JP5015660B2 - ワーク検査方法 - Google Patents

Description

本発明は、例えば、水晶振動子用パッケージやＳＡＷ（Surface Acoustic Wave）フィルタ用パッケージなどの電子部品を収納するためのパッケージ（ワーク）の検査方法に関するものである。

従来より、医薬品や電子部品や機械部品等の外観検査を行う方法として、被検査物（ワーク）をカメラで撮影し、その画像処理を行う技術が提案されている（特許文献１参照）。

この技術では、透光性の搬送ベルトの上に被検査物を載置し、その搬送ベルトの上下から光を照射して、搬送ベルトの上からカメラで撮影を行っている。
特許第３２１５８５８号公報

上述した特許文献１の技術では、常に被検査物の上方及び下方から光を当てて撮影しているので、例えば被検査物の表面に金（Ａｕ）等からなる光を反射し易いパターンが形成されている場合には、その形態によっては、外形寸法を測定しにくいという問題があった。

また、特に被検査物が小さな場合には、搬送ベルト上に被検査物を載置するのに時間がかかるとともに、被検査物の向きや上下が一定し難いので、好適に検査を行うことができないという問題もあった。

本発明は、前記課題を解決するためになされたものであり、その目的は、被検査物（ワーク）の形態にかかわらず、容易に且つ精度良く被検査物の検査を行うことができるワーク検査方法を提供することである。

（１）請求項１の発明は、１又は複数のワークに光を照射してカメラで撮影し、その撮影した画像に基づいて前記ワークの検査を行うワーク検査方法において、透光性を有するトレイの１又は複数の収納部に、前記ワークをそれぞれ収納する第１工程と、前記ワークを収納した前記トレイの下側から光を照射し、前記カメラにより前記トレイの上方から前記ワークを撮影する第２工程と、前記ワークを収納した前記トレイの下側及び上側から光を照射し、前記カメラにより前記トレイの上方から前記ワークを撮影する第３工程と、を備えたことを特徴とする。

本発明では、第２工程にて、ワークを収納した透光性有するトレイの下側から光を照射し、カメラによりトレイの上方からワークを撮影するので、ワークの状態（例えばワークの有無やワークの傾き）や外形寸法などを、容易に且つ精度良く検出することができる。

また、第３工程にて、ワークを収納した透光性を有するトレイの下側及び上側から光を照射し、カメラによりトレイの上方からワークを撮影するので、ワークの状態（例えばワークの向き）或いは表面に形成されたシールリングやパッドなどの形状や寸法などを、容易に且つ精度良く検出することができる。

従って、第２工程と第３工程とを組み合わせることにより、ワークの状態にかかわらず、容易に且つ精度良くワークの検査を行うことができる。例えばシールリングのズレが大きい場合でもあっても、第２工程からワークの外形を確実に捉えることができるので、第３工程と組み合わせることにより、シールリングのズレを容易に把握することができる。

なお、第２工程と第３工程の順序は逆でもよい。
（２）請求項２の発明では、前記ワークは、表面と裏面を有する板状の基板であって、該基板の表面には、枠状の金メッキが施されたシールリングを備えたことを特徴とする。

本発明は、金（Ａｕ）メッキされたシールリングを備えたワークを例示したものである。本発明では、特に表面にＡｕメッキが施されたワークの場合であっても、ワークの表面形状や外形寸法を容易に把握できるので好適である。

なお、ここで外形寸法とは、ワークの外側（外周部分）における縦、横等の寸法のことである（以下同様）。
（３）請求項３の発明では、前記ワークは、前記基板の表面の枠状のシールリング内に、表面に金が被覆されたパッドが形成されていることを特徴とする。

本発明は、更に金で被覆されたパッドを備えたワークを例示したものである。本発明では、表面にＡｕで被覆されたワークの場合であっても、ワークの表面形状や外形寸法を容易に把握できるので好適である。

（４）請求項４の発明では、前記光は、赤色ＬＥＤによる光であることを特徴とする。
本発明は、好ましい照明の光を例示したものである。赤色ＬＥＤによる赤色光は、金（Ａｕ）の部分の画像化に対して有効であり（即ち濃淡差が得やすく）、特に電子部品では、パッド表面などにＡｕが施される場合が殆どなので、電子部品に対して有効である。

（５）請求項５の発明は、前記トレイは、帯電防止グレードのＡＢＳ樹脂製であることを特徴とする。
トレイが帯電していると、例えばトレイが重ねられている場合などには、ワークが上側のトレイの裏面に一旦付着して落下することで、一旦収容されたワークがトレイの所定の位置に配置されない場合があるが、本発明では、トレイは帯電しにくいので、そのような不具合はない。

（６）請求項６の発明では、前記ワークの外形寸法が５ｍｍ以下であることを特徴とする。
ワークが５ｍｍ以下と小さい場合には、ワークが軽量であるので、ワークがトレイから脱落したり、トレイ上で傾いたりして所定の位置に配置されない場合があるが、本発明では、ワークの状態を容易に把握できるので、特に５ｍｍ以下のワークの検査に好適である。

なお、ここで「外形寸法が５ｍｍ以下」とは、ワークの幅（縦、横）のどちらか一方が５ｍｍ以下を示す。
（７）請求項７の発明では、前記第２工程で撮影された画像に基づいて、前記ワークの収納もれの判定及び外形寸法の計測のうち、少なくとも１種を行うことを特徴とする。

本発明は、第２工程で撮影された画像を用いた処理を例示したものである。この第２工程では、外形寸法（バリの有無）を確認できる。
（８）請求項８の発明では、前記第３工程で撮影された画像に基づいて、前記ワークの方向の判定、ワークの表裏の判定、他品種の混入の判定、シールリングのズレの判定、及びシールリングの有無の判定のうち、少なくとも１種を行うことを特徴とする。

本発明は、第３工程で撮影された画像を用いた処理を例示したものである。
（９）請求項９の発明では、前記第３工程は、前記第２工程の後に行うことを特徴とする。
本発明では、第２工程にて、ワークを収納したトレイの下側から光を照射し、カメラによりトレイの上方からワークを撮影し、その後、第３工程にて、ワークを収納したトレイの下側及び上側から光を照射し、カメラによりトレイの上方からワークを撮影する。
つまり、この様に第２工程と第３工程とを組み合わせることにより、ワークの状態にかかわらず、容易に且つ精度良くワークの検査を行うことができる。
例えばシールリングのズレが大きい場合でもあっても、第２工程からワークの外形を確実に捉えることができるので、（この第２工程の後に実施される）第３工程と組み合わせることにより、シールリングのズレを容易に把握することができる。

以下、本発明の実施形態を、図面を参照しながら説明する。
［第１実施形態］
ａ）まず、本実施形態のワーク検査方法に用いるワーク検査装置について説明する。

図１に示す様に、ワーク検査装置１は、ワーク３を収納する透光性を有するトレイ５と、ワーク３を撮影するレンズ７を備えたカメラ９と、カメラ９をＸＹ方向に移動させるＸＹステージ１１と、トレイ５の上方に配置された上方照明１３と、トレイ５の下方に配置された下方照明１５と、各照明１３、１５の電源１７、１９と、ＸＹステージ１１を制御したりカメラ９で撮影した画像の画像処理を行う電子制御装置２１と、カメラ９により撮影された画像等を表示するモニタ２３とを備えている。

このうち、前記カメラ９は、４００万画素のエリアセンサカメラであり、分解能は８μｍ／ｐｉｘ、取込視野は□１６ｍｍ、解像度は２０００×２０００ｐｉｘである。なお、レンズ７は、テレセントリックレンズである。

前記上方照明１３は、トレイ５の上方よりトレイ５に光を照射する装置であり、レンズ７の先端側の周囲を囲むように配置されたＬＥＤリング照明（ここでは赤色ＬＥＤが環状に配置された照明）である。なお、赤色ＬＥＤの波長領域は、６１０ｎｍ〜７１０ｎｍである（以下同様）。

前記下方照明１５は、トレイ５の下方よりトレイ５に光を照射する装置であり、トレイ５より大きな外形寸法のＬＥＤ面発光照明（ここでは赤色ＬＥＤが格子状に多数配置された面状の照明）である。

前記トレイ５は、縦２００ｍｍ×横１４０ｍｍ×厚み６ｍｍの透光性を有する板状体であり、図２に示す様に、その上面には、前記ワーク３が収容される収納凹部（収納部）２５が多数形成されている。つまり、トレイ５には、収納凹部２５（従って取り数）が９０個（例えば９行×１０列）〜７３８個（例えば１８行×４１列）形成されている。

また、収納凹部２５は、ワーク３の外形形状に対応した直方体の空間であり、ワーク３の外形寸法より例えば０．２〜０．４ｍｍ程度大きく設定されている。なお、このトレイ５では、静電防止対策を目的として、材質に帯電防止グレードのＡＢＳ樹脂を用いている。

前記ワーク３は、水晶振動子用パッケージやＳＡＷフィルタ用パッケージなどの電子部品を収納するためのパッケージであり、ここでは、例えば図３に示す様な水晶振動子用セラミックパッケージ２７を例に挙げて説明する。

この水晶振動子用セラミックパッケージ２７は、外形寸法が□５ｍｍ以下（例えば縦３．２ｍｍ×横２．５ｍｍ）、厚み０．２〜２．０ｍｍ（例えば０．８ｍｍ）の直方体形状
であり、図示しない水晶振動子が収容される中央凹部２９を有するアルミナ製の容器３１と、容器３１の外周を構成する枠部３３の表面に（中央凹部２９を囲むように）形成されたシールリング３５と、容器３１内の段部３７の表面に形成されたパッド３９、４１などを備えている。

なお、セラミック製の容器３１の表面は、黒色となっている。また、シールシング３５は、蓋体（図示せず）で容器３１を封止するために用いられるものであって、材質はコバールからなり、その表面に金（Ａｕ）メッキしたものであり、枠部３３の表面にロー付けされている。更に、パッド３９、４１は、水晶振動子を搭載するために用いられるものであって、同時焼成されたタングステン（Ｗ）層の表面にニッケル（Ｎｉ）メッキ及び金（Ａｕ）メッキが施されたものである。

ｂ）次に、本実施形態のワーク検査方法について説明する。
本実施形態では、まず、基準画像の登録を行い、その後、自動検査を行う。以下、詳細に説明する。

＜基準画像の登録＞
この基準画像の登録とは、後の自動検査の際に不良品との比較を行うために、基準となるデータを記憶するものである。

(1)まず、トレイ５に良品ワーク３を入れる。
(2)次に、カメラ９にて良品ワーク３の表面画像、裏面画像を撮像する。
(3)次に、撮像した表面画像、裏面画像より、各画像で指定した領域（例えば後述する図６のウインドＷ１、Ｗ２、Ｗ３、Ｗ４）におけるパッドの輪郭情報を取得して、マッチング用の基準パターンとして登録する。なお、ウインドＷ１、Ｗ２、Ｗ３、Ｗ４より基準パターンの検索範囲ＫＥ１、ＫＥ２が設定（自動生成）される。

＜自動検査＞
この自動検査とは、トレイ５に載置されたワーク３の状態を自動検査するものである。
(1)まず、トレイ５に、図示しない自動機器によりワーク３を入れる。

(2)次に、ワーク３の撮影位置にカメラ９を移動させる。
ここでは、カメラ９の撮影領域は、図４に示す様に、８個のワーク３を撮影するように設定されているので、８個づつワーク３を撮影可能な様に、カメラ９の撮影方向を８個のワーク３の中心位置（同図の＋印位置）に合わせるように移動させる。

(3)次に、下方照明１５を照射し、カメラ９でワーク３を撮影してその画像を取り込む（画像取込１回目）。
ここでは、下方から照明（面発光照明）を照射して、透過光を受ける状態で撮影するので、図５の画像１に示す様に、ワーク３のシルエットを示す画像が得られる。

(4)次に、下方照明１５及び上方照明１３を照射し、カメラ９でワーク３を撮影してその画像を取り込む（画像取込２回目）。
ここでは、下方及び上方から照明（面発光照明＋リング照明）を当てて、透過光及び反射光を受ける状態で撮影するので、図５の画像２に示す様に、ワーク３のシルエットだけでなく、ワーク３の表面のシールリング３５やパッド３９、４１が分かる画像が得られる。

(5)次に、画像処理により、以下の項目を検査する。なお、(イ)、(ロ)は画像１に基づいて検査を行い、(ハ)〜(ト)は画像２に基づいて検査を行うものである。
(イ)収納もれ：収納凹部２５内にワーク３があるかどうかの検査
例えば、画像１を２値化し（明るい領域を１、暗い領域を０とする）、収納凹部
２５の領域においてどの程度明るい領域があるかを判定する。そして、明るい領
域が所定以上の場合には、収納凹部２５内にワーク３が無いと判定する。

(ロ)寸法計測：ワーク３の外形寸法の検査
例えば、画像１の２値化画像から、ワーク３に外接する最小の四角形（最小外接
四角形）を求め、その縦Ｈ、 横Ｗの寸法を求め、これをワーク３の外形寸法とし
て計測する。

(ハ)方向違い：収納凹部２５内のワーク格納方向の検査
ここでは、画像２の濃淡画像を用いる。そして、ワーク３として、例えば図６に
示す水晶振動子用セラミックパッケージ２７の場合は、シールリング３５やパッド
３９、４１のある側において、その収納凹部２５内に形成されたパッド３９、４１
のパターンにより、ワーク３の向きを判定する。

具体的には、図６（ａ）に示す様に、基準画像で設定した検索範囲ＫＥ１におい
て、基準画像で登録したパッドの輪郭情報に整合性のある箇所を探索する（マッチ
ングを行う）。ここでは、ワーク３は長方形であるので、画像を１８０°回転させ
、同様に、両ウインドＷ１、Ｗ２におけるパッド３９、４１のパターンの一致を調
べる。

従って、０°と１８０°の画像のどちらのパターンが登録されたパターンと一致
する（整合性が一定の割合以上取れた場合）かによって、ワーク３がどちら向きか
が分かる。ここで、０°でパターンが一致した場合、１８０°回転して確認する必
要はない。

なお、ワーク３が正方形である場合には、ワーク３の方向は４方向のいずれの可
能性もあるので、０°と９０°と１８０°と２７０°回転させた画像をチェックす
る。

(ニ)表裏違い：ワーク３が表裏反転していないかの検査
画像２の濃淡画像を用い、ワーク３の裏面において、例えば図６（ｂ）に示す様
に、その四隅に形成されている場合には、その裏側パッド４３のパターンにより、
ワーク３の表裏を判定する。

つまり、ワーク３の裏面の四隅の裏側パッド４３のパターンに対応して、基準画
像で設定した検索範囲ＫＥ２において、基準画像で登録したパッドの輪郭情報に整
合性のある箇所を探索する（マッチングを行う）。

そして、裏側パッド４３のパターンが、前記登録された裏面画像のパターンと一
致した場合には、ワーク３が裏面と判定する。なお、裏面についても、表面（前項
の方向違い）と同様に検査している。

(ホ)多品種混合：多品番が混入していないかを検査
方向検査でマッチングしておらず、しかも裏面でない場合には、他品種が混合し
ていると判断する。

(ヘ)シールリングズレ：外形基準のリングズレ検査
（なお、内部パッド基準のリングズレを検査してもよい）
ここでは、画像２の濃淡画像を用い、図７に示す様にウインドＷ５〜１２を設定
して、図８に示す様に、ワーク３の外周からシールリング３５までの距離Ａ１、Ａ
２、Ｂ１、Ｂ２、Ｃ１、Ｃ２、Ｄ１、Ｄ２を測定する。

そして、下記式を用いて、Ｘ方向のズレ、Ｙ方向のズレ、θ方向のズレを求める。
なお、各ズレの値は絶対値をとる。
＜Ｘ方向のズレ＞
・ΔＸ１＝（Ｃ１−Ｄ１）／２
・ΔＸ２＝（Ｃ２−Ｄ２）／２
＜Ｙ方向のズレ＞
・ΔＹ１＝（Ａ１−Ｂ１）／２
・ΔＹ２＝（Ａ２−Ｂ２）／２
＜θ方向のズレ＞
・θ１＝（Ａ１−Ａ２）／２
・θ２＝（Ｂ１−Ｂ２）／２
・θ３＝（Ｃ１−Ｃ２）／２
・θ４＝（Ｄ１−Ｄ２）／２
(ト)シールリング有無：シールリング３５の有無を検査
例えばウインドＷ９で、２値化画像からシールリング３５に該当する明るい領域
の幅（ＳＷ）を求める。ここで、幅が異常な値（リング幅の規格値を外れる値）で
ある場合は、シールリング３５が無いと判定することができる。

そして、１トレイ分前記(2)〜(5)の処理を繰り返す。
ｃ）次に、電子制御装置２１で行われる処理内容について説明する。
電子制御装置２１では、上述した検査手法にて、カメラ９による撮影と、撮影した画像を用いた自動検査を行う。

（１）撮影処理
まず、図９のステップ（Ｓ）１００では、ＸＹステージ１１を制御して、カメラ９を所定の撮影位置に移動する
続くステップ１１０では、下方照明１５を点灯し、トレイ５の上方からカメラ９で撮影を行う（画像取込１回目：画像１）。

続くステップ１２０では、下方照明１５及び上方照明１３を点灯し、トレイ５の上方からカメラ９で撮影を行う（画像取込２回目：画像２）。
続くステップ１３０では、照明を消して、一旦本処理を終了する。

なお、ステップ１１０とステップ１２０の順序は逆でもよい。
（２）画像処理
まず、図１０のステップ２００では、初期化処理を行う。

続くステップ２１０では、外形補正を行う。具体的には、図１１に示す様に、前記画像１の２値化画像を用いて、画像１のワーク画像を画面中央に移動させて傾きを補正する。
続くステップ２２０では、ワーク３の有無を判定する。具体的には、前記画像１の２値化画像を利用し、（イ）の収納もれの検査（収納凹部２５内にワーク３があるかどうかの検査）を行う。ここで、ワーク３が無いと判定されるとステップ３２０に進み、ワーク３があると判定されるとステップ２３０に進む。

ステップ２３０では、前記画像２の濃淡画像を利用して、前記（ハ）の方向検査（収納凹部２５内のワーク格納方向の検査）を行う。
ステップ２４０では、方向検査の結果、マッチングが成功してワーク３の方向が分かった場合（即ち表面のパッド３９、４１のパターンが一致した場合）には、ステップ２７０に進み、マッチングが不成功の場合には、ステップ２５０に進む。

ステップ２５０では、前記画像２の濃淡画像を利用して、前記（ニ）の裏面検査（ワーク３が表裏反転していないかの検査）を行う。
続くステップ２６０では、裏面検査の結果、裏面であると判定された場合には、前記ステップ３２０に進み、裏面でないと判定された場合には、ステップ２７０に進む。

ステップ２７０では、他品種混合の確認を行う。具体的には、方向検査でマッチングしておらず、しかも裏面でない場合は、他品種混合として、ステップ３２０に進み、そうでない場合はステップ２８０に進む。

ステップ２８０では、寸法検査を行う。具体的には、前記画像１の２値化画像を利用し、（ロ）の寸法計測（ワーク３の外形寸法の検査）を行う。
続くステップ２９０では、前記画像２の２値化画像を利用して、前記（ト）のシールリング（ＳＲ）３５の有無の検査を行う。

続くステップ３００では、前記画像２の濃淡画像を利用して、前記（ヘ）のシールリング３５のズレの有無の検査（外形基準）を行う。
続くステップ３１０では、前記画像２の濃淡画像を利用して、パッド基準のシールリング３５のズレの有無の検査を行う。具体的には、あるパッド３９、４１を基準にして、そのパッド３９、４１からの距離を求め、その距離が基準のデータからどの程度ずれているかによってズレの有無を判定する。なお、ステップ３００とステップ３１０は、どちらか一方を採用してもよい。

そして、ステップ３２０では、上述した各ステップでの判定の結果を記憶したり表示したりして、一旦本処理を終了する。
ｃ）この様に、本実施形態では、透明なトレイ５に多数の収納凹部２５を設け、各収納凹部２５にそれぞれワーク３を収納する。そして、まず、トレイ５の下側から光を照射し
、カメラ９によりトレイ５の上方からワーク３を撮影し、次に、トレイ５の下側及び上側から光を照射し、カメラ９によりトレイ５の上方からワーク３を撮影する。

その後、それらの撮影した画像に基づいて、ワーク３の収納もれの検出、外形寸法の計測、方向違いの判定、表裏違いの判定、他品種の混入の判定、シールリング３５のズレの判定、及びシールリング３５の有無の判定などを、自動的に行うことができるので、ワーク３の検査を容易に且つ能率良く行うことができる。

尚、本発明は前記実施形態や実施例になんら限定されるものではなく、本発明を逸脱しない範囲において種々の態様で実施しうることはいうまでもない。

実施形態のワーク検査装置を示す説明図である。 トレイにワークを収容する状態を示す説明図である。 （ａ）は水晶振動子用セラミックパッケージを模式的に示す平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ断面図である。 ８個のワークを撮影した画像を示す説明図である。 画像１と画像２を対比して示す説明図である。 （ａ）は水晶振動子用セラミックパッケージの平面図、（ｂ）は水晶振動子用セラミックパッケージの下面図である。 ワークのシールリングのズレを検出するためのウインドの配置を示す説明図である。 ワークのシールリングのズレを検出するための手法を説明する説明図である。 カメラで撮影する処理を示すフローチャートである。 画像から各検査項目の検査を実施する処理を示すフローチャートである。 画像１のワーク画像の傾きの補正方法を示す説明図である。

符号の説明

１…ワーク検査装置
３…ワーク
５…トレイ
９…カメラ
１１…ＸＹステージ
１３…上方照明
１５…下方照明
２１…電子制御装置
２３…モニタ

Claims (9)

1. １又は複数のワークに光を照射してカメラで撮影し、その撮影した画像に基づいて前記ワークの検査を行うワーク検査方法において、
   透光性を有するトレイの１又は複数の収納部に、前記ワークをそれぞれ収納する第１工程と、
   前記ワークを収納した前記トレイの下側から光を照射し、前記カメラにより前記トレイの上方から前記ワークを撮影する第２工程と、
   前記ワークを収納した前記トレイの下側及び上側から光を照射し、前記カメラにより前記トレイの上方から前記ワークを撮影する第３工程と、
   を有することを特徴とするワーク検査方法。
2. 前記ワークは、表面と裏面を有する板状の基板であって、該基板の表面には、枠状の金メッキが施されたシールリングを備えたことを特徴とする請求項１に記載のワーク検査方法。
3. 前記ワークは、前記基板の表面の枠状のシールリング内に、表面に金が被覆されたパッドが形成されていることを特徴とする請求項２に記載のワーク検査方法。
4. 前記光は、赤色ＬＥＤによる光であることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載のワーク検査方法。
5. 前記トレイは、帯電防止グレードのＡＢＳ樹脂製であることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項に記載のワーク検査方法。
6. 前記ワークの外形寸法が５ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１項に記載のワーク検査方法。
7. 前記第２工程で撮影された画像に基づいて、前記ワークの収納もれの判定及び外形寸法の計測のうち、少なくとも１種を行うことを特徴とする請求項１ないし６のいずれか１項に記載のワーク検査方法。
8. 前記第３工程で撮影された画像に基づいて、前記ワークの方向の判定、ワークの表裏の判定、他品種の混入の判定、シールリングのズレの判定、及びシールリングの有無の判定のうち、少なくとも１種を行うことを特徴とする請求項１ないし７のいずれか１項に記載のワーク検査方法。
9. 前記第３工程は、前記第２工程の後に行うことを特徴とする請求項１ないし８のいずれか１項に記載のワーク検査方法。

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