WO2020241061A1 - 三次元計測装置及び三次元計測方法 - Google Patents

Abstract

計測精度の向上等を図ることのできる三次元計測装置及び三次元計測方法を提供する。基板検査装置１０は、照射装置１３、投影装置１４及びメラ１５を有した計測ヘッド１２を備え、まずプリント基板１上の検査範囲に対し照射装置１３からスリット光を照射し該検査範囲の高さを計測する。続いて、この検査範囲の高さを基に、該検査範囲に含まれる各クリーム半田の計測基準面の高さを求めると共に、各クリーム半田の高さ方向全域を合焦状態で撮像するのに必要な要合焦範囲を特定する。次に、各クリーム半田の要合焦範囲及びカメラ１５の被写界深度を基に、計測ヘッド１２の高さ位置と、該高さ位置において計測対象とするクリーム半田との対応付けを行う。そして、ここで定められた所定の高さ位置に対し順次、計測ヘッド１２を移動させ、該高さ位置において計測対象となるクリーム半田５について半田計測を実行する。

Description

三次元計測装置及び三次元計測方法

　本発明は、プリント基板等の三次元計測を行うための三次元計測装置及び三次元計測方法に関する。

　一般に、プリント基板上に電子部品を実装する場合、まずプリント基板上に配設された所定の電極パターン上にクリーム半田が印刷される。次に、該クリーム半田の粘性に基づいてプリント基板上に電子部品が仮止めされる。その後、前記プリント基板がリフロー炉へ導かれ、所定のリフロー工程を経ることで半田付けが行われる。昨今では、リフロー炉に導かれる前段階においてクリーム半田の印刷状態を検査する必要があり、かかる検査に際して三次元計測装置が用いられることがある。

　従来、所定のパターン光を投影して三次元計測を行う三次元計測装置が種々提案されている。中でも、位相シフト法を利用した三次元計測装置がよく知られている。

　位相シフト法を利用した三次元計測装置は、プリント基板上の所定の検査範囲に対し、縞状の光強度分布を有するパターン光（以下、「縞パターン」という）を斜め上方より投影する投影装置と、該縞パターンの投影された検査範囲を撮像する撮像装置とを備えている。

　かかる構成の下、プリント基板上の所定の検査範囲に投影される縞パターンの位相を複数通り（例えば４通り）にシフトさせると共に、位相の異なる各縞パターンの下で撮像を行い、該検査範囲に係る複数通りの画像データを取得する。そして、これら複数の画像データを基に位相シフト法により該検査範囲の三次元計測を行う。

　しかしながら、プリント基板に反り等がある場合には、一部の検査範囲については撮像装置の被写界深度内に収めることが困難となり、ピントの合わない画像データが取得されてしまうため、計測精度が低下するおそれがあった。

　これに対し、近年では、投影装置及び撮像装置を一体に備えた計測ヘッドと、プリント基板上の所定の検査範囲との距離が所定範囲内となるように、該検査範囲に係る計測を開始する前に、計測ヘッドを高さ方向へ移動させ調整する技術も見受けられる（例えば、特許文献１，２参照）。

特開２００４－１９８１２９号公報 特表２０１４－５０４７２１号公報

　従来では、撮像素子の画素数が少なく撮像装置の視野が狭かったことや、プリント基板に印刷されるクリーム半田の高さも演算回路用の低いもののみだったことから、プリント基板上の所定の検査範囲に係る計測を開始する前に、計測ヘッドを１回だけ高さ調整すれば、その後は高さ調整することなく、この１つの検査範囲（撮像視野）内のすべてのクリーム半田について計測を完了することが可能であった。

　しかしながら、近年では、撮像素子の画素数が飛躍的に増加し同じ分解能であれば広範囲の撮像が可能になってきたため、１つの検査範囲内であってもプリント基板の反り等の影響を受けやすくなってきている。

　さらに、半田印刷用メタルマスクのハーフエッチング技術やディスペンス方式の半田塗布技術などの発達により、演算回路用の高さの低いクリーム半田に加え、電源回路や動力回路用の高さの高いクリーム半田が印刷等された車載用のプリント基板等も自動車の電動化に伴い増加しており、１つの検査範囲内におけるクリーム半田の高さに大きな差が生じる場合もある。

　その結果、１つの検査範囲内のすべてのクリーム半田（最も低い位置にあるクリーム半田から、最も高い位置にあるクリーム半田までの高さ範囲）を撮像装置の被写界深度内に収めることが困難となるおそれがある。

　つまり、１つの検査範囲内のすべてのクリーム半田の計測を一回で完了する従来構成では、１つの検査範囲内のすべてのクリーム半田についてピントが合った画像データを取得することができず、計測精度が低下するおそれがある。

　尚、上記課題は、必ずしもプリント基板上に印刷されたクリーム半田等の三次元計測に限らず、他の三次元計測の分野においても内在するものである。勿論、位相シフト法に限られる問題ではない。

　本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、計測精度の向上等を図ることのできる三次元計測装置及び三次元計測方法を提供することにある。

　以下、上記課題を解決するのに適した各手段につき項分けして説明する。なお、必要に応じて対応する手段に特有の作用効果を付記する。

　手段１．所定の被計測物（例えばプリント基板）上の所定の被計測領域（被計測物の全域又はその一部）に対し、所定の計測手段（例えば計測ヘッド）を位置合わせし、前記被計測領域内に配設された被計測対象（例えばクリーム半田）について所定の三次元計測法（例えばパターン投影法）により三次元計測を行う三次元計測装置であって、
　前記計測手段は、
　前記被計測領域に対し、該被計測領域の高さ計測を行うための所定の光（例えばスリット光）を照射可能な第１照射手段と、
　前記被計測領域に対し、前記被計測対象の三次元計測を行うための所定のパターン光を照射可能な第２照射手段と、
　前記所定の光又は前記所定のパターン光が照射された前記被計測領域を撮像可能な撮像手段とを備え、
　前記所定の光を照射して前記撮像手段により撮像された画像データを基に、前記被計測領域の高さ情報を取得する領域高さ取得手段と、
　前記被計測領域の高さ情報を基に、該被計測領域に含まれる複数の前記被計測対象それぞれの計測基準面の高さ情報を算出する基準面高さ取得手段と、
　前記複数の被計測対象について、それぞれ前記計測基準面の高さ情報を基に、該被計測対象の高さ方向全域を合焦状態で撮像するのに必要な要合焦範囲を特定する要合焦範囲特定手段と、
　前記複数の被計測対象の要合焦範囲、及び、前記撮像手段の被写界深度を基に、前記計測手段（少なくとも前記撮像手段）の高さ位置と、該高さ位置において計測対象とする前記被計測対象との対応付けを行う対応付け手段と、
　前記計測手段（少なくとも前記撮像手段）を高さ方向に移動可能に構成され、前記対応付けによって定められた所定の高さ位置に対し順次、前記計測手段（少なくとも前記撮像手段）を位置決め可能な高さ調整手段と、
　前記計測手段（少なくとも前記撮像手段）が位置決めされた所定の高さ位置において、前記第２照射手段から照射した前記所定のパターン光の下で前記撮像手段により撮像された画像データを基に、該高さ位置において計測対象となる前記被計測対象について三次元計測を実行可能な三次元計測手段とを備えたことを特徴とする三次元計測装置。

　上記手段１によれば、被計測物上の所定の被計測領域における被計測対象の三次元計測を実行するにあたり、計測手段（少なくとも撮像手段）の高さ調整を行う構成となっている。

　より詳しくは、まず被計測領域に対し所定の光を照射し該被計測領域の高さを計測する。続いて、この被計測領域の高さ情報を基に、該被計測領域に含まれる各被計測対象の計測基準面の高さを求めると共に、各被計測対象の高さ方向全域を合焦状態で撮像するのに必要な要合焦範囲を特定する。

　次に、各被計測対象の要合焦範囲及び撮像手段の被写界深度を基に、計測手段（少なくとも撮像手段）の高さ位置と、該高さ位置において計測対象とする被計測対象との対応付けを行う。そして、ここで定められた所定の高さ位置に対し順次、計測手段（少なくとも撮像手段）を移動させ、該高さ位置において計測対象となる被計測対象について半田計測を実行する。

　かかる構成により、１つの被計測領域内のすべての被計測対象（最も低い位置にある被計測対象から、最も高い位置にある被計測対象までの高さ範囲）について、適切な合焦状態で撮像された画像データを用いて三次元計測を行うことができる。結果として、計測精度の向上等を図ることができる。

　手段２．前記高さ調整手段による高さ調整が行われる前段階において、前記計測手段が前記被計測領域に位置合わせされた際の最初の高さ位置にて、前記三次元計測手段による前記三次元計測を実行した場合に、該被計測領域において必要な前記三次元計測の回数が増えるか否かを判定する回数判定手段を備え、
　前記三次元計測の回数が増えない場合には、前記最初の高さ位置にて前記三次元計測手段による最初の前記三次元計測を実行することを特徴とする手段１に記載の三次元計測装置。

　上記手段２によれば、計測手段（少なくとも撮像手段）の高さ方向への移動回数（高さ調整回数）が１回分少なくなるため、１つの被計測領域に係る総計測時間を短縮することができる。

　手段３．前記高さ調整手段による高さ調整が行われる場合において、前記計測手段が前記被計測領域に位置合わせされた際の最初の高さ位置からの移動距離が、前記対応付けによって定められた前記計測手段（少なくとも前記撮像手段）の複数の高さ位置のうちの最下位の高さ位置へ移動した場合と、最上位の高さ位置へ移動した場合とで、どちらが短いかを判定する距離判定手段を備え、
　前記高さ調整手段は、前記計測手段（少なくとも前記撮像手段）を前記最初の高さ位置から、前記最下位の高さ位置又は前記最上位の高さ位置のうち移動距離が短い方へ移動させることを特徴とする手段１又は２に記載の三次元計測装置。

　上記手段３によれば、１つの被計測領域内のすべての被計測対象の計測を完了するまで
に必要な高さ方向の総移動距離を短くすることができる。結果として、１つの被計測領域に係る総計測時間を短縮することができる。

　手段４．前記対応付け手段は、
　前記複数の被計測対象それぞれについて、該被計測対象の要合焦範囲全体を含む前記被写界深度が少なくとも１つは存在するように、前記計測手段（少なくとも前記撮像手段）の高さ位置と前記被計測対象との対応付けを行うことを特徴とする手段１乃至３のいずれかに記載の三次元計測装置。

　上記手段４によれば、少なくとも１回は、被計測対象の高さ方向全体を分断することなく同時に三次元計測することができるため、計測精度の向上を図ることができる。

　手段５．所定の被計測物（例えばプリント基板）上の所定の被計測領域（被計測物の全域又はその一部）に対し、所定の照射手段及び所定の撮像手段を有する所定の計測手段（例えば計測ヘッド）を位置合わせし、前記被計測領域内に配設された被計測対象（例えばクリーム半田）について所定の三次元計測法（例えばパターン投影法）により三次元計測を行う三次元計測方法であって、
　前記被計測領域に対し所定の光（例えばスリット光）を照射して撮像された画像データを基に、前記被計測領域の高さ情報を取得する領域高さ取得工程と、
　前記被計測領域の高さ情報を基に、該被計測領域に含まれる複数の前記被計測対象それぞれの計測基準面の高さ情報を算出する基準面高さ取得工程と、
　前記複数の被計測対象について、それぞれ前記計測基準面の高さ情報を基に、該被計測対象の高さ方向全域を合焦状態で撮像するのに必要な要合焦範囲を特定する要合焦範囲特定工程と、
　前記複数の被計測対象の要合焦範囲、及び、前記撮像手段の被写界深度を基に、前記計測手段（少なくとも前記撮像手段）の高さ位置と、該高さ位置において計測対象とする前記被計測対象との対応付けを行う対応付け工程と、
　前記計測手段（少なくとも前記撮像手段）を高さ方向に移動させ、前記対応付けによって定められた所定の高さ位置に対し順次、前記計測手段（少なくとも前記撮像手段）を位置決めする高さ調整工程と、
　前記計測手段（少なくとも前記撮像手段）が位置決めされた所定の高さ位置において、前記被計測領域に対し所定のパターン光を照射して撮像された画像データを基に、該高さ位置において計測対象となる前記被計測対象について三次元計測を実行する三次元計測工程とを備えたことを特徴とする三次元計測方法。

　上記手段５によれば、上記手段１と同様の作用効果が奏される。

　手段６．前記高さ調整工程が行われる前段階において、前記計測手段が前記被計測領域に位置合わせされた際の最初の高さ位置にて、前記三次元計測を実行した場合に、該被計測領域において必要な前記三次元計測の回数が増えるか否かを判定する回数判定工程を備え、
　前記三次元計測の回数が増えない場合には、前記最初の高さ位置にて最初の前記三次元計測を実行することを特徴とする手段５に記載の三次元計測方法。

　上記手段６によれば、上記手段２と同様の作用効果が奏される。

　手段７．前記高さ調整工程が行われる場合において、前記計測手段が前記被計測領域に位置合わせされた際の最初の高さ位置からの移動距離が、前記対応付けによって定められた前記計測手段（少なくとも前記撮像手段）の複数の高さ位置のうちの最下位の高さ位置へ移動した場合と、最上位の高さ位置へ移動した場合とで、どちらが短いかを判定する距
離判定工程を備え、
　前記高さ調整工程においては、前記計測手段（少なくとも前記撮像手段）を前記最初の高さ位置から、前記最下位の高さ位置又は前記最上位の高さ位置のうち移動距離が短い方へ移動させることを特徴とする手段５又は６に記載の三次元計測方法。

　上記手段７によれば、上記手段３と同様の作用効果が奏される。

　手段８．前記対応付け工程において、
　前記複数の被計測対象それぞれについて、該被計測対象の要合焦範囲全体を含む前記被写界深度が少なくとも１つは存在するように、前記計測手段（少なくとも前記撮像手段）の高さ位置と前記被計測対象との対応付けを行うことを特徴とする手段５乃至７のいずれかに記載の三次元計測方法。

　上記手段８によれば、上記手段４と同様の作用効果が奏される。

　尚、上記「被計測物」としては、例えばクリーム半田が印刷（又は塗布）されたプリント基板などが挙げられる。つまり、上記各手段に記載の三次元計測装置（三次元計測方法）を用いることにより、プリント基板に印刷等されたクリーム半田の三次元計測を行うことができる。ひいては、クリーム半田の検査において、その計測値に基づいてクリーム半田の良否判定を行うことができる。従って、かかる検査において、上記作用効果が奏されることとなり、精度よく良否判定を行うことができる。結果として、半田検査における検査精度の向上を図ることができる。

　また、上記「三次元計測を行うための所定のパターン光」としては、縞状（例えば正弦波状）の光強度分布を有するパターン光（縞パターン）などが挙げられる。かかるパターン光を照射することにより、位相シフト法による三次元計測を行うことができる。結果として、三次元計測の計測精度の向上等を図ることができる。

　位相シフト法のように、位相の異なるパターン光の下で撮像し取得した複数の画像データの輝度値の違いを基に三次元計測を行う構成においては、輝度値の誤差が僅かであっても、計測精度に多大な影響を与えるおそれがある。従って、位相シフト法による三次元計測を行う構成の下において上記各手段の作用効果がより奏功することとなる。特に正弦波状の光強度分布を有するパターン光は、光強度分布（波形）が崩れやすいため、より高い精度が要求される。

　位相シフト法を利用した三次元計測装置（三次元計測方法）における上記三次元計測手段（三次元計測工程）は、例えば所定のパターン光を位相を異ならせて複数通り照射して撮像された光強度分布の異なる複数通りの画像データを基に、位相シフト法により被計測対象に係る三次元計測を実行する構成となっている。

基板検査装置の概略構成を示す模式図である。 プリント基板の部分拡大断面図である。 プリント基板の概略構成を示す平面模式図である。 基板検査装置の電気的構成を示すブロック図である。 視野内検査処理を示すフローチャートである。 計測ヘッドの高さ位置と、該高さ位置において計測対象とするクリーム半田との対応関係の一例を示す模式図である。 計測ヘッドの高さ位置と、該高さ位置において計測対象とするクリーム半田との対応関係の一例を示す模式図である。

　以下、一実施形態について図面を参照しつつ説明する。まず本実施形態において被計測物となるプリント基板１の構成について詳しく説明する（図２，３参照）。図２は、プリント基板１の部分拡大断面図である。図３は、プリント基板１の概略構成を示す平面模式図である。

　図２，３に示すように、プリント基板１は、ガラスエポキシ樹脂等からなる平板状のベース基板２の表面上に、銅箔からなる電極パターン３Ａやランド３Ｂが形成されてなる。ベース基板２の表面上には、ランド３Ｂ及びその近傍を除く部分にレジスト膜４がコーティングされている。そして、ランド３Ｂ上に、被計測対象となるクリーム半田５が印刷（又は塗布）される。

　尚、本実施形態に係るプリント基板１は、例えば電気自動車などに搭載される車載用プリント基板であって、インバータ回路など、比較的大きな負荷電流が流れる電子部品が実装されるパワー回路部ＰＡや、これを制御する制御回路など、比較的小さな信号電流が流れる電子部品が実装される制御回路部ＰＢが混在した構成となっている。

　次に、本実施形態における三次元計測装置を構成する基板検査装置１０について詳しく説明する（図１参照）。図１は、基板検査装置１０の概略構成を示す模式図である。以下、図１の紙面左右方向を「Ｘ軸方向」とし、紙面前後方向を「Ｙ軸方向」とし、紙面上下方向（鉛直方向）を「Ｚ軸方向」として説明する。

　基板検査装置１０は、プリント基板１に印刷されたクリーム半田５の印刷状態を検査する半田印刷検査装置である。基板検査装置１０は、プリント基板１の搬送や位置決め等を行う搬送機構１１と、プリント基板１の計測を行うための計測手段としての計測ヘッド１２と、搬送機構１１や計測ヘッド１２の駆動制御など基板検査装置１０内における各種制御や画像処理、演算処理を実施するための制御装置４０（図４参照）とを備えている。

　搬送機構１１は、プリント基板１の搬送方向（Ｙ軸方向）に沿って配置された一対の搬送レール１１ａと、各搬送レール１１ａに対し回転可能に配設された無端のコンベアベルト１１ｂと、該コンベアベルト１１ｂを駆動するモータ等の駆動手段（図示略）と、プリント基板１を所定位置に位置決めするためのチャック機構（図示略）と備え、制御装置４０により駆動制御される。

　上記構成の下、基板検査装置１０へ搬入されたプリント基板１は、搬送方向と直交する幅方向（Ｘ軸方向）の両側縁部がそれぞれ搬送レール１１ａに挿し込まれると共に、コンベアベルト１１ｂ上に載置される。続いて、コンベアベルト１１ｂが動作を開始し、プリント基板１が所定の検査位置まで搬送される。プリント基板１が検査位置に達すると、コンベアベルト１１ｂが停止すると共に、チャック機構が作動する。このチャック機構の動作により、コンベアベルト１１ｂが押し上げられ、コンベアベルト１１ｂと搬送レール１１ａの上辺部によってプリント基板１の両側縁部が挟持された状態となる。これにより、プリント基板１が検査位置に位置決め固定される。検査が終了すると、チャック機構による固定が解除されると共に、コンベアベルト１１ｂが動作を開始する。これにより、プリント基板１は、基板検査装置１０から搬出される。勿論、搬送機構１１の構成は、上記形態に限定されるものではなく、他の構成を採用してもよい。

　計測ヘッド１２は、プリント基板１の搬送路（一対の搬送レール１１ａ）の上方に配設されている。計測ヘッド１２は、プリント基板１上の所定の検査範囲Ｗ（図３参照）に対し斜め上方からスリット光（ライン光）を照射可能な照射装置１３と、所定の検査範囲Ｗ
に対し斜め上方から縞状の光強度分布を有するパターン光（以下、「縞パターン」という）を投影可能な投影装置１４と、前記スリット光が照射された検査範囲Ｗ又は前記縞パターンが投影された検査範囲Ｗを真上から撮像する撮像手段としてのカメラ１５と、Ｘ軸方向への移動を可能とするＸ軸移動機構１６（図４参照）と、Ｙ軸方向への移動を可能とするＹ軸移動機構１７（図４参照）と、Ｚ軸方向への移動を可能とするＺ軸移動機構１８（図４参照）とを備え、制御装置４０により駆動制御される。

　尚、図３に示すように、プリント基板１上の所定の検査範囲Ｗは、カメラ１５の撮像視野（撮像範囲）Ｋに合わせて、プリント基板１上に予め設定された複数のエリア（検査範囲Ｗ１，Ｗ２，Ｗ３，Ｗ４）のうちの１つのエリアである。従って、検査範囲Ｗの大きさは、カメラ１５の撮像視野Ｋの大きさと略同一となっている。「検査範囲Ｗ」が本実施形態における「被計測領域」に相当する。

　制御装置４０は、Ｘ軸移動機構１６及びＹ軸移動機構１７を駆動制御することにより、計測ヘッド１２（撮像視野Ｋ）を、検査位置に位置決め固定されたプリント基板１上の任意の検査範囲Ｗの上方位置へ移動することができる。そして、プリント基板１上に設定された複数の検査範囲Ｗ１～Ｗ４に計測ヘッド１２を順次移動させつつ、各検査範囲Ｗに係る視野内検査処理を実行していくことで、プリント基板１全域に係る半田印刷検査を実行する構成となっている。

　加えて、制御装置４０は、Ｚ軸移動機構１８を駆動制御することにより、計測ヘッド１２（カメラ１５）とプリント基板１との相対高さ関係を変更することができる。従って、Ｚ軸移動機構１８及びこれを駆動制御する制御装置４０の機能により本実施形態における「高さ調整手段」が構成されることとなる。

　照射装置１３は、公知のものであるため、詳細な図示は省略するが、所定の光を発する光源や、該光源からの光をスリット光に変換する変換部などを備え、制御装置４０により駆動制御される。本実施形態では、プリント基板１に対し斜め上方からＹ軸方向と平行な複数ラインのスリット光を照射可能に構成されている。「照射装置１３」が本実施形態における「第１照射手段」を構成し、「スリット光」が「高さ計測を行うための所定の光」に相当する。

　投影装置１４は、図１に示すように、所定の光を発する光源１９と、該光源１９からの光を縞パターンに変換する格子板２０と、該格子板２０により生成された縞パターンをプリント基板１上に結像する投影光学系としての投影レンズユニット２１と、格子板２０をスライド変位させ、プリント基板１に投影される縞パターンの位相をシフトさせるピエゾ素子等の駆動機構（図示略）とを備え、制御装置４０により駆動制御される。

　投影装置１４は、その光軸Ｊ１がＸ－Ｚ平面に平行し、かつ、Ｚ軸方向に対し所定角度α（例えば３０°）傾斜するように配置されている。「投影装置１４」が本実施形態における「第２照射手段」を構成し、「縞パターン」が「三次元計測を行うための所定のパターン光」に相当する。

　光源１９は、白色光を出射するハロゲンランプにより構成されている。光源１９から出射された光は、図示しない前処理レンズ群等を介して平行光化された状態で光軸Ｊ１に沿って格子板２０に入射する。尚、光源１９として、ハロゲンランプに代えて、白色ＬＥＤなど他の光源を用いる構成としてもよい。

　格子板２０は、所定の透光素材（例えばガラスやアクリル樹脂等）により平板状又はフィルム状に形成された基材上に、図示しない格子パターンが印刷（蒸着）形成されてなる
。格子パターンは、Ｙ軸方向に直線状に形成されかつ所定の透過率で光を透過する透光部と、Ｙ軸方向に沿って直線状に形成されかつ少なくとも一部の光を遮る遮光部とがＸ－Ｚ平面において交互に並ぶように構成されている。

　投影レンズユニット２１は、入射側レンズ及び出射側レンズを一体に備えた両側テレセントリックレンズ（両側テレセントリック光学系）により構成されている。但し、図１においては、簡素化のため、投影レンズユニット２１を１つのレンズとして図示している。

　ここで、入射側レンズは、格子板２０から出射された光（縞パターン）を集光するものであり、入射側で光軸Ｊ１と主光線とが平行となるテレセントリック構造を有する。また、出射側レンズは、入射側レンズを透過した光（縞パターン）の像をプリント基板１上に結像させるためのものであり、出射側で光軸Ｊ１と主光線とが平行となるテレセントリック構造を有する。

　尚、本実施形態に係る投影装置１４においては、プリント基板１上に投影される縞パターンが投影範囲（本実施形態では撮像視野Ｋと略同一範囲）全域において合焦するように、すなわちプリント基板１に対して、格子板２０及び投影レンズユニット２１の主面がシャインプルーフの条件を満たすように、光軸Ｊ１に対し格子板２０が傾くように設定されている（但し、図１においては簡素化して図示している。）。

　上記構成の下、投影装置１４において、光源１９から出射された光は格子板２０に入射する。そして、格子板２０内を透過した光は、縞パターンとして出射され、投影レンズユニット２１を介してプリント基板１上に投影される。これにより、本実施形態では、プリント基板１の搬送方向（Ｙ軸方向）に平行な縞パターンが投影されることとなる。

　尚、通常、格子を通過する光は完全な平行光でなく、透光部及び遮光部の境界部における回折作用等に起因して、投影される縞パターンの「明部」及び「暗部」の境界部に中間階調域が生じることとなる。そのため、プリント基板１に対し投影される縞パターンは、プリント基板１の搬送方向（Ｙ軸方向）と直交する方向（Ｘ軸方向）に沿って正弦波状の光強度分布を有するパターン光となる。

　カメラ１５は、図１に示すように、複数の受光素子が二次元配列された受光面を有する撮像素子１５ａと、該撮像素子１５ａに対し撮像視野Ｋ内（縞パターンが投影されたプリント基板１の検査範囲Ｗ）の像を結像させる撮像光学系としての撮像レンズユニット１５ｂとを有し、その光軸Ｊ２がプリント基板１の上面に垂直な鉛直方向（Ｚ軸方向）に沿って設定されている。本実施形態では、撮像素子１５ａとしてＣＣＤエリアセンサを採用している。

　撮像レンズユニット１５ｂは、物体側レンズ、開口絞り、像側レンズ等を一体に備えた両側テレセントリックレンズ（両側テレセントリック光学系）により構成されている。但し、図１においては、簡素化のため、撮像レンズユニット１５ｂを１つのレンズとして図示している。

　ここで、物体側レンズは、プリント基板１からの反射光を集光するものであり、物体側で光軸Ｊ２と主光線とが平行となるテレセントリック構造を有する。また、像側レンズは、物体側レンズから開口絞りを透過した光を撮像素子１５ａの受光面に結像させるためのものであり、像側で光軸Ｊ２と主光線とが平行となるテレセントリック構造を有する。

　カメラ１５によって撮像され取得された画像データは、随時、該カメラ１５内部においてデジタル信号に変換された上で、デジタル信号の形で制御装置４０に入力され、後述す
る画像データ記憶装置４４に記憶される。そして、制御装置４０は、該画像データを基に、後述するような画像処理や演算処理等を実施する。

　次に制御装置４０の電気的構成について図４を参照して説明する。図４は、基板検査装置１０の電気的構成を示すブロック図である。

　図４に示すように、制御装置４０は、基板検査装置１０全体の制御を司るマイクロコンピュータ４１、キーボードやマウス、タッチパネル等で構成される「入力手段」としての入力装置４２、ＣＲＴや液晶などの表示画面を有する「表示手段」としての表示装置４３、カメラ１５により撮像され取得された画像データなどを記憶するための画像データ記憶装置４４、該画像データに基づいて得られた三次元計測結果など、各種演算結果を記憶するための演算結果記憶装置４５、ガーバデータなどの各種情報を予め記憶しておくための設定データ記憶装置４６などを備えている。

　マイクロコンピュータ４１は、演算手段としてのＣＰＵ４１ａや、各種プログラムを記憶するＲＯＭ４１ｂ、演算データや入出力データなどの各種データを一時的に記憶するＲＡＭ４１ｃなどを備え、上記各装置４２～４６等と電気的に接続されている。そして、これら各装置４２～４６等との間で各種データや信号の入出力制御を行う機能を有する。

　設定データ記憶装置４６には、プリント基板１に設定された複数の検査範囲Ｗ１～Ｗ４、並びに、これらに対するカメラ１５の撮像視野Ｋの移動順序に関する情報などが記憶されている。ここで「撮像視野Ｋの移動順序」とは、プリント基板１上に設定された複数の検査範囲Ｗ１～Ｗ４について、いかなる順序でカメラ１５の撮像視野Ｋを移動させていくかを定めたものである。

　尚、プリント基板１に係る複数の検査範囲Ｗ（本実施形態ではＷ１～Ｗ４）並びにこれらに対する撮像視野Ｋの移動順序の設定は、ガーバデータ等を基にして事前に所定のプログラムにより自動で又は作業者により手動で行われる。

　例えば図３に示した例では、右上の検査範囲Ｗ１を起点として検査が開始され、撮像視野Ｋが「検査範囲Ｗ１」→「検査範囲Ｗ２」→「検査範囲Ｗ３」→「検査範囲Ｗ４」の順序で移動し各検査範囲Ｗについて検査が行なわれることで、プリント基板１全域を検査するように設定されている。

　次に基板検査装置１０により行われるプリント基板１の検査ルーチンについて詳しく説明する。かかる検査ルーチンは、制御装置４０（マイクロコンピュータ４１）により実行されるものである。

　上述したように、基板検査装置１０へ搬入されたプリント基板１が所定の検査位置に位置決め固定されると、制御装置４０は、まずプリント基板１の位置検出処理を実行する。

　より詳しくは、制御装置４０は、プリント基板１上に付された位置決め用マーク（図示略）を検出し、該検出したマークの位置情報（座標）と、ガーバデータに記憶されたマークの位置情報（座標）とを基に、プリント基板１の位置情報（傾きや位置ズレなど）を算出する。これにより、プリント基板１の位置検出処理を終了する。そして、このプリント基板１の位置情報を基に、計測ヘッド１２（カメラ１５）とプリント基板１との相対位置関係のズレを補正する補正処理を実行する。

　その後、制御装置４０は、Ｘ軸移動機構１６及びＹ軸移動機構１７を駆動制御して、設定データ記憶装置４６に記憶された検査順序に従って、計測ヘッド１２をプリント基板１
上の「１」番目の検査範囲Ｗ１に対応する位置へ移動させる移動処理を実行する。

　計測ヘッド１２の移動処理が完了し、カメラ１５の撮像視野Ｋがプリント基板１上の「１」番目の検査範囲Ｗ１に合わせられると、該検査範囲Ｗ１に係る視野内検査処理を実行する。かかる視野内検査処理の詳細については後述する（他の検査範囲Ｗ２，Ｗ３，Ｗ４に係る視野内検査処理についても同様）。

　その後、プリント基板１上の「１」番目の検査範囲Ｗ１に係る視野内検査処理が終了すると、設定データ記憶装置４６に記憶された検査順序に従って、計測ヘッド１２をプリント基板１上の「２」番目の検査範囲Ｗ２に対応する位置へ移動させる移動処理を開始する。

　以降同様に、プリント基板１上の「２」番目～「４」番目の検査範囲Ｗ２～Ｗ４について視野内検査処理が実行されることにより、プリント基板１全体に係る半田印刷検査が終了する。

　次にプリント基板１の各検査範囲Ｗにて行われる視野内検査処理について図５のフローチャートを参照して詳しく説明する。かかる視野内検査処理は、制御装置４０（マイクロコンピュータ４１）によって実行されるものである。

　まず制御装置４０は、ステップＳ１において検査範囲Ｗの高さ計測を行う。ここでは、検査範囲Ｗにおけるランド３Ｂ表面やレジスト膜４表面の高さ位置など計測することにより、検査範囲Ｗにおけるプリント基板１の大よその高さ位置を計測する。ステップＳ１に係る処理工程が本実施形態における「領域高さ取得工程」に相当し、かかる処理工程を実行する制御装置４０の機能により「領域高さ取得手段」が構成される。

　具体的に、本実施形態では、公知の光切断法により高さ計測を行う。つまり、照射装置１３を駆動させ、検査範囲Ｗに対し斜め上方から、互いに平行な複数ラインのスリット光を照射しつつ、該検査範囲Ｗをカメラ１５により撮像する。そして、カメラ１５により取得された画像データを基にスリット光の像を三角測量の原理に基づいて解析することにより、検査範囲Ｗ（プリント基板１）の高さを計測する。ここで取得された検査範囲Ｗの高さ情報（高さ、反り、傾斜などの各種情報）は演算結果記憶装置４５に記憶される。

　次に、制御装置４０は、ステップＳ２において、各クリーム半田５の計測基準面となる各ランド３Ｂの表面の高さ位置を算出する。ステップＳ２に係る処理工程が本実施形態における「基準面高さ取得工程」に相当し、かかる処理工程を実行する制御装置４０の機能により「基準面高さ取得手段」が構成される。

　具体的に、本実施形態では、ステップＳ１で取得した検査範囲Ｗの高さ情報を基に、予め設定データ記憶装置４６に記憶されたガーバデータなどの各種情報を参酌して、検査範囲Ｗ内にある全てのランド３Ｂの表面の大よその高さ位置を算出する。ここで算出された各ランド３Ｂの表面の高さ情報は演算結果記憶装置４５に記憶される。尚、ステップＳ２においては、厳密さを求めていないため、ランド３Ｂ近傍のレジスト膜４表面の高さを計測基準面の高さとして代用してもよい。

　次に、制御装置４０は、ステップＳ３において、検査範囲Ｗ内にある全てのクリーム半田５について、該クリーム半田５の高さ方向全域を合焦状態で撮像するのに必要な要合焦範囲をそれぞれ算出する。ステップＳ３に係る処理工程が本実施形態における「要合焦範囲特定工程」に相当し、かかる処理工程を実行する制御装置４０の機能により「要合焦範囲特定手段」が構成される。

　具体的には、まずステップＳ２で取得した各ランド３Ｂの表面の高さ位置を、該ランド３Ｂに印刷されたクリーム半田５の要合焦範囲の下限値として設定する。続いて、この下限値に対し、予め設定データ記憶装置４６に記憶された良品のクリーム半田５の高さ許容最大値Ｔ（図６，７参照）を加算した値を、各クリーム半田５の要合焦範囲の上限値として設定する。

　次に、制御装置４０は、ステップＳ４において、計測ヘッド１２の高さ位置と、該高さ位置において計測対象とするクリーム半田５との対応付けを行う。ステップＳ５に係る処理工程が本実施形態における「対応付け工程」に相当し、かかる処理工程を実行する制御装置４０の機能により「対応付け手段」が構成される。

　詳しくは、ステップＳ３で取得した各クリーム半田５の要合焦範囲、及び、予め設定データ記憶装置４６に記憶されたカメラ１５の被写界深度を基に前記対応付けを行う。

　ここで、図６，７に示した２つの例を参照して前記対応付けについて説明する。図６，７は、計測ヘッド１２の高さ位置と、該高さ位置において計測対象とするクリーム半田５との対応関係の一例を示す模式図である。

　尚、図６，７においては、所定の検査範囲Ｗ内に９個のクリーム半田５（クリーム半田５Ａ～５Ｉ）が存在するとの仮定の下、これら９個のクリーム半田５Ａ～５Ｉを水平方向（Ｘ－Ｙ平面）における位置関係を無視して、その高さ位置に配置している。

　また、図６，７中において、「Ｑ０」は、計測ヘッド１２が検査範囲Ｗに位置合わせされた際の「最初の高さ位置」にある場合の被写界深度を示す。同様に、「Ｑ１」、「Ｑ２」、「Ｑ３」は、それぞれ計測ヘッド１２がＺ軸方向における「第１高さ位置」、「第２高さ位置」、「第３高さ位置」にある場合の被写界深度を示す。

　つまり、図６，７に示した例では、計測ヘッド１２が「第１高さ位置」にある場合の被写界深度Ｑ１において、クリーム半田５Ａ，５Ｂ，５Ｃ，５Ｄの４つを合焦状態で撮像し計測することができ、計測ヘッド１２が「第２高さ位置」にある場合の被写界深度Ｑ２において、クリーム半田５Ｅ、５Ｆの２つを合焦状態で撮像し計測することができ、計測ヘッド１２が「第３高さ位置」にある場合の被写界深度Ｑ３において、クリーム半田５Ｇ，５Ｈ，５Ｉの３つを合焦状態で撮像し計測することができるように、前記対応付けが行われている。

　次に、制御装置４０は、ステップＳ５において、ステップＳ４にて行われた前記対応付けの結果を参酌して、現在の計測ヘッド１２の高さ位置、すなわち計測ヘッド１２が検査範囲Ｗに位置合わせされた際の「最初の高さ位置」にて、後述する「半田計測（位相シフト法を利用したクリーム半田５の三次元計測）」を実行した場合に、該検査範囲Ｗにおいて必要な「半田計測」の回数が増えるか否かを判定する。

　ステップＳ５に係る処理工程が本実施形態における「回数判定工程」に相当し、かかる処理工程を実行する制御装置４０の機能により「回数判定手段」が構成される。

　ここで肯定判定された場合、すなわち「半田計測」の回数が増えると判定された場合にはステップＳ８へ移行し、否定判定された場合、すなわち「半田計測」の回数が増えないと判定された場合にはステップＳ６へ移行する。

　そして、制御装置４０は、ステップＳ６において、現在の高さ位置（最初の高さ位置）
にて最初の「半田計測」を実行する。

　例えば図６の例（ケース１）では、計測ヘッド１２が「最初の高さ位置」のままでも、クリーム半田５Ｅ、５Ｆを合焦状態で撮像し計測することができる状態にある。この場合、計測ヘッド１２は、まず「最初の高さ位置」において「被写界深度Ｑ０」内に存在するクリーム半田５Ｅ、５Ｆについて「半田計測（この検査範囲Ｗにおける１回目の半田計測）」を実行する。

　その後、図６の例（ケース１）では、例えば計測ヘッド１２が「第１高さ位置」へ移動して「被写界深度Ｑ１」内に存在するクリーム半田５Ａ，５Ｂ，５Ｃ，５Ｄについて「半田計測（この検査範囲Ｗにおける２回目の半田計測）」を実行した後、「第３高さ位置」へ移動して「被写界深度Ｑ３」内に存在するクリーム半田５Ｇ，５Ｈ，５Ｉについて「半田計測（この検査範囲Ｗにおける３回目の半田計測）」を実行すればよい。

　つまり、図６の例（ケース１）では、計測ヘッド１２が「第２高さ位置」へ移動する動作工程を省略することができ、Ｚ軸方向への移動回数（高さ調整回数）を１回少なくすることができる。このような場合に、本実施形態では、ステップＳ５において否定判定（「半田計測」の回数が増えないと判定）されることとなる。

　一方、図７の例（ケース２）においても、計測ヘッド１２が「最初の高さ位置」のまま、クリーム半田５Ｃ，５Ｄ，５Ｅの３つを合焦状態で撮像し計測することができる状態にはある。

　しかしながら、このケースでは、仮に計測ヘッド１２が「最初の高さ位置」において「被写界深度Ｑ０」内に存在する３つのクリーム半田５Ｃ，５Ｄ，５Ｅについて「半田計測（この検査範囲Ｗにおける１回目の半田計測）」を実行したとしても、その後、例えば計測ヘッド１２は「第１高さ位置」へ移動して「被写界深度Ｑ１」内に存在するクリーム半田５Ａ，５Ｂについて「半田計測（この検査範囲Ｗにおける２回目の半田計測）」を実行した後、「第２高さ位置」へ移動して「被写界深度Ｑ２」内に存在するクリーム半田５Ｆについて「半田計測（この検査範囲Ｗにおける３回目の半田計測）」を実行し、さらにその後、「第３高さ位置」へ移動して「被写界深度Ｑ３」内に存在するクリーム半田５Ｇ，５Ｈ，５Ｉについて「半田計測（この検査範囲Ｗにおける４回目の半田計測）」を実行しなければならず、必要な「半田計測」の回数が４回に増えてしまう。

　このような場合に、本実施形態では、ステップＳ５において肯定判定（「半田計測」の回数が増えると判定）されることとなる。つまり、ステップＳ５の処理工程を経ることにより、例えば図７の例（ケース２）では、計測ヘッド１２が「最初の高さ位置」において「被写界深度Ｑ０」に係る「半田計測」を実行することなく、例えば「第１高さ位置」へ移動して「被写界深度Ｑ１」内に存在するクリーム半田５Ａ，５Ｂ，５Ｃ，５Ｄについて「半田計測（この検査範囲Ｗにおける１回目の半田計測）」を実行した後、「第２高さ位置」へ移動して「被写界深度Ｑ２」内に存在するクリーム半田５Ｅ，５Ｆについて「半田計測（この検査範囲Ｗにおける２回目の半田計測）」を実行し、さらにその後、「第３高さ位置」へ移動して「被写界深度Ｑ３」内に存在するクリーム半田５Ｇ，５Ｈ，５Ｉについて「半田計測（この検査範囲Ｗにおける３回目の半田計測）」を実行することとなり、必要な「半田計測」の回数は３回となる。

　さて、ステップ６に続くステップＳ７において、制御装置４０は、検査範囲Ｗ内のすべてのクリーム半田５について「半田計測」が完了したか否かを判定する。つまり、計測ヘッド１２が「最初の高さ位置」において「被写界深度Ｑ０」内について行った１回の「半田計測」によって、検査範囲Ｗ内のすべてのクリーム半田５について「半田計測」が完了
したか否かを判定する。

　ここで肯定判定された場合、すなわち検査範囲Ｗ内のすべてのクリーム半田５について「半田計測」が完了した場合には、そのまま本処理を終了する。一方、ステップＳ７において、否定判定された場合、すなわち検査範囲Ｗ内のすべてのクリーム半田５について「半田計測」が完了していない場合には、ステップＳ８へ移行する。

　ステップＳ８において、制御装置４０は、未計測のクリーム半田５を計測するために、計測ヘッド１２の高さ調整が複数回必要か否かを判定する。

　ここで肯定判定された場合、すなわち計測ヘッド１２の高さ調整が残り複数回必要な場合には、ステップＳ１１へ移行する。一方、否定判定された場合、すなわち計測ヘッド１２の高さ調整が残り１回のみで良い場合には、ステップＳ９へ移行する。

　ステップＳ９において、制御装置４０は、Ｚ軸移動機構１８を駆動制御して、計測ヘッド１２を所定の高さ位置へ移動させ位置決めする。続くステップＳ１０において、制御装置４０は、この高さ位置において、未計測のクリーム半田５について「半田計測」を実行する。その後、本処理を終了する。「半田計測」の詳細については後述する。

　ステップＳ９（後述のステップＳ１２，Ｓ１４，Ｓ１６についても同様）に係る処理工程が本実施形態における「高さ調整工程」に相当し、かかる処理工程を実行する制御装置４０の機能により「高さ調整手段」が構成される。また、ステップＳ１０（後述のステップＳ１３，Ｓ１５，Ｓ１７についても同様）に係る処理工程（半田計測）が本実施形態における「三次元計測工程」に相当し、かかる処理工程を実行する制御装置４０の機能により「三次元計測手段」が構成される。

　一方、ステップＳ８において肯定判定され移行したステップＳ１１において、制御装置４０は、現在の計測ヘッド１２の高さ位置、すなわち計測ヘッド１２が検査範囲Ｗに位置合わせされた際の「最初の高さ位置」から、上記ステップＳ４の対応付けによって定められた計測ヘッド１２の複数の高さ位置の中で最も下位に位置する高さ位置（最下高さ位置）へ移動した場合と、最も上位に位置する高さ位置（最上高さ位置）へ移動した場合とでは、最下高さ位置へ移動した方が計測ヘッド１２の移動距離が短いか否かを判定する。

　尚、上記対応付けによって定められた複数の高さ位置に対し、最下高さ位置からＺ軸方向へ順次上昇していく計測ヘッド１２の移動距離と、最上高さ位置からＺ軸方向へ順次降下していく計測ヘッド１２の移動距離は同じであるため、最下高さ位置又は最上高さ位置のうち、「最初の高さ位置」からの移動距離が短い方へ移動した方が、検査範囲Ｗ内のすべてのクリーム半田５について「半田計測」が完了するまでに計測ヘッド１２が移動する移動距離の合計（総移動距離）は短くなる。

　ステップＳ１１に係る処理工程が本実施形態における「距離判定工程」に相当し、かかる処理工程を実行する制御装置４０の機能により「距離判定手段」が構成される。

　ここで、肯定判定された場合、すなわち最下高さ位置へ移動した方が計測ヘッド１２の移動距離が短いと判定された場合には、ステップＳ１２へ移行する。

　そして、制御装置４０は、ステップＳ１２において、Ｚ軸移動機構１８を駆動制御して、計測ヘッド１２を最下高さ位置へ移動させ位置決めすると共に、続くステップＳ１３において、最下高さ位置に係る「半田計測」を実行する。その後、ステップＳ１６へ移行する。

　一方、ステップＳ１１において否定判定された場合、すなわち最上高さ位置へ移動した方が計測ヘッド１２の移動距離が短いと判定された場合には、ステップＳ１４へ移行する。

　そして、制御装置４０は、ステップＳ１４において、Ｚ軸移動機構１８を駆動制御して、計測ヘッド１２を最上高さ位置へ移動させ位置決めすると共に、続くステップＳ１５において、最上高さ位置に係る「半田計測」を実行する。その後、ステップＳ１６へ移行する。

　例えば図６，７の例（ケース１，２）では、両者とも、計測ヘッド１２が「最初の高さ位置」により近い「第１高さ位置」へ移動して「被写界深度Ｑ１」内について「半田計測」を実行することとなる。

　ここで、仮に計測ヘッド１２が「最初の高さ位置」からより遠い「第３高さ位置」へ移動して「被写界深度Ｑ３」内に係る「半田計測」を先に実行した場合には、検査範囲Ｗ内のすべてのクリーム半田５について「半田計測」が完了するまでに計測ヘッド１２が移動する総移動距離が長くなってしまう。

　ステップＳ１６において、制御装置４０は、Ｚ軸移動機構１８を駆動制御して、計測ヘッド１２を現在の高さ位置に最も近い未計測の高さ位置へ移動させ位置決めすると共に、続くステップＳ１７において、この高さ位置に係る「半田計測」を実行する。その後、ステップＳ１８へ移行する。

　ステップＳ１８において、制御装置４０は、検査範囲Ｗ内のすべてのクリーム半田５について「半田計測」が完了したか否かを判定する。ここで肯定判定された場合、すなわち検査範囲Ｗ内のすべてのクリーム半田５について「半田計測」が完了した場合には、そのまま本処理を終了する。

　一方、ステップＳ１８において、否定判定された場合、すなわち検査範囲Ｗ内のすべてのクリーム半田５について「半田計測」が完了していない場合には、再度ステップＳ１６へ移行し、検査範囲Ｗ内のすべてのクリーム半田５について「半田計測」が完了するまで、上記一連の処理を繰り返す。

　次に上記ステップＳ１０等において行われる「半田計測（位相シフト法を利用したクリーム半田５の三次元計測）」について詳しく説明する。

　本実施形態に係る「半田計測」では、検査範囲Ｗについて、投影装置１４から投影される縞パターンの位相を変化させつつ、位相の異なる縞パターンの下で４回の撮像処理を行うことにより、光強度分布の異なる４通りの画像データを取得する。以下、詳しく説明する。

　上述したように、制御装置４０は、所定の検査範囲Ｗにおいて、計測ヘッド１２の高さ調整が完了すると、まず投影装置１４の格子板２０をスライド変位させ、該格子板２０に形成された格子パターンの位置を所定の基準位置（例えば位相「０°」の位置）に設定する。

　格子板２０の位置決めが完了すると、制御装置４０は、投影装置１４の光源１９を発光させ、所定の縞パターンを投影すると共に、カメラ１５を駆動制御して、該縞パターンの下での１回目の撮像処理を実行する。

　その後、制御装置４０は、所定の縞パターンの下での１回目の撮像処理の終了と同時に、光源１９を消灯すると共に、格子板２０をスライド変位させる。具体的には、格子板２０に形成された格子パターンの位置を前記基準位置から、縞パターンの位相が４分の１ピッチ（９０°）ずれる第２の位置へスライド変位させる。

　格子板２０のスライド変位が完了すると、制御装置４０は、光源１９を発光させ、所定の縞パターンを投影すると共に、カメラ１５を駆動制御して、該縞パターンの下での２回目の撮像処理を実行する。

　以後、同様の処理を繰り返し行うことで、９０°ずつ（４分の１ピッチずつ）位相の異なる縞パターンの下で光強度分布の異なる４通りの画像データを取得する。これにより、正弦波状の光強度分布を有する縞パターンの位相を９０°ずつシフトさせた４通りの画像データを取得することができる。

　そして、制御装置４０は、上記のように取得した所定の高さ位置に係る４通りの画像データ（各座標の４通りの輝度値）を基に公知の位相シフト法により、該高さ位置において計測対象となるクリーム半田５について三次元計測（各座標の高さ計測）を行う。かかる三次元計測結果は演算結果記憶装置４５に記憶される。

　ここで、公知の位相シフト法について説明する。上記４通りの画像データにおけるプリント基板１上の所定座標位置の光強度（輝度）Ｉ０，Ｉ１，Ｉ２，Ｉ３は、それぞれ下記式（１）、（２）、（３）、（４）により表すことができる。

　Ｉ０＝αsinθ＋β　　　　　　　　　　　　　　　・・・（１）
　Ｉ１＝αsin（θ＋９０°）＋β　＝αcosθ＋β　　・・・（２）
　Ｉ２＝αsin（θ＋１８０°）＋β＝－αsinθ＋β　・・・（３）
　Ｉ３＝αsin（θ＋２７０°）＋β＝－αcosθ＋β　・・・（４）
　但し、α：ゲイン、β：オフセット、θ：縞パターンの位相。

　そして、上記式（１）、（２）、（３）、（４）を位相θについて解くと、下記式（５）を導き出すことができる。

　θ＝tan^-1｛（Ｉ０－Ｉ２）／（Ｉ１－Ｉ３）｝　・・（５）
　このように算出された位相θを用いることにより、三角測量の原理に基づき、プリント基板１上の各座標（Ｘ，Ｙ）における高さ（Ｚ）を求めることができる。

　次に、制御装置４０は、上記のようにして得られた三次元計測結果（各座標における高さデータ）に基づき、クリーム半田５の印刷状態の良否判定処理を行う。具体的に、制御装置４０は、上記のように得られた各クリーム半田５の計測結果に基づいて、各ランド３Ｂ（パワー回路部ＰＡ用のランドや、制御回路部ＰＢ用のランド）ごとに定められた判定値より所定長以上、高くなったクリーム半田５の印刷範囲を検出し、この範囲内での各部位の高さを積分することにより、印刷されたクリーム半田５の量を算出する。

　続いて、制御装置４０は、このようにして求めた各クリーム半田５の位置、面積、高さ又は量等のデータを、予め設定データ記憶装置４６に記憶されている基準データ（ガーバデータなど）と比較判定し、この比較結果が許容範囲内にあるか否かによって、そのクリーム半田５の印刷状態の良否を判定する。各クリーム半田５の良否判定結果は演算結果記憶装置４５に記憶される。

　そして、制御装置４０は、検査範囲Ｗ内のすべてのクリーム半田５について「半田計測（良否判定を含む）」が完了し、該検査範囲Ｗに係る視野内検査処理が終了すると、計測ヘッド１２を次の検査範囲Ｗへと移動させる。以降、上記一連の処理が、プリント基板１上の全ての検査範囲Ｗ１～Ｗ４で繰り返し行われることで、プリント基板１全体に係る半田印刷検査が終了する。

　以上詳述したように、本実施形態によれば、プリント基板１上の所定の検査範囲Ｗにおけるクリーム半田５の三次元計測（半田計測）を実行するにあたり、計測ヘッド１２の高さ調整を行う構成となっている。

　より詳しくは、まず検査範囲Ｗに対し照射装置１３からスリット光を照射し該検査範囲Ｗの高さを計測する。続いて、この検査範囲Ｗの高さ情報を基に、該検査範囲Ｗに含まれる各クリーム半田５の計測基準面となる各ランド３Ｂの表面の高さを求めると共に、各クリーム半田５の高さ方向全域を合焦状態で撮像するのに必要な要合焦範囲を特定する。

　次に、各クリーム半田５の要合焦範囲及びカメラ１５の被写界深度を基に、計測ヘッド１２の高さ位置と、該高さ位置において計測対象とするクリーム半田５との対応付けを行う。そして、ここで定められた所定の高さ位置に対し順次、計測ヘッド１２を移動させ、該高さ位置において計測対象となるクリーム半田５について半田計測を実行する。

　かかる構成により、１つの検査範囲Ｗ内のすべてのクリーム半田５（最も低い位置にあるクリーム半田５から、最も高い位置にあるクリーム半田５までの高さ範囲）について、適切な合焦状態で撮像された画像データを用いて三次元計測を行うことができる。結果として、計測精度の向上等を図ることができる。

　また、本実施形態では、計測ヘッド１２の高さ位置と、該高さ位置において計測対象とするクリーム半田５との対応付けを行う工程（ステップＳ４）において、図６，７に示した例では、複数のクリーム半田５それぞれについて、該クリーム半田５の要合焦範囲全体を含むカメラ１５の被写界深度が少なくとも１つは存在するように対応付けが行われる構成となっている。

　これにより、少なくとも１回は、クリーム半田５の高さ方向全体を分断することなく同時に三次元計測（半田計測）することができるため、計測精度の向上を図ることができる。

　さらに、上記実施形態では、計測ヘッド１２が検査範囲Ｗに位置合わせされた際の「最初の高さ位置」にて「半田計測」を実行した場合に、該検査範囲Ｗにおいて必要な「半田計測」の回数が増えるか否かを判定し（ステップＳ５）、ここで「半田計測」の回数が増えないと判定された場合には、「最初の高さ位置」にて最初の「半田計測」を実行する（ステップＳ６）構成となっている。

　これにより、計測ヘッド１２の高さ方向への移動回数（高さ調整回数）が１回分少なくなるため、１つの検査範囲Ｗに係る総計測時間を短縮することができる。

　加えて、本実施形態では、計測ヘッド１２が検査範囲Ｗに位置合わせされた際の「最初の高さ位置」から、高さ調整が複数回必要な場合（ステップＳ８）において、移動先となる複数の高さ位置のうちの最下高さ位置又は最上高さ位置のいずれに移動する方が、計測ヘッド１２の移動距離が短くなるかを判定し（ステップＳ１１）、移動距離が短い方へ計測ヘッド１２を移動させる構成（ステップＳ１２、Ｓ１４）となっている。

　これにより、１つの検査範囲Ｗ内のすべてのクリーム半田５の計測を完了するまでに必要な高さ方向の総移動距離を短くすることができる。結果として、１つの検査範囲Ｗに係る総計測時間を短縮することができる。

　尚、上記実施形態の記載内容に限定されず、例えば次のように実施してもよい。勿論、以下において例示しない他の応用例、変更例も当然可能である。

　（ａ）上記実施形態では、本願発明である三次元計測装置を、プリント基板１に印刷されたクリーム半田５の印刷状態を検査する基板検査装置（半田印刷検査装置）１０に具体化したが、これに限らず、例えばプリント基板上に実装された電子部品など、他の対象を検査する装置に具体化してもよい。勿論、基板とは異なる対象物を被計測物として三次元計測を行う構成としてもよい。

　（ｂ）上記実施形態では、被計測領域として、カメラ１５の撮像視野Ｋに合わせて、プリント基板１上に４つの検査範囲Ｗ１～Ｗ４が設定された構成となっているが、被計測領域の割振りは、これに限定されるものではない。例えばプリント基板１全域を１つの計測領域として設定してもよい。

　また、上記実施形態では、所定位置に固定されたプリント基板１上の４つの検査範囲Ｗ１～Ｗ４に対し、計測ヘッド１２をＸＹ軸方向へ順次移動させることにより、プリント基板１全域の検査を行う構成となっている。これに限らず、ＸＹ軸方向に対し計測ヘッド１２を固定させた状態で、プリント基板１をＸＹ軸方向へ移動させることにより、プリント基板１全域の検査を行う構成としてもよい。

　（ｃ）上記実施形態では、位相シフト法による三次元計測（半田計測）を行う上で、縞パターンの位相が９０°ずつ異なる４通りの画像データを取得する構成となっているが、位相シフト回数及び位相シフト量は、これらに限定されるものではない。位相シフト法により三次元計測可能な他の位相シフト回数及び位相シフト量を採用してもよい。

　例えば位相が１２０°（又は９０°）ずつ異なる３通りの画像データを取得して三次元計測を行う構成としてもよいし、位相が１８０°（又は９０°）ずつ異なる２通りの画像データを取得して三次元計測を行う構成としてもよい。

　（ｄ）上記実施形態では、位相シフト法による三次元計測を行う上で、正弦波状の光強度分布を有するパターン光を投影する構成となっているが、これに限らず、例えば矩形波状や三角波状など非正弦波状の光強度分布を有するパターン光を投影する構成としてもよい。

　但し、非正弦波状の光強度分布を有するパターン光を投影し三次元計測を行うよりも、正弦波状の光強度分布を有するパターン光を投影し三次元計測を行う方が計測精度が良い。そのため、計測精度の向上を図る点においては、正弦波状の光強度分布を有するパターン光を投影し三次元計測を行う構成とすることが好ましい。

　（ｅ）上記実施形態では、プリント基板１に対し縞パターンを投影し、クリーム半田５について位相シフト法により三次元計測を行う構成となっている。これに限らず、例えば空間コード法やモアレ法など、他の三次元計測法（パターン投影法）を利用して三次元計測を行う構成としてもよい。但し、クリーム半田５など小さな被計測対象を計測する場合には、位相シフト法など、計測精度の高い計測方法を採用することがより好ましい。

　（ｆ）上記実施形態では、プリント基板１に対しスリット光を照射し、光切断法により
検査範囲Ｗ（プリント基板１）の高さ計測を行う構成となっているが、検査範囲Ｗの高さ計測方法は、これに限定されるものではない。

　例えば照射装置１３からレーザポインタを照射したり、投影装置１４から照射される縞パターン（クリーム半田５の三次元計測用のパターン光）よりも縞の周期が長い（粗い）パターン光を照射して高さ計測を行うなど、光切断法とは異なる他の計測方法を採用してもよい。

　（ｇ）三次元計測用のパターン光を照射する第２照射手段（投影手段）の構成は、上記実施形態に限定されるものではない。

　例えば上記実施形態の投影装置１４は、光源１９からの光を縞パターンに変換する変換手段として格子板２０を用いた構成となっている。これに代えて、変換手段として液晶光学シャッタなどを用いた構成としてもよい。

　また、投影装置１４の投影レンズユニット２１は、入射側レンズ及び出射側レンズを一体に備えた両側テレセントリックレンズ（両側テレセントリック光学系）により構成されている。これに限らず、投影レンズユニット２１として、物体側テレセントリックレンズ（物体側テレセントリック光学系）を採用してもよい。また、テレセントリック構造を有しない構成としてもよい。

　さらに、上記実施形態に係る投影装置１４においては、プリント基板１に対して、格子板２０及び投影レンズユニット２１の主面がシャインプルーフの条件を満たすように設定されている。これに限らず、投影範囲全域における縞パターンの合焦状態によっては、必ずしもシャインプルーフの条件を満たすように設定されていなくともよい。

　（ｈ）撮像手段は、上記実施形態のカメラ１５に限定されるものではない。例えば上記実施形態では、撮像素子１５ａとしてＣＣＤエリアセンサを採用しているが、これに限らず、例えばＣＭＯＳエリアセンサ等を採用してもよい。

　また、撮像レンズユニット１５ｂが両側テレセントリックレンズ（両側テレセントリック光学系）により構成されている。これに限らず、撮像レンズユニット１５ｂとして、物体側テレセントリックレンズ（物体側テレセントリック光学系）を採用してもよい。また、テレセントリック構造を有しない構成としてもよい。

　（ｉ）上記実施形態では、計測ヘッド１２の高さ位置と、該高さ位置において計測対象とするクリーム半田５との対応付けを行う工程（ステップＳ４）において、図６，７に示した例では、複数のクリーム半田５それぞれについて、該クリーム半田５の要合焦範囲全体を含むカメラ１５の被写界深度が少なくとも１つは存在するように対応付けが行われる構成となっているが、対応付け方法に、これに限定されるものではない。

　例えば検査範囲Ｗ内のすべてのクリーム半田５を含む高さ範囲（最も低い位置にあるクリーム半田５の要合焦範囲の下限から、最も高い位置にあるクリーム半田５の要合焦範囲の上限までの高さ範囲）に対し、カメラ１５の被写界深度が重ならないように、位置決めされる計測ヘッド１２の高さ位置を割り振る構成としてもよい。

　尚、かかる構成では、カメラ１５の被写界深度内にクリーム半田５が含まれない計測ヘッド１２の高さ位置も存在し得るため、この場合、この高さ位置においては、計測ヘッド１２を停止させず、三次元計測（半田計測）を実施しない構成としてもよい。

　また、前記構成では、１つのクリーム半田５の高さ方向複数部位を、異なる高さ位置での三次元計測（半田計測）により計測する場合も生じ得るため、計測精度の低下抑制を図る上では、上記実施形態に示したような方法が好ましい。

　（ｊ）上記実施形態では、計測ヘッド１２が検査範囲Ｗに位置合わせされた際の「最初の高さ位置」にて「半田計測」を実行した場合に、該検査範囲Ｗにおいて必要な「半田計測」の回数が増えるか否かを判定し（ステップＳ５）、ここで「半田計測」の回数が増えないと判定された場合には、「最初の高さ位置」にて最初の「半田計測」を実行する（ステップＳ６）構成となっている。

　計測ヘッド１２の移動順序（計測手順）は、これに限定されるものではない。例えば上記判定処理等（ステップＳ５，Ｓ６）を行うことなく、計測ヘッド１２が検査範囲Ｗに位置合わせされた際の「最初の高さ位置」から、上記対応付け（ステップＳ４）によって定められた複数の高さ位置のうちの最下高さ位置又は最上高さ位置へ移動し、最初の「半田計測」を実行する構成としてもよい。

　（ｋ）上記実施形態では、計測ヘッド１２が検査範囲Ｗに位置合わせされた際の「最初の高さ位置」から、高さ調整が複数回必要な場合（ステップＳ８）において、移動先となる複数の高さ位置のうちの最下高さ位置又は最上高さ位置のいずれに移動する方が、計測ヘッド１２の移動距離が短くなるかを判定し（ステップＳ１１）、移動距離が短い方へ計測ヘッド１２を移動させる構成（ステップＳ１２、Ｓ１４）となっている。

　計測ヘッド１２の移動順序（計測手順）は、これに限定されるものではない。例えば最下高さ位置又は最上高さ位置のうち、「最初の高さ位置」からの移動距離が遠い方へ計測ヘッド１２を移動させる構成としてもよい。

　（ｌ）上記実施形態では、Ｚ軸移動機構１８により計測ヘッド１２全体がＺ軸方向へ移動するように構成されている。これに代えて、計測ヘッド１２において、カメラ１５が照射装置１３及び投影装置１４に対し相対移動可能に設けられ、カメラ１５のみがＺ軸方向へ移動可能となるような構成としてもよい。かかる場合、上記対応付け（ステップＳ４）に関しても、カメラ１５の高さ位置と、該高さ位置において計測対象とするクリーム半田５との関係において行われることとなる。

　１…プリント基板、３Ｂ…ランド、４…レジスト膜、５…クリーム半田、１０…基板検査装置、１２…計測ヘッド、１３…照射装置、１４…投影装置、１５…カメラ、１５ａ…撮像素子、１８…Ｚ軸移動機構、４０…制御装置、４４…画像データ記憶装置、４５…演算結果記憶装置、４６…設定データ記憶装置、Ｋ…撮像視野、Ｑ０～Ｑ３…被写界深度、Ｗ（Ｗ１～Ｗ４）…検査範囲。

Claims (8)

1. 　所定の被計測物上の所定の被計測領域に対し、所定の計測手段を位置合わせし、前記被計測領域内に配設された被計測対象について所定の三次元計測法により三次元計測を行う三次元計測装置であって、
   　前記計測手段は、
   　前記被計測領域に対し、該被計測領域の高さ計測を行うための所定の光を照射可能な第１照射手段と、
   　前記被計測領域に対し、前記被計測対象の三次元計測を行うための所定のパターン光を照射可能な第２照射手段と、
   　前記所定の光又は前記所定のパターン光が照射された前記被計測領域を撮像可能な撮像手段とを備え、
   　前記所定の光を照射して前記撮像手段により撮像された画像データを基に、前記被計測領域の高さ情報を取得する領域高さ取得手段と、
   　前記被計測領域の高さ情報を基に、該被計測領域に含まれる複数の前記被計測対象それぞれの計測基準面の高さ情報を算出する基準面高さ取得手段と、
   　前記複数の被計測対象について、それぞれ前記計測基準面の高さ情報を基に、該被計測対象の高さ方向全域を合焦状態で撮像するのに必要な要合焦範囲を特定する要合焦範囲特定手段と、
   　前記複数の被計測対象の要合焦範囲、及び、前記撮像手段の被写界深度を基に、前記計測手段の高さ位置と、該高さ位置において計測対象とする前記被計測対象との対応付けを行う対応付け手段と、
   　前記計測手段を高さ方向に移動可能に構成され、前記対応付けによって定められた所定の高さ位置に対し順次、前記計測手段を位置決め可能な高さ調整手段と、
   　前記計測手段が位置決めされた所定の高さ位置において、前記第２照射手段から照射した前記所定のパターン光の下で前記撮像手段により撮像された画像データを基に、該高さ位置において計測対象となる前記被計測対象について三次元計測を実行可能な三次元計測手段とを備えたことを特徴とする三次元計測装置。
2. 　前記高さ調整手段による高さ調整が行われる前段階において、前記計測手段が前記被計測領域に位置合わせされた際の最初の高さ位置にて、前記三次元計測手段による前記三次元計測を実行した場合に、該被計測領域において必要な前記三次元計測の回数が増えるか否かを判定する回数判定手段を備え、
   　前記三次元計測の回数が増えない場合には、前記最初の高さ位置にて前記三次元計測手段による最初の前記三次元計測を実行することを特徴とする請求項１に記載の三次元計測装置。
3. 　前記高さ調整手段による高さ調整が行われる場合において、前記計測手段が前記被計測領域に位置合わせされた際の最初の高さ位置からの移動距離が、前記対応付けによって定められた前記計測手段の複数の高さ位置のうちの最下位の高さ位置へ移動した場合と、最上位の高さ位置へ移動した場合とで、どちらが短いかを判定する距離判定手段を備え、
   　前記高さ調整手段は、前記計測手段を前記最初の高さ位置から、前記最下位の高さ位置又は前記最上位の高さ位置のうち移動距離が短い方へ移動させることを特徴とする請求項１又は２に記載の三次元計測装置。
4. 　前記対応付け手段は、
   　前記複数の被計測対象それぞれについて、該被計測対象の要合焦範囲全体を含む前記被写界深度が少なくとも１つは存在するように、前記計測手段の高さ位置と前記被計測対象との対応付けを行うことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の三次元計測装置。
5. 　所定の被計測物上の所定の被計測領域に対し、所定の照射手段及び所定の撮像手段を有する所定の計測手段を位置合わせし、前記被計測領域内に配設された被計測対象について所定の三次元計測法により三次元計測を行う三次元計測方法であって、
   　前記被計測領域に対し所定の光を照射して撮像された画像データを基に、前記被計測領域の高さ情報を取得する領域高さ取得工程と、
   　前記被計測領域の高さ情報を基に、該被計測領域に含まれる複数の前記被計測対象それぞれの計測基準面の高さ情報を算出する基準面高さ取得工程と、
   　前記複数の被計測対象について、それぞれ前記計測基準面の高さ情報を基に、該被計測対象の高さ方向全域を合焦状態で撮像するのに必要な要合焦範囲を特定する要合焦範囲特定工程と、
   　前記複数の被計測対象の要合焦範囲、及び、前記撮像手段の被写界深度を基に、前記計測手段の高さ位置と、該高さ位置において計測対象とする前記被計測対象との対応付けを行う対応付け工程と、
   　前記計測手段を高さ方向に移動させ、前記対応付けによって定められた所定の高さ位置に対し順次、前記計測手段を位置決めする高さ調整工程と、
   　前記計測手段が位置決めされた所定の高さ位置において、前記被計測領域に対し所定のパターン光を照射して撮像された画像データを基に、該高さ位置において計測対象となる前記被計測対象について三次元計測を実行する三次元計測工程とを備えたことを特徴とする三次元計測方法。
6. 　前記高さ調整工程が行われる前段階において、前記計測手段が前記被計測領域に位置合わせされた際の最初の高さ位置にて、前記三次元計測を実行した場合に、該被計測領域において必要な前記三次元計測の回数が増えるか否かを判定する回数判定工程を備え、
   　前記三次元計測の回数が増えない場合には、前記最初の高さ位置にて最初の前記三次元計測を実行することを特徴とする請求項５に記載の三次元計測方法。
7. 　前記高さ調整工程が行われる場合において、前記計測手段が前記被計測領域に位置合わせされた際の最初の高さ位置からの移動距離が、前記対応付けによって定められた前記計測手段の複数の高さ位置のうちの最下位の高さ位置へ移動した場合と、最上位の高さ位置へ移動した場合とで、どちらが短いかを判定する距離判定工程を備え、
   　前記高さ調整工程においては、前記計測手段を前記最初の高さ位置から、前記最下位の高さ位置又は前記最上位の高さ位置のうち移動距離が短い方へ移動させることを特徴とする請求項５又は６に記載の三次元計測方法。
8. 　前記対応付け工程において、
   　前記複数の被計測対象それぞれについて、該被計測対象の要合焦範囲全体を含む前記被写界深度が少なくとも１つは存在するように、前記計測手段の高さ位置と前記被計測対象との対応付けを行うことを特徴とする請求項５乃至７のいずれかに記載の三次元計測方法。

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