JP2011208941A - 欠陥検査装置およびその方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 外観が類似しているブツと塗装後の塵埃とを区別して検査できる欠陥検査技術を提供する。
【解決手段】
入射光の角度を変化させて対象物の一定の領域を照射する照射手段と、入射光が対象物に照射されたときの画像を撮像素子で取得する撮像手段と、撮像手段によって取得した画像から欠陥候補を抽出し、該欠陥候補の特性に基づいてブツと塗装後の塵埃とを区別する欠陥種別を判定する欠陥判定手段を有することを特徴とする欠陥検査装置に関する。
【選択図】図１

Description

本発明は、塗装面の欠陥検査装置およびその方法に関する。

近年、携帯電話など小型機器は、デザインが流麗化するとともに、複雑な表面形状を持つようになったため、より緻密に塗装面のキズやブツを検査する必要性が増大している。対象表面のキズやブツを検査する従来の方法として、ブツやキズの程度によって明／暗視野照明法（リング照明法、パターン照明法等）が提案されている。

塗装面の「ブツ」とは、塗装時に局所的に生じる凸状の盛り上がりのことであり、一因としては塗装前にゴミ等を巻き込むことにより発生する。また、「塵埃」は、塗装後の主に検査の際に付着により生じるものを指している。これらブツや塵埃を含んだ塗装面を検査するのに、従来例としては図６のようなパターン照明が使われる。

パターン照明は、撮像視野内に照射光の明暗のパターンが生じるような照明法であり、塗装面上のブツや塵埃により微妙に盛り上がった箇所を照明したときの局所的な明暗の映り込み部分を欠陥候補とすることによって、平坦な正常面との区別を行う。

従来のパターン照明法では、測定対象となる欠陥部分の大きさ等により、その形状を構成する平均的な勾配が異なるブツ（Ａ（勾配小）、Ｂ（勾配中）、Ｃ（勾配大））と塵埃は、カメラ（撮像素子）に照明光を反射するが、平坦である正常面からの反射光は，カメラには入射しない。

したがって、カメラ映像では、測定対象とする塗装面において、正常面の場合は暗く、ブツＡ、Ｂ、Ｃと塵埃についての欠陥面は、明るく撮像されるため、正常面と欠陥面とを区別して検出できることとなる。ただし、塗装面の欠陥であるブツやキズとは違い、検査の際に付着等により発生する恐れのある塵埃については除去が容易であるため，他の欠陥と区別できることが望まれている。

特開平１０−１００５２号公報

しかしながら、上述してきた従来のパターン照明法では、外観がブツに類似する場合、照明の種類によっては、塵埃をブツやキズと同様に欠陥として検出してしまうため、欠陥の過剰検出による検査精度の低下が問題となる。

そこで、本発明では、外観が類似しているブツと塗装後に付着した塵埃とを区別して検査する高精度な塗装面の欠陥検査装置およびその方法を提供する。

発明の一つの態様は、入射光の角度を変化させて対象物の一定の領域を照射する照射手段と、前記入射光が前記対象物に照射されたときの画像を撮像素子で取得する撮像手段と、前記撮像手段によって取得した画像から欠陥候補を抽出し、該欠陥候補の特性に基づいて欠陥の種別を判定する欠陥判定手段と、を有することを特徴とする欠陥検査装置に関する。

上記本発明の一態様によれば、外観が類似しているブツと塗装後の塵埃とを区別して検査できることにより、過剰検出を低減することで携帯電話などの筐体の塗装面のブツを効率良く検査でき、検査精度の向上が図れる。

本発明の実施の形態になる欠陥検査装置の一基本構成を示す図である。 本発明の実施の形態になる欠陥検査の原理を説明する模式図である。 本発明の実施の形態になる欠陥検査の照射角度依存を説明する模式図である。 ＲＧＢ各色照明領域における欠陥候補の判断基準テーブルを示す図である。 本発明の実施の形態になる欠陥検査手順のフローを示す図である。 従来のパターン照明法による欠陥検査例を示す図である。

以下、図面に基づいて説明する。

図１は、本発明の実施の形態になる欠陥検査装置の一基本構成を示す。欠陥検査装置は、試料ステージに搭載された測定すべき対象物５の一定領域を照射角度が異なるＲＧＢ（Red 、Green 、Blue）各色の照射光を照明するＲＧＢパターン照明１（照射手段）と、照射された対象物５からの反射光による画像を取得するカラー撮像素子３（撮像手段）を有する。

なお、ＲＧＢパターン照明１は、ＲＧＢ各色を発光する発光素子が一体に所定の幅で併置された構造となっており、ＲＧＢパターン照明１を対象物５に対して、ある傾斜させて対象物５の一定領域への照射を行う。あるいは、ＲＧＢパターン照明１は、白色光源を別に備え、該白色光源の光を通過させる一体に所定の幅で併置されたＲＧＢフィルタを用いて対象物５に照射する構造であってもよい。

以下に、欠陥検査装置の動作について説明する。

まず、図示していないハンドラ等から検査対象の対象物５を試料ステージ６上に設置する。設置したときの検知信号が制御手段８に出力されると、制御手段８は必要に応じてステージコントローラ７により試料ステージ６を動かし、対象物５がカラー撮像素子３の視野内に入るよう調整し、測定準備を行う。なお、試料ステージ６は、ＸＹＺ軸方向に移動可能となっている。

また、測定準備には、カラー撮像素子３の視野内の欠陥箇所がＲＧＢパターン照明１により映り込むことによって画像が鮮鋭化されるよう、ＲＧＢパターン照明１の位置を調整しておくことも含まれる。

測定準備が整ったことが制御手段８に出力されると、制御手段８は照明コントローラ２により、ＲＧＢパターン照明１を対象物５に向けて照射し、撮像素子コントローラ４を制御して、ＲＧＢの画像を一括して取り込む。得られた撮像データは、撮像素子コントローラ４を経由して、制御手段８内のメモリに蓄積される。撮像データがメモリに蓄積されたことが制御手段８に出力されると、制御手段３は、ステージコントローラ７を制御して、次の検査位置まで試料ステージ６を駆動する。制御手段８は、撮像データから、例えば、後述する図２に示す方法を使って欠陥箇所と塵埃とを判別して検出し、その検査結果を、適宜、出力手段９に出力する。そして、制御手段８は、測定箇所が無くなるまで上述の動作を繰り返す。

以上の本発明になる欠陥検査装置の構成によって、携帯電話などの筐体の滑らかな塗装面上のブツと塵埃の反射角度の照射方向による依存性を利用して両者を区別することが可能となり、検査精度を向上させることができる。

また、照射手段と撮像手段に、ＲＧＢパターン照射とカラー撮像素子を備えることにより、３方向からの照射画像の取得を一括で行い、ＲＧＢ成分毎の検査を行うことが可能となり、検査速度の向上を図ることができる。

図２は、本発明の実施の形態になる欠陥検査の原理を説明する模式図を示す。図２（ａ）は、欠陥検査の構成を示し、図２（ｂ）は、照射光の角度依存性による欠陥種別の判定方法を示している。

ここで、ＲＧＢパターン照明１について、上述した白色光源とＲＧＢフィルタを用いた場合を例として説明する。

本発明のパターン照明は、図２（ａ）で示すようなＲＧＢパターン照明１の位置に，照明部分のみを透過するようなＲＧＢフィルタを設け、斜め上方からＲＧＢフィルタに向けてほぼ平行光を照射することにより行うものである。平行光は、例えば、ＲＧＢフィルタから数十ｃｍ離した位置に配置した白色光源により生成する。照射角度の調整は、この白色光源の位置を変えることにより行うことができる。

以上により、ＲＧＢフィルタの開口形状とサイズが保たれた各色の明部を、照射角度を制御しつつ対象物５に向けて照射することができる（なお、パターン照明は、透過面以外は暗部となることから明暗照明とも呼ばれる）。

対象物５の表面が平坦である場合、対象物５の表面上には、ＲＧＢフィルタの各色の開口形状とサイズをほぼ保った明部が投射される。ＲＧＢフィルタの形状は、後の画像処理の都合上，矩形とするのが好適である。

ＲＧＢフィルタの大きさは、撮像系の光学倍率に依存する。例えば、１０ｃｍ平方の視野を持つ撮像系の場合、フィルタの大きさを５ｃｍ×１０ｃｍ程度とし、対象表面に明暗が生じるようにＲＧＢフィルタと対象の相対位置を調整することで、基本的なパターン照明が構成できる。

また、このＲＧＢパターン照明１として、好適には、指向性の良いＬＥＤ（発光素子）光源による面光源をＲＧＢパターン照明１の位置に配置してもよい。この場合、照射角度の調整は、面光源であるＲＧＢパターン照明１自体の傾斜角度を制御することにより行うことができる。

ＲＧＢパターン照明１からの照射光を対象物５の一定領域に照射することによって、カラー撮像素子３は、対象物５からの反射光による勾配の異なるブツ（勾配が小さいブツＡ、勾配が中位のブツＢ、勾配が大きなブツＣ）または塵埃の画像を取得する。図２（ａ）の左図は、カラー撮像素子３側に映し込まれる画像を示している。平坦である正常表面からの反射光は、投射面以外からはカラー撮像素子３には入射しない。一方、ブツや塵埃からの反射光は、その形状に応じてカラー撮像素子３に入射する。ただし、図２（ａ）では、明るく撮像されているブツや塵埃を、描画の都合上黒く描いている。

さらに、入射角の小さい照射光（赤色）による反射光からは、勾配が小さいブツＡと塵埃が検出され、入射角が中程度の照射光（緑色）による反射光からは、勾配が中位のブツＢと塵埃が検出され、および入射角の大きな照射光（青色）による反射光からは、勾配が大きなブツＣと塵埃が検出される。すなわち、塵埃は角度依存性を持たず、ブツは角度依存性を持つという差異が検出でき、ブツと塵埃とを特定することが可能となる。

図３は、本発明の実施の形態になる欠陥検査の照射角度依存を説明する模式図を示す。図３では、さらに、欠陥種別を判定するポイントとなる欠陥検出の照射角度依存性について述べる。図３（ａ）は、種々の形状を持つブツからの反射光の状態を示し、図３（ｂ）は、塵埃からの反射光の状態を示している。

塗装後に付着する塵埃と、塗装面に生じるブツとを区別するために、ＲＧＢパターン照明１を用いる。この結果、図３（ａ）に示す傾斜部分が緩やかなブツＡは、ＲＧＢパターン照明１のうち、主に、入射角が小さい（θ１）照明光ａであるＲ（赤色）成分の反射光ａを撮像素子方向へ反射する。また、傾斜部分が中程度のブツＢは、ＲＧＢパターン照明１のうち、主に、入射角度が中程度（θ２）の照明光ｂであるＧ（緑色）成分の反射光ｂを撮像素子方向へ反射する。さらに、傾斜部分が急であるブツＣは、ＲＧＢパターン照明１のうち、入射角度が大きい（θ３）照明光ｃのＢ（青色）成分の反射光ｃを撮像素子方向へ反射する。

このように、ブツの検出に関し、ブツＣに入射角θ２で入射する照明光ｄの反射光ｄは、撮像素子方向に反射しない。以上の結果、撮像素子の位置から観測した場合、ブツＡは赤色、ブツＢは緑色、ブツＣは青色に輝くことになる。

一方、塵埃の検出に関しては、その形状が不定であるため、その反射パターンが拡散状態になることにより、図３に示した入射角θ１、θ２、θ３を持つ照明光群を撮像素子方向に反射する。その結果、塵埃は白く輝くことになる。このように、ブツと塗装後に付着する塵埃との照射方向による反射角度の依存性の違いを利用することにより、例えば、撮像素子として、カラー撮像素子を用いることにより、一回の撮像でブツと塗装後に付着した塵埃との区別を図４（後述）に示す判断基準により行うことが可能となる。

以上、本発明により、外観が類似しているブツと塗装後の塵埃とを区別して検査することが可能となり、過剰検出が低減され、検査精度の向上とともに検査速度の向上を図ることができる。

図４は、ＲＧＢ各色照明領域における欠陥候補の判断基準テーブルを示す。

判断基準テーブルは、カラー撮像素子１で取得した画像から抽出した「欠陥候補」、ＲＧＢパターン照明１による照射光「Ｒ」、「Ｇ」、「Ｂ」、および欠陥種別を特定する「検査論理」の項目を有する複数のレコードで構成されている。

ブツＡは照射光「Ｒ」にのみ表示され、ブツＢは照射光「Ｇ」にのみ表示され、ブツＣは照射光「Ｂ」にのみ表示され、塵埃は照射光「Ｒ」、「Ｇ」、「Ｂ」の全てにおいて表示される。したがって、検査論理として、Ｒ ｏｒ Ｂ ｏｒＣであるとき、ブツと判断し、また、Ｒ ａｎｄ Ｂ ａｎｄ Ｃであるとき、塵埃と判断する。

図５は、本発明の実施の形態になる欠陥検査手順のフローを示す。まず、ステップＳ１１において、図示していないハンドラ等から検査対象の対象物５を試料ステージ６上に設置する。つぎに、ステップＳ１２において、ステージコントローラ７は、試料ステージ６を動かし、対象物５がカラー撮像素子３の視野内に入るよう調整する。また、カラー撮像素子３の視野内の欠陥箇所がＲＧＢパターン照明１により映り込むことによって画像が鮮鋭化されるようＲＧＢパターン照明１の位置を調整する。

ステップＳ１３において、測定対象及び照明の位置調整が準備されたかを判定する。測定準備が完了したときに、ステップＳ１４において、照明コントローラ２は、ＲＧＢパターン照明１を対象物５に向けて照射し、撮像素子コントローラ４は、ＲＧＢの画像を一括してカラー撮像素子３に取り込む。得られた撮像データは、撮像素子コントローラ４を経由して装置内のメモリに蓄積される。

ステップＳ１５において、制御手段３は、メモリに蓄積された撮像データから欠陥候補の抽出を行い（ＲＧＢ成分毎の閾値処理）、ステップＳ１６において、各ＲＧＢ成分に現れる欠陥候補のＲＧＢ成分強度を比較する。

ステップＳ１７において、制御手段８は、ＲＧＢ成分の強度がどの成分にも同程度に検出されているか否かを判定する。ＲＧＢ成分のどれにも同程度に検出されていれば、判断基準テーブルに基づいてステップＳ１９において、塵埃と判断し（後に除去作業を行う）、ＲＧＢ成分の強度がなく、全てで検出されなければ、ブツと判断し、ステップＳ１８において、当該データを保存する。

つぎに、ステップＳ２０において、全欠陥候補についての終了を判定し、終わっていなければ、ステップＳ１６に戻り、次の欠陥候補について以降の処理を行う。また、終了していれば、対象物５の次の検査領域について、ステップＳ１２に戻り、測定箇所がなくなるまで以降の処理を繰り返す。さらに、対象物５の検査領域全てが終了していれば、ステップＳ２２において、次の検査対象に移り、ステップＳ１１以降の処理を繰り返す。

以上の本発明によって、外観が類似しているブツと塗装後の塵埃とを区別して検査することが可能となり、過剰検出を低減させ、検査精度と検査速度の向上を図ることができる。

携帯電話などの筐体の滑らかな塗装面上のブツと、塗装後の付着などにより発生する塵埃とを区別して検査する技術に関する。

１ ＲＧＢパターン照明
２ 照明コントローラ
３ カラー撮像素子
４ 撮像素子コントローラ
５ 対象物
６ 試料ステージ
７ ステージコントローラ
８ 制御手段
９ 出力手段

Claims (5)

1. 入射光の角度を変化させて対象物の一定の領域を照射する照射手段と、
   前記入射光が前記対象物に照射されたときの画像を撮像素子で取得する撮像手段と、
   前記撮像手段によって取得した画像から欠陥候補を抽出し、該欠陥候補の特性に基づいて欠陥の種別を判定する欠陥判定手段と、
   を有することを特徴とする欠陥検査装置。
2. 前記照射手段は、ＲＧＢ各色の光が前記対象物の一定領域を照射可能に所定の幅で一体に配置されたＲＧＢパターン照明であり、前記撮像手段は、カラー撮像素子を用いることによって前記対象物からのＲＧＢ各色の反射画像を一括して取得することを特徴とする請求項１に記載の欠陥検査装置。
3. 前記ＲＧＢパターン照明は、ＲＧＢ各色の光を発光する発光素子を有する構造体、または白色光源とＲＧＢフィルタを有する構造体によって形成されたことを特徴とする請求項２に記載の欠陥検査装置。
4. 前記欠陥候補の特性は、該欠陥候補に入射光が照射されたときに得られる反射光の反射方向であり、前記判定手段は、該反射光の反射方向に基づいて欠陥種別を判定する請求項１乃至３のいずれかに記載の欠陥検査装置。
5. 塗装面の欠陥を検査する欠陥検査方法であって、
   入射光の角度を変化させて対象物の一定の領域を照射する照射工程と、
   前記入射光が前記対象物に照射されたときの画像を撮像素子で取得する撮像工程と、
   前記撮像ステップによって取得した画像から欠陥候補を抽出し、該欠陥候補の特性に基づいて欠陥の種別を判定する欠陥判定工程と、
   を有することを特徴とする欠陥検査方法。