JP6056058B2 - ３次元測定装置、３次元測定方法、プログラム及び基板の製造方法 - Google Patents

Description

本技術は、照度差ステレオ法を用いて測定対象物を３次元測定する３次元測定装置等の技術に関する。

近年、測定対象物を３次元的に測定する方法として、照度差ステレオ法が注目を集めている。照度差ステレオ法では、まず、光の照射方向が異なる３つ以上の照明によって測定対象物に対して順番に光が照射され、照明が切り換えられる度に撮像部によって測定対象物が撮像される。次に、撮像部によって得られた３枚以上の画像に基づいて測定対象物の表面の各点における法線方向が法線マップとして取得される。

これにより、測定対象物を３次元的に測定することができる。なお、照射方向が異なる光が測定対象物に照射されて撮像された３枚以上の画像が存在すれば、照度差ステレオ法を用いて測定対象物を３次元測定することができる。

下記特許文献１には、半田が印刷された基板や、電子部品が搭載された基板の外観を、照度差ステレオ法を用いて検査する外観検査装置が開示されている。

特開２０１０−２３７０３４号公報

例えば、半田が印刷された基板を照度差ステレオ法を用いて３次元測定する場合を想定する。このような場合、照明と半田との位置関係や、半田の形状などに起因して、半田の３次元測定の精度に悪影響を与える画像が取得されてしまう場合がある。このような画像を含んだ形で照度差ステレオ法による３次元測定が行われると、測定精度が低下してしまうといった問題がある。

以上のような事情に鑑み、本技術の目的は、照度差ステレオ法を用いた３次元測定装置において、測定対象物の測定精度を向上させることができる３次元測定装置等を提供することにある。

本技術に係る３次元測定装置は、４以上の照明と、撮像部と、制御部とを具備する。
上記４以上の照明は、測定対象物に対してそれぞれ順番に光を照射する。
前記撮像部は、前記４以上の照明によってそれぞれ順番に光が照射された前記測定対象物を撮像して、４以上の前記測定対象物の画像を取得する。
前記制御部は、前記４以上の画像から少なくとも３枚の画像を選ぶ複数の組み合わせのうち、前記測定対象物の３次元測定の測定精度が相対的に高い画像の組み合わせを推測し、推測された前記組み合わせに基づいて、前記測定対象物を３次元測定する。

本技術に係る３次元測定装置では、４以上の画像から少なくとも３つの画像を選ぶ複数の組み合わせのうち、３次元測定の測定精度が相対的に高い画像の組み合わせを推測することができる。従って、３次元測定に悪影響を与える画像が含まれる場合には、その悪影響を与える画像は、照度差ステレオ法による３次元測定において適切に排除される。これにより、本技術に係る３次元測定装置は、測定対象物の測定精度を向上させることができる。

上記３次元測定装置において、前記制御部は、前記複数の組み合わせ毎に、それぞれ、各組み合わせに含まれる画像に基づいて、前記測定対象物を３次元測定し、前記各組み合わせにおける３次元測定の測定結果に基づいて、前記測定精度が相対的に高い画像の組み合わせを推測してもよい。

これにより、測定精度が相対的に高い画像の組み合わせを、適切に推測することができる。

上記３次元測定装置において、前記制御部は、前記複数の組み合わせ毎に、それぞれ、前記各組み合わせに含まれる画像に基づいて、前記測定対象物を３次元測定する処理を繰り返し、前記各組み合わせにおける３次元測定の結果のバラつき度を判定し、前記バラつき度に基づいて、前記測定精度が相対的に高い画像の組み合わせを推測してもよい。

これにより、測定精度が相対的に高い画像の組み合わせを、適切に推測することができる。

上記３次元測定装置において、前記制御部は、前記複数の組み合わせのうち、前記バラつき度が小さい組み合わせを、前記測定精度が相対的に高い画像の組み合わせとして推測してもよい。

これにより、測定精度が相対的に高い画像の組み合わせを、適切に推測することができる。

上記３次元測定装置において、前記制御部は、前記複数の組み合わせのうち、最低限含まれるべき数の画像を含む組み合わせの中から、前記測定精度が相対的に高い画像の組み合わせを推測してもよい。

これにより、測定精度が相対的に高い画像の組み合わせを、適切に推測することができる。

上記３次元測定装置において、前記測定対象物は、複数の測定物を含んでいてもよい。
この場合、前記制御部は、前記複数の測定物のそれぞれについて、前記測定精度が相対的に高い画像の組み合わせを推測してもよい。

「測定対象物」は、例えば、半田が印刷された基板や、電子部品が実装された基板であり、「測定物」は、例えば、半田、電子部品などである。

上記３次元測定装置において、前記測定対象物は、前記光が照射される照射面を有していてもよい。
この場合、前記４以上の照明のうち、少なくとも１つの照明は、他の照明とは前記照射面に対する光の照射角度が異なっていてもよい。

測定対象物の種類に応じて、照射面に対する適切な光の照射角度が異なる場合がある。この３次元測定装置では、様々な照射角度から照射面に対して光を照射することができる。従って、例えば、４以上の照明のうち、或る特定の照明が測定対象物に対して不適切な照射角度で光を照射しても、その他の照明は、測定対象物に対して適切な角度で光を照射することができる。

上記３次元測定装置において、前記測定対象物が前記光が照射される照射面を有している場合、前記４以上の照明は、それぞれ、光源と、減光フィルタとを有していてもよい。
前記減光フィルタは、前記光源と、前記照射面内における照射点との間の距離に応じた、光の照度のバラつきを吸収可能とされる。

この３次元測定装置では、減光フィルタによって、照射面に対して均一な照度の光を照射することができる。

上記３次元測定装置において、前記減光フィルタは、第１のフィルタと、第２のフィルタとを有していてもよい。
前記第１のフィルタは、減光膜が形成された減光面を有する。
前記第２のフィルタは、前記第１のフィルタの減光面と向かい合わせて重ねられた減光面を有する。

上記３次元測定装置において、前記減光フィルタは、第１のフィルタと、第２のフィルタとを有する場合、第１フィルタは、第１の方向にグラデーションのパターン方向を有していてもよい。
この場合、第２のフィルタは、前記第１の方向とは異なる第２の方向にグラデーションのパターン方向を有し、前記第１のフィルタに重ねられる。

上記３次元測定装置は、面発光照明部と、同軸落射照明とをさらに具備していてもよい。
前記面発光照明は、開口部を有し、前記測定対象物の上方に配置され、面発光により前記測定対象物に光を照射する。
前記同軸落射照明は、前記開口部の位置に、前記撮像部と同軸で配置される。

このような構造により、正確な２次元測定用画像を取得することができる。

本技術に係る３次元測定方法は、４以上の照明によってそれぞれ順番に光が照射された測定対象物を撮像して、４以上の前記測定対象物の画像を取得することを含む。
前記４以上の画像から少なくとも３枚の画像を選ぶ複数の組み合わせのうち、前記測定対象物の３次元測定の測定精度が相対的に高い画像の組み合わせが推測される。
推測された前記組み合わせに基づいて、前記測定対象物が３次元測定される。

本技術に係るプログラムは、３次元測定装置に、
４以上の照明によってそれぞれ順番に光が照射された測定対象物を撮像して、４以上の前記測定対象物の画像を取得するステップと、
前記４以上の画像から少なくとも３枚の画像を選ぶ複数の組み合わせのうち、前記測定対象物の３次元測定の測定精度が相対的に高い画像の組み合わせを推測するステップと、
推測された前記組み合わせに基づいて、前記測定対象物を３次元測定するステップと
を実行させる。

本技術に係る基板の製造方法は、４以上の照明によってそれぞれ順番に光が照射された基板を撮像して、４以上の前記基板の画像を取得することを含む。
前記４以上の画像から少なくとも３枚の画像を選ぶ複数の組み合わせのうち、前記基板の３次元測定の測定精度が相対的に高い画像の組み合わせが推測される。
推測された前記組み合わせに基づいて、前記基板が３次元測定される。
前記３次元測定の測定結果に基づいて、前記基板の良否が判定され、良品と判定された基板上に電子部品が実装される。

以上のように、本技術によれば、照度差ステレオ法を用いた３次元測定装置において、測定対象物の測定精度を向上させることができる３次元測定装置等を提供することができる。

本技術の一実施形態に係る印刷検査装置を示す斜視図である。 印刷検査装置の構成を示すブロック図である。 スポットライトの側方断面図である。 ＬＥＤと、基板上面における光の照射点との間の距離と、その照射点に照射される光の照度との関係を説明するための図である。 グラデーションのパターン方向が異なる複数のフィルタが重ねあわされて減光フィルタが構成された場合の一例を示す図である。 面発光照明部の側方断面図である。 ３次元測定の測定精度が相対的に高い画像の組み合わせが推測されるときの処理を示すフローチャートである。 図７に示す処理を説明するための補足図である。 基板検査時の印刷検査装置の処理を示すフローチャートである。 半田の高さ基準を示す図である。

以下、本技術に係る実施形態を、図面を参照しながら説明する。

［印刷検査装置１００の全体構成及び各部の構成］
図１は、本技術の一実施形態に係る印刷検査装置１００を示す斜視図である。図２は、印刷検査装置１００の構成を示すブロック図である。

これらの図に示す印刷検査装置１００（３次元測定装置）は、印刷によってその上面に複数の半田２（測定物）（図４参照）が形成された基板１（測定対象物）を、照度差ステレオ法を用いて３次元的に検査する装置である。この印刷検査装置１００は、基板１を製造する実装ライン内に配置され、実装ラインの一部を構成する。

実装ラインにおいて、印刷検査装置１００の上流側には、基板１上にクリーム半田２を印刷するスクリーン印刷装置が配置される。一方、印刷検査装置１００の下流側には、半田２が印刷された基板１上に電子部品を実装する実装装置、電子部品が実装された基板１を検査する検査装置、基板１をリフロー処理するリフロー炉、基板１を最終検査する最終検査装置などが配置される。

図１及び図２に示すように、印刷検査装置１００は、搬送部１０と、複数のスポットライト１５（照明）と、面発光照明部２０と、同軸落射照明３０と、撮像部４０と、制御部３と、記憶部４と、表示部５と、入力部６と、通信部７とを含む。

搬送部１０は、Ｘ軸方向に沿って配設された２つのガイド１１と、２つのガイド１１にそれぞれ設けられたコンベアベルト１２とを含む。搬送部１０は、コンベアベルト１２の駆動により、基板１を搬入して検査位置に位置決めしたり、検査が終了した基板１を排出したりすることができる。基板１は、例えば、平面視で矩形の形状を有しており、対角線上の角部近傍に２つのアライメントマークが設けられる。

複数のスポットライト１５は、基板１の斜め上方の位置において、撮像部４０の光軸の周囲を囲むようにして配置される。図１に示す例では、スポットライト１５の数は、４つとされているが、スポットライト１５の数は、４つ以上であれば、特に制限はない。

４以上のスポットライト１５は、基板１に対してそれぞれ順番に光を照射する。４以上のスポットライト１５のうち、特定の１つのスポットライト１５が点灯している間、他の２０は、消灯している。点灯するスポットライト１５は、制御部３の制御に応じて切り換えられる。

４以上のスポットライト１５は、基板１の斜め上方の位置からそれぞれ所定の照射角度θで基板１の上面（照射面）に対して光を照射するように配置されている。典型的には、４以上のスポットライト１５のうち、少なくとも１つのスポットライト１５は、基板１の上面（照射面）に対する光の照射角度θが、他のスポットライト１５の照射角度θとは異なるように配置される。基板１の上面（照射面）に対する照射角度θは、典型的には、２０°〜６０°程度とされるが、これに限られない。

図１に示す例では、４つのスポットライト１５のうち、第１のスポットライト１５ａの照射角度θ１が、他のスポットライト１５（第２乃至第４のスポットライト１５ｂ、１５ｃ、１５ｄ）の照射角度θ２と異なっている。なお、全てのスポットライト１５の照射角度θをそれぞれ異ならせることもできる。

ここで、基板１上には、印刷によって複数の半田２が形成されている。この半田２の形状や、基板１上での半田２の位置に応じて、基板１の照射面に対する適切な光の照射角度θが異なる場合がある。本実施形態では、様々な照射角度θのスポットライト１５が配置されているので、様々な照射角度θから照射面に対して光を照射することができる。従って、例えば、４以上のスポットライト１５のうち、或る特定のスポットライト１５が半田２に対して不適切な照射角度θで光を照射したとしても、その他のスポットライト１５は、半田２に対して適切な角度で光を照射することができる。

面発光照明部２０は、基板１の上方において、基板１と撮像部４０との間に配置され、面発光により基板１の上方から基板１に向けて光を照射する。面発光照明部２０は、全体として矩形の板状の形状を有しており、中央近傍の位置に上下方向に貫通する開口部２０ａを有している。この開口部２０ａが形成されていることにより、撮像部４０は、基板１の上方から基板１を撮像することができる。

一方、撮像部４０の視野を確保するために面発光照明部２０に開口部２０ａが設けられている関係上、面発光照明部２０による光だけでは、基板１の上方から基板１を十分に照らすことができない。すなわち、面発光照明部２０による発光だけでは、開口部２０ａに対応する部分において、基板１が暗くなる。

このため、面発光照明部２０の開口部２０ａに対応する位置に同軸落射照明３０が配置される。同軸落射照明３０は、面発光照明部２０の上部において、撮像部４０の光軸と同軸で配置される。この同軸落射照明３０は、直方体形状の筐体３１を有しており、この筐体３１は、その上部及び下部に撮像部４０の視野を確保するための開口３２を有している。筐体３１の内部には、Ｘ軸方向に向けて光を照射する、面発光型の落射用照明３３が配置される。また、筐体３１の内部には、落射用照明３３の光の出射方向の前方側の位置にハーフミラー３４が斜め方向に傾斜して配置される。

ハーフミラー３４は、落射用照明３３から出射された光を反射して、光の向きを９０°変え、光を基板１側に向けて導くことができる。また、ハーフミラー３４は、基板１側から入射された光を透過させて、撮像部４０側に導くことができる。

本実施形態では、面発光照明部２０と、同軸落射照明３０とにより、基板１の上方から光を照射することで、基板１を明るく照らし、一方で、半田２と基板１との境界を暗くすることができる。

撮像部４０は、基板１の上方に配置され、面発光照明部２０に設けられた開口部２０ａ及び同軸落射照明３０に設けられた開口３２を介して、基板１を上方から撮像する。撮像部４０は、４以上のスポットライト１５によってそれぞれ順番に光が照射された基板１を上方から撮像して、４以上の基板１の画像を取得する。また、撮像部４０は、面発光照明部２０及び同軸落射照明３０によって光が照射された基板１を撮像して、基板１の画像を取得する。

なお、本明細書中では、スポットライト１５が点灯された状態で取得された画像を３次元測定用画像と呼ぶ。一方で、面発光照明部２０と、同軸落射照明３０とが同時に点灯された状態で取得された画像を２次元測定用画像と呼ぶ。

撮像部４０は、ＣＣＤセンサ（ＣＣＤ：Charge Coupled Device）、あるいはＣＭＯＳセンサ（ＣＭＯＳ：Complementary Metal Oxide Semiconductor）等の撮像素子と、結像レンズ等の光学系とを含む。

制御部３は、例えば、ＣＰU（Central Processing Unit）等により構成され、印刷検査装置１００の各部を統括的に制御する。制御部３の処理については、後に詳述する。

記憶部４は、制御部３の作業用の領域として用いられる不揮発性のメモリと、制御部３の処理に必要な各種のデータやプログラムが記憶された不揮発性のメモリとを含む。上記各種のプログラムは、光ディスク、半導体メモリ等の可搬性の記録媒体から読み取られてもよい。

表示部５は、例えば、液晶ディスプレイ等により構成される。入力部６は、キーボード、マウス、タッチパネル等により構成され、オペレータからの各種の指示を入力する。通信部７は、クリーム半田印刷装置や、実装装置等の他の装置へ情報を送信したり、他の装置から情報を受信したりする。

［スポットライト１５の構成］
次に、スポットライト１５の構成について詳細に説明する。図３は、スポットライト１５の側方断面図である。

図３に示すように、スポットライト１５は、円筒状のケース５１と、ケース５１の上端部側に取り付けられたベース板５２と、ベース板５２の下側に取り付けられた回路基板５３と、回路基板５３上に設けられたＬＥＤ５４（Light Emitting Diode）（光源）とを含む。また、スポットライト１５は、ケース５１の内部において、ＬＥＤ５４の光の出射方向の前方側の位置に、ＬＥＤ５４と所定の間隙を空けて配置された減光フィルタ６０を有する。

スポットライト１５の上部には、ヒートシンク５６が取り付けられている。ヒートシンク５６は、例えば、アルミニウム、銅等の熱伝導率が高い材料により構成される。ヒートシンク５６は、複数の放熱フィンを有しており、ＬＥＤ５４の発光によって発生した熱をこの複数のフィンから放熱することで、ＬＥＤ５４を冷却することができる。

ケース５１は、回路基板５３に接続されるハーネス５５を通すための開口５１ａをその側面に有している。また、ケース５１は、内周面の一部が内側に向けて突出するようにして形成されたフィルタ取り付け部５１ｂを有している。減光フィルタ６０は、フィルタ取り付け部５１ｂの下端部と、固定リング５７との間に挟まれて、ケース５１内に固定される。

ベース板５２は、円板状の部材であり、回路基板５３を上方から保持する。ベース板５２は、例えば、アルミニウム、銅等の熱伝導率が高い材料により構成されており、ＬＥＤ５４の発光によって発生した熱を効率よくヒートシンク５６に伝達することができる。

図４は、ＬＥＤ５４と、基板１上面における光の照射点との間の距離と、その照射点に照射される光の照度との関係を説明するための図である。

ＬＥＤ５４と、基板１上面における光の照射点との間の距離を照射距離ｒとしたとき、その照射点に照射される光の照度は、照射距離ｒの二乗に反比例する。従って、基板１上の各照射点では、ＬＥＤ５４に近ければ近いほど照度が高くなり、ＬＥＤ５４から遠ければ遠いほど照度が低くなる。

例えば、図４において、ＬＥＤ５４から近い側の端部における照射点の照度は、ＬＥＤ５４から遠い側の端部における照射点の照度に比べて、ｒ２^２／ｒ１^２倍、照度が高い。このような基板１上での各照射点における不均一性を解消して均一とするために、本実施形態では、減光フィルタ６０が設けられている。

再び図３を参照して、減光フィルタ６０は、光の透過率が上記照射距離ｒの二乗に比例するように構成されている。これにより、減光フィルタ６０は、ＬＥＤ５４と、基板１上面における照射点との間の距離に応じた、光の照度のバラつきを吸収することができる。

図３に示す例では、減光フィルタ６０は、第１のフィルタ６１と、第２のフィルタ６２と、第３のフィルタ６３とが上から順番に積層されて構成されている。これらの３つのフィルタ６１、６２、６３は、それぞれ、減光膜が形成された減光面６１ａ、６２ａ、６３ａを一方の面に有している。減光膜は、例えば、インクや金属等の減光性を有する物質を、印刷や、蒸着などの方法により基材の一方の面に付着させることで形成することができる。印刷されたインクの濃さや、蒸着物の密度によって、減光面６１ａ、６２ａ、６３ａ内の各点において透過率を調整することができる。なお、３つのフィルタは、減光面内の濃淡のパターン（密疎のパターン）は、共通とされる。

第１のフィルタ６１は、その減光面６１ａが下になるように配置される。一方、第２のフィルタ６２は、その減光面６２ａが上になるように配置され、第２のフィルタ６２の減光面６２ａは、第１のフィルタ６１の減光面６１ａと向かい合わせて重ねられる。第３のフィルタ６３は、その減光面６３ａが上になるように配置される。

図３に示す例において、複数のフィルタが重ねられているのは、透過率を約０％〜１００％の間で調整するためである。なお、フィルタが１つである場合には、透過率を０とすることが困難である。

また、図３に示す例において、第１のフィルタ６１の減光面６１ａと、第２のフィルタ６２の減光面６２ａとが向かい合わされているのは、干渉縞の発生を防止するためである。例えば、３つのフィルタ６１、６２、６３が、それぞれ減光面が下になるようにして積層されたような場合、基板１上に干渉縞が生じてしまうといった問題がある。一方、本実施形態のように、減光面同士を重ねあわせた場合、干渉縞の発生を抑制することができる。

減光フィルタ６０は、グラデーションのパターン方向が異なる複数のフィルタが重ねあわされて構成されていてもよい。この場合にも、干渉縞の発生を防止することができる。

図５は、グラデーションのパターン方向が異なる複数のフィルタが重ねあわされて減光フィルタ６０が構成された場合の一例を示す図である。

図５に示す減光フィルタは、第１の方向にグラデーションのパターン方向を有する第１のフィルタと、前記第１の方向とは異なる第２の方向にグラデーションのパターン方向を有し、前記第１のフィルタに重ねられた第２のフィルタとを含む。この場合、典型的には、減光面同士を重ねあわせる必要はないが、減光面同士が重ね合わされても構わない。

［面発光照明部２０の構成］
次に、面発光照明部２０の構成について詳細に説明する。図６は、面発光照明部２０の側方断面図である。

図６に示すように、面発光照明部２０は、上板２１の下面側に取り付けられた複数のＬＥＤ２２を含む。複数のＬＥＤ２２の下側の位置には、上方から順番に、第１のレンチキュラーレンズシート２３、第２のレンチキュラーレンズシート２４、第１の拡散板２５及び第２の拡散板２６が設けられる。

第１のレンチキュラーレンズシート２３は、複数のシリンドリカルレンズが一方向に並べられて形成されている。第２のレンチキュラーレンズシート２４は、第１のレンチキュラーレンズと同様の構成であるが、複数のシリンドリカルレンズが並べられる方向が第１のレンチキュラーレンズシート２３と異なっている。すなわち、第２のレンチキュラーレンズの複数のシリンドリカルレンズは、その並べられる方向が、第１のレンチキュラーレンズのシリンドリカルレンズが並べられる方向と直交している。

このような構成により、ＬＥＤ２２から出射された光をＸＹ方向に効率よく拡散することができる。また、２つのレンチキュラーレンズシートの下側には、第１の拡散板２５及び第２の拡散板２６が配置されているため、ＬＥＤ５４から出射された光をＸＹ方向に十分に拡散することができる。

面発光照明部２０の中央近傍に設けられた内周壁部２７には、一定の反射率を持つ、布、発泡スチロール等の反射材がその両面に取り付けられる。あるいは、内周壁部２７自体が反射材により構成されている。これにより、内周壁部２７の両面がレフ板として機能する。このように、内周壁部２７の両面がレフ板として機能することにより、面発光照明部２０の開口部２０ａと、同軸落射照明３０との間の境界線が基板１上に浮かび上がってしまうことを防止することができる。

［動作説明］
「３次元測定の測定精度が相対的に高い画像の組み合わせの推測」
次に、印刷検査装置１００の処理について説明する。本実施形態では、４以上のスポットライト１５がそれぞれ順番に点灯され、撮像部４０により４以上の画像（３次元測定用画像）が取得される。そして、４以上の画像から少なくとも３枚の画像を選ぶ複数の組み合わせのうち、照度差ステレオ法による３次元測定の測定精度が相対的に高い画像の組み合わせが推測される。まず、このときの処理について説明する。

図７は、３次元測定の測定精度が相対的に高い画像の組み合わせが推測されるときの処理を示すフローチャートである。図８は、図７に示す処理を説明するための補足図である。

まず、制御部３は、搬送部１０を制御して、基板１を検査位置にまで搬送し、検査位置で基板１を固定する。次に、制御部３は、撮像部４０の撮像設定を記憶部４から読み込む（ステップ１０１）。次に、制御部３は、校正データを記憶部４から読み込む（ステップ１０２）。校正データには、各スポットライト１５の照度分布校正データや、面発光照明部２０及び同軸落射照明３０の照度分布校正データ等が含まれる。

次に、制御部３は、検査設定を記憶部４から読み込む（ステップ１０３）。検査設定には、４以上のスポットライト１５をどのような順番で点灯させて、撮像部４０により撮像するかなどの情報が含まれる。また、検査設定には、基板１上における半田２の位置等の情報が含まれる。

次に、制御部３は、撮像部４０により基板１を撮像する（ステップ１０４）。ステップ１０４では、まず、制御部３は、４以上のスポットライト１５を順番に点灯させ、点灯されるスポットライト１５が切り換えられる度に、撮像部４０により基板１の画像を撮像する。これにより、光の照射方向が異なる４以上の３次元測定用画像が取得される。

次に、制御部３は、面発光照明部２０と、同軸落射照明３０とを同時に点灯させ、撮像部４０により、基板１を上方から撮像する。これにより、２次元測定用画像が取得される。

次に、制御部３は、ステップ１０４で撮像された画像を読み込み（ステップ１０５）、２次元測定用画像内に含まれる２つのアライメントマークに基づいて、基板１の位置を認識する（ステップ１０６）。

次に、制御部３は、２次元測定画像に基づいて、基板１と各半田２との境界線を認識し、各半田２が形成された２次元エリアをそれぞれ判定する（ステップ１０７）。制御部３は、各半田２が形成された２次元エリアを判定することで、各半田２の高さ基準を判定することができる。図１０には、半田２の高さ基準が示されている。

次に、制御部３は、４以上の画像（３次元測定用画像）から少なくとも３つの画像を選ぶ複数の組み合わせのそれぞれについて、各組み合わせに含まれる画像に基づいて、半田２を３次元測定する（ステップ１０８）。この場合、制御部３は、各組み合わせに含まれる画像に基づいて、照度差ステレオ法を用いて、半田２の表面の各点における法線方向を法線マップとして取得する。そして、制御部３は、この情報に基づいて、半田２の体積を計測する。半田２の体積が計測されるとき、２次元エリア内における半田２の体積（つまり、高さ基準以上の高さの半田２の体積）が計測される。

図８の下側の図には、スポットライト１５の数が８であり、８枚の画像が取得された場合の、画像の組み合わせの一例が示されている。図８の上側の図には、各組み合わせに含まれる画像に基づいて計測された半田２の体積（平均値）が示されている。

３次元測定画像の数が８枚である場合、８枚から８枚取る組み合わせ、８枚から７枚取る組み合わせ、８枚から６枚取る組み合わせ、・・・、８枚から３枚取る組み合わせで、組み合わせの合計は、全部で２１９パターン存在する。ステップ１０８では、制御部３は、この２１９パターン全てについて、半田２の体積をそれぞれ計測する。なお、図８に示すような半田２の体積は、基板１上に設けられている全ての半田２それぞれについて計測される。

次に、制御部３は、ステップ１０８で計測した計測結果を記憶部４に記憶する（ステップ１０９）。次に、制御部３は、検証回数が規定回数に到達したかを判定する（ステップ１１０）。この規定回数は、５〜２０回程度とされるが、これに限られない。

検証回数が規定回数に到達していない場合（ステップ１１０のＮＯ）、制御部３は、ステップ１１１へ進む。ステップ１１１では、まず、制御部３は、コンベアベルト１２を逆回転させ、一旦、基板１の位置を検査位置から外す。そして、制御部３は、コンベアベルト１２を正回転させて、基板１を再び検査位置に搬送し、この位置で再び基板１を固定する。

次に、制御部３は、先ほどと同様に、ステップ１０４〜ステップ１１０の処理を実行する。ステップ１０４〜ステップ１１０の処理は、検証回数が規定回数に到達するまで繰り返される。

検証回数が規定回数に到達した場合（ステップ１１０のＹＥＳ）、制御部３は、各半田２それぞれについて、半田２の体積のバラつき度が最も少ない組み合わせを判定する。そして、制御部３は、半田２と、その組み合わせとを関連づけて記憶部４に記憶する（ステップ１１２）。

図８を参照して、図８の上側の図面には、半田２の体積のバラつきの幅（バラつき度）が記載されている。図８に示す例では、全ての組み合わせのうち、１、３、４、５、６、７、８の画像の組み合わせが、半田２の体積のバラつきの幅が最も小さい。従って、図８に示す例では、１、３、４、５、６、７、８の画像の組み合わせが、３次元測定の測定精度が相対的に高い画像の組み合わせであると推測される。そして、この組み合わせが、同一種類の基板１における対応する半田２の体積計測に用いられる画像の組み合わせとして採用され、記憶部４に記憶される。

他の半田２については、例えば、１、２、３、４、５、６、７、８の組み合わせが、測定精度が相対的に高い画像の組み合わせであると推測される場合もあり、１、２、６、７、８の組み合わせが、測定精度が相対的に高い画像の組み合わせであると推測される場合もある。

ここでの例では、測定精度が相対的に高い画像の組み合わせとして、半田２の体積のバラつき度が最も小さい組み合わせが採用される場合について説明した。一方、各組み合わせでの半田体積平均の平均値が算出され、この平均値に最も近い値を取る組み合わせが採用されてもよい。あるいは、バラつき度が小さく、かつ、上記平均値に最も近い値を取る組み合わせが採用されてもよい。

３次元測定の測定精度が相対的に高い画像の組み合わせを推測する他の方法として、標準偏差σを用いる方法が挙げられる。この場合、制御部３は、各組み合わせにおける半田体積平均の標準偏差σを算出し、平均値±３σ（あるいは、平均値±σ、平均値±２σ等）に入らない値を取る組み合わせを判定する。なお、図８の上側の図面には、平均値±３σの境界ラインが点線で示されている。

そして、制御部３は、平均値±３σに入らない値を取る組み合わせに含まれる確率が高い画像を検出する。つまり、３次元測定に悪影響を及ぼしている可能性が高い画像を検出する。そして、制御部３は、３次元測定に悪影響を及ぼしている可能性が高い画像を含む組み合わせを、採用の候補から外す。あるいは、制御部３は、３次元測定に悪影響を及ぼしている可能性が高い画像を外して、他の残りの画像を用いて、３次元測定を行う。

ここで、照度差ステレオ法による３次元測定では、異なる照射方向から光が照射されて撮像された画像が少なくとも３枚必要である。一方、画像の数は、多い方が測定精度が高いことが分かっている。例えば、８枚の画像が取得可能な場合に、３枚の画像に基づいて、３次元測定が行われると測定精度が低くなってしまう可能性がある。

そこで、制御部３は、前記複数の組み合わせのうち、最低限含まれるべき数の画像を含む組み合わせの中から、測定精度が相対的に高い画像の組み合わせを推測してもよい。例えば、画像の数が８枚である場合、組み合わせに最低限含まれるべき画像の数は、５枚程度とされる。なお、この場合、組み合わせの数が制限されるので、制御部３の負荷が低減される。

測定精度が相対的に高い画像の組み合わせの推測においては、例えば、直交表や、オールペア法等の合理化手法によって、検証する組み合わせの数を低減することができる。

「基板検査」
次に、基板検査時の印刷検査装置１００の動作について説明する。図９は、基板検査時の印刷検査装置１００の処理を示すフローチャートである。

まず、制御部３は、搬送部１０を制御して、基板１を検査位置にまで搬送し、検査位置で基板１を固定する。そして、制御部３は、撮像部４０の撮像設定を記憶部４から読み込み（ステップ２０１）、校正データを記憶部４から読み込む（ステップ２０２）。制御部３は、校正データ読み込み時において、上記した半田２毎の、使用画像の組み合わせも同時に記憶部４から読み込む。そして、制御部３は、検査設定を記憶部４から読み込む（ステップ２０３）。

次に、制御部３は、４以上のスポットライト１５を順番に点灯させ、点灯されるスポットライト１５が切り換えられる度に、撮像部４０により基板１の画像を撮像する（ステップ２０４）。また、制御部３は、面発光照明部２０と、同軸落射照明３０とを同時に点灯させ、撮像部４０により、基板１を上方から撮像する（ステップ２０４）。

次に、制御部３は、ステップ２０４で撮像された画像を読み込み（ステップ２０５）、２次元測定用画像内に含まれる２つのアライメントマークに基づいて、基板１の位置を認識する（ステップ２０６）。

次に、制御部３は、２次元測定画像に基づいて、基板１と各半田２との境界線を認識し、各半田２が形成された２次元エリアをそれぞれ判定する（ステップ１０７）。制御部３は、各半田２が形成された２次元エリアを判定することで、各半田２の高さ基準（図１０参照）を判定することができる。

ここで、上記したように、本実施形態では、面発光照明部と、同軸落射照明３０とにより、基板１を明るく照らすことができ、一方で、半田２と基板１との境界を暗くすることができる。従って、制御部３は、２次元測定用画像に基づいて、各半田２が形成された２次元エリアを正確に認識することができる。これにより、制御部３は、各半田２の高さ基準（図１０参照）を正確に判定することができるため、半田２を３次元測定する際に、半田２の体積を正確に計測することができる。

次に、制御部３は、上記推測によって採用された組み合わせに含まれる画像に基づいて、照度差ステレオ法を用いて各半田２の体積をそれぞれ計測する（ステップ２０８）。例えば、或る特定の半田２は、１、３、４、５、６、７、８の画像に基づいて、半田２の体積が計測される。また、例えば、他の半田２は、１、２、３、４、５、６、７、８の画像に基づいて、半田２の体積が計測される。

半田２の体積を測定すると、次に、制御部３は、計測された各半田２の体積に基づいて、それぞれ、異常が検出されたかを判定する（ステップ２０９）。典型的には、半田２の体積が規定値に達しておらず、半田２の量が少ない場合に、異常が検出される。

異常が検出された場合（ステップ２０９のＹＥＳ）、制御部３は、異常が検出されたことを表示部５を介してオペレータに通知する（ステップ２１０）。また、制御部３は、異常が検出された半田２の３次元画像や、２次元画像を表示部５の画面上に表示する。一方、異常が検出されなかった場合（ステップ２０９のＮＯ）、制御部３は、その基板１は良品であると判断する（ステップ２１１）。そして、制御部３は、コンベアベルトを駆動して、基板１を排出し、実装装置に受け渡す。実装装置は、良品であると判定された基板１上に電子部品を実装する。このようにして、基板１が順番に製造される。

［作用等］
以上説明したように、本実施形態では、測定精度が相対的に高い画像の組み合わせが推測され、上記推測によって採用された組み合わせに含まれる画像に基づいて、半田２の体積が計測される。これにより、スポットライト１５と半田２との位置関係や、半田２の形状などに起因して、３次元測定に悪影響を与える画像が含まれる場合には、その悪影響を与える画像は、照度差ステレオ法による３次元測定において適切に排除される。これにより、本実施形態では、半田２の測定精度を向上させることができる。

さらに、本実施形態では、様々な照射角度θのスポットライト１５が配置されているので、様々な照射角度θから基板１の上面（照射面）に対して光を照射することができる。従って、例えば、４以上のスポットライト１５のうち、或る特定のスポットライト１５が或る特定の半田２に対して不適切な照射角度θで光を照射したとしても、その他のスポットライト１５は、その半田２に対して適切な照射角度θで光を照射することができる。そして、或る特定の半田２に対して、不適切な照射角度θで光が照射されて撮像された画像は、上記推測によって適切に排除されることになる。

＜各種変形例＞
以上の説明では、３次元測定装置の一例として、印刷検査装置１００を例に挙げて説明したが、３次元検査装置は、印刷検査装置１００に限られない。例えば、３次元検査装置は、電子部品（測定物）が実装された基板１（測定対象物）を検査する検査装置、あるいは最終検査装置等であってもよい。また、３次元測定装置は、傷検査装置であってもよい。

本技術は、以下の構成をとることもできる。
（１）測定対象物に対してそれぞれ順番に光を照射する４以上の照明と、
前記４以上の照明によってそれぞれ順番に光が照射された前記測定対象物を撮像して、４以上の前記測定対象物の画像を取得する撮像部と、
前記４以上の画像から少なくとも３枚の画像を選ぶ複数の組み合わせのうち、前記測定対象物の３次元測定の測定精度が相対的に高い画像の組み合わせを推測し、推測された前記組み合わせに基づいて、前記測定対象物を３次元測定する制御部と
を具備する３次元測定装置。
（２） 上記（１）に記載の３次元測定装置であって、
前記制御部は、前記複数の組み合わせ毎に、それぞれ、各組み合わせに含まれる画像に基づいて、前記測定対象物を３次元測定し、前記各組み合わせにおける３次元測定の測定結果に基づいて、前記測定精度が相対的に高い画像の組み合わせを推測する
３次元測定装置。
（３） 上記（２）に記載の３次元測定装置であって、
前記制御部は、前記複数の組み合わせ毎に、それぞれ、前記各組み合わせに含まれる画像に基づいて、前記測定対象物を３次元測定する処理を繰り返し、前記各組み合わせにおける３次元測定の結果のバラつき度を判定し、前記バラつき度に基づいて、前記測定精度が相対的に高い画像の組み合わせを推測する
３次元測定装置。
（４） 上記（３）に記載の３次元測定装置であって、
前記制御部は、前記複数の組み合わせのうち、前記バラつき度が小さい組み合わせを、前記測定精度が相対的に高い画像の組み合わせとして推測する
３次元測定装置。
（５） 上記（１）〜（４）のうち何れか１つに記載の３次元測定装置であって、
前記制御部は、前記複数の組み合わせのうち、最低限含まれるべき数の画像を含む組み合わせの中から、前記測定精度が相対的に高い画像の組み合わせを推測する
３次元測定装置。
（６） 上記（１）〜（５）のうち何れか１つに記載の３次元測定装置であって、
前記測定対象物は、複数の測定物を含み、
前記制御部は、前記複数の測定物のそれぞれについて、前記測定精度が相対的に高い画像の組み合わせを推測する
３次元測定装置。
（７） 上記（１）〜（６）のうち何れか１つに記載の３次元測定装置であって、
前記測定対象物は、前記光が照射される照射面を有し、
前記４以上の照明のうち、少なくとも１つの照明は、他の照明とは前記照射面に対する光の照射角度が異なる
３次元測定装置。
（８） 上記（１）〜（７）のうちいずれか１つに記載の３次元測定装置であって、
前記測定対象物は、前記光が照射される照射面を有し、
前記４以上の照明は、それぞれ、
光源と、
前記光源と、前記照射面内における照射点との間の距離に応じた、光の照度のバラつきを吸収可能な減光フィルタと
を有する３次元測定装置。
（９） 上記（８）に記載の３次元測定装置であって、
前記減光フィルタは、
減光膜が形成された減光面を有する第１のフィルタと、
前記第１のフィルタの減光面と向かい合わせて重ねられた減光面を有する第２のフィルタとを有する
３次元測定装置。
（１０） 上記（８）に記載の３次元測定装置であって、
前記減光フィルタは、
第１の方向にグラデーションのパターン方向を有する第１のフィルタと、
前記第１の方向とは異なる第２の方向にグラデーションのパターン方向を有し、前記第１のフィルタに重ねられた第２のフィルタと
を有する３次元測定装置。
（１１） 上記（１）〜（１０）のうち何れか１つに記載の３次元測定装置であって、
開口部を有し、前記測定対象物の上方に配置され、面発光により前記測定対象物に光を照射する面発光照明部と、
前記開口部の位置に、前記撮像部と同軸で配置された同軸落射照明と
をさらに具備する３次元測定装置。
（１２） ４以上の照明によってそれぞれ順番に光が照射された測定対象物を撮像して、４以上の前記測定対象物の画像を取得し、
前記４以上の画像から少なくとも３枚の画像を選ぶ複数の組み合わせのうち、前記測定対象物の３次元測定の測定精度が相対的に高い画像の組み合わせを推測し、
推測された前記組み合わせに基づいて、前記測定対象物を３次元測定する
３次元測定方法。
（１３） ３次元測定装置に、
４以上の照明によってそれぞれ順番に光が照射された測定対象物を撮像して、４以上の前記測定対象物の画像を取得するステップと、
前記４以上の画像から少なくとも３枚の画像を選ぶ複数の組み合わせのうち、前記測定対象物の３次元測定の測定精度が相対的に高い画像の組み合わせを推測するステップと、
推測された前記組み合わせに基づいて、前記測定対象物を３次元測定するステップと
を実行させるプログラム。
（１４） ４以上の照明によってそれぞれ順番に光が照射された基板を撮像して、４以上の前記基板の画像を取得し、
前記４以上の画像から少なくとも３枚の画像を選ぶ複数の組み合わせのうち、前記基板の３次元測定の測定精度が相対的に高い画像の組み合わせを推測し、
推測された前記組み合わせに基づいて、前記基板を３次元測定し、
前記３次元測定の測定結果に基づいて、前記基板の良否を判定して、良品と判定された基板上に電子部品を実装する
基板の製造方法。

１…基板
２…半田
３…制御部
１０…搬送部
１５…スポットライト
２０…面発光照明部
３０…同軸落射照明
６０…減光フィルタ
１００…印刷検査装置

Claims (9)

1. 測定対象物に対してそれぞれ順番に光を照射する４以上の照明と、
   前記４以上の照明によってそれぞれ順番に光が照射された前記測定対象物を撮像して、４以上の前記測定対象物の画像を取得する撮像部と、
   前記４以上の画像から少なくとも３枚の画像を選ぶ複数の組み合わせのうち、前記測定対象物の３次元測定の測定精度が相対的に高い画像の組み合わせを推測し、推測された前記組み合わせに基づいて、前記測定対象物を３次元測定する制御部とを具備し、
   前記制御部は、前記複数の組み合わせ毎に、それぞれ、前記各組み合わせに含まれる画像に基づいて、前記測定対象物を３次元測定する処理を繰り返し、前記各組み合わせにおける３次元測定の結果のバラつき度を判定し、前記バラつき度に基づいて、前記測定精度が相対的に高い画像の組み合わせを推測する
   ３次元測定装置。
2. 請求項１に記載の３次元測定装置であって、
   前記制御部は、前記複数の組み合わせのうち、前記バラつき度が小さい組み合わせを、前記測定精度が相対的に高い画像の組み合わせとして推測する
   ３次元測定装置。
3. 請求項１に記載の３次元測定装置であって、
   前記制御部は、前記複数の組み合わせのうち、最低限含まれるべき数の画像を含む組み合わせの中から、前記測定精度が相対的に高い画像の組み合わせを推測する
   ３次元測定装置。
4. 請求項１に記載の３次元測定装置であって、
   前記測定対象物は、複数の測定物を含み、
   前記制御部は、前記複数の測定物のそれぞれについて、前記測定精度が相対的に高い画像の組み合わせを推測する
   ３次元測定装置。
5. 請求項１に記載の３次元測定装置であって、
   前記測定対象物は、前記光が照射される照射面を有し、
   前記４以上の照明のうち、少なくとも１つの照明は、他の照明とは前記照射面に対する光の照射角度が異なる
   ３次元測定装置。
6. 請求項１に記載の３次元測定装置であって、
   開口部を有し、前記測定対象物の上方に配置され、面発光により前記測定対象物に光を照射する面発光照明部と、
   前記開口部の位置に、前記撮像部と同軸で配置された同軸落射照明と
   をさらに具備する３次元測定装置。
7. ４以上の照明によってそれぞれ順番に光が照射された測定対象物を撮像して、制御部を備える３次元測定装置の当該制御部により４以上の前記測定対象物の画像を取得し、
   前記制御部により、前記４以上の画像から少なくとも３枚の画像を選ぶ複数の組み合わせのうち、前記測定対象物の３次元測定の測定精度が相対的に高い画像の組み合わせを推測し、
   前記制御部により、推測された前記組み合わせに基づいて、前記測定対象物を３次元測定し、
   前記組み合わせを推測するステップでは、前記制御部により、前記複数の組み合わせ毎に、それぞれ、前記各組み合わせに含まれる画像に基づいて、前記測定対象物を３次元測定する処理を繰り返し、前記各組み合わせにおける３次元測定の結果のバラつき度を判定し、前記バラつき度に基づいて、前記測定精度が相対的に高い画像の組み合わせを推測する
   ３次元測定方法。
8. ３次元測定装置に、
   ４以上の照明によってそれぞれ順番に光が照射された測定対象物を撮像して、４以上の前記測定対象物の画像を取得するステップと、
   前記４以上の画像から少なくとも３枚の画像を選ぶ複数の組み合わせのうち、前記測定対象物の３次元測定の測定精度が相対的に高い画像の組み合わせを推測するステップと、
   推測された前記組み合わせに基づいて、前記測定対象物を３次元測定するステップとを実行させ、
   前記組み合わせを推測するステップでは、前記複数の組み合わせ毎に、それぞれ、前記各組み合わせに含まれる画像に基づいて、前記測定対象物を３次元測定する処理を繰り返し、前記各組み合わせにおける３次元測定の結果のバラつき度を判定し、前記バラつき度に基づいて、前記測定精度が相対的に高い画像の組み合わせを推測する
   プログラム。
9. ４以上の照明によってそれぞれ順番に光が照射された基板を撮像して、制御部を備える３次元測定装置の当該制御部により４以上の前記基板の画像を取得し、
   前記制御部により、前記４以上の画像から少なくとも３枚の画像を選ぶ複数の組み合わせのうち、前記基板の３次元測定の測定精度が相対的に高い画像の組み合わせを推測し、
   前記制御部により、推測された前記組み合わせに基づいて、前記基板を３次元測定し、
   前記３次元測定の測定結果に基づいて、前記基板の良否を判定して、良品と判定された基板上に電子部品を実装し、
   前記組み合わせを推測するステップでは、前記制御部により、前記複数の組み合わせ毎に、それぞれ、前記各組み合わせに含まれる画像に基づいて、前記基板を３次元測定する処理を繰り返し、前記各組み合わせにおける３次元測定の結果のバラつき度を判定し、前記バラつき度に基づいて、前記測定精度が相対的に高い画像の組み合わせを推測する
   基板の製造方法。