JP5552779B2 - 孔内検査方法 - Google Patents

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Description

本発明は、検査対象物に形成された孔の内周面に付着した異物の有無を検査する孔内検査方法に関する。
従来、テープ部材の斜め上方からシアン色波長域の光を照射するC光源と、テープ部材の斜め下方から赤色波長域の光を照射するR光源と、を同時に点灯して、テープ部材の表面で反射したシアン色光とテープ部材に裏面から透過した赤色光とがCCDラインセンサーに入射して、コンピューターに取り込んで、画像処理を行う検査方法が知られている(特許文献1参照)。コンピューターは、シアン色光による反射画像と、赤色光による透過画像とを分離して、それぞれの画像に白黒に置き換える2値化処理を行い、両画像共に黒く表示された部分を異物として検出する。
この検査方法では、テープ部材の表面の異物に対して、2色の照明を斜めに投射することにより、異物を確実に検出できるようにしている。
特開2004−212159号公報
しかし、上記のような検査方法では、テープ部材(検査対象物)の表面に存在する異物には有効であるものの、斜めに照射された光は、例えば、検査対象物に形成された孔の内部にある異物には届かないため、孔の内部の異物を正確且つ確実に検出することができないという問題があった。
本発明は、検査対象物に形成された孔の内周面に付着した異物を、正確且つ確実に検出可能な孔内検査方法を提供することを課題としている。
本発明の孔内検査方法は、プレート状の検査対象物に形成した孔の内周面に付着した異物を検査する孔内検査方法であって、孔を画像認識する画像認識手段を検査対象物の表面に焦点を合わせた状態で、孔を、表面側から画像認識手段の光軸と同軸の第1の波長成分の第1照明手段で照明して撮像すると共に、裏面側から第1の波長成分と異なる第2の波長成分の第2照明手段で照明して撮像する撮像工程と、撮像した第1の波長成分の画像を画像処理して、孔の処理画像を生成すると共に、第2の波長成分の画像を画像処理して、異物の処理画像を生成する画像処理工程と、孔の処理画像と異物の処理画像とを合成して、検体画像を生成する画像合成工程と、を備えたことを特徴とする。
この構成によれば、第1の波長成分を用いて撮像された処理画像には、孔の位置および大きさが正確に表され、第2の波長成分を用いて撮像された処理画像には、孔を透過してきた光、つまり、孔の内周面の様子が表される。そして、孔の内周面に異物が付着している場合、両処理画像を合成することで、孔と異物との位置関係が明確になる。これにより、簡単な画像処理で高精度な処理画像を得ることができ、孔の内周面に異物があるかどうかを正確に且つ確実に検出することができる。
この場合、撮像工程において、第1照明手段による撮像と第2照明手段による撮像と、を同時に実施することが好ましい。
この構成によれば、1度の撮像工程で、2つの画像を生成することができるため、撮像工程に要する時間を短縮することができ、もって、検査対象物に形成した孔内部の孔内検査に要する時間を短縮することができる。
また、この場合、第1の波長成分および第2の波長成分は、R色・G色・B色のうち2色の色成分の組み合わせであることが好ましい。
他にも、第1の波長成分および第2の波長成分は、Y色・M色・C色のうち2色の色成分の組み合わせであることが好ましい。
これらの構成によれば、互いに明確に異なる波長成分を使用することとなるため、画像処理工程において、各々の波長成分に明確に区別したうえで画像処理を行うことができる。また、可視光線の範囲で検査対象物の表面検査を行うことができるため、人の目による確認も容易になる。
この場合、検査対象物がインクジェットヘッドのノズルプレートであり、孔が、ノズルプレートに形成したノズル孔であることが好ましい。
この構成によれば、検査により、吐出液滴の曲りやノズル詰り等の吐出不良が生じる可能性のあるノズルプレートを除外することができる。これにより、基準を満たすノズルプレートのみを確実に選別でき、高品位なインクジェットヘッドを製造することができる。
インクジェットヘッドの外観斜視図(a)およびノズルプレートの一部を模式的に示した斜視図(b)である。 検査装置の概要を模式的に示した側面図である。 孔内検査方法のフローチャートである。 1つのノズル孔について孔内検査方法の各工程で生成される画像を模式的に示した説明図である。 1つのノズル孔について表面検査方法の画像合成工程で生成される画像を模式的に示した説明図である。
以下、添付図面を参照して、本発明の一実施形態に係る孔内検査方法を適用した検査装置について説明する。この検査装置は、検査対象物(インクジェットヘッドのノズルプレート等)を撮像し、その撮像した画像からノズルプレートに形成されたノズル孔の内部に異物があるかどうかを検査するものである。
検査装置2の説明に先立ち、図1を参照して、検査対象物の説明をする。本実施形態における検査対象物は、インクジェットヘッド1のノズル面(表面)を構成するノズルプレート11である。図1(a)に示すように、ノズルプレート11の表面(ノズル面)には、2列のノズル列NLが相互に平行に列設されており、各ノズル列NLは、等ピッチで並べた180個のノズル孔12で構成されている。なお、ノズル列NLの数およびノズル孔12の数は、任意である。
図1(b)に示すように、ノズルプレート11の裏面には、シリコンキャビティ13が接着され、シリコンキャビティ13には、接着フィルム14が接着されている。シリコンキャビティ13は、各ノズル孔12を囲むように配設され、ノズル孔12の数に対応する数の圧力室15と、各圧力室15に供給するための機能液を貯留する共通室16と、各圧力室15と共通室16とをつなぐ供給路17と、を構成している。接着フィルム14は、シリコンキャビティ13の上面の仕切りとして接着されており、図示は省略するが、接着フィルム14の上面の各圧力室15に対応する位置には、圧電素子が配設されている。
インクジェットヘッド1に導入された機能液(インク)は、共通室16から供給路17を介して圧力室15に流れ、ここに貯留される。そして、圧電素子に電圧を印加により圧力室15に体積変化が生じ、各ノズル孔12から機能液が液滴として吐出される。したがって、ノズル孔12の内部に異物4がある場合、液滴の吐出量が変化したり、液滴が吐出されない等の不具合が生じる。また、異物4に先に吐出した液滴が付着し、その後の液滴の吐出方向が曲がる等の問題も生じる。
次に、図2を参照して、検査装置2の説明をする。検査装置2は、ノズルプレート11を撮像するCCDカメラ21(画像認識手段)と、ノズルプレート11を位置決めして固定するワークセット治具22と、CCDカメラ21の光学系の光軸上でノズルプレート11の表面を照明する同軸落射照明23(第1照明手段)と、CCDカメラ21の下端部に装着され、ノズルプレート11の表面を斜めから照明するリング照明24と、ノズルプレート11を裏面(接着フィルム14側)から照明する透過照明25(第2照明手段)と、を備えている。
また、検査装置2は、CCDカメラ21により撮像した画像情報が取り込まれ、各種画像処理を行う画像処理手段26(パーソナルコンピューター)と、リング照明24に電力を供給するリング照明用電源27と、同軸落射照明23および透過照明25に電力を供給するLED照明用電源28と、を備えている。なお、LED照明用電源28側に光源を設け、光ファイバーにより光を導き、ノズルプレート11の表面および裏面を照明するようにしてもよい。
CCDカメラ21は、ノズルプレート11の上側に臨む装置本体31と、CCDイメージセンサーを有するカメラ本体32と、を備えている。CCDカメラ21は、ノズルプレート11の表面に焦点が合うように調整されている。装置本体31は、一端をカメラ本体32のCCDイメージセンサーに連なるように接続した鏡筒33と、鏡筒33の他方の端部に接続した対物レンズ34と、を備えている。対物レンズ34は、ワークセット治具22に固定したノズルプレート11の上側に臨んでいる。カメラ本体32は、鏡筒33の上端に配設されたカラー撮像可能なカメラであり、CCDイメージセンサーに色信号を抽出すための原色(「R(赤)」、「G(緑)」、「B(青)」)のカラーフィルターが取り付けられている(単板方式)。なお、原色に対して補色の関係にある「C,M,Y」のカラーフィルターを用いてもよいし、3CCD方式のカメラを用いてもよい。また、撮像方式としては、CCD方式に限られたものではなく、CMOS方式等、その他どのような撮像方式でもよい。
なお、本実施形態では、CCDカメラ21において、一のノズル列NLにおける4個のノズル孔12が一度に撮像される。しかし、撮像範囲はカメラ本体32や対物レンズ34の仕様により異なるものであり、一度に撮像するノズル孔12の数は、任意である。
ワークセット治具22は、ノズルプレート11を位置決め固定するセットテーブル41と、セットテーブル41にセットされたノズルプレート11を直交軸(X軸・Y軸)上で移動させる移動テーブル42と、移動テーブル42を支持する複数(4本)の脚部43と、を備えている。
セットテーブル41は、全体が透明アクリル樹脂製で構成され、セットテーブル41の中央部は、透明なフィルム(図示省略)で構成されている。透明なフィルムは、ノズルプレート11の2列のノズル列NLを包含する大きさ形成されている。ノズルプレート11は、その表面(ノズル面)を上にして、透明なフィルム上に2列のノズル列NLが臨むようにして固定される。
移動テーブル42は、セットテーブル41をノズル列NLの方向(X軸方向)に移動させるX軸テーブル44と、X軸テーブル44をX軸と直交するY軸方向に移動させるY軸テーブル45と、を備えている。移動テーブル42は、画像処理手段26に接続され、画像処理手段26により、X軸方向およびY軸方向に移動が制御される。これにより、CCDカメラ21の撮像範囲(画角)に合わせてノズルプレート11を移動することができ、ノズルプレート11の表面に形成された全てのノズル孔12を撮像することができる。なお、移動テーブル42を省略して、CCDカメラ21および装置本体31を移動させる構成としてもよいし、作業者がセットテーブル41上のノズルプレート11を手作業で動かしてもよい。
X軸テーブル44の中央部には、セットテーブル41より僅かに小さく形成されたX軸透過開口44aが形成され、同様にY軸テーブル45の中央部には、X軸透過開口44aより大きく形成されたY軸透過開口45aが形成されている。X軸透過開口44aおよびY軸透過開口45aは、透過照明25の直上に位置している。透過照明25からの透過光は、X軸透過開口44a、Y軸透過開口45aおよび上記したセットテーブル41の透明なフィルムを介して、ノズルプレート11を裏面(接着フィルム14側)から照明する。
同軸落射照明23(第1照明手段)は、装置本体31の鏡筒33の下側において枝分かれして、上方に向かって鏡筒33に沿うように配設された同軸落射ケース51と、同軸落射ケース51の上端部に配設された同軸落射LED部52と、同軸落射ケース51の下端部に配設された反射ミラー53と、を備えている。また、同軸落射照明23は、LED照明用電源28に接続され、適正且つ安定した電力が供給されるようになっている。同軸落射照明23は、赤色(R色)LEDを用いた赤色の照明であり、同軸落射LED部52から照射された赤色の光は、同軸落射ケース51内のレンズ(図示省略)で集光され、反射ミラー53および鏡筒33内に配設されたハーフミラー54で反射して、CCDカメラ21の光軸と同一軸でノズルプレート11の表面を照らす。
リング照明24は、対物レンズ34の外側に環状に添設されており、複数の点光源であるハロゲンランプ(図示省略)を環状に配設したリング照明本体61と、リング照明本体61の下側に接続され、光の照射角度を変更するリング治具62と、を備えている。また、リング照明24は、リング照明用電源27に接続され、適正且つ安定した電力が供給されるようになっている。リング治具62は、その内側が鏡面加工されており、リング照明本体61から照射された光(ハロゲン光)は、リング治具62の内側で反射して、ノズルプレート11に対して30°の角度で照射される。リング治具62を通過した光は、CCDカメラ21の撮像範囲に該当するノズルプレート11の表面に集光する。これにより、CCDカメラ21での撮像に必要な光を集めることができる。なお、リング治具62は、上記したものに限られず、例えば、プリズムやレンズ等で構成してもよい。すなわち、CCDカメラ21の撮像範囲に集光するべく、リング照明本体61から照射された光の照射角度を変更できるものであればよい。また、上記したノズルプレート11に対してのハロゲン光の角度(30°)は一例であり、撮像条件に合わせて任意に変更することが好ましい。
透過照明25(第2照明手段)は、ワークセット治具22(のセットテーブル41)の透明なフィルム部分に下側から臨み、対物レンズ34(CCDカメラ21)に対峙するように配設されている。透過照明25は、青色(B)LEDを用いた青色の照明であり、ノズルプレート11の裏面から青色の光を照射する。また、同軸落射照明23と同様に、透過照明25は、LED照明用電源28に接続されている。
画像処理手段26は、画像処理のための作業領域(一時記憶領域)として使用されるRAM71と、画像処理に用いる各種データおよび各種プログラムを記憶(保存)するHDD72と、HDD72に記憶されたプログラム等に従い、各種データを演算処理するCPU73と、CPU73による各種処理を行うための制御プログラムおよび制御データを記憶するROM74と、を有している。また、画像処理手段26には、キーボードやマウス等の入力デバイス75、ディスプレイ76等が接続されており、画像処理手段26は、IOC77(Input Output Controller)を介して、カメラ本体32と接続されている。
続いて、図3および図4を参照して、本実施形態の検査装置2の画像処理手段26によるノズルプレート11の孔内検査の手順(孔内検査方法)について説明する。この孔内検査では、ノズル孔12の内部(内周面)に異物4があるか否かを検査する。図3に示すように、表面検査方法は、CCDカメラ21により、ノズルプレート11の表面に焦点を合わせた状態で、ノズルプレート11を撮像する撮像工程S1と、撮像された画像情報をR色・G色・B色の色成分別の画像を抽出する色成分抽出工程S2と、R色成分およびB色成分の画像を画像処理して処理画像を生成する画像処理工程S3と、生成したR色成分およびB色成分の処理画像を合成して検体画像89を生成する画像合成工程S4と、を備えている。
撮像工程S1に先立ち、作業者は、検査対象物となるノズルプレート11をワークセット治具22の所定位置に固定する。撮像工程S1では、同軸落射照明23、リング照明24および透過照明25をすべて点灯させた状態で、CCDカメラ21により、ノズルプレート11に形成された複数のノズル孔12を撮像する。撮像された画像情報は、IOC77を介して画像処理手段26に取り込まれる(取込画像81:図4(a)参照)。なお、図4では、1つのノズル孔12について、各工程で生成される画像を模式的に示している。
色成分抽出工程S2では、取込画像81から、「R(赤)」、「G(緑)」、「B(青)」の各色成分(波長成分)の画像を抽出し、各色の色成分画像を生成する(赤色成分画像82,緑色成分画像83,青色成分画像84:図4(b)参照)。各色の波長成分は、明確に異なる波長成分からなるものであり、色成分ごとの画像に簡単に抽出することができる。また、可視光線の範囲で当該検査を行うため、画像処理手段26による検査が困難な場合にも、人の目による確認が容易になる。さらに、1度の撮像工程S1で、複数(本実施形態では3つ)の画像を生成することができるため、撮像工程S1に係る時間を短縮することができ、検査対象物の表面検査に要する時間を短縮することができる。
赤色成分画像82は、同軸落射照明23から照射された赤色光の波長成分(第1の波長成分)を抽出することで生成される。同軸落射照明23からの赤色光は、CCDカメラ21の光軸と同軸で照射されているため、ノズル孔12内では下方に通過してしまい、反射(または散乱)することはないが、その他のノズルプレート11の表面で反射等して、その反射光(または散乱光)がCCDカメラ21に入射する。したがって、赤色成分画像82では、ノズル孔12の内部は黒色に表示され、その他のノズルプレート11の表面は赤色に表示される。つまり、赤色成分画像82では、正確な位置および大きさのノズル孔12の輪郭のみが明確に黒色に表示される。なお、リング照明24からのハロゲン光にも赤色の波長成分が含まれているが、この赤色の波長成分は、同軸落射照明23の赤色光よりも弱く、且つ波長成分も異なるため、CCDカメラ21では撮像されず、赤色成分画像82に表示されることはない。
一方、青色成分画像84は、透過照明25から照射された青色光の波長成分(第2の波長成分)を抽出することで生成される。透過照明25からの青色光は、接着フィルム14、各圧力室15および各ノズル孔12内を通過してCCDカメラ21に入射する。したがって、青色成分画像84では、ノズル孔12の内部は青色に表示され、その他のノズルプレート11の表面は黒色に表示される。なお、リング照明24からのハロゲン光にも青色の波長成分が含まれているが、この青色の波長成分は、上記した赤色光と同様の理由で青色成分画像84に表示されることはない。
この際、透過照明25からの青色光は、ノズル孔12の内周面に反射または散乱した成分もCCDカメラ21に入射するため、青色成分画像84において、ノズル孔12の輪郭は、若干ぼやけて、実際の大きさよりも大きく表示される。また、ノズル孔12の内部に異物4が付着している場合、下方から投射された青色光は、その異物4の部分で遮られる。このため、ノズル孔12内の異物4も青色成分画像84において黒色に表示される。したがって、青色成分画像84では、ノズル孔12の輪郭内(青色)に異物4(黒色)が表示されていても、その異物4が、実際にノズル孔12の内部に付着したものか否かを、青色成分画像84で判断することはできない。
続く画像処理工程S3では、画像処理手段26が赤色成分画像82および青色成分画像84に各々2値化処理を行い、2値化画像(赤色成分処理画像85および青色成分処理画像87:図4(c)参照)を各々生成する。2値化処理は、設定した閾値により行われ、2値化処理された赤色成分処理画像85および青色成分処理画像87は、白黒の画像となる。赤色成分処理画像85では、位置および大きさが正確なノズル孔12の輪郭が強調され、同様に、青色成分処理画像87では、ノズル孔12の内部に存在する異物4が強調されることとなる。このように、色成分抽出工程S2を経た赤色成分画像82および青色成分画像84に対して、画像処理工程S3を行うことで、複雑な画像処理を施すことなく、ノズル孔12および異物4を誤検出することのない正確な2値化画像(赤色成分処理画像85および青色成分処理画像87)を得ることができる。なお、2値化処理における画像の輝度の閾値は、固定閾値法、自動2値化法、モード法および判別分析法等の既知の手法や、ユーザーが実験或いは経験等に基づいて、任意に求める。
画像合成工程S4では、画像処理工程S3で生成した赤色成分処理画像85と青色成分処理画像87との両画像間で論理和(OR)演算を行う。これにより、ノズル孔12内の異物4のみが「黒」で表示される(中間検体画像88:図4(d)参照)。その後、中間検体画像88に対して、否定(NOT)演算を行い、白黒を反転させ(異物4が「白」)、これを検体画像89(図4(e)参照)とする。そして、この検体画像89により、画像処理手段26は、ノズル孔12の内部に存在する異物4を検出する。ノズル孔12の位置および大きさが正確に表示された赤色成分処理画像85と、ノズル孔12の内部の異物4が表示された青色成分処理画像87と、を画像処理(論理演算)して生成された検体画像89では、ノズル孔12と異物4との位置関係が明確になり、ノズル孔12の内部(内周面)に異物4があるかどうかを正確に且つ確実に検出することができる。なお、中間検体画像88に対する否定演算に代えて、中間検体画像88の「明」成分(画像の輝度値が「0」)と、それ以外の成分とで2値化処理を実行した画像を検体画像89としてもよい。また、検査に用いるプログラムによっては、否定演算を省略して、中間検体画像88により異物4を検出するようにしてもよい。
以上の構成によれば、1度の撮像工程S1で、複数の画像を生成することができ、孔内検査全体に要する時間を短縮することができる。また、簡単な画像処理の手順で異物4を正確に且つ確実に検出可能な検体画像89を生成することができる。この孔内検査により、吐出液滴の曲りやノズル詰り等の吐出不良が生じる可能性のあるノズルプレート11を除外することができる。これにより、高品位なインクジェットヘッド1の製造が可能となる。
なお、本実施形態では、第1の波長成分として同軸落射照明23からの赤色光を、第2の波長成分として透過照明25からの青色光を用いていたが、第1の波長成分および第2の波長成分は、「R色、G色、B色」のうち、任意の2色の色成分の組み合わせであればよい。また、「C色、M色、Y色」のうち、任意の2色の色成分の組み合わせでもよい。つまり、波長成分の異なる画像を抽出(分解)することができれば、どのような色(波長)でもよく、可視光線と不可視光線との別も問わない。
なお、本実施形態の検査装置2では、ノズルプレート11の孔内検査と同時または個別に、ノズルプレート11の表面の損傷3の有無を検査(表面検査)することができる。以下、図4および図5を参照して、ノズルプレート11の表面検査の手順(表面検査方法)について簡単に説明する。この表面検査は、ノズルプレート11に形成されたノズル孔12の周縁部の損傷3(ノズル孔12に接する損傷3)の有無を検査するものである。
この表面検査方法は、上記した孔内検査方法と略同様の手順で行われるものであり、色成分抽出工程S2で生成した赤色成分画像82および緑色成分画像83を用いる(図4(b)参照)。緑色成分画像83は、リング照明24から照射されたハロゲン光に含まれる緑色の波長成分を抽出することで生成される。そして、画像処理工程S3において、2値化画像(赤色成分処理画像85および緑色成分処理画像86)を各々生成する(図4(c)参照)。次に、画像合成工程S4では、赤色成分処理画像85と緑色成分処理画像86との両画像間で排他的論理和(XOR)演算を行うとノズル孔12およびその周縁部の損傷3が「黒」で表示された中間検体画像88が生成される(図5(a)参照)。この中間検体画像88に対して、否定(NOT)演算(または「明」成分と、それ以外の成分とで2値化)を行い検体画像89とする(図5(b)参照)。これにより、ノズル孔12の輪郭に接する損傷3があるかどうかを正確に且つ確実に検出することができる。
1:インクジェットヘッド、2:検査装置、11:ノズルプレート、21:CCDカメラ、23:同軸落射照明手段、25:透過照明手段、26:画像処理手段

Claims (5)

  1. プレート状の検査対象物に形成した孔の内周面に付着した異物を検査する孔内検査方法であって、
    前記孔を画像認識する画像認識手段を前記検査対象物の表面に焦点を合わせた状態で、前記孔を、表面側から前記画像認識手段の光軸と同軸の第1の波長成分の第1照明手段で照明して撮像すると共に、裏面側から前記第1の波長成分と異なる第2の波長成分の第2照明手段で照明して撮像する撮像工程と、
    撮像した前記第1の波長成分の画像を画像処理して、前記孔の処理画像を生成すると共に、前記第2の波長成分の画像を画像処理して、前記異物の処理画像を生成する画像処理工程と、
    前記孔の処理画像と前記異物の処理画像とを合成して、検体画像を生成する画像合成工程と、を備えたことを特徴とする孔内検査方法。
  2. 前記撮像工程において、前記第1照明手段による撮像と前記第2照明手段による撮像と、を同時に実施することを特徴とする請求項1に記載の孔内検査方法。
  3. 前記第1の波長成分および前記第2の波長成分は、R色・G色・B色のうち2色の色成分の組み合わせであることを特徴とする請求項1または2に記載の孔内検査方法。
  4. 前記第1の波長成分および前記第2の波長成分は、Y色・M色・C色のうち2色の色成分の組み合わせであることを特徴とする請求項1または2に記載の孔内検査方法。
  5. 前記検査対象物がインクジェットヘッドのノズルプレートであり、
    前記孔が、前記ノズルプレートに形成したノズル孔であることを特徴とする請求項1ないし4のいずれかに記載の孔内検査方法。
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