JP2014092477A - 検査装置 - Google Patents

Abstract

【課題】比較的簡素な処理で検査面の形状異常を検出することができる検査装置を得る。
【解決手段】検査装置は、出射する光の波長が相互に異なる複数の光源を有し、検査面と相対移動されながら前記複数の光源から前記検査面に光を照射し、前記複数の光源が前記相対移動方向で相互に異なる位置に位置された照明装置と、前記照明装置とともに前記検査面と相対移動されながら、前記照明装置から出射された光の前記検査面での反射光を受光する撮像部と、前記撮像部が受光した前記反射光の波長の変化に基づいて前記検査面の形状異常を検出する検出部と、を備えた。
【選択図】図６

Description

本発明は、検査装置に関する。

従来、検査面に光を照射し、検査面からの反射光を受光し、受光した反射光に基づいて当該検査面の形状異常を検出する検査装置が知られている。

特許第４５４４２７２号公報 特開平５−３２２５４３号公報

この種の検査装置では、比較的簡素な処理で検査面の形状異常を検出することができることが望まれている。

そこで、本発明は、一例としては、比較的簡素な処理で検査面の形状異常を検出することができる検査装置を得ることを目的の一つとする。

本発明の実施形態にかかる検査装置は、出射する光の波長が相互に異なる複数の光源を有し、検査面と相対移動されながら前記複数の光源から前記検査面に光を照射し、前記複数の光源が前記相対移動方向で相互に異なる位置に位置された照明装置と、前記照明装置とともに前記検査面と相対移動されながら、前記照明装置から出射された光の前記検査面での反射光を受光する撮像部と、前記撮像部が受光した前記反射光の波長の変化に基づいて前記検査面の形状異常を検出する検出部と、を備えた。

本発明によれば、一例としては、比較的簡素な構成で異常を検出できる検査装置を得ることができる。

図１は、実施形態にかかる検査装置の一例を示す模式図である。 図２は、実施形態にかかる検査装置の光源の照射光と正反射光との一例を説明するための模式図である。 図３は、実施形態にかかる検査装置の光源の照射光と正反射光との一例を説明するための模式図である。 図４は、実施形態にかかる検査装置の光源の照射光と正反射光との一例を説明するための模式図である。 図５は、実施形態にかかる検査装置の一例を示すブロック図である。 図６は、実施形態にかかる制御部が実行する表面形状検査処理の一例を説明するための模式図である。 図７は、実施形態にかかる制御部が実行する表面形状検査処理の一例を説明するための模式図である。 図８は、実施形態にかかる制御部が実行する表面形状検査処理の流れの一例を示すフローチャートである。 図９は、実施形態の変形例にかかる検査装置の一例を示す模式図である。 図１０は、実施形態の変形例にかかる撮像部で撮像された画像の一例を示す模式図である。 図１１は、実施形態の変形例にかかる撮像部で撮像された画像の一例を示す模式図である。 図１２は、実施形態の変形例にかかる撮像部で撮像された画像の一例を示す模式図である。 図１３は、実施形態の変形例にかかる撮像部で撮像された画像の一例を示す模式図である。

図１に示すように、本実施形態の検査装置１は、照明装置２と撮像部３とを備えている。照明装置２と撮像部３とは、移動装置３０（図５）によって、検査対象である検査物１００の検査面１００ａと相対移動される。検査装置１は、照明装置２によって光を照射した検査面１００ａを撮像部３によって撮像し、その撮像結果を用いて、検査面１００ａの形状異常を検出する。本実施形態では、一例として、撮像部３が、検査面１００ａに対する照明装置２の移動方向Ｆで照明装置２の前方に位置されている。検査面１００ａは、一例として、光沢面である。

移動装置３０は、一例として、照明装置２と撮像部３とを一体に支持している。移動装置３０は、一例として、モータ等の駆動源を有しており、駆動源の駆動力によって、照明装置２と撮像部３とを、位置固定された検査面１００ａに沿って移動させる。なお、移動装置３０は、検査物１００を支持して、検査物１００を、位置固定された照明装置２と撮像部３とに対して移動させる構成であってもよい。

照明装置２は、出射する光の波長（波長域）が相互に異なる複数の光源４を有し、検査面１００ａと相対移動されながら複数の光源４から検査面１００ａに光を照射する。本実施形態では、照明装置２は、複数の光源４として、光源４Ｒ、光源４Ｇ、光源４Ｂを有している。光源４Ｒは、赤色の光を出射し、光源４Ｇは、緑色の光を出射し、光源４Ｂは、青色の光を出射する。これらの赤色の光、緑色の光、青色の光は、相互に波長（波長域）が異なるものである。本実施形態では、光源４Ｇが、第一の光源に相当し、光源４Ｒが第二の光源に相当し、光源４Ｂが第三の光源に相当する。なお、本実施形態では、出射する光の波長が相互に異なる複数の光源４として、三つの光源４Ｒ，４Ｇ，４Ｂの例を示したが、出射する光の波長が相互に異なる光源４は、例えば四つ以上であってもよい。各光源４は、一例として、照明装置２の移動方向Ｆと直交する方向に沿って配置された複数のＬＥＤ（light emitting diode）を有し、移動方向Ｆと直交する方向に延在したライン状の照明光を検査面１００ａにおける撮像部３の撮像領域に照射する。照明装置２は、各光源４から同時に検査面１００ａの同一領域（撮像部３の撮像領域）に向けて光を照射する。光源４から出射された光の検査面１００ａでの正反射光（検査面１００ａに照射された光の検査面１００ａの法線Ｌ２に対する入射光と等角に反射した反射光）は、撮像部３に入射する。

複数の光源４は、検査面１００ａに対する相対移動方向で相互に異なる位置に位置されている。本実施形態では、照明装置２の移動方向Ｆで光源４Ｇの前方に光源４Ｒが位置され、照明装置２の移動方向Ｆで光源４Ｇの後方に光源４Ｂが位置されている。また、一例として、光源４Ｇは、図２に示すように、面１００ａ１（第一の面）に照射した光の正反射光が撮像部３に入射する位置に、位置されている。光源４Ｒは、図３に示すように、面１００ａ１に対して傾斜した面１００ａ２（第二の面）に照射した光の正反射光が撮像部３に入射する位置に、位置されている。光源４Ｂは、図４に示すように、面１００ａ１に対して面１００ａ２とは反対方向に傾斜した面１００ａ３（第三の面）に照射した光の正反射光が撮像部３に入射する位置に、位置されている。図２〜図４中の矢印は、照明光の進行方向を示している。また、光源４Ｒから出射された光の面１００ａ２での正反射光の反射角（反射波の進行方向Ｌ３と面１００ａ２の法線Ｌ２とがなす角）α２は、光源４Ｇから出射された光の面１００ａ１での正反射光の反射角α１よりも大きい。また、光源４Ｂから出射された光の面１００ａ３での正反射光の反射角α３は、光源４Ｇから出射された光の面１００ａ１での正反射光の反射角α１よりも小さい。

撮像部３は、照明装置２とともに検査面１００ａと相対移動されながら、照明装置２から出射された光の検査面１００ａでの反射光を受光する。撮像部３は、照明装置２から出射された光の検査面１００ａでの正反射光を、受光する。一例として、撮像部３は、ラインカメラ（ラインセンサ）として構成されている。撮像部３は、検査面１００ａとの相対移動方向と直交する方向であって光源４のライン状の照明光の延在方向に沿って一列に配置された複数の光電変換素子（撮像素子、図示されず）を有する。すなわち、撮像部３は、検査面１００ａとの相対移動方向と直交する方向に沿った線状の画像（画像データ、撮像データ、各光電変換素子に対応した画素毎の輝度値のデータ、輝度値のデータ列）を取得する。各撮像素子では、例えば２５６階調で輝度値のデータが取得される。撮像部３は、一例として、各撮像素子について複数（例えば、Ｒ（赤色）Ｇ（緑色）Ｂ（青色）の三つ）の画像データが取得される。図１中の線Ｌ１は、撮像部３の光軸を示している。

本実施形態では、一例として、図５に示すように、検査装置１は、制御部２０（例えばＣＰＵ（central processing unit）等）や、ＲＯＭ２１（read only memory）、ＲＡＭ２２（random access memory）、ＳＳＤ２３（solid state drive）、光照射コントローラ２４、撮像コントローラ２５、移動コントローラ２６、表示コントローラ２７等を備えることができる。光照射コントローラ２４は、制御部２０からの制御信号に基づいて、照明装置２の発光等を制御する。撮像コントローラ２５は、制御部２０からの制御信号に基づいて、撮像部３による撮像を制御する。移動コントローラ２６は、制御部２０から受けた制御信号に基づいて、移動装置３０を制御し、照明装置２および撮像部３の移動（開始、停止、速度等）を制御する。表示コントローラ２７は、制御部２０からの制御信号に基づいて、表示装置４０（例えば、ＬＣＤ（liquid crystal display）、ＯＥＬＤ（organic electroluminescent display）等）を制御する。また、制御部２０は、不揮発性の記憶部としてのＲＯＭ２１やＳＳＤ２３等にインストールされたプログラム（アプリケーション）を読み出して実行する。ＲＡＭ２２は、制御部２０がプログラムを実行して種々の演算処理を実行する際に用いられる各種データを一時的に記憶する。なお、図５に示されるハードウエアの構成はあくまで一例であって、例えばチップやパッケージにする等、種々に変形して実施することが可能である。また、各種演算処理は、並列処理することが可能であり、制御部２０等は、並列処理が可能なハードウエア構成とすることが可能である。

また、本実施形態では、一例として、制御部２０は、ハードウエアとソフトウエア（プログラム）との協働によって、検査装置１の少なくとも一部として機能（動作）する。一例として、制御部２０は、検出部等として機能して、表面形状検査処理を実行する。

制御部２０は、表面形状検査処理において異常判定処理を行う。異常判定処理の一例として、制御部２０は、撮像部３が受光した反射光（光源４から出射された光の検査面１００ａでの反射光）の波長（波長域）の変化（時系列での変化）に基づいて検査面１００ａの形状異常を検出する。一例として、制御部２０は、複数の光源４のうちのある光源４から出射された光の正反射光を撮像部３が受光した後に、検査面１００ａに対する照明装置２の移動方向Ｆで上記ある光源４の前後の光源４のうちの一方の光源４から出射された光の正反射光を撮像部３が受光し、当該受光の後に、上記ある光源４の前後の光源４のうちの他方の光源から出射された光の正反射光を撮像部３が受光した場合に、検査面１００ａに形状異常が有ると判定する（判定処理）。つまり、制御部２０は、光源４Ｇから出射された光の正反射光を撮像部３が受光した後に、光源４Ｒから出射された光の正反射光および光源４Ｂから出射された光の正反射光を撮像部３が受光した場合に、検査面１００ａに形状異常が有ると判定する。このとき、制御部２０は、撮像部３から出力された画像データ（撮像データ）に含まれる輝度値を用いる。例えば、制御部２０は、赤色の光の輝度値が規定値以上の場合、撮像部３が光源４Ｒから出射された光の正反射光を受光したと判定する。また、制御部２０は、緑色の光の輝度値が規定値以上の場合、撮像部３が光源４Ｇから出射された光の正反射光を受光したと判定する。また、制御部２０は、青色の光の輝度値が規定値以上の場合、撮像部３が光源４Ｂから出射された光の正反射光を受光したと判定する。

一例として、制御部２０は、図６に示すように、光源４Ｇから出射された光の正反射光を撮像部３が受光した後に、光源４Ｒから出射された光の正反射光、光源４Ｂから出射された光の正反射光の順に、光源４Ｒから出射された光の正反射光および光源４Ｂから出射された光の正反射光を撮像部３が受光した場合には、検査面１００ａに凹状の形状異常があると判定する。ここで、図６に示される検査物１００は、照明装置２の搬送方向Ｆに対して平坦な領域Ｐ１と、領域Ｐ１と連続していて照明装置２の搬送方向Ｆに対する下り坂を構成する領域Ｐ２と、領域Ｐ２と連続していて照明装置２の搬送方向Ｆに対する上り坂を構成する領域Ｐ３と、領域Ｐ３と連続していて照明装置２の搬送方向Ｆに対して平坦な領域Ｐ４と、を有しており、領域Ｐ２，Ｐ３の部分が凹状の形状異常となっている。図６の例では、制御部２０は、領域Ｐ１において光源４Ｇから出射された光の正反射光を受光し、領域Ｐ２において光源４Ｒから出射された光の正反射光を受光し、領域Ｐ３において光源４Ｂから出射された光の正反射光を受光し、領域Ｐ４において光源４Ｇから出射された光の正反射光を受光するので、検査面１００ａに凹状の形状異常があると判定する。

また、一例として、制御部２０は、図７に示すように、光源４Ｇから出射された光の正反射光を撮像部３が受光した後に、光源４Ｂから出射された光の正反射光、光源４Ｒから出射された光の正反射光の順に、光源４Ｒから出射された光の正反射光および光源４Ｂから出射された光の正反射光を撮像部３が受光した場合には、検査面１００ａに凸状の形状異常が有ると判定する。ここで、図７に示される検査物１００は、照明装置２の搬送方向Ｆに対して平坦な領域Ｐ５と、領域Ｐ５と連続していて照明装置２の搬送方向Ｆに対する上り坂を構成する領域Ｐ６と、領域Ｐ６と連続していて照明装置２の搬送方向Ｆに対する下り坂を構成する領域Ｐ７と、領域Ｐ７と連続していて照明装置２の搬送方向Ｆに対して平坦な領域Ｐ８を有しており、領域Ｐ６，Ｐ７の部分が凸状の形状異常となっている。図７の例では、制御部２０は、領域Ｐ５において光源４Ｇから出射された光の正反射光を受光し、領域Ｐ６において光源４Ｂから出射された光の正反射光を受光し、領域Ｐ７において光源４Ｒから出射された光の正反射光を受光し、領域Ｐ８において光源４Ｇから出射された光の正反射光を受光するので、検査面１００ａに凸状の形状異常があると判定する。

以上から分かるように、本実施形態では、凹状の形状異常と凸状の形状異常とでは、光源４Ｇから出射された光の正反射光を撮像部３が受光した後の、撮像部３が受光する、光源４Ｂから出射された光の正反射光と光源４Ｒから出射された光の正反射光との順番が逆になっている。そして、本実施形態では、この受光順の違いを利用して凹状の形状異常と凸状の形状異常とを判別している。

次に、制御部２０が実行する表面形状検査処理の流れを図８に示すフローチャートに沿って説明する。まず、制御部２０は、撮像部３から出力された画像データ（撮像データ）を取得する（ステップＳ１）。次に、制御部２０は、取得した画像データを用いて、上述した異常判定処理を行い、検査面１００ａの形状異常の有無を判定（検出）する（ステップＳ２）。制御部２０は、検査面１００ａに形状異常が有ると判定した場合（ステップＳ３のＹｅｓ）、検査面１００ａに異常が有る旨を示す異常情報を表示装置４０に表示出力させる（ステップＳ４）。この異常情報は、形状異常を示した画像を含んでよい。一方、制御部２０は、検査面１００ａに形状異常が無いと判定した場合（ステップＳ３のＮｏ）、処理を終了する。なお、検査面１００ａに形状異常が無いと判定した場合、制御部２０は、検査面１００ａに異常が無い旨を示す情報を表示装置４０に表示出力させてもよい。

以上説明したとおり、本実施形態では、制御部２０が、撮像部３が受光した反射光の波長の変化に基づいて検査面１００ａの形状異常を検出する。よって、比較的簡素な処理で検査面１００ａの形状異常を検出することができる。

また、本実施形態では、撮像部３における、光源４Ｇから出射された光の正反射光を撮像部３が受光した後の、撮像部３における光源４Ｂから出射された光の正反射光と、光源４Ｒから出射された光の正反射光との受光の順番が逆となっていることを利用して、凹状の形状異常と凸状の形状異常とを判別している。よって、比較的簡素な処理で検査面１００ａの凹状および凸状の形状異常を判別することができる。

次に、本実施形態の変形例を説明する。図９に示すように、本変形例では、照明装置２の光源４が四つ以上設けられている。光源４として、光源４Ｂ、光源４Ｒ、光源４Ｇ、光源４Ｂ、光源４Ｒ、光源４Ｇ、光源４Ｂが設けられている。これらの光源４は、照明装置２の搬送方向Ｆで、光源４Ｂを先頭にして、その後方に、光源４Ｒ、光源４Ｇ、光源４Ｂ、光源４Ｒ、光源４Ｇ、光源４Ｂが順に配置されている。

制御部２０は、撮像部３が受光した反射光の波長（波長域）の変化に基づいて検査面１００ａの形状異常を検出する。一例として、制御部２０は、撮像部３が撮像した画像において基準となる基準領域と、基準領域以外の領域を抽出して、それらの領域の位置関係を利用して、検査面１００ａの形状異常を検出する。基準領域は、例えば、画像中で規定数以上の画素で示されている色の部位である。図１０〜図１３は、撮像部３が撮像した検査面１００ａの画像５０を示している。

図１０の画像５０では、赤色の基準領域５０ａ（基準面）に囲まれた位置に、青色の領域５０ｂと緑色の領域５０ｃとが搬送方向Ｆに沿って存在している。つまり、このとき、撮像部３におけるある光電変換素子（撮像素子）は、光源４Ｒから出射された赤色の光の正反射光を受光し、次に、光源４Ｂから出射された青色の光の正反射光を受光し、次に、光源４Ｇから出射された緑色の光の正反射光を受光し、次に、光源４Ｒから出射された光の正反射光を受光したことが分かる。したがって、この場合、制御部２０は、検査面１００ａに凹状の形状異常が有ると判定する。

図１１の画像５０では、赤緑色（赤色および緑色が混在した色）の基準領域５０ｄに囲まれた位置に、赤色の領域５０ｅと青色の領域５０ｆと緑色の領域５０ｇが搬送方向Ｆに沿って存在している。つまり、このとき、撮像部３におけるある光電変換素子は、光源４Ｒ，４Ｇから出射された赤色および緑色の光の正反射光を受光し、次に、光源４Ｒから出射された赤色の光の正反射光を受光し、次に、光源４Ｂから出射され青色の光の正反射光を受光し、次に、光源４Ｇから出射された緑色の正反射光を受光し、次に、光源４Ｒ，４Ｇから出射された赤色および緑色の光の正反射光を受光したことが分かる。この場合、制御部２０は、検査面１００ａに凹状の形状異常が有ると判定する。

図１２の画像５０では、比較的輝度の小さい緑色の基準領域５０ｈに囲まれた位置、基準領域５０ｈよりも輝度が大きい緑色の領域５０ｉと、赤色の領域５０ｊとが搬送方向Ｆに沿って存在している。つまり、このとき、撮像部３におけるある光電変換素子は、光源４Ｇから出射された緑色の光の正反射光を第一の量だけ受光し、次に、光源４Ｇから出射された緑色の光の正反射光を第一の量よりも多く受光し、次に、光源４Ｒから出射された赤色の光の正反射光を受光し、次に、光源４Ｇから出射された緑色の光の正反射光を第一の量と略同じ量だけ受光したことが分かる。したがって、この場合、制御部２０は、検査面１００ａに凸状の形状異常が有ると判定する。

図１３の画像５０では、青色の基準領域５０ｋに囲まれた位置に、赤色の領域５０ｍと、緑色の領域５０ｎと、赤色の領域５０ｑと、が搬送方向Ｆに沿って存在している。また、緑色の領域５０ｎの内側には青色の領域５０ｐが存在している。このとき、撮像部３におけるある光電変換素子は、光源４Ｂから出射された青色の光の正反射光を受光し、次に、光源４Ｒから出射された赤色の光の正反射光を受光し、次に、光源４Ｇから出射された緑色の光の正反射光を受光し、次に、光源４Ｂから出射された青色の光の正反射光を受光し、次に、光源４Ｇから出射された緑色の光の正反射光を受光し、次に、光源４Ｒから出射された赤色の光の正反射光を受光したことが分かる。したがって、この場合、制御部２０は、検査面１００ａに凸状の形状異常が有ると判定する。

以上、本発明の実施形態を例示したが、上記実施形態はあくまで一例である。実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、組み合わせ、変更を行うことができる。また、実施形態の構成や形状は、部分的に他の構成や形状と入れ替えて実施することも可能である。また、各構成や形状等のスペック（構造や、種類、方向、角度、形状、大きさ、長さ、幅、厚さ、高さ、数、配置、位置、材質等）は、適宜に変更して実施することができる。

１…検査装置
２…照明装置
３…撮像部
４，４Ｂ，４Ｇ，４Ｒ…光源
２０…制御部（検出部）
１００ａ…検査面

Claims (6)

1. 出射する光の波長が相互に異なる複数の光源を有し、検査面と相対移動されながら前記複数の光源から前記検査面に光を照射し、前記複数の光源が前記相対移動方向で相互に異なる位置に位置された照明装置と、
   前記照明装置とともに前記検査面と相対移動されながら、前記照明装置から出射された光の前記検査面での反射光を受光する撮像部と、
   前記撮像部が受光した前記反射光の波長の変化に基づいて前記検査面の形状異常を検出する検出部と、
   を備えた検査装置。
2. 前記撮像部は、前記照明装置から出射された光の前記検査面での正反射光を、受光する請求項１に記載の検査装置。
3. 前記検出部は、前記複数の光源のうちのある光源から出射された光の正反射光を前記撮像部が受光した後に、前記検査面に対する前記照明装置の移動方向で前記ある光源の前後の前記光源のうちの一方の光源から出射された光の正反射光を前記撮像部が受光し、当該受光の後に、前記ある光源の前後の前記光源のうちの他方の光源から出射された光の正反射光を前記撮像部が受光した場合に、前記検査面に形状異常が有ると判定する請求項２に記載の検査装置。
4. 前記照明装置は、出射する光の波長が相互に異なる三つの前記光源を有した請求項１ないし３のいずれか一項に記載の検査装置。
5. 前記照明装置は、複数の前記光源として、第一の光源と第二の光源と第三の光源とを有し、
   前記第一の光源は、第一の面に照射した光の正反射光が前記撮像部に入射する位置に、位置され、
   前記第二の光源は、前記第一の面に対して傾斜した第二の面に照射した光の正反射光が前記撮像部に入射する位置に、位置され、
   前記第三の光源は、前記第一の面に対して前記第二の面とは反対方向に傾斜した第三の面に照射した光の正反射光が前記撮像部に入射する位置に、位置され、
   前記第二の光源から出射された光の前記第二の面での正反射光の反射角は、前記第一の光源から出射された光の前記第一の面での正反射光の反射角よりも大きく、
   前記第三の光源から出射された光の前記第三の面での正反射光の反射角は、前記第一の光源から出射された光の前記第一の面での正反射光の反射角よりも小さい、請求項１ないし４のいずれか一項に記載の検査装置。
6. 前記撮像部は、前記検査面に対する前記照明装置の移動方向で前記照明装置の前方に位置され、
   前記検出部は、前記第一の光源から出射された光の正反射光を前記撮像部が受光した後に、前記第二の光源から出射された光の正反射光、前記第三の光源から出射された光の正反射光の順に、前記第二の光源から出射された光の正反射光および前記第三の光源から出射された光の正反射光を前記撮像部が受光した場合には、前記検査面に凹状の形状異常があると判定し、前記第一の光源から出射された光の正反射光を前記撮像部が受光した後に、前記第三の光源から出射された光の正反射光、前記第二の光源から出射された光の正反射光の順に、前記第二の光源から出射された光の正反射光および前記第三の光源から出射された光の正反射光を前記撮像部が受光した場合には、前記検査面に凸状の形状異常が有ると判定する、請求項５に記載の検査装置。