JP2014178134A - クラック及び外観検査装置並びにクラック及び外観検査方法 - Google Patents
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Abstract
透過性材料の表面疵等と内部にわたるクラックとを識別して検査するクラック及び外観検査装置を提供する。
【解決手段】
クラック及び外観検査装置は、第1の波長の光を被検査物の表面に照射する第1の光源と、第1の波長と異なる第2の波長の光を被検査物の表面に照射する第2の光源と、被検査物に入射した第1の波長の光の内部散乱後、表面から出射する第1の波長の出射光と、被検査物の表面での第2の波長の反射光と、を検出する検出部と、第1の光源と検出部との間に配置され、第1の光源からの直接光と、第1の光源から照射された光が被検査物の表面で反射された一次反射光と、が、検出部で直接に検出されないように遮光する遮光部材と、第1の光源と第2の光源とを結ぶ方向に沿って、第1の波長の出射光と第2の波長の反射光との強度変化を算出して、被検査物の表面疵と内部にわたるクラックとを識別する識別部と、を備える。
【選択図】図2
Description
前記第1の波長と異なる第2の波長の光を前記被検査物の表面に照射する第2の光源と、
前記被検査物に入射した前記第1の波長の光の内部散乱後、表面から出射する前記第1の波長の出射光と、前記被検査物の表面での前記第2の波長の反射光と、を検出する検出部と、
前記第1の光源と前記検出部との間に配置され、前記第1の光源からの直接光と、前記第1の光源から照射された光が前記被検査物の表面で反射された一次反射光と、が、前記検出部で直接に検出されないように遮光する遮光部材と、
前記第1の光源と前記第2の光源とを結ぶ方向に沿って、前記第1の波長の出射光と前記第2の波長の反射光との強度変化を算出して、前記被検査物の表面疵と内部にわたるクラックとを識別する識別部と、
を備える。
前記第1の波長と異なる第2の波長の光を前記被検査物の表面に照射する第2の光源と、
前記被検査物に入射した前記第1の波長の光の内部散乱後、表面から出射する前記第1の波長の出射光と、前記被検査物の表面での前記第2の波長の反射光と、を検出する検出部と、
前記第1の光源と前記検出部との間に配置され、前記第1の光源からの直接光と、前記第1の光源から照射された光が前記被検査物の表面で反射された一次反射光と、が、前記検出部で直接に検出されないように遮光する遮光部材と、
前記第1の光源と前記第2の光源とを結ぶ方向に沿って、前記第1の波長の出射光と前記第2の波長の反射光との強度変化を算出して、前記被検査物の表面疵と内部にわたるクラックとを識別する識別部と、
を備える。
W>dtanα
で表される範囲であってもよい。
i)前記第1の波長の出射光の有意な強度変化と前記第2の波長の反射光の有意な強度変化の両方が検出した場合をクラックと識別し、
ii)前記第2の波長の反射光の有意な強度変化のみが検出される場合を表面疵と識別する、
ものであってもよい。
前記第3の光源と前記検出部との間に配置され、前記第3の光源からの直接光と、前記第3の光源から照射された光が前記被検査物の表面で反射される一次反射光と、が、前記検出部で直接に検出されないように遮光する第2の遮光部と、
をさらに備えてもよい。
W>dtanα
で表される範囲であってもよい。
第2の光源から前記第1の波長と異なる第2の波長の光を前記被検査物の表面に照射するステップと、
前記被検査物に入射した前記第1の波長の光の内部散乱後、表面から出射する前記第1の波長の出射光と、前記被検査物の表面での前記第2の波長の反射光と、を検出するステップと、
前記第1の光源と前記第2の光源とを結ぶ方向に沿って、前記第1の波長の出射光と前記第2の波長の反射光との強度変化を算出して、前記被検査物の表面疵と内部にわたるクラックとを識別するステップと、
を含み、
前記第1の光源からの直接光と、前記第1の光源から照射された光が前記被検査物の表面で反射された一次反射光と、が、前記検出部で直接に検出されないように遮光する。
<クラック及び外観検査装置>
図1は、実施の形態1に係るクラック及び外観検査装置10による被検査物1の検査領域6を示す平面図である。図2は、実施の形態1に係るクラック及び外観検査装置10の構成を示す正面図である。図3は、図2のクラック及び外観検査装置10の2つの光源11、12からの光の照射及び被検査物1内での内部散乱を示す概略図である。このクラック及び外観検査装置10は、内部散乱用の第1の光源11と、表面反射用の第2の光源12と、エリアカメラ13と、遮光部材14と、識別部15と、を備えている。第1の光源11は、第1の波長、例えば赤色光を照射してもよい。第2の光源12は、第1の波長とは異なる第2の波長、例えば青色光を照射してもよい。エリアカメラ13は、被検査物1に入射した第1の波長の光の内部散乱後、表面から出射する第1の波長の出射光と、被検査物1の表面での第2の波長の反射光と、を検出する。遮光部材14は、第1の光源11からの直接光と、第1の光源11からの光が被検査物1の表面で反射される一次反射光と、が、エリアカメラ13で直接に検出されないように遮光する。識別部15は、第1の光源11と第2の光源12とを結ぶ方向に沿って、第1の波長の出射光(R)と第2の波長の反射光(B)との強度変化を算出して、被検査物1の表面疵と内部にわたるクラックとを識別する。
内部散乱用の第1の光源11は、第1の波長、例えば赤色光(R)を照射してもよい。なお、これに限られず、緑色光、青色光等であってもよい。また、第1の光源は、バー型照明又はラインレーザであってもよい。図3に示すように、第1の光源11からの光は、透過性材料からなる被検査物1の内部で散乱され、内部散乱光を生じ、表面から出射する。このとき、クラック8が存在する場合には、図5に示すように、クラック8の位置に対応して内部散乱光の強度変化にギャップを生じる。
表面反射用の第2の光源12は、第1の波長とは異なる第2の波長、例えば青色光(B)を照射してもよい。なお、これに限られず、第1の波長の光と異なる光であればよく、赤色光、緑色光等であってもよい。また、第2の光源は、バー型照明であってもよい。第2の光源12からの光は、被検査物1の表面で反射され、表面反射光を生じる。このとき、表面疵が存在する場合には、図6に示すように、表面疵の位置に対応して表面反射光の強度変化にピークを生じる。第2の光源12では、第1の波長と異なる第2の波長の光を照射するので、第2の光源12からの表面反射光を、第1の光源11からの内部反射光と明確に識別できる。
エリアカメラ13は、被検査物1に入射した第1の波長の光の内部散乱後、表面から出射する第1の波長の出射光と、被検査物1の表面での第2の波長の反射光と、を検出する。なお、エリアカメラ13は、図1の平面図に示すように、カメラ視野4のうち、第1の光源11と第2の光源12とを結ぶ方向に沿った複数画素からなる短辺と、これに垂直な方向に沿った複数画素からなる長辺とによって画成される細長い検査領域6を有する。例えば、短辺方向は約100画素であり、長辺方向は約2000画素であってもよい。図5から図8の内部散乱光(R)又は表面反射光(B)の強度変化は、いずれも第1の光源11と第2の光源12とを結ぶ方向、つまり検査領域6の短辺方向に沿った強度変化である。このように、検出部としてラインカメラではなく、短辺方向にも検査領域6を有するエリアカメラを使用することによって、図5〜図8に示すように、1度の撮像によって短辺方向に沿った強度変化を得ることができる。この強度変化に現れるギャップ又はピークを検出することで、被検査物1において内部にわたるクラック8が存在するか(図7)、あるいは表面疵が存在するか(図8)、を識別することができる。
遮光部材14は、第1の光源11からの直接光と、第1の光源11からの光が被検査物1の表面で反射された一次反射光と、が、エリアカメラ13で直接に検出されないように遮光する。
図4は、遮光部材14の幅Wの条件を示す断面図である。この遮光部材14の幅(厚さ)Wの条件について検討する。例えば、第1の光源11から照射される光が被検査物1の表面で反射される一次反射光が遮光部材14の下部を介して検査領域6に入り、エリアカメラ13で検出される場合を考える。この場合、第1の光源11側の端から遮光部材14を介して検査領域6までの距離は、遮光部材14の端面と検査領域6との間に間隙を設けない場合には実質的に遮光部材14の幅Wと同じとなる。この遮光部材14の幅Wと、遮光部材14と被検査物1との間隙dと、第1の光源11から照射される光と鉛直方向とのなす角αとの間には、
tanα=W/d
の関係が成立する。上記式を整理すると、
W=dtanα
となる。そこで、遮光部材14の幅Wは、dtanαより大きいことが好ましい。遮光部材14の幅Wがdtanαより大きい場合には第1の光源11から照射される光が被検査物1の表面で反射される一次反射光が遮光部材14の下部を介して検査領域6に入り、エリアカメラ13で検出されることを抑制できる。
識別部15は、エリアカメラ13で検出した第1の波長の出射光(R)と第2の波長の反射光(B)について、第1の光源11と第2の光源12とを結ぶ方向に沿って、第1の波長の出射光(R)と第2の波長の反射光(G)との強度変化を算出して、被検査物1の内部にわたるクラックと表面疵とを識別する。この場合、第1の波長(R)と第2の波長(B)とは異なるので、第1の波長の出射光(R)と第2の波長の反射光(B)とを同時に検出してもそれぞれの光強度を波長ごとに分離できる。そのため、内部散乱光である第1の波長の出射光(R)の強度変化と、表面反射光である第2の波長の反射光(B)の強度変化とを同時に検出でき、内部にわたるクラックと表面疵とを識別できる。
この実施の形態1に係るクラック及び外観検査方法は、次のステップで構成される。
(a)第1の光源11から第1の波長の光(R)を被検査物1の表面に照射する。この場合において、第1の光源11からの直接光と、第1の光源11から照射された光が被検査物1の表面で反射された一次反射光と、が、直接に検出されないように遮光する。
(b)第2の光源12から第1の波長と異なる第2の波長の光(B)を被検査物1の表面に照射する。
(c)被検査物1に入射した第1の波長の光の内部散乱後、表面から出射する第1の波長の出射光(R)と、被検査物1の表面での第2の波長の反射光(B)と、を検出する。
(d)第1の光源11と第2の光源12とを結ぶ方向に沿って、第1の波長の出射光(R)と第2の波長の反射光(B)との強度変化を算出して、被検査物1の表面疵と内部にわたるクラック8とを識別する。
図9は、実施の形態2に係るクラック及び外観検査装置20の2つの光源からの光の照射を示す概略図である。図10は、図9のクラック及び外観検査装置20における遮光部材の傾斜角度の条件を示す断面図である。このクラック及び外観検査装置20では、実施の形態1に係るクラック及び外観検査装置10と対比すると、鏡面16を有する遮光部材14を用いている点、及び、遮光部材14を鉛直方向について角度βで傾斜させて配置している点で相違する。この遮光部材14は、第1の光源11から照射される光を鏡面16で反射して、被検査物1に照射している。このように第1の光源11から照射される光を傾斜させた遮光部材14の鏡面16で反射することで、第1の光源11から照射される光を有効利用できる。
β≧α/2
である。また、遮光部材14の傾斜角度βは、第1の光源11から照射する光の光軸と鉛直方向とのなす角度αより大きくなることはない。そこで、2つの条件から、遮光部材14の傾斜角度βは、α/2〜αの範囲であることが好ましい。遮光部材14の傾斜角度βが上記範囲にある場合には、第1の光源11から照射される光を遮光部材14で反射することで、第1の光源11から照射される光を有効利用できる。
図11は、実施の形態3に係るクラック及び外観検査装置30の3つの光源からの光(R、G、B)の照射を示す概略図である。図12は、図11のクラック及び外観検査装置30の3つの光源からの光のうち、2つの光源からの光の被検査物の内部散乱光(R、G)の強度変化における有意なギャップの検出によるクラック検出を示す図である。図13は、図12の2つの内部散乱光(R、G)の強度変化のうち、一方の内部散乱光(G)を符号反転して、両者を加算した強度変化を示す図である。
図14は、実施の形態4に係るクラック及び外観検査装置40の3つの光源からの光の照射を示す概略図である。図15は、実施の形態4に係るクラック及び外観検査装置40によるクラックの検出を示す図である。図16は、実施の形態4に係るクラック及び外観検査装置40による表面疵の検出を示す図である。
このクラック及び外観検査装置40は、実施の形態3に係るクラック及び外観検査装置30と対比すると、2つの遮光部材14、19を傾斜させて配置している点、及び、ハーフミラーを用いることなく第2の光源12を斜め上方から光を照射している点で相違する。2つの遮光部材14、19を傾斜させることによって、第1の光源11から照射される光を遮光部材14で反射して第1の光源11から照射される光を有効利用できると共に、第3の光源17から照射される光を第2の遮光部材19で反射して第3の光源17から照射される光を有効利用できる。また、2つの遮光部材14、19を傾斜させることによって、第2の光源12を斜め上方から光を照射できる位置に配置可能とできる。
2 テーブル
4 カメラ視野
6 検査領域
8 クラック
10、20、30、40 クラック及び外観検査装置
11 第1の光源(内部散乱用)
12 第2の光源(表面反射用)
13 エリアカメラ
14 遮光部材
15 識別部
16 鏡面
17 第3の光源(内部散乱用)
18 ハーフミラー
19 第2の遮光部材
Claims (9)
- 第1の波長の光を被検査物の表面に照射する第1の光源と、
前記第1の波長と異なる第2の波長の光を前記被検査物の表面に照射する第2の光源と、
前記被検査物に入射した前記第1の波長の光の内部散乱後、表面から出射する前記第1の波長の出射光と、前記被検査物の表面での前記第2の波長の反射光と、を検出する検出部と、
前記第1の光源と前記検出部との間に配置され、前記第1の光源からの直接光と、前記第1の光源から照射された光が前記被検査物の表面で反射された一次反射光と、が、前記検出部で直接に検出されないように遮光する遮光部材と、
前記第1の光源と前記第2の光源とを結ぶ方向に沿って、前記第1の波長の出射光と前記第2の波長の反射光との強度変化を算出して、前記被検査物の表面疵と内部にわたるクラックとを識別する識別部と、
を備えたクラック及び外観検査装置。 - 前記検出部は、エリアカメラからなる、請求項1に記載のクラック及び外観検査装置。
- 前記遮光部は、前記被検査物の表面の法線方向に対する前記第1の光源からの光の照射角度αと、前記遮光部と前記被検査物の表面までの間隔dと、を用いて、前記遮光部の厚さWが、
W>dtanα
で表される範囲である、請求項1に記載のクラック及び外観検査装置。 - 前記遮光部は、鉛直方向となす傾斜角βが、前記第1の光源から照射する光の光軸と鉛直方向とのなす角αに対して、α/2〜αの範囲である、請求項1に記載のクラック及び外観検査装置。
- 前記識別部は、前記第1の光源と前記第2の光源とを結ぶ方向に沿って、前記第1の波長の出射光の強度変化と前記第2の波長の反射光の強度変化のうち、
i)前記第1の波長の出射光の有意な強度変化と前記第2の波長の反射光の有意な強度変化の両方が検出した場合をクラックと識別し、
ii)前記第2の波長の反射光の有意な強度変化のみが検出される場合を表面疵と識別する、
請求項1に記載のクラック及び外観検査装置。 - 前記第1の光源から前記被検査物に照射する点を挟んで前記第1の光源と反対側から、前記第1及び第2の波長と異なる第3の波長の光を前記被検査物の表面に照射する第3の光源と、
前記第3の光源と前記検出部との間に配置され、前記第3の光源からの直接光と、前記第3の光源から照射された光が前記被検査物の表面で反射される一次反射光と、が、前記検出部で直接に検出されないように遮光する第2の遮光部と、
をさらに備えた、請求項1に記載のクラック及び外観検査装置。 - 前記第2の遮光部は、前記被検査物の表面の法線方向に対する前記第3の光源からの光の照射角度αと、前記遮光部と前記被検査物の表面までの間隔dと、を用いて、前記遮光部の厚さWが、
W>dtanα
で表される範囲である、請求項6に記載のクラック及び外観検査装置。 - 前記第2の遮光部は、鉛直方向となす傾斜角βが、前記第3の光源から照射する光の光軸と鉛直方向とのなす角αに対して、α/2〜αの範囲である、請求項6に記載のクラック及び外観検査装置。
- 第1の光源から第1の波長の光を被検査物の表面に照射するステップと、
第2の光源から前記第1の波長と異なる第2の波長の光を前記被検査物の表面に照射するステップと、
前記被検査物に入射した前記第1の波長の光の内部散乱後、表面から出射する前記第1の波長の出射光と、前記被検査物の表面での前記第2の波長の反射光と、を検出するステップと、
前記第1の光源と前記第2の光源とを結ぶ方向に沿って、前記第1の波長の出射光と前記第2の波長の反射光との強度変化を算出して、前記被検査物の表面疵と内部にわたるクラックとを識別するステップと、
を含み、
前記第1の光源からの直接光と、前記第1の光源から照射された光が前記被検査物の表面で反射された一次反射光と、が、前記検出部で直接に検出されないように遮光する、クラック及び外観検査方法。
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