JPH11351840A - 非接触三次元測定方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ワークの測定箇所が傾いたり、微細な凹凸で
あって高精度な三次元測定を可能にする。 【解決手段】 ２種類の測定手段、即ち画像測定装置で
使用されるＣＣＤカメラ３４と、レーザビームを利用し
て非接触で変位を測定するレーザプローブ３５とを併設
して１つの撮像ユニット１７を構成し、この撮像ユニッ
ト１７を各測定値に基づいて、ＸＹＺ方向に駆動しつ
つ、設定された測定軌道に沿ってレーザプローブ３４が
ワーク１２の変位量を測定していく。これにより得られ
た点列データに対してトレンド補正を実行し、三次元デ
ータを二次元データに変換する。変換された二次元デー
タを定ピッチ化処理したのちフィルタ処理する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、ＣＣＤカメラ等
の撮像手段でワークを撮像して得られた画像から被測定
対象の輪郭形状等を測定する非接触画像測定機能と、ワ
ークの測定面との距離を変位量として非接触に検出する
非接触変位検出機能とを備えた非接触三次元測定装置を
用いてＩＣパッケージのような精密部品の測定を行う際
に有効な非接触三次元測定方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、精密部品の輪郭形状の測定等
に画像測定装置が使用されている。画像測定装置は、測
定すべきワークをＣＣＤカメラを用いて任意の拡大率で
撮像し、得られた二次元画像からエッジを検出し、種々
の計測ツールを用いて必要な箇所の座標値を求めるもの
である。この画像測定装置でワークの高さ方向も含めた
三次元測定を行う場合には、測定面の画像のコントラス
トから合焦判定を行って、この合焦位置を高さ方向の位
置とする。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ＬＳＩパッケージのよ
うな微細構造の実装部品は、パッケージの製造品質が歩
留まりを決定する大きな要因となる。このため、パッケ
ージの各部を高精度に測定できる装置が望まれている。
従来の画像測定装置では、オートフォーカスによって高
さ方向（Ｚ軸方向）の位置を測定するようにしているの
で、測定したい箇所が必ずＸＹ平面に平行でなければな
らないという制約があり、また、オートフォーカスで測
定されるのは、設定した領域の平均的な値でしかない。
従って、Ｚ軸方向の細かい凹凸を測るような輪郭形状測
定又は表面粗さ測定はできなかった。

【０００４】本発明は、このような点に鑑みなされたも
ので、ワークの測定箇所が傾いたり、微細な凹凸であっ
て高精度に三次元測定することができる非接触三次元測
定方法を提供することを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明に係る非接触三次
元測定方法は、ワークを撮像して画像測定用の二次元画
像情報を出力する撮像手段及び前記ワーク上の所定の測
定点との距離を変位量として検出可能な非接触変位計と
を備えた撮像ユニットを測定三次元空間内で移動させる
ことにより三次元点列データを得る非接触三次元測定方
法であって、前記撮像手段を用いてワークを画像測定し
てワークの位置を確認するステップと、この位置に基づ
いて前記非接触変位計を所定の測定開始点に移動させた
のち、指定された測定軌道に沿って倣い測定を実行する
ことにより三次元の点列データを取得するステップと、
このステップで得られた点列データに対してトレンド補
正を実行するステップと、このステップでトレンド補正
された三次元データを二次元データに変換するステップ
と、このステップで得られた二次元データに定ピッチ化
処理を施すステップと、このステップで定ピッチ化され
た二次元データにフィルタ処理を施すステップとを備え
たことを特徴とする。

【０００６】本発明によれば、撮像手段で得られた二次
元画像情報を用いて指定された測定軌道に沿って非接触
変位計がワークの変位量を倣い測定していくので、ワー
クが傾いても、それが測定精度に与える影響は少なく、
精度の良い三次元点列データを得ることができる。この
三次元点列データに対してトレンド補正を施すことで、
その後の処理が簡単になる。また、この発明によれば、
得られたデータが三次元点列データであるため、フィル
タ処理等が困難になることが考えられるが、フィルタ処
理等を可能にするために、トレンド補正された三次元デ
ータが二次元データに変換され定ピッチ化処理される。
従って、この発明によれば、フィルタ処理された二次元
データを用いてＺ軸方向の細かい凹凸や輪郭形状解析、
表面粗さ解析等の所定の解析処理を実行することが容易
になる。

【０００７】例えば得られた点列データに対してフィル
タ処理のみを施す場合には、フィルタ処理が施された二
次元データをもとのピッチに戻すステップと、このステ
ップでもとのピッチに戻った二次元データを三次元デー
タに戻すステップと、このステップで得られた三次元デ
ータに逆トレンド補正を施すステップとを更に備えるよ
うにすることにより、もとのデータにフィルタ処理のみ
が施された点列データを得ることができる。

【０００８】また、前記フィルタ処理が施された二次元
データに対して任意の解析処理を施すステップを更に備
えるようにしても良い。例えばＩＣパッケージからなる
ワークのランドグリッドアレイやボールグリッドアレイ
の平面度を測定する場合には、フィルタ処理が施された
二次元データの複数の頂点部又は谷底部のデータを抽出
するステップと、このステップで抽出されたデータを二
次元データから三次元データへ変換するステップと、こ
のステップで得られた三次元データから前記ランドグリ
ッドアレイ又はボールグリッドアレイの平面度を算出す
るステップとを備えるようにすればよい。

【０００９】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照してこの発明の
好ましい実施の形態について説明する。図１は、この発
明の一実施例に係る非接触三次元測定装置の全体構成を
示す斜視図である。この装置は、非接触画像測定機能と
非接触変位測定機能とを備えた三次元測定機１と、この
三次元測定機１を駆動制御すると共に、必要なデータ処
理を実行するコンピュータシステム２とにより構成され
ている。

【００１０】三次元測定機１は、次のように構成されて
いる。即ち、架台１１上には、被測定対象であるワーク
１２を載置する測定テーブル１３が装着されており、こ
の測定テーブル１３は、図示しないＹ軸駆動機構によっ
てＹ軸方向に駆動される。架台１１の両側縁中央部には
上方に延びる支持アーム１４，１５が固定されており、
この支持アーム１４，１５の両上端部を連結するように
Ｘ軸ガイド１６が固定されている。このＸ軸ガイド１６
には、撮像ユニット１７が支持されている。撮像ユニッ
ト１７は、図示しないＸ軸駆動機構によってＸ軸ガイド
１６に沿って駆動される。コンピュータシステム２は、
計測情報処理及び各種制御を司るコンピュータ２１と、
各種指示情報を入力するキーボード２２、ジョイスティ
ックボックス２３及びマウス２４と、計測画面、指示画
面及び計測結果を表示するＣＲＴディスプレイ２５と、
計測結果をプリントアウトするプリンタ２６とを備えて
構成されている。

【００１１】撮像ユニット１７の内部は、図２に示すよ
うに構成されている。即ち、Ｘ軸ガイド１６に沿って移
動可能にスライダ３１が設けられ、スライダ３１に一体
にＺ軸ガイド３２が固定されている。このＺ軸ガイド３
２には、支持板３３がＺ軸方向に摺動自在に設けられ、
この支持板３３に、画像測定用の撮像手段であるＣＣＤ
カメラ３４と、非接触変位計であるレーザプローブ３５
とが併設されている。これにより、ＣＣＤカメラ３４と
レーザプローブ３５とは、一定の位置関係を保ってＸ，
Ｙ，Ｚの３軸方向に同時に移動できるようになってい
る。ＣＣＤカメラ３４には、撮像範囲を照明するための
照明装置３６が付加されている。レーザプローブ３５の
近傍位置には、レーザプローブ３５のレーザビームによ
る測定位置を確認するために、測定位置の周辺を撮像す
るＣＣＤカメラ３８と、レーザプローブ３５の測定位置
を照明するための照明装置３９とが設けられている。レ
ーザプローブ３５は、撮像ユニット１７の移動の際にレ
ーザプローブ３５を退避するための上下動機構４０と、
レーザビームの方向性を最適な方向に適合させるための
回転機構４１とにより支持されている。

【００１２】図３は、レーザプローブ３５の詳細を示す
図である。半導体レーザ５１から放射された光は、ビー
ムスプリッタ５２及び１／４波長板５３を介したのち、
コリメートレンズ５４によって平行光線とされ、ミラー
５５，５６及び対物レンズ５７を介してワーク１２の測
定部に光スポットを形成する。ワーク１２の測定部から
反射された光は、ミラー５６，５５、コリメートレンズ
５４及び１／４波長板５３の逆経路を辿ってビームスプ
リッタ５２で反射され、エッジミラー５８で上下に二分
割される。上下に分割された光は、上下に配置された２
分割受光素子５９，６０で検出される。検出回路６１
は、２分割受光素子５９，６０からの出力信号をもとに
対物レンズ５７の焦点位置からワーク１２の測定面６２
までのずれ量に応じた信号を出力する。サーボ回路６３
は、検出回路６１の検出出力に基づいて駆動機構６４に
対物レンズ５７の駆動のための駆動信号を出力する。対
物レンズ５７が上下動すると、変位検出器６６の可動部
材６７が固定部材６８に対して移動する。この移動量が
変位量として出力される。

【００１３】図４には、三次元測定機１及びコンピュー
タシステム２の構成を更に詳細に示した装置全体のブロ
ック図が示されている。三次元測定機１において、画像
測定用のＣＣＤカメラ３４及びレーザプローブ３５の測
定位置確認用のＣＣＤカメラ３５でワーク１２を撮像し
て得られた画像信号は、それぞれＡ／Ｄ変換器７１，７
２で多値画像データに変換されたのち、選択回路７３に
よっていずれか一方が選択されてコンピュータ２１に供
給される。ＣＣＤカメラ３４，３８の撮像に必要な照明
光は、コンピュータ２１の制御に基づき、照明制御部７
４，７５が照明装置３６，３９をそれぞれ制御すること
により与えられる。レーザプローブ３５から得られた変
位量の信号は、Ａ／Ｄ変換器７６を介してコンピュータ
２１に供給される。そして、これらを含む撮像ユニット
１７が、コンピュータ２１の制御に基づいて動作するＸ
ＹＺ軸駆動部７７によってＸＹＺ軸方向に駆動される。
撮像ユニット１７のＸＹＺ軸方向の位置は、ＸＹＺ軸エ
ンコーダ７８によって検出され、コンピュータ２１に供
給される。

【００１４】一方、コンピュータ２１は、制御の中心を
なすＣＰＵ８１と、このＣＰＵ８１に接続される多値画
像メモリ８２、プログラム記憶部８３、ワークメモリ８
４及びインタフェース８５，８６と、多値画像メモリ８
１に記憶された多値画像データをＣＲＴディスプレイ２
５に表示するための表示制御部８７とにより構成されて
いる。ＣＰＵ８１は、画像測定モードとレーザ測定モー
ドとで選択回路７３を切り換える。選択回路７３で選択
された画像測定用の多値画像データ又はレーザ測定用の
多値画像データは、多値画像メモリ８２に格納される。
多値画像メモリ８２に格納された多値画像データは、表
示制御部８７の表示制御動作によってＣＲＴディスプレ
イ２５に表示される。一方、キーボード２２，ジョイス
ティック２３及びマウス２４から入力されるオペレータ
の指示情報は、インタフェース８５を介してＣＰＵ８１
に入力される。また、ＣＰＵ８１には、レーザプローブ
３５で検出された変位量やＸＹＺ軸エンコーダ７８から
のＸＹＺ座標情報等を取り込む。ＣＰＵ８１は、これら
の入力情報、オペレータの指示及びプログラム記憶部８
３に格納されたプログラムに基づいて、ＸＹＺ軸駆動部
７７によるステージ移動、測定値の演算処理等の各種の
処理を実行する。ワークメモリ８４は、ＣＰＵ８１の各
種処理のための作業領域を提供する。測定値は、インタ
フェース８６を介してプリンタ２６に出力される。

【００１５】次に、このように構成された本実施例に係
る非接触三次元測定装置の測定処理及びデータ処理につ
いて説明する。この装置では、画像測定モードとレーザ
測定モードとを備えている。画像測定モードでは、従来
の画像測定装置と同様の動作がなされるので、ここでば
レーザ測定モードについて説明する。

【００１６】図５は、レーザ測定モードによる倣い測定
の手順を示すフローチャートである。まず、画像測定用
画像とレーザプローブ３５の校正を行う（Ｓ１）。即
ち、三次元測定機１のステージ１３上に、図６に示すよ
うなＣＣＤカメラ３４及びレーザプローブ３５で測定可
能な平行でない２本の直線成分Ｌ１，Ｌ２を含む治具９
１を載置する。この治具９１は、例えば基板９２上に所
定幅ｈの台形パターン９３を配置したようなものでよ
い。ＣＣＤカメラ３４及びレーザプローブ３５によりＺ
軸方向の投影面内で直線Ｌ１，Ｌ２をそれぞれ測定して
これら直線の方程式をそれぞれ求め、得られた式を演算
処理することにより、ＣＣＤカメラ３４及びレーザプロ
ーブ３５の各座標軸間のオフセット値を求め、このオフ
セット値をＣＣＤカメラ３４及びレーザプローブ３５の
位置校正データとして用いる。

【００１７】校正処理が終了したら、次に、ワーク１２
を画像測定してワーク１２の位置を確認し、レーザプロ
ーブ３５による測定点を測定開始点に移動する（Ｓ
２）。画像測定の際には、レーザプローブ３５がワーク
１２と干渉する可能性があるので、画像測定中は、上下
動機構４０によってレーザプローブ３５を上に退避させ
る。制御は例えばエアーシリンダにより行われる。次に
レーザ測定モードを選択すると（Ｓ３）、選択回路７３
が切り替わり、ＣＲＴディスプレイ２５の画面はＣＣＤ
カメラ３４からレーザ測定用のＣＣＤカメラ３８の画面
となる。この画面により、レーザプローブ３６からのレ
ーザビームスポットの位置（測定位置）を確認する（Ｓ
４）。ここで、ジョイスティック２３やマウス２４等を
使用してビームスポットの位置を微調整することもでき
る。なお、ＣＣＤカメラ３８は、レーザビームスポット
が正しくワーク１２上の目標位置に当たっているかどう
かを確認するためのものであるから、その画像データは
測定には使用しない。このため、画像測定用のＣＣＤカ
メラ３４のように高精細なものである必要はない。ま
た、レーザの光だけでは、レーザスポットの位置だけが
明るく見え、その周りは暗くなってきれいな画像が得ら
れないので、専用の照明装置３９に切り換える。勿論、
ＣＣＤカメラ３８及び照明装置３９をＣＣＤカメラ３４
及び照明装置３６と兼用することも可能である。

【００１８】次に、倣い測定の経路を与えるため、測定
ツールを選択し、必要なパラメータを設定する（Ｓ
５）。測定ツールとしては、例えば図７に示すようなも
のが考えられる。 （ａ）点ツール 現在の測定点（黒丸）のＸ，Ｙ，Ｚ座標値を測定する。 （ｂ）直線ツール 終点位置Ｐｅを与えて、現在の測定点から終点Ｐｅまで
の直線上を倣い測定する。 （ｃ）領域ツール 領域検索の幅Ｗ、高さＨ、ピッチＰＴ１，ＰＴ２を与え
て、現在の測定点から指定領域内を指定ピッチで往復運
動しながら倣い測定する。 （ｄ）円ツール 半径Ｒ、ピッチＰＴ、開始角度θを与えて、現在の測定
点から同心円上を倣い測定する。 （ｅ）長方形ツール 幅Ｗと高さＨを与えて、長方形に沿って倣い測定する。 （ｆ）クロスツール 互いに直交する２つの線分の長さＬ１，Ｌ２を与えて、
十字上を倣い測定する。 （ｇ）螺旋ツール 最大半径Ｒ及びピッチＲＴ（１回転で増加する半径値）
を与えて、螺旋状を倣い測定する。 （ｈ）フォーカスツール 現在位置で単にフォーカスをとる。

【００１９】測定ツールが選択され、必要なパラメータ
が設定されたら、倣い測定を実行する（Ｓ６）。レーザ
プローブ３５の変位検出精度には、若干の方向性があ
る。このため、軌道に沿って輪郭や表面粗さを測定する
ときは、この軌道の進む方向に対してレーザプローブ３
５が最適な方向を向くように、レーザプローブ３５を回
転機構４１によって回転させる。円軌道や螺旋軌道に沿
って測定する場合には、レーザプローブ３５を回転させ
ながら測定するとより効果的である。

【００２０】倣い測定に際しては、レーザプローブ３５
の測定範囲内、例えば±０．５ｍｍの範囲を超えてＺ軸
方向の座標値が得られるよう、例えば図８に示すよう
に、レーザプローブ３５からの変位量に基づいてＸＹＺ
軸駆動部７７を駆動して、撮像ユニット１７のＺ軸方向
位置を上下させる。これにより、レーザプローブ３５の
合焦位置が常に測定範囲の中心になるように制御する。
この場合、ＸＹＺ軸エンコーダ７８で得られるＺ軸座標
値がＺ軸方向の変位量となる。Ｚ軸方向の位置制御が間
に合わないような高速の測定を行うには、Ｚ軸座標値を
レーザプローブ３５の変位量で補正して正しい変位量を
算出すればよい。また、レーザプローブ３５の測定範囲
内の微小な表面粗さを計測する場合には、図９に示すよ
うに、レーザプローブ３５のＺ軸方向位置を固定して、
レーザプローブ３５内の対物レンズ５７の駆動制御のみ
で対応することができ、この場合、更に高速な処理が可
能であると共に、Ｚ軸駆動による分解能（例えば０．１
μｍ）よりも高分解能（例えば０．０１μｍ）の測定が
可能になる。このような倣い測定により、指定された測
定軌道に沿って所定の間隔でＺ軸方向の座標値がＸ，Ｙ
軸座標値と共に点列データとして求められ、これがワー
クメモリ８４に格納される。点列データが求められたら
点列データの解析処理を実行する（Ｓ７）。

【００２１】次に、点列データの解析処理について説明
する。従来の輪郭形状測定機や表面粗さ測定機は、二次
元データであるのに対し、この非接触三次元測定装置で
得られる輪郭形状測定データは、三次元データである。
しかも、指定二次元軌道に沿った倣い測定を行うため、
データ処理はより複雑化する。そこで、データ処理を簡
単化するために、次のような点列データの解析処理を実
行する。図１０のフローチャート及び図１１の波形図に
基づいて、この点列データの解析処理について説明す
る。

【００２２】まず、ワーク１２自体が傾いている場合が
あるので、点列データから平均面（直線の場合は平均
線）を求めて、この面に対してデータのトレンド補正を
実行する（Ｓ１１）。これにより図１１（ａ）に示すよ
うな傾いた点列データから同図（ｂ）に示すトレンド補
正された点列データが得られる。次に、測定軌道に沿っ
て進行方向を第１軸方向、上記平均面の法線方向を第２
軸方向として、三次元の点列データを二次元の点列デー
タに変換する（Ｓ１２）。これにより、図１１（ｃ）の
ようなデータが得られる。この点列データは、測定軌道
に沿った加減速を伴う走査によって得られているので、
定ピッチではない。定ピッチでないとＦＦＴ（高速フー
リエ変換）や形状測定機などで通常使用されているガウ
シアン（Gaussian）フィルタ処理を実行することができ
ないので、ここでは定ピッチ化処理を実行する（Ｓ１
３：図１１（ｄ））。次に、ガウシアンフィルタ処理を
実行する（Ｓ１４：図１１（ｅ））。そして、定ピッチ
化されたデータをもとの位置（不定ピッチの位置）に戻
す（Ｓ１５：図１１（ｆ））。次に、ステップＳ１２で
変換された二次元データをもとの測定軌道位置（ＸＹ位
置）上へ戻すための二次元→三次元変換を実行する（Ｓ
１６：図１１（ｇ）。最後に、ステップＳ１１のデータ
トレンド補正により処理された傾きの補正をもとに戻
し、本来ワーク１２が傾いている方向へデータを変換す
る（Ｓ１７：図１１（ｈ））。

【００２３】以上の処理により、三次元点列データのフ
ィルタリングを容易に行うことができる。また、ステッ
プＳ１４の処理後のデータは、定ピッチでフィルタ処理
された二次元データであるから、通常の輪郭形状測定機
や表面粗さ測定機等で行われているような各種解析処理
が可能になる。

【００２４】次にワーク１２の一例としてＬＳＩパッケ
ージのＬＧＡ（Land Grid Array）及びＢＧＬ（Ball Gr
id Array）のコプラナリティ（平面度）を評価する手順
について説明する。図１２は、ワーク１２としてのＬＳ
Ｉパッケージ１０１，１０２の各平面図及び縦断面図で
ある。同図（ａ）のＬＧＡを備えたＬＳＩパッケージ１
０１の場合、ランド１０３の高さを、また同図（ｂ）の
ＢＧＡを備えたＬＳＩパッケージ１０２の場合、ボール
１０４の頂点を、それぞれ領域ツールを用いて往復直線
走査して点列データを得る。そして、得られた点列デー
タに基づいて、図１３に示すように、その頂点部又は谷
底部のコプラナリティーを評価する。

【００２５】図１４に、ＬＧＡのコプラナリティーを評
価する手順を示す。ここで、ステップＳ２１のデータの
トレンド補正からステップＳ２４のガウシアンフィルタ
の実行までの処理は、図１０で説明した処理と同様であ
るため、ここでは説明を割愛する。なお、この処理に必
要なフィルタ定数等の設定は、例えば図１５に示すよう
なパラメータ設定用ビュウワーを用いて行う。トレンド
補正の有無やフィルタの高域、低域カットオフ周波数、
演算条件等を設定することができる。

【００２６】図１６には、ＬＧＡを走査して定ピッチ化
された二次元点列データ（ａ）からフィルタ処理を実行
して得られた二次元点列データ（ｂ）が示されている。
この点列データから、山谷検出アルゴリズムを用いて各
谷（Land）の中心位置を抽出して点群データ（図１６
（ｃ））を得る（Ｓ２５）。山谷アルゴリズムは、図１
７に示すように、予め基準位置からの最低深さｈと最低
ピッチｐを与え、最も谷の部分から最低深さｈの範囲に
存在する点列データが、最低ピッチｐだけ続いているか
どうかの条件判断によって谷部分を検出する。この方法
は、設計値ファイルを持たなくても谷部を検出できると
いう利点がある。

【００２７】また、図１８に示すように、ランドの横方
向の数Ｎｘ、縦方向の数Ｎｙ、走査のスタート位置Ｓｔ
ｘ，Ｓｔｙ、横方向のピッチＰｘ、縦方向のピッチＰｙ
がそれぞれ設計データとして予め用意されている場合に
は、この設計データを用いて谷部の点群データを抽出す
るようにしても良い。

【００２８】この様な処理によって図１６（ｃ）に示す
ような点群データが得られたら、これを二次元点群デー
タから三次元点群データに変換し（Ｓ２６）、最後にコ
プラナリティーを算出する（Ｓ２７）。

【００２９】同様に、ＢＧＡのコプラナリティーを評価
する場合には、図１９に示す処理を実行すればよい。デ
ータのトレンド補正（Ｓ３１）からガウシアンフィルタ
の実行処理（Ｓ３４）までは、図１４のステップＳ２１
〜Ｓ２４までの処理と同様であり、フィルタ処理後に、
山谷検出アルゴリズムを用いて各ボールの頂点部を検出
すればよい。この場合、最低高さｈと、最低ピッチｐと
を与えて、条件に当てはまる山を検出することになる。
抽出された点群データに対するその後の処理（Ｓ３６，
Ｓ３７）も図１４のステップＳ２６，Ｓ２７と同様であ
る。

【００３０】但し、このＢＧＡ検出に当たっては、図２
０（ａ）に示すように、ボール１０４の頂点（最も高い
部分）が円中心に位置しない場合もある。また、同図
（ｂ）に示すように、レーザプローブ３５には、例えば
±１３°といった許容傾斜角があり、走査位置がずれる
ことによってレーザビームの反射光が検出されず正しい
測定ができなくなることがある。このような点に留意し
て、例えば図２１（ａ）に示すように、ボール１０４の
上面をジクザグ走査したり、同図（ｂ）に示すように、
螺旋走査することが望ましい。具体的には、例えば設計
値又は画像測定により、各ボール１０４のＸＹ座標を用
意し、図２２に示すように、許容傾斜角の範囲内である
ａ点において、ステージを停止し（レーザプローブ３５
のフォーカスサーチ）、パターンａｂ間を図２１に示し
たような頂点部走査パターンで測定する。ｂｃ間は、測
定を行わずに高速移動する。なお、図２３は、このよう
なグリッドアレイの走査の各パラメータや走査パターン
を設定するための設定画面を示す図である。

【００３１】

【発明の効果】以上述べたようにこの発明によれば、指
定された測定軌道に沿って非接触変位計がワークの変位
量を倣い測定していくので、ワークが傾いても、それが
測定精度に与える影響は少なく、精度の良い三次元点列
データを得ることができる。この三次元点列データに対
してトレンド補正を施すことで、その後の処理が簡単に
なる。また、この発明によれば、得られたデータが三次
元点列データであるため、フィルタ処理等が困難になる
ことが考えられるが、フィルタ処理等を可能にするため
に、トレンド補正された三次元データが二次元データに
変換され定ピッチ化処理されるので、フィルタ処理され
た二次元データを用いてＺ軸方向の細かい凹凸や輪郭形
状解析、表面粗さ解析等の所定の解析処理を実行するこ
とが容易になるという効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の一実施例に係る非接触三次元画像測
定装置の斜視図である。

【図２】 同装置における撮像ユニットの内部の斜視図
である。

【図３】 同装置におけるレーザプローブの構成を示す
図である。

【図４】 同装置の全体ブロック図である。

【図５】 同装置によるレーザ測定の手順を示すフロー
チャートである。

【図６】 同装置における画像とレーザプローブの校正
方法を説明するための図である。

【図７】 同装置で使用される測定ツールの例を示す図
である。

【図８】 同装置の倣い測定の一例を説明するための図
である。

【図９】 同装置の倣い測定の他の例を説明するための
図である。

【図１０】 同装置の点列データ解析処理のフローチャ
ートである。

【図１１】 同解析処理を説明するための図である。

【図１２】 ワークの一例であるＬＳＩパッケージを示
す図である。

【図１３】 同パッケージのＢＧＡのコプラナリティー
測定を説明するための図である。

【図１４】 ＬＧＡコプラナリティー評価の手順を示す
フローチャートである。

【図１５】 同評価を行うためのパラメータ設定画面を
示す図である。

【図１６】 同評価処理の各時点で得られるデータを示
す図である。

【図１７】 同評価処理で使用される山谷アルゴリズム
を説明するための図である。

【図１８】 設計データを使用した同評価処理を説明す
るための図である。

【図１９】 ＢＧＡコプラナリティー評価の手順を示す
フローチャートである。

【図２０】 ＢＧＡコプラナリティー評価の問題点を説
明するための図である。

【図２１】 同問題点を解決するための走査方法で使用
される頂点走査パターンの例を示す図である。

【図２２】 同走査方法の詳細を説明するための図であ
る。

【図２３】 同走査方法を実現するためのパラメータ設
定画面を示す図である。

【符号の説明】

１…三次元測定機、２…コンピュータシステム、１１…
架台、１２…ワーク、１３…測定テーブル、１４，１５
…支持アーム、１６…Ｘ軸ガイド、１７…撮像ユニッ
ト、２１…コンピュータ、２２…キーボード、２３…ジ
ョイスティックボックス、２４…マウス、２５…ＣＲＴ
ディスプレイ、２６…プリンタ、３４，３８…ＣＣＤカ
メラ、３５…レーザプローブ、３６，３９…照明装置。

フロントページの続き (72)発明者 堀内 直治 神奈川県川崎市高津区坂戸１丁目20番１号 株式会社ミツトヨ内 (72)発明者 小松 浩一 神奈川県川崎市高津区坂戸１丁目20番１号 株式会社ミツトヨ内 (72)発明者 浅野 秀光 神奈川県川崎市高津区坂戸１丁目20番１号 株式会社ミツトヨ内

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ワークを撮像して画像測定用の二次元画
   像情報を出力する撮像手段及び前記ワーク上の所定の測
   定点との距離を変位量として検出可能な非接触変位計と
   を備えた撮像ユニットを測定三次元空間内で移動させる
   ことにより三次元点列データを得る非接触三次元測定方
   法であって、 前記撮像手段を用いてワークを画像測定してワークの位
   置を確認するステップと、 この位置に基づいて前記非接触変位計を所定の測定開始
   点に移動させたのち、指定された測定軌道に沿って倣い
   測定を実行することにより三次元の点列データを取得す
   るステップと、 このステップで得られた点列データに対してトレンド補
   正を実行するステップと、 このステップでトレンド補正された三次元データを二次
   元データに変換するステップと、 このステップで得られた二次元データに定ピッチ化処理
   を施すステップと、 このステップで定ピッチ化された二次元データにフィル
   タ処理を施すステップとを備えたことを特徴とする非接
   触三次元測定方法。
2. 【請求項２】 前記フィルタ処理が施された二次元デー
   タをもとのピッチに戻すステップと、 このステップでもとのピッチに戻った二次元データを三
   次元データに戻すステップと、 このステップで得られた三次元データに逆トレンド補正
   を施すステップとを更に備えたことを特徴とする請求項
   １記載の非接触三次元測定方法。
3. 【請求項３】 前記フィルタ処理が施された二次元デー
   タに対して任意の解析処理を施すステップを更に備えた
   ことを特徴とする請求項１記載の非接触三次元測定方
   法。
4. 【請求項４】 ＩＣパッケージからなるワークを撮像し
   て画像測定用の二次元画像情報を出力する撮像手段及び
   前記ワーク上の所定の測定点との距離を変位量として検
   出可能な非接触変位計とを備えた撮像ユニットを測定三
   次元空間内で移動させることにより三次元点列データを
   得、この三次元点列データに基づいて前記ＩＣパッケー
   ジのランドグリッドアレイ又はボールグリッドアレイの
   平面度を測定する非接触三次元測定方法であって、 前記撮像手段を用いてワークを画像測定してワークの位
   置を確認するステップと、 この位置に基づいて前記非接触変位計を所定の測定開始
   点に移動させたのち、指定された測定軌道に沿って倣い
   測定を実行することにより三次元の点列データを取得す
   るステップと、 このステップで得られた点列データに対してトレンド補
   正を実行するステップと、 このステップでトレンド補正された三次元データを二次
   元データに変換するステップと、 このステップで得られた二次元データに定ピッチ化処理
   を施すステップと、 このステップで定ピッチ化された二次元データにフィル
   タ処理を施すステップと、 このステップでフィルタ処理が施された二次元データの
   複数の頂点部又は谷底部のデータを抽出するステップ
   と、 このステップで抽出されたデータを二次元データから三
   次元データへ変換するステップと、 このステップで得られた三次元データから前記ランドグ
   リッドアレイ又はボールグリッドアレイの平面度を算出
   するステップとを備えたことを特徴とする非接触三次元
   測定方法。