JPH0737891B2

JPH0737891B2 - 凹凸状態検出装置

Info

Publication number: JPH0737891B2
Application number: JP62104689A
Authority: JP
Inventors: 隆典二宮; 峰生野本; 泰夫中川
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1987-04-30
Filing date: 1987-04-30
Publication date: 1995-04-26
Anticipated expiration: 2010-04-26
Also published as: JPS63273047A

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は、対象物表面の凹凸状態を識別、検査する装置
に関し、例えば、焼結前の多層セラミック基板の各層に
明けられたスルーホールに充填された導体の充填状態を
検査するのに好適な凹凸状態検出装置に関する。

〔従来の技術〕

従来、凹凸状態を認識する方法として、まず、検出器か
ら対象物の表面各点までの距離を計測し、この情報（距
離情報）を処理、認識するものがあった。この種の方式
としては、例えば、特願昭57−116853号等が公知である
が、距離情報の検出に時間がかかるため、例えば基板１
枚当り一万点以上にも及びスルーホールの凹凸状態を、
欠陥検出に十分な精度で、かつ人間よりも十分高速に検
出する装置をこの方式で構成することは、極めて困難で
ある。

一方、対象物に対して斜め方向より照明を行ない、その
時に生じる影の長さを計測することによって、対象物の
高さを検出するものがある。例えば、特開昭60−22611
号には、この種の方式が開示されているが、この方式に
おいては、対象物がある基準面から出っ張っているか、
へこんでいるかの識別はできない。

また、特開昭58−92904号に示されている方法もある
が、この方法では、影の検出に関する記載がなく、ま
た、影の位置関係の解析によって凹凸形状が識別できる
点に関する認識も全くない。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上記のごとき従来技術においては、対象物の凹凸形状の
認識を高速で行なう点について配慮がされておらず、そ
のため、例えば焼結前の多層セラミック基板各層に明け
られたスルーホールに充填された導体の凹凸状態のよう
に、基板１枚当り一万点以上にも及ぶ凹凸状態を、欠陥
検出に十分な精度で、かつ人間よりも十分高速で自動検
査することは困難であるという問題があった。

本発明の目的は、上記のごとき高精度で高速な自動検査
の実現に好適な凹凸状態検出装置を提供することにあ
る。

〔問題点を解決するための手段〕

上記目的は、対象物に対して斜め２方向より照明した際
に生じるそれぞれの照明の影領域を抽出し、それぞれの
影領域の片側の境界線をそれぞれ異なった方向について
検出し、上記境界線の位置関係から特定の領域における
上記影領域の幅の最大値を検出することにより、達成さ
れる。

〔作用〕

第２図は、斜め上方から特定の対象物に対して照明光を
あてた場合における影のでき方を示す図である。

第２図に示すように、左斜め上方からの照明光によって
生じる影の左側のエッヂは、対象物の左から右に下がる
段差位置に対応することがわかる。逆に、右斜め上方か
らの照明光によって生じる影の右側のエッヂは、対象物
の右から左に下がる段差位置に対応する。従って、第２
図に示すように、左斜め照明による影の左側エッジ（以
下、−エッジと呼ぶ）と右斜め照明による影の右側エッ
ジ（以下、＋エッジと呼ぶ）との位置関係により、対象
物の凹凸状態が識別できる。すなわち、同図左から右に
向かって、＋エッヂ，−エッヂの順の場合は凸、−エッ
ヂ，＋エッヂの順の場合は凹である。さらに、画像左は
じから初めての＋エッヂまでの影の長さ、最後の−エッ
ヂから画像右はじまでにある影の長さが凸量、−エッヂ
と＋エッヂの間の影の長さが凹量に対応する。それぞれ
の影の長さをl,基準面から照明光の光軸への角度をθと
し、影の検出を基準面に対して垂直方向から行なうもの
とすると、対象物が凸の場合の基準面からの高さｈは、ｈ＝ltanθ と表わされる。

一方、凹の場合は、凹の部分の幅をｄとすれば、となる。

なお、ｌから必ずしもｈが一意的に求まるわけではない
が、スルーホール等の欠陥の検出においては、d,h共に
欠陥検出基準として設定される場合が多いので、θを適
当に選べば、ｌから凹の欠陥の程度に対応する量が得ら
れるので、欠陥検出上は問題がない。

〔実施例〕

以下、本発明の実施例を説明する。

第１図は本発明の第１の実施例図である。

第１図において、検出対象物１は、例えば焼結前のセラ
ミック基板のスルーホール充填部であり、それぞれ異な
った波長を有する単色平行光源2a,2bによって、斜め２
方向より照明される。本実施例では、上記単色光源は、
ハロゲンランプ3,色ガラスフィルタ4,レンズ５により構
成される。

上記２つの光源の光軸7a,7bは、セラミック基板の基準
平面（表面）に対して垂直な平面上にあるようにし、か
つセラミック基板の基準平面への垂線に対して、異なっ
た側にあるようにする。

カラーTVカメラ６は、検出対象物であるセラミック基板
の基準平面に対して垂直上方から照明されたスルーホー
ル充填部の画像を検出する。

また、カラーTVカメラ６の水平走査方向15は、照明光の
光軸の存在する平面に平行になるようにする。

色分離回路９は、それぞれの照明光に対応する画像に分
離するものである。なお、カラーTVカメラ６として、RG
B3管式（３板式）カメラを用い、RGB3信号が独立に出力
されるものであれば、単色照明光の波長をＲ又はＧ又は
Ｂ（例えば、ＲとＧ）の波長に対応するように選ぶこと
によって、色分離回路９は不要になる。

シェーディング補正回路10a,10bは、照明むら、カラーT
Vカメラ６の感度むらを補正するものであって、例え
ば、特開昭57−35721号に開示された回路と同様のもの
である。

２値化回路11a,11bは、シェーディング補正された画像
を２値化するものであり、ある所定の閾値Th以下の部分
を１、Thを越える部分を０に変換する。すなわち、入力
信号値をｖ_ｉ，出力信号をv₀としたときである。

上記の閾値Thを適当に選ぶことによって、上記２値画像
は、影領域に対応した画像となる。

エッヂ検出回路12a,12bは、影領域の＋エッヂ又は−エ
ッヂの検出を行うものであって、隣り合った入力信号値
をｖ_ｉ（ｉ）,v_ｉ（ｉ＋１），出力信号をv₀（ｉ）とし
たとき、＋エッヂに対して、 −エッヂに対して、である。ここに、⁻は否定，・は論理積を表わす。

なお、第３図に上記２値化回路11の一実施例、第４図に
上記エッヂ検出回路12の一実施例を示す。第３図におい
て、50は比較器であり、また、第４図において、φは全
回路に共通なクロック、16はＤフリップフロップ、17は
インバータ、18はアンドゲートである。

次に、再び第１図に戻って、位置関係解析回路13におい
ては、＋エッヂと−エッヂの位置関係を解析し、凹に対
応する影、及び凸に対応する影の長さを検出して出力す
る。すなわち、前記第２図に例示したように、右方向か
らの照明による影の２値画像に対しては、画像左端から
＋エッヂまでの影の長さの最大値を凸量、又、−エッヂ
と＋エッヂの間の影の長さの最大値を凹量、左方向から
の照明による影の２値画像に対しては、−エッヂから画
像右端までの影の長さの最大値を凸量、−エッヂと＋エ
ッヂの間の影の長さの最大値を凹量として検出するもの
である。

次に、第５図、第６図及び第７図に、上記位置関係解析
回路13の一実施例を示し、以下説明する。

まず、第５図は凹量の検出回路である。この回路におい
ては、−エッヂからの影の長さをカウンタ19aで計数
し、つぎに＋エッヂが現われた場合に、フリップフロッ
プ20aに格納された古い凹量と現在の影の長さのカウン
ト値とを比較し、それらのうちの大きい方をフリップフ
ロップ20aに再格納する。フリップフロップ20aの内容
は、各水平走査線毎にフリップフロップ20bの内容と比
較され、大きい方がフリップフロップ20bに再格納され
る。一画面についての処理が終わった後、垂直同期信号
VDによって、フリップフロップ20bの内容がフリップフ
ロップ20cに格納される。

以上の処理によって、−エッヂと＋エッヂとの間にある
影領域のうち、最も幅の広い部分の幅がフリップフロッ
プ20cに格納されることになる。

なお、画像は左から右、上から下に走査されているもの
とし、Start信号は画像左端で１となる信号、End信号は
画像右端で１となる信号を表わすものとする。また、21
はコンパレータ、22はセレクタ、23はＤフリップフロッ
プ、24はフリップフロップ、25はオアゲート、26はアン
ドゲート、27はナンドゲート、28はインバータである。

次に、第６図に、Start信号及びEnd信号の生成回路を示
す。第６図において、HDは水平同期信号、28はインバー
タ、29はコンパレータ、30はカウンタである。

次に、第７図は凸量の検出回路である。この回路は、カ
ウンタ19bの内容をフリップフロップ20dの内容と比較せ
ずに直接フリップフロップ20dに格納する点を除いて、
他は第５図の凹量の検出回路と同様である。この場合、
右方向からの照明による影の２値画像に対する回路で
は、第７図ａ点にStart信号を、ｂ点に＋エッヂ信号入
力し、左方向からの照明による影の２値画像に対する回
路では、ａ点に−エッヂ信号を、ｂ点にEnd信号を入力
するものとする。なお、第７図において第５図と同符号
は同一の機能を有するものを示す。

このように、位置関係解析回路13からは、左右両方向の
照明に対応する影の２値画像から得られた凹量及び凸量
がそれぞれ出力される。

なお、左右照明のどちらの凹量，凸量を採用するかは、
以降の処理の目的による。例えば、凹凸状態の検出感度
を上げて、高感度な欠陥検出をしたい場合には、それぞ
れ、大きい方の値をとればよい。

以上説明した第１の実施例では、カラーTVカメラ６の一
画面に、一つの対象物、例えば一つのスルーホール充填
部しか入れることができないが、カラーTVカメラ６を検
出器に使った点で、検出光学系が簡単に構成できる効果
があるとともに、すべての処理部分をハードウェアで構
成したので、実時間で高速に凹凸状態、凹凸量で検出す
ることが出来るという利点がある。また、ハードウェア
の規模も小さい。

なお、上記第１の実施例の変形としては、光源をレー
ザ、水銀灯等の他の光源を用いるもの。カラーTVカメラ
６をラインセンサとその機械的走査による２次元検出器
におきかえるもの、検出画像の処理部分の一部又は全部
をコンピュータにおきかえるものなどが考えられる。い
ずれの構成を用いても本発明の目的が達成できるのは明
らかである。

また、一画面の中に複数の対象物が存在し、その存在領
域が既知の場合には、画像を一旦メモリに格納し、そこ
から所望の領域を切り出して、上述した処理回路に実行
させれば良い。このような追加変更は容易である。

次に、第８図は本発明の第２の実施例図である。

第８図において、検出対象物１は平行光源2aによって、
図示するように斜め方向より照明され、この部分が垂直
上方よりレンズ5dを介してラインセンサ32aで検出され
る。照明系の光軸と検出系の光軸とのなす平面は、検出
対象物面に対して垂直である。また、センサの検出領域
は、光軸のなす平面内にある。

また、上記平行光源2aの照明部分に平行で、かつ距離Ｄ
離れた部分を、上記と同様に平行光源2bで反対方向から
斜めに照明する。そしてこの部分をやはりレンズ5eを介
してラインセンサ32bで垂直上方より検出する。この場
合も、照明系の光軸と検出系の光軸とのなす平面は、検
出対象物面に対して垂直であり、この平面内にセンサの
検出領域がある。また、この平面は、先の一組の検出、
照明系の光軸のなす平面に平行である。また、それぞれ
の照明光は、それぞれのラインセンサ32a,32bの検出部
分で重ならないように遮光する。

上記の構成において、検出対象物１を駆動機構33によっ
て、水平かつ、ラインセンサ32の検出部分の長手方向に
平行でない方向に移動させれば、２次元画像が検出でき
る。

そして、それぞれのラインセンサ32の出力信号をシェー
ディング補正回路10、２値化回路11を通した後、位置合
せ回路31によって、あたかも、同一箇所を同時に検出し
ているようにすれば、それ以降は前記第１の実施例と全
く同じ処理回路を用いることによって、凹凸量を連続的
に検出できる。

ただし、この実施例の場合は、前記第１図のカラーTVカ
メラ６のように、垂直同期信号VDに対応する信号がない
ので、第６図に示したStart及びEnd信号生成回路と類似
の回路を用いて、対象物の存在領域の開始ライン及び終
了ラインで等価な信号を出すように構成すればよい。

また、２つのラインセンサ32a,32bの位置ずれ量は常に
一定であるので、位置合せ回路31は、直列入力、直列出
力型のシフトレジスタによる遅延回路で構成することが
出来、例えば、ビデオ用FIFOメモリを用いれば容易に実
現できる。

本実施例においては、複数の対象物の凹凸量を連続的に
検出できるので、大量の検査を高速に行なうことが出来
るという効果がある。また、処理ハードウェアの規模が
小さいという効果もある。

なお、本実施例においても、第１の実施例と同様に種々
の変形が考えられることは明らかである。

また、対象物を平行移動させる代わりに、２組の検出、
照明光学系の方を同時に平行移動させても、同様の効果
が得られる。

次に、第９図は本発明の第３の実施例図である。

第９図において、検出対象物１は、平行光源2aによって
図示するように斜め方向より照明され、垂直上方からラ
インセンサ32aで検出される。照明系と検出系の光軸の
なす平面は、検出対象物面に対して垂直である。また、
ラインセンサ32aの検出領域は、この平面に対して垂直
である。

一方、ラインセンサ32aの検出領域に平行で、かつ距離
Ｄ離れた部分をやはり斜め逆方向より平行光源2bで照明
し、この部分をラインセンサ32bで検出する。この場
合、２組の照明系、検出系の計４本の光軸は、同一平面
上に配置する。また、２つの光源2a,2bが、２つのライ
ンセンサ32a,32bの検出領域のそれぞれ一方のみを照明
するようにする。

上記の構成において、検出対象物１をラインセンサ32a,
32bの検出長手方向に平行でない方向に水平移動させれ
ば、それぞれのラインセンサ32a,32bから２次元画像が
得られる。そして、それぞれのラインセンサ32a,32bの
出力信号をシェーディング補正回路10、２値化回路11を
通した後、位置合せ回路31でラインセンサ検出位置のず
れを補正すれば、２つのラインセンサ32a,32bが、それ
ぞれ異なった方向からの照明による画像を、あたかも同
時に検出しているようになる。ここで、第１の実施例と
同様に、＋エッヂ，−エッヂをエッヂ検出回路12a,12b
で検出し、位置関係解析回路13で処理すれば、凹凸量14
を検出することが出来る。

本実施例の異なる点は、照明方向が、ラインセンサの検
出長手方向に垂直であるため、第１、第２の実施例と比
較して直角方向に影ができる点である。このため、処理
回路の処理方向が、水平走査方向（ラインセンサの自己
走査方向）から垂直走査方向（対象物の移動方向）に変
更になる。

次に、第10図は第９図の実施例におけるエッヂ検出回路
12の一実施例図である。

第10図において、ラインセンサ32の画素数の長さを持っ
たシフトレジスタ34a,34bによって、２画素が垂直方向
に切り出され、エッヂ信号が生成される。その他、26は
アンドゲート、28はインバータである。

次に、第９図における凹量を検出する位置関係解析回路
13の実施例を第11図に、同じく凸量を検出する位置関係
解析回路13の実施例を第12図に示す。

第11図及び第12図において、前記第５図，第７図に示し
たカウンタ、フリップフロップ等は、メモリ35及びその
周辺回路（メモリ36、加算器37、セレクタ38、コンパレ
ータ39、フリップフロップ40,41、オアゲート42、ナン
ドゲート43、インバータ44）によって構成され、各画素
の処理が垂直方向になされるようにする。

なお第11図，第12図のメモリ35には、アドレスに関する
制御信号が記述されていないが、すべて同一のアドレス
カウンタによって、ラインセンサ32の画素に対応したア
ドレスが与えられているものとする。また、シフトレジ
スタ37はラインセンサの画素数分の長さをもつものとす
る。

また、本実施例では、後述する検出領域生成回路によっ
て、第13図に示すごとき検出対象物の存在する長方形領
域の上辺（Start信号）と下辺（End信号）の信号が生成
される。

次に、第14図に上記の検出領域生成回路の実施例を示
す。

第14図において、メモリ101には、予め、Start信号の開
始アドレス（ｘ_ｓ,y_ｓ）とEnd信号の開始アドレス（ｘ
_ｅ,y_ｅ）、及び検出領域の幅が格納されている。なお、
（ｘ_ｓ,y_ｓ）及び（ｘ_ｅ,y_ｅ）は、その出現順に、メモ
リに格納されているものとする。

この検出領域生成回路は、メモリ101の内容を順次読み
出しながら、Start信号,End信号を生成する。その他、1
00はカウンタ、102はレジスタ、103は加算器、104はコ
ンパレータ、105はアンドゲートである。

前記第11図の位置関係解析回路13は、上記のStart信号
とEnd信号とに挾れた領域に関して、前記第５図の実施
例と同様の処理を行ない、メモリ36にその結果を格納す
る。

以上述べたごとき第９図の実施例によれば、一走査線内
に複数の検出対象物が存在している場合でも、その存在
領域を分離して処理できるため、前記第８図の実施例よ
りも、さらに大量の検出対象物の凹凸状態を同時かつ高
速に検出できるという効果がある。

なお、本実施例においても、第８図の実施例と同様に種
々の変形例が考えられ、これらによって、本発明の効果
が実現できることは、明らかである。

〔発明の効果〕

本発明によれば、２方向からの照明による影の領域とい
う２値画像を取り扱っているため、小規模なハードウェ
ア構成で、凹凸状態の識別及びその量の検出を、実用上
十分な精度で、かつ極めて高速に行なうことが出来るの
で、欠陥検査や形状検出などを容易に行なうことが出来
るという効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１の実施例を示す図、第２図は本発
明の原理を示す図、第３図は２値化回路の一実施例図、
第４図はエッヂ検出回路の一実施例図、第５図は凹量を
検出する位置関係解析回路の実施例図、第６図はStart
信号及びEnd信号生成回路の実施例図、第７図は凸量を
検出する位置関係解析回路の実施例図、第８図は本発明
の第２の実施例を示す図、第９図は本発明の第３の実施
例を示す図、第10図はエッヂ検出回路の実施例図、第11
図は凹量を検出する位置関係解析回路の実施例図、第12
図は凸量を検出する位置関係解析回路の実施例図、第13
図はStart信号及びEnd信号の位置関係を示す図、第14図
はStart信号及びEnd信号生成回路の実施例図である。＜符号の説明＞１……検出対象物、２……平行光源６……カラーTVカメラ、９……色分離回路 10……シェーディング補正回路 11……２値化回路、12……エッヂ検出回路 13……位置関係解析回路、14……凹凸量

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】対象物の光学像を検出し、その光学像を解
析することによって対象物表面の凹凸形状を検出する装
置において、対象物の左側斜め上方向と右側斜め上方向との２方向よ
り当該対象物を照明する手段と、上記の照明によって生じる２つの光学像をそれぞれ検出
し、電気信号に変換する手段と、変換された２つの電気信号を２値化し、２つの光学像に
おけるそれぞれの影領域を抽出する手段と、上記の抽出された影領域に基づいて、上記左側照明によ
る影の左側境界線すなわち−エッジと、上記右側照明に
よる影の右側境界線すなわち＋エッジとを検出する手段
と、上記の検出されたエッジの位置関係から、左から右に向
かって＋エッジ、−エッジの順の場合は凸、−エッジ、
＋エッジの順の場合は凹であると判断し、−エッジから
影領域右端までの影の長さの最大値または影領域左端か
ら＋エッジまでの影の長さの最大値を凸量とし、−エッ
ジと＋エッジとの間の影の長さの最大値を凹量として検
出する手段と、を備えたことを特徴とする凹凸状態検出装置。