CN107429992A

CN107429992A - 三维测量装置以及三维测量方法

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Publication number: CN107429992A
Application number: CN201580078559.9A
Authority: CN
Inventors: 大山刚; 坂井田宪彦; 二村伊久雄
Original assignee: CKD Corp
Current assignee: CKD Corp
Priority date: 2015-05-11
Filing date: 2015-11-19
Publication date: 2017-12-01
Anticipated expiration: 2035-11-19
Also published as: JP2016211986A; TW201640076A; WO2016181578A1; JP6126640B2; TWI580927B; CN107429992B

Abstract

提供三维测量装置和三维测量方法，能够在利用相移法进行高度测量时缩短测量时间。基板检查装置(1)包括：从斜上方向印刷基板(2)的表面照射预定的光图案的照明装置(4)、拍摄印刷基板(2)上的照射了光图案的部分的相机(5)、以及实施基板检查装置(1)内的各种控制和图像处理、运算处理的控制装置(6)。控制装置(6)通过利用根据预定的拍摄条件确定的光图案的增益和偏移的关系以及根据图像数据上的被测量坐标的亮度值确定的该被测量坐标涉及的光图案的增益或偏移的值，并基于在二组相位变化的光图案之下拍摄的二组图像数据通过相移法执行被测量坐标的高度测量。

Description

三维测量装置以及三维测量方法

技术领域

本发明涉及利用相移法进行高度测量的三维测量装置以及三维测量方法。

背景技术

一般来说，在印刷基板上安装电子部件的情况下，首先在配置于印刷基板上的预定的电极图案上印刷膏状焊料。接着，基于该膏状焊料的粘性在印刷基板上临时固定电子部件。之后，所述印刷基板被导入回流炉，通过经过预定的回流工序进行焊接。最近，在被导入回流炉的前一阶段，需要检查膏状焊料的印刷状态，在进行该检查时有时使用三维测量装置。

近年来，提出了各种使用光的所谓非接触式的三维测量装置，例如提出了与使用相移法的三维测量装置有关的技术。

在利用该相移法的三维测量装置中，通过由发出预定的光的光源和将来自该光源的光变换为具有正弦波状(条纹状)的光强度分布的光图案的光栅组合构成的照射单元，将光图案照射至被测量物(此情况下为印刷基板)。并且，使用配置于正上方的拍摄单元观测基板上的点。作为拍摄单元，使用由透镜及拍摄元件等构成的CCD相机等。

在上述构成之下，由拍摄单元拍摄的图像数据上的各像素的光的强度(亮度)I由下式(T1)给出。

其中，f：增益，e：偏移，其像素中的正弦波的相位角。

这里，通过切换控制上述光栅，使光图案的相位例如以四阶段变化，引入具有与它们对应的强度分布I₀、I₁、I₂、I₃的图像数据，基于下式(T2)取消f(增益)和e(偏移)，求出相位角

然后，使用该相位角基于三角测量的原理算出印刷基板(膏状焊料)上的被测量坐标(X，Y)中的高度(Z)(例如参照专利文献1)。

例如，在被测量坐标(X，Y)处的高度(Z)为“0”的情况下，照射到该坐标(X，Y)的图案光的相位角为“0°”，在具有预定的高度的情况下，相位角为“10°”，如此地该坐标(X，Y)涉及的相位角根据其高度而变化。

与此相对，近年来，也提出使光图案的相位以三阶段变化并根据三组图像数据取得相位角的技术(例如参照专利文献2)。

在先技术文献

专利文献

专利文献1：日本专利文献特开平5-280945号公报

专利文献2：日本专利文献特开2002-81924号公报。

发明内容

发明所要解决的问题

但是，在现有的三维测量装置中，需要使相位以四阶段或三阶段变化，拍摄具有与它们对应的强度分布的四组或三组图像。即，由于对于一个点需要进行四次或三次拍摄，因此拍摄需要时间，测量时间可能变长。因此，要求测量时间进一步缩短。

另外，上述问题未必限于印刷基板上印刷的膏状焊料等的高度测量，在其他的三维测量装置的领域中也存在。

本发明是鉴于上述情况而完成的，其目的在于提供当利用相移法进行高度测量时能够缩短测量时间的三维测量装置以及三维测量方法。

用于解决问题的手段

以下，针对适于解决上述问题的各技术方案分项进行说明。另外，根据需要对相应的技术方案标记特有的作用效果。

技术方案1.一种三维测量装置，其特征在于，包括：

照射单元，所述照射单元具有发出预定的光的光源以及将来自该光源的光变换为具有条纹状的光强度分布的光图案的光栅，能够向被测量物至少照射该光图案；

相位控制单元，所述相位控制单元控制所述光栅的移送或切换，能够改变多组从所述照射单元照射的所述光图案的相位；

拍摄单元，所述拍摄单元能够拍摄来自照射了所述光图案的所述被测量物的反射光；以及

图像处理单元，所述图像处理单元能够基于由所述拍摄单元拍摄的图像数据执行所述被测量物的三维测量，

所述图像处理单元通过利用根据预定的拍摄条件确定的所述光图案的增益和偏移的关系以及根据所述图像数据上的被测量坐标的亮度值确定的该被测量坐标涉及的所述光图案的增益或偏移的值，

并基于在二组相位变化的所述光图案之下拍摄的二组图像数据通过相移法执行所述被测量坐标的高度测量。

根据上述技术方案1，能够通过利用根据预定的拍摄条件确定的光图案的增益A和偏移B的关系(例如A＝K(比例常数)×B)以及根据图像数据上的被测量坐标(x，y)的亮度值V(x，y)确定的该被测量坐标(x，y)涉及的光图案的增益A(x，y)或偏移B(x，y)的值，并基于在二组相位变化的光图案之下拍摄的二组图像数据通过相移法进行被测量坐标的高度测量。

如上地，在本技术方案中，能够基于二组图像数据进行被测量物的高度测量，因此与对于一个点需要进行四次或三次拍摄的现有技术相比，综合的拍摄次数少，能够缩短拍摄时间。结果，能够显著地缩短测量时间。

另外，从光源照射的光首先在通过光栅时被衰减，接着在由被测量物反射时被衰减，最后在拍摄单元中被A/D变换(逻辑-数字变换)时被衰减之后作为图像数据的各像素的亮度值被取得。

因此，通过拍摄单元拍摄的图像数据的各像素的亮度值能够通过将光源的亮度、从光源照射的光通过光栅时的衰减率、光由被测量物反射时的反射率、在拍摄单元中被A/D变换(逻辑-数字变换)时的变换效率等做乘法来表现。

例如，光源(均匀光)的亮度：L

光栅的透过率：G＝αsinθ+β

α，β为任意的常数。

在被测量物上的坐标(x，y)中的反射率为R(x，y)、

拍摄单元(拍摄元件)的各像素的变换效率为E、

与被测量物上的坐标(x，y)对应的图像上的像素的亮度值为V(x，y)、

被测量物上的坐标(x，y)中的光图案的增益为A(x，y)、

被测量物上的坐标(x，y)中的光图案的偏移为B(x，y)的情况下，能够以下式(F1)表示。

[数1]

V(x，y)＝L×G×R(x，y)×E

＝A(x，y)sinθ+B(x，y)···(F1)

这里，增益A(x，y)能够根据基于“sinθ＝1”的光的亮度值V(x，y)_MAX与基于“sinθ＝-1”的光的亮度值V(x，y)_MIN之差来表示，因此

例如，在光栅为θ＝0时的透过率(＝平均透过率)：G_θ＝0

光栅为θ＝π/2时的透过率(＝最大透过率)：G_θ＝π/2

光栅为θ＝-π/2时的透过率(＝最小透过率)：G_θ＝-π/2

的情况下能够以下式(F2)表示。

[数2]

A(x，y)＝{(L×G_θ＝π/2×R(x，y)×E)-(L×G_θ＝-π/2×R(x，y)×E)}/2

＝{(L×R(x，y)×E)×(G_θ＝π/2-G_θ＝-π/2)}/2···(F2)

另外，偏移B(x，y)是“sinθ＝0”的光的亮度值V(x，y)，并且是基于“sinθ＝1”的光的亮度值V(x，y)_MAX和基于“sinθ＝-1”的光的亮度值V(x，y)_MIN的平均值，因此能够以下式(F3)表示。

[数3]

B(x，y)＝L×G_θ＝0×R(x，y)×E

＝{(L×G_θ＝π/2×R(x，y)×E)+(L×G_θ＝-π/2×R(x，y)×E)}/2

＝{(L×R(x，y)×E)×(G_θ＝π/2+G_θ＝-π/2)}/2···(F3)

即，亮度值的最大值V(x，y)_MAX、最小值V(x，y)_MIN、平均值V(x，y)_AV能够分别以下式(F4)、(F5)、(F6)表示，成为如图3的曲线图所示的关系。

[数4]

V(x，y)_MAX＝(L×G_θ＝π/2×R(x，y)×E)＝B(x，y)+A(x，y)···(F4)

V(x，y)_MIN＝(L×G_θ＝-π/2×R(x，y)×E)＝B(x，y)-A(x，y)···(F5)

V(x，y)_AV＝(L×R(x，y)×E)×(G_θ＝π/2+G_θ＝-π/2)/2＝B(x，y)···(F6)

由图3可知，预定的坐标(x，y)中的亮度值的最大值V(x，y)_MAX和亮度值的最小值V(x，y)_MIN的平均值V(x，y)_AV为偏移B(x，y)，该偏移B(x，y)与最大值V(x，y)_MAX之差、以及该偏移B(x，y)与最小值V(x，y)_MIN之差分别为增益A(x，y)。

另外，亮度值V(x，y)与光源的亮度L或反射率R(x，y)成比例变化，因此例如在反射率R成为一半的坐标位置，增益A和偏移B的值也成为一半。

接着，在使上式(F2)、(F3)成为下式(F2′)、(F3′)之后，若将两者相加整理，则导出下式(F7)。

[数5]

2A(x，y)/(G_θ＝π/2-G_θ＝-π/2)＝(L×R(x，y)×E)···(F2′)

2B(x，y)/(G_θ＝π/2+G_θ＝-π/2)＝(L×R(x，y)×E)···(F3′)

2A(x，y)/(G_θ＝π/2-G_θ＝-π/2)＝2B(x，y)/(G_θ＝π/2+G_θ=－π/2)···(F7)

并且，当针对A(x，y)求解上式(F7)时，成为下式(F8)，能够如图4所示的曲线图那样表示。

[数6]

A(x，y)＝B(x，y)×(G_θ＝π/2-G_θ＝-π/2)/(G_θ＝π/2+G_θ＝-π/2)

＝K×B(x，y)···(F8)

其中，比例常数K＝(G_θ＝π/2-G_θ＝-π/2)/(G_θ＝π/2+G_θ＝-π/2)

即，在将光源的亮度L或反射率R(x，y)的一者固定而使另一者变化的情况下，随着偏移B(x，y)增加或减少，增益A(x，y)也与该偏移B(x，y)成比例地增加或减少。根据该式(F8)，如果知道增益A或偏移B的一者，则能够求出另一者。这里，比例常数K与光源的亮度L和反射率R无关，由光栅的透过率G来决定。即，能够如下述的技术方案2，3那样表述。

技术方案2.在技术方案1所述的三维测量装置中，所述增益和偏移的关系是所述增益和所述偏移彼此唯一确定的关系。

如果增益A和偏移B是彼此唯一确定的关系，则例如通过创建表示增益A和偏移B的关系的数表和表数据，能够由增益A求出偏移B，或者由偏移B求出增益A。

技术方案3.在技术方案1所述的三维测量装置中，所述增益和偏移的关系是所述增益和所述偏移成比例的比例关系。

如果增益和偏移是比例关系，则例如能够以A＝K×B+C(其中，C：相机的暗电流(偏移))那样的关系式表示，能够由增益A求出偏移B或者由偏移B求出增益A。进而，能够成为下述的技术方案4那样的构成。

技术方案4.在技术方案1所述的三维测量装置中，在所述二组相位变化的光图案的相对相位关系分别为0、γ时的所述二组图像数据的各像素的亮度值分别为V₀、V₁的情况下，

所述图像处理单元求出满足下式(1)、(2)、(3)的关系的相位角θ，基于该相位角θ进行所述高度测量，

V₀＝Asinθ+B···(1)

V₁＝Asin(θ+γ)+B···(2)

A＝KB···(3)

其中，γ≠0，A：增益，B：偏移，K：比例常数。

根据上述技术方案4，通过将上式(3)代入到上式(1)，能够导出下式(4)。

V₀＝KBsinθ+B···(4)

如果针对偏移B求解上式，则能够导出下式(5)。

B＝V₀/(Ksinθ+1)···(5)

另外，通过将上式(3)代入到上式(2)，则能够导出下式(6)。

V₁＝KBsin(θ+γ)+B···(6)

如果将上式(6)代入到上式(5)，如下述[数7]所示那样整理，则能够导出下式(7)。

[数7]

V₁＝K×{V₀/(K sinθ+1))sin(θ+γ)+{V₀/(K sinθ+1)}

V₁×(K sinθ+1)＝K V₀sin(θ+γ)+V₀

＝KV₀{sinθcosγ+sinγcosθ}+V₀

-V₁K sinθ+K V₀cosγsinθ+K V_osinγcosθ+V₀-V₁＝0

K(V₀cosγ-V₁)sinθ+KV₀sinγcosθ+(V₀-V₁)＝0

(V₀cosγ-V₁)sinθ+V₀sinγcosθ+(V₀-V₁)/K＝0···(7)

这里，如果设置为“V₀cosγ-V₁＝a”、“V₀sinγ＝b”、“(V₀-V₁)/K＝c”，则上式(7)能够如下式(8)那样表示。

asinθ+bcosθ+c＝0···(8)

这里，如下述[数8]所示，如果针对相位角θ求解上式(8)，则能够导出下述[数9]所示的下式(9)。

[数8]

b²-b²sin²θ＝c²+2ac sinθ+a²sin²θ

(a²+b²)sin²θ+2ac sinθ+c²＝0

[数9]

其中，a＝V₀cosγ-V₁

b＝V₀sinγ

c(V₀-V₁)/K

因此，上述技术方案4中的“求出满足下式(1)、(2)、(3)的关系的相位角θ，并基于该相位角θ进行所述高度测量”可以说成“基于下式(9)求出相位角θ，并基于该相位角θ进行所述高度测量”。当然，得到相位角θ的算法不限于上式(9)，如果满足上式(1)、(2)、(3)的关系，则也可以采用其他的构成。

另外，如果考虑上述的相机的暗电流C等，则能够进一步提高测量精度。

技术方案5.在技术方案4所述的三维测量装置中，γ＝180°。

根据上述技术方案5，能够在相位相差180°的二组光图案之下进行两次拍摄。

在上式(2)中，通过设定为γ＝180°，能导出下式(10)。

V₁＝Asin(θ+180°)+B

＝-Asinθ+B···(10)

并且，根据上式(1)、(10)能够导出下式(11)，如果针对偏移B求解下式(11)，则能够导出下式(12)。

V₀+V₁＝2B···(11)

B＝(V₀+V₁)/2···(12)

并且，通过将上式(12)代入到上式(3)，能够导出下式(13)。

A＝KB

＝K(V₀+V₁)/2···(13)

另外，如果针对“sinθ”整理上式(1)，则变为下式(1′)。

sinθ＝(V₀-B)/A···(1′)

并且，通过将上式(12)，(13)代入到上式(1′)，则能够导出下式(14)。

sinθ＝{V₀-(V₀+V₁)/2}/{K(V₀+V₁)/2}

＝(V₀-V₁)/K(V₀+V₁)···(14)

这里，如果针对相位角θ求解上式(14)，则能够导出下式(15)。

θ＝sin^-1[(V₀-V₁)/K(V₀+V₁)]···(15)

即，相位角θ能够根据已知的亮度值V₀、V₁和常数K确定。

如上地，根据上述技术方案5，能够基于比较简单的运算式求出相位角θ，当进行被测量物的高度测量时，能够进一步加快处理。

技术方案6.在技术方案4所述的三维测量装置中，γ＝90°。

根据上述技术方案6，在相位相差90°的二组光图案之下进行两次拍摄。

在上式(2)中通过设定为γ＝90°，能导出下式(16)。

V₁＝Asin(θ+90°)+B

＝Acosθ+B···(16)

如果针对“cosθ”整理上式(16)，则变为下式(17)。

cosθ＝(V₁-B)/A···(17)

另外，如果针对“sinθ”整理上式(1)，则如上所述变为下式(1′)。

sinθ＝(V₀-B)/A···(1′)

接着，如果将上述式(1′)、(17)代入到下式(18)，则变为下式(19)，并且通过进一步整理下式(19)，导出下式(20)。

sin²θ+cos²θ＝1···(18)

{(V₀-B)/A}²+{(V₁-B)/A}²＝1···(19)

(V₀-B)²+(V₁-B)²＝A²···(20)

并且，如果向上式(20)代入上式(3)，则变为下式(21)，并且通过进一步整理下式(21)，导出下式(22)。

(V₀-B)²+(V₁-B)²＝K²B²···(21)

(2-K²)B²-2(V₀+V₁)B+V₀ ²V₁ ²＝0···(22)

这里，如果针对偏移B求解上式(22)，则能够导出下式(23)。

[数10]

其中，B＞0

即，偏移B能够根据已知的亮度值V₀、V₁和常数K确定。

另外，如果在下式(24)代入上式(1′)、(17)，则变为下式(25)，并且通过进一步整理该式(25)，导出下式(26)。

tanθ＝sinθ/cosθ···(24)

＝{(V₀-B)/A}/{(V₁-B)/A}···(25)

＝(V₀-B)/(V₁-B)···(26)

并且，如果针对相位角θ求解上式(26)，则能够导出下式(27)。

θ＝tan^-1{(V₀-B)/(V₁-B)}··(27)

即，相位角θ能够通过使用上式(23)，根据已知的亮度值V₀、V₁和常数K来确定。

如上地，根据上述技术方案6，能够基于使用“tan^-1”的运算式求出相位角θ，因此能够在-180°～180°的360°的范围进行高度测量，能够进一步增大测量区域。

技术方案7.在技术方案1至6中任一方案所述的三维测量装置中，具备存储单元，所述存储单元存储预先通过校准或另外进行的测量结果算出的所述光图案的增益和偏移的关系。

例如，向基准板照射三组或四组相位变化的光图案，基于在这些光图案之下拍摄到的三组或四组图像数据确定各像素中的增益A和偏移B，根据上式(3)决定常数K。由此，根据上述技术方案7，能够在各像素中进行精度更好的高度测量。

技术方案8.在技术方案1至6中任一方案所述的三维测量装置中，基于在所述二组相位变化的所述光图案之下拍摄的二组图像数据求出所述光图案的增益和偏移的关系。

例如，使用上式(12)等针对图像数据的所有像素求出偏移B，提取出其中偏移B的值一致的像素的亮度值V，创建其直方图。并且，根据该直方图决定亮度值的最大值V_MAX和最小值V_MIN。

如上所述，亮度值的最大值V_MAX和最少值V_MIN的平均值为偏移B，最大值V_MAX和最小值V_MIN之差的一半为增益A。基于此，能够根据上式(3)决定常数K。由此，根据上述技术方案8，能够如上述技术方案7那样省略校准的工时，能够进一步缩短测量时间。

技术方案9.一种三维测量方法，由三维测量装置执行，所述三维测量装置包括：

相位控制单元，所述相位控制单元控制所述光栅的移送或切换，能够改变多组从所述照射单元照射的所述光图案的相位；以及

拍摄单元，所述拍摄单元能够拍摄来自照射了所述光图案的所述被测量物的反射光；

所述三维测量方法包括以下工序：

关系取得工序，预先通过校准或另外进行的测量结果求出根据预定的拍摄条件确定的所述光图案的增益和偏移的关系；

图像取得工序，取得在二组相位变化的所述光图案之下拍摄的二组图像数据；以及

测量工序，利用在所述关系取得工序中求出的所述光图案的增益和偏移的关系以及根据所述图像数据上的被测量坐标的亮度值确定的该被测量坐标涉及的所述光图案的增益或偏移的值，并基于所述二组图像数据通过相移法进行所述被测量坐标的高度测量。

根据上述技术方案9，起到了与上述技术方案1和技术方案7同样的作用和效果。

附图说明

图1是示意性地表示基板检查装置的简要构成图。

图2是表示基板检查装置的电气构成的框图。

图3是表示光源的亮度或反射率与亮度值的关系的曲线图。

图4是表示增益与偏移的关系的曲线图。

图5是表示各数据区间所包含的亮度值的数量的分布的分布表。

图6是表示各数据区间所包含的亮度值的数量的分布的直方图。

具体实施方式

第一实施方式

以下，参照附图来说明一个实施方式。图1是示意性地表示具备本实施方式中的三维测量装置的基板检查装置1的简要构成图。如该图所示，基板检查装置1包括：放置台3，用于放置作为被测量物的印刷基板2，在印刷基板2上印刷有作为测量对象的膏状焊料；作为照射单元的照明装置4，从斜上方向印刷基板2的表面照射预定的光图案；作为拍摄单元的相机5，用于拍摄印刷基板2上的照射有光图案的部分；以及控制装置6，用于实施基板检查装置1内的各种控制和图像处理、运算处理。

在放置台3上设置有马达15、16，通过该马达15、16由控制装置6(马达控制单元23)驱动控制，由此使得放置于放置台3上的印刷基板2向任意的方向(X轴方向和Y轴方向)滑动。

照明装置4包括发出预定的光的光源4a、以及将来自该光源4a的光变换为具有正弦波状(条纹状)的光强度分布的光图案的液晶光栅4b，能够从斜上方向印刷基板2照射多组相位变化的条纹状的光图案。

更具体地说，在照明装置4中，从光源4a发出的光通过光纤引导至一对聚光透镜，在那里成为平行光。该平行光经由液晶光栅4b被引导至投影透镜。然后，从投影透镜向印刷基板2照射条纹状的光图案。

液晶光栅4b包括在一对透明基板之间形成液晶层并且配置于一个透明基板上的共同电极；以及以该共同电极对置的方式在另一个透明基板上并列设置多个的带状电极，通过驱动电路对与各带状电极分别连接的开关元件(薄膜晶体管等)进行接通断开控制，通过控制施加给各带状电极的电压，形成由透光率高的“明部”和透光率低的“暗部”构成的条纹状的光栅图案。并且，经由液晶光栅4b照射到印刷基板2上的光由于因衍射作用引起的模糊等而成为具有正弦波状的光强度分布的光图案。

相机5由透镜和拍摄元件等构成。作为拍摄元件，采用了CMOS传感器。当然，拍摄元件不限于此，例如也可以采用CCD传感器等。由相机5拍摄的图像数据在该相机5内部被变换为数字信号之后以数字信号的形式输入至控制装置6(图像数据存储单元24)。并且，控制装置6基于该图像数据实施后述的图像处理和检查处理等。在该意义上，控制装置6构成图像处理单元。

接着，对控制装置6的电气构成进行说明。如图2所示，控制装置6包括：控制相机5的拍摄时刻的相机控制单元21、控制照明装置4的照明控制单元22、控制马达15、16的马达控制单元23、存储由相机5拍摄的图像数据(亮度数据)的图像数据存储单元24、存储后述的校准数据的校准数据存储单元25、存储基于所述图像数据算出的相位数据的相位数据存储单元26、基于所述校准数据和相位数据进行三维测量的三维测量单元29、以及基于该三维测量单元29的测量结果检查膏状焊料4的印刷状态的判断单元30。通过控制照明装置4(液晶光栅4b)的照明控制单元22构成本实施方式中的相位控制单元。

另外，省略图示，但是基板检查装置1包括由键盘或触摸面板构成的输入单元、具有CRT或液晶等显示画面的显示单元、用于保存检查结果等的存储单元、以及向锡膏印刷机等输出检查结果等的输出单元等。

接着，详细说明基板检查装置1对印刷基板2的检查顺序。首先，进行用于掌握光图案的离散(相位分布)的校准。

在液晶光栅4b中，由于与各带状电极连接的各晶体管的特性(偏移和增益等)的差别，施加给上述各带状电极的电压也会产生差别，因此即使是相同的“明部”或“暗部”，透光率(亮度级别)也会针对与各带状电极对应的各行而产生差别。其结果，照射到被测量物上的光图案也不会成为正弦波状的理想的光强度分布，三维测量结果有可能会产生误差。

因此，预先掌握光图案的离散(相位分布)，进行所谓的校准等。

作为校准的顺序，首先与印刷基板2不同地另外准备高度位置0且形成平面的基准面。基准面与作为测量对象的膏状焊料成为同一颜色。即，膏状焊料和光图案的反射率相等。

接着，通过对上述基准面照射光图案并且由相机5拍摄该光图案，得到包括各坐标的亮度值的图像数据。在本实施方式中，与后述的实测时不同，当进行校准时，使光图案的相位各改变90°，取得在各光图案下拍摄的四组图像数据。

并且，控制装置6根据上述四组图像数据算出各坐标中的光图案的相位角θ，将该相位角θ作为校准数据而存储于校准数据存储单元25。

并且，在本实施方式中，根据上述四组图像数据确定各坐标中的光图案的增益A和偏移B、以及两者的关系，将这些作为校准数据而存储于校准数据存储单元25。因此，校准数据存储单元25构成本实施方式中的存储单元，该工序构成本实施方式中的关系取得工序。

这里，详细说明算出增益A和偏移B的顺序。四组图像数据的各坐标中的亮度值(V₀、V₁、V₂、V₃)与增益A和偏移B的关系可由下式(H1)、(H2)、(H3)、(H4)表示。

[数11]

V₀＝A sinθ+B···(H1)

V₁＝A sin(θ+90°)+B＝A cosθ+B···(H2

V₂＝A sin(θ+180°)+B＝-A sinθ+B···(H3)

V₃＝A sin(θ+270°)+B＝-A cosθ+B···(H4)

并且，若将四组图像数据的亮度值(V₀、V₁、V₂、V₃)相加，并如下述[数12]所示那样整理上式(H1)、(H2)、(H3)、(H4)，则能够导出下式(H5)。

[数12]

V₀+V₁+V₂+V₃＝(A sinθ+B)+(A cosθ+B)

+(-A sinθ+B)+(-A cosθ+B)

＝4B

B＝(V₀+V₁+V₂+V₃)/4···(H5)

另外，能够根据上式(H1)、(H3)导出下式(H6)。

[数13]

根据V₀-V₂＝2A sinθ

sinθ＝(V₀-V₂)/2A···(H6)

另外，能够根据上式(H2)、(H4)导出下式(H7)。

[数14]

根据V₁-V₃2A cosθ

cosθ＝(V₁-V₃)/2A···(H7)

并且，如下述[数15]所示，将上式(H6)、(H7)代入到下式(H8)，进行整理，则能够导出下式(H9)。

[数15]

1＝sin²θ+cos²θ···(H8)

1＝{(V₀-V₂)/2A}²+{(V₁-V₃)/2A}²

4A²＝(V₀-V₂)²+(V₁-V₃)²

其中，A＞0

并且，基于根据上式(H5)、(H9)导出的下式(H10)算出增益A和偏移B的比例常数K。

[数16]

并且，将如上述那样算出的各坐标中的光图案的增益A、偏移B以及比例常数K作为校准数据而存储于校准数据存储单元25。当然，也可以成为仅将比例常数K作为校准数据而存储的构成。

接着，详细说明针对各检查区域进行的检查例程。该检查例程由控制装置6执行。

控制装置6(马达控制单元23)首先驱动控制马达15、16使印刷基板2移动，将相机5的视野与印刷基板2上的预定的检查区域(测量范围)吻合。另外，检查区域是将相机5的视野的大小作为一个单位并预先分割印刷基板2的表面之中的一个区域。

接着，控制装置6切换控制照明装置4的液晶光栅4b，将形成于该液晶光栅4b的光栅的位置设定在预定的基准位置。

当液晶光栅4b的切换设定完成时，控制装置6通过照明控制单元22使照明装置4的光源4a发光，开始照射预定的光图案，并且由相机控制单元21驱动控制相机5，开始拍摄照射了该光图案的检查区域部分。另外，由相机5拍摄的图像数据被传送给图像数据存储装置24并存储。

同样地，在使光图案的相位例如改变180°的光图案之下进行上述一连串的处理。由此，针对预定的检查区域，取得在使相位改变180°的二组光图案之下拍摄的二组图像数据。该工序构成本实施方式中的图像取得工序。

并且，控制装置6通过相移法从上述二组图像数据算出各坐标处的光图案的相位角θ，将其作为相位数据存储于相位数据存储单元26。具体地说，基于上式(15)参考上述二组图像数据上的各坐标的亮度值V₀、V₁和存储于校准数据存储单元25的校准数据(基于校准的各坐标的比例常数K)，算出各坐标处的光图案的相位角θ。

接着，控制装置6(三维测量单元29)比较存储于校准数据存储单元25的校准数据(基于校准的各坐标的相位角)和存储于相位数据存储单元26的相位数据(基于实测的各坐标的相位角)，算出具有同一相位角的坐标的偏移量，基于三角测量的原理取得检查区域的各坐标处的高度数据。该工序构成本实施方式中的测量工序。

例如，在被测量坐标(x，y)处的实测值(相位角)为“10°”的情况下，检测该“10°”的值处于通过校准存储的数据上的哪个位置。这里，如果与被测量坐标(x，y)相比相邻三个像素存在“10°”，则那意味着光图案的条纹偏移三像素。并且，能够基于光图案的照射角度和光图案的条纹的偏移量通过三角测量的原理求出被测量坐标(x，y)的高度数据(z)。

并且，控制装置6(三维测量单元29)基于所得到的检查区域的各坐标处的高度数据检测比基准面高的膏状焊料的印刷范围，对该范围内的各部位的高度进行积分，由此算出被印刷的膏状焊料的量。

并且，控制装置6(判断单元30)将如上求出的膏状焊料的位置、面积、高度或量等数据与预先存储的基准数据进行比较判断，根据该比较结果是否处于允许范围内来判断该检查区域中的膏状焊料的印刷状态的好坏。

在进行该处理的期间，控制装置6驱动控制马达15、16，将印刷基板2移动至下一个检查区域，之后，在全部检查区域中反复进行上述一连串的处理，由此印刷基板2整体的检查结束。

如以上详述的那样，根据本实施方式，通过利用根据预定的拍摄条件确定的光图案的增益A和偏移B的关系(例如A＝K(比例常数)×B)和根据图像数据上的被测量坐标(x，y)的亮度值V(x，y)确定的该被测量坐标(x，y)涉及的光图案的增益A(x，y)或偏移B(x，y)的值，能够基于在二组相位变化的光图案之下拍摄的二组图像数据通过相移法进行被测量坐标的高度测量。

如上地，能够基于二组图像数据进行高度测量，因此与对于一个点需要进行四次或三次的拍摄的现有技术相比，综合的拍摄次数变少，能够缩短拍摄时间。结果，能够显著地缩短测量时间。

第二实施方式

以下，参照附图来说明第二实施方式。另外，对于与第一实施方式相同的构成部分，标注同一符号，省略其详细说明。

在上述第一实施方式中，构成为预先通过校准来求出各坐标处的光图案的增益A和偏移B的关系(比例常数K)，但是代替此，在第二实施方式中，构成为基于在实测时拍摄的所述两组相位变化的光图案之下拍摄的二组图像数据求出光图案的增益A和偏移B的关系(比例常数K)。

作为其顺序，首先使用上式(12)针对图像数据的所有像素求出偏移B。接着，其中提取偏移B的值一致的像素的亮度值V(＝Asinθ+B)，作成其直方图。图5、6的表示出其一个例子。但是，图5、6例示了增益A为“1”、偏移B为“0”的情况。图5是将亮度值V划分为“0.1”幅度的数据区间并表示该数据区间所包含的亮度值的数量的分布表，图6是绘制该数量的直方图。

然后，基于该直方图决定亮度值的最大值V_MAX和最小值V_MIN。通过利用“sinθ”的特性，能够决定在上述直方图中产生的两个峰值分别作为亮度值的最大值V_MAX和最小值V_MIN。在图5、6所示的例子中，亮度值V进入“-1.0～-0.9”和“0.9～1.0”的数据区间的亮度值V的个数分别为“51”，这里为两个峰值。

接着，基于亮度值的最大值V_MAX和最小值V_MIN算出增益A和偏移B。如上所述，亮度值的最大值V_MAX和最小值V_MIN的平均值为偏移B，最大值V_MAX和最小值V_MIN之差的一半为增益A。即，如图6所示，两个峰值的中间值为偏移B，两个峰值的宽度一半为增益A。

能够基于这样得到的增益A和偏移B的值决定比例常数K(参照上述式(3))

根据本实施方式，能够省略上述第一实施方式那样的校准的工时，能够进一步缩短测量时间。

另外，不限于上述实施方式的记载内容，也可以例如如下地实施。当然，以下未例示的其他的应用例、变更例也是显而易见的。

(a)在上述实施方式中，三维测量装置体现在测量印刷形成于印刷基板2的膏状焊料的高度的基板检查装置1，但是不限于此，例如也可以体现在测量在基板上印刷的焊锡凸块、在基板上安装的电子部件等其他的物体的高度的构成。

(b)在上述实施方式中，构成为由液晶光栅4b构成用于将来自光源4a的光变换为条纹状的光图案的光栅并且切换控制该光栅，由此改变光图案的相位。但是不限于此，例如也可以构成为由压电执行器等移送单元移送光栅部件，改变光图案的相位。

(c)在上述实施方式中，构成为在实测时基于在相位相差180°的二组光图案之下拍摄的二组图像数据进行高度测量。代替此，例如也可以构成为基于在相位相差90°的二组光图案之下拍摄的二组图像数据进行高度测量。在该情况下，通过使用上式(23)、(27)能够利用二组图像数据上的各坐标的亮度值V₀、V₁和已知的比例常数K算出各坐标处的光图案的相位角θ。

当然，此外，如果满足上式(1)、(2)、(3)的关系，则也可以采用其他的构成。作为得到相位角θ的一般式，可列举出上式(9)作为一例(参照[数9])。

(d)在上述第一实施方式中，构成为基于在相位相差90°的四组光图案之下拍摄的四组图像数据进行校准，但是不限于此，例如也可以构成为基于在相位不同的三组光图案之下拍摄的三组图像数据进行校准。

另外，当进行校准时，也可以改变光源的亮度进行多次校准。如果成为所述构成，则能够求出下式(28)所示那样的相机5的暗电流(偏移)C。

A＝KB+C···(28)

其中，A：增益，B：偏移，C：相机的暗电流(偏移)，K：比例常数。

或者，增益A和偏移B的关系不作为式子求出，而通过创建表示增益A和偏移B的关系的数表和表数据，能够根据增益A求出偏移B或者根据偏移B求出增益A。并且，也可以代替校准利用另外进行的测量结果等求出增益A和偏移B的关系。

(e)在上述第二实施方式中，构成为基于在相位相差180°的二组光图案之下拍摄的二组图像数据针对图像数据的所有像素求出比例常数K等。

不限于此，例如也可以构成为基于在相位相差90°的二组光图案之下拍摄的二组图像数据求出比例常数K等。另外，也可以构成为不是图像数据的所有像素而在被测量坐标的周边等图像数据的一部分范围求出比例常数K等。

符号说明

1…基板检查装置、2…印刷基板、4…照明装置、4a…光源、4b…液晶光栅、5…相机、6…控制装置、24…图像数据存储单元、25…校准数据存储单元、26…相位数据存储单元、V₀、V₁、V₂、V₃…亮度值、A…增益、B…偏移、K…比例常数。

Claims

1.一种三维测量装置，其特征在于，包括：

2.如权利要求1所述的三维测量装置，其特征在于，

所述增益和偏移的关系是所述增益和所述偏移彼此唯一确定的关系。

3.如权利要求1所述的三维测量装置，其特征在于，

所述增益和偏移的关系是所述增益和所述偏移成比例的比例关系。

4.如权利要求1所述的三维测量装置，其特征在于，

在所述二组相位变化的光图案的相对相位关系分别为0、γ时的所述二组图像数据的各像素的亮度值分别为V₀、V₁的情况下，

所述图像处理单元求出满足下式(1)、(2)、(3)的关系的相位角θ，并基于该相位角θ进行所述高度测量，

V₀＝Asinθ+B…(1)

V₁＝Asin(θ+γ)+B…(2)

A＝KB…(3)

其中，γ≠0，A：增益，B：偏移，K：比例常数。

5.如权利要求4所述的三维测量装置，其特征在于，

γ＝180°。

6.如权利要求4所述的三维测量装置，其特征在于，

γ＝90°。

7.如权利要求1至6中任一项所述的三维测量装置，其特征在于，

具备存储单元，所述存储单元存储预先通过校准或另外进行的测量结果算出的所述光图案的增益和偏移的关系。

8.如权利要求1至6中任一项所述的三维测量装置，其特征在于，

基于在所述二组相位变化的所述光图案之下拍摄的二组图像数据求出所述光图案的增益和偏移的关系。

9.一种三维测量方法，由三维测量装置执行，所述三维测量装置包括：

所述三维测量方法包括以下工序：