JP3177842U - 両面非金属ディスクを検査するためのカメラシステム - Google Patents

Abstract

【課題】ディスクの両側から画像データを得て、合格及び不合格のディスクを類別することが可能なカメラシステムを提供する。
【解決手段】第１、第２カメラと、２つのソフトウェアを含む。各カメラは、１セットの精密な結像レンズと、制御可能な照明及び照度コントローラと、画像取り込みユニットとを有する。
【選択図】図３

Description

本考案は、両面非金属ディスクを検査するための目視検査システム及びそれを用いた方法に関するものであり、特に、両面非金属ディスク上の所定のパターンの画像データを得て、点検するための目視検査システム、及び、それを用いて両面非金属ディスクを点検する方法に関するものである。

目視検査システムは、画像データを得るために様々な所定のパターンの画像を撮るカメラシステムと、画像フレーム取り込み装置を用いてカメラシステムから入力された画像データを処理し、コンピュータプログラムを処理するコンピュータとを含む。目視検査システムは、その用途をパターン識別と、パターン検査と、パターン測定と、合格及び不合格製品の類別とを含み、様々な範囲で見出すことができる。

目視検査システムは、米国特許第７，０３０，３５１号、米国特許公開第２００３／０１ ９７９２５ Ａ１号、及び、多くの他の特許文献において開示される。これらの特許文献において開示される目視検査システムは、ワークピース台、カメラ台、コントローラ、カメラ、及び、コンピュータで形成される。ワークピースを載せ、外し、及び、配置するため、ワークピース台は、Ｘ軸及びＹ軸方向において直線運動を作成するように設計されている。カメラ台は、ワークピース台より上に配置される。カメラの位置決め及び集束のため、カメラ台は、Ｘ軸、Ｙ軸及びＺ軸方向における直線運動、及び、Ｚ軸の周りの回転運動を作成するように構成される。コンピュータは、ワークピース台及びカメラ台の動作を制御することができるように、コンピュータに接続される。

上記の引用特許文献において教示された目視検査システムは、画像データがワークピース及びカメラのうちの一つを固定して、他のものを動かすことによって得られるので、ひどい誤差の生成を欠点として有する。カメラが繰り返し動かされてワークピースの画像を撮るために停止し、一方でワークピースが適所に固定された場合には、目視検査システムにおいて多くの振動が生成されて、画像データの誤差を増やす。他の欠点は、固定されたワークピースと関連してカメラを繰り返し動かして停止させることによって、ワークピースの画像を撮ることに時間がかかることである。例えばハードディスク媒体基板として使用されるガラスの透明なディスクのような非金属ガラスの物体のパターン検査の場合、所定のいくつかのパターンは、ディスク表面上の両側に存在する。合格及び不合格のディスク製品の品質管理処理は、予め処理されたパターンを測定することによる類別の必要性がある。従来技術のいずれも、パターンのサイズ、角度、及び、両側でのパターンの関連する角度でさえも含むパターンの幾何学的な情報を見つける迅速且つ容易な目視検査システムを提供していない。

米国特許第７，０３０，３５１号公報

米国特許公開第２００３／０１ ９７９２５ Ａ１号公報

従来技術に内在する前述の問題からみて、本考案の目的は、透明なディスクの両側からのパターンのサイズ、角度、及び、両側でのパターンの関連する角度でさえも含む所定のパターンの幾何学的な情報を見つけるために迅速且つ容易な目視検査システムによって画像データを得て、合格及び不合格のディスク製品を類別することが可能な目視検査システムを提供することである。

本考案の別の目的は、両面非金属のディスク上の所定のパターンを検査する際に必要とされる時間を短縮することができる目視検査システム、及び、それを用いてワークピースを検査する方法を提供することである。

本考案の一態様によると、２セットのカメラ（２０、３０）を含む二つのカメラシステムと、高精度な結像ズームレンズ（２１、３１）と、照明（２２、３２）と、連続して又は同時にディスクの各々の側からディスク（１２）の表面上のパターンを捕らえることができる照度コントローラとを含む、目視検査システムの実施態様が提供される。図２において示される実施態様では、サンプルのワークピースディスクが水平面において配置され、カメラシステムの下にも、垂直空間を節約するために水平方向に沿ってカメラ及びレンズシステムの取付けを容易にする直角反射器（３３）と、
迅速な検索及びカメラシステムの視界（ＦＯＶ）へのワークピースの二つの表面における所定のパターンの配置を可能にするため、回転台（３８）によって駆動される１セットのワークピースホルダ（３７）と、
検査されているディスク表面の各々の側のパターンに関してカメラシステムの整列及び焦点位置を決めるため、各々のカメラシステムのための２セットの位置調整Ｘ、Ｙ及びＺ台（２７、３７）と、画像フレーム取り込み装置と、目視照明制御システムと、プロセスにワークピース表面上の取り込まれた画像のパターンを処理し、合格及び不合格のディスク製品を類別する結像処理ソフトウェアプログラムとを備えた１セットのコンピュータシステム（１５、１８）と、
外側からの容易なアクセスを防ぐように、システム構成を保護する１セットの機械的に一体の基部（２９）及び囲い（１０）とディスクホルダ（３７）上へ検査ディスク（１２）を載置するアクセスウインドウと、を備えている。

本考案の性質及び目的のより良好な理解のため、参照は、以下の図面と関連した詳細な説明に関して作成されるべきである。図面の説明は以下の通りである。
図１は、一緒に組立てられて一体である機械的な基部及び囲いに一体化される二重カメラシステムと、システム制御のための１セットのコンピュータシステムと、結像及びプロセス制御のためのソフトウェアプログラムとを含む、目視検査システムの図である。 図２は、一緒に組立てられて一体である機械的な基部に一体化される二重目視検査システムの図である。 図３は、二重目視検査システムのためのコンピュータベースの制御システムダイヤグラムの図である。 図４は、マスター側（又は上面）に予め処理されたマーク１１を有し、スレーブ側（又は裏面）に予め処理されたマーク１３を有するサンプルの非金属ディスクの図である 図５は、画像処理プログラムインタフェース及びサンプルディスクの２つの側面部からのサンプルパターン被処理画像の図である。 図６は、正確な検査機能を実行する前に目視検査システムを準備するための目視システムプログラム較正インタフェースの図である。 図７は、検査されているパターンのために適当な取り込まれた画像を設定するように目視照度を調整するための目視システムプログラムインタフェースの図である。

本考案は、考案の特定の実施態様の以下の詳細な説明を参照することで直ちによりよく理解される。

例えばサンプルディスクのような基板として予め処理されたパターンで研磨された非金属のディスクを使用することを必要とする精密工学産業のためのものは、図４において示される。そのようなパターンは、続くプロセスのための基準の又は整列マークを形成するため、基体表面の両側で必要とされる。いくつかの用途では、すべてのパターンが測定され、パターンのその測定された許容差、例えば設定目標に対し５μｍの精度の範囲内にしたがって良好な又は良好でない部分として分類される必要がある。

本考案の好ましい実施態様は、コンピュータ制御の二重チャネル目視検査システムを含む。図１、図２及び図３に示すように、目視システムは、２セットのカメラ（２０、３０）を更に含む二つのカメラシステムと、高精度な結像ズームレンズ（２１、３１）と、照明（２２、３２）と、連続して又は同時にディスクの各々の側からディスク（１２）の表面上のパターン（１１、１３）を捕らえることができる照度コントローラ（２３）とを含む。図２において示される実施態様では、サンプルワークピースディスク（１２）は、精密ディスクハブ（３７）で水平面において配置される。マスター・カメラシステム（２０、２１、２２）は、サンプルディスク１２の上に直接配置される。位置調整ＸＹＺ台（２７）を調整することによって、サンプルディスク上面上のパターン１１は、カメラの視界に配置され、整列配置することができる。カメラシステム（３０、３１、３２）の下にも、垂直空間を節約するように水平方向に沿ったカメラ及びレンズシステムの取付けを容易にするため直角反射器（３３）が備えられている。ＸＹＺ台３７は、底部パターン１３へ下のカメラシステムの視界を整列配置するためのものである。マスター・カメラシステム（２０、２１、２２）及びその位置調整ＸＹＺ台２７は、垂直カラム２８により一体の基板２９上へ載置される。スレーブ・カメラシステム（３０、３１、３２）及びその位置調整ＸＹＺ台３７もまた、システム基板２９に載置される。ディスク１２及び支持ハブ３９もまた、システム基板２９に載置される。回転式つまみ又はモーター３８は、所定のパターン１１及び１３がマスター及びスレーブ・カメラシステムの視界に動くことができるようにハブ３９上でディスクを回転させるためのものである。

コンピュータシステム１５は、目視システムシーケンス全体、結像処理、及び、合格又は不合格部分として検査されたディスクの類別を制御する。それは、１５インチ又は１７インチ、又は、他のサイズのＬＣＤ又はＣＲＴ ＰＣモニタのようなモニタ及び他のアクセサリを含む。本実施態様のための主なプロセスコンピュータ１５は、インテルＰｅｎｔｉｕｍシリーズＣＰＵ、メインボード、メモリ、ハードディスクドライバその他、及び、Ｗｉｎｄｏｗｓ ＸＰオペレーションシステムを含む。二重目視システムを制御するため、ＭＡＸＴＲＯＸ ＭＥＴＥＯＲ ２／４ ＭＣ ＰＣＩタイプのフレーム取り込み装置のような多重チャネル画像フレーム取り込み装置２５が、二つのカメラシステム（２０、３０）からの画像の取り込みを制御するために含まれる。デジタル照明制御装置２３も、制御プログラムとカメラ照明２２、３２との間の通信を提供するために含まれる。

システム制御ソフトウェアインタフェースは、図５において示される。システム検査メニューはメニューフレーム５５において示され、システム較正機能ボタンはメニューフレーム５４において示される。予め検査された（一般に、第三者測定サービスによって調べられた）サンプルディスクでシステムが較正されると、目視システムは、同じタイプの製品を検査し、（本実施態様において）ＩＤ、ＯＤ（ディスクの中心に対するパターンの内と外との端の参照の内と外との直径）、幅、高さ、角度その他を含むマスターサイドの結果フレーム５２及びスレーブサイドの結果フレーム５３に示されるパラメータのように必要なパラメータのための調査結果を与えるように作動することができる。検査された結果を所定の許容差表と比較した後に、検査されたディスク部分の合格又は不合格の最終的な決定は、合格はＰａｓｓ、不合格はＦａｉｌとして検査結果フレーム５１に示される。

図５にて図示したように、システム制御ソフトウェア・インタフェースはまた、画像ディスプレイ・ウインドウ５６、５７、５８及び５９を含む。画像ウィンドウ５６は、マスター・カメラシステムのライブ画像であり、画像ウィンドウ５８はスレーブ・カメラシステムのライブ画像である。画像照明制御は、照明コントローラ２３上の手動コントロールつまみによって、又は、図７に示すようにコンピュータソフトウェア・インタフェースによって実行され得る。透明なガラスのディスクでは、目視検査の間、マスター及びスレーブ側の画像は、対向するカメラシステムによる照明の干渉を防ぐため、連続したモード（まずマスター側の照明をオンにしてマスター側の画像を取り込み、そしてスレーブ側の照明をオンにしてスレーブ側の画像を取り込む）における画像の取り込みのために始動される必要がある。

目視検査システムは、同じタイプの製品を検査するために用いられる前に標準ディスクによって較正される必要がある。ＳＴＡＮＤＡＲＤ ＤＩＳＫボタンは、較正メニューフレーム５４にある。標準ディスクを配置して、両側のパターン画像を捕らえ、そして標準ディスクボタンを押すことによって、較正サブメニューが現れ、それは図６に示される。各々のパラメータの予め測定された値の情報を与えて、自動較正プロセスを起動させるために、個々のボタンを押す。決められた許容差サブメニューから製品の品質管理の許容差範囲を決めることによって、システムは、製品を検査する準備ができる。

Claims (12)

1. ディスクを検査するための目視システムであって、各々がカメラと、１セットの精密な結像レンズと、制御可能な照明及び照度コントローラと、画像取り込みユニットとを有する二つのカメラ及び目視システムにおいて、各々のカメラシステムが、該ディスクの各々の側の表面上のパターンの画像を捕らえることができる、二つのカメラ及び目視システムと；該ディスクの各々の側の該パターン画像を取り込むため、デジタル照明及び照度制御を提供するように適応する柔軟なグラフィックユーザ・インタフェースでの制御ソフトウェアと；該画像を処理し、該パターンの幾何学的な情報を測定し、較正された参照基準と比較し、合格及び不合格の製品に該検査されたディスクを類別するように、該検査されたディスクが許容差の範囲内であるかどうか決定するために適応するソフトウェアと；を含む、目視システム。
2. それぞれの前記カメラシステムが、前記ディスクの両側の前記パターンの画像を同時に捕らえるために操作可能である、請求項１記載の目視システム。
3. それぞれの前記カメラシステムが、前記ディスクの各々の側の前記パターンの画像を連続的に捕らえるために操作可能である、請求項１記載の目視システム。
4. 前記幾何学的な情報が、パターンのサイズと、角度と、両側のパターンの相対的な角度とを含む、請求項１記載の目視システム。
5. 前記カメラシステムが、垂直空間を節約するために水平方向に沿って前記カメラ及びレンズシステムを載置することを容易にする直角反射器を更に含む、請求項１記載の目視システム。
6. 迅速な検索、及び、ワークピースの二つの表面上の所定のパターンの前記カメラシステムの視界（ＦＯＶ）への配置を可能にするため、回転台によって駆動される１セットのワークピースホルダを更に含む、請求項１記載の目視システム。
7. 前記カメラシステムの整列と、前記ディスクの各々の側の前記パターンに関する焦点位置とを決める各々のカメラシステムのための２セットの位置調整Ｘ、Ｙ及びＺ台を更に含む、請求項６記載の目視システム。
8. 前記目視システムを保護し、外側からの簡単なアクセスを防ぐために、機械的な一体の基部と囲いとを更に含み、該囲いは、前記ディスクホルダに前記検査しているディスクを載置するためのアクセスウインドウをさらに有する、請求項６記載の目視システム。
9. 前記画像取り込みユニットが、前記二つのカメラ及び目視システムのために適応する多重チャネル画像取り込みユニットである、請求項１記載の目視システム。
10. 前記目視検査システムのホルダに前記ディスクを載置することと；該目視システムの二つのカメラシステムの下に該ディスクを配置することと；照明及び照度を該ディスクの各々の側のパターンの画像を取り込むために制御することと；較正された参照基準と比較するように該パターンの幾何学的な情報を測定するために画像を処理することと；該検査されたディスクが許容差の範囲内であるかどうか決定することと；該検査されたディスクを合格及び不合格の製品に類別することと；を含む、目視検査システムでディスクを検査する方法。
11. 前記ディスクの各々の側が連続して検査される、請求項９記載の方法。
12. 前記ディスクの両側が同時に検査される、請求項９記載の方法。