JPH07301513A - 対象物の認識装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】周囲光が対象物に照射される環境下であって
も、対象物の外観検査等の処理を作業効率よく行なう。 【構成】液晶マスク１０の全画素の透過率が一定にさ
れ、被検査物体１１に対して、光源８、液晶マスク１０
を介して光が照射され、ＴＶカメラ１から対象物１１の
明暗画像データ１３が出力される。この明暗画像データ
１３に基づいて、周囲光Ａの影響による明度差を補正し
て被検査物体１１の明暗画像が所望の明暗画像となるよ
うに、液晶マスク１０の各画素の透過率が照明パターン
演算部６で設定される。こうして各画素ごとに設定され
た透過率が得られるように、液晶ドライバ７は液晶マス
ク１０の各画素の透過率を変化させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、対象物の認識装置に関
し、特に光源から投光された光を液晶マスクを介して対
象物に照射して対象物を認識、検査する装置に関する。

【０００２】

【従来の技術および発明が解決しようとする課題】物体
の表面のキズ等の欠陥の判定は、図２（ａ）に示すよう
に、被検査物体１１（四角すい）をＴＶカメラによって
撮像し、この結果得られた画像１３を解析処理すること
により行われる。すなわち、欠陥部分は周囲と明度が異
なることから、欠陥部分の明度を周囲の明度と識別する
しきい値を設定することにより欠陥を判定できる。

【０００３】しかし、かかる欠陥判定は、自然光等の周
囲光が被検査物体に照射される状況下で行わざるを得な
い場合があり、かかる場合には周囲光の影響によって、
四角すい１１の各面１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄは
異なる明度となってしまう。このため、各面ごとに欠陥
判定のためのしきい値をそれぞれ設定せざるを得ないこ
ととなっており、演算が複雑となるとともに処理に多大
な時間が費やされているのが現状である。

【０００４】また、かかる周囲光による被検査物体１１
表面の照明ムラを画像処理によって除去することが考え
られる。

【０００５】しかし、かかる画像処理は、たとえばシュ
ーディング補正をソフトウエアによって実行するもので
あり、処理に多大な時間が費やされることになってい
る。

【０００６】また、図４（ａ）に示すように、ＩＣ部品
２０に通常の照明を照射して、その画像２１を取得し
て、ＩＣ部品２０の外観検査を行う場合には、画像２１
のうち、モールド部２０ａが暗すぎるとともに、リード
部２０ｂがハレーション気味になってしまう傾向があ
る。

【０００７】このため、リード部２０ｂを明確に認識す
ることができずに、検査の精度が低下することがある。

【０００８】一方、従来より、光源から投光された光を
液晶マスクに照射し、この液晶マスクを透過した所定の
照明パターン（たとえば縞模様）を被検査物体に照射さ
せ、この照明パターンが照射された物体の画像を処理す
ることにより物体の３次元計測を行う技術が、種々提案
され、公知となっている（特開平３―２８９５０５号公
報、特開平１―１９５３０３号公報等）。

【０００９】そこで、液晶マスクを介した所定の照射パ
ターンの光を被検査物体に照射することにより、上述し
た被検査物体表面の明度差（照明ムラ）を補正すること
が考えられる。

【００１０】しかし、従来の液晶マスクを被検査物体の
照明に用いるという技術は、液晶マスクがＴＮ（ｔｗｉ
ｓｔｅｄ ｎｅｍａｔｉｃ）型であることを前提として
いる。

【００１１】ここで、ＴＮ型液晶は、偏光板を構成要素
としているため、光を吸収して発熱するととともに、透
過率が低いという特性がある。また、スイッチング速度
が遅いという面がある。したがって、被検査物体表面に
おいてコントラストが出にくくなるため、上述したよう
に周囲光のある明るい環境において使用することは難し
い。逆に、コントラストを上げようとして、高出力の光
源を使用した場合には、偏光板の発熱により、偏光板自
体の劣化および液晶の特性変化が発生し、液晶マスクの
耐久性を損なうことになる。さらに、スイッチング速度
が遅いため、高速に照明パターンの切替えを行うことが
できない。

【００１２】本発明は、こうした実状に鑑みてなされた
ものであり、被検査物体の表面の明度差の補正を、上述
した問題が発生することなく行うことを目的とするもの
である。

【００１３】

【課題を解決するための手段】そこで、この発明では、
光源から投光された光を液晶マスクを介して対象物に照
射することにより前記対象物を認識する対象物の認識装
置において、前記液晶マスクを高分子複合型液晶マスク
とするとともに、前記対象物を撮像し該対象物の明暗画
像データを出力する撮像手段と、前記撮像手段の明暗画
像データに基づいて、前記対象物の明暗画像が所望の明
暗画像となるように、透過率を液晶マスクの各画素ごと
に設定する透過率設定手段と、前記透過率設定手段で各
画素ごとに設定された透過率が得られるように、液晶マ
スクの各画素の透過率を変化させる制御手段とを具えて
いる。

【００１４】

【作用】かかる構成によれば、撮像手段１から対象物１
１の明暗画像データ１３（図２（ａ））が出力される。
この明暗画像データ１３は、周囲光Ａの影響による明暗
画像である。そこで、この明暗画像データ１３に基づい
て、上記周囲光Ａの影響による明度差を補正して対象物
１１の明暗画像が所望の明暗画像（たとえば明度一定の
明暗画像（図２（ｃ）））となるように、液晶マスク１
０の各画素の透過率が透過率設定手段６で設定される。
こうして各画素ごとに設定された透過率が得られるよう
に、制御手段７は液晶マスク１０の各画素の透過率を変
化させる。このように、対象物１１表面の照明ムラの補
正は、照明装置側の補正、つまり液晶マスクの照射パタ
ーン（各画素の透過率）を変化させることにより行うよ
うにしているので、シューディング補正等のソフトウエ
アによる処理よりも処理が短時間で済み、作業効率が向
上する。

【００１５】また、対象物１１の各部分を所望の明度に
することができるので、特定の部分（たとえば図４のリ
ード部２０ｂ）を所望の明度で明確に認識することがで
き、検査の精度が飛躍的に向上する。

【００１６】さらに、液晶マスク１０として高分子複合
型の液晶マスクが用いられる。ここで、高分子複合型
は、ＴＮ型と比べて、偏光板がなく、透過率が大きく、
スイッチング速度も速いという特性がある。したがっ
て、対象物１１の表面において容易に高コントラストを
生成することができ、周囲光Ａのある明るい環境におい
ても使用することができる。この場合、たとえ高出力の
光源８を連続して使用したとしても、発熱等によって液
晶マスク１０の耐久性が損なわれることもない。また、
スイッチング速度が速いため、照明パターンの切替えが
高速で行われる。

【００１７】

【実施例】以下、図面を参照して本発明に係る対象物の
認識装置の実施例について説明する。

【００１８】図１は、実施例装置の構成を示す図であ
る。同図１に示すように、ＴＶカメラ１は、対象物であ
る被検査物体１１を撮像し、その撮像信号をアナログ信
号として出力する。Ａ/Ｄ変換器２は、ＴＶカメラ１の
撮像信号をディジタル信号に変換し、画像メモリ３に出
力する。画像メモリ３では、被検査物体１１の明暗画像
がディジタルデータとして記憶される。

【００１９】一方、光源制御部５は、液晶マスク１０に
光を投光する光源８の強さ、発光タイミング等を制御す
る。液晶マスク１０は、高分子複合型の液晶マスクが使
用される。液晶マスク１０の構造は、単純マトリクス、
アクティブマトリクスのいずれでもよい。

【００２０】照明パターン演算部６は、画像メモリ３に
記憶された明暗画像データに基づいて後述するよう液晶
マスク１０の各画素の透過率を設定する。かかる設定透
過率に応じて液晶マスク１０から被検査物体１１に照射
される照明パターンが変化される。

【００２１】液晶ドライバ７は、上記各画素ごとに設定
された透過率が液晶マスク１０の各画素において得られ
るように液晶マスク１０の各画素の透過率を変化させ
る。なお、透過率は、液晶マスク１０の電極に加える駆
動電圧を変化させることによって変化される。

【００２２】処理回路４は、画像メモリ３、光源制御部
５、照明パターン演算部６および液晶ドライバ７を制御
するものであり、制御クロックを発生するとともに、こ
れら画像メモリ３等相互でデータの受け渡しを行う。

【００２３】光源８と液晶マスク１０との間には、紫外
線カットフィルタ９が介在されており、液晶の劣化防止
のために光源８から射出される紫外光がカットされる。

【００２４】以下、図２を参照して、図１に示すように
一方向Ａからの周囲光によって部分的な陰影が発生する
四角すい１１の表面の欠陥検査を行う場合について説明
する。

【００２５】まず、液晶ドライバ７によって、液晶マス
ク１０の全画素の透過率が同一（たとえば最大透過率）
にされて、光源８の光が液晶マスク１０を介して四角す
い１１の表面に照射される。このとき、ＴＶカメラ１で
は、図２（ａ）に示すように、周囲光に応じた明度差の
ある明暗画像１３が取得される。すなわち、画像１３中
の四角すい１１の各面１１ａ〜１１ｄごとに明度差が生
じており、周囲光が直接照射されている面１１ａが最も
明度が高く、周囲光が照射されない面１１ｃが最も明度
が低くなっている。なお、周囲光のみの光で被検査物体
１１が撮像できる場合には、かかる処理は不要となる。

【００２６】つぎに照射パターン演算部６では、明暗画
像１３に示される明暗の階調を反転した反転画像１４を
図２（ｂ）に示すごとく生成する。この反転画像１４で
は、上記明暗画像１３とは逆に、周囲光が直接照射され
ている面１１ａが最も明度が低くなり、周囲光が照射さ
れない面１１ｃが最も明度が高くなる。そして、照射パ
ターン演算部６では、上記反転画像１４に示される光量
分布の照射パターンで液晶マスク１０を介して四角すい
１１に光が照射されるように、透過率が液晶マスク１０
の各画素ごとに設定される。すなわち、周囲光の照射さ
れている部分ほど透過率が低くなり、逆に周囲光が照射
されていない部分ほど透過率が高くなるように、透過率
が設定される。

【００２７】こうして設定された透過率を示すデータ
は、液晶ドライバ７に転送される。液晶ドライバ７は、
転送された透過率データに基づいて、上記各画素ごとに
設定された透過率が各画素において得られるように、液
晶マスク１０の電極の駆動電圧を制御する。

【００２８】この結果、液晶マスク１０は、上記透過率
データに応じた照明パターンで、四角すい１１を照射す
る。このとき、四角すい１１の表面には、周囲光とこの
周囲光による照明ムラを補正する液晶マスク１０による
照明光とが照明されており、各面１１ａ〜１１ｄが均一
な明度となる。

【００２９】そこで、この均一明度の四角すい１１をＴ
Ｖカメラ１で撮像し、その撮像画像１５（図２（ｃ））
に基づき欠陥検査を行う。ここで、各面１１ａ〜１１ｄ
は同一明度であるので、欠陥判定のためのしきい値を一
義的なものに設定することができ、欠陥判定処理を迅速
に行うことができる。

【００３０】なお、被検査物体１１の種類は任意であ
る。上述した四角すいのように、照明されるべき面が各
面１１ａ〜１１ｄによって画成されている物体に限られ
ることなく、図３に示すように照明されるべき面が連続
面となっている円柱１６に対しても同様に適用すること
ができる。ここで、図３の（ａ）、（ｂ）および（ｃ）
は、上述した図２の（ａ）、（ｂ）および（ｃ）にそれ
ぞれ対応している。

【００３１】また、この実施例装置では、上述したよう
に、被検査物体１１の表面を均一の明度にするばかりで
なく、物体の各部位をそれぞれ所望の明度にして、認識
を容易ならしめることができる。

【００３２】図４は、ＩＣ部品の検査を行う実施例を示
している。

【００３３】同図４（ａ）は、上記図２（ａ）に対応す
る周囲光のみによるＩＣ部品１０の原画像２１を示して
いる。同図４（ａ）に示すように、通常の照明では、モ
ールド部２０ａのみが暗すぎ、リード部２０ｂがハレー
ション気味になってしまう傾向がある。

【００３４】そこで、照明パターン演算部６では、モー
ルド部２０ａ、リード部２０ｂ、背景２０ｃごとに、認
識に適したそれぞれ異なる所望の明度を設定する。そし
て、明暗画像２１のデータに基づいて上記所望の明度を
得るに不足している光照射量を各部位２０ａ〜２０ｃご
とに演算する。たとえば、画像データ２１からリード部
２０ｂの現在の明度が求められ、この現在の明度が上記
リード部２０ｂについて設定された所望明度と比較され
て、不足分の照射量が演算される。こうした光照射量が
演算されると、これら光照射量を得るに必要な透過率が
各部位２０ａ〜２０ｃごとに演算される。こうして液晶
マスク１０の各画素ごとに透過率が設定され、かかる設
定透過率に応じた図４（ｂ）に示す照明パターン２２が
生成される。

【００３５】液晶ドライバ７は、上記照明パターンでＩ
Ｃ部品２０が照明されるよう液晶マスク１０を制御し、
図４（ｃ）に示されるように、モールド部２０ａ、リー
ド部２０ｂ、背景２０ｃがそれぞれ所望の明度で撮像さ
れる。よって、この所望の画像２３に基づいてＩＣ部品
２０の外観検査を行えば、ハレーション等の不具合もな
く、精度よく検査を行うことができる。

【００３６】なお、ＩＣ部品２０の外観検査は、通常の
場合、大量のＩＣ部品２０を順次撮像位置まで搬送し、
この撮像位置のＩＣ部品２０を順次撮像していくことに
より行われる。したがって、原画像２１から各部位２０
ａ〜２０ｃを正確に特定するには、ＩＣ部品２０が上記
撮像位置まで搬送され停止された時点で、原画像２１中
に、ＩＣ部品２０が所定の姿勢で所定位置に位置されて
いることが必要となる。そこで、この実施例では、基準
となるＩＣ部品の位置、姿勢をデータとして記憶してお
き、この基準ＩＣと原画像２１中のＩＣ部品２０とのパ
ターンマッチングを行い、基準ＩＣに対するオフセッ
ト、傾きを計測する。こうして計測されたオフセット、
傾きのデータに基づきＩＣ部品２０の位置、姿勢を上記
所定位置、所定姿勢にする補正を行うことで、上記各部
位２０ａ〜２０ｃの特定を正確に行うことができる。

【００３７】以上説明したように実施例によれば、液晶
マスク１０を、周囲光を補正する照明パターン発生用に
使用したので、周囲光が対象物に照射される環境下であ
っても、対象物の外観検査等の処理を精度よく、しかも
作業効率よく行うことができる。しかも、偏光板を用い
ない高分子複合型の液晶マスクであるので、高出力の光
源からの光を連続して対象物に照射しても、発熱により
部品が劣化することもなく耐久性に優れている。しか
も、スイッチング動作が速いので、照射パターンの切替
えを高速に行うことができる。

【００３８】なお、実施例では、高分子複合型の液晶マ
スク１０を、周囲光を補正する照明パターン発生用に使
用しているが、前掲の特開平３―２９５４０５号公報等
に示されるように、縞模様の照明パターンを対象物に照
射して、この照明パターンが照射された対象物を撮像
し、これを画像処理することにより対象物の３次元形状
を計測する場合にも高分子複合型の液晶マスクを使用す
ることもできる。

【００３９】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、液
晶マスクを、周囲光を補正する照明パターン発生用に使
用したので、周囲光が対象物に照射される環境下であっ
ても、対象物の外観検査等の処理が精度よく、しかも作
業効率よく行われる。

【００４０】しかも、偏光板を用いない高分子複合型の
液晶マスクであるので、高出力の光源からの光を連続し
て対象物に照射しても、発熱により部品が劣化すること
もなく耐久性に優れており、スイッチング動作が速いの
で、照射パターンを高速に切り替えることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、本発明に係る対象物の認識装置の実施
例の構成を示すブロック図である。

【図２】図２（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、四角すいを撮
像した結果に基づいて図１に示す装置で行われる処理を
説明するために用いた図である。

【図３】図３（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、それぞれ図２
（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に対応する図であり、被検査物
体が円柱の場合の説明図である。

【図４】図４（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、それぞれ図２
（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に対応する図であり、被検査物
体がＩＣ部品の場合の説明図である。

【符号の説明】

１ ＴＶカメラ ６ 照明パターン演算部 ８ 光源 １０ 液晶マスク １１ 被検査物体

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 古本 雅也 大阪府枚方市上野３−１−１ 株式会社小 松製作所生産技術研究所内

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 光源から投光された光を液晶マスク
   を介して対象物に照射することにより前記対象物を認識
   する対象物の認識装置において、 前記液晶マスクを高分子複合型液晶マスクとするととも
   に、 前記対象物を撮像し該対象物の明暗画像データを出力す
   る撮像手段と、 前記撮像手段の明暗画像データに基づいて、前記対象物
   の明暗画像が所望の明暗画像となるように、透過率を液
   晶マスクの各画素ごとに設定する透過率設定手段と、 前記透過率設定手段で各画素ごとに設定された透過率が
   得られるように、液晶マスクの各画素の透過率を変化さ
   せる制御手段とを具えた対象物の認識装置。
2. 【請求項２】 前記透過率設定手段は、前記対象物
   の明暗画像の明暗の階調を反転した反転画像を生成し、
   該反転画像に示される光量分布で液晶マスクを介して前
   記対象物に光が照射されるように、前記透過率を各画素
   ごとに設定するものである請求項１記載の対象物の認識
   装置。
3. 【請求項３】 前記透過率設定手段は、前記対象物
   の各部位ごとに所望の明度を設定し、前記対象物の明暗
   画像データに基づいて前記所望の明度を得るに必要な透
   過率を各画素について演算するものである請求項１記載
   の対象物の認識装置。
4. 【請求項４】 光源から投光された光を液晶マスク
   を介して対象物に照射することにより前記対象物を認識
   する対象物の認識装置において、 前記液晶マスクを高分子複合型液晶マスクとし、該高分
   子複合型液晶マスクを介して所定の照明パターンを前記
   対象物に照射し、該照明パターンが照射された対象物を
   撮像し、該撮像結果に基づいて前記対象物の３次元形状
   を認識するようにした対象物の認識装置。