(57)【要約】連続移動ウェブ（１０）の一部を画像化してデジタルデータストリームを提供し、次いでそれを専用の信号処理ハードウェアを用いることなく１台のコンピュータ（１８）により解析する画像化装置。画像化装置からデータストリームに作用する技術を開示していて、特にウェブ幅方向における開始位置およびセグメントのラン長に関して保存されたブロブ情報に基づく動作が含まれる。これにより、ブロブの定義を１ライン毎に蓄積でき、連続的ウェブ製造において通常見られる欠陥のクラスを、従来必要とされたよりもはるかに少ない計算量で識別することが可能になる。特に、フレキシブル回路の検査に関する困難なアプリケーションにおいて、１０メガピクセル／秒を超えるデータ速度が実現されて首尾よく処理できる。【選択図】図１
2004527734.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
連続移動ウェブの検査方法であって、
ａ）前記連続移動ウェブの一連の部位を画像化してデジタルデータストリームを提供するステップと、
ｂ）前記データストリームからブロブリストを形成するステップと、
ｃ）前記ブロブリストのブロブを解析して欠陥を識別するステップとを含み、ステップｂ）およびｃ）が１台のコンピュータで行なわれる、方法。
【請求項２】
前記ブロブリストを形成する前に、前記デジタルデータストリームを２値化するステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
各一連の部位に対応するデジタルデータストリームが、ウェブ幅方向のそれぞれの位置に対応するＸ変域におけるピクセル群を表わし、前記形成ステップが、
セグメントを規定すべくＸ変域内で互いに結合するピクセル群の集団を決定するステップと、
ウェブ移動方向に対応するＹ変域内のセグメント間で結合が存在するか否かを１ライン毎に判定するステップとを含み、
前記決定ステップおよび前記判定ステップが一回の反復で実行される、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
各一連のラインにおけるセグメントのリストを比較リストとして保存するステップをさらに含み、
前記判定ステップは、現在のラインのセグメントリストを前記比較リストと比較するステップを含む、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
前記ウェブはパターン化されたウェブであって、前記デジタルデータストリームを２値化するステップをさらに含み、該２値化ステップが、
前記ウェブの光学的特性をほぼ全ての範囲にわたり備えた少なくとも１個の一連の部位を識別するステップと、
局所最大値および局所最小値に対応するピクセル値群を識別するステップと、
局所最大値として識別されたピクセル値群のうちの最小値、および局所最小値として識別したピクセル値群のうちの最大値により限定された範囲を定義するステップと、
前記範囲内で閾値を計算するステップと、
前記デジタルデータストリームの少なくとも一部を前記閾値と比較するステップとを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記ブロブリストを形成する前に、前記１台のコンピュータ内のデータストリームにフィルターが適用される、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記１台のコンピュータと処理制御システムとの間で通信するステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記連続移動ウェブの識別された欠陥にマーク付けを行なうステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
前記マーク付けが、インク沈積、塗料沈積、レーザータグ付け、ラベル貼付、パンチ穿孔、物理的変形、磁気パルス印加、あるいはそれらの組合わせにより行なわれる、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記マーク付けが、欠陥の発生箇所の十分近くで行なわれる、請求項８に記載の方法。
【請求項１１】
前記ウェブが金属、紙、ポリマーフィルム、織布、不織布、ガラスまたはそれらの組合わせから選択される、請求項１に記載の方法。
【請求項１２】
前記ウェブに１個以上のコーティングまたは１個以上のパターンが付与されている、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記連続移動ウェブがフレキシブル回路ウェブである、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記画像化は、反射光、透過光、または透過反射光を介して行なわれる請求項１に記載の方法。
【請求項１５】
複数の画像源が利用される、請求項１に記載の方法。
【請求項１６】
前記２値化が適応型閾値付与または多値閾値付与を含む、請求項２に記載の方法。
【請求項１７】
前記データストリームが少なくとも１０メガピクセル／秒である、請求項１に記載の方法。
【請求項１８】
欠陥を特定のカテゴリーに分類するステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１９】
連続移動物品の少なくとも一部から画像化された、少なくとも１０メガピクセル／秒の連続的なデジタルデータストリームから形成されたブロブ群を解析して、それら物品の欠陥を識別するステップを含み、前記ブロブ群は１台のコンピュータで形成されて解析される、ウェブ上の連続移動物品を検査する方法。
【請求項２０】
反復パターンを有する連続移動ウェブの検査方法であって、
ａ）前記連続移動ウェブの一連の部位を画像化してデジタルデータストリームを提供するステップと、
ｂ）前記反復パターンのインスタンスを識別するステップと、
ｃ）前記データストリームから前記反復パターンの各インスタンスのブロブリスト表現を形成するステップと、
ｄ）前記ブロブリストのブロブを解析して欠陥を識別するステップとを含み、ステップｃ）およびｄ）が１台のコンピュータで行なわれる方法。
【請求項２１】
前記反復パターンの各インスタンスに対する前記ブロブリストのブロブ個数が予め定めた個数と比較される、請求項２０に記載の方法。
【請求項２２】
各ブロブの位置および幾何学的特性が基準ブロブリスト内の対応するブロブと比較される、請求項２０に記載の方法。
【請求項２３】
前記各一連の部位に対応する前記デジタルデータストリームは、ウェブ幅方向のそれぞれの位置に対応するＸ変域内のピクセル群を記述し、
前記ブロブリストは、Ｘ変域内で互いに結合しているピクセル群の集団の長さに関する情報を含み、前記解析ステップは、
ウェブ移動方向に対応するＹ変域内で互いに結合しているピクセル群の集団の長さに関する情報を計算するステップと、
Ｘ変域とＹ変域との少なくとも一方または両方におけるピクセル群の集団の長さを、第一の所定個数だけ修正するステップと、
修正された長さに基づいて新規ブロブリストを用意するステップと、
新規のブロブリストのブロブ個数を第二の所定個数と比較するステップとを含む、請求項２０に記載の方法。
【請求項２４】
前記画像化が反射光、透過光、または透過反射光を介して行なわれる、請求項２０に記載の方法。
【請求項２５】
前記データストリームを利用して、外部同期化なしに前記ウェブ上の個々のパターンを検出する、請求項２０に記載の方法。
【請求項２６】
前記ブロブリストを形成する前に、前記デジタルデータストリームを２値化することをさらに含む、請求項２０に記載の方法。
【請求項２７】
前記２値化が、適応型閾値付与または多値閾値付与を用いて行なわれる、請求項２６に記載の方法。
【請求項２８】
前記連続移動ウェブがフレキシブル回路ウェブである、請求項２０に記載の方法。
【請求項２９】
前記欠陥が、短絡、開回路、リード線縮小、スペース縮小、基板欠陥、パターン位置ずれ、リード線歪曲、カバーコーティング欠陥、ラミネーション欠陥、染み、または残滓のうちの１個以上を含む、請求項２８に記載の方法。
【請求項３０】
前記連続移動ウェブの１個以上の欠陥へのマーク付けをさらに含む、請求項２０に記載の方法。
【請求項３１】
前記マーク付けが、欠陥の発生箇所の十分近くで行なわれる、請求項３０に記載の方法。
【請求項３２】
前記１台のコンピュータが、前記連続移動ウェブを制御すべく処理制御システムと通信する、請求項２０に記載の方法。
【請求項３３】
前記画像化装置が、連続移動ウェブと空間的に同期化されている、請求項２０に記載の方法。
【請求項３４】
複数の画像源が利用される、請求項２０に記載の方法。
【請求項３５】
欠陥を特定のカテゴリーに分類するステップをさらに含む、請求項２０に記載の方法。
【請求項３６】
連続移動ウェブの検査装置であって、
（ａ）連続移動ウェブの一部分を順次画像化してデジタルデータストリームを提供する画像化装置と、
（ｂ）前記連続移動ウェブの少なくとも一部分における欠陥を識別すべく前記データストリームからブロブリストを形成して、前記ブロブリストを解析することが可能な１台のコンピュータと、
を具備する装置。
【請求項３７】
前記１台のコンピュータと通信する工程制御装置をさらに含む、請求項３６に記載の装置。
【請求項３８】
前記連続移動ウェブの識別された欠陥にマーク付けを行なうマーク付け装置さらに含む、請求項３６に記載の装置。
【請求項３９】
前記画像化装置はライン走査カメラである、請求項３６に記載の装置。
【請求項４０】
前記画像化装置が反射光、透過光または透過反射光を利用する光学的機構を利用する請求項３６に記載の装置。
【請求項４１】
複数の画像化装置が利用される、請求項３６に記載の装置。
【請求項４２】
フレキシブル回路の検査装置であって、
（ａ）連続移動フレキシブル回路ウェブの、一部分を順次画像化してデジタルデータストリームを提供する画像化装置と、
（ｂ）前記連続移動フレキシブル回路ウェブの少なくとも一部分における欠陥を識別すべく前記データストリームからブロブリストを形成して、前記ブロブリストを解析することが可能な１台のコンピュータと、
を具備する装置。
【請求項４３】
前記１台のコンピュータと前記工程制御システムの間で通信するための工程制御装置をさらに含む、請求項４２に記載の装置。
【請求項４４】
前記連続移動ウェブの識別された欠陥にマーク付けを行なうマーク付け装置をさらに含む、請求項４２に記載の装置。
【請求項４５】
前記画像化装置がライン走査カメラである、請求項４２による装置。
【請求項４６】
前記画像化装置が反射光、透過光または透過反射光を利用する光学的機構を利用する請求項４２に記載の装置。
【請求項４７】
複数の画像化装置が利用される、請求項４２に記載の装置。
【請求項４８】
フレキシブル回路を検査する方法であって、フレキシブル回路ウェブの少なくとも一部分から画像化された、少なくとも１０メガピクセル／秒の連続的なデジタルデータストリームから形成されたブロブを解析して、前記フレキシブル回路ウェブの欠陥を識別するステップを含み、前記ブロブが１台のコンピュータにおいて形成され、解析される、方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は自動検査システム、より具体的には連続的に移動しているウェブ（織編構造材）を光学的に検査するシステムおよび装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
移動しているウェブ材料を解析する検査システムは今日の製造業において不可欠であることは明らかである。金属加工、製紙、不織布、およびフィルム等、変貌しつつある産業は、品質保証およびオンライン工程監視の両面でこれらの検査システムに依存している。ウェブ材料を製造した後でオフラインまたは手動で製品の品質を同程度に検証するのは、はるかにコストがかかる。
【０００３】
そのような検査システムに共通する設計上の難点は、高速なデータ取得および処理である。従来の商用ウェブ製造作業は、毎秒数十〜数百メガピクセルもの検査データ取得速度を必要とするウェブ寸法およびウェブ速度を利用する。さらに、移動しているウェブの全体を走査するために、データ速度は維持される。先に述べたデータ速度は極めて高速と考えられるため、高データ速度の維持に対応すべく専用の画像化エンジンの開発が行なわれてきた。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
当分野では一般に、専用モジュールを多くの経路で何重にも利用し、データストリームを前処理する専用の電子ハードウェアを用いてこの困難に対応してきた。このようなシステムは移動しているウェブの検査に必要とされるデータ速度を維持することは可能である。しかし、専用プリプロセッサが求めるハードウェアとソフトウェアの両方に必要なカスタマイズに関わる困難さがある。これらの検査システムは大幅にカスタマイズされているため、所与のシステムで対応可能な適用範囲が限られる。例えば、金属を検査するために開発されたシステムは印刷包装の検査には使えないであろう。このようなカスタマイズの故に、専用の電子ハードウェアはまた、資金と時間の両面で開発コストが増大し、リアルタイムで単純な画像化に用途が限られ、拡張性が低い結果、メンテナンスコストが増大する。
【０００５】
製造業では工程変更の柔軟性が重要であると認識されている。この目標を達成するために、メーカーは各種製品の切り替えを迅速に行なうシステムや装置を開発すべく努力している。残念ながら、ウェブ検査システムが重要であり、ある産業においては不可欠でさえあることがわかっているにもかかわらず、製造工程変更のペースが早まっている点にうまく対応することができなかった。専用の信号処理ハードウェアは、移動しているウェブの光学的検査が現在必要とする各種製品の切り替えを迅速に行なえない。製品ライン間の切り替えは必要なソフトウェアをロードするだけで実現できるよう、必要なあらゆる処理を１台の汎用コンピュータで実行可能にすることが望まれている。さらに、カスタマイズされたハードウェアシステムに付随する開発時間およびコストの削減も望まれる。従来この課題は不可能であった。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、高データ速度においても、移動しているウェブの検査が可能なシステムを提供する。新規の解析用の方法を発見したことにより、オンライン光学的検査における難点を市販の汎用コンピュータの能力の範囲で解決できるようになった。本発明による検査システムでは多くの異なる製品を同じハードウェアにより検査することができ、その際に製品の欠陥の要因に関する情報を含む製品固有のソフトウェアをロードするだけでよい。
【発明の効果】
【０００７】
本発明の装置は、連続的に移動しているウェブ（連続移動ウェブ）のある部位を順次画像化してデジタルデータストリームを提供する画像化装置を含む。ストリームは、機械的可視化技術で従来用いられてきた領域画像ではなく、ウェブの一連の部位を表現する。１台のコンピュータを用いてデジタルデータストリームを解析する。１台のコンピュータは最初にデジタルデータストリームからブロブリストを形成し、本発明のアルゴリズムを用いて連続移動ウェブの欠陥を識別する。本発明を通じて、高速ウェブおよび複雑なパターンを有するウェブも扱われる。本発明は特に、フレキシブル回路の検査という挑戦的なアプリケーションにうまく適合しており、１０メガピクセル／秒を超えるデータ速度が実現されて首尾よく処理される。
【０００８】
あるいは、本発明は移動しているウェブを連続的に検査する方法を含む。本方法は、ウェブの一連の部位を画像化してデジタルデータストリームを提供することを伴う。データストリームから最初にブロブリストを形成し、次いでブロブリストを解析して連続移動ウェブの欠陥を識別することにより、１台のコンピュータがデジタルデータストリームを処理する。オプションとして、解析用に画質を向上させるために、ブロブリスト形成の前にデータストリームをフィルタリングしてもよい。
【０００９】
本発明のために、本出願で用いる用語を以下の通り定義する。
「ウェブ」とは、一方向に固定された寸法および直交する方向に不定の長さを有する材料のシートを意味する。
「一連の」とは、連続移動ウェブの単一ラインまたは領域の連なりがセンサー要素の単一の行に光学的に写像されて画像形成されることを意味する。
「１台のコンピュータ」とは、１）固有の命令の組に応答する機能、２）予め記録された命令のリストを実行する機能、の２個の基本的特徴を有する汎用コンピュータを意味する。
「ピクセル」とは、１個以上のデジタル値で表現される画素を意味する。
「ブロブ」とは２値画像内で結合されたピクセルの組を意味する。
「欠陥」とは、製品に発生した好ましくない事態を意味する。
「グレースケール」とは、２５６デジタル値等、多くの可能な値を有するピクセルを意味する。
「２値化」とは、ピクセルをバイナリ値に変換する演算である。
「フィルター」とは、入力画像の所望の出力画像への数学的変換であり、通常はフィルターを用いて画像内で所望の特性のコントラストを強調する。
「カバーコート欠陥」とは、ウェブ上の不十分または過剰なコーティングを意味する。
その他の特徴や利点は以下に記述される実施形態、および請求項から明らかになろう。
【００１０】
本発明の上述の、およびその他の利点は、添付の図面を参照しつつ、以下の詳細説明から当業者には明らかになろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
本発明は、連続移動ウェブを光学的に検査する方法である。図１は本発明の方法を示す図である。連続移動ウェブ１０のセグメントが２個の支持ロール１２、１４の間に配置されている。画像取得装置１６が連続移動ウェブ１０に近接して配置されている。画像取得装置は、連続移動ウェブ１０の一連の部位を走査して各一連の部位に関するデータを取得する。データは１台のコンピュータ１８へ送信され、データを収集解析してウェブ１０に欠陥が存在するか否かを判定する。その結果得られた判定は次いで、オプションとして付加された処理コマンドを実行するために処理制御機構１９へ送ることができる。
【００１２】
ウェブ材料
本発明に基づいて、連続移動ウェブは、所定の幅と厚さと不定の任意の長さを有するシート状材料を含んでいてよい。光学的に画像化可能なウェブの形で提供される材料が本発明での利用に適している。ウェブ材料の例として、金属、紙、織布、不織布、ガラス、ポリマーフィルム、またはそれらの組合わせが含まれるがこれに限定されない。金属には鉄またはアルミニウム等の材料が含まれていてよい。織布には一般に各種の織物が含まれる。不織布には紙、フィルター媒体、断熱材等の材料が含まれる。フィルムには例えば、ラミネートおよびコーティングされたフィルムを含む透明および不透明なポリマーフィルムが含まれる。
【００１３】
本発明を利用して解決するのに特に適した種類の検査問題に、光フィルムの検査がある。第二の種類の検査問題として、フレキシブル回路ウェブの検査がある。本発明は、フレキシブル回路ウェブ上の個々の回路が、フレキシブル基板に析出または形成された反復回路パターンを有するような複雑な場合を扱うのに特に適している。ウェブは通常、それぞれが任意のパターンに配置された様々な小さい部分を含む複数の個々の回路を有する。個々の回路は、例えば別々の電気的用途で利用すべく、例えばダイカットにより後でウェブから切り離される。
【００１４】
本発明に適した多くの用途について、ウェブ材料または組合わせ材料にコーティングが施されているのが好適であろう。光学的画像化可能なコーティングが本発明での利用に適している。コーティングは一般にベースウェブ材料の露出面に施される。コーティングの例として、接着剤、光学密度コーティング、低接着性裏面コーティング、金属化コーティング、光学活性コーティング、導電性または非導電性コーティング、またはそれらの組合わせが含まれる。コーティングは、ウェブ材料の少なくともある部位に施されていても、あるいはベースウェブ材料面の全体を覆っていてもよい。
【００１５】
ウェブ検査方法
本発明の方法は画像取得装置を利用して、連続移動ウェブの一連の部位の詳細な画像を取得する。得られた画像は好適には、少なくとも毎秒１０メガピクセルのデータストリームで提供される。データストリームは１台のコンピュータへ送られてブロブリストとして形成される。１台のコンピュータは次いでブロブリストを解析して欠陥の有無を判定する。図２に本発明の方法を示す。第一のステップ２０は連続移動ウェブの表面からの画像データの取得を伴なう。ステップ２３におけるブロブリストの形成に先立って、オプションとしてデータをフィルタリング２１および２値化２２してもよい。ブロブリストが形成されると、次いでステップ２４で処理され、連続移動ウェブの欠陥を識別すべく解析が行なわれる。ステップ２４からの出力はオプションとして、マッピングユニット２５、アーカイブ用データベース２６、オペレータディスプレイ２８、あるいは処理制御２７のうち１個以上へ送られる。
【００１６】
画像取得
画像取得は、移動しているウェブの一連の部位を読んで、デジタルデータストリーム形式で出力を提供することが可能な従来の画像化装置を利用して実現される。本発明の目的のために画像化装置は、デジタルデータストリームを直接提供するカメラ、またはアナログ／デジタル変換器が付加されたアナログカメラを含んでいてよい。さらに、例えばレーザースキャナ等、他のセンサーを画像化装置として利用してもよい。ウェブの一連の部位は、データが一連の単一ラインにより取得されたことを示す。単一ラインは、センサー要素またはピクセルの単一行と光学的に合致する、連続移動ウェブの領域から構成される。画像を取得するのに適した装置の例として、カリフォルニア州サニーベールのパーキンエルマー社（Ｐｅｒｋｉｎ  Ｅｌｍｅｒ（Ｓｕｎｎｙｖａｌｅ、Ｃａｌｉｆｏｒｎｉａ））のモデル（Ｍｏｄｅｌ）＃ＬＤ２１、カナダ、オンタリオ州ウォータールーのダルサ社（Ｄａｌｓａ（Ｗａｔｅｒｌｏｏ、Ｏｎｔａｒｉｏ、Ｃａｎａｄａ））のピラナモデル（Ｐｉｒａｎｈａ  Ｍｏｄｅｌｓ）、あるいはニュージャージー州トタワのトンプソン−ＣＳＦ社（Ｔｈｏｍｐｓｏｎ−ＣＳＦ（Ｔｏｔａｗａ、Ｎｅｗ  Ｊｅｒｓｙ））のモデル（Ｍｏｄｅｌ）＃ＴＨ７８Ｈ１５等のライン走査カメラが含まれる。さらなる例として、ドイツ、ミュンヘンのサーフェスインスペクションシステムズＧｍＢ社（Ｓｕｒｆａｃｅ  Ｉｎｓｐｅｃｔｉｏｎ  ＳｙｓｔｅｍｓＧｍｂＨ（Ｍｕｎｉｃｈ  Ｇｅｒｍａｎｙ））のレーザースキャナとアナログ／デジタル変換器との組合わせも含まれる。
【００１７】
オプションとして、画像取得を支援する光学機器を利用した画像取得が可能である。機器はカメラと一体であっても、あるいはカメラから独立していてもよい。光学機器は画像化処理の間、反射光、透過光、または透過反射光を利用する。反射光は表面のひっかき傷等、ウェブ表面の変形により生じた欠陥の検出に適している。図３に、連続移動ウェブ３０の画像取得における反射光の利用を示す。アイドラーロール３２を移動しているウェブ３０は画像取得装置３４の上を通過する。光ファイバー光源３５、３６は、円筒状のフォーカスレンズ３７、３８を通して光を画像取得装置３４と共通の焦点３９に合わせる。従来の光ファイバー光源および焦点合わせレンズが本発明での利用に適している。
【００１８】
照射された光を用いて、押し出しフィルム内のゲル、あるいはコーティングフィルムの光学密度の変動等、光がウェブを通過する際に正常な照射を妨げる欠陥を検出する。図４に、ガラスアイドラーロール４２およびガラスアイドラーロール４２上を移動中の対応するウェブを通る透過光の利用を示す。動作時に、光は光ファイバー光源４３からガラスアイドラーロール４２を通って、かつウェブ４０を通って照射される。画像取得装置４４は透過光の焦点領域の上方に置かれる。
【００１９】
透過反射光は、フレキシブル回路ウェブ上のカバーコーティングの連続性等、複合欠陥を検出するのに最適な反射光と透過光の組合わせである。 透過反射光の例を図５に示す。ウェブ５０はガラスアイドラーロール５２上を搬送される。光ファイバー光源５５、５６は、円筒状のフォーカスレンズ５７、５８を通して光を画像取得装置５４と共通の焦点５９に合わせる。光はまた、光ファイバー光源５３からガラスアイドラーロール５２を通って、かつウェブ５０を通って照射される。透過光の焦点位置は反射光源５５、５６からの焦点位置と一致する。
【００２０】
フレキシブル回路の検査の好適な実施の形態において、３種の光学的構成を利用することができる。図６ａ、６ｂ、および６ｃに、照明構成がフレキシブル回路ウェブに適用された場合における可能な利用方法を示す。透過光を用いて、暗い背景上に明るい点として現れる基板の孔等、フレキシブル回路ウェブの欠陥を検出する。また短絡や開回路等、電気的連続性の欠陥を検出するためにも利用できる。図６ａに、透過光を利用して如何にそのような欠陥を検出できるかを示す。透過光を含む図６ａによれば、金属回路要素６２および非導電性カバーコーティング６４は暗く、基板６０は明るく見える。この利点は、回路エッチング処理に起因するエッジ傾斜が一切問題を起こさないよう、回路軌跡の最も広い表現が画像化されることである。図６ｂに示すように反射光は、必要ならば回路形成上の欠陥の検出に利用できるが、接着パッド上の染み等、後の処理ステップで障害を生じる恐れのある表面仕上げ欠陥の検出に必要とされる。これらの場合、金属回路素子６２および非導電性カバーコーティング６４は明るく、欠陥部位が光を遮るように見える。透過反射光、または反射と透過光の両方の組合わせたものは、金属および基板特徴の両方にまたがる誘電コーティングのハンダ止め等、回路コーティングの検出において実質的に異なる解析結果を与える。これらの場合、基板と比較して金属の特性が格段に異なるために、反射光／透過光の一方だけを利用するのは不十分である。しかし、透過反射光りを利用することにより、コーティングを金属と基板特徴の両方から容易に区別することができる。図６ｃに、要素６２が要素６４とは異なる画像を有する透過反射光の概念を示す。
【００２１】
フィルタリング、２値化、およびブロブ化
デジタルデータストリームは画像化装置から処理コンピュータへ送信される。ウェブの検査は、データが連続的であるため、非常に要求度が高いアプリケーションである。つまりウェブが移動している限り、データはシステムへ流入する。従って、処理コンピュータは絶えず必要な処理速度を維持する能力を備えていなければならない。本発明の方法は、特定のアプリケーション要件にもよるが、連続移動ウェブに対して、好適には約１０メガピクセル／秒以上、最適には約３０メガピクセル／秒以上のデータ速度を扱うことが可能である。
【００２２】
均一なフィルム製品に関する一つの好適な実施の形態において、ウェブ速度は６００フィート／分、ウェブ幅は５０インチ、画像化解像度は２０ｍｉｌｓ／ピクセルである。維持すべきデータスループットは約１５メガピクセル／秒である。フレキシブル回路検査に関する第二の実施の形態において、ウェブ速度は２５ミリメートル／秒、ウェブ幅は７０ミリメートル、画像化解像度は１０のμｍ／ピクセルである。維持すべきデータスループットは従って約１７.５メガピクセル／秒である。
【００２３】
デジタルデータストリームは１台のコンピュータへ送られて解析される。本発明に基づいて、上述のように、１台のコンピュータは２種の主要な特徴を備えた汎用コンピュータである。すなわち、１）固有の命令に応答する機能、２）予め記録された一連の命令を実行する機能である。本発明の目的のために、メモリコンポーネント、大容量記憶コンポーネント、中央処理装置、およびオプションとして入出力装置を備えたあらゆる汎用コンピュータが本発明での利用に適している。本発明は特に、デジタル信号プロセッサおよび明らか数学演算の高速実行用に設計された他の専用コンピュータ処理ボード等の装置は除外している。最適には、「１台のコンピュータ」には単一マザーボード、汎用マイクロコンピュータが含まれる。
【００２４】
オプションとして、ブロブリストを形成する前に、入来するデジタルデータストリームをフィルタリングして画像内の所望の特性のコントラストを強調することが望ましい場合がある。例えば、フィルターを利用してノイズを減らしたり、またはエッジ等の特徴コントラストを強調することがよくある。一般に、フィルターには分離可能フィルター、線型フィルター、非線型フィルター、局所コントラスト強調フィルター、エッジ強調フィルター、ノイズ減少フィルター、あるいはそれらの組合わせが含まれる。列挙したフィルターの形成および利用は当業者には従来から公知である。本発明において、これらのフィルターおよび写像のパラメータは画像全体ではなく、無作為にサンプリングされたピクセルにより決定される。また、これらの動作は対象区域でのみ実行される。
【００２５】
分離可能フィルターはまた、本発明と組合わせて利用することができる。画像化におけるフィルターは一般に２次元である。しかしその大部分は、垂直な１次元フィルタリングおよび水平な１次元フィルタリングを適当な順序で実行することにより実行または近似することができる。従って、計算コストはＯ（ｎ2）からＯ（２ｎ）へ削減された。例えば、垂直フィルターを用いて光学場とセンサーが不均一である結果生じるウェブ幅方向の不均一性を除去する。次いで、水平平滑化フィルターを用いて高周波不規則ノイズを減らすことができる。
【００２６】
ブロブリストを形成する前に１台のコンピュータで実行される別のステップは２値化を伴なう。２値化とは、カラーやグレー階調画像等、複数の値を有するピクセルの２値画像への変換である。
【００２７】
２値化の一形式は固定２値化である。固定２値化は画像全体にわたり単一のレベルに基づく。例えば、値１２８で２値化する場合、値が１２８を超えるすべてのピクセルは値に「１」（白）に、値が１２８以下のものは「０」（黒）に変換される。画像は次いで本発明のブロブ化手順に従ってブロブ化させることができる。
【００２８】
２値化の別の方式として適応型２値化がある。適応型２値化は画像の動的解析に基づく。各ピクセルの閾値は、異なるピクセルが異なる閾値値を有するように画像内の他のピクセルを解析することにより決定される。これは低コントラストまたは輝度が変動している画像を補填する。この演算を行なう各種の方法がある。例えば、ピクセルの閾値は２０個の最も近い隣接ピクセルを平均することにより計算できる。画像の左側が右側よりも２倍明るい場合、固定された２値化の閾値では正確な欠陥位置に依存して検出確率が大幅に変動するであろう。しかし、適応型２値化を用いる場合、左側も右側と同程度に局所的な乱れが検出可能であろう。この方法により適度な背景輝度の変動を補填することが可能である。
【００２９】
パターン化されていないポリマーフィルムに関する好適な実施の形態において、２値化に用いられる閾値は、近傍内における局所輝度解析平均化により計算するのが好都合である。ウェブがパターン化されたウェブである場合、特にフレキシブル回路ウェブを検査する場合、データストリームのピクセルを２値化する前に、特定のモードの適応型閾値を付与することが好適であることがわかっている。これはウェブの光学特性の特徴のほぼ全体を含む、ウェブの少なくとも一連の部位の識別を伴なう。なるべく多くの異なる視覚的特徴を含む反復パターン内のラインが最適な選択であると思われる。そのラインに対応するデータストリームが特に注目して、局所最大／最小値に対応するピクセル値を識別する。局所最大値として識別された最小ピクセル値、および局所最小値として識別された最大ピクセル値が上下限である、ピクセル値の範囲が規定される。次いで、ある適当な規則に従ってその範囲内で閾値が計算される。フレキシブル回路の場合、［下限＋０．７５×（上限−下限）］に等しい、計算された閾値は良い結果をもたらす。デジタルデータストリームの少なくとも一部、好適には識別されたラインが反復パターンに次回現れるまでの部分が、計算された閾値を用いて２値化される。
【００３０】
解析対象の欠陥によるが、特定の種類の欠陥に対して各値を２値化すべく多数の閾値を用いることが望ましい。例えば、透過光を用いるフレキシブル回路の検査の好適な実施の形態において、金属化された特徴は基板に対して暗く見える。短絡の検出には高い閾値を、開回路の検出には低い閾値を用いることにより、検出確率を大幅に向上させることができる。
【００３１】
本発明に基づいて、１台のコンピュータは連続移動ウェブの欠陥を判定すべく、ブロブリストの形成およびブロブリストの解析の少なくとも両方を実行する。ブロブとは、２値画像内でピクセルが結合した集合である。ピクセルの結合した集合は一般に、ピクセルが４結合（上、下、左、右の４個の隣接ピクセル）、または８結合（上、下、左、右、右上、右下、左上、左下の８個の隣接ピクセル）のいずれであるかを示す。ブロブリストは以下の方法で形成される。最初に、２値化された画像が前景値と結合スキームとともにブロブ化機構に提示される。前景値は、画像内で対象のピクセル値を表現する。この値は２値最小値（通常は０）、または２値最大値（通常は２５５）のいずれかである。結合スキームは、４結合または８結合のいずれかが指定される。
【００３２】
どのブロブ結合スキームを利用しているかにかかわらず、ブロブの存在がピクセルの結合に関連付けられる。ウェブの各一連の部位が走査されるにつれて、その一連の部位に対応するデジタルデータストリームは、ウェブ幅方向の位置に対応するＸ変域内のピクセルを記述する。各ラインについて、Ｘ変域内で互いに結合しているピクセル集団がセグメントとして定義される。あるラインに対してこれらのセグメントがＸ変域で定義されると、１ライン毎に、それらのピクセルがＹ変域で結合されているか否かが判定可能になる。Ｙ変域は、ウェブの移動方向に対応する。計算の都合上、画像内でセグメントを一意に識別する情報の集合としてセグメントを表わすことができる。セグメントを、ＸおよびＹ変域における始点として、またＸ変域におけるピクセルのラン長で表わすのが特に好都合であることがわかっている。
【００３３】
この情報を集めて利用することにより、ブロブ化処理は各ラインに対するＸセグメントの形成、および１ライン毎のＸセグメントの結合の判定に帰着される。計算を効率化させるため、本発明は一回の反復処理で、Ｘセグメントのリストの形成および同リストのブロブリストへの変換の両方を完了させるのが好適である。本発明の一回の反復アルゴリズムは、先のラインからのＸセグメントのリストを比較リストとして保存するだけでよい。現在の行におけるセグメントのリストと、比較リスト内のセグメントとの間に結合が存在するか否かは、１ライン毎に判定され、その情報が蓄積されてブロブを定義する。
【００３４】
処理はＹ変域の最初のラインで開始されて、後続の各ラインについて反復する。処理を通じて、各ブロブについて開セグメントのラン個数カウントが維持される。これは新規ブロブの追加、完了したブロブの閉鎖、および別々のブロブを例えば文字「Ｖ」の根元のように単一ブロブに統合することを自動的に行なうのに役立つ。本発明は現在のラインでの最初のセグメントを最小Ｘ位置を基準にして決定する。そのＸセグメントの終端位置が比較リスト内の現セグメントの開始位置よりも小さい場合、セグメントは新規ブロブで最初のセグメントのはずとなる。この時点で、新規ブロブが割り当てられ、そのブロブの開セグメントのカウントは加算されるとともに、そのセグメントはこのブロブで最初のセグメントとして割り当てられる。比較リスト内の対応セグメントの終端が現セグメントの開始位置より小さい場合、比較リスト内の対応セグメントは比較リストから除去され、開セグメントのリストは減算されて、再び比較が開始される。しかし、これらがいずれも満足されない場合、現セグメントおよび比較リスト内の対応セグメントは重なり合って、同じブロブの一部を構成するはずとなる。セグメントは比較リストからのセグメントを覆って伸展しているブロブに追加される。複数の現セグメントが比較リストからの単一セグメントに重なる場合、現在の伸展しているブロブに追加される。また、現セグメントが比較リストからの複数のセグメントＮと部分的に一致する場合、統合条件が存在する。比較リストのセグメントで表わされた個々の伸展中のブロブは単一ブロブにまとめられ、開セグメントリストはＮ−１だけ減算される。最後に、現在のラインに比較リスト内のセグメントに隣接するセグメントが存在しない場合、比較リストの各セグメントについて開セグメントのカウントが減算される。
【００３５】
物理ウェブの長さは不確定であるため、ブロブ化処理は無限に継続する可能性がある。しかし個々のブロブは、それらの開セグメントカウントがゼロである場合、完全であるとみなされ、その時点でさらなる解析に利用できる。
【００３６】
ウェブ同期化
本発明のウェブ検査システムは一般に、空間的見当合わせを維持すべく、連続移動ウェブと同期させられる。本発明は好適には、ビデオデータおよび解析ストリームに見当が合わされた物理ウェブ位置に対応する解析座標系を利用する。これは通常、従来の光学的検査システムにおいて、ウェブラインに物理的に取り付けられた回転式エンコーダを用いて実現される。回転式のエンコーダには例えば、ドイツのハイデンハイン、トラウンロイト（Ｈｅｉｄｅｎｈａｉｎ、Ｔｒａｕｎｒｅｕｔ、Ｇｅｒｍａｎｙ）から販売されているモデル（ｍｏｄｅｌ）＃ＲＯＤ５２３が含まれる。ウェブが移動するにつれて、エンコーダは規則的な距離間隔で一連のデジタル信号を出力する。往々にして、エンコーダからの各パルスを用いて、ウェブ幅方向の別ラインを画像化すべくカメラを起動することがある。
【００３７】
フレキシブル回路ウェブを同期させる好適な方法は、比較的大きいサンプルデータのサブセットの類似度を特定する技術を利用する。数学的には、あるデータセットと別のデータセットの類似度を決定する最良の方法は、２組のデータセット同士の関係を数値的に表わす相関係数を作るものである。この相関係数を実現する多くの方法があるが、それらは一般に計算が高価でリアルタイムでの利用に適していない。しかし、本発明は最初にデータセットを２値結果に帰着させ、その上で十分な処理速度が得られる。
【００３８】
フレキシブル回路ウェブの好適な実施の形態において、ウェブは一般に、後で切り取られてアクティブな回路要素に取り付けられる一連の独立した回路部品を含む。製造工程においてこれらの部品は、Ｎ×Ｍアレイ、ウェブ全体にわたる単一部品、および最も近い隣接部品から１８０度回転した織り交ぜ部品を含むがこれらに限定されない多くの異なる方式でウェブ上に空間的に配置されることができる。しかし、この処理を通じて変わらないのは、回路の空間配置は常にウェブ長方向の明瞭かつ決定的なパターンに従う点である。本発明は、外部センサーや外部同期化機構を必要とせずに、入来するビデオストリームに含まれる情報だけに基づいて、ウェブ幅方向の部品の個数や向きにかかわらず、個々の部品を一意に識別してセグメント化する。
【００３９】
好適な２値相関は、最初に所定の相関画像を取得することから動作が始まる。これはファイルその他のデータ保存機構から取り出されてよい。次に、所定の相関画像は所定の閾値により２値化される。相関画像が２値化されると、オリジナルの２値化相関画像から、低解像度の間引きサンプリング画像が付加的に生成される。間引きサンプリング画像を用いて相関処理を高速化することができる。オリジナルの画像を任意の程度間引きサンプリングしてよい。しかし、計算を容易にすべく２のべき乗が好適である。位置決め画像が２値化されて間引きサンプリングされた後で、相関計算で反復利用すべくＲＡＭに保存される。
【００４０】
この時点で、任意の画像を位置決め機構に提示して相関計算することができる。すべての任意画像は２値化閾値、探索許容変数、およびと探索確率変数とともに提示される。捜索許容変数は、合致したとみなされる最小許容相関の測度として用いられる。捜索確率変数は、速度向上のために用いられ、それ以上の相関が見られる場合、位置決め機構に対し直ちに探索を中止してよい旨を通知する。
【００４１】
位置決めが開始できる前に、任意の画像も２値化されて、オリジナルの位置決め画像と同程度に間引きサンプリングされてもよい。任意の画像は上述のように位置決め機構に与えられた閾値を用いて２値化される。２値化値は、位置決め画像に与えられたものと同じ値である必要はない。これは取得装置の照明と感度の変動を考慮に入れている。
【００４２】
前処理が完了すると、位置決めを開始することができる。位置決め相関は、オリジナルのパターンと、より大きい任意画像のサブセクションとの間で１ピクセル毎の減算になる。相関係数は、減算の結果を合計することにより決定される。結果がゼロの場合、百パーセントの確率で合致していて、結果が［幅×高さ×２値の最大値］（通常は１または２５５）の場合は全く合致していない。
【００４３】
相関計算は、間引きサンプリングされた画像と全体的位置に対して最初に実行され、この位置の確率が決定される。間引きサンプリングされた相関の結果は本質的に±ｎ−１ピクセル（ｎは間引きサンプルの量）の位置を与えるため、間引き画像の位置をさらに厳しく制限するためにオリジナル画像に対して二次相関計算が実行される。最終的にこの処理が完了すると、合致が存在した場合にその正確な位置が関連者に転送され、位置決め機構は他の任意の画像に対して相関計算を続行する用意がある。
【００４４】
適切な位置決め機構が配置された状態で、本発明はデジタルデータストリームだけから部品の位置特および抽出処理へ進むことができる。この目的を達成するために、本発明は相関パターンとして、いくつかの所定のデジタル画像を利用する。これらのデジタル画像、またはロケータは、ウェブの座標系内のそれぞれ別々の部品の正確な位置を決定する方法だけでなく、デジタルデータストリームのＸおよびＹ変域におけるウェブの位置を決定する方法を含む。さらに、ロケータを用いて部品自身の座標系内における別々の対象区域を位置決めすることができる。
【００４５】
この処理の第一のステップは、デジタルデータストリームにおけるウェブの正確な位置を識別することである。正確な位置は、所定のウェブロケータ画像と連続デジタルデータストリームとの２値相関を用いて決定される。所定のウェブロケータは、反復パターン間のウェブ長方向の距離に一度しか出現しないパターンを含んでいるため、この相関はウェブのＸおよびＹ座標系の原点を決定するのに役立つ。
【００４６】
ウェブロケータの位置が知られている状態で、本発明はウェブ長方向の反復パターンのインスタンスに現れる各部品のウェブ幅およびウェブ長方向における正確な位置を決定することができる。再び、所定の部品ロケータ画像と連続的なデジタルデータストリームの２値相関を用いてこれは実現される。しかし計算サイクルを節約するために、この演算は、ウェブロケータからの部品ロケータのオフセット（ズレ）および部品ロケータの実際の幅により決定される、ウェブ幅方向の限定された位置で実行される。
【００４７】
部品の個数およびウェブロケータからのオフセットは予め決定されているため、上述のように正確な位置決め機構がウェブ上のすべての部品を検出する際に、ほぼ完璧な正確さを実現することができる。さらに、別々の部品を位置決めして、デジタル的に切り取り、さらにオプションとしてマスクして一方向へ回転させることが可能ならば、すべての追加処理は元の向きとウェブ幅方向の位置にかかわらず実行可能であることが推察される。
【００４８】
処理パイプラインは好適には個々の部品に作用する。従って、すべての検出アルゴリズムはウェブのパターン、ウェブ幅方向にある部品の個数にかかわらず、同様に機能する。製品が変更された場合、オペレータは単にメニューから新しい製品を選択するだけでよい。接合部分等で問題が生じた場合、すべての対象認識はビデオストリームだけに基づいているため、問題を検出して自動的に自身を再同期化する。また、所定の部品ロケータが用いられているため、この方法はウェブ幅方向における跛行その他ウェブ処理に固有の影響を自動的かつ連続的に補正する。
【００４９】
欠陥解析
ウェブ検査アプリケーションは一般に、２種の別々のクラスに分類できる。すなわち、パターン化ウェブ（ラベル、紙幣、およびフレキシブル回路等）および非パターン化ウェブ（フィルムおよび不織布等）である。本発明は検査ハードウェアを一切変更せずに、いずれのタイプのアプリケーションも首尾よく実行することができる。異なるタイプのブロブ解析を実行すべくソフトウェアを変更することにより、一般的な単一ベース（多重化されていない）コンピュータシステムにより広範なアプリケーションを実現することができる。
【００５０】
非パターン化ウェブの場合、ビデオ信号は均一であると想定されていて、不均一な領域はすべて欠陥があるものと見なされる。欠陥を識別するビデオ処理は、不均一ビデオ信号を強調するフィルタリング、欠陥領域を背景から分離する２値化、および上述のように欠陥ピクセルを収集して一体化させるブロブ化を伴なう。最後に、収集されたブロブが解析されて、それらがウェブの欠陥部位を表わしているのか、あるいは欠陥ではない単なる変形なのかが判定される。分類作業は、ブロブ位置および幾何学形状パラメータの解析からなる。特定のブロブが所定の欠陥に合致する特徴を有する場合、それは欠陥である。しかし、所定の欠陥の許容範囲内になければ欠陥ではない。欠陥を認識すべくシステムを定義または訓練する方法について以下に述べる。
【００５１】
例えば、半透明ポリマーウェブを検査する好適な実施の形態において、デジタルデータストリームは標準的なデジタルビデオ入力カードを介して１台のコンピュータ内へ入力され、コンピュータの主システムＲＡＭメモリに保存される。データは連続的であるため、いかなる条件下でもデータの欠落なしにデータ速度を受容するよう、サーキュラバッファリングによる慎重なメモリ管理が必要とされる。データが取得された後で、背景ノイズを除去しながら欠陥のコントラストを強調すべくフィルタリングされてもよい。これらのフィルターは、特定のアプリケーションの要請に適合すべく調整することができる。半透明ウェブであるため、材料は若干拡散しており、欠陥を強調するために高域通過フィルターと同時に、画像ノイズを除去するために平滑化フィルターも必要である。フィルタリング動作は一般に、汎用コンピュータでは計算コストが大きいものの、フィルターを慎重に設計することにより、必要なデータ速度を扱えるように最適化可能である。分離可能フィルターは行列分解に共通であり、当業者には一般に知られている。例えば、大きさが１１×１１のフィルターは２個の１×１１フィルターに分離できるため、演算回数を１２１回から２２回まで減らせる。このタイプのフィルターを選択することにより、効率が５５０％向上した。次いで、上述のように画像は効率的に２値化およびブロブ化される。この時点で、変形はブロブとして分離されていて、当業者に一般に知られている線型またはニューラルネットワーク分類技術を用いてブロブ特徴（大きさ、形状、位置、輝度）を解析することにより分類可能である。この場合、欠陥の重大さは厳密に大きさに基づいて決定される。欠陥が２ｍｍ2を超える場合、まさしく欠陥であり、さもなければアプリケーションの許容範囲を下回って無視される。最後に、データはリアルタイムにマップおよびグラフを介してユーザーに提示される。データはまた、リアルタイムにアーカイブデータベースに保存され、欠陥材料の存在に対処するために必要な適切なアクションをとるべく、製造工程制御システムへ転送される。
【００５２】
パターン化ウェブの場合、ビデオ信号は反復パターンを含んでいて、欠陥がパターンの歪曲として現れるものと想定されている。欠陥領域を識別するビデオ処理は、テスト対象のパターンを他の何らかの手段により得られたテンプレートパターンとの比較を伴なう。パターンを比較する通常の方法は、テスト対象パターンとテンプレートパターンの間の減算等の直接空間演算である。しかし、この方法は実際には、ウェブの歪み、光学的な不完全さ、パターン上のエッジ変動等、正常な工程変動に起因して、ウェブ処理向けには堅牢ではない。従ってこのシステムは、上述のようにビデオ処理の後で、画像を直接比較するのではなく、位相的ブロブ処理を実行してパターン品質を検証する。すなわち、ブロブ特徴の個数、それらの空間的相互関係、および幾何学的特徴を既知の特徴と比較して、テスト対象パターンが仕様範囲内であるか否かを判定する。この方法により、正常な工程変動を補填すべく許容度を組み込むことが大幅に容易になる。ここでもデータはユーザーに提示され、アーカイブデータベースに保存されて工程制御システムへ転送される。
【００５３】
パターン化ウェブ検査システムの動作に先立って、欠陥の無い基準画像を解析して決定的特徴を抽出する必要がある。本発明は訓練演算を用いて、基準パターン内の各オブジェクト（ブロブ）を、大きさ、形状、位置、位相等のブロブ特徴とともに抽出する。この方法では、実行時に解析用１台のコンピュータがテスト対象画像内のブロブを抽出して、実行時リスト内のブロブの特徴を基準ブロブリストのものと比較する。２個のリストの間で、ブロブ個数やブロブ特徴等の位相的特徴の比較することにより、微妙なパターン欠陥をも検出できる。これは、画像全体ではなく欠陥リストを比較することにより、データ量を激減させる利点がある。また、ブロブ特性比較に許容度を組み込むことにより、正常な工程変動を補填することが可能となった。このタイプの処理により、パターン化ウェブ検査における大量データを処理するのに、一般に普及している１台のコンピュータを利用することに成功した。
【００５４】
例えば、ウェブ形式のフレキシブル回路の検査の好適な実施の形態において、デジタルデータストリームは標準的なデジタルビデオ入力カードを介して１台のコンピュータ内へ入力され、コンピュータの主システムＲＡＭメモリに保存される。データは連続的であるため、いかなる条件下でもデータの欠落なしにデータ速度を受容すべく、サーキュラバッファリングによる慎重なメモリ管理が必要とされる。データが取得された後でフィルタリングされてもよいが、フィルターはいかなる試験対象パターンの形状も崩さないよう、注意を払う必要がある。次いでビデオデータは２値化されて、ブロブ化される。ウェブ幅方向での変動を補填すべく、２値化には適応型の閾値処理が必要とされる場合が非常に多い。画像がブロブ化された後で、ブロブリストに対してすべての解析演算が実行される。
【００５５】
フレキシブル回路およびＰＣＢにおける恐らく最も重要な欠陥は電気短絡、開回路、リード線縮小、および空間縮小である。最初に、開回路のテスト用に生成されたブロブリストは基準ブロブカウントと比較される。見せかけのノイズブロブをフィルタリングした後の実行時ブロブの個数が、訓練のブロブ個数より多い場合、開回路が存在する。さもなければ、トレース縮小が存在するか否かを判定すべく、さらなる解析が要求される。
【００５６】
トレース縮小は、金属特徴が受容できる許容度を越えて薄れる回路の部位を表わす。依然として導電性であるものの、これらの領域は動作中に故障する可能性が高い。当分野において、画像自身に対して形態的処理の利用を通じて行なわれてよい。残念ながら、これらの回路画像の大きさ（時として２００メガバイトを超える）および形態的処理の計算コストが膨大であるため、これらの動作を行なうためにカスタマイズ設計された専用電子ハードウェアが用いられてきた。本発明では、解析は画像ではなくブロブの変更を通じて行われる。最初に、Ｘ変域セグメントからの各ブロブに対してＹ変域セグメントを生成する。次に、ブロブを表わすＸ変域およびＹ変域セグメントが変更される。リード線縮小の場合、各セグメントは、完全に形成されたトレースしか通さないように計算された所定の値により対称的に縮小される。次いでブロブは上述のように変更されたセグメントリストに基づいて改良される。新規ブロブリストのブロブの個数を、所定の個数と本例では訓練リストのブロブの個数、と比較する。実行時カウントが基準カウントより大きい場合、セグメント長を変更する処理はトレースを破壊することにより、トレース縮小を識別する。
【００５７】
次に、同様の機構を用いて、短絡と空間縮小の両方について部品がテストされる。唯一の相違は、ＸおよびＹ変域セグメントは縮小されるのではなく、むしろ拡張される点である。短絡が存在するか、またはスペース縮小が存在する場合、ブロブカウントは減少されるであろう。ラン長に作用することにより、計算効率が５００〜２０,００００倍程度改善される。
【００５８】
ブロブリストがこれまで述べてきたテストに合格しても、トレースが片側でわずかに短縮されたか、あるいは短絡および開回路の両方の欠陥が同時に生じて、依然として欠陥があるかもしれない。従って、解析の最終段階では実行時リストの各ブロブからの位置および幾何学形状情報を、基準リストにおけるそれらの対応物と比較する。好ましい特徴として、面積、周囲、モーメント、あるいは縦横比率が含まれるがこれに限定はされない。実行時ブロブが、基準対応物の受容できる許容範囲外である場合、部品全体に欠陥がある。そうでない場合、すべての回路形成欠陥テストに合格した。
【００５９】
フレキシブル回路の欠陥検出においてより高い精度を維持する一方法として、短絡対開回路の検出に異なる閾値を利用する。短絡に用いる閾値は、ブロブ架橋欠陥に対してより鋭敏に設定されていて、開回路用に設定された閾値はブロブ破壊欠陥に対してより鋭敏に設定されている。例えば、透過光の場合トレースは暗く見える。短絡閾値は８０％に設定されてよく、開回路閾値は利用可能範囲の２０％に設定されてよい。
【００６０】
本好適な実施の形態における別の欠陥の種類に、ワイヤー結線またはハンダ結線等の金属化特徴の染みがある。これらは反射におけるコントラストの差異が小さく見える。上述のように、それらは位置決め技術を用いて特徴を分離することにより検出される。特徴を分離したならば、その領域内の局所的コントラストが測定される。特徴の大きさ、またはその領域の幅全体でコントラストが仕様範囲外である場合、部品に欠陥がある。
【００６１】
本好適な実施形態における別の欠陥の種類に、カバーコーティングの適用または位置に関する欠陥がある。カバーコーティングは、回路の特定領域上のハンダ止めや誘電コーティングを含め、フレキシブル回路に対し様々な目的で用いられる。上述のように透過反射照明を用いて、コーティングを背景から分離して、カバーコーティングだけを表わすようにブロブを形成することができる。次いでブロブを上述の回路化欠陥と同様に検出することができる。
【００６２】
本好適な実施形態における別の欠陥の種類に、ベース基板の孔または不完全さがある。例として、基板の孔は製品の性能に問題を引き起こす恐れがある。透過光を用いて、暗い背景に対して孔が明るく見えるように製品の画像化が行なえる。上述の均一ウェブ検査と同様に、ブロブを形成して欠陥を解析することが可能である。
【００６３】
本好適な実施形態における別の欠陥の種類に、リード線の湾曲がある。リード線は製品を外部ワイヤーまたは装置に結線させるために用いられる。リード線が位置を外れて湾曲している場合、正しい結線が行なえない。透過光または反射光を用いることにより、リード線を背景から分離してブロブ化することができる。次いで、実行時リストのブロブの個数、位置、および形状を基準リストと比較することができる。この解析において主軸角が特に重要な形状パラメータであることがわかっている。
【００６４】
訓練
１台のコンピュータは通常、ブロブリストと比較すべく、標準的な基準リストを用いて訓練される。製品の設定または訓練アプリケーションの目的は、実行時検査処理の間に必要とされるあらゆる情報を集める方法を提供することである。これはあらゆる２値化およびフィルタリング情報、欠陥の定義、パターン化ウェブ検査アプリケーションの部品位置決めに用いられるパターンマッチングのパラメータ、および製品記述情報を含む。このアプリケーションまたはその変更物が、均一およびパターン化ウェブ検査の両方に必要とされるが、フレキシブル回路検査の好適な実施の形態に用いる場合を図示する。当業者が論理調整を行なって均一ウェブ検査用にカスタマイズすることができる。
【００６５】
動作シーケンスは一般に下記を含む。すなわち第一に、パターンの少なくとも全反復を含むウェブの無欠陥画像を取得する。第二に、パターンの一意な特徴を指定して、パターン内の工程制御領域を識別する。第三に、一意な検査区域と欠陥タイプの各々に対する固有の工程制御設定を指示する。最後に、この情報をデータベース内に保存およびインストールして、実行時アプリケーションで本製品を選択して実行する。
【００６６】
第一に、検査システムが適切な光学機器、解像度、照明等により設定された状態で、反復パターンの少なくとも一回の全反復を含む、移動しているウェブの画像を取り込む。あるいは、この情報をＣＡＤ（コンピュータ支援設計）ファイルから取得して、適切な画像フォーマットに変換してもよい。画像は従来の画像操作ツールを用いて、反復パターンの丁度一回分の無欠陥反復を含むように、クロッピングすることができる。従って画像の長さはウェブ長方向への一回の反復、幅はウェブ全体の横幅である。
【００６７】
作画ツールは次いで、ウェブ長方向へ規則的に反復しているが、局所的なウェブ幅方向では一意であるパターンの特徴を識別するために用いられる。この特徴はウェブロケータとして識別されて、ウェブ位置を追跡して、あらゆるウェブ幅方向の動きを補填すべく用いられる。ウェブ長方向への距離は、ウェブロケータのパターンが反復する地点において定義される。パターンと反復距離の両方が保存されて、ウェブを追跡すべく実行時アプリケーションで用いられる。
【００６８】
再び作画ツールを用いて、反復パターン内の任意の別々の「部品」を定義する。例えば、部品は異なる向きの複数の回路を含む反復セクション内の単一回路要素であってもよい。部品に対して作画ツールを用いて部品内部の一意なパターンを識別し、それをグローバルなパターン内で個々の部品の位置決めに利用することができる。ウェブ長方向の単一パターン反復内に複数の部品があるかもしれないため、ウェブ長方向で部品が反復する間隔が規定されている。ここでも部品ロケータのパターンおよび反復距離が実行時検査で用いられて、解析用に個々の部品を識別する。システムは反復パターン内の向きにかかわらず全部品を自動的に位置決めする。オプションとして、ウェブ長方向の反復パターンが別々の部品を含んでいない場合、パターン全体を単一の部品として扱うことができる。個々の部品の概念を用いるのにいくつかの利点がある。実行時において、部品を識別、セグメント化した後は、すべての解析は同一である。また、往々にして対象でないパターンの場所がある。この方法は、解析を必要とする領域だけを検査する。
【００６９】
次いで部品画像内で、検査に必要な工程記述子が定義される。工程記述子には、部品内で欠陥マークが置かれる正確な位置を定義する部品マーカー領域、オペレータ向け高解像度ディスプレイにおいて部品の決定的な領域を定義する表示領域、および適応型２値化に用いられる情報が含まれる。
【００７０】
部品内の対象区域（ＲＯＩ）が次いで定義される。各ＲＯＩは特定の解析が適用される部品内の領域を識別する。例えば、フレキシブル回路の場合、部品全体に対し短絡／開回路欠陥を検出すべく解析を行ない、パッド区域に対し染みを検出すべく解析を行ない、ファインピッチ領域に対しリード／スペース縮小を検出すべく解析される。各区域は、グラフィックツールおよび個々に定義された各領域に対する検査許容度を用いて個々に識別できる。すべての解析が定義されるまで、区域は連続的に追加される。
【００７１】
最後に、必要ならばファイルは後で修正すべく保存され、次いで実行時に使用すべく検査システムデータベースにインストールされる。製品変更の間に複数のファイルを選択用に保存することができる。この結果、これ以上仲介することなく各種の製品に対して本発明の動作を可能にする。
【００７２】
好適なフレキシブル回路の検査の主な難点の一つは、製造工程において張力が不均一であったり、変動があるためにウェブが歪むことである。従って、ウェブのどの部位であっても基準パターンから空間的に歪曲している恐れがある。欠陥解析はこのような変形を補填することができなければならない。最もよく利用される方法は、テスト画像を最も良く基準画像に一致するように歪曲させ、次いで、例えばテスト画像を基準画像から減算することにより直接空間比較を行なうことである。残念ながら、より高次の変形を除去すべく正確に画像を歪曲させることが困難で、正常な工程変動を歪曲では補填できない場合があるため、このアプローチには難点がある。従って、無関係なノイズを除去するために、比較の後で形態的処理等の「クリーンアップ」処理を行なうことが必要な場合がある。このような処理技術は当業者には一般に知られている。
【００７３】
システム入力／出力
本発明の１台のコンピュータは一般に、さまざまなユーザー制御からの入力および工程ライン上の事象を表わす信号を受理する。すなわちウェブ速度、ウェブ動作、接合部、コーティング操作、および各種の同期化信号を含む入力を受理することができる。また本発明は、連続移動ウェブに欠陥があることが判定されたならば、各種の装置に出力を送ることができる。１台のコンピュータは、ユーザーインタフェースモニター、工程制御コンピュータ、保存用データベース、マーク付けシステムあるいはこれらを組合わせた装置へ出力コマンドを送ることができる。
【００７４】
連続移動ウェブの欠陥位置あるいは個々の部品を識別可能なマーク付けシステムが本発明での利用に適している。欠陥へのマーク付けは、欠陥の発生箇所の十分近くで生起するのが好適である。十分近くとは、マーク付けがウェブ幅方向およびウェブ長方向の両方で欠陥位置に近接していることを意味し、好適には５ミリメートル、最適には１ミリメートルの許容範囲内である。
【００７５】
欠陥にマーク付けを行なう目的は、欠陥コンポーネントや区域を識別して、それらを少し後の段階で製品主要部から除去できるようにすることである。欠陥メーク付けサブシステムは、例えば、インクまたは塗料沈積（インク押印器およびインクまたは塗料噴霧器を含む）、レーザータグ付け、ラベル貼付（欠陥の上または近くに貼付された粘着ラベル）、パンチ穿孔、物理的変形技術、磁気パルス、あるいはそれらの組合わせを含む多種多様なマーク付け技術を利用する。欠陥マークは、欠陥自体の上または近くに、すなわちウェブの端またはウェブロールの終端に配置されてよい。欠陥マークはまた、異なるマーク色や形状を用いて欠陥の分類を識別することができる。ウェブ上の縞のように連続的な欠陥の場合、マークはインク押印器からの小さいマークの反復、または塗料噴霧器からの連続的なマークからなる。
【００７６】
本発明の検査システムで利用すべく、従来のマーク付けシステムが組み込まれている。例えば、インク押印装置は、インクが充填されていて、インクを転写すべく対象材料と物理的に接触している浸透性パッドからなる。インクまたは塗料噴霧器は、対象材料に加圧されたインクまたは塗料を噴霧するソレノイド弁を利用する。レーザータグ付け装置には高集束の強力なレーザー光が組み込まれていて、色変更、孔焼き、または表面テクスチャ変更等、対象材料の表面を物理的に変える。ラベル貼付装置はソレノイド駆動機構を介して対象材料に印刷済み粘着ラベルを貼付する。孔パンチ装置は対象材料にまたは欠陥の近くに物理的に孔を開ける。貫通孔用の従来のパンチとダイ、および対象材料を貫通しないために移動しているウェブにより良く作用するキスカットパンチを含む多くのタイプのパンチが可能である。表面に明瞭なマークを残すソレノイドハンマーまたは刻み付き（ナールド）ホイール等の装置により、欠陥表面の物理的変形が実現される。強力な磁気コイルを介して磁気パルスを鉄の表面に適用することにより、単純な磁気センサーを用いて後で欠陥を容易に識別することができる。
【００７７】
マーク付けサブシステムの制御は検査システム自体と一体であっても、あるいは検査システムから負荷を減らすための準自律的インテリジェントサブシステム（すなわちＰＬＣ または専用のマイクロコンピュータ）であってもよい。欠陥を識別して、ウェブ幅方向およびウェブ長方向における座標を決定するのは検査システムの役割である。これらの欠陥の座標は、遅延（時間または距離に基づく）および同期化機構を検査システムに組み込んだ欠陥マーク付けサブシステムへ移送され、マーカー機構を始動させる前に画像センサーとマーカーの間の物理的間隙を受容するとともに維持する。
【００７８】
装置
本発明の装置は一般に、画像取得装置および単一ボードコンピュータを含む。画像取得装置は、連続移動ウェブの一連の部位を画像化してデジタルデータストリームを提供する。１台のコンピュータはデータストリームからブロブリストを形成する。１台のコンピュータは次いで、連続移動ウェブの少なくともある部位において欠陥のブロブリストを解析する。本発明の検査装置は一般に、従来のウェブ製造および搬送設備に適用される。図７に、本発明の一つの好適な実施の形態を示す。ウェブ７２は巻戻しローラー７１から検査システム７０を通って巻上げローラー７４へ搬送される。張力制御のためにダンサーローラー７６が利用される。各種のアイドラーロール７８がウェブ７２の搬送を支援する。オプションのステアリング機構８０を提供することにより、ウェブ７２をシステム７０の画像化領域へ誘導することができる。検査アイドラーロール８２はライン走査カメラ８４の下側でウェブを搬送する。駆動ロール８６が検査領域の下流に配置されていて、画像化中に張力によるウェブ７２の乱れを最小限にする。駆動ローラー８６に駆動信号を送るウェブコントローラ９０へフィードバックを提供すべく張力トランスデューサ８８が好適に提供されている。ライン走査カメラ８４からの画像データは、ウェブ同期化装置９４からの入力も受信する１台のコンピュータ９２へ送られ。１台のコンピュータ９２はブロブリストを形成して欠陥解析を実行する。１台のコンピュータ９２はウェブマーク付けシステム９６と通信する。ウェブマーク付けシステム９６は、ウェブ７２の個々の欠陥（図示せず）にマーク付けを行なうことができる。１台のコンピュータ９２はオプションとしてウェブコントローラ９０と通信してウェブ７２製品情報を交換する。１台のコンピュータ９２からの出力はオプションのユーザーインターフェース９８上で確認することができる。
【００７９】
計算性能が極めて重要なため、上述の方策においてもコンピュータのオーバーヘッドを減らすことで実現可能な任意の効率化が好適である。特に、例えばＱＷＯＲＤのような固有メモリ配置等、コンピュータ命令セットおよびレジスタ構造へのマッピングを行なう極めて効率の良いメモリ管理技術を用いることによって良い結果が得られている。ＳＩＭＤ（単一命令／複数データ）コードの利用も好適であることが分かっている。マルチスレッド技術を用いて非同期かつ並行動作すべく設計された１台のコンピュータが好適であると思われる。
【００８０】
任意の実施の形態において、本発明の方法および装置は多画像化システムを利用して、連続移動ウェブの完全かつ詳細な画像化を行なうことができる。多画像化装置は、ウェブ幅方向に並列に設置されて所与の基板の全幅を覆う画像を提供することができる。あるいは、多画像化装置をウェブ長方向のさまざまな位置に直列に設置することにより、異なるタイプの欠陥を十分に検査したり、ウェブ製造工程の所与の場所で特定のタイプの工程関連の欠陥を監視することができる。
【００８１】
別の代替的な実施の形態において、本発明の方法および装置による２個以上の検査システムを、所与のウェブに並列または直列に設置することができる。各々のシステムからの１台のコンピュータが中央コンピュータへデータを提供する。中央コンピュータは次いでデータを統合または同期化して工程制御を向上させることができる。
【産業上の利用可能性】
【００８２】
本発明は、連続移動ウェブを検査してウェブにおける不要な事象を識別するために適している。本発明の方法は、画像化に適した任意の方式のウェブに対しても実施可能である。本方法および装置は、フレキシブル回路ウェブ等の複合ウェブ材料に存在する大量データを処理するのに適している。さらに、本発明は画像化装置と単一ボードコンピュータを利用することにより、特殊な画像化ハードウェアなしでも大量データを処理する。本発明は、さらなるハードウェア変更を必要とせずに、特定の検査プログラムやウェブ材料の変更に十分に対応可能なモジュラーソフトウェアを含む。さらに、単一ボードコンピュータをアップグレードすることにより、ソフトウェアを変更する必要なしに処理速度向上の利得を享受できる
【図面の簡単な説明】
【００８３】
【図１】本発明の方法を例示するブロック図である。
【図２】本発明の画像取得および画像化要素の詳細なブロックフローチャートである。
【図３】反射光を利用した光学的照明機構の例である。
【図４】透過光を利用した光学的照明機構の例である。
【図５】透過反射光を利用した光学的照明機構の例である。
【図６ａ】反射光を利用したときの代表的パターン化ウェブの見え方を例示する。
【図６ｂ】透過光を利用したときの代表的パターン化ウェブの見え方を例示する。
【図６ｃ】透過反射光を利用したときの代表的パターン化ウェブの見え方を例示する。
【図７】ウェブ検査装置の好適な実施の形態の模式図である。
【図１】
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【図２】
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【図７】
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【国際公開パンフレット】
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【国際公開パンフレット（コレクトバージョン）】
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【国際調査報告】
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