CN112710665A - 外观检查装置 - Google Patents

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上條秀章
藤泽孝
吉村俊哉
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Abstract

一种外观检查装置，能以高倍率检查具有曲面的工件的被检查面。在检查具有曲面部分(112)的显示器(11)的被检查面(110)的外观检查装置(1)中，具备拍摄显示器的被检查面的拍摄部(2)和配置于显示器与拍摄部之间的光学元件(3)，光学元件将显示器(11)的被检查面(110)的各位置的法线方向的光(L)引导至拍摄部(2)。因此，不需要为了将显示器(11)的被检查面(110)的曲面部分(112)的曲面形状中的法线方向的光(L)引导至拍摄部(2)而使用机械臂。其结果是，即使外观检查装置(1)使用能够以高倍率拍摄的拍摄部(2)，也可以进行具有曲面部分(112)的显示器(11)的被检查面(110)的检查。

Description

外观检查装置
技术领域
本发明涉及一种检查具有曲面的工件的被检查面的外观检查装置。
背景技术
已提出一种外观检查装置，其将拍摄部安装在机械臂上，用该拍摄部检查具有曲面的工件的被检查面(参见专利文献1)。专利文献1的外观检查装置具备：拍摄工件的被检查面的拍摄部；使拍摄部沿着工件的曲面移动的机械臂；以及通过读入拍摄部拍摄的图像来检测工件被检查面的损伤等并且控制机械臂的控制部。如果是上述外观检查装置，则可以通过机械臂从工件的被检查面的法线方向利用拍摄部拍摄被检查面，并且使拍摄部沿着工件的曲面移动，所以能够检查具有曲面的工件的被检查面。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2008－46103号公报
发明内容
发明所要解决的技术问题
在上述外观检查装置中，为了以高倍率(高精度)检查工件的被检查面，需要将在拍摄部中使用的透镜设为高倍率的透镜。在这种情况下，透镜的景深变浅，例如，在具有0.7μm/dot的分辨率的透镜的情况下，景深为30μm左右。另一方面，安装有拍摄部的机械臂由于伺服控制的影响而以100～300μm左右的振动量振动。在这样的情况下，由于机械臂的振动量大于拍摄部的景深，因此无法在工件的被检查面上稳定地对焦，存在不能高精度地检查工件的被检查面的问题。
鉴于以上问题，本申请发明的技术问题在于提供一种能够以高倍率检查具有曲面的工件的被检查面的外观检查装置。
解决技术问题所采用的技术方案
为了解决上述技术问题，本发明提供一种检查工件的包括曲面部的被检查面的外观的外观检查装置，其特征在于，具备：拍摄部，所述拍摄部用于拍摄所述工件的所述被检查面；以及光学元件，所述光学元件配置于所述工件和所述拍摄部之间，使从所述被检查面的各位置发出的多个光束在配置有所述拍摄部的一侧朝向相互平行的方向或聚光的方向前进。
根据本发明，具备光学元件，所述光学元件配置于工件和拍摄部之间，使从被检查面的各位置发出的多个光束在配置有拍摄部的一侧朝向相互平行的方向或聚光的方向前进。因此，拍摄部能够通过经由光学元件拍摄工件的曲面。因此，不需要为了将工件的被检查面的曲面形状中的光引导至拍摄部而使用机械臂。其结果是，即使外观检查装置使用能够以高倍率拍摄的拍摄部，也可以进行具有曲面的工件的被检查面的检查。
在本发明中，优选的是，所述光学元件是棱镜或菲涅尔透镜，所述棱镜或菲涅尔透镜具备使所述曲面的各位置的法线方向的光在配置有所述拍摄部的一侧沿相互平行的方向前进的菲涅尔部。根据这种方式，能够实现光学元件的薄型化。另外，拍摄部可以拍摄从工件的曲面的法线方向观察的曲面。
在本发明中，可以采用以下方式：具备使所述拍摄部相对于所述光学元件及所述工件相对移动的驱动部。
在本发明中，优选所述驱动部具备：保持部，所述保持部保持使所述拍摄部相对于所述光学元件及所述工件相对移动时的可动侧的部件；机械臂，所述机械臂使所述保持部移动；导向部，所述导向部沿着所述保持部的移动方向；以及阻尼部，所述阻尼部设置于所述机械臂和所述导向部之间，当进行所述拍摄部的拍摄时，所述机械臂经由所述阻尼部将所述保持部推压在所述导向部。这样一来，就外观检查装置而言，即使通过机械臂使拍摄部移动，拍摄部也不会受机械臂的振动的影响，所以可以使用能够以高倍率拍摄的拍摄部。在这种情况下，优选所述拍摄部是线传感器摄像机。这样一来，由于可以使用分辨率高的线传感器摄像机，所以能够以高分辨率和高倍率检查工件的被检查面。
在本发明中，可以采用以下方式：所述光学元件是多眼透镜，所述多眼透镜具备使从所述被检查面的各位置发出的多个光束在配置有所述拍摄部的一侧朝向相互聚光的方向前进的多个透镜。
在本发明中，可以采用以下方式：所述多眼透镜使从所述曲面的各位置沿法线方向发出的光在配置有所述拍摄部的一侧朝向相互聚光的方向前进。在这种情况下，优选所述多眼透镜均为菲涅尔透镜。另外，优选所述拍摄部是区域传感器摄像机，且相对于所述工件被固定。这样一来，区域传感器摄像机可以一次拍摄从不同的角度观察的工件的被检查面的图像。即，区域传感器摄像机能够一次拍摄工件的包括曲面的被检查面整体。因此，外观检查装置能够在一次拍摄中进行包括工件的曲面的被检查面整体的缺陷检查。
其结果是，能够缩短外观检查装置的检查时间。
(发明效果)
根据本发明，可以提供一种外观检查装置，其即使使用能够以高倍率拍摄的拍摄部，也可以进行具有曲面的工件的被检查面的检查。
附图说明
图1是本发明第一实施方式的外观检查装置的概略立体图。
图2是图1所示的外观检查装置的侧视图。
图3是图1所示的外观检查装置的光学元件的侧视图。
图4是第一实施方式的变形例1的光学元件的侧视图。
图5是第一实施方式的变形例2的外观检查装置的概略图。
图6是第二实施方式的外观检查装置的概略立体图。
图7是表示由第二实施方式的外观检查装置拍摄的工件的被检查面的图像的概略图。
图8是第三实施方式的外观检查装置的侧视图。
附图标记说明
1…外观检查装置；2…拍摄部；3…光学元件；4…驱动部；5…控制部；6…工作台；8…照明部；10…工件；11…显示器；21…线传感器摄像机；22…透镜；26…区域传感器摄像机；27…透镜；31…棱镜；32…菲涅尔棱镜；33…多眼菲涅尔透镜；41…导轨部；42…驱动单元；46…保持部；47…机械臂；48…导向部；49…阻尼部；110…被检查面；111…平面部分；112…曲面部分；120…端面；311…平面透镜部分；312…曲面透镜部分；321…平面部分；322…菲涅尔部；331～339…菲涅尔透镜部；L…光；G…图像；G1～G9…图像部分；S…拍摄范围。
具体实施方式
参见附图，对本发明实施方式所涉及的外观检查装置进行说明。
(第一实施方式)
图1是本发明第一实施方式的外观检查装置的概略立体图。图2是图1所示的外观检查装置的侧视图。图3是图1所示的外观检查装置的光学元件的侧视图。在以下的说明中，将相对于显示器11配置有拍摄部2的方向设为Z方向，将显示器11的形成有曲面部分112的方向设为X方向，将与X方向和Z方向分别正交的方向设为Y方向。另外，在X方向上，将一侧设为X1，将另一侧设为X2。在Y方向上，将一侧设为Y1，将另一侧设为Y2。在Z方向上，将一侧设为Z1，将另一侧设为Z2。
如图1所示，外观检查装置1具备：拍摄工件10的被检查面的拍摄部2；以及配置于工件10和拍摄部2之间的光学元件3。外观检查装置1具备：使拍摄部2移动的驱动部4；以及基于由拍摄部2拍摄的工件10的被检查面的图像对缺陷进行检查，并且控制驱动部4的控制部5。外观检查装置1具备配置有显示器11的工作台6。在此，工件10是具有曲面的部件，例如是具有凸曲面的显示器11。如图1～图3所示，就显示器11而言，从Z方向的一侧Z1观察的形状是在X方向上长的长方形。显示器11的被检查面110包括由平面构成的平面部分111和由凸曲面构成的曲面部分112。显示器11的被检查面110的曲面部分112分别与面向X方向的端面120连续。外观检查装置1被用作通过拍摄显示器11的被检查面110(平面部分111及曲面部分112)来检查显示器11的缺陷(显示器11的扫描线的断线等)的装置。此外，工件10不限于具有凸曲面的显示器11。
在本实施方式中，拍摄部2由线传感器摄像机21构成。线传感器摄像机21具备高倍率的透镜22。透镜22的景深例如为30μm左右。透镜22被调节为焦点在显示器11的被检查面110的拍摄位置聚焦于显示器11的被检查面110。线传感器摄像机21经由光学元件3拍摄显示器11的被检查面110。线传感器摄像机21具有沿Y方向排列的拍摄元件，如图1所示，在沿Y方向延伸的拍摄范围S中，拍摄显示器11的被检查面110。
如图1及图2所示，驱动部4具备：以与显示器11的平面部分111平行的方式延伸的导轨部41；以及保持线传感器摄像机21并且沿着导轨部41移动的驱动单元42。驱动单元42具有未图示的电动机，利用电动机的驱动力沿着导轨部41在X方向上移动。在本实施方式的驱动部4中，包括驱动单元42沿着导轨部41在X方向上移动的情况，驱动单元42的Z方向的振动量被抑制到透镜22的景深以下的量。即，即使线传感器摄像机21被保持于驱动单元42，线传感器摄像机21的焦点也维持在聚焦于显示器11的被检查面110的状态。
如图2及图3所示，光学元件3是Z方向的另一侧Z2凹陷的光学元件。光学元件3配置于显示器11和线传感器摄像机21之间，具有使从被检查面110的各位置发出的多个光束(光L)在配置有线传感器摄像机21的Z方向的一侧Z1朝向相互平行的方向前进的功能。光学元件3由棱镜31构成，该棱镜31具有沿着显示器11的被检查面110的形状聚集透镜的焦点的曲面。具体地说，如图2及图3所示，棱镜31具备：位于X方向的中央部分的平面透镜部分311；以及位于X方向的两端部分且向Z方向的另一侧Z2弯曲的曲面透镜部分312。另外，棱镜31使从被检查面110的各位置发出的多个光L在配置有线传感器摄像机21的Z方向的一侧Z1朝向相互平行的方向前进。
如图1及图2所示，棱镜31的平面透镜部分311对应于显示器11的平面部分111，棱镜31的曲面透镜部分312对应于显示器11的曲面部分112。如图2所示，棱镜31的平面透镜部分311构成为不使显示器11的平面部分111的法线方向的光L折射而引导至线传感器摄像机21。棱镜31的曲面透镜部分312构成为将显示器11的曲面部分112的法线方向的光L折射后引导至线传感器摄像机21。即，棱镜31具备使显示器11的曲面部分112的各位置的法线方向的光L在配置有线传感器摄像机21的一侧沿相互平行的方向前进的曲面透镜部分312。因此，当使线传感器摄像机21沿X轴方向移动时，棱镜31能够将显示器11的被检查面110的各位置的法线方向的光引导至线传感器摄像机21。
如图2所示，在外观检查装置1中，控制部5控制驱动部4使其从X方向的一侧X1移动到另一侧X2，由此，线传感器摄像机21从X方向的一侧X1移动到另一侧X2。另外，当线传感器摄像机21从X方向的一侧X1移动到另一侧X2时，控制部5基于由线传感器摄像机21拍摄的显示器11的被检查面110的图像来检查缺陷。
具体地说，当线传感器摄像机21移动到X方向的一侧X1的端部2A时，透镜22被调节为焦点在端部2A聚焦于显示器11的曲面部分112。而且，显示器11的曲面部分112的法线方向的光L由棱镜31的曲面透镜部分312折射，并引导至线传感器摄像机21。线传感器摄像机21拍摄显示器11的曲面部分112。控制部5基于获得的显示器11的曲面部分112的图像来检查缺陷。
当线传感器摄像机21移动到X方向的中央位置2B时，透镜22被调节为焦点在中央位置2B聚焦于显示器11的平面部分111。而且，显示器11的曲面部分112的法线方向的光L不在棱镜31的平面透镜部分311折射而被引导至线传感器摄像机21。线传感器摄像机21拍摄显示器11的平面部分111。控制部5基于获得的显示器11的平面部分111的图像来检查缺陷。
当线传感器摄像机21移动到X方向的另一侧X2的端部2C时，透镜22被调节为焦点在端部2C聚焦于显示器11的曲面部分112。而且，显示器11的曲面部分112的法线方向的光L在棱镜31的曲面透镜部分312折射，并被引导至线传感器摄像机21。线传感器摄像机21拍摄显示器11的曲面部分112。控制部5基于获得的显示器11的曲面部分112的图像来检查缺陷。
如上所述，在外观检查装置1中，线传感器摄像机21从X方向的一侧X1移动到另一侧X2，同时在显示器11的被检查面110的各位置进行显示器11的被检查面110的拍摄。当线传感器摄像机21从X方向的一侧X1移动到另一侧X2时，控制部5基于由线传感器摄像机21拍摄的显示器11的被检查面110的图像进行缺陷检查，将检查的结果显示于未图示的监视器等。因此，在外观检查装置1中，线传感器摄像机21能够通过经由棱镜31拍摄从显示器11的曲面部分112的法线观察的曲面部分112。而且，控制部5能够基于由线传感器摄像机21拍摄的显示器11的被检查面110的图像进行缺陷检查。
(本实施方式的主要作用效果)
在本实施方式的检查具有曲面(曲面部分112)的显示器11的被检查面110的外观检查装置1中，具备使从显示器11的被检查面110的各位置发出的多个光束(光L)在配置有线传感器摄像机21的一侧朝向相互平行的方向前进的棱镜31。因此，当线传感器摄像机21沿X轴方向移动时，能够经由棱镜31拍摄从显示器11的曲面部分112的法线观察的曲面部分112。因此，在外观检查装置1中，不受使用机械臂时的振动的影响。由此，即使外观检查装置1使用能够以高倍率拍摄的拍摄部2，也可以进行具有曲面部分112的显示器11的被检查面110的检查。
在本实施方式中，具备使显示器11及棱镜31相对于拍摄部2相对移动的驱动部4。在这种情况下，拍摄部2是线传感器摄像机21。这样一来，由于可以使用分辨率高的线传感器摄像机21，所以能够以高分辨率和高倍率检查显示器11的被检查面110。
(变形例1)
在变形例1中，光学元件3与第一实施方式不同，除此以外的结构与第一实施方式相同。图4是表示第一实施方式的变形例1的光学元件的图。在本实施方式中，光学元件3由菲涅尔棱镜32构成。
如图4所示，菲涅尔棱镜32在X方向的中央部具备平面部分321，在X方向的两端部分具备将曲面部分112的各位置的法线方向的光引导至拍摄部的截面为楔状的菲涅尔部322。菲涅尔棱镜32的菲涅尔部322通过对平面部分321的Z方向的另一侧Z2的面实施微细加工而形成。菲涅尔棱镜32的菲涅尔部322构成为使显示器11的曲面部分112的法线方向的光折射，并引导至线传感器摄像机21。即，菲涅尔棱镜32的菲涅尔部322形成为对应于显示器11的曲面部分112。因此，菲涅尔棱镜32使显示器11的曲面部分112的各位置的法线方向的光L在配置有线传感器摄像机21的Z方向的一侧Z1沿相互平行的方向前进。因此，当使线传感器摄像机21沿X轴方向移动时，菲涅尔棱镜32与上述实施方式的棱镜31同样地将显示器11的被检查面110的各位置的法线方向的光引导至线传感器摄像机21。因此，线传感器摄像机21能够通过经由菲涅尔棱镜32拍摄从显示器11的曲面部分112的法线观察的曲面部分112。因此，在外观检查装置1中，不受使用机械臂时的振动的影响。由此，即使外观检查装置1使用能够以高倍率拍摄的拍摄部2，也可以进行具有曲面部分112的显示器11的被检查面110的检查。
(变形例2)
在变形例2中，驱动部4的结构与上述实施方式不同，除此以外的结构与上述实施方式相同。因此，对相同的结构标注相同附图标记，并省略其说明。图5是第一实施方式的变形例2的外观检查装置1的概略图。
驱动部4具备：保持作为可动侧的部件的拍摄部2的保持部46；使保持部46移动的六轴机械臂47；以及沿着机械臂47移动的移动方向的导向部48。在驱动部4中，在机械臂47和导向部48之间设置有阻尼部49。在本实施方式中，导向部48以与显示器11的平面部分111平行的方式延伸。在驱动部4中，机械臂47经由阻尼部49将保持部46推压在导向部48。而且，机械臂47在将保持部46推压在导向部48的状态下，使保持部46沿着导向部48移动。
通过这样构成，由于机械臂47的振动被阻尼部49吸收，并且保持拍摄部2的保持部46沿着导向部48移动，因此拍摄部2不振动。因此，即使在驱动部4使用机械臂47，外观检查装置1也可以使用能够以高倍率拍摄的拍摄部2。
(第二实施方式)
图6是表示第二实施方式的外观检查装置1的概略图。图7是表示由第二实施方式的外观检查装置1拍摄的工件的被检查面的图像的概略图。
如图6所示，外观检查装置1具备：拍摄显示器11(工件10)的被检查面110的拍摄部2；以及配置于显示器11与拍摄部2之间的光学元件3。在本实施方式中，拍摄部2相对于显示器11被固定。在本实施方式中，拍摄部2是区域传感器摄像机26。
区域传感器摄像机26具备高倍率的透镜27。透镜27的景深例如为30μm左右。透镜27被调节为焦点聚焦于显示器11的被检查面110。区域传感器摄像机26经由光学元件3一次拍摄显示器11的被检查面110整体。即，在本实施方式中，区域传感器摄像机26的拍摄范围S是包括显示器11的被检查面11整体的范围。此外，区域传感器摄像机26也可以根据显示器11(工件10)的大小通过多次拍摄来拍摄显示器11的被检查面110。
如图6所示，光学元件3是多眼透镜，该多眼透镜具备使从显示器11的被检查面110的各位置发出的多个光束在配置有区域传感器摄像机26的Z方向的一侧Z1朝向相互聚光的方向前进的多个透镜。该多眼透镜使从显示器11的曲面部分112的各位置沿法线方向发出的光在配置有区域传感器摄像机26的Z方向的一侧Z1沿相互聚光的方向前进。多眼透镜均为菲涅尔透镜。具体地说，多眼透镜是多眼菲涅尔透镜33，具备多个截面为楔状的菲涅尔透镜部。在图6中，例示性地表现了多眼菲涅尔透镜33，其具备九个菲涅尔透镜部331～339。在菲涅尔透镜部331～339的Z方向的另一侧Z2的面上形成有菲涅尔部。
如图7所示，区域传感器摄像机26经由多眼菲涅尔透镜33拍摄显示器11的被检查面110整体，输出一个图像G。图像G包括从九个不同的角度观察显示器11的图像部分G1～G9。即，图像G的图像部分G1～G9是从不同的角度拍摄的显示器11的图像。在图7中，图像G的图像部分G1是区域传感器摄像机26经由菲涅尔透镜部331拍摄的显示器11的被检查面110的图像。同样地，图像G的图像部分G2～G9是经由分别与其对应的菲涅尔透镜部332～336拍摄的图像。如图7所示，图像G的图像部分G2包括从显示器11的X方向的一侧X1的曲面部分112的法线观察的曲面部分112的图像。图像G的图像部分G5包括从显示器11的平面部分111的法线方向观察的图像。图像G的图像部分G8包括从显示器11的X方向的另一侧X2的曲面部分112的法线观察的曲面部分112的图像。因此，多眼菲涅尔透镜33构成为将显示器11的被检查面110的各位置的法线方向的光引导至区域传感器摄像机26。
在本实施方式中，在外观检查装置1中，区域传感器摄像机26通过使用多眼菲涅尔透镜33，输出包括从不同的角度观察的显示器11的被检查面110的图像部分G1～G9在内的一个图像G。其结果是，由于控制部5基于图像G的图像部分G1～G9检查显示器11的被检查面110的缺陷，所以能够通过一次拍摄进行显示器11的被检查面110整体的缺陷的检查。因此，能够缩短外观检查装置1的检查时间。
(第三实施方式)
图8是第三实施方式的外观检查装置1的侧视图。如图8所示，在本实施方式中，外观检查装置1具备照明部8，在这一点上与第一实施方式不同。另外，在第一实施方式中，拍摄部2位于引导显示器11的被检查面110的各位置的法线方向的光L的位置，但在本实施方式中，拍摄部2位于拍摄部2的光轴Lc和被检查面110中与光轴Lc重叠的位置的法线方向Lv的相对位置关系(角度)恒定的位置，在这一点上与第一实施方式不同。另外，在本实施方式中，照明部8位于照明部8的光轴Ls和被检查面110中与光轴Ls重叠的位置的法线方向Lv的相对位置关系恒定的位置。除此以外的结构与第一实施方式相同，所以标注相同的附图标记。即使这样构成，外观检查装置1使用能够以高倍率拍摄的拍摄部2，也可以进行具有曲面部分112的显示器11的被检查面110的检查。另外，可以通过照明部8实现明场照明和暗场照明之间的照明，所以能够获得以下两个优点：可以得到基于明场照明的明亮的图像G及容易发现基于暗场照明的小的缺陷。
(其它实施方式)
在上述第一实施方式中，驱动部4作为可动侧的部件使拍摄部2移动，但也可以是作为可动侧的部件使光学元件3及显示器11(工作台6)移动的结构。即，保持部46也可以作为可动侧的部件保持光学元件3及显示器11(工作台6)。
在上述第一实施方式中，使用棱镜31及菲涅尔棱镜32的外观检查装置1是使用线传感器摄像机21的结构，但也可以是使用区域传感器摄像机26的结构。在这种情况下，也可以构成为将区域传感器摄像机26固定而不使用驱动部4。
在上述第二实施方式中，多眼菲涅尔透镜33具备九个菲涅尔透镜部331～339，但不限于九个。只要多眼菲涅尔透镜33具备两个以上的菲涅尔透镜部，拍摄部2就可以一次拍摄从不同的角度观察的显示器11(工件10)的被检查面110的图像。

Claims (9)

1.一种外观检查装置，检查工件的包括曲面部的被检查面的外观，其特征在于，具备：
拍摄部，所述拍摄部用于拍摄所述工件的所述被检查面；以及
光学元件，所述光学元件配置于所述工件和所述拍摄部之间，且使从所述被检查面的各位置发出的多个光束在配置有所述拍摄部的一侧朝向相互平行的方向或聚光的方向前进。
2.根据权利要求1所述的外观检查装置，其特征在于，
所述光学元件是棱镜或菲涅尔透镜，所述棱镜或菲涅尔透镜具备使所述曲面的各位置的法线方向的光在配置有所述拍摄部的一侧沿相互平行的方向前进的菲涅尔部。
3.根据权利要求1所述的外观检查装置，其特征在于，
具备使所述拍摄部相对于所述光学元件及所述工件相对移动的驱动部。
4.根据权利要求3所述的外观检查装置，其特征在于，
所述驱动部具备：保持部，所述保持部保持使所述拍摄部相对于所述光学元件及所述工件相对移动时的可动侧的部件；机械臂，所述机械臂使所述保持部移动；导向部，所述导向部沿着所述保持部的移动方向；以及阻尼部，所述阻尼部设置于所述机械臂和所述导向部之间，
当进行所述拍摄部的拍摄时，所述机械臂经由所述阻尼部将所述保持部推压于所述导向部。
5.根据权利要求2～4中任一项所述的外观检查装置，其特征在于，
所述拍摄部是线传感器摄像机。
6.根据权利要求1所述的外观检查装置，其特征在于，
所述光学元件是多眼透镜，所述多眼透镜具备使从所述被检查面的各位置发出的多个光束在配置有所述拍摄部的一侧朝向相互聚光的方向前进的多个透镜。
7.根据权利要求6所述的外观检查装置，其特征在于，
所述多眼透镜使从所述曲面的各位置沿法线方向发出的光在配置有所述拍摄部的一侧沿相互聚光的方向前进。
8.根据权利要求6或7所述的外观检查装置，其特征在于，
所述多眼透镜分别是菲涅尔透镜。
9.根据权利要求6或7所述的外观检查装置，其特征在于，
所述拍摄部是区域传感器摄像机，且相对于所述工件被固定。
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