KR100681885B1 - Profilometry - Google Patents

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KR100681885B1
KR100681885B1 KR1020040012372A KR20040012372A KR100681885B1 KR 100681885 B1 KR100681885 B1 KR 100681885B1 KR 1020040012372 A KR1020040012372 A KR 1020040012372A KR 20040012372 A KR20040012372 A KR 20040012372A KR 100681885 B1 KR100681885 B1 KR 100681885B1
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최영진
조철훈
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Abstract

본 발명은 투영격자와 상기 투영격자를 통해 측정물에 광을 투영하는 광원을 갖는 영사장치와, 상기 측정물에 투영된 광에 의해 형성된 격자이미지를 결상하기 위한 결상장치를 갖는 모아레 시스템을 이용한 표면형상 측정방법에 있어서, 상기 결상장치로부터 상이한 이격거리를 갖는 복수의 표본 기준면에 대한 기준위상 데이터를 산출하는 단계와; 상기 결상장치와 상기 측정물에 대한 실제 기준면 간의 이격거리를 검출하는 단계와; 상기 모아레 시스템을 이용하여 상기 측정물의 표면에 대한 측정위상 데이터를 산출하는 단계와; 상기 기준위상 데이터들 중 검출된 상기 실제 기준면의 이격거리에 대응하는 기준위상 데이터와 상기 측정위상 데이터에 기초하여 상기 측정물의 표면형상에 대한 데이터를 산출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다. 이에 의해, 복수의 기준면에 대한 기준위상을 사용하여 보다 정밀한 표면형상 측정을 가능하게 하고, 모아레 시스템의 가격을 낮출 수 있다.The present invention relates to a surface using a moiré system having a projection device having a projection grid and a light source for projecting light onto a workpiece through the projection grid, and an image forming device for forming a grid image formed by the light projected on the workpiece. A shape measuring method comprising the steps of: calculating reference phase data for a plurality of sample reference planes having different separation distances from the imaging device; Detecting a separation distance between the imaging device and the actual reference plane for the workpiece; Calculating measurement phase data of the surface of the workpiece using the moiré system; And calculating the data on the surface shape of the workpiece based on the reference phase data and the measurement phase data corresponding to the detected separation distance of the actual reference plane among the reference phase data. This makes it possible to measure the surface shape more precisely by using reference phases for a plurality of reference planes, and to lower the price of the moire system.

Description

표면형상 측정방법{PROFILOMETRY}Surface shape measurement method {PROFILOMETRY}

도 1은 본 발명에 따른 모아레 시스템의 구성을 도시한 도면이고,1 is a view showing the configuration of a moiré system according to the present invention,

도 2는 본 발명에 따른 표면형상 측정방법에서, 모아레 무늬를 획득방법을 설명하기 위한 도면이고,2 is a view for explaining a method of obtaining a moire fringe in the surface shape measurement method according to the present invention,

도 3은 본 발명에 따른 표면형상 측정방법에서 복수의 표본 기준면과 실제 기준면과의 관계를 설명하기 위한 도면이고,3 is a view for explaining the relationship between the plurality of sample reference planes and the actual reference plane in the surface shape measurement method according to the present invention,

도 4는 본 발명의 제1실시예에 따른 표면형상 측정방법에서 복수의 표본 기준면에 대한 기준위상을 산출하는 방법을 설명하기 위한 도면이고,4 is a view for explaining a method for calculating reference phases for a plurality of sample reference planes in the surface shape measurement method according to the first embodiment of the present invention.

도 5는 본 발명의 제2실시예에 따른 표면형상 측정방법에서 복수의 표본 기준면에 대한 기준위상을 산출하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.FIG. 5 is a diagram for describing a method of calculating reference phases for a plurality of sample reference planes in the surface shape measurement method according to the second embodiment of the present invention.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명* Explanation of symbols for the main parts of the drawings

10 : 영사장치 11 : 광원10: projection device 11: light source

12 : 투영격자 20 : 결상장치12: projection grid 20: imaging device

21 : 결상렌즈 22 : 결상면21: imaging lens 22: imaging surface

30 : 제어장치 40 : 변위측정장치30: control device 40: displacement measuring device

본 발명은, 표면형상 측정방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 복수의 표본 기준면에 대한 기준위상 데이터를 이용하여 측정물의 표면형상을 측정하는 표면형상 측정방법에 관한 것이다.The present invention relates to a surface shape measurement method, and more particularly, to a surface shape measurement method for measuring the surface shape of the workpiece using reference phase data for a plurality of sample reference planes.

일반적으로 자유곡면 등의 형태를 갖는 3차원 형상의 측정은 다양한 가공물의 검사나, 캐드/캠(CAD/CAM), 의료, 솔리드 모델링, PCB 기판의 솔더페이스트 검사 등 여러 분야에서 폭넓게 적용되고 있다.In general, the measurement of a three-dimensional shape having a shape such as a free-form surface is widely applied in various fields such as inspection of various workpieces, CAD / CAM, medical, solid modeling, and solder paste inspection of PCB substrates.

이러한, 3차원 형상의 측정기술로는 접촉식 3차원 측정기를 사용하여 곡면상의 한점씩을 측정함으로써 전체 곡면형상을 측정하는 방식이 사용되어 왔다. 그러나, 접촉식 3차원 측정기에 의한 곡면형상 측정방법은 3차원 형상의 측정물을 한 점씩 일일이 측정해야 하므로, 전체적으로 측정시간이 과도하게 소요되는 단점이 있다.As the measurement technology of the three-dimensional shape, a method of measuring the entire curved shape by measuring one point on the curved surface using a contact type three-dimensional measuring device has been used. However, the method for measuring the curved shape by the contact type 3D measuring device has a disadvantage in that the measurement time is excessively required as a whole because the measuring object of the 3D shape must be measured one by one.

이러한 접촉식 3차원 측정기의 단점을 해소하기 위해, 근래에는 광을 이용하여 비접촉 방식으로 3차원 형상을 측정하는 모아레 기법이 적용되고 있다. 이러한 모아레 기법은 종래의 접촉식 3차원 측정방식에 비해 측정시간을 현저히 단축시키는 장점을 제공한다. 여기서, 모아레 기법은 측정물에 광을 조사하여 일정한 간격의 직선 줄무늬 격자를 형성함으로써, 그 측정물에 대한 3차원 형상정보를 가지는 모아레 무늬를 얻게 된다.In order to solve the shortcomings of the contact type 3D measuring device, a moire technique for measuring a 3D shape in a non-contact manner using light has recently been applied. This moire technique provides an advantage of significantly reducing the measurement time compared to the conventional contact three-dimensional measurement method. In this case, the moiré technique generates a moire pattern having three-dimensional shape information about the measured object by irradiating light on the measured object to form a linear striped grid having a predetermined interval.

모아레 기법에서는, 광을 줄무늬 격자에 통과시켜 측정물에 투광시겨 격자의 그림자를 측정물 위에 생기게 한다. 여기서, 이 그림자는 측정물의 형상에 따라 휘어지게 된다. 이런 상태에서 측정물을 바라보면, 변형되지 않은 직선 줄무늬 격자와 이 격자의 그림자가 겹쳐져서 모이면서, 물결 모양의 등고선 무늬가 나타나게 된다. 이 무늬를 일반적으로 모아레 무늬라고 하는데, 이 모아레 무늬가 측정물의 형상정보를 가지게 되며 이를 분석하여 측정물의 표면형상을 측정하게 된다.In the moiré technique, light is passed through a stripe grating and is projected onto the workpiece, causing the grid to cast shadows on the workpiece. Here, this shadow is curved according to the shape of the workpiece. Looking at the workpiece in this state, the undeformed straight-lined lattice and the shadows of the lattice overlap, resulting in a wavy contour pattern. This pattern is generally called moire fringe, and this moire fringe has shape information of the workpiece and analyzes it to measure the surface shape of the workpiece.

한편, 측정물의 정밀한 측정을 위해 영사식 모아레 기법이 제안되었다. 영사식 모아레 기법에서는 모아레 무늬의 정밀한 분석을 위해서 격자를 위상천이 시켜 이전의 측정법에 비해 매우 우수한 측정결과를 얻들 수 있지만, 광학계가 다소 복잡한 단점을 갖는다.On the other hand, the projection moiré technique has been proposed for the precise measurement of the workpiece. In the projection moiré technique, the lattice is phase shifted for the precise analysis of the moire fringe, and the measurement result is superior to the previous measurement method, but the optical system has a rather complicated disadvantage.

이에, 위상측정 형상측정법(PMP : Phase Measurement Profilometry)이 제안되는데, 미세한 투영격자에 정현파의 광을 조명하고, 투영격자를 통과한 광이 측정물에 투영되고, 이 투영격자를 위상천이 시켜 격자의 위상을 최대한으로 세분화하였다. 따라서 앞에 기술된 다른 방법들보다 훨씬 정확한 위상을 얻을 수 있고, 결국 우수한 측정결과를 얻을 수 있다.Accordingly, PMP (Phase Measurement Profilometry) is proposed. The sine wave is illuminated on a fine projection grid, and the light passing through the projection grid is projected onto the measurement object. The phase was subdivided to the maximum. This results in a much more accurate phase than the other methods described earlier, resulting in good measurement results.

일반적으로, 모이레 기법을 이용한 표면형상 측정방법에 있어서는, 기준면에 대한 기준위상을 미리 측정 및 산출하여 메모리에 저장하고, 측정물의 표면 중 기준이 되는 면이 기준면과 일치되도록 측정장치에 위치시킨 다음, 측정물에 광을 투영하여 측정물의 표면의 위상을 측정 및 산출한다. 그리고, 기 저장된 기준면의 위상과 측정된 측정물의 표면의 위상의 편차에 기초하여 기준면으로부터 측정물의 표면까지의 거리를 측정함으로써, 측정물의 표면의 형상정보를 얻게 된다.In general, in the method of measuring the surface shape using the Moire technique, the reference phase with respect to the reference plane is measured and calculated in advance, stored in a memory, and placed in the measuring device so that the reference plane among the surfaces of the workpiece coincides with the reference plane. The light is projected onto the measurement object to measure and calculate the phase of the surface of the measurement object. The shape information of the surface of the workpiece is obtained by measuring the distance from the reference plane to the surface of the workpiece based on the deviation of the phase of the previously stored reference plane and the surface of the measured workpiece.

그런데, 예를 들어, PCB 기판에 형성된 솔더페이스트의 형상을 측정하는 경 우, PCB 기판의 표면이 기준면과 일치되도록 설치하여, PCB 기판의 표면을 기준으로 솔더페이스트의 높이를 측정하게 되는데, 이 때, PCB 기판의 위치를 고정시키기 위해 PCB 기판의 양측을 지지시키기는 경우, PCB 기판이 휘는 경우가 발생한다. 이 경우, PCB 기판의 판면의 중앙으로 갈수록 PCB 기판의 표면과 기준면 간의 불일치가 심화되고, 결국 PCB 기판에 형성된 솔더페이스트의 형상정보에 오류가 발생하게 된다. 또한, π모호성으로 인하여 격자의 한 위상에 대한 높이만 측정 가능하므로, 기준면으로부터 측정 가능한 높이에 제한을 받게 되는데, PCB 기판이 휨 정도가 심할 때에는 솔더페이스트의 절대높이가 측정 가능한 범위를 벗어나 측정 자체가 되지 않는 경우가 발생할 수 있다.By the way, for example, when measuring the shape of the solder paste formed on the PCB substrate, the surface of the PCB substrate is installed so as to match the reference plane, the height of the solder paste relative to the surface of the PCB substrate is measured, at this time When supporting both sides of the PCB board to fix the position of the PCB board, the PCB board may be bent. In this case, inconsistency between the surface of the PCB substrate and the reference surface becomes deeper toward the center of the plate surface of the PCB substrate, resulting in an error in the shape information of the solder paste formed on the PCB substrate. In addition, because of the π ambiguity, only the height of one phase of the grating can be measured, which limits the height that can be measured from the reference plane.When the PCB substrate is severely warped, the absolute height of the solder paste is beyond the measurable range This may happen.

이와 같은 문제를 해결하기 위해, 종래의 모아레 기법을 이용한 표면형상 측정시스템에서는, 측정물의 절대위치, 즉, 측정기와 측정물 간의 이격거리를 측정하여 서보모터 등의 구동수단을 이용하여 측정기 자체를 이동시킴으로써, 오차를 보상하였다. 이러한 방법의 경우, 측정기를 이동시키기 위한 별도의 이송장치가 추가되어야 하고, 이러한 이송장치는 측정기의 측정정도에 버금가는 정밀도가 요구되는데, 이에 따른 전체 측정시스템의 가격이 상승하고, 부피를 증가시키는 단점이 있다.In order to solve such a problem, in the surface shape measurement system using the conventional moire technique, the absolute position of the measurement object, that is, the separation distance between the measurement device and the measurement object is measured, and the measuring device itself is moved by using a driving means such as a servomotor. The error was compensated for by doing so. In this method, a separate transfer device for moving the measuring instrument has to be added, which requires an accuracy comparable to the measuring accuracy of the measuring instrument, which increases the price of the entire measuring system and increases the volume. There are disadvantages.

따라서, 본 발명의 목적은 복수의 기준면에 대한 기준위상을 사용하여 보다 정밀한 표면형상 측정을 가능하게 하고, 모아레 시스템의 가격을 낮출 수 있는 표면형상 측정방법을 제공하는 것이다.Accordingly, it is an object of the present invention to provide a surface shape measurement method that enables more accurate surface shape measurement by using reference phases for a plurality of reference planes and lowers the price of the moire system.

상기 목적은, 본 발명에 따라, 투영격자와 상기 투영격자를 통해 측정물에 광을 투영하는 광원을 갖는 영사장치와, 상기 측정물에 투영된 광에 의해 형성된 격자이미지를 결상하기 위한 결상장치를 갖는 모아레 시스템을 이용한 표면형상 측정방법에 있어서, 상기 결상장치로부터 상이한 이격거리를 갖는 복수의 표본 기준면에 대한 기준위상 데이터를 산출하는 단계와; 상기 결상장치와 상기 측정물에 대한 실제 기준면 간의 이격거리를 검출하는 단계와; 상기 모아레 시스템을 이용하여 상기 측정물의 표면에 대한 측정위상 데이터를 산출하는 단계와; 상기 기준위상 데이터들 중 검출된 상기 실제 기준면의 이격거리에 대응하는 기준위상 데이터와 상기 측정위상 데이터에 기초하여 상기 측정물의 표면형상에 대한 데이터를 산출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 표면형상 측정방법에 의해 달성된다.The object is, according to the present invention, a projection apparatus having a projection grid and a light source for projecting light onto the workpiece through the projection grid, and an imaging device for forming a grid image formed by the light projected on the workpiece A method of measuring a surface shape using a moiré system comprising: calculating reference phase data for a plurality of sample reference planes having different separation distances from the imaging device; Detecting a separation distance between the imaging device and the actual reference plane for the workpiece; Calculating measurement phase data of the surface of the workpiece using the moiré system; And calculating data on the surface shape of the workpiece based on the reference phase data and the measured phase data corresponding to the detected separation distance of the actual reference plane among the reference phase data. Is achieved by the method.

여기서, 상기 복수의 표본 기준면에 대한 상기 기준위상 데이터를 산출하는 단계는, 상기 각 표본 기준면에 대응하여 상기 결상장치로부터 각각 상이한 이격거리를 두고 위치시킬 수 있는 복수의 기준면 측정물을 마련하는 단계와; 상기 모아레 시스템을 이용하여 상기 각 기준면 측정물의 표면에 대한 기준위상 데이터를 산출하는 단계와; 산출된 상기 각 기준면 측정물의 표면에 대한 상기 기준위상 데이터를 대응하는 상기 각 표본 기준면에 대한 상기 기준위상 데이터로 저장하는 단계를 포함할 수 있다.The calculating of the reference phase data for the plurality of sample reference planes may include: preparing a plurality of reference plane measurement objects that may be positioned at different distances from the imaging device in correspondence to each of the sample reference planes; ; Calculating reference phase data for the surface of each reference plane workpiece using the moiré system; And storing the calculated reference phase data for the surface of each reference plane measurement object as the reference phase data for each corresponding sample reference plane.

또한, 상기 복수의 표본 기준면에 대한 상기 기준위상 데이터를 산출하는 단계는, 상기 결상장치로부터 상기 복수의 표본 기준면 중 적어도 어느 하나의 표본 기준면에 대응하는 이격거리를 두고 위치시킬 수 있는 표본 기준면 측정물을 마련하는 단계와; 상기 모아레 시스템을 이용하여 상기 표본 기준면 측정물의 표면에 대한 표본 기준위상 데이터를 산출하는 단계와; 산출된 상기 표본 기준위상 데이터를 대응하는 상기 표본 기준면에 대한 상기 기준위상 데이터로 저장하는 단계와; 나머지의 상기 표본 기준면과 상기 표본 기준위상 데이터에 대응하는 상기 표본 기준면 간의 편차 정보와, 상기 표본 기준위상 데이터에 기초해서 나머지의 상기 표본 기준면에 대한 상기 기준위상 데이터를 산출하여 저장하는 단계를 포함할 수 도 있다.The calculating of the reference phase data for the plurality of sample reference planes may include: a sample reference plane measurement object which may be positioned at a distance corresponding to at least one sample reference plane of the plurality of sample reference planes from the imaging device; Providing a step; Calculating sample reference phase data on the surface of the sample reference plane measurement using the moiré system; Storing the calculated sample reference phase data as the reference phase data for the corresponding sample reference plane; Calculating and storing deviation information between the remaining sample reference plane and the sample reference plane corresponding to the sample reference phase data and the reference phase data for the remaining sample reference plane based on the sample reference phase data. Can also be.

여기서, 상기 편차 정보는 나머지의 상기 표본 기준면과 상기 표본 기준위상에 대응하는 상기 표본 기준면 간의 이격거리 δh에 대한 정보를 포함하고; 나머지의 상기 표본 기준면에 대한 기준위상 데이터는 다음의 식Wherein the deviation information includes information on a separation distance δ h between the remaining sample reference plane and the sample reference plane corresponding to the sample reference plane; The reference phase data for the remaining sample reference planes is

Figure 112004007616569-pat00001
Figure 112004007616569-pat00001

Figure 112004007616569-pat00002
Figure 112004007616569-pat00002

(여기서,

Figure 112006071317087-pat00003
는 나머지 상기 표본 기준면에 대한 기준위상,
Figure 112006071317087-pat00004
은 상기 표본 기준위상, g는 상기 투영격자의 격자간격, LP는 상기 영사장치의 광원과 상기 표본 기준위상에 대응하는 상기 표본 기준면 간의 이격거리, fP는 상기 광원과 상기 투영격자 사이의 이격거리, d는 상기 영사장치의 광축과 상기 결상장치의 광축 간의 이격거리이다)에 의해 산출될 수 있다.(here,
Figure 112006071317087-pat00003
Is the reference phase for the remaining sample reference planes,
Figure 112006071317087-pat00004
Is the sample reference phase, g is the lattice spacing of the projection lattice, L P is the separation distance between the light source of the projection apparatus and the sample reference plane corresponding to the sample reference phase, f P is the separation between the light source and the projection lattice Distance, d is the separation distance between the optical axis of the projection device and the optical axis of the imaging device.

또한, 상기 편차 정보는 나머지의 상기 표본 기준면과 상기 표본 기준위상에 대응하는 상기 표본 기준면 간의 이격거리 δh에 대한 정보를 포함하고, 나머지의 상기 표본 기준면에 대한 기준위상 데이터는 다음의 식In addition, the deviation information includes information on the separation distance δ h between the remaining sample reference plane and the sample reference plane corresponding to the sample reference phase, and the reference phase data for the remaining sample reference plane is

Figure 112004007616569-pat00005
Figure 112004007616569-pat00005

(여기서,

Figure 112006071317087-pat00006
는 나머지 상기 표본 기준면에 대한 기준위상, g는 상기 투영격자의 격자간격, fP는 상기 영사장치의 광원과 상기 투영격자 사이의 이격거리, d는 상기 영사장치의 광축과 상기 결상장치의 광축 간의 이격거리, LP는 상기 광원과 상기 표본 기준위상에 대응하는 상기 표본 기준면 간의 이격거리, LC는 상기 결상장치의 결상렌즈와 상기 표본 기준위상에 대응하는 상기 표본 기준면 간의 이격거리, fC는 상기 결상렌즈와 상기 결상장치의 수광면 간의 이격거리, xi는 상기 영사장치의 광축과 상기 표본 기준위상에 대응하는 상기 표본 기준면 상의 한 점 간의 거리, △는 상기 투영격자의 초기위치이다)에 의해 산출될 수도 있다.(here,
Figure 112006071317087-pat00006
Is a reference phase with respect to the remaining sample reference plane, g is a lattice spacing of the projection grating, f P is a separation distance between the light source of the projection device and the projection grating, d is between the optical axis of the projection device and the optical axis of the imaging device The separation distance, L P is the separation distance between the light source and the specimen reference plane corresponding to the specimen reference phase, L C is the separation distance between the imaging lens of the imaging device and the specimen reference plane corresponding to the specimen reference phase, f C is The separation distance between the imaging lens and the light receiving surface of the imaging device, x i is the distance between the optical axis of the projection device and a point on the sample reference plane corresponding to the sample reference phase, Δ is the initial position of the projection lattice) May be calculated.

한편, 상기 목적은, 본 발명의 다른 적용분야에 따라, 솔더페이스트가 형성된 기판의 표면형상 측정방법에 있어서, 상기 기판을 복수의 측정영역으로 구획하는 단계와; 상기 각 측정영역에 대하여 상기의 표면형상 측정방법을 이용하여 상기 각 측정영역 상의 상기 기판의 표면형상에 대한 데이터를 산출하는 단계와; 상기 각 측정영역 상의 상기 기판의 표면형상에 대한 데이터에 기초하여 상기 기판의 표면형상을 표시하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판의 표면형상 측정방법에 의해서도 달성될 수 있으며, 상기와 같은 표면형상 측정방법은 기판에 형성된 솔더페이스트의 형상측정에 적용하는 경우 효과적이다.On the other hand, the object, according to another application of the present invention, in the method for measuring the surface shape of the substrate on which the solder paste is formed, partitioning the substrate into a plurality of measurement areas; Calculating data for the surface shape of the substrate on each measurement area using the surface shape measurement method for each measurement area; The surface shape of the substrate may be achieved by a method of measuring the surface shape of the substrate, based on data of the surface shape of the substrate on each measurement area. The measuring method is effective when applied to the shape measurement of the solder paste formed on the substrate.

이하에서는 첨부도면을 참조하여 본 발명에 대해 상세히 설명한다. 또한, 본 발명의 실시예에서는 위상측정 형상측정법(PMP : Phase Measurement Profilometry)을 사용하는 것을 일 예로 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In addition, the embodiment of the present invention will be described by using a phase measurement profile (PMP) as an example.

표면형상 측정을 위한 측정시스템인 모아레 시스템은, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 투영격자(12)를 통해 측정물(O)에 광을 투영하기 위한 영사장치(10)와, 측정물(O)에 투영된 광에 의해 형성된 격자이미지를 결상하기 위한 결상장치(20)와, 영사장치(10) 및 결상장치(20)를 제어하고 영사장치(10) 및 결상장치(20)로부터의 데이터에 기초하여 각종 데이터를 산출하는 제어장치(30)를 포함한다. 또한, 결상장치(20)로부터 측정물(O)까지의 이격거리의 변위를 측정하기 위한 변위측정장치(40)를 포함한다.The moiré system, which is a measurement system for measuring the surface shape, has a projection apparatus 10 for projecting light onto the measurement object O through the projection grid 12, as shown in FIGS. 1 and 2, and a measurement object. An imaging device 20 for forming a grating image formed by the light projected on (O), and controlling the projection device 10 and the imaging device 20, and from the projection device 10 and the imaging device 20. And a control device 30 for calculating various data based on the data. In addition, a displacement measuring device 40 for measuring the displacement of the separation distance from the imaging device 20 to the measurement object (O).

영사장치(10)에는 측정물(O)이 놓이는 기준면(RP)에서 일정한 이격간격 만큼 이격된 위치에 광을 발생하는 광원(11)이 배치되고, 기준면(RP)과 광원(11) 사이에는 줄무늬 격자가 새겨진 투영격자(12)가 한다. 측정물(O)에서 반사된 광이 통과하도록 광원(11)과 투영격자(12)가 이루는 광축에서 소정거리 이격된 위치에는 결상렌즈(21)가 배치되고, 결상렌즈(21)를 통과한 광이 수광되도록 결상렌즈(21)의 일측에는 수광부가 설치된다.The projection device 10 is disposed with a light source 11 for generating light at a position spaced apart from the reference plane RP on which the measurement object O is placed by a predetermined distance, and stripes between the reference plane RP and the light source 11. The grid is engraved projection grid 12. An imaging lens 21 is disposed at a position separated by a predetermined distance from the optical axis formed by the light source 11 and the projection grid 12 so that the light reflected from the measurement object O passes, and the light passing through the imaging lens 21 passes through the imaging lens 21. The light receiving unit is provided at one side of the imaging lens 21 to receive the light.

광원(11)으로는 일반적으로 백색광을 사용하는 것이 바람직하고, 소형 경량이며 가격이 비교적 저렴한 반도체 레이저라 불리는 레이저 다이오드나 할로겐 광원(11)을 사용하는 것이 바람직하다. 본 발명에 따른 광원(11)으로부터 발생된 광은 정현파의 파형을 갖는다.In general, it is preferable to use white light as the light source 11, and it is preferable to use a laser diode or a halogen light source 11 called a small size, light weight and relatively inexpensive semiconductor laser. Light generated from the light source 11 according to the present invention has a sine wave waveform.

광원(11)과 투영격자(12) 사이에는 광원(11)으로부터의 광이 투영격자(12)에 균일하게 집광되게 하는 도시되지 않은 집광렌즈가 배치될 수 있으며, 투영격자(12)에 근접하게 투영격자(12)와 측정물(O) 사이에는 투영격자(12)를 통과한 광을 측정물(O)에 투영하는 도시되지 않은 투영렌즈가 배치될 수 있다.Between the light source 11 and the projection lattice 12, a condenser lens (not shown) may be disposed to uniformly concentrate the light from the light source 11 on the projection lattice 12, and may be disposed close to the projection lattice 12. Between the projection grid 12 and the measurement object O, an unillustrated projection lens for projecting light passing through the projection grid 12 onto the measurement object O may be disposed.

그리고, 투영격자(12)에는 도시되지 않은 이송부가 결합되어 투영격자(12)를 미소 이송시켜, 투영격자(12)를 위상천이 키신다. 여기서, 이송부로는 투영격자(12)의 미소 이동이 가능한 PZT 액츄에이터를 사용하는 것이 바람직하다.Then, a projection unit (not shown) is coupled to the projection lattice 12 to micro-transfer the projection lattice 12 to increase the phase shift of the projection lattice 12. Here, it is preferable to use the PZT actuator which can move the projection grid 12 minutely as a conveyance part.

광원(11)과 투영격자(12)가 이루는 영사광학계의 광축과 결상렌즈(21)와 수광부가 이루는 결상광학계의 광축은 상호 평행하고, 기준면(RP)에서 광원(11)까지의 거리와 기준면(RP)에서 결상렌즈(21)까지의 거리는 동일한 것이 제어장치(30)의 연산을 간략히 할 수 있어 바람직하다. 또한, 영사광학계의 광축과 결상광학계의 광축은 기준면(RP)에 수직을 이룬다.The optical axis of the projection optical system formed by the light source 11 and the projection grid 12 and the optical axis of the imaging optical system formed by the imaging lens 21 and the light receiving unit are parallel to each other, and the distance from the reference plane RP to the light source 11 and the reference plane ( It is preferable that the distance from the RP) to the imaging lens 21 is the same, since the calculation of the controller 30 can be simplified. In addition, the optical axis of the projection optical system and the optical axis of the imaging optical system are perpendicular to the reference plane RP.

수광부는 이미지 센서로서 CCD(charge Coupled Device) 카메라를 사용하는 것이 바람직하며, 집광렌즈, 투영렌즈 및 결상렌즈(21)는 공지의 렌즈가 사용될 수 있다.The light receiving unit preferably uses a CCD (charge coupled device) camera as the image sensor, and the condenser lens, the projection lens, and the imaging lens 21 may be known lenses.

변위측정장치(40)는 측정물(O)에 대한 실제 기준면(RP)과 모아레 시스템, 예 컨대 결상장치(20) 간의 실제 이격거리를 측정한다. 변위측정장치(40)로는 접촉식 변위측정기나, LVDT(Linear Variable Differential Transformer), 레이저 변위 측정기 등과 같은 비접촉식 변위측정기가 사용될 수 있다.Displacement measuring device 40 measures the actual separation distance between the actual reference plane (RP) and the moire system, for example the imaging device 20 for the workpiece (O). As the displacement measuring device 40, a non-contact displacement measuring instrument such as a contact displacement measuring instrument, a linear variable differential transformer (LVDT), a laser displacement measuring instrument, or the like may be used.

상기의 구조에 따라, 광원(11)으로부터 나온 광이 집광렌즈에 의해 집광되어 투영격자(12)를 통과하여 측정물(O)에서 반사된 다음, 결상렌즈(21)를 통하여 수광부에 도달하여 결상된다. 이에 따라, 수광부에 결상된 광에 의해 모아레 무늬를 획득하게 된다. 이 때, 2, 3, 4 버킷 또는 N 버킷 등의 알고리즘을 구현하기 위하여 이송부를 통해 투영격자(12)를 등간격으로 이송시켜 모아레 무늬의 위상을 천이시킨다. 본 발명의 바람직한 실시예에서는 4 버킷 알고리즘을 사용한다.According to the above structure, the light from the light source 11 is condensed by the condensing lens, passed through the projection grid 12, reflected from the measurement object O, and then reaches the light receiving portion through the imaging lens 21 to form an image. do. Accordingly, the moire fringe is obtained by the light formed in the light receiving unit. At this time, in order to implement algorithms such as 2, 3, 4 buckets or N buckets, the projection grid 12 is transferred at equal intervals through the transfer unit to shift the phase of the moire pattern. In a preferred embodiment of the present invention a four bucket algorithm is used.

이하에서는, 도 2를 참조하여, 측정물(O)의 실제 기준면(RP)으로부터 측정물(O)의 높이를 측정하기 위한 알고리즘을 수식적으로 설명한다.Hereinafter, with reference to FIG. 2, the algorithm for measuring the height of the measured object O from the actual reference plane RP of the measured object O is demonstrated formally.

먼저, 결상광학계의 광축을 따라 수광부의 수광면(22)과 결상렌즈(21) 사이의 거리를 fC라 하고, 결상렌즈(21)로부터 기준면(RP)까지의 거리를 LC라 하며, 영사광학계의 광축을 따라 광원(11)과 투영격자(12) 사이의 거리를 fP라 하고, 광원(11)으로부터 기준면(RP)까지의 거리를 LP이라 하고, 투영격자(12) 상의 임의의 점과 이에 대응하는 수광면(22) 상의 점을 각각 xg 및 xi로 표시한다.First, the distance between the light receiving surface 22 and the imaging lens 21 of the light receiving unit along the optical axis of the imaging optical system is referred to as f C , and the distance from the imaging lens 21 to the reference surface RP is referred to as L C. A distance between the light source 11 and the projection lattice 12 along the optical axis of the optical system is referred to as f P , a distance from the light source 11 to the reference plane RP is referred to as L P , and an arbitrary distance on the projection lattice 12 Points and corresponding points on the light receiving surface 22 are denoted by xg and xi, respectively.

광원(11)으로부터 투영격자(12) 상의 한 점 xg에 입사된 광은 투영격자(12)를 통과한 후 측정물(O) 상의 한 점 (xo, h(xo))에 입사된다. 측정물(O) 상의 점 (xo, h(xo))로부터 반사된 반사광은 결상렌즈(21)의 중심을 지나 수광부의 수광면(22) 상의 한 점 xi에 도달하게 된다.Light incident from the light source 11 at a point xg on the projection grid 12 passes through the projection grid 12 and then enters a point (xo, h (xo)) on the measurement object O. The reflected light reflected from the point (xo, h (xo)) on the measurement object O passes through the center of the imaging lens 21 and reaches a point xi on the light receiving surface 22 of the light receiving portion.

이 때, 투영격자(12)의 광 투과도 T(xg)는 격자의 피치가 g일 때 아래의 식 1과 같이 표현된다.At this time, the light transmittance T (xg) of the projection lattice 12 is expressed by Equation 1 below when the grating pitch is g.

[식 1][Equation 1]

Figure 112004007616569-pat00007
, (△는 투영격자(12)의 초기위치)
Figure 112004007616569-pat00007
, (△ is the initial position of the projection grid 12)

한편, 투영격자(12)의 한 점 xg에 입사되는 광의 밝기를 IP(xg)라 할 때 투영격자(12)를 통과하여 측정대상물의 한 점 (xo, h(xo))에 입사되는 광의 밝기 IP(xo, h(xo))는 식 2와 같이 표현된다.On the other hand, when the brightness of the light incident on the point xg of the projection grid 12 is I P (xg), the light incident on the point (xo, h (xo)) of the measurement object passing through the projection grid 12 is measured. The brightness I P (xo, h (xo)) is expressed as in Equation 2.

[식 2][Equation 2]

Figure 112004007616569-pat00008
Figure 112004007616569-pat00008

여기서, 식 3과 같은 기하학적 관계를 이용하면, IP(xo, h(xo))는 식 4와 같이 나타낼 수 있다.Here, using the geometrical relationship as in Equation 3, I P (xo, h (xo)) can be represented as in Equation 4.

[식 3][Equation 3]

Figure 112004007616569-pat00009
Figure 112004007616569-pat00009

[식 4][Equation 4]

Figure 112004007616569-pat00010
Figure 112004007616569-pat00010

한편, 측정물(O)의 한 점 (xo, h(xo))의 반사도를 R(xo, h(xo))라 할 때 수광부의 수광면(22) 상의 한 점 xi에 입사되는 광의 밝기 I(xi)는 식 5와 같이 나타낼 수 있다.On the other hand, when the reflectance of one point (xo, h (xo)) of the measurement object O is R (xo, h (xo)), the brightness I of light incident on one point xi on the light receiving surface 22 of the light receiving unit (xi) can be expressed as in Equation 5.

[식 5][Equation 5]

Figure 112004007616569-pat00011
Figure 112004007616569-pat00011

여기서, 식 6과 같은 기하학적 관계를 이용하면 I(xi)는 식 7과 같이 나타낼 수 있다.Here, using the geometric relationship as shown in Equation 6, I (xi) can be represented as shown in Equation 7.

[식 6][Equation 6]

Figure 112004007616569-pat00012
Figure 112004007616569-pat00012

[식 7][Equation 7]

Figure 112004007616569-pat00013
Figure 112004007616569-pat00013

단,

Figure 112004007616569-pat00014
only,
Figure 112004007616569-pat00014

따라서, 위상

Figure 112004007616569-pat00015
는 식 8과 같이 나타낼 수 있다.Thus, phase
Figure 112004007616569-pat00015
Can be expressed as shown in Equation 8.

[식 8][Equation 8]

Figure 112004007616569-pat00016
Figure 112004007616569-pat00016

여기서, 식 8에 기초하여 측정물(O)에 대한 측정위상

Figure 112004007616569-pat00017
과, 기준면(RP)에 대한 기준위상
Figure 112004007616569-pat00018
은 각각 식 9 및 식 10에서와 같이 표현된다.Here, the measurement phase for the measured object (O) based on Equation 8
Figure 112004007616569-pat00017
And the reference phase for the reference plane (RP)
Figure 112004007616569-pat00018
Are expressed as in Equations 9 and 10, respectively.

[식 9][Equation 9]

Figure 112004007616569-pat00019
Figure 112004007616569-pat00019

[식 10][Equation 10]

Figure 112004007616569-pat00020
Figure 112004007616569-pat00020

따라서, 모아레 무늬에 대한 간섭무늬 위상

Figure 112004007616569-pat00021
은 측정위상과 기준위상 간의 차에 의해 식 11과 같이 나타낼 수 있다.Therefore, interference pattern phase for moiré pattern
Figure 112004007616569-pat00021
Can be expressed as in Equation 11 by the difference between the measured phase and the reference phase.

[식 11][Equation 11]

Figure 112004007616569-pat00022
Figure 112004007616569-pat00022

만약, LP=LC인 경우 식 11은 식 12와 같이 나타낼 수 있다.If L P = L C , Equation 11 can be expressed as Equation 12.

[식 12][Equation 12]

Figure 112004007616569-pat00023
Figure 112004007616569-pat00023

여기서, 기준면(RP)으로부터 측정물(O)의 높이 hi는 식 13에서와 같이 표현된다.Here, the height hi of the measurement object O from the reference plane RP is expressed as in Equation 13.

[식 13][Equation 13]

Figure 112004007616569-pat00024
, (단,
Figure 112004007616569-pat00025
)
Figure 112004007616569-pat00024
, (only,
Figure 112004007616569-pat00025
)

한편, 본 발명에 따른 모아레 시스템은 결상장치(20)로부터 상이한 이격거리를 갖는 복수의 표본 기준면(R1,R2,R3,R4,R5)에 대한 기준위상 데이터가 미리 산출되어 제어장치(30)의 도시되지 않은 메모리에 미리 저장된다. 예컨대, 결상장치(20)의 결상렌즈(21)와 기준면까지의 이격거리 LC가 다수의 값을 갖도록 하여 각 이격거리 LC에 대한 기준위상을 미리 산출한다. 여기서, 복수의 표본 기준면(R1,R2,R3,R4,R5)들에 대하여는 광원(11)과의 이격거리 LP 또한 변하게 된다.Meanwhile, in the moire system according to the present invention, reference phase data for a plurality of sample reference planes R1, R2, R3, R4, and R5 having different separation distances from the imaging device 20 is calculated in advance, so that the control device 30 It is stored in advance in a memory not shown. For example, the reference phase for each separation distance L C is calculated in advance so that the separation distance L C between the imaging lens 21 and the reference plane of the imaging device 20 has a plurality of values. Here, the distance L P from the light source 11 also changes with respect to the plurality of sample reference planes R1, R2, R3, R4, and R5.

그리고, 측정물(O)을 모아레 시스템에 설치하여 표면형상을 측정하는 경우, 변위측정장치(40)를 이용하여 결상렌즈(21)와 측정물(O)의 실제 기준면(RP), 예컨대 측정물(O)에서 기준이 되는 표면까지의 실제 이격거리를 측정하고, 측정된 실제 이격거리에 대응하는 LC 값에 의해 산출된 기준위상을 식 12에 적용하여, 측정물(O)의 표면형상에 대한 데이터, 즉, 식 13의 hi 값을 산출하게 된다. 이에 의해, 모아레 시스템을 이용하여 측정물(O)의 표면형상을 측정하는 경우, 측정물(O)을 모아레 시스템의 특정 기준면에 설치시 발생하는 오차나, 측정물(O)을 모아레 시스템의 해당 특정 기준면에 정확히 설치하더라도 측정물(O)이 휘는 경우 등에 발생하는 기준면에 대한 오차를 보상할 수 있게 된다.In addition, when the measurement object O is installed in the moire system to measure the surface shape, the actual reference plane RP of the imaging lens 21 and the measurement object O, for example, the measurement object using the displacement measuring device 40, is measured. Measure the actual separation distance from (O) to the reference surface, and apply the reference phase calculated by the L C value corresponding to the measured actual separation distance to Eq. For example, the hi value of Equation 13 is calculated. Accordingly, in the case of measuring the surface shape of the workpiece O using the moiré system, an error generated when the measurement object O is installed on a specific reference plane of the moire system, or the corresponding object O of the moire system Even if correctly installed on a specific reference plane can be compensated for the error of the reference plane occurs when the measured object (O) bent.

예컨대, 측정물(O)이 휘는 경우에 발생하는 오차를 보상하기 위한 본 발명에 따른 표면형상 측정방법을, 도 3을 참조하여 설명하면, 다음과 같다. 여기서, 측 정물(O)은 얇고 넓은 판면 형상을 갖는, 예컨대 PCB 기판인 것으로 가정한다. 또한, 모아레 시스템에 의해 PCB 기판 전체 판면을 한번의 촬영으로 측정할 수 없을 정도의 판면 넓이를 갖는 PCB 기판이고, 따라서, 모아레 시스템에 의해 PCB 기판은 복수의 측정영역(A1,A2,A3, ...., An)으로 구획되어 각 측정영역(A1,A2,A3, ...., An) 별로 순차적으로 측정하는 것으로 가정한다.For example, the surface shape measurement method according to the present invention for compensating for an error occurring when the measurement object O is bent will be described with reference to FIG. 3. Here, it is assumed that the measurement object O is a PCB substrate having a thin and wide plate shape, for example. In addition, the moire system is a PCB substrate having a plate area such that the entire surface of the PCB substrate cannot be measured by one shot. Therefore, the moire system allows the PCB substrate to have a plurality of measurement areas A1, A2, A3,. It is assumed that each of the measurement areas A1, A2, A3, ...., An is sequentially measured.

먼저, PCB 기판의 표면이 모아레 시스템의 표본 기준면(R1,R2,R3,R4,R5) 중 표본 기준면 R1에 일치되도록 설치한다. 이 때, PCB 기판은 양쪽 가장자리 영역이 지지되어 모아레 시스템에 설치되고, PCB 기판은 자체 하중에 의해 휘게 되어 PCB 기판의 표면, 즉, 실제 기준면(RP)은, 표본 기준면 R1과 부분적으로 일치하지 않게 된다. 도 3은 PCB 기판의 어느 일 부분의 단면과, 표본 기준면(R1,R2,R3,R4,R5)과의 관계를 도시한 도면이다.First, the surface of the PCB substrate is installed so as to match the sample reference plane R1 among the sample reference planes R1, R2, R3, R4, and R5 of the moire system. At this time, the PCB substrate is supported at both edges and installed in the moiré system, and the PCB substrate is bent by its own load so that the surface of the PCB substrate, that is, the actual reference plane RP, does not partially coincide with the sample reference plane R1. do. 3 is a diagram illustrating a relationship between a cross section of a portion of the PCB substrate and the sample reference planes R1, R2, R3, R4, and R5.

측정영역(A1,A2,A3, ...., An) 중 A3 영역을 측정하는 경우를 일 예로 하면, A3 영역 상에 위치하는 PCB 기판의 실제 기준면(RP)은 표본 기준면 R1이 아닌 표본 기준면 R2에 더 인접하게 위치됨을 알 수 있다. 이 경우, 표본 기준면 R1에 대한 기준위상을 식 12에 적용하는 경우, A3 영역의 실제 기준면(RP)과 표본 기준면 R1 사이에 위치되는 PCB 기판 상의 솔더페이스트는 PCB 기판으로부터 함몰된 것으로 측정되거나, 표본 기준면 R1에 대한 측정범위를 벗어나 측정 자체가 이루어지지 않을 수 있다.For example, when the area A3 is measured among the measurement areas A1, A2, A3, ...., An, the actual reference plane RP of the PCB substrate located on the area A3 is not the sample reference plane R1 but the sample reference plane. It can be seen that it is located closer to R2. In this case, when the reference phase for the specimen reference plane R1 is applied to Equation 12, the solder paste on the PCB substrate located between the actual reference plane RP in the A3 region and the specimen reference plane R1 is measured as being recessed from the PCB substrate, or The measurement itself may not be made outside the measurement range for reference plane R1.

따라서, A3 영역을 측정하는 경우 변위측정기에 의해 A3 영역의 표본 기준면 R1에 대한 변위, 즉 A3 영역에서의 PCB 기판의 실제 기준면(RP)을 측정하고, 측정된 실제 기준면(RP)에 대한 정보에 따라 A3 영역에서는 표본 기준면 R2에 대한 기준위상을 이용하여 표면형상을 측정하게 된다. 여기서, 각 표본 기준면(R1,R2,R3,R4,R5)은 결상장치(20)로부터의 소정의 이격거리 범위를 가지며, 해당 이격거리 범위 내에 측정물(O)의 실제 기준면(RP)이 위치하는 경우 대응하는 표본 기준면(R1,R2,R3,R4,R5)이 적용된다. 예컨대, 도 3에 도시된 바와 같이, 표본 기준면 R2는 이격거리 범위 H-L를 가지며, 실제 기준면(RP)이 이격거리 H와 이격거리 L 사이에 위치하는 경우 해당 측정영역(A1,A2,A3, ...., An)의 표면형상 측정에 적용된다.Therefore, in the case of measuring the area A3, the displacement measuring device measures the displacement of the sample reference plane R1 in the area A3, that is, the actual reference plane RP of the PCB substrate in the area A3, and the information on the measured actual reference plane RP. Therefore, in the area A3, the surface shape is measured using the reference phase for the sample reference plane R2. Here, each sample reference plane (R1, R2, R3, R4, R5) has a predetermined distance range from the imaging device 20, the actual reference plane (RP) of the measurement object (O) is located within the distance The corresponding sample reference planes (R1, R2, R3, R4, R5) are applied. For example, as shown in FIG. 3, the sample reference plane R2 has a separation distance range HL, and when the actual reference plane RP is located between the separation distance H and the separation distance L, corresponding measurement areas A1, A2, A3,. ..., An) is applied to the measurement of surface shape.

여기서, 나머지 다른 측정영역(A1,A2,A3, ...., An)에 대하여도, 상기와 같은 방법에 의해 실제 기준면(RP)을 검출하고, 검출된 실제 기준면(RP)에 대응하는 표본 기준면(R1,R2,R3,R4,R5)에 대한 기준위상을 이용하여 각 측정영역(A1,A2,A3, ...., An)의 표면형상을 측정하게 된다.Here, for the other measurement areas A1, A2, A3, ...., An, the actual reference plane RP is detected by the same method as described above, and the sample corresponding to the detected actual reference plane RP. The surface shape of each measurement area A1, A2, A3, ..., An is measured by using reference phases with respect to the reference planes R1, R2, R3, R4, and R5.

이하에서는, 본 발명에 따른 표면형상 측정방법에 있어서, 각 표본 기준면(R1,R2,R3,R4,R5)에 대한 기준위상 데이터를 산출하는 방법을 설명한다.Hereinafter, in the surface shape measuring method according to the present invention, a method of calculating reference phase data for each sample reference plane (R1, R2, R3, R4, R5) will be described.

본 발명의 제1실시예에 따른 각 표본 기준면(R1,R2,R3,R4,R5)의 각 점들에 대한 기준위상 데이터의 산출방법을, 도 4를 참조하여 설명하면, 먼저 각 표본 기준면(R1,R2,R3,R4,R5)에 대응하여 결상장치(20)로부터 각각 상기한 이격거리를 두고 위치시킬 수 있는 기준면 측정물(RO1,RO2,RO3,RO4,RO5)을 마련한다. 각 기준면 측정물(RO1,RO2,RO3,RO4,RO5)들을 각각 모아레 시스템에 설치하는 경우, 각 기준면 측정물(RO1,RO2,RO3,RO4,RO5)의 표면으로부터 결상렌즈(21)까지의 거리는 각 표본 기준면(R1,R2,R3,R4,R5)에 대한 LC 값들에 대응하게 된다.A method of calculating reference phase data for each point of each sample reference plane R1, R2, R3, R4, and R5 according to the first embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. Reference surface measurement objects RO1, RO2, RO3, RO4, and RO5, which can be positioned at the above-described distances from the imaging device 20, respectively, correspond to R2, R3, R4, and R5. When each reference plane measurement (RO1, RO2, RO3, RO4, RO5) is installed in the moiré system, the distance from the surface of each reference plane measurement (RO1, RO2, RO3, RO4, RO5) to the imaging lens 21 is Corresponds to the L C values for each sample reference plane R1, R2, R3, R4, R5.

그런 다음, 기준면 측정물(RO1,RO2,RO3,RO4,RO5)들을 순차적으로 모아레 시스템에 설치하여, 각 기준면 측정물(RO1,RO2,RO3,RO4,RO5)의 표면에 대한 위상 데이터를 산출하고, 산출된 각 기준면 측정물(RO1,RO2,RO3,RO4,RO5)의 표면에 대한 위상 데이터를 대응하는 각 표본 기준면(R1,R2,R3,R4,R5)의 기준위상 데이터로 메모리에 저장해 둔다.Then, the reference plane measurements (RO1, RO2, RO3, RO4, RO5) are sequentially installed in the moiré system to calculate the phase data for the surface of each reference plane measurement (RO1, RO2, RO3, RO4, RO5). The phase data of the calculated surface of each reference plane measurement object (RO1, RO2, RO3, RO4, RO5) is stored in the memory as reference phase data of each corresponding reference plane (R1, R2, R3, R4, R5). .

본 발명의 제2실시예에 따른 각 표본 기준면(R1,R2,R3,R4,R5)에 대한 기준위상 데이터의 산출방법을, 도 5를 참조하여 설명하면, 본 발명의 제1실시예에 따란 기준위상 데이터의 산출방법에서와는 달리, 표본 기준면(R1,R2,R3,R4,R5) 중 어느 하나, 예컨대 표본 기준면 R1에 대응하는 기준면 측정물(RO) 만을 마련한다. 그런 다음, 표본 기준면 R1에 대응하는 기준면 측정물(RO1)을 모아레 시스템에 설치하여, 제1실시예에서와 같이 표본 기준면 R1에 대한 기준위상 데이터를 산출한다. 여기서, 표본 기준면 R1에 대한 기준위상은 식 10을 통해 산출되며, 이에 따른 표본 기준면 R1에 대한 기준위상을 표본 기준위상

Figure 112006071317087-pat00026
이라 하고, 식 14와 같이 표시한다.A method of calculating reference phase data for each sample reference plane (R1, R2, R3, R4, R5) according to a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 5, according to the first embodiment of the present invention. Unlike the calculation method of the reference phase data, only the reference plane measurement object RO corresponding to any one of the sample reference planes R1, R2, R3, R4, and R5, for example, the sample reference plane R1, is prepared. Then, the reference plane measurement object RO1 corresponding to the sample reference plane R1 is installed in the moire system to calculate the reference phase data for the sample reference plane R1 as in the first embodiment. Here, the reference phase for the sample reference plane R1 is calculated through Equation 10, and the reference phase for the sample reference plane R1 is calculated according to the sample reference phase.
Figure 112006071317087-pat00026
This is represented by Equation 14.

[식 14][Equation 14]

Figure 112004007616569-pat00027
Figure 112004007616569-pat00027

그런 다음, 나머지 표본 기준면(R2,R3,R4,R5)에 대하여는 표본 기준면 R1에 대한 기준위상 데이터와, 표본 기준면 R1에 대한 기준위상 데이터에 기초하여 계산한다. 도 5에 도시된 바와 같이, 영사장치(10)로부터의 광이 각 표본 기준면(R1,R2,R3,R4,R5)에 입사되는 입사각을 θ라 하고, 표본 기준면 R1과 표본 기준면 R2 간의 거리를 δh이라 하는 경우, 표본 기준면 R2에 대한 기준위상

Figure 112006071317087-pat00028
는 식 15와 같이 표현될 수 있다.Then, the remaining sample reference planes (R2, R3, R4, R5) are calculated based on the reference phase data for the sample reference plane R1 and the reference phase data for the sample reference plane R1. As shown in FIG. 5, the incident angle at which light from the projector 10 is incident on each of the sample reference planes R1, R2, R3, R4, and R5 is called θ, and the distance between the sample reference plane R1 and the sample reference plane R2 is If δh, reference phase with respect to sample reference plane R2
Figure 112006071317087-pat00028
Can be expressed as shown in Equation 15.

[식 15][Equation 15]

Figure 112004007616569-pat00029
Figure 112004007616569-pat00029

여기서, 기준위상

Figure 112004007616569-pat00030
는 식 13 및 식 14에 기초해서, 식 16과 같이 기재될 수 있다.Where the reference phase
Figure 112004007616569-pat00030
Can be described as in Equation 16 based on Equations 13 and 14.

[식 16][Equation 16]

Figure 112004007616569-pat00031
Figure 112004007616569-pat00031

상기와 같은 방법으로 표본 기준면 R3, R4, R5, ....., Rn에 대한 기준위상 데이터들도 산출할 수 있다.Reference phase data for the sample reference planes R3, R4, R5, ....., Rn can also be calculated in the same way.

전술한 실시예에서는 위상측정 형상측정법(PMP : Phase Measurement Profilometry)에 따른 표면형상 측정방법을 일 예로 하여 설명하였으나, 기준면(RP)을 이용하는 모아레기법에 대하여는 본 발명의 기술사상이 적용 가능함은 물론이다.In the above embodiment, the surface shape measurement method according to the phase measurement profile (PMP: Phase Measurement Profilometry) has been described as an example, but the technical concept of the present invention is applicable to the moire method using the reference plane (RP). .

이와 같이, 결상장치(20)로부터 상이한 이격거리를 갖는 복수의 표본 기준면(R1,R2,R3,R4,R5)에 대한 기준위상 데이터를 산출하여 저장하는 단계와, 결상장치(20)와 측정물(O)의 실제 기준면(RP) 간의 이격거리를 검출하는 단계와, 모아레 시스템을 이용하여 측정물(O)의 표면에 대한 측정위상 데이터를 산출하는 단계와, 기준위상 데이터들 중 검출된 실제 기준면(RP)의 이격거리에 대응하는 기준위상 데이터와 측정위상 데이터에 기초하여 측정물(O)의 표면형상에 대한 데이터를 산출하는 단계를 마련함으로써, 측정물(O)을 모아레 시스템의 특정 기준면(RP)에 설치시 발생하는 오차나, 측정물(O)을 모아레 시스템의 특정 기준면(RP)에 정확히 설치하더라도 측정물(O)이 휘는 경우 등에 의해 발생하는 기준면(RP)에 대한 기준위상의 오차로 인한 표면형상 측정의 오차를 보상할 수 있게 되고, 종래의 오차보상 방법을 갖는 모아레 시스템보다 적은 비용으로 모아레 시스템을 구현할 수 있게 된다.As such, calculating and storing reference phase data for the plurality of sample reference planes R1, R2, R3, R4, and R5 having different separation distances from the imaging device 20, and the imaging device 20 and the measured object. Detecting a separation distance between the actual reference planes (RP) of (O), calculating measurement phase data on the surface of the workpiece (O) using a moiré system, and detecting the actual reference planes detected among the reference phase data. Calculating data on the surface shape of the workpiece O based on the reference phase data and the measurement phase data corresponding to the separation distance of RP, thereby collecting the workpiece O by a specific reference plane ( Error in the installation of RP) or reference phase RP relative to the reference plane RP caused by the warp of the workpiece O even if the measurement object O is correctly installed on the specific reference plane RP of the moire system. Error in surface profile measurement Being able to be compensated, it is possible to implement a system with less moiré than moiré system with a conventional error compensation method.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 복수의 기준면에 대한 기준위상을 사용하여 보다 정밀한 표면형상 측정을 가능하게 하고, 모아레 시스템의 가격을 낮출 수 있는 표면형상 측정방법이 제공된다.As described above, according to the present invention, there is provided a surface shape measurement method that enables more accurate surface shape measurement by using reference phases for a plurality of reference planes and lowers the price of the moire system.

Claims (6)

투영격자와 상기 투영격자를 통해 측정물에 광을 투영하는 광원을 갖는 영사장치와, 상기 측정물에 투영된 광에 의해 형성된 격자이미지를 결상하기 위한 결상장치를 갖는 모아레 시스템을 이용한 표면형상 측정방법에 있어서,Method of measuring the surface shape using a moiré system having a projection device having a projection grid and a light source for projecting light onto the workpiece through the projection grid, and an imaging device for forming a grid image formed by the light projected on the workpiece To 상기 결상장치로부터 상호 상이한 이격거리를 갖는 복수의 표본 기준면에 대한 복수의 기준위상 데이터를 산출하는 단계와;Calculating a plurality of reference phase data for a plurality of sample reference planes having different separation distances from the imaging device; 상기 결상장치와 상기 측정물이 배치된 실제 기준면 간의 이격거리를 검출하는 단계와;Detecting a separation distance between the imaging device and the actual reference plane on which the workpiece is placed; 상기 모아레 시스템을 이용하여 상기 측정물의 표면에 대한 측정위상 데이터를 산출하는 단계와;Calculating measurement phase data of the surface of the workpiece using the moiré system; 상기 복수의 기준위상 데이터들 중 검출된 상기 실제 기준면의 이격거리에 대응하는 기준위상 데이터와 상기 측정위상 데이터에 기초하여 상기 측정물의 표면형상에 대한 데이터를 산출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 표면형상 측정방법.Calculating data on the surface shape of the workpiece based on reference phase data and the measured phase data corresponding to the detected separation distance of the actual reference plane among the plurality of reference phase data; Shape measuring method. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 복수의 표본 기준면에 대한 상기 복수의 기준위상 데이터를 산출하는 단계는,Computing the plurality of reference phase data for the plurality of sample reference planes, 상기 각 표본 기준면에 대응하여 상기 결상장치로부터 각각 상이한 이격거리를 두고 위치시킬 수 있는 복수의 기준면 측정물을 마련하는 단계와;Providing a plurality of reference plane workpieces that can be positioned at different distances from the imaging device in correspondence with each of the specimen reference planes; 상기 모아레 시스템을 이용하여 상기 각 기준면 측정물의 표면에 대한 기준위상 데이터를 산출하는 단계와;Calculating reference phase data for the surface of each reference plane workpiece using the moiré system; 산출된 상기 각 기준면 측정물의 표면에 대한 상기 기준위상 데이터를 대응하는 상기 각 표본 기준면에 대한 상기 기준위상 데이터로 저장하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 표면형상 측정방법.And storing the calculated reference phase data for the surface of each reference plane workpiece as the reference phase data for each corresponding sample reference plane. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 복수의 표본 기준면에 대한 상기 복수의 기준위상 데이터를 산출하는 단계는,Computing the plurality of reference phase data for the plurality of sample reference planes, 상기 결상장치로부터 상기 복수의 표본 기준면 중 적어도 어느 하나의 표본 기준면에 대응하는 이격거리를 두고 위치시킬 수 있는 표본 기준면 측정물을 마련하는 단계와;Providing a sample reference plane measurement object which can be positioned from the imaging device at a distance corresponding to at least one sample reference plane of the plurality of sample reference planes; 상기 모아레 시스템을 이용하여 상기 표본 기준면 측정물의 표면에 대한 표본 기준위상 데이터를 산출하는 단계와;Calculating sample reference phase data on the surface of the sample reference plane measurement using the moiré system; 산출된 상기 표본 기준위상 데이터를 대응하는 상기 표본 기준면에 대한 상기 기준위상 데이터로 저장하는 단계와;Storing the calculated sample reference phase data as the reference phase data for the corresponding sample reference plane; 나머지의 상기 표본 기준면과 상기 표본 기준위상 데이터에 대응하는 상기 표본 기준면 간의 편차 정보와, 상기 표본 기준위상 데이터에 기초해서 나머지의 상기 표본 기준면에 대한 상기 기준위상 데이터를 산출하여 저장하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 표면형상 측정방법.Calculating and storing deviation information between the remaining sample reference plane and the sample reference plane corresponding to the sample reference phase data and the reference phase data for the remaining sample reference plane based on the sample reference phase data. Surface shape measurement method characterized in that. 제3항에 있어서,The method of claim 3, wherein 상기 편차 정보는 나머지의 상기 표본 기준면과 상기 표본 기준위상에 대응하는 상기 표본 기준면 간의 이격거리 δh에 대한 정보를 포함하고;The deviation information includes information on a separation distance δ h between the remaining sample reference plane and the sample reference plane corresponding to the sample reference plane; 나머지의 상기 표본 기준면에 대한 기준위상 데이터는 다음의 식The reference phase data for the remaining sample reference planes is
Figure 112006071317087-pat00032
Figure 112006071317087-pat00032
Figure 112006071317087-pat00033
Figure 112006071317087-pat00033
(여기서,
Figure 112006071317087-pat00034
는 나머지 상기 표본 기준면에 대한 기준위상,
Figure 112006071317087-pat00035
은 상기 표본 기준위상, g는 상기 투영격자의 격자간격, LP는 상기 광원과 상기 표본 기준위상에 대응하는 상기 표본 기준면 간의 이격거리, fP는 상기 광원과 상기 투영격자 사이의 이격거리, d는 상기 영사장치의 광축과 상기 결상장치의 광축 간의 이격거리이다)에 의해 산출되는 것을 특징으로 하는 표면형상 측정방법.
(here,
Figure 112006071317087-pat00034
Is the reference phase for the remaining sample reference planes,
Figure 112006071317087-pat00035
Is the sample reference phase, g is the lattice spacing of the projection lattice, L P is the separation distance between the light source and the sample reference plane corresponding to the sample reference phase, f P is the separation distance between the light source and the projection lattice, d Is a separation distance between the optical axis of the projection device and the optical axis of the imaging device).
제3항에 있어서,The method of claim 3, wherein 상기 편차 정보는 나머지의 상기 표본 기준면과 상기 표본 기준위상에 대응하는 상기 표본 기준면 간의 이격거리 δh에 대한 정보를 포함하고,The deviation information includes information on the separation distance δ h between the remaining sample reference plane and the sample reference plane corresponding to the sample reference plane, 나머지의 상기 표본 기준면에 대한 기준위상 데이터는 다음의 식The reference phase data for the remaining sample reference planes is
Figure 112006071317087-pat00036
Figure 112006071317087-pat00036
(여기서,
Figure 112006071317087-pat00037
는 나머지 상기 표본 기준면에 대한 기준위상, g는 상기 투영격자의 격자간격, fP는 상기 광원과 상기 투영격자 사이의 이격거리, d는 상기 영사장치의 광축과 상기 결상장치의 광축 간의 이격거리, LP는 상기 광원과 상기 표본 기준위상에 대응하는 상기 표본 기준면 간의 이격거리, LC는 상기 결상장치의 결상렌즈와 상기 표본 기준위상에 대응하는 상기 표본 기준면 간의 이격거리, fC는 상기 결상렌즈와 상기 결상장치의 수광면 간의 이격거리, xi는 상기 영사장치의 광축과 상기 표본 기준위상에 대응하는 상기 표본 기준면 상의 한 점 간의 거리, △는 상기 투영격자의 초기위치이다)에 의해 산출되는 것을 특징으로 하는 표면형상 측정방법.
(here,
Figure 112006071317087-pat00037
Is a reference phase with respect to the remaining sample reference plane, g is a lattice spacing of the projection lattice, f P is a separation distance between the light source and the projection lattice, d is a separation distance between the optical axis of the projection apparatus and the optical axis of the imaging device, L P is the separation distance between the light source and the sample reference plane corresponding to the sample reference phase, L C is the separation distance between the imaging lens of the imaging device and the sample reference plane corresponding to the sample reference phase, f C is the imaging lens And the separation distance between the light receiving surface of the imaging device, x i is the distance between the optical axis of the projection device and a point on the sample reference plane corresponding to the sample reference phase, Δ is the initial position of the projection lattice) Surface shape measurement method characterized in that.
솔더페이스트가 형성된 기판의 표면형상 측정방법에 있어서,In the method of measuring the surface shape of the substrate on which the solder paste is formed, 상기 기판을 복수의 측정영역으로 구획하는 단계와;Partitioning the substrate into a plurality of measurement regions; 상기 각 측정영역에 대하여 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서의 표면형상 측정방법을 이용하여 상기 각 측정영역 상의 상기 기판의 표면형상에 대한 데이터를 산출하는 단계와;Calculating data for the surface shape of the substrate on each measurement area by using the surface shape measurement method according to any one of claims 1 to 4 for each measurement area; 상기 각 측정영역 상의 상기 기판의 표면형상에 대한 데이터에 기초하여 상기 기판의 표면형상을 표시하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판의 표면형상 측정방법.And displaying the surface shape of the substrate based on data on the surface shape of the substrate on each measurement area.
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