JP2009216647A - 欠陥検査方法及び欠陥検査装置 - Google Patents

Abstract

【課題】形状の異なるモジュールであっても確実に欠陥部分を抽出する欠陥検査方法を提供する。
【解決手段】リング照明でモジュールＭへ投光して撮像された第１の画像１０Ａの所定以上の輝度を有する領域を抽出する第１のステップを行い、抽出された所定以上の輝度を有する領域において所定の大きさ以上の面積を有する領域を第１の画像１０Ｂより除去する第２のステップを行い、第１の画像１０Ｃから直線または曲線形状で抽出された領域を除去する第３のステップを行い、モジュールＭをリング照明により投光して撮像された第２の画像１１Ａにおける第２のステップと第３のステップとにより第１の画像１０Ａから除去された領域に対して、第１のステップ、第２のステップ、第３のステップを再び実施する第４のステップを行うことにより、不要な高輝度領域を削除して欠陥部分８、１２のみを抽出することにより形状の異なるモジュールＭでも検査が可能になる。
【選択図】図６

Description

本発明は複数の部品により組み立てられたモジュールに発生した欠陥部分を検出する欠陥検査方法及び欠陥検査装置に関する。

カメラのレンズ部分などに使用される部品は複数の微細な部品が組み合わされ、必要な箇所には接着剤を塗布することにより強固に固定されて一つの部品を形成している。このような部品はモジュールと呼ばれている。完成したモジュールは、傷の有無、埃の混入、所定箇所以外への接着剤の付着などによる欠陥が無いか外観検査が行われる。このような検査は従来目視により行われていた。

しかし、モジュールの低価格化や量産化がより求められようになり、このような検査の自動化の要求が高まっている。検査の自動化では、撮像手段によりモジュールを撮像し、得られた画像に画像処理を行い欠陥部分を抽出することにより行われる。このとき、モジュールはレンズ面、樹脂面、接着面、金属面などの異なる表面特性を備えた各面で構成されており、各面で欠陥を検査する必要がある。このような要求に対し、従来例えば複数の領域ごとに検査エリアを分けて個々に検査閾値を設ける方法や、欠陥のない基準画像を各面で用意して基準画像との差分をとる方法が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
特開２００４−１２２０１号公報

特許文献１に記載されるような発明では、事前に検査エリアや基準画像を登録しておく必要があり、検査するモジュールの形状が常に一定でなくてはならない。しかし、接着剤などで組み立てられたモジュールでは接着剤のはみ出し量の違いなどから常に同じ形状とはならず、そのような部分の検査は困難であった。

また、複数部品が組み合わされたモジュールを画像処理で検査する場合、境界面や角部の反射など、幾何学的な構造要素の影響を受けやすく、特に時間短縮の為に広範囲を一括して検査する場合には、その境界領域の判定が困難となる。

本発明はこのような問題に対して成されたものであり、モジュールの欠陥検査において、複数の角度からモジュールへ投光して撮像された複数の画像を画像処理することによりモジュールの欠陥部分を抽出し、形状の異なるモジュールであっても確実に欠陥部分を抽出することが可能な欠陥検査方法及び欠陥検査装置を提供することを目的としている。

本発明は前記目的を達成するために、複数の部品により組み立てられたモジュールへ撮像手段に対して暗視野となるように任意の角度で投光して撮像した第１の画像の所定以上の輝度を有する領域を抽出する第１のステップと、前記第１の画像から抽出された領域において所定の大きさ以上の面積を有する領域を前記第１の画像より除去する第２のステップと、前記第１のステップにおいて直線または曲線形状に抽出された領域を前記第２のステップにより所定の大きさ以上の面積を有する領域が除去された前記第１の画像から除去する第３のステップと、前記撮像手段に対して暗視野となるように前記第１の画像と異なる角度で前記モジュールへ投光して撮影した第２の画像における、前記第２のステップ、及び前記第３のステップにより前記第１の画像から除去された領域に対して、前記第１のステップと前記第２のステップと前記第３のステップとを行う第４のステップとを行い、
前記第３のステップおよび前記第４のステップにより得られた画像より前記モジュールの欠陥部分を抽出することを特徴としている。

また、本発明は前記発明において、前記第２のステップにおいて、前記第１の画像を撮像する際に前記モジュールに対して投光する光の露光量とは異なる露光量により撮像された画像から所定の大きさ以上の面積を有する領域を除去することを特徴としている。

また、本発明は前記発明において、複数の光の波長成分で前記第３のステップおよび前記第４のステップにより得られた画像を画像処理することにより前記モジュールの欠陥部分を抽出することを特徴としている。

更に、本発明は前記発明において、前記第３のステップにおいて、前記第１のステップで抽出された領域が直線または曲線形状であることを判定するのには抽出された部分の縦横比により判定することを特徴としている。

本発明によれば、カメラのレンズ部分などに使用される複数の部品により組み立てられたモジュールの外観検査を行う欠陥検査装置には、モジュールを撮像するＣＣＤカメラ等の撮像手段と、撮像手段でモジュールを撮像する際にモジュールの撮像面に対して傾斜した光を投光する複数の投光手段とを備えている。更に欠陥検査装置には、モジュールが複数載置されたトレーを水平にＸ方向及びＹ方向へ移動させる移動手段と、欠陥検査装置の各部の制御と撮像された画像の記録、処理を行う制御手段とを備えている。

このような欠陥検査装置において、まず第１のステップとして複数の投光手段によりモジュールへ任意の異なる角度で投光して撮像手段によりモジュールを撮像する。撮像された複数の画像のうちの１つである第１の画像は、制御手段により既知の様々な方法で画像処理され、予め制御手段に設定された所定の輝度以上の領域が第１の画像内より抽出される。

このとき、投光手段の位置は、撮像手段に対して暗視野となるように設定される。このように設定することで傷や埃などの欠陥部、各部品の角などの幾何学的な構造的要素、及び表面形状の一部は反射により高い輝度で撮像されるので、第１のステップにおいて第１の画像内から抽出される。輝度の高い部分の抽出では例えば動的閾値法等が用いられる。

続いて第２のステップとして、第１の画像内より抽出された所定以上の輝度を有する領域において、予め制御手段に設定された所定以上の面積を有する領域が第１の画像より除去される。これにより、微小な欠陥部分と曲面構造を有する接着部材等の表面構造とを識別し、欠陥とは異なる不要な高輝度の領域が第１の画像より削除される。

また、第２のステップにおいては、第１の画像を撮像する際にモジュールに対して投光する光の露光量とは異なる露光量により撮像された輝度の異なる画像を使用することにより、微小な欠陥部と広面積部の差を明確にして所定の大きさ以上の面積を有する領域を更に除去してもよい。これにより、微小な欠陥部と不要な高輝度の領域がより正確に識別されて削除される。

続いて第３のステップとして、所定以上の面積を有する高輝度の領域が削除された第１の画像から、第１のステップにおいて抽出された領域のうち直線または曲線形状として判定された領域が更に第１の画像から削除される。角部分などの幾何学的な構造的要素は直線または曲線状を成すため、反射した光は直線または曲線状に抽出される。これを削除することで欠陥とは異なる不要な高輝度の部分が第１の画像より更に削除され、欠陥部分を抽出することが可能となる。抽出された領域が直線または曲線形状であることを判定するのには抽出された部分の縦横比により判定する。

続いて第４のステップとして、第１の画像を撮像するのとは別の投光角度を有する投光手段より投光してモジュールを撮像した第２の画像における、第２のステップと第３のステップとにより第１の画像から削除された領域に対して、第１のステップと第２のステップと第３のステップとを行う。これにより、第１の画像の高輝度部分に隠れてしまった欠陥部分も抽出することが可能となる。

更に本発明では、複数の光の波長成分で第３のステップおよび第４のステップにより得られた画像を画像処理することでモジュールの欠陥部分を抽出するので、欠陥部分とは波長成分の異なる表面形状からの細かい反射を識別して欠陥部分のみを抽出することが可能となる。

以上説明したように、本発明の欠陥検査方法及び欠陥検査装置によれば、撮像手段に対して暗視野となるように複数の角度からモジュールへ投光して撮像された複数の画像を画像処理することによりモジュールの欠陥部分を抽出するので、形状の異なるモジュールであっても確実に欠陥部分を自動的に抽出することが可能であって、安価で高速な欠陥検査方法及び欠陥検査装置を提供することが可能となる。

以下添付図面に従って本発明に係る欠陥検査方法及び欠陥検査装置の好ましい実施の形態について詳説する。

まず、本発明に係わる欠陥検査装置の構成を説明する。図１は欠陥検査装置の構成を示した斜視図、図２はモジュールを撮像する様子を模式的に示した側面図、図３はモジュールの撮像面を模式的に示した斜視図及び上面図、図４はモジュールを撮像した画像を示した図である。

欠陥検査装置１は、図１に示すように、複数の部品により組み立てられたカメラのレンズ部分などに使用されるモジュールＭを撮像する撮像手段としてのカメラ２、モジュールＭの撮像面に対して傾斜した光を投光する投光手段としてのリング照明３Ａ、３Ｂ、モジュールＭが複数載置されたトレーＴを水平にＸ方向及びＹ方向へ移動させる移動手段としての搬送テーブル４を備えている。更に欠陥検査装置には、カメラ２、リング照明３Ａ、３Ｂ、及び搬送テーブル４と接続され、各部の動作を制御し撮像された画像の記録、表示、または画像処理を行う制御手段５が備えられている。

カメラ２はＣＣＤ等を使用したカラーまたはグレーカメラ等が使用され、撮像された画像は制御手段５へ送られ記録される。

リング照明３Ａ、３Ｂはリング状に傾斜して配列されたＬＥＤ等のライトよりモジュールＭに向って白色または単色の光を投光する。リング照明３Ａとリング照明３Ｂとは異なる角度で投光できるように発光部であるライトＬがモジュールＭに向って異なる角度で配列され、それぞれ接続された制御手段５からの命令または手動により露光量を変更することが可能となっている。また、リング照明３Ａとリング照明３Ｂとは図１では水平方向に２個が並べて配置されているが、上下２段階の配置や２個以上の投光手段を設けてもよい。更に、リング照明３Ａとリング照明３Ｂとは、１つのリング照明で異なる複数の角度の光が投光可能であってもよい。

このように構成された欠陥検査装置１により外観上の欠陥検査が行われるモジュールＭは、レンズ面、樹脂面、接着面、金属面などの異なる表面特性を備えた各面で構成されており、図２（ａ）に示すように、表面には部品を接着する際に広がった曲面構造を備える接着剤面６、組み合わされた各部品により形成される幾何学的な構造的要素としての角部７、傷や埃などの欠陥部分８が存在する。

モジュールＭの欠陥検査を行う際には、図３に示すように、リング照明３Ａまたはリング照明３Ｂを検査が行われるモジュールＭの上方に図示しない固定治具を介して配置し、更にその上にカメラ２が配置される。このとき、リング照明３Ａまたはリング照明３Ｂは、カメラ２に対して暗視野となるように配置されている。

これにより、リング照明３Ａまたはリング照明３ＢよりモジュールＭへ所定の角度θで光Ｌ１が投光され、図２（ｂ）に示すモジュールＭの撮像面は、図４に示すように接着剤面６、角部７、欠陥部分８、一部の表面９が強く反射し、リング照明３Ａまたはリング照明３Ｂの中央の空洞Ｈを通してカメラ２により高い輝度で撮像される。

撮像された画像は制御手段５へ送られて記録されるとともに既知の様々な手法により画像処理されて高い輝度の領域が抽出され、以下に述べる本発明に係わる欠陥検査方法の手順により欠陥部分８が抽出される。輝度の高い領域の抽出では例えば動的閾値法等が用いられる。

欠陥部分８の抽出後、欠陥部分８の個数、形状、及びモジュールＭ上での座標位置などが制御手段５に記録されるとともに制御手段５に備えられたモニターに撮像した画像とともに表示される。このようにして１つのモジュールＭの検査が終了した後には、図１に示す搬送テーブル４によりトレーＴがＸまたはＹ方向へ移動され、次のモジュールＭがリング照明３Ａまたはリング照明３Ｂの下方に配置されて検査が開始される。

次に、本発明に係わる欠陥検査方法の手順を説明する。図５は本発明に係わる欠陥検査方法の手順を示したフロー図、図６は撮像された画像を欠陥検査方法の手順に沿って並べた図である。

まず、本発明に係わる欠陥検査方法では、第１のステップとして、図１に示す搬送テーブル４によりトレーＴに多数載置されたモジュールＭのうちの一つをリング照明３Ａまたはリング照明３Ｂの下方に配置し、リング照明３Ａ、３Ｂを切り替えることにより異なる角度でモジュールＭに投光してカメラ２によりモジュールＭの複数の画像を撮像する。撮像された複数の画像のうちの１つである第１の画像は、制御手段５により既知の様々な方法で画像処理され、予め制御手段５に設定された所定の輝度以上の領域分が第１の画像内より抽出される（図５に示すステップＳ１）。

カメラ２により撮像する際には、リング照明３Ａまたはリング照明３Ｂはカメラ２に対して暗視野となるように設定されている。高輝度領域を抽出した後の画像は、図６に示す第１の画像１０Ａのように接着剤面６、角部７、欠陥部分８、一部の表面９が抽出されている。

続いて第２のステップとして、予め制御手段５に設定された所定以上の面積を有する領域が第１の画像１０Ａより除去される（ステップＳ２）。

これにより、微小な欠陥部分８と曲面構造を有する接着剤面６とを識別し、欠陥部分８とは異なる不要な高輝度の領域が第１の画像１０Ａより削除されて図６に示す第１の画像１０Ｂとなる。

また、第２のステップにおいては、第１の画像１０Ａを撮像する際にモジュールＭに対して投光する光の露光量とは異なる露光量により撮像された輝度の異なる画像を使用することにより、微小な欠陥部分８と広面積で高輝度となる接着剤面６などとの差を明確にして所定の大きさ以上の面積を有する領域を更に除去してもよい。これにより、微小な欠陥部分８と不要な高輝度の領域がより正確に識別されて削除される。

続いて第３のステップとして、所定以上の面積を有する高輝度の領域が削除された第１の画像１０Ｂから、幾何学的な構造的要素により直線形状（または曲線形状）で抽出された角部７の領域が更に第１の画像１０Ｂから削除され図６に示す第１の画像１０Ｃとなる（ステップＳ３）。

角部７などの構造的要素は直線または曲線状を成すため、反射した光は直線または曲線状に抽出され、縦横比により直線または曲線形状として判定される。これを削除することで欠陥部分８とは異なる不要な高輝度の部分が第１の画像１０Ｂより削除される。

続いて第４のステップとして、第１の画像１０Ａを撮像するのとは別の投光角度によりモジュールＭへ投光して撮像された図６に示す第２の画像１１Ａにおける、第２のステップと第３のステップとにより第１の画像１０Ａから削除された領域に対して、第１のステップと第２のステップと第３のステップとを実施する（ステップＳ４）。

第２の画像１１Ａでは、投光する角度が異なるため曲面構造を有する接着剤面６の高輝度部分の位置が接着剤面６Ａのように移動する。これにより、第１の画像１０Ａの高輝度部分に隠れてしまっていた欠陥部分１２が撮像されるようになる。この画像１１Ａにおける第１の画像１０Ａから削除された領域と同じ領域に対し、先に第１の画像１０Ａに対して行った第１のステップ、第２のステップ、第３のステップを実施することで欠陥部分１２が抽出されて図６に示す第２の画像１１Ｂとなる。

これら第１のステップから第４のステップまでを行うことにより得られた第１の画像１０Ｃと第２の画像１１Ｂとは重ね合わせられ抽出画像１３Ａとなり、異なる複数の光の波長成分で画像処理される（ステップＳ５）。

これにより、欠陥部分８、１２の反射と表面９からの細かい反射との反射する光の波長成分の違いから欠陥部分８、１２のみを判別し、表面９の反射による高輝度領域を抽出画像１３Ａより削除して図６に示す抽出画像１３Ｂとする。

抽出画像１３Ｂは欠陥部分８、１２とは異なる不要な高輝度の領域が全て削除されているので容易に欠陥部分８、１２が抽出される。欠陥部分８、１２の抽出後は、欠陥部分８、１２の個数、形状、及びモジュールＭ上での座標位置などが制御手段５に記録されるとともに制御手段５に備えられたモニターに撮像した画像とともに表示される。

このようにして１つのモジュールＭの検査が終了した後には、図１に示す搬送テーブル４によりトレーＴがＸまたはＹ方向へ移動され、次のモジュールＭがリング照明３Ａまたはリング照明３Ｂの下方に配置されて再び各ステップが実施される。

以上説明したように、本発明の欠陥検査方法及び欠陥検査装によれば、撮像手段に対して暗視野となるように複数の角度からモジュールへ投光して撮像された複数の画像を画像処理することによりモジュールの欠陥部分を抽出するので、形状の異なるモジュールであっても確実に欠陥部分を自動的に抽出することが可能となる。更に、露光量を変化させた画像や複数の光の波長成分を用いた画像処理を行うことでより確実に欠陥部分を抽出できる。これらにより、安価で高速な欠陥検査を行うことが可能となる。

なお、本実施の形態では第１の画像１０Ａと第２の画像１１Ａの２つを画像処理しているが、本発明はそれに限らず、より多くの異なる角度で光をモジュールＭに投光して撮像した第３の画像、第４の画像・・・に対して同様に第１のステップから第４のステップを実施してもよく、より高い精度での欠陥検査が可能となる。

また、本実施の形態では投光手段として発光部がリング状に配置されたリング照明３Ａ、３Ｂを用いているが本発明はこれに限らず、発行部が１方向からのみの通常の投光手段によっても好適に実施可能である。

欠陥検査装置の構成を示した斜視図。 モジュールを撮像する様子を模式的に示した側面図。 モジュールの撮像面を模式的に示した斜視図及び上面図。 モジュールを撮像した画像を示した図。 本発明に係わる欠陥検査方法の手順を示したフロー図。 撮像された画像を欠陥検査方法の手順に沿って並べた図。

符号の説明

１…欠陥検査装置，２…カメラ（撮像手段），３Ａ、３Ｂ…リング照明（投光手段），４…搬送テーブル（移動手段），５…制御手段，６…接着剤面，７…角部（幾何学的な構造的要素），８、１２…欠陥部分，９…表面，１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ…第１の画像，１１Ａ、１１Ｂ…第２の画像，１３Ａ、１３Ｂ…抽出画像，Ｌ…光，Ｍ…モジュール，Ｔ…トレー

Claims (5)

1. 複数の部品により組み立てられたモジュールへ撮像手段に対して暗視野となるように任意の角度で投光して撮像した第１の画像の所定以上の輝度を有する領域を抽出する第１のステップと、
   前記第１の画像から抽出された領域において所定の大きさ以上の面積を有する領域を前記第１の画像より除去する第２のステップと、
   前記第１のステップにおいて直線または曲線形状に抽出された領域を前記第２のステップにより所定の大きさ以上の面積を有する領域が除去された前記第１の画像から除去する第３のステップと、
   前記撮像手段に対して暗視野となるように前記第１の画像と異なる角度で前記モジュールへ投光して撮影した第２の画像における、前記第２のステップ、及び前記第３のステップにより前記第１の画像から除去された領域に対して、前記第１のステップと前記第２のステップと前記第３のステップとを行う第４のステップとを行い、
   前記第３のステップおよび前記第４のステップにより得られた画像より前記モジュールの欠陥部分を抽出することを特徴とする欠陥検査方法。
2. 前記第２のステップにおいて、前記第１の画像を撮像する際に前記モジュールに対して投光する光の露光量とは異なる露光量により撮像された画像から所定の大きさ以上の面積を有する領域を除去することを特徴とする請求項１に記載の欠陥検査方法。
3. 複数の光の波長成分で前記第３のステップおよび前記第４のステップにより得られた画像を画像処理することにより前記モジュールの欠陥部分を抽出することを特徴とする請求項１に記載の欠陥検査方法。
4. 前記第３のステップにおいて、前記第１のステップで抽出された領域が直線または曲線形状であることを判定するのには抽出された部分の縦横比により判定することを特徴とする請求項１に記載の欠陥検査方法。
5. 複数の部品により組み立てられたモジュールを撮像する撮像手段と、
   前記撮像手段で前記モジュールを撮像する際に該モジュールの撮像面に対して傾斜した光を投光する複数の投光手段と、
   前記モジュールが複数載置されたトレーを水平にＸ方向及びＹ方向へ移動させる移動手段と、
   前記撮像手段、前記投光手段、及び前記移動手段を制御する制御手段と、を備え、
   前記複数の投光手段のうちの一つで前記モジュールへ投光して撮像された第１の画像の所定以上の輝度を有する領域を前記制御手段で画像処理することにより抽出する第１のステップを行い、抽出された所定以上の輝度を有する領域において所定の大きさ以上の面積を有する領域を前記制御手段により前記第１の画像より除去する第２のステップを行い、所定の大きさ以上の面積を有する領域が除去された前記第１の画像から直線または曲線形状で抽出された領域を前記制御手段により前記第１の画像より除去する第３のステップを行い、前記モジュールを前記投光手段とは別の投光角度を有する別の投光手段により投光して撮像された第２の画像における前記第２のステップと前記第３のステップとにより前記第１の画像から除去された領域に対して、前記第１のステップ、前記第２のステップ、及び前記第３のステップを再び実施する第４のステップを行うことにより前記モジュールに発生している欠陥部分を抽出することを特徴とする欠陥検査装置。

Images