JPH05231837A

JPH05231837A - 形状測定方法及び装置

Info

Publication number: JPH05231837A
Application number: JP17356292A
Authority: JP
Inventors: Kikuyo Koike; 菊代小池; Mitsuji Inoue; 三津二井上; Yukihiro Goto; 幸博後藤; Yuji Fukutome; 裕二福留
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1991-12-25
Filing date: 1992-07-01
Publication date: 1993-09-07

Abstract

(57)【要約】【構成】実装基板上の電子部品に施されたはんだ付け
部に対し所定角度ごとに照明したときの正反射光を撮像
し、それら撮像画像データ同士を引き算処理しあって両
者に共通する配線などのイメージを消去してから、はん
だ付け部の形状を算出する。【効果】不要な画像情報を除去することによって画像
処理を効率的に行うことができる。

Description

【発明の詳細な説明】

［発明の目的］

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、３次元物体の形状を測
定する方法に係り、特に実装基板上に接合された電子部
品のはんだ付け部分の形状測定方法及び装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】電子部品の装着状態の検査は主に目視に
頼られていたが、近年、このような人手による作業を廃
止して自動化すべく、各種検査装置が開発されている。

【０００３】例えば、図７に示す形状測定装置は、本出
願人が先にしたもので（特願平２−２３９００９号）、
はんだ付け部の形状を測定することによって電子部品の
装着状態を検査するものである。この形状測定装置は、
測定対象である実装基板を載置するステージ部(710)
と、載置された実装基板(100) を照射する照明部と、照
射された実装基板(100) からの反射光を撮像する撮像部
と、撮像部からの出力に基づいて実装基板(100) 上の電
子部品のはんだ付けの状態を測定する画像処理装置(74
1) と、装置全体の動作を統御する制御装置(747) とを
備えている。以下、この装置の構成と作用について説明
する。

【０００４】ステージ部(710) は、測定対象となる実装
基板(100) を保持して水平に設置されており、ＸＹテー
ブル（図示しない）によって面内方向に移動できるよう
になっている。

【０００５】照明部は、中空かつ半球状の支持部材(72
1) と、支持部材(721) の経度及び緯度方向に規則的に
かつ内部に向かって配設された複数のＬＥＤ(722) …と
からなり、開口部がステージ部(710) に対向して設置さ
れ、ＬＥＤ(722) …からの発光により載置台上の実装基
板を照射できるようになっている。

【０００６】撮像部は、例えばＩＴＶ（Industrial Te
levision）カメラ(731) などの撮像手段からなり、上記
支持部材(721) の中央部に配設されており、ＬＥＤ(72
2)…によって照射された実装基板(100) 上のはんだ付け
部からの反射光を撮像して画像信号を出力するようにな
っている。なお、図７ではＩＴＶカメラ(731) は支持部
材(721) の頂点から鉛直下方にステージ部(710) を撮像
しているが、図３に示すようにそれ以外の箇所から、ま
た複数のＩＴＶカメラで撮像するようにしてもよい。画
像処理装置(741) は、撮像部から出力された画像信号を
演算処理するようになっている。

【０００７】制御装置(747) は各部に電気的に接続さ
れ、ステージ部(710) 内のＸＹテーブルに対しては、変
位指令を発して実装基板(100) の測定位置がＩＴＶカメ
ラ(731) の撮像位置となるよう水平移動させるようにな
っている。また、各ＬＥＤ(722) …の点灯を司ってお
り、例えば同一緯度上に配設されたＬＥＤ(722) …を一
斉に点灯させ、また、緯度ごとに経線方向に順次点灯さ
せることができるようになっている。また、ＩＴＶカメ
ラ(731) にはＬＥＤ(722) …の点灯に同期させて反射光
を撮像させ画像信号を出力させるようになっている。次
に、この形状測定装置の作用を説明する。

【０００８】制御装置(747) からの指令を受けて、ＬＥ
Ｄ(722) …を点灯してステージ部(710) 上の実装基板(1
00) は照射される。実装基板(100) 上に装着された電子
部品のリード線に施されたはんだ付け部は表面が光沢を
有する。このため、照射光ははんだ付け部表面で正反射
して上方に向かい、ＩＴＶカメラ(731) によって撮像さ
れる。ここで、ｉ番目の緯度上に配設されたＬＥＤ(72
2) の入射角θ_iと、その正反射光を受光するｊ番目の
ＩＴＶカメラ(731) がステージ部(710) を見下す角φ_j
と、はんだ付け部の正反射部分の傾斜角Θ_iとの関係
は、図４(a) から明らかなように下式(1) の通りとな
る。 Θ_i ＝９０°−（θ_i＋φ_j）／２ (1)

【０００９】また、同様にｉ＋１番目の緯度上に配設さ
れたＬＥＤ(722) の入射角θ_i+1と、その正反射光を受
光するｊ番目のＩＴＶカメラ(731) がステージ部(710)
を見下す角φ_jと、はんだ付け部の正反射部分の傾斜角
Θ_i+1との関係は、図４(b) から明らかなように下式
(1)'の通りとなる。 Θ_i+1 ＝９０°−（θ_i+1＋φ_j）／２
（１）’

【００１０】ＩＴＶカメラ（７３１）が撮らえた画像
領域のうち明るい点はＬＥＤ(722) の正反射光であり、
式(1) などによりその明部での勾配が分かる。さらにｉ
＋２，ｉ＋３…番目の緯度のＬＥＤ(722) …を順次発光
させ、はんだ付け部のうち勾配がΘ_i+1，Θ_i+2…であ
る各点からの正反射光をＩＴＶカメラ(731) で撮像し
て、各点での勾配を求める。ここで、実装基板(100) を
ＸＹ平面に、その法線方向をＺ軸に設定して、はんだ付
け部の形状を下式(2) とする。ｚ＝ｆ（ｘ，ｙ） (2)

【００１１】任意の点（ｘ，ｙ）の高さｚは、正反射光
の撮像により得た勾配Θ（ｘ，ｙ）を積分することによ
って求まり、求めた点（ｘ，ｙ，ｚ）を結べばはんだ付
け部の形状を測定することができる。

【００１２】なお、ＬＥＤ(722) …の経度方向の配列を
緻密するなどして、図８に示すようにはんだ付け部表面
を細かく照射して各点での勾配を算出しておけば、Θ
（ｘ，ｙ）は略連続的な関数となり、通常の数学的演算
によって、形状を示す式(2)ｚ＝ｆ（ｘ，ｙ）は求ま
る。しかしながら、効率上、勾配Θのサンプリングは図
９に示すように疎らにしか行わないのが実情である。そ
こで、はんだは溶融状態から凝固して連続的に変化する
滑らかな形状を維持したものであることを勘案して、サ
ンプリング点Θ₁，Θ₂…から近似式を求めることにな
るが、実際にはこの近似式は式(2) と同等の精度と考え
ることができる。

【００１３】なお、ＬＥＤ(722) …は、測定対象物の寸
法に対して十分離れている方が測定面への入射角θの誤
差が少なくなって好ましい。但し、十分離れていなくて
も誤差が許容範囲内であれば、光源の位置，大きさ，測
定対象物との距離に基づいて計算上で補正することは可
能である。

【００１４】また、ＬＥＤ(722) …が点光源に近いほ
ど、理想的にその反射面の勾配Θを求めることができ
る。しかしながら、点光源は製造技術面でもコスト面で
も実用的でなく、実際のＬＥＤ(722) …には指向性があ
り所定の面積を有するスポット光となっている。このＬ
ＥＤ(722) …の指向性のために、計算上の勾配Θの部分
の他にその近傍も正反射することになる。ここで、入射
光の広がりに起因する勾配Θの誤差をαとおくと、式
(1) は下式(3) のようになる。 Θ_i ＝９０°−（θ_i＋φ_j）／２ ± α (3)

【００１５】この幅αは、光源自身の大きさの他に、測
定対象物までの相対距離，ＩＴＶカメラ(731) の受光素
子の感度や２値化レベルにも影響される。この場合もα
が許容範囲内であれば計算上補正は可能である。以下、
このαの形状測定への影響を、図10を用いて考察してみ
る。

【００１６】実装基板(100) がステージ部(710) 上に水
平に載置され、その電子部品のリード線に施されたはん
だ付け部をその鉛直上方に設置されたＩＴＶカメラ(73
1)で撮像しており、誤差の幅α＝５°とする。まず、緯
度が30°のＬＥＤ(722) を点灯させた場合、図10に示す
はんだ付け部のうちＡの部分が正反射する。Ａの勾配Θ
₃₀。は式(3) により、 Θ₃₀。＝９０°−（９０°＋３０°）／２ ± ５° ＝３０° ± ５° すなわち25°乃至35°となる。また、同一経度上で緯度
が50°のＬＥＤ(722) を点灯させた場合、正反射した部
分Ｂの勾配Θ₅₀。は、 Θ₅₀。＝９０°−（９０°＋５０°）／２ ± ５° ＝２０° ± ５° すなわち15°乃至25°となる。さらに、同一経度上で緯
度が70°のＬＥＤ(722)を点灯させた場合、正反射した
部分Ｃの勾配Θ₇₀。は、 Θ₇₀。＝９０°−（９０°＋７０°）／２ ± ５° ＝１０° ± ５°

【００１７】すなわち５°乃至15°となる。そして、
Ａ，Ｂ，Ｃはいずれも面積を有しており、隣接するもの
同士はその一部分ＡＢ，ＢＣで重なり合っている。これ
ら重なり合う部分は２つの勾配情報を有するものであ
り、ＡＢは勾配が25°、ＢＣは勾配が15°と推定するこ
とができる。このように面光源の大きさを利用すればサ
ンプリング点を増加させることと同様の効果を得ること
ができる。

【００１８】はんだ付け部の形状測定は、前述の通り、
サンプリングされた勾配Θ_i…に基づいて近似計算によ
って求める。以下この具体的な方法について図11乃至図
13を用いて説明する。

【００１９】図11のＳは、リード線Ｑに施されたはんだ
付け部であり、これを同一経線上に配設されたＬＥＤ(7
22) …を高緯度の方から順次点灯させたときの各々の正
反射部分Ａ，Ｂ，Ｃ…を同一図面上に重ね合せて描いて
いる。はんだ付け部の概形は、はんだと金属との濡れ性
のため、リード線Ｑの突出方向に沿って伸びるアーチ形
状をしておりリード線Ｑの先端部に近づくほど傾斜が緩
やかになっている。ここで、各正反射部分Ａ，Ｂ，Ｃ…
の重心をそれぞれｇ₁，ｇ₂，ｇ₃…とし、上述の画像
処理をして得た各正反射部分の勾配をそれぞれΘ₁，Θ
₂，Θ₃…とし、また、リードＱの先端ではんだＳと基
板との境界をｇ₀とする。ここで、隣接する重心間ｇ₀
ｇ₁，ｇ₁ｇ₂，ｇ₂ｇ₃…の中点をそれぞれＣ₀，Ｃ
₁，Ｃ₂…とおき、Ｃ₀Ｃ₁，Ｃ₁Ｃ₂，Ｃ₂Ｃ₃…間
の距離をそれぞれＬ₁，Ｌ₂，Ｌ₃…とおく。すると、
Ｃ₁，Ｃ₂それぞれの点におけるはんだ表面の高さ
ｚ₁，ｚ₂はそれぞれ下式(4) ，(5) によって算出され
る。ｚ₁ ＝Ｌ₁×tan θ₁ (4) ｚ₂ ＝Ｌ₂×tan θ₂ ＋ｚ₁ (5) したがって、同様の近似計算を繰り返すことによって、
はんだ表面Ｃ_i点でのｚ_iは

【００２０】

【数１】であることが導き出される。このようにして求めた点ｚ
₁，ｚ₂…を３次元画面上にプロットして隣合う点を直
線で結べば、図12に示すようにはんだ付け部分Ｓの断面
概形が描き出される。また、別の経線上に配設されたＬ
ＥＤ(722) …を経度ごとに順次点灯させて同様に各点の
高さを算出し、これらを同一座標上にプロットすると、
図13に示すようにはんだ付け部分Ｓの３次元形状を描き
出すことができる。

【００２１】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、実装基
板上には、異物や凹凸，残留フラックス，配線パターン
など、はんだ付け部以外にも光沢を有する箇所がある。
カメラはこれらからの散乱反射光も撮像してしまい誤認
識の原因となっていた。

【００２２】また、通常は測定対象物の形状・寸法は不
明であるから、ＩＴＶカメラでは余裕を持って大きめの
領域を撮像するようにしていた。したがって、不要な情
報を多く含んだ画像データを処理しており、効率的でな
かった。

【００２３】また、実際に用いられる光源は点光源では
なく指向性を有するＬＥＤのため、はんだ付け部の正反
射面はその光線の広がりに応じた面積を有するものであ
った。すなわち、光の入射角とＩＴＶカメラが見下ろす
角と正反射面の傾斜角の間には、式(3) に示すαのよう
な不明な因子が含まれているため、画像処理が複雑なも
のとなっていた。

【００２４】また、ＬＥＤを半球上の支持部材の内周に
緯度方向に配列している。したがって、緯度に応じて円
周が短くなり配設するＬＥＤの個数も少なくなり、照明
むらを起こしていた。また、高緯度のＬＥＤを点灯させ
た場合、実装基板表面を照らす割合が高くなり、ノイズ
となる散乱反射光も増大していた。

【００２５】そこで、本発明は、ノイズ光の影響や緯度
ごとのＬＥＤの点灯のための起こる照明むらの影響を軽
減し、簡易かつ高信頼度の形状測定方法を提供すること
を目的とする。［発明の構成］

【００２６】

【課題を解決するための手段及び作用】本発明は上記解
決課題を参酌してなされたものであり、測定対象物に対
し所定角度ごとに照明する照明工程と、照明された測定
対象物からの反射光を撮像して画像信号を出力する撮像
工程と、画像データ同士を引き算処理して共通の画像情
報を消去した第１の画像データを作成する第１の演算工
程と、前記第１の画像データに基づいて測定対象物の形
状を測定する第２の演算工程とを具備することを特徴と
する形状測定方法である。

【００２７】また、本発明は、測定対象物に対し所定角
度ごとに照明する照明工程と、照明された測定対象物か
らの反射光を撮像して画像信号を出力する撮像工程と、
画像データ同士を引き算処理して共通の画像情報を消去
した第１の画像データを作成する第１の演算工程と、前
記第１の画像データ同士を引き算処理して共通の画像情
報を消去した第２の画像データを作成する第２の演算工
程と、前記第２の画像データに基づいて測定対象物の形
状を測定する第３の演算工程とを具備することを特徴と
する形状測定方法である。

【００２８】また、本発明は、測定対象物を載置する載
置台と、前記測定対象物に対して複数の角度から照明す
る照明部と、照明された前記測定対象物を撮像して撮像
画像データを出力する撮像部と、画像データを記憶する
記憶手段と、撮像画像データ同士を引き算して共通の画
像情報を消去する引き算手段と、画像データを演算処理
して測定対象物の形状を算出する演算手段とを具備する
ことを特徴とする形状測定装置である。

【００２９】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面を参照して説明
する。図１は、本実施例に係る形状測定装置の構成を示
す図である。

【００３０】この形状測定装置は、実装基板(100) を載
置するステージ部と、載置された実装基板(100) 上の測
定領域を照明する照明部(120) と、測定領域からの反射
光を撮像して画像信号Ｓ１を出力する撮像部と、入力し
た画像信号Ｓ１を画像処理するとともに装置全体の動作
を統御する演算制御部(140) とを備えている。

【００３１】ステージ部は、真空吸引などによって実装
基板(100) を所定の位置に載置する載置台(111) と、こ
の載置台(111) を面内方向（ＸＹ方向）に駆動変位させ
るＸＹテーブル(112) とを備えており、実装基板(100)
上の任意のはんだ付け部(101) を所定位置に位置決めで
きるようになっている。

【００３２】照明部(120) は、外乱光を遮る中空半球状
の支持部材(121) と、支持部材(121) の経度方向に１０
°ごとおよび緯度方向に５°ごとに規則正しく半球の内
側向きに配設された複数のＬＥＤ(122) …とを備えてお
り、支持部材(121) の開口部が上述のステージ部(110)
と対向するように支柱(150) にて支持固定されている。
各ＬＥＤ(122) …は、その光軸が支持部材(121) のなす
半球の中心を向くように設置されており、各々の点灯は
演算制御部(140) によって司られ、例えば同一緯度上に
ある１列のＬＥＤ(122) …を経線方向に順次点灯させる
ことができるようになっている。また、照明部(120) の
載置台(111) からの高さ（Ｚ位置）は、支柱(150) によ
って自在に調整できるようになっている。なお、光源
は、指向性が小さく色むらの少ないものであればよく、
ＬＥＤに限定されるものではない。また、経度方向に１
０°，緯度方向に５°なるＬＥＤの配列の間隔は説明の
便宜上のものであり、これに限定されない。

【００３３】撮像部は、例えばＩＴＶカメラ(131) など
からなり、撮像画像の明るさに応じた画像信号Ｓ１を出
力するようになっている。図１においてＩＴＶカメラ(1
31) は、支持部材(121) の頂点に設けられたか透過孔か
らその内部を鉛直下方に撮像できるように支柱(150) に
よって支持固定されている。すなわち、ＩＴＶカメラ(1
31) は、任意のＬＥＤ(122) …を点灯させた際には、は
んだ付け部(101) などの光沢面に照射されて鉛直上方に
正反射した光を撮像するようになっている。また、ＩＴ
Ｖカメラ(131) の撮像面の手前には拡大レンズ系（図示
しない）が配設されており、撮像領域を任意にズームア
ップさせることができるようになっている。なお、撮像
部は必ずしも支持部材(121) の頂点から実装基板(100)
を撮像するものに限定されず、支持部材(121) のなす球
面の任意の位置に透過孔を設けてそこから撮像するよう
にしてもよい。また、撮像範囲に死角をなくすために、
図３に示すように複数の位置から撮像するようにしても
よい。また、図１ではＬＥＤの配設位置とＩＴＶカメラ
の透過孔とを違えているが、ハーフミラーを用いて落射
照明型にしてもよい。また、ＬＥＤ(122) を支持部材(1
21) で固設するのではなく、特願平４−１０１２５２号
に示すように支持部材を回転させるなどしてＬＥＤ(12
2) を移動させるようにしてもよい。

【００３４】演算制御部(140) は、各部に電気的に接続
されており、撮像部から入力された画像信号Ｓ１を画像
処理する画像処理装置(141) と、各部の動作を制御する
制御装置(147) とを備えている。

【００３５】画像処理装置(141) は、入力した画像信号
Ｓ１を増幅する増幅回路(142) と、増幅された画像信号
Ｓ２をアナログ−デジタル変換（以下、Ａ／Ｄ変換とす
る。）してデジタル画像信号Ｓ３を出力するＡ／Ｄ変換
回路(143) と、デジタル画像信号Ｓ３を画像データとし
て一時記憶する画像メモリ(144) と、画像データ同士を
比較演算する演算回路(145) と、演算回路(145) からの
出力に応じて測定対象物の形状を測定する測定回路(14
6) とを備えている。

【００３６】画像メモリ(144) は、１回のＬＥＤ(122)
…の点灯によって取込まれた画像信号を１つの画像デー
タとして順次所定のアドレスに記憶するようになってい
る。しかして、これらの画像データは、図２の(a) ，
(b) ，(c) に示すように、撮らえた画像領域の明るさに
応じた階調を有する画像情報を構成している。

【００３７】演算回路(145) は、画像メモリ(144) に一
時記憶されている２つの画像データを読み出して、これ
らを引き算処理して両画像データに共通するイメージを
消去したり、これらを加算処理して両画像データを合成
することができるようになっている。例えば、図２の
(b) から同図(a) を引き算処理した画像データは同図
(b')となり、同様に図２(c) から同図(a) を引き算処理
した画像データは同図(c')となる。また、同図(b')と
(c')とを加算処理した画像データは同図(d) のようにな
る。図２(d) に示す画像データは、同一緯度上に並んだ
ＬＥＤ(122) …の列ごとに順次点灯させて得た画像情報
であり、そのパターンの形状や寸法は測定対象物の形状
を反映したものとなっている。測定回路(146) は、引き
算処理・加算処理して得た１個または複数の画像データ
に基づいて測定対象物の形状を算出するようになってい
る。

【００３８】制御装置(147) は、各ＬＥＤ(122) …の点
滅を制御する点灯制御回路(148)と、ステージ部に内蔵
されたＸＹテーブルの駆動変位を制御するＸＹテーブル
駆動制御回路(149) とを備えている。

【００３９】点灯制御回路(148) は、支持部材(121) に
規則的に配設されたＬＥＤ(122)…の点灯順序を決定す
ることができ、例えば同一緯度上に配設されたＬＥＤ(1
22) …を一斉に点灯させ、また緯度ごとに順次点灯・消
滅させることができるようになっている。

【００４０】ＸＹ駆動制御回路(149) は、ＸＹテーブル
(112) によって載置された実装基板(100) を面内方向に
移動させることができ、測定対象となるはんだ付け部が
ＩＴＶカメラ(131) の撮像領域内の中央になるよう変位
させることができるようになっている。

【００４１】また、制御装置(147) は、撮像部の拡大レ
ンズ系にも電気的に接続されており、これにズームアッ
プ指令を発してＩＴＶカメラ(131) の撮像領域の大きさ
を設定できるようになっている。

【００４２】なお、本実施例においては、演算制御部(1
40) にはＣＲＴディスプレイやプリンタなどの表示部(1
61) と、コンソールなどの入力部(162) を備えており、
ＩＴＶカメラ(131) の撮らえた画像を表示しまた形状測
定結果を出力できるとともに、外部から指示を与えるこ
とができるようになっている。次に、この形状測定装置
を用いた形状測定方法について説明する。

【００４３】まず、実装基板(100) をステージ部(110)
上の所定のＸＹ位置に載置し、支持部材(121) の赤道面
が実装基板(100) 表面と略一致するように支持部材(12
1)の高さを調整する。

【００４４】ＸＹ駆動制御回路(149) は駆動制御信号を
発して、実装基板(100) の載置位置の情報に基づいて測
定すべきはんだ付け部が撮像領域の中央に位置するよう
にＸＹテーブル(112) を駆動させる。点灯制御回路(14
8) は、同一緯度上に１列に並んだＬＥＤ(122) …ごと
に冗談から順次点灯させるように点灯制御信号を発す
る。

【００４５】しかして、ＩＴＶカメラ(131) には、はん
だ付け部からの正反射光や配線パターンなどからの散乱
反射光が入射する。図２に、１列に並んだＬＥＤ(122)
を各緯度ごとに点灯させたときの撮像画像を示す。すな
わち、同図(a) ，(b) ，(c) はそれぞれ緯度85°，80°
および75°上に並んだＬＥＤ(122) …を各列ごとに一斉
に点灯させた場合の撮像画像である。ＩＴＶカメラ(13
1) は、各列のＬＥＤ(122) …の点灯に同期してこれら
の反射光を撮像して、その明るさに応じた画像信号Ｓ１
を出力する。増幅回路(142) は画像信号Ｓ１を入力して
これを増幅し、Ａ／Ｄ変換回路(143) は増幅された画像
信号Ｓ２を入力してデジタル画像信号Ｓ３を出力する。

【００４６】画像メモリ(144) は、各列のＬＥＤ(122)
…の点灯によって取込まれた各デジタル画像信号Ｓ３を
画像データとして所定のアドレスに記憶保持する。例え
ば、緯度85°，80°および30°上のＬＥＤ(122) …を各
列ごとに一斉に点灯させて得た各画像データＧ₈₅。，Ｇ
₈₀。，Ｇ₃₀。はそれぞれ図２(a) ，(b) ，(c) と同様の
パターンのものである。

【００４７】ここで、最上段の緯度85°上に並んだＬＥ
Ｄ(122) …を一斉に点灯させた場合を考える。はんだ付
け部の適正な形状は、図８や図９に示す通りアーチ形状
をなしてリード先端部にいくほど傾斜角は緩やかになっ
ているものとする。その表面上からは、鉛直上方からφ
＝90°で見下ろすＩＴＶカメラ(131) との間で式(1) を
満たすような傾斜角Θ₈₅。となる部分は極めて狭いこと
が容易に推察される。したがって、この場合ＩＴＶカメ
ラ(131) は、はんだ付け部(101) からの正反射光はほと
んど受光せずに、実装基板(100) 表面上の異物や残留フ
ラックス、配線パターンなどからの散乱反射光を撮像す
る場合がある。よって、図２(a) に示す画像データ
Ｇ₈₅。内の明るい部分Ｎａはこれら散乱反射光によるも
のである。また、緯度80°上に並んだＬＥＤ(122) …を
一斉に点灯させた場合、はんだ付け部表面のうち式(1)
を満たす傾斜角Θ₈₀。＝５°付近の部分が緯度方向に沿
って帯状をなして正反射するとともに、実装基板(100)
表面も乱反射する。したがって、図２(b) に示す画像デ
ータＧ₈₀。は、正反射光による明部Ｂと散乱反射光によ
る明部Ｎｂとからなる。以下、図２(c) に示す画像デー
タＧ₃₀。…もはんだ付け部からの正反射光による明部Ｃ
…と、実装基板(100) 表面からの散乱反射光による明部
Ｎｃ…とからなっている。

【００４８】演算回路(145) は、画像メモリ(144) から
まず画像データＧ₈₅。とＧ₈₀。を読み出す。Ｇ₈₅。およ
びＧ₈₀。内には、上述の通りそれぞれ実装基板(100) 表
面からの散乱光によるイメージＮａ，Ｎｂを含んでい
る。これらＮａ，Ｎｂは両画像データに共通するイメー
ジであるとともにはんだ付け部の形状とは関係のない不
要の情報である。そこで、演算回路(145) では、Ｇ₈₀。
−Ｇ₈₅。という引き算処理を行い、両画像データに含ま
れる共通のイメージを消去することによって、Ｎａ，Ｎ
ｂなる不要の情報を取り除き、図２(b')に示す画像デー
タを作成する。次に、演算回路(145) は、画像メモリ(1
44) から画像データＧ₃₀。を読み出して、Ｇ₃₀。−
Ｇ₈₅。という引き算処理を行い、図２(c')に示すような
不要の情報を取り除いた画像データを作成する。さらに
演算回路(145) は、順次画像データＧ₂₀。，Ｇ₁₀。…に
ついても同様に引き算処理を行って、不要の情報を取り
除いた画像データＧ₂₀。−Ｇ₈₅。，Ｇ₁₀。−Ｇ₈₅。…を
作成する。また、ＩＴＶカメラ(131) の分解能や画像信
号のなまり、ＬＥＤ(122) …の指向性のために、各緯度
上のＬＥＤ(122) …による正反射面間に重なり部分を生
ずることがある。この場合は、例えばＧ₈₀。−Ｇ₈₅。と
Ｇ₃₀。−Ｇ₈₅。、Ｇ₃₀。−Ｇ₈₅。とＧ₂₀。−Ｇ₈₅。のよ
うに隣接する画像データ同士を引き算処理しあって、不
要となる正反射面を消去するとともにパターンＢ，Ｃ…
の輪郭を鮮明にする。

【００４９】次に、演算回路(145) は、上述の手順によ
って得た各画像データＧ₈₀。−Ｇ₈₅。，Ｇ₃₀。−
Ｇ₈₅。，Ｇ₂₀。−Ｇ₈₀。…を加算処理して、これらを同
一の画像領域上に重ね合せた画像データΣＧを作成す
る。例えば、画像データＧ₈₀。−Ｇ₈₅。とＧ₃₀。−
Ｇ₈₅。についてのみ加算処理を行った場合、ΣＧは図２
(d) のようになる。このΣＧのパターンははんだ付け部
の形状を反映したものとなっている。すなわち、ΣＧ内
の明部Ｂ，Ｃ…の面積，形状，間隔によって表面の凹凸
やその緩急を知ることができる。測定回路(146) は、前
述の従来の技術と同様の手順により、ΣＧに基づいては
んだ付け部の形状測定や形状不良判定を行う。

【００５０】正常なはんだ付け部がリードの先端部にい
くほど傾斜が緩やかとなるアーチ形状をなしている場合
を考える。高緯度のＬＥＤの列を照射させて得た画像デ
ータの明部のパターンのほうが低緯度のＬＥＤのそれよ
りもリード線の先端側にあるべきことが式(1) により容
易に推察される。よって、測定回路(146) は、Ｇ₈₀。−
Ｇ₈₅。がＧ₃₀。−Ｇ₈₅。よりもリード先端部に近いか否
か、すなわち、ΣＧ内の明部のパターンが点灯したＬＥ
Ｄ(122) …の緯度の順にしたがって整列しているか否か
を判別することによって、はんだ付け部形状の凹凸に係
る情報を得て、容易にはんだ付けの不良を判別すること
ができる。

【００５１】また、ΣＧ内には測定対象であるはんだ付
け部のみが明部として現れている。そこで、制御装置(1
47) は、図２(d) の破線で囲む部分Ｚを検査領域として
設定して、ΣＧのうちＺの大きさまで撮像領域をズーム
アップさせるように撮像部(130) の拡大レンズ系に指令
を発する。しかして、ＩＴＶカメラ(131) の画素の多く
ははんだ付け部の撮像に用いられかつ検査対象を効率的
に抽出でき、画像データも不要の情報量が少なくなり、
測定精度が向上する。

【００５２】次に、この形状測定装置を用いた別の形状
測定方法について図５および図６を用いて説明する。な
お、便宜上鏡面をなす球体を測定対象として説明する
が、ステージ部に載置し同一緯度に整列したＬＥＤ(12
2) …を順次点灯させてその反射光をＩＴＶカメラ(131)
で撮像する点は上述と同様なので説明を省略する。

【００５３】高緯度、すなわち80。および70。上に整列
配置されたＬＥＤを各々点灯させた場合、式(1) により
それぞれ傾斜がΘ₈₀。＝５°±αおよびΘ₇₀。＝10°±
αの部分の正反射光がＩＴＶカメラ(131) に入射する。
ＩＴＶカメラ(131) の撮らえる反射光の画像を横から眺
めるとそれぞれ図５の斜線部に示すＧ₈₀。，Ｇ₇₀。のよ
うになる。前述のように、高緯度では配列されるＬＥＤ
の個数が少ないため照明むらが起こり、この結果、各反
射領域のエッジは不鮮明になる。また、ＬＥＤの指向性
などのために、図５に示すようにＧ₈₀。とＧ₇₀。には重
複部分Ｂが生ずる。また、高緯度のＬＥＤからの照射で
は、球面上の傾斜が緩やかな部分は反射しやすくなり、
ノイズＱが生ずる。

【００５４】まず、演算回路(145) は引き算処理Ｇ₇₀。
−Ｇ₈₀。を行う。画像データ上の信号レベルは正の値し
かとらないので、Ｇ₇₀。の明部のうちＧ₈₀。と重複する
部分はすべて消去されて、緯度70°のＬＥＤの点灯のみ
による反射領域Ａが抽出される。次に、引き算処理
Ｇ₇₀。−Ａを行い、Ｇ₇₀。とＧ₈₀。との重複部分Ｂのみ
を抽出する。さらに、図６に示すように画像データＢ上
の信号値をＸ方向およびＹ方向に投影処理して各軸方向
での明部の周辺分布をとる。ここで、任意の閾値Ｖ_Tを
設定して各々の方向にて２値化処理を行う。すると、Ｂ
のＸＹ両方向での輪郭が明確化し、傾斜角Θ₈₀。＝５°
±αの画像のノイズＱを削除でき、反射領域の先端部分
を検知することができる。これによって、照明むらやノ
イズに影響されることなく、目的となるパターンを抽出
でき、測定対象物の形状を正確に測定することができ
る。なお、測定対象物が球面体でなく電子部品のはんだ
付け部であっても同様の作用により形状を測定すること
が可能である。

【００５５】なお、本実施例の作用の説明では、測定対
象となるはんだ付け部が１つの場合しか述べていない
が、これは説明の簡略化のためである。実際に電子部品
のはんだ付け状態を測定する場合は、画面上で複数のリ
ード部分に対してウインドウを設定して、一度にそれぞ
れの形状を測定することができるようになっており、航
測処理が可能である。また、本発明は上記実施例に限定
されるものではなく、その要旨を変更しない範囲で変形
が可能である。

【００５６】

【発明の効果】以上詳記したように本発明によれば、Ｉ
ＴＶカメラの撮らえる画像情報の中から不要な情報を効
果的に除去でき、また効率的に測定対象を抽出すること
ができる。これらの結果、測定精度を飛躍的に向上させ
ることができ、大きな工業的効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例に係る形状測定装置の構成を示
す図である。

【図２】取込まれた画像データ（各緯度ごとにＬＥＤを
点灯させたときにＩＴＶカメラが撮らえた撮像領域）、
および各画像データの画像処理を示す図である。

【図３】本発明の実施例に係る形状測定装置の変形例を
示す図である。

【図４】形状測定方法の基本原理を示す図である。

【図５】本発明の実施例に係る形状測定方法を示す図で
ある。

【図６】本発明の実施例に係る形状測定方法を示す図で
ある。

【図７】従来の形状測定装置を示す図である。

【図８】従来の形状測定方法を示す図である。

【図９】従来の形状測定方法を示す図である。

【図１０】従来の形状測定方法を示す図である。

【図１１】従来の形状測定方法を示す図である。

【図１２】従来の形状測定方法を示す図である。

【図１３】従来の形状測定方法を示す図である。

【符号の説明】

１００…実装基板、１１０…ステージ部、１２１…支持
部材、１２２…ＬＥＤ、１３１…ＩＴＶカメラ、１４０
…演算制御部、１５０…支柱。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者福留裕二神奈川県横浜市磯子区新磯子町33番地株式会社東芝生産技術研究所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】測定対象物に対し所定角度ごとに照明す
る照明工程と、照明された測定対象物からの反射光を撮
像して画像信号を出力する撮像工程と、画像データ同士
を引き算処理して共通の画像情報を消去した第１の画像
データを作成する第１の演算工程と、前記第１の画像デ
ータに基づいて測定対象物の形状を測定する第２の演算
工程とを具備することを特徴とする形状測定方法。
【請求項２】測定対象物に対し所定角度ごとに照明す
る照明工程と、照明された測定対象物からの反射光を撮
像して画像信号を出力する撮像工程と、画像データ同士
を引き算処理して共通の画像情報を消去した第１の画像
データを作成する第１の演算工程と、前記第１の画像デ
ータ同士を引き算処理して共通の画像情報を消去した第
２の画像データを作成する第２の演算工程と、前記第２
の画像データに基づいて測定対象物の形状を測定する第
３の演算工程とを具備することを特徴とする形状測定方
法。
【請求項３】測定対象物を載置する載置台と、前記測
定対象物に対して複数の角度から照明する照明部と、照
明された前記測定対象物を撮像して撮像画像データを出
力する撮像部と、画像データを記憶する記憶手段と、撮
像画像データ同士を引き算して共通の画像情報を消去す
る引き算手段と、画像データを演算処理して測定対象物
の形状を算出する演算手段とを具備することを特徴とす
る形状測定装置。