JP5482411B2 - 立体形状測定装置、検査装置及び立体形状測定用調整方法 - Google Patents
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この場合、例えば基板を平面的に撮影した静止画像を1枚、取得することで、平面的な形状、つまり二次元(2D)の検査が行える。また、被検査物に格子縞を投光した上で、その格子縞の投光位置の位相を変化させながら、複数枚の撮影を行って、その複数枚の静止画像を画像解析することで、立体形状、つまり三次元(3D)の検査が行える。この三次元形状検査は、位相シフト法と称される。
そして、そのそれぞれの格子縞の位相の静止画像を画像解析して、被写体(被測定物)の立体形状を測定する。位相シフト法による三次元検査を行うための装置構成例については、後述する実施の形態で説明する。
1.装置構成の説明(図1,図2)
2.格子縞の説明(図3,図4)
3.調整処理の説明(図5〜図7)
図1及び図2を参照して、本実施の形態の例の立体形状測定装置を説明する。本実施の形態の例の立体形状測定装置は、回路基板に半田を塗布した状態を検査する検査装置として構成してある。
図1及び図2に示すように、検査装置は、被検査物を載せるテーブル10を備え、そのテーブル10に載せられた被測定物(被検査物)である基板20を、撮影部であるカメラ30で撮影する。テーブル10の真上に配置されたカメラ30には、撮像レンズ部31が取り付けてあり、テーブル10上の基板20を撮影する。図2に示すように、撮像レンズ部31の周囲には、上段照明部32と下段照明部33とが配置してあり、被検査物を照明しながらカメラ30で撮影する。下段照明部33は、円形の開口部33aを備え、その開口部33a内に被検査物である基板20が配置されるようにしてある。
2D検査を行う場合には、被検査物である基板20の検査領域を、カメラ30で撮影して、1枚の静止画像データを得ることで検査が行える。
3D検査を行う場合には、被検査物である基板20の検査領域を、カメラ30で撮影するが、後述する格子縞スリット46で格子縞を基板20に投影した状態で、その格子縞の位相を変えて、4枚の静止画像データを得る。格子縞の位相を変える処理については後述する。そして、その4枚の静止画像データを画像解析して、基板20の検査領域の立体形状を判断する。判断結果は制御部11が取得する。
図2に示すように、3D用投影部40がテーブル10の斜め上に配置してあり、その3D用投影部40から格子縞を投影する。
図1を参照して、格子縞を投影する構成について説明すると、投光機41からの光を、投影レンズ42を介して、被検査物である基板20の表面に斜めから照射する。このとき、投光機41と投影レンズ42との間に、格子縞スリット46を配置してある。
格子縞スリット46は、スライドテーブル45により、投光機41からの光の光軸と直交する方向にスライド可能に配置してある。このスライドする方向は、格子縞スリット46上の格子縞が平行に並んだ方向へのスライドでもある。
次に、図3及び図4を参照して、格子縞スリット46に形成された格子縞の構成と、その格子縞の使用例について説明する。
図3は、格子縞の一部を拡大して示した図であり、(1/2)πずつ位相をシフトさせた状態を並べて示してある。図3の例では、左右方向に各縞が配置してあり、上下方向に一定の間隔で平行に縞が並んでいる。
モータ43によるスライドテーブル45の駆動で、上下方向に格子縞の位置がシフトする。
このような格子縞が形成されていることで、この格子縞が投影された画像を撮影した場合、格子縞が並んだ方向で見た光強度の変化は、図4に示した状態となる。即ち、図4に示した光強度の変化特性Lは、スリット46の縞の白色の部分で最も強い強度の箇所L1となり、スリット46の縞の黒色の部分で最も弱い強度の箇所L2となり、一定周期で変化する曲線の特性となっている。
次に、図5〜図7を参照して、格子縞スリット46の位置をシフトさせるためのキャリブレーション時の処理例について説明する。
このキャリブレーション処理は、例えば検査装置の製造時又は設置時などの、実際に使用する前の段階で、少なくとも1回行う。また、検査装置の使用開始後であっても、必要なときやユーザ操作で指示があった場合にも、このキャリブレーション処理を随時行うようにしてもよい。
図5のフローチャートは、キャリブレーション処理の流れを示したもので、制御部11の制御で実行される。なお、このキャリブレーション処理時のカメラ30での撮影時には、被検査物は載せない状態でよく、格子縞の白い部分と黒い部分が明確に区別できて撮影されればよい。
そして、格子縞スリット46の格子縞の1周期分(位相2π)だけシフトさせるように、制御部11は駆動パルス発生部12に指示を送り、該当するシフト量だけシフトさせる駆動処理を行う(ステップS12)。このシフトさせた状態でもカメラ30で撮影して、1枚の静止画データを得、画像メモリ13に記憶させる(ステップS13)。その後、制御部11は、シフトさせた状態で規定された枚数の撮影を行ったか否か判断する判断処理を行う(ステップS14)。ここでの規定の枚数とは、例えば5枚とする。この判断で規定枚数撮影していない場合には、モータ43の駆動パルスを発生させて、スライドテーブル45及び格子縞スリット46をスライドさせ(ステップS15)、ステップS13の撮影処理に戻る。このステップS15でのスライド時には、ここまで撮影したときの位置とは若干シフトした位置を設定する。
制御部11は、その判断で得られた原点位置の画像と最も近い画像が、位相2πだけ正確にシフトした状態での画像と判定する。その判定した画像を撮影した際のモータの駆動パルス数を判断し、その駆動パルス数を、位相2π移動させる際の調整されたパルス数とし、そのパルス数の1/4のパルス数をメモリ15に記憶させる(ステップS18)。
この例では、例えば初期状態では、モータ43に供給するパルス数が2000パルスであるとき、格子縞の1周期分だけ、格子縞スリット46がシフトするものとする。このとき、2000パルスに対して50パルス間隔で±100パルスの供給によるシフト位置を設定して撮影する。即ち、1900パルス、1950パルス、2000パルス、2050パルス、2100パルスの位置を設定する。
次に、駆動パルスを1950パルス供給したシフト位置で撮影し、その後、逆方向に1950パルス供給して、原点位置に戻す。
次に、駆動パルスを1900パルス供給したシフト位置で撮影し、その後、逆方向に1900パルス供給して、原点位置に戻す。
次に、駆動パルスを2050パルス供給したシフト位置で撮影し、その後、逆方向に2050パルス供給して、原点位置に戻す。
次に、駆動パルスを2100パルス供給したシフト位置で撮影し、その後、逆方向に2100パルス供給して、原点位置に戻す。
このように、それぞれのシフト位置で撮影を行った後、原点位置に戻してから、新たなシフト位置に移動させて、駆動時の誤差が蓄積しないようにして、正確な測定が行えるようにしてある。
例えば、この例では、パルス数1950のときに、誤差数が最も少なくなり、それよりも少ないパルス数(1900)の場合の画像や、それよりも多いパルス数(2000,2050,2100)の場合の画像には、誤差数が多くなっている。
このとき、パルス数1950を、格子縞スリット46を位相2πだけシフトする際の駆動パルス数として確定し、そのパルス数1950の1/4のパルス数(488)を、(1/4)πシフトさせるパルス数に設定してメモリ15に記憶させる。
そして、実際に3D検査を行う際に格子縞スリット46を(1/4)πずつシフトさせる際には、その記憶されたパルス数ずつモータ43に供給して、シフトさせる。
これに対して、例えば図7に示したような、各シフト位置での画像の誤差数の変化のカーブを求め、そのカーブで最も誤差量が少なくなる位置を算出して、より正確なパルス数を算出するようにしてもよい。
なお、このような算出処理で、最も誤差数が少なくなると思われるパルス数が得られた場合には、実際にそのパルス数で駆動させて、算出した誤差数に近い状態になるかどうか確かめた上で、確定させるようにしてもよい。
また、図1や図2に示した装置形状は、好適な一例であり、同様の原理で測定や検査を行う装置であれば、その他の形状であってもよい。
Claims (6)
- 光源からの光を被測定物に投光する光路に配置され、所定間隔で平行な縞を有する格子縞スリットと、
前記平行な縞が配置された方向に、前記格子縞スリットを移動させる駆動部と、
前記格子縞スリットを通過した前記光源からの光が投光された前記被測定物を撮影する撮影部と、
前記格子縞スリットを平行な縞の配置間隔に相当する距離と、その配置間隔に相当する距離に所定の値を加算させた距離又は減算させた距離だけ、前記駆動部で原点位置から移動させて、それぞれの移動位置で前記撮影部が撮影した複数枚の格子縞の画像と、前記原点位置で前記撮影部が撮影した格子縞の画像とを比較し、その比較結果に基づいて、前記格子縞スリットを格子縞の1配置間隔分だけ前記駆動部で駆動させるのに必要な駆動信号の駆動量を判断し、その判断に基づいて、前記被測定物の立体形状を測定するのに必要な駆動信号の駆動量を判定する制御部とを備えた
立体形状測定装置。 - それぞれの移動位置で前記撮影部が撮影した複数枚の格子縞の画像と、前記原点位置で前記撮影部が撮影した格子縞の画像とを比較する処理は、画像の一致度が最も高い画像を選び、その選んだ画像の撮影時の前記格子縞スリットの駆動量を、前記格子縞スリットを格子縞の1配置間隔分だけ前記駆動部で駆動させるのに必要な駆動信号の駆動量とする
請求項1記載の立体形状測定装置。 - 前記格子縞スリットを格子縞の1配置間隔を2πとしたとき、前記被測定物の立体形状を測定するのに必要な駆動信号の駆動量は、前記格子縞スリットを(1/2)πだけ移動させる駆動量と、前記格子縞スリットをπだけ移動させる駆動量と、前記格子縞スリットを(3/2)πだけ移動させる駆動量であり、
それぞれの駆動量を、前記判断した、1配置間隔分だけ前記駆動部で駆動させるのに必要な駆動信号の駆動量から得る
請求項2記載の立体形状測定装置。 - 前記駆動部は、パルス信号の供給により駆動されるパルスモータであり、
前記制御部は、前記格子縞スリットを格子縞の1配置間隔分だけ前記駆動部で駆動させるのに必要な駆動信号の駆動量として、駆動させるのに必要なパルス数を判断する
請求項1〜3のいずれか1項に記載の立体形状測定装置。 - 光源からの光を被測定物に投光する光路に配置され、所定間隔で平行な縞を有する格子縞スリットと、
前記平行な縞が配置された方向に、前記格子縞スリットを移動させる駆動部と、
前記格子縞スリットを通過した前記光源からの光が投光された前記被測定物を撮影する撮影部と、
前記格子縞スリットを平行な縞の配置間隔に相当する距離と、その配置間隔に相当する距離に所定の値を加算させた距離又は減算させた距離だけ、前記駆動部で原点位置から移動させて、それぞれの移動位置で前記撮影部が撮影した複数枚の格子縞の画像と、前記原点位置で前記撮影部が撮影した格子縞の画像とを比較し、その比較結果に基づいて、前記格子縞スリットを格子縞の1配置間隔分だけ前記駆動部で駆動させるのに必要な駆動信号の駆動量を判断し、その判断に基づいて、前記被測定物の立体形状を測定するのに必要な駆動信号の駆動量を判定する制御部とを備えた
検査装置。 - 所定間隔で平行な縞を有する格子縞スリットを、光源からの光を被測定物に投光する光路に配置した上で、前記平行な縞が配置された方向に、前記格子縞スリットを移動させる駆動処理と、
前記格子縞スリットを通過した前記光源からの光が投光された前記被測定物を撮影する撮影処理と、
前記格子縞スリットを平行な縞の配置間隔に相当する距離と、その配置間隔に相当する距離に所定の値を加算させた距離又は減算させた距離だけ、前記駆動処理で原点位置から移動させて、それぞれの移動位置で前記撮影処理により撮影した複数枚の格子縞の画像と、前記原点位置で前記撮影処理により撮影した格子縞の画像とを比較し、その比較結果に基づいて、前記格子縞スリットを格子縞の1配置間隔分だけ前記駆動処理で駆動させるのに必要な駆動信号の駆動量を判断する判断処理と、
その判断に基づいて、前記被測定物の立体形状を測定するのに必要な駆動信号の駆動量を設定する設定処理とを行う
立体形状測定用調整方法。
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