JP2003254727A - 三次元計測装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】計測対象物の三次元形状を用いて計測するに際
し、計測に要する時間の短縮を図ることの可能な三次元
計測装置を提供する。 【解決手段】印刷状態検査装置１は、クリームハンダＨ
の印刷されてなるプリント基板Ｋを載置するためのテー
ブルと、プリント基板Ｋの表面に対し位相の異なる正弦
波状の３つの光成分パターンを照射するための照射手段
を構成する照明装置３と、プリント基板Ｋ上の前記照射
された部分を撮像するための撮像手段を構成するＣＣＤ
カメラ４とを備えている。制御装置７は、照明装置３の
照射によって得られる画像データから、光成分毎に輝度
と座標との関係を示すチャートを得て、所定の輝度レベ
ル以下であるチャートを除外する。さらに、除外の対象
にならないチャートデータの振幅とオフセット成分とを
揃えたデータを得る。該データに基づき、位相シフト法
を用いて、クリームハンダＨの高さを演算する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、測定対象物の三次
元形状等を計測する三次元計測装置に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】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ハンダが印刷される。次に、該
クリームハンダ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ハン
ダ付けが行われる。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ハンダ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。

【０００３】近年、光を用いたいわゆる非接触式の三次
元計測装置が種々提案されており、中でも位相シフト法
を用いた三次元計測装置に関する技術が提案されている
（特開平１１−２１１４４３号公報、特許第２７１１０
４２号等）。

【０００４】上記技術における三次元計測装置において
は、ＣＣＤカメラが用いられる。すなわち、光源と正弦
波パターンのフィルタとの組み合わせからなる照射手段
により、縞状の光強度分布を有する光パターンを測定物
体（この場合プリント基板）に照射する。そして、基板
上の点を真上に配置したＣＣＤカメラを用いて観測す
る。この場合、画面上の点Ｐの光の強度Ｉは下式で与え
られる。

【０００５】Ｉ＝ｅ＋ｆ・ｃｏｓφ ［但し、ｅ：直流光ノイズ（オフセット成分）、ｆ：正
弦波のコントラスト（反射率）、φ：物体の凹凸により
与えられる位相］ このとき、光パターンを移動させて、位相を４段階（φ
＋０、φ＋π／２、φ＋π、φ＋３π／２）に変化さ
せ、これらに対応する強度分布Ｉ０、Ｉ１、Ｉ２、Ｉ３
をもつ画像を取り込み、下記式に基づいて位置情報θを
求める。

【０００６】θ＝ａｒｃｔａｎ｛（Ｉ３−Ｉ１）／（Ｉ
０−Ｉ２）｝ この位置情報θを用いて、プリント基板（クリームハン
ダ）上の点Ｐの３次元座標（Ｘ，Ｙ，Ｚ）が求められ、
もってクリームハンダの三次元形状、特に高さが計測さ
れる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記技術に
おける三次元計測装置においては、位相を４段階に変化
させ、各段階に対応する強度分布をもつ４通りの画像を
取得する必要がある。つまり、位相を変化させる度に撮
像を行わなければならず、結果として１つのポイントに
関し撮像を４回行う必要がある。このため、撮像に時間
を要することとなり、ひいては、計測開始から終了まで
の時間が長いものとなってしまうおそれがある。

【０００８】本発明は、上記事情に鑑みてなされたもの
であり、計測対象物の三次元形状を計測するに際し、計
測に要する時間の短縮を図ることの可能な三次元計測装
置を提供することを主たる目的の一つとしている。

【０００９】

【課題を解決するための手段及びその効果】上記目的を
達成し得る特徴的手段について以下に説明する。また、
各手段につき、特徴的な作用及び効果を必要に応じて記
載する。

【００１０】手段１．少なくとも計測対象物に対し、縞
状の光強度分布を有するとともに、互いに異なる波長成
分を有し、互いに相対位相関係の異なる少なくとも２つ
の光成分パターンを同時に照射可能な照射手段と、少な
くとも前記光成分パターンの照射された計測対象物から
の反射光を各光成分毎に分離して撮像可能な撮像手段
と、前記撮像手段にて前記反射光を光成分毎に撮像して
得られた少なくとも２通りの画像データに基づき、当該
画像の輝度データを整合させる演算を行う第１の演算手
段と、少なくとも２通りの前記整合された輝度データに
基づき、少なくとも前記計測対象物の高さを演算する第
２の演算手段とを備えたことを特徴とする三次元計測装
置。

【００１１】手段１によれば、少なくとも計測対象物に
対し、照射手段によって、少なくとも２つの光成分パタ
ーンが同時に照射される。各光成分パターンは、縞状の
光強度分布を有するとともに、互いに異なる波長成分を
有し、互いに相対位相関係が異なっている。また、光成
分パターンの照射された計測対象物からの反射光が、撮
像手段によって各光成分毎に分離されて撮像される。そ
して、第１の演算手段により、前記撮像手段にて撮像さ
れた少なくとも２通りの画像データに基づいて、当該画
像の輝度データが整合される。さらに、第２の演算手段
により、少なくとも２通りの前記整合された輝度データ
に基づき、少なくとも前記計測対象物の高さが演算され
る。従って、相対位相関係を異ならせる毎に撮像を行う
必要があった従来技術とは異なり、各光成分パターン毎
に、異なる相対位相関係下毎に、まとめて撮像を行うこ
とができる。このため、１つのポイントに関し照射及び
撮像に要する時間が著しく短縮が図られることとなり、
もって、計測に要する時間の飛躍的な短縮を図ることが
できる。併せて、計測対象物の色により、各光成分パタ
ーンについて得られる画像の輝度レベルが異なってしま
う場合においても、各輝度データを整合することによ
り、適正な輝度レベルに揃えられる。このように、予め
適正な輝度レベルに揃えることで、比較的容易な演算に
より正確な高さが求められる。また、演算により輝度レ
ベルの整合するため、光学的に輝度レベルを揃えるため
の別途の装置や、装置の設定に伴う複雑な演算等を必要
としない。その結果、設計及び設備の簡素化を図ること
ができる。尚、「少なくとも２つの光成分パターン」に
代えて「少なくとも３つの光成分パターン」としてもよ
い。さらに、この場合、「少なくとも２通り」に代えて
「少なくとも３通り」としてもよい。

【００１２】手段２．少なくとも計測対象物に対し、略
正弦波の縞状の光強度分布を有するとともに、互いに異
なる波長成分を有し、互いに相対位相関係の異なる少な
くとも２つの光成分パターンを同時に照射可能な照射手
段と、少なくとも前記光成分パターンの照射された計測
対象物からの反射光を各光成分毎に分離して撮像可能な
撮像手段と、前記撮像手段にて前記反射光を光成分毎に
撮像して得られた少なくとも２通りの画像データに基づ
き、当該画像の輝度データを整合させる演算を行う第１
の演算手段と、少なくとも２通りの前記整合された輝度
データに基づき、前記計測対象物の高さを位相シフト法
により演算する第２の演算手段とを備えたことを特徴と
する三次元計測装置。

【００１３】手段２によれば、少なくとも計測対象物に
対し、照射手段によって、少なくとも２つの光成分パタ
ーンが同時に照射される。各光成分パターンは、略正弦
波の縞状の光強度分布を有するとともに、互いに異なる
波長成分を有し、互いに相対位相関係が異なっている。
また、光成分パターンの照射された計測対象物からの反
射光が、撮像手段によって各光成分毎に分離されて撮像
される。そして、第１の演算手段により、前記撮像手段
にて撮像された少なくとも２通りの画像データに基づい
て、当該画像の輝度データが整合される。さらに、第２
の演算手段により、少なくとも２通りの前記整合された
輝度データに基づき、位相シフト法によって、少なくと
も前記計測対象物の高さが演算される。従って、相対位
相関係を異ならせる毎に撮像を行う必要があった従来技
術とは異なり、各光成分パターン毎に、異なる相対位相
関係下毎に、まとめて撮像を行うことができる。このた
め、１つのポイントに関し照射及び撮像に要する時間が
著しく短縮が図られることとなり、もって、計測に要す
る時間の飛躍的な短縮を図ることができる。併せて、計
測対象物の色により、各光成分パターンについて得られ
る画像の輝度レベルが異なってしまう場合においても、
各輝度データを整合することにより、適正な輝度レベル
に揃えられる。このように、予め適正な輝度レベルに揃
えることで、比較的容易な演算により正確な高さが求め
られる。また、演算により輝度レベルの整合するため、
光学的に輝度レベルを揃えるための別途の装置や、装置
の設定に伴う複雑な演算等を必要としない。その結果、
設計及び設備の簡素化を図ることができる。尚、「少な
くとも２つの光成分パターン」に代えて「少なくとも３
つの光成分パターン」としてもよい。さらに、この場
合、「少なくとも２通り」に代えて「少なくとも３通
り」としてもよい。

【００１４】手段３．前記照射手段は、縞状の光強度分
布を有するとともに、互いに異なる波長成分を有し、互
いに相対位相関係の異なる２つの光成分パターンを同時
に照射可能であ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。

【００１５】手段３によれば、照射する光成分パターン
が２つで済むことから、照明手段をはじめとする各種装
置の簡素化及びコストの低減を図ることができる。な
お、この場合、「少なくとも２通り」に代えて「２通
り」としてもよい。

【００１６】手段４．少なくとも計測対象物に対し、略
正弦波の縞状の光強度分布を有するとともに、互いに異
なる波長成分を有し、互いに相対位相関係の異なる少な
くとも３つの光成分パターンを同時に照射可能な照射手
段と、少なくとも前記光成分パターンの照射された計測
対象物からの反射光を各光成分毎に分離して撮像可能な
撮像手段と、前記撮像手段にて前記反射光を光成分毎に
撮像して得られた画像データのうち、画像解析に不適切
な画像データを除外可能なデータ除外手段と、除外対象
とならない画像の輝度データを整合させる演算を行う第
１の演算手段と、少なくとも２通りの前記整合された輝
度データに基づき、前記計測対象物の高さを位相シフト
法により演算する第２の演算手段とを備えたことを特徴
とする三次元計測装置。

【００１７】手段４によれば、少なくとも計測対象物に
対し、照射手段によって、少なくとも３つの光成分パタ
ーンが同時に照射される。各光成分パターンは、略正弦
波の縞状の光強度分布を有するとともに、互いに異なる
波長成分を有し、互いに相対位相関係が異なっている。
また、光成分パターンの照射された計測対象物からの反
射光が、撮像手段によって各光成分毎に分離されて撮像
される。そして、データ除外手段により、画像解析に不
適切な画像データが除外される。さらに、第１の演算手
段により、除外対象とならない画像の輝度データが整合
される。また、第２の演算手段により、少なくとも２通
りの前記整合された輝度データに基づき、位相シフト法
によって、少なくとも前記計測対象物の高さが演算され
る。従って、相対位相関係を異ならせる毎に撮像を行う
必要があった従来技術とは異なり、各光成分パターン毎
に、異なる相対位相関係下毎に、まとめて撮像を行うこ
とができる。このため、１つのポイントに関し照射及び
撮像に要する時間が著しく短縮が図られることとなり、
もって、計測に要する時間の飛躍的な短縮を図ることが
できる。併せて、計測対象物の色により、各光成分パタ
ーンについて得られる画像の輝度レベルが異なってしま
う場合においても、各輝度データを整合することによ
り、適正な輝度レベルに揃えられる。このように、予め
適正な輝度レベルに揃えることで、比較的容易な演算に
より正確な高さが求められる。また、演算により輝度レ
ベルの整合するため、光学的に輝度レベルを揃えるため
の別途の装置や、装置の設定に伴う複雑な演算等を必要
としない。その結果、設計及び設備の簡素化を図ること
ができる。さらに、画像解析に不適切なデータが除外さ
れるため、適正な高さの演算ができなくなってしまった
り、演算に悪影響が及んでしまったりするといった不具
合を防止でき、また、適正なデータに基づいて演算が行
われることで、一層正確な高さが求められる。

【００１８】手段５．前記データ除外手段は、不適切な
画像データとして、所定の輝度レベルに到達していない
もの、又は、所定の輝度レベルを超えるものを選択可能
であることを特徴とする手段４に記載の三次元計測装
置。

【００１９】手段５によれば、データ除外手段によっ
て、所定の輝度レベルに到達していない画像データや所
定の輝度レベルを超える輝度の高すぎる画像データが、
不適切な画像データとして除外される。すなわち、輝度
を比較するだけの比較的容易な手段によって、除外すべ
き画像データを選択できる。また、所定の輝度レベルに
到達していない等の不適切な画像データを、無理に整合
をとって高さ演算することにより演算結果に悪影響が及
んでしまうのを防止できる。

【００２０】手段６．前記第１の演算手段は、前記画像
データ毎に、前記計測対象物に照射された縞に交差する
方向のライン上の輝度の変化に基づいて、輝度データを
整合するための演算をすることを特徴とする手段１乃至
５のいずれかに記載の三次元計測装置。

【００２１】手段６によれば、各画像データ毎に照射さ
れた縞に交差する方向のライン上の位置と輝度との関係
のデータが得られる。このため、該データにより各輝度
の変化が把握でき、その結果、比較的容易かつ確実に輝
度データを整合できる。

【００２２】手段７．前記第１の演算手段は、前記画像
データ毎に、前記計測対象物に照射された縞に交差する
方向のライン上の位置と輝度との関係をチャート化し、
各チャート毎に異なる振幅とオフセット成分とを所定の
振幅及び所定のオフセット成分に揃えた輝度データに変
換することにより、輝度データを整合することを特徴と
する手段２乃至５のいずれかに記載の三次元計測装置。

【００２３】手段７によれば、第１の演算手段によっ
て、各画像データ毎に照射された縞に交差する方向のラ
イン上の位置と輝度との関係のチャートが得られる。該
チャートは、略正弦波状をなしているため、各チャート
毎の振幅とオフセット成分とを比較的容易に、所定の振
幅及び所定のオフセット成分に揃えることができる。

【００２４】手段８．前記第１の演算手段は、前記チャ
ート化されたデータの極大値及び極小値に基づいて、前
記チャートの振幅とオフセット成分とを演算することを
特徴とする手段７に記載の三次元計測装置。

【００２５】手段８によれば、第１の演算手段によっ
て、チャート化されたデータの極大値及び極小値に基づ
いて、前記チャートの振幅とオフセット成分とが演算さ
れる。チャート化されたデータは、略正弦波状をなして
いるため、比較的容易に極大値及び極小値を検出でき
る。また、極大値及び極小値のデータのみで演算できる
ため、比較的容易な演算により振幅をオフセット成分と
を算出できる。また、処理するデータが比較的少数で済
むため、演算に要する時間の短縮を図ることができる。

【００２６】手段９．前記交差する方向は、直交又は略
直交する方向であることを特徴とする手段６乃至８のい
ずれかに記載の三次元計測装置。

【００２７】手段９によれば、同一範囲内における縞の
本数が最も多くなることから、より精度よく整合させる
ことができる。

【００２８】手段１０．少なくとも計測対象物に対し、
略正弦波の縞状の光強度分布を有するとともに、互いに
異なる波長成分を有し、互いに相対位相関係の異なる少
なくとも３つの光成分パターンを同時に照射可能な照射
手段と、少なくとも前記光成分パターンの照射された計
測対象物からの反射光を各光成分毎に分離して撮像可能
な撮像手段と、前記撮像手段にて前記反射光を光成分毎
に撮像して得られた画像データのうち、画像解析に不適
切な画像データを除外可能なデータ除外手段と、少なく
とも２通りの画像の輝度データに基づき、前記計測対象
物の高さを演算する演算手段とを備えたことを特徴とす
る三次元計測装置。

【００２９】手段１０によれば、少なくとも計測対象物
に対し、照射手段によって、少なくとも３つの光成分パ
ターンが同時に照射される。各光成分パターンは、略正
弦波の縞状の光強度分布を有するとともに、互いに異な
る波長成分を有し、互いに相対位相関係が異なってい
る。また、光成分パターンの照射された計測対象物から
の反射光が、撮像手段によって各光成分毎に分離されて
撮像される。そして、データ除外手段により、画像解析
に不適切な画像データが除外される。さらに、演算手段
により、少なくとも２通りの画像の輝度データに基づ
き、少なくとも前記計測対象物の高さが演算される。従
って、相対位相関係を異ならせる毎に撮像を行う必要が
あった従来技術とは異なり、各光成分パターン毎に、異
なる相対位相関係下毎に、まとめて撮像を行うことがで
きる。このため、１つのポイントに関し照射及び撮像に
要する時間が著しく短縮が図られることとなり、もっ
て、計測に要する時間の飛躍的な短縮を図ることができ
る。さらに、画像解析に不適切なデータが除外されるた
め、適正な高さの演算ができなくなってしまったり、演
算に悪影響が及んでしまったりするといった不具合を防
止でき、また、適正なデータに基づいて演算が行われる
ことで、一層正確な高さが求められる。なお、この場
合、位相シフト法によって、少なくとも前記計測対象物
の高さを演算することとしてもよい。

【００３０】手段１１．前記データ除外手段は、不適切
な画像データとして、所定の輝度レベルに到達していな
いもの、又は、所定の輝度レベルを超えるものを選択可
能であることを特徴とする手段１０に記載の三次元計測
装置。

【００３１】手段１１によれば、データ除外手段によっ
て、所定の輝度レベルに到達していない画像データや所
定の輝度レベルを超える輝度の高すぎる画像データが、
不適切な画像データとして除外される。すなわち、輝度
を比較するだけの比較的容易な手段によって、除外すべ
き画像データを選択できる。また、所定の輝度レベルに
到達していない等の不適切な画像データを、無理に整合
をとって高さ演算することにより演算結果に悪影響が及
んでしまうのを防止できる。

【００３２】手段１２．前記計測対象物がプリント基板
上に印刷されたクリームハンダであり、該クリームハン
ダの高さから印刷状態の良否を判定する判定手段を設け
たことを特徴とする手段１乃至１１のいずれかに記載の
三次元計測装置。

【００３３】手段１２によれば、プリント基板上に印刷
されたクリームハンダの高さが計測され、その計測値に
基づいて良否判定が行われる。このため、クリームハン
ダの計測に際して上記各作用効果が奏され、しかも精度
よく良否判定を行うことができる。

【００３４】手段１３．前記計測対象物がプリント基板
上に設けられたハンダバンプであり、該ハンダバンプの
高さからハンダバンプの形状の良否を判定する判定手段
を設けたことを特徴とする手段１乃至１１のいずれかに
記載の三次元計測装置。

【００３５】手段１３によれば、プリント基板上に設け
られたハンダバンプの高さが計測され、その計測値に基
づいて良否判定が行われる。このため、ハンダバンプの
計測に際して上記各作用効果が奏され、しかも精度よく
良否判定を行うことができる。

【００３６】尚、手段１乃至１３（手段１０及びそれに
関連する各手段を除く）のいずれかに記載の前記第１、
第２の演算手段は、それぞれ独立して構成されていても
よいし、１つの演算手段としてとらえてもよい。また、
後者の１つの演算手段に手段４等に記載のデータ除外手
段を含めることとしてもよい。

【００３７】

【発明の実施の形態】以下、一実施の形態について、図
面を参照しつつ説明する。図１は、本実施の形態におけ
る三次元計測装置を具備する印刷状態検査装置１を模式
的に示す概略構成図である。同図に示すように、印刷状
態検査装置１は、計測対象物としてのクリームハンダＨ
の印刷されてなるプリント基板Ｋを載置するためのテー
ブル２と、プリント基板Ｋの表面に対し斜め上方から所
定の光成分パターンを照射するための照射手段を構成す
る照明装置３と、プリント基板Ｋ上の前記照射された部
分を撮像するための撮像手段を構成するＣＣＤカメラ４
とを備えている。なお、本実施の形態におけるクリーム
ハンダＨは、平面をなすプリント基板Ｋ上に設けられた
銅箔からなる電極パターン上に印刷形成されている。ま
た、プリント基板Ｋは、電極パターンの配線部分以外に
クリームハンダＨがのらないように、レジストコーティ
ングされている。

【００３８】テーブル２には、モータ５，６が設けられ
ており、該モータ５，６によって、テーブル２上に載置
されたプリント基板Ｋが任意の方向（Ｘ軸方向及びＹ軸
方向）へスライドさせられるようになっている。

【００３９】本実施の形態における照明装置３からは、
赤、緑、青のそれぞれ位相の異なる光成分パターンが照
射されるようになっている。より詳しくは、図２に示す
ように、照明装置３は、光源１１と、光源１１からの光
を集める集光レンズ１２と、照射レンズ１３と、両レン
ズ１２，１３間に配設された赤、緑、青色のフィルタ格
子縞板１４，１５，１６とを備えている。赤色フィルタ
格子縞板１４は、部位に応じて赤色の度合いが正弦波状
（縞状）に変化しており、赤色の成分についてのみ縞状
に遮光（透光）させ他の波長域の全透光を許容するよう
になっている。また、緑色フィルタ格子縞板１５は、部
位に応じて緑色の度合いが正弦波状（縞状）に変化して
おり、緑色の成分についてのみ縞状に遮光（透光）させ
他の波長域の全透光を許容するようになっている。但
し、その正弦波は、赤色フィルタ格子縞板１４に比べて
所定ピッチ位相がずれている。さらに、青色フィルタ格
子縞板１６は、部位に応じて青色の度合いが正弦波状
（縞状）に変化しており、青色の成分についてのみ縞状
に遮光（透光）させ他の波長域の全透光を許容するよう
になっている。但し、その正弦波は、前記赤色及び緑色
フィルタ格子縞板１４，１５に比べて所定ピッチ位相が
ずれている。つまり、これら赤、緑、青色のフィルタ格
子縞板１４，１５，１６は、互いに位相がずらされた状
態で張り合わされている（勿論、相互に離間していても
差し支えない）。

【００４０】そして、光源１１から放たれた光は、集光
レンズ１２、前記各色フィルタ格子縞板１４，１５，１
６、及び照射レンズ１３を経て縞状の光成分パターンと
してプリント基板Ｋ上に照射されるようになっている。

【００４１】また、前記ＣＣＤカメラ４は、第１〜第３
のダイクロイックミラー２１，２２，２３及びそれらに
対応する第１〜第３の撮像部２４，２５，２６を備えて
いる。すなわち、第１のダイクロイックミラー２１は、
所定の波長域内（赤色光に対応）の光を反射（それ以外
の波長の光を透過）し、第１の撮像部２４はその反射光
を撮像する。また、第２のダイクロイックミラー２２
は、所定の波長域内（緑色光に対応）の光を反射（それ
以外の波長の光を透過）し、第２の撮像部２５はその反
射光を撮像する。さらに、第３のダイクロイックミラー
（通常のミラーを用いてもよい）２３は、所定の波長域
内（青色光に対応）の光を反射（それ以外の波長の光を
透過）し、第３の撮像部２６はその反射光を撮像する。

【００４２】本実施の形態においては、図１，２に示す
ように、前記ＣＣＤカメラ４、照明装置３、及び、モー
タ５，６を駆動制御するとともに、ＣＣＤカメラ４によ
り撮像された撮像データに基づき種々の演算を実行する
ための制御装置７が設けられている。すなわち、プリン
ト基板Ｋがテーブル２上に載置されると、制御装置７
は、まずモータ５，６を駆動制御して所定の位置に移動
させ、プリント基板Ｋを初期位置に移動させる。この初
期位置は、例えばＣＣＤカメラ４の視野の大きさを１単
位としてプリント基板Ｋの表面を予め分割しておいた中
の１つの位置である。

【００４３】また、制御装置７は、照明装置３を駆動制
御して光成分パターンの照射を開始する。このとき、光
成分パターンには、位相が相違する複数の波長域のもの
が含まれているため、従来のように位相を経時的にシフ
トさせるといった処理を必要としない。さらに、このよ
うにして各光成分パターンの位相がずらされた一斉照射
が行われている間に、制御装置７はＣＣＤカメラ４を駆
動制御して、これら各波長域毎に（撮像部２４〜２６ご
とに）検査エリア部分を一斉に撮像し、それぞれ３画面
分の画像データを得る。

【００４４】さて、制御装置７は画像メモリを備えてお
り、画像データを順次記憶する。この記憶した画像デー
タに基づいて、制御装置７は各種画像処理を行う。かか
る画像処理が行われている間に、制御装置７は、モータ
５，６を駆動制御してテーブル２を次の検査エリアへと
移動せしめる。制御装置７は、ここでの画像データにつ
いても画像メモリへ格納する。一方、画像メモリでの画
像処理が一旦終了した場合、すでに画像メモリには次の
画像データが記憶されているので、速やかに制御装置７
は次の画像処理を行うことができる。つまり、検査は、
一方で次なる検査エリア（ｍ＋１番目）への移動及び画
像入力を行い、他方ではｍ番目の画像処理及び比較判定
を行う。以降、全ての検査エリアでの検査が完了するま
で、交互に同様の上記並行処理が繰り返し行われる。こ
のように、本実施の形態の印刷状態検査装置１において
は、制御装置７の制御により検査エリアを移動しなが
ら、順次画像処理を行うことにより、プリント基板Ｋ上
のクリームハンダＨの印刷状態を高速かつ確実に検査す
ることができるようになっている。

【００４５】次に、制御装置７の行う画像処理及び演算
処理、並びに、比較判定処理について説明する。制御装
置７は、まず、得られた３画面の画像データに基づき、
基準面高さを算出する。基準面高さは、平面を撮像した
光成分パターンの輝度のチャートに基づいて算出され
る。すなわち、制御装置７は、基準面高さ測定用平面と
してのプリント基板ＫのクリームハンダＨの印刷されて
いない部分である非ハンダ領域、すなわち、レジストコ
ーティング領域の高さを算出する。

【００４６】より詳しくは、画像データに基づき、非ハ
ンダ領域の光成分パターンの縞に直交する方向の所定ラ
イン上の座標と輝度との関係を各光成分パターンについ
てチャート化する。すると、図３に示すような正弦波状
のチャートがそれぞれ得られる。該チャートとして得ら
れる輝度レベルが、基準面の表面色（本実施の形態では
レジストの色）の影響等により、各光成分パターン毎に
異なる場合がある。

【００４７】例えば、基準面が緑色である場合、図４
（ａ）に示すように、各チャートにおいて、緑色の輝度
は比較的高く、赤色、青色の輝度はやや低くなる傾向に
ある。また、基準面が赤色である場合、図４（ｂ）に示
すように、赤色の輝度は比較的高く、緑色の輝度はやや
低く、青色の輝度は非常に低くなる傾向にある。この場
合、青色の輝度は画像解析に必要な最低輝度レベルに到
達しないことがある。さらに、基準面が青色である場
合、図４（ｃ）に示すように、青色の輝度は比較的高
く、緑色の輝度はやや低く、赤色の輝度は非常に低くな
る傾向にある。この場合、赤色の輝度は画像解析に必要
な最低輝度レベルに到達しないことがある。

【００４８】そこで本実施の形態では、まず、制御装置
７は、最低輝度レベルに到達しない光成分パターンが存
在するか否かを確認する。すなわち、各チャートにおけ
る平均輝度値が算出された上で、該平均輝度値が所定の
輝度値以下の光成分については、最低輝度レベルに到達
してないものと判断される。そして、該判断により、最
低輝度レベルに到達しない光成分パターンが存在すれ
ば、その光成分パターンのデータが除外された上で（デ
ータ除外手段）、演算が進められる。

【００４９】次に、各光成分パターンの比較のために、
輝度データを整合させる。本実施の形態では、図５
（ａ），（ｂ）に示すように、各チャート毎に異なる振
幅とオフセット成分とを所定の振幅Ａ及び所定のオフセ
ット成分Ｂに揃えることで、画面上の点Ｐの輝度Ｖａｉ
を変換輝度Ｖｉに変換する。ある１つの光成分パターン
を取り上げて説明すると、画像データから得られた元の
チャートの振幅Ａｘとオフセット成分Ｖｃは下式
（１），（２）により算出される。

【００５０】

【数１】

【００５１】

【数２】

【００５２】（但し、Ｖｍａｘ，ｍ：極大値、Ｖｍｉ
ｎ，ｎ：極小値、ａ：極大値の取得個数、ｂ：極小値の
取得個数。） 上式（１），（２）に基づき、変換輝度Ｖｉが、下式
（３）により算出される。

【００５３】 Ｖｉ＝Ａ／Ａｘ（Ｖａｉ−Ｖｃ）＋Ｂ ・・・（３） （但し、Ａ：所定の振幅、Ｂ：所定のオフセット成分。） このように、除外の対象とはならない光成分パターンに
ついて、それぞれ上式（３）に基づき、変換後の輝度デ
ータが算出される。

【００５４】さらに、制御装置７は、前記変換輝度Ｖｉ
に基づいて、高さを導き出すための位置情報θを導出す
るための演算を行う。プリント基板Ｋに投影された光成
分パターンに関して、高さの相違に基づく位相のずれが
生じる。そこで、制御装置７では、光パターンの位相が
所定ピッチずつずれた各波長域での画像データに基づ
き、位相シフト法（縞走査法）の原理に基づいて反射面
の高さを算出するのである。

【００５５】ここで、前記赤色、緑色、青色の光成分パ
ターンうち、いずれのパターンも除外されない場合につ
いて説明する。赤色、緑色、青色の変換輝度Ｖ０，Ｖ
１，Ｖ２は、正弦波状となっており、それぞれ下式
（４）〜（６）のように表すことができる。

【００５６】 Ｖ０＝Ａｓｉｎθ＋Ｂ ・・・（４） Ｖ１＝Ａｓｉｎ（θ＋α）＋Ｂ ・・・（５） Ｖ２＝Ａｓｉｎ（θ＋β）＋Ｂ ・・・（６） （但し、α：赤色と緑色との相対位相角度、β：赤色と青色との相対位相角度、 α≠０，β≠０，α≠β。） これらの式（４）〜（６）より、下式（７）が導き出さ
れる。

【００５７】

【数３】

【００５８】式（７）に基づき、相対位相角度α，β及
び式（３）により算出された変換輝度Ｖ０，Ｖ１，Ｖ２
を入力することで、位置情報θが算出される。

【００５９】一方、前記赤色、緑色、青色の光成分パタ
ーンうち１つ、例えば青色の光成分パターンが除外され
る場合について説明する。赤色、緑色の変換輝度Ｖ０，
Ｖ１は、正弦波であるため、それぞれ下式（８），
（９）のように表すことができる。

【００６０】 Ｖ０＝Ａｓｉｎθ＋Ｂ ・・・（８） Ｖ１＝Ａｓｉｎ（θ＋α）＋Ｂ ・・・（９） （但し、α：赤色と緑色との相対位相角度、α≠０，α≠π。） これらの式（８），（９）より、下式（１０）が導き出
される。

【００６１】 ｔａｎθ＝Ｋｓｉｎα／（１−Ｋｃｏｓα） ・・・（１０） 但し、 Ｋ＝（Ｖ０−Ｂ）／（Ｖ１−Ｂ） ・・・（１１） 式（１０），（１１）に基づき、相対位相角度α及び式
（３）により算出された変換輝度Ｖ０，Ｖ１を入力する
ことで、位置情報θが算出される。同様の演算方法で、
赤色又は緑色が除外されるときも演算可能である。

【００６２】このように演算された位置情報θを用い
て、下式に基づいて点Ｐの高さＺを求める。照明装置３
の鉛直線と、照明装置３から点Ｐに向けて照射したとき
の照射光線とのなす角をεとすると、当該角εは、下式
（１２）により表される。

【００６３】 ε＝ｆ（θ＋２ｎπ） ・・（１２） そして、高さＺは、下記式（１３）に従って導き出され
る。

【００６４】 Ｚ＝Ｌｐ−Ｌｐｃ／ｔａｎε＋Ｘｐ／ｔａｎε ・・（１３） （但し、Ｌｐ：照明装置３の基準面からの高さ、Ｌｐ
ｃ：ＣＣＤカメラ４と照明装置３とのＸ軸方向の距離、
Ｘｐ：点ＰのＸ座標。） このようにして得られた点Ｐの高さデータは、基準面高
さとして制御装置７のメモリに格納される。

【００６５】次に、制御装置７は、得られた３画面の画
像データを用いて、クリームハンダＨの印刷されたハン
ダ領域内の高さを算出する。まず、画像データに基づ
き、ハンダ領域のうちほぼ平面をなす部分に対して、光
成分パターンの縞に直交する方向の所定ライン上の座標
と輝度との関係を各光成分パターンについてチャート化
する。そして、基準面高さの演算と同様に、各チャート
の輝度レベルの確認と、振幅及びオフセット成分の算出
とを行う。尚、クリームハンダＨは、一般的に銀白色で
あるため、３つの光成分パターン全ての輝度データを利
用することができることが多い。ここで算出された振幅
とオフセット成分とに基づき、ハンダ領域全体における
各光成分パターン毎の輝度データを整合させた変換後の
輝度データが算出可能となる。そして、基準面高さの演
算と同様の手順及び計算式によりハンダ領域の高さが撮
像画面の画素Ｐ単位に演算され、制御装置７のメモリに
格納される。

【００６６】また、当該各部のデータに基づいて、検査
エリア内での基準面に対するハンダ領域の高さを積分す
ることにより、印刷されたクリームハンダＨの量が算出
される。そして、このようにして求めたクリームハンダ
Ｈの高さ、量等のデータが予め記憶されている基準デー
タと比較判定され、この比較結果が許容範囲内にあるか
否かによって、その検査エリアにおけるクリームハンダ
Ｈの印刷状態の良否が判定されるのである。

【００６７】以上詳述したように、本実施の形態によれ
ば、異なる相対位相関係下においてＣＣＤカメラ４によ
る３画面の画像データに基づき、プリント基板Ｋの高さ
を演算することとした。従って、相対位相関係を異なら
せる毎に撮像を行う必要があった従来技術とは異なり、
各光成分毎に、異なる相対位相関係下毎に、まとめて撮
像を行うことができる。このため、１つのポイントに関
し１回の照射及び１回の撮像を行えばよく、照射及び撮
像に要する時間が著しく短縮が図られることとなり、そ
の結果、計測に要する時間の飛躍的な短縮を図ることが
できる。

【００６８】また、３通りずつの画像データに基づいて
プリント基板Ｋの高さを求めることができることから、
４回の撮像データに基づいて演算されていた従来技術に
比べて、総合的なデータ数が少なくて済み、ひいては演
算時間の著しい短縮を図ることができる。その結果、計
測に要する時間の飛躍的な短縮を図ることができる。

【００６９】特に、本実施の形態ではさほど複雑でない
数式に基づいて位置情報θを求めることができ、該位置
情報θに基づき高さを演算することができる。そのた
め、演算が複雑になってしまうことによる遅延が生じず
に、上記作用効果が確実に奏される。

【００７０】さらに、照明装置３から照射される各光成
分パターン毎の輝度や、撮像される対象物であるプリン
ト基板ＫのレジストやクリームハンダＨの色により、各
光成分パターンについて得られる画像の輝度レベルが異
なってしまう場合がある。本実施の形態によれば、各画
像データからチャート化したデータに基づいて、比較的
容易な演算をするだけで、各光成分パターンの整合、す
なわち、振幅とオフセット成分を揃えた適正な輝度レベ
ルに揃えられる。このため、整合や補正に際して、光学
的に輝度レベルを揃えるための別途の装置や、装置の設
定に伴う複雑な演算等を必要としない。また、適正な輝
度レベルのデータに基づいて、高さの演算が行われるこ
とで、正確な高さが求められる。

【００７１】加えて、画像解析に必要な最低輝度レベル
に到達していない光成分パターンが存在する場合には、
該光成分パターンを除外した上で、つまり、２つの光成
分パターンに基づいて、高さの演算をすることができ
る。このため、撮像される対象物であるプリント基板Ｋ
のレジストやクリームハンダＨの色が変わり、最低輝度
レベルに到達していない光成分パターンが異なったもの
となったり、除外すべき光成分パターンが変わったりし
たような場合にも、特別な処理を施すことなく、適正な
演算が可能となる。その結果、適正な演算が行われるこ
とで、一層正確に高さを求めることができる。

【００７２】尚、上述した実施の形態の記載内容に限定
されることなく、例えば次のように実施してもよい。

【００７３】（ａ）光成分パターンの座標と輝度との関
係をチャート化する際に、光成分パターンの縞に直交す
る方向の所定ライン上の輝度を用いているが、予め光成
分パターンの縞に平行な方向にスキャンし、その輝度の
平均値に基づいてチャートを作成してもよい。この場
合、より正確なチャートデータを得ることができる。さ
らに、この場合、前記スキャンする際に得られた異常な
データを削除するようにしてもよい。

【００７４】（ｂ）最低輝度レベルに到達しない光成分
パターンの存在の判断基準として、必ずしも、チャート
における平均輝度値を用いる必要はない。例えば、チャ
ートデータ中の最低輝度値を判断基準としてもよいし、
高さ演算範囲全体の平均輝度値を判断基準としてもよ
い。

【００７５】（ｃ）上記実施の形態では、各チャートの
振幅とオフセット成分とを揃えるように演算している
が、必ずしもこれに限定されるわけではなく、輝度デー
タを整合させられればよい。

【００７６】（ｄ）照明装置３によって照射される光
は、特に正弦波に限定されず、位相の異なる光成分を縞
状に照射できればよい。また、波長域は、上記実施の形
態の赤色、緑色、青色に限定されず、波長域毎の分離撮
像が可能であれば、別の波長域でもよい。さらには、３
つの光成分ではなく、２つ又は４つ以上の光成分を照射
するようにしてもよい。

【００７７】（ｅ）上記実施の形態では、プリント基板
Ｋに印刷形成されたクリームハンダＨの高さ等を計測す
る場合に具体化したが、他にもＩＣパッケージ（例えば
リード）に印刷形成されたクリームハンダの高さ等を計
測する場合にも具体化できる。さらに、他の計測対象物
の高さ等を計測する場合に具体化してもよい。他の計測
対象物としては、基板上に印刷された印刷物、積層体等
が挙げられる。

【００７８】（ｆ）上記実施の形態では、位相シフト法
を用いて高さ等の算出を行っているが、必ずしも位相シ
フト法を用いる必要は無い。例えば、正弦波状をなさな
い縞状の光成分パターンを照射、撮像し、画像データに
基づいて、比などから高さを算出するようにしてもよ
い。

【図面の簡単な説明】

【図１】一実施の形態における三次元計測装置を具備す
る印刷状態検査装置を模式的に示す概略斜視図である。

【図２】一実施の形態におけるより詳細な三次元計測装
置の構成を模式的に示す概略構成図である。

【図３】光成分パターンの縞に直交する方向のライン上
の座標と輝度との関係を示すチャートである。

【図４】赤色、青色、緑色の光成分パターンにおける座
標と輝度との関係を示すチャートであって、（ａ）は基
準面が緑色の場合であって、（ｂ）は基準面が赤色の場
合であって、（ｃ）は基準面が青色の場合である。

【図５】光成分パターンの輝度データの整合について説
明するための図であって、（ａ）は整合前のチャートで
あって、（ｂ）は整合後の所定の振幅及び所定のオフセ
ット成分に揃えたチャートである。

【符号の説明】

１…印刷状態検査装置、３…照明手段としての照明装
置、４…撮像手段としてのＣＣＤカメラ、７…第１、第
２の演算手段及びデータ除外手段を構成する制御装置、
Ｈ…計測対象物としてのクリームハンダ、Ｋ…プリント
基板。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 2F065 AA04 AA24 AA54 BB02 BB05 CC01 CC26 FF00 FF04 GG23 HH03 HH07 HH12 JJ03 JJ24 JJ26 LL04 LL20 LL22 PP12 QQ24 QQ31

Claims (13)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 少なくとも計測対象物に対し、縞状の光
   強度分布を有するとともに、互いに異なる波長成分を有
   し、互いに相対位相関係の異なる少なくとも２つの光成
   分パターンを同時に照射可能な照射手段と、 少なくとも前記光成分パターンの照射された計測対象物
   からの反射光を各光成分毎に分離して撮像可能な撮像手
   段と、 前記撮像手段にて前記反射光を光成分毎に撮像して得ら
   れた少なくとも２通りの画像データに基づき、当該画像
   の輝度データを整合させる演算を行う第１の演算手段
   と、 少なくとも２通りの前記整合された輝度データに基づ
   き、少なくとも前記計測対象物の高さを演算する第２の
   演算手段とを備えたことを特徴とする三次元計測装置。
2. 【請求項２】 少なくとも計測対象物に対し、略正弦波
   の縞状の光強度分布を有するとともに、互いに異なる波
   長成分を有し、互いに相対位相関係の異なる少なくとも
   ２つの光成分パターンを同時に照射可能な照射手段と、 少なくとも前記光成分パターンの照射された計測対象物
   からの反射光を各光成分毎に分離して撮像可能な撮像手
   段と、 前記撮像手段にて前記反射光を光成分毎に撮像して得ら
   れた少なくとも２通りの画像データに基づき、当該画像
   の輝度データを整合させる演算を行う第１の演算手段
   と、 少なくとも２通りの前記整合された輝度データに基づ
   き、前記計測対象物の高さを位相シフト法により演算す
   る第２の演算手段とを備えたことを特徴とする三次元計
   測装置。
3. 【請求項３】 前記照射手段は、縞状の光強度分布を有
   するとともに、互いに異なる波長成分を有し、互いに相
   対位相関係の異なる２つの光成分パターンを同時に照射
   可能であ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. 【請求項４】 少なくとも計測対象物に対し、略正弦波
   の縞状の光強度分布を有するとともに、互いに異なる波
   長成分を有し、互いに相対位相関係の異なる少なくとも
   ３つの光成分パターンを同時に照射可能な照射手段と、 少なくとも前記光成分パターンの照射された計測対象物
   からの反射光を各光成分毎に分離して撮像可能な撮像手
   段と、 前記撮像手段にて前記反射光を光成分毎に撮像して得ら
   れた画像データのうち、画像解析に不適切な画像データ
   を除外可能なデータ除外手段と、 除外対象とならない画像の輝度データを整合させる演算
   を行う第１の演算手段と、 少なくとも２通りの前記整合された輝度データに基づ
   き、前記計測対象物の高さを位相シフト法により演算す
   る第２の演算手段とを備えたことを特徴とする三次元計
   測装置。
5. 【請求項５】 前記データ除外手段は、不適切な画像デ
   ータとして、所定の輝度レベルに到達していないもの、
   又は、所定の輝度レベルを超えるものを選択可能である
   ことを特徴とする請求項４に記載の三次元計測装置。
6. 【請求項６】 前記第１の演算手段は、前記画像データ
   毎に、前記計測対象物に照射された縞に交差する方向の
   ライン上の輝度の変化に基づいて、輝度データを整合す
   るための演算をすることを特徴とする請求項１乃至５の
   いずれかに記載の三次元計測装置。
7. 【請求項７】 前記第１の演算手段は、前記画像データ
   毎に、前記計測対象物に照射された縞に交差する方向の
   ライン上の位置と輝度との関係をチャート化し、各チャ
   ート毎に異なる振幅とオフセット成分とを所定の振幅及
   び所定のオフセット成分に揃えた輝度データに変換する
   ことにより、輝度データを整合することを特徴とする請
   求項２乃至５のいずれかに記載の三次元計測装置。
8. 【請求項８】 前記第１の演算手段は、前記チャート化
   されたデータの極大値及び極小値に基づいて、前記チャ
   ートの振幅とオフセット成分とを演算することを特徴と
   する請求項７に記載の三次元計測装置。
9. 【請求項９】 前記交差する方向は、直交又は略直交す
   る方向であることを特徴とする請求項６乃至８のいずれ
   かに記載の三次元計測装置。
10. 【請求項１０】 少なくとも計測対象物に対し、略正弦
    波の縞状の光強度分布を有するとともに、互いに異なる
    波長成分を有し、互いに相対位相関係の異なる少なくと
    も３つの光成分パターンを同時に照射可能な照射手段
    と、 少なくとも前記光成分パターンの照射された計測対象物
    からの反射光を各光成分毎に分離して撮像可能な撮像手
    段と、 前記撮像手段にて前記反射光を光成分毎に撮像して得ら
    れた画像データのうち、画像解析に不適切な画像データ
    を除外可能なデータ除外手段と、 少なくとも２通りの画像の輝度データに基づき、前記計
    測対象物の高さを演算する演算手段とを備えたことを特
    徴とする三次元計測装置。
11. 【請求項１１】 前記データ除外手段は、不適切な画像
    データとして、所定の輝度レベルに到達していないも
    の、又は、所定の輝度レベルを超えるものを選択可能で
    あることを特徴とする請求項１０に記載の三次元計測装
    置。
12. 【請求項１２】 前記計測対象物がプリント基板上に印
    刷されたクリームハンダであり、該クリームハンダの高
    さから印刷状態の良否を判定する判定手段を設けたこと
    を特徴とする請求項１乃至１１のいずれかに記載の三次
    元計測装置。
13. 【請求項１３】 前記計測対象物がプリント基板上に設
    けられたハンダバンプであり、該ハンダバンプの高さか
    らハンダバンプの形状の良否を判定する判定手段を設け
    たことを特徴とする請求項１乃至１１のいずれかに記載
    の三次元計測装置。