JP2016080662A

JP2016080662A - 表面検査装置

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Publication number: JP2016080662A
Application number: JP2014215464A
Authority: JP
Inventors: 知弘廣瀬; Tomohiro Hirose; 北山　綱次; Koji Kitayama; 綱次北山; 井上　武士; Takeshi Inoue; 武士井上; 克洋須原; Katsuhiro Suhara; 裕次郎鈴木; Yujiro Suzuki
Original assignee: Toyoda Gosei Co Ltd; Toyota Central R&D Labs Inc
Current assignee: Toyoda Gosei Co Ltd; Toyota Central R&D Labs Inc
Priority date: 2014-10-22
Filing date: 2014-10-22
Publication date: 2016-05-16
Anticipated expiration: 2034-10-22
Also published as: JP6324289B2

Abstract

【課題】底部に開口が形成された、すり鉢状の鏡面の検査を従来よりも簡易に行う。
【解決手段】表面検査装置１０は、縞部材１２、撮像器１４、及び演算部１８を備える。縞部材１２は、円筒または円柱形状であって、その中心軸がすり鉢鏡面２４の高さ方向に沿うようにして底部開口２５に配置されるとともに、外周面に中心軸方向に沿った縦縞が周方向に配列された縞パターン２６が形成されている。撮像器１４は、縞部材１２とはすり鉢鏡面２４の高さ方向に離間するように配置され、縞パターン２６が写り込んだすり鉢鏡面２４を撮像する。演算部１８は、すり鉢鏡面２４の撮像画像に基づいて、すり鉢鏡面２４上のきずの有無を検出する。
【選択図】図１

Description

本発明は、鏡面上のきず等を検出可能な、表面検査装置に関する。

品質検査等の目的で、鏡面上のきずや凹凸等を検出する表面検査装置が知られている。例えば特許文献１では、複数の帯状の有機ＥＬ素子を幅方向に並べて検査面に照射することで、当該検査面に縞状のパターンを投影させるとともに、このパターンを撮像して撮像画像を解析することで、鏡面上のきずを検出している。また、特許文献２では、ＩＣのリードの外観検査の際に、リードの一部を鏡面を用いて撮像する外観検査装置が開示されている。

特開２０１４−２０４１号公報特開平６−２６５３２３号公報

ところで、車両のヘッドランプの一部品であるライトリフレクター（反射鏡）など、底部に開口が形成されたすり鉢形状の鏡面を備えた部材に対して、当該鏡面上のきずの有無を検査する場合に、従来のように平面的な縞パターンを照射しようとすると、鏡面形状に起因して、図１３上段のように、検査面の全面に縞パターンを投影させるのが困難となるか、または図１３下段のように、検査面の全面を撮像することが困難となる場合がある。このような場合に、照射エリアや撮像エリアを逐次変更して部分ごとに傷の検出を行うことも考えられるが、撮像が複数回に及び、また、検査面の部分画像をまとめて全面画像に合成する処理を必要とするなど、作業が煩雑となる。そこで、本発明は、底部に開口が形成されたすり鉢状の鏡面の検査を従来よりも簡易に行うことの可能な、表面検査装置を提供することを目的とする。

本発明は、底部に開口が形成されたすり鉢状の鏡面の外観検査を行う表面検査装置に関するものである。当該装置は、円筒または円柱形状であって、その中心軸が前記すり鉢状の鏡面の高さ方向に沿うようにして前記底部開口に配置されるとともに、外周面に前記中心軸方向に沿った縦縞が周方向に配列された縞パターンが形成された縞部材と、前記縞部材とは前記すり鉢状の鏡面の高さ方向に離間するように配置され、前記縞パターンが写り込んだ前記鏡面を撮像する撮像器と、前記鏡面の撮像画像に基づいて、前記鏡面上のきずの有無を検出する演算部と、を備える。

また、上記発明において、前記演算部は、前記撮像画像において放射状に配列された縞パターンの中心点からの動径及び角度からなる極座標系を、前記動径及び角度を直交軸とする直交座標系となるように前記撮像画像を変換することで、前記縞パターンを前記直交座標系の一軸に沿うように配列させることが好適である。

また、上記発明において、前記鏡面は、前記高さ方向に沿った断面形状が直線状の斜面であって、前記鏡面の底部開口からの前記撮像器のカメラ中心の高さＨｃは、前記撮像器の画角θ_Ｃ、前記鏡面の最大半径Ｒ_Ｗ、前記底部開口の半径ｒ_Ｗ、前記高さ方向に直交する水平方向に対する前記斜面の角度φを用いた以下の数式（１）を満たす範囲に設定されることが好適である。

また、上記発明において、前記鏡面は、前記高さ方向に沿った断面形状が曲線状の斜面であって、前記鏡面の底部開口からの前記撮像器のカメラ中心の高さＨ_Ｃは、前記撮像器の画角θ_Ｃ、前記鏡面の最大半径Ｒ_Ｗ、前記底部開口の半径ｒ_Ｗ、前記斜面の曲率半径ａを用いた以下の数式（２）を満たす範囲に設定されることが好適である。

本発明によれば、底部に開口が形成されたすり鉢状の鏡面の検査を従来よりも簡易に行うことが可能となる。

本実施形態に係る表面検査装置を例示する斜視図である。本実施形態に係る表面検査装置による撮像画像を例示する図である。すり鉢鏡面の断面が直線である場合の、本実施形態に係る表面検査装置の設定例を示す図である。すり鉢鏡面の断面が直線である場合の、本実施形態に係る表面検査装置の設定例を示す図である。すり鉢鏡面の断面が曲線である場合の、本実施形態に係る表面検査装置の設定例を示す図である。すり鉢鏡面の断面が曲線である場合の、本実施形態に係る表面検査装置の設定例を示す図である。本実施形態に係る表面検査装置による撮像画像を例示する図である。本実施形態に係る表面検査装置による、きず検出の原理を説明する図である。本実施形態に係る表面検査装置による、きず検出の原理を説明する図である。本実施形態に係る表面検査装置による、きず検出の原理を説明する図である。本実施形態に係る表面検査装置による、きず検出の原理を説明する図である。本実施形態に係る表面検査装置による、きず検出の原理を説明する図である。従来技術に係る表面検査を説明する図である。

＜装置構成＞
図１に、本実施の形態に係る表面検査装置１０を例示する。表面検査装置１０による外観検査の対象となる鏡面部材２２は、例えば、車両のライトリフレクターであって、中央部にすり鉢状の鏡面２４（以下単にすり鉢鏡面と呼ぶ）が形成されている。すり鉢鏡面２４は底部に開口２５が形成されており、底抜けのすり鉢形状となっている。例えば、この底部開口２５から光源部材が挿入される。

ここで、すり鉢形状とは、高さ方向に沿って底に向かって半径が狭まるような斜面を備えた形状を指しており、高さ方向の断面形状が直線のものと、曲線のものとを含んでいる。

表面検査装置１０は、縞部材１２、撮像器１４、ステージ１５、照明器１６、演算部１８、及び表示部２０を備える。ステージ１５に鏡面部材２２が置かれた後に、そのすり鉢鏡面２４の底部開口２５に縞部材１２が立てられる。縞部材１２の外周面に形成された縞パターン２６がすり鉢鏡面２４に写り込み、これを撮像器１４が撮像する。演算部１８は撮像画像を解析して、撮像画面中のきずを検出する。この検出結果は表示部２０に表示される。

＜各構成の詳細＞
縞部材１２は、円筒または円柱形状の部材であって、すり鉢鏡面２４の底部開口２５に（ステージ１５上に）立てた状態で、つまり、自身の中心軸Ｃがすり鉢鏡面２４の高さ方向（Ｚ方向）に沿うようにして配置される。この配置に際して、縞部材１２の中心軸Ｃがすり鉢鏡面２４の中心と一致するように、縞部材１２を配置してもよい。縞部材１２の中心軸Ｃ方向高さや半径等については後述する。

縞部材１２の外周面には、中心軸Ｃ方向に沿った縦縞が周方向に配列された、縞パターン２６が形成されている。この縞パターン２６は、周方向に沿って縞の濃度が正弦波状に変化するものであってよい。この縞パターン２６は、いわゆるキャリア縞として機能し、後述するようにすり鉢鏡面２４上のきずを浮かび上がらせる効果を有している。

照明器１６は、すり鉢鏡面２４の全面を照射する光源である。照明器１６は、例えばリング状のＬＥＤ照明から構成される。照明器１６は、鏡面部材２２とは高さ方向（Ｚ方向）に離間するようにして設けられる。照明器１６の高さ方向位置は調整可能であってよく、例えばステージ１５に設けられたＺ軸方向の移動機構２８に照明器１６が取り付けられていてよい。

なお、図１に示す実施形態では、縞部材１２と照明器１６を別個の部材としたが、この形態に限らない。例えば縞部材１２内に照明器１６を組み込んで、縞部材１２内部からすり鉢鏡面２４に向かって光を照射するようにしてもよい。

撮像器１４は、縞パターン２６が写り込んだすり鉢鏡面２４を撮像する。撮像器１４は、例えばＣＣＤカメラやＣＭＯＳカメラであってよい。撮像器１４は、すり鉢鏡面２４を見下ろすようなアングルで当該すり鉢鏡面２４の撮像を行う。すなわち、撮像器１４は、すり鉢鏡面２４及び縞部材１２とは高さ方向（Ｚ方向）に離間するようにして設けられる。また、撮像器１４の光軸が、すり鉢鏡面２４の中心及び縞部材１２の中心軸Ｃと一致するように、撮像器１４を配置してもよい。さらに撮像器１４は、照明器１６と同様に、ステージ１５の移動機構２８に固定され、高さ方向位置を調整可能であってよい。

図２には、撮像器１４によるすり鉢鏡面２４の撮像画像が例示されている。この撮像画像には、すり鉢鏡面２４と円柱形状の縞部材１２の頂面とが含まれている。具体的には、この撮像画像では、すり鉢鏡面２４に写り込まれた放射状の縞パターン２６と、さらにその外周のすり鉢鏡面２４の周縁部３０（輪郭部）が示されている。周縁部３０は照明器１６に対向するような面を含んでおり、照明器１６の照明をほぼ全反射することから、すり鉢鏡面２４に写り込んだ縞パターン２６と比較して明瞭な像となる。

図１に戻り、演算部１８は、撮像器１４により撮像された、すり鉢鏡面２４の撮像画像をもとに、当該すり鉢鏡面２４上のきずの有無を検出する。演算部１８は、画像処理可能なものであればよく、例えばＣＰＵなどの演算回路及びメモリなどの記憶手段を備えたコンピュータであってよい。記憶手段には、後述する画像処理を実行するためのプログラムが記憶される。演算部１８による演算結果は、ディスプレイ等からなる表示部２０に表示される。

＜縞部材１２及び撮像器１４の設置条件＞
すり鉢鏡面２４の全面に亘って縞部材１２の縞パターン２６を写り込ませ、また撮像器１４がこの鏡面２４全体の画像を撮像可能とするための条件について、以下説明する。

図３には、図１のＸ−Ｚ断面の模式図が示されている。また、図３では、高さ方向（Ｚ軸方向）に沿った断面形状が直線状の斜面形状であるすり鉢鏡面２４が示されている。さらに、撮像器１４はいわゆるピンホールカメラモデルに倣って、カメラ中心Ｃ_Ｃ及び（仮想的な）画像面ＩＰで示されている。さらに、図３では、すり鉢鏡面２４の中心と、縞部材１２の中心軸Ｃと、撮像器１４の光軸とを一致させている。加えて同図では、これらの中心軸をＺ軸とするとともに、ステージ１５の載置面をＸ−Ｙ平面とする。

まず、すり鉢鏡面２４の全面を撮像器１４が撮像可能となるための条件について説明する。すり鉢鏡面２４の全面を撮像器１４が撮像可能であるとき、すり鉢鏡面２４の最外周の点からの光が撮像器１４のイメージセンサに受光される。このことから、すり鉢鏡面２４の全面を撮像器１４が撮像可能となる境界条件として、図３のように、撮像器１４の画角θ_Ｃと等しい角度を持つ投影線が、すり鉢鏡面２４の端点（最外周点）ｐ_Ｒを通る場合を考える。ここで、画角θ_Ｃは、撮像器１４の光軸（Ｚ軸）からイメージセンサアレイの端までの幅ｗと撮像器１４の焦点距離ｆとを用いて、下記数式（３）から求めることができる。

上記θ_Ｃ、すり鉢鏡面２４の最大半径（ｐ_Ｒの半径）Ｒ_Ｗ、すり鉢鏡面２４の底部開口２５の半径ｒ_Ｗ、底部開口２５からのカメラ中心Ｃ_Ｃの高さＨ_Ｃ、及び、すり鉢鏡面２４の高さ方向に直交する水平方向（Ｘ軸）に対するすり鉢鏡面２４の（斜面の）角度φを用いて、下記数式（４）が導かれる。

数式（４）を変形して、以下の数式（５）が導かれる。

上記数式（５）を満たす範囲にカメラ中心Ｃ_Ｃの高さＨ_Ｃを設定すれば、撮像器１４は、すり鉢鏡面２４の全面を撮像可能となる。上記数式（５）のうち、撮像器１４に関するパラメータθ_Ｃは撮像器１４の仕様等から取得可能であり、鏡面部材２２に関するパラメータＲ_Ｗ、ｒ_Ｗ、φは鏡面部材２２の設計値から取得可能である。このことから、鏡面部材２２の検査前に撮像器１４の位置決めをすることができる。

次に、すり鉢鏡面２４の全面に亘って縞部材１２の縞パターン２６を写り込ませるための、縞部材１２の条件について説明する。図３の光線３２のように、撮像器１４からの投影線がすり鉢鏡面２４上の点ｐで反射し、縞部材１２の外周面上の点ｑで交差する場合に、反射点ｐにおける法線ベクトルｎは以下の数式（６）で表される。

また、入射ベクトルｅは、中心軸（Ｚ軸）に対する投影線３２の角度をθとすると、以下の数式（７）で表される。

さらに、反射ベクトルｖ、法線ベクトルに直交するベクトルｔ、及び任意の係数α、βを用いて、下記数式（８）が導かれる。

数式（８）から、下記数式（９）が導かれる。

ここで、αはベクトルｅとｎの内積であることから、下記数式（１０）が導かれる。

数式（１０）に、数式（６）、（７）を代入すると、ベクトルｖは以下の数式（１１）で表される。

加えて、点ｐのｘ座標をｒとすると、点ｐは以下の数式（１２）で表される。

反射点ｐから縞部材１２上の点ｑに向かう投影線の式は、媒介変数ｓ（ベクトルの伸び（倍率）を表すパラメータ）と数式（１０）、（１１）から、ｖ・ｓ＋ｐと表される。この媒介変数ｓは、縞部材１２の半径をｌとすると、下記数式（１３）のように表される。

数式（１３）より、光線が縞部材１２の外周面と交差する点ｑの高さｈは下記数式（１４）で示される。

なお、数式（１４）の右辺のうち、第１項は底部開口２５から点ｐまでの高さを表し、第２項は点ｐから点ｑまでの高さを表している。数式（１４）について、θはｒを用いて下記数式（１５）のように表すことができる。

数式（１４）に数式（１５）を代入して、下記数式（１６）が導かれる。

数式（１６）のｒにすり鉢鏡面２４の最大半径Ｒ_Ｗを代入したときに求められるｈ以上となるように、縞部材１２の高さＨ_ｅを設定することで、すり鉢鏡面２４の全面に縞パターン２６を写り込ませることが可能となる。

図４には、数式（１６）のｒを増加させたときのｈの変化を示すグラフが表されている。なお、Ｈ_Ｃ＝３００ｍｍ、ｒ_Ｗ＝３０ｍｍ、ｌ＝２５ｍｍ、φ＝３０°、４５°、６０°とした。このグラフに示されているように、すり鉢鏡面２４の半径ｒが拡がるほど、縞部材１２の高さｈを増加させることで、すり鉢鏡面２４の全面に縞パターン２６を写り込ませることが可能となる。

図５には、高さ方向（Ｚ軸方向）に沿った断面形状が曲線状の斜面である、すり鉢鏡面２４に対する撮像器１４及び縞部材１２の設定条件を説明する模式図が示されている。この図も、図３と同様に、撮像器１４をカメラ中心Ｃ_Ｃ及び画像面ＩＰで示す。また、すり鉢鏡面２４の中心と、縞部材１２の中心軸Ｃと、撮像器１４の光軸とを一致させている。さらに、これらの中心軸をＺ軸とするとともに、ステージ１５の載置面をＸ−Ｙ平面とする。なお、図３と同一のパラメータについては説明を省略する。

まず、撮像器１４の画角θ_Ｃと等しい角度を持つ投影線が、すり鉢鏡面２４の最外周点Ｐ_Ｒを通る場合を考える。すり鉢鏡面２４の曲率半径ａ、すり鉢鏡面２４の曲面中心Ｏ_Ｗとすり鉢鏡面２４の最外周点ｐ_Ｒとを結ぶ線の、中心軸（Ｚ軸）に対する角度ｔ_Ｗ、底部開口２５からの曲面中心Ｏ_Ｗの高さＩ、及び、底部開口２５からのカメラ中心Ｃ_Ｃの高さＨ_Ｃを用いて、下記数式（１７）〜（１９）が導かれる。

数式（１７〜１９）から、カメラ中心Ｃ_Ｃの高さＨ_Ｃに関する条件式である下記数式（２０）が導かれる。

上記数式（２０）を満たす範囲にカメラ中心Ｃ_Ｃの高さＨ_Ｃを設定すれば、撮像器１４は、すり鉢鏡面２４の全面を撮像可能となる。上記数式（２０）のうち、撮像器１４に関するパラメータθ_Ｃは撮像器１４の仕様等から取得可能であり、鏡面部材２２に関するパラメータａ、Ｒ_Ｗ、ｒ_Ｗは鏡面部材２２の設計値から取得可能である。このことから、鏡面部材２２の検査前に撮像器１４の位置決めをすることができる。

次に、すり鉢鏡面２４の全面に亘って縞部材１２の縞パターン２６を写り込ませるための、縞部材１２の条件について説明する。図５の光線３４のように、撮像器１４からの投影線がすり鉢鏡面２４上の点ｐで反射し、縞部材１２の外周面上の点ｑで交差する場合に、反射点ｐは下記数式（２１）で表される。

数式（２１）から、反射点ｐにおける法線ベクトルｎは下記数式（２２）のように表される。

数式（２２）と、上述した入射ベクトルｅに関する数式（７）及び反射ベクトルｖに関する数式（１０）から、以下の数式（２３）が導かれる。

数式（１４）と同様にして、光線が縞部材１２の外周面と交差する点ｑの高さｈは、数式（２１）、（２３）を用いて下記数式（２４）で示される。

さらに、角度ｔ及び角度θは下記数式（２５）のような関係を有する。

したがって、反射点ｑの高さｈは下記数式（２６）のように表される。

さらに、数式（２６）をすり鉢鏡面２４の半径ｒを用いて表すと、下記数式（２７）が導かれる。

数式（２７）のｒにすり鉢鏡面２４の最大半径Ｒ_Ｗを代入したときに求められるｈ以上となるように、縞部材１２の高さＨ_ｅを設定することで、すり鉢鏡面２４の全面に縞パターン２６を写り込ませることが可能となる。

図６には、数式（２７）のｒを増加させたときのｈの変化を示すグラフが表されている。なお、Ｈ_Ｃ＝３００ｍｍ、ｌ＝２５ｍｍ、Ｉ＝１５０ｍｍ、ａ＝１７０ｍｍ、１８０ｍｍ、２００ｍｍとした。

このグラフでは、ｒの値が増加するにつれてｈの増加率が低減し、さらには変化率が負に落ち込むような変化を示す。これは、すり鉢鏡面２４の曲面形状に起因するものと考えられ、すり鉢鏡面２４の複数の反射点が縞部材１２上の同一の点に収束する、つまり、図５で示したような、すり鉢鏡面２４上の反射点ｐと縞部材１２上の点ｑとの１対１の関係が崩れる状態を示している。このような場合、図７の下段に示すように、すり鉢鏡面２４に写り込まれる縞パターン２６が不鮮明となり、画像解析が困難となる。

したがって、撮像器１４や縞部材１２の仕様、及び鏡面部材２２の設計値などから数式２７の各パラメータを代入して、検査対象とするすり鉢鏡面２４に関するプロットが、グラフ上のどの位置に含まれるか、予め求めておくことが好適である。このようにすることで、検査対象となる鏡面部材２２が、本実施形態の表面検査装置１０による検査に適合するか否かを判定することができる。

＜計測原理＞
次に、本実施の形態に係る表面検査装置の計測原理について説明する。図８には、すり鉢鏡面２４の撮像画像が例示されている。演算部１８は、この画像に基づいて、放射状に配列された縞パターン２６の中心点（基準点）を求める。例えば、すり鉢鏡面２４の周縁部３０（輪郭部）の曲率半径を求めて中心点を求める。上述したように、すり鉢鏡面２４の周縁部は比較的明瞭に撮像されることから、曲率半径を求める画像処理は比較的容易に行うことができる。

次に、図９に示すように、演算部１８は、求められた中心点からの動径及び角度からなる極座標系を、当該動径及び角度を直交軸とする直交座標系となるように、撮像画像を変換する、いわゆるＦｒｉｅｚｅ展開を行う。これにより、縞パターン２６が、直交座標系の一軸に沿うように再配列される。

さらに図１０に示すように、演算部１８は、縞パターン２６が再配列された撮像画像（元画像）から高周波成分を抽出することで、すり鉢鏡面２４上のきず検出を行う。傷周辺に写り込まれた縞パターンは、その周辺と比較して複雑な投影像を示すようになり、空間周波数的に高周波成分を含むようになる。したがって、高周波成分を抽出することで、すり鉢鏡面２４上のきず検出が可能となる。

演算部１８は、図９で得られた画像に対してフーリエ変換（Ｆ．Ｔ．）を行う（Ｓ１０）。元画像の輝度分布をＩ（ｘ）とすると、ステップＳ１０は下記数式（２８）、（２９）のように表すことができる。なお、上記輝度分布の関数Ｉ（ｘ）のパラメータｘはベクトルであって、撮像画像の２次元平面の任意の座標を示すものとする。

ここで、Ｆ[]はフーリエ変換、Ｒ｛｝、Ｉ｛｝はそれぞれ、｛｝内の複素数から実部、虚部を得る演算子である。演算部１８は、この実部Ａ（ｆ）と虚部Ｐ（ｆ）に基づき、下記数式（３０）、（３１）のようにパワースペクトル及び位相を求める（Ｓ１２）。

ここで、Ｌ（ｆ）はパワースペクトル、Ｑ（ｆ）は位相を表す。次に、演算部１８は、パワースペクトルＬ（ｆ）を複製（コピー）して、これにガウスフィルタを掛ける（Ｓ１４）。または、元画像を低解像度化させた上で、パワースペクトルを求めるとともに、このパワースペクトルにガウスフィルタを掛けるようにしてもよい。

ガウスフィルタでは、下記数式（３２）のガウス関数が用いられる。

ここで、ｆ_ｘ及びｆ_ｙは、それぞれ、画像の横方向及び縦方向の空間周波数を示している。また、ｗはガウス分布の幅を示すものであり、標準偏差（σ）と同義である。本実施形態では、このガウス関数の幅ｗとして、図９のように直線状に展開された縞パターン２６（キャリア縞）の空間周波数[ｍ^−１]を用いる。

縞パターン２６の空間周波数は、パワースペクトルＬ（ｆ）の画像処理により求めることができる。図１１左には、パワースペクトルＬ（ｆ）の画像が例示されている。当該画像の横軸及び縦軸は、ともに空間周波数（波数）[ｍ^−１]を表している。図１１右上には、パワースペクトルＬ（ｆ）の中心（原点）周辺の拡大図が示されている。縞パターン２６（キャリア縞）の空間周波数（キャリア周波数）は、パワースペクトルＬ（ｆ）の輝度の最大値を持つ点に対応する。演算部１８は、パワースペクトルＬ（ｆ）の画像からキャリア周波数を求めるとともに、この値をガウス関数の幅ｗに代入する。

なお、キャリア周波数の導出に当たり、パワースペクトルＬ（ｆ）画像の画素を用いてもよい。すなわち、パワースペクトルＬ（ｆ）画像の中心から輝度の最大地点までの画素数をカウントするとともに、このカウント値と画素の寸法または所定の単位長さを掛けてその逆数をキャリア周波数[ｍ^−１]としてもよい。また、演算の簡略化のため、長さ単位の乗算を省略して画素のカウント数の逆数をキャリア周波数として扱ってもよい。

図１０に戻り、演算部１８は、ガウス関数のパラメータであるガウス分布の幅ｗがキャリア周波数と等しい値に設定されたガウスフィルタを、パワースペクトルＬ（ｆ）に掛ける。さらに、演算部１８は、下記数式（３４）のように、パワースペクトルＬ（ｆ）から、ガウスフィルタ処理されたパワースペクトル（フィルタ処理パワースペクトル）ｇ（ｆ）・Ｌ（ｆ）を差し引く（Ｓ１６）。

フィルタ処理パワースペクトルｇ（ｆ）・Ｌ（ｆ）は、キャリア周波数以上の高周波成分が抑制されたパワースペクトルとなる。このフィルタ処理パワースペクトルｇ（ｆ）・Ｌ（ｆ）をもとのパワースペクトルＬ（ｆ）から差し引くことで、撮像画像（元画像）から低周波成分が取り除かれるとともに、キャリア周波数以上の高周波成分が得られる。

次に、演算部１８は、位相Ｑ（ｆ）と高周波成分が抽出されたパワースペクトルＲ（ｆ）とを用いて、下記数式（３５）に示すように、逆フーリエ変換（Ｉ．Ｆ．Ｔ．）を行う（Ｓ１８）。

次に、演算部１８は、図９にて得られた撮像画像のうち、すり鉢鏡面２４の領域のみを抽出して、背景領域を除去する、検査領域マスクを生成する（Ｓ２０）。図９の縞パターン２６の端部に着目すると、縞パターン２６が背景の黒部分に切り落とされるようになっている。これを輝度変化の観点から見ると、輝度が矩形的に変化していることになる。矩形波には高調波成分が含まれることから、撮像画像の高周波成分を繋いでいくと、この境界が抽出される。このようにして、演算部１８は、図９の画像（元画像）に基づいて、縞パターン２６の境界部分を抽出する。

なお、検査領域マスクの生成に当たり、撮像画像（元画像）を低解像度化させた上で境界を抽出するようにしてもよい。

境界部分が抽出されると、演算部１８は、縞パターン２６の領域に任意の値を与え、また背景領域にそれとは異なる任意の値を与えて検査領域マスクを作成する。例えば、縞パターン２６の領域には１を与え、背景領域には０を与える。

演算部１８は、縞パターン２６領域と背景との境界部分（輪郭部分）の画素に対して、輝度値を間引く境界処理を行う（Ｓ２２）。上述したように、縞パターン２６領域と背景との境界部分は高周波成分が含まれる。縞パターン２６領域内のきずも高周波成分を持つことから、きず検出の過程で境界部分をきずと誤検知する可能性がある。そこで、演算部１８は、境界部分の画素の輝度値を低減させる。

演算部１８は、ステップＳ２０にて抽出された境界を起点にした所定幅内の画素に対して、輝度値を低減させる。例えば、境界から縞パターン２６までの１０画素に対して０＜ａ＜１であるパラメータａを与える。または、境界から縞パターン２６に向かうにつれて０から１にパラメータａを繰り上げて（増加させて）いってもよい。このようにすることで、背景領域にパラメータ０が与えられ、境界領域にパラメータａが与えられ、境界を除く縞パターン２６領域にパラメータ１が与えられた、輪郭抑制フィルタＣ_Ｆが生成される。

次に演算部１８は、逆フーリエ変換された画像データＳ（ｘ）に輪郭抑制フィルタＣ_Ｆを掛け合わせるか、累乗する（Ｓ２４）。これにより、画像データＳ（ｘ）の輝度値のうち、背景部分の輝度値が、掛け合わせの場合は０、累乗の場合は１となる一方で、縞パターン２６領域の輝度値はＳ（ｘ）の原数値に維持される。また、境界部分の輝度値は、掛け合わせの場合は小数倍され、累乗の場合は小数乗される。

演算部１８は、フィルタ処理された画像データＳ（ｘ）・Ｃ_Ｆに対して二値化処理を行う（Ｓ２６）。例えば境界部分の画素の輝度値に所定のマージンを加えて閾値とするとともに、閾値未満の輝度を０とし、閾値以上の輝度を最大輝度とする。

以上説明した、Ｓ１０〜Ｓ２６までの処理により、図９の画像から低周波成分が取り除かれるとともに、境界領域の高周波成分も取り除かれる。したがって、これらのステップを実行することで、図１２下段に示すような、縞パターン２６領域内のきず（高周波成分）が浮かび上がるような画像が得られる。

１０表面検査装置、１２縞部材、１４撮像器、１５ステージ、１６照明器、１８演算部、２０表示部、２２鏡面部材、２４すり鉢鏡面、２５底部開口、２６縞パターン。

Claims

底部に開口が形成されたすり鉢状の鏡面の外観検査を行う表面検査装置であって、
円筒または円柱形状であって、その中心軸が前記すり鉢状の鏡面の高さ方向に沿うようにして前記底部開口に配置されるとともに、外周面に前記中心軸方向に沿った縦縞が周方向に配列された縞パターンが形成された、縞部材と、
前記縞部材とは前記すり鉢状の鏡面の高さ方向に離間するように配置され、前記縞パターンが写り込んだ前記鏡面を撮像する撮像器と、
前記鏡面の撮像画像に基づいて、前記鏡面上のきずの有無を検出する演算部と、
を備えることを特徴とする、表面検査装置。
請求項１に記載の表面検査装置であって、
前記演算部は、前記撮像画像において放射状に配列された縞パターンの中心点からの動径及び角度からなる極座標系を、前記動径及び角度を直交軸とする直交座標系となるように前記撮像画像を変換することで、前記縞パターンを前記直交座標系の一軸に沿うように配列させることを特徴とする、表面検査装置。
請求項１または２に記載の表面検査装置であって、
前記鏡面は、前記高さ方向に沿った断面形状が直線状の斜面であって、
前記鏡面の底部開口からの前記撮像器のカメラ中心の高さＨｃは、前記撮像器の画角θ_Ｃ、前記鏡面の最大半径Ｒ_Ｗ、前記底部開口の半径ｒ_Ｗ、前記高さ方向に直交する水平方向に対する前記斜面の角度φを用いた以下の数式（１）を満たす範囲に設定されることを特徴とする、表面検査装置。
請求項１または２に記載の表面検査装置であって、
前記鏡面は、前記高さ方向に沿った断面形状が曲線状の斜面であって、
前記鏡面の底部開口からの前記撮像器のカメラ中心の高さＨ_Ｃは、前記撮像器の画角θ_Ｃ、前記鏡面の最大半径Ｒ_Ｗ、前記底部開口の半径ｒ_Ｗ、前記斜面の曲率半径ａを用いた以下の数式（２）を満たす範囲に設定されることを特徴とする、表面検査装置。