JPH09287930A - 凹凸欠陥検査装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 被検査物に発生する欠陥が、特定の形状のも
のに限定されず、すべての凹凸状欠陥を的確に検出す
る。 【解決手段】 異なる照明角度で照明した被検査物の多
値画像データＡと多値画像データＢを、画像入力装置で
あるＣＣＤカメラ１で検知し、各々画像データバッファ
Ａと画像データバッファＢとに入力する。これら多値画
像データＡと多値画像データＢとの画素信号の差を差分
データ作成装置１３で作成し、得られた差分データを圧
縮処理１４して記憶装置１５に記憶する。画像処理装置
１６は以上の操作を連続して変えた照明角度のもとで繰
り返えして行い、被検査物表面の欠陥部の大きさや形状
等を選択的に検出して合否を判定する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、凹凸欠陥検査装置
に関し、より詳細には、被検査物の表面の多値画像デー
タを処理することにより、被検査物の凹凸欠陥を検出す
る欠陥検査装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】傷やピンホール等の凹凸のない平滑な表
面が要求される物体に対しては、通常、表面の凹凸欠陥
検査が行われる。これらの検査は非接触で行われるのが
一般的で、光学式が多く用いられる。例えば、電子写真
複写機の感光体表面に予想される凹凸や色ムラ等の欠陥
を検出する装置として特開平７−１２８２４０号公報，
特開平７−１２８２４１号公報が提案されている。

【０００３】特開平７−１２８２４０号公報に記載され
た電子写真感光体欠陥検査装置は、感光体ドラム表面の
欠陥を反射光量の変化として検出するもので、次の原理
に基づくものである。すなわち、一定方向に回転する感
光体ドラムの表面に、表面法線に対し一定角度で集光し
た反射光を法線に関し対象角度に設置されたラインセン
サと、これよりも大きい角度位置に設置されたラインセ
ンサで各々受光して、各々の受光信号を各々画像処理装
置に入力して予め定められたレベルのしきい値と比較し
て２値化し、感光体の膜厚ムラや凹凸欠陥を検知するも
のである。

【０００４】特開平７−１２８２４１号公報に記載され
た電子写真感光体欠陥検査装置は、前記欠陥検査装置が
１台の投射光源と２台の受光部を有するのに対し、同じ
角度条件に設置された１台の受光部と２台の投射光源を
有する欠陥検査装置である。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上述した、従来の検出
装置による欠陥検査では、複数の照明装置と一つの画像
入力装置、あるいは一つの照明装置と複数の画像入力装
置を用い、あらかじめ予測される形状の欠陥を検出する
方法であるが、実際の生産ラインでは欠陥の形状は一定
でなく、しかも欠陥の形状を予測することは困難であ
る。たとえ、欠陥の形状が予測できたとしても、生産工
程の変更などが欠陥の形状に影響を与えるので、特開平
７−１２８２４１号公報に記載された「電子写真感光体
欠陥検査装置」では照明装置の角度などを調整する必要
がある。また、複数の照明装置あるいは画像入力装置を
設置する場合では、設置スペースの問題により必要な場
所に必要な数の照明装置、あるいは画像入力装置を設置
することが困難な場合がある。

【０００６】本発明は、形状の特定の欠陥形状には限定
されず被検査物に発生するすべての凹凸欠陥を的確に検
出することのできる凹凸欠陥検査装置を提供することを
目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明は、照明
装置から被検査物に照明光を照射して、該被検査物表面
の多値画像データを画像入力装置に入力し、入力された
該多値画像データを処理することにより前記被検査物表
面の欠陥検査を行う凹凸欠陥検査装置において、前記被
検査物に対する照明光の入射角度と、該被検査物に対す
る前記画像入力装置の受光角度のうち、少なくとも一つ
を変化させることにより照明角度又は受光角度を連続的
に変化させる照明角度設定装置と、該照明角度設定装置
による照明角度又は受光角度の変化に同期して前記被検
査物の表面の多値画像データを連続的に入力する画像入
力装置と、連続して入力された前記多値画像データを処
理することにより該被検査物の良否を判定する画像処理
装置とを備えることを特徴とし、もって、照明装置の照
明角度を連続して変化させ、それと同期して入力した多
値画像データを処理し、被検査物の良否を判定すること
により、形状の定まらない凹凸欠陥の検出を可能にした
ものである。

【０００８】請求項２の発明は、請求項１に記載の凹凸
欠陥検査装置において、前記照明角度又は受光角度の所
定角度間の多値画像データの各対応画素間の差を演算
し、その差があらかじめ定められたしきい値を越えた場
合に、該被検査物の不良判定する画像処理装置を備える
ことを特徴とし、もって、照明装置の照明角度を連続し
て変化させ、それと同期して入力した画素間の差を演算
し、その差があらかじめ定められたしきい値を越えた場
合に被検査物の不良判定することにより、形状の定まら
ない凹凸欠陥の検出を可能にしたものである。

【０００９】請求項３の発明は、請求項１に記載の凹凸
欠陥検査装置において、前記照明角度又は受光角度の変
化に応じて前記多値画像データを記憶する記憶装置と、
該記憶装置に記憶された前記多値画像データを処理する
ことにより前記被検査物の良否を判定する画像処理装置
を備えることを特徴とし、もって、照明装置の照明角度
を連続して変化させ、それと同期して入力した多値画像
データを記録装置に一時保在し、保在された多値画像デ
ータを処理して被検査物の良否を判定することにより、
形状の定まらない凹凸欠陥の検出を高精度に行うことを
可能にしたものである。

【００１０】請求項４の発明は、請求項３に記載の凹凸
欠陥検査装置において、前記記憶装置に記憶される前記
多値画像データが連続して入力される画像間の差分多値
画像データとすることを特徴とし、もって、照明装置の
照明角度を連続して変化させ、それと同期して入力した
多値画像データ間の差分多値画像データを作成し、その
差分多値データを一時記憶し、記憶された差分多値画像
データを処理と被検査物の良否を判定することにより、
形状の定まらない凹凸欠陥の検出を高精度かつ高速に行
うことを可能としたものである。

【００１１】請求項５の発明は、請求項４に記載の凹凸
欠陥検査装置において、前記記憶装置に記憶される前記
多値画像データが連続して入力される画像間の差分多値
画像データを圧縮した圧縮差分多値画像データであるこ
とを特徴とし、もって、照明装置の照明角度を連続して
変化させ、これと同期して入力した多値画像データ間差
分多値画像データを作成し、そこで作成された差分多値
画像データを圧縮処理し、そこで作成された圧縮差分多
値画像データを記録装置に一時記憶し、記憶された圧縮
差分多値画像データを処理し被検査物の良否を判定する
ことにより、形状の定まらない凹凸欠陥の検出を高精度
かつ高速に行うようにしたものである。

【００１２】

【発明の実施の形態】図１は、本発明による凹凸欠陥検
査装置の光学系の実施形態の一例を説明するための構成
図であり、図中、１はＣＣＤカメラ、２は光源装置、３
は被検査物である。なお、図１以降の図において、図１
と同じ作用をする部分には、図１の場合と同じ参照番号
を付してある。

【００１３】図１は、凹凸欠陥検査の被検査物３が平板
である場合の例を示し、画像入力装置であるＣＣＤカメ
ラ１は、光軸が被検査物３に直角なＹ−Ｙ線上に設置さ
れ、光源装置２は光軸がＹ−Ｙ線に対し可変角度θで被
検査物３に集光するように設置され、該光源装置２は集
光位置Ｐ点を中心として矢印Ｒ方向に連続して回転でき
るようになっている。画像入力装置であるＣＣＤカメラ
１は被検査物３の多値画像データを入力し、下記の装置
により凹凸形状の判定がなされる。

【００１４】図２は、本発明による凹凸欠陥検査装置の
実施形態を説明するための要部ブロック図で、画像入力
装置であるＣＣＤカメラ１，画像データバッファＡ（１
１），画像データバッファＢ（１２），差分データ作成
装置１３，データ圧縮装置１４，記憶装置１５，画像処
理装置１６から構成される。

【００１５】図１において、光源装置２で照射された被
検査物３の多値画像データを、画像入力装置であるＣＣ
Ｄカメラ１で撮像して、図２に示す画像データバッファ
１１に入力する。ここで照明装置２を矢印Ｒ方向に移動
させることにより照明角度を変更する。ＣＣＤカメラ１
は変更した照明角度での多値画像データを画像データバ
ッファ１２に入力する。次に、差分データ作成装置１３
は画像データバッファ１１および画像データバッファ１
２の画像の差分画像データを作成する。データ圧縮装置
１４は作成された前記差分画像データを圧縮処理し圧縮
差分画像データを作成する。記憶装置１５は作成された
圧縮差分画像データを記憶する。

【００１６】次に、画像入力装置であるＣＣＤカメラ１
は多値画像データを画像データバッファ１２に入力す
る。ここで光源装置２を移動させることにより照明角度
を変更する。ＣＣＤカメラ１は多値画像データを画像デ
ータバッファ１１に入力する。差分データ作成装置１３
は画像データバッファ１２および画像データバッファ１
１の画像の差分画像データを作成する。データ圧縮装置
１４は作成された前記差分画像データを圧縮処理し、圧
縮差分画像データを作成する。記憶装置１５は作成され
た前記圧縮差分データを記憶する。

【００１７】以上の動作を所定の回数繰り返すことによ
り、照明角度の変化にともなった連続的な画像データ間
の差分データが圧縮された形式で記憶装置に保存され
る。画像処理装置１６は保存された圧縮差分データを処
理することにより被検査物３の良否を判定する。

【００１８】ここでの良否判定処理は、具体的には、検
査対象にあわせて定められた差分データの大きさ、ある
いは差分データがある一定の範囲を越えた部分の大き
さ、または形状などの判断を行うことにより高精度な凹
凸欠陥検出が可能となりうる。このような差分画像デー
タを記憶装置に保存し、保存された画像データを処理す
ることにより欠陥部の大きさ形状などで凹凸欠陥を選択
的に検出できる。

【００１９】図３は、本発明の凹凸欠陥検査装置の実施
形態を説明するための基本フローで、以下、図３を参照
して本発明の動作説明をする。 Ｓ１：検査スタート Ｓ２：ＣＣＤカメラ１は、初期角度θに設定された光源
装置２で照明された被検査物３の多値画像データを基準
画像入力として画像バッファＡに入力する。 Ｓ３：光源装置２を矢印Ｒ方向に移動させることにより
最初に定められた照明角度θを変更する。 Ｓ４：ＣＣＤカメラは、照明角度θを変更した画像デー
タを画像データバッファＢに入力する。 Ｓ５：画像データバッファＡおよび画像データバッファ
Ｂは画像の差分データを作成する。

【００２０】Ｓ６：Ｓ５で作成された差分画像データを
圧縮処理し、圧縮差分データを作成する。 Ｓ７：Ｓ６で作成された圧縮差分データを記憶する。 Ｓ８：以上、Ｓ２〜Ｓ７までの入力が完了したか否かを
判定する。 Ｓ９：Ｓ８で完了していなければ、光源装置２を矢印Ｒ
方向に移動させ２回目の照明角度θを変更する。

【００２１】Ｓ１０：ＣＣＤカメラは、変更された照明
角度での多値画像データを画像バッファＢに入力する。 Ｓ１１：Ｓ２での基準画像入力としての画像バッファＡ
およびＳ１０の画像バッファＢの差分画像を作成する。 Ｓ１２：Ｓ１１で作成された差分画像データを圧縮処理
し、圧縮差分データを作成する。 Ｓ１３：Ｓ１２で作成された圧縮差分データを記憶す
る。

【００２２】Ｓ１４：入力完了したか否かを判断し、完
了していなければＳ３に戻り、上述の操作を繰り返す。 Ｓ１５：Ｓ８，Ｓ１４において、圧縮差分データが記憶
保存されたと判断されると記憶された圧縮差分データの
画像データを処理して欠陥部の大きさ形状を測定する。 Ｓ１６：Ｓ１５の欠陥部の形状測定結果に基づいて合否
を判定する。 Ｓ１７：検査完了 上記のように凹凸欠陥検査装置では、被検査物の表面形
状と投射光および反射光との関係が重要であるが、この
関係を図４に基づいて詳述する。

【００２３】図４は、本発明に係る被検査物表面の光の
反射状況を説明するための図で、図４（Ａ）は平滑な表
面、図４（Ｂ）は凸部がある表面、図４（Ｃ）は凹部が
ある表面であり、図中、Ｌｉは入射光、Ｌｏは反射光、
３ａは凸部、３ｂは凹部である。

【００２４】例えば、平板状の被検査物３の面に直角な
Ｙ−Ｙ線に対し、光源装置２からの光が一定の角度θｉ
で入射した場合、平滑な表面図４（Ａ）の場合は、殆ん
どの反射光はθｉと等しい角度θｏで反射され、平滑な
程反射光の散乱角度は小さくなる。

【００２５】凸部３ａ、又は凹部３ｂがある図４
（Ｂ），図４（Ｃ）の場合は、各々入射光Ｌｉが入射す
る凸部３ａ、又は凹部３ｂ位置の面角度が被検査物３の
面に対しθｉとは異なる角度をもっている。このため、
凸部３ａからの反射光Ｌｏａ、凹部３ｂからの反射光Ｌ
ｏｂのＹ−Ｙ線に対する反射角度は入射角θｉと等しい
反射角θｏから大きくずれており、反射光Ｌｏｂも入射
光Ｌｉの角度θｉの変化に対応してθｉ≠θｏの角度で
散乱する。従って、入射光Ｌｉの入射角と反射光θｏと
の関係を知ることにより、表面欠陥を推定することがで
きる。

【００２６】図５は、本発明に係る多値画像パターンの
形成方法を説明するための図で、平面の被検査物３上に
凸部３ａがあり、多値画像パターンを入力するＣＣＤカ
メラ１の光軸は、被検査物３の面に直角で凸部３ａを通
る線上に設置され、光源装置（図示せず）から凸部３ａ
に向け投射される投射光が、αとβ、およびα，βと異
なる角度から投射されるα´とβ´と順次投射角を連続
して移動する。

【００２７】図６は、図５により入力された画像データ
からの差分画像作成方法を説明するための図で、図６
（Ａ）は、入射光αの多値画像データα，図６（Ｂ）は
入射光βの多値画像データβであり、各々の多値画像デ
ータは、説明を簡単にするため画像の縦，横方向を縦
１，２，〜，５，横Ａ，Ｂ，〜，Ｅに５分割し、各々の
画素に光量のレベルを記入している。図６（Ｃ）は、多
値画像データαおよび多値画像データβの差分画像デー
タであり、多値画像データαと多値画像データβの各々
対応する画素の光量レベルの差をとってある。

【００２８】光量レベルの差には予め定められたしきい
値があり、このしきい値を越えた場合に、被検査物３の
不良と判定する。この合否判定は、光源装置２を連続し
て移動して行われ、例えば、図５において、投射光α
´，β´における多値画像データα´および多値画像デ
ータβ´の差分画像データにおける画素間の差に対して
も同様の合否判定がなされる。このように連続して光源
装置２の光照明角度を変化させるので形状の定まらない
凹凸の欠陥を検出することができる。

【００２９】なお、図１においては光源装置２を、固定
された被検査物３とＣＣＤカメラ１に対して矢印Ｒ方向
に移動させることを説明したが、被検査物３に対し照明
角度を変化させる方法としては、その他、図７に示す方
法がある。

【００３０】図７は、本発明に係る被検査物に対する照
明角度の変化方法を説明するための図であり、図７
（Ａ）は被検査物３を傾ける方法、図７（Ｂ）はＣＣＤ
カメラ１を傾ける方法、図７（Ｃ）は反射板４を用いる
方法である。

【００３１】図７（Ａ）は、ＣＣＤカメラ１と光源装置
２の取り付け姿勢を一定にして、被検査物３を取り付け
るステージ（図示せず）を、ＣＣＤカメラ１と光源装置
２の光軸の交点Ｐまわりに矢印Ｅ方向の破線で示す位置
に連続回転させる方法である。当然ながら入射光Ｌｉの
被検査物３に対する入射角θｉが変えられる。

【００３２】図７（Ｂ）は、被検査物３と光源装置２と
の取り付け姿勢を一定にして、ＣＣＤカメラ１をＰ点ま
わりに矢印Ｆ方向に破線１ａで示す位置に連続回転させ
るものである。この場合は、被検査物３から反射してＣ
ＣＤカメラ１に入射する反射光の角度が変えられる。

【００３３】図７（Ｃ）は、被検査物３とＣＣＤカメラ
１の取り付け姿勢を一定にして、光源装置２からの投射
光がＰ点に集光する位置に反射板４を設置し、光源装置
２を矢印Ｇ方向に破線２ａで示す位置に連続して移動
し、反射板４の反射位置を変え、被検査物３に対する入
射角度を変える。また、反射板４および光源装置２を先
に移動させることにより入射角を変えることができる。

【００３４】図７（Ａ），図７（Ｂ），図７（Ｃ）に示
す照明角度を変化させる方法において、図７（Ｃ）に示
した光源装置あるいは反射板４を移動させる方法が、被
検査物３と画像入力装置（ＣＣＤカメラ１）との位置関
係が一定であるため、入力される画像データの取り扱い
の容易さの面で優れている。

【００３５】また、本実施形態例では、画像データを記
憶装置に差分データを保存したのちに画像処理による欠
陥検出を行っていたが高速な検査が要求される場合は、
画像の入力サイクルの中で差分データの２値化処理など
を行い被検査物の判定を行うことにより高速な欠陥検出
が可能である。

【００３６】また、本実施形態例では、画像データ間の
差分データを作成したのちに差分データを記憶装置に記
憶していたが、入力された多値画像データをそのまま記
憶装置に記憶することにより画像処理装置は複雑な処理
が可能となる。

【００３７】また、本実施形態例では、圧縮データを記
憶装置に記憶したことにより高速な処理が要求される場
合は、記憶装置の記憶容量を増やし画像を圧縮せずに記
憶することにより処理が軽減され高速な欠陥検出が可能
となる。

【００３８】また、本実施形態例では、画像バッファＡ
と画像バッファＢとの差を差分データ作成装置で作成し
たが、画像バッファＡと画像バッファＢの比や積をとっ
ても同様の効果が得られる。

【００３９】

【発明の効果】

請求項１に対する効果：照明装置から被検査物に照明光
を照射して、該被検査物表面の多値画像データを画像入
力装置に入力し、入力された該多値画像データを処理す
ることにより前記被検査物表面の欠陥検査を行う凹凸欠
陥検査装置において、前記被検査物に対する照明光の入
射角度と、該被検査物に対する前記画像入力装置の受光
角度のうち、少なくとも一つを変化させることにより照
明角度又は受光角度を連続的に変化させる照明角度設定
装置と、該照明角度設定装置による照明角度又は受光角
度の変化に同期して前記被検査物の表面の多値画像デー
タを連続的に入力する画像入力装置と、連続して入力さ
れた前記多値画像データを処理することにより該被検査
物の良否を判定する画像処理装置とを備えたので、形状
の定まらない凹凸欠陥の検出が可能となる。

【００４０】請求項２に対する効果：請求項１に記載の
凹凸欠陥検査装置において、前記照明角度又は受光角度
の所定角度間の多値画像データの各対応画素間の差を演
算し、その差があらかじめ定められたしきい値を越えた
場合に、該被検査物の不良を判定する画像処理装置を備
えたので、形状の定まらない凹凸欠陥の検出が可能とな
る。

【００４１】請求項３に対する効果：請求項１に記載の
凹凸欠陥検査装置において、前記照明角度又は受光角度
の変化に応じて前記多値画像データを記憶する記憶装置
と、該記憶装置に記憶された前記多値画像データを処理
することにより前記被検査物の良否を判定する画像処理
装置を備えたので、形状の定まらない凹凸欠陥の検出が
可能となる。

【００４２】請求項４に対する効果：請求項３に記載の
凹凸欠陥検査装置において、前記記憶装置に記憶される
前記多値画像データが連続して入力される画像間の差分
多値画像データとしたので、記憶された差分多値画像デ
ータを処理と被検査物の良否を判定することができ、形
状の定まらない凹凸欠陥の検出を高精度かつ高速に行う
ことを可能にすることができる。

【００４３】請求項５に対する効果：請求項４に記載の
凹凸欠陥検査装置において、前記記憶装置に記憶される
前記多値画像データが連続して入力される画像間の差分
多値画像データを圧縮した圧縮差分多値画像データとし
たので、記憶された圧縮差分多値画像データを処理し被
検査物の良否を判定することができ、形状の定まらない
凹凸欠陥の検出を高精度かつ高速に行うこととともに検
査装置のコストを低減させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明による凹凸欠陥検査装置の光学系の実
施形態の一例を説明するための構成図である。

【図２】 本発明による凹凸欠陥検査装置の実施形態例
を説明するためのブロック図である。

【図３】 図３は、本発明の凹凸欠陥検査装置の実施形
態を説明するための基本フローである。

【図４】 本発明に係る被検査物表面の光の反射状況を
説明するための図である。

【図５】 本発明に係る多値画像パターンの形成方法を
説明するための図である。

【図６】 図５により入力された画像データからの差分
画像作成方法を説明するための図である。

【図７】 本発明に係る被検査物に対する照明角度の変
化方法を説明するための図である。

【符号の説明】

１…ＣＣＤカメラ、２…光源装置、３…被検査物、３ａ
…凸部、３ｂ…凹部、４…反射板、１１…画像データバ
ッファＡ、１２…画像データバッファＢ、１３…差分デ
ータ作成装置、１４…データ圧縮装置、１５…記憶装
置、１６…画像処理装置、Ｌｉ…入射光、Ｌｏ…反射
光。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 崎田 隆二 東京都大田区中馬込１丁目３番６号 株式 会社リコー内

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 照明装置から被検査物に照明光を照射し
   て、該被検査物表面の多値画像データを画像入力装置に
   入力し、入力された該多値画像データを処理することに
   より前記被検査物表面の欠陥検査を行う凹凸欠陥検査装
   置において、前記被検査物に対する照明光の入射角度
   と、該被検査物に対する前記画像入力装置の受光角度の
   うち、少なくとも一つを変化させることにより照明角度
   又は受光角度を連続的に変化させる照明角度設定装置
   と、該照明角度設定装置による照明角度又は受光角度の
   変化に同期して前記被検査物の表面の多値画像データを
   連続的に入力する画像入力装置と、連続して入力された
   前記多値画像データを処理することにより該被検査物の
   良否を判定する画像処理装置とを備えることを特徴とす
   る凹凸欠陥検査装置。
2. 【請求項２】 前記照明角度又は受光角度の所定角度間
   の多値画像データの各対応画素間の差を演算し、その差
   があらかじめ定められたしきい値を越えた場合に、該被
   検査物の不良を判定する画像処理装置を備えることを特
   徴とする請求項１に記載の凹凸欠陥検査装置。
3. 【請求項３】 前記照明角度又は受光角度の変化に応じ
   て前記多値画像データを記憶する記憶装置と、該記憶装
   置に記憶された前記多値画像データを処理することによ
   り前記被検査物の良否を判定する画像処理装置を備える
   ことを特徴とする請求項１に記載の凹凸欠陥検査装置。
4. 【請求項４】 前記記憶装置に記憶される前記多値画像
   データが、連続して入力される画像間の差分多値画像デ
   ータであることを特徴とする請求項３に記載の凹凸欠陥
   検査装置。
5. 【請求項５】 前記記憶装置に記憶される前記多値画像
   データが、連続して入力される画像間の差分多値画像デ
   ータを圧縮した圧縮差分多値画像データであることを特
   徴とする請求項４に記載の凹凸欠陥検査装置。