JP2013044635A - Defect detecting device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、被検査体の表面に光を照射して表面欠陥を検出する欠陥検出装置に関する。 The present invention relates to a defect detection apparatus that detects surface defects by irradiating light on the surface of an object to be inspected.
例えば圧延材など、金属材料からなる被検査体の表面に存在する疵（以下、表面欠陥という）を精度良く検出しようとする技術が、従来から数多く開発されてきた。この表面欠陥を検出する技術として、光源を用いた欠陥検出方法がある。この欠陥検出方法では、被検査体の表面に光を照射すると共に、被検査体の表面で反射した反射光を画像としてカメラで撮像（検出）する。その上で、撮像された画像内の輝度値分布を検出し、検出した輝度分布に基づいて表面欠陥の位置が検出される。例えば、光源には、白色光や、赤色や青色の特定波長光、又は偏光を発するものが用いられている。 For example, many techniques have been developed in the past for accurately detecting wrinkles (hereinafter referred to as surface defects) present on the surface of an inspection object made of a metal material such as a rolled material. As a technique for detecting this surface defect, there is a defect detection method using a light source. In this defect detection method, the surface of the inspection object is irradiated with light, and the reflected light reflected from the surface of the inspection object is imaged (detected) as an image. Then, the luminance value distribution in the captured image is detected, and the position of the surface defect is detected based on the detected luminance distribution. For example, a light source that emits white light, red or blue specific wavelength light, or polarized light is used.
このように光源を用いて被検査体の表面欠陥を検出する技術として、特許文献１及び特許文献２に開示の技術がある。
特許文献１に開示の欠陥検査装置は、金属試料表面を３つの異なる仰角位置から照明する照明手段と、該照明手段の各位置からの反射照明による画像を上方より撮影する撮影手段と、各位置からの反射照明による撮影画像に、それぞれＲ、Ｇ、Ｂを割当て、各画像を入力する入力手段と、入力された各画像を合成した合成画像に基づいて欠陥を検出する画像処理手段とを備えた金属試料表面の欠陥検査装置であって、最大仰角位置の照明手段により照明して、前記撮影手段により撮影した画像を抜き出す手段と、抜き出した画像を通常の金属試料表面の輝度より高い閾値で２値化する手段と、作成された２値化画像に基づいて欠陥を判定する手段とを備えていることを特徴とするものである。
As techniques for detecting surface defects of an object to be inspected using a light source as described above, there are techniques disclosed in Patent Document 1 and Patent Document 2.
The defect inspection apparatus disclosed in Patent Document 1 includes an illumination unit that illuminates a metal sample surface from three different elevation positions, an imaging unit that captures an image of reflected illumination from each position of the illumination unit from above, and each position. An input unit that assigns R, G, and B to the captured image by reflected illumination from each of the images and inputs each image, and an image processing unit that detects a defect based on a composite image obtained by combining the input images. A defect inspection apparatus for a metal sample surface, which is illuminated by illumination means at the maximum elevation angle position, extracts the image taken by the imaging means, and extracts the extracted image with a threshold higher than the brightness of the normal metal sample surface. A binarizing unit and a unit for determining a defect based on the generated binarized image are provided.
また、特許文献２に開示の金属表面検査装置は、同一の金属表面を、高角度、中角度及び低角度の各照明を行なう照明手段と、前記高角度、中角度及び低角度の各照明の下で、前記金属表面を上方より撮影する撮影手段と、撮影して得られた各画像データに、Ｒ、Ｇ、Ｂのいずれかをそれぞれ割り当てた３つの画像データを合成する合成手段と、合成されたＲＧＢカラー画像に基づいて、金属の表面状態を検出する金属表面検査装置において、前記中角度及び低角度の両照明下における反射強度が大きい中・低角度照明反射部のみの存在から、エッジを有する欠陥を識別し、前記高角度照明下における反射強度が表面部より大きい高角度照明反射部のみの存在から接触疵を識別すると共に、前記中・低角度照明反射部及び前記高角度照明反射部の近接存在から付着異物を識別する手段を備えていることを特徴とするものである。 In addition, the metal surface inspection apparatus disclosed in Patent Document 2 includes an illumination unit that performs illumination of a high angle, a medium angle, and a low angle on the same metal surface, and the illumination of each of the high angle, medium angle, and low angle. Below, a photographing means for photographing the metal surface from above, a synthesizing means for synthesizing three image data in which any one of R, G, and B is assigned to each image data obtained by photographing, and a composition In the metal surface inspection apparatus for detecting the surface state of the metal based on the RGB color image, the edge from the presence of only the middle / low angle illumination reflector having high reflection intensity under both the medium angle and the low angle illumination. And the contact defect is identified from the presence of only the high-angle illumination reflector having a reflection intensity higher than the surface portion under the high-angle illumination, and the medium / low-angle illumination reflector and the high-angle illumination reflection are identified. And it is characterized in that it comprises a means for identifying the attached foreign matter from the near presence of.
特許文献１及び特許文献２に開示の技術は、正常面と比較して表面形状が大きく変化するような表面欠陥に対しては、光源からの照明光の反射角が大きく変動するので有効である。しかし、正常面とは表面形状の差が小さく、表面の粗さが異なるだけの表面欠陥の場合は、エリアセンサカメラに入射する反射照明光の総光量はほとんど変化しない。その場合は、カメラでの撮像画像で十分なコントラストを得ることができず、従って表面欠陥を検出することは困難となる。 The techniques disclosed in Patent Document 1 and Patent Document 2 are effective for surface defects whose surface shape changes greatly compared to a normal surface because the reflection angle of illumination light from the light source varies greatly. . However, in the case of a surface defect in which the difference in surface shape from the normal surface is small and the surface roughness is only different, the total amount of reflected illumination light incident on the area sensor camera hardly changes. In that case, sufficient contrast cannot be obtained with the image captured by the camera, and therefore it is difficult to detect surface defects.
また、上記特許文献とは別に、一般的に、被検査体表面の粗さ変化を検出する検査手法として偏光を用いる方法もある。しかし、被検査体が金属のように異方性のある反射面を有する場合には、偏光方向が変わってしまい十分に効果的な検査ができない場合がある。これに加えて、偏光を用いる方法では、カメラ視野端など角度がついた部分に対応する画像では感度に差が出るという欠点もあるということを、本願発明者らは実験を通じて知見している。 In addition to the above-mentioned patent documents, there is generally a method using polarized light as an inspection method for detecting a change in roughness of the surface of an object to be inspected. However, in the case where the object to be inspected has an anisotropic reflecting surface such as metal, the polarization direction is changed, and a sufficiently effective inspection may not be performed. In addition to this, the inventors of the present application have found through experiments that the method using polarized light has a drawback in that sensitivity differs in an image corresponding to an angled part such as the camera field of view.
上記特許文献の検査手法では検出が困難であると説明した表面粗さが異なるだけの表面欠陥に関して、表面欠陥以外の正常部分が粗面であれば、異常部分である表面欠陥は鏡面に近いことが多い。よって、被検査体表面で反射した照射光の一部である正反射だけを検出するように光源とカメラの位置を限定することで、表面欠陥の検出は可能になると考えられる。 Regarding surface defects that differ only in surface roughness described as being difficult to detect with the inspection method of the above-mentioned patent document, if the normal part other than the surface defect is a rough surface, the surface defect that is an abnormal part is close to a mirror surface There are many. Therefore, it is considered that the surface defect can be detected by limiting the positions of the light source and the camera so as to detect only the regular reflection that is a part of the irradiation light reflected on the surface of the object to be inspected.
実際に、一般的な検査手法では検出できなかった金属表面の粗さが変化する表面欠陥に対して、カメラレンズのＦ値を極力小さくし（明るいカメラレンズを用い）、光源をＦ値にあわせた小さなものを用いることで表面欠陥の検出は可能となっている。しかしながら、Ｆ値と光源を小さくしたことによってカメラの有効視野が限られ、カメラの台数及び光源の数を増加しなくてはならず検査装置が複雑化かつ大型化してしまう。よって、当該検査装置のインラインへの適用は、非常に困難となる。 Actually, for surface defects that change the roughness of the metal surface that could not be detected by general inspection methods, the F value of the camera lens was made as small as possible (using a bright camera lens), and the light source was adjusted to the F value. Surface defects can be detected by using a small one. However, by reducing the F value and the light source, the effective field of view of the camera is limited, and the number of cameras and the number of light sources must be increased, which complicates and enlarges the inspection apparatus. Therefore, it is very difficult to apply the inspection apparatus to inline.
本発明は、上述の問題に鑑みて、出来るだけ簡易な処理を用いて、表面粗さに差異を生じる表面欠陥を高速かつ効率的に検出する欠陥検出装置を提供することを目的とする。 In view of the above-described problems, an object of the present invention is to provide a defect detection apparatus that detects a surface defect that causes a difference in surface roughness at high speed and efficiently using a process as simple as possible.
上記の目的を達成するため、本発明は、以下の技術的手段を採用した。
本発明に係る欠陥検出装置は、被検査体に照射光を照射するアレイ状の光源と、前記照射光が被検査体の表面で反射した反射光を検出する撮像手段と、を備え、前記被検査体の表面に存在し正常面と粗度が異なる表面欠陥を検出する欠陥検出装置であって、前記アレイ状の光源は、異なる特性を有する少なくとも３種類の照射光を照射するものであり、前記撮像手段は、前記表面欠陥が鏡面状である場合、前記表面欠陥で反射した少なくとも３種類の照射光のうち特定の１種類又は２種類の照射光の受光量が残りの照射光の受光量よりも大きくなるように配置されていることを特徴とする。
In order to achieve the above object, the present invention employs the following technical means.
A defect detection apparatus according to the present invention includes an array-shaped light source that irradiates an object to be inspected with irradiation light, and an imaging unit that detects reflected light reflected by the surface of the object to be inspected. A defect detection apparatus for detecting a surface defect that is present on the surface of an inspection object and has a roughness different from that of a normal surface, wherein the arrayed light source emits at least three types of irradiation light having different characteristics, When the surface defect is mirror-like, the imaging means receives the amount of received light of the specific one or two types of irradiation light among the at least three types of irradiation light reflected by the surface defect. It arrange | positions so that it may become larger.
また、本発明に係る欠陥検出装置は、被検査体に照射光を照射するアレイ状の光源と、前記照射光が被検査体の表面で反射した反射光を検出する撮像手段と、を備え、前記被検査体の表面に存在し正常面と粗度が異なる表面欠陥を検出する欠陥検出装置であって、前記アレイ状の光源は、異なる特性を有する少なくとも３種類の照射光を照射するものであり、前記撮像手段は、前記正常面が鏡面状である場合、前記正常面で反射した少なくとも３種類の照射光のうち特定の１種類又は２種類の照射光の受光量が残りの照射光の受光量よりも大きくなるように配置されていることを特徴とする。 The defect detection apparatus according to the present invention includes an array-shaped light source that irradiates an inspection object with irradiation light, and an imaging unit that detects reflected light reflected by the surface of the inspection object. A defect detection apparatus for detecting a surface defect present on the surface of the object to be inspected and having a roughness different from that of a normal surface, wherein the arrayed light source irradiates at least three types of irradiation light having different characteristics. And when the normal surface is a mirror surface, the imaging means has a received light amount of specific one type or two types of irradiation light of at least three types of irradiation light reflected by the normal surface of the remaining irradiation light. It arrange | positions so that it may become larger than received light quantity, It is characterized by the above-mentioned.
ここで、好ましくは、前記アレイ状の光源は、３種類の照射光に対応する照射光源を、隣り合う照射光が同種類とならないように順次配置することで構成され、前記撮像手段は、前記照射光源の光源幅Ｗ’との間で次式の関係を満たす視野幅Ｗを有するとよい。 Here, preferably, the array-shaped light source is configured by sequentially arranging irradiation light sources corresponding to three types of irradiation light so that adjacent irradiation light does not become the same type, and the imaging unit includes the imaging unit, It is preferable to have a visual field width W that satisfies the relationship of the following formula with the light source width W ′ of the irradiation light source.
また、好ましくは、前記撮像手段は、前記照射光が鏡面で反射するときの散乱角φとの間で次式の関係を満たすような有効開口θを有するとよい。 Preferably, the imaging means has an effective aperture θ that satisfies the relationship of the following equation with the scattering angle φ when the irradiation light is reflected by a mirror surface.
また、好ましくは、前記少なくとも３種類の照射光は、赤色、緑色、青色の３種類の照射光であるとよい。
また、好ましくは、前記撮像手段は、前記照射光が鏡面で反射するときの散乱角φとの間で次式の関係を満たすような有効開口θを有し、前記被検査体の鏡面以外の粗面で反射した反射照射光を白色として検出するとよい。
Preferably, the at least three types of irradiation light are three types of irradiation light of red, green, and blue.
Preferably, the imaging means has an effective aperture θ satisfying the relationship of the following formula with a scattering angle φ when the irradiation light is reflected by a mirror surface, and other than the mirror surface of the object to be inspected: The reflected irradiation light reflected by the rough surface may be detected as white.
本発明によれば、出来るだけ簡易な処理を用いて、表面粗さに差異を生じる表面欠陥を高速かつ効率的に検出することができる。 According to the present invention, it is possible to detect a surface defect causing a difference in surface roughness at high speed and efficiently using a process as simple as possible.
以下、本発明の実施形態を、図面に基づき説明する。なお、以下の説明では、同一の構成要素には同一の符号を付している。また、同一の構成要素に関しては、名称も機能も同じである。したがって、同一のものについての詳細な説明は繰返さない。
図１（ａ）を参照して、本発明の実施形態による欠陥検出装置１の構成について説明する。図１（ａ）は、被検査体Ｔと、被検査体Ｔの上方に配置された欠陥検出装置１の撮像手段２（撮像カメラ２Ａ、撮像レンズ２Ｂ）及びアレイ光源３とを示している。なお、被検査体Ｔの表面において白抜きで示される部分は、アレイ光源３からの照射光が照射された範囲を示している。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the following description, the same components are denoted by the same reference numerals. Further, the same components have the same names and functions. Therefore, the detailed description about the same thing is not repeated.
With reference to Fig.1 (a), the structure of the defect detection apparatus 1 by embodiment of this invention is demonstrated. FIG. 1A shows an inspection object T, an imaging means 2 (imaging camera 2A, imaging lens 2B) and an array light source 3 of the defect detection apparatus 1 arranged above the inspection object T. In addition, the part shown in white on the surface of the inspection object T indicates a range irradiated with the irradiation light from the array light source 3.
被検査体Ｔは、例えば、表面加工が施された圧延材などの金属材料であって、その表面は、酸処理又はブラスト処理等により粗面となるように加工されている。被検査体Ｔにおいて、粗面に加工された面は正常面であるが、被検査体Ｔの加工工程で、この正常面に押し込み疵などの表面欠陥Ｄが形成されることがある。押し込み疵は、粗面を上方から押しつぶすように押さえつけることで形成される疵であるため、ほぼ鏡面をなす（鏡面状の）表面欠陥Ｄとなっている。 The inspection object T is, for example, a metal material such as a rolled material subjected to surface processing, and the surface thereof is processed to be a rough surface by acid treatment or blast treatment. In the inspected object T, the surface processed into a rough surface is a normal surface, but in the processing process of the inspected object T, surface defects D such as indentations may be formed on the normal surface. The indentation flaw is a flaw formed by pressing the rough surface so as to be crushed from above, so that it is a surface defect D having a substantially mirror surface (mirror surface).
以下に説明する欠陥検出装置１は、正常面が粗面となるように加工された被検査体Ｔに形成された鏡面状の表面欠陥Ｄを効率よく検出することができる。これに限らず、本実施形態による欠陥検出装置１は、粗面内に形成された鏡面の疵、及び鏡面内に形成された粗面の疵など、正常面に対して粗さが変化する疵（表面欠陥）を効率良く検出するものである。 The defect detection apparatus 1 described below can efficiently detect a mirror-like surface defect D formed on an inspection object T processed so that a normal surface becomes a rough surface. The defect detection apparatus 1 according to the present embodiment is not limited to this, and the roughness changes with respect to the normal surface, such as a mirror surface wrinkle formed in the rough surface and a surface wrinkle formed in the mirror surface. (Surface defect) is detected efficiently.
なお、本明細書の最後で述べるが、本願発明の技術は、正常面が鏡面で表面欠陥が粗面である場合にも適用できる。
欠陥検出装置１は、被検査体Ｔ上に配置された撮像手段２（撮像カメラ２Ａ、撮像レンズ２Ｂ）と、アレイ光源３と、撮像手段２及びアレイ光源３の動作を制御する制御部（図示せず）とを有している。
As described at the end of the present specification, the technique of the present invention can be applied to a case where the normal surface is a mirror surface and the surface defect is a rough surface.
The defect detection apparatus 1 includes an image pickup unit 2 (an image pickup camera 2A and an image pickup lens 2B), an array light source 3, and a control unit that controls operations of the image pickup unit 2 and the array light source 3 (see FIG. Not shown).
制御部は、アレイ光源３を点灯させて被検査体Ｔに照射光を照射し、撮像カメラ２Ａによって被検査体Ｔで反射した反射照射光を撮像する。さらに制御部は、撮像カメラ２Ａで撮像した反射照射光の画像から、画像処理によって表面欠陥Ｄを検出する。この制御部の動作については、アレイ光源３及び撮像カメラ２Ａなど、欠陥検出装置１の構成を説明した後に詳しく説明する。 The control unit turns on the array light source 3 to irradiate the inspection object T with irradiation light, and images the reflected irradiation light reflected by the inspection object T by the imaging camera 2A. Further, the control unit detects the surface defect D by image processing from the image of the reflected irradiation light imaged by the imaging camera 2A. The operation of this control unit will be described in detail after the configuration of the defect detection apparatus 1 such as the array light source 3 and the imaging camera 2A is described.
図１（ｂ）は、アレイ光源３の構成を示す図である。アレイ光源３は、赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）、青色（Ｂ）の３つの色（特性）の発光セル４（４Ｒ，４Ｇ，４Ｂ）が、所定の配列単位で周期的に繰り返し直線状に配置されて構成される。本実施形態において、各発光セル４Ｒ，４Ｇ，４Ｂの幅（光源幅）Ｗ’は、例えば１０ｍｍである。
図１（ｂ）に示すように、アレイ光源３の発光セル４は、紙面に向かって左側からＲ，Ｇ，Ｂの順番を繰り返して配列されている。本実施形態においてアレイ光源３は、このＲ，Ｇ，Ｂの順番での発光セル４Ｒ，４Ｇ，４Ｂの組み合わせを所定の配列単位として、当該配列単位が３回繰り返されて構成されている。このため、アレイ光源３は、Ｒ，Ｇ，Ｂの発光セル４Ｒ，４Ｇ，４Ｂがそれぞれ３個ずつ用いられて、合計９個の発光セル４で構成されている。本実施形態によるアレイ光源３において、３種類の照射光に対応する照射光源は、隣り合う照射光が同種類とならないように順次配置され、同色（同種）の照射光を発する発光セル４が隣り合わないように配列されている。
FIG. 1B is a diagram showing the configuration of the array light source 3. The array light source 3 includes light emitting cells 4 (4R, 4G, 4B) of three colors (characteristics) of red (R), green (G), and blue (B) that are linearly repeated periodically in a predetermined array unit. It is arranged and arranged. In the present embodiment, the width (light source width) W ′ of each light emitting cell 4R, 4G, 4B is, for example, 10 mm.
As shown in FIG. 1B, the light emitting cells 4 of the array light source 3 are arranged by repeating the order of R, G, B from the left side toward the paper surface. In the present embodiment, the array light source 3 is configured by repeating the array unit three times with a combination of the light emitting cells 4R, 4G, 4B in the order of R, G, B as a predetermined array unit. For this reason, the array light source 3 includes three light emitting cells 4R, 4G, and 4B of R, G, and B, respectively, and is configured by a total of nine light emitting cells 4. In the array light source 3 according to the present embodiment, the irradiation light sources corresponding to the three types of irradiation light are sequentially arranged so that the adjacent irradiation light does not become the same type, and the light emitting cells 4 that emit the same color (same type) irradiation light are adjacent. It is arranged so that it does not fit.
各発光セル４は、赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）、青色（Ｂ）のいずれかの光を発する発光ダイオード（ＬＥＤ）で構成されている。しかし、赤色、緑色、青色の各色のフィルムを用意し、それらフィルタに白色光を透過させることによっても、Ｒ，Ｇ，Ｂ各色の発光セル４Ｒ，４Ｇ，４Ｂを構成することができる。
図１（ａ）に戻って、このように構成されたアレイ光源３は、アレイ光源３の長手方向が被検査体Ｔの表面に形成された表面欠陥Ｄを横切るように、被検査体Ｔから高さＬの位置で各発光セル４を被検査体Ｔに向けて配置される。被検査体Ｔが、製造ラインにおいて長手方向に連続的に搬送される場合、アレイ光源３は、アレイ光源３の長手方向が被検査体Ｔの搬送方向を横切るように配置されるとよい。
Each light emitting cell 4 is composed of a light emitting diode (LED) that emits one of red (R), green (G), and blue (B) light. However, the light emitting cells 4R, 4G, and 4B of R, G, and B colors can also be configured by preparing films of red, green, and blue colors and transmitting white light through the filters.
Returning to FIG. 1A, the array light source 3 configured in this way is separated from the object T to be inspected so that the longitudinal direction of the array light source 3 crosses the surface defect D formed on the surface of the object T to be inspected. Each light emitting cell 4 is arranged toward the object T at a position of height L. When the inspected object T is continuously conveyed in the longitudinal direction in the production line, the array light source 3 is preferably arranged so that the longitudinal direction of the array light source 3 crosses the conveying direction of the inspected object T.
また、被検査体Ｔの表面に圧延痕や研磨痕のように１方向に沿って筋状の模様（スジ模様）がある場合は、スジ模様を横切る方向にアレイ光源３を配置するとよい。しかし、被検査体Ｔが、紙や、酸処理・ブラスト処理された金属表面などで、形成される表面欠陥Ｄの方向が特定の向きに限られない場合、アレイ光源３を配置する方向は特に限定されない。 Further, when there is a streak pattern (streaks pattern) along one direction such as a rolling mark or a polishing mark on the surface of the inspection object T, the array light source 3 may be arranged in a direction crossing the streak pattern. However, the direction in which the array light source 3 is arranged is particularly when the direction of the surface defect D to be formed is not limited to a specific direction, such as the object T to be inspected, such as paper or a metal surface subjected to acid treatment / blast treatment. It is not limited.
撮像カメラ２Ａは、例えば、赤色、緑色、青色を識別可能な固体撮像素子であるＣＣＤイメージセンサを備えた一般的なカラーカメラであって、被検査体Ｔに撮像レンズ２Ｂを向けてアレイ光源３に隣接するように設けられている。
撮像カメラ２Ａに備えられた撮像レンズ２Ｂは、例えば、レンズ径が２０ｍｍ、焦点距離ｆが８ｍｍ、レンズの明るさを示すＦ値が１０の一般的なレンズである。このレンズは、絞りの値を変更することによってＦ値を変更することができ、後に説明するレンズの有効ＮＡ（開口）θを変更することができる。
The imaging camera 2A is a general color camera including a CCD image sensor that is a solid-state imaging device capable of distinguishing, for example, red, green, and blue, and the array light source 3 is directed toward the object T to be inspected. It is provided so that it may adjoin.
The imaging lens 2B provided in the imaging camera 2A is, for example, a general lens having a lens diameter of 20 mm, a focal length f of 8 mm, and an F value indicating the lens brightness of 10. In this lens, the F value can be changed by changing the aperture value, and the effective NA (aperture) θ of the lens described later can be changed.
図２（ａ），（ｂ）を参照しながら、アレイ光源３に対する撮像カメラ２Ａの配置位置について、詳細に説明する。図２（ａ），（ｂ）においては、説明を簡潔に行うために、アレイ光源３の一つの配列単位だけを示している。図２（ａ），（ｂ）に示す観測点は、撮像カメラ２Ａの撮像レンズ２Ｂの位置であるが、実際の撮像レンズ２Ｂ（撮像カメラ２Ａ）の配置は、紙面のアレイ光源３に向かって手前側である。しかし、被検査体ＴへのＲ，Ｇ，Ｂの照射光の入射角度と被検査体Ｔでの反射照射光の反射角度を紙面上に平面的に記載するために、便宜上アレイ光源３及び観測点（撮像レンズ２Ｂ）の配置を紙面上に示している。 With reference to FIGS. 2A and 2B, the arrangement position of the imaging camera 2A with respect to the array light source 3 will be described in detail. 2A and 2B, only one array unit of the array light source 3 is shown for the sake of brevity. The observation point shown in FIGS. 2A and 2B is the position of the imaging lens 2B of the imaging camera 2A, but the actual arrangement of the imaging lens 2B (imaging camera 2A) is directed toward the array light source 3 on the paper surface. This is the front side. However, since the incident angle of the R, G, B irradiation light on the inspection object T and the reflection angle of the reflected irradiation light on the inspection object T are described in a plane on the paper surface, the array light source 3 and the observation are used for convenience. The arrangement of the dots (imaging lens 2B) is shown on the paper.
なお、アレイ光源３及び観測点の下に描かれている凹凸面は、被検査体Ｔの表面である。また、以下の説明及び参照する図面において、アレイ光源３のＲ，Ｇ，Ｂの各発光セル４から照射される照射光を便宜的に直線（実線、破線、及び鎖線）として表現している。しかしこの表現は、照射光がレーザ光であることを意味しているのではなく、照射光の散乱成分を除いた主成分を直線で示すという意図によるものである。 In addition, the uneven surface drawn under the array light source 3 and the observation point is the surface of the inspection object T. In the following description and the drawings to be referred to, the irradiation light emitted from the R, G, and B light emitting cells 4 of the array light source 3 is expressed as a straight line (solid line, broken line, and chain line) for convenience. However, this expression does not mean that the irradiation light is a laser beam, but is based on the intention that the main component excluding the scattered component of the irradiation light is indicated by a straight line.
図２（ａ）は、アレイ光源３から照射された照射光が被検査体Ｔの粗面で様々な方向に反射（乱反射）する状態を示している。被検査体Ｔの粗面で反射した反射照射光の一部は、Ｒ，Ｇ，Ｂともほぼ均等に観測点である撮像レンズ２Ｂに入るので、撮像カメラ２Ａは、被検査体Ｔの粗面を白色の画像として撮像する。
図１を参照しながら上述したように、撮像カメラ２Ａをアレイ光源３に隣接するように設ければ、被検査体Ｔの粗面を白色の画像として撮像することができる。本実施形態では、効果的に表面欠陥Ｄを撮像することができるように、撮像カメラ２Ａの配置が、図２（ｂ）に示すような配置となるように工夫している。
FIG. 2A shows a state in which the irradiation light emitted from the array light source 3 is reflected (diffusely reflected) in various directions on the rough surface of the object T to be inspected. Since a part of the reflected irradiation light reflected by the rough surface of the inspection object T enters the imaging lens 2B which is the observation point almost equally for R, G, and B, the imaging camera 2A is provided with the rough surface of the inspection object T. Is captured as a white image.
As described above with reference to FIG. 1, if the imaging camera 2 </ b> A is provided adjacent to the array light source 3, the rough surface of the inspected object T can be captured as a white image. In the present embodiment, the arrangement of the imaging camera 2A is devised so as to be an arrangement as shown in FIG. 2B so that the surface defect D can be effectively imaged.
図２（ｂ）は、アレイ光源３からのＲ，Ｇ，Ｂの各照射光が被検査体Ｔの鏡面部分（表面欠陥Ｄ）で反射する状態を示している。押し込み疵等である表面欠陥Ｄの表面はほぼ鏡面であるので、表面欠陥Ｄで反射したＲ，Ｇ，Ｂの各照射光は、図２（ａ）と比較して、乱反射しにくくなる。つまり、鏡面状の表面欠陥Ｄでは、Ｒ，Ｇ，Ｂの各照射光の反射光は、ほぼ正反射成分のみで構成されることとなる。図２（ｂ）では、Ｒ，Ｇ，Ｂの各照射光とそれらの正反射成分を、実線、破線、及び鎖線の直線で示している。 FIG. 2B shows a state in which each of R, G, and B irradiation light from the array light source 3 is reflected by the mirror surface portion (surface defect D) of the object T to be inspected. Since the surface of the surface defect D such as an indentation flaw is almost a mirror surface, the R, G, and B irradiation light reflected by the surface defect D is less likely to be irregularly reflected as compared with FIG. In other words, in the mirror-like surface defect D, the reflected light of each of the R, G, and B irradiation lights is composed of only a regular reflection component. In FIG. 2B, the R, G, and B irradiation light and their regular reflection components are indicated by solid lines, broken lines, and chain straight lines.
図２（ｂ）に示すように、本実施形態における撮像カメラ２Ａは、Ｒ，Ｇ，Ｂの各照射光のうち、Ｒ（赤色）の照射光の正反射成分のみが撮像レンズ２Ｂに入射する位置に配置される。このように、Ｒ，Ｇ，Ｂの各照射光が鏡面で反射した際に、Ｒの正反射成分だけが撮像レンズ２Ｂに入射するような位置に撮像カメラ２Ａを配置すると、撮像カメラ２Ａは、粗面を白色として撮像し、鏡面を赤色として撮像することができる。 As shown in FIG. 2B, in the imaging camera 2A in the present embodiment, only the regular reflection component of the R (red) irradiation light among the R, G, and B irradiation lights is incident on the imaging lens 2B. Placed in position. As described above, when the imaging camera 2A is arranged at a position where only the R regular reflection component is incident on the imaging lens 2B when the R, G, and B irradiation lights are reflected by the mirror surface, the imaging camera 2A The rough surface can be imaged as white and the mirror surface can be imaged as red.
なお、図２（ｂ）では、Ｒの正反射成分だけが撮像レンズ２Ｂに入射する場合を説明した。しかし、各照射光の主成分の角度条件によっては、Ｇの正反射成分だけが撮像レンズ２Ｂに入射する位置に、また、Ｂの正反射成分だけが撮像レンズ２Ｂに入射する位置に撮像カメラ２Ａを配置することもできる。その場合、撮像カメラ２Ａは、粗面を白色として撮像し、鏡面を緑色又は青色として撮像することができる。 In FIG. 2B, the case where only the R regular reflection component is incident on the imaging lens 2B has been described. However, depending on the angle condition of the main component of each irradiation light, the imaging camera 2A is located at a position where only the G regular reflection component is incident on the imaging lens 2B, and at a position where only the B regular reflection component is incident on the imaging lens 2B. Can also be arranged. In that case, the imaging camera 2A can image the rough surface as white and the mirror surface as green or blue.
以上の説明をまとめる。つまり、撮像カメラ２Ａは、粗面からの反射光がＲ，Ｇ，Ｂともほぼ均等に撮像レンズ２Ｂに入射するので、被検査体Ｔの粗面の部分をほぼ白色として撮像する。また、撮像カメラ２Ａは、鏡面である表面欠陥Ｄからは主に赤色（Ｒ）の正反射成分が撮像レンズ２Ｂに入射するので、被検査体Ｔの表面欠陥Ｄの部分をほぼ赤色として撮像することができる。 The above explanation is summarized. That is, since the reflected light from the rough surface is incident on the imaging lens 2B almost evenly for R, G, and B, the imaging camera 2A captures an image of the rough surface portion of the inspected object T as almost white. Further, since the imaging camera 2A mainly receives a red (R) specular reflection component from the surface defect D that is a mirror surface and enters the imaging lens 2B, the imaging camera 2A captures an image of the surface defect D portion of the inspection object T as substantially red. be able to.
しかし、現実には、Ｒ，Ｇ，Ｂのうちの１色の正反射成分だけが撮像レンズ２Ｂに入射するように撮像カメラ２Ａを配置することよりも、Ｒ，Ｇ，Ｂのうちの少なくとも１色の正反射成分が撮像レンズ２Ｂに入射しにくい位置に撮像カメラ２Ａを配置するほうが容易な場合もある。撮像カメラ２Ａをこのように配置した場合は、表面欠陥Ｄの部分がＲ，Ｇ，Ｂのうち２色の混合色として撮像されることとなるが、粗面がＲ，Ｇ，Ｂの３色の混合色として撮像されるので、混合色同士の比較によって、表面欠陥Ｄの位置を特定することは可能である。 However, in reality, at least one of R, G, and B is arranged rather than arranging the imaging camera 2A so that only one regular reflection component of R, G, and B is incident on the imaging lens 2B. In some cases, it is easier to dispose the imaging camera 2A at a position where the specular reflection component of the color is less likely to enter the imaging lens 2B. When the imaging camera 2A is arranged in this way, the surface defect D portion is imaged as a mixed color of two colors of R, G, and B, but the rough surface has three colors of R, G, and B. Therefore, it is possible to specify the position of the surface defect D by comparing the mixed colors.
さらに述べると、撮像カメラ２Ａは、鏡面状の表面欠陥Ｄで反射したＲ，Ｇ，Ｂの３色の照射光のうち特定の１色又は２色の照射光の受光量が残りの照射光の受光量よりも大きくなるように配置されているといえる。
上述のように撮像カメラ２Ａを配置した上で、さらに撮像レンズ２Ｂの有効ＮＡ（開口）を調整する。
More specifically, the imaging camera 2A has a received light amount of specific one or two colors of R, G, and B of the three colors of R, G, and B reflected by the mirror-like surface defect D. It can be said that they are arranged to be larger than the amount of received light.
After the imaging camera 2A is arranged as described above, the effective NA (aperture) of the imaging lens 2B is further adjusted.
図３を参照しながら、有効ＮＡ（開口）を調整する方法について説明する。図３は、アレイ光源３、表面欠陥Ｄ、及び撮像レンズ２Ｂの光学的な位置関係を平面で示している。
まず、図３には、アレイ光源３の全体と撮像レンズ２Ｂの開口が、表面欠陥Ｄ（被検査体Ｔの表面）を挟んで上下に示されている。図３において、一点鎖線は撮像レンズ２Ｂの光軸を示し、実線は撮像レンズ２Ｂの有効ＮＡとアレイ光源３上での視野幅Ｗとの関係を示している。
A method for adjusting the effective NA (aperture) will be described with reference to FIG. FIG. 3 shows the optical positional relationship between the array light source 3, the surface defect D, and the imaging lens 2B in a plane.
First, in FIG. 3, the entire array light source 3 and the aperture of the imaging lens 2 </ b> B are shown vertically with a surface defect D (the surface of the inspection object T) interposed therebetween. In FIG. 3, the alternate long and short dash line indicates the optical axis of the imaging lens 2 </ b> B, and the solid line indicates the relationship between the effective NA of the imaging lens 2 </ b> B and the visual field width W on the array light source 3.
本実施形態における撮像レンズ２Ｂの有効ＮＡとは、撮像レンズ２Ｂの開口径のうち撮像レンズ２Ｂに入射した光を実際に透過させることが可能な範囲のことであり、レンズの絞りを調整することで撮像レンズ２Ｂの光軸を中心とした径を調整することのできる開口である。この有効ＮＡに関して、図３における、撮像レンズ２Ｂの有効ＮＡと視野幅Ｗとの関係を示す実線と、一点鎖線で示す撮像レンズ２Ｂの光軸とがなす角を有効ＮＡθとしている。 The effective NA of the imaging lens 2B in the present embodiment is a range in which the light incident on the imaging lens 2B can be actually transmitted within the aperture diameter of the imaging lens 2B, and adjusting the aperture of the lens. Thus, the diameter of the imaging lens 2B can be adjusted with the center of the optical axis. With respect to this effective NA, the angle formed by the solid line indicating the relationship between the effective NA of the imaging lens 2B and the field width W in FIG.
このとき、撮像レンズ２Ｂの視野幅Ｗ、アレイ光源３の被検査体Ｔからの高さ（距離）Ｌ、及び有効ＮＡθの関係は、式（１）で示される。 At this time, the relationship between the visual field width W of the imaging lens 2B, the height (distance) L of the array light source 3 from the object T to be inspected, and the effective NAθ is expressed by Expression (1).
つまり、すでに配置されたアレイ光源３および撮像カメラ２Ａにおいては、アレイ光源３の被検査体Ｔからの高さ（距離）Ｌは固定値であるので、有効ＮＡθを調整することで、式（１）に従って視野幅Ｗを調整する。この視野幅Ｗは、発光セル４の幅（光源幅）Ｗ’を基準として調整される。
ここで、視野幅ＷがＷ＝３Ｗ’の関係を満たすように有効ＮＡθが調整されれば、鏡面におけるＲ，Ｇ，Ｂの３色の正反射成分が全て撮像レンズ２Ｂに入射してしまい、表面欠陥Ｄの部分も白く撮像されてしまう。よって、有効ＮＡθは、視野幅ＷがＷ＜３Ｗ’の関係を満たすように調整されなくてはならない。
That is, in the array light source 3 and the imaging camera 2A that have already been arranged, the height (distance) L of the array light source 3 from the object T to be inspected is a fixed value. ) To adjust the visual field width W. The visual field width W is adjusted with reference to the width (light source width) W ′ of the light emitting cell 4.
Here, if the effective NAθ is adjusted so that the visual field width W satisfies the relationship of W = 3W ′, the specular reflection components of R, G, and B in the mirror surface all enter the imaging lens 2B. The part of the surface defect D is also imaged white. Therefore, the effective NAθ must be adjusted so that the visual field width W satisfies the relationship of W <3W ′.
この上でさらに、視野幅ＷがＷ＜２Ｗ’の関係を満たす程度に有効ＮＡθが調整されれば、鏡面におけるＲ，Ｇ，Ｂの正反射成分のうち２色を超える正反射成分が撮像レンズ２Ｂに入射することは困難となる。
ここで、鏡面状の表面欠陥ＤにおけるＲ，Ｇ，Ｂの正反射成分のうち、可能な限り１色の正反射成分だけが撮像レンズ２Ｂに入射するように撮像カメラ２Ａの視野幅Ｗを調整するには、視野幅Ｗが光源幅Ｗ’よりも小さく（Ｗ＜Ｗ’）なるように有効ＮＡθを小さくすればよい。そうすれば、鏡面状の表面欠陥ＤにおけるＲ，Ｇ，Ｂの正反射成分のうち１色又は２色の正反射成分だけを、より確実に撮像レンズ２Ｂに入射させることができる。
In addition, if the effective NA θ is adjusted to such an extent that the visual field width W satisfies the relationship of W <2W ′, the specular reflection component exceeding two colors among the specular reflection components of R, G, and B on the mirror surface becomes an imaging lens. It becomes difficult to enter 2B.
Here, the visual field width W of the imaging camera 2A is adjusted so that only one of the R, G, and B specular reflection components in the specular surface defect D is incident on the imaging lens 2B as much as possible. For this purpose, the effective NA θ may be reduced so that the visual field width W is smaller than the light source width W ′ (W <W ′). If it does so, only the regular reflection component of one color or two colors among the regular reflection components of R, G, B in the specular surface defect D can be more reliably made incident on the imaging lens 2B.
続いて、反射照射光の散乱（拡散）の影響を考慮した有効ＮＡθの調整方法について説明する。
反射照射光は、正反射方向を中心に拡散しながら進行するので、拡散成分のうち正反射成分を基準として輝度が半分になる拡散成分の拡散角度を、拡散角度（散乱角）φとして定義する。なお、拡散角度φは、被検査体Ｔの表面粗度や照射光の波長などに依存する固定値であるので、被検査体Ｔごとの拡散角度φを予め把握しておくことが必要である。
Next, a method for adjusting the effective NAθ in consideration of the influence of scattering (diffusion) of reflected irradiation light will be described.
Since the reflected irradiation light travels while diffusing around the regular reflection direction, the diffusion angle of the diffusion component whose luminance is halved with respect to the regular reflection component among the diffusion components is defined as the diffusion angle (scattering angle) φ. . Note that the diffusion angle φ is a fixed value that depends on the surface roughness of the inspected object T, the wavelength of the irradiation light, and the like, and thus it is necessary to grasp the diffusion angle φ for each inspected object T in advance. .
本実施形態では、被検査体Ｔの表面形状として、粗面としての正常面と、鏡面としての表面欠陥Ｄを想定して説明しているが、予め把握しておくべき拡散角度φは、白色として撮像すべき粗面での拡散角度φなので、本実施形態では、正常面での拡散角度φを予め把握しておく。しかし、正常面が鏡面で表面欠陥Ｄが粗面である場合は、白色として撮像すべき表面欠陥Ｄでの拡散角度φを予め把握しておかなくてはならない。 In the present embodiment, the surface shape of the inspected object T is described assuming a normal surface as a rough surface and a surface defect D as a mirror surface. However, the diffusion angle φ to be grasped in advance is white. Therefore, in this embodiment, the diffusion angle φ on the normal surface is grasped in advance. However, when the normal surface is a mirror surface and the surface defect D is a rough surface, the diffusion angle φ at the surface defect D to be imaged as white must be grasped in advance.
本実施形態において、拡散角度φに対する有効ＮＡθの望ましい範囲は、φ＞θである。有効ＮＡθを拡散角度φよりも小さい範囲に設定すれば、Ｒ，Ｇ，Ｂの隣り合う正反射光の拡散成分が撮像レンズ２Ｂへ入射するのを抑制することができ、正常面である粗面を、拡散成分の色をあまり含まない白色として撮像することができる。また、拡散角度φに対する有効ＮＡθの範囲を、φ＞２θ（φ／２＞θ）とすれば、隣り合う正反射光の拡散成分が撮像レンズ２Ｂへ入射するのをさらに抑制することができる。 In the present embodiment, a desirable range of effective NAθ with respect to the diffusion angle φ is φ> θ. If the effective NAθ is set to a range smaller than the diffusion angle φ, it is possible to suppress the diffusion components of the R, G, B adjacent specularly reflected light from entering the imaging lens 2B, and the rough surface is a normal surface. Can be imaged as white that does not contain much of the color of the diffusion component. Further, if the effective NAθ range with respect to the diffusion angle φ is φ> 2θ (φ / 2> θ), it is possible to further suppress the diffusion component of the adjacent regular reflection light from entering the imaging lens 2B.
例えば、図１の構成において、被検査体Ｔがアルミの圧延材であって、当該アルミの圧延面（拡散角度φ＝６〜１０°）の上方２００ｍｍ（Ｌ＝２００ｍｍ）のところにアレイ光源３を配置し、撮像レンズ２ＢのＦ値が１０である場合を考える。
この場合、Ｆ＝１０＝１／（２ｓｉｎθ）より、θ＝２．８６°程度となり、拡散角度φに対する有効ＮＡθの範囲は、φ＞２θの関係を満たしている。拡散角度φに対してこのように有効ＮＡθが設定されれば、正常面である粗面を、拡散成分の少ないＲ，Ｇ，Ｂがほぼ等しく混ざった白色として撮像することができる。
For example, in the configuration of FIG. 1, the object T to be inspected is a rolled aluminum material, and the array light source 3 is 200 mm (L = 200 mm) above the aluminum rolled surface (diffusion angle φ = 6 to 10 °). And the F-number of the imaging lens 2B is 10.
In this case, from F = 10 = 1 / (2 sin θ), θ = 2.86 °, and the effective NAθ range with respect to the diffusion angle φ satisfies the relationship φ> 2θ. If the effective NAθ is thus set with respect to the diffusion angle φ, a rough surface that is a normal surface can be imaged as white in which R, G, and B with little diffusion component are mixed almost equally.
このとき、既に述べたように、拡散角度φは被検査体Ｔの表面形状に依存する固定値であるので、被検査体Ｔからのアレイ光源３の高さ（距離）Ｌ、及び撮像レンズ２ＢのＦ値を適宜選択することによって、上述の条件（φ＞θ、又はφ／２＞θ）を満たす有効ＮＡθを実現すればよい。その上でさらに、既に述べたように、視野幅ＷがＷ＜３Ｗ’の関係を満たすように有効ＮＡθを調整すれば、正常面である粗面を白として、且つ表面欠陥Ｄである鏡面を１色又は２色の混合色として、本実施形態では赤色として撮像することができる。これによって、被検査体Ｔの表面の粗さが変化する正常面と表面欠陥Ｄとのコントラストを明瞭にすることができ、表面欠陥Ｄを確実に検出することができる。 At this time, as already described, since the diffusion angle φ is a fixed value depending on the surface shape of the inspection object T, the height (distance) L of the array light source 3 from the inspection object T and the imaging lens 2B. The effective NA θ that satisfies the above-described condition (φ> θ or φ / 2> θ) may be realized by appropriately selecting the F value. In addition, as described above, if the effective NAθ is adjusted so that the visual field width W satisfies the relationship of W <3W ′, the rough surface which is the normal surface is white and the mirror surface which is the surface defect D is formed. In this embodiment, imaging can be performed as red as a mixed color of one color or two colors. As a result, the contrast between the normal surface where the roughness of the surface of the inspection object T changes and the surface defect D can be made clear, and the surface defect D can be detected reliably.
以上のような構成のアレイ光源３及び撮像手段２を用いて撮像した被検査体Ｔの画像から、表面欠陥Ｄを抽出するための画像処理について説明する。
本実施形態では、粗さの変化する正常面と表面欠陥Ｄは、異なる色で撮像されるように欠陥検出装置１が構成されている。つまり、粗面である正常面は白色として、鏡面を呈する表面欠陥Ｄは赤色として撮像されるようにアレイ光源３及び撮像カメラ２Ａが構成されているので、被検査体Ｔの画像色に基づいて表面欠陥Ｄを検出することができる。
Image processing for extracting the surface defect D from the image of the inspection object T imaged using the array light source 3 and the imaging means 2 having the above-described configuration will be described.
In the present embodiment, the defect detection apparatus 1 is configured so that the normal surface and the surface defect D with varying roughness are imaged in different colors. That is, since the array light source 3 and the imaging camera 2A are configured so that the normal surface that is a rough surface is white and the surface defect D that exhibits a specular surface is captured as red, the array light source 3 and the imaging camera 2A are configured based on the image color of the object T to be inspected. The surface defect D can be detected.
表面の粗さがあまり変化しない疵の検出のみであれば、被検査体Ｔの画像における輝度を考慮してもよいが、被検査体Ｔの画像から輝度情報を欠落させることで、確実に粗さが変化した表面欠陥Ｄを抽出することができる。このための画像処理には、従来から広く用いられている色抽出手法を適用することができる。
この色抽出手法では、Ｒ，Ｇ，Ｂを直交ベクトルとした座標系において、各画素の位置ベクトル（色の位置ベクトル）を算出し、基準位置との距離をそれぞれ算出する。この方法において、算出した位置ベクトルを単位ベクトルに変換した後で基準位置からの距離を算出すれば、輝度の影響が無くなる。
If only the detection of wrinkles whose surface roughness does not change much, the luminance in the image of the inspected object T may be taken into account, but the luminance information is omitted from the image of the inspected object T to ensure roughness. It is possible to extract the surface defect D whose height has changed. For image processing for this purpose, a color extraction method that has been widely used can be applied.
In this color extraction method, in a coordinate system in which R, G, and B are orthogonal vectors, a position vector (color position vector) of each pixel is calculated, and a distance from a reference position is calculated. In this method, if the distance from the reference position is calculated after the calculated position vector is converted into a unit vector, the influence of luminance is eliminated.
基準位置として採用できるサンプルがない場合には、撮像された被検査体Ｔの画像を１０個程度の領域に分け、各領域の位置ベクトルの重心位置を算出する。その上で、算出された１０個の重心位置の平均又は中央値を基準位置として採用する。この基準位置の決め方は、撮像カメラ２Ａとしてエリアセンサを用いる場合に有効である。
ここで、基準位置Ｐ０の座標を（Ｒ０，Ｇ０，Ｂ０）、正常位置Ｐ１の座標を（Ｒ１，Ｇ１，Ｂ１）、欠陥位置Ｐ２の座標を（Ｒ２，Ｇ２，Ｂ２）とし、各ベクトルの大きさＭｎを式（２）で求める。
If there is no sample that can be used as the reference position, the captured image of the inspected object T is divided into about 10 areas, and the barycentric position of the position vector of each area is calculated. In addition, the average or median of the 10 calculated gravity center positions is adopted as the reference position. This method of determining the reference position is effective when an area sensor is used as the imaging camera 2A.
Here, the coordinates of the reference position P0 are (R0, G0, B0), the coordinates of the normal position P1 are (R1, G1, B1), and the coordinates of the defect position P2 are (R2, G2, B2). The thickness Mn is obtained by the equation (2).
このとき、基準位置Ｐ０の単位ベクトル（基準位置ベクトル）から各画素信号の単位ベクトルまでの距離Ｓｎに関して、基準位置ベクトルから正常位置Ｐ１の単位ベクトルまでの距離Ｓ１は式（３）、基準位置ベクトルから欠陥位置Ｐ２の単位ベクトルまでの距離Ｓ２は式（４）のようになる。 At this time, regarding the distance Sn from the unit vector of the reference position P0 (reference position vector) to the unit vector of each pixel signal, the distance S1 from the reference position vector to the unit vector of the normal position P1 is expressed by Equation (3), the reference position vector. The distance S2 from the unit vector of the defect position P2 to the unit vector is as shown in Expression (4).
この上で、例えば正常位置Ｐ１の距離Ｓ１の１００×５０画素分の平均値を距離Ｓ１ａとして式（５）でオフセット値Ｓ’を求め、撮像された被検査体Ｔの画像をオフセット補正して背景パターンの影響をキャンセルすると、表面欠陥Ｄを明瞭に検出することができる。また、ベクトルを単位ベクトルとして扱うことにより、測定対象の反射率や光源の輝度ムラにより生じる輝度の影響をキャンセルすることができる。 On this basis, for example, an offset value S ′ is obtained by Expression (5) using an average value of 100 × 50 pixels of the distance S1 of the normal position P1 as the distance S1a, and the image of the imaged object T is corrected by offset correction. When the influence of the background pattern is canceled, the surface defect D can be detected clearly. Further, by treating the vector as a unit vector, it is possible to cancel the influence of the luminance caused by the reflectance of the measurement object and the luminance unevenness of the light source.
これら上述の画像処理は、先に述べた制御部によって、撮像カメラ２Ａ及びアレイ光源３の動作制御と共に実行される。
図４を参照しながら、本実施形態の欠陥検出装置１の検出精度についてのシミュレーション結果について説明する。
図４（ａ）は、被検査体Ｔの正常面が粗面で、且つ表面欠陥Ｄが完全に鏡面である場合の結果を表しており、Ｒ，Ｇ，Ｂの強度を直交ベクトル（Ｒ，Ｇ，Ｂ）とした色ベクトルの座標系において、白色（１，１，１）と表面欠陥Ｄの各画素の色ベクトルとがなす角度を相対値で表したグラフである。
The above-described image processing is executed together with operation control of the imaging camera 2A and the array light source 3 by the control unit described above.
The simulation result about the detection accuracy of the defect detection apparatus 1 of the present embodiment will be described with reference to FIG.
FIG. 4A shows the result when the normal surface of the object T to be inspected is rough and the surface defect D is completely specular. The intensities of R, G, and B are expressed as orthogonal vectors (R, 5 is a graph showing the angle formed by white (1, 1, 1) and the color vector of each pixel of the surface defect D as a relative value in the color vector coordinate system G, B).
言い換えれば、図４（ａ）の縦軸は、白色（１，１，１）と、赤色（１，０，０）、緑色（０，１，０）及び青色（０，０，１）となす角度を最大値１とし、白色（１，１，１）と一致する場合の角度を最小値０としている。つまり、縦軸の最大値１に近づくほど、Ｒ，Ｇ，Ｂのいずれかの単色に近く、最小値０に近づくほど白色に近いといえる。また、図４（ａ）の横軸は、表面欠陥Ｄ上の各位置を示している。 In other words, the vertical axis of FIG. 4A represents white (1, 1, 1), red (1, 0, 0), green (0, 1, 0) and blue (0, 0, 1). The angle formed is the maximum value 1, and the angle when matching with white (1, 1, 1) is the minimum value 0. That is, it can be said that the closer to the maximum value 1 on the vertical axis, the closer to one of R, G, and B, and the closer to the minimum value 0, the closer to white. In addition, the horizontal axis of FIG. 4A indicates each position on the surface defect D.
なお、図４（ａ）のグラフは、視野幅Ｗを１０ｍｍ（＝Ｗ’）、２０ｍｍ（＝２Ｗ’）、３０ｍｍ（＝３Ｗ’）としたときの結果をそれぞれ示している。
視野幅Ｗが１０ｍｍであるとき、グラフの振幅は約０．８５から約０．９５の間に収まっており、表面欠陥Ｄはほぼ単色で検出されることがわかる。視野幅Ｗが２０ｍｍであるとき、グラフの振幅は約０．５５から約０．８５の間に収まっており、表面欠陥Ｄは白以外の混合色で検出されることがわかる。表面欠陥Ｄの測定環境によって上下２０％程度値にバラツキがあっても、グラフの最小値は約０．４程度であるので正常面の白色と表面欠陥Ｄとを区別することは十分に可能である。なお、縦軸の値が０．２となる位置を破線で強調しているが、この破線は、グラフの値が破線より下、つまり０．２より小さくなると表面欠陥Ｄの識別が困難になることから、下限値の目安として表示している。
The graph of FIG. 4A shows the results when the visual field width W is 10 mm (= W ′), 20 mm (= 2 W ′), and 30 mm (= 3 W ′), respectively.
When the visual field width W is 10 mm, the amplitude of the graph is between about 0.85 and about 0.95, and it can be seen that the surface defect D is detected almost in a single color. When the visual field width W is 20 mm, the amplitude of the graph is within the range of about 0.55 to about 0.85, and it can be seen that the surface defect D is detected with a mixed color other than white. Even if there is a variation of about 20% in the vertical direction depending on the measurement environment of the surface defect D, the minimum value of the graph is about 0.4, so it is sufficiently possible to distinguish the normal surface white from the surface defect D. is there. In addition, although the position where the value of the vertical axis is 0.2 is highlighted by a broken line, this broken line makes it difficult to identify the surface defect D when the value of the graph is below the broken line, that is, smaller than 0.2. Therefore, it is displayed as a guideline for the lower limit.
視野幅Ｗが３０ｍｍであるとき、グラフの値は、表面欠陥Ｄの位置によらず０となっており、表面欠陥Ｄは白色として検出されている。従って、表面欠陥Ｄを正常面の白色と区別することは困難である。
また、図４（ｂ）は、被検査体Ｔの正常面が粗面で、且つ表面欠陥Ｄが反射光を若干散乱させる面であって、散乱角φ’が有効ＮＡθの半分である場合（散乱角φ’＝θ／２）の結果を表している。
When the visual field width W is 30 mm, the value of the graph is 0 regardless of the position of the surface defect D, and the surface defect D is detected as white. Therefore, it is difficult to distinguish the surface defect D from the normal white color.
FIG. 4B shows a case where the normal surface of the inspection object T is a rough surface, and the surface defect D is a surface that slightly scatters the reflected light, and the scattering angle φ ′ is half of the effective NAθ ( The scattering angle φ ′ = θ / 2) is shown.
視野幅Ｗが１０ｍｍであるとき、グラフの振幅は約０．５５から約０．６５の間に収まっており、表面欠陥Ｄは白以外の混合色で検出されることがわかる。視野幅Ｗが２０ｍｍであるときは、グラフの振幅は約０．３から約０．３８の間に収まっており、目安となる０．２よりも大きな値となっている。そのため、正常面の白色と表面欠陥Ｄとを区別することは可能であるが、表面欠陥Ｄの測定環境によって上下２０％程度のバラツキがあれば、わずかにではあるが、目安となる０．２を下回ってしまう可能性もある。 When the visual field width W is 10 mm, the amplitude of the graph is between about 0.55 and about 0.65, and it can be seen that the surface defect D is detected in a mixed color other than white. When the visual field width W is 20 mm, the amplitude of the graph is in the range of about 0.3 to about 0.38, which is larger than 0.2 which is a standard. Therefore, although it is possible to distinguish the white color of the normal surface from the surface defect D, if there is a variation of about 20% in the vertical direction depending on the measurement environment of the surface defect D, it is a slight but 0.2 May fall below.
視野幅Ｗが３０ｍｍであるときは、図４（ａ）と同様に、グラフの値は、表面欠陥Ｄ上の位置によらず０となっており、表面欠陥Ｄは白色として検出されている。従って、表面欠陥Ｄを正常面の白色と区別することは困難である。
図４（ａ）及び図４（ｂ）に示す結果をまとめると、次のように言うことができる。
まず、正常面が粗面で表面欠陥Ｄが鏡面であるなど、表面の粗さが明確に異なる場合は、視野幅Ｗを適切に調整することで、非常に精度良く表面欠陥Ｄを検出することができる。
また、正常面と表面欠陥Ｄの粗さが明確には異なっていない場合でも、散乱角φ’に対して有効ＮＡθを適切に設定することで、表面欠陥Ｄを検出することができる。
When the visual field width W is 30 mm, as in FIG. 4A, the value of the graph is 0 regardless of the position on the surface defect D, and the surface defect D is detected as white. Therefore, it is difficult to distinguish the surface defect D from the normal white color.
The results shown in FIGS. 4A and 4B can be summarized as follows.
First, when the roughness of the surface is clearly different, such as when the normal surface is rough and the surface defect D is a mirror surface, the surface defect D can be detected with very high accuracy by adjusting the viewing width W appropriately. Can do.
Even when the roughness of the normal surface and the surface defect D is not clearly different, the surface defect D can be detected by appropriately setting the effective NAθ with respect to the scattering angle φ ′.
ところで、今回開示された実施形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。特に、今回開示された実施形態において、明示的に開示されていない事項、例えば、動作条件や測定条件、各種パラメータ、構成物の寸法、重量、体積などは、当業者が通常実施する範囲を逸脱するものではなく、通常の当業者であれば、容易に想定することが可能な値を採用している。 By the way, it should be thought that embodiment disclosed this time is an illustration and restrictive at no points. In particular, in the embodiment disclosed this time, matters that are not explicitly disclosed, such as operating conditions and measurement conditions, various parameters, dimensions, weights, volumes, and the like of a component deviate from a range that is normally implemented by those skilled in the art. Instead, values that can be easily assumed by those skilled in the art are employed.
例えば、上述の実施形態では、アレイ光源３として、ＬＥＤ照明などにより赤、緑、青の色の異なる３種類の光を実現していた。しかし、回折格子などの分光素子を利用することや、偏光方向の異なる光を採用することで、異なる特性を有する少なくとも３種類の照射光を実現することも可能である。
また、上述の実施形態において、被検査体Ｔの正常面が粗面あって且つ表面欠陥Ｄが鏡面である場合について説明したが、これとは逆に、正常面が鏡面であって且つ表面欠陥Ｄが粗面である場合にも、本願発明を適用することができる。その場合は、正常面が有色、表面欠陥Ｄが白色として検出される。
For example, in the above-described embodiment, three types of light having different red, green, and blue colors are realized as the array light source 3 by LED illumination or the like. However, it is also possible to realize at least three types of irradiation light having different characteristics by using a spectroscopic element such as a diffraction grating or adopting light having different polarization directions.
In the above-described embodiment, the case where the normal surface of the object T to be inspected has a rough surface and the surface defect D is a mirror surface has been described. On the contrary, the normal surface is a mirror surface and has a surface defect. The present invention can also be applied when D is a rough surface. In that case, the normal surface is detected as colored and the surface defect D is detected as white.
本願発明の欠陥検出装置１は、被検査体Ｔの表面の粗さの変化を検出するものであるともいえるので、例えば、被検査体Ｔを紙とした場合に、糊やテープなどの表面の付着物を検出することができる。また、欠陥検出装置１は、被検査体Ｔの表面が被膜でコーティングされている場合、被膜の剥離などの欠陥を検出することができる。 Since it can be said that the defect detection apparatus 1 of the present invention detects a change in the roughness of the surface of the inspection object T, for example, when the inspection object T is made of paper, the surface of a surface such as glue or tape is used. Deposits can be detected. Moreover, the defect detection apparatus 1 can detect defects, such as peeling of a film, when the surface of the to-be-inspected object T is coated with the film.
１ 欠陥検出装置
２ 撮像手段
２Ａ 撮像カメラ
２Ｂ 撮像レンズ
３ アレイ光源
４（４Ｒ，４Ｇ，４Ｂ） 発光セル
Ｄ 表面欠陥
Ｔ 被検査体
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Defect detection apparatus 2 Imaging means 2A Imaging camera 2B Imaging lens 3 Array light source 4 (4R, 4G, 4B) Light emitting cell D Surface defect T Inspected object
Claims (6)
前記アレイ状の光源は、異なる特性を有する少なくとも３種類の照射光を照射するものであり、
前記撮像手段は、前記表面欠陥が鏡面状である場合、前記表面欠陥で反射した少なくとも３種類の照射光のうち特定の１種類又は２種類の照射光の受光量が残りの照射光の受光量よりも大きくなるように配置されていることを特徴とする欠陥検出装置。 An array-shaped light source for irradiating the object to be inspected and an imaging means for detecting reflected light reflected by the surface of the object to be inspected, and a normal surface existing on the surface of the object to be inspected A defect detection device for detecting surface defects with different roughness from
The array-shaped light source emits at least three types of irradiation light having different characteristics,
When the surface defect is mirror-like, the imaging means receives the amount of received light of the specific one or two types of irradiation light among the at least three types of irradiation light reflected by the surface defect. A defect detection apparatus, wherein the defect detection apparatus is arranged so as to be larger.
前記アレイ状の光源は、異なる特性を有する少なくとも３種類の照射光を照射するものであり、
前記撮像手段は、前記正常面が鏡面状である場合、前記正常面で反射した少なくとも３種類の照射光のうち特定の１種類又は２種類の照射光の受光量が残りの照射光の受光量よりも大きくなるように配置されていることを特徴とする欠陥検出装置。 An array-shaped light source for irradiating the object to be inspected and an imaging means for detecting reflected light reflected by the surface of the object to be inspected, and a normal surface existing on the surface of the object to be inspected A defect detection device for detecting surface defects with different roughness from
The array-shaped light source emits at least three types of irradiation light having different characteristics,
When the normal surface is mirror-like, the imaging means receives the amount of received light of the specific one or two types of irradiated light among the at least three types of irradiated light reflected by the normal surface. A defect detection apparatus, wherein the defect detection apparatus is arranged so as to be larger.
前記撮像手段は、前記照射光源の光源幅Ｗ’との間で次式の関係を満たす視野幅Ｗを有することを特徴とする請求項１又は２に記載の欠陥検出装置。
The defect detection apparatus according to claim 1, wherein the imaging unit has a visual field width W that satisfies a relationship of the following equation with a light source width W ′ of the irradiation light source.
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