JP4158227B2 - 微小凹凸の検査方法および検査装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ガラス等の鏡面性または透過性を有する物体の表面の微小凹凸等の欠点の検査や評価に用いられる微小凹凸の検査方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ガラス等の鏡面性を有する製品表面における微小凹凸等の欠点を検査する一般的な方法として、検査員の目視による方法があるが、目視による方法では、検査員の熟練が必要になるとともに、見落としや見誤りをなくすことが困難である。また、要求される品質が高くなると、目視検査で対応することが難しくなる。そこで、種々の自動検査装置が提案されている。
【０００３】
例えば、特開昭６３−２９３４４８号公報には、被検物からの透過光、透過散乱光、反射光および反射散乱光のうちの複数の光を用いて欠点を検出する方法が開示されている。また、特開平１−１０７１０３号公報には、被検物からの正反射光と乱反射光とを用いて欠点を検出する方法が開示されている。さらに、特開平４−２３８２０７号公報や特開平５−２１５６９７号公報には、複数のセンサを設け各センサの出力にもとづいて欠点を検出する方法が開示されている。そして、特開平８−１５２４１６号公報や特開平９−４９８０６号公報には、光源または光源と受光部とを被検物に対して所定の角度に設定して被検物からの透過光または反射光にもとづいて欠点を検出する方法が開示されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、複数の光を用いる方法または１種類の光を用いるものの複数センサを用いる方法では、検出対象が小さくなって必要な解像度が高くなるにつれて、センサ間の位置合わせが難しくなる。同様に、光源または光源と受光部とを被検物に対して所定の角度に設定する必要がある方法でも、光源や受光部の位置合わせが難しくなる。従って、位置ずれによる誤動作や検出感度の低下を招いたり、検査装置の調整や保守に多大の労力がかかるという課題がある。
【０００５】
そこで、本発明は、被検物の欠点を検出する際に複数のセンサを用いる必要がなく、また、センサ等の位置合わせをする必要もなく、かつ、被検物における微小凹凸をほこり等の散乱性欠点と区別して検査および評価することができる微小凹凸の検査方法および検査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】
本発明による微小凹凸の検査方法は、光源から照射された光の被検物表面での反射光または被検物での透過光を受光し、受光して得られた画像を用いて被検物表面の微小凹凸を検査する微小凹凸の検査方法であって、補助光源からの光の被検物表面のほこりの部分における散乱による光量の増加量が主光源からの光の被検物表面のほこりの部分における散乱による光量の減少量よりも大きくなるように、主光源の光度に対して補助光源の光度を設定し、主光源からの光を被検物に照射するとともに、被検物における正反射光または透過光が受光部に入射しないよう設置された補助光源からの光を被検物に照射し、受光して得られた画像中の暗点を微小凹凸と判定し、画像中の明点をほこりと判定することを特徴とする。また、主光源としてストライプパターンを有する光源を使用してもよい。
【０００７】
本発明による微小凹凸の検査装置は、光源から照射された光が被検物表面で反射された反射光または被検物を透過した透過光を受光し、受光して得られた画像を用いて被検物表面の微小凹凸を検査する微小凹凸の検査装置であって、出射される光の被検物表面のほこりの部分における散乱による光量の増加量が主光源からの光の被検物表面のほこりの部分における散乱による光量の減少量よりも大きくなるように、主光源の光度に対して光度が設定され、被検物における正反射光または透過光が受光部に入射しないよう設置された補助光源を備え、演算装置が、主光源からの光と補助光源からの光が同時に被検物に照射されている状態で受光して得られた画像中の各画素の信号レベルを判定し、画像中の暗点を微小凹凸と判定し、画像中の明点をほこりと判定するように構成される。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
図１は、本発明による微小凹凸の検査方法を実行するための検査装置を示す構成図である。図に示すように、面状の拡散光源である主光源１からガラス等の被検物２に照射された光は、被検物２の表面で正反射され、ＣＣＤエリアカメラ等の撮像素子４に入力する。また、補助光源３が、補助光源３による被検物２における正反射光が撮像素子４に入射しないように、すなわち被検物２に対して浅い角度で光が入射するような位置に設置される。この実施の形態では、補助光源３は、被検物２に対して撮像素子４と同じ側に、また、被検物２の法線に対して撮像素子４と同じ側に設置されている。
【０００９】
次に、演算装置５に取り込まれる画像について図２を参照して説明する。図２（Ａ）において、（ａ）は主光源１からの光のみが被検物２に照射された場合の画像の例を示し、（ｂ）は補助光源３からの光のみが被検物２に照射された場合の画像の例を示し、（ｃ）は双方の光が被検物２に照射された場合の画像の例を示す模式図である。ここで、被検物２の表面に微小凹凸６とほこり７がある場合を考える。図２（Ｂ）の（ａ），（ｂ），（ｃ）は、それぞれ図２（Ａ）の（ａ），（ｂ），（ｃ）に示された各画像におけるＩ−Ｉ断面の光量の例を示す説明図である。図２（Ｂ）には、微小凹凸６による信号６１，６２，６３と、ほこり７による信号７１，７２，７３が示されている。
【００１０】
主光源１からの光のみが被検物２に照射された場合には、被検物２の全面での正反射光が撮像素子４に入射され明視野となる。微小凹凸６の部分では反射角が微妙にずれる。そのために、微小凹凸６の部分では、反射光が曲げられて暗点となる。ほこり７は散乱要素であるから、光が散乱される分だけ正反射光が減り、ほこり７の部分では暗点となる。よって、図２（Ｂ）の（ａ）に示すように、微小凹凸６およびほこり７の部分で光量が小さくなった信号が現れる。
【００１１】
補助光源３からの光のみが被検物２に照射された場合には、正反射光が撮像素子４に入射されず暗視野になる。ほこり７の部分では光が散乱されて撮像素子４に入り、ほこり７の部分は明点となる。しかし、微小凹凸６の部分では、多少反射光が曲げられるものの、反射光は撮像素子４に入射されず明点とはならない。よって、図２（Ｂ）の（ｂ）に示すように、ほこり７の部分で光量が大きくなった信号が現れる。
【００１２】
主光源１からの光と補助光源３からの光が被検物２に同時に照射された場合には、主光源１による正反射光が撮像素子４に入射されるので明視野となる。そして、微小凹凸６の部分では、反射光が曲げられて暗点となる。一方、ほこり７の部分では、主光源１からの光の散乱による光量の減少と補助光源３からの光の散乱による光量の増加とが同時に起こる。しかし、補助光源３からの光の散乱による光量の増加量が主光源１からの光の散乱による光量の減少量よりも大きくなるように、補助光源３による被検物２の面の照度を主光源１による被検物２の面の照度に対して強くしておけば、ほこり７の部分では明点となる。よって、図２（Ｂ）の（ｃ）に示すように、ほこり７の部分で光量が大きくなり、微小凹凸６の部分で光量が小さくなった信号が現れる。
【００１３】
以上のことから、主光源１からの光と補助光源３からの光とを被検物２に同時に照射すれば、被検物２における微小凹凸６とほこり７とを区別して検出できることがわかる。具体的には、図１に示す主光源１と補助光源３とを点灯した状態で撮像素子４が被検物２の反射像を撮像し、画像を演算装置５に出力する。演算装置５は、入力した画像のうちの光量が小さい画素に対応した部分を微小凹凸６であると判定する。また、光量が大きい画素に対応した部分にほこり７が存在すると判定する。
【００１４】
次に、図２（Ａ）の（ａ）に示すような明視野で暗点にならないような微弱な微小凹凸も検出できるように感度を上げる方法について説明する。
図３（Ａ）は、主光源１をストライプパターンとして、主光源１からの光と補助光源３からの光とを被検物２に同時に照射した場合の画像を示す模式図である。また、図３（Ｂ）は、図３（Ａ）に示された各画像におけるＩ−Ｉ断面の光量の例を示す説明図である。図３（Ｂ）に示すように、ほこり７の部分で光量が大きくなった信号７４が現れ、微小凹凸６の部分で光量が小さくなった信号６４が現れる。また、黒ストライプの部分で光量が小さくなった信号８が現れる。
【００１５】
ここで、撮像素子４の焦点は被検物２の表面（被検面）に合っているので、黒ストライプの部分ではエッジがぼけた小さな信号８が現れる。よって、画像に対してハイパスフィルタ処理を施すことによって、それらの信号８を除去することができる。
【００１６】
上述したように、微小凹凸は、反射角が微妙にずれることによって、撮像された画像における光量が変わり、光量変化にもとづいて検出される。ストライプがない場合の明視野では主光源１の外の像が撮像されるほどに反射角度を変える凹凸の斜面が急な部分のみが検出される。すなわち、検出の感度は比較的低い。しかしストライプがある場合には、近傍の黒部分の反射像が撮像される程度の小さな反射角度の変化を引き起こす緩やかな傾斜の部分も検出される。すなわち、主光源１をストライプパターンにすると、検出の感度を上げることができる。また、ストライプパターンのピッチや白黒の比を変えることによって、どの程度の角度の凹凸まで検出するか調整することができる。すなわち、ストライプパターンのピッチや白黒の比を変えることによって、感度を変えることができる。
【００１７】
次に、図４のフローチャートを参照して具体的な動作について説明する。
まず、図１に示す主光源１と補助光源３とを点灯した状態で撮像素子４が被検物２の反射像を撮像し画像を演算装置５に出力する。演算装置５は画像を取り込む（ステップＳ１）。そして、演算装置５は、スムージング等のローパスフィルタ処理を施す（ステップＳ２１）。この結果、黒ストライプの像を含み、微小凹凸６とほこり７による信号が除去された画像が得られる。次いで、入力した原画像とローパスフィルタ処理が施された画像との差を算出する（ステップＳ２２）。この結果、黒ストライプの部分が除去され、微小凹凸６とほこり７による信号が現れた画像が得られる。なお、ステップＳ２１とステップＳ２２の処理が、ハイパスフィルタ処理（ステップＳ２）となっている。
【００１８】
演算装置５は、ステップＳ２で得られた画像を構成する各画素を、正のしきい値および負のしきい値と比較する。ここで、０は明視野の光量に相当する値である。図２（Ｂ）の（ｃ）に示されたように、微小凹凸６の部分では光量が負の値として現れ、ほこり７は正の値として現れる。よって、正負のしきい値を適切に設定すれば、正のしきい値を越えた画素に相当する部分をほこり７、負のしきい値よりも小さい画素に相当する部分を微小凹凸６と判定することができる。
【００１９】
以上のように、主光源１をストライプパターンとし、主光源１と補助光源３とを同時に点灯し、得られた画像についてハイパスフィルタ処理を施すことによって、微小凹凸６およびほこり７を、あるしきい値以下、以上として検出できる。そして、主光源１をストライプパターンにした場合には検出感度が上がっている。
なお、微小凹凸６が黒ストライプ上に存在する場合でも、それを問題なく検出することができる。図５〜図７は、そのことを説明するための説明図である。
【００２０】
図５は、被検面に凹凸がない場合を示している。撮像素子４の焦点は被検面上にあるので、主光源１の面はぼけた状態になっている。つまり、撮像素子４の１画素が見る領域は光路１０のように広がり、その画素には、黒ストライプ９より広い領域の平均的光量が入力される。図６は、被検面に微小凹部１１がある場合を示している。微小凹部１１は、焦点を結んだ直後に凹面鏡を入れた状態と同じ効果を示すので、主光源１の面において焦点ずれの影響を弱める。従って、撮像素子４の１画素が見る領域は光路１２のように狭まり、撮像された画像において、その画素の信号は、図５に示された場合に比べて小さくなる。
【００２１】
図７は、被検面に微小凸部１３がある場合を示している。微小凸部１３は焦点を結ぶ前に凸面鏡を入れた状態と同じ効果を示すので、焦点を結ぶ位置が遠くなって、やはり主光源１の面において焦点ずれの影響を弱める。従って、撮像素子４の１画素が見る領域は、やはり光路１４のように狭まり、撮像された画像において、その画素の信号は、図５に示された場合に比べて小さくなる。
以上のように、黒ストライプの照射位置に微小凹凸があっても、微小凹凸がない場合に比べて画像における信号レベルが小さくなるので、微小凹凸は問題なく検出される。
【００２２】
以上、被検物２の表面の微小凹凸をほこり等の散乱性欠点と区別して検出する場合について説明した。しかし、ほこり等の影響を除去して被検物２の表面の微小凹凸欠点を検出するのに本発明を適用できるだけでなく、ほこりのない状況では、主光源１と補助光源３とを同時に用いて、微小凹凸欠点を暗点、きずなどの散乱性欠点を明点として、それらを同時に区別して検出するために本発明を適用することもできる。
また、本発明によれば、微小凹凸の位置と大きさとを検出できるので、表面に凹凸が施された被検物２の凹凸むらを、ほこり等の影響をうけずに評価することもできる。さらに、被検物２の凹凸むらの評価と、きずなどの欠点の検出とを同時に行うこともできる。
【００２３】
上記の実施の形態では、図１に示されたように、補助光源３が、被検物２に対して撮像素子４と同じ側に、また、被検物２の法線に対して撮像素子４と同じ側に設置されていた。しかし、図１に示された場合と同様に照射の光軸が被検面に近い角度に設定されていれば、図８に示すように、補助光源３が被検物２の法線に対して撮像素子４と反対側に設置されていても、上記の実施の形態の場合と同様の効果を得ることができる。さらに、図９に示すように、被検物２に対して撮像素子４とは反対側であって、補助光源３による被検物２の透過光が撮像素子４に入らないような位置に補助光源３を設置してもよい。この場合には、補助光源３による被検物２の透過光による散乱が微小凹凸と散乱性欠点とを識別する作用を果たす。
【００２４】
また、図１０および図１１に示すように、被検物２に対して主光源１を撮像素子４と反対側に設置し、被検物２の透過光による明視野を形成するようにしても、上記の実施の形態の場合と同様の効果を得ることができる。その場合、図１０に示すように、補助光源３を被検物２に対して撮像素子４と同じ側に設置してもよいし、図１１に示すように、補助光源３を被検物２に対して撮像素子４と反対側に設置してもよい。なお、被検物２の透過光による明視野を形成する場合には、微小凹凸において透過光が微妙に屈折するために、撮像された画像において微小凹凸に部分が暗点になる。
【００２５】
検査装置を、主光源１、補助光源３および撮像素子４がひとまとまりになった構成にすることもできる。そして、主光源１、補助光源３および撮像素子３と被検面との角度を一定に保ちつつ被検物２の形状に沿って検査装置を移動させることによって、撮像素子４の視野を越える広い範囲の検査を容易に行うことができる。
【００２６】
以下、本発明の具体的適用例を説明する。
ブラウン管用ガラスの外面の微小な凹み群を検査対象とし、図１に示された反射光学系を用い、被検面の法線と撮像素子４の光軸とを１５°傾けた。そして、ガラス面上で１画素が０．０３３ｍｍ×０．０３３ｍｍとなるように、また、Ｆ１６となる光学条件を設定した。主光源１として高周波の拡散光源にストライプフィルムを重ねたものを用い、ストライプパターンを、白と黒の幅が２：１の比でピッチ１．９ｍｍとし、画像上で１ピッチが３７画素に相当するように設定した。補助光源３としてファイバ光源を用い、被検面に対して２５°の角度で光が照射されるようにファイバ光源を設置した。
【００２７】
また、得られた画像に対して３×３のスムージング処理を２回行ってローパスフィルタ処理を行い、得られた原画像とローパスフィルタ処理が施された画像との差の画像において、しきい値以下の領域を欠点とした。
【００２８】
そして、約１０ｍｍ角の領域に対して被検面上の微小凹みの数を数える検査を用いたところ、目視で詳細に確認した数に対して検出率は８６％であり、微小凹凸以外を検出した誤検出率は総検出数に対して９％であった。
【００２９】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、微小凹凸の検査方法を、主光源からの光を被検物に照射するとともに、出射される光の被検物表面のほこりの部分における散乱による光量の増加量が主光源からの光の被検物表面のほこりの部分における散乱による光量の減少量よりも大きくなるように、主光源の光度に対して光度が設定され、被検物における正反射光または透過光が受光部に入射しないよう設置された補助光源からの光を被検物に照射し、受光して得られた画像中の暗点を微小凹凸と判定し、画像中の明点をほこりと判定するように構成したので、ほこり等の散乱要因を選択的に光らせることができ、その結果、被検物表面の微小凹凸欠点を、ほこり等の他の欠点や誤検出要因と区別して検査することができ、精度のよい確実な検査を行うことができる。
【００３０】
また、微小凹凸の検査装置を、出射される光の被検物表面のほこりの部分における散乱による光量の増加量が主光源からの光の被検物表面のほこりの部分における散乱による光量の減少量よりも大きくなるように、主光源の光度に対して光度が設定され、被検物における正反射光または透過光が受光部に入射しないよう設置された補助光源を備え、演算装置が、主光源からの光と補助光源からの光が同時に被検物に照射されている状態で受光して得られた画像中の各画素の信号レベルを判定し、画像中の暗点を微小凹凸と判定し、画像中の明点をほこりと判定する構成にしたので、ほこり等の散乱要因を選択的に光らせた画像を解析することによって微小凹凸を散乱要因と区別して検査することができるようになり、また、複数センサや光源および受光部の位置合わせを行う必要はなく、検査装置の調整や保守が容易化される効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明による微小凹凸の検査装置を示す構成図である。
【図２】 （Ａ）は撮像される画像の例を示す模式図、（Ｂ）は、（Ａ）に示された各画像におけるＩ−Ｉ断面の光量の例を示す説明図である。
【図３】 ストライプパターンの主光源からの光と補助光源からの光とを被検物に同時に照射した場合に得られる画像を示す模式図である。
【図４】 演算装置の信号処理の一例を示すフローチャートである。
【図５】 被検面に凹凸がない場合の光路を示す説明図である。
【図６】 被検面に微小凹部がある場合の光路を示す説明図である。
【図７】 被検面に微小凸部がある場合の光路を示す説明図である。
【図８】 本発明による微小凹凸の検査装置の他の実施の形態を示す構成図である。
【図９】 本発明による微小凹凸の検査装置のさらに他の実施の形態を示す構成図である。
【図１０】 本発明による微小凹凸の検査装置のさらに他の実施の形態を示す構成図である。
【図１１】 本発明による微小凹凸の検査装置のさらに他の実施の形態を示す構成図である。
【符号の説明】
１ 主光源
２ 被検物
３ 補助光源
４ 撮像素子
５ 演算装置

Claims (3)

1. 光源から照射された光の被検物表面での反射光または被検物での透過光を受光し、受光して得られた画像を用いて被検物表面の微小凹凸を検査する微小凹凸の検査方法であって、
   補助光源からの光の前記被検物表面のほこりの部分における散乱による光量の増加量が主光源からの光の前記被検物表面のほこりの部分における散乱による光量の減少量よりも大きくなるように、前記主光源の光度に対して該補助光源の光度を設定し、
   前記主光源からの光を前記被検物に照射するとともに、前記被検物における正反射光または透過光が受光部に入射しないよう設置された前記補助光源からの光を前記被検物に照射し、
   受光して得られた画像中の暗点を微小凹凸と判定し、画像中の明点をほこりと判定する
   ことを特徴とする微小凹凸の検査方法。
2. 主光源としてストライプパターンを有する光源を使用する
   請求項１記載の微小凹凸の検査方法。
3. 光源から照射された光が被検物表面で反射された反射光または被検物を透過した透過光を受光し、受光して得られた画像を用いて被検物表面の微小凹凸を検査する微小凹凸の検査装置であって、
   主光源と、
   出射される光の前記被検物表面のほこりの部分における散乱による光量の増加量が前記主光源からの光の前記被検物表面のほこりの部分における散乱による光量の減少量よりも大きくなるように、前記主光源の光度に対して光度が設定され、前記被検物における正反射光または透過光が受光部に入射しないよう設置された補助光源と、
   前記主光源からの光と前記補助光源からの光が同時に前記被検物に照射されている状態で得られた画像中の各画素の信号レベルを判定し、画像中の暗点を微小凹凸と判定し、画像中の明点をほこりと判定する演算装置と
   を備えたことを特徴とする微小凹凸の検査装置。

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