JP3582177B2

JP3582177B2 - 表面うねり検査装置

Info

Publication number: JP3582177B2
Application number: JP24466995A
Authority: JP
Inventors: 田昌孝戸
Original assignee: Aisin Seiki Co Ltd; Aisin Corp
Current assignee: Aisin Corp
Priority date: 1995-09-22
Filing date: 1995-09-22
Publication date: 2004-10-27
Anticipated expiration: 2015-09-22
Also published as: JPH0989537A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、被検査試料の表面に存在する凸部や凹部といったうねりの存在を検査する表面うねり検査装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種の表面うねり検査装置としては、特開平５−２８８５３３号公報に示されるものが知られている。このものは、この公報の図９に示すように、パターン化光源と、被検査試料を間にしてパターン化光源に対向配置され、光梃子効果を用いて被検査試料を介してパターン化光源を撮像するカメラと、アナログ的に規則正しい強度変化を示す表示パターン波形（うねり欠陥がない場合のカメラの出力波形と同一）を発生し、パターン化光源に出力するパターンジェネレータと、カメラから取り込まれた画像データ（カメラの出力波形）とパターンジェネレータの出力波形との差分を演算して異常を検出するアナログ差分回路とを備えるものである。
【０００３】
このものでは、パターンジェネレータによりアナログ的に規則正しい強度変化を示す表示パターン波形を発生してそれをパターン化光源に表示し、それによる光源パターンの主光線像を撮像したカメラの出力波形がパターンジェネレータの出力波形と同じであれば、アナログ差分回路によりうねり欠陥無と判定し、カメラの出力波形に微妙なひずみが発生しカメラの出力波形がパターンジェネレータの出力波形と異なると、アナログ差分回路によりうねり欠陥有と判定している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、このものでは、被検査試料を撮像したカメラの出力波形とうねり欠陥無（正常）の被検査試料を撮像したカメラの出力波形に相当するパターンジェネレータの出力波形との差分を演算してその結果によりうねり有無を検出するものであるので、雰囲気温度の変化等によりパターン化光源の明るさが変動したり、被検査試料の位置がずれたり、被検査試料毎にその表面の反射率がばらついたりした場合において、被検査試料が正常（うねり無）なのにもかかわらず異常（うねり有）と判断し、誤検出が多くなる恐れがある。
【０００５】
故に、本発明は、パターン化光源の明るさの変動や被検査試料の位置ずれや被検査試料毎の反射率のばらつきによる誤検出を無くすことを、その技術的課題とするものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記技術的課題を解決するために本発明において講じた第１の手段は、所定の光源パターンを発生するパターン化光源と、被検査試料を間にして前記パターン化光源に対向配置され、前記被検査試料を介して前記パターン化光源を撮像する撮像装置と、前記撮像装置により撮像された画像の明るさ情報に基づき、画像内の各パターンのエッジ位置を画素の分解能よりも高分解能で算出するエッジ位置算出手段と、前記エッジ位置に基づき、前記エッジ位置を含む画素及びそれと隣合う画素にエッジ位置の重み付けを行う重み付け手段と、各画素の重み付け値に基づき、被検査試料の表面上のうねりの有無を判定する判定手段とを備えたことである。
【０００７】
上記第１の手段によれば、撮像装置により撮像された画像の明るさ情報に基づき、画像内の各パターンのエッジ位置を画素の分解能よりも高分解能で算出し、そのエッジ位置に基づき、エッジ位置を含む画素及びそれと隣合う画素にエッジ位置の重み付けを行い、各画素の重み付け値に基づき、被検査試料の表面上のうねりの有無を判定するので、パターン化光源の明るさの変動や被検査試料の位置ずれや被検査試料毎の反射率のばらつきによる誤検出が無くなる。
【０００８】
上記技術的課題を解決するために本発明において講じた第２の手段は、所定の光源パターンを発生するパターン化光源と、被検査試料を間にして前記パターン化光源に対向配置され、前記被検査試料を介して前記パターン化光源を撮像する撮像装置と、前記撮像装置により撮像された画像の明るさ情報を画素で微分し、その微分値を加重平均して画像内の各パターンのエッジ位置を画素の分解能よりも高分解能で算出するエッジ位置算出手段と、前記エッジ位置に基づき、前記エッジ位置を含む画素及び次の画素にエッジ位置の重み付けを行う重み付け手段と、前記パターン化光源のパターンをそれの配列方向へ所定ドットだけ平行移動させるパターン変化装置と、前記パターン化光源のパターンを平行移動させる毎に、前回までの各画素の重み付け値に今回の各画素の重み付け値を加算し、平行移動のドット総和が前記パターン化光源の各パターン幅に相当するドットに到達するまでこの加算処理を実行する重み付け値加算手段と、加算された各画素の重み付け値に基づき、被検査試料の表面上のうねりの有無を判定する判定手段とを備えたことである。
【０００９】
上記第２の手段によれば、第１の手段と同様に、撮像装置により撮像された画像の明るさ情報に基づき、画像内の各パターンのエッジ位置を算出し、そのエッジ位置に基づき、エッジ位置を含む画素及びそれと隣合う画素にエッジ位置の重み付けを行い、各画素の重み付け値に基づき、被検査試料の表面上のうねりの有無を判定するので、パターン化光源の明るさの変動や被検査試料の位置ずれや被検査試料毎の反射率のばらつきによる誤検出が無くなる。
【００１０】
また、パターン化光源のパターンをそれの配列方向へ所定ドットだけ平行移動させ、その度に、前回までの各画素の重み付け値に今回の各画素の重み付け値を加算し、平行移動のドット総和がパターン化光源のパターン幅に相当するドットになるまでこの加算処理を実行し、その結果に基づいてうねりの有無を判定するので、被検査試料の全表面のうねりの有無を確実に検出できる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
（第１の実施形態）
図１〜図１１を参照して、本発明の第１の実施形態について説明する。
【００１２】
図１に示すように、表面うねり検査装置１０は、ワーク（被検査試料）Ｗ（ここではウインドフレームを図示）の表面上の凹部や凸部といったうねりの有無及びその位置を検査するもので、液晶パターン化光源１と、カメラ（撮像装置）２と、画像処理装置３と、パターンジェネレータ４と、液晶ドライバ５とを備えている。
【００１３】
液晶パターン化光源１は、等間隔の縞状の光源パターンを表示するもので、液晶１１と、蛍光灯１２と、反射板１３と、拡散板１４とを備えている。液晶１１は、図１に示すような等間隔の明暗（白黒）縞状の液晶パターンを表示するもので、最下面に位置する。図９に示すように、液晶１１は、パターンの配列方向（Ｘ方向）において０〜５９９ドットに区分されており、パターンの延在方向（Ｙ方向）において０〜３９９ドットに区分されている。ここでは、液晶パターンの各黒パターン幅及び各白パターン幅は、４ドットである。尚、液晶パターンの延在方向をＸ方向にしても良い。蛍光灯１２は、液晶１１及びワークＷに向けて光を照射するもので、液晶１１よりも上方に配置されている。反射板１３は、蛍光灯１２から上方に向けて照射された光を液晶１１側に当てるためのもので、蛍光灯１２よりも上方に配置されている。拡散板１４は、蛍光灯１２の光を液晶１１に均一に当てるためのもので、液晶１１と蛍光灯１２の間に配置されている。
【００１４】
カメラ２は、ワークＷを間にして液晶パターン化光源１に対向配置され、ワークＷを介して液晶パターンを撮像し、図１に示すような明暗（白黒）縞状の画像を得るものである。また、カメラ２はその画像を画像処理装置３に送るものである。このカメラ２は、レンズ部２１と、本体２２とを備え、レンズ部２１内には分解能を上げるために絞り（図示せず）が内蔵されている。このカメラ２の焦点は、ワークＷを経由して液晶パターン化光源１に合わせられ、この時カメラの撮像に寄与する光は、絞りによって主光線のみに選択される。
【００１５】
パターンジェネレータ４は、液晶１１に表示するための液晶パターンを生成してそれをドライバ５に転送するものである。ドライバ５は、パターンジェネレータ４にて生成された液晶パターンと同一のパターンを液晶１１に表示させるものである。また、パターンジェネレータ４及びドライバ５は、画像処理装置３からの命令を受けて、図９に示す如く液晶１１に表示する液晶パターンをパターン幅一定のまま１ドットずつＸ方向に平行移動させる。尚、パターンジェネレータ４を画像処理装置３に内蔵しても良い。
【００１６】
図２〜１０を参照して、画像処理装置３の構成及び作動について説明する。図２において、Ｎはフラグである。
【００１７】
ステップ５０において、カメラ２にて撮像した画像を画像メモリ３１に取り込み、その明るさ分布を検出する。ここで、図３に示すように、画像メモリ３１は、横軸（ｉ軸）において０〜５１２画素に区分され、縦軸（ｊ軸）において０〜４７９画素に区分されている。画像メモリ３１内に取り込まれる画像は、白黒パターンが交互に配列された縞状のパターンであり、その延在方向はｊ方向であり、配列方向はｉ方向となる。ここで、理解を容易にするため、図３中のラインＡ（ｊ＝２００画素）上の明るさ分布に注目すると、図４のようになる。そして、図４のＢ部を拡大すると、図５のようになる。図５において、明るさ状態が急変する部分が各パターンのエッジ位置に相当する。
【００１８】
次に、ステップ５２において、明るさ分布を画素（ｉ）で一次微分し、各画素における明るさの変化率を算出する。その結果を図６に示す。次いで、ステップ５４において、数１式を用いて各画素における明るさの変化率を加重平均して各パターンのエッジ位置を画素の分解能の１０倍の分解能で算出する。
【００１９】
【数１】

【００２０】
数１において、ｎは加重平均値，ｉは画素，ｋ_ｉはｉ画素における一次微分値を示す。
【００２１】
具体的に言うと、図７に示すように、ｉ＝５２〜５７やｉ＝６０〜６５の範囲内の一次微分値のデータを結んだ曲線とｉ軸とで囲まれる領域の重心を求め、そのｉ成分（小数点以下１桁まで計算）をエッジ位置と決定する。従って、エッジ位置は、５５．１及び６２．８となる。
【００２２】
次に、ステップ５６において、エッジ位置を含む画素ｉ_ｎとその画素の次の画素ｉ_ｎ＋１に対してエッジ位置の重み付けを行う。つまり、算出したエッジ位置の小数点以下１桁目の数が５よりも小さければ、画素ｉ_ｎに５よりも大きく１０以下の正の整数ａを，画素ｉ_ｎ＋１に５よりも小さい正の整数ｂ（ｂ＝１０−ａ）を夫々振り分ける。また、エッジ位置の小数点以下１桁目の数が５であれば、画素ｉ_ｎ及び画素ｉ_ｎ＋１に５を振り分ける。更に、エッジ位置の小数点以下１桁目の数が５よりも大きければ、画素ｉ_ｎに５よりも小さい正の整数ｃを，画素ｉ_ｎ＋１に５よりも大きい正の整数ｄ（ｄ＝１０−ｃ）を夫々振り分ける。ここでは、エッジ位置が５５．１，６２．８であるので、図８に示すように、５５番目の画素に９を，５６番目の画素に１を夫々振り分け、６２番面の画素に２を，６３番面の画素に８を夫々振り分けることになる。
【００２３】
次に、ステップ５８において、重み付け画像の加算を行うが、今回はフラグＮが０であるので、今回の重み付け画像がそのまま加算画像となる。
【００２４】
次に、ステップ６０において、フラグＮが基準値（整数）と比較され、フラグＮが基準値よりも小さければ、ステップ６２に進み、基準値以上になれば、ステップ６６に進む。ここで、基準値は、液晶１１に表示される液晶パターンの各パターン幅に見合ったステップ５０〜５８を行う適正回数を意味し、ここでは４に設定されている。今回は、フラグＮが０であるので、ステップ６２に進む。
【００２５】
次に、ステップ６２において、図９に示す如く、液晶１１に表示する液晶パターンをそのパターン幅を一定にしたままＸ方向へ１ドット平行移動させる。具体的には、画像処理装置３がパターンジェネレータ４に液晶パターンを変えるように命令し、それに基づきパターンジェネレータ４が液晶パターンを生成し、ドライバ５がそのパターンを液晶１１に表示させる。
【００２６】
次に、ステップ６４において、フラグＮに１を加算し、フラグＮを１とする。
【００２７】
その後、変化した液晶パターンに相当する画像をカメラ２から取り込み、再びステップ５０〜５８を行う。ステップ５０〜５６については、フラグＮ＝０のときと同一であるので、その説明は省略する。
【００２８】
ステップ５８において、前回（即ちフラグＮ＝０のとき）の重み付け画像に今回（即ちフラグＮ＝１のとき）の重み付け画像を加算する。具体的に言うと、図１０に示すように、今回の重み付け画像の各画素に振り分けられた重み付け値を前回の重み付け画像における対応する画素に振り分けられた重み付け値に加算する。
【００２９】
次に、ステップ６０において、前回と同様に、フラグＮが基準値と比較されるが、今回もフラグＮが１であり４よりも小さいので、再びステップ６２にて液晶パターンをＸ方向へ１ドット平行移動させ、ステップ６４にてフラグＮを２とする。
【００３０】
その後、変化した液晶パターンに相当する画像を再びカメラ２から取り込み、再びステップ５０〜５８を行う。ステップ５０〜５６については、フラグＮ＝０のときと同一である。ステップ５８において、前回（即ちフラグＮ＝１のとき）の重み付け画像に今回（即ちフラグＮ＝２のとき）の重み付け画像を加算する。
【００３１】
次に、ステップ６０において、前回と同様に、フラグＮが基準値と比較されるが、今回もフラグＮが２であり４よりも小さいので、再びステップ６２にて液晶パターンをＸ方向へ１ドット平行移動させ、ステップ６４にてフラグＮを３とする。
【００３２】
その後、変化した液晶パターンに相当する画像を再びカメラ２から取り込み、再びステップ５０〜５８を行う。ステップ５０〜５６については、フラグＮ＝０のときと同一である。ステップ５８において、前回（即ちフラグＮ＝２のとき）の重み付け画像に今回（即ちフラグＮ＝３のとき）の重み付け画像を加算する。
【００３３】
次に、ステップ６０において、前回と同様に、フラグＮが基準値と比較されるが、今回もフラグＮが３であり４よりも小さいので、再びステップ６２にて液晶パターンをＸ方向へ１ドット平行移動させ、ステップ６４にてフラグＮを４とする。
【００３４】
その後、変化した液晶パターンに相当する画像を再びカメラ２から取り込み、再びステップ５０〜５８を行う。ステップ５０〜５６については、フラグＮ＝０のときと同一である。ステップ５８において、前回（即ちフラグＮ＝３のとき）の重み付け画像に今回（即ちフラグＮ＝４のとき）の重み付け画像を加算する。
【００３５】
次に、ステップ６０において、前回と同様に、フラグＮが基準値と比較され、今回のフラグＮは４であるので、ステップ６６に進む。このように、フラグが変わる毎に液晶パターンを１ドットずつ平行移動させ、フラグＮが４になるまでステップ５０〜５８を繰り返す。
【００３６】
次に、ステップ６６において、今回（フラグＮ＝４）までの加算された重み付け画像についてスムージング処理を行う（処理回数３回以上）。具体的に言うと、図１１に示す如く、各画素の重み付け加算値ａ_０をその画素の周囲の８つの画素の重み付け加算値ａ_ｎ（ｎ＝１〜８）の平均値とする。これにより、ノイズが除去される。尚、各画素の重み付け加算値はエッジ密度に相当する。
【００３７】
次に、ステップ６８において、重み付け加算値ａ_０が上限値（ここでは８）以上の画素を抽出すると同時に、ステップ７０において、重み付け加算値ａ_０が下限値（ここでは４）以下の画素を抽出する。そして、ステップ７２でそれらを合成し、ステップ７４でその結果に基づいてうねりの有無を判定すると共にうねりの位置を検出する。つまり、ステップ７０における合成した画像において、重み付け加算値ａ_０が上限値以上の画素並びに重み付け加算値ａ_０が下限値以下の画素に１を入れ、それ以外の画素に０を入れる。そして、１である画素が存在すれば、うねり有と判定し、その画素をうねりの位置として検出する。また、１である全ての画素情報からうねりの面積等を算出する。
【００３８】
尚、重み付け加算値ａ_０が上限値以上の画素及び重み付け加算値ａ_０が下限値以下の画素を合成せずに、そのままうねり有無の判定をしても良い。
【００３９】
パターンジェネレータ４が液晶１１に表示する液晶パターンを生成し、ドライバ５が液晶１１にその液晶パターンを表示させる。次いで、カメラ２によりワークＷを介して液晶１１に表示された液晶パターンを撮像し、その画像データを画像メモリ３１に取り込む。ここで、液晶パターンのエッジに相当するワークＷの表面に凸部欠陥が存在するのであれば、画像メモリ３１内の画像データ（縞状パターン）の隣合うエッジ同志は互いに接近して見え、液晶パターンのエッジに相当するワークＷの表面に凹部欠陥が存在するのであれば、画像メモリ３１内の画像データの隣合うエッジ同志は互いに離れて見える。この現象を人間の目で見て、うねりの有無を検査すれば良いが、この場合、目視では小さなうねりを検出するの困難であり、結果、検査精度が悪くなる。また、人によって判定がばらつく恐れがある。従って、本実施形態では、目視で検査するのではなく、画像処理により自動的に前述の如くうねりの検査をしている。
【００４０】
以上示したように、本第１の実施形態では、カメラ２により撮像した画像の明るさ情報に基づき画像メモリ３１内におけるエッジ位置を画素の分解能の１０倍の分解能まで（小数点以下１桁まで）計算し、この小数点以下１桁の数字に基づき隣り合うエッジ位置を含む画素並びに次の画素に重み付けを行い、その重み付け値に基づきうねりの有無を判定しているので、パターン化光源の明るさの変動や被検査試料の位置ずれや被検査試料毎の反射率のばらつきによる誤検出は無い。
【００４１】
また、液晶パターンを１ドットずつ各パターン幅に相当する分（４ドット）まで平行移動させ、その度毎にカメラ２から画像を取り込み、エッジ位置を算出し、エッジ位置近傍の隣合う画素に重み付けを行い、その重み付け値を逐次加算しているので、ワークＷの全表面のうねり検出が可能となる。
【００４２】
尚、本第１実施形態は、一次曲面状のワークＷのうねり検査に適している。
【００４３】
（第２実施形態）
第２実施形態の表面うねり検査装置は、第１実施形態のものと類似しているが、図１２〜１３を用いて相違する点のみを説明する。即ち、画像処理装置３のステップ７６〜ステップ８４が第１実施形態のものと異なる。
【００４４】
ステップ６６で、今回（フラグＮ＝４）までに加算された重み付け画像についてスムージング処理を行った後、ステップ６８で、スムージング画像Ａについて近傍最大値処理を行う。具体的に言うと、図１３に示す如く、スムージング後の各画素の重み付け加算値ａ_０’をその画素の周囲の８つの画素の重み付け加算値ａ_ｎ’ （ｎ＝１〜８）の最大値とする。これにより、画像の明部を拡大化する。
【００４５】
次に、ステップ７８で、近傍最大値処理画像Ｂからスムージング画像Ａを差し引いた値が所定値（ここでは２）以上の画素を抽出すると同時に、ステップ８０で、スムージング画像Ａから近傍最大値処理画像Ｂを差し引いた値が所定値（ここでは２）以上の画素を抽出する。ステップ７８の結果に基づき、ステップ８２において、画像Ｂから画像Ａを差し引いた値が所定値以上の画素が存在すれば、凸部有りと判定し、その画素を凸部欠陥の位置として検出する。また、ステップ８０の結果に基づき、ステップ８４において、画像Ａから画像Ｂを差し引いた値が所定値以上の画素が存在すれば、凹部有りと判定し、その画素を凹部欠陥の位置として検出する。
【００４６】
尚、本第２実施形態では、２次曲面状のワークＷのうねり検査に適している。
【００４７】
【発明の効果】
本発明は、以下の如く効果を有する。
【００４８】
パターン化光源の明るさの変動や被検査試料の位置ずれや被検査試料毎の反射率のばらつきによる誤検出を無くすことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係る表面うねり検査装置の全体構成図である。
【図２】第１実施形態の画像処理装置の構成及び処理工程を示すフローチャートである。
【図３】画像メモリ内の画像データの説明図である。
【図４】図３におけるラインＡ上の明るさ分布を示すグラフである。
【図５】図４におけるＢ部を拡大したグラフである。
【図６】図５の各画素における明るさ分布の一次微分値のグラフである。
【図７】加重平均値を示すグラフである。
【図８】図２のエッジ位置重み付け処理を説明した図である。
【図９】図２の重み付け画像加算処理を説明した図である。
【図１０】図２の液晶パターン１ドット平行移動処理を説明した図である。
【図１１】図２のスムージング処理を説明した図である。
【図１２】第２実施形態の画像処理装置の構成及び処理工程を示すフローチャートである。
【図１３】図１１の近傍最大値処理を説明した図である。
【符号の説明】
Ｗワーク（被検査試料）
１パターン化光源
２カメラ（撮像装置）
３画像処理装置
４パターンジェネレータ（パターン変化装置）
５ドライバ（パターン変化装置）
Ｓ５２一次微分処理工程（エッジ位置算出手段）
Ｓ５４加重平均処理工程（エッジ位置算出手段）
Ｓ５６エッジ位置重み付け処理工程（重み付け手段）
Ｓ５８重み付け画像加算処理工程（重み付け値加算手段）
Ｓ６２液晶パターン平行移動処理工程（パターン変化装置）
Ｓ８２凸部判定処理工程（判定手段）
Ｓ８４凹部判定処理工程（判定手段）

Claims

所定の光源パターンを発生するパターン化光源と、
被検査試料を間にして前記パターン化光源に対向配置され、前記被検査試料を介して前記パターン化光源を撮像する撮像装置と、
前記撮像装置により撮像された画像の明るさ情報に基づき、画像内の各パターンのエッジ位置を画素の分解能よりも高分解能で算出するエッジ位置算出手段と、
前記エッジ位置に基づき、前記エッジ位置を含む画素及びそれと隣合う画素にエッジ位置の重み付けを行う重み付け手段と、
各画素の重み付け値に基づき、被検査試料の表面上のうねりの有無を判定する判定手段とを備える表面うねり検査装置。
所定の光源パターンを発生するパターン化光源と、
被検査試料を間にして前記パターン化光源に対向配置され、前記被検査試料を介して前記パターン化光源を撮像する撮像装置と、
前記撮像装置により撮像された画像の明るさ情報を画素で微分し、その微分値を加重平均して画像内の各パターンのエッジ位置を画素の分解能よりも高分解能で算出するエッジ位置算出手段と、
前記エッジ位置に基づき、前記エッジ位置を含む画素及び次の画素にエッジ位置の重み付けを行う重み付け手段と、
前記パターン化光源のパターンをそれの配列方向へ所定ドットだけ平行移動させるパターン変化装置と、
前記パターン化光源のパターンを平行移動させる毎に、前回までの各画素の重み付け値に今回の各画素の重み付け値を加算し、平行移動のドット総和が前記パターン化光源の各パターン幅に相当するドットに到達するまでこの加算処理を実行する重み付け値加算手段と、
加算された各画素の重み付け値に基づき、被検査試料の表面上のうねりの有無を判定する判定手段とを備える表面うねり検査装置。