JPS6314281B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明はパターン検査方法に関するものであ
る。

日本酒のびん等に用いる王冠のような検査対象
物体の表面に商標等が印刷されたものにあつて
は、その製造工程において異種の王冠が混入した
り、印刷ミスや印刷の位置ずれが生ずる。このた
めこの王冠製造ラインにおいて、印刷ミス、印刷
ずれ、異種の王冠の混入等の異常を検出する検査
装置が要求されている。本発明は、このような２
次元に広がるパターンの識別あるいは正常・異常
の欠陥を検知するパターン検査方法に関するもの
である。

この王冠上に印刷されたパターンの検査装置を
構成する上でもつとも問題になることは、このよ
うな円形状の検査対象物体が製造ライン上を流れ
てくる時には、そのパターンの向きが第１図に示
すように回転に対し不定になる点にある。

一般に２次元のパターン検査装置は、センサと
して工業用カメラ（ITV）かこれに準ずる２次
元固体イメージセンサを使い、これらのセンサに
よつて得られるマトリツクス状の画像の画素
（ｉ、ｊ）番地の濃度情報や幾何学的位相情報等
に信号処理を施すことによりパターン検査を実行
している。この信号処理内容であるパターン検査
のアルゴリズムは各対象、各メーカで様々である
が、最もよく使われる方法としては前もつて登録
された基準パターンと検査対象であるサンプリン
グパターンとの整合度合を求め、この整合度合を
表わす数値の値によつてサンプリングパターンの
識別あるいは欠陥を検知するパターンマツチング
法がある。

次にパターンの向きがランダムになることの問
題点を説明する。パターンマツチング法で考える
ならば、検査パターンが回転させられていること
を許すと、これに対処するため基準パターンも一
定角度毎に逐次回転したものを用意しておき、サ
ンプリングパターンとこの回転させられたすべて
の基準パターンとマツチングを行い検査を実行す
る必要がある。このため演算時間が長くなること
で、製造ライン上の検査装置として実用に適さな
くなることが生じたり、演算時間の短縮のために
高機能の信号処理装置を採用することで検査装置
が非常に高価になるようなことが生ずる。パター
ン検査装置が実用化できるかは処理時間と価格に
より決定される点からみて、このように検査パタ
ーンに回転の自由度があるということは、パター
ン検査装置を開発する上で非常に重要な問題点と
なる。

この発明は、ライン上を流れてくる、原点を中
心に回転方向の自由度を与えられた２次元の広が
りをもつ検査対象パターンの識別あるいは欠陥の
検査に関するものである。この発明の基本的な考
え方は、パターンの回転に対し不変な属性値であ
る面積分布を識別パラメータと定義し、検査パタ
ーンの面積分布を検知しても、前もつて登録され
ている基準パターンの面積分布との類似度すなわ
ち整合度合を求めることにより、検査パターンの
識別あるいは欠陥検査を実行するものである。

前にも述べたように、検査パターンに回転の自
由度があるということが検査装置を構成する上で
かなり重要な因子である。そこでこの発明では、
パターンの回転に対し不変な属性値である面積分
布を定義し、識別パラメータとして用いることに
した。

この発明においてパターンの面積分布とは、第
２図および第３図に示すように原点からの半径ｒ
〜ｒ＋Δrに設定されたリング帯上の明暗状態に
対応する量ｆ（ｒ）の径方向への分布と定義する。

この面積分布が各パターンに特有なパターンを
示すとともに、原点を中心とするパターンの回転
に対し不変な１次元のパターンであることが理解
されよう。しかも２次元のパターンを面積分布と
いう１次元のパターンにするという情報圧縮の機
能ももつている。

次に第４図に検査ステーシヨンの構成の例を示
す。製造装置１で製造された検査対象物体は、ベ
ルトコンベア２等の搬送ラインによつて検査ステ
ーシヨン３へ導かれる。検査ステーシヨン３は検
査対象物体を設定部４にセツトして、ステツプモ
ードで階段的に逐次回転している。検査は検査対
象物体６が検査ゾーン５にある時行われる。この
位置検出は検査ステーシヨンの回転パルスか、別
にセツトされた光電スイツチ等の位置決め信号に
より行われる。このように検査ステーシヨンを構
成することで (1) 検査ゾーンの頭上に配置されるセンサの幾何
的原点と検査パターンの幾何学的原点を自動的
に合わせることができる。

(2) ステツプモードで動作させることで、一瞬検
査パターンを停止させる。これにより、センサ
でパターンを読み取る時の移動ブレがなくな
る。

検査ステーシヨンは第４図に示すものには限ら
れない。例えば第５図に示すような検査ステーシ
ヨンでもよい。すなわち、検査ステーシヨン３は
ステツプモードではなくて一様な連続的な回転を
していて、検査対象物体が検査ゾーン５の所定の
位置にきたことを、検査ステーシヨンの回転パル
スか別にセツトされた光電スイツチ等の位置決め
信号を使つて検出し、センサでパターンの読み込
みを行う。この時、検査速度が遅くて移動ブレが
問題にならない時は通常の照明方法で、検査速度
が速くて移動ブレが問題になる時は位置決め信号
と同期したストロボ光を照射することで動画像の
静止化を行つてパターンの読み込みを実行すれば
よい。

第６図に検査パターンの面積分布を求めるため
のセンサ８の構成を示す。センサは原点を中心と
する同心円状に配置された複数の受光帯７を有す
ることで構成される。

このセンサとしては、例えば第７図に示すよう
に、受光帯７として太陽電池のような光電変換素
子を、各受光帯７を分離する目的で設けるアイソ
レーシヨンゾーン９を介して同心円状に配置する
ような光電センサが考えられる。あるいはセンサ
として工業用テレビカメラや２次元の固体イメー
ジセンサを用いることも考えられる。工業用テレ
ビカメラや２次元の固体イメージセンサを使う場
合には、第８図に示すように検査パターンの
（ｉ、ｊ）番地において、原点からの距離に対応
する√²＋²の値を計算することでこの（ｉ、ｊ）
番地があらかじめ設定されたどの受光帯７に属す
るかを判別して、各受光帯７の濃度情報を累計
し、あるいは２値化画像であれば各受光帯の明暗
情報の個数を累計して面積分布を求めることがで
きる。この演算処理はコンピユータにより行うこ
とができる。

このようなセンサ８を用いることで、第９図に
示すような検査パターンの面積分布を求めること
ができる。ここでセンサ８の受光帯７の個数及び
幅の値は検査対象パターンを十分よく表現できる
ような値に設定する。

以下本発明では、第７図に示した光電センサを
使い面積分布を検知することで、検査パターンの
識別あるいは欠陥の検査を行う一例について説明
する。第１０図に信号処理の構成図を示す。検査
対象物体６が第４図あるいは第５図の検査ステー
シヨン３の検査ゾーン５にセツトされているもの
とする。ランプ１４からの光は検査対象物体６に
照射され、ここで反射され、レンズ１２を通して
検査パターン１０が、同心円状に配置された受光
帯７，７を有する光電センサ８に結像される。受
光帯７の光電変換素子によつて変換させられた入
射光強度に対応する電気出力は、各受光帯７に対
応するプリアンプ１５により増幅される。このプ
リアンプ１５の出力がこの検査パターン１０の面
積分布を表わす。

次に信号処理装置１６を使つて、得られた面積
分布のパターンから検査パターンの識別あるいは
欠陥検査を実行する。信号処理装置としてはたと
えば第１１図に示すようなマイクロコンピユータ
１９を使つて構成する方法がある。プリアンプ１
５の出力をマルチプレクサ１７を介してアナログ
−デイジタルコンバータ１８によりデイジタル量
に変換してマイクロコンピユータ１９のメモリに
格納する。ここで信号ａは検査パターン１０が検
査ゾーンにセツトされたことを示す位置決め信号
で、信号ｂは検査ゾーンの検査対象物体６の有無
を検出する光電スイツチ等の信号である。信号ａ
がオンになつて位置決めが終了されたことが知ら
され、かつこの時の信号ｂがオン状態で検査対象
物体６が存在することが確認された時、面積分布
のデータの読み込みを行う。次に読み込まれたデ
ータを使つて、検査パターンの面積分布と前もつ
て登録されている基準パターンの面積分布との整
合度合を求める。この整合度合を表わす量として
よく使われるものにたとえば単純類似度Ｓがあ
る。このＳを求めるのはマイクロコンピユータ１
９により実行される。ここではこの単純類似度Ｓ
を求めることにより、検査パターンの識別あるい
は欠陥検査を行う例について説明する。単純類似
度Ｓは、第１２図に示すように検査パターンの面
積分布の要素Ｐ(i)と基準パターンの面積分布の要
素Ｑ(i)から、 という式で求まる。ここではｉ各受光帯の番号を
示す。先にも述べたように、面積分布が１次元パ
ターンになつているため、このＳの計算も２次元
に比べ非常に簡単になる。

Ｓは、Ｐ(i)とＱ(i)が全く同一のパターンであれ
ば１、全く相関のないパターンであれば０とな
り、その中間の類似度であれば１〜０の間の値を
示す。すなわち、類似度が高い程１に近い値を示
すので、このＳの値を用いることにより検査パタ
ーンの識別あるいは欠陥検査が行えることにな
る。ここで識別とは、検査パターンがあらかじめ
登録されている複数の基準パターンのどれと最も
高い類似度を示すかを求めることにより、検査パ
ターンが基準パターンのどれであるかを同定する
ことである。また欠陥検査は、製造ラインを流れ
てくるパターンが１種類でこれと同種のパターン
を基準パターンとして登録しておき、単純類似度
を求めて、たとえば 0.8≦Ｓ≦1.0→良品 ０≦Ｓ＜0.8→不良品 という判定により実行できる。

以上の説明において単純類似度Ｓを求める時
に、必ずしもすべての受光帯７の番号(i)を選ぶ必
要はない。パターンの特徴を最もよく表わす受光
帯の番号(i)を前もつて調べておき、この受光帯の
出力に対応する面積分布でＳを計算すれば精度が
上がることになる。またより信頼性を増すために
次のような方法を付加することも有効である。す
なわち、面積分布はその絶対値よりパターンの方
が重要な意味をもつと考えられる。たとえば面積
分布は光源強度の変動があると絶対値は変化する
がパターンは変化しない。そこで第１３図に示す
ように、面積分布を規格化するために面積分布の
要素の割合fi／〓_ifiを求め、これを新たに面積分布
として採用すれば環境の変化に対して強い検査シ
ステムとすることができる。

この発明は図形の回転に対して不変な属性値で
ある面積分布を定義し、この面積分布を識別パラ
メータとするために、回転方向に自由度のある検
査対象物体のパターンの識別あるいは欠陥検査を
容易に実行できる。また２次元のパターンを、面
積分布という１次元のパターンにすることで情報
圧縮を実行するため、以後の識別処理を単純な処
理ですますことができ、したがつて処理速度を要
求される製品検査に非常に有効である。

【図面の簡単な説明】

第１図は検査対象物体の状態を示す流れ図、第
２図は面積分布を説明するためのパターン図、第
３図は第２図における半径と明暗状態との関係を
示すグラフ、第４図および第５図は検査ステーシ
ヨンの構成図、第６図および第７図はセンサの構
成図、第８図は面積分布を求める方法を説明する
図、第９図は半径と面積分布との関係を示すグラ
フ、第１０図および第１１図は信号処理の構成
図、第１２図は単純類似度を説明するグラフ、第
１３図は面積分布を規格化するためのグラフであ
る。 １……製造装置、２……コンベア、３……検査
ステーシヨン、４……設定部、５……検査ゾー
ン、６……検査対象物体、７……受光帯、８……
アナログセンサ、９……アイソレーシヨンゾー
ン、１０……検査パターン、１２……レンズ、１
４……ランプ、１５……プリアンプ、１６……信
号処理装置。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 検査対象物体上に記されたパターンを複数個
   の同心円帯状に分割するとともに、上記パターン
   の各同心円帯における光学量に対応する値を検出
   することによつてその値の分布を求め、一方基準
   のパターンを複数個の同心円帯状に分割するとと
   もに、上記基準パターンの各同心円帯における光
   学量に対応する値を検出することによつてその値
   の分布を求め、上記検査対象物体上に記されたパ
   ターンと上記基準のパターンの中心を一致させた
   状態で、上記検査対象物体上のパターンの同心円
   帯の光学量の分布を上記基準のパターンの同心円
   帯の光学量の分布と比較するようにしたパターン
   検査方法。