JP2006010550A

JP2006010550A - 表面欠陥検査装置

Info

Publication number: JP2006010550A
Application number: JP2004189470A
Authority: JP
Inventors: Koji Haruyama; 弘司春山
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2004-06-28
Filing date: 2004-06-28
Publication date: 2006-01-12

Abstract

【課題】分解能を落とすことなく画素のムダを最小限に抑えることができる表面欠陥検査装置を提供すること。
【解決手段】円筒表面等の局所的な凹凸部の検査測定において、被対象の稜線部を透過光にて観察する観察手段と、前記被対象と観察手段を相対的に移動する移動手段とを持ち、前記観察手段は照明手段と受光手段から成り、前記受光手段には稜線位置に焦点を合わせた結象光学手段を持つ１次元ラインセンサを用い、前記ラインセンサ配置を被対象稜線方向から傾けて配置することを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、電子写真に用いられる円筒形状部品の表面欠陥検査装置に関するものである。

電子写真製品では感光ドラム、現像ローラ、帯電ローラ、転写ローラ、定着ローラ等、円筒形状部品が多数用いられている。これら部品製造過程において発生するゴミ等の異物付着、キズ等の局所的な凹凸欠陥は品質を劣化させる大きな要因となる。従来これら欠陥検査は、一般的に製造工程の最終工程において目視検査等、作業者の目視による検査により行われるか、表面反射光等を利用した機械的手段により行われている。

又、従来例として機械的な検査で稜線を観察する手段を用いるものとして例えば特許文献１のようなものがある。図９に示すように、透過シルエットから稜線の凹凸像を結像し、受光部に６画素×２０４８画素の２次元センサが用いられている。２次元センサでの受光像から信号処理し凹凸形状を算出し欠陥検査をしている。

特開平９−２１６２８号公報

しかしながら、目視による検査では定量的な検査、特に凹凸量を目視にて判別することはほぼ不可能であり部品性能と検査規格がうまく合わず、品質保証上検査規格を厳しくする方向で対処せざるを得ない。

又、機械的な検査での前記従来例では２次元センサを用いていることにより、被検査対象の周振れ分や稜線方向の形状差（径ムラ、偏芯）等により視野が決定され、必要な分解能を得るには、より大きな画素数としたり、複数のセンサを用いたり、複数回に分ける何らかの手段でセンサを移動させながら検査する等が必要となる。

本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、その目的とする処は、分解能を落とすことなく画素のムダを最小限に抑えることができる表面欠陥検査装置を提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明は、円筒表面等の局所的な凹凸部の検査測定において、被対象の稜線部を透過光にて観察する観察手段と、前記被対象と観察手段を相対的に移動する移動手段とを持ち、前記観察手段は照明手段と受光手段から成り、前記受光手段には稜線位置に焦点を合わせた結象光学手段を持つ１次元ラインセンサを用い、前記ラインセンサ配置を被対象稜線方向から傾けて配置することを特徴とする。

本発明によれば、一般的に１次元センサは並び方向の画素数の多いものが容易に入手でき、必要に応じた角度とすることで、画素のムダを最小限にしながら分解能を落とさずに実現でき、具体化時には効率的な装置として構築することが可能となる。

以下に本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。

図１は本発明の実施を最も良く表すものである。この中で、１００は被検査対象であり円筒表面の凹凸欠陥を検出することを目的とする構成で説明する。

１０１は光源でＬＥＤやハロゲンランプ等を用いる。１０２は被検査対象１００の稜線位置像を結像するための光学手段、１０３は１次元受光センサでＣＣＤラインセンサ等により実現される。１０４は稜線方向相当の光学像方向を示し、ラインセンサ１０３は稜線方向１０４に対し１０５方向又はこの矢印と逆方向に傾斜させて配置される。１０６は観察手段に対し被検査対象１００を相対的に移動させる方向を示し、円周方向への回転と、長手方向への移動を行い螺旋移動させることを示している。ここでは、回転移動手段の図示は省略する。１０７照明光線軸を表し、照明手段１０１から被検査対象１００の稜線部を照射し、このときの稜線部の像を光学手段１０２によって１次元受光センサ１０３に結像させる。

図２は構成を被検査対象１００の長手方向から眺めた図である。

次に、本発明での動作を説明する。

図３は被検査対象１００の任意の回転位置での１次元センサの相対位置を模式的に表した図である。ここで、３００は被検査対象１００の稜線部の像、着色部は対象の影の像であり、その上部は照明光により明るくなっている。被検査対象は観察手段と相対的に螺旋運動をさせるため回転運動３０２と長手方向移動動作３０１の合成動作をする。このとき、１次元センサは被検査対象から角度３０３を持たせた配置にする。１次元センサの一走査で得られる像は３１０のようになり、被検査対象に対し稜線と鉛直方向には３０５の視野を持つことになる。

又、被検査対象が１回転する間に長手方向の送り量は３０４とすることにより、所定の回転位置での長手方向には３０６の像、次には３０７，３０８，３０９といった像が得られる。又、回転全周分とすることで円筒表面全体の稜線透過像が得られる。これを１次元ラインセンサ一走査分（画素並び方向）を主走査、ラインセンサの走査回数繰り返しを副走査とする２次元画像化すると図４のようになる。

図４において、４００は円筒表面稜線付近の像をラインセンサで現れる像で、４０１はラインセンサ一走査分の幅で４０２は回転＋長手送りさせながらラインセンサで受光した走査順方向を示す。このとき、被検査対象の所定の回転位置は４０６位置であり、４０７走査分で１週していることを示している。左側４０３は被検査対象により影となった部分、右側の白部分は被検査対象によって遮られなかった空間部分の像、４０５の明るさに傾斜を持つ灰色部分は正に稜線位置付近の像で、ラインセンサを傾斜することによりこのような象となる。これは表面に凹凸がなく、正に円筒形状をしているときの状態を示している。

次に、表面に凹凸欠陥があった場合にどのようになるかを説明する。

図５は表面に異物付着等により凸欠陥なっている状態を示している。被検査対象表面に５０２の高さの凸欠陥があるとき、被検査対象を螺旋回転しラインセンサにて受光像とするときを考えると、図の位置のとき凸欠陥の頂上の影をラインセンサが象とすることになる。被検査対象をラインセンサで走査して得られる像を模式的に２次元化したものが図６である。図は情報から走査を繰り返し、即ち、円筒形状の被検査対象を螺旋動作させてその表面を稜線方向からの像としたときで、頂上付近の像６００が像として現れ、６０１の位置が図５に相当する状態を示し、５０３の寸法が欠陥の高さに比例する寸法となる。次の周回位置６０２では凸欠陥の高さ方向で根元に近い方の象を得ることになり、６０４の像はより稜線位置に近い位置になる。

又、欠陥形状によるが、このような下広がりの欠陥形状では影像も大きなものとなってくる。凸欠陥の判断基準が凹凸量である場合、例えば５０３寸法を欠陥高さ測定測定値として、規格より大きいかを判別する。図の説明上簡略化しているが、実際の像は稜線付近と同様周辺がぼやけた像となり得るが、適当な画像処理を加えて位置算出することは容易である。又、凹み欠陥の場合上記凸欠陥とは逆で、螺旋走査の或る位置から、影像部分に光が透過してくる部分が現れる。やはり稜線部分からの主走査方向の寸法が凹み量深さに相当することは同様である。

次に、被検査対象が円筒形状からずれている場合、又、螺旋動作による被検査対象稜線位置がどのように影響を受けるかを説明する。

被検査対象が螺旋動作に対し偏芯している場合、図７のような稜線画像が得られる。螺旋動作中回転ピッチ４０７周期の波形が稜線位置として測定される。偏芯測定と見ることもできるが、欠陥寸法測定の場合はエラー成分となるので、欠陥が現れた回転方向の位相からの距離とすることで凹凸欠陥周辺からの高さとして得ることができる。又、このとき、ラインセンサ傾斜角度３０３及びこれから得られる径方向視野３０５は、偏芯による量線位置変動を考慮した角度設定にしておく。同様に被検査対象が長手方向に径の変化がある場合、図８では長手方向中央部の径が両端部より大きい場合を示している。８００はその寸法差に相当する量となる。このとき、凸欠陥寸法は頂上位置からその根元周辺位置がラインセンサ傾斜から算出できるので２次元画像中では欠陥頂上画像８０１から８０３方向の稜線位置８０４からの主走査方向の位置寸法８０５が凸欠陥高さに相当する寸法となる。

具体的な寸法に当て嵌めてみると、必要分解能１０ｕｍで５０００画素ラインセンサを使用して、被検査対象振れなどで０．５ｍｍ程度見込まなければいけない場合。ラインセンサ角度３０３は、ａｒｃｓｉｎ（０．５÷（０．０１×５０００）≒０. ５７°となる。このとき、１周当たりの送り量３０４は、約１ｍｍとなる。これで円筒稜線凹凸を隙間無しに観察することができる。

又、周方向分解能について述べていないが、光学系像深度、高さ検査必要精度、被検査対象の径等により決定されることになる。半径１０ｍｍ、回転による高さ誤差を分解能程度の１０ｕｍとする場合、ａｒｃｃｏｓ（（１０−０．０１）÷１０）≒２．５°となり１周３６０°当たり１４０回走査する速度にすれば良い。

本発明を実施した場合の構成外観図である。図１の位置方向から見た図である。センサと被検査対象移動の関係を模式的に表した図である。被検査対象稜線を２次元画像とした図である。凸欠陥がある場合のセンサと被検査対象の関係を模式的に表した図である。凸欠陥がある場合の被検査対象稜線を２次元画像とした図である。被検査対象が偏芯している場合の被検査対象稜線を２次元画像とした図である。被検査対象に長手方向に径変化がある場合の被検査対象稜線を２次元画像とした図である。従来例を示した図である。

符号の説明

１００被検査対象円筒部品
１０１ＬＥＤ、ランプ等の照明手段
１０２結像光学系
１０３１次元受光センサ
１０４稜線相当方向を示したもの

Claims

円筒表面等の局所的な凹凸部の検査測定において、被対象の稜線部を透過光にて観察する観察手段と、前記被対象と観察手段を相対的に移動する移動手段とを持ち、前記観察手段は照明手段と受光手段から成り、前記受光手段には稜線位置に焦点を合わせた結象光学手段を持つ１次元ラインセンサを用い、前記ラインセンサ配置を被対象稜線方向から傾けて配置することを特徴とする表面欠陥検査装置。