专利名称：三维测定装置、滤色光栅条纹片及照明机构的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种采用相位移动法，测定测定对象的三维形状等的三维测定装置。
背景技术：
一般，在于印刷电路衬底上，安装电子器件的场合，首先，在设置于印刷电路衬底上的规定的电极图案上，印刷焊糊。接着，根据该焊糊的粘性，将电子器件临时地固定于印刷电路衬底上。然后，将上述印刷电路衬底送向回流炉，经过规定的回流步骤，进行焊剂设置。到目前，必须在送向回流炉的前阶段，检查焊糊的印刷状态，在上述检查时，采用三维测定装置。
近年，人们提出了各种采用光的，所谓的非接触式的三维测定装置，其中，人们提出有采用相位移动法的三维测定装置的技术(日本第211443/1999号公报，日本第2711042号专利等)。
在上述技术的三维测定装置中，采用CCD照相机。通过由光源和正弦波图案的滤色片的组合体构成的照射机构，对测定物体(在本场合，为印刷电路衬底)照射具有条纹状的光强度分布的光图案。另外，采用设置于正上方的CCD照相机，观测基板上的点。在此场合，画面上的点P的光的强度I由下述的公式表示。
I＝e+f·cosφ(其中，e表示直流光噪音(偏置成分)，f表示正弦波的对比度(反射率)，φ表示通过物体的凹凸提供的相位)此时，使光图案移动，按照4个等级(φ+0、φ+π/2、φ+π、φ+3π/2)使相位变化，获取具有与它们相对应的强度分布I0，I1，I2，I3的图像，根据下述公式，计算位置信息θ。
θ＝arctan{(I3-I1)/(I0-I2)}采用该位置信息θ，计算印刷电路衬底(焊糊)上的点P的三维坐标(X，Y，Z)，由此，测定焊糊的三维形状，特别是高度。
但是，在上述技术的三维测定装置中，必须按照4个等级使相位变化，获得具有与各等级相对应的强度分布的4个图像。即，每当使相位变化时，必须进行拍摄，其结果是，必须针对1个点，进行4次拍摄。由此，拍摄要求时间，进而，具有从测定开始，到结束的时间增加的危险。
本发明是针对上述情况而提出的，本发明的主要目的在于提供一种三维测定装置，该三维测定装置可在采用相位移动法，测定测定对象的三维形状时，缩短测定所需要的时间。
发明内容
本发明的三维测定装置的特征在于该三维测定装置包括均匀光照明器，其可对测定对象和其周围的非测定对象，基本均匀地照射光；照射机构，该照射机构可至少相对测定对象，同时照射具有条纹状的光强度分布，并且具有相互不同的波长成分，相对相位关系相互不同的至少2个光成分图案；拍摄机构，该拍摄机构可对来自照射了上述均匀光的测定对象和其周围的非测定对象的反射光进行拍摄，并且可针对每个光成分，将来自至少照射了上述光成分图案的测定对象的反射光分离，对其进行拍摄；区域抽取机构，该区域抽取机构根据借助上述拍摄机构拍摄的均匀光的图像数据，抽取上述测定对象所在的区域；运算机构，该运算机构可根据通过上述拍摄机构，针对每个光成分拍摄的至少2个图像数据，至少对通过上述区域抽取机构，进行了存在区域抽取处理的测定对象的规定高度进行运算。
按照本发明，通过均匀光照明器，对测定对象和其周围的非测定对象，照射基本均匀的光。另外，通过拍摄机构，对照射了上述基本均匀光的测定对象和其周围的非测定对象的反射光进行拍摄，由此，获得图像数据。根据该图像数据，通过区域抽取机构，抽取测定对象所在的区域。在此场合，可根据测定对象和非测定对象之间的反射程度的差异，确实指定测定对象的区域。另外，通过照射机构，至少对测定对象，同时照射至少2个光成分图案。在这里，各光成分图案具有条纹状的光强度分布，并且具有相互不同的波长成分，相对相位关系相互不同。另外，通过拍摄机构，针对每个光成分，将来自照射有光成分图案的测定对象的反射光分离，对其拍摄。此外，根据在上述不同的相对相位关系下，通过拍摄机构拍摄的至少2个图像数据，通过运算机构，至少对上述测定对象的规定高度进行运算。于是，与每当相对相位关系不同时，必须进行拍摄的已有技术不同，可针对每个光成分，每当在不同的相对相位关系下，集中地进行拍摄。由此，就1个点来说，使照射和拍摄所需要的时间显著缩短，由此，可使测定所需要的时间显著缩短。并且，在运算时，已抽取和指定测定对象的区域。于是，不必进行考虑非测定对象的补偿运算等。其结果是，可简化运算处理，防止补偿用的设备的尺寸的增加，变得复杂等情况。
另外，最好，上述均匀光照明器为可照射白色光的白色光照明器。
通过采用白色光照明器，如果进行对于测定对象和非测定对象来说是不同的着色，则反射光的差异不仅容易表现在亮度方面，而且还表现在色差方面。于是，在通过区域抽取机构，抽取测定对象所在的区域时，既可根据测定对象和非测定对象之间的反射光的亮度的差异，也可根据色差的差异，确实指定测定对象的区域。
此外，本发明的三维测定装置的特征在于该三维测定装置包括白色光照明器，该白色光照明器可对测定对象和其周围的非测定对象，照射白色光；照射机构，该照射机构可至少相对测定对象，同时照射具有条纹状的光强度分布，并且具有相互不同的波长成分，相对相位关系不同的至少3个光成分图案；拍摄机构，该拍摄机构可对来自照射了上述白色光的测定对象和其周围的非测定对象的反射光进行拍摄，并且可针对每个光成分，将至少来自照射了上述光成分图案的测定对象的反射光分离，对其进行拍摄；区域抽取机构，该区域抽取机构根据借助上述拍摄机构拍摄的白色光的图像数据，抽取上述测定对象所在的区域；运算机构，该运算机构根据通过上述拍摄机构，针对每个光成分拍摄的至少3个图像数据，通过相位移动法，至少对通过上述区域抽取机构，进行了存在区域抽取处理的测定对象的规定高度进行运算。
最好，上述区域抽取机构根据上述测定对象和非测定对象的亮度差，抽取上述测定对象所在的区域。
通过区域抽取机构，从图像数据中，根据测定对象与非测定对象的亮度的差，抽取测定对象所在区域。由此，与测定对象和非测定对象的表面的颜色无关，可通过仅仅对亮度进行比较的容易的处理，抽取区域。
此外，最好，上述白色光照明器的测定对象和非测定对象的照射方向，与上述拍摄机构的测定对象和上述非测定对象的拍摄方向的相应角度是不同的。
在上述场合，已照射的白色光的反射角度伴随已照射的表面状态等而不同。由此，可利用通过拍摄机构拍摄的反射光的亮度对于测定对象和非测定对象来说是不同的情况，更加确实地抽取测定对象所在的区域。
还有，最好，上述区域抽取机构从上述测定对象和非测定对象的色差，抽取上述测定对象所在的区域。
通过区域抽取机构，借助图像数据，根据测定对象和非测定对象的色差，抽取测定对象所在区域。由此，可通过仅仅对测定对象，非测定对象的表面的颜色进行比较的容易的处理，抽取区域。
此外，最好，上述照射机构可同时照射至少3个光成分图案；上述运算机构根据3个图像数据，进行运算；当上述相互不同的相对相位关系由α，0，β表示时，上述运算机构通过将根据上述3个图像数据获得的测定部的亮度，分别换算为同一振幅和同一偏置成分的V0，V1，V2和下述的公式(1)，求出位置信息θ，根据该位置信息θ，对上述规定高度进行运算，该公式为tanθ=(V0-V2)sinβ+(V1-V2)(sinα-sinβ)(V0-V2)(1-cosβ)-(V1-V2)(cosα-cosβ)...(1)]]>=(V1-V2)sinα+(-V1+V0)sinβ(V0-V2)+(-V1+V2)cosα+(V1-V0)cosβ]]>在此场合，可根据不怎么复杂的数学公式，求出位置信息θ，可根据该位置信息θ，对上述规定高度进行运算。由此，在根据3个图像数据，计算测定对象的规定高度时，没有运算复杂造成的延迟。
还有，最好，具有相互不同的波长成分的3个光成分图案分别为红色，绿色，蓝色的光成分图案。
在此场合，波长区域难于重叠，在拍摄机构中，可容易针对每个光成分，进行分离。此外，可较容易地形成照射机构。
此外，最好，上述照射机构包括滤色光栅条纹片机构，该滤色光栅条纹片机构可采用滤色光栅条纹片，同时照射相对相位关系不同的各光成分图案，该滤色光栅条纹片针对规定的波长成分，呈条纹状对来自光源的光进行遮挡，并且针对剩余的波长成分，允许透光。
通过滤色光栅条纹片，呈条纹状对规定的波长成分的光进行遮挡，而允许剩余的波长成分的光实现透射。由此，在比如，将多个滤色光栅条纹片组合的场合，允许仅仅各光成分呈条纹状实现透射。另外，呈条纹状实现透射的光成分形成接近正弦波的图案，在该光成分图案中，相对相位关系相互不同。于是，更加正确地对运算机构的测定对象的规定高度进行运算。
还有，最好，上述照射机构包括滤色光栅条纹片，上述滤色光栅条纹片由1块板构成，分别仅仅针对规定的波长成分，使来自光源的光实现透射的区域呈条纹状排列，可同时使相对相位关系不同的各光成分图案实现透光。
通过滤色光栅条纹片，呈条纹状使规定的波长成分的光透射。由此，呈条纹状实现透射的规定的波长成分形成相对相位关系相互不同的，接近正弦波的光成分图案。于是，更加正确地通过运算机构，对测定对象的规定高度进行运算。另外，由于滤色光栅条纹片由1块板构成，故可较容易地设计照明机构，可减小整体尺寸，减小成本。
再有，最好，上述照射机构可同时照射3个光成分图案，上述滤色光栅条纹片象这样构成，其中针对波长成分不同的第1，第2，第3波长成分，依次将仅仅使第1波长成分的光透射的第1区域，仅仅使第1和第2波长成分的光透射的第2区域，仅仅使第2和第3波长成分的光透射的第3区域，仅仅使第3波长成分的光透射的第4区域呈条纹状排列。
通过滤色光栅条纹片，使各波长成分的光实现透射的条纹状的区域交替反复。由此，可仅仅通过形成4种区域，确实形成针对各波长成分，相对相位关系相互不同的，接近正弦波的光成分图案。另外，如果能够形成相对相位关系相互不同的，接近正弦波的光成分图案，则也可形成4种以上的区域。
另外，最好，对上述第1区域，以红色区分，对上述第2区域，以黄色区分，对上述第3区域，以青色区分，对上述第4区域，以蓝色区分。
如果滤色光栅条纹片按照红色，黄色，青色，蓝色的顺序，呈条纹状排列，则作为具有相互不同的波长成分的3个光成分图案可使红色，绿色，蓝色的光实现透射。于是，波长区域难于重叠，在拍摄机构中，可较容易地针对各光成分，进行分离。另外，可较容易地形成照射机构。
此外，本发明的三维测定装置的特征在于该三维测定装置包括照射机构，该照射机构可相对测定对象和其周围的非测定对象，同时照射具有基本均匀的波长成分的光，以及至少具有条纹状的光强度分布，并且具有相互不同的多个规定的波长成分的光成分图案；拍摄机构，该拍摄机构可针对上述均匀波长成分，以及上述多个规定波长成分的各光成分，将来自从上述照射机构照射的测定对象的反射光分离，对其进行拍摄；区域抽取机构，该区域抽取机构根据与借助上述拍摄机构拍摄的均匀波长成分相对应的图像数据，抽取上述测定对象所存在的区域；运算机构，该运算机构根据与通过上述拍摄机构，进行分离拍摄的多个规定波长成分相对应的图像数据，至少对通过上述区域抽取机构，进行了存在区域抽取处理的测定对象的规定高度进行运算。
按照本发明，可对测定对象，通过照射机构，同时照射具有基本均匀的均匀波长成分的光，与光成分图案，该光成分图案至少具有条纹状的光强度分布，并且具有相对相位关系相互不同的，多个规定波长成分。由此，可仅仅通过1个照射机构，照射各光成分，可防止设置单独的照明器造成的装置的尺寸的增加。另外，通过拍摄机构，针对每个光成分，将均匀波长成分，以及多个规定波长成分分离，对其进行拍摄，仅仅通过1次的拍摄，同时获得各图像数据。另外，根据均匀波长成分的图像数据，通过区域抽取机构，抽取测定对象所在的区域。在此场合，可根据测定对象和非测定对象之间的反射程度的差异，确实指定测定对象的区域。根据与通过上述拍摄机构，分离拍摄的多个规定波长成分相对应的图像数据，通过运算机构，至少对上述测定对象的规定高度进行运算。于是，与每当相对相位关系不同时，必须进行拍摄的已有技术不同，可针对每个光成分，每当在不同的相对相位关系下，集中地进行拍摄。由此，就1个点来说，可通过1次的照射和拍摄，获得必要的图像数据。于是，可显著缩短1个点所需要的时间，由此，可使测定所需要的时间显著缩短。并且，在运算时，已抽取和指定测定对象的区域。于是，不必进行考虑了非测定对象的补偿运算等。其结果是，可简化运算处理，防止补偿用的设备的尺寸的增加，变得复杂等情况。
还有，最好，上述均匀波长成分的波长区域与上述多个规定波长成分的波长区域不同。
在此场合，均匀波长成分，与多个规定波长成分可针对各光成分实现分离，对其进行拍摄。
再有，最好，上述光成分图案具有基本呈正弦波状的光强度分布。
在此场合，可更进一步地提高测定精度。
最好，该三维测定装置设置有基准高度测定机构，该基准高度测定机构测定形成上述测定对象的高度的基准的基准面的高度。
由于通过基准高度测定机构，测定形成测定对象的高度的基准的基准面的高度，故不仅可测定测定对象相对3维测定装置的高度位置的关系，而且可测定测定对象的本身的高度(厚度)。
另外，最好，上述测定对象为印刷于印刷电路衬底上的焊糊，该装置设置有判断机构，该判断机构根据上述焊糊的区域，高度，判断印刷状态是否良好。
测定印刷于印刷电路衬底上的焊糊的区域和高度，根据该测定值，进行是否良好的判断。由此，在测定焊糊时，实现各种作用效果，另外，可以良好的精度进行是否良好的判断。
此外，最好，上述测定对象为设置于印刷电路衬底上的焊球，该装置设置有判断机构，该判断机构根据上述焊球的区域，高度，判断焊球的形状是否良好。
测定印刷于印刷电路衬底上的焊球的区域和高度，根据该测定值，进行是否良好的判断。由此，在测定焊球时，实现各种作用效果，另外，可以良好的精度进行是否良好的判断。
还有，最好，本发明的滤色光栅条纹片为用于三维测定装置的滤色光栅条纹片，其由1块板状体形成，对来自光源的光针对规定的波长成分，呈条纹状进行遮挡，并且针对剩余的波长成分，允许透射，可同时使相对相位关系相互不同的至少2个光成分图案实现透射。
按照本发明，通过该滤色光栅条纹片，呈条纹状使规定的波长成分的光透射。由此，呈条纹状实现透射的规定的波长成分形成相对相位关系相互不同的，接近正弦波的光成分图案。另外，由于可同时通过一块板，使2个光成分图案实现透射，故可较容易地设计三维测定装置，可减小整体尺寸，降低成本。另外，上述三维测定装置也可构成“上述任何一项所述的发明的三维测定装置”。
再有，最好，上述滤色光栅条纹片同时使3个光成分图案实现透射，针对波长成分相互不同的第1，第2，第3波长成分，依次将仅仅使第1和第2波长成分的光透射的第1区域，仅仅使第2和第3波长成分的光透射的第2区域呈条纹状排列。
象这样，通过依次排列第1、第2区域，能够使第1、第3波长成分作为相位不同的，基本呈正弦波状的光成分图案而实现透射。另外，第2波长成分在光栅条纹的整个区域，是均匀的，除了条纹状的光成分图案，还可同时进行均匀的光的照射。
另外，最好，针对上述第1区域，以黄色区分，针对上述第2区域，以青色区分。
如果滤色光栅条纹片按照黄色，青色的顺序呈条纹状排列，故作为具有相互不同的波长成分的2个光成分图案，可实现红色，蓝色的光的透射。于是，可实现波长区域难于重叠的光成分图案的透射。
此外，本发明的滤色光栅条纹片涉及用于三维测定装置的滤色光栅条纹片，其特征在于其由1块板状体形成，对来自光源的光针对规定的波长成分，呈条纹状进行遮挡，并且针对剩余的波长成分，允许透射，可同时使相对相位关系相互不同的至少3个光成分图案实现透射。
按照本发明，通过滤色光栅条纹片呈条纹状使规定的波长成分透射。由此，呈条纹状实现透射的规定的波长成分形成相对相位关系相互不同的，接近正弦波的光成分图案。另外，由于可同时通过一块板，使3个光成分图案实现透射，故可较容易地设计三维测定装置，可减小整体尺寸，降低成本。另外，上述三维测定装置也可构成“上述任何一项所述的发明的三维测定装置”。
还有，最好，上述滤色光栅条纹片同时使3个光成分图案实现透射，针对波长成分相互不同的第1，第2，第3波长成分，依次将使仅仅使第1波长成分的光透射的第1区域，仅仅使第1和第2波长成分的光透射的第2区域，仅仅使第2和第3波长成分的光透射的第3区域，仅仅使第3波长成分的光透射的第4区域呈条纹状排列。
象这样，通过依次排列第1～第4区域，第1，第2，第3波长成分可作为相位不同的，基本正弦波状的光成分图案而实现透射。
再有，最好，针对上述第1区域，以红色区分，针对上述第2区域，以黄色区分，针对上述第3区域，以青色区分，针对上述第4区域，以蓝色区分。
如果滤色光栅条纹片按照红色，黄色，青色，蓝色的顺序呈条纹状排列，则作为具有相互不同的波长成分的3个光成分图案，可实现红色，绿色，蓝色的光的透射。于是，可实现波长区域难于重叠的光成分图案的透射。
另外，最好，三维测定装置包括上述任何一项发明所述的滤色光栅条纹片。
此外，本发明的照明机构的特征在于该照明机构包括上述任一发明所述的滤色光栅条纹片。
由于设置有上述滤色光栅条纹片，可较容易地设计能够照射具有相互不同的波长成分的多个光成分图案的照明机构。
图1为以示意方式表示具有一个实施例的三维测定装置的印刷状态检测装置的简要立体图；图2为以示意方式表示具有一个实施例的更加具体的三维测定装置的组成的简要组成图；图3为表示相对相位关系不同的红，绿，蓝色的各滤色片的光强度分布的一个实例的曲线图；图4为以示意方式表示另一实施例的光栅条纹的俯视图；图5(a)为表示还一实施例的光栅条纹片的相应颜色的透射率与波长之间的关系的曲线图，图5(b)为表示还一实施例的照相机的灵敏度与波长之间的关系的曲线图；图6为表示投射有光栅条纹片的透射光的照射区域的每个波长的亮度的曲线图。
具体实施例方式
下面参照附图，对一个实施例进行描述。图1为以示意方式表示具有本实施例的三维测定装置的印刷状态检查装置1的简要组成图。象该图所示的那样，印刷状态检查装置1包括台2，该台2用于放置印刷有作为测定对象的焊糊H的印刷电路衬底K；照明器3，该照明器3构成用于从斜上方，对印刷电路衬底K的表面，照射规定的光成分图案的照射机构；CCD照相机4，该CCD照相机4构成用于对印刷电路衬底K上的已照射的部分进行拍摄的拍摄机构；白色光照明器L，该白色光照明器L用于对印刷电路衬底K的表面，照射白色光；激光指示器，该激光指示器在图中未示出，用于测定基准高度。另外，本实施例的焊糊H通过印刷方式形成于由设置于印刷电路衬底K上的铜箔形成的电极图案上。
在台2上设置有电动机5，6，通过该电动机5，6，放置于台2上的印刷电路衬底K可沿任意的方向(X轴方向和Y轴方向)滑动。
白色光照明器L设置于印刷电路衬底K的上方，CCD照相机4的下方。另外，由于该白色光照明器L呈其直径较大的环状，故不妨碍CCD照相机4对印刷电路衬底K的拍摄。此外，该白色光照明器L朝向该白色光照明器L的中间方向，斜下方照射白色光。即，可从印刷电路衬底K的周围的斜上方，照射白色光。
可从本实施例的照明器3，照射红，绿，蓝的相应相位不同的光成分图案。更具体地说，象图2所示的那样，照明器3包括光源11；汇聚来自光源11的光的聚光透镜12；照射透镜13；设置于上述两个透镜12，13之间的红，绿，蓝色的滤色光栅条纹片14，15，16。在红色滤色光栅条纹片14中，对应于部位，红色的程度呈正弦波状(条纹状)变化，仅仅对红色的成分的光呈条纹状遮挡(透射)，而可允许其它的波长区域的全部光透射。另外，在绿色滤色光栅条纹片15中，对应于部位，绿色的程度呈正弦波状(条纹状)变化，仅仅对绿色的成分的光呈条纹状遮挡(透射)，而可允许其它的波长区域的全部光透射。但是，该正弦波的相位相对红色滤色光栅条纹片14按照规定间距(在本实施例中，为“π/2”)发生偏移。此外，在蓝色滤色光栅条纹片16中，对应于部位，蓝色的程度呈正弦波状(条纹状)变化，仅仅对蓝色的成分的光呈条纹状遮挡(透射)，而可允许其它的波长区域的全部光透射。但是，该正弦波的相位相对红和绿色滤色光栅条纹片14，15按照规定间距(在本实施例中，为“π/2”)发生偏移。即，这些红，绿，蓝色的滤色光栅条纹片14，15，16，在其相位相互按照规定间距偏移的状态粘合(显然，即使在相互离开的情况下，仍没有关系)。
另外，从光源11发出的光可经过聚光透镜12，红，绿，蓝色的滤色光栅条纹片14，15，16，以及照射透镜13，作为如图4所示的光成分图案，照射到印刷电路衬底K上。
此外，上述CCD照相机4包括第1～第3二向色镜21，22，23和与它们相对应的第1～第3拍摄部24，25，26。即，第1二向色镜21反射规定的波长区域内(与红色光相对应)的光(使其以外的波长的光透射)，第1拍摄部24对该反射光进行拍摄。另外，第2二向色镜22反射规定的波长区域内(与绿色光相对应)的光(使其以外的波长的光透射)，第2拍摄部25对该反射光进行拍摄。此外，第3二向色镜(也可采用普通的反射镜)23反射规定的波长区域内(与蓝色光相对应)的光(使其以外的波长的光透射)，第3拍摄部26对该反射光进行拍摄。此外，CCD照相机4还可进行普通的彩色摄影。
在本实施例中，象图1，图2所示的那样，设置有控制器7，该控制器7用于驱动控制上述CCD照相机4，照明器3，电动机5，6，以及白色光照明器L，并且根据通过CCD照相机4拍摄的图像数据，进行各种运算。即，如果将印刷电路衬底K放置于台2上，则控制器7首先对电动机5，6进行驱动控制，使其移动到规定位置，使印刷电路衬底K移动到初始位置。该初始位置为以比如，CCD照相机4的视场的大小为1个单元，预先分隔印刷电路衬底K的表面中的1个位置。
另外，控制器7对白色光照明器L进行驱动控制，开始白色光的照射。于是，朝向白色光的CCD照相机的方向的反射光在作为平面的印刷电路衬底K，稍稍变暗。另一方面，通过在表面具有凹凸部的焊糊H处，通过漫反射，上述反射光亮度大大超过印刷电路衬底K。在进行上述照射的期间，控制器7对CCD照相机4进行驱动控制，对检查区域部分一起进行拍摄，获得彩色的图像数据(第1次拍摄)。
接着，对照明器3进行驱动控制，开始光成分图案的照射。此时，由于在光成分图案中，包括相位以规定的间距不同的多个波长区域，故不必象过去那样，要求每次按照规定间距使相位移动的处理。另外，在进行象这样，各光成分图案发生相移的一起照射的期间，控制器7对CCD照相机4进行驱动控制，针对它们中的每个波长区域(每个拍摄部24～26)，一起拍摄检查区域部分，分别获得3画面量的图像数据(第2次拍摄)。
进而，驱动控制激光指示器，测定作为检查区域内的基准高度的，通过后述的方法选择的部分的高度，以便求出焊糊H的高度。
还有，控制器7包括图像存储器，依次存储图像数据。根据已存储的图像数据，控制器7进行各种图像处理。在进行上述图像处理的期间，控制器7驱动控制电动机5，6，将台2朝向下一检查区域移动。控制器7即使对于在这里的图像数据，仍将其存储于图像存储器中。另一方面，在图像存储器的图像处理一旦结束的场合，由于在图像存储器中已存储下一图像数据，故控制器7可快速地进行下一图像处理。即，检查一方面，进行朝向下一检查区域(第m+1个)的移动和图像输入，另一方面，进行第m个的图像处理和比较判断。之后，反复交替地进行同样的上述并行处理，直至全部的检查区域中的检查完成。象这样，在本实施例的印刷状态检查装置1中，可在通过控制器7的控制，移动检查区域的同时，通过依次进行图像处理，高速地，并且确实地检查印刷电路衬底K上的焊糊H的印刷状态。
下面对控制器7所进行的图像处理和运算处理，以及比较判断处理进行描述。首先，根据在第1次拍摄中已获得的图像数据，抽取印刷有焊糊H的焊剂区域。即，控制器7通过规定的阈值，对图像数据中的，与亮度有关的数据进行二值化处理。第1次拍摄的图像数据象上述那样，在焊剂区域明亮，在其以外的区域，较暗。由此，通过将明亮的区域视为焊剂区域，可抽取焊剂区域，与作为未印刷有焊糊H的非测定对象的印刷电路衬底K面的非焊剂区域。
在于这里已抽取的非焊剂区域内，通过控制器7，选择测定基准高度的部分。由于该非焊剂区域为印刷电路衬底K面，呈平面状，故可容易通过激光指示器，进行测定。
接着，控制器7采用在第2次拍摄中已获得的3画面的图像数据，计算焊剂区域内的高度。就投影于焊糊H区域的光成分图案来说，产生基于高度的差异的相移。于是，在控制器7中，根据光成分图案的相位每次按照规定间距偏移的各波长区域的图像数据，基于相位移动法(条纹扫描法)的原理，计算反射面的高度。
即，各画面上的点P的亮度可分别通过表示正弦波的公式表示。象本实施例那样，红色，绿色，蓝色的相对相位关系分别由α，0，β(其中，α≠0，β≠0，α≠β)表示，使各公式的振幅和偏置成分一致的场合的各画面上的点P的亮度V0，V1，V2分别由下述的公式表示。
V0＝Asin(θ+α)+B...(2a)V1＝Asinθ+B ...(2b)V2＝Asin(θ+β)+B...(2c)
其中，θ表示用于导出高度的位置信息，A表示振幅，B表示偏置成分。
根据这些公式(2a)～(2c)，导出下述公式(2d)。
tanθ=(V0-V2)sinβ+(V1-V2)(sinα-sinβ)(V0-V2)(1-cosβ)-(V1-V2)(cosα-cosβ)...(2d)]]>=(V1-V2)sinα+(-V1+V0)sinβ(V0-V2)+(-V1+V2)cosα+(V1-V0)cosβ]]>在这里，在本实施例中，由于相位差每次为π/2，故α＝π/2，β＝-π/2。于是，根据公式(2d)，推导出下述的公式(2e)。
tanθ＝(2V1-V0-V2)/(V0-V2) ...(2e)通过上述公式(2e)，推导出下述的公式(2g)。
θ＝arctan{(2V1-V0-V2)/(V0-V2)} ...(2g)采用象这样运算的位置信息θ，根据下述的公式，求出焊剂区域内的点P的高度Z。
在这里，如果通过ε表示照明器3的垂直线，与从照明器3，朝向点P照射时的照射光线之间的夹角，则该角度ε由下述的公式(3)表示。
ε＝f(θ+2nπ) ...(3)另外，高度Z按照下述公式(4)导出。
Z＝Lp-Lpc/tanε+Xp/tanε...(4)(其中，Lp表示距照明器3的基准面的高度，Lpc表示CCD照相机4与照明器3之间的X轴方向的距离，Xp表示点P的X坐标。)象这样获得的点P的高度数据按照拍摄画面的象素P单位而运算，存储于控制器7的存储器中。另外，根据各部分的数据，对焊剂区域内的各部分的高度进行积分处理，由此，计算已印刷的焊糊H的量。另外，将象这样计算的焊糊H的位置，面积，高度，或量等的数据与预先存储的基准数据进行比较判断，根据该比较结果是否在允许范围内的情况，判断该检查区域的焊糊H的印刷状态是否良好。
如果象上面具体描述的那样，采用本实施例，则根据在不同的相位关系下，CCD照相机4的第1次拍摄的3个画面的图像数据，与第2次拍摄的3个图像数据，对焊糊H的高度进行运算。于是，与每当使相对位置关系不同时必须进行拍摄的已有技术不同，可针对每个光成分，每当在不同的相对相位关系下，集中地进行拍摄。由此，就1个点来说，可进行2次照射和2次的拍摄，使照射和拍摄所需要的时间显著缩短，其结果是，可使测定所需要的时间显著地缩短。另外，虽然具有照射规定的波长成分的光成分图案的场合，与因测定对象的色调等，反射率差异较大的场合，但是同样在该场合，进行第2次拍摄，由此，抵消反射率的影响。其结果是，可提高测定的精度。
此外，由于可根据每次3个的图像数据，计算焊糊H的高度，故与根据4次的拍摄数据而进行运算的已有技术相比较，总的数据数量减少，进而，可显著缩短运算时间。其结果是，可显著缩短测定所需要的时间。
特别是，在本实施例中，可根据并不那么复杂的数学公式，计算位置信息θ，可根据位置信息θ，对高度进行运算。由此，不产生因运算复杂而造成的延迟，确实实现上述的作用效果。
此外，在上述实例中，照明器3具有光栅条纹片机构，该机构可采用滤色光栅条纹片14～16，将相对相位关系不同的各光成分图案合成，对其进行照射。由此，也可不采用液晶，简化结构。
还有，白色光照明器L从斜上方对印刷有焊糊H的印刷电路衬底K进行照射时的反射光的亮度在焊剂区域与非焊剂区域是不同的。由此，与焊糊H，印刷电路衬底K的表面的颜色无关，通过仅仅对图像数据的亮度进行比较的容易的处理，可抽取焊剂区域和非焊剂区域。由此，在运算时，不必进行考虑了非焊剂区域的补偿运算等。其结果是，可简化运算，防止用于补偿的设备的尺寸的增加，复杂。
此外，采用第2次拍摄的图像数据对高度的计算仅仅在焊剂区域进行。在焊剂区域内，为单一颜色，并且，也几乎没有每个制品的色差。由此，可防止针对红色，兰色，黄色的3个反射光，无法获得适合的亮度，平衡破坏，无法计算高度的情况。
再有，并不限于上述的实施例的描述内容，比如，也可象下述那样实施。
(a)在上述实施例中，照明器7包括红色，绿色，蓝色的滤色光栅条纹片14，15，16，但是，也可象图4所示的那样，在玻璃等的一块透明板上，按照红色R，黄色Y，青色C，蓝色B，红色R，黄色Y，青色C，蓝色B...的顺序，印刷(或涂敷)一定宽度的条纹，由此，构成光栅条纹片30。各条纹的颜色的色调不按照正弦波状而变化，是均匀的。
具体来说，各条纹采用仅仅使特定的波长的光透射，对其它的波长的光进行遮挡的颜料。即，象图5(a)和图5(b)所示，红色R仅仅使红色部分的波长的光透射。黄色Y仅仅使黄色成分，即，红色和绿色成分的波长的光透过。青色C仅仅使青色成分，即，绿色和蓝色成分的波长的光透射。蓝色B仅仅使蓝色成分的波长的光透射。此时，最好，使相应的红色，绿色，蓝色成分的光透过的波长区域基本与CCD照相机4的红色，绿色，蓝色的相应的灵敏度较高的波长区域一致。
由于各条纹的颜色的排列为红色R，黄色Y，青色C，蓝色B的顺序，故针对红色，绿色，蓝色成分的每个波长，使光栅条纹片30实现透射的部分和实现挡光的部分按照规定间距反复设置。由此，如果将光栅条纹片30的透射光投影到照射区域，则照射区域的各波长的亮度象图6所示的那样，基本呈正弦波状。另外，红色，绿色，蓝色的相对相位关系分别为-π/2，0，π/2。于是，可通过采用光栅条纹片30，进行用于计算高度的光图案的照射。
用于光栅条纹片30的颜色的数量既可使用4种颜色以上，也可为8种颜色，10种颜色，还可为16种颜色。
另外，也可按照下述方式构成，该方式为对1个光栅条纹板，进行红色，绿色，蓝色的印刷(或涂敷)，在该印刷(或涂敷)时，各颜色的相位以规定间距错开。在上述的场合，各颜色的色调也不必为正弦波状，即使为矩形波状，也没有关系。
此外，还可按照以红色，绿色，蓝色的顺序，印刷一定宽度的条纹，由此，构成光栅条纹板。在此场合，照射区域的各波长的亮度基本呈正弦波状，红色，绿色，蓝色的相对相位关系分别为-2π/3，0，2π/3。
(b)在上述实施例中，通过从斜上方使白色光照明器L照射时的反射光的亮度，抽取焊剂区域和非焊剂区域，但是，也可通过用彩色对从上方照射白色光时的反射光进行拍摄，由此，根据焊糊H与印刷电路衬底K的色差，区分焊剂区域与非焊剂区域。
(c)基准面的高度测定不限于激光指示器的测定，也可采用单独的测定装置等。另外，基准面的高度测定也可这样进行，即，相对通过与由第1拍摄机构抽取的非测定物区域相对应的第2拍摄机构获得的3个光成分图案的图像区域，通过相位移动法，测定基准面高度。在此场合，当每种颜色的反射率不同成为问题时，可添加某种补偿机构来计算。比如，也可在与照明器3相同的轴上，设置半透明反射镜，添加照射单独的白色光而获得的新的3画面的图像数据，进行高度计算。另外，基准面的高度测定也可这样进行，即，采用通过与由第1拍摄机构抽取的非测定物区域相对应的第2拍摄机构获得的至少1个光成分图案的图像，根据三角测量的原理，将光成分图案的位置变化变换为高度数据，进行基准面测定。
(d)上述实施例的各光成分图案不必一定严格地分为红色，蓝色，绿色。也可根据需要，波长区域可不同，采用具有黄色(RG)，青色等的中间色的光成分图案。
(e)另外，也可使光成分图案不为3个成分，而为4个成分，通过第2次拍摄，获得4画面的图像数据，采用4画面的图像数据，计算高度。
(f)上述实施例是具体针对于测定以印刷方式形成于印刷电路衬底K上的焊糊H的高度等的场合实现的，但是，除此以外，也可针对测定以印刷方式形成于集成电路组件(比如，导线)上的焊糊的高度的场合实现。此外，还可针对测定其它的测定对象的高度等的场合来实现。作为其它的测定对象，列举有印刷于基板上的印刷物，叠层体等。
(g)此外，上述实施例也可作为焊球的检查装置，根据已抽取的焊剂区域的轮廓与高度，计算焊球的形状，体积，对其进行检查的场合而具体实现。在此场合，焊球的形状即使为球状，也可良好地进行检查。
(h)在制造上述实施例的滤色光栅条纹片14，15，16，(a)的光栅条纹片时，也可进行印刷或涂敷处理，还可呈条纹状贴付以双色滤色片为代表的无机滤色片，也可对感光膜，照射多个波长的光图案。
(i)在上述实施例中，作为区域抽取用的光，从白色光照明器L，照射白色光。相对该情况，不特别限于白色光，比如，也可为红色，蓝色，绿色，青色，黄色等的任何一种。
(j)在上述实施例中，印刷状态检查装置1包括白色光照明器L和照明器3，但是，也可省略白色光照明器L，并且设置可照射红色，绿色，蓝色的相应相位不同的光成分图案和紫外线的照明装置，以代替照明器3。即，该照明器包括光源，聚光透镜，照射透镜，以及滤色光栅条纹片。光源除了可发出红色，绿色，蓝色的波长(白色光)的光以外，还可同时发射紫外线。另外，滤色光栅条纹片呈条纹状遮挡(透射)红色，绿色，蓝色的相应的波长的光，并且可允许紫外线的全部的透射。另外，在此场合，采用同时对红色，绿色，蓝色的波长区域，以及紫外线同时进行拍摄，获得针对每个波长而分离的图像数据的CCD照相机，以代替CCD照相机4。
通过采用这样的方案，可仅仅进行1次的拍摄，便可获得4个图像数据。另外，该4个图像数据中的，紫外线的图像数据可用于测定对象的区域抽取，红色，绿色，蓝色的相应的波长区域的3个图像数据可用于高度计算。
其结果是，由于不必设置白色光照明器L，故可提供小型的，低成本的印刷状态检查装置。另外，由于拍摄也可为1次，故可提高处理速度。
此外，不必一定限于紫外线，也可为白色光以外的波长区域，比如，也可为红外线。
权利要求
1.一种三维测定装置，其特征在于该三维测定装置包括均匀光照明器，其可对测定对象和其周围的非测定对象，基本均匀地照射光；照射机构，该照射机构可至少相对测定对象，同时照射具有条纹状的光强度分布，并且具有相互不同的波长成分，相对相位关系相互不同的至少2个光成分图案；拍摄机构，该拍摄机构可对来自照射了上述均匀光的测定对象和其周围的非测定对象的反射光进行拍摄，并且可针对每个光成分，将来自至少照射了上述光成分图案的测定对象的反射光分离，对其进行拍摄；区域抽取机构，该区域抽取机构根据借助上述拍摄机构拍摄的均匀光的图像数据，抽取上述测定对象所在的区域；运算机构，该运算机构可根据通过上述拍摄机构，针对每个光成分拍摄的至少2个图像数据，至少对通过上述区域抽取机构，进行了存在区域抽取处理的测定对象的规定高度进行运算。
2.根据权利要求1所述的三维测定装置，其特征在于上述均匀光照明器为可照射白色光的白色光照明器。
3.一种三维测定装置，其特征在于该三维测定装置包括白色光照明器，该白色光照明器可对测定对象和其周围的非测定对象，照射白色光；照射机构，该照射机构可至少相对测定对象，同时照射具有条纹状的光强度分布，并且具有相互不同的波长成分，相对相位关系不同的至少3个光成分图案；拍摄机构，该拍摄机构可对来自照射了上述白色光的测定对象和其周围的非测定对象的反射光进行拍摄，并且可针对每个光成分，将至少来自照射了上述光成分图案的测定对象的反射光分离，对其进行拍摄；区域抽取机构，该区域抽取机构根据借助上述拍摄机构拍摄的白色光的图像数据，抽取上述测定对象所在的区域；运算机构，该运算机构根据通过上述拍摄机构，针对每个光成分拍摄的至少3个图像数据，通过相位移动法，至少对通过上述区域抽取机构，进行了存在区域抽取处理的测定对象的规定高度进行运算。
4.根据权利要求1～3中的任何一项所述的三维测定装置，其特征在于上述区域抽取机构根据上述测定对象和非测定对象的亮度差，抽取上述测定对象所在的区域。
5.根据权利要求4所述的三维测定装置，其特征在于上述白色光照明器的上述测定对象和非测定对象的照射方向，与上述拍摄机构的上述测定对象和上述非测定对象的拍摄方向的相应角度是不同的。
6.根据权利要求1～3中的任何一项所述的三维测定装置，其特征在于上述区域抽取机构根据上述测定对象和非测定对象的色差，抽取上述测定对象所在的区域。
7.根据权利要求1～6中的任何一项所述的三维测定装置，其特征在于上述照射机构可同时照射至少3个光成分图案；上述运算机构根据3个图像数据，进行运算；当上述相互不同的相对相位关系由α，0，β表示时，上述运算机构通过将根据上述3个图像数据获得的测定部的亮度，分别换算为同一振幅和同一偏置成分的V0，V1，V2和下述的公式(1)，求出位置信息θ，根据该位置信息θ，对上述规定高度进行运算，该公式为tanθ=(V0-V2)sinβ+(V1-V2)(sinα-sinβ)(V0-V2)(1-cosβ)-(V1-V2)(cosα-cosβ)]]>=(V1-V2)sinα+(-V1+V0)sinβ(V0-V2)+(-V1+V2)cosα+(V1-V0)cosβ---(1)]]>
8.根据权利要求7所述的三维测定装置，其特征在于具有相互不同的波长成分的3个光成分图案分别为红色，绿色，蓝色的光成分图案。
9.根据权利要求1～8中的任何一项所述的三维测定装置，其特征在于上述照射机构包括滤色光栅条纹片机构，该滤色光栅条纹片机构可采用滤色光栅条纹片，同时照射相对相位关系不同的各光成分图案，该滤色光栅条纹片针对规定的波长成分，呈条纹状对来自光源的光进行遮挡，并且针对剩余的波长成分，允许透光。
10.根据权利要求1～9中的任何一项所述的三维测定装置，其特征在于上述照射机构包括滤色光栅条纹片，上述滤色光栅条纹片由1块板构成，分别仅仅针对规定的波长成分，使来自光源的光实现透射的区域呈条纹状排列，可同时使相对相位关系不同的各光成分图案实现透光。
11.根据权利要求10所述的三维测定装置，其特征在于上述照射机构可同时照射3个光成分图案；上述滤色光栅条纹片象这样构成，其中针对波长成分不同的第1，第2，第3波长成分，依次将仅仅使第1波长成分的光透射的第1区域，仅仅使第1和第2波长成分的光透射的第2区域，仅仅使第2和第3波长成分的光透射的第3区域，仅仅使第3波长成分的光透射的第4区域呈条纹状排列。
12.根据权利要求11所述的三维测定装置，其特征在于对上述第1区域，以红色区分，对上述第2区域，以黄色区分，对上述第3区域，以青色区分，对上述第4区域，以蓝色区分。
13.一种三维测定装置，其特征在于该三维测定装置包括照射机构，该照射机构可相对测定对象和其周围的非测定对象，同时照射具有基本均匀的波长成分的光，以及至少具有条纹状的光强度分布，并且具有相互不同的多个规定的波长成分的光成分图案；拍摄机构，该拍摄机构可针对上述均匀波长成分，以及上述多个规定波长成分的各光成分，将来自从上述照射机构照射的测定对象的反射光分离，对其进行拍摄；区域抽取机构，该区域抽取机构根据与借助上述拍摄机构拍摄的均匀波长成分相对应的图像数据，抽取上述测定对象所存在的区域；运算机构，该运算机构可根据与通过上述拍摄机构，进行分离拍摄的多个规定波长成分相对应的图像数据，至少对通过上述区域抽取机构，进行了存在区域抽取处理的测定对象的规定高度进行运算。
14.根据权利要求13所述的三维测定装置，其特征在于上述均匀波长成分的波长区域与上述多个规定波长成分的波长区域不同。
15.根据权利要求1～14中的任何一项所述的三维测定装置，其特征在于上述光成分图案具有基本呈正弦波状的光强度分布。
16.根据权利要求1～15中的任何一项所述的三维测定装置，其特征在于其设置有基准高度测定机构，该基准高度测定机构测定形成上述测定对象的高度的基准的基准面的高度。
17.根据权利要求1～16中的任何一项所述的三维测定装置，其特征在于上述测定对象为印刷于印刷电路衬底上的焊糊，该装置设置有判断机构，该判断机构根据上述焊糊的区域，高度，判断印刷状态是否良好。
18.根据权利要求1～16中的任何一项所述的三维测定装置，其特征在于上述测定对象为设置于印刷电路衬底上的焊球，该装置设置有判断机构，该判断机构根据上述焊球的区域，高度，判断焊球的形状是否良好。
19.一种滤色光栅条纹片，该滤色光栅条纹片用于三维测定装置，其特征在于其由1块板状体形成，对来自光源的光针对规定的波长成分，呈条纹状进行遮挡，并且针对剩余的波长成分，允许透射，可同时使相对相位关系相互不同的至少2个光成分图案实现透射。
20.根据权利要求19所述的滤色光栅条纹片，其特征在于上述滤色光栅条纹片同时使3个光成分图案实现透射，针对波长成分相互不同的第1，第2，第3波长成分，依次将仅仅使第1和第2波长成分的光透射的第1区域，仅仅使第2和第3波长成分的光透射的第2区域呈条纹状排列。
21.根据权利要求20所述的滤色光栅条纹片，其特征在于针对上述第1区域，以黄色区分，针对上述第2区域，以青色区分。
22.一种滤色光栅条纹片，该滤色光栅条纹片用于三维测定装置，其特征在于其由1块板状体形成，对来自光源的光针对规定的波长成分，呈条纹状进行遮挡，并且针对剩余的波长成分，允许透射，可同时使相对相位关系相互不同的至少3个光成分图案实现透射。
23.根据权利要求22所述的滤色光栅条纹片，其特征在于上述滤色光栅条纹片同时使3个光成分图案实现透射，针对波长成分相互不同的第1，第2，第3波长成分，依次将仅仅使第1波长成分的光透射的第1区域，仅仅使第1和第2波长成分的光透射的第2区域，仅仅使第2和第3波长成分的光透射的第3区域，仅仅使第3波长成分的光透射的第4区域呈条纹状排列。
24.根据权利要求23所述的滤色光栅条纹片，其特征在于针对上述第1区域，以红色区分，针对上述第2区域，以黄色区分，针对上述第3区域，以青色区分，针对上述第4区域，以蓝色区分。
25.一种三维测定装置，其特征在于该三维测定装置包括权利要求19～24中的任何一项所述的滤色光栅条纹片。
26.一种照明机构，其特征在于该照明机构包括权利要求19～24中的任何一项所述的滤色光栅条纹片。
全文摘要
一种采用相位移动法测定测定对象的三维形状时，可缩短测定时间的三维测定装置。印刷状态检查装置(1)包括台，该台用于放置印刷有焊糊(H)的印刷电路衬底(K)；照明器(3)，该照明器(3)构成用于对印刷电路衬底(K)的表面，照射相位不同的正弦波状的3个光成分图案的照射机构；CCD照相机(4)，该CCD照相机(4)构成用于对印刷电路衬底(K)上已照射的部分进行拍摄的拍摄机构；白色光照明器(L)，该白色光照明器(L)用于对印刷电路衬底(K)的表面，照射白色光；激光指示器，该激光指示器用于测定基准高度。控制器(7)根据通过白色光照明器(L)的照射而获得的图像数据，指定焊糊(H)所在的区域，根据通过照明器(3)的照射而获得的数据，采用相位移动法，对焊糊(H)的高度进行运算。
文档编号G01B11/245GK1564929SQ0380115
公开日2005年1月12日 申请日期2003年1月20日 优先权日2002年2月1日
发明者间宫高弘 申请人:Ckd株式会社