JP4688192B2

JP4688192B2 - 表面検査装置

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Publication number: JP4688192B2
Application number: JP2004255186A
Authority: JP
Inventors: 昌年笹井
Original assignee: Mega Trade Corp
Current assignee: Mega Trade Corp
Priority date: 2004-09-02
Filing date: 2004-09-02
Publication date: 2011-05-25
Anticipated expiration: 2024-09-02
Also published as: JP2006071453A

Description

本発明は、三次元形状をなす製品の表面形成状態を一台のカメラ装置で検査することのできる表面検査装置に関するものである。

近年、画像認識技術の高度化に伴って、製品の表面形成状態をカメラ装置で検査する検査装置が普及するようになってきている。このような検査装置は、例えば、平面状のプリント基板や液晶基板、立体的な凸部や凹部などの表面形成状態を検査するものである。このような検査装置のうち、三次元形状をなす製品の表面形成状態を検査するものとしては、下記の特許文献１に記載されるようなものなどが存在する。

この特許文献１に記載される検査装置は、側面と上面を有する凸状の検査対象物の表面形成状態を検査するものであり、検査対象物を照射する照射装置と、内側に断面三角形状を有するリング状の透明な光学部材とを具備してなる。そして、検査対象物の上面や側面の形成状態を検査する場合、リング状の光学部材の三角形状をなす下側面から検査対象物の画像を透過させ、その画像を三角形状をなす上側面に映し出すとともに、リング状の光学部材の中心孔から検査対象物の上面の画像を取得し、一台のカメラ装置で同時に検査対象物の上面と側面の画像を取得できるようにしたものである。
特開２０００−１７１２２６号公報

ところで、このような検査対象物の上面もしくは底面、側面などを一台のカメラ装置を用いて撮像する場合、次のような問題が生ずる。すなわち、検査対象物の表面に形成された微細な不良部分（例えば、ダイキャスト製品に形成された気泡跡など）を精密に検査する場合、レンズによってその表面画像を拡大しなければならないが、一台のカメラ装置を用いてこれら異なる面の画像を取得する場合、それぞれの面からカメラ装置までの光路長が異なっていると、それぞれの面に正確にピントを合わせることができなくなってしまう。この具体例を考えると、例えば、特許文献１のように凸部の上面と側面の画像をカメラ装置で取得する場合、上面とカメラ装置との光路長は短くなり、一方、側面とカメラ装置との光路長は長くなる。このため、検査対象物である凸状体の上面にピントを合わせれば、側面の画像がぼけてしまい、逆に、側面にピントを合わせれば上面の画像がぼけてしまうことになる。従って、一台のカメラ装置を用いて異なる側面にピントを合わせて画像を取得することができず、精密な検査を行うことができないという問題を有していた。

そこで、本発明は上記課題に着目してなされたもので、一台のカメラ装置を用いながら、三次元形状をなす検査対象物の表面画像を正確に取得でき、精密な検査を行うことのできる検査装置を提供することを目的とするものである。

本発明は上記課題を解決するために、凹部もしくは凸部の平面部分と側面部分に光を照射する照射装置と、当該照射装置から照射された光のうち前記検査対象物の平面部分及び側面部分の反射光を一台のカメラ装置で取得し、当該取得した画像に基づいて前記凹部もしくは凸部の各面の形成状態を検査する表面検査装置において、スペーサを介して対向する二枚の上板および下板の下板側に取り付けられる第一の反射部材と第二の反射部材によって設定され、前記側面部分から斜め方向に出力された反射光を反射させ、更に、当該反射光を反射させてカメラ装置に入射させる第一の光路の光路長と、前記上板に設けられた凹部に保持されるロンボイドプリズムによって設定され、前記平面部分からの出力光を反射させ、再び、平面部分に対して垂直な方向に反射させてカメラ装置に入射させる第二の光路の光路長とを同一に設定するようにしたものである。

このように構成すれば、三次元形状をなす異なる面、例えば、底面や上面などの平面部分と側面部分の画像を一台のカメラ装置で取得する際、各画像のピントずれを防止することができ、正確な画像を取得することによる精密な検査を行うことができるようになる。

本発明では、凹部もしくは凸部の平面部分と側面部分に光を照射する照射装置と、当該照射装置から照射された光のうち前記検査対象物の平面部分及び側面部分の反射光を一台のカメラ装置で取得し、当該取得した画像に基づいて前記凹部もしくは凸部の各面の形成状態を検査する表面検査装置において、スペーサを介して対向する二枚の上板および下板の下板側に取り付けられる第一の反射部材と第二の反射部材によって設定され、前記側面部分から斜め方向に出力された反射光を反射させ、更に、当該反射光を反射させてカメラ装置に入射させる第一の光路の光路長と、前記上板に設けられた凹部に保持されるロンボイドプリズムによって設定され、前記平面部分からの出力光を反射させ、再び、平面部分に対して垂直な方向に反射させてカメラ装置に入射させる第二の光路の光路長とを同一に設定するようにしたので、三次元形状をなす異なる面、例えば、底面や上面、側面などの画像を一台のカメラ装置で取得する際、各画像のピントずれを防止することができ、正確な画像を取得することによる精密な検査を行うことができるようになる。

以下、本発明の一実施の形態について図面を参照して説明する。図１は、この実施の形態における表面検査装置１の光路の状態を示す概要を示したものであり、図２における上板４３を取り外した状態の概略図を示したものである。また、図２は、この実施の形態における光学装置４の平面図を示したものであり、図３は図２におけるＸ−Ｘ断面図を示したものである。また、図４及び図６は第二の実施の形態及び第三の実施の形態における光路調整機構４５の概要を示したものであり、図５は、表面検査装置１の機能ブロック図を示したものである。

この実施の形態における表面検査装置１は、例えば、ダイキャストによって形成された凹部２の表面形成状態を検査しうるようにしたもので、一台のカメラ装置３１を用いて、その凹部２の底面２０及び両側面２１の画像を取得し、画像処理によってその凹部２に気泡跡などが存在していないかどうかを精密に検査できるようにしたものである。なお、この実施の形態では、凹部２の底面２０や側面２１を検査する場合について説明するが、これに限らず、例えば、凸部の上面や側面を検査する場合にも適用することができるのはもちろんである。

この実施の形態における表面検査装置１は、検査対象物に光を照射する照射装置３０と、検査対象物からの反射光をカメラ装置３１に導くための光学装置４と、この光学装置４によって光路長の調整された反射光に基づいて、検査対象物の表面形成状態の良否を判定するコンピュータ３とを備えてなる。以下、本実施の形態の詳細について説明する。

まず、照射装置３０は、凹部２の底面２０及び両側面２１に光を照射するためのＬＥＤやハロゲンランプなどによって構成され、後述する光学装置４の近傍に配置される。この照射装置３０の光軸は、凹部２の中心軸に対して左右対称となるように設けられるのが好ましく、また、受光軸に対して直接反射光が入射されないように光軸を斜めにずらして設けられるのが好ましい。尚、この照射装置３０による光軸の角度については、より精密な検査を行えるように種々の角度から検査対象物に光を照射できるようにしておくのが好ましい。

そして、この照射装置３０から出力された光は、凹部２の底面２０や両側面２１で反射され、その反射光を光学装置４に入力させる。この光学装置４は、底面２０からの反射光と両側面２１からの反射光を一台のカメラ装置３１に入射させる、その際、各光路長を同一となるように設定するものである。具体的には、この光学装置４は、次のように構成される。

すなわち、この光学装置４は、凹部２の側面２１からの反射光を第一の光路４０とし、また、底面２０からの反射光を第二の光路４１とした場合に、第一の光路４０の光路長と第二の光路４１の光路長をそれぞれ同一となるように設定する。この第一の光路４０は、検査対象物の側面２１から斜め方向に出力された反射光を第一の反射部材４０ａで約４５度反射させ、次に、第二の反射部材４０ｂで更に約４５度反射させるようにして設けられる。この第一の光路４０は、凹部２の中心軸に沿って、左右対称に形成される。また、第二の光路４１は、検査対象物の底面２０から真上方向に出力された反射光を上下方向に複数回反射させ（図３参照）、凹部２の中心軸に沿ってカメラ装置３１に入射させるように設けられる。このような光路を形成する反射部材の構成を図２及び図３に示す。

この第一の反射部材４０ａ及び第二の反射部材４０ｂは、スペーサ４２を介して対向する二枚の上板４３及び下板４４の間に設けられ、また、第三の反射部材４１ａは上板４３の凹部４３０に保持されるように設けられる。このうち、第一の反射部材４０ａと第二の反射部材４０ｂは、複数のピン４４０によって位置決めされた状態で下板４４に接着によって保持される。このようにピン４４０で位置決めし、また、保持するのは、ＮＣ加工によってピン４４０の位置を正確に設定することができるためである。尚、このように下板４４に第一の反射部材４０ａや第二の反射部材４０ｂを固定してしまうと、その後、反射角度などを微妙に調整することができなくなってしまう。このため、第二の実施の形態として、例えば、図４に示すような光路調整機構４５を設けることもできる。

この図４に示す光路調整機構４５は、第一の反射部材４０ａを支持するベース４５０と、このベース４５０のスライド許容方向に沿って下板４４に設けられた長孔４５１と、このベース４５０を長孔４５１に沿って固定するための固定具４５２とを具備するように構成したものである。そして、第一の反射部材４０ａや第二の反射部材４０ｂの位置・角度を変更する場合、まず、固定具４５２を緩めてベース４５０を長孔４５１の任意の位置にスライドさせ、そのスライド位置で適当な角度となるように設定できるようにしたものである。この状態で固定具４５２を締め付けるようにすれば、任意の角度から出力されてきた反射光の角度を変更してカメラ装置３１側まで出力することができるようになる。また、図４では、第一の反射部材４０ａのみを移動させる機構について示しているが、これに限らず、第二の反射部材４０ｂの位置や角度についても同様の構成で変更できるようにしても良い。

また、第三の反射部材４１ａは、底面２０から出力された反射光を一旦その出力方向と垂直な方向に迂回させ、再び底面２０に対して垂直な方向に反射光を出力する。このような第三の反射部材４１ａとしては、例えば、単一の部材で形成されたロンボイドプリズムなどが用いられる。このロンボイドプリズムを使用した場合の光路の状態を図３に示す。図３は、図２におけるＸ−Ｘ断面図を示したものである。このロンボイドプリズムは、上側及び下側に山型形状の面を有するもので、まず、水平方向に入射された光を下側の傾斜面４１０で真上方向に直角に反射させ、更に、上側の傾斜面４１１で２回直角に反射させて、再び、下側の傾斜面４１０で前記入射方向と同じ方向に光を出力する。この迂回する光路により、第一の光路４０の光路長と第二の光路４１の光路長とが同一になるように設定される。このロンボイドプリズムは、図２に示すように、上板４３の端部に形成された凹部４３０に嵌め込まれ、その嵌め込まれた状態で固定片４３１やネジなどを用いて、その端辺を押圧するようにして固定される。

このように光路長を同一に設定された反射光は、それぞれ平行な状態でカメラ装置３１に入射され、ピントを合わせた状態で画像としてカメラ装置３１で取得される。

このカメラ装置３１で取得された後におけるコンピュータ３の機能ブロック図について説明する。

カメラ装置３１は、ＣＣＤカメラやラインセンサなどによって構成される。このカメラ装置３１によって底面２０及び両側面２１の画像は同時に取得されることになるが、これらの画像の判定は底面２０・側面２１の区別をすることなく行われる。なお、カメラ装置３１によって取得された画像領域を左右中央に三分割することによって左右両側面２１及び底面２０の画像をそれぞれ個別に判定することもできる。

前処理部３２は、このカメラ装置３１で取得された画像を所定の輝度値によって二値化処理し、その結果を画像メモリ３３に記憶する。

計数手段３４は、画像メモリ３３に記憶されている画像に基づいて、輝度毎の画素数を計数する。通常、凹部２の底面２０及び両側面２１が平面状であれば、その取得された二値化画像は白もしくは黒の一色となるが、ダイキャスト成形時の気泡跡などが残っていれば、その部分が反転して黒もしくは白の画素として出力されることとなる。このため、この反転した色の部分の画素数を計数手段３４で計数する。

これに対して、記憶手段３５には、あらかじめ気泡跡などのような不良部分に対する許容範囲の情報を記憶している。具体的には、反転する色の画素数をあらかじめ記憶しておく。もちろん、画素数だけでなく、反転する色の部分のクラスタ部分の大きさなどに関する情報を記憶しておくようにしても良い。

そして、判定手段３６は、前記計数手段３４によって計数された反転部分の画素数と、前記記憶手段３５に記憶されている判定値となる画素数とを比較し、不良部分の大きさ、もしくは、数が許容範囲内であるか否かを判定する。そして、この判定結果を出力手段３７を介して音声又は表示によって報知可能に出力する。

このように上記実施の形態によれば、対向する側面２１と底面２０とからなる凹部２に光を照射する照射装置３０と、当該照射装置３０から照射された光のうち前記検査対象物の底面２０及び側面２１で反射された光を一台のカメラ装置３１で取得し、当該取得した画像に基づいて前記凹部２の各面の形成状態を検査する表面検査装置１において、スペーサ４２を介して対向する二枚の上板４３及び下板４４の下板４４側に取り付けられる第一の反射部材４０ａや第二の反射部材４０ｂで設定され、側面２１からの反射光を反射させてカメラ装置３１に入射させるための第一の光路４０と、前記上板４３の凹部４３０に保持されるロンボイドプリズムによって設定され、底面２０からの反射光を反射させてカメラ装置３１に入射させる第二の光路４１との光路長を同一となるように設定したので、凹部２の底面２０や両側面２１の画像を一台のカメラ装置３１で取得する際、各画像のピントずれを防止することができ、正確な画像を取得することによる精密な検査を行うことができるようになる。

なお、本発明は上記実施の形態に限定されることなく、種々の態様で実施することができる。

例えば、上記実施の形態では、一個のロンボイドプリズムによって第二の光路４１の光路長を調整するようにしているが、これを独立した複数の反射部材を組み合わせることによって光路長を調整する光路調整機構４５を設けるようにしても良い。この場合の一例としては、例えば、図６に示すように、下側と上側に対向する山型の傾斜面を有する反射部材４６ａ、４６ｂを設けておき、上側の反射部材４６ａのネジで上下方向に平行移動させることによって反射部材４６ａ、４６ｂの間の距離を変え、第二の光路４１の光路長を調整するようにしても良い。

また、上記実施の形態では、凹部２の底面２０と側面２１の形成状態を検査する場合について説明したが、凸部の上面と側面の形成状態を検査する場合や、右側面、左側面、前側面、後側面などのように異なる面の形成状態を検査する場合についても適用することができる。

更に、上記実施の形態では、検査対象物の表面からカメラ装置３１までの光路長をそれぞれ同一となるように設定しているが、厳密に光路長を一致させる必要はなく、検査装置１の検査精度に支障をきたさない程度に一致させれば良い。通常、ユーザがどのような凹部２の形状の検査を行うか分からないため、例えば、奥行きの深い検査対象物を検査するような場合は、底面２０からの第二の光路４１の光路長が長くなってしまう可能性がある。しかし、多少の光路長のずれによって検査に支障をきたさないような場合は、第一の光路４０と第二の光路４１の交点からカメラ装置３１までの光路長を同一に設定すれば良い。

本発明の一実施の形態を示す検査装置の概略図同形態における光学装置の平面図同形態における光学装置のＸ−Ｘ断面図第二の実施の形態における光路調整機構を示す図第一の実施の形態における検査装置の機能ブロック図第三の実施の形態における光路調整機構を示す図

表面検査装置・・・１
凹部・・・２
底面・・・２０
側面・・・２１
カメラ装置・・・３１
第一の光路・・・４０
第二の光路・・・４１
第一の反射部材・・・４０ａ
第二の反射部材・・・４０ｂ
第三の反射部材・・・４１ａ
下側の傾斜面・・・４１０
上側の傾斜面・・・４１１
上板の凹部・・・４３０
光路調整機構・・・４５
ベース・・・４５０
長孔・・・４５１
固定具・・・４５２

Claims

凹部もしくは凸部の平面部分と側面部分に光を照射する照射装置と、当該照射装置から照射された光のうち前記検査対象物の平面部分及び側面部分の反射光を一台のカメラ装置で取得し、当該取得した画像に基づいて前記凹部もしくは凸部の各面の形成状態を検査する表面検査装置において、
スペーサを介して対向する二枚の上板および下板の下板側に取り付けられる第一の反射部材と第二の反射部材によって設定され、前記側面部分から斜め方向に出力された反射光を反射させ、更に、当該反射光を反射させてカメラ装置に入射させる第一の光路の光路長と、
前記上板に設けられた凹部に保持されるロンボイドプリズムによって設定され、前記平面部分からの出力光を反射させ、再び、平面部分に対して垂直な方向に反射させてカメラ装置に入射させる第二の光路の光路長と、
を同一に設定したことを特徴とする表面検査装置。