JP7693435B2 - 向き検出装置 - Google Patents

Description

本発明は、被加工物の向きを検出する向き検出装置に関する。

デバイスチップの製造プロセスでは、格子状に配列された複数のストリート（分割予定ライン）によって区画された複数の領域にそれぞれデバイスが形成されたウェーハが用いられる。このウェーハをストリートに沿って分割することにより、デバイスをそれぞれ備える複数のデバイスチップが得られる。デバイスチップは、携帯電話、パーソナルコンピュータ等の様々な電子機器に組み込まれる。

ウェーハの分割には、環状の切削ブレードで被加工物を切削する切削装置や、レーザービームの照射によって被加工物を加工するレーザー加工装置等が用いられる。また、近年では、電子機器の小型化に伴い、デバイスチップに薄型化が求められている。そこで、ウェーハの分割前にウェーハを薄化する加工が実施されることがある。ウェーハの薄化には、研削砥石を含む研削ホイールで被加工物を研削する研削装置や、円盤状の研磨パッドで被加工物を研磨する研磨装置等が用いられる。

上記のような各種の加工装置には、被加工物を保持するチャックテーブルが搭載されており、被加工物の加工時にはチャックテーブルの保持面で被加工物が保持される。なお、チャックテーブルによって被加工物が適切に保持されるように、チャックテーブルの保持面は被加工物の形状に応じて設計される。そのため、被加工物が非円形である場合には、被加工物をチャックテーブル上に搬送して配置する際に、被加工物の向きと保持面の向きとを揃える必要がある。

例えば、特許文献１には、結晶方位を示す直線状の切り欠き（オリエンテーションフラット）が外周部に形成された円盤状のウェーハを研削する研削装置が開示されている。この研削装置に搭載されたチャックテーブルの保持面（吸着面）には、ウェーハのオリエンテーションフラットに対応する切り欠きが形成されている。そして、ウェーハをチャックテーブル上に搬送する際には、まず、ウェーハがカメラ（撮像部）で撮像され、ウェーハの画像に基づいてオリエンテーションフラットの位置が特定される。その後、オリエンテーションフラットの位置と保持面の切り欠きの位置とが一致するように、ウェーハの向きが調節される。

特開２０１１－２５３９３６号公報

上記のように、非円形の被加工物を加工装置で加工する際には、被加工物を所定の向きでチャックテーブル上に配置する必要がある。そのため、被加工物をチャックテーブルに搬送する前には、被加工物の向きを特定する処理が実施される。

例えば、矩形状の被加工物を加工装置で加工する際には、まず、被加工物をカメラで撮像することにより、被加工物の外周縁（輪郭）の像を含む画像が取得される。次に、画像処理によって被加工物の外周縁の位置を示す複数の座標が特定され、特定された座標に基づいて被加工物の外周縁を近似する近似線が算出される。そして、算出された近似線を被加工物の外周縁とみなして、チャックテーブルの保持面に対する被加工物の外周縁の角度が調節される。

しかしながら、被加工物の撮像条件によっては、被加工物の外周縁を高精度に近似する近似線が算出されないことがある。例えば、被加工物の外周縁に異物（ゴミ）が付着している場合や、被加工物を照らす照明が部分的に劣化している場合等には、被加工物の外周縁の座標が正しく特定されず、実際の被加工物の外周縁との誤差が大きい近似線が算出されることがある。その結果、被加工物が保持面の形状に適した向きでチャックテーブルに搬送されず、被加工物がチャックテーブルで適切に保持されない事態が生じ得る。

本発明は、かかる問題に鑑みてなされたものであり、被加工物が不適切な向きで搬送されることを防止可能な向き検出装置の提供を目的とする。

本発明の一態様によれば、非円形の被加工物の向きを検出する向き検出装置であって、該被加工物を支持する支持ユニットと、該支持ユニットで支持された該被加工物を撮像して該被加工物の外周縁を含む画像を取得するカメラと、該支持ユニットで支持された該被加工物を照らす照明と、表示部と、制御部と、を備え、該制御部は、該画像に含まれる該外周縁と交差する方向に沿って該画像に含まれる複数の画素の明度を算出し、隣接する画素との明度の差が閾値以上である複数の画素の座標を該外周縁の位置を示す複数の座標として特定する座標特定部と、複数の該座標に基づいて、該外周縁を近似する近似線を算出する近似線算出部と、該近似線から所定の範囲内の位置を示す該座標の数又は割合が許容範囲外である場合に、該近似線が該被加工物の該外周縁に対応していないと判定する外周縁判定部と、該近似線から所定の範囲外の位置を示す該座標を含む行若しくは列の位置を示す識別マーク、又は、隣接する画素との明度の差が閾値以上である画素を含まない行若しくは列の位置を示す識別マークを、該画像とともに該表示部に表示させる表示制御部と、を含む向き検出装置が提供される。

なお、好ましくは、該近似線算出部は、該近似線として該外周縁を近似する直線を算出する。

また、好ましくは、該表示制御部は、該識別マークを複数の該座標と重ならないように該表示部に表示させる。また、好ましくは、該表示制御部は、該近似線から所定の範囲外の位置を示す該座標が検出されたことを示すマーク、又は、隣接する画素との明度の差が閾値以上である画素が検出されなかったことを示すマークを、該画像とともに該表示部に表示させる。また、好ましくは、該識別マークは、色彩、数字、文字、図形、模様又はこれらの組み合わせによって構成される。

本発明の一態様に係る向き検出装置は、被加工物の外周縁の位置を示す複数の座標と、被加工物の外周縁を近似する近似線との距離に基づいて、近似線が被加工物の外周縁に対応しているか否かを判定する。これにより、被加工物の外周縁が不適切な近似線によって近似された状態で被加工物の向きが特定され、被加工物が不適切な向きで搬送されることを防止できる。

向き検出装置を示す斜視図である。 図２（Ａ）は検出ユニットを示す一部断面正面図であり、図２（Ｂ）は検出ユニットを示す一部断面側面図である。 被加工物の画像を示す画像図である。 制御部を示すブロック図である。 画像の外周縁領域を示す画像図である。 画像の外周縁領域及び近似線を示す画像図である。 画像の外周縁領域、近似線及び識別マークを示す画像図である。 被加工物の向きの検出方法を示すフローチャートである。

以下、添付図面を参照して本発明の一態様に係る実施形態を説明する。まず、本実施形態に係る向き検出装置（向き検出機構）の構成例について説明する。図１は、向き検出装置（向き検出機構）２を示す斜視図である。

例えば向き検出装置２は、各種の加工装置に連結又は搭載され、加工装置によって加工される被加工物の向きを検出する。すなわち、向き検出装置２は加工装置の一部を構成できる。なお、図１において、Ｘ軸方向（第１水平方向、左右方向）とＹ軸方向（第２水平方向、前後方向）とは、互いに垂直な方向である。また、Ｚ軸方向（鉛直方向、上下方向、高さ方向）は、Ｘ軸方向及びＹ軸方向と垂直な方向である。

向き検出装置２は、向き検出装置２を構成する各構成要素を支持又は収容する直方体状の基台４を備える。基台４の前方には、一対のカセット台６Ａ，６Ｂが設けられている。カセット台６Ａ，６Ｂの上面上にはそれぞれ、複数の被加工物１１を収容可能なカセット８を搭載できる。

被加工物１１は、向き検出装置２が連結又は搭載された加工装置による加工の対象物に相当する非円形の板状物である。例えば被加工物１１は、平面視で矩形状に形成され、互いに概ね平行な表面（第１面）１１ａ及び裏面（第２面）１１ｂと、表面１１ａ及び裏面１１ｂに接続された外周縁（側面）１１ｃとを含む。

被加工物１１の例としては、矩形状に形成されたＣＳＰ（Chip Size Package）基板、ＱＦＮ（Quad Flat Non-leaded package）基板等のパッケージ基板が挙げられる。例えばパッケージ基板は、矩形状のベース基板上に複数のデバイスチップを実装し、複数のデバイスチップを樹脂でなる封止材（モールド樹脂）で覆うことによって形成される。パッケージ基板を切削加工、レーザー加工等によって分割することにより、パッケージ化された複数のデバイスチップを備えるパッケージデバイスが製造される。また、分割前のパッケージ基板に研削加工、研磨加工等を施してパッケージ基板を薄化することにより、薄型化されたパッケージデバイスが得られる。

ただし、被加工物１１の形状は非円形であれば制限はない。また、被加工物１１の種類、材質、構造、大きさ等にも制限はない。被加工物１１の他の例としては、半導体（Ｓｉ、ＧａＡｓ、ＩｎＰ、ＧａＮ、ＳｉＣ等）、サファイア、ガラス、セラミックス、樹脂、金属等でなるウェーハ（基板）が挙げられる。例えば被加工物１１は、円盤状のシリコンウェーハであってもよい。シリコンウェーハの外周部には、シリコンウェーハの結晶方位を示すオリエンテーションフラットが形成されることがある。この場合、シリコンウェーハは非円形になる。

例えばシリコンウェーハは、互いに交差するように格子状に配列された複数のストリート（分割予定ライン）によって、複数の矩形状の領域に区画されている。また、ストリートによって区画された複数の領域にはそれぞれ、ＩＣ（Integrated Circuit）、ＬＳＩ（Large Scale Integration）、ＬＥＤ（Light Emitting Diode）、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）デバイス等のデバイスが形成されている。このシリコンウェーハをストリートに沿って分割することにより、デバイスをそれぞれ備える複数のデバイスチップが製造される。また、シリコンウェーハの分割前にシリコンウェーハを薄化することにより、薄型化されたデバイスチップが得られる。

例えばカセット８は、直方体状に形成され、奥行き方向がＹ軸方向に沿うようにカセット台６Ａ又はカセット台６Ｂの上に配置される。また、カセット８の内部には、被加工物１１を収容可能な収容棚が複数段設けられている。具体的には、カセット８の内部で互いに対面する一対の内壁に、カセット８の奥行き方向に沿う一対のガイドレールが、カセット８の高さ方向に沿って複数段設けられている。そして、被加工物１１は、長手方向がカセット８の奥行き方向に沿うように収容棚に収容され、一対のガイドレールによって支持される。そのため、カセット８に収容されている複数の被加工物１１の向きは概ね一致している。

基台４の前端部には、基台４の上面で開口する矩形状の開口部４ａが設けられている。開口部４ａの内側には、被加工物１１を搬送する搬送機構（搬送ユニット）１０が設けられている。搬送機構１０は、被加工物１１を保持する板状の保持部１２と、保持部１２を任意の位置に位置付けることが可能な多関節アーム１４とを備える。

例えば保持部１２は、矩形状に形成され、保持部１２の幅及び厚さは保持部１２をカセット８の収容棚に挿入できるように設定される。また、保持部１２の長手方向における両端部には、保持部１２の上面１２ａ側で開口する複数の吸引孔１２ｂが設けられている。吸引孔１２ｂはそれぞれ、保持部１２の内部に形成された流路（不図示）、バルブ（不図示）等を介して、エジェクタ等の吸引源（不図示）に接続されている。

多関節アーム１４で保持部１２を移動させてカセット８に挿入すると、カセット８内で保持部１２の上面１２ａが被加工物１１の下面（裏面１１ｂ）と対面する。そして、吸引孔１２ｂに吸引源の吸引力（負圧）を作用させると、被加工物１１の下面側が保持部１２によって吸引保持される。この状態で保持部１２を多関節アーム１４によってカセット８から引き出すと、被加工物１１がカセット８から搬出される。

なお、吸引孔１２ｂは保持部１２の下面側に設けられていてもよい。この場合には、被加工物１１の上面（表面１１ａ）側が保持部１２によって保持される。また、保持部１２は、ベルヌーイ型の非接触吸引パッドであってもよい。この場合には、保持部１２はベルヌーイ効果を利用して被加工物１１を非接触で保持する。

開口部４ａ及び搬送機構１０の後方には、被加工物１１の向きを検出する検出ユニット１６が設けられている。検出ユニット１６は、被加工物１１を支持する支持ユニット１８と、支持ユニット１８で支持された被加工物１１を撮像するカメラ（撮像ユニット）２０とを備える。なお、支持ユニット１８は、基台４の上面で開口する矩形状の開口部４ｂの内側に設けられている。

カセット８に収容された被加工物１１は搬送機構１０によって検出ユニット１６の支持ユニット１８上に搬送される。そして、検出ユニット１６によって被加工物１１の向きが検出される。なお、検出ユニット１６の構成及び機能の詳細については後述する（図２（Ａ）及び図２（Ｂ）参照）。

また、向き検出装置２は、各種の情報を表示する表示部（表示ユニット、表示装置）２２を備える。表示部２２は、各種のディスプレイによって構成される。例えば、表示部２２としてタッチパネルディスプレイが用いられる。この場合、オペレーターは表示部２２のタッチ操作によって向き検出装置２に情報を入力できる。すなわち、表示部２２は向き検出装置２に各種の情報を入力するための入力部（入力ユニット、入力装置）としても機能する。ただし、入力部は、表示部２２とは別途独立して設けられたマウス、キーボード、操作パネル等であってもよい。

向き検出装置２を構成する各構成要素（搬送機構１０、検出ユニット１６、表示部２２等）はそれぞれ、制御部（制御ユニット、制御装置）２４に接続されている。制御部２４は、向き検出装置２の各構成要素の動作を制御する制御信号を生成、出力することにより、向き検出装置２を稼働させる。

例えば制御部２４は、コンピュータによって構成され、向き検出装置２の稼働に必要な演算を行う演算部と、向き検出装置２の稼働に必要な各種の情報（データ、プログラム等）を記憶する記憶部とを備える。演算部は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）等のプロセッサを含んで構成される。また、記憶部は、主記憶装置、補助記憶装置等として機能するＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）等のメモリを含んで構成される。

向き検出装置２は、被加工物１１を加工する各種の加工装置に連結又は搭載される。例えば加工装置は、被加工物１１を保持するチャックテーブルと、被加工物１１を加工する加工ユニットと、被加工物１１を搬送する搬送機構とを備える。図１には、加工装置が備えるチャックテーブル（保持テーブル）２６及び搬送機構（搬送ユニット）２８を図示している。加工装置の例としては、被加工物を切削する切削装置、被加工物を研削する研削装置、被加工物を研磨する研磨装置、レーザービームの照射によって被加工物を加工するレーザー照射装置等が挙げられる。

切削装置は、被加工物１１を切削する加工ユニット（切削ユニット）を備える。切削ユニットはスピンドルを備えており、スピンドルの先端部には環状の切削ブレードが装着される。切削ブレードを回転させつつチャックテーブル２６で保持された被加工物１１に切り込ませることにより、被加工物１１が切削される。

研削装置は、被加工物１１を研削する加工ユニット（研削ユニット）を備える。研削ユニットはスピンドルを備えており、スピンドルの先端部には研削砥石を備える環状の研削ホイールが装着される。研削砥石を回転させつつチャックテーブル２６で保持された被加工物１１に接触させることにより、被加工物１１が研削される。

研磨装置は、被加工物１１を研磨する加工ユニット（研磨ユニット）を備える。研磨ユニットはスピンドルを備えており、スピンドルの先端部には円盤状の研磨パッドが装着される。研磨パッドを回転させつつチャックテーブル２６で保持された被加工物１１に接触させることにより、被加工物１１が研磨される。

レーザー加工装置は、被加工物１１を加工するためのレーザービームを照射する加工ユニット（レーザー照射ユニット）を備える。例えばレーザー照射ユニットは、所定の波長のレーザーをパルス発振するレーザー発振器と、レーザー発振器から出射したレーザービームを集光させる集光器とを備える。レーザー照射ユニットからチャックテーブル２６で保持された被加工物１１にレーザービームを照射することにより、被加工物１１にレーザー加工が施される。

加工装置が備えるチャックテーブル２６及び加工ユニットは、例えば検出ユニット１６の後方に配置される。チャックテーブル２６の上面は、水平方向（ＸＹ平面方向）と概ね平行な平坦面であり、被加工物１１を保持する保持面２６ａを構成している。保持面２６ａは、チャックテーブル２６の内部に形成された流路、バルブ等を介して、エジェクタ等の吸引源に接続されている。チャックテーブル２６上に被加工物１１を配置した状態で保持面２６ａに吸引源の吸引力（負圧）を作用させると、被加工物１１がチャックテーブル２６によって吸引保持される。

検出ユニット１６によって向きが検出された被加工物１１は、搬送機構２８によってチャックテーブル２６に搬送される。その後、被加工物１１はチャックテーブル２６によって保持された状態で加工ユニットによって加工される。

ここで、チャックテーブル２６の保持面２６ａは、チャックテーブル２６によって被加工物１１が適切に保持されるように、被加工物１１の形状に応じて設計される。例えば、被加工物１１が矩形状である場合には、チャックテーブル２６に被加工物１１を保持する矩形状の保持領域が設けられる。そのため、被加工物１１が非円形である場合には、被加工物１１をチャックテーブル２６上に搬送して配置する際に、被加工物１１の向きと保持面２６ａの向きとを揃える必要がある。

そこで、被加工物１１をチャックテーブル２６に搬送する前には、検出ユニット１６によって被加工物１１の向きが検出される。そして、被加工物１１は所定の向きでチャックテーブル２６上に配置されるように、搬送機構２８によって搬送される。例えば搬送機構２８は、被加工物１１を保持した状態でＺ軸方向と概ね平行な回転軸の周りを回転可能に構成されている。この場合、被加工物１１を保持した搬送機構２８を回転させることにより、被加工物１１を所望の向きでチャックテーブル２６上に配置できる。

次に、検出ユニット１６の詳細について説明する。図２（Ａ）は検出ユニット１６を示す一部断面正面図であり、図２（Ｂ）は検出ユニット１６を示す一部断面側面図である。

検出ユニット１６は、一対の支持台３０で被加工物１１を支持する支持ユニット１８を備える。一対の支持台３０は、例えば直方体状に形成され、Ｘ軸方向において互いに離れた状態で配置される。支持台３０の上面は、水平方向（ＸＹ平面方向）と概ね平行な平坦面であり、被加工物１１を支持する支持面３０ａを構成している。

一対の支持面３０ａの高さ位置（Ｚ軸方向における位置）は概ね同一であり、一対の支持面３０ａの間の距離ｄは被加工物１１の幅よりも小さい。検出ユニット１６に被加工物１１が搬送されると、被加工物１１の幅方向における両端部が一対の支持台３０によって支持され、被加工物１１は概ね水平に配置される。例えば被加工物１１は、表面１１ａ側が上方に露出して裏面１１ｂ側が支持面３０ａで支持されるように、一対の支持台３０上に配置される。

支持台３０の下方には、支持ユニット１８で支持された被加工物１１を照らす照明３２が設けられている。例えば照明３２は、複数の光源３４と、複数の光源３４を覆うカバー（ケース）３６とを備える。

光源３４としては、例えばＬＥＤを用いることができる。なお、ＬＥＤが発する光をカメラ２０で受光可能であれば、ＬＥＤが発する光の波長（色）に制限はない。また、カバー３６は、例えば支持台３０と幅及び奥行きが概ね同一の直方体状に形成される。そして、複数の光源３４は、カバー３６の幅方向（Ｘ軸方向）及び奥行き方向（Ｙ軸方向）に沿って所定の間隔で配列され、カバー３６によって覆われる。また、支持台３０と照明３２との間には、板状の拡散板３８が設けられている。拡散板３８は、光源３４が発した光を支持台３０側に拡散させる。

支持台３０、カバー３６、及び拡散板３８は、光源３４が発した光に対して透過性を有する透明体でなる。そして、光源３４が発した光は、カバー３６、拡散板３８、及び支持台３０を透過して被加工物１１に照射される。その結果、被加工物１１の全体が照明３２によって照らされる。

支持ユニット１８の上方には、カメラ２０が、一対の支持面３０ａの間の領域と重なるように配置されている。そして、支持ユニット１８によって保持された被加工物１１が、カメラ２０によって撮像される。カメラ２０は、ＣＣＤ（Charged-Coupled Devices）センサ、ＣＭＯＳ（Complementary Metal-Oxide-Semiconductor）センサ等の撮像素子を備え、被加工物１１の画像を生成する。

照明３２で被加工物１１を照らしつつカメラ２０で被加工物１１を撮像することにより、被加工物１１の画像が取得される。なお、カメラ２０の撮像領域（視野）２０ａは、一対の支持面３０ａの全体をカバーするように設定される。そのため、カメラ２０で被加工物１１を撮像すると、被加工物１１の全体を含む画像が取得される。

図３は、カメラ２０によって取得される被加工物１１の画像（撮像画像）４０を示す画像図である。カメラ２０で被加工物１１を撮像すると、被加工物１１の表面１１ａ側の全体を表す画像４０が取得される。そのため、画像４０は、被加工物１１の外周縁１１ｃの少なくとも一部を表す領域に相当する外周縁領域４２を含む。

前述のように、支持台３０、カバー３６及び拡散板３８（図２（Ａ）及び図２（Ｂ）参照）は透明であり、一対の支持面３０ａによって支持されている被加工物１１の全体が照明３２によって照らされる。そのため、画像４０には被加工物１１の輪郭（４辺）に相当する外周縁１１ｃの像が明確に現れる。

カセット８（図１参照）には複数の被加工物１１が同じ方向に沿って収容されているため、搬送機構１０（図１参照）によって被加工物１１をカセット８から支持ユニット１８に一定の動作で搬送することにより、被加工物１１は概ね一定の向きで一対の支持ユニット１８上に配置される。しかしながら、カセット８内における被加工物１１の向きのばらつきや搬送機構１０の動作の誤差等が原因で、一対の支持台３０上に配置される被加工物１１の向きが僅かにずれることがある。例えば、被加工物１１は、長手方向がＹ軸方向に対して僅かに傾いた状態で支持ユニット１８に上に配置されることがある。この場合、図３に示すように、画像４０には僅かに傾いた被加工物１１が表示される。

カメラ２０によって取得された画像４０は、制御部２４（図１参照）に入力される。そして、制御部２４は画像４０に画像処理を施すことにより、被加工物１１の向きを検出する。

図４は、制御部２４を示すブロック図である。なお、図４には、制御部２４の機能的な構成を示すブロックに加えて、カメラ２０及び表示部２２を模式的に図示している。以下、図５乃至図７を参照しつつ、図４に示す制御部２４の構成及び動作について説明する。

制御部２４は、処理部５０及び記憶部６０を含む。処理部５０は、外部から入力された情報（信号、データ等）を処理するとともに、各種の情報（信号、データ等）を生成して外部に出力する。また、記憶部６０は、処理部５０における処理に用いられる各種の情報（データ、プログラム等）を記憶する。

具体的には、処理部５０は、カメラ２０によって取得された画像４０（図３参照）に含まれる被加工物１１の外周縁１１ｃの位置を示す複数の座標を特定する座標特定部５２を含む。また、記憶部６０は、座標特定部５２によって特定された座標を記憶する座標記憶部６２を含む。例えば座標特定部５２は、画像４０に含まれる画素の明度に基づいて被加工物１１の外周縁１１ｃの座標を特定し、座標記憶部６２に記憶する。

図５は、画像４０の外周縁領域４２を示す画像図である。画像４０は、Ｘ軸方向及びＹ軸方向に沿って配列された複数の画素７０によって構成されており、画素７０それぞれの明度に応じて画像４０に被加工物１１が表される。

画像４０の外周縁領域４２は、画素７０の明度が低い暗領域７２Ａと、画素７０の明度が高い明領域７２Ｂとを含む。暗領域７２Ａは被加工物１１が存在する領域に対応し、明領域７２Ｂは被加工物１１が存在しない領域に対応する。また、暗領域７２Ａと明領域７２Ｂとの境界が被加工物１１の外周縁１１ｃに対応する。

まず、座標特定部５２は、画像４０の外周縁領域４２に含まれる被加工物１１の外周縁１１ｃ（図３参照）と交差する方向に沿って、複数の画素７０の明度を算出する。例えば座標特定部５２は、図５に示すように、Ｘ軸方向と平行な一の行に属する複数の画素７０の明度を順に算出する。

次に、座標特定部５２は、隣接する２つの画素７０の明度の差を算出し、算出された明度の差とあらかじめ記憶部６０に記憶されている閾値とを比較する。そして、座標特定部５２は、隣接する画素７０との明度の差が閾値以上である画素７０の座標を、被加工物１１の外周縁１１ｃの位置を示す座標７４として特定する。具体的には、暗領域７２Ａと明領域７２Ｂとの境界においては、明度が低い画素７０と明度が高い画素７０とが隣接し、両者の明度の差が閾値以上になる。そして、座標特定部５２は、互いに隣接する明度が低い画素７０と明度が高い画素７０との一方（図５では明度が高い画素７０）の座標を、座標７４として選択する。

次に、座標特定部５２は、Ｘ軸方向と平行な他の行に属する複数の画素７０の明度を順に算出し、同様の手順で座標７４を特定する。なお、図５には画素７０の明度が３行ごとに算出される例を示しているが、画素７０の明度が算出される行の数及び間隔は自由に設定できる。例えば、外周縁領域４２において１００行の画素７０の明度が算出され、１００個の座標７４が特定される。

なお、被加工物１１の撮像条件によっては、被加工物１１の外周縁１１ｃの位置を示す座標７４が正しく取得されないことがある。例えば、被加工物１１の外周縁１１ｃに異物（ゴミ）が付着している場合や、被加工物１１を照らす照明３２（図２（Ａ）及び図２（Ｂ）参照）が部分的に劣化している場合等には、暗領域７２Ａのうち明領域７２Ｂ側に突出するイレギュラーな部分（暗領域７２Ｃ）や、画素７０の明暗が不明確な部分（中間領域７２Ｄ）が、画像４０に現れることがある。そして、暗領域７２Ｃを含む行においては、他の座標７４から離れたイレギュラーな座標７４（座標７４Ａ）が検出されることがある。また、中間領域７２Ｄを含む行においては、隣接する画素７０との明度の差が閾値以上である画素７０を検出できないことがある。

また、上記では、座標特定部５２が被加工物１１の長辺（図３における右辺）に相当する外周縁１１ｃの位置を示す座標７４を特定する場合について説明したが、座標特定部５２は、被加工物１１の短辺（図３における上辺又は下辺）に相当する外周縁１１ｃの位置を示す座標７４を特定してもよい。この場合、座標特定部５２は、Ｙ軸方向と平行な列に属する複数の画素７０の明度を順に算出する。

次に、座標特定部５２（図４参照）は、記憶部６０にアクセスし、特定された複数の座標７４を座標記憶部６２に記憶する。なお、隣接する画素７０との明度の差が閾値以上である画素７０を検出できなかった行又は列が存在する場合、座標特定部５２はその行又は列の座標を座標記憶部６２に記憶してもよい。

また、処理部５０は、座標特定部５２によって特定された複数の座標７４に基づいて、被加工物１１の外周縁１１ｃを近似する近似線を算出する近似線算出部５４を含む。さらに、記憶部６０は、近似線算出部５４によって算出された近似線を記憶する近似線記憶部６４を含む。

図６は、画像４０の外周縁領域４２及び近似線７６を示す画像図である。例えば、被加工物１１が矩形状で外周縁１１ｃが直線状である場合（図１等参照）には、近似線算出部５４は、座標記憶部６２に記憶されている複数の座標７４を読み出し、最小二乗法を用いて複数の座標７４を一次関数でフィッティングする。これにより、被加工物１１の外周縁１１ｃに対応する直線である近似線７６が算出される。そして、近似線算出部５４（図４参照）は、記憶部６０にアクセスし、算出された近似線７６を近似線記憶部６４に記憶する。

なお、近似線７６の算出方法は、被加工物１１の外周縁１１ｃの形状に応じて適宜選択できる。例えば、被加工物１１の外周縁１１ｃが非直線状である場合には、複数の座標７４を２次以上の関数でフィッティングしてもよい。

また、処理部５０は、近似線算出部５４によって算出された近似線７６が被加工物１１の外周縁１１ｃに対応しているか否かを判定する外周縁判定部５６を含む。例えば外周縁判定部５６は、座標７４と近似線７６との距離に基づいて、近似線７６が被加工物１１の外周縁１１ｃに対応しているか否かを判定する。

具体的には、外周縁判定部５６には、座標記憶部６２に記憶されている複数の座標７４と、近似線記憶部６４に記憶されている近似線７６とが入力される。そして、外周縁判定部５６は、複数の座標７４それぞれと近似線７６との距離を算出する。

次に、外周縁判定部５６は、近似線７６から所定の範囲内の位置を示す座標７４の数又は割合を算出し、その座標７４の数又は割合が許容範囲内であるか否かを判定する。例えば、記憶部６０にはあらかじめ、近似線７６からの距離の閾値が記憶されている。そして、外周縁判定部５６は、近似線７６から座標７４までの距離と閾値とを比較することにより、複数の座標７４がそれぞれ近似線７６から所定の距離の内側（許容エリア内）の位置を示すものであるか否かを判定する。そして、許容エリア内の位置を示す座標７４（エリア内座標）の数と、許容エリア外の位置を示す座標７４（エリア外座標）の数とがそれぞれカウントされる。

さらに、記憶部６０にはあらかじめ、エリア内座標の数又は割合の許容範囲（下限値）を定義する閾値が記憶されている。そして、外周縁判定部５６は、エリア内座標の数又は割合と閾値とを比較することにより、エリア内座標の数又は割合が許容範囲内（下限値以上）であるか否かを判定する。

複数の座標７４が被加工物１１の外周縁１１ｃを示す座標として適切に特定されている場合には、近似線７６上又は近似線７６の近傍を示す座標７４が多くなり、エリア内座標の数又は割合は許容範囲内（下限値以上）となる。この場合、外周縁判定部５６は、近似線７６が被加工物１１の外周縁１１ｃに対応していると判定する。一方、複数の座標７４が被加工物１１の外周縁１１ｃを示す座標として適切に特定されていない場合には、近似線７６上又は近似線７６の近傍を示す座標７４が少なくなり、エリア内座標の数又は割合は許容範囲外（下限値未満）となる。この場合、外周縁判定部５６は、近似線７６が被加工物１１の外周縁１１ｃに対応していないと判定する。

また、処理部５０は、向き検出装置２の動作を制御する動作制御部５８を含む。動作制御部５８は、外周縁判定部５６による判定の結果に応じて向き検出装置２の各構成要素に制御信号を出力し、各構成要素の動作を制御する。例えば動作制御部５８は、表示部２２を制御する表示制御部５８ａを含む。表示制御部５８ａは、表示部２２に制御信号を出力することにより、表示部２２に表示される情報を制御する。

外周縁判定部５６によって近似線７６が被加工物１１の外周縁１１ｃに対応していると判定されると、近似線７６を基準として被加工物１１の向きが決定される。すなわち、近似線７６が被加工物１１の外周縁１１ｃと同視され、近似線７６の傾きに基づいて被加工物１１の向きが特定される。そして、搬送機構２８（図１参照）によって被加工物１１が支持ユニット１８からチャックテーブル２６に搬送される。このとき、搬送機構２８の回転によって被加工物１１の向きが調節される。

一方、外周縁判定部５６によって近似線７６が被加工物１１の外周縁１１ｃに対応していないと判定されると、向き検出装置２はオペレーターにエラーを通知する。例えば、表示制御部５８ａは表示部２２に制御信号を出力し、被加工物１１の向きが適切に検出されていない旨を知らせるメッセージ、画像等を表示部２２に表示させる。また、向き検出装置２は、点灯又は点滅によってオペレーターにエラーを通知する表示灯や、音又は音声でオペレーターにエラーを通知するスピーカーを備えていてもよい。

図７は、画像４０の外周縁領域４２、近似線７６及び識別マーク７８，８０Ａ，８０Ｂを示す画像図である。近似線７６が被加工物１１の外周縁１１ｃに対応していないと判定された場合、表示制御部５８ａは、画像４０の外周縁領域４２と、座標７４が適切に特定されなかった位置を示す識別マーク７８，８０Ａ，８０Ｂとを、表示部２２に表示させてもよい。

識別マーク７８は、座標７４の特定に異常があった位置を示すマークである。具体的には、識別マーク７８は、近似線７６から所定の範囲外の位置を示す座標７４（エリア外座標）を含む行若しくは列の位置、又は、隣接する画素７０との明度の差が閾値以上である画素７０が検出されなかった行若しくは列の位置を示す。例えば、画像４０上の対象となる行と重なる位置に、×印が識別マーク７８として表示される。識別マーク７８が画像４０とともに表示部２２に表示されることにより、オペレーターは被加工物１１の外周縁１１ｃの検出に異常があった位置を瞬時に把握できる。

一方、識別マーク８０Ａ，８０Ｂは、異常の内容を示すマークである。具体的には、識別マーク８０Ａは、近似線７６から所定の範囲外の位置を示す座標７４（エリア外座標）が検出されたことを示す。また、識別マーク８０Ｂは、隣接する画素７０との明度の差が閾値以上である画素７０が検出されなかったことを示す。

例えば識別マーク８０Ａとして、エリア外座標を含む行又は列が存在する旨を示す記号“＞”が、その行又は列と重なる位置に、識別マーク７８に隣接して表示される。また、例えば識別マーク８０Ｂとして、隣接する画素７０との明度の差が閾値以上である画素７０が検出されなかった行又は列が存在する旨を示す記号“？”が、その行又は列と重なる位置に、識別マーク７８に隣接して表示される。このように、異常の内容を簡易的に示す識別マーク８０Ａ，８０Ｂが画像４０とともに表示部２２に表示されることにより、オペレーターは外周縁１１ｃの検出異常の内容を瞬時に把握できる。

なお、表示部２２に表示される識別マーク７８，８０Ａ，８０Ｂの態様に制限はなく、識別マーク７８，８０Ａ，８０Ｂは、色彩、数字、文字、図形、模様又はこれらの組み合わせによって自由に構成できる。例えば、識別マーク７８は、矢印等の図形であってもよいし、表示対象である行又は列に属する画素７０を他の行又は列に属する画素７０と異なる色又は模様で表すことによって表示されてもよい。また、識別マーク８０Ａ，８０Ｂは、異常の内容を示すメッセージや、異常の内容に対応するエラー番号等であってもよい。

次に、向き検出装置２を用いた被加工物１１の向きの検出方法の具体例について説明する。図８は、被加工物１１の向きの検出方法を示すフローチャートである。

被加工物１１の向きを検出する際は、まず、複数の被加工物１１を収容したカセット８（図１参照）を、カセット台６Ａ又はカセット台６Ｂ上に配置する。そして、カセット８に収容されている被加工物１１を、搬送機構１０によって支持ユニット１８に搬送する。その後、一対の支持台３０によって支持された被加工物１１を照明３２（図２（Ａ）及び図２（Ｂ）参照）で照らしつつ、被加工物１１をカメラ２０で撮像する（ステップＳ１）。

カメラ２０によって取得された被加工物１１の画像４０（図３参照）は、制御部２４（図４参照）に入力される。そして、座標特定部５２が、画像４０に含まれる被加工物１１の外周縁１１ｃの位置を示す複数の座標７４（図５参照）を特定する（ステップＳ２）。その後、近似線算出部５４が、座標特定部５２によって特定された複数の座標７４に基づいて、被加工物１１の外周縁１１ｃを近似する近似線７６（図６参照）を算出する（ステップＳ３）。

次に、外周縁判定部５６が、近似線７６が被加工物１１の外周縁１１ｃに対応しているか否かを判定する（ステップＳ４）。例えば外周縁判定部５６は、前述のように、座標７４と近似線７６との距離に基づいて座標７４をエリア内座標とエリア外座標とに分類し、エリア内座標の数又は割合が許容範囲内であるか否かに基づいて被加工物１１の外周縁１１ｃと近似線７６との対応を判定する。

近似線７６が被加工物１１の外周縁１１ｃに対応していると判定された場合には（ステップＳ５でＹＥＳ）、近似線７６が被加工物１１の外周縁１１ｃと同視され、近似線７６の傾きに基づいて被加工物１１の向きが特定される。そして、表示制御部５８ａは、表示部２２に制御信号を出力し、画像４０を表示部２２に表示させる（ステップＳ６）。

なお、表示制御部５８ａは、画像４０とともに他の情報（座標７４、近似線７６等）を表示部２２に表示させてもよい。また、近似線７６から所定の範囲外の位置を示す座標７４（エリア外座標）を含む行又は列や、隣接する画素７０との明度の差が閾値以上である画素７０が検出されなかった行又は列が存在する場合には、表示制御部５８ａは画像４０とともに識別マーク７８，８０Ａ，８０Ｂ（図７参照）を表示部２２に表示させてもよい。ただし、ステップＳ６は省略することもできる。

次に、搬送機構２８（図１参照）によって被加工物１１が支持ユニット１８からチャックテーブル２６（図１参照）に搬送される（ステップＳ７）。このとき、近似線７６の角度に基づいて被加工物１１の向きが調節される。

一方、近似線７６が被加工物１１の外周縁１１ｃに対応していないと判定された場合には（ステップＳ５でＮＯ）、動作制御部５８は表示部２２等にエラーを通知させる（ステップＳ８）。また、表示制御部５８ａは、表示部２２に制御信号を出力し、画像４０及び識別マーク７８，８０Ａ，８０Ｂ（図７参照）を表示部２２に表示させる（ステップＳ９）。このとき表示制御部５８ａは、画像４０とともに他の情報（座標７４、近似線７６等）を表示部２２に表示させてもよい。

そして、エラーを確認したオペレーターは、表示部２２に表示されている情報に基づいて、異常を解消させる措置をとる（ステップＳ１０）。例えば、近似線７６から所定の範囲外の位置を示す座標７４（エリア外座標）が検出されている場合には、オペレーターは被加工物１１に異物が付着していないかを確認し、必要に応じて被加工物１１の洗浄処理を行う。また、例えば、隣接する画素７０との明度の差が閾値以上である画素７０が検出されなかった行又は列が存在する場合には、オペレーターは照明３２（図２（Ａ）及び図２（Ｂ）参照）を点検し、必要に応じて光源３４の交換等を行う。

上記の制御部２４の一連の動作は、記憶部６０に記憶されたプログラムを実行することによって実現される。具体的には、記憶部６０には、ステップＳ１乃至ステップＳ９における処理を記述するプログラムが記憶されている。そして、制御部２４は記憶部６０からプログラムを読み出して実行することにより、被加工物１１の向きを自動で検出する。

以上の通り、本実施形態に係る向き検出装置２は、被加工物１１の外周縁１１ｃの位置を示す複数の座標７４と、被加工物１１の外周縁１１ｃを近似する近似線７６との距離に基づいて、近似線７６が被加工物１１の外周縁１１ｃに対応しているか否かを判定する。これにより、被加工物１１の外周縁１１ｃが不適切な近似線によって近似された状態で被加工物１１の向きが特定され、被加工物１１が不適切な向きで搬送されることを防止できる。

また、向き検出装置２は、被加工物１１の外周縁１１ｃの位置を示す座標７４が適切に特定されなかった位置を示す識別マーク７８，８０Ａ，８０Ｂを表示部２２に表示させることができる。これにより、被加工物１１の外周縁１１ｃの検出に異常があった位置がオペレーターに通知される。その結果、オペレーターは外周縁１１ｃの検出に異常があった位置を瞬時に確認し、速やかに異常を解消するための措置を取ることが可能になる。

なお、上記実施形態に係る構造、方法等は、本発明の目的の範囲を逸脱しない限りにおいて適宜変更して実施できる。

１１ 被加工物
１１ａ 表面（第１面）
１１ｂ 裏面（第２面）
１１ｃ 外周縁（側面）
２ 向き検出装置（向き検出機構）
４ 基台
４ａ，４ｂ 開口部
６Ａ，６Ｂ カセット台
８ カセット
１０ 搬送機構（搬送ユニット）
１２ 保持部
１２ａ 上面
１２ｂ 吸引孔
１４ 多関節アーム
１６ 検出ユニット
１８ 支持ユニット
２０ カメラ（撮像ユニット）
２０ａ 撮像領域（視野）
２２ 表示部（表示ユニット、表示装置）
２４ 制御部（制御ユニット、制御装置）
２６ チャックテーブル（保持テーブル）
２６ａ 保持面
２８ 搬送機構（搬送ユニット）
３０ 支持台
３０ａ 支持面
３２ 照明
３４ 光源
３６ カバー（ケース）
３８ 拡散板
４０ 画像（撮像画像）
４２ 外周縁領域
５０ 処理部
５２ 座標特定部
５４ 近似線算出部
５６ 外周縁判定部
５８ 動作制御部
５８ａ 表示制御部
６０ 記憶部
６２ 座標記憶部
６４ 近似線記憶部
７０ 画素
７２Ａ 暗領域
７２Ｂ 明領域
７２Ｃ 暗領域
７２Ｄ 中間領域
７４，７４Ａ 座標
７６ 近似線
７８，８０Ａ，８０Ｂ 識別マーク

Claims (5)

1. 非円形の被加工物の向きを検出する向き検出装置であって、
   該被加工物を支持する支持ユニットと、
   該支持ユニットで支持された該被加工物を撮像して該被加工物の外周縁を含む画像を取得するカメラと、
   該支持ユニットで支持された該被加工物を照らす照明と、
   表示部と、
   制御部と、を備え、
   該制御部は、
   該画像に含まれる該外周縁と交差する方向に沿って該画像に含まれる複数の画素の明度を算出し、隣接する画素との明度の差が閾値以上である複数の画素の座標を該外周縁の位置を示す複数の座標として特定する座標特定部と、
   複数の該座標に基づいて、該外周縁を近似する近似線を算出する近似線算出部と、
   該近似線から所定の範囲内の位置を示す該座標の数又は割合が許容範囲外である場合に、該近似線が該被加工物の該外周縁に対応していないと判定する外周縁判定部と、
   該近似線から所定の範囲外の位置を示す該座標を含む行若しくは列の位置を示す識別マーク、又は、隣接する画素との明度の差が閾値以上である画素を含まない行若しくは列の位置を示す識別マークを、該画像とともに該表示部に表示させる表示制御部と、を含むことを特徴とする向き検出装置。
2. 該近似線算出部は、該近似線として該外周縁を近似する直線を算出することを特徴とする請求項１に記載の向き検出装置。
3. 該表示制御部は、該識別マークを複数の該座標と重ならないように該表示部に表示させることを特徴とする請求項１又は２に記載の向き検出装置。
4. 該表示制御部は、該近似線から所定の範囲外の位置を示す該座標が検出されたことを示すマーク、又は、隣接する画素との明度の差が閾値以上である画素が検出されなかったことを示すマークを、該画像とともに該表示部に表示させることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の向き検出装置。
5. 該識別マークは、色彩、数字、文字、図形、模様又はこれらの組み合わせによって構成されることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の向き検出装置。

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