JP6848385B2 - 3D shape measuring device - Google Patents

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Description

本発明は、三次元形状の計測装置、特に計測対象の高さ情報を取得可能な三次元形状計測装置に関する。 The present invention relates to a three-dimensional shape measuring device, particularly a three-dimensional shape measuring device capable of acquiring height information of a measurement target.

従来から、画像を用いて物体の三次元形状を計測する技術として、計測対象にプロジェクタ等の投影手段から周期性を有するパターンを投影し、該パターンが投影された状態の計測対象をカメラ等の撮影手段により撮影して、撮影された二次元画像を用いて計測対象の立体的形状を求める、位相シフト法が知られている。具体的には、撮影された画像において計測対象表面の形状（凹凸など）に依存して生じるパターンの歪みを解析することで、計測対象の三次元形状を計測する。 Conventionally, as a technique for measuring a three-dimensional shape of an object using an image, a pattern having periodicity is projected onto a measurement target from a projection means such as a projector, and the measurement target in the state where the pattern is projected is a camera or the like. A phase shift method is known in which an image is taken by an imaging means and a three-dimensional image of an image is used to obtain a three-dimensional shape of an object to be measured. Specifically, the three-dimensional shape of the measurement target is measured by analyzing the distortion of the pattern that occurs depending on the shape (unevenness, etc.) of the surface of the measurement target in the captured image.

ところで、上記の方法においては、検査対象の表面の形状に起因して、パターンが遮られて影が生じ、そのために立体的形状を計測できない場合があるという問題がある。 By the way, in the above method, there is a problem that the pattern is blocked and a shadow is generated due to the shape of the surface of the inspection target, and therefore the three-dimensional shape may not be measured.

このような問題に対して、計測対象に対して異なる方向からパターンを投影するように複数の投影手段を配置し、影になる領域を減少させる技術が提示されている（例えば特許文献１、２）。 To solve such a problem, a technique has been proposed in which a plurality of projection means are arranged so as to project patterns from different directions on a measurement target to reduce a shadowed area (for example, Patent Documents 1 and 2). ).

特開２０１５−１３８１号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2015-1381 特開２０１５−２１７６３号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2015-21763

しかしながら、従来技術のように装置に投影手段を配置する方法では、影になる領域を十分に減少させるには多数の投影手段を配置する必要があり、これによって計測装置全体が大型化し、コストも増大してしまう。 However, in the method of arranging the projection means on the device as in the prior art, it is necessary to arrange a large number of projection means in order to sufficiently reduce the shadow area, which increases the size of the entire measuring device and increases the cost. It will increase.

また、多くの投影手段を配置しようとしても、投影手段同士の物理的な干渉を避けることはできず、全方位から計測対象にパターンを投影することができるだけの投影手段を配置することは不可能であるため、影が生じる領域を十分に減少させることはできない。 Moreover, even if many projection means are arranged, physical interference between the projection means cannot be avoided, and it is impossible to arrange a projection means capable of projecting a pattern from all directions to the measurement target. Therefore, the area where the shadow is generated cannot be sufficiently reduced.

本発明は、上記のような実情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、パターンの投影によって物体の三次元形状の計測を行う際に、投影手段の数を増やさなくとも影となる領域が生じることを抑止できる技術を提供することにある。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to measure a three-dimensional shape of an object by projecting a pattern without increasing the number of projection means. The purpose is to provide a technology that can prevent the occurrence of such an area.

前記の目的を達成するために、本発明は以下の構成を採用する。 In order to achieve the above object, the present invention adopts the following configuration.

本発明に係る三次元形状計測装置は、計測対象に対してパターンを投影する投影手段と、前記パターンが投影された前記計測対象を撮影する撮影手段と、前記撮影手段により取得された画像を処理することで、検査対象の三次元形状を計測する計測手段と、前記投影手段を移動させる移動手段と、を有する構成とした。 The three-dimensional shape measuring device according to the present invention processes a projection means for projecting a pattern onto a measurement target, a photographing means for photographing the measurement object on which the pattern is projected, and an image acquired by the photographing means. By doing so, the configuration has a measuring means for measuring the three-dimensional shape of the inspection target and a moving means for moving the projection means.

このような構成により、所定の位置からのパターンの投影で影になる領域が生じた場合
であっても、当該影の領域にパターンが投影されるように投影手段を移動させることによって、当該領域にもパターンが投影された状態で計測対象を撮影することが可能になる。そのために、前記移動手段は、前記撮影手段が、前記計測手段が前記計測対象の三次元形状を計測することが可能なパターンを撮影し得る位置まで、前記投影手段を移動させるものであるとよい。 With such a configuration, even if a shadow region is generated by projecting the pattern from a predetermined position, the projection means is moved so that the pattern is projected on the shadow region. It is possible to take a picture of the measurement target with the pattern projected on it. Therefore, the moving means may move the projection means to a position where the photographing means can shoot a pattern in which the measuring means can measure the three-dimensional shape of the measurement target. ..

また、前記移動手段は、前記投影手段を、前記計測対象を内部に含んだ円周上において回転移動させるものであってもよい。このような構成であれば、特に前記計測対象が円の中心付近に位置する場合には、前記撮影手段と前記計測対象との距離の変動を抑えて前記撮影手段を移動させることが可能になる。このため、パターンの焦点を前記計測対象に概ね維持したまま前記計測対象に対するパターンの入射角を変えて影になっていた領域にもパターンを投影することが可能になる。 Further, the moving means may rotate the projection means on a circumference including the measurement target. With such a configuration, it is possible to move the photographing means while suppressing fluctuations in the distance between the photographing means and the measuring object, particularly when the measurement target is located near the center of the circle. .. Therefore, it is possible to project the pattern even in the shadowed region by changing the incident angle of the pattern with respect to the measurement target while keeping the focus of the pattern substantially on the measurement target.

また、前記三次元形状計測装置は前記画像投影手段を複数有していてもよい。このような構成であると、同時に複数のパターンを前記計測対象に投影することが可能となり、より効率的に計測対象の三次元形状を計測することができる。 Further, the three-dimensional shape measuring device may have a plurality of the image projection means. With such a configuration, a plurality of patterns can be projected onto the measurement target at the same time, and the three-dimensional shape of the measurement target can be measured more efficiently.

また、前記移動手段は、軸方向に開口する中空部を有する円筒状の回転機構であって、前記計測対象の上方に該開口が位置するように配置され、前記撮影手段は、前記計測対象に対して垂直な方向から、前記円筒状の回転機構の開口を通じて、前記計測対象を撮影するものであってもよい。このような構成であると、装置全体の小型化を図りつつ、前記計測対象を直上から撮影することが可能になる。 Further, the moving means is a cylindrical rotation mechanism having a hollow portion that opens in the axial direction, and is arranged so that the opening is located above the measurement target, and the photographing means is placed on the measurement target. The measurement target may be photographed from a direction perpendicular to the object through the opening of the cylindrical rotation mechanism. With such a configuration, it is possible to take a picture of the measurement target from directly above while reducing the size of the entire device.

なお、本発明は、上記構成ないし機能の少なくとも一部を有する三次元形状計測装置として捉えることができる。また、本発明は、かかる三次元形状計測装置を備える検査装置や３次元スキャナや物体認識装置として捉えることもできる。 The present invention can be regarded as a three-dimensional shape measuring device having at least a part of the above-mentioned configuration or function. Further, the present invention can be regarded as an inspection device, a three-dimensional scanner, or an object recognition device provided with such a three-dimensional shape measuring device.

本発明によれば、パターンの投影によって物体の三次元形状の計測を行う際に、投影手段の数を増やさなくとも、影となる領域が生じることを抑止できる技術を提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide a technique capable of suppressing the occurrence of a shadow region without increasing the number of projection means when measuring the three-dimensional shape of an object by projecting a pattern.

図１は本発明の第１の実施例に係る三次元形状計測装置のハードウェア構成を示す模式図である。FIG. 1 is a schematic view showing a hardware configuration of a three-dimensional shape measuring device according to a first embodiment of the present invention. 図２は本発明の第１の実施例に係る三次元形状計測装置の撮影手段、投影手段および移動手段と、計測対象物との配置関係を表す概略図である。FIG. 2 is a schematic view showing the arrangement relationship between the photographing means, the projection means, and the moving means of the three-dimensional shape measuring device according to the first embodiment of the present invention and the measurement target. 図３は移動手段の内部構造を表す概略図である。FIG. 3 is a schematic view showing the internal structure of the moving means. 図４は本発明の第１の実施例に係る三次元形状計測装置の計測手段の機能を示すブロック図である。FIG. 4 is a block diagram showing a function of the measuring means of the three-dimensional shape measuring device according to the first embodiment of the present invention. 図５は本発明の第１の実施例に係る三次元形状計測処理の手順を示すフローチャートである。FIG. 5 is a flowchart showing a procedure of the three-dimensional shape measurement processing according to the first embodiment of the present invention. 図６は本発明の第１の実施例に係る三次元形状計測装置の第１の変形例を示す概略図である。FIG. 6 is a schematic view showing a first modification of the three-dimensional shape measuring device according to the first embodiment of the present invention. 図７は本発明の第１の実施例に係る三次元形状計測装置の第２の変形例を示す概略図である。FIG. 7 is a schematic view showing a second modification of the three-dimensional shape measuring device according to the first embodiment of the present invention. 図８は本発明の第２の実施例に係る基板外観検査装置を示す概略図である。FIG. 8 is a schematic view showing a substrate appearance inspection apparatus according to a second embodiment of the present invention. 図９は移動手段および照明手段の内部構造を表す概略図である。FIG. 9 is a schematic view showing the internal structure of the moving means and the lighting means. 図１０は本発明の第２の実施例に係る基板外観検査装置の主な機能を示すブロック図である。FIG. 10 is a block diagram showing the main functions of the substrate appearance inspection apparatus according to the second embodiment of the present invention. 図１１は本発明の第２の実施例に係る基板外観検査装置の検査手順を示すフローチャートである。FIG. 11 is a flowchart showing an inspection procedure of the substrate appearance inspection apparatus according to the second embodiment of the present invention.

以下に図面を参照して、この発明を実施するための形態を、実施例に基づいて例示的に詳しく説明する。ただし、この実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは、特に記載がない限りは、この発明の範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。 Hereinafter, embodiments for carrying out the present invention will be described in detail exemplarily based on examples with reference to the drawings. However, unless otherwise specified, the dimensions, materials, shapes, relative arrangements, and the like of the components described in this embodiment are not intended to limit the scope of the present invention to those.

＜実施例１＞
（三次元形状計測装置の構成）
まず、図１〜図３を用いて、本実施例に係る三次元形状計測装置１の構成例を説明する。図１は本実施例に係る三次元形状計測装置１のハードウェア構成を示す模式図、図２は第１の実施例に係る三次元形状計測装置の撮影手段、投影手段および移動手段と、計測対象物との配置関係を表す概略図である。図３は、移動手段１３の内部構造を示す概略図である。 <Example 1>
(Configuration of 3D shape measuring device)
First, a configuration example of the three-dimensional shape measuring device 1 according to the present embodiment will be described with reference to FIGS. 1 to 3. FIG. 1 is a schematic view showing a hardware configuration of the three-dimensional shape measuring device 1 according to the present embodiment, and FIG. 2 shows measuring means, projection means, and moving means of the three-dimensional shape measuring device according to the first embodiment. It is a schematic diagram which shows the arrangement relation with an object. FIG. 3 is a schematic view showing the internal structure of the moving means 13.

図１が表すように、本実施例に係る三次元形状計測装置１は、主な構成として投影手段としてのプロジェクタ１０、撮影手段としてのカメラ１１、計測手段としての制御装置１２（例えばコンピュータ）、移動手段としての移動機構１３を有している。 As shown in FIG. 1, the three-dimensional shape measuring device 1 according to the present embodiment mainly includes a projector 10 as a projecting means, a camera 11 as a photographing means, and a control device 12 (for example, a computer) as a measuring means. It has a moving mechanism 13 as a moving means.

プロジェクタ１０は、計測対象に対してパターンを投影する手段である。ここで、パターンとは、例えば輝度の変化が周期性を示す縞模様であり、時間的に位相を変化させることが可能なものである。このパターンにより、計測対象の三次元形状を計測する処理については公知であるので詳細な説明は割愛する。なお、プロジェクタ１０の数は本実施例のように１つであってもよいし、２つ以上であってもよい。 The projector 10 is a means for projecting a pattern onto a measurement target. Here, the pattern is, for example, a striped pattern in which the change in brightness shows periodicity, and the phase can be changed in time. Since the process of measuring the three-dimensional shape of the measurement target by this pattern is known, detailed description thereof will be omitted. The number of projectors 10 may be one as in this embodiment, or may be two or more.

カメラ１１は、パターンが投影された状態の計測対象を撮影し、デジタル画像を出力する手段である。カメラ１１は例えば、光学系とイメージセンサを有して構成される。三次元形状の計測を行う際は、プロジェクタ１０から投影するパターンの位相を変えながら、複数枚の画像を取り込む。 The camera 11 is a means for photographing a measurement target in a state where a pattern is projected and outputting a digital image. The camera 11 includes, for example, an optical system and an image sensor. When measuring the three-dimensional shape, a plurality of images are captured while changing the phase of the pattern projected from the projector 10.

図２及び図３に示すように、本実施例においては、カメラ１１は、移動機構１３の一部である中空円筒状の回転機構１３１の中空部分に収まっており、同じく移動機構１３の一部である基準板１３２の中央部に設けられた円形の開口を通して計測対象物Ｏを撮影する。即ち、本実施例では、計測時には計測対象物Ｏがカメラ１１の真下に位置するように配置される。
なお、本明細書では、撮影手段によって撮影された画像を「観測画像」という。 As shown in FIGS. 2 and 3, in the present embodiment, the camera 11 is housed in the hollow portion of the hollow cylindrical rotating mechanism 131 which is a part of the moving mechanism 13, and is also a part of the moving mechanism 13. The measurement object O is photographed through a circular opening provided at the center of the reference plate 132. That is, in this embodiment, the measurement object O is arranged so as to be located directly below the camera 11 at the time of measurement.
In the present specification, an image taken by a photographing means is referred to as an "observed image".

制御装置１２は、プロジェクタ１０、カメラ１１及び後述する移動機構１３の制御、カメラ１１から取り込まれた画像に対する処理、三次元形状の計測などの機能を有しており、特許請求の範囲における計測手段に該当する。制御装置１２は、ＣＰＵ（プロセッサ）、メモリ、不揮発性の記憶装置（例えば、ハードディスクやフラッシュメモリ）、入力装置（例えば、キーボード、マウス、タッチパネルなど）、表示装置（例えば、液晶ディスプレイなど）を備えるコンピュータにより構成することができる。後述する制御装置１２の機能は、不揮発性の記憶装置に格納されたプログラムをメモリにロードし、ＣＰＵが当該プログラムを実行することにより実現することができる。ただし、制御装置１２の機能の全部又は一部を、専用のハードウェアで代替しても構わない。また、分散コンピューティングやクラウドコンピューティングの技術を利用し、制御装置１２の機能を複数のコンピュータの協働により実現しても構わない。 The control device 12 has functions such as control of the projector 10, the camera 11, and the moving mechanism 13 described later, processing of an image captured from the camera 11, and measurement of a three-dimensional shape, and is a measuring means within the scope of claims. Corresponds to. The control device 12 includes a CPU (processor), a memory, a non-volatile storage device (for example, a hard disk or a flash memory), an input device (for example, a keyboard, a mouse, a touch panel, etc.), and a display device (for example, a liquid crystal display). It can be configured by a computer. The function of the control device 12, which will be described later, can be realized by loading the program stored in the non-volatile storage device into the memory and executing the program by the CPU. However, all or part of the functions of the control device 12 may be replaced with dedicated hardware. Further, the functions of the control device 12 may be realized by the collaboration of a plurality of computers by utilizing the technologies of distributed computing and cloud computing.

移動機構１３はプロジェクタ１０を、計測対象物Ｏに対して相対的に移動させる手段である。図２及び図３に示すように、本実施例における移動機構１３は、モータ（図示せず）によって駆動される中空円筒状の回転機構１３１と、該回転機構１３１に組み付けられてプロジェクタ１０を支持する基準板１３２と、を備えている。回転機構１３１は、筐体１３１ａと回転体１３１ｂからなり、筐体１３１ａの上部が三次元形状計測装置１のフレーム１４に固定されている。 The moving mechanism 13 is a means for moving the projector 10 relative to the measurement object O. As shown in FIGS. 2 and 3, the moving mechanism 13 in this embodiment has a hollow cylindrical rotating mechanism 131 driven by a motor (not shown) and is assembled to the rotating mechanism 131 to support the projector 10. The reference plate 132 and the reference plate 132 are provided. The rotation mechanism 131 includes a housing 131a and a rotating body 131b, and the upper portion of the housing 131a is fixed to the frame 14 of the three-dimensional shape measuring device 1.

回転機構１３１は、例えばギアによってモータの回転が伝達されることにより、Ｚ軸方向に延びる回転軸を中心として３６０度の範囲内で回転体１３１ｂが回転するように構成されている。この回転体１３１ｂが回転すると、回転機構１３１に組み付けられた基準板１３２も回転し、これによって基準板１３２に係止されているプロジェクタ１０は、円筒状の回転機構１３１の回転軸を中心とした円周上を回転移動することになる。すなわち、回転機構１３１の回転軸と同軸上に計測対象物Ｏが配置されている場合、プロジェクタ１０は計測対象物Ｏを中心として、ＸＹ軸により定義される平面上を回転移動する。 The rotation mechanism 131 is configured such that the rotating body 131b rotates within a range of 360 degrees about a rotation axis extending in the Z-axis direction by transmitting the rotation of the motor by, for example, a gear. When the rotating body 131b rotates, the reference plate 132 assembled to the rotating mechanism 131 also rotates, and the projector 10 locked to the reference plate 132 is centered on the rotation axis of the cylindrical rotating mechanism 131. It will rotate around the circumference. That is, when the measurement object O is arranged coaxially with the rotation axis of the rotation mechanism 131, the projector 10 rotates around the measurement object O on a plane defined by the XY axes.

（制御部の機能）
続いて、図４に基づいて制御装置１２の三次元形状計測に関わる機能を説明する。制御装置１２は、三次元形状計測に関わる機能として、画像取得部２０、三次元形状計測部２１、投影手段位置制御部２２、影領域判定部２３を有している。 (Function of control unit)
Subsequently, the functions related to the three-dimensional shape measurement of the control device 12 will be described with reference to FIG. The control device 12 has an image acquisition unit 20, a three-dimensional shape measurement unit 21, a projection means position control unit 22, and a shadow area determination unit 23 as functions related to the three-dimensional shape measurement.

画像取得部２０はカメラ１１から三次元形状計測に用いる複数の観測画像を取り込む機能であり、例えば計測対象物Ｏに投影されるパターンの位相が４分の１πずつ異なる画像４枚を取得する。 The image acquisition unit 20 is a function of capturing a plurality of observation images used for three-dimensional shape measurement from the camera 11, and acquires, for example, four images in which the phases of the patterns projected on the measurement object O differ by 1/4 π.

三次元形状計測部２１は取得された複数の観測画像に基づいて、計測対象物Ｏの三次元形状を算出する機能である。本実施例では、取得した４枚の画像間における計測対象物Ｏの表面上の一点の位置を表す画素の二次元の位相差に基づいて、当該点の三次元位置を求め、取得された二次元画像から計測対象物Ｏの三次元形状を計測する。 The three-dimensional shape measuring unit 21 is a function of calculating the three-dimensional shape of the measurement object O based on the acquired plurality of observed images. In this embodiment, the three-dimensional position of the point is obtained based on the two-dimensional phase difference of the pixel representing the position of one point on the surface of the measurement object O between the four acquired images, and the two obtained. The three-dimensional shape of the object O to be measured is measured from the dimensional image.

投影手段位置制御部２２は、入力された投影手段位置情報に基づいて、当該位置に投影手段を移動させるように移動機構１３を制御するための信号を出力する。本実施例では、ユーザーが入力装置を用いて任意の投影手段位置情報を入力すると、プロジェクタ１０を当該位置に移動させるように回転機構１３１を駆動させるための信号を出力する。なお、投影手段位置情報は、特定の位置を基準点とした絶対値であってもよいし、位置情報入力時点のプロジェクタ１０の位置を基準として、相対的な位置を示す値であってもよい。 The projection means position control unit 22 outputs a signal for controlling the moving mechanism 13 so as to move the projection means to the position based on the input projection means position information. In this embodiment, when the user inputs arbitrary projection means position information using the input device, a signal for driving the rotation mechanism 131 so as to move the projector 10 to the position is output. The projection means position information may be an absolute value with a specific position as a reference point, or may be a value indicating a relative position with respect to the position of the projector 10 at the time of inputting the position information. ..

影領域判定部２３は、画像取得部２０によって取得された観測画像にパターンの投影されていない影の領域が存在するか否かを判定する機能である。判定のための基準は特に限定されず、例えば、観測画像の輝度値に対して所定の閾値を基準として設定しておき、観測画像の輝度値が該閾値を下回る部分があればそれを影の領域であると判定するようにしてもよい。また、投影されるパターンと観測画像のパターンを対比して、観測画像においてパターンの欠落部分を検出できた場合には、影の領域が存在すると判断してもよい。 The shadow area determination unit 23 is a function of determining whether or not a shadow area in which the pattern is not projected exists in the observation image acquired by the image acquisition unit 20. The criteria for determination are not particularly limited. For example, a predetermined threshold value is set as a reference for the brightness value of the observed image, and if there is a portion where the brightness value of the observed image is lower than the threshold value, it is used as a shadow. It may be determined that it is an area. Further, when the projected pattern is compared with the pattern of the observed image and a missing portion of the pattern can be detected in the observed image, it may be determined that a shadow region exists.

（三次元形状計測処理の流れ）
次に、図５を参照して、本実施例における三次元形状計測の手順について説明する。まず、計測対象物Ｏに対して、プロジェクタ１０から、パターンが投影される（ステップＳ１１）。次に、撮影手段１２によってパターンが投影されている状態の計測対象物Ｏが撮影され、制御装置１２が、画像取得部２０によって当該画像を取得する（ステップＳ１２）。 (Flow of 3D shape measurement processing)
Next, the procedure of three-dimensional shape measurement in this embodiment will be described with reference to FIG. First, a pattern is projected from the projector 10 onto the measurement target object O (step S11). Next, the measurement object O in the state where the pattern is projected by the photographing means 12 is photographed, and the control device 12 acquires the image by the image acquisition unit 20 (step S12).

そしてステップＳ１３において、ステップＳ１２で取得された画像に、パターンが投影されていない影の領域が存在するか否かを判断する。ここで、観測画像に影の領域が存在する場合には、ステップＳ１４に進み、ユーザーに対して観測画像に影の領域が存在することを通知する警告を出力する。警告は、例えば表示装置にエラーメッセージを表示させるものであってもよいし、音声により警告音を発するものであってもよい。また、これらを組み合わせたものであっても構わない。 Then, in step S13, it is determined whether or not the image acquired in step S12 has a shadow region in which the pattern is not projected. Here, if a shadow region exists in the observed image, the process proceeds to step S14, and a warning is output to notify the user that the shadow region exists in the observed image. The warning may, for example, display an error message on a display device, or may emit a warning sound by voice. Further, it may be a combination of these.

ステップＳ１５において、警告を受けたユーザーは、制御装置１２に任意の投影手段位置情報を入力し、プロジェクタ１０を移動させる。その上で再び計測対象物Ｏに対してパターンを投影し、撮影を行い、観測画像に影の領域がなくなるまで、ステップＳ１１〜Ｓ１５の処理を繰り返し行う。 In step S15, the user who receives the warning inputs arbitrary projection means position information to the control device 12 and moves the projector 10. Then, the pattern is projected onto the measurement object O again, an image is taken, and the processes of steps S11 to S15 are repeated until there is no shadow region in the observed image.

一方、ステップＳ１３において、観測画像に影の領域がないと判断された場合には、制御部１２の三次元形状計測部２１によって、計測対象物Ｏの三次元形状が算出され（ステップＳ１６）、三次元形状計測の処理を終える。 On the other hand, if it is determined in step S13 that the observed image does not have a shadow region, the three-dimensional shape measuring unit 21 of the control unit 12 calculates the three-dimensional shape of the object O to be measured (step S16). Finish the process of 3D shape measurement.

以上のような本実施例の三次元形状計測装置１の構成により、一つのプロジェクタ１０によって、計測対象物Ｏを中心とした円周上のいずれの位置からでも計測対象物Ｏに対してパターンを投影することが可能になる。このため、多数の投影手段を配置することなく、精度の高い三次元形状計測ができ、装置の大型化、高コスト化を抑えることができる。 With the configuration of the three-dimensional shape measuring device 1 of the present embodiment as described above, one projector 10 can generate a pattern for the measurement object O from any position on the circumference centered on the measurement object O. It becomes possible to project. Therefore, highly accurate three-dimensional shape measurement can be performed without arranging a large number of projection means, and it is possible to suppress the increase in size and cost of the device.

＜変形例＞
なお、本実施例に係る三次元形状計測装置１では、プロジェクタ１０を一つのみ配置していたが、必ずしもこのようにする必要はなく、二つ以上の投影手段を設けてもよい。例えば、図６に示すように、二つのプロジェクタ１０ａ、１０ｂを、基準版１３２の対向する位置に配置し、計測対象物Ｏに同時にパターンを投影するようにしてもよい。この場合には、回転機構１３１の駆動（回転）角度は１８０度とすることができる。
複数の投影手段によりパターンを投影すると、それだけ計測対象物Ｏに影の領域が生じにくくなるため、計測の効率を高めることができる。また、投影手段を移動させる場合にも、移動手段の回転角度を小さくすることができ、移動のための時間を短縮することが可能になる。このため、計測の効率化とコスト低減等のバランスを勘案して、任意の数の投影手段を配置することができる。 <Modification example>
In the three-dimensional shape measuring device 1 according to the present embodiment, only one projector 10 is arranged, but it is not always necessary to do so, and two or more projection means may be provided. For example, as shown in FIG. 6, two projectors 10a and 10b may be arranged at opposite positions of the reference plate 132, and the pattern may be projected onto the measurement object O at the same time. In this case, the drive (rotation) angle of the rotation mechanism 131 can be 180 degrees.
When the pattern is projected by a plurality of projection means, a shadow region is less likely to be generated on the measurement object O, so that the measurement efficiency can be improved. Further, when the projection means is moved, the rotation angle of the moving means can be reduced, and the time for moving can be shortened. Therefore, any number of projection means can be arranged in consideration of the balance between the efficiency of measurement and the cost reduction.

また、図７に示すように、本実施例における三次元形状計測装置１に、斜視カメラ１１２を設けて、計測対象物Ｏを斜め上から撮影した斜視画像を取得し、該画像を三次元形状計測に用いてもよい。このようにすれば、計測対象物Ｏを直上から撮影した場合には死角となってしまう位置についても、斜視画像により観測可能であるため、精度の高い三次元形状計測が可能になる。 Further, as shown in FIG. 7, the perspective camera 112 is provided in the three-dimensional shape measuring device 1 of the present embodiment to acquire a perspective image of the measurement object O taken from diagonally above, and the image is three-dimensionally shaped. It may be used for measurement. In this way, even a position that becomes a blind spot when the measurement object O is photographed from directly above can be observed from the perspective image, so that highly accurate three-dimensional shape measurement becomes possible.

なお、本実施例における三次元形状計測処理では、ステップＳ１３において、観測画像に影の領域が有るか否かの判断を制御部１２で行っていたが、この判断は観測画像を表示装置に表示させたうえで、ユーザーが目視により行ってもよい。 In the three-dimensional shape measurement process in this embodiment, in step S13, the control unit 12 determines whether or not the observed image has a shadow region, and this determination displays the observed image on the display device. After that, the user may visually perform the procedure.

また、本実施例では、ステップＳ１３で影の領域があるか否かの判断を行っていたが、これを、観測画像に基づいて計測対象物Ｏの三次元形状が計測できるか否かを判断するステップとしてもよい。即ち、影の領域によって計測対象物Ｏの三次元形状が計測不可能と判断された場合にステップＳ１４に進むようにしてもよい。影の領域があったとしても、計測対象物Ｏの三次元形状が計測できるのであれば、プロジェクタ１０を移動させる必要は無いからである。 Further, in this embodiment, it was determined in step S13 whether or not there is a shadow region, but it is determined whether or not the three-dimensional shape of the measurement object O can be measured based on the observed image. It may be a step to do. That is, when it is determined that the three-dimensional shape of the object to be measured O cannot be measured due to the shadow region, the process may proceed to step S14. This is because even if there is a shadow area, it is not necessary to move the projector 10 if the three-dimensional shape of the object to be measured O can be measured.

＜実施例２＞
次に、本発明に係る他の実施例である基板外観検査装置５について説明する。基板外観検査装置５は、実施例１の三次元形状計測装置１にいわゆるカラーハイライト方式による外観検査を組み合わせた、基板の外観検査装置である。このため、三次元形状計測装置１の三次元形状の計測に関する部分については、実施例１と同様の構成であるから、実施例１と同一の符号を付して説明を省略する。 <Example 2>
Next, the substrate appearance inspection device 5 which is another embodiment of the present invention will be described. The substrate appearance inspection device 5 is a substrate appearance inspection device in which the three-dimensional shape measuring device 1 of the first embodiment is combined with an appearance inspection by a so-called color highlighting method. Therefore, since the part related to the measurement of the three-dimensional shape of the three-dimensional shape measuring device 1 has the same configuration as that of the first embodiment, the same reference numerals as those of the first embodiment are added and the description thereof will be omitted.

図８は本発明の第２の実施例に係る基板外観検査装置５を示す概略図、図９は照明装置５１の内部構造を表す概略図である。図８に示すように、本実施例に係る基板外観検査装置５は、三次元形状計測装置１の基準板１３２の底面に照明装置５１が組み付けられた構成となっている。また、図９に示すように、照明装置５１は、環状の赤色照明（Ｒ）５１１、緑色照明（Ｇ）５１２、青色照明（Ｂ）５１３が異なる高さに配置された中空の照明手段である。 FIG. 8 is a schematic view showing the substrate appearance inspection device 5 according to the second embodiment of the present invention, and FIG. 9 is a schematic view showing the internal structure of the lighting device 51. As shown in FIG. 8, the substrate appearance inspection device 5 according to the present embodiment has a configuration in which the lighting device 51 is assembled to the bottom surface of the reference plate 132 of the three-dimensional shape measuring device 1. Further, as shown in FIG. 9, the lighting device 51 is a hollow lighting means in which the annular red lighting (R) 511, the green lighting (G) 512, and the blue lighting (B) 513 are arranged at different heights. ..

図１０は、基板外観検査装置５の主な機能を示すブロック図である。図１０に示すように、本実施例における基板外観検査装置５では、制御部１２に、実施例１の機能に加えて、三次元形状判定部２４と、はんだ状態計測部２５、はんだ状態判定部２６が備わっている。 FIG. 10 is a block diagram showing the main functions of the substrate appearance inspection device 5. As shown in FIG. 10, in the substrate appearance inspection device 5 of this embodiment, in addition to the functions of the first embodiment, the control unit 12, the three-dimensional shape determination unit 24, the solder state measurement unit 25, and the solder state determination unit 25 are added. 26 is equipped.

三次元形状判定部２４は、計測された計測対象物Ｏの三次元形状が、所定の検査基準を満たしているか否かを判定する機能である。はんだ状態計測部２５は、撮影装置１１によって撮影された画像に基づいて、計測対象物Ｏ上のはんだ面の状態を計測する機能である。はんだ状態判定部２６は、計測されたはんだ面の状態が、所定の検査基準を満たしているか否かを判定する機能である。 The three-dimensional shape determination unit 24 is a function of determining whether or not the measured three-dimensional shape of the measurement object O satisfies a predetermined inspection standard. The solder state measuring unit 25 is a function of measuring the state of the solder surface on the measurement object O based on the image taken by the photographing device 11. The solder state determination unit 26 is a function of determining whether or not the measured state of the solder surface satisfies a predetermined inspection standard.

次に、本実施例における基板外観検査装置５を用いた基板外観検査の処理の流れを説明する。図１１は基板外観検査装置５の検査手順を示すフローチャートである。図１１に示すように、基板外観装置５はまず計測対象物Ｏの三次元形状を計測する（ステップＳ２１）。なお、三次元形状の計測処理の詳細は、実施例１において説明した処理の流れ（図５参照）と同様であるため説明を省略する。 Next, the flow of the substrate appearance inspection process using the substrate appearance inspection device 5 in this embodiment will be described. FIG. 11 is a flowchart showing an inspection procedure of the substrate appearance inspection device 5. As shown in FIG. 11, the substrate appearance device 5 first measures the three-dimensional shape of the object O to be measured (step S21). Since the details of the three-dimensional shape measurement process are the same as the process flow (see FIG. 5) described in the first embodiment, the description thereof will be omitted.

そして、ステップＳ２２において、当該形状が所定の検査基準を満たしているか否かを判断する。ここで、当該形状が所定の検査基準を満たしていない場合には、計測対象物Ｏは不良品であると判定して処理を終える（ステップＳ２３）。 Then, in step S22, it is determined whether or not the shape satisfies a predetermined inspection standard. Here, if the shape does not meet the predetermined inspection criteria, it is determined that the measurement object O is a defective product, and the process is completed (step S23).

一方、ステップ２２において、所定の検査基準を満たしていると判断された場合には、ステップＳ２４に進み、カラーハイライト方式におけるはんだ状態の計測を行う。なお、カラーハイライト方式によるはんだ状態の計測については公知の技術であるため、詳細は省略するが、概略以下のような方法により行われる。 On the other hand, if it is determined in step 22 that the predetermined inspection criteria are satisfied, the process proceeds to step S24 to measure the solder state in the color highlighting method. Since the measurement of the solder state by the color highlighting method is a known technique, the details are omitted, but the method is roughly as follows.

即ち、基板外観検査装置５の、Ｒ照明５１１、Ｇ照明５１２、Ｂ照明５１３から、それぞれ計測対象物Ｏのはんだ面に照明光が照射され、計測対象物Ｏ上のはんだ面の角度に応じて、それぞれ異なる角度で入射したＲＧＢの３色の照明の反射光が撮影装置１１によって撮影される。はんだの状態（形状）に応じて赤、緑、青の各色の反射の仕方が決まるため、撮影された画像における３色の割合や位置を特定することで、はんだの状態を計測することができる。 That is, illumination light is irradiated from the R illumination 511, the G illumination 512, and the B illumination 513 of the substrate appearance inspection device 5 to the solder surface of the measurement object O, respectively, according to the angle of the solder surface on the measurement object O. , The reflected light of the three color illuminations of RGB incident at different angles is photographed by the photographing device 11. Since the reflection method of each color of red, green, and blue is determined according to the state (shape) of the solder, the state of the solder can be measured by specifying the ratio and position of the three colors in the captured image. ..

そして、次にステップＳ２５において、上記のように計測されたはんだの状態が、所定の検査基準を満たしているか否かを判断する。ここで、はんだの状態が検査基準を満たし
ている場合には、計測対象物Ｏは良品であると判定して（ステップＳ２６）、処理を終了する。一方、はんだの状態が検査基準を満たしていないと判断された場合には、計測対象物Ｏは、不良品であると判定して（ステップＳ２３）、処理を終了する。 Then, in step S25, it is determined whether or not the solder state measured as described above satisfies the predetermined inspection standard. Here, when the state of the solder satisfies the inspection standard, it is determined that the measurement object O is a non-defective product (step S26), and the process is terminated. On the other hand, when it is determined that the state of the solder does not satisfy the inspection standard, the measurement object O is determined to be a defective product (step S23), and the process is terminated.

以上のように、投影手段の数を少なくしつつ精度の高い三次元形状計測が可能な、位相シフト方式による外観検査と、カラーハイライト方式によるはんだ状態の計測を、多くの要素を共通にした一つの装置で実施するようにした、本実施例の基板外観検査装置５のような構成により、装置の大型化を抑え、かつ高い検査精度をもった検査装置を提供することが可能になる。
＜変形例＞
なお、本実施例に係る基板外観検査装置５では、位相シフト方式による検査の後に、カラーハイライト方式の検査を行うようにしていたが、この順序が逆であっても構わない。また、それぞれの検査を並行して実施し、検査結果を最終的に照合して、良不良の判定を行うようにしてもよい。 As described above, many elements are common to the appearance inspection by the phase shift method and the measurement of the solder state by the color highlight method, which enables highly accurate three-dimensional shape measurement while reducing the number of projection means. The configuration such as the substrate appearance inspection device 5 of the present embodiment, which is carried out by one device, makes it possible to provide an inspection device having high inspection accuracy while suppressing an increase in size of the device.
<Modification example>
In the substrate appearance inspection device 5 according to the present embodiment, the inspection by the color highlight method is performed after the inspection by the phase shift method, but the order may be reversed. Further, each inspection may be carried out in parallel, and the inspection results may be finally collated to determine whether the inspection is good or bad.

＜その他＞
上記各実施例は、本発明を例示的に説明するものに過ぎず、本発明は上記の具体的な形態には限定されない。本発明はその技術的思想の範囲内で種々の変形が可能である。例えば、上記実施例においては、移動機構１３はモータとモータの回転により駆動する円筒状の回転機構及び基準板による構成であったが、必ずしもこのような構成に限る必要はない。例えば、モータとしては、回転モータの他リニアモータを使用してもよい。また、モータの代わりに他の手段（例えば空圧や油圧を用いたアクチュエータ）を用いてもよい。さらに、回転機構は円筒状でなくてもよいし、基準板を用いない構成であってもよい。
また、投影手段１０の移動についても、上記実施例ではＸＹ軸により定義される平面上で回転移動するものであったが、これに限る必要はなく、例えば、ＺＸ軸により定義される平面上を回転移動するものであってもよいし、これらを組み合わせたものであってもよい。また、移動の方法も回転移動のみに限定されず、直線状や円弧以外の曲線状に移動するものであってもよい。 <Others>
Each of the above examples merely illustrates the present invention, and the present invention is not limited to the above specific embodiment. The present invention can be modified in various ways within the scope of its technical idea. For example, in the above embodiment, the moving mechanism 13 has a configuration of a motor, a cylindrical rotating mechanism driven by the rotation of the motor, and a reference plate, but the configuration is not necessarily limited to such a configuration. For example, as the motor, a linear motor may be used in addition to the rotary motor. Further, other means (for example, an actuator using pneumatic pressure or hydraulic pressure) may be used instead of the motor. Further, the rotation mechanism does not have to be cylindrical, and may have a configuration that does not use a reference plate.
Further, the movement of the projection means 10 is also rotationally moved on the plane defined by the XY axes in the above embodiment, but it is not limited to this, and for example, it is moved on the plane defined by the ZX axis. It may rotate and move, or it may be a combination of these. Further, the method of movement is not limited to rotational movement, and may move in a curved shape other than a straight line or an arc.

１・・・三次元形状計測装置
５・・・基板外観検査装置
１０・・・プロジェクタ
１１・・・カメラ
１２・・・制御装置
１３・・・移動機構
２０・・・画像取得部
２１・・・三次元形状計測部、
２２・・・投影手段位置制御部、
２３・・・影領域判定部
５１・・・照明装置
Ｏ・・・計測対象物 1 ... 3D shape measuring device 5 ... Board appearance inspection device 10 ... Projector 11 ... Camera 12 ... Control device 13 ... Moving mechanism 20 ... Image acquisition unit 21 ... 3D shape measurement unit,
22 ... Projection means position control unit,
23 ... Shadow area determination unit 51 ... Lighting device O ... Measurement target

Claims (4)

計測対象である基板に対してパターンを投影する投影手段と、
前記基板を中心とする円環状に配置されるとともに、前記基板に対して赤色光、緑色光、青色光、の各波長の照明光を照射する光源を備える照明手段と、
前記パターンが投影された前記基板、及び、前記照明光が照射された前記基板を、基板面に対して垂直な方向から撮影する撮影手段と、
前記撮影手段により取得された画像を処理することで、前記基板の三次元形状を計測する計測手段と、
軸方向に円形に開口する中空部を有する円筒状の回転機構と、前記回転機構の前記開口の外周側に取り付けられ、前記軸方向に対して垂直な方向に延びてその外周端において前記投影手段が組付けられるとともに、その底面側において前記照明手段が組付けられる板状部と、を備え、前記回転機構が前記開口の円周方向に回転することによって前記板状部の外周端に組み付けられた前記投影手段を円周上で移動させる移動手段と、を有しており、
前記移動手段は前記基板の上方に前記開口が位置するように配置され、前記撮影手段は、前記基板に対して垂直な方向から前記開口を通じて、前記基板を撮影する、
ことを特徴とする、三次元形状計測装置。 A projection means that projects a pattern onto the substrate to be measured,
An illumination means provided with a light source that is arranged in an annular shape centered on the substrate and that irradiates the substrate with illumination light of each wavelength of red light, green light, and blue light.
An imaging means for photographing the substrate on which the pattern is projected and the substrate irradiated with the illumination light from a direction perpendicular to the substrate surface.
A measuring means for measuring the three-dimensional shape of the substrate by processing an image acquired by the photographing means, and a measuring means.
A cylindrical rotating mechanism having a hollow portion that opens circularly in the axial direction, and the projection means that is attached to the outer peripheral side of the opening of the rotating mechanism and extends in a direction perpendicular to the axial direction at the outer peripheral end thereof. Is assembled, and a plate-shaped portion to which the lighting means is assembled is provided on the bottom surface side thereof, and the rotating mechanism is assembled to the outer peripheral end of the plate-shaped portion by rotating in the circumferential direction of the opening. It also has a moving means for moving the projection means on the circumference.
The moving means is arranged so that the opening is located above the substrate, and the photographing means photographs the substrate through the opening from a direction perpendicular to the substrate.
A three-dimensional shape measuring device characterized by this. 前記移動手段は、
前記撮影手段が、前記計測手段が前記基板の三次元形状を計測することが可能なパターンを撮影し得る位置に、前記投影手段を移動させる
ことを特徴とする、請求項１に記載の三次元形状計測装置。 The means of transportation is
The three-dimensional aspect according to claim 1, wherein the photographing means moves the projection means to a position where the measuring means can photograph a pattern capable of measuring the three-dimensional shape of the substrate. Shape measuring device. 前記移動手段は、
前記投影手段を、前記基板を内部に含んだ円周上において回転移動させる
ことを特徴とする、請求項１又は２に記載の三次元形状計測装置。 The means of transportation is
The three-dimensional shape measuring device according to claim 1 or 2, wherein the projection means is rotationally moved on a circumference including the substrate. 前記投影手段を複数有することを特徴とする、請求項１から３のいずれか１項に記載の三次元形状計測装置。 The three-dimensional shape measuring device according to any one of claims 1 to 3, further comprising a plurality of the projection means.
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