专利名称：部件高度测量方法及其装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及检测对象物的立体形状的方法及其装置，特别是涉及如下的部件高度测量方法及其装置，能够根据焦点位置不同的多个图像，检测出任意对象物的高度形状，并能够基于高度信息生成电子部件搭载设备的调度所需的信息，且能够将该信息提供给电子部件搭载设备。
背景技术：
以往，提出了很多根据检测得到的图像来检测出对象物高度形状的方法。特别是关于电子部件搭载设备中的部件的高度测量，存在专利文献I中记载的方式。本方式中，在安装到基板之前从斜下方对由吸嘴等保持的电子部件照射线状光(line light)，从上方检测出来自部件的镜面反射光。测量整个部件的高度时，能够从横向扫描部件并取得镜面反射光。根据本发明，由于倾斜地向部件照射线状光，所以线状光沿部件的高度投影，因此如 果从上方观察线状光，根据高度投影位置会错开，从而通过测量错开量能够换算出部件的高度。另外，根据专利文献2，计算出部件高度，基于该高度信息，即使上表面有凹凸也能够正确地选择出部件搭载设备的拾取(pick up)装置。另外，专利文献3中记载了，沿高度方向渐渐移动部件并取得多张图像，基于该取得的多张图像测量图案的对比度，求出部件的立体形状信息。专利文献I :日本国专利文献“特开2009-94295号公报”专利文献2 :日本国专利文献“特开2009-302265号公报”专利文献3 日本国专利文献“特开平3-6350号公报”在专利文献I所记载的高度测量方法中，由于是从斜方向向部件投影线状光，对根据部件的高度而变化的反射光进行检测的方式，所以在检测器的检测范围上产生极限。而且，由于对部件倾斜地进行照明，检测反射光，所以在凹型部件的情况下，在部件内侧产生照明无法投影、无法检测出反射光的未检测部，而存在无法测量整个部件的形状的问题。另外，专利文献2中，根据计算部件的高度的方法，使台座的位置移动至部件的高度而求出照相机的焦距位置，制作部件的3D图像，但该方法中，照相机的焦点深度内的部位全部被检测为相同的高度，所以无法检测出微小的凹凸。并且，没有详细说明该方法。
发明内容
本发明鉴于以上问题点，提供在计测部件的高度时，即使在由壁将周边包围的凹型部件中，也能够正确计测部件的内侧形状的部件高度测量方法及其装置。本发明的部件高度测量方法中，从垂直于在载置面上载置被测量部件并能够沿被测量部件的高度方向移动的台的载置面的方向，经由物镜向载置于载置面上的被测量部件投影光图案，使台沿被测量部件的高度方向依次步进移动，按照各步进移动，经由物镜对投影有光图案的被测量部件进行拍摄，获取光图案的图像，对按照台的各步进移动进行拍摄而获取的光图案的多个图像进行处理，获得被测量部件的各部分的高度信息，生成被测量部件的高度图像或包含高度信息的图像。而且，本发明的部件高度测量装置中，具备台单元，其在载置面上载置被测量部件并能够沿被测量部件的高度方向移动；光图案投影单元，其从垂直于台单元的载置面的方向，经由物镜向载置在载置面上的被测量部件投影光图案；拍摄单元，其经由物镜对由该光图案投影单元投影到被测量部件的光图案的像进行拍摄；以及图像处理单元，对使台单元沿被测量部件的高度方向依次步进移动并对按照各步进移动由拍摄单元进行拍摄而获取的光图案的像进行处理，获得被测量部件的各部分的高度信息，生成该被测量部件的高度图像或包含高度信息的图像。根据上述的本发明的部件高度测量方法及其装置，不仅能够计测部件外形也能够计测内侧的形状。并且，具有能够根据高度检测结果计算出体积，从而能够计算出部件的大致重量的优良效果。
图I是表示本发明的一个实施例的包含部件高度测量装置和电子部件搭载设备的系统构成的框图。图2是表示本发明的一个实施例的部件高度检测单元的构成的框图。图3A是表不本发明的一个实施例的掩模图案的俯视图。图3B是表示本发明的一个实施例的掩模图案投影到摄像元件上的状态的摄像元件的俯视图。图3C是表示本发明的一个实施例的拍摄掩模图案的摄像元件的检测波形的图。图4是表示本发明的一个实施例的检测光学系统的图，左侧是表示计测开始时的Z工作台的位置的检测光学系统的主视图，右侧是表示计测结束时Z工作台的位置的检测光学系统的主视图。图5是表示本发明的一个实施例的高度运算的处理的流程的流程图。图6是表示本发明的一个实施例的计算Z位置的对比度的变化量和焦点位置的方法的图。图7A是本发明的一个实施例的计测整个检测视场为平面的部件的高度时的高度图像。图7B是本发明的一个实施例的计测整个检测视场为平面的部件和小型部件的高度时的高度图像。图7C是表示图7A和图7B的剖面波形的图表。图8是本发明的一个实施例的输入设定画面的主视图。图9是表示本发明的一个实施例的处理的结果的画面的主视图。图10是表示本发明的一个实施例的部件高度测量处理的流程的流程图。图中I-检测光学系统，2-控制部，3-运算部，4-设定显示部，5-输出部，6-计测对象部件，7-试料台，8-Z工作台，9-照明光源，10-透镜，11-掩模图案，12-目镜，13-半透半反镜，14-物镜，15-目镜，16-检测器，16a-摄像元件，17-光量调整�？椋�18-照相机控制模块，19-Z工作台控制�？椋�20-图像存储�？椋�21-高度运算�？椋�22-噪声滤波器设定�？椋�23-像面修正模块，24-重量计算�？椋�25-计测设定模块，26-计测结果显示模块，500-部件高度检测单元，501-计算机，502-输入输出单元，503-电子部件搭载设备。
具体实施例方式以下，根据附图，对本发明的实施例进行说明。实施例I图I至图10是实施本发明的部件高度测量方法及其装置的方式的第一个例子。图I表示了本实施例的部件高度测量装置100的构成。部件高度测量装置100具备部件高度检测单元500、计算机501、输入输出单元502而构成，由部件高度测量装置100获取的数据504发送至电子部件搭载设备503。
部件高度检测装置500由检测光学系统I、能够搭载被测量部件6且能够沿高度方向移动的Z工作台8、以及试料台7构成。在计算机501通过未图示的方法搭载有控制部件高度检测装置500及对获取的图像进行运算的程序。输入输出单元502用于显示控制计算机501的画面以及检测结果等。在计算机501，部件高度等结果作为数据504能够传送至电子部件搭载设备503。接下来，在图2以后，详细说明部件高度检测单元500、计算机501、输入输出单元502。对部件高度检测单元500的检测光学系统I的构成进行说明。检测光学系统I具备照明光源9、透镜10、掩模图案11、透镜12、半透半反镜13、物镜14、目镜15以及照相机16。被测量部件6搭载于试料台7，试料台7通过Z工作台8可在光轴方向(Z方向)上移动。Z工作台8通过外部控制，能够在上下方向(Z方向)对其进行控制。这样的构成中，从照明光源9射出的光透过透镜10之后照射掩膜图案11。在掩模图案11中形成有由使光透过的部分和遮住光的部分构成的图案，由透过掩模图案11的光形成的掩膜图案11的像透过透镜12入射至半透半反镜13，通过半透半反镜13所入射的光量的一半被反射到物镜14的一侧，通过物镜14，被投影到被测量部件6上。照明光源9使用例如像LED这样的能够调整光量的光源。来自照射有透过掩膜图案11的光的被测量部件6的反射光再次透过物镜14入射至半透半反镜13，所入射的光量的一半透过半透半反镜13，通过目镜15，成像于照相机16的摄像元件16a上。照相机16使用将多个检测元件(像素)排列为二维状的面型(area type)摄像元件。此外，物镜14的焦点位置和掩模图案11、摄像元件16a配置在共轭位置。图3A至图3C表示了掩模图案11和摄像元件16a的关系。图3A是掩膜图案11的配置图、图3B是摄像元件16a的配置图、图3C是由摄像元件16a检测出的情况下的波形。在图3A中，掩模图案11是将遮光部28和透过部29配置为方格图案或者棋盘状图案而得到的。图3B表示在摄像元件16a的像素30上投影掩模图案11的像的状态，在摄像元件16a上投影的掩模图案11的遮光部28和透过部29的各图案的像的倍率分别被调整为，由照相机16的摄像元件16a的多个像素30成为I个图案的尺寸。图3C表示在图3B所示的摄像元件16a的I行(例如图3B的L-L上的元件群)的输出波形。横轴表示像素，纵轴表示光量。根据被测量部件6的焦点位置，输出波形变化。例如，若远离焦点位置，则成为像波形33那样的振幅较小的波形，若焦距接近对焦点，则振幅渐渐地变大成为波形32。并且在对焦点成为波形31，振幅最大。若远离对焦点位置，则再次从波形32变化为波形31。此外，掩模图案11的配置也可以不是图示的方格图案状，而是千鸟格子等，不作特别限定。并且，遮光部28和透过部29的尺寸也不作特别限定，对于光学系统的分辨率、检测器16的像素尺寸选择效率好的尺寸即可。计算机501具备控制部2和运算部3。首先，说明控制部2。如图2所示，控制部2具备光量调整�？�17、照相机控制模块18、以及Z工作台控制�？�19。光量调整模块17用于控制检测光学系统I的照明光源9的光量。照相机控制�？�18用于控制检测光学系统I的照相机16的摄像时间、灵敏度等。Z工作台控制�？�19用于控制检测光学系统I的Z工作台8的上下移动范围、移动步(Step)数,步进距离等。接下来，说明运算部3。如图2所示，运算部3具备图像存储�？�20、高度运算模块21、噪声滤波器设定�？�22、像面修正�？�23、以及重量计算�？�24，并进行图像处理和利用所处理的图像信息的运算处理。图像存储部20用于保存被照相机控制�？�18控制的图像。被保存的图像能够被自由地调出。高度运算�？�21利用保存于图像存储部20的多 张图像，进行用于根据这些图像得到被测量部件6的高度信息的运算。噪声滤波器设定�？�22用于在高度运算模块21中设定用于去除噪声的滤波器，主要进行平面的平滑化。像面修正模块23用于修正通过检测光学系统I中的物镜14以及目镜15得到的图像的像差，特别是因像面弯曲所产生的检测图像的畸变。重量计算�？�24用于根据由高度运算�？�21得到的被测量部件6的外形形状和预先存储的被测量部件6的密度数据计算出大致的重量。控制部2和运算部3能够互相进行数据的输入输出。输入输出单元502具备输入显示部4和输出�？�5。输入显示部4显示用于设定计测条件的计测条件设定画面300 (参照图8)和显示计测结果的计测结果显示画面350 (参照图9)。计测条件设定画面300用于在由照相机16拍摄而得到的图像中输入高度计测所需的范围、检测光量以及Z工作台移动范围等计测条件。计测结果显示画面350用于显示由高度运算�？�21计算出的被测量部件6的高度、大致重量、以及其他由计测设定�？樯瓒ǖ南钅康慕峁�。输出�？�5用于将由输入显示部4显示的计测结果输出到未图示的打印机、外部
存储装置等。在以上的构成中，在被测量部件6搭载于试料台7的状态下，一边使Z工作台8的高度渐渐变化，一边用照相机16拍摄投影到被测量部件6的掩模图案11的像。控制部2的光量调整�？�17和照相机控制�？�18预先将从照明光源9射出的照明光的光量以及照相机16的检测灵敏度调整为适当的状态。在图4的左侧示出移动开始时的Z工作台8的位置，是物镜14的焦点位置设定在被测量部件6的底面位置的状态。将该位置设为Z1，通过控制部2的Z工作台制御�？�19来控制Z工作台8，使Z工作台8以移动量AZ等间距地进行步进移动。本实施例中，在Z1、Z2、Z2、Z3、Z4、Z5的位置，通过检测器16获取图像，保存到运算部3的图像存储部20。在图4的右侧示出移动结束时的Z工作台8的位置，是物镜14的焦点位置设定在被测定部件6的顶点的状态。将该位置设为Z5。Z工作台8的移动量设定为包含被测定部件6的高度。由高度运算�？�21对保存于图像存储器20的图像进行运算处理，求出被测量部件6的高度信息。接下来，使用图5所示的流程图，说明用于在运算�？�21中求出被测量部件6的高度信息的运算处理的详细内容。首先，如上所述，一边使Z工作台8沿Z方向进行等间距移动，一边获取N张图像Iz (x，y)，Z = I-N (SlOOO)0使用Zl位置的图像，为了提取图像的边缘进行最优化拉普拉斯处理(S1001)。该实施例中基于以下的式(式I)计算。式I
权利要求
1.一种部件高度测量方法，其特征在于， 从垂直于在载置面上载置被测量部件并能够沿该被测量部件的高度方向移动的台的上述载置面的方向，经由物镜向载置于该载置面上的上述被测量部件投影光图案， 使上述台沿上述被测量部件的高度方向依次步进移动，按照各步进移动，经由上述物镜对投影有上述光图案的上述被测量部件进行拍摄，获取上述光图案的图像， 对按照上述台的各步进移动进行拍摄而获取的上述光图案的多个图像进行处理，获得上述被测量部件的各部分的高度信息，生成上述被测量部件的高度图像或包含高度信息的图像。
2.根据权利要求I所述的部件高度测量方法，其特征在于， 在画面上显示上述生成的上述被测量部件的高度图像或包含高度信息的图像，在该画面上显示上述被测量部件的高度图像或包含高度信息的图像的同时，显示表示上述被测量部件的高度信息的上述高度图像的波形信号。
3.根据权利要求I所述的部件高度测量方法，其特征在于， 利用处理上述图像而获得的上述被测量部件的各部分的高度信息，计算出上述被测量部件的重量，在显示上述被测量部件的高度图像或包含高度信息的图像的同时，显示该计算出的上述被测量部件的重量的信息。
4.一种部件高度测量装置，其特征在于，具备 台单元，其在载置面上载置被测量部件并能够沿该被测量部件的高度方向移动； 光图案投影单元，其从垂直于该台单元的上述载置面的方向，经由物镜向载置在该载置面上的上述被测量部件投影光图案； 拍摄单元，其经由上述物镜，对由该光图案投影单元投影到上述被测量部件的光图案的像进行拍摄；以及 图像处理单元，对使上述台单元沿上述被测量部件的高度方向依次步进移动并按照各步进移动由上述拍摄单元进行拍摄而获取的上述光图案的像进行处理，获得上述被测量部件的各部分的高度信息，生成该被测量部件的高度图像或包含高度信息的图像。
5.根据权利要求4所述的部件高度测量装置，其特征在于， 还具备显示由上述图像处理单元生成的上述被测量部件的高度图像或包含高度信息的图像的显示单元， 在该显示单元上显示上述被测量部件的高度图像或包含高度信息的图像的同时，显示表示上述被测量部件的高度信息的上述高度图像或者包含高度信息的图像的波形信号。
6.根据权利要求5所述的部件高度测量装置，其特征在于， 还具备利用由上述图像处理单元获得的上述被测量部件各部分的高度信息，计算出上述被测量部件的重量的部件重量计算单元， 上述显示单元显示上述被测量部件的高度图像或包含高度信息的图像的同时，显示由上述部件重量计算单元计算出的上述被测量部件的重量的信息。
全文摘要
本发明提供一种部件高度测量方法及其装置，其以如下方式测量部件的高度，从垂直于在载置面上载置被测量部件并能够沿被测量部件的高度方向移动的台的载置面的方向，经由物镜向载置于载置面上的被测量部件投影光图案，使台沿被测量部件的高度方向依次步进移动，按照各步进移动，经由物镜对投影有光图案的被测量部件进行拍摄，并获取光图案的图像，对按照台的各步进移动进行拍摄而获取的光图案的多个图像进行处理，获得被测量部件的各部分的高度信息，生成被测量部件的高度图像或包含高度信息的图像。
文档编号G01B11/02GK102829724SQ201210196178
公开日2012年12月19日 申请日期2012年6月14日 优先权日2011年6月16日
发明者吉田实, 渡边正浩, 驹池国宗 申请人:株式会社日立高新技术仪器
专业数控铣床产品供应商
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