(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板に印刷された半田に所定の角度から投光したライン光を撮像して半田の高さを測定する高さ測定装置において、
レーザ光源と、
レーザ光をライン光として測定対象へ投光する投光手段と、
ライン光が投光される測定対象を投光軸と所定の角度で撮像する撮像手段とを備え、
前記レーザ光源は直線偏光の光を発するレーザダイオードであり、
該偏光方向がライン光の長手方向に対してほぼ平行となるように前記レーザダイオードの接合面を配置したことを特徴とする高さ測定装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、撮像対象の高さを測定する測定装置に関し、特には、基板上に形成されたパッド面に印刷されたクリーム半田の高さを測定するのに適した高さ測定装置に関する。
【０００２】
従来、高さ測定装置には図５に示すようなものがあった。ここでは、特に基板上に形成されたパッド面に印刷されたクリーム半田の高さを測定するための高さ測定装置を説明する。所望の印刷装置によって基板１Ｐ上のパッド面２Ｐに長板形状をなすクリーム半田３Ｐが印刷されている。パッド面２Ｐのパターンは、印刷されるクリーム半田のパターンと同一パターンであり、印刷パターンによって種々異なった所望の形状を有している。
【０００３】
投光手段１０Ｐからはライン光１１Ｐがクリーム半田３Ｐに向かって斜め上方から投光され、クリーム半田３Ｐの断面形状に沿ってできた像を垂直上方よりＣＣＤカメラ１２Ｐで撮影している。
ＣＣＤカメラ１２Ｐで撮影した画像はＣＣＤカメラ制御器２０ＰでＡ／Ｄ変換され、画像取込み器２１Ｐで取り込まれる。そして、その取り込まれた画像データは次の座標演算装置２２Ｐによってクリーム半田３Ｐの三次元座標に変換され、これに基いてクリーム半田の高さが測定される。
【０００４】
このような高さ測定装置は、例えばクリーム半田印刷装置に組み込まれて使用され、この場合、測定ユニット（図５の点線で囲まれた部分：投光手段１０Ｐ、ＣＣＤカメラ１２Ｐ、ＣＣＤカメラ制御器２０Ｐ）が、図示しないＸ−Ｙガントリーに取り付けられて、基板１Ｐ上方の平行な平面上を自由に移動可能とされる。
【０００５】
次に作用を説明する。基板１Ｐのパッド面２Ｐにクリーム半田３Ｐが印刷して印刷処理が終了すると、その後、印刷されたクリーム半田３Ｐの高さを測定する高さ測定処理が行なわれる。具体的には、Ｘ−Ｙガントリーによって測定ユニットが退避位置から目的とする測定位置まで移動される。
そして、投光手段１０Ｐから測定対象であるクリーム半田３Ｐ上にライン光１１Ｐを投光し、基板１Ｐのパット面２Ｐとクリーム半田３Ｐの形状に沿ってできたライン光１１Ｐの像をＣＣＤカメラ１２Ｐによって撮像し、高さ測定が行なわれる。続いて、ライン光１１Ｐを移動してＣＣＤカメラ１２Ｐの視野内の高さ測定を行うことによって、３次元形状を得る。この移動ピッチは、得ようとする３次元形状の解像度によって変わってくるが、例えば、従来の測定装置では５０μｍという微小幅である。これが終了すると、測定ユニットを基板１Ｐの他の測定箇所へと移動して再び同様の高さ測定を行う。これを順次繰り返して、測定が必要な全ての範囲で高さを測定し、再び退避位置へと退避する。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、高さを測定するためには、投光されたライン光のクリーム半田の像を確実に撮像する必要がある。そこで、クリーム半田の像を確実に撮像するためには、投光手段の輝度を、クリーム半田で拡散反射されてＣＣＤカメラへと届く光の輝度が、クリーム半田の像を確実に撮像するのに必要な輝度となるような強度としなければならない。
【０００７】
ところが、パット面の拡散反射率がクリーム半田の拡散反射率よりも約８倍も大きいため、パット面で拡散反射されてＣＣＤカメラへと届く光の輝度が強すぎて、ハレーションを起こしてしまい撮像対象の正確な像が得られず、正確な測定結果が得られないという問題があった。図２に示した図が正常な撮像状態であり、図３に示した図がハレーションを起こした撮像状態である。図２、３は基板上に左から右方向を長手方向とする長方形状のパット面が上から順に５つ並んで形成されており、パット面上に直方形状に設けられるクリーム半田を上から下へと向かうライン光で左右方向に位置をずらして３箇所切断したライン光を撮像したものである。
【０００８】
図２において、逆コ字形状で示される部位がクリーム半田である。そして、逆コ字形状のそれぞれの両右端にパット面が写されている。そして、図３を見ると、明らかにパット面でハレーションが起こっていることがわかる。
【０００９】
【発明を解決するための手段】
本発明は、上記問題に鑑みてなされたもので、基板に印刷された半田に所定の角度から投光したライン光を撮像して半田の高さを測定する高さ測定装置において、レーザ光源と、レーザ光をライン光として測定対象へ投光する投光手段と、ライン光が投光される測定対象を投光軸と所定の角度で撮像する撮像手段とを備え、前記レーザ光源は直線偏光の光を発するレーザダイオードであり、該偏光方向がライン光の長手方向に対してほぼ平行となるように前記レーザダイオードの接合面を配置している。従って、投光手段から投光されたライン光は撮像対象上でほぼ正反射し、拡散反射光の光量が減る。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、図１から図３により説明する。ここでは、特に基板上に形成されたパッド面に印刷されたクリーム半田の高さを測定するための高さ測定装置を説明する。
【００１３】
【第１の実施の形態】
本発明の第１の実施の形態を図１を用いて説明する。図１は、第１の実施の形態の高さ測定装置の側面図である。
基板１上に所望の回路パターン形状に形成されたパット面２を形成し、クリーム半田印刷装置によってパット面２上に、パット面２よりも僅かに小さな面積で所望の高さを有するクリーム半田３を印刷している。そして、クリーム半田３の高さは、投光手段と撮像手段とライン光を平行に移動する手段とにより測定される。
【００１４】
１０ａはレーザダイオードであり、直線偏光の光を、その偏向方向を基板１とほぼ平行にして発生する。具体的には、単一モード発振のレーザダイオードで、２つの接合面の間から、接合面と平行な方向の波を持つ直線偏光の光を発する。また、光軸が基板１と平行となるように配置されている。
レーザダイオード１０ａから発射された光は、コリメートレンズ１０ｂを通り集光されて平行光となり、フォーカシングレンズ１０ｃを通って基板１上でスポット光となるように絞り込まれ投光ミラー１０ｄで反射され、ラインジェネレータレンズ１０ｅを通して図１中の紙面表裏方向に延びるライン光とされて基板１上に投光される。フォーカシングレンズ１０ｃとラインジェネレータ１０ｅの作用により、光は基板１上で、幅１４μｍ、長さ１０ｍｍのライン光とする。この幅は、測定対象によっても変わってくるがクリーム半田の高さ測定においては１４から２０μｍの範囲であるのがよい。
【００１５】
投光ミラー１０ｄの配置は、反射面がレーザダイオード１０ａの光軸（基板１面と平行）に対して６７．５度の角度であり、投光ミラー１０ｄの反射面で反射した光を基板１上に４５度の角度で投光する。
基板２の垂直上方には撮像手段としてのＣＣＤカメラ２０を設けており、基板１上の垂直上方でパット面２及びクリーム半田３によって反射した反射光を撮像している。ＣＣＤカメラ２０の撮像視野は６ｍｍ×６ｍｍで、ノンインターレースである。
【００１６】
本実施の形態の高さ測定装置では、レーザダイオード１０ａ、コリメートレンズ１０ｂ、フォーカシングレンズ１０ｃ、投光ミラー１０ｄ、ラインジェネレータレンズ１０ｅにより投光手段が構成されている。
また、この内のフォーカシングレンズ１０ｃ、投光ミラー１０ｄ、ラインジェネレータレンズ１０ｅは、投光ユニット３０ａに組み込まれている。投光ユニット３０ａはリニアアクチュエータ３０ｂのシャフトに取付けられており、リニアアクチュエータ３０ｂの作用によって、投光ユニット３０ａをレーザダイオード１０ａの光軸と平行な方向（矢符Ｘで示す方向）に１０ｍｍのストロークで往復直線運動をする。
【００１７】
次に本実施の形態の上記の構成による作用を説明する。レーザダイオード１０ａからの光は、コリメートレンズ１０ｂによって平行光とされ、フォーカシングレンズ１０ｃによってスポット光とされる。レーザダイオード１０ａの接合面が基板１と平行となるように配置されているため、レーザダイオード１０ａから発射された光は、ライン光に平行な方向の波、つまり、図１における紙面表裏方向に振動する平面波として進行する。図４は、投光されるライン光の波の様子を示す概略斜視図である。
【００１８】
フォーカシングレンズ１０ｃからのスポット光は、投光ミラー１０ｄで反射され、ラインジェネレータ１０ｅによってライン光とされ、基板１上の測定対象であるパット面２及びクリーム半田３上に４５度の角度で投光される。この時、ラインジェネレータ１０ｅを通った光は、振動方向を図１における紙面表裏方向の平面波として進行するので、パット面２のような平らな面では正反射しやすい性質を持っている。従って、パット面２では多くの光が投光側とは反対側の４５度の方向（図１中の二点鎖線で示す）に反射する。
【００１９】
パット面２及びクリーム半田３上のライン光は測定対象の外郭線となって反射し、基板１の垂直上方に位置するＣＣＤカメラ２０によって撮像される。そして、基板１上のライン光は、リニアアクチュエータ３０ｂの作用により４．８ｍｍ／ｓｅｃの一定速度で図２における右から左へと移動し、この間ライン光がＣＣＤカメラ２０の視野内において、レーザダイオード１０ａを５０μｍのピッチ毎に２ｍｓｅｃ点灯させて、ＣＣＤカメラ２０の視野内に複数のライン光を形成する。撮像画像は、概略、図２に示すようになる。ただし、図２はＣＣＤカメラ２０の視野の一部を示したものであり、また、並列に並んだ５つのクリーム半田を撮像したものである。
【００２０】
撮像された画像は、前記従来の技術で説明した方法で処理されて、クリーム半田の高さが求められる。
【００２３】
本発明は、上述した第１の実施の形態に何ら制限を受けることはなく、要旨を逸脱しない範囲において自由に変更することができる。
【００２４】
例えば、本発明の高さ測定装置をクリーム半田印刷装置に適用した場合、高さ測定だけでなく、クリーム半田を印刷する前のステンシルと基板の位置合わせに適用してもよい。つまり、印刷前に、印刷パターン形状に繰り抜かれた板状のステンシルと、印刷パターン形状に形成された基板上のパット面とを一致させる必要があるが、通常、一致させるためにステンシルの一部分に形成されたステンシルマークと基板の一部分に形成された基板マークを認識し、これらの相対位置を調節することによって一致させている。そして、この基板マークの認識には専用の装置を用いていた。そこで、高さ測定装置を基板マークの認識に適用することによって、基板マークの認識装置を無くすることができる。また、高さ測定のときと同様にマークあるいはマーク周辺の面からの拡散反射量を減らすことができるので基板マークの認識を確実に行うことができる。
【００２５】
【発明の効果】
本発明によれば、迷光の無い画像が得られ画像処理が容易となる。従って測定精度を高めることが出来る。また、上記の効果に加えて、レーザダイオードからは直線偏光の光が発生するので、レーザダイオードを投光手段の光源として適用したため、新たに直線偏光とするための手段が必要ないから、装置自体を小型化することができる。
【００２６】
更に、高さ測定装置を小型化することができるので、印刷装置に適用した場合でも印刷動作の邪魔になることなく限られた狭い空間に適用することができるので非常に有効である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態の高さ測定装置の側面図。
【図２】正常な撮像状態を示す図。
【図３】ハレーションを起こした撮像状態を示す図。
【図４】投光されるライン光の波の様子を示す概略斜視図。
【図５】従来の高さ測定装置を示す図。
【符号の説明】
１…基板
２…パット面
３…クリーム半田
１０ａ…レーザダイオード（投光手段）
１０ｂ…コリメートレンズ（投光手段）
１０ｃ…フォーカシングレンズ（投光手段）
１０ｄ…投光ミラー（投光手段）
１０ｅ…ラインジェネレータ（投光手段）
２０…ＣＣＤカメラ（撮像手段）
３０ａ…投光ユニット
３０ｂ …リニアアクチュエータ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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