部品高さ測定方法およびその装置
【課題】
周辺を壁で囲まれた凹型形状の被測定部品においても、内側形状を正確に計測することで、被測定部品の高さ及び体積を求めることができるようにする。
【解決手段】
載置面上に被測定部品を載置して被測定部品の高さ方向に移動可能なテーブルの載置面に垂直な方向から載置面上に載置された被測定部品に対物レンズを介して光パターンを投影し、テーブルを被測定部品の高さ方向に順次スッテプ移動させて各ステップ移動ごとに光パターンが投影された被測定部品を対物レンズを介して撮像して光パターンの画像を取得し、テーブルの各ステップ移動ごとに撮像して取得した光パターンの複数の画像を処理して被測定部品の各部の高さ情報を得て被測定部品の高さ画像または高さ情報を含む画像を生成して部品高さを測定するようにした。
周辺を壁で囲まれた凹型形状の被測定部品においても、内側形状を正確に計測することで、被測定部品の高さ及び体積を求めることができるようにする。
【解決手段】
載置面上に被測定部品を載置して被測定部品の高さ方向に移動可能なテーブルの載置面に垂直な方向から載置面上に載置された被測定部品に対物レンズを介して光パターンを投影し、テーブルを被測定部品の高さ方向に順次スッテプ移動させて各ステップ移動ごとに光パターンが投影された被測定部品を対物レンズを介して撮像して光パターンの画像を取得し、テーブルの各ステップ移動ごとに撮像して取得した光パターンの複数の画像を処理して被測定部品の各部の高さ情報を得て被測定部品の高さ画像または高さ情報を含む画像を生成して部品高さを測定するようにした。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、対象物の立体形状を検出する方法およびその装置に関し、特に焦点位置の異なる複数の画像から、任意の対象物の高さ形状が検出できるようにし、高さ情報から電子部品搭載機のスケジューリングに必要な情報を作成し、その情報を電子部品搭載機に提供可能な部品高さ測定方法およびその装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から検出した画像から対象物の高さ形状を検出する方法は、数多く報告されている。特に電子部品搭載機における部品の高さ測定に関して、特許文献１に記載されている方式がある。本方式は、基板への実装前に吸着ノズルなどで保持された電子部品を斜め下方からライン光を照射し、部品からの正反射光を上方から検出するものである。部品全体の高さを測定する場合は、部品を横方向にスキャンしながら正反射光を取得することで可能となる。本発明によれば、斜めから部品にライン光を照明するため、部品の高さに沿ってライン光が投影されるため、上方からライン光を観察すると、高さに応じて投影位置がずれることから、そのずれ量を測定することで部品の高さに換算できるものである。
【０００３】
また、特許文献２によれば、部品高さを算出し、その高さ情報から上面に凹凸があっても部品搭載機のピックアップ手段を正しく選択できるものである。
【０００４】
また、特許文献3には、部品を高さ方向に徐々にずらして複数枚の画像を取得し、この取得した複数枚の画像からパターンのコントラストを計測して部品の立体形状情報を求めることが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００９−９４２９５号公報
【特許文献２】特開２００９−３０２２６５号公報
【特許文献３】特開平３−６３５０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１に記載されている高さ測定方法では、部品に斜め方法からライン光を投影し、部品の高さによって変化する反射光を検出する方式のため、検出器の検出範囲で限界が生じる。また、部品に対して斜めから照明し、反射光を検出するため、凹型の部品の場合、部品内側に照明が投影出来ない、反射光が検出できないといった未検出部が発生するため、部品全体の形状が計測できないといった問題が生じる。
【０００７】
また、特許文献２においては、部品の高さを算出する手法によれば、部品の高さまで台座の位置を移動させながらカメラのピント位置を求めて、部品の3D画像を作成しているが、この方法であるとカメラの焦点深度内にあるものは全て同じ高さとして検出されるため、微小な凹凸の検出は不可能である。さらに、その手法を詳細に説明していない。
【０００８】
本発明は上述の問題点を鑑みてなしたもので、部品の高さを計測する場合、周辺を壁で囲まれた凹型部品においても、部品の内側形状を正確に計測できる部品高さ測定方法およびその装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記した目的を達成するために、本発明では、部品高さを測定する方法を、載置面上に被測定部品を載置して被測定部品の高さ方向に移動可能なテーブルの載置面に垂直な方向から載置面上に載置された被測定部品に対物レンズを介して光パターンを投影し、テーブルを被測定部品の高さ方向に順次スッテプ移動させて各ステップ移動ごとに光パターンが投影された被測定部品を対物レンズを介して撮像して光パターンの画像を取得し、テーブルの各ステップ移動ごとに撮像して取得した光パターンの複数の画像を処理して被測定部品の各部の高さ情報を得て被測定部品の高さ画像または高さ情報を含む画像を生成するようにした。
【００１０】
また、上記した目的を達成するために、本発明では、部品高さを測定する装置を、載置面上に被測定部品を載置して被測定部品の高さ方向に移動可能なテーブル手段と、テーブル手段の載置面に垂直な方向から載置面上に載置された被測定部品に対物レンズを介して光パターンを投影する光パターン投影手段と、光パターン投影手段により被測定部品に投影された光パターンの像を対物レンズを介して撮像する撮像手段と、テーブル手段を被測定部品の高さ方向に順次スッテプ移動させて各ステップ移動ごとに撮像手段で撮像して得た光パターンの像を処理して被測定部品の各部の高さ情報を得て被測定部品の高さ画像または高さ情報を含む画像を生成する画像処理手段とを備えて構成した。
【発明の効果】
【００１１】
上記した本発明の部品高さ測定方法およびその装置によれば、部品外形のみならず内側の形状も計測することができる。さらに、高さ検出結果から体積を算出できることから部品の概略重量を算出できるという優れた効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】図１は、本発明の一実施例における部品高さ測定装置と電子部品搭載機とを含むシステム構成を示すブロック図である。
【図２】図２は、本発明の一実施例における部品高さ検出ユニットの構成を示すブロック図である。
【図３Ａ】図３Ａは、本発明の一実施例におけるマスクパターンを示す平面図である。
【図３Ｂ】図３Ｂは、本発明の一実施例におけるマスクパターンがと撮像素子上に投影された状態を示す撮像素子の平面図である。
【図３Ｃ】図３Ｃは、本発明の一実施例におけるマスクパターンを撮像した撮像素子の検出波形を示すグラフである。
【図４】図４は、本発明の一実施例における検出光学系の図で、左側は計測開始におけるZステージの位置を示した検出光学系の正面図、右側は計測終了におけるZステージの位置を示した検出光学系の正面図である。
【図５】図５は、本発明の一実施例における高さ演算における処理の流れを示したフローチャートである。
【図６】図６は、本発明の一実施例におけるZ位置におけるコントラストの変化量と焦点位置を算出する方法を示したグラフである。
【図７Ａ】図７Ａは、本発明の一実施例における検出視野全体に平面な部品の高さを計測したときの高さ画像である。
【図７Ｂ】図７Ｂは、本発明の一実施例における検出視野全体に平面な部品と小型部品の高さを計測したときの高さ画像である。
【図７Ｃ】図７Ｃは、図７Ａと図７Ｂの断面波形を示したグラフである。
【図８】図８は、本発明の一実施例における入力・設定画面の正面図である。
【図９】図９は、本発明の一実施例における処理の結果を表示する画面の正面図である。
【図１０】図１０は、本発明の一実施例における部品高さ測定処理の流れを示したフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の実施例を図面に従って説明する。
【実施例１】
【００１４】
図１から図10は本発明の部品の高さ測定方法およびその装置を実施する形態の第一例である。
【００１５】
本実施例における部品高さ測定装置100の構成を図１に示す。部品高さ測定装置100は、部品高さ検出ユニット500と、コンピュータ501、入出力ユニット502を備えて構成され、部品高さ測定装置100で取得したデータ504は、電子部品搭載機503に送信される。
【００１６】
部品高さ検出装置500は、検出光学系1と、被測定部品6を搭載可能で高さ方向に移動可能なＺステージ8と、試料台7とで構成される。コンピュータ501は、部品高さ検出装置500の制御と取得した画像を演算するプログラムが図示しない方法で搭載されている。入出力ユニット502は、コンピュータ501を制御する画面および検出結果などの表示を行うものである。コンピュータ501で部品の高さなどの結果はデータ504として電子部品搭載機503に伝送可能である。
【００１７】
次に、部品高さ検出ユニット500と、コンピュータ501、入出力ユニット502の詳細を図２以降で説明する。
【００１８】
部品高さ検出ユニット500の検出光学系１の構成を説明する。検出光学系１は、照明光源9、レンズ10、マスクパターン11、レンズ12、ハーフミラー13、対物レンズ14、接眼レンズ１５、カメラ１６を備えている。被測定部品6は、試料台7に搭載されており、試料台7は、Zステージ8により光軸方向（Z方向）に移動可能である。Zステージ8は外部からの制御により、上下方向（Ｚ方向）に制御可能である。
【００１９】
このような構成において、照明光源9から出射した光は、レンズ10を透過した後マスクパターン11を照明する。マスクパターン11には光を透過させる部分と光を遮光する部分とで構成されたパターンが形成されており、マスクパターン11を透過した光によるマスクパターン11の像は、レンズ12を透過してハーフミラー13に入射してハーフミラー13により入射した光量の半分が対物レンズ14の側に反射されて、対物レンズ14により、被測定部品6上に投影される。
【００２０】
照明光源9は、例えばＬＥＤのような光量が調整可能なものを使用する。マスクパターン11を透過した光が照射された被測定部品6からの反射光は再度、対物レンズ14を透過してハーフミラー13に入射し、入射した光量の半分がハーフミラー13を透過し、接眼レンズ15により、カメラ16の撮像素子16a上に結像する。カメラ16は、複数の検出素子（画素）を2次元状に配列したエリアタイプの撮像素子を用いる。なお、対物レンズ14の焦点位置とマスクパターン11、撮像素子16aは共役位置に配置する。
【００２１】
図３Ａ乃至図３Ｃにマスクパターン11と撮像素子16aの関係を示す。図３Ａはマスクパターン11の配置図、図３Ｂは撮像素子16aの配置図、図３Ｃは撮像素子16aで検出したときの波形である。
【００２２】
図３Ａにおいて、マスクパターン11は、遮光部28と透過部29をチェッカパターン又は市松模様状に配置したものである。図３Ｂは、撮像素子16aの画素30上にマスクパターン11の像が投影された状態を示しており、撮像素子16a上に投影されたマスクパターン11の遮光部28と透過部29の各パターンの像が、それぞれカメラ16の撮像素子16aの複数の画素30で１パターンになるようなサイズに倍率が調整されている。
【００２３】
図３Ｃは、図３Ｂで示した撮像素子16aの1ライン（例えば図３ＢのＬ−Ｌ上の素子群）の出力波形を示す。横軸は画素、縦軸は光量を示す。被測定部品6の焦点位置によって、出力波形は変化する。例えば、焦点位置から大きく外れると、波形33のような振幅の小さい波形となり、焦点距離が合焦点に近づくと徐々に振幅が大きくなり波形32となる。さらに合焦点では波形31となり振幅が最大となる。合焦点位置から外れると再度、波形32から波形31と変化していく。なお、マスクパターン11の配置は、図示したようなチェッカパターン状ではなく、千鳥格子などでもよく特に規定するものではない。さらに、遮光部28と透過部29のサイズも特に規定はなく、光学系の解像度、検出器16の画素サイズにおいて効率の良いサイズにすれば問題ない。
【００２４】
コンピュータ501は、制御部2と演算部３とを備えている。まず、制御部2の説明をする。図２に示すように、制御部２は光量調整手段17と、カメラ制御手段18、Ｚステージ制御手段19を備えている。光量調整手段17は、検出光学系1の照明光源9の光量を制御するものである。カメラ制御手段18は、検出光学系1のカメラ16の撮像時間、感度などの制御をするものである。Zステージ制御手段19は、検出光学系1のZステージ8の上下移動範囲、移動ステップ数、ステップ距離などを制御するものである。
【００２５】
次に、演算部３の説明をする。演算部3は、図2に示すように、画像メモリ手段20、高さ演算手段21、ノイズフィルタ設定手段22、像面補正手段23、重量算出手段24を備えて、画像処理と処理した画像の情報を用いて演算処理を行う。画像メモリ部20は、カメラ制御手段18によって制御された画像を蓄積するものである。蓄積された画像は、自由に呼び出し可能である。高さ演算手段21は、画像メモリ部20に蓄積された画像を複数枚使用してそれらの画像から被測定部品6の高さ情報を得るための演算を行うものである。
【００２６】
ノイズフィルタ設定手段22は、高さ演算手段21において、ノイズを除去するためのフィルタを設定するものであり、主に平面の平滑化を行う。像面補正手段23は、検出光学系1おける対物レンズ14及び接眼レンズ15によって得られる画像の収差、特に像面湾曲によって生じる検出画像のゆがみを補正するものである。重量算出手段24は、高さ演算手段21において得られた被測定部品6の外形形状と予め記憶しておいた被測定部品６の比重のデータから概略の重量を算出するものである。制御部2と演算部3は相互にデータの入出力が可能である。
【００２７】
入出力ユニット502は、入力・表示部4と出力手段5とを備えている。入力・表示部4は、計測条件を設定するための計測条件設定画面300（図8参照）と計測結果を表示する計測結果表示画面350（図９参照）とを表示する。計測条件設定画面300は、カメラ16で撮像して得られた画像において高さ計測が必要な範囲、検出光量やZステージ移動範囲などの計測条件を入力するものである。計測結果表示画面350は、高さ演算手段21によって算出した被測定部品6の高さ、概略重量、そのほか計測設定手段で設定した項目の結果を表示するものである。
【００２８】
出力手段5は、入力・表示部4で表示した計測結果を図示していないプリンタ、外部記憶装置などに出力するものである。
【００２９】
以上の構成において、被測定部品6を試料台7に搭載した状態でＺステージ８の高さを徐々に変化させながら被測定部品6に投影したマスクパターン11の像をカメラ16で撮像する。予め、制御部2の光量調整手段17とカメラ制御手段18は、それぞれ照明光源９から出射される照明光の光量、およびカメラ16の検出感度が適切な状態となるように調整しておく。
【００３０】
図４の左側には、移動開始時のZステージ8の位置を示し、対物レンズ14の焦点位置が被測定部品6の底面位置に設定した状態である。この位置をZ1とし、制御部2のZステージ制御手段19によりZステージ8を制御して、移動量ΔZでZステージ8を等ピッチでステップ移動させる。本実施例では、Z1、Z2、Z2、Z3、Z4、Z5の位置で検出器16により画像を取得し演算部3の画像メモリ部20に蓄積する。
【００３１】
図４の右側は、移動終了時のZステージ8の位置を示し、対物レンズ14の焦点位置が被測定部品6の頂点に設定した状態である。この位置をZ5とする。Zステージ8の移動量は被測定部品6の高さを包含するように設定する。画像メモリ20に蓄積した画像は高さ演算手段21で演算処理されて、被測定部品6の高さ情報が求められる。
【００３２】
次に演算手段21で被測定部品6の高さ情報を求めるための演算処理の詳細を、図５に示したフロー図を用いて説明する。まず、上述したように、Zステージ8をZ方向に等ピッチで移動させながらN枚の画像Iz（x，y），Z＝1…Nを取得する（S1000）。
【００３３】
Z1での画像を用いて、画像のエッジを抽出するために最適化ラプラシアン処理を行う（S1001）。この実施例では以下の式（数１）に基づいて計算する。
【００３４】
【数１】
【００３５】
L（x，y）は、ラプラシアン係数を示す。
【００３６】
次に画像を平滑化するため、式（数２）によりｎ×ｎの画素を用いて行う（S1002）。
【００３７】
【数２】
【００３８】
Sz（x，y）は、ｎ×ｎのRMS（Root Mean Square）平滑化後の画像を示し、全画像を処理したかを判定（S1003）し、全画像の処理が終わった時点で前処理を終了する。
【００３９】
次に、各画像の対応する位置ごとの画素データを全画像に亘って用いて式（数３）によりZ方向の平滑化を行う（S1004）。
【００４０】
【数３】
【００４１】
GZは、ガウス関数を示し、Az（x，y）は、画像の鮮鋭度を示す。
【００４２】
次に最大のコントラストを持ったZ位置とその前後の1点を用いて式（数４）により2次関数補間を行う（S1005）。
【００４３】
【数４】
【００４４】
図６に二次関数補間の説明図を示す。横軸はZ位置、縦軸はコントラスト値である。最もコントラストの高いZ位置であるZmaxのコントラストは、Az（x，y）となり、点100とする。その前後のZ位置（Zmax−1とZmax＋1）のコントラストはそれぞれAz−1（x，y）とAz＋1（x，y）となり、点101、点102となる。この点100、101、102から二次関数補間を行った結果曲線103が求められる。この曲線103の最大点のコントラストはFpとなり、そのときのZ位置はZpとなり、このZPを合焦点と設定する。本実施例では二次関数補完で説明したが、三次以上の高次関数補完でも構わない。しかし、補完精度としては二次関数補完でも精度に問題は生じないため、本実施例では二次関数補完とした。
【００４５】
この処理を視野全体の画素について行い（S1006）、高さ画像を出力する（S1007）。なお、この処理は特開平３−６３５０号公報に記載されている方式で行うことが可能である。
【００４６】
演算部3のノイズフィルタ設定手段22は、上述した方式で算出した高さ画像の平坦部を平滑化するために、例えばバイラテラルフィルタ（bilateral filter）を使用することが出来る。バイラテラルフィルタは、エッジ部を保存したまま画像をぼかす特性がある。そのため、平坦部ではノイズが平滑化され、エッジ部はなまらずに部品の外形形状を正確に表すことが可能である。
【００４７】
次に、演算部３の像面補正手段23について説明する。検出光学系1は、対物レンズ14と接眼レンズ15により、被測定部品6の像を検出器16で撮像するものである。一般的にこのような光学系には、レンズの収差が存在する。高さ計測する場合、レンズの像面湾曲が最も影響する。例えば平面の高さを計測した場合、検出結果が平面ではなく、凹面状に歪んだ結果が得られることがある。これが像面湾曲である。この像面湾曲を無視すると、部品の高さに像面湾曲が加算した結果となり、正確な高さ計測ができなくなる、そこで、像面補正手段23により、検出光学系1の像面を補正する。
【００４８】
図７Ａは、本実施例によって検出された平面の高さ計測結果の一例である。検出視野全体が平面である部品200の高さ計測を行った結果である。画像は、高さ方向の濃淡画像であり、薄い色が高く、濃い色が低い表示となっている。
【００４９】
図７Ｂは、図７Ａで用いた平面部品上に小型部品201を搭載したときの高さ計測結果の一例である。図７Ｃは、横軸を幅、縦軸を高さとしたグラフを示す。波形202は、図７Ａの断面Ａ−Ａであり、対象の部品200は平面であるが、中央部が突起した湾曲した形状となっている。波形203は、図７Ｂの断面Ｂ−Ｂであり、小型部品201の形状が計測されているが、視野全体に中央部が突起した形状となっている。
【００５０】
波形202と波形203を比較すると、小型部品201の形状以外の周辺ではほぼ一致していることが分かる。すなわち、この湾曲した形状は、光学系の像面湾曲であり、検出する部品に関わらすかならず発生するものである。そのため、予め検出光学系１で撮像して得た画像における像面湾曲の状態を調べておき、対象となる部品の計測結果からこの予め調べておいた像面湾曲の影響を取り除くことで像面湾曲の影響を除去することが可能である。
【００５１】
この像面補正手段23では、このように、対象となる部品を撮像して得た画像から求めた計測結果と予め測定しておいた像面湾曲のデータとの差分を求める処理を行う。波形204は、像面補正手段23で波形203から波形202の差分を求めた結果である。このように像面補正手段23で像面湾曲の補正を行うことにより、視野周辺の湾曲がなくなり、正確に小型部品201の高さ形状を求めることができる。
【００５２】
次に、入出力ユニット502の入力・表示部4における計測条件設定画面300の説明を行う。図８は本実施例による入力・表示部4の計測条件設定画面300の一例である。計測条件設定画面300は、条件設定領域301と検出器16の検出画像を表示する画像表示領域302、測定開始指示領域306を備えている。
【００５３】
条件設定領域301では、部品の材質、計測回数、高さ計測範囲、検出条件などの備考を設定可能である。画像表示領域302は、部品303が表示可能である。また、部品画像に合せて、範囲設定カーソル304、305が設定可能であり、画像表示画面302内で自由に大きさ、位置、個数が変更可能である。その設定範囲で高さの平均値を求めたり、フィルタ処理の条件を変えたり、範囲Aと範囲Bとの差を求めたり、その範囲内の概略重量を求めたり、そのほかの処理が演算部3により可能である。測定開始指示領域306は、計測設定が終了した後に測定を開始するときに使用し、測定開始指示領域306をカーソル310でクリックすると、後述する図１０に示したフローに従って測定が実行される。
【００５４】
次に、入出力ユニット502の表示部4における計測結果表示画面350の説明を行う。図９は本実施例による計測結果表示画面350の一例である。計測結果表示画面350は、設定条件表示領域351、カメラ画像表示領域352、高さ画像表示領域353、３Ｄ画像表示領域354、計測結果表示領域355、高さ波形（横断面）表示領域356、高さ波形（縦断面）表示領域357を備えている。
【００５５】
設定条件表示領域351は、図８で説明した条件設定領域301から入力された内容を表示したものである。カメラ画像表示領域352には、図８で説明した計測条件設定画面300上で条件設定を行ったときの画像表示領域302に表示した画像であり、部品303、範囲設定カーソル303、304などが表示される。高さ画像表示領域353には、高さ方向の変化を濃淡画像で表示する。
【００５６】
３Ｄ画像表示領域354には、高さ画像を斜方向から表示する。計測結果表示領域355には、設定条件表示領域351で設定した条件で計測した結果を表示するものである。例えば、計測日、部品の比重、概略重量、表面積、指定した部分の高さ、などである。高さ波形（横断面）表示領域356、高さ波形（縦断面）表示領域357は、高さ画像表示領域353上でカーソル358で設定された部分の波形が表示される。
【００５７】
次に、本実施例おける高さ計測装置の動作フローを図１０を用いて説明する。
まず、被測定部品6を試料台7に搭載する（S2001）。次に、Zステージ8をｚ方向に移動させてカメラ画像が鮮明な位置で停止させ（S2002）、検出光学系１で被測定部品６を撮像して画像を取得する（S2003）。
【００５８】
次に、入力・表示手段４に計測条件設定画面300を表示し、条件設定領域301に計測条件を入力した後、画面上で測定開始指示領域306にカーソル308を移動させてクリックすることにより測定を開始する（S2004）。
【００５９】
まず、Zステージ8は、部品の底面即ち試料台7の表面が検出光学系１の焦点位置に達するまでＺ方向に移動する（S2005）。次に、検出光学系１で被測定部品６を撮像して画像を取得し、画像メモリ手段20に蓄積する（S2006）。次に、Zステージ8を等ピッチ−ｚ方向にステップ移動させ、各ステップ移動ごとに被測定部品６の画像を取得して画像メモリ手段20への蓄積を繰り返す（S2006）。Zステージ8を等ピッチ−ｚ方向にステップ移動させて被測定部品６の頂点が検出光学系１の焦点位置に達した時点でZステージ8を停止する（S2007）。
【００６０】
次に、高さ演算手段21で画像メモリ手段20の画像から図５で説明した処理フローに基づいて高さ演算を実施する（S2008）。そのほか計測条件で設定した項目の演算、即ち、ノイズフィルタ設定手段22で設定したノイズフィルタを用いて高さ演算手段21で求めた高さ画像のノイズ除去処理を行い、このノイズ除去処理された高さ画像に対して像面補正手段23で像面補正処理を施し、重量算出手段24で像面補正処理された高さ画像から被測定部品６の重量を算出する処理を行う（S2009）。
【００６１】
次に、これらの処理が終了した後に、入力・表示手段４に計測結果表示画面350を表示する（S2010）。表示項目の確認を行い、必要ならば出力手段５からデータを図示していない外部に端末に出力する（S2011）。
【００６２】
上述した実施例においては、計測対象部品にマスクパターンの像を投影し、そのパターン像を検出器で検出し、パターンのコントラストの変化より、高さ計測を行っていた。例えば被測定部品の高さ計測面が梨地状であったり、模様があるとそこでコントラストの検出が可能である。そのような部品は、マスクパターンを投影する必要がなく、計測対象部品からの反射光でも計測が可能であることは明白である。
【符号の説明】
【００６３】
１…検出光学系 ２…制御部 ３…演算部 ４…設定・表示部 ５…出力部
６…計測対象部品 ７…試料台 ８…Zステージ ９…照明光源 １０…レンズ
１１…マスクパターン １２…接眼レンズ １３…ハーフミラー １４…対物レンズ １５…接眼レンズ １６…検出器 １６a…撮像素子 １７…光量調整手段
１８…カメラ制御手段 １９…Zステージ制御手段 ２０…画像メモリ手段
２１…高さ演算手段 ２２…ノイズフィルタ設定手段 ２３…像面補正手段
２４…重量算出手段 ２５…計測設定手段 ２６…計測結果表示手段 ５００…部品高さ検出ユニット ５０１…コンピュータ ５０２…入出力ユニット
５０３…電子部品搭載機。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、対象物の立体形状を検出する方法およびその装置に関し、特に焦点位置の異なる複数の画像から、任意の対象物の高さ形状が検出できるようにし、高さ情報から電子部品搭載機のスケジューリングに必要な情報を作成し、その情報を電子部品搭載機に提供可能な部品高さ測定方法およびその装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から検出した画像から対象物の高さ形状を検出する方法は、数多く報告されている。特に電子部品搭載機における部品の高さ測定に関して、特許文献１に記載されている方式がある。本方式は、基板への実装前に吸着ノズルなどで保持された電子部品を斜め下方からライン光を照射し、部品からの正反射光を上方から検出するものである。部品全体の高さを測定する場合は、部品を横方向にスキャンしながら正反射光を取得することで可能となる。本発明によれば、斜めから部品にライン光を照明するため、部品の高さに沿ってライン光が投影されるため、上方からライン光を観察すると、高さに応じて投影位置がずれることから、そのずれ量を測定することで部品の高さに換算できるものである。
【０００３】
また、特許文献２によれば、部品高さを算出し、その高さ情報から上面に凹凸があっても部品搭載機のピックアップ手段を正しく選択できるものである。
【０００４】
また、特許文献3には、部品を高さ方向に徐々にずらして複数枚の画像を取得し、この取得した複数枚の画像からパターンのコントラストを計測して部品の立体形状情報を求めることが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００９−９４２９５号公報
【特許文献２】特開２００９−３０２２６５号公報
【特許文献３】特開平３−６３５０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１に記載されている高さ測定方法では、部品に斜め方法からライン光を投影し、部品の高さによって変化する反射光を検出する方式のため、検出器の検出範囲で限界が生じる。また、部品に対して斜めから照明し、反射光を検出するため、凹型の部品の場合、部品内側に照明が投影出来ない、反射光が検出できないといった未検出部が発生するため、部品全体の形状が計測できないといった問題が生じる。
【０００７】
また、特許文献２においては、部品の高さを算出する手法によれば、部品の高さまで台座の位置を移動させながらカメラのピント位置を求めて、部品の3D画像を作成しているが、この方法であるとカメラの焦点深度内にあるものは全て同じ高さとして検出されるため、微小な凹凸の検出は不可能である。さらに、その手法を詳細に説明していない。
【０００８】
本発明は上述の問題点を鑑みてなしたもので、部品の高さを計測する場合、周辺を壁で囲まれた凹型部品においても、部品の内側形状を正確に計測できる部品高さ測定方法およびその装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記した目的を達成するために、本発明では、部品高さを測定する方法を、載置面上に被測定部品を載置して被測定部品の高さ方向に移動可能なテーブルの載置面に垂直な方向から載置面上に載置された被測定部品に対物レンズを介して光パターンを投影し、テーブルを被測定部品の高さ方向に順次スッテプ移動させて各ステップ移動ごとに光パターンが投影された被測定部品を対物レンズを介して撮像して光パターンの画像を取得し、テーブルの各ステップ移動ごとに撮像して取得した光パターンの複数の画像を処理して被測定部品の各部の高さ情報を得て被測定部品の高さ画像または高さ情報を含む画像を生成するようにした。
【００１０】
また、上記した目的を達成するために、本発明では、部品高さを測定する装置を、載置面上に被測定部品を載置して被測定部品の高さ方向に移動可能なテーブル手段と、テーブル手段の載置面に垂直な方向から載置面上に載置された被測定部品に対物レンズを介して光パターンを投影する光パターン投影手段と、光パターン投影手段により被測定部品に投影された光パターンの像を対物レンズを介して撮像する撮像手段と、テーブル手段を被測定部品の高さ方向に順次スッテプ移動させて各ステップ移動ごとに撮像手段で撮像して得た光パターンの像を処理して被測定部品の各部の高さ情報を得て被測定部品の高さ画像または高さ情報を含む画像を生成する画像処理手段とを備えて構成した。
【発明の効果】
【００１１】
上記した本発明の部品高さ測定方法およびその装置によれば、部品外形のみならず内側の形状も計測することができる。さらに、高さ検出結果から体積を算出できることから部品の概略重量を算出できるという優れた効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】図１は、本発明の一実施例における部品高さ測定装置と電子部品搭載機とを含むシステム構成を示すブロック図である。
【図２】図２は、本発明の一実施例における部品高さ検出ユニットの構成を示すブロック図である。
【図３Ａ】図３Ａは、本発明の一実施例におけるマスクパターンを示す平面図である。
【図３Ｂ】図３Ｂは、本発明の一実施例におけるマスクパターンがと撮像素子上に投影された状態を示す撮像素子の平面図である。
【図３Ｃ】図３Ｃは、本発明の一実施例におけるマスクパターンを撮像した撮像素子の検出波形を示すグラフである。
【図４】図４は、本発明の一実施例における検出光学系の図で、左側は計測開始におけるZステージの位置を示した検出光学系の正面図、右側は計測終了におけるZステージの位置を示した検出光学系の正面図である。
【図５】図５は、本発明の一実施例における高さ演算における処理の流れを示したフローチャートである。
【図６】図６は、本発明の一実施例におけるZ位置におけるコントラストの変化量と焦点位置を算出する方法を示したグラフである。
【図７Ａ】図７Ａは、本発明の一実施例における検出視野全体に平面な部品の高さを計測したときの高さ画像である。
【図７Ｂ】図７Ｂは、本発明の一実施例における検出視野全体に平面な部品と小型部品の高さを計測したときの高さ画像である。
【図７Ｃ】図７Ｃは、図７Ａと図７Ｂの断面波形を示したグラフである。
【図８】図８は、本発明の一実施例における入力・設定画面の正面図である。
【図９】図９は、本発明の一実施例における処理の結果を表示する画面の正面図である。
【図１０】図１０は、本発明の一実施例における部品高さ測定処理の流れを示したフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の実施例を図面に従って説明する。
【実施例１】
【００１４】
図１から図10は本発明の部品の高さ測定方法およびその装置を実施する形態の第一例である。
【００１５】
本実施例における部品高さ測定装置100の構成を図１に示す。部品高さ測定装置100は、部品高さ検出ユニット500と、コンピュータ501、入出力ユニット502を備えて構成され、部品高さ測定装置100で取得したデータ504は、電子部品搭載機503に送信される。
【００１６】
部品高さ検出装置500は、検出光学系1と、被測定部品6を搭載可能で高さ方向に移動可能なＺステージ8と、試料台7とで構成される。コンピュータ501は、部品高さ検出装置500の制御と取得した画像を演算するプログラムが図示しない方法で搭載されている。入出力ユニット502は、コンピュータ501を制御する画面および検出結果などの表示を行うものである。コンピュータ501で部品の高さなどの結果はデータ504として電子部品搭載機503に伝送可能である。
【００１７】
次に、部品高さ検出ユニット500と、コンピュータ501、入出力ユニット502の詳細を図２以降で説明する。
【００１８】
部品高さ検出ユニット500の検出光学系１の構成を説明する。検出光学系１は、照明光源9、レンズ10、マスクパターン11、レンズ12、ハーフミラー13、対物レンズ14、接眼レンズ１５、カメラ１６を備えている。被測定部品6は、試料台7に搭載されており、試料台7は、Zステージ8により光軸方向（Z方向）に移動可能である。Zステージ8は外部からの制御により、上下方向（Ｚ方向）に制御可能である。
【００１９】
このような構成において、照明光源9から出射した光は、レンズ10を透過した後マスクパターン11を照明する。マスクパターン11には光を透過させる部分と光を遮光する部分とで構成されたパターンが形成されており、マスクパターン11を透過した光によるマスクパターン11の像は、レンズ12を透過してハーフミラー13に入射してハーフミラー13により入射した光量の半分が対物レンズ14の側に反射されて、対物レンズ14により、被測定部品6上に投影される。
【００２０】
照明光源9は、例えばＬＥＤのような光量が調整可能なものを使用する。マスクパターン11を透過した光が照射された被測定部品6からの反射光は再度、対物レンズ14を透過してハーフミラー13に入射し、入射した光量の半分がハーフミラー13を透過し、接眼レンズ15により、カメラ16の撮像素子16a上に結像する。カメラ16は、複数の検出素子（画素）を2次元状に配列したエリアタイプの撮像素子を用いる。なお、対物レンズ14の焦点位置とマスクパターン11、撮像素子16aは共役位置に配置する。
【００２１】
図３Ａ乃至図３Ｃにマスクパターン11と撮像素子16aの関係を示す。図３Ａはマスクパターン11の配置図、図３Ｂは撮像素子16aの配置図、図３Ｃは撮像素子16aで検出したときの波形である。
【００２２】
図３Ａにおいて、マスクパターン11は、遮光部28と透過部29をチェッカパターン又は市松模様状に配置したものである。図３Ｂは、撮像素子16aの画素30上にマスクパターン11の像が投影された状態を示しており、撮像素子16a上に投影されたマスクパターン11の遮光部28と透過部29の各パターンの像が、それぞれカメラ16の撮像素子16aの複数の画素30で１パターンになるようなサイズに倍率が調整されている。
【００２３】
図３Ｃは、図３Ｂで示した撮像素子16aの1ライン（例えば図３ＢのＬ−Ｌ上の素子群）の出力波形を示す。横軸は画素、縦軸は光量を示す。被測定部品6の焦点位置によって、出力波形は変化する。例えば、焦点位置から大きく外れると、波形33のような振幅の小さい波形となり、焦点距離が合焦点に近づくと徐々に振幅が大きくなり波形32となる。さらに合焦点では波形31となり振幅が最大となる。合焦点位置から外れると再度、波形32から波形31と変化していく。なお、マスクパターン11の配置は、図示したようなチェッカパターン状ではなく、千鳥格子などでもよく特に規定するものではない。さらに、遮光部28と透過部29のサイズも特に規定はなく、光学系の解像度、検出器16の画素サイズにおいて効率の良いサイズにすれば問題ない。
【００２４】
コンピュータ501は、制御部2と演算部３とを備えている。まず、制御部2の説明をする。図２に示すように、制御部２は光量調整手段17と、カメラ制御手段18、Ｚステージ制御手段19を備えている。光量調整手段17は、検出光学系1の照明光源9の光量を制御するものである。カメラ制御手段18は、検出光学系1のカメラ16の撮像時間、感度などの制御をするものである。Zステージ制御手段19は、検出光学系1のZステージ8の上下移動範囲、移動ステップ数、ステップ距離などを制御するものである。
【００２５】
次に、演算部３の説明をする。演算部3は、図2に示すように、画像メモリ手段20、高さ演算手段21、ノイズフィルタ設定手段22、像面補正手段23、重量算出手段24を備えて、画像処理と処理した画像の情報を用いて演算処理を行う。画像メモリ部20は、カメラ制御手段18によって制御された画像を蓄積するものである。蓄積された画像は、自由に呼び出し可能である。高さ演算手段21は、画像メモリ部20に蓄積された画像を複数枚使用してそれらの画像から被測定部品6の高さ情報を得るための演算を行うものである。
【００２６】
ノイズフィルタ設定手段22は、高さ演算手段21において、ノイズを除去するためのフィルタを設定するものであり、主に平面の平滑化を行う。像面補正手段23は、検出光学系1おける対物レンズ14及び接眼レンズ15によって得られる画像の収差、特に像面湾曲によって生じる検出画像のゆがみを補正するものである。重量算出手段24は、高さ演算手段21において得られた被測定部品6の外形形状と予め記憶しておいた被測定部品６の比重のデータから概略の重量を算出するものである。制御部2と演算部3は相互にデータの入出力が可能である。
【００２７】
入出力ユニット502は、入力・表示部4と出力手段5とを備えている。入力・表示部4は、計測条件を設定するための計測条件設定画面300（図8参照）と計測結果を表示する計測結果表示画面350（図９参照）とを表示する。計測条件設定画面300は、カメラ16で撮像して得られた画像において高さ計測が必要な範囲、検出光量やZステージ移動範囲などの計測条件を入力するものである。計測結果表示画面350は、高さ演算手段21によって算出した被測定部品6の高さ、概略重量、そのほか計測設定手段で設定した項目の結果を表示するものである。
【００２８】
出力手段5は、入力・表示部4で表示した計測結果を図示していないプリンタ、外部記憶装置などに出力するものである。
【００２９】
以上の構成において、被測定部品6を試料台7に搭載した状態でＺステージ８の高さを徐々に変化させながら被測定部品6に投影したマスクパターン11の像をカメラ16で撮像する。予め、制御部2の光量調整手段17とカメラ制御手段18は、それぞれ照明光源９から出射される照明光の光量、およびカメラ16の検出感度が適切な状態となるように調整しておく。
【００３０】
図４の左側には、移動開始時のZステージ8の位置を示し、対物レンズ14の焦点位置が被測定部品6の底面位置に設定した状態である。この位置をZ1とし、制御部2のZステージ制御手段19によりZステージ8を制御して、移動量ΔZでZステージ8を等ピッチでステップ移動させる。本実施例では、Z1、Z2、Z2、Z3、Z4、Z5の位置で検出器16により画像を取得し演算部3の画像メモリ部20に蓄積する。
【００３１】
図４の右側は、移動終了時のZステージ8の位置を示し、対物レンズ14の焦点位置が被測定部品6の頂点に設定した状態である。この位置をZ5とする。Zステージ8の移動量は被測定部品6の高さを包含するように設定する。画像メモリ20に蓄積した画像は高さ演算手段21で演算処理されて、被測定部品6の高さ情報が求められる。
【００３２】
次に演算手段21で被測定部品6の高さ情報を求めるための演算処理の詳細を、図５に示したフロー図を用いて説明する。まず、上述したように、Zステージ8をZ方向に等ピッチで移動させながらN枚の画像Iz（x，y），Z＝1…Nを取得する（S1000）。
【００３３】
Z1での画像を用いて、画像のエッジを抽出するために最適化ラプラシアン処理を行う（S1001）。この実施例では以下の式（数１）に基づいて計算する。
【００３４】
【数１】
【００３５】
L（x，y）は、ラプラシアン係数を示す。
【００３６】
次に画像を平滑化するため、式（数２）によりｎ×ｎの画素を用いて行う（S1002）。
【００３７】
【数２】
【００３８】
Sz（x，y）は、ｎ×ｎのRMS（Root Mean Square）平滑化後の画像を示し、全画像を処理したかを判定（S1003）し、全画像の処理が終わった時点で前処理を終了する。
【００３９】
次に、各画像の対応する位置ごとの画素データを全画像に亘って用いて式（数３）によりZ方向の平滑化を行う（S1004）。
【００４０】
【数３】
【００４１】
GZは、ガウス関数を示し、Az（x，y）は、画像の鮮鋭度を示す。
【００４２】
次に最大のコントラストを持ったZ位置とその前後の1点を用いて式（数４）により2次関数補間を行う（S1005）。
【００４３】
【数４】
【００４４】
図６に二次関数補間の説明図を示す。横軸はZ位置、縦軸はコントラスト値である。最もコントラストの高いZ位置であるZmaxのコントラストは、Az（x，y）となり、点100とする。その前後のZ位置（Zmax−1とZmax＋1）のコントラストはそれぞれAz−1（x，y）とAz＋1（x，y）となり、点101、点102となる。この点100、101、102から二次関数補間を行った結果曲線103が求められる。この曲線103の最大点のコントラストはFpとなり、そのときのZ位置はZpとなり、このZPを合焦点と設定する。本実施例では二次関数補完で説明したが、三次以上の高次関数補完でも構わない。しかし、補完精度としては二次関数補完でも精度に問題は生じないため、本実施例では二次関数補完とした。
【００４５】
この処理を視野全体の画素について行い（S1006）、高さ画像を出力する（S1007）。なお、この処理は特開平３−６３５０号公報に記載されている方式で行うことが可能である。
【００４６】
演算部3のノイズフィルタ設定手段22は、上述した方式で算出した高さ画像の平坦部を平滑化するために、例えばバイラテラルフィルタ（bilateral filter）を使用することが出来る。バイラテラルフィルタは、エッジ部を保存したまま画像をぼかす特性がある。そのため、平坦部ではノイズが平滑化され、エッジ部はなまらずに部品の外形形状を正確に表すことが可能である。
【００４７】
次に、演算部３の像面補正手段23について説明する。検出光学系1は、対物レンズ14と接眼レンズ15により、被測定部品6の像を検出器16で撮像するものである。一般的にこのような光学系には、レンズの収差が存在する。高さ計測する場合、レンズの像面湾曲が最も影響する。例えば平面の高さを計測した場合、検出結果が平面ではなく、凹面状に歪んだ結果が得られることがある。これが像面湾曲である。この像面湾曲を無視すると、部品の高さに像面湾曲が加算した結果となり、正確な高さ計測ができなくなる、そこで、像面補正手段23により、検出光学系1の像面を補正する。
【００４８】
図７Ａは、本実施例によって検出された平面の高さ計測結果の一例である。検出視野全体が平面である部品200の高さ計測を行った結果である。画像は、高さ方向の濃淡画像であり、薄い色が高く、濃い色が低い表示となっている。
【００４９】
図７Ｂは、図７Ａで用いた平面部品上に小型部品201を搭載したときの高さ計測結果の一例である。図７Ｃは、横軸を幅、縦軸を高さとしたグラフを示す。波形202は、図７Ａの断面Ａ−Ａであり、対象の部品200は平面であるが、中央部が突起した湾曲した形状となっている。波形203は、図７Ｂの断面Ｂ−Ｂであり、小型部品201の形状が計測されているが、視野全体に中央部が突起した形状となっている。
【００５０】
波形202と波形203を比較すると、小型部品201の形状以外の周辺ではほぼ一致していることが分かる。すなわち、この湾曲した形状は、光学系の像面湾曲であり、検出する部品に関わらすかならず発生するものである。そのため、予め検出光学系１で撮像して得た画像における像面湾曲の状態を調べておき、対象となる部品の計測結果からこの予め調べておいた像面湾曲の影響を取り除くことで像面湾曲の影響を除去することが可能である。
【００５１】
この像面補正手段23では、このように、対象となる部品を撮像して得た画像から求めた計測結果と予め測定しておいた像面湾曲のデータとの差分を求める処理を行う。波形204は、像面補正手段23で波形203から波形202の差分を求めた結果である。このように像面補正手段23で像面湾曲の補正を行うことにより、視野周辺の湾曲がなくなり、正確に小型部品201の高さ形状を求めることができる。
【００５２】
次に、入出力ユニット502の入力・表示部4における計測条件設定画面300の説明を行う。図８は本実施例による入力・表示部4の計測条件設定画面300の一例である。計測条件設定画面300は、条件設定領域301と検出器16の検出画像を表示する画像表示領域302、測定開始指示領域306を備えている。
【００５３】
条件設定領域301では、部品の材質、計測回数、高さ計測範囲、検出条件などの備考を設定可能である。画像表示領域302は、部品303が表示可能である。また、部品画像に合せて、範囲設定カーソル304、305が設定可能であり、画像表示画面302内で自由に大きさ、位置、個数が変更可能である。その設定範囲で高さの平均値を求めたり、フィルタ処理の条件を変えたり、範囲Aと範囲Bとの差を求めたり、その範囲内の概略重量を求めたり、そのほかの処理が演算部3により可能である。測定開始指示領域306は、計測設定が終了した後に測定を開始するときに使用し、測定開始指示領域306をカーソル310でクリックすると、後述する図１０に示したフローに従って測定が実行される。
【００５４】
次に、入出力ユニット502の表示部4における計測結果表示画面350の説明を行う。図９は本実施例による計測結果表示画面350の一例である。計測結果表示画面350は、設定条件表示領域351、カメラ画像表示領域352、高さ画像表示領域353、３Ｄ画像表示領域354、計測結果表示領域355、高さ波形（横断面）表示領域356、高さ波形（縦断面）表示領域357を備えている。
【００５５】
設定条件表示領域351は、図８で説明した条件設定領域301から入力された内容を表示したものである。カメラ画像表示領域352には、図８で説明した計測条件設定画面300上で条件設定を行ったときの画像表示領域302に表示した画像であり、部品303、範囲設定カーソル303、304などが表示される。高さ画像表示領域353には、高さ方向の変化を濃淡画像で表示する。
【００５６】
３Ｄ画像表示領域354には、高さ画像を斜方向から表示する。計測結果表示領域355には、設定条件表示領域351で設定した条件で計測した結果を表示するものである。例えば、計測日、部品の比重、概略重量、表面積、指定した部分の高さ、などである。高さ波形（横断面）表示領域356、高さ波形（縦断面）表示領域357は、高さ画像表示領域353上でカーソル358で設定された部分の波形が表示される。
【００５７】
次に、本実施例おける高さ計測装置の動作フローを図１０を用いて説明する。
まず、被測定部品6を試料台7に搭載する（S2001）。次に、Zステージ8をｚ方向に移動させてカメラ画像が鮮明な位置で停止させ（S2002）、検出光学系１で被測定部品６を撮像して画像を取得する（S2003）。
【００５８】
次に、入力・表示手段４に計測条件設定画面300を表示し、条件設定領域301に計測条件を入力した後、画面上で測定開始指示領域306にカーソル308を移動させてクリックすることにより測定を開始する（S2004）。
【００５９】
まず、Zステージ8は、部品の底面即ち試料台7の表面が検出光学系１の焦点位置に達するまでＺ方向に移動する（S2005）。次に、検出光学系１で被測定部品６を撮像して画像を取得し、画像メモリ手段20に蓄積する（S2006）。次に、Zステージ8を等ピッチ−ｚ方向にステップ移動させ、各ステップ移動ごとに被測定部品６の画像を取得して画像メモリ手段20への蓄積を繰り返す（S2006）。Zステージ8を等ピッチ−ｚ方向にステップ移動させて被測定部品６の頂点が検出光学系１の焦点位置に達した時点でZステージ8を停止する（S2007）。
【００６０】
次に、高さ演算手段21で画像メモリ手段20の画像から図５で説明した処理フローに基づいて高さ演算を実施する（S2008）。そのほか計測条件で設定した項目の演算、即ち、ノイズフィルタ設定手段22で設定したノイズフィルタを用いて高さ演算手段21で求めた高さ画像のノイズ除去処理を行い、このノイズ除去処理された高さ画像に対して像面補正手段23で像面補正処理を施し、重量算出手段24で像面補正処理された高さ画像から被測定部品６の重量を算出する処理を行う（S2009）。
【００６１】
次に、これらの処理が終了した後に、入力・表示手段４に計測結果表示画面350を表示する（S2010）。表示項目の確認を行い、必要ならば出力手段５からデータを図示していない外部に端末に出力する（S2011）。
【００６２】
上述した実施例においては、計測対象部品にマスクパターンの像を投影し、そのパターン像を検出器で検出し、パターンのコントラストの変化より、高さ計測を行っていた。例えば被測定部品の高さ計測面が梨地状であったり、模様があるとそこでコントラストの検出が可能である。そのような部品は、マスクパターンを投影する必要がなく、計測対象部品からの反射光でも計測が可能であることは明白である。
【符号の説明】
【００６３】
１…検出光学系 ２…制御部 ３…演算部 ４…設定・表示部 ５…出力部
６…計測対象部品 ７…試料台 ８…Zステージ ９…照明光源 １０…レンズ
１１…マスクパターン １２…接眼レンズ １３…ハーフミラー １４…対物レンズ １５…接眼レンズ １６…検出器 １６a…撮像素子 １７…光量調整手段
１８…カメラ制御手段 １９…Zステージ制御手段 ２０…画像メモリ手段
２１…高さ演算手段 ２２…ノイズフィルタ設定手段 ２３…像面補正手段
２４…重量算出手段 ２５…計測設定手段 ２６…計測結果表示手段 ５００…部品高さ検出ユニット ５０１…コンピュータ ５０２…入出力ユニット
５０３…電子部品搭載機。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
載置面上に被測定部品を載置して該被測定部品の高さ方向に移動可能なテーブルの前記載置面に垂直な方向から該載置面上に載置された前記被測定部品に対物レンズを介して光パターンを投影し、
前記テーブルを前記被測定部品の高さ方向に順次スッテプ移動させて各ステップ移動ごとに前記光パターンが投影された前記被測定部品を前記対物レンズを介して撮像して前記光パターンの画像を取得し、
前記テーブルの各ステップ移動ごとに撮像して取得した前記光パターンの複数の画像を処理して前記被測定部品の各部の高さ情報を得て前記被測定部品の高さ画像または高さ情報を含む画像を生成する
ことを特徴とする部品高さ測定方法。
【請求項２】
前記生成した前記被測定部品の高さ画像または高さ情報を含む画像を画面上に表示し、該画面上には、前記被測定部品の高さ画像または高さ情報を含む画像と共に、前記被測定部品の高さ情報を示す前記高さ画像の波形信号を表示することを特徴とする請求項１記載の部品高さ測定方法。
【請求項３】
前記画像を処理して得た前記被測定部品の各部の高さ情報を用いて前記被測定部品の重量を算出し、該算出した前記被測定部品の重量の情報を前記被測定部品の高さ画像または高さ情報を含む画像と共に表示することを特徴とする請求項１記載の部品高さ測定方法。
【請求項４】
載置面上に被測定部品を載置して該被測定部品の高さ方向に移動可能なテーブル手段と、
該テーブル手段の前記載置面に垂直な方向から該載置面上に載置された前記被測定部品に対物レンズを介して光パターンを投影する光パターン投影手段と、
該光パターン投影手段により前記被測定部品に投影された光パターンの像を前記対物レンズを介して撮像する撮像手段と、
前記テーブル手段を前記被測定部品の高さ方向に順次スッテプ移動させて各ステップ移動ごとに前記撮像手段で撮像して得た前記光パターンの像を処理して前記被測定部品の各部の高さ情報を得て該被測定部品の高さ画像または高さ情報を含む画像を生成する画像処理手段と
を備えたことを特徴とする部品高さ測定装置。
【請求項５】
前記画像処理手段で生成した前記被測定部品の高さ画像または高さ情報を含む画像を表示する表示手段を更に備え、該表示手段上には、前記被測定部品の高さ画像または高さ情報を含む画像と共に、前記被測定部品の高さ情報を示す前記高さ画像または高さ情報を含む画像の波形信号を表示することを特徴とする請求項４記載の部品高さ測定装置。
【請求項６】
前記画像処理手段で得た前記被測定部品の各部の高さ情報を用いて前記被測定部品の重量を算出する部品重量算出手段を更に備え、前記表示手段は、該部品重量算出手段で算出した前記被測定部品の重量の情報を前記被測定部品の高さ画像または高さ情報を含む画像と共に表示することを特徴とする請求項４記載の部品高さ測定装置。
【請求項１】
載置面上に被測定部品を載置して該被測定部品の高さ方向に移動可能なテーブルの前記載置面に垂直な方向から該載置面上に載置された前記被測定部品に対物レンズを介して光パターンを投影し、
前記テーブルを前記被測定部品の高さ方向に順次スッテプ移動させて各ステップ移動ごとに前記光パターンが投影された前記被測定部品を前記対物レンズを介して撮像して前記光パターンの画像を取得し、
前記テーブルの各ステップ移動ごとに撮像して取得した前記光パターンの複数の画像を処理して前記被測定部品の各部の高さ情報を得て前記被測定部品の高さ画像または高さ情報を含む画像を生成する
ことを特徴とする部品高さ測定方法。
【請求項２】
前記生成した前記被測定部品の高さ画像または高さ情報を含む画像を画面上に表示し、該画面上には、前記被測定部品の高さ画像または高さ情報を含む画像と共に、前記被測定部品の高さ情報を示す前記高さ画像の波形信号を表示することを特徴とする請求項１記載の部品高さ測定方法。
【請求項３】
前記画像を処理して得た前記被測定部品の各部の高さ情報を用いて前記被測定部品の重量を算出し、該算出した前記被測定部品の重量の情報を前記被測定部品の高さ画像または高さ情報を含む画像と共に表示することを特徴とする請求項１記載の部品高さ測定方法。
【請求項４】
載置面上に被測定部品を載置して該被測定部品の高さ方向に移動可能なテーブル手段と、
該テーブル手段の前記載置面に垂直な方向から該載置面上に載置された前記被測定部品に対物レンズを介して光パターンを投影する光パターン投影手段と、
該光パターン投影手段により前記被測定部品に投影された光パターンの像を前記対物レンズを介して撮像する撮像手段と、
前記テーブル手段を前記被測定部品の高さ方向に順次スッテプ移動させて各ステップ移動ごとに前記撮像手段で撮像して得た前記光パターンの像を処理して前記被測定部品の各部の高さ情報を得て該被測定部品の高さ画像または高さ情報を含む画像を生成する画像処理手段と
を備えたことを特徴とする部品高さ測定装置。
【請求項５】
前記画像処理手段で生成した前記被測定部品の高さ画像または高さ情報を含む画像を表示する表示手段を更に備え、該表示手段上には、前記被測定部品の高さ画像または高さ情報を含む画像と共に、前記被測定部品の高さ情報を示す前記高さ画像または高さ情報を含む画像の波形信号を表示することを特徴とする請求項４記載の部品高さ測定装置。
【請求項６】
前記画像処理手段で得た前記被測定部品の各部の高さ情報を用いて前記被測定部品の重量を算出する部品重量算出手段を更に備え、前記表示手段は、該部品重量算出手段で算出した前記被測定部品の重量の情報を前記被測定部品の高さ画像または高さ情報を含む画像と共に表示することを特徴とする請求項４記載の部品高さ測定装置。
【図１】
【図２】
【図３Ａ】
【図３Ｂ】
【図３Ｃ】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７Ａ】
【図７Ｂ】
【図７Ｃ】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３Ａ】
【図３Ｂ】
【図３Ｃ】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７Ａ】
【図７Ｂ】
【図７Ｃ】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２０１３−２９６８（Ｐ２０１３−２９６８Ａ）
【公開日】平成２５年１月７日（２０１３．１．７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１３４５５３（Ｐ２０１１−１３４５５３）
【出願日】平成２３年６月１６日（２０１１．６．１６）
【出願人】（３０００２２５０４）株式会社日立ハイテクインスツルメンツ (607)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年１月７日（２０１３．１．７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年６月１６日（２０１１．６．１６）
【出願人】（３０００２２５０４）株式会社日立ハイテクインスツルメンツ (607)
【Ｆターム（参考）】
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