JP2010190896A - 対象物の表面を光学的に検査するための方法および装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 対象物の表面を光学的に検査するための方法および装置を提供する。
【解決手段】 対象物（２６）の表面（３２）を光学的に検査するために、第１の周期を有する第１の強度推移を形成する多数のより明るい領域およびより暗い領域を有する第１のパターンが提供される。対象物（２６）は、表面（３２）と共にパターンに対し位置決めされる。このことは、第１の強度推移が表面（３２）に入射するように行われる。次に、第１の強度推移は、規定の移動距離（１２６）だけ表面（３２）に対し移動される。この移動距離（１２６）に沿って、表面（３２）は、第１の強度推移に対し多くの異なる位置を占めることができる。さらに、第１の強度推移を有する表面（３２）をそれぞれ異なる位置で示す多数の画像が記録される。これらの画像を用いて、表面（３２）の性質が決定される。本発明の一形態によれば、第１のパターンは、規定された原点に対し回転対称を有する。
【選択図】 図１２

Description

本発明は、対象物の表面を光学的に検査する方法であって、
−第１の周期を有する第１の強度推移を形成する多数のより明るい領域およびより暗い領域を有する第１のパターンを用意するステップと、
−第１の強度推移が表面に入射するように、対象物を表面と共にパターンに対し位置決めするステップと、
−規定の移動距離だけ第１の強度推移を表面に対し移動させるステップであって、移動距離に沿った表面が第１の強度推移に対し多数の異なる位置を占めるステップと、
−第１の強度推移を有する表面を異なる位置で示す多数の画像を記録するステップと、
−画像に基づき表面の性質を決定するステップと、を含む方法に関する。

さらに、本発明は、対象物の表面を光学的に検査するための装置であって、第１の周期を有する第１の強度推移を形成する多数のより明るい領域およびより暗い領域を有する第１のパターンと、第１の強度推移が表面に入射するように、対象物を表面と共にパターンに対し位置決めするための収容部と、表面に対し第１の強度推移を規定の移動距離だけ移動させるための制御ユニットであって、移動距離に沿った表面が第１の強度推移に対し多くの異なる位置を占める制御ユニットと、第１の強度推移を有する表面を異なる位置で示す多数の画像を記録するための少なくとも１つの画像記録ユニットと、画像に基づき表面の性質を決定するための評価ユニットとを有する装置に関する。

このような方法およびこのような装置が、例えば国際公開第２００９／００７１３０Ａ１号パンフレットから公知である。

製品の工業的製造の場合、製品品質はますます重要な役割を果たしている。一方で、高い品質は、適切に設計された安定した製造工程によって達成することができる。他方で、製品の品質パラメータは、品質欠陥を早期に検出するために、可能な限り確実にかつ完全に制御されなければならない。多くの場合、表面の品質は、製品の性質にとって重要な役割を果たしている。この場合、例えば車両の塗装表面のような装飾的な表面を対象とし、あるいは例えば精密加工される金属製のピストンまたは軸受の表面のような技術的な表面を対象とすることができる。

このような表面を自動的に検査するために、すでに多数の提案および構想がある。冒頭に述べた国際公開第２００９／００７１３０Ａ１号パンフレットは、検査すべき表面に入射する組み合わせパターンを使用する方法および装置について記載している。組み合わせパターンは、共に表面に入射するそれぞれ平行の縦長の縞を有する少なくとも２つの異なる縞パターンから成り、この場合、各々の縞パターンは、１つの周期を有する強度推移を形成する。縞パターンの強度推移は、互いに横方向に配置される。検査すべき表面は、強度推移に対し移動され、相対移動された強度推移を有する表面の画像が記録される。画像を用いて、表面の性質を自動的に決定することができる。

公知の方法および公知の装置は、いわゆる偏向測定法を根拠としており、少なくとも部分的に反射性の表面におけるまさに迅速かつ再現可能性が優れた検査を約束している。通常、点検すべき表面は、この方法および他の公知の方法の場合、自由にアクセスできる対象物の外側に位置する。しかし、検査すべき対象物が、例えば円筒状の孔部のような内部にある空洞を有する場合が多い。このような空洞は小径を有することが多く、内部にある外被面は大きく湾曲している。公知の方法および装置では、このような外被面をあまり検査できない。湾曲がより大きいと、また空洞がより小さいと、表面の検査は、それだけより高価になりかつより困難になる。検査すべき表面は、この場合、外側から比較的容易にアクセスできるが、同様のことが大きく湾曲した対象物の外側にも当てはまる。

上記の背景の下で、本発明の課題は、比較的大きく湾曲した表面、特に孔部の内部にある外被面等をほぼ自動的に、迅速にかつ確実に検査するために、代わりの方法および装置を提供することである。好ましくは、この方法および装置は、汎用に使用可能であるべきであり、大きな表面や、大きく湾曲していない表面にも適するべきである。

上記課題は、本発明の形態に従って、冒頭に述べた種類の方法および装置によって解決され、この場合、第１のパターンは規定された原点に対し回転対称を有する。

新規の方法および新規の装置は、ほぼ点状の源を有するパターンを使用し、当該原点からパターンが複数の方向に半径方向に延びる。いくつかの好ましい形態では、点状の源（原点）はパターンの中心を形成し、この中心の周りにパターンが形成される。好ましい形態では、パターンは、原点を中心に３６０°にわたって延びる。他の形態では、パターンは、３６０°未満の角度量を有する扇形、例えば９０°または１８０°の角度量を有する扇形部分を覆うことができる。この場合にも、パターンは、原点から半径方向外側に延びる。

さらに、パターンは、原点に対し回転対称を有する。このことは、原点を中心とする３６０°未満の回転により、パターンがそれ自体に結像されることができることを意味する。このことは、特に、その回転角度が第１の周期に対応する回転に当てはまる。

回転対称によって、新しいパターンは、大きく湾曲した表面に対する投影に特に優れている。特に、実際にしばしば現れる半球状および円筒状の表面では、表面のより明るい領域およびより暗い領域の均一な分布を達成することができる。均一な分布によって、簡単かつ再現可能性が優れた方法で、表面の性質を決定することができる。驚くべきことに、公知の方法、例えば、冒頭に述べた国際公開第２００９／００７１３０Ａ１号パンフレットからの方法のアルゴリズムを、実際に変更することなく、新しいパターンに転用できることが示されている。そのため、湾曲した表面の検査が、非常に簡単にかつ僅かなコストで可能である。

したがって、上述の課題は完全に解決される。

好ましくは、パターンは、検査すべき表面全体に入射するように、湾曲した表面に配置される。このことは、特に円筒状の孔部の場合に可能である。この形態により、少数の測定ステップで表面全体を検出することが可能である。

本発明の好ましい一形態では、第２の周期を有する第２の強度推移を形成する多数のより明るい領域およびより暗い領域を有する第２のパターンが提供され、この場合、第１のパターンおよび第２のパターンは全体パターンに組み合わせられる。

この形態では、好ましくは互いに重畳する少なくとも２つの部分パターンから構成される組み合わせパターンが使用される。パターンが部分的に第１の部分パターンおよび第２の部分パターンから形成され、この結果、パターンが直接重畳せず、互いに並んで位置することも考えられる。部分パターンの各々は、固有の周期および推移方向を有する固有の強度推移を形成する。好ましくは、第１の部分パターンおよび第２の部分パターンの強度推移は互いに横方向に推移するが、この理由は、このことが直角方向の表面の迅速な検査を可能にするからである。有利に、組み合わせパターンの各々の点を通して、複数の様々な強度推移が異なる方向に延びる。強度推移の各々は、他の強度推移とは異なる個々の周期長を有することができ、このことは、表面の光沢度を非常に迅速に決定するために有利である。様々な部分パターンの重畳の場合、このことは、好ましくは加算的にまたは乗算的に行うことができ、これによって、個々の部分パターンのその後の再構成が著しく単純化される。

別の形態では、第１の強度推移および第２の強度推移は互いに垂直に位置する。

この形態により、それぞれ最適な強度推移により２次元の表面を検査することができる。さらに、表面に関して両方の強度推移の１つに対し、全体パターンを垂直に移動することによって、それぞれ１つの次元の独立した検査が可能になる。

本発明の別の形態では、強度推移は、原点から半径方向外側に推移する。

この形態では、パターンは、原点に始まる経路で交互になる明るい領域および暗い領域を有する。この形態により、パターンを非常に簡単に極座標に描くことができ、したがって、非常に迅速にかつ僅かな費用で生成することができる。

別の形態では、強度推移は原点を中心に推移する。

この形態では、強度推移は原点を横断しない。好ましくは、強度推移は、原点を中心とする楕円の、特に円形の経路に延びる。同様に、多角形のまたは原点を中心に配置される他の好ましくは閉じた曲線状の経路が考えられる。同様に、この形態により、極座標のパターンの描写が可能になり、したがって、パターンの簡単かつ迅速な生成が可能になる。例えば半球または円筒のような円形の下部構造を有する表面では、原点は好ましくは表面の対称点と重なり、このことは、表面の非常に迅速な完全な検査を可能にする。

別の形態では、パターンは、原点から半径方向外側に推移する明るい放射線および暗い放射線を有する。

この形態では、パターンは、太陽光線と比較可能であり、すなわち、パターンは太陽光線のように原点から半径方向外側に延び、この場合、太陽は原点に対応する。この形態により、均一に取り囲む強度推移の非常に簡単な実現が可能になる。規則的な構造は、僅かな先験的知識により表面の全面にわたる検査を可能にする。

本発明の別の形態では、パターンは、原点を囲む明るいリングおよび暗いリングを有する。リングは、原点をほぼ同心に囲むことが好ましい。

この形態により、半径方向に推移する強度推移を有するパターンの非常に簡単かつ迅速な実現が可能になる。

半径方向に推移する放射線と同心に推移するリングとの組み合わせを使用することが好ましい。これらの部分パターンを全体パターンに組み合わせることにより、例えば極座標を有する座標系に存在するような格子構造が得られる。この構造は、クモの巣状構造と比較可能である。この組み合わせは、検査された表面を非常に簡単かつ迅速に２次元で検査できる利点を提供する。

別の好ましい形態では、パターンは、原点から半径方向外側に推移する渦巻状に湾曲した縞を有する。

特に好ましいのは、渦巻状に湾曲した第１の縞を有する第１の部分パターンと、渦巻状に湾曲した第２の縞を有する第２の部分パターンとを有する全体パターンである。渦巻状に湾曲した第１の縞および第２の縞は、逆方向の湾曲を有することが好ましい。いくつかの変形例では、渦巻状に湾曲した第１の縞および第２の縞は、異なる勾配を有することができる。

このようなパターンは、パターンと検査すべき表面との間の相対運動を生成するために、機械的な回転に転換されるディスクに非常に簡単かつ廉価に使用することができる。渦巻状の縞は、回転の際に、２次元の相対運動生成し、このことは、包括的な表面検査にとって有利である。

別の好ましい形態では、強度推移は、より明るい領域とより暗い領域との間にほぼ連続的な移行部を有する。

この形態では、強度推移は、少なくともほぼ連続的な明・暗移行部を有する期間を有する。このようにして、その局所的な強度および強度変化を用いて、隣接する点に対して強度推移の各々の点を一義的に識別することができる。このことにより、評価が容易になるが、この理由は、周期内の強度推移の各々の点が一義的な位相位置を有するからである。連続的な移行部として、正弦曲線が使用されることが好ましい。さらに、例えば鋸歯または三角曲線のようなほぼ連続的な他の推移も考えられる。

一般に、ここでは、連続的な移行部としては、それらの技術的置き換えのみに基づき別個の段階を有するが、連続的な曲線、例えば正弦曲線を実質的に示す移行部も理解される。例えば、これには、強度推移の方向に異なる明るさを有する光ダイオードの配置が含まれ、この異なる明るさにより、その間隔に応じて連続的な強度推移が互いに点毎に形成される。

本発明の別の形態では、パターンは多数の明るい点および暗い点から形成され、この場合、様々な点密度により強度推移が形成される。

この形態では、パターンの所定箇所における所望の強度は、強度点を中心とする所定の領域の明るい点および暗い点がいかなる比率にあるかによって規定される。このことは、領域内にある点がより暗く（または明るく）なると、当該箇所における強度はそれだけより暗く（より明るく）なることを意味する。このことは、この箇所における点自体がいかなる強度を有するかということとは無関係に当てはまる。この形態は、特にバイナリ（２色、例えば白黒）表示の場合に、非常に簡単に実現可能である。このことは、例えば白黒画像によってまたは照射された発光ダイオードおよび照射されない発光ダイオードの配置によって達成される。

別の形態では、パターンは原点を含む。

この形態では、パターンは、原点のみによって規定されるのみならず、パターンは原点も含む。これにより、非常に簡単に、精細なパターン構造を有する回転対称のパターンが生成される。さらに、パターンを整列するために原点を非常に有利に使用することができる。

他の形態では、原点を有する領域にはパターンがない。

この形態では、原点はパターンの部分ではない。それにもかかわらず、原点は回転対称の回転点を規定する。この形態は、例えば画像を記録するためのカメラをパターン自身の中心に配置するために有利である。さらに、この形態により、表示および／または評価のために精細でなければならないパターン構造が、検査すべき表面に障害となる反射を発生することを回避することができる。

本発明の別の形態では、強度推移は複数の周波数を有する。

この形態の変形例では、周波数は、強度推移の方向に変化することができる。この形態では、すなわち周期の周期長は、強度推移の方向に変化し、したがって、その逆数、すなわち周波数も変化する。周波数は、強度推移の方向に例えば大きくなることができ、これによって周期長が小さくなり、あるいは周波数は小さくなることができ、これによって周期長が拡大する。例えば、原点から増大する間隔と共に周波数が下がる半径方向の強度推移の場合、原点に対し同心に配置された複数の円を有するパターンが得られるであろう。これらの円は、互いに僅かな間隔を空けて原点の近傍に配置され、相応して狭いリングを形成するであろう。原点からの距離が増大するにつれ、リングの幅ならびにリングの間の間隔が拡大する。それに応じて、周期長が大きくなり、周波数は、原点からの間隔が増大するにつれ小さくなる。他の変形例では、複数の周波数は、フーリエ合成の方法に従って強度推移を形成することができる。この形態は、全体として、様々な周期長／周波数（または具体的には、縞幅）がパターンに含まれ、このため、様々な周期長を有する表面を非常に迅速に検査することができるという利点を有する。このことは、表面の光沢度を決定するために有利に利用することができる。さらに、表面の所定の曲率半径のために最適な縞幅を利用できるために、様々な周期長を非常に有利に使用することができる。

本発明の別の形態では、周期は、強度推移の方向に対し横方向に変化する周波数を有する。

このことは、例えば、円形の強度推移を有する太陽光のようなパターンの場合に当てはまるが、この理由は、半径が増大するにつれて円軌道の円弧長さが大きくなるからである。この形態により、管の内側外被面全体にわたって均一なパターンを獲得するために、円筒状の管の透視的な先細りを補正できる。したがって、この形態は、深い管状中空体の検査を単純化するために貢献する。

別の形態では、強度推移を表面に対し移動させるために、パターンが原点を中心に回転される。

この形態により、表面に対するパターンの非常に簡単かつ迅速な空間移動が可能になり、この空間移動は、例えば冒頭に述べた国際公開第２００９／００７１３０Ａ１号パンフレットに詳細に記載されているように、特に偏向測定の評価に適している。

上述の特徴および以下にさらに説明する特徴が、本発明の範囲から逸脱することなく、それぞれ提示した組み合わせのみならず、他の組み合わせにおいてもまたは単独で利用可能であることが理解される。

本発明の実施例を図面に示し、以下に詳細に説明する。

中空体の内部に位置する外被面を検査するために形成される新規な装置の実施例の単純化した図面である。 原点を中心に推移する強度推移を有するパターンの図面である。 多くの明るい点および暗い点からなるバイナリ表示の図２のパターンの図面である。 原点に対して半径方向に推移する強度推移を有する別のパターンの図面である。 明るい点および暗い点からなるバイナリ表示の図４のパターンの図面である。 渦巻状の縞と原点に渦巻状に推移する強度推移とを有する別のパターンの図面である。 明るい点および暗い点からなるバイナリ表示の図６のパターンの図面である。 図２のパターンと図４の別のパターンとからなる組み合わせパターンの図面である。 明るい点および暗い点からなるバイナリ表示の図８の組み合わせパターンの図面である。 第１の渦巻状の縞および第２の渦巻状の縞からなる別の組み合わせパターンの図面である。 バイナリ表示の図１０の別の組み合わせパターンの図面である。 光学的な推移を有する単純化した図面の図１の装置の図面である。 図４のパターンの第１の位置における円筒状の内側外被を有する対象物の平面図である。 図４のパターンの第２の位置を有する図１３の対象物の図面である。 図４のパターンの第３の位置における図１３の対象物の図面である。 本方法の実施例を説明するためのフローチャートである。

図１に、新規な装置の実施例の全体が参照番号１０で示されている。

装置１０は、制御ユニット１４と結合される収容部１２を有する。制御ユニット１４により、収容部１２を矢印１６または１８の方向に移動させることが可能である。収容部１２は、保持アーム２２が配置される第１の収容台２０を有する。保持アームは、第２の収容台２４を保持する。収容台２０に、孔部２８の形態の円筒状開口を有する対象物２６が配置される。孔部２８は縦軸３０を備える。縦軸３０を中心に円周方向に、孔部２８は内側外被３２を有する。この内側外被３２は検査すべき表面である。第２の収容台２４の上に、光学系３６を有する画像記録ユニット３４が配置される。光学系３６は縦軸３０に位置し、この結果、画像記録ユニット３４により孔部２８を通して見ること、および全体の内側外被３２を検出することが可能になる。画像記録ユニット３４には、画像記録ユニット３４によって作成された画像を記憶しかつ評価する評価ユニット３８が接続される。この場合、評価ユニット３８の課題は、記録された画像を用いて内側外被３２の性質を決定することである。これらの性質は、例えば溝、引け巣、細孔または汚れのような欠陥または欠点であり得る。偏向測定法の原理に従って、内側外被３２を介して画像記録ユニット３４によりパターン発生器３９が観察されることによって、判定が有利に行われる。パターン発生器３９は、収容部１２に対し固定配置される。パターン発生器は、内側外被３２の性質を迅速、簡単かつ少ない作業ステップで検出するために適切なパターンを発生する。パターン発生器３９は、このパターン自身を可変に生成するかまたは固定的に有することができる。例えば、部分的に照射するか、あるいは照射しないことによってパターンを生成する光ダイオードの配置が考えられる。代わりに、パターン発生器３９は、例えば印刷される固定的に配置されたパターンを有することができる。

図２は、パターン発生器３９と共に使用するために適切な第１のパターン４０を示している。パターン４０は、交互に角度オフセットして互いに配置されたより明るい放射線４２とより暗い放射線４４とからなる。より明るい放射線４２からより暗い放射線４４への移行部４６は、正弦曲線の形態で連続的に行われる。正弦曲線は、図２に平面図で示されている。放射線４２と４４の配置に基づき、円周方向に交互に順次配置されるより明るい領域４８およびより暗い領域５０が得られる。放射線４２と４４は、パターン４０の内部の中心に配置される原点５２で出会う。パターン４０の強度推移５４は、放射線４２、４４に対し垂直に得られる。したがって、パターン４０は、原点５２に対し同心に位置する円形の強度推移を形成する。強度推移５４は、例示的に円によって示されている。強度推移５４に沿って、周期５６を有する正弦曲線が得られる。周期は、例えば、最も明るい点から次の最も明るい点への、または最も暗い点から強度推移５４の方向に続く最も暗い点への強度推移５４の部分に対応する。周期５６は、ここでは周期長によって明らかにされる周波数５８を有する。周波数５８は、強度推移５４の方向に不変であり、これに対し、周期は、原点５２に対し半径方向に変化する。この変化は、原点５２の近傍に高い周波数５８が存在し、これに対し、原点５２の半径方向距離に、より低い周波数５８が存在するように行われる。

図３は、パターン４０’としてのバイナリの白黒の変形例におけるパターン４０を示している。このことは、パターンの各々の点が１つだけ黒色であるか、または白色であるという状態を取ることができることを意味する。所望の連続的な推移は、点密度６０によって近似される。点密度６０は、それぞれ複数の点６２からなる。パターン４０’を全体として観察すると、各々の箇所は、黒色または白色の値のみならず、中間値を有する。この中間値は、箇所の周りに配置された黒色の点および白色の点６２の間の比率から得られる。

図２と図３を参照して簡単に理解できるように、パターン４０、４０’は、原点５２、５２’に対し回転対称を有する。パターン４０、４０’を原点５２、５２’を中心に周期長５８だけ回転した場合、同一のパターン４０、４０’が再び得られる。言い換えれば、パターン４０、４０’は、原点５２、５２’を中心に回転することによってそれ自体の上に結像される。

図４は、より明るい縞状のリング６６とより暗い縞状のリング６８とからなる第２のパターン６４を示しており、これらのリングは、原点５２を中心に同心に配置されかつ原点５２から半径方向に観察して交互になる。リング６６と６８との間に、半径方向の連続的な移行部７０が得られる。このようにして、より明るいリング６６およびより暗いリング６８は、より明るい領域７２とより暗い領域７４とを形成する。第２のパターン６４の強度推移７６は、原点５２を出発点として半径方向に延びる。この強度推移７６に沿って、強度に関する正弦曲線が生じる。この正弦曲線、したがって強度推移７６は、ここでは、例示的に、最も明るい箇所から次のリング６６の最も明るい箇所に延びる周期７８を有する。周期７８は、再び周期長によって明らかにされる周波数８０を有する。周波数８０は、強度推移７６の半径方向にならびに広範囲の方向に不変である。

図５は、パターン６４’の形態の図４のパターン６４のバイナリの白黒の変形例を示している。パターン６４’は、個々の黒色の点または白色の点６２からなる点密度６０によって当該パターンの強度推移７６’を生成する。パターン６４’の各々の箇所における強度に関する性質は、図３のパターン４０’と同様に得られる。

パターン６４、６４’も、原点５２、５２’に対し既述の回転対称を有する。この場合、原点５２、５２’を中心とする各々の任意の回転により、パターン６４、６４’の同一の結像がそれ自体に得られる。

図６は、より明るい放射線８４とより暗い放射線８６とを有する第３のパターン８２を示している。放射線８４と８６は、原点５２を中心に互いに角度オフセットして配置され、この場合、放射線８４と８６は、それぞれ１つの均一に湾曲した渦巻状の曲線を有する。より明るい放射線８４とより暗い放射線８６との間の移行部は、連続的である。このようにして、より明るい放射線８４およびより暗い放射線８６は、より明るい領域９０とより暗い領域９２とを形成する。パターン８２は、原点５２から時計回り方向に渦巻状に推移する強度推移９４を有する。この強度推移９４に沿って、放射線８４と８６との間の移行部８８は正弦波状であり、周期９６を有する。周期９６は、周期長を用いて示される周波数９８を有する。

図７は、パターン８２’としてのパターン８２のバイナリの白黒の変形例を示している。図３のパターン４０’および図５のパターン６４’のように、このパターン８２’は、点６２を有する点密度６０からなる。パターン８２’の白黒の実施形態に基づく当該パターンの性質は、図３のパターン４０’の性質と同様に得られる。

パターン８２、８２’も、図６と図７の説明を参照して簡単に理解できるように、原点５２、５２’に対し既述の回転対称を有する。

図８は、図２のパターン４０と図４のパターン６４との組み合わせである第４のパターン１００を示している。ここで、パターン４０は第１の部分パターンを形成し、パターン６４は第２の部分パターンを形成する。両方の部分パターン４０と６４は互いに重畳され、この場合、両方の部分パターン４０と６４は、原点５２に対し同心に位置する。したがって、パターン１００が、前後に垂直に位置する２つの強度推移５４と７６を有することが達成される。重畳は、原則として、個々の部分パターン４０と６４の加算または乗算によって互いに行うことができる。ここでは、部分パターンは加算的に重畳される。この重畳に基づき、個々の部分パターン４０と６４に対し異なる配置のより明るい領域１０２およびより暗い領域１０４が生じる。領域１０２と１０４はここでは斑点状に出現する。

図９は、パターン１００’として図８のパターン１００のバイナリの白黒の変形例を示している。パターン１００’は、パターン４０’と６４’と同様に、個々の点６２から構成される点密度６０からなる。白黒の変形例の性質は、図３のパターン４０’の性質と同様に得られる。

図１０は、第１の渦巻状に湾曲した縞および第２の渦巻状に湾曲した縞を有する別の組み合わせパターン１０６を示している。時計回り方向と反対に曲がった明るい渦巻状の縞１１０、および時計回り方向に曲がった暗い渦巻状の縞１０８が認識され、この場合、重畳によって、さらに市松模様状の全体パターンが生じる。さらに、ここでは、縞の曲率半径もしくはその勾配は異なる。明るい渦巻縞は、暗い渦巻縞よりも大きな曲率を有する。

図１１は、パターン１０６’として図１０のパターン１０６のバイナリの白黒の変形例を示している。パターン１０６’は、点６２を有する点密度６０からなる。

図８〜図１１に示した組み合わせパターンは、全体として原点５２、５２’に対し回転対称である。さらに、組み合わせパターンの各々の部分パターンは、それ自体で見て同様に回転対称である。

図１２は、図１の装置を単純化して示している。第１の光学的経路１１２が、パターン発生器３９を出発点として孔部２８の縁部１１４に推移する。この縁部１１４で、第１の光学的経路１１２が反射して、光学系３６に案内される。第２の光学的経路１１６が、パターン発生器３９を出発点として光学系３６に同様に推移する。第１の光学的経路１１２と反対に、第２の光学的経路１１６は縦軸３０の近くで始まる。第２の光学的経路１１６は、縁部１１８で反射され、同様に光学系３６内に案内される。両方の光学的経路１１２と１１６は、内側外被３２に沿って反射領域１２０を囲む。したがって、両方の光路は反射領域の境界を形成し、このことは、画像記録ユニット３４を出発点として反射領域１２０を介してパターン発生器３９で観察することができる。反射領域１２０を介して画像記録ユニット３４によって観察可能なパターン発生器３９の部分は、パターン領域１２２を特徴とする。パターン発生器３９は、図２〜図１１に示したパターンの１つを有することが好ましい。この場合、対応するパターンの原点５２は、縦軸３０に配置される。さらに、パターンは対象物２６を指し、この結果、図１２は対応するパターンの側面を示している。縦軸３０を中心とするパターンのない領域１２４では、パターンは、ここでは円形にあけたままにされる。パターン発生器３９は位置Ｐ_０に示されている。パターン発生器３９を移動距離１２６だけ移動させることによって、パターン発生器３９は位置Ｐ_１に達する。パターン発生器３９’を移動距離１２６’だけさらに移動させることによって、パターン発生器３９”は位置Ｐ_２に移動される。異なる位置Ｐ_０、Ｐ_１とＰ_２に基づき、一定の光学的経路１１２と１１６によって様々なパターン領域１２２、１２２’と１２２”が得られる。理解できるように、一方で、移動距離１２６と１２６’にわたるパターン領域１２２の延長、ならびにパターン発生器３９の上のパターン領域１２２の位置が変化する。ここで、このことは、移動距離１２６の拡大が、縦軸３０からのパターン領域１２２のさらなる離間をもたらすように行われる。この特性に基づき、第２の光学的経路１１６と縦軸３０との交点に変曲点１２８が得られる。パターン発生器３９が対応するパターンと共に対象物２６に向かって移動され、この場合、パターン発生器３９が変曲点１２８を横断すると、パターン領域１２２が縦軸３０を交差する。

代わりにまたは補完的に、縦軸３０を中心とする回転運動によっても、パターンを表面３２に対し移動させることができる。さらに、本発明の他の実施例では、ＬＥＤ、ＯＬＥＤ、ＬＣＤまたは他の表示技術を用いてパターンを生成し、次に表面に向かってある程度「電子的に」パターンを移動させることができる。

図１３は、正面図の図１２の対象物２６を示している。この正面図は、画像記録ユニット３４を有する外観を示している。孔部２８の全体の内側外被３２は、リングとして認識可能である。リングの内部に、対象物２６の後方に存在するパターン６４の強度推移７６が形成される（この場合、図４）。パターン６４は、パターン発生器３９と共に位置Ｐ_０にある。このことから、孔部２８の内部の２つのより暗い縞６８を検出できることが達成される。分かりやすさの理由から、孔部の導通開口部のパターン６４は図１３に図示されていない。

図１４は、図１３からパターン６４を位置Ｐ_１の上に移動させることによって得られる。パターン６４のパターン領域１２２を変更することによって、内側外被３２の内部に、今や１つのみの個々のより暗い縞６８を認識できることが達成される。

図１５は、図１４からパターン発生器３９’を位置Ｐ_２の上に移動させることによって得られる。孔部２８の後部領域に、より暗い縞６８が新たに結像されることを認識できる。同時に、図１４のより暗い縞６８がさらに前方に動かされる。

図１３〜図１５に示した内側外被３２の結像は、単純化して、ここでは例示的にのみ示されている。実用的な用途では、例えば、多数の暗い縞６８を内側外被３２の内部に結像することができる。

縦軸３０に沿ったパターン６４の移動により、内側外被３２における強度推移の対応する反射を移動させることが可能になる。パターンに存在する強度推移は、外被面３２に対し移動される。各々の移動位置について、パターンまたは強度推移を有する内側外被の画像が記録される。好ましくは、内側外被の各々の表面点は、少なくとも４回記録され、この場合、各々の画像の強度推移は他の相対位置を有する。４つの画像は、冒頭に述べた国際公開第２００９／００７１３０Ａ１号パンフレットに詳細に記載されているように、いわゆる４−Ｂｕｃｋｅｔ法に従って評価され、当該文献は、ここでその限りにおいて全面的に関連付けられ、それに応じて本明細書の部分として見なされる。

縦軸３０に対し平行のパターン発生器３９の移動は、リングパターンが図４または図５に従って使用される場合、有利である。これに対し、図２または図３に対応する放射パターンでは、あるいは図６または図７に対応する渦巻パターンでは、表面とパターンとの相対的移動を達成するために、縦軸を中心とするパターンの回転が有利である。図８〜図１１に対応する組み合わせパターンでは、いくつかの実施例ではつる巻線に沿った送り運動をもたらす回転と移動との組み合わせ運動が有利に使用される。

図１６は、フローチャートを用いて対応する方法の実施例を示している。ステップ１３０に従って、検査すべき表面の初期位置Ｘが最初に決定される。

ステップ１３２に従って、計算変数ｉ＝０が設定される。ステップ１３４で、計算変数がｉ増分される。ステップ１３６で、検査すべき表面の画像が画像記録ユニット３４で記録される。次に、ステップ１３８に従って、パターン発生器３９が移動距離１２６だけ移動される。

ステップ１４０に従って、移動距離１２６を完全に通過したかどうかが点検される。そうでない場合、本方法は、ループ１４２に従ってステップ１３４に分かれて戻る。そこで計算変数ｉが増分され、ステップ９０で別の画像が記録される。この場合、ｍは画像シーケンス用の画像の数である。

必要な数の画像が記録されると、内側外被３２の表面点のために画像データを十分に利用できる。ステップ１４４に従って、最初に、様々な縞または放射線によって形成される強度推移が分離される。このことは、好ましい実施例では、画像データのデジタルフィルタを含む。このことは、様々な部分パターンのために異なる周波数が使用される場合、特に有効である。異なる周波数を使用する場合、それぞれ求める周波数を特に含む比較信号との相関関係によって、部分パターンを分離することができる。

別の実施例では、様々な部分パターンをスペクトル的に異なって形成することができ、それに応じて分光フィルタを用いて分離することができる。

ステップ１４６に従って、観察された表面点の局所的な表面傾斜が決定される。このことは、選択した１つの強度推移を用いて、または別個に評価される複数の強度推移を用いて行うことができる。

ステップ１４８に従って、次に、局所的な表面傾斜を用いて表面欠陥、例えば引っかき傷、へこみ、引け巣等が決定される。

ステップ１５０に従って、ステップ１４８で決定された表面欠陥および／または検査された表面の品質を表す出力信号が生成される。

１０ 装置
１２ 収容部
１４ 制御ユニット
１６、１８ 矢印
２０ 第１の収容台
２２ 保持アーム
２４ 第２の収容台
２６ 対象物
２８ 孔部
３０ 縦軸
３２ 内側外被
３４ 画像記録ユニット
３６ 光学系
３８ 評価ユニット
３９、３９’、３９” パターン発生器
４０、４０’ パターン
４２ より明るい放射線
４４ より暗い放射線
４６ 移行部
４８ より明るい領域
５０ より暗い領域
５２、５２’ 原点
５４ 強度推移
５６ 周期
５８ 周波数、周期長
６０ 点密度
６２ 黒色の点および白色の点
６４、６４’ パターン
６６ より明るい縞状のリング
６８ より暗い縞状のリング
７０ 移行部
７２ より明るい領域
７４ より暗い領域
７６、７６’ 強度推移
７８ 周期
８０ 周波数
８２、８２’ パターン
８４ より明るい放射線
８６ より暗い放射線
８８ 移行部
９０ より明るい領域
９２ より暗い領域
９４ 強度推移
９６ 周期
９８ 周波数
１００、１００’ パターン
１０２ より明るい領域
１０４ より暗い領域
１０６、１０６’ パターン
１０８ 縞
１１０ 縞
１１２ 第１の光学的経路
１１４ 縁部
１１６ 第２の光学的経路
１１８ 縁部
１２０ 反射領域
１２２、１２２’、１２２” パターン領域
１２４ パターンのない領域
１２６、１２６’ 移動距離
１２８ 変曲点
ｉ 計算変数
ｍ 画像の数
Ｐ_０ 位置
Ｐ_１ 位置
Ｐ_２ 位置
Ｘ 検査すべき表面の初期位置

Claims (17)

1. 対象物（２６）の表面（３２）を光学的に検査するための方法であって、
   第１の周期（５６、７８、９６）を有する第１の強度推移（５４、７６、９４）を形成する多数のより明るい領域およびより暗い領域（４８、７２、９０；５０、７４、９２）を有する第１のパターン（４０、６４、８２）を用意するステップと、
   第１の強度推移（５４、７６、９４）が表面（３２）に入射するように、対象物（２６）を表面（３２）と共にパターン（４０、６４、８２）に対し位置決めするステップと、
   規定の移動距離（１２６）だけ第１の強度推移（５４、７６、９４）を表面（３２）に対し移動させるステップであって、移動距離（１２６）に沿った表面（３２）が第１の強度推移（５４、７６、９４）に対し多数の異なる位置を占めるステップと、
   第１の強度推移（５４、７６、９４）を有する表面（３２）を異なる位置で示す多数の画像を記録するステップと、
   画像に基づき表面（３２）の性質を決定するステップと、を含む方法において、
   第１のパターン（４０、６４、８２）が、規定された原点（５２）に対し回転対称を有することを特徴とする方法。
2. 第２の周期（５６、７８、９６）を有する第２の強度推移（５４、７６、９４）を形成する多数のより明るい領域およびより暗い領域（４８、７２、９０；５０、７４、９２）を有する第２のパターン（４０、６４、８２）が提供され、第１のパターンおよび第２のパターンが全体パターン（１００、１０６）に組み合わせられることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
3. 第１の強度推移および第２の強度推移（５４；７６、９４）が互いに垂直に位置することを特徴とする、請求項２に記載の方法。
4. 強度推移（７６）が原点（５２）から半径方向外側に推移することを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一項に記載の方法。
5. 強度推移（５４、９４）が原点（５２）を中心に推移することを特徴とする、請求項１〜４のいずれか一項に記載の方法。
6. パターン（４０）が、原点（５２）から半径方向外側に推移する明るい放射線および暗い放射線（４２；４４）を有することを特徴とする、請求項１〜５のいずれか一項に記載の方法。
7. パターン（６４）が、原点（５２）を囲む明るいリングおよび暗いリング（６６；６８）を有することを特徴とする、請求項１〜６のいずれか一項に記載の方法。
8. パターンが、原点（５２）から半径方向外側に推移する渦巻状に湾曲した縞を有することを特徴とする、請求項１〜７のいずれか一項に記載の方法。
9. 強度推移（５４、７６、９４）が、より明るい領域およびより暗い領域（４８、７２、９０、１０２、１０８；５０、７４、９２、１０４、１１０）の間にほぼ連続的な移行部（４６、７０、８８）を有することを特徴とする、請求項１〜８のいずれか一項に記載の方法。
10. パターン（４０’、６４’、８２’、１００’、１０６’）が、多数の明るい点および暗い点（６２）から形成され、様々な点密度（６０）が強度推移（５４’、７６’、９４’）を形成することを特徴とする、請求項１〜９のいずれか一項に記載の方法。
11. パターン（４０、６４、８２、１００、１０６）が原点（５２）を含むことを特徴とする、請求項１〜１０のいずれか一項に記載の方法。
12. 原点（５２）を有する領域（１２４）にパターンがないことを特徴とする、請求項１〜１１のいずれか一項に記載の方法。
13. 強度推移が複数の周波数を有することを特徴とする、請求項１〜１２のいずれか一項に記載の方法。
14. 周期（５６、９６）が、強度推移（５４、９４）の方向に対し横方向に変化する周波数（５８、９８）を有することを特徴とする、請求項１〜１３のいずれか一項に記載の方法。
15. 原点（５２）を中心にパターン（４０、８２、１００、１０６）を回転して、強度推移（５４、９４）を表面（３２）に対し移動させることを特徴とする、請求項１〜１４のいずれか一項に記載の方法。
16. 対象物（２６）の表面（３２）を光学的に検査するための装置であって、
    第１の周期（５６、７８、９６）を有する第１の強度推移（５４、７６、９４）を形成する多数のより明るい領域およびより暗い領域（４８、７２、９０、１０２、１０８；５０、７４、９２、１０４、１１０）を有する第１のパターン（４０、６４、８２、１００、１０６）と、
    第１の強度推移（５４、７６、９４）が表面（３２）に入射するように、対象物（２６）を表面（３２）と共にパターン（４０、６４、８２、１００、１０６）に対し位置決めするための収容部（１２）と、
    表面（３２）に対し第１の強度推移（５４、７６、９４）を規定の移動距離（１２６）だけ移動させるための制御ユニット（１４）であって、移動距離（１２６）に沿った表面（３２）が第１の強度推移（５４、７６、９４）に対し多くの異なる位置を占める制御ユニットと、
    第１の強度推移（５４、７６、９４）を有する表面（３２）を異なる位置で示す多数の画像を記録するための少なくとも１つの画像記録ユニット（３４）と、
    画像に基づき表面（３２）の性質を決定するための評価ユニット（３８）と、を有する装置において、
    第１のパターン（４０、６４、８２、１００、１０６）が、規定された原点（５２）に対し回転対称を有することを特徴とする装置。
17. データ媒体に記憶され、かつプログラムコードがコンピュータで実施される場合に請求項１〜１４のいずれか一項に記載の方法を実施するために形成されるプログラムコードを有するコンピュータプログラム。

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