KR100742003B1 - 표면 결함 검사 방법 및 장치 - Google Patents

Abstract

피검사 면에 소정의 패턴 형상의 조명광을 조사하고, 피조사 상태에 있는 상기 피검사 면의 촬상 화상에 의하여 상기 피검사 면을 검사할 때, 조사광이, 각각의 메쉬 내의 형상이 동일하게 되도록 메쉬 형상으로 분포되고, 또한 광축에 수직인 평면에서 조사면적이 비조사면적보다 작은 조사광을 조사면으로부터 조사하고, 촬상 화상에서 피검사면의 비조사 영역에 대응하는 화상 영역의 명암 정보에 따라서 피조사면을 검사하고, 메쉬 내에 형성되는 명암에 대하여 그 중에 발생하는 중간 휘도의 명암을 결함 후보점으로서 추출한다.

표면, 결함, 검사, 조사, 중간 계조, 휘도, 촬상, 화상, 명암, 발광 소자, 마스크 처리

Description

표면 결함 검사 방법 및 장치{SURFACE DEFECT INSPECTING METHOD AND DEVICE}

본 발명은, 소정의 레이아웃 패턴의 조사광(照射光)을 피검사면에 조사하고, 조사광에 의하여 조명된 피검사면을 촬상하여 검사를 행하는 표면 결함 검사 기술에 관한 것이다.

표면 결함 검사의 대표적인 예로서, 자동차 보디(구체적으로는 범퍼)의 도장면(塗裝面)의 검사에 사용되는 기술을 들 수 있다. 이와 같은 표면 결함 검사에서는, 피검사면인 도장면 상에 존재하는 요철(凹凸)이나 흠집 등이, 그 검사 대상이 된다.

발광면에서 패턴을 이루는 조사광을 사용하는 검사 기술로서, 이른바, 스트라이프(stripe)형, 즉, 가로 줄무늬 모양의 명암을 만드는 조사광을 도장면에 조명하여, 조명 상태에 있는 도장면을 촬상 카메라가 촬상하여 얻어지는 촬상 화상을 사용하여 표면 검사를 행하는 기술이 있다.

상기한 바와 같은 종류의 검사 시스템의 구체적인 구성을 도 17에 나타낸다.

도 17에 나타낸 결함 검사 시스템에서는, 검사 대상이 되는 복수개의 범퍼가 스톡(stock)된 스톡 스테이션(202)으로부터 작업자(204)가 수시로 범퍼(1)를 꺼내 어, 상기 범퍼(1)를 유지하여 자세(posture) 변경하는 로보트(22)에 장착한다.

로보트(22)는 범퍼(1)를 유지하여, 도 17에 나타낸 회전축(22d) 주위로 회전시켜서 범퍼(1)의 자세를 변경한다. 이 자세 변경에 대응하여, 시스템은 소정의 가로 줄무늬 패턴으로 광을 조명하는 조명 장치(220)를 구비하고 있다. 도시하는 예에서는, 범퍼(1)가 자세 변경을 행하는 이동 공간을 둘러싸듯이, 상기 조명 장치(220)가 형성되어 있다. 조사광의 조명 패턴은, 범퍼(1)의 회전축(22d)에 평행한 스트라이프형의 명암 패턴이다.

조명 장치(220)의 소정 부분에는, 복수개의 촬상 카메라(4)가 설치되어 있고, 복수대의 상기 카메라(4)에 의해 범퍼(1)에 비친 조사광의 명암 패턴이 촬상된다. 촬상 결과는, 해석기로 보내져서 결함의 유무 등의 평가를 행한다.

로보트(22)보다 하부측에 위치하는 검사원(201)은 로보트(22)에 의한 유지·자세 변경이 종료된 후, 범퍼(1)를 분리시켜서, 육안관찰 검사 등의 후속 공정으로 보낸다.

이 때, 검사원(201)은 결함 평가 수단으로부터 평가 정보를 얻어서, 검사에서 주목해야 할 부분의 정보를 취득하여 신속하고도 확실하게 작업을 진행시킨다.

전술한 바와 같은 구성을 가지는 표면 결함 검사의 기본 원리를 도 18에 나타낸다. 도 18에 나타낸 바와 같이, 도장면을 소정 방향(예를 들면 R 방향)으로 이동시킬 경우, 도장면 상의 요철면으로 나타나는 결함 화상 부분이, 상기 이동 방향 R과 직교하는 방향(예를 들면 도 18에서의 지면(紙面)과 수직되는 방향)의 좌표를 변화시키지 않고, 그 방향 좌표(R 좌표)를 변화시키면서 촬상함으로써, 결함을 검 출할 수 있다.

즉, 결함 영역은 촬상 화상에서, 밝은 스트라이프 부위에서는 어둡게, 어두운 스트라이프 부위에서는 밝게 촬상되는 성질을 이용하여 결함을 식별하므로, 결함은 스트라이프의 밝은 부분 및 어두운 부분의 중간 계조(階調) 화상으로 검출할 수 있다. 상기 설명한 바와 동일한 검사 원리를 사용하는 기술이 특허 문헌 1에 기재되어 있다.

또한, 표면의 주기적인 요철인 「귤껍질 현상(orange peel)」으로 불리우는 결함의 검출을 위해서, 조사광인 명암 스트라이프의 경계선의 촬상 화상 상에서의 변동에 의해 도장 두께가 고르지 못함을 발견할 수 있다(특허 문헌 2 참조).

상기 설명한 바와 같은 검사 방법에서는, 피검사면을 이동시킬 필요는 없지만, 대체적으로 도장면이 비교적 넓은 범위에 걸쳐서 스트라이프의 경계선 화상의 위치가 어긋나는 등의 흐트러짐이 발생하고 있는 도장면이 검출 대상이 된다.

[특허 문헌 1] 일본국 일본국 특개평 8-145906호 공보(도 5, 도 9 및 도 15)

[특허 문헌 2] 일본국 일본국 특개평 9-126744호 공보(도 13)

특허 문헌 1 및 2와 같은 종래의 표면 결함 검사에서는, 피검사면을 조명하는 조명부가 스트라이프형의 명암 패턴을 도장면에 조명하므로, 표면 검사에 사용하는 조사광은, 스트라이프형의 명암 패턴과 직교(횡단)하는 방향으로만 입사되므로, 피검사면에 스트라이프 패턴의 스트라이프 방향(스트라이프의 연장 방향과 동일한 방향)에 결함이 존재하는 경우에는 결함을 검출하기 곤란하다.

또한 이 기술은, 실제로는 볼록형 결함 밖에 추출하지 못하고, 화상 부분에 대한 명암 차를 얻기 곤란하고 2치 처리로 인한 오검출이 발생하기 쉽다. 또, 의장 라인 및 그 근방의 결함을 파악하기 곤란하다.

또한, 도 17 및 18에 나타낸 바와 같이, 검사에 사용하는 조사광의 조명광 축과 촬상 카메라의 촬상 광축이 교차하기 때문에, 촬상 카메라가 취할 수 있는 광량이 충분하지 않으므로 개선할 여지가 있다.

또, 이와 같은 검사계에서는 광학적인 복잡성에 의하여, 결함을 평가하는 처리도 복잡하게 되지 않을 수 없다. 그와 동시에, 조사계 및 촬상계의 위치 관계를 정밀하게 설정할 필요가 있다.

본 발명의 목적은, 조사계와 촬상계의 구성이 합리적이면서도 간단하고, 신뢰성이 높은 검사를 행할 수 있는 표면 결함 검사 기술을 획득하는 것이다.

본 발명에 따르면, 피검사면에 소정의 패턴 형상의 조사광을 조사하고, 피조사 상태에 있는 상기 피검사면의 촬상 화상에 의해 상기 피검사면을 검사하는 표면 결함 검사 방법의 특징은,

상기 조사광은, 각각의 메쉬(mesh) 내의 형상이 동일해지도록 메쉬 상(狀)으로 분포되는 동시에, 광축에 수직인 평면에서의 조사면적(발광하는 부분의 면적)이 비조사면적(어두운 영역의 면적)보다 작은 조사광을 조사면으로부터 조사하고,

상기 촬상 화상에서의, 상기 피검사면의 비조사 영역에 대응하는 화상 영역의 명암 정보에 따라, 상기 피검사면을 검사하는 것이다.

이 방법에 따르면, 밝은 부분이 매쉬 상으로 분포되어 그 밝은 부분 중에 둘러싸인(enclosed) 영역이 되는 어두운 부분(암면)이 존재하는 조사광을 조사면으로부터 조사한다.

상기 조사광이 조사된 피검사면을 CCD 카메라 등의 촬상 장치로 촬상하면, 피검사면의 평면상에 결함이 존재하지 않는 경우에는, 조사 측의 매쉬 상의 명암 패턴 그대로 찍힌다. 이에 비하여 결함이 존재하는 경우에는, 결함이 어두운 부분의 바로 아래에 있는 경우, 조사 측의 밝은 부분으로부터 조사된 광이, 결함으로 인하여 광로가 굴곡되므로, 본래 어두운 부분이되어야 할 영역(비조사 영역)에 찍힌다.

결과적으로, 어두운 부분인 메쉬 내의 대략 중앙에 고립(isolated) 명점이 형성된다. 본 발명에서는, 이 현상을 이용하여, 결함을 검출할 수 있다. 그리고, 메쉬 내 형상이 동일하므로, 임의의 메쉬 내에 위치할 가능성이 있는 결함을 거의 동일한 조건으로 검출할 수 있다.

또한, 이 구성은, 메쉬가 조사부에 메쉬 내가 비조사부에 대응하고, 비조사면적이 크게 선택되므로, 어두운 부분에 나타나는 명부로서 결함을 검출할 확률을 높일 수 있다.

또한, 본 발명에 있어서는, 밝은 부분이 매쉬 상으로 형성되어 있으므로, 어두운 부분을 둘러싸는 모든 주위로부터, 이 종류의 조사광을, 2차원으로 확장되는 촬상 장치의 소정 위치 화소에 입광시킬 수 있어서, 종래에 실현하기 곤란하였던 형상, 크기 및 깊이의 결함을 검출할 수 있다.

본 발명 발명자들이 검토한 결과, 메쉬의 크기를 평균 직경(메쉬를 원으로 가정한 경우의 직경)을 25mm정도로 설정할 경우, 평면에서 볼 때 대략 둥글게 되어, 반경 0.3mm, 깊이가 0.03mm 정도의 결함을, 통상적인 CCD 카메라로 식별할 수 있었다.

또, 검사 시에, 피검사체를, 통상, 표면 결함 검사 장치에 대해서, 상대 이동 시키면서 차례로 검사하기 때문에, 상기 상대 이동에 따라, 어느 하나의 메쉬부에서, 결함을 명확한 결함 화상으로서 잡아내어 확실하게 검출할 수 있다.

또한, 밝은 부분과 어두운 부분의 경계선은 망 상태를 이루기 때문에, 「귤껍질 현상」 등의 결함을 검출함으로써, 종래의 스트라이프에 의한 검출에서 특정한 방향성을 가지는 문제를 해소할 수 있다.

이와 같은 표면 결함 검사 방법을 사용하는,

피검사면에 소정의 패턴 형상의 조사광을 조사하는 조사 수단과, 상기 조사광이 조사된 피조사 상태에 있는 상기 피검사면의 촬상 화상을 촬상하는 촬상 수단과, 상기 촬상 수단에 의해 취득되는 촬상 화상을 화상 처리하는 화상 처리 수단을 구비한 표면 결함 검사 장치로서는,

상기 조사 수단이, 상기 조사광으로서 각각의 메쉬 내의 형상이 동일해지도록 매쉬 상으로 분포되는 동시에, 광축에 수직인 평면에서의 조사면적이 비조사면적보다 작은 조사광을 조사면으로부터 조사하고,

상기 화상 처리 수단이, 상기 화상 처리에서, 상기 피검사면의 비조사 영역과 대응하는 화상 영역의 명암 정보를 처리 가능하도록 함으로써, 장치를 구성할 수 있다.

그런데, 상기 방법에서, 정상적인 피검사면에 상기 조사광을 조사한 상태에서의 촬상 화상을 정상 촬상 화상이라 하고, 상기 정상 촬상 화상에서의 조사 영역의 휘도를 고휘도로, 상기 비조사 영역의 휘도를 저휘도로 할 경우에,

촬상 화상 내에 존재하는, 상기 고휘도와 저휘도의 중간 휘도의 영역에서는 중간 휘도 영역을 주목(注目) 영역으로서 검사를 행하는 것이 바람직하다.

전술한 바와 같이, 본 발명에서는, 주로 결함의 존재에 기인하여, 명암 패턴의 밝은 부분으로부터의 광의 영상을 이용하여 결함을 검출할 수 있어서, 그 결함 화상은, 조사 부분의 휘도인 고휘도와 비조사 부분의 휘도인 저휘도의 중간 휘도가 된다.

따라서, 고휘도부 및 저휘도부를 제거함으로써, 결함이 존재할 확률이 높은 영역을 용이하게 추출할 수 있고, 간단한 화상 처리에 의하여, 신속하게 목적하는 결함이라 여겨지는 화상 영역을 추출할 수 있다.

상기와 같은 처리를 실행하는 표면 결함 검사 장치는, 정상적인 피검사면에 상기 조사광을 조사한 상태에서의 촬상 화상을 정상 촬상 화상으로 하고, 상기 정상 촬상 화상에서의 조사 영역의 휘도를 고휘도로, 상기 비조사 영역의 휘도를 저휘도로 하는 경우에, 상기 화상 처리 수단이, 촬상 화상 내에서, 상기 고휘도와 저휘도의 중간 휘도의 영역인 중간 휘도 영역을 추출하는 중간 휘도 영역 추출 수단을 구비하는 구성에 의하여 이루어질 수 있다.

그런데, 본 발명의 표면 결함 검사 방법에서 사용하는 조사광은, 그 조사면에 있어서, 발광측인 명부가 매쉬 상을 이루고, 그 메쉬 내가 암부로 되어 있다. 따라서, 이 패턴은, 피검사면이 평면이며 메쉬의 촬상에 일그러짐(왜곡)이 발생하지 않는 경우와, 피검사면이 곡면이며 메쉬의 촬상에 왜곡을 발생하는 경우, 모두 촬상 화상에서도 그대로 답습된다. 따라서, 결함과 실제로는 관계가 없는 메쉬의 정상 부분은, 화상 처리에서, 연속되는 명부로서 주목 영역으로부터 배제할 수 있다.

즉, 상기 피검사면의 조사 영역에 대응하는 화상 영역을, 연속되는 밝은 영역으로서 추출하는 동시에 전술한 바와 같이 연속하는 명 영역을 주목 영역으로부터 배제함으로써, 결함에 대응하는 화상인 영역을 용이하게 추출할 수 있다.

이와 같은 표면 결함 검사 방법을 실행하기 위해서는, 상기 화상 처리 수단에,

상기 피검사면의 조사 영역에 대응하는 화상 영역인 연속된 밝은 영역을 추출하는 밝은 영역 연속 추출 수단과, 추출된 상기 연속되는 밝은 영역을 주목 영역으로부터 배제하는 배제 수단을 구비하면 된다.

또한, 상기 표면 결함 검사 방법에서, 상기 피검사면의 비조사 영역에 대응하는 화상 영역을, 닫은 어두운 영역마다 추출하고, 또한 상기 닫은 영역 내에 고립 명 영역이 존재하는 경우, 고립되어 존재하는 상기 명 영역을 주목 영역으로 하는 것이 바람직하다.

이 방법에서는, 조사광이 매쉬 상을 이루는 것에 주목하여, 상기 메쉬 내의 영역을 기본적으로 둘러싸인 어두운 영역으로서 인식하고, 상기 암 영역 내에 고립 명 영역이 존재하는 경우에는, 비검사면에 이상(결함)이 존재할 가능성이 있다고 보고, 주목 영역으로 설정한다.

이 경우는, 예를 들면, 피검사면이 곡면으로 되어 있고, 기본이 되는 매쉬 형상이 비교적 크게 변형되는 경우에도, 조사광이 가지는 형상적 특징을 이용하여, 효과적으로 결함 검출을 실행할 수 있다.

상기 표면 결함 검사 방법을 사용하는 표면 결함 검사 장치를 구성하는 경우에는, 전술한 화상 처리 수단이,

피검사면의 비조사 영역에 대응하는 화상 영역인 둘러싸인 암 영역을 각각 별도로 추출하는 둘러싸인 암 영역 추출 수단과, 추출된 둘러싸인 암 영역 내에 존재하는 고립 명 영역을 추출하는 고립 명 영역 추출 수단을 구비하도록 구성함으로써, 전술한 표면 결함 검사 방법을 실행할 수 있다.

또한, 조사 수단에서 상기 조사광이, 메쉬 상으로 분포된 복수개의 발광 소자에 의해 형성되는 것이 바람직하다.

이 경우는, 발광 소자를 사용함으로써, 간접 조사 구조를 취하는 경우 등, 휘도 부족에 따른 미소 결함을 검출하지 못하는 경우 등이 발생할 가능성을 저감시킬 수 있고, 조사 측에서 충분한 휘도를 확보하여, 확실하고도 신뢰성이 높은 검사를 행할 수 있다. 또, 예를 들면, 흑판 상에서의 발광 소자의 분포를 변경시킴으로써, 임의의 메쉬 상 분포를 가지는 조사광을 얻을 수 있다.

또한, 후술하는 바와 같이, 본 발명에서는, 촬상 장치의 초점을 조사 측의 조사면(발광면)에 맞추어 촬상 화상을 얻지만, 이 경우에 발광 소자의 발광부와 그 배경의 휘도 차를 크게 취할 수 있기 때문에, 촬상 측의 화상을 보다 샤프하게 할 수 있고, 일반적으로, 흐릿하면서, 작은 화상이 되기 쉬운 결함에 기인한 화상 부위를 용이하게 나타낼 할 수 있다.

한편, 조사 수단에서 조사광이, 매쉬 상으로 분포된 폭이 좁은 슬릿(slit) 간을 투과되도록 형성되는 것도 바람직하다. 이 경우는, 종래에 행해진 바와 같이, 광원의 전에 확산판과 메쉬 내의 형상에 맞춘 어두운 부분을 형성하기 위한 차폐 체를 분산 배치함으로써, 본 발명의 사용 목적에 합치한 조사광을 용이하게 얻을 수 있다. 또한, 그 경계선도 명확하게 할 수 있다.

또한, 지금까지 설명한 바와 같이, 상기 메쉬의 크기를 조절할 수 있도록 구성되는 기술을 실현하는 것이 바람직하다.

본 발명과 같이, 결함에 의한 비쳐 광을 이용하는 경우는, 촬상 측으로부터, 결함을 통하여 반사된 광선의 광로가, 메쉬을 이루는 밝은 부분에 닿을 필요가 있고, 검출 대상의 결함의 크기(개구 면적, 깊이 등을 포함)와 메쉬의 크기에, 영상 포함이 발생하는지 여부가 크게 관련되어 있다. 따라서, 메쉬의 크기를 조절할 수 있도록 함으로써, 소정의 크기의 결함에 대해서 양호하게 검출할 수 있는 크기의 메쉬을 선택하여, 양호하게 검출을 행할 수 있다.

또한, 상기 피검사면의 조사 영역과 비조사 영역의 휘도 차를 조절할 수 있도록 구성하는 것이 바람직하다.

예를 들면, 검사 대상이 자동차 보디의 도장면일 경우, 그 면은 대략 평면 부위가 있거나 곡면부가 있다. 따라서, 조사계, 촬상계에서의 광로 거리 등에 편차가 생기고, 결함의 검출에 필요한 광량을 항상 양호한 상태로 확보할 수는 없다.

그러나, 상기 휘도 차를 조절할 수 있으면, 촬상에 필요한 광량을 피검출 대상 상태에 따라 선택하기 쉽고, 신뢰성이 높은 검출을 행할 수 있다.

이상의 설명에 의하여, 조사광의 형성 방법은 관계없지만, 현행 기술에서는, 본 발명과 같은 비교적 복잡한 패턴을 이루는 조사광을 형성하기 위하여, 제조 기술상, 다수의 발광 소자를 소정의 레이아웃 패턴으로 분포시켜 구성하는 것이 가장 현실적이다.

따라서, 본 발명의 목적을 달성하기 위한 표면 결함 검사 장치는 다음과 같이 구성할 수 있다.

본 발명에 따른 구성상의 특징은, 소정의 레이아웃 패턴으로 배치된 복수개의 발광 소자와, 상기 발광 소자의 조사광에 의해 조명된 피검사면을 촬상하는 촬상 카메라와, 상기 촬상 카메라의 촬상 정보를 출력하는 출력부를 구비한 표면 결함 검사 장치에 있어서,

상기 레이아웃 패턴은 상기 발광 소자의 내측에 소정 형상의 암면을 남기도록 연속적으로 배치된 것이며, 적어도 1개의 상기 어두운 면에 상기 촬상 카메라가 상기 피검사면으로부터 반사되는 각각의 상기 발광 소자의 조사광을 수광하도록 배치하는 것이다.

상기 결함 표면 결함 검사 장치에서도, 그 검사 원리로서 조사광의 영상 포함을 이용하지만, 상기 검사 원리를 이용하는 경우, 조명부에, 그 내측에 소정 형상의 어두운 면을 남기도록 배치된 발광 소자가 연속적으로 레이아웃되는 패턴을 채용한다.

상기한 바와 같이 하면, 예를 들면, 평면인 도장면에서, 조명부에서의 발광 소자의 레이아웃 패턴이 육각형이며, 도장면의 법선 방향으로 조사광의 광축 및 촬상 카메라의 광축이 향하는 경우, 도장면에 결함이 존재하지 않으면 촬상은 육각형의 명암 패턴이 된다. 그러나, 결함이 존재하는 경우, 상기 결함에 의해 육각형의 내부에 형성된 어두운 면에 휘도 영역이, 도 7에 나타낸 바와 같이 고립점으로서 형성된다. 따라서, 상기 결함에 기인하는 상을 촬상 카메라로 확실하게 촬상할 수 있다.

또한, 어두운 면에 촬상 카메라를 배치함으로써, 조사광의 광축 방향과 촬상 측의 광축 방향을 일치시킬 수 있어서, 이른바 낙사(落射) 상태에서 촬상 검사가 가능하게 된다.

그리고, 상기 출력부로부터의 출력 신호를 평가하여 상기 피검사면에서의 결함을 검지하는 결함 평가부를 구비하도록 구성하면, 화상 처리 기술로서 확립된 해석 기술을 이용하여, 자동적으로 결함 부분을 평가 및 검출할 수 있다.

그런데, 상기 레이아웃 패턴은, 소정 방향에서 반복되는 반복 레이아웃 패턴인 것이 바람직하다.

상기와 같이 반복되는 패턴이면, 예를 들면, 발광 소자의 레이아웃 패턴 부위와 그 내부에 설치되는 어두운 면을 단위로 하여, 동일한 기준에 따라서 촬상에 대한 화상 처리를 반복적으로 행할 수 있다. 또, 피검사면이 이동하는 경우, 동일한 피검사면 부위를 반복적으로 검사할 수 있으므로, 상기 피검사면 부위에 대한 신뢰성이 높으면서도 충분한 정보를 얻을 수 있다.

또한, 상기 피검사면을 상기 복수개의 발광 소자 및 상기 촬상 카메라에 대해서 상대적으로 반송 이동하는 반송 기구를 구비하고, 상기 레이아웃 패턴이 반복되는 방향이 전술한 바와 같은 상대적으로 반송되는 방향인 것이 바람직하다.

이러한 표면 결함 검사에서는, 피검사면이 자동적으로 이동하는 상태에서 검사되는 경우도 있어서, 소정의 레이아웃 패턴을 반복함으로써, 차례대로 특정한 피검사면을 반복하여 촬상하여, 촬상 정보를 얻으면, 신뢰성이 높은 검사를 행할 수 있다.

또한, 상기 복수개의 발광 소자의 발광면(조사면)과, 상기 촬상 카메라의 촬상면이 동일 평면 내에 존재하는 것이 바람직하다.

이러한 검사에서는, 촬상 화상에서의 화상의 밝기, 및 그 화상 부위의 위치 등은, 발광면과 촬상면에 대한 피검사면의 위치 관계에 의하여 크게 영향을 받는다. 그러므로, 발광면과 촬상면을 동일 평면상에 위치시키면, 이들이 일체화된 촬상 유닛을 용이하게 구축할 수 있어서, 상기 동일 평면으로부터 피검사면까지의 거리를 조절하기만 하면, 검사의 광학적인 구성을 실질적으로 특징지을 수 있으므로, 검사의 신뢰성을 확립할 수 있다.

이상에서 설명한 바와 같이, 조명부를 그 내측에 소정 형상의 암면을 남기도록 발광 소자를 연속적으로 배치시킨 레이아웃 패턴을 복수개 조합하여 구성하면, 촬상 카메라를 통해서 얻어진 피검사면의 화상에 발광 소자의 발광상이 다수개 존재하게 되어, 그 때 피검사면의 형상 등의 조건에 의해, 연속적으로 배치되는 발광 소자의 발광상이 단속적으로 생기므로, 결함과 구별하기 곤란한 문제점이 발생할 우려가 있다.

상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명에 따른 표면 결함 검사 장치는, 그 내측에 소정 형상의 암면을 남기도록 발광 소자를 연속적으로 배치시킨 레이아웃 패턴을 복수개 조합시켜 구성된 조명부와, 상기 조명부로부터의 조사광에 의해 조명된 피검사면을 촬상하는 촬상 카메라와, 상기 촬상 카메라의 출력 신호를 평가하여 상기 피검사면에서의 결함을 검지하는 결함 평가 수단에 의하여 구성되며, 상기 결함 평가 수단은, 상기 출력 신호로부터 생성된 상기 피검사면의 명암 화상에서 고립된 돌출 휘도 영역을 결함 후보로서 판정하는 고립점 추출부와, 상기 명암 화상에서 연속적으로 배치된 상기 발광 소자의 발광상을 나타내는 영역에 포함되는 상기 결함 후보를 결함 후보로부터 제외하는 결함 후보 선별부를 구비한다.

이 구성에서는, 실질적으로 메쉬(대표적으로는 링) 상태로 연속적으로 배치된 발광 소자 군의 조사 포인트의 내측에, 즉 암면에 대향하는 피검사면에 존재하는 결함에 대하여, 그 결함의 모든 방향으로부터 조사광의 일부가 맞게 되어, 결함상이 어두운 화상 중에 밝게 나타나게 되어, 명암 화상에서 고립된 돌출 휘도 영역으로서 결함 후보를 검지할 수 있게 되고, 또한 연속적으로 배치되는 발광 소자의 발광상이 단속적으로 생기는 부분이 역시 고립된 돌출 휘도 영역(고립점이라고도 칭함)으로서 검지되는 것에 대하여는, 소정 패턴에서의 연속 발광상의 연장선 상에 존재하는 고립점을 결함 후보로부터 제외함으로써, 결함을 오검출하게 될 빈도는 저감된다.

피검사면을 촬상 카메라나 조명부에 대해서 상대적으로 이동시킴으로써, 결함은 반드시 발광 소자 군의 조사 포인트를 빗나가서 어두운 면에 대향하는 위치에 오게 되므로, 소정의 패턴에 의하여 검지되는 돌출 휘도 영역으로서의 연속 발광상의 영역을 결함 판정 대상외 영역으로 여겨도 된다.

본 발명에서는 다수의 발광 소자를 연속적으로 배치한 조명부를 사용하고 있으므로, 상기 발광 소자로부터의 조사광의 피검사면에서의 반사광을 촬상 카메라로 파악할 수 있어서, 촬상 카메라로부터 출력되는 화상에 발광상이 생기게 되지만, 상기 발광상의 휘도치는 검사 조건, 특히 피검사면의 조건에 의해 변동된다.

본 발명에서는, 상기 발광상의 휘도치가 결함의 판정 시의 중요한 기준이 되므로, 전술한 바와 같은 변동을 보상하기 위해, 촬상 카메라의 출력 신호로부터 상기 명암 화상을 생성할 때에 기준이 되는 정상적인 피검사면으로부터 얻어지는 연속적으로 배치된 상기 발광 소자의 발광상의 휘도 레벨에 실제 검사 시에 연속되는 발광상 영역의 휘도 레벨이 실질적으로 일치하도록 화상 처리를 행하는 사전 처리부가 구비되는 것이 바람직하다. 취득된 최상 화상에 대해서 미리 기준이 되는 피검사면에 대해서 얻어지는 발광상의 휘도 레벨에 맞추는 휘도 조정은, 그 후의 결함 판정의 정밀도 향상과 관계가 있다.

피검사면이 촬상 카메라의 촬영 시야에 비해 작을 경우 등에 있어서, 피검사면 이외의 피사체(배경 등)가 취득 화상 내에 들어가게 되지만, 이와 같이 불필요한 화상 영역의 위치 정보는 미리 예측할 수 있거나, 잘 알려진 배경 선택 알고리즘에 의하여 파악할 수 있으므로, 본 발명에서는 전술한 결함 후보로부터 제외되는 돌출 휘도 영역을 포함하는 그 주변 영역에 배경 등의 불필요 화상 영역을 더하여 통합한 영역을 결함 판정 대상외 영역으로서 취득한 화상에 대해서 마스크 프로세싱하는 방법도 제안되어 있다.

본 발명에 의한 그 외의 특징 및 이점은, 이하 도면을 사용한 실시예에 의하여 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 표면 결함 검사 장치를 채용하는 검사 시스템의 개략적인 구성을 나타낸 도면이다.

도 2는 본 발명에 따른 표면 결함 검사 장치의 전체 구성을 개략적으로 나타낸 도면이다.

도 3은 본 발명에 따른 표면 결함 검사 장치의 전체 구성을 개략적으로 나타낸 도면이다.

도 4는 본 발명에 따른 표면 결함 검사 장치의 촬상 유닛을 나타낸 도면이다.

도 5는 본 발명에 따른 표면 결함 검사 장치의 촬상 유닛의 제어·정보 처리 계를 나타낸 도면이다.

도 6은 표면 결함 검사 장치에 실장되어 있는 결함 평가 수단의 구성을 나타낸 기능 블록도이다.

도 7은 2치화 된 입력 화상을 설명하는 도면이다.

도 8은 발광상 중단부에 존재하는 고립점을 설명하는 도면이다.

도 9는 결함 평가 수단에 의한 피검사면의 결함 평가의 스텝을 나타낸 흐름 도이다.

도 10은 형광관과 확산판에 의해 조명부를 구성한 다른 실시예이다.

도 11은 암면의 다른 구성을 나타낸 예이다.

도 12는 조명부를 다른 발광 소자의 배치에 의하여 구성한 예이다.

도 13은 도 12에 나타낸 발광 소자의 배치를 채용한 경우의 문제점을 나타낸 도면이다.

도 14는 도 11에 나타낸 예에 대한 바람직한 발광 소자의 배치예를 나타낸 도면이다.

도 15는 3치화 처리를 행하는 경우의 결함 추출의 상황을 나타내는 도면이다.

도 16은 피검사면이 곡면의 경우의 바람직한 발광 소자의 배치를 나타내는 도면이다.

도 17은 종래의 범퍼 검사 시스템의 구성을 나타낸 도면이다.

도 18은 스트라이프형의 조사광을 이용한 검사 원리를 설명한 도면이다.

[부호의 설명]

3: 조명부 4: 촬상 카메라

5: 화상 처리 컨트롤러 6: 결함 평가부(수단)

30: 발광 소자(LED 소자) 31: 암면

60A: 사전 처리부 60B: 결함 결정부

61: 휘도 조정부 62: 2치화 처리부

63: 결함 후보(고립점)추출부 64: 결함 후보 선별부

65: 화상 마스크 생성부 66: 라벨 설정부

67: 면적 연산부 68: 결함 판정부

이하, 본 발명의 표면 결함 검사 장치(100)에 대해서 설명한다.

본 발명의 표면 결함 검사 장치(100)는, 도 17에 대응한 도 1에 나타낸 검사 시스템(200)에 채용되는 것으로서, 도 1은 검사 시스템(200)의 전체 구성을, 도 2 및 도3은 표면 결함 검사 장치(100)의 전체 구성을, 도 4는 표면 결함 검사 장치(100)의 촬상 유닛(300)의 구성을, 도 5는 촬상 정보의 평가계의 구성을 나타내고 있다.

상기 검사 시스템(200)은, 전술한 종래 기술에서 설명한 바와 같이, 예를 들면, 범퍼(1)의 표면 결함 검사를 목적으로 한다. 상기 표면 결함 검사 장치(100)는, 상기 검사 시스템(200)에서, 스톡 스테이션(202)의 하부측, 육안 관찰 검사 스테이션(203)의 상측에 설치되어 있고, 상기 표면 결함 검사 장치(100)에는, 본 발명의 독특한 구성을 가지는 촬상 유닛(300)이 구비되어 있다.

상기 촬상 유닛(300)은 상기 범퍼(1)의 외형을 모방하여 동작을 모방함으로써, 종래보다 현저하게 높은 정밀도와 신뢰도로 검사할 수 있다.

이하, 상기 검사 시스템(200)의 구성, 표면 결함 검사 장치(100)에서의 촬상 유닛(300)을 모방한 구성, 촬상 화상의 처리의 순서대로 상세하게 설명한다.

[검사 시스템]

도 1에 나타낸 바와 같이, 본 발명에 따른 검사 시스템(200)에서는, 검사 대상인 범퍼(1)의 반송용 로보트(2)에 의한 이동 경로가 직선 경로가 되어 있다.

도 1에서, 검사 대상의 범퍼(1)는 도면의 우상측으로부터 좌하측으로 반송된다. 도시한 바와 같이, 검사는 한쌍의 범퍼(1)를 하나의 단위로 하여 행해진다. 따라서, 이 반송 방향을 따라서, 스톡 스테이션(202), 표면 결함 검사 장치(100) 및 육안 관찰 검사 스테이션(203)이 형성되어 있다.

스톡 스테이션(202)으로부터 반송용 로보트(반송 기구의 일례)(2)로 범퍼(1)가 투입원(204)에 의해 이동되고, 검사원(201)에 의해 육안 관찰 검사를 행하는 것은, 종래의 방법과 동일하다.

작업의 흐름에 따라 설명하면, 스톡 스테이션(202)으로부터 투입원(204)이 수시로 한쌍의 범퍼(1)를 인출하여, 반송용 로보트(2)의 범퍼 지지부(2a)에 장착한다.

반송용 로보트(2)는, 범퍼(1)를 유지한 채로, 반송 경로의 하부측으로 이동한다. 이 때 범퍼(1)는 자세를 바꾸지 않고, 반송 경로에 따라 병진 이동만 한다. 범퍼(1)가 표면 결함 검사 장치(100) 내에 투입되면, 범퍼(1)의 표면 형상을 따르듯이, 상기 촬상 유닛(300)이 자세를 바꾸면서 이동한다. 이러한 이동 형태는 후술하는 바와 같이, 촬상 유닛(300)의 조명부(3)를 검사면에 평행하게, 또한 촬상 카메라(4)의 광축을 검사면의 법선 방향으로 유지하는 것으로서, 피검사면과 촬상 유닛(300) 사이의 거리를 일정하게 하는 것이다.

그리고, 촬상 유닛(300)에 구비되는 복수개의 촬상 카메라(4)에 의해 범 퍼(1)에 비친 조사광의 명암 패턴이 촬상된다. 촬상 결과는, 해석 측인 결함 평가 수단을 이루는 결함 평가부(6)에 보내지고, 결함의 유무 등의 평가를 행한다.

반송 하부측에 위치하는 검사원(201)은, 반송되어 오는 범퍼(1)를 육안으로 관찰 및 검사하지만, 도 1에 나타낸 바와 같이, 이 때, 검사원(201)은 결함 평가부(6)로부터의 평가 정보를 검사 결과 프로젝터(15)에 의하여, 검사에서 주목해야 할 부분의 정보를 취득하여, 특히 그 부분 등을 중심으로 육안 관찰 검사를 진행할 수 있다.

[표면 결함 검사 장치에서의 촬상 유닛의 모방 구성]

a. 촬상 유닛(300)

도 4a는 촬상 유닛(300)의 평면도, 도 4b는 정면도, 도 4c는 평면에서의 상세도를 각각 나타낸다. 상기 도면에 나타낸 바와 같이, 촬상 유닛(300)은 기본적으로 대략 직육면체 형상인 유닛 프레임(30Oa)과, 상기 유닛 프레임(300a)의 길이 방향(도 4a에서의 L1방향)의 양단에 유닛 프레임(300a)으로부터 상하 방향으로 연장되는 요동 지지 프레임부(300b)을 구비하여 구성되어 있다.

상기 도면에도 나타낸 바와 같이, 상기 유닛 프레임(300a)의 상측 단면은, 조명부(3)로서 구성되어 있고, 상기 조명부(3)에는 다수의 발광 소자(30)가 육각형을 단위로 하여 반복적으로 설치되어 있다.

또한, 상기 조명부(3)의 폭 방향 중앙에는, 소정의 균등 간격으로 촬상 카메라(4)의 렌즈면(4a)(즉 촬상부)이 형성되어 있다. 도면에서는, 10개의 촬상 카메라(4)를 설치한 예를 나타내고 있다. 도 4b에 나타낸 바와 같이, 유닛 프레 임(300a)의 내부에는, 촬상 카메라(4) 및 발광 소자(30)용 DC 전원(300c)이 설치되어 있다.

b. 모방 구조

상기 촬상 유닛(300)은, 상기 요동 지지 프레임부(300b)의 선단에 형성되어 있는 좌우 한쌍의 지지축(300d)에 의하여 유닛(300)이 지지되도록 구성되어 있다. 상기 지지축(300d)은, 그 축심 주위로 회전 가능하고, 또한 표면 결함 검사 장치(100)의 장치 프레임(10Oa)에 대해서, 그 상하 방향 및 그 전후 방향으로 이동 가능하게 구성되어 있다.

도 2는 상기 장치 프레임(100a)을 반송 경로와 직교하는 정면 방향에서 본 도면이며, 상기 도면에서, 반송용 로보트(2)는 우측으로부터 좌측 방향으로 이동한다.

도 3은 상기 장치 프레임(100a)을 반송용 로보트(2)의 침입측(즉 측면)으로부터 본 도면이다.

도 2에 나타낸 바와 같이, 상기 장치 프레임(100a)은 측면에서 보면 브릿지형이며, 정면에서 보면 사각형 구조체로서 구성되어 있다.

상기 장치 프레임(100a)에 대해서, 그 정면의 좌우 방향(반송 방향에 따른 방향)으로 이동 가능한 주행 프레임(100b)과, 상하 방향으로 이동 가능한 승강 프레임(100c)이 구비되어 있다.

상기 승강 프레임(100c)은 상기 주행 프레임(100b)에 설치되는 레일 rc를 따라서 상하 방향으로 이동 가능하게 구성되어 있다. 상하 방향 이동은 주행 프레 임(100b)의 중앙 부위에 설치되는 승강 모터 Mc에 의해 실행된다.

상기 주행 프레임(100b)의 반송 방향 이동은, 상기 주행 프레임(100b)의 주행을 가능하게 하는 레일 rb, 및 장치 프레임(100a)에 구비된 주행 모터 Mb로부터의 주행 프레임(100b)으로 주행 구동을 전달하는 구동 전달 기구에 의해 실행된다.

또한, 도 3에 나타낸 바와 같이, 상기 요동 지지 프레임부(300b)의 선단에 설치되는 좌우 한쌍의 지지축(300d)에 대해서는, 회전 모터 Md와, 상기 회전 모터 Md의 회전을 감속하여 상기 지지축에 전달하는 기어 전달 기구 G를 구비하고, 회전 모터 Md의 회전에 의해 촬상 유닛(300)의 요동 자세의 조정을 실행 가능하게 구성되어 있다.

그런데, 현시점에서 촬상 유닛(300)에서 검사 대상이 되는 범퍼(1)의 표면 부위의 위치 및 경사(도 2에서 나타내는 경사)를 검출하기 위한 레이저 센서(400)가 구비되어 있다(도 1 참조).

상기 레이저 센서(400)로부터의 정보는, 모방 제어 장치로서의 기능도 가지는 호스트 컴퓨터(14)에 보내진다.

상기 호스트 컴퓨터(14)에서는, 범퍼(1)의 형상 정보, 반송용 로보트(2)의 반송 위치 정보에 따라 제어 명령이 생성되지만, 상기 레이저 센서(400)로부터의 검출 정보에 의해 제어 정보를 보정하여, 상기 승강 모터 Mc, 주행 모터 Mb, 및 회전 모터 Md에 제어 정보를 보내어, 촬상 유닛(300)이 피검사면에 대하여 적절한 위치 관계를 취하도록 자동적으로 제어된다.

상기 적절한 위치 관계는, 도 2에 나타낸 바와 같이, 촬상 카메라(4)의 광축 이 피검사면의 법선 방향이 되고, 조명면(발광면(3a))이 피검사면에 대해서 평행이며, 조명면(발광면(3a)) 및 촬상면(즉 렌즈면(4a))이 피검사면으로부터 소정의 거리에 있는 관계를 말한다. 도 2에서는, 상이한 2개의 피검사면에 대한 촬상 유닛(300)의 위치 및 자세를 모식적으로 나타내고 있다.

[촬상 화상의 처리]

본 발명에 따른 표면 결함 검사 장치(1)는, 도 4 및 도 5에 나타낸 바와 같이, 촬상 검사의 주요한 계통은 전술한 바와 같이 조사광을 피검사면인 범퍼(1)의 도장면에 조명하는 조명부(3)와, 상기 조명부(3)로부터 조명된 피검사면을 촬상하는 촬상 카메라(4)와, 상기 촬상 카메라(4)로부터의 출력 신호를 사용한 피검사면에서의 결함이 존재하는지에 대한 평가나, 그 평가된 결함의 출력을 행하는 화상 처리 컨트롤러(5)에 의하여 구성된다.

도 4 및 도 5에 나타낸 바와 같이, 상기 컨트롤러(5)는 상기 호스트 컴퓨터(14)의 하위 컴퓨터로서의 역할을 수행하는 것이며, 상기 화상 처리 컨트롤러(5) 내의 출력부(10)와 접속되는 출력 기기로서의 모니터(12)나 프린터(13)를 구비하고 있다.

또한, 상기 화상 처리 컨트롤러(5)는, 조명부(3)의 제어를 행하는 조명·촬상 제어부(9), 촬상 카메라(4)로부터의 출력 신호를 읽어들여 디지털 화상 데이터(이하 입력 화상이라 한다) 메모리(8)로 송신하는 화상 입력부(7), 입력 화상을 사용하여 결함 평가를 행하는 결함 평가부(6)를 구비하고 있다.

또한, 상기 화상 처리 컨트롤러(5)는, 통신부(11)를 통하여 호스트 컴퓨 터(14)에 데이터 전송 가능하도록 접속되어 있다.

상기 호스트 컴퓨터(14)에는 필요에 따라 화상 처리 컨트롤러(5)에 다운로드 되는, 검사 대상이 되는 범퍼(1)의 정보나 반송 장치인 반송용 로보트(2)의 동작 정보가 축적되고, 또한 화상 처리 컨트롤러(5)에서 생성된 도장면의 결함 정보도 화상 처리 컨트롤러(5)로부터 호스트 컴퓨터(14)에 업로드되어 축적된다.

또, 상기 호스트 컴퓨터(14)와 네트워크에 의하여 접속된 단말기에 의해 제어되는 검사 결과 프로젝터(15)나 프린터 등이 육안 관찰 검사 스테이션에 구비되어, 상기 화상 처리 컨트롤러(5)로부터 호스트 컴퓨터(14)를 통하여 송신되는 결함 정보에 따라, 검사 결과 프로젝터(15)를 통하여 결함 위치 등을 검사원에게 지시하도록 구성되어 있다.

전술한 바와 같이 촬상 유닛(300)은, 조명부(3)의 발광면(3a) 및 촬상 카메라(4)의 렌즈면(촬상면에 해당함)(4a)이 반송용 로보트(2)에 의해 반송되는 범퍼(1)의 피검사면에 대향하고, 그 조명면(3a) 및 촬상면(4a)의 법선과 피검사면의 법선이 일치되도록, 또한 이격 거리가 일정하게 되도록 더 제어된다.

도 4에 나타낸 바와 같이, 조명부(3)는 다수의 발광 소자(본 실시예에서는 LED 소자를 사용하므로 이후 LED 소자라 한다)(30)를, 6각형의 공간을 형성하는 매쉬 상(링형)의 레이아웃 패턴으로, 또한 6각형 레이아웃을 동일한 패턴을 연속적으로(인접하는 LED 소자(30) 사이를 채우면서) 배치하도록 구성되어 있다. 6각형 매쉬 상으로 배치된 LED 소자(30)에 의해 형성된 공간은, 여기서는 암면(31)이라 하고,검정 또는 어두운 색의 플레이트 면이다.

매쉬 상으로 배치된 LED 소자(30)에 의해 많은 암면(31)이 나타나지만, 상기 암면(31)들에 의해 형성된 원의 중앙축 상에 균등 분산되어 위치하는 이면(31)에 촬상 카메라(4)의 렌즈면(4a)이 위치하여, 복수개의 상기 촬상 카메라(4)가 조명부(3)에 내장되어 있다. 상기 촬상 카메라(31)의 사용 시에는, 그 초점은 도장면이 아닌 조사부(3)의 발광면(3a)에 맞추어진다.

상기 화상 처리 컨트롤러(5)는, CPU를 중심 부재로 하여, 상기 표면 결함 검사 장치(100)의 다양한 동작을 실행시키기 위한 기능부를 하드웨어 또는 소프트웨어 또는 그 양쪽을 구비하고 있다.

도 6에 나타난 바와 같이, 본 발명에서 구비된 특별한 기능부로서의 결함 평가부(6)는 화상 처리 수단으로서 기능하며, 메모리(8)에 송신된 입력 화상을 결함 검출에 적절한 형태로 변환하는 사전 처리부(60A)와, 사전에 처리된 입력 화상을 사용하여 피검사면 상의 결함을 찾아내는 결함 결정부(60B)로 나눌 수 있다.

상기 사전 처리부(60A)는, 입력 화상에 대한 휘도를 조정하는 휘도 조정부(61)와, 휘도가 조정된 입력 화상을 2치화 처리하는 2치화 처리부(62)로 이루어진다. 본 실시예의 휘도 조정부(61)은, 감마 조정뿐만 아니라, 입력 화상에 포함되어 있는 발광상의 휘도 레벨이 도장색이나 도장면마다 기준이 되는 정상적인 피검사면으로부터 얻어지는 LED 소자의 발광상의 휘도 레벨에 이르도록 화소 영역 단위의 휘도도 조정할 수 있도록 구성되어 있다.

또, 2치화 처리부(62)는, 입력 화상의 농담(濃淡) 픽토그램으로부터 통계적 방법으로 2치화 임계치를 결정하는 2치화 임계치 결정부(62a)나 노이즈를 제거하기 위해서 입력 화상에 대해서 스무딩 필터(smoothing filter)를 걸고 발광상이나 결함상의 윤곽을 강조하기 위해 소벨 필터(Sobel filter) 등의 에지 강조 필터를 건 화상 특징 추출부(62b)를 구비하고, 2치화 임계치 결정부(62a)에 의해 결정된 2치화 임계치를 사용하여 화상 특징 추출부(62b)에서 강조된 입력 화상을 2치화 화상으로 한다.

2치화 처리부(62)에 의해 2치화된 입력 화상의 일례가 도 7에 나타나 있다. 이 2치화 명암 화상에서는, 휘도가 높은 영역은 희게 나타나고 있지만, 6각형 레이아웃 패턴으로 연속적으로 배치된 발광상인 LED 소자군은 전면에 깔린 6각형이 연속하여 연결된 흰 윤곽선으로서 표시되고, 암면(31)에 대향하는 도장면 영역은 암 영역으로서 표시되고, 경우에 따라서 존재하는 도장 결함은 그 주위로부터의 조사광에 의한 난반사에 의해 암 영역으로 나타나는 고립 영역으로서 흰 색으로 표시된다.

따라서, 결함 검출은, 2치화 화상에 있어서, 휘도가 돌출되어 있는 영역(본 실시예에서는 흰 영역)이며 소정의 패턴으로 연속되지 않는 영역, 즉 고립점을 찾아내어서 이루어진다. 소정 레벨의 휘도치(농도치)를 가지면서 연속하는 화소를 찾거나 고립한 영역을 찾는 화상 처리 알고리즘은 공지된 것을 사용할 수 있다.

그러나, 피검사면, 즉 여기서는 도장면의 형상에 의한 조사광에 대한 반사 특성의 변동 등에 의해, 도 8에서 확대하여 나타낸 바와 같이, 본래는 연속적으로 연결된 선으로서 나타나는 LED 소자(30)의 발광상에 불연속 부분이 생기고, 상기 불연속 부분이 결함으로서 오검출될 가능성이 있다. 이와 같은 오검출을 적절하게 회피할 수 있도록 결함 결정부(60B)는 실제로는 프로그램으로 구성되어 있다.

즉, 상기 결함 결정부(60B)는, 소정 개수 이내의 화소수에 의하여 구성되는 불연속적으로 고립된 화소 영역을 고립점으로서 검출하여 결함 후보로 판단하는 결함 후보 추출부(63)와, 연속적으로 배치된 LED 소자(30)의 발광상을 나타낸 영역(이 영역을 추출하는 수단이 연속 명 영역 추출 수단이다)에 포함되는 결함 후보를 결함 후보로부터 제외하는 결함 후보 선별부(이 제외 처리를 행하는 것이 배제 수단이다)(64)와, 상기 결함 후보 선별부(64)에 의하여 결함 후보로부터 제외된 고립점 영역 및 배경 등의 불필요 화상 영역을 통합하여 결함 판정 대상외 영역으로서 마스크 처리하는 화상 마스크 생성부(65)와, 화상 마스크 밖에 위치하는 복수개의 결함 후보 영역을 식별하기 위해 상이한 결함 후보 영역에는 상이한 라벨(번호)을 할당하는 라베링 처리를 행하는 라벨 설정부(66)와, 각각 라베링된 결함 후보 영역의 면적을 연산하는 면적 연산부(67)와, 상기 면적 연산부(67)로부터의 면적 정보에 따라 결함 후보를 실제 결함으로 판정하여 결함 맵에 기입하는 결함 판정부(68)를 구비하고 있다. 이와 같이 하여, 결과적으로 본 발명의 둘러싸인 암 영역 추출 수단과, 이에 대한 고립 명 영역 추출 수단이 구성되어 있다.

상기 결함 후보 선별부(64)는, 결함 후보 추출부(63)에 의하여 추출된 결함 후보를 선별하기 위하여, 촬상 카메라(4)로부터 차례로 보내지는 화상으로부터 소정 회수 결함 후보로서 추출되어 있는지의 여부를 체크함으로써 돌발적으로 발생하는 명 영역을 결함 후보로서 인식하는 것을 방지하는 결함 후보 시계열 판정부(64a)와, 도 8을 통하여 이해할 수 있는 바와 같이, 추출된 결함 후보(고립점)가 연속적인 발광상의 연장선 상에 위치하는지의 여부를 체크함으로써 발광상의 불연속 분분을 결함 후보로서 인식하는 것을 방지하는 발광상 비연속부 탐색부(64b)를 구비하고 있다.

상기 발광상 비연속부를 탐색은, 연속적인 발광상 화소를 더듬어 가면서 불연속 단의 연장선 영역에 위치하는 암 영역을 추출하는 형상 특징 추출 알고리즘 등을 이용하여 이룰 수 있으며, 불연속 영역에 존재하는 고립점은 결함 후보로부터 제외 된다.

이와 같이 구성된 결함 평가 수단(6)에 의한 도장면의 결함 평가의 스텝을 도 9의 흐름도에 따라서 이하에서 설명한다.

먼저, 촬상 카메라(4)로부터 화상 입력부(7)를 통하여 순서대로 보내져 오는 프레임 화상을 메모리(8)에 입력한다(#01). 받아들여진 입력 화상은, 휘도 조정부(61)에 의해 휘도(농도치)가 조정된다(#02). 그 때 입력 화상의 특징량이 필요하지만, 상기 특징량은 입력 화상을 소정의 구획수로 구획하고, 각 구획마다 연산된 농도 평균값의 최대값을 특징량으로 설정하는 것이 바람직하다.

상기 특징량 다음의 2치화 임계치의 결정은 촬상 카메라(4)의 렌즈 개구도의 조정에도 이용할 수 있다. 상기 2치화 임계치 결정부(62a)에 의하여 2치화 임계치가 결정되고(#03), 화상 특징 추출부(62b)에 의하여 화상의 평활화 및 에지 강조를 행한 (#04) 후에, 상기 입력 화상은 2치화 처리되어 2치화 화상이 된다(#05).

2치화된 입력 화상으로부터, 결함 후보 추출부(63)에 의해, 소정수 이내(화상 해상도 등에 따라서 미리 결정됨)의 화소수로 이루어지는 고립된 명화소 영역이 결함 후보로서 추출된다(#06).

추출된 결함 후보 중 외부 난사광 등에 의해 순간적이며 국지적으로 생기는 고립점에 속하는 결함 후보는 결함 후보 시계열 판정부(64a)에 의해 결함 후보로부터 제외되고(#07), 또한 추출된 결함 후보 중 발광상이 중단된 영역에 위치하는 고립점에 속하는 결함 후보는 발광상 비연속부 탐색부(64b)에 의해 결함 후보로부터 제외 된다(#08).

발광상 비연속부 탐색부(64b)에 의해 탐색된 발광상이 중단된 영역을 포함하는 그 주변 영역은, 호스트 컴퓨터(14)로부터 전송되는 피검사물로서의 범퍼(1)의 형상 정보나 반송용 로보트(2)에 의한 반송 위치 정보에 따라 결정되는 피검사면으로서의 도장면 이외의 배경 영역과 함께 불필요 화소 영역으로서 화상 마스크 생성부(65)에 의해 마스크 처리된다(#09).

그리고 본 실시예에서, 상기 호스트 컴퓨터(14)로부터 얻어지는 반송 위치 정보는, 실제 위치와 상이할 가능이 있으므로, 레이저 센서 등을 사용하여 실시간으로 상기 범퍼(1)의 위치가 어긋난 것을 체크하여, 상기 화상 마스크의 위치를 수정한다(#10).

전술한 바와 같이 결함 후보의 선별이나 배경 화상을 제거한 후, 남아 있는 결함 후보(고립점)를 라베링하고(#11), 각각의 라벨이 할당된 고립점의 면적을 연산하여(#12), 미리 설정되어 있는 면적 조건(임계치 이상의 면적을 가지는지의 여부)을 만족시키는 고립점만 실제 결함으로서 판정하고(#13), 해당 좌표 위치 및 사이즈 등을 결함 맵에 기입한다(#14).

[후 처리]

이상으로 결함 평가 수단(6)에 의한 도장면의 결함 평가 스텝은 종료되지만, 이 스텝을 통해서 도장면의 검사가 종료되면, 육안 관찰 검사 스테이션(203)에서, 호스트 컴퓨터(14)를 통하여 화상 처리 컨트롤러(5)로부터 송신된 결함 맵 중, 육안관찰 검사 스테이션(203)에 반입된 범퍼의 ID와 일치하는 ID를 부여되어 있는 결함 맵을 사용하여, 결함을 대조하여 확인한다.

그 때, 검사원에 의한 대조 작업을 용이하게 하기 위해, 해당되는 결함 맵에 따라 결함 부분을 지적하도록 상기 검사 결과 프로젝터(15)를 동작시키면 도움이 된다. 물론, 그와 같은 결함 맵에 따른 결함 정보를 표면 결함 검사 장치(100)의 출력부(10)에 접속된 프린터(13)에 의해 출력하고, 이 출력된 내용을 범퍼(1)에 붙여도 된다.

본 실시예에서는, 조명부(3)가 6각 형태의 매쉬 상으로 연속 배치된 LED 소자군으로 구성되어 있었지만, 상기 메쉬 형상은 6각형 외의 형태를 채용해도 되고, 발광 소자(30)로서 LED 소자 외의 소자를 채용해도 된다.

[다른 실시예]

이하, 본 발명의 다른 실시예에 대하여 설명한다.

1. 상기의 실시예에서는, 자동차 보디(특히 범퍼)의 도장면의 검사를 행하는 예를 나타냈으나, 검사 대상으로서 임의의 표면 결함을 가지는 피검사면을 대상으로할 수 있다. 전술한 바와 같은 종류로서, 예를 들면 프레스 성형품의 표면 검사 등이 있다.

2. 상기의 실시예에서는, 본 발명에 따른 표면 결함 검사 장치의 조명부의 구성에서, 다수의 발광 소자를 내부에 암면을 형성하도록 배치했지만, 상기 구조를 채용하지 않고, 배면측으로부터의 산란광을 매쉬 상으로 형성된 슬릿을 통과시켜서 구성해도 된다.

이러한 구성예를 도 10에 나타낸다. 도 10에 나타낸 예에서는, 복수개의 형광관(111)이 내부에 설치되는 조명 상자(112)에 대해서, 그 앞면 부위에 확산판(113)을 설치하고, 상기 확산판(113) 앞에 슬릿 및 그 내부의 이면을 형성하기 위한 슬릿판(114)를 설치하여, 본 발명의 목적과 합치하는 조명부를 구성하고 있다.

3. 지금까지 설명된 예에서는, 암면은 모두 원형이었지만, 도 11에 나타낸 바와 같이 다양한 형태로 구성할 수 있다.

도 11a는 이면을 정방형으로 배치한 예를, 도 11b는 암면을 가로가 긴 타원으로 배치한 예를, 도 11c는 는 도 11a에 기재된 예에 대해서, 암면을 지그재그로 배치한 예를 각각 나타낸다. 한편 11d는 암면을 비교적 소면적의 삼각형으로 배치한 예이다.

도 11a에서는, 결함의 영상 포함이 실질적으로 좌우 방향과 상하 방향으로 발생하는 경우에 바람직한 구조를 나타내고 있다. 한편, 도 11b에 나타낸 구조는, 피검사면이 곡면이며, 촬상 측에서 상하 방향으로 연장된 암면이 형성되는 경우에 채용하는 것이 바람직하다. 도 11c에 나타낸 구조는, 결함의 형성이 상하 방향으로 연속 형성될 경우에 효과적이고, 지그재그로 배치된 상하 2단의 정방형의 암면 중 어느 하나에 의하여, 상하 방향으로 연속되는 결함을 검출할 수 있다. 또한, 도 11d의 경우는, 비교적 작은 결함을 검출하기 용이하다.

4. 앞서 나타낸 실시예에서는, 발광 소자의 레이아웃 패턴으로서 6각형의 레이아웃 패턴을 나타냈으나, 암면의 중심에 균등한 광량을 확보하는 목적을 고려하면, 원형에 가까운 레이아웃 패턴이 바람직하고, 도 12에 나타낸 예는 8각형으로 형성한 것이다.

또, 본 실시예에 있어서는, 도 13에 나타낸 바와 같이, 피검사면의 이동 방향인 좌우방향에서, S로 나타낸 바와 같이 발광 소자가 중첩되는 배치부가 존재하고, 이 구성을 채용하면, 경로 A에서는, 결함을 검출하는 면에서, 경로 B와 비교하면 문제점이 생길 수 있다. 그래서, 이 경우는 도 14에 나타낸 바와 같이, 발광 소자의 레이아웃 패턴의 어느 쪽의 부위 s1, s2도, 피검사면의 이동 방향(경로 C, D)에 대해서, 중첩되는 부위가 없는 것이 바람직하다.

5. 상기의 실시예에 있어서는, 결함 추출을 2치화 처리를 통하여 행하였으나, 3치화 처리에 따라 행해도 된다.

3치화에서의 화상 처리 상태를 도 15에 나타낸다.

도 15는 원화상(a), 3치화 처리 후의 화상 (b), 배제 처리 후의 화상 (c)을 각각 나타낸 것이며, (a)에서는, 흰 부분은 휘도를 가지는 부분 C1, C3를, 칠한 부분 C2는 어두운 결함 부위를 나타내고 있다. (b)에서는 (a)에서의 중간 계조의 부분을 부에서, (c)에서는, 주목점을 그림자부 C3로 나타내고 있다.

이들 화상은, 좌측 상단부로부터 2행 2번째에 있는 암면에 대응하는 도장 부 위에 결함이 있는 경우를 나타내고 있다. 다른 부위는 정상 상태를 나타내고 있다.

촬상 화상은, (a)에 나타낸 바와 같이, 조명 측의 밝은 부분에 대응하는 고휘도 K1의 부분 C1과, 어두운 부분에 대응하는 저휘도 K2의 부분 C2에 의하여 이루어진다.

그리고, 그 중간 휘도 K3의 부분을 취하면, (b)에 나타낸 바와 같이, 링형의 중간 휘도 K3의 부분 C4와, 결함에 의한 중간 휘도 K3의 부분 C3를 추출할 수 있다.

그리고, 이에 대하여 팽창·수축 처리를 가하여, 실제로는 (c)에 나타낸 바와 같이 비교적 좁은 영역인 링형의 중간 휘도 영역을 소거할 수 있고, 결과적으로 결함에 대응한 부위만을 남게 할 수 있다.

6. 상기의 실시예에서는, 피검사면은 평면으로 가정하여 설명하였으나, 곡면일 경우에는, 촬상 측에서 암면 형상이 소정의 검출에 바람직한 형상이 되도록 패턴 배치하는 것이 바람직하다. 도 16은, 이러한 예를 나타내고 있다.

앞서에서도 나타낸 바와 같이, 피검사면이 곡면일 경우, 메쉬이 특정한 방향으로 변형되는 등의 현상이 발생한다. 도 16b는, 링형의 조사광을 조사한 경우에, 피검사면이 지면(紙面) 가로 방향으로 중심축을 가질 경우에, 화상의 상하 방향의 지름이 짧은 타원이 안경 형상으로 형성되어 있는 것을 나타내고 있다.

이러한 종류의 변형의 발생은, 링형의 명 영역 내에, 고립 명 영역을 형성시켜서, 그것을 추출하여 결함 화상을 얻는, 본 발명의 방법의 실현에 방해가 된다.

따라서, 상기 피검사면이 곡면일 경우에, 상기 촬상 화상에서의 상기 메쉬의 형상이 원형 또는 정다각형이 되는 메쉬 형상으로, 상기 피검사면의 곡면 형상에 대응되는, 상기 조사면에서의 조사광의 매쉬 상 분포를 설정하는 것이 바람직하다.

예를 들면, 도 16c에 나타낸 바와 같이, 화상 상하 방향으로 수축이 발생하는 곡면이 대상인 경우, 이 수축을 예상하여, 메쉬의 높이를 길게 설정한다.

전술한 바와 같이 설정하면, 촬상 화상에서는, 연속된 명부로서 인식되는 부위 내의, 메쉬 내부에 대응하는 암부의 면적을 소정 면적 이상 확보할 수 있고, 결함 존재의 영향에 의해, 중간 휘도의 영역이 메쉬 내에 형성되는 경우에도, 고립 영역이 될 수 있도록 할 수 있으므로, 본 발명 방법을 적용하여, 양호하게 검출을 행할 수 있다.

상기의 실시예에서는, 검사 시스템(200)을 구성하기 위하여, 스특 스테이션(202), 본 발명에 따른 표면 결함 검사 장치(100), 육안관찰 검사 스테이션(203)의 순서대로, 배치하는 예를 나타냈으나, 본 시스템을 소정의 표면 가공(도장, 프레스 성형 등)을 수반하는 제조·검사 시스템으로서 이용할 경우, 스톡 스테이션, 도장 등을 실행하는 가공 처리부, 표면 결함 검사 장치, 육안 관찰 검사 스테이션의 순서대로, 각각의 공정부를 배치하게 된다.

상기 실시예에 있어서는, 발광 소자의 발광면과 촬상 카메라의 촬상면을 동일 평면상에 위치시켰지만, 피검사면으로부터의 이격 거리에서 양면이 상이한 위치라도 된다.

본 발명의 표면 결함 검출 장치를 이용하면, 미소 도장 결함을 확실하게 검출할 수 있다.

Claims (18)

1. 피검사면에 소정의 패턴 형상의 조사광을 조사하고, 피조사 상태에 있는 상기 피검사면의 촬상 화상에 의해 상기 피검사면을 검사하는 표면 결함 검사 방법으로서,

   상기 조사광으로서 각각의 메쉬(mesh) 내의 형상이 동일하도록 메쉬 상(狀)으로 분포 되는 동시에, 광축에 수직인 평면에서의 조사(照射) 면적이 비조사면적보다 작은 조사광을 조사면으로부터 조사하고,

   상기 촬상 화상에서의, 상기 피검사면의 비조사 영역에 대응하는 화상 영역의 명암 정보에 따라서, 상기 피검사면을 검사하는 표면 결함 검사 방법.
2. 제1항에 있어서,

   정상적인 피검사면에 상기 조사광을 조사한 상태에서의 촬상 화상을 정상 촬상 화상으로 하고, 상기 정상 촬상 화상에서의 조사 영역의 휘도를 고휘도로, 비조사 영역의 휘도를 저휘도로 설정하는 경우에,

   촬상 화상 내에서, 상기 고휘도와 저휘도의 중간 휘도의 영역인 중간 휘도 영역을 주목(注目) 영역으로 하는 것을 특징으로 하는 표면 결함 검사 방법.
3. 제1항에 있어서,

   상기 피검사면의 조사 영역에 대응하는 화상 영역을, 연속되는 명(明) 영역 으로서 추출하는 동시에, 상기 연속되는 명 영역을 주목 영역으로부터 배제하는 것을 특징으로 하는 표면 결함 검사 방법.
4. 제1항에 있어서,

   상기 피검사면의 비조사 영역에 대응하는 화상 영역을, 둘러싸인(enclosed) 암(暗) 영역으로서 추출하는 동시에 상기 둘러싸인 암 영역 내에 고립(isolated) 명 영역이 존재하는 경우에, 상기 고립 명 영역을 주목 영역으로 하는 것을 특징으로 하는 표면 결함 검사 방법.
5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 피검사면이 곡면인 경우에, 상기 촬상 화상에서의 상기 메쉬의 형상이 원형 또는 정다각형이 되는 메쉬 형상으로, 상기 피검사면의 곡면 형상에 대응한 상기 조사면에서의 조사광의 매쉬 상의 분포를 설정하는 것을 특징으로 하는 표면 결함 검사 방법.
6. 피검사면에 소정의 패턴 형상의 조사광을 조사하는 조사 수단과, 상기 조사광이 조사된 피조사 상태에 있는 상기 피검사면의 촬상 화상을 촬상하는 촬상 수단과, 상기 촬상 수단에 의해 얻어지는 촬상 화상을 화상 처리하는 화상 처리 수단을 구비한 표면 결함 검사 장치로서,

   상기 조사 수단은, 상기 조사광으로서 각각의 메쉬 내의 형상이 동일해지도 록 매쉬 상으로 분포되는 동시에, 광축에 수직인 평면에서의 조사면적이 비조사면적보다 작은 조사광을 조사면으로부터 조사하고,

   상기 화상 처리 수단은, 화상 처리에 있어서, 상기 피검사면의 비조사 영역에 대응하는 화상 영역의 명암 정보를 처리할 수 있도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 표면 결함 검사 장치.
7. 제6항에 있어서,

   상기 화상 처리 수단이,

   정상적인 피검사면에 상기 조사광을 조사한 상태에서의 촬상 화상을 정상 촬상 화상으로 하고, 상기 정상 촬상 화상에서의 조사 영역의 휘도를 고휘도와 비조사 영역의 휘도를 저휘도로 하는 경우에,

   촬상 화상 내에 존재하고, 상기 고휘도와 저휘도의 중간 휘도의 영역인 중간 휘도 영역을 추출하는 중간 휘도 영역 추출 수단을 구비한 것을 특징으로 하는 표면 결함 검사 장치.
8. 제6항에 있어서,

   상기 조사 수단에 있어서 상기 조사광이, 매쉬 상으로 분포된 복수개의 발광 소자에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 표면 결함 검사 장치.
9. 제6항에 있어서,

   상기 조사 수단에 있어서 상기 조사광이, 매쉬 상으로 분포된 폭이 좁은 슬릿(slit) 사이를 투과하여 형성되는 것을 특징으로 하는 표면 결함 검사 장치.
10. 제6항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,

    상기 조사 수단에 있어서,

    상기 피검사면의 곡면 형상에 대응하여, 상기 촬상 화상에서의 상기 메쉬 형상이 원형 또는 정다각형이 되는 메쉬 형상으로, 상기 조사면에서의 조사광의 메쉬 상 분포가 설정되어 있는 것을 특징으로 하는 표면 결함 검사 장치.
11. 소정의 레이아웃 패턴으로 배치된 복수개의 발광 소자와, 상기 발광 소자의 조사광에 의해 조명된 피검사면을 촬상하는 촬상 카메라와, 상기 촬상 카메라의 촬상 정보를 출력하는 출력부를 구비한 표면 결함 검사 장치로서,

    상기 레이아웃 패턴은 상기 발광 소자의 내측에 소정 형상의 암면(暗面)을 남기도록 연속적으로 배치된 것이며, 적어도 하나의 상기 암면에 상기 촬상 카메라가 상기 피검사면으로부터 반사되는 각각의 상기 발광 소자의 조사광을 수광하도록 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 표면 결함 검사 장치.
12. 제11항에 있어서,

    상기 출력부로부터의 출력 신호를 평가하여 상기 피검사면에서의 결함을 검지하는 결함 평가부를 구비한 것을 특징으로 하는 표면 결함 검사 장치.
13. 제11항 또는 제12항에 있어서,

    상기 레이아웃 패턴이, 소정 방향으로 반복되는 반복 레이아웃 패턴인 것을 특징으로 하는 표면 결함 검사 장치.
14. 제11항 또는 제12항에 있어서,

    상기 피검사면을 상기 복수개의 발광 소자 및 상기 촬상 카메라에 대해서 상대적으로 반송 이동하는 반송 기구를 구비하고,

    상기 레이아웃 패턴의 반복 방향이 상대적으로 반송하는 방향인 것을 특징으로 하는 표면 결함 검사 장치.
15. 제11항 또는 제12항에 있어서,

    상기 복수개의 발광 소자의 발광면과, 상기 촬상 카메라의 촬상면이 동일 평면 내에 있는 것을 특징으로 하는 표면 결함 검사 장치.
16. 제11항에 있어서,

    상기 촬상 카메라의 출력 신호를 평가하여 상기 피검사면에서의 결함을 검지하는 결함 평가 수단에 의하여 구성되고,

    상기 결함 평가 수단이, 상기 출력 신호로부터 생성된 상기 피검사면의 명암 화상에서의 고립된 돌출 휘도 영역을 결함 후보로서 판정하는 고립점 추출부와, 상 기 명암 화상에서 연속적으로 배치된 상기 발광 소자의 발광상을 나타낸 영역에 포함되는 상기 결함 후보를 결함 후보로부터 제외하는 결함 후보 선별부를 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 표면 결함 검사 장치.
17. 제16항에 있어서,

    상기 출력 신호로부터 상기 명암 화상을 생성할 때에 기준이 되는 정상적인 피검사면으로부터 얻어지는 연속적으로 배치된 상기 발광 소자의 발광상의 휘도 레벨과, 실제 검사 시에 연속하는 발광상 영역의 휘도 레벨이 일치하도록 화상 처리를 행하는 사전 처리부가 구비되어 있는 것을 특징으로 하는 표면 결함 검사 장치.
18. 제17항에 있어서,

    결함 후보로부터 제외된 상기 돌출 휘도 영역을 포함하는 그 주변 영역 및 배경 등의 불필요한 화상 영역이 통합되어 결함 판정 대상 외 영역으로서 마스크 처리되는 것을 특징으로 하는 표면 결함 검사 장치.

Images