JP2008267904A - 外観検査装置および表面状態の検査方法 - Google Patents

Abstract

【課題】検査対象の変更に容易に対応することができるとともに、検査の効率を高める。
【解決手段】ワーク搭載用のステージ２が９０度おきに回転可能に配備されたインデックステーブル１を回転させることによって、ワークの搬入、前処理、検査、搬出の各処理を並列で実行する。各ステージ２は検査位置Ｃに到達するまで固定されているが、検査位置Ｃに停止すると、ステージ回転機構３０が装着されて回転可能になる。検査の際には、ステージ２の回転と検査用撮像部５の位置および姿勢を変更する制御とを組み合わせながら、複数の撮像ポイントに検査用撮像部５の光軸を合わせて撮像を行う。この制御に必要な制御データは、１段階前のテーブル１が停止したときの前処理位置Ｂで検出されたワークのずれ量に基づいて補正される。
【選択図】図１

Description

この発明は、所定の立体形状を有する物体を検査対象物として、検査対象物（以下「ワーク」という。）の表面に欠陥がないかどうかを、画像処理の手法により検査する装置および方法に関する。

ワークの表面の欠陥を精度良く検出するには、カメラや照明部の光軸が被検査面に対して一定の方向に合わせられた状態になるように調整する必要がある。特に、被検査面が曲面であったり、複数の面を検査する場合などには、ワークに対するカメラおよび照明部の位置や姿勢を変更しながら複数回の撮像を行う必要がある。

たとえば下記の特許文献１には、多関節ロボットによりワークまたは光学系を支持し、このロボットの動作を制御することにより被検査箇所を順次カメラの焦点位置に移動させ、撮像を行うことが記載されている。

特開平６−１６００６６号公報

ワークの位置や姿勢をロボットを用いて変化させながら検査を行う場合には、検査対象のワークの形状や大きさなどが変わると、これに応じてロボット側の機構を変更しなければならない場合がある。したがって、種々のワークに対応するのは困難である。

一方、カメラや照明部をロボットにより動かす場合には、ロボット側の機構を変更する必要はなくなる。しかし、定められた検査領域を確実に撮像するには、ワークを位置決めするか、ワークのずれ量を検出して、そのずれ量の分だけロボットの制御データを補正する必要がある。

ワークを位置決めする方法を採用するには、ワークを固定支持する手段が必要となるから、ワークをロボットにより支持する場合と同様に、ワークの形状や大きさの変化に対応できなくなってしまう。ずれ量を検出してロボットの制御データを補正する方法をとる場合には、このような問題は生じないが、位置ずれ検出のための撮像や演算等の前処理が必要になるため、検査の効率が低下する。

また、多関節ロボットの各アームの動作量が大きくなったり、制御が複雑になると、カメラを位置合わせするのに要する時間が長くなる。特に、多面体ワークの検査のようにワークとカメラとの位置関係を変更しながら複数回の撮像を繰り返す場合には、毎時のカメラの位置合わせに要する時間によって検査の効率が著しく低下するおそれがある。

この発明は上記の各種問題点を考慮して、検査対象のワークの変更に容易に対応することができるとともに、ワーク毎に撮像対象位置を変更しながら複数回の撮像を行う場合の検査の効率を高めることを、目的とする。

この発明による外観検査装置は、ワークを固定する手段が設けられていない所定広さのワーク搭載面を有するステージが複数個、それぞれ一定の間隔毎に回転軸を介して取り付けられ、これらのステージと一体に移動可能に構成され、その移動範囲内の所定位置が検査位置として設定されたステージ支持テーブル；各ステージの回転軸にそれぞれ着脱可能に装着されて、装着された回転軸およびこれに対応するステージの回転を阻止する複数のステージ固定機構；各ステージの回転軸にそれぞれステージ固定機構を装着して、各ステージが検査位置に向けて順に送られるようにステージ支持テーブルを移動させるとともに、検査位置にステージが到達する都度、ステージ支持テーブルを一時停止させる移動制御手段；検査位置に到達したステージの回転軸に着脱可能に装着されて、装着された回転軸およびこれに対応するステージを回転させるステージ回転機構；ワークの検査用の画像を生成するための検査用撮像部；検査位置の近傍において、検査用撮像部を、その位置および姿勢を変更可能に支持する撮像部支持機構；検査位置にステージが停止したときに、このステージの次に検査位置に停止するステージの現在の停止位置におけるワーク搭載面を撮像可能に配備される前処理用撮像部；ワークが搭載されたステージについて、前処理用撮像部により生成されるワーク搭載面の基準画像が登録される基準画像登録手段；基準画像に示されるのと同じ位置および向きをもってワークが搭載されたステージが検査位置に停止したときに検査用撮像部の光軸をワークに合わせするための制御データとして、ステージ回転機構および撮像部支持機構の動作制御に関するデータが複数とおり登録される制御データ登録手段；ステージ支持テーブルが停止する都度、前処理用撮像部に撮像を行わせて、生成された画像を基準画像と照合することにより画像中のワークのずれ量を求めるずれ量算出手段、このずれ量に基づき制御データ登録手段に登録された各制御データを補正する制御データ補正手段；ステージ支持テーブルが停止する都度、その時点で検査位置に停止しているステージの回転軸にステージ回転機構を装着するとともに、この回転軸に対するステージ固定機構の装着を解除し、一段階前のステージ支持テーブルの停止時に算出されたずれ量に基づき補正された制御データを用いてステージ回転機構および撮像部支持機構を制御しながら検査用撮像部に複数回の撮像を行わせ、毎時の撮像により生成された画像を用いて検査のための画像処理を実行する検査実行手段；の各構成を具備する。

上記の構成によれば、検査対象のワークは、それぞれステージに固定されない状態で搭載される。各ステージの回転軸は、検査位置に到達するまで回転しないように固定されるが、検査位置に到達すると、固定が解除されてステージ回転機構が装着され、回転可能になる。

検査の際には、ステージ回転機構および撮像部支持機構の双方の動作を制御することにより、ステージを回転させながら撮像部の位置および角度を調整することができる。よって、検査用撮像部を位置合わせするのに要する時間を短縮することができ、撮像を効率良く行うことができる。

また、ワークを固定しない場合には、上記の制御のための制御データを補正する必要があるが、この補正に必要なワークのずれ量は、ワークが検査位置に到達する前に算出されるので、前処理のために検査の開始が遅れるのを防止できる。また、位置ずれ量の算出後にワークはステージとともに検査位置に移動するが、ステージは検査位置に到達するまで固定されているので、算出された位置ずれ量が変動するのを防止することができる。よって、検査前に算出されたずれ量に基づいて適正に補正された制御データを用いて、ワークのあらかじめ定められた撮像対象位置を、定められた方向から撮像することができ、検査の精度を確保することができる。
さらに、制御データを補正する処理まで前処理に含めるようにすれば、検査をより効率良く進めることができる。

なお、下記の特許文献２には、基板の回路パターンの検査装置として、ワーク支持用のホルダが９０度間隔で設けられた回転テーブルを具備し、この回転テーブルを９０度ステップで回転させながら、ワーク搬入、位置ずれ検出、検査、および搬出の各処理を並行して行うようにした構成の装置が記載されている。また検査位置の手前の位置で被検査基板のずれ量を検出し、このずれ量を用いて基板と検査治具（多数の接触子を用いて回路パターンを読み取る構成のもの）との相対位置を補正することも記載されている。

特開２００２−２７７５０２号公報

しかし、この文献に記載の発明は、平面上の回路パターンを検査対象とするものであり、基板に被せて回路パターンとの接触状態を検出するタイプの検査治具の設置位置を、基板の位置ずれ量に応じて調整するにすぎない。立体形状を有するワークを検査対象として、ワークの回転と撮像部の位置および姿勢の調整とを同時に行いながら複数回の撮像を行うことや、ワークが搭載されるステージを検査位置まで固定することによって、検査前に検出した位置ずれ量の精度を確保することは、この文献には全く記載されていない。

さらに、この特許文献２では、被検査基板をその形状に応じたホルダ内に固定支持しており、形状や大きさの異なる種々のワークを検査できるようにする、という技術的思想はなんら開示されていない。

上記の外観検査装置の好ましい態様では、ステージ支持テーブルには、少なくとも３個のステージが配備されており、前記検査位置および前処理用撮像部による撮像が行われる位置を除く所定のステージ停止位置がワークの搬入位置に設定される。これにより、ワークの搬出、位置ずれ検出、検査の各処理を並行して行うことが可能になり、検査の効率をさらに高めることができる。

より好ましい態様では、ステージ支持テーブルは、各ステージ間の間隔に対応する角度ずつ回転するインデックステーブルとして構成される。これにより、ステージ支持テーブルの回転を繰り返しながら、複数のワークを順に受け付けて検査を行うことが可能になり、検査の効率をより一層高めることができる。

この発明に係る表面状態の検査方法では、ワークを固定する手段が設けられていない所定広さのワーク搭載面を有するステージが複数個、それぞれ一定の間隔毎に回転軸を介して取り付けられ、これらのステージと一体に移動可能な構成のステージ支持テーブルを用意し、このテーブルの移動範囲の所定位置を検査位置として設定する。また、検査位置の近傍に、検査用撮像部を、その位置および姿勢を変更可能に支持するとともに、検査位置にステージが到達したときに、このステージの次に検査位置に停止するステージの現在の停止位置におけるワーク搭載面を撮像可能な状態で、前処理用撮像部を配備する。また、ワークが搭載されたステージについて、前処理用撮像部により生成されるワーク搭載面の基準画像を登録するとともに、この基準画像に示されるのと同じ位置および向きをもってワークが搭載されたステージが検査位置に停止したときに検査用撮像部の光軸をワークに合わせるための制御データとして、回転軸の回転動作および検査用撮像部の位置ならびに姿勢の制御に関するデータを複数とおり登録しておく。

検査の際には、各ステージの回転軸を固定した状態にして、各ステージが検査位置に向けて順に送られるようにステージ支持テーブルを移動させるとともに、検査位置にステージが到達する都度、ステージ支持テーブルを一時停止させる。

さらに、ステージ支持テーブルが停止する都度、前処理用撮像部に撮像を行わせて、生成された画像を基準画像と照合することにより画像中のワークのずれ量を算出する。また、ステージ支持テーブルが停止する都度、その時点で検査位置に停止しているステージの回転軸の固定を解除してステージを回転可能にした後、一段階前のステージ支持テーブルの停止時に算出されたずれ量に基づき補正した制御データを用いて回転軸の回転動作および検査用撮像部の位置ならびに姿勢を制御しながら、検査用撮像部に複数回の撮像を行わせ、毎時の撮像により生成された画像を用いて検査のための画像処理を実行する。

上記の外観検査装置および表面状態の検査方法によれば、検査対象のワークを固定する必要がなく、任意の位置および向きをもってステージに設置すれば良いから、ワークの変更に容易に対応することができる。
さらにステージの回転と検査用撮像部の位置および姿勢の制御とによって、ワークに対する検査用撮像部の位置合わせを効率良く行うことができ、また検査が開始されるまでステージを固定することにより、検査前にワークのずれ量を求めても、その精度が確保できるようにしたので、効率が良く、かつ精度の高い検査を行うことができる。

図１は、この発明が適用された外観検査装置の一部構成を示す。
この外観検査装置は、樹脂成形品等の鏡面反射性の高いワークＷを対象に、その表面に凹凸や色彩異常などの欠陥がないかどうかを判別するもので、円盤状のインデックステーブル１を用いてワークＷの搬入、前処理、検査、ワークＷの搬出の各処理を並行して行うことにより、多数のワークＷに対する検査を効率良く進められるようにしている。

インデックステーブル１には、テーブル本体のほか、モータを含む駆動機構やエンコーダなど（いずれも図示せず。）が含まれる。また、このインデックステーブル１の上面には、ワーク搭載用のステージ２が、４個、等角度間隔をもって（すなわち９０°毎に）配備されている。

各ステージ２は、平坦で矩形状のワーク搭載面２０を具備し、このワーク搭載面２０を水平にした状態で、インデックステーブル１に回転軸２１を介して取り付けられる。

この実施例では、インデックステーブル１を、９０°回転する毎に一時停止させながら繰り返し回転させ、各ステージ２が停止する位置Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄにおいて、それぞれワークＷの搬入、前処理、検査、ワークＷの搬出の各処理を実行するようにしている。以下では、Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄの各位置を、それぞれ「ワーク搬入位置Ａ」「前処理位置Ｂ」「検査位置Ｃ」「ワーク搬出位置Ｄ」という。
なお、前処理位置Ｂおよび検査位置Ｃとは、これらの位置で処理が実行されることを意味するのではなく、これらの位置に停止したワークＷに対して前処理や検査が実行されることを意味する。

この外観検査装置では、ステージ２に搭載されたワークＷについて、ワーク搭載面２０に接する面を除く各面を撮像して検査を行うことができる。また、各ワークＷを２度搬入し、１度目の搬入時と２度目の搬入時とで上下方向を反転させるようにすれば、ワークＷの全面を検査する用途にも対応することができる。
なお、図１の例では、図示の便宜上、ワークＷを直方体状の物体として示しているが、実際には、ステージ２に静止した状態で載せることが可能なものであれば、種々の立体形状を有するワークＷを処理対象とすることができる。

前処理位置Ｂの上方には、カメラ４や図示しない照明装置（カメラ４に一体化されている場合もある。）が配備される。カメラ４は、図示しない支持部材により撮像面を真下に向けて固定支持されており、その高さや倍率は、ステージ２のワーク搭載面２０の全面を視野に含むように調整されている。以下、このカメラ４を「前処理用カメラ４」という。

前処理用カメラ４は、前処理位置Ｂにステージ２が停止する都度、撮像を行う。この撮像により生成された画像は、あらかじめ登録された基準画像と照合されて、基準画像が示すワークＷの基準の位置および基準の向きに対する実際のワークＷのずれ量（位置ずれ量および回転ずれ量）が算出される。さらに、算出されたずれ量を用いて、検査で使用される制御データを補正する処理が行われる。
この明細書では、上記の前処理用カメラ４により生成された画像に対する一連の処理を、ワークＷに対する位置・姿勢認識処理としてとらえ、以下、そのように表現する。この位置・姿勢認識処理は、前処理用カメラ４により撮像されたワークＷが次の検査位置Ｃに移動する前に完了する。

検査位置Ｃには、検査用撮像部５が配備される。この検査用撮像部５は、カメラ６と照明装置７とを含むもので、後記するスカラーロボット９によって、位置および姿勢を変更可能に支持されている。なお、以下では、前出の前処理用カメラ４との混同を避けるために、カメラ６を「検査用カメラ６」という場合と、単に「カメラ６」という場合とがある。

インデックステーブル１の下方の検査位置Ｃに対応する場所には、モータ３０を含むステージ回転機構３が配備されている。このステージ回転機構３は、図示しない上下動機構により上下動可能に支持されており、上死点においてステージ２側の回転軸２１に連結される。これにより、検査位置Ｃに到達したステージ２の回転方向や回転角度を制御することが可能になる。

この実施例では、ワークＷの特定の面がワーク搭載面２０に接するようにして、ワークＷをステージ２に搭載し、検査位置Ｃに向けて順次送り込む。検査位置Ｃでは、ステージ２の回転制御と検査用撮像部５の位置および姿勢の調整によって、ワークＷに設定された複数の撮像ポイントに検査用撮像部５を順に位置合わせし、撮像を実行する。この制御に用いられる制御データは、後記するティーチング処理によりあらかじめ登録されており、ワークＷ毎に、位置・姿勢認識処理で補正される。

なお、各ステージ２とも、検査位置Ｃに到達するまでは、後記するステージ固定機構８により回転が阻止された状態に設定される。よって、前処理用カメラ４により生成された画像を用いて求めたワークＷのずれ量が変動するのを防止でき、検査位置Ｃでは、補正された制御データを用いて検査用撮像部５とワークＷとの位置合わせを精度良く行うことができる。

図２は、上記のインデックステーブル１が回転する間に各ステージ２に対して行われる処理を、ステージ２毎に個別に示す。なお、この図でのみ、各ステージ２を「ステージａ，ｂ，ｃ，ｄ」として示す。
またこの図では、１つのワークＷに対応する処理を点線枠で囲むとともに、これらの枠の近傍に、処理対象のワークＷの搬入順序を＜１＞＜２＞＜３＞・・・のように示す。いずれのステージ２でも、搬入位置Ａに停止したときに新たなワークＷが搬入され、以下、Ｂ，Ｃ，Ｄの各位置に順に移動しながら、位置・姿勢認識処理、検査、搬出の各処理が実行される。

図２に示すように、この実施例では、インデックステーブル１を回転させることにより、４個のワークＷを、１ステップずつ処理を遅らせながら並行して行うことができる。また、いずれのワークＷについても、検査位置Ｃに停止した時点で制御データの補正が完了しているので、その補正された制御データを用いて直ちに検査を実行することができる。よって、多数のワークＷを検査する場合でも、効率良く処理を進めることができる。

ただし、位置・姿勢認識処理をワークＷの位置ずれ量の算出にとどめ、検査において、各種制御データを補正しながら検査を行うようにしてもよい。
また、インデックステーブル１により支持するステージ２の数は４個に限定されるものではない。たとえば図３に示すように、ステージ２をもう１つ増やし、検査前の位置・姿勢認識処理をＢ１，Ｂ２の２つの位置に分けて行ってもよい。この場合には、Ｂ１，Ｂ２の各位置にそれぞれカメラ４ａ，４ｂが配備され、Ｂ１ではワークＷのおよその位置を検出する「粗サーチ」が、Ｂ２ではワークＷの詳細な位置ずれ量を求める「詳細サーチ」が、それぞれ行われる。

また上記とは逆に、ステージ２を３個にして、ワークＷの搬入および搬出を同じ位置で行うようにしてもよい。
また、ステージ２を移動可能に支持する手段はインデックステーブル１に限らず、たとえば一軸に沿って移動するテーブルを使用し、このテーブルの移動方向に沿って、ワーク搬入位置Ａ、前処理位置Ｂ、検査位置Ｃ、ワーク搬出位置Ｄの各位置を設定してもよい。

図４は、検査用撮像部５の詳細な構成を示す。なお、この図では、作図の便宜上、照明装置７の大きさをカメラ６に対して大きく誇張して表すとともに、カメラ６の光軸を紙面の縦方向に合わせて示す。また、図中のＲは、カメラ６の視野に含まれるワークＷ上の領域（以下、「視野対応領域」という。）であり、Ｐは撮像ポイントである。この撮像ポイントＰは、ティーチング時に、カメラ６および照明装置７の光軸を合わせるための目標位置としてユーザにより指定されるもので、視野対応領域Ｒの中心点にあたる。

照明装置７には、ハーフミラー７０と、２個の照明部７１，７２（以下、「第１の照明部７１」「第２の照明部７２」という。）とが組み込まれる。ハーフミラー７０はカメラ６の光軸上に設けられ、第１の照明部７１はハーフミラー７０の側方に、第２の照明部７２はハーフミラー７０の下方に、それぞれ配置される。

第１の照明部７１は、複数個の光源７４（具体的にはＬＥＤである。）が収容された面状光源であって、前面には拡散板７５が配備されている。第２の照明部７２は、上面にカメラの覗き穴７８が形成されたドーム型の筐体７６の内部に、複数個の光源７４が円環状に配備された構成のものである。各光源７４の光軸は、カメラ６の光軸に平行になるように設定され、筐体７６の下部には、円錐台または角錐台状の内面を有する光拡散部材７７が配備されている。

なお、いずれの照明部７１，７２にも、ワークＷの色彩に応じて照明色を変更できるように、Ｒ，Ｇ，Ｂの各色彩光を発する３種類の光源７４が組み込まれる。図４では、これらの発光色の違いを、網点、斜線等のパターンにより示す。

第１の照明部７１の各光源７４から発した光は、前面の拡散板７５により混合されてハーフミラー７０に照射された後、カメラ６の光軸に沿って進行する。これにより視野対応領域Ｒには、カメラ６とほぼ同じ方向からの照明光による照明（以下、「同軸落射照明」という。）が行われる。

第２の照明部７２の各光源７４から発した光は、光拡散板７７を介して覗き穴７８の下方に出射される。よって、この照明部７２が点灯した場合には、視野対応領域Ｒには、カメラ６の光軸に対して斜め方向から入射する光による照明（以下、「斜め入射照明」という。）が行われる。
なお、各光源７１，７２からの照明光は、いずれも視野対応領域Ｒの全域を照明できるように、出射光の径が調整されている。

この実施例では、ワークＷの表面の凹凸欠陥の有無を検査する場合には、第１の光源７１による同軸落射照明を行って、カメラ６に入射する正反射光の強度に着目した画像処理を実行する。また色彩欠陥を検出する場合には、第２の光源７２による斜め入射照明を行って、カメラ６に入射する拡散反射光の強度に着目した画像処理を実行する。いずれの照明を行う場合でも、欠陥がある場合とない場合とでカメラに入射する反射光の強度が異なるものになる。

この実施例の検査では、上記の反射の特性を利用して、基準の画像と明るさが大きく異なる部位を欠陥として検出するが、この種の検査の精度を確保するには、ワークＷに検査用撮像部５の光軸を合わせる処理を正確に行う必要がある。特に図４のような構成の光学系により凹凸欠陥を検出する場合には、同軸落射照明光に対する視野対応領域Ｒからの正反射光をカメラ６に入射させるには、カメラ６の光軸が視野対応領域Ｒの法線方向に合わせられた状態にするのが望ましい。また、色欠陥を検出する場合にも、カメラ６の光軸が視野対応領域Ｒの法線方向に合わせられていれば、視野対応領域Ｒからの拡散反射光を安定して撮像することができる。

そこでこの実施例では、撮像ポイントＰの法線の方向に検査用撮像部５の光軸を合わせることを撮像の条件として、ステージ２の回転動作やスカラーロボット９の動作に関する制御データを、この条件を満たすように設定する。

図５は、上記の検査用撮像部５を支持するスカラーロボット９の構成を示す。
このスカラーロボット９は、基台部９１に４個のアーム部９２，９３，９４，９５を、それぞれ駆動軸ｃ１，ｃ２，ｃ３，ｃ４を介して順に連結した構成のもので、所定の高さ位置に吊り下げ固定される。先端アーム９５には、検査用撮像部５のカメラ６および照明装置７を支持するホルダ部９６が取り付けられている。また、先端アーム９５は伸縮可能に構成されている。

さらに、この図には示していないが、ホルダ部９６は、図の矢印方向に回転する軸により先端アーム９５に回動可能に取り付けられている。この軸を回転させることによって、図６に示すように、カメラ６および照明装置７の向き（図中、鉛直方向に対する光軸のなす角度αとして示す。）を、０〜９０°までの範囲で回転させることができる。

上記の構成によれば、各アーム部間の軸ｃ１〜ｃ４の回転制御および先端アーム９５の長さの調整、ならびにホルダ部９６の回転を制御することにより、Ｘ軸（図の左右方向）、Ｙ軸（図の紙面に直交する方向）、およびＺ軸（図の上下方向）の各軸により表される３次元空間内の任意の位置に、任意の方向を向けて検査用撮像部５を配置することができる。

図７は、ステージ２の回転および固定に関する機構の構成を示す。
各ステージ２の回転軸２１は、インデックステーブル１の下方側に長く突出するようにして、図示しない貫通孔に挿入されている。この下方側の突出部分には、大小２つのナット２２，２３が取り付けられている。大きい方のナット２２は、インデックステーブル１の下面の近くに配置され、小さい方のナット２３は、回転軸２１の下端部に配置される。

また各ステージには、それぞれ個別にステージ固定機構８が設けられる。このステージ固定機構８は、インデックステーブル１の下面に取り付けられた支持ボックス８１、ナット２２に対する係合部材８２、Ｌ字型のロッド８５を有するソレノイド８３などにより構成される。

係合部材８２は、ナット２２の厚みに応じた溝幅の凹溝部８４を具備し、この凹溝部８４をナット２２に対向させた状態にして、支持ボックス８１内を図の左右方向に沿ってスライドするように支持される。また、凹溝部８４を支持ボックス８１から突出させるために、凹溝部８４の裏面が引っ張りバネ８６を介して支持ボックス８１の前面に連結されている。
ソレノイド８３は、Ｌ字型ロッド８５の先端の屈曲部分が係合部材８２の前面に当接するようにして、図示しない固定部材により支持ボックス８１の下方位置に支持される。また、ロッド８５が伸びきったときにその先端部がナット２２の下方に位置するように、ソレノイド８３の支持位置が調整されている。

ステージ回転機構３は、前記したモータ３０の駆動軸３１にカップリング３２やチャック機構３３などが設けられた構成のもので、検査位置Ｃの下方位置に上下動可能に配備される。

図８は、ステージ２が検査位置Ｃに到達してからワーク搬出位置Ｄへの移動が開始されるまでに実行されるステージ固定機構８およびステージ回転機構３の動作の流れを示す。なお、図８では、紙面の都合上、以下の説明に支障のない範囲で符号を省略する。

ステージ２が検査位置Ｃに到達するまでは、ステージ固定機構８のソレノイド８３はロッド８５が突出する非励磁状態に設定され、ロッド８５の先端部はナット２２の下方に位置する。これに伴い、係合部材８２はナット２２側に引っ張られて、凹溝部８４がナット２２に係合し、回転軸２１は固定された状態となる。
図８（１）は、ステージ２が検査位置Ｃに停止した直後の状態であって、回転軸２１は、上記した状態のステージ固定機構８により固定されている。またステージ回転機構３は、回転軸２１の下端のナット２３よりも下方に位置している。

この後、図８（２）（３）に示すように、ステージ回転機構３が上昇し、チャック機構３３により回転軸２１の下端のナット２３が挟み込まれる。これにより回転軸２１にステージ回転機構３が装着された状態となると、図８（４）に示すように、ソレノイド８３が励磁されてロッド８５が支持ボックス８１内に引き込まれる。この動きに応じて係合部材８２のナット２２に対する係合も解除され、回転軸２１およびステージ２は回転可能な状態になる。この状態で、モータ３０およびスカラーロボット９の動作を制御しながら検査のための撮像が実行される。

撮像が終了すると、図８（５）に示すように、ソレノイド８３から再びロッド８５が突出する。これにより、係合部材８２の引っ張り状態も回復して、凹溝部８４がナット２２に係合し、回転軸２１は再び固定された状態となる。さらに図８（６）に示すように、ステージ回転機構３のチャック機構３３によるナット２３の挟持が解除される。この後、ステージ回転機構３が下降すると、ステージ２はワーク搬入位置Ｄに移動する。

図９は、外観検査装置の全体構成を示すブロック図である。
この外観検査装置は、制御処理装置１１の管理下でプログラマブル・ロジック・コントローラ（ＰＬＣ）１０により各種機構の動作を統括制御するもので、ＰＬＣ１０の下位の制御系として、ロボットコントローラ１２やモータドライバ１３が設けられている。

ロボットコントローラ１２はスカラーロボット９の動作を制御し、モータドライバ１３は、インデックステーブル１、ステージ回転機構３の各モータの動作を制御する。

さらにＰＬＣ１０には、検査用カメラ６、照明装置７、前処理用カメラ４、ステージ固定機構８などが接続される。
制御処理装置１１は、パーソナルコンピュータによるもので、ティーチングや検査時の確認作業等のために、マウス，キーボードなどの操作部１４やモニタ１５が接続される。

インデックステーブル１、ステージ回転機構３、スカラーロボット９などの動作制御に必要なプログラムや制御データは、制御処理装置１１で作成され、ＰＬＣ１０に供給される。ＰＬＣ１０は、供給されたプログラムや制御データを用いて各種機構を制御する。
また、ＰＬＣ１０には、位置・姿勢認識処理のために前処理用カメラ４からの画像信号が入力されるが、検査用カメラ６からの画像信号は制御処理装置１１に入力される。検査のための画像処理や判定処理の殆どは、制御処理装置１１で実行される。

図１０は、検査前のティーチング時に実行される処理の流れを示す。この処理は、制御処理装置１１が主体となって、ＰＬＣ１０を介して各部の動作を制御しつつ、適宜、ユーザによる設定操作を受け付けながら行うものである。

この実施例のティーチングでは、欠陥のない良品のワークＷをいずれかのステージ２に載せて、インデックステーブル１を検査時と同様の順序で回転させながら、位置・姿勢認識処理で使用する基準画像、基準制御データ、および検査用カメラ６の毎時の撮像に対応する基準画像などを登録する。
なお、この図１０および以下の図１１，１２に示す処理は、凹凸欠陥検査、色欠陥検査のいずれにも適用可能なものである。

まず最初のＳＴ１（ＳＴは「ステップ」の略である。以下も同じ。）は、良品ワークＷの搬入を受け付ける。ユーザが、ワーク搬入位置Ａに停止中のステージ２に良品ワークＷを設置して開始操作を行うと、良品ワークＷの搬入の受付が終了したとみなして、ＳＴ２に進む。

なお、検査時のワーク搬入処理では厳密な位置決めを行う必要はないが、ティーチングの際にはＣＡＤデータを参照する都合上、ワークＷの位置および向きが、あらかじめ定められた基準の位置および基準の向きに一致するように、ワークＷを位置決めする。または、ワークＷを設置した後に、あらかじめ定めた複数の基準点の座標を入力し、その入力データに基づき基準の位置および基準の向きを修正してもよい。

つぎのＳＴ２では、ワークＷが搭載されたステージ２を前処理位置Ｂまで移動する。ＳＴ３では、前処理用カメラ４を駆動してワークＷの撮像を行う。ＳＴ４では、ＳＴ３の撮像により生成された画像を、位置・姿勢認識用の基準画像としてメモリ内に登録する。

上記の登録処理が終了すると、ＳＴ５に進み、ワークＷが搭載されたステージ２を検査位置Ｃまで移動する。ＳＴ６では、登録データを特定するための番号（以下、「登録番号」という。）ｎを初期値の１に設定し、以下、ｎ番目の撮像に用いられる制御データおよび良品画像を登録する。

ＳＴ７では、あらかじめ登録されたワークＷのＣＡＤデータに基づき、ワークＷの立体形状をモニタ１５に表示し、ユーザにワークＷ上の１点を指定させることにより、指定された点を撮像ポイントＰとして受け付ける。ＳＴ８では、この撮像ポイントＰについて、ＣＡＤデータから３次元座標および法線の方向を取得する。

つぎに、ＳＴ９では、上記の取得データに基づき、スカラーロボット９およびステージ回転機構３のモータ３０について、検査用撮像部５の光軸を指定された撮像ポイントＰの法線方向に合わせるのに必要な動作量（各駆動軸の回転方向および回転角度を表す数値として表される。）を算出し、その算出結果に基づき各機構に対する制御データを設定する。さらにＳＴ１０では、設定した制御データを用いて各機構の動作を制御する。各機構の動作が終了すると、ＳＴ１１に進み、検査用のカメラ６にワークＷを撮像させる。

この撮像により生成された画像はモニタ１５に表示される。ユーザは、この表示画面を見て、ワークＷの表面の所望の範囲について検査に適した画像が生成されたかどうかを確認し、良ければ確定操作を行う。この確定操作が行われると、ＳＴ１２からＳＴ１３に進み、ＳＴ９で設定した制御データをｎ番目の基準制御データとして登録する。さらにＳＴ１４では、ＳＴ１１の撮像により生成された画像をｎ番目の良品画像として登録する。

一方、モニタ１５に表示された画像が検査に適さないと判断した場合には、ユーザはキャンセル操作を行う。この場合には、ＳＴ１２が「ＮＯ」となってＳＴ７に戻り、撮像ポイントＰの再指定を受け付ける。

このように、撮像ポイントＰの指定に応じて作成された画像をユーザに確認させながら、検査に適した画像が得られたと確認されたときのみ、設定された制御データおよび良品画像を登録する。

以後は、ユーザの終了操作が行われるまで、ＳＴ１６でｎの値を更新してからＳＴ７に戻り、新たな撮像ポイントＰの指定を受け付ける。そして新たな撮像ポイントＰについて、上記と同様の手順を実行する。
ユーザが、ワークＷの検査が必要な部位がすべて撮像されたと判断して終了操作を行うと、ＳＴ１５からＳＴ１７に進み、ｎの現在値を登録数Ｎとして保存する。さらにＳＴ１８では、ワークＷが搭載されたステージ２をワーク搬出位置Ｄに移動し、ＳＴ１９でワークＷを搬出して、処理を終了する。

つぎの図１１および図１２は、上記のティーチングが終了して検査モードに移行したときの前処理位置Ｂおよび検査位置Ｃに対する処理の流れを示す。これらの処理は、ユーザの検査開始操作により開始されるもので、制御処理装置１１およびＰＬＣ１０の協働により、双方の処理が並列で実行される。

図１１は、前処理位置Ｂに対する処理の流れを示す。
最初のＳＴ１０１では、処理対象のワークＷを特定するためのカウンタｋを０に設定した後、ＳＴ１０２〜１０７のループを実行する。

ＳＴ１０２では、カウンタｋをインクリメントする。ＳＴ１０３では、停止したステージ２上のワークＷを前処理用カメラ４により撮像する。ＳＴ１０４では、この撮像により生成された画像を基準画像と照合し（たとえば正規化相関演算を行う。）、ワークＷの位置ずれ量および回転ずれ量を算出する。

ＳＴ１０５では、ＳＴ１０４で算出した位置ずれ量および回転ずれ量を用いて、ティーチング処理で登録されたＮ個の基準制御データを補正する。ＳＴ１０６では、補正された制御データをｋ番目のワークＷの制御データとして、メモリに一時保存する。なお、保存された制御データは、検査において使用された後にクリアされる。

以下、インデックステーブル１が９０°回転して停止する都度、上記のループを実行する。検査の終了操作が行われると、ＳＴ１０７が「ＹＥＳ」となって処理を終了する。

図１２は、検査位置Ｃにおける処理の流れを示す。
この処理では、最初のＳＴ２０１でカウンタｋに初期値のゼロをセットし、インデックステーブル１が１８０°回転するまで、言い換えれば最初のワークＷが検査位置Ｃに到着するまで待機する。インデックステーブル１が１８０°回転すると、ＳＴ２０２が「ＹＥＳ」となってＳＴ２０３に進み、カウンタｋをインクリメントする。このインクリメント後のｋは、検査対象のワークＷにつき、前処理位置Ｂで保存された制御データを特定する目的で使用される。

ＳＴ２０４では、登録番号ｎに初期値の１をセットする。ＳＴ２０５では、メモリからｋ番目のワークＷのｎ番目の制御データを読み出す。ＳＴ２０６では、読み出した制御データを用いて、スカラーロボット９およびステージ回転機構３の各動作を制御する。これにより、検査用撮像部５の光軸は、ワークＷのｎ番目の撮像ポイントＰの法線方向に合わせられる。

上記の制御が終了すると、ＳＴ２０７では、検査用カメラ６によりワークＷを撮像する。ＳＴ２０８では、メモリからｎ番目の良品画像を読み出し、この良品画像と撮像により生成された画像との差分演算処理を行うことによって、両画像間の明度差を示す差画像を生成する。

この後はＳＴ２０９、２１０において、上記の差画像を２値化し、その２値化の結果を用いて欠陥の有無を判定する。具体的には、２値化により良品画像との明るさの差が所定のしきい値を超える画素を検出し、検出された画素数を計数し、その計数値があらかじめ定めた許容値を上回る場合に、「欠陥あり」と判定する。画素数の計数値が許容値以下であれば、欠陥はないと判定する。

以下、登録番号ｎが登録数Ｎに達するまで、ＳＴ２１２においてｎをインクリメントし、毎時のｎについてＳＴ２０５〜２１０の各ステップを実行する。これにより、１つのワークＷに対し、ティーチング時に指定された各撮像ポイントに順に検査用撮像部５の光軸が合わせられ、撮像および検査のための画像処理が実行されることになる。

Ｎ個の撮像ポイントのすべてについて、上記ＳＴ２０５〜２１０の処理が行われると、ＳＴ２１１が「ＹＥＳ」となる。ここで検査の終了操作が行われなければ、ＳＴ２１３が「ＮＯ」となってＳＴ２０３に戻り、再びカウンタｋをインクリメントする。以下、インデックステーブル１が９０°回転して停止する都度、同様の処理を実行することにより、検査位置Ｃに到達したワークＷを順に検査する。
この後、所定の時点で検査の終了操作が行われると、ＳＴ２１３が「ＹＥＳ」となり、処理を終了する。

上記図１１，１２の処理によれば、インデックステーブル１が停止する都度、検査位置Ｃに停止したステージ２上のワークＷを検査するとともに、前処理位置Ｂに停止したステージ２上のワークＷについて、つぎの検査のために、ワークＷのずれ量を求めて制御データを補正することが可能となる。

この実施例の外観検査装置では、ステージ２の回転制御とスカラーロボット９に対する制御とを組み合わせて、各撮像ポイントＰに検査用撮像部５の光軸を合わせるので、スカラーロボット９の動作を簡単にでき、撮像のための調整処理を短時間で行うことができる。よって、検査位置Ｃにおける処理効率を高めることができる。

しかも、検査の際のワークＷの搬入では、ワーク搭載面２０に接する面さえ統一されていれば、位置や向きを問わずにステージ２に載せるだけで良いから、作業者が手作業で搬入を行う場合でも手間がかからない。また、検査対象のワークＷが変更されても容易に対応することができる。

なお、上記の実施例では、検査用撮像部５を支持するための撮像部支持機構としてスカラーロボット９を使用したが、これに代えて、図１３に示すように、Ｘ，Ｙ，Ｚの各軸毎にその軸方向に沿って移動可能な移動機構１０１，１０２，１０３を設けるとともに、図５と同構成のホルダ部９６により検査用撮像部５を回動可能に支持し、これらの機構の動作を制御することにより、検査用撮像部５を、その位置および光軸の方向を変更可能な状態で支持してもよい。

外観検査装置の概略構成を示す説明図である。 ステージ毎の処理の流れを示す説明図である。 他の装置構成を示す説明図である。 検査用撮像部の構成を示す説明図である。 スカラーロボットの構成を示す説明図である。 ホルダ部による検査用撮像部の姿勢の調整例を示す説明図である。 ステージ固定機構およびステージ回転機構の構成を示す説明図である。 検査位置におけるステージ固定機構およびステージ回転機構の動作の流れを示す説明図である。 外観検査装置のブロック図である。 ティーチング時の処理の流れを示すフローチャートである。 前処理位置に対する処理の流れを示すフローチャートである。 検査位置に対する処理の流れを示すフローチャートである。 検査用撮像部を支持する機構の他の例を示す説明図である。

符号の説明

Ｗ ワーク
Ｐ 撮像ポイント
１ インデックステーブル
２ ステージ
３ ステージ回転機構
４ 前処理用カメラ
５ 検査用撮像部
６ 検査用カメラ
７ 照明装置
８ ステージ固定機構
９ スカラーロボット
１０ ＰＬＣ
１１ 制御処理装置
２０ ワーク搭載面
２１ 回転軸

Claims (4)

1. ワークを固定する手段が設けられていない所定広さのワーク搭載面を有するステージが複数個、それぞれ一定の間隔毎に回転軸を介して取り付けられ、これらのステージと一体に移動可能に構成され、その移動範囲内の所定位置が検査位置として設定されたステージ支持テーブルと、
   各ステージの回転軸にそれぞれ着脱可能に装着されて、装着された回転軸およびこれに対応するステージの回転を阻止する複数のステージ固定機構と、
   各ステージの回転軸にそれぞれステージ固定機構を装着して、各ステージが前記検査位置に向けて順に送られるように前記ステージ支持テーブルを移動させるとともに、前記検査位置にステージが到達する都度、ステージ支持テーブルを一時停止させる移動制御手段と、
   前記検査位置に停止したステージの回転軸に着脱可能に装着されて、装着された回転軸およびこれに対応するステージを回転させるステージ回転機構と、
   前記ワークの検査用の画像を生成するための検査用撮像部と、
   前記検査位置の近傍において、前記検査用撮像部を、その位置および姿勢を変更可能な状態で支持する撮像部支持機構と、
   前記検査位置にステージが停止したときに、このステージの次に検査位置に停止するステージの現在の停止位置におけるワーク搭載面を撮像可能に配備される前処理用撮像部と、
   ワークが搭載されたステージについて、前記前処理用撮像部により生成されるワーク搭載面の基準画像が登録される基準画像登録手段と、
   前記基準画像に示されるのと同じ位置および向きをもってワークが搭載されたステージが前記検査位置に停止したときに前記検査用撮像部の光軸をワークに合わせるための制御データとして、前記ステージ回転機構および撮像部支持機構の動作制御に関するデータが複数とおり登録される制御データ登録手段と、
   前記ステージ支持テーブルが停止する都度、前処理用撮像部に撮像を行わせて、生成された画像を前記基準画像と照合することにより画像中のワークのずれ量を求めるずれ量算出手段と、
   前記ずれ量算出手段が算出したワークのずれ量に基づき前記制御データ登録手段に登録された各制御データを補正する制御データ補正手段と、
   前記ステージ支持テーブルが停止する都度、その時点で検査位置に停止しているステージの回転軸に前記ステージ回転機構を装着するとともに、この回転軸に対するステージ固定機構の装着を解除し、一段階前のステージ支持テーブルの停止時に算出されたずれ量に基づき補正された制御データを用いて前記ステージ回転機構および撮像部支持機構を制御しながら検査用撮像部に複数回の撮像を行わせ、毎時の撮像により生成された画像を用いて検査のための画像処理を実行する検査実行手段とを、具備する外観検査装置。
2. 前記ステージ支持テーブルには、少なくとも３個のステージが配備されており、前記検査位置および前処理用撮像部による撮像が行われる位置を除く所定のステージ停止位置がワークの搬入位置に設定されている、請求項１に記載された外観検査装置。
3. 前記ステージ支持テーブルは、各ステージ間の間隔に対応する角度ずつ回転するインデックステーブルとして構成される、請求項２に記載された外観検査装置。
4. ワークを固定する手段が設けられていない所定広さのワーク搭載面を有するステージが複数個、それぞれ一定の間隔毎に回転軸を介して取り付けられ、これらのステージと一体に移動可能な構成のステージ支持テーブルを用意して、このテーブルの移動範囲の所定位置を検査位置として設定し、
   前記検査位置の近傍に、検査用撮像部を、その位置および姿勢を変更可能に支持するとともに、前記検査位置にステージが停止したときに、このステージの次に検査位置に停止するステージの現在の停止位置におけるワーク搭載面を撮像可能な状態で、前処理用撮像部を配備し、
   ワークが搭載されたステージについて、前記前処理用撮像部により生成されるワーク搭載面の基準画像を登録するとともに、この基準画像に示されるのと同じ位置および向きをもってワークが搭載されたステージが前記検査位置に停止したときに前記検査用撮像部の光軸をワークに合わせるための制御データとして、前記回転軸の回転動作および検査用撮像部の位置ならびに姿勢の制御に関するデータを複数とおり登録しておき、
   各ステージの回転軸を固定した状態にして、各ステージが前記検査位置に向けて順に送られるように前記ステージ支持テーブルを移動させるとともに、前記検査位置にステージが到達する都度、ステージ支持テーブルを一時停止させ、
   前記ステージ支持テーブルが停止する都度、前処理用撮像部に撮像を行わせて、生成された画像を前記基準画像と照合することにより画像中のワークのずれ量を算出し、
   前記ステージ支持テーブルが停止する都度、その時点で検査位置に停止しているステージの回転軸の固定を解除してステージを回転可能にした後、一段階前のステージ支持テーブルの停止時に算出されたずれ量に基づき補正された制御データを用いて前記回転軸の回転動作および検査用撮像部の位置ならびに姿勢を制御しながら、検査用撮像部に複数回の撮像を行わせ、毎時の撮像により生成された画像を用いて検査のための画像処理を実行する、表面状態の検査方法。

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