JP2016109461A - Calibration system, reflection member, and inspection system - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a calibration system that is related to an inspection system using a time correlation camera and calibrates the position and attitude to control a surface to be inspected.SOLUTION: A calibration system for an inspection system of an embodiment comprises: a reflection member including a reflection surface that has a plurality of shape discontinuity parts generating phase discontinuities provided in a time-correlation image; an interval detection part that detects an interval between the phase discontinuities in a time-series image obtained by photographing the reflection surface, and a parameter calculation part that calculates a parameter corresponding to at least one of the position and attitude of a surface to be inspected during inspection on the basis of the detected interval.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明の実施形態は、較正システム、反射部材、および検査システムに関する。   Embodiments of the present invention relate to a calibration system, a reflective member, and an inspection system.

従来、被検査体に光を照射し、当該被検査体の表面からの反射光を画像データとして撮像し、当該画像データの輝度変化等に基づいて、被検査体の異常を検出する技術が提案されている。   Conventionally, there has been proposed a technique for irradiating an object to be inspected, imaging reflected light from the surface of the object to be inspected as image data, and detecting an abnormality of the object to be inspected based on a change in luminance of the image data. Has been.

その際に被検査体に照射する光の強度を周期的に変化させ、撮像された画像データの輝度変化に基づいて、異常を検出する技術が提案されている。   In this case, a technique has been proposed in which the intensity of light applied to the object to be inspected is periodically changed and an abnormality is detected based on a change in luminance of the captured image data.

特開2014−2125号公報JP 2014-2125 A

しかしながら、従来技術においては光の強度を変化させているが、撮像された画像データには光の強度を変化させた際の時間の遷移に関する情報が含まれていない。このため、撮影された画像データで被検査体の異常を検出する際に、検出精度が低くなる可能性がある。   However, in the prior art, the light intensity is changed, but the imaged image data does not include information on time transition when the light intensity is changed. For this reason, when detecting an abnormality of the object to be inspected with the captured image data, the detection accuracy may be lowered.

また、被検査体としての製品等の検査が実施される場合、検査対象面の位置や姿勢は、例えば、より精度良くあるいはより効率良く、設定されるのが、望ましい。   Further, when an inspection of a product or the like as an object to be inspected is performed, it is desirable that the position and orientation of the inspection target surface be set with higher accuracy or more efficiency, for example.

実施形態の較正システムは、光の強度の周期的な時間変化および空間変化を与える面的な照明部と、時間相関カメラまたはそれと等価な動作をする撮像システムによって時間相関画像を生成する時間相関画像生成部と、前記時間相関画像より、検査対象面の法線ベクトルの分布と対応した特徴であって、周囲との違いおよび参照表面との違いのうち少なくとも一方によって異常を検出する特徴を算出する演算処理部と、を備えた検査システム用の較正システムであって、時間相関画像中に位相の不連続部を生じさせる複数の形状不連続部が設けられた反射面を有した反射部材と、前記反射面を撮像した時間相関画像中で、位相の不連続部間の間隔を検出する間隔検出部と、前記検出された間隔に基づいて、検査時の検査対象面の位置および姿勢のうち少なくとも一方に対応するパラメータを算出するパラメータ算出部と、を備える。   The calibration system according to the embodiment includes a planar illumination unit that provides periodic temporal change and spatial change of light intensity, and a time correlation image that generates a time correlation image by a time correlation camera or an imaging system that performs an equivalent operation. From the generation unit and the time correlation image, a feature corresponding to the distribution of the normal vector on the surface to be inspected, and a feature for detecting an abnormality by at least one of a difference from the surroundings and a difference from the reference surface is calculated. A reflection system having a reflection surface provided with a plurality of shape discontinuities that cause phase discontinuities in a time-correlated image, In the time correlation image obtained by imaging the reflection surface, an interval detection unit that detects an interval between discontinuous portions of the phase, and the position and appearance of the inspection target surface at the time of inspection based on the detected interval And a parameter calculating section that calculates a parameter corresponding to at least one of.

図1は、第1の実施形態の較正システムを含む検査システムの構成例を示した図である。FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration example of an inspection system including a calibration system according to the first embodiment. 図2は、第1の実施形態の時間相関カメラの構成を示したブロック図である。FIG. 2 is a block diagram showing the configuration of the time correlation camera of the first embodiment. 図3は、第1の実施形態の時間相関カメラで時系列順に蓄積されたフレームを表した概念図である。FIG. 3 is a conceptual diagram showing frames accumulated in time series in the time correlation camera of the first embodiment. 図4は、第1の実施形態の照明装置が照射する縞パターンの一例を示した図である。FIG. 4 is a diagram illustrating an example of a fringe pattern irradiated by the illumination device of the first embodiment. 図5は、第1の実施形態の時間相関カメラによる、被検査体の異常の第1の検出例を示した図である。FIG. 5 is a diagram illustrating a first detection example of abnormality of an object to be inspected by the time correlation camera according to the first embodiment. 図6は、図5に示される異常が被検査体にある場合に、当該異常に応じて変化する、光の振幅の例を表した図である。FIG. 6 is a diagram showing an example of the amplitude of light that changes in accordance with the abnormality when the abnormality shown in FIG. 図7は、第1の実施形態の時間相関カメラによる、被検査体の異常の第2の検出例を示した図である。FIG. 7 is a diagram illustrating a second example of detection of abnormality of the inspected object by the time correlation camera according to the first embodiment. 図8は、第1の実施形態の時間相関カメラによる、被検査体の異常の第3の検出例を示した図である。FIG. 8 is a diagram illustrating a third example of detection of abnormality of an object to be inspected by the time correlation camera of the first embodiment. 図9は、第1の実施形態の照明制御部が照明装置に出力する縞パターンの例を示した図である。FIG. 9 is a diagram illustrating an example of a fringe pattern output from the illumination control unit according to the first embodiment to the illumination device. 図10は、第1の実施形態のスクリーンを介した後の縞パターンを表した波の形状の例を示した図である。FIG. 10 is a diagram illustrating an example of a wave shape representing a stripe pattern after passing through the screen of the first embodiment. 図11は、第1の実施形態の異常検出処理部における振幅に基づく異常検出処理の手順を示すフローチャートである。FIG. 11 is a flowchart illustrating a procedure of abnormality detection processing based on amplitude in the abnormality detection processing unit of the first embodiment. 図12は、第1の実施形態の異常検出処理部における、位相に基づく異常検出処理の手順を示すフローチャートである。FIG. 12 is a flowchart illustrating a procedure of an abnormality detection process based on a phase in the abnormality detection processing unit of the first embodiment. 図13は、第1の実施形態の異常検出処理部における振幅および強度に基づく異常検出処理の手順を示すフローチャートである。FIG. 13 is a flowchart illustrating a procedure of abnormality detection processing based on amplitude and intensity in the abnormality detection processing unit of the first embodiment. 図14は、第1の実施形態の検査システムにおける被検査体の検査処理の手順を示すフローチャートである。FIG. 14 is a flowchart illustrating a procedure of an inspection process for an object to be inspected in the inspection system of the first embodiment. 図15は、変形例2の照明制御部が出力する縞パターンの切り替え例を示した図である。FIG. 15 is a diagram illustrating a switching example of a fringe pattern output from the illumination control unit according to the second modification. 図16は、変形例2の照明制御部が、異常(欠陥)を含めた表面に縞パターンを照射した例を示した図である。FIG. 16 is a diagram illustrating an example in which the illumination control unit of Modification 2 irradiates the surface including the abnormality (defect) with a stripe pattern. 図17は、y方向に縞パターンを変化させた場合における、異常(欠陥)とスクリーン上の縞パターンの関係を示した図である。FIG. 17 is a diagram showing the relationship between the abnormality (defect) and the stripe pattern on the screen when the stripe pattern is changed in the y direction. 図18は、変形例3の照明制御部が照明装置に出力する縞パターンの例を示した図である。FIG. 18 is a diagram illustrating an example of a fringe pattern output from the illumination control unit of Modification 3 to the illumination device. 図19は、実施形態の較正システムによって反射部材を用いたキャリブレーションが行われる場合の、スクリーン、反射部材、および時間相関カメラの配置の例示的な模式図である。FIG. 19 is an exemplary schematic diagram of an arrangement of the screen, the reflecting member, and the time correlation camera when the calibration using the reflecting member is performed by the calibration system of the embodiment. 図20は、キャリブレーションで用いられる反射部材の一例の模式的な平面図である。FIG. 20 is a schematic plan view of an example of a reflecting member used in calibration. 図21は、キャリブレーションで用いられる反射部材の一例の模式的な側面図である。FIG. 21 is a schematic side view of an example of a reflecting member used in calibration. 図22は、実施形態の較正システムによって反射部材を用いたキャリブレーションが行われる場合の、反射部材の拡大された例示的な模式図である。FIG. 22 is an enlarged exemplary schematic diagram of the reflecting member when the calibration using the reflecting member is performed by the calibration system of the embodiment. 図23は、実施形態の較正システムによって反射部材を用いたキャリブレーションの手順の一例が示されたフローチャートである。FIG. 23 is a flowchart illustrating an example of a calibration procedure using a reflecting member by the calibration system of the embodiment. 図24は、キャリブレーションで用いられる反射部材の第1の変形例の模式的な平面図である。FIG. 24 is a schematic plan view of a first modification of the reflecting member used in calibration. 図25は、キャリブレーションで用いられる反射部材の第1の変形例の模式的な側面図である。FIG. 25 is a schematic side view of a first modification of the reflecting member used in calibration. 図26は、キャリブレーションで用いられる反射部材の第2の変形例の模式的な平面図である。FIG. 26 is a schematic plan view of a second modification of the reflecting member used in calibration. 図27は、キャリブレーションで用いられる反射部材の第3の変形例の模式的な平面図である。FIG. 27 is a schematic plan view of a third modification of the reflecting member used in calibration. 図28は、キャリブレーションで用いられる反射部材の第3の変形例の模式的な側面図である。FIG. 28 is a schematic side view of a third modification of the reflecting member used in calibration.

<時間相関カメラの基本構成>
本実施形態の検査システムについて説明する。第1の実施形態の検査システムは、被検査体を検査するために様々な構成を備えている。図1は、本実施形態の検査システムの構成例を示した図である。図1に示されるように、本実施形態の検査システムは、PC100と、時間相関カメラ110と、照明装置120と、スクリーン130と、移動機構140と、を備えている。
<Basic configuration of time correlation camera>
The inspection system of this embodiment will be described. The inspection system of the first embodiment has various configurations for inspecting an object to be inspected. FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration example of an inspection system according to the present embodiment. As shown in FIG. 1, the inspection system of the present embodiment includes a PC 100, a time correlation camera 110, a lighting device 120, a screen 130, and a moving mechanism 140.

移動機構140は、被検査体150を固定するために用いられ、PC100からの制御に応じて、時間相関カメラ110が撮影可能な被検査体150の表面の位置と向きを変化させる。   The moving mechanism 140 is used to fix the inspection object 150 and changes the position and orientation of the surface of the inspection object 150 that can be imaged by the time correlation camera 110 according to control from the PC 100.

照明装置120は、被検査体150に光を照射する装置であって、PC100からの縞パターンに従って、照射する光の強度を領域単位で制御できる。さらに、照明装置120は、周期的な時間の遷移に従って当該領域単位の光の強度を制御できる。換言すれば、照明装置120は、光の強度の周期的な時間変化及び空間変化を与えることができる。なお、具体的な光の強度の制御手法については後述する。   The illuminating device 120 is a device that irradiates light to the object 150 to be inspected, and can control the intensity of irradiated light in units of regions in accordance with a stripe pattern from the PC 100. Furthermore, the illuminating device 120 can control the intensity | strength of the light of the said area unit according to periodic time transition. In other words, the lighting device 120 can give a periodic temporal change and a spatial change of the light intensity. A specific light intensity control method will be described later.

スクリーン130は、照明装置120から出力された光を拡散させた上で、被検査体150に対して面的に光を照射する。本実施形態のスクリーン130は、照明装置120から入力された周期的な時間変化及び空間変化が与えられた光を、面的に被検査体150に照射する。なお、照明装置120とスクリーン130との間には、集光用のフレネルレンズ等の光学系部品(図示されず)が設けられてもよい。   The screen 130 diffuses the light output from the illuminating device 120 and then irradiates the test object 150 with light in a plane. The screen 130 according to the present embodiment irradiates the object 150 in a surface with the light input from the illumination device 120 and subjected to periodic time change and space change. An optical system component (not shown) such as a condensing Fresnel lens may be provided between the illumination device 120 and the screen 130.

なお、本実施形態は、照明装置120とスクリーン130とを組み合わせて、光強度の周期的な時間変化及び空間変化を与える面的な照射部を構成する例について説明するが、このような組み合わせに制限するものではなく、例えば、LEDを面的に配置して照明部を構成してもよい。   In addition, although this embodiment demonstrates the example which comprises the planar irradiation part which combines the illuminating device 120 and the screen 130, and gives the periodic time change and spatial change of light intensity, such a combination is demonstrated. For example, the illumination unit may be configured by arranging LEDs in a plane.

時間相関カメラ110は、光学系210と、イメージセンサ220と、データバッファ230と、制御部240と、参照信号出力部250と、を備えている。図2は、本実施形態の時間相関カメラ110の構成を示したブロック図である。   The time correlation camera 110 includes an optical system 210, an image sensor 220, a data buffer 230, a control unit 240, and a reference signal output unit 250. FIG. 2 is a block diagram showing the configuration of the time correlation camera 110 of the present embodiment.

光学系210は、撮影レンズ等を含み、時間相関カメラ110の外部の被写体(被検査体を含む)からの光束を透過し、その光束により形成される被写体の光学像を結像させる。   The optical system 210 includes a photographic lens and the like, transmits a light beam from a subject (including an object to be inspected) outside the time correlation camera 110, and forms an optical image of the subject formed by the light beam.

イメージセンサ220は、光学系210を介して入射された光の強弱を光強度信号として画素毎に高速に出力可能なセンサとする。   The image sensor 220 is a sensor that can output the intensity of light incident through the optical system 210 as a light intensity signal at high speed for each pixel.

本実施形態の光強度信号は、検査システムの照明装置120が被写体(被検査体を含む)に対して光を照射し、当該被写体からの反射光を、イメージセンサ220が受け取ったものである。   The light intensity signal of the present embodiment is a signal obtained by the illumination device 120 of the inspection system irradiating a subject (including an object to be inspected) with light and the image sensor 220 receiving reflected light from the subject.

イメージセンサ220は、例えば従来のものと比べて高速に読み出し可能なセンサであり、行方向(x方向)、列方向(y方向)の2種類の方向に画素が配列された2次元平面状に構成されたものとする。そして、イメージセンサ220の各画素を、画素P(1,1),……,P(i,j),……,P(X,Y)とする(なお、本実施形態の画像サイズをX×Yとする。)。なお、イメージセンサ220の読み出し速度を制限するものではなく、従来と同様であってもよい。   The image sensor 220 is, for example, a sensor that can be read out at a higher speed than a conventional sensor, and has a two-dimensional planar shape in which pixels are arranged in two kinds of directions: a row direction (x direction) and a column direction (y direction). It shall be configured. Each pixel of the image sensor 220 is defined as a pixel P (1,1),..., P (i, j),..., P (X, Y) (Note that the image size in this embodiment is X X Y). Note that the reading speed of the image sensor 220 is not limited and may be the same as the conventional one.

イメージセンサ220は、光学系210によって透過された、被写体(被検査体を含む)からの光束を受光して光電変換することで、被写体から反射された光の強弱を示した光強度信号(撮影信号)で構成される、2次元平面状のフレームを生成し、制御部240に出力する。本実施形態のイメージセンサ220は、読み出し可能な単位時間毎に、当該フレームを出力する。   The image sensor 220 receives a light beam from a subject (including an object to be inspected) transmitted by the optical system 210 and photoelectrically converts the light intensity signal (photographing) indicating the intensity of light reflected from the subject. Signal) is generated and output to the control unit 240. The image sensor 220 according to the present embodiment outputs the frame for each readable unit time.

本実施形態の制御部240は、例えばCPU、ROM、及びRAM等で構成され、ROMに格納された検査プログラムを実行することで、転送部241と、読出部242と、強度画像用重畳部243と、第1の乗算器244と、第1の相関画像用重畳部245と、第2の乗算器246と、第2の相関画像用重畳部247と、画像出力部248と、を実現する。なお、CPU等で実現することに制限するものではなく、FPGA、またはASICで実現してもよい。   The control unit 240 according to the present embodiment includes, for example, a CPU, a ROM, a RAM, and the like. By executing an inspection program stored in the ROM, the transfer unit 241, the reading unit 242, and the intensity image superimposing unit 243. And a first multiplier 244, a first correlation image superimposing unit 245, a second multiplier 246, a second correlation image superimposing unit 247, and an image output unit 248. Note that the present invention is not limited to implementation with a CPU or the like, and may be implemented with an FPGA or an ASIC.

転送部241は、イメージセンサ220から出力された、光強度信号で構成されたフレームを、データバッファ230に、時系列順に蓄積する。   The transfer unit 241 stores the frames composed of the light intensity signals output from the image sensor 220 in the data buffer 230 in time series order.

データバッファ230は、イメージセンサ220から出力された、光強度信号で構成されたフレームを、時系列順に蓄積する。   The data buffer 230 accumulates frames composed of light intensity signals output from the image sensor 220 in time series.

図3は、本実施形態の時間相関カメラ110で時系列順に蓄積されたフレームを表した概念図である。図3に示されるように、本実施形態のデータバッファ230には、時刻t(t=t0,t1,t2,……,tn)毎の複数の光強度信号G(1,1,t),……,G(i,j,t),……,G(X,Y,t)の組み合わせで構成された複数のフレームFk(k=1,2,……,n)が、時系列順に蓄積される。なお、時刻tで作成される一枚のフレームは、光強度信号G(1,1,t),……,G(i,j,t),……,G(X,Y,t)で構成される。   FIG. 3 is a conceptual diagram showing frames accumulated in time series in the time correlation camera 110 of the present embodiment. As shown in FIG. 3, the data buffer 230 of the present embodiment stores a plurality of light intensity signals G (1, 1, t), every time t (t = t0, t1, t2,..., Tn). .., G (i, j, t),..., G (X, Y, t) are combined into a plurality of frames Fk (k = 1, 2,..., N) in chronological order. Accumulated. Note that one frame created at time t is a light intensity signal G (1, 1, t),..., G (i, j, t), ..., G (X, Y, t). Composed.

本実施形態の光強度信号(撮像信号)G(1,1,t),……,G(i,j,t),……,G(X,Y,t)には、フレーム画像Fk(k=1,2,……,n)を構成する各画素P(1,1),……,P(i,j),……,P(X,Y)が対応づけられている。   A light intensity signal (imaging signal) G (1,1, t),..., G (i, j, t),. Each pixel P (1,1),..., P (i, j),..., P (X, Y) constituting k = 1, 2,.

イメージセンサ220から出力されるフレームは、光強度信号のみで構成されており、換言すればモノクロの画像データとも考えることができる。なお、本実施形態は、解像度、感度、及びコスト等を考慮して、イメージセンサ220がモノクロの画像データを生成する例について説明するが、イメージセンサ220としてモノクロ用のイメージセンサに制限するものではなく、カラー用のイメージセンサを用いてもよい。   The frame output from the image sensor 220 includes only a light intensity signal, in other words, it can be considered as monochrome image data. In this embodiment, an example in which the image sensor 220 generates monochrome image data in consideration of resolution, sensitivity, cost, and the like will be described. However, the image sensor 220 is not limited to a monochrome image sensor. Alternatively, a color image sensor may be used.

図2に戻り、本実施形態の読出部242は、データバッファ230から、光強度信号G(1,1,t),……,G(i,j,t),……,G(X,Y,t)をフレーム単位で、時系列順に読み出して、第1の乗算器244と、第2の乗算器246と、強度画像用重畳部243と、に出力する。   Returning to FIG. 2, the reading unit 242 of the present embodiment receives the light intensity signals G (1,1, t),..., G (i, j, t),. Y, t) are read out in frame-by-frame order and output to the first multiplier 244, the second multiplier 246, and the intensity image superimposing unit 243.

本実施形態の時間相関カメラ110は、読出部242の出力先毎に画像データを生成する。換言すれば、時間相間カメラ110は、3種類の画像データを作成する。   The time correlation camera 110 of the present embodiment generates image data for each output destination of the reading unit 242. In other words, the time phase camera 110 creates three types of image data.

本実施形態の時間相関カメラ110は、3種類の画像データとして、強度画像データと、2種類の時間相関画像データと、を生成する。なお、本実施形態は、3種類の画像データを生成することに制限するものではなく、強度画像データを生成しない場合や、1種類又は3種類以上の時間相関画像データを生成する場合も考えられる。   The time correlation camera 110 of this embodiment generates intensity image data and two types of time correlation image data as three types of image data. Note that the present embodiment is not limited to generating three types of image data, and it may be possible to generate no intensity image data or to generate one or more types of time-correlated image data. .

本実施形態のイメージセンサ220は、上述したように単位時間毎に、光強度信号で構成されたフレームを出力している。しかしながら、通常の画像データを生成するためには、撮影に必要な露光時間分の光強度信号が必要になる。そこで、本実施形態では、強度画像用重畳部243が、撮影に必要な露光時間分の複数のフレームを重畳して、強度画像データを生成する。なお、強度画像データの各画素値(光の強度を表す値)G(x,y)は、以下に示す式(1)から導き出すことができる。なお、露光時間は、t0とtnの時間差とする。   As described above, the image sensor 220 of the present embodiment outputs a frame composed of a light intensity signal every unit time. However, in order to generate normal image data, a light intensity signal corresponding to the exposure time necessary for photographing is required. Therefore, in the present embodiment, the intensity image superimposing unit 243 generates intensity image data by superimposing a plurality of frames for an exposure time necessary for photographing. In addition, each pixel value (value representing the intensity of light) G (x, y) of the intensity image data can be derived from the following equation (1). The exposure time is the time difference between t0 and tn.

Figure 2016109461
Figure 2016109461

これにより、従来のカメラの撮影と同様に、被写体(被検査体を含む)が撮影された強度画像データが生成される。そして、強度画像用重畳部243は、生成した強度画像データを、画像出力部248に出力する。   Thereby, the intensity image data in which the subject (including the object to be inspected) is photographed is generated in the same manner as the conventional camera photographing. Then, the intensity image superimposing unit 243 outputs the generated intensity image data to the image output unit 248.

時間相関画像データは、時間遷移に応じた光の強弱の変化を示す画像データである。つまり、本実施形態では、時系列順のフレーム毎に、当該フレームに含まれる光強度信号に対して、時間遷移を示した参照信号を乗算し、参照信号と光強度信号と乗算結果である時間相関値で構成された、時間相関値フレームを生成し、複数の時間相関値フレームを重畳することで、時間相関画像データを生成する。   The time correlation image data is image data indicating changes in light intensity according to time transition. That is, in the present embodiment, for each frame in time series order, the light intensity signal included in the frame is multiplied by the reference signal indicating the time transition, and the reference signal, the light intensity signal, and the time that is the multiplication result Temporal correlation image data is generated by generating a temporal correlation value frame composed of correlation values and superimposing a plurality of temporal correlation value frames.

ところで、時間相関画像データを用いて、被検査体の異常を検出するためには、イメージセンサ220に入力される光強度信号を、参照信号に同期させて変化させる必要がある。このために、照明装置120が、上述したように、スクリーン130を介して周期的に時間変化および縞の空間的な移動を与えるような、面的な光の照射を行うこととした。   By the way, in order to detect abnormality of the object to be inspected using the time correlation image data, it is necessary to change the light intensity signal input to the image sensor 220 in synchronization with the reference signal. For this purpose, as described above, the illumination device 120 performs planar light irradiation that periodically gives temporal changes and spatial movement of the stripes via the screen 130.

本実施形態では、2種類の時間相関画像データを生成する。参照信号は、時間遷移を表した信号であればよいが、本実施形態では、複素正弦波e-jωtを用いる。なお、角周波数ω、時刻tとする。参照信号を表す複素正弦波e-jωtが、上述した露光時間(換言すれば強度画像データ、時間相関画像を生成するために必要な時間)の一周期と相関をとるように、角周波数ωが設定されるものとする。換言すれば、照明装置120およびスクリーン130等の照明部によって形成された面的かつ動的な光は、被検査体150の表面(反射面)の各位置で第一の周期(時間周期)での時間的な照射強度の変化を与えるとともに、表面に沿った少なくとも一方向に沿った第二の周期(空間周期)での空間的な照射強度の増減分布を与える。この面的な光は、表面で反射される際に、当該表面のスペック(法線ベクトルの分布等)に応じて複素変調される。時間相関カメラ110は、表面で複素変調された光を受光し、第一の周期の参照信号を用いて直交検波(直交復調)することにより、複素信号としての時間相関画像データを得る。このような複素時間相関画像データに基づく変復調により、表面の法線ベクトルの分布に対応した特徴を検出することができる。 In this embodiment, two types of time correlation image data are generated. The reference signal may be a signal representing a time transition, but in the present embodiment, a complex sine wave e −jωt is used. It is assumed that the angular frequency is ω and the time is t. The angular frequency ω is such that the complex sine wave e −jωt representing the reference signal correlates with one period of the above-described exposure time (in other words, the time required to generate the intensity image data and the time correlation image). It shall be set. In other words, the planar and dynamic light formed by the illumination unit 120 and the illumination unit such as the screen 130 is in a first period (time period) at each position on the surface (reflection surface) of the inspection object 150. And a distribution of increase or decrease in spatial irradiation intensity in a second period (spatial period) along at least one direction along the surface. When this planar light is reflected by the surface, it is complex-modulated according to the specifications of the surface (normal vector distribution, etc.). The time correlation camera 110 receives the light complex-modulated on the surface and performs quadrature detection (orthogonal demodulation) using the reference signal of the first period, thereby obtaining time correlation image data as a complex signal. By modulation / demodulation based on such complex time correlation image data, it is possible to detect features corresponding to the surface normal vector distribution.

複素正弦波e-jωtは、e-jωt=cos(ωt)−j・sin(ωt)と表すこともできる。従って、時間相関画像データの各画素値C(x,y)は、以下に示す式(2)から導き出すことができる。 The complex sine wave e −jωt can also be expressed as e −jωt = cos (ωt) −j · sin (ωt). Accordingly, each pixel value C (x, y) of the time correlation image data can be derived from the following equation (2).

Figure 2016109461
Figure 2016109461

本実施形態では、式(2)において、実数部を表す画素値C1(x,y)と、虚数部を表す画素値C2(x,y)と、に分けて2種類の時間相関画像データを生成する。   In this embodiment, in the formula (2), two types of time correlation image data are divided into a pixel value C1 (x, y) representing the real part and a pixel value C2 (x, y) representing the imaginary part. Generate.

このため、参照信号出力部250は、第1の乗算器244と、第2の乗算器246と、に対してそれぞれ異なる参照信号を生成し、出力する。本実施形態の参照信号出力部250は、複素正弦波e-jωtの実数部に対応する第1の参照信号cosωtを第1の乗算器244に出力し、複素正弦波e-jωtの虚数部に対応する第2の参照信号sinωtを第2の乗算器246に出力する。このように本実施形態の参照信号出力部250は、互いにヒルベルト変換対をなす正弦波および余弦波の時間関数として表される2種類の参照信号を出力する例について説明するが、参照信号は時間関数のような時間遷移に応じて変化する参照信号であればよい。 For this reason, the reference signal output unit 250 generates and outputs different reference signals for the first multiplier 244 and the second multiplier 246, respectively. Reference signal output section 250 of this embodiment outputs the first reference signal cosωt corresponding to the real part of the complex sine wave e -Jeiomegati the first multiplier 244, the imaginary part of the complex sine wave e -Jeiomegati The corresponding second reference signal sin ωt is output to the second multiplier 246. As described above, the reference signal output unit 250 according to the present embodiment describes an example in which two types of reference signals expressed as time functions of a sine wave and a cosine wave that form a Hilbert transform pair are described. Any reference signal that changes with time transition such as a function may be used.

そして、第1の乗算器244は、読出部242から入力されたフレーム単位で、当該フレームの光強度信号毎に、参照信号出力部250から入力された複素正弦波e-jωtの実数部cosωtを乗算する。 Then, the first multiplier 244 calculates the real part cosωt of the complex sine wave e −jωt input from the reference signal output unit 250 for each light intensity signal of the frame in units of frames input from the reading unit 242. Multiply.

第1の相関画像用重畳部245は、撮影に必要な露光時間分の複数のフレームについて、第1の乗算器244の乗算結果を画素毎に重畳する処理を行う。これにより、第1の時間相関画像データの各画素値C1(x,y)が、以下の式(3)から導出される。   The first correlation image superimposing unit 245 performs a process of superimposing the multiplication result of the first multiplier 244 on a pixel-by-pixel basis for a plurality of frames for an exposure time necessary for photographing. Thereby, each pixel value C1 (x, y) of the first time correlation image data is derived from the following equation (3).

Figure 2016109461
Figure 2016109461

そして、第2の乗算器246は、読出部242から入力されたフレームの光強度信号に対して、参照信号出力部250から入力された複素正弦波e-jωtの虚数部sinωtを乗算する。 The second multiplier 246 multiplies the light intensity signal of the frame input from the reading unit 242 by the imaginary part sin ωt of the complex sine wave e −jωt input from the reference signal output unit 250.

第2の相関画像用重畳部247は、撮影に必要な露光時間分の複数のフレームについて、第2の乗算器246の乗算結果を画素毎に重畳する処理を行う。これにより、第2の時間相関画像データの各画素値C2(x,y)が、以下の式(4)から導出される。   The second correlation image superimposing unit 247 performs a process of superimposing the multiplication result of the second multiplier 246 on a pixel-by-pixel basis for a plurality of frames corresponding to the exposure time necessary for photographing. Thereby, each pixel value C2 (x, y) of the second time correlation image data is derived from the following equation (4).

Figure 2016109461
Figure 2016109461

上述した処理を行うことで、2種類の時間相関画像データ、換言すれば2自由度を有する時間相関画像データを生成できる。   By performing the processing described above, two types of time correlation image data, in other words, time correlation image data having two degrees of freedom can be generated.

また、本実施形態は、参照信号の種類を制限するものでない。例えば、本実施形態では、複素正弦波e-jωtの実部と虚部の2種類の時間相関画像データを作成するが、光の振幅と、光の位相と、による2種類の画像データを生成してもよい。 Further, the present embodiment does not limit the type of reference signal. For example, in this embodiment, two types of time-correlated image data of the real part and the imaginary part of the complex sine wave e −jωt are created, but two types of image data based on the light amplitude and the light phase are generated. May be.

なお、本実施形態の時間相関カメラ110は、時間相関画像データとして、複数系統分作成可能とする。これにより、例えば複数種類の幅の縞が組み合わされた光が照射された際に、上述した実部と虚部とによる2種類の時間相関画像データを、縞の幅毎に作成可能とする。このために、時間相関カメラ110は、2個の乗算器と2個の相関画像用重畳部とからなる組み合わせを、複数系統分備えるとともに、参照信号出力部250は、系統毎に適した角周波数ωによる参照信号を出力可能とする。   Note that the time correlation camera 110 of the present embodiment can create a plurality of systems as time correlation image data. Thereby, for example, when light in which stripes having a plurality of types of widths are combined is irradiated, two types of time correlation image data based on the real part and the imaginary part described above can be created for each stripe width. For this purpose, the time correlation camera 110 includes a combination of two multipliers and two correlation image superimposing units for a plurality of systems, and the reference signal output unit 250 has an angular frequency suitable for each system. The reference signal by ω can be output.

そして、画像出力部248が、2種類の時間相関画像データと、強度画像データと、をPC100に出力する。これにより、PC100が、2種類の時間相関画像データと、強度画像データと、を用いて、被検査体の異常を検出する。そのためには、被写体に対して光を照射する必要がある。   Then, the image output unit 248 outputs two types of time correlation image data and intensity image data to the PC 100. As a result, the PC 100 detects an abnormality of the object to be inspected using the two types of time correlation image data and the intensity image data. For that purpose, it is necessary to irradiate the subject with light.

本実施形態の照明装置120は、高速に移動する縞パターンを照射する。図4は、本実施形態の照明装置120が照射する縞パターンの一例を示した図である。図4に示す例では、縞パターンをx方向にスクロール(移動)させている例とする。白い領域が縞に対応した明領域、黒い領域が縞と縞との間に対応した間隔領域(暗領域)である。   The illuminating device 120 of this embodiment irradiates the fringe pattern which moves at high speed. FIG. 4 is a diagram illustrating an example of a fringe pattern irradiated by the illumination device 120 of the present embodiment. In the example shown in FIG. 4, the stripe pattern is scrolled (moved) in the x direction. A white area is a bright area corresponding to the stripe, and a black area is an interval area (dark area) corresponding to the stripe.

本実施形態では、時間相関カメラ110が強度画像データ及び時間相関画像データを撮影する露光時間で、照明装置120が照射する縞パターンを一周期分移動させる。これにより、照明装置120は、光の強度の縞パターンの空間的な移動により光の強度の周期的な時間変化を与える。本実施形態では、図4の縞パターンが一周期分移動する時間を、露光時間と対応させることで、時間相関画像データの各画素には、少なくとも、縞パターン一周期分の光の強度信号に関する情報が埋め込まれる。   In the present embodiment, the fringe pattern irradiated by the illuminating device 120 is moved by one cycle with the exposure time when the time correlation camera 110 captures the intensity image data and the time correlation image data. Thereby, the illuminating device 120 gives the time change of the light intensity periodically by the spatial movement of the stripe pattern of the light intensity. In the present embodiment, the time during which the fringe pattern in FIG. 4 moves by one period corresponds to the exposure time, so that each pixel of the time-correlated image data relates to at least the light intensity signal for one period of the fringe pattern. Information is embedded.

図4に示されるように、本実施形態では、照明装置120が矩形波に基づく縞パターンを照射する例について説明するが、矩形波以外を用いてもよい。本実施形態では、照明装置120がスクリーン130を介して照射されることで、矩形波の明暗の境界領域をぼかすことができる。   As shown in FIG. 4, in the present embodiment, an example in which the illumination device 120 irradiates a stripe pattern based on a rectangular wave will be described, but other than a rectangular wave may be used. In the present embodiment, the illumination device 120 is irradiated through the screen 130, so that the bright and dark boundary region of the rectangular wave can be blurred.

本実施形態では、照明装置120が照射する縞パターンをA(1+cos(ωt+kx)と表す。すなわち、縞パターンには、複数の縞が反復的に(周期的に)含まれる。なお、被検査体に照射される光の強度は0〜2Aの間で調整可能とし、光の位相kxとする。kは、縞の波数である。xは、位相が変化する方向である。   In the present embodiment, a stripe pattern irradiated by the illumination device 120 is represented as A (1 + cos (ωt + kx), that is, the stripe pattern includes a plurality of stripes repeatedly (periodically). The intensity of the light applied to can be adjusted between 0 and 2 A, and is the light phase kx, where k is the wave number of the stripes, and x is the direction in which the phase changes.

そして、フレームの各画素の光強度信号f(x,y,t)の基本周波数成分は、以下の式(5)として表すことができる。式(5)で示されるように、x方向で縞の明暗が変化する。   The fundamental frequency component of the light intensity signal f (x, y, t) of each pixel in the frame can be expressed as the following equation (5). As shown in Expression (5), the brightness of the stripe changes in the x direction.

f(x,y,t)=A(1+cos(ωt+kx))
=A+A/2{ej(ωt+kx)+e-j(ωt+kx)}……(5)
f (x, y, t) = A (1 + cos (ωt + kx))
= A + A / 2 {e j (ωt + kx) + e −j (ωt + kx) } (5)

式(5)で示されるように、照明装置120が照射する縞パターンの強度信号は、複素数として考えることができる。   As shown in Expression (5), the intensity signal of the fringe pattern irradiated by the illumination device 120 can be considered as a complex number.

そして、イメージセンサ220には、当該照明装置120からの光が被写体(被検査体を含む)から反射して入力される。   Then, the light from the illumination device 120 is reflected and input to the image sensor 220 from the subject (including the object to be inspected).

したがって、イメージセンサ220に入力される光強度信号G(x,y,t)を、照明装置120が照射された際のフレームの各画素の光強度信号f(x,y,t)とできる。そこで、強度画像データを導出するための式(1)に式(5)を代入すると、式(6)を導出できる。なお、位相kxとする。   Therefore, the light intensity signal G (x, y, t) input to the image sensor 220 can be used as the light intensity signal f (x, y, t) of each pixel of the frame when the illumination device 120 is irradiated. Therefore, when Expression (5) is substituted into Expression (1) for deriving intensity image data, Expression (6) can be derived. The phase is kx.

Figure 2016109461
Figure 2016109461

式(6)から、強度画像データの各画素には、露光時間Tに、照明装置120が出力している光の強度の中間値Aを乗じた値が入力されていることが確認できる。さらに、時間相関画像データを導出するための式(2)に式(5)を代入すると、式(7)を導出できる。なお、AT/2を振幅とし、kxを位相とする。   From Expression (6), it can be confirmed that each pixel of the intensity image data is input with a value obtained by multiplying the exposure time T by the intermediate value A of the intensity of the light output from the illumination device 120. Further, when Expression (5) is substituted into Expression (2) for deriving time correlation image data, Expression (7) can be derived. Note that AT / 2 is the amplitude and kx is the phase.

Figure 2016109461
Figure 2016109461

これにより、式(7)で示された複素数で示された時間相関画像データは、上述した2種類の時間相関画像データと置き換えることができる。つまり、上述した実部と虚部とで構成される時間相関画像データには、被検査体に照射された光強度変化における位相変化と振幅変化とが含まれている。換言すれば、本実施形態のPC100は、2種類の時間相関画像データに基づいて、照明装置120から照射された光の位相変化と、光の振幅変化と、を検出できる。そこで、本実施形態のPC100が、時間相関画像データ及び強度画像データに基づいて、画素毎に入る光の振幅を表した振幅画像データと、画素毎に入る光の位相変化を表した位相画像データと、を生成する。   Thereby, the time correlation image data shown by the complex number shown by Formula (7) is replaceable with the two types of time correlation image data mentioned above. That is, the above-described time correlation image data composed of the real part and the imaginary part includes a phase change and an amplitude change in the light intensity change irradiated to the object to be inspected. In other words, the PC 100 according to the present embodiment can detect the phase change of the light emitted from the illumination device 120 and the light amplitude change based on the two types of time correlation image data. Therefore, the PC 100 according to the present embodiment, based on the time correlation image data and the intensity image data, amplitude image data representing the amplitude of light entering each pixel and phase image data representing the phase change of light entering each pixel. And generate.

さらに、PC100は、生成した振幅画像データと位相画像データとに基づいて、被検査体の異常を検出する。   Further, the PC 100 detects an abnormality of the object to be inspected based on the generated amplitude image data and phase image data.

ところで、被検査体の表面形状に凹凸に基づく異常が生じている場合、被検査体の表面の法線ベクトルの分布には異常に対応した変化が生じている。また、被検査体の表面に光を吸収するような異常が生じている場合、反射した光の強度に変化が生じる。法線ベクトルの分布の変化は、光の位相変化及び振幅変化のうち少なくともいずれか一つとして検出される。そこで、本実施形態では、時間相関画像データ及び強度画像データを用いて、法線ベクトルの分布の変化に対応した、光の位相変化及び振幅変化のうち少なくともいずれか一つを検出する。これにより、表面形状の異常を検出可能となる。次に、被検査体の異常、法線ベクトル、及び光の位相変化又は振幅変化の関係について説明する。   By the way, when an abnormality based on the unevenness occurs in the surface shape of the object to be inspected, a change corresponding to the abnormality occurs in the distribution of normal vectors on the surface of the object to be inspected. Further, when an abnormality that absorbs light occurs on the surface of the object to be inspected, the intensity of the reflected light changes. A change in the normal vector distribution is detected as at least one of a phase change and an amplitude change of light. Thus, in the present embodiment, using the time correlation image data and the intensity image data, at least one of the light phase change and the amplitude change corresponding to the change in the normal vector distribution is detected. Thereby, the abnormality of the surface shape can be detected. Next, the relationship between the abnormality of the inspected object, the normal vector, and the phase change or amplitude change of light will be described.

図5は、第1の実施形態の時間相関カメラ110による、被検査体の異常の第1の検出例を示した図である。図5に示される例では、被検査体500に突形状の異常501がある状況とする。当該状況においては、異常501の点502の近傍領域においては、法線ベクトル521、522、523が異なる方向を向いていることを確認できる。そして、当該法線ベクトル521、522、523が異なる方向を向いていることで、異常501から反射した光に拡散(例えば、光511、512、513)が生じ、時間相関カメラ110のイメージセンサ220の任意の画素531に入る縞パターンの幅503が広くなる。   FIG. 5 is a diagram illustrating a first detection example of abnormality of an object to be inspected by the time correlation camera 110 according to the first embodiment. In the example shown in FIG. 5, it is assumed that the inspected object 500 has a projecting shape abnormality 501. In this situation, it can be confirmed that the normal vectors 521, 522, and 523 are in different directions in the region near the point 502 of the abnormality 501. The normal vectors 521, 522, 523 are directed in different directions, so that diffusion (for example, light 511, 512, 513) is generated in the light reflected from the anomaly 501, and the image sensor 220 of the time correlation camera 110. The width 503 of the fringe pattern entering the arbitrary pixel 531 is increased.

図6は、図5に示される異常501が被検査体500にある場合に、当該異常に応じて変化する、光の振幅の例を表した図である。図6に示される例では、光の振幅を実部(Re)と、虚部(Im)に分けて2次元平面上に表している。図6では、図5の光511、512、513に対応する光の振幅611、612、613として示している。そして、光の振幅611、612、613は互いに打ち消し合い、イメージセンサ220の当該任意の画素531には、振幅621の光が入射する。   FIG. 6 is a diagram showing an example of the amplitude of light that changes in accordance with the abnormality 501 shown in FIG. In the example shown in FIG. 6, the amplitude of light is divided into a real part (Re) and an imaginary part (Im) and is represented on a two-dimensional plane. In FIG. 6, the light amplitudes 611, 612, and 613 corresponding to the lights 511, 512, and 513 in FIG. The light amplitudes 611, 612, and 613 cancel each other, and light having an amplitude 621 is incident on the arbitrary pixel 531 of the image sensor 220.

したがって、図6に示される状況で、検査体500の異常501が撮像された領域で振幅が小さいことが確認できる。換言すれば、振幅変化を示した振幅画像データで、周囲と比べて暗くなっている領域がある場合に、当該領域で光同士の振幅の打ち消し合いが生じていると推測できるため、当該領域に対応する被検査体500の位置で異常501が生じていると判断できる。   Therefore, in the situation shown in FIG. 6, it can be confirmed that the amplitude is small in the region where the abnormality 501 of the inspection object 500 is imaged. In other words, when there is a region that is darker than the surroundings in the amplitude image data showing the change in amplitude, it can be assumed that there is a cancellation of the amplitude of light in the region, It can be determined that an abnormality 501 has occurred at the position of the corresponding inspection object 500.

本実施形態の検査システムは、図5の異常501のように傾きが急峻に変化しているものに限らず、緩やかに変化する異常も検出できる。図7は、第1の実施形態の時間相関カメラ110による、被検査体の異常の第2の検出例を示した図である。図7に示される例では、正常な場合は被検査体の表面が平面(換言すれば法線が平行)となるが、被検査体700に緩やかな勾配701が生じた状況とする。このような状況においては、勾配701上の法線ベクトル721、722、723も同様に緩やかに変化する。したがって、イメージセンサ220に入力する光711、712、713も少しずつずれていく。図7に示される例では、緩やかな勾配701のために光の振幅の打ち消し合いは生じないため、図5、図6で表したような光の振幅はほとんど変化しない。しかしながら、本来スクリーン130から投影された光が、そのままイメージセンサに平行に入るはずが、緩やかな勾配701のために、スクリーン130から投影された光が平行の状態でイメージセンサに入らないために、光に位相変化が生じる。従って、光の位相変化について、周囲等との違いを検出することで、図7に示したような緩やかな勾配701による異常を検出できる。   The inspection system according to the present embodiment is not limited to the one in which the inclination changes steeply like the abnormality 501 in FIG. 5, and can also detect an abnormality that changes gently. FIG. 7 is a diagram illustrating a second example of detection of abnormality of an object to be inspected by the time correlation camera 110 according to the first embodiment. In the example shown in FIG. 7, the surface of the object to be inspected is flat (in other words, the normal line is parallel) in the normal state, but a gentle gradient 701 is generated on the object 700 to be inspected. In such a situation, the normal vectors 721, 722, and 723 on the gradient 701 also change gently. Accordingly, the light beams 711, 712, and 713 input to the image sensor 220 are also shifted little by little. In the example shown in FIG. 7, since the light amplitudes do not cancel each other due to the gentle gradient 701, the light amplitudes shown in FIGS. 5 and 6 hardly change. However, although the light originally projected from the screen 130 should enter the image sensor as it is, the light projected from the screen 130 does not enter the image sensor in a parallel state because of the gentle gradient 701. A phase change occurs in the light. Accordingly, by detecting the difference between the light phase change and the surroundings, an abnormality due to the gentle gradient 701 as shown in FIG. 7 can be detected.

また、被検査体の表面形状(換言すれば、被検査体の法線ベクトルの分布)以外にも異常が生じる場合がある。図8は、第1の実施形態の時間相関カメラ110による、被検査体の異常の第3の検出例を示した図である。図8に示される例では、被検査体800に汚れ801が付着しているため、照明装置120から照射された光が吸収あるいは拡散反射し、時間相関カメラ110の、汚れ801を撮影している任意の画素領域では光がほとんど強度変化しない例を表している。換言すれば、汚れ801を撮影している任意の画素領域では、光強度は位相打ち消しを起こし振動成分がキャンセルされ、ほとんど直流的な明るさになる例を示している。   In addition, there may be an abnormality other than the surface shape of the inspection object (in other words, the distribution of the normal vector of the inspection object). FIG. 8 is a diagram illustrating a third example of detection of abnormality of an object to be inspected by the time correlation camera 110 according to the first embodiment. In the example shown in FIG. 8, since the dirt 801 is attached to the object 800, the light irradiated from the illumination device 120 is absorbed or diffusely reflected, and the dirt 801 of the time correlation camera 110 is photographed. This shows an example in which light hardly changes in intensity in an arbitrary pixel region. In other words, in an arbitrary pixel area where the dirt 801 is photographed, the light intensity causes a phase cancellation, the vibration component is canceled, and an almost DC brightness is shown.

このような場合、汚れ801を撮影している画素領域においては、光の振幅がほとんどないため、振幅画像データを表示した際に、周囲と比べて暗くなる領域が生じる。したがって、当該領域に対応する被検査体800の位置に、汚れ等の異常801があることを推定できる。   In such a case, in the pixel region where the dirt 801 is imaged, there is almost no light amplitude, and therefore when the amplitude image data is displayed, a region darker than the surroundings is generated. Therefore, it can be estimated that there is an abnormality 801 such as dirt at the position of the inspection object 800 corresponding to the region.

このように、本実施形態では、時間相関画像データに基づいて、光の振幅の変化と、光の位相の変化と、を検出することで、被検査体に異常があることを推定できる。   As described above, in the present embodiment, it is possible to estimate that the object to be inspected is abnormal by detecting the change in the amplitude of the light and the change in the phase of the light based on the time correlation image data.

図1に戻り、PC100について説明する。PC100は、検出システム全体の制御を行う。PC100は、移動機構制御部101と、照明制御部102と、制御部103と、記憶部109と、を備える。記憶部109は、演算処理に用いられるデータや、演算処理結果等を記憶する。   Returning to FIG. 1, the PC 100 will be described. The PC 100 controls the entire detection system. The PC 100 includes a movement mechanism control unit 101, an illumination control unit 102, a control unit 103, and a storage unit 109. The storage unit 109 stores data used for arithmetic processing, arithmetic processing results, and the like.

移動機構制御部101は、被検査体150の時間相関カメラ110による撮像対象となる表面を変更するために、移動機構140を制御する。移動機構140は、例えば、ロボットアームである。本実施形態では、PC100において、被検査体150の撮影対象となる表面を複数設定しておく。そして、時間相関カメラ110が被検査体150の撮影が終了する毎に、移動機構制御部101が、当該設定に従って、時間相関カメラ110が設定された表面を撮影できるように、移動機構140が被検査体150を移動させる。なお、本実施形態は撮影が終了する毎に移動機構140を移動させ、撮影が開始する前に停止させることを繰り返すことに制限するものではなく、継続的に移動機構140を駆動させてもよい。なお、移動機構140は、搬送部、移動部、把持部、位置変更部、姿勢変更部等とも称されうる。   The movement mechanism control unit 101 controls the movement mechanism 140 in order to change the surface of the object 150 to be imaged by the time correlation camera 110. The moving mechanism 140 is, for example, a robot arm. In the present embodiment, in the PC 100, a plurality of surfaces to be imaged of the inspection object 150 are set. Then, each time the time correlation camera 110 finishes capturing the object 150, the moving mechanism control unit 101 can capture the surface on which the time correlation camera 110 is set according to the setting. The inspection body 150 is moved. Note that this embodiment does not limit the movement mechanism 140 to be moved every time shooting is completed and stopped before shooting is started, and the movement mechanism 140 may be continuously driven. . The moving mechanism 140 can also be referred to as a conveyance unit, a moving unit, a gripping unit, a position changing unit, a posture changing unit, and the like.

照明制御部102は、被検査体150を検査するために照明装置120が照射する縞パターンを出力する。本実施形態の照明制御部102は、少なくとも3枚以上の縞パターンを、照明装置120に受け渡し、当該縞パターンを露光時間中に切り替えて表示するように照明装置120に指示する。   The illumination control unit 102 outputs a fringe pattern irradiated by the illumination device 120 in order to inspect the inspected object 150. The illumination control unit 102 of this embodiment transfers at least three or more stripe patterns to the illumination device 120 and instructs the illumination device 120 to switch and display the stripe patterns during the exposure time.

図9は、照明制御部102が照明装置120に出力する縞パターンの例を示した図である。図9(B)に示す矩形波に従って、図9(A)に示す黒領域と白領域とが設定された縞パターンが出力されるように、照明制御部102が制御を行う。   FIG. 9 is a diagram illustrating an example of a fringe pattern output from the illumination control unit 102 to the illumination device 120. In accordance with the rectangular wave shown in FIG. 9B, the illumination control unit 102 performs control so that the stripe pattern in which the black region and the white region shown in FIG. 9A are set is output.

本実施形態で照射する縞パターン毎の縞の間隔は、検出対象となる異常(欠陥)の大きさに応じて設定されるものとしてここでは詳しい説明を省略する。   In this embodiment, the stripe interval for each stripe pattern to be irradiated is set according to the size of the abnormality (defect) to be detected, and detailed description thereof is omitted here.

また、縞パターンを出力するための矩形波の角周波数ωは、参照信号の角周波数ωと同じ値とする。   In addition, the angular frequency ω of the rectangular wave for outputting the fringe pattern is set to the same value as the angular frequency ω of the reference signal.

図9に示されるように、照明制御部102が出力する縞パターンは、矩形波として示すことができるが、スクリーン130を介することで、縞パターンの境界領域をぼかす、すなわち、縞パターンにおける明領域(縞の領域)と暗領域(間隔の領域)との境界での光の強度変化を緩やかにする(鈍らせる)ことで、正弦波に近似させることができる。図10は、スクリーン130を介した後の縞パターンを表した波の形状の例を示した図である。図10に示されるように波の形状が、正弦波に近づくことで、計測精度を向上させることができる。また、縞に明度が多段階に変化するグレー領域を追加したり、グラデーションを与えたりしてもよい。また、カラーの縞を含む縞パターンを用いてもよい。   As shown in FIG. 9, the fringe pattern output from the illumination control unit 102 can be shown as a rectangular wave, but the border area of the fringe pattern is blurred through the screen 130, that is, the bright area in the fringe pattern. By making the intensity change of light at the boundary between the (stripe region) and the dark region (interval region) gentle (dull), it can be approximated to a sine wave. FIG. 10 is a diagram illustrating an example of a wave shape representing a stripe pattern after passing through the screen 130. As shown in FIG. 10, the measurement accuracy can be improved by the wave shape approaching a sine wave. Further, a gray region in which the brightness changes in multiple steps may be added to the stripe, or a gradation may be given. Further, a stripe pattern including color stripes may be used.

図1に戻り、制御部103は、振幅−位相画像生成部104と、異常検出処理部105と、を備え、時間相関カメラ110から入力された強度画像データと、時間相関画像データと、により、被検査体150の検査対象面の法線ベクトルの分布と対応した特徴であって、周囲との違いによって異常を検出する特徴を算出するための処理を行う。なお、本実施形態は、検査を行うために、複素数で示した時間相関画像データ(複素時間相関画像データと称す)の代わりに、複素数相関画像データの実部と虚部とで分けた2種類の時間相関画像データを、時間相関カメラ110から受け取る。   Returning to FIG. 1, the control unit 103 includes an amplitude-phase image generation unit 104 and an abnormality detection processing unit 105, and by intensity image data input from the time correlation camera 110 and time correlation image data, Processing is performed to calculate a feature corresponding to the distribution of the normal vector on the surface to be inspected of the inspected object 150 and detecting an abnormality based on the difference from the surroundings. In the present embodiment, in order to perform the inspection, two types of real number and imaginary part of complex number correlation image data are used instead of time correlation image data (referred to as complex time correlation image data) indicated by complex numbers. Are received from the time correlation camera 110.

振幅−位相画像生成部104は、時間相関カメラ110から入力された強度画像データと、時間相関画像データと、に基づいて、振幅画像データと、位相画像データと、を生成する。   The amplitude-phase image generation unit 104 generates amplitude image data and phase image data based on the intensity image data input from the time correlation camera 110 and the time correlation image data.

振幅画像データは、画素毎に入る光の振幅を表した画像データとする。位相画像データは、画素毎に入る光の位相を表した画像データとする。   The amplitude image data is image data representing the amplitude of light entering each pixel. The phase image data is image data representing the phase of light entering each pixel.

本実施形態は振幅画像データの算出手法を制限するものではないが、例えば、振幅−位相画像生成部104は、2種類の時間相関画像データの画素値C1(x,y)及びC2(x,y)から、式(8)を用いて、振幅画像データの各画素値F(x,y)を導き出せる。   Although the present embodiment does not limit the calculation method of the amplitude image data, for example, the amplitude-phase image generation unit 104 has pixel values C1 (x, y) and C2 (x, From y), each pixel value F (x, y) of the amplitude image data can be derived using Equation (8).

Figure 2016109461
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そして、本実施形態では、振幅画像データの画素値(振幅)と、強度画像データの画素値と、に基づいて、異常が生じている領域があるか否かを判定できる。例えば、強度画像データの画素値(AT)を2で除算した値と、振幅画像データの振幅(打ち消し合いが生じない場合にはAT/2となる)と、がある程度一致する領域は異常が生じていないと推測できる。一方、一致していない領域については、振幅の打ち消しが生じていると推測できる。なお、具体的な手法については後述する。   In the present embodiment, it is possible to determine whether there is a region where an abnormality has occurred based on the pixel value (amplitude) of the amplitude image data and the pixel value of the intensity image data. For example, an abnormality occurs in a region where the value obtained by dividing the pixel value (AT) of the intensity image data by 2 and the amplitude of the amplitude image data (which is AT / 2 when cancellation does not occur) to some extent I can guess that it is not. On the other hand, it can be presumed that the amplitude cancellation occurs in the non-matching region. A specific method will be described later.

同様に、振幅−位相画像生成部104は、画素値C1(x,y)及びC2(x,y)から、式(9)を用いて、位相画像データの各画素値P(x,y)を導き出せる。   Similarly, the amplitude-phase image generation unit 104 uses the pixel values C1 (x, y) and C2 (x, y) to calculate each pixel value P (x, y) of the phase image data using Equation (9). Can be derived.

Figure 2016109461
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異常検出処理部105は、振幅−位相画像生成部104により生成された振幅画像データ、及び位相画像データにより、検査対称面の法線ベクトルの分布と対応した特徴であって、周囲との違いによって、被検査体150の異常に関連する特徴を検出する。本実施形態では、法線ベクトルの分布に対応した特徴として、複素時間相関画像の振幅の分布を用いた例について説明する。なお、複素時間相関画像の振幅の分布とは、複素時間相関画像の各画素の振幅の分布を示したデータであり、振幅画像データに相当する。   The abnormality detection processing unit 105 is a feature corresponding to the distribution of the normal vector on the inspection symmetry plane based on the amplitude image data and the phase image data generated by the amplitude-phase image generation unit 104, and is based on a difference from the surroundings. Then, a feature related to the abnormality of the inspection object 150 is detected. In the present embodiment, an example in which the amplitude distribution of the complex time correlation image is used as the feature corresponding to the distribution of the normal vector will be described. The amplitude distribution of the complex time correlation image is data indicating the amplitude distribution of each pixel of the complex time correlation image, and corresponds to amplitude image data.

次に、本実施形態の異常検出処理部105における振幅に基づく異常検出処理について説明する。図11は、本実施形態の異常検出処理部105における当該処理の手順を示すフローチャートである。   Next, the abnormality detection process based on the amplitude in the abnormality detection processing unit 105 of the present embodiment will be described. FIG. 11 is a flowchart showing a procedure of the processing in the abnormality detection processing unit 105 of the present embodiment.

まず、異常検出処理部105は、振幅画像データの各画素に格納された、光の振幅値(を表した画素値)から、当該画素を基準(例えば中心)として、N×N領域の平均振幅値を減算し(ステップS1101)、振幅の平均差分画像データを生成する。振幅の平均差分画像データは、振幅の勾配に対応する。なお、整数Nは実施の態様に応じて適切な値が設定されるものとする。   First, the abnormality detection processing unit 105 determines the average amplitude of the N × N region from the light amplitude value (representing pixel value) stored in each pixel of the amplitude image data, with the pixel as a reference (for example, the center). The value is subtracted (step S1101), and average difference image data of amplitude is generated. The average difference image data of the amplitude corresponds to the gradient of the amplitude. The integer N is set to an appropriate value depending on the embodiment.

次に、異常検出処理部105は、減算により生成された振幅の平均差分画像データに対して、予め定められた振幅の閾値を用いたマスク処理を行う(ステップS1102)。   Next, the abnormality detection processing unit 105 performs a mask process using a predetermined amplitude threshold value on the average difference image data of the amplitude generated by the subtraction (step S1102).

さらに、異常検出処理部105は、平均差分画像データのマスク領域内について画素毎に標準偏差を算出する(ステップS1103)。なお、本実施形態では、標準偏差に基づいた手法について説明するが、標準偏差を用いた場合に制限するものではなく、例えば平均値等を用いてもよい。   Further, the abnormality detection processing unit 105 calculates a standard deviation for each pixel within the mask area of the average difference image data (step S1103). In the present embodiment, a method based on the standard deviation will be described. However, the method is not limited to the case where the standard deviation is used. For example, an average value or the like may be used.

そして、異常検出処理部105は、平均を引いた振幅画素値が−4.5σ(σ:標準偏差)より小さい値の画素を、異常(欠陥)がある領域として検出する(ステップS1104)。   Then, the abnormality detection processing unit 105 detects a pixel whose amplitude pixel value obtained by subtracting the average is smaller than −4.5σ (σ: standard deviation) as a region having an abnormality (defect) (step S1104).

上述した処理手順により、各画素の振幅値(換言すれば、振幅の分布)から、被検査体の異常を検出できる。しかしながら、本実施形態は、複素時間相関画像の振幅の分布から異常を検出することに制限するものではない。検査対称面の法線ベクトルの分布と対応した特徴として、位相の分布の勾配を用いてもよい。そこで、次に位相の分布の勾配を用いた例について説明する。   By the processing procedure described above, an abnormality of the object to be inspected can be detected from the amplitude value of each pixel (in other words, the amplitude distribution). However, the present embodiment is not limited to detecting an abnormality from the amplitude distribution of the complex time correlation image. The gradient of the phase distribution may be used as a feature corresponding to the distribution of normal vectors on the inspection symmetry plane. An example using the gradient of the phase distribution will be described next.

次に、本実施形態の異常検出処理部105における位相に基づく異常検出処理について説明する。図12は、本実施形態の異常検出処理部105における当該処理の手順を示すフローチャートである。   Next, the abnormality detection process based on the phase in the abnormality detection processing unit 105 of the present embodiment will be described. FIG. 12 is a flowchart showing a procedure of the processing in the abnormality detection processing unit 105 of the present embodiment.

まず、異常検出処理部105は、位相画像データの画素毎の光の位相値(を表した画素値)から、当該画素を基準(例えば中心)として、N×N領域の平均位相値を減算し(ステップS1201)、位相の平均差分画像データを生成する。位相の平均差分画像データは、位相の勾配に対応する。   First, the abnormality detection processing unit 105 subtracts the average phase value of the N × N region from the phase value of the light of each pixel of the phase image data (a pixel value representing the pixel value) using the pixel as a reference (for example, the center). (Step S1201), phase average difference image data is generated. The phase average difference image data corresponds to the phase gradient.

次に、異常検出処理部105は、減算により生成された位相の平均差分画像データの大きさ(絶対値)と、閾値とを比較し、平均差分画像データの大きさが閾値以上となる画素を、異常(欠陥)のある画素として検出する(ステップS1202)。   Next, the abnormality detection processing unit 105 compares the magnitude (absolute value) of the average difference image data of the phase generated by the subtraction with a threshold value, and determines pixels whose average difference image data size is equal to or greater than the threshold value. Then, it is detected as an abnormal (defect) pixel (step S1202).

このS1202の検出結果により、異常検出処理部105は、平均差分画像データの正負、すなわち、画素の位相値と平均位相値との大小関係によって、凹凸を判別することができる(ステップS1203)。画素の位相値と平均位相値とのどちらが大きい場合に凸となるかは、各部の設定によって変化するが、大小関係が異なると、凹凸が異なる。   Based on the detection result of S1202, the abnormality detection processing unit 105 can determine the unevenness based on the sign of the average difference image data, that is, the magnitude relationship between the phase value of the pixel and the average phase value (step S1203). Which of the pixel phase value and the average phase value is convex depends on the setting of each part, but the unevenness differs if the magnitude relationship is different.

なお、他の手法によって得られた位相の分布の勾配から、異常を検出することができる。例えば、異常検出処理部105は、別の手法として、正規化された時間相関画像データのN×Nの領域の平均ベクトルと、正規化された各画素のベクトルとの差の大きさが、閾値よりも大きい場合に、異常(欠陥)がある画素として検出することができる。また、位相の分布の勾配に限られず、位相の分布に対応する情報に基づいて被検査体の異常を検出すればよい。   An abnormality can be detected from the gradient of the phase distribution obtained by another method. For example, as another method, the abnormality detection processing unit 105 determines whether the difference between the average vector of the N × N region of the normalized time correlation image data and the normalized vector of each pixel is a threshold value. If it is larger than that, it can be detected as a pixel having an abnormality (defect). Further, the abnormality of the object to be inspected may be detected based on information corresponding to the phase distribution, not limited to the gradient of the phase distribution.

次に、本実施形態の異常検出処理部105における振幅および強度に基づく異常検出処理について説明する。図13は、本実施形態の異常検出処理部105における当該処理の手順を示すフローチャートである。   Next, the abnormality detection process based on the amplitude and intensity in the abnormality detection processing unit 105 of the present embodiment will be described. FIG. 13 is a flowchart showing a procedure of the processing in the abnormality detection processing unit 105 of the present embodiment.

まず、異常検出処理部105は、時間相関画像データと強度画像データとから、各画素について、次の式(100)を用いて、振幅(を表す画素値)C(x,y)(式(7)参照)と強度(を表す画素値)G(x,y)(式(6)参照)との比R(x,y)を算出する(ステップS1301)。   First, the abnormality detection processing unit 105 uses the following equation (100) for each pixel from the time correlation image data and the intensity image data, and uses the following equation (100) to represent the amplitude (representing pixel value) C (x, y) (equation ( 7)) and intensity (a pixel value representing) G (x, y) (see equation (6)) R (x, y) is calculated (step S1301).

R(x,y)=C(x,y)/G(x,y)……(100) R (x, y) = C (x, y) / G (x, y) (100)

次に、異常検出処理部105は、比R(x,y)と閾値とを比較し、比R(x,y)の値が対応する閾値以下となる画素を、異常(欠陥)のある画素として検出する(ステップS1302)。また、異常検出処理部105は、比R(x,y)と閾値とを比較し、比R(x,y)の値が対応する別の閾値以上となる画素を、ムラ(汚れ等)のある画素として検出する(ステップS1303)。法線ベクトルの分布の異常により、振幅の打ち消し合い(減殺)が顕著となった場合には、強度に比べて振幅がより大きく下がる。一方、法線ベクトルの分布にはそれほどの異常は無いものの被検査体150の表面の汚れ等によって光の吸収が顕著となった場合には、振幅に比べて強度がより大きく下がる。よって、異常検出処理部105は、ステップS1302およびステップS1303による異常種別の検出が可能となる。   Next, the abnormality detection processing unit 105 compares the ratio R (x, y) with a threshold value, and sets a pixel having a ratio R (x, y) value equal to or less than the corresponding threshold value to a pixel having an abnormality (defect). (Step S1302). In addition, the abnormality detection processing unit 105 compares the ratio R (x, y) with a threshold value, and determines that a pixel whose ratio R (x, y) is equal to or greater than another corresponding threshold value is uneven (dirt or the like). A pixel is detected (step S1303). When the cancellation of the amplitude (attenuation) becomes significant due to an abnormality in the distribution of the normal vector, the amplitude decreases more than the strength. On the other hand, although there is not so much abnormality in the normal vector distribution, when the light absorption becomes significant due to dirt on the surface of the object 150 to be inspected, the intensity is greatly reduced compared to the amplitude. Therefore, the abnormality detection processing unit 105 can detect the abnormality type in steps S1302 and S1303.

次に、本実施形態の検査システムにおける被検査体の検査処理について説明する。図14は、本実施形態の検査システムにおける上述した処理の手順を示すフローチャートである。なお、被検査体150は、すでに移動機構140に固定された状態で、検査の初期位置に配置されているものとする。   Next, an inspection process for an object to be inspected in the inspection system of the present embodiment will be described. FIG. 14 is a flowchart showing a procedure of the above-described processing in the inspection system of the present embodiment. It is assumed that the inspected object 150 is already fixed to the moving mechanism 140 and is disposed at the initial position of the inspection.

本実施形態のPC100が、照明装置120に対して、被検査体を検査するための縞パターンを出力する(ステップS1401)。   The PC 100 of this embodiment outputs a fringe pattern for inspecting the object to be inspected to the illumination device 120 (step S1401).

照明装置120は、PC100から入力された縞パターンを格納する(ステップS1421)。そして、照明装置120は、格納された縞パターンを、時間遷移に従って変化するように表示する(ステップS1422)。なお、照明装置120が表示を開始する条件は、縞パターンが格納された際に制限するものではなく、例えば検査者が照明装置120に対して開始操作を行った際でもよい。   The illuminating device 120 stores the fringe pattern input from the PC 100 (step S1421). And the illuminating device 120 displays the stored fringe pattern so that it may change according to a time transition (step S1422). Note that the conditions under which the illuminating device 120 starts display are not limited when the fringe pattern is stored, and may be, for example, when the inspector performs a start operation on the illuminating device 120.

そして、PC100の制御部103が、時間相関カメラ110に対して、撮影の開始指示を送信する(ステップS1402)。   Then, the control unit 103 of the PC 100 transmits a shooting start instruction to the time correlation camera 110 (step S1402).

次に、時間相関カメラ110が、送信されてきた撮影指示に従って、被検査体150を含む領域について撮像を開始する(ステップS1411)。次に、時間相関カメラ110の制御部240が、強度画像データと、時間相関画像データと、を生成する(ステップS1412)。そして、時間相関カメラ110の制御部240が、強度画像データと、時間相関画像データと、を、PC100に出力する(ステップS1413)。   Next, the time correlation camera 110 starts imaging for an area including the inspection object 150 in accordance with the transmitted imaging instruction (step S1411). Next, the control unit 240 of the time correlation camera 110 generates intensity image data and time correlation image data (step S1412). Then, the control unit 240 of the time correlation camera 110 outputs the intensity image data and the time correlation image data to the PC 100 (step S1413).

PC100の制御部103は、強度画像データと、時間相関画像データと、を受け取る(ステップS1403)。そして、振幅−位相画像生成部104は、受け取った強度画像データと時間相関画像データとから、振幅画像データと、位相画像データとを生成する(ステップS1404)。   The control unit 103 of the PC 100 receives the intensity image data and the time correlation image data (step S1403). Then, the amplitude-phase image generation unit 104 generates amplitude image data and phase image data from the received intensity image data and time correlation image data (step S1404).

そして、異常検出処理部105が、振幅画像データと、位相画像データとに基づいて、被検査体の異常検出制御を行う(ステップS1405)。そして、異常検出処理部105は、異常検出結果を、PC100が備える(図示しない)表示装置に出力する(ステップS1406)。   Then, the abnormality detection processing unit 105 performs abnormality detection control of the inspected object based on the amplitude image data and the phase image data (step S1405). Then, the abnormality detection processing unit 105 outputs the abnormality detection result to a display device (not shown) included in the PC 100 (step S1406).

異常検出結果の出力例としては、強度画像データを表示するとともに、振幅画像データと位相画像データとに基づいて異常が検出された領域に対応する、強度画像データの領域を、検査者が異常を認識できるように装飾表示するなどが考えられる。また、視覚に基づく出力に制限するものではなく、音声等で異常が検出されたことを出力してもよい。   As an output example of the abnormality detection result, the intensity image data is displayed, and an area of the intensity image data corresponding to the area where the abnormality is detected based on the amplitude image data and the phase image data is displayed. For example, a decorative display may be used so that it can be recognized. Further, the output is not limited to visual output, and it may be output that an abnormality has been detected by voice or the like.

制御部103は、当該被検査体の検査が終了したか否かを判定する(ステップS1407)。検査が終了していないと判定した場合(ステップS1407:No)、移動機構制御部101が、予め定められた設定に従って、次の検査対象となる被検査体の表面が、時間相関カメラ110で撮影できるように、アームの移動制御を行う(ステップS1408)。アームの移動制御が終了した後、制御部103が、再び時間相関カメラ110に対して、撮影の開始指示を送信する(ステップS1402)。   The control unit 103 determines whether or not the inspection of the object to be inspected is completed (step S1407). If it is determined that the inspection has not been completed (step S1407: No), the moving mechanism control unit 101 captures the surface of the inspection object to be inspected with the time correlation camera 110 in accordance with a predetermined setting. The movement control of the arm is performed so that it can be performed (step S1408). After the arm movement control is completed, the control unit 103 transmits an imaging start instruction to the time correlation camera 110 again (step S1402).

一方、制御部103は、当該被検査体の検査が終了したと判定した場合(ステップS1407:Yes)、終了指示を時間相関カメラ110に対して出力し(ステップS1409)、処理を終了する。   On the other hand, if the control unit 103 determines that the inspection of the object to be inspected has ended (step S1407: Yes), the control unit 103 outputs an end instruction to the time correlation camera 110 (step S1409) and ends the process.

そして、時間相関カメラ110は、終了指示を受け付けたか否かを判定する(ステップS1414)。終了指示を受け付けていない場合(ステップS1414:No)、再びステップS1411から処理を行う。一方、終了指示を受け付けた場合(ステップS1414:Yes)、処理を終了する。   Then, the time correlation camera 110 determines whether an end instruction has been received (step S1414). If an end instruction has not been received (step S1414: NO), the processing is performed again from step S1411. On the other hand, if an end instruction has been received (step S1414: YES), the process ends.

なお、照明装置120の終了処理は、検査者が行ってもよいし、他の構成からの指示に従って終了してもよい。   Note that the inspecting process of the illumination device 120 may be performed by an inspector, or may be ended in accordance with an instruction from another configuration.

また、本実施形態では、時間相関カメラ110を用いて生成された強度画像データと、時間相関画像データと、を生成する例について説明した。しかしながら、強度画像データと、時間相関画像データと、を生成するために時間相関カメラ110を用いることに制限するものではなく、アナログ的な処理で実現可能な時間相関カメラや、それと等価な動作をする撮像システムを用いてもよい。例えば、通常のデジタルスチルカメラが生成した画像データを出力し、情報処理装置が、デジタルスチルカメラが生成した画像データを、フレーム画像データとして用いて参照信号を重畳することで、時間相関画像データを生成してもよいし、イメージセンサ内で光強度信号に参照信号を重畳するようなデジタルカメラを用いて、時間相関画像データを生成してもよい。   In the present embodiment, the example in which the intensity image data generated using the time correlation camera 110 and the time correlation image data are generated has been described. However, the present invention is not limited to the use of the time correlation camera 110 for generating the intensity image data and the time correlation image data, and a time correlation camera that can be realized by analog processing or an operation equivalent thereto. An imaging system may be used. For example, image data generated by a normal digital still camera is output, and the information processing apparatus superimposes a reference signal using the image data generated by the digital still camera as frame image data, thereby generating time-correlated image data. The time correlation image data may be generated by using a digital camera that superimposes a reference signal on a light intensity signal in the image sensor.

(変形例1)
本実施形態では、周囲との違いに基づいて、異常に関連する特徴を検出する例について説明したが、周囲との違いに基づいて当該特徴を検出することに制限するものではなく、参照形状のデータ(参照データ、例えば、時間相関データや、振幅画像データ、位相画像データ等)との差異に基づいて当該特徴を検出してもよい。この場合、参照データの場合とで、空間位相変調照明(縞パターン)の位置合わせおよび同期が必要となる。
(Modification 1)
In this embodiment, an example in which a feature related to an abnormality is detected based on a difference from the surroundings has been described, but the present invention is not limited to detecting the feature based on a difference from the surroundings. The feature may be detected based on a difference from data (reference data such as time correlation data, amplitude image data, phase image data, etc.). In this case, it is necessary to align and synchronize the spatial phase modulation illumination (stripe pattern) with the reference data.

本変形例では、異常検出処理部105が、予め記憶部109に記憶された、参照表面から得られた振幅画像データ及び位相画像データと、被検査体150の振幅画像データ及び位相画像データと、を比較し、被検査体150の表面と参照表面との間で、光の振幅及び光の位相とのうちいずれか一つ以上について所定の基準以上の違いがあるか否かを判定する。   In this modification, the abnormality detection processing unit 105 stores the amplitude image data and phase image data obtained from the reference surface, the amplitude image data and phase image data of the inspected object 150, which are stored in the storage unit 109 in advance. Are compared to determine whether there is a difference greater than or equal to a predetermined standard for any one or more of the light amplitude and the light phase between the surface of the inspection object 150 and the reference surface.

本変形例は、第1の実施形態と同じ構成の検査システムを用い、参照表面として正常な被検査体の表面を用いる例とする。   This modification is an example in which an inspection system having the same configuration as that of the first embodiment is used and the surface of a normal object to be inspected is used as a reference surface.

照明装置120がスクリーン130を介して縞パターンを照射している間に、時間相関カメラ110が、正常な被検査体の表面を撮像し、時間相関画像データを生成する。そして、PC100が、時間相関カメラ110で生成された時間相関画像データを入力し、振幅画像データ及び位相画像データを生成し、PC100の記憶部109に振幅画像データ及び位相画像データを記憶させておく。そして、時間相関カメラ110が、異常が生じているか否か判定したい被検査体を撮像し、時間相関画像データを生成する。そして、PC100が、時間相関画像データから、振幅画像データ及び位相画像データを生成した後、記憶部109に記憶されていた、正常な被検査体の振幅画像データ及び位相画像データと比較する。その際に、正常な被検査体の振幅画像データ及び位相画像データと、検査対象の被検査体の振幅画像データ及び位相画像データと、の比較結果を、異常を検出する特徴を示したデータとして出力する。そして、異常を検出する特徴が、当該所定の基準以上の場合に、被検査体150に対して異常があると推測できる。   While the illuminating device 120 irradiates the fringe pattern through the screen 130, the time correlation camera 110 images the surface of a normal object to be inspected and generates time correlation image data. Then, the PC 100 receives the time correlation image data generated by the time correlation camera 110, generates amplitude image data and phase image data, and stores the amplitude image data and phase image data in the storage unit 109 of the PC 100. . Then, the time correlation camera 110 captures an object to be inspected for determining whether or not an abnormality has occurred, and generates time correlation image data. Then, the PC 100 generates the amplitude image data and the phase image data from the time correlation image data, and then compares the amplitude image data and the phase image data with the amplitude image data and the phase image data of the normal inspection object stored in the storage unit 109. At that time, the comparison result of the amplitude image data and phase image data of a normal inspection object and the amplitude image data and phase image data of the inspection object to be inspected is data indicating characteristics for detecting an abnormality. Output. Then, when the feature for detecting an abnormality is equal to or greater than the predetermined reference, it can be estimated that the inspection object 150 is abnormal.

これにより、本変形例では、正常な被検査体の表面と差異が生じているか否か、換言すれば、被検査体の表面に異常が生じているか否かを判定できる。なお、振幅画像データ及び位相画像データの比較手法は、どのような手法を用いてもよいので、説明を省略する。   Thereby, in this modification, it can be determined whether there is a difference from the surface of the normal object to be inspected, in other words, whether there is an abnormality on the surface of the object to be inspected. Note that any method may be used as a method for comparing the amplitude image data and the phase image data, and thus description thereof is omitted.

さらに、本変形例では参照表面との違いに基づいて、異常を検出する特徴を示したデータを出力する例について説明したが、参照表面との違いと、第1の実施形態で示した周囲との違いと、を組み合わせて、異常を検出する特徴を算出してもよい。組み合わせる手法は、どのような手法を用いてもよいので、説明を省略する。   Furthermore, in the present modification, an example in which data indicating characteristics for detecting an abnormality is output based on the difference from the reference surface has been described, but the difference from the reference surface and the surroundings described in the first embodiment A feature for detecting an abnormality may be calculated by combining the differences. Since any method may be used as the method of combination, description thereof is omitted.

(変形例2)
第1の実施形態では、x方向に縞パターンを動かして、被検査体の異常(欠陥)を検出する例について説明した。しかしながら、x方向に垂直なy方向で急峻に法線の分布が変化する異常(欠陥)が被検査体に生じている場合、x方向に縞パターンを動かすよりも、y方向に縞パターンを動かす方が欠陥の検出が容易になる場合がある。そこで、変形例では、x方向に移動する縞パターンと、y方向に移動する縞パターンとを、交互に切り替える例について説明する。
(Modification 2)
In the first embodiment, the example in which the fringe pattern is moved in the x direction to detect an abnormality (defect) of the inspection object has been described. However, when an abnormality (defect) in which the normal distribution changes sharply in the y direction perpendicular to the x direction is generated in the inspection object, the fringe pattern is moved in the y direction rather than in the x direction. It may be easier to detect defects. Therefore, in the modification, an example will be described in which a fringe pattern moving in the x direction and a fringe pattern moving in the y direction are alternately switched.

本変形例の照明制御部102は、所定の時間間隔毎に、照明装置120に出力する縞パターンを切り替える。これにより、照明装置120は、一つの検査対象面に対して、異なる方向に延びた複数の縞パターンを出力する。   The illumination control unit 102 of this modification switches the fringe pattern output to the illumination device 120 at predetermined time intervals. Thereby, the illuminating device 120 outputs the some fringe pattern extended in the different direction with respect to one test object surface.

図15は、本変形例の照明制御部102が出力する縞パターンの切り替え例を示した図である。図15の(A)では、照明制御部102は、照明装置120が表示する縞パターンをx方向に遷移させる。その後、(B)に示されるように、照明制御部102は、照明装置120が表示する縞パターンをy方向に遷移させる。   FIG. 15 is a diagram illustrating an example of switching the fringe pattern output by the illumination control unit 102 of the present modification. In FIG. 15A, the illumination control unit 102 changes the stripe pattern displayed by the illumination device 120 in the x direction. Thereafter, as illustrated in (B), the illumination control unit 102 causes the stripe pattern displayed by the illumination device 120 to transition in the y direction.

そして、PC100の制御部103は、図15の(A)の縞パターン照射から得られた時間相関画像データに基づいて、異常検出を行い、図15の(B)の縞パターン照射から得られた時間相関画像データに基づいて、異常検出を行う。   And the control part 103 of PC100 performed abnormality detection based on the time correlation image data obtained from the stripe pattern irradiation of FIG. 15 (A), and obtained from the stripe pattern irradiation of FIG. 15 (B). Abnormality detection is performed based on the time correlation image data.

図16は、本変形例の照明制御部102が、異常(欠陥)1601を含めた表面に縞パターンを照射した例を示した図である。図16に示す例では、異常(欠陥)1601が、x方向に延びている。この場合、照明制御部102は、x方向に交差するy方向、換言すれば異常(欠陥)1601の長手方向に交差する方向に縞パターンが移動するように設定する。当該設定により、検出精度を向上させることができる。   FIG. 16 is a diagram illustrating an example in which the illumination control unit 102 according to the present modification irradiates a surface including an abnormality (defect) 1601 with a fringe pattern. In the example shown in FIG. 16, an abnormality (defect) 1601 extends in the x direction. In this case, the illumination control unit 102 sets the fringe pattern to move in the y direction that intersects the x direction, in other words, in the direction that intersects the longitudinal direction of the abnormality (defect) 1601. With this setting, detection accuracy can be improved.

図17は、y方向、換言すれば欠陥1701の長手方向に直交する方向に縞パターンを変化させた場合における、異常(欠陥)1701とスクリーン130上の縞パターンの関係を示した図である。図17に示されるように、y方向に幅が狭く、且つ当該y方向に交差するx方向を長手方向とする異常(欠陥)1701が生じている場合、照明装置120から照射された光は、x方向に交差するy方向で光の振幅の打ち消しが大きくなる。このため、PC100では、y方向に移動させた縞パターンに対応する振幅画像データから、当該異常(欠陥)を検出できる。   FIG. 17 is a diagram showing the relationship between the abnormality (defect) 1701 and the stripe pattern on the screen 130 when the stripe pattern is changed in the y direction, in other words, in the direction orthogonal to the longitudinal direction of the defect 1701. As shown in FIG. 17, when an abnormality (defect) 1701 having a narrow width in the y direction and a longitudinal direction in the x direction intersecting the y direction occurs, the light emitted from the illumination device 120 is In the y direction that intersects the x direction, the cancellation of the amplitude of light increases. Therefore, the PC 100 can detect the abnormality (defect) from the amplitude image data corresponding to the stripe pattern moved in the y direction.

本変形例の検査システムにおいて、被検査体に生じる欠陥の長手方向がランダムな場合には、複数方向(例えば、x方向、及び当該x方向に交差するy方向等)で縞パターンを表示することで、欠陥の形状を問わずに当該欠陥の検出が可能となり、異常(欠陥)の検出精度を向上させることができる。また、異常の形状に合わせた縞パターンを投影することで、異常の検出精度を向上させることができる。   In the inspection system of this modification, when the longitudinal direction of the defect generated in the inspection object is random, the fringe pattern is displayed in a plurality of directions (for example, the x direction and the y direction crossing the x direction). Thus, the defect can be detected regardless of the shape of the defect, and the detection accuracy of the abnormality (defect) can be improved. Further, by projecting a fringe pattern that matches the shape of the abnormality, the abnormality detection accuracy can be improved.

(変形例3)
また、上述した変形例2は、x方向の異常検出と、y方向の異常検出と、を行う際に、縞パターンを切り替える手法に制限するものでない。そこで、変形例3では、照明制御部102が照明装置120に出力する縞パターンをx方向及びy方向同時に動かす例について説明する。
(Modification 3)
In addition, the second modification described above is not limited to the method of switching the fringe pattern when performing abnormality detection in the x direction and abnormality detection in the y direction. Therefore, in Modification 3, an example in which the stripe pattern output from the illumination control unit 102 to the illumination device 120 is moved simultaneously in the x direction and the y direction will be described.

図18は、本変形例の照明制御部102が照明装置120に出力する縞パターンの例を示した図である。図18に示される例では、照明制御部102が縞パターンを、方向1801に移動させる。   FIG. 18 is a diagram illustrating an example of a fringe pattern that the illumination control unit 102 according to the present modification outputs to the illumination device 120. In the example shown in FIG. 18, the illumination control unit 102 moves the fringe pattern in the direction 1801.

図18に示される縞パターンは、x方向では1周期1802の縞パターンを含み、y方向では一周期1803の縞パターンを含んでいる。つまり、図18に示される縞パターンは、幅が異なる交差する方向に延びた複数の縞を有している。なお、x方向の縞パターンの幅と、y方向の縞パターンの幅と、を異ならせる必要がある。これにより、x方向に対応する時間相関画像データと、y方向に対応する時間相関画像データと、を生成する際に、対応する参照信号を異ならせることができる。なお、縞パターンによる光の強度の変化の周期(周波数)が変化すればよいので、縞の幅を変化させるのに代えて、縞パターン(縞)の移動速度を変化させてもよい。   The stripe pattern shown in FIG. 18 includes a stripe pattern with one period 1802 in the x direction and a stripe pattern with one period 1803 in the y direction. That is, the stripe pattern shown in FIG. 18 has a plurality of stripes extending in crossing directions having different widths. It is necessary to make the width of the stripe pattern in the x direction different from the width of the stripe pattern in the y direction. Thereby, when generating the time correlation image data corresponding to the x direction and the time correlation image data corresponding to the y direction, the corresponding reference signals can be made different. In addition, since the period (frequency) of the change in the intensity of light due to the stripe pattern may be changed, the moving speed of the stripe pattern (stripe) may be changed instead of changing the width of the stripe.

そして、時間相関カメラ110が、x方向の縞パターンに対応する参照信号に基づいて、x方向の縞パターンに対応する時間相関画像データを生成し、y方向の縞パターンに対応する参照信号に基づいて、y方向の縞パターンに対応する時間相関画像データを生成する。その後、PC100の制御部103は、x方向の縞パターンに対応する時間相関画像データに基づいて、異常検出を行った後、y方向の縞パターンに対応する時間相関画像データに基づいて、異常検出を行う。これにより、本変形例では、欠陥の生じた方向を問わずに検出が可能となり、異常(欠陥)の検出精度を向上させることができる。   Then, the time correlation camera 110 generates time correlation image data corresponding to the stripe pattern in the x direction based on the reference signal corresponding to the stripe pattern in the x direction, and based on the reference signal corresponding to the stripe pattern in the y direction. Thus, time correlation image data corresponding to the stripe pattern in the y direction is generated. After that, the control unit 103 of the PC 100 detects an abnormality based on the time correlation image data corresponding to the stripe pattern in the x direction, and then detects an abnormality based on the time correlation image data corresponding to the stripe pattern in the y direction. I do. Thereby, in this modification, it becomes possible to detect regardless of the direction in which the defect occurs, and the detection accuracy of the abnormality (defect) can be improved.

<移動機構による制御位置および制御姿勢のキャリブレーション>
図1に示されるように、検査システムのPC100の制御部103は、移動機構140による被検査体150の制御位置および制御姿勢のキャリブレーションを行うため、パラメータ取得部106や、間隔検出部107、パラメータ算出部108等を有している。これら各部の機能については後述する。本実施形態では、PC100が、キャリブレーションを行う較正システムとしても機能する。キャリブレーションは、移動機構140が被検査体150に替えて反射部材160を支持した状態で行われる。なお、反射部材160は、基準部材や、参照部材、較正部材、位置合わせ部材等とも称され、反射面161は、基準面や、参照面、較正面、位置合わせ面等とも称されうる。また、較正システムでは、移動機構140の位置や姿勢が、センサ141によって検出されてもよい。
<Calibration of control position and control attitude by moving mechanism>
As shown in FIG. 1, the control unit 103 of the PC 100 of the inspection system calibrates the control position and control posture of the object 150 to be inspected by the moving mechanism 140, so that the parameter acquisition unit 106, the interval detection unit 107, A parameter calculation unit 108 and the like are included. The functions of these units will be described later. In the present embodiment, the PC 100 also functions as a calibration system that performs calibration. The calibration is performed in a state where the moving mechanism 140 supports the reflecting member 160 instead of the inspection object 150. The reflective member 160 may also be referred to as a reference member, a reference member, a calibration member, an alignment member, and the like, and the reflective surface 161 may also be referred to as a reference surface, a reference surface, a calibration surface, an alignment surface, and the like. In the calibration system, the position and orientation of the moving mechanism 140 may be detected by the sensor 141.

図19は、反射部材160を用いたキャリブレーションが行われる場合の、スクリーン130、反射部材160、および時間相関カメラ110の配置の例示的な模式図である。反射部材160の反射面161の時間相関画像を得るため、スクリーン130には、例えば、方向Dpに沿って移動する縞パターンが投影される。照明部として機能するスクリーン130に投影された縞パターンによる光は、反射面161に入射し、当該反射面161で反射して、時間相関カメラ110に入射する。制御部103は、反射面161の時間相関画像に基づく演算処理により、検査時に被検査体150の検査対象面(被検査面)を所定の検査位置および検査姿勢(検査角度)とするための、移動機構140用の制御パラメータを算出する。この際、制御部103は、複数の位置P1,P2や姿勢の反射部材160の反射面161の時間相関画像に基づいて、制御パラメータを算出することができる。   FIG. 19 is an exemplary schematic diagram of the arrangement of the screen 130, the reflection member 160, and the time correlation camera 110 when calibration using the reflection member 160 is performed. In order to obtain a time correlation image of the reflecting surface 161 of the reflecting member 160, for example, a fringe pattern that moves along the direction Dp is projected onto the screen 130. The light with the fringe pattern projected on the screen 130 functioning as an illumination unit enters the reflection surface 161, is reflected by the reflection surface 161, and enters the time correlation camera 110. The control unit 103 uses an arithmetic process based on the time correlation image of the reflecting surface 161 to set the inspection target surface (inspected surface) of the inspection object 150 to a predetermined inspection position and inspection posture (inspection angle) during inspection. A control parameter for the moving mechanism 140 is calculated. At this time, the control unit 103 can calculate the control parameter based on the time correlation image of the reflection surface 161 of the reflection member 160 having a plurality of positions P1 and P2 and posture.

図20,21には反射部材160の一例が示されている。図20は、反射面161の正面図であり、図21は、反射部材160の図20の下方からの視線による側面図である。反射部材160には、一定の幅で第一の方向(図20の上下方向、図21の紙面と垂直な方向)に沿って延びた複数の同一形状の凹部163が、第一の方向と直交する第二の方向(図20,21の左右方向)に一定の間隔(ピッチ)で配列されている。凹部163の幅と互いに隣接する二つの凹部163,163間の距離とは同じに設定されている。よって、換言すれば、反射部材160には、一定の幅で第一の方向(図20の上下方向、図21の紙面と垂直な方向)に沿って延びた複数の同一形状の凸部164が、第一の方向と直交する第二の方向(図20,21の左右方向)に一定の間隔(ピッチ)で配列されている。   An example of the reflecting member 160 is shown in FIGS. 20 is a front view of the reflecting surface 161, and FIG. 21 is a side view of the reflecting member 160 as viewed from below in FIG. In the reflecting member 160, a plurality of concave portions 163 having the same width and extending along the first direction (the vertical direction in FIG. 20 and the direction perpendicular to the paper surface in FIG. 21) are orthogonal to the first direction. Are arranged at a constant interval (pitch) in the second direction (the left-right direction in FIGS. 20 and 21). The width of the recess 163 and the distance between the two recesses 163 and 163 adjacent to each other are set to be the same. In other words, the reflecting member 160 has a plurality of convex portions 164 having the same width and extending along the first direction (the vertical direction in FIG. 20 and the direction perpendicular to the paper surface in FIG. 21). Are arranged at a constant interval (pitch) in a second direction (left-right direction in FIGS. 20 and 21) orthogonal to the first direction.

反射面161では、凸部164の頂面が、第一の反射面161aとして構成され、凹部163の底面が、第二の反射面161bとして構成されている。複数の第一の反射面161aは、不図示の第一の仮想平面上に配置され、複数の第二の反射面161bは、第一の仮想平面と平行な不図示の第二の仮想平面上に配置されている。すなわち、第一の反射面161aと第二の反射面161bとは平行である。また、第一の反射面161aおよび第二の反射面161bは、いずれも鏡面として構成されている。   In the reflective surface 161, the top surface of the convex portion 164 is configured as the first reflective surface 161a, and the bottom surface of the concave portion 163 is configured as the second reflective surface 161b. The plurality of first reflecting surfaces 161a are arranged on a first virtual plane (not shown), and the plurality of second reflecting surfaces 161b are on a second virtual plane (not shown) parallel to the first virtual plane. Is arranged. That is, the first reflecting surface 161a and the second reflecting surface 161b are parallel. Moreover, both the 1st reflective surface 161a and the 2nd reflective surface 161b are comprised as a mirror surface.

第一の反射面161aと第二の反射面161bとの間の境界部分には、第一の方向(図20の上下方向)に沿って延びる尖部162が設けられている。尖部162は、形状不連続部の一例である。なお、凹部163は、底面としての第二の反射面161bと、第二の反射面161bに直交する一対の側面と、によって構成されているが、これには限定されず、例えば底面と側面との間の隅部は曲面であってもよいし、底面と一対の側面とが連続した曲面を構成していてもよい。また、尖部162では、第一の反射面161aと凹部163の側面とが直角を形成しているが、底面と側面とが実体側で180°以下の角度を形成すればよく、直角でなくてもよい。また、尖部162は、角部や、稜部、稜線とも称され得る。   At a boundary portion between the first reflecting surface 161a and the second reflecting surface 161b, a pointed portion 162 extending along the first direction (vertical direction in FIG. 20) is provided. The point 162 is an example of a shape discontinuity. In addition, although the recessed part 163 is comprised by the 2nd reflective surface 161b as a bottom face, and a pair of side surface orthogonal to the 2nd reflective surface 161b, it is not limited to this, For example, a bottom face and a side face The corner between the two may be a curved surface, or may form a curved surface in which a bottom surface and a pair of side surfaces are continuous. Further, in the pointed portion 162, the first reflecting surface 161a and the side surface of the recess 163 form a right angle, but the bottom surface and the side surface may form an angle of 180 ° or less on the substantial side, not the right angle. May be. In addition, the apex 162 may be referred to as a corner, a ridge, or a ridge line.

図22には、反射面161に対する入射光および反射光の方向等が図19よりも拡大された状態で例示されている。図22では不図示のスクリーン130からの出射光は、図22の右側へ方向Diに沿って反射面161に入射する。縞パターンは、図22の紙面と垂直な方向に延びており、反射面161上で、図22の右側かつ下側の斜め下方に向けて移動する。反射面161での反射光は、図22の下側へ方向Drに沿って進み、図22では不図示の時間相関カメラ110に入射する。   In FIG. 22, the directions of incident light and reflected light with respect to the reflecting surface 161 are illustrated in an enlarged state as compared with FIG. In FIG. 22, the light emitted from the screen 130 (not shown) enters the reflecting surface 161 along the direction Di to the right in FIG. The stripe pattern extends in a direction perpendicular to the paper surface of FIG. 22, and moves on the reflective surface 161 toward the lower right side and the lower side of FIG. 22. The reflected light from the reflecting surface 161 travels along the direction Dr downward in FIG. 22 and enters a time correlation camera 110 (not shown in FIG. 22).

図22に例示される構成および配置では、尖部162に対する図22の上側(左側)と下側(右側)とで光路が大きく変化する。よって、反射面161の時間相関画像(位相画像)中では、尖部162に対応する位置(線)で、位相の不連続(大幅な変化)が生じる。時間相関画像中の位相の不連続部(位相不連続部)は、時間相関画像に対する演算処理によって検出することができる。具体的には、例えば、時間相関画像中の位相の勾配が所定の閾値よりも大きい位置として、検出することができる。ここで、図22の場合、時間相関画像中での互いに隣接する二つの尖部162に対応する位相不連続部(位相不連続線)の間隔は、互いに隣接する二つの尖部162間の、時間相関カメラ110の撮像素子の光軸と垂直な方向Dsでの距離Dに比例する。この距離Dは、反射面161の位置や姿勢によって変化する。例えば、反射部材160および反射面161が、図22の状態から僅かに時計回り方向に回転すると、その状態での距離Dは、図22の状態での距離Dよりも狭くなる。逆に、反射部材160および反射面161が、図22の状態から僅かに反時計回り方向に回転すると、その状態での距離Dは、図22の状態での距離Dよりも広くなる。これにより、時間相関画像において、互いに隣接する二つの位相不連続部間の間隔を検出し、当該間隔に基づく幾何学的な演算を行うことによって、反射面161の位置や姿勢を算出できることが、理解できよう。この場合、制御部103は、複数の位置や姿勢での反射面161の時間相関画像に基づいて、反射面161の位置や姿勢を算出してもよい。なお、キャリブレーションに関しては、反射面161での傷等に基づく時間相関画像の特徴の小さな変化は考慮しなくてよい。   In the configuration and arrangement illustrated in FIG. 22, the optical path greatly changes between the upper side (left side) and the lower side (right side) of FIG. Therefore, in the time correlation image (phase image) of the reflective surface 161, a phase discontinuity (a large change) occurs at a position (line) corresponding to the cusp 162. A phase discontinuity (phase discontinuity) in the time correlation image can be detected by a calculation process on the time correlation image. Specifically, for example, it can be detected as a position where the phase gradient in the time correlation image is larger than a predetermined threshold. Here, in the case of FIG. 22, the interval between the phase discontinuities (phase discontinuity lines) corresponding to the two adjacent cusps 162 in the time correlation image is between the two adjacent cusps 162. This is proportional to the distance D in the direction Ds perpendicular to the optical axis of the image sensor of the time correlation camera 110. This distance D varies depending on the position and posture of the reflecting surface 161. For example, when the reflecting member 160 and the reflecting surface 161 are rotated slightly clockwise from the state of FIG. 22, the distance D in that state becomes narrower than the distance D in the state of FIG. Conversely, when the reflecting member 160 and the reflecting surface 161 are slightly rotated counterclockwise from the state of FIG. 22, the distance D in that state becomes wider than the distance D in the state of FIG. Thereby, in the time correlation image, it is possible to calculate the position and orientation of the reflecting surface 161 by detecting the interval between two phase discontinuities adjacent to each other and performing a geometric operation based on the interval. I understand. In this case, the control unit 103 may calculate the position and orientation of the reflecting surface 161 based on the time correlation image of the reflecting surface 161 at a plurality of positions and orientations. Note that regarding the calibration, a small change in the characteristics of the time correlation image based on scratches on the reflecting surface 161 need not be considered.

図23には、キャリブレーションの手順の一例が示されている。すなわち、制御部103は、まず、パラメータ取得部106として機能し、反射部材160を用いてキャリブレーションを行っている状態での、位置や姿勢に対応した、移動機構140の制御パラメータを取得する(S1)。制御パラメータは、制御指令値であってもよいし、センサ141による検出値であってもよい。次に、制御部103は、間隔検出部107として機能し、時間相関カメラ110によって得られた反射面161の時間相関画像中で、互いに隣接する二つの位相不連続部(位相不連続線)間の間隔を検出する(S2)。次に、制御部103は、パラメータ算出部108として機能し、検査時における移動機構140の制御パラメータを算出する(S3)。このS3では、例えば、制御部103は、まず、S2で検出した間隔に基づく幾何学的な演算から、反射面161の位置や姿勢を算出する。次に、パラメータ算出部108は、算出された反射面161の位置や姿勢、予め取得されている反射面161の位置や姿勢と移動機構140の制御パラメータとの相関関係、および被検査体150の形状や大きさ等のスペック等から、被検査体150の検査対象面(被検査面)のそれぞれを所定の検査位置および検査姿勢にセットするための制御パラメータを算出する。そして、制御部103は、算出した制御パラメータを記憶部109に記憶する(S4)。移動機構制御部101は、記憶部109に記憶された制御パラメータを、検査時に利用することができる。   FIG. 23 shows an example of the calibration procedure. That is, the control unit 103 first functions as the parameter acquisition unit 106 and acquires the control parameters of the moving mechanism 140 corresponding to the position and orientation in a state where calibration is performed using the reflection member 160 ( S1). The control parameter may be a control command value or a value detected by the sensor 141. Next, the control unit 103 functions as the interval detection unit 107, and between two adjacent phase discontinuity parts (phase discontinuity lines) in the time correlation image of the reflection surface 161 obtained by the time correlation camera 110. Is detected (S2). Next, the control unit 103 functions as the parameter calculation unit 108 and calculates a control parameter of the moving mechanism 140 at the time of inspection (S3). In S3, for example, the control unit 103 first calculates the position and orientation of the reflecting surface 161 from the geometric calculation based on the interval detected in S2. Next, the parameter calculation unit 108 calculates the calculated position and orientation of the reflecting surface 161, the correlation between the previously acquired position and orientation of the reflecting surface 161 and the control parameter of the moving mechanism 140, and the inspected object 150. Control parameters for setting each inspection target surface (inspected surface) of the inspection object 150 to a predetermined inspection position and inspection posture are calculated from specifications such as shape and size. Then, the control unit 103 stores the calculated control parameter in the storage unit 109 (S4). The moving mechanism control unit 101 can use the control parameters stored in the storage unit 109 at the time of inspection.

以上、説明したように、本実施形態では、例えば、時間相関画像中に位相の不連続部を生じさせる複数の尖部162(形状不連続部)が設けられた反射面161を有した反射部材160を用いる。間隔検出部107は、反射面161を撮像した時間相関画像中の、位相の不連続部間の間隔を検出し、パラメータ算出部108は、検出された間隔に基づいて、検査時の検査対象面の位置および姿勢のうち少なくとも一方に対応するパラメータを算出する。よって、本実施形態によれば、例えば、規定の形状を有した反射部材160を用いて、被検査体150についてより不都合の少ない位置や姿勢で検査を実行するための、制御位置や制御姿勢の較正を行うことができる。よって、本実施形態によれば、より高精度あるいはより高効率な検査が可能となる。   As described above, in the present embodiment, for example, a reflective member having a reflective surface 161 provided with a plurality of cusps 162 (shape discontinuities) that cause phase discontinuities in a time correlation image. 160 is used. The interval detection unit 107 detects the interval between the discontinuous portions of the phase in the time correlation image obtained by imaging the reflection surface 161, and the parameter calculation unit 108 detects the inspection target surface at the time of inspection based on the detected interval. A parameter corresponding to at least one of the position and orientation is calculated. Therefore, according to the present embodiment, for example, a control position and a control posture for performing an inspection at a position and posture with less inconvenience for the inspected object 150 using the reflecting member 160 having a prescribed shape. Calibration can be performed. Therefore, according to the present embodiment, it is possible to perform inspection with higher accuracy or higher efficiency.

また、本実施形態では、反射面161は、互いに平行な複数の尖部162を有した。よって、例えば、尖部162の間隔が変化する方向の姿勢を、較正できる。   In the present embodiment, the reflecting surface 161 has a plurality of cusps 162 parallel to each other. Therefore, for example, the posture in the direction in which the interval between the cusps 162 changes can be calibrated.

また、本実施形態では、反射面161は、互いに平行な複数の凹部163が設けられた。よって、例えば、尖部162が設けられた反射面161が、比較的容易に得られる。   In the present embodiment, the reflective surface 161 is provided with a plurality of recesses 163 parallel to each other. Therefore, for example, the reflecting surface 161 provided with the pointed portion 162 can be obtained relatively easily.

<反射部材の変形例>
図24,25には、第1の変形例の反射部材160Aが例示されている。図24,25に示されるように、反射部材160Aでは、等幅かつ等間隔の凹部163が、上下方向および左右方向に、格子状に配列されている。これにより、凹部163と同じ幅の複数の凸部164が、格子点状に配置されている。なお、図24では、便宜上、凹部163にハッチングが施されている。凹部163および凸部164の断面形状は、図20,21に示された反射部材160と同じである。この反射部材160Aによれば、図24の上下方向に延びる平行な複数の尖部162(例えば第一の尖部)を得ることができるとともに、図24の左右方向に延びる平行な複数の尖部162(例えば第二の尖部)を得ることができる。よって、本変形例によれば、互いに直交する二つの縞パターン、すなわち、方向Dp1に沿って移動する、方向Dp2に沿って延びた第一の縞パターンと、方向Dp2に沿って移動する、方向Dp1に沿って延びた第二の縞パターンとを用いて、互いに直交する二方向について検査対象面(被検査面)の位置や姿勢を較正することができる。
<Modified example of reflecting member>
24 and 25 illustrate the reflective member 160A of the first modification. As shown in FIGS. 24 and 25, in the reflecting member 160A, the recesses 163 having the same width and the same interval are arranged in a lattice shape in the vertical direction and the horizontal direction. Thereby, the some convex part 164 of the same width as the recessed part 163 is arrange | positioned at lattice point shape. In FIG. 24, for convenience, the concave portion 163 is hatched. The cross-sectional shapes of the concave portion 163 and the convex portion 164 are the same as those of the reflecting member 160 shown in FIGS. According to the reflecting member 160A, a plurality of parallel cusps 162 (for example, first cusps) extending in the vertical direction in FIG. 24 can be obtained, and a plurality of parallel cusps extending in the left-right direction in FIG. 162 (eg, a second apex) can be obtained. Therefore, according to this modification, two stripe patterns orthogonal to each other, that is, a first stripe pattern that moves along the direction Dp2 that moves along the direction Dp1, and a direction that moves along the direction Dp2. Using the second stripe pattern extending along Dp1, the position and orientation of the inspection target surface (surface to be inspected) can be calibrated in two directions orthogonal to each other.

図26には、第2の変形例の反射部材160Bが例示されている。図26の反射部材160Bの凹部163と凸部164との配置は、図24,25に示された反射部材160Aとは逆である。すなわち、反射部材160Bでは、等幅かつ等間隔の凸部164が、上下方向および左右方向に、格子状に配列されている。これにより、凸部164と同じ幅の複数の凹部163が、格子点状に配置されている。なお、図26でも、凹部163にはハッチングが施されている。この反射部材160Bによっても、反射部材160Aと同様の効果が得られる。すなわち、本変形例によっても、互いに直交する二つの縞パターン、すなわち、方向Dp1に沿って移動する、方向Dp2に沿って延びた第一の縞パターンと、方向Dp2に沿って移動する、方向Dp1に沿って延びた第二の縞パターンとを用いて、互いに直交する二方向について検査対象面(被検査面)の位置や姿勢を較正することができる。   FIG. 26 illustrates a reflective member 160B of the second modified example. The arrangement of the concave portions 163 and the convex portions 164 of the reflecting member 160B of FIG. 26 is opposite to that of the reflecting member 160A shown in FIGS. That is, in the reflecting member 160B, the convex portions 164 having equal widths and equal intervals are arranged in a lattice pattern in the vertical direction and the horizontal direction. Thereby, the several recessed part 163 of the same width as the convex part 164 is arrange | positioned at lattice point shape. In FIG. 26, the concave portion 163 is hatched. The same effect as that of the reflective member 160A can be obtained by the reflective member 160B. That is, also according to this modification, two stripe patterns orthogonal to each other, that is, a first stripe pattern that moves along the direction Dp2 that moves along the direction Dp1, and a direction Dp1 that moves along the direction Dp2 The position and orientation of the inspection target surface (surface to be inspected) can be calibrated in two directions orthogonal to each other using the second stripe pattern extending along.

図27,28には、第3の変形例の反射部材160Cが例示されている。図27,28に示されるように、反射部材160Cには、三角形状の断面を有して第一の方向(図27の上下方向、図28の紙面と垂直な方向)に延びる互いに平行な複数の凸部が設けられ、換言すれば、三角形状の断面を有して第一の方向に延びる互いに平行な複数の凹部が設けられ、凸部の稜線として、互いに平行な複数の尖部162が設けられている。そして、法線方向が相異なる二つの鏡面状の平面部161c,161dが、尖部162を挟んで互いに隣接するように、設けられている。この場合も、上記実施形態および変形例と同様の効果が得られる。   27 and 28 illustrate a reflective member 160C of the third modification. As shown in FIGS. 27 and 28, the reflecting member 160 </ b> C has a triangular cross section and extends in a first direction (the vertical direction in FIG. 27, the direction perpendicular to the paper surface in FIG. 28). In other words, a plurality of parallel recesses having a triangular cross section and extending in the first direction are provided, and a plurality of parallel cusps 162 are formed as ridge lines of the protrusions. Is provided. Then, two mirror-like plane portions 161c and 161d having different normal directions are provided so as to be adjacent to each other with the pointed portion 162 interposed therebetween. Also in this case, the same effects as those of the above embodiment and the modification can be obtained.

上述した実施形態のPC100で実行される検査プログラムおよび較正プログラムは、インストール可能な形式又は実行可能な形式のファイルでCD−ROM、フレキシブルディスク(FD)、CD−R、DVD(Digital Versatile Disk)等のコンピュータで読み取り可能な記録媒体に記録されて提供される。   The inspection program and the calibration program executed by the PC 100 according to the above-described embodiment are files in an installable or executable format, such as a CD-ROM, a flexible disk (FD), a CD-R, a DVD (Digital Versatile Disk), and the like. And recorded on a computer-readable recording medium.

また、上述した実施形態のPC100で実行される検査プログラムおよび較正プログラムを、インターネット等のネットワークに接続されたコンピュータ上に格納し、ネットワーク経由でダウンロードさせることにより提供するように構成してもよい。また、上述した実施形態のPC100で実行される検査プログラムおよび較正プログラムをインターネット等のネットワーク経由で提供または配布するように構成してもよい。   Further, the inspection program and the calibration program executed by the PC 100 according to the above-described embodiment may be provided by being stored on a computer connected to a network such as the Internet and downloaded via the network. Moreover, you may comprise so that the test | inspection program and calibration program which are performed with PC100 of embodiment mentioned above may be provided or distributed via networks, such as the internet.

本発明のいくつかの実施形態及び変形例を説明したが、これらの実施形態及び変形例は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態及び変形例は、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、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形例は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。   Although some embodiments and modifications of the present invention have been described, these embodiments and modifications are presented as examples and are not intended to limit the scope of the invention. These novel embodiments and modifications can be implemented in various other forms, and various omissions, replacements, and changes can be made without departing from the spirit of the invention. These embodiments and modifications thereof are included in the scope and gist of the invention, and are included in the invention described in the claims and equivalents thereof.

100…PC(検査システム、較正システム)、101…移動機構制御部(制御部)、104…振幅−位相画像生成部(時間相関画像生成部)、105…異常検出処理部(演算処理部)、107…間隔検出部、108…パラメータ算出部、110…時間相関カメラ、120…照明装置(照明部)、130…スクリーン(照明部)、140…移動機構、160…反射部材、161,161a,161b…反射面、162…尖部(形状不連続部)。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 100 ... PC (inspection system, calibration system) 101 ... Movement mechanism control part (control part), 104 ... Amplitude-phase image generation part (time correlation image generation part), 105 ... Abnormality detection processing part (arithmetic processing part), DESCRIPTION OF SYMBOLS 107 ... Space | interval detection part, 108 ... Parameter calculation part, 110 ... Time correlation camera, 120 ... Illuminating device (illuminating part), 130 ... Screen (illuminating part), 140 ... Moving mechanism, 160 ... Reflecting member, 161, 161a, 161b ... reflecting surface, 162 ... point (discontinuous shape).

Claims (7)

光の強度の周期的な時間変化および空間変化を与える面的な照明部と、時間相関カメラまたはそれと等価な動作をする撮像システムによって時間相関画像を生成する時間相関画像生成部と、前記時間相関画像より、検査対象面の法線ベクトルの分布と対応した特徴であって、周囲との違いおよび参照表面との違いのうち少なくとも一方によって異常を検出する特徴を算出する演算処理部と、を備えた検査システム用の較正システムであって、
時間相関画像中に位相の不連続部を生じさせる複数の形状不連続部が設けられた反射面を有した反射部材と、
前記反射面を撮像した時間相関画像中で、位相の不連続部間の間隔を検出する間隔検出部と、
前記検出された間隔に基づいて、検査時の検査対象面の位置および姿勢のうち少なくとも一方に対応するパラメータを算出するパラメータ算出部と、
を備えた、較正システム。
A planar illumination unit that gives periodic temporal and spatial changes in light intensity, a time correlation image generation unit that generates a time correlation image by a time correlation camera or an imaging system that operates equivalently, and the time correlation An arithmetic processing unit that calculates a feature corresponding to the distribution of the normal vector of the surface to be inspected from the image and that detects a feature based on at least one of a difference from the surroundings and a difference from the reference surface Calibration system for an inspection system,
A reflective member having a reflective surface provided with a plurality of shape discontinuities that cause phase discontinuities in the time correlation image;
In the time correlation image obtained by imaging the reflection surface, an interval detection unit that detects an interval between discontinuous portions of the phase;
A parameter calculation unit that calculates a parameter corresponding to at least one of the position and orientation of the inspection target surface at the time of inspection based on the detected interval;
A calibration system comprising:
前記反射面は、前記形状不連続部として、互いに平行な複数の尖部を有した、請求項1に記載の較正システム。   The calibration system according to claim 1, wherein the reflective surface has a plurality of cusps parallel to each other as the shape discontinuity. 前記形状不連続部は、第一の方向に沿って延びる第一の尖部と、前記第一の方向と交差する第二の方向に沿って延びる第二の尖部と、を有した、請求項1または2に記載の較正システム。   The shape discontinuity portion has a first apex extending along a first direction and a second apex extending along a second direction intersecting the first direction. Item 3. The calibration system according to Item 1 or 2. 前記反射面には、互いに平行な複数の凹部が設けられた、請求項1〜3のうちいずれか一つに記載の較正システム。   The calibration system according to claim 1, wherein the reflective surface is provided with a plurality of recesses parallel to each other. 前記反射面は、前記形状不連続部を挟んで互いに隣接し法線方向が相異なる複数の平面部を有した、請求項1〜3のうちいずれか一つに記載の較正システム。   The calibration system according to any one of claims 1 to 3, wherein the reflection surface includes a plurality of plane portions that are adjacent to each other with the shape discontinuity portion and have different normal directions. 請求項1〜5のいずれか一つに記載の較正システムで用いられる反射部材。   The reflection member used with the calibration system as described in any one of Claims 1-5. 光の強度の周期的な時間変化および空間変化を与える面的な照明部と、
時間相関カメラまたはそれと等価な動作をする撮像システムによって時間相関画像を生成する時間相関画像生成部と、
前記時間相関画像より、検査対象面の法線ベクトルの分布と対応した特徴であって、周囲との違いおよび参照表面との違いのうち少なくとも一方によって異常を検出する特徴を算出する演算処理部と、
時間相関画像中に位相の不連続部を生じさせる複数の形状不連続部が設けられた反射面を有した反射部材の当該反射面を撮像した時間相関画像による演算結果に基づいて、検査時の検査対象面の位置および姿勢のうち少なくとも一方を制御する制御部と、
を備えた、検査システム。
A planar illumination unit that provides periodic temporal and spatial changes in light intensity;
A time correlation image generating unit that generates a time correlation image by a time correlation camera or an imaging system that performs an equivalent operation;
An arithmetic processing unit that calculates a feature that detects an abnormality based on at least one of a difference from the surroundings and a difference from the reference surface, which is a feature corresponding to the distribution of normal vectors on the inspection target surface from the time correlation image; ,
Based on the calculation result of the time correlation image obtained by imaging the reflection surface of the reflecting member having the reflection surface provided with the plurality of shape discontinuities that cause the phase discontinuity in the time correlation image. A control unit for controlling at least one of the position and orientation of the inspection target surface;
With inspection system.
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