【発明の詳細な説明】
三次元物体の画像形成装置
詳細な説明
この発明は、三次元物体の画像を形成すること、調査研究すること、そして必
要な場合は測定を行うこと、特に、ＳＭＤ部品のような製造物の自動化された品
質検査を行うことに関する。
線対称である透明な物体を検査する装置がDE-AS-26 17 457 号およびUS-A-4,0
25,201号に開示されている。この知られた装置は、カメラの形態をなす撮像装置
と、三次元物体（ガラス瓶）を異なる方向から眺める方向を変えて別々の画像を
同時にカメラに投影する複数のミラーとからなる。パルス化された光源が、複数
のミラーとパルス化された光源との間にある画像形成区域を照明する。調査対象
である瓶は、コンベヤーベルトによって画像形成区域を通って移送される。この
知られた技術においては、透明な物体に対してのみ有効である点および透明な物
体の歪んだ画像のみを発生する点という二点において不利である。
同様な装置が、DE-A31 06 398 A1号によって知られている。これは、それ自身
の照明装置を伴わない簡単な設計をなしている。この公知の装置を使用すれば、
透明ではない物体を含むすべての物体について眺める方向を変た２つの画像を発
生することが可能である。調査しようとする物体を画像形成区域に別々に配置し
なければならない点が不利である。
DE-AS-26 17 457 号とUS-A-4,025.201号に開示された装置も、DE-A31 06 398
A1号に開示された装置も、どちらも、光学部材とミラーを用いるので、例えばＳ
ＭＤ部品のような比較的小さい物体用には不向きである。
この発明を適用するのに好適な分野においては、画像形成および検査の対象で
ある三次元物体は、接続部を備える電子工学部品である。自動化された調査は、
三次元座標系および／または検査の空間的配置における接続部の位置の決定およ
び／または電子部品の接続が同じ平面にあることの検査とからなる。
印刷回路基板が電子部品に自動的に取り付けられるときは、ここの電子部品が
供給装置によってマガジン等から排出されて、次々と配置され印刷回路基板上で
ハンダ付けされる。知れられているように、電子工学部品はICパッケージ内に収
納される。印刷回路基板の接点に対する接続部（ハンダのパッド）は、接続ピン
を介して発生する。部品を装着するときは、ハンダのパッドが、ハンダの堆積物
（一般にはハンダのペースト）を備える。部品を装着した後に、ハンダの堆積物
が加熱され、そうすることでピンを収納する。この接続によって結果的に、ICパ
ッケージが印刷回路基板上で機械的に支持されて電気的接続が発生する。表面装
着（表面装着デバイス、SMD′s）用のICパッケージの場合には、ICパッケージの
すべてのピンがソルダーパッド（X-Y 位置、パッド適合）上に配列され、ハンダ
付の最中にピンがハンダの堆積物内へ突出するように、ほぼ、１平面（すなわち
共面）をなしていなければならず、そうすることでピンがハンダのパッドと接す
る。多数ピンのICパッケージ（およそ20ピン以上）、しかしながら特に小区域（
ピンの中心間の距離が0.5mm 以下、正確なピッチ）の場合は、ピンの検査システ
ムが絶対に不可欠である。ピンの幾何学的配列を検査するには極めて厳格な要件
が課される。測定がマイクロメータの範囲で行われる。測定の正確性と反復性と
が検査の質を決定し、こうしてなお、印刷回路基板上に使用可能な部品を装着す
ることが可能になる。
ICパッケージのピンを三次元に亘って検査するために、検査システムが必要で
ある。しかしながら、そのようなシステムは技術的に複雑（例えば、５台のカメ
ラが必要）であり、高価でもある。他方において、そのようなシステムは有意な
制限を受ける。こうして、これまでに知られている装置においては、ある限られ
たタイプのICパッケージだけが検査される。
したがって、それ自体としては知られている三次元検査を２段階に分割するこ
とが有利である。すなわち、水平方向の検査と、共面性を有しているかどうかの
検査である。
水平方向の検査においては、差し当たりピンの二次元の検査が行われる。すな
わち、X-Y 整合（ピッチのばらつき、グループスパンの位置）、部品の配置のた
めの修正されたパラメーターの決定、パッドの適合性（X-Y 位置の訂正と回転角
θ）およびピン１の同定である。共面性を有するかどうかの検査においては、IC
パッケージの重心を囲む３つの最長ピンを介して装着域を計算すること、装着面
に関するピンの共面性を計算し、装着面とパッケージの下方エッジ部（パッケー
ジの絶縁体）の間の距離を決定することによって、ピンのZ 軸方向の高さ（共面
性）について検査が行われる。
部品の接続ピンの位置と間隔を検査するこれまでに知られている装置と方法に
ついては、下記の文献が参考になる。
- Ueli Meili, Quasys, in Productronic,No. 10,1993,″Qualitatsprufung a
n SMD-Pins-Quo Vadis?″[Quality testing of SMD pins - QUO Vadis?];
- John Farrel, Cahners Economics,Newton,Mass.,USA,in Semiconductor Int
ernational, No.53,October 1993,″Economic Indicator″;
- Gunther Schiebel,Siemens AG AUT 5,in Productronic,No.11,″Ins rechte
Licht geruckt″[Seen in the right light];
- Blaupunkt,in EPP Elektronik Produktion & Pruftechnik,No.11,November
1993,″Ball-Grid Arrays ersparen Fine-Pitch″[Ball-grid Arrays save fine
pitch];
- wolfgang Schuh, in Profuctronic,No.3,1990,″Automatiche optische Ins
pektion von Weizen trennen″[automatic optical inspection of SMD modules
- separating the wheat from the chaff].
ウォルフガング・シュー氏(wolfgang Schuh)による前記最後の記事は、SMD モ
ジュールの自動光学検査用に市場に出回っているシステムの概観を代表している
。
単一カメラのシステムが、US-A-4,959,898号に開示されている。
この公知の装置は、カメラの形態をなす画像ディスプレイ装置と、SMD 部品の
方向を変えた五つの別々の画像をCCD カメラの共通の画像形成面に同時に投影す
る複数個のミラーとで構成される。ミラーの間にある画像区域と、画像区域にあ
るSMD 部品とは、環状の照明装置によって照明される。接続ピンの位置は、三次
元の大きさを有する測定部によって測定された参照測定値によってXYZ 座標系内
で決定される。この公知の装置の場合、SMD 部品が画像区域に「浸り込む」こと
にならなければならない点が不利であり、その結果として複雑で高価な自動取り
扱いシステムが必要となる。画像区域に浸り込むとき、SMD 部品の接続ピンが、
損傷を受ける危険がある。別の不利益は、測定部を高度に精密に製造することが
極端に高価なことである。
DE-A-42,09,524号には、SMD 部品の配置、間隔の同定および共面性を検査する
装置と方法を開示しており、この方法は、SMD 部品によって位置を決定するCCD
カメラに投影されたシャドーを利用する。
W0-A-91/15104 号は、SMD 部品の検査装置と検査方法を開示しており、異なる
方向からの光によって投影されたシャドーがやはりXYZ 座標系を決定するために
利用されている。
DE-A-41,39,189 A1 号には、３台のカメラを使用するSMD 部品の検査装置と検
査方法を開示する。SMD 部品はレーザービームによって測定される。
DE 40,32,327 C2 号およびEP-A-0,385.474号は、やはり、半導体部品の検査装
置と検査方法を開示しており、この場合は、検査対象である部品を高コントラス
トで照明するために特殊な光源を用いる。
前記の公知のシステムはいずれも、多少なりとも下記の不利益を有する。
１．全処理時間（移送、記録、および画像処理アルゴリズム）が極度に遅く、一
般にICパッケージ１個辺り多数秒を要する。
２．画像形成中および測定時にはICパッケージは動かすことができない。
３．多数の個々の画像が連続して必要であり、部品は個々の画像（移送、Z 軸方
向への移動または回動）の間を移動されなければならない。測定のサイクルが比
較的長時間毎に継続するので、あらゆる環境に普通に見られるように、振動が測
定結果に無視できない誤差を導入する。
４．特別な幾何学的な形状の配置（例えばJ リードまたはガルウイング）が行わ
れる結果としてのICパッケージの範囲に対する限界。
５．共面性センサーが大きく、一体形成が困難である。
６．センサーの汚染。
７．10242個の画素を備えるカメラの使用が往々にして不可能であり、フレーム
を掴み取る適切な装置が（まだ）利用できない。
８．X 方向のピンの検査とY 方向のピンの検査とを組み合わせることが不可能で
あり、いずれにせよ１ステップで実行することはできない、すなわち、一体化が
さらに複雑を極める。
９．測定部の製造が極端に高価である。
この発明は、したがって、三次元物体を検査し画像を形成する装置を利用可能
とする目的を有し、この発明の装置は、装置技術的な観点からも簡潔で省コスト
効果が大きく広範に使用することが可能で扱いが容易である。装置を測定する方
法および前記の装置を使用して三次元物体の状態を検査する方法を利用できるよ
うにすることもこの発明の別の目的の１つである。
この目的は、請求の範囲１記載の装置によって達成される。
この発明によれば、画像区域に配置された三次元物体の画像を形成する装置は
、画像ディスプレー装置と、複数の光学部材を備える光学的装置と、物体が画像
区域に配置されたとき、この三次元物体を短時間照明するための照明装置とで構
成される。三次元物体の少なくとも２つの異なる視野の個別の画像が、異なる展
望角度から、画像ディスプレー装置の共通の画像面に同時に投影される。画像装
置の光学部材は、複数のミラー、平面鏡、プリズム鏡、光導体、レンズなどで構
成して良い。検査対象である物体は、これが画像区域内に配置された瞬間に、フ
ラッシュ光の形態をなす照明装置によって照明される。物体を短時間だけ照明す
ることは、照明することに起因する熱的歪みを少なく維持するという利点を有す
る。
画像区域が、光学的画像装置の個別の光学部材の間の視野の各境界線の外であ
って照明装置と光学的画像装置の個別の光学部材の間の視野の各境界線の外に配
設されるという事実によって、物体が″on-the-fly″な状態で検査を施すことが
可能である。このことは、検査対象である物体が方向を変えずに画像区域を通過
することができ、正確な瞬間にフラッシュ光によって照明され、様々な個別の画
像が、この瞬間に同時に発生することを意味する。さらには、このことが結果と
して、ICパッケージの組み込み構造物のコンパクト構造と部品の自動載置機の一
体化適応性(trim and form,tape and reel,lead conditioner etc)を可能とする
。検査に際しては、物体の方向変換や、停止がなく、複雑な取り扱いを全く必要
としないので、″on-the-fly″な状態で検査を行うことによって、物体の検査を
自動
化する適応力はかなり単純化される。
三次元物体を画像ディスプレー装置の画像区域に角度を変えて同時に投影する
こと、および、そのディスプレー内容がモニターに伝わることの結果として、三
次元物体の、いわば、「オールラウンドな検査」がモニターにとっては一目で可
能になる。その結果、二次元物体の前後いずれかの面に特定の刻印模様が正しく
施されたかどうかが一目でチェック可能になる。この場合、有利なことには物体
を回転したり他の手法で操作することは不要である。検査対象の物体を画像区域
を通過させるだけで検査が可能である。
画像ディスプレー装置の感知性能と応答時間とともに、検査対象物体が画像区
域を通過して移動する速度が、撮像間隔の長さを決定し、またフラッシュ光のパ
ルス発生持続時間をも決定する。照明の間隔とフラッシュ光のパルス発生持続時
間がμ秒の帯域にある場合は、物体が１ｍ／秒で画像区域を通過してもシャープ
な画像が信頼性を以て発生する（請求の範囲７参照）。充分にシャープな画像を
生じるためには、物体の移動速度が一定値に固定されることが望まれる結果とし
て発生する像の明瞭性の不足を補うために、適当なコンピューター利用画像処理
手段を使用することも想像可能である。
この発明の好ましい精華によれば、画像区域は、画像ディスプレー装置と光学
的画像装置の個別の光学部材の間の視野の各境界線の外に配置される。その結果
、画像区域は依然としてさらに空間域に露出しており、多数の方向からアクセス
が可能で、方向変換を行うことなく通過移動することができる。このことによる
効果は、もしも画像区域が、照明装置と、画像ディスプレー装置または光学的画
像装置の間の視野の境界線の外側に配置されるならば強化される。照明装置と画
像ディスプレー装置は、光画像装置のような複数の部材で構成しても良い。視野
の境界線は、それぞれの部材の間に引かれる（請求の範囲２参照）。
この発明の精華によれば、画像形成装置の光学部材は、複数のミラーで構成す
ることができる。これらのミラーはこの場合は、ぶったいの少なくとも２つの視
野が画像面に互いに並んで現れるように配設される。二重屈折を避けるためには
平面鏡が好ましい。他の諸点においては、ミラーというタームは、例えばプリズ
ムミラーのように光を他方向に反射または屈折するすべての光学装置を包含する
ことを意図している（請求の範囲３参照）。
この発明の装置の特に好ましい精華によれば、個別の画像のビーム通路は、画
像区域内の中央画像位置から共通画像面に至る同一の長さである。特に、もし、
画像ディスプレー装置として１つのCCD カメラが使用されるならば、焦点深度の
範囲内で、すべての個別画像の均一でシャープな画像が生じるであろう（請求の
範囲４参照）。
この発明の特に好ましい精華によれば、光学的画像装置と照明装置とは、閉じ
たハウジング内に収容されており、このハウジングは、外に配置される物体を探
知するための窓を備えている。塵埃を遮断する態様で閉じられたハウジングが特
に好ましい。圧力の問題を避けるために、ハウジングは、塵埃遮断と釣り合いを
取る穴（フィルター）を備える。ハウジング内に醸成される湿気を避けるために
適当な手段（吸湿袋、シリカゲル）が採用される。特に単純な補強策としては、
ハウジングを内側に向かって突出する斜面を有する窓を備え、ミラーが嵌め込ま
れるプラスチック材料製とすることである。照明装置と光学的画像装置とを閉じ
たハウジング内に収容することも、画像区域が請求の範囲１および２によって視
野の境界線の外側に配置されるという事実によって単純化される（請求の範囲５
参照）。
この発明の装置の特に好ましい精華によれば、窓がハウジングの一方の面にあ
る畝状凹部として設計される。この窓は、物体と、これに関連して最も近接して
設けられるミラーとの間のビーム通路に適合する少なくとも１つの透明な側壁を
有する。窓の側壁は、物体を指向する光ビームができる限り直角に側壁を通過す
るように、底面に対して鋭角をなして設けることが好ましい。底面は透明な面に
設計して良い。窓の配置は、前記４つの側壁が物体の透明な部分に対して直角を
なして、互いに平行して並ぶように選ばれる。画像区域は、窓上方の中心ではあ
るが、凹部と前記ハウジングの外に位置することが好ましい（請求の範囲６参照
）。
照明装置は、物体が投射光によって最大限に照明されることを可能にする。こ
れは、例えば、点光源からの投射光であっても良く、さもなければ、例えば、ば
らばらに、またはグループをなして作動される複数の発光ダイオードの形態をな
しても良く、例えば、照明される物体の形状に対応する形状をなして設けられる
。環状形態を取ると（請求の範囲８参照）、検査の対象である物体を均一に照ら
すことができる。
光源から放射される光の波長は、適用物体に応じて適当に選択される。もし、
検査が金属の粒度の限界や他の顕微鏡的な細部を探知することを目的としないの
であれば、赤色光または赤外帯域に近い光で照明を行うことが金属製の物体の画
像を形成するために有効であることが分かっている（請求の範囲１１参照）。
照明装置から放射されない光は、例えば、画像ディスプレー装置の前方にある
適当な濾過装置によって濾過することができる（請求の範囲１２参照）。このこ
とによって、太陽光または室内の人工光のような外光が画像の品質に影響するの
を防止することができる。
この発明の特別な強化案によれば、特にCCD マトリクスカメラにそのまま残る
解像用の電子光学的トランジューサーは、この場合は画像面の下に設けなければ
ならない。このようにして、下流側の画像処理装置によって物体の自動的な検査
が簡単化される（請求の範囲１３参照）。
照明用のフラッシュ光をカメラと同調結合することは、電子工学的に始動され
トリガーされるカメラを使用すれば可能であろう（請求の範囲１４参照）。
検査対象である物体は、面装着部品(SMD)、すなわち Jリードおよびgull wing
ピンまたは先端部が球状の接続部を備えるICパッケージ、であることが好まし
い（請求の範囲１５参照）。
この発明の特別な強化案によれば、画像処理装置が、少なくとも、２つの個別
の画像から、三次元物体の画像上の座標点を計算するために設けられる（請求の
範囲１６参照）。このようにして、物体全体または部品または部品の副次的な帯
域について２つまたは３つの座標位置が決定される。
特に好ましい実施例によれば、この発明は、寸法的に安定した材料、特にガラ
ス製の、ハウジング表面に平行なプレートからなる較正部を有する。位置と大き
さとが高度に精密な態様で設計されたマークパターンが、前記ガラス製のプレー
トにエッチングによって施される。較正部は、固定装置によって、精密に再現可
能に、画像区域内に配置される。較正部は、規定された態様で、例えば、マイク
ロメータースクリューによって、Z 軸方向にシフトされることができる（この場
合、マークパターンを備えるガラスプレートの平面がXY平面を構成する）。
画像区域内においてZ 軸方向に高さを異にするフラットなマークパターンを有
する較正部を設定することにより、二次元の較正部（高度に精密なマークパター
ン）を使用して、三次元の較正部が仮想的にシミュレートされる。位置と大きさ
とが知られているマークパターンの測定結果と、窓の上方でZ 軸方向におけるマ
ークパターンの知られた高さとから、変換マトリクスが決定される。二次元のマ
ークパターンを有する窓に平行なプレートが、US-A-4,959,898号に開示される三
次元較正部よりも、要求される正確性で比較的容易に製造できるので、この発明
の較正部はかなり省コストで提供されることが可能である。
物体の移動をフラッシュ光の照明とカメラの始動に同調結合することによって
、物体の検査は完全に自動化することができる。
この発明のこれ以上の細部、特徴および利点は添付図面を参照しつつ下記の説
明から明らかであろう。
添付図面において、
第１図は、平行六面体の窓を有するこの発明の装置の模範実施例の概念図であ
る。
第２図は、第１図の模範実施例の概念的平面図である。
第３図は、２つのビームの通路を備える画像形成装置におけるミラー装置の原
理を説明するための概念図である。
第４図は、画像形成装置における典型的なミラーの概念図である。
第５図は、４つのビーム通路を備える第３図に対応する図である。
第６図は、SMD 部品の４つの面を画像処理する装置の共通の画面に形成された
画像の４つの面を描いた概念図である。
第７図は、SMD 部品のさらに別の画面に形成された画像の底面図の概念図であ
る。
第８図は、異なる面上にある複数の光源を備える照明装置の概念図である。
第９図は、この発明の様々な部品のスペクトル特性を伴う線図である。
第１０図は、フラットなマークパターンを有する測定部の平面図である。
第１１図は、画像形成区域に装着された較正部の概念図である。
第１２図は、較正部のZ 軸方向の様々な画像形成位置を示す概念図である。
第１３図は、SMD 部品の自動検査システムの概念図である、
第１４図は、第１３図の検査システムの機能に関するタイミングダイアグラム
を示す。
第１５図は、「ガルウイング」タイプのSMD 部品の概念的平面図である。
第１６図は、SMD 部品の概念的側面図である。
第１７図は、J リードタイプのSMD 部品の概念的底面図である。
第１８図は、部品の概念的側面図である。
第１図および第２図は、この発明の第１実施例の高度に単純に概念化された図
であり、検査の対象である部品２が、矢印４で示される移送方向において画像形
成区域６内に供給される。画像位置７は画像形成区域６の中央に位置する。図示
の部品２は、表面上に置かれた部品２であって、４つの各側面２−１、２−２、
２−３、２−４のそれぞれに４つの接続部またはピン８を備えるJ リードタイプ
のピンを有する。光学的画像形成装置１２と照明装置１４は、埃から遮断される
ことが好ましいハウジング１０の内部に配置されている。画像形成装置１２は、
光学的に中央画像位置７を指向するように設計される。CCD マトリックスカメラ
１６の形態をなす解像用オプトエレクトロニクスタランジューサが、部品２を照
明装置１４からの適当な波長の光で照らした後、部品２の各側面２−１、２−２
、２−３、２−４について個々の画像１７、１８、１９、２０が前記CCD カメラ
１６の感光性画像表面、すなわち共通画像面２１上に同時に作られるような態様
で配置されている。共通画像面２１上の４つの個別画像１７−２０の配置は、第
６図に概念的に図示されている。第７図によれば、部品２の下面２２の別の画像
２３が、別体に設けられた第２のCCD マトリックスカメラ２４の画像面２５上に
作られる。
第３図〜第５図により詳細に示される光学的画像装置１２は、ミラー２６の形
態をなす複数の光学部材で構成される。ミラー２６は、部品２の４つの側面２−
１、２−２、２−３、２−４が、第１のCCD カメラ１６の撮像面に同時に画像形
成がなされるように、正確にいえば、個別側面１７〜２０が、CCD カメラ１６の
共通の画像面２１に互いに沿って見えるように調節されて設けられる。この場合
、個別のミラー２６の数と配置は、それぞれの個別画像１７、１８、１９、２０
が正確な位置に、CCD カメラ１６の画像面２１上に同じ焦点を結ぶように選択さ
れる。
例示の画像形成装置の場合は、１１個のミラーが設けられており、すなわち、
CCD カメラ１６の画像面の正反対側にある部品の側面を例外として、画像形成の
対象である各側面用に３個ずつであり、前記の例外である側面の画像形成用には
２個のミラーが必要なだけである。明快を期すために第３図には関連するミラー
２６とともに２つのビーム通路だけが示されている。第４図は、実施例のミラー
２６の１形態を示す。ミラー２６の該当する形態は、直角をなす角錐の断面に基
づいている。これらの断面は、画像形成に実際に使用されるミラー面を作り出す
。
製造上の理由から、ミラー２６は、直角をなしてもよく、前記角錐の断面は、し
たがって、直角をなすミラーの補助表面である。
第５図は、２つのビームの代わりに、４つの部品の側面２−ｉの個別画像を示
すために関連する複数のミラーとともに、４つのビーム通路を示している。第３
、５図においては、物体からミラー２６を介して第１のCCD カメラ１６の共通の
画像形成面２１に至る各ビーム通路が実線で示される。点線は、XYZ 座標系内の
各ミラー２６の三次元的な配置をより良く想像することができるように、各ミラ
ーの中心点からXY平面内の関連する基点に至る接続線を示す。画像区域６と画像
位置７のずらされた、または方向性のある配置が第３図および第５図に非常に良
く示されており、この画像位置７は、部品２が方向変換を行うことなく画像区域
６を通過して移動することを許容する。
ハウジング１０内に設けられた画像装置１２によって、部品２を探知するため
に、ハウジング１０の上面に畝状の窓３０が配設されている。前記の窓３０は、
部品２が画像区域６内に位置したとき、画像装置１２と照明装置１４のビーム通
路を部品２に対して開放する。窓３０は、側壁３１と、照明装置１４から発せら
れる光のための透明なベースプレート３２とを備える。複数の側壁３１は、物体
と、その撮像対象である側面に最も接近して配置されたミラー２６との間の光ビ
ーム中に配設されている。理想的には、各側壁３１の表面に対する法線が、ミラ
ー装置の関連するビーム通路と可能な限り平行に走行することが好ましい。この
ことは、側壁３１上における光ビームの二重の屈折によって画像に発生する不正
確性とシャープさの不足、または側壁３１を通過することによる強さの損失を避
けるために必要である。もしも、適切な測定の確実性が保証されるならば、窓３
０の各側壁３１はもちろんビーム通路に対して傾斜して設けられても良い。
第１図および第２図の実施例においては、窓３０は、第１図にしたがって、ハ
ウジング１０の上面の畝状の凹部の形態に設計される。第１図に示される窓３０
は、部品２の移送方向と平行に、また、部品２に対して直角をなして走る直立し
た側壁３１を有する。各側壁３１は、どの場合も、部品２の４つの面と、これに
最も近く位置するミラー２６の間のビーム通路中に配設されている。各ビーム通
路は、第１図によれば、約15度の角度をなして、窓３０の各側壁３１を通って部
品２の関連する側面２−１、２−３へと斜めに下降する。画像区域６はハウジン
グ１０の上方で窓３０を越えたところにある。
この模範実施例においては、第１のCCD カメラ１６は、こうして、下から斜め
に部品２を視野に入れる。どちらの場合も、部品２の向かい合う面２−１および
２−３に焦点が合わされる。展望角は水平線から約15度、すなわち、ほぼ水平で
ある。４つのすべての面２−ｉの像は、第６図に概念的に示されるように、共通
の画像面２１の視野に同時に出現するように、ミラー装置１２を介してCCD カメ
ラ１６に受容される。各部品面２−ｉからCCD カメラ１６の共通画像面２１に至
るの４つのすべてのビーム通路は、同一波長であり、すなわち４つの焦点はカメ
ラから等距離にあり、中央画像位置７に配置される。
図示の実施例には、XY平面内において下からZ 軸方向に部品２を展望する第２
のCCD カメラ２４が設けられている。この画像の視野は第７図に概念的に描かれ
ている。この場合は、第１図によれば、別のCCD カメラ２４を設置することがで
き、ハウジング１０の側面には別のミラー -第１３図の参照番号２７- が、部品
２の下面２２を撮像するために適当な態様で設けられる。その代わりに、CCD カ
メラ１６および２４ハウジング１０の下面、画像区域６の垂直下方に設けること
もでき、この場合は、カメラ２４の代わりにミラー２７を省略することも可能で
ある。
この場合の第２のCCD カメラ２４の役割は、CCD カメラ１６の画像域の幾何学
的な制限から生じる。もし、画像面が充分に大きければ、部品２の下面２２は、
もちろん、４つの側面の像２−１、２−２、２−３、２−４のように同一の画面
に写し出されるので１つのカメラだけで処理することが可能である。
第８図は、第２図のA-A 線に沿う画像装置の断面を概念的に示す図である。照
明装置１４は、LED（発光ダイオード）３４の形態をなす複数の個別光源で構成
され、これらは、ハウジング１０の２つの平面に配設される。画像区域６内で窓
３０を越えた所に配置される部品２は、LED ３４によって、第８図に示されるビ
ーム通路によって照明される。第８図においては、窓３０の側壁３１が、斜めを
向くように設計されるので、様々な光ビームが可能な限り直角をなして側壁３１
を通過することができる。画像区域６内にある部品２に対する上部ミラー２６か
らの展望角は約15度であり、平面１のLED ３４の方向を展望する角度のずれは18
度であり、平面２のそれは45度である。画像区域６が、光学的画像装置１２の個
別ミラーの間の視野の境界線外にあること、および照明装置１４と個別ミラーの
間の視野の境界線外にあることが、第８図からわかるであろう。
外光に起因する干渉の影響を濾過するために、第９図において参照番号３６で
示される特性を備える（図示しない）光学的フィルターが設けられる。第９図に
おいて、LED ３４の特別な画像形成スペクトル特性が参照番号３８で与えられ、
CCD カメラ１６および２４のスペクトル感受性が参照番号４０で与えられる。曲
線によるフィルター特性３６とCCD カメラのスペクトル感受性の結果として、必
然的に、画像形成に貢献する唯一の光は、LED ３４からのものである。
特別に設計された較正部４２によって、この発明の画像形成装置を較正するこ
とが第１０図〜第１２図を参照して説明される。較正部４２は、寸法的には、例
えばガラスからなる安定したプレートで構成され、正確に規定された寸法と距離
を有するマークのパターン４４が、例えばエッチングによって、その片面に施さ
れる。穴４５が、較正部４２のエッジ部に配設される。較正部４２は、底部のマ
ークのパターン４４とともに、画像区域６内で窓３０の上方に配置される。較正
部４２は、穴４５を貫通するマイクロメータスクリュー４６によって、高度に精
密な態様でZ 軸方向（表面のマークのパターン４４がXY平面を構成する）に反復
可能に移動することができる。マイクロメータスクリュー４６によって固定され
るマークのパターン４４の知られた位置と大きさ- XY座標、Z 座標- から１つの
変換マトリクスが決定され、この変換マトリクスによって、三次元物体２の3D座
標上の任意の点が、CCD カメラ１６および２４からの測定データから計算するこ
とができる。
画像形成装置、下流の画像処理装置５０、制御装置５２、モニター５４を有す
る第１３図の自動検査システムの概念的図解を参照しつつ、下記の記述において
この発明の装置を作動する方法を説明する。検査の対象である部品は、（詳細に
は図示されない）移送装置によって、窓３０の上方にある画像区域６を通過しつ
つ移動される。部品２が、画像区域６に到達すると、照明装置１４と画像処理装
置５０とが、制御装置５２によってトリガーされる。画像処理装置５０は、同時
に、２つのカメラ１６、２４に再始動信号を供給する。部品２の４つの異なる視
野２−ｉの個別の画像１７、１８、１９、２０は、第１のCCD カメラ１６の共通
画像面２１に対して互いに沿って配置された光学的画像形成装置１２によって同
時に投影される。
第１３図に示される装置の時間シーケンスと駆動は第１４図に示されている。
２つのCCD カメラ１６、２４が使用される場合は、露光は１０〜４０μ秒（照明
フラッシュの経過時間）毎の時間間隔内で起きる。″on-the-fly″能力が、こう
して約１〜０．２５ｍ／秒の物体速度で保証されて残留し、その結果、画像が１
０μｍだけ不明瞭になる。２つのカメラ１６、２４に露光を供給するフラッシュ
光発生の直前に、制御装置５２が、適切な制御信号５８を発することによって、
２つのカメラに画像形成の準備を行わせる。２つのカメラ１６、２４の露光時間
６０は、１／１０００秒である。２つのカメラのうちの遅い方のカメラがフラッ
シュ光発生の作動時期を決定する。様々な個別画像の同時性が、２つのカメラの
露光時間とフラッシュ光のおよその重なりによって両カメラに保証される。画像
が一度形成されると、画像データは参照番号６２の画像処理装置５０に読み取ら
れる。
第１５図および第１６図に示される部品のタイプは、ガルウイング型、第１７
図および第１８図に示される部品はＪ型である。図示されたこれらの部品に加え
、例えば、球状先端部を備える他のSMD 部品などもまた、画像が形成され、検査
される。色々な特性を持つパラメーターが第１５図に記載されており、これらは
、この発明の検査システムを用いて調査される。これらは、ピングループの偏心
（スパン）６４、間隔（ピッチ）６６、ピンの位置（ヘッドスキュー）６８であ
る。
部品２の（窓３０から見える）すべての点のXYZ 座標が、較正によって決定さ
れる変換マトリクスによって色々な画像中に測定された値から決定することがで
きる。部品２の装着域７０（第１７、１８図）は、これらの方法に基づく個別の
視野２−ｉの結果から計算することができる。これに伴って装着面７０までの距
離が計算され、各ピン８のための公差と比較される。パッケージのエッジ７２は
、装着面７０トパッケージの下部エッジ７２の間の距離を決定するために側面に
お
いて探知される。部品またはパッケージの下部エッジ７２によって形成される区
域は４つのすべてのエッジから計算され、装着面１７の最小距離が次いで決定さ
れる。この距離は、限界値と比較される。一本のピン１の特定は、もしピン１の
特徴が部品２の下部２２上で特定できるならば、第２のCCD カメラ２４によりオ
プションによってチェックすることができる。
部品２は、下記の１〜４をクリアーしたとき、ピン８の三次元検査を通過する
。
１．装着面７０から最も離れているピン８が依然としてZ 方向の公差の範囲内に
ある。
２．パッケージの下端エッジと装着面とが公差の範囲内にある。
３．水平方向のすべての検査 -ピンのグループの偏心量６４、間隔６６、ピン６
８の位置- を通過した。
４．オプションで。ピン１のチェックを特定した結果、どのような欠陥も見出だ
せなかった。
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ
Ｈ０１Ｌ 23/50 7820−4Ｅ Ｈ０１Ｌ 23/50 Ｃ
Ｈ０４Ｎ 7/18 9187−5Ｃ Ｈ０４Ｎ 7/18 Ｂ
Ｈ０５Ｋ 13/08 8012−4Ｅ Ｈ０５Ｋ 13/08 Ａ
9569−5Ｈ Ｇ０６Ｆ 15/64 ３２０Ｃ
(81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ，
ＤＫ，ＥＳ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，ＬＵ，Ｍ
Ｃ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ，ＣＧ
，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，
ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＫＥ，ＭＷ，ＳＤ，ＳＺ)，ＡＭ，
ＡＴ，ＡＵ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，Ｃ
Ｎ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＥ
，ＨＵ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＫ，
ＬＲ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＮ，ＭＷ，Ｍ
Ｘ，ＮＬ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ
，ＳＥ，ＳＩ，ＳＫ，ＴＪ，ＴＴ，ＵＡ，ＵＳ，ＵＺ，
ＶＮ