JP2017062160A - 欠陥検査装置および欠陥検査方法 - Google Patents
欠陥検査装置および欠陥検査方法 Download PDFInfo
- Publication number
- JP2017062160A JP2017062160A JP2015187067A JP2015187067A JP2017062160A JP 2017062160 A JP2017062160 A JP 2017062160A JP 2015187067 A JP2015187067 A JP 2015187067A JP 2015187067 A JP2015187067 A JP 2015187067A JP 2017062160 A JP2017062160 A JP 2017062160A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- liquid crystal
- light
- inspection target
- target surface
- object light
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Images
Landscapes
- Investigating Materials By The Use Of Optical Means Adapted For Particular Applications (AREA)
Abstract
【課題】曲面形状を有するワークの欠陥検査に要する時間を短縮することが可能な欠陥検査装置を提供する。【解決手段】本発明の一実施形態に係る欠陥検査装置1は、レーザ光を出射するレーザ光源301と、レーザ光から物体光および参照光を生成し、検査対象面9aに向けて物体光を照射するとともに、検査対象面9aからの反射光と参照光とを干渉させる干渉光学系と、物体光を屈折させ、物体光を曲面の検査対象面9aに対して異なる複数の方向から入射させる液晶レンズ4と、干渉により生じる干渉縞を撮像データとして取得する撮像装置313と、撮像データに基づいて検査対象面9aの形状を算出する制御装置8とを備える。【選択図】図1
Description
本発明は、ホログラフィ干渉を用いてワーク表面の欠陥を検査する欠陥検査装置に関する。
スポイラー、ハンドル等のようなワークの表面には、塗装によって、はじけ、ひけと呼ばれる微小な凹凸、段差が生じる場合がある。このような凹凸、段差は、その高さが許容
公差を超えている場合に、欠陥として検出される。
公差を超えている場合に、欠陥として検出される。
このようなワークの欠陥を検出する技術として、ホログラフィ干渉計測法が知られている。ホログラフィ干渉計測法は、ワークに物体光を照射し、ワークから反射した物体光と、ワークに照射しない基準の参照光とを干渉させ、干渉により生じたホログラム(干渉縞)をCCDカメラ等により撮像データとして記録する。そして、撮像データをコンピュータで解析することにより、ワークの形状を数値計算により復元し、欠陥を検出することができる。
特許文献1には、ホログラフィ干渉計測法を用いた歯車の歯面形状の測定方法が開示されている。この測定方法は、理論的歯面のシミュレーション像から物体光の入射角データを取得し、入射角の違いによる測定誤差を計算する。このため、各部分で入射角が異なるような曲面を有する歯面の形状を精度良く測定することが可能である。
特許文献1の測定方法によれば、曲面を有するワークの形状を測定することが可能である。しかしながら、曲率が大きい面に対しては、干渉縞が密に形成されるため、複数本の干渉縞が1本の干渉縞としてカメラに認識されてしまう場合がある。このような場合には、測定部位を分割し、物体光の入射角を変えて複数回に分けて撮像しなければならず、測定に時間がかかってしまう。
本発明は上述の課題に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、曲面形状を有するワークの欠陥検査に要する時間を短縮することが可能な欠陥検査装置を提供することにある。
本発明に係る欠陥検査装置は、レーザ光を出射するレーザ光源と、前記レーザ光から物体光および参照光を生成し、検査対象面に向けて前記物体光を照射するとともに、前記検査対象面からの反射光と前記参照光とを干渉させる干渉光学系と、前記物体光を屈折させ、前記物体光を曲面の前記検査対象面に対して異なる複数の方向から入射させる液晶レンズと、前記干渉により生じる干渉縞を撮像データとして取得する撮像装置と、前記撮像データに基づいて前記検査対象面の形状を算出する制御装置とを備える。
本発明に係る欠陥検査方法は、レーザ光源からレーザ光を出射するステップと、前記レーザ光から物体光および参照光を生成し、検査対象面に向けて前記物体光を照射するステップと、液晶レンズにより前記物体光を屈折させ、前記物体光を曲面の前記検査対象面に対して異なる複数の方向から入射させるステップと、前記検査対象面からの反射光と前記参照光とを干渉させるステップと、前記干渉により生じる干渉縞を撮像データとして取得するステップと、前記撮像データに基づいて前記検査対象面の形状を算出するステップとを有する欠陥検査方法。
本発明は、液晶レンズにより物体光を屈折させ、物体光を曲面の検査対象面に対して異なる複数の方向から入射させるため、検査に要する撮像回数を低減することができる。したがって、曲面形状を有するワークの欠陥検査に要する時間を短縮することが可能となる。
以下に、図面を参照しながら本発明の実施の形態を説明する。
(第1実施形態)
図1は、本実施形態に係る欠陥検査装置1の概略図である。欠陥検査装置1は、干渉計測センサ3、液晶レンズ4、ロボットアーム5、回転ステージ6、ロボットコントローラ7、制御装置8を備えている。
図1は、本実施形態に係る欠陥検査装置1の概略図である。欠陥検査装置1は、干渉計測センサ3、液晶レンズ4、ロボットアーム5、回転ステージ6、ロボットコントローラ7、制御装置8を備えている。
干渉計測センサ3は、ホログラフィ干渉を利用したセンサであり、検査対象物(以下、ワークともいう)9のホログラム(干渉縞)を撮像し、撮像データとして取得することが可能である。干渉計測センサ3には液晶レンズ4が内蔵されており、干渉計測センサ3は、液晶レンズ4を通して、レーザ光をワーク9に照射するとともにワーク9からの反射光を受光する。液晶レンズ4は、電圧によって実効的な屈折率分布が変化する液晶層を備えており、印加する電圧を制御することによって、通過するレーザ光の屈折の角度を変えることが可能である。
ロボットアーム5は、多関節のアーム型ロボットであり、その先端には干渉計測センサ3が取り付けられている。ロボットアーム5は、そのアームの姿勢を変えることにより、干渉計測センサ3を自在に移動させることが可能である。回転ステージ6には、ワーク9が保持される。回転ステージ6は、駆動モータ等を備えており、ステージを回転することにより、ワーク9の表裏を反転させることが可能である。ロボットアーム5と回転ステージ6の動きを組み合わせることで、干渉計測センサ3をワーク9の所望の測定部位に近づけることができる。
ロボットアーム5、回転ステージ6には、ロボットコントローラ7が接続されている。ロボットコントローラ7は、所定のプログラムに従って、ロボットアーム5、回転ステージ6の動作をシーケンス制御することが可能である。
制御装置8は、CPU、メモリ、記憶装置等を備えたコンピュータであり、干渉計測センサ3、液晶レンズ4、ロボットコントローラ7に接続されている。制御装置8は、干渉計測センサ3、液晶レンズ4、ロボットコントローラ7の動作を制御するとともに、干渉計測センサ3が取得した撮像データを記憶し、解析する機能を有している。これらの機能は、CPUがメモリに記憶された所定のプログラムを実行することにより実現される。
ワーク9は、金属製または樹脂製の部材であり、ワーク9の表面の微小な凹凸が検査の対象となる。ワーク9の表面は、複数の検査対象面に分割され、検査対象面ごとに欠陥検査装置1による測定が順次行われる。ワーク9は、2次曲面が組み合わされた曲面の形状を呈しているが、各検査対象面における表面形状は、2次以下の曲面または平面とみなすことができる。2次曲面は、例えば楕円球面等の直交する2軸方向に曲率を有する曲面である。以降の図面では、便宜上、ワーク9は半円球型の形状で示される。
図2は、本実施形態に係る制御装置8のブロック図である。制御装置8は、センサ制御部81、レンズ電圧制御部82、ロボット制御部83、記憶部84、画像処理部85、表示部86を有している。
センサ制御部81は、干渉計測センサ3に制御信号を出力し、干渉計測センサ3がレーザ光を照射するタイミングと干渉縞を撮像するタイミングを制御する。レンズ電圧制御部82は、液晶レンズ4に印加する電圧を制御して、液晶レンズ4の実効的な屈折率分布を変化させることができる。
ロボット制御部83は、ロボットコントローラ7に駆動コマンドを出力する。ロボットコントローラ7は、ロボット制御部83からの駆動コマンドに基づき、ロボットアーム5、回転ステージ6を駆動して、干渉計測センサ3を所定の測定位置に移動させる。
記憶部84は、干渉計測センサ3により取得された撮像データを記憶する。画像処理部85は、記憶部84に記憶された撮像データを解析し、ワーク9の形状データを生成する。形状データは、検査対象面ごとに、基準面に対する相対的な高さの変位を含む。さらに、画像処理部85は、生成した形状データから欠陥を抽出することで、ワーク9の良否を判定する。画像処理部85は、形状データ、欠陥の情報などの検査結果を記憶部84に格納する。
表示部86は、ディスプレイ、プリンタ等であり、画像処理部85による解析データ、例えば、ワーク9の形状データ、欠陥の有無および位置等の各種情報を表示可能である。
図3は、本実施形態に係る干渉計測センサ3の模式図である。干渉計測センサ3は、レーザ光源301、光アイソレータ302、凸レンズ303、305、309、311、ピンホール304、310、ビームスプリッタ306、308、反射ミラー307、ビームスプリッタ(ビームコンバイナ)312、カメラ313、液晶レンズ4を備えている。
レーザ光源301は、例えば発振波長が532nmのYAGレーザであり、コヒーレントなレーザ光を出射する。レーザ光源301として、He−Neレーザ、半導体レーザ等を使用しても良い。レーザ光源301から出射するレーザ光は、光アイソレータ302を介して凸レンズ303に入射する。光アイソレータ302は、レーザ光源301への戻り光を遮断する。
凸レンズ303は、光アイソレータ302から入射するレーザ光を集光し、ピンホール304に通過させる。ピンホール304は、凸レンズ303の集光位置に配置され、レーザ光から不要な回折成分を除去する。凸レンズ305は、ピンホール304を通過するレーザ光を、測定用の所定のビーム径を有する平行光に変換し、ビームスプリッタ306に入射させる。
ビームスプリッタ306は、凸レンズ305から入射するレーザ光を、ビームスプリッタ306を通過する物体光(実線矢印)と、ビームスプリッタ306で90度反射する参照光(点線矢印)とに分岐する。物体光は反射ミラー307に入射し、参照光はビームスプリッタ312に入射する。反射ミラー307は、ビームスプリッタ306から入射する物体光の光路を変え、ワーク9に向けて出射する。ワーク9に向けて出射された物体光は、ビームスプリッタ308を通過し、液晶レンズ4を介してワーク9に照射される。
液晶レンズ4は、凸レンズまたは凹レンズのような光学特性を有し、透過する物体光を集光または発散させる。液晶レンズ4の焦点距離は、物体光の光軸方向において可変であり、ワーク9の曲率に応じて変化させることが可能である。また、液晶レンズ4は、物体光の光軸に垂直な方向へ焦点位置を移動させることも可能である。
液晶レンズ4を介してワーク9に照射された物体光は、ワーク9の表面で反射し(以下、反射光という)、再び液晶レンズ4を介してビームスプリッタ308に受光される。ビームスプリッタ308は、ワーク9からの反射光を90度反射し、凸レンズ309に入射させる。
凸レンズ309は、ビームスプリッタ308から入射する反射光を集光し、ピンホール310に通過させる。ピンホール310は、凸レンズ309の集光位置に配置され、反射光から不要な回折成分を除去する。凸レンズ311は、ピンホール310を通過する反射光を、撮像用の所定のビーム径を有する平行光に変換し、ビームスプリッタ312に入射させる。
ビームスプリッタ312は、凸レンズ311から入射する反射光を通過させる。また、ビームスプリッタ312は、ビームスプリッタ306から入射する参照光を90度反射し、ビームスプリッタ312を通過する反射光と重ね合わせてカメラ313に入射する。すなわち、ビームスプリッタ312は、物体光と参照光とを干渉させ、干渉光をカメラ313に入射させる。
カメラ313は、CCDカメラまたはCMOSカメラであり、高分解能(例えば3000×3000画素)の撮像面313aを有している。カメラ313の撮像面313aには、干渉光が垂直に入射し、干渉縞が形成される。カメラ313は、撮像面313aに形成される干渉縞を撮像し、撮像データとして出力することが可能である。
図4Aは、本実施形態に係る撮像データを説明するための図である。図4A(a)は、カメラ313の撮像面313aに形成される干渉縞の一例である。図4A(a)では、2本の干渉縞901、902が形成されている。干渉縞901、902の間隔は、ワーク9に照射される物体光の半波長に等しいため、1回の撮像で測定可能なワーク9の深さ(ワーク9の表面に対して垂直な方向の長さ)は、干渉縞の数×使用するレーザ光の波長/2となる。
図4A(b)は、図4A(a)の干渉縞をカメラ313で撮像することにより取得される撮像データであり、図4A(a)のCC線断面における干渉縞の輝度値がグラフで示されている。カメラ313により撮像された干渉縞は、カメラ313の各画素に対応する輝度値として記録される。記録される輝度値は、図4A(b)に示されるように、各干渉縞の位置における輝度値を基準とする相対的な値である。
図4Bは、本実施形態に係る干渉縞とカメラ画素との関係を説明するための図である。図4B(a)は、カメラ313の撮像面313aに形成された干渉縞を模式的に示しており、撮像面313aを構成する画素の一部が拡大されている。各四角部分が1つの画素に対応し、輝度値の大きい画素が白四角(明)、輝度値の小さい画素が黒四角(暗)で示されている。
1対の明画素・暗画素の組合せが、1本の干渉縞を認識できる理論的な限界であるため、撮像データとして記録可能な干渉縞の本数は、撮像面313aの画素数に依存する。すなわち、測定深さに対応する撮像面313aの画素数(図4AにおけるX軸方向の画素数)がN個である場合、理論上の最大縞数は、N/2個となる。したがって、例えば、物体光の波長を532nm、撮像面313aのX軸方向の画素数を3000個とすると、1回の撮像で(3000/2)×(532/2)=0.399mmの深さまでワーク9の形状が測定可能である。
図4B(b)に示されるように、曲面形状を有するワーク9に対して平行光の物体光を照射すると、曲率の大きい、すなわちZ軸方向の形状変化が大きい外周部(点線で囲まれた部分)等において、干渉縞が密に形成される。このとき、干渉縞がカメラ313の撮像面313aの1画素内に2本以上、または隣接する画素に連続して形成されてしまうことがある(図4(c)、(d)参照)。このような場合、カメラ313が複数本の干渉縞を認識できなくなるため、正確な測定を行うことができない。つまり、1回の撮像で測定可能な領域の大きさは、カメラ313の分解能により制限される。
本実施形態に係る液晶レンズ4は電圧によって実効的な屈折率分布が変化する液晶層を備えており、該液晶層は、ワーク9に照射される物体光を屈折させ、物体光を曲面の検査対称面に対して異なる複数の方向から入射させる。すなわち、物体光を検査対象面の曲率方向に沿って、言い換えると曲率の軸に対して垂直な面内で集光または拡散させ、曲面に対してより垂直な方向から入射させる。そのため、本実施形態では、曲率の大きい曲面部分においても干渉縞が密になり難く、上述のような制限を緩和することができる。以下、液晶レンズ4について詳しく説明する。
図5は、本実施形態に係る液晶レンズ4の模式図である。破線矢印は、物体光および反射光の光路を示している。X軸方向およびY軸方向に曲率を有するワーク9の曲面部に対して物体光がZ軸方向から照射されている。
液晶レンズ4は、円形穴41、分割電極404、液晶層406を有している。円形穴41は液晶レンズ4の中央部に設けられており、円形穴41の周囲には、複数の分割電極404が配置されている。液晶レンズ4の中層部分には、液晶層406が形成されている。液晶レンズ4に入射された物体光は、円形穴41を経路とし、液晶層406を透過してワーク9に照射される。
複数の分割電極404には、レンズ電圧制御部82によりそれぞれ独立に電圧が印加される。液晶層406の屈折率分布は、複数の分割電極404に印加される電圧値の組合せに応じて変化する。したがって、レンズ電圧制御部82は、分割電極404に印加する電圧を制御することにより、液晶層406を透過する物体光を任意の方向に屈折させ、焦点位置を変化させることができる。例えば、物体光の光軸方向(Z軸)において焦点距離を変化させることが可能であり、物体光の光軸に垂直な面内(XY面)において焦点位置を移動させることも可能である。
図6は、本実施形態に係る液晶レンズ4の断面図および平面図である。図6(a)は、図5におけるXZ面の断面図、図6(b)は、図5におけるZ軸方向の平面図である。
液晶レンズ4は、積層構造で構成されており、上(レーザ光源側)から順に、第1のガラス基板401、第1の透明導電膜402、第2のガラス基板403、分割電極404、第3のガラス基板405、液晶層406、第2の透明導電膜407、第4のガラス基板408が形成されている。液晶層406の外周部には、厚みを一定に保つためのスペーサ410が配置されている。
第1のガラス基板401、第2のガラス基板403、第3のガラス基板405、第4のガラス基板408は、例えば透明ガラスであり、第1の透明導電膜402、分割電極404、第2の透明導電膜407に対して、光透過性を有する絶縁層として機能する。第1の透明導電膜402、第2の透明導電膜407は、例えばITO(酸化インジウムスズ)からなる薄膜電極であり、光透過性を有している。第1の透明導電膜402と第2の透明導電膜407の間には、可変電圧値V0が印加される。
分割電極404は、例えばアルミニウムからなる薄膜電極である。分割電極404は、図6(b)に示されるように、中央部に円形穴41を有しており、8分割された電極404a〜404hによって構成されている。分割電極404(電極404a〜404h)と第2の透明導電膜407の間には、それぞれ、可変電圧値V1〜V8が独立に印加される。円形穴41の径Φは、例えば50mmであり、物体光のビーム径に合わせて適宜設計される。分割電極404a〜404fの形状、枚数および配置は、円形穴41の周囲に配置されるものであれば特に限定されない。
液晶層406は、一方向に配向させた液晶分子からなり、分割電極404と第2の透明導電膜407によって電圧が印加される。これにより、液晶層406内の電位分布に応じて液晶分子の配向方向が変化し、物体光を屈折させることができる。
図7は、本実施形態に係る液晶レンズの機能を説明するための図である。図7(a)は、液晶レンズ4の断面図(XZ面)であり、物体光の屈折方向が矢印で示されている。図7(b)は、図7(a)のXZ面における等電位面の分布を曲線で示しており、図7(c)は、液晶層406のX軸方向における実効的な屈折率分布の一例を示している。
第1の透明導電膜402と第2の透明導電膜407の間、および分割電極404と第2の透明導電膜407の間に電圧が印加されると、図7(b)に示されるような電位分布が液晶層406内に形成される。上述したように、分割電極404は、複数の電極(電極404a〜404h)がXY面に配置されているため、X軸方向だけでなくY軸方向においても、図7(b)と同様な電位分布が形成される。分割電極404の各電極404a〜404hに印加する電圧をそれぞれ独立に制御することで、所望の電位分布を液晶層406内に形成することができる。
液晶層406内に電圧分布が形成されると、液晶分子の配向効果により、液晶層406は屈折力を有するようになる。液晶層406の屈折率分布は、例えば図7(c)に示されるような、実効屈折率が円形穴41の中心から次第に変化する分布形状となる。屈折率分布は電位分布に対応して変化するため、制御装置8のレンズ電圧制御部82は、分割電極404に印加する電圧を制御することで、液晶レンズ4の屈折率分布を所望に変化させることができる。
図8Aは、本実施形態に係る液晶レンズ4による物体光の屈折の変化を説明するための図である。図8A(a)は、物体光の光軸方向(Z軸方向)を視点とし、液晶レンズ4による物体光の位相の変化を干渉パターンで示している。隣り合う縞が1波長分の位相差に対応しており、干渉パターンにより物体光の波面の変化、液晶レンズ4の屈折率分布特性を知ることができる。
図8A(a)では、分割電極404a〜404hに対して軸対称の電圧が印加され、A−A軸を長軸とする楕円形状の干渉パターンが得られている。例えば、A−A軸に沿って対向する分割電極404a、404eに最も低い電圧値20Vrms(=V1、V5)が印加され、A−A軸に直交するC−C軸に沿って対向する分割電極404c、404gに最も高い電圧値90Vrms(=V3、V7)が印加され、その間にあるB−B軸に沿って対向する分割電極404b、404fに中間の電圧値60Vrms(=V2、V6)が印加される。同様に、分割電極404a〜404hに対して印加する電圧値の組合せを変えることにより、B−B軸、C−C軸またはD−D軸を長軸とする楕円形状の干渉パターンを得ることが可能である。
さらに、液晶レンズ4は、分割電極404a〜404hに印加する電圧値の比率を変えることにより、楕円の長軸と短軸の比を変化させることも可能である。したがって、液晶レンズ4は、楕円の長軸方向と短軸方向とで異なる焦点距離を有し、各焦点距離を制御することが可能である。
図8A(b)、(c)は、液晶レンズ4が楕円形状の屈折率分布を有している場合の、物体光の屈折をワーク9の曲率方向ごとに示している。ワーク9は、互いに直交する第1の方向(X軸方向)および第2の方向(Y軸方向)に曲率を有している。液晶レンズ4に入射する物体光の光軸の向きは、Z軸方向である。
図8A(b)は、ワーク9の第1の曲率方向(X軸方向)の物体光の屈折、すなわち物体光のXZ面内における屈折を示している。図8A(c)は、ワーク9の第2の曲率方向(Y軸方向)の物体光の屈折、すなわち物体光のYZ面内における屈折を示している。液晶レンズ4の集光角および焦点距離は、X軸方向とY軸方向とで異なっている。X軸方向の曲率半径rxがY軸方向の曲率半径ryよりも大きい場合、X軸方向の集光角θxはX軸方向の集光角θyよりも小さくなる。液晶レンズ4の各軸方向の集光角θx、θy(以下、測定角θともいう)に対応するワーク9の曲面部分が、1度の撮像で測定可能な検査対象面9aとなる。
ワーク9の検査対象面9aの大きさ(表面積)は、液晶レンズ4の焦点距離とワーク9の曲率半径rx、ryに応じて変化する。分割電極404a〜404hに印加する電圧値V1〜V8は、ワーク9の曲率半径rx、ryに基づいて決定される。例えば、ワーク9のX軸方向の曲率半径rxが大きい場合、X軸方向の分割電極404a、404eの電圧値(V1、V5)は低く設定され、ワーク9のY軸方向の曲率半径ryが小さい場合、Y軸方向の分割電極404c、404gの電圧値(V3、V7)は高く設定される。電圧値V1〜V8の設定データは、予め、各検査対象面9aの曲率半径の大きさ、曲率の方向と関連付けてロボットコントローラ7または制御装置8の記憶部84に記憶させておく。測定時には、制御装置8のレンズ電圧制御部82によって電圧値V1〜V8が制御され、液晶レンズ4の焦点位置が、検査対象面9aの曲率の原点Rx、Ryと一致するように調節される。
上述の説明においては、ワーク9が凸型の曲面を有する場合を説明したが、本実施形態の液晶レンズ4は、ワーク9が凹型の曲面を有する場合にも対応可能である。具体的には、第1の透明導電膜402と第2の透明導電膜407の間の電圧値V0を、分割電極404と第2の透明導電膜407の間の電圧値V1〜V8よりも大きくすることにより、液晶レンズ4に物体光を拡散する凸レンズの機能を持たせることができる。また、分割電極404に電圧が印加されない場合には、液晶レンズ4は、物体光および反射光をそのまま透過させ、レンズとしての機能を発揮しない。
図8Bは、本実施形態に係る液晶レンズによる物体光の屈折の変化を説明するための図である。図8B(a)は、図8A(a)と同様の楕円形状の干渉パターンを示しているが、楕円の中心が円形穴41の中心から変位している。
図8B(a)では、分割電極404a〜404hに対して偏った電圧が印加され、A−A軸方向に偏心した楕円形状の干渉パターンが得られている。例えば、分割電極404d、404e、404fに最も低い電圧値20Vrms(=V4〜V6)が印加され、分割電極404a、404b、404hに最も高い電圧値90Vrms(=V1、V2、V8)が印加され、その間にある分割電極404c、404gに中間の電圧値60Vrms(=V3、V7)が印加される。同様に、分割電極404a〜404hに対して印加する電圧値の組合せを変えることにより、B−B軸、C−C軸、D−D軸方向に偏心した楕円形状の干渉パターンを得ることが可能である。
図8B(b)は、液晶レンズ4が偏心した楕円形状の屈折率分布を有している場合の物体光の屈折を示している。ワーク9は、X軸方向に曲率(曲率半径r)を有している。液晶レンズ4の焦点位置は、円形穴41の中心軸に対して垂直な面内(XY面)において、X軸方向に移動され(白抜き矢印)、ワーク9の曲率の原点Rと一致している。液晶レンズ4の集光角θ(以下、測定角θともいう)に対応するワーク9の曲面部分が、1度の撮像で測定可能な検査対象面9aとなる。このように、液晶レンズ4により物体光の光軸の向きを変化させることで、干渉計測センサ3の向きを変えることなく、物体光のワーク9に対する照射方向を変えることができる。
図9は、本実施形態に係るワーク9の検査対象面9aを説明するための図である。図9(A)は、干渉計測センサ3(液晶レンズ4)とワーク9の側面図、図9(B)は、液晶レンズ4とワーク9の上面図(表側)を示している。ワーク9の上方から、液晶レンズ4を介して物体光が照射され、撮像が行われる。以下の説明では、ワーク9の表側のみを検査対象面として説明するが、ワーク9の裏側についても同様である。
ワーク9は2次曲面の形状を有しており、平面部91と曲面部92とに分類される。平面部91は、ほぼ平面状の面であれば良く、所定の曲率半径(例えば145mm)を閾値として、閾値より大きい面を平面部91、閾値より小さい面を曲面部92と決定することができる。
ワーク9の平面部91と曲面部92は、それぞれ複数の検査対象面9aに分割される。検査対象面9aは、1回の撮像(1ショット)で測定される範囲であり、干渉計測センサ3により順次測定が行われる。図8(B)における区画の1つ1つが検査対象面9aに対応する。図では、便宜上、検査対象面9aの符号は一部の区画のみに付している。
平面部91の検査対象面9a(白抜区画)の数は、物体光のビーム径に基づいて決定することができる。また、曲面部92の検査対象面9a(斜線区画)の数は、曲率方向ごとにワーク9の曲面部92の広がり角φを液晶レンズ4の測定角θで除することで決定することができる。なお、ワーク9の全体形状は、3次元計測機、設計データ等から取得可能である。
ワーク9の全体形状、検査対象面9aの位置情報、曲率の大きさ、曲率の方向、測定順序等のデータは、3次元座標等の形式でロボットコントローラ7に事前に登録される。もしくは、これらの情報を制御装置8の記憶部84に記憶させ、制御装置8がロボットコントローラ7に必要な情報を適宜送信するように構成しても良い。
図10は、本実施形態に係る画像処理を説明するための図である。画像処理は、制御装置8の画像処理部85で行われ、例えば、形状データに対してボトムハット処理が適用される。図10(a)〜(d)では、ボトムハット処理の一例が模式的に示されている。便宜上、形状データとしてワーク9の断面画像(2次元画像)が図示されているが、3次元画像についても同様に処理することができる。
ボトムハット処理では、まず、元の形状データ(図10(a))に対して、ディレート(膨張)処理が施される(図10(b))。例えば、形状データの輝度値が、周辺画素のうちの最大の輝度値で置き変えられる。すなわち、形状データを膨張させることにより、輪郭部分の微小な凹凸が削除される(埋められる)。
次に、ディレート処理後の形状データに対して、エローデ(収縮)処理が施される(図10(c))。例えば、形状データの輝度値が、周辺画素のうちの最小の輝度値で置き変えられる。すなわち、ディレート処理で削除されなかった部分が元の状態に戻される。したがって、エローデ処理後の形状データは、元の形状データから微小な凹凸のみが削除されたものとなる。したがって、エローデ後の形状データと元の形状データとの差分を得ることにより、元の形状データに含まれている微小な凹凸を抽出することができる(図10(d))。
図11A、図11Bは、本実施形態に係る欠陥検査方法を示すフローチャートである。制御装置8によって行われる処理は、制御装置8のCPUが、記憶部84に格納された所定の検査プログラムを実行することにより実現される。
まず、操作者は、ワーク9を回転ステージ6上にセットする(ステップS101)。次に、操作者が欠陥検査装置1を起動させると、制御装置8は、検査プログラムの実行を開始する(ステップS102)。すなわち、制御装置8のロボット制御部83は、ロボットコントローラ7に駆動コマンドを送信して、ロボットコントローラ7にロボットアーム5の制御を開始させる。
ロボットコントローラ7は、ロボットアーム5を制御して、干渉計測センサ3を最初の検査対象面9aに対する所定の撮像位置に移動させる(ステップS103)。
ロボットアーム5の移動が開始されると、制御装置8のレンズ電圧制御部82は、記憶部84に予め記憶されている検査対象面9aの形状データ、例えば3次元CADデータに基づいて、液晶レンズ4に電圧を印加する(ステップS104)。具体的には、レンズ電圧制御部82は、曲面部92の検査対象面9aに対し、各検査対象面9aに関連付けられた電圧値の組合せ(V0、V1〜V8)を記憶部84から取得し、第1の透明導電膜402と第2の透明導電膜407の間に電圧値V0、分割電極404と第2の透明導電膜407の間に電圧値V1〜V8を印加する。これにより、物体光は屈折され、曲面部92の曲率に合わせて焦点距離が変更される。一方、レンズ電圧制御部82は、平面部91の検査対象面9aに対しては何れの電極にも電圧を印加しない。よって、物体光はそのまま検査対象面9aに照射される。
次に、制御装置8の画像処理部85は、記憶部84に未処理の撮像データ(干渉縞)が残されているか否かを判定する(ステップS105)。未処理の撮像データが存在する場合には(ステップS105でYES)、画像処理部85は、撮像データから検査対象面9aの形状データを演算し、得られた形状データに画像処理を施す(ステップS106)。
具体的には、制御装置8の画像処理部85は、算出した形状データにボトムハット処理を適用することにより、形状データに含まれる微小な凹凸を抽出する。次いで、画像処理部85は、抽出された微小な凹凸の大きさを所定の閾値と比較し、その微小な凹凸が欠陥であるか否かを判定する。さらに、画像処理部85は、欠陥であると判定した凹凸部分を検査対象面9aにおいて所定の色で強調した強調画像を生成し、記憶部84に記憶する。
続いて、制御装置8は、画像処理部85による判定結果、すなわち検査対象面9aにおける欠陥の有無(OK、NG)を表示部86に表示する(ステップS107)。さらに、制御装置8は、検査対象面9aの強調画像等を表示しても良い。画像処理部85によるこれらステップS105からステップS107までの処理は、ステップS103の処理、すなわちロボットコントローラ7によるロボットアーム5の移動と平行して実行される。
また、制御装置8の記憶部84に未処理の撮像データが存在しない場合には(ステップS105でNO)、ステップS106、ステップS107の処理はスキップされる。
次に、制御装置8は、ロボットアーム5が停止している否かを判定する(ステップS108)。すなわち、ステップS103で開始されたロボットアーム5の移動が完了し、干渉計測センサ3が所定の撮像位置に位置しているか否かが判定される。ロボットアーム5が未だ移動中である場合には(ステップS108でNO)、制御装置8は、ロボットアーム5の移動が完了し、ロボットアーム5が停止するまで待機する。ロボットアーム5が停止している場合には(ステップS108でYES)、制御装置8のセンサ制御部81は、干渉計測センサ3を制御して、レーザ光源301からレーザ光を出射させる(ステップS109)。
続いて、制御装置8のセンサ制御部81は、干渉計測センサ3を制御して、カメラ313で干渉縞を撮像する(ステップS110)。さらに、センサ制御部81は、干渉計測センサ3から撮像した撮像データを受信し、記憶部84に記憶する。撮像が終了すると、センサ制御部81は、干渉計測センサ3を制御して、レーザ光源301からのレーザ光の発振を停止させる(ステップS111)。
次に、制御装置8は、ワーク9の表側の全ての検査対象面9aの撮像が終了したか否かを判定する(ステップS112)。表側に撮像していない検査対象面9aが残っている場合には(ステップS112でNO)、制御装置8はステップS103以後の処理を実行する。すなわち、ロボットコントローラ7はロボットアーム5を駆動して、干渉計測センサ3を次の検査対象面9aの撮像位置に移動し(ステップS103)、制御装置8はステップS104からステップS111までの処理を再度実行する。
ワーク9の表側の全ての検査対象面9aの撮像が終了した場合には(ステップS112でYES)、制御装置8は、ワーク9の裏側の全ての検査対象面9aの撮像が終了したか否かを判定する(ステップS113)。裏側に撮像していない検査対象面9aが残っている場合には(ステップS113でNO)、制御装置8は回転ステージ6にセットされているワーク9が裏側を向いているか否かを判定する(ステップS114)。
ワーク9が表側を向いている場合には(ステップS114でNO)、制御装置8のロボット制御部83は、ロボットコントローラ7に駆動コマンドを送信し、ワーク9が裏側を向くように、ロボットコントローラ7に回転ステージ6を回転させる(ステップS115)。
ワーク9を裏側に反転させた後、またはワーク9が裏側を向いている場合には(ステップS114でYES)、フローチャートはステップS103に戻る。すなわち、ロボットコントローラ7は、ロボットアーム5を駆動して、干渉計測センサ3を次の検査対象面9aの撮像位置に移動し(ステップS103)、制御装置8は、ステップS104からステップS111までの処理を再度実行する。
ワーク9の裏側の全ての検査対象面9aの撮像が終了した場合には(ステップS113でYES)、制御装置8のロボット制御部83は、ロボットコントローラ7に駆動コマンドを送信し、ロボットアーム5、回転ステージ6を原点位置に復帰させる(ステップS116)。
また、制御装置8の画像処理部85は、最後に撮像された検査対象面9aの撮像データに対して、画像処理を施す(ステップS117)。これは、ステップS106における処理と同様の処理である。
最後に、制御装置8は、記憶部84から全ての検査対象面9aの欠陥の有無、強調画像等のデータを取得し、ワーク9の総合判定を行う(ステップS118)。例えば、制御装置8は、表示部86において、検査対象面9aごとの欠陥の数および位置、ワーク9が良品であるか不良品であるかの判定結果等を表示する。
このように、本実施形態に係る欠陥検査装置は、焦点距離が可変な液晶レンズを備えている。液晶レンズは、物体光を集光または拡散させ、物体光の波面を平面から曲面に、また曲面から平面に変換する。検査対象物の曲面部に対して曲面波の物体光を照射することにより、カメラの分解能により制限される1回の撮像(1方向の画像)で測定可能な領域を拡大することができる。したがって、検査に要する撮像の回数を低減し、撮像に伴うロボットアームの移動時間を削減することができ、検査に要する時間を短縮することが可能となる。
本発明は、上述の実施形態に限定されることなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で変更実施可能である。例えば、本発明は、液晶レンズに代えて液体レンズを使用することも可能である。
1 欠陥検出装置
3 干渉計測センサ
301 レーザ光源
313 カメラ
313a 撮像面
4 液晶レンズ
41 円形穴
404 分割電極
406 液晶層
5 ロボットアーム
6 回転ステージ
7 ロボットコントローラ
8 制御装置
9 ワーク
9a 検査対象面
91 平面部
92 曲面部
901、902 干渉縞
3 干渉計測センサ
301 レーザ光源
313 カメラ
313a 撮像面
4 液晶レンズ
41 円形穴
404 分割電極
406 液晶層
5 ロボットアーム
6 回転ステージ
7 ロボットコントローラ
8 制御装置
9 ワーク
9a 検査対象面
91 平面部
92 曲面部
901、902 干渉縞
Claims (5)
- レーザ光を出射するレーザ光源と、
前記レーザ光から物体光および参照光を生成し、検査対象面に向けて前記物体光を照射するとともに、前記検査対象面からの反射光と前記参照光とを干渉させる干渉光学系と、
前記物体光を屈折させ、前記物体光を曲面の前記検査対象面に対して異なる複数の方向から入射させる液晶レンズと、
前記干渉により生じる干渉縞を撮像データとして取得する撮像装置と、
前記撮像データに基づいて前記検査対象面の形状を算出する制御装置と、
を備える欠陥検査装置。 - 前記検査対象面は、直交する第1の方向および第2の方向に曲率を有し、前記液晶レンズは、前記第1の方向と前記第2の方向とで焦点距離が異なる、請求項1に記載の欠陥検査装置。
- 前記制御装置は、前記検査対象面の曲率に応じた電圧を前記液晶レンズに印加することによって、前記液晶レンズの焦点距離を調節する、請求項1または2に記載の欠陥検査装置。
- 前記制御装置は、前記液晶レンズの焦点位置を前記検査対象面の曲率の中心に一致させる、請求項1乃至3のいずれかに記載の欠陥検査装置。
- レーザ光源からレーザ光を出射するステップと、
前記レーザ光から物体光および参照光を生成し、検査対象面に向けて前記物体光を照射するステップと、
液晶レンズにより前記物体光を屈折させ、前記物体光を曲面の前記検査対象面に対して異なる複数の方向から入射させるステップと、
前記検査対象面からの反射光と前記参照光とを干渉させるステップと、
前記干渉により生じる干渉縞を撮像データとして取得するステップと、
前記撮像データに基づいて前記検査対象面の形状を算出するステップと、
を有する欠陥検査方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2015187067A JP2017062160A (ja) | 2015-09-24 | 2015-09-24 | 欠陥検査装置および欠陥検査方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2015187067A JP2017062160A (ja) | 2015-09-24 | 2015-09-24 | 欠陥検査装置および欠陥検査方法 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2017062160A true JP2017062160A (ja) | 2017-03-30 |
Family
ID=58429540
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2015187067A Pending JP2017062160A (ja) | 2015-09-24 | 2015-09-24 | 欠陥検査装置および欠陥検査方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2017062160A (ja) |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2020003887A1 (ja) * | 2018-06-27 | 2020-01-02 | オムロン株式会社 | 外観検査システム、外観検査結果の表示方法、および、外観検査結果の表示プログラム |
JP2020003301A (ja) * | 2018-06-27 | 2020-01-09 | オムロン株式会社 | 外観検査システム、外観検査結果の表示方法、および、外観検査結果の表示プログラム |
WO2021243360A1 (en) * | 2020-05-29 | 2021-12-02 | Lam Research Corporation | Automated visual-inspection system |
WO2022113852A1 (ja) * | 2020-11-27 | 2022-06-02 | 富士フイルム株式会社 | 外観検査装置、外観検査方法、及び外観検査プログラム |
-
2015
- 2015-09-24 JP JP2015187067A patent/JP2017062160A/ja active Pending
Cited By (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2020003887A1 (ja) * | 2018-06-27 | 2020-01-02 | オムロン株式会社 | 外観検査システム、外観検査結果の表示方法、および、外観検査結果の表示プログラム |
JP2020003300A (ja) * | 2018-06-27 | 2020-01-09 | オムロン株式会社 | 外観検査システム、外観検査結果の表示方法、および、外観検査結果の表示プログラム |
JP2020003301A (ja) * | 2018-06-27 | 2020-01-09 | オムロン株式会社 | 外観検査システム、外観検査結果の表示方法、および、外観検査結果の表示プログラム |
JP7070153B2 (ja) | 2018-06-27 | 2022-05-18 | オムロン株式会社 | 外観検査システム、外観検査結果の表示方法、および、外観検査結果の表示プログラム |
JP7131127B2 (ja) | 2018-06-27 | 2022-09-06 | オムロン株式会社 | 外観検査システム、外観検査結果の表示方法、および、外観検査結果の表示プログラム |
WO2021243360A1 (en) * | 2020-05-29 | 2021-12-02 | Lam Research Corporation | Automated visual-inspection system |
WO2022113852A1 (ja) * | 2020-11-27 | 2022-06-02 | 富士フイルム株式会社 | 外観検査装置、外観検査方法、及び外観検査プログラム |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
TWI426296B (zh) | 利用光學偏極特性之三維顯微共焦量測系統與方法 | |
JP5632650B2 (ja) | マルチイメージフェーズシフト解析を用いた検査システム及び方法 | |
JP4611782B2 (ja) | 3次元形状測定方法及び測定装置 | |
TWI576563B (zh) | 非接觸式測量表面的方法及設備 | |
JP2017062160A (ja) | 欠陥検査装置および欠陥検査方法 | |
JP6461609B2 (ja) | 干渉対物レンズ、および光干渉測定装置 | |
US20130082037A1 (en) | Method of ablating a three-dimensional surface using a laser ablation device and through the use of a calibration step; device for implementing such a method | |
WO2012057284A1 (ja) | 三次元形状測定装置、三次元形状測定方法、構造物の製造方法および構造物製造システム | |
BR112021001219A2 (pt) | sistema de inspeção óptica e método para usar um sistema de inspeção óptica | |
JP2016111175A (ja) | プローブ装置及びプローブ方法 | |
JP2019144203A (ja) | 画像検査装置および画像検査方法 | |
JP2017062159A (ja) | 欠陥検査装置および欠陥検査方法 | |
JP2021183989A (ja) | 画像検査装置および画像検査方法 | |
CN106415198B (zh) | 图像记录方法和执行该方法的坐标测量机 | |
TW201944047A (zh) | 旋轉軸多自由度誤差量測系統及其方法 | |
JP2005099012A (ja) | 表面変位計測方法および表面変位計測装置 | |
JP7085725B2 (ja) | 表面形状測定装置及び表面形状測定方法 | |
KR101652355B1 (ko) | 광학적 웨이퍼 검사 장치 | |
JP6273109B2 (ja) | 光干渉測定装置 | |
JP5716459B2 (ja) | カム表面の観察方法 | |
US11248899B2 (en) | Method and apparatus for deriving a topography of an object surface | |
WO2023089788A1 (ja) | 三次元計測装置 | |
JP7318190B2 (ja) | 形状測定装置、形状測定方法及び形状測定プログラム | |
JP2009192483A (ja) | 三次元形状計測方法および三次元形状計測装置 | |
JP2006329807A (ja) | 画像処理方法およびこれを用いた装置 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20180809 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20190515 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20190606 |
|
A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20191203 |