[发明专利]三维测量装置

说明书

技术领域

本发明涉及三维测量装置。

背景技术

一般来说，当在印刷基板上安装电子部件时，首先在被布置在印刷基板上的预定的电极图案上印刷焊料膏。接着，基于该焊料膏的粘性将电子部件暂时固定在印刷基板上。之后，所述印刷基板被放入回流炉，经过预定的回流工序进行焊接。迄今，在放入回流炉之前的阶段需要检查焊料膏的印刷状态，进行该检查时有时使用三维测量装置。

近年来，提出了各种使用光的所谓非接触式的三维测量装置，例如提出了与使用移相法的三维测量装置有关的技术。

在上述利用移相法的三维测量装置中，通过照射单元向被测量物(在此情况下为印刷基板)照射光图案，照射单元由发射预定的光的光源和将从该光源射出的光转换成具有正弦波状(条纹状)的光强分布的光图案的光栅的组合构成。之后，使用紧接在基板上的点的上方配置的摄像单元观测所述基板上的点。摄像单元可使用包括透镜以及摄像器件等的CCD相机等。

另外，用于形成光图案的上述光栅可以举出例如由液晶元件构成的液晶光栅等。

通常，液晶光栅在一对透明基板之间形成有液晶层，并且包括在其中一个透明基板上配置的公共电极、以及并排设置在另一个透明基板上并与公共电极相对的多个带状电极，该液晶光栅通过驱动电路对分别与各个带状电极连接的开关元件(薄膜晶体管等)进行开关控制，并通过控制施加至各个带状电极的电压来形成由光透过率高的“明部”和光透过率低的“暗部”构成的条纹状的光栅图案(参照图12的(a))。并且，经由该液晶光栅照射到被测量物上的光通过由于衍射作用导致的模糊等而变成具有正弦波状的光强分布的光图案(参照图12的(b))。

在上述结构下，通过摄像装置拍摄的图像上的各个像素的光的强度(亮度)I可由下式(1)给出。

其中，e：直流光噪声(偏移分量)，f：正弦波的对比度(contrast)(反射率)，该像素中的正弦波的相位角。

这里，通过对上述光栅进行切换控制，将光图案的相位改变为例如四个阶段获取具有与之对应的强度分布I0、I1、I2、I3的图像，并基于下式(2)求得相位角

然后，使用该相位角基于三角测量的原理来计算印刷基板(焊料膏)上的预定坐标位置(X，Y)的高度(Z)。由此测出测量对象的立体形状。

与预定坐标位置(X，Y)相关的相位角根据其高度而变化，例如在该坐标位置(X，Y)处的高度(Z)为“O”的情况下，照射到该坐标位置(X，Y)的图案光的相位角是“0°”，而在具有预定高度的情况下相位角变为“10°”等等。

这里，简单说明使用三角测量的原理的高度运算方法。例如图13、14所示，在以使光图案的条纹与X轴方向垂直且与Y轴方向平行的方式照射的情况下，若将照明装置90的竖直线与从照明装置90向焊料膏H上的测量对象点h照射时的照射光线所成的角设为ε，则该角ε可通过基于基准平面上的点j的X坐标(Xj)的下式(3)来表示。

ε＝f(Xj)…(3)

并且，高度Z通过下式(4)导出。

Z＝Lh-Lpc/tanε+Xh/tanε…(4)

其中，Lh：照明装置90相对于基准面的高度，Lpc：相机91和照明装置90在X轴方向上的距离，Xh：测量对象点h的X坐标。

但是，在上述液晶光栅中，由于与各个带状电极连接的各个晶体管的特性(偏移和增益等)存在偏差，施加至上述各个带状电极的电压也发生偏差，因此即使是相同的“明部”和“暗部”，与各个带状电极对应的各行的光透过率(亮度水平)也发生偏差(参照图15的(a))。其结果是，照射到被测量物上的光图案也不具有正弦波状的理想的光强分布(参照图15的(b))，三维测量结果可能产生误差。此外，在图15中例示了由6行(6条带状电极)构成光图案的一个周期的情况。

因此，以往，事先掌握光图案的偏差(相位分布)并进行所谓的校准(calibration)等(例如，参照专利文献1)。

作为校准的步骤，首先向预先准备的基准面照射光图案并通过摄像单元进行拍摄。接着，获取拍摄的图像上的各个坐标(像素)的亮度值，并且基于该亮度值算出各个坐标处的光图案的相位角，并存储该相位角。在进行移相法的三维测量的情况下，校准时也与实测时同样地使光图案的相位例如以四个阶段改变，获取具有与之对应的强度分布的图像，并求出各个坐标处的相位角