WO2022091927A1

WO2022091927A1 - 位置ずれ検出方法、位置ずれ検出装置、位置合せ装置および検査装置

Info

Publication number: WO2022091927A1
Application number: PCT/JP2021/038898
Authority: WO
Inventors: 努作山
Original assignee: 株式会社Ｓｃｒｅｅｎホールディングス
Priority date: 2020-10-29
Filing date: 2021-10-21
Publication date: 2022-05-05
Also published as: JP2022072260A

Abstract

この発明では、参照ワークに対する被検査ワークの位置ずれ量を検出するために、ステージのステージ面上に載置される参照ワークおよび被検査ワークが上方よりカメラにより撮像される。こうして第１参照画像および第１検査画像が取得されるが、これ以外に、ステージ面に対して垂直な回転軸まわりにステージを回転させることに伴い変位する参照ワークの特徴部位の回転中心座標が求められる。そして、第１参照画像および第１検査画像のみならず、さらに上記回転中心座標を考慮して位置ずれ量が検出される。そのため、ワークが立体形状であったとしても、ステージ上に載置されるワークの位置ずれ量を正確に検出することができる位置ずれ検出技術、当該位置ずれ検出技術を用いてワークを正確に位置合せする。

Description

位置ずれ検出方法、位置ずれ検出装置、位置合せ装置および検査装置

　この発明は、ステージ上に載置されるワークの位置ずれ量を正確に検出する位置ずれ検出技術、位置ずれ量に基づくワークの位置合せ技術およびワークの検査装置に関するものである。

　以下に示す日本出願の明細書、図面および特許請求の範囲における開示内容は、参照によりその全内容が本書に組み入れられる：
　特願２０２０－１８１６１０（２０２０年１０月２９日出願）。

　産業部品などの立体形状を有するワークに傷などの欠陥が無いかどうかを検査する検査技術が提案されている。この検査装置は、ステージ上に載置されたワークに光を照射して照明するとともにカメラによりワークを撮像してワークの画像を取得する。そして、当該画像に基づいてワークの検査が実行される。この検査を高精度に行うためには、ワークとカメラの相対位置を毎回一定に保つことが望まれる。そこで、例えば特許文献１に記載された位置ずれ検出方法の適用が検討されている。この位置ずれ検出方法では、半導体チップが複数形成されたウェハ（基板）をワークの一例としている。まず最初に欠陥のないウェハを参照ワークとしてステージ上に載置した後で、参照ワークを撮像して得られる画像の一部領域（特徴点を含む画像領域）が参照画像として指定される。そして、位置ずれの検出対象であるウェハが被検査ワークとしてステージ上に載置されると、上記参照画像に対応する位置にステージを移動させて被検査ワークを撮像することで検査画像を取得する。検査画像の取得後に、それらの画像に基づいて参照ワークに対する被検査ワークの位置ずれ量が求められる。

特開２０１２－４７４６３号公報

　上記位置ずれ検出方法では、ワーク形状が薄板状であるため、特徴点の高さ位置とステージ面の高さ位置はほぼ同一であり、ワークの特徴点がステージの回転中心まわりに回転することを前提としている。しかしながら、立体形状を有するワークでは、ワークの特徴点がステージ面から高さ方向に無視できない程度離れていることがあり、上記従来技術をそのまま適用すると、位置ずれ量の検出精度が低下することがあった。例えばカメラの取付誤差などに起因してカメラの光軸がステージ面の法線と一致していない場合、次のような問題が発生する。すなわち、回転中心座標がワーク特徴点の高さ位置とステージ面の高さ位置とで相互に異なると、上記前提で求めた位置ずれ量は真の値から外れてしまう。その結果、検出精度が低下してしまう。

　この発明は上記課題に鑑みなされたものであり、ワークが立体形状であったとしても、ステージ上に載置されるワークの位置ずれ量を正確に検出することができる位置ずれ検出技術、当該位置ずれ検出技術を用いてワークを正確に位置合せすることができる位置合せ装置およびワークを高精度に検査することができる検査装置を提供することを目的とする。

　この発明の第１態様は、位置ずれ検出方法であって、参照ワークがステージ面に載置されたステージを基準位置に位置決めした後で、参照ワークをステージの上方よりカメラにより撮像して参照ワークの特徴部位を含む第１参照画像を取得する参照画像取得工程と、ステージ面に対して垂直な回転軸まわりにステージを回転させることに伴い変位する特徴部位の回転中心座標を求める回転中心取得工程と、ステージ面に載置された被検査ワークをカメラにより撮像して被検査ワークの特徴部位を含む第１検査画像を取得する検査画像取得工程と、第１参照画像、第１検査画像および回転中心座標に基づいて参照ワークに対する被検査ワークの位置ずれ量を求める位置ずれ算出工程と、を備えることを特徴としている。

　また、この発明の第２態様は、位置ずれ検出装置であって、ステージ面を有するステージと、ステージ面と平行にステージを移動させてステージの位置を補正するステージ補正機構と、ステージ面に対して垂直な回転軸まわりにステージを回転させる回転機構とを有する載置部と、ステージ面に載置される参照ワークおよび被検査ワークをステージの上方から撮像するカメラと、ステージが基準位置に位置決めされた状態でステージ面に載置された参照ワークをカメラが撮像することで取得される参照ワークの特徴部位を含む第１参照画像と、ステージ面に載置された被検査ワークをカメラが撮像することで取得される被検査ワークの特徴部位を含む第１検査画像と、を記憶する記憶部と、回転機構によるステージの回転に伴い変位する特徴部位の回転中心座標を求める回転中心取得部と、第１参照画像、第１検査画像および回転中心座標に基づいて参照ワークに対する被検査ワークの位置ずれ量を求める位置ずれ算出部と、を備えることを特徴としている。

　また、この発明の第３態様は、位置合せ装置であって、上記位置ずれ検出装置と、位置ずれ算出部により求められた位置ずれ量に基づき、被検査ワークがステージ面に載置されたステージを位置決めして被検査ワークの位置合せを行う位置合せ部と、を備えることを特徴としている。

　さらに、この発明の第４態様は、検査装置であって、上記位置合せ装置と、位置合せ装置により位置合せされた被検査ワークを撮像して取得されるワーク検査用画像に基づいて被検査ワークを検査するワーク検査部と、を備えることを特徴としている。

　このように構成された発明では、参照ワークに対する被検査ワークの位置ずれ量を検出するために、ステージのステージ面上に載置される参照ワークおよび被検査ワークが上方よりカメラにより撮像される。こうして第１参照画像および第１検査画像が取得されるが、これ以外に、ステージ面に対して垂直な回転軸まわりにステージを回転させることに伴い変位する参照ワークの特徴部位の回転中心座標が求められる。そして、第１参照画像および第１検査画像のみならず、さらに上記回転中心座標を考慮して位置ずれ量が検出される。

　上記のように、本発明によれば、第１参照画像、第１検査画像および回転中心座標に基づいて参照ワークに対する被検査ワークの位置ずれ量を検出しているため、ワークが立体形状であったとしても、ステージ上に載置されるワークの位置ずれ量を正確に検出することができる。

　上述した本発明の各態様の有する複数の構成要素はすべてが必須のものではなく、上述の課題の一部又は全部を解決するため、あるいは、本明細書に記載された効果の一部又は全部を達成するために、適宜、前記複数の構成要素の一部の構成要素について、その変更、削除、新たな他の構成要素との差し替え、限定内容の一部削除を行うことが可能である。また、上述の課題の一部又は全部を解決するため、あるいは、本明細書に記載された効果の一部又は全部を達成するために、上述した本発明の一態様に含まれる技術的特徴の一部又は全部を上述した本発明の他の態様に含まれる技術的特徴の一部又は全部と組み合わせて、本発明の独立した一形態とすることも可能である。

本発明に係る位置ずれ検出装置の第１実施形態を装備する検査装置の全体構成を示す図である。検査装置に設けられるカバー部材を上方から見た図である。カバー部材に対するカメラおよび発光素子の取付状態を模式的に示す図である。カバー部材に対するカメラおよび発光素子の取付状態を模式的に示す図である。検査装置によるワーク検査に先立って行われる準備作業を示すフローチャートである。準備作業で実行される工程を模式的に示す図である。準備作業で実行される工程を模式的に示す図である。準備作業で実行される工程を模式的に示す図である。準備作業で実行される工程を模式的に示す図である。準備作業で実行される工程を模式的に示す図である。検査装置によるワーク検査を示すフローチャートである。ワーク検査で実行される工程を模式的に示す図である。ワーク検査で実行される工程を模式的に示す図である。ワーク検査で実行される工程を模式的に示す図である。ワーク検査で実行される工程を模式的に示す図である。ワーク検査で実行される工程を模式的に示す図である。

　図１は本発明に係る位置ずれ検出装置の第１実施形態を装備する検査装置の全体構成を示す図である。図２は検査装置に設けられるカバー部材を上方から見た図である。図３および図４はカバー部材に対するカメラおよび発光素子の取付状態を模式的に示す図である。検査装置１は、平板形状や立体形状を有するワークＷを載置しながら当該ワークＷを位置決めする載置部２と、載置部２に載置されるワークＷを撮像する撮像部３と、載置部２および撮像部３の各部を制御するとともに撮像部３により取得されたワークＷの画像に基づきワークＷを検査する制御部４とを備えている。なお、装置各部の位置関係を明確にするために、図１では、ＸＹＺ直角座標軸が示されている。つまり、ワークＷが載置されるステージ面２１ａと平行な水平方向Ｘと、ステージ面２１ａと平行でかつ上記水平方向Ｘと直交する水平方向Ｙと、鉛直方向Ｚとが示されている。そして、ＸＹＺ直角座標軸で示されるロボット座標系においてワークＷが三次元的に移動される。

　載置部２はＸＹステージを有している。このＸＹステージは、ステージ２１と、ステージ２１をＸＹ方向に移動させることでＸＹ平面内においてステージ２１の位置を補正するＸＹ補正機構２２とで構成されている。ステージ２１は、ワークＷが載置されるステージ面（ＸＹ平面）２１ａを有している。このステージ面２１ａの面法線は鉛直方向Ｚに延びている。ＸＹ補正機構２２は制御部４の駆動制御部４４からの動作指令に応じてステージ２１をＸ方向およびＹ方向に移動させる。このため、後で詳述するように、ステージ面２１ａ上に載置されたワークＷの水平方向における位置ずれ量（Ｘ移動量およびＹ移動量）に応じてステージ２１がＸ方向およびＹ方向に移動される。これによって、水平方向におけるワークＷの位置合せが実行される。

　また、載置部２は、ＸＹステージ（＝ステージ２１＋ＸＹ補正機構２２）を移動させるステージ駆動機構２３を備えている。ステージ駆動機構２３は、下段から順に、ＸＹステージをＺ方向に昇降させるＺ軸駆動機構２３１と、ＸＹステージをＸ方向およびＹ方向に移動させるＸＹ軸駆動機構２３２と、Ｚ方向を向く回転軸ＡＸｒ（図２～図４参照）を中心にＲ方向に回転させるＲ軸駆動機構２３３を有している。制御部４の駆動制御部４４からの動作指令に応じてＺ軸駆動機構２３１が作動することでステージ面２１ａ上に載置されたワークＷはＺ方向において位置決めされる。また、上記動作指令に応じてＸＹ軸駆動機構２３２が作動することで、図１に示すように撮像部３のカバー部材３１の下方でワーク撮像を行う位置（以下「基準位置」という）とカバー部材３１から離れたワーク受渡位置（図示省略）との間でＸＹステージが移動される。さらに、上記動作指令に応じてＲ軸駆動機構２３３が作動することで、ＸＹ補正機構２２、ステージ２１およびステージ面２１ａ上に載置されるワークＷが一体的に回転軸ＡＸｒまわりに回転される。このため、後で詳述するように、回転軸ＡＸｒの回転方向Ｒにおけるステージ面２１ａ上に載置されたワークの位置ずれ量（回転量）に応じてステージ２１がＸＹ補正機構２２と一緒にＲ方向に回転される。これによって、Ｒ方向におけるワークＷの位置合せが実行される。

　このようにＸＹ方向での位置ずれ（Ｘ移動量およびＹ移動量）とＲ方向での位置ずれ（回転量）を解消するように位置合せされたワークＷは、カバー部材３１と、撮像デバイス３２と、照明デバイス３３とを有する撮像部３により撮像される。

　カバー部材３１は凹面状の内周面３１ａ（図３、図４参照）を有している。そして、カバー部材３１の中心軸（図示省略）をＲ軸駆動機構２３３の回転軸ＡＸｒとほぼ一致させるとともに内周面３１ａを下方に向けた状態で、カバー部材３１は撮像位置で位置合わせされたワークＷの鉛直上方に固定配置されている。つまり、カバー部材３１の内周面３１ａは基準状態のワークＷに対向し、当該ワークＷを上方から覆うドームとなっている。また、カバー部材３１には、７つの貫通孔３１Ｕ、３１Ｌａ、３１Ｃａ、３１Ｒａ、３１Ｌｂ、３１Ｃｂ、３１Ｒｂがカバー部材３１の内周面３１ａと外周面３１ｂとを貫通して設けられている。これらのうち貫通孔３１ＵはＸＹ補正機構２２の上方位置に設けられている。ただし、図２および図３に示すように、貫通孔３１Ｕは回転軸ＡＸｒから（＋Ｘ）方向に少しずれて配置されている。また、図３に示すように、回転軸ＡＸｒを含むＸＺ平面（同図の紙面）上において、貫通孔３１ＣａがＸＹ補正機構２２から見て斜め４５゜の方向に設けられるとともに貫通孔３１ＣｂがＸＹ補正機構２２から見て横方向に設けられている。また、図２に示すように、ＸＹ補正機構２２を中心として貫通孔３１Ｃａ、３１Ｃｂから時計方向に約７５゜回転した位置に貫通孔３１Ｌａ、３１Ｌｂがそれぞれ設けられている。これらと同様に、貫通孔３１Ｃａ、３１Ｃｂから反時計方向に約７５゜回転した位置に貫通孔３１Ｒａ、３１Ｒｂがそれぞれ設けられている。

　撮像デバイス３２は７台のカメラＣＵ、ＣＬａ、ＣＣａ、ＣＲａ、ＣＬｂ、ＣＣｂ、ＣＲｂで構成されている。これらのうちカメラＣＵは撮像位置に位置決めされたワークＷを上方より撮像可能に貫通孔３１Ｕに配設されている。なお、カメラＣＵはワークＷの検査のみならず後で詳述する位置ずれ量の検出においても用いられるものであり、本発明の「カメラ」の一例に相当している。それ以外のカメラＣＬａ、ＣＣａ、ＣＲａ、ＣＬｂ、ＣＣｂ、ＣＲｂは検査用として用いられる。

　カメラＣＣａはＸ方向で且つＸＹ平面に対して４５゜の撮像方向（以下「中央斜め方向」という）よりステージ２１上のワークＷを撮像可能に貫通孔３１Ｃａに配設されている。カメラＣＬａはＸ方向より時計回りに７５゜回転した方向で且つＸＹ平面に対して４５゜の撮像方向（以下「左斜め方向」という）よりステージ２１上のワークＷを撮像可能に貫通孔３１Ｌａに配設されている。カメラＣＲａはＸ方向より反時計回りに７５゜回転した方向で且つＸＹ平面に対して４５゜の撮像方向（以下「右斜め方向」という）よりステージ２１上のワークＷを撮像可能に貫通孔３１Ｒａに配設されている。カメラＣＣｂはＸ方向と平行な横方向（以下「中央横方向」という）よりステージ２１上のワークＷを撮像可能に貫通孔３１Ｃｂに配設されている。カメラＣＬｂはＸ方向より時計回りに７５゜回転した横方向（以下「左横方向」という）よりステージ２１上のワークＷを撮像可能に貫通孔３１Ｌｂに配設されている。カメラＣＲｂはＸ方向より反時計回りに７５゜回転した横方向（以下「右横方向」という）よりステージ２１上のワークＷを撮像可能に貫通孔３１Ｒｂに配設されている。

　照明デバイス３３では、例えば三角形状や台形形状の複数のプリント基板（図示省略）がカバー部材３１の内周面３１ａに敷き詰められている。本実施形態では、内周面３１ａは、６つの配置領域（図３においてＡＣ＋、ＡＣ－のみを図示し、図４においてＡＬ＋、ＡＬ－のみを図示し、残りの２つについては図示を省略）に区画されている。配置領域ＡＣ＋では、１枚または複数枚のプリント基板が敷き詰められている。当該プリント基板では、貫通孔３１Ｕ、３１Ｃａ、３１Ｃｂに対向して同一サイズの貫通孔（図示省略）が設けられている。また、これらの貫通孔を除き、当該プリント基板には、複数のスルーホールが設けられている。そして、発光素子３３１の発光面を位置合せされたワークＷに向けた状態で。発光素子３３１のリードがスルーホールに挿入され、プリント基板のランドに実装されている。例えば図３に示すように、内周面３１ａの配置領域ＡＣ＋において複数の発光素子３３１が分散して配置され、制御部４の照明制御部４５からの点灯指令に応じて各発光素子３３１が発光することで（＋Ｘ）方向側からワークＷに対して種々の照明方向より照明光が照射される。

　また、同図に示すように、配置領域ＡＣ－においても、１枚または複数枚のプリント基板が敷き詰められている。内周面３１ａの配置領域ＡＣ－においても、複数の発光素子３３１が分散して配置されている。そして、制御部４の照明制御部４５からの点灯指令に応じて各発光素子３３１が発光することで（－Ｘ）方向側からワークＷに対して種々の照明方向より照明光が照射される。

　また、その他の配置領域においても、上記配置領域ＡＣ＋、ＡＣ－と同様に、制御部４の照明制御部４５からの点灯指令に応じて各発光素子３３１が発光することでワークＷに対して種々の照明方向より照明光が照射される。なお、発光素子３３１としては、ＬＥＤなどを用いることができる。

　制御部４は、図１に示すように、演算処理部４１、画像処理部４２、記憶部４３、駆動制御部４４および照明制御部４５を有している。記憶部４３はハードディスクドライブなどの記憶媒体で構成されており、検査時に各カメラＣＵ、ＣＬａ、ＣＣａ、ＣＲａ、ＣＬｂ、ＣＣｂ、ＣＲｂにより撮像される画像のみならず、後で詳述する位置ずれ量を検出するためにカメラＣＵにより撮像される参照画像や検査画像を記憶する。カメラＣＵは、検査用として機能するのみならず、位置ずれ検出用としても機能するものであり、本発明の「カメラ」の一例に相当している。そこで、検査用としてのみ機能するカメラＣＬａ、ＣＣａ、ＣＲａ、ＣＬｂ、ＣＣｂ、ＣＲｂと区別するため、カメラＣＵを適宜「上方カメラＣＵ」と称する。

　画像処理部４２は撮像デバイス３２により取得された画像データを記憶部４３から読み出し、テンプレートマッチング用の画像、参照画像、検査画像やワーク検査用画像などを作成する。また、駆動制御部４４はＸＹ補正機構２２やステージ駆動機構２３などを駆動することで、ワークＷがステージ面２１ａに載置されたステージ２１を所望位置に位置決めする。また、照明制御部４５は発光素子３３１の点灯および消灯を切り替え、ワークＷの照明を制御する。

　演算処理部４１はＣＰＵ（= Central Processing Unit）やＲＡＭ（=Random Access Memory）等を有するコンピューターにより構成されている。演算処理部４１は予め記憶部４３に記憶されているプログラムを適宜読み出し、ＲＡＭに展開する。そして、演算処理部４１は、展開されたプログラムにしたがって、次に詳述するように、参照画像を取得する参照画像取得工程と、回転中心座標を取得する回転中心取得工程と、検査画像を取得する検査画像取得工程と、位置ずれ量を算出する位置ずれ算出工程と、位置ずれ量に基づいて位置合せを行う位置合せ工程と、位置合せされたワークＷの検査を行うワーク検査工程とを実行する。このように、演算処理部４１は回転中心取得部４１１、位置ずれ算出部４１２、位置合せ部４１３およびワーク検査部４１４として機能する。

　図５は検査装置によるワーク検査に先立って行われる準備作業を示すフローチャートである。また、図６Ａないし図６Ｅは準備作業で実行される工程を模式的に示す図であり、これらの図面では、立体形状を有するワークＷを検査するための準備作業が図示されている。この準備作業では、まず最初に、上方カメラＣＵのキャリブレーションが実行される（ステップＳ１１）。より具体的には、既知のパターンが設けられたプレート（図示省略）が図示を省略する搬送ロボットやオペレータなどによりステージ２１のステージ面２１ａに載置されると、ステージ駆動機構２３がステージ２１を撮像部３の直下位置に移動させる。この位置は本発明の「基準位置」の一例に相当し、本明細書ではロボット座標系における座標（０，０，０）としている。なお、このとき、ＸＹ補正機構２２は予め設定されている原点に位置している。また、ロボット座標系のＸ方向、Ｙ方向およびＺ方向における単位はｍｍである。

　この位置決め後に、発光素子３３１が一時的に点灯して上記プレートを照明するとともに上方カメラＣＵが照明されたプレートを撮像してパターン像を取得する。そして、演算処理部４１が、パターン像に基づいて上方カメラＣＵのキャリブレーションを行い、上方カメラＣＵの内部パラメータ（レンズの歪み係数、焦点距離、イメージセンサの素子(ピクセル)数など）および外部パラメータ（ステージ２１との相対位置など）を求め、記憶部４３に記憶する。

　上記キャリブレーションが完了すると、ステージ駆動機構２３がステージ２１を撮像部３の直下位置から水平方向に離れたワーク受渡位置（図示省略）に移動させる。そして、図示を省略する搬送ロボットやオペレータなどにより、ワーク受渡位置でキャリブレーション用のプレートに代えて参照用のワークＷ（以下「参照ワークＷｒ」という）がステージ２１のステージ面２１ａに載置される。こうして、参照ワークＷｒの搬入が行われる（ステップＳ１２）。なお、参照ワークＷｒは、別途検査が行われ欠陥を有さず、設計通りに製造されたワークである。一方、後で説明する検査対象となるワークＷについては、上記参照ワークＷｒと区別するために、「被検査ワークＷｔ」と称する。

　参照ワークＷｒがステージ面２１ａに載置されたステージ２１は、図６Ａの右側図面に示すように、基準位置に移動されて位置決めされる（ステップＳ１３）。また、この位置決め段階では、Ｒ軸駆動機構２３３によるステージ２１の回転量Ｒ（単位はｄｅｇ）はゼロである。なお、このときの参照ワークＷｒの姿勢を本明細書では「基準ワーク姿勢」と称する。

　次のステップＳ１４では、発光素子３３１が一時的に点灯して参照ワークＷｒを照明するとともに、照明された上方カメラＣＵが参照ワークＷｒを上方から撮像する。これにより、例えば同図の左側図面に示すような参照画像（ImgRef）が取得される。なお、同図面（および後の図６Ｂ～図６Ｅ、図８Ａ～図８Ｅ）中の「ImageX」および「ImageY」は、それぞれカメラ座標系におけるＸ座標およびＹ座標を示しており、それらの単位はピクセルである。こうして取得された参照画像（ImgRef）には、ワークＷの特徴的な部位、本実施形態では水平方向に突起した突起部位Ｗｐの像が映り込んでいる。そこで、本実施形態では、突起部位Ｗｐに対応する画像領域を特徴領域Ｗｃとし、これがテンプレートマッチング用モデルとして作成される。また、特徴領域Ｗｃの重心位置が特徴点ＣＰに設定されている（ステップＳ１５）。なお、テンプレートマッチング用モデルを設定するために、これ以外の画像領域を特徴領域Ｗｃとしたり、重心以外の位置を特徴点ＣＰとしてもよいことは言うまでもない。

　これに続いて、演算処理部４１は、回転量Ｒをゼロに維持したまま、予め設定された所定回数だけステージ面２１ａと平行な水平方向にステージ２１を多段階に移動させるとともに、各ステージ移動に伴う参照画像の変位量を算出する（ステップＳ１６～Ｓ１９）。すなわち、参照ワークＷｒがステージ面２１ａに載置されたままステージ２１は、例えば図６Ｂの右側図面に示すように、ロボット座標系における基準位置（０，０，０）から位置（１，０，０）に水平移動される（ステップＳ１６）。そして、移動完了後に、上方カメラＣＵがＸ方向に１ｍｍだけ移動した参照ワークＷｒを上方から撮像する。これにより、例えば同図の左側図面に示すような参照画像（ImgObj_1_0）が取得される（ステップＳ１７）。演算処理部４１は、参照画像（ImgRef）の特徴領域Ｗｃ（図６Ａ）と参照画像（ImgObj_1_0）の特徴領域Ｗｃ（図６Ｂ）とのテンプレートマッチングを実行することで、カメラ座標系における参照画像（ImgObj_1_0）の変位方向および変位量を算出する（ステップＳ１８）。より具体的には、演算処理部４１は、図６Ｃに示すように、参照画像（ImgRef）の特徴点ＣＰ（ImgRef）と参照画像（ImgObj_1_0）の特徴点ＣＰ（ImgObj_1_0）とに基づいてImageX方向において参照画像（ImgRef）に対して参照画像（ImgObj_1_0）が移動したピクセル数と、ImageY方向において参照画像（ImgRef）に対して参照画像（ImgObj_1_0）が移動したピクセル数とをカウントする。このような一連の処理、つまりステージ移動（ステップＳ１６）、参照画像（ImgObj_X_Y）の取得（ステップＳ１７）および参照画像（ImgObj_X_Y）の変位算出（ステップＳ１８）を、演算処理部４１はステップＳ１９で所定回数に達したと判断されるまで繰り返す。なお、本実施形態では、図６Ｃに示すように、テンプレートマッチングの誤差や上方カメラＣＵの分解能などを考慮して上記所定回数を「７」に設定し、基準位置（０，０，０）から７つの位置に移動させる毎に変位を算出しているが、所定回数はこれに限定されるものではなく、任意である。また、１回あたりのステージ移動量についても任意である。

　次のステップＳ２０では、ステージ移動量、参照画像（ImgObj_X_Y）の変位（＝変位方向および変位量）および上方カメラＣＵの内部パラメータから、演算処理部４１は世界座標系におけるＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の方向を定義するとともに上方カメラＣＵの外部パラメータを更新する。なお、世界座標系の定義にあたっては、従来より周知の算出方法を用いることができ、本実施形態では特開２０１０－１３５６４２号公報に記載された算出方法を用いている。

　こうして世界座標系の定義が完了すると、参照ワークＷｒがステージ面２１ａに載置されたままステージ２１が、図６Ｄの右側図面に示すように、基準位置に戻されて位置決めされる。また、ステージ２１がＸＹ補正機構２２と一体的にＲ軸駆動機構２３３により所定角度Ｒ１（例えば数ｄｅｇ）だけ回転軸ＡＸｒまわりに回転される（ステップＳ２１）。これに続いて、発光素子３３１が点灯して参照ワークＷｒを照明するとともに、上方カメラＣＵが参照ワークＷｒを上方から撮像する。これにより、例えば同図の左側図面に示すような参照画像（ImgRef_R1）が取得される（ステップＳ２２）。

　次に、演算処理部４１は、カメラ座標系における画像の回転中心（Row_C，Col_C）を予め記憶部４３に記憶されている規定値に仮設定する（ステップＳ２３）。そして、演算処理部４１はカメラ座標系において上記参照画像（ImgRef_R1）を回転中心（Row_C，Col_C）まわりに角度（－Ｒ１）だけ回転させる。これにより、図６Ｅに示すように、参照画像（ImgRef_R2）が作成される（ステップＳ２４）。ここで、回転中心（Row_C，Col_C）が参照ワークＷｒの真の回転中心（Row_True，Col_True）と一致している場合、参照画像（ImgRef）と参照画像（ImgRef_R2）も一致する。一方、回転中心の不一致により参照画像（ImgRef_R2）は参照画像（ImgRef）から変位する。

　そこで、本実施形態では、演算処理部４１はステップＳ２５～Ｓ２７を実行することで、参照画像（ImgRef）と参照画像（ImgRef_R2）との一致度合いを検証している。すなわち、演算処理部４１は、参照画像（ImgRef）の特徴領域Ｗｃ（図６Ａ）と参照画像（ImgRef_R2）の特徴領域Ｗｃ（図６Ｅ）とのテンプレートマッチングを実行することで、カメラ座標系における参照画像（ImgRef_R2）の変位量を算出する（ステップＳ２５）。より具体的には、ImageX方向およびImageY方向における参照画像（ImgRef_R2）のずれ量がそれぞれピクセル数で求められる。これらのずれ量、上方カメラＣＵの内部パラメータ、およびステップＳ２０で更新された外部パラメータに基づいて、演算処理部４１は世界座標系におけるＸ座標ＸｗおよびＹ座標Ｙｗを求める。こうして求められたＸ座標ＸｗおよびＹ座標Ｙｗは、回転軸ＡＸｒまわりに回転量Ｒ１だけ正逆回転されることで元の位置に戻された参照ワークＷｒのＸＹ面内での位置を示している。そこで、演算処理部４１は、Ｘ座標ＸｗおよびＹ座標Ｙｗからワーク回転に伴う参照ワークＷｒの基準位置からの誤差を算出する（ステップＳ２６）。こうして求めた誤差が後で説明するワーク検査において許容される値以下であるか否かを演算処理部４１が判定する（ステップＳ２７）。

　ステップＳ２７で誤差が許容値を超えていると判定する間、演算処理部４１は、回転中心（Row_C，Col_C）を変更した（ステップＳ２８）上で、ステップＳ２４に戻り、一連の工程（ステップＳ２４～Ｓ２７）を繰り返す。一方、ステップＳ２７で誤差が許容値以下であると判定すると、演算処理部４１はその時点の回転中心（Row_C，Col_C）を参照ワークＷｒの真の回転中心（Row_True，Col_True）として設定する（ステップＳ２９）。これにより、本発明の「回転中心取得工程」の一例である準備作業が完了する。

　このようにして、本発明の「回転中心座標」の一例に相当する回転中心（Row_True，Col_True）が求められると、ステージ２１およびＸＹ補正機構２２が一体的にワーク受渡位置に移動され、図示を省略する搬送ロボットやオペレータなどにより参照ワークＷｒがステージ面２１ａから搬出される。

　次に、検査作業について図７および図８Ａ～図８Ｅに基づいて説明する。図７は検査装置によるワーク検査を示すフローチャートである。また、図８Ａないし図８Ｅはワーク検査で実行される工程を模式的に示す図である。ワーク検査では、図示を省略する搬送ロボットやオペレータなどにより検査対象となる被検査ワークＷｔがワーク受渡位置に位置しているステージ２１のステージ面２１ａ上に搬入される（ステップＳ３１）。そして、被検査ワークＷｔの検査指令が与えられると、図８Ａの右側図面に示すように、ステージ駆動機構２３によりステージ２１がＸＹ補正機構２２と一体的に撮像部３の直下に移動し、基準位置に位置決めされる（ステップＳ３２）。そして、演算処理部４１は、上記プログラムにしたがって装置各部を以下のように制御することで、被検査ワークＷｔの参照ワークＷｒに対する位置ずれ量を求め、さらに当該位置ずれ量に基づいて被検査ワークＷｔの位置合せを行う。なお、本実施形態では、位置ずれ量として、準備作業により求められた回転中心座標を回転中心とする参照ワークＷｒに対する被検査ワークＷｔのワーク回転量と、ステージ面２１ａと平行な方向への参照ワークＷｒに対する被検査ワークＷｔのワーク移動量とが互いに独立して求められる。

　まずワーク回転量を求めるために、発光素子３３１が点灯して被検査ワークＷｔを照明するとともに、上方カメラＣＵが被検査ワークＷｔを上方から撮像する。これにより、例えば同図の左側図面に示すような検査画像（ImgTarget）が取得される（検査画像取得工程：ステップＳ３３）。演算処理部４１は、図８Ｂに示すように、参照画像（ImgRef）の特徴領域Ｗｃと検査画像（ImgTarget）の特徴領域Ｗｃとのテンプレートマッチングを実行することで、カメラ座標系における検査画像（ImgTarget）の参照画像（ImgRef）に対する回転量Ｒ３を算出する（ステップＳ３４）。

　次に、演算処理部４１がステップＳ３５～Ｓ３７を実行してステージ面２１ａと平行な方向での移動量を求める。ステップＳ３５では、演算処理部４１がカメラ座標系において上記検査画像（ImgTarget）を予め準備作業で求めておいた回転中心（Row_True，Col_True）まわりに角度（－Ｒ３）だけ回転させる。これにより、図８Ｃに示すように、検査画像（ImgTarget_R4）が作成される。それに続いて、演算処理部４１は、図８Ｄに示すように、参照画像（ImgRef）の特徴領域Ｗｃと検査画像（ImgTarget_R4）の特徴領域Ｗｃとのテンプレートマッチングを実行することで、カメラ座標系における検査画像（ImgTarget_R4）の参照画像（ImgRef）に対する変位量を算出する（ステップＳ３６）。つまり、ImageX方向およびImageY方向における検査画像（ImgTarget_R4）の変位量がそれぞれピクセル数で求められる。さらに、上方カメラＣＵの内部パラメータおよび外部パラメータに基づいて、演算処理部４１は上記変位量（ピクセル数）をロボット座標系での被検査ワークＷｔの移動量に変換する（ステップＳ３７）。これによって、Ｘ軸方向のＸ移動量およびＹ軸方向のＹ移動量が位置ずれ量として算出される。

　位置ずれ量（＝回転量Ｒ３＋Ｘ移動量＋Ｙ移動量）が求められると、それらに基づいて補正量が算出され、当該補正量にしたがってステージ２１が移動される。より具体的には、Ｒ軸駆動機構２３３がステージ２１およびＸＹ補正機構２２を一体的に回転量（－Ｒ３）だけ回転させるとともに、ＸＹ補正機構２２がステージ２１をＸ軸方向およびＹ軸方向にそれぞれ（－Ｘ移動量）および（－Ｙ移動量）だけ移動させる。これにより、ステージ２１のステージ面２１ａに載置されている被検査ワークＷｔは基準位置において基準ワーク姿勢を取り、被検査ワークＷｔの位置合せが完了する（ステップＳ３８）。

　その後で、発光素子３３１が点灯して被検査ワークＷｔを照明するとともに、撮像部３により被検査ワークＷｔが撮像されてワーク検査用画像が取得される。そして、当該画像に基づいて演算処理部４１のワーク検査部４１４が被検査ワークＷｔの検査を行う（ステップＳ３９）。そして、検査終了後、ステージ２１およびＸＹ補正機構２２が一体的にワーク受渡位置に移動され、図示を省略する搬送ロボットやオペレータなどにより被検査ワークＷｔがステージ面２１ａから搬出される（ステップＳ４０）。

　以上のように、本実施形態では、参照画像（ImgRef）および検査画像（ImgTarget）のみならず、回転中心（Row_True，Col_True）を考慮して位置ずれ量を検出している。したがって、ワークＷが立体形状を有する場合であっても、参照ワークＷｒに対する被検査ワークＷｔの位置ずれ量を高精度に検出することができる。また、当該位置ずれ量に対応してステージ２１を移動させるため、参照ワークＷｒに対する被検査ワークＷｔの位置合せ精度を高めることができる。さらに、こうして位置合せされた被検査ワークＷｔに対して検査を行っているため、検査精度を高めることができる。

　上記したように本実施形態では、ワークＷの突起部位Ｗｐが本発明の「特徴部位」の一例に相当している。ステップＳ１４が本発明の「参照画像取得工程」の一例に相当している。ステップＳ１７が本発明の「工程（ａ）」の一例に相当し、ステップＳ１８、Ｓ２０が本発明の「工程（ｂ）」の一例に相当し、ステップＳ２１、Ｓ２２が本発明の「工程（ｃ）」の一例に相当し、ステップＳ２４が本発明の「工程（ｄ）」の一例に相当している。ステップＳ２５～Ｓ２９が本発明の「工程（ｅ）」の一例に相当し、ステップＳ２６が本発明の「工程（ｅ－１）、（ｅ－２）」の一例に相当し、ステップＳ２９が本発明の「工程（ｅ－３）」の一例に相当している。また、参照画像（ImgRef）、（ImgObj_X_Y）、（ImgRef_R1）、（ImgRef_R2）がそれぞれ本発明の「第１参照画像」、「第２参照画像」、「第３参照画像」、「第４参照画像」の一例に相当している。検査画像（ImgTarget）、（ImgTarget_R4）はそれぞれ本発明の「第１検査画像」および「第２検査画像」の一例に相当している。また、回転量Ｒ３が本発明の「ワーク回転量」の一例に相当し、Ｘ移動量およびＹ移動量が本発明の「ワーク移動量」の一例に相当している。また、回転中心（Row_C，Col_C）が本発明の「仮の回転中心座標」の一例に相当し、ステップＳ２７で「ＹＥＳ」と判定するまで多段階で変更される。また、回転軸ＡＸｒまわりに回転量Ｒ１だけ正逆回転されることで元の位置に戻された参照ワークＷｒが本発明の「第４参照画像に対応する参照ワーク」に相当している。さらに、ＸＹ補正機構２２、Ｒ軸駆動機構２３３が本発明の「ステージ補正機構」および「回転機構」の一例に相当している。

　なお、本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない限りにおいて上述したもの以外に種々の変更を行うことが可能である。例えば上記実施形態では、上方カメラＣＵはステージ２１の上方に設けられ、その撮像方向とステージ面２１ａとのなす角度はほぼ９０゜であるが、その角度はこれに限定されるものではない。ただし、上記角度が小さくになり、撮像方向が斜めになると、それを考慮して参照画像や検査画像を補正する必要がある。しかも、その補正量は、上記角度が小さくなるにしたがって大きくなり、位置ずれ量の検出精度も低下する傾向にある。したがって、十分な検出精度を得るためには、上記角度は６０゜以上、かつ９０゜以下に設定するのが望ましい。

　また、上記実施形態では、検査用として機能する上方カメラＣＵを、ステージ２１のステージ面２１ａに載置されたワークＷ（参照ワークＷｒ、被検査ワークＷｔ）を上方から撮像して位置ずれ検出用のカメラとして兼用しているが、位置ずれ検出用の専用カメラを別途設けてもよい。また、別の検査用カメラ、例えばカメラＣＬａ、ＣＣａ、ＣＲａの撮像方向を６０゜以上かつ９０゜以下に調整して位置ずれ検出用のカメラとして兼用してもよい。

　また、上記実施形態では、７台のカメラにより被検査ワークＷｔを撮像して位置合せを行う位置合せ装置および被検査ワークＷｔを検査する検査装置１に対して本発明を適用しているが、発明の適用対象はこれに限定されるものではなく、１～６台のカメラや８台以上のカメラを用いて位置合せ装置や被検査ワークＷｔを検査する検査装置に対しても本発明を適用することができる。

　以上、特定の実施例に沿って発明を説明したが、この説明は限定的な意味で解釈されることを意図したものではない。発明の説明を参照すれば、本発明のその他の実施形態と同様に、開示された実施形態の様々な変形例が、この技術に精通した者に明らかとなるであろう。故に、添付の特許請求の範囲は、発明の真の範囲を逸脱しない範囲内で、当該変形例または実施形態を含むものと考えられる。

　この発明は、ステージ上に載置されるワークの位置ずれ量を正確に検出する位置ずれ検出技術全般、位置ずれ量に基づいてワークを位置合わせる位置合せ技術全般および検査装置全般に適用することができる。

　１…検査装置
　２…載置部
　３…撮像部
　２１…ステージ
　２１ａ…ステージ面
　２２…ＸＹ補正機構（ステージ補正機構）
　３２…撮像デバイス
　４３…記憶部
　２３３…Ｒ軸駆動機構（回転機構）
　４１２…位置ずれ算出部
　４１３…位置合せ部
　４１４…ワーク検査部
　ＡＸｒ…回転軸
　ＣＰ…特徴点
　ＣＵ…上方カメラ
　Ｗ…ワーク
　Ｗｐ…突起部位（特徴部位）
　Ｗｒ…参照ワーク
　Ｗｔ…被検査ワーク
　Ｘｗ…Ｘ座標
　Ｙｗ…Ｙ座標

Claims

　参照ワークがステージ面に載置されたステージを基準位置に位置決めした後で、前記参照ワークを前記ステージの上方よりカメラにより撮像して前記参照ワークの特徴部位を含む第１参照画像を取得する参照画像取得工程と、
　前記ステージ面に対して垂直な回転軸まわりに前記ステージを回転させることに伴い変位する前記特徴部位の回転中心座標を求める回転中心取得工程と、
　前記ステージ面に載置された被検査ワークを前記カメラにより撮像して前記被検査ワークの特徴部位を含む第１検査画像を取得する検査画像取得工程と、
　前記第１参照画像、前記第１検査画像および前記回転中心座標に基づいて前記参照ワークに対する前記被検査ワークの位置ずれ量を求める位置ずれ算出工程と、
を備えることを特徴とする位置ずれ検出方法。
　請求項１に記載の位置ずれ検出方法であって、
　前記回転中心取得工程は、
　（ａ）前記参照ワークを載置したまま前記基準位置から前記ステージ面と平行な方向に前記ステージを移動させた後で、前記参照ワークを前記カメラにより撮像することで前記特徴部位を含む第２参照画像を取得する工程と、
　（ｂ）カメラ座標系における前記第２参照画像の前記第１参照画像からの変位から世界座標系を定義する工程と、
　（ｃ）前記参照ワークを載置したまま前記基準位置で前記回転軸まわりに角度Ｒだけ回転させた後で、前記参照ワークを前記カメラにより撮像して前記特徴部位を含む第３参照画像を取得する工程と、
　（ｄ）カメラ座標系において前記第３参照画像を前記回転中心座標を中心に角度（－Ｒ）だけ回転させて第４参照画像を作成する工程と、
　（ｅ）前記第１参照画像と前記第４参照画像とのマッチングの結果から前記回転中心座標を決定する工程と、
を有する位置ずれ検出方法。
　請求項２に記載の位置ずれ検出方法であって、
　前記（ｅ）工程は、
　（ｅ－１）前記工程（ｄ）における前記回転中心座標を仮の回転中心座標とし、前記マッチングの結果に基づいて前記第４参照画像に対応する前記参照ワークの世界座標系での位置を求める工程と、
　（ｅ－２）前記工程（ｅ－１）で求められた位置と、前記基準位置との誤差を求める工程と、
　（ｅ－３）前記誤差が所定の規定値以内である前記仮の回転中心座標を前記回転中心座標として決定する工程と、
を有する位置ずれ検出方法。
　請求項３に記載の位置ずれ検出方法であって、
　前記回転中心取得工程は、前記工程（ｅ－３）により前記回転中心座標が決定されるまで、前記仮の回転中心座標を多段階に変更しながら前記工程（ｄ）および前記工程（ｅ）を実行する位置ずれ検出方法。
　請求項１ないし４のいずれか一項に記載の位置ずれ検出方法であって、
　前記位置ずれ算出工程は、前記回転中心座標を回転中心とする前記参照ワークに対する前記被検査ワークのワーク回転量と、前記ステージ面と平行な方向への前記参照ワークに対する前記被検査ワークのワーク移動量とを互いに独立して前記位置ずれ量として求める位置ずれ検出方法。
　請求項５に記載の位置ずれ検出方法であって、
　前記位置ずれ算出工程は、
　前記第１参照画像と前記第１検査画像とのマッチングの結果に基づいてカメラ座標系における前記第１参照画像に対する前記第１検査画像の回転量Ｒを前記ワーク回転量として求める工程と、
　前記回転中心座標を回転中心として前記第１検査画像を回転量（－Ｒ）だけ回転させて第２検査画像を作成する工程と、
　前記第１参照画像と前記第２検査画像とのマッチングの結果から、前記ステージ面と平行な方向における前記第１参照画像に対する前記第２検査画像の移動量を前記ワーク移動量として求める工程と、
を有する位置ずれ検出方法。
　請求項１ないし６のいずれか一項に記載の位置ずれ検出方法であって、
　前記カメラの撮像方向と前記ステージ面とのなす角度は６０゜以上かつ９０゜以下である位置ずれ検出方法。
　ステージ面を有するステージと、前記ステージ面と平行に前記ステージを移動させて前記ステージの位置を補正するステージ補正機構と、前記ステージ面に対して垂直な回転軸まわりに前記ステージを回転させる回転機構とを有する載置部と、
　前記ステージ面に載置される参照ワークおよび被検査ワークを前記ステージの上方から撮像するカメラと、
　前記ステージが基準位置に位置決めされた状態で前記ステージ面に載置された前記参照ワークを前記カメラが撮像することで取得される前記参照ワークの特徴部位を含む第１参照画像と、前記ステージ面に載置された前記被検査ワークを前記カメラが撮像することで取得される前記被検査ワークの特徴部位を含む第１検査画像と、を記憶する記憶部と、
　前記回転機構による前記ステージの回転に伴い変位する前記特徴部位の回転中心座標を求める回転中心取得部と、
　前記第１参照画像、前記第１検査画像および前記回転中心座標に基づいて前記参照ワークに対する前記被検査ワークの位置ずれ量を求める位置ずれ算出部と、
を備えることを特徴とする位置ずれ検出装置。
　請求項８に記載の位置ずれ検出装置と、
　前記位置ずれ算出部により求められた前記位置ずれ量に基づき、前記被検査ワークが前記ステージ面に載置された前記ステージを位置決めして前記被検査ワークの位置合せを行う位置合せ部と、
を備えることを特徴とする位置合せ装置。
　請求項９に記載の位置合せ装置と、
　前記位置合せ装置により位置合せされた前記被検査ワークを撮像して取得されるワーク検査用画像に基づいて前記被検査ワークを検査するワーク検査部と、
を備えることを特徴とする検査装置。