JPH05126759A - 欠陥検査装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 走査系の光学的特性や検査対象の表面の地合
などによって画像濃度信号の出力レベルが大きく変動す
る低周波成分を含む場合に、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。 【構成】 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、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る。ここ
にＡ／Ｄ変換処理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を備えたり、前記空間
フィルタリング処理に用いる微分フィルタを変更可能と
するのが望ましい。

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
超える又は小さいと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、逆に単な
る背景部分に含まれた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】

【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、走査系の光学的特性や検査対象の表面の地
合などによって画像濃度信号の出力レベルが大きく変動
する低周波成分を含む場合に、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。

【０００６】

【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、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ることを特徴とする欠陥検査装
置、により達成される。

【０００７】ここにＡ／Ｄ変換処理した信号を、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を
設け、この濃度変換後の信号を空間フィルタリング手段
に入力するようにしてもよい。この場合濃度変換テーブ
ルは、少くとも背景濃度を含む所定濃度範囲を一定濃度
に変換するものが望ましい。また空間フィルタリング処
理に用いる微分フィルタは検査対象やその表面の地合に
応じて変更できるのが望ましい。

【０００８】

【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。

【０００９】ここにＡ／Ｄ変換処理した信号を濃度変換
したり、この濃度変換テーブルや空間フィルタリング処
理に用いる微分フィルタを検査対象や表面の地合の種類
に対応して変更できるようにすれば、検査精度は一層向
上する。

【００１０】

【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である。

【００１１】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６
０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（６
８ａ、６８ｂ）に導いて受光するものである。

【００１２】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ｄ₁₁、ｄ
₁₂、ｄ₂₁、ｄ₂₂は検査対象５０の表面の欠陥に対応す
る。

【００１３】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。

【００１４】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２
５６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。

【００１５】このラインメモリ７６は少くとも主走査ラ
インの画素数Ｎと後記する空間フィルタの行数ｎとの積
（Ｎ×ｎ）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。

【００１６】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。

【００１７】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。これは行方向微分用
のフィルタΔ_xfと列方向微分用のフィルタΔ_yf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。

【００１８】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。

【００１９】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。

【００２０】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。

【００２１】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、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。

【００２２】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９
４に記録される。

【００２３】欠陥判別手段９０はこの実施例ではしきい
値ｖ₁ 、ｖ₂ と比較するが、複数のしきい値と比較して
欠陥の種類や大きさなどを同時に判別するようにしても
よい。

【００２４】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。

【００２５】濃度変換テーブルは二次元のマップとして
記憶するものであってもよいが、一次または多次の方程
式の形で記憶するものであってもよい。またＡ／Ｄ変換
器の量子化レベル、微分フィルタの大きさや重み係数の
値、欠陥判別手段のしきい値等は検査対象に応じて自由
に設定できるようにするのが望ましい。図６は微分フィ
ルタの変更を可能にした実施例のブロック図、図７Ａ〜
Ｆは検査対象表面の代表的な地合の種類を示す図であ
る。

【００２６】図７Ａ〜Ｅの各地合は次の表に示す代表例
に多く表れるものである。

【表１】 ──────────────────────────────── 地合 種類 代表例 ──────────────────────────────── Ａ アルミ材 Ｂ メッキ材 Ｃ メッキ（スパングル材） Ｄ 熱延鋼板 Ｅ 冷延鋼板 ────────────────────────────────

【００２７】この実施例は地合の種類に対応して用いる
微分フィルタを変更できるようにしたものである。すな
わち図６において１００は微分フィルタのメモリ手段で
あり、個数しきい値マスクサイズや微分方向が異なる複
数の微分フィルタをメモリするものである。例えば図４
に示した３×３のほか、５×５、７×７などの個数しき
い値マスクおよび行方向（Ｘ）および列方向（Ｙ）の微
分フィルタΔ_x ｆ、Δ_y ｆをメモリする。

【００２８】このメモリ手段１００は、例えば下記のよ
うな方向と重み係数が異なる４種の３×３サイズのフィ
ルタの組合せをメモリする微分フィルタテーブルと、こ
れと組合せるマスクサイズ、しきい値ｖ等の検査条件の
組合せをメモリする検査条件テーブルとで構成する。 （以下余白）

【００２９】

【表２】 （微分フィルタテーブル） ──────────────────────────────── テーブル 組合せ ──────────────────────────────── Ｎｏ．１ Δ_x ｆ、 係数ａ Ｎｏ．２ Δ_y ｆ、 係数ｂ Ｎｏ．３ Δ_x ｆ＋Δ_y ｆ、係数ｃ Ｎｏ．４ Δ_x ｆ＋Δ_y ｆ、係数ｄ ────────────────────────────────

【００３０】

【表３】 （検査条件テーブル） ────────────────────────────────── テーブル 微分フィルタ 個数しきい値マスクサイズ しきい値 ────────────────────────────────── Ｎｏ．１ Ｎｏ．１ ５×５ １６ Ｎｏ．２ Ｎｏ．３ ３×３ ７ ： ： ： ： ： ： ： ： Ｎｏ．１６ Ｎｏ．２ ５×５ ２２ ──────────────────────────────────

【００３１】例えば検査条件テーブルのＮｏ．１の組合
せを選定した場合には微分フィルタテーブルのＮｏ．１
のフィルタを用い、マスクサイズを５×５とし、さらに
欠陥検出手段９０で用いるしきい値ｖを１６とする。

【００３２】一般的には地合に方向性がある時にはその
方向にあった方向の微分がよく、方向性がない時は二次
元で微分するのがよい。またマスクサイズは地合の大き
さ（巾）が大きい場合には５×５、７×７と大きくする
のが望ましい。実際には画像モニタ８６の画像をみて地
合の方向性や大きさを確認し、最適なものを選定する。
なお検査対象の材質を指定することにより予め決めた検
査条件テーブルを自動で選定するようにしてもよい。

【００３３】次の表は前記した図Ａ〜Ｅの地合に対する
本発明による欠陥検出の合格率を示すものである。ここ
で従来法とは、第１図に示された画像検出手段５８およ
び加算手段７２を用い、信号ａ₃ をアナログ微分フィル
ターにかけて得られた出力を所定のしきい値と比較し、
欠陥を検出する方法を用いた（ＦＬ−９０００富士写真
フイルム製）。

【００３４】また本発明の方法と、従来法の比較は、し
きい値をそれぞれ最適の条件（最高の合格率がでる条
件）にセットして行った。ここで合格率は次のように定
義する。 ａ： 欠陥のみを検出したサンプル数 ｂ： 欠陥を検出したが地合部分も欠陥と誤検出したサ
ンプル数 ｃ： 欠陥を検出せず地合部分を欠陥と誤検出したサン
プル数 ｄ： 何も検出しなかったサンプル数 ｎ： 総サンプル数（すべてのサンプルは欠陥を含む） ｎ＝ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ 合格率＝ａ／ｎ×１００＝｛ａ／（ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ）｝×１００

【００３５】

【表４】

【００３６】以上の結果より、地合に方向性がある時
は、その方向に沿った微分フィルタを選択した方が良
く、方向性がない時は二次元の微分フィルタを選択した
方が良いことがわかる。また個数しきい値のマスクサイ
ズは、地合の大きさ（巾）が大きい場合は大きいマスク
を使用した方が良いことがわかる。このように、地合の
方向性より微分フィルタの方向を切換え、地合の大きさ
（巾）より、個数しきい値マスクサイズを切換えること
で、欠陥の検出率を大幅に向上させることができる。次
の表５は、地合の種類による好ましいフィルタの方向と
マスクサイズをと示すものである。

【００３７】

【表５】

【００３８】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。

【００３９】

【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
欠陥を検出するものであるから、しきい値と比較される
微分処理後の信号からは光学系や検査対象の表面状態の
不均一等に起因する出力レベルの大きな波状のむら、す
なわち低周波成分が除去される。このため、波状のむら
に隠れた欠陥を示す信号も高精度に検出でき、欠陥検出
の信頼性が向上する（請求項(1) ）。

【００４０】またこのＡ／Ｄ変換処理後の信号を濃度変
換した後、空間フィルタリング処理するようにすれば、
背景部分のノイズの強調を押えることができその検出精
度が一層向上する（請求項(2) ）。この場合に用いる濃
度変換テーブルには、少くとも背景の濃度を含む所定濃
度範囲を一定の濃度にする変換特性を持たせれば、背景
に含まれたノイズも良好に除去できノイズによる誤動作
もなくなり、欠陥検出精度はさらに向上する（請求項
(3) ）。

【００４１】さらに空間フィルタリング処理に用いる微
分フィルタを変更可能にすれば、表面の地合により誤動
作を減らすことができる（請求項４）。ここに用いる種
々の微分フィルタをメモリしておき、地合の種類に応じ
て適切な微分方向性を持った微分フィルタを選定して用
いたり（請求項５）、マスクサイズを変えたり（請求項
６）、微分方向性およびマスクサイズの両方を変えたり
することが可能であり（請求項７）、この選定を手動で
行ったり（請求項８）、あるいは検査対象の種類を指定
することにより自動で選定するものであってもよい。

【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】画像濃度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】濃度変換テーブルに一例を示す図

【図６】他の実施例のブロック図

【図７Ａ】〜

【図７Ｆ】地合の種類を示す図

【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 ８２ 濃度変換手段 ８６ モニタ １００ メモリ手段 １０２ 選定手段

─────────────────────────────────────────────────────

【手続補正書】

【提出日】平成３年２月１８日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００３５

【補正方法】追加

【補正内容】

【表４】 ─────────────────────────────────────────────────────

【手続補正書】

【提出日】平成４年１２月４日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００３５

【補正方法】変更

【補正内容】

【００３５】

【表４】

Claims (8)

【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、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るこ
   とを特徴とする欠陥検査装置。
2. 【請求項２】 Ａ／Ｄ変換処理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を備え、
   この濃度変換後の信号を空間フィルタリング手段に入力
   する請求項１の欠陥検査装置。
3. 【請求項３】濃度変換テーブルは、少くとも背景濃度を
   含む所定濃度範囲を一定濃度に変換する請求項２の欠陥
   検査装置。
4. 【請求項４】 前記空間フィルタリング処理に用いる微
   分フィルタは変更可能とした請求項１の欠陥検査装置。
5. 【請求項５】 微分方向性が異なる複数の微分フィルタ
   をメモリするメモリ手段と、検査対象に対応して用いる
   微分フィルタを設定するフィルタ選定手段とを備え、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
   タを用いて請求項４の欠陥検査装置。
6. 【請求項６】 マスクサイズが異なる複数の微分フィル
   タをメモリするメモリ手段と、検査対象に対応して用い
   る微分フィルタを設定するフィルタ選定手段とを備え、
   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
   ルタを用いて請求項４の欠陥検査装置。
7. 【請求項７】 マスクサイズおよび微分方向性が異なる
   複数の微分フィルタをメモリするメモリ手段と、検査対
   象に対応して用いる微分フィルタを設定するフィルタ選
   定手段とを備え、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請求項４の欠陥検査装
   置。
8. 【請求項８】 前記フィルタ選定手段は手動で選定する
   ようにした請求項４〜７のいずれかの欠陥検査装置。