KR101118195B1 - 삼차원 계측 장치 - Google Patents

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히로유키 이시가키
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시케이디 가부시키가이샤
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Abstract

위상 시프트법을 이용한 삼차원 계측을 행하는데 있어서, 보다 고정밀도의 계측을 보다 단시간에 실현할 수 있는 삼차원 계측 장치를 제공한다.
삼차원 계측 장치를 가지는 기판 검사 장치는, 크림 땜납이 인쇄되어 이루어지는 프린트 기판에 대해서 줄무늬 모양{縞狀}의 광 패턴을 조사하는 조사 장치와, 프린트 기판 상의 조사된 부분을 촬상하는 CCD 카메라와, 이것에 의해 촬상된 화상 데이터에 의거해서 삼차원 계측을 행하는 제어 장치를 구비하고 있다. 제어 장치는 주기 2㎛의 제1 광 패턴을 제1 위치에서 조사하여 얻어진 화상 데이터에 의거해서 각 화소마다{每}의 제1 높이 데이터를 산출한다. 또, 반화소{半畵素} 피치 비스듬하게 어긋난 제2 위치에서, 주기 4㎛의 제2 광 패턴을 조사하여 얻어진 화상 데이터에 의거해서 각 화소마다의 제2 높이 데이터를 산출한다. 그리고, 제2 높이 데이터를 기초로, 각 제1 높이 데이터의 줄무늬 차수{次數}를 특정하고, 해당 제1 높이 데이터의 값을 줄무늬 차수를 고려한 값으로 치환한다.
기판 검사 장치, 프린트 기판, 조명 장치, CCD 카메라, 제어 장치, 모터, 제1 높이 데이터, 제2 높이 데이터.

Description

삼차원 계측 장치{THREE-DIMENSIONAL MEASUREMENT DEVICE}
본 발명은, 삼차원 계측 장치에 관한 것이다.
일반적으로, 프린트 기판 상에 전자 부품을 실장하는 경우, 우선 프린트 기판 상에 배설{配設}된 소정의 전극 패턴 상에 크림 땜납이 인쇄된다. 다음에, 그 크림 땜납의 점성에 의거해서 프린트 기판 상에 전자 부품이 가고정된다. 그 후, 상기 프린트 기판이 리플로 로{爐}에 인도되고, 소정의 리플로 공정을 거침으로써 납땜이 행해진다. 요즈음에는, 리플로 로에 인도되기 전{前}단계에서 크림 땜납의 인쇄 상태를 검사할 필요가 있으며, 이러한 검사시에 삼차원 계측 장치가 이용되는 일이 있다.
근래, 광을 이용한 이른바 비접촉식 삼차원 계측 장치가 여러 가지 제안되어 있으며, 예를 들면 위상 시프트법을 이용한 삼차원 계측 장치에 관한 기술이 제안되어 있다.
해당 위상 시프트법을 이용한 삼차원 계측 장치에서는, 광원과 정현파 패턴의 필터와의 조합으로 이루어지는 조사 수단에 의해, 정현파모양(줄무늬모양{縞狀})의 광강도 분포를 가지는 광 패턴을 피계측물(이 경우, 프린트 기판)에 조사한 다. 그리고, 기판 상의 점을 바로 위에 배치한 촬상 수단을 이용해서 관측한다. 촬상 수단으로서는, 렌즈 및 촬상 소자 등으로 이루어지는 CCD 카메라 등이 이용된다. 이 경우, 화면 상의 점 P의 광의 강도 I는 아래 식으로 주어진다.
I=e+f?cosΦ
[단, e: 직류광 노이즈(오프셋 성분), f: 정현파의 콘트라스트(반사율), Φ: 물체의 요철{凹凸}에 의해 주어지는 위상]
이 때, 광 패턴을 이동시켜서, 위상을 예를 들면 4단계(Φ+0, Φ+π/2, Φ+π, Φ+3π/2)로 변화시키고, 이들에 대응하는 강도 분포 I0, I1, I2, I3을 가지는 화상을 취입{取入}하고, 하기 식에 의거해서 변조분 α를 구한다.
α=arctan{(I3-I1)/(I0-I2)}
이 변조분 α를 이용해서, 크림 땜납 등의 계측 대상 상의 점 P의 3차원 좌표(X, Y, Z)가 구해지고, 그로 인해 계측 대상의 삼차원 형상, 특히 높이가 계측된다.
그렇지만, 실제 계측 대상에는, 높은 것도 있으면 낮은 것도 있다. 예를 들면, 크림 땜납에 관해서 말하면, 박막모양의 것도 있으면, 원뿔대모양{圓錐台狀}을 이루고 돌기되어 있는 것도 있다. 그리고, 이들 계측 대상중 최대의 높이에 맞추어, 조사하는 광 패턴의 줄무늬 간격을 넓게 하면, 분해능이 거칠어져 버려, 계측 정밀도가 악화되어 버릴 우려가 있다. 한편, 줄무늬 간격을 좁게 함으로써, 정밀도의 향상을 도모할 수는 있지만, 계측가능한 높이 레인지가 부족해져 버릴(줄무늬 차수{次數}가 다른 것으로 되어 버릴) 우려가 있다.
그래서, 예를 들면 1회째의 촬상 후, 촬상 소자와 피계측물을, 해당 촬상 소자의 화소 피치의 반(半)피치분 어긋나게 해서 2회째의 촬상을 행하고, 보다 분해능이 높은 화상 데이터를 얻는 기술이 제안되어 있다(예를 들면, 특허 문헌 1 참조).
또, 계측가능한 높이 레인지가 부족하게 되는 문제를 해결하기 위해서, 주기(줄무늬 피치)가 짧은 광 패턴과, 주기가 긴 광 패턴을 조합해서 계측을 행하는 기술도 제안되어 있다(예를 들면, 특허 문헌 2 참조).
[특허 문헌 1] 일본 특개평{特開平}6-6794호 공보
[특허 문헌 2] 일본 특개 2005-98884호 공보
그렇지만, 상기 종래 기술을 조합해서, 수평 분해능을 높임과 동시에, 높이 방향의 분해능을 떨어뜨리는 일 없이, 계측가능한 높이 레인지를 넓히려고 한 경우에는, 예를 들면 주기가 짧은 광 패턴에 의한 제1 계측과, 주기가 긴 광 패턴에 의한 제2 계측을 각각, 제1 위치와, 해당 제1 위치로부터 반화소 피치분 어긋나게 한 제2 위치와의 양{兩}위치에서 1회씩, 합계 4회의 계측을 실시하지 않으면 안된다.
상술한 바와 같이, 위상 시프트법을 이용한 종래의 삼차원 계측에서는, 위상을 예를 들면 4단계로 변화시키는 경우, 각 단계에 대응하는 강도 분포를 가지는 4가지의 화상 데이터를 취득할 필요가 있다. 다시 말해, 위상을 변화시킬 때마다 촬상을 행하지 않으면 안되며, 계측 위치 1개소에 대하여 4회의 촬상을 행할 필요 가 있다. 이 때문에, 상기와 같이 2종류의 광 패턴에 의한 계측을 2개소에서 각각 행하는 경우에는, 촬상 회수가 합계 16회나 되어 버린다.
따라서, 수평 분해능을 높이고 또한 계측가능한 높이 레인지를 넓히기 위해서, 상기 종래 기술을 단순히 조합한 것 만으로는, 촬상 회수의 증대에 의한 총체적인 계측 시간의 증가, 나아가서는 계측 효율의 저하를 초래할 우려가 있다.
또한, 상기 과제는, 반드시 프린트 기판 상에 인쇄된 크림 땜납 등의 높이 계측에 한정되지 않으며, 다른 삼차원 계측 장치의 분야에서도 내재하는 것이다.
본 발명은, 상기 사정을 감안하여 이루어진 것이며, 그 목적은, 위상 시프트법을 이용한 삼차원 계측을 행하는데 있어서, 보다 고정밀도의 계측을 보다 단시간에 실현할 수 있는 삼차원 계측 장치를 제공하는 것에 있다.
이하, 상기 과제를 해결하는데 적합한 각 수단에 대하여 항목 분류{項分}하여 설명한다. 또한, 필요에 따라서 대응하는 수단에 특유의 작용 효과를 부기{付記}한다.
수단 1.
적어도 피계측물에 대하여, 줄무늬 모양의 광강도 분포를 가지고 또한 주기가 다른 복수의 광 패턴을 전환{切換}해서 조사가능한 조사 수단과,
상기 광 패턴이 조사된 상기 피계측물로부터의 반사광을 촬상가능한 촬상 소자를 가지는 촬상 수단과,
상기 촬상 소자와 상기 피계측물과의 위치 관계를 상대 변위시키는 변위 수 단과,
상기 촬상 수단에 의해 촬상된 화상 데이터에 의거해서 삼차원 계측을 행하는 화상 처리 수단을 구비한 삼차원 계측 장치로서,
상기 화상 처리 수단은,
복수가지로 위상 변화시킨 제1 주기의 제1 광 패턴을 제1 위치에서 조사해서 얻어진 복수가지의 화상 데이터에 의거하여, 위상 시프트법에 의해 화상 데이터의 각 화소 단위마다{每}의 높이 데이터를 제1 높이 데이터로서 산출하는 제1 연산 수단과,
상기 제1 위치로부터 소정 방향으로 반화소 피치분 어긋난 제2 위치에서, 상기 제1 주기보다도 긴 제2 주기의 제2 광 패턴을 복수가지로 위상 변화시켜서 조사해서 얻어진 복수가지의 화상 데이터에 의거하여, 위상 시프트법에 의해 화상 데이터의 각 화소 단위마다의 높이 데이터를 제2 높이 데이터로서 산출하는 제2 연산 수단과,
상기 제2 높이 데이터를 기초로, 상기 각 제1 높이 데이터의 줄무늬 차수를 특정한 후, 해당 제1 높이 데이터의 값을 해당 줄무늬 차수를 고려한 값으로 치환하는 데이터 치환 수단을 구비한 것을 특징으로 하는 삼차원 계측 장치.
상기 수단 1에 따르면, 제1 위치에서 제1 주기의 제1 광 패턴을 조사해서 얻어진 복수가지의 화상 데이터에 의거하여, 위상 시프트법에 의해서 화상 데이터의 각 화소 단위마다의 높이 데이터가 제1 높이 데이터로서 산출된다. 또, 제1 위치로부터 소정 방향으로 반화소 피치분 어긋난 제2 위치에서, 제1 주기보다도 긴 제2 주기의 제2 광 패턴을 조사해서 얻어진 복수가지의 화상 데이터에 의거하여, 위상 시프트법에 의해서 화상 데이터의 각 화소 단위마다의 높이 데이터가 제2 높이 데이터로서 산출된다. 이들 데이터를 합성하는 것에 의해, 촬상 소자의 분해능을 넘는 고분해능의 화상 데이터(각 좌표마다 높이 데이터가 배열된 계측 데이터 등 화상 처리후의 화상 데이터를 포함한다)를 생성할 수 있고, 보다 정밀한 삼차원 계측을 행할 수가 있다.
또, 본 수단에서는, 주기가 긴 제2 광 패턴에 의해서 얻어진 제2 높이데이터를 기초로, 각 제1 높이 데이터의 줄무늬 차수(위상 시프트법에서의 계측 대상부에 대응하는 줄무늬)가 특정된다. 그리고, 제1 높이 데이터의 값이 해당 줄무늬 차수를 고려한 적정값으로 치환된다. 즉, 긴 주기의 제2 광 패턴을 이용하는 메리트인 계측가능한 높이 레인지를 크게 할 수 있는 것, 및 주기가 짧은 제1 광 패턴을 이용하는 메리트인 분해능이 높은 고정밀도의 계측을 실현할 수 있는 것의 쌍방의 효과를 얻을 수 있다. 결과로서, 수평 분해능을 높임과 동시에, 높이 방향의 분해능을 떨어뜨리는 일 없이, 계측가능한 높이 레인지를 넓힐 수가 있다.
또, 이러한 경우에서도, 본 수단에서는, 제1 또는 제2 위치에서 행해지는 계측이, 제1 또는 제2 광 패턴중 어느 한쪽에 의하는 것 뿐이다. 다시말해, 2종류의 광 패턴에 의한 계측을 2개소에서 각각 행할 필요가 없기 때문에, 촬상 회수 나아가서는 총체적인 계측 시간의 증가를 억제할 수 있다. 결과로서, 보다 고정밀도의 계측을 보다 단시간에 실현할 수가 있다.
또, 상기 구성은, 화상 처리 라고 하는 소프트적인 처리에 의해 실현할 수 있기 때문에, 하드면을 변경할 필요가 없고, 제조 코스트의 증가 억제를 도모할 수가 있다.
수단 2.
상기 제2 위치는, 상기 제1 위치로부터 반화소 피치 비스듬하게 어긋난 위치인 것을 특징으로 하는 수단 1에 기재된 삼차원 계측 장치.
상기 수단 2에 따르면, 제1 위치에서의 계측과 제2 위치에서의 계측의 2회의 계측으로, 촬상 소자의 분해능의 4배인 분해능을 가지는 화상 데이터를 얻을 수 있다. 또한, 반화소 피치 비스듬하게 어긋난 위치라 함은, 화상 데이터에서 격자모양으로 배열된 직사각형모양의 화소의 대각선 방향(배열 방향에 대해서 비스듬한 방향)으로 반화소분 어긋난 위치이다.
수단 3.
데이터의 결락{缺落} 부분을 그 주위에서의 적어도 상기 줄무니 차수를 고려한 제1 높이 데이터에 의거해서 보간하는 보간 수단을 구비한 것을 특징으로 하는 수단 2에 기재된 삼차원 계측 장치.
상기 수단 3의 구성을 채용한 경우, 제1 높이 데이터와 제2 높이 데이터를 합성해서 고분해능의 데이터를 작성하는데 있어서, 데이터의 결락 부분이 생기지만, 본 수단에 따르면, 이와 같은 부적당함{不具合}을 방지할 수가 있다.
수단 4.
상기 줄무늬 차수를 고려한 제1 높이 데이터를 기초로, 상기 제2 높이 데이터의 값을 보정하는 보정 수단을 구비한 것을 특징으로 하는 수단 1 내지 3중 어느 것인가에 기재된 삼차원 계측 장치.
상기 4에 따르면, 제2 연산 수단에 의해 얻어진 제2 높이 데이터(실측 데이터)의 값을, 줄무늬 차수를 고려한 보다 정밀도가 높은 제1 높이 데이터를 기초로 보정할 수 있고, 보다 참값{眞値; 진짜 값}에 가까운 것으로 할 수가 있다.
수단 5.
상기 보정 수단은,
상기 제2 연산 수단에 의해 산출된 소정 위치의 제2 높이 데이터의 값이, 해당 소정 위치의 주변 부위에서의 상기 줄무늬 차수를 고려한 제1 높이 데이터의 평균값과 소정의 오차 범위 내에 있는지 여부를 판정하고,
소정의 오차 범위 내에 있는 경우에는, 상기 줄무늬 차수를 고려한 제1 높이 데이터의 평균값을 상기 소정 위치의 제2 높이 데이터의 값으로서 채용하고,
소정의 오차 범위 내에 없는 경우에는, 상기 제2 연산 수단에 의해 산출된 제2 높이 데이터의 값을 상기 소정 위치의 제2 높이 데이터의 값으로서 채용하는 것을 특징으로 하는 수단 4에 기재된 삼차원 계측 장치.
상기와 같이 소정 위치의 제2 높이 데이터의 값이, 해당 소정 위치의 주변 부위에서의 상기 줄무늬 차수를 고려한 제1 높이 데이터의 평균값과 소정의 오차 범위 내에 있는 경우에는, 상기 소정 위치 및 그 근방의 형상이 비교적 완만하게 연속된 형상으로 되어 있다고 추정되기 때문에, 줄무늬 차수를 고려한 보다 정밀도가 높은 제1 높이 데이터의 평균값을 최적값으로 채용한 쪽이, 보다 참값에 가까운 값을 얻을 수가 있다.
한편, 오차 범위 내에 없는 경우에는, 상기 소정 위치 및 그 근방의 형상이 비교적 기복이 심한 불연속적인 형상으로 되어 있다고 추정되기 때문에, 제2 연산 수단에 의해 산출된 실측 데이터인 제2 높이 데이터의 값을 그대로 최적값으로 채용하는 쪽이, 보다 참값과의 오차가 작아진다.
본 발명에 따르면, 위상 시프트법을 이용한 삼차원 계측을 행하는데 있어서, 보다 고정밀도의 계측을 보다 단시간에 실현할 수 있는 삼차원 계측 장치를 제공할 수가 있다.
[제1 실시형태]
이하, 1실시형태에 대해서 도면을 참조하면서 설명한다.
도 1은, 본 실시형태에서의 삼차원 계측 장치를 구비하는 기판 검사 장치(1)를 모식적으로 도시하는 개략 구성도이다. 같은 도면에 도시하는 바와 같이, 기판 검사 장치(1)는, 계측 대상인 크림 땜납이 인쇄되어 이루어지는 피계측물로서의 프린트 기판(2)을 재치{載置}하기 위한 재치대(3)와, 프린트 기판(2)의 표면에 대해서 비스듬한 위쪽으로부터 소정의 광 패턴을 조사하기 위한 조사 수단으로서의 조명 장치(4)와, 프린트 기판(2) 상의 상기 조사된 부분을 촬상하기 위한 촬상 수단으로서의 CCD 카메라(5)와, 기판 검사 장치(1) 내에서의 각종 제어나 화상 처리, 연산 처리를 실시하기 위한 제어 장치(6)를 구비하고 있다. 제어 장치(6)가 본 실시형태에서의 화상 처리 수단을 구성한다.
조명 장치(4)는, 공지의 액정 광학 셔터를 구비하고 있으며, 프린트 기판(2)에 대해서, 비스듬한 위쪽으로부터 4분의 1 피치씩 위상 변화하는 줄무늬 모양의 광 패턴을 조사가능하게 되어 있다. 본 실시형태에서는, 광 패턴이, 직사각형모양 프린트 기판(2)의 1쌍의 변과 평행하게 X축 방향을 따라서 조사되도록 설정되어 있다. 다시 말해, 광 패턴의 줄무늬가, X축 방향에 직교하고, 또한 Y축 방향에 평행하게 조사된다.
또, 본 실시형태의 조명 장치(4)는, 줄무늬 피치(주기)가 다른 2종류의 광 패턴을 전환해서 조사가능한 구성으로 되어 있다. 보다 자세하게는, 주기가 2㎛인 제1 광 패턴과, 그 2배의 주기인 4㎛의 제2 광 패턴으로 전환된다. 본 실시형태에서는, 2㎛가 제1 주기에 상당하고, 4㎛가 제2 주기에 상당한다. 이것에 의해, 제1 광 패턴에 의해서는, 도 3에 도시하는 바와 같이, 계측 대상점을 예를 들면 「0±1(㎛)」, 「2±1(㎛)」, 「4±1(㎛)」, …이라고 하는 바와 같이, 0㎛～10㎛(단, 10㎛는 하나 위{上}의 줄무늬 차수에서의 0㎛에 상당한다)의 범위 내에 있는 높이를, 「2(㎛)」마다{각(刻; 씩}, 오차 범위 ±1(㎛)의 정밀도로 계측할 수 있다. 한편, 제2 광 패턴에 의해서는, 계측 대상점을 예를 들면 「0±2(㎛)」, 「4±2(㎛)」, 「8±2(㎛)」, …이라고 하는 바와 같이, 0㎛～20㎛의 범위 내에 있는 높이를, 「4(㎛)」마다, 오차 범위 ±2(㎛)의 정밀도로 계측할 수 있다.
또한, 조명 장치(4)에서, 도시하지 않은 광원으로부터의 광은 광 파이버에 의해 1쌍의 집광 렌즈에 인도되고, 그곳에서 평행광으로 된다. 그 평행광이, 액정 소자를 거쳐서 항온 제어 장치 내에 배치된 투영 렌즈에 인도된다. 그리고, 투영 렌즈로부터 4개의 위상 변화하는 광 패턴이 조사된다. 이와 같이, 조명 장치(4)에 액정 광학 셔터가 사용되고 있는 것에 의해서, 줄무늬 모양의 광 패턴을 작성한 경우에, 그 조도가 이상적인 정현파에 가까운 것이 얻어지고, 이것에 의해, 삼차원 계측의 계측 분해능이 향상되도록 되어 있다. 또, 광 패턴의 위상 시프트의 제어를 전기적으로 행할 수 있고, 제어계의 컴팩트화를 도모할 수 있도록 되어 있다.
재치대(3)에는, 변위 수단으로서의 모터(15, 16)가 설치되어 있으며, 그 모터(15, 16)가 제어 장치(6)에 의해 구동 제어되는 것에 의해서, 재치대(3) 상에 재치된 프린트 기판(2)이 임의의 방향(X축 방향 및 Y축 방향)으로 슬라이드시켜지도록 되어 있다.
CCD 카메라(5)는, 렌즈나 촬상 소자 등으로 이루어진다. 촬상 소자로서는, CCD 센서를 채용하고 있다. 본 실시형태의 CCD 카메라(5)는, 예를 들면 X축 방향에 512화소, Y축 방향에 480화소의 분해능을 가지는 화상을 생성한다.
다음에, 제어 장치(6)의 전기적 구성에 대해서 설명한다.
도 2에 도시하는 바와 같이, 제어 장치(6)는, 기판 검사 장치(1) 전체의 제어를 담당하는 CPU 및 입출력 인터페이스(21), 키보드나 마우스, 혹은 터치 패널로 구성되는 「입력 수단」으로서의 입력 장치(22), CRT나 액정 등의 표시 화면을 가지는 「표시 수단」으로서의 표시 장치(23), CCD 카메라(5)에 의한 촬상에 의거하는 화상 데이터를 기억하기 위한 화상 데이터 기억 장치(24), 각종 연산 결과를 기억하기 위한 연산 결과 기억 장치(25), 각종 정보를 미리 기억해 두는 설정 데이터 기억 장치(26)를 구비하고 있다. 또한, 이들 각 장치(22～26)는, CPU 및 입출력 인터페이스(21)에 대해서 전기적으로 접속되어 있다.
다음에, 제어 장치(6)에서 실행되는 삼차원 계측의 처리 내용을 설명한다.
제어 장치(6)는, 우선 모니터(15, 16)를 구동 제어해서 프린트 기판(2)을 이동시키고, CCD 카메라(5)의 시야를 프린트 기판(2) 상의 소정의 검사 에리어의 제1 위치에 맞춘다. 또한, 검사 에리어는, CCD 카메라(5)의 시야의 크기를 1단위로 해서 프린트 기판(2)의 표면을 미리 분할해 둔 것 중의 하나의 에리어이다.
다음에, 제어 장치(6)는, 조명 장치(4)를 구동 제어해서 제1 광 패턴(주기 2㎛)의 조사를 개시시킴과 동시에, 이 제1 광 패턴의 위상을 4분의 1 피치씩 시프트시켜서 4종류의 조사를 순차 전환 제어한다. 또, 제어 장치(6)는, 이와 같이 해서 제1 광 패턴의 위상을 시프트시키는 조명이 행해지고 있는 동안에, CCD 카메라(5)를 구동 제어해서, 이들 각 조사시마다 검사 에리어 부분(제1 위치)을 촬상하고, 각각 4화면분의 화상 데이터를 얻는다.
제어 장치(6)는, 취득한 4화면분의 각 화상 데이터에 의거해서 각종 화상 처리를 행하고, 배경 기술에서도 설명한 공지의 위상 시프트법에 의거해서, 각 좌표(화소)마다의 높이 계측을 행하고, 제1 높이 데이터로서 기억한다. 해당 처리가 본 실시형태에서의 제1 연산 수단의 기능을 구성한다.
이러한 처리가 행해지고 있는 동안에, 제어 장치(6)는, 모니터(15, 16)를 구동 제어해서 프린트 기판(2)을 상기 제1 위치로부터 반화소 피치 비스듬하게 이동시키고, CCD 카메라(5)의 시야를 프린트 기판(2) 상의 소정의 검사 에리어의 제2 위치에 맞춘다. 또한, 본 실시형태에서의 각 화소는, X축 방향 및 Y축 방향에 평 행한 변을 가지는 정방형모양을 이룬다. 다시 말해, 반화소 피치 비스듬하게 이동시킨다라 함은, 화소의 대각선 방향으로 해당 대각선의 거리의 절반{半分}만큼 이동시키는 것을 의미한다.
다음에, 제어 장치(6)는, 조명 장치(4)를 구동 제어해서 제1 광 패턴보다도 주기가 긴 제2 광 패턴(주기 4㎛)의 조사를 개시시킴과 동시에, 이 제2 광 패턴의 위상을 4분의 1 피치씩 시프트시켜서 4종류의 조사를 순차 전환 제어한다. 또, 제어 장치(6)는, 이와 같이 해서 제2 광 패턴의 위상이 시프트하는 조명이 행해지고 있는 동안에, CCD 카메라(5)를 구동 제어해서, 이들 각 조사시마다 검사 에리어 부분(제2 위치)을 촬상하고, 각각 4화면분의 화상 데이터를 얻는다.
제어 장치(6)는, 취득한 4화면분의 각 화상 데이터에 의거해서 각종 화상 처리를 행하고, 위상 시프트법에 의거해서, 각 좌표(화소)마다의 높이 계측을 행하고, 제2 높이 데이터로서 기억한다. 해당 처리가 본 실시형태에서의 제2 연산 수단의 기능을 구성한다.
다음에, 제어 장치(6)는, 제1 위치에서의 계측 결과(제1 높이 데이터)와, 제2 위치에서의 계측 데이터(제2 높이 데이터)를 합성하고, 해당 검사 에리어의 하나의 계측 결과로서 종합하는 화상 처리를 행한다. 해당 처리에 의해 CCD 카메라(5)의 분해능의 4배의 분해능을 가지는 촬상 수단에 의해 촬상한 경우와 동등한 계측 데이터가 얻어진다. 이하에 해당 화상 처리에 대해서 자세하게 설명한다.
여기서는, 예를 들면 CCD 카메라(5)의 분해능이 1촬상 시야당 4×4 화소였다고 해서 설명한다. 이 경우, 제1 위치에서 얻어진 계측 데이터는, 각 좌표(화소) 마다의 제1 높이 데이터 A1～A16이 도 4의 (a)와 같이 기억된다. 마찬가지로, 제2 위치에서 얻어진 계측 데이터는, 각 좌표(화소)마다의 제2 높이 데이터 B1～B16이 도 4의 (b)와 같이 기억된다. 도 4의 (a), (b)는 데이터 배열을 모식적으로 도시한 도면이다(도 5～도 8에 대해서도 마찬가지).
이러한 경우, 합성 처리에서는, 우선 도 5에 도시하는 바와 같이, 8×8 모눈{grid} 상에 상기 제1 높이 데이터 A1～A16 및 제2 높이 데이터 B1～ B16을 체크 무늬모양{市松模樣狀}으로 배치한 데이터를 작성한다. 또한, 도 5중의 공란{空欄} 부분은, 해당 단계에서는 데이터의 결락 부분으로 된다. 또, 도 5는 보기 쉽게 하기 위해, 편의상, 체크 무늬모양으로 흩어진 점 모양{散点模樣}을 표시하고 있다(도 6～도 8에 대해서도 마찬가지).
계속해서, 제1 높이 데이터 A1～A16에 관하여, 해당 제1 높이 데이터 A1～A16의 값을 줄무늬 차수를 고려한 값으로 치환하는 데이터 치환 처리를 행한다. 해당 처리가 본 실시형태에서의 데이터 치환 수단의 기능을 구성한다.
보다 자세하게는, 도 6에 도시하는 바와 같이, 예를 들면 도면중 굵은 테두리로 둘러싸인 제1 높이 데이터 A6에 주목하고, 여기에는 제1 위치에서의 계측에 의해 얻어진 「4」의 값이 기억되어 있다. 또, 제1 높이 데이터 A6에 인접한 주위의 4개의 제2 높이 데이터 B6, B7, B10, B11에는, 각각 「16」, 「12」, 「16」, 「12」가 기억되어 있다. 또한, 도 6에서 기재되어 있는 것은, 이들 값 뿐이지만, 실제 로는, 이들과 마찬가지로 다른 위치에도 각종 높이 데이터가 기억되어 있다(도 7, 도 8에 관해서도 마찬가지).
도 3의 표로부터도 분명한 바와 같이, 제1 높이 데이터로서 얻어진 값이 「4(±1)㎛」인 경우, 줄무늬 차수의 차이{違}에 의해서 크림 땜납(계측 대상점)의 참높이{眞高; 진짜 높이}의 후보는, 「4(±1)㎛」 혹은 「14(±1)㎛」로 된다. 다시 말해, 줄무늬 차수가 1이면, 실제 높이는 「4(±1)㎛」라고 되고, 줄무늬 차수가 2이면, 실제 높이는 「14(±1)㎛」라고 된다. 또, 본 실시형태에서는, 편의상, 크림 땜납(계측 대상점)의 높이가 20㎛를 넘는 케이스는 없는 것으로 해서 설명하기로 하고 있다.
그리고, 이들 후보값「4」 혹은 「14」중, 해당 데이터 치환 처리를 행하는 경우에는, 해당 제1 높이 데이터 A6 주위의 제2 높이 데이터 B6, B7, B10, B11의 평균[(16+12+16+12)/4=14]에 보다 가까운 값을 최적값으로서 채용한다. 다시 말해, 위상 시프트법의 줄무늬 차수가 특정된다. 그리고, 제1 높이 데이터 A6의 값을 줄무늬 차수를 고려한 값「14」로 치환한다. 상기 처리는 각 제1 높이 데이터 A1～A16에 대해서 마찬가지로 행해진다.
다음에, 해당 줄무늬 차수를 고려한 제1 높이 데이터 A1～A16을 기초로 해서, 제2 높이 데이터 B1～B16을 보정하는 보정 처리를 행한다. 해당 처리가 본 실시형태에서의 보정 수단의 기능을 구성한다.
보다 자세하게는, 도 7에 도시하는 바와 같이, 예를 들면 도면중 굵은 테두리로 둘러싸인 제2 높이 데이터 B11에 주목하고, 여기에는 제2 위치에서의 계측에 의해 얻어진 「12」의 값이 기억되어 있다. 또, 제2 높이 데이터 B11에 인접한 주위의 4개의 제1 높이 데이터 A6, A7, A10, A11에는, 각각 상기 치환 처리 후의 값 「14」, 「12」, 「14」, 「12」가 기억되어 있다.
우선, 이들 주위 4개의 제1 높이 데이터 A6, A7, A10, A11의 평균값[(14+12+14+12)/4=13]을 산출한다. 그리고, 제2 높이 데이터 B11의 값이 해당 평균값과 「±2」의 오차 범위 내에 있는지 여부를 판정한다.
여기서, 「±2」의 오차 범위 내에 있다고 판정된 경우에는, 해당 제2 높이 데이터 B11에 대응하는 크림 땜납(계측 대상점) 및 그 근방의 형상이 비교적 완만하게 연속된 형상으로 되어 있다고 추정하고, 해당 제1 높이 데이터 A6, A7, A10, A11의 평균값을 제2 높이 데이터 B11의 최적값으로 채용한다.
한편, 「±2」의 오차 범위 내에 없다고 판정된 경우에는, 해당 제2 높이 데이터 B11에 대응하는 크림 땜납(계측 대상점) 및 그 근방의 형상이 비교적 기복이 심한 불연속적인 형상으로 되어 있다고 추정하고, 실측 데이터인 제2 높이 데이터 B11의 값을 그대로 최적값으로 채용한다.
다음에, 데이터 결락 부분(도 5중의 공란 부분)의 데이터를 보간하는 데이터 보간 처리를 행한다. 해당 처리가 본 실시형태에서의 보간 수단의 기능을 구성한다.
데이터 보간 처리에서는, 예를 들면 도 8에 도시하는 바와 같이, 소정의 데이터 결락 부분 주위에 인접해서 배치되는 치환 처리 후의 제1 높이 데이터 A1～A16이나, 보정 처리 후의 제2 높이 데이터 B1～B16의 각 데이터를 기초로 평균값을 산출하고, 해당 데이터 결락 부분의 보간값으로서 채용한다.
상기 일련의 처리가 종료하면, 촬상 시야 전체(검사 에리어)에 대해서 8×8화소의 촬상 화상 데이터로부터 얻어지는 계측 데이터와 동등한 정밀도를 가지는 계측 데이터가 완성된다.
이와 같이 해서 얻어진 각 검사 에리어마다의 계측 데이터는, 제어 장치(6)의 연산 결과 기억 장치(25)에 저장{格納}된다. 그리고, 해당 검사 에리어마다의 계측 데이터에 의거해서, 기준면보다 높아진 크림 땜납의 인쇄 범위가 검출되고, 이 범위 내에서의 각 부위의 높이를 적분하는 것에 의해, 인쇄된 크림 땜납의 양이 산출된다. 그리고, 이와 같이 해서 구한 크림 땜납의 위치, 면적, 높이 또는 양 등의 데이터가 미리 설정 데이터 기억 장치(26)에 기억되어 있는 기준 데이터와 비교 판정되고, 이 비교 결과가 허용 범위 내에 있는지 여부에 따라서, 그 검사 에리어에서의 크림 땜납의 인쇄 상태의 좋고 나쁨{良否}이 판정된다.
이러한 처리가 행해지고 있는 동안에, 제어 장치(6)는, 모터(15, 16)를 구동 제어해서 프린트 기판(2)을 다음의 검사 에리어로 이동하게 하고, 이후 상기 일련 의 처리가, 모든 검사 에리어에서 반복해서 행해진다.
이와 같이, 본 실시형태의 기판 검사 장치(1)에서는, 제어 장치(6)의 제어에 의해 검사 에리어를 이동하면서, 순차 화상 처리를 행하는 것에 의해, 프린트 기판(2) 상의 크림 땜납의 높이 계측을 포함하는 삼차원 계측을 행하고, 크림 땜납의 인쇄 상태를 고속으로 또한 확실하게 검사할 수 있도록 되어 있다.
이상 자세하게 기술한 바와 같이, 본 실시형태에서는, 제1 위치에서 주기 2㎛의 제1 광 패턴을 조사해서 얻어진 복수가지의 화상 데이터에 의거해서, 위상 시프트법에 의해서 화상 데이터의 각 화소 단위마다의 높이 데이터가 제1 높이 데이터 A1～A16으로서 산출된다. 또, 제1 위치로부터 반화소 피치 비스듬하게 어긋난 제2 위치에서, 주기 4㎛의 제2 광 패턴을 조사해서 얻어진 복수가지의 화상 데이터에 의거해서, 위상 시프트법에 의해서 화상 데이터의 각 화소 단위마다의 높이 데이터가 제2 높이 데이터 B1～B16으로서 산출된다. 이들 데이터를 합성하는 것에 의해, CCD 카메라(5)의 분해능의 4배의 분해능을 가지는 화상 데이터(계측 데이터)를 생성할 수 있고, 보다 정밀한 삼차원 계측을 행할 수가 있다.
또, 본 실시형태에서는, 주기가 긴 제2 광 패턴에 의해서 얻어진 제2 높이 데이터 B1～B16을 기초로, 각 제1 높이 데이터 A1～A16의 줄무늬 차수가 특정된다. 그리고, 제1 높이 데이터 A1～A16의 값이 해당 줄무늬 차수를 고려한 적정값으로 치환된다. 즉, 긴 주기의 제2 광 패턴을 이용하는 메리트인 계측가능한 높이 레인지를 크게 할 수 있는 것, 및 주기가 짧은 제1 광 패턴을 이용하는 메리트인 분해능 이 높은 고정밀도의 계측을 실현할 수 있는 것의 쌍방의 효과를 얻을 수 있다. 결과로서, 도 9에 도시하는 바와 같이, 수평 분해능을 높임과 동시에, 높이 방향의 분해능을 떨어뜨리는 일 없이, 계측가능한 높이 레인지를 넓힐 수가 있다.
또, 이러한 경우에서도, 본 실시형태에서는, 제1 또는 제2 위치에서 행해지는 계측이, 제1 또는 제2 광 패턴중 어느 한쪽에 의하는 것 뿐이다. 다시 말해, 2종류의 광 패턴에 의한 계측을 2개소에서 각각 행할 필요가 없기 때문에, 촬상 회수 나아가서는 총체적인 계측 시간의 증가를 억제할 수 있다. 결과로서, 보다 고정밀도의 계측을 보다 단시간에 실현할 수가 있다.
또, 상기 구성은, 화상 처리 라고 하는 소프트적인 처리에 의해 실현할 수 있기 때문에, 하드면을 변경할 필요가 없고, 제조 코스트의 증가 억제를 도모할 수가 있다.
이에 부가해서, 본 실시형태에서는, 소정의 데이터 결락 부분 주위에 인접해서 배치되는 치환 처리 후의 제1 높이 데이터 A1～A16이나, 보정 처리 후의 제2 높이 데이터 B1～B16의 각 데이터를 기초로 평균값을 산출하고, 해당 데이터 결락 부분의 보간값으로서 채용하는 데이터 보간 처리를 행하는 구성으로 되어 있다. 이 때문에, 제1 높이 데이터 A1～A16과 제2 높이 데이터 B1～B16을 합성해서 고분해능의 데이터를 작성하는데 있어서, 데이터의 결락 부분이 생긴다고 하는 부적당함의 발생을 방지할 수가 있다.
또, 본 실시형태에서는, 줄무늬 차수를 고려한 보다 정밀도가 높은 제1 높이 데이터 A1～A16을 기초로 해서, 제2 높이 데이터 B1～B16을 보정하는 보정 처리를 행한다. 이것에 의해, 제2 높이 데이터 B1～B16의 값을, 보다 참값에 가까운 것으로 할 수가 있다.
[제2 실시형태]
다음에, 제2 실시형태에 대해서 설명한다. 단, 상술한 제1 실시형태와 중복되는 부분에 대해서는, 동일한 부재 명칭, 동일한 부호를 이용하는 등 해서 그 설명을 생략함과 동시에, 이하에는 제1 실시형태와 상위{相違}한 부분을 중심으로 해서 설명하기로 한다.
본 실시형태에서의 삼차원 계측에서는, 제어 장치(6)는, 우선 모터(15, 16)를 구동 제어해서 프린트 기판(2)을 이동시키고, CCD 카메라(5)의 시야를 프린트 기판(2) 상의 소정의 검사 에리어의 제1 위치에 맞춘다.
다음에, 제어 장치(6)는, 조명 장치(4)를 구동 제어해서 제1 광 패턴(주기 2㎛)의 조사를 개시시킴과 동시에, 이 제1 광 패턴의 위상을 4분의 1 피치씩 시프트시켜서 4종류의 조사를 순차 전환 제어한다. 또, 제어 장치(6)는, 이와 같이 해서 제1 광 패턴의 위상이 시프트하는 조명이 행해지고 있는 동안에, CCD 카메라(5)를 구동 제어해서, 이들 각 조사시마다 검사 에리어 부분(제1 위치)을 촬상하고, 각각 4화면분의 화상 데이터를 얻는다.
제어 장치(6)는, 취득한 4화면분의 각 화상 데이터에 의거해서 각종 화상 처리를 행하고, 배경 기술에서도 설명한 공지의 위상 시프트법에 의거해서, 각 좌표 (화소)마다의 높이 계측을 행하고, 제1 높이 데이터로서 기억한다.
이러한 처리가 행해지고 있는 동안에, 제어 장치(6)는, 모터(15, 16)를 구동 제어해서 프린트 기판(2)을 상기 제1 위치로부터 X축 방향으로 반화소 피치 어긋난 위치로 이동시키고, CCD 카메라(5)의 시야를 프린트 기판(2) 상의 소정의 검사 에리어의 제2 위치에 맞춘다.
계속해서, 제어 장치(6)는, 조명 장치(4)를 구동 제어해서 제1 광 패턴보다도 주기가 긴 제2 광 패턴(주기 4㎛)의 조사를 개시시킴과 동시에, 이 제2 광 패턴의 위상을 4분의 1 피치씩 시프트시켜서 4종류의 조사를 순차 전환 제어한다. 또, 제어 장치(6)는, 이와 같이 해서 제2 광 패턴의 위상을 시프트시키는 조명이 행해지고 있는 동안에, CCD 카메라(5)를 구동 제어해서, 이들 각 조사시마다 검사 에리어 부분(제2 위치)을 촬상하고, 각각 4화면분의 화상 데이터를 얻는다.
제어 장치(6)는, 취득한 4화면분의 각 화상 데이터에 의거해서 각종 화상 처리를 행하고, 위상 시프트법에 의거해서, 각 좌표(화소)마다의 높이 계측을 행하고, 제2 높이 데이터로서 기억한다.
이러한 처리가 행해지고 있는 동안에, 제어 장치(6)는, 모터(15, 16)를 구동 제어해서 프린트 기판(2)을 상기 제1 위치로부터 반화소 피치 비스듬하게 어긋난 위치로 이동시키고, CCD 카메라(5)의 시야를 프린트 기판(2) 상의 소정의 검사 에리어의 제3 위치에 맞춘다.
계속해서, 제어 장치(6)는, 조명 장치(4)를 구동 제어해서 제1 광 패턴(주기 2㎛)의 조사를 개시시킴과 동시에, 이 제1 광 패턴의 위상을 4분의 1 피치씩 시프 트시켜서 4종류의 조사를 순차 전환 제어한다. 또, 제어 장치(6)는, 이와 같이 해서 제1 광 패턴의 위상이 시프트하는 조명이 행해지고 있는 동안에, CCD 카메라(5)를 구동 제어해서, 이들 각 조사시마다 검사 에리어 부분(제3 위치)을 촬상하고, 각각 4화면분의 화상 데이터를 얻는다.
제어 장치(6)는, 취득한 4화면분의 각 화상 데이터에 의거해서 각종 화상 처리를 행하고, 위상 시프트법에 의거해서, 각 좌표(화소)마다의 높이 계측을 행하고, 제3 높이 데이터로서 기억한다.
이러한 처리가 행해지고 있는 동안에, 제어 장치(6)는, 모터(15, 16)를 구동 제어해서 프린트 기판(2)을 상기 제1 위치로부터 Y축 방향으로 반화소 피치 어긋난 위치로 이동시키고, CCD 카메라(5)의 시야를 프린트 기판(2) 상의 소정의 검사 에리어의 제4 위치에 맞춘다.
계속해서, 제어 장치(6)는, 조명 장치(4)를 구동 제어해서 제2 광 패턴(주기 4㎛)의 조사를 개시시킴과 동시에, 이 제2 광 패턴의 위상을 4분의 1 피치씩 시프트시켜서 4종류의 조사를 순차 전환 제어한다. 또, 제어 장치(6)는, 이와 같이 해서 제2 광 패턴의 위상이 시프트하는 조명이 행해지고 있는 동안에, CCD 카메라(5)를 구동 제어해서, 이들 각 조사시마다 검사 에리어 부분(제4 위치)을 촬상하고, 각각 4화면분의 화상 데이터를 얻는다.
제어 장치(6)는, 취득한 4화면분의 각 화상 데이터에 의거해서 각종 화상 처리를 행하고, 위상 시프트법에 의거해서, 각 좌표(화소)마다의 높이 계측을 행하고, 제4 높이 데이터로서 기억한다.
다음에, 제어 장치(6)는, 제1 위치에서의 계측 결과(제1 높이 데이터), 제2 위치에서의 계측 결과(제2 높이 데이터), 제3 위치에서의 계측 결과(제3 높이 데이터) 및 제4 위치에서의 계측 결과(제4 높이 데이터)를 합성하고, 해당 검사 에리어의 하나의 계측 결과로서 종합하는 화상 처리를 행한다. 이하에 해당 화상 처리에 대해서 자세하게 설명한다.
여기서는, 예를 들면 CCD 카메라(5)의 분해능이 1촬상 시야당 4×4화소였다고 해서 설명한다.
이러한 경우, 합성 처리에서는, 우선 도 10에 도시하는 바와 같이, 제1～제4 각 위치에서 얻어진 각 화소마다의 제1 높이 데이터 C1～C16, 제2 높이 데이터 D1～D16, 제3 높이 데이터 E1～E16, 제4 높이 데이터 F1～F16을 8×8 모눈 상에 배치한 데이터를 작성한다. 도 10은 보기 쉽게 하기 위해, 편의상, 체크 무늬모양으로 흩어진 점 모양을 표시하고 있다(도 11, 도 12에 대해서도 마찬가지).
계속해서, 제1 높이 데이터 C1～C16 및 제3 높이 데이터 E1～E16에 관해서, 해당 제1 높이 데이터 C1～C16 및 제3 높이이터 E1～E16의 값을, 줄무늬 차수를 고려한 값으로 치환하는 데이터 치환 처리를 행한다.
보다 자세하게는, 도 11에 도시하는 바와 같이, 예를 들면 도면중 굵은 테두리로 둘러싸인 제1 높이 데이터 C6에 주목하고, 여기에는 제1 위치에서의 계측에 의해 얻어진 「4」의 값이 기억되어 있다. 또, 제1 높이 데이터 C6에 인접한 주위의 제2 높이 데이터 D5, D6 및 제4 높이 데이터 F2, F6에는, 각각 「16」, 「12」, 「12」, 「16」이 기억되어 있다. 또한, 도 11에서 기재되어 있는 것은, 이들 값 뿐이지만, 실제로는, 이들과 마찬가지로 다른 위치에도 각종 높이 데이터가 기억되어 있다(도 12에 관해서도 마찬가지).
상기 실시형태와 마찬가지로, 제1 높이 데이터로서 얻어진 값이 「4(±1)㎛」인 경우, 줄무늬 차수의 차이에 의해서 크림 땜납(계측 대상점)의 참높이의 후보는, 「4(±1)㎛」 혹은 「14(±1)㎛」로 된다. 다시 말해, 줄무늬 차수가 1이면, 실제 높이는 「4(±1)㎛」라고 되고, 줄무늬 차수가 2이면, 실제 높이는 「14(±1)㎛」라고 된다.
그리고, 이들 후보값 「4」 혹은 「14」중, 해당 데이터 치환 처리를 행하는 경우에는, 해당 제1 높이 데이터 C6 주위의 제2 높이 데이터 D5, D6 및 제4 높이 데이터 F2, F6의 평균[(16+12+12+16)/4=14]에 보다 가까운 값을 최적값으로서 채용한다. 다시 말해, 위상 시프트법의 줄무늬 차수가 특정된다. 그리고, 제1 높이 데이터 C6의 값을 줄무늬 차수를 고려한 값 「14」 로 치환한다. 상기 처리는 각 제1 높이 데이터 C1～C16 및 제3 높이 데이터 E1～E16에 대해서 마찬가지로 행해진다.
다음에, 해당 줄무늬 차수를 고려한 제1 높이 데이터 C1～C16 및 제3 높이 데이터 E1～E16을 기초로 해서, 제2 높이 데이터 D1～D16 및 제4 높이 데이터 F1～F16을 보정하는 보정 처리를 행한다.
보다 자세하게는, 도 12에 도시하는 바와 같이, 예를 들면 도면중 굵은 테두리로 둘러싸인 제2 높이 데이터 D6에 주목하고, 여기에는 제2 위치에서의 계측에 의해 얻어진 「12」의 값이 기억되어 있다. 또, 제2 높이 데이터 D6에 인접한 주위의 제1 높이 데이터 C6, C7 및 제3 높이 데이터 E2, E6에는, 각각 상기 치환 처리 후의 값 「14」, 「12」, 「12」, 「14」가 기억되어 있다.
우선, 이 주위의 4개의 제1 높이 데이터 C6, C7 및 제3 높이 데이터 E2, E6의 평균값 [(14+12+12+14)/4=13]을 산출한다. 그리고, 제2 높이 데이터 D6의 값이 해당 평균값과 「±2」의 오차 범위 내에 있는지 여부를 판정한다.
여기서, 「±2」의 오차 범위 내에 있다고 판정된 경우에는, 상기 제1 실시형태와 마찬가지로, 제1 높이 데이터 C6, C7 및 제3 높이 데이터 E2, E6의 평균값을 제2 높이 데이터 D6의 최적값으로 채용한다.
한편, 「±2」의 오차 범위 내에 없다고 판정된 경우에는, 상기 제1 실시형태와 마찬가지로, 실측 데이터인 제2 높이 데이터 D6의 값을 그대로 최적값으로 채용한다.
상기 일련의 처리가 종료하면, 촬상 시야 전체(검사 에리어)에 대해서 8×8화소의 촬상 화상 데이터로부터 얻어지는 계측 데이터와 동등한 정밀도를 가지는 계측 데이터가 완성된다.
이상 상세하게 기술한 바와 같이, 본 실시형태에 따르면, 상기 제1 실시형태 와 마찬가지 작용 효과가 얻어진다. 다시 말해, 도 13에 도시하는 바와 같이, 수평 분해능을 높임과 동시에, 높이 방향의 분해능을 떨어뜨리는 일 없이, 계측가능한 높이 레인지를 넓힐 수 있다. 본 실시형태에서는, 각종 높이 데이터를 합성해서 고분해능의 데이터를 작성하는데 있어서, 데이터의 결락 부분이 생긴다고 하는 부적당함이 없기 때문에, 데이터를 보간하는 데이터 보간 처리를 행할 필요는 없다. 결과로서, 보다 참값에 가까운 계측 데이터를 얻을 수가 있다.
또, 상술한 각 실시형태의 기재 내용에 한정되는 일 없이, 예를 들면 다음과 같이 실시해도 좋다.
(a) 상기 각 실시형태에서는, 삼차원 계측 장치를, 프린트 기판(2)에 인쇄 형성된 크림 땜납의 높이를 계측하는 기판 검사 장치(1)로 구체화했지만, 이것에 한정되지 않고, 예를 들면 기판 상에 인쇄된 땜납 범프나, 기판 상에 실장된 전자 부품 등, 다른 것의 높이를 계측하는 구성으로 구체화해도 좋다.
(b) 상기 각 실시형태에서는, 주기 2㎛의 제1 광 패턴과, 주기 4㎛의 제2 광 패턴을 조합해서, 높이가 20㎛까지인 크림 땜납(계측 대상부)을 계측하는 경우를 예시하고 있지만, 물론 각 광 패턴의 주기나 계측 범위는 이것에 한정되는 것은 아니다. 예를 들면, 제2 광 패턴의 주기를 보다 길게(예를 들면, 6㎛ 이상) 해서, 제1 광 패턴의 줄무늬 차수가 3 이상으로 되는 구성이더라도 좋다.
(c) 상기 각 실시형태에서는, 재치대(3) 상에 재치된 프린트 기판(2)을 움직이게 하는 것에 의해, CCD 카메라(5)(촬상 소자)와 프린트 기판(2)(피계측물)과의 위치 관계를 상대 변위시키는 구성으로 되어 있지만, 이것에 한정되지 않고, CCD 카메라(5)를 움직이게 하여, 양자{兩者}를 상대 변위시키는 구성으로 해도 좋다.
(d) 상기 각 실시형태에서는, 촬상 소자(촬상 수단)로서 CCD 센서(CCD 카메라(5))를 채용하고 있지만, 촬상 소자는 이것에 한정되는 것은 아니다. 예를 들면, CMOS 등을 채용해도 좋다.
또, 상기 각 실시형태의 CCD 카메라(5)는, X축 방향에 512화소, Y축 방향에 480화소의 분해능을 가지는 것이지만, 수평 분해능은 이것에 한정되는 것은 아니다. 본 발명은, 수평 분해능이 보다 낮은 시스템에서 보다 주효{奏效}하다.
(e) 제2 높이 데이터 등의 보정 처리나, 데이터 결락 부분의 보간 처리의 수순은, 상기 각 실시형태에 한정되지 않고, 다른 방법에 의해 행하는 구성으로 해도 좋다.
도 1은 1실시형태에서의 기판 검사 장치를 모식적으로 도시하는 개략 사시도,
도 2는 기판 검사 장치의 전기적 구성을 도시하는 블록도,
도 3은 각 광 패턴에 의한 분해능 등을 도시하는 설명도,
도 4의 (a), (b)는, 계측된 높이 데이터의 데이터 배열을 도시하는 모식도,
도 5는 합성된 제1 높이 데이터 및 제2 높이 데이터의 데이터 배열을 도시하는 모식도,
도 6은 데이터 치환 처리의 구체적인 사례를 도시하는 설명도,
도 7은 보정 처리의 구체적인 사례를 도시하는 설명도,
도 8은 보간 처리의 구체적인 사례를 도시하는 설명도,
도 9는 참값에 대한 각종 높이 데이터의 정밀도를 도시하는 설명도,
도 10은 합성된 제1～제4 높이 데이터의 데이터 배열을 도시하는 모식도,
도 11은 데이터 치환 처리의 구체적인 사례를 도시하는 설명도,
도 12는 보정 처리의 구체적인 사례를 도시하는 설명도,
도 13은 참값에 대한 각종 높이 데이터의 정밀도를 도시하는 설명도.
[부호의 설명]
1: 기판 검사 장치, 2; 프린트 기판, 4: 조명 장치, 5: CCD 카메라, 6: 제어 장치, 15, 16: 모터, A1～A16: 제1 높이 데이터, B1～B16: 제2 높이 데이터

Claims (5)

  1. 적어도 피계측물에 대하여, 줄무늬 모양{縞狀}의 광강도 분포를 가지고 또한 주기가 다른 복수의 광 패턴을 전환해서 조사가능한 조사 수단과,
    상기 광 패턴이 조사된 상기 피계측물로부터의 반사광을 촬상가능한 촬상 소자를 가지는 촬상 수단과,
    상기 촬상 소자와 상기 피계측물과의 위치 관계를 상대 변위시키는 변위 수단과,
    상기 촬상 수단에 의해 촬상된 화상 데이터에 의거해서 삼차원 계측을 행하는 화상 처리 수단을 구비한 삼차원 계측 장치로서,
    상기 화상 처리 수단은,
    복수가지로 위상 변화시킨 제1 주기의 제1 광 패턴을 제1 위치에서 조사해서 얻어진 복수가지의 화상 데이터에 의거해서, 위상 시프트법에 의해 화상 데이터의 각 화소 단위마다의 높이 데이터를 제1 높이 데이터로서 산출하는 제1 연산 수단과,
    상기 제1 위치로부터 소정 방향으로 반{半}화소 피치분 어긋난 제2 위치에서, 상기 제1 주기보다도 긴 제2 주기의 제2 광 패턴을 복수가지로 위상 변화시켜서 조사하여 얻어진 복수가지의 화상 데이터에 의거해서, 위상 시프트법에 의해 화상 데이터의 각 화소 단위마다의 높이 데이터를 제2 높이 데이터로서 산출하는 제2 연산 수단과,
    상기 제1 높이 데이터와 상기 제2 높이 데이터를 체크 무늬 모양으로 배치하는 데이터 합성 수단과,
    상기 제2 높이 데이터를 기초로, 상기 체크 무늬 모양 내에서 상기 각 제1 높이 데이터의 줄무늬 차수{次數}를 특정한 후, 해당 제1 높이 데이터의 값을 해당 줄무늬 차수를 고려한 값으로 치환하는 데이터 치환 수단을 구비한 것을 특징으로 하는 삼차원 계측 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제2 위치는, 상기 제1 위치로부터 반화소 피치 비스듬하게 어긋난 위치인 것을 특징으로 하는 삼차원 계측 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    데이터의 결락{缺落} 부분을 그 주위에서의 적어도 상기 줄무늬 차수를 고려한 제1 높이 데이터에 의거해서 보간하는 보간 수단을 구비한 것을 특징으로 하는 삼차원 계측 장치.
  4. 제1항 내지 제3항중 어느 한 항에 있어서,
    상기 줄무늬 차수를 고려한 제1 높이 데이터를 기초로, 상기 제2 높이 데이터의 값을 보정하는 보정 수단을 구비한 것을 특징으로 하는 삼차원 계측 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 보정 수단은,
    상기 제2 연산 수단에 의해 산출된 소정 위치의 제2 높이 데이터의 값이, 해 당 소정 위치의 주변 부위에서의 상기 줄무늬 차수를 고려한 제1 높이 데이터의 평균값과 소정의 오차 범위 내에 있는지 여부를 판정하고,
    소정의 오차 범위 내에 있는 경우에는, 상기 줄무늬 차수를 고려한 제1 높이 데이터의 평균값을 상기 소정 위치의 제2 높이 데이터의 값으로서 채용하고,
    소정의 오차 범위 내에 없는 경우에는, 상기 제2 연산 수단에 의해 산출된 제2 높이 데이터의 값을 상기 소정 위치의 제2 높이 데이터의 값으로서 채용하는 것을 특징으로 하는 삼차원 계측 장치.
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