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JP2021189044A - Surface inspection device and surface inspection method - Google Patents

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JP2021189044A
JP2021189044A JP2020094598A JP2020094598A JP2021189044A JP 2021189044 A JP2021189044 A JP 2021189044A JP 2020094598 A JP2020094598 A JP 2020094598A JP 2020094598 A JP2020094598 A JP 2020094598A JP 2021189044 A JP2021189044 A JP 2021189044A
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JP
Japan
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light
dark
surface inspection
dark pattern
inspected
Prior art date
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Pending
Application number
JP2020094598A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
大介 駒宮
Daisuke Komamiya
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Ricoh Co Ltd
Original Assignee
Ricoh Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Ricoh Co Ltd filed Critical Ricoh Co Ltd
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  • Investigating Materials By The Use Of Optical Means Adapted For Particular Applications (AREA)

Abstract

To provide a surface inspection device that can detect fine defects derived from a three-dimensional shape of a surface of an inspected object hard to appear as a color characteristic, over a wide range in one shot.SOLUTION: A surface inspection device has: illumination means that projects a bright/dark pattern periodically repeating a difference between brightness and darkness to a surface of an inspected object; photographing means that takes pictures by receiving regular reflection light from the inspected object of the illumination means; and detection means that compares the image taken by the photographing means with the bright/dark pattern, and thereby detects a fine change in shape on the surface of the inspected object from the image, in which the photographing means is arranged in a position where a reflection angle θ of the regular reflection light from the illumination means falls within a range of a conditional expression (1): 45°<θ≤85°.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、表面検査装置および表面検査方法に関する。 The present invention relates to a surface inspection apparatus and a surface inspection method.

製造業において、高品質かつ安心・安全な製品を提供するために、検査工程により良品・不良品の判別を的確に行う必要がある。
一般に不良品を判断する欠陥検査において、カメラや照明などの撮像光学系を組み合わせることで、製品の外観を撮影した後、適切な画像処理を行うことで製品表面の欠陥の有無や大きさを判別する方法が知られている。
特に被検査体表面の凹凸を検査する方法としては、被検査体の表面に照明を当てて撮影し、撮影画像を解析して凹凸を検出する方法が従来から広く行われている(例えば特許文献1〜12等参照)。
しかしながら、このような方法では被検査体の表面が鏡面光沢を有する時など、撮影画像にカメラ等の撮影手段自体や周囲の物体が映り込んでしまい、被検査体の表面の凹凸が隠れてしまう問題があった。
このような映り込みを防ぐためには、照明装置に拡散板を付ける方法があるが、一様な光を照射することとなるため、色特性の差として表れない程度に微小な3次元形状に由来する欠陥等についての検出が難しい。
In the manufacturing industry, in order to provide high-quality, safe and secure products, it is necessary to accurately distinguish between non-defective products and defective products by the inspection process.
Generally, in defect inspection to determine defective products, the presence or absence and size of defects on the product surface are determined by performing appropriate image processing after taking a picture of the appearance of the product by combining an imaging optical system such as a camera or lighting. How to do it is known.
In particular, as a method of inspecting the unevenness of the surface of the inspected object, a method of illuminating the surface of the inspected object to take a picture and analyzing the photographed image to detect the unevenness has been widely used (for example, Patent Document). See 1-12 etc.).
However, with such a method, when the surface of the inspected object has a mirror gloss, the photographing means itself such as a camera or surrounding objects are reflected in the photographed image, and the unevenness of the surface of the inspected object is hidden. There was a problem.
In order to prevent such reflection, there is a method of attaching a diffuser to the lighting device, but since it irradiates uniform light, it is derived from a small three-dimensional shape that does not appear as a difference in color characteristics. It is difficult to detect defects that occur.

鏡面光沢を有する被検査体の表面にある微小な3次元形状に由来する欠陥を検知する方法としては、例えば輝線を含む照明を被検査体の表面に照射して反射光を撮影手段により撮影し、撮影画像における輝線の明暗の境界の歪みを検出することで形状欠陥を検出する方法が考えられている(例えば特許文献3、4等参照)。
しかしながら、このような方法では広範囲の検出を行うことが難しいという問題が生じていた。
As a method of detecting a defect caused by a minute three-dimensional shape on the surface of an inspected object having a mirror gloss, for example, the surface of the inspected object is irradiated with illumination including a emission line and the reflected light is photographed by an imaging means. , A method of detecting a shape defect by detecting a distortion of a boundary between light and dark lines in a captured image has been considered (see, for example, Patent Documents 3 and 4).
However, there is a problem that it is difficult to perform wide-range detection by such a method.

本発明は、以上のような問題点に鑑みてなされたものであり、色特性として表れにくい被検査体の表面の3次元形状に由来する微小な欠陥を一度の撮影で広範囲にわたって検出可能な表面検査装置の提供を目的とする。 The present invention has been made in view of the above problems, and is a surface capable of detecting minute defects derived from the three-dimensional shape of the surface of the object to be inspected, which are difficult to appear as color characteristics, in a wide range by one imaging. The purpose is to provide an inspection device.

上述した課題を解決するため、本発明の表面検査装置は、明暗の差を周期的に繰り返す明暗パターンを被検査体の表面に投射する照明手段と、前記照明手段の前記被検査体からの正反射光を受光して撮影する撮影手段と、前記撮影手段により撮影された画像と、前記明暗パターンとを比較することで前記画像から前記被検査体の表面上の微小な形状変化を検出する検出手段と、を有し、前記撮影手段は、前記照明手段からの前記正反射光の反射角が、45°<θ≦85°の範囲内に収まる位置に配置されたことを特徴とする。 In order to solve the above-mentioned problems, the surface inspection apparatus of the present invention has a lighting means for projecting a light-dark pattern that periodically repeats a difference in light and darkness onto the surface of the object to be inspected, and a positive light from the object to be inspected. Detection that detects minute shape changes on the surface of the object to be inspected from the image by comparing the image taken by the photographing means with the image taken by the photographing means and the light-dark pattern. The photographing means is characterized in that the means is arranged at a position where the angle of reflection of the specularly reflected light from the lighting means is within the range of 45 ° <θ≤85 °.

本発明によれば、色特性として表れにくい被検査体の表面の3次元形状に由来する微小な欠陥を一度の撮影で広範囲にわたって検出可能である。 According to the present invention, it is possible to detect minute defects derived from the three-dimensional shape of the surface of the object to be inspected, which are difficult to appear as color characteristics, in a wide range by one imaging.

本発明の実施形態に係る表面検査装置の全体構成の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the whole structure of the surface inspection apparatus which concerns on embodiment of this invention. 照明手段によって投影する明暗パターンの構成の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the composition of the light-dark pattern projected by the lighting means. 図1に示した撮像手段と照明手段との位置関係の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the positional relationship between the image pickup means and the illumination means shown in FIG. 図3に示した明暗パターンを被検査体の表面に投射したときの一例を示す図である。It is a figure which shows an example when the light-dark pattern shown in FIG. 3 is projected onto the surface of an inspected object. 図3に示した明暗パターンを欠陥の無い被検査体の表面に投射したときの理想的な例を示す図である。It is a figure which shows the ideal example when the light-dark pattern shown in FIG. 3 is projected onto the surface of a defect-free inspected object. 表面検査装置の第1の比較例における撮影画像の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the photographed image in the 1st comparative example of a surface inspection apparatus. 表面検査装置の第2の比較例を示す図である。It is a figure which shows the 2nd comparative example of the surface inspection apparatus. 図7に示した第2の比較例における撮影画像の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the photographed image in the 2nd comparative example shown in FIG. 7. 被検査体の表面における光の反射の一例を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows an example of the reflection of light on the surface of an object to be inspected. 明暗パターンの他の一例を示す図である。It is a figure which shows another example of a light-dark pattern. 明暗パターンを動的に変化させる場合の構成の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the structure in the case of dynamically changing a light-dark pattern.

本発明の実施形態の一例として図1に表面検査装置100の概略構成を示す。
本発明の第1の実施形態における表面検査装置100は、被検査体であるワークPの表面に向けて明部と暗部とを有する明暗パターンを含んだ投射光16を照射する照明手段たるハロゲンランプ10と、投射光16がワークPに反射した反射光17を受光するカメラ20と、を有している。
表面検査装置100は、ハロゲンランプ10を支持する照明支持アーム11と、カメラ20を支持する検出器支持アーム21と、照明支持アーム11、検出器支持アーム21、ワークP等を支持する不動の架台1と、を有している。
表面検査装置100はまた、ハロゲンランプ10やカメラ20を制御するための制御手段として機能する端末である制御部9を有している。
As an example of the embodiment of the present invention, FIG. 1 shows a schematic configuration of the surface inspection apparatus 100.
The surface inspection device 100 according to the first embodiment of the present invention is a halogen lamp as a lighting means for irradiating a projected light 16 including a light / dark pattern having a bright portion and a dark portion toward the surface of the work P which is an inspected object. It has 10 and a camera 20 that receives the reflected light 17 reflected by the projected light 16 on the work P.
The surface inspection device 100 includes an illumination support arm 11 that supports the halogen lamp 10, a detector support arm 21 that supports the camera 20, and an immovable pedestal that supports the illumination support arm 11, the detector support arm 21, the work P, and the like. It has 1 and.
The surface inspection device 100 also has a control unit 9 which is a terminal functioning as a control means for controlling the halogen lamp 10 and the camera 20.

制御部9は、CPU(Central Processing Unit)、メインメモリ(MEM−P)、ノースブリッジ(NB)、サウスブリッジ(SB)等を有する計算機である。
制御部9はまた、AGP(Accelerated Graphics Port)バス、ASIC(Application Specific Integrated Circuit)、ローカルメモリ(MEM−C)を有している。
制御部9はまた、HD(Hard Disk)、HDD(Hard Disk Drive)、PCIバス、ネットワークI/Fを有している。
The control unit 9 is a computer having a CPU (Central Processing Unit), a main memory (MEM-P), a north bridge (NB), a south bridge (SB), and the like.
The control unit 9 also has an AGP (Accelerated Graphics Port) bus, an ASIC (Application Specific Integrated Circuit), and a local memory (MEM-C).
The control unit 9 also has an HD (Hard Disk), an HDD (Hard Disk Drive), a PCI bus, and a network I / F.

CPUは、メインメモリに記憶されたプログラムに従って、データを加工・演算したり、上述した各部の動作を制御したりするものである。メインメモリは制御部9の記憶領域としてはたらき、制御部9の各機能を実現させるプログラムやデータを記憶する。あるいはこのプログラムは、インストール可能な形式又は実行可能な形式のファイルでCD−ROM、FD、CD−R、DVD等のコンピュータで読み取り可能な記録媒体に記録して提供するように構成してもよい。 The CPU processes and calculates data according to a program stored in the main memory, and controls the operation of each of the above-mentioned parts. The main memory functions as a storage area of the control unit 9 and stores programs and data that realize each function of the control unit 9. Alternatively, the program may be configured to record and provide a file in an installable or executable format on a computer-readable recording medium such as a CD-ROM, FD, CD-R, or DVD. ..

ローカルメモリ(MEM−C)は、コピー用画像バッファ及び符号バッファとして用いる。HDは、画像データの蓄積、印刷時に用いるフォントデータの蓄積、フォームの蓄積を行うためのストレージである。HDDは、CPUの制御にしたがってHDに対するデータの読み出し又は書き込みを制御する。ネットワークI/Fは、通信ネットワークを介して情報処理装置等の外部機器と情報を送受信する。 The local memory (MEM-C) is used as a copy image buffer and a code buffer. The HD is a storage for accumulating image data, accumulating font data used at the time of printing, and accumulating forms. The HDD controls reading or writing of data to the HD according to the control of the CPU. The network I / F transmits / receives information to / from an external device such as an information processing device via a communication network.

制御部9は、通信ネットワークなどを介した上位装置(例えばパソコン)との双方向の通信を制御するための通信制御手段として動作する。
制御部9はまた、ハロゲンランプ10とカメラ20と接続されており、後述するようにカメラ20により撮影された画像と、明暗パターンとを比較することでワークPの表面上の微小な形状変化を検出する検出手段として機能する。
The control unit 9 operates as a communication control means for controlling bidirectional communication with a host device (for example, a personal computer) via a communication network or the like.
The control unit 9 is also connected to the halogen lamp 10 and the camera 20, and as will be described later, by comparing the image taken by the camera 20 with the light-dark pattern, a minute shape change on the surface of the work P can be obtained. It functions as a detection means to detect.

ハロゲンランプ10は、ワークPの表面に図2に示すような明暗パターンを含んだ投射光16を投射する照明手段である。
このような明暗パターンは、例えば図1に示すようにハロゲンランプ10の出射面にスリット5などを設けることで投影可能である他、拡散板や、複数の帯状の面照明を幅方向に並べて形成するとしても良い。
本実施形態においては、ハロゲンランプ10の出射面に、明部12に対応する透過部14と、暗部13に対応する遮蔽部15と、を縞状に設けることで、図2に示したような明暗パターンを形成している。
なお、本実施形態ではハロゲンランプ10を照明手段として用いたが、その他液晶、LED、蛍光灯、白熱電球、レーザー、プロジェクタ、有機EL素子等の様々な光源を照明手段として用いても良い。さらに、ディスプレイを用いて明部12に対応する部分を点灯させ、暗部13に対応する部分を消灯して、ワークPに投射光16を投射する構成であっても良い。
The halogen lamp 10 is an illumination means for projecting a projected light 16 including a light / dark pattern as shown in FIG. 2 on the surface of the work P.
Such a light-dark pattern can be projected by providing a slit 5 or the like on the emission surface of the halogen lamp 10 as shown in FIG. 1, and a diffuser plate or a plurality of band-shaped surface illuminations are arranged side by side in the width direction. You may do so.
In the present embodiment, the light emitting portion 14 corresponding to the bright portion 12 and the shielding portion 15 corresponding to the dark portion 13 are provided in a striped pattern on the emission surface of the halogen lamp 10, as shown in FIG. It forms a light-dark pattern.
Although the halogen lamp 10 is used as the lighting means in this embodiment, various light sources such as a liquid crystal display, an LED, a fluorescent lamp, an incandescent lamp, a laser, a projector, and an organic EL element may be used as the lighting means. Further, the display may be used to turn on the portion corresponding to the bright portion 12, turn off the portion corresponding to the dark portion 13, and project the projected light 16 onto the work P.

明暗パターンは、本実施形態では円弧状の明部12と暗部13とが交互に形成された縞状のパターンを形成する。ここで明部12はハロゲンランプ10によって照射された投射光16のうち照度の高い部分、暗部13はハロゲンランプ10によって照射された投射光16のうち照度の低い部分である。
このように、明暗パターンは、ある方向に対して明暗の差がある明部12と暗部13とが周期的に繰り返される構成であれば良く、照射される形状については特に限定されない。
なお、かかる縞状の構成に限定されるものではなく、例えば矩形の明部12と暗部13とが互いに隣接し合うブロック形状であっても良い。
In the present embodiment, the light-dark pattern forms a striped pattern in which arc-shaped bright portions 12 and dark portions 13 are alternately formed. Here, the bright portion 12 is a portion of the projected light 16 irradiated by the halogen lamp 10 having a high illuminance, and the dark portion 13 is a portion of the projected light 16 irradiated by the halogen lamp 10 having a low illuminance.
As described above, the light-dark pattern may have a configuration in which the bright portion 12 and the dark portion 13 having a difference in brightness in a certain direction are periodically repeated, and the shape to be irradiated is not particularly limited.
The striped configuration is not limited to this, and for example, the rectangular bright portion 12 and the dark portion 13 may have a block shape adjacent to each other.

カメラ20は、ワークPの表面に照射された投射光16が正反射した反射光17を受光するCCDやCMOS等のセンサー22と、ズームレンズ、固定焦点レンズ、ティルト機能付きレンズ、テレセントリックレンズ等を用いて構成されたテレセントリック光学系である撮像光学系23と、を備えたデジタルカメラである。
カメラ20は、図3に示したように、ハロゲンランプ10からの投射光16の入射角θ’とし、反射光17の反射角θとしたとき、反射角θは次の数式(1)を満足する。
The camera 20 includes a sensor 22 such as a CCD or CMOS that receives the reflected light 17 that is positively reflected by the projected light 16 that is applied to the surface of the work P, a zoom lens, a fixed focus lens, a lens with a tilt function, a telecentric lens, and the like. It is a digital camera provided with an image pickup optical system 23, which is a telecentric optical system configured by the use.
As shown in FIG. 3, when the incident angle θ'of the light 16 projected from the halogen lamp 10 and the reflection angle θ of the reflected light 17 are set in the camera 20, the reflection angle θ satisfies the following mathematical formula (1). do.

Figure 2021189044
Figure 2021189044

一般に、反射角θを大きくすることで、ワークPの表面上の欠陥の傾斜方向に対する明暗パターンの歪みが強調され、欠陥の検出が容易となる。なお、ここでいうワークP表面上の欠陥とは、例えば理想的なワークPにはない表面の3次元形状の変化を指しているが、例えば表面の微小な凹凸や歪み、キズなどを含む。
さて、反射光17の反射角θが45°以下の場合には、微小な凹凸が検出し辛くなる。他方、反射角θが85°よりも大きい場合には、微小な凹凸の検出感度は向上する一方で、奥行方向にワークPの撮影画像面に対する正射影の長さが、ワークPの実寸に対してcos85°(≒0.087)以下の倍率で表示されることとなるために撮影範囲が過剰に潰れてしまう。すなわち、カメラ20から見たときのワークPの分解能が不足して、十分な表面検査を行うことが難しくなってしまう。
また、フレネルの式で表されるブリュースター角以上の角度では、s偏光、p偏光ともに反射率が上昇していく。そのため、ワークPの鏡面性が低いような場合にも、反射を得やすくなって明暗パターンのコントラストが向上するメリットもある。
In general, by increasing the reflection angle θ, the distortion of the light-dark pattern with respect to the inclination direction of the defect on the surface of the work P is emphasized, and the defect can be easily detected. The defect on the surface of the work P as used herein refers to, for example, a change in the three-dimensional shape of the surface that is not present in the ideal work P, but includes, for example, minute irregularities, distortions, and scratches on the surface.
When the reflection angle θ of the reflected light 17 is 45 ° or less, it becomes difficult to detect minute irregularities. On the other hand, when the reflection angle θ is larger than 85 °, the detection sensitivity of minute irregularities is improved, while the length of the orthogonal projection of the work P on the captured image surface in the depth direction is larger than the actual size of the work P. Since it is displayed at a magnification of cos 85 ° (≈0.087) or less, the shooting range is excessively crushed. That is, the resolution of the work P when viewed from the camera 20 is insufficient, and it becomes difficult to perform a sufficient surface inspection.
Further, at an angle equal to or greater than the Brewster angle represented by Fresnel's equation, the reflectance of both s-polarized light and p-polarized light increases. Therefore, even when the mirror surface of the work P is low, there is an advantage that reflection is easily obtained and the contrast of the light-dark pattern is improved.

センサ21から撮像光学系23を通して見たとき、ワークPは光軸に対して斜めに配置されており、ワークPの表面に射影された明暗パターンの何れの箇所においても焦点があっていることが望ましい。すなわち、撮像光学系23は、センサ21の受光面上に像を結ぶように、被写界深度が長い構成がより好ましい。ただし、本発明のように、ワークPを斜めから見る構成においては特に、ワークPの奥側と手前側とで生じる遠近差を低減するために、テレセントリック光学系であることが好ましい。
撮像光学系23をテレセントリック光学系とすることで、ワークPの手前側と奥側とで撮影された画像上での拡大倍率が等しくなり、ワークPの撮影範囲全域を同品質で検査可能となる。
また、撮像光学系23をテレセントリックレンズとすれば、テレセントリックレンズ面に対して垂直に入射した(換言するとレンズ光軸に平行な)光のみを取り込むという効果により、ワークPの撮影範囲全域に対して同一の反射角θで表面検査を行うことができる。
When viewed from the sensor 21 through the image pickup optical system 23, the work P is arranged diagonally with respect to the optical axis, and the focus is on any part of the light / dark pattern projected on the surface of the work P. desirable. That is, it is more preferable that the imaging optical system 23 has a long depth of field so as to form an image on the light receiving surface of the sensor 21. However, in a configuration in which the work P is viewed from an angle as in the present invention, a telecentric optical system is particularly preferable in order to reduce the perspective difference between the back side and the front side of the work P.
By using the telecentric optical system as the imaging optical system 23, the magnifying powers on the images taken on the front side and the back side of the work P become equal, and the entire shooting range of the work P can be inspected with the same quality. ..
Further, if the imaging optical system 23 is a telecentric lens, only the light incident on the telecentric lens surface (in other words, parallel to the optical axis of the lens) is captured, and the entire imaging range of the work P is covered. Surface inspection can be performed with the same reflection angle θ.

カメラ20によって撮影された撮影画像Qは、円筒形状のワークPに照射した時には、例えば図4に示すように撮影される。
このとき、ハロゲンランプ10によって照射される照射光16は、明部12と暗部13とが交互に形成された明暗パターンとして照射されているから、全く歪みや傷などの表面の欠陥のない理想的なワークP’からの反射光17’は、例えば図5に示す画像のように明暗パターンには歪みのない形でカメラ20によって撮影されるはずである。
しかしながら、図4に示すように、ワークPの表面に歪みや傷などがあったときには、撮影画像Qには、破線A、破線Bで示すような明暗パターンの歪みとして検出される。
The captured image Q captured by the camera 20 is captured, for example, as shown in FIG. 4 when the cylindrical work P is irradiated.
At this time, since the irradiation light 16 emitted by the halogen lamp 10 is irradiated as a light-dark pattern in which bright portions 12 and dark portions 13 are alternately formed, it is ideal without any surface defects such as distortion and scratches. The reflected light 17'from the work P'should be photographed by the camera 20 in a form in which the light and dark patterns are not distorted as in the image shown in FIG. 5, for example.
However, as shown in FIG. 4, when the surface of the work P is distorted or scratched, it is detected in the captured image Q as a distortion of a light-dark pattern as shown by the broken line A and the broken line B.

制御部9は、図5に示したような理想的なワークP’に明暗パターンを含む照射光16を照射したときの参照画像Rと、図4に示したようなカメラ20によって得られた撮影画像Qと、を比較することで、ワークPの表面に歪みや傷等が生じていないかどうかを検出することができる。
なお、参照画像Rは、例えば表面検査装置100の出荷時に予めリファレンスデータとして理想的なワークP’を載置して撮影した画像データであっても良いし、図2に示したような明暗パターンの投射光16が、ある3次元形状を持ったワークP’に投射された時の明暗パターンの形状を表すデータであっても良い。
このとき、ワークPの表面にハロゲンランプ10や周囲の物体が映り込んでいたとしても、ワークPの表面には明暗パターンが映っているために、かかる撮影画像Qに含まれる明暗パターンが得られる。
また、明暗パターンにより、ワークPの表面のわずかな変化も捉えることができるから、ワークPの表面の微小な凹凸をも確実に検出することができる。
かかる構成により、従来の明度や彩度等の画像の色情報から検出する方法よりもワークPの歪みや傷などの表面形状の欠陥を精度よく検出することができる。
The control unit 9 has a reference image R when the ideal work P'as shown in FIG. 5 is irradiated with the irradiation light 16 including a light and dark pattern, and an image taken by the camera 20 as shown in FIG. By comparing with the image Q, it is possible to detect whether or not the surface of the work P is distorted or scratched.
The reference image R may be, for example, image data taken by placing an ideal work P'as reference data in advance at the time of shipment of the surface inspection apparatus 100, or may be an image data taken as shown in FIG. 2. The projected light 16 may be data representing the shape of a light-dark pattern when projected onto a work P'having a certain three-dimensional shape.
At this time, even if the halogen lamp 10 or surrounding objects are reflected on the surface of the work P, since the light and dark patterns are reflected on the surface of the work P, the light and dark patterns included in the captured image Q can be obtained. ..
Further, since it is possible to capture even a slight change in the surface of the work P by the light / dark pattern, it is possible to reliably detect even minute irregularities on the surface of the work P.
With such a configuration, defects in the surface shape such as distortion and scratches of the work P can be detected more accurately than the conventional method of detecting from the color information of the image such as brightness and saturation.

また、ワークPの表面が鏡面仕上げされている場合にも、カメラ20はワークPの表面に映り込んだハロゲンランプ10に焦点を合わせることにより、明暗パターンを高精度で撮影することができて、画質の良い明暗パターンの画像を得ることができるから、ワークP表面の欠陥の検出精度を高めることができる。
このように、ワークPの表面が鏡面光沢を有する場合にも、ワークPの表面の三次元形状の欠陥を検出することができる。
Further, even when the surface of the work P is mirror-finished, the camera 20 can shoot a bright and dark pattern with high accuracy by focusing on the halogen lamp 10 reflected on the surface of the work P. Since it is possible to obtain an image of a light-dark pattern with good image quality, it is possible to improve the detection accuracy of defects on the surface of the work P.
As described above, even when the surface of the work P has a mirror gloss, it is possible to detect a defect in the three-dimensional shape of the surface of the work P.

ここで、本発明に対する第1の比較例として、図6に明暗パターンのない投射光161を照射した場合の撮影画像Q1を示す。なお、第1の比較例においては、カメラ20はワークPに対して反射角70°の位置になるように斜めに配置されており、ワークPの表面は鏡面加工が施されている。
すなわち、第1の比較例においては、投射光161に明暗パターンのない点で本発明の実施形態と異なっている。
図6から明らかなように、単に数式(1)の範囲内にカメラ20を設置するだけでは、一点鎖線で示したような投射光161の映り込みの境界部分近傍にあるような欠陥部分については検知可能なものの、検知可能な領域が狭いという課題がある。
Here, as a first comparative example with respect to the present invention, FIG. 6 shows a photographed image Q1 when the projected light 161 having no light / dark pattern is irradiated. In the first comparative example, the camera 20 is diagonally arranged so as to have a reflection angle of 70 ° with respect to the work P, and the surface of the work P is mirror-finished.
That is, the first comparative example is different from the embodiment of the present invention in that the projected light 161 has no light / dark pattern.
As is clear from FIG. 6, if the camera 20 is simply installed within the range of the mathematical formula (1), the defective portion that is near the boundary portion of the reflection of the projected light 161 as shown by the alternate long and short dash line is not included. Although it can be detected, there is a problem that the detectable area is narrow.

また、第2の比較例として、図7、図8に明暗パターンについては本発明の実施形態と同様に含む投射光162を照射した場合であって、カメラ40の位置がワークP直上に配置された構成における撮影画像Q2を示す。
なお、明暗パターンについては本発明の実施形態と同様に図2、図4に示したような明暗パターンを形成するとし、ワークPについても同様の形状の物を用いた。
Further, as a second comparative example, the light and dark patterns shown in FIGS. 7 and 8 are the cases where the projected light 162 including the same as that of the embodiment of the present invention is irradiated, and the position of the camera 40 is arranged directly above the work P. The photographed image Q2 in the above configuration is shown.
As for the light-dark pattern, it is assumed that the light-dark pattern as shown in FIGS. 2 and 4 is formed as in the embodiment of the present invention, and the work P having the same shape is used.

図8から明らかなように、ワークPの上方からカメラ40を用いて撮影された撮影画像Q2においては、明暗パターンがワークP上に照射されてはいるものの、明暗パターンの歪みを用いて欠陥を検出することが難しい。 As is clear from FIG. 8, in the photographed image Q2 taken by the camera 40 from above the work P, although the light-dark pattern is irradiated on the work P, a defect is found by using the distortion of the light-dark pattern. Difficult to detect.

この点について図9(a)、(b)を用いて更に詳細に説明する。なお、図9(a)(b)ではハロゲンランプ10から照射された照射光16と、欠陥の無いワークP表面で反射された正反射光を実線で示し、欠陥があった場合の正反射光を一点鎖線で示している。
また、図9(a)において円で囲まれた欠陥部A近傍を拡大し、光線の模式図を追加したものが図9(b)である
本発明の実施形態においては、ワークPとハロゲンランプ10とに対するカメラ20を斜めに、数式(1)を満足するような位置で配置するとともに、ワークPにハロゲンランプ10から明暗パターンを含む投射光16を照射している。
このように、明暗パターンを含む投射光16をワークPに照射するとともに、投射光16の正反射の方向に配置されたカメラ20へ向かう反射光17の反射角θとしたとき、反射角θが数式(1)を満足することとすると、明暗パターンの歪みから微小な凹凸を検知することができるとともに、ワークPの実寸サイズに対して画像面に対する正射影の長さを十分に確保できるから、画像の分解能を確保することができる。
This point will be described in more detail with reference to FIGS. 9A and 9B. In FIGS. 9A and 9B, the irradiation light 16 emitted from the halogen lamp 10 and the specularly reflected light reflected on the surface of the work P having no defects are shown by solid lines, and the specularly reflected light when there is a defect. Is indicated by a one-dot chain line.
Further, in the embodiment of the present invention in FIG. 9 (a), the vicinity of the defect portion A surrounded by a circle is enlarged and a schematic diagram of a light beam is added, which is a work P and a halogen lamp. The camera 20 is arranged diagonally with respect to the 10 at a position satisfying the formula (1), and the work P is irradiated with the projected light 16 including the light / dark pattern from the halogen lamp 10.
As described above, when the work P is irradiated with the projected light 16 including the light and dark pattern and the reflected angle θ of the reflected light 17 directed to the camera 20 arranged in the direction of the specular reflection of the projected light 16 is set, the reflected angle θ is set. If the equation (1) is satisfied, it is possible to detect minute irregularities from the distortion of the light-dark pattern, and it is possible to secure a sufficient length of specular projection on the image surface with respect to the actual size of the work P. The resolution of the image can be ensured.

また、明暗パターンの歪みは、表面形状の微小な凹凸や傷などの欠陥の有無による光の正反射のずれに起因する。ワークPにおける欠陥の無いフラットな面での正反射光と、欠陥部分での正反射光とのずれは、欠陥部分からの距離が遠ざかる程大きくなる。
すなわち、明暗パターンの歪みがカメラ20をワークPから離すことで徐々に強調されていくことを示している。また、正反射光を受光するためにハロゲンランプ10とワークPとカメラ20との間の位置関係は一意に定まるから、入射光である投射光16についても光路の長さが長いほど歪みの影響が大きくなる。
すなわち、ハロゲンランプ10とワークPとカメラ20とは、互いに配置される角度が数式(1)の範囲内で規定されつつも、照明手段であるハロゲンランプ10とワークPとの間の距離は出来るかぎり遠ざけた方が、明暗パターンの歪みを大きく検知することができる。
Further, the distortion of the light-dark pattern is caused by the deviation of the specular reflection of light due to the presence or absence of defects such as minute irregularities and scratches on the surface shape. The deviation between the specularly reflected light on the flat surface without defects in the work P and the specularly reflected light on the defective portion increases as the distance from the defective portion increases.
That is, it is shown that the distortion of the light / dark pattern is gradually emphasized by moving the camera 20 away from the work P. Further, since the positional relationship between the halogen lamp 10, the work P, and the camera 20 is uniquely determined in order to receive the specularly reflected light, the longer the optical path length of the projected light 16, which is the incident light, the more the influence of distortion. Becomes larger.
That is, the halogen lamp 10, the work P, and the camera 20 can have a distance between the halogen lamp 10 and the work P, which are lighting means, while the angle at which they are arranged with each other is defined within the range of the mathematical formula (1). The farther away it is, the greater the distortion of the light-dark pattern can be detected.

具体的には、ワークPの表面上の微小な3次元形状の欠陥部Aとして、ハロゲンランプ10によりワークPの表面に投影された明暗パターンの正反射における法線と垂直な方向の変位をx、xに対する法線方向の変位をyと定義し、カメラ20により撮影された撮影画像QにおけるワークP表面の分解能をδ、入射光たる投射光16の光路長Lとする。このとき、ワークPの表面上の欠陥は、微小な凹凸であるからyはxに対して十分に小さい(y<<x)。 Specifically, as a minute defect portion A having a three-dimensional shape on the surface of the work P, the displacement in the direction perpendicular to the normal in the specular reflection of the light-dark pattern projected on the surface of the work P by the halogen lamp 10 is x. , The displacement in the normal direction with respect to x is defined as y, the resolution of the surface of the work P in the captured image Q captured by the camera 20 is δ, and the optical path length L of the projected light 16 as the incident light is defined as δ. At this time, since the defects on the surface of the work P are minute irregularities, y is sufficiently small with respect to x (y << x).

このとき、y/x=tanφとなる角度φとすると、y<<xよりy/x=tanφ≒φ(rad)である。図9(b)から明らかなように、このy/xあるいはtanφは、欠陥部Aにおける傾斜を表している。
つまり欠陥部Aにおいて、法線の角度は理想的なワークPの表面の法線方向からφだけずれることとなる。このとき、欠陥の無いフラットな面での正反射光の反射角θであり、反射角θの方向にカメラ20が設置されているから、欠陥部Aがあるときには、ハロゲンランプ10の同一位置から照射された光線は、法線の傾きによってカメラ20とは異なる方向に反射されてしまう。カメラ20がテレセントリック光学系であるなら、欠陥部Aがあるときにカメラ20に入射する光線は、反射角θ+φとなるような光線である。すなわち、理想的な入射光と、欠陥部Aでの正反射光がカメラ20に受光されるような入射光との角度のずれは2φで表される。
言い換えるとカメラ20に入射するためには、入射光側で2φの角度のずれを持つ光である必要がある。y<<xより、φが十分小さいので図9(c)に示すように2つの同一な長さLの光線によってつくられる弧の長さは2Ltanφ=2Lφとなる。
At this time, if the angle φ is y / x = tanφ, then y / x = tanφ ≈φ (rad) from y << x. As is clear from FIG. 9B, this y / x or tanφ represents the inclination in the defect portion A.
That is, in the defect portion A, the angle of the normal line deviates by φ from the normal line direction of the surface of the ideal work P. At this time, the reflection angle θ of the specularly reflected light on a flat surface without defects is the reflection angle θ, and since the camera 20 is installed in the direction of the reflection angle θ, when there is a defect portion A, from the same position of the halogen lamp 10. The irradiated light beam is reflected in a direction different from that of the camera 20 due to the inclination of the normal line. If the camera 20 is a telecentric optical system, the light rays incident on the camera 20 when the defect portion A is present are light rays having a reflection angle θ + φ. That is, the difference in angle between the ideal incident light and the incident light such that the specularly reflected light at the defect portion A is received by the camera 20 is represented by 2φ.
In other words, in order to enter the camera 20, the light needs to have a deviation of 2φ on the incident light side. Since φ is sufficiently smaller than y << x, the length of the arc created by two rays of the same length L is 2Ltanφ = 2Lφ as shown in FIG. 9C.

以上の説明により、理想面の正反射光に対して、カメラ20に入射する欠陥部Aで反射された正反射光は、かかる弧の長さ2Lφだけずれた位置からの投射光16を受光することとなる。既に説明したように、ハロゲンランプ10は図2に示すような明部12と暗部13とが周期的に繰り返す明暗パターンを投射するのであるから、このような入射位置のずれが、カメラ20に撮影される撮影画像において図4に例示するような明暗パターンの歪み、ずれとして計測されることとなる。
欠陥による明暗パターンの歪みを強調させるためには、この弧の長さ2Lφが、分解能δの2倍以上であることが望ましい。すなわち、数式(2)、(3)を満足することが好ましい。
According to the above description, the specularly reflected light reflected by the defect portion A incident on the camera 20 receives the projected light 16 from a position deviated by the arc length of 2 Lφ with respect to the specularly reflected light on the ideal surface. It will be. As described above, since the halogen lamp 10 projects a light-dark pattern in which the bright part 12 and the dark part 13 periodically repeat as shown in FIG. 2, such a deviation in the incident position is photographed by the camera 20. It will be measured as distortion and deviation of the light and dark pattern as illustrated in FIG. 4 in the captured image.
In order to emphasize the distortion of the light-dark pattern due to the defect, it is desirable that the arc length 2Lφ is at least twice the resolution δ. That is, it is preferable to satisfy the mathematical formulas (2) and (3).

Figure 2021189044
Figure 2021189044

Figure 2021189044
Figure 2021189044

さて、ハロゲンランプ10からワークPまでの距離が遠ざかる程、光の拡散の影響によってワークPに照射される明部12と暗部13との間の輝度コントラストが下がってしまう。
特にカメラ20によって撮影された撮影画像Qにおいて、明部12の輝度が暗部13の輝度に対して1.3倍未満となるような条件下では、明暗パターンの明部12と暗部13との区別が難しくなってしまい、欠陥の検出が難しくなってしまう。
そこで、ハロゲンランプ10とワークPとカメラ20とは、明部12の輝度が暗部13の輝度に対して1.3倍以上となるような位置に配置されることが好ましい。
なお、かかる明部12と暗部13との間の輝度差については、ハロゲンランプ10とワークPとカメラ20との間のそれぞれの距離の他、ハロゲンランプ10の透過部14と、遮蔽部15との間の透過率の差等によっても生じるため、撮影画像Qにおける明部12と暗部13との輝度差を条件とすることがより好ましい。
By the way, as the distance from the halogen lamp 10 to the work P increases, the luminance contrast between the bright portion 12 and the dark portion 13 irradiated on the work P decreases due to the influence of the diffusion of light.
In particular, in the captured image Q captured by the camera 20, under the condition that the brightness of the bright portion 12 is less than 1.3 times the brightness of the dark portion 13, the bright portion 12 and the dark portion 13 of the light-dark pattern are distinguished. Will be difficult, and it will be difficult to detect defects.
Therefore, it is preferable that the halogen lamp 10, the work P, and the camera 20 are arranged at positions such that the brightness of the bright portion 12 is 1.3 times or more the brightness of the dark portion 13.
Regarding the difference in brightness between the bright portion 12 and the dark portion 13, the distances between the halogen lamp 10, the work P, and the camera 20, as well as the transmissive portion 14 of the halogen lamp 10 and the shielding portion 15. It is more preferable to use the difference in brightness between the bright portion 12 and the dark portion 13 in the captured image Q as a condition because it is also caused by a difference in transmittance between the two.

また、明暗パターンは、明部12と暗部13とが周期的に繰り返されることが好ましい。
明暗パターンは、ワークPの表面に均一に明暗パターンが投影されるように、ワークPの3次元形状に応じてハロゲンランプ10側に明暗パターンが設定されていることが好ましい。具体的には、例えば図4に示したような円筒形状のワークPに対しては、照射した時に明部12と暗部13とが交互に縞状の線として投影されるようにアナモルフォーシス技法を参考にしたパターン設計により設定されることが好ましい。
なお、このような「3次元形状に応じたパターン」については、かかる構成に限定されるものではなく、ハロゲンランプ10の形状や位置、カメラ20の位置や検査の走査方法に応じて自由に変形して良い。
Further, in the light-dark pattern, it is preferable that the bright part 12 and the dark part 13 are periodically repeated.
As for the light / dark pattern, it is preferable that the light / dark pattern is set on the halogen lamp 10 side according to the three-dimensional shape of the work P so that the light / dark pattern is uniformly projected on the surface of the work P. Specifically, for example, for a cylindrical work P as shown in FIG. 4, an anamorphosis technique is performed so that the bright portion 12 and the dark portion 13 are alternately projected as striped lines when irradiated. It is preferable to set by the pattern design with reference to.
It should be noted that such a "pattern according to the three-dimensional shape" is not limited to such a configuration, and can be freely deformed according to the shape and position of the halogen lamp 10, the position of the camera 20, and the scanning method for inspection. You can do it.

さらに、明暗パターンの明部12と暗部13との周期性を持つ方向への幅(例えば、図4に示すY方向に沿った方向への幅)が、何れも欠陥の幅の1倍以下であることが検出感度の観点から好ましい。
すなわち、検出しようとする欠陥の幅よりも明部12の幅と暗部13の幅とが小さくなるように、明部12と暗部13とが設定されることが好ましい。
かかる構成によれば、明部12と暗部13との境界部において欠陥があったときに反射光から明暗パターンの歪みが検知されるから、かかる境界部が欠陥と交差する頻度、回数を高めることで、明暗パターンの歪みによる欠陥の検出精度をより向上させることを目的としている。
この際、明部12と暗部13との幅の設計の変更によるもの以外にも、例えば明暗パターンの歪みを、明部12または暗部13の何れかの位相を任意の値だけ動かして投影することでも、実質的に本来の明部12と暗部13との有する幅よりも狭い間隔で欠陥の検出を行うことができる。
Further, the width of the light-dark pattern between the bright portion 12 and the dark portion 13 in the direction having periodicity (for example, the width in the direction along the Y direction shown in FIG. 4) is not more than 1 times the width of the defect. It is preferable from the viewpoint of detection sensitivity.
That is, it is preferable that the bright portion 12 and the dark portion 13 are set so that the width of the bright portion 12 and the width of the dark portion 13 are smaller than the width of the defect to be detected.
According to this configuration, when there is a defect at the boundary portion between the bright portion 12 and the dark portion 13, the distortion of the light / dark pattern is detected from the reflected light. Therefore, the purpose is to further improve the detection accuracy of defects due to distortion of the light / dark pattern.
At this time, in addition to the change in the width design between the bright portion 12 and the dark portion 13, for example, the distortion of the bright / dark pattern is projected by moving the phase of either the bright portion 12 or the dark portion 13 by an arbitrary value. However, the defect can be detected at a gap narrower than the width of the original bright portion 12 and the dark portion 13.

さらに、明部12と暗部13との間は、前述の幅方向において、明部12に対する暗部13の比率が0.5〜2.0の範囲内であることが明暗のコントラスト確保を維持する観点から有利であって、検出感度を確保する上で好ましい。 Further, between the bright portion 12 and the dark portion 13, the ratio of the dark portion 13 to the bright portion 12 in the above-mentioned width direction is in the range of 0.5 to 2.0 from the viewpoint of maintaining the contrast between the bright portion and the dark portion 13. It is advantageous from the above, and is preferable in ensuring the detection sensitivity.

明暗パターンが撮影された撮影画像Qにおいて、明暗パターンの形状は例えば縦、横、斜め、十字、多次元関数等、様々な形状をとって良いが、最も好ましくは縞形状である。
これは、明部12と暗部13との間の境界部分が明確であって、さらに欠陥と交差する頻度、回数を高めることで欠陥を検出しやすくすることができるためである。
In the captured image Q in which the light / dark pattern is captured, the shape of the light / dark pattern may be various shapes such as vertical, horizontal, diagonal, cross, and multidimensional function, but the shape of the light / dark pattern is most preferably a striped shape.
This is because the boundary portion between the bright portion 12 and the dark portion 13 is clear, and the defect can be easily detected by increasing the frequency and frequency of intersection with the defect.

また、互いに矩形の明部12と暗部13とが互いに交互に隣接し合う、図10に示したようなブロック形状であっても良い。このようなブロック形状とすることによれば、単位面積当たりの明暗の境界部が占める面積が増加するため、欠陥と明暗の境界部とが交差する頻度や回数を確保して、検出しやすくするためである。 Further, the block shape as shown in FIG. 10 may have a rectangular shape in which the bright portions 12 and the dark portions 13 are alternately adjacent to each other. According to such a block shape, the area occupied by the light-dark boundary per unit area increases, so that the frequency and number of times the defect and the light-dark boundary intersect are ensured to facilitate detection. Because.

また、明暗パターンは、明部12と暗部13とがスリット5の透過部14と遮蔽部15とによって静的に形成されるものであっても良いし、スリット5や液晶素子、その他光学部材を用いて、透過部14と遮蔽部15との位置を動的に変化させて明部12と暗部13との配列を動的に変化させるものであっても良い。
また、このような場合には、図11に示すように、互いに隣接する明部12と暗部13との1組を1周期と定めて、図11(b)の位相表に従って変動するようなものであっても良い。なお、図11(b)において、白が明部12、黒が暗部13に対応しており、「位相をπだけ動かす」ことは明部12と暗部13とを互いに反転させることを表している。このとき、スリット5は、明暗パターンの位相を任意の値だけ動かすことを可能とする位相変化手段として機能する。
また、ハロゲンランプ10に代えて液晶ディスプレイ等を照明手段として用いる場合には、点灯と消灯によって明部12と暗部13とを任意に切替可能であるので、かかる照明手段が、位相変化手段としての機能をも有することとなる。
Further, the light-dark pattern may be such that the bright portion 12 and the dark portion 13 are statically formed by the transmission portion 14 and the shielding portion 15 of the slit 5, and the slit 5, the liquid crystal element, and other optical members may be formed. It may be used to dynamically change the positions of the transparent portion 14 and the shielding portion 15 to dynamically change the arrangement of the bright portion 12 and the dark portion 13.
Further, in such a case, as shown in FIG. 11, one set of the bright portion 12 and the dark portion 13 adjacent to each other is defined as one cycle and fluctuates according to the phase table of FIG. 11 (b). It may be. In FIG. 11B, white corresponds to the bright portion 12 and black corresponds to the dark portion 13, and "moving the phase by π" indicates that the bright portion 12 and the dark portion 13 are inverted from each other. .. At this time, the slit 5 functions as a phase changing means capable of moving the phase of the light / dark pattern by an arbitrary value.
Further, when a liquid crystal display or the like is used as the lighting means instead of the halogen lamp 10, the bright part 12 and the dark part 13 can be arbitrarily switched by turning on and off, and the lighting means can be used as the phase changing means. It will also have a function.

また、制御部9による比較を定量的に行うためには、撮影画像Qの観察視野の水平方向に対して平行または略平行に明部12と暗部13との境界部が形成されることがより好ましい。
このように明暗パターンの形状が平行または略平行に撮影画像Qに撮影されることによれば、画像処理による明暗パターンの歪みの定量化が簡便になる効果がある。
Further, in order to quantitatively perform the comparison by the control unit 9, the boundary portion between the bright portion 12 and the dark portion 13 is formed in parallel or substantially parallel to the horizontal direction of the observation field of view of the captured image Q. preferable.
As described above, when the shapes of the light and dark patterns are captured in parallel or substantially parallel to the captured image Q, there is an effect that the distortion of the light and dark patterns by the image processing can be easily quantified.

カメラ20は、ワークPの表面そのものではなく、ワークPの表面に映り込んだハロゲンランプ10に投影される明暗パターンに焦点を合わせて撮影を行われる。
このように、映り込んだハロゲンランプ10に焦点を合わせるとはすなわちワークPの表面に投射された明暗パターンに焦点を合わせることと等しい。
このようにカメラ20の焦点を調整することで、明暗パターンの歪みを検出しやすくなって検査のSN比の向上に寄与する。
The camera 20 focuses on the light-dark pattern projected on the halogen lamp 10 reflected on the surface of the work P, not on the surface of the work P itself.
In this way, focusing on the reflected halogen lamp 10 is equivalent to focusing on the light-dark pattern projected on the surface of the work P.
By adjusting the focus of the camera 20 in this way, it becomes easier to detect the distortion of the light / dark pattern, which contributes to the improvement of the SN ratio of the inspection.

本発明にかかる表面検査装置100は、撮影画像Qを複数の領域に分割して検査しても良い。
このように各領域に区切ることで、領域ごとに検査の閾値を設定することができるので、より細分化したワークPの表面の3次元形状の評価を行うことができる。
このような撮影画像Qの領域の分割は、ワークPの大きさや3次元形状、投影される明暗パターンの周期や形状によって個別に設定することが好ましい。
また、制御部9が行う撮影画像Qと参照画像Rとの比較あるいは3次元形状の評価は、周波数フィルタリングを用いた画像処理や時間変化法、位相シフト法、その他のルールベースに基づく画像処理方法全般、および機械学習やディープラーニングによる画像処理法を用いても良い。
これらの画像処理方法を用いて撮影画像Qに写った明暗パターンから、ワークPの欠陥によって生じる明暗パターンの歪みを検出することにより、ワークPの表面の凹凸などの欠陥を検出することができる。
また本発明に係る表面検査装置100は、従来の装置では検出が困難であった塗膜上の微小な膜厚段差や、異物による凹凸を容易に精度よく検出することができる。
またかかる表面検査装置100によって検査されるワークPは、投影された明暗パターンに対する反射光があればよく、光沢を有する塗装面や金属面、ガラス面等、さまざまなワークPに対して適用することができる。
The surface inspection device 100 according to the present invention may divide the captured image Q into a plurality of regions for inspection.
By dividing into each region in this way, the threshold value for inspection can be set for each region, so that the three-dimensional shape of the surface of the more subdivided work P can be evaluated.
It is preferable to individually set the division of the region of the captured image Q according to the size of the work P, the three-dimensional shape, and the period and shape of the projected light / dark pattern.
Further, the comparison between the captured image Q and the reference image R performed by the control unit 9 or the evaluation of the three-dimensional shape is performed by image processing using frequency filtering, a time change method, a phase shift method, or another rule-based image processing method. Image processing methods such as general, machine learning, and deep learning may be used.
By detecting the distortion of the light-dark pattern caused by the defect of the work P from the light-dark pattern captured in the captured image Q by using these image processing methods, it is possible to detect defects such as unevenness on the surface of the work P.
Further, the surface inspection apparatus 100 according to the present invention can easily and accurately detect minute film thickness steps on the coating film and irregularities due to foreign substances, which are difficult to detect with the conventional apparatus.
Further, the work P inspected by the surface inspection device 100 may have reflected light for the projected light and dark pattern, and may be applied to various work Ps such as a glossy painted surface, a metal surface, and a glass surface. Can be done.

以上本発明の好ましい実施の形態について説明したが、本発明はかかる特定の実施形態に限定されるものではなく、上述の説明で特に限定していない限り、特許請求の範囲に記載された本発明の趣旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。 Although the preferred embodiment of the present invention has been described above, the present invention is not limited to such a specific embodiment, and unless otherwise specified in the above description, the present invention described in the claims. Various modifications and changes are possible within the scope of the above.

本発明の実施の形態に記載された効果は、本発明から生じる最も好適な効果を列挙したに過ぎず、本発明による効果は、本発明の実施の形態に記載されたものに限定されるものではない。 The effects described in the embodiments of the present invention merely list the most suitable effects resulting from the present invention, and the effects according to the present invention are limited to those described in the embodiments of the present invention. is not it.

9 検出手段(制御部)
10 照明手段(ハロゲンランプ)
12 明部(明暗パターンの一部)
13 暗部(明暗パターンの一部)
20 撮影手段(カメラ)
100 表面検査装置
P 被検査体(ワーク)
Q 撮影画像
R 参照画像
9 Detection means (control unit)
10 Lighting means (halogen lamp)
12 Bright part (part of bright and dark pattern)
13 Dark part (part of light / dark pattern)
20 Shooting means (camera)
100 Surface inspection device P Inspected body (work)
Q Photographed image R Reference image

特開平11−132964号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 11-132964 特許第4685971号公報Japanese Patent No. 4685971 特開2005−337857号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2005-337857 特許第5895733号公報Japanese Patent No. 5895733 特許第5182833号公報Japanese Patent No. 5182833 特許第6420131号公報Japanese Patent No. 6420131 特開2009−168454号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2009-168454 特開2007−071562号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2007-071562 特開2010−230684号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2010-230648 特開2006−017481号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2006-017481 特開2012−063190号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2012-063190 特開2002−148029号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2002-148209

Claims (10)

明暗の差を周期的に繰り返す明暗パターンを被検査体の表面に投射する照明手段と、
前記照明手段の前記被検査体からの正反射光を受光して撮影する撮影手段と、
前記撮影手段により撮影された画像と、前記明暗パターンとを比較することで前記画像から前記被検査体の表面上の微小な形状変化を検出する検出手段と、を有し、
前記撮影手段は、前記照明手段からの前記正反射光の反射角θが、条件式(1):
45°<θ≦85°
の範囲内に収まる位置に配置されたことを特徴とする表面検査装置。
Illumination means that project a light-dark pattern that periodically repeats the difference between light and dark onto the surface of the object to be inspected.
An imaging means for receiving and photographing specularly reflected light from the object to be inspected by the lighting means, and an imaging means.
It has a detecting means for detecting a minute shape change on the surface of the object to be inspected from the image by comparing the image taken by the photographing means with the light and dark pattern.
In the photographing means, the reflection angle θ of the specularly reflected light from the lighting means is the conditional expression (1):
45 ° <θ ≤ 85 °
A surface inspection device characterized by being placed in a position within the range of.
請求項1に記載の表面検査装置において、
前記被検査体の表面上の前記形状変化は、前記照明手段により前記被検査体の表面に投影された前記明暗パターンの正反射における法線と垂直な方向の変位をx、前記xに対する前記法線方向の変位をy、としたとき、前記撮影手段によって撮影された前記画像における前記被検査体の表面の分解能をδ、前記入射光の長さをLとしたとき、条件式(2):
L≧δx/y
を満足することを特徴とする表面検査装置。
In the surface inspection apparatus according to claim 1,
The shape change on the surface of the inspected object is a displacement in the direction perpendicular to the normal in the specular reflection of the light and dark pattern projected on the surface of the inspected object by the illumination means, and the method with respect to the x. Conditional expression (2): When the displacement in the linear direction is y, the resolution of the surface of the object to be inspected in the image taken by the photographing means is δ, and the length of the incident light is L.
L ≧ δx / y
A surface inspection device characterized by satisfying.
請求項1または2に記載の表面検査装置において、
前記明暗パターンは、前記撮影手段によって撮影された画像における明部の輝度が暗部の輝度の1.3倍以上となることを特徴とする表面検査装置。
In the surface inspection apparatus according to claim 1 or 2.
The light-dark pattern is a surface inspection apparatus characterized in that the brightness of a bright portion in an image captured by the photographing means is 1.3 times or more the brightness of a dark portion.
請求項1乃至3の何れか1つに記載の表面検査装置において、
前記明暗パターンの形状が明部と暗部とを交互に繰り返す縞形状であることを特徴とする表面検査装置。
The surface inspection apparatus according to any one of claims 1 to 3.
A surface inspection apparatus characterized in that the shape of the light-dark pattern is a striped shape in which bright parts and dark parts are alternately repeated.
請求項1乃至3の何れか1つに記載の表面検査装置において、
前記明暗パターンの形状が、明部と暗部とが互いに隣接し合うブロック形状であることを特徴とする表面検査装置。
The surface inspection apparatus according to any one of claims 1 to 3.
A surface inspection apparatus characterized in that the shape of the light-dark pattern is a block shape in which a bright part and a dark part are adjacent to each other.
請求項1乃至5の何れか1つに記載の表面検査装置において、
前記照明手段は、前記明暗パターンの位相を任意の値だけ動かすことを可能とする位相変化手段を有することを特徴とする表面検査装置。
The surface inspection apparatus according to any one of claims 1 to 5.
The lighting means is a surface inspection device comprising a phase changing means capable of moving the phase of the light / dark pattern by an arbitrary value.
請求項1乃至6の何れか1つに記載の表面検査装置において、
前記被検査体は円筒形状であることを特徴とする表面検査装置。
In the surface inspection apparatus according to any one of claims 1 to 6.
A surface inspection device characterized in that the object to be inspected has a cylindrical shape.
請求項1乃至7の何れか1つに記載の表面検査装置において、
前記撮影手段は、前記被検査体の表面に写り込んだ前記照明手段に焦点を合わせて撮影することを特徴とする表面検査装置。
In the surface inspection apparatus according to any one of claims 1 to 7.
The photographing means is a surface inspection apparatus characterized in that it focuses on the lighting means reflected on the surface of the object to be inspected and photographs the image.
請求項1乃至8の何れか1つに記載の表面検査装置において、
前記検出手段は、前記撮影手段によって撮影された画像を当該画像中の前記明暗パターンと、検出したい前記形状変化の大きさとに基づいて複数の領域に分割し、各領域に含まれる前記明暗パターンに基づいてそれぞれの領域毎に前記被検査体の表面上の微小な形状変化を検出することを特徴とする表面検査装置。
The surface inspection apparatus according to any one of claims 1 to 8.
The detection means divides an image captured by the photographing means into a plurality of regions based on the light / dark pattern in the image and the magnitude of the shape change to be detected, and divides the image into a plurality of regions and divides the image into the bright / dark patterns included in each region. A surface inspection apparatus for detecting minute changes in shape on the surface of the object to be inspected for each region based on the above.
被検査体の表面に照度を与える光源部と、前記被検査体の3次元形状に応じた周期的な明暗パターンを前記被検査体の表面に投影する明部と暗部とを備えた照明手段と、
前記明暗パターンからの正反射光を反射角θが45°<θ≦85°を満足する位置で受光して撮影する撮影手段と、
前記撮影手段により撮影された画像から前記明暗パターンの周期性に対する歪みを検出することで前記被検査体の表面上の微小な3次元形状に由来する欠陥を検出する検出手段と、を用いることを特徴とする表面検査方法。
A lighting means including a light source portion that gives illuminance to the surface of the inspected object, and a bright portion and a dark portion that project a periodic light / dark pattern according to the three-dimensional shape of the inspected object onto the surface of the inspected object. ,
An imaging means for receiving and photographing the specularly reflected light from the light-dark pattern at a position where the reflection angle θ satisfies 45 ° <θ≤85 °.
It is possible to use a detection means for detecting a defect derived from a minute three-dimensional shape on the surface of the object to be inspected by detecting a distortion with respect to the periodicity of the light / dark pattern from an image taken by the photographing means. Characteristic surface inspection method.
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Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001012930A (en) * 1999-06-28 2001-01-19 Nissan Motor Co Ltd Surface defect inspection apparatus
JP2002148195A (en) * 2000-11-06 2002-05-22 Sumitomo Chem Co Ltd Surface inspection apparatus and surface inspection method
JP2005337857A (en) * 2004-05-26 2005-12-08 Toray Ind Inc Surface unevenness inspection method and inspection apparatus
JP2010256021A (en) * 2009-04-21 2010-11-11 Konica Minolta Opto Inc Device and method for inspecting film surface defect and method for manufacturing optical film
JP2014002041A (en) * 2012-06-19 2014-01-09 Bai Three Projects Kk Surface inspection device and surface inspection method
JP2014002125A (en) * 2012-06-21 2014-01-09 Fujitsu Ltd Inspection method and inspection device
CN110057841A (en) * 2019-05-05 2019-07-26 电子科技大学 A kind of defect inspection method based on transmittance structure light

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001012930A (en) * 1999-06-28 2001-01-19 Nissan Motor Co Ltd Surface defect inspection apparatus
JP2002148195A (en) * 2000-11-06 2002-05-22 Sumitomo Chem Co Ltd Surface inspection apparatus and surface inspection method
JP2005337857A (en) * 2004-05-26 2005-12-08 Toray Ind Inc Surface unevenness inspection method and inspection apparatus
JP2010256021A (en) * 2009-04-21 2010-11-11 Konica Minolta Opto Inc Device and method for inspecting film surface defect and method for manufacturing optical film
JP2014002041A (en) * 2012-06-19 2014-01-09 Bai Three Projects Kk Surface inspection device and surface inspection method
JP2014002125A (en) * 2012-06-21 2014-01-09 Fujitsu Ltd Inspection method and inspection device
CN110057841A (en) * 2019-05-05 2019-07-26 电子科技大学 A kind of defect inspection method based on transmittance structure light

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