JP7215826B2 - ３次元計測装置、電子部品実装装置、及び３次元計測方法 - Google Patents

Description

本発明は、３次元計測装置、電子部品実装装置、及び３次元計測方法に関する。

特許文献１に開示されているように、複数の方向から物体にパターン光を照射して、物体の３次元形状を計測する技術が知られている。

特開２００３－２０２２９６号公報

パターン光は、投影装置から射出される。複数の方向からパターン光が照射された物体の画像データを画像処理することにより、３次元形状の計測精度は向上する。複数の方向から物体にパターン光を照射するために、投影装置の数を増やしてしまうと、装置が大型化しコストアップする可能性がある。

本発明の態様は、装置の大型化及びコストアップを抑制することを目的とする。

本発明の態様に従えば、パターン光を射出する投影装置と、パターン光を反射する反射部材と、第１パターン光が照射された物体の画像データと前記反射部材で反射した第２パターン光が照射された前記物体の画像データとを取得する撮像装置と、前記物体の画像データに基づいて、前記物体の３次元形状を算出する制御装置と、を備える３次元計測装置が提供される。

本発明の態様によれば、装置の大型化及びコストアップを抑制することを目的とする。

図１は、第１実施形態に係る３次元計測装置の一例を示す模式図である。 図２は、第１実施形態に係る３次元計測装置の一例を示す模式図である。 図３は、第１実施形態に係る制御装置の一例を示す機能ブロック図である。 図４は、第１実施形態に係るパターンデータの一例を示す模式図である。 図５は、第１実施形態に係る３次元計測方法の一例を示すフローチャートである。 図６は、第２実施形態に係る３次元計測装置の一例を示す模式図である。 図７は、第３実施形態に係る電子部品実装装置の一例を示す模式図である。 図８は、第３実施形態に係る３次元計測装置の一例を示す模式図である。

以下、本発明に係る実施形態について図面を参照しながら説明するが、本発明はこれに限定されない。以下で説明する実施形態の構成要素は、適宜組み合わせることができる。また、一部の構成要素を用いない場合もある。

以下の説明においては、ＸＹＺ直交座標系を設定し、このＸＹＺ直交座標系を参照しつつ各部の位置関係について説明する。所定面のＸ軸と平行な方向をＸ軸方向とし、Ｘ軸と直交する所定面のＹ軸と平行な方向をＹ軸方向とし、所定面と直交するＺ軸と平行な方向をＺ軸方向とする。また、Ｘ軸を中心とする回転又は傾斜方向をθＸ方向とし、Ｙ軸を中心とする回転又は傾斜方向をθＹ方向とし、Ｚ軸を中心とする回転又は傾斜方向をθＺ方向とする。ＸＹ平面は所定面である。

［第１実施形態］
＜３次元計測装置＞
第１実施形態について説明する。図１及び図２は、本実施形態に係る３次元計測装置１の一例を示す模式図である。図１及び図２に示すように、３次元計測装置１は、計測対象物である物体Ｓを支持するステージ２と、パターン光ＰＬを射出する投影装置３と、パターン光ＰＬを反射する反射部材６と、パターン光ＰＬが照射された物体Ｓの画像データを取得する撮像装置４と、撮像装置４により取得された物体Ｓの画像データに基づいて物体Ｓの３次元形状を算出する制御装置５とを備える。

投影装置３は、光を発生する光源３１と、光源３１から射出された光を光変調してパターン光ＰＬを生成する光変調素子３２と、光変調素子３２で生成されたパターン光ＰＬを物体Ｓに投影する投影光学系３３とを有する。

光変調素子３２は、デジタルミラーデバイス(Digital Mirror Device：ＤＭＤ)を含む。なお、光変調素子３２は、透過型の液晶パネルを含んでもよいし、反射型の液晶パネルを含んでもよい。光変調素子３２は、制御装置５から出力されるパターンデータに基づいてパターン光ＰＬを生成する。投影装置３は、パターンデータに基づいてパターン化されたパターン光ＰＬを物体Ｓに照射する。

反射部材６は、パターン光ＰＬを反射して物体Ｓに照射する。反射部材６の反射面は、平面状である。反射部材６は、投影装置３から射出されたパターン光ＰＬを反射して物体Ｓに照射する。

撮像装置４は、物体Ｓで反射したパターン光ＰＬを結像する結像光学系４１と、結像光学系４１を介して物体Ｓの画像データを取得する撮像素子４２とを有する。撮像素子４２は、ＣＭＯＳイメージセンサ（Complementary Metal Oxide Semiconductor Image Sensor）又はＣＣＤイメージセンサ（Charge Coupled Device Image Sensor）を含む固体撮像素子である。

撮像装置４の位置は、固定される。撮像装置４は、ステージ２に支持されている物体Ｓの＋Ｚ側に配置される。撮像装置４の結像光学系４１の入射面４１Ｓは、物体Ｓと対向する。結像光学系４１の光軸ＡＸは、Ｚ軸と平行である。反射部材６の位置は、固定される。反射部材６は、結像光学系４１の入射面４１Ｓと物体Ｓとの間の光軸ＡＸの周囲の少なくとも一部に配置される。投影装置３の位置は、固定される。投影装置３は、反射部材６よりも＋Ｚ方向において、光軸ＡＸの周囲の少なくとも一部に配置される。投影装置３と反射部材６と撮像装置４との相対位置は固定される。

制御装置５は、コンピュータシステムを含み、投影装置３及び撮像装置４を制御する。制御装置５は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）のようなプロセッサを含む演算処理装置と、ＲＯＭ（Read Only Memory）又はＲＡＭ（Random Access Memory）のようなメモリ及びストレージを含む記憶装置とを有する。演算処理装置は、記憶装置に記憶されているコンピュータプログラムに従って演算処理を実施する。

３次元計測装置１は、パターン投影法に基づいて、物体Ｓの３次元形状を計測する。投影装置３は、パターン光ＰＬとして、例えば正弦波状の明度分布の縞パターン光を位相シフトさせながら物体Ｓに照射する。パターン光ＰＬは、複数の方向から物体Ｓに照射される。

撮像装置４は、パターン光ＰＬが照射された物体Ｓの画像データを取得する。撮像装置４は、少なくとも、第１パターン光ＰＬ１が照射された物体Ｓの画像データと、第２パターン光ＰＬ２が照射された物体Ｓの画像データとを取得する。物体Ｓに入射する第１パターン光ＰＬ１の入射方向と第２パターン光ＰＬ２の入射方向とは異なる。

図１に示すように、第１パターン光ＰＬ１は、投影装置３から射出され物体Ｓにダイレクトに照射されるパターン光ＰＬである。図２に示すように、第２パターン光ＰＬ２は、投影装置３から射出され反射部材６で反射して物体Ｓに照射されるパターン光ＰＬである。

制御装置５は、投影装置３からの第１パターン光ＰＬ１が物体Ｓに照射される第１照射状態と、反射部材６からの第２パターン光ＰＬ２が物体Ｓに照射される第２照射状態との一方から他方に変化するように、光変調素子３２を制御する。

図１に示すように、物体Ｓに第１パターン光ＰＬ１を照射するとき、制御装置５は、投影光学系３３の射出面３３Ｓの第１領域３３１からパターン光ＰＬが射出され、射出面３３Ｓの第２領域３３２からパターン光ＰＬが射出されないように、光変調素子３２を制御する。第１領域３３１から射出されたパターン光ＰＬは、反射部材６を介さずに、第１パターン光ＰＬ１として物体Ｓにダイレクトに照射される。

図２に示すように、物体Ｓに第２パターン光ＰＬ２を照射するとき、制御装置５は、投影光学系３３の射出面３３Ｓの第２領域３３２からパターン光ＰＬが射出され、射出面３３Ｓの第１領域３３１からパターン光ＰＬが射出されないように、光変調素子３２を制御する。第２領域３３２から射出されたパターン光ＰＬは、光軸ＡＸを通過して反射部材６に照射される。第２領域３３２から射出されたパターン光ＰＬは、反射部材６を介して、第２パターン光ＰＬ２として物体Ｓに照射される。

図１及び図２に示す例において、第１領域３３１は、投影光学系３３の光軸よりも－Ｘ側の射出面３３Ｓの半分の領域であり、第２領域３３２は、投影光学系３３の光軸よりも＋Ｘ側の射出面３３Ｓの半分の領域である。第１領域３３１から射出されたパターン光ＰＬは、ステージ２に支持されている物体Ｓに照射される。第２領域３３２から射出されたパターン光ＰＬは、反射部材６の反射面に照射され、反射部材６の反射面で反射した後、ステージ２に支持されている物体Ｓに照射される。

＜制御装置＞
図３は、本実施形態に係る制御装置５の一例を示す機能ブロック図である。制御装置５は、入出力部５１と、パターン生成部５２と、画像データ取得部５３と、位相値算出部５４と、３次元形状算出部５５とを有する。

パターン生成部５２は、パターンデータを生成する。パターン生成部５２で生成されたパターンデータは、入出力部５１を介して光変調素子３２に出力される。光変調素子３２は、パターン生成部５２で生成されたパターンデータに基づいて、パターン光ＰＬを生成する。パターン生成部５２に生成されるパターンデータは、反射部材６を介さずに投影装置３からの第１パターン光ＰＬ１を物体Ｓに照射するための第１パターンデータと、反射部材６を介して投影装置３からの第２パターン光ＰＬ２を物体Ｓに照射するための第２パターンデータとを含む。

図４は、本実施形態に係るパターンデータの一例を示す模式図である。図４（Ａ）に示すように、物体Ｓに第１パターン光ＰＬ１を照射するとき、投影光学系３３の射出面３３Ｓの第１領域３３１からパターン光ＰＬが射出され、射出面３３Ｓの第２領域３３２からパターン光ＰＬが射出されないように、第１パターンデータが生成され、光変調素子３２が制御される。図４（Ｂ）に示すように、物体Ｓに第２パターン光ＰＬ２を照射するとき、投影光学系３３の射出面３３Ｓの第２領域３３２からパターン光ＰＬが射出され、射出面３３Ｓの第１領域３３１からパターン光ＰＬが射出されないように、第２パターンデータが生成され、光変調素子３２が制御される。

画像データ取得部５３は、入出力部５１を介して、撮像素子４２から画像データを取得する。画像データ取得部５３は、第１パターン光ＰＬ１が照射された物体Ｓの画像データ、及び第２パターン光ＰＬ２が照射された物体Ｓの画像データを取得する。

位相値算出部５４は、画像データの輝度に基づいて、画像データの複数の画素それぞれの位相値を算出する。位相値算出部５４は、位相シフトされたパターン光ＰＬのそれぞれが照射された物体Ｓの複数の画像データの同一の点の輝度に基づいて、その点に対応する画像データの画素の位相値を算出する。位相値算出部５４は、画像データの複数の点それぞれの輝度に基づいて、画像データの複数の画素それぞれの位相値を算出する。

３次元形状算出部５５は、画像データの複数の画素それぞれの位相値に基づいて、画像データの複数の画素それぞれに対応する物体Ｓの複数の点それぞれの高さデータを算出して、物体Ｓの３次元形状を算出する。

＜３次元計測方法＞
次に、本実施形態に係る３次元計測方法について説明する。図５は、本実施形態に係る３次元計測方法の一例を示すフローチャートである。

パターン生成部５２は、第１パターンデータを生成する。図４（Ａ）を参照して説明したように、第１パターンデータは、射出面３３Ｓの第１領域３３１からパターン光ＰＬが射出され、射出面３３Ｓの第２領域３３２からパターン光ＰＬが射出されないように生成される。第１パターンデータは、投影装置３の光変調素子３２に出力される。制御装置５は、第１領域３３１からパターン光ＰＬが射出され、第２領域３３２からパターン光ＰＬが射出されないように、光変調素子３２を制御する。投影装置３は、第１パターン光ＰＬ１を射出する。図１に示したように、投影装置３から射出された第１パターン光ＰＬ１は、反射部材６を介さずに、物体Ｓにダイレクトに照射される。

投影装置３は、第１パターン光ＰＬ１を位相シフトさせながら物体Ｓに照射する。撮像装置４は、第１パターン光ＰＬ１が照射された物体Ｓの画像データを複数取得する（ステップＳ１０）。

撮像装置４は、位相シフトされる第１パターン光ＰＬ１が照射された物体Ｓの画像データを取得する。画像データ取得部５３は、撮像装置４の撮像素子４２から入出力部５１を介して物体Ｓの画像データを取得する。

位相値算出部５４は、複数の画像データの輝度に基づいて、画像データの複数の画素それぞれの位相値を算出する（ステップＳ２０）。

また、パターン生成部５２は、第２パターンデータを生成する。図４（Ｂ）を参照して説明したように、第２パターンデータは、射出面３３Ｓの第２領域３３２からパターン光ＰＬが射出され、射出面３３Ｓの第１領域３３１からパターン光ＰＬが射出されないように生成される。第２パターンデータは、投影装置３の光変調素子３２に出力される。制御装置５は、第２領域３３２からパターン光ＰＬが射出され、第１領域３３１からパターン光ＰＬが射出されないように、光変調素子３２を制御する。投影装置３は、第２パターン光ＰＬ２を射出する。図２に示したように、投影装置３から射出された第２パターン光ＰＬ２は、反射部材６で反射して、物体Ｓに照射される。

投影装置３は、第２パターン光ＰＬ２を位相シフトさせながら物体Ｓに照射する。撮像装置４は、第２パターン光ＰＬ２が照射された物体Ｓの画像データを複数取得する（ステップＳ３０）。

撮像装置４は、位相シフトされる第２パターン光ＰＬ２が照射された物体Ｓの画像データを取得する。画像データ取得部５３は、撮像装置４の撮像素子４２から入出力部５１を介して物体Ｓの画像データを取得する。

位相値算出部５４は、複数の画像データの輝度に基づいて、画像データの複数の画素それぞれの位相値を算出する（ステップＳ４０）。

３次元形状算出部５５は、第１パターン光ＰＬ１が照射された物体Ｓの画像データと第２パターン光ＰＬ２が照射された物体Ｓの画像データとに基づいて、物体Ｓの３次元形状を算出する（ステップＳ５０）。

３次元形状算出部５５は、画像データの複数の画素それぞれの位相値に基づいて、物体Ｓの３次元形状を算出する。３次元形状算出部５５は、位相値に基づいて、三角測量の原理により、画像データの各画素における高さデータを算出する。画像データの各画素における高さデータと物体Ｓの表面の各点における高さデータとは１対１で対応する。物体Ｓの表面の各点における高さデータは、３次元空間における各点の座標値を示す。３次元形状算出部５５は、各点における高さデータに基づいて、物体Ｓの３次元形状を算出する。

＜効果＞
以上説明したように、本実施形態によれば、投影装置３から射出されたパターン光ＰＬを反射する反射部材６が設けられる。これにより、投影装置３が１台でも、第１方向から物体Ｓに第１パターン光ＰＬ１を照射し、第１方向とは異なる第２方向から物体Ｓに第２パターン光ＰＬ２を照射することができる。すなわち、投影装置３の数を増やすことなく、複数の方向から物体Ｓにパターン光ＰＬを照射することができる。したがって、３次元計測装置１の大型化及びコストアップが抑制される。また、複数の方向からパターン光ＰＬが照射された物体Ｓの画像データが画像処理されることにより、物体Ｓの３次元形状の計測精度は向上する。

本実施形態においては、光変調素子３２が制御されることによって、物体Ｓに第１パターン光ＰＬ１が照射される第１照射状態と第２パターン光ＰＬ２が照射される第２照射状態との一方から他方に変化する。第１照射状態において、パターン光ＰＬは、投影装置３の射出面３３Ｓの第１領域３３１から物体Ｓに向かって射出される。第２照射状態において、パターン光ＰＬは、投影装置３の射出面３３Ｓの第２領域３３２から反射部材６に向かって射出される。投影装置３と撮像装置４との相対位置が維持された状態で、投影装置３からのパターン光ＰＬの射出方向が制御されるため、投影装置３と撮像装置４との相対位置の変動に起因する３次元形状の計測精度の低下が抑制される。

撮像装置４は、結像光学系４１の入射面４１Ｓと物体Ｓとが対向するように配置される。反射部材６は、入射面４１Ｓと物体Ｓとの間の結像光学系４１の光軸ＡＸの周囲の少なくとも一部に配置される。投影装置３は、入射面４１Ｓと物体Ｓとの間の結像光学系４１の光軸ＡＸの周囲の少なくとも一部に配置される。反射部材６は、投影装置３よりも物体Ｓに近い位置に配置される。投影装置３は、光軸ＡＸの一方側（－Ｘ側）に配置され、反射部材６は、光軸ＡＸの他方側（＋Ｘ側）に配置される。投影装置３から射出されたパターン光ＰＬは、光軸ＡＸを通過して反射部材６に照射される。これにより、３次元計測装置１の大型化が抑制された状態で、第１パターン光ＰＬ１及び第２パターン光ＰＬ２のそれぞれが物体Ｓに照射される。

［第２実施形態］
第２実施形態について説明する。以下の説明において、上述の実施形態と同一又は同等の構成要素については同一の符号を付し、その説明を簡略又は省略する。

図６は、本実施形態に係る３次元計測装置１の一例を示す模式図である。３次元計測装置１は、パターン光ＰＬを射出する投影装置３と、パターン光ＰＬを反射する反射部材６と、パターン光ＰＬが照射された物体Ｓの画像データを取得する撮像装置４とを備える。

本実施形態において、反射部材６は、第１反射面６Ａ、第２反射面６Ｂ、及び第３反射面６Ｃを含む。第１反射面６Ａ、第２反射面６Ｂ、及び第３反射面６Ｃのそれぞれは、平面状である。第１反射面６Ａと第２反射面６Ｂと第３反射面６Ｃとは異なる方向を向く。

本実施形態において、パターン光ＰＬは、３つの方向から物体Ｓに照射される。第１方向から物体Ｓに照射される第１パターン光ＰＬ１は、投影装置３から射出され第１反射面６Ａで反射して物体Ｓに照射されるパターン光ＰＬである。第２方向から物体Ｓに照射される第２パターン光ＰＬ２は、投影装置３から射出され第２反射面６Ｂで反射して物体Ｓに照射されるパターン光ＰＬである。第３方向から物体Ｓに照射される第３パターン光ＰＬ３は、投影装置３から射出され第３反射面６Ｃで反射して物体Ｓに照射されるパターン光ＰＬである。

投影装置３は、第１反射面６Ａ、第２反射面６Ｂ、及び第３反射面６Ｃにパターン光ＰＬを同時に照射することができる。第１反射面６Ａ、第２反射面６Ｂ、及び第３反射面６Ｃに投影装置３からのパターン光ＰＬが同時に照射されることによって、第１パターン光ＰＬ１、第２パターン光ＰＬ２、及び第３パターン光ＰＬ３が物体Ｓに同時に照射される。撮像装置４は、第１パターン光ＰＬ１、第２パターン光ＰＬ２、及び第３パターン光ＰＬ３が同時に照射された物体Ｓの画像データを取得する。制御装置５は、物体Ｓの画像データに基づいて、物体Ｓの３次元形状を算出する。

以上説明したように、本実施形態によれば、光変調素子３２が制御されなくても、投影装置３から射出されたパターン光ＰＬが第１反射面６Ａ、第２反射面６Ｂ、及び第３反射面６Ｃのそれぞれに照射されることにより、第１パターン光ＰＬ１、第２パターン光ＰＬ２、及び第３パターン光ＰＬ３を異なる方向から物体Ｓに照射することができる。

また、第１反射面６Ａ、第２反射面６Ｂ、及び第３反射面６Ｃのそれぞれに投影装置３からのパターン光ＰＬが同時に照射されることによって、第１パターン光ＰＬ１、第２パターン光ＰＬ２、及び第３パターン光ＰＬ３のそれぞれが物体Ｓに同時に照射される。撮像装置４は、第１パターン光ＰＬ１、第２パターン光ＰＬ２、及び第３パターン光ＰＬ３のそれぞれが照射された物体Ｓの画像データを同時に取得することができる。

なお、本実施形態において、投影装置３から射出されたパターン光ＰＬは、物体Ｓにダイレクトに照射されない。上述の実施形態と同様、投影装置３から射出されたパターン光ＰＬの少なくとも一部が、物体Ｓにダイレクトに照射されてもよい。

本実施形態において、反射部材６は、第１反射面６Ａ及び第２反射面６Ｂを有し、第３反射面６Ｃを有しなくてもよい。また、反射部材６は、異なる方向を向く４つ以上の複数の反射面を有してもよい。

［第３実施形態］
第３実施形態について説明する。以下の説明において、上述の実施形態と同一又は同等の構成要素については同一の符号を付し、その説明を簡略又は省略する。

図７は、本実施形態に係る電子部品実装装置１０の一例を示す模式図である。図７に示すように、電子部品実装装置１０は、上述の実施形態で説明した３次元計測装置１を備える。

電子部品実装装置１０は、電子部品Ｃを基板Ｐに実装する。電子部品実装装置１０は、電子部品Ｃを保持するノズル１１を有する実装ヘッド１２と、電子部品Ｃを供給する電子部品供給装置１３と、電子部品Ｃが実装される基板Ｐを搬送する基板搬送装置１４と、電子部品実装装置１０を制御する制御装置１００とを備える。

電子部品供給装置１３は、テープを支持するテープリールと、テープリールから繰り出されたテープに保持されている電子部品Ｃを搬送するフィーダとを含む。なお、電子部品供給装置１３は、複数の電子部品Ｃを保持するトレイを含んでもよい。電子部品供給装置１３は、電子部品Ｃを供給位置ＳＰに供給する。

基板搬送装置１４は、基板Ｐを搬送するコンベアベルトと、実装位置ＭＰに搬送された基板Ｐの位置を固定するクランプ機構とを有する。

ノズル１１は、電子部品Ｃを着脱可能に保持する。ノズル１１は、電子部品Ｃを吸着して保持する吸着ノズルでもよいし、電子部品Ｃを挟んで保持する把持ノズルでもよい。

実装ヘッド１２は、ノズル１１に保持された電子部品Ｃを基板Ｐに実装する。実装ヘッド１２は、ヘッド駆動装置１５により、Ｘ軸方向及びＹ軸方向のそれぞれに移動する。ノズル１１は、実装ヘッド１２に設けられているノズル駆動装置１６により、実装ヘッド１２に対してＺ軸方向及びθＺ方向のそれぞれに移動する。ノズル１１は、ヘッド駆動装置１５及びノズル駆動装置１６により、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向、及びθＺ方向の４つの方向に移動可能である。実装ヘッド１２は、電子部品供給装置１３に規定される供給位置ＳＰと、基板Ｐに規定される実装位置ＭＰとの間を移動可能である。

実装ヘッド１２は、電子部品供給装置１３から供給された電子部品Ｃを供給位置ＳＰにおいてノズル１１で保持した後、実装位置ＭＰに配置されている基板Ｐに搬送する。実装ヘッド１２は、ノズル１１に保持されている電子部品Ｃを実装位置ＭＰに配置されている基板Ｐに実装する。

３次元計測装置１は、ノズル１１に保持された電子部品Ｃの３次元形状を計測する。３次元計測装置１は、供給装置ＳＰと実装位置ＭＰとの間の実装ヘッド１２の移動経路に配置される。実装ヘッド１２は、電子部品Ｃを供給位置ＳＰにおいてノズル１１で保持した後、基板Ｐに搬送する前に、３次元計測装置１の計側位置ＴＰに電子部品Ｃを配置する。３次元計測装置１の計側位置ＴＰとは、３次元計測装置１のパターン光ＰＬが照射可能な位置をいう。３次元計測装置１は、ノズル１１に保持され計測位置ＴＰに配置された電子部品Ｃの３次元形状を計測する。

図７に示すように、投影装置３、撮像装置４、及び反射部材６は、ハウジング２０に支持される。投影装置３と撮像装置４と反射部材６との相対位置は固定される。撮像装置４は、計測位置ＴＰよりも－Ｚ側に配置される。撮像装置４の入射面４１Ｓは、計測位置ＴＰに配置される電子部品Ｃと対向可能である。

反射部材６は、入射面４１Ｓと計測位置ＴＰに配置される電子部品Ｃとの間の結像光学系４１の光軸ＡＸの周囲の少なくとも一部に配置される。投影装置３は、入射面４１Ｓと計測位置ＴＰに配置される電子部品Ｃとの間の結像光学系４１の光軸ＡＸの周囲の少なくとも一部に配置される。反射部材６は、投影装置３よりも計測位置ＴＰに近い位置に配置される。

図８は、本実施形態に係る３次元計測装置１の一例を示す模式図である。図８に示すように、反射部材６は、光軸ＡＸの周囲に２つ配置される。投影装置３は、光軸ＡＸの周囲に配置される。

第１の反射部材６は、光軸ＡＸの－Ｘ側に配置される。第１の投影装置３は、光軸ＡＸの＋Ｘ側に配置される。第１の投影装置３は、第１の反射部材６に第２パターン光ＰＬ２を照射可能である。第１の反射部材６で反射した第２パターン光ＰＬ２は、計測位置ＴＰに配置された電子部品Ｃに照射される。また、第１の投影装置３は、計測位置ＴＰに配置された電子部品Ｃにダイレクトに第１パターン光ＰＬ１を照射可能である。

第２の反射部材６は、光軸ＡＸの＋Ｙ側に配置される。第２の投影装置３は、光軸ＡＸの－Ｙ側に配置される。第２の投影装置３は、第２の反射部材６に第２パターン光ＰＬ２を照射可能である。第２の反射部材６で反射した第２パターン光ＰＬ２は、計測位置ＴＰに配置された電子部品Ｃに照射される。また、第２の投影装置３は、計測位置ＴＰに配置された電子部品Ｃにダイレクトに第１パターン光ＰＬ１を照射可能である。

このように、計測位置ＴＰに配置された電子部品Ｃに、４つの方向からパターン光ＰＬが照射される。撮像装置４は、第１の投影装置３からの第１パターン光ＰＬ１が照射された電子部品Ｃの画像データ、第１の反射部材６からの第２パターン光ＰＬ２が照射された電子部品Ｃの画像データ、第２の投影装置３からの第１パターン光ＰＬ１が照射された電子部品Ｃの画像データ、及び第２の反射部材６からの第２パターン光ＰＬ２が照射された電子部品Ｃの画像データのそれぞれを取得する。制御装置５は、撮像装置４により取得された画像データに基づいて、電子部品Ｃの３次元形状を算出する。

３次元計測装置１は、電子部品Ｃのうち、少なくとも基板Ｐに接触する電子部品Ｃの実装部の３次元形状を算出する。電子部品Ｃの実装部は、基板Ｐの表面と対向する電子部品Ｃの下面を含む。電子部品Ｃが基板Ｐの孔に挿入される突起部Ｔを有する場合、電子部品Ｃの実装部は、突起部Ｔを含む。突起部Ｔは、金属製のリードでもよいし、合成樹脂製の凸部でもよい。

本実施形態において、電子部品Ｃは、突起部Ｔを有する。実装位置ＭＰに配置される基板Ｐの孔の位置が、位置計測装置２１によって計測される。基板Ｐの孔の位置を示す位置計測装置２１の計測データは、制御装置１００に出力される。

制御装置１００は、ヘッド駆動装置１５、ノズル駆動装置１６、位置計測装置２１、及び制御装置５のそれぞれに接続される。制御装置１００は、電子部品Ｃを基板Ｐに実装する前に、３次元計測装置１により電子部品Ｃの３次元形状を計測する。電子部品Ｃの３次元形状は、電子部品実装装置１０に規定されているＸＹＺ直交座標系における電子部品Ｃの各部位の座標データを含む。実装ヘッド１２は、３次元計測装置１の計側データに基づいて、電子部品Ｃと基板Ｐとの相対位置を調整して、電子部品Ｃを基板Ｐに実装する。

例えば、電子部品Ｃが突起部Ｔを有する場合、制御装置５は、電子部品Ｃの画像データに基づいて、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向、及びθＺ方向における突起部Ｔの位置を算出する。突起部Ｔの位置を示す３次元計測装置１の計側データは、制御装置１００に出力される。

制御装置１００は、３次元計測装置１の計側データ及び位置計測装置２１の計測データに基づいて、電子部品Ｃの突起部Ｔが基板Ｐの孔に挿入されるように、ヘッド駆動装置１５及びノズル駆動装置１６を制御して、ノズル１１に保持されている電子部品Ｃの突起部Ｔと基板搬送装置１４に支持されている基板Ｐの孔との相対位置を調整しながら、電子部品Ｃを基板Ｐに実装する。

以上説明したように、本実施形態によれば、３次元計測装置１により電子部品Ｃの３次元形状が計測される。電子部品Ｃの３次元形状は、電子部品Ｃの実装部の座標データを含む。したがって、実装ヘッド１２は、３次元計測装置１の計側データに基づいて、電子部品Ｃと基板Ｐとの相対位置を調整しながら、電子部品Ｃを基板Ｐに高精度に実装することができる。

［その他の実施形態］
なお、上述の実施形態においては、投影装置３から射出されたパターン光ＰＬ（第２パターン光ＰＬ２）が反射部材６に照射されることとした。投影装置３から射出されたパターン光ＰＬが中継用の反射部材に照射され、中継用の反射部材で反射したパターン光ＰＬが反射部材６に照射されてもよい。中継用の反射部材が設けられることにより、投影装置３と反射部材６と撮像装置４との相対位置を任意に定めることができる。

上述の実施形態において、反射部材６の反射面は平面状であることとした。反射部材６の反射面は、曲面状でもよい。反射部材６の反射面は、反射面の中心が光軸ＡＸから離れる凹面状でもよい。

１…３次元計測装置、２…ステージ、３…投影装置、４…撮像装置、５…制御装置、６…反射部材、６Ａ…第１反射面、６Ｂ…第２反射面、６Ｃ…第３反射面、１０…電子部品実装装置、１１…ノズル、１２…実装ヘッド、１３…電子部品供給装置、１４…基板搬送装置、１５…ヘッド駆動装置、１６…ノズル駆動装置、２０…ハウジング、２１…位置計測装置、３１…光源、３２…光変調素子、３３…投影光学系、３３Ｓ…射出面、４１…結像光学系、４１Ｓ…入射面、４２…撮像素子、５１…入出力部、５２…パターン生成部、５３…画像データ取得部、５４…位相値算出部、５５…３次元形状算出部、１００…制御装置、３３１…第１領域、３３２…第２領域、Ｃ…電子部品、ＭＰ…実装位置、Ｐ…基板、ＰＬ…パターン光、ＰＬ１…第１パターン光、ＰＬ２…第２パターン光、ＰＬ３…第３パターン光、Ｓ…物体、ＳＰ…供給位置、Ｔ…突起部、ＴＰ…計測位置。

Claims (11)

1. パターン投影法に基づいて物体の３次元形状を計測する３次元計測装置であって、
   パターン光を射出する投影装置と、
   パターン光を反射する反射部材と、
   パターン光が照射された物体の表面の画像データを取得する撮像装置と、
   前記物体の表面の画像データに基づいて、前記物体の３次元形状を算出する制御装置と、を備え、
   第１パターン光と前記反射部材で反射した第２パターン光とが前記物体の表面に照射され、
   前記物体の表面に対する前記第１パターン光の入射方向と前記第２パターン光の入射方向とは、異なり、
   前記撮像装置は、前記第１パターン光が照射された前記物体の表面の画像データと前記第２パターン光が照射された前記物体の表面の画像データとを取得し、
   前記制御装置は、前記第１パターン光が照射された前記物体の表面の画像データと前記第２パターン光が照射された前記物体の表面の画像データとに基づいて、前記物体の３次元形状を算出し、
   前記第１パターン光が照射された前記物体の表面と前記第２パターン光が照射された前記物体の表面とは、同じ領域である、
   ３次元計測装置。
2. 前記第１パターン光は、前記投影装置から前記物体にダイレクトに照射されるパターン光である、
   請求項１に記載の３次元計測装置。
3. 前記投影装置は、パターン光を生成する光変調素子を有し、
   前記物体に前記第１パターン光が照射される状態と前記第２パターン光が照射される状態との一方から他方に変化するように前記光変調素子を制御する制御装置を備える、
   請求項２に記載の３次元計測装置。
4. 前記制御装置は、前記物体の表面に前記第１パターン光を照射するとき、前記投影装置の射出面の第１領域からパターン光が射出され、前記射出面の第２領域からパターン光が射出されないように、前記光変調素子を制御し、前記物体の表面に前記第２パターン光を照射するとき、前記第２領域からパターン光が射出され、前記第１領域からパターン光が射出されないように、前記光変調素子を制御する、
   請求項３に記載の３次元計測装置。
5. 前記反射部材は、第１反射面と第２反射面とを含み、
   前記第１パターン光は、前記第１反射面で反射して前記物体の表面に照射されるパターン光であり、
   前記第２パターン光は、前記第２反射面で反射して前記物体の表面に照射されるパターン光である、
   請求項１に記載の３次元計測装置。
6. 前記投影装置は、前記第１反射面及び前記第２反射面にパターン光を同時に照射する、
   請求項５に記載の３次元計測装置。
7. 前記撮像装置の結像光学系の入射面は、前記物体と対向し、
   前記反射部材は、前記入射面と前記物体との間の前記結像光学系の光軸の周囲の少なくとも一部に配置され、
   前記投影装置から射出された前記パターン光は、前記光軸を通過して前記反射部材に照射される、
   請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の３次元計測装置。
8. 電子部品を保持するノズルを有し、前記ノズルに保持された前記電子部品を基板に実装する実装ヘッドと、
   前記ノズルに保持された前記電子部品の３次元形状を計測する請求項１から請求項７のいずれか一項に記載の３次元計測装置と、を備える
   電子部品実装装置。
9. 前記実装ヘッドは、電子部品供給装置から供給された前記電子部品を供給位置において前記ノズルで保持した後、実装位置に配置されている基板に実装し、
   前記３次元計測装置は、前記電子部品供給装置と前記実装位置との間の前記実装ヘッドの移動経路に配置され、
   前記実装ヘッドは、前記ノズルに保持された前記電子部品を前記基板に実装する前に、前記３次元計測装置の計測位置に配置し、
   前記投影装置、前記撮像装置、及び前記反射部材を支持するハウジングを備え、
   前記撮像装置は、前記計測位置よりも下方に配置され、
   前記反射部材は、前記撮像装置の入射面と前記計測位置に配置される前記電子部品との間の前記撮像装置の結像光学系の光軸の周囲の少なくとも一部に配置され、
   前記投影装置は、前記光軸の周囲の少なくとも一部に配置され、
   前記反射部材は、前記投影装置よりも前記計測位置に近い位置に配置される、
   請求項８に記載の電子部品実装装置。
10. 前記実装ヘッドは、前記３次元計測装置の計測データに基づいて、前記電子部品と前記基板との相対位置を調整する、
    請求項８又は請求項９に記載の電子部品実装装置。
11. パターン投影法に基づいて物体の３次元形状を計測する３次元計測方法であって、
    第１パターン光を物体の表面に照射することと、
    反射部材で反射した第２パターン光を前記物体の表面に照射することと、
    前記第１パターン光が照射された前記物体の表面の画像データと前記第２パターン光が照射された前記物体の表面の画像データとを取得することと、
    前記第１パターン光が照射された前記物体の表面の画像データと前記第２パターン光が照射された前記物体の表面の画像データとに基づいて、前記物体の３次元形状を算出することと、を含み、
    前記物体の表面に対する前記第１パターン光の入射方向と前記第２パターン光の入射方向とは、異なり、
    前記第１パターン光が照射された前記物体の表面と前記第２パターン光が照射された前記物体の表面とは、同じ領域である、
    ３次元計測方法。

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