JP2009264914A

JP2009264914A - 平坦面用の欠陥検出方法

Info

Publication number: JP2009264914A
Application number: JP2008114597A
Authority: JP
Inventors: Hajime Naohara; 肇直原; Masaharu Kuinose; 正治杭ノ瀬
Original assignee: Panasonic Electric Works Co Ltd
Current assignee: Panasonic Electric Works Co Ltd
Priority date: 2008-04-24
Filing date: 2008-04-24
Publication date: 2009-11-12

Abstract

【課題】検査対象物が透明であっても欠陥を確実に且つ高速に検出する。
【解決手段】検査対象物５の平坦な検査対象面に対して検査対象面を横切るスリット光Ｓを検査対象面の垂直方向から照射するとともに該照射方向と同方向から上記検査対象面からの正反射光を撮像し、得られた画像の濃淡から欠陥検出を行う。検査対象面に垂直にスリット光を照射すると同時に垂直方向から撮像することで、被検査対象面が透明であってもその表面状態に応じた反射光を得ることができ、また得られた画像の濃淡から欠陥を検出することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、平坦面に欠陥があるかどうかを検出する平坦面用の欠陥検出方法、殊に検査対象物が透明体である場合に有効な平坦面用の欠陥検出方法に関するものである。

平坦面に欠けなどの欠陥があるかどうかを検出することができるものとして、レーザー走査を行うとともにレーザ照射点の位置を追跡することで表面形状を見るもの（特許文献１参照）や、複数の切断線取得用光を照射して得た切断線の閉曲線から表面の欠落部分を認識するもの（特許文献２参照）などがある。

しかし、前者においてはレーザーポイントを全面走査することが必要で高速処理が困難である上に、透明体のような表面反射が得にくい対象物においては、レーザ照射点の位置の追跡が困難である。

後者においても、閉曲線の抽出などの処理アルゴリズムが複雑で高速処理が困難であり、また透明体である対象物においては切断線の取得が困難である。
特開平５−３２２５３４号公報特開平８−４３０４９号公報

本発明は上記の従来の問題点に鑑みて発明したものであって、検査対象物が透明体のような表面反射が得にくい対象物であっても欠陥を確実に且つ高速に検出することができる平坦面用の欠陥検出方法を提供することを課題とするものである。

上記課題を解決するために本発明に係る平坦面用の欠陥検出方法は、検査対象物の平坦な検査対象面に対して検査対象面を横切るスリット光を検査対象面の垂直方向から照射するとともに該照射方向と同方向から上記検査対象面からの正反射光を撮像し、得られた画像の濃淡から欠陥検出を行うことに特徴を有している。検査対象面に垂直にスリット光を照射すると同時に垂直方向から撮像することで、被検査対象面が透明であってもその表面状態に応じた反射光が得られるようにしたものであり、また得られた画像の濃淡から欠陥を検出するために、その処理も高速に行うことができる。

そして、スリット光の長手方向と直交する方向にスリット光と検査対象物との少なくとも一方を移動させて検査対象面全面の欠陥検出を行うことで、検査対象面全面について、予め記憶した夫々の位置での良品の正反射成分との比較のみで欠陥を検出することができ、処理が単純ですむためにより高速な検出を行うことができる。

スリット光を反射するガルバノミラーによってスリット光の照射位置を変化させる場合も、同様に処理が単純ですむものであり、しかも検査対象物を移動させる必要がないために、より簡単なシステム構成で高速な欠陥検出を行うことができる。

検査対象物の重心を通る位置にスリット光を照射するとともに、上記重心位置を中心に検査対象物を回転させて検査対象面全面の欠陥検出を行う場合、円形の検査対象面を有する検査対象物に対する欠陥検出を、毎回同一の良品画像との比較で行うことができるために、高速な欠陥検出を行うことができる。

スリット光と検査対象物との少なくとも一方を移動させて検査対象面全面の欠陥検出を行うとともに、得られた画像を合成して検査対象面の全体画像を形成し、該全体画像を基に欠陥箇所を特定すると、欠陥箇所の特定を容易に行うことができ、特に良品の場合の全体画像との比較により単純な処理で高速な箇所特定が可能である。

そして画像の合成に際して、スリット光の幅より狭い領域の画像を切り出して重ね合わせることで検査対象面の全体画像を形成すると、検査対象物からの二次反射光を撮像手段が捉えてしまう場合における二次反射光を影響を抑えることができる。

また、画像の合成に際して、異なる画像の輝度の異なる画素同士を重ねる時、輝度の高い方の画素を用いると、滲みのない合成画像を得ることができる。

また、検査対象物における検査対象面以外の部分に照射されるスリット光をマスクするマスクを介してスリット光の照射を行うと、二次反射成分のない画像を確実に得ることができる。

本発明は、検査対象面に垂直にスリット光を照射すると同時に垂直方向から撮像するこものであり、このために被検査対象面が透明であってもその表面状態に応じた反射光が得られるために、欠陥検出を確実に行うことができるものであり、しかも得られた画像の濃淡から欠陥を検出するために、その処理も単純でよく、従って欠陥検出を高速に行うことができる。

以下、本発明を添付図面に示す実施形態に基づいて説明すると、本発明に係る欠陥検出方法は、スリット光Ｓを出力する光源１と、ＣＣＤカメラなどからなる撮像手段２と、撮像手段２から出力される画像を処理する画像処理装置３、そして検査対象物５への上記スリット光Ｓの照射と撮像手段２による撮像とを同軸で行うためのハーフミラー４とを用いるもので、ここでは光源１からのスリット光Ｓをハーフミラー４で反射させて検査対象物５の欠陥検査対象面５０である平坦面に直上から照射し、平坦面でのスリット光Ｓの反射光Ｒを撮像手段２がハーフミラー４を通じて受光する。また、検査対象物５に照射するスリット光Ｓは、図２に示すように検査対象物５における上記欠陥検査対象面５０を横切る長さのものとしてある。

平坦な被検査対象面５０にスリット光Ｓを直上から照射した時、被検査対象面５０では正反射光ＲＬと散乱光ＳＬが生じるが、図３に示すように正反射光ＲＬは直上方向にのみ向かうために、直上に位置する撮像手段２で撮像した画像は、被検査対象面５０が図４(a)に示すように欠陥を有していない平坦な面であれば、図４(b)に示すように正反射光ＲＬによる帯状の高輝度部分Ｈの両脇に散乱光ＳＬによる低輝度部分Ｈが存在するものとなる。従って、高輝度部分Ｈの輝度と低輝度部分Ｌの輝度との間の輝度値を閾値として二値画像を生成すれば、低輝度部分Ｌは削られてしまうために、図４(c)に示すように明瞭な１本の帯状の高輝度部分がある画像を得ることができる。

ここにおいて、図５(a)に示すように、上記被検査対象面５０にスリット光Ｓの長手方向に欠け５１が存在していれば、この欠け５１にスリット光Ｓを照射した時に得られた画像は、図５(b)に示すように正反射光ＲＬによる高輝度部分Ｈが無くて散乱光ＳＬによる低輝度部分Ｌのみが帯状に存在するものとなるために、上記閾値を用いて二値画像を生成すれば、図５(c)に示すように輝度のある部分が存在しない画像を得ることができる。

さらに図６(a)に示すように、被検査対象面５０に小さな欠け５１が存在する場合、この欠け５１が存在する部分をスリット光Ｓで照射した時に得られる画像は、図6(b)に示すようにスリット光Ｓの長手方向と直交する幅方向において高輝度部分Ｈが存在しない部分がスリット光Ｓの長手方向の一部に生じるものであり、このために上記閾値で二値画像を形成すれば、図６(c)に示すように、帯状の高輝度部分Ｈがその長手方向において一部欠損した画像を得ることができる。

高輝度部分Ｈの幅はスリット光Ｓの幅に応じたものであり、高輝度部分Ｈの長さは被検査対象面５０のスリット光５０が照射された部分の長さに応じたものとなるために、これらを基に高輝度部分Ｈの画素数を算出することができることから、得られた二値画像から高輝度部分Ｈの画素数をカウントし、その画素数が所定値以上であるかどうかを見るだけで、スリット光Ｓが照射された部分に欠陥があるかどうかを判別することができる。

そして、被検査対象面におけるスリット光Ｓの照射位置を相対的に漸次ずらしていくことで、被検査対象面５０全面の検査を行うことができる。図７に上記処理についてのフローチャートを示す。スリット光Ｓを用いることや、反射光の輝度を見るだけで欠陥検出を行うことができる上に、照射するスリット光Ｓと同軸で反射光を撮像手段２で撮像することから、検査対象物５が透明体であっても確実に反射光を捉えることができるとともに欠陥の有無による輝度差のある画像を得ることができるものであり、この結果、透明な検査対象物５であってもその平坦な被検査対象面５０の欠陥の有無を高速に検出することができる。

被検査対象面５０に対するスリット光Ｓの照射位置は、図８に示すように検査対象物５をスライドテーブル６０に載せて検査対象物５をスライド移動させたり、あるいは図１０に示すように検査対象物５を回転テーブル６１上に載せて検査対象物５を鉛直軸回りに回転させたりすることで変更することができる。

この時、検査対象物５をスライド移動させる場合、その移動方向は図９に示すようにスリット光Ｓの長手方向と直交する方向とするのが好ましい。被検査対象面５０全面の欠陥検出を最も効率良く行うことができるほか、予め記憶した夫々の位置での良品の正反射成分との比較のみで検査を行うこともでき、この場合、更に高速な処理が可能である。なお、移動ピッチはスリット光Ｓの幅Ｗに相当する距離とする。

また検査対象物５を回転させる場合は、図１１に示すように検査対象物５の重心位置Ｇを通る位置にスリット光Ｓを照射すると同時に、重心位置Ｇを通る軸の回りに検査対象物５が回転するようにしておくと、被検査対象面５０が円形で重心位置Ｇが中心にある時、得られた画像は常に同一形状となるために処理が単純で高速に処理することができる。

このように検査対象物５を回転させる場合の回転角θ１は、ｎ回目の照射のスリット光Ｓとｎ＋１回目の照射のスリット光Ｓとが検査対象面５０の最外周部で一部重なるものとすることで、検査対象面５０の全面の欠陥検出を行うことができる。

検査対象物５を移動させるのではなく、図１２に示すようにスリット光Ｓの照射位置をガルバノミラー１０を用いて変化させるようにしてもよい。この場合においても、上述の検査対象物５をスライド移動させる場合と同様に、予め記憶した夫々の位置での良品の正反射成分との比較のみで検査を行うことができるために、そして検査対象物５を移動させる必要がないために、高速な欠陥検出を行うことができる。

ところで、上記の欠陥検出は、欠陥の有無の検出はできても、検査対象面５０のどこに欠陥があるのかを検出することはできない。この点については、検査対象面５０にスリット光Ｓを照射して上記の処理を行うことで得た画像（二値化する前の画像であっても二値化した後の画像であってもよい）をメモリに記憶することを検査対象面５０の全面に対して行い、そして図１３に示すようにメモリ上で上記画像を合成することで検査対象面５０全面の画像を生成し、この画像を良品形状と比較することで欠陥箇所の特定を高速に行うことができる。

もっとも、検査対象物５が図１４に示すように透明なドーム状であるとともに検査対象面５０がリング状をなす端面であるような場合、検査対象面５０に照射したスリット光Ｓの一部が検査対象物５内に入って二次反射を起こし、この反射光が撮像手段２に入ることがあり、この反射光は時として検査対象面５０からの正反射光ＲＬと同等の輝度を有するものとなる。また上記合成を行う時、二次反射成分まで合成されてしまって、欠陥箇所の特定を困難とする。

この場合、撮像手段２で得られた画像から、図１５に示すようにスリット光Ｓを中心としてスリット光Ｓの幅Ｗよりも狭い範囲Ｗｎの画像を切り出し、切り出した画像を合成することで、二次反射成分による問題を避けることができる。

なお、上記合成に際しては、図１６に示すように、明るい画素を優先した重ね合わせ処理を行うことで、高輝度部分Ｈの回りに生じる滲み成分を除去することができる。ちなみに図１６はｎ回目の撮像画像とｎ＋１回目の撮像画像とにおけるオーバーラップ部分の重ね合わせ処理を図解したものである。

前記二次反射成分の除去に関しては、マスク８を用いることも有効である。図１７は図１４に示したドーム状の検査対象物５におけるリング状をした検査対象面５０の欠陥検出に際して用いるマスク８の一例を示しており、開口部８０を通じて検査対象面５０に対してスリット光Ｓを照射するとともにその正反射光ＲＬをマスク８の開口部８０を通じて撮像手段２で撮像する。

なお、本例の場合、スリット光Ｓの検査対象面５０に対する照射位置の変更は、前述の検査対象物５を回転テーブル６１上に載せて検査対象物５を鉛直軸回りに回転させることで行う。

本発明の実施の形態の一例を示すブロック図である。同上のスリット光を示す斜視図である。反射光を示すもので、(a)は側面図、(b)は平面図である。検査対象面に欠陥がない場合を示すもので、(a)は検査対象物の斜視図、(b)は得られた濃淡画像の説明図、(c)は二値化画像の説明図である。検査対象面に欠陥がある場合を示すもので、(a)は検査対象物の斜視図、(b)は得られた濃淡画像の説明図、(c)は二値化画像の説明図である。検査対象面に欠陥がある場合を示すもので、(a)は検査対象物の斜視図、(b)は得られた濃淡画像の説明図、(c)は二値化画像の説明図である。同上の処理のフローチャートである。同上の検査対象物の移動についてのブロック図である。同上の移動方向を示す平面図である。同上の検査対象物の移動についてのブロック図である。同上の移動の回転角について示した平面図である。別の例のブロック図である。画像の合成についての説明図である。検査対象物の一例を示す斜視図である。同上の合成用画像の切り出しについての説明図である。同上の合成用画像の作成に際しての重ね合わせについての説明図である。 (a)はマスクの平面図、(b)はマスクを通じたスリット光の照射を示す側面図である。

符号の説明

１光源
２撮像手段
３画像処理装置
４ハーフミラー
５検査対象物
Ｓスリット光

Claims

検査対象物の平坦な検査対象面に対して検査対象面を横切るスリット光を検査対象面の垂直方向から照射するとともに該照射方向と同方向から上記検査対象面からの正反射光を撮像し、得られた画像の濃淡から欠陥検出を行うことを特徴とする平坦面用の欠陥検出方法。
スリット光の長手方向と直交する方向にスリット光と検査対象物との少なくとも一方を移動させて検査対象面全面の欠陥検出を行うことを特徴とする請求項１記載の平坦面用の欠陥検出方法。
スリット光を反射するガルバノミラーによってスリット光の照射位置を変化させることを特徴とする請求項２記載の平坦面用の欠陥検出方法。
検査対象物の重心を通る位置にスリット光を照射するとともに、上記重心位置を中心に検査対象物を回転させて検査対象面全面の欠陥検出を行うことを特徴とする請求項１記載の平坦面用の欠陥検出方法。
スリット光と検査対象物との少なくとも一方を移動させて検査対象面全面の欠陥検出を行うとともに、得られた画像を合成して検査対象面の全体画像を形成し、該全体画像を基に欠陥箇所を特定することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の平坦面用の欠陥検出方法。
画像の合成に際して、スリット光の幅より狭い領域の画像を切り出して重ね合わせることで検査対象面の全体画像を形成することを特徴とする請求項５記載の平坦面用の欠陥検出方法。
画像の合成に際して、異なる画像の輝度の異なる画素同士を重ねる時、輝度の高い方の画素を用いることを特徴とする請求項６記載の平坦面用の欠陥検出方法。
検査対象物における検査対象面以外の部分に照射されるスリット光をマスクするマスクを介してスリット光の照射を行うことを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の平坦面用の欠陥検出方法。