JPH04204145A - 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） 一般的に、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。

この品質検査の内、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′であるピストン１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３０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１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１は振分はブツシャ−８によって防錆油槽９に送
られ、ＮＧであればピストン１は振分はプッシャー８に
よってワークスドックエリア１０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図は、第３図に示した検査ステージの概略構成図を
示す。

この検査ステージには、同図に示すように、ピストン１
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によって回転するように
なっている。また、この回転台６には、エアーチャック
２１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１が支持される。

−二の回転台６の周囲には、図示するように、ピストン
１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によって光が照射されたピストン１の
被検査面Ｓの画像を入力するカメラ７とがそれぞれ配置
され、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１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によって入力すると、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の部分においては
乱反射を起こしているために、その部分からカメラ７に
入力される反射光量が減少し、この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。

（発明が解決しようとする課題） しかしながら、このような従来の表面欠陥検査装置にあ
っては、被検査面Ｓの表面が極めて平坦に近いものに対
しては高精度で欠陥検出が可能であるが、被検査面Ｓの
表面が平坦でない１反射率の一様でない例えば第７図に
示すような規則的に微細な凹凸を有するようなワーク１
°にあっては、その被検査面Ｓにおける欠陥の検出は極
めて困難となる。

すなわち、第７図に示すようなワーク１°における被検
査面Ｓの画像をカメラ７によって入力し、このカメラ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８図（Ａ）に示すように乱反射の程度が大きな
部分が周期的に落込みとなって表われるため、この落込
みを避け、かつ欠陥の検出を行なうためのスレッショル
ド電圧の選択が非常に困難（第８図（Ａ）に示すように
比較的低レベルにスレッショルド電圧を選択すると、そ
の二値化波形は、第８図（Ｂ）に示すようになり、欠陥
の誤検出が防止されるが、その検出精度が低下し、一方
、比較的高レベルにスレッショルド電圧を選択すると、
その検出精度は向上するが誤検出の可能性が高くなる。

）であることから、欠陥の有無の判断が極めて困難とな
り、検出精度が悪くなることになる。

本発明は、このような従来の不具合を解消すべく成され
たものであり、被検査面が平坦でないワークであっても
その被検査面に存在する欠陥の有無を高精度で検出する
こと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。

（課題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、ワークにおける被
検査面の画像を画像情報として入力する画像人力手段と
、当該画像人力手段によって入力した画像情報を記憶す
る記憶手段と、当該記憶手段に記憶されている画像情報
に基づいて、前記ワークの被検査面に対応した回折パタ
ーンを形成する回折パターン形成手段と、前記被検査面
及び前記回折パターン形成手段に対して光を照射する照
明と、当該照明により照射された前記回折パターン形成
手段からの通過光をフーリエ変換するフーリエ変換手段
と、前記ワークの被検査面に対応した遮光特性を有し、
当該フーリエ変換手段からの通過光を空間フィルタリン
グするフィルタと、当該フィルタからの通過光量を検出
する光量検出手段と、当該光量検出手段によって検出さ
れた光量に基ついて前記ワークの被検査面における欠陥
の有無を判断する判断手段とを有することを特徴とする
ものである。

（作用） このように構成すると、記憶手段には、照明によって照
らされたワークの被検査面全体の画像情報か画像入力手
段によって入力され、回折パターン形成手段は、この記
憶手段に記憶された画像情報に対応した回折パターンを
形成する。

そして、この回折パターン形成手段に照明から光か照射
されると、通過光がフーリエ変換手段によってフーリエ
変換され、このフーリエ変換後の通過光がフィルターに
照射され、このフィルターの通過光が光量検８手段に達
する。このフィルターは、正常なワークの被検査面に基
づいて形成された回折パターンからのフーリエ変換後の
通過光を遮光するような特性となるように予め設定しで
あるので、被検査面に欠陥のない正常なワークであれば
光量検出手段には光が達せず、これにより判断手段は欠
陥なしと判断し、一方、光量検出手段に光が達すれば、
その程度に応じて判断手段は欠陥の有無を判断する。

したがって、被検査面の形状が平坦でなく、また、その
面の反射率が部分的に変化しているようなワークであっ
ても欠陥の検出を高精度で行なうことが可能となる。

（実施例） 以下に、本発明の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における光
学処理系の概略構成図が示しである。

同図に示すように、本発明に係る表面欠陥検査装置は、
照明としてのレーザー３ｏがワーク１°の被検査面Ｓに
向けて光を照射するように配設され、この被検査面Ｓに
は、レーザー３ｏから出力された光がビームエキスパン
ダ３１を介して照射される。そして、光電変換を行なう
一次元センサ３３は被検査面Ｓからの反射光を結像レン
ズ３２を介して入射し得る位置に配置されており、この
−次元センサ３３には、センサコントローラ３４を介し
てＡ／Ｄ変換部３５か接続されている。この−次元セン
サ３３に被検査面Ｓからの反射光が結像レンズ３２を介
して入射されると、センサコントローラ３４は、−次元
センサ３３を構成する各素子をそれぞれ順番にＡ／Ｄ変
換部３５に接続し、Ａ／Ｄ変換部３５によって、この接
続された素子に発生している電圧をデジタルデータに変
換する。また、Ａ／Ｄ変換部３５には、２次元展開メモ
リ３６が接続されており、Ａ／Ｄ変換部３５によって変
換されたデジタルデータを順次所定のアドレスに記憶す
る。

一方、照明としてのレーザー３７の光軸を中心とする光
の照射方向には、ビームエキスパンダ３８を介して回折
パターン形成手段としての電子アレイシャッタ３９、フ
ーリエ変換手段としてのフーリエ変換用レンズ４０、フ
ィルタとしての空間周波数フィルタ４１と光量検出手段
としての光量センサ４２が順次配列されており、電子ア
レイシャッタ３９には、２次元展開メモリ３６に記憶□
されているデジタルデータに基づいて回折パターンを形
成させるシャッタドライバ４３が接続され、また、光量
センサ４２にはワーク１°の欠陥有無を判断する判断部
４４が接続されている。

なお、電子アレイシャッタ３９は、液晶により構成され
た二次元の任意形状を構成することのできるものであり
、例えば、ワーク１゛の被検査面表面がその回転軸方向
に規則的な凹凸を有する場合には、電子アレイシャッタ
３９はその凹凸形状に対応した格子を形成することにな
る。

さらに、空間周波数フィルタ４１の特性は、電子アレイ
シャッタ３９により、マスターワークの被検査面に基づ
いて形成された回折パターンからのフーリエ変換後の通
過光を遮光するような特性となるように予め設定しであ
る。

このように構成された表面欠陥検査装置は、第２図に示
した動作フローチャートに基づいて以下のように動作す
る。

ステップ１ まず、プログラムがスタートすると、レーサー３０はワ
ーク１゛の被検査面Ｓに対して光を照射し、第４図に示
したモータ２０によってワーク１“を所定の方向に所定
の速度で回転させる。

ステップ２ 一次元センサ３３は、被検査面Ｓからの反射光を結像レ
ンズ３２を介して人力し、この−次元センサ３３を構成
する各素子において光電変換を行なう。

ステップ３ センサコントローラ３４は、−次元センサ３３を構成す
る各素子を順にＡ／Ｄ変換部３５に接続し、Ａ／Ｄ変換
部３５はその接続された素子の電気量（例えば電圧）を
デジタルデータに変換して二次元展開メモリ３６に記憶
する。つまり、この二次元展開メモリ３６には被検査面
Ｓ全体の画像情報がデジタルデータとして記憶されるこ
とになる。

ステップ４ シャッタドライバ４３は、二次元展開メモリ３６に記憶
されているデジタルデータに基づいて電子アレイシャッ
タ３９の面上に、レーザー３７からビームエキスパンダ
３８を介して出力されたレーザー光を回折させる回折格
子を形成させる。

ステップ５ レーザー３７は、ビームエキスパンダ３８を介して電子
アレイシャッター３９にレーザー光を照射し、この通過
光をフーリエ変換用レンズ４０を通して空間周波数フィ
ルタ４１に照射する。

つまり、一種の回折格子が形成された電子アレイシャッ
ター３９にレーザー光が当ると、方形波状の光が通過す
るものと考えることができるが、この方形波状の光がフ
ーリエ変換用レンズ４０によって空間的なフーリエ級数
展開が行なわれ、このフーリエ級数展開後の光が空間周
波数フィルタ４１に照射されると、空間周波数フィルタ
４１上には、この電子アレイシャッター３９の回折格子
パターンの直流情報成分は光軸上に集束し、外部に向か
って低周波数情報から高周波数情報へと放射状に分布し
た光が照射されることになり、この空間周波数フィルタ
４１上には、電子アレイシャッター３９が二次元展開メ
モリ３６のデジタル情報に基づいて形成された回折パタ
ーンに応じた特徴的な分光パターンの光が照射されるこ
とになる。

したがって、この空間周波数フィルタ４１の遮光特性を
マスターワークに基づいて予め設定しておけば、電子ア
レイシャッター３９が被検査面Ｓ上に欠陥を有するワー
クに基づいて回折パターンが形成された場合、この電子
アレイシャッター３９からの通過光がフーリエ変換用レ
ンズ４０によってフーリエ変換され、空間周波数フィル
タ４１上に形成される分光パターンは、マスターワーク
のものとは異なることになるので、この空間周波数フィ
ルタ４１からさらに通過光が生じることになる。

ステップ６ 光量センサ４２は、空間周波数フィルタ４１からの通過
光没を検出して光電変換し、この検出光量に相当する電
気量を判定部４４に出力する。

ステップ７ 判定部４４は、光量センサ４２から出力された電気量に
基づいてワーク１°における被検査面Ｓ内に欠陥が存在
しているかどうかの判断を行なう。

このように、本実施例は、ワークにおける欠陥の有無を
、ワークにおける被検査面からの反遮光に基づいて空間
的に解析を行なうものである。

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
ポット光としても良い。

（発明の効果） 以上の説明により明らかなように、本発明によれば、ワ
ークにおける被検査面の画像を画像情報として人力する
画像入力手段と、当該画像入力手段によって入力した画
像情報を記憶する記憶手段と、当該記憶手段に記憶され
ている画像情報に基づいて、前記ワークの被検査面に対
応した回折パターンを形成する回折パターン形成手段と
、前記被検査面及び前記回折パターン形成手段に対して
光を照射する照明と、当該照明により照射された前記回
折パターン形成手段からの通過光をフーリエ変換するフ
ーリエ変換手段と、前記ワークの被検査面に対応した遮
光特性を有し、当該フーリエ変換手段からの通過光を空
間フィルタリングするフィルタと、当該フィルタからの
通過光量を検出する光量検出手段と、当該光量検出手段
によって検出された光量に基づいて前記ワークの被検査
面における欠陥の有無を判断する判断手段とを設けたの
で、被検査面の形状か平坦でなく、また、その面の反射
率が部分的に変化しているようなワークであっても欠陥
の検出を高精度で行なうことかできる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、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２図は、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図及び第８図（Ａ）、　　（Ｂ）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。 １．１°・・・ワーク、 ３３・・・−次元センサ（画像入力手段）、３６・・・
二次元展開メモリ（記憶手段）、３つ・・・電子アレイ
シャッタ（回折パターン形成手段）、 ３０．３７・・・レーザー（照明）、 ４０・・・フーリエ変換用レンズ（フーリエ変換手段）
、 ４１・・・空間周波数フィルタ（フィルタ）、４２・・
・光量センサ（光量検出手段）、４４・・・判断部（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）図面の浄書（内寥
Ｉ：ｌｌ！＄１） 第１図 第２図 第４図 第５図 第６図 （Ａ）　　　　　　　　　　　　　　（日）手続補正書 平成２年特許願　第３３５，４６４号 表面欠陥検査装置 □　天来　豊 ４、イ」こ革ジ１．＾、 自発補正 ６、補正の対象 図面（全図）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 ワークにおける被検査面の画像を画像情報として入力す
   る画像入力手段と、 当該画像入力手段によって入力した画像情報を記憶する
   記憶手段と、 当該記憶手段に記憶されている画像情報に基づいて、前
   記ワークの被検査面に対応した回折パターンを形成する
   回折パターン形成手段と、 前記被検査面及び前記回折パターン形成手段に対して光
   を照射する照明と、 当該照明により照射された前記回折パターン形成手段か
   らの通過光をフーリエ変換するフーリエ変換手段と、 前記ワークの被検査面に対応した遮光特性を有し、当該
   フーリエ変換手段からの通過光を空間フィルタリングす
   るフィルタと、 当該フィルタからの通過光量を検出する光量検出手段と
   、 当該光量検出手段によって検出された光量に基づいて前
   記ワークの被検査面における欠陥の有無を判断する判断
   手段とを有することを特徴とする表面欠陥検査装置。