JP3665217B2

JP3665217B2 - 表面欠陥検出装置及び表面欠陥検出方法

Info

Publication number: JP3665217B2
Application number: JP03799599A
Authority: JP
Inventors: 照己鎌田
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 1999-02-17
Filing date: 1999-02-17
Publication date: 2005-06-29
Anticipated expiration: 2019-02-17
Also published as: JP2000234917A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は表面欠陥検出装置に関し、特に円筒状等の被検査物の表面の欠陥を光学的に画像処理を施して検出する装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
複写機やレーザプリンタ等の書込み系に用いられる感光体ドラム等の円筒状製品の表面欠陥の自動検査では、ライン光源からのライン状光を軸回転する円筒状被検査物の回転軸に平行に照射して円筒状被検査物の表面からの拡散・反射光の変化をラインセンサにて取り込んで得られる２次元展開した画像を画像処理して行っている。
【０００３】
このような表面欠陥検査装置において、検査範囲における検出能力を一定とするためにラインセンサとライン光源、そして被検査物の相対的な位置は平行が望ましい。このため現在はセンサのプロファイル信号をオシロスコープで表示したり、実際に画像取得と評価、調整を繰り返すなどで、熟練した検査者が調整を行っている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、自動検査の普及に伴う調整工程が増加し、検査能力の安定性、再現性を確保することは難しくなっている。また、検出精度を向上させるためには、表面形状に対して高感度な調整が必要となるため、細かい調整が要求される。これらは、検査能力を一定にし、統一された自動検査を行う上で大きな課題となっている。
【０００５】
本発明はこれらの問題点を解決するためのものであり、検出能力が安定し、メンテナンスの容易な表面欠陥検出装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
前記問題点を解決するために、本発明の表面欠陥検出装置は、被検査物の表面にライン状の光を照射するライン光源と、被検査物の表面からの反射光を受光して画像信号を得るラインセンサと、ラインセンサを被検査物の表面における接平面と平行な面上で移動する移動手段と、画像信号の変化により、被検査物の表面の欠陥を検出する欠陥検出手段とを有している。更に、本発明の表面欠陥検出装置は、角度算出手段と角度判定手段と第１の角度調整手段と第２の角度調整手段と最適位置算出手段とを有している。そして、角度算出手段は画像信号に基づき、被検査物の画像内において成す角度α、及び正反射成分と被検査物の成す角度βをそれぞれ算出する。角度判定手段は角度α及び角度βが設定角度以内であるか否かを判定する。また、第１の角度調整手段は角度αが設定角度以内でないと判定された場合に、ラインセンサと被検査物とがなす角度が平行になるように調整する。更に、第２の角度調整手段は角度βが設定角度以内でないと判定された場合に、ライン光源と被検査物とがなす角度が平行になるように調整する。また、最適位置算出手段は角度α及び角度βが設定角度以内であると判定された場合に、移動手段の位置情報とラインセンサへの入力との同期を取りながら画像信号を取得し、当該画像信号の明るさ分布に基づきラインセンサの最適な位置を算出する。そして、移動手段によりラインセンサを算出された最適な位置に移動した後に、欠陥検出手段により被検査物の表面の欠陥を検出する。よって、ラインセンサ、被検査物の撮像面及びライン光源の互いの相対的な最適な位置及び角度の調整を容易に行うことができ、検査能力が安定し、メンテナンスの容易な表面欠陥検出装置が提供できる。
【０００７】
また、別の発明としての表面欠陥検出方法によれば、画像信号に基づき、被検査物の画像内において成す角度α、及び正反射成分と被検査物の成す角度βをそれぞれ算出する角度算出工程と、角度α及び角度βが設定角度以内であるか否かを判定する角度判定工程と、角度αが設定角度以内でないと判定された場合に、ラインセンサと被検査物とがなす角度が平行になるように調整する第１の角度調整工程と、角度βが設定角度以内でないと判定された場合に、ライン光源と被検査物とがなす角度が平行になるように調整する第２の角度調整工程と、角度α及び角度βが設定角度以内であると判定された場合に、ラインセンサの位置情報とラインセンサへの入力との同期を取りながら画像信号を取得し、当該画像信号の明るさ分布に基づきラインセンサの最適な位置を算出する最適位置算出工程とを有し、ラインセンサを算出された最適な位置に移動した後に、被検査物の表面の欠陥を検出する。よって、ラインセンサ、被検査物の撮像面及びライン光源の互いの相対的な最適な位置及び角度の調整を容易に行うことができ、検査能力が安定し、メンテナンスが容易となる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
本発明の表面欠陥装置では、先ず角度算出手段は画像信号に基づき、被検査物の画像内において成す角度α、及び正反射成分と被検査物の成す角度βをそれぞれ算出する。そして、角度判定手段は角度α及び角度βが設定角度以内であるか否かを判定する。第１の角度調整手段は角度αが設定角度以内でないと判定された場合に、ラインセンサと被検査物とがなす角度が平行になるように調整し、第２の角度調整手段は角度βが設定角度以内でないと判定された場合に、ライン光源と被検査物とがなす角度が平行になるように調整する。一方、最適位置算出手段は角度α及び角度βが設定角度以内であると判定された場合に、移動手段の位置情報とラインセンサへの入力との同期を取りながら画像信号を取得し、当該画像信号の明るさ分布に基づきラインセンサの最適な位置を算出する。
【００１４】
【実施例】
以下、本発明の一実施例を図面に基づいて説明する。
図１は本発明の一実施例に係る表面欠陥検出装置の構成を示す概略図である。同図において、ライン光源１１は被検査物１２の回転軸に対して平行にライン光の照射光線となるように所定の距離を置いて配置されている。ラインセンサ１３は被検査物１２の表面からの反射及び散乱した光を光電変換して画像処理するためのものであり、所定の離間位置量分離れて図示していない移動機構によって矢印方向へ移動する。なお、ライン光源１１と被検査物１２とラインセンサ１３は欠陥検出感度を一様にするために互いに相対的に平行となるように配置される。また、それぞれの位置関係はラインセンサ１３の位置が被検査物１２の表面からの光が正反射する位置に近い程表面形状の変化に対して敏感に受光量は変動するため、表面の微小な凹凸やすり傷などを検出するためにはラインセンサ１３を正反射位置近くに設置する必要がある。一方、色合いや濃度変化は散乱光成分として現れるので濃度むら、色むら等の欠陥を検出するためには反射光位置から適正量話して設置している。このような構成や配置による表面欠陥検出装置において、ライン光源１１から照射されたライン状光は被検査物１２の表面で反射及び散乱し、受光体であるラインセンサ１３に到達する。そして、ラインセンサ１３は通常固定した１ラインを観測することになるため、被検査物１２を回転させて２次元の画像を取り込み画像処理を施して表面欠陥を検出する。このような円筒状の被検査物を検査する光学系において、被検査物を固定し逆にカメラ側を検査対象物の回転軸に対して垂直方向に等速移動しながら画像を取り込むことにより、図２に示すような観測ラインの周辺の２次元画像を入力することができ、調整が容易になる。
【００１５】
また、被検査物１２の撮像するラインと平行である平面、つまり図３の（ａ）における断面Ａを示す図３の（ｂ）の平面におけるセンサ角度を外部制御装置によって調整する機構を検査装置に付加することにより、上記で得た２次元画像から被検査物１２の画像内において成す角度（図２の（ａ）の角度α）を算出することによって被検査物１２とラインセンサ角度を平行に調整することができる。
【００１６】
更に、同様にして、被検査物１２の撮像するラインと平行である平面、つまり、図３の（ａ）における断面Ｂにおけるライン光源角度を外部制御装置によって調整する機構を検査装置に付加することにより、上記で得た２次元画像において正反射成分と被検査物の成す角度（図２の（ａ）の角度β）を算出することによって被検査物とライン光源角度を平行に調整することができる。
【００１７】
上記実施例では、角度成分の調整が可能であるが、撮像した画像とカメラ位置の対応が取れないという細かい条件の自動設定に適用でない。そこで、センサ移動機構（図示せず）の位置と同期して画像を取り込むことによって、画像内での位置から、実際のカメラステージ位置を設定することが可能となり、カメラステージを移動して取り込んだ２次元画像から検査の最適な位置を設定できる。なお、同期方法としては、画像入力トリガ用に位置検出センサを設定し等速移動するステージがそのセンサ位置に来たことを表すセンサ出力を画像の垂直同期信号とし、水平の同期信号を画像入力装置におけるインターバルタイマで管理する方法やステージ移動に伴う位置情報（リニアスケールのエンコーダ信号等）により所定位置から等間隔でラインセンサに水平同期信号を与える方法などがある。こうして得られた画像から、最適撮像位置算出手段にて算出した欠陥撮像位置にセンサ移動ステージを移動し、自動検査を行う。この最適撮像位置を算出する方法は、図４に示すような反射光分布における絶対値や変化率を所定の値になるように設定する方法や、正反射光位置から所定距離離れた位置を設定する方法などがある。
【００１８】
また、インデックステーブル上の複数のステーションにおける各被検査物の欠陥を検出する装置においては、各インデックス毎の最適位置を記憶する手段を持ち、インデックスが回転するたびに所定の撮像位置へ移動し欠陥検査を行うことにより、各ステーション間の相対位置のばらつきを吸収し安定した欠陥検査を行う。
【００１９】
更に、実際にセンサを移動し取り込んだ画像は正反射光部分から散乱光部分、及び周辺環境までを画像として取り込むため、非常にダイナミックレンジが大きい。このため、照射光量を外部から制御可能なライン光源を用いて、正反射光成分、散乱光成分毎に適した光量を照射することによって、角度調整画像や最適撮像位置算出用の画像を最適な明るさで取得し、最適位置算出の精度を高めることができる。
【００２０】
次に、これらの撮像位置自動調整の手順を図５に示すフローチャートに従って説明すると、先ず位置情報画像が入力されると正反射光の角度が検出される（ステップＳ５０１，Ｓ５０２）。当該正反射光の角度が所定の設定角度以内であるか否かを判定し、以内でなければ角度調整ステージを移動させて設定角度以内に成るように正反射光の角度を調整する（ステップＳ５０４）。そして、正反射光の角度が所定の設定角度以内になったときは、位置情報画像に基づいて撮像位置の最適な位置を上記の算出方法により算出する（ステップＳ５０５，Ｓ５０６）。そして、算出した最適な位置へ移動して基準ワークでの検出テストを行う（ステップＳ５０７，Ｓ５０８）。その結果が所定の検出レベルか否かを調べて、検出レベルに達していなければ再度最適位置を計算し直す（ステップＳ５０９）。所定の検出レベルに達してれば当該最適位置を保存する（ステップＳ５１０）。
【００２１】
なお、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲内に記載であれば多種の変形や置換可能であることは言うまでもない。
【００２２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の表面欠陥検出装置は、角度算出手段と角度判定手段と第１の角度調整手段と第２の角度調整手段と最適位置算出手段とを有している。そして、角度算出手段は画像信号に基づき、被検査物の画像内において成す角度α、及び正反射成分と被検査物の成す角度βをそれぞれ算出する。角度判定手段は角度α及び角度βが設定角度以内であるか否かを判定する。また、第１の角度調整手段は角度αが設定角度以内でないと判定された場合に、ラインセンサと被検査物とがなす角度が平行になるように調整する。更に、第２の角度調整手段は角度βが設定角度以内でないと判定された場合に、ライン光源と被検査物とがなす角度が平行になるように調整する。また、最適位置算出手段は角度α及び角度βが設定角度以内であると判定された場合に、移動手段の位置情報とラインセンサへの入力との同期を取りながら画像信号を取得し、当該画像信号の明るさ分布に基づきラインセンサの最適な位置を算出する。そして、移動手段によりラインセンサを算出された最適な位置に移動した後に、欠陥検出手段により被検査物の表面の欠陥を検出する。よって、ラインセンサ、被検査物の撮像面及びライン光源の互いの相対的な最適な位置及び角度の調整を容易に行うことができ、検査能力が安定し、メンテナンスの容易な表面欠陥検出装置が提供できる。
【００２３】
また、別の発明としての表面欠陥検出方法によれば、画像信号に基づき、被検査物の画像内において成す角度α、及び正反射成分と被検査物の成す角度βをそれぞれ算出する角度算出工程と、角度α及び角度βが設定角度以内であるか否かを判定する角度判定工程と、角度αが設定角度以内でないと判定された場合に、ラインセンサと被検査物とがなす角度が平行になるように調整する第１の角度調整工程と、角度βが設定角度以内でないと判定された場合に、ライン光源と被検査物とがなす角度が平行になるように調整する第２の角度調整工程と、角度α及び角度βが設定角度以内であると判定された場合に、ラインセンサの位置情報とラインセンサへの入力との同期を取りながら画像信号を取得し、当該画像信号の明るさ分布に基づきラインセンサの最適な位置を算出する最適位置算出工程とを有し、ラインセンサを算出された最適な位置に移動した後に、被検査物の表面の欠陥を検出する。よって、ラインセンサ、被検査物の撮像面及びライン光源の互いの相対的な最適な位置及び角度の調整を容易に行うことができ、検査能力が安定し、メンテナンスが容易となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例に係る表面欠陥検出装置の構成を示す概略図である。
【図２】本実施例におけるセンサ移動に伴う調整前後の画像の様子を示す図である。
【図３】本実施例におけるラインセンサ角度調整方向の設定の様子を示す図である。
【図４】本実施例における正反射光と散乱光の光量分布を示す特性図である。
【図５】本実施例に係る撮像位置自動調整の手順を示すフローチャートである。
【符号の説明】
１１ライン光源
１２被検査物
１３ラインセンサ

Claims

被検査物の表面にライン状の光を照射するライン光源と、前記被検査物の表面からの反射光を受光して画像信号を得るラインセンサと、前記ラインセンサを前記被検査物の表面における接平面と平行な面上で移動する移動手段と、前記画像信号の変化により、前記被検査物の表面の欠陥を検出する欠陥検出手段とを有する表面欠陥検出装置において、
前記画像信号に基づき、被検査物の画像内において成す角度α、及び正反射成分と被検査物の成す角度βをそれぞれ算出する角度算出手段と、
前記角度α及び前記角度βが設定角度以内であるか否かを判定する角度判定手段と、
前記角度αが設定角度以内でないと判定された場合に、前記ラインセンサと前記被検査物とがなす角度が平行になるように調整する第１の角度調整手段と、
前記角度βが設定角度以内でないと判定された場合に、前記ライン光源と前記被検査物とがなす角度が平行になるように調整する第２の角度調整手段と、
前記角度α及び前記角度βが設定角度以内であると判定された場合に、前記移動手段の位置情報と前記ラインセンサへの入力との同期を取りながら画像信号を取得し、当該画像信号の明るさ分布に基づき前記ラインセンサの最適な位置を算出する最適位置算出手段と
を有し、
前記移動手段により前記ラインセンサを算出された最適な位置に移動した後に、前記欠陥検出手段により前記被検査物の表面の欠陥を検出することを特徴とする表面欠陥検出装置。
ライン光源により被検査物の表面にライン状の光を照射し、前記被検査物の表面における接平面と平行な面上で移動するラインセンサにより前記被検査物の表面からの反射光を受光して画像信号を取得し、前記画像信号の変化により、前記被検査物の表面の欠陥を検出する表面欠陥検出方法において、
前記画像信号に基づき、被検査物の画像内において成す角度α、及び正反射成分と被検査物の成す角度βをそれぞれ算出する角度算出工程と、
前記角度α及び前記角度βが設定角度以内であるか否かを判定する角度判定工程と、
前記角度αが設定角度以内でないと判定された場合に、前記ラインセンサと前記被検査物とがなす角度が平行になるように調整する第１の角度調整工程と、
前記角度βが設定角度以内でないと判定された場合に、前記ライン光源と前記被検査物とがなす角度が平行になるように調整する第２の角度調整工程と、
前記角度α及び前記角度βが設定角度以内であると判定された場合に、前記ラインセンサの位置情報と前記ラインセンサへの入力との同期を取りながら画像信号を取得し、当該画像信号の明るさ分布に基づき前記ラインセンサの最適な位置を算出する最適位置算出工程と
を有し、
前記ラインセンサを算出された最適な位置に移動した後に、前記被検査物の表面の欠陥を検出することを特徴とする表面欠陥検出方法。