JPH0310110A - 高さ測定方法及びその装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［概要コ 外観検査装置等に用いられ、光位置検出器を用いて測定
面上の光スポットの高さを測定する高さ測定方法及びそ
の装置に関し、 測定された高さが信頼できるかどうかをも知ることがで
きるようにすることを目的とし、測定面に光スポットを
形成し、この光スポットを光位置検出器及びイメージセ
ンサの受光面に結像させ、該光位置検出器の出力から咳
光スポットの高さを演算し、該イメージセンサの出力か
ら該光スポット像の特徴量を抽出し、該特重量から該高
さが信頼できるかどうかを判定し、該判定結果を記憶す
るように方法発明を構成し、この方法を実施するための
装置発明を、測定面に収束光を照射して光スポットを形
成する照射光学手段と、光位置検出器と、イメージセン
サと、該光位置検出器及びイメージセンサの受光面に該
光スポットを結像させる結像光学手段と、咳光位置検出
器の出力から該光スポットの高さを演算する高さ演算手
段と、該イメージセンサの出力から該光スポット像の特
徴量を抽出する特徴量抽出手段と、該特徴量から該高さ
が信頼できるかどうかを判定する信否判定手段と、該測
定面における該光スポットの平面位置を測定する光スポ
ット平面位置測定手段と、除外部記憶手段と、ティーチ
ングモードと高さ測定モードとを選択的に設定するため
のモード設定手段と、設定されたモードがティーチング
モードの場合には、該信否判定手段の判定結果を該光ス
ポットの平面位置と対応させて該除外部記憶手段に書き
込ませ、設定されたモードが高さ測定モードの場合には
、現在の光スポット平面位置における該除外部記憶手段
の内容を読み出させる制御手段と、を備えて構成する。

［産業上の利用分野］ 本発明は外観検査装置等に用いられ、光位置検出器を用
いて測定面上の光スポットの高さを測定する高さ測定装
置に関する。

［従来の技術ｊ 例えば部品実装法プリント配線板の外観検査装置には、
立体形状を測定するために高さ測定装置が用いられる。

この高さ測定装置は、プリント配線板に収束光を照射し
て光スポットを形成し、この光スポットを光位置検出器
（ＰＳＤ）に結像させ、その出力値を用いて光スポット
の高さを測定するように構成されている。

［発明が解決しようとする課題］ しかし、第４図（Ａ）に示す如く、入射光線が測定面上
の点Ａで反射された後、点Ｂで反射された場合には、結
像レンズ３２によりＰＳＤ３６の受光面に２つの光点像
ａＳｂが形成され、ＰＳＤ３６からの出力値を用いて光
点の高さを演算すると、光点Ｂの虚光点Ｃと光点Ａとの
中間の高さが得られる。この高さは、第４図（Ｂ）に示
す如く、結像点ａ、ｂにそれぞれの受光強度の重みを付
けた平均位置ｄに対応している。

また、第５図（Δ）に示す如く、光スボッ）Ｐからの光
の一部が実装部品で遮られてＰＳＤ３６に結像された場
合には、光点像がぼやけて第５図（Ｂ）に示す如くピー
ク幅Ｗが広くなり、ＰＳＤ３６の一対の出力を用いて光
スボッ）Ｐの高さを演算すると、測定誤差が大きくなる
。

このような測定誤差の大きい信頼できない高さデータを
用いた場合には、外観検査を正確に行うことができない
。

本発明の目的は、このような問題点に鑑み、測定された
高さが信頼できるかどうかをも知ることができる高さ測
定装置を提供することにある。

［課題を解決するための手段］ 第１図（Δ）はステップＩＳ〜５Ｓを有する本方法発明
の原理構成を示す。

ステップＩＳでは、測定面に光スポットを形成し、この
光スポットを光位置検出器及びイメージセンサの受光面
に結像させる。

ステップ２Ｓでは、該光位置検出器の出力から該光スポ
ットの高さを演算する。

ステップ３Ｓでは、該イメージセンサの出力から該光ス
ポット像の特徴量を抽出する。

ステップ４Ｓでは、該特徴量から該高さが信頼できるか
どうかを判定する。

ステップ５Ｓでは、該判定結果を記憶しておく。

第１図（Ｂ）は前記方法を実施するための装置発明の原
理構成を示す。

図中、１は照射光学手段であり、測定面２に収束光を照
射して光スポット３を形成する。

４は光位置検出器であり、ＰＳＤまたはこれと同一機能
を有するものである。

５はイメージセンサであり、一般にはラインセンサが用
いられるが、エリアセンサを用いてもよい。

６は結像光学手段であり、例えば結像レンズとハーフミ
ラ−とを用いて構成され、光位置検出器４及びイメージ
センサ５の受光面に光スポット３を結像させる。

７は演算手段であり、光位置検出器４の出力から光スポ
ット３の高さを演算する。

８は特徴量抽出手段であり、イメージセンサ５の出力か
ら光スポット像の特徴量を抽出する。

９は信否判定手段であり、この特徴量から、演算された
高さが信頼できるかどうかを判定する。

１０は光スポット平面位置測定手段であり、測定面にお
ける光スポット３の平面位置を測定する。

１１は除外部記憶手段である。

１２はモード設定手段であり、ティーチングモードと高
さ測定モードとを選択的に設定するためのものである。

１３は制御手段であり、設定されたモードがティーチン
グモードの場合には、信否判定手段９の判定結果を光ス
ポット３の平面位置と対応させて除外部記憶手段１１に
書き込ませ、設定されたモードが高さ測定モードの場合
には、現在の光スポット平面位置における除外部記憶手
段１１の内容を読み出させる。

とができる。

本方法発明についても同様である。

［作用］ 本装置発明では、最初、動作モードをティーチングモー
ドにし、基準測定面を光スポットで走査し、信否判定手
段９の判定結果を光スポット３の平面位置と対応させて
除外部記憶手段１１に書き込ませる。

次に、動作モードを高さ測定モードにし、基準測定面と
対比される測定面を光スポットで走査すると、各測定点
について、高さ演算手段７から高さが得られると同時に
、この測定点における除外部記憶手段１１の内容、すな
わち、この高さの信否が分かる。

したがって、大部分を占める測定誤差の小さい高さデー
タのみを外観検査等に用いることができ、外観検査等の
信頼度が向上する。

高さ測定モードではイメージセンサ５の画像処理を行な
わないので、高速で高さ測定を行なうこ［実施例］ 以下、図面に基づいて本発明の一実施例を説明する。

第２図は本発明に係る高さ測定装置が適用された外観検
査装置の要部構成を示す。

チップ部品が高密度実装されたプリント配線板１４は、
検査対象物として面走査用のｘ−Ｙテーブル１６上に載
置されている。

レーザ１８から放射されたレーザ光はビームエクスパン
ダ２０により拡径平行化され、平面鏡２２、ポリゴンミ
ラー２４で反射され、次いでｆθレンズ２６を通り平面
鏡２８で下方へ曲げられてプリント配線板１４の表面に
収束照射され、光スポットＰが形成される。この光スポ
ットＰはモータ３０でポリゴンミラー２４を回転させる
とプリント配線板１４上を直線走査し、光切断線りが形
成される。

光スポラ）Ｐからの光は、結像レンズ３２を通り、ハー
フミラ−３４で２分割され、その一方の透過光はＰＳＤ
３６上に結像され、他方の反射光はラインセンサ３８上
に結像される。ＰＳＤ３６からの一対の出力はアンプ４
０Ａ、４０Ｂで増幅され、増幅された信号値Ａ、Ｂが演
算回路４２へ供給される。演算回路４２は、光スポラ）
Ｐの高さ（Ａ　−Ｂ）／（Ａ　＋　Ｂ）を算出する。一
方、ラインセンサ３８は不図示のドライバにより電気的
に走査され、各画素の蓄積電荷が順次読み出されてアン
プ４４で増幅され、Ａ／Ｄ変換器４６に供給されてデジ
タル変換される。

また、プリント配線板１４上の光スポットＰの平面位置
は、走査位置測定回路４８により、Ｘ−Ｙテーブル１６
の原点の走査位置座標（Ｘ　、　Ｙ　）及びポリゴンミ
ラー２４の回転角を用いて測定される。

これら演算回路４２、Ａ／Ｄ変換器４６及び走査位置測
定回路４８の各出力は、ティーチングモードと検査モー
ドとを選択的に設定するだめのモード設定器５０の出力
とともに、マイクロコンピュータ５２へ供給される。マ
イクロコンピュータ５２のハードウェアは周知の構成で
あり、第２図ではそのソフトウェア構成を機能ブロック
５２ａ〜５２ｇで示す。なお、記憶部５２ｂ、５２Ｃ及
び５２ｆは初期化処理で零クリアされているものとする
。

制御部５２ａは、モード設定器５０により設定されたモ
ードに応じて、各機能の動作を制御する。

最初は、検査の基準となるプリント配線板１４が用いら
れ、かつ、ティーチングモードが設定される。

この場合、演算回路４２からの高さデータは高さ記憶部
５２ｂに書き込まれ、基準形状記憶部５２ｃは、この高
さ記憶部５２ｂの内容を読み取って、実装されている各
チップ部品の中心位置、向き及び縦、横、高さの各寸法
を求め、これを記憶する。このような処理と並行して、
Ａ／Ｄ変換器４６の出力が特ｆｆ１ｆｉ抽出部５２ｄへ
供給され、走査位置測定回路４８の出力がデータ信否判
定部５２ｅへ供給されて、第３図に示すような処理が行
われる。第３図は１個の光スポラ）Ｐに対する画像処理
手順を示しており、 （６０）特重量抽出部５２ｄは、ラインセンサ３８を走
査させてＡ／Ｄ変換器４６から１ライン分（１光スポツ
）Ｐ分）の受光強度を読み込んで記憶し、すなわち、第
４図（Ｂ）に示すような受光強度分布を取得し、 （６２）このグラフ中のピークの個数ｎ及びピーク幅Ｗ
を特徴とする求める。

次に、データ信否判定部５２ｅは、 （６４〜６８）ｎ≧２、ｎ＝ｏ又はＷ≧Ｗ０となれば、
この光スポットに対する演算回路４２からの高さデータ
に信頼性が無いと判定し、 （７０）除外部記憶部５２ｆの、走査位置測定回路４８
からの該光スポラ）Ｐの位置座標に対応したアドレスに
、°１°を書き込む。

上記処理を繰り返し、光スポラ）Ｐをプリント配線板１
４の全面にわたって走査した後は、除外部記憶部５２ｆ
に書き込まれた°１°の各領域を例えば各方向に１画素
分だけ拡大する。これは、基準となるプリント配線板１
４と検査対象のプリント配線板１４とで、信頼できない
高さデータの分布に多少のずれがあるのを考慮する必要
があるからである。

次に、モード設定器５０により検査モードが設定され、
かつ、上記基準品１４と対比される検査対象のプリント
配線板１４が用いられる場合について説明する。

この場合、演算回路４２からの高さデータは、上記同様
に高さ記憶部５２ｂに書き込まれる。また、走査位置測
定回路４８の出力により除外部記憶部５２ｆがアドレス
指定されてその内容が読み出され、検査部５２ｇに供給
される。検査部５２ｇは、この内容が°０°であるとき
のみ、走査位置測定回路４８によりアドレス指定された
高さ記憶部５２ｂの内容及び基準形状記憶部５２ｃの内
容を読み取って高さ検査を行い、その結果をレコーダ５
４へ供給して記録する。

［発明の効果］ 以上説明した如く、本発明に係る高さ測定方法及びその
装置では、基準測定面につき信否判定結果を光スポット
の平面位置と対応させて記憶しておけば、処理速度を遅
くすることなく、測定された高さが信頼できるかどうか
をも知ることができるという優れた効果を奏し、外観検
査の信頼性向上に寄与するところが大きい。

【図面の簡単な説明】

第１図（Ａ）　　　（Ｂ）は本発明の原理構成を示すブ
ロック図であ、る。 第２図及び第３図は本発明の一実施例に係り、第２図は
高さ測定装置が適用された外観検査装置の要部構成を示
すブロック図、 第３図は１個の光スポットに対する、第２図に示す機能
ブロック５２ｄ及び５２ｅでの処理手順を示すフローチ
ャートである。 第４図（Δ）、（Ｂ）及び第５図（Ａ）、（Ｂ）は高さ
測定誤差が大きくなる場合の説明図である。 図中、 １４はプリント配線板 ２０はビームエクスパンダ ２２．２８は平面鏡 ２４はポリゴンミラー ２６はｆθレンズ ３２は結像レンズ ３４はハーフミラ− ３６はＰＳＤ ３８はラインセンサ ４２は演算回路 ４６はＡ／Ｄ変換器 ４８は走査位置測定回路 ５ｏはモード設定器 ５２はマイクロコンピュータ ５２ａは制御部 ５２ｄは特徴量抽出部 ５２ｅはデータ信否判定部 第１Ａ図 第１Ｂ図 Ｃ （Ａ）２回反射の場合 （ （Ｂ）ＰＳＤの受光強度分布 高さ測定誤差が大きくなる場合（その１）第４図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）、測定面に光スポットを形成し、この光スポットを
   光位置検出器及びイメージセンサの受光面に結像させ（
   ＩＳ）、 該光位置検出器の出力から該光スポットの高さを演算し
   （２Ｓ）、 該イメージセンサの出力から該光スポット像の特徴量を
   抽出し（３Ｓ）、 該特徴量から該高さが信頼できるかどうかを判定し（４
   Ｓ）、 該判定結果を記憶しておく（５Ｓ） ことを特徴とする高さ測定方法 ２）、測定面（２）に収束光を照射して光スポット（３
   ）を形成する照射光学手段（１）と、 光位置検出器（４）と、 イメージセンサ（５）と、 該光位置検出器（４）及びイメージセンサ（５）の受光
   面に該光スポット（３）を結像させる結像光学手段（６
   ）と、 該光位置検出器（４）の出力から該光スポット（３）の
   高さを演算する高さ演算手段（７）と、 該イメージセンサ（５）の出力から該光スポット像の特
   徴量を抽出する特徴量抽出手段（８）と、該特徴量から
   該高さが信頼できるかどうかを判定する信否判定手段（
   ９）と、 該測定面における該光スポット（３）の平面位置を測定
   する光スポット平面位置測定手段（１０）と、除外部記
   憶手段（１１）と、 ティーチングモードと高さ測定モードとを選択的に設定
   するためのモード設定手段（１２）と、設定されたモー
   ドがティーチングモードの場合には、該信否判定手段（
   ９）の判定結果を該光スポット（３）の平面位置と対応
   させて該除外部記憶手段（１１）に書き込ませ、設定さ
   れたモードが高さ測定モードの場合には、現在の光スポ
   ット平面位置における該除外部記憶手段（１１）の内容
   を読み出させる制御手段（１３）と、 を有することを特徴とする高さ測定装置。