KR20150037545A

KR20150037545A - 3차원 측정 장치, 3차원 측정 방법 및 기판의 제조 방법

Info

Publication number: KR20150037545A
Application number: KR20140124912A
Authority: KR
Inventors: 타카마사 스기우라
Original assignee: 쥬키 오토메이션 시스템즈 가부시키가이샤
Priority date: 2013-09-30
Filing date: 2014-09-19
Publication date: 2015-04-08
Also published as: TW201520511A; CN104515477A; TWI661176B; JP2015068779A; KR102224699B1; CN104515477B; JP6198312B2

Abstract

본 발명의 과제는, 조도차 스테레오법을 이용한 측정의 정밀도를 향상시킬 수 있는 3차원 측정 장치 등을 제공하는 데 있다.
상기의 과제를 해결하기 위한 본 발명의 3차원 측정 장치는, 높이 측정부와, 3차원 형상 측정부와, 보정부를 구비한다. 상기 높이 측정부는, 측정대상물의 소정 위치의 높이, 또는, 높이 변위를 측정하도록 구성된다. 상기 3차원 형상 측정부는, 조도차 스테레오법에 의해 상기 측정대상물의 3차원 형상을 측정하도록 구성된다. 상기 보정부는, 상기 높이 측정부에서 얻어진 데이터에 근거하여, 상기 3차원 형상 측정부에서 얻어진 데이터를 보정하도록 구성된다.

Description

3차원 측정 장치, 3차원 측정 방법 및 기판의 제조 방법{3D MEASUREMENT DEVICE, 3D MEASUREMENT METHOD, AND MANUFACTURING METHOD OF SUBSTRATE}

본 기술은, 측정대상물의 3차원 형상을 측정하는 3차원 측정 장치 등의 기술에 관한 것이다.

종래부터, 조도차 스테레오법(photometric stereo)을 이용한 3차원 형상의 측정 방법이 있었다. 조도차 스테레오법에서는, 우선, 광(光)의 조사(照射)방향이 상이한 3개 이상의 조명에 의해 측정대상물에 대해 차례로 광이 조사되고, 조명이 전환될 때마다 촬상부에 의해 측정대상물이 촬상된다. 다음으로, 촬상부에 의해 얻어진 3장 이상의 화상에 근거하여 측정대상물 표면의 각 점에 있어서의 법선(法線)방향이 법선 맵으로서 취득된다.

이에 따라, 측정대상물을 3차원적으로 측정할 수 있다. 또한, 조사방향이 상이한 광이 측정대상물에 조사되어 촬상된 3장 이상의 화상이 존재하면, 조도차 스테레오법을 이용하여 측정대상물의 3차원 형상을 측정할 수 있다.

특허문헌 1에는, 납땜이 인쇄된 기판이나, 전자부품이 탑재된 기판의 외관을, 조도차 스테레오법을 이용하여 검사하는 외관 검사 장치가 개시되어 있다.

일본국 특허공개공보 제2010-237034호

일반적으로, 조도차 스테레오법을 적용함에 있어서는, 측정대상물의 측정면이 확산 반사(램버트 반사)할 것, 형상 변화가 선형적일 것이 조건이 된다. 측정면의 형태가 이러한 조건으로부터 멀어질수록, 조도차 스테레오법에 따른 측정 데이터의 오차는 커진다.

본 기술의 목적은, 조도차 스테레오법을 이용한 측정의 정밀도를 향상시킬 수 있는 3차원 측정 장치 등을 제공하는 데 있다.

상기의 목적을 달성하기 위해, 본 기술에 따른 3차원 측정 장치는, 높이 측정부와, 3차원 형상 측정부와, 보정부를 구비한다.

상기 높이 측정부는, 측정대상물의 소정 위치의 높이, 또는, 높이 변위를 측정하도록 구성된다.

상기 3차원 형상 측정부는, 조도차 스테레오법에 의해 상기 측정대상물의 3차원 형상을 측정하도록 구성된다.

상기 보정부는, 상기 높이 측정부에서 얻어진 데이터에 근거하여, 상기 3차원 형상 측정부에서 얻어진 데이터를 보정하도록 구성된다.

상기 3차원 측정 장치는, 상기 높이 측정부에서 얻어진 고정밀도의 데이터에 근거하여, 조도차 스테레오법에 따른 측정으로 얻어진 데이터를 보정하므로, 조도차 스테레오법을 이용한 측정의 정밀도를 향상시킬 수 있다.

상기 3차원 형상 측정부는, 3개 이상의 광원에 의해 각각 개별적으로 광이 조사된 측정대상물을 포함하는 영역을 촬상 디바이스로 촬영함으로써, 3개 이상의 화상을 취득하도록 구성된 조도차 스테레오 화상 취득부를 포함해도 된다. 이로써, 조도차 스테레오법에 따른 3차원 형상의 측정이 가능해진다.

상기 3차원 측정 장치는, 화상 처리부를 더 구비해도 된다.

상기 화상 취득부는, 상기 3개 이상의 광원에 의한 조사방향을 포함하는 광이 조사된 상기 측정대상물을 상기 촬상 디바이스로 촬영함으로써, 상기 측정대상물을 포함하는 화상을 취득하도록 구성되어도 된다.

상기 화상 처리부는, 상기 화상 취득부에서 얻어진 상기 측정대상물을 포함하는 화상 내의 복수의 영역을 추출하도록 구성되어도 된다. 화상 처리부는, 측정대상물을 포함하는 화상을 복수의 영역으로 구분함으로써, 이러한 영역에 근거한, 높이 측정부 및/또는 3차원 형상 측정부에 의한 측정이 가능해져, 측정 정밀도를 높일 수 있다.

상기 높이 측정부는, 상기 화상 처리부에서 얻어진 상기 복수의 영역을 횡단하는 선을 따라, 상기 측정대상물의 높이를 측정해도 된다. 참고로, 측정점으로서 2점 이상이 있으면 선분(線分)을 구성할 수 있고, 측정점으로서 3점 이상이 있으면 면(面)을 구성할 수 있으므로, 정밀도를 더욱 높일 수 있다.

상기 3차원 형상 측정부는, 상기 화상 처리부에 의해 추출된 영역마다, 상기 3차원 형상을 측정해도 된다.

상기 보정부는, 상기 높이 측정부에서 얻어진 데이터와 상기 3차원 형상 측정부에서 얻어진 데이터의 차(差)에 근거하여, 상기 3차원 형상 측정부에서 얻어진 데이터를 보정해도 된다. 이에 따라, 보정부는, 상기 높이 측정부에서 얻어진 데이터와 상기 3차원 형상 측정부에서 얻어진 데이터의 오차를 구하여, 상기 오차에 근거하여 보정을 행하는 것이 가능하다.

상기 보정부는, 상기 3차원 형상 측정부에서 얻어진 데이터로부터 상기 차분(差分)을 제거해도 된다.

상기 높이 측정부는, 변위계를 가져도 된다. 변위계를 이용함으로써, 높이 측정부에 의한 측정 정밀도가 향상된다.

본 기술의 다른 형태에 따른 3차원 측정 장치는, 3개 이상의 광원과, 촬상 디바이스와, 높이 측정부와, 3차원 형상 측정부와, 보정부를 구비한다.

그리고, 상기 촬상 디바이스는, 측정대상물을 촬영할 수 있다.

그리고, 상기 높이 측정부는, 상기 측정대상물의 소정 위치의 높이, 또는, 높이 변위를 측정하도록 구성된다.

그리고, 상기 3차원 형상 측정부는, 상기 3개 이상의 광원 및 상기 촬상 디바이스를 이용하여, 조도차 스테레오법에 의해 상기 측정대상물의 3차원 형상을 측정하도록 구성되어 있다.

그리고, 상기 보정부는, 상기 높이 측정부에서 얻어진 데이터에 근거하여, 상기 3차원 형상 측정부에서 얻어진 데이터를 보정하도록 구성된다.

상기 3차원 측정 장치는, 상기 측정대상물인 기판을 유지(保持)시키는 유지부와, 상기 유지부 상에 배치되어, 상기 촬상 디바이스 및 상기 3개 이상의 광원을 일체적으로 지지하는 지지부와, 상기 유지부와 상기 지지부를 상대적으로 이동시키는 이동 기구를 더 구비해도 된다.

본 기술에 따른 3차원 측정 방법은, 측정대상물의 소정 위치의 높이, 또는, 높이 변위를 측정하는 것을 포함한다.

그리고, 조도차 스테레오법에 의해 상기 측정대상물의 3차원 형상이 측정된다.

그리고, 상기 높이 또는 높이 변위의 측정으로 얻어진 데이터에 근거하여, 상기 3차원 형상의 측정으로 얻어진 데이터가 보정된다.

본 기술에 따른 3차원 측정을 위한 프로그램은, 3차원 측정 장치에, 이하의 각 단계를 실행시킨다. 이들 단계는, 측정대상물의 소정 위치의 높이, 또는, 높이 변위를 측정하는 단계와, 조도차 스테레오법에 의해 상기 측정대상물의 3차원 형상을 측정하는 단계와, 상기 높이 또는 높이 변위의 측정으로 얻어진 데이터에 근거하여, 상기 3차원 형상의 측정으로 얻어진 데이터를 보정하는 단계이다.

본 기술에 따른 기판의 제조 방법은, 기판상에, 부품을 실장(實裝)하거나 또는 납땜을 형성하는 것을 포함한다. 상기 기판상의 상기 부품 또는 상기 납땜의, 소정 위치의 높이, 또는, 높이 변위가 측정된다.

그리고, 조도차 스테레오법에 의해 상기 부품 또는 상기 납땜의 3차원 형상이 측정된다.

이상, 본 기술에 따르면, 조도차 스테레오법을 이용한 측정의 정밀도를 향상시킬 수 있다.

참고로, 여기에 기재된 효과는 반드시 한정되는 것이 아니라, 본 명세서에 기재된 어떠한 효과여도 된다.

도 1은, 본 기술에 따른 3차원 측정 장치가 적용되는 검사 장치를 나타낸 사시도이다.
도 2는, 도 1에 나타낸 검사 장치를 실장 기판의 반송방향에서 본 도면이다.
도 3은, Z방향에서 본 촬상 유닛의 개략적인 도면이다.
도 4는, 검사 장치의 전기적인 구성을 기능적으로 나타낸 블럭도이다.
도 5는, 검사 장치에 의한 동작을 나타낸 플로우차트이다.
도 6은, 촬상 디바이스에 의한 촬영 영역의 예를 나타낸 것이다.
도 7은, 단계 106에 의해 추출된 화상 내의 영역의 분류를 설명하기 위한 도면이다.
도 8은, 측정대상물의 측정면과 공간의 좌표계와의 관계를 나타낸 것이다.
도 9는, 조도차 스테레오법에 의해 계산된 구배(勾配) 필드의 데이터에 의한 곡선을 나타낸 것이다.
도 10은, 보정 후의 구배 필드의 데이터에 의한 곡선을 나타낸 것이다.

이하에서는, 도면을 참조하면서, 본 기술의 실시형태에 대해 설명한다.

1. 3차원 측정 장치가 적용되는 검사 장치의 구성

1) 검사 장치의 구성

도 1은, 본 기술에 따른 3차원 측정 장치가 적용되는 검사 장치를 나타낸 사시도이다. 도 2는, 도 1에 나타낸 검사 장치(100)를 실장 기판의 반송방향에서 본 도면이다.

상기 검사 장치(100)는, 예컨대 실장기에 의해 실장 기판 등의 기판에 전자부품이 실장된 후, 기판상의 전자부품의 실장 상태를 검사하는 장치이다.

검사 장치(100)는, 기판(1)을 반송방향(X방향)을 따라 반송하며, 반송되고 있는 기판(1)을 소정의 위치에 정지시키는 반송부(10)를 가진다. 검사 장치(100)는, 정지 목표 위치에 정지된 기판(1)을 하방으로부터 지지하는 백업부(20)를 가진다.

검사 장치(100)는, 백업부(20)에 지지된 기판(1)에 광을 조사하는 조명부(32)와, 광이 조사된 기판(1)을 촬영하는 촬상 디바이스(31)를 가지는 촬상 유닛(30)과, 촬상 유닛(30)을 X방향 및 Y방향으로 이동시키는 이동 기구(40)를 가진다.

검사 장치(100)에 의한 검사 대상이 되는 기판(1)은, 예컨대, 상방에서 보았을 때 직사각 형상을 가지고 있다. 기판(1)상에는, 복수의 위치 정렬 마크(alignment mark)(3)가 설치된다(도 1 참조). 도 1에는, 위치 정렬 마크(3)가 기판(1)의 대각선 상의 모서리부(角部)의 근방에 설치된 경우의 일례가 도시되어 있다.

반송부(10)는, 기판(1)을 양측으로부터 사이에 끼워넣도록 하여 기판(1)을 반송방향을 따라 가이드하는 2개의 가이드(11)를 가진다. 각 가이드(11)는, 기판(1)의 반송방향으로 길다란 형상을 가지는 판(板) 형상의 부재이다. 각 가이드(11)의 하측에는, 각각, 가이드(11)를 하방으로부터 지지하는 복수의 다리부(12)가 설치되어 있다. 각 가이드(11)는, 상기 다리부(12)를 통해, 검사 장치(100)의 베이스(도시 생략) 상에 부착된다.

백업부(20)는, 승강가능하도록 구성된 백업 플레이트(21)와, 상기 백업 플레이트(21) 상에 세워 설치(立設)된 복수의 지지 핀(22)을 가진다.

각 가이드(11)의 내측의 측면에는, 정(正)방향 및 역(逆)방향으로의 회전이 가능한 컨베이어 벨트(13)가 각각 설치된다. 반송부(10)는, 상기 컨베이어 벨트(13)의 구동에 의해 기판(1)을 검사 처리가 행해지는 소정 위치(백업부(20)가 배치되는 위치)까지 반송하거나, 검사가 종료된 기판(1)을 반출하거나 할 수 있게 되어 있다.

각 가이드(11)는, 상단부가 내측을 향해 구부러지도록 형성되어 있다. 가이드(11)의 상단부는, 백업부(20)에 의해 기판(1)이 상방으로 이동되었을 때, 기판(1)을 상측에 접촉시킴으로써, 해당 상단부 및 백업부(20)에 의해 기판(1)의 양측을 사이에 끼우는 것이 가능하다. 이와 같이 하여 기판(1)은 유지되고, 유지된 상태로 촬상 유닛(30)에 의한 검사 처리가 행해진다. 이 경우, 반송부(10) 또는 백업부(20)는, 기판을 유지시키는 「유지부」로서 기능한다.

도 3은, Z방향에서 본 촬상 유닛(30)의 개략적인 도면이다. 촬상 유닛(30)의 조명부(32)는, 그 꼭대기부에 개구가 형성된 돔 형상의 돔 부재(32a)와, 돔 부재(32a)의 내측에 배치된 3개 이상의 조명(광원)(32b)을 가진다. 1개의 조명(32b)은, 예컨대, 1개 또는 복수의 LED(Light Emitting Diode)에 의해 구성된다. 조명(32b)은, 예컨대 8개가 설치되며, 촬상 유닛(30)의 주(主)광축(Z방향)을 중심으로 한 원주(圓周) 상에 배치되어 있다. 이러한 조명(32b)은, 예컨대 등각도(等角度) 간격으로 위치되어 있다.

돔 부재(32a)는, 촬상 디바이스(31) 및 복수의 조명(32b)을 일체적으로 지지하는 「지지부」로서 기능한다.

촬상 디바이스(31)는, 조명부(32)의 돔 부재(32a)의 상측에 있어서, 돔 부재(32a)에 설치된 개구의 위치에 고정되어 있으며, 그 주(主)광축이 기판(1)의 검사면에 대해 수직이 되도록 배치된다. 촬상 디바이스(31)는, CCD 센서(CCD：Charge Coupled Device), 혹은 CMOS 센서(CMOS：Complementary Metal Oxide Semiconductor) 등의 촬상 소자와, 결상(結像) 렌즈 등의 광학계를 가진다.

촬상 디바이스(31)는, 후술하는 제어부(15)의 제어에 따라, 기판(1)상의 위치 정렬 마크(3)를 촬상하거나, 기판(1)의 검사면을 촬상하거나 한다. 촬상 디바이스(31)의 촬영 영역은, 예컨대, 35mm×35mm 정도가 된다. 촬상 디바이스(31)에 의해 기판(1)의 검사면이 촬상될 때, 촬상 디바이스(31)는, 이동 기구(40)에 의해 X축 및 Y축 방향으로 이동하여, 검사할 필요가 있는 기판(1)상의 영역을 복수 회로 나누어 촬상한다. 또한, 촬상 디바이스(31)는, 후술하는 바와 같이, 후술하는 측정대상물의 3차원 측정 시에 이용된다.

도면에서는, 촬상 유닛(30)의 수가 1개인 경우를 예시하고 있지만, 촬상 유닛(30)의 수는, 2개 이상이어도 된다.

검사 장치(100)는, 촬상 유닛(30)과 일체적으로 이동가능하도록 설치된 레이저 변위계(33)를 구비한다. 예컨대 레이저 변위계(33)는, 촬상 디바이스(31)의 측부에 부착되어 있다. 레이저 변위계(33)는, 기판(1)상의 측정대상물인 전자부품의 소정 위치에 있어서의 높이, 또는, 높이 변위를 측정한다.

2) 검사 장치의 전기적 구성

도 4는, 검사 장치(100)의 전기적인 구성을 기능적으로 나타낸 블럭도이다.

검사 장치(100)는, 제어부(15), 화상 처리부(16), 화상 기억부(17)를 구비한다. 또한, 검사 장치(100)는, 상술한 이동 기구(40), 레이저 변위계(33), 촬상 디바이스(31) 및 조명부(32)를 구비한다.

화상 처리부(16)는, 제어부(15)에 의한 제어에 따라, 촬상 디바이스(31)에서 얻어진 기판(1)상의 화상을 처리한다. 화상 기억부(17)는, 화상 처리부(16)에 의해 처리된 화상 데이터를 기억한다.

제어부(15)는 적어도, 예컨대 CPU(Central Processing Unit) 및 RAM(Random Access Memory), ROM(Read Only Memory) 등의 컴퓨터에 이용되는 하드웨어 요소를 구비한다. 제어부(15)는, FPGA(Field Programmable Gate Array) 등의 PLD(Programmable Logic Device), 기타 ASIC(Application Specific Integrated Circuit) 등의 디바이스에 의해 실현되어도 좋다.

제어부(15)는, 복수의 조명(32b)을 개별적으로 온(ON) 및 오프(OFF)하는 것이 가능하다. 제어부(15)는, 예컨대 적어도 1개의 조명(32b)을 점등할 수도 있고, 8개의 모든 조명(32b)을 동시에 점등할 수도 있다.

2. 검사 장치의 동작

도 5는, 기판의 제조 방법의 일부인, 검사 장치(100)에 의한 동작을 나타낸 플로우차트이다.

제어부(15)는, 반송부(10)에 의해 반입된 기판(1)상으로 촬상 유닛(30)을 이동시키고, 기판(1)상의 위치 정렬 마크를 촬상 디바이스(31)에 의해 촬영한다. 이로써, 기판(1)과 촬상 유닛(30)이 상대적으로 위치결정된다(단계 101). 또한, 이에 따라, 검사 장치(100)의 시스템 내에서 통일된 좌표계가 결정된다.

제어부(15)는, 조명(32b)을 1개씩 개별적으로 점등시키고, 일정한 위치에 있는 촬상 디바이스(31)를 이용하여, 기판(1)상의 소정의 영역을 그 점등이 전환될 때마다 촬영한다(단계 102).

소정의 영역(촬영 영역(PA))이란, 도 6에 나타낸 바와 같이, 기판(1)의 실장면(P1) 상에 실장된, 측정 대상이 되는 예컨대 1개 이상의 전자부품(P2)을 포함하는 영역이다.

측정 대상이 되는 전자부품이 복수 존재할 경우에는, 그에 따라 촬영 영역(PA)이 복수가 되는 경우도 있다. 혹은, 촬상 디바이스(31)는, 복수의 전자부품(P2)을 포함하는 1개의 영역을 1개의 촬영 영역(PA)으로 하여 촬영해도 되고, 기판(1) 전체를 1개의 촬영 영역(PA)으로 하여 촬영해도 된다. 즉, 측정 대상이 되는 전자부품의 수, 크기, 배치, 촬상 디바이스(31)가 가지는 화각(angle of view, 畵角)이나 해상도에 의해, 촬영 영역(PA)이 적절히 설정될 수 있다.

단계 102에 의해, 제어부(15)는, 8개의 상이한 방향의 광에 의한 측정대상물의 8개의 촬영 영역(PA)의 화상을 취득한다(단계 103). 설명의 편의상, 이하에서는 이러한 복수의 화상을 「화상(A)」라 한다. 이러한 복수(8개)의 화상은, 조도차 스테레오법에 따른 3차원 형상의 측정을 위한 계산에 이용된다. 이 경우, 제어부(15)는 「조도차 스테레오 화상 취득부」로서 기능한다.

제어부(15)는, 촬영한 화상(A)을, 화상 처리부(16)를 통해 화상 기억부(17)에 기억한다. 화상(A)은, 컬러 화상이어도 되고, 그레이 스케일(gray scale) 화상이어도 된다.

또한, 제어부(15)는 모든 조명(32b)을 점등한 상태, 즉, 8개의 조명(32b)의 조사방향을 포함하는 광을 측정대상물에 조사한 상태에서, 촬상 디바이스(31)를 이용하여, 측정대상물을 촬영한다(단계 104). 이에 따라, 제어부(15)는 측정대상물을 포함하는 촬영 영역(PA)의 1개의 화상을 취득한다(단계 105). 이 경우, 제어부(15)는 「화상 취득부」로서 기능한다. 설명의 편의상, 이하에서는, 그 1개의 화상을 「화상(B)」라 한다.

화상(B)은, 반드시 8개의 모든 조명(32b)의 조사에 의한 화상이 아니어도 되며, 8개 중 예컨대 광축을 중심점으로 한 점대칭 위치에 있는 소정 개수의 조명(32b)의 조사에 의한 화상이어도 된다.

제어부(15)는, 촬영한 화상(B)을, 화상 처리부(16)를 통해 화상 기억부(17)에 기억한다. 화상(B)은, 컬러 화상이어도 되고, 그레이 스케일 화상이어도 되며, 화상(A)의 이러한 선택과 동일하게 하는 것이 바람직하다.

제어부(15)는, 화상 처리부(16)에 의해 화상(B)을 해석한다. 도 6은, 상기한 바와 같이 소정 영역(PA)의 화상(예컨대, 화상(B))의 예를 나타낸 것이다. 본 예에서, 전자부품(P2)은 저항 등의 수동소자이다. 화상 처리부(16)는, 화상(B)의 픽셀값(휘도값)에 근거한 엣지 처리 등에 의해, 화상(B)으로부터 복수의 영역을 추출한다(단계 106). 상기 복수의 영역은, 촬영 영역(PA) 내에 있는 대상물의 재질 차이로 구분된 영역이 된다. 즉, 재질의 차이에 의해, 조명광의 반사율 및 반사 방향 등, 반사의 형태가 달라지기 때문이다.

도 7은, 단계 106에 의해 얻어진 영역의 분류를 설명하기 위한 도면이다. 영역(1)은 기판(1)의 표면(실장면)(P1), 영역(2) 및 (4)는 전자부품(P2)의 전극부, 영역(3)은 전자부품(P2)의 수지 패키지부이다.

다음으로 제어부(15)는, 이동 기구(40)의 동작을 제어함으로써, 상기 추출된 복수의 영역(1)∼(4)를 횡단하도록, 촬상 유닛(30)에 지지된 레이저 변위계(33)를 이동시킨다.

제어부(15)는, 레이저 변위계(33)를 이와 같이 주사하면서, 상기 레이저 변위계(33)를 이용하여, 전자부품(P2)의 실장면(P1)으로부터의 높이를 측정한다(단계 107). 즉, 제어부(15)는, 상기 전자부품(P2)의 높이(즉, 높이 변위)를 측정한다. 이 경우, 레이저 변위계(33) 및 제어부(15)는 「높이 측정부」로서 기능한다.

도 8은, 측정대상물의 측정면(R)과 공간의 좌표계와의 관계를 나타낸 것이다. 제어부(15)는, 단계 106에서 추출한 영역마다, 조도차 스테레오법을 이용하여, 이들 영역마다의 구배 필드(C(p, q))를 생성한다(단계 108). p=δz/δx, q=δz/δy이다. 이 경우, 적어도 제어부(15)는, 「3차원 형상 측정부」로서 기능한다.

구체적으로는, 제어부(15)는, 기지(旣知)의 각 조명(32b)의 상대 위치 및 기지의 각 조명(32b)에 의한 조사방향을 이용하여, 추출된 각 영역(1)∼(4) 내의 휘도값 등에 근거하여, 이들 영역마다 p=δz/δx, q=δz/δy를 계산한다. 측정점은, 예컨대 도 7에 나타낸 선분 상에서, 영역마다 적어도 1개의 점(픽셀)이 된다.

단계 108에서 얻어진 구배 필드(p, q)의 데이터가, 실장면(P1)을 포함하는 전자부품(P2)의 형상을 나타낸다. 도 9는, 상기 구배 필드(p, q)의 데이터에 근거한 곡선을 나타낸 것이다. 이 곡선 형상이, 각 영역(1)∼(4)에 대응한 형상을 가진다.

다음으로, 제어부(15)는, 레이저 변위계(33)에서 얻어진 데이터에 근거하여, 구배 필드(p, q)를 보정한다(단계 109). 이 경우, 제어부(15)는 「보정부」로서 기능한다. 영역마다 분단된 도 7에 나타낸 선(線) 상에 있어서의, 레이저 변위계(33)에서의 측정 데이터(pm, qm)와, 이들 데이터에 대응하는 구배 필드(p, q) 간의 차(오차)를 취한 것의 집합을, 각각 (ep, eq)라 한다(이하의 식을 참조). n은 측정 회수, 즉 측정점의 수이다.

점렬(點列)(ep1..n, eq1..n)에 근거하여 산출한 근사식을 각각 e(x), e(y)라 하고, 제어부(15)는, 하기의 식을 이용하여 구배 필드(C(p, q))를 보정한다. 보정된 구배 필드를 pf, qf라 한다. 즉, 보정된 구배 필드(pf, qf)는, 조도차 스테레오법에 따른 3차원 형상의 측정 데이터로부터 상기 오차분을 제거한 값을 나타내고 있다.

상기의 근사식 e(x), e(y)를 구하기 위한 근사 방법은 특별히 한정되지 않지만, 예컨대, 평균법, 바이리니어(bilinear)법, 혹은 n차 근사(예컨대, 2차 근사) 등이 적용될 수 있다.

보정된 구배 필드(pf, qf) 는, 예컨대 도 10에 나타낸 바와 같이, 도 9에 나타낸 것에 비해 그 높이 정보가 보정된 곡선을 나타낸다.

3. 정리

본 실시형태에 따른 검사 장치(100)는, 레이저 변위계(33)에서 얻어진 고정밀도의 데이터에 근거하여, 조도차 스테레오법에 따른 측정으로 얻어진 데이터를 보정하므로, 조도차 스테레오법을 이용한 측정의 정밀도를 향상시킬 수 있다.

특히, 상이한 복수의 재질을 포함하는 영역은, 각각 상이한 반사율을 가지기 때문에, 조도차 스테레오법을 적용하면 고정밀도의 3차원 형상의 데이터는 얻을 수 없다. 그러나, 레이저 변위계(33)에서 얻어진 고정밀도의 데이터를 이용함으로써, 측정대상물이 상이한 복수의 재질을 가지고 있더라도, 조도차 스테레오법에 따른 측정 데이터의 정밀도를 높일 수 있다.

예컨대, 1차원 레이저 변위계를 이용하여, 이것을 2차원 영역 전체 내에서 주사함으로써 3차원 형상을 측정하는 방법에 비해, 본 실시형태에 따른 3차원 측정에 의하면, 고속으로 3차원 형상을 측정할 수 있다. 또한, 2차원 레이저 변위계 등과 같은 고가의 측정기를 이용할 필요도 없기 때문에, 저렴한 비용으로 3차원 형상의 측정이 가능해진다.

본 기술의 3차원 측정 방법을 검사 장치(100)에 적용함으로써, 종래의 검사 장치(100)에 의한 검사 항목에 더하여, 상기 3차원 형상의 측정에 의한 검사가 가능해진다. 따라서, 1대의 검사 장치(100)로 다양한 검사 처리를 실현할 수 있고, 제품의 신뢰성을 향상시킬 수 있다.

4. 기타의 실시형태

본 기술은, 위에서 설명한 실시형태에 한정되지 않으며, 다른 다양한 실시형태를 실현할 수 있다.

상기 실시형태에 따른 검사 장치(100)는, 특히, 기판(1)상에 실장된 전자부품의 상태를 검사하는 것이었지만, 예컨대 기판(1)상에 형성된 납땜 상태를 검사하는 것이어도 된다. 이 경우, 납땜의 상태를 검사하는 검사 장치는, 그 3차원 형상의 측정 데이터를 이용하여, 납땜의 체적을 산출하도록 해도 된다.

측정대상물로서는, 상기와 같이 수동소자가 아니어도 되며, 능동소자도 포함한 다양한 것에 본 기술을 적용할 수 있다.

혹은, 3차원 측정 장치가 검사 장치(100)에 적용되는 것이 아니라, 3차원 측정 장치가 3차원 측정의 단독의 기능을 가지는 장치여도 좋다. 예컨대 본 기술은, 의료분야나 다른 산업분야에서 이용되는 3차원 측정 장치에 적용되어도 좋다.

도 7에 나타낸 바와 같이, 레이저 변위계(33)를 주사하는 방향은 X방향이었지만, X 및 Y의 양(兩)방향의 성분을 포함하는 주사방향이어도 된다. 이에 의해, 측정점의 수를 증가시킬 수 있고, 계산의 정확성을 높일 수 있다. 혹은, 1개의 측정대상물 내에서 복수 방향의 선을 따라 주사가 행해져도 좋다.

도 6에 나타낸 예에서는, 촬상 디바이스(31)에 의한 촬영 영역(PA)이, 1개의 전자부품(P2)의 화상을 포함하는 영역이었다. 그러나, 예컨대 그 촬영 영역이 복수의 전자부품의 화상을 포함하는 경우, 제어부(15)는, 그 복수의 전자부품의 상대 배치, 자세, 방향 등에 따른, 변위계의 주사 처리 알고리즘을 가지고 있어도 된다. 이에 의해, 검사의 시간 효율을 높일 수 있다.

상기 실시형태에서는, 레이저 변위계가 이용되었지만, 광 간섭을 이용한 변위계나, 초음파를 이용한 변위계, 접촉식 변위계 등을 이용해도 된다. 변위계에 한정되지 않고, 예컨대 광 절단법 등, 예컨대 적어도 1차원 형상의 광을 측정대상물에 조사하여 그 광의 반사 상태를 검출할 수 있는 센서가 있다면, 어떠한 기기여도 상관없다.

도 5에 나타낸 단계 102(및 103)와, 단계 104(및 105)의 순서는 반대여도 좋다.

혹은, 이들 단계 102 및 104는, 각각 조명광의 파장을 바꾸어 동시에 행해져도 된다. 이 경우, 예컨대 화상(A)을 취득하기 위한 촬영은 가시광선이 이용되며, 화상(B)을 취득하기 위한 촬영은 적외선이 이용됨으로써, 이들을 동시에 촬영할 수 있다. 이 경우, 촬상 디바이스는 이러한 상이한 파장의 광을 각각 검출가능한 이미지 센서를 구비할 필요가 있다.

혹은, 화상 처리부(16)가, 단계 102(및 103)에서 얻어진 화상(A)을 처리함으로써, 화상(B)을 생성해도 된다. 이 경우, 단계 104 및 105는 불필요해진다.

상기 실시형태는, 촬상 유닛이, 반송부(10)에 유지된 기판에 대해 이동하는 구성이었지만, 촬상 유닛이 고정되어 있고, 기판을 유지시키는 유지부가 촬상 유닛에 대해 이동하는 구성이어도 된다.

상기 실시형태에서는, 광원이 되는 조명(32b)의 수가 8개였지만, 적어도 3개면 되고, 9개 이상이어도 된다.

상기 실시형태에서는, 촬상 유닛(30)에 레이저 변위계(33)가 일체적으로 지지되어 있었지만, 이들을 개별적으로 이동시키는 기구를 검사 장치가 구비하고 있어도 된다.

상기 실시형태에서는, 레이저 변위계(33)로서의 높이 측정부는, 전자부품의 복수의 영역(1)∼(4)를 횡단하도록 하여, 높이 변위를 측정하였다. 이러한 측정 방법에 한정되지 않고, 높이 측정부는, 예컨대 이들 영역마다 적어도 1점씩의 측정점에서 높이를 측정해도 된다.

이상 설명한 각 형태의 특징 부분 중, 적어도 2개의 특징 부분을 조합하는 것도 가능하다.

본 기술은 이하와 같은 구성도 채용할 수 있다.

(1)

측정대상물의 소정 위치의 높이, 또는, 높이 변위를 측정하도록 구성된 높이 측정부와,

조도차 스테레오법에 의해 상기 측정대상물의 3차원 형상을 측정하도록 구성된 3차원 형상 측정부와,

상기 높이 측정부에서 얻어진 데이터에 근거하여, 상기 3차원 형상 측정부에서 얻어진 데이터를 보정하도록 구성된 보정부

를 구비하는 3차원 측정 장치.

(2)

(1)에 기재된 3차원 측정 장치로서,

상기 3차원 형상 측정부는, 3개 이상의 광원에 의해 각각 개별적으로 광이 조사된 측정대상물을 포함하는 영역을 촬상 디바이스로 촬영함으로써, 3개 이상의 화상을 취득하도록 구성된 조도차 스테레오 화상 취득부를 포함하는

3차원 측정 장치.

(3)

(2)에 기재된 3차원 측정 장치로서,

상기 3개 이상의 광원에 의한 조사방향을 포함하는 광이 조사된 상기 측정대상물을 상기 촬상 디바이스로 촬영함으로써, 상기 측정대상물을 포함하는 화상을 취득하도록 구성된 화상 취득부와,

상기 화상 취득부에서 얻어진 상기 측정대상물을 포함하는 화상 내의 복수의 영역을 추출하도록 구성된 화상 처리부

를 더 구비하는 3차원 측정 장치.

(4)

(3)에 기재된 3차원 측정 장치로서,

상기 높이 측정부는, 상기 화상 처리부에서 얻어진 상기 복수의 영역을 횡단하는 선을 따라,

상기 측정대상물의 높이를 측정하는

3차원 측정 장치.

(5)

(3) 또는 (4)에 기재된 3차원 측정 장치로서,

상기 3차원 형상 측정부는, 상기 화상 처리부에 의해 추출된 영역마다, 상기 3차원 형상을 측정하는

3차원 측정 장치.

(6)

(1) 내지 (5) 중 어느 하나에 기재된 3차원 측정 장치로서,

상기 보정부는, 상기 높이 측정부에서 얻어진 데이터와 상기 3차원 형상 측정부에서 얻어진 데이터와의 차에 근거하여, 상기 3차원 형상 측정부에서 얻어진 데이터를 보정하는

3차원 측정 장치.

(7)

(6)에 기재된 3차원 측정 장치로서,

상기 보정부는, 상기 3차원 형상 측정부에서 얻어진 데이터로부터 상기 차분을 제거하는 3차원 측정 장치.

(8)

(1) 내지 (7) 중 어느 하나에 기재된 3차원 측정 장치로서,

상기 높이 측정부는, 변위계를 가지는

3차원 측정 장치.

(9)

3개 이상의 광원과,

측정대상물을 촬영가능한 촬상 디바이스와,

상기 측정대상물의 소정 위치의 높이, 또는, 높이 변위를 측정하도록 구성된 높이 측정부와,

상기 3개 이상의 광원 및 상기 촬상 디바이스를 이용하여, 조도차 스테레오법에 의해 상기 측정대상물의 3차원 형상을 측정하도록 구성된 3차원 형상 측정부와,

를 구비하는 3차원 측정 장치.

(10)

(9)에 기재된 3차원 측정 장치로서,

상기 측정대상물인 기판을 유지시키는 유지부와,

상기 유지부 상에 배치되어, 상기 촬상 디바이스 및 상기 3개 이상의 광원을 일체적으로 지지하는 지지부와,

상기 유지부와 상기 지지부를 상대적으로 이동시키는 이동 기구

를 더 구비하는 3차원 측정 장치.

(11)

측정대상물의 소정 위치의 높이, 또는, 높이 변위를 측정하고,

조도차 스테레오법에 의해 상기 측정대상물의 3차원 형상을 측정하고,

상기 높이 또는 높이 변위의 측정으로 얻어진 데이터에 근거하여, 상기 3차원 형상의 측정으로 얻어진 데이터를 보정하는

3차원 측정 방법.

(12)

기판상에, 부품을 실장하거나 또는 납땜을 형성하여,

상기 기판상의 상기 부품 또는 상기 납땜의, 소정 위치의 높이, 또는, 높이 변위를 측정하고,

조도차 스테레오법에 의해 상기 부품 또는 상기 납땜의 3차원 형상을 측정하고,

기판의 제조 방법.

PA : 촬영 영역
P2 : 전자부품
1 : 기판
10 : 반송부
15 : 제어부
16 : 화상 처리부
17 : 화상 기억부
20 : 백업부
30 : 촬상 유닛
31 : 촬상 디바이스
32 : 조명부
32a : 돔 부재
32b : 조명
33 : 레이저 변위계
40 : 이동 기구
100 : 검사 장치

Claims

측정대상물의 소정 위치의 높이, 또는, 높이 변위를 측정하도록 구성된 높이 측정부와,
조도차 스테레오법에 의해 상기 측정대상물의 3차원 형상을 측정하도록 구성된 3차원 형상 측정부와,
상기 높이 측정부에서 얻어진 데이터에 근거하여, 상기 3차원 형상 측정부에서 얻어진 데이터를 보정하도록 구성된 보정부
를 구비하는 3차원 측정 장치.
제 1항에 있어서,
상기 3차원 형상 측정부는, 3개 이상의 광원에 의해 각각 개별적으로 광이 조사된 측정대상물을 포함하는 영역을 촬상 디바이스로 촬영함으로써, 3개 이상의 화상을 취득하도록 구성된 조도차 스테레오 화상 취득부를 포함하는
3차원 측정 장치.
제 2항에 있어서,
상기 3개 이상의 광원에 의한 조사방향을 포함하는 광이 조사된 상기 측정대상물을 상기 촬상 디바이스로 촬영함으로써, 상기 측정대상물을 포함하는 화상을 취득하도록 구성된 화상 취득부와,
상기 화상 취득부에서 얻어진 상기 측정대상물을 포함하는 화상 내의 복수의 영역을 추출하도록 구성된 화상 처리부
를 더 구비하는 3차원 측정 장치.
제 3항에 있어서,
상기 높이 측정부는, 상기 화상 처리부에서 얻어진 상기 복수의 영역을 횡단하는 선을 따라,
상기 측정대상물의 높이를 측정하는
3차원 측정 장치.
제 3항에 있어서,
상기 3차원 형상 측정부는, 상기 화상 처리부에 의해 추출된 영역마다, 상기 3차원 형상을 측정하는
3차원 측정 장치.
제 1항에 있어서,
상기 보정부는, 상기 높이 측정부에서 얻어진 데이터와 상기 3차원 형상 측정부에서 얻어진 데이터와의 차(差)에 근거하여, 상기 3차원 형상 측정부에서 얻어진 데이터를 보정하는 3차원 측정 장치.
제 6항에 있어서,
상기 보정부는, 상기 3차원 형상 측정부에서 얻어진 데이터로부터 상기 차분(差分)을 제거하는 3차원 측정 장치.
제 1항에 있어서,
상기 높이 측정부는, 변위계를 가지는 3차원 측정 장치.
3개 이상의 광원과,
측정대상물을 촬영가능한 촬상 디바이스와,
상기 측정대상물의 소정 위치의 높이, 또는, 높이 변위를 측정하도록 구성된 높이 측정부와,
상기 3개 이상의 광원 및 상기 촬상 디바이스를 이용하여, 조도차 스테레오법에 의해 상기 측정대상물의 3차원 형상을 측정하도록 구성된 3차원 형상 측정부와,
상기 높이 측정부에서 얻어진 데이터에 근거하여, 상기 3차원 형상 측정부에서 얻어진 데이터를 보정하도록 구성된 보정부
를 구비하는 3차원 측정 장치.
제 9항에 있어서,
상기 측정대상물인 기판을 유지시키는 유지부와,
상기 유지부 상에 배치되어, 상기 촬상 디바이스 및 상기 3개 이상의 광원을 일체적으로 지지하는 지지부와,
상기 유지부와 상기 지지부를 상대적으로 이동시키는 이동 기구
를 더 구비하는 3차원 측정 장치.
측정대상물의 소정 위치의 높이, 또는, 높이 변위를 측정하고,
조도차 스테레오법에 의해 상기 측정대상물의 3차원 형상을 측정하고,
상기 높이 또는 높이 변위의 측정으로 얻어진 데이터에 근거하여, 상기 3차원 형상의 측정으로 얻어진 데이터를 보정하는
3차원 측정 방법.
기판상에, 부품을 실장하거나 또는 납땜을 형성하여,
상기 기판상의 상기 부품 또는 상기 납땜의, 소정 위치의 높이, 또는, 높이 변위를 측정하고,
조도차 스테레오법에 의해 상기 부품 또는 납땜의 3차원 형상을 측정하고,
상기 높이 또는 높이 변위의 측정으로 얻어진 데이터에 근거하여, 상기 3차원 형상의 측정으로 얻어진 데이터를 보정하는
기판의 제조 방법.