JP2001021500A - 金属表面検査方法及び装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 金属表面を撮影して得られる各画像データに
基づいて、欠陥部を異物と正確に区別できるようにす
る。 【解決手段】 同一の金属表面を、高角度、中角度及び
低角度の各照明の下で、上方より撮影して得られた各画
像データに、Ｂ、Ｇ、Ｒをそれぞれ割り当てた３つの画
像データを合成し、合成されたＲＧＢカラーの入力画像
に基づいて金属の表面状態を検査する際、前記中角度及
び低角度の両照明下における反射強度が大きい中・低角
度照明反射部（Ｃ）のみの存在から、エッジを有する欠
陥を識別し、前記高角度照明下における反射強度が表面
部より大きい高角度照明反射部（Ｅ）のみの存在から接
触疵を識別し、前記中・低角度照明反射部（Ｃ）及び前
記高角度照明反射部（Ｅ）の近接存在から付着異物を識
別する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明が属する技術分野】本発明は、金属表面検査方法
及び装置、特に金属薄板等の表面状態を検査する際に適
用して好適な、金属表面検査方法及び装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】リードフレーム等の金属薄板からなるワ
ーク（金属製品）の表面状態を検査して凹部やピンホー
ル等の欠陥を検出する技術が、特開平１１−２３４８９
や特開平１１−８３７５１に提案されている。

【０００３】この技術は、金属表面を３つの異なる仰角
から照射し、上方より撮影して得られた各仰角の画像デ
ータにＲ、Ｇ、Ｂのいずれかをそれぞれ割り当てた３つ
の画像からＲＧＢカラー画像を合成し、該合成画像の
Ｒ、Ｇ、Ｂの色合いから欠陥の検査を行うものである。

【０００４】図７は、この技術における検査装置が備え
ている撮影手段と照明手段の特徴を示したもので、前者
は検査対象のワークＷの表面に対して実質上垂直上方に
配置されたエリアセンサカメラ１０を有し、後者は該カ
メラ１０により撮影する際に該ワークＷの表面を照明す
る照明装置１２を有している。

【０００５】この照明装置１２は、高角度照明１２Ａ、
中角度照明１２Ｂ、低角度照明１２Ｃの３種類のリング
照明（図中、実線の円はリング照明の断面を、破線はリ
ングの広がりを表わす。）を有しており、これら照明１
２Ａ、１２Ｂ、１２ＣよりワークＷの同一の表面をそれ
ぞれ異なる仰角で照明することができるようになってい
る。

【０００６】この仰角は、便宜上各照明について右側の
断面部だけを抽出して図８に示したように、前記カメラ
１０の撮影方向（光軸）Ｌ0とワークＷの表面に直交す
る交点Ｐ0と、各リング照明１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃと
を結ぶ直線が、該表面となす高、中、低の各角度θ1、
θ2、θ3であり、例えばθ１としては７０°〜８０°、
θ２としては４０°〜６０°、θ３としては２０°〜３
０°とすることができる。又、このリング照明として
は、蛍光灯、照射端部がリング状に配された光ファイ
バ、同じくリング状に配列されたＬＥＤ等を利用するこ
とができる。

【０００７】又、上記検査装置では、高角度、中角度、
低角度の各照明１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃを個別に使用し
てカメラ１０により前記ワークＷの同一表面を提像して
３つの画像を入力し、これら各画像に３原色のＢ、Ｇ、
Ｒをそれぞれ割り当てた後に、各入力画像を合成し、合
成されたカラー画像に基づいて表面状態の検査を行って
いる。

【０００８】上述したカメラ１０により順次取り込ま
れ、Ｂ、Ｇ、Ｒがそれぞれ割り当てられた各画像から作
成される合成画像により欠陥を検出できる原理を以下に
説明する。

【０００９】図９（Ａ）の（イ）に断面図を、（ロ）に
斜視図を示したようなワークＷの場合であれば、その表
面の傾きにより、高角度、中角度、低角度の各仰角θ
1、θ2、θ3からの照明の正反射光が、カメラ１０に入
射する光量がそれぞれ異なることから、各仰角からの照
明を使用して得られる画像は、撮影される金属表面の傾
きにより、それぞれ光強度が異なることになる。

【００１０】即ち、大きな仰角θ1の位置からの高角度
照明１２Ａでは、金属試料Ｗの表面がカメラ１０の光軸
に垂直（傾きθ21が０°）に近いほど、その正反射光量
は大きく、それより小さい仰角θ2の位置からの中角度
照明、更に小さい仰角θ3の位置からの低角度照明で
は、それぞれ金属表面が所定の傾きθ22、θ23に近いほ
ど、該カメラ１０に入射される正反射光の量は大きくな
る。従って、上記照明を使用して得られる個々の画像
は、図９（Ｂ）（イ）〜（ハ）に模式的に示すように、
異なる表面範囲に輝度の大きい領域（斜線部）を持つこ
とから、前述した如く、３つの入力画像に高角度照明１
２Ａから順にそれぞれＢ、Ｇ、Ｒの色を割り当て、各カ
ラー画像を合成すると、同図（Ｃ）に示すように、金属
試料表面の傾きにより色が異なる合成画像が得られるこ
とになる。

【００１１】この原理から、図１０（Ａ）に断面で示す
ように、表面が平坦な良品と凹状の欠陥が存在する不良
品の各ワークＷを、同様にカメラ１０で撮影すると、同
図（Ｂ）にＲ、Ｇ、Ｂの合成画像をそれぞれ対応させて
示したように、良品は全体がＢ色に表示され、不良品で
は欠陥部が中心から外側に順にＢ、Ｇ、Ｒの色合いで表
示されるため、両者の違いから欠陥を検出できることに
なる。

【００１２】従って、上述した検査装置によれば、前記
凹状の欠陥部を初めとして、表面に対して傾斜部（エッ
ジ）を有するものであれば、ピンホール、エッチング残
り等の種々の欠陥部を検出することができる。

【００１３】ところで、リードフレーム等のワークに
は、表面に異物が付着されていることがあり、この異物
は後の工程で除去することができることから、欠陥とし
て検出したくない。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この付
着異物は、前記欠陥部と逆の凸状のエッジを有している
ことから、該エッジが中角度や低角度の照明を反射し易
いため、前記検査装置では上記異物を欠陥として検出し
てしまうという問題がある。

【００１５】本発明は、前記従来の問題点を解決するべ
くなされたもので、高角度、中角度、低角度の各照明を
使用して同一の金属表面を撮影して入力された各画像デ
ータに、Ｒ、Ｇ、Ｂのいずれかをそれぞれ割り当てて合
成した画像に基づいて欠陥を検査する際、異物を欠陥部
と区別して正確に検査することができる金属表面検査方
法及び装置を提供することを課題とする。

【００１６】

【課題を解決するための手段】本発明は、同一の金属表
面を、高角度、中角度及び低角度の各照明の下で、上方
より撮影して得られた各画像データに、Ｒ、Ｇ、Ｂのい
ずれかをそれぞれ割り当てた３つの画像データを合成
し、合成されたＲＧＢカラー画像に基づいて金属の表面
状態を検査する金属表面検査方法において、前記中角度
及び低角度の両照明下における反射強度が大きい中・低
角度照明反射部のみの存在から、エッジを有する欠陥を
識別し、前記高角度照明下における反射強度が表面部よ
り大きい高角度照明反射部のみの存在から接触疵を識別
し、前記中・低角度照明反射部及び前記高角度照明反射
部の近接存在から付着異物を識別することにより、前記
課題を解決したものである。

【００１７】本発明は、又、同一の金属表面を、高角
度、中角度及び低角度の各照明を行なう照明手段と、前
記高角度、中角度及び低角度の各照明の下で、前記金属
表面を上方より撮影する撮影手段と、撮影して得られた
各画像データに、Ｒ、Ｇ、Ｂのいずれかをそれぞれ割り
当てた３つの画像データを合成する合成手段と、合成さ
れたＲＧＢカラー画像に基づいて、金属の表面状態を検
出する金属表面検査装置において、前記中角度及び低角
度の両照明下における反射強度が大きい中・低角度照明
反射部のみの存在から、エッジを有する欠陥を識別し、
前記高角度照明下における反射強度が表面部より大きい
高角度照明反射部のみの存在から接触疵を識別すると共
に、前記中・低角度照明反射部及び前記高角度照明反射
部の近接存在から付着異物を識別する手段を備えたこと
により、同様に前記課題を解決したものである。

【００１８】即ち、本発明においては、エッジを有する
欠陥部と接触疵とを区別すると共に、該両者から付着異
物を区別して検出できるようにしたので、一段とワーク
表面の検査精度を向上させることができるようになっ
た。

【００１９】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して、本発明の
実施の形態について詳細に説明する。

【００２０】図１は、本発明に係る一実施形態の金属表
面検査装置の全体を示す概略斜視図である。

【００２１】本実施形態の検査装置は、前記図７に示し
たものと同様にエリアセンサカメラ１０と、高角度、中
角度、低角度の各照明１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃを有する
照明装置１２を備えており、ベルトコンベアからなる検
査ステージ１４上に載置されているワーク（金属製品）
Ｗの表面を、これら各照明を用いて撮影できるようにな
っている。

【００２２】上記検査装置では、上記カメラ１０で撮影
して入力された画像に対して、後に詳述する検査のため
の処理を行う画像処理装置（コンピュータ）１６と、上
記照明装置１２の各照明１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃをそれ
ぞれ選択的に点灯するための照明点灯装置１８と、これ
らカメラ１０、画像処理装置１６、照明点灯装置１８等
を制御する制御装置２０が設けられている。

【００２３】又、前記検査ステージ１４の上流側にはロ
ーダベルト２２が、その近傍にはローダ側ワークカセッ
ト２４がそれぞれ配置され、該カセット２４に積載され
ているワークＷをローダ側吸着アーム２６により吊り上
げて、上記ローダベルト２２に載置することにより、該
ワークＷを検査ステージ１４に搬入できるようになって
いる。

【００２４】又、前記検査ステージ１４の下流側にはア
ンローダベルト２８が、その近傍にはアンローダ側良品
用ワークカセット３０Ａと不良品用ワークカセット３０
Ｂがそれぞれ配置され、検査ステージ１４上で撮影が終
了したワークＷがアンローダベルト２８で搬出される
と、その下流でアンローダ側吸着アーム３２により吊り
上げられ、前記画像処理装置１６による処理結果に基づ
いて、良品と不良品にそれぞれ仕分けして、上記良品用
カセット３０Ａ又は不良品用カセット３０Ｂに積載され
るようになっている。

【００２５】本実施形態の検査装置では、図２に制御系
を示したように、上述した検査ステージ１４、ローダベ
ルト２２、ローダ側吸着アーム２６、アンローダベルト
２８、アンローダ側吸着アーム３２を含む搬送部、照明
装置１２、照明点灯装置１８を含む照明部、カメラ１０
を含む画像入力部、前記画像処理装置１６に含まれる画
像処理部、識別部及び判定部が、それぞれ制御装置２０
を含む制御部により制御されるようになっている。

【００２６】又、画像処理装置１６による具体的な処理
については後に詳述するが、上記識別部では、前記中角
度及び低角度の両照明１２Ｂ、１２Ｃの下における反射
強度が大きい中・低角度照明反射部のみの存在から、エ
ッジを有する欠陥を識別し、前記高角度照明１２Ａの下
における反射強度が正常表面部より大きい高角度照明反
射部のみの存在から接触疵を識別し、前記中・低角度照
明反射部及び前記高角度照明反射部の近接存在から付着
異物を識別するようになっている。

【００２７】次に、本実施形態の作用を説明する。図３
は、本実施形態の検査の処理手順の概略を示したフロー
チャートであり、図４は、この処理に使用する表面状態
の識別表である。

【００２８】まず、高角度、中角度、低角度の各照明１
２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃにより、順にワークＷの同一表面
を照明し、各照明下でそれぞれ該同一表面の画像をカメ
ラ１０により撮影し、前記画像処理装置１６の画像処理
部において入力された各画像に対して、順にＢ、Ｇ、Ｒ
を割り当てると共に、割り当て後の３つの画像を合成し
てＲＧＢカラー画像からなる検査用画像を作成する。

【００２９】ここまでの処理は、前記特開平１１−８３
７５１の場合と同様であり、この段階での表面状態の違
いによる画像の特徴のイメージを図５（Ａ）、（Ｂ）に
示した。図５（Ａ）の形状は、欠陥、接触疵、金属表面
及び異物の各表面状態の特徴を断面で表わしたもので、
同図（Ｂ）の入力画像はそれぞれについて得られる前記
合成画像に相当する。

【００３０】図５（Ａ）には、各照明１２Ａ、１２Ｂ、
１２Ｃに対応する照明光をＢ、Ｇ、Ｒで、それぞれの反
射光をＢ′、Ｇ′、Ｒ′で示したように、同図（Ｂ）の
入力画像では欠陥の場合は全ての反射光Ｂ′、Ｇ′、
Ｒ′が含まれ、正常な金属表面ではＢ′のみ、接触疵で
は正常な表面より平坦で鏡面に近いことから、反射光
Ｂ′よりは強い反射光であるＢ”となり、異物の場合は
エッジがあるため、欠陥と同様の反射光Ｇ′、Ｒ′と共
に、平坦部があるため強い反射光Ｂ”が含まれる。

【００３１】なお、このように、付着異物の入力画像に
は、高角度照明の強い反射光Ｂ”が含まれていること
は、本発明者が鋭意検討した結果明らかになったもので
ある。このような特徴ある異物は、ワークＷ本体から剥
離し切らない状態の感光剤等であり、後工程で除去可能
である。

【００３２】そこで、本実施形態では、前記図５（Ｂ）
に示した合成画像に対して、前記特開平１１−８３７５
１の場合と同様に、色相変換画像を作成し、この画像を
２値化し（ステップ２Ａ）、その２値画像を基に中角
度、低角度の両照明に起因する中・低角度照明反射部を
検出する処理を行う（ステップ３Ａ）。

【００３３】又、一方で、前記合成画像から高角度照明
下で撮影して得られた高角度照明画像を抽出し、該画像
を正常表面からの反射光Ｂ′の輝度より高い閾値を用い
て２値化し（ステップ２Ｂ）、その２値画像の中の反射
光Ｂ”からなる高輝度部を検出する処理を行う（ステ
ップ３Ｂ）。

【００３４】図５（Ｃ）は、前記同図（Ｂ）の入力画像
について処理（ステップ２Ａ、３Ａ）を行った結果
を、同図（Ｄ）は同入力画像から抽出した高角度照明画
像を、同図（Ｅ）はその画像を２値化して処理（ステ
ップ２Ｂ、３Ｂ）を行なった結果を、それぞれ示したも
のである。

【００３５】次いで、前記識別部と判定部で以下の処理
が実行される。まず、上記処理と処理でそれぞれ得
られた結果を組合せることにより、前記図４に示した表
に従って、欠陥、接触疵、異物の識別を行う（ステップ
４）。図６（Ａ）、（Ｂ）は、処理の結果である前記
図５（Ｃ）の検出部と、処理の結果である同図（Ｅ）
の検出部をそれぞれ抽出して並べたもので、破線で示し
た各検出部の周辺領域内で他方の処理による検査部が近
接して存在しているか否かにより図６（Ｃ）のようにそ
れぞれ識別できる。

【００３６】このように、処理と処理で得られて検
出部（２値化部）が近接して存在することから、異物を
他の表面状態と識別できるため、正常な金属表面と共に
良品と判定でき、欠陥と接触疵をそれぞれ不良品と判定
することができる（ステップ５）。

【００３７】上述した如く、本実施形態によれば、金属
表面の欠陥と接触疵と異物の３つのモードを識別して自
動検出できる。

【００３８】以上、本発明について具体的に説明した
が、本発明は、前記実施形態に示したものに限られるも
のでなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能で
ある。

【００３９】例えば、前記各照明１２Ａ、１２Ｂ、１２
Ｃを使用して入力される画像に対する色の割当は任意で
あり、前記実施形態に示したようなＢ、Ｇ、Ｒの順に限
られないことは言うまでもなく、又、その割当方法も、
前述したように前記カメラ１０としてモノクロカメラを
使用し、画像処理（ソフトウェア）により各色を割り当
てるようにしても、各照明１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃとし
てそれぞれＢ、Ｇ、Ｒの光源を使用すると共に、カラー
カメラを使用することにより、ハード的に割り当てるよ
うにしてもよい。又、金属表面検査装置の具体的構成
は、前記図１に示したものに限定されない。

【００４０】

【発明の効果】以上説明したとおり、本発明によれば、
高角度、中角度、低角度の各照明を使用して同一の金属
表面を撮影して得られた各画像データに、Ｒ、Ｇ、Ｂの
いずれかをそれぞれ割り当てて合成した画像に基づいて
欠陥を検査する際、欠陥部を異物と区別して正確に検査
することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る一実施形態の金属表面検査装置の
全体構成を示す概略斜視図

【図２】上記検査装置の制御系を示すブロック図

【図３】実施形態の作用を示すフローチャート

【図４】表面状態を識別するための処理の組合せを示す
図表

【図５】表面状態に対応する入力画像と処理画像の関係
を示す説明図

【図６】表面状態の識別と良、不良の判定の関係を示す
説明図

【図７】画像入力部のブロック構成を示す説明図

【図８】照明装置の特徴を示す説明図

【図９】表面状態の検出原理を示す説明図

【図１０】従来の検査装置により検出される欠陥のイメ
ージを示す説明図

【符号の説明】

１０…エリアセンサカメラ １２…照明装置 １２Ａ…高角度照明 １２Ｂ…中角度照明 １２Ｃ…低角度照明 １４…検査ステージ １６…画像処理装置 １８…照明点灯装置 ２０…制御装置 ２２…ローダベルト ２８…アンローダベルト

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 林 謙太 東京都新宿区市谷加賀町一丁目１番１号 大日本印刷株式会社内 (72)発明者 戸塚 貴之 東京都新宿区市谷加賀町一丁目１番１号 大日本印刷株式会社内 Ｆターム(参考） 2G051 AA37 AA90 AB01 AB07 BA01 BA08 CA04 CB05 EA11 EA17 ED04 ED11

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】同一の金属表面を、高角度、中角度及び低
   角度の各照明の下で、上方より撮影して得られた各画像
   データに、Ｒ、Ｇ、Ｂのいずれかをそれぞれ割り当てた
   ３つの画像データを合成し、合成されたＲＧＢカラー画
   像に基づいて金属の表面状態を検査する金属表面検査方
   法において、 前記中角度及び低角度の両照明下における反射強度が大
   きい中・低角度照明反射部のみの存在から、エッジを有
   する欠陥を識別し、 前記高角度照明下における反射強度が表面部より大きい
   高角度照明反射部のみの存在から接触疵を識別し、 前記中・低角度照明反射部及び前記高角度照明反射部の
   近接存在から付着異物を識別することを特徴とする金属
   表面検査方法。
2. 【請求項２】同一の金属表面を、高角度、中角度及び低
   角度の各照明を行なう照明手段と、 前記高角度、中角度及び低角度の各照明の下で、前記金
   属表面を上方より撮影する撮影手段と、 撮影して得られた各画像データに、Ｒ、Ｇ、Ｂのいずれ
   かをそれぞれ割り当てた３つの画像データを合成する合
   成手段と、 合成されたＲＧＢカラー画像に基づいて、金属の表面状
   態を検出する金属表面検査装置において、 前記中角度及び低角度の両照明下における反射強度が大
   きい中・低角度照明反射部のみの存在から、エッジを有
   する欠陥を識別し、 前記高角度照明下における反射強度が表面部より大きい
   高角度照明反射部のみの存在から接触疵を識別すると共
   に、 前記中・低角度照明反射部及び前記高角度照明反射部の
   近接存在から付着異物を識別する手段を備えていること
   を特徴とする金属表面検査装置。