DE102010028894B4

DE102010028894B4 - Verfahren zur Messung eines Messobjekts

Info

Publication number: DE102010028894B4
Application number: DE102010028894.2A
Authority: DE
Inventors: Joong-Ki Jeong; Min-Young Kim; Hee-Wook YOU
Original assignee: Koh Young Technology Inc
Current assignee: Koh Young Technology Inc
Priority date: 2009-05-13
Filing date: 2010-05-11
Publication date: 2018-05-24
Anticipated expiration: 2030-05-12
Also published as: DE102010028894A1; TW201105958A; JP2010266445A; JP5627079B2; CN101887033A; US8644590B2; TWI451079B; US20130010102A1; US20100290696A1; US9256912B2; CN101887033B

Abstract

Verfahren zum Messen eines Messobjekts (10) auf einer Leiterplatte (900) durch Verwenden einer Vorrichtung zur Messung einer dreidimensionalen Form, umfassend:Erfassen einer dreidimensionalen Höheninformation der Leiterplatte (900) durch Fotografieren der mittels einer ersten Beleuchtungseinheit (300, 400) mit einem Gittermusterlicht beleuchteten Leiterplatte (900);Bestimmen mittels der erfassten Höheninformation eines ersten Bereichs (AR1) des Messobjektes (10), der auf der Leiterplatte (900) um eine Höhe, die größer als eine oder gleich einer Referenzhöhe (H1) ist, hervorragt;Erfassen einer Farbinformation der Leiterplatte (900) durch Fotografieren der mittels einer zweiten Beleuchtungseinheit (450) beleuchteten Leiterplatte (900);Festlegen einer ersten Farbinformation des ersten Bereichs (AR1) anhand der erhaltenen Farbinformation der Leiterplatte (900); undBestimmen, ob Farben der ersten Farbinformation auch zu einer zweiten Farbinformation eines vom ersten Bereich verschiedenen zweiten Bereichs (AR4) gehören oder nicht, um zu beurteilen, ob das Messobjekt (10) sowohl im zweiten Bereich (AR4) als auch im ersten Bereich (AR1) existiert, wenn die Farben der ersten Farbinformation als zur zweiten Farbinformation zugehörig bestimmt werden.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
GEBIET DER ERFINDUNG
Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung betreffen ein Verfahren zur Messung eines Messobjekts. Insbesondere betreffen Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung ein Verfahren zur Messung eines Messobjekts, das zur Erhöhung der Genauigkeit ausgebildet ist.
DISKUSSION DES HINTERGRUNDS
Im Allgemeinen wird in einer elektronischen Vorrichtung zumindest eine Leiterplatte verwendet. Die Leiterplatte weist typischerweise eine Grundplatte, einen Anschlussflächenteil und einen mit dem Anschlussflächenteil elektrisch verbundenen Treiberchip auf.
Eine Anschlussklemme ist unter dem Treiberchip zur elektrischen Verbindung mit dem Anschlussflächenteil angeordnet, und die Anschlussklemme ist typischerweise über ein auf dem Anschlussflächenteil ausgebildetes Lot mit dem Anschlussflächenteil elektrisch verbunden. Daher weist ein Verfahren zur Herstellung der Leiterplatte notwendigerweise die Ausbildung des Lots auf dem Anschlussflächenteil auf.
Eine Quantität des auf dem Anschlussflächenteil ausgebildeten Lots kann sich auf die elektrische Verbindung zwischen dem Anschlussflächenteil und der Anschlussklemme auswirken. Ist das Lot zu groß ausgebildet, so kann es zwischen benachbarten Anschlussflächenteilen zu einem Kurzschlussdefekt kommen; ist das Lot relativ klein ausgebildet, so kann dies eine schlechte elektrische Verbindung zwischen dem Anschlussflächenteil und der Anschlussklemme hervorrufen.
Aus der DE 10 2010 028 894 A1 ist ein Verfahren zur Vermessung von Lötstellen bekannt. Im beschriebenen Verfahren wird zunächst aus ersten Bilddaten eine Reflexionshelligkeit bei Bestrahlung mit einer Weißlichtquelle ausgewertet, um Lötstellen von Nichtlötstellen auf der Platine zu diskriminieren. Da Lötstellen eine stärkere Reflexion aufweisen und somit heller erscheinen, kann deren zweidimensionale Ausdehnung auf diese Weise bestimmt werden. Anschließend wird aus weiteren Bilddaten, die durch Beleuchtung der Platine mit strukturiertem Licht erzeugt wurden, die Höhe der Lötstellen ermittelt.
Die Verwendung von streifenförmigen Lichtmustern, um eine Position, Fläche, Dicke und Menge von Lot auf einer Leiterplatte zu bestimmen ist ebenso aus der DE 693 31 505 T2 bekannt. Ferner wird in der DE 699 26 659 T2 eine Technik gelehrt, bei der eine Erfassung von Flächen und Höheninformationen zum Berechnen einer dreidimensionalen Ausdehnung eines Objekts auf einem Substrat unter Verwendung von zwei voneinander getrennten Bildern erfolgt, die durch Bestrahlung des Objekts mit Hilfe einer ersten Beleuchtungseinrichtung und zweiten Beleuchtungseinrichtung ermittelt wurden.
Da, wie oben beschrieben, die Quantität des auf dem Anschlussflächenteil ausgebildeten Lots eine erhebliche Auswirkung auf die elektrische Verbindung zwischen dem Anschlussflächenteil und der Anschlussklemme haben kann, besteht Bedarf an einem Verfahren zur genauen Messung einer Quantität des auf der Leiterplatte ausgebildeten Lots.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung stellt Verfahren zur Messung eines Messobjekts gemäß den Ansprüchen 1 und 7 bereit, die zur genauen Messung eines Bereichs des Messobjekts ausgebildet sind.
Zusätzliche Merkmale der Erfindung werden in der nachfolgenden Beschreibung dargelegt und gehen zum Teil aus der Beschreibung hervor oder ergeben sich aus der praktischen Anwendung der Erfindung.
In einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur Messung eines Messobjekts auf einer Leiterplatte offenbart. Das Verfahren weist den Erhalt einer dreidimensionalen Höheninformation der Leiterplatte mittels eines ersten Bildes, das fotografiert wird, während Gittermusterlicht mittels einer ersten Beleuchtungseinheit auf die Leiterplatte eingestrahlt wird, die Bestimmung eines ersten Bereichs, der auf der Leiterplatte in einer Höhe hervorragt, die größer als eine oder gleich einer Referenzhöhe ist, als Messungsziel anhand der erhaltenen Höheninformation, Erhalt einer Farbinformation der Leiterplatte mittels eines zweiten Bildes, das fotografiert wird, während Licht, das von einer zweiten Beleuchtungseinheit erzeugt wird, auf die Leiterplatte eingestrahlt wird, Festlegen der ersten Farbinformation des ersten Bereichs, der anhand der erhaltenen Farbinformation der Leiterplatte als
Messobjekt bestimmt wurde, als Referenzfarbinformation, und Vergleich der Referenzfarbinformation mit einer Farbinformation eines Bereichs, von dem der erste Bereich ausgenommen ist, zur Beurteilung, ob das Messobjekt in dem Bereich, von dem erste Bereich ausgenommen ist, ausgebildet ist oder nicht, auf.
Das Verfahren kann weiterhin die Unterteilung der Referenzfarbinformation des ersten Bereichs und der Farbinformation des Bereichs, von dem der erste Bereich ausgenommen ist, in einen ersten und zweiten Cluster aufweisen. Der Vergleich der Referenzfarbinformation mit der Farbinformation des Bereichs, von dem der erste Bereich ausgenommen ist, zur Beurteilung, ob das Messobjekt in dem Bereich, von dem der erste Bereich ausgenommen ist, ausgebildet ist oder nicht, kann das Überprüfen, ob der zweite Cluster dem ersten Cluster angehört oder nicht, aufweisen, und, falls der zweite Cluster dem ersten Cluster angehört, die Beurteilung, dass ein dem zweiten Cluster entsprechender Bereich dem Messobjektbereich angehört, aufweisen.
Der erste und zweite Cluster können ein Merkmal aufweisen, das mittels eines Farbkoordinatensystems aus der erhaltenen Farbinformation extrahiert wird, wobei das Merkmal Farbton und/oder Farbsättigung und/oder Lichtintensität aufweist.
Das Verfahren kann weiterhin aufweisen: Erhalt einer zweiten Farbinformation eines zweiten Bereichs, in dem ein vorbestimmtes Vergleichsobjekt derart angeordnet ist, dass es auf der Leiterplatte hervorragt, anhand der gemessenen Farbinformation der Leiterplatte, Erhalt einer dritten Farbinformation eines dritten Bereichs, in dem das Messobjekt nicht ausgebildet ist, anhand der gemessenen Farbinformation der Leiterplatte, und die Unterteilung der ersten, zweiten und dritten Farbinformation des ersten, zweiten und dritten Bereichs jeweils in einen ersten, zweiten und dritten Cluster. Der Vergleich der Referenzfarbinformation mit der Farbinformation des Bereichs, von dem der erste Bereich ausgenommen ist, zur Beurteilung, ob das Messobjekt in dem Bereich, von dem der erste Bereich ausgenommen ist, ausgebildet ist oder nicht, kann das Überprüfen, ob eine Farbinformation eines vorbestimmten Abschnitts auf der
Leiterplatte, von dem der erste, zweite und dritte Bereich ausgenommen sind, dem ersten Cluster angehört, und, falls die Farbinformation dem ersten Cluster angehört, die Beurteilung, dass das Messobjekt auf dem vorbestimmten Abschnitt ausgebildet ist, aufweisen.
Das Verfahren kann weiterhin den Erhalt einer Sichtbarkeitsinformation auf der Basis von N Gittermusterlichtern entsprechend einer Bewegung einer Gittereinheit sowie den Vergleich einer Sichtbarkeitsinformation des ersten Bereichs und einer Sichtbarkeitsinformation eines Bereichs, von dem der erste Bereich ausgenommen ist, zur Beurteilung, ob das Messobjekt in dem Bereich, von dem der erste Bereich ausgenommen ist, ausgebildet ist oder nicht, aufweisen.
In einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur Messung eines Messobjekts auf einer Leiterplatte offenbart. Das Verfahren weist den Erhalt einer dreidimensionalen Höheninformation und einer Sichtbarkeitsinformation der Leiterplatte mittels eines ersten Bildes, das fotografiert wird, während Gittermusterlicht mittels einer ersten Beleuchtungseinheit auf die Leiterplatte eingestrahlt wird, die Bestimmung eines ersten Bereichs, der auf der Leiterplatte in einer Höhe, die größer als eine oder gleich einer Referenzhöhe ist, hervorragt, als Messobjekt mittels der erhaltenen Höheninformation, und den Vergleich einer ersten Sichtbarkeitsinformation des ersten Bereichs mit einer zweiten Sichtbarkeitsinformation eines Bereichs, von dem der erste Bereich ausgenommen ist, zur Beurteilung, ob das Messobjekt in dem Bereich, von dem der erste Bereich ausgenommen ist, ausgebildet ist oder nicht, auf.
Ferner wird ein Verfahren zur Messung eines Lötbereichs beschrieben. Das Verfahren weist die Einstrahlung einer Vielzahl von Farbbeleuchtungen auf eine Leiterplatte zum Erhalt einer Vielzahl von Farbbildern, die Erstellung einer Sättigungskarte mittels der erhaltenen Farbbilder und die Extraktion eines Lötbereichs mittels der Sättigungskarte auf.
Die Einstrahlung der Farbbeleuchtungen auf die Leiterplatte zum Erhalt der Farbbilder kann die Einstrahlung einer roten Beleuchtung, einer grünen Beleuchtung und einer blauen Beleuchtung zum Erhalt jeweils eines roten Bildes, eines grünen Bildes und eines blauen Bildes aufweisen.
Die Erstellung der Sättigungskarte mittels der erhaltenen Farbbilder kann den Erhalt einer Farbtoninformation und/oder einer Sättigungsinformation und/oder einer Lichtintensitätsinformation für jede Farbe durch eine Farbkoordinatenumwandlung der Farbbilder und die Erstellung der Sättigungskarte mittels der Sättigungsinformation für jede Farbe aufweisen.
Die Extraktion des Lötbereichs mittels der Sättigungskarte kann den Ausschluss eines Verdrahtungsmusterbereichs und/oder eines dunklen Lötstopplackbereichs aus der Sättigungskarte mittels der Lichtintensitätsinformation für jede Farbe und die Festlegung des Lötbereichs aufweisen.
Die Extraktion des Lötbereichs mittels der Sättigungskarte kann die Herstellung eines Sättigungsmittelwerts für jede Farbe im Lötbereich, die Erstellung einer Varianzkarte mittels der Sättigungsinformation für jede Farbe und des Sättigungsmittelwerts für jede Farbe, und den Vergleich eines Varianzwertes auf der Varianzkarte zur Erstellung einer Lötkarte, auf der der Lötbereich dargestellt ist, in dem ein Lot ausgebildet ist, aufweisen. Jeder der Varianzwerte für Pixel lässt sich anhand der Gleichung „Varianzwert für jeden Pixel = (abs(R-RA)+abs(G-GA)+abs(B-BA)“ erhalten. ,R', ,G' und ,B' sind Sättigungsinformationen für jeden Pixel, während ,RA', ,GA' und ,BA' Sättigungsmittelwerte für jede Farbe sind.
Vor der Einstrahlung der Farbbeleuchtungen auf die Leiterplatte zum Erhalt der Farbbilder kann das Verfahren weiterhin die Einstrahlung der Farbbeleuchtungen auf ein Ziel zum Erhalt einer Vielzahl von Beleuchtungsbildern für Farben, den Erhalt einer Lichtintensität für jeden Pixel bezüglich jedes der Beleuchtungsbilder für Farben, und das Festlegen eines Kompensationsverhältnisses für jede Farbe entsprechend einem Verhältnis zwischen der Lichtintensität für jeden Pixel und einer willkürlichen Referenzlichtintensität für jeden Pixel aufweisen. Vor der Erstellung der Sättigungskarte mittels der erhaltenen Farbbilder kann das Verfahren die Kompensation der Farbbilder mittels des Kompensationsverhältnisses für jede Farbe aufweisen. Die Referenzlichtintensität kann einer mittleren Lichtintensität jedes der Farbbilder entsprechen.
Vor der Einstrahlung der Farbbeleuchtungen auf die Leiterplatte zum Erhalt der Farbbilder kann das Verfahren die Einstrahlung der Farbbeleuchtungen auf ein auf der Leiterplatte ausgebildetes Lot zum Erhalt einer Vielzahl von Lötbildem für jede Farbe, den Erhalt einer Lichtintensität für jede Farbe des Lots aufgrund jedes der Lötbilder für jede Farbe, und das Festlegen eines Kompensationsverhältnisses für jede Farbe des Lots entsprechend einem Verhältnis zwischen der Lichtintensität für jede Farbe des Lots und einer willkürlichen Referenzlichtintensität aufweisen. Vor der Erstellung der Sättigungskarte mittels der erhaltenen Farbbilder kann das Verfahren die Kompensation der Farbbilder mittels des Kompensationsverhältnisses für jede Farbe des Lots aufweisen. Die Referenzlichtintensität kann einer mittleren Lichtintensität einer Vielzahl von Lötlichtintensitäten für jede Farbe entsprechen.
Vor der Einstrahlung der Farbbeleuchtungen auf die Leiterplatte zum Erhalt der Farbbilder kann das Verfahren das Festlegen eines Kompensationsverhältnisses für jede Farbe der Farbbeleuchtungen zur Korrektur der Farbgleichmäßigkeit für die Farbbeleuchtungen und das Festlegen eines Kompensationsverhältnisses für jede Farbe eines Lots zur Korrektur der Lötgleichmäßigkeit für die Farbbeleuchtungen aufweisen. Vor der Erstellung der Sättigungskarte mittels der erhaltenen Farbbilder kann das Verfahren die Multiplikation jedes Farbbildes mit dem Kompensationsverhältnis für jede Farbe der Farbbeleuchtungen und dem Kompensationsverhältnis für jede Farbe des Lots aufweisen.
Gemäß der vorangehenden Beschreibung wird ein Bereich, der einer Höhe entspricht, die größer als eine oder gleich einer vorbestimmte/n Referenzhöhe H1 ist, als Lötbereich bestimmt, wobei eine Farbinformation des Lötbereichs als Referenzfarbinformation zum Vergleich der Farbinformation des Lötbereichs mit einem anderen Bereich festgelegt wird. Folglich wird ein Bereich, der einer Höhe unterhalb der Referenzhöhe H1 entspricht, der andernfalls ausgespart werden würde, zu einem Bestandteil des Lötbereichs, wodurch sich der Lötbereich genau messen lässt.
Obwohl das Lot dünn auf der Grundplatte verteilt wird, was bei der Ausbildung eines Lots häufig vorkommt, kann zudem der Lötbereich genau gemessen werden.
Wenn die Farbinformation des ersten Bereichs AR1, eines Lötbereichs, der einer Höhe entspricht, die größer als eine oder gleich einer vorbestimmte/n Referenzhöhe H1 ist, und die Farbinformation des zweiten und dritten Bereichs AR2 und AR3 erhalten und in Cluster verpackt werden, kann zudem ein Abschnitt, dessen Integration in den Lötbereich unklar ist, eindeutiger beurteilt werden.
Weiterhin lässt sich ein Lötbereich mittels einer Sichtbarkeitsinformation genauer bestimmen.
Weiterhin lässt sich ein Lötbereich durch die Einstrahlung von Gittermustern in verschiedene Richtungen genauer bestimmen.
Weiterhin wird eine Form präzise dreidimensional gemessen und ein Bereich präzise zweidimensional beurteilt und lässt sich ein Bereich in Echtzeit dreidimensional und zweidimensional bestimmen, so dass sich von der Ausstattung, wie von Beleuchtungen, oder von einem Zustand einer Leiterplatte abhängige Auswirkungen verringern und Robustheit in Bezug auf Rauschen erzielen lassen.
Weiterhin werden die Sättigungskarte und die Varianzkarte mittels der Farbbilder, die man durch die Farbbeleuchtungen erhält, erstellt und wird der Lötbereich mittels der Sättigungskarte und der Varianzkarte festgelegt, wodurch sich die Genauigkeit der Messung des Lötbereichs erhöht. Zudem wird vor der Messung des Lötbereichs zumindest ein Verfahren zur Korrektur der Farbgleichmäßigkeit für die Farbbeleuchtungen und zur Korrektur der
Lötgleichmäßigkeit für die Farbbeleuchtungen durchgeführt, wodurch sich die Genauigkeit der Messung des Lötbereichs erhöht.
Die vorangehende allgemeine Beschreibung und die nachfolgende ausführliche Beschreibung dienen als Beispiel und Erläuterung und haben den Zweck, die beanspruchte Erfindung näher zu erläutern.
Figurenliste
Die angehängten Figuren, die zum besseren Verständnis der Erfindung beigefügt sind und als ein Bestandteil dieser Patentschrift in die Patentschrift aufgenommen sind, stellen Ausführungsformen der Erfindung dar und dienen zusammen mit der Beschreibung dazu, die Prinzipien der Erfindung zu erläutern.

1 ist eine schematische Darstellung, in der eine Vorrichtung zur Messung einer dreidimensionalen Form dargestellt ist, die für ein Verfahren zur Messung einer dreidimensionalen Form gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung verwendet wird.
2 ist ein Flussdiagramm, in dem ein Verfahren zur Messung eines Lötbereichs gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung gezeigt ist.
3 ist eine Querschnittdarstellung, in der ein Abschnitt einer Leiterplatte dargestellt ist, auf dem ein Lot ausgebildet ist.
4 ist ein Flussdiagramm, in dem ein Ausführungsbeispiel eines Verfahrens zum Erhalt einer zweidimensionalen Farbinformation, das in dem Verfahren zur Messung des Lötbereichs in 2 enthalten ist, gezeigt ist.
5 ist ein Flussdiagramm, in dem ein Verfahren zur Messung eines Lötbereichs gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung gezeigt ist.
6 ist eine schematische Darstellung, in der eine Vorrichtung zur Messung einer dreidimensionalen Form dargestellt ist, die für ein Verfahren zur Messung einer dreidimensionalen Form gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel verwendet wird.
7 ist ein Flussdiagramm, in dem ein Verfahren zur Messung eines Lötbereichs gemäß noch einem weiteren Ausführungsbeispiel gezeigt ist.
8 zeigt ein rotes Bild, ein grünes Bild und ein blaues Bild entsprechend jeweils einer roten Beleuchtung, einer grünen Beleuchtung und einer blauen Beleuchtung.
9 ist ein Bild, das ein Beispiel einer Sättigungskarte zeigt.
10 ist ein Bild, das ein Beispiel einer Varianzkarte zeigt.
11 ist ein Bild, das ein Beispiel einer Lötkarte zeigt.
12 ist ein Flussdiagramm, in dem ein Verfahren zur Korrektur der Farbgleichmäßigkeit gemäß einem Ausführungsbeispiel gezeigt ist.
13 ist ein Bild, das eine rote Beleuchtung zeigt, die man durch die Verwendung eines grauen Ziels als Zielobjekt erhält.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER DARGESTELLTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren ausführlicher beschrieben, in denen Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung dargestellt sind. Die vorliegende Erfindung kann indes auf mehrerlei verschiedene Weise ausgeführt werden und sollte nicht als auf die hier angeführten Ausführungsbeispiele beschränkt ausgelegt werden. Diese Ausführungsbeispiele dienen vielmehr der Gründlichkeit und Vollständigkeit dieser Offenbarung und vermitteln dem Fachmann den Schutzbereich der vorliegenden Erfindung. Größe und relative Größe von Schichten und Regionen können in den Figuren um der Klarheit willen vergrößert dargestellt sein.
Wird ein Element oder eine Schicht als „auf” einem anderen Element oder einer anderen Schicht befindlich oder als „verbunden mit“ oder „verkoppelt mit“ einem anderen Element oder einer anderen Schicht bezeichnet, so kann es sich unmittelbar auf dem anderen Element oder der anderen Schicht befinden, bzw. mit diesen verbunden oder verkoppelt sein, oder es kann dazwischen befindliche Elemente oder Schichten geben. Wird dagegen ein Element als „unmittelbar auf“ einem anderen Element oder einer anderen Schicht befindlich oder als „unmittelbar verbunden mit“ oder „unmittelbar verkoppelt mit“ einem anderen Element oder einer anderen Schicht bezeichnet, so gibt es keine dazwischen befindlichen Elemente oder Schichten. Gleiche Bezugszeichen beziehen sich durchweg auf gleiche Elemente. So wie der Begriff „und/oder“ hier verwendet wird, umfasst er eine und alle Kombinationen eines oder mehrerer der zugehörigen aufgeführten Elemente.
Auch wenn die Begriffe „erste/r/s“, „zweite/r/s“, „dritte/r/s“, usw. hier zur Beschreibung verschiedener Elemente, Komponenten, Regionen, Schichten und/oder Abschnitten verwendet werden, sollen diese Elemente, Komponenten, Regionen, Schichten und/oder Abschnitte nicht auf diese Begriffe beschränkt sein. Diese Begriffe dienen lediglich der Unterscheidung eines Elements, einer Komponente, Region, Schicht oder eines Abschnitts von einer anderen Region, Schicht oder einem anderen Abschnitt. Ein erstes Element, eine erste Komponente, eine erste Region, eine erste Schicht oder ein erster Abschnitt, von denen nachfolgend die Rede ist, könnten also auch als zweites Element, zweite Komponente, zweite Region, zweite Schicht oder zweiter Abschnitt bezeichnet werden, ohne von den Lehren der vorliegenden Erfindung abzuweichen.
Auf den Raum bezogene Begriffe wie „unterhalb“, „unter“, „untere/r/s“, „über“, „obere/r/s“ und dergleichen können hier zur leichteren Beschreibung eines Verhältnisses eines Elements oder Merkmals zu einem anderen Element/anderen Elementen oder einem anderen Merkmal/anderen Merkmalen gemäß der Darstellung in den Figuren verwendet werden. Auf den Raum bezogene Begriffe sollen neben der in den Figuren dargestellten Ausrichtung verschiedene Ausrichtungen der Vorrichtung in Gebrauch oder in Betrieb umfassen. Steht zum Beispiel die Vorrichtung in den Figuren auf dem Kopf, so wären Elemente, die als „unter“ oder „unterhalb“ anderen Elemente oder Merkmalen beschrieben werden, „über“ den anderen Elementen oder Merkmalen ausgerichtet. Der Beispielbegriff „unter“ kann mithin sowohl eine Ausrichtung „über“ und „unter“ umfassen. Die Vorrichtung kann anderweitig ausgerichtet sein (um 90° oder anderweitig gedreht), und die hier verwendeten Angaben zur räumlichen Beschreibung können dementsprechend ausgelegt werden.
Der hier verwendete Fachwortschatz dient lediglich der Beschreibung bestimmter Ausführungsbeispiele und soll die vorliegende Erfindung nicht einschränken. Die nachfolgend verwendeten Singularformen „ein/e/r“ und „der/die/das“ sollen auch den Plural umfassen, sofern dies nicht durch den Kontext eindeutig anders vorgegeben ist. Werden in dieser Patentschrift die Begriffe „aufweist“, bzw. „aufweisend“ verwendet, so wird mit ihnen das Vorhandensein der angegebenen Merkmale, Ganzzahlen, Schritte, Arbeitsvorgänge, Elemente und/oder Komponenten bezeichnet, wobei indes nicht ausgeschlossen ist, dass es noch ein oder mehrere weitere Merkmale, Ganzzahlen, Schritte, Arbeitsvorgänge, Elemente, Komponenten und/oder Gruppen derselben gibt.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend unter Bezugnahme auf Querschnittansichten, die schematische Darstellungen idealisierter Ausführungsbeispiele (und dazwischen liegender Strukturen) der vorliegenden Erfindung sind, beschrieben. Es ist daher mit, zum Beispiel durch die Herstellungstechnik und/oder Toleranzen bedingten, Abweichungen von den Formen der Darstellungen zu rechnen. Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung sollten mithin nicht als Einschränkung auf bestimmte hier dargestellte Formen oder Regionen begriffen werden, sondern können, beispielsweise durch die Herstellung bedingte, Abweichungen in Bezug auf die Formen aufweisen. So weist zum Beispiel eine als Rechteck dargestellte implantierte Region typischerweise abgerundete oder gekrümmte Merkmale und/oder eine Steigung der Konzentration der Implantation an ihren Rändern anstelle einer binären Änderung von einer implantierten zu einer nicht implantierten Region auf. Ebenso kann es bei einer durch Implantation ausgebildeten eingebetteten Region zu einer Implantation in der Region zwischen der eingebetteten Region und der Oberfläche, durch die hindurch die Implantation erfolgt, kommen. Die in den Figuren dargestellten Regionen sind mithin schematisch, und ihre Formen sollen nicht die tatsächliche Form einer Region oder einer Vorrichtung darstellen und sollen den Schutzbereich der vorliegenden Erfindung nicht einschränken.
Alle hier verwendeten Begriffe (einschließlich technischer und wissenschaftlicher Begriffe) haben - sofern dies nicht anderweitig definiert ist - die Bedeutung, die ein Fachmann auf dem Gebiet, dem diese Erfindung angehört, darunter versteht. Die Bedeutung von Begriffen, die in allgemeingebräuchlichen Wörterbüchern definiert sind, sollte der Bedeutung im Kontext der einschlägigen Technik entsprechend und nicht idealisiert oder allzu formal ausgelegt werden, sofern dies hier nicht ausdrücklich so definiert ist.
Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren ausführlich beschrieben.
1 ist eine schematische Darstellung, in der eine Vorrichtung zur Messung einer dreidimensionalen Form dargestellt ist, die für ein Verfahren zur Messung einer dreidimensionalen Form gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung verwendet wird.
Gemäß 1 kann eine Vorrichtung zur Messung einer dreidimensionalen Form, die zur Messung einer dreidimensionalen Form gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung verwendet wird, einen Messstufenabschnitt 100, einen Bildfotografierabschnitt 200, eine erste Beleuchtungseinheit, die einen ersten und zweiten Beleuchtungsabschnitt 300 und 400 aufweist, eine zweite Beleuchtungseinheit 450, einen Bilderfassungsabschnitt 500, einen Modulsteuerabschnitt 600 und einen zentralen Steuerabschnitt 700 aufweisen.
Der Messstufenabschnitt 100 kann eine Stufe 110, die ein Messobjekt 10 trägt, und eine Stufenübertragungseinheit 120, die die Stufe 110 überträgt, aufweisen. In einem Ausführungsbeispiel kann ein Messort im Messobjekt 10 gemäß einer Bewegung des Messobjekts 10 bezüglich des
Bildfotografierabschnitts 200 und des ersten und zweiten Beleuchtungsabschnitts 300 und 400 durch die Stufe 110 verändert werden.
Der Bildfotografierabschnitt 200 ist über der Stufe 110 angeordnet, so dass er vom Messobjekt 10 reflektiertes Licht erhält und ein Bild des Messobjekts 10 misst. Der Bildfotografierabschnitt 200 erhält somit das Licht, das aus dem ersten und zweiten Beleuchtungsabschnitt 300 und 400 austritt und vom Messobjekt 10 reflektiert wird, und fotografiert ein Planbild des Messobjekts 10.
Der Bildfotografierabschnitt 200 kann eine Kamera 210, eine Abbildungslinse 220, einen Filter 230 und eine Lampe 240 aufweisen. Die Kamera 210 erhält das vom Messobjekt 10 reflektierte Licht und fotografiert das Planbild des Messobjekts 10. Die Kamera 210 kann zum Beispiel eine CCD-Kamera oder eine CMOS-Kamera aufweisen. Die Abbildungslinse 220 ist unter der Kamera 210 angeordnet, so dass sie das vom Messobjekt 10 reflektierte Licht auf der Kamera 210 abbildet. Der Filter 230 ist unter der Abbildungslinse 220 angeordnet, so dass er das vom Messobjekt 10 reflektierte Licht filtert und die Abbildungslinse 220 mit dem gefilterten Licht versorgt. Der Filter 230 kann zum Beispiel einen Frequenzfilter, einen Farbfilter oder einen Filter zur Steuerung der Lichtintensität aufweisen. Die Lampe 240 kann kreisförmig unter dem Filter 230 angeordnet sein, so dass sie das Messobjekt 10 mit Licht versorgt, so dass ein bestimmtes Bild, wie eine zweidimensionale Form des Messobjekts 10, fotografiert wird.
Der erste Beleuchtungsabschnitt 300 kann zum Beispiel auf einer rechten Seite des Bildfotografierabschnitts 200 angeordnet sein, so dass er bezüglich der Stufe 110, die das Messobjekt 10 trägt, schräg ist. Der erste Beleuchtungsabschnitt 300 kann eine erste Lichtquelleneinheit 310, eine erste Gittereinheit 320, eine erste Gitterübertragungseinheit 330 und eine erste Kondensorlinse 340 aufweisen. Die erste Lichtquelleneinheit 310 kann eine Lichtquelle und zumindest eine Linse zur Lichterzeugung aufweisen, wobei die erste Gittereinheit 320 unter der ersten Lichtquelleneinheit 310 angeordnet ist, so dass sie das von der ersten Lichtquelleneinheit 310 erzeugte Licht in ein erstes Gittermusterlicht, das ein Gittermuster aufweist, umwandelt. Die erste Gitterübertragungseinheit 330 ist mit der ersten Gittereinheit 320 verbunden, so dass sie die erste Gittereinheit 320 überträgt, und kann zum Beispiel eine piezoelektrische Übertragungseinheit oder eine genaue lineare Übertragungseinheit aufweisen. Die erste Kondensorlinse 340 ist unter der ersten Gittereinheit 320 angeordnet, so dass sie das erste Gittermusterlicht, das aus der ersten Gittereinheit 320 austritt, auf dem Messobjekt 10 sammelt.
Der zweite Beleuchtungsabschnitt 400 kann zum Beispiel auf einer linken Seite des Bildfotografierabschnitts 200 angeordnet sein, so dass er bezüglich der Stufe 110, die das Messobjekt 10 trägt, schrägt ist. Der zweite Beleuchtungsabschnitt 400 kann eine zweite Lichtquelleneinheit 410, eine zweite Gittereinheit 420, eine zweite Gitterübertragungseinheit 430 und eine zweite Kondensorlinse 440 aufweisen. Der zweite Beleuchtungsabschnitt 400 entspricht im Wesentlichen dem oben beschriebenen ersten Beleuchtungsabschnitt 300, wodurch nähere Erläuterungen unterbleiben können.
Wenn die erste Gitterübertragungseinheit 330 die erste Gittereinheit 320 nacheinander N-mal bewegt und im ersten Beleuchtungsabschnitt 300 N erste Gittermusterlichter auf das Messobjekt10 eingestrahlt werden, kann der Bildfotografierabschnitt 200 nacheinander die N ersten Gittermusterlichter, die vom ersten Messobjekt 10 reflektiert werden, erhalten und N erste Musterbilder fotografieren. Wenn die zweite Gitterübertragungseinheit 430 die zweite Gittereinheit 420 nacheinander N-mal bewegt und im zweiten Beleuchtungsabschnitt 400 N erste Gittermusterlichter auf das Messobjekt 10 eingestrahlt werden, kann zudem der Bildfotografierabschnitt 200 nacheinander die N zweiten Gittermusterlichter, die vom ersten Messobjekt 10 reflektiert werden, erhalten und N zweite Musterbilder fotografieren. „N“ ist eine natürliche Zahl und kann zum Beispiel 4 sein.
In einem Ausführungsbeispiel werden der erste und zweite Beleuchtungsabschnitt 300 und 400 als eine Beleuchtungsvorrichtung beschrieben, die erste und zweite Gittermusterlichter erzeugt. Alternativ kann es mehr als drei oder drei Beleuchtungsabschnitte geben. Anders ausgedrückt, kann das Gittermusterlicht in verschiedenen Richtungen auf das Messobjekt 10 eingestrahlt werden und es können verschiedene Musterbilder fotografiert werden. Sind zum Beispiel drei Beleuchtungsabschnitte in einer gleichseitigen Dreieckform angeordnet, wobei der Bildfotografierabschnitt 200 das Zentrum der gleichseitigen Dreieckform bildet, so können drei Gittermusterlichter in verschiedenen Richtungen auf das Messobjekt 10 eingestrahlt werden. Sind zum Beispiel vier Beleuchtungsabschnitte in einer Quadratform angeordnet, wobei der Bildfotografierabschnitt 200 das Zentrum der Quadratform bildet, so können vier Gittermusterlichter in verschiedenen Richtungen auf das Messobjekt 10 eingestrahlt werden. Die erste Beleuchtungseinheit kann außerdem acht Beleuchtungsabschnitte aufweisen, und Gittermusterlichter können in acht Richtungen auf das Messobjekt 10 eingestrahlt werden, so dass ein Bild fotografiert wird.
Die zweite Beleuchtungseinheit 450 strahlt Licht zum Erhalt eines zweidimensionalen Bildes des Messobjekts 10 auf das Messobjekt 10 ein. In einem Ausführungsbeispiel kann die zweite Beleuchtungseinheit 450 eine rote Beleuchtung 452, eine grüne Beleuchtung 454 und eine blaue Beleuchtung 456 aufweisen. Die rote Beleuchtung 452, die grüne Beleuchtung 454 und die blaue Beleuchtung 456 können kreisförmig über dem Messobjekt 10 angeordnet sein, so dass jeweils rotes Licht, grünes Licht und blaues Licht eingestrahlt wird, wobei sie, wie in 1 gezeigt, in verschiedenen Höhen angeordnet sein können.
Der Bilderfassungsabschnitt 500 ist mit der Kamera 210 des Bildfotografierabschnitts 200 elektrisch verbunden, so dass man die Musterbilder entsprechend der ersten Beleuchtungseinheit von der Kamera 210 erhält und die erhaltenen Musterbilder gespeichert werden. Weiterhin erhält der Bilderfassungsabschnitt 500 die zweidimensionalen Bilder entsprechend der zweiten Beleuchtungseinheit von der Kamera 210 und speichert die erhaltenen zweidimensionalen Bilder. Der Bilderfassungsabschnitt 500 kann zum Beispiel ein Bildsystem aufweisen, das die in der Kamera 210 fotografierten N ersten Musterbilder und N zweiten Musterbilder erhält und die Bilder speichert.
Der Modulsteuerabschnitt 600 ist zur Steuerung des Messstufenabschnitts 100, des Bildfotografierabschnitts 200, des ersten Beleuchtungsabschnitts 300 und des zweiten Beleuchtungsabschnitts 400 mit dem Messstufenabschnitt 100, dem Bildfotografierabschnitt 200, dem ersten Beleuchtungsabschnitt 300 und dem zweiten Beleuchtungsabschnitt 400 elektrisch verbunden. Der Modulsteuerabschnitt 600 kann zum Beispiel eine Beleuchtungssteuervorrichtung, eine Gittersteuervorrichtung und eine Stufensteuervorrichtung aufweisen. Die Beleuchtungssteuervorrichtung steuert die erste und zweite Lichtquelleneinheit 310 und 410 derart, dass sie Licht erzeugen, und die Gittersteuervorrichtung steuert die erste und zweite Gitterübertragungseinheit 330 und 430 derart, dass sie die erste und zweite Gittereinheit 320 und 420 bewegen. Die Stufensteuervorrichtung steuert die Stufenübertragungseinheit 120 derart, dass sie die Stufe 110 auf und ab und nach links und rechts bewegt.
Der zentrale Steuerabschnitt 700 ist zur Steuerung des Bilderfassungsabschnitts 500 und des Modulsteuerabschnitts 600 mit dem Bilderfassungsabschnitt 500 und dem Modulsteuerabschnitt 600 elektrisch verbunden. Insbesondere erhält der zentrale Steuerabschnitt 700 die N ersten Musterbilder und die N zweiten Musterbilder vom Bildsystem des Bilderfassungsabschnitts 500, um die Bilder zu verarbeiten, so dass eine dreidimensionale Form des Messobjekts gemessen werden kann. Weiterhin kann der zentrale Steuerabschnitt 700 eine Beleuchtungssteuervorrichtung, eine Gittersteuervorrichtung und eine Stufensteuervorrichtung des Modulsteuerabschnitts 600 aufweisen. Der zentrale Steuerabschnitt kann mithin eine Bildverarbeitungsplatte, eine Steuerplatte und eine Interface-Platte aufweisen.
Nachfolgend soll ein Verfahren zur Messung des auf einer Leiterplatte ausgebildeten Messobjekts 10 mittels der oben beschriebenen Vorrichtung zum Messen einer dreidimensionalen Form ausführlich beschrieben werden, und zwar, indem ein Lot als Beispiel für das Messobjekt 10 verwendet wird.
2 ist ein Flussdiagramm, in dem ein Verfahren zur Messung eines Lötbereichs gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung gezeigt ist. 3 ist eine Querschnittdarstellung, in der ein Abschnitt einer Leiterplatte dargestellt ist, auf dem ein Lot ausgebildet ist.
Gemäß 1 bis 3 erhält man zur Messung eines Lötbereichs zunächst eine dreidimensionale Höheninformation der Leiterplatte 900 mittels eines ersten Bildes, das fotografiert wird, während Gittermusterlicht mittels einer ersten Beleuchtungseinheit auf die Leiterplatte 900 eingestrahlt wird (vgl. Schritt S110). Das Gittermusterlicht kann zum Beispiel in mindestens zwei Richtungen eingestrahlt werden.
Die dreidimensionale Höheninformation lässt sich durch die Ausführung eines Bucket-Algorithmus bezüglich des ersten Bildes erhalten, das man durch die Einstrahlung von Gittermusterlichtern entsprechend der N-mal nacheinander erfolgenden Bewegung der ersten und zweiten Gittereinheit 320 und 420 erhält.
Dann wird ein erster Bereich AR1 , der in einer Höhe, die größer als eine oder gleich einer Referenzhöhe H1 ist, auf einer Grundplatte 910 der Leiterplatte 900 hervorragt, mittels der erhaltenen Höheninformation als Lötbereich bestimmt (vgl. Schritt S120).
Kann ein Bereich, der einer Höhe entspricht, die größer als eine vorbestimmte oder gleich einer vorbestimmte/n Mindesthöhenschwelle ist, allgemein als Lötbereich angesehen werden, so lässt sich die Referenzhöhe H1 als die vorbestimmte Mindesthöhenschwelle festlegen.
Danach erhält man eine Farbinformation der Leiterplatte 900 mittels eines zweiten Bildes, das fotografiert wird, während ein Licht, das von einer zweiten Beleuchtungseinheit 450 erzeugt wird, auf die Leiterplatte 900 eingestrahlt wird (vgl. Schritt S130).
Die zweite Beleuchtungseinheit 450 erzeugt Licht zum Erhalt eines zweidimensionalen Bildes des Messobjekts 10. In einem Ausführungsbeispiel kann die zweite Beleuchtungseinheit 450 eine rote Beleuchtung 452, eine grüne Beleuchtung 454 und eine blaue Beleuchtung 456 aufweisen, die jeweils rotes
Licht, grünes Licht und blaues Licht erzeugen. Das zweite Bild lässt sich erhalten, indem nicht nur eine Farbkamera, sondern auch eine Schwarz-Weiß-Kamera verwendet wird. Die in 1 gezeigte Kamera 210 kann somit eine Schwarz-Weiß-Kamera aufweisen. In einem weiteren Ausführungsbeispiel kann die zweite Beleuchtungseinheit 250 eine Beleuchtungseinheit mit monochromatischem Licht aufweisen. Das zweite Bild lässt sich mittels einer Farbkamera erhalten, wobei die in 1 gezeigte Kamera 210 eine Farbkamera aufweisen kann.
Die Farbinformation kann zum Beispiel eine RGB-Information (rot, grün und blau) oder eine CMY-Information (C = cyan, M = magenta, Y = gelb) aufweisen. Die erste Farbinformation kann zudem eine Farbinformation aufweisen, die einer anderen Farbkombination entspricht. Die erste Farbinformation lässt sich durch eine Pixeleinheit des ersten Bereichs AR1 erhalten.
Dabei lässt sich die Farbinformation der Leiterplatte 900 wie folgt erhalten:
4 ist ein Flussdiagramm, in dem ein Ausführungsbeispiel eines Verfahrens zum Erhalt einer zweidimensionalen Farbinformation, das in dem Verfahren zur Messung des Lötbereichs in 2 enthalten ist, gezeigt ist.
Gemäß 4 wird zum Erhalt der Farbinformation der Leiterplatte 900 zunächst das von der zweiten Beleuchtungseinheit 450 erzeugte Licht auf die Leiterplatte 900 eingestrahlt, so dass das zweite Bild fotografiert wird (vgl. Schritt S132).
Dann wird die die RGB-Information oder die CMY-Information aus dem fotografierten zweiten Bild extrahiert (vgl. Schritt S133). In einem Ausführungsbeispiel kann nach Erhalt des fotografierten zweiten Bildes durch den in 1 gezeigten Bilderfassungsabschnitt 500 die RGB-Information oder die CMY-Information mittels der in 1 gezeigten Bildverarbeitungsplatte extrahiert werden.
Danach wird die extrahierte RGB-Information oder CMY-Information gefiltert, so dass man die gefilterte RGB-Information oder CMY-Information erhält (vgl. Schritt S134). In einem Ausführungsbeispiel werden in der
Bildverarbeitungsplatte von einem Mittelwert abweichende Daten anhand eines gewählten Kriteriums von der extrahierten RGB-Information oder CMY-Information ausgeschlossen, und die verbleibenden Daten mit Ausnahme der abweichenden Daten werden schließlich als RGB-Information oder als CMY-Information bestimmt.
Gemäß 1 bis 3 wird dann eine erste Farbinformation des ersten Bereichs AR1, der anhand der erhaltenen Farbinformation der Leiterplatte 900 als Lötbereich bestimmt wurde, als Referenzfarbinformation festgelegt (vgl. Schritt S140).
Danach werden die Referenzfarbinformation und eine Farbinformation eines Bereichs, von dem der erste Bereich AR1 ausgenommen ist, verglichen, um zu beurteilen, ob das Lot in dem Bereich, von dem der erste Bereich AR1 ausgenommen ist, ausgebildet ist oder nicht (vgl. Schritt S150).
Um einen Bereich zu erhalten, der eine Farbinformation aufweist, die im Wesentlichen der Referenzfarbinformation entspricht, kann dabei die Farbinformation anderer Bereiche verwendet werden.
5 ist ein Flussdiagramm, in dem ein Verfahren zur Messung eines Lötbereichs gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung gezeigt ist.
Gemäß 3 und 5 erhält man nach dem Festlegen der ersten Farbinformation des ersten Bereichs AR1 als Referenzfarbinformation in Schritt S140 eine zweite Farbinformation eines zweiten Bereichs AR2, in dem ein vorbestimmtes hervorragendes Vergleichsobjekt 920 angeordnet ist, anhand der gemessenen Farbinformation der Leiterplatte 900 (vgl. Schritt S142). Das Vergleichsobjekt 920 kann einer Kontaktstelle der Leiterplatte entsprechen.
Da sich die zweite Farbinformation des zweiten Bereichs AR2 anhand der Farbinformation erhalten lässt, kann die zweite Farbinformation im Wesentlichen in der gleichen Form vorliegen wie die erste Farbinformation. Die zweite Farbinformation kann eine RGB-Information oder eine CMY-Information
aufweisen. Die zweite Farbinformation kann zudem eine Farbinformation entsprechend einer anderen Farbkombination aufweisen.
Danach erhält man eine dritte Farbinformation eines dritten Bereichs AR3, in dem kein Messobjekts ausgebildet ist, anhand der gemessenen Farbinformation der Leiterplatte 900 (vgl. Schritt S144). Der dritte Bereich AR3 entspricht einem Oberflächenbereich, der keine Höhe aufweist.
Da sich die dritte Farbinformation des dritten Bereichs AR3 anhand der Farbinformation erhalten lässt, kann die dritte Farbinformation im Wesentlichen die gleiche Form wie die erste Farbinformation und die zweite Farbinformation aufweisen. Zum Beispiel kann die dritte Farbinformation eine RGB-Information oder eine CMY-Information aufweisen. Die dritte Farbinformation kann zudem eine Farbinformation entsprechend einer anderen Farbkombination aufweisen.
Dann werden die erste, zweite und dritte Farbinformation des ersten, zweiten und dritten Bereichs AR1, AR2 und AR3 in einen ersten, zweiten und dritten Cluster unterteilt (vgl. Schritt S146).
Die erste, zweite und dritte Farbinformation geben die Farbinformation jedes Bereichs an, wobei die Farbinformation für jeden Bereich eine charakteristische Tendenz aufweist. Die erste, zweite und dritte Farbinformation können somit einen spezifischen Cluster für jeden Bereich ausbilden.
Der Cluster kann ein Merkmal aufweisen, das mittels eines Farbkoordinatensystems aus der erhaltenen Farbinformation extrahiert wird. Der erste, zweite und dritte Cluster können zum Beispiel Farbton und/oder Farbsättigung und/oder Lichtintensität (HSI) aufweisen, die von der RGB-Information oder der CMY-Information umgewandelt werden. Das Verfahren zur Umwandlung der RGB-Information oder der CMY-Information in die HSI-lnformation kann mittels bekannter Verfahren erfolgen, so dass nähere Erläuterungen unterbleiben können.
Ein Clusteralgorithmus kann auf den ersten, zweiten und dritten Bereich AR1, AR2 und AR3 mit zumindest einer Information jeder HSI-Information der Bereiche angewendet werden, so dass sich der erste, zweite und dritte Bereich
AR1, AR2 und AR3 jeweils in den ersten, zweiten und dritten Cluster unterteilen lässt.
Wie oben beschrieben, wird nach der Unterteilung des ersten, zweiten und dritten Bereichs AR1, AR2 und AR3 in die Cluster entsprechend der Farbinformation beim Vergleich der Referenzfarbinformation und der Farbinformation des Bereichs, von dem der erste Bereich AR1 ausgenommen ist, zum Beurteilen, ob das Lot im Bereich, von dem der erste Bereich AR1 ausgenommen ist (vgl. Schritt S150), überprüft, ob eine Farbinformation eines vorbestimmten Abschnitts der Leiterplatte 900, von dem der erste, zweite und dritte Bereich AR1, AR2 und AR3 ausgenommen sind, dem ersten Cluster angehört oder nicht, wobei, falls die Farbinformation dem ersten Cluster angehört, beurteilt werden kann, dass das Lot auf dem vorbestimmten Abschnitt ausgebildet ist.
Falls ein vorbestimmter Abschnitt auf der Grundplatte 910, der nicht dem ersten zweiten und dritten Bereich AR1, AR2 und AR3 angehört, einem Bereich AR4 eines unterhalb der Referenzhöhe H1 (im Folgenden „vierter Bereich“ genannt) vorliegenden Lots entspricht, gehört der vierte Bereich AR4 einer Gruppe an, die der Gruppe des gemäß der ersten Farbinformation in den ersten Cluster unterteilten ersten Bereichs AR1 entspricht, da eine Farbinformation des vierten Bereichs AR4 der ersten Farbinformation des ersten Bereichs AR1 ähnlich ist. Das heißt, dass der vierte Bereich AR4 in den ersten Cluster unterteilt werden kann, der gleich dem ersten Bereich AR1 ist.
Im Vergleich zu einem Verfahren zur Beurteilung eines Bereichs, der nur einer Höhe entspricht, die größer als eine oder gleich einer vorbestimme/n Referenzhöhe ist, als Lötbereich kann dementsprechend ein Bereich, der einer Höhe entspricht, die kleiner als die vorbestimmte Referenzhöhe ist, als Lötbereich ebenfalls im Lötbereich enthalten sein, so dass sich der Lötbereich korrekter bestimmen lässt.
Obwohl in 5 ein Beispiel für eine Unterteilung von Bereichen in drei Cluster beschrieben ist, kann die Anzahl der Cluster zwei oder mehr als vier oder vier betragen.
Beträgt zum Beispiel die Anzahl der Cluster vier, lässt sich der Lötbereich wie folgt bestimmen:
Zuerst erhält man eine Farbinformation eines als Lötbereich vorbestimmten Bereichs, von dem der erste Bereich AR1 ausgenommen ist, um die Referenzfarbinformation des ersten Bereichs AR1 und die Farbinformation des vorbestimmten Bereichs jeweils in einen ersten und zweiten Cluster zu unterteilen. Dann wird beim Vergleich der Referenzfarbinformation und der Farbinformation des Bereichs, von dem der erste Bereich AR1 ausgenommen ist, zur Beurteilung, ob das Lot in dem Bereich, von dem der erste Bereich AR1 ausgenommen ist, ausgebildet ist oder nicht (vgl. Schritt S150), überprüft, ob der zweite Cluster dem ersten Cluster angehört oder nicht, wobei, falls der zweite Cluster dem ersten Cluster angehört, beurteilt werden kann, dass der dem zweiten Cluster entsprechende Bereich dem Lötbereich angehört.
Beim Erhalt der Farbinformation der Leiterplatte 900 in Schritt S1130 kann zusätzlich eine Sichtbarkeitsinformation verwendet werden. Die Sichtbarkeit repräsentiert ein Verhältnis der Amplitude B_i(x, y) zum Mittelwert A_i(x, y) in Helligkeitssignalen eines Bildes, und hat eine ungefähre Tendenz, sich zu erhöhen, indem sich der Reflexionsgrad erhöht. Die Sichtbarkeit V_i(x, y) wird wie folgt definiert: $V_{i} (x,y) = B_{i} (x,y) {/A}_{i} (x,y)$
Das Gittermusterlicht wird in verschiedenen Richtungen auf die Leiterplatte 900 eingestrahlt, so dass verschiedene Arten von Musterbildern fotografiert werden. Wie in 1 gezeigt, extrahiert der Bilderfassungsabschnitt 500 N Helligkeitsgrade Iⁱ ₁, Iⁱ ₂, ..., Iⁱ _N, in jeder Position i(x, y) in einem X-Y-Koordinatensystem von N in der Kamera 210 fotografierten Musterbildern und stellt mittels eines N-Bucket-Algorithmus eine mittlere Helligkeit A_i(x, y) und Sichtbarkeit V_i(x, y) her.
Wenn zum Beispiel N = 3 und N = 4, lässt sich die Sichtbarkeit wie folgt herstellen: $A_{i} (x, y) = \frac{I_{1}^{i} + I_{2}^{i} + I_{3}^{i}}{3}$
$V_{i} (x, y) = \frac{B_{i}}{A_{i}} = \frac{\sqrt{{(2 I_{1}^{i} - I_{2}^{i} - I_{3}^{i})}^{2} + 3 {(I_{2}^{i} - I_{3}^{i})}^{2}}}{(I_{1}^{i} + I_{2}^{i} + I_{3}^{i})}$
Wenn N = 4, wird die Sichtbarkeit wie folgt hergestellt: $A_{i} (x, y) = \frac{I_{1}^{i} + I_{2}^{i} + I_{3}^{i} + I_{4}^{i}}{4}$
$V_{i} (x, y) = \frac{B_{i}}{A_{i}} = \frac{2 \sqrt{{(I_{1}^{i} - I_{3}^{i})}^{2} + {(I_{2}^{i} - I_{4}^{i})}^{2}}}{(I_{1}^{i} + I_{2}^{i} + I_{3}^{i} + I_{4}^{i})}$
Die Farbinformationen, wie die oben beschriebene erste, zweite und dritte Farbinformation, weisen für jeden Bereich eine charakteristische Tendenz auf, und auch die wie oben beschrieben hergestellte Sichtbarkeitsinformation weist für jeden Bereich eine charakteristische Tendenz auf. Daher kann zusätzlich zur Farbinformation optional die Sichtbarkeitsinformation zur Messung des Lötbereichs verwendet werden. Ebenso kann nur die Sichtbarkeitsinformation ohne Farbinformation zur Messung des Lötbereichs verwendet werden.
Insbesondere lässt sich die Sichtbarkeitsinformation auf der Basis von N Gittermusterlichtern entsprechend der Bewegung der Gittereinheit erhalten, wobei dann die Sichtbarkeitsinformation für den ersten Bereich und die Sichtbarkeitsinformation für den Bereich, von dem der erste Bereich ausgenommen ist, miteinander verglichen werden, um zu beurteilen, ob das Messobjekt in dem Bereich, von dem der erste Bereich ausgenommen ist, ausgebildet ist oder nicht.
Die Sichtbarkeitsinformation der Leiterplatte lässt sich mittels des in 2 beschriebenen ersten Bildes erhalten. Denn da das erste Bild sämtliche Informationen zum Erhalt der oben beschriebenen Sichtbarkeitsinformation aufweist, lässt sich die Sichtbarkeitsinformation anhand des ersten Bildes erhalten.
Wie in 5 beschrieben, lässt sich der erste, zweite und dritte Bereich AR1 , AR2 und AR3 mittels der erhaltenen Sichtbarkeitsinformation in den ersten, zweiten und dritten Cluster unterteilen, wodurch beurteilt werden kann, ob ein vorbestimmter Abschnitt der Grundplatte 910, von dem der erste, zweite und dritte Bereich AR1, AR2 und AR3 ausgenommen sind, dem ersten Cluster angehört oder nicht.
Nach der Bestimmung des Lötbereichs auf die oben beschriebene Art und Weise kann der vorbestimmte Lötbereich in verschiedenen Verfahren verwendet werden. So wird zum Beispiel die Quantität des als Lötbereich bestimmten Bereichs hergestellt, und es lässt sich mittels der hergestellten Quantität beurteilen, ob die Leiterplatte, auf der das Lot ausgebildet ist, gut oder schlecht ist.
Wie oben beschrieben, wird ein Bereich, der einer Höhe entspricht, die größer als eine oder gleich einer vorbestimmte/n Referenzhöhe H1 ist, als Lötbereich bestimmt und eine Farbinformation des Lötbereichs als Referenzfarbinformation festgelegt, um die Farbinformation des Lötbereichs mit einem anderen Bereich zu vergleichen. Folglich wird ein Bereich, der einer Höhe unterhalb der Referenzhöhe H1 entspricht, der andernfalls ausgespart worden wäre, zu einem Bestandteil des Lötbereichs, wodurch sich der Lötbereich genau messen lässt.
Obwohl das Lot dünn auf der Grundplatte verteilt ist, was bei der Ausbildung eines Lots häufig vorkommt, kann zudem der Lötbereich genau gemessen werden.
Wenn man die Farbinformation des ersten Bereichs AR1, eines Lötbereichs, der einer Höhe entspricht, die größer als eine oder gleich einer vorbestimmte/n Referenzhöhe H1 ist, und die Farbinformation des zweiten und
dritten Bereichs AR1 und AR2 erhält und in Cluster verpackt, lässt sich zudem ein Abschnitt, dessen Integration in den Lötbereich unklar ist, eindeutiger beurteilen.
Weiterhin lässt sich ein Lötbereich mittels einer Sichtbarkeitsinformation genauer bestimmen.
Weiterhin lässt sich ein Lötbereich durch die Einstrahlung von Gittermusterlichtern in verschiedenen Richtungen genauer bestimmen.
Weiterhin wird eine Form präzise dreidimensional gemessen und ein Bereich präzise zweidimensional beurteilt und lässt sich ein Bereich in Echtzeit dreidimensional und zweidimensional bestimmen, so dass sich von der Ausstattung, wie von Beleuchtungen, oder von einem Zustand einer Leiterplatte abhängige Auswirkungen verringern und Robustheit in Bezug auf Rauschen erzielen lassen.
6 ist eine schematische Darstellung, in der eine Vorrichtung zur Messung einer dreidimensionalen Form dargestellt ist, die für ein Verfahren zur Messung einer dreidimensionalen Form gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel verwendet wird.
Gemäß 6 kann eine Vorrichtung 1100 zur Messung einer dreidimensionalen Form, die für ein Verfahren zur Messung einer dreidimensionalen Form gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel verwendet wird, eine Stufe 1120, einen Bildfotografierabschnitt 1130, eine erste Beleuchtungseinheit 1140, eine zweite Beleuchtungseinheit 1150 und einen Steuerabschnitt 1160 aufweisen.
Die Stufe 1120 trägt ein Messobjekt 1110, wie eine Leiterplatte, und bewegt sich entsprechend einer Steuerung des Steuerabschnitts 1160, so dass das Messobjekt 1110 zu einem Messort befördert wird. Ein Messort im Messobjekt 1110 kann gemäß einer Bewegung des Messobjekts 1110 bezüglich des Bildfotografierabschnitts 1130 und des ersten Beleuchtungsabschnitts 1140 durch die Stufe 1120 verändert werden.
Der Bildfotografierabschnitt 1130 ist über der Stufe 1120 angeordnet und erhält vom Messobjekt 1110 reflektiertes Licht, so dass ein Bild des
Messobjekts 1110 fotografiert wird. Der Bildfotografierabschnitt 1130 ist zum Beispiel in einer Richtung über der Stufe 1110 angeordnet, die im Wesentlichen senkrecht zu einer Referenzoberfläche der Stufe 1120 ist.
Der Bildfotografierabschnitt 1130 kann eine Kamera und eine Abbildungslinse zum Fotografieren des Bildes des Messobjekts 1110 aufweisen. Die Kamera erhält das vom Messobjekt 1110 reflektierte Licht, so dass das Bild des Messobjekts 1110 fotografiert wird, und kann zum Beispiel eine CCD-Kamera oder eine CMOS-Kamera aufweisen. Die Abbildungslinse ist unter der Kamera angeordnet, so dass das vom Messobjekt 1110 reflektierte Licht auf der Kamera abgebildet wird.
Der Bildfotografierabschnitt 1130 erhält vom Messobjekt 1110 reflektiertes Licht, auf das eine Musterbeleuchtung fällt, die von einer ersten Beleuchtungseinheit 1140 eingestrahlt wird, und fotografiert ein Musterbild des Messobjekts 1110. Zudem erhält der Bildfotografierabschnitt 1130 vom Messobjekt 1110 reflektiertes Licht, auf das eine Farbbeleuchtung fällt, die von einer zweiten Beleuchtungseinheit 1150 eingestrahlt wird, und fotografiert ein Farbbild des Messobjekts 1110.
Die erste Beleuchtungseinheit 1140 ist derart über der Stufe 1120 angeordnet, dass sie bezüglich der Stufe 1120 in einem vorbestimmten Winkel schräg ist. Die erste Beleuchtungseinheit 1140 dient der Messung einer dreidimensionalen Form des Messobjekts 1110 und erzeugt eine Musterbeleuchtung zur Beleuchtung des Messobjekts 1110. Die erste Beleuchtungseinheit 1140 strahlt zum Beispiel die Musterbeleuchtung in einer Neigung von etwa 30 Grad bezüglich einer normalen Linie der Referenzoberfläche der Stufe 1120 ein.
Zur Erhöhung der Messgenauigkeit können mehrere erste Beleuchtungseinheiten 1140 vorliegen, die die Musterbeleuchtung in verschiedene Richtungen strahlen. Eine Vielzahl erster Beleuchtungseinheiten 1140 kann entlang einer Umfangsrichtung in im Wesentlichen dem gleichen Winkel von der Mitte des Bildfotografierabschnitts 1130 aus betrachtet angeordnet sein. Die
Vorrichtung 1100 zur Messung einer dreidimensionalen Form kann zum Beispiel sechs erste Beleuchtungseinheiten 1140 aufweisen, die um etwa 60 Grad voneinander beabstandet sind. Alternativ kann die Vorrichtung 1100 zur Messung einer dreidimensionalen Form erste Beleuchtungseinheiten 1140 verschiedener Anzahl, wie 2, 3, 4, 8, usw. aufweisen. Die ersten Beleuchtungseinheiten 1140 strahlen die Musterbeleuchtung im im Wesentlichen gleichen Zeitintervall in verschiedenen Richtungen bezüglich des Messobjekts 1110 ein.
Jede erste Beleuchtungseinheit 1140 kann eine Lichtquelle 1142 und ein Gitterelement 1144 zur Erzeugung der Musterbeleuchtung aufweisen. Die von der Lichtquelle 1142 erzeugte Beleuchtung wird in die Musterbeleuchtung umgewandelt, während sie durch das Gitterelement 1144 tritt. Das Gitterelement 1144 bewegt sich n-mal um 2π/n mittels einer Gitterübertragungseinheit, wie ein Piezoaktor (PZT-Aktor), so dass die Musterbeleuchtung, bei der der Phasenübergang erfolgt ist, erzeugt wird. „N“ ist eine natürliche Zahl größer oder gleich 2. Die erste Beleuchtungseinheit 1140 strahlt die Musterbeleuchtung für jede Bewegung auf das Messobjekt 1110 ein, während sie das Gitterelement 1144 n-mal bewegt. Die erste Beleuchtungseinheit 1140 kann weiterhin eine (nicht gezeigte) Projektionslinse zur Fokussierung der vom Gitterelement 1144 ausgebildeten Musterbeleuchtung und zur Projektion der fokussierten Musterbeleuchtung auf das Messobjekt 1110 aufweisen.
Die zweite Beleuchtungseinheit 1150 dient dem Erhalt eines zweidimensionalen Bildes des Messobjekts 1110 und erzeugt die Farbbeleuchtung und strahlt sie auf das Messobjekt 1110 ein. Die zweite Beleuchtungseinheit 1150 kann eine Vielzahl von Farbbeleuchtungsteilen zur Erzeugung verschiedener Farbbeleuchtungen aufweisen. Die zweite Beleuchtungseinheit 1150 kann zum Beispiel einen roten Beleuchtungsteil 1152, der eine rote Beleuchtung erzeugt, einen grünen Beleuchtungsteil 1154, der eine grüne Beleuchtung erzeugt, und einen blauen Beleuchtungsteil 1156, der eine blaue Beleuchtung erzeugt, aufweisen. Der rote Beleuchtungsteil 1152, der grüne Beleuchtungsteil 1154 und der blaue Beleuchtungsteil 1156 sind kreisförmig über
dem Messobjekt 1110 angeordnet, so dass jeweils die rote Beleuchtung, die grüne Beleuchtung und die blaue Beleuchtung auf das Messobjekt 1110 eingestrahlt werden.
Der Steuerabschnitt 1160 steuert die oben beschriebenen Elemente komplett. Insbesondere steuert der Steuerabschnitt 1160 die Bewegung der Stufe 1120 derart, dass das Messobjekt 1110 am Messungsort angeordnet wird. Der Steuerabschnitt 1160 betreibt nacheinander die ersten Beleuchtungseinheiten 1140. Der Steuerabschnitt 1160 bewegt das Gitterelement 1144 jeder ersten Beleuchtungseinheit 1140 schrittweise und steuert die erste Beleuchtungseinheit 1140 derart, dass die Farbbeleuchtung für jede Bewegung auf das Messobjekt 1110 eingestrahlt wird. Der Steuerabschnitt 1160 steuert die zweite Beleuchtungseinheit 1150 derart, dass die Farbbeleuchtung auf das Messobjekt 1110 eingestrahlt wird, so dass man ein zweidimensionales Bild des Messobjekt 1110 erhält. Der Steuerabschnitt 1160 steuert den Bildfotografierabschnitt 1130 derart, dass er das Musterbild, das mittels der Musterbeleuchtung, die von der ersten Beleuchtungseinheit 1140 eingestrahlt und vom Messobjekt 1110 reflektiert wird, fotografiert und dass er das Farbbild, das mittels der Musterbeleuchtung, die von der zweiten Beleuchtungseinheit 1150 eingestrahlt und vom Messobjekt 1110 reflektiert wird, fotografiert. Weiterhin misst der Steuerabschnitt 1160 mittels des Musterbildes und des Farbbildes, die im Bildfotografierabschnitt 1130 fotografiert wurden, die dreidimensionale Form des Messobjekts 1110.
Nachfolgend soll ein Verfahren zur Messung eines Lötbereichs auf einer Leiterplatte mittels der Vorrichtung zur Messung einer dreidimensionalen Form beschrieben werden.
7 ist ein Flussdiagramm, in dem ein Verfahren zur Messung eines Lötbereichs gezeigt ist.
Gemäß 6 und 7 wird zur Messung eines Lötbereichs auf einer Leiterplatte 1110 zuerst eine Vielzahl von Farbbeleuchtungen auf die Leiterplatte 1110 eingestrahlt, so dass man eine Vielzahl von Farbbildern erhält (vgl. Schritt S1100). Nach der nacheinander erfolgenden Einstrahlung der Farbbeleuchtungen auf die Leiterplatte 1110 mittels der zweiten Beleuchtungseinheit 1150 erhält man also das Farbbild entsprechend jeder Farbbeleuchtung mittels des Bildfotografierabschnitts 1130. Nach der Einstrahlung einer roten Beleuchtung, einer grünen Beleuchtung und einer blauen Beleuchtung auf die Leiterplatte 1100 mittels des roten Beleuchtungsteils 1152, des grünen Beleuchtungsteils 1154 und des blauen Beleuchtungsteils 1156, die in der zweiten Beleuchtungseinheit 1150 enthalten sind, erhält man zum Beispiel entsprechend jeder Farbbeleuchtung ein rotes Bild, ein grünes Bild und ein blaues Bild.
8 zeigt ein rotes Bild, ein grünes Bild und ein blaues Bild entsprechend jeweils einer roten Beleuchtung, einer grünen Beleuchtung und einer blauen Beleuchtung.
Aus 8 wird ersichtlich, dass sich Verteilungen eines roten Bildes 1210, eines grünen Bildes 1220 und eines blauen Bilds 1230 innerhalb eines Sichtfeldes voneinander unterscheiden, da die chromatische Aberration entsprechend der Verwendung der roten Beleuchtung, der grünen Beleuchtung und der blauen Beleuchtung, verschiedene Wellenlängen aufweist.
Dann erhält man eine den Farbton, die Farbsättigung und die Lichtintensität enthaltende HSI-Information für jede Farbe durch die Farbkoordinatenumwandlung der erhaltenen Farbbilder. Das Verfahren zur Umwandlung einer RGB-Information in die HSI-lnformation kann mittels bekannter Verfahren erfolgen, so dass nähere Erläuterungen unterbleiben können.
Vor der Farbkoordinatenumwandlung der erhaltenen Farbbilder kann die Farbsättigung durch die Anwendung eines Mittelwertfilters auf die erhaltenen Farbbilder erleichtert werden.
Danach wird mittels einer Sättigungsinformation für jede Farbe der HSI-lnformation eine Sättigungskarte 1300 erstellt (vgl. Schritt S1110). Ein Beispiel der erstellten Sättigungskarte 1300 ist in 9 gezeigt.
Die Sättigungskarte 1300 kann mittels der Sättigungsinformation für jeden Pixel bezüglich des roten Bildes 1210, des grünen Bildes 1220 und des blauen Bildes 1230 erstellt werden. Insbesondere kann die Sättigungskarte 1300 auf der Basis der Farbsättigung für jeden Pixel, die man durch die folgende Gleichung 1 erhält, erstellt werden. $Farbsättigung= (11 - 3 * Min (R,G,B) / (R + G + B))$
Gemäß Gleichung 1 entspricht „R“ einer Sättigungsinformation für jeden Pixel im roten Bild 1210, „G“ einer Sättigungsinformation für jeden Pixel im grünen Bild 1220, und „B“ einer Sättigungsinformation für jeden Pixel im blauen Bild 1230.
Die anhand Gleichung 1 erstellte Sättigungskarte weist einen Bereich von etwa 0 bis etwa 1 auf und stellt eine Grundfarbe dar, wenn sich die Sättigungskarte 1300 dem Wert 1 nähert. Da sich das Lot 1310 typischerweise einer achromatischen Farbe annähert, kann ein Bereich, der auf der Sättigungskarte 1300 einen Wert nahe 0 aufweist, im Wesentlichen als Lötbereich beurteilt werden.
Da sich jedoch neben dem Lot 1310 auch ein Verdrahtungsmuster 1320, ein dunkler Lötstopplack 1330, usw. einer achromatischen Farbe annähern, können ein Bereich des Verdrahtungsmusters 1320, ein Bereich des dunklen Lötstopplacks 1330, usw. in der Sättigungskarte 1300 mit dem Lötbereich verwechselt werden.
Daher kann nach der Erstellung der Sättigungskarte 1300 ein überflüssiger Bereich, wie das Verdrahtungsmuster 1320, der dunkle Lötstopplack 1330, usw. aus der Sättigungskarte 1300 ausgeschlossen werden.
Der Bereich des Verdrahtungsmusters 1320 und/oder der Bereich des Lötstopplacks 1330 werden mithin mittels der Lichtintensitätsinformation für jede Farbe der HSI-lnformation aus der Sättigungskarte 1300 ausgeschlossen, so dass ein erster Lötbereich festgelegt wird (vgl. Schritt S 1120).
Der erste Lötbereich lässt sich mittels der Lichtintensitätsinformation aufgrund der HSI-Information, die durch die Farbkoordinatenumwandlung der Farbbilder erzielt wurde, festlegen. Insbesondere im Hinblick auf die Farbsättigung können sich das Lot 1310, das Verdrahtungsmuster 1320 und der dunkle Lötstopplack 1330 nur geringfügig voneinander unterscheiden, während der Unterschied im Hinblick auf die Lichtintensität groß ist. Da nämlich die Reflexivität des Metall aufweisenden Verdrahtungsmusters 1320 im Vergleich zum Lot 1310 hoch ist, wird ermittelt, dass die Lichtintensität des Verdrahtungsmusters 1320 größer als diejenige des Lots 1310 ist, und da die Reflexivität des dunklen Lötstopplacks 1330 im Vergleich zum Lot 1310 gering ist, wird ermittelt, dass die Lichtintensität des dunklen Lötstopplacks 1330 deutlich geringer als diejenige des Lots 1310 ist. Daher kann ein Bereich, in dem die Lichtintensität im Vergleich zum Lot 1310 groß oder klein ist, aufgrund des Unterschieds bei der Lichtintensität entfernt werden, so dass der überflüssige Bereich, wie das Verdrahtungsmuster 1320, der dunkle Lötstopplack 1330, usw. aus der Sättigungskarte 1300 entfernt werden können.
Dann wird ein Sättigungsmittelwert für jede Farbe im ersten Lötbereich erstellt (vgl. Schritt S1130). Das heißt, auf der Grundlage des festgelegten ersten Lötbereichs wird der Sättigungsmittelwert für jede Farbe jeweils für das rote Bild 1210, das grüne Bild 1220 und das blaue Bild 1230, die in 8 gezeigt sind, hergestellt. Da der hergestellte Sättigungsmittelwert für jede Farbe dem Sättigungsmittelwert für den ersten Lötbereich entspricht, in dem nach der Beurteilung das Lot 1310 im Wesentlichen ausgebildet ist, lässt sich der hergestellte Sättigungsmittelwert als Kriterium für die Farbsättigung des Lots 1310 betrachten.
Danach wird mittels der Sättigungsinformation für jede Farbe und des Sättigungsmittelwertes für jede Farbe eine Varianzkarte 1400 erstellt (vgl. Schritt S1140). Ein Beispiel der erstellten Varianzkarte 1400 ist in 10 dargestellt.
Die Varianzkarte 1400 lässt sich mittels der Sättigungsinformation für jeden Pixel des roten Bildes 1210, des grünen Bildes 1220 und des blauen Bildes 1230 und des Sättigungsmittelwerts für jede Farbe des roten Bildes 1210, des grünen Bildes 1220 und des blauen Bildes 1230 erstellen. Insbesondere lässt sich die Varianzkarte 1400 auf der Basis eines durch die folgende Gleichung 2 dargestellten Varianzwerts für jeden Pixel erstellen: $Varianz = abs (R - RA) + abs (G - GA) + abs (B - BA)$
Gemäß Gleichung 2 entspricht ,R' einer Sättigungsinformation für jeden Pixel im roten Bild 1210, ,G' einer Sättigungsinformation für jeden Pixel im grünen Bild 1220, und ,B' einer Sättigungsinformation für jeden Pixel im blauen Bild 1230. Weiterhin entspricht ,RA' einem Sättigungsmittelwert für den ersten Lötbereich im roten Bild 1210, ,GA' einem Sättigungsmittelwert für den ersten Lötbereich im grünen Bild 1220 und ,BA' einem Sättigungsmittelwert für den ersten Lötbereich im blauen Bild 1230.
Gemäß Gleichung 2 wird, wenn die Differenz zwischen der Farbsättigung und dem Sättigungsmittelwert des Farbbildes für jeden Pixel größer wird, ermittelt, dass der Varianzwert des zugehörigen Pixels größer ist, und wird, wenn eine Differenz zwischen der Farbsättigung und dem Sättigungsmittelwert des Farbbildes für jeden Pixel kleiner wird, ermittelt, dass der Varianzwert des zugehörigen Pixels kleiner ist. Das heißt, dass sich die Eventualität, dass der zugehörige Pixel dem Lot entspricht, erhöht, wenn der Varianzwert für jeden Pixel kleiner ist, und dass sich umgekehrt die Eventualität, dass der zugehörige Pixel dem Lot entspricht, verringert, wenn der Varianzwert für jeden Pixel größer ist.
Danach werden die Varianzwerte für Pixel auf der Varianzkarte 1400 miteinander verglichen, um eine Lötkarte 1500 zu erstellen, auf der der zweite Lötbereich dargestellt ist, in dem das Lot im Wesentlichen ausgebildet ist (vgl. Schritt S1150). Ein Beispiel der erstellten Lötkarte 1500 ist in 11 dargestellt.
Ein Verfahren zur Festlegung des zweiten Lötbereichs kann die Festlegung eines willkürlichen kritischen Werts als Varianzwert durch einen Benutzer, die Beurteilung, dass der zugehörige Pixel dem Lötbereich nicht entspricht, wenn der Varianzwert für den zugehörigen Pixel den kritischen Wert überschreitet, und die Beurteilung, dass der zugehörige Pixel dem Lötbereich entspricht, wenn der Varianzwert für den zugehörigen Pixel den kritischen Wert nicht überschreitet, aufweisen. Dabei kann ein Otsu-Algorithmus, bei dem ein statistisches Verfahren verwendet wird, zur Festlegung des kritischen Werts als Varianzwert verwendet werden. Der Algorithmus von Otsu entspricht einem Verfahren, das die Festlegung einer Kostenfunktion und das Betrachten eines Werts, der den Mindestwert der Kostenfunktion als kritischen Wert angibt, bei der Festlegung des kritischen Werts aufweist. Wird ein Grauwert in einem Bild in zwei Klassen unterteilt, entspricht aufgrund der Abbildung der Verteilung des Grauwerts im Bild in einem Histogramm der kritische Wert einem diskreten Pegelwert im Histogramm, und lässt sich ein Abschnitt unterhalb des Pegelwertes in die Klasse 1 und ein Bereich oberhalb des Pegelwertes in die Klasse 2 einteilen. Somit kann Klasse 1 als Lötbereich beurteilt werden und Klasse 2 als ein nicht dem Lötbereich zugehöriger Bereich beurteilt werden, so dass auf diese Weise der zweite Lötbereich festgelegt wird.
Wird, wie oben beschrieben, der zweite Lötbereich durch den Vergleich auf der Varianzkarte 1400 festgelegt, so können Bereiche, von denen der Lötbereich ausgenommen ist, wie ein Musterbereich, wirksam entfernt werden, so dass der Lötbereich eventuell genau festgelegt werden kann. Bei der Ausbildung der Lötkarte 1500 lässt sich die Lötkarte durch ein Verfahren der Entfernung eines kleinen Flecks, eines Grenzgewichtungsverfahrens, usw. genauer ausbilden.
Da die zweite Beleuchtungseinheit 1150 zur Einstrahlung der Farbbeleuchtung kreisförmig über der Leiterplatte angeordnet ist, kann es sein, dass die Lichtintensität für jeden Bereich auf dem im Bildfotografierabschnitt 1130 fotografierten Farbbild ungleichmäßig erfasst wird. Die Farbgleichmäßigkeit wird für jede Farbbeleuchtung korrigiert, um die Ungleichmäßigkeit der Lichtintensität für jeden Bereich zu verringern, so dass sich die Zuverlässigkeit für die Messung des Lötbereichs erhöhen lässt.
Die Korrektur der Farbgleichmäßigkeit erfolgt für die Farbbeleuchtungen vor dem Erhalt der Farbbilder in 8, und es wird durch eine Kalibrierung eines grauen Ziels eine Kompensationsinformation für jede Farbe zur Korrektur der Farbgleichmäßigkeit erstellt, wobei die Lichtintensitätsinformation für jede Farbe durch die Kompensationsinformation für jede Farbe korrigiert werden kann.
12 ist ein Flussdiagramm, in dem ein Verfahren zur Korrektur der Farbgleichmäßigkeit gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung gezeigt ist. 13 ist ein Bild, das eine rote Beleuchtung zeigt, die man durch die Verwendung eines grauen Ziels als Zielobjekt erhält.
Gemäß 6, 12 und 13 werden zunächst zur Korrektur der Farbgleichmäßigkeit die Farbbeleuchtungen auf ein graues Ziel eingestrahlt, so dass man eine Vielzahl von Beleuchtungsbildern für jede Farbe erhält (vgl. Schritt S1200). Nach der nacheinander erfolgenden Einstrahlung der Farbbeleuchtungen auf das graue Ziel mittels der zweiten Beleuchtungseinheit 1150 erhält man also die Beleuchtungsbilder für Farben entsprechend den Farbbeleuchtungen mittels des Bildfotografierabschnitts 1130. Nach Einstrahlung der roten Beleuchtung, der grünen Beleuchtung und der blauen Beleuchtung auf das graue Ziel mittels des roten Beleuchtungsteils 1152, des grünen Beleuchtungsteils 1154 und des blauen Beleuchtungsteils 1156, die in der zweiten Beleuchtungseinheit 1150 enthalten sind, erhält man zum Beispiel ein rotes Beleuchtungsbild, ein grünes Beleuchtungsbild und ein blaues Beleuchtungsbild entsprechend jeder Farbbeleuchtung.
So wird zum Beispiel aus 13, in der das erhaltene rote Beleuchtungsbild gezeigt ist, ersichtlich, dass die Lichtintensität an Orten innerhalb des Sichtfeldes variiert.
Dann erhält man die Lichtintensität für jeden Pixel bezüglich des Beleuchtungsbildes für jede Farbe (vgl. Schritt S1210). Das heißt, dass man die Lichtintensitätsinformation für jeden Pixel aufgrund des roten Beleuchtungsbildes, des grünen Beleuchtungsbildes und des blauen Beleuchtungsbildes erhält und speichert.
Danach wird ein Kompensationsverhältnis für jede Farbe entsprechend einem Verhältnis zwischen der Lichtintensität für jeden Pixel und einer willkürlichen Referenzlichtintensität für jeden Pixel festgelegt (vgl. Schritt S1220). Die Referenzlichtintensität kann als mittlere Lichtintensität des Beleuchtungsbildes für jede Farbe festgelegt werden. Zum Beispiel wird eine mittlere Lichtintensität sämtlicher Pixel innerhalb des Sichtfeldes des Beleuchtungsbildes für jede Farbe als Referenzlichtintensität festgelegt. Alternativ kann die Referenzlichtintensität als vom Benutzer gewünschter arbiträrer Wert festgelegt werden. Das Kompensationsverhältnis für jede Farbe bezüglich jedes Pixels lässt sich zum Beispiel in Gleichung 3 ausdrücken. $\begin{array}{l} Kompensationsverhältnis = (mittlere Lichtintensität des Beleuchtungsbildes für jede \\ Farbe) / (Lichtintensität des zugehörigen Pixels) . \end{array}$
Dann werden die Kompensationsverhältnisse für jede Farbe sämtlicher Pixel innerhalb des Sichtfeldes datenbankgestützt erhoben, so dass die Kompensationsinformation für jede Farbe erstellt und gespeichert wird (vgl. Schritt S1230). Die gespeicherte Kompensationsinformation für jede Farbe kann zur Erhöhung der Genauigkeit der Messung des Lötbereichs, die später verarbeitet wird, verwendet werden. Zum Beispiel wird nach der Einstrahlung der Farbbeleuchtungen auf die Leiterplatte zum Erhalt der Farbbilder und vor der Erstellung der Sättigungskarte mittels der Farbbilder jeder Pixel der Farbbilder mittels des Kompensationsverhältnisses für jede Farbe kompensiert. Das heißt, jeder Pixel der Farbbilder wird mit dem Kompensationsverhältnis für jede Farbe multipliziert, so dass die Ungleichmäßigkeit der Lichtintensität der Farbbeleuchtung selbst kompensiert wird und ein Irrtum bei der Messung des Lötbereichs verringert wird.
Eigenschaften einer im Lot enthaltenen Lotkugel entsprechend kann es dabei zu einer Abweichung der Lichtintensität für jede Farbe im Lötbereich kommen. Zur Verringerung der Abweichung der Lichtintensität für jede Farbe des
Lots kann die Lötgleichmäßigkeit für die Farbbeleuchtungen korrigiert werden, so dass sich die Zuverlässigkeit der Messung des Lötbereichs erhöhen lässt.
Die Korrektur der Lötgleichmäßigkeit für die Farbbeleuchtungen kann vor dem Erhalt der in 8 gezeigten Farbbilder erfolgen. Insbesondere werden die Farbbeleuchtungen auf das auf der Leiterplatte ausgebildete Lot eingestrahlt, so dass man Lötbilder für jede Farbe erhält. Zum Beispiel erhält man nach der Einstrahlung der roten Beleuchtung, der grünen Beleuchtung und der blauen Beleuchtung auf das auf der Leiterplatte ausgebildete Lot mittels des roten Beleuchtungsteils 1152, des grünen Beleuchtungsteils 1154 und des blauen Beleuchtungsteils 1156, die in der zweiten Beleuchtungseinheit 1150 enthalten sind, ein rotes Lötbild, ein grünes Lötbild und ein blaues Lötbild entsprechend jeder Farbbeleuchtung. Danach erhält man die Lichtintensität für jede Farbe des Lots aufgrund jedes der Lötbilder für Farben. Das heißt, dass man die Lichtintensität für jede Farbe des Lots aufgrund des roten Lötbilds, des grünen Lötbilds und des blauen Lötbilds erhält. Die Lichtintensität für jede Farbe des Lots lässt sich von einem Pixel entsprechend dem Lot oder von einer Vielzahl von Pixeln, die in einem vorbestimmten Bereich des Lots enthalten sind, erhalten. Dann wird ein Kompensationsverhältnis für jede Farbe des Lots entsprechend einem Verhältnis zwischen der Lichtintensität für jede Farbe des Lots und einer willkürlichen Referenzlichtintensität festgelegt, und das festgelegte Kompensationsverhältnis für jede Farbe des Lots wird gespeichert. Die Referenzlichtintensität kann als mittlere Lichtintensität einer Vielzahl von Lötlichtintensitäten für jede Farbe festgelegt werden. Zum Beispiel wird die Referenzlichtintensität als eine mittlere Lichtintensität einer roten Lötlichtintensität, die man aufgrund des roten Lötbilds erhält, einer grünen Lötlichtintensität, die man aufgrund des grünen Lötbild erhält, und einer blauen Lötlichtintensität, die man aufgrund des blauen Lötbilds erhält, festgelegt.
Das durch das oben beschriebene Verfahren erhaltene Kompensationsverhältnis für jede Farbe des Lots kann zur Erhöhung der Genauigkeit der Messung des Lötbereichs, die später verarbeitet wird, verwendet werden. Zum Beispiel werden nach der Einstrahlung der Farbbeleuchtungen auf die Leiterplatte zum Erhalt der Farbbilder und vor der Erstellung der Sättigungskarte mittels der Farbbilder die Farbbilder mittels des Kompensationsverhältnisses für jede Farbe des Lots kompensiert. Das heißt, dass jedes der Farbbilder mit dem Kompensationsverhältnis für jede Farbe des Lots multipliziert wird, so dass die Ungleichmäßigkeit der Lichtintensität für Farben des Lots kompensiert wird und ein Irrtum bei der Messung des Lötbereichs verringert wird.
Vor dem Erhalt der Farbbilder werden dabei das Kompensationsverhältnis für jede Farbe der Farbbeleuchtungen zur Korrektor der Farbgleichmäßigkeit für die Farbbeleuchtungen und das Kompensationsverhältnis für jede Farbe des Lots zur Korrektur der Lötgleichmäßigkeit für die Farbbeleuchtungen durch das oben beschriebene Verfahren vorab festgelegt, und vor der Erstellung der Sättigungskarte wird jedes der Farbbilder mit dem Kompensationsverhältnis für jede Farbe der Farbbeleuchtung und dem Kompensationsverhältnis für jede Farbe des Lots multipliziert, so dass die Zuverlässigkeit der Messung des Lötbereichs erheblich erhöht wird.
Wie oben beschrieben, werden die Sättigungskarte und die Varianzkarte mittels der durch die Farbbeleuchtungen erhaltenen Farbbilder erstellt, und wird der Lötbereich mittels der Sättigungskarte und der Varianzkarte festgelegt, wodurch sich die Genauigkeit der Messung des Lötbereichs erhöht. Zudem wird vor der Messung des Lötbereichs zumindest ein Verfahren zur Korrektur der Farbgleichmäßigkeit für die Farbbeleuchtungen und zur Korrektur der Lötgleichmäßigkeit für die Farbbeleuchtungen durchgeführt, wodurch sich die Genauigkeit der Messung des Lötbereichs erhöht.
Bei der vorliegenden Erfindung können in dem Fachmann geläufiger Weise verschiedene Modifikationen und Variationen vorgenommen werden, ohne den Geist oder Schutzbereich der Erfindung zu verlassen. Die vorliegende Erfindung deckt mithin die Modifikationen und Variationen dieser Erfindung ab, sofern sie innerhalb des Schutzbereichs der anhängenden Ansprüche und ihrer Äquivalente liegen.

Claims

Verfahren zum Messen eines Messobjekts (10) auf einer Leiterplatte (900) durch Verwenden einer Vorrichtung zur Messung einer dreidimensionalen Form, umfassend: Erfassen einer dreidimensionalen Höheninformation der Leiterplatte (900) durch Fotografieren der mittels einer ersten Beleuchtungseinheit (300, 400) mit einem Gittermusterlicht beleuchteten Leiterplatte (900); Bestimmen mittels der erfassten Höheninformation eines ersten Bereichs (AR1) des Messobjektes (10), der auf der Leiterplatte (900) um eine Höhe, die größer als eine oder gleich einer Referenzhöhe (H1) ist, hervorragt; Erfassen einer Farbinformation der Leiterplatte (900) durch Fotografieren der mittels einer zweiten Beleuchtungseinheit (450) beleuchteten Leiterplatte (900); Festlegen einer ersten Farbinformation des ersten Bereichs (AR1) anhand der erhaltenen Farbinformation der Leiterplatte (900); und Bestimmen, ob Farben der ersten Farbinformation auch zu einer zweiten Farbinformation eines vom ersten Bereich verschiedenen zweiten Bereichs (AR4) gehören oder nicht, um zu beurteilen, ob das Messobjekt (10) sowohl im zweiten Bereich (AR4) als auch im ersten Bereich (AR1) existiert, wenn die Farben der ersten Farbinformation als zur zweiten Farbinformation zugehörig bestimmt werden.
Verfahren nach Anspruch 1, ferner umfassend: Ordnen der ersten Farbinformation des ersten Bereichs (AR1) zu einem ersten Cluster und der zweiten Farbinformation des zweiten Bereichs (AR4) zu einem zweiten Cluster, wobei der erste Cluster und der zweite Cluster jeweils ein Merkmal aufweisen, das mittels eines Farbkoordinatensystems aus der erfassten ersten Farbinformation und zweiten Farbinformation extrahiert wird, wobei das Merkmal einem Farbton und/oder einer Farbsättigung und/oder einer Lichtintensität entspricht.
Verfahren nach Anspruch 2, ferner umfassend: Erfassen einer dritten Farbinformation eines dritten Bereichs (AR2) eines auf der Leiterplatte (900) hervorragenden vorgegebenen Vergleichsobjekts (920) aus den Farbinformationen der Leiterplatte (900); und Ordnen der dritten Farbinformation des dritten Bereichs (AR2) zu einem dritten Cluster; wobei der dritte Bereich (AR2), welcher dem dritten Cluster entspricht, verschieden vom dem zweiten Bereich (AR4) ist, welcher dem zweiten Cluster entspricht.
Verfahren nach Anspruch 2, ferner umfassend: Erfassen einer vierten Farbinformation eines vierten Bereichs (AR3), in welchem kein Messobjekt ausgebildet ist, aus den Farbinformationen der Leiterplatte (900); und Ordnen der vierten Farbinformation des vierten Bereichs (AR3) zu einem vierten Cluster; wobei der vierte Bereich (AR3), welcher dem vierten Custer entspricht, verschieden vom zweiten Bereich (AR4) ist, welcher dem zweiten Cluster entspricht.
Verfahren nach Anspruch 1, ferner umfassend: Erfassen einer dritten Farbinformation eines dritten Bereichs (AR2) eines auf der Leiterplatte (900) hervorragenden vorgegebenen Vergleichsobjekts (920) aus den Farbinformationen der Leiterplatte (900); und Erfassen einer vierten Farbinformation eines vierten Bereichs (AR3), wo kein Messobjekt ausgebildet ist, aus den Farbinformationen der Leiterplatte (900); wobei der zweite Bereich (AR4) verschieden vom ersten Bereich (AR1), dritten Bereich (AR2) und vierten Bereich (AR3) ist.
Verfahren nach Anspruch 1 , ferner umfassend: Erfassen einer ersten Sichtbarkeitsinformation des ersten Bereichs (AR1) und einer zweiten Sichtbarkeitsinformation des zweiten Bereichs (AR4) von einer Sichtbarkeitsinformation der Leiterplatte (900) auf der Basis von Gittermusterbildern durch Fotografieren der Leiterplatte (900), die mit N Gittermusterlichtern beleuchtet wird; und Bestimmen ob Sichtbarkeitswerte der ersten Sichtbarkeitsinformation auch zur zweiten Sichtbarkeitsinformation gehören oder nicht, um zu beurteilen, ob das Messobjekt (10) sowohl in dem zweiten Bereich (AR4) als auch in dem ersten Bereich (AR1) existiert, wenn die Farben der ersten Farbinformation als zur zweiten Farbinformation zugehörig bestimmt werden und/oder wenn die Sichtbarkeitswerte der ersten Sichtbarkeitsinformation als zur zweiten Sichtbarkeitsinformation zugehörig bestimmt werden, wobei die Sichtbarkeitswerte als Verhältnis V(x,y) = B(x,y)/A(x,y) an einer Position (x,y) des Bilds definiert sind, wobei V(x,y) ein Sichtbarkeitswert der Position, B(x,y) eine Amplitude von Helligkeitssignalen an der Position und A(x,y) ein Mittelwert der Helligkeitssignale an der Position ist.
Verfahren zur Messung eines Messobjekts (10) auf einer Leiterplatte (900) durch Verwenden einer Vorrichtung zur Messung einer dreidimensionalen Form, umfassend: Erfassen einer dreidimensionalen Höheninformation und einer Sichtbarkeitsinformation der Leiterplatte (900) durch Fotografieren der mittels einer ersten Beleuchtungseinheit (300, 400) mit einem Gittermusterlicht beleuchteten Leiterplatte (900); Bestimmen mittels der erfassten Höheninformation eines ersten Bereichs (AR1) des Messobjekts (10), der auf der Leiterplatte (900) in einer Höhe, die größer als eine oder gleich einer Referenzhöhe (H1) ist, hervorragt; Festlegen einer ersten Sichtbarkeitsinformation des ersten Bereichs (AR1) anhand der erhaltenen Sichtbarkeitsinformation der Leiterplatte (900); und Bestimmen, ob Sichtbarkeitswerte der ersten Sichtbarkeitsinformation auch zu einer zweiten Sichtbarkeitsinformation eines vom ersten Bereich (AR1) verschiedenen zweiten Bereichs (AR4) gehören oder nicht, um zu beurteilen, ob das Messobjekt (10) sowohl im zweiten Bereich (AR4) als auch im ersten Bereich (AR1) existiert, wenn die Sichtbarkeitswerte der ersten Sichtbarkeitsinformation als zur zweiten Sichtbarkeitsinformation zugehörig bestimmt werden, wobei die Sichtbarkeitswerte als Verhältnis V(x,y) = B(x,y)/A(x,y) an einer Position (x,y) eines Bilds definiert sind, wobei V(x,y) ein Sichtbarkeitswertswert der Position, B(x,y) eine Amplitude von Helligkeitssignalen an der Position und A(x,y) ein Mittelwert der Helligkeitssignale an der Position ist.