JPS58213380A - パタ−ン検査装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は例えばびんや容器など、その断面か円または
楕円の如く軸対称な形状からなる検査対象物の良否を検
査する検査装置に関する。

従来、かかる検査は専ら目視により行なわれていたが、
これは検査要具の確保の問題、検査水準の不安定性また
はコスト面等において間須があシ、したがって最近は目
視検査にかわる自動検亘が種々提案されている。その例
として、例えば「形状係数を求める方法」および「輪郭
座標マツチング法」がある。前者は検査対象物を、例え
ば工業用”テレビジョンカメ之（以下、単にＴＶカメラ
ともいう。）によって撮像して得られるビデオ信号を所
定のしきい値レベルで２値化してメモリに記憶させると
ともに、該記憶データにもとづいて検査対象物の面積Ｓ
２周団長りおよび形状係数ｋ（−８／Ｌ２）を求め、例
えば「円」の場合は該形状系数ｋが所定の値となること
から検査物の真円性を判定するものである。しかしなが
ら、この方法によれば演算速度は比較的高速であるが、
対象物が多少変形していても係数ｋが余シ変化しない、
つまり検出感度または精度が悪いという重大な欠点を有
している。一方、後者の方法は、上記と同様にして記憶
された情報から対象画像の輪郭をなす座標点を求め、こ
れを標準のデータと比較することによシ対象物の形状を
検査するものである。したがって、変形に対する検出精
度は前者よシも相当高いが、対象物の寸法が少しでも異
なると標準パターンとの一致がとれなくなるため、マツ
チングを多数回行なう必要があり、その結果演算時間が
著しく長くなるという欠点を有している。また、標準パ
ターンのテーブルを多数必要とするためメモリ容１がぼ
う太とな）、コストアップになると云う難点もある。

この発明はこのような事情のもとになされたもので、円
形の如く軸対称な形状から々る対象物における形状の良
否を高速かつ高精度に、しかも安価に検査しうる検査装
置を提供することを目的とする。

その特徴は、軸対称な検査対象パターンの該対称鵬を水
平（Ｘ）、垂直（Ｙ）走査形撮像装置の垂直走査方向と
一致させて撮像することによシ得られる撮は信号を２値
化し、該２値化信号の立上り点と立下シ点とから最小Ｘ
座標、最大Ｘ事原を各水平走査線上に検出してこれらを
記憶し、該記念データから検査パターンの中心点および
「中心点を通るＹ軸と平行な中心線を求め、該中心融の
Ｘ座標に対する前記最小、最大Ｘ座標の各偏差を演算し
、該偏差から検査パターンの対称性を判定するとともに
、前記記・億データからＸ、Ｙ軸方向の各最大外郭長（
最大径）とその偏差とを演算し、該偏差から検査パター
ンの外郭形状を判定することによシ検査パターンの良否
を高速かつ高精度に検出しうるようにした点にある。さ
らには、検査ノ（ターンをその中心軸に沿って複数個の
領域に分割するとともに、各領域内で互いに隣接する各
水平走査線上の最小Ｘ座標と最大Ｘ座標との偏差および
極性を検出し、該検出結果から検査パターンの輪郭を判
定する機能をも付加することによシ総金的な検査を行な
い、検出精度をよυ一層向上させるものである。

以下、この発明の実施例を図面を参照して説明する。

第１図はこの発明の実施例を示すブロック図、第２図は
第１図における総合判定回路の他の実施例を示すブロッ
ク図、第３図〜第７図は検査対象パターンの２値化画像
を説明する説明図である。

第１図において、１はＴＶカメラ、２は２値化回路、３
は画面分割回路、４はマスク発生回路、５はアンドゲー
ト、６は最小Ｘ座標検出回路、７は最大Ｘ座標挾出回路
、８はメモリ、９は最外郭点夜出回路１０、中心点検出
回路１１、対称・性判定回路１２、外郭寸法判定回路１
３およびオアゲート１４かもなる総合判定回路である。

ここで、検査対称パターンが第３図（Ａ）の如（ｒ日」
で表わされるものを対象としてその力作を説明する。

横歪対象物をＴＶ左カメラにより撮四して得られるビデ
オ（撮像）信号は２値化回路２において２値比され、画
面分割回路３によシ水平（Ｘ）、垂直（Ｙ）二次元の多
数の格子点に離散化（画素化。

絵素化）される。なお、この離散化は、２値化信号を水
平（Ｘ）方向については高周波クロック（６Ｍ　ｌｉｚ
　）を、また垂直（Ｙ）方向に一’）いてはＴＶ左カメ
ラの水平走査源をそれぞれ使朋することにより容易に行
なわれる。こうして離散化またＩ：画素化されたビデオ
信号は、マスクｇ酸発生回路４およびアンドゲート５に
よシ、撮１１画面の所望の領域に関する情報のみが後段
の最小Ｘ至標検出回路６および最大Ｘ座標検出回路７へ
出力される。なお、マスク領域は水平、垂直の二次元領
域として指定される。最小Ｘ座標検出回路６は各水平走
査毎、つまシ第３図（Ａ）に示される如き任意のＹ座標
Ｙｉ毎に２値化信号の最初の立ち上が９魚座？　Ｘ　ｏ
Ｈを、一方最大Ｘ座標検出回路７はその泄終の立ち下が
シ点座標Ｘ！ｎ　Ｉをそれぞれ検出し、メモリ８に記憶
させる。この操作は１画面を形成する全水平走査線また
はマスク発生回路４によって指定される領域内の全水平
走査線について行なわｔ、その結果メモリ８のＸｏｉ領
域には第３図（Ａ）の白丸印（Ｃ・）で示される点のＸ
座標が、またＸｍｉ領域には黒丸印（・）で示される点
のＸ座標がそれぞれ記憶される。ここで、メモリアドレ
スをＸ座標に対応させ、実質的にＸ座標だけを記憶させ
るようにすれば、メモリ容量を小さくすることかで住る
とともに、そのアクセスが容易となシ演算速度が速くな
るという効果をもたらす越″のである。このようにして
メモＵ８に記憶された情報は図示されない演算制御装置
によって茨み出され、総合判定回路９に与えられる。総
合判定回路９の最外部点検出回路１０において、有効画
面内のＸ座標の最小値ＸＱＯおよび最大値ｘｍｎ、なら
びにＸ座標の最小値ｙｏｏおよび最大値ｙｒｎｎが検！
Ｂされ、対象パターン図形のＸ。

Ｙ方向の最大外郭長Ｄｘ　（Ｘｆｆ１ｎ　　Ｘｏｏ）、
Ｄｙ（ｙｍｎ−ｙｏ。）が求められる。なお、第３図（
ｌにおいてＦ’ｏ。

は原点、”１　＋　Ｐ２は最小、最大Ｘ座標発生点、Ｌ
ｏ。

ＬＪｊ：を小、最大Ｙｉ標発生ラインをそれぞれ示すも
のである。この最外部点検出回路１０からの出力は中心
点検出回路１１に与えられ、該中心点検出回路１１にお
（・てその中心座標Ｐ。（ｘ、ｙ）が求められる。この
中心座標Ｐ。を求める１つの方法として、Ｘｉ標Ｐ。（
Ｘ）についてはＹ’ｃ　＝　（’！ｍｎ＋’１０ｏ　）
／２を中心とする４士α（α：定数）の領域についてＸ
。ｉおよびＸｍｊの平均値を求め、これを対象パターン
図形のＸ軸方向の中心とすることができる。

これを式で表わすと、 となる。また、Ｙ方向の中心Ｐ。（Ｊ）についても上記
と同様にして求めることができるが、この場合は単にＹ
’ｃをもってＰ。（ｙ）に替えることもできる。・対称
性判定回路１２では１、上記の如くして求められる♂形
の中心Ｐ０（ｘ、ｙ）を通るＹ＠と平行な仮想線（Ｘ軸
の中心１９）Ａ−Ａ’を中心線とする左。

右両端までの４ｘ軸の多さを求め、これらが所定のしき
い値内にあるか否かを調べることによねその対称性を判
定する。つまシ、 Ｘｍｉ　＋　Ｘｏｉ　　２　Ｐｃ（ｘ）’＋＋・＋＋・
＋＋＋＋＋　　（ｔ）なる・５算を各水平走査線ｙｌ毎
に行壮５゜このとき、検査対象物が良品（真円）であれ
ば上記（１）式の値は′°Ｏ＃または賂″０”となシ、
不良品の場合は所定値以上（〉β）となることから艮、
不良を判定することができる。なお、水平走査線のいず
れか１本において（１）式の１直が所定値φ）を超えた
とき不良と判定するようにしてもよいが、ノイズ等の影
響もあるので連続ｎ本（ｎ＝２〜３に選定される。）の
水平走査線（ｎラスタ）で該条件が成立したとき不良品
と判定する方かより妥当であるっ対称性判定回路１２は
良品のとき伊１えば論理“ｔ）”、不良品のとき論理″
′１＃信号を所定のタイミングで出力するので、該出力
はさらてオアゲート１４を介して所要の機器に与えられ
る。

ところで、第４図に示されるように、検査対象物の略中
心線上の一部にふ（らみによる不良部Ｆ１が存在する場
合がある。この場合は、上述の如き対称性の判定だけで
は不充分であるので、その対策として外郭寸法判定回路
１３によシ次の如き演算が行なわれる。すなわち、最外
郭点検出回路１０にて得られたデータＤＸ、Ｄｙを用い
て、ｌ　Ｄｘ　　Ｄｙ　ｌ　　　　　　　　・−・四・
・曲・・（２）なる演算を行なう。良品であれば（２）
式の値は所定値（γ）以内であり、不良品のときは所定
値（γ）以上となることから、検査パターンの形状の良
、否を判定することができる。なお、（２）式のかわシ
に１　（Ｄｘ　　Ｄｙ　）／ＤＸ　ｌ　　　　　・・・
・・・・・・・・・・・・（２）なる演算を行ない規格
化すると、円だけでなく攬円のような図形に対しても適
用することができるばか）でな（、大きさの変動による
影響を無視しうるアルゴリズムとすることができる。何
故ならば、上記（２（式の値は円または楕円等のパター
ンに個有な一定値となるからである。なお、上記（２）
式の如くＸ軸方向の最大径（最大外郭長）　Ｄｘによシ
規格化するかわυに、Ｙ軸方向の最大径Ｄｙによって規
格化してもよいことは勿論である。こうしてオアゲート
１４からは対称性判定回路１２゜外郭寸法判定回路１３
からの論理和出力が得られるので、少なくとも一方の判
定結果が不良であれば検査対象パターンは不良と判定さ
れることになる。例えば、第３図（Ｂ）の如く「ひげ」
部Ｆ２、「へこみ」部Ｆ３等の不良部分がある対象パタ
ーンについては、上記対称性判定回路１２および外郭寸
法判定回路１３のいずれにおいても不良と判定されるこ
とがわかる。したがって、第５図（Ａ）の如くふくらみ
Ｆｌがあるもの、同図（Ｂ）の如く「ひげ」Ｆ２、へこ
みＦ３があるもの、または同図（Ｃ）の如く［パリＪ　
Ｆ４があるものについては対称性または外郭寸法の判定
を行なうことによシその良否を判定することができる。

しかしながら、上記判定方式は、その性格からみて例え
ば円と正方角または円と正多角形とを区別することがで
きないことがわかる。したがって、この発明ではさらに
第２図の如く増減判定回路１５を付加する。

この増減判定回路１５は、メモリ８のデータから検査パ
ターンが存在する有効なＹ軸領域について次の如き演算
を行なう。すなわち、任意のＹ座標Ｙｉと）’１−１−
１とに着目し、ｙｉとｙｉ＋１における最小Ｘ座標をＸ
。ｉ　＋　ｘｏ　（ｉ十ｔ　）　＋また最大Ｘｉ標をｘ
ｍｔ　ｌ　Ｘｍ　（ｉ−）−ｘ）とするとき を演算し、該演算値ＤＦｏｉ、ＤＦ工１についてその絶
対値と極性とを調べる。つまシ、例えば検棄対ン物が正
方形であれば上記（３）式で求められるＤＦｏｉ　。

ＤＦｒｎｉはＹｉ座標とは無関係に一定値となるのに対
し、対象物が円形または楕円形の場合はＹｉ座標に応じ
て変化するので、先の最外郭点検出回路１０にて得られ
たＤｙを、例えば第６図の如く８等分するとともに、中
心点検出回路１１にて得られたＹ軸の中心ｙｃを境にし
てＤｙ／８毎の領域Ａ１〜Ａ８に分割する。そして、こ
れら領域Ａ１〜Ａ８における上記ＤＦｏＩ、ＤＦｍｉの
絶対値ｎｌ　〜ｎ８．．ｎ１〜ｎＢとそノ極性について
調べると次表の如くなる。したがって、表 増派判定回路１５に上表の如き判定テーブルを予め用意
しておくことによシ、上記（３）式の演算によって得ら
れたＤＦＯｌ、ＤＦｍｉの絶対値（ｎｌ”’−ｎＳ＋ｎ
１〜ｎａ）とその極性（＋、−）をテーブルを用いて比
較することが可能となる。なお、河象物が円の場合は、
上記ｎ１＝ｎ８−ｎ１＝０８．ｎ２−ｎｌ−１１２−１
凰７フ１１３１１５１１３−五１１〕）五ｉ４−＋＋ブ
ー−１４１五ｂとなることがわかる。こうして増減判定
回路１５は締対値、極性ともに合格のとぎその横蓋対象
物は良品であるとして論理″′０”を出力し、少なくと
も一方か不合格のときは不良品であるとして論理゛１”
を出力する。したがって、総合判定回路を第２図の如く
構成すれば、よシー屑正確な判定を行なうことができる
。なお、第２図において、オアゲート１４を介して対称
性判定回路１２、外郭寸法判定回路１３および増減判定
回路１５の少な（とも１つから不良信号が出されへぼ、
検査対象物は不良であると判定されることは云う迄もな
（・。

また、第７図（Ａ）に示されるような二重の閉ループＣ
１，Ｃ２で構成されるパターレについては、第１図のマ
スク発生回路４において、同図（Ａ’ｌの点線Ｍを境界
として検査パターン内、外に＆Ｆ）分けるマスクを発生
させて同図（Ｂ）　、　（Ｃ）の如く別々のパターンＣ
１，Ｃ２に分離し、個々のノくターンについて上記と同
様の判定を行なうことによシ、その良否を判別すること
ができるものである。

以上、主として対象物パターンが円形である場合につい
て説明したが、軸対称なものであれば宿円、長方形（正
方形を含む）、四辺形またはその他の形状についても適
宜な設定値を選択するか、または規格化された判定アル
ゴリズムを適用することにより形状の良否を判定するこ
とができる。

以上のように、この発明によれば、検査対象物を２次元
走査形撮像装置によシ撮像して４られるビデオ信号を２
値化してメモリに記憶させ、該記憶された画像データか
ら対象物の中心を求め、その中心線を基本軸として対称
性の判定を行なうようにしたので、対象物外形の異常（
凹、凸）を高精度に、しかも対象物の大きさにかかわシ
なく安定に検出することができる。つまシ、図形の対称
性はその「大きさ」とは無関係であるからである。

また、上記基準軸をＹ軸、すなわち撮像装置の垂直走査
方向と一致させＸ座標のみに着目して検査するようにし
たので、ハードウェアが簡単になるとともに演算を高速
に行なうことができる。判定処理の対象データとして有
効領域内のＸ座標の最小値と最大値とを用いることによ
シ、特にヒゲ状の外形凸起に対してノくターンの拡大が
行なわれる、つまシ外形突起が誇張される結果、検出感
度が増大する。また、外郭寸法判定を対称性判定に加え
て行なうことによシ、対称性のみの判定では検知し得な
い第４図の如きパターンに対しても簡単かつ高速に、し
かも大きさにかかわ）なく高精度に判別することができ
る。なお、これらの判定はノ（ターンの大きさにかかわ
シなく１回ですむので、高速処理が可能である。さらに
、対称性、外郭寸法判定を併用することによシ円の如（
二軸に対称な図形だけでなく一軸に対称なものについて
も全く同様の精度で高速に検知することができ、しかも
設定値（しきい値）を単に変更するだけで済むという大
きな利点を有する。また、増減判定回路を用いて凹凸の
如き図形の局部的な変化を検出す′　　ることによシ「
対称性＋外郭寸法」判定では検知できない形状（例えば
、円と正方形との差異）を、たとえ大きさが変化した場
合でも１回の演算で高精度に検知することができる。ま
だ、上記増減判定回路により得られ九図形のＹ軸外郭デ
ータをｎ個の領域に分け、各領域毎に極性および絶対値
の変化を検出することにより、例えば円と多角形とを区
別して検知することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の実施例を示すブロック図、第２図は
総合判定回路の他の実施例を示すブロック図、第３図な
いし第７図は検査対象パターンの２値化画像を説明する
説明図である。 符号説明 １・・・・・・ＴＶカメラ、２・・・・・・２値化回路
、３・・・・・・画面分割回路、４・・・・・・マスク
発生回路、訃・・・・・アンドゲート、６・・・・・・
最小Ｘ座標検出回路、７０００６．。 最大Ｘ座標検出回路、８・・・・・・メモリ、９・・・
・・・総合判定回路、１０・・・・・・最外部点検出回
路、１１・・・・・・中心点検出回路、１２・・・・・
・対称性判定回路、１３・・・・・・外郭寸法判定回路
、１４・・・・・・オアゲート、１５・・・・・・増減
判定回路 代理人　弁理士　並　木　昭　夫 代理人　弁理士　訟　崎　　　漕 第１図 第２図 第３図 第４図 （，４） （Ａ） 第６図 ＠５図の′ 第７図 （［１）　　　　　　（Ｃ）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）軸対称な検査対象物の該対称軸をその垂直走査方向
   と一致させて撮像する水平（Ｘ）、垂直（Ｙ）走査形撮
   像手段と、該撮像手段を介して得られる撮像信号を所定
   のしきい値レベルで２値化する２値化手段と、該２値化
   された撮像信号の各水平走査線毎の立ち上がシおよび立
   ち下がシから最小Ｘ座標および最大Ｘ座標をそれぞれ検
   出する最小、最大Ｘ座標検出手段と、該検出された各水
   平走査線毎の最小、最大Ｘ座標を記憶する記憶手段と、
   該記憶データから検査対象物パターンの中心と該中心を
   通るＹ軸と平行な中心線を求めるとともに該中心線Ｘ座
   標と前記最小、最大Ｘ座標の偏差をそれぞれ演算し該偏
   差にもとづいて検査パターンの対称性を判定する対称性
   判定手段と、前記記憶データからＸ、Ｙ軸方向の各最大
   外郭長（最大径）とそれらの偏差を演算し該偏差から検
   査パターンの形状を判定する外郭寸法判定手段とを備え
   、該対称性判定手段および外郭寸法判定手段の少なくと
   も一方の出力から検査対象物の形状の良否を判別するよ
   うにしたことを特徴とするパターン検査装置。 ２、特許請求の範囲第１項に記載のパターン検査装置に
   おいて、前記対称性判定手段は検査パターンの対称性が
   少なくとも２水平走査線にわたって成立しないとき不良
   と判定することを特徴とするパターン検査装置。 ３）％許請求の範囲第１項と記載のパターン検査装置に
   おいて、前記外郭寸法判定手段はＸ、Ｙ軸方向の各最大
   外郭長の偏差をいずれかの軸の最大外郭長をもって規格
   化することを特徴とするパターン検量装置。 ４）特許請求の範囲第１項に記載のパターン検査装置に
   おいて、前記記憶データにもとづいて検査パターンを所
   定数の領域に分割するとともに、各領域内で互いに隣接
   する各水平走査線上における各最小Ｘ座標どうしおよび
   各漫犬Ｘ座標どうしの偏差とその極性とを検出すること
   によシ検査ノ≦ターンの輪郭を判定する輪郭判定手段を
   設け、該判定結果を参照することを特徴とするパターン
   検査装置。 ５）特許請求の範囲第１ｉないし第４項に記載のパター
   ン検査装置において、複数の閉ループからなる検査パタ
   ーンは所定形状のマスクを発生させて分離し、分離され
   た各パターン毎に対称性。 外郭寸法または輪郭判定を行なうことを特徴とするパタ
   ーン検査装置。