JPH04355353A - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、検査対象を走査して得
られる画像信号を用いて欠陥の有無を検査する欠陥検査
装置に関するものである。

【０００２】

【発明の技術的背景】鋼板やプラスチックフィルムや紙
などの表面を光学的に走査して、その表面のキズあるい
は内部の欠陥等を検出する欠陥検査装置が公知である。 ここに従来は検査対象を走査して得た画像信号を予め設
定されたしきい値と比較し、画像信号がこのしきい値を
超えるか又はしきい値より小さいときに欠陥であると判
断していた。

【０００３】しかし一般にこの画像信号は、その出力レ
ベルに大きな変動が伴う場合がある。例えばＣＣＤライ
ンセンサやＣＣＤエリヤセンサで画像を読取る場合には
、これらセンサの各画素の特性の不均一性のためや照明
のむらなどにより、出力レベルが大きく変動する。また
走査ビームの検査対象表面への入射角の変化や光学系へ
の入射角の変化により出力レベルに大きな変動が生じる
。さらに検査対象においても、例えば圧延鋼板などにお
いては欠陥までは至らない圧延時のむらなどの地合の変
化が生じることがあり、このような製造過程で生じる広
い範囲に亘る地合によっても出力レベルの変動が生じる
。

【０００４】このように出力レベルに大きい変動が含ま
れる場合には、しきい値と比較する際にこの大きい変動
の中に欠陥を示す信号が埋もれてしまったり、逆に背景
部分に含まれた単なるノイズを欠陥と判断してしまうこ
とが起る。このため欠陥検出の精度が低下するという問
題があった。

【０００５】そこで微分フィルタを用いて空間フィルタ
リング処理を行い、濃度レベルの大きい変動すなわち低
周波成分を除去することが考えられる。この微分処理を
すると欠陥検出感度が向上するが、検査対象に表れる地
合により誤検出し易くなる。しかしこの地合には検査対
象ごとに特徴的な方向性があるため、この地合の方向と
微分フィルタの微分方向とを揃えることにより誤検出を
減らすことができるが、正しい微分方向を決めるのが困
難であり、この方向が不揃いだと単なる地合をノイズと
誤検出し易くなり、検出精度が下がるという問題が生じ
る。

【０００６】

【発明の目的】本発明はこのような事情に鑑みなされた
ものであり、微分フィルタによる空間フィルタリング処
理を行う場合に、地合の種類に適する微分方向をもった
微分フィルタを設定可能として、欠陥を高精度に検出す
ることができる欠陥検査装置を提供することを目的とす
るものである。

【０００７】

【発明の構成】本発明によればこの目的は、検査対象を
走査して得た画像信号を用いて検査対象の欠陥を検出す
る欠陥検査装置において、走査により得たアナログ画像
信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換手段と、この
デジタル化された濃度信号を微分フィルタにより空間フ
ィルタリング処理する空間フィルタリング手段と、前記
デジタル化された信号に基づき画素濃度の差分を用いて
検査対象の地合の特徴を判別する地合特徴判別手段と、
この微分処理した信号を所定のしきい値と比較して欠陥
を検出する欠陥検出手段とを備え、前記地合特徴に基づ
いて前記空間フィルタリング手段で用いる微分フィルタ
を設定可能としたことを特徴とする欠陥検査装置、によ
り達成される。

【０００８】ここに用いる微分フィルタの選定は、地合
特徴判別手段の出力結果に基づいて手動で行ってもよい
のは勿論であるが、この選定を自動で行うのが望ましい
。例えば微分方向が異なる複数の微分フィルタをメモリ
しておき、地合特徴判別手段での判別結果に基づいて地
合の方向に適合した微分フィルタを選定するように構成
することができる。また地合の特徴は、例えば主・副走
査方向の隣接する画素間あるいは所定数おきの画素間の
濃度の差分を用いたり、平均濃度との差分を主・副走査
方向に合計することにより判別することが可能である。 ここに差分の絶対値を合計したり、差分の２乗を合計す
るものでもよい。

【０００９】

【作用】画像濃度信号はデジタル化されて微分フィルタ
により微分されるから、信号に含まれる出力レベルの大
きい変動、すなわち低周波成分が除去される。このため
背景部分に対応する領域の出力レベルがほぼ一定に保た
れる。この微分後の信号をしきい値と比較することによ
り欠陥を高精度に検出することができる。

【００１０】ここに地合特徴判別手段は画素濃度の差分
を用い地合の特徴を判別し、これに応じて用いる微分フ
ィルタを選定可能としたから、この微分フィルタを検査
対象の地合の特徴に適合させることにより検査精度は向
上する。

【００１１】

【実施例】図１は本発明の第１の実施例のブロック図、
図２は画像信号等の出力波形図、図３は空間フィルタリ
ング処理の説明図、図４は微分フィルタの一例を示す図
、図５は濃度変換テーブルの一例を示す図、図６は地合
を判別する領域を示す図、図７は地合判別の一例の概念
を示す図、図８は地合特徴判別モードの動作流れ図であ
る。

【００１２】図１において、符号５０は鋼板、紙、プラ
スチックフィルムなどの検査対象であり、この検査対象
５０は供給ロール５２から巻取りロール５４に送られる
。この巻取りロール５４は巻取りモータ５６により駆動
される。この検査対象５０の送り中にフライングスポッ
ト方式による画像検出手段５８によって表面の画像が読
取られる。この画像検出手段５８は、レーザー光源６０
から射出されるレーザ光からなる走査ビームＬを、モー
タ６２により回転される回転ミラー（ポリゴナルミラー
）６４によって検査対象５０の幅方向に一定の角速度で
走査（主走査）する一方、検査対象５０の表面による反
射光を受光ロッド６６によって一対の受光器６８（６８
ａ、６８ｂ）に導いて受光するものである。

【００１３】すなわち受光ロッド６６は走査ビームＬの
主走査ライン７０に近接してこれに平行に配設され、反
射光を受光すると受光ロッド６６の内面で全反射させて
その両端に導き、フォトマルチプライヤ（光電子増倍管
）などの受光器６８により受光量が検出される。各受光
器６８が出力する画像信号はプリアンプ、メインアンプ
で増幅され、また波形整形されて図２に示すアナログ画
像信号ａ１　、ａ２　となる。各信号ａ１　、ａ２　に
は、連続する異なる主走査ライン７０に対応する信号が
、時間軸方向に一定時間毎に現れている。この図２でｄ
１１、ｄ１２、ｄ２１、ｄ２２は検査対象５０の表面の
欠陥に対応する。

【００１４】各信号ａ１　、ａ２　は走査ビームＬの主
走査ライン７０上の走査位置から遠くなるとレベルが低
下し、反対に走査位置に近くなるとレベルが上昇するよ
うに変化する。そこでこの実施例では、両信号ａ１　、
ａ２　は加算手段７２で加算され、主走査ライン７０上
の走査位置の変化による影響が除去されて信号ａ３　と
なる。この信号ａ３　は、走査ビームＬの検査対象５０
の表面への入射角度の変化、検査対象５０表面の地合い
ムラ、導光ロッド６６内での減衰などのために、図２に
示すようにその出力レベルが大きく湾曲していることが
ある。

【００１５】この加算された信号ａ３　はＡ／Ｄ変換手
段７４においてデジタル信号ａ４　に変換される。例え
ば２５６階調の濃度信号ａ４　に変換される。そしてラ
インメモリ７６にメモリされる。

【００１６】このラインメモリ７６は主走査ラインの画
素数Ｎと後記する空間フィルタよりも大きい行数Ｍとの
積（Ｎ×Ｍ）に等しい記憶容量を持ち、検査幅ゲート信
号に同期して一主走査毎にデジタル画像信号ａ４　を記
憶する。すなわちラインメモリ７６の記憶領域が一杯に
なると最も古いデータの上に順次上書きしてゆくリング
バッファ構造を持つ。ここに検査幅ゲート信号は回転ミ
ラー６４の回転に同期して一主走査内の検査幅を示すも
のである。また、このラインメモリの代りに、１ライン
づつｎライン分信号ａ３　をディレイさせるディレイ回
路で代用させることもできる。

【００１７】次にこのラインメモリ７６の信号ａ５　に
は、空間フィルタリング手段７８において微分フィルタ
による空間フィルタリング処理が施される。この微分処
理は例えば図３に示すように処理対象画像の各画素毎に
この画素を中心とした例えば３ｘ３領域に空間フィルタ
Ｆを重ね合せ、対応する画素同志の積を求め、それらの
総和を出力値とする。この操作を左上の画素から右下の
画素までラスタ走査順に行うものである。

【００１８】このフィルタリング処理に用いる空間フィ
ルタとしては例えば図４に示すような重み係数を持った
フィルタを採用することができる。すなわち行方向微分
用のフィルタΔｘｆと列方向微分用のフィルタΔｙｆと
の２つのフィルタを用い、各フィルタの出力の絶対値の
和、もしくは両フィルタの出力のうち大きい方の値、ま
たは両フィルタのいずれかの出力、もしくはその絶対値
をもって最終的な出力値とするものである。ここに用い
る微分フィルタは、予め微分フィルタメモリ１０２に種
々のものがメモリされ、後記する地合特徴判別手段１０
０により地合に最適なフィルタが選定される。

【００１９】このようなフィルタリング処理の結果、画
像のχおよびｙ方向の輪郭が強調され、その後の欠陥検
出精度が向上する。ここにＡ／Ｄ変換した信号を所定の
濃度変換テーブルを用いて濃度変換する濃度変換手段８
２を設け、この濃度変換後の信号をラインメモリ７６を
介して空間フィルタリング手段７８に入力し空間フィル
タリング処理するようにしてもよい。

【００２０】この場合Ａ／Ｄ変換された後の信号ａ４　
は濃度変換手段８２で濃度変換される。そして濃度変換
された信号はフレームメモリ８４に移されてからテレビ
モニタ８６に表示される。ここで濃度変換手段８２に用
いる変換テーブルは例えば図５に示す特性のものが用い
られる。この図５において横軸はＡ／Ｄ変換手段７４か
ら出力されこの濃度変換手段８２に入力される濃度信号
ｘの濃度を示し、縦軸は出力される濃度変換後の濃度信
号Ｘを示す。これら濃度信号ｘ、Ｘは例えば２５６階調
とされる。またこのテーブルは、背景濃度ｃを挟む両側
に一定濃度幅ａ内で一定濃度（例えば中間の濃度１２７
）とし、この幅ａの外では傾きｂをもって最大（２５５
）および最小濃度（０）に変換するものである。

【００２１】この実施例では手動設定手段８８によって
このテーブルの設定値ａ、ｂ、ｃが変更可能となってい
る。すなわち操作者はテレビモニタ８６の画像を見なが
ら背景領域のノイズが消えるようにこの設定手段８８を
操作する。

【００２２】一方空間フィルタリング手段７８で処理を
した信号ｙは、信号Ｘもしくはａ４にあった低周波成分
が除去されて欠陥の部分が強調されている。欠陥検出手
段９０はこの信号ｙをしきい値ｖ１　、ｖ２　と比較し
、ｙ＞ｖ１　またはｙ＜ｖ２　（図５参照）の時に欠陥
と判断する。この濃度のしきい値ｖ１　、ｖ２　による
欠陥判断に代え、処理対象画素を中心とする一定のサイ
ズ（個数しきい値マスクサイズ）にある各画素に対して
、この濃度しきい値ｖ１　を超えたまたはｖ２　以下と
なった画素の数（画素数しきい値）がある一定数（例え
ば４）以上あれば、この処理対象となった画素の値を１
に、そうでなければ０として欠陥を判別するようにする
ことも可能である。

【００２３】この欠陥を示す信号ｚはアドレス判別手段
９２に送られ、この欠陥のアドレスＡｄが求められる。 このアドレスＡｄは速度検出器（パルスジェネレータ）
５７、モータ６２の回転角から求めるが、信号処理の間
の時間遅れがあるのでその時間を考慮して求める必要が
ある。例えばラインメモリ７６やフレームメモリ８４に
は信号ａ４　、Ｘと共に信号の座標を同時にメモリして
おき、欠陥の座標をこれらメモリ７６、８４から求める
ようにしてもよい。この結果はプリンタなどの記録手段
９４に記録される。

【００２４】次に空間フィルタリング手段７８で用いる
微分フィルタを選定する地合特徴判別手段１００を図６
、７、８に基づいて説明する。この手段１００による地
合の検査は、図６に示すように検査対象５０の送り方向
の先頭側中央付近に設定したｎ×ｍ画素からなる所定領
域Ａを用いて行われる。この領域Ａの主走査方向（ｘ方
向）の画素数ｎは例えば２５６に設定され、また副走査
方向（ｙ方向）の画素数ｍすなわちライン数ｍは例えば
３２とされる。前記ラインメモリ７６の記憶可能なライ
ン数Ｍはこのライン数ｍより大きいか等しい。なおこの
領域Ａ内の画素（ｐ、ｑ）の濃度はＦｐ、ｑ　とする。

【００２５】この地合判別のモードでは（図８、ステッ
プ１００）、領域Ａ内にある画素の濃度Ｆ（ｍ、ｎ）は
ラインメモリ７６から読出され、その主走査方向および
副走査方向の隣接する画素の濃度差すなわち濃度の差分
が求められる。図７はその主走査方向の演算過程の概念
を示すものである。

【００２６】まず最初のライン０（ｉ＝０）に対する各
画素０〜２５５の濃度ＦはＦ０、０　〜Ｆ０、２５５　
で表され、隣同志の画素の濃度の差分Δが求められる。 Δｊ　＝Ｆ０、ｊ−１　−Ｆ０、ｊこの差分の絶対値を
ライン０に対して合計すれば、その合計Ｘ０　は、Ｘ０
　＝Σｊ　Δｊ　＝Σｊ　｜Ｆ０、ｊ−１　−Ｆ０、ｊ
　｜ここにΣｊ　はｊ＝１〜２５５までの総和を示す。

【００２７】以上の演算を各ラインｉ＝１〜３１まで繰
り返し、その総和Σｉ　Ｘｉ　を合計してから、差分の
数（Ｌｘ　−１）×Ｌｙ　＝ｐｘ　で除算する。ここに
Ｌｘ　、Ｌｙはそれぞれ主・副走査方向の画素数である
。

【００２８】この結果各差分の平均値Ｘが次のように求
められる。Ｘ＝（１／ｐｘ　）Σｉ　Ｘｉ同様に副走査
方向の差分の平均値Ｙが次式により求められる（ステッ
プ１０２）。Ｙ＝（１／ｐｙ　）Σｊ　ＹｊここにＹｊ
　＝Σｉ　｜Ｆｉ−１、ｊ　−Ｆｉ、ｊ　｜ｐｙ　＝（
Ｌｙ　−１）Ｌｘである。

【００２９】これらＸ、Ｙを比較することにより地合の
方向などの特徴が判別される。すなわち（Ｙ−Ｘ）が所
定のしきい値ＴＨ（Ｘ）より大なら、Ｙ（列）方向の差
分が大きいことを意味するから、地合はＸ（行）方向に
長く広がることが判別できる（ステップ１０４、１０６
）。また（Ｙ−Ｘ）がしきい値ＴＨ（Ｙ）より小なら、
Ｘ（行）方向の差分が大きいことを意味するから、地合
はＹ（列）方向に長く広がることが解る（ステップ１０
８、１１０）。

【００３０】従ってこれらの場合にはそれぞれ微分フィ
ルタΔｘ　ｆ、Δｙ　ｆを用いる（ステップ１１２、１
１４）。また（Ｙ−Ｘ）がＴＨ（Ｘ）≦Ｙ−Ｘ≦ＴＨ（
Ｙ）の時には地合はＸＹ両方向にほぼ均等に広がる性質
を持ち（ステップ１１６）、この場合には二次元で微分
する。すなわち両方の微分フィルタΔｘ　ｆとΔｙ　ｆ
の和を用いる（ステップ１１８）。

【００３１】以上の実施例はＸ、Ｙ方向の隣接する画素
濃度の差分の絶対値を用いているが、本発明はこれに限
定されない。例えば１つおきあるいは２以上おきに選ん
だ画素間の差分の絶対値を用いて前記と同様にＸ方向お
よびＹ方向の合計Ｘ、Ｙを求めてもよい。この場合には
、地合の濃度が数画素に亘って緩やかに変化する場合に
差分を大きくして差分の絶対値の合計Ｘ、Ｙを大きくし
、地合の特徴を強調して判別することが可能である。

【００３２】また隣接する画素間の差分、あるいは所定
数おきの画素間の差分の２乗の合計Ｘ、Ｙを求め、これ
らＸ、Ｙを用いて比較することも可能であり、この場合
には不明瞭な地合や薄い地合を強調して判別することが
できる。

【００３３】さらに所定範囲の平均濃度と各画素濃度と
の差分を求め、この差分の絶対値や２乗の合計Ｘ、Ｙに
よって地合を判別することもできる。

【００３４】また前記のように画素間の差分や平均濃度
との差分を用いて求めた合計Ｘ、Ｙの数値の大きさは、
地合の明瞭さや大きさを示す指標ともなるものである。 従ってこのことを利用してマスクサイズが異なる微分フ
ィルタを選定するようにしてもよい。例えば合計Ｘ、Ｙ
が小さい時は地合が不明瞭であったり大きい模様の地合
と考えられるから、欠陥判別手段９０で用いるしきい値
ｖ１、ｖ２　を小さくしたり、しきい値マスクサイズを
５×５、７×７などと大きくしたり、画素数しきい値を
増減することなどが考え得る。

【００３５】このようにして地合の特徴が求められると
、この特徴に適する微分フィルタが微分フィルタメモリ
１０２から選定され、以後空間フィルタリング手段７８
はこの選定された微分フィルタを用いて通常の欠陥判別
処理（図８、ステップ１２０）を行う。

【００３６】以上の実施例はレーザ光で検査対象表面を
走査するフライングスポット方式のものであるが、検査
対象をその幅方向に配置した棒状光源で照射し、その反
射光を回転ミラーを介して受光器で読取るフライングイ
メージ方式のもの、あるいはラインセンサやエリヤセン
サにより画像を読取る方式のもの等であってもよい。

【００３７】以上の各実施例では検査対象の表面に表れ
た欠陥を検出するものとして説明しているが、本発明は
表面を走査することにより内部の欠陥を検出するものも
包含する。例えば鋼板の内部欠陥を磁気光学効果を用い
て検出するものであってもよい。これは、被検査材を交
流磁界で磁化した時の欠陥からの漏れ磁界を反射光の偏
光の変化として検出するものである。

【００３８】

【発明の効果】本発明は以上のように、画像濃度信号を
微分フィルタにより空間フィルタリング処理し、この微
分処理した信号を所定のしきい値と比較することにより
欠陥を検出する場合に、地合の特徴を画素の濃度の差分
を用いて判別し、用いる微分フィルタを選定するもので
あるから、地合に応じた最適な微分フィルタを用いて欠
陥を高精度に判別することができる（請求項１）。この
場合地合の方向を判別して微分方向が異なる複数の微分
フィルタからいずれかを自動で選定するように構成する
ことができる（請求項２）。

【００３９】ここに地合の判別は、画素濃度の主・副走
査方向のそれぞれの差分の絶対値の合計を比較すること
により行うことができる（請求項３、４）。また適宜領
域の平均濃度と各画素濃度との差分の絶対値を用いたり
、差分の２乗を用いて判別してもよい（請求項５、６）
。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例のブロック図

【図２】画
像信号等の出力波形図

【図３】空間フィルタリング処理の説明図

【図４】微分
フィルタの一例を示す図

【図５】濃度変換テーブルの一例を示す図

【図６】地合
判別領域を示す図

【図７】地合判別の一例を示す概念図

【図８】地合特徴判別モードの動作流れ図

【符号の説明】

１０　　検査対象 ７４　　Ａ／Ｄ変換手段 ７８　　空間フィルタリング手段 １００　　地合特徴判別手段 １０２　　微分フィルタメモリ

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　検査対象を走査して得た画像信号を用
   いて検査対象の欠陥を検出する欠陥検査装置において、
   走査により得たアナログ画像信号をデジタル信号に変換
   するＡ／Ｄ変換手段と、このデジタル化された濃度信号
   を微分フィルタにより空間フィルタリング処理する空間
   フィルタリング手段と、前記デジタル化された信号に基
   づき画素濃度の差分を用いて検査対象の地合の特徴を判
   別する地合特徴判別手段と、この微分処理した信号を所
   定のしきい値と比較して欠陥を検出する欠陥検出手段と
   を備え、前記地合特徴に基づいて前記空間フィルタリン
   グ手段で用いる微分フィルタを設定可能としたことを特
   徴とする欠陥検査装置。
2. 【請求項２】　　微分方向性が異なる複数の微分フィル
   タをメモリする微分フィルタメモリ手段を備え、前記地
   合特徴判別手段は地合の方向に対応する１つの微分フィ
   ルタを選定し、前記空間フィルタリング手段はこの選定
   された微分フィルタを用いて処理する請求項１の欠陥検
   査装置。
3. 【請求項３】　　地合特徴判別手段は、検査対象の所定
   領域で、隣接する画素の濃度の主走査方向における差分
   の絶対値の合計と副走査方向における差分の絶対値の合
   計とを比較して地合の特徴を判別する請求項１の欠陥検
   査装置。
4. 【請求項４】　　地合特徴判別手段は、検査対象の所定
   領域で、所定数おきの画素の濃度の主走査方向における
   差分の絶対値の合計と副走査方向における差分の絶対値
   の合計とを比較して地合の特徴を判別する請求項１の欠
   陥検査装置。
5. 【請求項５】　　地合特徴判別手段は、平均濃度と各画
   素の濃度との差分の絶対値を主走査方向と副走査方向と
   に別々に合計し、両合計の比較により地合の特徴を判別
   する請求項１の欠陥検査装置。
6. 【請求項６】　　地合特徴判別手段は、差分の絶対値に
   代えて差分の２乗を用いる請求項３、４、５のいずれか
   の欠陥検査装置。