JP3606693B2

JP3606693B2 - 表面欠陥検出装置

Info

Publication number: JP3606693B2
Application number: JP29965796A
Authority: JP
Inventors: 照己鎌田
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 1996-10-24
Filing date: 1996-10-24
Publication date: 2005-01-05
Anticipated expiration: 2016-10-24
Also published as: JPH10122841A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、表面欠陥検出装置、より詳細には、画像処理を用いて工業製品の欠陥検出をおこなうものの内で、その製品の表面が一様であることを期待される製品の、物体表面の傷や、塗料の塗りムラなどによる凹凸など、表面上の欠陥の自動検出に関し、例えば、ＯＰＣドラムの塗工の欠陥の検出等の自動外観検査装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、特開平７−２３９３０４号公報（表面層欠陥検出装置）に記載されているような、ライン状の光を被検査物照射するとともに該被検査物を回転し、該被検査物により反射される前記ライン状の光をラインセンサで検出し、該ラインセンサで得られる画像を処理して欠陥検出を行う装置がある（同種のもの多数あり）。以下に、前記被検査物の具体例として、複写機の感光体ドラムを例にして説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。
【０００３】
図８は、従来から行われている、表面欠陥検査装置の光学系を説明するための要部概略構成図で、ライン状光源１から照射したライン状の光２は被検査物３の表面４で反射し、その反射光５はレンズ６を通してラインセンサ７上に結像する。
【０００４】
図９は、この時の被検査物を横方向から見た反射光の分布を説明するための図で、被検査物である感光体ドラム３の表面は鏡面ではないため、ライン状の入射光２の一部は全反射し、一部は表面で散乱する。被検査物３上の傷等の凹凸が存在しないときは、図９（Ａ）に示すように、前記ライン状入射光２の被検査物３表面での反射光は正反射光５ａが大半を占める。しかしながら、被検査物３の表面に突起やへこみなどの凹凸３ａが存在する場合は、図９（Ｂ）に示すように、その凹凸部分によって、前記ライン状光２は被検査物３の表面で散乱し、散乱光５ｂ（破線にて示す）を発生する。
【０００５】
上述の様に、被検査物の表面に凹凸部分が有る無しによって、反射光の分布が異なることを利用して欠陥の検出を行うことができる。この時、図９（Ｃ）に示すように、正反射光成分５ａをラインセンサ７ａに受光させ、入力光量の減少を欠陥と検出する方法と、正反射成分から若干離れた位置にラインセンサ７ｂを設置し、散乱光５ｂの増加を欠陥として検出する方法がある。さらに、被検査物３を回転し複数ラインを副走査することにより、被検査物全面にわたっての欠陥検出を行っている。
【０００６】
上記のような、表面欠陥検出装置において、被検査物の形状の歪みや、回転のムラや振動によって反射光の受光位置とラインセンサの位置が変動する。この対策として、図１０に示すような対策がとられている。
１．正反射減少による欠陥検出では、図１０（Ａ）に示すように、変動があってもラインセンサ７に常に正常な正反射光８が受光できるようにライン状光にある程度の幅を採る（破線位置８ａまで変動しても受光できる）。
２．散乱光増加による欠陥検出では、図１０（Ｂ）に示すように、変動があってもラインセンサ７に正反射光８が常に受光しない（破線位置８ｂまで変動しても受光しない）所まで正反射光の受光位置から離す（ただし、図１０（Ａ），図１０（Ｂ）はラインセンサ７の存在する平面であり、８は反射光の結像面を表す）。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上述のごとき欠陥検出方法は、いずれの場合においても、図１１（Ａ），図１１（Ｂ）に示すように、小さな凹凸に対しては、その光量変化率が低下し欠陥を検出できなくなるという問題がある。太いライン状光の場合（入射光２の幅が大きい場合）には、図１１（Ａ）に示すように、欠陥３ａ周囲の拡散光５ｂも同時に入射して信号の変化が小さくなり、細いライン状光の場合（入射光２幅が小さい場合）には、図１１（Ｂ）に示すように、欠陥３ａ周囲の拡散光５ｂが入射しないので信号の変化が大きい。被検査物の回転系の構造の改良や、光学系のセッティングを最適化するなどの対策はできるが、それには限度があり、このような従来の方法では、微小な凹凸欠陥を検出できないという問題があった。
【０００８】
本発明は、上述のごとき実情に鑑みてなされたもので、微小な凹凸欠陥を検出する表面欠陥検出装置を提供することを目的としてなされたものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明は、検査物を該被検査物の中心軸で回転するとともに、該被検査物の表面にライン状の光を照射し、その反射光をラインセンサで受光することにより、前記被検査物の表面の欠陥を検出する欠陥検出装置において、前記ラインセンサの両側のそれぞれに隣接し、該ラインセンサの設置平面と同一平面上の位置に、該反射光を受光する第１の受光素子と第２の受光素子を設けるとともに、前記２つの受光素子が受光する光量が等しくなる位置に前記ラインセンサを移動して、該ラインセンサが正反射光を受光できるようにしたラインセンサ移動手段を有し、前記ラインセンサが受光した正反射光の受光結果を基に被検査物の表面欠陥を検知することを特徴とし、もって、反射光変動に追従してラインセンサを移動することができるようにしたため、被検被物の回転ムラや被検査物の歪みなどによる、反光射光の反射角度の変化に対して、より細い幅のライン光源に対しても安定に光を拘束し、小さな表面欠陥（凹凸）に対する感度を向上するようにしたものである。
【００１０】
請求項２の発明は、請求項１の発明において、前記２つの受光素子と前記ラインセンサ移動手段とが前記ラインセンサに２組設けられ、組ごとに、前記２つの受光素子が受光する光量が等しくなるように前記ラインセンサ移動手段をそれぞれ独立に動作させて、該ラインセンサが正反射光を受光できるようにしたことを特徴とし、もって、ラインセンサと反射光との傾きを検出し、反射光の角度変化に対しても感度を一定に保つようにしたものである。
【００１５】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の一実施例を説明するための要部構成図で、以下、前述の図８に示した検査装置上での実施例として説明する。なお、以降の説明に使用する図はすべて、ラインセンサおよび射光の結像する平面を表している。
【００１６】
図１は、前記ラインセンサ７の設置平面をラインセンサと垂直方向に移動させる手段（たとえば、ピエゾなど）９（９ａ）を設置し、反射光の位置を確認するための信号を得るために、受光素子１０（１０ａ，１０ｂ）を、例えば、図１に示す様に、同一平面上で、ラインセンサ７の両側に設置する。横軸に反射光位置ｙを採ると、受光素子１０の出力は図２に示すようになる。図２の実線部分は、受光素子１０ａから受光素子１０ｂの受光量を差し引いた差分であり、この信号の中央の０点となるようにｙ方向移動手段９を移動することにより、正反射光をラインセンサに受光し続けることができる。この場合、中心点を検出するための動作が必要であり、その初期動作の例を次に挙げておく。
【００１７】
１．ライン状光を被検査物に照射して、ラインセンサ近傍に反射光がくるように設定する。
２．移動手段９をＹプラス方向端点まで移動する。
３．差分受光量をモニタしながら、移動手段９をマイナス方向に移動する。
４．差分受光量が一度大きくなってから減少し、０とクロスしてマイナス側に振れるのを確認する。
５．マイナス側に振れたことを確認してから、逆方向に移動し、差分受光量が０となる点で、停止する。
６．被検査物を回転し、上記４の状態を保ち続けるように、差分受光量でフィ
ードバック制御を行い、表面の欠陥を検出する。
【００１８】
図３は、ラインセンサ７と正反射光成分が傾くことなく重なるように、傾き検出用に受光素子１０ｃ，１０ｄを追加し、また、ラインセンサ７の角度を変更するために移動手段９ｂを追加したものである。移動手段９ａ，９ｂは互いに独立して駆動することが可能であり、移動距離をそれぞれ異なる値とすることにより角度の補正を行うことが可能である。受光素子１０ｃ，１０ｄについても前記と同様に受光量の差分をとり、中心点に移動するようにフィールドバック制御を行う。実際の測定においては、中心点を検出するための動作が必要であり、その初期動作を例を次に挙げておく。
【００１９】
１．ライン状の光を被検査物に照射して、ラインセンサ近傍に反射光がくるように設定する。
２．移動手段９ａ，９ｂをＹプラス方向端点まで移動する（以降、角度補正時まで９ａ，９ｂは同じ動作を行う）。
３．受光素子１０ａ，１０ｂの差分受光量をモニタしながら、マイナス方向に移動する。
４．差分受光量が一度大きくなってから減少し、０とクロスした地点を記憶し、さらに動作を続けて、マイナス側に振れるのを確認する。
５．マイナス側に振れたことを確認してから、Ｙマイナス方向端点まで移動する。
６．受光素子１０ｃ，１０ｄの差分受光量をモニタしながら、プラス方向に移動する。
７．差分受光量が一度大きくなってから減少し、０とクロスした地点を記憶し、さらに動作を続けて、マイナス側に振れるのを確認する。
８．上記４と７で記憶した点からラインセンサと正反射光のなす傾きを補正し、平行となるように移動する。
９．さらに、受光素子１０ａ，１０ｂおよび受光素子１０ｃ，１０ｄともに差分受光量の中心の０点に正反射光が来るように移動する。
１０．被検査物を回転し、上記９の状態を保ち続けるように、差分受光量でフィールドバック制御を行い、表面の欠陥を検出する。
【００２０】
図４は、ラインセンサ移動部及び受光素子（散乱光増加検出型）の配置例を示す図で、散乱光受光を安定に行うために、正反射光が直接ラインセンサ７に入らないようにラインセンサ７から一定距離（ｄ）の地点に上記受光素子１０ａ，１０ｂをオフセットして配置し、上述の図１と同様の動作を行うようにしたものである。このように、受光素子の正反射光位置からの距離を一定にして反射光の検出感度を一定に保つことができる。
【００２１】
図５は、ラインセンサ移動部及び受光素子（散乱光増加検出型、傾き補正あり）の配置の例を示す図で、図示のように、図４に示した例に対して、傾きを検出するために、ラインセンサ７から、必要量離れた地点に受光素子１０ｃ，１０ｄを追加し、上述の図３と同様の動作を行うようにしたものである。これにより、反射光とラインセンサ受光面の傾きおよび間隔を一定に保ち、反射光の検出感度を一定に保つことができる。
【００２２】
図６は、ラインセンサ移動部と位置検出型受光素子の配置の例を示す図で、図示のように、ラインセンサ７に対して垂直に受光位置検出可能な１次元のＰＳＤのような受光素子１１（１１ａ）を設置する（ただし、位置検出分解能が十分で無いときは、傾けて設置することにより擬似的に分解能を上げることもできる）。ここで、ＰＳＤを例にすると、ＰＳＤの出力信号は、受光素子上の位置信号を出力するので、その位置信号によって、ラインセンサ７に対する現在の正反射光位置が測定でき、その間隔を一定に保つことによって、図１（間隔が０）、図４（間隔がｄ）の動作の両方に対応できる。また、その間隔の設定を容易に変更できるため、検査感度の変更や、被検査物の直径変化などに対しての条件変更が容易になる。また、図１から図４の例においては、その構造上、上述のように受光素子の間に正反射光が来るように初期動作をおこなう必要があるが、ＰＳＤのような位置検出が可能な受光素子を用いた場合は、正反射光の現在位置を検出できるので、初期動作をすることなく、所定位置にラインセンサを移動することができる。
【００２３】
図７は、ラインセンサ移動部と位置検出型受光素子（傾き補正あり）の配置例を示す図で、図６に示した例に対して、図示のように、ラインセンサ７と正反射光の傾きの検出用に、図６に示した受光素子１１ａ（ＰＳＤ）と並べて位置検出受光素子１１ｂ（ＰＳＤ）を設置することにより角度的にも平行状態を保つことができるようにしたものである。
【００２４】
【発明の効果】
本発明によれば、被検査物の回転ムラや被検査物の歪みなどによる、反射角度の変化に対して、より細い幅のライン光源に対しても安定に光を拘束し、小さな表面欠陥（凹凸）に対する感度を向上することができる。
【００２５】
また、反射光とラインセンサ受光面の傾きを検出し、該傾きを一定に保つようにしたので、ラインセンサと反射光との傾きを検出することができ、反射光の角度変化に対しても感度を一定に保つことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】ラインセンサ移動部及び受光素子の配置例を示す図である。
【図２】図１に示した受光素子のｙ位置に正反射光を設けたときの受光素子の受光量分布を示す図である。
【図３】傾き補正付のラインセンサ移動部及び受光素子の配置例を示す図である。
【図４】散乱光増加検出型のラインセンサ移動部及び受光素子の配置例を示す図である。
【図５】傾き補正付散乱光増加検出型のラインセンサ移動部及び受光素子の配置例を示す図である。
【図６】ラインセンサ移動部と位置検出型受光素子の配置例を示す図である。
【図７】傾き補正付ラインセンサ移動部と位置検出型受光素子の配置例を示す図である。
【図８】欠陥検査装置の光学系の一例を説明するための要部概略構成図である。
【図９】被検査物表面の反射光の分布モデルを説明するための図である。
【図１０】ラインセンサと正反射光の変動モデルを示す図である。
【図１１】ライン状光の厚み（幅）の変化による凹凸欠陥部分の反射光のモデルを示す図ある。
【符号の説明】
１…ライン光源、２…ライン状光、３…被検査物、４…検査表面（反射面）、５…反射光、５ａ…正反射光、５ｂ…散乱反射光、６…レンズ、７…ラインセンサ、８…正反射光の結像面、９，９ａ，９ｂ…移動手段、１０，１０ａ，１０ｂ…受光素子、１１，１１ａ，１１ｂ…受光素子。

Claims

被検査物を該被検査物の中心軸で回転するとともに、該被検査物の表面にライン状の光を照射し、その反射光をラインセンサで受光することにより、前記被検査物の表面の欠陥を検出する欠陥検出装置において、前記ラインセンサの両側のそれぞれに隣接し、該ラインセンサの設置平面と同一平面上の位置に、該反射光を受光する第１の受光素子と第２の受光素子を設けるとともに、前記２つの受光素子が受光する光量が等しくなる位置に前記ラインセンサを移動して、該ラインセンサが正反射光を受光できるようにしたラインセンサ移動手段を有し、前記ラインセンサが受光した正反射光の受光結果を基に被検査物の表面欠陥を検知することを特徴とする表面欠陥検出装置。
前記２つの受光素子と前記ラインセンサ移動手段とが前記ラインセンサに２組設けられ、組ごとに、前記２つの受光素子が受光する光量が等しくなるように前記ラインセンサ移動手段をそれぞれ独立に動作させて、該ラインセンサが正反射光を受光できるようにしたことを特徴とする請求項１記載の表面欠陥検出装置。