TW544509B - Method and system for measuring the relief of an object - Google Patents

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544509 A7 B7 五、發明說明（1 ) 本發明之範圍： f請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁} 本發明大致上有關於用以測量一物體之凹凸起伏之方 法。更特別地，本發明係與此一系統和方法之使用以檢查 電路板上導程共面有關。 本發明之背景： 干涉測量方法之使用以為瑕疵來檢查一物體之表面或 來測量此物體之凹凸起伏係眾所習知。一般而言，這些方 法包含在物體之表面上產生一干涉圓型，以及隨後分析此 產生之干涉影像（或干涉圖）以獲得此物趙之凹凸起伏。此 干涉影像一般地包括一系列之黑色和白色條紋。 干涉測量方法需要雷射之使用以產生干涉圖形者係稱 之為“傳統干涉方法”。在此一傳統方法中，雷射之波長和 測量組合之構形通常決定產生之干涉圖之期限。傳統之干 涉方法係通常被使用於可見光譜中以測量微米範圍内之高 度變化。 經 濟 部 智 慧 財， 產 局 員 工 消 費 合 社 印 製 不過，吾人發現當它們係在一可見光譜中實施時，吾 人很難以使用此一方法來測量顯示超越0·5·1 // m變化之表 面上之高度變化（凹凸起伏）。其實，產生之干涉囷之黑色 及白色條紋之密度增加，使對其分析變得令人沈問。 傳統干涉方法之另一缺點係它們要求測量之組合係特 地對噪音和震動敏感。 根據Moire干涉之表面檢查方法可讓一物體在可見光 譜中測量之凹凸起伏具有較傳統干涉方法更大之精確度。 這些方法係根據在下列兩者之間所獲得之頻率拍頻之分析 本纸張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 x 297公釐） 4 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製

544509 A7 ___ B7_ -五、發明說明（2 ) :1 )，一格柵定置於要予測量之物體之上面以及其在物體 上之陰影（“Shadow Moire Techniques”）或 2)，物體上一格 栅之投影以及另一格柵定置在物體和用來攝取產生之干涉 α 圖之一圖像之攝影機之間（Projected Moire Techniques)。 ^ 在兩.者情況中，此兩格栅之間之拍頻產生結果之干涉圖之 條紋。 ^ 更明確言，Shadow Moire技術包括之步驟為定置此格 ψ 柵靠近要予測量之物體，提供自物體之平面之第一角度( 例如45度）之說明，以及利用一攝影機，定置於第二角度 處，（例如，自物體之平面之90度），以拍攝干涉圖之圖像 由於格柵和此物體之間之距離改變，此一高度之變化 產生干涉圖之圖型上之變化。此一在圖型上之變化隨後可 以分析以獲得物體之凹凸起伏。

Shadow Moire技術之使用以測量一物體之凹凸起伏之 缺點係該格柵必須非常靠近物體而定置以便能來產生精確 之結果，造成測量組合之配置上之限制。

Projected Moire技術係非常類似於Shadow Moire技術 ，因為此格柵定置於攝影機和物體之間，有一類似於 Shadow Moire技術中格栅之陰影之一功能。不過，Projected Moire技術之缺點係它牽涉甚多調整，並因此造成更多在 結果上之不精確之危險，因為它須要定置並追踪兩個格柵 。此外，此第二格柵易於遮襴此攝影機，防止其在同一時 間地被使用以拍攝其他測量。 本'紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 5 -------------^-----：----^---------^ (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) A8B8C8D8 544509 六、申請專利範 沒有上文提及之早期技藝之缺點之測量一物體之凹凸 起伏之方法和系統係因此為吾人所期望。 本發明之目的 本發明之目的因此係在提供一種改良之方法和系統用 以測量一物趙之凹凸起伏者。 本發明之另—目的係在提供如此一系統，它適用於導 程共面檢查者。 本發明之概述 更明確a，依照本發明，特提供一種方法，使用一攝 影機經裝設以像素之陣列者，此方法包含： a) 才又影一格栅在一基準物體上：此格柵係位於以攝影 和以基準物體為準之第一位置處； b) 以此攝影機，拍攝由此投影格柵所照明之基準物體 之影像，此基準物體之影像有供各像素用之強度值； c) 重覆步驟a)和b)至少兩次而以此格栅係放置在兩個 以攝影機和以基準物體為準之不同已知位置處以產生至少 三個用於每一像素之強度值； d) 為此相當之像素使用至少三個基準物體強度值而計 算用於每一像素之基準物體相位； e) 投影此格栅於物體上；此格栅係位於第一位置； f) 以攝影機拍攝由此投影格栅所照明之物體之影像； 此物體之影像有用於各像素位置之強度值； g) 重覆步驟e)和f)至少兩次而以此格栅係位於兩個不 同位置處以產生至少用於各像素之三個強度值； 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（21〇 X 297公爱） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 .·1111111 a — — — —— — — — — Awl I I L- I I LI — — — — — — — — — — — — — I- 6

經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 544509· A7 ______B7 _ ^ 五、發明說明（4 ) h) 為此相當之像素使用此至少三個物體強度值而計算 各像素位置之物體相位；以及 i) 利用基準物體相位和用於此相當像素之物體相位而 為每一像素計算此物體和基準物體之間高度之差異。 ' .依照本發明之另一觀點，特提供有一種系統用以測量 物體凹凸起伏者，此系統包含： || 一格栅投影組合； 一影像探測裝置包括一攝影機裝設以像素之陣列者； 一電腦構形用於 a) 自影像探測裝置接收至少三個在此物體上投影之格 栅之影像，以及至少三個在基準物體上投影之格柵之影像 ，在此物體上投影之格柵之每一影像相當於格栅之不同習 知位置；在基準物體上投影之格柵之每一影像相當於格柵 之習知位置之一； b) 為此相當之像素利用至少三個基準物體強度值而為 每一像素計算基準物體相位； c) 為此相當之像素利用至少三個物體強度值而為每一 像素計算物體相位； d) 為此相當之像素使用基準物體相位和物體相位而為 每一像素計算物體和基準物體之間高度之差異。 本發明之其他目的，優點和特性於閱讀下列其較佳具 體例之無限制性之說明時將變得益為彰顯，此具體例係僅 以參考附圖之舉例方式提供。 圖式之簡要說明 --------------裝----------訂------— I ·線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)

經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 544509 A7 - ·· B7 五、發明說明（5 ) 在增列之附圖中： 第1圖係依照本發明之一具體例用以檢查一物體之表 面之一系統之示意圖； 第2圖係第丨圖之影像獲取裝置和格栅投影組合兩者之 一示.意圖； 第3圖係一示意圖，說明物體上一格柵之投影； 第4圖係依照本發明之具體例用以測量一物體之凹凸 起伏之方法之一方塊圖； 第5圖係安裝於一板之球形之一影像，如由第1圖之系 統所拍攝者； 第6圖係第5圖之板之影像，由格栅所照明者； 第7圖係由第1圖之系統所計算之影像，代表第6圖之 板之相位； 第8圖係第5圖之球形之影像，安裝於此板，由格栅所 照明； 第9圖係由第1圖之系統所計算之影像，代表第8圖具 有板之球形之相位； 第10圖係一影像，說明第7圖和第9圖之影像之間之相 位變化； 第11圖係一影像代表包含鉛球在一基體·上之一模件和 一基準表面之間之相位變化； 第12圖係一影像，代表第11圖之模件之相位； 第13圖係一影像，代表第12圖之影像之相位和一補餘 表面之相位影像之間之相位變化； 本纸張尺度適用令國國家標準（CNS)A4規格（2〗0 X 297公爱） ----；---,---------------訂·----丨！ ·線 ^N請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁} 544509 , 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明說明（6 ) 第14圖係一影像，代表補餘表面之影像之相位和基準 平面之間之相位變化； 第15圖係第14圖經解開後之影像。 較佳具體例之說明 .現在轉觀附圖之第1和第2圖，用以測量一物體之凹凸 起伏之系統10依照本發明之一具體例者將予以說明。 > 此表面檢查系統10包含一格栅投影組合11，一影像探 測裝置12，以及一電腦14有利地裝設以一貯存裝置16，一 輸出裝置18以及一輸入裝置20。 現在更特定地轉觀附圖之第2圖，此格柵投影組合11 以及此影像獲取裝置12將更詳細地說明。 此格柵投影組合11包括一照明組合22，一格柵24安裝 至一可移動支承26，以及一投射機28。 此照明組合22有利地包括一白光源34，它係通過格柵 24而投射者。例如，此光源34係一光纖（圖中未顯示）之終 > 端自一白光源提供光者（圖中未顯示）。一非球面透鏡36或 任何其他聚光器係亦有利地使用於此光源34和格栅24之間 。其他光源亦可以使用。吾人亦相信要構思另一照明組合 在業界中個人技藝所能達成之範圍以内者係在本發明之精 神以内。 格栅24之構形可耽視解析度而變化，此解析度須要來 適當地測量物體3 0之凹凸起伏。例如，吾人發現偷奇刻線 法每吋有250條線提供以測量電路板之導程共面，該處大 約1mm之解析度係須要。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） --------------^-------------------線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 9 544509 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明說明（7 ) 此格柵24係有利地安裝至一可移動支承26，它容許格 柵24在垂直（參看第2圖上雙箭頭40)於格柵24上之線和光 之入射方向（第2圖虛線42)兩者之一方向中位移。 此可移動支承26係由一步進馬達（圖中未顯示）所致動 。此步進馬達係由以電腦14所觸動之一微控制器作有利地 控制。當然，此步進馬達可以由此電腦14直接地控制。 一投影機28，呈50mm TV透鏡之形態者，係有利地 用來投影此格柵24於物體38上。 光（第2圖上虛線42)之入射方向和影像探測裝置12(第 2圖上虛線44)之視線之間之角度0可耽視要予測量之物體 30之本質而變化。 吾人相信為業界中個人技藝之所及之範圍内以物體30 為準，未定置此照明組合22，格柵24以及此格柵投影器28 ，以產生一投射之格柵有此所要之節距P在物體30上。 例如，一倫奇格柵，有每吋250條線之密度者，以物 體30和投影機28之間22cm之一距離43，以及為一 30度之 角度0，提供一投影之格柵有一 〇.5mm節距p者。如此一 節距係相等於物體30之表面上大約1mm之高度之變化。 顯然地，投影格栅之節距將隨格栅24之節距而變化。 一如將在下文中解釋者，在物體30上投影格柵24之移 位可藉固定格柵24之位置以及藉移動此物體30和攝影機46 一起而交替地達成。 應予說明者，即糸統10並不須要一格樹在攝影機4 6和 物體30之間。此一優點係在下文中討論。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 10 -----I---I — · I I I l· I I I — — — — — — — — — . (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 544509. 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明說明（8 ) 此影像探測裝置12包括一攝影機46，經裝設以像素之 陣列，並係有利地呈一 CCD攝影機46之形態。例如，此類 攝影機提供1300X 1024像素之解析度。 此影像探測裝置12亦有利地包括一焦闌透鏡48，有利 地經.由一選擇性之伸長管50而安裝於攝影機46。 影像探測裝置12之構形和裝置12與物體3 0之間之距離 丨 決疋影像探測裝置12之視場。另一可供選擇方式為一理想 之視場可以藉使攝影機46自物體30遠離來達成而勿用伸長 管50。 此CCD攝影機可以用一傳統式攝影機來取代當電腦14 係經構形以數位化此獲得之影像時。 電腦14係有利地經構形以控制格柵24之位移，以處理 由攝影機46所拍攝之物體3〇之影像，並以分析這些影像以 測量物體30之凹凸起伏。 電腦14係有利地提供以記憶體裝置，當它所係已由電 I 腦14所處理時可讓其貯存此影像，並因此增加處理速度。 此貯存裝置16，例如，可以是一硬體驅動，一可寫出 CD-ROM驅動裝置或其他熟知之資料貯存裝置，它可以直 接地連接至電腦14，或經由一電腦網路諸如網際網路者而 遙控地連接。依照本發明之一具體例，此貯存裝置16係用 以貯存由影像探測裝置12所拍攝之影像，物體3〇之凹凸起 伏和其他仲裁結果兩者。這些文卷可以用任何格式和解析 度之可以由電腦14所讀取者來貯存。 輸出裝置20可讓影像和由電腦14所產生之資料之目視 本纸張尺度適用中關家標準（CNS)A4規格⑵Q χ 297公髮） -------------裝-----：----訂---------線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 11 544509

五、發明說明（9 ) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 ’並可採取任何形態自顯示監控器至列印裝置。 輸入裝置18可以是一傳統式滑鼠，一鍵盤或任何其他 眾所熟知之輸入裝置或其综合之能使資料和命令之輸入電 腦14内者。 .此貯存裝置16，顯示監控器18以及輸入裝置2〇係均經 由“準連接裝置，諸如資料電規而連接至電腦14。 此電腦14可以是一傳統式個人電腦或其他任何資料處 理機，它包括一處理機，一記憶體及輸入/出口（圖中未顯 示），此輸入/出口可包括網路連接裝置以傳送此影像至貯 存裝置16及自其傳送。 當然，此電腦14運用軟體之具體實施其本發明之方法 者，一如在下文中將予說明。 應予說明者，即系統10包括可調整支承裝置（圖中未 顯示）以相互為準地及以物體3〇為準地定置此影像獲取裝 置12以及格栅投影組合η。另一可供選擇方式為其他寄存 裝置亦可使用於不背離本發明之精神及本質之原則下。 在依照本發明之具體例給予用以測量一物體之凹凸起 伏之方法之詳細說明以前’作為此一方法之基礎之一般理 論將首先予以說明《由於此一理論相信係為業界眾所熟知 ’以及為间明之目的’吾人將僅簡單地在此說明。 此強度I(x，y)在一干涉測量上用於每一像素（x，y)，影 像可以由下列等式來說明： I(x，y)=A(x，y)+B(x，y) · C0S(A φ (x，y)) ⑴ 此處△ Φ係相位變化（或相位調製），以及A和B係係 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 x 297公釐） ： ^ I I I — — — ti — — — — — — (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 12 5445〇9

、發明說明（10 ) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 數之可以為每一像素計算者。 已知相位變化Λφ，此物體高度分佈（凹凸起伏）在每 一點h(x，y)以基準表面為準者，可以使用下列等式計算（參 看第3圖）； (2) 此處P係格柵節距以及0係投射角度，一如上文所說 明者。 雖然上述等式係對一格栅之一平行投射在此物體上有 效’如第3圖内所說明者（應說明者即自此格栅投影之入射 線60係平行），但吾人相信，如果此格柵投影係非平行時 ，使用另一等式亦係在業界中精於此技藝人士之所及範圍 以内。 例如’吾人發現以一銷孔投影，該節距P和角度0隨 在基準表面之平面（參看第3圖上心上距格柵之距離而增大 。吾人發現以第一順序近似法，在p和0上之變化相互抵一 消，以及等式2在參數之一定限制内仍保持有效。 吾人相信來再評估高度h(x，y)之變化和相位△ φ之間 之關係’並依照使用以測量凹凸起伏之系統之構形來進行 對此關係之改正是在業界中某一精於此技藝者之能力所及 — 之犯圍以内。 現在轉觀附圖之第4圖，依照本發明之一具體例用以 測I一物體之凹凸起伏之方法將更詳細地說明。 一般而言’此方法包含藉實施下列步驟使用系統10來 本纸張尺度國國家標準（CNS)M規格（&〇 x 297公釐)---- ----------------l·---訂. (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 544509 A7 --B7 五、發明說明（11 ) 測量一物體30之凹凸起伏： 100 -疋置格拇24在以一基準物體為準之一第一位置； 102-投影此格柵24於基準物體上； 104-以攝影機46，拍攝基準物體之影像以為影像之每 一像素收集強度值； 106-重覆步驟100至104至少兩次而以格柵定置在兩個 新的不同已知位置以為每一像素產生至少三個強度值； 108-使用此三個強度值而為每一像素計算相位； 110 -重覆步驟100至108藉取代此基準物艎以要予測量 之物體30 ; 112-藉使用供每一像素用之其各自之相位而為每一像 素計算物體30和基準物體之間高度之差異；以及 114 -使用在每一像素處高度之差異為每一像素決定物 體之凹凸起伏。 這些一般步驟現在將以一第一範例為基準進一步地說 明，在該範例中要予測量之物體62係一球形64安裝於一板 66上。該物體62之影像可以在第5圖中見到。 藉選擇一類似板作為基準物體，物體63和基準物體之 間高度之差異將提供此球形64之高度。對此物體62和基準 物體之共有元素，在此一範例中係此板66。 在步驟100中，此格栅24係經使用支承26而移動至一 第一預定位置，此支承係由步進馬達致動^ 一如業經在上 文中討論者’此系統10包括寄存並固定以基準物體（以及 稍後以物體）為準之格柵24及攝影機46之位置之裝置。 本纸張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） ；—------^—訂—I—•線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 14 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 544509 . Α7 __—-___Β7_____ -五、發明說明（12 ) 在步驟102中，此格柵24隨後係投影在基準物體上。 在步驟104中，此攝影機46拍攝基準物體之影像。 此影像包括為影像之各像素之強度值。電腦丨4為未來 之處理而貯存這些強度值。 ‘ ·步驟至104隨後係重覆至少兩次以格栅定置於兩個 新的已知之不同位置（步驟106)，此將提供三個些許不同 之影像，並因此三個用於各像素之強度值。由格栅24所照 明之板之三個影像之一可在第6圖中見到。 由於等式1包含三個未知數，亦即A，Β和△ φ。三個 為每一像素之強度值I，12和13，以及因此而三個影像係需 要來計算相位變化△〇。 此兩個新影像係依循格概24以基準物體之表面為準之 微小轉移而拍攝。此位移係如此地選擇，以致於在影像， △ φ2和△ φ3内產生相位變化。在三個等式中之此一結果類 似於為攝影機46之像素陣列之每一像素之等式1 : φ Ιη=Α+Β · cos(A Φ+Δφη) (3) 以 1，3 〇 藉解答等式3之系統，人們可獲得ΔΦ之值。格柵24 之移位係經選擇以便能有利地提供Δφ2，Δφ3*Δφ3之不 同值。 依照本發明之較佳具體例，三個以上之影像係經拍攝 。此將產生額外之強度值可以用來增加計算相位之精確性 〇 依照早期技藝之方法經常要求四個影像之使用，以及 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 15 -------------^-----r---^---------線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 544509

自這些影像之所有四個值係為相位預估而拍攝。由於依昭 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製

ϊ 11 · 11 —^ — ― — 訂· — — ！ — — ·線· (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 本發明之方法僅需要三個影像，額外之影像可以用來增加 此方法之精確性和可靠性。 例如，以保持四個（或更多）影像，吾人可能來放棄噪 音像.素或影像，独僅㈣像素之有最有利之強度值者。 其實，如果四個強度值之一係雜訊（那可以，例如，由— 影像飽和所造成）時，此相當之強度可以排除而勿須為此 一特殊像素來折衷所產生相位之精確性。 另一可供選擇方式為三個以上之強度值可以用來利用 數子上之方法傳統方式地計算相位，諸如一最小二乘方非 特。不過，此一方法不能防止數字上之相位值為某特定像 素計算，潛在地造成物體之凹凸起伏之計算上之欠精確。 依照本發明之另一較佳具體例，第二和第三影像（以 及第四影像）之間格栅之移位係經選擇，以便能提供兩個 影像之有180度相位變化(參看等式3)者。此將容許獲 得一基準物體之（或物體之）影像勿須投影格柵。此將可以 藉添加以180度相位移位之兩個影像之純度值來達成。 更普遍广—^^些由攝影機46所拍攝之三個或多個 影像之相位變化之總和係360度時，一相當之二維影像可 以藉添加為每一像素之這些影像之強度值而獲得。此一再 複合之二維影像並未包括投影格柵。此一影像可以使用以 實施基準物體之（或物體之）一初步分析，此分析可加速任 何在影像上或將自步驟112產生之值上所實施之後續之分 析0 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 544509. A7 「 _B7_ _ •五、發明說明（14) 在步驟108内，此相位係以解答等式3使用為每一像素 之三個強度值（或三個最佳強度值）而計算。此將可以藉使 用一傳統式數字上之方法來達成，例如，用以解答等式之 此類系統之數字上之方法相位係屬業界中眾所熟知者，並 ‘ 將不.在此說明。 為每一像素之基準物體之產生之相位係說明於第7圖 内。 當第4圖之方法係用來檢查一系列之物體時，步驟1〇〇 至108可以在檢查之前僅一次地為基準物體來有利地實施 。此將可讓檢查之速度增加。 步驟100至108係以要予測量之物體，亦即，物體62取 代基準物體而重覆。 具有板66之球形64之影像之一由格栅24照明者可以在 第8圖中見到。 由於以物體和以基準物在實施步驟1 00至1〇8上沒有不 Φ 同，以及為簡明目的，這些步驟在言及物體時將不再說明 球形64之結果相位之具有板66者係說明於第9圊内。 應予說明者即在第9圖之影像中區域68係由球形64之陰影 所造成。 步驟112中，物體30和基準物體之間高度之差異係為 每一像素計算，如在步驟108中所獲得者，以自檢查物體 之相位減去基準物體之相位。此產生之影像係顯示於第1〇 圖内。 — — — — — — — — — — — — — · I I I l· I I I a — — — — — — — — (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁)

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經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明說明（is) 應予說明者，即在步驟108中為此物體及基準物體所 計算之相位，以及在第7圖和第9圖中所說明者，相當於以 一虛投影平面為準之表面相位。 當格栅24之一非平行投影係完成時，此一虛投影平面 變成些許地曲線。此係與依照本發明用以測量一物體之凹 凸起伏之方法並無損害，因為物體之和基準物體之兩者影 像係以同一系統10所拍攝。 由在每一像素處物體之及基準物體之相位相當於物體 (或基準物體）和同一虛投影平面（由於同一系統之具有相 同光學配置者係被使用）之間之高度之差異，故其相減產 生物體和基準物體之間高度之差異。此將可讓物體之影像 以及基準物體之影像獲得在不同照明下予以實施。 在選擇性步驟114中，物體之凹凸起伏，亦即其高度 ’係利用物體和基準物體之間在每一像素處高度之差異及 已知基準物體之體積而為每一像素作確定。 一如現在將對一般精於此技藝者至為顯明者，依照本 發明之一具體例之方法，可以用來測量兩物體（一個係基 準物體）之間1¾度之差異。在此一情況下，步驟114係顯然 地不實施。 在某些用途中’吾人可以有利地來使用要予以測量之 物體將放置其上之一平面表面，於測量時作為此基準物體 〇 在某些用途中’吾人可以有利地來提供此系統10以一 配準系統以協助定置此物體及基準物體至以攝影機為準之 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） ； . ---------^--------- <請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 18

經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 h = t4e) 544509 A7 ____— —_B7____ -五、發明說明（16) 一已知位置。其實，由於物體和基準物體之間之比較係為 每一像素實施，一配準系統可確使該相當點係被比較。 此一配準系統可採取甚多形態，包括平面表面上之指 示號’在電腦中所實行之一標準或一軟體程式。 .應予說明者，即此形像可以是首先獲取以及隨後在一 未來時間中作處理而不會背離本發明之精神。 Φ 一如當閱讀本說明文時將顯明者，依照本發明之具體 例之一種方法，可容許利用白光來測量一物體之凹凸起伏 〇 雖然本發明業已以一球形物體係被測量之範例來作替 明’但本發明亦可提供有其他構形之物體之檢查及測量。 當此系統10係用來研習一物趙之凹凸起伏之適時變价 時，相同物體亦可作用如基準物體。 另一可供選擇方式為此基準物體可以由一物體之電战 模組來取代，例如，由電腦協助之設計（CAD)所產生者， 那會業已依照系統1 〇之配置而業已實質地定置於電腦中〇 此基準物體亦可以是一類似物體之有瑕疵之在一可名 受參數以内者。因此，物體之及基準物體之相位之相減辦 展示檢查下物體之瑕疵。本發明之此一觀點對檢查一物患 之凹凸起伏之有重要變化者係特別有利。 其貫’由於相位值係受限於〇至2;τ之範圍内，最大请 度h〇可以由早期技藝之大部分系統所探測者係： (參看等式2) -------I I I I--· I I--；---—訂· I I I I — II — (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)

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五、發明說明（l7) (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁> 通常相位之未展開係藉使用一格栅之有一節距p大得 足夠以確保所有高度變化將在一單一相位順序（〇至2 π )中 者來完成。 對此一方法之缺點係它所暗示之精確性之丟失。例如 ’如.果要予測量之物體係依照影像探測裝置而傾斜時，精 確性之丟失可能很重要。 下列範例將說明依照本發明之一種方法如何可讓上述 缺點之防止，以及有關於在一電路板上之導程共面檢查。 第11圖係一影像，顯示一模組69之凹凸起伏，包含數 個鉛球70在一基體72上。第11圖之影像係藉實施第4圖之 步驟110至114而獲得，在此一範例中，此物體係模組69( 包括基體72和鉛球70)以及此基準物體係一基準平面表面（ 圖中未顯示）。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 在第11圖中可見者，以影像中灰色陰影中之變化，此 基體72係未平行於一平面表面。因此，此一影像在測量此 物體之高度上較如果此基體會置於平面時提供較少精確性 。實在地吾人應予說明者，即影像上基體7〇中之傾斜並非 由系統12所造成，而係反應基體7〇之實際構形，每一鉛球 70之高度上變化可能使基體外形上之總變化丟失。 雖然σ人可以忍為一電腦鼻法來實際地修正影像上之 基體，但此一算法可能添加在檢查進行時間。當此檢查係 即時地在一生產線上實施時，此將可見是一項缺點。 所&供之解決方法係來使用此基體之表面之近似法作 為一第二基準物體。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 20 544509 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明說明（is) 實在地是可能有利地在每一像素處來首先找出基體70 以平面表面為準之高度，其次鉛球70以基體70為準之高度 ，以及最後將此兩高度相加以提供物體之總高度，亦即， 此基體與錯球。 模組之相位係說明於第12圖内，並係通過第4圖之方 法之步驟100至108所獲得。 _ 有關於基體72之表面之資訊係隨後以分析相當於第12 圖之影像上基體72(鉛球70之間）之像素而獲得，在第π圖 中一互補表面之偽相位影像係經計算。 球70之高度係藉減去模組之相位（第12圖）和互補表面 之相位而為每一像素來計算。產生之影像可以在第13圖中 見到。 同樣地，基體70之高度係以減去互補表面之相位和基 準平面之相位而為每一像素計算（步驟U 2)。此產生之影 像可以在第14圖中見到。此一相位影像隨後係被打開（參 灸看第15圖）。 模組69之向度隨後係藉添加第13和第15圖之相位之高 度而獲得。 雖然本發明業已以其較佳具體例之方式而說明如上文 ，但它可以在不背離本發明之精神及本質時作修正，一如 在增列之申請專利範圍中所界定者。 本紙張尺度適用中關家標準（CNS)A4規格（210x 297公爱） -----— II--!裝 - ---U! — 訂.！ I! i -線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 21 544509 A7 五、發明說明（19 ) 元件標號對照 10…表面檢查系統 11…格柵投影組合 12…影像探測裝置 14…電腦 16…貯存裝置 18…輸出裝置 20…輸入裝置 22…照明組合 24…格栅 26…可移動支承 28…投射機 30…物體 34…白光源 36…非球面透鏡 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 40"· 雙箭頭 42… 虛線 43··· 距離 46··· 攝影機 48··· 焦闌透鏡 50… 伸長管 62··· 要予測量物體 64··· 球形 66… 板 68… 區域 69··· 模組 70··· 鉛球 72… 基體 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 22 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210x 297公釐）

Claims (1)

1. 544509 A8 B8 C8 D8 六、申請專利範圍 1 ·種方法’使用-攝影機裝設以像素之陣列者，用以 測量一物體之凹凸起伏，該方法包含： a) 投影一格栅於一基準物體上；此格柵係放置在 以攝影機及以基準物體為準之第一位置處； b) 以此攝影機拍攝由投影格柵所照明之基準物體 之影像；該基準物體之影像有為各像素之強度值； Ο重覆步驟a)和b)至少兩次，以此格栅係放置在兩 個以攝影機和以基準物體為準之不同已知位置，以產 生至少用於每一像素之三個強度值； d) 為此相當之像素使用至少三個基準物體強度值 以計算用於各像素之基準物體相位； e) 投影此格柵於物體上；此格柵係放置於該第一 位置處。 f) 以此攝影機拍攝由該投影格柵所照明之物體之 影像；該物艘之影像有為每一像素位置之強度值； g) 重覆步驟c)和f)至少兩次，以此格柵係放置在該 兩個不同位置以為每一像素產生至少三個強度值； h) 為此相當之像素利用此至少三個物體強度值來 計算為每一像素位置之物體相位；以及 1)為此相當之像素使用基準物體相位和物體相位 而為每一像素計算物體和基準物體之間高度之差異。 2·如申請專利範圍第1項之方法，另包含為每一像素使用 物體和基準物體之間高度之差異以確定物體之凹凸起 伏〇 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) # 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 a ϋ ϋ ϋ ϋ I ϋ ϋ I ·1 ·1 ei Mammw ϋ ϋ ϋ ϋ ·1 1-— ·1 ϋ 1 ϋ i-i H ϋ i__i ^ I 23 544509

   。六、申請專利範圍 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 3·如申δ月專利範圍第旧之方法，其中，在步驟❼和之 至少一個中，此相位△()>係藉解答下列等式之系統而對 各像素計算： In=A+B · c〇s(A(|)+A p n) 其中In代表至少三個強度值，A*B係已知係數， 以及△ φ n係由格柵之不同位置所造成之相位變化。 4·如申听專利範圍第3項之方法，其中該等式之系統係使 用一數字之方法作解答。 5·如申凊專利範圍第1項之方法，其中在步驟c)内，步驟 A)和B)係重覆兩次以上，以此格柵係放置在以攝影機 和以基準物體為準之兩個以上之不同之已知位置，以 產生該至少三個強度值及至少一個額外值供各像素用 ，以及在步驟d)中，一選擇係在此至少三個及一個額 外值之中間貫施，以產生三個最有利之強度值；該三 個最有利之強度值係用來為每一像素計算基準物鱧相 位。 6·如申請專利範圍第1項之方法，其中在步驟c)内，步驟 a)和b)重覆兩次以上，以此格柵係放置在以攝影機及 以基準物體為準之兩個以上之不同已知位置，以產生 三個以上之強度值，以及在步驟d)内，自該三個以上 最有利之強度值之三個最有利強度值係用來為每一像 素計算基準物體相位。 7·如申請專利範圍第1項之方法，其中在步驟g)内，步驟 e)和f)係經重覆兩次以上，以此格柵係放置在以攝影機 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210x 297公釐） — — — — — — — — — — — — — — — — — — — II ^ ·11111111 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 24 88899 ABCD 544509 六、申請專利範圍 及以物體為準之兩個以上之不同已知位置，以為每一 像素產生至少三個強度值和至少一個附加值，以及在 步驟h)中，一選擇係在此至少三個強度值和此至少一 個附加值之中間實施，以產生三個最有利之強度值， ^及該三個最有利之強度值係用來為每一像素計算物 體相位。 8·如申請專利範圍第1項之方法，其中在步驟g)内，步驟 a)和b)係重覆兩次以上，以此格柵係放置在以攝影機 及以物鱧為準之兩個以上之不同已知位置處，以產生 三個以上之強度值，以及在步驟d)内，以該三個以上 之強度值之三個最有利之值係用來為每一像素計算物 體相位。 9·如申請專利範圍第丨項之方法，其中在步驟勾中該格栅 之兩個已知位置係被選定，以便能提供至少兩個物體 之影像之有180度之其間相位上之差異者。 10·如申請專利範圍第9項之方法，其中物體之一二維影像 係以減去該物體之至少兩個影像有18〇度之其間相位上 之差異者，該二維影像用來實施物體之初步分析。 H·如申#專利犯圍第1項之方法，其中在步驟幻内，該格 栅之兩個已知位置係經選擇，以便能提供基準物體之 至少兩個影像之有在其間相位上180度之差異者。 12·如申請專利範圍第11項之方法，其中基準物體之一二 維影像係藉減去該基準物體之至少兩影像之有在其間 相位上180度之差異者；該二維影像係用來實施此基準 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 -· mm— amem ϋ ϋ 1 tern 一-0*" ϋ Mmmme am§ 1· I a_ai · I ϋ 0mmm ·ϋ ϋ ϋ I ϋ ϋ i_i ϋ I I ϋ ϋ n ϋ ϋ ϋ 1 ·ϋ I ι

   -25 - 544509 A8 B8 C8 D8 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 六、申請專利範圍 物體之一初步分析。 13. 如申請專利範圍p項之方法，其中該基準物體係一平 面表面。 14. 如中請專利範圍第1之方法，其中該基準物趙係該物 寧在-已過去之預定時間處，以及該基準物體相位係 圍繞該過去時間計算； • 藉以在步驟丨）當物體相位係經計算時提供過去時 間及近似時間之間在各像素處高處之變化。 15·如申请專利範圍第丨項之方法，其中該基準物體係一物 體之CAD，該格柵係實際地定置並投影入步驟幻内之 CAD中，以及該基準物體之影像係在步驟b)内模擬。 16· —種系統，用以測量一物體之凹凸起伏者，該系統包 含： 一格柵投影組合； 一影像探測裝置包括一攝影機經裝設以像素之陣 k 列者； 一電腦為下列功能所構形者： a) 自影像裝置接收至少三個投影之格栅在此物體 上之影像，以及至少三個投影之格栅在基準物體上之 影像：每一該投影之格栅在物體上之影像相當於格栅 之不同已知位置；每一該投影之格柵在基準物體上之 影像相當於格柵之已知位置之一； b) 利用至少三個為此相當像素之基準物體強度值 而為每一像素計算基準物體相位； 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（21G χ 297公爱） —— — — — — — — — — — — I· ·丨 I I I 丨 I I ^^ ·111111· ί請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 26 544509

   六、申請專利範圍 e)利用用於相當, 一你 像素之至少三個強度值而為每 一像素計算物體相位；以及 d)利用基準物體相位和為μ ^ m和马此相當像素之物體相位 而為每-像素計算物體和基準物體之間高度之差異。 17.如_料職圍第丨項之m途剌於導程共面檢 查〇 ---4---·-----------丨丨訂--------線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 27