JP7310541B2 - 位置測定方法 - Google Patents
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Description
本発明は、測定対象上の所定の測定点の、特定座標系における位置座標を測定する装置を用いた、位置測定方法に関する。
従来より、X-Yテーブルに被測定物を載せ、X-Yテーブルを動かして測定しようとするポイントを照準装置のカーソルに合わせ、その際のX-YテーブルのX、Y両方向のそれぞれの移動量を測定することにより、被測定物の寸法を測定する装置が知られている。このような装置においては、X-Y各々の方向の案内レールが僅かに曲がっていることや、完全に直交していないこと等の原因により測定値に誤差が生じることを抑制するため、X‐Yテーブルに校正板を載せ、校正板に設けられた複数のマーカの位置をX方向、Y方向の2つのリニアスケールによって測定し、その複数の測定値およびマーカの位置を示す複数の正確な値を演算装置に記憶させる寸法測定装置が提案されている。この装置では、被測定部を測定するときに、この記憶された値に基づいて演算装置によりリニアスケールによる測定値の補正を行っている(特許文献1)。
しかしながら、上記の従来技術においては、測定対象(被測定物)と撮像装置(照準装置)とを相対的に移動させることで測定点を変更する際の、装置の剛性不足による測定誤差の対策については開示されていなかった。
本発明は、上記のような問題に鑑みてなされたものであり、測定対象と撮像装置とを相対的に移動させることで測定点を変更する際に、装置の剛性不足によって測定誤差が生じる場合にも、リニアスケール等の位置検出部の検出値をより正確に補正することができ、測定点の位置をより精度よく測定可能な技術を提供することを目的とする。
上記の課題を解決するための本発明は、測定対象上における所定の測定点を撮影する撮像部と、該撮像部または前記測定対象の位置を検出する位置検出部とを有し、前記撮像部が前記測定点を撮影した際の該位置検出部の検出値を用いて、前記測定点の、特定座標系における位置座標を測定する装置における位置測定方法であって、
所定の指標部が2次元的に配置された校正板における前記指標部の前記特定座標系における位置座標を前記装置によって実測値として取得し、
予め別装置で取得した前記指標部の前記校正板の基準に対する位置座標を前記特定座標系における位置座標に変換した真値と前記実測値との差分を補正値として取得し、
前記補正値を用いて前記位置検出部の検出値を補正し、
前記補正値は、前記撮像部が前記測定点を撮影する際の該撮像部または前記測定対象の移動方向に紐づいて取得されることを特徴とする、位置測定方法である。
所定の指標部が2次元的に配置された校正板における前記指標部の前記特定座標系における位置座標を前記装置によって実測値として取得し、
予め別装置で取得した前記指標部の前記校正板の基準に対する位置座標を前記特定座標系における位置座標に変換した真値と前記実測値との差分を補正値として取得し、
前記補正値を用いて前記位置検出部の検出値を補正し、
前記補正値は、前記撮像部が前記測定点を撮影する際の該撮像部または前記測定対象の移動方向に紐づいて取得されることを特徴とする、位置測定方法である。
ここで、本発明に係る装置は、測定対象上における測定点を撮影する撮像部と、撮像部または測定対象の位置を検出する位置検出部とを有し、撮像部が測定点を撮影した際の位置検出部の検出値を用いて、測定点の位置を測定するものである。このような装置におい
ては、撮像部または測定対象を移動させつつ測定点の位置座標を検出することになるが、その際に移動される部分はある程度以上大きな質量とサイズとを有する。よって、測定点を撮影するために撮像部または測定対象を停止させる際に装置に作用する慣性力も大きくなる。その結果、撮像部や測定対象を支持する部分が剛性不足のために変形する等の理由で、撮像部や測定対象の移動方向に応じて測定誤差が変化してしまう場合があった。よって、従来のように、装置の初期的な寸法ばらつき等の機差のみを考慮して、撮像部や測定対象の移動方向を考慮せずに位置検出部の検出値を補正した場合には、測定精度が低下する虞があった。
ては、撮像部または測定対象を移動させつつ測定点の位置座標を検出することになるが、その際に移動される部分はある程度以上大きな質量とサイズとを有する。よって、測定点を撮影するために撮像部または測定対象を停止させる際に装置に作用する慣性力も大きくなる。その結果、撮像部や測定対象を支持する部分が剛性不足のために変形する等の理由で、撮像部や測定対象の移動方向に応じて測定誤差が変化してしまう場合があった。よって、従来のように、装置の初期的な寸法ばらつき等の機差のみを考慮して、撮像部や測定対象の移動方向を考慮せずに位置検出部の検出値を補正した場合には、測定精度が低下する虞があった。
これに対し、本発明では、補正値は、撮像部が測定点を撮影する際の撮像部または測定対象の移動方向に紐づいて取得されるので、撮像部または測定対象の移動方向が変化したとしても、適切な補正値を用いて、位置検出部の検出値を補正することが可能である。その結果、装置における測定点の位置座標の測定精度を向上させることが可能である。ここで、位置検出部とは、例えばリニアスケールを意味するが、ロータリーエンコーダー等、別の装置を用いて位置検出部を実現しても構わない。この点は、以下についても同様である。
また、本発明は、測定対象上における所定の測定点を撮影する撮像部と、該撮像部または前記測定対象の位置を検出する位置検出部とを有し、前記撮像部が前記測定点を撮影した際の該位置検出部の検出値を用いて、前記測定点の、特定座標系における位置座標を測定する装置における測定方法であって、
所定の指標部が2次元的に配置された校正板における前記指標部の前記特定座標系における位置座標を前記装置によって実測値として取得し、
予め別装置で取得した前記指標部の前記校正板の基準に対する位置座標を前記特定座標系における位置座標に変換した真値と前記実測値との差分を補正値として取得し、
前記補正値を用いて前記位置検出部の検出値を補正し、
前記撮像部は、前記測定対象における複数の前記測定点を、所定のルートに従って撮影することで、複数の前記測定点の位置座標を測定し、
前記補正値は前記ルートに紐づいて取得されることを特徴とする、位置測定方法であってもよい。
所定の指標部が2次元的に配置された校正板における前記指標部の前記特定座標系における位置座標を前記装置によって実測値として取得し、
予め別装置で取得した前記指標部の前記校正板の基準に対する位置座標を前記特定座標系における位置座標に変換した真値と前記実測値との差分を補正値として取得し、
前記補正値を用いて前記位置検出部の検出値を補正し、
前記撮像部は、前記測定対象における複数の前記測定点を、所定のルートに従って撮影することで、複数の前記測定点の位置座標を測定し、
前記補正値は前記ルートに紐づいて取得されることを特徴とする、位置測定方法であってもよい。
ここで、撮像部が測定点を撮影する際の、撮像部または測定対象の移動方向は、撮像部が複数の測定点を撮影する際のルートに基づいて決まる。よって、撮像部が複数の測定点を撮影する際のルートによって、各測定点に対して生じ得る誤差の大きさや方向は異なる。これに対し本発明では、位置検出部の検出値の補正値は撮像部が複数の測定点を撮影する際のルートに紐づいて取得されるので、各々のルートにおける撮像部または測定対象の移動方向に応じて、適切な補正値を用いて位置検出部の検出値を補正することが可能である。その結果、より確実に、測定対象における測定点の位置座標の測定精度を向上させることが可能である。
また、本発明においては、前記校正板における前記指標部の前記特定座標系における位置座標を前記装置によって実測値として取得する際には、前記撮像部は、前記ルートに従って前記指標部を撮影するようにしてもよい。
これによれば、撮像部が校正板における指標部を撮影して補正値を決めるときと、実際の測定対象における測定点を撮影するときとで、撮像部または測定対象の移動方向を同じにすることができる。そうすると、実際の測定対象における測定点を撮影するルートに応じて、より適切な補正値を用いて、位置検出部の検出値を補正することが可能となる。その結果、装置における測定点の位置座標の測定精度をさらに向上させることが可能である。
また、本発明においては、前記撮像部が複数の前記測定点を前記ルートに従って撮影して複数の前記測定点の位置座標を測定する際に、前記撮像部によって撮影される前記測定対象上の領域に相当する前記指標部についてのみ、前記補正値を取得することとしてもよい。
これによれば、実際の測定点の位置測定に関係する指標部についてのみ、補正値を取得すれば良いこととなり、校正板に配置された全ての指標部について補正値を取得する必要がない。したがって、指標部についての補正値を取得する際の作業工数を削減することができ、補正値をメモリーに記憶する場合の記憶容量を低減することができる。
また、本発明においては、前記装置により、前記測定点の特定座標系における位置座標が測定される際には、
前記撮像部によって撮影される前記測定対象上の領域の基準点の前記特定座標系における位置座標が、前記位置検出部により検出され、
前記撮像部によって撮影される領域における前記基準点に対する前記測定点の視野内検出座標が検出され、
前記測定点の前記特定座標系における前記位置座標は、前記基準点の前記特定座標系における位置座標に前記視野内検出座標が加算されることで測定されることとしてもよい。
前記撮像部によって撮影される前記測定対象上の領域の基準点の前記特定座標系における位置座標が、前記位置検出部により検出され、
前記撮像部によって撮影される領域における前記基準点に対する前記測定点の視野内検出座標が検出され、
前記測定点の前記特定座標系における前記位置座標は、前記基準点の前記特定座標系における位置座標に前記視野内検出座標が加算されることで測定されることとしてもよい。
このような装置において装置の剛性が不足している場合には、撮像部や測定対象が移動後停止する際の機構部品の変形等で、撮像部で撮影される領域が変化してしまい、装置の測定精度はより低下し易い。また、撮像部が移動する装置であって、撮像部の機能がより高い場合には、撮像部の重量やサイズがより大きくなる傾向がある。このような場合には、撮像部の移動時の慣性力が増加するために、装置の測定精度はさらに低下し易くなる可能性がある。よって、このような装置に本発明を適用することで、より適切な補正値を取得できるという本発明の効果をより顕著に奏することが可能となる。
本発明においては、上記の課題を解決するための手段は、可能な限り組み合わせて使用することができる。
本発明によれば、測定対象と撮像装置とを相対的に移動させることで測定点を変更する際に、装置の剛性不足によって測定誤差が生じる場合にも、位置検出部の検出値をより正確に補正することができ、測定点の位置をより精度よく測定することが可能となる。
〔適用例〕
以下では、本発明の適用例として、寸法検査装置1について、図面を用いて説明する。図1は、寸法検査装置1の主要部の概略構成を示す斜視図である。寸法検査装置1は、主として、測定対象物を撮像するカメラ2を含む撮像部としての撮像ユニット3をX軸方向に移動可能に支持する架台4と、架台4をY軸方向に駆動するボールねじ5と、ボールねじ5に駆動される架台4をY軸方向に案内するガイド6と、それらを支持するフレーム7とを備える。フレーム7のY軸方向に延びるボールねじ支持部7aには、ボールねじ5に平行に架台4の位置を検出するリニアスケール8が設けられている。そして、同じくフレーム7のY軸方向に延びるガイド支持部7bには、架台4に設けられたスライダーを案内するレールに平行に架台4の位置を検出するリニアスケール9が設けられている。また、X軸方向に延びる架台4に沿って、撮像ユニット3の位置を検出するリニアスケール10が設けられている。これらのリニアスケール8,9,10は、それぞれフレーム7及び架台4に沿って配置された被検出部と、架台4及び撮像ユニット3に設けられた検出部とからなり、検出部が、被検出部に対する位置情報を検出する。リニアスケール8、9、10は、位置検出部に相当する。
以下では、本発明の適用例として、寸法検査装置1について、図面を用いて説明する。図1は、寸法検査装置1の主要部の概略構成を示す斜視図である。寸法検査装置1は、主として、測定対象物を撮像するカメラ2を含む撮像部としての撮像ユニット3をX軸方向に移動可能に支持する架台4と、架台4をY軸方向に駆動するボールねじ5と、ボールねじ5に駆動される架台4をY軸方向に案内するガイド6と、それらを支持するフレーム7とを備える。フレーム7のY軸方向に延びるボールねじ支持部7aには、ボールねじ5に平行に架台4の位置を検出するリニアスケール8が設けられている。そして、同じくフレーム7のY軸方向に延びるガイド支持部7bには、架台4に設けられたスライダーを案内するレールに平行に架台4の位置を検出するリニアスケール9が設けられている。また、X軸方向に延びる架台4に沿って、撮像ユニット3の位置を検出するリニアスケール10が設けられている。これらのリニアスケール8,9,10は、それぞれフレーム7及び架台4に沿って配置された被検出部と、架台4及び撮像ユニット3に設けられた検出部とからなり、検出部が、被検出部に対する位置情報を検出する。リニアスケール8、9、10は、位置検出部に相当する。
図1の寸法検査装置1においては、撮像ユニット3には下方に向けて視野を有するカメラ2が設けられている。カメラ2の下方には、測定対象物をX軸方向に搬送するコンベアが配置される。コンベアによって寸法検査装置1外から搬入された測定対象物は、カメラ2の下方で停止し、所定位置でクランプされる。そして、検査が終了すると測定対象物は、カメラ2の下方から寸法検査装置1外へとコンベアによって搬送される。
測定対象物として基板11を例に、測定対象物上の測定点Pの位置座標を求める方法について説明する。図2(A)は、基板11が所定位置に配置された寸法検査装置1を鉛直上方から見た状態を模式的に示した図である。Y軸方向に平行にボールねじ5及びリニアスケール8並びにガイド6及びリニアスケール9が配置されている。また、Y軸方向に交差する方向に、撮像ユニット3を支持する架台4が位置している。図2(A)において、点12が基板11に対して定義された基板座標系の原点である。この基板座標系は、本適用例において特定座標系の一例である。また、点13は、撮像系軸位置であり、ここではカメラ2の光軸の位置である。図2の破線で囲った領域がカメラ2の視野14であり、この視野14には基板11上の測定点Pが含まれている。この視野14は、本適用例で「撮像部によって撮影される測定対象上の領域」に相当する。図2(B)は、図2(A)において破線で囲まれた視野14を拡大して示した図である。ここでは、点15は、視野座標系原点であり視野中心を(0,0)とする。この視野座標系原点15は本適用例において基準点に相当し、撮像系軸位置13に一致する。
本適用例では、基板11上の測定点Pの、例えば、基板11の左下の角部である基板座標系原点を(0,0)とした基板座標系における位置を、P=撮像系軸位置+視野内検出座標として算出する。すなわち、リニアスケール8、9、10による検出値としての撮像
系軸位置と、視野14内における測定点Pの位置とを加算して、測定点Pの基板座標系における位置座標を測定する。ここで、寸法検査装置1においては、リニアスケール8、9、10による計測値は、装置自体の温度や、フレーム7a、7b、架台4等の寸法、形状のばらつき、変化により、誤差が大きくなる場合がある。また、寸法検査装置1を用いて基板11の寸法検査(基板11上の各要素が設計通り配置されているかの検査)を行う場合には、撮像ユニット3をボールねじ5等を用いて移動させ、測定点Pが視野14に入る位置で撮像ユニット3を停止させるが、その場合には、フレーム7a、7b、架台4等の機構部品が撓む等の理由により、撮像ユニット3の移動方向によって、誤差の方向や大きさが変化してしまう場合があった。
系軸位置と、視野14内における測定点Pの位置とを加算して、測定点Pの基板座標系における位置座標を測定する。ここで、寸法検査装置1においては、リニアスケール8、9、10による計測値は、装置自体の温度や、フレーム7a、7b、架台4等の寸法、形状のばらつき、変化により、誤差が大きくなる場合がある。また、寸法検査装置1を用いて基板11の寸法検査(基板11上の各要素が設計通り配置されているかの検査)を行う場合には、撮像ユニット3をボールねじ5等を用いて移動させ、測定点Pが視野14に入る位置で撮像ユニット3を停止させるが、その場合には、フレーム7a、7b、架台4等の機構部品が撓む等の理由により、撮像ユニット3の移動方向によって、誤差の方向や大きさが変化してしまう場合があった。
これに対し、本適用例では、図3に示すような寸法の真値の分かっている校正板としてのキャリブレーションプレート20を用いて、リニアスケール8、9、10の測定値を補正することとした。すなわち、キャリブレーションプレート20の基準(例えば、左下角部)を原点とした場合の各ドットの座標値をより高度な計測器で予め測定する。そして、キャリブレーションプレート20の所定のドットの位置座標を寸法検査装置1で実測し、各々のドットに対して、真値と実測値の差を補正値として記憶しておく。そして、実際の基板11の寸法検査において、基板11上の測定点Pを視野14に捉えた状態で、リニアスケール8、9、10の検出値を、予め記憶された補正値によって補正することとした。なお、キャリブレーションプレート20はガラス板21に5mmピッチで指標部としての微小なドット22をアルミ蒸着により形成させたものである。
なお、寸法検査装置1については、上述したように、撮像ユニット3の停止前の移動方向によって生じる誤差が異なることが分かってきた。それは、撮像ユニット3を支持する機構の剛性が方向毎に異なることに起因している。これに対して、本適用例では、キャリブレーションプレート20の各ドットに対して記憶する補正値を、撮像ユニット3の移動方向毎に記憶しておくこととした。これによれば、基板11の寸法検査時の各検査プログラムにおいて、撮像ユニット3の移動方向に応じて、キャリブレーションプレート20の各ドットに対する補正値として最適なものを採用することが可能となり、補正の精度を向上させることが可能となる。
また、本適用例では、キャリブレーションプレート20の各ドットに対応する補正値を、実際に基板11の寸法検査を行う際の撮像ユニット3の撮影ルート毎に記憶しておくこととした。これは、撮像ユニット3の撮影ルート毎に移動方向が変わるので、同じドットに対しても補正値が異なると考えられるからである。さらに、本適用例では、寸法検査の検査プログラム毎に、補正値を取得及び記憶するようにしてもよい。これは、寸法検査の検査プログラムと、撮像ユニット3の撮影ルートは、一対一に対応していると考えられるからである。
図4には、本適用例に係る寸法検査方法についてのフローチャートを示す。本フローが実行されると、先ず、ステップS101において、寸法検査時の撮像ユニット3の撮影ルートを決定する。次に、ステップS102において、決定された撮影ルートに従って、キャリブレーションプレート20の各ドットを撮影する。そして、ステップS103においては、決定された撮影ルートに関して、各ドットに対する補正値(実測値と真値との差)を求める。そして、ステップS104においては、求めた補正値を寸法検査装置1に備えられた記憶部に記憶し、補正テーブルを作成する。そして、この状態で、ステップS105において、測定対象物について寸法検査装置1を用いて寸法検査を実施する。その際、リニアスケール8、9、10による検出値を、記憶部に記憶した対応する補正値によって補正し、補正後の検出値を検査結果として記憶する。そして、寸法検査が終了すると本ルーチンを終了する。本適用例ではこのような流れで寸法検査をすることで、寸法検査における測定精度をより高くすることが可能である。
さらに、本適用例では、キャリブレーションプレート20の各ドットに対応する補正値を、各検査プログラムにおいて撮像ユニット3で撮影する領域(すなわち、視野14)に相当するドットついてのみ、取得することとしてもよい。これによれば、各ドットに対する補正値として、取得し記憶する補正値の量を抑えることができ、補正値の取得作業の時間を短縮し、また、補正値の記憶のための記憶部の容量を低減することができる。なお、本発明に係る位置測定方法は、上記したような寸法検査装置1に適用可能であるが、寸法検査装置1は、測定対象物の特定箇所の長さを測定するものの他、特定箇所の角度や曲率(半径)を測定するものを含むことは言うまでもない。
〔実施例1〕
次に、本発明の実施例1について詳細に説明する。先ず、図5を参照して、リニアスケール8、9、10による検出値の補正を行う場合の、撮像系軸位置13の算出方法について説明する。図5において実線の矢印は基板11における特定の場所(角部)を基準とした基板座標系、破線の矢印は寸法検査装置1における特定の場所を基準とした機械座標系を示す。ここでは、点16が機械座標系原点である。17はモータを示す。図5において、y1(μm)、y2(μm)はそれぞれリニアスケール8,9の検出値を示す。x1(μm)はリニアスケール10の検出値を示す。w(μm)はリニアスケール8,9間の距離を示す。ここでは、リニアスケール8,9,10の検出値は、基板座標系において基板座標系原点12を(0,0)とする(機械座標系原点を(0,0)としてもよい。)。このとき、撮像系軸位置13の位置座標(x´(μm),y´(μm))は、次の式(1a)、(1b)により算出される。
y´=y2-(y2-y1)×(x1/w)・・・・・(1a)
x´=x1 ・・・・・(1b)
ただし、x´はwに対してy2-y1が小さいことから、x´≒x1となるため、x´=x1と近似したものである。
次に、本発明の実施例1について詳細に説明する。先ず、図5を参照して、リニアスケール8、9、10による検出値の補正を行う場合の、撮像系軸位置13の算出方法について説明する。図5において実線の矢印は基板11における特定の場所(角部)を基準とした基板座標系、破線の矢印は寸法検査装置1における特定の場所を基準とした機械座標系を示す。ここでは、点16が機械座標系原点である。17はモータを示す。図5において、y1(μm)、y2(μm)はそれぞれリニアスケール8,9の検出値を示す。x1(μm)はリニアスケール10の検出値を示す。w(μm)はリニアスケール8,9間の距離を示す。ここでは、リニアスケール8,9,10の検出値は、基板座標系において基板座標系原点12を(0,0)とする(機械座標系原点を(0,0)としてもよい。)。このとき、撮像系軸位置13の位置座標(x´(μm),y´(μm))は、次の式(1a)、(1b)により算出される。
y´=y2-(y2-y1)×(x1/w)・・・・・(1a)
x´=x1 ・・・・・(1b)
ただし、x´はwに対してy2-y1が小さいことから、x´≒x1となるため、x´=x1と近似したものである。
次に、図6を参照して、視野14において検出された点の位置座標の、撮像ユニット3内の画像処理系から視野座標系への変換について説明する。ここで、図6には、図2(B)に示した視野14を示す。実線の矢印が視野座標系、破線の矢印が画像処置系を示す。点18は、画像処理系原点であり、視野の左上を(0,0)とする。ここで、x(pixel)を画像処理系X座標とし、y(pixel)を画像処理系Y座標とする。そして、xv´(μm)を視野座標系X座標、yv´(μm)を視野座標系Y座標とする。また、width(pixel)を視野画像の横幅、height(pixel)を視野画像の縦幅とし、αをカメラ2の分解能(例えば、6μmまたは10μm)とする。
このとき、画像処理系から視野座標系へは次の式(2a)、(2b)により変換される。
xv´=(x-width/2)×α ・・・・(2a)
yv´={(height-y)-height/2}×α・・・・(2b)
そして、基板11上の基板座標系原点12を(0,0)とした基板座標系における測定点Pの位置座標(xb、yb)は、次の式(3a)、(3b)により取得される。
xb=x´+xv´・・・・・(3a)
yb=y´+yv´・・・・・(3b)
xv´=(x-width/2)×α ・・・・(2a)
yv´={(height-y)-height/2}×α・・・・(2b)
そして、基板11上の基板座標系原点12を(0,0)とした基板座標系における測定点Pの位置座標(xb、yb)は、次の式(3a)、(3b)により取得される。
xb=x´+xv´・・・・・(3a)
yb=y´+yv´・・・・・(3b)
次に、図7に示すタイムチャートにより、寸法検査装置1による寸法検査の流れを説明する。寸法検査装置1における寸法検査が開始されると、まず、コントローラからサーボドライバに対して位置指令を送信する(ステップS1)。これの位置指令を受けたサーボドライバでは、サーボモータを駆動して架台4及び撮像ユニット3を移動させ、所定の位置への移動が完了するとサーボドライバからコントローラにその旨が送信される(ステッ
プS2)。そして、コントローラは、所定位置におけるリニアスケールの検出値を、リニアスケール8、9、10から読み取る(ステップS3)。次に、コントローラから撮像ユニット3に対して撮像指令が送信される(ステップS4)。撮像ユニット3よる撮像が行われると露光完了の旨が撮像ユニット3からコントローラに送信される(ステップS5)。ステップS1からステップS5までの処理が、全ての測定点Pに対する撮像が完了するまで繰り返される。コントローラでは、リニアスケール8、9、10の読取値を記憶部の所定領域に保存する(ステップS6)。ここで、検査は完了する(ステップS7)。次に、コントローラは、撮像ユニット3の画像処理部から、各測定点Pについて、該当する視野における視野内検出座標を読み込む(ステップS8)。このとき、撮像ユニット3の画像処理部では、検出座標=撮像系軸位置+視野内検出座標とする演算が行われ、且つ撮像系軸位置に対して、予め取得された補正値に基づく補正計算が行われている(ステップS9)。
プS2)。そして、コントローラは、所定位置におけるリニアスケールの検出値を、リニアスケール8、9、10から読み取る(ステップS3)。次に、コントローラから撮像ユニット3に対して撮像指令が送信される(ステップS4)。撮像ユニット3よる撮像が行われると露光完了の旨が撮像ユニット3からコントローラに送信される(ステップS5)。ステップS1からステップS5までの処理が、全ての測定点Pに対する撮像が完了するまで繰り返される。コントローラでは、リニアスケール8、9、10の読取値を記憶部の所定領域に保存する(ステップS6)。ここで、検査は完了する(ステップS7)。次に、コントローラは、撮像ユニット3の画像処理部から、各測定点Pについて、該当する視野における視野内検出座標を読み込む(ステップS8)。このとき、撮像ユニット3の画像処理部では、検出座標=撮像系軸位置+視野内検出座標とする演算が行われ、且つ撮像系軸位置に対して、予め取得された補正値に基づく補正計算が行われている(ステップS9)。
次に、上述のキャリブレーションプレート20を使用した補正値の取得(キャリブレーション)の流れについて説明する。図8は、キャリブレーションの流れの概略を示すフローチャートである。この処理は、例えば、寸法検査装置1の組立調整時又は定期点検時に寸法検査装置1の操作パネル上から、操作者が指示を入力することにより、キャリブレーションモードを選択した場合に行われる。
本フローが実行されると、まず、キャリブレーションプレート20の温度変化による熱膨張の補正処理のための温度を取得する(ステップS11)。このサブルーチンの詳細について、図9に従って説明する。まず、キャリブレーションプレート20の温度を温度測定手段、例えば非接触温度計によって計測する(ステップS11‐1)。測定されたキャリブレーションプレート20の温度は、操作パネルから入力して記憶部における所定の記憶領域に記憶させる(ステップS11‐2)。このようにして取得された温度データは温度変化による熱膨張の補正に使用される。
ここで、熱膨張により変化する距離は以下の式(4)で算出される。
熱膨張変化距離(μm)=熱膨張係数×真値計測時との温度差(度)
×キャリブレーションプレート端原点からの距離(mm)÷1000・・(4)
ここで、熱膨張により変化する距離は以下の式(4)で算出される。
熱膨張変化距離(μm)=熱膨張係数×真値計測時との温度差(度)
×キャリブレーションプレート端原点からの距離(mm)÷1000・・(4)
次に、キャリブレーションプレート20をコンベアによって寸法検査装置1内、すなわち、カメラ2の下方に搬入する(ステップS12)。次に、計測ポイント(各ドット)実測値取得処理を行う(ステップS13)。この計測ポイント(各ドット)実測値取得処理サブルーチンの詳細について、図10のフローチャートに従って説明する。なお、実測値取得処理サブルーチンの処理について説明するにあたり、図11には、キャリブレーションプレート20と、キャリブレーションプレート20上で、撮像ユニット3によって計測ポイント(各ドット)の画像を取得する場所を示す。
図11に示すように、キャリブレーションプレート20における計測ポイント(各ドット)の位置の実測をする際には、撮像ユニット3は、実際の基板11の寸法検査の際の撮影ルートと同じルートを通過して、基板11の寸法検査における停止位置と同じ位置において停止して、計測ポイント(各ドット)の画像を取得する。図11では、例えば、実際の基板11の寸法検査の際の撮影ルートに倣い、視野(1)⇒視野(2)⇒視野(3)⇒・・・・において計測ポイント(各ドット)の画像を取得する(ステップS13‐1)。よって、当然に、基板11の検査の際の撮像ユニット3の移動方向は、この実測値取得処理における撮像ユニット3の移動方向と一致する。
図12には、図11における視野(1)と視野(2)の近傍を拡大した図を示す。図12に示すように、各視野200においては、左下のドットについてのX寸法とY寸法が、基板11の寸法検査時と同様にリニアスケール8、9、10により実測され、各視野20
0内の他のドットの座標値については、各視野200における画像の画像処理によって算出される(ステップS13‐2)。そして、各ドットの座標値をファイルに保存しておく(ステップS13‐3)。なお、ここで視野200内のドットは、撮像部によって撮影される測定対象上の領域に相当する指標部に相当する。
0内の他のドットの座標値については、各視野200における画像の画像処理によって算出される(ステップS13‐2)。そして、各ドットの座標値をファイルに保存しておく(ステップS13‐3)。なお、ここで視野200内のドットは、撮像部によって撮影される測定対象上の領域に相当する指標部に相当する。
次に、図7に戻って、この後、コンベアによって、キャリブレーションプレート20を寸法検査装置1外に搬出する(ステップS14)。次に、キャリブレーションプレート20の位置ずれ補正を行う(ステップS15)。キャリブレーションプレート20の位置ずれ補正処理サブルーチンの詳細について、図13に従って説明する。図13における位置ずれ補正処理サブルーチンが実行されると、まず、キャリブレーションプレート20の左下、右下のドット(図11にハッチング付き円で囲んで示す)を使用して、次の式(5)によりキャリブレーションプレート20の回転角θを求める(ステップS15‐1)。
θ(rad)=arctan{(右下計測ドットのY座標値-左下計測ドットのY座標値)/(右下計測ドットのX座標値-右下計測ドットのX座標値)}・・・・(5)
θ(rad)=arctan{(右下計測ドットのY座標値-左下計測ドットのY座標値)/(右下計測ドットのX座標値-右下計測ドットのX座標値)}・・・・(5)
そして、先に、他の上位の計測器によって計測され記憶された初期真値とキャリブレーション時の温度変化を考慮したキャリブレーションプレート20の真値(XT、YT)を次式(6a)、(6b)で傾き補正する(ステップS15‐2)。
XT´=XTcosθ-YTsinθ・・・・・(6a)
YT´=XTsinθ+YTcosθ・・・・・(6b)
XT´=XTcosθ-YTsinθ・・・・・(6a)
YT´=XTsinθ+YTcosθ・・・・・(6b)
次に、次式(7a)、(7b)により、真値を、式(6a)、(6b)で求めたキャリブレーションプレート20の左下角部の座標値(XT´,YT´)を基準に基板座標系にオフセットする(ステップS15‐3)。
XT´´=XT´+キャリブレーションプレート左下角部(XT´)・・・(7a)
YT´´=YT´+キャリブレーションプレート左下角部(YT´)・・・(7b)
XT´´=XT´+キャリブレーションプレート左下角部(XT´)・・・(7a)
YT´´=YT´+キャリブレーションプレート左下角部(YT´)・・・(7b)
図7に戻って、次に、式(7a)、(7b)により求めたXT´´,YT´´(キャリブレーションプレート20の真値)と先にファイルに保存した値と差(真値差)を取り保存する(ステップS16)。
また、ステップS16においては、撮像された全てのドットについて全て真値差が求められ、補正テーブルとされる。補正テーブルのデータは、例えば以下の(8a)、(8b)式のように定義される。
補正テーブル[視野n][計測点m].x=
真値[視野n][計測点m].x-計測値[視野n][計測点m].x・・・(8a)
補正テーブル[視野n][計測点m].y=
真値[視野n][計測点m].y-計測値[視野n][計測点m].y・・・(8b)
ここで、[zzz]は配列を示す。視野nは、撮像ルートにおけるn番目の撮像を示す。計測点mは、各視野内におけるドットの番号を示す。x、yはそれぞれx軸(左右)方向、y軸(上下)方向の座標を表す。座標系は、キャリブレーションプレート20の左下角部を原点(0,0)として、x軸については右方向、y軸については上方向を正方向とする。
補正テーブル[視野n][計測点m].x=
真値[視野n][計測点m].x-計測値[視野n][計測点m].x・・・(8a)
補正テーブル[視野n][計測点m].y=
真値[視野n][計測点m].y-計測値[視野n][計測点m].y・・・(8b)
ここで、[zzz]は配列を示す。視野nは、撮像ルートにおけるn番目の撮像を示す。計測点mは、各視野内におけるドットの番号を示す。x、yはそれぞれx軸(左右)方向、y軸(上下)方向の座標を表す。座標系は、キャリブレーションプレート20の左下角部を原点(0,0)として、x軸については右方向、y軸については上方向を正方向とする。
次に、図11に示したキャリブレーションプレート20によるキャリブレーションを経た後の、図7に示す寸法検査時におけるステップS9による測定点の検出座標に対する補正処理の具体例について説明する。ステップS9における補正処理においては、補正後の計測値は以下の(9a)、(9b)式のように算出される。
補正後計測値.x=計測値.x+補正値.x・・・・・(9a)
補正後計測値.y=計測値.y+補正値.y・・・・・(9b)
ここで、補正値.x及び補正値.yは、測定点の最近傍のドットにおける補正テーブルのデータから算出される。図14を参照して、寸法検査時における計測対象点e(破線のプラスで表記)のXY座標値に対する補正について説明する。計測対象点eのXY座標値に対する補正値の算出式(10a)、(10b)を以下に示す。ここで、キャリブレーション時に計測ポイントa,b,c,dで撮像したときの補正値をそれぞれC(a),C(b),C(c),C(d)とし、計測対象点eで撮像したときの補正値をC(e)とし、_X、_YはそれぞれのX,Y座標値を示す。また、計測ポイントa~cのXY座標は、cを(0,0)として正規化する。なお、計測対象点の周囲に、計測ポイントが2点又は2点しかない場合には、同様の計算を2点又は1点について行う。
C(e)_X=(1-e_X)(0+e_Y)C(a)_X+
(0+e_X)(0+e_Y)C(b)_X+
(1-e_X)(1-e_Y)C(c)_X+
(0+e_X)(1-e_Y)C(d)_X・・・・(10a)
C(e)_Y=(1-e_X)(0+e_Y)C(a)_Y+
(0+e_X)(0+e_Y)C(b)_Y+
(1-e_X)(1-e_Y)C(c)_Y+
(0+e_X)(1-e_Y)C(d)_Y・・・・(10b)
補正後計測値.x=計測値.x+補正値.x・・・・・(9a)
補正後計測値.y=計測値.y+補正値.y・・・・・(9b)
ここで、補正値.x及び補正値.yは、測定点の最近傍のドットにおける補正テーブルのデータから算出される。図14を参照して、寸法検査時における計測対象点e(破線のプラスで表記)のXY座標値に対する補正について説明する。計測対象点eのXY座標値に対する補正値の算出式(10a)、(10b)を以下に示す。ここで、キャリブレーション時に計測ポイントa,b,c,dで撮像したときの補正値をそれぞれC(a),C(b),C(c),C(d)とし、計測対象点eで撮像したときの補正値をC(e)とし、_X、_YはそれぞれのX,Y座標値を示す。また、計測ポイントa~cのXY座標は、cを(0,0)として正規化する。なお、計測対象点の周囲に、計測ポイントが2点又は2点しかない場合には、同様の計算を2点又は1点について行う。
C(e)_X=(1-e_X)(0+e_Y)C(a)_X+
(0+e_X)(0+e_Y)C(b)_X+
(1-e_X)(1-e_Y)C(c)_X+
(0+e_X)(1-e_Y)C(d)_X・・・・(10a)
C(e)_Y=(1-e_X)(0+e_Y)C(a)_Y+
(0+e_X)(0+e_Y)C(b)_Y+
(1-e_X)(1-e_Y)C(c)_Y+
(0+e_X)(1-e_Y)C(d)_Y・・・・(10b)
このようにすれば、リニアスケール8、9、10の相対的な傾きやずれが生じ、さらにそれが、撮像ユニット3の移動方向によって異なる場合においても、寸法検査装置1によって、基板11上の測定点Pの位置座標について、リニアスケール8、9、10による検出値をより正確に補正することができる。また、本実施例においては、上述のように、キャリブレーションプレート20における計測ポイント(各ドット)の位置の実測をする際には、撮像ユニット3は、実際の基板11の寸法検査の際の撮影ルートと同じルートを通過して、基板11の寸法検査における停止位置と同じ位置において停止して、計測ポイント(各ドット)の画像を取得し、この画像に基づいて、各ドットについての補正値を取得する。よって、当然に、基板11の検査の際の撮像ユニット3の移動方向は、この実測値取得処理における撮像ユニット3の移動方向と一致する。よって、より適切な補正値を用いて、リニアスケール8、9、10の検出値の補正を行うことができる。
また、本実施例では、図11に示すように、実際の基板11の寸法検査の際に、撮像ユニット3で取得する場増の視野に相当する、視野(1)、視野(2)、視野(3)・・・・においてのみ、計測ポイント(各ドット)の画像を取得し、各ドットの補正値を算出する。よって、限られたドットについてのみ撮影及び、補正値の演算をすれば足り、補正値の算出における工数を低減し、補正値の記憶に係る記憶容量を抑えることが可能である。
なお、本発明においては、上記のように、基板11の寸法検査における撮像ユニット3の撮影ルートに紐づくように、補正値テーブルを作成、保存しておいてもよいが、この撮影ルートは、寸法検査装置1の寸法検査プログラム毎に定められることから、補正値テーブルは、寸法検査プログラムに紐づくように作成、保存しておいてもよい。また、補正値テーブルを作成する際には、キャリブレーションプレート20における全てまたは一部のドットに対して、撮像ユニット3の移動方向として、X正方向、X負方向、Y正方向、Y負方向の4方向を想定した場合の4種類の補正値を取得し、補正値テーブルに記憶するようにしてもよい。この場合には、実際の基板11の寸法検査時には、撮像ユニット3が検査対象の撮影のために停止する直前の移動方向に合致する方向の補正値を各ドットに対して補正テーブルから読み出し、当該補正値を用いてリニアスケール8、9、10の検出値を補正する。このことによっても、撮像ユニット3の移動方向によって補正値が異なる不都合を解消することが可能である。
なお、以下には本発明の構成要件と実施例の構成とを対比可能とするために、本発明の
構成要件を図面の符号付きで記載しておく。
<発明1>
測定対象(11)上における所定の測定点(P)を撮影する撮像部(3)と、該撮像部(3)または前記測定対象(11)の位置を検出する位置検出部(8、9、10)とを有し、前記撮像部(3)が前記測定点(P)を撮影した際の該位置検出部の検出値を用いて、前記測定点(P)の、特定座標系における位置座標を測定する装置(1)における位置測定方法であって、
所定の指標部(22)が2次元的に配置された校正板(20)における前記指標部(22)の前記特定座標系における位置座標を前記装置によって実測値として取得し、
予め別装置で取得した前記指標部(22)の前記校正板(20)の基準に対する位置座標を前記特定座標系における位置座標に変換した真値と前記実測値との差分を補正値として取得し、
前記補正値を用いて前記位置検出部(8、9、10)の検出値を補正し、
前記補正値は、前記撮像部(3)が前記測定点(P)を撮影する際の該撮像部(3)または前記測定対象(11)の移動方向に紐づいて取得されることを特徴とする、位置測定方法。
<発明2>
測定対象(11)上における所定の測定点(P)を撮影する撮像部(3)と、該撮像部(3)または前記測定対象(11)の位置を検出する位置検出部(8、9、10)とを有し、前記撮像部(3)が前記測定点(P)を撮影した際の該位置検出部の検出値を用いて、前記測定点(P)の、特定座標系における位置座標を測定する装置(1)における位置測定方法であって、
所定の指標部(22)が2次元的に配置された校正板(20)における前記指標部(22)の前記特定座標系における位置座標を前記装置によって実測値として取得し、
予め別装置で取得した前記指標部(22)の前記校正板(20)の基準に対する位置座標を前記特定座標系における位置座標に変換した真値と前記実測値との差分を補正値として取得し、
前記補正値を用いて前記位置検出部(8、9、10)の検出値を補正し、
前記撮像部(3)は、前記測定対象(3)における複数の前記測定点(P)を、所定のルートに従って撮影することで、前記複数の測定点(P)の位置座標を測定し、
前記補正値は前記ルートに紐づいて取得されることを特徴とする、位置測定方法。
構成要件を図面の符号付きで記載しておく。
<発明1>
測定対象(11)上における所定の測定点(P)を撮影する撮像部(3)と、該撮像部(3)または前記測定対象(11)の位置を検出する位置検出部(8、9、10)とを有し、前記撮像部(3)が前記測定点(P)を撮影した際の該位置検出部の検出値を用いて、前記測定点(P)の、特定座標系における位置座標を測定する装置(1)における位置測定方法であって、
所定の指標部(22)が2次元的に配置された校正板(20)における前記指標部(22)の前記特定座標系における位置座標を前記装置によって実測値として取得し、
予め別装置で取得した前記指標部(22)の前記校正板(20)の基準に対する位置座標を前記特定座標系における位置座標に変換した真値と前記実測値との差分を補正値として取得し、
前記補正値を用いて前記位置検出部(8、9、10)の検出値を補正し、
前記補正値は、前記撮像部(3)が前記測定点(P)を撮影する際の該撮像部(3)または前記測定対象(11)の移動方向に紐づいて取得されることを特徴とする、位置測定方法。
<発明2>
測定対象(11)上における所定の測定点(P)を撮影する撮像部(3)と、該撮像部(3)または前記測定対象(11)の位置を検出する位置検出部(8、9、10)とを有し、前記撮像部(3)が前記測定点(P)を撮影した際の該位置検出部の検出値を用いて、前記測定点(P)の、特定座標系における位置座標を測定する装置(1)における位置測定方法であって、
所定の指標部(22)が2次元的に配置された校正板(20)における前記指標部(22)の前記特定座標系における位置座標を前記装置によって実測値として取得し、
予め別装置で取得した前記指標部(22)の前記校正板(20)の基準に対する位置座標を前記特定座標系における位置座標に変換した真値と前記実測値との差分を補正値として取得し、
前記補正値を用いて前記位置検出部(8、9、10)の検出値を補正し、
前記撮像部(3)は、前記測定対象(3)における複数の前記測定点(P)を、所定のルートに従って撮影することで、前記複数の測定点(P)の位置座標を測定し、
前記補正値は前記ルートに紐づいて取得されることを特徴とする、位置測定方法。
1:寸法検査装置、2:カメラ、3:撮像ユニット、8,9,10:リニアスケール、12:基板座標系原点、P:測定点、20:キャリブレーションプレート
Claims (5)
- 測定対象上における所定の測定点を撮影する撮像部と、該撮像部または前記測定対象の位置を検出する位置検出部とを有し、前記撮像部が前記測定点を撮影した際の該位置検出部の検出値を用いて、前記測定点の、特定座標系における位置座標を測定する装置における位置測定方法であって、
所定の指標部が2次元的に配置された校正板における前記指標部の前記特定座標系における位置座標を前記装置によって実測値として取得し、
予め別装置で取得した前記指標部の前記校正板の基準に対する位置座標を前記特定座標系における位置座標に変換した真値と前記実測値との差分を補正値として取得し、
前記補正値を用いて前記位置検出部の検出値を補正し、
前記補正値は、前記撮像部が前記測定点を撮影する際の該撮像部または前記測定対象の移動方向に紐づいて取得されることを特徴とする、位置測定方法。 - 測定対象上における所定の測定点を撮影する撮像部と、該撮像部または前記測定対象の位置を検出する位置検出部とを有し、前記撮像部が前記測定点を撮影した際の該位置検出部の検出値を用いて、前記測定点の、特定座標系における位置座標を測定する装置における位置測定方法であって、
所定の指標部が2次元的に配置された校正板における前記指標部の前記特定座標系における位置座標を前記装置によって実測値として取得し、
予め別装置で取得した前記指標部の前記校正板の基準に対する位置座標を前記特定座標系における位置座標に変換した真値と前記実測値との差分を補正値として取得し、
前記補正値を用いて前記位置検出部の検出値を補正し、
前記撮像部は、前記測定対象における複数の前記測定点を、所定のルートに従って撮影することで、複数の前記測定点の位置座標を測定し、
前記補正値は前記ルートに紐づいて取得されることを特徴とする、位置測定方法。 - 前記校正板における前記指標部の前記特定座標系における位置座標を前記装置によって実測値として取得する際には、
前記撮像部は、前記ルートに従って前記指標部を撮影することを特徴とする、請求項2に記載の位置測定方法。 - 前記撮像部が複数の前記測定点を前記ルートに従って撮影して複数の前記測定点の位置座標を測定する際に、前記撮像部によって撮影される前記測定対象上の領域に相当する前記指標部についてのみ、前記補正値を取得することを特徴とする、請求項3に記載の位置測定方法。
- 前記装置により、前記測定点の特定座標系における位置座標が測定される際には、
前記撮像部によって撮影される前記測定対象上の領域の基準点の前記特定座標系における位置座標が、前記位置検出部により検出され、
前記撮像部によって撮影される領域における前記基準点に対する前記測定点の視野内検出座標が検出され、
前記測定点の前記特定座標系における前記位置座標は、前記基準点の前記特定座標系における位置座標に前記視野内検出座標が加算されることで測定されることを特徴とする、請求項1から4のいずれか一項に記載の位置測定方法。
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