JP2012083211A - Surface state inspection device, surface state inspection method and program - Google Patents

Surface state inspection device, surface state inspection method and program Download PDF

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To accurately detect a fault regardless of the shape of a surface of an inspection object and the fault.SOLUTION: Two or more kinds of pattern lights having at least cross-shaped and ring-shaped irradiation patterns produced on a surface of an inspection object are emitted on the surface of the inspection object from a light-emitting portion 601. The pattern lights are emitted on the surface of the inspection object while scanning in a predetermined direction. On the other hand, an imaging portion 602 shoots an image including the irradiation pattern produced by the emitted pattern lights, and an image processing portion 603 detects a fault on the surface of the inspection object on the basis of changes of the shape of the irradiation pattern included in the shot image.

Description

本発明は、例えば検査対象物の表面を光学的に検査するために用いて好適な表面状態検査装置、表面状態検査方法及びプログラムに関する。   The present invention relates to a surface state inspection apparatus, a surface state inspection method, and a program suitable for use, for example, for optically inspecting the surface of an inspection object.

従来、例えば車両の塗装面の表面状態といった各種工業製品の表面の凹凸欠陥を、非接触及び非破壊により光学的に検査する種々な方法が開発されている。例えば特許文献1に記載の技術によれば、まず、検査対象物の表面に対して、明暗の境界が生じるように縞模様の照明を行う。そして、明暗の境界を検査対象物の表面に対して移動させると凹凸欠陥の部分で明暗が反転する現象が生じ、撮像している明暗の画像が変化することにより凹凸欠陥を検出している。   Conventionally, various methods for optically inspecting irregularities on the surface of various industrial products such as the surface state of a painted surface of a vehicle by non-contact and non-destructive methods have been developed. For example, according to the technology described in Patent Document 1, first, a striped pattern illumination is performed on the surface of the inspection object so that a bright / dark boundary is generated. When the light / dark boundary is moved with respect to the surface of the inspection object, a phenomenon occurs in which the light / dark is reversed at the uneven defect portion, and the light / dark image being picked changes to detect the uneven defect.

特開2001−349716号公報JP 2001-349716 A

Nature,Vol.441,p.946,2006Nature, Vol. 441, p. 946, 2006

しかしながら、上記の特許文献1で開示されている技術にあっては、検査対象物の表面に存在する凹凸欠陥の傾斜角度によっては、凹凸欠陥による影が生じず、明暗に反転が生じない場合がある。また、検査対象物の表面が曲面の場合には、明暗の境界線を移動させると、検査表面の湾曲に従って、明暗の境界線も湾曲してしまい、この境界線の湾曲を凹凸欠陥として誤検出してしまう。このように検査表面や凹凸欠陥の形状によって欠陥検出の精度が低下してしまうという問題点がある。   However, in the technique disclosed in Patent Document 1 described above, depending on the inclination angle of the concavo-convex defect present on the surface of the inspection object, there is a case where the shadow due to the concavo-convex defect does not occur and inversion does not occur in light and dark. is there. Also, if the surface of the inspection object is a curved surface, moving the light / dark boundary line also causes the light / dark boundary line to bend according to the curvature of the inspection surface, and this boundary line curve is erroneously detected as an uneven defect. Resulting in. As described above, there is a problem in that the accuracy of defect detection is lowered depending on the shape of the inspection surface and the concavo-convex defect.

本発明は前述の問題点に鑑み、検査対象物の表面や欠陥の形状に関わらず、欠陥を精度良く検出できるようにすることを目的としている。   An object of the present invention is to make it possible to detect a defect with high accuracy regardless of the surface of the inspection object and the shape of the defect.

本発明の表面状態検査装置は、検査対象物の表面に生成される照射パターンの形状が異なる複数種類の光を所定の方向に走査しながら前記検査対象物の表面に照射する照射手段と、前記照射手段によって照射された光により生成される照射パターンを含む画像を撮影する撮影手段と、前記撮影手段によって撮影された画像に含まれる照射パターンの形状の変化に基づいて前記検査対象物の表面の欠陥を検出する検出手段とを有することを特徴とする。   The surface condition inspection apparatus of the present invention includes an irradiation unit that irradiates the surface of the inspection object while scanning a plurality of types of light having different irradiation pattern shapes generated on the surface of the inspection object in a predetermined direction; An imaging unit that captures an image including an irradiation pattern generated by the light irradiated by the irradiation unit, and a surface of the inspection object based on a change in the shape of the irradiation pattern included in the image captured by the imaging unit And detecting means for detecting a defect.

本発明によれば、検査表面や凹凸欠陥の形状によって欠陥検出の精度が低下してしまうことを防止することができ、欠陥を精度良く検出することができる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, it can prevent that the precision of defect detection falls with the shape of a test | inspection surface or an uneven | corrugated defect, and a defect can be detected accurately.

実施形態における表面状態検査装置の外観構成例を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the external appearance structural example of the surface state inspection apparatus in embodiment. 凸欠陥にパターン光が重なった場合の照射パターンの一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the irradiation pattern when pattern light overlaps with a convex defect. 線状パターン光による照射パターンの一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the irradiation pattern by a linear pattern light. 四角形状及び十字形状の場合の照射パターンの一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the irradiation pattern in the case of a square shape and a cross shape. 十字形状及びリング形状の場合の照射パターンの一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the irradiation pattern in the case of a cross shape and a ring shape. 実施形態に係る表面状態検査装置の機能構成例を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the function structural example of the surface state inspection apparatus which concerns on embodiment. 凹凸欠陥の検出処理手順の一例を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows an example of the detection processing procedure of an uneven | corrugated defect. アレイ状に配列された照射パターン及び光源の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the irradiation pattern and light source which were arranged in the array form.

以下、図面を参照しながら本発明の実施形態における表面状態検査方法について説明する。
図1は、本実施形態における表面状態検査装置10の外観構成例を示す斜視図である。
図1において、光源1から検査表面2にパターン光が照射されると、検査表面2に照射パターン6が写し出される。写し出された照射パターン6は、例えばCCDカメラなどのカメラ3により撮影され、カメラ3に接続されたパーソナルコンピュータ(PC)4によって、画像処理が行われる。
Hereinafter, a surface condition inspection method according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a perspective view showing an external configuration example of the surface state inspection apparatus 10 according to the present embodiment.
In FIG. 1, when pattern light is irradiated from the light source 1 to the inspection surface 2, an irradiation pattern 6 is projected on the inspection surface 2. The projected irradiation pattern 6 is photographed by a camera 3 such as a CCD camera, for example, and image processing is performed by a personal computer (PC) 4 connected to the camera 3.

光源1とカメラ3とが取り付けられたローダーあるいはロボットなどの移動装置5を矢印方向に移動させると、照射パターン6が検査表面2をなぞるように移動する。そして、カメラ3により撮影された照射パターン6のパターン形状の変化を、コンピュータ4において判別することにより、検査表面2の凹凸欠陥を検出することができる。   When a moving device 5 such as a loader or a robot to which the light source 1 and the camera 3 are attached is moved in the direction of the arrow, the irradiation pattern 6 moves so as to trace the inspection surface 2. And the unevenness | corrugation defect of the test | inspection surface 2 is detectable by discriminating in the computer 4 the change of the pattern shape of the irradiation pattern 6 image | photographed with the camera 3. FIG.

ここで、検査表面2の凹凸欠陥の検出プロセスについて説明する。検査表面2に凹凸欠陥が存在せず平坦の場合、検査表面2を走査しても、照射パターン6の形状は変化せず一定であり、欠陥は検出されない。   Here, the detection process of the concavo-convex defect on the inspection surface 2 will be described. In the case where the inspection surface 2 is flat with no irregularities, even if the inspection surface 2 is scanned, the shape of the irradiation pattern 6 does not change and is constant, and no defect is detected.

図2は、図1に示す表面状態検査装置10による凸欠陥の照明例を示しており、図2(a)は、検査表面2の凸欠陥に、パターン光の一部が重なった場合の照射パターン及び撮像画像の一例を示す図である。また、図2はいずれも、図1に示すように、角度α分左側上方からパターン光を照射して検査表面2に照射パターン6を生成し、照射パターン6を右方向に走査した例を示している。   FIG. 2 shows an example of illumination of a convex defect by the surface condition inspection apparatus 10 shown in FIG. 1, and FIG. 2 (a) shows an irradiation when a part of the pattern light overlaps the convex defect of the inspection surface 2. It is a figure which shows an example of a pattern and a captured image. 2 shows an example in which, as shown in FIG. 1, an irradiation pattern 6 is generated on the inspection surface 2 by irradiating pattern light from the upper left side by an angle α, and the irradiation pattern 6 is scanned rightward. ing.

図2(a)及び図2(b)に示すように、検査表面2の垂直方向から傾けてパターン光を照射すると、凸欠陥の高さとパターン光の照射角度とに応じて、照射パターン22と凸欠陥21の上部との重なり領域が決定される。したがって、照射パターン22の撮像画像23は、元のパターン形状の一部が欠けた形状になる。また、照射パターン22を凸欠陥21に対して、右方向に走査していくと、図2(c)〜図2(e)に示すように、検査表面2の平坦部に照射パターンが生成されない領域、すなわち、凸欠陥21の影領域24が形成される。この場合によっても、撮像画像23において元のパターン形状の一部が欠ける形状変化が生じる。このように、照射パターン22による撮像画像23の形状変化から、検査表面2上の欠陥を検出することが可能となる。   As shown in FIGS. 2 (a) and 2 (b), when the pattern light is irradiated while being tilted from the vertical direction of the inspection surface 2, the irradiation pattern 22 and the irradiation pattern 22 depend on the height of the convex defect and the irradiation angle of the pattern light. An overlapping area with the top of the convex defect 21 is determined. Therefore, the captured image 23 of the irradiation pattern 22 has a shape in which a part of the original pattern shape is missing. When the irradiation pattern 22 is scanned rightward with respect to the convex defect 21, no irradiation pattern is generated on the flat portion of the inspection surface 2 as shown in FIGS. An area, that is, a shadow area 24 of the convex defect 21 is formed. Even in this case, the captured image 23 has a shape change in which a part of the original pattern shape is missing. As described above, it is possible to detect a defect on the inspection surface 2 from the shape change of the captured image 23 caused by the irradiation pattern 22.

検査表面2に曲面の形状が含まれている場合は、照射パターン6が検査表面2を走査していくと、検査表面2の湾曲に従って、照射角度α及び光源1から検査表面2に照射される照射パターン6までの光路長dが変化する。これにより、光源1からのパターン光が平行光でない場合、光路長dの変化に従って、検査表面2に生成される照射パターン6の大きさが変化する。   When the inspection surface 2 includes a curved surface shape, when the irradiation pattern 6 scans the inspection surface 2, the inspection surface 2 is irradiated from the irradiation angle α and the light source 1 according to the curvature of the inspection surface 2. The optical path length d to the irradiation pattern 6 changes. Thereby, when the pattern light from the light source 1 is not parallel light, the size of the irradiation pattern 6 generated on the inspection surface 2 changes according to the change in the optical path length d.

また、光源1からのパターン光の平行度に依らず、照射角度αによって、パターン光を形成する各光点の光路長が変化するため、パターン光が照射される検査表面2の領域が変化し、照射パターン6の形状が変化する。このように、検査表面2の湾曲に従って、照射パターン6の形状は変化することになる。しかしながら、このような形状変化は、図2に示した微小な凸欠陥21による照射パターン22の形状変化とは異なり、照射光の移動に伴って照射パターンの一部が欠けるなど、照射パターンの一部領域における大きな形状変化としては現れない。この照射パターンの形状変化の差異により、検査表面が曲面の場合においても、微小な欠陥を精度よく検出することが可能となる。   Further, since the optical path length of each light spot forming the pattern light changes depending on the irradiation angle α, regardless of the parallelism of the pattern light from the light source 1, the region of the inspection surface 2 irradiated with the pattern light changes. The shape of the irradiation pattern 6 changes. Thus, the shape of the irradiation pattern 6 changes according to the curvature of the inspection surface 2. However, such a shape change is different from the shape change of the irradiation pattern 22 due to the minute convex defect 21 shown in FIG. 2, and a part of the irradiation pattern is lost as the irradiation light moves. It does not appear as a large shape change in the partial area. Due to the difference in the shape change of the irradiation pattern, even when the inspection surface is a curved surface, it is possible to accurately detect a minute defect.

なお、本実施形態においては、光源1及びカメラ3を移動させる場合について示した。一方、光源1及びカメラ3を固定して、検査表面2を移動させるようにしてもよい。この場合には、図示されていないが、例えば、ベルトコンベアなどの搬送装置が移動手段となる。また、本実施形態では、カメラ3が照射パターン6に対して、斜め方向に設置されている例について説明した。一方、カメラ3の位置は、照射パターン6に対して斜め方向に限定されるものではなく、照射パターン6のパターン形状変化を撮像することができるのであれば、例えば垂直方向に設置してもよい。   In the present embodiment, the case where the light source 1 and the camera 3 are moved is shown. On the other hand, the light source 1 and the camera 3 may be fixed and the inspection surface 2 may be moved. In this case, although not shown, for example, a conveying device such as a belt conveyor serves as the moving means. In the present embodiment, an example in which the camera 3 is installed in an oblique direction with respect to the irradiation pattern 6 has been described. On the other hand, the position of the camera 3 is not limited to the oblique direction with respect to the irradiation pattern 6, and may be installed in the vertical direction, for example, as long as the pattern shape change of the irradiation pattern 6 can be imaged. .

次に、検査表面2の欠陥検出に適した照射光パターンの形状について説明する。
図3は、線状パターン光による照射パターン及び撮像画像の一例を示す図である。ここで、光源とカメラとの位置関係は、図1に示したものと同等とする。
図3(a)に示すように、線状の照射パターン32がカメラ3の画素34の配列と平行に生成されると、カメラ3によって撮像される照射パターン画像33は、画素34の配列において一列に並ぶ。
Next, the shape of the irradiation light pattern suitable for detecting defects on the inspection surface 2 will be described.
FIG. 3 is a diagram illustrating an example of an irradiation pattern and a captured image by linear pattern light. Here, the positional relationship between the light source and the camera is the same as that shown in FIG.
As shown in FIG. 3A, when the linear irradiation pattern 32 is generated in parallel with the array of the pixels 34 of the camera 3, the irradiation pattern image 33 captured by the camera 3 is aligned in the array of the pixels 34. Lined up.

照射パターン32が移動して凸欠陥31に重なると、図3(b)に示すように、照射パターン32が生成される位置に関して、凸欠陥31の高さに従ってずれが生じる。また、凸欠陥31の影となる領域にも照射パターン32は生成されないため、照射パターン画像33は、凸欠陥31が無い場合と比較して、4画素分の変化が生じる。   When the irradiation pattern 32 moves and overlaps the convex defect 31, as shown in FIG. 3B, the position where the irradiation pattern 32 is generated shifts according to the height of the convex defect 31. In addition, since the irradiation pattern 32 is not generated in the shadowed area of the convex defect 31, the irradiation pattern image 33 is changed by four pixels as compared with the case where there is no convex defect 31.

また、照射パターン32が、画素34の配列に対して斜めになっている場合、図3(c)に示すように、画素34の配列に平行に照射した場合と比較して、より多くの画素34を用いて、照射パターン画像33を形成する。この結果、凸欠陥31による照射パターン画像33の変化は、図3(d)に示すように3画素分のみとなる。このように、照射パターン32の輪郭部、すなわち、明暗の境界部は、画素34の配列に対して平行である方が、照射パターン画像33の凸欠陥による形状変化がより大きく生じ、欠陥の検出感度を高めることができる。   Further, when the irradiation pattern 32 is inclined with respect to the arrangement of the pixels 34, as shown in FIG. 3C, more pixels than the case where the irradiation pattern 32 is irradiated in parallel to the arrangement of the pixels 34. 34 is used to form an irradiation pattern image 33. As a result, the change of the irradiation pattern image 33 due to the convex defect 31 is only for three pixels as shown in FIG. As described above, when the contour portion of the irradiation pattern 32, that is, the light / dark boundary portion is parallel to the arrangement of the pixels 34, the shape change due to the convex defect of the irradiation pattern image 33 occurs more greatly, and defect detection is performed. Sensitivity can be increased.

次に、照射パターンの輪郭部が、撮像するカメラの画素の配列に平行である場合において、検査表面の欠陥検出に適した照射パターンの形状について説明する。
図4は、照射パターンの形状が、四角形状及び十字形状の場合の照明例を示す図である。なお、光源とカメラとの位置関係は、図1に示したものと同等とする。
Next, the shape of the irradiation pattern suitable for detecting a defect on the inspection surface when the contour portion of the irradiation pattern is parallel to the pixel array of the camera to be imaged will be described.
FIG. 4 is a diagram illustrating an illumination example when the irradiation pattern has a quadrangular shape and a cross shape. The positional relationship between the light source and the camera is the same as that shown in FIG.

図4(a)は、照射パターン42の形状が四角形状のときの検査表面2の凸欠陥41における照明例を示している。凸欠陥41の一部に照射パターン42が重なると、前述したように、凸欠陥41と重なる照射パターン42の明暗の境界領域、及び凸欠陥41の影となる領域の部分で、撮像画像43の形状変化が生じる。一方、照射パターン42がさらに移動して凸欠陥41を完全に覆うと、図4(b)に示すように、凸欠陥41の影となる領域の部分でしか撮像画像43の形状変化が生じていない。そのため、撮像画像43全体の形状変化量は減少し、欠陥の検出感度が低下することになる。   FIG. 4A shows an illumination example of the convex defect 41 on the inspection surface 2 when the irradiation pattern 42 has a quadrangular shape. When the irradiation pattern 42 overlaps a part of the convex defect 41, as described above, the bright and dark boundary region of the irradiation pattern 42 that overlaps the convex defect 41 and the portion of the region that is a shadow of the convex defect 41, A shape change occurs. On the other hand, when the irradiation pattern 42 is further moved to completely cover the convex defect 41, the shape change of the captured image 43 occurs only in the area of the shadowed area of the convex defect 41 as shown in FIG. Absent. For this reason, the amount of change in the shape of the entire captured image 43 decreases, and the defect detection sensitivity decreases.

一方、照射パターン42の形状が十字形状の場合、図4(c)及び図4(d)に示すように、照射パターン42が凸欠陥41を走査する間に生じる撮像画像43の累積の形状変化量は、照射パターン42が四角形状の場合と比較して多くなる。このように、照射パターン42は、四角形状よりも十字形状の方が欠陥の検出感度を高めることができる。   On the other hand, when the shape of the irradiation pattern 42 is a cross shape, as shown in FIGS. 4C and 4D, the cumulative shape change of the captured image 43 that occurs while the irradiation pattern 42 scans the convex defect 41. The amount increases as compared with the case where the irradiation pattern 42 is rectangular. In this way, the irradiation pattern 42 can be improved in defect detection sensitivity in the cross shape rather than the square shape.

なお、本実施形態においては、凸欠陥を用いて、検査表面2上の欠陥の検出プロセスについて説明した。しかしながら、本実施形態において検出可能な欠陥は凸欠陥に限定されるものではなく、凹欠陥の場合も同様の検出プロセスにより検出することが可能である。   In the present embodiment, the defect detection process on the inspection surface 2 has been described using convex defects. However, the defect that can be detected in the present embodiment is not limited to the convex defect, and the concave defect can be detected by the same detection process.

次に、凹凸欠陥の傾斜角度と、照射光パターンの形状と、検出感度との関係について説明する。図1に示すように、光源1から照射されるパターン光が検査表面2に対して角度αで照射されると、検査表面の凸欠陥の傾斜面と検査表面とのなす角が角度(90−α)を超える場合に、パターン光が凸欠陥に照射されて凸欠陥による影の領域が生じる。この場合は、図5(a)に示した十字形状の照射パターン52の方が、図5(b)に示した画素の配列に平行でないリング形状の照射パターンよりも欠陥の検出感度を高めることができる。   Next, the relationship between the inclination angle of the concavo-convex defect, the shape of the irradiation light pattern, and the detection sensitivity will be described. As shown in FIG. 1, when the pattern light emitted from the light source 1 is applied to the inspection surface 2 at an angle α, the angle formed between the inclined surface of the convex defect on the inspection surface and the inspection surface is an angle (90− In the case of exceeding α), the pattern light is irradiated onto the convex defect, and a shadow region due to the convex defect occurs. In this case, the cross-shaped irradiation pattern 52 shown in FIG. 5A has higher defect detection sensitivity than the ring-shaped irradiation pattern not parallel to the pixel arrangement shown in FIG. 5B. Can do.

一方、凸欠陥の傾斜面と検査表面とのなす角が角度(90−α)以下のときは、パターン光が凸欠陥に照射されても、凸欠陥による影の領域は生じない。図5(c)は、十字形状の照射パターン52の輪郭部の法線ベクトルと、凸欠陥51の傾斜面の勾配ベクトルの検査表面2への正射影ベクトルとが、平行または垂直の状態でパターン光が凸欠陥51に照射されている照明例を示す図である。   On the other hand, when the angle formed between the inclined surface of the convex defect and the inspection surface is equal to or smaller than the angle (90-α), even if the pattern light is irradiated to the convex defect, a shadow region due to the convex defect does not occur. FIG. 5C shows a pattern in which the normal vector of the contour portion of the cross-shaped irradiation pattern 52 and the orthogonal projection vector of the gradient vector of the inclined surface of the convex defect 51 onto the inspection surface 2 are parallel or perpendicular. It is a figure which shows the example of illumination with which the light is irradiated to the convex defect 51. FIG.

図5(c)に示すように、凸欠陥51の傾斜面の勾配ベクトルの検査表面2への正射影ベクトルと、照射パターン52の輪郭部分の法線ベクトルとが、平行または垂直な関係にある。このため、照射パターン52の輪郭部分(この場合、凸欠陥51に平行な輪郭)が凸欠陥51と重なっていない場合は、撮像画像53に形状変化は生じない。すなわち、照射パターン52の輪郭部分が、凸欠陥51に照射されている場合のみ、形状変化が生じる。この結果、照射パターン52が凸欠陥51を走査する間に生じる撮像画像53の累積形状変化量は少なく、凸欠陥51の検出感度は低くなる。   As shown in FIG. 5C, the orthogonal projection vector of the gradient vector of the inclined surface of the convex defect 51 onto the inspection surface 2 and the normal vector of the contour portion of the irradiation pattern 52 are in a parallel or vertical relationship. . For this reason, when the contour portion of the irradiation pattern 52 (in this case, the contour parallel to the convex defect 51) does not overlap the convex defect 51, no change in shape occurs in the captured image 53. That is, the shape change occurs only when the contour portion of the irradiation pattern 52 is irradiated on the convex defect 51. As a result, the cumulative shape change amount of the captured image 53 that occurs while the irradiation pattern 52 scans the convex defect 51 is small, and the detection sensitivity of the convex defect 51 is low.

図5(d)は、照射パターン52がリング形状の場合の凸欠陥51の照明例を示す図である。
図5(d)に示すように、リング形状の照射パターン52の輪郭部分の法線ベクトルの方向は、場所によって全て異なる。この場合、照射パターン52を走査していくと、照射パターン52の輪郭部の法線ベクトルと、凸欠陥51の傾斜面の勾配ベクトルの検査表面2への正射影ベクトルとが平行にならない。そのため、凸欠陥51と重なる照射パターン52の領域が常に生じる。この結果、照射パターン52を走査していくと、凸欠陥51と重なる照射パターン52の領域において、照射パターン52の形状が常に変化する。
FIG.5 (d) is a figure which shows the example of illumination of the convex defect 51 in case the irradiation pattern 52 is ring shape.
As shown in FIG. 5D, the directions of the normal vectors of the contour portions of the ring-shaped irradiation pattern 52 are all different depending on the location. In this case, as the irradiation pattern 52 is scanned, the normal vector of the outline of the irradiation pattern 52 and the orthogonal projection vector of the gradient vector of the inclined surface of the convex defect 51 on the inspection surface 2 do not become parallel. Therefore, a region of the irradiation pattern 52 that overlaps the convex defect 51 always occurs. As a result, as the irradiation pattern 52 is scanned, the shape of the irradiation pattern 52 always changes in the region of the irradiation pattern 52 that overlaps the convex defect 51.

前述したように、照射パターン52がリング形状の場合、照射パターン52の輪郭部がカメラ3の画素の配列と平行になっていないことにより、欠陥の検出感度が低下する。しかしながら、照射パターン52が凸欠陥51を走査する間、照射パターン52の形状変化に不感帯が無いため、走査する間の累積形状変化量は多く、様々な形状や傾斜角度をもつ凸欠陥に対して検出感度を高めることが可能となる。   As described above, when the irradiation pattern 52 has a ring shape, since the contour portion of the irradiation pattern 52 is not parallel to the pixel arrangement of the camera 3, the defect detection sensitivity decreases. However, since there is no dead zone in the shape change of the irradiation pattern 52 while the irradiation pattern 52 scans the convex defect 51, the accumulated shape change amount during the scanning is large, and for the convex defect having various shapes and inclination angles. Detection sensitivity can be increased.

このように、照射パターン52は、照射パターン52の輪郭部分の法線ベクトルの方向が場所によって全て異なる、リング形状あるいはディスク形状であることが好ましいと説明した。しかしながら、照射パターン52の形状は、リング形状に特に限定されるものではなく、例えば、X形状、三角形状、六角形状などであってもよい。この場合、照射パターン52の移動方向と、照射パターン52の輪郭部分の任意の点における法線ベクトルの方向とが連続的もしくは断続的に異なるように照射パターン52の向きを調整する。このため、照射パターン52が凸欠陥51を走査する間、凸欠陥51の傾斜面の勾配ベクトルの検査表面への正射影ベクトルと、照射パターン52の輪郭部の法線ベクトルとが平行にならないように、照射パターン52が凸欠陥51に照射される。このように、上述したリング形状の場合と同様に、照射パターン52の形状変化に不感帯が無いため、凸欠陥に対する検出感度を高めることが可能となる。   As described above, it has been described that the irradiation pattern 52 preferably has a ring shape or a disk shape in which the directions of the normal vectors of the contour portion of the irradiation pattern 52 are all different depending on the location. However, the shape of the irradiation pattern 52 is not particularly limited to the ring shape, and may be, for example, an X shape, a triangular shape, a hexagonal shape, or the like. In this case, the direction of the irradiation pattern 52 is adjusted so that the moving direction of the irradiation pattern 52 and the direction of the normal vector at an arbitrary point in the outline portion of the irradiation pattern 52 are continuously or intermittently different. For this reason, while the irradiation pattern 52 scans the convex defect 51, the orthogonal projection vector of the gradient vector of the inclined surface of the convex defect 51 onto the inspection surface and the normal vector of the contour portion of the irradiation pattern 52 are not parallel. Further, the irradiation pattern 52 is applied to the convex defect 51. Thus, as in the case of the ring shape described above, since there is no dead zone in the shape change of the irradiation pattern 52, it is possible to increase the detection sensitivity for convex defects.

また、前述したように、凹欠陥についても、凹欠陥の傾斜面と検査表面2とのなす角が角度(90+α)以上のときに、リング形状の照射パターンを用いることにより検出感度を高めることができる。この場合も照射パターンは、リング形状に限定されるものではなく、例えば、X形状、三角形状、六角形状などであってもよい。   Further, as described above, with respect to the concave defect, when the angle formed by the inclined surface of the concave defect and the inspection surface 2 is equal to or larger than the angle (90 + α), the detection sensitivity can be increased by using the ring-shaped irradiation pattern. it can. Also in this case, the irradiation pattern is not limited to the ring shape, and may be, for example, an X shape, a triangular shape, a hexagonal shape, or the like.

図6は、本実施形態に係る表面状態検査装置10の機能構成例を示すブロック図である。
図6において、発光部601は、パターン光を照射する光源1として機能するものであり、発光部601から検査対象物の検査表面2にパターン光が照射されると、検査表面2に照射パターンが生成される。撮像部602は、この生成された照射パターンをカメラ3により撮像し、その受光画像を画像処理部603に送る。このとき、発光部601から照射されるパターン光の検査表面2に対する照射角度は、0°<α<90°の範囲とする。画像処理部603は、取り込んだ撮像画像に対して2値化処理などを行い、パターン光の走査に伴って生成される照射パターンの形状変化に基づいて検査対象物の凹凸欠陥部を検出し、その結果を記憶部604に記憶する。
FIG. 6 is a block diagram illustrating a functional configuration example of the surface state inspection apparatus 10 according to the present embodiment.
In FIG. 6, a light emitting unit 601 functions as the light source 1 that irradiates pattern light. When pattern light is irradiated from the light emitting unit 601 to the inspection surface 2 of the inspection object, an irradiation pattern is formed on the inspection surface 2. Generated. The imaging unit 602 captures the generated irradiation pattern with the camera 3 and sends the received light image to the image processing unit 603. At this time, the irradiation angle of the pattern light irradiated from the light emitting unit 601 with respect to the inspection surface 2 is in a range of 0 ° <α <90 °. The image processing unit 603 performs binarization processing and the like on the captured captured image, detects an uneven defect portion of the inspection target based on a shape change of the irradiation pattern generated along with the scanning of the pattern light, The result is stored in the storage unit 604.

記憶部604は、照射パターンの形状に関する情報や、検出した凹凸欠陥部の情報を記憶するメモリである。また、アーム制御部605は、光源1からパターン光を走査させながら、光源1とカメラ3とが取り付けられた移動装置5が予め定められた速度で図1の矢印方向へ移動するように制御する。制御部606は、装置全体の動作を制御する。   The storage unit 604 is a memory that stores information on the shape of the irradiation pattern and information on the detected uneven defect portion. The arm control unit 605 controls the moving device 5 to which the light source 1 and the camera 3 are attached to move in the direction of the arrow in FIG. 1 while scanning the pattern light from the light source 1 at a predetermined speed. . A control unit 606 controls the operation of the entire apparatus.

また、発光部601は、例えば、蛍光灯、白熱灯、発光ダイオードなどからなる照明源と、パターン形状の照射光を形成するための遮光マスクとを有している。遮光マスクは、光を透過するシート、プラスチック板、アクリル板、ガラス板などに、パターン形状の窓部を除いて、光を透過しないシートなどを貼付したもの、あるいは、光を透過しない塗料を塗布したものなどからなる。さらに、照明源の前面に遮光マスクを設置することにより、パターン光を照射する光源1を形成することができる。なお、遮光マスクを用いずに、照明源からパターン光が発光するような構成であってもよい。   The light emitting unit 601 includes an illumination source including, for example, a fluorescent lamp, an incandescent lamp, and a light emitting diode, and a light shielding mask for forming pattern-shaped irradiation light. The light-shielding mask is a light-transmitting sheet, plastic plate, acrylic plate, glass plate, etc., which is coated with a non-light-transmitting sheet other than a pattern-shaped window, or a non-light-transmitting paint. It is made up of things. Furthermore, the light source 1 which irradiates pattern light can be formed by installing a light shielding mask in front of the illumination source. A configuration in which pattern light is emitted from an illumination source without using a light shielding mask may be used.

なお、本実施形態における照明源は、レーザ光源であってもよい。この場合、レーザはコヒーレント光であるため、光の広がりを抑制でき、光源1と検査表面2との距離が多少変動しても、照射されるパターン光のサイズの変化が小さくなる。これにより、検査表面2の面内方向における欠陥検出の精度が劣化することを抑制することができる。また、照射光強度も大きいため、パターン光の境界部の明暗のコントラストを高めることができ、欠陥検出の感度を向上させることができる。   Note that the illumination source in the present embodiment may be a laser light source. In this case, since the laser is coherent light, the spread of the light can be suppressed, and even if the distance between the light source 1 and the inspection surface 2 slightly varies, the change in the size of the irradiated pattern light becomes small. Thereby, it can suppress that the precision of the defect detection in the surface direction of the test | inspection surface 2 deteriorates. Moreover, since the irradiation light intensity is high, the contrast of light and dark at the boundary of the pattern light can be increased, and the sensitivity of defect detection can be improved.

検査表面2に照射するパターン光のパターン形状は、検出したい凹凸欠陥の形状や大きさが決まっている場合は、検出したい凹凸欠陥に対応するパターンにする。前述したように、凸欠陥の傾斜面と検査表面2とのなす角が角度(90−α)を超える場合、あるいは、凹欠陥の傾斜面と検査表面2とのなす角が角度(90+α)未満である場合は、照射するパターン光は、照射パターンが十字形状となるものが好ましい。   The pattern shape of the pattern light applied to the inspection surface 2 is set to a pattern corresponding to the uneven defect to be detected when the shape and size of the uneven defect to be detected is determined. As described above, the angle formed between the inclined surface of the convex defect and the inspection surface 2 exceeds the angle (90-α), or the angle formed between the inclined surface of the concave defect and the inspection surface 2 is less than the angle (90 + α). In this case, it is preferable that the irradiation pattern light has a cross-shaped irradiation pattern.

一方、凸欠陥の傾斜面と検査表面2とのなす角が角度(90−α)以下の場合、あるいは、凹欠陥の傾斜面と検査表面2とのなす角が角度(90+α)以上の場合は、照射するパターン光は、照射パターンがリング形状あるいはディスク形状となるものが好ましい。また、ある程度の検出感度を維持して様々な形状の凹凸欠陥の検出をしたい場合も、照射するパターン光は、照射パターンがリング形状あるいはディスク形状となるものが好ましい。   On the other hand, when the angle formed between the inclined surface of the convex defect and the inspection surface 2 is equal to or smaller than the angle (90-α), or when the angle formed between the inclined surface of the concave defect and the inspection surface 2 is equal to or larger than the angle (90 + α). The pattern light to be irradiated preferably has a ring shape or a disk shape. Also, when it is desired to detect irregularities having various shapes while maintaining a certain level of detection sensitivity, it is preferable that the irradiation pattern light has a ring shape or a disk shape.

なお、検査表面2に照射するパターン光は1つではなく2つ以上であってもよい。例えば、図8(a)に示すように、検査表面2に照射パターン81がアレイ状に配列するようにパターン光を照射してもよい。このように複数の照射パターン81を三角格子状に2列に配列させ、矢印方向に移動させることによって、検査表面2の広い範囲に漏れなくパターン光を照射することができ、検査に要する時間を大幅に短縮することが期待できる。   In addition, the pattern surface irradiated to the test | inspection surface 2 may be two or more instead of one. For example, as shown in FIG. 8A, pattern light may be irradiated so that the irradiation pattern 81 is arranged in an array on the inspection surface 2. In this way, by arranging a plurality of irradiation patterns 81 in a triangular lattice in two rows and moving them in the direction of the arrows, it is possible to irradiate pattern light to a wide area of the inspection surface 2 without omission, and to reduce the time required for inspection. It can be expected to shorten significantly.

図8(a)に示した例では、1種類の照射パターンが複数生成される例を示しているが、この例は、凹凸欠陥の形状がある程度把握している場合、もしくは特定の形状の凹凸欠陥を検出する場合である。一方、検査表面の凹凸欠陥の形状は様々なものが存在し、形状が特定されていない。そこで本実施形態では、2種類以上の照射パターンを用いるようにしている。例えば、図8(b)に示すように、検査表面2に形状の異なる照射パターン82がアレイ状に配列するようにパターン光を照射する。この場合、リング形状及び十字形状の照射パターン82を三角格子状に配列し、矢印方向に1周期移動させると、それぞれのパターン光が、移動範囲内に漏れなく照射される。これにより、様々な形状の欠陥に対して、高い検出感度を保ったまま、精度良く検出することが期待できる。なお、照射パターン82の形状の組み合わせは、他の組み合わせであってもよい。   In the example shown in FIG. 8A, an example in which a plurality of one type of irradiation pattern is generated is shown. However, this example shows a case where the shape of the concavo-convex defect is grasped to some extent, or a concavo-convex of a specific shape. This is a case where a defect is detected. On the other hand, there are various irregularities on the inspection surface, and the shape is not specified. Therefore, in this embodiment, two or more types of irradiation patterns are used. For example, as shown in FIG. 8B, pattern light is irradiated so that irradiation patterns 82 having different shapes are arranged in an array on the inspection surface 2. In this case, when the ring-shaped and cross-shaped irradiation patterns 82 are arranged in a triangular lattice pattern and moved in the direction of the arrow for one period, the respective pattern lights are irradiated into the moving range without omission. Thereby, it can be expected that defects of various shapes are detected with high accuracy while maintaining high detection sensitivity. In addition, the combination of the shape of the irradiation pattern 82 may be another combination.

以上のようなリング形状や十字形状の照射パターンを形成するためには、例えば、2次元フォトニック結晶面発光レーザを用いる。リング形状、十字形状などの照射パターンは、非特許文献1に開示されているような2次元フォトニック結晶の配列方法により形成することができる。すなわち、2次元フォトニック結晶の孔を正方形状に配列すると、リング形状のパターン光を形成することができる。また、2次元フォトニック結晶の孔の正方形状の配列において、十字形状に孔を設けないようにすると、十字形状のパターン光を形成することができる。   In order to form a ring-shaped or cross-shaped irradiation pattern as described above, for example, a two-dimensional photonic crystal surface emitting laser is used. Irradiation patterns such as a ring shape and a cross shape can be formed by a two-dimensional photonic crystal arrangement method as disclosed in Non-Patent Document 1. That is, when the holes of the two-dimensional photonic crystal are arranged in a square shape, ring-shaped pattern light can be formed. In addition, in a square array of holes in the two-dimensional photonic crystal, if the holes are not provided in a cross shape, cross-shaped pattern light can be formed.

また、照射パターンをアレイ状に配列させる場合は、図8(c)に示すように、同一の2次元フォトニック結晶面発光レーザ83、あるいは、2次元フォトニック結晶の配列の異なる複数種類の2次元フォトニック結晶面発光レーザ83をアレイ状に配列させる。このように2次元フォトニック結晶面発光レーザ83から照射パターンを生成することにより、様々な形状の欠陥に対して精度良く検出することができる。また、本実施形態におけるレーザ光源は、1つの発振波長に特に限定されるものではなく、発振波長の異なる複数のレーザ光源を用いてもよい。光源1に発振波長の異なる複数のレーザ光源を用いることにより、検査対象物の材質に起因してパターン光の反射光強度が低下する場合に補完させることができ、欠陥検出精度が劣化することを抑制できる。   Further, when the irradiation patterns are arranged in an array, as shown in FIG. 8C, the same two-dimensional photonic crystal surface emitting laser 83 or a plurality of two types of two-dimensional photonic crystals with different arrangements are used. A two-dimensional photonic crystal surface emitting laser 83 is arranged in an array. Thus, by generating an irradiation pattern from the two-dimensional photonic crystal surface emitting laser 83, it is possible to accurately detect defects of various shapes. Further, the laser light source in the present embodiment is not particularly limited to one oscillation wavelength, and a plurality of laser light sources having different oscillation wavelengths may be used. By using a plurality of laser light sources having different oscillation wavelengths as the light source 1, it is possible to compensate when the reflected light intensity of the pattern light is reduced due to the material of the inspection object, and the defect detection accuracy is deteriorated. Can be suppressed.

図7は、画像処理部603等による凹凸欠陥の検出処理手順の一例を示すフローチャートである。
まず、光源1からパターン光を検査表面2に照射することにより処理を開始する。そして、ステップS701において、アーム制御部605は、予め定められた速度で走査するように移動装置5の移動を開始させる。次に、ステップS702において、撮像部602は、検査表面2に写し出された照射パターンを撮像した受光画像をカメラ3から取り込む。
FIG. 7 is a flowchart showing an example of the processing procedure for detecting irregularities by the image processing unit 603 and the like.
First, the process is started by irradiating the inspection surface 2 with pattern light from the light source 1. In step S701, the arm control unit 605 starts the movement of the moving device 5 so as to scan at a predetermined speed. Next, in step S <b> 702, the imaging unit 602 captures from the camera 3 a received light image obtained by imaging the irradiation pattern projected on the inspection surface 2.

次に、ステップS703において、画像処理部603は、取り込んだ受光画像を2値化処理して照射パターンの輪郭を検出し、得られた照射パターンの形状に関する情報を記憶部604に一時記憶する。そして、ステップS704において、アーム制御部605は、1周期として予め設定した移動距離に達したか否かを判断する。この判断の結果、1周期に到達していない場合はステップS702に戻る。   Next, in step S <b> 703, the image processing unit 603 performs binarization processing on the captured received light image to detect the outline of the irradiation pattern, and temporarily stores information on the obtained irradiation pattern shape in the storage unit 604. In step S704, the arm control unit 605 determines whether or not the movement distance set in advance as one cycle has been reached. If the result of this determination is that one cycle has not been reached, the process returns to step S702.

一方、ステップS704の判断の結果、1周期に到達した場合は、ステップS705において、画像処理部603は、記憶部604に一時記憶した1周期分の照射パターンの形状に関する情報を用いて差分検出を行う。差分検出では、凹凸欠陥部分が存在しない場合の照射パターンの形状と比較して差分を検出する。そして、ステップS706において、差分検出の結果、照射パターンの形状に差がある差分領域を決定し、差分領域に番号付けを行う。   On the other hand, if one cycle has been reached as a result of the determination in step S704, in step S705, the image processing unit 603 performs difference detection using information on the shape of the irradiation pattern for one cycle temporarily stored in the storage unit 604. Do. In the difference detection, the difference is detected by comparison with the shape of the irradiation pattern in the case where the uneven defect portion does not exist. In step S706, as a result of the difference detection, a difference area having a difference in the shape of the irradiation pattern is determined, and the difference areas are numbered.

次に、ステップS707において、番号付けを行った差分領域に関して、上述したように、照射パターンの形状の一部欠損や局所的な形状変化が生じた領域を凹凸欠陥部分と判定し、パターン光の走査速度から逆算して凹凸欠陥部分の位置を判定する。そして、ステップS708において、判定した凹凸欠陥部分の位置情報を記憶部604に記憶し、処理を終了する。なお、上記の各処理は、パターン光の走査速度に追随する処理速度で行われるため、パターン光の走査を1周期毎に中断することなく、連続的に行われる。   Next, in step S707, with respect to the numbered difference areas, as described above, a partial defect in the shape of the irradiation pattern or a region in which a local shape change has occurred is determined as an uneven defect portion, and the pattern light The position of the concavo-convex defect portion is determined by calculating backward from the scanning speed. In step S708, the position information of the determined uneven defect portion is stored in the storage unit 604, and the process is terminated. Since each of the above processes is performed at a processing speed that follows the scanning speed of the pattern light, the scanning of the pattern light is continuously performed without being interrupted every cycle.

以上のように本実施形態によれば、照射パターンが十字形状に生成されるパターン光と、リング形状に生成されるパターン光とを所定の方向に走査しながら検査表面に照射するようにした。これにより、検査表面や凹凸欠陥の形状によって欠陥検出の精度が低下してしまうことを防止することができ、欠陥を精度良く検出することができる。   As described above, according to the present embodiment, the inspection surface is irradiated with the pattern light generated in a cross shape and the pattern light generated in a ring shape in a predetermined direction. Thereby, it can prevent that the precision of defect detection falls by the shape of a test | inspection surface or an uneven | corrugated defect, and can detect a defect accurately.

(その他の実施形態)
また、本発明は、以下の処理を実行することによっても実現される。即ち、上述した実施形態の機能を実現するソフトウェア(プログラム)を、ネットワーク又は各種記憶媒体を介してシステム或いは装置に供給し、そのシステム或いは装置のコンピュータ(またはCPUやMPU等)がプログラムを読み出して実行する処理である。
(Other embodiments)
The present invention can also be realized by executing the following processing. That is, software (program) that realizes the functions of the above-described embodiments is supplied to a system or apparatus via a network or various storage media, and a computer (or CPU, MPU, or the like) of the system or apparatus reads the program. It is a process to be executed.

601 発光部、602 撮像部、603 画像処理部、604 記憶部、605 アーム制御部、606 制御部 601 Light emitting unit, 602 imaging unit, 603 image processing unit, 604 storage unit, 605 arm control unit, 606 control unit

Claims (10)

検査対象物の表面に生成される照射パターンの形状が異なる複数種類の光を所定の方向に走査しながら前記検査対象物の表面に照射する照射手段と、
前記照射手段によって照射された光により生成される照射パターンを含む画像を撮影する撮影手段と、
前記撮影手段によって撮影された画像に含まれる照射パターンの形状の変化に基づいて前記検査対象物の表面の欠陥を検出する検出手段とを有することを特徴とする表面状態検査装置。
Irradiation means for irradiating the surface of the inspection object while scanning a plurality of types of light having different shapes of irradiation patterns generated on the surface of the inspection object in a predetermined direction;
Photographing means for photographing an image including an irradiation pattern generated by the light irradiated by the irradiation means;
A surface condition inspection apparatus comprising: a detection unit configured to detect a defect on a surface of the inspection object based on a change in shape of an irradiation pattern included in an image captured by the imaging unit.
前記照射手段は、少なくとも前記撮影手段の画素の配列と平行な輪郭部分を含む形状の照射パターンを生成する光を照射することを特徴とする請求項1に記載の表面状態検査装置。   The surface state inspection apparatus according to claim 1, wherein the irradiation unit irradiates light that generates an irradiation pattern having a shape including at least a contour portion parallel to the pixel array of the imaging unit. 前記照射手段は、少なくとも輪郭部分の任意の点における法線ベクトルの方向が連続的もしくは断続的に異なる形状の照射パターンを生成する光を照射することを特徴とする請求項1または2に記載の表面状態検査装置。   The said irradiation means irradiates the light which produces | generates the irradiation pattern of the shape from which the direction of the normal vector in the arbitrary points of an outline part differs continuously or intermittently. Surface condition inspection device. 前記照射手段は、少なくとも、十字形状の照射パターンを生成する光と、リング形状の照射パターンを生成する光とを照射することを特徴とする請求項1または2に記載の表面状態検査装置。   The surface condition inspection apparatus according to claim 1, wherein the irradiation unit irradiates at least light that generates a cross-shaped irradiation pattern and light that generates a ring-shaped irradiation pattern. 前記照射手段は、生成される照射パターンがアレイ状に配列されるように複数種類の光を前記検査対象物の表面に照射することを特徴とする請求項1〜4の何れか1項に記載の表面状態検査装置。   The said irradiation means irradiates the surface of the said test target object with multiple types of light so that the irradiation pattern produced | generated may be arranged in an array form, The any one of Claims 1-4 characterized by the above-mentioned. Surface condition inspection device. 前記照射手段は、レーザ光源から光を照射することを特徴とする請求項1〜5の何れか1項に記載の表面状態検査装置。   The surface condition inspection apparatus according to claim 1, wherein the irradiation unit irradiates light from a laser light source. 前記照射手段は、発振波長の異なる複数のレーザ光源から光を照射することを特徴とする請求項6に記載の表面状態検査装置。   The surface condition inspection apparatus according to claim 6, wherein the irradiation unit irradiates light from a plurality of laser light sources having different oscillation wavelengths. 前記照射手段は、2次元フォトニック結晶面発光レーザを用いた光源から光を照射することを特徴とする請求項6に記載の表面状態検査装置。   The surface condition inspection apparatus according to claim 6, wherein the irradiation unit irradiates light from a light source using a two-dimensional photonic crystal surface emitting laser. 検査対象物の表面に生成される照射パターンの形状が異なる複数種類の光を所定の方向に走査しながら前記検査対象物の表面に照射する照射工程と、
前記照射工程において照射された光により生成される照射パターンを含む画像を撮影する撮影工程と、
前記撮影工程において撮影された画像に含まれる照射パターンの形状の変化に基づいて前記検査対象物の表面の欠陥を検出する検出工程とを有することを特徴とする表面状態検査方法。
An irradiation step of irradiating the surface of the inspection object while scanning a plurality of types of light having different shapes of irradiation patterns generated on the surface of the inspection object in a predetermined direction;
A photographing step of photographing an image including an irradiation pattern generated by the light irradiated in the irradiation step;
And a detection step of detecting a defect on the surface of the inspection object based on a change in the shape of the irradiation pattern included in the image captured in the imaging step.
検査対象物の表面に生成される照射パターンの形状が異なる複数種類の光を所定の方向に走査しながら前記検査対象物の表面に照射する照射工程と、
前記照射工程において照射された光により生成される照射パターンを含む画像を撮影する撮影工程と、
前記撮影工程において撮影された画像に含まれる照射パターンの形状の変化に基づいて前記検査対象物の表面の欠陥を検出する検出工程とをコンピュータに実行させることを特徴とするプログラム。
An irradiation step of irradiating the surface of the inspection object while scanning a plurality of types of light having different shapes of irradiation patterns generated on the surface of the inspection object in a predetermined direction;
A photographing step of photographing an image including an irradiation pattern generated by the light irradiated in the irradiation step;
A program causing a computer to execute a detection step of detecting a defect on a surface of the inspection object based on a change in shape of an irradiation pattern included in an image captured in the imaging step.
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