JP4058836B2 - 歪み量計測方法及び装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、プリント板に歪み荷重を印加した場合におけるプリント板の歪み量の計測や、QFP(Quad Flat Package)を搭載したプリント板に歪み荷重を印加した場合におけるQFPのリードの歪み量を計測する場合等に使用して好適な歪み量計測方法及び装置に関する。
【0002】
近年、ノートブック型パーソナルコンピュータ等の携帯情報機器においては、製品の小型軽量化を図るために、薄型のプリント板が使用されている。しかし、薄型のプリント板は変形を起こしやすく、プリント板の搭載部品(例えば、QFP)が不良となるおそれがある。
【0003】
このため、このような携帯情報機器においては、プリント板に生じる変形を考慮した設計、評価が必要となり、その前提として、プリント板に歪み荷重を印加した場合におけるプリント板の歪み量の計測や、プリント板の歪みに伴う搭載部品の歪み量の計測を行う必要がある。
【0004】
【従来の技術】
図7は従来の歪み量計測装置の一例を示す概略的斜視図であり、図7中、1は計測対象であるプリント板、2はプリント板1に搭載されたQFP、3A〜3Dはプリント板1の表面に接着剤で張り付けられた歪みゲージ、4は歪み量計測器本体、5は歪みゲージ3A〜3Dと歪み量計測器本体4とを接続するケーブル群である。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
図7に示す従来の歪み量計測装置においては、歪みゲージ3A〜3Dを接着剤でプリント板10に張り付けると共に、歪みゲージ1個あたり4本のケーブルが必要となるので、例えば、計測箇所が50個所ある場合には、50個の歪みゲージを接着剤でプリント板10に張り付ける必要があると共に、200本のケーブル処理が必要となり、計測に多大の労力が必要になるという問題点があった。
【0006】
また、歪みゲージの張り付け及びケーブル処理によりプリント板1に変形等の副次的な影響が現れ、計測の信頼性が低下してしまうという問題点や、計測対象がQFP2のリードのように微小なものである場合には、歪みゲージの張り付けが不可能であり、歪み量の計測が不可能であるという問題点があった。
【0007】
本発明は、かかる点に鑑み、歪み量計測の省力化と、歪み量計測の信頼性の向上化と、歪みゲージを使用することができない微小なものの歪み量計測可能化による利便性の向上化を図ることができるようにした歪み量計測方法及び装置を提供することを目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】
本発明の歪み量計測方法は、計測対象を上方から撮像することができるように保持し、必要に応じて計測対象に歪み荷重を印加することができ、XYステージにより水平方向に移動可能とされた計測対象保持手段と、Zステージにより上下方向に移動可能とされ、計測対象保持手段に保持された計測対象を上方から撮像する撮像手段とを備える歪み量計測装置を使用した歪み量計測方法であって、計測対象に歪み荷重を印加しない状態で、撮像手段を使用して計測対象の指定エリアの画像を取得し、指定エリア内の第1、第2の計測用エリアの画像の保存と、第1、第2の計測用エリア間の距離の算出とを行う工程と、計測対象に歪み荷重を印加した状態で、撮像手段を使用して計測対象の画像を取得し、保存されている第1、第2の計測用エリアの画像とのマッチングにより第1、第2の計測用エリアを検出し、第1、第2の計測用エリア間の距離を算出する工程と、計測対象に歪み荷重を印加しない状態での第1、第2の計測用エリア間の距離と、計測対象に歪み荷重を印加した状態での第1、第2の計測用エリア間の距離とから、第1、第2の計測用エリア間の歪み量を算出する工程とを含んでいるというものである。
【0009】
本発明の歪み量計測方法によれば、計測対象の歪み量を計測対象の画像認識を通して行うことができるので、歪みゲージを接着剤で計測対象に張り付ける作業及び歪みゲージと歪み量計測器本体とを接続するケーブルの処理作業を不要とすることができると共に、歪みゲージの張り付け及びケーブル処理による計測対象の変形等の副次的な影響を除去することができ、更に、歪みゲージの張り付けが不可能な微小なものについても歪み量の計測が可能となる。
【0010】
本発明の歪み量計測装置は、水平方向に移動可能とされたXYステージ及び上下方向に移動可能とされたZステージと、計測対象を上方から撮像することができるように保持し、必要に応じて計測対象に歪み荷重を印加することができ、XYステージにより水平方向に移動可能とされた計測対象保持手段と、Zステージにより上下方向に移動可能とされ、計測対象保持手段に保持された計測対象を上方から撮像する撮像手段と、計測対象に歪み荷重を印加しない状態で、撮像手段を使用して計測対象の指定エリアの画像を取得し、指定エリア内の第1、第2の計測用エリアの画像の保存と、第1、第2の計測用エリア間の距離の算出とを行う工程と、計測対象に歪み荷重を印加した状態で、撮像手段を使用して計測対象の画像を取得し、保存されている第1、第2の計測用エリアの画像とのマッチングにより第1、第2の計測用エリアを検出し、第1、第2の計測用エリア間の距離を算出する工程と、計測対象に歪み荷重を印加しない状態での第1、第2の計測用エリア間の距離と、計測対象に歪み荷重を印加した状態での第1、第2の計測用エリア間の距離とから、第1、第2の計測用エリア間の歪み量を算出する工程を行う制御手段を備えているというものである。
【0011】
本発明の歪み量計測装置によれば、計測対象の歪み量を計測対象の画像認識を通して行うことができるので、歪みゲージを接着剤で計測対象に張り付け作業及び歪みゲージと歪み量計測器本体とを接続するケーブルの処理作業を不要とすることができると共に、歪みゲージの貼り付け及びケーブル処理による計測対象の変形等の副次的な影響を除去することができ、更に、歪みゲージの張り付けが不可能な微小なものについても歪み量の計測が可能となる。
【0012】
【発明の実施の形態】
以下、図1〜図6を参照して、本発明の歪み量計測方法及び装置の一実施形態について説明する。
【0013】
図1は本発明の歪み量計測装置の一実施形態の概略的構成図である。図1中、10は計測対象であるプリント板、11はプリント板10を上方から撮像することができるように保持し、必要に応じてプリント板10に歪み荷重を印加することができるようにされた計測対象保持手段をなす治具、12は治具11を保持して治具11を水平方法に移動可能とされたXYステージである。
【0014】
また、13は上下方向に移動可能とされたZステージ、14はZステージ13に保持された光学顕微鏡であり、15A〜15Eは対物レンズ、16はプリント板10を撮像するためのCCDカメラである。
【0015】
また、17はXYステージ12及びZステージ13の動きをコントロールするステージコントローラ、18はステージコントローラ17の制御、CCDカメラ16が撮像した画像の入力及び表示、計測用エリアの切り出し、切り出した計測用エリアの画像の保存、計測用エリアの座標の保存、計測用エリア間の歪み量の算出などを行うパーソナルコンピュータである。
【0016】
図2は治具11の第1構成例を示す図であり、図2Aは概略的上面図、図2Bは図2AのX−X線に沿った概略的断面図、図2Cは押えシャフト部材を上げた状態を示す概略的断面図である。
【0017】
図2中、20は上面を開口とされた筐体、21は筐体20上に配置された押えシャフト部材であり、22は枠体、23、24は枠体22内に同一の高さに水平に固定され、プリント板10に下方から歪み荷重を印加する場合に、プリント板10をその両端で押えるための押えシャフトである。
【0018】
押えシャフト部材21は、蝶番25A、25Bを介して筐体20に蝶着され、図2Cに示すように開くことにより、プリント板10を治具11内に配置することができるようにされていると共に、ツマミ付きネジ部材26A、26Bで筐体20に不動的に固定することができるようにされている。
【0019】
また、27はプリント板10に対して下方から歪み荷重を印加するための歪み荷重シャフト、28は歪み荷重シャフト27を保持する歪み荷重シャフト保持部材、29は荷重シャフト保持部材28を上下方向に移動させるためのウオーム歯車機構である。
【0020】
また、30はウオーム歯車機構29のウオーム31に連結された回転シャフト、32は回転シャフト30を回転させ、ウオーム歯車機構29を介して歪み荷重シャフト保持部材28を上下方向に移動させるためのツマミである。
【0021】
このように構成された治具11の第1構成例においては、治具11内にプリント板10を配置し、プリント板10に歪み荷重を印加しないようにしてプリント板10を押えシャフト23、24と歪み荷重シャフト27で挟持する場合には、図3Aに示すように、プリント板10を水平に保持することができる。
【0022】
また、図3Bに誇張的に示すように、歪み荷重シャフト27を上方に押し上げる場合には、プリント板10の両端を押えシャフト23、24で押え、プリント板10に歪み荷重を印加して歪みを生じさせることができる。なお、34は搭載部品(例えば、QFP)である。
【0023】
なお、ツマミ32の代わりに、モータ及びモータの回転を減速する減速機を設け、モータの駆動をパーソナルコンピュータ18で制御することにより、歪み荷重シャフト保持部材28の上下方向の移動を制御するように構成しても良い。
【0024】
図4は治具11の第2構成例を示す概略的斜視図であり、治具11の第2構成例は、プリント板10を実際のケースに実装した場合に発生する歪みを再現できるように構成したものである。
【0025】
図4中、36はXYステージ12上に水平に配置されるベース、37〜40はベース36に立設された固定シャフトであり、これら固定シャフト37〜40は、上面を面一とされ、かつ、上面側に垂直方向に雌ねじ41〜44が形成されている。
【0026】
また、45〜48はプリント板10に形成されているネジ透過孔49〜52を介して雌ねじ41〜44にねじ込むことにより、プリント板10を固定シャフト37〜40に固定させるための雄ねじである。
【0027】
このように構成された治具11の第2構成例においては、図5Aに示すように、プリント板10を固定シャフト37〜40上に載置して、雄ねじ45〜48でプリント板10を固定しないようにする場合には、プリント板10に歪み荷重を印加しないようにして水平に保持することができる。
【0028】
これに対して、図5Bに示すように、プリント板10を固定シャフト37〜40上に載置して、雄ねじ45〜48で固定シャフト37〜40に固定する場合には、雄ねじ45〜48でプリント板10を固定シャフト37〜40に固定することによる歪み荷重をプリント板10に印加して歪みを生じさせることができる。
【0029】
図6は本発明の歪み量計測方法の一実施形態を説明するための概略的平面図であり、本発明の歪み量計測方法の一実施形態は、図1に示す本発明の歪み量計測装置の一実施形態を使用した歪み量計測方法である。
【0030】
本発明の歪み量計測方法の一実施形態においては、まず、プリント板10に歪み荷重を印加しない状態で、図6Aに示すように、プリント板10上に予め指定されている指定エリア54の画像を入力し、指定エリア54の画像から計測用エリア55を切り出して、計測用エリア55の画像を辞書として保存すると共に、計測用エリア55の3次元座標(X1、Y1、Z1)を保存する。
【0031】
次に、同じく、プリント板10に歪み荷重を印加しない状態で、XYステージ12を駆動してプリント板10の水平位置を移動させて、プリント板10上に予め指定されている指定エリア56の画像を入力し、指定エリア56の画像から計測用エリア57を切り出して、計測用エリア57の画像を辞書として保存すると共に、計測用エリア57の3次元座標(X2、Y2、Z2)を保存し、更に、計測用エリア55、57間の距離L{=√[(X1−X2)2 +(Y1−Y2)2 +(Z1−Z2)2 ]}を算出し、これを保存する。
【0032】
次に、プリント板10に歪み荷重を印加し、図6Bに示すように、指定エリア54の画像を入力し、保存されている計測用エリア55の画像とのマッチングを行い、計測用エリア55を検出し、プリント板10に歪み荷重を印加した場合における計測用エリア55の3次元座標(X1'、Y1'、Z1')を保存する。
【0033】
次に、XYステージ12を駆動してプリント板10の水平位置を移動させて、指定エリア56の画像を入力し、保存されている計測用エリア57の画像とのマッチングを行い、計測用エリア57を検出し、プリント板10に歪み荷重を印加した場合における計測用エリア57の3次元座標(X2'、Y2'、Z2')を保存し、更に、計測用エリア55、57間の距離L'{=√[(X1'−X2')2 +(Y1'−Y2')2 +(Z1'−Z2')2 ]}を算出し、これを保存する。
【0034】
次に、計測用エリア55、57間の変形量ΔL[=L−L']を算出し、これに基づいて、計測用エリア55、57間の歪み量ε[=(L−L')/L]を算出して保存する。
【0035】
なお、計測用エリア55、57のXY座標は、指定エリア54、56のXYステージ座標と、指定エリア54、56内の計測用エリア55、57のXY座標から算出することができ、計測用エリア55、57のZ座標は、Zステージ13のZ座標から算出することができる。
【0036】
また、指定エリア54、56の画像を取得するためのXYステージ12の移動は、指定エリア54、56の座標をファイル化した座標ファイルに基づいて行うことができ、この座標ファイルは、例えば、プリント板10のCAD設計データに基づいて作成することができる。
【0037】
また、計測用エリア55、57の切り出しは、パーソナルコンピュータ18のディスプレイに表示された指定エリア54、56の画像から操作者が行うようにしても良いし、あるいは、Zステージ13の一定のZ座標範囲の各Z座標における指定エリア54、56の画像を計測用エリア55、57と同一の大きさのフォーカスエリアで走査し、フォーカスエリア内でエッジ強度値を加算又は平均した値をフォーカス度として求め、各走査箇所でのフォーカス度を比較して最大のフォーカス値の箇所を検出し、各Z座標での検出箇所を比較して最大のフォーカス値の検出箇所を含む位置を計測用エリア55、57として切り出すようにしても良い。
【0038】
以上のように、本発明の歪み量計測装置の一実施形態を使用した本発明の歪み量計測方法の一実施形態によれば、プリント板10の歪み量の計測をプリント板10の画像認識を通して行うようにしているので、歪みゲージを接着剤でプリント板10に張り付ける作業及び歪みゲージと歪み量計測器本体とを接続するケーブルの処理作業を不要とすることができ、歪み量計測の省力化を図ることができる。
【0039】
また、歪みゲージの張り付け及びケーブル処理によるプリント板10の変形等の副次的な影響を除去することができるので、歪み量計測の信頼性の向上化を図ることができる。
【0040】
また、プリント板10の歪み量のほか、歪みゲートを使用することができない微小な搭載部品の歪み量(例えば、QFPのリードの歪み量)を計測することもでき、利便性の向上化を図ることができる。
【0041】
なお、本発明の歪み量測定方法の一実施形態においては、計測用エリア55、57は、異なる指定エリア54、56内の計測用エリアである場合について説明したが、本発明は、同一の指定エリア内から複数の計測用エリアを切り出す場合にも適用することができる。
【0042】
この場合、同一の指定エリア内の計測用エリアについては、その画像を保存する際に、同一の指定エリア内の計測用エリアであることを識別することができる識別情報を付加する場合には、歪み荷重を印加した状態での計測用エリアの辞書検索(マッチング)を容易に行うことができる。
【0043】
【発明の効果】
以上のように、本発明の歪み量計測方法又は装置によれば、計測対象の歪み量を計測対象の画像認識を通して行うことができるようにしたことにより、歪みゲージを接着剤で計測対象に張り付ける作業及び歪みゲージと歪み量計測器本体とを接続するケーブルの処理作業を不要とすることができると共に、歪みゲージの貼り付け及びケーブル処理による計測対象の変形等の副次的な影響を除去することができ、更に、歪みゲージの張り付けが不可能な微小なものについても歪み量の計測が可能となるので、歪み量計測の省力化と、歪み量計測の信頼性の向上化と、利便性の向上化とを図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の歪み量計測装置の一実施形態の概略的構成図である。
【図2】本発明の歪み量計測装置の一実施形態が備える治具の第1構成例を示す図である。
【図3】本発明の歪み量計測装置の一実施形態が備える治具の第1構成例の機能を説明するための概略的斜視図である。
【図4】本発明の歪み量計測装置の一実施形態が備える治具の第2構成例を示す概略的斜視図である。
【図5】本発明の歪み量計測装置の一実施形態が備える治具の第2構成例の機能を説明するための概略的斜視図である。
【図6】本発明の歪み量計測方法の一実施形態を説明するための概略的平面図である。
【図7】従来の歪み量計測装置の一例を示す概略的斜視図である。
【符号の説明】
(図1)
15A〜15E 対物レンズ
(図2)
20 筐体
21 押さえシャフト部材
23、24 押さえシャフト
25A、25B 蝶番
27 歪み荷重シャフト
29 ウオーム歯車機構
Claims (5)
- 計測対象を上方から撮像することができるように保持し、必要に応じて前記計測対象に歪み荷重を印加することができ、XYステージにより水平方向に移動可能とされた計測対象保持手段と、
Zステージにより上下方向に移動可能とされ、前記計測対象保持手段に保持された前記計測対象を上方から撮像する撮像手段とを備える歪み量計測装置を使用した歪み量計測方法であって、
前記計測対象に歪み荷重を印加しない状態で、前記撮像手段を使用して前記計測対象の指定エリアの画像を取得し、前記指定エリア内の第1、第2の計測用エリアの画像の保存と、前記第1、第2の計測用エリア間の距離の算出とを行う工程と、
前記計測対象に歪み荷重を印加した状態で、前記撮像手段を使用して前記計測対象の画像を取得し、保存されている前記第1、第2の計測用エリアの画像とのマッチングにより前記第1、第2の計測用エリアを検出し、前記第1、第2の計測用エリア間の距離を算出する工程と、
前記計測対象に歪み荷重を印加しない状態での前記第1、第2の計測用エリア間の距離と、前記計測対象に歪み荷重を印加した状態での前記第1、第2の計測用エリア間の距離とから、前記第1、第2の計測用エリア間の歪み量を算出する工程とを含んでいることを特徴とする歪み量計測方法。 - 前記第1、第2の計測用エリア間の距離は、前記指定エリアのXYステージ座標と、前記指定エリア内の前記第1、第2の計測用エリアのXY座標と、前記Zステージの座標を使用して算出することを特徴とする請求項1記載の歪み量計測方法。
- 前記Zステージの一定のZ座標範囲の各Z座標における前記第1、第2の指定エリアの画像を前記第1、第2の計測用エリアと同一の大きさのフォーカスエリアで走査し、フォーカスエリア内でエッジ強度値を加算又は平均した値をフォーカス度として求め、各走査箇所でのフォーカス度を比較して最大のフォーカス値の箇所を検出して、各Z座標での検出箇所を比較して最大のフォーカス値の検出箇所を含む位置を前記第1、第2の計測用エリアとすることを特徴とする請求項1又は2記載の歪み量計測方法。
- 水平方向に移動可能とされたXYステージ及び上下方向に移動可能とされたZステージと、
計測対象を上方から撮像することができるように保持し、必要に応じて前記計測対象に歪み荷重を印加することができ、前記XYステージにより水平方向に移動可能とされた計測対象保持手段と、
前記Zステージにより上下方向に移動可能とされ、前記計測対象保持手段に保持された前記計測対象を上方から撮像する撮像手段と、
前記計測対象に歪み荷重を印加しない状態で、前記撮像手段を使用して前記計測対象の指定エリアの画像を取得し、前記指定エリア内の第1、第2の計測用エリアの画像の保存と、前記第1、第2の計測用エリア間の距離の算出とを行う工程と、
前記計測対象に歪み荷重を印加した状態で、前記撮像手段を使用して前記計測対象の画像を取得し、保存されている前記第1、第2の計測用エリアの画像とのマッチングにより前記第1、第2の計測用エリアを検出し、前記第1、第2の計測用エリア間の距離を算出する工程と、
前記計測対象に歪み荷重を印加しない状態での前記第1、第2の計測用エリア間の距離と、前記計測対象に歪み荷重を印加した状態での前記第1、第2の計測用エリア間の距離とから、前記第1、第2の計測用エリア間の歪み量を算出する工程を行う制御手段を備えていることを特徴とする歪み量計測装置。 - 前記計測対象保持手段は、前記制御手段の制御により前記計測対象に歪み荷重を印加することができるように構成されていることを特徴とする請求項4記載の歪み量計測装置。
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