DE102015113051B4

DE102015113051B4 - Messvorrichtung, Leiterplattenprüfvorrichtung und Verfahren zu deren Steuerung

Info

Publication number: DE102015113051B4
Application number: DE102015113051.3A
Authority: DE
Inventors: Shimpei Fujii
Original assignee: Omron Corp; Omron Tateisi Electronics Co
Current assignee: Omron Corp
Priority date: 2014-08-08
Filing date: 2015-08-07
Publication date: 2022-03-17
Anticipated expiration: 2035-08-08
Also published as: JP6256249B2; JP2016038315A; CN105372259B; DE102015113051A1; CN105372259A

Abstract

Messvorrichtung zum Messen einer dreidimensionalen Gestalt von Lot (31,151), aufweisend:eine Bildaufnahmeeinheit (20), welche durch Photographieren ein erstes Bild (70) und ein zweites Bild (73) aufnimmt,wobei die Bildaufnahmeeinheit (20) das erste Bild (70) unter Einstrahlen von Licht (RL, BL, GL) mehrerer Farben (R, G, B) mit voneinander abweichenden Einfallswinkeln aufnimmt, wobei das Einstrahlen von Licht (RL, BL, GL) derart erfolgt, dass an einer Oberfläche des Lotes (31, 151) eine von deren Neigungswinkel abhängige Farbinformation erscheint, undwobei die Bildaufnahmeeinheit (20) das zweite Bild (73) unter Projizieren gemusterten Lichts (PL) aufnimmt, wobei das Projizieren gemusterten Lichts (PL) derart erfolgt, dass an der Oberfläche des Lotes (31, 151) eine von deren Höhe abhängige Phaseninformation des Musters erscheint;eine Farbreliabilitätsrecheneinheit (22), welche für jeden Punkt auf der Oberfläche des Lotes (31, 151) eine Reliabilität der Farbinformation im ersten Bild (70) ermittelt;eine Phasenreliabilitätsrecheneinheit (24), welche für jeden Punkt auf der Oberfläche des Lotes (31, 151) eine Reliabilität der Phaseninformation im zweiten Bild (73) ermittelt; undeine Lotgestaltmesseinheit (25), welche durch Ermitteln einer dreidimensionalen Information für jeden Ort auf der Oberfläche des Lotes (31, 151) unter Verwendung derjenigen Information von der Farbinformation und der Phaseninformation, die die höhere Reliabilität aufweist, die dreidimensionale Gestalt des Lotes (31, 151) generiert.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die Erfindung betrifft Technologie zum Prüfen des Lötverbindungszustands von auf einer Leiterplatte montierten Bauelementen und betrifft insbesondere eine Technologie, welche die dreidimensionale Gestalt des Lots misst.
TECHNISCHER HINTERGRUND
In Bestückungslinien für die Oberflächenmontage auf Leiterplatten werden weithin Leiterplattenprüfvorrichtungen (auch Sichtprüfvorrichtungen genannt) zum Prüfen der Qualität der nach dem Wiederaufschmelzen bzw. Reflow ausgebildeten Lötverbindungen genutzt. Ausgehend von photographisch aufgenommenen Bildern der Leiterplatte messen die Leiterplattenprüfvorrichtungen verschiedene die Gestalt des Lotes betreffende Indikatoren, um auf Grundlage der Messwerte den Verbindungszustand des Lots gegenüber einem Bauelementanschluss oder einer Kontaktinsel (Leiterplattenkontaktfläche) zu prüfen. Da hierbei mittels der durch die Bilder gegebenen zweidimensionalen Information die dreidimensionale Gestalt des Lotes geprüft werden muss, sind im Stand der Technik verschiedenartige Verarbeitungsmethoden vorgeschlagen worden.
Als eine davon ist das Farblichtreflexbeleuchtungsverfahren bekannt. Gemäß dem Farblichtreflexbeleuchtungsverfahren wird Licht mehrerer Farben unter voneinander verschiedenen Neigungswinkeln auf die Leiterplatte gestrahlt, sodass an Oberflächen spiegelnder Objekte eine von deren Normalenrichtung abhängige Farbinformation (die Farbe der Lichtquelle, die sich von der Kamera aus gesehen in der Spiegelreflexionsrichtung befindet) erscheint, um durch Photographieren in diesem Zustand die dreidimensionale Gestalt der Lotoberfläche als zweidimensionale Farbtoninformation zu erfassen. Man weiß, dass dieses Verfahren bei einer gewöhnlichen Lötprüfung höchst wirksam ist, um die Gestalt einer Lotkehle zu erfassen. Vorgeschlagen worden (vgl. z. B. JP 2010 - 071844 A , DE 11 2011 103 402 T5 ) sind auch Methoden, aus der Farbinformation im Bild einen Neigungswinkel (eine Steigung) zu berechnen, um durch Integrieren der Steigung die dreidimensionale Gestalt der Lotoberfläche zu rekonstruieren. Allerdings gibt es in der modernen Oberflächenmontage eine Tendenz zur Verwendung von flussmittelreichem Lot, was zu dem Problem führt, dass sich der Glanz (die Spiegeleigenschaft) der Lotoberfläche unter dem Einfluss des Flussmittels stellenweise vermindert. In den Abschnitten mit erniedrigtem Glanz wird dadurch, dass das Beleuchtungslicht streuende oder diffuse Reflexion erfährt, eine Farbe nahe dem Streulicht (Weißlicht) beobachtet, oder auch eine Farbe beobachtet, die von dem wahren Neigungswinkel abweicht. Verwendet man ein Bild, das stellenweise eine solche falsche Farbinformation enthält, so wird der Neigungswinkel (die Steigung) falsch erkannt, was zu einer Verschlechterung der Rekonstruktionsgenauigkeit der dreidimensionalen Gestalt führt.
Andererseits ist auch das sogenannte Phasenschiebeverfahren bekannt. Das Phasenschiebeverfahren ist eine Methode, die dreidimensionale Gestalt einer Objektoberfläche zu rekonstruieren, indem man die bei der Projektion gemusterten Lichts auf die Objektoberfläche auftretenden Verzerrungen (Phasenänderungen) des Musters analysiert. Diese Methode ist wirkungsvoll an streuenden Objekten (Bauelementen, Anschlüssen, Lotpaste usw.) und Lot mit niedrigem Glanz, hat jedoch das Problem, dass bei hohem Glanz der Lotoberfläche die Phase des gemusterten Lichts schwer zu analysieren ist, was den Messfehler für die dreidimensionale Gestalt der Lotoberfläche (Höheninformation) vergrößert.
So weisen die im Stand der Technik vorgeschlagenen Methoden jeweils Vor- und Nachteile auf, wobei keine Methode existiert, die sowohl Lot mit hohem Glanz als auch solches mit niedrigem Glanz korrekt vermessen kann.
Angemerkt wird, dass DE 11 2011 103 402 T5 eine Methode vorschlägt, die jeweilige Vorteile des Farblichtreflexbeleuchtungsverfahrens und des Phasenschiebeverfahrens kombiniert. Diese Methode legt allerdings nur die Position einer mit dem Farblichtreflexbeleuchtungsverfahren rekonstruierten dreidimensionalen Gestalt der Lotoberfläche an einer mit dem Phasenschiebeverfahren gewonnenen Höhe fest, sodass im Falle verminderten Glanzes der Lotoberfläche unter dem Einfluss von Flussmittel o. Ä. nicht zu vermeiden ist, dass die Rekonstruktionsgenauigkeit der dreidimensionalen Gestalt sich verschlechtert.
Die Patentdokumente JP 2010 - 071844 A , DE 11 2011 103 402 T5 , DE 11 2011 104 723 T5 und DE 10 2013 206 927 A1 sind Beispiele für den Stand der Technik.
Die DE 10 2013 206 927 A1 offenbart ein Post-Reflow-Inspektionsgerät, welches Leiterplatten inspiziert, die einen Komponentenbestückungsprozess und einen Reflow-Prozess durchlaufen haben nachdem nach einem Lötdruckprozess die Menge an Lotpaste, die auf die einzelnen Lötflächen aufgetragen worden ist gemessen wurde. Mit dem Inspektionsgerät wird bei Beleuchtung mit einem Beleuchtungsgerät eine Bildaufnahme mit einer Kamera durchgeführt, die auf die Vorderseite der zu inspizierenden Leiterplatte gerichtet ist, und es wird an einer mit Lot versehenen Stelle, welche ein Merkmal aufweist, das nicht in einem erzeugten Bild erscheint, und an welcher die Lotpaste, die an der entsprechenden Lötfläche gemessen wurde, eine vorbestimmte Mindestbedingung erfüllt, ein Merkmal gemessen, welches in dem Bild erscheint, und welches mit der Form an einem Ort der mit Lot versehenen Stelle, der nicht in dem Bild erscheint, in Beziehung steht. Die Qualität der Benetzung mit Lot an der mit Lot versehenen Stelle wird auf Basis des Ergebnisses der Messung beurteilt.
Die DE 11 2011 104 723 T5 offenbart ein Lotdruckinspektionsgerät, welches das Volumen von Lotpaste an einer Kontaktierungsstelle auf einer Leiterplatte misst und Inspektionsergebnisinformationen, die den Messwert umfassen, an eine Inspektionsdaten-Verwaltungsvorrichtung schickt. Ein Lötstelleninspektionsgerät erfasst Merkmalsdaten an einer zu inspizierenden Lötstelle aus einem Bild der Leiterplatte nach dem Reflow, und erhält das Volumen der Lotpaste, welches an einem Ort, der der zu inspizierenden Lötstelle entspricht, mit dem Lotdruckinspektionsgerät gemessen wurde durch Kommunikation mit der Inspektionsdaten-Verwaltungsvorrichtung. Unter Verwendung dieses Volumens wird ein Merkmal an einem Ort in der Nähe einer Komponente, an dem die Merkmalsdaten nur schwer messbar sind, geschätzt, und die Merkmalsdaten werden mit dem Ergebnis dieser Schätzung ergänzt, die Höhe der Benetzung mit Lot nach dem Reflow wird berechnet, und es wird beurteilt, ob die Höhe fehlerhaft ist oder nicht.
ABRISS DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung wurde angesichts des oben beschriebenen Sachverhalts gemacht und setzt sich zum Ziel, eine Technologie bereitzustellen, mit der eine präzise Vermessung der dreidimensionalen Gestalt der Lotoberfläche unabhängig von der Stärke des Glanzes (der Spiegeleigenschaft), oder auch wenn innerhalb der Lotoberfläche Abschnitte mit hohem und Abschnitte mit niedrigem Glanz (Spiegeleigenschaft) nebeneinander existieren, möglich ist.
Um dieses Ziel zu erreichen, verwendet die Erfindung einen Aufbau, demgemäß mittels unterschiedlicher Methoden Farbinformation und Phaseninformation für das Lot aufgenommen werden, um die dreidimensionale Gestalt des Lotes unter Verwendung derjenigen Information von der Farbinformation und der Phaseninformation, die die höhere Reliabilität aufweist, zu generieren.
Konkret umfasst eine erfindungsgemäße Messvorrichtung zum Messen einer dreidimensionalen Gestalt von Lot die Merkmale gemäß Anspruch 1.
Die vorliegende Erfindung verwendet zwei Arten von Bildern (erstes Bild, zweites Bild), die mit unterschiedlichen Beleuchtungsverfahren photographiert worden sind. Im ersten Bild kommt der Neigungswinkel der Lotoberfläche als Farbinformation zum Ausdruck, während im zweiten Bild die Höhe der Lotoberfläche als Phaseninformation zum Ausdruck kommt. Wenngleich es mit jeder der beiden Informationen allein möglich ist, eine dreidimensionale Gestalt des Lotes zu generieren, wird gemäß der vorliegenden Erfindung jeweils für sich eine Reliabilität der Farbinformation und eine Reliabilität der Phaseninformation ermittelt, um die Information mit der höheren Reliabilität zur Generierung einer dreidimensionalen Gestalt des Lotes zu benutzen. Vom Beleuchtungsverfahren des ersten Bildes kann prinzipiell umso mehr Präzision erwartet werden, je höher der Glanz des Lotes ist, während vom Beleuchtungsverfahren des zweiten Bildes prinzipiell umso mehr Präzision erwartet werden kann, je niedriger der Glanz des Lotes ist. Wird wie in der vorliegenden Erfindung von den beiden Verfahren vorzugsweise dasjenige mit der höheren Reliabilität (von dem mehr Präzision erwartet werden kann) benutzt, so ermöglicht dies, die dreidimensionale Gestalt der Lotoberfläche unabhängig von der Stärke des Glanzes (der Spiegeleigenschaft) der Lotoberfläche, und darüber hinaus auch wenn innerhalb der Lotoberfläche Abschnitte mit hohem und Abschnitte mit niedrigem Glanz (Spiegeleigenschaft) nebeneinander existieren sollten, präzise zu vermessen.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung ist ferner eine Ergebnisausgabeeinheit vorgesehen, welche ein Bild, das die von der Lotgestaltmesseinheit erhaltene dreidimensionale Gestalt des Lotes ausdrückt, an einer Anzeigeeinrichtung anzeigt. Durch Ansehen eines solchen Anzeigebildes kann ein Nutzer die dreidimensionale Gestalt des zu vermessenden Lotes korrekt und intuitiv erfassen. Das Anzeigebild ist zum Prüfen einer Lotkehlengestalt, zum Programmieren einer Leiterplattenprüfvorrichtung (Einstellen von Beurteilungskriterien, Prüfprogramm usw.) und Ähnlichem benutzbar.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung ermittelt die Farbreliabilitätsrecheneinheit auf Grundlage der Sättigung oder der Helligkeit eines Bildpunkts des ersten Bildes die Reliabilität der Farbinformation für einen dem Bildpunkt entsprechenden Punkt auf der Oberfläche des Lotes. Mit dem Beleuchtungsverfahren des ersten Bildes wird nämlich eine Farbe mit einer umso höheren Sättigung oder Helligkeit beobachtet, je höher der Glanz der Lotoberfläche ist (je näher diese an spiegelnden Reflexion ist). Dies ermöglicht, die Reliabilität der Farbinformation so festzulegen, dass sie mit der Sättigung oder der Helligkeit positiv korreliert. Die Reliabilität kann eine kontinuierliche Größe sein oder auch eine binäre oder vielwertige diskrete Größe sein.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung umfasst das zweite Bild eine Mehrzahl von Bildern, welche unter Variieren einer Phase des gemusterten Lichtes photographiert wurden, wobei die Phasenreliabilitätsrecheneinheit auf Grundlage eines Änderungsbetrags der Luminanz eines identischen Bildpunktes zwischen der Mehrzahl von Bildern die Reliabilität der Phaseninformation für einen dem Bildpunkt entsprechenden Punkt auf der Oberfläche des Lotes ermittelt. Mit dem Beleuchtungsverfahren des zweiten Bildes wird die Änderung der Phase des gemusterten Lichtes nämlich umso klarer sichtbar und der Änderungsbetrag der Luminanz des identischen Bildpunktes umso größer, je niedriger der Glanz der Lotoberfläche ist (je größer die Nähe zur streuenden Reflexion ist). Dies ermöglicht, die Reliabilität der Phaseninformation so festzulegen, dass sie mit dem Änderungsbetrag der Luminanz des identischen Bildpunktes positiv korreliert. Die Reliabilität kann eine kontinuierliche Größe sein oder auch eine binäre oder vielwertige diskrete Größe sein.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung sind ferner eine Farbinformationsanalyseeinheit, welche durch Ausführen einer Vielwertwandelverarbeitung zum Aufteilen des ersten Bildes in nach Farbton getrennte Gebiete ein Vielwertbild generiert, dessen Bildpunktwerte jeweils unterschiedliche Neigungswinkelbereiche ausdrücken, sowie eine Phaseninformationsanalyseeinheit vorgesehen, welche aus der Phaseninformation im zweiten Bild den einzelnen Bildpunkten entsprechende Höheninformationen für die Oberfläche des Lotes ermittelt, wobei die Lotgestaltmesseinheit für diejenigen Bildpunkte unter den Bildpunkten des Vielwertbildes, welche eine im Vergleich zur Farbinformation höhere Reliabilität der Phaseninformation aufweisen, den Bildpunktwert auf Grundlage eines Neigungswinkels korrigiert, der aus den durch die Phaseninformationsanalyseeinheit ermittelten Höheninformationen für den betreffenden Bildpunkt und Bildpunkte in dessen Umgebung berechnet wird, sowie die dreidimensionale Gestalt des Lotes unter Verwendung des Vielwertbildes nach der Korrektur generiert. Durch die Vielwertwandelverarbeitung des ersten Bildes wird Rauschen unterdrückt. Dies ermöglicht, auf Grundlage des Vielwertbildes, etwa durch Verbinden der Neigungswinkel (Steigungen), die dreidimensionale Gestalt des Lotes auf einfache und präzise Weise zu rekonstruieren. Allein, wenn ein Teil der Oberfläche des Lotes einen Abschnitt einschließt, in dem unter dem Einfluss von Flussmittel o. Ä. der Glanz vermindert ist, besteht die Möglichkeit, dass die Farbinformation dieses Abschnitts nicht korrekt ist (einen falschen Neigungswinkel anzeigt), was die Rekonstruktionsgenauigkeit für die dreidimensionale Gestalt verschlechtert. Darum wird für solche Bildpunkte, an denen aufgrund einer Verminderung des Glanzes die Reliabilität der Farbinformation herabgesetzt und umgekehrt die Reliabilität der Phaseninformation erhöht ist, die Farbe in dem Vielwertbild basierend auf dem aus der Phaseninformation berechneten Neigungswinkel korrigiert. Dies ermöglicht, die Farbinformation (Neigungswinkelinformation) in Abschnitten verminderten Glanzes mittels der Phaseninformation zu ergänzen, sodass auch wenn Abschnitte mit hohem und Abschnitte mit niedrigem Glanz nebeneinander existieren sollten, die dreidimensionale Gestalt der gesamten Lotoberfläche korrekt rekonstruiert werden kann.
Ebenfalls zu bevorzugen ist, wenn ferner eine Farbinformationsanalyseeinheit, welche durch Ausführen einer Vielwertwandelverarbeitung zum Aufteilen des ersten Bildes in nach Farbton getrennte Gebiete ein Vielwertbild generiert, dessen Bildpunktwerte jeweils unterschiedliche Neigungswinkelbereiche ausdrücken, sowie eine Phaseninformationsanalyseeinheit, welche aus der Phaseninformation im zweiten Bild den einzelnen Bildpunkten entsprechende Höheninformationen für die Oberfläche des Lotes ermittelt, vorgesehen sind, wobei die Lotgestaltmesseinheit diejenigen Höheninformationen der Bildpunkte unter den von der Phaseninformationsanalyseeinheit ermittelten Höheninformationen der Bildpunkte, welche eine im Vergleich zur Phaseninformation höhere Reliabilität der Farbinformation aufweisen, auf Grundlage einer aus dem Vielwertbild erhaltenen Neigungswinkelinformation für den betreffenden Bildpunkt korrigiert, um die dreidimensionale Gestalt des Lotes unter Verwendung der Höheninformationen für die einzelnen Bildpunkte nach der Korrektur zu generieren. Wenn die Phaseninformation des zweiten Bildes verwendet wird, lässt sich die Höheninformation für die Oberfläche des Lotes ermitteln. Nun ist es so, dass für den Fall eines niedrigen Glanzes der Lotoberfläche Präzision der Höheninformation erwartet werden kann, während in Abschnitten mit hohem Glanz die Möglichkeit besteht, dass die Phaseninformation nicht korrekt ist, was die Rekonstruktionsgenauigkeit für die dreidimensionale Gestalt verschlechtert. Darum wird für solche Bildpunkte, an denen aufgrund hohen Glanzes die Reliabilität der Phaseninformation herabgesetzt ist, eine Korrektur der Höhe auf Grundlage der aus der Farbinformation, deren Reliabilität hoch ist, gewonnenen Neigungswinkelinformation durchgeführt. Dies ermöglicht, die Phaseninformation (Höheninformation) in hochglänzenden Abschnitten mittels der Farbinformation zu ergänzen, sodass auch wenn Abschnitte mit hohem und Abschnitte mit niedrigem Glanz nebeneinander existieren sollten, die dreidimensionale Gestalt der gesamten Lotoberfläche korrekt rekonstruiert werden kann.
Angemerkt wird, dass die vorliegende Erfindung als eine Messvorrichtung aufgefasst werden kann, die zumindest einen Teil der oben beschriebenen Mittel oder Funktionen aufweist. Ferner kann die Erfindung auch als eine Leiterplattenprüfvorrichtung aufgefasst werden, die unter Verwendung einer von der betreffenden Messvorrichtung erhaltenen dreidimensionalen Lotgestalt einen Verbindungszustand des Lotes prüft. Weiter kann die Erfindung auch als ein Steuerverfahren für eine Messvorrichtung oder eine Leiterplattenprüfvorrichtung, als ein Computerprogramm, das einen Computer die Schritte dieses Verfahrens ausführen lässt, oder als ein computerlesbares Speichermedium, auf dem das betreffende Programm nichtflüchtig gespeichert ist, aufgefasst werden. Alle vorstehenden Strukturen und Verrichtungen können, solange kein technischer Widerspruch entsteht, miteinander kombiniert werden, um die Erfindung zu bilden.
Die vorliegende Erfindung ermöglicht, die dreidimensionale Gestalt der Lotoberfläche unabhängig vom der Stärke des Glanzes (der Spiegeleigenschaft), oder auch wenn innerhalb der Lotoberfläche Abschnitte mit hohem und Abschnitte mit niedrigem Glanz (Spiegeleigenschaft) nebeneinander existieren, präzise zu vermessen.
Figurenliste

1 Schematische Ansicht des Hardwareaufbaus einer Leiterplattenprüfvorrichtung.
2 Blockdiagramm von auf die Prüfverarbeitung bezogenen Funktionen.
3 Beispiel eines Farblichtreflexbildes, das unter Beleuchtung mit rotem, grünem und blauem Licht aufgenommen wird.
4 Beispiel eines Phasenbildes, das unter Projektion gemusterten Lichtes aufgenommen wird.
5 Flussdiagramm, das den Ablauf einer Prüfverarbeitung zeigt.
6 Flussdiagramm, das den Ablauf einer Lotgestaltmessverarbeitung zeigt.
7 Beispiel eines Bildes zur schematischen Erläuterung der Lotgestaltmessprozedur.

AUSFÜHRUNGSFORMEN DER ERFINDUNG
Im Folgenden werden, unter Bezugnahme auf Figuren, bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung beispielhaft im Detail erläutert. Sofern nicht besonders vermerkt, sollen allerdings Abmessungen, Materialeigenschaften, Gestalt, relative Anordnung usw. der in den folgenden Ausführungsformen beschriebenen Strukturkomponenten den Bereich der Erfindung nicht auf nur diese beschränken.
<Erste Ausführungsform>
Aufbau der Leiterplattenprüfvorrichtung
Mit Bezug auf 1 soll der Gesamtaufbau einer Leiterplattenprüfvorrichtung, die mit einer Messvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ausgestattet ist, erläutert werden. 1 zeigt in einer schematischen Ansicht den Hardwareaufbau der Leiterplattenprüfvorrichtung. Diese Leiterplattenprüfvorrichtung 1 findet Nutzanwendung vorzugsweise für die Leiterplattensichtprüfung (z.B. zur Prüfung des Lötverbindungszustands nach dem Wiederaufschmelzen) in einer Bestückungslinie für Oberflächenmontage.
Die Leiterplattenprüfvorrichtung 1 umfasst als Hauptbestandteile eine Bühne 10, eine Messeinheit 11, eine Steuereinrichtung 12, eine Informationsverarbeitungseinrichtung 13 und eine Anzeigeeinrichtung 14. Die Messeinheit 11 weist eine Kamera (Bildsensor) 110, eine Beleuchtungseinrichtung 111 und eine Projektionseinrichtung (Projektor) 112 auf.
Die Bühne 10 ist eine Struktur, um eine Leiterplatte 15 festzuhalten und ein Bauelement 150 sowie Lot 151 als Prüfgegenstand an einer Messposition der Kamera 110 auszurichten. Mit X-Achse und Y-Achse parallel zur Bühne 10 und der Z-Achse senkrecht zur Bühne 10 angenommen, wie in 1 gezeigt, ist die Bühne 10 zumindest parallel zu den beiden Achsen in X- und Y-Richtung verschiebbar. Die Kamera 110 ist mit ihrer optischen Achse parallel zur Z-Achse angeordnet, sodass sie die Leiterplatte 15 auf der Bühne 10 aus der Normalenrichtung photographiert. Die mit der Kamera 110 aufgenommenen Bilddaten werden in die Informationsverarbeitungseinrichtung 13 importiert.
Bei der Beleuchtungseinrichtung 111 (111R, 111G, 111B) handelt es sich um ein Beleuchtungsmittel zum Einstrahlen von Beleuchtungslicht RL, GL, BL unterschiedlicher Farbe (Wellenlänge) auf die Leiterplatte 15. 1 zeigt einen schematischen XZ-Schnitt durch die Beleuchtungseinrichtung 111, die in Wahrheit eine kreisringförmige oder halbkugelförmige Gestalt aufweist, um mit Licht derselben Farbe aus dem vollen Azimut (allen Richtungen um die Z-Achse) beleuchten zu können. Die Projektionseinrichtung 112 stellt ein Musterprojektionsmittel zum Projizieren gemusterten Lichts PL, das ein vorbestimmtes Muster aufweist, auf die Leiterplatte 15 dar. Die Projektionseinrichtung 112 projiziert das gemusterte Licht PL durch eine bergab der Beleuchtungseinrichtung 111 vorgesehene Öffnung. Eine einzige Projektionseinrichtung 112 genügt, doch ist es vorteilhaft, mehrere Projektionseinrichtungen 112 vorzusehen, um tote Winkel für das gemusterte Licht PL eliminieren. In der vorliegenden Ausführungsform sind in zwei Projektionseinrichtungen 112 in unterschiedlichen Azimutrichtungen (gegenüberliegenden Positionen) angeordnet. Die Beleuchtungseinrichtung 111 und die Projektionseinrichtung 112 sind beides Beleuchtungssysteme zur Verwendung beim Photographieren der Leiterplatte 15 mittels der Kamera 110, wobei die Beleuchtungseinrichtung 111 dazu verwendet wird, die Oberflächengestalt des Lots nach dem Farblichtreflexbeleuchtungsverfahren zu messen, und die Projektionseinrichtung 112 dazu verwendet wird, die Oberflächengestalt des Lots nach dem Phasenschiebeverfahren zu messen.
Die Steuereinrichtung 12 ist ein Steuerungsmittel zum Steuern des Betriebs der Leiterplattenprüfvorrichtung, wobei sie die Bewegungssteuerung der Bühne 10, die Schaltsteuerung der Beleuchtungseinrichtung 111, die Schaltsteuerung und Musteränderung für die Projektionseinrichtung 112, die Bildaufnahmesteuerung für die Kamera 110 und Ähnliches übernimmt.
Die Informationsverarbeitungseinrichtung 13 weist Funktionen auf, um durch Verwendung der aus der Kamera 110 importierten Bilddaten auf das Bauelement 150, das Lot 151 usw. bezogene verschiedenartige Messwerte zu erfassen und den Zustand der Lötverbindung gegenüber einem Anschluss des Bauelements 150, einer Kontaktinsel (Leiterplattenkontaktfläche) auf der Leiterplatte o. Ä. zu prüfen. Die Anzeigeeinrichtung 14 dient dazu, die mit der Informationsverarbeitungseinrichtung 13 erhaltenen Messwerte und Prüfergebnisse anzuzeigen. Die Informationsverarbeitungseinrichtung 13 kann z.B. durch einen Allzweckcomputer gebildet werden, der eine CPU (zentrale Rechen- und Verarbeitungseinheit), einen Speicher, einen Hilfsspeicher (Festplattenlaufwerk o. Ä.) und ein Eingabegerät (Tastatur, Maus, Tastfeld o. Ä.) aufweist. Angemerkt wird, dass in 1 die Steuereinrichtung 12, die Informationsverarbeitungseinrichtung 13 und die Anzeigeeinrichtung 14 zwar durch unterschiedliche Blöcke wiedergegeben sind, jedoch ebenso mittels diskreter Vorrichtungen wie auch mittels einer einzigen Vorrichtung aufgebaut sein können.
Funktionsaufbau
2 ist ein Blockdiagramm, das den Aufbau von auf die Lotgestaltmess- und Prüfverarbeitung bezogenen Funktionen zeigt, die von der Informationsverarbeitungseinrichtung 13 bereitgestellt werden. Letztere weist als auf die Lotgestaltmessverarbeitung bezogene Funktionen eine Bildaufnahmeeinheit 20, eine Farbinformationsanalyseeinheit 21, eine Farbreliabilitätsrecheneinheit 22, eine Phaseninformationsanalyseeinheit 23, eine Phasenreliabilitätsrecheneinheit 24, eine Lotgestaltmesseinheit 25 usw. sowie als auf die Prüfverarbeitung bezogene Funktionen eine Prüfeinheit 26, eine Prüfprogrammspeichereinheit 27, eine Ergebnisausgabeeinheit 28 usw. auf. Diese Funktionen werden dadurch realisiert, dass die CPU der Informationsverarbeitungseinrichtung 13 ein im Hilfsspeicher abgelegtes Programm einliest und ausführt. Allerdings können alle oder ein Teil der Funktionen auch mit Hilfe von Schaltkreisen wie ASIC, FPGA usw. aufgebaut werden.
Die Bildaufnahmeeinheit 20 steht für die Funktion, Bilddaten aus der Kamera 110 zu importieren. Die Farbinformationsanalyseeinheit 21 steht für die Funktion, Farbinformation aus einem mit dem Farblichtreflexbeleuchtungsverfahren photographierten Bild zu analysieren, wobei die Farbreliabilitätsrecheneinheit 22 für die Funktion steht, eine Reliabilität der Farbinformation dieses Bildes zu errechnen. Die Phaseninformationsanalyseeinheit 23 steht für die Funktion, Phaseninformation aus einem mit dem Phasenschiebeverfahren photographierten Bild zu analysieren, wobei die Phasenreliabilitätsrecheneinheit 24 für die Funktion steht, eine Reliabilität der Phaseninformation dieses Bildes zu errechnen. Die Lotgestaltmesseinheit 25 steht für die Funktion, auf Grundlage der von der Farbinformationsanalyseeinheit 21 erhaltenen Farbinformation und der von der Phaseninformationsanalyseeinheit 23 erhaltenen Phaseninformation eine dreidimensionale Gestalt des Lotes zu generieren. Die Details der einzelnen Funktionen werden später erläutert.
Die Prüfeinheit 26 steht für die Funktion, basierend auf den durch die Lotgestaltmesseinheit 25 erhaltenen dreidimensionalen Gestaltdaten verschiedenartige die Gestalt einer Lotkehle betreffende Indikatoren zu messen (berechnen) und dann mittels dieser Indikatorwerte den Zustand einer Lötverbindung zu prüfen. Die Prüfprogrammspeichereinheit 27 steht für die Funktion, ein Programm zu speichern, durch das in der Prüfeinheit 26 zu prüfenden Merkmale, Bedingungen usw. definiert sind. Im Prüfprogramm sind z.B. die Position und Größe einer zu prüfenden Kontaktinsel, die Größe eines Bauelements, die Art zu messender Indikatoren, Werte von Beurteilungskriterien (Schwellwerte, Wertebereiche u. Ä. zur Unterscheidung mangelfreier und mangelhafter Produkte) für jeden Indikator usw. definiert. Die Ergebnisausgabeeinheit 28 steht für die Funktion, die von der Lotgestaltmesseinheit 25 erhaltene dreidimensionale Gestalt des Lotes sowie von der mit der Prüfeinheit 26 erhaltene Messwerte, Prüfergebnisse u. Ä. an einem Bildschirm auszugeben.
Messung von dem Neigungswinkel der Lotoberfläche entsprechender Farbinformation
In der vorliegenden Ausführungsform wird zur Messung des Neigungswinkels der Lotoberfläche das sogenannte Farblichtreflexbeleuchtungsverfahren benutzt. Gemäß dem Farblichtreflexbeleuchtungsverfahren wird Licht mehrerer Farben (Wellenlängen) mit voneinander verschiedenen Einfallswinkeln auf die Leiterplatte gestrahlt, sodass an der Lotoberfläche eine von deren Normalenrichtung abhängige Farbinformation (die Farbe der Lichtquelle, die sich von der Kamera aus gesehen in der Spiegelreflexionsrichtung befindet) erscheint, um durch Photographieren in diesem Zustand die dreidimensionale Gestalt der Lotoberfläche als zweidimensionale Farbtoninformation zu erfassen.
Mit Bezug auf 1 soll der Aufbau der für das Farblichtreflexbeleuchtungsverfahren verwendeten Beleuchtungseinrichtung 111 erläutert werden. Die Beleuchtungseinrichtung 111 ist so konstruiert, dass drei ringförmige Lichtquellen - eine Rotlichtquelle 111R, eine Grünlichtquelle 111G und eine Blaulichtquelle 111B - in der Art konzentrischer Kreise um die optische Achse der Kamera 110 als Zentrum angeordnet sind. Elevationswinkel und Strahlrichtung der einzelnen Lichtquellen 111R, 111G, 111B sind derart eingestellt, dass der Einfallswinkel gegenüber der Leiterplatte in der Reihenfolge Rotlicht RL → Grünlicht GL → Blaulicht BL zunimmt. Eine solche Beleuchtungseinrichtung 111 kann z. B. gebildet werden, indem man an der Außenseite einer halbkugelförmigen Diffusorschale Leuchtdioden der Farben R, G, B jeweils ringförmig aufgereiht anordnet.
In 3(a) bis 3(c) sind Beispiele für Bilddaten (im Folgenden „Farblichtreflexbilder“ genannt) gezeigt, die erhalten werden, wenn bei eingeschalteter Beleuchtungseinrichtung 111 mit der Kamera 110 photographiert wird. 3(a) zeigt übrigens einen Zustand mit einer guten Lotkehle, 3(b) einen Zustand mit zu wenig Lot, und 3(c) einen Zustand mit einem Übermaß an Lot. Die untere Hälfte der Figuren zeigt jeweils als Referenz eine Ansicht des Lotes aus zur Leiterplatte paralleler Richtung.
Wie in diesen Figuren gezeigt ist, erscheint bei den Farblichtreflexbildern im Abschnitt des Lotes 31, das ein spiegelndes Objekt darstellt, eine von dessen Normalenrichtung (Neigungswinkel) abhängige Farbinformation. Beispielsweise erscheint im Falle von 3(a), weil die Neigung des Lotes 31 mit zunehmender Entfernung vom Bauelementanschluss 30 flacher wird, im Gebiet des Lotes 31 ein Wechsel B → G → R des Farbtons. Außerdem erscheint in Abschnitten, wo die Neigung des Lotes 31 der Senkrechten nahe ist, und in Abschnitten, wo sie der Waagerechten nahe ist, eine schwarze Farbe, denn wie aus 1 ersichtlich gibt es dort, wo die Spiegelreflexionsrichtung bezüglich der optischen Achse der Kamera 110 sich nahe 90° befindet (Bereich unterhalb der Blaulichtquelle 111B) und dort, wo sie sich nahe 0° befindet (Bereich der Öffnung, wo die Kamera 110 angeordnet ist) keine Lichtquellen. Wie in 3(a) bis 3(c) gezeigt ist, wechseln die Gestalt, Breite, Reihenfolge des Erscheinens usw. der Gebiete der einzelnen Farben R, G, B und Schwarz in Abhängigkeit von der Oberflächengestalt des Lots 31. Weil an der Oberfläche des Anschlusses 30 und des Bauelementkörpers streuende Reflexion vorherrschend wird, erscheint keine Lichtquellenfarbe wie R, G, B, sondern die Farbe der Objekte selbst, wie wenn sie mit Weißlicht beleuchtet wären. Folglich ist es möglich, aus den Farblichtreflexbildern lediglich das Gebiet des Lotes zu extrahieren und ausgehend von der Gestalt, Breite und Reihenfolge der einzelnen Gebiete mit R, G, B und Schwarz durch Lösen des inversen Problems die dreidimensionale Gestalt des Lotes 31 zu rekonstruieren.
Messung von der Höhe der Lotoberfläche entsprechender Phaseninformation
In der vorliegenden Ausführungsform wird zur Messung der Höhe der Lotoberfläche das sogenannte Phasenschiebeverfahren benutzt.
Das Phasenschiebeverfahren ist eine Methode, eine dreidimensionale Information (Höheninformation) für eine Objektoberfläche zu messen, indem man die bei der Projektion gemusterten Lichts auf die Objektoberfläche auftretenden Verzerrungen des Musters analysiert. Konkret wird, während unter Verwendung der Projektionseinrichtung 112 ein vorbestimmtes Muster (z.B. ein Streifenmuster mit sinusförmig variierender Luminanz) auf die Leiterplatte projiziert ist, eine photographische Aufnahme mit der Kamera 110 durchgeführt. In diesem Fall erscheint, wie in 4 gezeigt, an der Objektoberfläche eine von deren Unebenheit abhängige Verzerrung des Musters. Hierbei kann zwar das Muster an hochglänzenden Lotoberflächen nicht richtig beobachtet werden, weil die spiegelnde Reflexion vorherrschend wird. In Abschnitten aber, in denen z. B. unter dem Einfluss von Flussmittel der Glanz erniedrigt ist, wird eine Beobachtung des Musters möglich, weil die streuend reflektierte Komponente anwächst. Durch mehrfaches (z. B. viermaliges) Wiederholen dieses Vorgangs unter Variieren der Phase der Luminanzänderung des gemusterten Lichts werden, wie in 4 gezeigt, mehrere Bilder mit unterschiedlichen Luminanzkennzeichnungen (im Folgenden „Phasenbilder“ genannt) erhalten. Weil die Helligkeit (Luminanz) identischer Bildpunkte in den einzelnen Bildern sich mit der gleichen Periode ändern muss, mit der das Streifenmuster variiert, lässt sich durch Anpassen einer Sinuskurve an die Helligkeitsänderung der einzelnen Bildpunkte die Phase jedes Bildpunkts bestimmen. Dadurch, dass man die Phasendifferenz bezüglich der Phase einer vorbestimmten Referenzposition (Tischoberfläche, Leiterplattenoberfläche o. Ä.) ermittelt, kann dann die Entfernung (Höhe) ab dieser Referenzposition berechnet werden.
Angemerkt wird, dass in der vorliegenden Ausführungsform zwar das Phasenschiebeverfahren verwendet wurde, aber auch andere Verfahren verwendet werden dürfen, sofern sie Höheninformation von streuenden Objekten gewinnen können. Als Verfahren, die z.B. streifen- oder gitterförmig gemustertes Licht auf ein Objekt projizieren, um durch eine graphische Analyse der Verzerrungen des Musters Höheninformation zu gewinnen, gibt es z.B. das Lichtschnittverfahren, das Streifenanalyseverfahren oder das Raumkodierverfahren.
Lotgestaltmess- und Prüfverarbeitung
Als Nächstes soll anhand von 5 bis 7 der Ablauf der in der Leiterplattenprüfvorrichtung 1 durchgeführten Lotgestaltmess- und Prüfverarbeitung erläutert werden. 5 und 6 sind Flussdiagramme, die den Ablauf der Verarbeitung zeigen, während es sich bei 7 um ein Beispielbild handelt, das zur schematischen Erläuterung der Lotgestaltmessprozedur dient.
Zunächst steuert die Steuereinrichtung 12 entsprechend einem Prüfprogramm die Bühne 10, um das zu prüfende Lot an eine Messposition (Gesichtsfeld der Kamera 110) zu bewegen (Schritt S500). Dann schaltet die Steuereinrichtung 12 die Beleuchtungseinrichtung 111 ein (Schritt S501) und führt, während Rotlicht RL, Grünlicht GL und Blaulicht BL eingestrahlt werden, eine photographische Aufnahme mittels der Kamera 110 durch (Schritt S502). Die gewonnenen Bilddaten (Farblichtreflexbild aus 3) werden von der Bildaufnahmeeinheit 20 in die Informationsverarbeitungseinrichtung 13 importiert. Nach Ausschalten der Beleuchtungseinrichtung 111 projiziert die Steuereinrichtung 12 von der Projektionseinrichtung 112 aus gemustertes Licht (Schritt S503), und photographiert mit der Kamera 110 (Schritt S504). Falls das Phasenschiebeverfahren benutzt wird, werden die Handlungen von Schritt S503 und S504 unter Variieren der Phase des gemusterten Lichts mehrfach ausgeführt. In der vorliegenden Ausführungsform wird, mit Änderung der Phase um jeweils 90°, viermalig eine Photographie ausgeführt, um Daten für vier Bilder aufzunehmen. Die erhaltenen Bilddaten von mehreren Bildern (Phasenbilder in 4) werden von der Bildaufnahmeeinheit 20 in die Informationsverarbeitungseinrichtung 13 importiert. Angemerkt wird, dass in der vorliegenden Ausführungsform zwar zuerst die photographischen Aufnahmen mit der Beleuchtungseinrichtung 111 ausgeführt wurden, es aber auch so sein darf, dass die photographischen Aufnahmen mit der Projektionseinrichtung 112 zuerst ausgeführt werden. Falls außerhalb des Gesichtsfeldes der Kamera 110 weitere Prüfgegenstände existieren, ist auch eine wiederholte Ausführung der Schritte von S500 bis S504 möglich.
Ab hier wird zur Verarbeitung in der Informationsverarbeitungseinrichtung 13 übergegangen. Die Einzelheiten der Verarbeitung zum Vermessen der dreidimensionalen Gestalt der Lotoberfläche (Schritt S505) sind im Ablaufdiagramm von 6 gezeigt.
Zunächst erläutert werden soll die Verarbeitung in Bezug auf das Farblichtreflexbild. Die Farbinformationsanalyseeinheit 21 extrahiert ein Lotgebietsbild (im Folgenden auch „erstes Lotgebietsbild“ oder einfach „erstes Bild“ genannt) aus dem Farblichtreflexbild (Schritt S600). Beispielsweise kann die Farbinformationsanalyseeinheit 21 ein Kontaktinselgebiet innerhalb des Farblichtreflexbildes ermitteln, indem sie dem Prüfprogramm eine Positions- und Größeninformation für eine Kontaktinsel auf der Leiterplatte entnimmt und zugleich auf dem Farblichtreflexbild das Gebiet eines Bauelements (streuenden Objekts) identifiziert, um das durch Aussparen des Bauelementgebietes aus dem Kontaktinselgebiet erhaltenes Gebiet als das erste Lotgebietsbild zu extrahieren. Bezugszeichen 70 in 7 stellt ein Beispiel eines ersten Lotgebietsbildes dar.
Als Nächstes wendet die Farbinformationsanalyseeinheit 21 auf das erste Lotgebietsbild 70 eine Vielwertwandelverarbeitung an (Schritt S601), worunter eine Verarbeitung verstanden wird, welche das Bild in nach Farbton getrennte Gebiete aufteilt (segmentiert). Wenn die Lotoberfläche eine ideale Spiegelfläche wäre, müssten sich, da von der Beleuchtungseinrichtung 111 nur Rotlicht RL, Grünlicht GL und Blaulicht BL eingestrahlt werden, wie in 3 gezeigt Gebiete nach rotem, grünem und blauem Licht sauber trennen lassen. Allerdings rufen in der Praxis der von mikroskopischen Unebenheiten (Mikrofacetten) herrührende streuend reflektierte Anteil und der diffus reflektierte Anteil Rauschen und Mischfarben hervor, sodass die Grenze zwischen den Farbtönen R, G, B oft undeutlich wird. Die Vielwertwandelverarbeitung ist eine Vorbehandlung, um solcherart Rauschen und Mischfarben zwischen den Farbtönen zu beseitigen.
Zum Beispiel generiert die Farbinformationsanalyseeinheit 21 ein Vielwertbild 71, indem sie nach einer Transformation des ersten Lotgebietsbild 70 in den HSV-Farbraum dieses entsprechend

• Bildpunkte mit Helligkeit (V) kleiner als ein vorbestimmter Wert → schwarze Bildpunkte
• Bildpunkte mit Farbton (H) gleich 0° ± 60° → rote Bildpunkte
• Bildpunkte mit Farbton (H) gleich 120° ± 60° → grüne Bildpunkte
• Bildpunkte mit Farbton (H) gleich 240° ± 60° → blaue Bildpunkte quaternär umwandelt und weiterhin eine Rauschunterdrückungsverarbeitung wie Vergrößern/Verkleinern durchführt. Das auf diese Weise erhaltene Vielwertbild 71 ist von der Seite her, wo die Neigung der Lotoberfläche sanft ist, der Reihe nach aus einem Schwarzgebiet (wo der Neigungswinkel im Wesentlichen waagerecht ist), einem Rotgebiet (wo der Neigungswinkel klein ist), einem Grüngebiet (wo der Neigungswinkel mittelgroß ist), einem Blaugebiet (wo der Neigungswinkel groß ist) und einem Schwarzgebiet (wo der Neigungswinkel im Wesentlichen senkrecht ist) aufgebaut. Falls das erste Lotgebietsbild 70 eine Oberfläche einer Kontaktinsel (Leiterplattenkontaktfläche) auf der Leiterplatte einschließt, gliedert es sich einschließlich des Gebiets der Kontaktinsel in sechs Gebiete. Die Korrespondenzbeziehung zwischen den einzelnen Farbgebieten und Bereichen des Neigungswinkels der Lotoberfläche bestimmt sich geometrisch aus der Positionsbeziehung zwischen der Kamera 110, dem Lot und den einzelnen Lichtquellen 111R, 111G, 111B.

Anschließend berechnet die Farbreliabilitätsrecheneinheit 22 für jeden Bildpunkt eine Reliabilität (Zuverlässigkeit) der Farbinformation (Schritt S602). In der vorliegenden Ausführungsform wird, nachdem das erste Lotgebietsbildes 70 in den HSV-Farbraum wurde, entsprechend

• Bildpunkte mit Sättigung (S) größer oder gleich einem Schwellwert T1 → Reliabilität = 1 (hoch)
• Bildpunkte mit Sättigung (S) kleiner als der Schwellwert T1 → Reliabilität = 0 (niedrig)

7

Als Nächstes soll die Verarbeitung bezüglich der Phasenbilder erläutert werden. Die Phaseninformationsanalyseeinheit 23 extrahiert jeweils ein Lotgebietsbild (im Folgenden auch „zweites Lotgebietsbild“ oder auch einfach „zweites Bild“ genannt) aus den vier Phasenbildern (Schritt S603). Ein Beispiel für zweite Lotgebietsbilder ist in 7 mit 73 bezeichnet. Im Anschluss errechnet die Phaseninformationsanalyseeinheit 23, indem sie die Phase der Luminanzänderung identischer Bildpunkte in den vier zweiten Lotgebietsbildern 73 analysiert, für jeden Bildpunkt eine Höhe (Schritt S604). Eine Höhenkarte, in der die Höhe (Z-Position) der einzelnen Bildpunkte der zweiten Lotgebietsbilder 73 durch den Bildpunktwert ausgedrückt wurde, ist in 7 mit 74 bezeichnet.
Anschließend berechnet die Phasenreliabilitätsrecheneinheit 24 für jeden Bildpunkt eine Reliabilität der Phaseninformation (Schritt S605). In der vorliegenden Ausführungsform wird der Änderungsbetrag der Luminanz identischer Bildpunkte zwischen den vier zweiten Lotgebietsbildern 73 (Unterschied der kleinsten Luminanz und der größten Luminanz) berechnet, um entsprechend

• Bildpunkte mit Änderungsbetrag der Luminanz größer oder gleich einem Schwellwert T2 → Reliabilität = 1 (hoch)
• Bildpunkte mit Änderungsbetrag der Luminanz kleiner als der Schwellwert T2 → Reliabilität = 0 (niedrig)

7

Angemerkt wird, dass für die vorliegende Ausführungsform zwar die Verarbeitung der Phasenbilder nach der Verarbeitung des Farblichtreflexbildes beschrieben wurde, die Reihenfolge der beiden Verarbeitungen aber beliebig ist und außerdem auch eine parallele Verarbeitung erfolgen kann. Ferner können die Schwellwerte T1, T2 auf Grundlage von Versuchen mit Probebildern o. Ä. geeignet eingestellt werden. Als Schwellwert T1 kann ein für alle Farbtöne gleicher Schwellwert verwendet werden, wie auch der Schwellwert abhängig vom Farbton variieren kann. Beispielsweise kann, weil die von oben eingestrahlte Lichtquellenfarbe (im Falle der vorliegenden Ausführungsform die Farbe Rot) tendenziell leichter von der Kamera zu beobachten ist, wenn unter dem Einfluss von Flussmittel diffuse Reflexion auftritt, für rötliche Farbtöne ein höherer Schwellwert als für andere Farbtöne gewählt werden.
Als Nächstes greift die Lotgestaltmesseinheit 25 auf die Reliabilitätskarte 72 für die Farbinformation und die Reliabilitätskarte 75 für die Phaseninformation zu, um für jeden Bildpunkt die Reliabilität der Farbinformation und die Reliabilität der Phaseninformation zu vergleichen. Wenn ein Bildpunkt detektiert wird, an dem die Reliabilität der Phaseninformation höher als die Reliabilität der Farbinformation ist, entnimmt die Lotgestaltmesseinheit 25 der Höhenkarte 74 die jeweilige Höheninformation für den betreffenden Bildpunkt sowie für Bildpunkte in dessen Umgebung (z. B. die benachbarten Bildpunkte) und berechnet den Änderungsbetrag (d. h. die Steigung) der Höhe an dem betreffenden Bildpunkt, um den Neigungswinkel ausfindig zu machen. Da wie oben beschrieben die Korrespondenzbeziehung zwischen Neigungswinkel und Farbton bekannt ist, ist es möglich, den aus der Höhenkarte 74 ermittelten Neigungswinkel in eine Farbe (eine von R, G, B und Schwarz) umzuwandeln. Die Lotgestaltmesseinheit 25 ersetzt dann in dem Vielwertbild den Bildpunktwert (die Farbe) des betreffenden Bildpunktes durch die aus der Höhenkarte 74 ermittelte Farbe. Indem die vorstehende Verarbeitung für alle Bildpunkte des Vielwertbildes 71 durchgeführt wird, werden die Werte derjenigen Bildpunkte unter den Bildpunkten des Vielwertbildes 71, für die die Reliabilität der Phaseninformation höher als die der Farbinformation ist, auf der Grundlage der Phaseninformation korrigiert (Schritt S606). In 7 bezeichnet 76 das Vielwertbild nach der Korrektur.
Aus dem korrigierten Vielwertbild 76 ermittelt die Lotgestaltmesseinheit 25 danach für alle Bildpunkte (d. h. an jedem Ort auf der Lotoberfläche) die Neigungswinkel (Steigungen), um durch Verbinden derselben die dreidimensionale Gestalt des Lotes zu rekonstruieren (Schritt S607). Die so berechneten Daten für die dreidimensionale Gestalt werden z. B. in Form einer Höhenkarte gesichert (77 in 7).
In das Flussdiagramm von 5 zurückgekehrt führt die Prüfeinheit 26 unter Verwendung der in Schritt S505 erhaltenen Daten für die dreidimensionale Gestalt des Lotes die Prüfung eines Verbindungszustands des Lotes aus (Schritt S506). Weil hierbei, gestützt auf die dreidimensionalen Gestaltdaten, die Gestalt etwa eines Verbindungsabschnitts des Lotes gegenüber einem Bauelement oder einer Kontaktinsel plastisch und korrekt erfasst werden kann, wird eine Prüfung mit im Vergleich zum Stand der Technik höherer Präzision ermöglicht.
Als Letztes zeigt die Ergebnisausgabeeinheit 28 ein Bild, das die in Schritt S505 erhaltene dreidimensionale Gestalt des Lotes wiedergibt, sowie das in Schritt S506 erhaltene Prüfergebnis an der Anzeigeeinrichtung an (Schritt S507). Dabei können auch verschiedene im Verlaufe der oben beschriebenen Verarbeitungen erhaltene Bilder und Karten (siehe 7), Messwerte usw. an der Anzeigeeinrichtung angezeigt werden. Ferner kann ermöglicht werden, auf dem Anzeigebildschirm Berichtigungen des Prüfprogramms (Programmierung) vorzunehmen.
Vorteile der Ausführungsform
Gemäß dem vorstehend beschriebenen Aufbau der vorliegenden Ausführungsform werden zwei Arten von Bildern (erstes Lotgebietsbild, zweites Lotgebietsbild) verwendet, die mit unterschiedlichen Beleuchtungsverfahren - dem Farblichtreflexbeleuchtungsverfahren und dem Phasenschiebeverfahren - photographisch aufgenommen wurden, sowie jeweils für sich eine Reliabilität der Farbinformation und eine Reliabilität der Phaseninformation ermittelt, um die Information mit der höheren Reliabilität zur Generierung einer dreidimensionalen Gestalt des Lotes zu benutzen. Vom Farblichtreflexbeleuchtungsverfahren kann prinzipiell umso mehr Präzision erwartet werden, je höher der Glanz des Lotes ist, während vom Phasenschiebeverfahren prinzipiell umso mehr Präzision erwartet werden kann, je niedriger der Glanz des Lotes ist. Wird wie in der vorliegenden Ausführungsform von den beiden Verfahren vorzugsweise dasjenige mit der höheren Reliabilität (von dem mehr Präzision erwartet werden kann) benutzt, so ermöglicht dies, die dreidimensionale Gestalt der Lotoberfläche unabhängig von der Stärke des Glanzes (der Spiegeleigenschaft) der Lotoberfläche präzise zu vermessen.
Genauer besteht, wenn die Lotoberfläche Abschnitte mit unter dem Einfluss von Flussmittel etc. vermindertem Glanz einschließt, die Möglichkeit, dass die Farbinformation in diesen Abschnitten nicht korrekt ist (einen falschen Neigungswinkel anzeigt), was die die Rekonstruktionsgenauigkeit für die dreidimensionale Gestalt verschlechtert. Darum wird für solche Bildpunkte, an denen aufgrund einer Verminderung des Glanzes die Reliabilität der Farbinformation herabgesetzt und umgekehrt die Reliabilität der Phaseninformation erhöht ist, die Farbe in dem Vielwertbild basierend auf dem aus der Phaseninformation berechneten Neigungswinkel korrigiert. Dies ermöglicht, die Farbinformation (Neigungswinkelinformation) in Abschnitten verminderten Glanzes mittels der Phaseninformation zu ergänzen, sodass auch wenn Abschnitte mit hohem und Abschnitte mit niedrigem Glanz nebeneinander existieren, die dreidimensionale Gestalt der gesamten Lotoberfläche korrekt rekonstruiert werden kann.
Weil mittels unterschiedlicher Beleuchtungsverfahren erhaltene Information in einer einzigen Messgröße, nämlich der Höhe der Lotoberfläche, zusammengefasst wird, ergibt sich noch dazu auch der Vorteil, dass Prüflogiken und Beurteilungskriterien, die diese Messgröße verwenden, einfach zu entwerfen sind.
<Weitere Ausführungsformen>
Die obigen Beschreibungen von Ausführungsformen sollen die vorliegende Erfindung lediglich beispielhaft erläutern, ohne die Erfindung auf die vorgenannten konkreten Formen zu beschränken. Innerhalb des Bereichs ihrer technischen Idee kann die Erfindung vielfältig abgewandelt werden.
Beispielsweise wurde in der obigen Ausführungsform ein Aufbau angewendet, der ein aus der Farbinformation erhaltenes Vielwertbild auf Grundlage der Phaseninformation korrigiert. Umgekehrt ist jedoch auch ein Aufbau möglich, der eine aus der Phaseninformation erhaltene Höhenkarte auf Grundlage der Farbinformation korrigiert. In diesem Fall genügt es, bei im Großen und Ganzen gleichem Ablauf der Verarbeitungen in 5 und 6, den Inhalt der Korrekturverarbeitung von Schritt S606 wie folgt zu ändern. Das heißt, die Lotgestaltmesseinheit 25 greift auf die Reliabilitätskarte 72 der Farbinformation und die Reliabilitätskarte 75 der Phaseninformation zu, um für jeden Bildpunkt die Reliabilität der Farbinformation und die Reliabilität der der Phaseninformation zu vergleichen. Wenn ein Bildpunkt detektiert wird, an dem die Reliabilität der Farbinformation höher als die Reliabilität der Phaseninformation ist, ermittelt die Lotgestaltmesseinheit 25 aus dem Vielwertbild 71 den Neigungswinkel am betreffenden Bildpunkt und den Bildpunkten in dessen Umgebung. Danach korrigiert die Lotgestaltmesseinheit 25, auf Grundlage der aus dem Vielwertbild 71 erhaltenen Neigungswinkelinformation, die Höheninformation für den betreffenden Bildpunkt und die Bildpunkte in dessen Umgebung in der Höhenkarte 74. Beispielsweise kann sie von einer als Referenz genommenen Höhe eines Bildpunktes mit hoher Reliabilität innerhalb der Höhenkarte 74 ausgehend den Neigungswinkel (die Steigung) akkumulieren. Indem die vorstehende Verarbeitung für alle Bildpunkte der Höhenkarte 74 durchgeführt wird, werden die Werte (Höhen) derjenigen Bildpunkte unter den Bildpunkten der Höhenkarte 74, für die die Reliabilität der Farbinformation höher als die der Phaseninformation ist, auf der Grundlage der Farbinformation korrigiert. Auch eine derartige Verarbeitung ermöglicht wie bei der vorher beschriebenen Ausführungsform, die dreidimensionale Gestalt der gesamten Lotoberfläche unabhängig von der Höhe des Glanzes korrekt zu rekonstruieren.
Ferner kann, obgleich in der obigen Ausführungsform für das Farblichtreflexbeleuchtungsverfahren Lichtquellen der drei Farben R, G und B verwendet wurden, die Anzahl der Lichtquellenfarben auch größer als drei gewählt werden. Zudem ist die Reihenfolge der Anordnung der Lichtquellen beliebig. Weiter kann, obgleich in der obigen Ausführungsform als Methode zum Gewinnen der Phaseninformation das Phasenschiebeverfahren benutzt wurde, auch ein anderes Beleuchtungsverfahren benutzt werden, sofern es sich um eine bei niedrigem Glanz wirksame Methode handelt.
Obgleich in der obigen Ausführungsform die Reliabilität der Farbinformation und die Reliabilität der Phaseninformation beide als zweiwertig angenommen wurden, können ferner die Reliabilitäten auch durch vielwertige oder kontinuierliche Größen ausgedrückt werden. Weiter sind die Ermittlungsweisen für die als Reliabilität verwendeten Indikatoren nicht auf diejenigen in der obigen Ausführungsform beschränkt, sondern es können jegliche Indikatoren verwendet werden, sofern sie mit dem Glanz (der Spiegeleigenschaft) der Lotoberfläche korrelieren.
Bezugszeichenliste

1: Leiterplattenprüfvorrichtung
10: Bühne
11: Messeinheit
12: Steuereinrichtung
13: Informationsverarbeitungseinrichtung
14: Anzeigeeinrichtung
20: Bildaufnahmeeinheit
21: Farbinformationsanalyseeinheit
22: Farbreliabilitätsrecheneinheit
23: Phaseninformationsanalyseeinheit
24: Phasenreliabilitätsrecheneinheit
25: Lotgestaltmesseinheit
26: Prüfeinheit
27: Prüfprogrammspeichereinheit
28: Ergebnisausgabeeinheit
110: Kamera
111: Beleuchtungseinrichtung,
111R: Rotlichtquelle
111G: Grünlichtquelle
111B: Blaulichtquelle
112: Projektionseinrichtung
RL: Rotlicht
BL: Blaulicht
GL: Grünlicht
PL: gemustertes Licht

Claims

Messvorrichtung zum Messen einer dreidimensionalen Gestalt von Lot (31,151), aufweisend: eine Bildaufnahmeeinheit (20), welche durch Photographieren ein erstes Bild (70) und ein zweites Bild (73) aufnimmt, wobei die Bildaufnahmeeinheit (20) das erste Bild (70) unter Einstrahlen von Licht (RL, BL, GL) mehrerer Farben (R, G, B) mit voneinander abweichenden Einfallswinkeln aufnimmt, wobei das Einstrahlen von Licht (RL, BL, GL) derart erfolgt, dass an einer Oberfläche des Lotes (31, 151) eine von deren Neigungswinkel abhängige Farbinformation erscheint, und wobei die Bildaufnahmeeinheit (20) das zweite Bild (73) unter Projizieren gemusterten Lichts (PL) aufnimmt, wobei das Projizieren gemusterten Lichts (PL) derart erfolgt, dass an der Oberfläche des Lotes (31, 151) eine von deren Höhe abhängige Phaseninformation des Musters erscheint; eine Farbreliabilitätsrecheneinheit (22), welche für jeden Punkt auf der Oberfläche des Lotes (31, 151) eine Reliabilität der Farbinformation im ersten Bild (70) ermittelt; eine Phasenreliabilitätsrecheneinheit (24), welche für jeden Punkt auf der Oberfläche des Lotes (31, 151) eine Reliabilität der Phaseninformation im zweiten Bild (73) ermittelt; und eine Lotgestaltmesseinheit (25), welche durch Ermitteln einer dreidimensionalen Information für jeden Ort auf der Oberfläche des Lotes (31, 151) unter Verwendung derjenigen Information von der Farbinformation und der Phaseninformation, die die höhere Reliabilität aufweist, die dreidimensionale Gestalt des Lotes (31, 151) generiert.
Messvorrichtung nach Anspruch 1, ferner aufweisend eine Ergebnisausgabeeinheit (28), welche ein die von der Lotgestaltmesseinheit (25) erhaltene dreidimensionale Gestalt des Lotes (31, 151) ausdrückendes Bild an einer Anzeigeeinrichtung (14) anzeigt.
Messvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Farbreliabilitätsrecheneinheit (22) auf Grundlage der Sättigung oder der Helligkeit eines Bildpunkts des ersten Bildes (70) die Reliabilität der Farbinformation für einen dem Bildpunkt entsprechenden Punkt auf der Oberfläche des Lotes (31, 151) ermittelt.
Messvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das zweite Bild (73) mehrere Bilder umfasst, welche unter Variieren einer Phase des gemusterten Lichtes (PL) photographiert wurden; wobei die Phasenreliabilitätsrecheneinheit (24) auf Grundlage eines Änderungsbetrags der Luminanz eines identischen Bildpunktes zwischen den mehreren Bildern die Reliabilität der Phaseninformation für einen dem Bildpunkt entsprechenden Punkt auf der Oberfläche des Lotes (31, 151) ermittelt.
Messvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, ferner aufweisend: eine Farbinformationsanalyseeinheit (21), welche durch Ausführen einer Vielwertwandelverarbeitung zum Aufteilen des ersten Bildes (70) in nach Farbton getrennte Gebiete ein Vielwertbild (71) erzeugt, dessen Bildpunktwerte jeweils unterschiedliche Neigungswinkelbereiche ausdrücken; sowie eine Phaseninformationsanalyseeinheit (23), welche aus der Phaseninformation im zweiten Bild (73) den einzelnen Bildpunkten entsprechende Höheninformationen (74) für die Oberfläche des Lotes (31, 151) ermittelt; wobei die Lotgestaltmesseinheit (25) für diejenigen Bildpunkte unter den Bildpunkten des Vielwertbildes (71), welche eine im Vergleich zur Farbinformation höhere Reliabilität der Phaseninformation aufweisen, den Bildpunktwert auf Grundlage eines Neigungswinkels korrigiert, der aus den durch die Phaseninformationsanalyseeinheit (23) ermittelten Höheninformationen (74) für den betreffenden Bildpunkt und Bildpunkte in dessen Umgebung berechnet wird, sowie die dreidimensionale Gestalt des Lotes (31, 151) unter Verwendung des Vielwertbildes nach der Korrektur (76) generiert.
Messvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, ferner aufweisend: eine Farbinformationsanalyseeinheit (21), welche durch Ausführen einer Vielwertwandelverarbeitung zum Aufteilen des ersten Bildes (70) in nach Farbton getrennte Gebiete ein Vielwertbild (71) generiert, dessen Bildpunktwerte jeweils unterschiedliche Neigungswinkelbereiche ausdrücken; sowie eine Phaseninformationsanalyseeinheit (23), welche aus der Phaseninformation im zweiten Bild (73) den einzelnen Bildpunkten entsprechende Höheninformationen (74) für die Oberfläche des Lotes (31, 151) ermittelt; wobei die Lotgestaltmesseinheit (25) diejenigen Höheninformationen der Bildpunkte unter den von der Phaseninformationsanalyseeinheit (23) ermittelten Höheninformationen (74) der Bildpunkte, welche eine im Vergleich zur Phaseninformation höhere Reliabilität der Farbinformation aufweisen, auf Grundlage einer aus dem Vielwertbild (71) erhaltenen Neigungswinkelinformation für den betreffenden Bildpunkt korrigiert, sowie die dreidimensionale Gestalt des Lotes (31, 151) unter Verwendung der Höheninformationen für die einzelnen Bildpunkte nach der Korrektur (77) generiert.
Leiterplattenprüfvorrichtung (1), aufweisend: eine Messvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6; und eine Prüfeinheit (26), welche unter Verwendung von durch die Messvorrichtung aufgenommenen Daten der dreidimensionalen Gestalt des Lotes (31, 151) einen Verbindungszustand des Lotes (31, 151) gegenüber einem Bauelement (150) oder einer Leiterplatte (15) prüft.
Steuerverfahren für eine Messvorrichtung zum Messen einer dreidimensionalen Gestalt von Lot (31, 151), aufweisend: einen Schritt, in welchem durch Photographieren ein erstes Bild (70) und ein zweites Bild (73) aufgenommen werden, wobei das erste Bild (70) unter Einstrahlen von Licht (RL, GL, BL) mehrerer Farben (R, G, B) mit voneinander abweichenden Einfallswinkeln aufgenommen wird, wobei das Einstrahlen von Licht (RL, GL, BL) derart erfolgt, dass an einer Oberfläche des Lotes (31, 151) eine von deren Neigungswinkel abhängige Farbinformation erscheint, und das zweite Bild (73) unter Projizieren gemusterten Lichts (PL) aufgenommen wird, wobei das Projizieren gemusterten Lichts (PL) derart erfolgt, dass an der Oberfläche des Lotes (31, 151) eine von deren Höhe abhängige Phaseninformation des Musters erscheint; einen Schritt, in welchem für jeden Punkt auf der Oberfläche des Lotes (31, 151) eine Reliabilität der Farbinformation im ersten Bild (70) ermittelt wird; einen Schritt, in welchem für jeden Punkt auf der Oberfläche des Lotes (31, 151) eine Reliabilität der Phaseninformation im zweiten Bild (73) ermittelt wird; und einen Schritt, in welchem durch Ermitteln einer dreidimensionalen Information für jeden Ort auf der Oberfläche des Lotes (31, 151) unter Verwendung derjenigen Information von der Farbinformation und der Phaseninformation, die die höhere Reliabilität aufweist, die dreidimensionale Gestalt des Lotes (31, 151) generiert wird.
Programm, welches einen Computer (13) die Schritte des Steuerverfahrens für eine Messvorrichtung nach Anspruch 8 ausführen lässt.