JP2011095148A - 欠陥検査装置 - Google Patents

Abstract

【課題】キズの検出能力を低下させることなく、黒点や凹みなどの欠陥を同時に検出することができる欠陥検出装置を提供する。
【解決手段】スポット光源を直線状に配列し、走行するシート状の被検査物に対して互いに異なる光出射角度を有する２列の第１のライン状照明装置と、被検査物に対して第１のライン状照明装置よりも離れた位置に設置し、２列の中心部に設置した第２のライン状照明装置と、第１及び第２のライン状照明装置により照明された被検査物の画像データを得る撮像装置と、画像データを画像処理することにより、被検査物の欠陥部を検出する画像処理装置とを備えた。
【選択図】図１

Description

本発明は、シート状物に発生する微小なキズを発見しやすくするとともに、異物、凹凸など通常の欠陥の検出能力を低下させない欠陥検出装置に関する。

従来から、シート状物に発生する微小なキズを検出するために、撮像装置を使用した欠陥検査装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。これは、キズ等の欠陥を精度良く検出することができる欠陥検査装置を提供するため、スポット光源を直線状に配列したライン状光源から出射される光の光軸がシート状の被検査物に対して傾斜する方向から照射する照明装置と、被検査物を経た光を検出する撮像装置と、撮像装置が撮像した結果に基づいて、前記被検査物の欠陥を検出する撮像画像処理装置とを有し、被検査物の走行方向に対し、照射装置のスポット光源の配列方向が傾斜しているものである。

特開２００８−２１６１４８号公報

しかしながら、特許文献１に記載の欠陥検査装置にあっては、キズの検出能力が高いが、黒点や凹みなどの欠陥を検出する能力が低く、キズを検出する専用機となっている。このため、同一の欠陥検出装置により黒点や凹みを検出しようとすると、撮像装置と照明装置とからなる光学系を追加して、２系統の光学系を用いて欠陥検出を行うことが必要となるため、欠陥検査装置の規模が大きくなり、欠陥検査装置の製造コストも増大するという問題ある。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、キズの検出能力を低下させることなく、黒点や凹みなどの欠陥を同時に検出することができる欠陥検出装置を提供することを目的とする。

本発明は、スポット光源を直線状に配列し、走行するシート状の被検査物に対して互いに異なる光出射角度を有する２列の第１のライン状照明装置と、前記被検査物に対して前記第１のライン状照明装置よりも離れた位置に設置し、前記２列の中心部に設置した第２のライン状照明装置と、前記第１及び第２のライン状照明装置により照明された前記被検査物の画像データを得る撮像装置と、前記画像データを画像処理することにより、前記被検査物の欠陥部を検出する画像処理装置とを備えたことを特徴とする。

本発明によれば、シート状物に発生する微小なキズを発見しやすくするとともに、異物、凹凸など通常の欠陥の検出能力を低下させないことが可能となり、１つの光学系で各種の欠陥検出を行うことができるという効果が得られる。

本発明の第１の実施形態による欠陥検査装置の構成を示す図である。 図１に示す照明装置３の構成を示す図である。 本発明において、照明の位置を換えて、効果を得ることが出来なかった実施形態による欠陥検査装置の構成を表す図である（比較例）。 図３に示す照明装置９の構成を示す図である。 各種欠陥の検出例を示す説明図である。 各種欠陥の検出例を示す説明図である。 各種欠陥の検出例を示す説明図である。 各種欠陥の検出例を示す説明図である。

以下、図面を参照して、本発明の第１の実施形態による欠陥検出装置を説明する。図１は第１の実施形態の構成を示すブロック図である。この図において、符号１は、光透過性フィルム等の被検査物であり、例えば、フィルム状の薄膜シートである。被検査物１は、長手方向（図１において左から右）に走行し、走行中において欠陥検出が行われる。符号２は、被検査物１の光の透過量変化が発生する欠陥を検出するために被検査物１を照明する照明装置である。照明装置２は、ライン状の照明装置であり、被検査物１の幅方向（図１の奥行き方向）に延びている。照明装置２は、検査対象、検出すべき欠陥の内容により、蛍光灯、石英ロッド照明、光ファイバ照明、ＬＥＤ照明などを使用する。符号３は、照明装置２と被検査物１の間に設置され、散乱透過量変化が発生するキズを検出するために被検査物１を照明する照明装置であり、光ファイバ照明装置（スポット光源を直線状に配列した照明装置）で構成される。照明装置３は、照明光の出射端が、走行する被検査物１に対して互いに異なる角度の入射角度になっている。

符号４は、図１の奥行き方向に延びるラインＣＣＤカメラであり、照明装置２、照明装置３からの照明光が、被検査物１において散乱あるいは透過した光を受光し、光電変換して電気信号を出力する。ラインＣＣＤカメラ４は、例えば２０４８画素が１列に並んだラインＣＣＤカメラで構成され、光軸が被検査物の面と垂直になるように配置されている。符号５は、ラインＣＣＤカメラ４から出力する電気信号を信号処理して被検査物１の欠陥部分を検出することにより欠陥検査を行う検査装置である。検査装置５内には、ラインＣＣＤカメラ４の出力信号をリアルタイム処理より得られる2次元画像に対して２次元画像フィルタ処理などの画像処理を行う画像処理装置を備えている。

ここで、図２を参照して、図１に示す照明装置３の構成を説明する。図２（ａ）は照明光の出射端側から見た図、図２（ｂ）は側面から見た図である。照明装置３は、光ファイバ照明装置で構成され、光ファイバの照明光出射端３−１、３−２をずらした状態で２列に配列されている。２つの照明光出射端３−１、３−２から発する照明光の出射角度は互いに異なる方向であり、出射端３−１から発する光の光軸は、ラインＣＣＤカメラ４と照明装置２を結ぶ線に対して角度θだけ傾いている（太い矢印）。また、出射端３−２から発する光の光軸は、ラインＣＣＤカメラ４と照明装置２を結ぶ線に対して角度−θだけ傾いている（細い矢印）。

照明光出射端３−１、３−２と被検査物１との距離Ｌは、検出すべき欠陥の内容により適正な値に設定する。照明装置３の有効幅Ｗの位置は、距離によりずれるため、照明光出射端３−１、３−２それぞれの位置Ｗ’は距離に合わせてずらすことで無効な光を少なくすることが可能となる。ここで採用した照明装置３の出射角度θは４５度であるため、Ｌ＝Ｗ’とした。また、照明光出射端３−１、３−２間の距離Ｄについて、有効な距離は０＜Ｄ＜３０ｍｍである。

照明装置３は、ラインＣＣＤカメラ４の読取位置に対して対向する位置に設置され、照明装置２と同様に、被検査物１における散乱透過光をラインＣＣＤカメラ４で受光できる位置に設置している。したがって、被検査物１の正常部分（欠陥でない部分）では、照明装置３からの照明光は、そのまま直進して透過するため、ラインＣＣＤカメラ４には入射しない。このため、被検査物１の正常部分については、照明装置３の出射光が、照明装置２の出射光の影響を受けづらいという特徴がある。

次に本発明の比較例による欠陥検出装置を説明する。図３は照明の位置を換えて、効果を得ることが出来なかった実施形態による欠陥検査装置の構成を表す図である。この図において、図１に示す装置と同一の部分には同一の符号を付し、その説明を省略する。図２に示す装置が図１に示す装置と異なる点は、照明装置３に代えて、照明装置６を設けた点である。照明装置６は、照明装置３と同様に、散乱透過量変化が発生するキズを検出するための照明であり、被検査物１に対し、照明装置２と異なる角度で設置する。しかし、この構成ではキズ欠陥による透過光の変化がほとんどなく、ラインＣＣＤカメラは受光しない。このため、黒点や凹みを検出するが、キズを検出することができない。

次に、図４を参照して、図３に示す照明装置６の構成を説明する。この図において、図２に示す装置と同一の部分には同一の符号を付し、その説明を省略する。図４に示す装置が図２に示す装置と異なる点は、照明光出射端３−１、３−２間の距離Ｄを０とした点である。

次に、本発明の実施例について説明する。被検査物１である透過性フィルムは、幅１０００ｍｍ、走行速度３０ｍ／分で走行する。照明装置２は、６５ｗ蛍光灯であり、凹み欠陥を検出するため、被検査物１との距離は４００ｍｍとし、蛍光灯の片側にスリットを設けている。ラインＣＣＤカメラ４の読取位置は、正透過の位置から出力が１／８になる位置に微調整している。この配置により、微妙な凹みを検出しやすくしている。照明装置３は、株式会社メック製クロスファイバ照明装置である。出射幅１２００ｍｍ、出射部の距離Ｄは２０ｍｍとし、ラインＣＣＤカメラ４の読取位置はその中心になるように設置している。出射部と被検査物１との距離は５０ｍｍである。照明装置３は、微小キズの検出性能が向上するため、被検査物１の幅方向に対して１０度回転させた配置としている。ラインＣＣＤカメラ４は株式会社メック製５０００素子ＣＣＤ（機種名；ＭＫＳ−５０００−４０）を使用した。分解能を０．１ｍｍ／素子×０．１ｍｍ／スキャンとするため、被検査物１との距離は８６８ｍｍとし、走査周期は０．２ｍｓとしている。検査装置５は、株式会社メック製検査装置（機種名：ＬＳＣ−４０００Ｖ）を使用した。

検査開始時は、照明装置２、３の明るさを適正値に設定するため、自動調光を行う。まず、照明装置２を点灯、照明装置３を消灯し、ラインＣＣＤカメラ４の出力が、あらかじめ指定した値になるように、照明装置２の明るさを調整する。次に、照明装置２を消灯、照明装置３を点灯し、ラインＣＣＤカメラ４の出力が、あらかじめ指定した値になるように、照明装置３の明るさを調整する。照明装置３を使用した場合のラインＣＣＤカメラ４の出力は低いので、自動調光時のみ出射部に拡散板などを挿入してラインＣＣＤカメラ４の出力を高くして調整してもよい。この状態の欠陥検査装置により、あらかじめ設定した検出感度で欠陥検出を行った結果、深さ数μｍの凹み、気泡、異物、幅数μｍの微小キズなどを検出することができた。

次に、図５〜図８を参照して、本発明による欠陥検査装置の欠陥検査の結果について説明する。図５〜図８は、４種類の欠陥について欠陥部の出力値、検出した画像、波形を示しており、図５は（ａ）凹み、図６は、（ｂ）気泡、図７は、（ｃ）キズ、図８は、（ｄ）黒点（擬似欠陥）の検査結果である。この検査結果は、照明装置２を使用した時は被検査物の正常部の平均出力値を９５とし、照明装置３を使用した時の被検査物の平均出力を２０とした。また、両方使用した時は平均出力値を１１５とした。

図５に示す（ａ）凹みについては照明装置２を使用した場合では、欠陥部分の出力値が１８０であり、欠陥として認識するには十分な出力がある。照明装置３を使用した場合は欠陥部分の出力値が２０であり、被検査物の平均出力値と同じレベルであるため、照明装置３のみを使用した時は欠陥部のコントラストがまったく得られていない。両方の照明装置を使用した時は、欠陥部分の出力値が２００と照明装置２、３の合計となり、照明装置２を使用した時と同様、欠陥として認識可能である。

図６に示す（ｂ）気泡については、照明装置２、３共に欠陥部の出力があり、両方の照明装置を使用した時、それらの出力が合計していることがわかる。

図７に示す（ｃ）キズについては、照明装置２での出力値は正常部と同等な９４で、欠陥部のコントラストを得られていないことがわかる。照明装置３では９８の出力があり、正常部が２０の出力値のため、欠陥として認識するには十分の出力がある。照明装置２、３を両方使用した場合では、１９６と合計になる。

図８に示す（ｄ）黒点（擬似欠陥）については、照明２では欠陥部の出力があり、照明装置３ではコントラストを得られていないことが分かる。二つの照明を両方に使用した場合、照明装置２を使用した時と同様、欠陥として認識可能である。

このように、いずれの欠陥の場合も、照明装置２、３の両方を使用して検出した場合の欠陥の出力値は、照明装置２、照明装置３をいずれか使用した場合の欠陥の出力値の加算値となっていることから、欠陥部のコントラストの低下が少ないことがわかる。

以上説明したように、本発明の欠陥検査装置は、照明装置の自動調光をラインＣＣＤカメラ４で別々に行うことで、２つの照明装置による欠陥検出能力を安定化させることが可能になる。特に、照明装置３は正常部の出力が低いので、自動調光を行う場合のみ出射端の上方に拡散板などを設置することで精度を向上できる。また、シート状物に発生する微小なキズを発見しやすくするとともに、異物、凹凸など通常の欠陥の検出能力を低下させないことが可能となり、１つの光学系で各種の欠陥検出を行うことができる。

キズの検出能力を低下させることなく、黒点や凹みなどの欠陥を同時に検出することがが不可欠な用途に適用できる。

１・・・被検査物、２、３、６・・・照明装置、４・・・ラインＣＣＤカメラ、５・・・検査装置

Claims (1)

1. スポット光源を直線状に配列し、走行するシート状の被検査物に対して互いに異なる光出射角度を有する２列の第１のライン状照明装置と、
   前記被検査物に対して前記第１のライン状照明装置よりも離れた位置に設置し、前記２列の中心部に設置した第２のライン状照明装置と、
   前記第１及び第２のライン状照明装置により照明された前記被検査物の画像データを得る撮像装置と、
   前記画像データを画像処理することにより、前記被検査物の欠陥部を検出する画像処理装置と
   を備えたことを特徴とする欠陥検査装置。