JP2013185862A - 欠陥検査装置及び欠陥検査方法 - Google Patents

Abstract

【課題】高速に、高感度に欠陥を検出することが可能な検査装置を提供する。
【解決手段】本発明に係る欠陥検査装置は、検査対象物の画像を撮影する撮像部１１と、画像を複数の領域に分割し、各領域に含まれる画素の輝度値を平均して分割画像を作成する画像生成部１３と、複数の領域のうちの１つの領域の輝度値と当該領域の周囲に存在する領域の輝度値と比較して、欠陥候補領域を抽出する欠陥候補抽出部１４と、欠陥候補領域に対して画像処理を行うことで欠陥を検出する欠陥検出部１５を備える。
【選択図】図２

Description

本発明は、人の視覚メカニズムをモデル化した欠陥検査方法及び欠陥検査装置に関する。

特許文献１には、熟練作業者の検査メカニズムをモデル化した欠陥検出方法が記載されている。特許文献１では、作業者の視線経路に沿って撮像視点を移動させて検査対象物の動画像を取得し、当該動画像に対して画像処理を行うことにより特徴量を算出して、欠陥に該当する可能性を有する欠陥候補部位を特定している。この欠陥候補部位について詳細な検査が実行され、実際の欠陥か否かが判断される。

特許文献２では、広視野を暗視野照明を使って低解像度で検査し、合否判定が難しい微小サイズの異物に対しては狭視野を明視野照明を使って高解像度に再検査を実行する技術が開示されている。

特開２０１０−２２３９３２号公報 特開２００９−１６２５６３号公報

しかしながら、特許文献２では、微小サイズの異物がどこに存在するかわからないため、検査対象物全体に対して検査を行わないと見落としが発生する恐れがある。検査対象物全体を高解像度で検査を行うと、処理時間が膨大にかかり、製造工程のタクトタイムに間に合わなくなる。タクトタイムに合わせて処理を簡素化すると、欠陥の認識率が下がるという問題が発生する。

本発明は、このような事情を背景としてなされたものであり、高速に、高感度に欠陥を検出することが可能な欠陥検査装置及び欠陥検査方法を提供することを目的とする。

本発明の第１の態様に係る欠陥検査装置は、検査対象物の画像を撮影する撮像部と、前記画像を複数の領域に分割し、各領域に含まれる画素の輝度値を平均して分割画像を作成する画像生成部と、前記複数の領域のうちの１つの領域の輝度値と当該領域の周囲に存在する領域の輝度値と比較して、欠陥候補領域を抽出する欠陥候補抽出部とを備える。

本発明の第２の態様に係る欠陥検査装置は、上記の装置において、前記欠陥候補領域に対して画像処理を行うことで欠陥を検出する欠陥検出部をさらに備える。

本発明の第３の態様に係る欠陥検査装置は、上記の装置において、前記画像生成部は、前記画像を格子状に分割することを特徴とする。

本発明の第４の態様に係る欠陥検査装置は、上記の装置において、前記画像生成部は、前記画像を複数の領域に分割した第１処理画像と、前記第１の処理画像と位相及び方向が異なる複数の領域に分割した第２処理画像とを生成し、前記第１処理画像及び前記第２処理画像を用いて、前記分割画像を生成することを特徴とする。

本発明の第５の態様に係る欠陥検査方法は、検査対象物の画像を撮影し、前記画像を複数の領域に分割し、各領域に含まれる画素の輝度値を平均して分割画像を作成し、前記複数の領域のうちの１つの領域の輝度値と当該領域の周囲に存在する領域の輝度値と比較して、欠陥候補領域を抽出し、前記欠陥候補領域に対して画像処理を行うことで欠陥を検出する。

本発明の第６の態様に係る欠陥検査方法は、上記の方法において、前記画像を格子状に分割することを特徴とする。

本発明の第７の態様に係る欠陥検査方法は、前記画像を複数の領域に分割した第１処理画像と、前記第１の処理画像と位相及び方向が異なる複数の領域に分割した第２処理画像とを生成し、前記第１処理画像及び前記第２処理画像を用いて、前記分割画像を生成することを特徴とする。

本発明によれば、処理時間を短くするとともに、高感度に欠陥を検出することが可能な欠陥検査装置及び欠陥検査方法を提供することを目的とする

実施の形態１に係る欠陥検査装置の構成を示す図である。 実施の形態１に係る欠陥検査装置の構成の一部を説明する図である。 実施の形態１に係る欠陥検査方法を示すフロー図である。 図１に示す欠陥検査装置の撮像部により得られる画像の一例を示す図である。 図４Ａの画像を分割する格子の例を示す図である。 図４Ｂに示す格子に分割して生成した格子分割画像の一例を示す図である。 図４Ｃの格子分割画像に基づいて検出された欠陥候補領域を示す図である。 実施の形態１に係る欠陥検査装置の撮像部により得られる画像の一例を示す図である。 図５Ａの画像を分割する格子の例を示す図である。 図５Ｂに示す格子に分割して生成した格子分割画像の一例を示す図である。 図５Ｃの格子分割画像に基づいて検出された欠陥候補領域を示す図である。 実施の形態２に係る欠陥検査方法を示すフロー図である。 図１に示す欠陥検査装置の撮像部により得られる画像の一例を示す図である。 分割画像に基づいて検出された欠陥候補領域を示す図である。 図１に示す欠陥検査装置の撮像部により得られる画像の一例を示す図である。 分割画像に基づいて検出された欠陥候補領域を示す図である。

目視で欠陥を検出する際、人間は欠陥候補領域の発見とその場所の精査という二つのステップで行っていると考える説がある。すなわち、人間の視覚メカニズムから目視検査をモデル化すると、
（１）周辺視を用いた正常と差異がある部分の大局的な認識による、欠陥候補領域の抽出
（２）欠陥候補領域を精査することによる判断
の２ステップと考えられる。

本発明は、この２ステップのうち１つ目のステップの欠陥候補領域の抽出をモデル化したものである。本発明では、カメラで撮影した検査対象物の画像を複数の領域に分割して、各領域の輝度値を平均化することにより、低解像度化した分割画像を生成する。この分割画像を用いて、人間が無意識に正常状態との違いを認識するメカニズムをモデル化した新しい手法である。２つ目のステップの欠陥候補領域の精査による欠陥の有無の判断は、通常の画像処理やデータベースとの照合など、従来の手法で行うことができる。

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。以下の説明は、本発明の実施の形態を説明するものであり、本発明が以下の実施形態に限定されるものではない。説明の明確化のため、以下の記載は、適宜、省略及び簡略化がなされている。又、当業者であれば、以下の実施形態の各要素を、本発明の範囲において容易に変更、追加、変換することが可能である。

実施の形態１．
本発明の実施の形態１に係る欠陥検査装置について、図１、２を参照して説明する。図１は、実施の形態１に係る欠陥検査装置の構成を示す図である。図１に示すように、欠陥検査装置１０は、撮像部１１、ＰＣ１２、照明部１３を備えている。図２は、ＰＣ１２の構成を示す模式図である。図２に示すように、ＰＣ１２は、画像生成部１４、欠陥候補抽出部１５、欠陥検出部１６を備えている。

撮像部１１は、検査対象物を撮影して、画像を生成する。撮像部１１としては、ＣＣＤ等のカメラ等を用いることができる。撮像部１１で撮影する際には、必要に応じて照明部１３にて検査対象物を照明することが可能である。

撮像部１１で撮影された画像は、ＰＣ１２に取り込まれる。人間が欠陥候補領域を発見する視覚メカニズムは周辺視を用いて正常状態からの差異を認識する。周辺視は、人間の網膜の周辺部を使って視野の周辺部を漠然と見ることで動きや位置を捉えるのに適しているものである。

すなわち、周辺視を用いるということは高精細な画像を使って認識しているのではない。このため、本発明では、画像生成部１４に取り込んだ画像を複数の領域に分割して、低解像度の分割画像を生成する。この分割画像化により、人間の欠陥発見のメカニズムを欠陥検出装置に適用できる。

画像生成部１４は、撮像部１１で撮像された画像から分割画像を生成する。まず、入力される画像を複数の領域に分割する。そして、各領域に含まれる画素の輝度値を平均化して、当該領域の輝度値とする。そして、各領域を合成して分割画像が生成される。

欠陥候補抽出部１５は、分割画像を用いて欠陥候補領域を抽出する。欠陥候補領域とは、欠陥が含まれている可能性のある領域をいう。具体的な処理としては、複数の領域の内の１つの領域の輝度値を当該領域の周辺に存在する領域の輝度値とを比較する。周辺の輝度値と比較して、所定の値以上小さい又は大きい領域を、その領域の近傍に欠陥が存在している欠陥候補領域とする。欠陥検出部１６は、欠陥候補領域と判断された領域を画像処理等の従来の手法を用いて精査し、欠陥が存在するか否かを判断する。

ここで、図３、４Ａ〜４Ｄを参照して、実施の形態１に係る欠陥検査方法について説明する。図３は、実施の形態１に係る欠陥検査方法を説明するフロー図である。図３に示すように、まず、撮像部１１で検査対象物を撮影し、画像がＰＣ１２に取り込まれる（Ｓ１１）。図４Ａに、撮像部１１により得られる画像の一例を示す。図４Ａに示す例では、画像中に複数の円が見られ、画像の中央右よりの位置に円の上部に黒色の線が欠陥として存在している。

次に、ＰＣ１２に取り込まれた画像は複数の領域に分割される（Ｓ１２）。図４Ｂに、図４Ａの画像を分割する格子の例（破線）を示す。ここでは、画像を格子状に分割する例について説明するが、分割される領域の形状は格子に限定されるものではない。なお、分割する領域の大きさは、検出したい欠陥の大きさ及び撮像部１１で取得される視野のサイズ等から任意に決定することができる。

その後、分割された各領域に含まれる画素の輝度値を平均化し、夫々の領域を合成して分割画像が生成される（Ｓ１３）。図４Ｃに、図４Ｂに示す格子に分割して生成した分割画像の一例を示す。図４Ｃに示すように、分割された各領域内はそれぞれ輝度が平均化されている。

そして、各領域内の輝度値と、当該領域の周囲の領域の輝度値とを比較する（Ｓ１４）。領域内の輝度値が所定値以上周囲の輝度値よりも大きい又は小さい領域が、欠陥候補領域として抽出される（Ｓ１５）。図４Ｄに、図４Ｃの格子分割画像に基づいて検出された欠陥候補領域を示す図である。図４Ｄに示す例では、図４Ａに示される複数の円のうち、円の上部に黒色の線がある円が欠陥候補領域として検出される。最後に、欠陥候補領域内を従来のように画像処理等を用いて詳細に検査することにより、欠陥が検出される（Ｓ１６）。

図５Ａ〜５Ｄを参照して、図４Ａ〜４Ｄとは異なるパターンを検査対象物とした例について説明する。図５Ａでは、撮像部１１により得られる画像の他の例が示される。図５Ａでは、チェッカーパターンが示される。図５Ｂにおいて破線で示されるように、図５Ａの画像が格子状に分割される。そして、上記と同様に、分割された各領域の輝度値が平均化され、夫々の領域を合成することにより、図５Ｃに示す分割画像が生成される。各領域の輝度値を周囲の領域の輝度値と比較することにより、図５Ｄに示すように欠陥候補領域が抽出される。

以上説明したように、検査対象物を撮影した画像を分割し、各領域を平均化して低解像度化した分割画像を用いることにより、人間が欠陥候補領域を発見する視覚メカニズムに類似したモデルにより欠陥候補領域を高感度に抽出することができる。そして、欠陥候補領域のみを精査することにより欠陥を検出することができるため、高速に検査を行うことが可能である。

実施の形態２．
本発明の実施の形態２に係る検査方法について、図６を参照して説明する。図６は、実施の形態２に係る検査方法を説明するフロー図である。実施の形態２において、実施の形態１と異なる点は、検査対象物の画像を複数の領域に分割する格子の位相及び方向を変化させて生成した複数の処理画像を積算することにより、分割画像を生成する点である。

ここで、格子の位相とは、例えば、検査対象物の画像を複数の領域に分割する格子の中心点を中心として格子を回転させる角度をいう。格子の方向とは、行列状の格子の列又は行の伸びる方向をいう。

図６に示すように、まず、撮像部１１で検査対象物を撮影し、画像がＰＣ１２に取り込まれる（Ｓ２１）。次に、ＰＣ１２に取り込まれた画像は、上記の格子により複数の領域に分割される（Ｓ２２）。その後、分割された各領域に含まれる画素の輝度値を平均化し、夫々の領域を合成して第１処理画像が生成される（Ｓ２３）。

そして、上記の格子の位相及び方向を変化させる（Ｓ２４）。格子の位相及び方向を変化させる度合については、欠陥のサイズ等から任意に決定することが可能である。その後、変化させた位相及び方向にて、Ｓ２１で取得された画像を複数の領域に分割し（Ｓ２５）、分割された各領域に含まれる画素の輝度値を平均化し、夫々の領域を合成して第２処理画像を生成する（Ｓ２６）。

そして、第１処理画像と第２処理画像とを積算して、分割画像が生成される（Ｓ２７）。この分割画像中の輝度値を比較し（Ｓ２８）、周囲の領域の輝度値と一定以上小さい又は大きい領域を欠陥候補領域として抽出する（Ｓ２９）。最後に、欠陥候補領域内を従来のように画像処理等を用いて詳細に検査することにより、欠陥が検出される（Ｓ３０）。

図６に示す例では、第１処理画像と第２処理画像の２つの処理画像を積算して分割画像を生成したが、これに限定されるものではない。２つより多い処理画像を生成し、これらの処理画像を積算することにより分割画像を生成してもよい。

図７Ａは、図１に示す欠陥検査装置１０の撮像部１１により得られる画像の一例を示す。図７Ｂは、図７Ａに示す画像から、位相及び方向を変化させた複数の処理画像を積算して得られた分割画像を示す。図７Ｂに示す例において、分割画像の中央右よりの領域が他の領域と比較して輝度値が高くなっており、この領域が欠陥候補領域として検出される。

図８Ａは、図１に示す欠陥検査装置１０の撮像部１１により得られる画像の他の例を示す。図８Ｂは、図８Ａに示す画像から、位相及び方向を変化させた複数の処理画像を積算して得られた分割画像を示す。図８Ｂに示す例において、分割画像の左下の領域が他の領域と比較して輝度値が高くなっており、この領域が欠陥候補領域として検出される。このように、図７Ｂ、８Ｂのいずれの例においても、高感度に欠陥を検出することが可能である。

尚、本発明は上記実施の形態に限られるものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。例えば、格子により輝度値を平均化する範囲を決定した後、その各格子内の画像を回転等させることにより、位相、方向を変化させてから輝度値を平均化してもよい。この場合、実施の形態１と同様に、位相、方向を変化された格子の輝度と、その周辺の格子の輝度とを比較して、欠陥候補領域を抽出することができる。

１０ 欠陥検査装置
１１ 撮像部
１２ ＰＣ
１３ 照明部
１４ 画像生成部
１５ 欠陥候補抽出部
１６ 欠陥検出部

Claims (7)

1. 検査対象物の画像を撮影する撮像部と、
   前記画像を複数の領域に分割し、各領域に含まれる画素の輝度値を平均して分割画像を作成する画像生成部と、
   前記複数の領域のうちの１つの領域の輝度値と当該領域の周囲に存在する領域の輝度値と比較して、欠陥候補領域を抽出する欠陥候補抽出部と、
   を備える欠陥検出装置。
2. 前記欠陥候補領域に対して画像処理を行うことで欠陥を検出する欠陥検出部をさらに備える請求項１に記載の欠陥検出装置。
3. 前記画像生成部は、前記画像を格子状に分割することを特徴とする請求項１又は２に記載の欠陥検出装置。
4. 前記画像生成部は、
   前記画像を複数の領域に分割した第１処理画像と、前記第１の処理画像と位相及び方向が異なる複数の領域に分割した第２処理画像とを生成し、
   前記第１処理画像及び前記第２処理画像を用いて、前記分割画像を生成することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の欠陥検出装置。
5. 検査対象物の画像を撮影し、
   前記画像を複数の領域に分割し、各領域に含まれる画素の輝度値を平均して分割画像を作成し、
   前記複数の領域のうちの１つの領域の輝度値と当該領域の周囲に存在する領域の輝度値と比較して、欠陥候補領域を抽出し、
   前記欠陥候補領域に対して画像処理を行うことで欠陥を検出する、
   欠陥検出方法。
6. 前記画像を格子状に分割することを特徴とする請求項５に記載の欠陥検出方法。
7. 前記画像を複数の領域に分割した第１処理画像と、前記第１の処理画像と位相及び方向が異なる複数の領域に分割した第２処理画像とを生成し、
   前記第１処理画像及び前記第２処理画像を用いて、前記分割画像を生成することを特徴とする請求項５又は６に記載の欠陥検出方法。