JPS58201006A

JPS58201006A - 立体形状検出装置

Info

Publication number: JPS58201006A
Application number: JP8399882A
Authority: JP
Inventors: Kazuo Yamaguchi; 和夫山口; Akio Osaki; 大崎　昭雄; Nobuhiko Aoki; 信彦青木
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1982-05-20
Filing date: 1982-05-20
Publication date: 1983-11-22
Also published as: JPH0156682B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】、′ 本発明は、プリント基板面上のはんだ何面検査または厚
膜モジュールの搭載部品・パターン間の接続検査等のよ
うに、検査対象の明暗情報のみでは検査をすることがで
きない立体形状を高速で検出するための立体形状検出装
置に関するものである。

まず、従来例を図に従って説明する。

第１図は、従来の立体形状検出装置の一例のブロック図
、第２図は、その被検出立体形状の一例の部分斜視図、
第３図は、同光切断線のテレビジョンカメラによる画像
信号図、第４図は、同被検出立体形状の他の例の部分斜
視図である。

この従来装置は、プリント基板ＰＲＴ上の搭載部品Ｐの
はんだ付部分に対し、白色光の光源１からスリット２．
集光レンズ３を通して平面状のスリット光ＳＬＴを照射
し、第２図に示すように、その部品Ｐのリード線りとラ
ンドＲとの間のはんだ付部Ｓ付近に対する投影光線を斜
め横上方に設置されたテレビジョンカメラ５（結像レン
ズ４経由）で撮像する。

その投影光線の光切断線Ｏ８Ｌは、上記はんだ付部Ｓ付
近の上記スリット光Ｓ　Ｌ　Ｔが照射されている部分の
断面の輪郭形状を示すので、試料テーブル６をＸ軸方向
に移動することにより、リード線りの各部における立体
形状（はんだ何形状）を順次に検出して全体の当該立体
形状を識別することができる。

テレビジョンカメラ５で撮像した画面は、第３図に示す
ように、光線断線Ｏ８Ｌの部分の輝度が高く、テレビジ
ョンカメラ５の水平走査方向Ｈ８ＣＮが下から」二であ
るので（第３図において、上下方向の分解能を高くして
検出精度を向上するため）、その各光切断線ＯＳ　Ｌの
形状は、それごとに当該各画面全体について最明点まで
の全位置Ｃ時間）データを求めることによって初めて得
られる。

しだがって、１本の光切断線Ｏ８Ｌを検出するだけでも
相当な走査時間を要するので、全体形状を検出するには
非常な長時間を要する。例えば。

走査時間が１走査線当り２０ｍ５とすると、１つの物体
面を２５６Ｘ２５６画素、８ビット階調で３次元像を得
るには、２０ｍ５Ｘ２５６″−ｉ５秒の時間を必要とし
、実用上の大きな制約となる。

更に、対象物体が軸対称の場合には、光点走査を軸対称
の方向と一致させ、これと直交する一方向からの検出を
物体の半分まで行えば、その物体形状を問題なく検出で
きるが、複雑形状で軸対称でない物体の場合または軸対
称であっても１つの物体形状の場合には、物体の全面に
ついて検出を行う必要がある。

例えば、第４図に示すような凹凸のある物体については
、その凸部ＣＶＸによって影となる検出方向の反対側の
部分の検出ができない。これを解決するには、この物体
を水平面上で１８００回転をして同一方向から再検出す
るか、または反対側にも同様な検出手段を設けなければ
ならない。しかしながら、前者の場合は、検出（検査）
時間が更に増大し、後者の場合は、物理的に検出手段の
配置が困難であったり、コストの大幅な増加となったり
して実用上の問題であった。

本発明の目的は、上記した従来技術の欠点をなくし、検
出時間、検出性能を向上させ、かつ、経済的な立体形状
検出装置を提供することにある。

本発明の特徴は、超音波励振振動が加えられた光偏光器
を通しだレーザビームを物体表面上に照射して直線状に
光点走査をし、この光点の物体表面上の軌跡の光線を参
照光と位置検出光とに分路し、その各光強度について光
電変換を行った各電気信号の比を求め、これを当該光切
断線信号として順次に物体表面上の他の位置についても
得ることにより、その物体の立体形状を検出しうるよう
に構成した立体形状検出装置にある。

以下１本発明の実施例を図に基づいて説明する。

第５図は、本発明に係る立体形状検出装置の一実施例の
ブロック図、第６図は、その光切断線による立体形状図
である。

ここで、１０は、レーザ走査部に係るレーザ光源、１１
は、同絞り用レンズ、１２は、同光偏向器、１３は、同
掃引発振器、１４は、同集光レンズ、１５は、光電検出
部に係る結像レンズ、１６は、同ハーフミラ−１１７は
、同光点位置検出フィルタ、１８．１９は、同集光レン
ズ、２０゜２１は、同光電変換器、２２．２３は、同増
幅器、２４は、画像データ入力部に係る割算器、２５は
、同Ａ−ＤＣアナログ−ディジタル）変換器、２６は、
処理部、２７は、表示部に係る３次元ディスプレイ、２
８は、試料移動部に係るパルス発生器、２１ｊ：、同パ
ルスモータ、３０は、同試料テーブル（例えば、ＸＹテ
ーブル）である。

まず、レーザ光源１０からのレーザビームは、絞シ用レ
ンズ１１によって適当な大きさのスポット状のビームに
絞り込まれ、光偏向器１２に入射される。

光偏向器１２は、掃引発振器１３からの高周波電気信号
を圧電振動子で変換して発生した超音波（掃引発振器１
３の掃引信号周波数と同一の周波数のもの）の励振振動
によ＃）、その音響光学媒体の屈折率が周期的に変化し
て入射されたレーザビームを回折させる。その回折角は
上記超音波の周波数に比例するので、光偏向が可能とな
る。

すなわち、このように回折されたレーザビームが集光レ
ンズ１４を通して立体形状の検出対象の物体Ｑの表面上
に投影されると、その部分について直線状（Ｘ軸方向）
に光点走査が行われることになる。

この光点走査の軌跡の検出は、上記光点走査方向（Ｘ軸
方向）と直交する方向に設けられた結像レンズ１５の光
路をハーフミラ−１６で２分し、その一方には光点位置
によって透過率が変化する光点位置検出フィルタ１７を
挿入し、他方には何も挿入せず直接に、それぞれ、集光
レンズ１８゜１９を通して光電変換器２０．２１（例え
ば、ホトマルチプライヤによるもの）の出力を増幅器２
２．２３で所望のレベルに増幅した光点強度を比較する
ことによって行う。

まず、光点位置検出フィルタ１７が挿入された光路から
の光点強度は１例えば、物体Ｑの表面上に投影された各
光点位置の高さに比例して位置検出フィルタ１７の透過
率が変化するようにしておくことにより、物体Ｑの表面
上の高さ方向の位置情報を含む位置検出光信号に対応す
る検出電気信号Ｚとして検出される。このようなフィル
タは、例えば、上下方向に厚さの異方る光学ガラスから
なるもの、または平面ガラスに所定の透過率の塗料等を
上下方向で厚さを変えてコーティングしたもの等で実現
することができる。

なお、何も挿入されない光路側の増幅器２３からの出力
電気信号Ｘは、光点走査方向の各位置における光点強度
に対応する無処理のものである。

これらの各信号Ｚ、Ｘは対象物の表面状態または光源の
光量変化等に応じて変化するので、その信号比Ｚ／Ｘを
とって上記状態、変化に対する補償、正規化をすること
により、検出性能を向上するようにしている。

すなわち、上記信号Ｚ、Ｘの比Ｚ／Ｘ　（光切断線信号
）を割算器２４で光点走査の１周期ごとに求め、これを
Ａ−Ｄ変換器２５でディジタル値に変換して処理部２６
に入力する。

処理部２６は、１つの光切断線信号の入力ごとにパルス
発生器２８を制御してパルスモータ２９を駆動し、当該
光切断線と垂直方向（ｙ軸方向）に試験テーブル３０を
移動する。

上述の各動作を順次に行い、３次元ディスプレイ２７は
、処理部２６からの各光切断線信号による情報（データ
）により、当該立体形状を第６図に示すように立体的に
表示することができる。

上記実施例は、光点走査方向と直交する方向から検出す
るようにしているが、必ずしも直交に限らず他の方向か
らの検出を妨げるものではなく、また、１方向に限らす
２方向以上からも検出することができる。

第７図は１本発明に係る立体形状検出装置の他の実施例
の主要部のブロック図であって、凸部（９）ＣＶＸに対して相互に影となる反対の２方向からの検出
を可能としだものである。

この実施例は、立体形状の検出対象の物体Ｑの凸部ＣＶ
Ｘに対して相互に影となる反対の２方向に各光電検出部
２２Ａ、２３Ａ（第５図の実施で結像レンズ１５．ハー
フミラ−１６１位置位置検出フィルタ１フに集光レンズ
１８，１９１光電変換器２０．２１および増幅器２２．
２３に対応するもの）を設け、レーザ走査部１０Ａ（第
５図の実施例でレーザ光源１０．絞シ用しンズ１１．光
偏向器１２．掃引発振器１３．集光レンズ１４に対応す
るもの）による光切断線を検出し、その各信号Ｚ、Ｘを
割算器２４に対して物体の頂点の前後に分けてスイッチ
２４ａ、２４ｂで切替え入力するようにしたもので、全
体の立体形状の検出が可能となるものである。

上記各実施例において、その光偏向器は例えば掃引周波
数１５　ｋＨ２程度で光点走査をすることができるので
、光切断線の検出時間は約７０μＳ／本でアシ、前述の
従来例の２０ｍ５／本に対しく１０）て約３００倍もの高速化が可能となり、その検出性能は
大幅に向上する。

なお、複数個の光電検出部を設けた場合には、上述のよ
うに複雑な凹凸形状をもつ立体形状の検出が可能となり
、ロボットの視覚認識や、白黒の濃淡画像では検査でき
ない立体形状検査の自動化などに対しても適用すること
ができる。

以上、詳細に説明したように１本発明によれば、検出時
間を大幅に向上し、また検出性能も向上した経済的な立
体形状検出装置を実施することができ、その効果は顕著
である。

【図面の簡単な説明】

第１図は、従来の立体形状検出装置の一例のブロック図
、第２図は、その被検出立体形状の一例の部分斜視図、
第３図は、同光切断線のテレビジョンカメラによる画像
信号図、第４図は、同被検出立体形状の他の例の部分斜
視図、第５図は１本発明に係る立体形状検出装置の一実
施例のブロック図、第６図は、その光切断線による立体
形状図。第７図は、同他の実施例の主要部のブロック図で（１１
）ある。１０・・・レーザ光源、１１・・・絞り用レンズ、１２
・・・光偏向器、１３・・・掃引発振器、１４・・・集
光レンズ、１５・・・結像レンズ、１６・・・ハーフミ
ラ−１１７・・・光点位置検出フィルタ、１８．１９・
・・集光レンズ、２０．２１・・・光電変換器、２２．
２３・・・増幅器、２４・・・割算器、２５・・・Ａ−
Ｄ変換器、２６・・・処理装置、２７・・・３次元ディ
スプレイ、２８・・・パルス発生器、２９・・・パルス
モータ、３０・・・試料テーブル、ＩＯＡ・・・レーザ
走査部、２２Ａ、２３Ａ、・・・光電変換部ｂ　２４　
ａ　＃　２４　ｂ・・・スイッチ。代理人　弁理士　福田幸作（ほか１名）（１２）第１閃第３図＃斗圀

Claims

【特許請求の範囲】１、超音波励振振動が加えられた光偏向器を通したレー
ザビームを立体形状の検出をすべき物体の表面上に照射
して当該部分について直線状に光点走査をするレーザ走
査部と、当該物体表面上からの反射光を２系統に分路し
、その一方から当該物体の高さ方向の光点位置に応じて
光強度を変化せしめて得た位置検出光および同他方から
無処理で直接に得だ参照光それぞれに対応する電気信号
を得る光電検出部と、上記位置検出光・参照光に対応す
る電気信号の比を求め、これを光切断線信号として当該
ディジタル信号の変換・出力をする画像データ入力部と
、上記ディジタル信号の処理・分析その他各部に対する
所要の制御を行う処理部と、その制御によって各光切断
線信号ごとに光点走査方向と直交する方向に上記物体を
順次に移動せしめる試料移動部と、上記処理部からの各
光切断線信号に基づいて当該物体の立体形状清報を表示
する表示部とから構成したことを特徴とする立体形状検
出装置。２、特許請求の範囲第１項記載のものにおいて。光点走査方向に対して直交する２方向または交差する複
数方向それぞれについて光電検出部を設けて構成した立
体形状検出装置。