JP2701537B2 - 表面欠陥検査装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、例えば、工作機械等により加工された後の
ワーク表面の欠陥を検査する表面欠陥検査装置に関す
る。

（従来の技術） 一般的に、生産工場等における製造加工ラインには、
加工後の製品の品質検査を行なう検査行程が設けられて
いるが、自動化の進んだ今日では、作業者による目視検
査に代わってカメラ等の光学機器を用いて製品の品質検
査を行なうようになっている。

この品質検査の内、加工後の製品の表面にキズ等の欠
陥が存在しているか否かの検査をする表面欠陥検査があ
るが、この表面欠陥検査は、表面欠陥検査装置が備えら
れた例えば第３図に示すような加工ラインにおいて行な
われている。

ワークであるピストン１は、洗浄器２によって表面の
洗浄が行なわれた後、搬送装置３の所定位置で待機し、
ローダ４によって検査ステージに置かれている検査台５
の回転台６に載置される。そして、回転台６によってワ
ークが一回転する間に、この回転台６の周囲に備えられ
ているカメラ７によってこのピストン１の被検査面の表
面欠陥検査が行なわれ、この検査結果がOKであればピス
トン１は振分けプッシャー８によって防錆油槽９に送ら
れ、NGであればピストン１は振分けプッシャー８によっ
てワークストックエリア10に送られる。そして、OKのも
のはパレタイズロボット11によってパレット12に収納さ
れ、NGのものは作業者によって作業台13で目視検査の
後、防錆油槽14に入れられて、パレット15に収納され
る。

第４図は、第３図に示した検査ステージの概略構成図
を示す。

この検査ステージには、同図に示すように、ピストン
１を支持すると共に回転させる回転台６が備えられてお
り、この回転台６は、モータ20によって回転するように
なっている。また、この回転台６には、エアーチャック
21が設けられており、このエアーチャック21によってピ
ストン１が支持される。

この回転台６の周囲には、図示するように、ピストン
１の被検査面Ｓに対して水平に光を照射すランプ22と、
このランプ22によって光が照射されたピストン１の被検
査面Ｓの画像を入力するカメラ７とがそれぞれ配置さ
れ、このランプ22とカメラ７によって形成される被検査
面Ｓに対する照明条件は、被検査面Ｓの有する種々の表
面欠陥を検出するのに最適となるように設定されてい
る。

この設定は第５図に示すように行なわれている。すな
わち、ランプ22は、ピストン１の被検査面Ｓに対して水
平方向から光を照射する位置に設けられ、カメラ７は、
このランプ22から照射されて被検査面Ｓから正反射して
きた光を受け得る位置に配置されている。なお、このラ
ンプ22から照射される光はスポット光である。

このような位置にランプ22及びカメラ７を配置して、
被検査面Ｓの画像をカメラ７によって入力すると、例え
ば、この被検査面Ｓ中にスクラッチなどの深く小さい欠
陥ａが存在する場合には、この欠陥ａの部分においては
乱反射を起こしているために、その部分からカメラ７に
入力される反射光量が減少し、この部分におけるカメラ
７からの信号を画像処理すると、その画像処理後のビデ
オ波形は第６図（Ａ）に示すようにその欠陥ａに相当す
る部分が落込みとなって表われる。これを二値化処理す
ると、第６図（Ｂ）に示すような二値化波形が得られ、
この二値化波形中の０信号の存在を検出することによっ
て欠陥ａの存在を検出することができる。

（発明が解決しようとする課題） しかしながら、このような従来の表面欠陥検査装置に
あっては、被検査面Ｓの表面が極めて平坦に近いものに
対しては高精度で欠陥検出が可能であるが、被検査面Ｓ
の表面が平坦でない，反射率の一様でない例えば第７図
に示すような規則的に微細な凹凸を有するようなワーク
１′にあっては、その被検査面Ｓにおける欠陥の検出は
極めて困難となる。

すなわち、第７図に示すようなワーク１′における被
検査面Ｓの画像をカメラ７によって入力し、このカメラ
７からの信号を画像処理すると、その画像処理後のビデ
オ波形は第８図（Ａ）に示すように乱反射の程度が大き
な部分が周期的に落込みとなって表われるため、この落
込みを避け、かつ欠陥の検出を行なうためのスレッショ
ルド電圧の選択が非常に困難（第８図（Ａ）に示すよう
に比較的低レベルにスレッショルド電圧を選択すると、
その二値化波形は、第８図（Ｂ）に示すようになり、欠
陥の誤検出が防止されるが、その検出精度が低下し、一
方、比較的高レベルにスレッショルド電圧を選択する
と、その検出精度は向上するが誤検出の可能性が高くな
る。）であることから、欠陥の有無の判断が極めて困難
となり、検出精度が悪くなることになる。

本発明は、このような従来の不具合を解消すべく成さ
れたものであり、被検査面が平坦でないワークであって
もその被検査面に存在する欠陥の有無を高精度で検出す
ることが可能な表面欠陥検査装置を提供することを目的
とする。

（課題を解決するための手段） 前記目的を達成するための本発明は、ワークにおける
被検査面の画像を画像情報として入力する画像入力手段
と、当該画像入力手段によって入力した画像情報を記憶
する記憶手段と、当該記憶手段に記憶されている画像情
報に基づいて、前記ワークの被検査面に対応した回折パ
ターンを形成する回折パターン形成手段と、前記被検査
面及び前記回折パターン形成手段に対して光を照射する
照明と、当該照明により照射された前記回折パターン形
成手段からの通過光をフーリエ変換するフーリエ変換手
段と、前記ワークの被検査面に対応した遮光特性を有
し、当該フーリエ変換手段からの通過光を空間フィルタ
リングするフィルタと、当該フィルタからの通過光量を
検出する光量検出手段と、当該光量検出手段によって検
出された光量に基づいて前記ワークの被検査面における
欠陥の有無を判断する判断手段とを有することを特徴と
するものである。

（作用） このように構成すると、記憶手段には、照明によって
照らされたワークの被検査面全体の画像情報が画像入力
手段によって入力され、回折パターン形成手段は、この
記憶手段に記憶された画像情報に対応した回折パターン
を形成する。

そして、この回折パターン形成手段に照明から光が照
射されると、通過光がフーリエ変換手段によってフーリ
エ変換され、このフーリエ変換後の通過光がフィルター
に照射され、このフィルターの通過光が光量検出手段に
達する。このフィルターは、正常なワークの被検査面に
基づいて形成された回折パターンからのフーリエ変換後
の通過光を遮光するような特性となるように予め設定し
てあるので、被検査面に欠陥のない正常なワークであれ
ば光量検出手段には光が達せず、これにより判断手段は
欠陥なしと判断し、一方、光量検出手段に光が達すれ
ば、その程度に応じて判断手段は欠陥の有無を判断す
る。

したがって、被検査面の形状が平坦でなく、また、そ
の面の反射率が部分的に変化しているようなワークであ
っても欠陥の検出を高精度で行なうことが可能となる。

（実施例） 以下に、本発明の実施例を図面に基づいて詳細に説明
する。

第１図には、本発明に係る表面欠陥検査装置における
光学処理系の概略構成図が示してある。同図に示すよう
に、本発明に係る表面欠陥検査装置は、照明としてのレ
ーザー30がワーク１′の被検査面Ｓに向けて光を照射す
るように配設され、この被検査面Ｓには、レーザー30か
ら出力された光がビームエキスパンダ31を介して照射さ
れる。そして、光電変換を行なう一次元センサ33は被検
査面Ｓからの反射光を結像レンズ32を介して入射し得る
位置に配置されており、この一次元センサ33には、セン
サコントローラ34を介してA/D変換部35が接続されてい
る。この一次元センサ33に被検査面Ｓからの反射光が結
像レンズ32を介して入射されると、センサコントローラ
34は、一次元センサ33を構成する各素子をそれぞれ順番
にA/D変換部35に接続し、A/D変換部35によって、この接
続された素子に発生している電圧をデジタルデータに変
換する。また、A/D変換部35には、２次元展開メモリ36
が接続されており、A/D変換部35によって変換されたデ
ジタルデータを順次所定のアドレスに記憶する。

一方、照明としてのレーザー37の光軸を中心とする光
の照射方向には、ビームエキスパンダ38を介して回折パ
ターン形成手段としての電子アレイシャッタ39、フーリ
エ変換手段としてのフーリエ変換用レンズ40、フィルタ
としての空間周波数フィルタ41と光量検出手段としての
光量センサ42が順次配列されており、電子アレイシャッ
タ39には、２次元展開メモリ36に記憶されているデジタ
ルデータに基づいて回折パターンを形成させるシャッタ
ドライバ43が接続され、また、光量センサ42にはワーク
１′の欠陥有無を判断する判断部44が接続されている。

なお、電子アレイシャッタ39は、液晶により構成され
た二次元の任意形状を構成することのできるものであ
り、例えば、ワーク１′の被検査面表面がその回転軸方
向に規則的な凹凸を有する場合には、電子アレイシャッ
タ39はその凹凸形状に対応した格子を形成することにな
る。

さらに、空間周波数フィルタ41の特性は、電子アレイ
シャッタ39により、マスターワークの被検査面に基づい
て形成された回折パターンからのフーリエ変換後の通過
光を遮光するような特性となるように予め設定してあ
る。

このように構成された表面欠陥検査装置は、第２図に
示した動作フローチャートに基づいて以下のように動作
する。

ステップ１ まず、プログラムがスタートすると、レーザー30はワ
ーク１′の被検査面Ｓに対して光を照射し、第４図に示
したモータ20によってワーク１′を所定の方向に所定の
速度で回転させる。

ステップ２ 一次元センサ33は、被検査面Ｓからの反射光を結像レ
ンズ32を介して入力し、この一次元センサ33を構成する
各素子において光電変換を行なう。

ステップ３ センサコントローラ34は、一次元センサ33を構成する
各素子を順にA/D変換部35に接続し、A/D変換部35はその
接続された素子の電気量（例えば電圧）をデジタルデー
タに変換して二次元展開メモリ36に記憶する。つまり、
この二次元展開メモリ36には被検査面Ｓ全体の画像情報
がデジタルデータとして記憶されることになる。

ステップ４ シャッタドライバ43は、二次元展開メモリ36に記憶さ
れているデジタルデータに基づいて電子アレイシャッタ
39の面上に、レーザー37からビームエキスパンダ38を介
して出力されたレーザー光を回折させる回折格子を形成
させる。

ステップ５ レーザー37は、ビームエキスパンダ38を介して電子ア
レイシャッター39にレーザー光を照射し、この通過光を
フーリエ変換用レンズ40を通して空間周波数フィルタ41
に照射する。

つまり、一種の回折格子が形成された電子アレイシャ
ッター39にレーザー光が当ると、方形波状の光が通過す
るものと考えることができるが、この方形波状の光がフ
ーリエ変換用レンズ40によって空間的なフーリエ級数展
開が行なわれ、このフーリエ級数展開後の光が空間周波
数フィルタ41に照射されると、空間周波数フィルタ41上
には、この電子アレイシャッター39の回折格子パターン
の直流情報成分は光軸上に集束し、外部に向かって低周
波数情報から高周波数情報へと放射状に分布した光が照
射されることになり、この空間周波数フィルタ41上に
は、電子アレイシャッター39が二次元展開メモリ36のデ
ジタル情報に基づいて形成された回折パターンに応じた
特徴的な分光パターンの光が照射されることになる。

したがって、この空間周波数フィルタ41の遮光特性を
マスターワークに基づいて予め設定しておけば、電子ア
レイシャッター39が被検査面Ｓ上に欠陥を有するワーク
に基づいて回折パターンが形成された場合、この電子ア
レイシャッター39からの通過光がフーリエ変換用レンズ
40によってフーリエ変換され、空間周波数フィルタ41上
に形成される分光パターンは、マスターワークのものと
は異なることになるので、この空間周波数フィルタ41か
らさらに通過光が生じることになる。

ステップ６ 光量センサ42は、空間周波数フィルタ41からの通過光
量を検出して光電変換し、この検出光量に相当する電気
量を判定部44に出力する。

ステップ７ 判定部44は、光量センサ42から出力された電気量に基
づいてワーク１′における被検査面Ｓ内に欠陥が存在し
ているかどうかの判断を行なう。

このように、本実施例は、ワークにおける欠陥の有無
を、ワークにおける被検査面からの反遮光に基づいて空
間的に解析を行なうものである。

尚、本実施例において、ワークの被検査面に照射する
光はレーザー光を用いたが、通常使用される光源からの
スポット光としても良い。

（発明の効果） 以上の説明により明らかなように、本発明によれば、
ワークにおける被検査面の画像を画像情報として入力す
る画像入力手段と、当該画像入力手段によって入力した
画像情報を記憶する記憶手段と、当該記憶手段に記憶さ
れている画像情報に基づいて、前記ワークの被検査面に
対応した回折パターンを形成する回折パターン形成手段
と、前記被検査面及び前記回折パターン形成手段に対し
て光を照射する照明と、当該照明により照射された前記
回折パターン形成手段からの通過光をフーリエ変換する
フーリエ変換手段と、前記ワークの被検査面に対応した
遮光特性を有し、当該フーリエ変換手段からの通過光を
空間フィルタリングするフィルタと、当該フィルタから
の通過光量を検出する光量検出手段と、当該光量検出手
段によって検出された光量に基づいて前記ワークの被検
査面における欠陥の有無を判断する判断手段とを設けた
ので、被検査面の形状が平坦でなく、また、その面の反
射率が部分的に変化しているようなワークであっても欠
陥の検出を高精度で行なうことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明に係る表面欠陥検査装置の光路系の概
略構成図、 第２図は、本発明に係る表面欠陥検査装置の動作フロー
チャート、 第３図は、従来の欠陥検査行程の一例を示す図、 第４図は、第３図に示した検査ステージの概略構成図、 第５図は、表面欠陥検査を行なう場合の照明条件を示す
図、 第６図（Ａ），（Ｂ）は、カメラから入力した画像の処
理波形を示す図、 第７図及び第８図（Ａ），（Ｂ）は、従来の表面欠陥検
査装置の問題点の説明に供する図である。 1,1′……ワーク、33……一次元センサ（画像入力手
段）、36……二次元展開メモリ（記憶手段）、39……電
子アレイシャッタ（回折パターン形成手段）、30,37…
…レーザー（照明）、40……フーリエ変換用レンズ（フ
ーリエ変換手段）、41……空間周波数フィルタ（フィル
タ）、42……光量センサ（光量検出手段）、44……判断
部（判断手段）。

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ワークにおける被検査面の画像を画像情報
   として入力する画像入力手段と、 当該画像入力手段によって入力した画像情報を記憶する
   記憶手段と、 当該記憶手段に記憶されている画像情報に基づいて、前
   記ワークの被検査面に対応した回折パターンを形成する
   回折パターン形成手段と、 前記被検査面及び前記回折パターン形成手段に対して光
   を照射する照明と、 当該照明により照射された前記回折パターン形成手段か
   らの通過光をフーリエ変換するフーリエ変換手段と、 前記ワークの被検査面に対応した遮光特性を有し、当該
   フーリエ変換手段からの通過光を空間フィルタリングす
   るフィルタと、 当該フィルタからの通過光量を検出する光量検出手段
   と、 当該光量検出手段によって検出された光量に基づいて前
   記ワークの被検査面における欠陥の有無を判断する判断
   手段とを有することを特徴とする表面欠陥検査装置。