JPH11110554A - 回転ずれ検出方法及び回転ずれ検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】テンプレートの個数及び類似度演算回数を減ら
すことができる回転ずれ検出装置を提供する。 【解決手段】回転ずれ検出装置の制御部40は、入力部50
の指示を受けて正規被検査物を撮像して得た基準マーク
から複数個の角度点毎のテンプレートを作成し保有する
テンプレート部48と、撮像部30で撮して得た被検査物の
検出マークを処理する画像処理部42と、入力部50の指示
を受けてテンプレート部48の少なくとも３個のテンプレ
ートを用いて画像処理部42の検出マークに重ねて角度点
毎の類似度をそれぞれ演算する類似度処理部44と、該類
似度をＹ座標及び該類似度に対応した角度点をＸ座標と
した各座標の点を結ぶ関数曲線(Ｘ，Ｙ)の頂点の座標
Ｘ₀を演算から求め、 該座標Ｘ₀の値を被検査物の回転
ずれの角度値と判定する関数頂点法20を有する角度判定
部46とを具備する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、マークを付した被
検査物の回転ずれを検出する回転ずれ検出方法及び回転
ずれ検出装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来のマークを付した被検査物の回転ず
れを検出する技術としては、テンプレートマッチング方
法による回転ずれ検出がある。この検出技術は、予め準
備した角度点毎のテンプレート(即ち、基準マークの像)
を検出対象の検出マークの像に重ねて類似度を演算し、
検出対象とテンプレートのマークの像が合う点では類似
度が最大となり、ずれるに従って類似度が小さくなると
いう性質を利用して、最大の類似度を示すテンプレート
の角度点の角度値を、マークを付した検出対象の被検査
物の回転ずれの角度であるとするものである。

【０００３】更に、従来技術について、 上記回転ずれ
の検出技術が用いられる半導体(チップ)のワイヤボンデ
ィング装置などが備える画像処理手段の場合から説明す
る。正規位置にマークを付した正規被検査物(ゲージと
する基準チップ)を撮像し、その正規マークを基準にし
て複数個の角度点毎のテンプレート(基準画像)を予め作
成する。次に、マークが付された検出対象の被検査物
(検出チップ)を撮像し、該検出チップのマーク(検出画
像)に、前述のテンプレートとしての基準画像の一つず
つを順繰りに該検出画像に重ねて各類似度を演算する。
そして、最大の類似度を示す当該テンプレートの角度点
の角度の値を、マークの回転ずれ、即ち、検出チップの
回転ずれの角度であるとして検出し、該角度に基づいて
検出チップを載置するテーブル等を回転させて、所定の
ボンディングが行えるようにするものである。

【０００４】上記検出に用いられるマークは一般的に十
字形状であり、この十字マークに関する角度点と類似度
の関係は、図１０に示すような角度点(Ｘ軸)−類似度
(Ｙ軸)曲線で表わされる。即ち、十字マークにおいて発
生する回転ずれのずれ角度は、９０度の範囲であり、該
９０度の範囲に対して、回転ずれの検出要求精度として
の角度ピッチの１度から定めた９１個の角度点が設定さ
れる。そして、９１個の角度点毎のテンプレートが準備
される。次に、該各テンプレートを用いて９１個の類似
度が演算されて、上記角度点−類似度曲線が得られる。
図１０の例では、角度点０の位置を回転ずれの測定基準
として、Ｙ軸の最大の類似度(99.8)を示すＸ軸の角度点
(４０)の角度値の４０度が、被検査物のマークの回転ず
れの角度として検出される。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来技術の回転ずれ検出では、ずれ角度を角度ピッチで割
って定めた数の角度点に応じたテンプレートを準備し、
それらの全てを用いて類似度を演算するので、ずれ角度
の範囲が大きくあるいは要求精度が高くなり角度ピッチ
が小さくなれば、準備するテンプレートの数が増大し、
それに伴って類似度演算時間が長くなる、かつ、記憶容
量も大きくなるという欠点がある。

【０００６】従って、本発明の目的は、テンプレートの
準備個数及び類似度演算回数を減らすことができる回転
ずれ検出方法及び回転ずれ検出装置を提供することにあ
る。また、他の目的は、テンプレートの準備個数及び類
似度演算回数を減らし、かつ、マーク形状や要求精度に
応じた検出を可能とする回転ずれ検出装置を提供するこ
とにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成する本発
明による回転ずれ検出方法の特徴は、正規位置にマーク
を付した正規被検査物を撮像して得た基準マークの画像
から作成された複数個の角度点毎のテンプレートを用い
て、該テンプレートを検出対象の被検査物を撮像して得
た検出マークの画像に重ねて該検出マークに関する前記
角度点毎の類似度をそれぞれ演算し、該各類似度値に基
づき判定した当該類似度に対応する角度点の角度値から
前記被検査物の回転ずれを検出する回転ずれ検出方法に
おいて、少なくとも３個の前記テンプレートと前記被検
査物との前記類似度をそれぞれ演算し、該演算によって
得られた各類似度(a,b,…)をＹ座標の点とし該類似度に
対応した各角度点をＸ座標の点とした座標(Ｘa,Ｙa，Ｘ
b,Ｙb，…)をそれぞれ設定し、該各座標(Ｘa,Ｙa，Ｘb,
Ｙb，…)を結ぶ関数曲線(Ｘ,Ｙ)の頂点の座標Ｘ₀を求
め、該座標Ｘ₀の値を前記角度値とすることにある。

【０００８】また、他の特徴は、正規位置にマークを付
した正規被検査物を撮像して得た基準マークの画像から
作成された複数個の角度点毎のテンプレートを用いて、
該テンプレートを検出対象の被検査物を撮像して得た検
出マークの画像に重ねて該検出マークに関する前記角度
点毎の類似度をそれぞれ演算し、該各類似度値に基づき
判定した当該類似度に対応する角度点の角度値から前記
被検査物の回転ずれを検出する回転ずれ検出方法におい
て、前記テンプレートは、前記検出マークが回転ずれを
起こす範囲の角度をほぼ等間隔に分割した３〜２０個の
角度点に対するものであり、該各テンプレートと前記被
検査物との前記類似度をそれぞれ演算し該演算によって
得られた各類似度のうちから大きい値の順に選択した少
なくとも３個の類似度(l,m,n)をＹ座標の点とし 該類似
度に対応した角度点をＸ座標の点とした座標(Ｘl,Ｙl，
Ｘm,Ｙm，Ｘn,Ｙn)をそれぞれ設定し該各座標(Ｘl,Ｙl,
Ｘm,Ｙm,Ｘn,Ｙn)を結ぶ関数曲線(Ｘ,Ｙ)の頂点の座標
Ｘ₀を求め 該座標Ｘ₀の値を前記角度値とするところに
ある。

【０００９】一方、本発明による回転ずれ検出装置の特
徴は、被検査物の撮像部と制御部と入力部とを備える回
転ずれ検出装置であって、前記制御部は、前記入力部の
指示を受けて前記撮像部により撮像して得た正規位置に
マークを付した正規被検査物の基準マークの画像から作
成された複数個の角度点毎のテンプレートを保有するテ
ンプレート部と、前記撮像部により撮像して得た検出対
象の被検査物に付された検出マークの画像を処理する画
像処理部と、前記入力部の指示を受けて少なくとも３個
の前記テンプレートを用いて前記検出マークの画像に重
ね、前記テンプレートと前記被検査物とに関する少なく
とも３個の類似度を演算する類似度処理部と、該演算に
よって得られた各類似度(a,b,…)をＹ座標の点とし該類
似度に対応した各角度点をＸ座標の点とした座標(Ｘa,
Ｙa，Ｘb,Ｙb，…)をそれぞれ設定し、該各座標(Ｘa,Ｙ
a，Ｘb,Ｙb，…)を結ぶ関数曲線(Ｘ,Ｙ)の頂点の座標Ｘ
₀を求め、 該座標Ｘ₀の値を前記被検査物の回転ずれの
角度値と判定する判定演算手段を有する角度判定部と、
を具備するところにある。そして、上記角度判定部は、
複数の前記判定演算手段と、前記入力部の指示を受けて
該判定演算手段群の中から特定の前記判定演算手段を選
定する方式設定手段とを有することが望ましい。

【００１０】本発明による回転ずれ検出によれば、少な
くとも３個の角度点毎のテンプレートから求めた各類似
度及び角度点とからなる３点の座標(角度点，類似度)が
描く角度点−類似度関数曲線及び該関数曲線の頂点を演
算し、該頂点の角度点座標の値を回転ずれの角度の値と
して検出するので、テンプレートの準備個数及び類似度
演算回数を減らすことができる。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て、図面を参照しながら説明する。まず、本実施例の回
転ずれ検出装置の構成について説明する。図１は、本発
明による一実施例の回転ずれ検出装置を示すブロック図
である。図１に示す第１実施例の回転ずれ検出装置は、
撮像部30と、制御部40と、入力部50とから構成される。
撮像部30は、ビデオカメラ１とＡ／Ｄ変換部２から構成
される。撮像部30の動作は、ビデオカメラ１がマークの
画像を撮影し、Ａ／Ｄ変換部２が画像処理が容易となる
ようＡ／Ｄ変換するものである。但し、カメラがディジ
タルカメラであれば、上記撮像部30のＡ／Ｄ変換部２は
不要の構成となる。そして、入力部50は、キーボードな
どから構成され、各種処理条件を入力するものである。

【００１２】また、制御部40は、例えば、各種メモリを
具備し所定のプログラムを実行するコンピュータから構
成され、画像処理部42，類似度処理部44及び角度判定部
46からなる検出機能部分と、テンプレート部48からなる
学習機能部分とに分かれて構成されている。上記制御部
40の動作は、次の通りである。画像処理部42は、マーク
の付された検出対象の被検査物から撮像部30により撮像
して得た検出マークの画像を処理して、圧縮映像を作成
する。類似度処理部44は、後述するテンプレート部48が
予め作成した角度点毎のテンプレートの１つずつを順繰
りに用いて、上記の圧縮映像に重ねて、角度点に対応し
た類似度をそれぞれ演算する。そして、角度判定部46
は、該類似度の大きさに基づき判定した角度点に対応す
る角度の値を出力して、検出マーク品の回転ずれを検出
する。

【００１３】更に、個々の構成と動作について説明す
る。即ち、画像処理部42は、画像メモリ３，映像圧縮部
５及び圧縮映像メモリ７から構成される。該画像処理部
42の動作は、 撮像部30により検出対象の被検査物を撮
像して得た検出マークの画像(一般的には複数個に分割
された画像)を画像メモリ３に記録し、 映像圧縮部５に
て該記録画像を圧縮し、圧縮映像メモリ７に該圧縮映像
を記録する。また、類似度処理部44は、類似度演算設定
部８，類似度演算部10，類似度設定部11及び類似度メモ
リ12から構成される。その動作は、入力部50の指示を受
けた類似度演算設定部８が実行する各設定に従って、類
似度演算部10は、圧縮映像メモリ７から呼び出した検出
対象のマークに関する各分割画像に、テンプレートメモ
リ６から一つずつ順繰りに呼び出したテンプレートを重
ねて、テンプレートと被検査物とに関する角度点毎のテ
ンプレートに対応した仮の類似度( １つの分割画像に関
する類似度)をそれぞれ演算する。 そして、類似度設定
部11は、該演算した各仮類似度の中から(例えば、最大
値を示す)特定の仮類似度を選び出し、選び出した仮類
似度を正式に検出対象のマークに関する類似度と設定
し、設定したそれぞれの角度点毎の類似度ならびに該類
似度に対応している各角度点を類似度メモリ12に記録す
るものである。

【００１４】さらに、角度判定部46は、判定演算部14及
び角度出力部16から構成される。判定演算部14は、判定
演算手段としての関数頂点法(例えば、後述する２次補
間法)を予め保有しているものである。該角度判定部46
の動作は、判定演算部14が、保有する上記２次補間法に
付随する選択条件に基づき類似度メモリ12から、角度点
と類似度との対からなる座標情報を呼び出し、該座標情
報と２次補間法とによって関数頂点を演算し、その頂点
座標の角度点の値を最大の類似度を示すテンプレートの
角度点の角度の値と判定する。そして、角度出力部16
が、該角度を出力してマークを付した検出対象の被検査
物の回転ずれの角度を検出するものである。

【００１５】一方、テンプレート部48は、映像回転部4a
及び圧縮部4bからなる学習部４と、テンプレートメモリ
６と、テンプレート設定部９とから構成されて、撮像部
30により正規位置にマークを付した正規被検査物を撮像
して得た基準マークの画像から複数個の角度点毎のテン
プレートを学習作成し、該作成された各テンプレートを
保有するものである。上記テンプレート部48の動作は、
入力部50の指示を受けたテンプレート設定部９が実行す
る各設定に従って、学習部４の映像回転部4aが、画像メ
モリ３から正規被検査物を撮像して得た基準マークの記
録画像を呼び出し、該記録画像を学習角度点の各角度点
に対応させるべく回転変換する。そして、学習部４の圧
縮部4bが、該回転変換した映像を圧縮し、該圧縮映像か
ら各角度点に対応した角度点毎のテンプレートを作成
し、テンプレートメモリ６に記録する。なお、圧縮部4b
は映像圧縮部５と共用したものであっても可である。以
上が第１実施例の回転ずれ検出装置の構成と動作であ
る。

【００１６】次に、図２は、本発明による他の実施例の
回転ずれ検出装置を示すブロック図である。本第２実施
例の回転ずれ検出装置の構成は、図１に示す第１実施例
の角度判定部のみに違いがある。即ち、本第２実施例の
角度判定部47は、方式設定部13，判定演算部24及び角度
出力部16から構成される。上記角度判定部47の動作は、
次の通りである。方式設定部13は、判定演算部24が保有
する複数個の判定演算手段( 例えば、２次補間法21，最
小２乗法22や勾配延長法23等の角度判定法)の中から、
入力部50の指示を受けて特定の判定演算手段を選定す
る。判定演算部24は、当該判定演算手段に付随する選択
条件に従って類似度メモリ12から呼び出した角度点及び
類似度の座標情報と選定された判定演算手段とを用い
て、関数曲線を演算し、該関数曲線の頂点座標から最大
類似度に応じた角度点の角度の値を判定する。そして、
角度出力部16が該角度を出力して回転ずれを検出するも
のである。

【００１７】次に、上記第１，第２実施例の回転ずれ検
出装置の動作、即ち、本実施例の回転ずれ検出方法につ
いて、制御部40の検出機能部分及び学習機能部分が実行
するプログラムを参照して説明する。まず、制御部40の
学習機能部分が予めテンプレートを作成する学習手順に
ついて説明する。図３は、本発明による一実施例のテン
プレート学習処理プログラムを示すフローチャートであ
る。なお、第１及び第２実施例の学習処理プログラムの
内容は同じである。

【００１８】図３，図１及び図２において、テンプレー
ト部48のテンプレート設定部９は、ステップS21で、学
習対象領域を設定するための処理条件(ずれ角度や、角
度ピッチ及び限定条件等)を入力部50から入手する。そ
して、ステップS22で、処理条件に従って、少なくとも
３個の学習角度点が設定される。なお、後述するように
７〜１３個の学習角度点が設定されることが望ましい。
勿論、20〜40個の学習角度点を設定し保有するテンプレ
ートの数を多くしても良いが、類似度の演算時において
該保有が無駄になるので、上記の３個〜１３個の学習角
度点の設定が良い。

【００１９】次に、テンプレート設定部９の設定を受け
た学習部４は、 ステップS23〜ステップS27で、設定さ
れた学習角度点に対するテンプレートを作成する。 即
ち、ステップS23で、映像回転部4aは、画像メモリ３か
ら、 カメラ１によって正規位置にマークを付した正規
被検査物を撮像して得た基準マークの画像をＡ／Ｄ変換
部２でデジタル化し、そして、記録した基準マークの記
録画像を入力する。 そして、ステップS24で、設定した
学習角度点の１つとしての角度点ｎに基づいた角度ｎ
で、上記の記録画像を回転座標変換する。

【００２０】次に、ステップS25で、圧縮部4bは、回転
座標変換した映像を圧縮する。 その後、ステップS26
で、 学習部４が基準マークを基準にして回転座標変換
して得た上記圧縮映像を、角度点ｎに対応した角度点毎
のテンプレートとしてテンプレートメモリ６に記録す
る。そして、 ステップS27の判定で、以上の繰り返しを
実施することにより、複数個の角度点毎のテンプレート
を予め保有するというテンプレート部48の動作を完了す
る。

【００２１】上記に関して具体的な例で記述すれば、一
例として、 (i)入力部50から、十字マークのずれ角度の
90度の範囲中の任意の３個の学習角度点として、10,30,
80度の角度点、あるいは３,35,69度の角度点を入力す
る。この場合は、該３角度点に対する３個のテンプレー
トが学習作成される。他の例として、(ii)入力部50から
十字マークのずれ角度の90度，要求検出精度の角度ピッ
チの１度，限定条件の10度ピッチを入力する。 この場
合であれば、まず、(a) {(ずれ角度／角度ピッチ)＋１}
で定義される９１個の角度点が設定され、 (b) この９
１個の設定角度点のうちから10度ピッチという条件から
定まる10個の学習角度点(例えば０,10,20,…80,90度の1
0角度点)に限定され、(c) 該10角度点に対する１０個の
テンプレートが学習作成されることになる。

【００２２】次に、制御部40の検出機能部分が回転ずれ
を角度として判定し検出する検出手順について説明す
る。図４は、本発明による一実施例の回転ずれ検出処理
プログラムを示すフローチャートである。第１及び第２
の実施例の検出処理プログラムの内容に違いがあるが、
その違いは僅差であるので併記して説明する。図４，図
１及び図２において、 ステップS31で、類似度処理部44
の類似度演算設定部８は、ずれ角度や角度ピッチ及び限
定条件及び座標ｘ，ｙの処理条件を、また、角度判定部
47の方式設定部13は、角度判定法の指示を、入力部50か
ら入手する。そして、ステップS32で、該各入力から各
種の設定や選定を実行する。

【００２３】上記の選定や設定についてであるが、ま
ず、(1) 方式設定部13に関しては、図１に示す第１実施
例の場合では、方式設定部13が設けられていないので角
度判定法の選定は行われない。図２に示す第２実施例の
場合では、方式設定部13にて、判定演算手段としての角
度判定法を選定する。尚、図４に示すフローチャートの
例では、方式設定部13により、判定演算手段として２次
補間法が選定された場合を示している。

【００２４】一方、(2) 類似度演算設定部８に関して
は、学習手順にて入力されたものと同じ、ずれ角度や、
角度ピッチ及び限定条件の入力から、設定した学習角度
点に適応する数の類似度を演算する( 例えば、学習角度
点と同数の類似度、または、学習角度点より少ない数の
類似度を演算する)ための演算角度点を設定する。 更
に、(3)類似度演算設定部８は、マークが付された被検
査物(検出対象のマーク)の類似度を求めるための圧縮映
像に関して、 圧縮映像メモリ７から１回に取り出す映
像の大きさと繰り返し取り出す映像データの取り出し開
始座標ｘ，ｙと該座標範囲とを設定する。これは、前述
のように一般的に広い画像を複数個に分割し、該分割し
た映像の中から検出対象のマークを走査するからであ
る。

【００２５】尚、上記類似度演算設定部８の演算角度点
設定部分とテンプレート設定部９の学習角度点設定部分
とは同一手段であっても可である。そして、同一手段で
ない場合には、類似度演算設定部８及びテンプレート設
定部９における各設定は、互いに対応していることが肝
要となる。更に、判定演算手段と、演算角度点の設定数
あるいは学習角度点の設定数とは対応していることも必
要である。即ち、第１実施例の場合において、予め保有
している判定演算手段としての関数頂点法が後述する２
次補間法であれば、該２次補間法が使える数の演算角度
点が設定されることが肝要である。また、第２実施例の
場合は、上記方式設定部13で選定した角度判定法と演算
角度点の設定数との対応が取られていることが必要であ
る。

【００２６】従って、該対応を積極的に取るために、例
えば、第１実施例の場合は、図１に示すように、判定演
算部14から類似度演算設定部８やテンプレート設定部９
に対して、フィードバック18を掛けること、また、第２
実施例の場合では、入力設定の順序として方式設定部13
の選定を先に行い、方式設定部13で選定した角度判定法
に適さない条件設定が類似度演算設定部８やテンプレー
ト設定部９に対して後から為されないように、インター
ロックを掛けるなどの工夫が望ましい。これらの内容に
関しては後述する。

【００２７】図４に戻って、ステップS33〜ステップS34
では、検出マークの映像を入力し圧縮映像の処理が為さ
れる。即ち、制御部40は、カメラ１によって撮像されＡ
／Ｄ変換部２を介してデジタル化された、マークが付さ
れた被検査物の検出対象の検出マークの画像を入力し、
画像メモリ３に記録する。この記録された画像は、映像
圧縮部５によって圧縮された後に、圧縮映像メモリ７に
記録される。

【００２８】そして、次のステップS35からステップS44
までの繰り返しで、類似度演算部10が、類似度演算設定
部８の設定条件に従って、テンプレートメモリ６中の角
度点ｎのテンプレート(基準マークの画像)を、 圧縮映
像メモリ７中の圧縮画像(検出マークの画像)に重ねて、
用いた角度点ｎのテンプレートと重ねた被検査物とに
関する角度点ｎの類似度を演算する。

【００２９】即ち、第一段としてのステップS35では、
設定にしたがって、角度点ｎに対応したテンプレートが
テンプレートメモリ６から一つずつ順繰りに呼び出され
て、類似度演算部10に渡される。第二段としてのステッ
プS36〜S42では、圧縮映像メモリ７からの取り出し開始
座標ｘ，ｙを順次更新させながら、圧縮映像メモリ全体
に対しての類似度(前述の仮類似度)が演算される。 そ
して、ステップS43において、類似度設定部11は、ステ
ップS36〜S42の繰り返しで演算された仮類似度中の最大
値の仮類似度を、検出対象のマークに関する正式なる当
該角度点ｎに対応する類似度として設定する。更に、類
似度メモリ12に、設定した類似度と該類似度に対応して
いる角度点ｎとを対にして記録する。最終段として、
ステップS44で、類似度演算部10は全ての演算角度点で
の類似度演算が全て終了したかを判定して、次のステッ
プに移行する。すなわち、全て終了した時点の類似度メ
モリ12には、各類似度(a,b,…)と該類似度に対応する各
角度点(ｎa,ｎb,…)とを対にして記録される。

【００３０】上記ステップS31〜ステップS44について、
具体的な例で記述する。前述と同様に、 (i)入力部50か
ら、任意の３個の演算角度点として、10,30,80度の角度
点あるいは３,35,69度の角度点を入力すれば、10,30,80
度の角度点、あるいは３,35,69度の角度点に対する３個
の類似度が求められて、３個の類似度と該類似度に対応
している３個の角度点とを対にして類似度メモリ12に記
録される。他の例として、(ii)入力部50から、ずれ角度
の90度，要求検出精度の角度ピッチの１度,限定条件の1
0度ピッチを入力した場合は、１０個の演算角度点(例え
ば０,10,20,…80,90度の１０角度点)が設定され、 １０
角度点に対するテンプレートを用いて該１０角度点に対
する類似度が求められて、類似度と該角度点とが対応づ
けられて、類似度メモリ12に記録される。

【００３１】次に、ステップS45〜S46では、第１実施例
の場合であれば、図４に示すように関数頂点法として予
め２次補間法という判定演算手段が採用されているの
で、判定演算部14は、２次補間法を用いて判定演算を実
行する。第２実施例の場合は、ステップS32で方式設定
部13が選定した２次補間法を用いて、 判定演算部24が
判定演算を実行する。尚、複数個の判定演算手段(即
ち、判定演算手段群)を記録する判定演算メモリ(図示せ
ず)を別に備え、該判定演算メモリから判定演算部24が
方式設定部13の設定に従って、特定の判定演算手段を呼
び出し選定する構成でも可である。

【００３２】個々に説明すれば、ステップS45で、 判定
演算部14，24は、２次補間法に対して予め定められてい
る選択条件に合致するデータを類似度メモリ12の中から
検索する。 例えば、前述の(i)の例の場合であれば、３
個の10,30,80度の角度点と該10,30,80度の角度点に対す
る３個の類似度の、３対の類似度及び角度点が類似度メ
モリ12から呼び出される。また、前述の(ii)の例の場合
は、類似度メモリ12に記録された、０,10,20,…80,90度
の１０角度点と１０角度点に対する１０個の類の対情報
の中から、角度判定法に対して「予め定められている選
択条件」に合致する対情報が、即ち、判定演算手段が２
次補間法であれば、Ｘ座標としての角度点(Ｘ₁,Ｘ₂,
Ｘ₃),Ｙ座標としての類似度(Ｙ₁，Ｙ₂，Ｙ₃)とする３点
の座標情報(座標データ)が呼び出される。

【００３３】ところで、前述(i)の例の場合であれば、
類似度演算設定部８及びテンプレート設定部９の設定に
おいて、10,30,80度あるいは３,35,69度の３角度点とし
たので、または、(ii)の例の場合では、設定条件を10度
ピッチとして１０角度点を確保したので、 ２次補間法
に必要な３点の座標(角度点,類似度)を得ることができ
た。しかしながら、類似度演算設定部８等における設定
の数に依っては、判定演算手段の演算に必要な情報を得
ることができない場合が発生するので、前述のように、
フィードバック18を掛けることが、即ち、方式設定部13
で選定した判定演算手段とテンプレート設定部９の設定
数との対応が肝要であると言える。

【００３４】次に、ステップS46で、 判定演算部14，24
は、３点の座標と２次補間法とを用いて角度点−類似度
関数曲線と該関数曲線の頂点座標(Ｘ₀，Ｙ₀)を演算から
求めて、求めた該頂点座標の座標Ｘ₀の値を回転ずれの
角度の値として判定する。 最後に、ステップS47で、角
度出力部16は、 上記角度判定で得られた角度点の角度
値を、画像メモリ３に記録した検出マークの回転ずれ、
即ちマークが付された検出対象の被検査物の回転ずれと
して、外部に出力する。

【００３５】次に、本発明の特徴とする判定演算部14お
よび判定演算部24が判定演算手段としての２次補間法を
用いて実行する判定演算について説明する。図５は、本
発明による一実施例の角度判定法としての２次補間法を
示す図である。前述の図９に示す十字マークの角度点−
類似度曲線は、滑らかなほぼ２次関数で近似することが
できる関数曲線を描くことが知られているので、２次補
間法によって、この角度点−類似度曲線を２次関数曲線
として求めることは可能である。そして、該２次関数曲
線の頂点座標のＹ座標の類似度が最大の類似度になるこ
とを利用して、頂点座標のＸ座標としての角度点を、最
大の類似度を示すテンプレートに対応する角度点と判定
することができる。

【００３６】具体的には、図６に示すような、測定基準
に対してある角度だけずれている検出対象の十字マーク
を有する被検査物の回転ずれを検出するに、十字マーク
のずれ角度を90度、検出精度の角度ピッチを１度、限定
条件を10度ピッチとして設定する。 その結果、図７に
示すように、１０個の角度点(例えば、０,10,20,…80,9
0度の１０角度点)が設定され、 １０角度点に対するテ
ンプレートが１０個だけ作成される。そして、該１０個
のテンプレートが用いられて演算され、１０個の類似度
が求められることになる。

【００３７】尚、図７の例では、正規位置にマークを付
した正規被検査物を撮像して得た基準マークは、測定基
準０°の角度値０度のテンプレートとして表わしている
図象(画像)のマークである。そして、該基準マークの画
像から、まず、角度値０度の１個目のテンプレートが作
成され、次に、10度ピッチずつ映像を回転させ学習し
て、角度値10度(2個目),…角度値90度(10個目)の１０個
のテンプレートが作成されることを示している。

【００３８】次に、図５に戻り、 ２次補間法に付随す
る選択条件に基づき、任意の３点(ｎ＝３)の座標とし
て、 類似度メモリ12に記録された１０個のそれぞれの
角度点及び類似度情報の中から、角度点をＸ座標及び類
似度をＹ座標とするＥ点(Ｘ₁=10,Ｙ₁=92.6)，Ｆ点(Ｘ₂=
30，Ｙ₂=98.2)，Ｇ点(Ｘ₃=80，Ｙ₃=96.3)を得る。 そし
て、これらの３点座標及び２次補間法から、 各座標(Ｘ
₁,Ｙ₁，Ｘ₂,Ｙ₂，Ｘ₃,Ｙ₃)を結ぶ関数曲線(Ｘ,Ｙ)とし
て、 破線にて示すような角度点−類似度に関する２次
関数曲線を得て、この２次関数曲線の頂点座標(Ｘ₀=50.
6，Ｙ₀=99.8)を得る。 最終的には、座標Ｘ₀＝50.6の角
度点の50.6を、測定基準に対して検出対象の十字マーク
の映像が回転ずれしている角度、換言すれば、検出対象
の被検査物の回転ずれとしての角度は、50.6度と判定す
るものである。

【００３９】尚、従来技術の場合であれば、真の最大類
似度の点が５０度と５１度の間にあっても、最大類似度
を示す角度点としては５１度または５０度のどちらかが
選ばれるので、該角度がずれ角度として検出される。こ
れに対して本発明の場合であれば、最大類似度の角度点
として５０度と５１度の間の頂点座標の50.6度が採用さ
れるので、回転ずれの角度を、より精度良く判定するこ
とができると言える。

【００４０】ところで、前述の「予め定められている選
択条件」の一つには、２次補間法の場合であれば、座標
を３点にするという選択条件が当てはまる。また、他の
選択条件として、３点を選択するにも、例えば、前述の
ように類似度メモリ12に記録された１０個のそれぞれの
角度点及び類似度情報(１０対の座標情報)の中から、類
似度の値の大きい順に３点選択するという付加条件も含
まれる。例えば、図５の例であれば、１０個の角度点の
うちの40,50,60度の角度点に対応する類似度が上から順
に大きい値となっているので、該類似度に対応する40,5
0,60度の角度点と当該大きい値の類似度との３点座標が
選択される。

【００４１】上記のような複数対の角度点及び類似度か
らなる座標情報のうちから類似度の値の大きい順の３点
の座標を選択するという付加条件であれば、より好まし
いと言える。この理由は、大きい値の類似度に該当する
座標を選択すれば、近似する２次関数曲線の頂点座標を
より正確に求めることができ、真の回転ずれの角度に近
い最大類似度を求めることになり、より正確に角度検出
ができるからである。

【００４２】ところで、本実施例の２次補間法で十字マ
ークの回転ずれを検出したところ、検出精度は、従来の
検出精度と同等以上であった。因みに三角形状及び四角
形状のマークの２次補間法による場合でも従来の検出精
度と同等レベルであった。ところで、前述の７頁の(ii)
項で記述した例のように、限定条件として10度ピッチを
入力する、換言すれば、ずれ角度の範囲に亘りほぼ等間
隔で学習角度点を設定する(テンプレートを偏りのない
ように割付ける)ことが好ましいと言える。この理由
は、ずれ角度の広い範囲において偏りのない座標(角度
点，類似度)からより正しく関数曲線を近似し、該関数
曲線の頂点座標(頂点のＸ座標の値)をより正確に求める
ためである。前述のように、例えば、検出マークが回転
ずれを起こす範囲の角度(ずれ角度)が、90度であれば10
度ピッチとした、10個の学習角度点を設定するものであ
る。

【００４３】そして、２次補間法によって２次関数曲線
の頂点座標をより正確に求めてより正確なる角度検出を
行いつつ、かつ、演算工数を低減するためには、７〜１
３個の学習角度点を設定し、７〜１３個のテンプレート
に基づく各類似度を演算し、７〜１３対の角度点及び類
似度情報のうちから、類似度の大きい順に３点の座標を
選択するという設定および選択条件が、精度と工数が両
立して望ましいことが確認試験より判明した。

【００４４】以上のように、本実施例の回転ずれ検出装
置であれば、ずれ角度と検出精度の角度ピッチに基づい
て定めた個数(例えば、ｍ個またはｍ＋１個)のテンプレ
ートを作成しなくても、またさらに、仮にｍ個作成した
としてもそれらの全てのテンプレートを用いなくても、
少なくとも３個のテンプレートを用いて各類似度を演算
すれば、検出マークの回転ずれ角度を検出することが可
能であり、回転ずれ検出精度を確保しつつ演算工数を低
減するという有効な被検査物の回転ずれ検出装置を提供
することができる。換言すれば、類似度演算のトータル
工数(演算時間)が短縮されるので、画像処理の高速化が
図られる。

【００４５】次に、２次補間法以外の他の角度判定法
(即ち、判定演算手段)について説明する。まず、最小２
乗法について説明する。上記２次補間法では角度点−類
似度曲線を２次関数曲線で近似したが、２次以上の一般
的な関数曲線で近似する必要がある場合は、該一般的な
関数を公知技術の最小二乗法にて求めるものである。従
って、３対以上〜２０対以下(２０≧ｎ≧３)の角度点及
び類似度が必要である。なお、２０対以上の角度点及び
類似度になると演算工数が増えるので好ましくない。そ
して、該近似関数曲線の頂点座標を求めて角度を判定す
る方法が最小２乗法である。この最小２乗法は、２次補
間法に比べて演算工数は増えるが、近似する関数曲線の
頂点座標を精度よく求められるので、高い精度が要求さ
れる場合やマーク形状に応じた回転ずれの検出ができる
という利点がある。

【００４６】さらに、別の角度判定法としての勾配延長
法について説明する。図８は、本発明による他の実施例
の角度判定法としての勾配延長法を示す図である。一般
的な角度点−類似度曲線は、破線で示すような２次以上
の上に凸の関数曲線(Ｘ,Ｙ)で近似して表わすことがで
きる。 このような上に凸の一般的な関数曲線であるの
で、前述の最小２乗法を採用し関数曲線を演算するが、
一般的な関数曲線になるとその頂点座標は求め難い場合
がある。 従って、 下記のような(I)及び(II)の方法で
頂点座標(頂点のＸ座標)を求めるものである。

【００４７】(I)の勾配延長法は、図８に示したよう
に、頂点の左右に振り分けられていてかつ略左右対称の
関係にある４点から得られる２本の線分を、 即ち、点
(Ｘ_N1，Ｙ_M1)と点(Ｘ_N3，Ｙ_M3)の２点を通る線分と、
点(Ｘ_N2,Ｙ_M2)と点(Ｘ_N4,Ｙ_M4)の２点を通る線分とを延
長する。 そして、２本の線分が交わる交点(Ｘ₀,Ｙ_K)を
求める。 該交点の座標Ｘ₀は、関数曲線(Ｘ,Ｙ)の頂点
の座標Ｘ₀と同じであるのでこの座標Ｘ₀の角度点が最大
の類似度を示す角度点と判定するものである。

【００４８】また、(II)の勾配延長法は、関数曲線の頂
点座標を推定し、該推定頂点に対して、略左右対称に振
り分けた点(Ｘ_N1,Ｙ_M1)と点(Ｘ_N2,Ｙ_M2)の２点を設定す
る。次に、該２点における勾配を、関数曲線(Ｘ，Ｙ)の
上記２点における微分値から求める。その勾配を延長し
た２本の線分の交点(Ｘ₀,Ｙ_K)を求める。 そして、上記
の勾配延長法と同様に、 該座標Ｘ₀の角度点が最大の類
似度を示す角度点と判定するものである。

【００４９】これらの上記勾配延長法では、頂点に対し
て略左右対称に振り分けられた点が必要であるので、ず
れ角度範囲に亘り前述したと同様に偏りのない２０個位
の類似度を演算し、それぞれの類似度の値が、Ｙ_M1≒Ｙ
_M2、Ｙ_M3≒Ｙ_M4になるような類似度を選定する必要があ
る。また、頂点の左右に振り分けられた点か否かの判断
は、勾配の傾き方向(プラスまたはマイナス)から判別さ
れる。本勾配延長法の場合も、２０個以上の類似度を演
算することは工数が増えるので好ましくない。

【００５０】そして、勾配延長法における検出精度は、
従来の検出精度と同等レベルであった。また、上記の勾
配延長法は、三角マークのように、角度点−類似度曲線
が尖った山形でなくなだらかな山形になる場合に有効な
角度判定法であると言える。即ち、角度点−類似度曲線
は、対象とするマークの形状によって変わるので、マー
ク形状に適応した角度判定法を用意して置き、検出精度
を確保するためのマーク形状による角度判定法の選択が
できることが望ましいと言える。以上の２次補間法、最
小２乗法または勾配延長法のいずれの角度判定法も、３
個以上の座標点(角度点，類似度)から角度点−類似度曲
線に近似する関数曲線及び該関数曲線の頂点座標を求
め、該頂点の角度点座標(Ｘ座標)から、最大類似度のテ
ンプレートに対応する角度点の角度値を得て、検出対象
品のマークの回転ずれを検出するので、関数頂点法であ
ると言える。従って、検出マークが回転ずれを起こす範
囲のずれ角度のうちから任意に定めたｎ個(即ち、ｎ対)
の数値は、上記の関数頂点法であれば、ｍ≧ｎ≧３の範
囲となる。 ただし、ｍ＝(ずれ角度／角度ピッチ)で定
義される従来技術相当のものとする。

【００５１】次に、図９を参照して、第３の実施例の回
転ずれ検出装置の構成および動作について説明する。本
第３実施例の回転ずれ検出装置の構成は、第１実施例と
次の点の構成において相違する。即ち、第３実施例のテ
ンプレート部48ａは、撮像部30によって正規位置にマー
クを付した正規被検査物を撮像して得た該基準マークか
ら、映像回転部4a及び圧縮部4bからなる学習部４が、テ
ンプレート設定部９ａの指示に従って、ずれ角度／角度
ピッチで定義されるｍ数、 または該定義されるｍ数よ
りも少ない個数(少なくとも３個、望ましくは７〜１３
個)のテンプレートを予め学習作成し、 該作成した複数
個のテンプレートをテンプレートメモリ６に記録させた
ものから構成される。

【００５２】また、本実施例の制御部40ａは、画像処理
部42，類似度処理部44ａ及び角度判定部46ａからなり、
類似度処理部44ａの類似度演算部10ａは、角度判定部46
ａからの指示を受けて類似度を演算する構成である。角
度判定部46ａの判定演算部14ａは、２次補間法21の判定
演算手段を保有している。更に、入力部50ａは、制御部
40ａの制御処理開始を指示する構成である。なお、上記
以外の構成は、即ち、第１実施例と符号が同じである第
３実施例の構成は、第１実施例と同じである。

【００５３】上記構成の動作は、次の通りである。入力
部50ａから制御処理開始の指示を受けた制御部40ａは、
判定演算部14ａにおいて判定演算を実行する。即ち、判
定演算部14ａは、２次補間法21の判定演算手段に基づい
て、類似度演算の個数は３個(望ましくは７〜１３個)で
あるとの指示を類似度処理部44ａの判定演算部14ａに出
力する。すると、判定演算部14ａからの該指示に基づい
て、類似度演算部10ａは、テンプレート部48ａが予め作
成しテンプレートメモリ６に保有している複数個のテン
プレートのうちから、任意の３個(または、７〜１３個)
のテンプレートを一つずつ順繰り呼び出して、画像処理
部42の圧縮映像メモリ７中の圧縮画像(検出画像)に順次
重ねて、３個(または７〜１３個)のテンプレートと被検
査物とに関する類似度をそれぞれ演算する。以下、第１
実施例で記述したと同様の２次補間法による判定演算が
為されて、頂点の角度点座標の値を回転ずれの角度の値
として判定する。尚、上記判定演算部14ａは２次補間法
21の判定演算手段を保有したが、２次補間法21の代わり
に最小２乗法22または勾配延長法23を保有したものであ
っても良く、この場合の類似度演算の個数は３個〜２０
個の範囲が望ましいことになる。

【００５４】すなわち、上記構成の特徴は、正規位置に
マークを付した正規被検査物を撮像して得た基準マーク
の画像から作成された複数個の角度点毎のテンプレート
を用いて、該テンプレートを検出対象の被検査物を撮像
して得た検出マークの画像に重ねて該検出マークに関す
る角度点毎の類似度をそれぞれ演算し、該各類似度値に
基づき判定した当該類似度に対応する角度点の角度値か
ら被検査物の回転ずれを検出するに、少なくとも３個の
テンプレートと被検査物との類似度をそれぞれ演算し、
該演算によって得られた各類似度(a,b,…)をＹ座標の点
とし該類似度に対応した各角度点をＸ座標の点とした座
標(Ｘa,Ｙa，Ｘb,Ｙb，…)をそれぞれ設定し、 その各
座標(Ｘa,Ｙa，Ｘb,Ｙb，…)を結ぶ関数曲線(Ｘ,Ｙ)の
頂点の座標Ｘ₀を求め、該座標Ｘ₀の値を上記角度値とす
るにある。このような構成であれば、テンプレートの準
備個数及び類似度演算回数を減らすことができる回転ず
れ検出方法及び回転ずれ検出装置が提供される。

【００５５】

【発明の効果】本発明によれば、テンプレートの準備個
数および類似度演算回数を減らすことができるので、画
像処理の高速化やメモリ容量の節約ができるという効果
が得られる。更に、マーク形状や要求精度に応じた回転
ずれ検出の選択ができるので、検出精度の向上に繋がる
という効果もある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による一実施例の回転ずれ検出装置を示
すブロック図である。

【図２】本発明による他の実施例の回転ずれ検出装置を
示すブロック図である。

【図３】本発明による一実施例のテンプレート学習処理
プログラムを示すフローチャートである。

【図４】本発明による一実施例の回転ずれ検出処理プロ
グラムを示すフローチャートである。

【図５】本発明による一実施例の角度判定法としての２
次補間法を示す図である。

【図６】本発明による一実施例の検出対象の十字マーク
の映像を示す図である。

【図７】本発明による一実施例の１０角度点に対するテ
ンプレートを示す図である。

【図８】本発明による他の実施例の角度判定法としての
勾配延長法を示す図である。

【図９】本発明による第３の実施例の回転ずれ検出装置
を示すブロック図である。

【図１０】従来技術の角度判定法を説明する図である。

【符号の説明】

１…ビデオカメラ、２…Ａ／Ｄ変換部、３…画像メモ
リ、４…学習部、４a…映像回転部、４b…圧縮部、５…
映像圧縮部、６…テンプレートメモリ、７…圧縮映像メ
モリ、８…類似度演算設定部、９,９ａ…テンプレート
設定部、10,10ａ…類似度演算部、11…類似度設定部、1
2…類似度メモリ、13…方式設定部、14,14ａ,24…判定
演算部、16…角度出力部、18…フィードバック、20…関
数頂点法、21…２次補間法、22…最小２乗法、23…勾配
延長法、30…撮像部、40,40ａ…制御部、42…画像処理
部、44,44ａ…類似度処理部、46,46ａ,47…角度判定
部、48,48ａ…テンプレート部、50,50ａ…入力部。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】正規位置にマークを付した正規被検査物を
   撮像して得た基準マークの画像から作成された複数個の
   角度点毎のテンプレートを用いて、該テンプレートを検
   出対象の被検査物を撮像して得た検出マークの画像に重
   ねて該検出マークに関する前記角度点毎の類似度をそれ
   ぞれ演算し、該各類似度値に基づき判定した当該類似度
   に対応する角度点の角度値から前記被検査物の回転ずれ
   を検出する回転ずれ検出方法において、 少なくとも３個の前記テンプレートと前記被検査物との
   前記類似度をそれぞれ演算し、該演算によって得られた
   各類似度(a,b,…)をＹ座標の点とし該類似度に対応した
   各角度点をＸ座標の点とした座標(Ｘa,Ｙa，Ｘb,Ｙb，
   …)をそれぞれ設定し、 該各座標(Ｘa,Ｙa，Ｘb,Ｙb，…)を結ぶ関数曲線(Ｘ,
   Ｙ)の頂点の座標Ｘ₀を求め、該座標Ｘ₀の値を前記角度
   値とすることを特徴とする回転ずれ検出方法。
2. 【請求項２】正規位置にマークを付した正規被検査物を
   撮像して得た基準マークの画像から作成された複数個の
   角度点毎のテンプレートを用いて、該テンプレートを検
   出対象の被検査物を撮像して得た検出マークの画像に重
   ねて該検出マークに関する前記角度点毎の類似度をそれ
   ぞれ演算し、該各類似度値に基づき判定した当該類似度
   に対応する角度点の角度値から前記被検査物の回転ずれ
   を検出する回転ずれ検出方法において、 前記テンプレートは、前記検出マークが回転ずれを起こ
   す範囲の角度をほぼ等間隔に分割した３〜２０個の角度
   点に対するものであり、 該各テンプレートと前記被検査物との前記類似度をそれ
   ぞれ演算し、 該演算によって得られた各類似度のうちから大きい値の
   順に選択した少なくとも３個の類似度(l,m,n)をＹ座標
   の点とし 該類似度に対応した角度点をＸ座標の点とし
   た座標(Ｘl,Ｙl，Ｘm,Ｙm，Ｘn,Ｙn)をそれぞれ設定
   し、 該各座標(Ｘl,Ｙl,Ｘm,Ｙm,Ｘn,Ｙn)を結ぶ関数曲線
   (Ｘ,Ｙ)の頂点の座標 Ｘ₀を求め 該座標Ｘ₀の値を前記
   角度値とすることを特徴とする回転ずれ検出方法。
3. 【請求項３】被検査物の撮像部と制御部と入力部とを備
   える回転ずれ検出装置であって、 前記制御部は、前記入力部の指示を受けて前記撮像部に
   より撮像して得た正規位置にマークを付した正規被検査
   物の基準マークの画像から作成された複数個の角度点毎
   のテンプレートを保有するテンプレート部と、 前記撮像部により撮像して得た検出対象の被検査物に付
   された検出マークの画像を処理する画像処理部と、 前記入力部の指示を受けて少なくとも３個の前記テンプ
   レートを用いて前記検出マークの画像に重ね、前記テン
   プレートと前記被検査物とに関する少なくとも３個の類
   似度を演算する類似度処理部と、 該演算によって得られた各類似度(a,b,…)をＹ座標の点
   とし該類似度に対応した各角度点をＸ座標の点とした座
   標(Ｘa,Ｙa，Ｘb,Ｙb，…)をそれぞれ設定し、 該各座標(Ｘa,Ｙa，Ｘb,Ｙb，…)を結ぶ関数曲線(Ｘ,
   Ｙ)の頂点の座標Ｘ₀を求め、 該座標Ｘ₀の値を前記被検
   査物の回転ずれの角度値と判定する判定演算手段を有す
   る角度判定部と、を具備することを特徴とする回転ずれ
   検出装置。
4. 【請求項４】請求項３において、前記角度判定部は、複
   数の前記判定演算手段と、前記入力部の指示を受けて該
   判定演算手段群の中から特定の前記判定演算手段を選定
   する方式設定手段とを有したことを特徴とする回転ずれ
   検出装置。