JP2014169988A

JP2014169988A - 透過体または反射体の欠陥検査装置

Info

Publication number: JP2014169988A
Application number: JP2013057207A
Authority: JP
Inventors: Yasuhiro Kuwabara; 康浩桑原
Original assignee: DCT LAB CO Ltd; DCT LABORATORY CO Ltd
Current assignee: DCT LAB CO Ltd; DCT LABORATORY CO Ltd
Priority date: 2013-03-01
Filing date: 2013-03-01
Publication date: 2014-09-18

Abstract

【課題】透過性または鏡面の板状体に存在する遮光性または光拡散性の欠陥と、屈折異常を含む透過性の欠陥を同一光学条件で検出することを可能とした欠陥検査装置を提供する。
【解決手段】被検査物の一方側に配置した照明装置から照射される光を、交互に繰り返す遮光部と透光部をもつマスク体を介して被検査物に照射し、前記被検査物の他方に配置された撮像装置により被検査物を撮像し、画像処理手段により欠陥を検出する欠陥検査装置において、被検査物に撮像装置の焦点を合わせた状態で、撮像装置のレンズ開口およびマスク体と被検査物との距離を調整することで、撮像される輝度波形を極端な明暗とはせず、濃淡レベルの中心付近で小変動させる濃いグレーと薄いグレーが連続的に起きる背景像とすることを特徴とする透過体または鏡面体の欠陥検査装置。
【選択図】図１

Description

本発明は、透過体（例えば、ガラスや樹脂や蒸着形成した鏡などの透過性を示すことができる物）または反射体（例えば、ミラー面や艶面などの反射面を有し透過性を有しない物）の欠陥検査装置に関し、特に「異物」「汚れ」「キズ」などの遮光性（光の進行が遮えぎられてしまう）または光拡散性（光の進行が多方向に変えられてしまう）の欠陥と、「気泡」「ヘコミ」「ヒケ」などの屈折性（光の進行が曲げられてしまう）の欠陥を光学的に検出する欠陥検査装置に関する。

板状などの透過体または反射体に存在する遮光性および光拡散性の欠陥と屈折性の欠陥の検出方法に関する技術としては、欠陥を光の陰影としてとらえるものや、欠陥の反射光を利用するもの、また欠陥における光の屈折の違いを利用して背景の線の歪みをとらえるものなどが挙げられる。以下、従来の透過体または反射体に存在する遮光性および光拡散性および屈折性の欠陥の検出方法に関する技術について説明する。

特開平０７−１１４９０号公報特開平０７−１１０３０２号公報特開平０８−２２００２１号公報特開平１０−１１１２５２号公報特開２００２−２８６６５６号公報特開２０１２−２７９２号公報

屈折性の欠陥を検出するための従来の手段として、透明部と不透明部を交互に繰り返すストライプ状のマスクやスリット等を通して照明する提案がいくつかある。特許文献１や特許文献３で提案されている欠陥に対して欠陥点のレンズ効果（屈折異常）を利用して、特定の欠陥を抽出する技術では、歪みという特定の欠陥を発見する用途には優れるが、焦点が被検査体に合っていないため汚れや鋭利なキズ等の欠陥検出は困難である。

特許文献２で提案されている技術では、焦点は被検査体に合っているが、明領域では欠陥の検出ができるが、暗領域では検出力を持たない。このため、全領域を検査するためには複数回の撮像が必要となる。

特許文献６で提案されている格子状チャートのチャート線歪みを検出して欠陥を検出する技術では、歪みに対しては高い効果を発揮するが、レンズ作用の発生しない、もしくはチャートに掛からない埃や異物の混入による欠陥は検出困難である。

特許文献４で提案されている技術はスレッドラインと呼ばれる微細な筋状の欠陥を効率よく抽出するものだが、帯光源の幅と間隔が５〜５０ｍｍと広くスレッドラインの欠陥検出に限定されたものである。

特許文献５で提案されている技術はガラス基板上に発生する線状のクレーターと呼ばれる微細な突起物の欠陥を効率よく検出でき、屈折や散乱を伴う欠陥の検出は出来るが、スリットによる暗領域での遮光性欠陥の検出は困難である。

前記のように、従来の手段では、特定（歪み、スレッドライン、クレーターなど）の屈折異常を有する欠陥しか検出できなかったり、遮光性または光拡散性の欠陥と屈折性の欠陥の両方を検出するために、光学系を変更して複数回の撮像が必要であったりした。すなわち、従来の方法では、「異物」「汚れ」「キズ」などの遮光性または光拡散性の欠陥と、「気泡」「ヘコミ」「ヒケ」などの屈折性（光の進行が曲げられてしまう）の欠陥を同一光学条件で検出することは困難であった。

本発明では、従来困難であった「異物」「汚れ」「キズ」などの遮光性または光拡散性の欠陥と、屈折異常を含む「気泡」「ヘコミ」「ヒケ」などの屈折性の欠陥などの各種欠陥を同一光学条件で被検査物を一度撮像することで検出できるようにした透過体または反射体の欠陥検査装置の提供を目的とする。

本発明は、前記目的を達成するために、請求項１の発明では、照明装置から照射される光を、交互に繰り返す遮光部と透光部をもつマスク体を介して被検査物に照射し、被検査物を挟んで前記照明装置とは対向する位置に配置した撮像装置により被検査物を撮像し、画像処理装置により欠陥を検出する欠陥検査装置において、被検査体に撮像装置の焦点を合わせた状態で、撮像される輝度波形が濃淡レベルの中心であるグレーの状態に対して、その近傍の濃いグレーと薄いグレーが連続的に起きる背景像とすることにより、透過体に存在する遮光性および光拡散性の欠陥と屈折性の欠陥を検査する様にしたことを特徴とする。

請求項２の発明では、請求項１の発明において、前記マスク体を被検査物と照明装置との間で光軸方向に進退移動可能に設けたことを特徴とする。

請求項３の発明では、照明装置から照射される光を、交互に繰り返す遮光部と透光部をもつマスク体を介して被検査物に照射し、被検査物からの反射光を撮像する撮像装置を有し、画像処理装置により欠陥を検出する欠陥検査装置において、被検査体に撮像装置の焦点を合わせた状態で、撮像される輝度波形が濃淡レベルの中心であるグレーの状態に対して、その近傍の濃いグレーと薄いグレーが連続的に起きる背景像とすることにより、反射体に存在する遮光性および光拡散性の欠陥と屈折性の欠陥を検査する様にしたことを特徴とする。

請求項４の発明では、請求項３の発明において、前記マスク体を被検査物と照明装置との間で光軸方向に進退移動可能に設けたことを特徴とする。

請求項１の発明によれば、同一光学条件で、被検査物である透過体を一度撮像することで、遮光性または光拡散性の欠陥と屈折性の欠陥などの各種欠陥を撮像領域の全域で検出可能となるので、欠陥の種類に限定されることなく、透過体に含まれる各種欠陥を短時間で検出できる欠陥検査装置を提供できる。

請求項２の発明によれば、請求項１の発明において、マスク体を被検査物と照明装置との間で光軸方向に進退可能に設けたことにより、屈折率や厚さの違う透過体を同じ欠陥検査装置で検査することができる。

請求項３の発明によれば、同一光学条件で、被検査物である反射体を一度撮像することで、光拡散性の欠陥と屈折性の欠陥などの各種欠陥を撮像領域の全域で検出可能となるので、欠陥の種類に限定されることなく、反射体に含まれる各種欠陥を短時間で検出できる欠陥検査装置を提供できる。

請求項４の発明によれば、請求項３の発明において、マスク体を被検査物と照明装置との間で光軸方向に進退可能に設けたことにより、屈折率や厚さの違う反射体を同じ欠陥検査装置で検査することができる。

本発明の欠陥検査装置の構成図本発明の実施例１における欠陥検査装置の要部斜視図本発明の実施例２における欠陥検査装置の要部斜視図被検査物焦点での透光および遮光状態が極端な輝度波形本発明で提案する濃いグレー、薄いグレー状態に調整した輝度波形欠陥検出処理部１０の処理のフローを示すチャート

以下、本発明に係る欠陥検査装置の一実施形態について図面を参照しながら説明する。なお、本明細書において参照する各図は、本発明の理解を容易にするために一部の構成要素を誇張して表すなど模式的に表している。このため、各構成要素間の寸法や比率などは異なっていることがある。

図１は本発明に係る欠陥検査装置の構成図である。図１に示すように欠陥検査装置はライン状光源２、マスク体４および、一次元撮像装置１、欠陥検出処理部１０および、制御部１１、また、本発明の主旨に直接影響しないため図示しないが、被検査物を把持して搬送する装置を備えている。

図２は本発明の実施形態の一つであり、一次元撮像装置１とライン状光源２とを被検査物３を挟んで対向配置した透過光学系の構成例である。

ライン状光源２は被検査物３に向けて拡散光を照射するものであり、被検査物３が搬送される方向Ａに対して直交する方向に延びる直方体状に形成されている。この場合、ライン状光源２は検査対象物３の検査対象領域の幅方向長さよりも長く形成されている。

また、ライン状光源２の発光面には拡散板（図示せず）が取り付けられており、これにより照射される光は均一な明るさとなっている。このライン状光源２は白色ＬＥＤを内蔵して構成されており、後述する制御部１１によって明るさが制御される。なお、ライン状光源２はＬＥＤ以外の発光体、例えばハロゲンランプやメタルハライドランプなどでもよい。すなわち、このライン状光源２が本発明に係る照明装置に相当する。

ライン状光源２の上方には発光面を覆うようにマスク体４が光軸方向Ｂに進退可能な状態で設けられている。マスク体４はライン状光源２から投光された光の一部を透過させるとともに他の一部を遮るものであり、濃いグレーと薄いグレーが連続的に起きる背景像を形成するための板状の部材である。より具体的には、マスク体４は、透明な樹脂製の板材をライン状光源２の発光面に対応する長方形状に形成されている。そしてマスク体４の表面には長手方向に直交する方向（被検査物の搬送方向）に延びた遮光部４ａと透光部４ｂとがマスク体４の長手方向に沿って交互に繰り返し形成されている。

遮光部４ａはライン状光源２から照射された光を遮って遮光する部分であり、黒色に着色されている。一方透光部４ｂはライン状光源２から照射された光をそのまま透過させる透明な部分である。本実施形態では遮光部４ａは例えば０．７５ｍｍ、透光部４ｂは０．２５ｍｍに形成されている。なお、マスク体４の遮光部４ａと透光部４ｂの幅は、検出対象となる欠陥や一次元撮像装置１を構成するレンズの開口や配置などの各条件に基づいて種々決定されるものであり、前記のように遮光部４ａを０．７５ｍｍ、透光部４ｂを０．２５ｍｍに限定するものではない。

このマスク体４の上方には、一次元撮像装置１が対向配置されている。一次元撮像装置１は、ライン状光源２およびマスク体４の上方に配置されてライン状光源２からマスク体４を介して光を照射された被検査物３を搬送させながら走査することで撮像をおこない撮像画像を表す電気信号を出力する光学機器である。本実施形態においては、一次元撮像装置１はラインＣＣＤまたはＣＭＯＳイメージセンサおよびレンズによって構成されている。この一次元撮像装置１は図示しない支持体によってマスク体４の上方に支持されている。

また、この場合、一次元撮像装置１は、図示しない搬送装置で搬送される被検査物３に焦点が合うように調整され、撮像分解能が例えば２０μｍとなるように設置されている。なお、一次元撮像装置１の撮像分解能は検出対象となる欠陥や検査対象物３の検査対象範囲の大きさなど各条件に基づいて決定されるもので、前記のように２０μｍに限定されるものではない。すなわち、この一次元撮像装置１が、本発明に係る撮像装置に相当する。

欠陥検出処理部１０は一次元撮像装置１から出力される画像信号を処理して欠陥の検出をおこなうものである。また欠陥検出処理部１０には、図示しない表示モニタが接続されており、欠陥検出結果の表示や一次元撮像装置１から出力される画像信号を輝度波形として連続的に表示することができる。すなわち、この欠陥検出処理部１０が、本発明に係る画像処理装置に相当する。

被検査物３は図示しない搬送装置により直接または図示しないワークフォルダを介して保持され一次元撮像装置１とマスク体４の間の高さで、ライン状光源２の長手方向に直交する方向Ａに搬送される。ワークフォルダは被検査物３を脱着自在に１つまたは複数保持するものであり、樹脂製の板材などに被検査物３の検査対象となる部分に対応した貫通孔が形成されて構成されている。

図示しない搬送装置は被検査物３を保持して一次元撮像装置１の走査周期と撮像分解能に対応する速度で搬送をおこない、被検査物３の先端から終端まですべてが一次元撮像装置１の下方を通過するように制御部１１によって動作が制御される。

制御部１１は操作者の指示に従ってあらかじめ記憶された制御プログラムを実行する事により、欠陥検査装置の各種動作を制御する。具体的には、制御部１１は図示しない搬送装置、一次元撮像装置１、ライン状光源２、欠陥検出処理部１０の各動作を制御する。たとえば、制御部１１は図示しない搬送装置を制御して、被検査物３を搬送するとともに欠陥検出処理部１０の一次元撮像装置１から出力される画像信号の処理開始や終了の制御をおこなう。

次に本発明に係る欠陥検査装置の検出原理について説明する。まず、被検査物３を撮像して、濃いグレーと薄いグレーが連続的に起きる背景像の調整をおこなう。具体的には被検査物３を搬送装置により移動させて、被検査物３の検査対象領域を一次元撮像装置１の下方に位置決めさせる。次いで、ライン状光源２から光を照射させるとともに、一次元撮像装置１から出力される画像信号の輝度波形を観測する。これにより、ライン状光源２から照射された光が、マスク体４における透光部４ｂを透過した光と遮光部４ａによって光を遮光された影とによって明部と暗部を交互に繰り返す方形波状の輝度波形が観測される。

この場合、輝度波形において、図４の波形のように平均輝度に対して明部と暗部の輝度差が大きな場合には、ライン状光源２の明るさや、一次元撮像装置１のレンズ開口、マスク体４と被検査物３との距離を調整することで、図５の波形のように平均輝度に対して明部Ｘと暗部Ｙの輝度差が小さくなるようにする。本実施形態では輝度波形の平均輝度が最大階調の中間になるようにし、かつ明部Ｘと暗部Ｙの輝度差が最大輝度階調の約１０％程度の範囲に収まるように調整をおこなった。なお、輝度波形の平均輝度と、明部Ｘと暗部Ｙの差は欠陥検出処理部１０の検出したい欠陥の特性や検出条件などにより適宜調整されるものであり、前記のように平均輝度や明部Ｘと暗部Ｙの輝度差は本実施形態の数値に限定されるものではない。

このように、輝度の明部Ｘと暗部Ｙの差を小さくすることで埃や異物などの遮光性欠陥のように輝度レベルが暗くなる欠陥から、拡散により輝度レベルが明るくなる欠陥まで、明部Ｘ領域、暗部Ｙ領域、中間領域の全領域において感度を保ったまま、マスク体４の効果による屈折異常をもつ欠陥にもコントラストが生じるため、前記欠陥をすべて検出することができる。

前記のように輝度波形を調整したのちに、被検査物３を所定の搬送をおこない被検査物３の先端から終端までの撮像をおこない、その画像を欠陥検出処理部１０において欠陥検出処理を行う。図６は本実施形態の欠陥検出処理部１０における欠陥検出処理のフローを示すチャートである。フローは画像データ取得、フィルタ処理、しきい値処理、欠陥データ処理、分類処理の順でおこなわれる。

フィルタ処理により暗部Ｙに対応する濃いグレーと明部Ｘに対応する薄いグレーの背景をキャンセルし、所定以上の異常な画像を検出するしきい値処理をすることで欠陥の検出をおこなう。また、一次元撮像装置１の焦点が被検査物３に合わされているため、欠陥の位置座標や寸法、面積などの特徴量が正確に取得できるため、欠陥データ処理、分類処理にて特徴量を処理することで、欠陥種の識別や分類をおこなうことが可能である。

図３に示すようにライン状光源２を被検査物３の上方に長手方向を軸に傾けて配置し、マスク体４を介して被検査物３に照射された光の反射光を一次元撮像装置１で撮像するように配置した反射光学系の構成例であり、主旨は実施例１と同じである。この場合、被検査物３が反射体であっても、表面（上面）に付着する遮光性または光拡散性の欠陥や、屈折性の欠陥を実施例１と同様に検出することができる。このように、透過体に限らず反射体にも利用することができる。

前記２つの実施形態においてマスク体４は透明な樹脂製の板材を使用しているが、透明な素材であればガラスなどの他の素材であってもよい。

また、前記２つの実施形態のマスク体４の遮光部４ａは被検査物３の搬送方向と平行に形成されているが、これに限定されるものではなく、被検査物３の搬送方向と所定の角度で交差するものや格子状のものであってもよい。つまり、マスク体４の長手方向に遮光部と透光部が交互に繰り返し形成されたものであればよい。

１・・・一次元撮像装置
２・・・ライン状光源
３・・・被検査物（透過性または鏡面の板状体）
４・・・マスク体
４ａ・・・遮光部
４ｂ・・・透光部
１０・・・欠陥検出処理部
１１・・・制御部
Ａ・・・被検査物３が搬送される方向
Ｂ・・・光軸方向
Ｘ・・・明部（薄いグレー）
Ｙ・・・暗部（濃いグレー）

Claims

照明装置から照射される光を、交互に繰り返す遮光部と透光部をもつマスク体を介して被検査物に照射し、被検査物を挟んで前記照明装置とは対向する位置に配置した撮像装置により被検査物を撮像し、画像処理装置により欠陥を検出する欠陥検査装置において、被検査体に撮像装置の焦点を合わせた状態で、撮像される輝度波形が濃淡レベルの中心であるグレーの状態に対して、その近傍の濃いグレーと薄いグレーが連続的に起きる背景像とすることにより、透過体に存在する遮光性および光拡散性の欠陥と屈折性の欠陥を検査する様にしたことを特徴とする透過体の欠陥検査装置。
前記マスク体を被検査物と照明装置との間で光軸方向に進退移動可能に設けたことを特徴とする請求項１の透過体の欠陥検査装置。
照明装置から照射される光を、交互に繰り返す遮光部と透光部をもつマスク体を介して被検査物に照射し、被検査物からの反射光を撮像する撮像装置を有し、画像処理装置により欠陥を検出する欠陥検査装置において、被検査体に撮像装置の焦点を合わせた状態で、撮像される輝度波形が濃淡レベルの中心であるグレーの状態に対して、その近傍の濃いグレーと薄いグレーが連続的に起きる背景像とすることにより、反射体に存在する遮光性および光拡散性の欠陥と屈折性の欠陥を検査する様にしたことを特徴とする反射体の欠陥検査装置。
前記マスク体を被検査物と照明装置との間で光軸方向に進退移動可能に設けたことを特徴とする請求項３の反射体の欠陥検査装置。