JP4821524B2 - 突起の高さ測定方法、突起の高さ測定装置、プログラム - Google Patents

Description

本発明は、突起の高さ測定方法及び測定装置等に関し、更に詳細には、回路基板やＬＳＩチップ等のワーク表面に形成されたバンプ等の突起の高さを精度良く測定する突起の高さ測定方法及び測定装置等に関する。

回路基板やＢＧＡ（Ball Grid Array）などのＬＳＩチップ上には、配線用電極として用いるために微小なバンプ等の突起が多数設けられている。このように、何らかのワーク表面に形成された突起の高さを測定することは、個々のロットごとに、仕様どおりの寸法をもった突起が形成されていることを確認する上で重要である。特に、回路基板やＬＳＩチップ上に配線用電極として形成された多数の突起の寸法にばらつきが生じていると、電気的な接触不良を誘発する要因になるので、出荷前の品質検査の段階で、個々の突起の高さを測定することが必要になる。

ここで、従来このような突起の高さを測定する方法として、測定対象となる突起を含むワーク表面上の領域を撮像し、撮像された画像中の輝度値に基づいて二値化処理を行うことによって、画像中の領域を明部領域、暗部領域に分け、暗部領域によって構成された画像中の領域を突起に対応する突起領域とみなし、明部領域によって構成された領域をワークに対応するワーク領域とみなすことにより、突起領域を抽出し、当該突起領域に基づいて、突起の高さを演算していた。
特開２００５−６１９５３号公報

しかし、バンプ等の突起で円錐形状をしているものであっても突起の頂部は丸みをおびているため、画像を撮像する際に用いる照明の光の反射によって突起の頂部が光って見える場合がある。この場合、撮像された突起に対応する突起領域の頂部は、明部領域とみなされてしまうため、上述のように暗部領域を突起領域とみなすことにより突起領域の抽出を行っている場合において、突起領域の頂部を除いた領域が突起領域とみなされてしまう。よって、実際の突起の領域よりも突起領域が小さく認識されてしまうため、その結果、突起の高さが精度良く演算されないという問題が生じていた。更に、突起は円錐形状をしているため、照明を均一に当てることが難しく、突起の中心部から左右方向にいくに従って明るく見える場合がある。この場合、撮像された突起に対応する突起領域の左右端の部分は、明部領域とみなされてしまうため、上述のように暗部領域を突起領域とみなすことにより突起領域の抽出を行っている場合において、突起領域の左右端の部分を除いた領域が突起領域とみなされてしまう。よって、実際の突起の領域よりも突起領域が小さく認識されてしまうため、その結果、突起の高さが精度良く演算されないという問題が生じていた。

本発明はこのような問題に鑑みなされたものであり、突起の高さを精度良く測定することが可能な突起の高さ測定方法及び測定装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するための請求項１に記載の発明は、ワーク表面に形成された円錐形状の突起の高さを測定する突起の高さ測定方法であって、測定対象となる前記突起を含む前記ワーク表面上の領域を仰角の方向から撮像する撮像工程と、前記撮像工程により撮像された画像中の輝度値に基づいて、前記画像中の領域を明部領域、暗部領域、中間部領域に分け、前記明部領域、前記暗部領域、前記中間部領域のうち、前記明部領域と前記暗部領域によって構成された領域を前記突起に対応する突起領域とみなし、前記中間部領域によって構成された領域を前記ワークに対応するワーク領域とみなすことにより、前記突起領域を前記画像から抽出する突起領域抽出工程と、前記突起領域抽出工程により抽出された前記突起領域の底面直径部分に対応する直径対応部の長さと、前記突起領域の母線部分に対応する母線対応部の長さと、を測定する直径母線測定工程と、前記直径対応部の長さと、前記母線対応部の長さと、前記仰角と、に基づいて、前記突起の高さを演算する高さ演算工程と、を有することを特徴とする。

これによれば、画像を撮像する際に用いる照明の光の反射によって突起の頂部が光って撮像される場合であっても、撮像された画像中の領域を明部領域、暗部領域、中間領域に分け、明部領域と暗部領域によって構成された画像中の領域を突起領域とみなし、中間部領域をワーク領域とみなすことによって、突起領域を正確に抽出することができ、それにより突起の高さを精度良く演算することができる。

上記課題を解決するための請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の突起の高さ測定方法において、前記突起領域抽出工程は、前記明部領域と前記暗部領域によって構成された領域を前記突起に対応する突起領域とみなし、前記中間部領域によって構成された領域を前記ワークに対応するワーク領域とみなした後に、前記突起領域に対して膨張処理、及び収縮処理を行うことにより、前記突起領域を前記画像から抽出することを特徴とする。

これによれば、画像を撮像する際に用いる照明の光の反射によって突起の頂部が光って撮像される場合であっても、撮像された画像中の領域を明部領域、暗部領域、中間領域に分け、明部領域と暗部領域によって構成された画像中の領域を突起領域とみなし、中間部領域をワーク領域とみなした後に、突起領域とみなされた明部領域に対して膨張処理、及び収縮処理を行うことにより、突起領域をより正確に抽出することができ、それにより突起の高さをより精度良く演算することができる。

上記課題を解決するための請求項３に記載の発明は、ワーク表面に形成された円錐形状の突起の高さを測定する突起の高さ測定方法であって、測定対象となる前記突起を含む前記ワーク表面上の領域を仰角の方向から撮像する撮像工程と、前記撮像工程により撮像された画像中の輝度値に基づいて、前記画像中の領域を明部領域、暗部領域、中間部領域に分け、前記明部領域、前記暗部領域、前記中間部領域のうち、前記明部領域と前記暗部領域によって構成された領域を前記突起に対応する突起領域とみなし、前記中間部領域によって構成された領域を前記ワークに対応するワーク領域とみなすことにより、前記突起領域を前記画像から抽出する突起領域抽出工程と、前記突起領域抽出工程により抽出された前記突起領域の底面直径部分に対応する直径対応部の長さと、前記突起領域の母線部分に対応する母線対応部の長さと、を測定する直径母線測定工程と、前記直径対応部の規定値を予め記憶する記憶工程と、前記直径母線測定工程により測定された直径対応部の長さが、前記記憶された直径対応部の規定値に対して、予め定められた範囲内であるか否かを判定する判定工程と、前記判定工程により、前記測定された直径対応部の長さが前記予め定められた範囲内でないと判定された場合には、前記記憶された直径対応部の規定値を前記突起の高さを演算する際に用いる演算値と決定する決定工程と、前記決定工程により決定された演算値と、前記母線対応部の長さと、前記仰角と、に基づいて、前記突起の高さを演算する高さ演算工程と、を有することを特徴とする。

これによれば、画像を撮像する際に用いる照明の光の反射によって突起の頂部が光って撮像される場合であっても、撮像された画像中の領域を明部領域、暗部領域、中間領域に分け、明部領域と暗部領域によって構成された画像中の領域を突起領域とみなし、中間部領域をワーク領域とみなすことによって、突起領域を正確に抽出することができ、それにより突起の高さを精度良く演算することができる。

更に、測定された直径対応部の長さが、予め記憶された直径対応部の長さ（規定値）に対して予め定められた範囲内であるか否かを判定し、測定された直径対応部の長さが予め定められた範囲内でないと判定された場合には、予め記憶された直径対応部の長さ（規定値）を突起の高さを演算する際に用いる直径対応部の長さ（演算値）と決定することにより、測定された直径対応部の長さに応じて、突起の高さを演算する際に最適な値を用いることができるため、突起の高さを精度良く演算することができる。

上記課題を解決するための請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の突起の高さ測定方法において、前記決定工程は、前記判定手段により前記測定された直径対応部の長さが前記予め定められた範囲内であると判定された場合には、前記測定された直径対応部の長さを前記突起の高さを演算する際に用いる演算値と決定することを特徴とする。

これによれば、測定された直径対応部の長さが、予め記憶された直径対応部の長さ（規定値）に対して予め定められた範囲内であるか否かを判定し、測定された直径対応部の長さが予め定められた範囲内であると判定された場合には、測定された直径対応部の長さを突起の高さを演算する際に用いる直径対応部の長さ（演算値）と決定することにより、測定された直径対応部の長さに応じて、突起の高さを演算する際に最適な値を用いることができるため、突起の高さを精度良く演算することができる。

上記課題を解決するための請求項５に記載の発明は、ワーク表面に形成された円錐形状の突起の高さを測定する突起の高さ測定装置であって、測定対象となる前記突起を含む前記ワーク表面上の領域を仰角の方向から撮像する撮像手段と、前記撮像手段により撮像された画像中の輝度値に基づいて、前記画像中の領域を明部領域、暗部領域、中間部領域に分け、前記明部領域、前記暗部領域、前記中間部領域のうち、前記明部領域と前記暗部領域によって構成された領域を前記突起に対応する突起領域とみなし、前記中間部領域によって構成された領域を前記ワークに対応するワーク領域とみなすことにより、前記突起領域を前記画像から抽出する突起領域抽出手段と、前記突起領域抽出手段により抽出された前記突起領域の底面直径部分に対応する直径対応部の長さと、前記突起領域の母線部分に対応する母線対応部の長さと、を測定する直径母線測定手段と、前記直径対応部の長さと、前記母線対応部の長さと、前記仰角と、に基づいて、前記突起の高さを演算する高さ演算手段と、を有することを特徴とする。

これによれば、画像を撮像する際に用いる照明の光の反射によって突起の頂部が光って撮像される場合であっても、撮像された画像中の領域を明部領域、暗部領域、中間領域に分け、明部領域と暗部領域によって構成された画像中の領域を突起領域とみなし、中間部領域をワーク領域とみなすことによって、突起領域を正確に抽出することができ、それにより突起の高さを精度良く演算することができる。

上記課題を解決するための請求項６に記載の発明は、請求項５に記載の突起の高さ測定装置において、前記突起領域抽出手段は、前記明部領域と前記暗部領域によって構成された領域を前記突起に対応する突起領域とみなし、前記中間部領域によって構成された領域を前記ワークに対応するワーク領域とみなした後に、前記突起領域に対して膨張処理、及び収縮処理を行うことにより、前記突起領域を前記画像から抽出することを特徴とする。

これによれば、画像を撮像する際に用いる照明の光の反射によって突起の頂部が光って撮像される場合であっても、撮像された画像中の領域を明部領域、暗部領域、中間領域に分け、明部領域と暗部領域によって構成された画像中の領域を突起領域とみなし、中間部領域をワーク領域とみなした後に、突起領域とみなされた明部領域に対して膨張処理、及び収縮処理を行うことにより、突起領域をより正確に抽出することができ、それにより突起の高さをより精度良く演算することができる。

上記課題を解決するための請求項７に記載の発明は、ワーク表面に形成された円錐形状の突起の高さを測定する突起の高さ測定装置であって、測定対象となる前記突起を含む前記ワーク表面上の領域を仰角の方向から撮像する撮像手段と、前記撮像手段により撮像された画像中の輝度値に基づいて、前記画像中の領域を明部領域、暗部領域、中間部領域に分け、前記明部領域、前記暗部領域、前記中間部領域のうち、前記明部領域と前記暗部領域によって構成された領域を前記突起に対応する突起領域とみなし、前記中間部領域によって構成された領域を前記ワークに対応するワーク領域とみなすことにより、前記突起領域を前記画像から抽出する突起領域抽出手段と、前記突起領域抽出手段により抽出された前記突起領域の底面直径部分に対応する直径対応部の長さと、前記突起領域の母線部分に対応する母線対応部の長さと、を測定する直径母線測定手段と、前記直径対応部の規定値を予め記憶する記憶手段と、前記直径母線測定手段により測定された直径対応部の長さが、前記記憶手段に記憶された直径対応部の規定値に対して、予め定められた範囲内であるか否かを判定する判定手段と、前記判定手段により、前記測定された直径対応部の長さが前記予め定められた範囲内でないと判定された場合には、前記記憶手段に記憶された直径対応部の規定値を前記突起の高さを演算する際に用いる演算値と決定する決定手段と、前記決定手段により決定された演算値と、前記母線対応部の長さと、前記仰角と、に基づいて、前記突起の高さを演算する高さ演算手段と、を有することを特徴とする。

これによれば、画像を撮像する際に用いる照明の光の反射によって突起の頂部が光って撮像される場合であっても、撮像された画像中の領域を明部領域、暗部領域、中間領域に分け、明部領域と暗部領域によって構成された画像中の領域を突起領域とみなし、中間部領域をワーク領域とみなすことによって、突起領域を正確に抽出することができ、それにより突起の高さを精度良く演算することができる。

更に、測定された直径対応部の長さが、予め記憶された直径対応部の長さ（規定値）に対して予め定められた範囲内であるか否かを判定し、測定された直径対応部の長さが予め定められた範囲内でないと判定された場合には、予め記憶された直径対応部の長さ（規定値）を突起の高さを演算する際に用いる直径対応部の長さ（演算値）と決定することにより、測定された直径対応部の長さに応じて、突起の高さを演算する際に最適な値を用いることができるため、突起の高さを精度良く演算することができる。

上記課題を解決するための請求項８に記載の発明は、請求項７に記載の突起の高さ測定装置において、前記決定手段は、前記判定手段により前記測定された直径対応部の長さが前記予め定められた範囲内であると判定された場合には、前記測定された直径対応部の長さを前記突起の高さを演算する際に用いる演算値と決定することを特徴とする。

これによれば、測定された直径対応部の長さが、予め記憶された直径対応部の長さ（規定値）に対して予め定められた範囲内であるか否かを判定し、測定された直径対応部の長さが予め定められた範囲内であると判定された場合には、測定された直径対応部の長さを突起の高さを演算する際に用いる直径対応部の長さ（演算値）と決定することにより、測定された直径対応部の長さに応じて、突起の高さを演算する際に最適な値を用いることができるため、突起の高さを精度良く演算することができる。

本発明によれば、画像を撮像する際に用いる照明の光の反射によって突起の頂部が光って撮像される場合であっても、撮像された画像中の領域を明部領域、暗部領域、中間領域に分け、明部領域と暗部領域によって構成された画像中の領域を突起領域とみなし、中間部領域をワーク領域とみなすことによって、突起領域を正確に抽出することができ、それにより突起の高さを精度良く演算することができる。

更に、測定された直径対応部の長さが、予め記憶された直径対応部の長さ（規定値）に対して予め定められた範囲内であるか否かを判定し、測定された直径対応部の長さが予め定められた範囲内でないと判定された場合には、予め記憶された直径対応部の長さ（規定値）を突起の高さを演算する際に用いる直径対応部の長さ（演算値）と決定することにより、測定された直径対応部の長さに応じて、突起の高さを演算する際に最適な値を用いることができるため、突起の高さを精度良く演算することができる。

以下、本発明の最良の形態について図面を用いて説明する。

本実施形態は、突起の高さ測定装置によってワーク表面に形成された円錐形状の突起の高さを測定する場合の一例を示す。

［突起の高さ測定装置］
まず、本実施形態に係る突起の高さ測定装置について、図１を用いて概念的に説明する。

図１は、本実施形態に係る突起の高さ測定装置を示す概略図である。

図１に示すように本実施形態における突起の高さ測定装置１において、測定対象となる突起１１を含むワーク１２表面上の領域を仰角の方向から撮像し、撮像された画像中の輝度値に基づいて、画像中の領域を明部領域、暗部領域、中間部領域に分ける。次に、明部領域と暗部領域によって構成された領域を突起１１に対応する突起領域とみなし、中間部領域によって構成された領域をワーク１２に対応するワーク領域とみなした後に、突起領域に対して膨張処理、及び収縮処理を行うことにより、突起領域を画像から抽出する。次に、抽出された突起領域の底面直径部分に対応する直径対応部の長さと、突起領域の母線部分に対応する母線対応部の長さとを測定し、測定された直径対応部の長さが、予め記憶された直径対応部の規定値に対して、予め定められた範囲内であるか否かを判定する。次に、測定された直径対応部の長さが予め定められた範囲内でないと判定された場合には、記憶された直径対応部の規定値を突起の高さを演算する際に用いる演算値と決定し、当該演算値と、母線対応部の長さと、仰角と、に基づいて突起の高さを演算する。

［突起の高さ測定装置の構成及び機能］
次に、図１乃至図２を参照して、本実施形態に係る突起の高さ測定装置を構成する各部の構造及び機能について説明する。図２は、突起の高さ測定装置の制御処理部における概要構成を示すブロック図である。

図１に示すように、当該突起の高さ測定装置１は、画像取得部２、制御処理部３を含んで構成されている。

（画像取得部２）
まず、画像取得部２について説明する。画像取得部２は、測定対象となる突起１１を含むワーク１２表面上の所定領域を撮像する部分である。

画像取得部２は、カメラ２１、照明２２、Ｘ軸ステージ２３、Ｙ軸ステージ２４、移動ステージ２５により構成されている。

カメラ２１は、ワーク１２表面上の所定領域を撮像するために撮像手段として機能するものである。カメラ２１は特に限定されることはなく、エリアセンサカメラ、ラインセンサ等を用いることができるが、本実施形態ではラインセンサカメラを用いた場合について以下説明する。ここで、当該カメラ２１により撮像される方向は、図に破線で示すとおり斜め下方に向けられており、カメラ２１の視野を視野領域Ｅとする。当該視野領域Ｅは、上方に位置する照明２２による照明を受けながら、仰角θをもった方向に撮像される領域である。

照明２２は、測定対象となる突起１１を含むワーク１２表面上の所定領域をカメラ２１にて撮像する際に視野領域Ｅを照明するためのものである。カメラ２１と共に移動することになり、常に、視野領域Ｅを照明するように配置されている。照明２２は、例えば、ライン照明、リング照明、ドーム照明等を用いることができ、特に、突起１１の影ができにくく、ワーク１２の表面と突起１１とでコントラストが得られるものを用いることが望ましい。

Ｘ軸ステージ２３、Ｙ軸ステージ２４、移動ステージ２５は、カメラ２１において測定対象となる突起１１を含むワーク１２表面上の所定領域を撮像する際に、カメラ２１の位置、ワーク１２の位置を移動させるためのものである。具体的には、Ｘ軸ステージ２３は、カメラ２１を図のＸ軸方向（主走査方向）に移動させるためのものであり、Ｙ軸ステージ２４は、移動ステージ２５を図のＹ軸方向（副走査方向）に移動させるためのものである。Ｘ軸ステージ２３、Ｙ軸ステージ２４を用いてカメラ２１の位置、ワーク１２の位置を移動させることにより、上述の視野領域Ｅをワーク１２の全領域に移動させることができ、ワーク１２の全面をカメラ２１にて撮像することが可能になる。

（制御処理部３）
次に、制御処理部３について説明する。制御処理部３は、画像取得部２の動作を管理しており、画像取得部２によって取得された画像を用いて突起１１の高さを演算する部分である。

制御処理部３は、図２に示すように、入力部３１、表示部３２、記憶手段としての記憶部３３、外部機器接続部３４、突起領域抽出手段、直径母線測定手段、判定手段、決定手段、高さ演算手段としての制御部３５により構成されている。

入力部３１は、図示しないキーボード等に具備された数字キー等の各種操作キー等であって、直径対応部の長さを予め記憶させる場合等の当該操作に対応する入力情報を生成して制御部３５へ出力する。

表示部３２は、画像取得部２により取得した画像情報等を表示する。

記憶部３３は、直径対応部の長さを予め記憶させる場合等の記憶手段として機能する。表示部３２に表示すべき情報等を蓄積記憶し、必要に応じて蓄積記憶情報として制御部３５に出力すると共に、入力部３１における操作により当該表示すべき情報が入力／更新されると、その更新された情報を制御部３５を介して蓄積記憶情報として受け取り、指定されたアドレスに蓄積記憶する。

外部機器接続部３４は、画像取得部２との間で情報を受信する際に通信情報を受信し制御部３５に出力したり、カメラ２１を用いてワーク１２表面上の所定領域を撮像する際に、カメラ２１の位置を移動させるためにＸ軸ステージ２３、Ｙ軸ステージ２４に位置合わせ情報を送信したりするものである。

制御部３５は、突起領域抽出手段、直線母線測定手段、判定手段、決定手段、高さ演算手段として機能する。具体的には、突起領域を抽出し（突起領域抽出手段）、抽出された突起領域の底面直径部分に対応する直径対応部の長さと、突起領域の母線部分に対応する母線対応部の長さを測定し（直線母線測定手段）、直径対応部の長さが予め記憶させていた所定の範囲内であるか否かを判定し（判定手段）、突起の高さを演算する際に用いる直径対応部の長さを決定し（決定手段）、突起の高さを演算する（高さ演算手段）部分である。更に、上記通信情報、入力情報、及び記憶情報を用いて、表示部３２に表示させるべき表示情報を生成し、表示部３２に出力して必要な表示を実行させたり、上記通信情報を生成し、外部機器接続部３４を介して画像取得部に対して通信を行う。

［突起の高さ測定処理］
次に、図３のフローチャートを用いて、突起の高さ測定装置における突起の高さ測定処理について説明する。
図３は、突起の高さ測定装置における突起の高さ測定処理を示すフローチャートである。

まず、測定対象となる突起を含むワーク表面上の領域を仰角の方向から撮像する（撮像工程）（ステップＳ１１）。

図４は、カメラによりワーク表面上の所定領域を撮像する際の図である。

具体的には、図４に示すように、カメラ２１を用いてワーク１２の表面上の所定領域を仰角の方向から撮像する。例えば図示するように、仰角θは、カメラ２１の撮像面の中心位置に立てた法線とワーク１２の表面との間の角度である。

ここで、仰角θの下限値θ１は、ワーク１２の表面上の複数の突起１１を撮像する際に、複数の突起１１が互いに重なりを生じて撮像されてしまう臨界角度として定義される。図５は、下限値θ１を示す側面図である。図示のとおり、隣接する一対の突起１１ａと１１ｂについて、突起１１ａの底面の輪郭位置と突起１１ｂの頂点位置とを結ぶ破線とワーク１２の表面とのなす角度が下限値θ１に相当する。

図６（ａ）は、仰角θが下限値θ１以上である場合における突起１１ａと１１ｂを示す図であり、図６（ｂ）は、仰角θが下限値θ１以下である場合における突起１１ａと１１ｂを示す図である。なお、図６（ａ）（ｂ）の突起１１ａと１１ｂ中に示している縦線と横線は円錐形状を明確にするために記載しているものである。

仰角θが下限値θ１以上である場合においては、図６（ａ）に示すように、突起１１ａと突起１１ｂとが互いに重なりを生じずに撮像される。仰角θが下限値θ１以下である場合においては、図６（ｂ）に示すように、突起１１ａと突起１１ｂとが重なりを生じて撮像されてしまうため、個々の突起１１を個別の領域として認識することができなくなってしまう。

一方、仰角θの上限値θ２は、個々の突起１１を円錐と仮定した際に、突起１１を構成する円錐の母線とワーク１２の表面とのなす角度として定義される。図７は、上限値θ２を示す側面図であり、図８（ａ）は、仰角θが上限値θ２以上である場合における突起１１を示す図であり、図８（ｂ）は、仰角θが上限値θ２以下である場合における突起１１を示す図である。なお、図８（ａ）（ｂ）の突起１１中に示している縦線と横線は円錐形状を明確にするために記載しているものである。

仰角θが上限値以上である場合においては、図８（ａ）に示すように、突起１１の頂点部分が、突起１１の内部に埋もれてしまい、突起１１の頂点位置に対応する点を認識することができなくなってしまう。仰角θが上限値以下である場合においては、図８（ｂ）に示すように、突起１１ａの頂点位置に対応する点が突起１１の輪郭線上に現れるため、これを認識することが可能になる。

図９は、カメラ２１によって撮像された画像を示す概略図である。

カメラ２１によりワーク１２表面上の所定領域を撮像した画像には、突起領域４１とワーク領域４２が撮像される。この際、画像を撮像する際に用いる照明２２の光の反射によって突起領域の頂部４３は光って撮像される。

次に、撮像された画像中の輝度値に基づいて、画像中の領域を明部領域、暗部領域、中間部領域に分け、明部領域、暗部領域、中間部領域のうち、明部領域と暗部領域によって構成された領域を突起に対応する突起領域とみなし、中間部領域によって構成された領域をワークに対応するワーク領域とみなした後に、突起領域に対して膨張処理、及び収縮処理を行うことにより、突起領域を画像から抽出する（突起領域抽出工程）（ステップＳ１２）。

まず、撮像された画像中の輝度値に基づいて、画像中の領域を明部領域、暗部領域、中間部領域に分け、明部領域、暗部領域、中間部領域のうち、明部領域と暗部領域によって構成された領域を突起に対応する突起領域とみなし、中間部領域によって構成された領域をワークに対応するワーク領域とみなす（二値化処理）。

具体的には、図９に示す画像に対して二値化処理を行う。二値化処理は、画像のヒストグラムを生成し、所定の閾値との大小関係に基づいて、所定の閾値よりも大きい画素には、例えば画素値１を与え、所定の閾値以下である画素には例えば画素値０を与える処理である。

図１０に示すように、二値化処理を行う際の閾値を、例えば、７０、２２０と２つ設定する。そして画像中の輝度値に基づいて、画像中の領域を７０以下（暗部領域）、７０〜２２０（中間部領域）、２２０〜２５５（明部領域）に分ける。

図１１（ａ）は、二値化処理を行った後の画像の概略図である。

上述するように画像中の領域を、明部領域（突起領域の頂部４３に相当する部分）、暗部領域（突起領域の頂部を除いた部分４４に相当する部分）、中間部領域（ワーク領域４２に相当する部分）に分けた後、明部領域と暗部領域には、例えば画素値１を与え、中間部領域には画素値０を与える。

このようにして、明部領域（突起領域の頂部４３に相当する部分）と暗部領域（突起領域の頂部を除いた部分４４に相当する部分）によって構成された画像中の領域（例えば画素値１を与えた領域）と、中間部領域（ワーク領域４２に相当する部分）によって構成された画像中の領域（例えば画素値０を与えた領域）が分けられることになり、明部領域（突起領域の頂部４３に相当する部分）と暗部領域（突起領域の頂部を除いた部分４４に相当する部分）によって構成された画像中の領域（例えば画素値１を与えた領域）を突起領域４１とみなし、中間部領域（ワーク領域４２に相当する部分）によって構成された画像中の領域（例えば画素値０を与えた領域）をワーク領域４２とみなすことにより、画像を撮像する際に用いる照明の光の反射によって突起の頂部が光って撮像される場合であっても、突起領域４１を正確に抽出することができ、それにより突起の高さを精度良く演算することができる。

次に、突起領域に対して膨張処理、及び収縮処理（穴埋め処理）を行うことにより、突起領域を画像から抽出する。

具体的には、二値化処理後の画像の突起領域に対して膨張処理、及び収縮処理（穴埋め処理）を行う。二値化処理後の画像の突起領域に対して膨張処理、及び収縮処理（穴埋め処理）を行うことによって明部領域と暗部領域との境界が消去され、図１１（ｂ）に示すような画像が得られる。このようにして、二値化処理を行った後に、穴埋め処理を行うことによって、突起領域をより正確に抽出することができ、それにより突起の高さをより精度良く演算することができる。

次に、抽出された突起領域の底面直径部分に対応する直径対応部の長さと、突起領域の母線部分に対応する母線対応部の長さを測定する（ステップＳ１３）。

図１２は、突起領域の直径対応部と母線対応部を説明する図である。

図１２に示すように、抽出された突起領域について、３つの輪郭線Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３と３つの点Ｑ０、Ｑ１、Ｑ２を認識する。測定対象となる突起１１が円錐形状である場合、抽出された突起領域の「突起１１の底面直径部分に対応する部分」を直径対応部と認識するとともに、突起領域４１上の「突起の母線部分に対応する部分」を母線対応部と認識させ、直径対応部の長さＤと母線対応部の長さＬを測定する。

突起１１が完全な円錐形状であるとすると、輪郭線Ｃ１，Ｃ２は円錐の母線に対応し、輪郭線Ｃ３は円錐の底面の円周部分に対応することになる。したがって、図の輪郭線上の点Ｑ１，Ｑ２を結ぶ線分５２は、「突起１１の底面直径部分に対応する部分」（以下、直径対応部５２と呼ぶ）ということになる。また、この線分５２の中点Ｑ３を通り、図の尖点Ｑ０と輪郭線Ｃ３上の点Ｑ４を結ぶ線分５１は、輪郭線Ｃ１，Ｃ２と同様に、円錐の母線に対応する。すなわち、点Ｑ０，Ｑ４を結ぶ線分５１は、「突起の母線部分に対応する部分」（以下、母線対応部５１と呼ぶ）ということになる。

次に、直径対応部の規定値を予め記憶する（記憶工程）（ステップＳ１４）。

突起の直径対応部の長さ（規定値）を予め設定しておき、後にこの直径対応部の規定値に基づいて、実際に突起の高さを演算する際に用いる直径対応部の長さを決定する。

次に、測定された直径対応部の長さが、予め記憶された直径対応部の規定値に対して予め定められた範囲内であるか否かを判定する（判定工程）（ステップＳ１５）。

予め定められた範囲内とは、測定された直径対応部の長さが、記憶された直径対応部の規定値に対して例えば、±２０％程度の長さである場合をいう。

次に、測定された直径対応部の長さが予め定められた範囲内でないと判定された場合には（ステップＳ１５：ＮＯ）、記憶された直径対応部の規定値を、突起の高さを演算する際に用いる演算値と決定する（決定工程）（ステップＳ１６）。

測定された直径対応部の長さが予め定められた範囲内でないと判定された場合には、測定された直径対応部の長さが測定時において適切に測定されたものと判断することができないため、測定された直径対応部の長さを突起の高さを演算する際には用いず、予め記憶させていた直径対応部の長さ（既定値）を突起の高さを演算する際に用いるものとする。これにより、測定時において直径対応部が適切に測定されなかった場合においても突起の高さを精度良く演算することができる。

一方、測定された直径対応部の長さが予め定められた範囲内であると判定された場合には（ステップＳ１５：ＹＥＳ）、測定された直径対応部の長さを突起の高さを演算する際に用いる演算値と決定する（決定工程）（ステップＳ１７）。

測定された直径対応部の長さが予め定められた範囲内であると判定された場合には、測定された直径対応部の長さが測定時において適切に測定されたものと判断することができるため、測定された直径対応部の長さを演算する際に用いるものとする。これにより、突起の高さを精度良く演算することができる。

次に、決定された演算値と、母線対応部の長さと、仰角に基づいて、突起の高さを演算する（高さ演算工程）（ステップＳ１８）。

図１３は、カメラにより撮像を行った際の突起の高さを演算する際の演算の原理を示す側面図である。

カメラ２１がラインセンサカメラの場合、カメラ２１をＸ軸方向（図１３の紙面に垂直な方向）およびＹ軸方向に走査して得られた画像は、ワーク１２の表面に平行な平面からなる投影面６１上の投影像になる。カメラ２１が図の点Ｐ１の位置にある時には、突起１１の頂点付近の撮像しか行うことができないが、このカメラ２１を、投影面６１に沿って、点Ｐ１の位置から点Ｐ２の位置まで移動させれば、突起１１を頂点から底部まで走査することが可能になる。

図１２に示す直径対応部５２の長さＤは、実際の突起１１の底面の直径に等しくなるが、母線対応部５１の長さＬは画像が撮像された角度（仰角θ）に依存するので、実際の突起１１の母線の長さに等しくはならない。ここで、上述のように突起領域４１の母線対応部の長さＬは、図１３に示す投影面６１上の点Ｐ１〜Ｐ２の距離ということになる。

次に、直径対応部の長さ（演算値）Ｄ、母線対応部の長さＬ、仰角θに基づいて突起１１の高さｈを演算する方法について説明する。

ここで、図１３に示すように、三角形ＡＢＣを考えると、ＡＣ＝ｈ、実際の突起１１の底面を構成する円の半径をｒとすると、ＢＣ＝Ｌ−ｒであり、ＡＣ＝ＢＣｔａｎθであることにより、ｈ＝（Ｌ−ｒ）ｔａｎθなる式が得られる。この式により、突起１１の高さｈを演算することができる。よって、上述した式に直径対応部の長さ（演算値）と、母線対応部の長さと、仰角θとを代入することにより突起の高さが演算される。

以上説明したように、画像を撮像する際に用いる照明の光の反射によって突起の頂部が光って撮像される場合であっても、撮像された画像中の領域を明部領域、暗部領域、中間領域に分け、明部領域と暗部領域によって構成された画像中の領域を突起領域とみなし、中間部領域をワーク領域とみなした後に、突起領域とみなされた明部領域に対して膨張処理、及び収縮処理を行うことにより、突起領域を正確に抽出することができ、それにより突起の高さを精度良く演算することができる。

更に、測定された直径対応部の長さが、予め記憶された直径対応部の長さ（規定値）に対して予め定められた範囲内であるか否かを判定し、測定された直径対応部の長さが予め定められた範囲内でないと判定された場合には、予め記憶された直径対応部の長さ（規定値）を突起の高さを演算する際に用いる直径対応部の長さ（演算値）と決定することにより、測定された直径対応部の長さに応じて、突起の高さを演算する際に最適な値を用いることができるため、突起の高さを精度良く演算することができる。

なお、本実施形態において測定対象となる突起が円錐形状であるとの仮定に基づくものであるが、実用上は、必ずしも円錐状の突起に対する測定のみに限定されるものではない。例えば、突起の形状が、四角錐状の場合には、四角錐の正面方向から撮像を行うようにすれば、前述した手法と全く同じ手法が適用可能である。また、半球状の突起などについても、ある程度の誤差が生じることが許容できるのであれば、本発明の測定方法を適用することが可能である。この場合も、突起領域の横方向の最大幅をＤ、縦方向の最大幅をＬとして、上述した式を用いて高さｈを求めることができる。

本実施形態に係る突起の高さ測定装置を示す概略図である。 突起の高さ測定装置の制御処理部における概要構成を示すブロック図である。 突起の高さ測定装置における突起の高さ測定処理を示すフローチャートである。 カメラによりワーク表面上の所定領域を撮像する際の図である。 下限値を示す側面図である。 仰角が下限値以上である場合における突起を示す図であり、（ｂ）は、仰角が下限値以下である場合における突起を示す図である。 上限値を示す側面図である。 （ａ）は、仰角が上限値以上である場合における突起を示す図であり、（ｂ）は、仰角が上限値以下である場合における突起を示す図である。 カメラ２１によって撮像された画像を示す概略図である。 二値化処理を行う際の閾値を示した図である。 （ａ）は、二値化処理を行った後の画像の概略図であり、（ｂ）は、穴埋め処理を行った後の画像の概略図である。 突起領域の直径対応部と母線対応部を説明する図である。 カメラにより撮像を行った際の突起の高さを演算する際の演算の原理を示す側面図である。

符号の説明

１…突起の高さ測定装置
２…画像取得部
３…制御処理部
１１…突起
１２…ワーク
２１…カメラ
２２…照明
２３…Ｘ軸ステージ
２４…Ｙ軸ステージ
２５…移動ステージ
３１…入力部
３２…表示部
３３…記憶部
３４…外部機器接続部
３５…制御部
４１…突起領域
４２…ワーク領域
４３…突起領域の頂部
４４…突起領域の頂部を除いた部分
５１…母線対応部
５２…直径対応部
Ｃ１〜Ｃ３…輪郭線
Ｄ…直径対応部の長さ
Ｅ…視野領域
ｈ…突起の高さ
Ｌ…母線対応部の長さ
Ｐ１〜Ｐ２…幾何学上の点
Ｑ０〜Ｑ４…突起領域上の点
ｒ…半径
θ…仰角

Claims (9)

1. ワーク表面に形成された円錐形状の突起の高さを測定する突起の高さ測定方法であって、
   測定対象となる前記突起を含む前記ワーク表面上の領域を仰角の方向から撮像する撮像工程と、
   前記撮像工程により撮像された画像中の輝度値に基づいて、前記画像中の領域を明部領域、暗部領域、中間部領域に分け、前記明部領域、前記暗部領域、前記中間部領域のうち、前記明部領域と前記暗部領域によって構成された領域を前記突起に対応する突起領域とみなし、前記中間部領域によって構成された領域を前記ワークに対応するワーク領域とみなすことにより、前記突起領域を前記画像から抽出する突起領域抽出工程と、
   前記突起領域抽出工程により抽出された前記突起領域の底面直径部分に対応する直径対応部の長さと、前記突起領域の母線部分に対応する母線対応部の長さと、を測定する直径母線測定工程と、
   前記直径対応部の長さと、前記母線対応部の長さと、前記仰角と、に基づいて、前記突起の高さを演算する高さ演算工程と、
   を有することを特徴とする突起の高さ測定方法。
2. 請求項１に記載の突起の高さ測定方法において、
   前記突起領域抽出工程は、前記明部領域と前記暗部領域によって構成された領域を前記突起に対応する突起領域とみなし、前記中間部領域によって構成された領域を前記ワークに対応するワーク領域とみなした後に、前記突起領域に対して膨張処理、及び収縮処理を行うことにより、前記突起領域を前記画像から抽出することを特徴とする突起の高さ測定方法。
3. ワーク表面に形成された円錐形状の突起の高さを測定する突起の高さ測定方法であって、
   測定対象となる前記突起を含む前記ワーク表面上の領域を仰角の方向から撮像する撮像工程と、
   前記撮像工程により撮像された画像中の輝度値に基づいて、前記画像中の領域を明部領域、暗部領域、中間部領域に分け、前記明部領域、前記暗部領域、前記中間部領域のうち、前記明部領域と前記暗部領域によって構成された領域を前記突起に対応する突起領域とみなし、前記中間部領域によって構成された領域を前記ワークに対応するワーク領域とみなすことにより、前記突起領域を前記画像から抽出する突起領域抽出工程と、
   前記突起領域抽出工程により抽出された前記突起領域の底面直径部分に対応する直径対応部の長さと、前記突起領域の母線部分に対応する母線対応部の長さと、を測定する直径母線測定工程と、
   前記直径対応部の規定値を予め記憶する記憶工程と、
   前記直径母線測定工程により測定された直径対応部の長さが、前記記憶された直径対応部の規定値に対して、予め定められた範囲内であるか否かを判定する判定工程と、
   前記判定工程により、前記測定された直径対応部の長さが前記予め定められた範囲内でないと判定された場合には、前記記憶された直径対応部の規定値を前記突起の高さを演算する際に用いる演算値と決定する決定工程と、
   前記決定工程により決定された演算値と、前記母線対応部の長さと、前記仰角と、に基づいて、前記突起の高さを演算する高さ演算工程と、
   を有することを特徴とする突起の高さ測定方法。
4. 請求項３に記載の突起の高さ測定方法において、
   前記決定工程は、前記判定手段により前記測定された直径対応部の長さが前記予め定められた範囲内であると判定された場合には、前記測定された直径対応部の長さを前記突起の高さを演算する際に用いる演算値と決定することを特徴とする突起の高さ測定方法。
5. ワーク表面に形成された円錐形状の突起の高さを測定する突起の高さ測定装置であって、
   測定対象となる前記突起を含む前記ワーク表面上の領域を仰角の方向から撮像する撮像手段と、
   前記撮像手段により撮像された画像中の輝度値に基づいて、前記画像中の領域を明部領域、暗部領域、中間部領域に分け、前記明部領域、前記暗部領域、前記中間部領域のうち、前記明部領域と前記暗部領域によって構成された領域を前記突起に対応する突起領域とみなし、前記中間部領域によって構成された領域を前記ワークに対応するワーク領域とみなすことにより、前記突起領域を前記画像から抽出する突起領域抽出手段と、
   前記突起領域抽出手段により抽出された前記突起領域の底面直径部分に対応する直径対応部の長さと、前記突起領域の母線部分に対応する母線対応部の長さと、を測定する直径母線測定手段と、
   前記直径対応部の長さと、前記母線対応部の長さと、前記仰角と、に基づいて、前記突起の高さを演算する高さ演算手段と、
   を有することを特徴とする突起の高さ測定装置。
6. 請求項５に記載の突起の高さ測定装置において、
   前記突起領域抽出手段は、前記明部領域と前記暗部領域によって構成された領域を前記突起に対応する突起領域とみなし、前記中間部領域によって構成された領域を前記ワークに対応するワーク領域とみなした後に、前記突起領域に対して膨張処理、及び収縮処理を行うことにより、前記突起領域を前記画像から抽出することを特徴とする突起の高さ測定装置。
7. ワーク表面に形成された円錐形状の突起の高さを測定する突起の高さ測定装置であって、
   測定対象となる前記突起を含む前記ワーク表面上の領域を仰角の方向から撮像する撮像手段と、
   前記撮像手段により撮像された画像中の輝度値に基づいて、前記画像中の領域を明部領域、暗部領域、中間部領域に分け、前記明部領域、前記暗部領域、前記中間部領域のうち、前記明部領域と前記暗部領域によって構成された領域を前記突起に対応する突起領域とみなし、前記中間部領域によって構成された領域を前記ワークに対応するワーク領域とみなすことにより、前記突起領域を前記画像から抽出する突起領域抽出手段と、
   前記突起領域抽出手段により抽出された前記突起領域の底面直径部分に対応する直径対応部の長さと、前記突起領域の母線部分に対応する母線対応部の長さと、を測定する直径母線測定手段と、
   前記直径対応部の規定値を予め記憶する記憶手段と、
   前記直径母線測定手段により測定された直径対応部の長さが、前記記憶手段に記憶された直径対応部の規定値に対して、予め定められた範囲内であるか否かを判定する判定手段と、
   前記判定手段により、前記測定された直径対応部の長さが前記予め定められた範囲内でないと判定された場合には、前記記憶手段に記憶された直径対応部の規定値を前記突起の高さを演算する際に用いる演算値と決定する決定手段と、
   前記決定手段により決定された演算値と、前記母線対応部の長さと、前記仰角と、に基づいて、前記突起の高さを演算する高さ演算手段と、
   を有することを特徴とする突起の高さ測定装置。
8. 請求項７に記載の突起の高さ測定装置において、
   前記決定手段は、前記判定手段により前記測定された直径対応部の長さが前記予め定められた範囲内であると判定された場合には、前記測定された直径対応部の長さを前記突起の高さを演算する際に用いる演算値と決定することを特徴とする突起の高さ測定装置。
9. コンピュータを、請求項５乃至請求項８のいずれか一項に記載の突起の高さ測定装置として機能させることを特徴とする突起の高さ測定プログラム。