JPH01191043A - 表面欠陥検査装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、例えば、工作機械等により加工された後のワ
ーク表面の欠陥を検査する表面欠陥検査装置に関する。

（従来の技術） −ｉ的に、生産工場等における製造加工ラインには、加
工後の製品の品質検査を行なう検査行程が設けられてい
るが、自動化の進んだ今日では、作業者による目視検査
に代わってカメラ等の光学系機器を用いて製品の品質検
査を行なうようになっている。

この品質検査の１つに、加工後の製品の表面にキズ等の
欠陥が存在しているか否かの検査をする表面欠陥検査が
あるが°、この表面欠陥検査は、表面欠陥検査装置が備
えられた、例えば第３図に示すような加工ラインにおい
て行なわれている。

ワーク１としてのピストンは、洗浄機２によって表面の
洗浄が行なわれた後、搬送装置３の所定位置で待機し、
ローダ４によって検査ステージに置かれている検査台５
の回転台６に載置される。

そして、回転台６によってワーク１が一回転する間に、
この回転台６の周囲に備えられているカメラ７によって
このピストンの被検査面の表面欠陥検査が行なわれ、こ
の検査結果がＯＫであればピストンは振分はプッシャー
８によって防錆油槽９に送られ、ＮＧであればピストン
は振分はプッシャー８によってワークスドックエリア１
０に送られる。

そして、ＯＫのものはパレタイズロボット１１によって
パレット１２に収納され、ＮＧのものは作業者によって
作業台１３で目視検査の後、防錆油槽１４に入れられて
、パレット１５に収納される。

第４図には、第３図に示した検査ステージの概略構成図
が示されている。

この検査ステージには、同図に示すように、ピストンを
支持すると共に回転させる回転台６が備えられており、
この回転台６は、モータ２０により回転されるようにな
っている。また、この回転台６には、エアーチャック２
１が設けられており、このエアーチャック２１によって
ピストンが把持される。

この回転台６の周囲には、図示するように、ピストンの
被検査面Ｓに対して水平に光を照射すランプ２２と、こ
のランプ２２より光が照射されたピストンにおける被検
査面Ｓの画像が入力されるカメラ７とがそれぞれ配置し
てあり、このランプ２２とカメラ７によって形成される
被検査面Ｓに対する照明条件は、被検査面Ｓの有する種
々の表面欠陥を検出するのに最適となるように設定され
ている。

この設定は第５図に示すように行なわれている。

すなわち、ランプ２２は、ピストンの被検査面Ｓに対し
て水平方向から光を照射する位置に設けられ、カメラ７
は、このランプ２２から照射されて被検査面Ｓから正反
射してきた光を受は得る位置に配置されている。なお、
このランプ２２から照射される光はスポット光である。

このような位置関係にランプ２２及びカメラ７を配置し
て、被検査面Ｓの画像をカメラ７により読取ると、例え
ば、この被検査面Ｓ中にスクラッチなどの深く小さい欠
陥ａが存在する場合には、この欠陥ａの部分においてラ
ンプ２２よりのスポット光が乱反射を起こすことから、
この部分からカメラ７に入力される反射光量が減少する
ことになる。そして、該部分におけるカメラ７からの信
号を画像処理すると、その画像処理後のビデオ波形は第
６図（Ａ＞に示すようにその欠陥ａに相当する部分が落
込みとなって表われる。これを二値化処理すると、第６
図（Ｂ）に示すような二値化波形が得られ、この二値化
波形中の０信号の存在を検出することによって欠陥ａの
存在を検出することができる。

また、最近では、レーザ光を用いてワーク表面における
欠陥を検査する装置が開発されている。

第７図に示すように、この装置は、レーザ２３より出力
されるレーザ光線を、集光レンズ２４、及びこのレーザ
光を１次元方向に走査するスキャナ２５を介してワーク
１の被検査面Ｓに向けて照射し、この被検査面Ｓより反
射したレーザ光が呈する回折像をファイバ集光系２６を
通して光電子増倍管２７に導くように構成したものであ
る。

この装置によれば、前記ファイバ集光系２６が空間フィ
ルタの役割を果たし、例えば被検査面Ｓに欠陥が有る際
には、回折像が乱れてファイバ集光系２６への入射光量
が減少することから、これを光電子増倍管２７で検出す
ることにより、被検査面Ｓにおける欠陥の有無を判断す
るようにしている。

（発明が解決しようとする問題点） しかしながら、前述した従来の表面欠陥検査装置にあっ
ては、被検査面Ｓが平坦なもの、あるいは極めて平坦に
近いものに対しては高精度で欠陥を検出できる反面、被
検査面Ｓが平坦でない、つまり、入射光の反射率が一様
でない、３次元的にその形状が変化してなる被検査面Ｓ
における欠陥の検出は極めて困難であるという不具合が
あった。

すなわち、前述したピストンの被検査面Ｓが、上述し７
’、：３次元的な形状変化を呈するものであると仮定す
れば、ランプ２２より照射された光の反射光を取込むカ
メラ７は、一定の位置に固定されるものであることから
、前記３次元的な形状変化を呈する被検査面Ｓの形状に
応じて反射方向が変化する光を常時取込むことはできな
い。

また、やはり前述したレーザー光線を用いた表面欠陥検
査装置により、３次元的な形状変化を呈する被検査面Ｓ
を検査する場合にも、被検査面Ｓより反射したレーザ光
が呈する回折像を光電子増倍管２７へ導くファイバ集光
系２６の配列に規制されることから、前記３次元的な形
状変化を呈する被検査面Ｓの形状に応じて反射方向が変
化するレーザー光を常時取込むことはできなかった。

したがって、従来の表面欠陥検査装置では、３次元的な
形状変化を呈する被検査面Ｓを有するワークを対象とし
て、表面欠陥検査を行なうことができないなめに、この
ようなワークの欠陥検査は人手によらなければならず、
これが自動化を遂行する上での問題点となっていた。

本発明は、このような従来の問題点に鑑みてなされたも
のであり、３次元的な形状変化を呈する被検査面Ｓを有
する被検査体を対象とした表面欠陥検査が可能な表面欠
陥検査装置を提供することを目的とする。

（問題点を解決するための手段） 前記目的を達成するための本発明は、照明より照射され
る光を、被検査体の表面における任意の部位に向けて走
査可能に構成した２次元走査手段と、当該２次元走査手
段に走査信号を出力する走査制御手段と、前記被検査体
の表面における任意の部位よりの反射光量を検出する光
量検出手段と、欠陥が無いと判断する基準となる基準被
検査体の表面における任意の部位よりの光の反射位置を
前記走査信号に同期して検出すると共に記憶する位置記
憶手段と、前記２次元走査手段により前記基準被検査体
を走査した際における、前記光量検出手段よりの検出値
を前記走査信号に同期して記憶する基準光量記憶手段と
、前記光量検出手段へ入射する前記被検査体よりの反射
光を遮断する遮光手段と、当該遮光手段に、前記位置記
憶手段に記憶されている前記反射位置に基づいて、前記
走査信号に同期して該反射位置を中心として光が通過す
る非マスク部を形成させるマスクパターン生成手段と、
前記光量検出手段により検出される、前記マスクパター
ン生成手段により形成された前記非マスク部を通過する
現在光量と、前記基準光量記憶手段に記憶されている基
準光量とを前記走査信号に同期して参照することにより
、前記被検査体の表面における欠陥の有無を判断する欠
陥判断手段とを有することを特徴とするものである。

（作用） 上記手段を採用すれば、遮光手段上に、基準被検査体を
走査した際における光の反射位置に基づいて、走査信号
に同期して該反射位置を中心として光が通過する非マス
ク部がマスクパターン生成手段により形成されるが、例
えば、被検査面に欠陥を有する被検査体を検査対象とし
た場合には、この時、前記欠陥を照射する光はこの欠陥
において乱反射して拡散され、この結果、この光の一部
は、基準被検査体より反射する光が進行する軌道から外
れることとなり、このなめ、前記軌道上に設けられてい
る非マスク部を通過する光量は減少することになる。し
たがって、欠陥判断手段は、前記欠陥において減少した
光量と、基準被検査体より反射する光量とを走査信号に
同期して参照することにより、被検査体の被検査面にお
ける欠陥の有無を判断することができることになる。

（実施例） 以下に、本発明の一実施例を図面に基づいて詳細に説明
する。

第１図には、本発明に係る表面欠陥検査装置の概略構成
図が示しである。なお、第１図と第７図とに共通する部
材間には同一符号を付しである。

まず、光学系から説明すると、第１図（Ａ）に示すよう
に、照明としてのレーザ２３より放射するレーザ光線が
集光レンズ２４を透過して当たる位置には、θミラー３
０が、このθミラー３０を回転する第１ステツプモータ
３１の回転軸に回動自在に支持されてなる垂直方向スキ
ャナ３２が設けてあり、ここで、入射したレーザ光線を
垂直方向に走査するようになっている。また、垂直方向
スキャナ３２−おいて走査されなレーザ光線が当たる位
置には、ψミラー３３が、このψミラー３３を回転する
第２ステツプモータ３４の回転軸に回動自在に支持され
てなる水平方向スキャナ３５が設けてあり、ここで、入
射したレーザ光線を水平方向に走査してワーク１におけ
る被検査面Ｓに向けて照射するようになっている。つま
り、レーザ２３より放射したレーザ光線は、垂直方向ス
キャナ３２及び水平方向スキャナ３５において２次元方
向に走査されて、ワーク１における被検査面Ｓの任意の
部位に照射可能なように構成されている。

なお、垂直方向スキャナ３２及び水平方向スキャナ３５
で、２次元走査手段としての２次元スキャナ３６を構成
している。また、垂直方向スキャナ３２及び水平方向ス
キャナ３５のそれぞれには、垂直方向、あるいは水平方
向のスキャン角度を検出して角度に応じた電圧を出力す
る第１．第２ポテンショメータ３１ａ、３４ａが設けて
あり、これにより、２次元スキャナ３６の被検査面Ｓ上
におけるスキャン位置を゛、第１．第２ステップモータ
３１．３４のステップ角の他に、第１．第２ポテンショ
メータ３１ａ、３４ａの出力電圧を参照することで確実
に検知できるようになっている。

一方、ワーク１における被検査面Ｓの任意の部位に入射
して、この被検査面Ｓより反射しなレーザ光線が当なる
位置には、入射したレーザ光線を反射すると共に集光す
る集光ミラー３７が設けである。この集光ミラー３７よ
り反射しなレーザ光線が当たる位置には、入射したレー
ザ光線の一部を位置記憶手段の一部を成す２次元イメー
ジセンサ３８へ導くハーフミラ−３９が設けられると共
に、このハーフミラ−３９におけるレーザ光線の進行方
向後方に、後述する遮光手段としての液晶シャッタ４０
が、また、液晶シャッタ４０の後方に、ここに入射する
レーザ光線の光量を検出する光量検出手段としての光電
子増倍管２７がそれぞれ設けられている。なお、本実施
例中、光量検出手段として光電子増倍管を用いるように
例示したが、これに限定されるものではなく、例えばフ
ォトダイオード等の光電変換素子を用いて光量を検出す
るように構成しても良い。

次に、前述した光学系の動作を制御すると共に、ワーク
を対象とした表面欠陥検査を行なうための制御部周辺の
ブロック図を第２図に示す。

同図に示すように、それぞれが垂直方向、及び水平方向
スキャナ３２．３５の一構成部材である第１．第２ステ
ップモータ３１．３４の両者には、垂直方向、及び水平
方向スキャナ３２．３５の両スキャン角度θ、ψを制御
する制御信号を前記両者のモータ３１，３４等に出力す
る走査制御手段としてのスキャナ制御部４１が接続され
ている。

このスキャナ制御部４１には、第１．第２ポテンショメ
ータ３１ａ、３４ａが接続してあり、これにより、垂直
方向、及び水平方向スキャナ３２゜３５の両スキャン角
度θ、ψをフィードバックするようにしている。また、
スキャナ制御部４１には、欠陥が無いと判断する基準と
なるマスターワークを対象として、スキャン角度θ、ψ
の変化に対する、レーザ光線が照射される２次元イメー
ジセンサ３８上におけるアドレス、及び光電子増倍管２
７が受けるレーザ光線の入射量の変位を検出する際に切
換える切換スイッチ４２が接続しである。

一方、スキャナ制御部４１には、２次元イメージセンサ
３８が接続された、マスターワークが検査対象時であっ
て、垂直方向、及び水平方向スキャナ３２．３５を走査
時において入力される２次元イメージセンサ３８の領域
のうち、レーザ光線が照射されるアドレスを順次取出す
アドレス取出部４３が接続され、このアドレス収出部４
３には、ここで取出したアドレスを、スキャン角度θ、
ψの変化に対応するルックアップテーブルとして順次格
納するアドレス記憶部４４が接続されている。

なお、アドレス取出部４３とアドレス記憶部４４とで、
位置記憶手段の一部を構成している。

このアドレス記憶部４４は、液晶シャッタ４０上におけ
るレーザ光線を通過させる非マスク部４７の半径ｒを設
定する非マスク半径設定器４５が接続されると共に、ス
キャナ制御部４１が接続されたマスクパターン生成部４
６が接続されており、ここにおいて、被検査体としての
ワーク１を検査時における、スキャン角度θ、ψの変化
に応じたマスクパターンが生成され、ここで生成された
マスクパターンにしたがって液晶シャッタ４０が所定の
位置に非マスク部４７を形成するようになっている。な
お、非マスク半径設定器４５とマスクパターン生成部４
６とでマスクパターン生成手段を構成している。また、
本実施例中、非マスク部を半径ｒの円形で構成するよう
に例示したが、特にこれに限定されるものではない。

さらに、スキャナ制御部４１には、光電子増倍管２７が
接続された、光電子増倍管２７が検出したレーザ光線の
入射量を取出す光量取出部４８が接続してあり、また、
光量取出部４８には、マスターワーク検査時における光
量を、スキャン角度θ、ψの変化に対応するルックアッ
プテーブルとして順次格納する基準光量記憶手段として
の基準光量記憶部４９と、被検査体としてのワーク１を
検査時における光量を、スキャン角度θ２ψの変化に対
応するルックアップテーブルとして順次格納する現在光
量記憶部５０とが接続されている。

そして、光量取出部４８には、欠陥判断手段としての光
量判断部５１が接続してあり、ここで、基準光量記憶部
４９、及び現在光量記憶部５０より取出した両者の光量
を参照することにより、ワーク１の被検査面Ｓに欠陥が
有るか否かの判断を行なうように構成されている。

上述のように構成された表面欠陥検査装置は、第２図（
Ａ）、　（Ｂ）に示す動作フローチャートに基づいて以
下のように動作する。まず始めに、欠陥検査を行なう前
に必要とされる教示処理について、第１図、及び第２図
（Ａ）を参照して説明する。なお、この時、切換スイッ
チ４２は教示処理を選択している。

まず、教示プログラムがスタートすると、マスクパター
ン生成部４６により、液晶シャッタ４０を開放する処理
が実行される（ステップ１）。

次に、スキャナ制御部４１は、第１、第２ステップモー
タ３１．３４を所定の順序に駆動して、レーザ光線によ
り、マスターワーク上の全ての被検査面Ｓを２次元走査
する処理を実行する（ステップ２）。なお、この２次元
走査処理は、第１゜第２ステップモータ３１，３４のス
テラフ角度θ。

ψを適宜変化させることにより行なわれている。

一方、この２次元走査処理と同期して、ハーフミラ−３
つによりその一部が導かれたレーザ光線が、２次元イメ
ージセンサ３８のうち、マスターワークが呈する被検査
面Ｓの形状に対応した位置に照射され、これを２次元イ
メージセンサ３８が検出してアドレス（ｘ、　ｙ）とし
てアドレス取出部４４へ転送する処理を実行する（ステ
ップ３）。また１、前記２次元走査処理と同期して、光
電子増倍管２７が、ここに入射するマスターワークの被
検査面Ｓより反射しなレーザ光線の光量を基準光量ｉと
して検出し、これを光量取出部４８へ転送する処理を実
行する（ステップ４）。さらに、ステップ３．４におい
て検出されたアドレス（Ｘ、Ｖ）、及び基準光量ｊは、
ステラフ角度θ、ψの変化に対応する変位量を示すルッ
クアップテーブルとしてアドレス記憶部４４、及び基準
光量記憶部４９の夫々に格納される（ステップ５）。ま
た、非マスク半径設定器４５において設定される非マス
ク部４７の半径ｒが、マスクパターン生成部４６に転送
されて記憶される（ステップ６）。

次に、ワーク１の被検査面Ｓにおける欠陥検査処理プロ
グラムについて、第１図、及び第２図（Ｂ）に示す動作
フローチャートを参照して説明する。

まず、欠陥検査処理プログラムがスタートすると、スキ
ャナ制御部４１は、第１、第２ステップモータ３１，３
４を所定の順序に駆動して、レーザ光線により、被検査
体としてのワーク１上の全ての被検査面Ｓを２次元走査
する処理を実行する（ステップ１０）。なお、この２次
元走査処理は、第１．第２ステップモータ３１，３４の
ステップ角度θ、ψを適宜変化させることにより行なわ
れている。

一方、この２次元走査処理と同期して、現在のステップ
角度θ、ψと、基準光量記憶部４８に格納されているル
ックアップテーブルを参照して、現在のステップ角度θ
、ψに対応する基準光ｉｉが読出され、この値が光量取
出部４８に転送される（ステップ１１）。また、前記２
次元走査処理と同期して、現在のステップ角度θ、ψと
、アドレス記憶部４４に格納されているルックアップテ
ーブルを参照すると共に、非マスク部４７の半径ｒに基
づいて、マスクパターン生成部４６において、現在のス
テップ角度θ、ψに対応するアドレス（Ｘ、Ｖ）を中心
とする半径ｒの非マスク部４７が、液晶シャッター４７
上に形成される（ステップ１２）。なお、この非マスク
部４７は、教示プログラムにおいて検出された、マスタ
ーワークよりのレーザ光線の反射位置にしたがうアドレ
ス位置に形成されるものであるが、例えばワーク１の被
検査面Ｓに欠陥が存在する場合には、欠陥検査処理中に
おけるレーザ光線は同一軌道上からそれることから、非
マスク部４７を通過したレーザ光線の現在光Ｊｔｉを検
出することにより、欠陥の有無が判断できることになる
。また、非マスク部４７の半径ｒを適宜変化させること
により、欠陥の有無の判断基準を必要に応じて改変する
ことができる。

ステップ１２において、液晶シャッタ４０上に非マスク
部４７が形成されると、前記２次元走査処理と同期して
、光電子増倍管２７が、非マスク部４７を通過してここ
に入射するワーク１の被検査面Ｓより反射したレーザ光
線の現在光量ｄを検出し、この値が、現在のステップ角
度θ、ψに対応する現在光量ｄとして現在光量記憶部５
０に格納される（ステップ１３）。

そして、光量判断部５１は、光量取出部４８より、現在
のステップ角度θ、ψに対応する基準光量ｉ、及び現在
光量ｄを取出す処理を実行し、両者の光量」、ｄを参照
することにより、現在レーザ光線を照射している位置に
おける欠陥の有無を判断するものである（ステップ１４
）。

尚、本実施例において、ワークの被検査面に照射する光
はレーザー光を用いたが、通常使用される光源からのス
ポット光等を用いても良い。

（発明の効果） 以上詳細に説明したように、本発明によれば、遮光手段
上に、基準被検査体を走査した際における光の反射位置
に基づいて、走査信号に同期して該反射位置を中心とし
て光が通過する非マスク部がマスクパターン生成手段に
より形成されるが、例えば、被検査面に欠陥を有する被
検査体を検査対象とした場合には、この時、前記欠陥を
照射する光はこの欠陥において乱反射して拡散され、こ
の結果、この光の一部は、基準被検査体より反射する光
が進行する軌道から外れることとなり、このなめ、前記
軌道上に設けられている非マスク部を通過する光量が減
少することになる。したがって、欠陥判断手段は、前記
欠陥において減少した光量と、基準被検査体より反射す
る光量とを走査信号に同期して参照することにより、被
検査体の被検査面における欠陥の有無を判断することが
できることになる。

なお、本発明により、例えば、３次元的な形状変化を呈
する被検査面を有する被検査体を検査対象とした場合で
も、人手によらず表面欠陥検査を行なうことができるこ
ととなった。

【図面の簡単な説明】

第１図（Ａ）、は、本発明に係る表面欠陥検査装置の光
路系の概略構成図、 第１図（Ｂ）は、本発明に係る表面欠陥検査装置の制御
部周辺のブロック構成図、 第２図（Ａ）、（１３）は、本発明に係る表面欠陥検査
装置の動作フローチャート、 第３図は、従来の欠陥検査行程の一例を示す図、第４図
は、第３図に示した検査ステージの概略構成図、 第５図は、表面欠陥検査を行なう場合の照明条件を示す
図、 第６図（Ａ）、　（Ｂ）は、カメラから入力した画像の
処理波形を示す図、 第７図は、従来の表面欠陥検査装置の問題点の説明に供
する図である。 １・・・ワーク（被検査体）、 ２３・・・レーザ（照明）、 ２７・・・光電子増倍管（光量検出手段）、３６・・・
２次元スキャナ（２次元走査手段）、３８・・・２次元
イメージセンサ（位置記憶手段）、４０・・・液晶シャ
ッタ（遮光手段）、４１・・・スキャナ制御部（走査制
御手段）、４３・・・アドレス取出部（位置記憶手段）
、４４・・・アドレス記憶部（位置記憶手段）、４５・
・・非マスク半径設定器（マスクパターン生成手段）、 ４６・・・マスクパターン生成部（マスクパターン生成
手段）、 ４７・・・非マスク部、 ４９・・・基準光量記憶部（基準光１記憶手段）、５１
・・・光量判断部（欠陥判断手段）。 特許出願人　　　　　日産自動車株式会社代理人　弁理
士　　　八　１）幹　雄（ほか１名）区

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 照明より照射される光を、被検査体の表面における任意
   の部位に向けて走査可能に構成した２次元走査手段と、 当該２次元走査手段に走査信号を出力する走査制御手段
   と、 前記被検査体の表面における任意の部位よりの反射光量
   を検出する光量検出手段と、 欠陥が無いと判断する基準となる基準被検査体の表面に
   おける任意の部位よりの光の反射位置を前記走査信号に
   同期して検出すると共に記憶する位置記憶手段と、 前記２次元走査手段により前記基準被検査体を走査した
   際における、前記光量検出手段よりの検出値を前記走査
   信号に同期して記憶する基準光量記憶手段と、 前記光量検出手段へ入射する前記被検査体よりの反射光
   を遮断する遮光手段と、 当該遮光手段に、前記位置記憶手段に記憶されている前
   記反射位置に基づいて、前記走査信号に同期して該反射
   位置を中心として光が通過する非マスク部を形成させる
   マスクパターン生成手段と、前記光量検出手段により検
   出される、前記マスクパターン生成手段により形成され
   た前記非マスク部を通過する現在光量と、前記基準光量
   記憶手段に記憶されている基準光量とを前記走査信号に
   同期して参照することにより、前記被検査体の表面にお
   ける欠陥の有無を判断する欠陥判断手段とを有すること
   を特徴とする表面欠陥検査装置。