JP4994615B2

JP4994615B2 - パターン検査方法および装置

Info

Publication number: JP4994615B2
Application number: JP2005223891A
Authority: JP
Inventors: 翼湯口
Original assignee: オプテックスエフエー株式会社
Priority date: 2005-08-02
Filing date: 2005-08-02
Publication date: 2012-08-08
Anticipated expiration: 2025-08-02
Also published as: JP2007040778A

Description

本発明は、周期的に配置された複数のラベルや電子部品などの物品を移動させた状態で、該物品の有無をセンサで検出し、物品の欠落などを複数の物品による周期性パターンの異常として判定するパターン検査方法および装置に関する。

従来から、周期的に配置された複数のラベルや電子部品などの物品を載せたシートを移動させた状態で、光電センサのようなセンサで該物品の有無を検出し、シート上の物品の良・不良を判定するパターン検査装置が知られている。

このパターン検査装置は、例えば、複数のラベルを周期的に貼り付けたシートがロール状に巻き付けられた大径の原ロールから巻き取って、所定シート長さの小径のロールを生産する際に、シートを移動させながらシート上のラベルの有無を光電センサで検出して、ラベルが欠落しているか否かを判定する。図４に示すように、この従来装置では、光電センサＡでラベルの有無を検出する際に、シート上でラベルがあるべき場所を示す信号（同期信号）が必要とされる。

この場合、従来装置は、図５に示すように、ロータリーエンコーダなどを使用し、速度に応じたパルス信号をカウントして、ラベルの位置を割り出す。また、図６に示すように、シートにマークを付けて別の光電センサＢでラベルの位置を検出する方法もある。

しかし、図５の方法では、ラベルの大きさが変わった場合には、その都度しきい値などの検査条件設定を変える必要がある。また、図６の方法では、予めシートにマークを印刷する必要があり、工程が増えること、また、マークの印刷自体が欠落した場合には、検査できないという問題があった。

その一方、物品をカメラで撮影しその画像を処理する画像処理装置を用いて物品の欠落を判定する方法も知られている（例えば、特許文献１）。この方法は、ＣＣＤカメラから得られた画像に基づいて判定するものであり、位置検出用にマークを指定する。
特開２００３−２７９３１２号公報

しかし、この画像処理装置を用いた検査装置では、画像処理装置自体が高価な点と、上記と同様に検査対象の物品に応じて検査条件設定を変更する必要があって、より煩雑な操作が必要となる点とから、実際の使用が困難であるという問題があった。また、画像処理に一定の時間がかかり、高速処理に対応できないという問題もあった。

本発明は、前記の問題点を解決して、検査対象に応じて検査条件設定を変更する必要がなく、簡単な構造かつ低コストで、高速処理が可能なパターン検査方法および装置を提供することを目的としている。

前記目的を達成するために、本発明にかかるパターン検査方法および装置は、周期的に配置された物品を移動させた状態で、該物品の有無をセンサで検出し、検出されたオンとオフとが交互に連続するオン・オフパターン信号に基いて、該物品による周期性パターンの異常を検査するものであって、物品の位置を検出するための同期信号を不要とした状態で、物品の移動速度と対応する前記検出されたオン・オフパターン信号の１周期分のオンおよびオフ幅である検出周期幅について、３つの連続する検出周期幅の変化を、第１番目の検出周期幅から第２番目の検出周期幅を差分した第１の差分値、および第２番目の検出周期幅から第３番目の検出周期幅を差分した第２の差分値から求め、前記第１および第２の差分値の絶対値のうちいずれか小さい値と、前記３つの検出周期幅を加算した値との比率に基づいて、物品の移動速度の変化率を求めて、前記物品の移動速度の変化率がしきい値の範囲内か否かで周期性パターンの異常を判定する。
ここで、周期的に配置された状態における物品の移動速度は、センサで検出されたオン・オフパターン信号のオンおよびオフ幅（検出周期幅）と対応し、物品の移動速度の変化（加減速）は、各検出周期幅の変化と対応する。

この構成によれば、センサから検出される３つの連続するオン・オフパターン信号の検出周期幅の変化を、第１番目の検出周期幅から第２番目の検出周期幅を差分した第１の差分値、および第２番目の検出周期幅から第３番目の検出周期幅を差分した第２の差分値から求め、第１および第２の差分値の絶対値のうちいずれか小さい値と、３つの検出周期幅を加算した値との比率に基づいて、物品の移動速度の変化率を求めて、前記物品の移動速度の変化率がしきい値の範囲内か否かで周期性パターンの異常を判定するので、オン・オフパターン信号の検出周期幅の変化を監視することで、周期性パターンの異常を判定できる。したがって、従来と異なり、同期信号が不要となるので簡単な構造となり、また画像処理する必要がないので低コストで、高速処理が可能となる。また、検査対象の物品の変更に応じて検査条件設定を変更する必要がない。しかも、検出周期幅の差分値に基づいて周期性パターンの異常を判定できるので、より高速で安定した処理が可能となる。

以下、本発明の実施形態を図面にしたがって説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係るパターン検査装置を示すブロック図、図２は、図１のパターン検査装置を用いたロール巻き取り装置の一例を示す側面図である。図２のように、本装置は、周期的に配置された複数のラベルや電子部品などの物品を載せたシートを移動させた状態で、該物品の有無を光電センサのようなセンサ１で検出し、検出されたオンとオフとが交互に連続するオン・オフパターン信号に基いて、シート（台紙）Ｓ上のラベルＬの欠落などを複数のラベルＬによる周期性パターンの異常として判定するものである。

本装置は、例えば、複数のラベルＬを周期的に貼り付けたシートＳがロール状に巻き付けられた図示しない大径の原ロールから、同じく図示しない巻き取り機によって一定速度でシートＳを巻き取りながら、シートＳ上のラベルＬの有無を光電センサ１で検出して、ラベルＬの欠落を判定する。所定のシート長さ分だけ巻き取ると、シートＳが切断されて小径のロールＲの製品が生産される。ロール巻き取り装置では通常、シートＳの移動速度は、ロールＲの巻き始めで加速し、その後一定速度で巻き取り、ロールＲの巻き終わりで減速して、最後に停止する。なお、図２では、単一のロールＲのみを示しているが、一般にはロールＲが５列のように複数並列に配置されている。この場合、各ロールＲごとにそれぞれセンサ１が設けられる。

本装置は、センサ１、センサ信号入力回路２、オン・オフ幅計測回路３、オン・オフ幅保存用メモリ４、立ち上がり検出部５、３つ分のオン＋オフ幅（検出周期幅）読み出し回路６、検出周期幅差分演算手段（オン＋オフ幅間の差分計算部）７、加減速・減速加速判定部８、検出周期幅変化演算手段（速度変化率の計算部）９、比較回路１０、しきい値保存用メモリ１１および判定手段（判定回路）１２を備えている。

センサ１は、例えば、ラベルＬを挟む投光器１Ａと受光器１Ｂを有し、光路の遮断（遮光）による光量変化を検出する透過型が用いられている。センサ１はラベルＬの部分は透過しにくいのでオフ、シートＳの部分は透過しやすいので、オンを出力する。なお、逆にラベルＬの部分でオン、シートＳの部分でオフを出力するようにしてもよい。また、透過型に代えて、投受光器を有し、物品からの反射光量を検出する反射型の光電センサを用いてもよい。

図３（ａ）は、センサ１でラベルＬの有無が検出されて、センサ１から出力されたオンとオフが交互に連続するオン・オフパターン信号の一例を示す。このオン・オフパターン信号は、ラベルＬの部分でオフ、シートＳの部分でオンとなっており、３つ分のオン＋オフ幅（検出周期幅）Ａ、Ｂ、Ｃが例示されている。

図１のセンサ信号入力回路２がセンサ１からのオン・オフパターン信号を入力し、オン・オフ幅計測回路３が入力されたオン・オフパターン信号のオン・オフ幅を計測する。計測されたオン・オフ幅は、オン・オフ幅保存用メモリ４に一旦保存される。なお、この例ではオン・オフ幅を記憶しているが、オン＋オフ幅（検出周期幅）の状態で記憶してもよい。そして、立ち上がり検出部５により、センサ信号入力回路２からオン・オフパターン信号の立ち上がり（オンの立ち上がり）が検出されると、オン＋オフ幅読み出し部６により、オン・オフ幅保存用メモリ４から、３つの連続するオン＋オフ幅（検出周期幅）Ａ、Ｂ、Ｃが読み出される。

検出周期幅差分演算手段７は、各検出周期幅Ａ、Ｂ、Ｃの変化を、第１番目のオン＋オフ幅（検出周期幅）Ａから第２番目のオン＋オフ幅（検出周期幅）Ｂを差分（Ａ−Ｂ）した第１の差分値（ＡＢ）、および第２番目のオン＋オフ幅（検出周期幅）Ｂから第３番目のオン＋オフ幅（検出周期幅）Ｃを差分（Ｂ−Ｃ）した第２の差分値（ＢＣ）により演算する。こうして、各差分値について符号（正負）および数値の大きさが得られる。

加減速・減速加速判定部８は、第１、第２の差分値ＡＢ、ＢＣの符号および数値の大きさからラベルＬの移動速度の変化（加減速）の状態を判定する。後述するように、第１、第２の差分値ＡＢ、ＢＣの符号がともに正の符号である場合には、ロールＲの巻き始めのように、シートＳの移動が加速中と判定され、ともに負の符号である場合には、ロールＲの巻き終わりのようにシートＳの移動速度が減速中と判定される。また、第１、第２の差分値ＡＢ、ＢＣの符号が異なる場合でその数値が大きい場合には加減速の急激度が大きいと判定される。

検出周期幅変化演算手段９は、ラベルＬの移動速度に対応する前記検出されたオン・オフパターン信号の１周期分のオンおよびオフ幅である検出周期幅について、少なくとも３つの連続する検出周期幅Ａ、Ｂ、Ｃの変化をラベルＬの移動速度の変化として求めるものであり、前記各検出周期幅の差分値ＡＢ、ＢＣの符号および大きさの変化に基づいて、ラベルＬの移動速度の変化率（速度変化率）を演算する。第１、第２の差分値ＡＢ、ＢＣの符号が異なる場合でその数値が大きい場合には急加減速であり、速度変化率も大きくなる。

比較回路１０は、演算されたラベルＬの速度変化率を、しきい値保存用メモリ１１に予め保存されたしきい値と比較する。判定手段１２は、速度変化率がしきい値の範囲内の場合にはラベル欠落などがない良品（ＯＫ）と判定し、範囲外の場合にはラベル欠落などがある不良品（ＮＧ）と判定する。こうして、周期性パターンの異常が判定される。

判定手段１２からＮＧ判定出力があると、該ロールＲは不良品として廃棄などされ、ＯＫ判定出力があると、該ロールＲは良品とされる。

ここで、本発明は、周期的に配置された状態における物品の移動速度が、センサ１で検出された図３（ａ）のオン・オフパターン信号のオン＋オフ幅（検出周期幅）Ａ、Ｂ、Ｃと対応し、物品の移動速度の変化（加減速）が、各検出周期幅Ａ、Ｂ、Ｃの変化と対応することに基づいてなされたものである。

すなわち、例えばロールＲの巻き始めのように、シートＳを実際に加速して移動させると、図３（ｄ）のように、オン・オフパターン信号の検出周期幅Ａ、Ｂ、Ｃは徐々に狭くなる。これとは逆に、ロールＲの巻き終わりのように、シートＳを実際に減速して移動させると、検出周期幅Ａ、Ｂ、Ｃは徐々に広くなる。これは、ロール巻き取り装置の通常の挙動であるので、許容される必要がある。

一方、図３（ｂ）のように、例えばラベルＬが１つ欠落したような場合、オン・オフパターン信号の検出周期幅Ｂにおけるオン幅が急に広くなり、これはシートＳを実際に急減速させたと同様の状態となる。また、図３（ｃ）のように、例えば２つのラベルＬ間にはがし残りＥがあるような場合、検出周期幅Ｂにおけるオフ幅が急に広くなり、これもシートＳを実際に急減速させたと同様の状態となる。これとは逆に、例えばラベルＬが２つにちぎれたような場合には、オフ幅が急に狭くなり、これはシートＳを実際に急加速させた場合と同様の状態となる。このように、速度変化率（急加減速の存在を示す比率）の急激度が大きい場合に、周期性パターンの異常と判定される。
すなわち、本発明は、物品の単なる加減速と周期性パターンの異常による急加減速とを区別して、生産ラインで通常発生する単なる加減速を許容しながら、急加減速を周期性パターンの異常として判定するものである。

また、本発明では、従来のようにオン・オフパターン信号のオン幅とオフ幅の個々を判定に用いるのではなく、オン・オフパターン信号の１周期分のオンおよびオフ幅である検出周期幅を判定に用いている。これは、検査対象が例えばひし形のように幅が直線的に変化するような形状の物品の場合に、物品の移動方向の斜行などによるセンサと物品間の相対的な位置ずれがあるとき、検出されたオン・オフパターン信号を、オン幅とオフ幅ごと、つまり個別の幅ごとに見ると、その位置ずれの影響を大きく受けるが、オン＋オフ幅である検出周期幅、つまり１周期分の幅で見ることで、その影響を小さくして、検出誤差を小さくできることに基づくものである。

以下、上記構成を有する本装置の動作の一例について説明する。
図３（ｂ）のように、ラベルＬの１つが欠落した場合、２番目の検出周期幅Ｂのオン幅が広い出力波形となる。この場合、検出周期幅差分演算手段７により演算された１番目の検出周期幅Ａと２番目の検出周期幅Ｂの差分値ＡＢと、２番目の検出周期幅Ｂと３番目の検出周期幅Cの差分値BCは、それぞれ逆の符号となり、かつその値は大きくなるので、急速に減速したことになる。このとき、検出周期幅変化演算手段９により、差分値ＡＢ、ＢＣの絶対値のうちいずれか小さい方の数値をＤとし、このＤを３つの検出周期幅の全体時間（Ａ＋Ｂ＋Ｃ）で割って、急加減速の存在を示す比率である速度変化率が演算される。この結果は、
速度変化率（％）＝（Ｄ÷（Ａ＋Ｂ＋Ｃ））×１００
ここに、検出周期幅の１単位をＳとしたとき、
速度変化率（％）＝（（２Ｓ−Ｓ）÷（Ｓ＋２Ｓ＋Ｓ））×１００
＝２５（％）
となる。

比較回路１０により、この結果を、しきい値（例えば、１０％）と比較すると、その範囲を超えており、判定手段１２により不良品と判定される。なお、２つのラベルＬが連続して欠落した場合、同様の計算を行うと、速度変化率は４０（％）となり、不良品と判定される。

なお、図３（ａ）のような場合は、ラベルＬの欠落などがなく差分値ＡＢ、ＢＣが０であるので、速度変化率の演算結果は０で、良品と判定される。また、図３（ｄ）のような場合は、差分値ＡＢ、ＢＣはともに正の符号で加速中と判定され、その値も小さいので、速度変化率の演算結果はしきい値範囲内となり、良品と判定される。

こうして、本発明は、センサ１から検出される少なくとも３つの連続するオン・オフパターン信号の検出周期幅Ａ、Ｂ、Ｃの変化ＡＢ、ＢＣを物品の移動速度の変化として求め、該検出周期幅Ａ、Ｂ、Ｃの変化ＡＢ、ＢＣに基づいて周期性パターンの異常を判定するので、この変化ＡＢ、ＢＣを監視することで、周期性パターンの異常を判定できる。したがって、従来のように、同期信号が不要となるので簡単な構造となり、また画像処理する必要がないので低コストで、高速処理が可能となる。また、検査対象の物品の変更に応じて検査条件設定を変更する必要がない。

なお、この実施形態では、オン・オフパターン信号の立ち上がりを検出して、該立ち上がりと次の立ち上がりの間であるオン＋オフ幅を検出周期幅として、各オン＋オフ幅の間の差分値を演算しているが、オン・オフパターン信号の立ち下がり（オンの立ち下り）を検出して、該立ち下がりと次の立ち下がりの間であるオフ＋オン幅間の差分値を演算してもよい。

また、この実施形態では、光電センサにより物品の有無を検出しているが、超音波センサなどのセンサを用いて検出するようにしてもよい。

なお、この実施形態では、３つの検出周期幅を用いているが、４つ以上の検出周期幅を用いてもよい。

本発明の一実施形態に係るパターン検査装置を示すブロック図である。図１のパターン検査装置を用いたロール巻き取り装置を示す側面図である。（ａ）〜（ｄ）は、図１のパターン検査装置の動作を示すタイムチャート図である。従来のパターン検査装置の動作を示すタイムチャート図である。従来のパターン検査装置を示す図である。従来のパターン検査装置を示す図である。

符号の説明

１：センサ
７：検出周期幅差分演算手段（オン＋オフ幅間の差分計算部）
９：検出周期幅変化演算手段（速度変化率の計算部）
１２：判定手段
Ｌ：ラベル
Ｓ：シート

Claims

周期的に配置された複数の物品を移動させた状態で、該物品の有無をセンサで検出し、検出されたオンとオフとが交互に連続するオン・オフパターン信号に基いて、該物品による周期性パターンの異常を判定するパターン検査方法であって、
物品の位置を検出するための同期信号を不要とした状態で、物品の移動速度と対応する前記検出されたオン・オフパターン信号の１周期分のオンおよびオフ幅である検出周期幅について、３つの連続する検出周期幅の変化を、第１番目の検出周期幅から第２番目の検出周期幅を差分した第１の差分値、および第２番目の検出周期幅から第３番目の検出周期幅を差分した第２の差分値から求め、
前記第１および第２の差分値の絶対値のうちいずれか小さい値と、前記３つの検出周期幅を加算した値との比率に基づいて、物品の移動速度の変化率を求めて、
前記物品の移動速度の変化率がしきい値の範囲内か否かで周期性パターンの異常を判定するパターン検査方法。
周期的に配置された複数の物品を移動させた状態で、該物品の有無をセンサで検出し、検出されたオンとオフとが交互に連続するオン・オフパターン信号に基いて、該物品による周期性パターンの異常を判定するパターン検査装置であって、
物品の位置を検出するための同期信号を不要とした状態で、物品の移動速度と対応する前記検出されたオン・オフパターン信号の１周期分のオンおよびオフ幅である検出周期幅について、３つの連続する検出周期幅の変化を、第１番目の検出周期幅から第２番目の検出周期幅を差分した第１の差分値、および第２番目の検出周期幅から第３番目の検出周期幅を差分した第２の差分値により演算し、前記第１および第２の差分値の絶対値のうちいずれか小さい値と、前記３つの検出周期幅を加算した値との比率に基づいて、物品の移動速度の変化率を演算する検出周期幅変化演算手段と、
前記物品の移動速度の変化率がしきい値の範囲内か否かで周期性パターンの異常を判定する判定手段とを備えたパターン検査装置。