(57)【要約】【課題】  配列形成された球状部の形状にバラツキや歪みがあったり、反射率が高く、配列ピッチが狭い場合であっても、球状部の形状を精度良く、短時間で測定できるようにする。【解決手段】  球状部（２）の配列方向に直交する方向に伸びるスリット光（Ｓ）により形成される光切断線（４）を個々の球状部（２）について所要数の画像が得られる所定ピッチ（Ｐ）で撮像した画像データ（ＩＤｎ）に基づいて、光切断線（４）上の３点から球状部（２）の半径を表わす径データ（Ｒｎ）を順次算出し、径データ（Ｒｎ）が予め設定された許容範囲内にある画像データ（ＩＤｎ）を一次抽出し、一次抽出された画像データ（ＩＤｎ）の連続数に基づいて球状部（２）の頂点近傍の画像データ（ＩＤｎ）を二次抽出し、二次抽出された画像データ（ＩＤｎ）を画像処理の対象として、夫々の球状部の形状を測定するようにした。【選択図】図１
2007205845.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
測定対象物に所定間隔で配列形成された球状部にスリット光を照射して、その光切断線の画像データを画像処理することにより前記球状部の形状を測定する球状部形状測定装置であって、
球状部の配列方向に直交する方向に伸びるスリット光により形成される光切断線を個々の球状部について所要数の画像が得られる所定ピッチで撮像して、その画像データを順次取り込むデータ入力処理手段と、
入力された画像データに基づいて光切断線上の３点乃至４点から半径・直径などの径データを順次算出し、径データが予め設定された許容範囲内にある画像データを抽出する一次抽出処理手段と、
前記一次抽出処理手段で抽出された画像データの連続数に基づいて球状部の頂点近傍の画像データを抽出する二次抽出処理手段と、
前記二次抽出処理手段で抽出された画像データを前記画像処理の対象として、夫々の光切断線に基づき球状部の形状を測定する画像処理手段を備えたことを特徴とする球状部形状測定装置。
【請求項２】
測定対象物に所定間隔で配列形成された球状部にスリット光を照射して、その光切断線の画像データを画像処理することにより前記球状部の形状を測定する球状部形状測定方法であって、
球状部の配列方向に直交する方向に伸びるスリット光により形成される光切断線を個々の球状部について所要数の画像が得られる所定ピッチで撮像して、その画像データを順次入力し、
入力された画像データに基づいて光切断線上の３点乃至４点から半径・直径などの径データを順次算出して、径データが予め設定された許容範囲内にある画像データを一次抽出し、
一次抽出された画像データの連続数に基づいて球状部の頂点近傍の画像データを二次抽出し、
二次抽出された画像データを前記画像処理の対象として、夫々の光切断線に基づき球状部の形状を測定することを特徴とする球状部形状測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、測定対象物に所定間隔で配列形成された球状部にスリット光を照射して、その光切断線の画像データを画像処理することにより、前記球状部の形状を検査する球状部形状測定装置及び測定方法に関し、特に電気部品に配列形成された多数の球状溶接部や、ＢＧＡに配列形成された多数の半田ボールなどの形状不良を検査するのに適している。
【背景技術】
【０００２】
測定対象物に配列形成された球状部の形状を測定する場合、球状部にスリット光を照射して、その光切断線の画像データを画像処理する光切断法が利用される。
この場合において、例えば球状部の高さを測定する場合は、スリット光を球状部の頂点に照射してその光切断線に基づいて測定すればよいが、球状部の頂点位置が不明であることから、配列方向に直交する方向に伸びるスリット光を前記配列方向に向って移動させながら細かいピッチごとに画像データを入力し、画像データから高さを算出し、算出された高さのうち最大値を球状部の高さとして測定するのが一般的である。
【特許文献１】特開２００２−２９６０１７公報
【０００３】
しかしながら、このような測定手段は、球状体の高さのみを求める場合であれば画像データから読み取るべきデータ数も少ないため、撮像された全ての画像データごとに高さデータを読み取ることも可能であるが、球状体の半径や形状を測定しようとすると、一つの画像データから読み取るべきデータ数が増えてくるので、撮像された全ての画像データについて半径、真円度などを算出すると処理時間が非常に長くかかるという問題がある。
【０００４】
例えば、半田ボールがマトリクス状に形成されたＢＧＡの品質検査対象項目として、従来は半田ボールの高さのみであったため、撮像された全ての画像データごとに高さデータを読み取ってもそれほど処理時間がかかることはなかった。
しかし、最近では半田ボールの高さだけではなく水平方向径や半径などについても対象項目とする要望も高い。
したがって、この場合に、高さのみを検出する場合と同様に、撮像された全ての画像データについて画像処理を行っていたのでは、半田ボールが形成されていない画像データについても同様の画像処理がされてしまい、処理時間が非常に長くかかってしまう。
【０００５】
球状部に形成される円弧状の光切断線から３点を抽出して曲率半径を算出する方法であれば、全画像データについて画像処理しても比較的短時間で処理が終了するが、球状部がきれいな球で形成されていない場合は測定精度が低くなるだけでなく、ノイズによる悪影響を受けやすい。
また、反射率の高い材料では、球状部の配列ピッチが狭くなるほど、ノイズが発生し易く、検出精度が低下するという問題もある。
画像処理による円弧フィッティングを行えば、ノイズによる影響も少なく、正確に測定可能であるが処理時間がかかり、効率の悪い検査になってしまう。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
そこで本発明は、配列形成された球状部の形状にバラツキや歪みがあり、反射率が高く、配列ピッチが狭い場合であっても、球状部の形状を精度良く、短時間で測定できるようにすることを技術的課題としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この課題を解決するために、本発明は、測定対象物に所定間隔で配列形成された球状部にスリット光を照射して、その光切断線の画像データを画像処理することにより前記球状部の形状を測定する球状部形状測定装置であって、球状部の配列方向に直交する方向に伸びるスリット光により形成される光切断線を個々の球状部について所要数の画像が得られる所定ピッチで撮像して、その画像データを順次取り込むデータ入力処理手段と、入力された画像データに基づいて光切断線上の３点乃至４点から半径・直径などの径データを順次算出し、径データが予め設定された許容範囲内にある画像データを抽出する一次抽出処理手段と、前記一次抽出処理手段で抽出された画像データの連続数に基づいて球状部の頂点近傍の画像データを抽出する二次抽出処理手段と、前記二次抽出処理手段で抽出された画像データを前記画像処理の対象として、夫々の光切断線に基づき球状部の形状を測定する画像処理手段を備えたことを特徴としている。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の測定装置によれば、撮像された全画像データについて、光切断線上の３点又は４点に基づき径データが算出され、径データが球状部の許容誤差範囲内にある画像データが一次抽出される。
次いで、一次抽出された画像データの連続数に基づき球状部の頂点近傍の画像データが二次抽出される。
そして、二次抽出された画像データについてのみ画像処理を行って球状部の形状を測定すれば、頂点近傍の画像データはノイズなどが生じにくく、また、球状部のプロフィールを正確にあらわしていることから、球状部の形状を正確に測定できる。
このようにすれば、３点又は４点のデータのみによる径データに基づいて画像データを一次抽出するので、画像データの数が多くても処理時間は短くて済み、さらに球状部の頂点近傍の画像データが二次抽出されて、この二次抽出された画像データについてのみ画像処理による形状測定がなされるから、球状部の形状を短時間で精度良く測定することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
本例では、配列形成された球状部の形状にバラツキや歪みがあり、反射率が高く、配列ピッチが狭い場合であっても、球状部の形状を精度良く、短時間で測定するという目的を達成するために、球状部の頂点近傍に照射されたスリット光の光切断線の画像データのみを抽出して画像処理することとした。
【００１０】
図１は本発明に係る球状部形状測定装置の一例を示す概念図、図２はその処理手順を示すフローチャート、図３は入力された画像データを示す説明図、図４は半径の算出法を示す説明図、図５は一次抽出及び二次抽出の処理結果を示す説明図である。
【実施例１】
【００１１】
図１に示す球状部形状測定装置１は、球状部２として多数の球状溶接部が所定間隔で配列形成された電気部品などのワーク（測定対象物）Ｗについて、溶接不良の有無を球状部２…の形状に基づいて判断する検査装置に用いられるものであって、球状部２にスリット光Ｓを照射する光源３と、そのスリット光ＳがワークＷに照射されて形成される光切断線４を撮像する撮像装置５と、撮像された画像を入力して画像データＩＤｎとして記憶し、この画像データＩＤｎから必要なデータのみを抽出して画像処理することにより球状部２…の形状を測定するコンピュータ６からなる。
【００１２】
光源３と撮像装置５の位置関係は一定に維持されており、光源３は球状部２の配列方向と直交する方向に伸びるスリット光Ｓを照射しながら前記配列方向に向って相対的に一定速度で移動されるようになっており、本例では光源３を固定した状態で球状部２…を移動させている。
そして、光源３から一定の時間間隔でフリッカ照射されるスリット光Ｓで形成される光切断線４を撮像装置５により撮像し、あるいは、光源３から連続的に照射されるスリット光Ｓで形成される光切断線４を撮像装置５により所定の時間間隔で撮像することにより、ワークＷ上に所定ピッチＰで形成される光切断線４…の画像を取り込む。
このとき、個々の球状部２の頂点近傍で少なくとも３〜５程度の所要数の画像データを取り込むことができるように、光切断線４…のピッチＰは、球状部２の直径より十分に小さく（例えば直径の１／２０以下）選定されている。
【００１３】
コンピュータ６は、撮像装置５で撮像された画像を順次入力して画像データＩＤｎ（ｎ＝１、２…）として記憶するデータ入力処理手段Ｍ１と、入力された画像データＩＤｎに基づいて光切断線４上の３点乃至４点から半径データ（径データ）Ｒｎを順次算出し、その半径データＲｎが球状部の許容誤差範囲内にある画像データＩＤｎを抽出する一次抽出処理手段Ｍ２と、一次抽出処理手段で抽出された画像データＩＤｎの連続数に基づいて球状部２の頂点近傍の画像データＩＤｎを抽出する二次抽出処理手段Ｍ３と、二次抽出処理手段Ｍ３で抽出された画像データＩＤｎのみを画像処理の対象として、夫々の光切断線４に基づき球状部２の形状を測定する画像処理手段Ｍ４を備えている。
【００１４】
図２は、コンピュータ６による処理手順を具体的に示すフローチャートである。
処理が実行開始されると、ステップＳＴＰ１〜２で画像データ入力処理が実行される。
画像データ入力処理は、ステップＳＴＰ１で画像データＩＤｎが順次入力され、ステップＳＴＰ２で画像データＩＤｎの入力が終了したと判断されるとステップＳＴＰ３に移行する。
画像データＩＤｎは、図３に示すように、スリット光Ｓが球状部２の頂点に照射されたときが光切断線４で表わされる円弧の半径が最も大きくなり、頂点から遠ざかるに従って半径が小さくなっていく。
【００１５】
次いで、ステップＳＴＰ３〜８の一次抽出処理が実行される。
一次抽出処理は、ステップＳＴＰ３で画像データＩＤｎを順次読み出し、ステップＳＴＰ４で個々の画像データＩＤｎに撮像された円弧状の光切断線４の半径を算出し、これを半径データＲｎとして記憶する。
半径データＲｎの算出は、例えば図４に示すように、光切断線４上の最も高い点を中心に間隔ｄで任意の３点Ａ、Ｂ、Ｃを設定し、これらのうち２点を結ぶ二本の直線Ｌａ、Ｌｂの垂直二等分線Ｈａ、Ｈｂの交点を中心Ｏｎとし、この中心Ｏｎから３点のいずれかの点Ａ、Ｂ、Ｃまでの距離を算出することにより行われる。
なお、光切断線上に任意の４点を設定しても、これらのうちの２点を結ぶ二本の直線を引くことができるので、同様に半径データＲｎを算出することができる。
【００１６】
次いで、ステップＳＴＰ５に移行し、算出された半径データＲｎが、予め設定された許容上限値Ｒmax及び許容下限値Ｒminで表わされる許容誤差範囲内であるか否かが判定され、図５に示すように、Ｒmin≦Ｒｎ≦Ｒmaxの画像データＩＤｎはステップＳＴＰ６で合格データ「１」として登録（一次抽出）され、それ以外のデータはステップＳＴＰ７で不良データ「０」として登録される。
そして、ステップＳＴＰ８で全ての画像データＩＤｎについて一次抽出処理が完了したと判断されると、ステップＳＴＰ９に移行する。
【００１７】
次いで、ステップＳＴＰ９〜１４の二次抽出処理が実行される。
ステップＳＴＰ９では、ステップＳＴＰ６で一次抽出された画像データのうち、連続する一連の画像データ群を読み出し、ステップＳＴＰ１０でその連続数ｍを読み取り、ステップＳＴＰ１１でその連続数ｍを予め設定された閾値ｍ０（例えばｍ０＝３）と比較して、ｍ≧ｍ０であるか否かが判定される。
【００１８】
すなわち、一次抽出は、半径データＲｎが許容誤差範囲内であるか否かを判断するものであるから、球状部２の頂点から大きく外れたところの画像データＩＤｎに撮像された光切断線４やノイズから選び出された３点に基づいて算出された半径データＲｎがたまたま許容誤差範囲内であれば合格データと判断されてしまう。
そこで、二次抽出を行うことにより頂点近傍の光切断線４を撮像した画像データＩＤｎのみを抽出する。
球状部２が許容誤差範囲内の形状で形成されていれば、その頂点近傍の光切断線４を撮像した連続する画像データＩＤｎから算出された半径データＲｎは、一次抽出処理において合格データとして連続して登録される。
また、球状部２の頂点から大きく外れたところの画像データＩＤｎから算出された半径データＲｎが一次抽出処理においてたまたま合格データと判定されることがあっても、その前後の画像データＩＤｎが連続して合格データとなる確率は極めて低い。
したがって、合格データが所定数連続していれば、その部分が頂点近傍の画像データＩＤｎであると判断できる。
なお、連続数ｍの閾値ｍ０は、球状部２の半径と撮像ピッチＰによって定まる。
【００１９】
ここで、ｍ≧ｍ０の連続する画像データ群ＩＤｎはステップＳＴＰ１２で合格データ「１」として登録（二次抽出）され、それ以外の画像データはステップＳＴＰ１３で不良データ「０」として登録される。
そして、ステップＳＴＰ１４で全ての一次抽出画像データＩＤｎについて二次抽出処理が完了したと判断されると、ステップＳＴＰ１５に移行する。
【００２０】
次いで、ステップＳＴＰ１５〜１７の画像処理が実行される。
ステップＳＴＰ１５は二次抽出された画像データＩＤｎを順次読み出し、ステップＳＴＰ１６ではその画像データに基づいて例えば円弧フィッティング処理などの検査目的に応じた画像処理がなされ、ステップＳＴＰ１７で全ての二次抽出画像データＩＤｎについて画像処理が終了したと判断されると、計測処理を終了する。
【００２１】
以上が本発明の一構成例であって、次にその作用を説明する。
例えば、球状部２となる球状溶接部が所定の間隔で所定数配列形成されたワークＷについて、溶接不良の有無を球状部２…の形状に基づいて判断する場合、球状部２の配列方向と直交する方向に伸びるスリット光Ｓを一定の時間間隔でフリッカ照射しながら、ワークＷを球状部２の配列方向に一定速度で移動させ、ワークＷ上に所定ピッチＰで形成される光切断線４…の画像を撮像装置５により撮像し、これを画像データＩＤｎとして順次入力する。
【００２２】
そして、入力が終了すると、各画像データＩＤｎを順次読み出して、光切断線上の３点から半径データＲｎを算出し、径データＲｎが球状部の許容誤差範囲内にある画像データＩＤｎを合格データ「１」として登録（一次抽出）する。
例えば、球状部２の設計値Ｒ＝５.００ｍｍ、許容上限値Ｒmax＝５.２５、許容下限値Ｒmin＝４.７５の場合に、図５に示すように、４.７５≦Ｒｎ≦５.２５の半径データＲｎが算出された画像データＩＤｎが合格データ「１」とされる。
【００２３】
次いで、一次抽出された画像データＩＤｎの連続数ｍ０に基づいて球状部２の頂点近傍の画像データＩＤｎを二次抽出する。
例えば、撮像ピッチＰが０.５ｍｍのときに連続数ｍ０＝３と設定すれば、一次抽出された画像データＩＤｎが３以上連続していれば、その画像データＩＤｎは頂点近傍の画像データと予測されるので、図５に示すように、これを合格データ「１」として登録（二次抽出）する。
【００２４】
そして、個々の球状部２の形状を測定する場合は、例えば、二次抽出された連続する三つの画像データＩＤｎの夫々について、光切断線４を解析して、円弧フィッティング等の画像処理を行い、光切断線４の近似円の半径を個別に算出し、算出された半径の平均値をその球状部２の半径としたり、球状部２の真円度、歪みの程度、凹みの有無などに基づいて、ワークＷの溶接部の良不良を検査できる。
また、規格対象外の球状部２があった場合は、その球状部２の頂点近傍の画像データも一次処理で不良データと判断されてしまうが、二次抽出が終了した時点で、画像処理の対象となる球状部２の数を計数し、予め設計されている球状部の数と比較することにより、ワークＷの良不良を検査することができる。
【００２５】
この場合、処理時間のかかる画像処理は、二次抽出されたデータについてしか実行されないので、入力撮像された画像データＩＤｎが多くても、一次抽出及び二次抽出により球状部２の頂点近傍の画像データのみに絞られ、頂点近傍においては球状部２表面に対するスリット光Ｓの入射角が比較的小さいため乱反射が起こり難く、ノイズの影響が抑えられるので、短時間で、精度良く球状部２の形状測定を行うことができる。
【産業上の利用可能性】
【００２６】
以上述べたように、本発明は、測定対象物に所定間隔で配列形成された球状部にスリット光を照射して、その光切断線の画像データを画像処理して球状部の形状を測定する用途に適用することができ、特に、球状部として多数の球状溶接部が所定の間隔で配列形成された電気部品や、多数の半田ボールが配列形成されたＢＧＡなどを検査する用途に適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明に係る球状部形状測定装置の一例を示す概念図。
【図２】その処理手順を示すフローチャート。
【図３】入力された画像データを示す説明図。
【図４】半径の算出法を示す説明図。
【図５】一次抽出及び二次抽出の処理結果を示す説明図。
【符号の説明】
【００２８】
１  球状部形状測定装置
２  球状部
Ｗ  ワーク（測定対象物）
Ｓ  スリット光
Ｐ  撮像ピッチ
３  光源
４  光切断線
５  撮像装置
Ｄｎ  画像データＩ
６  コンピュータ
Ｍ１  データ入力処理手段
Ｒｎ  半径データ（径データ）
Ｍ２  一次抽出処理手段
Ｍ３  二次抽出処理手段
Ｍ４  画像処理手段
【図１】
2007205845.tif 000003
【図２】
2007205845.tif 000004
【図３】
2007205845.tif 000005
【図４】
2007205845.tif 000006
【図５】
2007205845.tif 000007