CN106556603A - 检查装置和物品制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了检查装置和物品制造方法。用于执行物体的检查的检查装置包括：照明设备，该照明设备对于物体执行异向性的照明和等向性的照明；成像设备，该成像设备对由所述照明设备照明的物体进行成像；以及处理器，该处理器基于由所述成像设备获得的图像来执行检查的处理。所述处理器基于由所述成像设备在照明设备分别执行多个异向性的照明时获得的多个第一图像和由所述成像设备在照明设备执行等向性的照明时获得的第二图像来生成检查图像，并且基于所述检查图像来执行处理。

Description

检查装置和物品制造方法
技术领域
本发明涉及用于检查物体的检查装置和物品制造方法。
背景技术
物体(例如，物件(work))的外观(appearance)检查近来例如使用检查装置基于通过对被照明物体成像所获取的图像、而不是利用人眼查看物体的传统检查方法来执行。随着照明***可应用于检测装置，(日本专利公开No.7-294442)提出了一种其中独立可控的光源被以穹顶(dome)形状布置的***。
此外，(日本专利公开No.2014-215217)提出了一种检查装置，该检查装置通过独立地接通设置在物体周围的多个光源来获取多个图像，并且基于通过合成所述多个图像所获取的检查图像来检查物体。
日本专利公开No.7-294442中公开的照明***可以获取各种照明条件下的图像，但是由于它需要花费较多的处理时间来获取和处理大量的图像，所以它在检查物体所需要的时间上可能是不利的。
日本专利公开No.2014-215217中公开的检查装置从多个方位角照明物体以获取多个图像，基于针对每个像素编号的像素值的最大值或最小值来生成检查图像，并且针对损伤检查该检查图像。然而，在该检查装置中，因为在关于缺陷的信号中照明方位的差异不清晰，所以诸如不均匀性(unevenness)和吸光性污染物(contaminant)(异物)(其不是线状损伤(linear flaw)或缺陷(刮擦))的缺陷可能难以检测。
发明内容
本发明提供例如在检查各种缺陷上有利的检查装置。
本发明的方面是用于执行物体的检查的检查装置，所述装置包括：照明设备，该照明设备被配置为对于物体执行异向性(anisotropic)的照明和等向性(isotropic)的照明；成像设备，该成像设备被配置为对由所述照明设备照明的物体进行成像；以及处理器，该处理器被配置为基于由所述成像设备获得的图像来执行检查的处理，其中，所述处理器被配置为基于由所述成像设备在照明设备分别执行多个异向性的照明时获得的多个第一图像和由所述成像设备在照明设备执行等向性的照明时获得的第二图像来生成检查图像，并且基于所述检查图像来执行处理。
从以下参考附图的示例性实施例的描述，本发明的进一步特征将变得清楚。
附图说明
图1示出检查装置的示例性配置。
图2A和2B示出照明设备的示例性配置。
图3示出检查的处理流程。
图4示出照明和成像的处理流程。
图5A至5H示出照明设备的照明条件。
图6A至6H是示出关于具有缺陷的物体针对每个照明条件获取的图像的示意图。
图7A和7B是示出中间图像的示意图。
图8是示出检查图像的示意图。
具体实施方式
以下，参考附图描述了本发明的实施例。在附图中，(除非另外声明)一般由相同的附图标记表示相同的组件并且省略了其重复的描述。
第一实施例
图1示出检查装置10的示例性配置。该检查装置10检查作为物体(待检查的物体)的物件11的外观。然而，待检查的物体不限于物件11的外观，而可以是对于人眼不可见的物体的特性(例如，表面粗糙度)。这里，检查装置10可以检查由作为传送单元的传送器12传送的物件11。物件11可以是例如被用于工业产品的金属部件、树脂部件等。在物件11的表面上，可能存在缺陷，诸如线状损伤(刮擦)、不均匀性(例如，表面上的取决于表面粗糙度、成分、膜厚度等的光反射特性的二维不均匀性、非线状的或等向性的损伤、凹痕等)以及吸光性污染物(异物)。检查装置10检查这种缺陷并处理物件11(例如，将物件11分类为无缺陷物体或有缺陷物体)。作为传送单元的传送器12可以由机器人、手动操作等代替。
检查装置10可以包括照明设备101、成像设备102、处理器103(其可以由PC构成)、控制单元104、显示单元105、输入单元(未示出)等。控制单元104基于例如由处理器103预先设置的照明模式(pattern)和成像模式控制照明设备101和成像设备102彼此同步。在照明设备101的顶部处形成开口110，使得物件11可以由成像设备102成像。成像设备102由照相机体、用于在照相机体中的图像拾取设备上对物件11成像的光学***等构成，并且通过成像获取的图像被传递(传输)到处理器103。该处理器103不必为通用PC，而可以是专用设备。处理器103和控制单元104可以彼此集成地形成。处理器103基于从成像设备102传递的图像(即，数据)进行用于物件11的检查的处理(例如，检测物件11的表面(即，外观)上的缺陷)。处理器103可以基于相对于稍后描述的检查图像的像素值的容许条件(tolerablecondition)进行处理。显示单元105显示从处理器103传输的包括图像和检查结果的信息。输入单元由例如键盘和鼠标构成，并且将由用户输入的输入信息等传输到处理器103。
图2A和2B示出照明设备101的示例性配置。图2A是照明设备101的截面图，并且图2B是从上方看到的照明设备101的透视图。照明设备101包括总共20个光发射部或光源(以下，“LED”)111。光发射部不限于LED，而可以是其它光源，诸如荧光灯和汞弧灯之类。可以通过在平面基板上布置多个壳型(shell type)或表面安装型LED元件来配置LED 111，该配置并非限制性的。可替代地，例如，LED元件可以被布置在柔性板上。该配置可以有利于在穹顶形状的照明设备101中增加发光面积。LED 111可以通过控制单元104独立地控制光量和光发射定时。LED 111被设置在三个不同的仰角(elevation)处。LED 111a在低仰角处照明物件11，LED 111b在中间仰角处照明物件11，并且LED 111c在高仰角处照明物件11。沿着照明设备101的圆周方向，提供八个LED 111a、八个LED 111b和四个LED 111c。通过顺次(sequentially)接通预定的LED 111并且使成像设备102与LED 111的接通同步地进行成像，可以在各种照明条件(即，仰角、方位角)下照明物件11的同时获取图像。LED的数量和布置不限于以上所描述的那些。仅需要以所需的数量和布置将LED安装在照明设备101上，所需要的数量和布置取决于待检查的物体的类型、待检查的物体的特性(缺陷)的类型等。
图3示出检查装置10的检查的处理流程。在图3中，首先物件11被照明和成像(步骤S101)。参考图4、图5A至5H、以及图6A至6H详细描述步骤S101的处理。图4示出照明和成像的处理流程。在图4中，首先关于多个方位顺次进行异向性的照明和成像(步骤S201)。此处，术语“异向性”不是关于“仰角”而是关于“方位”被使用。具体地，照明设备101和成像设备102经由控制单元104控制，使得设置在各个方位角和仰角处的LED 111被顺次接通，并且通过成像设备102与以预定方式的LED 111的接通同步地对物件11成像。
图5A至5H示出照明设备101的照明条件。以黑色填充的LED处于点亮状态，并且以白色填充的LED不处于点亮状态。图5A至5D示出步骤S201中的照明模式。关于设置在最低仰角处的LED 111a，两个互相面对的LED被同时接通以顺次从不同的四个方位(角)照明物件11。由此获取总共四个图像。照明的方位角在图5A中为0°，在图5B中为45°，在图5C中为90°，并且在图5D中为135°。尽管这里设置在最低仰角处的两个相互面对的LED被同时接通，但是这种配置并非限制性的，而且邻接于这些LED的LED可以进一步被同时接通。以这种方式，关于多个方位顺次进行异向性的照明和成像。
图6A至6H是示出关于具有缺陷的物体针对每个照明条件所获取的图像的示意图。在图5A至5H的照明条件下获取的图像分别对应于图6A至6H。图6A至6H示出其中线状损伤(刮擦)、不均匀性、或吸光性污染物(异物)作为缺陷存在于物件11的表面上的情况下的图像。如果线状损伤存在于物件11中，如图6A至6D中所示，那么损伤的外观(即，对比度)根据照明方位(角)而改变。如果线状损伤被从基本上与其平行的方位(方位角：0°)照明，那么损伤在图像上不被清晰地可视化(visualize)。如果线状损伤被从与其垂直的方位(方位角：90°)照明，那么损伤在图像上被清晰地可视化。这是因为，线状损伤的截面形状根据方位而显著不同，并且当线状损伤被从与其垂直的方位照明时，来自损伤的较大量的反射光或散射光前进(proceed)到成像设备102。在不均匀性或吸光性污染物的情况下，不同于线状损伤，截面的形状根据方位区别不那么大。因此，如图6A至6D中所示，图像上的缺陷的外观(即，对比度)根据照明方位改变不那么大。
接下来，关于多个仰角顺次进行等向性的照明和成像(步骤S202)。此处，如“异向性”中那样，术语“等向性”不是关于“仰角”而是关于“方位”被使用。具体地，照明设备101和成像设备102经由控制单元104控制，使得设置在多个仰角处的LED 111被顺次接通，并且通过成像设备102与LED 111的接通同步地对物件11成像。图5E至5G示出步骤S202中的照明模式。关于LED 111a、LED 111b和LED 111c，相同仰角处的LED被同时接通，物件11顺次在三个不同的仰角处被照明，并且获取总共三个图像。关于照明的仰角，图5E示出低角度、图5F示出中间角度，并且图5G示出高角度。前进到成像设备102的反射光或散射光的量取决于物件11的表面的可散射性，并且随着照明的仰角改变。因此，LED 111a、LED 111b和LED 111c可以被设置为具有相互不同的光量值，使得最佳图像的像素值可以被获取。
在图5E至5G的照明条件下获取的图像分别对应于图6E至6G。如果物件11具有线状损伤，如图6E至6G中所示，那么损伤的外观(即，特征)根据照明的仰角而改变。如果损伤在低角度处被照明，那么损伤在图像上被可视化为比背景水平(level)更明亮(bright)。如果损伤在高角度处被照明，那么损伤在图像上被可视化为比背景水平更暗淡(dark)。然而，如果损伤在中间角度处被照明，那么损伤不被清晰地可视化。与无缺陷部分的表面相比，形成损伤的物件11的表面倾斜。因此，在低角度照明中，比来自无缺陷部分的散射光的量大的来自损伤的散射光前进到成像设备102。在高角度照明中，比来自无缺陷部分的散射光的量小的来自损伤的散射光前进到成像设备102。如在线状损伤的情况下那样，图像上的不均匀性的外观随着照明的仰角改变。不同于线状损伤或不均匀性，当被从任何仰角照明时，吸光性(即，光吸收性)污染物(异物)吸收光。因此，吸光性污染物在图像上被可视化为暗淡的，并且其外观根据仰角改变不那么大。
接下来，关于全部仰角同时进行等向性的照明和成像(S203)。图5H示出步骤S203中的照明模式。在全部LED被同时接通的情况下获取图像。每个LED的光量可以相同或者不同。不必使全部LED接通，或者不必接通相对较小数量的LED。在图5H的照明条件下获取的图像对应于图6H。由于在低角度照明中和在高角度照明中，线状损伤和不均匀性的明亮度和暗淡度相反，所以当同时进行低角度照明和高角度照明时，线状损伤和不均匀性两者不被充分地可视化。由于当被从任何仰角照明时吸光性污染物吸收光，所以即使全部LED被同时接通吸光性污染物也被可视化为暗淡的。
回到图3，在步骤S102中，处理器103对由成像设备102获取的图像进行阴影(shading)校正和灰度(gradation)校正。阴影校正使得像素值广泛地均匀(uniform)，并且灰度校正将像素值的均匀水平设置为预定值。因此，图像变为适合于生成稍后描述的检查图像的图像。如图6E到6G中所示，通过成像获取的图像的均匀度(uniformity)和水平可以根据照明的仰角而变化。通过阴影校正和灰度校正来校正均匀度和水平。
可以在原始图像被除以通过将多项式拟合到参考图像中而预先获得的结果的情况下进行阴影校正。进一步地，可以在原始图像被除以关于多个图像而预先获得的平均值的情况下进行阴影校正，所述多个图像是通过对多个无缺陷物件11(无缺陷物体)中的每一个成像获取的。可以进行灰度校正，使得与原始图像中的预定部分(例如，对应于物件11的部分)相关的像素值(的代表值(例如，平均值))变为预定值。
接下来，处理器103从通过阴影校正和灰度校正获取的多个图像生成中间图像(步骤S103)。图7A和7B是示出中间图像的示意图。图7A是由处理器103经由阴影校正和灰度校正从图6A至6D的四个图像生成的中间图像。通过获得关于每个像素(像素编号或像素ID)的与该四个图像相关的像素组(4个像素)中的最大像素值和最小像素值之间的差来生成中间图像。物件11的无缺陷区域中的像素值根据照明方位改变不那么大。如图6A至6D中所示，线状损伤的区域中的像素值根据照明方位显著改变。因此，如图7A中所示，损伤在中间图像中被可视化为明亮的。通过获得四个图像中的最大像素值和最小像素值之间的差来减小中间图像的噪声。关于其外观根据照明方位而显著改变的线状损伤，中间图像具有比四个图像的S/N比改善的S/N比。
如图6A至6D中所示，图像上的不均匀性或吸光性污染物的外观(即，像素值)如在无缺陷区域中那样根据照明的方位角改变不那么大。因此，不均匀性和吸光性污染物在图7A的中间图像中均不被清晰地可视化。
可以简单地使用最大像素值或最小像素值、而不是最大像素值与最小像素值之间的差来生成中间图像。如果缺陷被可视化为明亮的，那么可以使用最大像素值，并且如果缺陷被可视化为暗淡的，那么可以使用最小像素值。如果缺陷被可视化为明亮的或暗淡的这两者，那么可取地使用最大像素值与最小像素值之间的差。
接下来，图7B是由处理器103基于图6E至6G的三个图像经由阴影校正和灰度校正生成的中间图像。通过获得关于每个像素(像素编号或像素ID)的与该三个图像相关的像素组(3个像素)中的最大像素值和最小像素值之间的差来生成中间图像。物件11的无缺陷区域中的像素值根据照明的仰角改变不那么大。如图6E至6G中所示，线状损伤和不均匀性具有根据照明的仰角而显著改变的像素值。因此，如图7B中所示，线状损伤和不均匀性在中间图像中被可视化为明亮的。
如图6E至6G中所示，图像上的吸光性污染物的外观(像素值)以与无缺陷区域中相同的方式根据照明的仰角改变不那么大。因此，吸光性污染物在图7B的中间图像中不被清晰地可视化。
可以简单地使用最大像素值或最小像素值、而不是最大像素值与最小像素值之间的差来生成中间图像。可以基于在高角度照明的图像和在低角度照明的图像、而不是在以上所描述的三个仰角处的三个图像来生成中间图像。由于在高角度照明中和在低角度照明中明亮度和暗淡度相反，所以线状损伤和不均匀性在基于最大像素值与最小像素值之间的差生成的中间图像中被以高的对比度可视化。
接下来，处理器103生成检查图像(步骤S104)。图7A和7B中示出的两个中间图像以及图6H中示出的图像(通过在全部LED 111被同时接通的情况下成像所获得的图像(“全部光源被接通的图像”))被用于生成检查图像。处理器103通过获得关于每个像素(像素编号或像素ID)的与这三个图像相关的像素组(3个像素)中的最大像素值和最小像素值之间的差来生成检查图像。图8是示出检查图像的示意图。
物件11的无缺陷区域的外观(像素值)在两个中间图像和全部光源被接通的图像的任何一个中改变不那么大。如图7A或7B中所示，线状损伤在两个中间图像中被可视化为明亮的，并且如图6H中所示，在全部光源被接通的图像中不被清晰地可视化。因此，如图8中所示，线状损伤在使用这三个图像生成的检查图像中被可视化为明亮的(即，具有相对大的像素值)。
不均匀性在图7B中示出的中间图像中被可视化为明亮的，并且在图7A的中间图像中和在图6H的全部光源被接通的图像中不被清晰地可视化。因此，如图8中所示，不均匀性被可视化为明亮的(即，具有相对大的像素值)。
吸光性污染物在图6H中示出的全部光源被接通的图像中被可视化为暗淡的，并且在图7A和7B中示出的两个中间图像中不被清晰地可视化。因此，如图8中所示，吸光性污染物被可视化为明亮的(即，具有相对大的像素值)。
在基于以上描述的三个图像生成的检查图像中，诸如线状损伤、不均匀性和吸光性污染物之类的各种缺陷被可视化(即，具有相对大的像素值)。
可以简单地使用最大像素值或最小像素值、而不是关于每个像素的三个图像的最大像素值和最小像素值之间的差来生成检查图像。如果缺陷被可视化为明亮的，那么可以使用最大像素值，并且如果缺陷被可视化为暗淡的，那么可以使用最小像素值。如果缺陷被可视化为明亮的或暗淡的这两者，那么可取地使用最大像素值与最小像素值之间的差。
接下来，处理器103基于检查图像对物件11的外观进行缺陷检测(即，缺陷确定)(步骤S105)。由于各种缺陷可以在检查图像中被清晰地可视化(即，可以具有相对大的像素值)，所以例如通过二值化(binarization)处理，各种缺陷是可检测的。由于作为缺陷检测的目标的检查图像的数量为一，所以高速检查是可能的。
缺陷检测(即，缺陷确定)可以通过相对于以上所描述的二值化的结果设置合适的确定标准(例如，阈值)来进行，或者通过学习多个检查图像并从其特征值计算分数来进行。如果用户为各种缺陷中的每一个设置有缺陷/无缺陷确定标准需要相当多的时间和技能，那么基于以上所描述的学习的自动分数计算是可取的。
检查图像的生成不限于使用以上所描述的三个图像。例如，在其中线状损伤不是作为缺陷生成的物件中，可以基于图7B中示出的中间图像和图6H中示出的全部光源被接通的图像的两个图像生成检查图像。
进一步地，代替全部光源被接通的图像，例如可以使用仅中间角度照明处的图像。也就是说，可以基于由成像设备102通过特定仰角处的等向性的照明获取的图像来生成检查图像。进一步地，例如，可以使用基于在高角度照明的图像、在中间角度照明的图像、以及在低角度照明的图像的和或者平均值的图像。该情况在检查时间上是有利的，因为没有必要通过成像设备102获取全部光源被接通的图像。
进一步地，不具有缺陷的无缺陷图像可以被添加到用于生成检查图像的多个图像。在图6H的全部光源被接通的图像中，线状损伤和不均匀性在一些情况下可以被以某一程度的对比度可视化。在该情况下，损伤的对比度在检查图像中可能变得不足。即使在这种情况下，可以通过添加无缺陷图像来获取相对高的对比度的线状损伤或不均匀性的检查图像。如果无缺陷物体的表面的光反射特性是均匀的，那么可以使用与具有拥有恒定像素值的区域的无缺陷物体相关的人工图像，而不是实际的无缺陷图像。
如以上所描述的，根据本实施例，可以提供例如有利于检查各种缺陷的检查装置。
与物品制造方法相关的实施例
根据以上描述的实施例的检查装置可以被用于物品制造方法中。该物品制造方法可以包括使用检查装置检查物体的步骤和在检查过程中处理被检查的物体的步骤。该处理可以包括例如以下中的至少任何一个：测量、加工、切割、传送、建立(组装)、检查和分类。根据本实施例的制造物品的方法在以下中的至少一个中与相关现有技术方法相比是有利的：物品的性能、质量、生产率和生产成本。
尽管已经参考示例性实施例描述了本发明，但要理解的是，本发明并不限于所公开的示例性实施例。随附权利要求的范围要被赋予最宽的解释，以便包含所有这样的修改以及等同的结构和功能。

Claims (13)

1.一种用于执行物体的检查的检查装置，其特征在于，所述装置包括：
照明设备，该照明设备被配置为对于物体执行异向性的照明和等向性的照明；
成像设备，该成像设备被配置为对由所述照明设备照明的物体进行成像；以及
处理器，该处理器被配置为基于由所述成像设备获得的图像来执行检查的处理，
其中，所述处理器被配置为基于由所述成像设备在照明设备分别执行多个异向性的照明时获得的多个第一图像和由所述成像设备在照明设备执行等向性的照明时获得的第二图像来生成检查图像，并且基于所述检查图像来执行处理。
2.根据权利要求1所述的装置，其中，所述处理器被配置为对于由所述成像设备获得的图像执行阴影校正和灰度校正。
3.根据权利要求1所述的装置，其中，所述处理器被配置为基于由所述成像设备分别经由来自相应的多个方位的所述多个异向性的照明获得的所述多个第一图像来生成中间图像，并且基于所述中间图像来生成检查图像。
4.根据权利要求1所述的装置，其中，所述处理器被配置为基于由所述成像设备分别经由相应的多个仰角处的多个等向性的照明获得的多个图像来生成中间图像，并且基于所述中间图像来生成检查图像。
5.根据权利要求1所述的装置，其中，所述处理器被配置为基于由所述成像设备经由特定仰角处的等向性的照明获得的图像来生成检查图像。
6.根据权利要求5所述的装置，其中，所述处理器被配置为基于由所述成像设备经由全部的多个仰角处的等向性的照明获得的图像来生成检查图像。
7.根据权利要求1所述的装置，其中，所述处理器被配置为基于对于所述检查图像的像素值的容许条件来执行处理。
8.根据权利要求7所述的装置，其中，所述处理器被配置为进一步基于其每个像素值满足所述容许条件的图像来生成检查图像。
9.根据权利要求3所述的装置，其中，所述处理器被配置为基于相对于多个图像中彼此对应的每组像素的最大像素值和最小像素值中的至少一个、从包括所述中间图像的所述多个图像来生成检查图像。
10.根据权利要求4所述的装置，其中，所述处理器被配置为基于相对于多个图像中彼此对应的每组像素的最大像素值和最小像素值中的至少一个、从包括所述中间图像的所述多个图像来生成检查图像。
11.一种制造物品的方法，其特征在于，所述方法包括以下的步骤：
使用检查装置执行物体的检查；和
处理已执行其检查的所述物体以制造物品，
其中，所述检查装置包括：
照明设备，该照明设备被配置为对于物体执行异向性的照明和等向性的照明；
成像设备，该成像设备被配置为对由所述照明设备照明的物体进行成像；以及
处理器，该处理器被配置为基于由所述成像设备获得的图像来执行检查的处理，
其中，所述处理器被配置为基于由所述成像设备在照明设备分别执行多个异向性的照明时获得的多个第一图像和由所述成像设备在照明设备执行等向性的照明时获得的第二图像来生成检查图像，并且基于所述检查图像来执行处理。
12.一种用于执行物体的检查的检查装置，其特征在于，所述装置包括：
照明设备，该照明设备被配置为对于物体执行来自限定方位的照明和来自非限定方位的照明，所述非限定方位的方位范围大于所述限定方位的方位范围；
成像设备，该成像设备被配置为对由所述照明设备照明的物体进行成像；以及
处理器，该处理器被配置为基于由所述成像设备获得的图像来执行检查的处理，
其中，所述处理器被配置为基于由所述成像设备在照明设备分别执行各自来自限定方位的多个照明时获得的多个第一图像和由所述成像设备在照明设备执行来自非限定方位的照明时获得的第二图像来执行处理。
13.一种制造物品的方法，其特征在于，所述方法包括以下的步骤：
使用检查装置执行物体的检查；和
处理已执行其检查的所述物体以制造物品，
其中，所述检查装置包括：
照明设备，该照明设备被配置为对于物体执行来自限定方位的照明和来自非限定方位的照明，所述非限定方位的方位范围大于所述限定方位的方位范围；
成像设备，该成像设备被配置为对由所述照明设备照明的物体进行成像；以及
处理器，该处理器被配置为基于由所述成像设备获得的图像来执行检查的处理，
其中，所述处理器被配置为基于由所述成像设备在照明设备分别执行各自来自限定方位的多个照明时获得的多个第一图像和由所述成像设备在照明设备执行来自非限定方位的照明时获得的第二图像来执行处理。
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