JPS6375507A

JPS6375507A - くぼみ穴測定方法及び装置

Info

Publication number: JPS6375507A
Application number: JP21918986A
Authority: JP
Inventors: Tetsushi Imi; 伊美　哲志
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1986-09-19
Filing date: 1986-09-19
Publication date: 1988-04-05
Also published as: JPH0459563B2

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】〔発明の目的〕（産業上の利用分野）本発明は、走行中の帯状鉄板上に形成された円形又はス
リット状のくぼみ穴の寸法測定に好適するくはみ穴測定
装置に関する。

（従来の技術）近時、解像力が高い高精細力２−ブツウン管用のシャド
ウマスクが製作されつつある。この種のシャドウマスク
は、寸法を極めて高精度に制御するため、片面ずつエツ
チングして穴が明けられる。そして、その穴の出来上り
寸法は、最初に明けられた小ドツト側（電子銃側）の寸
法でほぼ決まってしまう。そのため、小ドツト側がエツ
チングされた段階で出来たくぼみ状穴の寸法を計測し、
工程管理することが歩留り向上のために有効である。

ところで、従来、この目的を達成するために行われてき
たのは、次の二つの方法である。すなわち、■ツイン上
に鉄板打抜き機を設置し、打抜いた鉄板をオフラインで
計測する。■測微顕微鏡を用い、鉄板の移動に合わせて
、検査員が目視で測定する。

しかし、上記■の方法では、（イ）能率上、鉄板の走行
速度に下限があり、打抜いたときの衝撃による悪影響が
生じる。（ロ）打抜かれた部分は製品として使用できな
いので、採取できるデータ数に制約がある。（ハ）測定
結果が得られるまで、時間がかかる。そのため、工程へ
のフィードバックが遅れ、不良品が多くできる可能性が
ある。に）−足の場所をモニタするのが困難である。

また、上記■の方法では、ｈ５分解能が低く、かつ、検
査員による測定精度のバラツキがある。（ロ）′鉄板の
走行速度が早い場合は、測定が不能になることがある。

（ハ）多くの場合、測定により鉄板を損傷するので、そ
の部分が不良品となる。に）検査員が鉄板に従って移動
せねばならないので、作業安全上、問題である。

（発明が解決しようとする問題点）本発明は、上記の及び■の方法が有する（イ）〜高精細
カラーブラウン管用のシャドウマスク製造の一工程であ
る帯状鉄板エツチング工程における円形又はスリット状
のくぼみ穴の寸法測定を高精度で自動測定できるくぼみ
穴測定装置を提供することを目的とする。

〔発明の構成〕

（問題点を解決するための手段と作用）被検物体に形成
されたくぼみ穴のパターンを撮像する撮像手段と、くぼ
み穴のパターンを示す画像信号を２値化する２値化手段
と、２値化画像信号のうちから当該くぼみ穴に対応する
画像データのみを抽出し、この抽出された画像データに
基づいてパターンの形状を高精度で、自動測定するよう
にしたものである。

（実施例）以下、本発明の一実施例を図面を参照して詳述する。

第１図乃至第３図は、この実施例のくぼみ穴測定装置を
示している。この装置は、矢印Ｘ方向にローラ（Ｒ）に
より駆動され走行している帯状鉄板（１）を撮像してこ
の鉄板（１）上にエツチングにより形成されたくぼみ状
の円形穴（２）・・・を示す画像信号に変換する撮像部
（３）と、この撮像部（３）から出力された撮像信号Ｓ
１１に基づいて円形穴（２）・・・の寸法を演算・　す
る演算制御部（４）と、演算結果を表示するプリンタ、
ブラウン管等からなる表示部（５）とから構成されてい
る。しかして、撮像部（３）は、ＩＴＶ　（Ｉｎｄｕｓ
ｔｒｉａｌＴｅｌｅｖｉｓｉｏｎ　）カメラ（６）と、
このカメラ（６）を支持して矢印Ｘ方向に直行する矢印
Ｙ方向（鉄板（１）の幅方向）に移動させる支持部（７
）と、■ＴＶカメラ（６）下端部に施設され鉄板（１）
の拡大光像をＩＴＶカメラ（６）の撮像面上に結像させ
る光学系（８）と、この光学系（８）の焦点位置が鉄板
（１）上になるように調整する自動焦点部（９）と、鉄
板（１）の−側部にシャドウマスク部位的・・・に対応
して１個ずつ形成されているマーク圓・・・を検出する
マーク検出部σ２とから構成されている。上記支持部（
７）は、鉄板（１）上方位置にて軸線方向がＹ方向とな
るように図示せぬ一対の軸受部により軸支された送りね
じ（１３と、この送りねじ（」謙に螺挿されＩＴＶカメ
２（６）がＸ、Ｙ方向に直交するＺ方向に摺動出仕に取
付けられた取付合図と、送りねじ（１湧の一端部に連結
され送りねじＵの回動により取付台（１４１の位置調整
を行うハンドル（１，５１とからなっている。一方、光
学系（８）は、■ＴＶカメラ（６）の下端部に連結され
た円筒状の筐体（ｌ■と、この筐体（１６）中に内股さ
れ鉄板（１）の拡大光像を形成させるしンズ系（ｌηと
、筐体（ｌＥ９に付設されこのレンズ系（１７）を介し
て鉄板（１）を照明する照明部（１ａｌとから構成され
ている。しかして、照明部α〜は、筐体（１ｅの側部に
突設された円筒状の収納部０と、この収納部σ９の端部
に収納されたストロボ光源（イ）と、このストロボ光源
−から投射されストロボ光をレンズ系（ｌηの光軸０１
）に直交する光軸□方向に投射するレンズ系（ハ）と、
このレンズ系（至）により投射された光を光軸Ｑ１）と
光軸□□□との交差位置にて下方に反射させるハーフミ
ラ−Ｃ２４＋とからなっている。上記レンズ系（Ｉ７）
の倍率は、ＩＴＶカメラ（６）にて数個の円形穴（２）
・・・を撮像できるように設定されている。そして、筐
体αｅの外周面には、２方向にラック（ハ）が形成され
ている。さらに、前記自動焦点部（９）は、上記筐体（
ＬＩ１９に取付けられ走行中の鉄板（１）との距離を測
定してこの距離をボす電気信号ＳＤを出力する測距セン
サ弼と、この測距センサシロ）からの電気信号ＳＤを入
力して光学系（８）の焦点位置と鉄板（］）の表面位置
との差を算出しこの差を解消させる制御信号ＳＣを出力
するサーボ回路（２Ｄと、上記ラック（２籾に歯合する
ピニオン（ハ）及びこのビニオン（ハ）を回転駆動する
モータ（図示せず）を有し制御信号ＳＣに基づいて光学
系（８）の焦点が確実に鉄板（１）上にくるように自動
焦点操作を行うアクチュエータ（２）とからなっている
。

このアクチュエータ（２）は、前記取付台ａ荀に取付け
られている。つぎに、マーク検出部（１２１は、前記一
方の軸受部に固設された保持片（至）と、この保持片（
至）の先端部に設けられ、かつ鉄板ｆ１．）に検査光を
投射する投光部及び鉄板（１）からの反射光を受光する
受光部を有し鉄板（１）に一定間隔で列設されたマーク
ａυ・・・の通過を受光部における受光量変化に基づい
て検出して検出信号８Ｍを演算制御５（４）に出力する
マークセンサＧυとからなっている。一方、演算制御部
（４）は、第３図に示すように、ＩＴ■カメラ（６）。

自動焦点部（９）、照明部賭及びマーク検出部（１２に
電気的に接続され、これらを有機的に統御するとともに
、第４図に示すフローチャートに従って、円形穴（２）
・・・の寸法を演算するように設けられている。

具体的には、撮像信号８１１を入力してアナログ−ディ
ジタル（人／Ｄ）変換するＡ／Ｄ変換回路（ト）と、こ
のＡ／Ｄ変換回路弼から出力された撮像信号８Ｉ２を一
時的に記憶する画像メモリ（至）と、この画像メモリ（
ハ）に格納されている画像データに基づいて後述する平
滑化、２値化、縮小、孤立点除去、拡大。

周辺除去、処理を行う例えばミニコンピユータと後述す
る各種ハード回路との組合せからなる演算部（ト）とか
ら構成されている。さらに、この演算制御部（４）は、
コンソール１５０１にも接続され、各種指令、を入力で
きるようになっている。

つぎに、上記構成のくぼみ穴測定装置による円形穴（２
）・・・の測定方法について述べる。

まず、ローラ（Ｒ）により鉄板（１）をＸ方向に走行さ
せる。つぎに、ハンドルθ１を回転させることによりＩ
ＴＶカメラ（６）がたとえば鉄板（１）の中央部を撮像
する位置に位置決めする。ついで、自動焦点部（９）を
作動させ、測距センサ（イ）から出力された電気信号Ｓ
Ｄを入力したサーボ回路（５）からの制御信号ＳＤによ
りアクチーエータ四を起動して光学系（８）をＺ方向に
取付台（１荀に対して動かし焦点位置、の訓整を測定中
、−貫して、行わせる。つぎに、演算制御部（４）にて
マーク検出部ａりから出力された検出信号ＳＭを入力す
ると、所定の遅延時間ｔＢ後に、照明信号ＳＬが照明部
α騰に出力される。すると、ストロボ光源（イ）からス
トロボ光が、レンズ系Ｃ３Ｉ及びハーフミラ−Ｑ（転）
を経由して、走行中の鉄板（１）に投射される。このと
き、鉄板（１）にて反射された光をレンズ系（Ｌ７）を
介して静止した拡大光像としてＩＴＶカメラ（６）の撮
像面上に結像させる。しかして、この拡大光像は、ＩＴ
Ｖカメラ（６）にて撮像情号ＳＩＩに変換される（第５
図及び第４図ステップ（Ｓｌ）参照）。

つぎに、撮像信号８Ｉｌは、Ａ／Ｄ変換回路（ハ）に出
力される（第５図及び第４図ステップ（Ｓ２）参照）。

つづいて、Ａ／Ｄ変換回路（至）からのディジタル撮像
信号８Ｉ２は、画像メモＩｊ　Ｃｆｌにて鉄板（］）の
シャドウマスク部位（１０）の１個の円形穴（２）を示
す画像データとして格納される。かくして、マイクロコ
ンピュータ側にては、あらかじめ格納されている演算プ
ログラムにより画像メモリｒ；３艶中のｍＷデータに基
づき、まず、例えば孤立点除去、論理フィルタリング等
を第４図のフローチャートに従って行う。

ところで、第６図は、鉄板（１）における円形穴（２）
・・・を拡大して示すものであるが、種々のノイズが円
形穴（２）・・・と混在し、測定精度低下の原因となっ
ている。たとえば、鉄板（１）表面荒れに基因する第２
種ノイズＧυ・・・や円形穴（２）・・・内部にて部分
的に明るくなることによって生じた第２種ノイズ６Ｄ・
・・などがある。上記第１種ノイズ５１）・・・の中に
は、第６図に示すように、円形穴（２）・・・から離間
して存在する場合と、互に結合して存在する場合とがあ
る。他方、第２種ノイズｌ！５２１・・・についても、
円形穴（２）・・・内に孤立して存在する場合と、外部
と結合して存在する場合とがある。そこで、これらのノ
イズｔ５］）・・・。

５２・・・を除去するための一法として、上記演算部弼
にて平滑化処理（第４図、ステップＳ２参照）を行って
第５図に示すように信号ＳＩ２を信号ＳＩ３に変換した
のち、２値化処理を行い第５図に示すように信号ＳＩ３
を信号ＳＩ４に変換する（第４図、ステップＳ３参照）
。この２値化回路ｃ３４）におけるしきい値ＶＴの設定
はノイズ除去を最大限効率的に行うために、つぎのよう
にして行う。ずなわぢ、第５図の信号ＳＩｌが示すよう
に、くぼみ状の円形穴（２）・・・の部分は、明るさの
変化は少なく、逆に、円形穴（２）・・・の周辺の部分
の明るさのバラシキが多い。したがって、信号８Ｉ３に
ついて明るさく電圧値）のヒストグラムをとってみると
第７図のようになる。

この図において、左側の急峻な山部ｌ５３）は、円形穴
（２）−・・に対応し、また、右側のなだらかな丘部―
）は、円形穴（２）・・・以外の部分を示している。よ
って、山部（ト）と丘部−との境界の電圧値をしきい値
ＶＴを設定することにより、良好に円形穴（２）・・・
とノイズ（５ｆＪ・・・、６２・・・とを分離すること
ができる（第８図参照）。

しかし、この２値化処理のみでは、ノイズ処理は不十分
である。そこで、第９図に示すように、画像全体の縮小
を行う（第４図ステップ（８４）　）。つぎに、第１０
図に示すように、反転処理後、孤立点を除去する（第４
図ステップ（Ｓｆｆ））。たたし、大きいノイズＧυ・
・・、　（！′ｉａ・・・は、この処理によっても除去
されない。さらに、第１１図に示すように、画像を元の
大きさに戻すために拡大処理を行う（第４図ステップ（
８６））。ついマ、″、第１２図に示すように、当核画
像領域の周辺になお存在している円形穴（２）・・・を
除去する（第４図ステップ（Ｓ７））。さらに、第１３
図に示すように、円形穴（２）・・・の内部になお存在
している前記第２種ノイズ６２・・・を除去するために
、穴埋め処理を行う（第４図ステップ（Ｓｇ））。

かくして、ノイズｔ５υ・・・、５２・・・は、完全に
除去され、寸法計測される円形穴（２）・・・のみとな
った。そこで、円形穴（２）・・・を１個ずつ順次に寸
法計測するためにラベリングを行う（第４図ステップ（
Ｓｓ））。ついで、各円形穴（２）ごとに、面積９周囲
長、２次モーメントを計算し、これらの数値とあらかじ
め設定されている基準値とを比較する。そうして、第１
４図に示すように円形穴（２）の面積が過小な場合、及
び、第１５図に示すように円形穴（２）の−周囲長が過
大な場合、及び、第１６図に示すように円形穴（２）の
２次モーメント値の差が過大である場合には、これを不
要形状とみなし円形穴（２）としての計測を行わず削除
処理する（第４図ステップ（８＋ｏ））。つぎに、残り
の正常な形状の円形穴（２）・・・について、円の直径
りを次式により求める（第４図ステップ（８１１））。

Ｄ＝２ＶＩＺ璽ただし、Ｓは円形穴の面積である。つぎに、円形穴（２
）・・・の直径の平均値を算出する。しかして、測定結
果は表示部（５）にて表示されるとともに、あらかじめ
マイクロコンビーータにコンソール（！ｉ０＋を介して
設定されている基準値と測定値との比較を行い、測定値
が基準値から所定量以上偏倚しているときは、エツチン
グライン全体を統御する工程制御コンビ一一タ（４υに
不良発生信号ＳＮを出力する。

以上のように、この実施例のくぼみ穴測定装置は、高速
走行する鉄板（］）に形成された円形穴（２）・・・の
寸法をオンラインで高精度（数μｍの分解能）に自動測
定することができる。しかも、非接触検査であるので鉄
板（１）を損傷することかない。また、測定時間は、数
秒で行うことができるので、数多くの測定データを得る
ことができるとともに、不良が発生しても工程へのフィ
ードバックを迅速に行うことができる。また、マニク検
出部αおから出力された検出信号ＳＭにより鉄板（１）
の一定の位置の測定が可能となる。さらにまた、検査員
の負担が軽減し、省力化、省人化をはかることができる
とともに、作業の安全性が向上する。

なお、上記実施例におけるＩＴＶカメラ（６）のＹ方向
の移動は、送りねじによることなく、例えは、滑車とロ
ーラにより行ってもよい。

また、マーク検出部Ｕによるマーク圓・・・を検出する
代りに、シャドウマスク部位０Ｑ・・・そのものを検出
するようにしてもよい。また、Ｉ’Ｉ’Ｖカメラ（６）
の代りに、例えばＣＣＤ　（Ｃｈａｒｇｅ　Ｃｏｕｐｌ
ｅｄ　Ｄｅｖｉｃｅ）カメラ、ラインセンサ等、他のイ
メージセンサを用いてもよい。さらに、ストロボ光源−
の代りに、高速シャッタを用いてもよい。さらに、上記
実施例においては、円形穴（２）・・・の測定項目は、
直径のみであるが、楕円率、最大径、最小径等を合わせ
て測定するようにしてもよい。さらに、平滑化。

縮／ト、拡大を必☆に応じて繰返すようにしてもよい。

さらに、平滑化処理については、高周波ノイズが少ない
場合は省略してもよい。

つぎに、第１図乃至第３図に示すくぼみ穴測足装置によ
って第１７図に示す長手方向が一定の方向性を有するく
ぼみ状スリット穴Ｃ灼・・・の測定方法について述べる
。

第１７図は、鉄板（１）におけるスリット穴（５最・・
・を拡大して示すものであるが、この場合においても、
第６図に示す円形穴（２）・・・の場合と同様、第１２
ｍノイズ団・・・及び第２種ノイズ６η・・・が存在す
る。したがって、スリット穴５５１の輻Ｗ及び間隔Ｔを
高精度で求めるには、これらノイズ−）・・・、＠・・
・を除去する必要があるが、その手順を第１８図に示し
た。この第１８図のフローチャートは、円形穴（２）・
・・の場合に適用したフローチャート（第４図）とステ
ップＳｌからステップＳ、。まで全く同じであるので、
これらのステップＳＬ・・・８１０の説明を省略する。

しかして、ステップＳ、。が終了すると、スリット穴６
つ・・・の長手方向の傾きを補正する（第１８図ステッ
プ（ｓ＋ｚ））。

この補正は、第４図ステップ（Ｓｈｏ）にて求めた２次
モーメントの主軸の角度の平均値に基づき、スリット穴
４５５）・・・の長手方向が縦軸と平行になるように行
う（第１９図参照）。つぎに、幅計測するか否かの判断
を行ったのち（ステップＳ）、８２０図に示すように、
スリット穴霞・・・をラベリング値に基づき１個ずつ横
軸へ投影したのぢ、このときの投影データについて、横
軸方向に走査し、山形の両端の面積の数％をノイズとし
てカットして、幅方向のエツジＥｌ、　Ｅ２を決定する
（第１８図ステップ（Ｓ’ｓ））。

このステップ（８１３）が終了すると、間隔計測するか
否かの判断を行ったのち（ステップＳ）、ｍ３．８図ス
テップ（Ｓ６）終了後のデータを用いて、スリット大田
・・・の間隔Ｔを求める。このために、第２１図に示す
ように、ステップ（８１２）において求めた傾斜角に基
づいて、長手方向が縦軸と平行になるように傾き補正し
たのち、１列方向のスリット穴（ト）・・・をウィンド
ウ鏝にて包含させる（第１８図ステップ（８１４））。

ついで、第２２図に示すように、縦軸への投影データは
一対のしきい値ＶＴＤＩ、　ＶＴＤ２により２値化処理
し、間隔Ｔを求める。上記しきい値ＶＴＤＩ、　ＶＴＤ
２は、それぞれ、すでに求めているスリット穴（５５）
・・・の幅の８０〜９０％、】０〜２０％とする。そう
して、まず、しきい値ＶＴＤ１により順次２値化のため
の走査をしていき、しきい値Ｖ’ｌ”Ｄｌより投影値が
小さくなったＩＪが点で、しきい値ＶＴＤ２に切換え、
２値化処理を継続する。そして、しきい値ＶＴＤ２より
小さな投影値となったところをスリット穴６最・・・下
端のエツジとする。さらに、しさい（直ＹＴＤＩに戻し
、再び２値化のための走奔を継続する。そして、しきい
値ＶＴＤＩより大きくなった時点で、しきい値ＶＴＤ２
に切換え、今度は逆方向に走査し、しきい値ＶＴＤ２を
スリット穴ｃｉＳ・・・上端のエツジとする。

この処理を繰返すことにより、間隔Ｔを求める。

このようにすることにより、スリット穴（５３・・・間
にノイズが存在しても、これに影響されることなく正確
にエツジ検出ができる。しかして、円形穴（２）・・・
と同様に、スリット穴（５）・・・の幅Ｗ及び間隔Ｔの
データの平均値を算出し、円形穴（２）・・・と同様の
手順で所定の処理を行う。

このスリット穴６ω・・・の場合においても、前記円形
穴（２）・・・と同様の効果を焚する。

なお、本発明のくぼみ穴測定装置は、円形状。

スリット状に限ることなく、方形状、楕円状、菱形状、
矩形状９台形状、卵形状等、あらゆる形のくぼみ穴の測
定に適用可能である。さらに、第１８図において、幅計
測と間隔計測のうち、両方行うことなくいずれか一方の
み実施するようにしてもよい。また、本発明は、鉄板（
１）に限ることなくあらゆるものに形成されたくぼみ穴
の形状測定に適用できる。

〔発明の効果〕

本発明のくぼみ穴測定装置は、送行中の被検物体に形成
されたくぼみ穴をオンラインかつ高精度で自動測定する
ことができる。そのため、検査員の負担が軽減し作業の
安全性が向上するとともに、抜取り検査でなく全数検査
が可能となるので、工程管理に利用した場合、信頼性及
び歩留の向上に寄与できる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例のくぼみ穴測定装置の平面
図、第２図は同じく要部断面正面図、第３図は同じく電
気回路系統を示すブロック図、第４図は同じく作動説明
のためのフローチャート、第５図は第３図において発生
する電気信号のタイミングチャート、第６図は円形穴の
拡大平面図、第７図は２値化用しきい値の求め方を説明
するための図、第８図乃至第１３図はノイズ除去過程の
説明図、第１４図乃至第１６図は不良形状の円形穴を示
す図、第１７図はスリット穴の拡大平面図、第１８図は
スリット穴の寸法測定の説明のためのフローチャート、
第１９図は傾き補正されたスリット穴の拡大平面図、第
２０図乃至第２２図はスリット穴の幅及び間隔測定を説
明するための図である。（１）・・・鉄板（被検物体）。（２）・・・円形穴（くぼみ穴）。（４）・・・演算制御部（画像処理部）。（６）・・・ＩＴＶカメラ（撮像手段）。（財）・・・２値化回路（２値化手段）。（ト）・・・マイクロコンピュータ。代理人　弁理士　　則　近　憲　佑同　　　　　竹　花　喜久男゛炙Ｉ′＞１第３図！ｉ４７図ｍ４　　問第１８図第２０図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）被検物体に設けられたくぼみ穴を撮像して画像信
号を出力する撮像手段と、この撮像手段から出力された
画像信号を２値化する２値化手段と、この２値化手段か
ら出力された２値化画像データについて縮小処理及び孤
立点除去及び拡大処理を行いノイズを除去する第１のノ
イズ除去手段と、この第１のノイズ除去手段によりノイ
ズが除去された画像データに対して上記くぼみ穴周辺及
び内部に存在するノイズを除去する第２のノイズ除去手
段と、この第２のノイズ除去手段により得られた画像デ
ータに対して上記くぼみ穴の形状を示すパラメータを演
算し演算結果を基準値と比較しこの比較結果に基づき形
状不良のくぼみ穴を除去する第３のノイズ除去手段と、
この第３のノイズ除去手段にて得られた画像データに基
づいて上記くぼみ穴の形状測定を行う形状測定手段とを
具備することを特徴とするくぼみ穴測定装置。
（２）形状測定手段は、長手方向が一定方向に配向され
たスリット状のくぼみ穴の上記長手方向の傾きを補正す
る傾き補正手段並びに上記くぼみ穴の幅を測定する幅測
定手段及び上記くぼみ穴の間隔を測定する間隔測定手段
のうち少なくともいずれか一つを有することを特徴とす
る特許請求の範囲第１項記載のくぼみ穴測定装置。
（３）パラメータは、くぼみ穴の面積、周囲長、２次モ
ーメントの中から選択された少なくとも一つであること
を特徴とする特許請求の範囲第１項記載のくぼみ穴測定
装置。