JP2007033327A - 欠陥検出方法及び装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 板状体の表面粗さにかかわらず内部の欠陥をより正確に検査することを可能にする欠陥検出方法を提供する。
【解決手段】 板状体１２に存在する欠陥部を検出する欠陥検出方法は、透明または半透明の板状体１２に投光装置１５から光を照射し、光が透過した板状体１２を、板状体１２を間に挟んで投光装置１５に対向配置した撮像装置１３によって撮像することを含む。投光装置１５と板状体１２との間に、光透過率が５０％以上９０％未満の拡散板１６を配置する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、透明または半透明の板状体に光を照射してその欠陥の検出を行う欠陥検出方法及び装置に関するものである。

板状体の欠陥を検査する方法として、従来から、目視で行う方法や検査装置を用いて行う方法が知られている。目視で行う方法に関しては、反射光を用いて目視検査の効率を上げる手法が提案されている（特許文献１参照）。

また、検査装置を用いて行う方法に関しては、ラインセンサによる外観検査方法が提案されている（特許文献２参照）。この方法は、被検査物に照射した光が被検査物に欠陥があった場合には、その欠陥部分で光の反射が強く起こることを利用し、その反射光をラインセンサにより撮像して得た信号を２値化処理して、欠陥部分を検出するものである。
特開２０００−６６１６４号公報 特開平８−３０４２９５号公報

しかしながら、近年では製品の高精度化に伴って従来よりも微小な欠陥を発見する必要があることから、欠陥検査を目視で行うことは長時間集中しなければならない根気のいる作業となり、精神的な負担も大きくなり疲労も増大することになる。また、視覚による検査は検査員の主観的な判断に依存することから、検査員が異なる場合、あるいは極端な場合には同じ検査員であっても検査時間の推移によって判断基準が変化する可能性があり、正確な外観検査が行われないという課題があった。

また、従来のラインセンサによる外観検査方法では、製品の内部に埋没する欠陥を正確に検査できるのは製品の表面が平滑である場合であり、製品表面の表面粗さが一定よりも大きいと画像処理工程において製品表面の荒れがノイズとなってしまい、内部に存在する欠陥を正確に検査できないという課題があった。

そこで本発明は、板状体の表面粗さにかかわらず内部の欠陥をより正確に検査することを可能にする欠陥検出方法及び装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明の欠陥検出方法は、透明または半透明の板状体に投光手段から光を照射し、前記光が透過した板状体を、前記板状体を間に挟んで前記投光手段に対向配置した撮像手段によって撮像することを含む、板状体に存在する欠陥部を検出する欠陥検出方法であって、前記投光手段と前記板状体との間に、光透過率が５０％以上９０％未満の拡散板を配置することを特徴とする。

上記本発明によれば、板状体の表面粗さにかかわらず内部の欠陥をより正確に検査することができる。

次に、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。

図１は本発明の欠陥検出装置の一実施形態を示す概略構成図である。

本実施形態の欠陥検出装置は、欠陥検査対象物である透明または半透明の板状体１２が載置される検査ステージ１１と、板状体１２を撮像する撮像手段である撮像装置１３およびレンズ１４と、板状体１２を間に挟んで撮像装置１３およびレンズ１４とは反対側に設置され、板状体１２にスポット照明光を照射する投光手段である投光装置１５と、を有している。本実施形態では撮像装置１３にＣＣＤカメラを用いたが、撮像装置１３はこれに限られるものではない。板状体１２は、例えば、電子写真装置の像坦持体上に残留するトナーを摺擦して除去するためのクリーニングブレードである。

また、拡散板１６が、板状体１２と投光装置１５との間の、板状体１２からの距離が０．５〜５ｍｍの範囲の位置に設置されている。拡散板１６は、光透過率が５０％以上９０％未満である。本実施形態では、拡散板１６として磨りガラスを用いている。なお、本実施形態では拡散板１６を板状体１２に平行に設置したが、投光装置１５からの光を拡散してその指向性を低減できる限りにおいて、板状体１２に対して平行でなくてもよい。

欠陥検出装置は、さらに、撮像装置１３によって撮像された画像を画像データとして記憶・処理する記憶・処理装置１７と、記憶・処理装置１７に記憶された画像を表示する表示装置１８と、検査ステージ１１を駆動制御する駆動装置１９とを有している。

なお、レンズ１４には、パーフォーカル光学系を用いた高解像度ズームレンズであって、アイリス絞り機能を有し光量を調節可能なものを用いている。さらに詳しくは、レンズ１４は、板状体１２の公差や歪みに関わらず、撮像装置１３の撮像可能範囲や被写界深度が板状体１２を撮像可能な範囲内になるように、０．７５〜３．０倍まで倍率調節が可能であり、かつ撮像装置１３の被写界深度を０．３〜０．５ｍｍまで調節できるようにアイリス絞りが調節可能な構成になっている。なお、本実施形態では、レンズ１４の倍率が１．０倍に調節され、撮像装置１３の被写界深度が０．５ｍｍとなるようにアイリス絞りが調節されているが、板状体１２を撮像可能であればそれらの数値に限定されるものではない。

なお、本実施形態の欠陥検出装置は上記の各構成の動作を司る制御部（不図示）を有している。

次に、本実施形態の欠陥検出装置を用いた欠陥検出方法について説明する。

欠陥検出装置の制御部は、欠陥検出動作が開始されると、撮像装置１３、レンズ１４および投光装置１５を動作させ、板状体１２の画像を撮像する。その際、投光装置１５は光量が均一化された直径１５ｍｍ程度のスポット照明光を板状体１２に照射する。このスポット照明光の大きさは、レンズ１４の倍率や撮像装置１３の撮像可能範囲に応じて決められる。板状体１２に欠陥部がある場合、スポット照明光があてられた欠陥部には影が生じ、欠陥部の輪郭が表れる。板状体１２の画像はレンズ１４を通過して撮像装置１３の受光素子上に結像し、撮像装置１３に画像データとして取込まれる。前述したように、レンズ１４には、パーフォーカル光学系を用いた高解像度ズームレンズであって、アイリス絞り機能を有し光量を調節可能なものを使用しているので、像を、ハレーションを起こすことなく、精度よく撮像装置１３に結像させることが可能である。

また、本実施形態では、光透過率が５０％以上９０％未満の拡散板１６が、投光装置１５と板状体１２との間に配置されていることから、透明または半透明の板状体１２の表面粗さに関わらず、撮像装置１３によって撮影した画像における、板状体１２の表面の荒れに起因するノイズを低減させることが可能となり、透明または半透明の板状体１２の内部の欠陥を検査することが可能になっている。拡散板１６は、板状体１２から０．５〜５ｍｍの範囲の位置に配置されていることが好ましい。

撮像装置１３に取込まれた画像データは、記憶・処理装置１７に電気信号で転送され、記憶・処理装置１７に記憶される。その後、画像データは記憶・処理装置１７によって画像処理が施され、画像データにおいて欠陥部によって形成された像の位置情報（重心位置）が抽出される。なお、記憶・処理装置１７に画像データが転送される際には、その画像を撮像したときの検査ステージ１１の位置、レンズ１４の倍率、撮像装置１３の撮像可能範囲などの設定情報も記憶・処理装置１７に入力され、その画像データと関連付けて記憶・処理装置１７に記憶される。

ここで、記憶・処理装置１７による上記の画像処理動作について詳しく説明する。

撮像装置１３には２次元のカメラを用いているため、撮像装置１３で撮影された画像は２次元平面の画像である。その画像の画素数は、１画像に付き約３０万画素である。約３０万の画素の各々は、アナログ階調で２５５段階の光量に段階付けられている。

記憶・処理装置１７は、まず、記憶している画像データの画像フィルター処理を行い、光量が周囲の画素と突発的に大きく異なる画素などの突発的なノイズを除去する。

次に、記憶・処理装置１７は、光量が２５５段階の所定の設定値以下の画素を「１」とし、設定値以上の画素を「０」とする二値化処理を行い、画像データ内の各画素をデジタル化する。続いて、「１」とみなされた画素同士の距離が所定の設定距離以下の場合、その画素同士を結ぶ（すなわち、その画素同士の間に存在する画素も「１」とする）。この処理を各画素について行い、「１」とみなされた画素を１つの島状に纏めることにより１つの塊を生成する。なお、その塊の内部が中空のとき（「０」の画素が存在しているとき）には、塊の内部の画素を「１」とし、塊の内部を「１」の画素で埋める。記憶・処理装置１７は、このようにして生成した島状の塊を欠陥部と認識する。

また、記憶・処理装置１７は、上記の二値化処理とは別に、画像データのフィルター処理を行う。この処理工程では各画素のデジタル化は行わず、各画素をアナログ２５５階調のまま扱う。記憶・処理装置１７は、画像データ内の隣合う画素同士の光量の変化量が所定の設定値よりも大きい部分を点として認識する。その後、その「点」を基に上記の処理と同様に島状の塊を生成し、それを欠陥部と認識する。

ここで、上記の各処理によって認識された欠陥部の中には、本来欠陥部でない部分も欠陥部として認識されているものも含まれている可能性があるため、本来欠陥部でない部分を認識から除外するために、記憶・処理装置１７は以下の処理を行う。

まず、上記の２つの処理工程で認識した欠陥部について、以下の項目に関する数値を求める。
（１）欠陥部を埋める画素の画素数（面積）
（２）欠陥部の一番遠い画素同士の距離
（３）欠陥部を囲む稜線の真円度
（４）欠陥部を囲む稜線の方形度（縦横比）
（５）欠陥部を囲む稜線の長さ
欠陥部と欠陥部でない部分とを判別する所定の条件式に、これらの項目（１）〜（５）に関して求めた数値を当てはめ、認識していた欠陥部が欠陥部であるか欠陥部でない部分であるかを判別し、欠陥部であると判別されたものを欠陥部として確定する。その後、上記項目の数値に基づいて、確定した欠陥部の重心位置を算出する。

なお、上述したように、記憶・処理装置１７に画像データが転送される際に、その画像を撮像したときの検査ステージ１１の位置、レンズ１４の倍率、撮像装置１３の撮像可能範囲などの設定情報も記憶・処理装置１７に入力され、その画像データと関連付けて記憶・処理装置１７に記憶されており、記憶・処理装置１７は、それらの情報と、上記のように算出した欠陥部の重心位置とに基づいて、板状体１２における当該欠陥部の位置や大きさを算出し、記憶する。

欠陥検出装置の制御部は、駆動装置１９を駆動させて、撮像装置１３の撮像可能範囲に応じた距離だけ検査ステージ１１を移動させ、駆動装置１９による板状体１２の撮影位置を変えてその撮影を行い、撮影した画像を上述したように処理する動作を繰り返し行って、板状体１２全体の検査を行う。

上記のように構成された欠陥検出装置を用いて、１２０μｍ程度の大きさの欠陥部が端面近傍の内部に存在していることが拡大顕微鏡による測定によって予め確認されている１０個の板状体サンプルを検査した。これらの板状体の表面粗さはそれぞれ異なっている。その検査の結果、１０個の板状体サンプルの全てについて欠陥部が検出された。

これに対し、拡散板１６を取り外した欠陥検出装置を用いて同じ板状体サンプルを検査したところ、１０個の板状体サンプルのうち欠陥部が検出できたのは８個であった。

この結果から、投光装置１５と板状体１２との間に拡散板１６を設置することにより、欠陥部の検出をより正確に行うことが可能であることが分かった。

本発明の欠陥検出装置の一実施形態を示す概略構成図である。

符号の説明

１１ 検査ステージ
１２ 板状体
１３ 撮像装置
１４ レンズ
１５ 投光装置
１６ 拡散板
１７ 記憶・処理装置
１８ 表示装置
１９ 駆動装置

Claims (6)

1. 透明または半透明の板状体に投光手段から光を照射し、前記光が透過した板状体を、前記板状体を間に挟んで前記投光手段に対向配置した撮像手段によって撮像することを含む、板状体に存在する欠陥部を検出する欠陥検出方法であって、
   前記投光手段と前記板状体との間に、光透過率が５０％以上９０％未満の拡散板を配置することを特徴とする欠陥検出方法。
2. 前記拡散板を前記板状体から０．５〜５ｍｍの範囲の位置に配置する、請求項１に記載の欠陥検出方法。
3. 前記板状体は電子写真装置の像坦持体上に残留するトナーを摺擦して除去するためのクリーニングブレードである、請求項１または２に記載の欠陥検出方法。
4. 透明または半透明の板状体に光を照射する投光手段と、前記板状体を間に挟んで前記投光手段に対向配置され、前記光が透過した板状体を撮像する撮像手段とを含む、板状体に存在する欠陥部を検出する欠陥検出装置であって、
   前記投光手段と前記板状体との間に、光透過率が５０％以上９０％未満の拡散板が配置されていることを特徴とする欠陥検出装置。
5. 前記拡散板が前記板状体から０．５〜５ｍｍの範囲の位置に配置されている、請求項４に記載の欠陥検出装置。
6. 前記板状体は電子写真装置の像坦持体上に残留するトナーを摺擦して除去するためのクリーニングブレードである、請求項４または５に記載の欠陥検出装置。

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