JP5708264B2 - 孔形状検査方法および孔形状検査プログラム - Google Patents

Description

本発明は、孔形状検査方法および孔形状検査プログラムに関する。

液体あるいは気体などを吐出させるための微小な貫通孔を有する部品、装置の場合、貫通孔の形状や大きさに高い精度が要求されることが多く、その検査には正確さと検査作業性の良さが要求されている。例えば、インクジェットプリンターの液滴吐出装置に備える液滴吐出ノズルの貫通孔の場合は、貫通孔形状の正確さのみならず、貫通孔の吐出端面部（外面端部）に極めて微小な欠けや異物の付着が存在することによって、液滴の吐出の正確さが損なわれ、液滴被吐出媒体に形成される印刷画像に品質の低下を招いてしまう。このような欠陥を検出する方法として、貫通孔の撮像画像によって欠陥の有無を検出する方法が一般的に用いられている。

特許文献１では撮像した画像の２値化データから最小二乗法によって求めた直線式と、画像データとの交点を求め、隣り合う交点座標の差から欠陥を算定する方法が開示されている。しかし、特許文献１では直線状の形状であることが条件となり、貫通孔のような円形状の検出には適さない方法であった。この課題を解決する方法として、特許文献２には直線か曲線かを、撮像画像の２値化データを複数に短絡分化してショートベクトルとして表し、隣り合うショートベクトルの変位角を算出して直線か曲線かを認識する方法が開示されている。

しかし、特許文献２では、被検出形状が直線か曲線かを認識する方法は開示されているものの欠陥の検出方法については開示されていない。そこで、特許文献３では撮像画像の２値化データから被検出形状の輪郭近似線を算出し、輪郭近似線を含む画素を走査し、画像データが１から０に変わる直前の画素を欠け検出開始点と識別し、この検出開始点から画像データを走査し欠けの大きさを算出する方法が開示されている。

特開平１−２６３７７４号公報 特開平１−１１６７７２号公報 特開平９−２８１０５５号公報

しかし、上述の特許文献３であっても、被検出形状を撮像する際の照明が、落射照明または透過照明であっても、被検出形状の形状を示す縁部分の輝度変化は、例えば被検出形状が貫通孔であった場合には貫通孔の内側から外側に向かって徐々に変化し、従来のエッジ検出処理を行なうと縁部分がエッジとして検出され、この縁部分に欠けや異物が存在しても、縁部分からの分離が困難となる課題があった。

そこで、被検出形状に縁部における欠けや異物の検出を確実に行える孔形状検査方法および孔形状検査プログラムを提供する。

本発明は、少なくとも上述の課題の一つを解決するように、下記の形態または適用例として実現され得る。

〔適用例１〕本適用例の孔形状検査方法は、物体に形成された孔の形状良否を判定する孔形状検査方法であって、前記孔の内形状を撮像して孔形状画像を得る孔形状撮像工程と、前記孔形状画像を２値化して２値化画像を得る２値化画像形成工程と、前記２値化画像形成工程によって形成された前記２値化画像により前記孔の面積が既定値であるかを判定する孔面積判定工程と、前記２値化画像から前記孔の内形状の孔重心を求める孔重心演算工程と、前記孔形状画像に対して、前記孔重心を中心とする同心フィルターをかけ、前記孔重心を中心とする同心形状上の画素の１画素当たりの平均輝度と、前記同心形状上の１画素の画素輝度と、の差によるフィルタリング画像を得るフィルタリング画像形成工程と、前記フィルタリング画像を２値化して２値化フィルタリング画像を得る２値化フィルタリング画像形成工程と、を有し、前記２値化フィルタリング画像の画素数が所定の値以下である場合、前記孔を良品と判定する良否判定工程を有することを特徴とする。

従来のエッジ検出画像による欠陥部もしくは異物の検出では、欠陥部もしくは異物が極めて微小である場合、エッジ画像に埋もれてしまい検出が困難であった。しかし、本適用例の孔形状検査方法である、被検査対象の孔の撮像画像を被検査対象の孔形状と同心形状上での平均輝度と、個々の画素の輝度を比較し、その輝度の差を２値化して形成される鮮明な白黒画像によって良否判定を行うことによって、極めて微小な欠陥部もしくは異物であっても、対応した画像を抽出することができる。よって、検査の精度を高めることが可能となり、不良品の流動を防止することができる。

〔適用例２〕上述の適用例において、前記物体が液滴吐出ノズルプレートであることを特徴とする。

液滴吐出ノズルプレートは極めて微小な液滴吐出孔を、複数備え、その吐出孔に欠陥部もしくは異物が存在していると液滴の吐出方向、量の不具合を生じてしまう。その液滴吐出ノズルプレートの孔形状検査を、上述の適用例による検査方法で行うことにより、極めて微小な欠陥部もしくは異物を確実に検出することができる。

〔適用例３〕本適用例のプログラムは、物体に形成された孔の形状良否を判定する孔形状検査方法をコンピューターに実現させる孔形状検査プログラムであって、前記孔の内形状を撮像して孔形状画像を得る孔形状撮像ステップと、前記孔形状画像を２値化して２値化画像を得る２値化画像形成ステップと、前記２値化画像形成ステップによって形成された前記２値化画像により前記孔の面積が既定値であるかを判定する孔面積判定ステップと、前記２値化画像から前記孔の内形状の孔重心を求める孔重心演算ステップと、前記孔形状画像に対して、前記孔重心を中心とする同心フィルターをかけ、前記孔重心を中心とする同心形状上の画素の１画素当たりの平均輝度と、前記同心形状上の１画素の画素輝度と、の差によるフィルタリング画像を得るフィルタリング画像形成ステップと、前記フィルタリング画像を２値化して２値化フィルタリング画像を得る２値化フィルタリング画像形成ステップと、を有し、前記２値化フィルタリング画像の画素数が所定の値以下である場合、前記孔を良品と判定する良否判定ステップを有することを特徴とする。

本適用例の孔形状検査方法のプログラムは、被検査対象の孔の撮像画像を被検査対象の孔形状と同心形状上での平均輝度と、個々の画素の輝度との差で形成される画像を２値化して良否判定を検査装置に実行させる。２値化された鮮明な画像を得ることによって、極めて微小な欠陥部もしくは異物であっても、対応した画像を抽出することができる。よって、検査の精度を高めることが可能となり、不良品の流動を防止することができる。

本実施形態に係る孔形状検査装置を示す構成図。 本実施形態に係る孔形状検査方法を示すフローチャート。 （ａ）はノズル孔を示す概略斜視図、（ｂ）はノズル孔の撮像画像。 図３（ｂ）に示す撮像画像を２値化した画像を模式的に示す模式図。 撮像画像の輝度分布を説明する、（ａ）は被検査対象ノズル孔の形態を示す概略斜視図、（ｂ）は（ａ）に示すＡ−Ａ´位置での輝度分布図。 （ａ）は図５（ｂ）で示す輝度分布を立体的に示す線図、（ｂ）はフィルタリング後の画像。 （ａ）は２値化された欠陥部を示す画像、（ｂ）は判定方法を説明する模式図。

以下、図面を参照して、本発明に係る実施形態を説明する。

（実施形態）
図１は、本実施形態に係る孔形状検査に用いる孔形状検査装置の概要を示す構成図である。図１に示すように、孔形状検査装置１００（以下、検査装置１００という）は、被検査物としてのノズルプレート１０が載置される検査台２０と、落射照明装置３３が備えられる顕微鏡３１に、顕微鏡３１によって拡大されるノズルプレート１０の円筒形の被検査孔１０ａ（以下、ノズル孔１０ａという）を撮像するカメラ３２が装着される撮像装置３０と、を備えている。また、検査台２０に載置されるノズルプレート１０を挟んで顕微鏡３１が設置される方向とは反対の側には透過光を検査台２０側に投光する透過照明装置５０が備えられていても良い。孔形状検査において、落射照明装置３３による落射照明を用いるか、透過照明装置５０による透過照明を用いるかは、被検査物、検査部位、検査精度などの条件より適宜決定すればよい。

撮像装置３０によって取得されるノズル孔１０ａの画像データは、制御装置４０に有する画像処理手段４１によって、後述する所定の画像処理が行われる。また、検査台２０は制御装置４０に有する駆動制御手段４２からの制御信号により、図示しない検査台２０に備える駆動手段を制御し、検査台２０を図示する矢印方向に駆動し、ノズル孔１０ａが顕微鏡３１の対物側に対向するように検査台２０を移動させることができる。なお、本実施形態では、円筒形のノズル孔１０ａを例に説明するが、これに限定されず矩形、多角形などであっても良い。

検査装置１００を用いた孔形状検査方法について説明する。図２は、本実施形態に係る孔形状検査方法を示すフローチャートである。検査装置１００の検査台２０に被検査物としてのノズルプレート１０が載置され、図３（ａ）に示すように顕微鏡３１の対物側にノズル孔１０ａの内、検査対象となるノズル孔１０ｘが対向配置され、撮像装置３０の所定の焦点が合わされた状態から検査が開始される。

＜形状撮像工程＞
形状撮像工程（Ｓ１１）では、図３（ａ）に示すように、検査装置１００に備える撮像装置３０の顕微鏡３１によるノズル孔１０ｘの拡大画像を、カメラ３２を介して画像データとして取得し、画像処理手段４１に図３（ｂ）に示す撮像画像の画像データを格納する。ノズル孔１０ｘには、欠陥部Ｄが存在しており、図３（ｂ）に示す画像データにおいても画像ｄとして識別される。なお、本実施形態では落射照明装置３３を用いた図示矢印Ｌｄ方向に照明する落射照明によって画像を取得する方法を例示する。

＜２値化画像形成工程＞
形状撮像工程（Ｓ１１）によって取得された画像データを２値化し、２値化画像を形成する２値化画像形成工程（Ｓ１２）に移行する。２値化とは得られた画像の輝度値が、所定の閾値以上であれば「白」に、閾値未満であれば「黒」に変換する処理である。この２値化画像形成工程（Ｓ１２）によって、得られる２値化画像の模式図を図４に示す。図４に示す、２値化された画像において、図示黒塗り部Ｓが示す孔形状の面積を演算し、面積判定工程（Ｓ１３）に移行する。

＜面積判定工程＞
面積判定工程（Ｓ１３）は、被検査物であるノズルプレート１０は、いわゆるインクジェットヘッドに用いられ、所定量の液滴をノズル孔１０ａから吐出させるために、ノズル孔１０ｘの面積が所定の面積範囲にあるかによって、ノズル孔１０ｘの孔形状の適否を判定する。すなわち、図４に示すノズル孔１０ｘの孔形状の２値化画像である図示された黒塗り部Ｓの面積を演算し、演算された黒塗り部Ｓの面積が、規定された孔面積の上下限値内である場合にはノズル孔１０ｘが所定の孔形状であると良品判定する。黒塗り部Ｓの面積が規定された孔面積の上下限値外である場合にはノズル孔１０ｘが所定の孔形状ではないと不良品判定して不良品処理へ移行する。

＜孔重心演算工程＞
面積判定工程（Ｓ１３）により、良品と判定されたノズル孔１０ｘにおいて、図４に示す２値化画像からノズル孔１０ｘの重心を演算し求める孔重心演算工程（Ｓ１４）に移行する。孔重心演算工程（Ｓ１４）では図４に示す黒塗り部Ｓの面積を構成する形状の重心（または図心ともいう）Ｇを求める。

＜フィルタリング画像形成工程＞
次に、図３（ｂ）に示す撮像画像に対して、フィルターをかけフィルタリング後の画像を形成するフィルタリング画像形成工程（Ｓ１５）に移行する。フィルタリング画像形成工程（Ｓ１５）では、図３（ｂ）に示す撮像画像に対して、孔重心演算工程（Ｓ１４）において求められた図４に示す重心Ｇを中心として同心形状、本例であれば円筒状のノズル孔１０ａであるので、ノズル孔１０ａの孔内部から孔外部に向けて同心円フィルターを掛けてノイズ除去を行なう。

次に、得られたフィルタリング後の画像を、孔重心演算工程（Ｓ１４）において求められた図４に示す重心Ｇを中心として同心円上の画素１周分の平均輝度を求める。図５（ａ）に示すように欠陥部Ｄが存在するノズル孔１０ｘにおいてＡ−Ａ´部に対する撮像画像に同心円フィルターを掛けて得られるフィルタリング後の画像の輝度分布は、模式図的に表すと、図５（ｂ）のようになる。図５（ｂ）に示すように、欠陥の無いＡ方向の輝度は輝度Ｂで示すように、ノズル孔１０ｘのエッジ部で輝度を変化させる。しかし、欠陥部Ｄが存在するＡ´方向の輝度は、欠陥部Ｄの形態によって、欠陥の無い部分の仮想輝度Ｂ´（輝度Ｂに相当）に対して低い輝度となる輝度Ｂｄで示すようになる。

図５（ｂ）に示すような輝度分布のノズル孔１０ｘの撮像画像（図３（ｂ）参照）のフィルタリング後の画像に対して、次に同心円上の画素の平均輝度を求める。すなわち、図５（ｂ）に示す輝度分布を立体模式図とした図６に示すように、輝度Ｂ，Ｂｄに対して孔重心演算工程（Ｓ１４）おいて求められた重心Ｇを中心とする半径Ｒｘの同心円上の画素Ｐｒｘの１画素あたりの平均輝度を求める。次に、求められた平均輝度と、画素Ｐｒｘ毎に輝度の差を求める。この同心円上の画素の平均輝度、各画素と平均輝度との差、とを求める工程を、ノズル孔１０ｘの内形から外形まで実行し、輝度の差を画像として形成する。

このようにして輝度の差を画像として形成すると、図５（ｂ）および図６からも分かるように、欠陥部Ｄにおいては輝度の差が大きくなる。すなわち図５（ｂ）における仮想輝度Ｂ´と欠陥部Ｄの輝度Ｂｄとの差が画像データとして、図６（ｂ）に示すように欠陥部Ｄのフィルタリング画像が形成される。

＜２値化フィルタリング画像形成工程＞
図６（ｂ）に示すフィルタリング画像を２値化する、２値化フィルタリング画像形成工程（Ｓ１６）に移行する。図７は２値化フィルタリング画像形成工程（Ｓ１６）によって得られた２値化フィルタリング画像を模式的に示す。図７（ａ）に示すように２値化によって、図６（ｂ）に示すフィルタリング画像が所定の閾値により白黒化された欠陥部Ｄの画像を得ることができる。

＜良否判定工程＞
２値化フィルタリング画像形成工程（Ｓ１６）によって得られた２値化フィルタリング画像から、欠陥部Ｄの有無、もしくは欠陥部Ｄを示す画素数（面積）によって良否を判定する良否判定工程（Ｓ１７）に移行する。良否判定の規格は、ノズルプレート１０のノズル孔１０ａに対する要求品質、すなわち検査規格により既定される。例えば、欠陥部Ｄの検査規格を３μｍ以下が良品とした場合、１画素のサイズが０．２μｍで形成されている画像であると、図７（ｂ）に示すように、画素ｐは良否判定領域となるＰ１×Ｐ２には各辺に１５画素配置される。この、Ｐ１×Ｐ２の領域内の大きさの欠陥部Ｄの画像であれば「良品」と判定され、Ｐ１×Ｐ２の領域内の大きさを超える欠陥部Ｄの画像であれば「不良品」と判定される。なお、欠陥部Ｄの検査規格、画像形成画素の大きさなどは、検査対象品、要求品質などから適宜、設定され、本例に限定されない。また、良否判定基準は、本例では図７（ｂ）におけるＰ１辺、Ｐ２辺の画素数を基準としたが、欠陥部Ｄを形成する画素数、すなわち欠陥部Ｄ画像の面積で判定しても良い。

上述したとおり、従来は本実施形態での２値化画像形成工程（Ｓ１２）により形成される２値化画像、すなわちエッジ検出画像により欠陥部の検出を行っていたことにより、微小な欠陥部はエッジ画像に埋もれてしまい、欠陥部の検出を困難にしていた。しかし、本実施形態に係る孔形状検査方法によると、孔中心を中心とする同心形状上の１周分の画素輝度の１画素あたりの平均輝度と、その同心円上の各々の画素との輝度の差を求めることにより、微小な欠陥であっても確実に検出することが可能となる。

実施形態に係る検査装置１００には、図２のフローチャートに示す工程のＳ１１からＳ１７を制御装置４０に実行させる孔形状検査プログラムが、図示しないデータ格納部に格納されている。この検査用のプログラムを制御装置４０が実行することにより、検査装置１００は上述の孔形状検査を行い、被検査物であるノズルプレート１０の良否を判定する。

これにより、孔形状検査を自動化することができ、高い生産性を実現させることができる。また、上述の実施形態に係る孔形状検査方法は、１つのノズル孔１０ｘを検査する例で説明したが、被検査物のノズルプレート１０には複数のノズル孔１０ａが形成されており、検査台２０を図示しない駆動装置を駆動制御手段によって駆動し、順次孔形状検査を実行させることも、本実施形態に係るプログラムに含ませることもできる。

なお、本願発明の適用例としては上述のノズルプレートには限定されず、例えば、ベアリング用のボール外形検査、有機ＥＬプリンターヘッド（ＯＰＨ）の発光素子の点灯検査、などに適用することができる。ベアリング用ボールであれば、落射照明によって同心円状に輝度が変化する反射光を撮像することができるため、上述の実施形態に係る検査方法を適用することができる。また、有機ＥＬプリンターヘッド（ＯＰＨ）の発光素子であれば、同心円状に輝度が変化して発光する状態を撮像することができるので、上述の実施形態に係る検査方法を適用した点灯検査をすることができる。

１０…ノズルプレート、２０…検査台、３０…撮像装置、４０…制御装置、５０…透過照明装置、１００…孔形状検査装置。

Claims (3)

1. 物体に形成された孔の形状良否を判定する孔形状検査方法であって、
   前記孔の内形状を撮像して孔形状画像を得る孔形状撮像工程と、
   前記孔形状画像を２値化して２値化画像を得る２値化画像形成工程と、
   前記２値化画像形成工程によって形成された前記２値化画像により前記孔の面積が既定値であるかを判定する孔面積判定工程と、
   前記２値化画像から前記孔の内形状の孔重心を求める孔重心演算工程と、
   前記孔形状画像に対して、前記孔重心を中心とする同心フィルターをかけ、前記孔重心を中心とする同心形状上の画素の１画素当たりの平均輝度と、前記同心形状上の１画素の画素輝度と、の差によるフィルタリング画像を得るフィルタリング画像形成工程と、
   前記フィルタリング画像を２値化して２値化フィルタリング画像を得る２値化フィルタリング画像形成工程と、を有し、
   前記２値化フィルタリング画像の画素数が所定の値以下である場合、前記孔を良品と判定する良否判定工程を有する、
   ことを特徴とする孔形状検査方法。
2. 前記物体が液滴吐出ノズルプレートである、
   ことを特徴とする請求項１に記載の孔形状検査方法。
3. 物体に形成された孔の形状良否を判定する孔形状検査方法をコンピューターに実現させる孔形状検査プログラムであって、
   前記孔の内形状を撮像して孔形状画像を得る孔形状撮像ステップと、
   前記孔形状画像を２値化して２値化画像を得る２値化画像形成ステップと、
   前記２値化画像形成ステップによって形成された前記２値化画像により前記孔の面積が既定値であるかを判定する孔面積判定ステップと、
   前記２値化画像から前記孔の内形状の孔重心を求める孔重心演算ステップと、
   前記孔形状画像に対して、前記孔重心を中心とする同心フィルターをかけ、前記孔重心を中心とする同心形状上の画素の１画素当たりの平均輝度と、前記同心形状上の１画素の画素輝度と、の差によるフィルタリング画像を得るフィルタリング画像形成ステップと、
   前記フィルタリング画像を２値化して２値化フィルタリング画像を得る２値化フィルタリング画像形成ステップと、を有し、
   前記２値化フィルタリング画像の画素数が所定の値以下である場合、前記孔を良品と判定する良否判定ステップを有する、
   ことを特徴とする孔形状検査プログラム。