるわけではなく、平面視斜めの方向から光パターンが照射される構成となっていれば、例えば３０度であってもよいし、４０度であってもよいし、６０度であってもよい。
【００５２】
（ｄ）上記実施の形態では、撮像回数を４回としたが、３回であってもよい。この場合には、位相変化手段により変化させられる３通りの相対位相関係をそれぞれ０、δ、εとしたときの前記３通りの光の強度がそれぞれI0、I1、I2であるとき、下記式により変調分αが求められ、該変調分αに基づき所定の高さ等が演算される。
【００５３】
【数１】
【図面の簡単な説明】
【図１】一実施の形態における三次元計測装置を具備する印刷状態検査装置を模式的に示す概略斜視図である。
【図２】プリント基板、正弦波パターン及びカメラ視野の関係を模式的に示す平面図である。
【図３】プリント基板上のクリームハンダ及び入射光の関係を概略的に示す平面模式図である。
【図４】プリント基板、ＣＣＤカメラ及び照明装置の相対位置関係を示す平面模式図である。
【図５】本実施の形態の照射光に関する作用効果を説明する側面模式図である。
【図６】従来技術におけるプリント基板、正弦波パターン及びカメラ視野の関係を模式的に示す平面図である。
【図７】従来技術におけるプリント基板上のクリームハンダ及び入射光の関係を概略的に示す平面模式図である。
【図８】従来技術におけるプリント基板上のクリームハンダ並びに入射及び反射光の関係を概略的に示す断面模式図である。
【図９】従来技術におけるプリント基板上のクリームハンダ及び入射光の関係を概略的に示す断面模式図である。
【符号の説明】
１…三次元計測装置を具備する印刷状態検査装置、２…テーブル、３…照明手段及び位相変化手段を構成する照明装置、４…撮像手段としてのＣＣＤカメラ、７…演算手段を構成する制御装置、Ｋ…基板本体を構成するプリント基板、Ｌ…光、Ｃ…計測対象物を構成するクリームハンダ。
Claims (11)
- 略矩形状をなすプリント基板本体表面に設けられた電極パターン上に設けられた長尺状の計測対象物に対し、略正弦波状の光強度分布を有する光パターンを照射可能な照射手段と、
計測対象物を撮像可能な撮像手段と、
前記計測対象物と、前記光パターンとの相対位相関係を変化させる位相変化手段と、
前記位相変化手段により変化させられた複数通りの相対位相関係下において前記撮像手段にて撮像された複数通りの画像データに基づき、位相シフト法により少なくとも前記計測対象物の所定の高さを演算する演算手段と
を備え、
前記照射手段にて照射される光パターンが、前記基板本体の各辺に対し斜めとなるよう構成したことを特徴とする三次元計測装置。 - 略矩形状をなす基板本体上に設けられた長尺状の計測対象物に対し、略正弦波状の光強度分布を有する光パターンを照射可能な照射手段と、
計測対象物を撮像可能な撮像手段と、
前記計測対象物と、前記光パターンとの相対位相関係を変化させる位相変化手段と、
前記位相変化手段により変化させられた複数通りの相対位相関係下において前記撮像手段にて撮像された複数通りの画像データに基づき、位相シフト法により少なくとも前記計測対象物の所定の高さを演算する演算手段と
を備え、
前記計測対象物は、略矩形状のプリント基板本体表面に設けられた複数の電極パターン上に印刷形成されたクリームハンダであり、
前記照射手段にて照射される光パターンが、前記基板本体の各辺に対し斜めとなるよう構成したことを特徴とする三次元計測装置。 - ほぼ全ての計測対象物が、前記基板本体の辺方向に延びるように設けられていることを特徴とする請求項１又は２に記載の三次元計測装置。
- プリント基板本体表面に設けられた電極パターン上に設けられた長尺状をなす計測対象物に対し、略正弦波状の光強度分布を有する光パターンを照射可能な照射手段と、
計測対象物を略矩形状の視野にて撮像可能な撮像手段と、
前記計測対象物と、前記光パターンとの相対位相関係を変化させる位相変化手段と、
前記位相変化手段により変化させられた複数通りの相対位相関係下において前記撮像手段にて撮像された複数通りの画像データに基づき、位相シフト法により少なくとも前記計測対象物の所定の高さを演算する演算手段と
を備え、
前記照射手段にて照射される光パターンが、前記撮像手段の視野の各辺に対し斜めとなるよう構成したことを特徴とする三次元計測装置。 - 長尺状をなす計測対象物に対し、略正弦波状の光強度分布を有する光パターンを照射可能な照射手段と、
計測対象物を略矩形状の視野にて撮像可能な撮像手段と、
前記計測対象物と、前記光パターンとの相対位相関係を変化させる位相変化手段と、
前記位相変化手段により変化させられた複数通りの相対位相関係下において前記撮像手段にて撮像された複数通りの画像データに基づき、位相シフト法により少なくとも前記計測対象物の所定の高さを演算する演算手段と
を備え、
前記計測対象物は、プリント基板本体表面に設けられた複数の電極パターン上に印刷形成されたクリームハンダであり、
前記照射手段にて照射される光パターンが、前記撮像手段の視野の各辺に対し斜めとなるよう構成したことを特徴とする三次元計測装置。 - ほぼ全ての計測対象物が、前記撮像手段の視野の辺方向に延びるように設けられていることを特徴とする請求項４又は５に記載の三次元計測装置。
- プリント基板本体表面に設けられた電極パターン上に設けられ、長尺状をなし、第１の方向及び該第１の方向に略直交する第２の方向の少なくとも一方向に延びるよう配列された計測対象物に対し、略正弦波状の光強度分布を有する光パターンを照射可能な照射手段と、
計測対象物を撮像可能な撮像手段と、
前記計測対象物と、前記光パターンとの相対位相関係を変化させる位相変化手段と、
前記位相変化手段により変化させられた複数通りの相対位相関係下において前記撮像手段にて撮像された複数通りの画像データに基づき、位相シフト法により少なくとも前記計測対象物の所定の高さを演算する演算手段と
を備え、
前記照射手段にて照射される光パターンが、前記計測対象物の延びる方向に対し斜めとなるよう構成したことを特徴とする三次元計測装置。 - 長尺状をなし、第１の方向及び該第１の方向に略直交する第２の方向の少なくとも一方向に延びるよう配列された計測対象物に対し、略正弦波状の光強度分布を有する光パターンを照射可能な照射手段と、
計測対象物を撮像可能な撮像手段と、
前記計測対象物と、前記光パターンとの相対位相関係を変化させる位相変化手段と、
前記位相変化手段により変化させられた複数通りの相対位相関係下において前記撮像手段にて撮像された複数通りの画像データに基づき、位相シフト法により少なくとも前記計測対象物の所定の高さを演算する演算手段と
を備え、
前記計測対象物は、プリント基板本体表面に設けられた複数の電極パターン上に印刷形成されたクリームハンダであり、
前記照射手段にて照射される光パターンが、前記計測対象物の延びる方向に対し斜めとなるよう構成したことを特徴とする三次元計測装置。 - 前記電極パターン表面にはハンダメッキが施されていることを特徴とする請求項１乃至８のいずれかに記載の三次元計測装置。
- 前記演算手段は、前記位相変化手段により変化させられた相対位相関係下において前記撮像手段にて撮像された少なくとも３通りの画像データに基づき前記計測対象物の所定の高さを演算することを特徴とする請求項１乃至９のいずれかに記載の三次元計測装置。
- 前記照射手段にて照射される光パターンが、前記計測対象物の延びる方向に対し略４５度となるよう構成したことを特徴とする請求項１乃至１０のいずれかに記載の三次元計測装置。
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