JP2016080517A - 表面検査装置 - Google Patents

Abstract

【課題】簡易な構造で表面検査が行える表面検査装置を提供する。
【解決手段】カメラ３は、ワークや欠陥を撮像するのに十分な画素値を持ったＣＭＯＳのエリアカメラである。カメラ３は、エリアセンサ６の撮像面上に２次元的に集積された撮像デバイスのうち、任意の撮像領域を選択して、当該選択した撮像領域により画像を読み取ることができる（ＷＯＩ機能）。そして、表面検査装置１では、エリアセンサ６の撮像面上に複数のライン形状の撮像領域を設定し画像を読み取る。これにより、エリアセンサ６に複数のラインカメラを仮想的に構成することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、表面検査装置に関し、例えば、製品や部品の表面に存在する欠陥を検査するものに関する。

製品や部品の表面に傷や異物の付着などの欠陥がないかどうかをカメラによって撮像した画像により検査することが行われている。この場合、表面に欠陥が見やすくなるような照明を当て、エリアカメラやラインカメラを使って被検査物を撮像する。

なお、ラインセンサ（１画素の受光素子をライン形状に配置された撮像デバイス）を内蔵したラインカメラによる撮像は、高分解能で広い視野を高速に撮像する場合の他、円筒面、細長い板、シートのような対象物をカメラと同期しながら移動させて連続的に撮像する場合や、指向性の高いもの（照明の反射光が拡散せずに反射の方向が限られているもので、例えば、滑らかに仕上げられた金属部材の表面）を撮像する場合などに用いられる。

ところで、表面の欠陥を画像により確認する場合、光の方向と欠陥の形状によっては、ある方向から見た場合は見にくいが、異なる方向からはよく見えるという場合がある。
例えば、指向性の高い被検査物に向けて照明を当て、エリアカメラによって広範囲を撮像した場合、例えば、ゆるやかな傾斜の凹凸欠陥などは、指向性が高いため、画面内の限定した範囲のみでしか撮像できないことがある。また、ラインカメラを用いた場合は、限定された範囲の画像を取り込みながらワークを移動させることによって、広範囲の画像を取り込むことができるが、欠陥によって撮像しやすい方向が異なるため、１台のカメラでは検査できない。
この場合に対処するためには、観察する表面を異なる角度から撮像するようにラインカメラを複数台設置したり、照明を切り換えて複数回撮像する必要がある。
しかし、複数台のラインカメラを実装したり、照明を切り換えて撮像すると、装置の構造が複雑になるためコストがかかるという問題があった。
なお、特許文献１の「欠陥検査方法及びその装置」は、被検査物を移動させながらその表面を表面欠陥検査用のラインカメラと内部欠陥検査用のラインカメラの２台か、あるいは１台のカメラの中に複数のラインセンサを実装したカメラによって、２次元画像を得ることにより、表面欠陥検査と内部欠陥検査を同時に行うものであるが、表面からの反射光を用いて表面欠陥を検査するラインセンサと表面から内部に透過した光を用いて内部欠陥を検査するラインセンサを備えたものであり、被検査物の表面の反射光を異なる角度から観察するものではない。

特開平９−３０４２９７号公報

本発明は、簡易な構造で表面検査が行える表面検査装置を提供することを目的とする。

（１）請求項１に記載の発明では、表面検査対象物の所定面を照明する照明手段と、撮像領域を複数箇所選択できる撮像デバイスと、前記照明された前記所定面の像を前記撮像デバイスに投影する投影手段と、前記撮像デバイスからライン形状の撮像領域を複数選択する選択手段と、前記表面検査対象物を相対的に移動させる移動手段と、前記表面検査対象物の相対的な移動速度に同期して前記選択された各撮像領域毎の表面画像を取得する画像取得手段と、前記選択した撮像領域毎に、前記取得した画像から２次元画像を構築する手段と、前記構築した各２次元画像から前記表面検査対象物の表面にある欠陥を検出する検出手段と、を具備したことを特徴とする表面検査装置を提供する。
（２）請求項２に記載の発明では、前記各ライン形状の撮像領域は、互いに平行である、ことを特徴とする請求項１に記載の表面検査装置を提供する。
（３）請求項３に記載の発明では、前記照明手段は、複数の前記ライン形状の撮像領域が撮像する撮像ラインを照明する、ことを特徴とする請求項１、又は、請求項２に記載の表面検査装置を提供する。
（４）請求項４に記載の発明では、前記照明手段は、複数存在し、異なる方向から前記表面検査対象物の所定面を照明する、ことを特徴とする請求項１、又は請求項２に記載の表面検査装置を提供する。
（５）請求項５に記載の発明では、前記複数存在する照明手段は、前記表面検査対象物のそれぞれ異なる所定面を照明する、ことを特徴とする請求項４に記載の表面検査装置を提供する。
（６）請求項６に記載の発明では、前記複数存在する照明手段は、１の所定面に対して複数の照明手段により異なる方向から照明する、ことを特徴とする請求項４又は請求項５に記載の表面検査装置を提供する。
（７）請求項７に記載の発明では、前記表面検査対象物の所定面が複数存在し、各所定面に対して１又は複数の撮像対象となるラインが存在する、ことを特徴とする請求項４、請求項５、又は請求項６に記載の表面検査装置を提供する。

本発明によれば、表面検査装置を簡易な構造とすることができる。

表面検査装置を説明するための図である。 画像の一例を説明するための図である。 欠陥としてゆるやかな傾斜の凹凸が形成されている場合を説明するための図である。 表面の形状に合わせてライン形状の撮像領域を設定した例を説明するための図である。 １つの照明で複数の撮像対象となるラインを同時に照明する場合の説明図である。 複数の照明を用いて、複数の所定領域を照明する場合の説明図である。 １つの所定領域に対して、複数の照明により複数の方向から照明をする場合の説明図である。

（１）実施形態の概要
カメラ３（図１（ａ））は、ワークや欠陥を撮像するのに十分な画素数を持ったＣＭＯＳエリアカメラである。
カメラ３は、エリアセンサ６の撮像デバイス上に２次元的に集積された受光素子（画素）のうち、任意の領域を複数選択し、当該選択した領域により画像を読み取ることができる（後述のＷＯＩ機能）。

そして、表面検査装置１では、ＷＯＩ機能によって、エリアセンサ６の撮像デバイスのうち、撮像する領域を複数のライン形状に設定することにより、撮像対象となるラインの画像のみを読み取る。これにより、エリアセンサ６に複数のラインカメラを仮想的に構成する事と同等の機能を持たせることができる。また、読み取る画像データ量が少なくなるため、高速に読み取ることができる。欠陥の指向性などによっては、ラインの幅を広くして撮像することも可能である。

異なる角度からの照明が必要な場合は、指定した複数のライン形状の撮像領域の位置に対応した所定領域に単一の照明２から照明を当てると、撮像対象となるラインは照明に対して異なる位置関係にあるため、ラインごとに照明条件が異なる撮像ができる。
これ以上の照明条件の違いが必要な場合は、複数の照明２ａ、照明２ｂ、・・・を用意し、それぞれ異なる条件で所定領域を照明し、各所定領域に撮像対象となるラインを設定する。

また、複数の照明２ａ、照明２ｂ、・・・で同一の表面を照射して、その部分に対応した箇所にライン形状の撮像領域を設定することもできる。
指向性の高い凹凸欠陥を検査したい場合は、長方形状の照明を当て、撮像対象となるラインを複数設けると効果的である。円筒物を撮像する場合は、ピントが合う範囲内で撮像対象となるラインを指定する。

画像を撮る際は、従来のラインカメラでの撮像技術と同様に、画像の取り込み速度と対象物の移動を同期させながら画像を取得する。これにより、複数の撮像箇所の画像を同時に得ることができる。
コンピュータ４は、画像の取り込み時に、取得したライン形状の画像を繋ぎ合わせて、撮像領域毎に２次元の画像を作る。

このように、表面検査装置１を用いると、１台のＷＯＩ機能を備えたカメラ３によって、複数のラインカメラを位置をずらして設置した状態と同等の画像を取得することが可能である。
これによって簡易な構成で、複数のラインカメラを設置したのと同等の高速撮像が可能であり、効率的に画像を得ることができる。
そして、この技術（エリアセンサ６で複数のラインカメラを構成する技術）を用いれば、一方向からの撮像が難しかった凹凸欠陥を複数方向から同時に撮像することができる。

（２）実施形態の詳細
図１の各図は、本実施の形態に係る表面検査装置の構成と表面の欠陥を検出する仕組みついて説明するための図である。
図１（ａ）は、表面検査装置の構成を説明するための図である。
表面検査装置１は、照明２、エリアセンサ６を内蔵したカメラ３、コンピュータ４、駆動装置５などを用いて構成されている。
照明２は、表面検査対象物の所定領域（表面）を照明する照明手段として機能しており、例えば、ワーク１５の検査対象となる表面を一方向から照らす照明装置である。

照明２による照明方式は、各種あるが、本実施の形態では、長方形状の照明により所定領域を照明する。被検査物表面の反射や照明の特性などに応じて、平行光や拡散光などの照明を用いる。

図示しないが、照明２は、表面検査装置１に固定されており、予め決められた角度、及び距離にてワーク１５の表面を一定の輝度で照明する。この角度と距離の調整は、カメラ３での画像を見ながら作業者がワーク１５ごとに行うことができる。

カメラ３は、ワーク１５の照明された領域に向けて表面検査装置１に固定されており、ＣＭＯＳ（Ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ Ｍｅｔａｌ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）エリアセンサ６と、ワーク１５の表面の像をエリアセンサ６の上に投影して結像する光学系などから構成されたエリアカメラである。
このカメラ３は、エリアセンサ６の撮像デバイスの任意の領域を指定して、当該領域に投影された画像を選択的に読み出すことができる。この機能は、ＷＯＩ（Ｗｉｎｄｏｗｓ Ｏｆ Ｉｎｔｅｒｅｓｔ）と呼ばれる。

カメラ３の光学系は、複数のレンズや、これらの位置関係を調節してピントを調節するピント調節機構などを組み合わせて構成されており、照明された表面の像を撮像面に投影する投影手段として機能している。
カメラ３としては市販品（例えば、東芝テリー製の１２００万画素ＣＭＯＳカメラのＣＳＣ１２Ｍ２５ＢＭＰ１９）を用いることができ、これによりコスト低減を図ることができる。

エリアセンサ６は、複数の受光素子（画素）が平面上に集積された撮像デバイスであって、この表面に投影されて結像した画像を電気的な画像信号に変換する。
通常、ラインカメラは、ライン上の画像しか撮影できないが、エリアセンサ６は、エリアモード（投影された２次元画像の全体を読み取るモード）によってワーク１５の表面のエリアを画像化することができる。このため、作業者は、この画像を見ながら照明２やカメラ３の位置や角度を調節することができるため、調整が容易になる。

表面検査装置１では、図１（ｂ）に示したように、エリアセンサ６の撮像デバイスのうち、ラインＡ、ラインＢの位置にあるライン形状の撮像領域から画像を読み出す。
エリアセンサ６の撮像デバイスのうち、図１（ｂ）のラインＡ、ラインＢに位置するライン形状の撮像領域によって、図１（ａ）に点線で示したワーク１５上の撮像ラインＡ、撮像ラインＢを撮像する。

そして、検査対象（ワーク１５）の表面を矢線Ｐの方向（ラインＡ、Ｂと交差する方向）に相対移動させる。
この相対移動に同期して各撮像ラインＡ、撮像ラインＢの画像を読み取り、それぞれのライン毎に２次元の画像を生成すると、ラインＡに対応する表面全体の２次元画像とラインＢに対応する表面全体の２次元画像が得られる。
検査対象の矢線Ｐ方向のスライドは、検査対象とカメラ３の少なくとも一方を他方に対して相対移動させることで行う。但しカメラ３を移動する場合には、必要に応じて（例えば、撮像ラインＡ、撮像ラインＢ周辺に限定して照明している場合）照明２も同期して移動させる。

なお、ラインＡで読み取った検査対象の表面全体の２次元画像を画像Ａ、ラインＢで読み取った検査対象の表面全体の２次元画像を画像Ｂと呼ぶことにする。
また、ラインＡとラインＢは、平行の位置である。これにより画像Ａと画像Ｂの対応付けが容易になる。例えば、画像Ａと画像Ｂを合成したい時は、ラインＡとラインＢの相対距離分を補正してから合成すれば良い。

なお、コンピュータ４から作業者が撮像に用いる領域を操作し、ラインＡ、ラインＢを任意の位置に設定したり、あるいは、更に多くの図示しないラインＣ、ラインＤ、・・・を設定することができる。

即ち、ＷＯＩ機能を用いることによりエリアセンサ６の面上から任意のライン形状の領域を設定し、該当する位置の画像を複数箇所撮像することができる。
このため、作業者は、ワーク１５に応じて最も適当なラインをエリアセンサ６に設定することができる。
このように、ＷＯＩ機能は、撮像面で撮像デバイスのラインを複数選択する選択手段として機能している。

表面検査装置１では、エリアセンサ６に任意のラインを設定することにより、単一のエリアセンサ６上に複数のラインカメラを仮想的に構成し、これに照明２で一方向から照明するが、このような構成は、ワーク１５の表面が指向性を有する場合に特に有効である。

例えば、図１（ｃ）は、ワーク１５が金属で表面２０が平坦な場合であるが、この場合、照明２による入射光２１の入射角と反射光２２の反射角は等しくなる。矢線は光の進行方向を表している。
この場合、反射光２２を見込む方向２４（正反射方向）から表面を見ると表面全体が光って明るく見え、反射光２２と異なる方向２３から表面を見ると表面が暗く見える。

また、図１（ｄ）に示したように、表面に深い凹欠陥２５がある場合、凹欠陥２５では、反射光２６の方向が反射光２２（図示せず）と異なる。
この場合、方向２４から表面を見ると、反射光２６は方向２４には到達しないので、凹欠陥２５の部分が暗く見え、他の正常な部分は明るく見える。一方、凹欠陥２５での反射光２６の方向２７から表面を見ると凹欠陥２５の部分が明るく見え、他の正常な部分は暗く見える。

更に、図１（ｅ）表面にゆるやかな傾斜の凹欠陥２８がある場合、凹欠陥２８での反射光が正常な部分での反射光２２とほぼ同じになり、方向２４から見た場合、全体が明るく見え、正常な部分との差異がわかりにくい。
この場合、図示しないが、弱い傾斜の部分で光の散乱があるため、正反射方向からずれた位置から撮影すると、散乱光により傾斜の部分が明るく（あるいは暗く）見えて凹欠陥２８を判別することができる。

以上は、凹欠陥について説明したが、凸欠陥（突起している場合や異物が付着している場合など）も同様である。
このように、反射光の指向性の高い材質の場合、反射光が特定の方向を向くため、一方向から照明して異なる位置にある複数のラインカメラを用いて表面を撮影すると欠陥を発見する確率を高めることができ、検査結果の信頼性を高めることができる。

図１（ａ）に戻り、コンピュータ４は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）、記憶装置、インターフェースなどを用いて構成されている。
ＣＰＵは、記憶装置などに記憶されたプログラムに従って、各種の情報処理や制御を行う。本実施の形態では、例えば、記憶装置に記憶したプログラムをＣＰＵで実行して、画像生成部７、画像認識部８、駆動制御部９が形成される。

ＲＯＭは読み取り専用メモリであって、コンピュータ４が動作する際の基本的なプログラムやパラメータなどが記憶されている。
ＲＡＭは、読み書きが可能なメモリであって、ＣＰＵが動作する際のワーキングメモリを提供する。
記憶装置は、ハードディスクなどの記憶媒体を用いて構成されており、コンピュータ４を動作させるプログラムや、画像データを記憶したりする。

インターフェースは、コンピュータ４をカメラ３や駆動装置５と信号線で接続する接続装置であり、コンピュータ４は、インターフェースを介してカメラ３や駆動装置５と通信する。
これにより、コンピュータ４は、カメラ３に対しては、カメラ３からラインごとの画像データを受け取ったり、エリアセンサ６上に画像読み取り用のラインを設定することができ、駆動装置５に対しては駆動装置５の動作を制御することができる。

なお、図示しないが、インターフェースには、キーボード、マウス、モニタ画面なども接続されている。
モニタ画面には、表面検査装置１の操作画面（エリアセンサ６上のラインの設定など）やカメラ３から受け取った画像、検査結果などが表示され、作業者は、これに対してキーボードやマウスから表面検査に必要な操作を行うことができる。

画像生成部７は、エリアセンサ６のラインＡ、ラインＢで読み取った画像データをカメラ３から受け取り、これらを個別に２次元画像に合成して、ラインＡ、ラインＢごとの個別の画像データ（画像Ａ、画像Ｂ）を生成する。生成した画像データは、ＲＡＭや記憶装置などに記憶される。
このように、画像生成部７は、ワーク１５の移動に同期して、ライン形状の撮像領域に投影された撮像対象となるラインごとの画像（表面画像）を取得し、２次元画像を合成する画像取得手段として機能している。

図中ワーク１５には、ラインＡ、ラインＢに対応する位置を波線で示してある。図に示したように、カメラ３からラインＡ、ラインＢを撮像する角度は異なるため、ラインＡ、ラインＢで画像を読み取ることにより、異なる角度から見た画像（画像Ａ、画像Ｂ）を得ることができる。

画像認識部８は、記憶した画像Ａ、画像Ｂのおのおのに対して、当該画像上に存在する欠陥を認識し、これによってワーク１５の表面に欠陥があるか否かを判断する。画像認識部８は、判断結果をモニタ画面などに出力する。
画像認識部８は、例えば、画像Ａと画像Ｂの少なくとも一方で欠陥が発見された場合、欠陥があると判断する。

これにより、光の加減により、一方の画像で欠陥が発見できなかった場合でも他方の画像で欠陥を発見したり、それぞれの画像を合成することにより欠陥判別の精度を向上することができる。なお、画像認識方法は、従来のものと同様である。
このように、画像認識部８は、エリアセンサ６で取得した撮像対象となるラインごとの画像に基づいて表面の欠陥を検出する検出手段として機能している。

駆動制御部９は、コンピュータ４からの指令により、駆動装置５の回転開始・終了、回転方向、回転速度などを制御することができる。
この回転動作により、カメラ３は、ラインＡ、ラインＢにてワーク１５の表面から２次元画像を得ることができる。
駆動制御部９は、照明手段と撮像デバイスに対して、ワーク１５の表面を当該表面内でラインにより選択したライン形状の撮像領域を相対的に移動する移動手段として機能している。

ワーク１５は、例えば、金属で構成された精密機械の軸であって、図示しない保持機構により表面検査装置１の所定位置に保持されている。この保持機構は、駆動装置５によりワーク１５を軸心の周りに回転することができる。

なお、本実施の形態では、ワーク１５を円柱部材としたが、これは一例であって、平面部材（例えば、歯車の端面）や、テーパ形状の部材など、各種の形状とすることができる。
何れの場合であっても、検査表面を当該表面の属する面内で一方向に移動することにより、ラインＡ、ラインＢにて表面の画像から２次元画像を得ることができる。

以上のように構成された表面検査装置１では、次のようにして表面検査が行われる。
まず、作業者は、ワーク１５を保持機構に固定し、照明２から長方形状の照明を当て、照明具合を見ながら照明２の位置や方向、明るさなどを調節する。
次に、作業者は、カメラ３をエリアモードに設定し、モニタ画面からカメラ３によるワーク１５の映像を見ながら、光が反射する方向にカメラ３を設置する。
そして、作業者は、ワーク１５の映像を見ながら適当な位置にラインＡ、ラインＢを設定し、駆動装置５とカメラ３を駆動してコンピュータ４に検査を行わせる。

ワーク１５の表面に凹凸欠陥があると、凹凸欠陥の傾斜によって光が反射する向きが変わり、正反射方向では欠陥が正常な表面に対して暗く見える。コンピュータ４は、これらの変化を認識することにより欠陥を検出する。
凹凸欠陥の傾斜がゆるやかだと、欠陥の輝度差が小さくなり周辺と差が取りづらくなるが正反射方向から少しずれた位置にあるラインＡ、又はラインＢにより、当該欠陥も認識される。

図２の各図は、画像Ａ、画像Ｂの一例を説明するための図である。
図２（ａ）は、エリアセンサ６の撮像面を示した図である。
エリアセンサ６の撮像面には、照明２によって照明されたワーク１５の画像１６が結像している。画像１６は、駆動装置５によって矢線方向に一定速度で移動する。
エリアセンサ６には、互いに平行な２つのラインＡ、ラインＢが設定してあり、これらラインに位置する撮像デバイスで２つの平行なライン形状の撮像領域が構成される。

そして、画像１６の移動に同期してラインＡ、ラインＢで画像１６を読み取り、読み取り後の画像を合成すると画像Ａ、画像Ｂが得られる。
画像１６に投影された欠陥の像１７も、画像１６とともに移動し、ラインＡ、ラインＢで読み取られ、画像Ａ、画像Ｂに記録される。

図２（ｂ）は、画像Ａの例を表している。
画像Ａでは、明るい表面に対して欠陥の像１７が暗く写っており、画像認識により容易に欠陥と判断できる。
図２（ｃ）は、画像Ｂの例を表している。
画像Ｂでは、明るい表面に対して欠陥の像１７も明るく写っており、画像認識が画像Ａよりも困難となっている。
このように、欠陥の像１７は、見る角度によって正常な表面との明るさが異なるため、撮影位置の異なるラインＡ、ラインＢで画像を撮像することにより、欠陥の検出を確実にすることができる。

図３の各図は、検査対象の表面に欠陥としてゆるやかな傾斜の凹凸が形成されている場合を説明するための図である。
図３（ａ）は、ワーク１５の断面と、これに対応する画像Ａを示した図である。画像Ａは、ワーク１５の表面を正反射方向から写した画像である。
ワーク１５の表面には、ゆるやかな傾斜の凹部１８による欠陥が形成されている。
凹部１８からの反射光の多くは正常な表面と同じ方向に反射するため、正反射方向から写した画像Ａでは、凹部の像１９は、正常な表面と同様に明るく写り、判別しにくくなっている。

図３（ｂ）は、ワーク１５の断面と、これに対応する画像Ｂを示した図である。画像Ｂは、ワーク１５の表面を正反射方向からずらした位置から写した画像である。
画像Ａに対し、画像Ｂは、正反射方向からずらした位置から撮影しているため、正常な表面は暗く写る一方、画像における凹部１８の凹凸の感度が高くなり、コントラストが向上して傾斜部が目立ちやすくなるため、凹部の像１９を明瞭に映し出すことができる。
図の例では、凹部の像１９の左側が正常な表面よりも明るく、右側が正常な表面よりも暗く写っている。

このように、指向性の高いワークの表面に形成された浅い欠陥やゆるやかな傾斜の凹凸欠陥は、一方向のみから撮像すると、指向性によって浅い欠陥やゆるやかな傾斜の凹凸欠陥が写らないことがあるため、複数方向から撮像すると効果的である。
ところで、精密部品などの微少な欠陥の場合、相対的な撮像位置の違いがわずかである。本願発明者らによる撮像検討では１ｍｍよりも小さく、カメラの寸法に対して非常に小さかった。

このように撮像位置の違いが近接している場合、近接した位置にラインカメラを複数台設置することは不可能なため、表面検査装置１のように単一のエリアセンサ６に複数のラインセンサを構成する方法は特に有効である。
もし、複数台のラインカメラを用いようとすると、カメラや照明を移動させてから複数回撮像する必要があり、この場合、撮像時間が長くなるため、実用に耐えない。

また、複数の撮像系を設けてカメラ・照明をそれぞれ設置する方法も考えられるが、ワークを持ち変えることにより位置関係が不定となるため、それぞれの画像同士を合成したり、不良数を正確にカウントすることが難しくなる欠点がある。また、装置の規模も大きくなってしまう。
更に、一つの光学系から取り込まれた像を、複数のラインセンサを備えるラインカメラを用いて撮像する方法も考えられるが、専用のカメラを独自に製作する必要があるほか、照明・対象物・カメラのセッティングの調整が難しいという問題がある。
それに対して、表面検査装置１では、コンピュータ４の操作によってエリアセンサ６に近接した複数のラインセンサを容易に構成することができる。

図４は、表面の形状に合わせてラインＡ〜Ｃを設定した例を説明するための図である。
エリアセンサ６には、ワーク１５の画像１６が投影されている。ワーク１５の表面は円柱面であるため、照明２により明るい部分３１（正反射方向）と、斜線で表したやや暗い部分３２、３３（正反射方向から少しずれた部分）、及び波線で表した暗い部分３４、３５が形成される。

作業者は、画像１６をモニタ画面で映像を確認しながら最も明るい位置（正反射の位置）と、その両サイド（正反射からずらした位置）に該当する撮像デバイスのラインを選択する。
ここでは、明るい部分３１のラインＢを設定し、やや暗い部分３２、３３にラインＡ、ラインＣを設定し、ラインＡ、ラインＣの中心にラインＢが位置するようにした。

カメラ３はエリアセンサ６を用いているため、このように現物の画像を確認しながら照明２の位置を調節したり、撮りたいラインの位置を選択するのに便利である。即ち、現物を確認しながら現物に合わせてラインセンサを設定することができる。
図３で説明したように、正反射方向に位置するラインＢで欠陥が目立たない場合であっても、正反射方向からややずらした位置にあるラインＡ、ラインＣで傷を発見できる可能性が高い。

図４（ｂ）（ｃ）（ｄ）は、それぞれ、ラインＡ、ラインＢ、ラインＣで撮影した画像Ａ、画像Ｂ、画像Ｃの例を示している。
画像Ａでは、凹部の欠陥の像４１のコントラストが高くなり、欠陥の検出が容易となっている。
画像Ｂでは、凹部の欠陥の像４１は、不明瞭であるものの表面に付着した汚れ欠陥の像４２が明瞭に写っており、欠陥として容易に検出することができる。
画像Ｃでは、凹部の欠陥の像４１も汚れ欠陥の像４２も不明瞭である。
このように、正反射方向に対して複数の位置に設定したラインで画像を撮影することにより、固有の反射特性を有する複数の欠陥に対応することができ、欠陥の発見確率を高めることができる。

次に、照明２によるワーク１５の照明方法と照明数について説明する。
図５は、１つの照明で複数のライン分の領域を同時に照明する場合の説明図である。
図５（ａ）に示すように、１つの照明２は、ワーク１５の円柱面上の複数のライン（図ではラインＡ〜ラインＣ）を含む所定領域５１ａを照明する。

そして、所定領域５１ａは１つの照明２で（同一光源で）照明されるが、図５（ｂ）に示すように、エリアセンサ６で撮像した画像１６では、所定領域５１ａ内の各ラインＡ〜Ｃに対応する、所定領域５１ｂ内のラインＡ〜Ｃを設定する。
従って、ワーク１５上の点Ｑ（図示せず）は、ワーク１５の相対移動にともない、各ラインＡ〜Ｃの３ライン上において異なる角度で撮像されることになる。このため、ワーク１５の相対移動によって各ラインＡ〜Ｃに対応して得られる各ワーク１５の２次元の画像を画像処理することで、上述した各種の欠陥を検出することが可能になる。
なお、図５では３つのラインＡ〜Ｃを対象としたが、２つのラインＡ、Ｂを対象としても良く、さらに４以上のラインを対象としてもよい。この点は、同一光源で照明される所定領域に複数のラインを設定する他の場合も同様である。

図６は、複数の照明を用いて、複数の所定領域を照明する場合の説明図である。
図６（ａ）は、ワーク１５の円柱面の一方の所定領域５２ａを照明２ａで照明し、他方の所定領域５３ａを照明２ｂで照明した例である。
これにより、ワーク１５の表面の照明２ａ側の所定領域５２ａと、照明２ｂ側の所定領域５３ａが個別に照明される。
そして、所定領域５２ａに対しては、複数のラインＡ〜Ｃが設定され、所定領域５３ａに対しては、１つのラインＤが設定されている。

なお、エリアセンサ６による画像１６は、複数の所定領域５２ａ、５３ａに対応する領域５２ｂ、５３ｂを撮像するので、エリアセンサ６とワーク１５との最短距離上の仮想線Ｒを想定した場合に、仮想線ＲからラインＤまでの距離とラインＡ（又は、ラインＢ又はＣ）までの距離ｒが等しくなるように設定する。これは、ワーク１５の断面が円形なので、所定領域５２ａと所定領域５３ａの両者に対してエリアセンサ６のピントが合うようにするためである。

図６（ａ）に示されるように、照明２ａで照明された所定領域５２ａは、図５の場合よりも幅が狭く設定されている。
そして、図６（ｂ）に示されるように、中央のラインＢは、所定領域５２ａに対応して撮影される領域５２ｂの中央に設定し、両側のラインＡとＣは、領域５２ｂ中央よりも暗くなっている両端部に設定している。これにより、ラインＡ〜Ｃに対応した表面画像に欠陥が写りやすくなっている。

図７は、１つの所定領域に対して、複数の照明により複数の方向から照明をする場合の説明図である。
図７（ａ）に示すように、所定の領域５４ａに対して、ラインＤが設定されている。このラインＤ方向に沿って配置された２つの照明２ｂ１と照明が２ｂ２によって、所定の領域５４ａが照明される。
このようにラインＤ方向に沿って、両側から照明２ｂ１と照明２ｂ２で照明を行うことで、ラインＡ・Ｂ・Ｃの照明によって得られる撮像画像と交差する方向に指向性を持った欠陥を表面画像に映し出すことができる。
なお、照明２ａ１と照明２ａ２をライン方向と直角の方向に沿って配置するようにしてもよい。

なお、複数のラインＡ〜Ｃが設定される所定領域５２ａと、当該領域の照明２ａについては、図６と同様である。
複数のラインＡ〜Ｃが設定される所定領域５２ａ（図６の場合、図７の場合の両者）に対しても、照明２ａ１と照明２ａ２をライン方向に沿って配置するようにしてもよい。
更に、照明２ａ１と照明２ａ２をライン方向と直角の方向に沿って配置するようにしてもよい。

図５〜図７で説明したように、検査対象の表面を、１又は複数の所定領域を想定し、各所定領域に対して１又は複数の照明により照明することができる。
そして、各所定領域には１又は、複数のラインを設定することができる。

なお、照明２ａと照明２ｂは、照明方向のみならず、輝度や光の色などを別々に設定することもできる。
このように、照明手段は、複数存在し、異なる方向から前記表面を照明することができる。更に、当該複数存在する照明手段は、選択されたラインによって画像取得対象となっている異なる表面を照明している。

以上説明した表面検査装置１には、次のような変形が可能である。
本実施の形態では、照明２とカメラ３を固定してワーク１５を移動したが、これらは相対的に移動すればよく、ワーク１５を固定し、照明２とカメラ３を移動してもよい。
また、照明２は、白色光による照明を行ったが単色光やいくつかの単色光の組み合わせによって照明してもよい。この例は、光の波長によって欠陥の反射特性が異なる場合に有効である。
更に、照明２が照明する光を偏光とすることも可能である。これは、表面と欠陥において反射光の偏光面が異なる場合に有効である。この場合は、カメラ３の光学系に偏光フィルタを装着する。

以上に説明した表面検査装置１によれば、次のような効果を得ることができる。
（１）コンピュータ４の簡単な操作でＷＯＩ機能を持ったエリアセンサ６に複数のライン形状の撮像領域を任意な位置に構成することができる。
（２）エリアセンサ６にライン形状の撮像領域を構成することにより複数台のラインカメラでは構成不可能であった近接した位置に複数のラインセンサを仮想的に構成することができる。
（３）複数の位置から撮影するため指向性の高い被検査物の凹凸面を撮像することが可能である。
（４）複数のライン間の位置関係がわかり、またワーク１５の移動に同期して画像を読み取るため、画像Ａ、画像Ｂなどの画像間の位置関係の紐づけが可能で、照明条件の異なる画像を取得した場合の差を画像間で比較することができる。
（５）入手が容易であり操作用のソフトウェアも充実している市販の安価なＣＭＯＳエリアカメラ１台によって、複数のラインカメラの位置をずらして設置した状態と同等の画像を取得することが可能である。
（６）表面検査装置１を用いてラインカメラと同等の高速撮像が可能である。
（７）ラインの位置により照明条件の異なる画像を１台のカメラ３で撮ることが可能である。
（８）カメラ３は、エリアカメラとしても使えるため、機材の設置・調整が容易になる。
（９）設備投資費用を削減することができる。

１ 表面検査装置
２、２ａ、２ｂ 照明
３ カメラ
４ コンピュータ
５ 駆動装置
６ エリアセンサ
７ 画像生成部
８ 画像認識部
９ 駆動制御部
１６ 画像
１７ 欠陥の像
１８ 凹部
１９ 凹部の像
２０ 表面
２１ 入射光
２２ 反射光
２３、２４ 方向
２５ 凹欠陥
２６ 反射光
２７ 方向
２８ 凹欠陥
３１ 明るい部分
３２、３３ やや暗い部分
３４、３５ 暗い部分
４１ 凹部の欠陥の像
４２ 汚れの像
５１、５２、５３ 所定領域

Claims (7)

1. 表面検査対象物の所定面を照明する照明手段と、
   撮像領域を複数箇所選択できる撮像デバイスと、
   前記照明された前記所定面の像を前記撮像デバイスに投影する投影手段と、
   前記撮像デバイスからライン形状の撮像領域を複数選択する選択手段と、
   前記表面検査対象物を相対的に移動させる移動手段と、
   前記表面検査対象物の相対的な移動速度に同期して前記選択された各撮像領域毎の表面画像を取得する画像取得手段と、
   前記選択した撮像領域毎に、前記取得した画像から２次元画像を構築する手段と、
   前記構築した各２次元画像から前記表面検査対象物の表面にある欠陥を検出する検出手段と、
   を具備したことを特徴とする表面検査装置。
2. 前記各ライン形状の撮像領域は、互いに平行である、
   ことを特徴とする請求項１に記載の表面検査装置。
3. 前記照明手段は、複数の前記ライン形状の撮像領域が撮像する撮像ラインを照明する、
   ことを特徴とする請求項１、又は、請求項２に記載の表面検査装置。
4. 前記照明手段は、複数存在し、異なる方向から前記表面検査対象物の所定面を照明する、
   ことを特徴とする請求項１、又は請求項２に記載の表面検査装置。
5. 前記複数存在する照明手段は、前記表面検査対象物のそれぞれ異なる所定面を照明する、
   ことを特徴とする請求項４に記載の表面検査装置。
6. 前記複数存在する照明手段は、１の所定面に対して複数の照明手段により異なる方向から照明する、
   ことを特徴とする請求項４又は請求項５に記載の表面検査装置。
7. 前記表面検査対象物の所定面が複数存在し、各所定面に対して１又は複数の撮像ラインが存在する、
   ことを特徴とする請求項４、請求項５、又は請求項６に記載の表面検査装置。

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