JP4913507B2

JP4913507B2 - 表面欠陥検査装置

Info

Publication number: JP4913507B2
Application number: JP2006233052A
Authority: JP
Inventors: 洋介小沼
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 2006-08-30
Filing date: 2006-08-30
Publication date: 2012-04-11
Anticipated expiration: 2026-08-30
Also published as: JP2008058050A

Description

本発明は、表面欠陥検査装置に関し、詳細には円筒部材、円柱部材等の表面欠陥を検査する表面欠陥検査装置に関する。

複写機やレーザプリンタ等の電子写真式画像形成装置に用いられる感光体ドラムや定着ローラの製造工程においては、その表面に傷やムラなどの欠陥が生じることがある。これらの欠陥は画像品質を低下させるため、こうした不良部品は確実に除去されなければならない。このため、製造工程においては、表面欠陥検査装置などの検査装置を使用した検査が行われている。

例えば特許文献１に開示された表面層欠陥検出装置にあっては、円筒状の被検査物に対して、ライン状の光を被検査物に照射するとともに被検査物を回転させ、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、ラインセンサで得られる画像を処理して欠陥検出を行っている。

このような欠陥検出装置においては、特許文献２に開示されているように、反射光分布が正反射光により近い位置で画像を取得した方が、出力変化の勾配が大きくなるので表面形状による光量の変化が大きく、より微小に緩やかに変化する凹凸を検出できることが知られている。

ところで、近年のレーザプリンタの高画質・高密度化に伴い、検査装置には微小欠陥検出能力が求められてきている。微小欠陥を検出するためには、ラインセンサの撮像位置を反射光分布が正反射光により近い位置に配置することが必要となる。

しかしながら、従来の検査装置においては、被検査物の形状の歪みや、回転振れにより反射光分布が変化するため、反射光の受光位置とラインセンサの相対位置が変動しており、この相対位置変動はセンサに入力する光量を変化させるが、反射光分布が正反射光により近い位置で撮像する場合には、この相対位置変動による光量変化を欠陥による変化と誤検知する問題が生じる。

これを解決するために特許文献３に開示された表面欠陥検査装置では、反射光量分布を測定する撮像手段と、ラインセンサを移動させる移動手段を持ち、反射光量分布を測定して、反射光位置に対してラインセンサが一定位置になるようにラインセンサ位置を制御している。例えば、図１２に示すように被検査物２００の位置が変化した場合には、ラインセンサ１００を並進移動し、図１３に示すように被検査物２００の姿勢が変化した場合には、ラインセンサ１００を回転させる。これにより、従来の表面欠陥検出装置において問題であった被検査物の形状の歪みや回転振れにより発生するセンサ入力光量の変化を抑えて、従来ノイズに埋もれていた微小欠陥を検出するようにしている。

しかしながら、特許文献３に開示された表面欠陥検査装置は、被検査物の一部をエリアセンサで撮像し、反射光の受光位置の変化を検出しているため、被検査物の姿勢変化に対する検出精度が十分とは言えない。

そのため１台のラインセンサで被検査物の全面を撮像すると、被検査物の両端部では、被検査物の回転振れにより発生するセンサ入力光量の変化を抑えきれない。そこで、複数台のラインセンサにて被検査物全面を分割して撮像するようにし、複数台のラインセンサをそれぞれ個別に追従制御することで、検査性能の低下を防いでいた。
特許第２，７１２，９４０号明細書特許第３，４６９，７１４号明細書特開２００４−２７９３６７号公報

しかしながら、複数台のラインセンサを個別に制御しているため、装置構成や制御が複雑になり、コストも高くなっていた。また、ラインセンサを個別に追従制御するための駆動手段が必要なため、レイアウト上さらにラインセンサ台数を増やすことは困難となっており、今後検出すべき欠陥寸法が小さくなり、撮像解像度を高める必要が生じたとしても、検査に必要な解像度が得られないという問題も生じうる。

本発明はこれらの問題点を解決するためのものであり、被検査物の位置や姿勢変動にラインセンサを精度よく追従し、低コストで高解像度化が容易な表面欠陥検査装置及びその方法を提供することを目的とする。

前記問題点を解決するために、本発明の表面欠陥検査装置はロール状の被検査物を支持し回転させる被検査物支持手段と、被検査物の表面に光を照射する照明手段と、被検査物からの反射あるいは拡散する光を検出するラインセンサ及びエリアセンサと、該ラインセンサの位置を調整する位置調整手段を有し、エリアセンサにより取得した情報に基づき、位置調整手段により反射光位置とラインセンサの位置が相対的に一定になるように追従制御して被検査物の表面を検査する。そして、本発明の表面欠陥検査装置における位置調整手段が、被検査物の軸方向及びラインセンサの光軸方向と垂直な方向に移動する駆動機構を有している。駆動機構は、被検査物の軸方向に一対で配置された２台のリニアステージと、ラインセンサが取り付けられるセンサ取付リンクとを備えている。このセンサ取付リンクの一端はリニアステージの一方に回転自在に取り付けられ、センサ取付リンクの他端はリニアステージの他方に回転自在及び並進自在に取り付けられている。そして、ラインセンサのライン方向が被検査物の軸方向と同方向になるように、センサ取付リンクの一端を回転させ、かつセンサ取付リンクの他端を回転及び並進させ、センサ取付リンクに取り付けられているラインセンサの位置及び姿勢を調整することに特徴がある。よって、装置構成を簡素化でき、被検査物の位置や姿勢変動にラインセンサを精度よく追従し、低コストで高解像度化が容易な表面欠陥検査装置を提供できる。

本発明によれば、被検査物の表面に照射された光の反射光あるいは拡散光を検出するラインセンサの位置を調整する位置調整手段が、被検査物の軸方向及びラインセンサの光軸方向と垂直な方向に移動する駆動機構を有している。駆動機構は、被検査物の軸方向に一対で配置された２台のリニアステージと、ラインセンサが取り付けられるセンサ取付リンクとを備えている。このセンサ取付リンクの一端はリニアステージの一方に回転自在に取り付けられ、センサ取付リンクの他端はリニアステージの他方に回転自在及び並進自在に取り付けられている。そして、ラインセンサのライン方向が被検査物の軸方向と同方向になるように、センサ取付リンクの一端を回転させ、かつセンサ取付リンクの他端を回転及び並進させ、センサ取付リンクに取り付けられているラインセンサの位置及び姿勢を調整する。よって、装置構成を簡素化できると共に、被検査物の姿勢変化への追従性能を上げることができる。

図１は本発明の第１の実施の形態例に係る表面欠陥検査装置の構成を示す平面図である。図２は正面図である。両図に示すように、表面欠陥検査装置１０において、図示しない保持手段によって回転可能に保持されたロール状の被検査物２０の軸方向の表面に、光源１１からのライン状の光が照射されている。被検査物２０からの反射光もしくは拡散光は、被検査物２０からの反射光分布を測定するエリアセンサ１２、及び被検査物２０の外観を検査するため撮像手段であるラインセンサ１３で測定される。エリアセンサ１２は被検査物２０からの反射光分布を被検査物２０の軸方向の２箇所で測定できるよう設置されている。また、ラインセンサ１３は位置制御手段としてのリニアステージ１４により並進・回転運動ができるようにセンサ取付リンク１５の所定の位置に取り付けられている。なお、両図ではラインセンサ１３を２台配置した構成を示しているが、被検査物２０の検査領域をカバーできる状態であれば、ラインセンサ１３の台数は少なくとも１台であればよい。

ここで、位置制御手段としてのリニアステージ１４はラインセンサ１３の位置や姿勢を制御するものであり、図１、図２及びラインセンサを搭載した位置制御手段の側面図である図３に示すように、被検査物２０の軸方向に一対で配置された２台のリニアステージ１４と、その両端を、一方のリニアステージ１４に回転自在に取り付けられ、他方のリニアステージ１４に回転・並進自在に取り付けられたセンサ取付リンク１５を有しており、センサ取付リンク１５の所定の位置には前述のラインセンサ１３が、センサのライン方向が被検査物２０の軸方向と同方向になるように設置されている。

次に、図１〜図３に示すように構成された本実施の形態例の表面欠陥検査装置で被検査物の表面を検査する検査動作について説明する。
被検査物２０を検査する時は、図示しない保持手段によって被検査物２０を保持し、被検査物２０を回転させる。光源１１からライン光を照射し、その反射光あるいは拡散光をエリアセンサ１２、及びラインセンサ１３で検出する。この際、エリアセンサ１２にて取得した情報により被検査物２０の反射光分布を算出し、その反射光位置の変化に応じて反射光位置とラインセンサ１３の相対位置が一定になるように位置調整手段のリニアステージ１４によりラインセンサ１３を移動させている。被検査物２０の表面に欠陥がある場合には反射光分布が変化するので、ラインセンサ１３で得た情報を元に演算処理を行い、良否の判定を行う。

図４は位置調整手段の制御装置の構成を示すブロック図である。同図に示すように、位置調整手段の制御装置４０における反射光分布演算部４１は、２箇所に設置されたエリアセンサ１２からのエリアセンサ情報に基づいてそれぞれの反射光分布を算出する。そして、位置変換演算部４２は、反射光分布演算部４１により算出されたそれぞれの反射光分布に基づいて反射光位置情報をリニアステージ１４の位置情報に変換する。次に、リニアステージ位置指令部４３は、位置変換演算部４２からのリニアステージ１４の位置情報に基づいた位置指令をリニアステージ１４に供給することでリニアステージ１４を所望の位置へ移動させる。

図５はリニアステージ及びエリアセンサに対応する被検査物上の位置を示す正面図である。同図において、センサ取付リンク１５と同平面となる被検査物２０上の位置をａ、ｄとし、エリアセンサ１２と同平面となる被検査物２０上の位置をｂ、ｃとし、ａｂ間の距離をＬ１、ｂｃ間の距離をＬ２、ｃｄ間の距離をＬ３、それぞれの位置での被検査物２０の位置をＸａ、Ｘｂ、Ｘｃ、Ｘｄとすると、リニアステージ１４の位置はＸａ、Ｘｄとなり、それぞれ２箇所のエリアセンサ１２の測定結果Ｘｂ、Ｘｃを用いて次式で表現できる。

Ｘａ＝−Ｌ１／Ｌ２×(Ｘｃ−Ｘｂ)＋Ｘｂ・・・(１)
Ｘｄ＝(Ｌ２＋Ｌ３)／Ｌ２×(Ｘｃ−Ｘｂ)＋Ｘｂ・・・(２)

このように、リニアステージ１４を移動させることで、図１２に示すように被検査物の位置が変化した場合には、図６に示すようにリニアステージ１４が同方向へ同じ距離移動して反射光位置とラインセンサ１３の相対位置を一定に保つ。また、図１３に示すように被検査物の姿勢が変化した場合には、図７に示すように２台のリニアステージ１４が異なる距離を移動し、反射光位置とラインセンサ１３の相対位置を一定に保つことができる。
ところで、リニアステージ１４の移動量が異なると、２台のリニアステージ１４におけるセンサ取付リンク１５の取り付け位置間の距離が変わる。しかし、センサ取付リンク１５の片端はリニアステージ１４に回転・並進自在に取り付けられているため、異なる移動量でリニアステージ１４を移動させることができる。図７に示す構成ではセンサ取付リンク１５の片端を長穴にしてリニアステージ１４に取り付けることで、距離の変化に対応しているが、２台のリニアステージ１４にてラインセンサ１３の位置・姿勢を変えることができればよいので、図８に示すように一方のリニアステージ１４に回転自在にリニアガイド５１を取り付けた構成や、図９に示すように両端をリニアステージ１４に回転自在に取り付け、センサ取付リンク１５の長さを変更自在にした構成でもよい。

このように、２台のリニアステージによりラインセンサの位置・姿勢の調整を行うことで、装置構成を簡素化できるため、高解像度化のためセンサ台数を増やす必要が出た場合にも、ラインセンサ台数を容易に増やすことができる。また、リニアステージの並進運動のみで追従動作を行うことから、反射光分布の変化も並進方向のみを検出すればよいので、姿勢変化を検出する場合に比べ、検出精度を上げることができ、追従性能を高めることができる。また、反射光分布の変化は被検査物の形状の歪みや回転振れにより生じるが、近年のレーザプリンタの高画質・高密度化に伴い、例えば感光体ドラム等の被検査物の形状精度が向上しているため、回転振れが反射光分布変化の主要因となっている。回転振れによる変化は、通常被検査物の両端部が大きくなるため、エリアセンサは被検査物の両端の反射光分布を測定することが望ましく、エリアセンサを被検査物の両端の反射光分布を測定する位置に設置することで、ノイズに比べて信号が大きくなるため、検出精度を上げることができる。

図１０は本発明の第２の実施の形態例に係る表面欠陥検査装置の構成を示す正面図である。同図に示す本実施の形態例の表面欠陥検査装置３０では、図２に示した第１の実施の形態例の表面欠陥検査装置におけるエリアセンサ１２とセンサ取付リンク１５の駆動部（リニアステージ１４とセンサ取付リンク１５の結合部）を同一平面上に配置している。よって、本実施の形態例の表面欠陥検査装置３０においては、２箇所のエリアセンサ１２で測定した反射光分布の並進方向の位置をリニアステージ１４の位置に変換し、リニアステージ１４を並進移動させるが、この位置変換には上記式（１），(２)で示したように２箇所のエリアセンサ１２の測定結果を必要とする。ただし、これはエリアセンサ１２での測定位置と、センサ取付リンク１５の駆動部の位置が異なる場合であり、エリアセンサ１２とセンサ取付リンク１５の駆動部を同一平面上に配置すると、上記式（１），（２）におけるＬ１、Ｌ３がゼロになるため、次式で示すようにエリアセンサ１２の測定結果Ｘｂ、Ｘｃをそのままリニアステージ１４の位置Ｘａ、Ｘｄにできる。

Ｘａ＝Ｘｂ・・・（３）
Ｘｄ＝Ｘｃ・・・（４）

反射光位置に対してラインセンサを一定位置になるよう制御するためには、反射光量分布の測定を高速に処理する必要があり、複数台のエリアセンサ情報を高速に処理するためには、高性能な処理演算部が必要となるが、エリアセンサとセンサ取付リンクの駆動部を同一平面上に配置することで、図１１に示すように、制御装置４０を２つに分割することができるので、必要とされる処理性能を抑えることができ、装置全体のコストを下げることができる。

なお、本発明は上記実施の形態例に限定されるものではなく、特許請求の範囲内の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。

本発明の第１の実施の形態例に係る表面欠陥検査装置の構成を示す平面図である。第１の実施の形態例の表面欠陥検査装置の構成を示す正面図である。位置制御手段の構成を示す側面図である。位置調整手段の制御装置の構成を示すブロック図である。リニアステージ及びエリアセンサに対応する被検査物上の位置を示す正面図である。被検査物の位置が変化した場合の位置制御手段によるラインセンサ位置調整の説明図である。被検査物の位置が変化した場合の位置制御手段によるラインセンサ位置調整の説明図である。位置制御手段の構成の一例を示す側面図である。位置制御手段の構成の他の例を示す側面図である。本発明の第２の実施の形態例に係る表面欠陥検査装置の構成を示す書面図である。位置調整手段の制御装置の別の構成を示すブロック図である。被検査物の回転振れによる並進移動を示す図である。被検査物の回転振れによる姿勢変化を示す図である。

符号の説明

１０，３０；表面欠陥検査装置、１１；光源、１２；エリアセンサ、
１３；ラインセンサ、１４；リニアステージ、
１５；センサ取付リンク、２０；被検査物、
４０；制御装置、４１；反射光分布演算部、４２；位置変換演算部、
４３；リニアステージ位置指令部、５１；リニアガイド。

Claims

ロール状の被検査物を支持し回転させる被検査物支持手段と、被検査物の表面に光を照射する照明手段と、被検査物からの反射あるいは拡散する光を検出するラインセンサ及びエリアセンサと、該ラインセンサの位置を調整する位置調整手段を有し、前記エリアセンサにより取得した情報に基づき、前記位置調整手段により反射光位置と前記ラインセンサの位置が相対的に一定になるように追従制御して被検査物の表面を検査する表面欠陥検査装置において、
前記位置調整手段が、被検査物の軸方向及び前記ラインセンサの光軸方向と垂直な方向に移動する駆動機構を有し、
前記駆動機構は、被検査物の軸方向に一対で配置された２台のリニアステージと、前記ラインセンサが取り付けられるセンサ取付リンクとを備え、
前記センサ取付リンクの一端は前記リニアステージの一方に回転自在に取り付けられ、前記センサ取付リンクの他端は前記リニアステージの他方に回転自在及び並進自在に取り付けられ、
前記ラインセンサのライン方向が被検査物の軸方向と同方向になるように、前記センサ取付リンクの一端を回転させ、かつ前記センサ取付リンクの他端を回転及び並進させ、前記センサ取付リンクに取り付けられている前記ラインセンサの位置及び姿勢を調整することを特徴とする表面欠陥検査装置。