JP4187313B2 - 輪郭形状検査装置及び記録媒体 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えばプリント基板におけるパターン検査、特にボンディングパッドの境界部分に発生する2次元的な欠け欠陥等の検査に用いて好適な輪郭形状検査装置、及びそのような輪郭形状検査装置の動作をコンピュータに実行させる命令を含むプログラムを格納したコンピュータが読み取り可能な記録媒体に関する。
【0002】
【従来の技術】
製品の輪郭形状検査装置として、特公平7−43325号公報に開示されているような欠け検査装置が知られている。
この公報に開示された欠け検査装置における検査手順は、概ね以下の通りである。
1.製品を撮像して得られた画像を、所定の閾値によって2値化する。
2.この2値画像内の各物体に対して輪郭追跡を行い、輪郭上の点(輪郭点)の座標リストを得る。
3.この座標リストにおいて、ある輪郭点Pi に着目し、その点から上記座標リストにおいて前後sだけ離れた点Pi-s ,Pi+s の座標値を用いて、
(a)図8の(A)に示すような直線Pi Pi-s と直線Pi Pi+s のなす角θ、又は、
(b)図8の(B)に示すような直線Pi-s Pi+s と点Pi の距離d、
のいずれかを特徴量として求める。
4.上記特徴量の極値を所定の値、又は良品における値、もしくは設計データにおける値、のいずれかと比較することで、良否を判定する。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記公報に開示の欠け検査装置は、矩形形状等の単純な形状のものにおける欠け欠陥を検出するためものであり、複雑な形状のものの欠け欠陥の検出には対応できない。
【0004】
そのような複雑な形状のものとしては、例えば、プリント基板におけるパターン、特にボンディングパッドのようなものがある。
即ち、プリント基板において、特にボンディングパッドは、高品質を要求される部位であり、僅かな形状不良や微細な異物付着であっても欠陥として検出しなければならない。この場合、形状不良については、その大部分が、図8の(C)に示すような輪郭がパッド内側に向かってえぐられる欠け欠陥である。さらに、図8の(D)に示すような、パッド境界部に何らかの異物が付着することにより、結果として欠け欠陥と極めて良く似た画像として観察される場合がある。
【0005】
このような欠陥を、画像処理によって検出しようとした場合、以下の点が問題となる。
即ち、欠け欠陥は、微妙な境界部の変形であり、従来のアルゴリズム、例えば形態処理などは適さない。
また、金めっきの表面状態により、境界部は必ずしも滑らかには観測されない。
さらに、ボンディングパッドは、図8の(E)に示すように、構造的に欠け欠陥と類似した凹構造を持つことが多いが、これらの凹構造は欠陥ではない。
【0006】
本発明は、上記の点に鑑みてなされたもので、複雑な形状を持つ検査対象を高速且つ精度良く検査できる輪郭形状検査装置、及びそのような輪郭形状検査装置の動作をコンピュータに実行させる命令を含むプログラムを格納したコンピュータが読み取り可能な記録媒体を提供することを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、本発明による輪郭形状検査装置は、
画像中の検査対象物体の輪郭上の点を追跡し、該輪郭上の点の座標リストを生成する輪郭追跡手段と、
該輪郭追跡手段によって生成された上記座標リスト中の任意の1点及び該任意の1点から上記座標リストにおいて前後にそれぞれsだけ離れた2点の計3点の座標値を用いて、上記3点で定まる3角形の特徴を表す特徴量を、上記座標リスト中の全ての点に関して算出する特徴量算出手段と、
上記特徴量算出手段によって算出された上記特徴量を所定の閾値と比較することで、上記閾値未満の状態が何点分続き、上記閾値以上の状態が何点分続くかを示す遷移パターンを求める閾値比較手段と、
上記閾値比較手段による比較の結果求めた遷移パターンが、上記特徴量が上記閾値未満である状態が所定の第一の回数以上連続し、続いて上記特徴量が上記閾値以上である状態が所定の第二の回数以上連続し、続いて上記特徴量が上記閾値未満である状態が所定の第三の回数以上連続するパターンであるか否かを検出するパターン検出手段と、
を具備し、上記パターン検出手段による上記パターンの検出結果から検査対象物体の輪郭形状における欠陥を検出することを特徴とする。
【0008】
また、本発明によるコンピュータが読み取り可能な記録媒体は、画像中の検査対象物体の輪郭形状を検査する際に、画像中の検査対象物体の輪郭上の点を追跡し、該輪郭上の点の座標リストを生成する処理と、
上記検査の際に、生成された上記座標リスト中の任意の1点及び該任意の1点から上記座標リストにおいて前後にそれぞれsだけ離れた2点の計3点の座標値を用いて、上記3点で定まる3角形の特徴を表す特徴量を、上記座標リスト中の全ての点に関して算出する処理と、
上記検査の際に、算出された上記特徴量を所定の閾値と比較することで、上記閾値未満の状態が何点分続き、上記閾値以上の状態が何点分続くかを示す遷移パターンを求め、上記遷移パターンが、上記特徴量が上記閾値未満である状態が所定の第一の回数以上連続し、続いて上記特徴量が上記閾値以上である状態が所定の第二の回数以上連続し、続いて上記特徴量が上記閾値未満である状態が所定の第三の回数以上連続するパターンであるか否かを検出する処理と、
をコンピュータに実行させて、上記輪郭形状の検査の結果として、上記パターンであるか否かを検出する処理による上記パターンの検出結果から検査対象物体の輪郭形状における欠陥を検出する命令を含むプログラムを格納している。
【0009】
即ち、本発明の輪郭形状検査装置、及びそのような輪郭形状検査装置の動作をコンピュータに実行させる命令を含むプログラムを格納したコンピュータが読み取り可能な記録媒体によれば、画像中の検査対象物体の輪郭上の点を追跡して該輪郭上の点の座標リストを生成し、この座標リスト中の任意の1点及び該任意の1点から上記座標リストにおいて前後にそれぞれsだけ離れた2点の計3点の座標値を用いて上記3点で定まる3角形の特徴を表す特徴量を、上記座標リスト中の全ての点に関して算出し、この算出された特徴量を所定の閾値と比較することで、上記閾値未満の状態が何点分続き、上記閾値以上の状態が何点分続くかを示す遷移パターンを求め、上記遷移パターンが、上記特徴量が上記閾値未満である状態が所定の第一の回数以上連続し、続いて上記特徴量が上記閾値以上である状態が所定の第二の回数以上連続し、続いて上記特徴量が上記閾値未満である状態が所定の第三の回数以上連続するパターンであるか否かを検出するようにしている。そして、輪郭形状の検査の結果として、上記パターンの検出結果から、上記検査対象物体の輪郭形状における欠陥を検出する。
【0010】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照して説明する。
[第1の実施の形態]
図1は、本発明の第1の実施の形態に係る輪郭形状検査装置のブロック構成図である。
【0011】
該輪郭形状検査装置は、カメラ10、画像メモリ12、2値化部14、輪郭追跡部16、特徴量算出部18、s値設定部20、s値補正部22、遷移パターン変換部24、基準遷移パターン記憶部26、遷移パターンマッチング部28、及び判定部30から構成される。
【0012】
ここで、カメラ10は、CCD等の撮像素子を含み、検査対象を撮影するものである。画像メモリ12は、上記カメラ10で撮影された画像を記憶する。2値化部14は、上記画像メモリ12に記憶された画像を所定の閾値により2値化するものである。この場合、上記所定の閾値の決定法は、予め検査対象を複数撮影して統計的に最適な値を選択したり、その都度操作者が手動で2値化結果を見ながら値を決定する等、どのようなものであっても良い。この2値化処理により、結果の2値画像内の検査対象の物体は前景色となり、それ以外の部分は背景色となる。
【0013】
輪郭追跡部16は、上記2値化部14によって2値化された画像データから検査対象の輪郭を追跡する。即ち、図2の(A)、及び該図2の(A)内の破線で囲まれた領域の拡大図である図2の(B)に示すように、2値画像内の各物体に対して輪郭追跡を行い、輪郭上の点(輪郭点)の座標をそれぞれ求め、図2の(C)に示すような輪郭点列座標リスト16Aを生成して、該輪郭追跡部16内部に構成した図示しないメモリに記憶する。ここで、輪郭追跡の手法には、一般的な8近傍探索を用いる。なお、図2の(C)において、Lは、ある物体についての輪郭点の数である。
【0014】
特徴量算出部18は、s値設定部20によって設定されたパラメータとしてのs値に従って、特徴量、例えば3角形の面積を算出する。即ち、図2の(D)に示すように、上記輪郭追跡部16にて生成記憶された上記輪郭点列座標リスト16Aにおいて、ある点Pi (座標値(xi ,yi ))に着目し、その点から該輪郭点列座標リスト16Aにおいて前後にsだけ離れた点Pi-s 及びPi+s の座標値((xi-s ,yi-s )及び(xi+s ,yi+s ))を用いて3角形Pi Pi-s Pi+s の面積ai を求める。この面積ai の算出には、次の(1)式を用いる。
【0015】
ai =(1/2){(xi-s −xi )(yi+s −yi )
−(yi-s −yi )(xi+s −xi )} (1)
但し、任意の整数nに対してn<0またはn≧Lの場合は、
Pn =Pn mod L (2)
と定義する。ここで、「n mod L」は、nをLで割った場合の剰余を表す。
【0016】
そして、上記3角形の面積を全ての輪郭点について求め、図2の(E)に示すような3角形の面積リスト18Aを生成し、該特徴量算出部18内部に構成した図示しないメモリに記憶する。
【0017】
なお、ここで、s値設定部20は、検査対象物の大きさと検出しようとする欠け欠陥の大きさとに応じた値を操作者等が設定するものであるが、上記カメラ10のレンズ10Aの倍率を変更したときには得られる画像中の対象物の大きさも変わるので、s値補正部22によりレンズ倍率に連動したs値の補正が行われて、特徴量算出部18に供給されるようになっている。またこの際、後述のTv 及びTt についても、このs値に連動した補正を行うようにすることが好ましい。
【0018】
遷移パターン変換部24は、上記特徴量算出部18にて生成記憶された3角形の面積リスト18Aにおいて、各3角形の面積を、例えば、
状態I: ai <Tv
状態II: ai ≧Tv
(ここで、Tv は、所定の閾値)
で定義される条件式に基づいて状態に変換し、その状態の遷移パターンを求める。即ち、上記状態Iが何点分続き、状態IIが何点分続く、という遷移パターンが求められる。
【0019】
一方、基準遷移パターン記憶部26は、検査対象物の形状に応じた基準遷移パターンを記憶している。この場合、欠陥のパターンを記憶しておくのでも良いし、良品のパターンを記憶しておくものでも良い。
【0020】
そして、遷移パターンマッチング部28は、遷移パターン変換部24で求められた状態遷移パターンと、基準遷移パターン記憶部26に記憶された基準遷移パターンとのマッチングを取り、判定部30は、そのマッチング結果に従って、検査対象の良否を判定する。
【0021】
例えば、基準遷移パターン記憶部26には、欠陥のパターンを、基準遷移パターンP、即ち
P=(状態Iの0回以上の反復)(状態IIのTt 回以上の反復)(状態Iの0回以上の反復) (3)
として記憶しておくものとする。なおここで、Tt は所定の閾値である。
【0022】
これに対して、例えば、図2の(F)に示すような境界部(物体側を斜線のハッチングで示す)の構造について輪郭追跡を行い、3角形の面積を求め、横軸をi、縦軸を面積としてグラフ化すると、図3の(A)に示すようになり、遷移パターン変換部24は、
(状態Iの0回以上の反復)(状態IIのTt 回以上の反復)(状態Iの0回以上の反復)
という遷移パターンを得る。従って、遷移パターンマッチング部28は、基準遷移パターンPにマッチしている(面積Tv 以上である状態(状態II)がTt 回以上反復して現れている)というマッチング結果を得、判定部30は、欠け欠陥があるので、不良品と判定する。
【0023】
一方、例えば、図2の(G)に示すような凹構造の場合の境界部の構造について輪郭追跡を行い、3角形の面積を求めグラフ化すると、図3の(B)に示すようになり、遷移パターン変換部24は、
(状態Iの0回以上の反復)(状態IIのTt 回未満の反復)(状態Iの0回以上の反復)
という遷移パターンを得る。従って、遷移パターンマッチング部28は、パターンPにはマッチせず(面積Tv 以上である状態(状態II)がTt 回に満たない)というマッチング結果を得、判定部30は、良品と判定する。
【0024】
従って、図2の(F)及び(G)に示した境界部の構造について、欠け欠陥と欠陥でない凹構造(擬似欠陥)とを区別し、欠け欠陥だけを検出することができる。
【0025】
また、金めっきの表面状態やノイズによって、図3の(C)に示すように輪郭が鋸の歯状になった場合でも、これらの部位では面積Tv 以上である状態(状態II)がTt 回に達することは無く、これらの部位を欠陥として検出してしまうことを抑制できる。
【0026】
なお、図4の(A)乃至(D)及び図5の(A)はそれぞれ、各種境界部の凹構造とその場合の各iでの3角形の面積を示す図であり、これらの図より明らかなように、欠け欠陥であると検出しようとする凹構造に応じて、上記閾値Tv 及びTt を設定することが必要である。
【0027】
また、凹構造だけでなく、図5の(B)に示すような凸構造又は突状欠陥に対しても、同様に検出できる。
このような凸構造又は突状欠陥における(1)式の面積ai は、負となる。
【0028】
即ち、凸構造(突状欠陥)と凹構造(欠け欠陥)のいずれも有り得る場合には、図4の(C)と比較してわかるように、判定部30は、閾値Tv を越えている部分と下回っている部分の出現順序で、何れであるのかを判別することが可能である。なおこの場合、閾値Tv を0として、正の部分と負の部分の出現順序で判断するものとすれば、より簡単である。
【0029】
以上のように、2次元的な凹構造が無い場合には、輪郭上の3点は一直線上に並び、それらを頂点とする3角形の面積は0であり、また、凹欠陥が存在する場合には、3角形の面積は0以外の値となり、これを検出できる。
【0030】
なお、本実施の形態では、特徴量として3角形の面積を用いているが、これは、算出の際に整数演算のみを必要とし、浮動小数点演算が不要であるため、処理が高速であるという理由による。
【0031】
[第2の実施の形態]
次に、本発明の第2の実施の形態を説明する。
上記第1の実施の形態では、設定されたs値により特徴量(3角形の面積)を求めて検査を行うものとしたが、検査対象物に現れる欠陥には種々の大きさのものがあり、一つのs値ではその全てを検出できない虞がある。
【0032】
そこで、本実施の形態では、s値設定部20にs値を複数設定しておくと共に、各s値毎に基準遷移パターンを基準遷移パターン記憶部26に記憶させておき、判定部30での一つのs値に応じた判定終了後にs値を切り換えて処理を繰り返すようにする。なおこの場合、輪郭追跡部16は上記第1の実施の形態と同様に輪郭点列座標リスト16Aを一つ生成記憶するが、特徴量算出部18は、これから各s値に応じた3角形の面積リスト18Aを生成記憶する。
【0033】
而して、s値を例えば3通りに変化させたときには、それぞれの場合での特徴量(3角形の面積)は、図6の(A)乃至(C)、あるいは図7の(A)乃至(C)のようになる。なお、これらの図では、s値として例えば、s1 =10,s2 =20,s3 =30としている。
【0034】
つまり、検出しようとする欠陥の輪郭の曲率が緩やかな場合、s値として小さい値を採ると欠陥を検出できないため、s値をある程度以上に大きくする必要がある。例えば、図6の(C)では面積のグラフから導出した遷移パターンを用いて欠陥を検出することは容易であるが、図6の(A)ではノイズが多くなり、検出は難しくなる。
【0035】
逆に、検査しようとする物体と検出しようとする欠陥の双方が小さい場合には、s値をある程度以上大きくすることができない。例えば、図7の(A)では面積のグラフから導出した遷移パターンを用いて欠陥を検出することは容易であるが、図7の(C)では欠陥の位置が不明瞭で検出は困難である。
【0036】
また、このように欠陥のサイズによって適したs値があることから、どのs値のときにどのような結果が得られたかにより、判定部30において、欠陥のサイズを認識するようにすることも可能となる。
【0037】
[第3の実施の形態]
次に、本発明の第3の実施の形態を説明する。
上記第1及び第2の実施の形態では、特徴量として3角形の面積を採用しているが、本発明はこれに限定されるものではなく、図8の(A)に示すような直線Pi Pi-s と直線Pi Pi+s のなす角θや、図8の(B)に示すような直線Pi-s Pi+s と点Pi の距離d、等であっても良い。
【0038】
例えば、特徴量として3点の成す角θを採用した場合、各iにおけるθは図5の(C)に示すようになる。この図は、図4の(A)で示した物体について、算出する特徴量を3角形の面積から角度に変更したものであるが、グラフ形状は非常に似通ったものとなる。従って、特徴量として、このような3点の成す角θを使用した場合でも、上記第1及び第2の実施の形態で説明したのと同様に本発明は実施することができる。
【0039】
以上実施の形態に基づいて本発明を説明したが、本発明は上述した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内で種々の変形や応用が可能である。
【0040】
例えば、図1の構成において、画像メモリ12以降の任意の部分をパーソナルコンピュータ等のコンピュータ上に構成するようにしても良い。この場合、各部の機能を実現するためのコンピュータのCPUで実行されるソフトウェアプログラムは、コンピュータ内蔵のハードディスクやROM等の記録媒体に予め記憶しておくものであっても良いし、フロッピーディスク等の磁気ディスク,CD−ROM等の光ディスク,MO等の光磁気ディスクといった可搬型の記録媒体から読み出してコンピュータ内蔵のハードディスクやRAMに記憶するようにしても良い。あるいは、CPUがそれら可搬型の記録媒体からソフトウェアプログラムを直接読み出して実行する形態であっても構わない。さらには、そのようなソフトウェアプログラムを、有線又は無線通信ラインを介して、他のコンピュータの記録媒体から得ることも可能である。
【0041】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明によれば、ボンディングパッド等の複雑な形状を持つ検査対象を高速且つ精度良く検査できる輪郭形状検査装置、及びそのような輪郭形状検査装置の動作をコンピュータに実行させる命令を含むプログラムを格納したコンピュータが読み取り可能な記録媒体を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施の形態に係る輪郭形状検査装置のブロック構成図である。
【図2】(A)及び(B)はそれぞれ輪郭追跡を説明するための図、(C)は輪郭点列座標リストを示す図、(D)は特徴量の例としての輪郭点を頂点とする3角形を説明するための図、(E)は3角形の面積リストを示す図であり、(F)及び(G)はそれぞれ欠け欠陥と欠陥でない凹構造を示す図である。
【図3】(A)及び(B)はそれぞれ図2の(F)及び(G)の構造についての各iにおける3角形の面積を示す図であり、(C)は滑らかでないエッジ構造と面積の移り変わりとを対応させて示す図である。
【図4】(A)乃至(D)はそれぞれ各種境界部の凹構造とその場合の3角形の面積の移り変わりを対応させて示す図である。
【図5】(A)及び(B)はそれぞれ各種境界部の凹構造とその場合の3角形の面積の移り変わりを対応させて示す図であり、(C)は図4の(A)に示した凹構造とその場合の本発明の第3の実施の形態における特徴量としての3点の成す角度の移り変わりとを対応させて示す図である。
【図6】本発明の第2の実施の形態におけるs値を3通りに変化させたそれぞれの場合での特徴量としての3角形の面積の移り変わりを、検出しようとする欠陥の輪郭の曲率が緩やかな物体と対応させて示す図である。
【図7】第2の実施の形態におけるs値を3通りに変化させたそれぞれの場合での特徴量としての3角形の面積の移り変わりを、検出しようとする欠陥が小さい物体と対応させて示す図である。
【図8】(A)及び(B)はそれぞれ従来の欠け検査装置において利用される特徴量を説明するための図、(C)及び(D)はそれぞれボンディングパッド境界部の欠陥例を示す図であり、(E)は欠け欠陥と欠陥でない凹構造とを持つボンディングパッドを示す図である。
【符号の説明】
10 カメラ
10A レンズ
12 画像メモリ
14 2値化部
16 輪郭追跡部
16A 輪郭点列座標リスト
18 特徴量算出部
18A 3角形の面積リスト
20 s値設定部
22 s値補正部
24 遷移パターン変換部
26 基準遷移パターン記憶部
28 遷移パターンマッチング部
30 判定部
Claims (5)
- 画像中の検査対象物体の輪郭上の点を追跡し、該輪郭上の点の座標リストを生成する輪郭追跡手段と、
該輪郭追跡手段によって生成された前記座標リスト中の任意の1点及び該任意の1点から前記座標リストにおいて前後にそれぞれsだけ離れた2点の計3点の座標値を用いて、前記3点で定まる3角形の特徴を表す特徴量を、前記座標リスト中の全ての点に関して算出する特徴量算出手段と、
前記特徴量算出手段によって算出された前記特徴量を所定の閾値と比較することで、前記閾値未満の状態が何点分続き、前記閾値以上の状態が何点分続くかを示す遷移パターンを求める閾値比較手段と、
前記閾値比較手段による比較の結果求めた遷移パターンが、前記特徴量が前記閾値未満である状態が所定の第一の回数以上連続し、続いて前記特徴量が前記閾値以上である状態が所定の第二の回数以上連続し、続いて前記特徴量が前記閾値未満である状態が所定の第三の回数以上連続するパターンであるか否かを検出するパターン検出手段と、
を具備し、前記パターン検出手段による前記パターンの検出結果から検査対象物体の輪郭形状における欠陥を検出することを特徴とする輪郭形状検査装置。 - 前記特徴量は、前記3点を頂点とする3角形の面積であることを特徴とする請求項1に記載の輪郭形状検査装置。
- 前記特徴量算出手段は、前記sを複数用意し、該複数のsそれぞれについて前記特徴量の算出を行うことを特徴とする請求項1に記載の輪郭形状検査装置。
- 前記パターン検出手段は、前記複数のsのそれぞれに対応する前記パターンの検出結果から検査対象物体の輪郭形状における欠陥を検出することを特徴とする請求項3に記載の輪郭形状検査装置。
- 画像中の検査対象物体の輪郭形状を検査する際に、画像中の検査対象物体の輪郭上の点を追跡し、該輪郭上の点の座標リストを生成する処理と、
前記検査の際に、生成された前記座標リスト中の任意の1点及び該任意の1点から前記座標リストにおいて前後にそれぞれsだけ離れた2点の計3点の座標値を用いて、前記3点で定まる3角形の特徴を表す特徴量を、前記座標リスト中の全ての点に関して算出する処理と、
前記検査の際に、算出された前記特徴量を所定の閾値と比較することで、前記閾値未満の状態が何点分続き、前記閾値以上の状態が何点分続くかを示す遷移パターンを求め、前記遷移パターンが、前記特徴量が前記閾値未満である状態が所定の第一の回数以上連続し、続いて前記特徴量が前記閾値以上である状態が所定の第二の回数以上連続し、続いて前記特徴量が前記閾値未満である状態が所定の第三の回数以上連続するパターンであるか否かを検出する処理と、
をコンピュータに実行させて、前記輪郭形状の検査の結果として、前記パターンであるか否かを検出する処理による前記パターンの検出結果から検査対象物体の輪郭形状における欠陥を検出するプログラムを格納した、コンピュータが読み取り可能な記録媒体。
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