JP5992315B2 - Surface defect detection device and surface defect detection method - Google Patents
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Description
この発明は、形状が均一な被測定物表面に発生する傷等の凹凸状の欠陥を、光切断法を用いて計測、検査する表面欠陥検出装置および表面欠陥検出方法に関するものである。 The present invention relates to a surface defect detection apparatus and a surface defect detection method for measuring and inspecting uneven defects such as scratches generated on the surface of an object having a uniform shape by using an optical cutting method.
被測定物の表面形状の計測方法として、カメラの光軸に対してスリット光を斜めから照射し、三角測量の原理を用いて被測定物の表面に形成された光切断像の三次元形状を計測する光切断法が用いられている。撮像された理想形状面(基準面)に相当するラインレーザ光画像の位置を0基準として、被測定物に相当するラインレーザ光画像の位置までの距離を計測して、被計測物の高さを計測する装置および方法が開示されている(例えば、特許文献1)。 As a method for measuring the surface shape of the object to be measured, slit light is applied obliquely to the optical axis of the camera, and the three-dimensional shape of the light section image formed on the surface of the object to be measured using the triangulation principle. The light cutting method to measure is used. The height of the object to be measured is measured by measuring the distance to the position of the line laser light image corresponding to the object to be measured, with the position of the line laser light image corresponding to the captured ideal shape surface (reference surface) as the zero reference. An apparatus and a method for measuring the above are disclosed (for example, Patent Document 1).
一般的に光切断法では、一回の計測では1ライン分の計測しかできないが、表面欠陥の検出を行う場合、表面形状を最大位置、最小位置で計測しなければならない場合が多く、表面形状を漏れなく計測する必要がある。
また、特許文献1の開示発明では、欠陥がない理想形状を基準として表面形状を計測する必要があるが、1撮像期間中に理想形状面が撮像される保証はなく、基準を設定できず、欠陥の計測ができないという問題がある。
In general, with the optical cutting method, only one line can be measured with a single measurement. However, when surface defects are detected, the surface shape often needs to be measured at the maximum and minimum positions. It is necessary to measure without leakage.
Further, in the disclosed invention of
この発明は、上記のような問題を解決するためになされたものであり、撮像した光切断線から算出した理想形状を0基準として、被検査物の表面の凹凸の最大位置、最小位置を算出することができる表面欠陥検出装置および表面欠陥検出方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and calculates the maximum position and the minimum position of the unevenness on the surface of the object to be inspected with the ideal shape calculated from the imaged optical cutting line as the zero reference. An object of the present invention is to provide a surface defect detection device and a surface defect detection method that can be performed.
この発明に係る表面欠陥検出装置は、斜め方向から線状光を被検査物に照射する線状光発生装置と、線状光により被検査物上に形成された光切断線を撮像するカメラと、被検査物を移動させる被検査物移動装置と、撮像画像から表面欠陥を検出する画像処理装置と、を備え、カメラの露光時間をカメラのフレームレートから決まる1フレーム時間分にして撮像し、撮像された撮像画像の光切断線の線幅方向となる列ごとに、撮像画像の上下方向から輝度値が最初に閾値を超える箇所を検出して、光切断線の線幅方向の最大位置、最小位置の箇所を計測し、計測された光切断線の線幅方向の最大位置、最小位置のデータから理想形状を算出し、光切断線の線幅方向の最大位置、最小位置のデータと算出した理想形状から被検査物の表面の凹凸の最大位置、最小位置を算出する構成としたものである。 A surface defect detection apparatus according to the present invention includes a linear light generator that irradiates an inspection object with linear light from an oblique direction, and a camera that captures an optical cutting line formed on the inspection object by the linear light. An inspection object moving device that moves the inspection object, and an image processing device that detects a surface defect from the captured image. The exposure time of the camera is set to one frame time determined from the frame rate of the camera, and imaging is performed. For each column in the line width direction of the optical cutting line of the captured image, the position where the luminance value first exceeds the threshold from the vertical direction of the captured image is detected, and the maximum position in the line width direction of the optical cutting line, Measure the location of the minimum position, calculate the ideal shape from the maximum position and minimum position data of the optical cutting line in the line width direction, and calculate the maximum position and minimum position data of the optical cutting line in the line width direction From the ideal shape of the surface to be inspected Large position, in which a configuration of calculating the minimum position.
この発明に係る表面欠陥検出方法は、被検査物に線状光を照射する線状光発生装置と、線状光により被検査物上に形成された光切断線を撮像するカメラと、被検査物を移動させる被検査物移動装置と、撮像画像から表面欠陥を検出する画像処理装置と、を備えた表面欠陥検出装置を用い、斜め方向から線状光を被検査物に照射する照射工程と、被検査物を移動させて、光切断線を走査する走査工程と、カメラの露光時間をカメラのフレームレートから決まる1フレーム時間分にして光切断線を撮像する撮像工程と、撮像された撮像画像の光切断線の線幅方向となる列ごとに、撮像画像の上下方向から輝度値が最初に閾値を超える箇所を検出して、光切断線の線幅方向の最大位置、最小位置の箇所を計測し、計測された光切断線の線幅方向の最大位置、最小位置のデータから理想形状を算出し、線幅方向の最大位置、最小位置のデータと算出した理想形状から被検査物の表面の凹凸の最大位置、最小位置を算出する第1の画像生成工程と、被検査物の表面の欠陥を検出し判定する判定工程と、から成るものである。 A surface defect detection method according to the present invention includes a linear light generator that irradiates an inspection object with linear light, a camera that images a light cutting line formed on the inspection object by linear light, and an inspection An irradiation step of irradiating the inspection object with oblique light from an oblique direction using a surface defect detection apparatus including an inspection object moving device that moves an object and an image processing device that detects a surface defect from a captured image; A scanning process of moving the inspection object and scanning the optical cutting line, an imaging process of imaging the optical cutting line by setting the exposure time of the camera to one frame time determined from the frame rate of the camera, and the captured imaging For each column in the line width direction of the optical cutting line of the image, the part where the luminance value first exceeds the threshold from the vertical direction of the captured image is detected, and the maximum and minimum positions in the line width direction of the optical cutting line And measure the maximum in the width direction of the measured optical cutting line. A first image that calculates an ideal shape from the position and minimum position data, and calculates the maximum and minimum positions of unevenness on the surface of the object to be inspected from the maximum position and minimum position data in the line width direction and the calculated ideal shape. This includes a generation process and a determination process for detecting and determining defects on the surface of the inspection object.
この発明に係る表面欠陥検出装置は、上記のように構成されているため、撮像した光切断線から算出した理想形状を基準として、被検査物の表面の凹凸の最大位置、最小位置を算出することができる表面欠陥検出装置を提供することができる。 Since the surface defect detection device according to the present invention is configured as described above, the maximum position and the minimum position of the unevenness on the surface of the object to be inspected are calculated based on the ideal shape calculated from the imaged optical cutting line. It is possible to provide a surface defect detection apparatus that can perform the above-described process.
この発明に係る表面欠陥検出方法は、上記のような工程から成るため、撮像した光切断線から算出した理想形状を基準として、被検査物の表面の凹凸の最大位置、最小位置を算出することができる表面欠陥検出方法を提供することができる。 Since the surface defect detection method according to the present invention includes the steps as described above, the maximum position and the minimum position of the unevenness on the surface of the object to be inspected are calculated based on the ideal shape calculated from the imaged optical cutting line. It is possible to provide a surface defect detection method capable of
実施の形態1.
実施の形態1は、線状光発生装置と、カメラと、被検査物移動装置と、画像処理装置とを備え、カメラの露光時間を最大にして撮像し、光切断線の線幅方向の最大位置、最小位置のデータから理想形状を算出し、光切断線の線幅方向の最大位置、最小位置のデータと算出した理想形状から被検査物の表面の凹凸の最大位置、最小位置を算出する構成とした表面欠陥検出装置に関するものである。
The first embodiment includes a linear light generation device, a camera, an inspected object moving device, and an image processing device, takes an image with the maximum exposure time of the camera, and maximizes the optical cutting line in the line width direction. The ideal shape is calculated from the position and minimum position data, and the maximum position and the minimum position of the unevenness on the surface of the object to be inspected are calculated from the maximum position and minimum position data in the line width direction of the light section line and the calculated ideal shape. The present invention relates to a configured surface defect detection apparatus.
以下、本願発明の実施の形態1に係る表面欠陥検出装置1の構成、動作について、表面欠陥検出装置の構成図である図1、撮像画像の例を示す図2、および検出方法、算出方法等の説明図である図3から図7に基づいて説明する。
Hereinafter, regarding the configuration and operation of the surface
図1は、本発明の実施の形態1の表面欠陥検出装置1に関する構成を示す。
図1において、表面欠陥検出装置1は、線状光発生装置2、カメラ4、画像処理装置5、被検査物6、および被検査物移動装置7から構成される。線状光発生装置2から出力される線状光3は、被検査物6に斜め方向から照射される。線状光3を照射すると被検査物6上に光切断線10が形成され、この光切断線10をカメラ4で撮像する。撮像した光切断線10のデータを画像処理装置5で処理して、被検査物6上の欠陥を検出する。
FIG. 1 shows a configuration relating to a surface
In FIG. 1, the surface
被検査物6は表面形状が均一なものであり、例えば、板材やケーブルといった長手方向に同じ形状のものである。被検査物6の表面形状を計測するために、線状光発生装置2から出力される線状光3を、被検査物6の長手方向に対して傾斜角度をもって照射すると被検査物6の表面には、光切断線10が形成される。ここで、線状光発生装置2は、レーザ光やハロゲン照明などの照明光にシリンドリカルレンズ等を設置して線幅方向を細くしたものや、レーザなどを用いた点光源にポリゴンミラー等を使用して線状に照射方向を振ったものを用いる。
The inspected
被検査物6に照射した線状光3は、被検査物6に対して斜めから照射しているため、被検査物6の表面の凹凸に従って、光切断線10の線幅方向に照射される位置が変化する。被検査物6の表面での線状光3の散乱光を被検査物6上部に設置したカメラ4で撮影し、画像処理装置5にて撮影画像の演算解析を行う。
Since the
被検査物移動装置7は、被検査物6の計測位置を被検査物6の長手方向に移動するための手段であり、被検査物移動装置7によって、線状光3が被検査物6に照射される位置を移動し、連続的に計測することが可能となる。
被検査物移動装置7は、被検査物6の種類によって構成は異なり、板材であれば平面移動が可能なXYロボットが移動手段となる。また、被検査物6がケーブルであれば巻き取ることが可能なドラムとドラムの回転機構による構成となる。また、移動中にカメラ4、線状光発生装置2、被検査物6の相対位置が変化しないように、被検査物6の保持機構(図示せず)を設置する。被検査物6がケーブルである場合は、Vローラを保持機構として用いることで、上下、左右の位置ズレを抑えることができる。
The inspection
The inspection
図2に被検査物6に照射した線状光3を、カメラ4で撮像した画像の例を示す。図2(a)は、表面に欠陥が無い場合の画像であり、図2(b)は、表面に欠陥による凹みがある場合の画像である。
被検査物6は表面形状が均一なものであるため、被検査物移動装置7を用いて被検査物6を移動しても、その表面形状は変化しない。また、線状光3は被検査物6に対して斜めから照射しているため、図2(a)に示すように、被検査物6がケーブルの様な円筒形のものである場合、円弧状の線状光3の画像を光切断線10として撮像することができる。
FIG. 2 shows an example of an image obtained by capturing the
Since the inspected
一方、表面に凹凸状の欠陥がある場合、1枚の画像をカメラ4で撮像する間に表面の凹凸により、光切断線10の位置が変化する。1枚の画像は、撮像時間内の積分値となるため、光切断線10の位置変化に従って、図2(b)(b−1)に示すようなブレ部分11や、図2(b)(b−2)に示すような二重化部分12を撮像することができる。これは、撮像時間内の被検査物6の表面の高さ変化が、光切断線の上端13(以降、適宜、上端13と称する)、光切断線の下端14(以降、適宜、下端14と称する)の範囲内で変化したことを意味する。
On the other hand, when there is an uneven defect on the surface, the position of the
表面欠陥検出装置では、この光切断線10の上端13、下端14の高さを検出する必要がある場合が多いが、光切断線10を高速シャッタで離散的に撮像した場合、計測位置も離散的となるため、被検査物6の表面の最大、最小高さを計測することができない。
一方、図2(b)に示すようなブレ部分11や二重化部分12を撮像することで、被検査物6の表面全体を撮像することが可能となり、表面の最大、最小高さを計測することができる。
なお、1枚の光切断線10の画像を撮像中に、被検査物6の高さが徐々に変化した場合、図2(b)(b−1)に示すようなブレ部分11として撮像される。被検査物6の高さが急峻に変化した場合、図2(b)(b−2)に示すような二重化部分12として撮像される。
In the surface defect detection device, it is often necessary to detect the heights of the
On the other hand, by imaging the
In addition, when the height of the
ここで、ブレ部分11が撮像された画像から、その上端13、下端14の位置を検出する方法について、図3を用いて説明する。
図3は、光切断線10の線幅方向の最大、最小位置検出方法の説明図である。図3(a)にブレ部分11が撮像された画像の例を示し、図3(b)にブレ部分11が撮像されているj列目を例とし、j列目の撮像画像の輝度プロファイルを示す。
この画像は、被検査物6をケーブルのような円筒形の場合であり、画像の下側がケーブルの内側、画像の上側がケーブルの外側である。そして、光切断線10の部分がケーブル表面となる。
Here, a method of detecting the positions of the
FIG. 3 is an explanatory diagram of a method for detecting the maximum and minimum positions of the
In this image, the
図3(b)には、図3(a)のj列目の行方向の画素位置に対する輝度値の分布(輝度プロファイル)が示されている。ブレ部分11が撮像されている箇所は輝度が高く、それ以外の箇所は線状光3が照射されていないため、輝度が低くなる。このため、閾値を設定し、画像の上下方向からこの閾値の輝度を超える箇所(例えばi行目)を検出することで、線状光3が照射された被検査物6の最大、最小位置の箇所を計測することが可能となる。
FIG. 3B shows a luminance value distribution (luminance profile) with respect to the pixel position in the row direction of the j-th column in FIG. The portion where the blurred
なお、輝度の低い線状光3が照射されていない箇所の輝度は、初期値として計測が可能であるため(この場合、10ディジット程度)、閾値を20ディジット程度として、それ以上の輝度を示す箇所を線状光3が照射されたケーブル表面であるとして検出する。
In addition, since the brightness | luminance of the location where the
光切断線画像の上下方向の変化は、被検査物6の表面の高さ方向の変化であるため、ブレ部分11を含む画像から、被検査物6の表面の凹凸変化を算出する。
図4(a)に、ブレ部分11を含む画像から取得した各列の最下端部の取得形状を示す。本来、被検査物6のケーブルは円筒形の表面であるため、被検査物6の表面形状は、理想形状で示す破線の形状である。このため、図4(b)に示すように、取得形状と理想形状の差分値が被検査物6の表面に発生している凹凸となる。
この差分値に対して、被検査物6の表面の粗さを考慮して許容範囲を決定し、本許容範囲を超えた部分を被検査物6の欠陥として判定する。
Since the change in the vertical direction of the light section line image is a change in the height direction of the surface of the
FIG. 4A shows an acquired shape of the lowermost end portion of each column acquired from the image including the blurred
For this difference value, an allowable range is determined in consideration of the roughness of the surface of the
図5に、カメラ4と線状光3の位置関係の説明、すなわちカメラ4と線状光3のレイアウトおよび座標系の設定を示す。
以降、光切断法による高さ算出方法の説明図である図6を用いて、三角測量の原理に基づいた高さ計測方法について説明する。図6は図5をy−z平面で表したものである。カメラ4の光軸中心と線状光3が交差する高さをZ0とし、線状光3の照射角度をθ、カメラ4のレンズの焦点距離をf、カメラ4から被検査物6までの距離をf’とした場合、被検査物6の高さとカメラの撮像位置の関係は、以下の式(1)で表される。
FIG. 5 illustrates the positional relationship between the
Hereinafter, a height measurement method based on the principle of triangulation will be described with reference to FIG. 6 which is an explanatory diagram of a height calculation method by a light cutting method. FIG. 6 shows FIG. 5 in the yz plane. The height at which the center of the optical axis of the
次に、カメラ4のレンズにテレセントリックレンズを用いない場合の補正について説明する。
光切断線10の線長手方向の位置検出補正方法の説明図である図7に示すように、カメラ4のレンズにテレセントリックレンズを用いない場合、その画角の影響により、被検査物6の高さによって線状光3の長手方向の位置が変化する。図7は図5をx−z平面で表したものであり、図6をz軸中心に90°回転させたものである。X0はカメラ内部のイメージセンサのx軸方向の中心、X0’はX0からz軸方向に降ろした直線と線状光3との交点を示す。
具体的には、図7の左右方向が線状光3の長手方向である場合、X2−X’2を結ぶ線上にあるものは全てカメラではX2にて撮像されるため、線状光3の長手方向の位置を計測するためには、図6の関係から高さZ(y)を計測した上で、以下に示す式(2)で補正をする必要がある。
Next, correction when a telecentric lens is not used as the lens of the
As shown in FIG. 7 which is an explanatory view of the position detection correction method in the longitudinal direction of the
Specifically, when the left-right direction in FIG. 7 is the longitudinal direction of the
また、図4で示したように、傷の深さを計測するためには、仮想表面からの変化量を求める。ケーブルのように円筒状の被検査物6である場合、断面は円形であるため、仮想表面として円を用いることができる。そして、円と光切断画像から取得したケーブルの表面形状の凹凸以外の部分を円でフィッティングする。
凹凸も含めた最小二乗法を用いた円フィッティングでは、凹凸に影響され、フィッティングに誤差が生じる。そこで、凹凸に影響されない方法として、ランダムサンプリングを用いたLMedS(LEAST MEDIAN OF SQUARES)法で円フィッティングを行う。
LMedS法は、次の式(3)の基準を用いて推定を行うものである。
Further, as shown in FIG. 4, in order to measure the depth of the scratch, the amount of change from the virtual surface is obtained. In the case of the
In the circle fitting using the least square method including the unevenness, the fitting is affected by the unevenness and an error occurs in the fitting. Therefore, as a method not affected by unevenness, circle fitting is performed by the LMedS (LEAST MEDIAN OF SQUARES) method using random sampling.
The LMedS method performs estimation using the following formula (3).
ここで、minは最小値、medは中央値を示す。εには、推定値と参照値の差分を当てはめる。つまり、複数の推定結果の中から、中央値が最小となる推定値が採用される。この基準を用いた推定方法では、中央値が用いられることによって、全データ中の50%が例外値であっても真値との大きなずれは起こらない。さらに,ランダムサンプリングを用いることによって推定するパラメータ数が多い場合の推定を容易にしており,最低限必要な推定回数qを次の式(4)から求めることができる。 Here, min indicates a minimum value and med indicates a median value. The difference between the estimated value and the reference value is applied to ε. That is, an estimated value with the smallest median value is adopted from a plurality of estimation results. In the estimation method using this criterion, since the median value is used, even if 50% of all data is an exceptional value, there is no significant deviation from the true value. Furthermore, the estimation when the number of parameters to be estimated is large is facilitated by using random sampling, and the minimum required number of estimations q can be obtained from the following equation (4).
ただし、Pは少なくとも1個のサンプリングには例外値が含まれない確率、αは全データ中の例外値の割合、βは1回の推定に必要なサンプリング数を示す。LMedS法による円フィッティングの場合はα=0.5、β=3となるため、P=0.995とすれば40回以上の繰り返しが必要となる。 Here, P is the probability that at least one sampling does not include an exceptional value, α is the ratio of exceptional values in all data, and β is the number of samplings required for one estimation. In the case of circle fitting by the LMedS method, α = 0.5 and β = 3. Therefore, if P = 0.993, it is necessary to repeat 40 times or more.
このLMedS法を用いると、例外値(ここでは、ケーブルの表面傷)の範囲が計測範囲の50%以下であれば、円フィッティングを行うことができる。
LMedS法を用いた円フィッティングでは、まずケーブルの表面形状の座標から3点{(x1,y1),(x2,y2),(x3,y3)}をランダムに抽出し、次の連立方程式(5)を解くことによって、フィッティング円の中心座標(x0,y0)と半径rを得る。
When this LMedS method is used, circular fitting can be performed if the range of exceptional values (here, cable surface scratches) is 50% or less of the measurement range.
In the circle fitting using the LMedS method, first, three points {(x 1 , y 1 ), (x 2 , y 2 ), (x 3 , y 3 )} are randomly extracted from the coordinates of the surface shape of the cable. By solving the following simultaneous equations (5), the center coordinates (x 0 , y 0 ) and the radius r of the fitting circle are obtained.
そして、先のパラメータ(x0,y0,r)から式(6)を用いて円の形状y^(x)を求め、LMedS基準を用いてフィッティング円を式(7)で評価する。 Then, a circle shape y ^ (x) is obtained from the previous parameters (x 0 , y 0 , r) using Equation (6), and the fitting circle is evaluated using Equation (7) using the LMedS criterion.
ただし、y(x)はケーブルの表面形状である。 However, y (x) is the surface shape of the cable.
以上を繰り返し、最良のフィッティング円を得る。この円と被検査物6の表面形状の差分を求めることによって、凹凸の深さを算出する。
Repeat the above to obtain the best fitting circle. By calculating the difference between the circle and the surface shape of the
このように、本発明に従い撮像した光切断線10からは露光時間中の詳細な形状は取得できないが、最も低い形状および最も高い形状を取得できるため、検査対象の理想形状が移動方向に対して均一形状である場合、検査対象全面における形状の異常を検出できる。
Thus, although the detailed shape during the exposure time cannot be obtained from the
なお、1枚の画像で撮像する範囲は、カメラのフレームレートと、被検査物6の移動速度とによって決まる。
例えば、カメラのフレームレートが100フレーム/秒、被検査物6の移動速度が10mm/秒であったとすると、1枚の画像で撮像する範囲は、
10mm/秒×(1/100フレーム/秒)=0.1mm/フレーム
となる。したがって、被検査物6は連続体であるため、0.1mmの処理を連続的に行う。
Note that the range in which one image is captured is determined by the frame rate of the camera and the moving speed of the
For example, assuming that the frame rate of the camera is 100 frames / second and the moving speed of the
10 mm / second × (1/100 frame / second) = 0.1 mm / frame. Therefore, since the inspected
以上説明したように、実施の形態1の表面欠陥検出装置1は、線状光発生装置と、カメラと、被検査物移動装置と、画像処理装置とを備え、カメラの露光時間を最大にして撮像し、光切断線の線幅方向の最大位置、最小位置のデータから理想形状を算出し、光切断線の線幅方向の最大位置、最小位置のデータと算出した理想形状から被検査物の表面の凹凸の最大位置、最小位置を算出する構成とした。したがって、撮像した光切断線から算出した理想形状を基準として、被検査物の表面の凹凸の最大位置、最小位置を算出することができ、被検査物表面の欠陥を容易に検出することができる。これにより、被検査物表面の欠陥の見逃しを防止できる。
As described above, the surface
さらに、被検査物表面の欠陥を容易に検出でき、欠陥の見逃しを防止することで、製品の長期使用を可能とし、また歩留り向上を図ることができる。 Further, defects on the surface of the object to be inspected can be easily detected, and the defects can be prevented from being overlooked, so that the product can be used for a long time and the yield can be improved.
実施の形態2.
実施の形態2の表面欠陥検出装置は、さらに、光切断線の線幅方向の輝度分布から、被検査物の表面の高さ分布を算出する構成としたものである。
以下、実施の形態2の表面欠陥検出装置の動作について、被検査物6の長手方向の断面形状の図である図8、および各撮像期間と撮像画像における輝度値の関係の説明図である図9に基づいて説明する。
なお、実施の形態2の表面欠陥検出装置の構成は、実施の形態1で説明した図1と同じである。
The surface defect detection apparatus according to the second embodiment is further configured to calculate the height distribution of the surface of the inspection object from the luminance distribution in the line width direction of the light section line.
Hereinafter, regarding the operation of the surface defect detection apparatus according to the second embodiment, FIG. 8 is a diagram of a cross-sectional shape in the longitudinal direction of the
The configuration of the surface defect detection apparatus of the second embodiment is the same as that of FIG. 1 described in the first embodiment.
実施の形態1では、図3に示したようにブレ部分11を含む画像から光切断線の上端13、下端14を検出することで、被検査物6の最大、最小位置を計測した。図3(b)でわかるように、閾値を超える箇所の輝度分布は、被検査物6の表面の高さ分布に相関する。
図3(b)の場合、本画像撮像期間内の被検査物6の高さ変化は、画素位置200に対応する高さの領域が最も多く、それ以降は約300に対応する高さの領域までほぼ均等に分布している。
In the first embodiment, the maximum and minimum positions of the
In the case of FIG. 3B, the height change of the
例えば、被検査物6の長手方向の断面形状が図8に示す様な形状であったとする。図8の(t1)〜(t5)は、被検査物6の長手方向の位置を示し、それぞれの範囲を1枚の画像として撮像した場合を説明する。
期間(t1)、(t4)、(t5)では、各撮像期間内で高さに変化が無く一定である。期間(t2)では、撮像期間中になだらかに高さが変化している。期間(t3)では、途中から階段状に高さが変化している。
ここで、z方向、すなわち被検査物6の表面が高さ方向に変化した場合、図6に示したように撮像画像上での線状光3はy軸方向に投影される位置が変化し、高さの変化として計測することができる。
For example, assume that the cross-sectional shape in the longitudinal direction of the
In the periods (t1), (t4), and (t5), the height does not change within each imaging period and is constant. In the period (t2), the height gently changes during the imaging period. In the period (t3), the height changes stepwise from the middle.
Here, when the z direction, that is, the surface of the
1枚の画像は、露光時間内にカメラ4が受光する光の積分値であるため、1画像の撮像期間内で線状光3の投影位置が変化した場合の画像は、特定の高さにおける照射時間に比例した輝度値として撮像される。
Since one image is an integral value of light received by the
図9に、各撮像期間における被検査物6の高さ方向と撮像画像における輝度値の関係について示す。
期間(t1)、(t4)、(t5)では、各撮像期間内で高さに変化が無く一定であるため、高さ0の箇所に輝度分布が集中する。
期間(t2)では、撮像期間中になだらかに高さが変化するため、高さ0とz1の箇所にピークがあり、高さ0とz1の間は均等に輝度が分布する。
期間(t3)では、途中から階段状に高さが変化するため、高さ0とz1の箇所にピークがあるが、期間(t2)のように高さ0とz1の間は輝度が発生しない。
FIG. 9 shows the relationship between the height direction of the
In the periods (t1), (t4), and (t5), since the height does not change and is constant within each imaging period, the luminance distribution is concentrated at a position where the height is 0.
In the period (t2), since the height gently changes during the imaging period, there are peaks at the
In the period (t3), the height changes stepwise from the middle, so there is a peak at the
前述のとおり、撮像画像の輝度値は特定の高さにおける照射時間に比例するため、被検査物移動装置7が等速で移動する場合、撮像期間内における特定の高さの長さを式(8)で算出することができる。
As described above, since the luminance value of the captured image is proportional to the irradiation time at a specific height, when the inspection
ここで、nは撮像期間内における、特定の高さである長さ、kは変換係数、vは被検査物移動装置7の移動速度、Iは特定の高さに該当する箇所の画像の輝度値である。
これより、被検査物6の表面に凹凸が発生していた場合に、その高さ分布を判断することが可能となる。これにより、例えば、凸部の長さを判定基準として追加することができる。
Here, n is a length that is a specific height in the imaging period, k is a conversion coefficient, v is a moving speed of the inspection
As a result, when unevenness is generated on the surface of the
以上説明したように、実施の形態2の表面欠陥検出装置は、さらに、光切断線の線幅方向の輝度分布から、被検査物の表面の高さ分布を算出する構成とした。したがって、実施の形態1の効果に加えて、被検査物の表面の高さ分布を判定基準に使用することで、さらに被検査物表面の欠陥の見逃しを防止することができる。 As described above, the surface defect detection apparatus according to the second embodiment is further configured to calculate the height distribution of the surface of the inspection object from the luminance distribution in the line width direction of the light section line. Therefore, in addition to the effects of the first embodiment, the use of the height distribution on the surface of the inspection object as a determination criterion can further prevent the inspection surface from overlooking defects.
実施の形態3.
実施の形態3の表面欠陥検出方法は、実施の形態1の表面欠陥検出装置1を用いて、照射工程と、走査工程と、撮像工程と、線幅方向の最大位置、最小位置のデータから理想形状を算出し、線幅方向の最大位置、最小位置のデータと算出した理想形状から被検査物の表面の凹凸の最大位置、最小位置を算出する第1の画像生成工程と、光切断線の線幅方向の輝度分布から、被検査物の表面の高さ分布を算出する第2の画像生成工程と、被検査物の表面の欠陥を検出し判定する判定工程と、から成るものである。
以下、実施の形態3の表面欠陥検出方法について、図10のフローチャートに基づき、表面欠陥検出装置1の構成図である図1および実施の形態1、2の各説明図を参照して説明する。
The surface defect detection method of the third embodiment is ideal from the irradiation process, the scanning process, the imaging process, and the data of the maximum position and the minimum position in the line width direction using the surface
Hereinafter, the surface defect detection method according to the third embodiment will be described with reference to FIG. 1 which is a configuration diagram of the surface
処理が開始されると、まずステップ1(S1)において、斜め方向から線状光3を被検査物6に照射する(照射工程)。
次に、ステップ2(S2)において、被検査物6を移動させて、被検査物6上に形成された光切断線10を走査する(走査工程)。
次に、ステップ3(S3)において、カメラの露光時間を最大にして光切断線10を撮像する(撮像工程)。
次に、ステップ4(S4)において、光切断線10の線幅方向の最大位置、最小位置のデータから理想形状を算出し、光切断線10の線幅方向の最大位置、最小位置のデータと算出した理想形状から被検査物6の表面の凹凸の最大位置、最小位置を算出する(第1の画像生成工程)。
次に、ステップ5(S5)において、光切断線10の線幅方向の輝度分布から、被検査物6の表面の高さ分布を算出する(第2の画像生成工程)。
次に、ステップ6(S6)において、被検査物6の表面の欠陥を検出し判定する(判定工程)。
When the process is started, first, in step 1 (S1), the
Next, in step 2 (S2), the
Next, in step 3 (S3), the
Next, in step 4 (S4), the ideal shape is calculated from the maximum position and minimum position data of the
Next, in step 5 (S5), the height distribution of the surface of the
Next, in step 6 (S6), the surface defect of the
実施の形態3の表面欠陥検出方法の説明では、第1の画像生成工程に続けて、第2の画像生成工程を実施したが、第1の画像生成工程のみを実施して、被検査物6の表面の凹凸の最大位置、最小位置を算出のみを行って、表面形状の欠陥の検出および判定を行うこともできる。第2の画像生成工程を実施して、被検査物6の表面の高さ分布を算出して、欠陥の検出および判定に利用した方が、より検出漏れを防止できる。
In the description of the surface defect detection method according to the third embodiment, the second image generation step is performed following the first image generation step. However, only the first image generation step is performed, and the
以上説明したように、実施の形態3の表面欠陥検出方法は、照射工程、走査工程、撮像工程、第1の画像生成工程、第2の画像生成工程、および判定工程からなるため、撮像した光切断線から算出した理想形状を基準として、被検査物の表面の凹凸の最大位置、最小位置を算出するとともに、被検査物の表面の高さ分布を算出するものである。したがって、被検査物表面の欠陥を容易に検出することができるとともに、さらに被検査物表面の欠陥の見逃しを防止することができる。 As described above, the surface defect detection method according to the third embodiment includes an irradiation process, a scanning process, an imaging process, a first image generation process, a second image generation process, and a determination process. Based on the ideal shape calculated from the cutting line, the maximum and minimum positions of irregularities on the surface of the inspection object are calculated, and the height distribution of the surface of the inspection object is calculated. Therefore, it is possible to easily detect the defect on the surface of the inspection object, and to prevent the defect on the surface of the inspection object from being overlooked.
なお、本発明は、その発明の範囲内において、実施の形態を適宜、変形、省略することが可能である。 In the present invention, the embodiments can be appropriately modified and omitted within the scope of the invention.
1 表面欠陥検出装置、2 線状光発生装置、3 線状光、4 カメラ、
5 画像処理装置、6 被検査物、7 被検査物移動装置、10 光切断線、
11 ブレ部分、12 二重化部分、13 光切断線の上端、14 光切断線の下端。
1 surface defect detector, 2 linear light generator, 3 linear light, 4 camera,
5 image processing device, 6 inspection object, 7 inspection object moving device, 10 optical cutting line,
11 Blur part, 12 Duplicated part, 13 Upper end of optical cutting line, 14 Lower end of optical cutting line.
Claims (3)
前記カメラの露光時間を前記カメラのフレームレートから決まる1フレーム時間分にして撮像し、撮像された前記撮像画像の前記光切断線の線幅方向となる列ごとに、前記撮像画像の上下方向から輝度値が最初に閾値を超える箇所を検出して、前記光切断線の線幅方向の最大位置、最小位置の箇所を計測し、前記計測された光切断線の線幅方向の最大位置、最小位置のデータから理想形状を算出し、前記光切断線の線幅方向の最大位置、最小位置のデータと前記算出した理想形状から前記被検査物の表面の凹凸の最大位置、最小位置を算出する構成とした表面欠陥検出装置。 A linear light generator for irradiating the inspection object with linear light from an oblique direction, a camera for imaging a light cutting line formed on the inspection object by the linear light, and the inspection object are moved. An inspection object moving device, and an image processing device for detecting a surface defect from a captured image,
The exposure time of the camera is imaged for one frame time determined from the frame rate of the camera, and from the vertical direction of the captured image for each column that is the line width direction of the optical cutting line of the captured image. First, the location where the luminance value exceeds the threshold is detected, the maximum position in the line width direction of the light cutting line, the position of the minimum position is measured, the maximum position in the line width direction of the measured light cutting line, the minimum The ideal shape is calculated from the position data, and the maximum position and the minimum position of the unevenness on the surface of the object to be inspected are calculated from the maximum position and minimum position data in the line width direction of the light cutting line and the calculated ideal shape. A surface defect detection device configured.
請求項1に記載の表面欠陥検出装置。 The surface defect detection apparatus according to claim 1, wherein the threshold is determined from a luminance of a portion of the captured image that is not irradiated with the linear light.
斜め方向から前記線状光を前記被検査物に照射する照射工程と、
前記被検査物を移動させて、前記光切断線を走査する走査工程と、
前記カメラの露光時間を前記カメラのフレームレートから決まる1フレーム時間分にして前記光切断線を撮像する撮像工程と、
撮像された前記撮像画像の前記光切断線の線幅方向となる列ごとに、前記撮像画像の上下方向から輝度値が最初に閾値を超える箇所を検出して、前記光切断線の線幅方向の最大位置、最小位置の箇所を計測し、前記計測された光切断線の線幅方向の最大位置、最小位置のデータから理想形状を算出し、前記光切断線の線幅方向の最大位置、最小位置のデータと前記算出した理想形状から前記被検査物の表面の凹凸の最大位置、最小位置を算出する第1の画像生成工程と、
前記被検査物の表面の欠陥を検出し判定する判定工程と、
から成る表面欠陥検出方法。 A linear light generator for irradiating the inspection object with linear light, a camera for imaging a light cutting line formed on the inspection object by the linear light, and an inspection object for moving the inspection object Using a surface defect detection device comprising a moving device and an image processing device for detecting a surface defect from a captured image,
An irradiation step of irradiating the inspection object with the linear light from an oblique direction;
A scanning step of moving the inspection object and scanning the optical cutting line;
An imaging step of imaging the optical cutting line with an exposure time of the camera for one frame time determined from a frame rate of the camera;
For each column in the line width direction of the optical cutting line of the imaged image that has been imaged, detect the location where the luminance value first exceeds the threshold from the vertical direction of the captured image, and then the line width direction of the optical cutting line Measuring the position of the maximum position, the minimum position, calculating the ideal shape from the maximum position in the line width direction of the measured optical cutting line, the data of the minimum position, the maximum position in the line width direction of the optical cutting line, A first image generation step of calculating a maximum position and a minimum position of the unevenness of the surface of the object to be inspected from the data of the minimum position and the calculated ideal shape;
A determination step of detecting and determining defects on the surface of the inspection object;
A surface defect detection method comprising:
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