专利名称：检测测量目标的方法
技术领域：
本发明的示例性实施例涉及一种用于检测测量目标的方法，更具体地讲，涉及一 种用于检测形成在印刷电路板上的测量目标的方法。
背景技术：
一般来说，电子装置包括至少一个印刷电路板(PCB)，各种电子器件安装在印刷电 路板上。为检测具有安装有电子器件的基板的可靠性，需要检测电子器件的安装状况，且 设置测量目标的区域是重要的。之前，为设置测量目标的区域，捕获二维图像来使用。然而，由于器件对颜色和照 明器敏感，难以从环境区分测量目标，因此从二维图像设置测量目标的区域是不容易的。当 测量目标的尺寸改变时，难以区分测量目标。此外，当图像包含噪声时(例如，当不仅测量 图像形成在基板上，且图案或丝网图案也形成在基板上时)，由于照相机会产生噪声且测量 目标的区域与邻近测量目标的区域的焊盘区域会混淆，所以难以区分测量目标。此外，通过 利用器件的二维图像的焊脚(fillet)部分提取器件，但当器件的焊脚小时，使用焊脚提取 器件是有局限的。因此，需要一种能够避免上述问题的检测三维形状的新的方法。
发明内容
本发明的示例性实施例提供了一种能够精确地提取测量目标的用来检测测量目 标的方法。本发明的另外的特征将在下面的描述中进行阐述，部分地通过描述将是明显的， 或者可以通过实施本发明而明了。本发明的示例性实施例公开了一种用来检测安装在基板上的器件的检测方法。所 述检测方法包括生成器件的形状模板；通过投影部将光栅图案光投射到基板上来获取每 个像素的高度信息；生成与每个像素的高度信息对应的对比图；将对比图与形状模板进行 比较。检测方法还可以包括通过将对比图与形状模板进行比较来获取与形状模板对应 的器件的尺寸、位置和旋转中的至少一种信息。投影部可以包括光源、将光源产生的光转换为光栅图案光的光栅单元和使光栅单 元移动的光栅移动单元。投影部可以在移动光栅单元时将光栅图案光投射到基板上N次。所述检测方法还可以包括当光栅图案光被基板反射时，通过照相机捕获的N个 图像来获取基板的每个像素的可见度信息。可以通过高度信息与可见度信息进行相乘计 算的值来限定对比图。可见度信息(Vi (X，y))可以是各个像素处的图像的强度中的振幅 (Bi(x，y))与平均值(Ai(x，y))之比(或者 Vi (x，y) = Bi (x，y)/Ai (x，y))。可以将对比图与形状模板在所述模板的特定公差值内相互进行比较。
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将对比图与形状模板进行比较的步骤可以包括将形状模板中的根据像素的坐标 被分配为0或1的值与对比图和形状模板重叠的区域的对比值进行相乘以求得结果值，并 对所述结果值进行求和；通过移动形状模板将结果值之和变为最大值的位置确定为所述器 件的位置；当最大值不小于标准值时，确定所述器件是与形状模板对应的器件。本发明的另一示例性实施例公开了一种用来检测安装在基板上的器件的检测方 法。所述检测方法包括生成器件的形状模板；通过将光沿多个方向投射到基板上来获取 每个像素的阴影信息；通过将沿多个方向得到的多个阴影信息合并来生成阴影图；将阴影 图与形状模板进行比较，以获取所述器件的尺寸、位置和旋转中的至少一种信息。通过将光沿多个方向投射到基板上来获取每个像素的阴影信息的步骤可以包括: 在使光栅图案光的相位移动时，将光栅图案光沿多个方向投射到基板上N次；获取被基板 反射的N个图像。通过将光沿多个方向投射到基板上来获取每个像素的阴影信息的步骤还可以包 括对所述N个图像求平均值，或者对所述N个图像中的图像求和使得图像的相位差之和变 为360度，以获得去除了光栅图案的图像。本发明的又一示例性实施例公开了一种用来检测安装在基板上的器件的检测方 法。所述检测方法包括在改变光栅图案光时将光栅图案光沿多个方向投射到基板上N次， 并通过照相机捕获N个图像；利用每个方向的N个图像来生成各方向的可见度图；从各方 向的可见度图获取测量目标的阴影区域；合并多个方向的阴影区域，以生成阴影图。检测方法还可以包括通过从阴影图获取器件的尺寸和位置中的至少一种信息来 检测测量目标。可见度图(Vi(x，y))可以是各个像素处的图像的强度中的振幅(Bi(x，y))与平均 值(Ai (X，y))之比(或者 Vi (x, y) = Bi (χ, y) /Ai (x，y))。通过从阴影图获取器件的尺寸和位置中的至少一种信息来检测测量目标的步骤 可以包括将阴影图与对应于器件的形状模板在特定的公差值内进行比较。将阴影图与形状模板进行比较的步骤可以包括在从初始位置移动形状模板时将 阴影图与所述模板进行比较。将阴影图与形状模板进行比较的步骤可以包括将阴影模板中的根据像素的坐标 被分配为0或1的值与阴影图中根据阴影图与阴影模板重叠的区域的像素的坐标被分配为 0或1的值进行相乘以求得结果值，并对所述结果值进行求和；通过移动阴影模板将结果值 之和为最大值的位置确定为所述器件的初步位置；当最大值不小于标准值时，确定所述器 件是与阴影模板对应的器件。本发明的又一示例性实施例公开了一种检测方法。所述检测方法包括在改变光 栅图案光时将光栅图案光沿多个方向投射到基板上N次，并通过照相机来捕获N个图像；利 用每个方向的N个图像生成各方向的可见度图(N为大于2的整数)；从各方向的可见度图 获取来自测量目标的各方向的阴影区域；对所获取的各方向的阴影区域进行补偿；合并被 补偿的各方向的阴影区域，以生成阴影图。可见度图(Vi(x，y))可以是各个像素处的图像的强度中的振幅(Bi(x，y))与平均 值(Ai (X，y))之比(或者 Vi (x, y) = Bi (χ, y) /Ai (x，y))。可以通过将所获取的各方向的阴影区域的每个像素的振幅(Bi(x，y))进行相乘
5来执行对各方向的阴影区域进行补偿的步骤。对各方向的阴影区域进行补偿的步骤可以包括当像素的振幅不大于预先设定的 标准值时，将各方向的阴影区域的像素设定为阴影。所述检测方法还可以包括从阴影图获取测量目标的尺寸和位置中的至少一种信 肩、ο根据本发明，利用反映器件的高度的对比图和/或器件的阴影图来提取想要的器 件。因此，本发明的方法没有利用二维图像(或画面)的传统方法对器件的颜色和照明更 为敏感，从而即使在器件的大小改变时，也可以容易地区分出所述器件。另外，本发明的方法不受器件周围的噪声(由在器件周围形成的图案或丝网图案 所引起)影响或器件的噪声(由照相机引起)的影响。即使安装可能与所述器件混淆的其 他器件时，也是将所述器件与模板进行比较，从而可以清楚地区分出所述器件。此外，由于在区分器件时该方法不是使用焊脚而是对比图，所以即使当器件的焊 脚很小时，该方法也可以清楚地区分出所述器件。阴影图独立于测量高度范围，从而即使当器件的高度超过用来测量三维形状的设 备的测量高度范围时，也可以获取器件(910)的诸如位置、尺寸、旋转角度等的信息，而与 器件的高度无关。另外，当通过振幅信息来补偿从可见度图获取的各方向的阴影区域时，阴影区域 的噪声可以被最小化，从而提高了测量目标的检测可靠性。此外，当利用噪声比各方向的可见度图的噪声小的各方向的振幅图来提取阴影区 域时，可以提高阴影区域的可靠性。此外，即使当器件的高度超过用来测量三维形状的设备的测量高度范围时，也可 以利用可见度图精确地提取测量目标的区域。应当理解的是，前面的总体描述和下面的详细描述是示例性的和说明性的，并且 意图对所要求保护的本发明提供进一步的解释。
附图被包括以提供对本发明的进一步的理解，并构成本说明书的一部分，附图示 出了本发明的实施例，并与说明书一起用于解释本发明的原理。图1是示出根据本发明示例性实施例的可用于三维形状检测方法的用于测量三 维形状的设备的示意图。图2是示出根据本发明示例性实施例的用于检测三维形状的方法流程图。图3是示出形状模板的示例的示意图。图4是示出根据本发明示例性实施例的图2中的获取器件的信息的步骤(步骤 S140)的流程图。图5是示出将目标器件与对应于形状模板的器件进行比较的方法的概念图。图6是例如当器件为芯片时的器件的图像。图7是通过图6中的芯片的对比图(contrast map)表示的图像。图8是当反映可见度信息时由图6中的芯片的对比图表示的图像。图9是示出根据本发明另一示例性实施例的用于检测三维形状的方法的流程图。
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图10是示出阴影模板的示例的概念图。图11是示出根据本发明另一示例性实施例的通过利用可见度信息产生阴影图的 步骤(步骤S230)的流程图。图12是示出图9中的获取器件信息的步骤(步骤S240)的流程图。图13是示出将目标器件与对应于阴影模板的器件进行比较的方法的概念图。图14是示出根据本发明示例性实施例的可用于检测测量目标的方法的用于测量 三维形状的设备的示意图。图15是示出安装有测量目标的基板的部分的平面图。图16是示出根据本发明另一示例性实施例的用于检测测量目标的方法的流程 图。图17是示出多个方向的可见度图的示图。图18是示出多个方向的振幅图(amplitude map)的示图。图19是示出多个方向的补偿图的示图，其中，补偿了多个方向的阴影区域。图20是示出合并了多个方向的经补偿的阴影区域的阴影图的示图。图21是示出根据本发明另一示例性实施例的检测测量目标的方法的流程图。
具体实施例方式以下，将参照附图更充分的描述本发明，附图中示出了本发明的实施例。然而，本 发明可以以许多不同的形式来实施，且不应该解释为局限于在这里所提出的实施例。相反， 提供这些实施例使得本公开将是彻底的，并将本发明的范围充分地传达给本领域技术人 员。在附图中，为了清晰起见，会夸大层和区域的尺寸和相对尺寸。附图中，相同的标号表 示相同的元件。应该理解的是，当元件或层被称作“在”另一元件或层“上”或“连接到”另一元件 或层时，该元件或层可以直接在另一元件或层上或者直接连接到另一元件或层，或者可以 存在中间元件或中间层。相反，当元件被称作“直接在”另一元件“上”或“直接连接到”另 一元件或层时，不存在中间元件或中间层。图1是示出根据本发明示例性实施例的可用于三维形状检测方法的用于测量三 维形状的设备的示意图。参照图1，根据本发明示例性实施例的可用于三维形状检测方法的用于测量三维 形状的设备包括台部100、图像捕获部200、第一投射部300、第二投射部400、图像存储部 500、模块控制部600和中央控制部700。台部100可包括台110和台移动单元120。台110支撑基板，测量目标10安装在 基板上。台移动单元120使台110移动。在本实施例中，台110使基板相对于图像捕获部 200、第一投射部300和第二投射部400运动，从而可以改变基板10的测量位置。图像捕获部200设置在台110上方。图像捕获部200接收被测量目标10反射的光 以捕获测量目标10的图像。即，图像捕获部200接收从第一投射部300和第二投射部400 投射且被测量目标10反射的光，从而捕获测量目标10的图像以测量三维形状。图像捕获部200可包括照相机210、成像透镜220、滤波器230和灯240。照相机 210接收被测量目标10反射的光以捕获测量目标10的图像。例如，可采用CCD照相机或CMOS照相机作为照相机210。成像透镜220设置在照相机210下方，以使测量目标10在照 相机210上成像。滤波器230设置在成像透镜220下方，以对被测量目标10反射的光进行 滤波并将滤波后的光提供给成像透镜220。滤波器230可包括例如频率滤波器、颜色滤波器 和光强控制滤波器中的至少一种。灯240可以以例如圆形设置在滤波器230下方。灯240 可将光照射到测量目标10上，以便为诸如测量目标10的二维形状特定目的成像。第一投射部300可设置在图像捕获部200的第一侧，从而第一投射部300相对于 台110倾斜地投射光。第一投射部300可包括第一投射单元310、第一光栅单元320、第一 光栅移动单元330和第一聚焦透镜340。第一投射单元310可包括产生光的光源和至少一 个透镜，第一光栅单元320设置在第一投射单元310下方以将由第一投射单元310产生的 光转换成第一光栅图案光。第一光栅移动单元330连接到第一光栅单元320以移动第一光 栅单元320。例如，可采用PZT压电移动单元或精细线性移动单元作为第一光栅移动单元 330。第一聚焦透镜340设置在第一光栅单元320下方，以将第一光栅单元320产生的第一 光栅图案光聚焦到测量目标10上。第二投射部400可设置在图像捕获部200的与所述第一侧相对的第二侧，从而第 二投射部400相对于台110倾斜地投射光。第二投射部400可包括第二投射单元410、第二 光栅单元420、第二光栅移动单元430和第二聚焦透镜440。第二投射部400基本上与上面 描述的第一投射部300相同，因此将省略任何进一步的解释。当第一投射部300向测量目标10投射N个第一光栅图案光投射，同时第一光栅移 动单元330移动第一光栅单元320时，图像捕获部200接收被测量目标10反射的N个第一 光栅图案光以捕获被测量目标10反射的N个第一光栅图案光。同样，当第二投射部400向 测量目标10投射N个第二光栅图案光，同时第二光栅移动单元430移动第二光栅单元420 时，图像捕获部200接收被测量目标10反射的N个第二光栅图案光以捕获被测量目标10 反射的N个第二光栅图案光。例如，整数N是3或4。在本实施例中，只有第一投射部300和第二投射部400分别投射第一光栅图案光 和第二光栅图案光。然而，投射部可以多于两个。即，光栅图案光可以以各种方向照射到测 量目标10上，以捕获各种图案图像。例如，当三个投射部分别设置在等边三角形的顶点时， 三种光栅图案光可以投射到测量目标10上。在这种情况下，图像捕获部200设置在等边三 角形的中心。例如，当四个投射部分别设置在正方形的顶点时，四种光栅图案光可以投射到 测量目标10上。在这种情况下，图像捕获部200设置在正方形的中心。图像存储部500电连接到图像捕获部200的照相机210，并从照相机210接收图案 图像，以存储所述的图案图像。例如，图像存储部500包括图像系统，所述图像系统从照相 机210接收N个第一图案图像和N个第二图案图像并且存储所述N个第一图案图像和所述 N个第二图案图像。�？榭刂撇�600电连接到台部100、图像捕获部200、第一投射部300和第二投射 部400，以控制台部100、图像捕获部200、第一投射部300和第二投射部400。�？榭刂撇� 600包括例如Z轴控制器、照明控制器、光栅控制器和台控制器。Z轴控制器可沿Z轴方向 移动图像捕获部200、第一投射部300和第二投射部400以聚焦。照明控制器分别控制第一 投射单元310和第二投射单元410以产生光。光栅控制器控制第一光栅移动单元330和第 二光栅移动单元430，以分别移动第一光栅单元320和第二光栅单元420。台控制器控制台
8移动单元120，使台110沿X轴方向和Y轴方向移动。中央控制部700电连接到图像存储部500和�？榭刂撇�600，以控制图像存储部 500和模块控制部600。详细地说，中央控制部700从图像存储部500的图像系统接收N个 第一图案图像和N个第二图案图像，以通过利用N桶算法获取电子器件20的3D图像数据。 所述3D图像数据包括对应于基板10的点的高度信息。此外，中央控制部700可控制模块 控制部600的Z轴控制器、照明控制器、光栅控制器和台控制器。为执行上述操作，中央控 制部700可包括例如图像处理板、控制板和接口板。以下，将解释通过使用上面描述的用于测量三维形状的设备来检测安装在印刷电 路板上的器件的方法。图2是示出根据本发明示例性实施例的用于检测三维形状的方法流程图，图3是 示出形状模板的示例的示意图。参照图2和图3，为了检测安装在印刷电路板上的器件，生成形状模板800 (步骤 Sl 10)，器件的形状在形状模板800中提取。被提取的器件810可包括具有例如六面体形状 的芯片。例如，如图3所示，在对器件810的提取中，可预先设置形状模板800，从而可用白 色表示对应于器件810的第一区域，并可用黑色表示不与器件810对应的第二区域。在图 3中，阴影区域对应于器件810。在这种情况下，以数字图像生成形状模板800，第一区域可 设置为1，第二区域可设置为0。形状模板800可由模板决定因子(template determinant)限定。即，模板决定因 子可确定形状模板800。例如，当器件810为具有六面体形状的芯片时，模板决定因子可包 括芯片的平面区域。详细地讲，模板决定因子可包括芯片的宽度X和芯片的长度Y，可通过 具有芯片的长度和宽度的模板决定因子限定形状模板800。然后，通过沿至少两个方向将光栅图案光投射到测量目标上，来获取根据测量模 板的像素的高度信息(S120)。根据测量目标的像素获取的高度信息可从通过对测量目标进行测量(例如，通过 利用图1中的用于测量三维形状的设备)而获取的数据计算出。之后，生成对比图(S130)，对比图中，根据像素设置与高度信息对应的对比。当在 高度信息中像素的高度变大时，安装在测量目标上的比较目标器件(以下称为目标器件) 的像素可设置为具有更大的对比值。因此，这样生成对比图，从而使设置目标器件的区域比 没有设置目标器件的区域亮。在这种情况下，根据高度信息生成对比图。因此，对比图独立于目标器件的颜色或 印刷在目标器件上的图或字符。此外，对比图独立于目标器件的环境的颜色、字符或图。即， 对比图仅代表根据目标器件的高度的目标器件的灰阶。因此，与传统的二维图像相比，可更 精确地提取目标器件的形状。另一方面，为了更精确地提取目标器件的形状，可根据要使用的像素来获取测量 目标的可见度信息。可见度为振幅BiU, y)与平均值Ai(^y)的比值。一般来说，当反射率增大时，可 见度增大。可见度Vi(x，y)可表示如下，Vi (x, y) = Bi (χ, y) /Ai (χ, y).
可以沿各种方向将光栅图案光投射到印刷电路板上以获取各种图案图像。如图1 所示，图像存储部500从照相机210捕获的N个图案图像提取在X-Y平面中位置i (x，y)处 的N个强度信号Ii1, Ii2,...，ΓΝ,通过利用N桶算法计算平均值Ai (x, y)和可见度Vi (x, y)。例如，在N = 3和N = 4的情况下，可见度可分别如下地表示，在N = 3的情况下，
Ii + Ji +pJ1
，
A W+G+O在N = 4的情况下，
“.Il+Iii+4+ Il4(^7)=-——1^i-
5
B. 2 [-I13 + Ir2-I1, VXx,/) = ^-= -^U_U_“.、"
、 A ⑷+糾+⑴
ο可通过沿至少两个方向将光栅图案光投射到测量目标上而获取可见度信息，如同 获取根据通过测量目标的像素的高度信息的步骤(步骤S120)。即，根据像素的可见度信息 也可从通过利用例如图1中的测量三维形状的设备获取的目标的数据而容易地获得。根据像素的对比可由通过将上面的高度信息与可见度信息相乘得到的值来限定。 一般来说，当器件的反射率比环境的反射率高时，器件的可见度比环境的可见度高得多。因 此，当在对比图上反映可见度信息时，与仅仅反映高度信息的对比图相比，器件可被强调。再次参照图2，之后，通过将测量目标的对比图与形状模板800进行对比来获取与 在测量目标中的形状模板800对应的器件810的信息(步骤S140)。器件810的信息可包 括器件810的存在、实际尺寸和设置状态等。图4是示出根据本发明示例性实施例的图2中的获取器件的信息的步骤(步骤 S140)的流程图。参照图4，为获取与测量目标中的形状模板800对应的器件810的信息，首先在测 量目标中检查与形状模板800对应的器件810的存在(步骤S142)。例如，设置检测区域(或感兴趣的区域)并检查在检测区域中目标器件的存在。在 这种情况下，可以例如通过利用记录测量目标的形状的CAD信息来设置检测区域。CAD信息 包括测量目标的设计信息。可选择地，可通过利用在研究模式中得到的研究信息来设置检 测区域。在研究模式中，研究印刷电路板的裸板以得到印刷电路板的设计标准信息，在研究 模式中得到的研究信息可用于设置检测区域。图5是示出将目标器件与对应于形状模板的器件进行比较的方法的概念图。参照图5，为了检查目标器件820是否是对应于形状模板800的器件810，首先在 印刷电路板中设置检测区域R0I，然后在将形状模板800从初始位置800a顺序地移动时将 形状模板800与对比图进行比较。为了将形状模板800与对比图进行比较，将根据像素的坐标分配的形状模板800
10中的值0或1乘以对比图与形状模板800重叠的区域的对比值以得到结果值，将结果值求 和。之后，结果值的和最大的位置被确定为器件810的初步位置。当结果值的和的最大值 等于或大于标准时，目标器件820被确定为与形状模板800对应的器件810。与形状模板800对应的器件810具有一定的大小。测量目标的目标器件820可具 有不同的尺寸，且目标器件820可旋转。因此，在确定记录在形状模板800中的器件810为 目标器件820的过程中可设置公差值，可在模板决定因子的公差值中将对比图和形状模板 800彼此进行比较。例如，公差值可以是在尺寸上与形状模板800对应的器件810在尺寸上 的大约50%至大约150%。另外，在确定与形状模板800对应的器件810为目标器件820 的过程中可设置角度公差，可在转动对比图和形状模板800中的一个的期间将对比图和形 状模板800进行比较。再次参照图4，之后，当器件810存在于测量目标中时，可获取器件(或目标器件 820)的尺寸信息、位置信息和转动角度的信息(步骤S144)。可通过对比图容易地获取上 述信息。在测量目标中获取与形状模板800对应的器件的信息(步骤S 140)之后，可以以 各种方式使用器件810的信息以用于检测三维形状的方法。例如，如果器件是，可利用器件的信息来检查与形状模板800对应的器件是否为 劣等的(inferior)器件(S150)。即，可通过利用尺寸信息和转动信息等确认器件是否适当 地设置在测量目标上，来检查器件是否为劣等器件。另外，可通过从测量目标去除所述器件 的信息来得到其它器件或元件的信息。在另一方面，可以在器件的信息中去除器件的信息的一部分，可使用信息的剩余 部分来检查器件是否为劣等的一个器件。例如，当器件是安装在印刷电路板上的芯片时，可获得去除了芯片主体的信息的 芯片端子的信息或电连接到所述端子的焊盘的信息，而没有噪声。因此，利用上述信息，可 检查器件中的劣等器件。作为示例性实施例，当器件是安装在印刷电路板上的芯片时，首先提取芯片的芯 片主体，将关于芯片主体的芯片主体信息从关于芯片的芯片信息中去除，然后，可通过利 用去除了芯片主体信息的芯片信息来检查安装在印刷电路板上的芯片是否为劣等的芯片。 即，可检查芯片的端子和焊盘之间的连接情况。以下，参照图来比较传统的二维图像(或画面)与对比图，对比图上反映了高度信 息(高度信息对应于三维信息)。图6是例如当器件为芯片时的器件的图像。参照图6，可将图像中芯片主体的形状估计为矩形。然而，不能清楚的限定芯片主 体的轮廓。特别是，不易找到什么区域对应于芯片主体，什么区域对应于焊料、焊盘和端子。此外，图像为二维图像(或画面)，从而印刷在芯片主体上的数字和具有不同颜色 的部分显示在图像中。图7是由图6中的芯片的对比图表示的图像。参照图7，图像中的芯片主体的形状可清楚地示出为矩形。图7中的图像是反映了 诸如根据像素的高度信息的三维信息的图像。详细地，图7中的图像表示为根据高度而具 有更亮的对比区域。因此，具有相同高度的芯片主体被明亮地表示，低于芯片主体的焊料、
11焊盘和端子等黑暗地表示，从而可容易地区分芯片主体。此外，高度信息反映在图像上，从而芯片主体的颜色、印刷在芯片主体上的数字和 字符等不表示在图像中。因此，芯片主体的颜色、印刷在芯片主体上的数字或字符不干扰区 分芯片主体。尤其是，即使当芯片主体具有印刷在其上的复杂的颜色和复杂的字符，可通过 利用对比图容易地获得芯片主体的形状。图8是当反映可见度信息时由图6中的芯片的对比图表示的图像。参照图8，在图8中可更容易地区分芯片主体的形状。图8中的图像是反映了可见 度信息的对比图，从而芯片主体被强调为更亮，而其它部分表示为更暗。因此，强调了芯片 主体，从而可更容易地获取芯片主体的形状。如上所述，根据本实施例，可通过利用反映了高度信息的对比图来提取器件。因 此，相比于利用二维图像(或画面)的传统方法，本发明的方法对于器件的颜色和照明较不 敏感，从而即使当器件的尺寸改变时，也可以容易地区分所述器件。此外，本发明的方法不受由形成在器件周围的图案或丝网图案引入的器件周围的 噪声或由照相机引入的器件噪声的影响。即使当安装了可能与器件混淆的其它器件时，将 器件与模板比较，从而可清楚地区分器件。此外，即使当器件的焊脚较小时，由于所述方法在区分器件中不使用焊脚而是使 用对比图，因此所述方法可以清楚地区分器件。图9是根据本发明另一示例性实施例的示出检测三维形状的方法的流程图，图10 是示出阴影模板的示例的概念图。参照图9和图10，为检测安装在印刷电路板上的器件，生成提取器件的阴影的阴 影模板900 (步骤S210)。提取的器件910可包括具有例如六边形形状的芯片。例如，在对在将光倾斜地照射到器件上时产生的器件910的阴影的提取中，可预 先设置阴影模板900，从而如图10所示，与器件910的阴影对应的第一区域可表示为白色， 不与器件910的阴影对应的第二区域可表示为黑色。在图10中，阴影区域对应于器件910 的阴影。在这种情况下，以数字图像生成阴影模板900，第一区域可设置为对应于1，第二区 域可设置为对应于0。可通过模板决定因子限定阴影模板900。即，模板决定因子可确定阴影模板900。 例如，当器件910为具有六边形形状的芯片时，模板决定因子可包括芯片的尺寸和光栅图 案图案光的投射角度。详细地，模板决定因子可包括对应于芯片的尺寸的芯片的宽度X、芯 片的长度Y和芯片的高度(未示出)，阴影模板900可通过具有芯片的所述宽度、所述长度 和所述高度的模板决定因子来限定。然后，通过沿多个方向将光栅图案光投射到测量目标上，根据测量目标的像素获 取阴影信息(步骤S220)。根据测量目标的像素获取的阴影信息可从通过对测量目标进行测量得到的数据 计算出，例如，通过利用图1中的用于测量三维形状的设备。然后，生成在各个方向上获得的阴影信息被合并的阴影图(步骤S230)。例如，根 据用来测量三维形状的设备，所述用来测量三维形状的设备通过倾斜地投射比较目标器件 (在下文称作“目标器件”)而沿四个方向测量目标器件，在四个方向上生成目标器件的阴 影，并合并四个方向上的阴影，从而生成围绕目标器件的阴影图。例如，可以以这样的方式
12形成阴影图，即，根据像素坐标，当存在阴影时赋值为1，而不存在阴影时赋值为0。阴影图独立于测量高度范围，从而即使当器件910的高度超过用来测量三维形状 的设备的测量高度范围时，也可以获取器件910的信息，例如位置、尺寸、旋转角度等，而与 器件的高度无关。在这种情况下，根据阴影信息生成阴影图。因此，阴影图独立于目标器件的颜色或 者印刷在目标器件上的字符或图形。此外，阴影图独立于目标器件的环境的颜色、字符或图 形。即，阴影图根据目标器件的阴影的存在仅仅代表目标器件的灰阶。因此，与传统的二维 图像相比，可以更精确地提取目标器件的形状。另一方面，为了更加精确地提取目标器件的形状，如参照图2和图3所描述的，可 以根据将要使用的像素来获取测量目标的可见度信息。与获取根据测量目标的像素的阴影信息的步骤(步骤S220) —样，可以通过将光 栅图案沿多个方向投射到测量目标上来获取可见度信息。也就是说，也可以从利用例如图 1中的用来测量三维形状的设备获得的目标的数据而容易地获取根据像素的可见度信息。图11是示出了根据本发明另一示例性实施例的在图9中利用可见度信息来生成 阴影图的步骤(步骤S230)的流程图。参照图11，为了生成阴影图，根据依照每个像素的阴影信息首先生成初步阴影图 (步骤S232)。然后，利用可见度信息从初步阴影图去除器件部分(步骤S234)。然后，完成 去除了所述器件部分的阴影图(步骤S236)。通常，当器件的反射率比环境的反射率高时，器件的可见度比环境的可见度大很 多。因此，当可见度信息被反映在阴影图上时，即使器件具有与环境的颜色相似的黑色，也 可以清楚地区分出阴影。再次参照图9，然后，通过将测量目标的阴影图与阴影模板900进行比较来获取与 测量目标中的阴影模板900对应的器件901的信息(步骤S240)。器件910的信息可以包 括器件910的存在、实际尺寸和布置状态等。图12是示出了在图9中获取器件信息的步骤(步骤S240)的流程图。参照图9和图12，为了获取与测量目标中的阴影模板900对应的器件910的信息， 首先可以在测量目标中检查与阴影模板900对应的器件910的存在(步骤S242)。例如，设定检测区域(或感兴趣的区域)，并且检查目标器件在检测区域中的存 在。在这种情况下，可以通过与参照图4描述的方法相同的方法来设定检测区域。图13是示出了将目标器件与对应于阴影模板的器件进行比较的概念视图。参照图13，为了检查目标器件920是否是与阴影模板900对应的器件910，可以首 先在印刷电路板中设定检测区域R0I，然后，可以在从初始位置900a顺序地移动阴影模板 900时将阴影模板900与阴影图进行比较。为了将阴影模板900与阴影图进行比较，将阴影模板900中根据像素的坐标而分 配为0或1的值与阴影图中根据像素的坐标而分配为0或1的值进行相乘，以得到结果值， 并且对结果值求和。在这种情况下，当图13中的阴影模板900的阴影线区域与阴影图的阴 影线区域重叠的区域的尺寸增大时，结果值变大。然后，将结果值之和为最大时的位置确定 为器件910的初步位置。当图13中的阴影模板900的阴影线区域与阴影图的阴影线区域重 叠的区域的尺寸为最大时，结果值变得最大，阴影模板900与阴影图彼此基本一致。然后，
13当结果值的最大和等于或大于标准值时，将目标器件920确定为与阴影模板900对应的器 件910。例如，可以将标准值设定为由阴影模板900中的数“1”与特定值相乘得到的数值。与阴影模板900对应的器件910具有特定的尺寸。测量目标的目标器件920可以 具有不同的尺寸，并且目标器件920可以旋转。因此，可以在将阴影模板900中记录的器件 910确定为目标器件920的步骤中设置公差值(tolerance value)，可以在模板决定因子的 公差值内，将阴影图与阴影模板900相互进行比较。例如，在水平长度X、垂直长度Y和宽 度W方面，公差值可以是与阴影模板900对应的器件910的大约50%至大约150%。在这 种情况下，宽度W可以在所有的方向上都基本相同，但是也可以根据方向而不同。另外，可 以在将与阴影模板900对应的器件910确定为目标器件920的步骤中设置角度公差，可以 在旋转阴影图和阴影模板900之一时将阴影图与阴影模板900进行比较。再次参照图12，然后，当在测量目标中存在器件910时，可以获取器件(或目标器 件920)的尺寸、位置和旋转角度的信息(步骤S244)。可以通过阴影图容易地获取上述信 肩、ο在获取了与阴影模板900对应的在测量目标中的器件的信息(步骤S240)之后， 对于检测三维形状的方法，可以以各种方式使用器件910的信息。例如，与阴影模板900对应的器件可以利用器件的信息来检查该器件是否是劣等 器件(步骤S250)。步骤S250与图2中的步骤S150基本相同，因此将省略任何进一步的解释。如上所述，根据本实施例，可以利用反映了阴影信息的阴影图来提取器件。因此， 与使用二维图像(或画面)的传统方法相比，本发明的方法对器件的颜色和照明较不敏感， 因此，即使在器件的大小改变时，也可以容易地区分出所述器件。另外，本发明的方法不受器件周围的噪声(由在器件周围形成的图案或丝网图案 所引起)的影响或器件的噪声(由照相机引起)的影响。即使安装可能与所述器件混淆的 其他器件时，也是将所述器件与模板进行比较，从而可以清楚地区分出所述器件。此外，阴影独立于测量高度范围，从而即使当器件的高度超过用来测量三维形状 的设备的测量高度范围时，也可以获取器件的诸如位置、尺寸和旋转角度等的信息，而与器 件的高度无关。图14是示出根据本发明示例性实施例的用来测量三维形状的设备的示意图，所 述用来测量三维形状的设备可以用于三维形状的检测方法。参照图14，根据本发明示例性实施例的用来测量三维形状的设备包括台1140、至 少一个投影部1110和照相机1130。台1140支撑并移动形成有测量目标的基板1150。至少 一个投影部1110将光栅图案光投射到基板1150上。照相机1130捕获基板1150的图像。 用来测量三维形状的设备还可以包括将光照射到基板1150上且与投影部1110分开的照明 部1120。照明部1120与台1140相邻地设置。投影部1110用于对基板1150上的测量目标的三维形状进行的测量。为了达到上 述目的，投影部1110将光栅图案光倾斜地投射到基板1150上。例如，投影部1110包括光 源1112、光栅单元1114、光栅移动单元1116和聚焦透镜1118。光源1112产生光。光栅单 元1114将光源1112产生的光转换为光栅图案光。光栅移动单元1116使光栅单元1114移 动特定的距离。聚焦透镜1118栅将光栅单元1114转换的光栅图案光聚焦到测量目标上。可以通过诸如压电致动器(PZT)的光栅移动单元1116使光栅单元1114以/N (N为整 数)的相移被移动。具有上述元件的投影部1110在光栅移动单元1116逐步地移动光栅单 元1114时朝着基板1150投射光栅图案光，并且照相机1130在投影部1110投射光栅图案 光时捕获基板1150的图像。为了提高测量精度，多个投影部1110可以沿着圆的圆周以预定的角度布置，所述 圆具有布置在它的中心的照相机1130。例如，可以相对于照相机1130以九十度沿圆的圆周 设置四个投影部1110，或者可以相对于照相机1130以四十五度沿圆的圆周设置八个投影 部 1110。照明部1120呈圆形，并且可以与台1140相邻地设置。照明部1120朝着基板1150 照射光，以检查初始对齐或设定检测区域。例如，照明部1120可以包括发出白光的荧光灯。 可替换地，照明部1120可以包括发出红光的红色LED、发出绿光的绿色LED和发出蓝光的蓝 色 LED。照相机1130设置在台1140的上方，并接收被基板1150反射的光，以捕获基板 1150的图像。例如，当投影部1110将光栅图案光投射到基板1150上时，照相机1130捕获 被基板1150反射的光栅图案图像；当照明部1120将光照射到基板1150上时，照相机1130 捕获基板1150的图像。照相机1130可以包括CXD照相机或CMOS照相机，用来捕获图像。具有上面解释的结构的用来测量三维形状的设备利用投影部1110或照明部1120 将光栅图案光或光发射到基板1150上，并利用照相机1130捕获被基板1150反射的光栅图 案图像或图像，从而分别测量三维图像或二维图像。图14中的用来测量三维形状的设备仅 仅是一示例，可以对用来测量三维形状的设备做出各种修改。在下文中，将解释利用上面描述的用来测量三维形状的设备来检测安装在印刷电 路板上的器件的方法。图15是示出了基板的其上安装有测量目标的一部分的俯视图。图16是示出了根 据本发明又一示例性实施例的用来检测测量目标的方法的流程图，图17是示出了多个方 向的可见度图的图形，图18是示出了多个方向的振幅图的图形，图19是示出了补偿了多个 方向的阴影区域的多个方向的补偿图，图20是示出了被补偿的多个方向的阴影区域被合 并的阴影图。参照图14、图15和图16，为了检测测量目标1152 (例如，电子器件)在基板1150 上的安装状况，将光栅图案光分别沿多个方向投射到安装有测量目标1152的基板1150上 N次，通过照相机1130捕获基板1150的图像(步骤S1110)。这里，N为大于2的整数。然 后，利用通过照相机1130捕获的多个方向上的N个图像来生成各方向的可见度图(步骤 S1120)。详细地讲，当多个投影部1110依次将光栅图案光投射到基板1150上时，照相机 1130依次捕获图像，从而生成各方向的可见度图像。在这种情况下，用来测量三维形状的设 备可以通过多通道相移云纹法(multi-channel phase shift moir6method)来获取各方向 的图像。例如，每个投影部1110在移动光栅图案光若干次时将光栅图案光投射到基板1150 上，照相机1130捕获基板1150的相移图像，从而从相移图像生成各方向的可见度图。另一 方面，可以从相移图像生成各方向的振幅图。可以利用捕获图像的强度的振幅Bi (x，y)和平均值Ai(x，y)来生成可见度图。可
15见度与参照图2和图3所描述的可见度相同。因此，将省略任何进一步的解释。用来测量三维形状的设备可以利用可见度信息和振幅信息来生成图17中的多个 方向的可见度图和图18中的多个方向的振幅图。参照图19，当生成多个方向的可见度图时，从多个方向的可见度图获取关于测量 目标1152的四个方向的阴影区域1154(步骤S1130)。安装在基板1150上的测量目标1152 具有一定的高度。因此，当投影部1110朝着测量目标1152投射光栅图案光时，在相对于测 量目标1152与投影部1110相对的一侧生成阴影区域1154。例如，阴影区域1154比其他区 域相对要暗，从而阴影区域1154在各方向的可见度图和各方向的振幅图中以黑色显示。然后，对通过上述过程获取的各方向的阴影区域1154进行补偿(步骤S1140)。即 使振幅(Bi (x, y))很�。杉�(Vi (X，y))在平均值(Ai (x, y))非常小(例如，(0，xxx)) 的区域中也会是大的数值，从而可以生成如图17所示的明亮显示的实际的阴影区域1154 的噪声区域1156。因此，为了去除噪声区域1156，对各方向的阴影区域1154进行补偿。根 据用来补偿各方向的阴影区域1154的一个示例性实施例，各方向的阴影区域1154的每个 像素与振幅Bi(x，y)相乘。根据用来补偿各方向的阴影区域1154的另一示例性实施例，当 像素的振幅Bi(x，y)不大于预先设定的标准值时，将各方向的阴影区域1154的像素设定成 阴影。通过利用上述方法来补偿各方向的阴影区域1154，可以去除各方向的阴影区域 1154的大部分噪声区域1156，从而可以获取各方向的更为可靠的阴影区域1154。另外，即 使当器件的高度超过用来测量三维形状的设备的测量高度范围时，也可以利用可见度图来 精确地提取测量目标的区域。当补偿各方向的阴影区域1154时，对被补偿的各方向的经补偿的阴影区域1154 进行合并，从而生成如图20所示的阴影图(步骤S1150)。实际的测量目标1152和与测量 目标1152相邻的阴影区域1154在阴影图上具有相对较大的灰阶差异。因此，可以容易地 设定测量目标1152的区域。例如，在阴影图中，可以以亮色显示测量目标1152，可以以暗色 显示阴影区域1154。相反，在阴影图中，可以以暗色显示测量目标1152，可以以亮色显示阴 影区域1154。可以在从各方向的可见度图获取各方向的阴影区域(步骤S1130)之后执行对阴 影区域补偿的步骤。可替换地，可以在对各方向的阴影区域进行合并以生成阴影图(步骤 S1150)之后在阴影图中补偿合并后的阴影区域。然后，可以利用阴影图来检查测量目标1152的安装状况。详细地讲，从阴影图获 取测量目标1152的尺寸、位置和旋转的信息，可以利用所述信息中的至少一种来检查测量 目标1152的安装状况。例如，包含基板的基本信息的CAD数据包括测量目标1152的尺寸、 位置和旋转的信息。因此，可以通过将CAD数据的信息与阴影图的信息进行比较来检查测 量目标1152的安装状况。另外，可以增加产生用于通过与阴影图进行比较来确认测量目标1152的模板的 步骤。可以通过测量目标1152的信息或通过由测量设备执行的测量来生成该模板，并且可 以存储该模板以备使用。在将阴影图与模板进行比较的步骤中，当阴影图与模板之间的差 异在公差内时，测量目标被确认。在这种情况下，可以由用户来设定公差。在本实施例中，沿多个方向投射光栅图案光，或者使用四个投影部1110。然而，投射光栅图案光的方向的个数并不限于四个，而是可以是变化的。图21是示出了根据本发明又一示例性实施例的用来检测测量目标的方法的流程 图。参照图21，为了检测测量目标1152的安装状况，将光栅图案光沿多个方向投射到 安装有测量目标1152的基板1150上，以获取如图18所示的各方向的振幅图(步骤S1210)。 获取多个方向的振幅图的方法在前面进行了描述。因此，将省略任何进一步的解释。然后，将在多个方向的振幅图中振幅不大于预先设定的标准值的区域确定为阴影 区域，并提取各方向的阴影区域1154(步骤S1220)。通常，阴影区域与其他区域相比具有相 对较低的振幅。因此，可以认为具有比标准值低的振幅的区域是阴影区域。如上所述，当利 用具有比各方向的可见度图的噪声少的噪声的各方向的振幅图来提取阴影区域时，可以提 高阴影区域的可靠性。然后，对各方向的阴影区域1154进行合并，以生成阴影图(步骤S1230)。阴影图 如前面参照图20所解释。因此，将省略任何进一步的解释。此外，在本实施例中，可以包括 利用阴影图检测测量目标的安装状况的步骤和生成模板的步骤。另一方面，在生成阴影图的步骤中，不是利用如前所述的各方向的可见度图或各 方向的振幅图，而是可以将各方向的多个光栅图案图像转变成2D图像，并且可以利用所述 2D图像生成阴影图。在将多个光栅图案图像转变成2D图像的步骤中，可以在2D图像中显 示光栅图案。可以通过对光栅图案图像求平均值，将多个光栅图案图像中的相位差为180° 的两个强度相加，或者对N个图像中的一些图像的强度求和以使图像的相位差变为360°， 以去除2D图像中的光栅图案。对于本领域技术人员将明显的是，在不脱离本发明的精神或范围的情况下，可以 在本发明中做出各种修改和变形。因此，本发明意图覆盖本发明的修改和变形，只要这些修 改和变形在权利要求书及其等同物的范围内。
1权利要求
一种用来检测安装在基板上的器件的检测方法，所述检测方法包括以下步骤生成器件的形状模板；通过投影部将光栅图案光投射到基板上来获取每个像素的高度信息；生成与每个像素的高度信息对应的对比图；将对比图与形状模板进行比较。
2.如权利要求1所述的检测方法，所述检测方法还包括通过将对比图与形状模板进 行比较来获取与形状模板对应的器件的尺寸、位置和旋转中的至少一种信息。
3.如权利要求2所述的检测方法，其中，投影部包括光源、将光源产生的光转换为光栅 图案光的光栅单元和使光栅单元移动的光栅移动单元，其中，投影部在移动光栅单元时将 光栅图案光投射到基板上N次。
4.如权利要求3所述的检测方法，所述检测方法还包括当光栅图案光被基板反射时， 通过照相机捕获的N个图像来获取基板的每个像素的可见度信息，其中，通过高度信息与可见度信息进行相乘计算的值来限定对比图。
5.如权利要求4所述的检测方法，其中，可见度信息是各个像素处的图像的强度中的 振幅与平均值之比。
6.如权利要求3所述的检测方法，其中，将对比图与形状模板在所述模板的特定公差 值内相互进行比较。
7.如权利要求3所述的检测方法，其中，将对比图与形状模板进行比较的步骤包括 将形状模板中的根据像素的坐标被分配为0或1的值与对比图和形状模板重叠的区域的对比值进行相乘以求得结果值，并对所述结果值进行求和；通过移动形状模板将结果值之和变成最大值的位置确定为所述器件的位置； 当最大值不小于标准值时，确定所述器件是与形状模板对应的器件。
8.一种用来检测安装在基板上的器件的检测方法，所述检测方法包括以下步骤 生成器件的形状模板；通过将光沿多个方向投射到基板上来获取每个像素的阴影信息； 通过将沿多个方向得到的多个阴影信息合并来生成阴影图；将阴影图与形状模板进行比较，以获取所述器件的尺寸、位置和旋转中的至少一种信肩、ο
9.如权利要求8所述的检测方法，其中，通过将光沿多个方向投射到基板上来获取每 个像素的阴影信息的步骤包括在使光栅图案光的相位移动时，将光栅图案光沿多个方向投射到基板上N次； 获取被基板反射的N个图像。
10.如权利要求9所述的检测方法，其中，通过将光沿多个方向投射到基板上来获取每 个像素的阴影信息的步骤还包括对所述N个图像求平均值，或者对所述N个图像中的图像求和使得图像的相位差之和 变为360度，以获得去除了光栅图案的图像。
11.一种用来检测安装在基板上的器件的检测方法，所述检测方法包括以下步骤 在改变光栅图案光时将光栅图案光沿多个方向投射到基板上N次，并通过照相机捕获N个图像；利用每个方向的N个图像来生成各方向的可见度图； 从各方向的可见度图获取测量目标的阴影区域； 合并多个方向的阴影区域，以生成阴影图。
12.如权利要求11所述的检测方法，所述检测方法还包括通过从阴影图获取器件的 尺寸和位置中的至少一种信息来检测测量目标。
13.如权利要求12所述的检测方法，其中，可见度图是各个像素处的图像的强度中的 振幅与平均值之比。
14.如权利要求12所述的检测方法，其中，通过从阴影图获取器件的尺寸和位置中的 至少一种信息来检测测量目标的步骤包括将阴影图与对应于器件的形状模板在特定的公差值内进行比较。
15.如权利要求14所述的检测方法，其中，将阴影图与形状模板进行比较的步骤包括 在从初始位置移动形状模板时将阴影图与所述模板进行比较。
16.如权利要求14所述的检测方法，其中，将阴影图与形状模板进行比较的步骤包括 将阴影模板中的根据像素的坐标被分配为0或1的值与阴影图中根据阴影图与阴影模板重叠的区域的像素的坐标被分配为0或1的值进行相乘以求得结果值，并对所述结果值 进行求和；通过移动阴影模板将所述结果值之和为最大值的位置确定为所述器件的初步位置； 当所述最大值不小于标准值时，确定所述器件是与阴影模板对应的器件。
17.—种检测方法，所述检测方法包括以下步骤在改变光栅图案光时将光栅图案光沿多个方向投射到基板上N次，并通过照相机来捕 获N个图像；利用每个方向的N个图像生成各方向的可见度图，其中，N为大于2的整数； 从各方向的可见度图获取来自测量目标的各方向的阴影区域； 对所获取的各方向的阴影区域进行补偿； 合并被补偿的各方向的阴影区域，以生成阴影图。
18.如权利要求17所述的检测方法，其中，可见度图是各个像素处的图像的强度中的 振幅与平均值之比。
19.如权利要求18所述的检测方法，其中，通过将所获取的各方向的阴影区域的每个 像素的振幅进行相乘来执行对各方向的阴影区域进行补偿的步骤。
20.如权利要求18所述的检测方法，其中，对各方向的阴影区域进行补偿的步骤包括 当像素的振幅不大于预先设定的标准值时，将各方向的阴影区域的像素设定为阴影。
21.如权利要求17所述的检测方法，所述检测方法还包括从阴影图获取测量目标的 尺寸和位置中的至少一种信息。
全文摘要
本发明公开了一种检测测量目标的方法，所述方法用来检测安装在基板上的器件，并且包括生成器件的形状模板；通过投影部将光栅图案光投射到基板上来获取每个像素的高度信息；生成与每个像素的高度信息对应的对比图；将对比图与形状模板进行比较。因此，可以精确地提取测量目标。
文档编号G01B11/25GK101943572SQ20101022462
公开日2011年1月12日 申请日期2010年7月5日 优先权日2009年7月3日
发明者李承埈, 李有振, 郑仲基 申请人:株式会社高永科技
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