JPS6394139A - 高さ補正による自動焦点合せ装置 - 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】 ［４既　　要〕 印刷配線基板面に設定した複数の基準点の高さを求め、
基板面を基準点を頂点とする複数の三角形平面に分割し
て、検査位置座標の高さを平面近似により求め、垂直軸
を移動させて自動焦点合せを行うものであり、次の検査
位置への水平移動中に焦点合せが行われ検査の裔速化を
図ることができる。

［産業上の利用分野］ 本発明は印刷配線板のパターン検査に係わり、特に印刷
配線板のパターンのＴＶカメラによる撮像の際の自動焦
点合せに関する。

印刷配線板の大形化および多層化に伴い、基板の反りな
らびに板厚のバラツキ等の高さ変動が大きくなっており
、３００ｍｍ　Ｘ３００ｍｍ　、１４層程度の基板では
、その高さ変動が最大１．５ｎ＋ｍにもなっている。

このような基板のパターンをＴＶカメラの撮像した画像
により自動検査する場合には、特にＴＶカメラの高速な
自動焦点合せが重要な課題となる。

［従来の技術］ 高さ変動のある印刷配線基板の、ＴＶ左カメラ像画像に
よる自動検査のためには、ＴＶカメラの自動焦点合せが
不可欠である。

従来、ＴＶカメラの自動焦点合せ方式には、■赤外線の
反射を使用して距離を測定し焦点合せを行うもの、■超
音波の反射を使用して距離を測定し焦点合せを１テうも
の等がある。

［発明が解決しようとする問題点］ 上記、従来の自動焦点合せ方式は、いずれも自動焦点合
せそのものの技術であって、検査対象物が水平方向（Ｘ
、Ｙ方向）に移動され検査しようとする位置に位置決め
された後、始めて焦点合せのための距離測定が行われる
ものであり、位置決めされた後に焦点合せのための時間
を必要とし、自動検査の高速化の障害になるという問題
点がある。

本発明は、このような従来の問題点を解消した新規な焦
点合せ方式を提供しようとするものである。

［問題点を解決するための手段］ 第１図は本発明の高さ補正による自動焦点合せ方式の原
理ブロック図を示す。

図において、１は基準点高さ測定手段であり、検査対象
基板上に予め定めた複数の基準点（例えば４隅、４辺の
中央点および中心点の９点）の高さを測定する。

２は平面方程式算出手段であり、基準点高さ測定手段１
により測定した各基準点を頂点とする三角形（上記例で
は基板を８分割する８個の三角形）の平面方程式を算出
する。

３は高さ変動算出手段であり、入力された検査位置座標
（Ｘ、Ｙ）から、これの含まれる三角形を選び、座標値
をその三角形の方程式に代入してその位置の高さを算出
する。

４は焦点合せ手段であり、ＴＶカメラの現在の焦点位置
と算出された高さの差値に基づいてＺ軸を駆動して焦点
位置に合せるよう制御する。

５は移動制御手段であり、ＴＶカメラの撮像した画像に
ついて検査が終了したとき、入力された次の検査位置座
標により、検査対象基板を次の検査位置に移動させる。

［作用］ 上記構成において、基準点高さ測定手段１および平面方
程式算出手段２は検査準備段階であり、高さ算出手段３
、焦点合せ手段４、移動制御手段５および図示してない
検査手段は検査実行段階である。

や 置（Ｘ、Ｙ）への移動が行われると同時に、高さ算出手
段３および焦点合せ手段４により次の検査位置（Ｘ、Ｙ
）における焦点合せのためのＺ軸移動が行われる。

従って、焦点合せに必要な時間が、Ｘ−Ｙテーブルの移
動時間に含まれ、結果として、処理時間の増加が殆どな
く高速な検査が可能となる。

検査対象印刷配′ｆａ基板の平面近似のための分割数は
、基板の大きさと、基板の最大高さ変動と、許容誤差か
ら決定される。

［実施例］ 以下第２図〜第９図に示す実施例により、本発明をさら
に具体的に説明する。

第２図は、本発明の一実施例における処理の流れを示す
フローチャートである。

第３図は、本発明の一実施例である自動焦点合せ装置の
概略構成図である。

以下、第２図のフローチャートに従い、第３図を参照し
て、本実施例の動作を説明する。

＋１１第４図に示すように、検査対象印刷配線基板の４
つの頂点、各辺の中点および中心点１〜９を基準点と定
め、これら９点のＸ、Ｙ座標を求め、これらにＸ−Ｙテ
ーブルを位置決めする。

＋２１　Ｔ　Ｖカメラから画像を入力して、Ａ／Ｄ変換
を行い、フレームメモリにディジタル画像を書き込む。

（３）フレームメモリのデータを読み出して二値化を行
い、第３図に示したスリット状マークの投影装置からの
投影マークを検出する。

（４）第５図に示すように、投影マークのＸ軸への周辺
分布を作成し、マークの重心位置を求める。

第３図に示すように、スリット状マークは斜めに投影さ
れ、モニタ画面に示すようにマークの重心位置がその点
での基板高さを表す。

（５）マークの重心位置をメモリに格納して、次の点に
進み同様な測定を行い、９点のすべてについて測定する
。

（６）第４図に示すように、基板を上記測定点を頂点と
する８個の三角形■〜■に分割し、頂点の三次元情報（
Ｘ、　Ｙ座標とマーク重心位置）から、それぞれの平面
方程式を求める。

（７）印刷配線基板の検査個所（Ｘ、Ｙ座標）を受は取
り、その値から対応する平面を選び、その平面方程式に
Ｘ、Ｙ座標を代入することにより検査位置における高さ
変動を加味した真の基板高さを求める。

（８）現在の焦点位置と、（７）で求めた基板の高さと
の差を算出し、その値に応じて、Ｚ軸のパルスモータを
駆動させ、ＴＶカメラの焦点位置を合せる。同時に、Ｘ
、Ｙ軸のパルスモータも、入力された検査位置に位置決
めするよう駆動する。

（９）検査対象位置のパターンの画像から、良否の判定
を行い、結果を出力して次の検査位置のデータを受は取
る。

００）検査位置データがなくなるまで、（７）項以下の
ステップを繰り返し、検査を行う。

以下、本実施例における（６）項の平面方程式の算出方
法を説明する。

まず、第４図に示した三角形■の平面方程式を求める。

三角形■の各頂点１，２．５の座標は、次のようになる
。

頂点１の座標（０，１１２＋　　Ｚｌ　）頂点２の座標
（０，０，２２） 頂点５の座標（Ｉ！２ｓ、　　ｏ、　　Ｚｓ）平面方程
式は、ａｘ　＋　ｂｙ　＋　ｃｚ　＋　ｄ　＝　Ｏによ
り与えられるから、上記頂点の座標を代入することによ
り、次の連立方程式が得られる。

ｂ−１２１２＋ＣＺｌ　＋　ｄ　＝　Ｏ−・−−−−４
１）ｃｚ　２　＋　ｄ　＝　Ｏ−−−−−−−（２）ａ
−１！　２５　　　　　　＋ＣＺ５　＋ｄ−０−−−−
曲中−（３１（２）式から、　　ｃ／ｄ　＝−１／ｚ２
−−−−−−−−−−−−−−−−・・−１４）（１１
式−（２）弐から、ｂ−Ｊ１２＋　ｃ（ｚ＋　−２２）
　＝　０よって、　ｂ／ｃ　＝　−（ｚ＋　−２２）　
／　／！　＋ｚ−−−−−−（５１また、　１／ｃ　＝
　　（ｚ＋　　　２２　）　／　Ｉｔ　１２　・ｂ　　
−（５）’（３）八−（２）式から、ａ−（１２５＋　
Ｃ（２１２２）　＝　０よって、　　ａ／ｃ　＝−（２
５−２２）　／　１２５これに弐（５）゛　を代入する
と、 −ａ・（２１−２２）／ｆ　＋２−ｂ　＝−（ｚｓ　−
２２＞／ｅ２５ａ／ｂ　　＝　　（（ｚｓ−２２）／ｊ
！２５）　　１１２／（Ｚｌ　　−２２）−−−・−−
−・−・−−−−・−−−−−−−一一一−・−・−・
−−一−−−−−−−−・−−−−−（６）（６）式よ
り、 ａ：ｂ　＝（ｚｓ　−２２）／１２５　：　（ｚ＋　　
　２２　）／ｆ＋２（５）式より、 ｂ：ｃ　−（２１２２）／ｆｆ＋、＋　：　　１（４）
式より、 ｃ：ｄ＝−１：Ｚ２ 以上を統合すると、 ａ：ｂ　　：ｃ　　：ｄ　　＝ （ｚｓ−ｚ２）／ｊ！２ｓ　：（ｚ＋−ｚ２）／ｊｌ！
＋２：（−１）：（２２）従って、求める平面方程式は
、 よって、高さ変動を加味した高さ２は、ただし、実際に
は、印刷配線基板の原点（０，０）に対して、平面■の
座標原点は、ｙ方向にＮ２３だけプラスされているから
、これを引いて下式となる。

第６図は、このようにして求めた８個の三角形の平面方
程式を示す。図において、条件として記載したのは、そ
の三角形の存在する座標範囲であって、前記処理工程（
７）項において、検査個所座標から対応する三角形を選
ぶ際に利用する。

本発明の焦点合せのための高さ補正値は、平面近似によ
り求めるのでその近似誤差が問題となるが、分割数を適
当に選択することにより近似誤差を許容範囲内に抑える
ことができる。

以下、近似誤差と分割数の関係を理論的に算出し、実施
例の近似誤差を評価する。

第７図に示すような単純な湾曲形状のモデルについて、
計算を行う。

印刷配線基板のサイズ（りと、基板の高さ変動（ｄ）と
、基板の曲率半径（Ｒ）の関係は、Ｒ２＝　　＜ｌ／　
２）２＋（Ｒ−ａ）２　　より、Ｒ＝　　（ｊｌ！２＋
４ｄ２）／　８ｄ　　・−−ｍ−・−・・・・−・・−
・−・−（１１）また、基板の曲率中心に対しなす角度
を０２、分割された一つの曲率中心になす角度をθとし
、許容補正誤差をδとすると、 Ｃｏｓ　（θ／２）　　＝　ｙ／Ｒから、ｙ＝Ｒ−ｃｏ
ｓ（θ／２） δ＝　Ｒ−ｙ　＝　Ｒ−１１Ｃｏｓ（θ／２）＝Ｒ（Ｉ
Ｃｏｓ（θ／２）） 従って、 θ＝　２・Ｃｏ５−’　　（（Ｒ−δ）／Ｒ）　　−−
−−−−−（１２）また、Ｓｉｎθ＋　＝（Ｒ−ｄ）／
Ｒより、θ＋　＝　５ｉｎ−’　　（（Ｒ−ｄ）／Ｒ）
Ｏ２＝　１８０°−２θｌ　であるから、Ｏ２＝　１８
０°　２　・Ｓｉｎ　−’　　（（Ｒｄ　）／Ｒ−−−
−−（１３）分割数ｎ＝θ２／θ　であるから、許容補
正誤差δを満足する分割数ｎは、 Ｚ　・　　しＯ３−”　　ｔ（Ｒ−Ｑ）／Ｈ１本実施例
において実際に使用した印刷配線基板について、（１４
）式による平面分割数を求めると次のとおりである。

印刷配線基板サイズ（ｊり　　：　　２８０Ｘ２００　
ｍｍ高さ変動（ｄ）　　　　　　　：　　０．８６　ｍ
ｍ　（実測値）許容補正誤差（δ）　　　　　：０．２
５ｍｍ（実際の画像データから実験に より求めた値） ！−２８０に対しては、 Ｒ−（２８０２＋　４ｘ０．８６２）／　８ｘ０．８６
＝　１１３９５．７８θ＝　２ｘ　Ｃｏ５−’　　（（
１１３９５，７８０，２５）／１１３９５．７８）＝　
０．７５９ Ｏ２＝　１８０°−２Ｘ　Ｓｉｎ’　　（（１１３９５
，７８０，８６）／１１３９５．７８１　＝　１．４０
８ 、°、ｎ−θ２／θ＝　１．４０８１０．７５９＃　１
．８５５　　　　　（ｎ＝２　）ｆｆ＝２００に対して
は、 Ｒ＝（２００２＋　４Ｘ０．８６２）／　８Ｘ０．８６
＃５８１４．３８０−２Ｘ　Ｃｏｓ’　　（（５８１４
，３８０，２５）／　５８１４．３８）貴１．０６３ Ｏ２＝　　１８０’　−２ｘ　　５ｉｎ−’　　（（５
８１４，３８−０，８６）１５８１４．３８）　　＃　
　１．９７１、・、ｎ＝Ｏ２／θ＝　　１．９７１／１
．０６３＃１．８５４　　　　　　　（ｎ＝２　）以上
の結果から、基板の２辺をそれぞれ２分割すればよいこ
とになる。

これにより、４つの四角形平面に分割されることになる
が、４点で１平面を決定することはできないので、第８
図に示すように、再度三角形に分割して平面方程式を決
定する。

三角形平面を８個とすることにより、近似誤差はさらに
小さくなる。

第９図は、実際の印刷配線基板の高さ変動およびその平
面近似結果を例示する図である。

同図（ａ）は、実際の平面近似状態を立体斜視図で示し
たものであり、同図（ｂ）はそのＸ方向断面における近
似誤差の実測値を示したものである。

高さ変動およびその近似誤差は、画素単位で測定されて
おり、２２画素／１ｍｍであって、最大誤差は２．４画
素（約０．１ｍｍ）であった。

［発明の効果］ 以上説明のように本発明によれば、次の検査点への移動
中に補正量を算出してＺ軸を移動させ焦点合せを行うこ
とにより、焦点合せのための処理時間の増加は殆どなく
、高速な自動検査を実現できるもので、その実用上の効
果は極めて大である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の原理ブロック図、 第２図は本発明の一実施例における処理の流れを示すフ
ローチャート、 第３図は本発明の一実施例の概略構成図、第４図は本発
明の一実施例による印刷配線板の分割を示す図、 第５図は高さ変動の測定を示す図、 第６図は本発明の一実施例における平面方程式第７図は
分割数と近似誤差を示す図、 第８図は四角形分割と三角形分割を示す図、第９図は実
際の基板の高さ変動と平面近似状態を示す図である。 図面において、 １は基準点高さ測定手段、 ２は平面方程式算出手段、 ３は高さ変動算出手段、 ４は焦点合せ手段、 ５は移動制御手段、 をそれぞれ示す。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 　ＴＶカメラの撮像した画像による印刷配線基板の検査
   において、 検査対象印刷配線基板上に予め定めた複数の基準点の高
   さを測定する基準点高さ測定手段（１）と、基準点高さ
   測定手段（１）により測定した各基準点を頂点とする三
   角形の平面方程式を算出する平面方程式算出手段（２）
   と、 入力された検査位置座標から、該位置の含まれる前記三
   角形を選び、座標値を該三角形の方程式に代入してその
   位置の高さを算出する高さ変動算出手段（３）と、 ＴＶカメラの現在の焦点位置と高さ変動算出手段（３）
   の算出した高さとの差値に基づき垂直軸移動手段を駆動
   する焦点合せ手段（４）とを備え、検査対象印刷配線基
   板面を複数の平面に分割し、検査位置における高さを平
   面近似により求め垂直軸の移動により焦点合せを行うよ
   う構成したことを特徴とする高さ補正による自動焦点合
   せ方式。