JP2008232787A

JP2008232787A - 欠陥検査装置

Info

Publication number: JP2008232787A
Application number: JP2007071996A
Authority: JP
Inventors: Takanobu Kimura; 考伸木村
Original assignee: Shimadzu Corp
Current assignee: Shimadzu Corp
Priority date: 2007-03-20
Filing date: 2007-03-20
Publication date: 2008-10-02

Abstract

【課題】参照画像に対して検査対象画像を位置決めし、これら両画像の比較により検査対象画像に欠陥像が存在しているか否かを検査するに当たり、検査対象画像に欠陥像が存在していても、それに起因して位置ずれが生じず、常に正確な位置決めのもとに欠陥の有無を判定し、誤検出の発生を防止することのできるＸ線透視像を用いた欠陥検査装置を提供する。
【解決手段】参照画像の濃度勾配強度を算出し、その強度が一定値以上の画素のみを有効画素とするマスク画像を作成し、検査対象画像を規定角度ずつ回転させるごとに、当該検査対象画像を平行移動させつつ、マスク画像における有効画素のみを対象として二乗誤差を算出し、その値が最小となる平行移動量と二乗誤差の最小値を記憶し、検査対象画像をその二乗誤差の最小値が最小となる回転角度α_optのもとに回転させ、かつ、そのときの平行移動量ｍ（α_opt）のもとに移動させることで位置決めを行ったうえで、検査対象画像と参照画像とを比較して欠陥の有無を判定する。
【選択図】図２

Description

本発明は各種製品の欠陥検査装置に関し、更に詳しくは、製品のＸ線透視像から当該製品の欠陥の有無を画像処理によって判定する機能を持つ欠陥検査装置に関する。

各種工業製品等の内部の欠陥の有無等を非破壊のもとに検査する装置として、Ｘ線を用いて製品の透視像を構築し、その透視像を画像処理する装置が知られている。

この種の欠陥検査装置においてＸ線透視像から欠陥の有無を判定する画像処理の手法として、従来、主としてフィルタリングなどを行って欠陥部分のみを抽出する手法と、検査対象画像を参照画像と比較する手法の二通りに大別される。

以上の手法のうち、フィルタリングを行う手法では、正常な製品構造と異常部位とを判別することができない場合があり、誤検出が生じる恐れがある。

一方、参照画像を用いる手法では、正常な構造以外の任意の異常部位（欠陥、あるいは寸法狂い等を含む）をより確実に判別することができ、フィルタリングを用いた手法と比較して誤検出や見落とし等を抑制することが期待できる。

参照画像と検査対象画像とを比較する場合、これら両画像間の位置決めを行う必要がある。二つの画像の位置決めを行う従来技術としては、（ａ）テンプレートマッチングを行う方法（例えば非特許文献１参照）、（ｂ）粗位置決めと精密位置決めの組み合わせによる方法（例えば特許文献１参照）、（ｃ）位相限定相互相関法を用いる方法（例えば特許文献２参照）などが知られている。また、画像のエッジ近傍の領域を用いて上記の両画像の位置決めを行う手法として、（ｄ）参照画像を構成する画素のうち、与えた濃度変化条件を満足する画素を特徴画素として抽出し、その特徴画素に対応する画素のみを演算対象としてパターンマッチングを行う方法（例えば特許文献３参照）、（ｅ）参照画像中に位置決め用領域を設定し、その領域中のパターンエッジの近傍領域を相関値算出領域として、検査対象画像から該当の領域を抽出し、これら両領域のみを用いて相関値を算出して位置決めを行う方法（例えば特許文献４参照）、（ｆ）エッジベースのイメージヒストグラムを利用する方法（例えば特許文献５参照）などが知られている。
尾上守夫他「パターン情報処理；残差逐次検定法による画像の重ね合わせ」（情報処理学会誌「情報処理ｖｏｌ．１７，ｎｏ．７」ｐｐ６３４−６４０，１９７６）特開平５−２３２０３８号公報特開２０００−２２１１３９号公報特開平１１−３４２５号公報特開２００１−２０２５１９号公報特表２０００−５０３１４５号公報

ところで、上記した参照画像と検査対象画像を比較するに当たって、これら両画像を位置決めする（重ね合わせる）従来の手法のうち、（ａ）〜（ｅ）の手法では、いずれも、透視像の取得時において被検査物が平面上で回転していた場合、つまり検査対象画像が参照画像に対して回転した状態で取得された場合には対応することができないという問題がある。

また、（ｆ）の手法では、画像全体の情報を用いるため、検査対象画像に欠陥がある場合、その欠陥が原因となって参照画像に対して正しく位置決めができない可能性があるうえ、被検査物の一部が隠れた状態の透過画像が得られるような場合などに対応が困難であるという問題もある。

本発明はこのような実情に鑑みてなされたもので、検査対象画像が参照画像に対して回転していても、これら両画像を正しく位置決めして比較することができ、また、被検査物に欠陥が存在してその透視画像（検査対象画像）に欠陥があっても、それに起因して参照画像との位置決めに不具合を来すことなく正しく両画像の位置決めをすることができ、もって参照画像と検査対象画像との位置ずれに起因する欠陥の誤検出等を生じることのない欠陥検査装置の提供をその課題としている。

上記の課題を解決するため、本発明の欠陥検査装置は、被検査物にＸ線を照射して得られるＸ線透視画像を検査対象画像とし、その検査対象画像と、あらかじめ記憶している参照画像とを相互に位置決めし、両者の相違から被検査物の欠陥の有無を自動的に検査する欠陥検査装置において、上記参照画像について、濃度勾配強度を算出し、その強度が一定値以上の画素のみを有効画素としたマスク画像を作成するマスク画像作成手段と、上記検査対象画像をあらかじめ設定されている角度ずつ回転させる画像回転手段と、その検査対象画像の各角度での回転ごとに、当該検査対象画像を平行移動させつつ、上記マスク画像における有効画素のみを対象として、当該検査対象画像と参照画像との二乗誤差を算出し、その値が最小となる平行移動量と二乗誤差の最小値を記憶する演算・記憶手段と、その記憶された二乗誤差の最小値が最小となる回転角度のもとに、かつ、そのときの平行移動量のもとに、上記検査対象画像を回転および平行移動させて当該検査対象画像を上記参照画像に対して位置決めする画像移動手段を備え、その位置決め状態で上記参照画像と検査対象画像を比較し、被検査物の欠陥の有無を判定することによって特徴づけられる。

本発明は、被検査物のＸ線透視画像を検査対象画像として、参照画像と比較する方式の欠陥検査装置において、検査対象画像を回転並びに平行移動させて参照画像に対して位置決めするに当たり、検査対象画像の全体の情報と参照画像の全体の情報とを比較して位置決めするのではなく、参照画像において濃度勾配強度が一定値以上となる画素を有効画素として、他の画素は例えば濃度値０としたマスク画像を作成し、その有効画素のみの情報を用いて参照画像と検査対象画像を位置決めする。

すなわち、本発明においては、参照画像と検査対象画像の輪郭近傍の画素情報のみを用いて、検査対象画像を回転および平行移動させることにより、両画像が重畳するように位置決めする。ここで、Ｘ線透視を用いた欠陥検査は、被検査物の内部欠陥の有無を検査するものであって、そのＸ線透視画像である検査対象画像の輪郭近傍に欠陥がある可能性は少なく、従って、検査対象画像は、被検査物に欠陥があっても、その欠陥の存在しない輪郭近傍の画素情報のみを用いて参照画像に対して位置決めされることになる。よって、本発明によれば、検査対象画像は参照画像に対して常に正しく位置決めされた状態で、欠陥の有無の判定に供されることになる。

本発明によれば、被検査物のＸ線透視画像を検査対象画像として、参照画像と比較すべく回転および平行移動するに当たり、参照画像の濃度勾配強度が一定値以上となる画素を有効画素としたマスク画像を作成し、検査対象画像を移動させるに際しては、その有効画素のみの情報、つまり輪郭近傍の情報のみを用いてマッチングを行うため、従来のように被検査物の欠陥に起因して位置決め誤差が生じることがなく、常にこれら両画像を正確に位置決めして欠陥の有無の判定に供することが可能となる。その結果、参照画像と検査対象画像の位置ずれによる誤検出の発生を防止することができる。

以下、図面を参照しつつ本発明の実施の形態について説明する。
図１は本発明の実施の形態の構成図であり、機械的構成を表す模式図とシステム構成を表すブロック図とを併記して示す図である。

Ｘ線源１は鉛直上方に向けてＸ線を発生し、そのＸ線源１の上方には、被検査物Ｗを搭載するためのテーブル２が配置されており、更にその上方にＸ線検出器３が配置されている。

Ｘ線源１はＸ線コントローラ１１から供給される管電圧並びに管電流に応じたＸ線を発生し、そのＸ線はテーブル２上の被検査物Ｗを透過してＸ線検出器３に入射し、そのＸ線検出器３の出力から被検査物ＷのＸ線透過データが得られる。Ｘ線検出器３の出力は画像データ取り込み回路１２を介してコンピュータ１３に取り込まれる。コンピュータ１３では、Ｘ線検出器３から取り込んだデータを用いて、被検査物ＷのＸ線透視画像を構築し、表示器１４に表示するとともに、そのＸ線透視画像を検査対象画像として後述する欠陥の有無の判定に供する。

テーブル２は例えばアクリル等のＸ線を透過させやすい材料からなり、このテーブル２はテーブル駆動機構４の駆動により互いに直交するｘ，ｙ，ｚ軸方向に移動可能となっている。テーブル駆動機構４はコンピュータ１３の制御下に置かれており、コンピュータ４に接続されているジョイスティックやキーボード、およびマウス等からなる操作部１５の操作によって、テーブル２を随意に移動させることがてきる。なお、前記したＸ線コントローラ１１もコンピュータ１３の制御下に置かれている。

さて、コンピュータ１３では、以下に示す手順により、被検査物Ｗの内部欠陥の有無を自動的に判定する。図２はコンピュータ１３にインストールされている欠陥判定用のプログラムの内容を示すフローチャートであり、以下、この図２を参照しつつ本発明の実施の形態の動作を述べる。

実際の検査に先立ち、検査しようとする物品と同じ物品で、かつ、内部欠陥の存在しない参照用試料を用意し、その参照用試料をテーブル２上に載せた状態で、テーブル２を最適な位置に位置決めし、そのＸ線透過データを採取する。その採取した参照用試料のＸ線透過データを用いて画像を構築し、スムージング処理を施して参照画像を得る。

次に、その参照画像における互いに隣接する画素どうしの濃度勾配強度Ｌ（ｘ，ｙ）を計算し、その濃度勾配強度の平均値を算出する。そして、その平均値以上の濃度勾配強度を持つ画素を有効とし、それ以外は０にクリアした画像をマスク画像として記憶する。図３（Ａ）に参照画像の例を示し、同図（Ｂ）にマスク画像の例を示す。なお、図３（Ｂ）においては、作画の関係上、有効画素以外の画素濃度値としてある一定の値を付した状態で示しているが、実際にはこれらの有効画素以外の画素濃度値は０（黒）とされる。

次に、被測定物Ｗをテーブル２上に載せ、Ｘ線透過データを採取してＸ線透過像を構築し、上記と同等のスムージング処理を施して検査対象画像とする。その例を図４に示す。そして、まず、その検査対象画像を平行移動させながら、マスク画像の有効画素に限定して二乗誤差を求め、その二乗誤差が最小となる位置を求める。そしてその位置（移動量）と、二乗誤差の最小値を記憶する。

次いで、検査対象画像を、規定の角度範囲内であらかじめ設定されている微小角度だけ画像平面上で回転させ、その各回転ごとに、検査対象画像を平行移動させて参照画像の有効画素に限定して両者間の二乗誤差を計算し、その二乗誤差が最小となる平行移動量ｍ（α）とそのときの二乗誤差の最小値ｇ（α）を記憶する。

全角度範囲内の回転を終了した後、各回転角度ごとの二乗誤差の最小値ｇ（α）のなかで、更に最小のものを選択し、これを最適回転角度α_optとする。

次に、検査対象画像をα_optだけ回転させるとともに、そのα_optが得られたときの平行移動量ｍ（α_opt）だけ移動させる。これにより、検査対象画像は、図４に例示するように内部欠陥を表す画像Ｌがあっても、その欠陥画像Ｌの情報は位置決めに際しては用いられないために、欠陥に起因して位置ずれが生じることがなく、検査対象画像は常に正確に参照画像に対して位置決めされる。

そして、以上の位置決めが終了した後、検査対象画像と参照画像とを比較して欠陥の有無を判定する。また、次の被検査物の検査を行う場合には、テーブル２上の被検査物を入れ替え、上記と同様に検査対象画像を取得し、同様の動作を繰り返す。

以上の本発明の実施の形態によると、検査対象画像と参照画像との比較のために検査対象画像を位置決めする際、検査対象画像に存在する欠陥像に起因する位置ずれが生じることがないため、その位置ずれに起因する誤検出の発生を防止することができる。

ここで、以上の実施の形態において、元画像サイズでの位置決め動作に先立ち、縮小した画像を用いて同等の位置決めを行っておくことにより、元画像サイズで探索する回転角度並びに平行移動の範囲を縮小することができ、全体としての処理の高速化を図ることができる。

本発明の実施の形態の構成図で、機械的構成を表す模式図とシステム構成を表すブロック図とを併記して示す図である。本発明の実施の形態における動作手順を表すフローチャートである。本発明の実施の形態で得られる参照画像の例（Ａ）と、そのマスク画像の例（Ｂ）の説明図である。本発明の実施の形態において得られる検査対象画像の例の説明図である。

符号の説明

１Ｘ線源
２テーブル
３Ｘ線検出器
４テーブル移動機構
１１Ｘ線コントローラ
１２画像データ取り込み回路
１３コンピュータ
１４表示器
１５操作部
Ｗ被検査物

Claims

被検査物にＸ線を照射して得られるＸ線透視画像を検査対象画像とし、その検査対象画像と、あらかじめ記憶している参照画像とを相互に位置決めし、両者の相違から被検査物の欠陥の有無を自動的に検査する欠陥検査装置において、
上記参照画像について、濃度勾配強度を算出し、その強度が一定値以上の画素のみを有効画素としたマスク画像を作成するマスク画像作成手段と、上記検査対象画像をあらかじめ設定されている角度ずつ回転させる画像回転手段と、その検査対象画像の各角度での回転ごとに、当該検査対象画像を平行移動させつつ、上記マスク画像における有効画素のみを対象として、当該検査対象画像と参照画像との二乗誤差を算出し、その値が最小となる平行移動量と二乗誤差の最小値を記憶する演算・記憶手段と、その記憶された二乗誤差の最小値が最小となる回転角度のもとに、かつ、そのときの平行移動量のもとに、上記検査対象画像を回転および平行移動させて当該検査対象画像を上記参照画像に対して位置決めする画像移動手段を備え、その位置決め状態で上記参照画像と検査対象画像を比較し、被検査物の欠陥の有無を判定することを特徴とする欠陥検査装置。