JP2008191017A - 板状体の欠陥検出方法 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、板状体の表面の反射率の差に関わらず、板状体の欠陥、微細な凹凸、凹凸がスジ状に伸びている箇所等を検出することができる板状体の表面の欠陥検出方法を提供することを目的とする。
【解決手段】本発明は、透明または半透明の板状体の表面に光を照射し、その反射光を撮像装置によって撮像して得られた画像を用いて画像処理を行うことで欠陥を検出する板状体の欠陥検出方法に係るものである。本発明に係る板状体の欠陥検出方法は、光を集光させるレンズ前面に周波数カットフィルタ及び回折マスクを設置した投光手段を用いる。そして、前記周波数カットフィルタ及び回折マスクを透過した光の中心位置が、対象とする板状体の欠陥検出部位の中心から前記撮像装置の視野範囲の１／３以上１／２以下に相当する距離ずらすことを特徴とする。
【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行う欠陥検出方法に関するものである。

板状体の欠陥を判別する方法として、人手で行う方法、検査装置を用いて行う方法があった。人手で行う方法に関しては、製品の高精度化に伴い、微小な欠陥を発見する必要がある。そのために、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倍増することになる。また、視覚による検査は、検査員の主観的な検査判定であって、検査員の判断に依存し、検査員が異なる場合や極端な場合において、同じ検査員であっても、検査時間の推移によって、検査水準が変化する可能性がある。

上記検査員に代わる方法として、ＣＣＤカメラを用いた電子撮像装置による外観検査手法も提案されている（例えば、特許文献１）。

これらは、透明な製品から反射した光が、透明な製品に欠陥があった場合には、その欠陥部分で光の乱反射が起こることを利用し、それら反射光を撮像装置により撮像し、映像信号化し、その映像信号を２値化処理して、欠陥部分を検出する方法である。

しかしながら、製品表面部に存在する欠陥に対し外観を正確に検査ができるのは、製品表面にある、大きな凹凸、ゴミ・ケバなど反射光を大きく遮断する異物不良のときに限られる。板状体の表面の緩やかな凹凸、凹凸がスジ状に伸びている箇所に対しては、光量の変化量が小さく出てしまう。このために、一定の閾値を設定した２値化処理のみでは、製品ごとの透明または半透明の板状体の表面の表面平坦部の粗さ、透明または半透明の板状体の表面の反射率の差より、板状体の表面のノイズを拾ってしまい正確な検査ができないという課題があった。
特開平８−３０４２９５号公報

本発明は、透明または半透明の板状体の表面における緩やかな凹凸、凹凸がスジ状に伸びている箇所等の表面欠陥を正確に検出できる板状体の欠陥検出方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明に係る板状体の欠陥検出方法は、透明または半透明の板状体の表面に光を照射し、その反射光を撮像装置によって撮像して得られた画像を用いて画像処理を行うことで欠陥を検出する板状体の欠陥検出方法において、光を集光させる集光レンズの前面に周波数カットフィルタ及び回折マスクを設置した投光手段を用い、前記周波数カットフィルタ及び前記回折マスクを透過して前記板状体の表面に照射される光の中心位置を、対象とする板状体の欠陥検出部位の中心から前記撮像装置の視野範囲の１／３以上１／２以下に相当する距離ずらすことを特徴とする。

本発明は、上述のとおり構成されているので、次に記載するような効果を奏する。

製品ごとの透明または半透明の板状体の表面の粗さ、透明または半透明の板状体の表面の反射率の差に関わらず、前記板状体の欠陥、微細な凹凸、凹凸がスジ状に伸びている箇所を正確に検出することができる。

本発明の板状体の欠陥検出方法の実施の形態を図面を参照しつつ説明する。

図１は、本発明に係る板状体の欠陥検出方法の実施に用いる欠陥検出装置を示す説明図である。図１に示すように、板状体の欠陥検出装置は、板状体１２が載置されるワーク台１１ａが一体的に設けられた検査ステージ１１を備えている。検査ステージ１１の上方には前記板状体１２の表面に光を照射する投光手段１と、板状体表面の反射光を撮像する撮像装置１５と、画像を画像処理して板状体１２の表面に存在する欠陥を検出する処理装置１７と、を備えている。

検査ステージ１１は、同一平面上において直交する２軸であるＸ軸およびＹ軸のうち、Ｘ軸方向へ直線移動させるＸ軸直線駆動機構およびＹ軸方向へ直線移動させるＹ軸直線駆動機構とＹ軸直線駆動機構（不図示）を有している。Ｘ軸直線駆動機構およびＹ軸直線駆動機構は、ステッピングモータやリニアモータ等を駆動源とする公知の位置決め機構を用いることができる。

本発明においては、撮像装置１５としてＣＣＤカメラを使用し、前記撮像装置１５の撮像範囲を板状体の表面の検査対象範囲内に設定する。

撮像装置１５として用いたＣＣＤカメラは、画素配置が２次元平面のものとなっている２次元用のＣＣＤカメラを用いた。前記ＣＣＤカメラは１画像に付き約３０万画素のもので、１画像に含まれる約３０万の画素は各々アナログ階調となっており、２５６段階の光量に分割されているものを選択した。しかし、透明または半透明の板状体の表面の欠陥を検出可能な撮像装置であればこのカメラ仕様に限定するものではない。

検査時には板状体１２を検査ステージ１１により移動させて位置決めすることにより、前記撮像装置１５が板状体１２の検査対象範囲内の場所に対して逐次撮像を行い、検査対象範囲全域を撮影する。取り込んだ画像を用いて画像処理を行い、欠陥がある場合には、検査ステージ１１より出されているトリガをもとに取り込み画像の画像番号を算出する。これと同時に、欠陥が発見された画像における画像内部での位置情報を算出し、これらを組み合わせることによって板状体１２における不良箇所の位置情報を得る。同時に、欠陥の大きさ、１回の検査における欠陥の数等も記憶して表示可能としておく。

本発明に係る板状体の欠陥検出方法の特徴的なところは、光を集光させる集光レンズの前面に周波数カットフィルタ及び回折マスクを設置した投光手段１を用いることである。これにより、製品ごとの透明または半透明の板状体１２の表面の粗さ、透明または半透明の板状体１２の表面の反射率の差に関わらず、前記板状体１２の表面の欠陥の検査を可能にした点にある。

回折マスクの大きさや設置位置は、撮像した画像において、透明または半透明の板状体１２の表面の粗さ、透明または半透明の板状体１２の表面の反射率の差が軽減できるような位置に配置する必要がある。

なお、撮像した画像において、透明または半透明の板状体１２の表面の粗さ、透明または半透明の板状体１２の表面の光の反射率の差が軽減できるような条件と、各回折マスク３、４の大きさ、形状の関係は、実験的に最適値は得られる。

周波数カットフィルタには、周波数カット領域が５２５ｎｍ以下であるものを用い、光源が黄色に映るものを使用するとよい。しかし、板状体１２の表面の微細な凹凸を認識できるものであれば、周波数カット領域がこの領域であることを限定するものではない。

本発明において、回折マスク３、４は光の回折効果、絞り効果を促すために設定したものである。回折マスク３、４の形状は、板状体１２の表面の微細な凹凸や、凹凸がスジ状に伸びている箇所等を画像において認識できるようにするという観点から、図５に示すような形状となった。しかし、板状体１２の表面の微細な凹凸を認識できるものであればこの形状に限定するものではない。

また、回折マスク３、４の配置位置は、板状体１２の表面の微細な凹凸、凹凸がスジ状に伸びている箇所を画像において認識できるようにするという観点から、中央部を中心とした。しかし、板状体１２の表面の微細な凹凸を認識できるものであればこの位置に限定するものではない。

照射される光の中心位置は、板状体１２の表面の微細な凹凸、凹凸がスジ状に伸びている箇所を画像において認識できるようにするために、板状体１２の欠陥検出部位の中心から撮像装置１５の視野範囲の１／３以上１／２以下に相当する距離ずらす。

本発明において、前記回折マスクは光を照射する投光手段の先端部である、集光レンズ先端部に配置した。

画像取り込み、エッジ位置の抽出、検査領域の抽出を行い、輝度変換をし、ノイズ軽減のために平滑化処理を行い、板状体１２の表面の凹凸の検出が可能となる。

検査領域の抽出は、取り込み画像において板状体１２の表面が撮影されている範囲であれば任意に設定可能だが、取り込み時間と、検査時間の関係から、対象とする板状体の欠陥検出部位の中心から視野範囲の１／３に相当する距離ずらす位置に設定した。

取り込み画像の輝度変換の調整値は２５６階調中の好きな数値に設定可能だが、製品の公差に左右されにくい輝度にするという観点より１６０付近が望ましいが、板状体１２の表面を良好に撮影可能であれば、この数値に限定するものではない。

平滑化処理に関しては、データの伝送時に発生する外因的な影響によるノイズ、カメラの画素欠けによるノイズ等を低減させるため、また、板状体１２の表面粗さの影響を軽減させるために設定している。したがって、検出条件、設置状況の違いにより対応可能なよう設定値の数値変更は可能なようにしておく。

取り込み画像の平滑化処理の画素調整値、つまり平均化する際の隣合う画素の範囲は、取り込み画素数内において好きな数値に設定可能だが、好ましくは、板状体１２の表面粗さを軽減し、且つ凹凸を検出可能にさせるという観点より３以上５以下の範囲が望ましい。しかし、板状体１２の表面を良好に撮影（撮像）可能であれば、この数値に限定するものではない。

なお、透明または半透明の板状体１２の表面に適するものであるから、電子写真用クリーニングブレードのような画像形成装置における板状のブレード部材として用いるものの欠陥検出方法として優れたものでもある。

図５（ａ）に示す第１の回折マスク３は、外径が２２ｍｍの円状の形状をしており、黒塗り部分が光を遮光する遮光部分３ａである。遮光部分３ａでない空白部分は光を遮ることなく透過するフィルムとなっている。外径が２２ｍｍの中心と同地点を中心に外径５ｍｍの円状の遮光部分３ｃ、外径２２ｍｍの中心を通る幅０．５ｍｍの直線の遮光部分、外径２２ｍｍの中心から５ｍｍ離れた点から、扇形に１００°広がるように前記遮光部分を除いて透過部分３ｂを設定した。本実施例では、上記のように回折マスク内部の遮光部分３ａ、透過部分３ｂを設定したが、板状体の表面の微細な凹凸、凹凸がスジ状に伸びている箇所を認識できるものであればこの条件に限定するものではない。

図５（ｂ）に示す第２の回折マスク４は、外径が２２ｍｍの円状の形状をしており、黒塗り部分が光を遮光する遮光部分４ａである。遮光部分４ａでない空白部分は光を遮ることなく透過するフィルムとなっている。外径２２ｍｍの中心から６ｍｍ離れた点から、扇形に１１０℃広がるように透過部分４ｂを設定した。本実施例では、上記のようにマスク内部の遮光部分４ａ、透過部分４ｂを設定したが、板状体の表面の微細な凹凸、凹凸がスジ状に伸びている箇所を認識できるものであればこの条件に限定するものではない。

図４は、マスクの配置位置を示す。

第１の回折マスク３は第１の周波数カットフィルタ５と集光レンズ２の間に配置し、第２の回折マスク４は第１の周波数カットフィルタ５と第２の周波数カットフィルタ６の間に配置する。

各回折マスク３、４の設置角度については、図４における矢印Ｙ方向に見た場合において、図６のように遮光部分が対向になるよう配置する。また、第１および第２の回折マスク３、４は２枚重ねて配置するのではなく、第１の回折マスク３は第１の周波数カットフィルタ５と集光レンズ２の間、第２の回折マスク４は第１の周波数カットフィルタ５と第２の周波数カットフィルタ６の間に配置している。そして、各々の回折マスク３、４の離間距離はこれら周波数カットフィルタ５、６の幅に依存するが、０．５ｍｍ以上５ｍｍ以下になるように設定するものとする。

図６の（ｂ）に示す回折マスク３５は、外径２２ｍｍの円状の形状をしており、黒塗り部分が光を遮光する遮光部分３５ａである。外径２２ｍｍの中心と同地点を中心に外径７ｍｍの円状の遮光部分を設定した（比較例２で使用する）。

投光手段１による光Ｌが、周波数カットフィルタ５、６及び回折マスク３、４で光の回折が起こり、板状体１２の表面にて反射し、カメラレンズ１６を通り結像し、撮像装置１５に撮像される。

図２、図３は投光手段１の配置位置を示すものである。

投光手段１は、板状体１２の表面における投光手段１の中心位置が、板状体１２の表面の微細な凹凸、凹凸がスジ状に伸びている箇所を認識できるような場所に配置するため、図２に示すように、板状体１２のエッジ部１２ａより板状体側にくるように配置する。

本実施例では、板状体１２における投光手段１の中心位置は、撮像装置１５の焦点位置とは異なる場所に設定する。撮像装置１５の焦点位置は、図２に示すように、板状体１２の表面の撮像装置１５の焦点位置２４になるように設定する。この焦点位置２４は、板状体１２の表面の微細な凹凸、凹凸がスジ状に伸びている箇所を認識できるものであればこの位置に限定するものではない。

板状体１２の表面における投光手段１の中心位置２２は、撮像装置１５により処理可能な視野範囲から１／３離れた位置となるように設定した。この中心位置２２は、板状体１２の表面の微細な凹凸、凹凸がスジ状に伸びている箇所を認識できるものであればこの位置に限定するものではない。

θ１、θ２（図１参照）については、それぞれ４２°、３８°に設定しているが、板状体１２の表面の微細な凹凸、凹凸がスジ状に伸びている箇所を認識できるものであればこの条件に限定するものではない。

撮像された画像は記憶装置２０及び処理装置１７に転送される。その際転送された画像番号は記憶装置２０及び処理装置１７に記憶するようにしておく。

撮像装置１５の設置位置については、撮像した画像において、透明または半透明の板状体１２の像が撮像できる範囲内にする必要がある。撮像可能範囲の位置は撮像される画像において、板状体１２の表面の両エッジが映る範囲でよいが、本実施例ではカメラレンズ１６の被写界深度が板状体１２の表面を十分にカバーできる幅に設定した。

電源供給を受けて集光レンズ２へ均一化された光量の可視光Ｌが入射される。この可視光を集光レンズ２はスポット形状に集光させると同時に光量を増幅させる。

集光された可視光Ｌは周波数カットフィルタ５、６及び回折マスク３、４によって設定された周波数のみを透過し、さらに、回折マスク３、４により所定の光源を回折させる働きをもつ。

集光レンズ２により集光され、周波数カットフィルタ５、６及び回折マスク３、４を透過した可視光Ｌのスポット光の大きさは、カメラレンズ倍率と撮像装置の視野の観点から外径１５ｍｍ程度とした。このスポット光は透明または半透明の板状体１２の表面に照射される。

このスポット光は、透明または半透明の板状体１２の表面に欠陥がある場合、その欠陥によって影となり、欠陥によって形成された光が、カメラレンズ１６を通過して結像、撮像装置１５によって撮像される。そして、記憶装置２０に画像データとして転送され、その後処理装置１７にて画像処理を行う。

カメラレンズ１６は、近接撮影時に最良な光学性能が得られるような近接撮影専用レンズを用い、フォーカス機能及び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、像がハレーションを起こすことなく、精度よく結像できるようなものを選択した。

その撮像された画像は撮像装置１５から記憶装置２０に電気信号で転送され、画像データとして収納される。

撮像装置１５の２次元カメラを用いて撮像した画像データは、２次元平面のものとなっており、１画像に付き約３０万画素のものである。各々の画素はアナログ階調となっており、２５６段階の光量に分割できるよう設定されているものを選択したが、透明または半透明の板状体１２の表面の欠陥を検出可能な撮像装置であればこのカメラ仕様に限定されるものではない。

処理装置１７は、記憶装置２０の画像データをもとに、画像処理を行う。画像処理の流れとしては、取り込んだ画像を、まず初めにノイズ等を取り除くため、画像フィルタ処理を行っている。これは、１つの画素が突発的に周囲の隣り合う画素と大きく異なる光量の場合など、画素の突発的なノイズを除去し、さらに、板状体１２の表面粗さの影響を軽減させるために行っている処理である。

この画像を基に、板状体１２の表面の微細な凹凸、凹凸がスジ状に伸びている箇所を認識させ、板状体１２の表面に存在する透明または半透明の凹凸の検出を可能にしている。

その際には、カメラレンズ１６の倍率、撮像装置１５の設置角度、撮像可能範囲の位置などの設定はあらかじめ処理装置１７へ登録しておく。前記情報を元に、欠陥の位置情報、大きさを記憶装置上で算出し、その結果は記憶装置２０に記録を行い、同時に表示装置１８へ出力する。

また処理装置１７は、駆動制御装置１９と連動させ、設定した計測分解能に従い検査ステージ１１を制御し、透明または半透明の板状体１２の表面の検査位置を逐次変えていくことで、板状体１２の表面全域を検査することが可能なようになっている。

次に動作について説明する。動作については図７に示すようなフローで処理されていくものである。

本発明の欠陥検査装置は第１ハンド部５０とステージ部１０と画像処理部１００より構成されている。

ワークとは、透明または半透明の板状体１２を含む被検査物を指す。

第１ハンド部５０はワークをワーク台１１ａに載せる機能と、画像処理部１００の結果を受けてワーク台１１ａよりワークをそれぞれのコンベアに載せる機能を有するものである。

ステージ部１０は、駆動部がリニアステージ、ワークを載せた際にワークを一定位置に把持可能なようにするための突き当て機能、移動中にワークがずれないようにするチャック機構を有するものである。

画像処理部１００は、処理装置１７、表示装置１８、駆動制御装置１９、記憶装置２０、撮像装置１５、投光手段１から構成されている。これらは、ステージ部１０の移動の制御と、画像処理により、板状体１２の表面の微細な凹凸、凹凸がスジ状に伸びている箇所を認識できるようにするためのものである。

第１ハンド部とは、ワークをワーク台１１ａに着脱させることを目的とした機構である。

ステージ部１０とは、ワークを撮像装置１５が撮像すべき領域、つまり検査領域全てを、撮像させることを目的とした機構である。

初めに、第１ハンド部５０からワークがステージ部１０に搬送され、ワーク台１１ａにセット（Ｓ１〜Ｓ３）される。

セットされたワークは、位置ずれしないように、突き当てを前進させ（Ｓ４）ワークの位置を固定する。その後、チャック機構で把持することにより、ワークを固定し、同時に移動中にワークがずれないようにしている。

チャック機構が閉となり（Ｓ５）、ワークを把持している状況になったら、チャック機構以外において、無理な方向からの力が働かないようにするという観点より、突き当ては後退する（Ｓ６）。

突き当てが後退したら、駆動制御装置１９により制御された検査ステージ１１が移動を開始する（Ｓ７）。

ワークを載せたワーク台１１ａが、撮像装置１５が撮像すべき領域、つまり、検査領域全てを移動した後、検査ステージ１１は移動終了する。

検査ステージ１１が完全に移動終了した後に、チャック機構が開きワーク取り出しを可能にさせ、画像処理部１００の結果を待ってワークは第２のハンドによりワーク台１１ａから取り外される。

ワーク台１１ａからワークが取り出された後、ワークは検査開始位置に戻り、別のワークを載せられるよう待機する。

ワーク台１１ａから取り出されたワークは、画像処理部の結果を待って第２のハンドよりそれぞれのコンベアに分別されるようになっている。

画像処理部１００とは、板状体１２の微細な凹凸、凹凸がスジ状に伸びている箇所を認識させることを目的とした機構である。同時に第１ハンド部５０、ステージ部１０の制御機能も兼ねている。

画像処理部１００は、ステージ部１０にワークを載せられた際、発信されるトリガ信号を受けて、画像処理のためのメモリの初期化、ウインドウの設定等の初期設定を開始する。

検査ステージ１１が移動を開始し、ワークが撮像装置１５が撮像すべき領域の付近に接近してきた際に発信されるトリガを受けて、画像の取込を開始する。

撮像装置１５が撮像すべき領域、つまり検査領域全てを撮影し、画像処理を行ない、結果を集計する。集計した結果を結果Ｉ・Ｏとして、第２ハンド部６０に結果別のコンベアに運ばせるための信号を送る。

これら、第１ハンド部５０・ステージ部１０・画像処理部１００がそれぞれ連携し繰り返すことにより、複数のワークを短時間に撮像することを可能にしている。

本発明の実施例１においては、集光レンズ１４の先端部に配設した周波数カットフィルタ及び回折マスクに、図５に示した形状とする回折マスクを設置して二値化にて処理する方法にて、検査を行った。

その際、板状体の表面粗さの違い、製品の透明度の違いに関わらず２０本中全てのサンプルの検出が可能であった。

（比較例１）
集光レンズ１４の先端部に周波数カットフィルタ及び回折マスクを設けずに二値化にて処理する方法にて、検査を行った。

そのときに用いた板状体のサンプルは、透明ないしは半透明の板状体表面部にスジ状の凹凸があるもので、製品平坦部の粗さも、製品の透明度も、各々のサンプルにより違うものを選択した。また、スジ状にある凹凸形状の高さ方向の高低差はレーザー測長機による測定により、高さ方向５［μｍ］〜１０［μｍ］程度ものを２０本選択した。

その際、製品の表面粗さに関わらず２０本中６本のサンプルの検出が可能であった。

（比較例２）
集光レンズ１４の先端部に図６に示す回折マスク形状が円型のものを設置して二値化にて処理する方法にて、検査を行った。

そのときに用いた板状体サンプルは、比較例１と同様のものを用いて検査を行った。その際、製品の表面粗さに関わらず２０本中１２本のサンプルの検出が可能であった。

このことより、実施例１における板状体の欠陥検出方法は比較例１、比較例２における検出方法により正確に検査が可能であるということがいえた。

本発明の検査装置の構成を示す説明図である。 本発明の投光手段の光源配置を示すブロック図である。 本発明の集光レンズ内の回折マスクの配置位置、投光手段、撮像装置の焦点位置を示す説明図である。 投光手段の構成を示す説明図である。 回折マスクの形状を示す説明図である。 周波数カットフィルタ及び回折マスクの配置位置を示す図４に示した矢印Ｙ方向から見た説明図である。 板状体全域を検査する流れを示したフローチャートである。

符号の説明

１ 投光手段
２ 集光レンズ
３、４ 回折マスク
５、６ 周波数カットフィルタ
１０ ステージ部
１１ 検査ステージ
１２ 板状体
１２ａ エッジ部
１４ 集光レンズ
１５ 撮像装置
１６ カメラレンズ
１７ 処理装置
１８ 表示装置
１９ 駆動制御装置
２０ 記憶装置
２１ エッジ部
２２ 投光手段の中心位置
２４ 撮像装置の焦点位置
２５ 撮像装置の視野範囲
５０ 第１ハンド部
６０ 第２ハンド部
１００ 画像処理部（撮像装置）

Claims (4)

1. 透明または半透明の板状体の表面に光を照射し、その反射光を撮像装置によって撮像して得られた画像を用いて画像処理を行うことで欠陥を検出する板状体の欠陥検出方法において、
   光を集光させる集光レンズの前面に周波数カットフィルタ及び回折マスクを設置した投光手段を用い、前記周波数カットフィルタ及び前記回折マスクを透過して前記板状体の表面に照射される光の中心位置を、対象とする板状体の欠陥検出部位の中心から前記撮像装置の視野範囲の１／３以上１／２以下に相当する距離ずらすことを特徴とする板状体の欠陥検出方法。
2. 前記投光手段より照射される光が黄色になるよう、前記周波数カットフィルタの領域を設定することを特徴とする請求項１に記載の板状体の欠陥検出方法。
3. 前記回折マスクは、前記集光レンズの中央部に位置し、前記回折マスクの大きさが前記集光レンズより小さいことを特徴とする請求項１に記載の板状体の欠陥検出方法。
4. 前記板状体は、電子写真用クリーニングブレードであることを特徴とする請求項１ないし３いずれか１項に記載の板状体の欠陥検出方法。

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