TWI384194B - 三次元計測裝置及基板檢查機 - Google Patents

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Description

三次元計測裝置及基板檢查機
本發明係關於三次元計測裝置、及具備該三次元計測裝置之基板檢查機者。
一般，在印刷基板上安裝電子零件之情況，首先，在被配設於印刷基板上之預定的電極圖案上印刷焊膏。接著，根據該焊膏之黏性，於印刷基板上暫時固定電子零件。其後，將該印刷基板導向迴焊爐，利用經過預定之迴焊過程而進行焊接。迄今，在導向迴焊爐之前階段，需要檢查焊膏之印刷狀態，在進行此檢查時，使用三次元計測裝置。另外，在經過迴焊步驟之後，亦需要檢查電子零件之安裝狀態，在該檢查時亦有使用三次元計測裝置的情況。
近年來，提出了各種有關於利用光之所謂非接觸式的三次元計測裝置，其中，還提出了有關於利用移相法之三次元計測裝置的技術(例如，專利文獻1等)。在利用該移相法之三次元計測裝置中，利用由光源與正弦波圖案之濾波器的組合所構成之照射手段，將具有正弦波狀(條紋狀)之光強度分布的光圖案照射於印刷基板。並利用配置於正上方之CCD照相機觀察基板上之點。在此情況時，畫面上之點P的光強度I係由下式所提供。
[其中：e：直流光雜訊(偏移成份)；f；正弦波之對比度(反射率)；：依物体之凹凸所供給之相位]
此時，使光圖案移動，以使相位作例如4個階段(＋0、＋π/2、＋π、＋3π/2)的變化，然後取入具有對應該等之強度分布I0、I1、I2、I3的影像，並根據下式求取調變量α。
α＝arctan{(I3－I1)/(I0－I2)}
使用此調變量α，以求取焊膏等之計測對象上的點P之三次元座標(X,Y,Z)，藉此計測此計測對象之三次元形狀、尤其是高度。
然而，實際之計測對象有高度高者亦有低者。例如，有關於焊膏的情況，有薄膜狀者，亦有呈圓錐台狀突起者。當配合該等測定對象中最大高度者而擴大照射之光圖案的條紋間隔時，會使得分解能變粗，恐有測定精度惡化之虞。另一方面，若將條紋之間隔減小，雖可提升精度，但恐有可測定之高度範圍不足(條紋數成為其他者)之虞。
於是，提出一種將上述之移相法及空間碼化法加以組合，以增大可測定之高度範圍，同時可實現高精度之計測的方法(例如，參照專利文獻2)。
[專利文獻1]日本特開平11－211443號公報[專利文獻2]日本特開平11－148810號公報
然而，在上述專利文獻2記載之技術中，不僅是在移相法中，即使在空間碼化法時，亦必須進行預定之次數的拍攝，其必然會導致拍攝次數之增加。因此，會招致綜合 處理速度下降，恐有花費計測時間之虞。
本發明係鑒於上述情況所提出並完成發明者，其目的在於，提供一種三次元計測裝置及基板檢查機，係可加大能測定之高度範圍，且可實現高精度之計測，並可將拍攝次數抑制在最小的限度，進而，可實現提升計測(或檢查)效率。
以下，針對適合用以解決上述目的等之各手段，分項進行說明。又，並依需要而於對應之手段附記特有之作用效果等。
第1手段：一種三次元計測裝置，其具備：照射手段，係可對基板本體上之計測對象部照射移相法用之條紋狀光圖案及空間碼化法用的條紋狀光圖案；攝影手段，其可拍攝已照射了該光圖案之計測對象部；攝影控制手段，其用以控制該攝影手段的拍攝；第1運算手段，其根據由該攝影手段所拍攝之複數種的影像資料，藉由移相法至少運算該計測對象部之高度；及第2運算手段，其根據由該攝影手段所拍攝之影像資料，藉由空間碼化法來特定根據該移相法而以該第1運算手段進行運算時之影像資料中對應於該計測對象部的條紋，其特徵為：該攝影控制手段係根據基板之設計資料及製造資料中至少任一方，取得該計測對象部之高度資訊或大致高度資 訊，並根據該高度資訊或大致高度資訊，來決定基於該空間碼化法用之光圖案的照射之該攝影手段的拍攝次數，並以所決定之拍攝次數來執行拍攝。
根據第1手段，基於由攝影手段所拍攝之複數種的影像資料，藉由第1運算手段，並藉由移相法至少運算計測對象部之高度。另外，於此運算之前、或是與此同時，根據由攝影手段所拍攝之影像資料，藉由第2運算手段，並藉由空間碼化法來特定根據移相法而以第1運算手段進行運算時之影像資料中對應於該計測對象部的條紋。概括而言，在藉由空間碼化法特定了移相法中對應於計測對象部的條紋、即條紋數之基礎上，藉由第1運算手段來運算計測對象部之高度。因此，可獲得作為空間碼化法之優點、即增大能測定之高度範圍、及作為移相法之優點、即能實現高精度之計測的雙方之效果。
另外，藉由攝影控制手段來控制該攝影手段所進行之拍攝。尤其是在第1手段中，藉由攝影控制手段，並基於基板之設計資料及製造資料中至少一方的資料，來取得計測對象部之高度資訊或大致高度資訊。並根據該高度資訊或大致高度資訊，來決定基於該空間碼化法用之光圖案的照射之該攝影手段的拍攝次數，並以所決定之拍攝次數來執行拍攝。因此，在計測對象部之高度並沒那麼高的情況下，可進一步減少基於空間碼化法用之光圖案的照射之攝影手段的拍攝次數。另一方面，在計測對象部之高度較高的情況下，利用因應於此而增加基於空間碼化法用之光圖 案的照射之攝影手段的拍攝次數，可對應高度範圍來正確地特定移相法之條紋數。亦即，可決定響應該時時取得之計測對象部的高度資訊等之最小限度的最適拍攝次數，進而能以綜合性亦是最小限度之拍攝次數，實現精度高之三次元計測。其結果可實現計測效率之提升。
第2手段：一種三次元計測裝置，其具備：照射手段，係可對基板本體上之計測對象部照射具有大致正弦波狀的光強度分布之移相法用的條紋狀光圖案及光強度分布依照預定碼之空間碼化法用的條紋狀光圖案；攝影手段，其可拍攝已照射了該移相法用之光圖案及空間碼化法用的光圖案之計測對象部；攝影控制手段，其用以控制該攝影手段的拍攝；第1運算手段，其根據由該攝影手段所拍攝之複數種的影像資料，藉由移相法至少運算該計測對象部之高度；及第2運算手段，其根據由該攝影手段所拍攝之影像資料，藉由空間碼化法來特定根據該移相法而以該第1運算手段進行運算時之條紋數，並構成為在藉由該第2運算手段對根據該移相法而以該第1運算手段進行運算時之條紋數進行特定後之基礎上，藉由該第1運算手段來運算該計測對象部之高度，其特徵為：該攝影控制手段係根據基板之設計資料及製造資料中至少任一方，取得該計測對象部之高度資訊或大致高度資 訊，並根據該高度資訊或大致高度資訊，來決定基於該空間碼化法用之光圖案的照射之該攝影手段的拍攝次數，並以所決定之拍攝次數來執行拍攝。
根據第2手段，基本上可獲得與第1手段相同之作用效果。亦即，可增大藉由空間碼化法所能測定之高度範圍，可藉由移相法實現高度精度之計測。另外，可決定響應該時常取得之計測對象部的高度資訊等之最適且最小限度的拍攝次數，可實現計測效率之提升。
第3手段：如第1或第2手段之三次元計測裝置，其中在所取得之該高度資訊或大致高度資訊是該計測對象部之高度未滿第1預定值的內容之資訊的情況，該攝影控制手段將基於該空間碼化法用之光圖案的照射之該攝影手段的拍攝次數設為零次，且不經過根據該第2運算手段之特定，而藉由該第1運算手段來運算該計測對象部之高度。
根據第3手段，在計測對象部之高度未滿第1預定值的情況，不進行基於空間碼化法用之光圖案的照射之拍攝。亦即，不經過根據第2運算手段之特定，而僅藉由移相法來運算計測對象部之高度。藉此，在計測對象部之高度低的情況，不需要特意地進行空間碼化法用之拍攝，便可實現高精度之計測。其結果，可實現更進一步之計測效率。
第4手段：如第1至第3手段中任一項之三次元計測裝置，其中在所取得之該高度資訊或大致高度資訊是該計測對象部之高度為第1預定值以上的內容之資訊的情況， 該攝影控制手段將基於該空間碼化法用之相異的光圖案的照射之該攝影手段的拍攝次數設為二次以上。
根據第4手段，在計測對象部之高度為第1預定值以上的情況，將基於空間碼化法用之相異的光圖案的照射之該攝影手段的拍攝次數設為二次以上。如此，利用2次以上之拍攝，使得空間碼化法用之影像資料存在2個以上。藉此，即使僅在移相法中存在有複數個高度候補的情況，仍可更為正確地特定移相法之條紋數，進而可實現正確之計測。
第5手段：如第1至第4手段中任一項之三次元計測裝置，其中該移相法用之條紋狀光圖案，係在基於該移相法用之條紋狀光圖案的照射之每一次拍攝，為相同周期且不同相位之圖案。
根據第5手段，在基於移相法用之條紋狀光圖案的照射之每一次拍攝，照射相同周期且不同相位之圖案。因此，可達成根據移相法之運算式、運算程式之簡化，同時可提升計測精度。
第6手段：如第1至第5手段中任一項之三次元計測裝置，其中該空間碼化法用之條紋狀光圖案，係在基於該空間碼化法用之光圖案的照射之每一次拍攝，對於最小周期之光圖案，以每次乘上不同之整數值的周期而使明暗顛倒之圖案。
根據第6手段，伴隨著拍攝次數之增加，可增大能計測之高度範圍。
第7手段：如第1至第6手段中任一項之三次元計測裝置，其中該照射手段係由單一照明所構成，其可切換性地照射移相法用之光圖案及空間碼化法用的光圖案。
根據第7手段，在移相法用及空間碼化法用方面，可不需要使用相異之照射手段，可達成省空間化及抑制成本之增加。
第8手段：如第1至第7手段中任一項之三次元計測裝置，其中該照射手段具備光源及液晶縫隙板；利用控制對該液晶縫隙板之一面側的複數電極施加的電壓，使來自該光源之光線呈大致正弦波狀透過，而照射移相法用之條紋狀光圖案，同時使來自該光源之光線呈條紋狀透過而照射空間碼化法用的明暗條紋狀之光圖案。
根據第8手段，藉由採用液晶縫隙板，即可對應移相法用之照射，亦可對應空間碼化法用之照射。因此，可更為確實地獲得第7手段中所述之作用效果。
第9手段：一種基板檢查機，係具備如第1至第8手段中任一項之三次元計測裝置。
如第9手段，亦可將上述各技術思想具體實現在具備三次元計測裝置之基板檢查機中。
以下，參照圖面，說明一實施形態。
第1圖為模式地顯示具備本實施形態之三次元計測裝置的基板檢查機1之概略構成圖。如同圖所示，基板檢查機1具備：用以載置印刷有作為檢查對象之焊膏的印刷基 板K的輸送帶2；從斜上方對印刷基板K之表面照射預定之光圖案用的照射手段3；及用以拍攝印刷基板K上之該被照射之區域的構成攝影手段之CCD照相機4。又，本實施形態之焊膏C，係印刷形成於由設於印刷基板K上之銅箔所構成的電極圖案上。另外，在電極圖案上被施以鍍焊。又，在檢查時，該輸送帶2係構成為與印刷基板K一起朝水平方向(X軸方向及Y軸方向)滑行。
在此，更為詳細地說明照射手段3。照射手段3具備：由LED構成之光源11；對從光源11照射之光進行聚光的聚光透鏡12；液晶透過裝置13；及投影透過液晶透過裝置13之光圖案的投影透鏡14。
在本實施形態中，該照射手段3係構成為可將移相法用之光圖案及空間碼化法用之光圖案加以切換而進行照射。更詳言之，移相法用之光圖案係指以一定之周期使照度(亮度)作正弦波狀變化的條紋狀光圖案。該正弦波狀變化的條紋狀光圖案，係於移相法用之照射時，使相位各變化1/4之間隔。
另外，空間碼化法用之條紋狀光圖案，係指在各拍攝次數的每次，對於最小周期之光圖案，以每次乘上不同之整數值的周期而使明暗顛倒之圖案。更詳言之，將該移相法用之條紋狀光圖案的一個周期量作為最小周期，第一次係照射在該一周期內進行包括各一次明暗之反轉的條紋狀之光圖案，第二次係照射以其2倍之周期進行包括各一次明暗之反轉的條紋狀之光圖案。第三次係照射再以其倍數 (該最小周期之4倍)之周期進行包括各一次明暗之反轉的條紋狀之光圖案。
為了實現此種光圖案之照射，在本實施形態中，液晶透過裝置13係採用如下之構成。亦即，如第2圖所示，液晶透過裝置13係包含液晶縫隙板21；及對來自後述之控制裝置7的液晶控制部72之圖案信號進行解碼，以使該液晶縫隙板21之縫隙圖案變化的解碼器22之構成。在液晶縫隙板21之一方的表面設有於同圖縱軸方向被分割之複數根陽極側透明電極25a,25b,25c,...25h(總稱時表記為25。另外，圖面中終究只是概示，而實際上設有多根陽極側透明電極)，並從解碼器22分別對於此等施加電壓，而供應電力。在液晶縫隙板21之另一方的表面，形成有單一且共同之陰極側透明電極26，此電極26被接地。作為充填於電極25,26之間的液晶，係可使用藉由電壓之施加而成為遮光性者或是成為透光性者當中任一者。
再者，說明上述液晶透過裝置13之光控制圖案。如上述，成為可藉由液晶透過裝置13而對移相法用之光控制圖案及空間碼化法用之光控制圖案進行切換的構成。作為移相法用之光控制圖案，如第3圖之相位移(S1)~相位移(S4)的光控制圖案例所示，構成為使光之透過率呈階段狀變化，並以描繪大致正弦波的方式而使光透過的構成。然後，隨著依照從相位移(S1)至相位移(S4)的順序來切換光控制圖案，相位各偏差90度(π/2)。藉此，從照射手段3照射出以一定周期而呈大致正弦波狀變化的光圖案，如上述，建 構成以相位發生偏差之方式進行4次之照射，而於各次照射進行移相法用之拍攝。
另外，作為空間碼化法用之光控制圖案，如第3圖之空間碼(C1)~空間碼(C3)的光控制圖案例所示，建構成在光之透過率為[0(最小)]及[4(最大)]之間交互地使光透過。如上述，空間碼(C1)係將相位移(S1)~(S4)的透光圖案之一個周期量作為一周期(最小周期)，而在該一周期內進行包括各一次明(透光)．暗(遮蔽)之反轉的條紋狀之光控制圖案。另外，空間碼(C2)係以其2倍之周期進行包括各一次明．暗之反轉的條紋狀之光控制圖案。又，空間碼(C3)係再以其倍數(該空間碼(C1)之4倍)之周期進行包括各一次明暗之反轉的條紋狀之光控制圖案。
在本實施形態中，在根據移相法進行計測時，雖於各測定點進行4次之拍攝，但在根據空間碼化法之計測時，如後述，根據時常之焊膏的大致高度資訊，來決定基於該空間碼化法用之光圖案的照射之拍攝次數，並以所決定之拍攝次數來執行拍攝及照射。更詳言之，其構成為：在根據焊膏的大致高度資訊，判斷焊膏(計測對象部)是在例如0μm~100μm(但不包含100μm；以下相同)之範圍內的情況，可進行第1形態之計測。另外，在判斷計測對象部是在例如100μm~200μm(但不包含200μm；以下相同)之範圍內的情況，可進行第2形態之計測。又，在判斷計測對象部是在例如200μm~400μm之範圍內的情況，可進行第3形態之計測。又，在本實施形態中，為了便於說明，以沒 有焊膏(計測對象部)之高度是超過400μm的情況進行說明。
在進行第1形態之計測的情況，空間碼化法用之拍攝次數成為零次。藉此，在此情況時，僅根據移相法進行計測。
在進行第2形態之計測的情況，空間碼化法用之拍攝次數成為2次。在此情況時，以最小周期之空間碼(C1)及其2倍之周期的空間碼(C2)的光控制圖案進行照射。
又，在進行第3形態之計測的情況，空間碼化法用之拍攝次數成為3次。在此情況時，以最小周期之空間碼(C1)、其2倍之周期的空間碼(C2)及再為其2倍之周期的空間碼(C3)的光控制圖案進行照射。
另外，如第1圖所示，設置控制裝置7，其用以驅動控制該照射手段3、CCD照相機4、輸送帶2等，並根據由CCD照相機4所拍攝之攝影資料來執行各種之運算(計測)及檢查。亦即，當印刷基板K配置於輸送帶2上之預定位置上時，控制裝置7首先對未圖示之馬達等進行驅動控制而使其移動至預定位置，並使印刷基板K移動至初期位置。此初期位置例如係以CCD照相機4之視野的大小作為一個單位而預先將印刷基板K之表面加以分割中的一個位置。另外，控制裝置7係對照射手段3進行驅動控制而開始光圖案之照射，同時將移相法用之光圖案，使相位各偏移1/4間隔，而依序切換控制4種類之照射。另外，與此同時，依需要執行空間碼化法用之光圖案的照射。又，在依此進行光圖案之照射的期間，控制裝置7驅動控制CCD 照相機4，依該等照射的每次來拍攝檢查區域部分，分別獲得需要之影像資料(移相法用之影像資料及空間碼化法用的影像資料)。
控制裝置7具備影像記憶體，用以依序記憶各影像資料。控制裝置7係根據該記憶之影像資料進行各種影像處理。在進行上述影像處理之期間，控制裝置7對馬達進行驅動控制，將輸送帶2(印刷基板K)移動至下一檢查區域。控制裝置7亦將此時之影像資料儲存於影像記憶體內。另一方面，一旦在影像記憶體之影像處理結束時，因已在影像記憶體內記憶有下一影像資料，所以，控制裝置7可迅速地進行下一影像處理。即，檢查係一方面進行朝下一檢查區域(第n＋1個)的移動及影像輸入，另一方面進行第n位之影像處理及計測．判定。其後，在所有檢查區域之檢查完成之前，交互地反複進行相同之上述平行處理。如此，在本實施形態之基板檢查裝置1中，一面藉由控制裝置7之控制而移動於檢查區域，一面依序進行影像處理，藉以進行包括印刷基板K上之焊膏的高度計測之三次元計測，可高速且確實地檢查焊膏之印刷狀態。
為了實現如上述之控制，控制裝置7具備：主控制部71、液晶控制部72、光源控制部73及作為攝影控制手段的照相機控制部74。液晶控制部72係主要用以控制上述液晶透過裝置13的光控制圖案。另外，光源控制部73係主要用以控制光源11的亮燈及熄燈等。又，照相機控制部74，如上述，係控制CCD照相機4之對檢查區域部分的拍 攝。另外，照相機控制部74係除執行拍攝以外，亦可構成為可根據印刷基板K之設計資料、製造資料等，來取得(讀取)焊膏之大致高度資訊。另外，如上述，在照相機控制部74中，可根據大致高度資訊，來決定基於該空間碼化法用之光圖案的照射之由CCD照相機4所拍攝的拍攝次數。
在本實施形態中，作為該大致高度資訊，基於所取得(讀入)之印刷基板K的圖庫資料，可獲得焊膏(各計測對象部)之大約高度。當然，作為印刷基板K之設計資料、製造資料，不限定於圖庫資料，亦可採用CAD資料、組裝資料、或零件資料及該等之中的任意組合。
又，主控制部71係主要司職各控制部72~74的各種控制，同時進行輸送帶2之控制、或是根據由拍攝所獲得之影像資料進行影像處理及計測(根據移相法之計測、根據空間碼化法之計測)．判定。即，主控制部71亦可用作為本發明之第1運算手段及第2運算手段。
其次，參照第4圖之流程圖，說明由以主控制部71為首之控制裝置7所執行之三次元計測(基板檢查)的處理內容。第4圖顯示預定檢查區域中之基板檢查的處理內容之一例。在控制裝置7，在步驟S101，讀入符合之印刷基板K的圖庫資料。接著，在步驟S102，獲得焊膏(計測對象部)之大致高度。
然後，在獲得之計測對象部的大致高度處在0μm~100μm之範圍內的情況，移行至步驟S103，執行第1形態之計測。在第1形態之計測中，如第5圖所示，空間碼化 法用之拍攝次數成為零次。藉此，在此情況時，僅根據移相法進行計測。亦即，根據上述相位移(S1)~相位移(S4)的光控制圖案，進行如第5圖所示之移相法(IS1)~移相法(IS4)的4次之光圖案照射，並於各次照射，進行移相法用之拍攝。然後，藉由在背景技術中亦已說明之公知的移相法，進行僅基於該移相法之計測對象部之高度計測。
另外，在獲得之計測對象部的大致高度處在100μm~200μm之範圍內的情況，移行至步驟S104，執行第2形態之計測。在第2形態之計測時，空間碼化法用之拍攝次數成為2次。在此情況時，進行在最小周期之空間碼(C1)及其2倍之周期的空間碼(C2)的光控制圖案的照射。亦即，進行如第6圖所示之空間碼化法(KC1)及空間碼化法(KC2)之2次光圖案的照射，並於各次照射，進行空間碼化法用之拍攝。另外，與該拍攝分開地進行移相法(IS1)~移相法(IS4)的4次之光圖案照射，並於各次照射，進行移相法用之拍攝。然後，首先基於空間碼化法來特定計測對象部之空間碼編號。藉此，特定移相法之條紋數。另外，根據被特定之條紋數，藉由移相法進行計測對象部之高度計測。
在獲得之計測對象部的大致高度處200μm~400μm之範圍內的情況，移行至步驟S105，執行第3形態之計測。又，在第3形態之計測時，空間碼化法用之拍攝次數成為3次。在此情況時，進行在最小周期之空間碼(C1)、其2倍之周期的空間碼(C2)及再為其2倍之周期的空間碼(C3)的光控制圖案的照射。亦即，進行如第7圖所示之空間碼 化法(KC1)、空間碼化法(KC2)及空間碼化法(KC3)之3次光圖案的照射，並於各次照射之每次，進行空間碼化法用之拍攝。另外，與該拍攝分開地進行移相法(IS1)~移相法(IS4)的4次之光圖案照射，並於各次照射，進行移相法用之拍攝。然後，首先基於空間碼化法來特定計測對象部之空間碼編號。藉此，特定移相法之條紋數。另外，根據被特定之條紋數，藉由移相法進行計測對象部之高度計測。
從上述步驟S103、S104、S105移行並在步驟S106判定計測結果。亦即，判定在該各步驟S103~S105之計測對象部的高度是否在預定之允許範圍內。然後，接著在步驟S107，將此判定結果輸出至外部，並暫時結束其後之處理。更詳言之，在計測對象部的高度處於預定之允許範圍內的情況，輸出OK(良)之訊息，在計測對象部的高度不在允許範圍內的情況，則當作不良狀況，發出警告音或是暫時停止檢查機的動作，或是於監視器上進行此訊息之顯示，以通知作業者等。
在此，參照第8圖說明更為具體之事例。如上述，最終之計測對象部的高度，係根據由移相法所獲得之相位角θ所求取。例如，如第8圖所示，設移相法中之正弦波的一個周期量對應於100μm，且藉由移相法所獲得之相位角θ為90度。於是，參照同圖，作為候補之高度成為[25μm]、[125μm]、[225μm]...。在此，在推定為根據圖庫資料之計測對象部的大致高度是在100μm~200μm之範圍內的情況，進行第2形態之計測。亦即，在此情況時，空間碼化 法用之拍攝次數成為2次[進行空間碼化法(KC1)及空間碼化法(KC2)之2次光圖案的照射，並於各次照射，進行空間碼化法用之拍攝]。若由空間碼化法所求得之空間碼編號為[0]的話(若條紋數為0)，則實際之高度為[25μm]，若空間碼編號為[2]的話(若條紋數為1)，則實際之高度為[125μm]。
另外，在上述事例中，設藉由移相法所獲得之相位角θ為180度。於是，參照同圖，作為候補之高度成為[50μm]、[150μm]、[250μm]...。在此，在推定為根據圖庫資料之計測對象部的大致高度是在100μm~200μm之範圍內的情況，與上述相同地進行第2形態之計測，空間碼化法用之拍攝次數成為2次。若由空間碼化法所求得之空間碼編號為[0]或[1]的話(若條紋數為0或2)，則實際之高度為[50μm]，若空間碼編號為[2]或[3]的話(若條紋數為1)，則實際之高度為[150μm]。
又，說明其他之事例如下。例如，如第9圖所示，設移相法中之正弦波的一個周期量對應於100μm，且藉由移相法所獲得之相位角θ為270度。於是，參照同圖，作為候補之高度成為[75μm]、[175μm]、[275μm]、[375μm]...。在此，在推定為根據圖庫資料之計測對象部的大致高度是在200μm~400μm之範圍內的情況，進行第3形態之計測。亦即，在此情況時，空間碼化法用之拍攝次數成為3次[進行空間碼化法(KC1)、空間碼化法(KC2)及空間碼化法(KC3)之3次光圖案的照射，並於各次照射之每次，進行空間碼化法用之拍攝]。若由空間碼化法所求得之空間碼編號為[1] 的話(若條紋數為0)，則實際之高度為[75μm]，若空間碼編號為[3]的話(若條紋數為1)，則實際之高度為[175μm]，若空間碼編號為[5]的話(若條紋數為2)，則實際之高度為[275μm]，若空間碼編號為[7]的話(若條紋數為3)，則實際之高度為[375μm]。
如上述之詳細說明，根據本實施形態，雖最終藉由移相法計測出計測對象部之高度，但在此之前，可藉由空間碼化法來特定相當於與計測對象部對應之條紋(條紋數)的空間碼編號。亦即，在特定了條紋數後之基礎上，再進行計測對象部之高度的計測。因此，可獲得作為空間碼化法之優點、即增大能測定之高度範圍、及作為移相法之優點、即能實現高精度之計測的雙方之效果。
另外，在本實施形態中，不只限定於將移相法及空間碼化法加以組合的技術思想，亦可讀入圖庫資料，以獲得計測對象部之大致高度，藉此，來決定空間碼化法用之拍攝次數。更詳言之，在計測對象部的大致高度是在0μm~100μm之範圍內的情況，執行第1形態(僅為移相法)之計測，在計測對象部的大致高度是在100μm~200μm之範圍內的情況，執行第2形態(移相法＋空間碼化法用之2次拍攝)之計測，在計測對象部的大致高度是在200μm~400μm之範圍內的情況，執行第3形態(移相法＋空間碼化法用之3次拍攝)之計測。如此，在計測對象部之高度不是太高的情況，可使基於空間碼化法用之光圖案的照射之該攝影手段的拍攝次數成為更少。另一方面，在計測對象部之高度較 高的情況，可因應此來增加基於空間碼化法用之光圖案的照射之該攝影手段的拍攝次數，可對應高度範圍來正確地特定空間碼編號(移相法之條紋數)。亦即，可決定響應該時時取得之計測對象部的高度資訊等之最小限度的最適拍攝次數，進而能以綜合性亦是最小限度之拍攝次數，實現精度高之三次元計測。其結果可實現計測效率之提升。
尤其是在本實施形態中，在計測對象部之大致高度是在0μm~100μm之範圍內的情況，將基於空間碼化法用之光圖案的照射的拍攝次數設為零次，僅藉由移相法來計測該計測對象部之高度。藉此，可進一步提升計測效率。
另一方面，在計測對象部之大致高度是在100μm以上的情況，將基於該空間碼化法用之相異的光圖案的照射的拍攝次數設為二次以上。如此，利用2次以上之拍攝，使得空間碼化法用之影像資料存在2個以上。藉此，即使僅在移相法中存在有複數個高度候補的情況，仍可更為正確地特定移相法之條紋數，進而可實現正確之計測。
另外，在本實施形態中，使用單一之照射手段3、單一之CCD照相機4。換言之，在移相法用及空間碼化法用方面，可不需要使用相異之照射手段、攝影手段。因此可達成省空間化及抑制成本之增加。另外，在本實施形態中，係採用具備液晶縫隙板21之液晶透過裝置13作為照明手段3，藉此，即可對應移相法用之照射，亦可對應空間碼化法用之照射。因此，可更為確實地獲得上述之作用效果。 又，本發明不限定於上述實施形態所記載之內容，例如，亦可實施如下。
(a)在上述實施形態中，係以無焊膏(計測對象部)之高度超過400μm的情況為例進行說明。相對於此，利用進一步增大空間碼化法用之拍攝次數，即使在超過400μm的情況，亦可進行計測。即，在上述實施形態中，雖空間碼化法用之拍攝次數的上限為3次，但若拍攝4次以上亦無妨。
(b)在上述實施形態中，雖未特別加以說明，但在空間碼化法中，明暗之邊界的特定尤其重要。在此，亦可另外照射藉由液晶透過裝置13而使光控制圖案之明暗顛倒的光圖案。依此方式，照射第1圖案光與將此第1圖案光及陰影區域加以反轉後之第2圖案光，而進行拍攝。在第10圖，以符號La表示照射第1圖案光而獲得之影像資訊的一部分，以符號Lb表示照射第2圖案光而獲得之影像資訊的一部分。對應於藉由第1圖案光而獲得之影像資訊La的透光區域之照射區域的部分La1，成為對應於使用第2圖案光時之影像資訊Lb的遮光區域之部分Lb1。利用將該等之影像資訊La,Lb的亮度、即光強度相互交匯之點，作為明．暗之邊界，即使在來自光源11之光線產生光斑，或是存在有外在要因，仍不會受此影響，而可正確地特定明．暗之邊界。進而，可藉由空間碼化法實現正確的運算。
(c)在上述實施形態中，雖設依移相法之拍攝次數為4次，但亦可將拍攝次數設為3次(參照日本特開 2002－81924號公報)。
(d)在上述實施形態中，雖以最小周期為100μm進行計測，但此僅是例示而已，本發明並不受此數值所限定。
(e)在上述實施形態中，係以焊膏作為計測對象，但亦可計測其他的計測對象，例如，焊料凸塊、電子零件等。
(f)在上述實施形態中，在計測高度即使只有一次不在範圍內的情況，仍判定為不良，但有關判定基準並無任何限定。例如，亦可在脫離多個區域之情況，判定為不良，亦可在焊膏整體之體積為預定值以下的情況，判定為不良。
1‧‧‧基板檢查機
2‧‧‧輸送帶
3‧‧‧照射手段
4‧‧‧構成攝影手段之CCD照相機
7‧‧‧控制裝置
11‧‧‧光源
12‧‧‧聚光透鏡
13‧‧‧液晶透過裝置
14‧‧‧投影透鏡
21‧‧‧液晶縫隙板
25,26‧‧‧電極
71‧‧‧主控制部
72‧‧‧液晶控制部
73‧‧‧光源控制部
74‧‧‧作為攝影控制手段的照相機控制部
K‧‧‧印刷基板
第1圖為顯示包含三次元計測裝置之基板檢查機的概略構成圖。
第2圖為顯示液晶透過裝置之概略構成圖。
第3圖為液晶透過裝置中之移相法用的光控制圖案及空間碼化法用之光控制圖案的示意圖。
第4圖為顯示預定檢查區域中之基板檢查的處理內容之一例的流程圖。
第5圖為顯示在第1形態的計測時，所照射之移相法用的光圖案之模式圖。
第6圖為顯示在第2形態的計測時，所照射之空間碼化法用的光圖案及移相法用之光圖案的模式圖。
第7圖為顯示在第3形態的計測時，所照射之空間碼化法用的光圖案及移相法用之光圖案的模式圖。
第8圖為顯示具體之高度計測的事例之說明圖。
第9圖為顯示另一具體之高度計測的事例之說明圖。
第10圖為顯示在其他之實施形態中，藉由另外照射藉液晶透過裝置使光控制圖案之明暗顛倒的光圖案，以求取明暗之邊界的事例之說明圖。
1‧‧‧基板檢查機
2‧‧‧輸送帶
3‧‧‧照射手段
4‧‧‧構成攝影手段之CCD照相機
7‧‧‧控制裝置
11‧‧‧光源
12‧‧‧聚光透鏡
13‧‧‧液晶透過裝置
14‧‧‧投影透鏡
71‧‧‧主控制部
72‧‧‧液晶控制部
73‧‧‧光源控制部
74‧‧‧照相機控制部
K‧‧‧印刷基板

Claims (12)

  1. 一種三次元計測裝置，其具備：照射手段，係可對基板本體上之計測對象部照射移相法用之條紋狀光圖案及空間碼化法用的條紋狀光圖案；攝影手段，其可拍攝已照射了該光圖案之計測對象部；攝影控制手段，其用以控制基於該攝影手段的拍攝；第1運算手段，其根據由該攝影手段所拍攝之複數種影像資料，藉由移相法至少運算該計測對象部之高度；及第2運算手段，其根據由該攝影手段所拍攝之影像資料，藉由空間碼化法來特定根據該移相法而以該第1運算手段進行運算時之影像資料中對應於該計測對象部的條紋；其特徵為：該攝影控制手段係根據該計測對象部之高度資訊或大致高度資訊，來決定基於該空間碼化法用之光圖案的照射之基於該攝影手段的拍攝次數，並以所決定之拍攝次數來執行拍攝；再者，在所取得之該高度資訊或該大致高度資訊是該計測對象部之高度未滿第1預定值的主旨之資訊的情 況，該攝影控制手段將基於該空間碼化法用之光圖案的照射之基於該攝影手段的拍攝次數設為零次，且不經過根據該第2運算手段之特定，而藉由該第1運算手段來運算該計測對象部之高度。
  2. 一種三次元計測裝置，其具備：照射手段，係可對基板本體上之計測對象部照射移相法用之條紋狀光圖案及空間碼化法用的條紋狀光圖案；攝影手段，其可拍攝已照射了該光圖案之計測對象部；攝影控制手段，其用以控制基於該攝影手段的拍攝；第1運算手段，其根據由該攝影手段所拍攝之複數種的影像資料，藉由移相法至少運算該計測對象部之高度；及第2運算手段，其根據由該攝影手段所拍攝之影像資料，藉由空間碼化法來特定根據該移相法而以該第1運算手段進行運算時之影像資料中對應於該計測對象部的條紋；其特徵為：該攝影控制手段係根據基板之設計資料及製造資料中至少任一者，取得該計測對象部之高度資訊或大致高度資訊，並根據該高度資訊或該大致高度資訊，來決定基於該空間碼化法用之光圖案的照射之基於該攝影手段 的拍攝次數，並以所決定之拍攝次數來執行拍攝；再者，在所取得之該高度資訊或大致高度資訊是該計測對象部之高度未滿第1預定值的主旨之資訊的情況，該攝影控制手段將基於該空間碼化法用之光圖案的照射之基於該攝影手段的拍攝次數設為零次，且不經過根據該第2運算手段之特定，而藉由該第1運算手段來運算該計測對象部之高度。
  3. 一種三次元計測裝置，其具備：照射手段，係可對基板本體上之計測對象部照射具有大致正弦波狀的光強度分布之移相法用的條紋狀光圖案及光強度分布依照預定碼之空間碼化法用的條紋狀光圖案；攝影手段，其可拍攝已照射了該移相法用之光圖案及空間碼化法用的光圖案之計測對象部；攝影控制手段，其用以控制基於該攝影手段的拍攝；第1運算手段，其根據由該攝影手段所拍攝之複數種的影像資料，藉由移相法至少運算該計測對象部之高度；及第2運算手段，其根據由該攝影手段所拍攝之影像資料，藉由空間碼化法來特定根據該移相法而以該第1運算手段進行運算時之條紋數，並構成為在藉由該第2運算手段對根據該移相法而以該第1運算手段進行運算時之條紋數進行特定後，藉 由該第1運算手段來運算該計測對象部之高度；其特徵為：該攝影控制手段係根據基板之設計資料及製造資料中至少任一者，取得該計測對象部之高度資訊或大致高度資訊，並根據該高度資訊或該大致高度資訊，來決定基於該空間碼化法用之光圖案的照射之基於該攝影手段的拍攝次數，並以所決定之拍攝次數來執行拍攝；再者，在所取得之該高度資訊或該大致高度資訊是該計測對象部之高度未滿第1預定值的主旨之資訊的情況，該攝影控制手段將基於該空間碼化法用之光圖案的照射之基於該攝影手段的拍攝次數設為零次，且不經過根據該第2運算手段之特定，而藉由該第1運算手段來運算該計測對象部之高度。
  4. 如申請專利範圍第1至3項中任一項之三次元計測裝置，其中在所取得之該高度資訊或該大致高度資訊是該計測對象部之高度為第1預定值以上的主旨之資訊的情況，該攝影控制手段將基於該空間碼化法用之彼此相異的光圖案的照射之基於該攝影手段的拍攝次數設為二次以上。
  5. 一種三次元計測裝置，其具備：照射手段，係可對基板本體上之計測對象部照射移相法用之條紋狀光圖案及空間碼化法用的條紋狀光圖案； 攝影手段，其可拍攝已照射了該光圖案之計測對象部；攝影控制手段，其用以控制基於該攝影手段的拍攝；第1運算手段，其根據由該攝影手段所拍攝之複數種影像資料，藉由移相法至少運算該計測對象部之高度；及第2運算手段，其根據由該攝影手段所拍攝之影像資料，藉由空間碼化法來特定根據該移相法而以該第1運算手段進行運算時之影像資料中對應於該計測對象部的條紋；其特徵為：該攝影控制手段係根據該計測對象部之高度資訊或大致高度資訊，來決定基於該空間碼化法用之光圖案的照射之基於該攝影手段的拍攝次數，並以所決定之拍攝次數來執行拍攝；再者，在所取得之該高度資訊或該大致高度資訊是該計測對象部之高度為第1預定值以上的主旨之資訊的情況，該攝影控制手段將基於該空間碼化法用之彼此相異的光圖案的照射之基於該攝影手段的拍攝次數設為二次以上。
  6. 一種三次元計測裝置，其具備：照射手段，係可對基板本體上之計測對象部照射移相法用之條紋狀光圖案及空間碼化法用的條紋狀光圖 案；攝影手段，其可拍攝已照射了該光圖案之計測對象部；攝影控制手段，其用以控制基於該攝影手段的拍攝；第1運算手段，其根據由該攝影手段所拍攝之複數種的影像資料，藉由移相法至少運算該計測對象部之高度；及第2運算手段，其根據由該攝影手段所拍攝之影像資料，藉由空間碼化法來特定根據該移相法而以該第1運算手段進行運算時之影像資料中對應於該計測對象部的條紋；其特徵為：該攝影控制手段係根據基板之設計資料及製造資料中至少任一者，取得該計測對象部之高度資訊或大致高度資訊，並根據該高度資訊或該大致高度資訊，來決定基於該空間碼化法用之光圖案的照射之基於該攝影手段的拍攝次數，並以所決定之拍攝次數來執行拍攝；再者，在所取得之該高度資訊或該大致高度資訊是該計測對象部之高度為第1預定值以上的主旨之資訊的情況，該攝影控制手段將基於該空間碼化法用之彼此相異的光圖案的照射之基於該攝影手段的拍攝次數設為二次以上。
  7. 一種三次元計測裝置，其具備： 照射手段，係可對基板本體上之計測對象部照射具有大致正弦波狀的光強度分布之移相法用的條紋狀光圖案及光強度分布依照預定碼之空間碼化法用的條紋狀光圖案；攝影手段，其可拍攝已照射了該移相法用之光圖案及空間碼化法用的光圖案之計測對象部；攝影控制手段，其用以控制基於該攝影手段的拍攝；第1運算手段，其根據由該攝影手段所拍攝之複數種的影像資料，藉由移相法至少運算該計測對象部之高度；及第2運算手段，其根據由該攝影手段所拍攝之影像資料，藉由空間碼化法來特定根據該移相法而以該第1運算手段進行運算時之條紋數，並構成為在藉由該第2運算手段對根據該移相法而以該第1運算手段進行運算時之條紋數進行特定後，藉由該第1運算手段來運算該計測對象部之高度；其特徵為：該攝影控制手段係根據基板之設計資料及製造資料中至少任一者，取得該計測對象部之高度資訊或大致高度資訊，並根據該高度資訊或該大致高度資訊，來決定基於該空間碼化法用之光圖案的照射之基於該攝影手段的拍攝次數，並以所決定之拍攝次數來執行拍攝；再者，在所取得之該高度資訊或該大致高度資訊是 該計測對象部之高度為第1預定值以上的主旨之資訊的情況，該攝影控制手段將基於該空間碼化法用之彼此相異的光圖案的照射之基於該攝影手段的拍攝次數設為二次以上。
  8. 如申請專利範圍第1、2、3、5、6及7項中任一項之三次元計測裝置，其中該移相法用之條紋狀光圖案，係在基於該移相法用之條紋狀光圖案的照射之每一次拍攝，為相同周期且不同相位之圖案。
  9. 如申請專利範圍第1、2、3、5、6及7項中任一項之三次元計測裝置，其中該空間碼化法用之條紋狀光圖案，係在基於該空間碼化法用之光圖案的照射之每一次拍攝，對於最小周期之光圖案，以每次乘上不同之整數值的周期而使明暗顛倒之圖案。
  10. 如申請專利範圍第1、2、3、5、6及7項中任一項之三次元計測裝置，其中該照射手段係由單一照明所構成，其可切換性地照射移相法用之光圖案及空間碼化法用的光圖案。
  11. 如申請專利範圍第1、2、3、5、6及7項中任一項之三次元計測裝置，其中該照射手段具備光源及液晶縫隙板；藉由對施加於該液晶縫隙板之一面側的複數個電極的電壓進行控制，使來自該光源之光線呈大致正弦波狀透過，而可照射移相法用之條紋狀光圖案，同時使來自該光源之光線呈條紋狀透過而照射空間碼化法用的明暗 條紋狀之光圖案。
  12. 一種基板檢查機，係具備如申請專利範圍第1、2、3、5、6及7項中任一項之三次元計測裝置而成。
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