专利名称：三维测量装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及三维测量装置。
背景技术：
—般，在电子部件安装于印刷基板上的场合，首先，在设置于印刷基板上的规定电
极图案上印刷焊锡膏。接着，根据该焊锡膏的粘性，将电子部件临时固定于印刷基板上。然
后，将上述印刷基板导向回焊炉，通过规定的回焊工序，进行焊接。最近，在导向回焊炉的前
阶段，必须检查焊锡膏的印刷状态，在进行该检查时，采用三维测量装置。 近年，人们提出有采用光的所谓的非接触式的各种三维测量装置，比如，人们提出
有采用相位移法的三维测量装置的技术。 在采用该相位移法的三维测量装置中，通过由光源和正弦波图案的滤波装置的组 合形成的照射机构，对被测量物(在此场合，为印刷基板)，照射具有正弦波状(条纹状)的 光强度分布的光图案。接着，采用设置于正上方的摄像机构而进行观测基板上的点。摄像 机构采用由透镜和成像元件等形成的CCD照相机等。在此场合，画面上的点P的光的强度 I由下述式给出。
I = e+f cos 4)(其中，e表示直流光噪音(偏置成分)，f表示正弦波的对比度(反射率)，小表
示通过物体的凹凸提供的相位) 此时，使光图案移动，按照比如，4个等级(小+0，小+ ji/2，小+ ji，小+3ji/2)改变 相位，获取具有对应于它们的强度分布10、 II、 12、 13的图像，根据下述式计算调制量a 。
a = arctan( (13-11)/(10-12)} 采用该调制量a ，计算焊锡膏等的测量对象上的点P的3维坐标(X、 Y、 Z)，于是， 测量测定对象的三维形状，特别是高度。 但是，在实际的测量对象中，如果还有较高的对象，则也有较低的对象。比如，就焊 锡膏来说，如果还有薄膜状的类型，则也具有呈圆锥台状而突起的类型。另外，如果对应于 这些测量对象中的最大高度，扩大所照射的光图案的条纹的间距，则具有分辨率变粗，测量 精度变差的危险。另一方面，通过使条纹间距变窄，虽然可提高精度，但是，具有可测量的高 度范围不足(条纹数量不准)的危险。 于是，人们提出有下述的技术，其中，比如，在第1次的摄像后，将摄像器件和被测 量物按照该摄像器件的像素间距的半个间距而错开，进行第2次的摄像，获得较高分辨率 的图像数据(比如，参照专利文献1)。 另外，为了解决可测量的高度范围不足的问题，人们还提出有下述的技术，其中， 将周期(条纹间距)短的光图案，与周期长的光图案组合，进行测量(比如，参照专利文献 2)。 已有技术文献
专利文献
专利文献1 :日本特开平6-6794号公报
专利文献2 :日本特开2005-98884号公报

发明内容
但是，在将上述已有技术组合，提高水平分辨率，并且不降低高度方向的分辨率的 情况下，扩大可测量的高度范围的场合，必须分别在第1位置与相对该第1位置错开半像素 间距的第2位置的两个位置每隔1次地进行比如，周期短的光图案的第1测量，与周期长的 光图案的第2测量，共计4次的测量。 象这样，在采用相位移法的过去的三维测量的场合，在将相位分为比如，4个等级
改变时，必须获得具有对应于各等级的强度分布的4种的图像数据。S卩，每当改变相位时，
必须进行摄像，针对测量位置的l个部位，必须进行4次的摄像。由此，在象上述那样，分别
于2个部位进行2种的光图案的测量的场合，摄像次数也共计为16次。 于是，为了提高水平分辨率，并且扩大可测量的高度范围，在仅仅将上述已有技术
组合的场合，具有导致摄像次数的增加造成的总体的测量时间的增加，进而测量效率的降
低的危险。 另外，上述课题并不必限于印刷于印刷基板上的焊锡膏等的高度测量，该课题也 存在于其它的三维测量的领域。 本发明是针对上述情况而提出的，本发明的目的在于提供一种三维测量装置，其
中，在进行采用了相位移法的三维测量时，可以较短的时间，进行较高精度的测量。 下面针对用于解决上述课题的各技术方案，分项地进行说明。另外，根据需要，在
相应的技术方案的后面，附加特有作用效果。 技术方案1涉及一种三维测量装置，其包括 照射机构，该照射机构可至少对被测量物，切换而照射具有条纹状的光强度分布， 并且周期不同的多个光图案； 摄像机构，该摄像机构具有可对来自照射上述光图案的上述被测量物的反射光进 行摄像的摄像器件； 位移机构，该位移机构使上述摄像器件和上述被测量物的位置关系发生相对位 移； 图像处理机构，该图像处理机构根据通过上述成像机构摄制的图像数据，进行三 维测量， 其特征在于上述图像处理机构包括 第1运算机构，该第1运算机构根据在第1位置照射相位多次变化的第1周期的第 l光图案而获得的多个图像数据，通过相位移法，将图像数据的各像素单位的高度数据作为 第1高度数据而计算； 第2运算机构，该第2运算机构根据多个图像数据，通过相位移法，将图像数据的 各像素单位的高度数据作为第2高度数据而计算，上述多个图像数据在相对上述第1位置， 沿规定方向按照半像素间距偏移的第2位置，多次改变长于第1周期的第2周期的第2光 图案的相位，进行照射而获得； 数据置换机构，该数据置换机构根据该第2高度数据，指定上述各第1高度数据的条纹数量，并且将该第1高度数据的值置换为考虑了该条纹数量的值。 按照上述技术方案l，根据在第1位置照射第1周期的第1光图案而获得的多个图 像数据，通过相位移法，将图像数据的各像素单位的高度数据作为第1高度数据而计算。另 外，根据在相对第1位置，沿规定方向按照半像素间距错开的第2位置，照射长于第1周期 的第2周期的第2光图案而获得的多个图像数据，通过相位移法，将图像数据的各像素单位 的高度数据作为第2高度数据而计算。通过将这些数据合成，可形成超过摄像器件的分辨 率的高分辨率的图像数据(包括针对各坐标，排列有高度数据的测量数据等的图像处理后 的图像数据)，可进行更精密的三维测量。 另外，在本技术方案中，根据通过周期长的第2光图案获得的第2高度数据，指定 各第1高度数据的条纹数量(与相位移法的测量对象部相对应的条纹)。接着，将该第1高 度数据的值置换为考虑了该条纹数量的适当值。即，能够获得可增加利用较长的周期的第2 光图案的优点的可测量的高度范围，并且利用周期短的第1光图案的优点的分辨率高的高 精度测量的两者的效果。其结果是，可提高水平分辨率，不降低高度方向的分辨率，扩大可 测量的高度范围。 另外，同样在此场合，在本方案中，在第1或第2位置进行的测量仅仅为第1、第2 光图案中的任何者。即，由于不必在2个部位，分别进行2种的光图案的测量，故可抑制摄 像次数，进而总体的测量时间的增加。其结果是，可以较短的时间，实现较高精度的测量。
此外，由于上述方案可通过所谓的图像处理的软件处理实现，故不必改变硬件方 面，可谋求抑制制造成本的增加。 技术方案2涉及技术方案1所述的三维测量装置，其特征在于上述第2位置为相 对上述第1位置，按照半像素间距倾斜的位置。 按照上述方案2，可通过第1位置的测量和第2位置的测量的2次测量，获得具有 摄像器件的分辨率的4倍的分辨率的图像数据。另外，按照半像素间距倾斜地错开的位置 指沿在图像数据中呈格子状排列的矩形状的像素的对角线方向(相对排列方向倾斜的方 向)按照半像素间距错开的位置。 技术方案3涉及技术方案2所述的三维测量装置，其特征在于其包括内插机构，该 内插机构根据其周围的至少考虑了上述条纹数量的第1高度数据，对数据的缺失部分进行 内插处理。 在采用上述技术方案3的方案的场合，在将第1高度数据和第2高度数据合成，制 作高分辨率的数据时，产生数据的缺失部分，但是，按照本技术方案，可防止这样的故障。
技术方案4涉及权利要求1 3中的任何一项所述的三维测量装置，其特征在于 其包括补偿机构，该补偿机构根据考虑了上述条纹数量的第1高度数据，对上述第2高度数 据的值进行补偿处理。 按照上述技术方案4，可根据通过考虑条纹数量的精度更高的第1高度数据，对第 2运算机构获得的第2高度数据(实际测量数据)的值进行补偿，可形成更接近真正的值的 数据。 技术方案5涉及权利要求4所述的三维测量装置，其特征在于上述补偿机构
判断通过上述第2运算机构计算的规定位置的第2高度数据的值是否在该规定位 置的周边部位的考虑了上述条纹数量的第1高度数据的平均值的规定的误差范围内；
在位于规定的误差范围内的场合，将考虑了上述条纹数量的第1高度数据的平均 值用作上述规定位置的第2高度数据的值； 在不位于规定的误差范围内的场合，将通过上述第2运算机构计算的第2高度数 据的值用作上述规定位置的第2高度数据。 在象上述那样，规定位置的第2高度数据的值在该规定位置的周边部位的考虑了 上述条纹数量的第1高度数据的平均值和规定误差范围内的场合，推定上述规定位置和其 附近的形状呈较流畅的连续的形状，由此，通过考虑条纹数量，将精度较高的第1高度数据 的平均值用于最佳值，但是，可获得更接近真正的值的值。 另一方面，在不在误差范围内的场合，由于上述规定位置和其附近的形状呈起伏 较剧烈的不连续的形状，故在将通过第2运算机构计算的实际测量数据的第2高度数据的 值照原样用于最佳值的场合，相对真正值的误差进一步减小。


图1为以示意方式表示一个实施方式的基板检查装置的外观立体图； 图2为表示基板检查装置的电气结构的方框图； 图3为表示各光图案的分辨率等的说明图； 图4(a) 、 (b)为表示已测量的高度数据的数据排列的示意图； 图5为表示已合成的第1高度数据和第2高度数据的数据排列的示意图； 图6为表示数据置换处理的具体例子的说明图； 图7为表示补偿处理的具体例子的说明图； 图8为表示内插处理的具体例子的说明图； 图9为表示相对真正值的各种高度数据的精度的说明图； 图10为表示已合成的第1 第4高度数据的数据排列的示意图； 图11为表示数据置换处理的具体例子的说明图； 图12为表示补偿处理的具体例子的说明图； 图13为表示相对真正值的各种高度数据的精度的说明图。
具体实施例方式(第l实施方式) 下面参照附图，对一个实施方式进行说明。 图1为以示意方式表示具有本实施方式的三维测量装置的基板检查装置1的外观 立体图。象该图所示的那样，基板检查装置1包括用于放置印刷有作为测量对象的焊锡膏 的被测量物的印刷基板2的放置台3 ;相对印刷基板2的表面，从斜上方照射规定的光图案 用的照射机构的照明装置4 ;用于对印刷基板2上的上述已照射的部分进行摄像的摄像机 构的CCD照相机5 ;实施基板检查装置1内的各种控制、图像处理、运算处理用的控制装置 6。该控制装置6构成本实施方式的图像处理机构。 照明装置4包括公知的液晶光学快门，其可对印刷基板2，从斜上方照射每次按照 4分之1的间隔进行相位变化的条纹状的光图案。在本实施方式中，光图案按照与矩形状的 印刷基板2的一对边平行的方式沿X轴方向照射的方式设定。S卩，光图案的条纹与X轴方向相垂直，并且与Y轴方向平行地照射。 另外，在本实施方式的照明装置4为可切换条纹间距(周期)不同的2种的光图 案，进行照射的结构。更具体地说，切换到周期为2ym的第l光图案，与其2倍的周期的 4ym的第2光图案。在本实施方式中，2iim相当于第l周期，4iim相当于第2周期。由 此，通过第l光图案，象图3所示的那样，可以"2(践)"的刻度，误差范围为士l(ym)的精
度对测量对象点，象比如"0± 1 (ii m) "， "2± 1 (ii m) "， "4± 1 (ii m)"......的那样，对位于
0iim 10iim(其中，10iim相当于l个条纹数量的0iim)的范围内的高度进行测量。另一 方面，通过第2光图案，可以"4(iim)"的刻度，误差范围为士2(ym)的精度对测量对象点，
象比如，"0士2(iim) "，"4士2(iim) "，"8士2(iim)"......的那样，对位于0 y m 20 y m的
范围内的高度进行测量。 此外，在照明装置4中，来自图中未示出的光源的光通过光纤，导到一对聚光透 镜，在这里变为平行光。该平行光经由液晶分子，导到设置于恒温控制装置内的投影透镜。 另外，从投影透镜照射4个相位变化的光图案。象这样，照明装置4采用液晶光学快门，由 此，在制作条纹状的图案光的场合，获得其照度接近理想的正弦波的光，这样，三维测量的 测定分辨率提高。另外，可以电气方式进行图案光的相位移的控制，可谋求控制系统的紧凑 化。 在放置台3上，设置作为位移机构的电动机15、16，该电动机15、16通过控制装置 6进行驱动控制，由此，将放置于放置台3上的印刷基板2沿任意方向(X轴方向和Y轴方 向)滑动。 CCD照相机5由透镜、摄像器件等构成。摄像器件采用CCD传感器。本实施方式的 CCD照相机5形成包括比如，沿X轴方向具有512个像素，沿Y轴方向具有480个像素的分 辨率的图像。 下面对控制装置6的电气结构进行说明。 象图2所示的那样，控制装置6包括用于进行基板检查装置1的整体的控制的CPU 和输入输出接口 21，由键盘、鼠标或接触板构成的"输入机构"的输入装置22， CRT、液晶等 的具有显示画面的"显示机构"的显示装置23，用于存储基于CCD照相机5的摄像的图像数 据的图像数据存储装置24，用于存储各种运算结果的运算结果存储装置25，预先存储各种 信息的设定数据存储装置26。另外，各装置22 26与CPU和输入输出接口 21电连接。
下面对通过控制装置6进行的三维测量的处理内容进行说明。
控制装置6首先驱动控制电动机15、16，使印刷基板2移动，使CCD照相机5的视 野对准印刷基板2上的规定的检查区域的第1位置。另外，检查区域为以CCD照相机5的 视野的大小为1个单位，预先分割印刷基板2的表面中的1个区域。 接着，控制装置6驱动控制照明装置4，开始第1光图案(周期2iim)的照射，并且 每次按照4分之1间距使该第l光图案的相位移动，依次切换控制4种的照射。另外，控制 装置6在象这样，进行第1光图案的相位移动的照明的期间，驱动控制CCD照相机5，针对每 个照射，对检查区域部分(第1位置)进行摄像，获得4画面量的图像数据。
控制装置6根据已获得的4画面量的各图像数据，进行各种图像处理，根据在背景 技术中也说明的公知的相位移法，进行每个坐标(像素)的高度测量，作为第1高度数据而 存储。该处理构成本实施方式的第l运算机构的功能。
在进行该处理的期间，控制装置6驱动控制电动机15、 16，使印刷基板2从上述第 1位置，按照半像素间距倾斜地移动，CCD照相机5的视野对准印刷基板2上的规定的检查 区域的第2位置。另外，在本实施方式中的各像素呈具有沿X轴方向和Y轴方向平行的边 的正方形状。即，按照半像素间距倾斜地移动指沿像素的对角线方向，移动该对角线的距离 的一半。 然后，控制装置6驱动控制照明装置4，开始其周期长于第1光图案的第2光图案 (周期4 m)的照射，并且每次按照4分之1的间距使该第2光图案的相位移动，依次切换 控制4种的照射。另外，控制装置6在象这样，进行第2光图案的相位移动的照明的期间， 驱动控制CCD照相机5，针对每种照射对检查区域部分(第2位置)进行摄像，分别获得4 个画面量的图像数据。 控制装置6根据已获得的4画面量的各图像数据，进行各种图像处理，根据相位移 法，进行各坐标(像素)的高度测量，作为第2高度数据而存储。该处理构成本实施方式的 第2运算机构的功能。 接着，控制装置6将第1位置的测量结果(第1高度数据)，与第2位置的测量数 据(第2高度数据)合成，进行作为该检查区域的1个测量结果而汇总的图像处理。通过 该处理，获得与通过具有CCD照相机5的分辨率的4倍的分辨率的摄像机构摄制的场合相 同的测量数据。在下面，对该图像处理进行具体说明。 在这里，比如，对CCD照相机5的分辨率针对1个摄像视野，为4X4像素的场合进 行说明。在该场合，在第1位置获得的测量数据中的各坐标(像素)的第1高度数据Al A16象图4(a)那样存储。同样，在第2位置获得的测量数据中的各坐标(像素)的第2高 度数据Bl B16象图4(b)那样存储。图4(a)、图4(b)为以示意方式表示数据排列的图 (对于图5 图8，均是同样的)。 在此场合，在合成处理中，首先象图5所示的那样，制作在8 X 8网格上呈两种不同 颜色的方格花纹状设置上述第1高度数据Al A16和第2高度数据Bl B16的数据。另 外，图5中的空栏部分在该阶段，为数据的缺失部分。另外，在图5中，为了容易观看，为了 方便，呈两种不同颜色的方格花纹状附与散点模样(对于图6 图8，也是同样的)。
然后，关于第1高度数据A1 A16，进行将该第1高度数据A1 A16的值置换为 考虑了条纹数量的值的数据置换处理。该处理构成本实施方式的数据置换机构的功能。
更具体地说，象图6所示的那样，比如，关注由图中的粗框围绕的第1高度数据A6， 存储在这里通过第1位置的测量获得的"4"的值。另外，在与第1高度数据A6邻接的周围 的4个第2高度数据B6、 B7、 BIO、 Bll中，分别存储"16"、" 12"、" 16"、" 12"。另外，在图6
中所存储的为仅仅为这些值，但是实际上，与它们相同，在其它的位置也存储各种高度数据 (关于图7、图8，也是同样的)。 象根据图3的表而知道的那样，在作为第1高度数据获得的值为"4(士1) ym"的 场合，因条纹数量的差异，焊锡膏(测量对象点)的真正的高度的候补为"4(士1) ym"或 "14 (± 1) ii m"。即，如果条纹数量为1，则实际的高度为"4 (± 1) ii m"，如果条纹数量为2，则 实际的高度为"14(士1) ym"。另外，在本实施方式中，为了便于说明，对没有焊锡膏(测量 对象点)的高度超过20 ii m的情况的场合进行说明。 另外，在进行这些候补值"4"、"14"中的该数据置换处理的场合，将接近该第1高度数据A6的周围的第2高度数据B6、 B7、 BIO、 Bll的平均"(16+12+16+12)/4 = 14"的值
用作最佳值。即，指定相位移法的条纹数量。另外，将第1高度数据A6的值置换为考虑了
条纹数量的值"14"。上述处理对各第1高度数据Al A16同样地进行。 接着，根据考虑了该条纹数量的第1高度数据A1 A16，进行对第2高度数据B1
B16进行补偿的补偿处理。该处理构成本实施方式的补偿机构的功能。 更具体地说，象图7所示的那样，比如，关注由图中的粗框围绕的第2高度数据
Bll，存储在这里通过第2位置的测量获得的"12"的值。另外，在与第2高度数据Bll邻接
的周围的4个第1高度数据A6、A7、A10、A11中，分别存储"14"、" 12"、" 14"、" 12"。 首先，计算它们周围的4个第1高度数据A6、 A7、 AIO， All的平均值〔
(14+12+14+12)/4= 13〕。另外，判断第2高度数据B11的值是否在该平均值的"士2"的误
差范围内。 在这里，在判定位于"士2"的误差范围内的场合，推定与该第2高度数据Bll相对 应的焊锡膏(测量对象点)和其附近的形状呈较平滑的连续的形状，该第1高度数据A6、 A7、A10、A11的平均值用于第2高度数据B11的最佳值。 另一方面，在判定不位于"±2"的误差范围内的场合，推定与该第2高度数据Bl 1 相对应的焊锡膏(测量对象点)和其附近的形状呈起伏较剧烈的非连续的形状，将作为实 际测量数据的第2高度数据Bll的值照原样用于最佳值。 接着，进行对数据缺失部分(图5中的空栏部分)的数据进行内插处理的数据内 插处理。该处理构成本实施方式的内插机构的功能。 在数据内插处理中，比如，象图8所示的那样，根据在规定的数据缺失部分的周围 邻接而设置的置换处理后的第1高度数据Al A16，补偿处理后的第2高度数据Bl B16 的各数据，计算平均值，用作该数据缺失部分的内插值。 如果上述一系列的处理结束，则具有与获得针对摄像视野整体(检查区域)，从
8X8像素的摄像图像数据获得的测量数据相同的精度的测量数据完成。 象这样获得的各检查区域的测量数据存储于控制装置6的运算结果存储装置25
中。另外，根据每个检查区域的测量数据，检测高于基准面的焊锡膏的印刷范围，对该范围
内的各部位的高度进行积分，由此，计算已印刷的焊锡膏的量。另外，对象这样计算的焊锡
膏的位置、面积、高度或量等的数据与预先存储于设定数据存储装置26中的基准数据进行
比较判断，根据该比较结果是否在允许范围内，判断该检查区域的焊锡膏的印刷状态是否良好。 在进行该处理的期间，控制装置6驱动控制电动机15、16，将印刷基板2移向下一 检查区域，之后，上述一系列的处理在全部的检查区域，反复地进行。 象这样，在本实施方式的基板检查装置1中，在通过控制装置6的控制，移动检查 区域的同时，依次进行图像处理，由此，进行包括印刷基板2上的焊锡膏的高度测量的三维 测量，可高速而确实地检查焊锡膏的印刷状态。 象上面具体描述的那样，在本实施方式中，根据在第1位置，照射周期2ym的第1 光图案而获得的多个图像数据，通过相位移法，将图像数据的各像素单位的高度数据作为 第1高度数据Al A16而计算。另外，根据在相对第1位置，按照半像素倾斜地错开的第 2位置，照射周期4ii m的第2光图案而获得的多个图像数据，通过相位移法，将图像数据的各像素单位的高度数据作为第2高度数据Bl B16而计算。通过将这些数据合成，可形成 具有CCD照相机5的分辨率的4倍的分辨率的图像数据(测量数据)，可进行更精密的三维 另外，在本实施方式中，根据通过周期长的第2光图案获得的第2高度数据Bl B16，指定各第1高度数据A1 A16的条纹数量。另外，将该第1高度数据A1 A16的值 置换为考虑了该条纹数量的适合值。即，能获得可增加作为利用较长周期的第2光图案的 优点的可测量的高度范围，与可实现作为利用较短周期的第1光图案的优点的分辨率较高 的高精度测量的两者的效果。其结果是，象图9所示的那样，可提高水平分辨率，并且不降 低高度方向的分辨率，能扩大可测量的高度范围。 此外，同样在该场合，在本实施方式中，在第1或第2位置进行的测定仅仅在于第 1、第2光图案中的任何一种。S卩，由于不必在2个部位分别进行2种的光图案的测量，可抑 制摄像次数，进而抑制总体的测量时间的增加。其结果是，可以更短的时间，实现更高的精 度的测量。 还有，由于上述方案可通过图像处理的软件处理而实现，故在不必改变硬件方面 的情况下，可谋求抑制制造成本的增加。 再有，在本实施方式中，形成下述的方案，其中，根据在规定的数据缺失部分的周 围邻接设置的置换处理后的第1高度数据Al A16，补偿处理后的第2高度数据Bl B16 的各数据，计算平均值，进行用作该数据缺失部分的内差值的数据内插处理。由此，当将第 1高度数据Al A16和第2高度数据Bl B16合成，制作高分辨率的数据时，可防止产生 数据的缺失部分的故障的发生。 另外，在本实施方式中，根据因考虑了条纹数量，精度较高的第1高度数据A1 A16，进行对第2高度数据Bl B16补偿的补偿处理。由此，可使第2高度数据Bl B16 的值为更接近真正的值。
(第2实施方式) 下面对第2实施方式进行说明。但是，对于与上述第1实施方式重复的部分，采用 同一部件名称，同一标号等，省略对其的说明，并且在下面以与第1实施方式不同的部分为 中心而进行说明。 在本实施方式的三维测量的场合，控制装置6首先驱动控制电动机15、16，使印刷 基板2移动，使CCD照相机5的视野对准印刷基板2上的规定检查区域的第1位置。
接着，控制装置6驱动控制照明装置4，开始第1光图案(周期2iim)的照射，并且 每次按照4分之1间距使该第l光图案的相位移动，依次切换控制4种的照射。另外，控制 装置6在象这样，进行第1光图案的相位移动的照明的期间，驱动控制CCD照相机5，针对每 种照射，对检查区域部分(第1位置)进行摄像，分别获得4画面量的图像数据。
控制装置6根据已取得的4画面量的各图像数据，进行各种图像处理，根据也在背 景技术中说明的公知的相位移法，进行各坐标(像素)的高度测量，作为第1高度数据而存 储。 在进行上述处理的期间，控制装置6驱动控制电动机15、16，将印刷基板2移动到 相对上述第1位置沿X轴方向按照半像素间距错开的位置，将CCD照相机5的视野对准印 刷基板2上的规定的检查区域的第2位置。
接着，控制装置6驱动控制照明装置4，开始其周期长于第1光图案的第2光图案 (周期4 m)的照射，并且每次按照4分之1间距使该第2光图案的相位移动，依次切换控 制4种的照射。另外，控制装置6在象这样，进行第2光图案的相位移动的照明的期间，驱 动控制CCD照相机5，针对每种照射，对检查区域部分(第2位置)进行摄像，分别获得4画 面量的图像数据。 控制装置6根据已获得的4画面量的各图像数据，进行各种图像处理，根据相位移 法，进行各坐标(像素)的高度测量，作为第2高度数据而存储。 在进行上述处理的期间，控制装置6驱动控制电动机15、 16，将印刷基板2移动到 相对上述第1位置，按半像素间距错动的位置，使CCD照相机5的视野对准印刷基板2上的 规定的检查区域的第3位置。 然后，控制装置6驱动控制照明装置4，开始第1光图案(周期2iim)的照射，使该 第1光图案的相位按照4分之1间距移动，依次切换控制4种的照射。接着，控制装置6在 象这样，进行第1光图案的相位移动的照明的期间，驱动控制CCD照相机5，针对每种照射， 对检查区域部分(第3位置)进行摄像，分别获得4画面量的图像数据。
控制装置6根据已获得的4画面量的各图像数据，进行各种图像处理，根据相位移 法，进行各坐标(像素)的高度测量，作为第3高度数据而存储。 在进行上述处理的期间，控制装置6驱动控制电动机15、16，将印刷基板2移动到 相对上述第1位置，沿Y轴方向按半像素间距错动的位置，使CCD照相机5的视野对准印刷 基板2上的规定的检查区域的第4位置。 接着，控制装置6驱动控制照明装置4，开始第2光图案(周期4iim)的照射，使该 第2光图案的相位按照4分之1间距移动，依次切换控制4种的照射。接着，控制装置6在 象这样，进行第2光图案的相位移动的照明的期间，驱动控制CCD照相机5，针对每种照射， 对检查区域部分(第4位置)进行摄像，分别获得4画面量的图像数据。
控制装置6根据已获得的4画面量的各图像数据，进行各种图像处理，根据相位移 法，进行各坐标(像素)的高度测量，作为第4高度数据而存储。 接着，控制装置6进行将第1位置的测量结果(第1高度数据)、第2位置的测量 结果(第2高度数据)、第3位置的测量结果(第3高度数据)、第4位置的测量结果(第4 高度数据)合成，作为该检查区域的l个测量结果而汇总的图像处理。下面对该图像处理 进行具体说明。 在这里，对比如，CCD照相机5的分辨率针对每个摄像视野，为4X4像素的场合进 行说明。 在此场合，在合成处理中，首先，象图10所示的那样，制作将在第1 第4的各位 置获得的各像素的第1高度数据Cl C16、第2高度数据Dl D16、第3高度数据El E16、第4高度数据F1 F16设置于8X8网格上的数据。在图10中，为了容易观看，为了 方便，呈两种不同颜色的方格花纹状赋予散点图案(对于图ll，图12，也是相同的)。
接着，就第1高度数据Cl C16和第3高度数据El E16来说，进行将该第1高 度数据Cl C16和第3高度数据El E16的值置换为考虑了条纹数量的值的数据置换处 理。 更具体地说，象图ll所示的那样，比如，关注由图中的粗框围绕的第1高度数据C6，存储在这里通过第1位置的测量获得的"4"的值。另外，在与第1高度数据C6邻接的 周围的第2高度数据D5、 D6和第4高度数据F2、 F6中，分别存储"16"、" 12"、" 12"、" 16"。 另外，在图11中所记载的仅仅为这些值，但是实际上，与它们相同，在其它的位置，也存储 各种高度数据(关于图12也是同样的)。 与上述实施方式相同，作为第1高度数据获得的值为"4(士1) ym"的场合，因条纹 数量的差异，焊锡膏(测量对象点)的真正的高度的候补为"4(士1) ym"或"14(士l) ym"。 即，如果条纹数量为1，则实际的高度为"4 (± 1) ii m"，如果条纹数量为2，则实际的高度为 "14(士1) iim"。 另夕卜，在进行这些候补值"4"、"14"中的，该数据置换处理的场合，将该第1高度数 据C6的周围的第2高度数据D5、D6和接近该第4高度数据F2、F6的平均"(16+12+12+16) /4 =14"的值用作最佳值。即，指定相位移法的条纹数量。接着，将第1高度数据C6的值置 换为考虑了条纹数量的值"14"。上述处理同样地对各第1高度数据Cl C16和第3高度 数据E1 E16进行。 接着，进行根据考虑了该条纹数量的第1高度数据Cl C16和第3高度数据El
E16，对第2高度数据Dl D16和第4高度数据Fl F16进行补偿的补偿处理。 更具体地说，象图12所示的那样，比如，关注由图中的粗框围绕的第2高度数据
D6，存储在这里通过第2位置的测量获得的"12"的值。另外，在与第2高度数据D6邻接的
周围的第1高度数据C6、C7和第3高度数据E2、E6中，分别存储上述置换处理后的值"14"、
"12"、"12"、"14"。 首先，计算其周围的4个第1高度数据C6、 C7和第3高度数据E2、 E6的平均值〔 (14+12+12+14)/4= 13〕。接着，判断第2高度数据D6的值是否在该平均值的"士2"的误 差范围内。 在这里，在判定在"士2"的误差范围内的场合，与上述第1实施方式相同，第1高 度数据C6、 C7和第3高度数据E2、 E6的平均值用于第2高度数据D6的最佳值。
另一方面，在判定不在"士2"的误差范围内的场合，与上述第1实施方式相同，将 作为实测数据的第2高度数据D6的值照原样用于最佳值。 如果上述一系列的处理结束，则完成具有与针对摄像视野整体(检查区域)，根据 8 X 8像素的摄像图像数据获得的测量数据相同的精度的测量数据。 象上面具体描述的那样，按照本实施方式，实现与上述第1实施方式相同的作用 效果。即，象图13所示的那样，提高水平分辨率，并且在不降低高度方向的分辨率的情况 下，可扩大可测定的高度范围。在本实施方式中，当将各种高度数据合成，制作高分辨率的 数据时，没有产生数据的缺失部分的故障，由此，不必进行对数据进行内插处理的数据内插 处理。其结果是，可获得更接近真正的值的测量数据。 另外，也可不限于上述各实施方式的记载内容，比如，象下述那样实施。
(a)在上述各实施方式中，将三维测量装置在测量印刷形成于印刷基板2上的焊
锡膏的高度的基板检查装置1中具体实现，但是，并不限于此场合，比如，也可在下述的装
置中具体实现，其中，测量比如，印刷于基板上的焊锡膏、安装于基板上的电子部件等的其
它的部分的高度。 (b)在上述各实施方式中，给出将周期2ym的第l光图案，周期4iim的第2光图案组合，测量高度到达20践的焊锡膏(测量对象部)的场合的例子，但是，显然，各光图案 的周期、测量范围并不限于此。比如，也可为下述的方案，其中，进一步增加第2光图案的周 期(比如，6ym以上)，第l光图案的条纹数量在3以上。 (c)在上述各实施方式中，形成下述的方案，其中，通过使放置于放置台3上的印 刷基板2运动，使CCD照相机5 (摄像器件)和印刷基板2 (被测量物)的位置关系发生相 对位移，但是，并不限于此，也可形成使CCD照相机5运动，使两者发生相对位移的方案。
(d)在上述各实施方式中，摄像器件(摄像机构)采用CCD传感装置(CCD照相机 5)，但是摄像器件并不限于此，也可采用比如，CMOS等。 另外，在上述各实施方式的CCD照相机5中，沿X轴方向具有512像素，沿Y轴方 向具有480像素的分辨率，但是，水平分辨率并不限于此。本发明在水平分辨率较低的系统 中，更加有效。 (e)第2高度数据等的补偿处理、数据缺失部分的内插处理的顺序并不限于上述 各实施方式，也可形成通过其它的方法而进行的方案。
权利要求
一种三维测量装置，其包括照射机构，该照射机构可至少对被测量物，切换而照射具有条纹状的光强度分布，并且周期不同的多个光图案；摄像机构，该摄像机构具有可对来自照射上述光图案的上述被测量物的反射光进行摄像的摄像器件；位移机构，该位移机构使上述摄像器件和上述被测量物的位置关系发生相对位移；图像处理机构，该图像处理机构根据通过上述成像机构摄制的图像数据，进行三维测量；其特征在于上述图像处理机构包括第1运算机构，该第1运算机构根据在第1位置照射相位多次变化的第1周期的第1光图案而获得的多个图像数据，通过相位移法，将图像数据的各像素单位的高度数据作为第1高度数据而计算；第2运算机构，该第2运算机构根据多个图像数据，通过相位移法，将图像数据的各像素单位的高度数据作为第2高度数据而计算，上述多个图像数据为在相对上述第1位置，沿规定方向按照半像素间距偏移的第2位置，多次改变长于第1周期的第2周期的第2光图案的相位，进行照射而获得；数据置换机构，该数据置换机构根据该第2高度数据，指定上述各第1高度数据的条纹数量，并且将该第1高度数据的值置换为考虑了该条纹数量的值。
2. 根据权利要求1所述的三维测量装置，其特征在于上述第2位置为相对上述第1位 置，按照半像素间距倾斜偏移的位置。
3. 根据权利要求2所述的三维测量装置，其特征在于其包括内插机构，该内插机构根 据其周围的至少考虑了上述条纹数量的第1高度数据，对数据的缺失部分进行内插处理。
4. 根据权利要求1 3中的任何一项所述的三维测量装置，其特征在于其包括补偿机 构，该补偿机构根据考虑了上述条纹数量的第1高度数据，对上述第2高度数据的值进行补 偿处理。
5. 根据权利要求4所述的三维测量装置，其特征在于上述补偿机构 判断通过上述第2运算机构计算的规定位置的第2高度数据的值是否在该规定位置的周边部位的考虑了上述条纹数量的第1高度数据的平均值的规定的误差范围内；在位于规定的误差范围内的场合，将考虑了上述条纹数量的第1高度数据的平均值用作上述规定位置的第2高度数据的值；在不位于规定的误差范围内的场合，将通过上述第2运算机构计算的第2高度数据的值用作上述规定位置的第2高度数据。
全文摘要
本发明提供一种三维测量装置，在进行采用了相位移法的三维测量时，能以较短的时间进行较高精度的测量。具有三维测量装置的基板检查装置包括照射装置，其对印刷有焊锡膏的印刷基板照射条纹状的光图案；CCD照相机，其对印刷基板上的被照射的部分进行摄像；控制装置，其根据通过前述摄像的图像数据进行三维测量。控制装置根据在第1位置照射周期为2μm的第1光图案而获得的图像数据，计算各像素的第1高度数据。另外，在按照半像素倾斜偏移的第2位置，根据照射周期为4μm的第2光图案而获得的图像数据，计算各像素的第2高度数据。接着，根据第2高度数据指定各第1高度数据的条纹数量，将该第1高度数据的值置换为考虑了条纹数量的值。
文档编号G01B11/25GK101782375SQ20101000394
公开日2010年7月21日 申请日期2010年1月13日 优先权日2009年1月20日
发明者梅村信行, 石垣裕之 申请人:Ckd株式会社