專利名稱：三維形貌檢測(cè)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種三維形貌檢測(cè)方法。更為具體地，涉及一種利用正弦波干涉條紋的相位差，檢測(cè)配置在基板上的焊錫球的高度的三維形貌檢測(cè)方法。
背景技術(shù)：
通常，利用穆爾干涉條紋的三維形貌檢測(cè)裝置通過使在所要檢測(cè)的被檢測(cè)體的表面照射一定形狀的光線而顯出的格子條紋和作為基準(zhǔn)的格子條紋重疊而形成穆爾干涉條紋后，檢測(cè)及分析所述干涉條紋，以檢測(cè)對(duì)于基準(zhǔn)面的檢測(cè)對(duì)象的高度。這種三維形貌檢測(cè)裝置能夠簡單快速地獲得被檢測(cè)體的三維形貌，因此在醫(yī)學(xué)、工業(yè)等領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。利用穆爾干涉條紋檢測(cè)三維形貌的方式大致可分為投影式和影子式。影子式測(cè)定是指，不使用透鏡，而采用顯示在被檢測(cè)體表面上的格子的影子所生成的穆爾干涉條紋檢測(cè)被檢測(cè)體表面形貌的方法。投影式測(cè)定是指，利用通過透鏡投影到被檢測(cè)體上的格子圖像所生成的穆爾干涉條紋檢測(cè)被檢測(cè)體表面形貌的方法。為了檢測(cè)突設(shè)在基板上的檢測(cè)對(duì)象的高度而采用穆爾干涉條紋的裝置所使用的是由相位差計(jì)算檢測(cè)對(duì)象高度的方式。首先，在與基板相同厚度的基準(zhǔn)板上面形成正弦波圖紋后，獲取投影了正弦波圖紋的基準(zhǔn)板上的相位值。之后，在安裝于基板上的檢測(cè)對(duì)象上成像正弦波圖紋，并獲取投影了正弦波圖紋的檢測(cè)對(duì)象上的相位值。之后，利用兩個(gè)相位值的相位差算出對(duì)于基準(zhǔn)面的檢測(cè)對(duì)象的高度。這樣，以往的三維檢測(cè)方法因?yàn)椴捎昧税惭b有實(shí)際檢測(cè)對(duì)象的基板之外的另一基準(zhǔn)板，因此需要于基準(zhǔn)板和基板上分別形成正弦波圖紋，操作較為復(fù)雜。而且在檢測(cè)對(duì)象的高度數(shù)據(jù)中，有可能包含由基準(zhǔn)板厚度和基板厚度之間的誤差而導(dǎo)致的誤差因素。

發(fā)明內(nèi)容
為解決上述問題，本發(fā)明提供一種三維形貌檢測(cè)方法。該方法不在和基板具有相同厚度的另一基準(zhǔn)板上形成正弦波圖紋，而在基板和配置在基板上的焊錫球上同時(shí)形成正弦波圖紋，并同時(shí)獲取投影了正弦波圖紋的基板上的相位值和投影了正弦波圖紋的焊錫球上的相位值后，將其用于焊錫球高度的檢測(cè)上。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的三維形貌檢測(cè)方法用于檢測(cè)具備基板和配置在所述基板上的焊錫球的被檢測(cè)體，其特征在于包括中心部確定步驟，獲得所述焊錫球的圖像后， 確定所述焊錫球中心部；圖像獲得步驟，在所述被檢測(cè)體上形成正弦波圖紋后，獲得同時(shí)包括所述基板的上面和所述焊錫球的整合圖像；相位值確定步驟，在所述整合圖像中選定通過所述焊錫球中心部的虛擬直線一基準(zhǔn)線，在位于所述基準(zhǔn)線上的焊錫球的中心部上，獲取投影了正弦波圖紋部分的相位值，并將其確定為焊錫球中心部的相位值，在位于所述基準(zhǔn)線上的基板上獲取投影了正弦波圖紋部分的相位值，并將其確定為基板的相位值；及高度計(jì)算步驟，由所述焊錫球中心部的相位值和所述基板的相位值之間的差，計(jì)算從所述基板上面到所述焊錫球中心部的高度。
而且，在本發(fā)明的三維形貌檢測(cè)方法中所述中心部確定步驟最好如下在所述焊錫球的上側(cè)圍設(shè)有環(huán)形照明單元，并由該照明裝置照射光線的條件下獲得所述焊錫球的圖像。而且，在本發(fā)明的三維形貌檢測(cè)方法中所述圖像獲得步驟最好如下對(duì)配置在所述基板和所述焊錫球的上側(cè)并具有多個(gè)格子圖案的格子單元投射光線，以在所述被檢測(cè)體上形成正弦波圖紋，并以N等分所述格子單元周期的間隔，使所述格子單元反復(fù)相位移動(dòng)的同時(shí)獲得N個(gè)整合圖像。其中所述N是大于或等于三的整數(shù)。而且，在本發(fā)明的三維形貌檢測(cè)方法中所述相位值確定步驟最好如下在位于所述基準(zhǔn)線的基板上獲取投影了正弦波圖紋的多個(gè)位置的相位值，并求出其平均值后將其結(jié)果確定為所述基板的平均相位值。所述高度計(jì)算步驟最好如下由所述焊錫球中心部的相位值和所述基板的平均相位值之間的差，計(jì)算從所述基板上面到所述焊錫球中心部的高度。而且，在本發(fā)明的三維形貌檢測(cè)方法中所述相位值確定步驟最好如下在位于所述基準(zhǔn)線的焊錫球的中心部上獲取投影了正弦波圖紋的多個(gè)位置的相位值后，將其分別確定為焊錫球中心部相位值，在位于所述基準(zhǔn)線的基板上獲取投影了正弦波圖紋的多個(gè)位置的相位值并求平均值后，將其確定為所述基板的平均相位值。所述高度計(jì)算步驟最好如下 求出每個(gè)焊錫球中心部的相位值和所述基板的平均相位值的差，并由這些相位值差的平均值計(jì)算從所述基板上面到所述焊錫球中心部的高度。本發(fā)明所涉及的三維形貌檢測(cè)方法，在基板和配置在基板上的焊錫球上同時(shí)形成正弦波圖紋，并同時(shí)獲取投影了正弦波圖紋的基板上的相位值和投影了正弦波圖紋的焊錫球上的相位值后，將其用于焊錫球的高度的檢測(cè)上。這樣無需檢測(cè)另一基準(zhǔn)面，而利用檢測(cè)對(duì)象焊錫球的周圍基準(zhǔn)面，就能簡單、正確、可靠地算出焊錫球的高度數(shù)據(jù)。而且，本發(fā)明的三維形貌檢測(cè)方法首先確定焊錫球的中心部之后，只獲取焊錫球中心部的相位值，并將其應(yīng)用于焊錫球的高度檢測(cè)上，以此減少處理焊錫球周邊上的相位值等不必要的數(shù)據(jù)所需要的時(shí)間及存儲(chǔ)器等。而且，本發(fā)明的三維形貌檢測(cè)方法，在提高相位值的精確度時(shí)，不是利用單一位置的相位值，而是獲取多個(gè)位置的相位值后求其平均值，以此提高焊錫球的高度的精確度。而且，本發(fā)明的三維形貌檢測(cè)方法，在圍設(shè)在焊錫球周邊的環(huán)形照明裝置照射光線的狀態(tài)下獲得焊錫球的圖像，因此能夠精確地確定焊錫球的中心部。


圖1是本發(fā)明的三維形貌檢測(cè)方法所應(yīng)用的三維形貌檢測(cè)裝置的示意圖。圖2是本發(fā)明三維形貌檢測(cè)方法的一實(shí)施例的順序圖。圖3是用于表示正弦波圖紋在被檢測(cè)體(焊錫球和基板)上的投影狀態(tài)的圖。符號(hào)說明1 焊錫球2:基板31 被檢測(cè)體32 格子單元
4
35 格子移送單元43:環(huán)形照明裝置100 三維形貌檢測(cè)裝置
具體實(shí)施例方式下面，參照附圖詳細(xì)說明本發(fā)明三維形貌檢測(cè)方法的一實(shí)施例。圖1是在本發(fā)明三維形貌檢測(cè)方法中使用的三維形貌檢測(cè)裝置的示意圖。如圖1所示，三維形貌檢測(cè)裝置100包括控制單元10、工作站20、投影單元30及成像單元40。所述控制單元10全面控制三維形貌檢測(cè)裝置100，利用成像單元40所拍攝的反射圖像檢測(cè)被檢測(cè)體3的三維形貌。此時(shí)，被檢測(cè)體3包括基板2和配置在基板2上的焊錫球1。為了檢測(cè)突出配置在基板2上的焊錫球1的三維形貌，將基板2移送到檢測(cè)位置上。所述工作站20用于將被檢測(cè)體3移送至檢測(cè)位置，其具備支撐板21和馬達(dá)23。 支撐板21用于支撐被檢測(cè)體3，而所述工作站20利用馬達(dá)23移送支撐板21，使其位于檢測(cè)位置上。所述投影單元30包括光源31、格子單元32、格子移送單元35、投影透鏡33和濾光器34。由光源31產(chǎn)生的白光通過格子單元32、投影透鏡33和濾光器34投射到基板2和焊錫球1上形成正弦波圖紋。所述格子單元32由多個(gè)格子圖案按一定距離平行配置而成。投射到格子單元32 上的光，在基板2和焊錫球1上形成正弦波圖紋。所述格子移送單元35在控制單元10的控制下，使格子單元32進(jìn)行直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)，而在格子單元32在格子移送單元35的作用下進(jìn)行直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)時(shí)，在基板2和焊錫球1上形成的正弦波圖紋上產(chǎn)生相位移(phase shift)ο所述成像單元40用于拍攝形成在基板20和焊錫球1上的正弦波圖紋的圖像，其由成像透鏡41、照相機(jī)42和環(huán)形照明裝置43構(gòu)成。若采用的是在球柵數(shù)組(BGA)上應(yīng)用的焊錫球1，由于其形狀接近于球形，最好在整個(gè)焊錫球1的周圍照射光線獲得圖像。只有在整個(gè)焊錫球1的周圍照射光線的情況下，才能使被焊錫球1反射的光線的強(qiáng)度均勻地分布在圓形截面上，而通過均勻分布的光線強(qiáng)度可以精確地確定焊錫球1的中心部。下面，參照?qǐng)D1至圖3詳細(xì)說明應(yīng)用上述三維形貌檢測(cè)裝置100的本發(fā)明三維形貌檢測(cè)方法的一實(shí)施例。圖2是本發(fā)明的三維形貌檢測(cè)方法一實(shí)施例的順序圖，圖3是用于表示正弦波圖紋在被檢測(cè)體(焊錫球和基板)上的投影狀態(tài)的圖。如圖1至圖3所示，本發(fā)明的三維形貌檢測(cè)方法同時(shí)獲取投影了正弦波圖紋的基板上的相位值和投影了正弦波圖紋的焊錫球上的相位值，以檢測(cè)焊錫球的高度。該方法包括中心部確定步驟S110、圖像獲得步驟S120、相位值確定步驟S130和高度計(jì)算步驟S140。在所述中心部確定步驟SllO中，通過獲得焊錫球1的圖像來確定焊錫球1的中心部。下面以適用于球柵數(shù)組(BGA)中的焊錫球?yàn)槔f明本實(shí)施例。為了獲得從基板2的上面到配置在基板2上的焊錫球1的高度，首先要尋找焊錫球1的表面上的諸多位置中最高的位置，即焊錫球1的中心部。為了尋找焊錫球1的中心部，在焊錫球1的上側(cè)圍設(shè)有環(huán)形照明裝置43，并在該照明裝置43照射光線的狀態(tài)下獲得焊錫球1的圖像。本實(shí)施例通過在焊錫球1的周圍全域照射的光線，可以精確地獲得焊錫球1的圓形截面形狀。利用所獲得的焊錫球1的圖像和周邊圖像之間的亮度差，確定焊錫球1的中心部。在所述圖像獲得步驟S120中，于被檢測(cè)體3即基板2和焊錫球1上同時(shí)形成正弦波圖紋，并獲得投影了正弦波圖紋的基板2和焊錫球1整合圖像。整合圖像中一同顯示投影了正弦波圖紋的基板2和焊錫球1的圖像。在本實(shí)施例中，為了獲取將在后面敘述的正弦波圖紋的相位值，應(yīng)用以下公式1，因此至少獲得三幅整合圖像。[公式1]In(x, y) = a+bXcos[<i) (χ, y) + a )其中h是光強(qiáng)，a、b是未知數(shù)，Φ是投影了正弦波圖紋的位置上的像素相位值， α是格子單元32的相位移動(dòng)值。首先，將設(shè)有多個(gè)格子圖案的格子單元32配置在基板2和焊錫球1的上側(cè)后，向格子單元32投射光線以在基板2和焊錫球1上形成正弦波圖紋，并獲得基板2和焊錫球1 的第一整合圖像。之后把格子單元32的周期Οπ)三等分后，將格子單元32移動(dòng)相當(dāng)于一個(gè)間隔的2 π /3的相位，然后在基板2和焊錫球1上形成正弦波圖紋，并獲得基板2和焊錫球1的第二整合圖像。接著，再一次把格子單元32移動(dòng)2 π /3相位之后，在基板2和焊錫球1上形成正弦波圖紋，并獲得基板2和焊錫球1的第三整合圖像。另外，也可以把格子單元32的周期O π )Ν(等于或大于4的整數(shù))等分后，將格子單元32依次移動(dòng)相當(dāng)于周期/N的相位，從而獲得N幅整合圖像。在所述相位值確定步驟S130中，首先如圖3所示，在整合圖像中選定通過焊錫球 1中心部的虛擬直線一基準(zhǔn)線4。在位于基準(zhǔn)線4上的焊錫球1的中心部獲取投影了正弦波圖紋部分的像素的相位值，在位于基準(zhǔn)線4上的基板2的上面，獲取投影了正弦波圖紋部分的像素的相位值。之后，在焊錫球中心部確定步驟SllO中確定的焊錫球1的中心部上，獲取投影了正弦波圖紋部分的像素的相位值。在整合圖像中位于基準(zhǔn)線4上的焊錫球1的中心部上， 獲取投影了正弦波圖紋部分的像素的相位值后，將其作為焊錫球1中心部的相位值。然后， 將通過相位移動(dòng)所獲得的三個(gè)整合圖像中每個(gè)像素的光強(qiáng)^和格子單元32的相位移動(dòng)值 α-0,2 π /3,4 π /3分別代入[公式1]中，就能求出在焊錫球1的中心部上投影了正弦波圖紋部分的像素的相位值Φ。本實(shí)施例中為了提高相位值的精確性，取多個(gè)位置上的相位值而不取單一位置上的相位值。為此，在焊錫球1的中心部中位于基準(zhǔn)線4上的多個(gè)位置pi獲取投影了正弦波圖紋的多個(gè)像素的相位值作為焊錫球1的中心部的多個(gè)相位值。之后，從整合圖像獲取基板2中投影了正弦波圖紋部分的像素的相位值。從整合圖像獲取位于基準(zhǔn)線4上的基板2中投影了正弦波圖紋部分的像素的相位值，并將其作為基板2的相位值。相同地，若將通過相位移動(dòng)所獲得的三個(gè)整合圖像中每個(gè)像素的光強(qiáng)h 和格子單元32的相位移動(dòng)值α即0、231/3、431/3、分別代入[公式1]中，就能求出基板2 上投影了正弦波圖紋的像素的相位值Φ。為了提高相位值的精確性，獲取多個(gè)位置上的相位值后將其平均后使用。為此，在基板1的多個(gè)位置Ρ2上獲取投影了正弦波圖紋的像素相位值后，求出平均值并將其結(jié)果作為基板的平均相位值。
如圖3所示，若在被檢測(cè)體3上設(shè)置XY垂直坐標(biāo)系，則位于基準(zhǔn)線4上的基板1 中多個(gè)位置P2上的像素的X坐標(biāo)相同，而Y坐標(biāo)隨著位置的變化而變動(dòng)。在所述高度計(jì)算步驟S140中，由焊錫球1的中心部和基板2的相位值差，計(jì)算基板2的上面到焊錫球1的中心部的高度。下面，用公式2表示相位差和被檢測(cè)體高度之間的關(guān)系。[公式2]
權(quán)利要求
1.一種三維形貌檢測(cè)方法，用于檢測(cè)被檢測(cè)體，所述被檢測(cè)體具備基板和配置在所述基板上的焊錫球，其特征在于，包括中心部確定步驟，獲得所述焊錫球的圖像后確定所述焊錫球的中心部；圖像獲得步驟，在所述被檢測(cè)體上形成正弦波圖紋，并獲得同時(shí)包括所述基板上面和所述焊錫球的整合圖像；相位值確定步驟，在所述整合圖像中選定通過所述焊錫球中心部的虛擬直線即基準(zhǔn)線，并在所述基準(zhǔn)線的焊錫球的中心部獲取投影了正弦波圖紋部分的相位值后，將其定為焊錫球中心部的相位值，在位于所述基準(zhǔn)線的基板上獲取投影了正弦波圖紋部分的相位值后，將其定為基板的相位值；及高度計(jì)算步驟，由所述焊錫球中心部的相位值和所述基板的相位值之間的差，計(jì)算從所述基板上面到所述焊錫球中心部的高度。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的三維形貌檢測(cè)方法，其特征在于，在所述中心部確定步驟中， 在所述焊錫球的上側(cè)圍設(shè)有環(huán)形照明裝置并由所述環(huán)形照明裝置照射光線的狀態(tài)下，獲得所述焊錫球的圖像。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的三維形貌檢測(cè)方法，其特征在于，在所述圖像獲得步驟中，向配置在所述基板和所述焊錫球的上側(cè)并設(shè)有多個(gè)格子圖案的格子單元上投射光線，從而在所述被檢測(cè)體上形成正弦波圖紋，將所述格子單元反復(fù)移動(dòng)相當(dāng)于N等分所述格子單元周期的相位，獲得N幅所述整合圖像，其中所述N為大于或等于3的整數(shù)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的三維形貌檢測(cè)方法，其特征在于，在所述相位值確定步驟中， 在位于所述基準(zhǔn)線的基板上獲取投影了正弦波圖紋的多個(gè)位置的相位值，并求其平均值后將結(jié)果定為所述基板的平均相位值，在所述高度計(jì)算步驟中，由所述焊錫球中心部的相位值和所述基板的平均相位值之間的差，計(jì)算從所述基板上面到所述焊錫球中心部的高度。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的三維形貌檢測(cè)方法，其特征在于，在所述相位值確定步驟中， 在位于所述基準(zhǔn)線的焊錫球的中心部獲取投影了正弦波圖紋的多個(gè)位置的相位值后分別將其確定為焊錫球中心部的相位值，在位于所述基準(zhǔn)線的基板上獲取投影了正弦波圖紋的多個(gè)位置的相位值后求其平均值，并將此結(jié)果作為所述基板的平均相位值，在所述高度計(jì)算步驟中，求出每個(gè)焊錫球中心部相位值和所述基板的平均相位值之間的差，并由該相位值之間差的平均值計(jì)算從所述基板上面到所述焊錫球中心部的高度。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種三維形貌檢測(cè)方法。該方法用于檢測(cè)被檢測(cè)體，所述被檢測(cè)體具備基板和配置在所述基板上的焊錫球，其特征是包括中心部確定步驟，獲得焊錫球的圖像后確定焊錫球的中心部；圖像獲得步驟，在被檢測(cè)體上形成正弦波圖紋，并獲得同時(shí)包括基板上面和焊錫球的整合圖像；相位值確定步驟，在整合圖像中選定通過焊錫球中心部的虛擬直線—基準(zhǔn)線，并在所述基準(zhǔn)線的焊錫球的中心部獲取投影了正弦波圖紋部分的相位值后，將其定為焊錫球中心部的相位值，在位于基準(zhǔn)線的基板上獲取投影了正弦波圖紋部分的相位值后，將其定為基板的相位值；及高度計(jì)算步驟，由焊錫球中心部的相位值和基板的相位值之間的差，計(jì)算從基板上面到焊錫球中心部的高度。
文檔編號(hào)G01B11/02GK102428344SQ201080022149
公開日2012年4月25日 申請(qǐng)日期2010年4月12日 優(yōu)先權(quán)日2009年5月20日
發(fā)明者安祐正, 樸喜載 申請(qǐng)人:Snu精度株式會(huì)社