JP2000162146A - 表面検査装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 板、条およびディスク基板等の被検査対象物
の表面に存在する傷を、その種類に関わらず確実に認識
できる画像を撮像できるとともに、ディスク基板を停止
させることなく検査することが可能な検査装置、および
アルミディスクのヘヤライン方向にかかわらず、傷の有
無を判定することができる表面検査システムを提供す
る。 【解決手段】 被検査対象物の表面を照明手段により照
明し、前記表面からの反射光を撮像手段で撮像し、その
撮像手段から出力される画像を画像処理装置で演算処理
して前記表面の欠陥を検査する表面検査装置において、
前記照明手段として異なる投射方向から照明する複数の
光源を設け、これらの光源を切り換えながら点灯して１
台のラインセンサカメラでもって複数の異なる画像を形
成し、これらを画像処理することによって被検査対象物
の表面の検査を行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は板や条もしくはディ
スク等の表面の画像を、撮像装置を用いて撮像し、これ
を解析することによって板や条もしくはディスク等の表
面に存在する傷等の欠陥を検査する検査装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】板や条もしくはディスク等の製品を製造
するに当たって、その製造工程中に前記製品の表面に傷
等の欠陥が形成されることがあり、これらの傷等の欠陥
を持った仕掛り品が後工程に送られることを防ぐため
に、検査を行うことが必要になる。以下、板や条もしく
はディスク等の製品のうち、ディスクを例にとって説明
する。

【０００３】ハードディスク駆動装置等の情報記憶装置
に用いられるディスク基板には、アルミ基板が多く用い
られ、その製造は次のような工程で行われる。すなわち
圧延工程で圧延されたアルミ板をブランク工程で打抜
き、サブストレート工程において内外周の形状加工と表
面の研磨を行った後、表面にニッケル−リンめっきを施
し、その上からメディア層をスパッタリングにより成膜
してアルミディスク基板が形成されている。

【０００４】ブランク工程において、所定の内外径に合
わせて打抜かれたディスク基板は、続くサブストレート
工程において内外周を加工するとともに表面の研磨が行
なわれ、ディスク表面の平面度を５μｍ以下に維持して
いる。ところが、ブランク工程で打ち抜かれたアルミデ
ィスクの表面に深い傷や大きな錆び等の欠陥があると、
サブストレート工程での研磨作業によっても取ることが
できず、不良品となるという問題があり、これを防ぐた
めに、ブランク工程の最終工程において、寸法や形状の
検査に加えてディスク基板表面の傷等の欠陥の検査が行
われる。

【０００５】例えば、ブランク工程における検査装置と
しては、一般的に図８に示すような撮像装置１１と照明
装置１２とからなる光学的な検査装置が知られている。
搬送装置７によって搬送されるアルミディスク基板Ｄを
照明装置１２でもって照明し、アルミディスク基板Ｄの
画像をアルミディスク上方に配置された撮像装置１１に
よって取り込み、デイスク表面の傷等の欠陥の有無の判
定が行われている。

【０００６】しかし、ディスク基板の表面上の表面欠陥
には、点傷、線傷、打痕、油やゴミ等の付着物やその他
の欠陥等の多種類にわたり（以降これらのデイスク表面
の傷等の欠陥を総称して表面欠陥と呼ぶ）、上記の検査
装置においては照明手段は照明装置１２の１台のみの照
明であるので、被測定物であるディスク基板への投射方
向によっては認識できない表面欠陥の種類があるという
問題がある。例えば、撮像装置にとって明視野領域にな
るように照明装置１２を配置した場合に、暗視野領域で
ないと認識できない種類の表面欠陥がディスク表面に存
在すると、上記の表面検査装置による検査では表面欠陥
の存在に気付かないという問題がある。

【０００７】また、ブランク工程の検査装置に搬送され
てくるディスク基板Ｄの表面には光の反射に影響を与え
る微小凹凸が一定方向に形成されており（以降この凹凸
を「ヘヤライン」と呼ぶ）、このヘヤラインの方向はデ
ィスク基板Ｄが検査装置に送られてくる際には、必ずし
も一定していないため、上記の光学的検査装置では、ア
ルミディスクのヘヤラインの方向によっては照明による
反射光が散乱反射となり、コントラストが確保出来ず、
その結果、ディスク基板上の表面欠陥の存在が確認でき
ないという問題がある。

【０００８】上記の撮像装置１１の撮像素子としてエリ
アセンサ（２次元）あるいはラインセンサ（１次元）が
用いられるが、エリアセンサを撮像素子としている撮像
装置の場合については、ディスク基板Ｄを一時停止して
撮像を行うため、複数の照明を切換えて複数の画像を撮
像することによって上記の問題を解決することができる
が、ディスク基板Ｄを停止させる必要があるため、生産
性を悪くするという不具合がある。一方、ラインセンサ
を撮像素子としている撮像装置の場合には、連続移動中
に撮像を行うので、生産性を悪くすることはないが、複
数の画像を得るには、複数の検査ステーションを設ける
必要があるという問題がある。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】上記問題に鑑み、本発
明は、表面欠陥の種類に関わらず、確実に表面欠陥を認
識できる画像を撮像できるとともに、ディスク基板を停
止させることなく検査することにより検査時間の短縮を
計ることが可能であるとともに、構成が簡単でコスト負
担が少なくて済む検査装置を提供することを課題とす
る。

【００１０】さらに、搬送されてくるアルミディスクの
ヘヤライン方向にかかわらず、表面欠陥の有無を判定す
ることができる表面検査システムを提供することを課題
とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明の表面検査装置
は、被検査対象物の表面を照明手段により照明し、前記
表面からの反射光を撮像手段で撮像し、該撮像手段から
出力される画像を画像処理装置で演算処理して前記表面
欠陥を検査する表面検査装置であって、前記照明手段と
して異なる位置から投射する複数の光源を設け、前記撮
像手段として１台のラインセンサカメラを設けるととも
に、前記ラインセンサカメラのスキャンごとに前記複数
の光源を切り換えることにより１台のラインセンサカメ
ラで複数の異なる画像を得ることを特徴としている。

【００１２】また、本発明の表面検査装置の照明手段
は、暗視野となる方向から投射する光源と明視野となる
方向から投射する光源とを少なくとも１台ずつ有するこ
とを特徴としている。

【００１３】さらに、本発明の表面検査装置の画像処理
装置は、前記ラインセンサカメラから出力される複数の
画像を組み合わせることにより前記表面欠陥の種類を判
別することを特徴としている。

【００１４】本発明の表面検査システムは、被検査対象
物の表面状態の方向性を検知する方向性検知ステーショ
ンと、前記表面の画像を撮像する撮像ステーションを有
する表面検査システムであって、前記方向性検知ステー
ションにおいては前記表面状態の方向性を検知する検出
器を備え、前記撮像ステーションにおいては前記表面状
態の方向性に応じて認識可能に照明する複数の光源を備
えており、前記検出器の出力に応じて前記表面の画像を
最適に撮像できる最適光源を選択するとともに、選択さ
れた前記最適光源を含む複数の光源をラインセンサカメ
ラのスキャンごとに切換えることにより１台のラインセ
ンサカメラで複数の異なる画像を得ることを特徴として
いる。

【００１５】

【発明の実施の形態】本発明の実施例を図に基づいて説
明する。なお本実施例により本発明が限定されるもので
はない。

【００１６】図１は本実施例の装置の撮像ステーション
における撮像装置の構成を示す説明図である。ディスク
基板Ｄは搬送装置７によって水平を維持された状態で一
定速度で搬送されており、照明ランプ２ａ、２ｂがディ
スク基板Ｄの表面を異なる方向から照明するように配置
される。さらに、ディスク基板Ｄの画像を取り込むため
のラインセンサカメラ１が搬送装置の上方に設けられて
おり、照明ランプ２ａ、２ｂによって照明されたディス
ク基板Ｄの表面の画像をラインセンサカメラ１で撮像し
て制御装置３に出力する。制御装置３には画像処理ユニ
ット４が内蔵されており、ラインセンサカメラ１から出
力された画像信号を画像処理した後、予め設定された判
定基準に基づいて表面欠陥の有無が判定される。また、
照明ランプ２ａ、２ｂの照明の具合やディスク基板Ｄの
表面の状態を観察できるようにモニタ６が制御装置３に
接続されている。

【００１７】ラインセンサカメラ１は撮像素子として１
次元の撮像素子であるラインセンサを組み込んだ撮像装
置であり、ディスク基板搬送装置７の上方でディスク基
板搬送装置３上の所定位置に配置され、通過するディス
ク基板の表面を像を１ライン単位のスキャンを繰り返し
て撮像する。

【００１８】照明ランプ２ａ、２ｂはディスク基板を照
明する照明装置であり、照明電源５によって駆動され、
制御装置３によって点灯および消灯の制御がなされる。
図１には２個の照明ランプが示されているが、照明ラン
プの数は２個に限るものではなく多数個のランプをそれ
ぞれ異なる方向からディスク基板を照明するように配置
してもよい。照明ランプ２ａ、２ｂはディスク基板搬送
装置上の所定位置を異なる方向から照明するように位置
および方向が調整されて配置される。また、照明ランプ
２ａ、２ｂは、所定位置のディスク基板上を可能な限り
均一な照度で照明するものが望ましく、さらに点灯と消
灯を高速にかつ高頻度に繰り返す必要があることから、
立ち上がりおよび立ち下がり特性のよいランプを用いる
のが望ましい。

【００１９】制御装置３は、内蔵する画像処理ユニット
４にラインセンサカメラ１の出力を取り込んで画像処理
を行い、ディスク基板表面の画像を形成するものであ
り、この画像に基づき予め設定されている表面欠陥の判
定基準に従って表面欠陥の判定を行う。また、照明ラン
プ２ａ、２ｂの切り替えとラインセンサカメラ１の画像
スキャンのタイミングとを制御することにより、異なる
照明による画像を１台のラインセンサカメラで撮像する
ことが可能になる。制御装置３にはモニタ６が接続され
ており、照明ランプ２ａ、２ｂの照明の具合やディスク
基板Ｄの表面の状態を確認して、照明の調整や撮像の調
整を行う上で助けとなる。

【００２０】図２は本発明にかかる表面検査装置を明視
野画像と暗視野画像とを同時に撮像する目的に用いた例
を示す説明図である。２台の照明ランプのうち一方の照
明ランプ２ａを明視野光源となるように、即ち照明ラン
プ２ａの投射した光の全反射光が多くラインセンサカメ
ラ１に達するように照明ランプ２ａを配置している。も
う一方の照明ランプ２ｂは、暗視野光源となるように、
即ち照明ランプ２ｂの投射した光の全反射光が殆どライ
ンセンサカメラ１に達しないように照明ランプ２ｂを配
置している。

【００２１】図４ないし図６は本発明にかかる表面検査
装置を、方向性のあるヘヤラインの方向に関わらずにデ
ィスクの表面欠陥を認識する目的に用いた例を示す説明
図である。照明ランプ２ａ、２ｂは、斜め上方から、か
つ、各々の水平方向の向きが互いに約９０度異なる向き
に配置される。即ち、照明ランプ２ａは搬送装置の搬送
方向に対して斜め４５度右の方向からディスク基板Ｄを
照明し、照明ランプ２ｂは斜め４５度左の方向からディ
スク基板Ｄを照明する。

【００２２】上記の配置方法は、照明光の方向が異なる
角度になるように配置することによって、どちらか一方
の照明による画像がヘヤラインによる縞状の影の影響の
少ない画像を得ることを目的としているので、一対の照
明ランプ２ａ、２ｂの配置は、上記の目的に適えばよ
く、上記の配置に限るものではない。

【００２３】次に本実施例の動作について説明する。ブ
ランク打抜きステーションから送出されたディスク基板
Ｄは、ディスク基板搬送装置７によって一定の速度で搬
送され、撮像位置Ａに到達すると、ラインセンサカメラ
１はディスク基板Ｄの画像を画像処理ユニット４に出力
する。

【００２４】ラインセンサカメラ１に内蔵されているラ
インセンサは１次元の撮像素子であるから、１ラインず
つスキャンを繰り返してディスク基板の画像を形成して
いる。従来の表面欠陥検査装置では、１個の照明を用い
ているが、本実施例の検査装置においては、照明ランプ
２ａ、２ｂを交互に点灯させてラインセンサのスキャン
を行う。即ち、最初に一方の照明ランプ、例えば照明ラ
ンプ２ａを点灯してディスク基板の表面を照明し、１ラ
インのスキャンを行い、照明ランプ２ａを消灯する。次
に照明ランプ２ｂを点灯し、ディスク基板の表面を照明
して１ラインのスキャンを行い、照明ランプ２ｂを消灯
する。この手順をを繰り返すことによって一定速度で搬
送されるディスク基板Ｄの全面にわたる画像を画像処理
ユニットに出力し、これを画像処理することで照明ラン
プ２ａによる画像と照明ランプ２ｂによる画像を得るこ
とができる。

【００２５】図２に示した実施例では、照明ランプ２ａ
を明視野光源となるように配置し、もう１台の照明ラン
プ２ｂは暗視野光源となるように配置してあるので、照
明ランプ２ａと照明ランプ２ｂを交互に点灯することに
よって明視野光源を点灯したときのディスク表面の画像
と暗視野光源を点灯したときのディスク表面の画像を１
台のラインカメラでもって撮像することができる。従っ
て、明視野光源または暗視野光源のいずれか一方でのみ
確認できる表面欠陥に対しても、上記の撮像した画像の
いずれかによって表面欠陥の有無を確実に認識すること
ができる。

【００２６】また、図３ないし図５はに示した実施例
は、２台の照明ランプをともに明視野光源または暗視野
光源となるような領域であって、かつディスクの搬送方
向に対して異なる方向からディスクを照明するように配
置した検査装置について説明するものである。上記の検
査装置によれば、ディスク表面の状態に方向性のある場
合に、方向性に関わらず表面欠陥を認識し検査すること
ができる。以下、ディスク表面に方向性のあるヘヤライ
ンが存在し、ヘヤラインの方向が一定しない状態で搬送
されるディスクの表面検査をする例に即して説明をす
る。

【００２７】いま、ディスク基板Ｄのヘヤラインの方向
が照明ランプ２ａの方向と直交する向きで搬送されてい
るとすると、照明ランプ２ａの光がディスク基板Ｄのヘ
ヤラインで乱反射して縞状の影が画像として取り込まれ
る。この際にディスク基板Ｄの表面に傷等の表面欠陥が
あっても、前記の縞状の影と重なると表面欠陥を見い出
すことができない。一方、照明ランプ２ｂの照明によれ
ば、照明の方向とディスク基板Ｄ状のヘヤラインの方向
とがほぼ同方向なので乱反射の影響が少なくなり、表面
欠陥の観察に不具合な縞状の影が発生しにくく、表面欠
陥を認識することが可能となる。

【００２８】照明ランプ２ａ，２ｂを交互に点灯してラ
インセンサのスキャンを行って得られた画像は、照明ラ
ンプ２ａの照明によるライン画像と照明ランプ２ｂの照
明によるライン画像とが交互に出力され画像処理され
て、照明ランプ２ａによる画像と照明ランプ２ｂによる
画像が得られるが、上記のディスクの例では照明ランプ
２ｂの画像によって表面欠陥の有無を判別することが可
能となる。

【００２９】制御装置３は、上記の２つの実施例のよう
にして得られた２つの画像を分析し、予め設定されてい
る判定条件に基づいて表面欠陥の有無を判定する。ライ
ンセンサの主走査方向は連続した画像情報が得られる
が、ディスク基板の搬送方向（副走査方向）には、１ラ
イン飛ばしでしか表面欠陥の情報が得られないことを考
慮して表面欠陥の判定条件を設定することが必要とな
る。

【００３０】次に本発明の検査装置による表面欠陥の種
類の識別について説明する。上記の実施例による説明か
らディスク表面にある傷には、照明の投射方向によって
認識できる傷の種類と明瞭には認識できない傷の種類が
存在することがわかる。実例を挙げると、凹凸の大きな
傷については、明視野の画像にはほとんど現われない
が、暗視野の画像には明瞭に現われる。また比較的凹凸
の少ない打痕等については、明視野の画像では現われる
が暗視野画面ではほとんど識別できない。さらに、ディ
スク表面に付着した汚れについては、明視野では明瞭に
認識できるが、暗視野の画像では認識するのが困難であ
ることが多い。

【００３１】本発明による検査装置においては、ディス
ク表面を異なる方向から照明した複数の画像を得ること
ができるので、これらの画像による表面欠陥の現われ方
を比較することにより表面欠陥の種類を識別することが
可能となる。即ち、表面欠陥の種類による各々の照明ご
との画像の特徴を予め抽出して制御装置３に記憶し、実
際の撮像画像と上記の制御装置３に記録されている特徴
とを比較することによって表面欠陥の種類を識別するこ
とが可能となる。

【００３２】次に本発明にかかる表面検査システムにつ
いて、図６および図７によって説明する。図６に示すよ
うに搬送装置７の方向性検知ステーション２０と撮像ス
テーション２１が設けられている。方向性検知ステーシ
ョン２０には、方向性検知センサ２２を備え、搬送され
てくるディスクＤの表面状態の方向性を検知する。ここ
で言う表面状態の方向性とは、ディスク表面のヘヤライ
ンのように撮像手段によって撮像する際にその方向が問
題となる直線状の凹凸等の方向のことを意味する。

【００３３】撮像ステーション２１には、撮像手段とし
てラインセンサカメラ１を搬送装置上方に配置し、さら
に照明ランプ２ａ、照明ランプ２ｂ−Ｌおよび照明ラン
プ２ｂ−Ｒを設ける。ここで、照明ランプ２ｂ−Ｌおよ
び照明ランプ２ｂ−Ｒは表面状態検知ステーション２０
の検知センサ２２の出力に応じて適切な画像が撮像でき
るようにそれぞれ異なる方向からディスク表面を照明す
るように配置されており、検知センサ２２の出力に対応
して、いずれか一方の照明ランプを点灯するように選択
される。また、照明ランプ２ａは照明ランプ２ｂ−Ｌお
よび照明ランプ２ｂ−Ｒによる照明では認識できない表
面欠陥を撮像するように設けるものであり、照明ランプ
２ｂ−Ｌと照明ランプ２ｂ−Ｒとのうち、選択された方
の照明ランプと照明ランプ２ａとを交互に点灯すること
によって、ディスク表面に存在する多様な表面欠陥を認
識可能なように撮像する。

【００３４】上に述べた表面検査システムの説明では方
向性検知センサ２２と連動している照明ランプ以外の照
明ランプを照明ランプ２ａの１台のみ使用した例で説明
をしてきたが、複数個のランプを配置して交互に点灯し
複数個の画像を得るように構成してもよい。

【００３５】

【発明の効果】従来の表面検査装置では、被測定物であ
るディスク基板へ投射方向によっては認識できない表面
欠陥の種類があるという問題があり、また、ヘヤライン
の方向によってディスク基板上の表面欠陥の存在が確認
できないという問題がある。本発明では、投射方向が異
なる複数の照明を設け、これらを順次に前記照明を点灯
することによって、異なる複数の画像を得る。複数の画
像のうちいずれかの照明によって傷等の表面欠陥の像を
撮像することができる結果、検査漏れの発生を無くする
ことができる。

【００３６】また、本発明の表面検査装置においては、
検査の結果得られた異なる画像の情報を比較することに
よって、表面欠陥の種類を知ることができる結果、製造
工程における表面欠陥の発生箇所や発生原因をしる一助
となり、製造工程における品質の向上に寄与することが
できる。

【００３７】一方、本発明の表面検査システムにおいて
は、デイスク基板の表面状態の方向性を方向性検知ステ
ーションにおいて検知し、その方向性に対応した撮像ス
テーションにおける照明装置のみ動作させるように制御
している。その結果所望の表面欠陥の画像が得られない
ことが明らかな画像を撮像することがなく、画像の精度
を向上させるとともに、制御装置の負担を軽減できる効
果を有する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の表面検査装置の構成を示すブロック図
である。

【図２】本発明の表面検査装置の一実施例を示す説明図
である。

【図３】本発明の他の実施例を示す平面図である。

【図４】図３においてＩ−Ｉ方向からみた側面図であ
る。

【図５】図３においてＩＩ−ＩＩ方向からみた側面図で
ある。

【図６】本発明の表面検査システムの一実施例を示す平
面図である。

【図７】本発明の表面検査システムの一実施例を示す側
面図である。

【図８】従来の表面検査装置を示す説明図である。

【符号の説明】

１ ラインセンサカメラ ２ａ 照明ランプ ２ｂ 照明ランプ ２ａ−Ｌ 照明ランプ ２ｂ−Ｒ 照明ランプ ３ 制御装置 ４ 画像処理ユニット ５ 照明用電源 ６ モニタ ７ 搬送装置 １１ 撮像装置 １２ 照明装置 ２０ 方向性検知ステーション ２１ 撮像ステーション ２２ 方向性検知センサ Ｄ ディスク基板

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 伊東 豊晴 大阪府大阪市東淀川区相川２丁目23番20号 日本エレクトロセンサリデバイス株式会 社内 (72)発明者 橋本 潤 大阪府大阪市東淀川区相川２丁目23番20号 日本エレクトロセンサリデバイス株式会 社内 (72)発明者 古田 繁之 東京都千代田区丸の内２−６−１ 古河電 気工業株式会社内 (72)発明者 堺 俊夫 東京都千代田区丸の内２−６−１ 古河電 気工業株式会社内 (72)発明者 森 高志 東京都千代田区丸の内２−６−１ 古河電 気工業株式会社内 Ｆターム(参考） 2G051 AA71 AA90 AB07 BA01 BB05 BB20 BC01 CA03 CA06 CA07 DA06 EB01 EC01

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 被検査対象物の表面を照明手段により照
   明し、前記表面からの反射光を撮像手段で撮像し、該撮
   像手段から出力される画像を画像処理装置で演算処理し
   て前記表面欠陥を検査する表面検査装置であって、前記
   照明手段として異なる位置から投射する複数の光源を設
   け、前記撮像手段として１台のラインセンサカメラを設
   けるとともに、前記ラインセンサカメラのスキャンごと
   に前記複数の光源を切り換えることにより１台のライン
   センサカメラで複数の異なる画像を得ることを特徴とす
   る表面検査装置。
2. 【請求項２】 前記照明手段は、暗視野となる方向から
   投射する光源と明視野となる方向から投射する光源とを
   少なくとも１台ずつ有することを特徴とする請求項１に
   記載の表面検査装置。
3. 【請求項３】 前記画像処理装置は、前記ラインセンサ
   カメラから出力される複数の画像を組み合わせることに
   より前記表面欠陥の種類を判別することを特徴とする請
   求項１または請求項２に記載の表面検査装置。
4. 【請求項４】 被検査対象物の表面状態の方向性を検知
   する方向性検知ステーションと、前記表面の画像を撮像
   する撮像ステーションを有する表面検査システムであっ
   て、前記方向性検知ステーションにおいては前記表面状
   態の方向性を検知する検出器を備え、前記撮像ステーシ
   ョンにおいては前記表面状態の方向性に応じて認識可能
   に照明する複数の光源を備えており、前記検出器の出力
   に応じて前記表面の画像を最適に撮像できる最適光源を
   選択するとともに、選択された前記最適光源を含む複数
   の光源をラインセンサカメラのスキャンごとに切換える
   ことにより１台のラインセンサカメラで複数の異なる画
   像を得ることを特徴とする表面検査システム。