[发明专利]三维测量系统与三维测量方法

说明书

技术领域

本发明是有关于一种三维测量系统与方法，且特别是有关于一种三维测量系统中的光学投影设置。

背景技术

近年来由于元件尺寸缩小，发展出许多自动化高精度检测设备，用来检测电子元件的外观、线路连接、对位关系等是否妥善。其中如自动锡膏检测机(Solder Paste Inspection，SPI)已被广泛采用在生产线上精确测量基板上的锡膏尺寸，以作为印刷电路板制程管控的一个必要工具。

同时，为因应上述的需求，SPI相关技术也持续改善，如无阴影技术等。其中，多重频率测量方法(Multi-Frequency Method)是一种用来测试基板上局部板弯的方法，其利用二种不同周期的条纹分别投影至待测物上，不同周期的条纹上各自依相移法推算出相位后，进一步将二者相减计算其波包(Envelope)的相位。

采用多重周期的条纹是因为，若使用单一周期的条纹，当待测物的特定方向的尺寸(如高度)超出单一周期的条纹的2π相位时，则待测物的真实高度便无法分辨，这又称为2π模糊性(2π Ambiguity)。

由于，多重频率测量方法中由两种以上不同周期的条纹整合后的波包等效周期较长，较不易落入2π模糊性的状况，故可用来进行待测物相对于参考平面的距离估算。

形成二种不同周期的条纹的方法已知有二，其中一种为使用不同的投影放大倍率，但容易造成不同长度的光路，或是需要使用不同的镜头而影响光学配置。另外一种，则是使用不同栅距(即对应产生不同周期)的条纹片，亦可达到相同的功能，但实际测量的不同周期条纹片种类有限，无法有弹性的满足各式各样的系统需求。

发明内容

为解决上述问题，本发明提出一种三维测量系统以及三维测量方法，其设置有两组以上的投影模块，投影模块可利用不同的入射角度将条纹光线投射至测量平面上，随着入射角度的不同，使条纹光线在测量平面上具有不同的投影波长。或是，不同投影模块的光栅单元可具有非平行的光栅条纹，利用各光栅条纹间的偏转角度，亦可使条纹光线在测量平面上具有不同的投影波长。本案中提到产生不同周期条纹的方法不需要改变投影放大倍率亦不影响光学配置，另一方面，本案可采用相同栅距(即对应产生相同周期)的条纹片，仅需移动投影模块改变入射角度或是旋转光栅条纹片即可形成不同的投影波长。

本发明的一方面是在提供一种三维测量系统，其包含测量载具、第一投影模块、第二投影模块、取像模块以及控制单元。测量载具用以承载一待测物体，待测物体于测量载具的一测量平面上水平移动。第一投影模块沿一第一光轴朝向待测物体照射一第一条纹光线，第一光轴相对测量平面具有一第一入射角。第二投影模块沿一第二光轴朝向待测物体照射一第二条纹光线，第二光轴相对测量平面具有一第二入射角，第二入射角不同于第一入射角，使第二条纹光线于测量平面上所形成的一第二投影波长不同于第一条纹光线于测量平面上所形成的一第一投影波长。取像模块用以撷取待测物体于第一条纹光线反射下的一第一条纹影像以及于第二条纹光线反射下的一第二条纹影像。控制单元用以控制第一投影模块及第二投影模块，并经由第一条纹影像及第二条纹影像测量待测物体的三维形状。

根据本发明的一实施例中，第一投影模块包含一第一光源以及一第一光栅，第一光源产生一第一光线，第一光栅具有多个第一条纹彼此间隔一第一栅距，并用以转换第一光线为具有第一等效波长的第一条纹光线，第二投影模块包含一第二光源以及一第二光栅，第二光源产生一第二光线，第二光栅具有多个第二条纹彼此间隔一第二栅距，并用以转换第二光线为具有第二等效波长的第二条纹光线。于此实施例中，第一光栅的第一栅距等于第二光栅的第二栅距，且第一等效波长等于第二等效波长。

根据本发明的一实施例中，第一投影模块还包含一光栅移动器用以平移第一光栅，使第一光栅沿与第一条纹垂直的方向移动，借此形成第一条纹光线的各种相位角，取像模块进一步撷取待测物体于第一条纹光线的各种相位角反射形成的多个第一条纹影像。

根据本发明的一实施例中，第二投影模块还包含一光栅移动器用以平移第二光栅，使第二光栅沿与第二条纹垂直的方向移动，借此形成第二条纹光线的各种相位角，取像模块进一步撷取待测物体于第二条纹光线的各种相位角反射形成的多个第二条纹影像。

根据本发明的一实施例中，三维测量系统还包含一高度计算模块用以计算待测物体的高度，其中高度计算模块整合第一条纹光线反射下的第一条纹影像以及于第二条纹光线反射下的第二条纹影像，以取得待测物体的一整合高度信息。