JP7360048B2 - 表面検査装置及び表面検査方法 - Google Patents
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Description
-(θ1)/2+δ≦(θ2)/2≦(θ1)/2-δ・・・(1)
なお、上記定数δは、撮像部が有効検査領域から正反射光を受光せずに拡散反射光のみを観察でき、有効検査領域内の位置の違いによって表面欠陥の検出寸法が変化しないように設定された、有効検査領域に照射される拡散光の光源の種類や金属材の表面性状によって決定される定数である。
欠陥には検査対象体の径方向に深さを持つものがあるため、このような手入れ処理を行った場合には、手入れ処理により欠陥が十分に取り除かれたことを確認するために、手入れ処理前に欠陥が存在していた領域に、手入れ処理後も、欠陥が残存しているか否かを検査することが必要である。しかし、欠陥が存在する領域は、検体対象体の周表面であって曲面になっているため、その形状が、手入れ処理によって、例えば、径方向に凹むように削り取られ平面へと変化すると、特許文献1に開示の装置では、欠陥が残存しているかどうかを、正確に検査することができなくなる。
図1は、本発明の第1実施形態に係る表面検査装置の構成の一例の概略図である。図2及び図3はそれぞれ、手入れ処理(検査対象体の周表面がなす曲面によらず、平面的に欠陥とその周囲を削り取る処理)後の検査対象体の斜視図及び断面図であり、図3は、図2のA-A断面を示している。
また、回転機構20は、検査対象体1のターニングローラ21に対し設けられたエンコーダ(図示せず)から、エンコーダ信号を後述の制御装置50に出力する。このエンコーダ信号は、検査対象体1の角度情報を取得するために用いられる。
Metal Oxide Semiconductor)センサ等の撮像素子(図示せず)を有する。
このエリアセンサカメラ32は、リング照明31aの後方に設けられ、リング照明31aのリング状に配置された光源の間の空間越しに検査対象体1の周表面1aと対向することで、検査対象体1の周表面1aを撮像できる位置に設けられている。エリアセンサカメラ32の光軸L2の方向は、検査対象体1の周表面1aにおけるエリアセンサカメラ32側端面の法線N0方向と略平行になるように設けられている。
エリアセンサカメラ32で撮像することで生成された撮像画像(第1撮像画像)は、後述する制御装置50に出力され、検査対象体1の周表面1aの欠陥検査に用いられる。
このように、撮像対象領域(ROI)を設定することで、撮像可能な全視野を撮像対象とした場合に比べて、ある瞬間に処理の対象とすべき情報の量(電荷の量)を、より小さくすることができるため、表面検査装置10の処理負荷を低減し、処理速度を向上させることができる。
エリアセンサカメラ32の撮像対象領域(ROI)は、後述する制御装置50の撮像制御部52dにより設定される。
手入れ処理装置40は、例えば、研削砥石を有するグラインダである。
また、手入れ処理装置40は、検査対象体1の軸方向(図1のZ方向)、幅方向(図1のX方向、水平方向)及び高さ方向(図1のY方向、鉛直方向)に移動可能に構成されている。これにより、検査対象体1の周表面1aにおいて欠陥が検出された領域のみを所望の深さで削り取ることができる。
回転制御部52cの制御により、回転機構20は、初回検査時に、検査対象体1を周方向に一定速度で回転させる。また、回転制御部52cの制御により、回転機構20は、検査対象体1を回転させ、手入れ処理を行う際に初回検査で欠陥が見つかった位置を、手入れ処理装置40が手入れ処理し易い(周方向の)位置へ移動させたり、手入れ後検査時に、初回検査で検出された欠陥に対応する位置を、エリアセンサカメラ32の撮像領域に移動させることもできる。なお、この際、回転機構20から、例えばターニングローラ21の回転に合わせて、エンコーダ信号が出力される。
撮像制御部52dの制御により、初回検査時に、回転する検査対象体1の周表面1aに対して光照射機構31からの光が照射される。
また、撮像制御部52dは、初回検査時に、回転機構20から出力されるエンコーダ信号に基づいて、ターニングローラ21の回転、即ち検査対象体1の回転と同期させて、エリアセンサカメラ32に連続的に撮像させる。また、初回検査においては、エリアセンサカメラ32が、ラインセンサカメラのようなデータ量の少ない撮像画像を生成するように、撮像制御部52dは撮像対象領域(ROI)を設定する。具体的には、エリアセンサカメラ32での撮像毎に、検査対象体1の周表面1aの一部分に対応する撮像画像I1(図7参照)が生成されるように、撮像制御部52dは撮像対象領域(ROI)を設定する。上述の検査対象体1の周表面1aの一部分とは、エリアセンサカメラ32の全視野内に位置する検査対象体1の周表面1aの周方向の一部であって、好ましくは検査対象体1の軸方向に長い領域である。撮像画像I1は、例えば、エリアセンサカメラ32が有する撮像素子の画素の配列方向(行方向及び列方向)のうち行方向が検査対象体1の軸方向と略平行である場合、エリアセンサカメラ32が有する撮像素子のうちの、中央の一行分の画素から、画素の電気的な情報を読み出し、取り込むことで生成することができる。撮像画像I1を生成する際に、電気的な情報を読み出し取り込む画素は1行分に限られず、検査対象体1の周表面からエリアセンサカメラ32までの距離が被写界深度内に含まれる画素が複数行分存在するのであれば、その複数行分の画素から上記電気的な情報の読み出し及び取り込みを行ってもよい。また、画素を行単位でまとめて処理する必要もなく、行中の一部だけの電気的な情報を読み出し及び取り込むようにしてもよい。一部の画素だけから電気的な情報の読み出し及び取り込みを行うことで、全周分の上記撮像画像I1を生成するのに要する時間を短縮することができるため、検査時間を短縮することができる。
図6に示すように、初回検査において、エリアセンサカメラ32が、検査対象体1の軸方向の各部位Pを、検査対象体1の回転に合わせて順次撮像できるように、移動制御部52eは、(光照射機構31と)エリアセンサカメラ32を保持した軸方向移動機構の制御を行い、検査対象体1の軸方向の部位Pに対応する位置に、エリアセンサカメラ32を順次移動させる。
具体的には、画像生成部52fは、図7に示すように、エリアセンサカメラ32が、初回検査時の撮像毎に生成した、検査対象体1の周表面1aの軸方向の位置が同じ撮像画像I1を、検査対象体1の周方向に沿って連続的に配列させ、組み合わせることで、検査対象体1の略全周に対応する画像である全周画像I2を生成する。つまり、画像生成部52fは、エリアセンサカメラ32が、初回検査時の撮像毎に生成した、検査対象体1の周表面1aの軸方向の位置が同じ撮像画像I1を、撮像された検査対象体1の周表面1aの位置毎に組み合わせることで、全周画像I2を生成する。
そして、画像生成部52fは、図8に示すように、検査対象体1の軸方向の周表面1aの位置が異なる全周画像I2を、検査対象体1の軸方向に沿って配列させ、組み合わせることで、検査対象体1の略全周かつ略全長に対応する画像である全体画像I3を生成する。
第1検査部52g1による検査の結果、欠陥が存在する場合、即ち、欠陥が検出された場合には、検査部52gは、検査に用いた画像から、検出された欠陥の位置及び大きさを検出する。検出された、欠陥の位置及び大きさの情報は、記憶部52aに記憶される。
初回検査において、欠陥が存在していた場合、第1検査部52g1で検出した欠陥の位置(欠陥の位置情報)に基づいて、検査対象体1の周表面1aにおける欠陥が存在する領域と手入れ処理装置40との、検査対象体1の軸方向及び周方向Cに関する位置合わせが行われる。これらの位置合わせのうち、検査対象体1の軸方向に関する位置合わせは、手入れ制御部52hが欠陥の位置情報に基づいて手入れ処理装置40の移動機構を制御することで行われ、検査対象体1の周方向Cに関する位置合わせは、回転制御部52cが欠陥の位置情報に基づいて回転機構20を制御することで行われる。そして、これら位置合わせ後、上述の欠陥の大きさの情報に基づく手入れ制御部52hの制御により、手入れ処理装置40が、検査対象体1の周表面における欠陥が存在する領域に対して、手入れ処理を行う。
また、手入れ後検査においては、撮像制御部52dは、初回検査のときより広い撮像対象領域(ROI)を設定し、具体的には、例えば、エリアセンサカメラ32が撮像可能な全視野を撮像対象領域(ROI)として設定する。
幅2048画素×高さ2048画素のCMOS(画素サイズ:5.5μm×5.5μm)センサを撮像素子として搭載している。撮像分解能が40μm×40μmとなるように、エリアセンサカメラ32から検査対象体1までの距離(具体的には、エリアセンサカメラ32の撮像素子から検査対象体1の周表面1aまでの距離)は400mmとされている。なお、撮像分解能は傷の大きさに合わせて決定される。
初回検査時の検査対象体1の回転周波数は0.035Hzである。
また、撮像制御部52dは、光照射機構31のリング照明31aを制御し、一定速度で回転している検査対象体1の周表面1aに光を照射する(ステップS2)。
なお、リング照明31aからの光の照射を開始してから検査対象体1を回転させてもよい。
(1)撮像制御部52dは、回転機構20からのエンコーダ信号に基づいて、検査対象体1の回転に同期させて、エリアセンサカメラ32に撮像させ、撮像毎に、初期検査時の撮像対象領域(ROI)について、エリアセンサカメラ32が有する撮像素子の画素からの電気的な情報の読み出しを行い、部位Pの撮像画像I1を生成させる。なお、撮像と撮像との間に、上記撮像対象領域(ROI)の周方向の大きさの分、検査対象体1が回転するよう、検査対象体1の回転周波数は設定されている。
(2)上記(1)における撮像及び画素からの読み出しが完了した後に、移動制御部52eは、エリアセンサカメラ32及びリング照明31aをエリアセンサカメラの全視野分移動させ、これにより、エリアセンサカメラ32及びリング照明31aを、検査対象体1の軸方向隣の部位Pに、移動させる。
一方、欠陥が存在する場合(YESの場合)、即ち、欠陥が検出された場合、検査部52gは、全体画像I3から、検出された欠陥の位置及び大きさを検出し、より具体的には、欠陥の軸方向の位置及び大きさと、欠陥の周方向の位置を検出する(ステップS6)。欠陥の軸方向の位置及び大きさは、例えば、全体画像I3における画素番号とエリアセンサカメラ32の撮像分解能から特定される。また、欠陥の周方向の位置は、例えば、同様に、全体画像I3における画素番号とエリアセンサカメラ32の撮像分解能から特定される。特定された欠陥に関する情報は、記憶部52aに記憶される。
なお、欠陥の位置とは、例えば、欠陥の重心位置であるが、欠陥に関する他の位置であってもよい。
図11に示すように検査対象体1の周表面に欠陥Dが複数(図の例では2つ)存在する場合には、欠陥D毎に、その位置及び大きさが特定される。
図11に示すように検査対象体1の周表面に欠陥Dが複数(図の例では2つ)存在する場合には、欠陥D毎に、欠陥が検出された領域に対する手入れ処理が行われる。
図12及び図13に示すように、検査対象体1の周表面1aに欠陥が複数(図の例では2つ)存在し、第1検査部52g1で欠陥が検出された領域それぞれに対して手入れ処理が行われた場合には、第1検査部52g1で欠陥が検出された領域毎に、手入れ後に撮像画像I4の生成が行われる。
したがって、本実施形態によれば、円柱状又は円筒状の検査対象体1の周表面1aに対する、巨視的な形状変化を伴う手入れ処理前と後の両方で、検査対象体1の周表面1aを正確に検査することができる。
また、本実施形態では、エリアセンサカメラ32を軸方向に移動可能に構成しているため、軸方向の長さが多岐にわたる検査対象体1について、検査を行うことができる。
図14及び図15は、本発明の第1実施形態の変形例に係る表面検査装置10が有するエリアセンサカメラ32を説明するための図である。
図6等に示した例では、エリアセンサカメラ32は、検査対象体1の軸方向に移動可能に構成されており、初回検査において、エリアセンサカメラ32が、検査対象体1の回転に合わせて、検査対象体1の軸方向の位置が異なる部位P毎に、検査対象体1の軸方向の位置が異なる部位Pを、順次撮像できるように、移動制御部52eが、部位Pそれぞれに対応する位置に、エリアセンサカメラ32を順次移動させるよう制御していた。
それに対し、図14に示す例では、エリアセンサカメラ32は、軸方向に移動可能に構成されておらず、代わりに、エリアセンサカメラ32が、検査対象体1の軸方向の位置が異なる部位P毎に設けられている。
そして、この例では、初回検査において、検査対象体1の軸方向の位置が異なる部位P毎に、部位P毎に対して設けられたエリアセンサカメラ32を用いて、撮像が行われる。
なお、この例では、移動制御部52eは省略される。
図16は、本発明の第2実施形態に係る表面検査装置の構成の一例の概略図である。
第1実施形態では、初回検査の際、エリアセンサカメラ32を用いて撮像し、その撮像結果から生成された全周画像I2を用いて、検査を行っていた。
それに対して、本実施形態では、撮像装置30が、エリアセンサカメラ32とは別に、ラインセンサカメラ33を有しており、初回検査の際、ラインセンサカメラ33で検査対象体1の周表面1aを撮像して検査を行う。
また、エリアセンサカメラ32の光軸L2が、検査対象体1の周表面1aにおけるエリアセンサカメラ32側端面の法線N0と略平行であるのに対し、ラインセンサカメラ33の光軸L3は、上記法線N0に対して+45°傾いている。
ライン照明31bにより照射される光の波長は、特に限定されるものではないが、例えば、400nm~800nm程度の可視光帯域に属する波長である。また、ライン照明31bからの光は、ロッドレンズや拡散フィルム(図示せず)等によって、ラインセンサカメラ33の撮像視野内に位置する手入れ処理前の検査対象体1の周表面1aに対し、均一に照射される。
エリアセンサカメラ32及びラインセンサカメラ33は、例えば、図17に示すように、検査対象体1の軸方向に移動可能に構成される。例えば、エリアセンサカメラ32及びラインセンサカメラ33は、光照射機構31と共に、軸方向移動機構(図示せず)に保持されており、エリアセンサカメラ32と光照射機構31の相互の位置関係及びラインセンサカメラ33と光照射機構31との相互の位置関係が維持されたまま、検査対象体1の軸方向(図のZ方向)へ移動可能に構成される。この場合、初回検査において、検査対象体1の軸方向(図のZ方向)の部位P毎に、ラインセンサカメラ33が検査対象体1の回転に合わせて撮像画像を順次生成できるように、移動制御部52eが、検査対象体1の軸方向の部位Pそれぞれに対応する位置にラインセンサカメラ33が順次移動するよう、制御する。
なお、この例の場合、移動制御部52eは省略される。
2048画素のCMOS(画素サイズ:5.5μm×5.5μm)センサを撮像素子として搭載している。撮像分解能が40μm×40μmとなるように、ラインセンサカメラ33から検査対象体1までの距離が400mmとされると共に、ラインセンサカメラ33のスキャン速度が1000Hz、回転機構20による検査対象体1の回転周速度40mm/sとされている。縦方向と横方向の撮像分解能を等しくすることで、縦方向と横方向の画素分解能を等しくすることができる。
なお、有害疵であるか無害疵であるかの判定手法としては、公知の手法、例えば、特開2018-179563号に記載の手法を用いることができる。
1a 周表面
1b 手入れ面
10 表面検査装置
20 回転機構
21 ターニングローラ
30 撮像装置
31 光照射機構
31a リング照明
31b ライン照明
32 エリアセンサカメラ
33 ラインセンサカメラ
40 手入れ処理装置
50 制御装置
51 表示部
52 制御部
52a 記憶部
52b 表示制御部
52c 回転制御部
52d 撮像制御部
52e 移動制御部
52f 画像生成部
52g 検査部
52g1 第1検査部
52g2 第2検査部
52h 手入れ制御部
I1 撮像画像
I2 全周画像
I3 全体画像
I4 撮像画像
Claims (5)
- 周表面に欠陥が存在する場合に、前記欠陥の周囲を平面的に削り取る手入れ処理が行われる円柱状又は円筒状の検査対象体を、検査する表面検査装置であって、
前記検査対象体を周方向に回転させる回転機構と、
前記回転機構の回転に応じて、前記検査対象体の周表面の軸方向の位置が同じ部位を撮像して第1撮像画像を生成する第1撮像装置と、
前記第1撮像画像に基づいて、前記検査対象体の略全周に対応する画像である全周画像を生成する画像生成部と、
前記検査対象体の周表面に欠陥が存在するか否かを、前記全周画像に基づいて検査し、欠陥が存在する場合には当該欠陥の位置を検出する第1検査部と、
前記第1検査部で欠陥の位置が検出された場合に、
前記第1検査部で検出した欠陥の位置に基づいて、前記手入れ処理後に前記検査対象体がなす表面を2次元画像として撮像し、第2撮像画像を生成する第2撮像装置と、
前記手入れ処理後に前記検査対象体がなす表面の、前記第1検査部で検出された欠陥に対応する位置に、欠陥が存在するか否かを、前記第2撮像画像に基づいて検査する第2検査部と、
を有し、
前記第2撮像装置は、前記第1検査部で検出された欠陥の位置を通る、前記手入れ処理後に前記検査対象体がなす表面の法線上の位置から、前記手入れ処理後に前記検査対象体がなす表面の、前記第1検査部で検出された欠陥の位置を略中心とした領域を撮像することで、前記第2撮像画像を生成する、表面検査装置。 - 前記第1撮像装置は、エリアセンサカメラであり、
前記第2撮像装置は、前記第1撮像装置と同一の又は異なる、エリアセンサカメラであり、
前記画像生成部は、
前記第1撮像画像の一部分に対応する画像を、撮像された前記検査対象体の周表面の位置毎に組み合わせることで、前記全周画像を生成する、請求項1に記載の表面検査装置。 - 前記第1撮像装置は、ラインセンサカメラであり、
前記第2撮像装置は、エリアセンサカメラであり、
前記画像生成部は、
前記第1撮像画像を、撮像された前記検査対象体の周表面の位置毎に組み合わせることで、前記全周画像を生成する、請求項1に記載の表面検査装置。 - 前記第1撮像装置は、
前記検査対象体の軸方向に複数設けられており、又は、移動機構により前記検査対象体の軸方向に移動可能とされており、前記検査対象体の軸方向の位置が異なる部位を撮像することで、複数の前記第1撮像画像を取得し、
前記画像生成部は、
前記検査対象体の軸方向の位置が同じ前記第1撮像画像を組み合わせることで前記全周画像を生成し、前記検査対象体の軸方向の位置が異なる前記全周画像を組み合わせることで全体画像を生成し、
前記第1検査部は、
前記検査対象体の周表面に欠陥があるか否かを、前記全体画像に基づいて検査し、欠陥が存在する場合には当該欠陥の位置を検出する、請求項1~3のいずれか一項に記載の表面検査装置。 - 周表面に欠陥が存在する場合に、前記欠陥の周囲を平面的に削り取る手入れ処理が行われる円柱状又は円筒状の検査対象体を、検査する表面検査方法であって、
前記検査対象体を周方向に回転させる回転ステップと、
前記回転ステップの回転に応じて、前記検査対象体の周表面の軸方向の位置が同じ部位を撮像して第1撮像画像を生成する第1撮像ステップと、
前記第1撮像画像に基づいて、前記検査対象体の略全周に対応する画像である全周画像を生成する画像生成ステップと、
前記検査対象体の周表面に欠陥が存在するか否かを、前記全周画像に基づいて検査し、欠陥が存在する場合には当該欠陥の位置を検出する第1検査ステップと、
前記第1検査ステップで欠陥の位置が検出された場合に、
前記第1検査ステップで検出した欠陥の位置に基づいて、前記手入れ処理後に前記検査対象体がなす表面を2次元画像として撮像し、第2撮像画像を生成する第2撮像ステップと、
前記手入れ処理後に前記検査対象体がなす表面の、前記第1検査ステップで検出された欠陥に対応する位置に、欠陥が存在するか否かを、前記第2撮像画像に基づいて検査する第2検査ステップと、
を有し、
前記第2撮像ステップは、前記第1検査ステップで検出された欠陥の位置を通る、前記手入れ処理後に前記検査対象体がなす表面の法線上の位置から、前記手入れ処理後に前記検査対象体がなす表面の、前記第1検査ステップで検出された欠陥の位置を略中心とした領域を撮像することで、前記第2撮像画像を生成する表面検査方法。
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