JP6110897B2 - 三次元計測装置 - Google Patents
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Description
但し、f:ゲイン、e:オフセット、φ:光パターンの位相。
そして、この位相φを用いて、三角測量の原理に基づき被計測物上の各座標(X,Y)における高さ(Z)が求められる。
前記光源から発せられる光の輝度を変更可能な輝度制御手段と、
前記格子の移送又は切替を制御し、前記照射手段から照射する前記光パターンの位相を複数通りに変化可能な位相制御手段と、
前記光パターンの照射された前記被計測物からの反射光を撮像可能な撮像手段と、
前記撮像手段により撮像された画像データを基に位相シフト法により前記被計測物の三次元計測を実行可能な画像処理手段とを備え、
前記画像処理手段は、
前記第1計測対象領域に応じた第1輝度の第1光パターンを所定数通り(例えば3通り又は4通り)の位相で照射し撮像された所定数通りの画像データを基に、前記第1計測対象領域に係る三次元計測を行う第1計測手段と、
前記第1光パターンの下で撮像された前記所定数通りの画像データを基に、所定の撮像条件により定まるゲイン及びオフセットの関係を把握する関係把握手段と、
前記第2計測対象領域に応じた第2輝度の第2光パターンを2通りの位相で照射し撮像された2通りの画像データを基に、該2通りの画像データの各画素の輝度値から定まる該画素に係るゲイン又はオフセットの値と、前記関係把握手段により把握されたゲイン及びオフセットの関係とを利用して、前記第2計測対象領域に係る三次元計測を行う第2計測手段とを備えたことを特徴とする三次元計測装置。
格子の透過率:G=αsinθ+β
α,βは任意の定数。
撮像手段(撮像素子)の各画素の変換効率:E
被計測物上の座標(x,y)に対応する画像上の画素の輝度値:V(x,y)
被計測物上の座標(x,y)における光パターンのゲイン:A(x,y)
被計測物上の座標(x,y)における光パターンのオフセット:B(x,y)
とした場合には、下記式(F1)で表すことができる。
例えば、格子がθ=0の時の透過率(=平均透過率):Gθ=0
格子がθ=π/2の時の透過率(=最大透過率):Gθ=π/2
格子がθ=−π/2の時の透過率(=最小透過率):Gθ=-π/2
とした場合には、下記式(F2)で表すことができる。
前記第2計測手段は、前記第2計測対象領域に係る計測を行うに際し、
下記式(1)、(2)、(3)の関係を満たす位相θを算出することを特徴とする手段1乃至3のいずれかに記載の三次元計測装置。
V1=Asin(θ+γ)+B ・・・(2)
A=KB ・・・(3)
但し、γ≠0、A:ゲイン、B:オフセット、K:比例定数。
これをオフセットBについて解くと、下記式(5)を導き出すことができる。
また、上記式(3)を上記式(2)に代入することにより、下記式(6)を導き出すことができる。
上記式(6)を上記式(5)に代入し、下記[数7]に示すように整理していくと、下記式(7)を導き出すことができる。
ここで、下記[数8]に示すように、上記式(8)を位相θについて解いていくと、下記[数9]に示す下記式(9)を導き出すことができる。
=−Asinθ+B ・・・(10)
そして、上記式(1),(10)から下記式(11)を導き出すことができ、これをオフセットBについて解くと、下記式(12)を導き出すことができる。
B=(V0+V1)/2 ・・・(12)
さらに、上記式(12)を上記式(3)に代入することにより、下記式(13)を導き出すことができる。
=K(V0+V1)/2 ・・・(13)
また、上記式(1)を「sinθ」について整理すると、下記式(1´)のようになる。
そして、上記式(1´)に、上記式(12),(13)を代入することにより、下記式(14)を導き出すことができる。
=(V0−V1)/K(V0+V1) ・・・(14)
ここで、上記式(14)を位相θについて解くと、下記式(15)を導き出すことができる。
つまり、位相θは、既知の輝度値V0,V1及び定数Kにより特定することができる。
=Acosθ+B ・・・(16)
上記式(16)を「cosθ」について整理すると、下記式(17)のようになる。
また、上記式(1)を「sinθ」について整理すると、上述したように下記式(1´)のようになる。
次に上記式(1´)、(17)を下記式(18)に代入すると下記式(19)のようになり、さらにこれを整理することで、下記式(20)が導き出される。
{(V0−B)/A}2+{(V1−B)/A}2=1 ・・・(19)
(V0−B)2+(V1−B)2=A2 ・・・(20)
そして、上記式(20)に対し上記式(3)を代入すると下記式(21)のようになり、さらにこれを整理することで、下記式(22)が導き出される。
(2−K2)B2−2(V0+V1)B+V0 2V1 2=0 ・・・(22)
ここで、上記式(22)をオフセットBについて解くと、下記式(23)を導き出すことができる。
={(V0−B)/A}/{(V1−B)/A} ・・・(25)
=(V0−B)/(V1−B) ・・・(26)
そして、上記式(26)を位相θについて解くと、下記式(27)を導き出すことができる。
つまり、位相θは、上記式(23)を用いることにより、既知の輝度値V0,V1及び定数Kにより特定することができる。
以下、一実施形態について図面を参照しつつ説明する。まず検査対象となる被計測物としてのプリント基板の構成について詳しく説明する。
但し、K:比例定数。
以下、第2実施形態について図面を参照しつつ説明する。但し、第1実施形態と重複する同一構成部分については、同一符号を付し、その詳細な説明を省略する。以下、第1実施形態と相違する部分を中心に説明する。
Claims (8)
- 所定の光を発する光源、及び、該光源からの光を縞状の光強度分布を有する光パターンに変換する格子を有し、該光パターンを少なくとも第1計測対象領域及び第2計測対象領域を有する被計測物に対し照射可能な照射手段と、
前記光源から発せられる光の輝度を変更可能な輝度制御手段と、
前記格子の移送又は切替を制御し、前記照射手段から照射する前記光パターンの位相を複数通りに変化可能な位相制御手段と、
前記光パターンの照射された前記被計測物からの反射光を撮像可能な撮像手段と、
前記撮像手段により撮像された画像データを基に位相シフト法により前記被計測物の三次元計測を実行可能な画像処理手段とを備え、
前記画像処理手段は、
前記第1計測対象領域に応じた第1輝度の第1光パターンを所定数通りの位相で照射し撮像された所定数通りの画像データを基に、前記第1計測対象領域に係る三次元計測を行う第1計測手段と、
前記第1光パターンの下で撮像された前記所定数通りの画像データを基に、所定の撮像条件により定まるゲイン及びオフセットの関係を把握する関係把握手段と、
前記第2計測対象領域に応じた第2輝度の第2光パターンを2通りの位相で照射し撮像された2通りの画像データを基に、該2通りの画像データの各画素の輝度値から定まる該画素に係るゲイン又はオフセットの値と、前記関係把握手段により把握されたゲイン及びオフセットの関係とを利用して、前記第2計測対象領域に係る三次元計測を行う第2計測手段とを備えたことを特徴とする三次元計測装置。 - 前記ゲイン及びオフセットの関係は、前記ゲインと前記オフセットとが相互に一義的に定まる関係であることを特徴とする請求項1に記載の三次元計測装置。
- 前記ゲイン及びオフセットの関係は、前記ゲインと前記オフセットとが比例関係であることを特徴とする請求項1に記載の三次元計測装置。
- 前記2通りに位相変化させた第2光パターンの相対位相関係をそれぞれ0、γとしたときの前記2通りの画像データの各画素の輝度値をそれぞれV0、V1とした場合に、
前記第2計測手段は、前記第2計測対象領域に係る計測を行うに際し、
下記式(1)、(2)、(3)の関係を満たす位相θを算出することを特徴とする請求項1乃至3のいずれかに記載の三次元計測装置。
V0=Asinθ+B ・・・(1)
V1=Asin(θ+γ)+B ・・・(2)
A=KB ・・・(3)
但し、γ≠0、A:ゲイン、B:オフセット、K:比例定数。 - γ=180°としたことを特徴とする請求項4に記載の三次元計測装置。
- γ=90°としたことを特徴とする請求項4に記載の三次元計測装置。
- 前記第1計測対象領域及び前記第2計測対象領域のうちの一方が検査対象領域であり、他方が計測基準領域であることを特徴とする請求項1乃至6のいずれかに記載の三次元計測装置。
- 前記被計測物が、クリーム半田が印刷されたプリント基板、又は、半田バンプが形成されたウエハ基板であることを特徴とする請求項1乃至7のいずれかに記載の三次元計測装置。
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