JP2005337857A - Surface unevenness inspection method and inspection apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、表面検査方法および表面検査装置に関するものである。特に、プラスチックフィルム表面、鋼板表面、ガラス面、塗装面、蒸着面などの光沢面に発生する凹凸欠陥を検査するのに好適な検査方法および検査装置に関するものである。本発明の好ましい形態は、プラスチックフィルムの製造方法に関する。 The present invention relates to a surface inspection method and a surface inspection apparatus. In particular, the present invention relates to an inspection method and an inspection apparatus suitable for inspecting uneven defects generated on glossy surfaces such as a plastic film surface, a steel plate surface, a glass surface, a painted surface, and a vapor deposition surface. The preferable form of this invention is related with the manufacturing method of a plastic film.
一般に、被検査対象物上に存在する凹凸欠陥を検査しようとする場合、被検査対象物に光を照射し、その反射光の状態を参照することで凹凸の状態を推測する方法がよく用いられている。具体的には、特許文献1に示されるような、光切断法を応用して凹凸の状態を推測するものや、特許文献2に示されるような、明暗のパターン光が投影された被検査表面を撮像し、得られた画像における明暗エッジ部分の明暗変化の度合いから凹凸の状態を推測するもの、特許文献3に示されるような、明暗のパターン光が投影された被検査表面を撮像し、得られた画像における明暗パターンの歪み状態から凹凸の状態を推測するものが挙げられる。
In general, when inspecting uneven defects present on an object to be inspected, a method of irradiating the object to be inspected with light and referring to the state of the reflected light to estimate the state of unevenness is often used. ing. Specifically, a surface to be inspected by applying a light cutting method as shown in
しかしながら、特許文献1に示される方法の場合、基本的には被検査対象表面での散乱反射光を撮像するために光沢面での高精度な検査は困難となる。また特許文献2に示される方法の場合、検査光を発する光照射手段である光源自体の照射輝度ムラや例えばプラスチックフィルムロールのような透明体の積層部分で発生する光干渉による撮像輝度ムラによって検査精度が低下することがある。また特許文献3に示される方法の場合、被検査対象表面に見込まれる凹凸欠点の長手方向からのみによる明暗パターン光の構成では、得られた撮像画像におけるパターンの歪みを充分に大きくすることができず、欠陥の見逃しが発生する恐れがある。
However, in the case of the method disclosed in
また更に、特許文献1、特許文献2、特許文献3の全てに共通して、被検査対象物は平面、且つ検査時には光照射手段と撮像手段に対して常に一定の位置関係となるように配置されることが前提となっている。つまり例えば、被検査対象物がその製造工程中で巻き取られ、だんだんと巻き太っていくプラスチックフィルムロールなどの場合には、光照射手段と撮像手段に対する被検査対象表面の位置関係が経時的に変化するため、製品製造中常時での高精度な検査は望めない。
以上を鑑みて、本発明の目的は、フィルム表面、鋼板表面、ガラス面、塗装面、蒸着面などの光沢面に発生する凹凸欠陥を光学的に検出するに際し、被検査対象物から得られた撮像画像が含む輝度ムラによる誤検出の発生を低減でき、また被検査対象物に見込まれる欠陥の凹凸状態による撮像画像に現れる光学的影響が大きくなるような表面凹凸の検査方法および検査装置を提供することにある。また更には、光照射手段と撮像手段に対する被検査対象表面の位置関係が経時的に変化する被検査対象物の凹凸欠陥を高精度に検査するための表面凹凸の検査方法および検査装置を提供することにある。 In view of the above, an object of the present invention was obtained from an object to be inspected when optically detecting uneven defects generated on a glossy surface such as a film surface, a steel plate surface, a glass surface, a painted surface, and a vapor deposition surface. Provided is a surface irregularity inspection method and inspection apparatus that can reduce the occurrence of false detection due to uneven brightness in a captured image, and that the optical effect that appears in the captured image due to the unevenness state of a defect expected in the inspection target is increased. There is to do. Furthermore, a surface unevenness inspection method and inspection device for inspecting unevenness defects of a test object whose positional relationship between the light irradiation means and the imaging means with respect to the surface to be inspected changes with time is provided. There is.
上記目的を達成するため、本発明の表面凹凸の検査方法および検査装置は下記の構成を有する。 In order to achieve the above object, the surface irregularity inspection method and inspection apparatus of the present invention have the following configurations.
すなわち本発明の検査方法は、表面が所定の周期的明暗パターンの輝度を有する基準表面Slの、被検査物の被検査表面Sにおける正反射像を撮像手段によって撮像し、得られた前記正反射像のパターン形状歪みから前記被検査表面S上の筋状凹凸を検出する表面凹凸の検出方法であって、被検査表面Sの法線Zおよび前記撮像手段の視線方向Iのなす角度をφとするときに、前記法線Zおよび前記視線方向Iを含む平面S0および前記基準表面Slの交線CL2に垂直な基準ベクトルqの方向が前記周期的パターンの周期的変化の方向Hvと同方向の移動ベクトルiに対して成す角ψが次の式1を満たし、前記周期的パターンの周期的変化の方向Hvに垂直な方向Hhと前記基準表面Slを含む無限大の平面と前記比検査表面Sとの交線とがなす角θが次の式2を満たすよう前記基準表面と前記撮像手段とを設置することを特徴とするものである。
That is, in the inspection method of the present invention, the regular reflection image on the surface S to be inspected of the object to be inspected of the reference surface Sl whose surface has the brightness of a predetermined periodic bright and dark pattern is imaged by the imaging unit, and the obtained regular reflection is obtained. A surface unevenness detecting method for detecting streak unevenness on the surface S to be inspected from a pattern shape distortion of an image, wherein an angle formed between a normal Z of the surface S to be inspected and a line-of-sight direction I of the imaging means is φ When the direction of the reference vector q perpendicular to the intersection line CL2 of the plane S0 and the reference surface Sl including the normal line Z and the line-of-sight direction I is the same direction as the periodic change direction Hv of the periodic pattern An angle ψ formed with respect to the movement vector i satisfies the following equation (1), a direction Hh perpendicular to the direction Hv of the periodic change of the periodic pattern, an infinite plane including the reference surface Sl, and the ratio inspection surface S So that the angle θ formed by the line of intersection with It is characterized in placing the surface and the imaging means.
ここで、Ψminは、傾きパラメータαが0.5〜4.0°の間の値をとりうるものとし、傾きパラメータβが-25〜25°の間の値をとりうるものとしたときの次の式3で定義されるΨ0の値のとりうる最小値、ΨmaxはΨ0のとりうる最大値である。
Here, Ψmin can be a value between 0.5 and 4.0 ° for the slope parameter α, and can be expressed by the following
また本発明の検査方法は、前記移動ベクトルiの大きさ|i|が次の式4を満たし、かつ、前記周期的明暗パターンとして幅paの明部および幅pbの暗部を有するものを用い、その代表幅pcが次の式5を満たすよう前記基準表面と前記撮像手段とを設置することも好ましい。
Further, the inspection method of the present invention uses a method in which the magnitude | i | of the movement vector i satisfies the
ここで、|i|minは、傾きパラメータαが0.5〜4.0°の間の値をとりうるものとし、傾きパラメータβが-25〜25°の間の値をとりうるものとしたときの次の式6で定義される|i|0の値のとりうる最小値、|i|maxは|i|0のとりうる最大値である。前記幅paおよびpbのうち、大きい方である。
Here, | i | min is assumed to be a value when the slope parameter α can take a value between 0.5 and 4.0 °, and when the slope parameter β can take a value between -25 and 25 °. The minimum value of | i | 0 defined by Equation 6 can be taken, and | i | max is the maximum value of | i | 0. The larger one of the widths pa and pb.
また本発明の検査方法は、表面が所定の周期的明暗パターンの輝度を有する基準表面Slの、被検査物の被検査表面Sにおける正反射像を撮像手段によって撮像し、得られた前記正反射像のパターン形状歪みから前記被検査表面S上の筋状凹凸を検出する表面凹凸の検出方法であって、被検査表面Sの法線Zおよび前記撮像手段の視線方向Iのなす角度をφ、想定される筋状凹凸の前記被検査表面Sに対する傾きをα、前記法線Zおよび前記視線方向Iを含む平面S0と前記被検査表面Sとの交線CL1に対する、前記想定される筋状凹凸の長手方向の傾きをβ、とするときに、前記平面S0および前記基準表面Slの交線CL2に垂直な基準ベクトルqの方向が前記周期的パターンの周期的変化の方向Hvと同方向の移動ベクトルiに対して成す角ψが次の式7を満たし、前記周期的パターンの周期的変化の方向Hvに垂直な方向Hhと前記基準表面Slを含む無限大の平面と前記比検査表面Sとの交線とがなす角θが次の式8を満たすよう前記基準表面と前記撮像手段とを設置することを特徴とするものである。
In the inspection method of the present invention, the regular reflection image of the reference surface Sl having a predetermined periodic brightness / darkness pattern brightness on the inspection surface S of the object to be inspected is imaged by the imaging means, and the obtained regular reflection is obtained. A surface unevenness detecting method for detecting streak unevenness on the surface S to be inspected from a pattern shape distortion of an image, wherein an angle formed by a normal Z of the surface S to be inspected and a line-of-sight direction I of the imaging means is φ, The inclination of the assumed streak unevenness with respect to the surface S to be inspected α, the assumed streak unevenness with respect to the intersection line CL1 of the plane S0 including the normal Z and the line-of-sight direction I and the surface S to be inspected. The direction of the reference vector q perpendicular to the intersection line CL2 of the plane S0 and the reference surface Sl is moved in the same direction as the direction Hv of the periodic change of the periodic pattern when the longitudinal inclination of β is β An angle ψ formed with respect to the vector i satisfies the
ここで、Ψminは、前記傾きαの想定される最小値αminおよび最大値αmaxの間の値をとりうるものとし、前記傾きβの想定される最小値βminおよび最大値βmaxの間の値をとりうるものとしたときの次の式9で定義されるΨ0の値のとりうる最小値、Ψmaxは、Ψ0のとりうる最大値である。
Here, Ψmin can take a value between the assumed minimum value αmin and the maximum value αmax of the slope α, and takes a value between the assumed minimum value βmin and the maximum value βmax of the slope β. The minimum value Ψmax that can be taken by the value of Ψ0 defined by the following
また本発明の検査方法は、前記移動ベクトルiの大きさ|i|が次の式10を満たし、かつ、前記周期的明暗パターンとして幅paの明部および幅pbの暗部を有するものを用い、その代表幅pcが次の式11を満たすよう前記基準表面と前記撮像手段とを設置することも好ましい。
The inspection method of the present invention uses a method in which the magnitude | i | of the movement vector i satisfies the
ここで、|i|minは、前記傾きαの想定される最小値αminおよび最大値αmaxの間の値をとりうるものとし、前記傾きβの想定される最小値βminおよび最大値βmaxの間の値をとりうるものとしたときの次の式12で定義される|i|0の値のとりうる最小値、|i|maxは、|i|0のとりうる最大値である。前記幅paおよびpbのうち、大きい方である。
Here, | i | min can take a value between the assumed minimum value αmin and the maximum value αmax of the slope α, and between the assumed minimum value βmin and the maximum value βmax of the slope β. The minimum value of | i | 0 defined by the following
また本発明の検査方法は、前記周期的明暗パターンとしてストライプ型パターンを用い、撮像手段として被検査表面Sからの反射光に基づいて二次元の画像を撮像するものを用い、得られた画像の撮像分解能が、得られた二次元画像上の前記ストライプ型パターンの見かけの明部幅および暗部幅のそれぞれに対して5個以上の画素を含むように設定することも好ましい。 Further, the inspection method of the present invention uses a stripe pattern as the periodic light / dark pattern, and uses an image pickup means for picking up a two-dimensional image based on reflected light from the surface S to be inspected. It is also preferable that the imaging resolution is set so as to include five or more pixels for each of the apparent bright part width and dark part width of the stripe pattern on the obtained two-dimensional image.
また本発明の検査方法は、前記周期的明暗パターンとしてストライプ型パターンを用い、得られた二次元画像に対し、ストライプ長手方向に微分処理を施すことも好ましい。 In the inspection method of the present invention, it is also preferable to use a stripe pattern as the periodic light and dark pattern, and subject the obtained two-dimensional image to a differentiation process in the stripe longitudinal direction.
また本発明の検査方法は、前記周期的明暗パターンとしてストライプ型パターンを用い、撮像手段として被検査表面Sからの反射光に基づいて一次元の画像を撮像するものを用い、所定時間毎に得られた前記一次元画像を配列することによって得られた二次元画像の撮像分解能が、得られた二次元画像上の前記ストライプ型パターンの見かけの明部幅および暗部幅のそれぞれに対して5個以上の画素を含むように設定されていることも好ましい。 In the inspection method of the present invention, a stripe pattern is used as the periodic light / dark pattern, and a one-dimensional image is picked up based on the reflected light from the surface S to be inspected as the imaging means. The imaging resolution of the two-dimensional image obtained by arranging the obtained one-dimensional images is five for each of the apparent bright part width and dark part width of the stripe pattern on the obtained two-dimensional image. It is also preferable to set so as to include the above pixels.
また本発明の検査方法は、得られた画像のストライプパターンの明暗周期乱れより凹凸部分信号を検出することも好ましい。 In the inspection method of the present invention, it is also preferable to detect the concavo-convex portion signal from the light / dark period disturbance of the stripe pattern of the obtained image.
また本発明の検査方法は、得られた画像のストライプパターンと所定のマスタ画像との比較演算を実施することで凹凸部分信号を検出することも好ましい。 In the inspection method of the present invention, it is also preferable to detect the concavo-convex portion signal by performing a comparison operation between the stripe pattern of the obtained image and a predetermined master image.
また本発明の検査方法は、被検査表面Sに投影された明暗パターンを撮像して得られる画像のパターン形状歪みから被検査表面S上の凹凸を検出する検査方法であって、前記明暗パターンを発光面内の各部分の明暗を任意に設定可能である明暗パターン光照射手段で前記被検査表面Sに投影することを特徴とするものである。 The inspection method of the present invention is an inspection method for detecting irregularities on the surface to be inspected from the pattern shape distortion of an image obtained by imaging the light and dark pattern projected on the surface to be inspected S. The light and darkness of each part in the light emitting surface is projected onto the surface S to be inspected by the light / dark pattern light irradiating means that can be arbitrarily set.
また本発明の検査方法は、被検査表面Sに投影された明暗パターンを撮像して得られる画像のパターン形状歪みから被検査表面Sの凹凸を検出する検査方法であって、被検査対象物がロール状で回転運動を行い、時間が経つに連れて被検査表面Sとロールの回転中心軸との距離が変化し、および/またはロールの回転中心軸が移動するものであり、被検査表面Sとロールの回転中心軸の距離変化および/またはロールの回転中心軸の移動にともなう撮像画像のボケを補正することを特徴とするものである。 Further, the inspection method of the present invention is an inspection method for detecting irregularities on the surface S to be inspected from the pattern shape distortion of an image obtained by imaging the bright and dark pattern projected on the surface S to be inspected, and the inspection object is The roll is rotated, and the distance between the surface S to be inspected and the rotation center axis of the roll changes with time, and / or the rotation center axis of the roll moves. And blurring of a captured image that accompanies a change in the distance of the rotation center axis of the roll and / or movement of the rotation center axis of the roll.
また本発明の検査方法は、撮像手段の露光時間を、露光中の被検査表面Sの回転移動が0.25〜2.5mmとなるように設定することも好ましい。 In the inspection method of the present invention, it is also preferable to set the exposure time of the imaging means so that the rotational movement of the surface S to be inspected during exposure is 0.25 to 2.5 mm.
また本発明の検査装置は、表面が所定の周期的明暗パターンの輝度を有する基準表面Slと、被検査物の被検査表面Sにおける正反射像を撮像する撮像手段とを備えた、得られた前記正反射像のパターン形状歪みから前記被検査表面S上の筋状凹凸を検出する表面凹凸の検出装置であって、被検査表面Sの法線Zおよび前記撮像手段の視線方向Iのなす角度をφとするときに、前記法線Zおよび前記視線方向Iを含む平面S0および前記基準表面Slの交線CL2に垂直な基準ベクトルqの方向が前記周期的パターンの周期的変化の方向Hvと同方向の移動ベクトルiに対して成す角ψが次の式13を満たし、前記周期的パターンの周期的変化の方向Hvに垂直な方向Hhと前記基準表面Slを含む無限大の平面と前記比検査表面Sとの交線とがなす角θが次の式14を満たすよう前記基準表面と前記撮像手段とが設置されることを特徴とするものである。
Further, the inspection apparatus of the present invention was obtained, comprising a reference surface Sl whose surface has a luminance of a predetermined periodic bright and dark pattern, and an imaging means for capturing a regular reflection image of the inspection object on the inspection surface S. A surface unevenness detecting device for detecting streak unevenness on the surface to be inspected from the pattern shape distortion of the regular reflection image, wherein the angle formed between the normal line Z of the surface to be inspected and the line-of-sight direction I of the imaging means Is the direction of the reference pattern q perpendicular to the intersection line CL2 of the plane S0 and the reference surface Sl including the normal line Z and the line-of-sight direction I is the direction Hv of the periodic change of the periodic pattern. The angle ψ formed with respect to the movement vector i in the same direction satisfies the following expression 13, and the ratio Hh perpendicular to the direction Hv of the periodic change of the periodic pattern and the infinite plane including the reference surface Sl and the ratio Before the angle θ formed by the line of intersection with the inspection surface S satisfies the following equation (14) It is characterized in that the reference surface and the imaging means are installed.
ここで、Ψminは、傾きパラメータαが0.5〜4.0°の間の値をとりうるものとし、傾きパラメータβが-25〜25°の間の値をとりうるものとしたときの次の式15で定義されるΨ0の値のとりうる最小値、ΨmaxはΨ0のとりうる最大値である。
Here, Ψmin can be a value between 0.5 and 4.0 ° for the slope parameter α, and the following
また本発明の検査装置は、前記移動ベクトルiの大きさ|i|が次の式16を満たし、かつ、前記周期的明暗パターンは幅paの明部および幅pbの暗部を有するものであり、その代表幅pcが次の式17を満たすよう前記基準表面と前記撮像手段とが設置されることも好ましい。
Further, in the inspection apparatus of the present invention, the magnitude | i | of the movement vector i satisfies the following Expression 16, and the periodic bright / dark pattern has a bright part having a width pa and a dark part having a width pb. It is also preferable that the reference surface and the imaging unit are installed so that the representative width pc satisfies the following expression (17).
ここで、|i|minは、傾きパラメータαが0.5〜4.0°の間の値をとりうるものとし、傾きパラメータβが-25〜25°の間の値をとりうるものとしたときの次の式18で定義される|i|0の値のとりうる最小値、|i|maxは|i|0のとりうる最大値である。また代表幅pcは、前記幅paおよびpbのうち、大きい方とする。
Here, | i | min is assumed to be a value when the slope parameter α can take a value between 0.5 and 4.0 °, and when the slope parameter β can take a value between -25 and 25 °. The minimum value of | i | 0 defined by Equation 18 can be taken, and | i | max is the maximum value of | i | 0. The representative width pc is the larger of the widths pa and pb.
また本発明の検査装置は、表面が所定の周期的明暗パターンの輝度を有する基準表面Slと、被検査物の被検査表面Sにおける正反射像を撮像する撮像手段とを備えた、得られた前記正反射像のパターン形状歪みから前記被検査表面S上の筋状凹凸を検出する表面凹凸の検出装置であって、被検査表面Sの法線Zおよび前記撮像手段の視線方向Iのなす角度をφ、想定される筋状凹凸の前記被検査表面Sに対する傾きをα、前記法線Zおよび前記視線方向Iを含む平面S0と前記被検査表面Sとの交線CL1に対する、前記想定される筋状凹凸の長手方向の傾きをβ、とするときに、前記平面S0および前記基準表面Slの交線CL2に垂直な基準ベクトルqの方向が前記周期的パターンの周期的変化の方向Hvと同方向の移動ベクトルiに対して成す角ψが次の式19を満たし、前記周期的パターンの周期的変化の方向Hvに垂直な方向Hhと前記基準表面Slを含む無限大の平面と前記比検査表面Sとの交線とがなす角θが次の式20を満たすよう前記基準表面と前記撮像手段とが設置されることを特徴とするものである。
Further, the inspection apparatus of the present invention was obtained, comprising a reference surface Sl whose surface has a luminance of a predetermined periodic bright and dark pattern, and an imaging means for capturing a regular reflection image of the inspection object on the inspection surface S. A surface unevenness detecting device for detecting streak unevenness on the surface to be inspected from the pattern shape distortion of the regular reflection image, wherein the angle formed between the normal line Z of the surface to be inspected and the line-of-sight direction I of the imaging means Φ, inclination of the assumed streaky irregularity with respect to the surface to be inspected α, α, the normal line Z and the plane S0 including the line-of-sight direction I and the intersection line CL1 of the surface to be inspected S1 When the inclination in the longitudinal direction of the streaks is β, the direction of the reference vector q perpendicular to the intersection line CL2 of the plane S0 and the reference surface Sl is the same as the direction Hv of the periodic change of the periodic pattern. The angle ψ formed with respect to the moving vector i in the direction satisfies the following equation 19 and The angle θ formed by the direction Hh perpendicular to the periodic change direction Hv of the periodic pattern and the line of intersection between the infinite plane including the reference surface Sl and the specific inspection surface S satisfies the
ここで、Ψminは、前記傾きαの想定される最小値αminおよび最大値αmaxの間の値をとりうるものとし、前記傾きβの想定される最小値αminおよび最大値αmaxの間の値をとりうるものとしたときの次の式21で定義されるΨ0の値のとりうる最小値、Ψmaxは、Ψ0のとりうる最大値である。
Here, ψmin can take a value between the assumed minimum value αmin and the maximum value αmax of the slope α, and takes a value between the assumed minimum value αmin and the maximum value αmax of the slope β. The minimum value Ψmax that can be taken by the value of Ψ0 defined by the following
また本発明の検査装置は、前記移動ベクトルiの大きさ|i|が次の式22を満たし、かつ、前記周期的明暗パターンは幅paの明部および幅pbの暗部を有するものであり、その代表幅pcが次の式23を満たすよう前記基準表面と前記撮像手段とが設置されることも好ましい。
Further, in the inspection apparatus of the present invention, the magnitude | i | of the movement vector i satisfies the
ここで、|i|minは、前記傾きパラメータαの想定される最小値αminおよび最大値αmaxの間の値をとりうるものとし、前記傾きパラメータβの想定される最小値βminおよび最大値βmaxの間の値をとりうるものとしたときの次の式24で定義される|i|0の値のとりうる最小値、|i|maxは、|i|0のとりうる最大値である。また代表幅pcは、前記幅paおよびpbのうち、大きい方とする。
Here, | i | min can take a value between the assumed minimum value αmin and the maximum value αmax of the slope parameter α, and the assumed minimum value βmin and the maximum value βmax of the slope parameter β The minimum value of | i | 0 defined by the following equation 24 when the value between can be taken, | i | max is the maximum value of | i | 0. The representative width pc is the larger of the widths pa and pb.
また本発明の検査装置は、前記周期的明暗パターンはストライプ型パターンであり、撮像手段が二次元に光電変換素子が配置されたエリアセンサカメラであり、その撮像分解能が、得られた二次元画像上の前記ストライプ型パターンの見かけの明部幅および暗部幅のそれぞれに対して5個以上の画素を含むように設定することも好ましい。 Further, in the inspection apparatus of the present invention, the periodic light / dark pattern is a stripe pattern, the imaging means is an area sensor camera in which photoelectric conversion elements are two-dimensionally arranged, and the imaging resolution is the obtained two-dimensional image. It is also preferable to set so as to include five or more pixels for each of the apparent bright part width and dark part width of the stripe pattern above.
また本発明の検査装置は、前記周期的明暗パターンはストライプ型パターンであり、撮像手段が一次元に光電変換素子が配置されたラインセンサカメラであり、その撮像分解能が、得られた二次元画像上の前記ストライプ型パターンの見かけの明部幅および暗部幅のそれぞれに対して5個以上の画素を含むように設定されていることも好ましい。 The inspection apparatus of the present invention is a line sensor camera in which the periodic bright and dark pattern is a stripe pattern, the imaging means is one-dimensionally arranged with photoelectric conversion elements, and the imaging resolution is the obtained two-dimensional image. It is also preferable that the stripe-type pattern is set so as to include five or more pixels for each of the apparent bright part width and dark part width.
また本発明の検査装置は、照明手段と明暗パターン光作成手段が、発光面内の各部分の明暗を任意に設定可能である明暗パターン光照射手段で構成されていることを特徴とするものである。 Further, the inspection apparatus of the present invention is characterized in that the illumination means and the light / dark pattern light creating means are composed of light / dark pattern light irradiation means capable of arbitrarily setting the light and darkness of each part in the light emitting surface. is there.
また本発明の検査装置は、照明手段、明暗パターン光作成手段、撮像手段、画像処理手段を備えた検査装置であって、被検査対象物がロール状で、ロール中心軸を回転中心とした回転運動を行うものであり、時間が経つに連れて被検査表面Sとロールの回転中心軸との距離が変化し、および/またはロールの回転中心軸が回転開始前の位置から移動するものであり、被検査表面Sとロールの回転中心軸の距離変化および/またはロールの回転中心軸の移動にともなう撮像画像のボケを補償する機構を備えたことを特徴とするものである。 The inspection apparatus of the present invention is an inspection apparatus provided with illumination means, light / dark pattern light creation means, imaging means, and image processing means, and the object to be inspected is in a roll shape and rotated around the roll center axis. The movement is performed, and the distance between the surface S to be inspected and the rotation center axis of the roll changes with time, and / or the rotation center axis of the roll moves from the position before the start of rotation. In addition, a mechanism for compensating for a change in the distance between the surface S to be inspected and the rotation center axis of the roll and / or blurring of the captured image accompanying the movement of the rotation center axis of the roll is provided.
また本発明の検査装置は、撮像手段の露光時間が1/60〜1/3000secに設定することも好ましい。 In the inspection apparatus of the present invention, it is also preferable that the exposure time of the imaging means is set to 1/60 to 1/3000 sec.
また本発明の製造方法は、上記したいずれかの検査方法、またはいずれかの検査装置を用いて、透明プラスチックフィルム、または金属薄膜を蒸着したプラスチックフィルムを検査する工程を含むことを特徴とするものである。 Moreover, the manufacturing method of the present invention includes a step of inspecting a transparent plastic film or a plastic film having a metal thin film deposited thereon using any one of the above-described inspection methods or any of the inspection apparatuses. It is.
本発明によれば、以下に説明する通り、フィルム表面、鋼板表面、ガラス面、塗装面、蒸着面などの光沢面に発生する凹凸欠陥を光学的に検出するに際し、被検査対象物から得られた撮像画像が含む輝度ムラによる誤検出を低減でき、また被検査対象物に見込まれる欠陥の凹凸状態による撮像画像に現れる光学的影響が大きくなるような表面凹凸の検査方法および検査装置を得ることができる。また更には、光照射手段と撮像手段に対する被検査対象表面の位置関係が経時的に変化する被検査対象物の凹凸欠陥を高精度に検査するための表面凹凸の検査方法および検査装置を得ることができる。 According to the present invention, as will be described below, it is obtained from an object to be inspected when optically detecting uneven defects generated on a glossy surface such as a film surface, a steel plate surface, a glass surface, a painted surface, and a vapor deposition surface. A method and apparatus for inspecting surface irregularities that can reduce false detections due to uneven brightness in captured images and increase the optical effect that appears in the captured images due to the irregularities of defects expected in the inspection object. Can do. Furthermore, it is possible to obtain a surface unevenness inspection method and inspection apparatus for inspecting unevenness defects of an inspection object whose positional relationship between the light irradiation means and the imaging means with respect to the inspection object surface changes with time. Can do.
以下、本発明の最良の実施形態の例を、平面的に一方向に移動中の透明プラスチックに発生する折れシワを検出する場合と、ロール状に巻き取られる透明プラスチックフィルムロール表面に発生する巻きシワを検出する場合を例にとって、図面を参照しながら説明する。 Hereinafter, examples of the best embodiment of the present invention will be described in the case of detecting folding wrinkles generated in a transparent plastic moving in one direction on a plane and winding generated on the surface of a transparent plastic film roll wound up in a roll shape. A case where wrinkles are detected will be described as an example with reference to the drawings.
図1は本発明の基本的な構成を示す概略図である。また図2(a)(b)は撮像された明暗パターンの画像であり、このうち、(a)は被検査対象表面Sに凹凸欠陥31が存在しない場合、(b)は被検査対象表面Sに凹凸欠陥31が存在する場合の画像である。
FIG. 1 is a schematic diagram showing the basic configuration of the present invention. 2 (a) and 2 (b) are taken images of a bright and dark pattern. Of these, (a) shows a case in which the concave /
明暗パターン光照射手段10と撮像手段20は、被検査対象表面30の法線Zに対する角度がφとなる正反射の関係に配置されている。ここで明暗パターン光照射手段10は二次元的な広がりを有する照明手段11の発光部に光透過部12aと遮光部12bが規則的にストライプ型に配された明暗パターン光作成手段12を設けることにより実現されている。
The bright / dark pattern light irradiating means 10 and the imaging means 20 are arranged in a regular reflection relationship in which the angle with respect to the normal Z of the
ここでストライプ型とは、明暗パターンにおける明部と暗部の境界が直線かつ平行で、明部と暗部が順々に繰り返し配置され、明部の幅(以下明ピッチpaと記す場合もある)、暗部の幅(以下暗ピッチpbと記す場合もある)がそれぞれが各繰り返し単位ごとに実質的に同じであり、一つのpaと一つのpbを足しあわせたものがストライプピッチp(以下単にピッチpと記す場合もある)であるものと定義し、ストライプの明暗変化の方向を方向Hv、これに直交する明暗境界線の方向を方向Hhとする。なお説明の都合上、この実施形態においては、明暗パターン光照射手段10の表面を基準表面Slとする。また撮像手段20は汎用のCCDカメラなどに代表される光電変換手段21と集光作用を有するレンズなどの集光手段22により構成されており、そのピントは被検査対象表面30ではなく、基準表面Slに合わされている。よって被検査対象表面30上に凹凸欠陥31が存在しない場合には、撮像手段20は歪みのない明暗パターンを撮像することとなり、画像は図2(a)のようになる。これに対し被検査対象表面30上の一部に凹凸欠陥31が存在する場合には、凹凸欠陥31が存在する領域では存在しない領域と比較して反射の状態が異なるために、撮像手段20は一部が歪んだ明暗パターンを撮像することとなるため、画像は図2(b)のように歪み部32を有するものとなる。つまり撮像された画像における明暗パターンの歪みを検出することで被検査対象表面30上の凹凸欠陥31を検出することが可能となる。
Here, the stripe type means that the boundary between the bright part and the dark part in the light / dark pattern is straight and parallel, the bright part and the dark part are repeatedly arranged in order, and the width of the bright part (hereinafter sometimes referred to as the bright pitch pa), The width of the dark portion (hereinafter sometimes referred to as dark pitch pb) is substantially the same for each repeating unit, and the sum of one pa and one pb is the stripe pitch p (hereinafter simply referred to as pitch p). The direction of the stripe brightness change is defined as the direction Hv, and the direction of the light-dark boundary line orthogonal to the direction is defined as the direction Hh. For convenience of explanation, in this embodiment, the surface of the light / dark pattern light irradiation means 10 is defined as a reference surface Sl. The imaging means 20 is composed of a photoelectric conversion means 21 typified by a general-purpose CCD camera and a condensing means 22 such as a lens having a condensing function, and the focus is not the
また、本発明者らの知見によると、照明手段11、撮像手段20、被検査対象表面30の位置関係、明暗パターン光作成手段10に設けられた明暗パターンの形状などの光学系の構成状態と凹凸欠陥31の幾何学的な状態、得られた画像に現れる明暗パターンの歪み32の程度との間には密接な関係がある。このことは、得られた画像に現れる明暗パターンの歪み32の程度から凹凸欠陥31の程度を推測して透明プラスチックフィルムの製品としての良否の判定が行えるということと共に、被検査対象表面30上に見込まれる凹凸欠陥31の幾何学的な特徴をもとに、凹凸欠陥31による撮像画像に現れる光学的影響が最も大きくなるように、言い換えると検出目標となる凹凸欠陥31の状態に対して最も高感度となるように光学系を構成できるということである。
Further, according to the knowledge of the present inventors, the configuration of the optical system such as the
光学系の構成状態と凹凸欠陥31の幾何学的な状態、得られた画像に現れる明暗パターンの歪み32の関係について図3を用いて説明する。図3(a)(b)は本発明による光学系部分の幾何学的な状態を示す解析図であり、(a)は光学系全体を示す図、(b)は明暗パターン光照射手段10の発光面を正面から観た図である。ここで被検査表面30に対して正反射の関係に配置された明暗パターン光照射手段10と撮像手段20の設置角度をφ、被検査対象表面30上に見込まれる凹凸欠陥31が被検査表面30と成す斜面角度をα、被検査対象表面30の鉛直軸Z(被検査表面30の法線)を中心軸とした凹凸欠陥の回転方向の角度をβ、とする。またストライプ型に構成された明暗パターン光作成手段12面を含む無限大の平面と被検査対象表物30上の被検査対象表面Sとの交線CL3が方向Hhに対して成す角度をθ、明暗パターンの繰り返しのピッチをpとする。また、幾何学的な説明を理解しやすくするため、図3より幾何学的な要素のみを抜き出し、かつ必要な要素を加えて図11に示す。図11に示すとおり、鉛直軸Zおよび撮像手段20の視線方向Iを含む平面を平面S0と定義し、前記角度βは平面S0と被検査表面Sとの交線CL1を基準(0°)として反時計回りの方向を正と定める。また平面S0と基準表面Slとの交線CL2を定義する。
The relationship between the configuration state of the optical system, the geometric state of the concavo-
図3(a)に戻る。まず被検査対象表面30上に凹凸欠陥31が存在しない場合を考える。すると撮像手段20に入射するあるひとつの反射光Lrは被検査対象表面30上の反射点Pr1に入射した入射光Li1が反射点Pr1で反射したものである。この入射光Li1は被検査対象表面30において反射光Lrと正反射の関係にあり、基準表面Sl上の発光点Pi1から発せられた光である。よってこの発光点Pi1は装置の配置構成上、被検査対象表面30の反射点Pr1からみて撮像手段20とは反射点Pr1における鉛直軸Zから設置角度φだけ離れた正反射の位置にある。
Returning to FIG. First, let us consider a case where the
同様に撮像手段20には反射光Lrと実質的な向きがおおむね同じで2次元(平面)的な位置の異なる様々な反射光が入射することとなるが、これら全てにおいても上記と同様の反射、発光の関係が成り立つ。すなわち被検査対象表面30があたかも鏡面のように作用し、撮像手段20によっては図2(a)のような歪みのない明暗パターン画像が得られる。
Similarly, various reflected lights having substantially the same direction as the reflected light Lr and different in two-dimensional (planar) positions are incident on the imaging means 20, but all of these are reflected in the same manner as described above. The relationship of light emission is established. That is, the
これに対し、被検査対象表面30上に凹凸欠陥31が存在する場合を考える。すると撮像手段20に入射するあるひとつの反射光Lrは凹凸欠陥31の斜面31a上の反射点Pr2に入射した入射光Li2が反射点Pr2で反射したものである。この入射光Li2は被検査対象表面30においてではなく、斜面31aにおいて反射光Lrと正反射の関係にあり、基準表面Sl上の発光点Pi2から発せられた光である。よってこの発光点Pi2は装置の配置構成上、被検査対象表面.30の反射点Pr1からみて撮像手段20とは反射点Pr1における鉛直軸Zから設置角度φだけ離れた正反射の位置にはない。
On the other hand, consider a case where the
同様に撮像手段20には反射光Lrと実質的な向きがおおむね同じで2次元(平面)的な位置の異なる様々な反射光が入射することとなるが、反射点が凹凸欠陥31の斜面上となる反射光については上記と同様の反射、発光の関係が、反射点が凹凸欠陥31の存在しない被検査対象表面30上となる反射光については凹凸欠陥31が存在しない場合の反射、発光の関係が成り立つ。すなわち被検査対象表面30と凹凸欠陥31があたかも凹凸を有する鏡面のように作用し、撮像手段20によっては図2(b)のような歪み32を有する明暗パターン画像が得られる。
Similarly, various reflected light beams having substantially the same direction as the reflected light beam Lr and having different two-dimensional (planar) positions are incident on the image pickup means 20, but the reflection point is on the slope of the concavo-
ここで図3(b)を参照し、撮像手段20が捉えるある反射光Lrについて考えると、被検査対象表面30上に凹凸欠陥31が存在する場合としない場合では、撮像手段20は異なる基準表面Sl上の発光点Pi1、Pi2を撮像することとなる。この現象を幾何学的に、発光点Pi1から発光点Pi2への移動ベクトルiが生じると言うことができる。
Here, referring to FIG. 3B, when a certain reflected light Lr captured by the imaging means 20 is considered, the imaging means 20 has different reference surfaces depending on whether or not the
想定される凹凸欠陥31について移動ベクトルiを考え、この移動ベクトルiと基準表面の明暗パターンとの関係がシステム全体の感度を決定付けるひとつの要因となる。以下、これについて検討するために、基準面Sl上にあって、法線Zおよび前記視線方向Iを含む平面S0および前記基準表面Slの交線CL2に垂直な基準ベクトルqを考える。
The movement vector i is considered for the assumed
被検査対象表面S上に凹凸欠陥31がなければカメラが捉えるであろう基準表面Sl上の発光点Pi1が、凹凸欠陥31が存在するためにカメラが捉える基準表面Sl上の発光点Pi2に移動すると考えるなら、凹凸欠陥31の存在を検出しやすくするためにカメラが撮像する明暗ストライプ画像に対して凹凸欠陥31の及ぼす光学的な影響、つまり明暗ストライプの歪みを大きくするためには、移動ベクトルiが基準ベクトルqに対して成す角度ψに対して、垂直にストライプの明暗境界が配置されるように基準表面SIが構成されていることが好ましい。つまりは明暗変化方向Hvが角度ψと同じになるように明暗ストライプが構成されていることが好ましい。また発光点Pi1と発光点Pi2間の距離に相当する移動ベクトルiの大きさ|i|に対して、明暗のピッチpはpを構成する明部の幅pa、暗部の幅pbのうち大きい方(代表幅pcという)が同じかそれ以下(発光点Pi1から発光点Pi2への移動軌跡が必ず少なくともひとつの明暗境界部を含む)、更には画像の分解能で明暗が区別可能な限りできるだけ細かい方が好ましい。
If there is no concavo-
ここで、上記で定義している明暗パターン光照射手段10と撮像手段20の設置角度φ、凹凸欠陥31が被検査表面Sと成す斜面角度α、被検査対象表面Sの鉛直軸Zを中心軸とした凹凸欠陥の回転方向角度β、被検査対象表面Sと照明面Slとの距離l、の状態によって移動ベクトルiの向きψと大きさ|i|は変化するので、想定される光学系条件(φ、l)の範囲に対して、被検査表面に発生すると見込まれる凹凸欠陥31の形状条件(α、β)の範囲が定まれば、ψ、|i|の範囲も決定することができ、本発明においては以下の式25、26が成り立つ。
Here, the installation angle φ of the light / dark pattern light irradiation means 10 and the imaging means 20 defined above, the slope angle α formed by the concave /
ここで、Ψminは、前記傾きαの想定される最小値αminおよび最大値αmaxの間の値をとりうるものとし、前記傾きβの想定される最小値βminおよび最大値βmaxの間の値をとりうるものとしたときの次の式27で定義されるΨ0の値のとりうる最小値、Ψmaxは、Ψ0のとりうる最大値である。 Here, ψmin can take a value between the assumed minimum value αmin and the maximum value αmax of the slope α, and takes a value between the assumed minimum value βmin and the maximum value βmax of the slope β. The minimum value Ψmax that can be taken by the value of Ψ0 defined by the following equation 27 when it is assumed to be Ψ0 is the maximum value that Ψ0 can take.
また同様に、|i|minは、前記傾きαの想定される最小値αminおよび最大値αmaxの間の値をとりうるものとし、前記傾きβの想定される最小値βminおよび最大値βmaxの間の値をとりうるものとしたときの次の式28で定義される|i|0の値のとりうる最小値、|i|maxは、|i|0のとりうる最大値である。
Similarly, | i | min can take a value between the assumed minimum value αmin and the maximum value αmax of the slope α, and between the assumed minimum value βmin and the maximum value βmax of the slope β. The minimum value | i | max defined by the following
以上について、仮に明暗パターン光照射手段10と撮像手段20の設置角度φを5°、被検査表面Sと照明面Slとの距離lを2000mmと定め、凹凸欠陥31が被検査表面30と成す斜面角度αが典型的なケースである0.4〜4°、被検査対象表面30の鉛直軸Zを中心軸とした凹凸欠陥の回転方向角度βが同じく典型的なケースである-25〜25°の範囲をとる場合、移動ベクトルiの向きψは図9のような、大きさ|i|は図10のような範囲をとることとなる。すなわち式25のとり得る範囲は0.035° < ψ < 25.4°、式26のとり得る値の範囲は27.82mm < |i| < 280.2mmとなる。ただしここで得られた値の範囲は、仮定したある条件におけるひとつの例であり、本発明の式25、式26のとり得る値の範囲はこれに限定されるものではない。なお、上記のような関係に基づいて、想定される凹凸欠陥31の被検査表面30と成す斜面角度αや被検査対象表面30の鉛直軸Zを中心軸とした凹凸欠陥の回転方向角度βを入力すれば、適切な明暗パターン光照射手段10の設置角度や基準面SI上の明暗パターンの配置を出力する手段を設ければ、最適な検査を容易に実施できる。
For the above, it is assumed that the installation angle φ of the light / dark pattern light irradiating means 10 and the imaging means 20 is 5 °, the distance l between the surface S to be inspected and the illumination surface Sl is 2000 mm, and the slope on which the
また前記した幾何学的な法則に従って、移動ベクトルiの向きψと大きさ|i|が決定されれば、凹凸欠陥31の存在を検出しやすくするためにカメラが撮像する明暗ストライプ画像に対して凹凸欠陥31の及ぼす光学的な影響、つまり明暗ストライプの歪みを大きくするための基準面Sl上の明暗ストライプの好ましい配置が決定される。なお、移動ベクトルiの向きψと、被検査対象表面S上の交線CL3に対する明暗ストライプの傾き角度θ(前記周期的パターンの周期的変化の方向Hvに対して垂直な明暗境界線方向Hhと前記基準表面Slを含む無限大の平面と被検査対象表面との交線CLのなす角θ)は垂直に配置されているものとする。すなわち、以下の式29の関係式が成り立つ。
In addition, if the direction ψ and the magnitude | i | of the movement vector i are determined according to the geometrical law described above, the light and dark stripe image captured by the camera to facilitate detection of the presence of the concavo-
また移動ベクトルiの大きさ|i|に対し、明暗のピッチpはpを構成する明部の幅pa、暗部の幅pbのうち大きい方(代表幅pc)が同じ大きさかそれ以下(発光点Pi1から発光点Pi2への移動軌跡が必ず少なくともひとつの明暗境界部を含む)であることが好ましく、つまり式30で表される値に設定されていることが好ましい。
Also, with respect to the magnitude | i | of the movement vector i, the bright and dark pitch p is equal to or smaller than the larger one (representative width pc) of the bright portion width pa and the dark portion width pb constituting the p (light emitting point). It is preferable that the movement trajectory from Pi1 to the light emission point Pi2 always includes at least one light / dark boundary portion), that is, it is preferably set to a value represented by
ここで式30のpcとは、明暗のピッチpを構成する明部の幅pa、暗部の幅pbのうち、大きい方(つまりpa<pbであればpc=pb)、paとpbが実質的に同じであればどちらでもよい。
Here, pc in
また明暗のピッチpについて、更には撮像手段によって得られた二次元画像の分解能で明暗が区別可能な限りできるだけ細かい方が好ましく、つまり式31で表される値を満たし、かつ式32で表される値を満たすように設定されていることが好ましい。ここで式31、式32のbはカメラの水平方向分解能である。
Further, the light and dark pitch p is preferably as fine as possible as long as light and dark can be distinguished by the resolution of the two-dimensional image obtained by the imaging means, that is, satisfies the value represented by
以上のように、検出対象となる被検査対象表面Sに発生すると見込まれる凹凸欠陥31の形状条件(α、β)を定めることにより、式25、式26より移動ベクトルiの向きψと大きさ|i|が決定され、更にこの向きψと大きさ|i|より式29、式30、式31を満足するような明暗ストライプを構成、明暗パターン光作成手段12に反映させることにより、想定される凹凸欠陥31がカメラの撮像画像に及ぼす影響を最も大きくでき、すなわち凹凸欠陥31の検査において最も高感度となる。
As described above, by determining the shape conditions (α, β) of the concavo-
また、凹凸欠陥31の斜面角度α、回転方向角度βが小さければ小さいほど移動ベクトルiの向きψ(=基準表面Sl上の基準ベクトルqと移動ベクトルiのなす角度)、大きさ|i|ともに小さく、斜面角度α、回転方向角度βが大きくなるに従って移動ベクトルiの向きψ、大きさ|i|も大きくなる傾向がある。よって被検査対象表面S上に見込まれる検出すべき凹凸欠陥のうち、斜面角度α、回転方向角度βが比較的小さくて移動ベクトルiの向きψ、大きさ|i|が小さい凹凸欠陥に対して最も高感度になるように明暗ストライプを構成しておくことが好ましい。
Further, the smaller the slope angle α and the rotation direction angle β of the concavo-
このように、実際に測定したい対象の凹凸欠陥の形状条件(α、β)の各値を傾きパラメータという。この傾きパラメータα、βは、想定される傾きの値の範囲をそのまま傾きパラメータとして上記各関係式に基づいて光学系を構成するのが好ましい。逆に、想定できる値がなかったとしても、光学系の構成から傾きパラメータを逆算すればその値に近い凹凸欠陥の検出が高精度で行えるということができる。 As described above, each value of the shape condition (α, β) of the concavo-convex defect to be actually measured is referred to as an inclination parameter. It is preferable that the inclination parameters α and β constitute an optical system based on the above relational expressions using the assumed inclination value range as it is. On the other hand, even if there is no value that can be assumed, if the tilt parameter is calculated backward from the configuration of the optical system, it is possible to detect the concavo-convex defect close to that value with high accuracy.
更に詳細には図9および図10に示すように、斜面角度αの大きさは移動ベクトルiの大きさ|i|に比較的強く影響し、回転方向角度βの大きさは移動ベクトルiの向きψに比較的強く影響することが幾何学的に証明される。また明暗ストライプの構成の重要な要素であるストライプ傾き角度θ及びストライプピッチpについて、ある凹凸欠陥31(α、β)を検出するに、ピッチpはpを構成する明部の幅pa、暗部の幅pbのうち大きい方の幅(代表幅pc)が移動ベクトルiの大きさ|i|と同じ大きさ以下であれば、明ピッチpa、暗ピッチpbのそれぞれがカメラ分解能bの5倍以上となる条件を満足した上でなるべく小さく設定する程に検査感度が高まるのに対し、最も検査感度の高くなる傾き角度θは移動ベクトルiの向きψによって一意に定められる値である。つまり、優先的には検出すべき凹凸欠陥31のうち回転方向角度βが最も小さいものに対して最も検出感度が高くなるようにストライプ角度θを設置し、ピッチpはpを構成する明部の幅pa、暗部の幅pbのうち大きい方の幅(代表幅pc)が移動ベクトルiの大きさ|i|と同じ大きさ以下で、明ピッチpa、暗ピッチpbのそれぞれがカメラ分解能bの5倍以上となる条件を満足する最も小さい値に設定することが好ましい。このように明暗ストライプを構成することにより、検出すべき最も斜面角度α、回転方向角度βが小さい凹凸欠陥31よりも、斜面角度α、回転方向角度βの大きい凹凸欠陥31'が発生した場合には、明暗ストライプの最適条件は満たされなくなるものの、移動ベクトルiの向きψ、大きさ|i|が大きくなるため、これを検出するに充分な感度が得られ、実際の運用において問題はない。
More specifically, as shown in FIG. 9 and FIG. 10, the magnitude of the slope angle α has a relatively strong influence on the magnitude | i | of the movement vector i, and the magnitude of the rotation direction angle β is the direction of the movement vector i. It is proved geometrically that it has a relatively strong influence on ψ. In addition, with respect to the stripe inclination angle θ and the stripe pitch p, which are important elements of the configuration of the bright and dark stripes, the pitch p is determined by detecting the width pa of the bright portion constituting the p and the dark portion of the dark portion. If the larger one of the widths pb (representative width pc) is less than or equal to the size of the movement vector i | i |, each of the bright pitch pa and the dark pitch pb is at least 5 times the camera resolution b. The inspection sensitivity increases as it is set to be as small as possible while satisfying the above conditions, whereas the inclination angle θ at which the inspection sensitivity is highest is a value uniquely determined by the direction ψ of the movement vector i. That is, preferentially, the stripe angle θ is set so that the detection sensitivity is the highest for the concave /
次に撮像手段20によって得られたストライプ画像より凹凸欠陥31の有無、また程度を判定する信号処理手法について、図4(a)〜(g)を用いて説明する。ここで図4の(a)は被検査表面S上に凹凸欠陥31が存在したためにストライプが歪んで得られた画像、(b)は被検査表面S上に凹凸欠陥31が存在していないためにストライプが歪まずに得られた画像、(c)、(d)および(e)はそれぞれ(a)、(b)に対して所定の演算1をそれぞれに異なった条件で施した画像、(f)、(g)はそれぞれ(c)、(e)に更に所定の演算2を施した画像である。
Next, a signal processing method for determining the presence / absence and degree of the concavo-
まず図4(a)に対して演算1を施す。演算1は一般的には微分処理と呼ばれる手法であり、注目画素とその近隣の比較画素の輝度差を算出し、輝度差の絶対値を新たな輝度に変換して注目画素の位置にプロットする処理であり、(a)をマクロ的に捉えた観点においては明暗変化の激しい部分、例えば特にストライプのエッジ部分などを新たな高輝度部分に変換するという機能を持つ処理である。演算1としてこの処理を用いるにあたり、本発明においてはストライプの長手方向と同じ方向に注目画素と比較画素を配列することを特徴としている。すなわち、本発明の好ましい形態で得られる画像(a)に対し、一般的に行われるように例えば画像の水平方向に注目画素と比較画素を配列して演算1を行うと、(d)のようにストライプの非歪み部、歪み部に関わらず、明暗のエッジ部が強調された画像が得られることとなり、(d)より歪み部のみを特定することは困難となる。これに対し本発明の好ましい形態によれば、ストライプの長手方向と同じ方向(斜め)に注目画素と比較画素を配置して演算1を実施することにより、(c)に示すような、非歪み部では注目画素と比較画素の輝度差が小さいために輝度が低く変換され、歪み部では注目画素と比較画素の輝度差が大きいために輝度が高く変換された画像が得られることとなり、演算後の画像における非歪み部と歪み部の特徴付けが行える。また、被検査表面S上に凹凸欠陥31が存在しない場合に得られる画像(b)のようにストライプ画像に歪み部が存在しない場合、ストライプの長手方向と同じ方向(斜め)に注目画素と比較画素を配置して演算1を実施することにより、(e)の様な一様に低輝度な処理画像が得られることとなる。
First,
次に(a)、(b)に本発明の演算1を施すことによって得られる画像(c)、(e)に対して演算2を施す。演算2は一般的には膨張と呼ばれる処理であり、注目する輝度の画素を指定し、注目画素の周囲画素を注目画素と同じ輝度、もしくは指定した輝度に変換する処理であり、近隣には存在するが接触していない注目画素、もしくは注目画素が複数集まった注目領域同士を連結してより大きな領域に変換するという機能を持つ処理である。まず被検査対象表面S上に凹凸欠陥31が存在する場合に本発明の好ましい形態の演算1によって得られる画像(c)に対して演算2を施すと、高輝度部分が連結されてひとつの領域に変換された領域を有する画像(f)が得られる。また、被検査対象表面S上に凹凸欠陥31が存在しない場合に本発明の演算1によって得られる画像(b)に対して演算2を施すと、連結すべき高輝度領域がないために一様に低輝度に変換された画像(g)が得られる。最終的には(f)、(g)などの処理画像に対し、注目領域、例えば高輝度領域の有無を判定することで凹凸欠陥31の有無を判定することができる。
Next,
また上記で説明したとおり、凹凸欠陥31の斜面角度α、回転方向角度βによって移動ベクトルiの向きψ、大きさ|i|が変化するので、凹凸の程度によって(a)の歪みの程度も変化することとなる。すなわち斜面角度α、回転方向角度βのより大きく激しい(小さく微細な)凹凸欠陥においては、ストライプの歪みもより大きく(小さく)なり、演算1によって高輝度に変換される画素の数はより多く(少なく)なった画像(c)が得られることとなる。すると当然のことながら、(c)に対して演算2を施すことにより、凹凸欠陥31の程度がより激しい場合には、連結変換された高輝度注目領域の大きい画像(f)が、微細な場合には、連結変換された高輝度注目領域が小さい、もしくは連結しきれずに複数の小領域に変換された画像(f)が得られ、その面積、数などの特徴量を解析することで凹凸欠陥31の程度を相対的に評価できる。
Further, as described above, since the direction ψ and the magnitude | i | of the movement vector i change depending on the slope angle α and the rotation direction angle β of the concavo-
なお上記で説明した信号処理の手法は、原理を簡単に理解するための最も基礎的な部分を抜き出したものであり、実際には本手法に加えて、一般的に信号処理の精度を向上させるために用いられる、ノイズ除去(例えば平均化処理やメディアン処理、スムージング処理など)の手法や二値化の手法を適切な段階で行うことも好ましい。 Note that the signal processing method described above is the most basic part for easily understanding the principle. In practice, in addition to this method, the signal processing accuracy is generally improved. It is also preferable to perform a noise removal (for example, averaging processing, median processing, smoothing processing, etc.) method or binarization method used at an appropriate stage.
上記においては、撮像手段20の光電変換手段21としてCCDエリアセンサカメラに代表される2次元の視野を有したデバイスを使用することを前提に説明を進めてきた。しかし本発明の検査方法および検査装置の別の好ましい形態によれば、光電変換手段21としてCCDラインセンサカメラに代表される1次元の視野を有したデバイスを使用することも可能となる。一般的にCCDラインセンサカメラは画像水平方向の画素数がCCDエリアカメラに比べて多く、幅方向に広い被検査対象物の検査を行う場合には、撮像手段20の台数を減らせる、且つ/または撮像の分解能を微細化して検査精度を向上させることができるというメリットを有する。 The above description has been made on the assumption that a device having a two-dimensional field of view represented by a CCD area sensor camera is used as the photoelectric conversion means 21 of the imaging means 20. However, according to another preferred embodiment of the inspection method and inspection apparatus of the present invention, a device having a one-dimensional field of view represented by a CCD line sensor camera can be used as the photoelectric conversion means 21. In general, a CCD line sensor camera has a larger number of pixels in the horizontal direction of the image than a CCD area camera, and when inspecting an object to be inspected wide in the width direction, the number of imaging means 20 can be reduced, and / or Alternatively, there is an advantage that the inspection resolution can be improved by reducing the resolution of imaging.
図3(a)において光電変換手段21を2次元の視野を有するデバイスから1次元の視野を有するデバイスに変更した場合、撮像手段20によって得られる画像について図2(c)、(d)を用いて説明する。ここで図2(c)は被検査対象表面S上に凹凸欠陥31が存在しない場合に1次元の視野を有する光電変換手段21によって得られる画像、(d)は凹凸欠陥31が存在する場合に得られる画像である。まず被検査対象表面S上に凹凸欠陥31が存在しない場合には、撮像手段20によって現象的には図2(a)の1次元視野33を経時的に配列して得られる2次元画像(c)が得られることとなる。画像(c)では画像の垂直方向に伸びる明部と暗部が水平方向に所定のピッチで周期的に配列している。一方、同様に被検査対象表面S上に凹凸欠陥31が存在する場合、撮像手段20によって現象的には図2(b)の1次元視野34を経時的に配列して得られる2次元画像(d)が得られることとなる。画像(d)においても画像の垂直方向に伸びる明部と暗部が撮像されるが、その水平方向のピッチは凹凸欠陥31による入射光Liの軸変化(軸ズレ)の影響で所定の周期を乱している。なおここで凹凸欠陥31の有無によって撮像手段20によって得られる画像に変化が現れる理由については、既に説明した2次元の視野を有したデバイスを使用した場合と同様である。しかし2次元の視野を有するデバイスと1次元の視野を有するデバイスでは2次元画像を構成する原理に違いがあるため、得られる画像には(a)と(c)、(b)と(d)のように違いが現れる。
When the photoelectric conversion means 21 in FIG. 3A is changed from a device having a two-dimensional field of view to a device having a one-dimensional field of view, FIGS. 2C and 2D are used for an image obtained by the imaging means 20. I will explain. Here, FIG. 2C shows an image obtained by the photoelectric conversion means 21 having a one-dimensional field of view when the
次に1次元の視野を有する撮像手段20によって得られた画像(c)、(d)より凹凸欠陥31の有無、また程度を判定する第1の信号処理手法について、図2(c)、(c')、(d)、(d')を用いて説明する。ここで図2(c')は画像(c)の、(d')は画像(d)の輝度情報を垂直方向に積算して得られる輝度波形43、44を示している。
Next, a first signal processing method for determining the presence / absence and degree of the concavo-
まず被検査対象表面S上に凹凸欠陥31が存在しない場合、画像(c)から得られた輝度波形43は明部領域がピッチPb、暗部領域がピッチPdとなり、かつ両者が画像の水平方向に、ピッチが変化することなく周期的かつ交互に、規則正しく配置されている。これに対し、被検査対象表面S上に凹凸欠陥31が存在する場合、画像(d)から得られた輝度波形44は凹凸欠陥31の影響を受けない部分では、凹凸欠陥31が存在しない場合と同様に周期的なPb、Pdの繰り返し状態が得られるが、凹凸欠陥31の影響で入射光Liの軸ズレが発生している領域では、図2(d')に示す通り、例えば明部/暗部領域の幅Pm1〜Pm7のように、Pb、Pdとも異なる幅で水平方向に配列される。すなわち明部幅Pb、暗部幅Pdの水平方向配列周期を解析すれば、言い換えるとPb、Pdとも異なる明部/暗部幅Pmxの有無を検出すれば、被検査表面S上の凹凸欠陥31の有無を判定可能となる。
First, when the
また上記で説明したとおり、凹凸欠陥31の斜面角度α、回転方向角度βによって移動ベクトルiの向きψ、大きさ|i|が変化するので、凹凸の程度によって輝度波形44の周期変動の程度も変化することとなる。すなわち斜面角度α、回転方向角度βのより大きく激しい(小さく微細な)凹凸欠陥においては、輝度波形44における周期変動の発生している領域(Pm1〜Pm7の距離)が大きく(小さく)なり、かつPb、Pdと異なる周期Pmxの個数が増える(減る)こととなる。これら情報を解析することにより凹凸欠陥31の程度を相対的に評価できる。
In addition, as described above, the direction ψ and the magnitude | i | of the movement vector i change depending on the slope angle α and the rotation direction angle β of the concavo-
なお上記においては画像(c)、(d)の輝度情報を垂直方向に積算して輝度波形43、44を得たが、輝度情報を垂直方向に平均すること、もしくは(c)、(d)における水平方向のある1ラインの輝度情報から輝度波形43、44を得ても同様の処理が実行可能であり、同様の効果が得られる。これら輝度波形を得る方法については、実際の非検査対象物に併せて最もノイズを逓減させて高精度な信号処理が望める手法を選択しても良い。
In the above description, the luminance information of the images (c) and (d) is integrated in the vertical direction to obtain
また更に1次元の視野を有する撮像手段20によって得られた画像より凹凸欠陥31の有無、また程度を判定する第2の信号処理手法について、図5(a)〜(c)を用いて説明する。ここで図5(a)は水平方向に明部と暗部が規則正しく周期的な幅で配列された画像(マスタ画像)、図5(b)は被検査対象表面S上に凹凸欠陥31が存在する場合に1次元の視野を有する光電変換手段21によって得られる画像(検査画像)であり、図5(c)は図5(a)、(b)に対して演算3を施して得られた画像である。
Further, a second signal processing method for determining the presence / absence and degree of the concavo-
演算3は一般的には差分処理と呼ばれる手法であり、マスタ画像と検査画像の輝度差をそれぞれ同じ座標の画素同士で算出し、例えば輝度差の絶対値を新たな輝度に変換して処理画像としてプロットする処理であり、マスタ画像と検査画像における輝度の異なる部分が強調される処理である。図5(a)に示すマスタ画像と(b)に示す検査画像に対して演算3を実行すると、検査画像において凹凸欠陥31による入射光Liの軸ズレの影響を受けていない領域51においてはマスタ画像との輝度差がないために、(c)の領域53に示すように一様な低輝度部分として変換される。一方、凹凸欠陥31による入射光Liの軸ズレの影響を受けている領域52においてはマスタ画像との輝度差を生じる部分が存在し、(c)の領域54に示すように一部が高輝度部分として変換される。また被検査対象表面S上に凹凸欠陥31が存在しない場合には、検査画像としてはマスタ画像と類似した(a)のような画像が得られるはずである。この場合にマスタ画像と検査画像に対して演算3を施せば、画像全体が一様に低輝度な図示しない画像が得られるはずである。すなわち、演算3によって得られた画像(c)における明部の有無を検出すれば、被検査表面S上の凹凸欠陥31の有無を判定可能となる。
The
また上記で説明した通り、凹凸欠陥31の斜面角度α、回転方向角度βによって移動ベクトルiの向きψ、大きさ|i|が変化するので、凹凸の程度によって検査画像に現れる明部/暗部の周期乱れの程度も変化することとなる。すなわち斜面角度α、回転方向角度βのより大きく激しい(小さく微細な)凹凸欠陥においては、検査画像(b)における周期乱れの発生している領域52が大きく(小さく)なり、かつ領域52内の明部/暗部の総数が増える(減る)こととなる。これら情報を解析することにより凹凸欠陥31の程度を相対的に評価できる。
Further, as described above, the direction ψ and the magnitude | i | of the movement vector i change depending on the slope angle α and the rotation direction angle β of the concavo-
ここで、マスタ画像はあらかじめ専用のものを作成しておいても良いし、対象となる検査画像を取得する時間とは別の時間に取得した第2の検査画像を用いても良い。ただし第2の検査画像をマスタ画像として用いる場合には、同一の凹凸欠陥31による検査画像とマスタ画像たる第2の検査画像を演算3の処理対象とすると欠陥が検出できない。これは例えば撮像時間T1〜T5で5枚の検査画像I1〜I5を取得した場合、凹凸欠陥31が時間T2〜T4に出現していたとすると、I2、I3、I4間での演算3の実施では凹凸欠陥31による輝度変化が検出されないことから明らかである。このため、マスタ画像としては凹凸欠陥31が存在していない状況での第2の検査画像を採用する必要がある。このための最も簡単な方法として、例えば連続的に数回の検査画像取得を行う場合に、検査の対象となる検査画像取得より所定の時間だけ以前に取得した検査画像をマスタ画像として採用し、かつマスタ画像を随時更新していけば良い。上記の例で、検査画像Ixに対するマスタ画像を検査画像Ix-1としておけば、マスタ画像I1と検査画像I2に対して、またマスタ画像I4と検査画像I5に対して演算3が実行された際に凹凸欠陥31の存在を検出可能となり、欠陥の見逃しは起こりにくくなる。
Here, a master image may be created in advance, or a second inspection image acquired at a time different from the time for acquiring the target inspection image may be used. However, when the second inspection image is used as the master image, the defect cannot be detected if the inspection image by the
なお上記で説明した信号処理の手法は、原理を簡単に理解するための最も基礎的な部分を抜き出したものであり、実際には本手法に加えて、一般的に信号処理の精度を向上させるために用いられる、ノイズ除去(例えば平均化処理やメディアン処理、スムージング処理など)の手法や二値化の手法を適切な段階で行うことも好ましい。 Note that the signal processing method described above is the most basic part for easily understanding the principle. In practice, in addition to this method, the signal processing accuracy is generally improved. It is also preferable to perform a noise removal (for example, averaging processing, median processing, smoothing processing, etc.) method or binarization method used at an appropriate stage.
更に上記した、1次元の視野を有する撮像手段20によって得られた画像より凹凸欠陥31の有無、また程度を判定する第2の信号処理手法は、2次元の視野を有する撮像手段20によって得られた画像より凹凸欠陥31の有無、また程度を判定する手法として使用することも可能である。
Further, the second signal processing method for determining the presence / absence and degree of the concavo-
また上記した、撮像手段20によって得られた画像より凹凸欠陥31の有無、また程度を判定する全ての信号処理手法においては、処理を施す前の画像において明部と暗部の切り分けがはっきりできることが前提となっている。よって図2(a)に示す見かけの明部幅35、暗部幅36、図2(c)に示す見かけの明部幅37、暗部幅38に光電変換手段21の画素が5画素以上含まれるよう明暗パターン光作成手段12の光透過部12aと遮光部12bの幅が設定されていることが好ましい。ただしあまりに多くの画素が見かけの明部幅35、37、暗部幅36、38に含まれることは凹凸欠陥31による入射光Liの軸ズレがもたらす撮像点の移動(移動ベクトルiの発生)に起因する撮像画像へ与える輝度の変化が減少することとなるため、明暗パターン光作成手段12の光透過部12aと遮光部12bのそれぞれのピッチpa,およびpbは上記した式31、および式32の両方を満たすように設定されていることが好ましい。またカメラの位置を反射点Prに近付け、撮像する領域を狭くすることによっても見かけの明部幅35、37、暗部幅36、38に含まれる画素を増やすことは可能であるが、撮像領域を狭めることはカメラの台数増加などのデメリットを招く原因ともなるため、明暗パターン光作成手段12の光透過部12aと遮光部12bのピッチは見かけの明部幅35、37、暗部幅36、38に含まれる画素が30画素以内になるように設定されていることも好ましい。更に上記の条件が満足されていれば明部の幅paと暗部の幅pbが等間隔である必要はない。
Moreover, in all the signal processing methods for determining the presence / absence and the degree of the concavo-
また上記では、明暗パターン光照射手段10は二次元的な広がりを有する照明手段11の発光部に光透過部12aと遮光部12bが規則的に配された明暗パターン光作成手段12を設けることにより実現されていると説明しているが、検出の対象となる凹凸欠陥31の仕様が変更された場合、新たに光透過部12aと遮光部12bの構成を変更した新規明暗パターン光作成手段12'を作成し、現行照明手段11に設置されている明暗パターン光作成手段12と取り換える工事を実施する必要がある。また明暗パターン光作成手段12がアクリルやフィルムなどの透明材料に遮光性の塗料などを塗布して構成されているのが典型的であるが、この場合には照明手段11と明暗パターン光作成手段12の間に熱が蓄積されやすくなって照明手段11の発光効率が低下したり、寿命の短命化を招くことも考えられる。また遮光部12bのみに遮光物質を配し、光透過部12aには物質を配さない構成にすると明暗パターン光作成手段12自体の強度が不足することがある。
In the above, the light / dark pattern light irradiating means 10 includes the light / dark pattern light creating means 12 in which the
ここで本質的には明暗パターン光照射手段10は所定の角度θ、ピッチpの明暗ストライプパターンを被検査対象表面Sに照射できれば良いことを考えると、基準面Slの各部分の明暗を任意に設定可能である明暗パターン光照射手段10で構成されていることも好ましい。例えばプラズマディスプレイパネルに代表されるような大型かつフラットな発光面を持つディスプレイの発光状態を電気的に制御し、明暗ストライプパターン光を作成することが考えられる。この形態によれば、検出の対象となる凹凸欠陥31の仕様が変更された場合、電気的な制御系から基準面Slの発光パターンを変更すれば良く、明暗パターン光作成手段12を取り換える工事を実施する煩わしさが排除される。また照明手段11としての発光効率低下や寿命短命化の問題も考慮する必要がなく、かつ明暗パターン光作成手段12という付属部品が必要なくなるため、その強度も考慮する必要がない。
Here, essentially, the light / dark pattern light irradiating means 10 is only required to irradiate the surface S to be inspected with the light / dark stripe pattern having a predetermined angle θ and pitch p. It is also preferable that the light / dark pattern light irradiation means 10 is settable. For example, it is conceivable to produce light and dark stripe pattern light by electrically controlling the light emission state of a display having a large and flat light emission surface represented by a plasma display panel. According to this embodiment, when the specification of the
以上の説明においては、図1や図3に示すような平面的に一方向に移動中の透明プラスチックに発生する折れシワを検出する場合について述べてきた。しかし例えば透明プラスチックフィルムのようなシート状の製品を製造するプロセスにおいては、多くの場合に製品をロール状に巻き取る工程が存在し、ロール状被検査対象物上の被検査対象表面に巻きシワが発生することがあるため、これを検出する必要性が生じる。 In the above description, the case where a crease generated in a transparent plastic moving in one direction in a plane as shown in FIGS. 1 and 3 has been described. However, in the process of manufacturing a sheet-like product such as a transparent plastic film, in many cases, there is a step of winding the product into a roll. Need to be detected.
本件について図6を用いて説明する。図6は本発明の第2の基本的な構成を示す概略図である。ロール状被検査対象物62上の被検査対象表面Srに発生した凹凸欠陥61の検出を考える場合、基本的には上記した平面的に一方向に移動中の平らな被検査対象表面S上に発生する凹凸欠陥31を検出する原理が応用可能である。反射面の形状が平面から曲面に変わっているが、あるひとつの反射光Lrに関する反射点Pr、入射光Li、発光点Piについて基本的な光学原理に違いはなく、上記と同様の光学機器配置構成思想、信号処理によって検出目標となる凹凸欠陥61を検出することができる。
This case will be described with reference to FIG. FIG. 6 is a schematic diagram showing a second basic configuration of the present invention. When considering the detection of the concavo-
しかしここで、回転方向r1で回転運動を行いながら巻き取り中のロール状被検査対象物62上の被検査対象表面Sr上に発生する凹凸欠陥61を検出する場合において、平面的に一方向に移動中の平らな被検査対象表面S上に発生する凹凸欠陥31を検出する場合と比べて決定的に異なる点は、製品製造中における明暗パターン光照明手段10、撮像手段20と被検査対象表面S、Srの光学的な位置関係の変化である。すなわち、後者では明暗パターン光照明手段10、撮像手段20と被検査対象表面Sの光学的な位置関係が製品製造中に不変であるのに対し、前者ではシート状の被検査対象物60がロール状に巻き取られることによってロール状被検査対象物62を形成しながら、被検査表面Srとロールの回転中心軸cとの距離が変化(巻き太り)し、且つ/またはロールの回転中心軸cが、位置が固定されているロールを成形するためのコンタクトロール65にロール状被検査対象物62が押されて移動することによって巻き取りコア63自体の巻き取り開始時の位置に対する距離が変化(アーム64移動)することにより、距離変化(以降、ロール距離変化と記す)DRが発生し、経時的に常に変化していくこととなる。つまり距離変化DRの発生にともない、巻き取り開始直後から明暗パターン光照明手段10から被検査対象表面Srまでの距離(以降、照明距離と記す)DL、撮像手段20から被検査対象表面Srまでの距離(以降、撮像機器距離と記す)DCが製品製造中に絶えず変化する。
However, in this case, when detecting the concave /
上記した照明距離DL、撮像機器距離DCが変化することによる検査精度に関する不具合点は以下の2点となる。すなわち一つには、光路長(DL+DC)が変化することによって集光手段22による撮像のピントが乱れ、得られる象がぼけるという第1の点が挙げられる。更にもう一つには、明暗パターン光照明手段10、撮像手段20と被検査対象表面Sの光学的な位置関係が変化することによって移動ベクトルiの向きψ、大きさ|i|が変化し、撮像手段20によって得られるストライプ画像に現れるストライプの歪み量が変化するという第2の点が挙げられる。
The following two points are related to the inspection accuracy due to the change in the illumination distance DL and the imaging device distance DC described above. That is, for example, the first point is that the focus of the imaging by the
まず第1の点について、ロール距離変化DRにともなって発生する光路長(DL+DC)の変化にともなってピントが乱れるのであるから、これをリアルタイムに補正するようにするのが好ましい。 First, since the focus is disturbed with the change of the optical path length (DL + DC) generated with the roll distance change DR, it is preferable to correct this in real time.
具体的な手法としては、例えば第1の補正方法として、自動的にピントを補正する機能、例えばオートフォーカス機能を備えた集光手段22を使用すれば良い。また第2の補正方法として、製品製造中に生じるロール距離変化DRに対応して移動手段23を用いて撮像手段20を光軸方向m2に移動させれば良い。ここでロール距離変化DRは別に設けた図示しない変位測定手段によってリアルタイムに計測しても良いし、あらかじめ製造の条件から経時的な変化が算出できるのであれば、その情報を利用しても良い。更に第3の補正方法として、巻き取り開始時の照明距離DLmax、撮像機器距離DCmax、巻き取り完了時のロール距離変化DRmaxを定義した場合に焦点の設計値がDLmax+DCmax−DRmaxであり、かつ被写界深度が±DRmaxであるような結像手段22を使用すれば良い。このような設計の結像手段22を使用すれば、製造中にロール距離変化DRが発生したとしても撮像された画像がぼけることはない。上記2つの手法を組み合わせれば、ピントか光路長の変化を段階的に実施することも可能である。 As a specific method, for example, as a first correction method, a condensing means 22 having a function of automatically correcting focus, for example, an autofocus function may be used. As a second correction method, the imaging means 20 may be moved in the optical axis direction m2 using the moving means 23 in response to the roll distance change DR that occurs during product manufacture. Here, the roll distance change DR may be measured in real time by a displacement measuring means (not shown) separately provided, or the information may be used if a change with time can be calculated in advance from manufacturing conditions. Further, as a third correction method, when the illumination distance DLmax at the start of winding, the imaging device distance DCmax, and the roll distance change DRmax at the completion of winding are defined, the design value of the focus is DLmax + DCmax−DRmax and Imaging means 22 having a depth of field of ± DRmax may be used. If the imaging means 22 having such a design is used, even if a roll distance change DR occurs during manufacturing, the captured image will not be blurred. By combining the above two methods, it is possible to change the focus or optical path length in stages.
次に第2の点について、被検査対象表面Sr上のある凹凸欠陥61を検出しようとした場合、最も検出感度が低い(凹凸欠陥61による撮像画像のストライプの歪みが小さくなる)条件は、ロールの巻き取り完了直前(ロール距離変化≒DRmax)であることが幾何学的に言えるのが普通である。すなわち、この検出感度の低下は照明距離DLが短くなることによって移動ベクトルiの大きさ|i|が小さくなることに起因する。また被検査対象表面Srの撮像手段20、明暗パターン光照明手段10に対する距離が変化することによって、被検査対象表面Srの法線Zに対する撮像手段20、明暗パターン光照明手段10の臨む角度φも変化し、これにともない移動ベクトルiの向きψ、大きさ|i|も変化するが、検出感度の変化という観点では、照明距離DLが短くなることによる移動ベクトルiの大きさ|i|が小さくなることがほぼ支配的であることが幾何学的な知見として得られている。つまり、最も凹凸欠陥61の検出感度が低い、ロールの巻き取り完了直前(ロール距離変化DR≒DRmax)の条件に合わせて上記した明暗ストライプパターンの角度θ、ピッチp(つまり明部幅pa、暗部幅pb)を最適化しておけば良い。このような条件に設定しておけば、製品ロール製造中(ロール距離変化DR<DRmax)にはロールの巻き取り完了直前(ロール距離変化DR≒DRmax)よりも検査感度が高くなり、凹凸欠陥61の見逃しは発生しない。
Next, with respect to the second point, when an
またロール状被検査対象物62は回転方向r1で回転運動を行っており、これにともなって被検査対象表面Srおよび凹凸欠陥61も移動することとなる。よって撮像手段20の露光時間はなるべく短い方がシャープで、明暗ストライプパターンの明部/暗部の領域が区別しやすい画像が得られることとなる。ただし露光時間を短縮しすぎると画像取得のために充分な露光量が得られない。よって撮像手段20の露光時間は、露光中に被検査表面Srの回転移動距離が0.25〜2.5mmとなるように設定されていることが好ましい。
In addition, the roll-shaped
更に一般的には、表面が平面の被検査対象物30および表面が曲面の被検査対象物62は撮像手段20の視野における水平方向、つまり被検査対象物30、62の移動方向と直交する方向(以降、幅方向と記す)にある幅を有しており、充分な検査感度を得るために(ストライプの明暗を区別可能なように)撮像手段20の分解能を上げると、ひとつの撮像手段20によって被検査対象物30、62の全幅に渡る画像を取得することは困難である。よって複数の撮像手段20を被検査対象物30、62の幅方向に並べて設置することが考えられるが、被検査対象物30、62の幅が広い場合には大幅なコストの増加を招く。よって1台、もしくは少数台の撮像手段20を図示しない撮像手段移動手段によって被検査対象物30、62の幅方向に移動可能とし、被検査対象物30、62の全幅に渡って検査を行うよう、構成されていることも好ましい。
More generally, the inspected
以上、本発明の表面凹凸の検査方法を、平面的に一方向に移動中の透明プラスチックに発生する折れシワを検出する場合と、ロール状に巻き取られる透明プラスチックフィルムロール表面に発生する巻きシワを検出する場合を例にとって、説明してきたが、これらの方法は一般的な光学機器、画像処理機器、インターフェース、情報処理装置などを用いて現実に構成可能であり、表面凹凸の検査装置として実現されるものである。 As described above, the method for inspecting surface irregularities according to the present invention detects a crease generated on a transparent plastic moving in one direction in a plane and a wound wrinkle generated on the surface of a transparent plastic film roll wound up in a roll shape. However, these methods can be actually configured using general optical equipment, image processing equipment, interfaces, information processing equipment, etc., and realized as surface roughness inspection equipment. It is what is done.
以上のような本発明の実施形態の表面凹凸検査方法および検査装置を、図7(a)、(b)に示す平面的に一方向に速度m3=200m/minで移動中の幅1000mmの透明プラスチックフィルム70の被検査表面S1に発生すると見込まれる折れシワ71を検出するために実施した。図7(a)は搬送中の透明プラスチックフィルム70を被検査表面S1の法線方向(直情方向)から臨む概略図、図7(b)はアングルa1からb1部分の断面を臨む概略図である。ここで折れシワ71の斜面角度αは3°、回転方向角度βは8°、シワ長さL1は10mである。この折れシワ71を代表例とする上記透明プラスチックフィルム70において想定されるシワの斜面角度αは2.2°〜3.8°、回転方向角度βは、-10°〜10°である。なおこの折れシワ71は透明プラスチックフィルムの搬送時に発生する法線方向のバタツキをニップロールなどが咬み込んだ場合などに発生することがあり、製品としては不良品となる。
The surface unevenness inspection method and inspection apparatus of the embodiment of the present invention as described above are transparent with a width of 1000 mm during movement at a speed m3 = 200 m / min in one direction in a plane shown in FIGS. 7 (a) and 7 (b). This was carried out in order to detect a
本発明の検査方法を実現するための検査装置を構成する機器は、明暗パターン照射手段10を照明手段11としての1200×400mmの発光面積を有する舞台演出用照明と、明暗パターン光作成手段12としての透明アクリル板に遮光部12bを印刷で形成したストライプパターンマスクを用いて構成し、撮像手段20を結像手段22としての焦点距離が35mmの汎用単焦点レンズと、光電変換手段21としての画素数が640×480pixの汎用CCDエリアセンサカメラを用いて構成した。また本装置を取り付けるべき現場設備の機械的な取り合いから、明暗パターン光照射手段10と撮像手段20が被検査対象表面S1の法線Zに対して成す角φを50°、被検査対象表面S1から明暗パターン光照射手段10までの距離を1000mm、被検査対象表面S1から撮像手段20までの距離を600mmとした。よって本光学系によるカメラの視野領域は280×210mm、分解能は438μm/pixとなり、透明プラスチックフィルム70の幅に対しては10分割で全幅の検査が可能となる。この場合における、Ψmin およびΨmaxの値は、0.1°〜18.2°の範囲である。
The equipment that constitutes the inspection apparatus for realizing the inspection method of the present invention includes a stage effect illumination having a light emission area of 1200 × 400 mm and a light / dark pattern light creating means 12 with the light / dark pattern irradiation means 10 as the illumination means 11. A general-purpose single-focus lens having a focal length of 35 mm as the imaging means 22 and a pixel as the photoelectric conversion means 21. A general-purpose CCD area sensor camera with a number of 640 x 480 pix was used. Further, from the mechanical relationship of the field equipment to which this apparatus is to be installed, the angle φ formed by the light / dark pattern light irradiation means 10 and the imaging means 20 with respect to the normal Z of the surface S1 to be inspected is 50 °, and the surface S1 to be inspected The distance from the light-dark pattern light irradiation means 10 to 1000 mm, and the distance from the surface S1 to be inspected to the imaging means 20 was 600 mm. Accordingly, the field of view of the camera by this optical system is 280 × 210 mm, the resolution is 438 μm / pix, and the width of the
ここで上記した式27、式28より移動ベクトルiの向きψと大きさ|i|を求めたところ、ψ=10.1°、|i|=68.3mmとなった。そこで更に上記した式29、式30、式31、式32を参照し、明暗ストライプの傾き角度θをθ=79.9°、明暗ストライプのピッチpをp=13mm(pa=7mm、pb=6mm)とした。また撮像手段によって得られた画像から表面凹凸を判定する信号処理手法としては上記した演算1および演算2とからなる微分処理方法を採用した。
Here, when the direction ψ and the magnitude | i | of the movement vector i are obtained from the
以上のように構成した表面凹凸の検査装置を透明プラスチックフィルムの製造現場へ設置し、製造を開始した。製造開始当初は順調に表面が平坦な透明プラスチックフィルムが製造されており、図2(a)に示すように検査装置のカメラが捉える画像のストライプパターンに乱れは生じず、検査装置は折れシワ71を検出することはなかった。しかし途中で延伸機の張力異常が発生したために搬送のバタツキが生じ、これをニップロールが咬み込んで斜面角度α=4°、回転方向角度β=10°の折れシワが発生したことにより、図2(b)に示すように検査装置のカメラが捉える画像のストライプパターンに乱れが生じ、該画像に対して上記した演算1、演算2からなる信号処理を施すことによって折れシワ71を検出することができた。また更にシワ取り装置に不具合が生じたために上記よりも更に大きな搬送のバタツキが生じ、これをニップロールが咬み込んで斜面角度α=3.6°、回転方向角度β=10°の折れシワが発生したことにより、検査装置のカメラが捉える画像のストライプパターンに更に大きな乱れが生じ、該画像に対して上記した演算1、演算2からなる信号処理を施すことによって折れシワ71'を検出することができた。また処理後の画像を解析、具体的には高輝度に変換された領域の画素数や領域自体の数、密集度などを解析することにより、折れシワ71'は以前に検出した折れシワ71よりも程度の激しいものであることが相対的に確認できた。
The surface unevenness inspection apparatus configured as described above was installed at the production site of the transparent plastic film, and production was started. At the beginning of production, a transparent plastic film having a flat surface is produced smoothly. As shown in FIG. 2 (a), the stripe pattern of the image captured by the camera of the inspection apparatus is not disturbed, and the inspection apparatus is folded and wrinkled. Was not detected. However, because the tension of the stretching machine occurred in the middle, there was a flapping of conveyance, and this caused the nip roll to bite and the wrinkle was generated with the slope angle α = 4 ° and the rotation direction angle β = 10 °. As shown in (b), the stripe pattern of the image captured by the camera of the inspection apparatus is disturbed, and the
また別の透明プラスチックフィルムを検査した。すなわち、検出対象となる折れシワの最小限界が斜面角度α=2°、回転方向角度β=0°に変更された折れシワ71''に変更した。この折れシワ71''を代表例とする上記透明プラスチックフィルム70において想定されるシワの斜面角度αは1.6°〜2.4°、回転方向角度βは、-4°〜4°である。この場合における、Ψmin およびΨmaxの値は、0.1°〜8.1°の範囲である。
Another transparent plastic film was inspected. That is, the minimum limit of the folding wrinkle to be detected is changed to the
これを受け、上記した式27、式28より移動ベクトルiの向きψと大きさ|i|を求めたところ、ψ=1.5°、|i|=45mmとなった。そこで更に上記した式29、式30、式31、式32を参照し、明暗ストライプの傾き角度θをθ=83.5°、明暗ストライプのピッチpをp=10mm(pa=5mm、pb=5mm)としたストライプパターンマスクを作成し、検査装置に取り付けた。
In response to this, the direction ψ and the magnitude | i | of the movement vector i are obtained from the
上記と同様、製品製造中に延伸機の張力異常やシワ取り装置の不具合が生じたために斜面角度α=2°、回転方向角度β=0°の折れシワ71''が発生したが、これを見逃すことなく検出することができた。 Similar to the above, a bending wrinkle 71 '' with a slope angle α = 2 ° and a rotation direction angle β = 0 ° occurred due to abnormal tension in the drawing machine and problems with the wrinkle removal device during product manufacture. It was possible to detect without missing.
また更に、1組の撮像手段20によってなるべく幅方向に広い検査領域を実現するため、または/且つ撮像の分解能を微細化して検査精度を向上させるため、実施例1の検査装置構成において、撮像手段20を結像手段22としての焦点距離が50mmの汎用単焦点レンズと、光電変換手段21としての画素数が2000pixの汎用CCDラインセンサカメラを用いた構成とし、この変更にともなって被検査対象表面S1から撮像手段20までの距離を1200mmとした。よって本光学系によるカメラの視野幅は623mm、分解能は312μm/pixとなり、透明プラスチックフィルム70の幅に対しては3分割で全幅の検査が可能となる。また検出対象とする表面凹凸は、上記した折れシワ71'' (斜面角度α=2°、回転方向角度β=0°)とした。この折れシワ71''を代表例とする上記透明プラスチックフィルム70において想定されるシワの斜面角度αは1.6°〜2.4°、回転方向角度βは、-4°〜4°である。この場合における、Ψmin およびΨmaxの値は、0.1°〜8.1°の範囲である。
Further, in order to realize an inspection region that is as wide as possible in the width direction by one set of imaging means 20 and / or to improve the inspection accuracy by reducing the resolution of imaging, the imaging means in the inspection apparatus configuration of the first embodiment is used. 20 is a configuration using a general-purpose single-focus lens with a focal length of 50 mm as the imaging means 22 and a general-purpose CCD line sensor camera with a pixel number of 2000 pix as the photoelectric conversion means 21. The distance from S1 to the imaging means 20 was 1200 mm. Therefore, the visual field width of the camera using this optical system is 623 mm, the resolution is 312 μm / pix, and the width of the
また撮像手段によって得られた画像から表面凹凸を判定する信号処理手法としては画像水平方向に繰り返す明暗ピッチの配列周期を解析する方法を採用した。 As a signal processing method for determining surface irregularities from the image obtained by the imaging means, a method of analyzing the arrangement period of the light and dark pitches repeated in the horizontal direction of the image was adopted.
以上のように構成を変更した表面凹凸の検査装置を透明プラスチックフィルムの製造現場へ設置し、製造を開始した。実施例1と同様に、製造開始当初は順調に表面が平坦な透明プラスチックフィルムが製造されており、図2(c)に示すように検査装置のカメラが捉える画像の水平方向明暗ピッチの繰り返し周期(…Pb、Pd、Pb…)に乱れは生じず、すなわち図2(c')に示す輝度波形の矩形周期にも乱れは生じなかったため検査装置は折れシワを検出することはなかった。しかし途中で斜面角度α=2°、回転方向角度β=0°の折れシワが発生したことにより、図2(d)に示すように検査装置のカメラが捉える画像の水平方向明暗ピッチの繰り返し周期(…Pb、Pd、Pb…)内に乱れPmxが生じた領域が現れ、これにともなって図2(d')に示す輝度波形の矩形周期にも乱れが生じため、検査装置は折れシワ71''を検出することができた。 The inspection apparatus for surface irregularities having the configuration changed as described above was installed at the production site of the transparent plastic film, and the production was started. As in Example 1, a transparent plastic film having a flat surface is produced smoothly at the beginning of production, and the horizontal period pitch cycle of the image captured by the camera of the inspection apparatus as shown in FIG. (... Pb, Pd, Pb ...) was not disturbed, i.e., the rectangular period of the luminance waveform shown in FIG. 2 (c ') was not disturbed, so the inspection apparatus did not detect any wrinkles. However, due to the occurrence of bending wrinkles with a slope angle α = 2 ° and a rotation direction angle β = 0 ° on the way, the repetition period of the horizontal brightness pitch of the image captured by the camera of the inspection apparatus as shown in FIG. (... Pb, Pd, Pb ...) appears in the region where the disturbance Pmx occurs, and accordingly, the rectangular period of the luminance waveform shown in FIG. '' Was detected.
また同様の構成において、撮像手段によって得られた画像から表面凹凸を判定する信号処理手法として、上記した演算2からなる差分処理方法を採用し、マスタ画像としては検査画像を取得する1回前に取得した検査画像を使用することとした。上記と同様に透明プラスチックフィルムの製造を開始したところ、ある時間T1〜T5のうち、T2〜T4の間に折れシワ71''が発生したが、検査装置は時間T1に取得したマスタ画像I1(乱れ無し)と時間T2に取得した検査画像I2(乱れ有り)および、時間T4に取得したマスタ画像I4(乱れ有り)と時間T5に取得した検査画像I5(乱れ無し)に演算3を施すことで、マスタ画像と検査画像の有輝度差領域を検出し、折れシワ71''を検出することができた。またマスタ画像としてはあらかじめ作成し、演算装置のメモリに記憶させておいたパターンを使用しても良く、この場合は時間T1〜T5で取得した検査画像I1〜I5とマスタ画像I0に対してそれぞれ演算3を施すこととなり、検査画像I2、I3、I4において折れシワ71''を検出することができる。
In the same configuration, the difference processing method including the above-described
また更に、実施例1の構成において明暗パターン光照射手段10を50インチサイズのプラズマディスプレイパネルに変更し、専用の演算装置でディスプレイの発光状態(具体的には明暗ストライプパターンの角度θとピッチp)を電気的に制御できるよう構成した。この変更により、検出の対象となる表面凹凸の目標仕様が変更された際に、電気的な制御系から基準面Slの発光パターンを変更すれば良くなり、明暗パターン光作成手段12の取り換え工事を実施する煩わしさが生じず、且つ迅速に次の透明プラスチックフィルム製造を開始することができた。 Furthermore, the light / dark pattern light irradiating means 10 is changed to a 50-inch plasma display panel in the configuration of the first embodiment, and the light emission state of the display (specifically, the angle θ and the pitch p of the light / dark stripe pattern) is changed by a dedicated arithmetic unit. ) Can be electrically controlled. With this change, when the target specification of the surface irregularities to be detected is changed, it is only necessary to change the light emission pattern of the reference surface Sl from the electrical control system, and the replacement work of the light / dark pattern light creating means 12 can be performed. The troublesome to carry out did not occur, and the production of the next transparent plastic film could be started quickly.
また更に、本発明の表面凹凸検査方法および検査装置を、図8(a)、(b)に示す中心軸CSを回転中心軸として回転方向に速度m4=150m/minで巻き取り中の幅1000mmの透明プラスチックフィルムロール80の被検査表面S2に発生すると見込まれる巻きシワ81を検出するために実施した。なお透明プラスチックフィルムロール80は固定コンタクトロール65で本体を支えながらアームが稼働し、厚み80mmまで透明プラスチックフィルム70を巻き取り、ロール距離変化DRは150mmとなる。図8(a)は透明プラスチックフィルム70を巻き取り中の透明プラスチックフィルムロール80を床面に対して水平方向から臨む概略図、図8(b)はアングルa2からb2部分の断面を臨む概略図である。ここで巻きシワ81の斜面角度αは2°、回転方向角度βは5°、シワ長さL2は100mmである。この折れシワ81を代表例とする上記透明プラスチックフィルムロール80において想定されるシワの斜面角度αは1.6°〜2.4°、回転方向角度βは、-8°〜8°である。なお巻きシワ81はコンタクトロール65の調整不備や巻き取りコア63の歪み、透明プラスチックフィルム70の厚みムラなどが原因となって発生することがあり、製品としては不良品となる。
Still further, the surface unevenness inspection method and inspection apparatus of the present invention has a width of 1000 mm during winding at a speed of m4 = 150 m / min in the rotation direction with the central axis CS shown in FIGS. This was carried out in order to detect winding
本発明の検査方法を実現するための検査装置を構成する機器について、明暗パターン照射手段10を照明手段11としての1200×400mmの発光面積を有する舞台演出用照明と、明暗パターン光作成手段12としての透明アクリル板に遮光部12bを印刷で形成したストライプパターンマスクを用いて構成し、撮像手段20を結像手段22としてオートフォーカス機能付きレンズを内蔵しており、画素数が640×480pixの汎用CCDエリアセンサカメラを用いて構成した。また本装置を取り付けるべき現場設備の機械的な取り合いから、明暗パターン光照射手段10と撮像手段20が被検査対象表面S1の法線Zに対して成す角φを10°、巻き取り開始直後の時点での被検査対象表面S1から明暗パターン光照射手段10までの距離を2000mm、被検査対象表面S1から撮像手段20までの距離を1200mmとした。本光学系によるカメラの視野領域は280×210mm、分解能は438μm/pixとなり、透明プラスチックフィルムロール80の幅に対しては10分割で全幅の検査が可能となる。この場合において、上記したように最も検査感度が低くなるDL=1850mmでは、Ψmin およびΨmaxの値は、0.3°〜8.5°の範囲である。
As for the equipment constituting the inspection apparatus for realizing the inspection method of the present invention, the stage effect illumination having a light emission area of 1200 × 400 mm with the light / dark pattern irradiation means 10 as the illumination means 11 and the light / dark pattern light creating means 12 This is composed of a transparent acrylic plate using a stripe pattern mask in which the
ここで上記した式27、式28より、ロール移動距離DR=150mmを考慮して巻き取り完了直前の移動ベクトルiの向きψと大きさ|i|を求めたところ、ψ=4.7°、|i|=127.4mmとなった。そこで更に上記した式29、式30、式31、式32を参照し、明暗ストライプの傾き角度θをθ=85.3°、明暗ストライプのピッチpをp=30mm(pa=15mm、pb=15mm)とした。また撮像手段によって得られた画像から表面凹凸を判定する信号処理手法としては上記した演算1および演算2とからなる微分処理方法を採用した。
Here, from the
更に、明暗ストライプパターンのエッジ部がシャープで、明部/暗部の領域が区別しやすい鮮明な画像を得るため、カメラの露光時間を露光中に被検査表面Srの回転移動距離が1.0mmとなるよう、0.4msecに設定した。 Furthermore, in order to obtain a sharp image in which the edge of the light / dark stripe pattern is sharp and the bright / dark regions are easily distinguished, the rotational movement distance of the surface Sr to be inspected becomes 1.0 mm during the exposure time of the camera. It was set to 0.4 msec.
また更に、撮像手段20を図示しない移動手段でロールの中心軸CS方向(水平方向)に対して移動できる機能を付加し、ロールの幅方向に対して10等分割されたそれぞれの領域に対して順次検査を行う動作を行えるようにした。具体的には、…→カメラ移動→カメラ停止→画像取得→カメラ移動→…、という動作を後に述べる原点から反原点側へと繰り返し、最後のポジションの撮像が完了した時点で原点位置に復帰して、以後はまた同様の動作を繰り返すこととした。なお信号処理、および検査結果の出力はカメラ移動中に行うこととする。 In addition, a function for moving the imaging means 20 with respect to the central axis CS direction (horizontal direction) of the roll by a moving means (not shown) is added to each area divided into ten equal parts in the width direction of the roll. The operation to perform the sequential inspection can be performed. Specifically, the following operations are repeated from the origin to the non-origin side, which will be described later:… → Camera movement → Camera stop → Image acquisition → Camera movement →…, and when the last position is imaged, it returns to the origin position. Thereafter, the same operation was repeated again. Signal processing and inspection result output are performed while the camera is moving.
また、一つのポジションにおいて次ポジションへの移動開始時間以内で有れば複数枚の画像を取得し、検査を行うことも好ましい。この場合、一般的には信号処理に要する時間は移動手段の移動に要する時間に比べて充分に早く、処理量の増加が検査の負担となることは実質的にあり得ない。 In addition, it is also preferable that a plurality of images are acquired and inspected if the movement is within the start time of movement to the next position at one position. In this case, in general, the time required for signal processing is sufficiently faster than the time required for movement of the moving means, and it is virtually impossible that an increase in the amount of processing becomes a burden for inspection.
以上のように構成した表面凹凸の検査装置を透明プラスチックフィルムの製造現場へ設置し、製造を開始した。製造開始直後は順調に表面が平坦な透明プラスチックフィルムが製造されており、図2(a)に示すように検査装置のカメラが捉える画像のストライプパターンに乱れは生じず、検査装置は折れシワ81を検出することはなかった。しかし巻き取り開始より透明プラスチックフィルムロール80の積層厚みが5mmになった時点で巻き取りコア63がもともと有していた歪みによって斜面角度α=2°、回転方向角度β=5°、L2=100mmの巻きシワ81が、全幅1000mmの透明プラスチックフィルムロール80上において図8(a)に示す右側のエッジ(この位置を原点と定める)から750mmの部分に発生した。このシワの発生時点では、カメラは移動手段により透明プラスチックフィルムロール80の全幅を100mmずつに10分割して得られるポジションのうち、最も原点に近いポジションに存在していた。しかし、シワ発生直後から上記した所定のサイクルを繰り返しながら継続して検査を行い、実施例1と同様の画像撮像、信号処理方法により巻きシワ81を検出することができた。
The surface unevenness inspection apparatus configured as described above was installed at the production site of the transparent plastic film, and production was started. Immediately after the start of production, a transparent plastic film having a flat surface is produced smoothly. As shown in FIG. 2 (a), the stripe pattern of the image captured by the camera of the inspection apparatus is not disturbed, and the inspection apparatus is folded and wrinkled 81. Was not detected. However, when the laminated thickness of the transparent
また別の機会に本実施例を試みたところ、巻き取り開始より透明プラスチックフィルムロール80の積層厚みが75mmになった時点でコンタクトロール65の回転不良のために斜面角度α=2.2°、回転方向角度β=2°、L2=100mmの巻きシワ81'が、全幅1000mmの透明プラスチックフィルムロール80上において原点から340mmの部分に発生した。このシワの発生時点では、カメラは移動手段により透明プラスチックフィルムロール80の全幅を100mmずつに10分割して得られるポジションのうち、原点から反原点側に向かって6番目のポジションに存在していた。しかし、シワ発生直後から上記した所定のサイクルを繰り返しながら継続して検査を行い、実施例1と同様の画像撮像、信号処理方法により巻きシワ81'を検出することができた。
When this example was tried on another occasion, when the laminated thickness of the transparent
また本実施例内の2つの場合ではカメラに内蔵されているオートフォーカス機能により画像がぼけることなく、鮮明に撮像可能であり、透明プラスチックフィルムロール80の積層膜厚が増加することによる検査光路長の変化があっても正常に検査できることが確認された。また画像のぼけ補正については、被検査対象表面Srの移動にともなって汎用精密ステージなどの移動手段23を用いてカメラをm2の方向へ移動させることも好ましく、また結像手段22として、もともと被写界深度が検査光路長の変化よりも充分に長く設計されている単焦点レンズを用いることも好ましい。
In the two cases in this embodiment, the image can be clearly picked up without blurring by the autofocus function built in the camera, and the inspection optical path length is increased by increasing the laminated film thickness of the transparent
本発明は、表面が平面の透明プラスチックフィルム上の折れシワ検査方法および装置、表面が曲面の透明プラスチックフィルムロール上の巻きシワ検査方法および装置に限らず、鉄鋼板表面のキズ検査方法および装置や高光反射率材料で表面をコーティングされたフィルム状物質の巻き取りロール上の巻きシワ検査方法および装置などにも応用することができるが、その応用範囲が、これらに限られるものではない。 The present invention is not limited to a method and an apparatus for inspecting creases on a transparent plastic film having a flat surface, and a method and apparatus for inspecting a wrinkle on a transparent plastic film roll having a curved surface. Although it can be applied to a method and apparatus for inspecting a wrinkle on a winding roll of a film-like substance whose surface is coated with a high light reflectance material, the application range is not limited thereto.
10 明暗パターン光照明手段
11 照明手段
12 明暗パターン光作成手段
12a 光透過部
12b 遮光部
20 撮像手段
21 光電変換手段
22 結像手段
23 移動手段
30 表面が平面の被検査対象物
31 表面が平面の被検査対象物上の凹凸欠陥
31a 凹凸欠陥の斜面
32 歪み部
33 歪みのないストライプ画像における1次元視野
34 歪みのあるストライプ画像における1次元視野
35 2次元撮像手段によるストライプ画像における明部幅
36 2次元撮像手段によるストライプ画像における暗部幅
37 1次元撮像手段によるストライプ画像における明部幅
38 1次元撮像手段によるストライプ画像における暗部幅
43 凹凸欠陥がない場合のストライプ画像から得られる輝度波形
44 凹凸欠陥がある場合のストライプ画像から得られる輝度波形
51 検査画像における凹凸欠陥による影響を受けていない領域
52 検査画像における凹凸欠陥による影響を受けている領域
53 マスタ画像と検査画像の輝度差を生じた領域
60 シート状の被検査対象物
61 表面が曲面の被検査対象表面上の凹凸欠陥
62 ロール状(表面が曲面)の被検査対象物
63 コア
64 アーム
65 コンタクトロール
70 透明プラスチックフィルム
71 折れシワ
80 透明プラスチックフィルムロール
81 巻きシワ
a1 折れシワを臨むアングル
a2 巻きシワを臨むアングル
b1 折れシワの断面線
b2 巻きシワの断面線
CS 中心軸
CL1 視線方向と法線を含む平面と被検査対象表面との交線
CL2 視線方向と法線を含む平面と基準表面との交線
CL3 基準表面を含む無限大の平面と被検査対象表面との交線
DC 撮像機器距離
DL 照明距離
DR ロール距離変化
Hv ストライプパターンの明暗変化方向
Hh ストライプパターンの明暗境界線方向
i 移動ベクトル
I 撮像手段の視線方向
L1 折れシワの全長
L2 巻きシワの全長
Li 入射光
Li1 被検査対象表面上の反射点に入射する入射光
Li2 凹凸欠陥の斜面上の反射点に入射する入射光
Lr 反射光
m1 移動手段の移動方向
m2 アームの可動方向
m3 透明プラスチックフィルムの搬送方向
m4 透明プラスチックフィルムロールの回転方向
p 明暗ストライプのピッチ(Pa+Pb)
Pa 明部の幅(=明ピッチ)
Pb 暗部の幅(=暗ピッチ)
Pb 画像上の明暗配置周期乱れのない領域の明部領域のピッチ
Pd 画像上の明暗配置周期乱れのない領域の暗部領域のピッチ
Pi1 被検査対象表面上の反射点に入射する入射光を発する発光点
Pi2 凹凸欠陥の斜面上の反射点に入射する入射光を発する発光点
Pmx 画像上の明暗配置周期乱れのある領域内の明部/暗部のピッチ
Pr 反射点
Pr1 被検査対象表面上の反射点
Pr2 凹凸欠陥の斜面上の反射点
q 基準ベクトル
r1 ロールの回転(巻き取り)方向
r2 コンタクトロールの回転方向
S 表面が平面の被検査対象物の被検査対象表面
S0 撮像手段の視線方向と被検査対象表面の法線を含む平面
S1 透明プラスチックフィルムの被検査対象表面
S2 透明プラスチックフィルムロールの被検査対象表面
Sl 基準面
Sr 表面が曲面の被検査対象物の被検査対象表面
Z 被検査対象表面の法線
α 凹凸欠陥の斜面角度
β 凹凸欠陥の回転方向角度
φ 明暗パターン光照射手段と撮像手段が被検査対象表面の法線に対して成す角
ψ 移動ベクトルの向き(基準ベクトルと移動ベクトルの成す角度)
θ 明暗ストライプの傾き角度
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Bright / dark pattern light illumination means 11 Illumination means 12 Bright / dark pattern light creation means 12a Light transmission part 12b Light-shielding part 20 Imaging means 21 Photoelectric conversion means 22 Imaging means 23 Moving means 30 Inspection object 31 whose surface is flat 31 Surface is flat Irregular defect on inspection object 31a Slope of uneven defect 32 Distorted portion 33 One-dimensional field of view in non-distorted stripe image 34 One-dimensional field of view in distorted stripe image 35 Bright portion width in stripe image by two-dimensional imaging means 36 2 Dark part width in a stripe image by a three-dimensional imaging unit 37 Bright part width in a stripe image by a one-dimensional imaging unit 38 Dark part width in a stripe image by a one-dimensional imaging unit 43 Luminance waveform obtained from a stripe image when there is no uneven defect 44 If there is a stripe image Obtained luminance waveform 51 Area not affected by uneven defect in inspection image 52 Area affected by uneven defect in inspection image 53 Area where brightness difference between master image and inspection image occurs 60 Sheet-like object to be inspected Object 61 Uneven defect on the surface to be inspected having a curved surface 62 Object to be inspected in a roll shape (surface is curved) 63 Core 64 Arm 65 Contact roll 70 Transparent plastic film 71 Folding wrinkle 80 Transparent plastic film roll 81 Wrinkle a1 Angle facing the crease a2 Angle facing the crease b1 Cross section line of the crease b2 Cross section line of the crease CS Central axis CL1 Intersection line between the plane including the sight line direction and normal and the surface to be inspected CL2 Line of intersection between the plane including the reference surface and the reference surface CL3 Infinite plane including the reference surface Intersection line between the surface of the object to be inspected DC imaging device distance DL illumination distance DR roll distance change Hv stripe pattern brightness change direction Hh stripe pattern brightness boundary direction
i Movement vector I Line-of-sight direction of image pickup means L1 Total length of folding wrinkle L2 Total length of wound wrinkle Li incident light Li1 Incident light incident on reflection point on surface of inspection object Li2 Incident light incident on reflection point on slope of uneven defect Lr Reflected light m1 Moving direction of moving means m2 Moving direction of arm m3 Direction of transport of transparent plastic film m4 Direction of rotation of transparent plastic film roll p Pitch of light and dark stripes (Pa + Pb)
Pa Bright part width (= bright pitch)
Pb Dark part width (= dark pitch)
Pb The pitch of the bright area in the region where the light-dark arrangement period is not disturbed on the image Pd The pitch of the dark area in the area where the light-dark arrangement period is not disturbed on the image Pi1 Light emission which emits incident light incident on the reflection point on the surface to be inspected Point Pi2 Light emitting point that emits incident light incident on the reflection point on the slope of the irregular defect Pmx Bright / dark pitch in the region where the light / dark arrangement period is disturbed on the image Pr Reflection point Pr1 Reflection point on the surface to be inspected Pr2 Reflection point on slope of uneven defect q Reference vector r1 Roll rotation (winding) direction r2 Contact roll rotation direction S Surface to be inspected of surface to be inspected S0 Visual direction of image pickup means and inspection Plane surface including normal of target surface S1 Surface to be inspected of transparent plastic film S2 Surface to be inspected of transparent plastic film roll S1 Reference surface Sr Surface to be inspected of object to be inspected with a curved surface Z Normal to surface of object to be inspected α Slope angle of irregularity defect β Rotational angle of irregularity defect φ Bright / dark pattern light irradiation means and imaging means are methods of surface to be inspected Angle formed with respect to line ψ Direction of movement vector (angle formed by reference vector and movement vector)
θ Light / dark stripe tilt angle
Claims (22)
前記法線Zおよび前記視線方向Iを含む平面S0および前記基準表面Slの交線CL2に垂直な基準ベクトルqの方向が前記周期的パターンの周期的変化の方向Hvと同方向の移動ベクトルiに対して成す角ψが次の式1を満たし、前記周期的パターンの周期的変化の方向Hvに垂直な方向Hhと前記基準表面Slを含む無限大の平面と前記比検査表面Sとの交線とがなす角θが次の式2を満たすよう前記基準表面と前記撮像手段とを設置することを特徴とする表面凹凸の検査方法。
The direction of the reference vector q perpendicular to the intersecting line CL2 of the plane S0 and the reference surface Sl including the normal Z and the line-of-sight direction I is the movement vector i in the same direction as the direction Hv of the periodic change of the periodic pattern. The angle ψ formed with respect to the above satisfies the following formula 1, and the cross line between the ratio inspection surface S and the direction Hh perpendicular to the direction Hv of the periodic change of the periodic pattern and the infinite plane including the reference surface Sl A method for inspecting surface irregularities, characterized in that the reference surface and the imaging means are installed so that an angle θ formed by the following equation 2 is satisfied.
前記平面S0および前記基準表面Slの交線CL2に垂直な基準ベクトルqの方向が前記周期的パターンの周期的変化の方向Hvと同方向の移動ベクトルiに対して成す角ψが次の式7を満たし、前記周期的パターンの周期的変化の方向Hvに垂直な方向Hhと前記基準表面Slを含む無限大の平面と前記比検査表面Sとの交線とがなす角θが次の式8を満たすよう前記基準表面と前記撮像手段とを設置することを特徴とする表面凹凸の検査方法。
The angle ψ formed by the direction of the reference vector q perpendicular to the intersection line CL2 of the plane S0 and the reference surface Sl with respect to the movement vector i in the same direction as the periodic change direction Hv of the periodic pattern is expressed by the following equation (7). And the angle θ formed by the intersection of the direction Hh perpendicular to the periodic change direction Hv of the periodic pattern and the infinite plane including the reference surface Sl and the specific inspection surface S is expressed by the following equation (8): A method for inspecting surface irregularities, wherein the reference surface and the imaging means are installed so as to satisfy
前記法線Zおよび前記視線方向Iを含む平面S0および前記基準表面Slの交線CL2に垂直な基準ベクトルqの方向が前記周期的パターンの周期的変化の方向Hvと同方向の移動ベクトルiに対して成す角ψが次の式13を満たし、前記周期的パターンの周期的変化の方向Hvに垂直な方向Hhと前記基準表面Slを含む無限大の平面と前記比検査表面Sとの交線とがなす角θが次の式14を満たすよう前記基準表面と前記撮像手段とが設置されることを特徴とする表面凹凸の検査装置。
The direction of the reference vector q perpendicular to the intersecting line CL2 of the plane S0 and the reference surface Sl including the normal Z and the line-of-sight direction I is the movement vector i in the same direction as the direction Hv of the periodic change of the periodic pattern. The angle ψ formed with respect to this satisfies the following equation (13), and the intersection line between the ratio inspection surface S and the infinite plane including the direction Hh perpendicular to the periodic change direction Hv of the periodic pattern and the reference surface Sl An inspection apparatus for surface irregularities, wherein the reference surface and the imaging means are installed so that an angle θ formed by
前記平面S0および前記基準表面Slの交線CL2に垂直な基準ベクトルqの方向が前記周期的パターンの周期的変化の方向Hvと同方向の移動ベクトルiに対して成す角ψが次の式19を満たし、前記周期的パターンの周期的変化の方向Hvに垂直な方向Hhと前記基準表面Slを含む無限大の平面と前記比検査表面Sとの交線とがなす角θが次の式20を満たすよう前記基準表面と前記撮像手段とが設置されることを特徴とする表面凹凸の検査装置。
The angle ψ formed by the direction of the reference vector q perpendicular to the intersection line CL2 of the plane S0 and the reference surface Sl with respect to the movement vector i in the same direction as the direction Hv of the periodic change of the periodic pattern is expressed by the following equation (19): And an angle θ formed by an intersecting line between an infinite plane including the reference surface Sl and the ratio inspection surface S and a direction Hh perpendicular to the direction Hv of the periodic change of the periodic pattern An inspection apparatus for surface irregularities, wherein the reference surface and the imaging means are installed so as to satisfy
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