JPH11271035A

JPH11271035A - 欠陥検査装置及び欠陥検査方法

Info

Publication number: JPH11271035A
Application number: JP7515998A
Authority: JP
Inventors: Shigeyuki Nishi; 重幸西; Kiyoshi Yagihara; 潔八木原
Original assignee: Hitachi Metals Ltd
Current assignee: Proterial Ltd
Priority date: 1998-03-24
Filing date: 1998-03-24
Publication date: 1999-10-05

Abstract

(57)【要約】【課題】鏡面状態の被測定物表面の、特にエッジ部に
生じた微小凹凸欠陥を検出する。【解決手段】被検査物の被検査表面に対し、４０〜５
０度斜め上方から散乱光を照射する照明手段と、前記被
検査表面に対し、平行又は０〜６度（除く０度）の角度
で斜め上方からスリット光を照射する照明手段と、前被
検査表面をはさんで前記散乱光の照明手段と略対向し、
散乱光の正反射光を受光するように受光口を４０〜５０
度下方にむけて設けた撮像手段と、撮像手段と電気的に
連結された画像処理手段とを有する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、被検査物に発生す
る微小寸法の凹凸欠陥を検査を行う検査装置及び方法に
関するものであり、特にエッジ部に生じた欠陥に対して
好適な欠陥検査装置及び欠陥検査方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】被検査物（以降、試料と称す）表面の
傷、欠け等の凹凸を検出する方法としては光切断法がよ
く知られている（公知例１）。これは基本的には、試料
の表面上に一定幅を有する直線状の線状光を照射し、試
料表面からの反射光をラインセンサ又はテレビカメラで
撮像し、画像処理手段で反射光の湾曲や連続性等、形状
を計測し、検査に用いるものである。また、撮像画像の
輝度変化を検出して行なう方法もある。特公平６−１７
８７８号に、特にエッジ部に生じる凹凸欠陥を検出する
方法として「びん口部の欠陥検出方法」が開示されてい
る（公知例２）。これは、びんの製造時にその口部の特
に外周縁の表面部分に発生した泡や欠けやすじ等の欠陥
を光学的に検出しょうとするものである。以下、図６を
もとにその概要を説明する。図６（ａ）は実施態様の正
面図であり、図６（ｂ）はその平面図である。検査対象
となるびん１のエッジ部分である口部３に対して、一対
の投光器５、６をびん１の口部３の外方に位置させると
ともに、それらの光軸Ｏ1、Ｏ2が、該口部３の外周縁７
の一点Ｐを通る水平な接線Ａ−Ａとなす水平方向の入射
角度α1、α2は比較的大きくして、両投光器５、６から
の光線が、該口部の外周縁７の一点Ｐに、なるべく小さ
いスポットとなって照射されるようにする一方、光軸Ｏ
1、Ｏ2が接線Ａ−Ａとなす垂直方向の入射角度β1、β2
を８〜１８度と小さくして、一点からの乱反射光のみを
びん口部の上方に配置したＣＣＤイメージセンサ８に入
光するようにしたものである。このため、該口部３の外
周縁７が円くなっていても、該外周縁７の、特に表面部
に発生する欠陥を、比較的高いＳ／Ｎ比で検出すること
ができるとしている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、表面粗さが非
常に小さいいわゆる鏡面状態の試料に対し、その表面或
いはエッジ部に生じた数μｍ程度の凹凸を検出しようと
する場合、前記公知例には下記問題がある。なお、エッ
ジ部とは二つの表面が接する近傍部分を言うこととし、
二つの表面が接する近傍における接線が交差して成す線
分を稜線と呼ぶことにする。公知例１ではエッジ部の検
査が問題である。線状光を稜線に沿って照射するように
した場合、線幅は１μｍ程度に微細にする必要があり、
工業的に使用するには現実的ではない。また、稜線に直
交する方向に照射して走査するようにした場合、エッジ
部コーナには数μｍ程度の微少な面ダレが存するため、
ここで線状光は湾曲してしまい、この面ダレと欠陥凹凸
を区別することは難しい。また公知例２は、本発明者ら
が光を透過しない金属製試料に対し実験したところ、検
出可能な凹凸の高さは数十μｍ以上と、比較的大きいサ
イズしか検出できなかった。また、乱反射を検出する方
式のため、凹凸の形状によっては、特に凹において著し
いが、その面積部分に相当する範囲全体が同じ方向に乱
反射して、欠陥がない部分と入光光量に差が生じるよう
になるとは限らず、正しい欠陥占有エリアが得られない
場合があり、微少で許容範囲内とすることができる傷や
ゴミとの区別がしにくいという問題がある。従って本発
明は、試料表面、特にエッジ部に生じた数μｍ程度以上
の凹凸欠陥を検出することができる装置及び方法を提供
することを目的とする。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明の欠陥検査装置
は、被検査物の被検査表面に対し、４０〜５０度斜め上
方から散乱光を照射する照明手段と、前記被検査表面に
対し、平行又は０〜６度（除く０度）の角度で斜め上方
からスリット光を照射する照明手段と、前被検査表面を
はさんで前記散乱光の照明手段と略対向し、散乱光の正
反射光を受光するように受光口を４０〜５０度下方にむ
けて設けた撮像手段と、撮像手段と電気的に連結された
画像処理手段とを有することを特徴としている。また本
発明の欠陥検査方法は、被検査物の被検査表面に対し４
０〜５０度斜め上方から散乱光を照射するとともに、前
記被検査表面に対し平行又は０〜６度（除く０度）の角
度で斜め上方からスリット光を照射し、前記被検査表面
をはさんで前記散乱光の照明手段と略対向し散乱光の正
反射光を受光するように配置した撮像手段で、散乱光の
正反射光とスリット光の乱反射光を撮像し、予め、欠陥
の無い良好表面からの散乱光の正反射光の輝度と、許容
範囲とした微小欠陥部からのスリット光の乱反射光の輝
度を同等レベルになるように、散乱光及びスリット光の
照射量を調整しておき、実際の被検査物の欠陥検査時に
は、撮像された輝度の違いをもとに画像処理で所定のサ
イズの凹凸のみ欠陥として検出することを特徴としてい
る。なお、上記いずれの手段においても、散乱光は被検
査表面に対し４５度、スリット光は被検査表面に対し５
度に設定して照射し、撮像手段の受光口は前記散乱光の
正反射光を受光できるよう４５度に配置すると好適であ
る。

【０００５】

【発明の実施の形態】本発明を、図２（ａ）に示すよう
な５つの平面と１つの曲面で形成されている試料１１
の、エッジ部Ａについて欠陥検出する場合を例にして説
明する。エッジ部Ａの稜線は平面ｈと曲面ｒからなり曲
線である。本試料の表面粗さは、Ｒmaxで例えば０．１
〜０．４μｍ程度の鏡面状態であり、検出すべき欠陥
は、０．１ｍｍ以上の直径相当寸法の面積を有し、膨ら
み（凸）、あるいはへこみ（凹）の寸法が数μｍ例えば
２〜５μｍのものとし、１μｍ以下の凹凸や、直線状の
傷は除外するものとする。なお、図２（ｂ）〜（ｄ）に
欠陥発生状況の例を示す。

【０００６】図１は前記試料１１をセットした時の検査
装置の概要を説明する図である。支持部１２は試料１１
を位置決め固定する治具である。試料１１は曲面ｒを下
方になるように角度α傾け、平面ｈ側が撮像されるよう
にセットされる。スポット照明器１４は、拡散板１７を
介した拡散光２１が、エッジ部Ａを中心に試料１１の平
面ｈを照射するように上方に配置されている。スリット
投光器１５は、平面ｈに対し角度βだけ僅かに傾いた上
方から一定の幅をもったスリット光２０を照射するよう
に配置されている。撮像手段１３は、試料１１の平面ｈ
に角度θをもって対向して水平方向に配置されている。
撮像手段１３はＣＣＤカメラ等二次元の撮像情報が得ら
れるもので、画像処理手段１８と電気的に接続されてい
る。画像処理手段１８は、入力された撮像情報を、表面
検査に必要な２値化処理等公知の画像処理を施し、凹凸
部の特徴量の抽出及び面積等を算出して欠陥判定すると
ともに、表示或いは欠陥検査をするための各種制御情報
を出力する。なお、支持部１２は基台（図示せず）に固
定してもよいが、試料１１のサイズ及び検査部位に応じ
て試料１１が移動できるように、１軸又は２軸移動ステ
ージ１６上に設置するとよい。本図では、支持部１２を
紙面に平行に矢印方向に移動する移動ステージ１６ａ上
に取付け、移動ステージ１６ａを紙面に垂直方向に移動
する移動ステージ１６ｂ上に載置する構造としている。
勿論、支持部１２側を固定し、撮像手段１３、スポット
照明器１４、スリット投光器１５を移動できるようにし
てもよい。

【０００７】図３を参照して、試料１１への照射光と、
撮像の関係について詳細に説明する。拡散板１７を通過
したスポット照明器１４からの拡散光２１は、試料の平
面ｈに対し、α＝４５度上方からエッジ部Ａが均一な明
るさとなるように照射される。従って、拡散光２１は、
平面ｈでその大部分が２１Ｘ方向に正反射される。一方
スリット投光器１５からのスリット光２０は、試料の平
面ｈに対し、β＝５度上方から照射幅の中心が撮像視野
にあるエッジ部Ａ全域を含む平面ｈに当たるように照射
される。従って、スリット光２０は、平面ｈでその大部
分が２０Ｘ方向に正反射される。撮像手段１３は、その
レンズ面が平面ｈに対し、θ＝４５度となるように配置
しており、従って拡散光２１の正反射光は入光される
が、スリット光２０の正反射光は入光されない。図４
（ａ）に、試料１１への拡散光２１とスリット光２０の
照射状態と撮像手段１３の視野の関係を示す。視野の大
きさは、設定する検出分解能と光学系で決まるが、試料
１１のエッジ部Ａとその近傍の表面ｈの一部が入るよう
にするとよい。なお、図４（ｂ）のように、エッジ部Ａ
が大きく、撮像手段１３の視野に入りきらないときは、
前記移動ステージ１６ｂを移動して、順次エッジＡの全
域を撮像するようにする。

【０００８】本発明は、前述したようにエッジ部Ａにあ
る所定の大きさの凹凸のみを欠陥として検出するもので
あり、これはスポット照明器１４及びスリット投光器１
５両方を用いることによって実現される。以下これにつ
いて説明する。スポット照明器１４からのみ照射した場
合、撮像手段１３は拡散光２１の正反射成分を撮像す
る。そのため、試料１１の表面が鏡面状態であれば、撮
像画像は一様に明るく表示される。微小傷或いは凹凸欠
陥等凹凸部がある場合、正常面である良品部分、微小傷
部分、及び凹凸欠陥部毎に撮像画像の輝度は異なり、図
５（ａ）に示すようになる。正常な鏡面である良品部分
で正反射光が最も多く、他の部分と明らかに識別できる
が、微小傷部、凸欠陥部、凹欠陥部間同士では区別する
には差が少ない。これは、凹凸欠陥部や微小傷部で生じ
た乱反射光の方向に係わりなく、撮像手段にはトータル
の乱反射光分が減じられた正反射光分が入力されるため
で、輝度変化はその凹凸の高さや形状にはあまり影響さ
れないからである。一方、良品部と区別できる程度の凹
凸部面積分の輝度変化は生じることから、欠陥部の形状
は検知することができる。即ち、公知例２のような乱反
射光を検出する方式と異なるため、特に凹部においても
その面積分を知ることができる。

【０００９】一方、スリット投光器１５からのみ照射し
た場合、前記のように配置された撮像手段１３には、ス
リット光２０の正反射光は入光せず、乱反射光成分が入
光する。このため、試料１１の表面が鏡面状態であれ
ば、撮像画像は一様に暗く表示される。微小傷或いは凹
凸欠陥等凹凸部がある場合、良品部分、微小傷部分、及
び凹凸欠陥部毎に撮像画像の輝度は異なり、図５（ｂ）
に示すようになる。凸欠陥部分では、乱反射光成分が多
いのに対し、凹欠陥部では良品部分と同程度の乱反射光
成分しかないのが特徴である。これは、凸部は直接の照
射光に加え、良品部からの正反射光も凸部に作用するた
め乱反射成分が多くなるのに対し、凹部は良品からの正
反射光の影響は受けず、また深さが浅いものでは底面部
が平状であったり、深いものでは照射光が当たらない等
の特質があり、前述したように面積部分に相当する範囲
全体から同じ方向に乱反射するとは限らないためであ
る。なお、微小傷部には細かい凸部があるため、中間の
輝度となる。

【００１０】本発明は、スポット照明器１４及びスリッ
ト投光器１５で同時に照射し、試料からの反射光を撮像
するもので、得られる画像は、前述した各々の照射光の
正反射成分と乱反射成分で得られる画像を合成したもの
になる。ところで、微小傷は欠陥としないように見なす
ためには、微小傷部と良品部の輝度がほぼ同じになるよ
うにすればよい。このため、スポット照明器１４、スリ
ット投光器１５の照射量を、スポット照明器１４のみで
照射した場合の図５（ａ）に示す良品部分の光の輝度
と、スリット投光器１５のみで照射した場合の図５
（ｂ）に示す微小傷部分の光の輝度とがほぼ一致するよ
うに、いずれか又は両方を調整する。このように調整す
ることにより、スポット照明器１４及びスリット投光器
１５から同時に照射した場合、撮像画像の輝度の関係は
図５（ｃ）に示すようになる。即ち、良品部分と許容限
度内の微小傷部分は、同程度の輝度であるのに対し、凸
欠陥部分の輝度は高く、逆に凹欠陥部分の輝度は低く、
明瞭に差が生じる。

【００１１】上記輝度の違いを有する画像を、画像処理
手段１８にて２値化、その他表面検査に必要な画像処理
を施すことは容易に行なうことができ、これより凹及び
凸状の欠陥部分と良品部分、さらには欠陥部分と許容限
度内の傷を区別することができる。また、該欠陥の面積
も得ることができる。また、本発明は前記で説明したよ
うに、湾曲した稜線を有するエッジ部だけでなく、直線
状稜線を有するエッジ部にも適応できることは言うまで
もない。さらに、エッジ部というような予め決まったエ
リアの欠陥を検出するだけでなく、平面上の任意の場所
に存する欠陥を検出することもできる。この場合は、試
料或いは光学的検出系のいずれかを移動させながら撮像
し、画像処理をしていけばよい。また、光学系機器の配
置は、前述した数値の角度だけに限定されるものではな
く、本技術思想に基づく合理的な範囲をとることができ
ることは言うまでもない。

【００１２】

【発明の効果】以上説明したように、本発明は次の効果
を有している。１）数μｍ程度の凹凸部を検出することができ、特に従
来、検出が困難であったエッジ部に存する凹凸部を検出
することができる。２）比較的ひろい範囲を一度に検査することができるの
で効率の良い検査をすることができる。３）凹凸部の面積を識別できるので、微小傷や直線傷と
区別できる。４）撮像データの段階で、微小傷を良品部と同程度の輝
度にするので、画像処理で容易に微小傷を欠陥と見なさ
ないようにすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の欠陥検査装置を説明するための略図

【図２】試料の一例を示す図

【図３】試料と照射光及び撮像の位置関係を説明するた
めの図

【図４】試料表面とカメラ視野の関係を示す図

【図５】試料表面状態による反射光輝度の変化を示す図

【図６】従来技術を説明するための図

【符号の説明】

１１試料１２支持部材１３撮像手段１４スポット照明器１５スリット投光器１６移動ステージ１７拡散板１８画像処理手段

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】被検査物の被検査表面に対し４０〜５０
度斜め上方から散乱光を照射する照明手段と、前記被検
査表面に対し平行又は０〜６度（除く０度）の角度で斜
め上方からスリット光を照射する照明手段と、前記被検
査表面をはさんで前記散乱光の照明手段と略対向し、散
乱光の正反射光を受光するように受光口を４０〜５０度
下方にむけて設けた撮像手段と、撮像手段と電気的に連
結された画像処理手段とを有することを特徴とする欠陥
検査装置。
【請求項２】被検査物の被検査表面に対し４０〜５０
度斜め上方から散乱光を照射するとともに、前記被検査
表面に対し平行又は０〜６度（除く０度）の角度で斜め
上方からスリット光を照射し、前記被検査表面をはさん
で前記散乱光の照明手段と略対向し散乱光の正反射光を
受光するように配置した撮像手段で、散乱光の正反射光
とスリット光の乱反射光を撮像し、予め、欠陥の無い良
好表面からの散乱光の正反射光の輝度と、許容範囲とし
た微小欠陥部からのスリット光の乱反射光の輝度を同等
レベルになるように、散乱光及びスリット光の照射量を
調整しておき、実際の被検査物の欠陥検査時には、撮像
された輝度の違いをもとに画像処理で所定のサイズの凹
凸のみ欠陥として検出することを特徴とする欠陥検査方
法。