WO2024116634A1 - 検査システム - Google Patents

Abstract

検査システムは、物品に検査光を照射する照明装置と、検査光が照射された物品からの反射光を、複数の画素を有する撮像素子で受光して、物品の表面を撮像する撮像装置と、撮像素子で撮像された画像の各画素における輝度値または濃淡値に基づいて、画素毎に物品の表面の傾きを検出するとともに、検出された画素毎の傾き及び画素の幅から算出した画素毎の高さを順次積算することにより、物品の高さ情報を含む表面形状を推定する推定部と、物品の高さ情報を含む表面形状をモデル化した基準値、及び基準値に対して、物品の表面形状の良否を判定するしきい値を設定する設定部と、表面形状と、しきい値とを比較して、物品の表面形状の良否を判定する判定部とを備える。

Description

検査システム

　本開示は、物品の外観検査に用いられる検査システムに関する。

　従来、物品の外観検査に用いられる照明装置として、検査光を照射する面光源と、検査光を物品に向けて集光するレンズとの間に、遮光フィルターを配置し、この遮光フィルターをレンズの入射側の焦点位置に配置した構成が知られている（特許文献１を参照）。このような構成の照明装置を用いた検査システムでは、物品に照射された検査光が、物品の表面で反射された反射光を撮像装置で撮像して、撮像された画像の輝度値などに基づいて、物品の面の傾きを推定することができる。

　従来の検査システムでは、撮像装置で撮像された画像の各画素における輝度値に基づいて、画素毎に物品の表面の傾きを検出し、検出された画素毎の傾き及び当該画素の幅から算出した画素毎の高さを順次積算することによって、物品の表面形状を推定することができる。推定した物品の表面形状と、規定されたしきい値とを比較することによって、物品の表面形状の良否を判定することができる。

　しかしながら、撮像装置で撮像された画像の各画素における輝度値は、ランダムノイズによる誤差を含むため、積算する画素の経路によって、算出される高さが異なる。そのため、ランダムノイズの影響をなくすために、複数の経路に対して、最適化問題を解いて高さを推定する方法が知られている。しかし、物品の面全体の表面形状を推定する場合、多数の画素に対して、高さを算出する経路が膨大となり、演算時間が長くなってしまう。短いタクト時間が要求されることが多いインライン検査では、このような方法は適さない。

日本国特許第６４５１８２１号公報

　本開示の目的は、物品の面全体を、短いタクトタイムで検査することを可能とする検査システムを提供することにある。

　本開示に係る検査システムは、物品に検査光を照射する照明装置と、検査光が照射された物品からの反射光を、複数の画素を有する撮像素子で受光して、物品の表面を撮像する撮像装置と、撮像素子で撮像された画像の各画素における輝度値または濃淡値に基づいて、画素毎に物品の表面の傾きを検出するとともに、検出された画素毎の傾き及び画素の幅から算出した画素毎の高さを順次積算することにより、物品の高さ情報を含む表面形状を推定する推定部と、物品の高さ情報を含む表面形状をモデル化した基準値、及び基準値に対して、物品の表面形状の良否を判定するしきい値を設定する設定部と、表面形状と、しきい値とを比較して、物品の表面形状の良否を判定する判定部とを備える。

　設定部は、物品の表面形状において、高さ方向の変化が同じ検査領域を抽出し、検査領域において、共通の基準値及びしきい値を設定することが好ましい。

　推定部において、画素毎の高さの積算は、ループの存在しない画素の経路毎に独立に実行されてもよい。

　物品の表面形状は、設計情報に基づいて形成されたものであり、設定部において、基準値は、設計情報に基づいて設定されることが好ましい。

　モデル化した基準値は、関数または点群で設定されてもよい。

　推定部は、撮像装置における撮像素子の撮像面に対する、物品からの反射光の光軸の変化を、撮像素子で撮像された画像の各画素における輝度値または濃淡値の変化として検知することによって、画素毎に物品の表面の傾きを推定することが好ましい。

　本開示によれば、物品の面全体を、短いタクトタイムで検査することを可能とする検査システムを提供することができる。

図１は、実施形態１における検査システムの構成を示すブロック図である。 図２Ａは、実施形態１における検査システムの構成を模式的に示す図である。 図２Ｂは、図２Ａの破線で囲まれた部分の拡大図である。 図３は、物品の表面に照射される検査光を示す図である。 図４Ａは、撮像装置で撮像される反射光の色を説明する図である。 図４Ｂは、撮像装置で撮像される反射光の色を説明する図である。 図５は、物品の表面形状を推定する方法を説明する図である。 図６は、アレイ状に配列した画素における積算経路を示す図である。 図７は、画素列毎に独立した積算経路を示す図である。 図８Ａは、実施形態１における検査システムを説明する図である。 図８Ｂは、実施形態１における検査システムを説明する図である。 図８Ｃは、実施形態１における検査システムを説明する図である。 図９Ａは、実施形態２における検査システムを説明する図である。 図９Ｂは、実施形態２における検査システムを説明する図である。 図９Ｃは、実施形態２における検査システムを説明する図である。 図１０Ａは、実施形態３における検査システムを説明する図である。 図１０Ｂは、実施形態３における検査システムを説明する図である。 図１０Ｃは、実施形態３における検査システムを説明する図である。 図１１は、物品の高さ情報を含む表面形状をモデル化した基準値（点群）及びしきい値を示す図である。

　以下、本開示の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。本開示は、以下の実施形態に限定されるものではない。本開示の効果を奏する範囲を逸脱しない範囲で、本開示の適宜変更は可能である。

　（実施形態１）
　図１は、実施形態１における検査システム１００の構成を示すブロック図である。本実施形態における検査システム１００は、設計情報に基づいて形成された物品の表面形状を検査する検査システムである。

　図１に示すように、検査システム１００は、支持台６０と、照明装置１０と、撮像装置（カメラ）２０と、推定部３０と、設定部４０と、判定部５０とを備える。支持台６０は、物品２００を載置する。照明装置１０は、物品２００に検査光を照射する。撮像装置２０は、物品２００からの反射光を受光して、物品２００の表面を撮像する。推定部３０は、物品２００の表面形状を推定する。設定部４０は、物品２００の表面形状の良否を判定するしきい値を設定する。判定部５０は、物品２００の表面形状の良否を判定する。

　検査システム１００では、支持台６０に載置された物品２００に、照明装置１０から検査光を照査し、物品２００の表面で反射された反射光を撮像装置２０で撮像する。撮像装置２０で撮像された画像に基づいて、物品２００の表面形状が推定される。

　図２Ａは、実施形態１における検査システム１００の構成を模式的に示す図である。図２Ｂは、図２Ａの破線で囲まれた部分の拡大図である。

　図２Ａに示すように、照明装置１０は、面光源１１と、カラーフィルター１２と、レンズ１３と、ハーフミラー１４とで構成される。面光源１１は、白色の平面光を検査光として出射する。

　カラーフィルター１２は、面光源１１とレンズ１３との間であって、レンズ１３の入射側の焦点位置に配置されている。カラーフィルター１２は、検査光の入射面内で所定の色分布を有している。このため、面光源１１から出射された検査光は、カラーフィルター１２を透過することで、検査光の進行方向と交差する方向に色分布を有する平面光となる。

　レンズ１３は、カラーフィルター１２を透過した検査光を、物品２００に向けて集光する。レンズ１３を透過した検査光は、ハーフミラー１４で反射されて、物品２００の表面に照射される。

　図２Ａに示すように、検査光の光軸上であって、かつレンズ１３の出射側焦点位置である点Ｐ１における照射立体角は、カラーフィルター１２における検査光の光路の直径とレンズ１３の焦点距離により、一義的に決まる。ここで言う「照射立体角」とは、検査光の光路上の所定の点を頂点とし、当該所定の点に光が照射される範囲を示す任意形状の錐体を言う。

　検査光の光軸から離れた位置であっても、レンズ１３の中心からレンズ１３の出射側焦点位置だけ離れた位置における照射立体角も、点Ｐ１における照射立体角と同じ形状で同じ大きさとなる。レンズ１３の出射側焦点位置よりも遠い位置における照射立体角も、点Ｐ１における照射立体角と同じ形状で同じ大きさとなる。

　図３は、物品の表面に照射される検査光を示す図である。検査光がハーフミラー１４により反射された場合にも、これらの照射立体角は維持される。したがって、図３に示すように、検査光は、物品２００の表面の各点において同じ照射立体角ＩＳを有するように照射される。つまり、物品２００の表面の任意の点において、面光源１１からの距離に依存せず、照明条件が同じとなる。

　ハーフミラー１４は、レンズ１３で集光された検査光を物品２００に向けて反射する一方、物品２００で反射された反射光を透過する。

　撮像装置２０は、複数の画素を備えた撮像素子により、ハーフミラー１４を透過した反射光を受光し、物品２００の表面をカラー画像として撮像する。撮像装置２０は、撮像素子の撮像面が、物品２００からの反射光を受光できる範囲内に配置される。

　次に、検査システム１００の動作原理について説明する。

　図２Ａに示すように、検査光は、ハーフミラー１４により、光軸が物品２００の平坦面に向くように反射される。物品２００の表面で反射された反射光は、ハーフミラー１４を透過して、撮像装置２０に入射される。例えば、図２Ｂに示す物品２００の平坦な領域Ｓ１での反射光は、白色光として撮像装置２０に入射される。その結果、物品２００の平坦な領域Ｓ１は、白色の画像として撮像装置２０で撮像される。

　一方、カラーフィルター１２は検査光の入射面内で色分布を有している。その結果、例えば、カラーフィルター１２の赤色領域を透過した検査光の光軸は、カラーフィルター１２の青色領域を透過した検査光の光軸と方向が異なっている。上述したように、物品２００の表面の各点において、照射立体角ＩＳは同じであるため、物品２００の表面に傾きがある場合、検査光の光軸の方向が異なることに対応して反射光の色が変化する。

　図４Ａは、撮像装置２０で撮像される反射光の色を説明する図である。例えば、図２Ｂに示すように、物品２００の表面が紙面の左側に傾いている領域Ｓ２では、図４Ａに示すように、青色領域を透過した検査光は、撮像装置２０の撮像素子に向かって反射される。一方、赤色領域を透過した検査光の一部は、撮像装置２０の撮像素子から離れるように反射される。その結果、物品２００の表面の領域Ｓ２は、青みがかった色の画像として撮像装置２０で撮像される。

　また、図２Ｂに示すように、物品２００の表面が紙面の右側に傾いている領域Ｓ３では図４Ｂに示すように、赤色領域を透過した検査光は、撮像装置２０の撮像素子に向かって反射される。一方、青色領域を透過した検査光の一部は、撮像装置２０の撮像素子から離れるように反射される。その結果、物品２００の表面の領域Ｓ３は、赤みがかった色の画像として撮像装置２０で撮像される。

　以上説明したように、図２Ａに示す検査システム１００によれば、撮像装置２０での撮像画像における各色の輝度値（カラーグラデーション）に基づいて、物品２００の表面の傾きを推定することができる。

　実施形態１では、カラーフィルター１２を用いて、検査光の入射面内での色分布を付与する。しかし、検査光の入射面内で濃淡分布を有する濃淡フィルターを用いてもよい。この場合、撮像装置２０の撮像画像における濃淡値（グレーレベル）に基づいて、物品２００の表面の傾きを推定することができる。

　次に、図５を参照しながら、物品２００の表面形状を推定する方法について説明する。図５は、物品の表面形状を推定する方法を説明する図である。以下の説明する物品２００の表面形状の推定は、推定部３０により実行される。

　図５の（ａ）は、検査対象となる物品２００の平面図である。図５の（ｂ）は、物品２００の表面形状を示す。物品２００は、図５の（ｂ）に示すように、傾きの異なる傾斜面Ｓ_１、Ｓ_３、及び傾きのない平坦面Ｓ_２を有する。

　図５の（ｃ）は、撮像装置２０の撮像素子における画素列Ａ_１～Ａ_７、Ｂ_１～Ｂ_７、Ｃ_１～Ｃ_７を示す。物品２００の表面は、画素列Ａ_１～Ａ_７、Ｂ_１～Ｂ_７、Ｃ_１～Ｃ_７で撮像される。

　以下、画素列Ａ_１～Ａ_７で撮像された画像の輝度値に基づいて、物品２００の表面形状を推定する方法を説明する。

　傾斜面Ｓ_１では、画素Ａ_１で撮像された画像の輝度値に基づいて、傾斜面Ｓ_１の画素Ａ_１における傾きα_１が検出される。検出された傾きα_１と画素Ａ_１の幅ｄから、傾斜面Ｓ_１の画素Ａ_１における高さｈ_１が算出される。同様に、画素Ａ_２で撮像された画像の輝度値に基づいて、傾斜面Ｓ_１の画素Ａ_２における高さｈ_１が算出される。これにより、画素Ａ_１で算出した高さｈ_１に、画素Ａ_２で算出した高さｈ_１を積算することにより、図５の（ｄ）に示すように、傾斜面Ｓ_１の表面形状が推定される。

　平坦面Ｓ_２では、画素Ａ_３、Ａ_４で撮像された各画像の輝度値に基づいて、面の傾きはゼロと検出される。その結果、画素Ａ_３、Ａ_４における高さはゼロと算出される。これにより、画素Ａ_２で積算した高さ（ｈ_１＋ｈ_１）に、画素Ａ_３、Ａ_４で算出した高さ（ゼロ）を順次積算することにより、図５の（ｄ）に示すように、平坦面Ｓ_２の表面形状が推定される。

　傾斜面Ｓ_３では、画素Ａ_５、Ａ_６、Ａ_７で撮像された各画像の輝度値に基づいて、傾斜面Ｓ_３の傾きα_２が検出される。検出された傾きα_２と画素の幅ｄから、画素毎の高さｈ_２が算出される。これにより、画素Ａ_４で積算された高さ（ｈ_１＋ｈ_１）に、画素Ａ_５、Ａ_６、Ａ_７で算出した高さ（－ｈ_２）を順次積算することにより、図５の（ｄ）に示すように、傾斜面Ｓ_３の表面形状が推定される。その結果、画素列Ａ_１～Ａ_７に対応した物品２００の表面形状が推定される。

　画素列Ｂ_１～Ｂ_７、及びＣ_１～Ｃ_７についても、同様の方法により、画素列Ｂ_１～Ｂ_７、及びＣ_１～Ｃ_７に対応した物品２００の表面形状が推定される。これにより、撮像装置２０による１回の撮像で、物品２００の面全体の表面形状を推定することができる。

　このように、撮像装置２０で撮像された画像の各画素における輝度値または濃淡値に基づいて、画素毎に物品２００の表面の傾きを検出する。これとともに、検出された画素毎の傾き及び画素の幅から算出した画素毎の高さを順次積算することにより、物品２００の表面形状を推定することができる。

　このような方法により推定される物品２００の表面形状は、図５の（ｄ）に示すように、高さ情報を含む３次元形状として求めることができる。そのため、本実施形態における検査システムは、表面形状の相対的な高低差だけでなく、基準面に対する表面形状の高さを検査する外観検査において、特に有用である。

　本実施形態における検査システムでは、撮像された画像の各画素における輝度値に基づいて算出された画素毎の高さを順次積算することにより、物品２００の高さ情報を含む表面形状を推定する。しかし、検出される画素の輝度値は、ランダムノイズによる誤差を含むため、積算する画素の経路によって、算出される高さが異なる。

　図６は、アレイ状に配列した画素における積算経路を示す図である。例えば、図６に示すように、アレイ状に配列した画素Ａ_１～Ａ_６、Ｂ_１～Ｂ_６、Ｃ_１～Ｃ_６、Ｄ_１～Ｄ_６において、画素Ｄ_６の高さを算出する場合、経路Ｒ_１（画素Ａ_１～Ａ_６、Ｂ_６、Ｃ_６、Ｄ_６）で算出したときの高さと、経路Ｒ_２（画素Ａ_１、Ｂ_１、Ｃ_１、Ｄ_１～Ｄ_６）で算出したときの高さは、積算する画素が異なるため、ランダムノイズが異なり、積算結果が一致しない。

　このようなランダムノイズの影響をなくすために、画素Ｄ_６の高さを算出する複数の経路に対して、繰り返し計算を行って、最適化問題を解くという方法がある。しかし、実際の画素数は非常に多いため、画素の高さを積算する経路が膨大となる。したがって、演算時間が長くなってしまう。そのため、短いタクト時間が要求されることが多いインライン検査では、このような方法は適さない。

　最適化問題を解くに当たり、どのようなアルゴリズムを採用し、どのような計算結果を計測値として採用するかは、要求される仕様ごとに設定する必要がある。このため、短いタクト時間が要求されることが多いインライン検査に、このような方法は採用することは難しい。

　図７は、画素列毎に独立した積算経路を示す図である。積算結果の不一致を無視するために、図７に示すように、積算する画素の経路を、例えば、画素列Ａ_１～Ａ_６、Ｂ_１～Ｂ_６、Ｃ_１～Ｃ_６、Ｄ_１～Ｄ_６に沿った経路Ｒ_１～Ｒ_４に限定して、画素Ａ_６～Ｄ_６の高さを独立して算出する方法が考えられる。

　しかしながら、このような方法を用いても、物品２００の面全体を検査するためには、経路Ｒ_１～Ｒ_４毎に、物品２００の表面形状の良否を判定するしきい値を設定する必要がある。そのため、実際の画素列は非常に多いため、設定するしきい値が膨大となる。したがって、良否の判定時間が長くなってしまう。そのため、短いタクト時間が要求されることが多いインライン検査では、このような方法は適さない。

　このような課題を解決するために、本実施形態における検査システムは、物品２００の表面形状において、高さ方向の変化が同じ検査領域を抽出し、この検査領域において、共通のしきい値を設定するようにしたものである。

　図８Ａ～図８Ｃを参照しながら、本開示における検査システムの実施形態を説明する。図８Ａ～図８Ｃの各々は、実施形態１における検査システムを説明する図である。ここで、図８Ａの（ａ）は、物品２００の平面図を示す。図８Ａの（ｂ）は、物品２００の表面形状を示す。

　物品２００の表面形状において、高さ方向の変化が同じ検査領域を抽出する。具体的には、図８Ａの（ａ）及び（ｂ）に示すように、ｘ方向において、一定の角度で傾斜する傾斜面Ｓを検査領域Ｐとして選択する。

　選択した検査領域Ｐにおいて、物品２００の高さ情報を含む表面形状をモデル化した基準値、及びこの基準値に対して、物品２００の表面形状の良否を判定するしきい値を設定する。ここで、基準値は、物品２００の表面形状を形成する際の設計情報に基づいて設定することができる。

　具体的には、傾斜面Ｓは、ｘ方向に一定の角度で傾斜しているため、傾斜面Ｓをモデル化した基準値は、図８Ｂに示すように、矢印Ａで示したｚ＝ａｘ（ａは定数）で表される一次関数として設定される。ここで、ｚは、物品２００の高さ方向を示す。設定した基準値に対して、物品２００の表面形状の良否を判定するしきい値として、物品２００の高さ方向の上限及び下限を定めるしきい値を設定する。具体的には、図８Ｂに示すように、上限のしきい値は、基準値（ｚ＝ａｘ）に対して、矢印Ｂで示したｚ＝ａｘ＋ｂ（ｂは定数）で表される一次関数として設定される。下限のしきい値は、矢印Ｃで示したｚ＝ａｘ＋ｃ（ｃは定数）で表される一次関数として設定される。基準値及びしきい値の設定は、図１に示した設定部４０で実行される。

　図８Ａの（ａ）に示すように、検査領域Ｐにおいて、ｘ方向に並ぶ画素列に沿った経路Ｒ_ｉ（ｉ＝１，２，３，・・・）毎に、画素毎の高さを順次積算することにより、検査領域Ｐにおける傾斜面Ｓの表面形状を推定する。表面形状の推定は、図１に示した推定部３０で実行される。

　図８Ｃの矢印Ｍで示したグラフは、推定した表面形状を示す。図８Ｃに示すように、推定部３０で推定した表面形状と、設定部４０で設定したしきい値（矢印Ｂ、Ｃで示したグラフ）とを比較することにより、物品２００の表面形状の良否を判定することができる。良否の判定は、図１に示した判定部５０で実行される。

　検査システムでは、各画素における輝度値に基づいて算出された画素毎の高さを順次積算することにより推定された物品２００の表面形状を、物品２００の高さ情報を含む表面形状をモデル化した基準値に対して設定したしきい値と比較することによって、物品２００の面全体における表面形状の良否を簡単に判定することができる。これにより、物品の面全体における表面形状を、短いタクトタイムで検査することが可能となる。

　以上のように、本実施形態の検査システム１００は、物品２００に検査光を照射する照明装置１０と、検査光が照射された物品２００からの反射光を、複数の画素を有する撮像素子で受光して、物品２００の表面を撮像する撮像装置２０と、撮像素子で撮像された画像の各画素における輝度値または濃淡値に基づいて、画素毎に物品２００の表面の傾きを検出するとともに、検出された画素毎の傾き及び画素の幅から算出した画素毎の高さを順次積算することにより、物品２００の高さ情報を含む表面形状を推定する推定部３０と、物品２００の高さ情報を含む表面形状をモデル化した基準値、及び基準値に対して、物品２００の表面形状の良否を判定するしきい値を設定する設定部４０と、表面形状と、しきい値とを比較して、物品２００の表面形状の良否を判定する判定部５０とを備える。

　これにより、物品の面全体を、短いタクトタイムで検査することを可能とする検査システムを提供することができる。

　本実施形態では、繰り返し計算による最適化問題を解かずに、物品２００の表面形状を推定することができる。このため、物品の面全体における表面形状を、短いタクトタイムで検査することが可能となる。

　本実施形態では、物品の表面形状において、高さ方向の変化が同じ検査領域を抽出し、当該検査領域において、共通の基準値及びしきい値を設定することによって、検査領域の場所毎にしきい値を設定する必要がなくなる。このため、物品２００の面全体における表面形状を良否判定する処理時間を短縮することができる。

　本実施形態では、物品２００の表面形状を推定する際、画素毎の高さの積算を、画素列の経路毎に独立に実行する。これによって、物品２００の面全体における表面形状を推定する処理時間を短縮することができる。

　本実施形態では、物品２００の高さ情報を含む表面形状を、物品の設計情報に基づいてモデル化する。これによって、共通の基準値及びしきい値を容易に設定することができる。

　（実施形態２）
　図９Ａ～図９Ｃを参照しながら、本開示の検査システムにおける他の実施形態を説明する。図９Ａ～図９Ｃは、実施形態２における検査システムを説明する図である。ここで、図９Ａの（ａ）は、物品２００の平面図を示す。図９Ａの（ｂ）は、物品２００の表面形状を示す。

　物品２００の表面形状において、高さ方向の変化が同じ検査領域を抽出する。具体的には、図９Ａの（ａ）及び（ｂ）に示すように、ｘ方向において、一定の高さ方向の変化を有する曲面Ｓを検査領域Ｐとして選択する。

　選択した検査領域Ｐにおいて、物品２００の高さ情報を含む表面形状をモデル化した基準値、及びこの基準値に対して、物品２００の表面形状の良否を判定するしきい値を設定する。具体的には、曲面Ｓは、ｘ方向において、一定の高さ方向の変化を有する。このため、曲面Ｓをモデル化した基準値は、図９Ｂに示すように、矢印Ａで示したｚ＝ｆ（ｘ）で表される関数として設定される。設定した基準値に対して、物品２００の表面形状の良否を判定するしきい値として、図９Ｂに示すように、上限のしきい値は、矢印Ｂで示したｚ＝ｆ（ｘ）＋ｂ（ｂは定数）で表される関数として設定される。下限のしきい値は、矢印Ｃで示したｚ＝ｆ（ｘ）＋ｃ（ｃは定数）で表される関数として設定される。

　図９Ａの（ａ）に示すように、検査領域Ｐにおいて、ｘ方向に並ぶ画素列に沿った経路Ｒ_ｉ（ｉ＝１，２，３，・・・）毎に、画素毎の高さを順次積算する。これにより、検査領域Ｐにおける曲面Ｓの表面形状を推定する。

　図９Ｃの矢印Ｍで示したグラフは、推定した表面形状を示す。図９Ｃに示すように、推定部３０で推定した表面形状と、設定部４０で設定したしきい値（矢印Ｂ、Ｃで示したグラフ）とを比較することにより、物品２００の表面形状の良否を判定することができる。

　（実施形態３）
　図１０Ａ～図１０Ｃを参照しながら、本開示の検査システムにおける他の実施形態を説明する。図１０Ａ～図１０Ｃは、実施形態３における検査システムを説明する図である。ここで、図１０Ａの（ａ）は、物品２００の平面図を示す。図１０Ａの（ｂ）は、物品２００の表面形状を示す。

　図１０Ａの（ａ）及び（ｂ）に示すように、物品２００は、平面視で円形をなす。物品２００の表面形状は、中心から径方向に向かって、放射状に一定の高さ方向に変化する曲面Ｓをなす。

　曲面Ｓにおいて、物品２００の高さ情報を含む表面形状をモデル化した基準値、及びこの基準値に対して、物品２００の表面形状の良否を判定するしきい値を設定する。具体的には、曲面Ｓは、径方向において、一定の高さ方向の変化を有するため、曲面Ｓをモデル化した基準値は、図１０Ｂに示すように、矢印Ａで示したｚ＝ｇ（ｒ）で表される関数として設定される。ここで、ｒは径方向、ｚは高さ方向を示す。設定した基準値に対して、物品２００の表面形状の良否を判定するしきい値として、図１０Ｂに示すように、上限のしきい値は、矢印Ｂで示したｚ＝ｇ（ｒ）＋ｂ（ｂは定数）で表される関数として設定される。下限のしきい値は、矢印Ｃで示したｚ＝ｇ（ｒ）＋ｃ（ｃは定数）で表される関数として設定される。

　図１０Ａの（ａ）に示すように、中心から径方向に並ぶ画素列に沿った経路Ｒ_ｉ（ｉ＝１，２，３，・・・）毎に、画素毎の高さを順次積算することにより、曲面Ｓの面全体における表面形状を推定する。

　図１０Ｃは、推定した表面形状を、矢印Ｍで示すグラフとして表示する図である。図１０Ｃに示すように、推定部３０で推定した表面形状と、設定部４０で設定したしきい値（矢印Ｂ、Ｃで示したグラフ）とを比較することにより、物品２００の表面形状の良否を判定することができる。

　以上、本開示を好適な実施形態により説明した。しかし、こうした記述は限定事項ではなく、種々の改変が可能である。例えば、上記実施形態において、物品２００の高さ情報を含む表面形状をモデル化した基準値を、関数で設定した例を説明した。しかし、関数で表すことが難しい場合には、図１１に示すように、矢印Ａで示すような点群で設定してもよい。図１１は、物品の高さ情報を含む表面形状をモデル化した基準値（点群）及びしきい値を示す図である。この場合でも、物品２００の表面形状の良否を判定する上限及び下限のしきい値は、矢印Ｂ、Ｃに示すように、点群による基準値に対して設定すればよい。

　上記実施形態では、物品の高さ情報を含む表面形状をモデル化した基準値を、物品２００の表面形状を形成する設計情報に基づいて設定する。しかし、良品な物品２００の表面形状を計測して得られたデータに基づいて設定してもよい。

　上記実施形態では、検査領域内で、一定方向（ｘ方向、径方向）に並ぶ画素列に沿った経路毎に、画素毎の高さを順次積算することによって、物品２００の面全体における表面形状を推定する。しかし、ループの存在しない画素の経路毎に、画素毎の高さを順次積算してもよい。ここで、ループの存在しない画素の経路とは、経路内において同じ画素を２度以上通らない経路を言う。

　上記実施形態では、照明装置として、図２Ａ、図３に示したように、検査光が、物品２００の表面の各点において同じ照射立体角ＩＳを有するように照射する光学系を備えた照明装置を採用する。しかし、これに限定されず、例えば、分割発光照明を用いたフォトメトリックステレオ法よる光学系を備えた照明装置を用いてもよい。

　いずれの照明装置を採用しても、推定部では、撮像装置２０における撮像素子の撮像面に対する物品２００からの反射光の光軸の変化を、撮像素子で撮像された画像の各画素における輝度値または濃淡値の変化として検知する。これによって、画素毎に物品２００の表面の傾きを推定することができる。

　本開示の技術は、外観検査に用いられる照明装置として、有用である。

　　１０　　　照明装置
　　１１　　　面光源
　　１２　　　カラーフィルター
　　１３　　　レンズ
　　１４　　　ハーフミラー
　　２０　　　撮像装置
　　３０　　　推定部
　　４０　　　設定部
　　５０　　　判定部
　　６０　　　支持台
　　１００　　検査システム
　　２００　　物品

Claims (6)

1. 　物品に検査光を照射する照明装置と、
   　前記検査光が照射された前記物品からの反射光を、複数の画素を有する撮像素子で受光して、前記物品の表面を撮像する撮像装置と、
   　前記撮像素子で撮像された画像の各画素における輝度値または濃淡値に基づいて、前記画素毎に前記物品の表面の傾きを検出するとともに、検出された前記画素毎の傾き及び前記画素の幅から算出した前記画素毎の高さを順次積算することにより、前記物品の高さ情報を含む表面形状を推定する推定部と、
   　前記物品の高さ情報を含む表面形状をモデル化した基準値、及び前記基準値に対して、前記物品の表面形状の良否を判定するしきい値を設定する設定部と、
   　前記表面形状と、前記しきい値とを比較して、前記物品の表面形状の良否を判定する判定部と
   　を備える、検査システム。
2. 　前記設定部は、前記物品の前記表面形状において、高さ方向の変化が同じ検査領域を抽出し、前記検査領域において、共通の前記基準値及び前記しきい値を設定する、請求項１に記載の検査システム。
3. 　前記推定部において、前記画素毎の高さの積算は、ループの存在しない前記画素の経路毎に独立に実行される、請求項１に記載の検査システム。
4. 　前記物品の前記表面形状は、設計情報に基づいて形成されたものであり、
   　前記設定部において、前記基準値は、前記設計情報に基づいて設定される、請求項１に記載の検査システム。
5. 　前記モデル化した基準値は、関数または点群で設定される、請求項１に記載の検査システム。
6. 　前記推定部は、前記撮像装置における前記撮像素子の撮像面に対する、前記物品からの前記反射光の光軸の変化を、前記撮像素子で撮像された前記画像の前記各画素における前記輝度値または前記濃淡値の変化として検知することによって、前記画素毎に前記物品の前記表面の前記傾きを推定する、請求項１に記載の検査システム。

Images