JP2005038178A - 検査対象物の基準マーク検査装置 - Google Patents

Abstract

【課題】基準マークの輪郭部分に欠けや変形を生じていた場合であっても迅速かつ確実にその重心位置を検出できるような装置を提供することを目的とするものである。
【解決手段】基準マーク２０ｂを有する検査対象物の表面を撮像する撮像手段３と、この撮像手段３によって撮像された基準マーク２０ｂの画像を二値化する二値化手段６と、あらかじめ基準マーク２０ｂに対する内側リング領域２２と外側リング領域２３の領域を記憶する記憶手段１６と、この内側リング領域２２の輝度と外側リング領域２３の輝度との差が最大となる位置を検出する最大輝度検出手段１４とを備え、この検出された位置における中間領域の形状に基づいて基準マーク２０ｂの重心位置を検出する。
【選択図】図５

Description

本発明は、プリント基板などの検査対象物に設けられた基準マークの重心位置を検出する基準マーク検出装置などに関するものである。

一般に、プリント基板には、その表面に基準マークとなるものが設けられている。この基準マークは、プリント基板検査装置のステージ上に正確にプリント基板が取り付けられているか否かを検出できるようにしたものであり、また、そのプリント基板の伸縮状態なども検出できるようにしたものである。具体的には、例えば、一の基準マークのみを検出する場合は、そのステージ上の基準マークの位置のみを検出し、また、二つの基準マークを検出する場合は、そのプリント基板の角度ずれを検出する。さらに、三つ以上の基準マークの位置を検出する場合は、これらマークの位置や角度ずれの他、プリント基板形成時に生じた基材の伸縮状態なども検出する。この基準マークの重心位置を検出する方法に関しては、下記の特許文献１などに記載されたものが存在する。

この特許文献１に記載されている基準マークの重心位置検出方法は、一般に面積重心法と称されるものを用いたもので、プリント基板に設けられた基準マークを撮像し、基準マークを構成する全ての画素のｘ座標の総和を求める。そして、そのｘ座標の総和を基準マークの面積で除することによって基準マークのｘ座標の重心位置を求め、また、同様にｙ座標の総和を求めて基準マークの面積で除することによって基準マークのｙ座標の重心位置を求めるようにしたものである。
特開平５−２１１３９７号公報

ところで、このような基準マークは、プリント基板の形成段階においてその輪郭部分に欠けや変形を生ずることがある。ところが、従来の面積重心法などでは、基準マークを構成する画素のｘ座標の総和およびｙ座標の総和を求めてその重心を求めるようにしているため、基準マークの輪郭部分に欠けや変形などを生じていた場合は、その重心位置にずれを生じてしまうことになる。さらに、この面積重心法では基準マークの全ての画素のｘ座標の総和やｙ座標の総和を算出するようにしているため、計算量が多くなって処理時間が長くなってしまうという問題を有していた。

そこで、本発明は上記課題に着目してなされたもので、基準マークの輪郭部分に欠けや変形を生じていた場合であっても迅速かつ確実にその重心位置を検出できるような装置を提供することを目的とするものである。

すなわち、本発明は上記課題を解決するために、基準マークを有する検査対象物の表面を撮像する撮像手段と、この撮像手段によって撮像された基準マークの画像を二値化する二値化手段と、あらかじめ基準マークに対する内側の輝度検出領域と外側の輝度検出領域を記憶する記憶手段と、この内側の輝度検出領域の輝度と外側の輝度検出領域の輝度との差が最大となる位置を検出する位置検出手段とを備え、この検出された位置における内側の輝度検出領域もしくは外側の輝度検出領域もしくはその間の中間領域の形状に基づいて基準マークの重心位置を検出するように構成する。

このように構成すれば、基準マークを検出する際、基準マークの輪郭部分に欠けや変形を生じていても、その欠けや変形を生じている部分の画素を認識することなくその重心位置を検出しているので、重心位置にずれを生ずることがなくなる。また、基準マークの全体の画素情報を用いていないため、小さな計算量で迅速にその基準マークの重心位置を検出することができるようになる。

また、好ましい実施態様として、前記内側の輝度検出領域の形状を、基準マークの輪郭部分よりも内側に存在するリング状の形状とする。

このように構成すれば、その基準マークの内側にスルーホールなどが設けられている場合であっても、そのスルーホール以外のマーク領域の輝度を検出することができるので、内側リング領域と外側リング領域との輝度差を大きく確保して正確に重心位置を検出することができるようになる。また、リング状領域の画素情報に基づいて重心位置を検出するので、基準マーク全体の画素情報に基づいて重心位置を検出する場合に比べて格段に計算量を少なくすることができるようになる。

本発明は、基準マークを有するプリント基板の表面を撮像する撮像手段と、この撮像手段によって撮像された基準マークの画像を二値化する二値化手段と、あらかじめ基準マークに対する内側の輝度検出領域と外側の輝度検出領域を記憶する記憶手段と、この内側の輝度検出領域の輝度と外側の輝度検出領域の輝度との差が最大となる位置を検出する位置検出手段とを備え、この検出された位置における内側の輝度検出領域もしくは外側の輝度検出領域もしくはその間の中間領域の形状に基づいて基準マークの重心位置を検出するようにしたので、その基準マークの輪郭部分に欠けや変形を生じていた場合であっても、迅速かつ確実にその重心位置を検出することができるようになる。

以下、本発明の一実施の形態について図面を用いて説明する。この実施形態におけるプリント基板検査装置１は、図１に示すように、基準マーク２０ｂを設けたプリント基板２ｂに対し、そのプリント基板２ｂの基準マーク２０ｂを撮像し、この基準マーク２０ｂの画像を前処理する。そして、あらかじめ欠けや変形などを生じていない正規のプリント基板２ａの基準マーク２０ａに対して、図３に示すように、その輪郭部分２１よりも小径となる内側リング領域２２、および、大径となる外側リング領域２３を設定しておき、その撮像されたプリント基板２ｂの所定の位置における内側リング領域２２および外側リング領域２３の輝度毎の画素数を計数する。そして、順次この特定位置から内側リング領域２２および外側リング領域２３を螺旋状に移動させ、所定範囲内における移動が完了した場合に、その内側リング領域２２と外側リング領域２３の平均輝度の差が最大となる位置を抽出する。そして、その内側リング領域２２と外側リング領域２３の平均輝度の差が最大となった位置の内側リング領域２２と外側リング領域２３との中間領域２４の形状に基づいてその基準マーク２０ｂの重心位置Ｇを検出するようにしたものである。以下、本実施の形態の詳細について説明する。

図１は、本実施形態に係るプリント基板検査装置１の構成を示したブロック図である。

撮像手段３は、検査に際してあらかじめ基準となるデータを生成するためのプリント基板２ａ（以下、「基準プリント基板」と称する）、もしくは、検査対象となるプリント基板２ｂの表面を撮像するもので、あらかじめマウスなどの入力手段７によってディスプレイ８を見ながら入力設定された撮像領域Ａの画像を取得する。この実施形態では、撮像手段３は、一般のプリント基板検査装置に使用されるように、斜め方向から光を照射し、その反射光をＣＣＤカメラなどによって受光するように構成される。なお、このＣＣＤカメラはＣＭＯＳカメラやラインセンサなどによって構成することも可能である。

前処理部４は、このＣＣＤカメラによって撮像されたプリント基板２ａ、２ｂの画像について、Ａ／Ｄ変換処理などを行い、この変換処理されたデータを一旦画像メモリ５に記憶する。この画像メモリ５には二値化手段６が接続される。

二値化手段６は、この画像メモリ５に記憶されているプリント基板２ａ、２ｂの画像について、輝度毎の画素数を計数する。この二値化に際しては、まず、図２（ｂ）に示すように、撮像された画像に対する輝度とその画素数の関係を示すヒストグラムを生成する。このヒストグラムを生成する際、図２（ａ）に示すように、撮像された画像には基準マーク２０ａ、２０ｂとなる金属部分（明となる部分）と基材部分２５ａ、２５ｂ（暗となる部分）が存在するため、明るい側の正規分布と暗い側の正規分布が連続して存在することになる。このため、本実施形態では、これらの正規分布のそれぞれのピークとなる部分Ｐ１、Ｐ２に対してこの平均値Ｐ０を閾値として設定し、この閾値Ｐ０を用いて撮像された画像を白画像と黒画像に二値化する。

内側領域設定手段９は、図３（ａ）に示すように、正規の基準マーク２０ａの輪郭部分２１よりも小径となる内側リング領域２２を設定する。この内側リング領域２２の設定に際しては、まず、正規の基準マーク２０ａに対して二値化処理を行い、この二値化された画像のうち基準マーク２０ａに対応する領域を縮小処理する。そして、更に、この縮小処理された領域を縮小することによって一定の幅を有する内側リング領域２２を設定する。

また、外側領域設定手段１０は、この内側領域設定手段９と同様に、正規の基準マーク２０ａの輪郭部分２１よりも大径となる外側リング領域２３を設定する。この外側リング領域２３の設定に際しては、まず、正規の基準マーク２０ａに対して二値化処理を行い、この二値化された画像のうち基準マーク２０ａに対応する領域を拡大処理する。そして、更に、この拡大処理された領域を拡大することによって中間領域２４の外側に一定の幅を有する外側リング領域２３を設定する。そして、このように設定された内側リング領域２２および外側リング領域２３に関する情報は、記憶手段１６に記憶される。

検査領域設定手段１１は、マウスなどの入力手段７によって設定された矩形状の撮像領域Ａ内において基準マーク２０ａ、２０ｂを探索するための初期位置Ｏなどを設定する。具体的には、まず、初期位置Ｏにおいては、マウスで設定された撮像領域Ａの中心位置を原点Ｏとして、その原点Ｏを中心とする内側リング領域２２および外側リング領域２３内の輝度毎の画素数を計数する。そして、順次、その原点から所定画素分ずつ図３（ｂ）に示すように螺旋状にその内側リング領域２２および外側リング領域２３を移動させ、その領域内の輝度毎の画素数を計数する。この輝度毎の画素数の計数は、計数手段１２によって計数される。

計数手段１２は、検査領域設定手段１１によって順次螺旋状に移動させられた内側リング領域２２および外側リング領域２３内の輝度毎の画素数を計数する。そして、この輝度毎の画素数に関する情報を、その計数を行った内側リング領域２２および外側リング領域２３の位置情報とともに記憶手段１６に記憶する。

平均値算出手段１３は、この計数手段１２によって計数された輝度毎の画素数に基づき、その内側リング領域２２と外側リング領域２３の平均輝度を算出する。この平均輝度に関する情報は、その内側リング領域２２や外側リング領域２３の位置情報とともに記憶手段１６に記憶される。

最大輝度検出手段１４は、記憶手段１６に記憶されている各内側リング領域２２と外側リング領域２３の平均輝度の差を算出し、そして、すべての内側リング領域２２と外側リング領域２３の輝度の差のうち、最大となる位置を出力する。

重心位置検出手段１５は、最大輝度検出手段１４によって検出された位置に基づき、その位置における内側リング領域２２と外側リング領域２３の中間領域２４を抽出する。通常、基準マーク２０ａ、２０ｂの内側に内側リング領域２２が完全に含まれている場合、内側リング領域２２と外側リング領域２３の平均輝度は最大値となり、その内側リング領域２２と外側リング領域２３の間の中間領域２４に基準マーク２０ｂの輪郭部分２１が存在することになる。このため、この中間領域２４の重心位置を検出すれば、それが基準マーク２０ｂの重心位置Ｇとなる。

次に、このように構成されたプリント基板検査装置１における基準マークの重心位置検出フローについて図４および図５を用いて説明する。なお、説明に際しては、まず、基準となる正規のプリント基板２ａに基づいて内側リング領域２２および外側リング領域２３に関する情報を設定する方法を図４に説明し、その後、検査対象となるプリント基板２ｂの基準マーク２０ｂの重心位置Ｇを検出するフローを図に説明する。

＜内側リング領域・外側リング領域の生成フロー＞
まず、欠けや変形などを生じていない基準マーク２０ａを有するプリント基板２ａをセットし、その基準プリント基板２ａの表面に光りを照射してその表面に設けられた画像を取得する（ステップＴ１）。この際、マウスなどの入力手段７によってディスプレイ８を見ながら基準マーク２０ａを有する撮像領域Ａを設定し、この領域Ａの画像を撮像する。この取得された画像を前処理手段４によってＡ／Ｄ変換し（ステップＴ２）、その変換された画像情報を画像メモリ５に書き込む。そして、その輝度毎の画素数を計数し、図２（ｂ）に示すようなヒストグラムを生成する（ステップＴ３）。次いで、この生成されたヒストグラムの各ピーク値Ｐ１およびＰ２からその平均値Ｐ０を算出し、それを閾値Ｐ０として撮像した画像を白画像と黒画像に二値化処理する（ステップＴ４）。そして、この二値化処理された画像のうち、基準マーク２０ａに対応する部分について、まず、あらかじめ設定された縮小倍率を積算して内側リング領域２２の外周部を設定し、また、そこから更に所定の縮小倍率を積算して内側リング領域２２の内周部を設定する（ステップＴ５）。また、これと同様に、あらかじめ設定された拡大倍率を積算して外側リング領域２３の内周部を設定し、また、そこから更に拡大倍率を積算して外側リング領域２３の外周部を設定する（ステップＴ６）。そして、このように設定された内側リング領域２２および外側リング領域２３に関する情報を記憶手段１６に記憶し（ステップＴ７）、その後、その基準プリント基板２ａを取り外して、検査対象となるプリント基板２ｂの基準マーク２０ｂの重心位置Ｇを検出できるようにする。

＜検査対象となるプリント基板の検査処理＞
次に、検査対象となるプリント基板２ｂの基準マーク２０ｂの重心位置Ｇを検出する方法について説明する。まず、検査対象となるプリント基板２ｂの基準マーク２０ｂの重心位置Ｇを検出する場合も同様に、そのプリント基板２ｂをプリント基板検査装置１にセットし、そのプリント基板２ｂの表面に光を照射してその表面画像を撮像する（ステップＴ１０）。この場合も同様に、マウスなどの入力手段７によってディスプレイ８を見ながら基準マーク２０ｂを有する撮像領域Ａの画像を撮像する。そして、この取得された画像を前処理手段によってＡ／Ｄ変換し（ステップT１１）、その情報を画像メモリ５に書き込む。次に、この取得した画像に基づき、初期設定された位置Ｏを中心とする内側リング領域２２の輝度毎の画素数を計数して平均値を算出するとともに、外側リング領域２３の輝度毎の画素数を計数してその平均値を算出する（ステップＴ１２）。そして、図３（ｂ）に示すように、この初期設定Ｏされた位置を基準として螺旋状に数画素ずつ内側リング領域２２および外側リング領域２３を移動させ、各位置における輝度毎の画素数を計数して同様に輝度の平均値を算出する（ステップＴ１２〜Ｔ１３）。そして、撮像領域Ａ内における全ての内側リング領域２２および外側リング領域２３の輝度の平均値の算出が終わると、これらの各位置における内側リング領域２２の平均輝度と外側リング領域２３の平均輝度のうち差が最大となる位置を検出する（ステップＴ１４）。そして、この位置における内側リング領域２２と外側リング領域２３の間の中間領域２４に実際の基準マーク２０ｂの輪郭部分２１が存在しているとみなして、その中間領域２４の重心位置Ｇを算出する（ステップＴ１５）。

このように上記実施形態によれば、あらかじめ基準マーク２０ａに対する内側リング領域２２と外側リング領域２３を設定しておき、基準マーク２０ｂを有するプリント基板２ｂの表面を撮像して二値化した後、順次、この内側リング領域２２と外側リング領域２３の平均輝度が最大となる位置を検出して基準マーク２０ｂの重心位置Ｇを検出するようにしたので、基準マーク２０ｂの輪郭部分２１に欠けや変形などを生じている場合であっても、正確にその重心位置Ｇを求めることができるようになる。また、従来のように基準マーク２０ｂすべての画素の情報を取得してその重心位置を検出する必要がないため、計算量を少なくして迅速にその重心位置Ｇを検出することができるようになる。

また、この実施の形態では、内側の輝度検出領域および外側の輝度検出領域の形状としてリング形状のものを設定したので、基準マーク２０ａ、２０ｂの内側全体に輝度検出領域を設定した場合に比べて格段に計算量を少なくすることができる。また、内側の輝度検出領域をリング状にしているため、その基準マーク２０ｂの中心部分にスルーホールなどが存在している場合であっても、その部分の輝度を考慮することなく正確に基準マーク２０ｂの重心位置Ｇを検出することができるようになる。

なお、本発明は上記実施の形態に限定されることなく、種々の態様で実施することができる。

例えば、上記実施の形態では、内側の輝度検出領域としてリング形状のものを用いたが、これに限らず、他の形状の輝度検出領域を設定するようにしても良い。この場合、例えば、図６に示すように、外側の輝度検出領域２３のみをリング状に構成し、また、内側の輝度検出領域２２０を中空でない円形状に構成するようにしても良い。

また、上記実施の形態では、基準マーク２０ａ、２０ｂの形状として円形状のものを用いて説明したが、これに限らず、図７に示すような矩形状２０ｃのものを用いても良い。この場合も同様に、内側の輝度検出領域および外側の輝度検出領域を種々の形にすることができ、例えば、矩形状の基準マーク２０ｃの中心部分にスルーホール２６が存在している場合は、内側の輝度検出領域２２１を円形のリング状に構成し、一方、外側の輝度検出領域２３０は基準マーク２０ｃの輪郭形状に対応させて矩形のリング状に構成しても良い。

さらに、上記実施の形態では、基準プリント基板２ａの基準マーク２０ａの表面を撮像し、これから内側リング領域２２および外側リング領域２３の設定するようにしているが、これに限らず、直接キーボードなどの入力手段を介してこれらの領域を設定するようにしても良い。

加えて、上記実施の形態では、プリント基板２ｂの基準マーク２０ｂの重心位置を検出する場合について説明したが、これに限らず、検査対象物全般の重心位置を検出する場合に適用することができる。

本発明の一実施の形態におけるプリント基板検査装置の機能ブロック図 同形態における計数手段で生成されたヒストグラムを示した図 同形態における基準マークの形状および内側リング領域と外側リング領域との関係を示す図 同形態における基準プリント基板から内側リング領域および外側リング領域を設定する場合のフローチャート 同形態における基準マークの重心位置を算出するフローチャート 別の実施形態における基準マークの形状および内側リング領域と外側リング領域との関係を示す図 別の実施形態における基準マークの形状および内側リング領域と外側リング領域との関係を示す図

符号の説明

１・・・プリント基板検査装置
２ａ、２ｂ・・・プリント基板（２ａ：基準プリント基板、２ｂ：検査対象となるプリント基板）
３・・・撮像部
４・・・前処理部
５・・・画像メモリ
６・・・二値化手段
７・・・入力手段
８・・・ディスプレイ
９・・・内側領域設定手段
１０・・・外側領域設定手段
１１・・・検査領域設定手段
１２・・・計数手段
１３・・・平均値算出手段
１４・・・位置検出手段
１５・・・最大輝度位置検出手段
１６・・・記憶手段
Ｐ０・・・閾値
Ｐ１・・・第一の輝度
Ｐ２・・・第二の輝度

Claims (2)

1. 基準マークを有する検査対象物の表面を撮像する撮像手段と、
   この撮像手段によって撮像された基準マークの画像を二値化する二値化手段と、
   あらかじめ基準マークに対する内側の輝度検出領域と外側の輝度検出領域を記憶する記憶手段と、
   この内側の輝度検出領域の輝度と外側の輝度検出領域の輝度との差が最大となる位置を検出する位置検出手段とを備え、
   この検出された位置における内側の輝度検出領域もしくは外側の輝度検出領域もしくはその間の中間領域の形状に基づいて基準マークの重心位置を検出するようにしたことを特徴とする検査対象物の基準マーク検出装置。
2. 前記内側の輝度検出領域が、基準マークの輪郭部分よりも内側に存在するリング形状の領域である請求項１に記載の検査対象物の基準マーク検出装置。
   

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