專利名稱：三維測量裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及三維測量裝置。
背景技術：
—般，在電子部件安裝于印刷基板上的場合，首先，在設置于印刷基板上的規(guī)定電
極圖案上印刷焊錫膏。接著，根據(jù)該焊錫膏的粘性，將電子部件臨時固定于印刷基板上。然
后，將上述印刷基板導向回焊爐，通過經(jīng)過規(guī)定的回焊工序，進行焊接。最近，在導向回焊爐
的前階段，必須檢查焊錫膏的印刷狀態(tài)，在進行該檢查時，采用三維測量裝置。 近年，人們提出有采用光的所謂的非接觸式的各種三維測量裝置，比如，人們提出
有采用相位移法、空間編碼法等的三維測量裝置的技術。 在上述技術的三維測量裝置中，采用CCD照相機等的攝像機構。比如，在采用相位 移法的場合，通過由光源和正弦波圖案的濾波器的組合形成的照射機構，對被測量物照射 具有正弦波狀的光強度分布的圖案光(在此場合，為印刷基板)。接著，采用設置于正上方 的CCD照相機等，對基板上的點進行觀察。在此場合，畫面上的規(guī)定的測量對象點的光的強 度I按照下述式給出。
I = e+f cos 4)(其中，e表示直流光噪音(偏置成分)，f表示正弦波的對比度(反射率)，小表
示通過物體的凹凸提供的相位) 此時，使圖案光移動，按照比如，4個等級(小+0，小+ ji/2，小+ ji，小+3ji/2)改變 相位，獲取具有對應于它們的強度分布I0、I 1、12、13的圖像，根據(jù)下述式，計算調制量a 。
a = arctan( (13-11)/(10-12)} 采用該調制量a ，計算印刷基板(焊錫膏)上的測量對象點的3維坐標(X，Y，Z)， 于是，測量焊錫膏的三維形狀，特別是高度。 但是，在三維測量裝置的領域，由于攝像機構的照相機透鏡的視場角，對應于測量 對象點的高度，該高度數(shù)據(jù)、印刷基板上的坐標數(shù)據(jù)按照與實際不同的方式測量。根據(jù)該原 理，參照圖4而進行說明。 象上述那樣，從規(guī)定的照射機構發(fā)出的圖案光H在規(guī)定的測量對象點反射，其反 射光H'通過照相機70而攝像。根據(jù)它，三維測量裝置可將比如，位于攝像面(基準面)M 上的測量對象點A(XO， ZO)，識別為在與攝像面中心0'離開XO的位置，位于高度ZO( = 0) 處的點。 相對該情況，在通過在與攝像面中心O'離開X1的位置，位于與攝像面M離開Z1 的高度處的測量對象點B(X1，Z1)反射的反射光H'射入照相機70的場合，三維測量裝置將 該反射光H'誤認為在與攝像面中心O'離開XO的位置，位于高度Z2處的測量對象點C(XO， Z2)反射的光。其形成測量誤差，具有導致測量精度的降低的危險。 為了消除這樣的不利情況，在三維測量裝置的領域，采用因測量對象點的高度，所 測量的高度數(shù)據(jù)、攝像面上的坐標數(shù)據(jù)不產(chǎn)生偏差的遠心光學系統(tǒng)(比如，專利文獻1)。
已有技術文獻
專利文獻 專利文獻1 :日本特表2003-527582號文獻

發(fā)明內容
但是，上述遠心光學系統(tǒng)具有尺寸非常大、價格高，并且攝像視野狹窄等的問題。
另外，上述課題不必限于印刷于印刷基板上的焊錫膏等的高度測量，該課題也存在于其它的三維測量裝置的領域。 本發(fā)明是針對上述情況而提出的，本發(fā)明的目的在于提供一種三維測量裝置，其不采用遠心光學系統(tǒng)，可謀取測量精度的提高。 下面對適合于解決上述課題的各技術方案，分項地進行說明。另外，根據(jù)需要，在對應的技術方案的后面，附加有特有的作用效果。
技術方案1涉及一種三維測量裝置，其包括 照射機構，該照射機構可至少對被測量物，照射具有條紋狀的光強度分布的圖案光； 攝像機構，該攝像機構可對來自照射了上述圖案光的被測量物的反射光進行攝像； 圖像處理機構，該圖像處理機構至少根據(jù)通過上述攝像機構攝制的圖像數(shù)據(jù)，進行上述被測量物上的各坐標位置的高度測量， 其特征在于三維測量裝置包括補償運算機構，該補償運算機構至少根據(jù)上述攝像機構的高度信息，與對上述被測量物照射的圖案光的照射角信息，對相對通過上述圖像處理機構測量的上述被測量物上的測量對象點的坐標數(shù)據(jù)和高度數(shù)據(jù)，由上述攝像機構的透鏡的視場角產(chǎn)生的偏差進行補償。 按照上述技術方案l，不采用遠心光學系統(tǒng)，通過運算處理，借助軟件對通過攝像機構的透鏡的視場角產(chǎn)生的測量數(shù)據(jù)的偏差進行補償，可謀求測量精度提高。其結果是，可采用一般的微型透鏡等，可擴大攝像視野。進而，可抑制裝置的尺寸的增加、復雜化，可謀求抑制制造成本的增加。 技術方案2涉及技術方案1所述的三維測量裝置，其特征在于
上述攝像機構設置于上述被測量物的正上方；
上述照射機構設置于上述被測量物的斜上方。 象上述技術方案2那樣，在攝像機構設置于被測量物的正上方，照射機構設置于被測量物的斜上方的場合，由于因攝像機構的透鏡的視場角產(chǎn)生的測量數(shù)據(jù)的偏差容易變大，故上述技術方案1的作用效果更加奏效。 技術方案3涉及技術方案2所述的三維測量裝置，其特征在于
上述補償運算機構 以上述被測量物的攝像面為基準的上述攝像機構的透鏡的主點的高度Lco構成上述攝像機構的高度信息，從上述照射機構照射的圖案光的光線和上述攝像面之間的角度a為上述圖案光的照射角信息， 通過下述式(a) 、 (b)，根據(jù)上述測量對象點的表觀的坐標數(shù)據(jù)XI和高度數(shù)據(jù)Zl，計算上述測量對象點的真正的坐標數(shù)據(jù)X0和高度數(shù)據(jù)ZO，該式(a) 、 (b)為


圖1為以示意方式表示一個實施方式的基板檢查設備的外觀立體 圖2為表示基板檢查設備的電氣結構的方框 圖3為用于說明補償運算處理的原理用的圖； 圖4為對照相機透鏡的視場角造成的測量數(shù)據(jù)的偏差的發(fā)生原理進行說明用的圖。
具體實施例方式
下面參照附圖，對一個實施方式進行說明。 圖1為以示意方式表示具有本實施方式的三維測量裝置的基板檢查裝置1的外觀立體圖。象該圖所示的那樣，基板檢查裝置1包括用于放置印刷有焊錫膏的被測量物的印刷基板2的放置臺3 ;對印刷基板2的表面，從斜上方照射規(guī)定的圖案光用的照射機構的照明裝置4 ;用于對印刷基板2上的上述已照射的部分進行攝像的攝像機構的CCD照相機5 ;實施基板檢查裝置1內的各種控制、圖像處理、運算處理用的控制裝置6。該控制裝置6構成本實施方式的圖像處理機構、補償運算機構。 照明裝置4包括公知的液晶光學快門，其對印刷基板2，從斜上方，照射每次按照4分之1的間隔進行相位變化的條紋狀的圖案光。在本實施方式中，圖案光按照與矩形狀的印刷基板2的一條邊平行的方式沿X軸方向照射的方式設定。S卩，圖案光的條紋與X軸方向相垂直，并且與Y軸方向平行地照射。 另外，在照明裝置4中，來自圖中未示出的光源的光通過光纖，導向一對聚光透鏡，在這里變?yōu)槠叫泄?。該平行光?jīng)由液晶元件，導向設置于恒溫控制裝置內的投影透鏡4a(參照圖3)。此外，從投影透鏡4a照射4個相位變化的圖案光。象這樣，照明裝置4采用液晶光學快門，由此，在制作條紋狀的圖案光的場合，獲得其照度接近理想的正弦波的光，這樣，三維測量的測定分辨率提高。另外，可以電氣方式進行圖案光的相位移的控制，可謀求控制系統(tǒng)的緊湊化。 在放置臺3上，設置電動機15、 16，該電動機15、 16通過控制裝置6進行驅動控制，由此，將放置于放置臺3上的印刷基板2沿任意方向(X軸方向和Y軸方向)導向。通過上述方案，可移動CCD照相機5的視野，即，檢查視野。
下面對控制裝置6的電氣結構進行說明。 象圖2所示的那樣，控制裝置6包括用于進行基板檢查裝置1的整體的控制的CPU和輸入輸出接口 21，由鍵盤、鼠標或接觸板構成的"輸入機構"的輸入裝置22， CRT，液晶等的具有顯示畫面的"顯示機構"的顯示裝置23，用于存儲基于CCD照相機5的攝像的圖像數(shù)據(jù)的圖像數(shù)據(jù)存儲裝置24，用于存儲各種運算結果的運算結果存儲裝置25，為了進行后述的補償運算處理等，預先存儲各種信息的設定數(shù)據(jù)存儲裝置26。另外，各裝置22 26與CPU和輸入輸出接口 21電連接。
(a)
(b)
在上述方案下，控制裝置6對照明裝置4進行驅動控制，開始圖案光的照射，并且使該圖案光每次按照4分之1間距而位移，依次切換控制4種照射。另外，象這樣，在進行圖案光的相位移動的照明的期間，控制裝置6驅動控制CCD照相機5，針對每種照射，對檢查區(qū)域部分進行攝像，分別獲得4畫面量的圖像數(shù)據(jù)。 此外，控制裝置6根據(jù)檢查區(qū)域的圖像數(shù)據(jù)(4畫面量的圖像數(shù)據(jù))，通過相位移法計算檢查區(qū)域內的各坐標位置(X，Y)的高度數(shù)據(jù)(Z)。針對每個像素，反復進行上述處理，由此，可獲得檢查區(qū)域整體的高度數(shù)據(jù)(Z)。 接著，控制裝置6對象這樣獲得的各部位的坐標數(shù)據(jù)(X，Y)和高度數(shù)據(jù)(Z)，進行
補償通過CCD照相機5的透鏡5a的視場角而獲得的偏移的補償運算處理。 下面參照圖3，對其原理進行說明。另外圖3所示的各點等如下所述(其中，在這
里所示的標號與在(背景技術)和(圖4)中所標注的標號沒有關系)。 P表示照明裝置4的投影透鏡4a的主點； 0表示通過照明裝置4 (主點P)的垂直線和攝像面(基準面)M的交點； A表示照射通過照明裝置4照射的圖案光中的，與照射到測量對象點C的光線H相
同的光線的攝像面M上的點； B(X1， Zl)表示表觀的測量對象點； C(X0， Z0)表示真正的測量對象點； D表示CCD照相機5的透鏡5a的主點； E表示通過表觀的測量對象點B的垂直線和攝像面M的交點； F表示通過真正的測量對象點C的垂直線和攝像面M的交點； X0表示從攝像面中心0'，到交點F的距離； X 1表示從攝像面中心0，，到交點E的距離; Z0表示從攝像面M到真正的測量對象點C的高度； Zl表示從攝像面M到表觀的測量對象點B的高度； Lpop表示投影透鏡4a的主點P距攝像面M的高度； Lpc表示CCD照相機5的透鏡5a的主點D和照明裝置4的投影透鏡4a的主點P的水平方向的距離； Lco表示CCD照相機5的透鏡5a的主點D距攝像面M的高度(CCD照相機5的高度信息)； a表示從照明裝置4照射的光線H和攝像面M之間的角度(照射角信息)；
下面按照計算補償運算處理所采用的運算式(a) 、 (b)的步驟進行說明。
通過0P/0A = tan a ， OP = Lpop，導出下述式(1)。
OA = Lpop/tana ......(1) 另外，照明裝置4和測量對象點C的水平方向的距離OF通過下述式(2)導出。
OF = Lpc+XO ......(2) 此夕卜，通過CF/AF = tan a ， CF = Z0，則Z0/0A-0F = tan a成立。于是，ZO =(OA-OF) tana ，通過上述式(1)、 (2)，導出下述式(3)。 ZO = (Lpop/tan a _Lpc_X0) tan a ......(3) 接著，如果著眼于ADO，E，則Lco/Xl = Z0/(X1_X0)成立。于是，通過(X1-X0) *Lco=Z0 Xl，象下述這樣，導出下述式(4)。
-XO Leo = ZO XH1 Leo
X0 = (Lco-Z0)Xl/Lco XO = (1-ZO/Lco) XI ......(4) 另外，如果將上述式(4)代入式(3)中， 貝U ZO =仏pop/tana _LpC_(l_Z0/lxo) XI} tan a 。 如果針對Z0，對其求解，則 ZO = Lpop-Lpc tan a _X1 tan a +(X1 ZO/lxo) tan a
(1-Xl tan a /Leo) ZO = Lpop-(Lpc+Xl) tan a
由于右邊等于Z1，故導出下述式(a)。 ZO = lxo Zl/(lxo_Xl tan a ) ......(a) 另外，如果將上述式(a)代入式(4)中，則導出下述式(b)。
XO = {l-Zl/(Lco_Xl tan a )} XI ......(b) 根據(jù)上述式(a) 、 (b)，控制裝置6可根據(jù)通過圖像數(shù)據(jù)測量的表觀的測量對象點B的坐標數(shù)據(jù)XI和高度數(shù)據(jù)Zl，計算真正的測量對象點C的坐標數(shù)據(jù)XO和高度數(shù)據(jù)Z0。
另外，進行補償所必需的CCD照相機5的高度信息Lco、照射角a 、上述式(a) 、 (b)等在測量前預先存儲于設定數(shù)據(jù)存儲器26中。 象這樣獲得的各部位的補償后的測量數(shù)據(jù)(坐標數(shù)據(jù)和高度數(shù)據(jù))存儲于控制裝置6的運算結果存儲裝置25中。另外，根據(jù)各部位的測量數(shù)據(jù)，檢測高于基準面的焊錫膏的印刷范圍，對該范圍內的各部位的高度進行積分，由此，計算已印刷的焊錫膏的量。另外，如果將象這樣計算的焊錫膏的位置、面積、高度或量等的數(shù)據(jù)與預先存儲于設定數(shù)據(jù)存儲裝置26中的基準數(shù)據(jù)進行比較判斷，則根據(jù)其比較結果是否位于允許范圍內，判斷該檢查區(qū)域的焊錫膏的印刷狀態(tài)。 象以上具體描述的那樣，在本實施方式中，在不采用遠心光學系統(tǒng)的情況下，通過
運算處理，借助軟件對通過CCD照相機5的透鏡5a的視場角產(chǎn)生的測量數(shù)據(jù)的偏差進行補
償，可謀求測量精度的提高。其結果是，CCD照相機5的透鏡5a可采用一般的微型透鏡等，
可擴大攝像視野。進而，可抑制裝置的大型化、復雜化，可謀求制造成本的增加抑制。 此外，并不限于上述實施方式的記載內容，比如，也可象下述這樣實施。
(a)在上述實施方式中，三維測量方法采用相位移法，但是也可采用其它的方式，
比如，光切斷法、空間編碼法、對焦法等公知的測量方法中的任意的測量方法。
(b)在上述實施方式中，三維測量裝置在測量印刷形成于印刷基板2上的焊錫膏
的高度的基板檢查裝置1中具體實現(xiàn)，但是，并不限于此，也可在測量比如，印刷于基板上
的焊錫凸部、安裝于基板上的電子部件等，其它的部件的高度的裝置中實現(xiàn)。
(c)在上述實施方式中，形成采用運算式(a)、 (b)，進行補償運算處理的方案，但
是，補償運算式并不限于此。 另外，照射角a的值也可通過測定圖案光等的方式而直接計算，還可根據(jù)三角測量的原理，根據(jù)投影透鏡4a的主點P的高度(Lpop)等的值計算，間接地求出。在此場合，在運算式(a)、 (b)中，也可置換為tana = (Lpop-Zl) / (Lpc+Xl)。
權利要求
一種三維測量裝置，其包括照射機構，該照射機構可至少對被測量物，照射具有條紋狀的光強度分布的圖案光；攝像機構，該攝像機構可對來自照射了上述圖案光的被測量物的反射光進行攝像；圖像處理機構，該圖像處理機構至少根據(jù)通過上述攝像機構攝制的圖像數(shù)據(jù)，進行上述被測量物上的各坐標位置的高度測量，其特征在于三維測量裝置包括補償運算機構，該補償運算機構至少根據(jù)上述攝像機構的高度信息，與對上述被測量物照射的圖案光的照射角信息，對相對通過上述圖像處理機構測量的上述被測量物上的測量對象點的坐標數(shù)據(jù)和高度數(shù)據(jù)，由上述攝像機構的透鏡的視場角產(chǎn)生的偏差進行補償。
2. 根據(jù)權利要求1所述的三維測量裝置，其特征在于 上述攝像機構設置于上述被測量物的正上方； 上述照射機構設置于上述被測量物的斜上方。
3. 根據(jù)權利要求2所述的三維測量裝置，其特征在于 上述補償運算機構以上述被測量物的攝像面為基準的上述攝像機構的透鏡的主點的高度Lco構成上述 攝像機構的高度信息，從上述照射機構照射的圖案光的光線和上述攝像面之間的角度a 為上述圖案光的照射角信息，通過下述式(a)、 (b)，根據(jù)上述測量對象點的表觀的坐標數(shù)據(jù)Xl和高度數(shù)據(jù)Zl，計算 上述測量對象點的真正的坐標數(shù)據(jù)X0和高度數(shù)據(jù)Z0，該式(a) 、 (b)為<formula>formula see original document page 2</formula>
全文摘要
本發(fā)明的課題在于提供一種三維測量裝置，其不采用遠心光學系統(tǒng)，謀求測量精度的提高。具有三維測量裝置的基板檢查設備包括照射裝置(4)，其對印刷有焊錫膏的印刷基板的表面，照射條紋狀的圖案光；對印刷基板上的已照射的部分進行攝像用的CCD照相機(5)；控制裝置，其根據(jù)通過CCD照相機(5)攝像的圖像數(shù)據(jù)，進行印刷基板上的各坐標位置的高度測量。另外，控制裝置根據(jù)CCD照相機(5)的高度(Lco)，與對印刷基板照射的圖案光的照射角(α)，對會由CCD照相機(5)的透鏡(5a)的視場角產(chǎn)生的測量數(shù)據(jù)的偏差進行補償。
文檔編號G01N21/84GK101782525SQ20101000237
公開日2010年7月21日 申請日期2010年1月12日 優(yōu)先權日2009年1月14日
發(fā)明者石垣裕之 申請人:Ckd株式會社