形狀測量設(shè)備和形狀測量方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了形狀測量設(shè)備和形狀測量方法。包括:工作臺，支撐目標(biāo)基底;圖案投影部，包括光源、光柵部件和投影透鏡部件，光柵部件部分地透射和阻擋由光源產(chǎn)生的光以產(chǎn)生光柵圖像，投影透鏡部件在目標(biāo)基底的測量目標(biāo)上生成光柵的像;圖像捕獲部，捕獲被目標(biāo)基底的測量目標(biāo)反射的光柵圖像;控制部，控制工作臺、圖案投影部和圖像捕獲部，計算與測量目標(biāo)對應(yīng)的光柵圖像的可靠性指數(shù)和光柵圖像的相位，并利用可靠性指數(shù)和相位檢查測量目標(biāo)。因此，可以提高測量的精度。
【專利說明】形狀測量設(shè)備和形狀測量方法
[0001]本申請是有關(guān)形狀測量設(shè)備和形狀測量方法申請的分案申請，原申請的申請日:2010年05月21日申請?zhí)?201010184886.1發(fā)明創(chuàng)造名稱:形狀測量設(shè)備和形狀測量方法。
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0002]本發(fā)明的示例性實施例涉及一種形狀測量設(shè)備和一種形狀測量方法。更具體地講，本發(fā)明的示例性實施例涉及能夠提高測量的精度的一種形狀測量設(shè)備和一種形狀測量方法。
【背景技術(shù)】
[0003]已經(jīng)將電子裝置開發(fā)得具有相對較輕的重量和較小的尺寸。因此，在這些電子裝置中出現(xiàn)缺陷的可能性增加，因而正在對用來檢查這些缺陷的設(shè)備進(jìn)行開發(fā)和改善。
[0004]近來，檢查三維形狀的技術(shù)在各種【技術(shù)領(lǐng)域】變得有效。在檢查三維形狀的技術(shù)中，使用了通過接觸法來檢測三維形狀的坐標(biāo)測量機(jī)(CMM))。然而，已經(jīng)對利用光學(xué)原理來檢查二維形狀的非接觸法進(jìn)行了開發(fā)。
[0005]Meadows和Takasaki在1970年開發(fā)出作為典型的檢測三維形狀的非接觸法的陰影云紋法(shadow Moire method )。然而，陰影云紋法存在一個問題，即，用于測量的光柵在尺寸土應(yīng)當(dāng)比測量目標(biāo)大。為了解決上述問題，Yoshino開發(fā)出投影云紋技術(shù)(project1nMoire technique )。此外，Kujawinska將用來分析光學(xué)相干性的相移(phase shifting)法應(yīng)用到用來檢查三維形狀的云紋技術(shù)，使得測量分辨率得以提高并消除了莫爾圖案的局限性。
[0006]這些用來測量三維形狀的技術(shù)可以用來檢查印刷電路板，并且正在嘗試提高精度。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0007]本發(fā)明的示例性實施例提供了一種形狀測量設(shè)備，該設(shè)備能夠一起測量二維形狀和三維形狀，并能夠提高測量的精度。
[0008]本發(fā)明的示例性實施例還提供了一種形狀測量方法，該方法能夠一起測量二維形狀和三維形狀，并能夠提高測量的精度。
[0009]本發(fā)明的示例性實施例還提供了一種測量三維形狀的方法，該方法能夠?qū)y量目標(biāo)在所有區(qū)域內(nèi)的三維形狀進(jìn)行精確地測量。
[0010]本發(fā)明的另外的特征將在以下的描述中進(jìn)行闡述，部分地通過說明書將明顯得知，或者可以通過實施本發(fā)明而了解。
[0011]本發(fā)明的一個示例性實施例公開了一種形狀測量設(shè)備。所述形狀測量設(shè)備包括:工作臺，支撐目標(biāo)基底；圖案投影部，包括光源、光柵部件和投影透鏡部件，光柵部件透射和阻擋由光源產(chǎn)生的光以產(chǎn)生光柵圖像，投影透鏡部件在目標(biāo)基底的測量目標(biāo)上生成光柵的像；圖像捕獲部，捕獲被目標(biāo)基底的測量目標(biāo)反射的光柵圖像；控制部，控制工作臺、圖案投影部和圖像捕獲部，計算與測量目標(biāo)對應(yīng)的光柵圖像的可靠性指數(shù)和光柵圖像的相位，并利用可靠性指數(shù)和相位檢查測量目標(biāo)。
[0012]當(dāng)焊盤為測量目標(biāo)時，形狀測量設(shè)備可以通過可靠性指數(shù)檢查焊盤的表面。焊盤可能將屯連接到外部裝置。可靠性指數(shù)可以是強(qiáng)度、可見度和信嗓比中的至少一種。當(dāng)可靠性指數(shù)不在設(shè)定值范圍內(nèi)時，控制部可以確定焊盤為不良。形狀測量設(shè)備還可以包括輔助光源，用于檢查目標(biāo)基底的測量目標(biāo)。當(dāng)輔助光源產(chǎn)生的光被焊盤反射并且被圖像捕獲部捕獲而形成二維圖像時，控制部可以確定焊盤為不良，并且即使可靠性指數(shù)表明焊盤為良，在二維圖像中焊盤也被確定為不良。
[0013]本發(fā)明的另一示例性實施例公開了一種形狀測量方法。所述形狀測量方法包括以下步驟:在使光柵移動特定次數(shù)的同時，獲取被測量目標(biāo)反射的光柵圖像；利用光柵圖像獲取光柵圖像的可靠性指數(shù)，所述可靠性指數(shù)包括強(qiáng)度、可見度和信嗓比中的至少一種；如果電連接到外部裝置的焊盤為測量目標(biāo)，則當(dāng)可靠性指數(shù)在設(shè)定值范圍內(nèi)時確定焊盤為良，而當(dāng)可靠性指數(shù)不在設(shè)定值范圍內(nèi)時確定焊盤為不良。
[0014]本發(fā)明的又一示例性實施例公開了一種測量三維形狀的方法。所述方法包括以下步驟:在改變每個光柵圖案光N次的同時在多個方向上將光柵圖案光照射到測量目標(biāo)上，并檢測被測量目標(biāo)反射的光柵圖案光，以獲取測量目標(biāo)的相對于每個方向的N個圖案圖像；從圖案圖像提取與X-Y坐標(biāo)系中的每個位置U(x，y)}對應(yīng)的相對于每個方向的相位(Pi(x, y)}和亮度(Ai U，y)};利用采用亮度作為參數(shù)的加權(quán)函數(shù)提取相對于每個方向的高度加權(quán){Wi(x，y };利用基于相對于每個方向的相位的高度與高度加權(quán)來計算相對于每個方向的加權(quán)高度{Wi(x，y) XHiU, y)}，并對加權(quán)高度進(jìn)行求和，以得到每個位置的高度{ Σ [Wi (x, y) X Hi (X，y) ] / Σ Wi (x, y) }。
[0015]亮度可以對應(yīng)于通過對檢測到的光柵圖案光求平均獲得的平均亮度。
[0016]加權(quán)函數(shù)還可以采用從相對于每個方向的圖案圖像提取的相對于每個方向的可見度和SNR (信嗓比)中的至少一種作為參數(shù)。
[0017]加權(quán)函數(shù)還可以采用從相對于每個方向的圖案圖像才是取的每個光柵圖案光的與光柵柵距對應(yīng)的測量范圍(λ)作為參數(shù)。測量范圍可以根據(jù)光柵圖案光而具有至少兩個值。
[0018]隨著平均亮度從預(yù)定值增大或減小，加權(quán)函數(shù)可以使高度加權(quán)減小。所述預(yù)定值可以為平均亮度的中值。
[0019]隨著可見度或SNR增大，加權(quán)函數(shù)可以使高度加權(quán)增大。
[0020]隨著測量范圍增大，加權(quán)函數(shù)可以使高度加權(quán)減小。
[0021]提取相對于每個方向的高度加權(quán)的步驟可以包括將圖案圖像劃分為陰影區(qū)域、飽和區(qū)域和不飽和區(qū)域。陰影區(qū)域?qū)?yīng)于平均亮度低于最小亮度且可見度或SNR低于最小基準(zhǔn)值的區(qū)域，飽和區(qū)域?qū)?yīng)于平均亮度高于最大亮度且可見度或SNR低于最小基準(zhǔn)值的區(qū)域，不飽和區(qū)域?qū)?yīng)于除了陰影區(qū)域和飽和區(qū)域之外的剩余區(qū)域。加權(quán)函數(shù)可以被認(rèn)為是"O"以獲得陰影區(qū)域和飽和區(qū)域的高度加權(quán)。與不飽和區(qū)域?qū)?yīng)的加權(quán)函數(shù)可以使高度加權(quán)隨著平均亮度從平均亮度的中值增大或減小而減小，可以使高度加權(quán)隨著可見度或SNR的增大而增大,可以使高度加權(quán)隨著測量范圍的增大而減小。[0022]高度加權(quán)的和可以等于I {2Wi (χ，y)=l}。
[0023]本發(fā)明的又一示例性實施例公開了一種測量三維形狀的方法。所述方法包括以下步驟:在改變每個光柵圖案光N次的同時在多個方向上將光柵圖案光照射到測量目標(biāo)上，并檢測被測量目標(biāo)反射的光柵圖案光，以獲取測量目標(biāo)的相對于每個方向的N個圖案圖像；從圖案圖像提取與X-Y坐標(biāo)系中的每個位置U(x，y)}對應(yīng)的相對于每個方向的相位{Pi(x，y)}和可見度IVJX，y)};利用采用可見度作為參數(shù)的加權(quán)函數(shù)提取相對于每個方向的高度加權(quán){Wi(x，y)};通過將基于相位的高度與高度加權(quán)相乘來計算相對于每個方向的加權(quán)高度{Wi(x，y) XHi (x，y)}，并對加權(quán)高度進(jìn)行求和，以得到每個位置的高度{ Σ [Wi (x, y) X Hi (X，y) ] / Σ Wi (x, y) }。
[0024]根據(jù)本發(fā)明，可以利用所測量的三維數(shù)據(jù)來獲得二維形狀圖像，從而不會需要用于二維形狀圖像的另外的數(shù)據(jù)。
[0025]此外，當(dāng)一起使用均被測量了的二維形狀圖像和三維形狀圖像時，可以有效地檢查PCB的缺陷。
[0026]此外，當(dāng)使用另外的二維圖像的亮度時，可以提高檢查的精度。
[0027]此外，從在每個方向上拍攝的圖案圖像提取平均亮度、可見度或SNR及測量范圍，并且根據(jù)所提取的結(jié)果確定高度加權(quán)，從而更精確地測量了測量目標(biāo)在包括陰影區(qū)域和飽和區(qū)域的所有區(qū)域中的每個位置的高度。
[0028]應(yīng)該理解，前述的總體描述和下面的詳細(xì)描述是示例性的和說明性的，并意圖提供對所要求保護(hù)的發(fā)明的進(jìn)一步解釋。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0029]附圖示出了本發(fā)明的各實施例并與說明書一起用于解釋本發(fā)明的原理，包括所述附圖以提供對本發(fā)明的進(jìn)一步的理解，所述附圖被并入且構(gòu)成說明書的一部分。
[0030]圖1是示出了根據(jù)本發(fā)明示例性實施例的形狀測量設(shè)備的示意性側(cè)視圖。
[0031]圖2是示出了根據(jù)本發(fā)明另一示例性實施例的形狀測量設(shè)備的示意性俯視圖。
[0032]圖3是示出了圖1中的目標(biāo)基底的俯視圖。
[0033]圖4是示出了測量三維圖像的形狀測量設(shè)備的示圖。
[0034]圖5是示出了用來測量二維圖像的原理的曲線圖。
[0035]圖6是示出了根據(jù)本發(fā)明示例性實施例的測量三維形狀的方法所使用的三維形狀測量設(shè)備的示意圖。
[0036]圖7是示出了通過圖6中的照射到測量目標(biāo)上的光柵圖案光所得的光柵圖案圖像的平面圖。
[0037]圖8是示出了當(dāng)從右側(cè)將光柵圖案光照射到測量目標(biāo)上時在照相機(jī)中測量到的圖像的平面圖。
[0038]圖9是示出了當(dāng)從左側(cè)將光柵圖案光照射到測量目標(biāo)上時在照相機(jī)中測量到的圖像的平面圖。
[0039]圖10是示出了照相機(jī)中測量的圖案圖像的平均亮度與加權(quán)之間的關(guān)系的曲線圖。
[0040]圖11是示出了照相機(jī)中測量的圖案圖像的可見度或SNR與加權(quán)之間的關(guān)系的曲線圖。
[0041]圖12是示出了照相機(jī)中測量的圖案圖像的測量范圍與加權(quán)之間的關(guān)系的曲線圖。
【具體實施方式】
[0042]在下文中參照示出本發(fā)明的示例實施例的附圖來更充分地描述本發(fā)明。然而，本發(fā)明可以以許多不同的形式來實施，并且不應(yīng)被解釋成局限于這里闡述的示例實施例。相反，提供這些示例實施例以使本公開將是徹底的和完全的，并將把本發(fā)明的范圍充分傳遞給本領(lǐng)域技術(shù)人員。在附圖中，為了清晰起見，可能夸大層和區(qū)域的尺寸和相對尺寸。
[0043]應(yīng)當(dāng)理解，當(dāng)元件或?qū)颖恢赋觥ㄔ凇硪辉驅(qū)印ㄉ稀āⅰㄟB接到〃或〃結(jié)合到"另一元件或?qū)訒r，該元件或?qū)涌芍苯釉诹硪辉驅(qū)由?、直接連接到或直接結(jié)合到另一元件或?qū)樱蛘呖梢源嬖谥虚g元件或中間層。相反，當(dāng)元件被指出"直接在"另一元件或?qū)?上"、〃直接連接到〃或〃直接結(jié)合到〃另一元件或?qū)訒r，不存在中間元件或中間層。相同的標(biāo)號始終表示相同的元件。如這里所使用的，術(shù)語"和/或"包括一個或多個相關(guān)所列的項目的任意組合和所有組合。
[0044]應(yīng)當(dāng)理解，雖然在這里可使用術(shù)語第一、第二、第三等來描述各個元件、組件、區(qū)域、層和/或部分，但是這些元件、組件、區(qū)域、層和/或部分不應(yīng)受這些術(shù)語的限制。這些術(shù)語僅僅用來將一個元件、組件、區(qū)域、層或部分與另一個區(qū)域、層或部分區(qū)分開來。因此，在不脫離本發(fā)明的教導(dǎo)的情況下，下面討論的第一元件、第一組件、第一區(qū)域、第一層或第一部分可以被稱為第二元件、第二組件、第二區(qū)域、第二層或第二部分。
[0045]可在這里使用諸如〃在...之下〃、〃在...下方〃、〃下面的〃、〃在...上方〃、"上面的"等空間關(guān)系術(shù)語來容易地描述圖中所示的一個元件或特征與其他元件或特征的關(guān)系。應(yīng)當(dāng)理解，除了附圖中描述的方位以外，空間關(guān)系術(shù)語還意圖包括裝置在使用或操作中的不同方位。例如，如果附圖中的裝置翻轉(zhuǎn)，則被描述為在其他元件或特征"下方"或〃之下〃的元件的方位隨后將被定位在其他元件或特征的〃上方"。因此，示例性術(shù)語〃在...下方〃可以包括〃在...上方〃和〃在...下方〃兩種方位。裝置可以位于另外的方位(旋轉(zhuǎn)90度或者在其他方位)，進(jìn)而這里使用的空間關(guān)系描達(dá)符應(yīng)該被相應(yīng)地解釋。
[0046]這里使用的術(shù)語僅僅是為了描述特定的示例實施例，而不意圖限制本發(fā)明。如這里所使用的，除非上下文另外明確指出，否則單數(shù)形式也意圖包括復(fù)數(shù)形式。還將理解的是，當(dāng)在本說明書中使用術(shù)語〃包含〃和/或〃包括〃時，說明存在所述特征、整體、步驟、操作、元件和/或組件，但不排除存在或附加一個或多個其他特征、整體、步驟、操作、元件、組件和/或它們的組。
[0047]這里參照剖視圖來描述本發(fā)明的示例實施例，所述剖視圖是本發(fā)明的理想化示例實施例(和中間結(jié)構(gòu))的示意圖。這樣，預(yù)計會出現(xiàn)例如由制造技術(shù)和/或公差引起的圖示的形狀變化。因此，本發(fā)明的示例實施例不應(yīng)該被解釋為局限于在此示出的區(qū)域的具體形狀，而應(yīng)該包括例如由制造導(dǎo)致的形狀上的偏差。例如，示出為矩形的注入?yún)^(qū)域在其邊緣通常具有倒圓或曲線的特征和/或注入濃度的梯度，而不是從注入?yún)^(qū)域到非注入?yún)^(qū)域的二元變化。同樣地，通過注入形成的埋區(qū)可導(dǎo)致在埋區(qū)和通過其發(fā)生注入的表面之間的區(qū)域中出現(xiàn)一定程度的注入；因此，在圖中示出的區(qū)域?qū)嶋H上是示意性的，它們的形狀并不意圖示出裝置的區(qū)域的實際形狀，也不意圖限制本發(fā)明的范圍。
[0048]除非另有定義，否則這里使用的所有術(shù)語(包括技術(shù)術(shù)語和科學(xué)術(shù)語)具有與本發(fā)明所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員所通常理解的意思相同的意思。將進(jìn)一步理解，除非這里明確定義，否則術(shù)語(例如在通用的字典中定義的術(shù)語)應(yīng)該被解釋為具有與相關(guān)領(lǐng)域的上下文中它們的意思相同的意思，而不是理想地或者過于形式化地解釋它們的意思。
[0049]以下，將參照附圖詳細(xì)地描述本發(fā)明的示例性實施例。
[0050]圖1是示出了根據(jù)本發(fā)明示例性實施例的形狀測量設(shè)備的示意性側(cè)視圖。
[0051]參照圖1，根據(jù)本發(fā)明示例性實施例的形狀測量設(shè)備1100包括工作臺1130、圖案投影部1110、圖像捕獲部1150和控制部1140。另外，形狀測量設(shè)備1100還可以包括第一輔助光源1160和第二輔助光源1170。
[0052]工作臺1130支撐目標(biāo)基底1120，測量目標(biāo)A設(shè)置在目標(biāo)基底1120上。此外，工作臺1130沿著X軸方向和Y軸方向中的至少一個方向傳送測量目標(biāo)A。當(dāng)通過控制部1140控制工作臺1130將目標(biāo)基底1120傳送到適當(dāng)?shù)奈恢脮r，第一輔助光源1160和第二輔助光源1170可以朝著目標(biāo)基底1120的測量目標(biāo)A輻射光，從而利用例如目標(biāo)基底1120的標(biāo)識符號建立目標(biāo)基底1120的總的測量區(qū)域。
[0053]圖案投影部1110朝著測量目標(biāo)A投影光柵圖案。形狀測量設(shè)備1100可以包括以下面的方式設(shè)置的多個圖案投影部1110:多個圖案投影部1110相對于目標(biāo)基底1120的法線以特定的角度朝著目標(biāo)基底1120投影光柵圖案。此外，可以將多個圖案投影部1110設(shè)置得相對于所述法線對稱。每個圖案投影部1110包括光源1111、光柵部件1112和投影透鏡部件1113。例如，可以相對于測量目標(biāo)A對稱地設(shè)置兩個這樣的圖案投影部1110。
[0054]光源1111朝著測量目標(biāo)A輻射光。
[0055]光柵部件1112利用光源1111發(fā)出的光生成光柵的像。光柵部件1112包括阻光區(qū)(未示出)和透光區(qū)(未示出)。阻光區(qū)阻擋光源1111發(fā)出的光的一部分，透光區(qū)透射所述光的另一部分?？梢砸愿鞣N類型形成光柵部件1112。例如，可以通過其上圖案化有具有阻光區(qū)和透光區(qū)的光柵的玻璃板形成光柵部件1112。可替代地，可以將液晶顯示面板用作光柵部件1112。
[0056]當(dāng)采用其上圖案化有具有阻光區(qū)和透光區(qū)的光柵的玻璃板作為光柵部件1112時，形狀測量設(shè)備1100還包括用來精密地傳送光柵部件1112的致動器(actuator ,未示出)。當(dāng)采用液晶顯示面板作為光柵部件1112時，可以通過液晶顯示面板顯示光柵圖案，從而形狀測量設(shè)備1100不需要致動器。
[0057]投影透鏡部件1113在目標(biāo)基底1120的測量目標(biāo)A上生成光柵部件1112的光柵的像。投影透鏡部件1113可以包括例如多個透鏡，以使將要顯示在測量目標(biāo)A上的光柵的像聚焦在目標(biāo)基底1120上。
[0058]圖像捕獲部1150接收被目標(biāo)基底1120的測量目標(biāo)A反射的光柵圖像。例如，圖像捕獲部1150包括照相機(jī)1151和捕獲透鏡部件1152。被測量目標(biāo)A反射的光柵圖像穿過捕獲透鏡部件1152，以被照相機(jī)1151捕獲。
[0059]控制部1140控制工作臺1130、圖案投影部1110和圖像捕獲部1150，計算圖像捕獲部1150捕獲的光柵圖像的可靠性指數(shù)(reliability index)和測量目標(biāo)A的相位，并對圖像捕獲部1150捕獲的光柵圖像進(jìn)行處理以測量二維形狀和三維形狀。稍后將詳細(xì)地解釋由控制部1140執(zhí)行的測量二維形狀和三維形狀的處理。
[0060]控制部1140利用相位和可靠性指數(shù)來檢查測量目標(biāo)。詳細(xì)地講，相位可以用來測量測量目標(biāo)A的三維形狀，可靠性指數(shù)可以用來確定關(guān)于測量目標(biāo)的良或不良。例如，可靠性指數(shù)可以使用信號強(qiáng)度、可見度和SNR (信嗓比)中的至少一種。可以參照表達(dá)式14和表達(dá)式15來解釋信號強(qiáng)度，可以參照表達(dá)式16或表達(dá)式17來解釋可見度，SNR是指在對圖像捕獲部1150捕獲的濾波圖像進(jìn)行N級桶算法(N-bucket algorithlm)處理期間生成的周期函數(shù)(per1dic funct1n )與真實信號(real signal )之比或二者之差。更詳細(xì)地講，SNR為(可見度X表達(dá)式I中的D)/時間噪聲D。
[0061]當(dāng)可靠性指數(shù)不在設(shè)定值的范圍內(nèi)時，控制部1140將測量目標(biāo)A確定為不良。
[0062]例如，當(dāng)通過表達(dá)式16或表達(dá)式17得到的形狀圖像的特定區(qū)域的可見度Y與外圍區(qū)域的可見度Y之差不在設(shè)定值的范圍內(nèi)時，控制部1140將測量目標(biāo)確定為不良。
[0063]此外，可以使用第一輔助光源1160和第二輔助光源1170之一來測量二維形狀。更詳細(xì)地講，第一輔助光源1160和第二輔助光源1170之一朝著目標(biāo)基底1120的測量目標(biāo)A輻射光，反射的光被圖像捕獲部1150的照相機(jī)1151捕獲，從而生成二維形狀圖像。
[0064]即使當(dāng)可靠性指數(shù)的差在設(shè)定值的范圍內(nèi)時，但當(dāng)二維形狀圖像的特定區(qū)域與二維形狀圖像的外圍區(qū)域之間的亮度差不在另一設(shè)定值的范圍內(nèi)時，控制部1140也會將測量目標(biāo)A確定為不良。此外，當(dāng)測量目標(biāo)A的特定區(qū)域的亮度不在另一設(shè)定值范圍內(nèi)時，控制部1140可以將測量目標(biāo)A確定為不良。
[0065]例如，即使當(dāng)通過表達(dá)式16或表達(dá)式17得到的特定區(qū)域的可見度Y與外圍區(qū)域的可見度Y之差在設(shè)定值的范圍內(nèi)時，但當(dāng)通過第一輔助光源1160或第二輔助光源1170得到的二維圖像的特定區(qū)域和外圍區(qū)域之間的亮度差或強(qiáng)度差不在另一設(shè)定值范圍內(nèi)時，控制部1140也會將測量目標(biāo)A確定為不良。
[0066]控制部1140順序地檢查視場(FOV)內(nèi)的感興趣區(qū)(ROI)的二維形狀圖像和三維形狀圖像。
[0067]圖2是示出了根據(jù)本發(fā)明另一示例性實施例的形狀測量設(shè)備的示意性俯視圖。除了圖1中的形狀測量設(shè)備1100的圖案投影部之外，根據(jù)本實施例的形狀測量設(shè)備與圖1中的形狀測量設(shè)備基本相同。因此，將對相同的元件使用相同的標(biāo)號，并將省略任何進(jìn)一步的解釋。
[0068]參照圖2，根據(jù)本實施例的形狀測量設(shè)備包括多個圖案投影部1110，多個圖案投影部1110中的每個具有光柵部件1112。多個圖案投影部1110布置在多邊形的頂點處。在圖2中，四個圖案投影部1110布置在正方形的頂點處。然而，可以將多個圖案投影部1110布置在六邊形、八邊形等的頂點處。
[0069]當(dāng)僅在一側(cè)捕獲光柵圖像時，由于測量目標(biāo)A是突起使得光柵圖像可以到達(dá)另一偵牝所以可以獲得精確的三維形狀。因此，為了獲得精確的三維形狀，可以在彼此相對的兩側(cè)捕獲光柵圖像。
[0070]例如，當(dāng)測量目標(biāo)A呈矩形形狀時，控制部1140可以接通彼此相對設(shè)置的兩個圖案投影部1110。當(dāng)控制部1140控制的測量目標(biāo)A的形狀復(fù)雜時，控制部1140可以接通兩個以上的圖案投影部1110。
[0071]圖3是示出了圖1中的目標(biāo)基底的俯視圖。[0072]參照圖3，諸如印刷電路板(PCB)的目標(biāo)基底1120包括例如焊盤區(qū)域(或扇出區(qū)域)和器件安裝區(qū)域1122。
[0073]焊盤區(qū)域1121是形成有用于電連接的焊盤的區(qū)域，器件安裝區(qū)域1122是安裝有器件的區(qū)域。
[0074]器件通過焊膏安裝在器件安裝區(qū)域1122上。當(dāng)沒有適當(dāng)?shù)乜刂坪父嗟男螤罨蛄繒r，器件可能與其他器件電連接而 引發(fā)故障。因此，為了檢驗焊膏的形狀或量是否被適當(dāng)?shù)乜刂疲瑴y量焊膏的形狀或高度以獲得焊膏的三維形狀。
[0075]此外，應(yīng)當(dāng)檢驗焊盤區(qū)域1121，以防止與其他焊盤區(qū)域的電氣短路。在這種情況下，可以使用通過表達(dá)式14或表達(dá)式15得到的二維形狀，以檢驗焊盤區(qū)域之間的電氣短路。
[0076]另外，焊盤區(qū)域1121應(yīng)當(dāng)具有平坦的表面。當(dāng)焊盤區(qū)域1121被劃傷時，焊盤區(qū)域1121會引發(fā)與器件的不良接觸。因此，焊盤區(qū)域1121的表面檢查非常重量。
[0077]對于表面檢查，檢查焊盤區(qū)域1121的可靠性指數(shù)。當(dāng)特定區(qū)域的可靠性指數(shù)不在設(shè)定值的范圍內(nèi)時，焊盤區(qū)域1121被確定為不良。即使當(dāng)特定區(qū)域的可靠性指數(shù)在設(shè)定值的范圍內(nèi)時，但是利用圖1中的第一輔助光源1160和第二輔助光源1170之一獲得的二維圖像的特定區(qū)域和外圍區(qū)域的亮度差不在另一設(shè)定值的范圍內(nèi)，由于焊盤有劃傷也將焊盤確定為不良。
[0078]焊盤區(qū)域1121為平坦的金屬表面，從而會使被焊盤區(qū)域1121反射的并被圖1中的圖像捕獲部1150的照相機(jī)1151捕獲的光的量飽和。因此，可以測量相移值。然而，可以測量可靠性指數(shù)。因此，即使當(dāng)被焊盤區(qū)域1121反射的光的量飽和時，也可以利用可靠性指數(shù)來檢查焊盤區(qū)域1121。此外，可以使用每個圖案投影部1110的可靠性指數(shù)作為每個圖案投影部1110所測量的高度的加權(quán)值。
[0079]在上文中，解釋了根據(jù)當(dāng)前多個實施例的形狀測量設(shè)備。根據(jù)本實施例的形狀測量方法與形狀測量設(shè)備的方法基本相同。即，根據(jù)本發(fā)明的形狀測量方法，在移動光柵的同時獲得被測量目標(biāo)反射的光柵圖像若干次。然后，獲得光柵圖像的可靠性指數(shù)。當(dāng)可靠性指數(shù)在設(shè)定值的范圍內(nèi)時，將測量目標(biāo)確定為良；當(dāng)可靠性指數(shù)不在設(shè)定值的范圍內(nèi)時，將測量目標(biāo)確定為不良。此外，可以獲得測量目標(biāo)的二維形狀圖像，并且即使當(dāng)焊盤的可靠性指數(shù)在設(shè)定值的范圍內(nèi)時，當(dāng)二維形狀圖像的特定區(qū)域和外圍區(qū)域之間的亮度差不在特定值的范圍內(nèi)時，也會將焊盤確定為不良。
[0080]圖4是示出了測量三維圖像的形狀測量設(shè)備的示圖。
[0081]將光柵圖像輻射到圖1中的目標(biāo)基底1120上。然后，被目標(biāo)基底1120反射的并被圖像捕獲部1150捕獲的圖像的強(qiáng)度I表示為下面的與莫爾等式(Moire equat1n )對應(yīng)的表達(dá)式I。
[0082]表達(dá)式I
1=Σ)[ I +|ct>s(-------)]
Λ
其中，I為圖像捕獲部1150捕獲的圖像的強(qiáng)度，D為信號強(qiáng)度(或DC光強(qiáng)度(或光源強(qiáng)度)和反射率的函數(shù))，Y為可見度(反射率和光柵周期的函數(shù))，A為莫爾等效周期(Moire equivalence per1d)(放大倍率、光柵周期和福射角度Θ的-函數(shù))。
[0083]在表達(dá)式I中，強(qiáng)度I是高度h的函數(shù)，從而可以利用強(qiáng)度I獲得高度h。
[0084]當(dāng)光柵的相位變化并通過圖1中的圖像捕獲部1150捕獲反射圖像時，可以將表達(dá)式I表示為表達(dá)式2。
[0085]表達(dá)式2
【權(quán)利要求】
1.一種測量三維形狀的方法，所述方法包括以下步驟: 在多個方向上將光柵圖案光N次照射到測量目標(biāo)上，獲取從上述測量目標(biāo)反射的N個圖案圖像的步驟； 從獲得的圖案圖像提取對應(yīng)于上述測量目標(biāo)的每個位置的在每個方向上的相位和亮度的步驟； 利用采用上述亮度作為參數(shù)的加權(quán)函數(shù)提取上述每個方向上的高度加權(quán)的步驟；及利用基于上述相位的測量目標(biāo)的高度及上述高度加權(quán)，計算測量目標(biāo)在上述每個方向上的加權(quán)高度的步驟。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的測量三維形狀的方法，其中， 進(jìn)行N次照射的上述光柵圖案光包括具有相互不同的圖案的圖案光。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的測量三維形狀的方法，其中， 還包括利用在上述每個方向上的加權(quán)高度計算在上述每個位置上的高度的步驟。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的測量三維形狀的方法，其中， 還包括通過整合上述每個位置上的高度，測量上述測量目標(biāo)的三維形狀的步驟。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的測量三維形狀的方法，其中， 上述亮度是平均上述測量出的光柵圖案光所得出的平均亮度。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的測量三維形狀的方法，其中， 上述參數(shù)還包括從上述每個方向上的圖案圖像提取的在上述每個方向上的可見度及信噪比中的至少一個。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的測量三維形狀的方法，其中， 上述參數(shù)還包括測量范圍(λ)，其是從上述每個方向上的圖案圖像提取的光柵圖案光各自的柵格間距。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的測量三維形狀的方法，其中， 上述光柵圖案光的測量范圍，其中兩個以上是相異的。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的測量三維形狀的方法，其中， 隨著上述平均亮度以特定值為基點增大或減小，上述加權(quán)函數(shù)使上述高度加權(quán)減小。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的測量三維形狀的方法，其中， 上述特定值是上述平均亮度的中值。
11.根據(jù)權(quán)利要求6所述的測量三維形狀的方法，其中， 隨著上述可見度或者上述信噪比增大，上述加權(quán)函數(shù)使上述高度加權(quán)增大。
12.根據(jù)權(quán)利要求7所述的測量三維形狀的方法，其中， 隨著上述測量范圍增大，上述加權(quán)函數(shù)使上述高度加權(quán)減小。
13.根據(jù)權(quán)利要求6所述的測量三維形狀的方法，其中， 提取上述高度加權(quán)的步驟， 包括將上述圖案圖像劃分為陰影區(qū)域、飽和區(qū)域及不飽和區(qū)域的步驟， 上述陰影區(qū)域?qū)?yīng)于上述平均亮度低于最小亮度，且上述可見度或上述信噪比低于最小基準(zhǔn)值的區(qū)域， 上述飽和區(qū)域?qū)?yīng)于上述平均亮度高于最大亮度，且上述可見度或上述信噪比低于最小基準(zhǔn)值的區(qū)域，上述不飽和區(qū)域?qū)?yīng)于除了上述陰影區(qū)域及上述飽和區(qū)域之外的剩余區(qū)域。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的測量三維形狀的方法，其中， 上述陰影區(qū)域及上述飽和區(qū)域中的上述加權(quán)函數(shù)，將上述高度加權(quán)視為“O”進(jìn)行計算。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的測量三維形狀的方法，其中， 上述不飽和區(qū)域中的上述加權(quán)函數(shù)，使上述高度加權(quán)隨著上述平均亮度以中值為基點增大或者減小而減小，使上述高度加權(quán)隨著上述可見度或者信噪比的增大而增大。
16.根據(jù)權(quán)利要求1所述的測量三維形狀的方法，其中， 在所有方向的上述聞度加權(quán)的和等于I。
17.—種測量三維形狀的方法，所述方法包括以下步驟: 在多個方向上將光柵圖案光N次照射到測量目標(biāo)上，獲取由上述測量目標(biāo)反射的N個圖案圖像的步驟； 從獲得的圖案圖像提取對應(yīng)于上述測量目標(biāo)的每個位置的在每個方向上的相位和可見度的步驟； 利用采用上述可見度作為參數(shù)的加權(quán)函數(shù)提取上述每個方向上的高度加權(quán)的步驟；及將基于上述相位的測量目標(biāo)的高度與上述高度加權(quán)相乘，計算測量目標(biāo)在上述每個方向上的加權(quán)高度的步驟。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的測量三維形狀的方法，其中， 還包括利用在上述每個方向上的加權(quán)高度計算在每個位置上的高度的步驟。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的測量三維形狀的方法，其中， 還包括整合上述每個位置上的高度，測量上述測量目標(biāo)的三維形狀的步驟。
20.根據(jù)權(quán)利要求17所述的測量三維形狀的方法，其中， 在上述每個方向上的高度中值的和為I。
【文檔編號】G01N21/956GK104034280SQ201410266552
【公開日】2014年9月10日 申請日期:2010年5月21日 優(yōu)先權(quán)日:2009年5月21日
【發(fā)明者】鄭仲基, 金珉永, 李承埈 申請人:株式會社高永科技
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