JP2017207380A - 表面欠陥検査装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ワークを照明し、このワークの表面からの反射光によって表面の欠陥の有無を検査する欠陥検査装置において、欠陥検出精度を向上させる。
【解決手段】拡散光を検査対象のワークＷへ向けて照射する照明手段２と、ワークＷからの反射光を受光して撮像する撮像手段３と、を備える表面欠陥検査装置において、ワークＷと照明手段２との間に、窓部４１が開設された遮光板４を配置することによって、窓部４１による撮像手段３の視野Ｖには、拡散照明エリアＡ_１及びその外周側の指向性照明エリアＡ_２が形成される。拡散照明エリアＡ_１では、汚れなどによる欠陥の検出が可能であり、指向性照明エリアＡ_２では、凹凸欠陥の検出が可能である。
【選択図】図１

Description

本発明は、ワークの表面に照射した光の反射光による画像信号を処理してワーク表面の欠陥の有無を検査する欠陥検査装置に関するものである。

従来から、画像信号を処理してワーク表面の欠陥の有無を検査する表面欠陥検査装置が知られている。そして、表面に起伏があるワークや、あるいは薄肉であるために撓みや変形が起こりやすいワークについて、その表面欠陥の有無を検査する場合、従来、ワークへの照明手段として、ワークの表面形状による光沢や陰影の発生を抑える目的でドーム照明器を用いることが知られている。

すなわち図５に例示した表面欠陥検査装置において、参照符号１０１は移動ステージ１０３上に供給された検査対象のワークＷを照明するドーム照明器、参照符号１０２はワークＷに照射した光の反射光を受光してレンズにより結像した光学像を画像信号に変換（撮像）することによりワークＷを撮像する撮像手段（カメラ）である。

ドーム照明器１０１は、凹面状の内面を反射面とするドーム状反射体１０１ａと、このドーム状反射体１０１ａの下縁部に沿って円周方向へ多数並べて配置され、ドーム状反射体１０１ａの内面へ向けて光を出射するＬＥＤ（発光ダイオード）１０１ｂからなり、ＬＥＤ１０１ｂから出射されドーム状反射体１０１ａの内面で反射した光を、移動ステージ１０３上のワークＷに照射するものである。

しかしながら、ドーム照明器１０１は、上方を向いたワークＷの表面全体に、光をほぼ均一に照射するものであるため、ワークＷの表面の小さな凹凸欠陥については陰影の発生が抑えられてしまい、欠陥検出が困難であった。

特開２０１３−１４４１０１号公報

本発明は、以上のような点に鑑みてなされたものであって、その技術的課題は、ワークを照明し、このワークの表面からの反射光によって表面の欠陥の有無を検査する欠陥検査装置において、欠陥検出精度を向上させることにある。

上述した技術的課題を解決するため、請求項１の発明に係る表面欠陥検査装置は、拡散光を検査対象のワークへ向けて照射する照明手段と、前記ワークからの反射光を受光して撮像する撮像手段と、を備える表面欠陥検査装置において、前記ワークと前記照明手段との間に、窓部が開設された遮光板が配置されたことを特徴とするものである。

請求項１の構成によれば、ワークに対する撮像手段の視野は窓部によって狭められる。そして、照明手段から照射された拡散光の一部は、遮光板により遮られ、遮光板に開設された窓部の中央部を通過した拡散光はそのまま拡散光としてワークの表面に到達するが、その外周側の領域へ到達する光は指向性の高い指向性光となる。このため、ワークに対する視野には、拡散照明エリア及びその外周側の指向性照明エリアが形成され、１つの照明手段によって少なくとも２種類の照明を行うことができる。そしてワークの表面のうち、拡散光が照射されたエリアでは、凹凸欠陥以外の例えばワークの表面に付着した汚れによる欠陥の検出が可能であり、指向性光が照射されたエリアでは、異物付着やワーク表面の欠け等による凹凸欠陥の検出が可能である。

また、請求項２の発明に係る表面欠陥検査装置は、請求項１に記載の構成において、ワークを撮像手段の光軸と直交する平面の方向へ移動させる移動機構を備えることを特徴とするものである。

請求項２の構成によれば、ワークを撮像手段の光軸と直交する平面の方向へ縦横に移動させながら撮像することによって、ワーク表面のすべてのエリアについて、拡散光の反射光による画像と指向性光の反射光による画像を得ることができる。

また、請求項３の発明に係る表面欠陥検査装置は、請求項１又は２に記載の構成において、拡散光照射手段が、光源からの出射光をドーム状反射体の内面で拡散反射させてワークに照射するドーム照明器からなることを特徴とするものである。

請求項３の構成によれば、ドーム照明器を用いることによって、均一な拡散光を照射することができる。

本発明に係る表面欠陥検査装置によれば、ドーム照明器からの照明光を、遮光板に開設した窓部を通すことによって、ワーク表面に対する拡散光による照明エリアと指向性光による照明エリアが得られるため、拡散光の反射光による欠陥検出と指向性光の反射光による欠陥検出が可能となり、欠陥検出精度を向上させることができる。

本発明に係る表面欠陥検査装置の実施の形態を示す概略構成説明図である。 本発明に係る表面欠陥検査装置の実施の形態において使用される遮光板を示すもので、（II−１）は平面図、（II−２）は（II−１）におけるII−II断面図である。 遮光板を設けずに撮像した画像の一例を示す説明図である。 遮光板を設けた本発明に係る表面欠陥検査装置により、図３と同じワークを撮像した画像の一例を示す説明図である。 従来の表面欠陥検査装置の一例を示す概略構成説明図である。

以下、本発明に係る表面欠陥検査装置の好ましい実施の形態について、図１〜図４を参照しながら説明する。

図１に示す表面欠陥検査装置は、ワークＷを位置決め載置可能な検査ステージ１と、検査ステージ１に位置決めされたワークＷの上方に位置して配置されたドーム照明器２と、ワークＷの外観を、鉛直上方から、レンズによるワークＷの光学像をＣＣＤやＣＭＯＳ等の撮像素子によって画像信号に変換（撮像）する電子カメラ３と、ワークＷとドーム照明器２の間に配置された遮光板４と、電子カメラ３から出力された演算画像データを処理して欠陥の有無を判定する欠陥検出手段５を備える。なお、電子カメラ３は請求項１に記載された撮像手段に相当するものである。

検査ステージ１は、例えばサーボモータでボールねじを回転させることにより直線駆動を行う電動シリンダなどのリニアアクチュエータ１１により水平方向へ２次元的に移動してワークＷの撮影位置を移動させるものである。

ドーム照明器２は、伏せ椀状（半球ドーム状）に形成され内面を反射面とするドーム状反射体２１と、このドーム状反射体２１の下縁部の内周に沿って円周方向へ並べて配置され、ドーム状反射体２１の内面へ向けて照明光を出射する光源としての多数のＬＥＤ（発光ダイオード）２２からなり、ＬＥＤ２２からの照明光をドーム状反射体２１の内面で下方へ向けて反射させるものである。ドーム状反射体２１の内面は、ＬＥＤ２２からの照明光を拡散反射させるような表面粗さを有する。また、ドーム状反射体２１の頂部には、撮影用窓２１ａが開設されている。

電子カメラ３は、ドーム照明器２におけるドーム状反射体２１の撮影用窓２１ａの真上に配置され、検査ステージ１上のワークＷの表面からの反射光を受光し、光軸が鉛直下方を向いたレンズによって結像した光を、イメージセンサによって明暗に応じた画像信号に変換すると共に、必要な画像処理をして出力するものである。

遮光板４は、合成樹脂材からなる円盤状のものであって、外径がドーム照明器２におけるドーム状反射体２１の下縁部の外径と略同等であり、中央に窓部４１が開設されている。この窓部４１は、図２に示すように例えば正方形状をなすものであって、ドーム状反射体２１のワークＷ側の開口部すなわち支持板２３の内周の開口面積及びワークＷの被検査面の面積よりも開口面積が小さいものとなっている。

欠陥検出手段５は、例えばパーソナルコンピュータからなるものであって、キーボードなどの入力装置や、ディスプレイや、メモリなどを備え、電子カメラ３からの画像信号について各種の演算処理を行うものである。

以上の構成を備える表面欠陥検査装置は、ドーム照明器２におけるＬＥＤ２２を点灯させ、検査ステージ１上に検査対象のワークＷを位置決め載置し、検査ステージ１をリニアアクチュエータ１１で間欠的に水平方向へ移動させることによってワークＷの撮影位置を適宜変更しながら、電子カメラ３によってワークＷの表面を撮像し、その画像データから、欠陥検出手段５において表面欠陥の有無を判定するものである。

詳しくは、ドーム照明器２におけるＬＥＤ２２から出射された照明光Ｌは、まずドーム状反射体２１の内面で下方へ向けて拡散反射される。ドーム状反射体２１で反射された照明光Ｌは、ドーム照明器２の下側に配置された遮光板４によって一部が遮られ、他の一部が、遮光板４に開設された窓部４１を通過して、検査ステージ１上のワークＷの被検査面に照射される。また、遮光板４の材質や表面性状によっては、遮光板４の上面で反射した光を、再びドーム状反射体２１の内面へ入射して下方へ反射させることもできる。

ここで、遮光板４の窓部４１を通過してワークＷの被検査面に到達する照明光Ｌのうち、窓部４１の下縁４１ａからの反射光Ｌ_Ａの到達部で囲まれた領域は、ドーム状反射体２１からの拡散光Ｌ_１による照明エリア（以下、拡散照明エリアという）Ａ_１となり、その外周側は、窓部４１の上縁４１ｂに接するように通過する光Ｌ_Ｂと、窓部４１の下縁４１ａに接するように通過する光Ｌ_Ｃとの間で、図１に破線矢印で示すように、外周側への斜光である指向性の高い指向性光Ｌ_２のみによる照明エリア（以下、指向性照明エリアという）Ａ_２となる。そして、電子カメラ３によって撮像された画像データのうち、拡散照明エリアＡ_１は反射光量が多いために照度が高く、明るい画像となるのに対し、外周の指向性照明エリアＡ_２は反射光量が少ないため、暗い画像となる。

また、遮光板４の窓部４１は、その開口面積がドーム状反射体２１のワークＷ側の開口部の開口面積及びワークＷの被検査面の面積よりも小さいため、ワークＷに対する電子カメラ３の視野Ｖは遮光板４によって狭められており、拡散照明エリアＡ_１はこの視野Ｖの中央に位置し、指向性照明エリアＡ_２はこの視野Ｖの外周部に位置している。

そしてワークＷの被検査面に対する電子カメラ３の視野Ｖのうち、拡散照明エリアＡ_１では、照射される拡散光Ｌ_１には入射角の小さい成分（ほぼ真上からの光）を多く含むため、ワークＷからの反射光を受光する電子カメラ３によって撮像された画像データには、凹凸欠陥以外の例えば汚れや油脂の付着、変色等による明度の変化が顕著に現われ、したがってこのような汚れや油脂の付着、変色等による欠陥の検出が可能である反面、拡散光Ｌ_１によって凹凸部の陰影の発生が抑制されるので、凹凸欠陥の検出は困難である。

これに対し、拡散照明エリアＡ_１の外周側の指向性照明エリアＡ_２では、斜めに入射する指向性光Ｌ_２によって、汚れや油脂の付着、変色等による画像の明度の変化が抑制されるので、それらの検出には不向きであるが、斜めに入射する指向性光Ｌ_２は、異物の付着や表面の欠損、疵等からなる凹凸があると、そこに明瞭な陰影を生じるため、このような凹凸欠陥の検出が可能である。

図３は、比較例として、遮光板を設けずにワークを撮像した画像の一例を示すものであり、図４は、実施例として、本発明に係る表面欠陥検査装置によって図３と同じワークを撮像した画像の一例を示すものである。この例から、実施例の画像では、白線で囲んで示す拡散照明エリアはその外周側の指向性照明エリアよりも相対的に明度が高く（反射光量が多く）、拡散照明エリアにおいて、材質の相違等による濃淡が良く現われており、また、比較例の画像ではほとんど判別できない右側のキズが、実施例の画像の指向性照明エリアに明瞭に現われていることがわかる。

そして、検査ステージ１をリニアアクチュエータ１１で水平方向へ移動させることによって、視野Ｖを、直前の撮像時の視野とオーバーラップするように、例えば拡散照明エリアＡ_１の幅に相当する距離だけ相対的に移動させれば、ワークＷの被検査面のうち、直前の撮像時の視野において拡散照明エリアＡ_１にあった領域は、次の撮像時の視野では指向性照明エリアＡ_２となり、あるいは指向性照明エリアＡ_２にあった領域は、次の撮像時の視野では拡散照明エリアＡ_１となるため、光の指向性の変化によって精度の高い欠陥検査を行うことができる。また、遮光板４の窓部４１の幅は、より効率よくオーバーラップさせるために、視野Ｖの中央の縦横それぞれの半分が拡散照明エリアＡ_１となるようなサイズとすることが好ましい。

なお、上述した実施の形態では、遮光板４に開設した窓部４１が正方形状をなすものとしたが、ワークの形状によっては、他の形状とすることもできる。例えばワークの外形が丸みを帯びた形状のものである場合は、窓部４１を円形としても良く、この場合は、拡散照明エリアＡ_１が円形となる。

また、上述した実施の形態では、照明手段としてドーム照明器２を用い、ドーム照明器２は、ドーム状反射体２１の下縁部の内周に沿ってＬＥＤ２２を配置したものとしたが、ＬＥＤ２２等の光源をドーム状反射体２１の内面全域に配置したものであっても良く、あるいは、拡散光を均一に照射するものであれば、ドーム照明器２以外の照明手段を用いても良い。

１ 検査ステージ
１１ リニアアクチュエータ
２ ドーム照明器（照明手段）
２１ ドーム状反射体
２２ ＬＥＤ（光源）
３ 電子カメラ（撮像手段）
４ 遮光板
４１ 窓部
５ 欠陥検出手段
Ａ_１ 拡散照明エリア
Ａ_２ 指向性照明エリア
Ｗ ワーク

Claims (3)

1. 拡散光を検査対象のワークへ向けて照射する照明手段と、前記ワークからの反射光を受光して撮像する撮像手段と、を備える表面欠陥検査装置において、前記ワークと前記照明手段との間に、窓部が開設された遮光板が配置されたことを特徴とする表面欠陥検査装置。
2. ワークを撮像手段の光軸と直交する平面の方向へ移動させる移動機構を備えることを特徴とする請求項１に記載の表面欠陥検査装置。
3. 拡散光照射手段が、光源からの出射光をドーム状反射体の内面で拡散反射させてワークに照射するドーム照明器からなることを特徴とする請求項１又は２に記載の表面欠陥検査装置。