JP2018066590A - 検査装置、検査システム、および物品の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】迷光の影響の軽減に有利な検査装置を提供する。
【解決手段】物体の外観の検査を行う検査装置であって、第１入射角の第１照明光で前記物体の面を照明する第１照明部と、前記第１入射角より大きい第２入射角の第２照明光で前記物体の面を照明する第２照明部と、前記物体をその上方から撮像する撮像部と、前記撮像部により得られた画像データに基づいて、前記検査に関する処理を行う処理部と、を有し、前記第１照明部から前記第２照明部への光の入射の制限を行うように構成されている、ことを特徴とする検査装置を提供する。
【選択図】図２

Description

本発明は、物体の外観を検査する検査装置、検査システム、および物品の製造方法に関する。

外観検査では、目視による検査に代わって、ワーク（物体）を照明して撮像し、その画像から良品か不良品かを判定する検査装置の導入が進みつつある。このような検査装置に適用可能な照明として、位置や形状の測定や検査などの色々な用途に応用することを目的とした照明システムが提案されている（特許文献１参照）。かかる照明システムは、複数の光源をドーム型に配置して、多様な方向からワークを照明することで、ワークの欠陥を可視化する。

特許第４２３０６２８号公報

特許文献１に開示された照明システムでは、ワークを照明する方向（即ち、照明に使用する光源）を切り換えて複数の画像を取得するが、ワークからの反射光の他に、照明に使用していない光源や構造体で反射された光（迷光）が撮像素子に到達しうる。

例えば、多数のＬＥＤ素子がアレイ状に配列されたＬＥＤアレイを光源として用いる場合、光量の低減を抑えるために、ＬＥＤ素子が配列された基板や基板を格納する筐体の内面が白く塗装されていることが多い。また、照明の均一性を向上させるために、ＬＥＤアレイの前に拡散板を配置することがある。白い塗装や拡散板は反射率が高いため、例えば、あるＬＥＤアレイからの光が他のＬＥＤアレイに入射すると、迷光が発生しやすくなる。特に、光量を増加させるために大型のＬＥＤアレイを用いると、白い塗装や拡散板の面積が増えるため、迷光の影響も大きくなる。また、低い位置に配置されたＬＥＤアレイでワークを照明する場合、入射角（ワークの法線と照明光の光軸とのなす角度）と検出角（ワークの法線と撮像光の光軸とのなす角度）との差が大きいため、ワークで散乱されて撮像素子に入射する光の量が小さくなる。他方、低い位置に配置されたＬＥＤアレイからの光が高い位置に配置されたＬＥＤアレイに入射することで発生した迷光は、高い角度からワークを照明する。従って、そのような場合、撮像素子の方向に散乱される迷光の割合が多くなるため、迷光に対して敏感となり、ワークの欠陥のコントラストが低下するという問題が生じうる。具体的には、例えば、ワークを照明する正規の光に対する迷光の割合が数％であっても、正規光および迷光の画像への寄与度は互いに同程度となりうる。

本発明は、迷光の影響の軽減に有利な検査装置を提供することを例示的目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の一側面としての検査装置は、物体の外観の検査を行う検査装置であって、第１入射角の第１照明光で前記物体の面を照明する第１照明部と、前記第１入射角より大きい第２入射角の第２照明光で前記物体の面を照明する第２照明部と、前記物体をその上方から撮像する撮像部と、前記撮像部により得られた画像データに基づいて、前記検査に関する処理を行う処理部と、を有し、前記第１照明部から前記第２照明部への光の入射の制限を行うように構成されている、ことを特徴とする。

本発明の更なる目的又はその他の側面は、以下、添付図面を参照して説明される好ましい実施形態によって明らかにされるであろう。

本発明によれば、例えば、迷光の影響の軽減に有利な検査装置を提供することができる。

本発明の一側面としての検査システムの構成を示す概略図である。 本発明の一側面としての検査装置の構成を示す概略図である。 第１照明部と第２照明部とを支持する支柱の構成を示す概略図である。 本発明の一側面としての検査装置の構成を示す概略図である。 本発明の一側面としての検査装置の構成を示す概略図である。

以下、添付図面を参照して、本発明の好適な実施の形態について説明する。なお、各図において、同一の部材については同一の参照番号を付し、重複する説明は省略する。

図１は、本発明の一側面としての検査システム１の構成を示す概略図である。検査システム１は、被検査体としてのワーク（物体）１１の外観の検査を行うシステムである。検査システム１は、ワーク１１を検査システム１の所定の位置に搬送する搬送部１２と、ワーク１１の外観を検査する検査装置１０とを有する。

搬送部１２は、例えば、ワーク１１を検査装置１０による検査位置に搬送するためのコンベアを含む搬送装置である。但し、ワーク１１は、ロボットや手動で搬送してもよい。ワーク１１は、例えば、工業製品に利用される金属部品や樹脂部品などを含む。ワーク１１の表面には、傷やむら、凹凸などの欠陥が存在する場合がある。検査装置１０は、ワーク１１の外観の検査を行う。検査装置１０は、例えば、ワーク１１に存在する欠陥を検出し、かかるワーク１１を良品と不良品とに分類する。

検査装置１０は、ワーク１１の外観を検査する外観検査装置である。検査装置１０は、照明部１０１と、撮像部１０２と、画像処理部１０３と、制御部１０４と、表示部１０５とを有する。また、検査装置１０は、ユーザからの指示を画像処理部１０３や制御部１０４に送信するためのキーボードやマウスなどを含む入力部も有する。

照明部１０１は、後述するように、第１照明部と、第２照明部とを含み、ワーク１１を照明する。撮像部１０２は、撮像光学系や撮像素子を含み、ワーク１１をその上方から撮像する。撮像部１０２は、例えば、ワーク１１の上方に配置され、照明部１０１によって照明されたワーク１１を撮像して画像（画像データ）を取得する。撮像部１０２は、取得した画像（画像データ）を画像処理部１０３に転送する。画像処理部１０３は、撮像部１０２により得られた画像データに基づいて、ワーク１１の検査に関する処理を行う。例えば、画像処理部１０３は、撮像部１０２から転送された画像データに画像処理を施し、画像処理を施した画像データに基づいて、ワーク１１の良否を判定する。制御部１０４は、検査システム１の全体（動作）を制御する。例えば、制御部１０４は、予め設定された照明及び撮像タイミングに基づいて、照明部１０１及び撮像部１０２を制御して照明及び撮像を行う。表示部１０５は、画像処理部１０３から送信された画像や検査結果（良否判定）などの情報を表示する。なお、図１では、照明部１０１をドーム型の筐体（反射板）として図示しているが、実際には、複数の光源がドーム型に配置されているだけであって、このような筐体が存在しているわけでない。

図２は、検査装置１０の主要部の構成を示す概略図である。照明部１０１は、ワーク１１を取り囲むようにワーク１１が配置される位置に対して複数の方位に配置された第１照明部１１１ａ及び１１２ａ、及び、第２照明部１１１ｂ及び１１２ｂを含む。本実施形態では、第１照明部１１１ａと第２照明部１１２ｂとは、互いに１８０度異なる２つの方位にそれぞれ配置され、第１照明部１１２ａと第２照明部１１１ｂとは、互いに１８０度異なる２つの方位にそれぞれ配置されている。第１照明部１１１ａ及び１１２ａのそれぞれは、複数の発光素子（例えば、ＬＥＤ素子）及びかかる発光素子が配列された基板とを含むアレイに加えて、光を反射する反射板及び光を拡散する拡散板のうち少なくとも一方を含む。同様に、第２照明部１１１ｂ及び１１２ｂのそれぞれは、複数の発光素子（例えば、ＬＥＤ素子）及びかかる発光素子が配列された基板とを含むアレイに加えて、光を反射する反射板及び光を拡散する拡散板のうち少なくとも一方を含む。

第１照明部１１１ａ及び１１２ａは、ワーク１１の面に光を照射する方向とワーク１１の面とのなす角度が第１角度θ１である。換言すれば、第１照明部１１１ａ及び１１２ａは、第１入射角の第１照明光でワーク１１の面を照明する。第２照明部１１１ｂ及び１１２ｂは、ワーク１１の面に光を照射する方向とワーク１１の面とのなす角度が第１角度θ１より大きい第２角度θ２である。換言すれば、第２照明部１１１ｂ及び１１２ｂは、第１入射角より大きい第２入射角の第２照明光でワーク１１の面を照明する。このように、第１照明部１１１ａ及び１１２ａは、ワーク１１からみると低い仰角で配置され、ローアングル照明を実現する。第２照明部１１１ｂ及び１１２ｂは、ワーク１１からみると高い仰角で配置され、ハイアングル照明を実現する。図２では、２つの方位に配置された第１照明部１１１ａ及び１１２ａ、及び、第２照明部１１１ｂ及び１１２ｂを示している。但し、実際には、ローアングル照明及びハイアングル照明を実現するために、撮像部１０２の光軸１１６を中心軸として複数の第１照明部及び第２照明部が配置されている。

本実施形態では、制御部１０４は、複数の方位に配置された第１照明部１１１ａ及び１１２ａを逐次的に制御して１つの第１照明部１１１ａ又は１１２ａによりワーク１１を照明する。また、制御部１０４は、１つの第１照明部１１１ａ又は１１２ａで照明されたワーク１１を撮像部１０２により撮像する。この際、第１照明部１１１ａ（１１２ａ）から照射された光が第２照明部１１２ｂ（１１１ｂ）で反射され、迷光として撮像部１０２に入射することがある。

そこで、本実施形態では、第１照明部１１１ａ（１１２ａ）から第２照明部１１２ｂ（１１１ｂ）への光の入射の制限を行うように構成されている。例えば、第１照明部１１１ａ（１１２ａ）から照射された光が少なくとも第１照明部１１１ａと対向する方位に配置された第２照明部１１２ｂ（１１１ｂ）に入射することを制限するために、遮光部材１１３が配置されている。遮光部材１１３は、例えば、図２に示すように、第１照明部１１１ａの基板の第２照明部１１１ｂの側（第２照明部側）の側面に取り付けられている（固定されている）。同様に、第１照明部１１２ａから照射された光が少なくとも第１照明部１１２ａと対向する方位に配置された第２照明部１１１ｂに入射することを制限するために、遮光部材１１４が配置されている。遮光部材１１４は、例えば、図２に示すように、第１照明部１１２ａの基板の第２照明部１１２ｂの側（第２照明部側）の側面に取り付けられている（固定されている）。

遮光部材１１３は、第１照明部１１１ａから照射された光のうち、少なくとも第１照明部１１１ａと対向する位置に配置された第２照明部１１２ｂに向かう光（第２照明部１１２ｂの反射板及び拡散板の少なくとも一方に入射する光）を遮る板部材である。また、遮光部材１１３は、第２照明部１１１ｂからワーク１１に照射される光を遮らないように構成されている。遮光部材１１４は、第１照明部１１２ａから照射された光のうち、少なくとも第１照明部１１１ａと対向する位置に配置された第２照明部１１１ｂに向かう光（第２照明部１１１ｂの反射板及び拡散板の少なくとも一方に入射する光）を遮る板部材である。また、遮光部材１１４は、第２照明部１１２ｂからワーク１１に照射される光を遮らないように構成されている。

ここで、遮光部材１１３の長さＬ（Ｌ１≦Ｌ≦Ｌ２）を数値的に説明する。Ｌ１は、第１照明部１１１ａから照射された光のうち、第１照明部１１１ａと対向する方位に配置された第２照明部１１２ｂに向かう光の少なくとも一部を遮光又は反射するために必要となる長さである。Ｌ２は、第１照明部１１１ａと同じ方位に配置された第２照明部１１１ｂから照射され、ワーク１１の端を照射する光を遮光又は反射しないために必要となる長さである。

図２に示すように、第１照明部１１１ａから第２照明部１１２ｂに向かう光１２１としては、第１照明部１１１ａの中心から射出されて第２照明部１１２ｂを直接照射する光が考えられる。従って、遮光部材１１３は、光１２１を遮光可能な長さＬ１以上の長さを有することで、第２照明部１１２で反射されて迷光となる光を低減することができる。また、第２照明部１１１ｂからワーク１１に照射される光１２０としては、第２照明部１１１ｂの中心から射出されてワーク１１の左端を照射する光が考えられる。従って、遮光部材１１３は、光１２０を遮光又は反射しない長さＬ２以下の長さに制限される。

ここで、図２に示すように、ワーク１１の中心１３０に対する第１照明部１１１ａの中心１３１の高さをｚ１、水平方向の距離をｘ１とし、ワーク１１の中心１３０に対する第２照明部１１１ｂの中心１３２の高さをｚ２、水平方向の距離をｘ２とする。また、第１照明部１１１ａの幅をＬｓとする。この場合、遮光部材１１３の長さＬ１は、以下の式（１）で表される。
Ｌ１＝Ｌｓ／２・ｔａｎβ ・・・（１）
ここで、βは、以下の３つの式の解である。
β＝π／２−θ１−θ
ｔａｎθ１＝ｚ１／ｘ１
ｔａｎθ＝（ｚ２−ｚ１）／（ｘ２＋ｘ１）
遮光部材１１３の長さＬ２は、第２照明部１１１ｂからの光１２０よりも遮光部材１１３の先端が右側に存在するように（光１２０を遮らないように）、距離ｘ１及びｘ２、高さｚ１及びｚ２、ワーク１１の幅Ｌｗに基づいて、以下の（２）で表される。
Ｌ２＝√（（ｘ１−Ｌｓ／２・ｓｉｎθ１−ｘ’）^２＋（ｚ１＋Ｌｓ／２・ｓｉｎθ１−ｚ’）^２） ・・・（２）
ここで、ｘ’及びｙ’は、以下の５つの式の解である。
ｘ’＝−（ｂ１−ｂ２）／（ｔａｎθ１−ｔａｎγ）
ｙ’＝ｔａｎγ・ｘ’＋ｂ２
ｂ１＝Ｌｓ／（２ｃｏｓθ１）
ｂ２＝−Ｌｗ・ｔａｎγ／２
ｔａｎγ＝ｚ２／（ｘ２−Ｌｗ／２）
第１照明部１１１ａと第１照明部１１２ａとは、ワーク１１の中心１３０に対して等距離で同じ高さに配置されている。従って、遮光部材１１４の長さも同様に、長さＬ１及びＬ２によって決定される。

遮光部材１１３及び１１４は、光を吸収する部材又は反射する部材で構成されている。例えば、遮光部材１１３及び１１４には、ブラックアルマイト処理、黒色又は光を吸収する色の塗装処理、鏡面処理などが施されている。

図２では、ハイアングル照明として、同じ高さに配置された第２照明部１１１ｂ及び１１２ｂを例に説明したが、実際には、複数の高さに第２照明部が配置されている。この場合においても、遮光部材１１３及び１１４の長さは、同様の考えで、即ち、第１照明部１１１ａ及び１１１ｂに最も近い第２照明部を基準として、Ｌ１以上Ｌ２以下の範囲で決定すればよい。

また、遮光部材１１３の長さＬ１及びＬ２は、本実施形態では、幾何学的な計算によって決定しているが、これに限定されるものではなく、例えば、撮像部１０２で得られる計測光と迷光との比に基づいて決定することも可能である。ここでは、第１照明部１１１ａからワーク１１に照明され、撮像部１０２に直接到達した光を計測光、第１照明部１１１ａからワーク１１に照明され、第２照明部１１２ｂやその他の部材で反射してから撮像部１０２に到達した光を迷光とする。例えば、撮像部１０２で得られる計測光と迷光との強度比が閾値以下となるように、遮光部材１１３の長さＬ１及びＬ２を決定する。かかる閾値は、撮像部１０２におけるワーク１１の欠陥の明るさやコントラストによって決定する。

図３は、第１照明部１１１ａと第２照明部１１１ｂとを支持する支持部材１１５の構成を示す概略図である。第１照明部１１１ａと第２照明部１１１ｂとは、支持部材１１５によって、一体的に配置されている。上述したように、遮光部材１１３は、第１照明部１１１ａの基板の第２照明部側の側面に取り付けられているが、支持部材１１５に取り付けてもよい。

また、遮光部材１１３は、光１２１を遮ることができればよいため、第１照明部１１１ａの上方かつ第２照明部１１１ｂの下方に配置されていればよい。従って、図４に示すように、第２照明部１１１ｂの基板の第１照明部１１１ａの側の側面に、遮光部材１１３が取り付けられていてもよい。遮光部材１１４についても同様である。

また、本実施形態では、第１照明部から照射された光が第２照明部に入射することを制限するために、遮光部材１１３及び１１４を例に説明したが、これに限定されるものではない。例えば、図５に示すように、第１照明部１１１ａからの光が第２照明部１１２ｂに入射しないように、第１照明部１１１ａから射出される光の角度（射出角）を制限してもよい。第１照明部１１１ｂについても同様である。

本実施形態における検査装置１０（検査システム１）は、例えば、物品を製造するのに用いられる。本実施形態における物品の製造方法は、検査装置１０を用いて物体の外観の検査を行う工程と、かかる工程において検査の行われた物体を検査に基づいて処理する工程と、を含む。本実施形態における物品の製造方法は、従来に比べて、物品の性能、品質、生産性及び生産コストの少なくとも１つにおいて有利である。

以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されないことはいうまでもなく、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。

１：検査システム １０：検査装置 １０１：照明部 １１１ａ、１１２ａ：第１照明部 １１１ｂ、１１２ｂ：第２照明部 １０２：撮像部 １０３：画像処理部 １０４：制御部

Claims (11)

1. 物体の外観の検査を行う検査装置であって、
   第１入射角の第１照明光で前記物体の面を照明する第１照明部と、
   前記第１入射角より大きい第２入射角の第２照明光で前記物体の面を照明する第２照明部と、
   前記物体をその上方から撮像する撮像部と、
   前記撮像部により得られた画像データに基づいて、前記検査に関する処理を行う処理部と、を有し、
   前記第１照明部から前記第２照明部への光の入射の制限を行うように構成されている、
   ことを特徴とする検査装置。
2. 複数の方位のそれぞれに前記第１照明部を有し、複数の前記第１照明部のうちの１つで照明された前記物体を前記撮像部により撮像することを特徴とする請求項１に記載の検査装置。
3. 前記第１照明部の上方かつ前記第２照明部の下方に配置された前記制限のための遮光部材を含むことを特徴とする請求項１又は２に記載の検査装置。
4. 前記遮光部材は、前記第２照明部からの前記第２照明光を遮らないように構成されていることを特徴とする請求項３に記載の検査装置。
5. 前記第２照明部は、前記第２照明光を反射する反射板および前記第２照明光を拡散する拡散板のうち少なくとも一方を含むことを特徴とする請求項１乃至４のうちいずれか１項に記載の検査装置。
6. 前記遮光部材は、前記第１照明部に取り付けられていることを特徴とする請求項３乃至５のうちいずれか１項に記載の検査装置。
7. 前記制限は、前記第１照明部からの前記第１照明光の射出角を制限することによりなされることを特徴とする請求項１に記載の検査装置。
8. 前記第１照明部と前記第２照明部とは、互いに１８０度異なる２つの方位にそれぞれ配置されていることを特徴とする請求項１乃至７のうちいずれか１項に記載の検査装置。
9. 前記第１照明部及び前記第２照明部を支持する支持部材を有することを特徴とする請求項１乃至８のうちいずれか１項に記載の検査装置。
10. 物体の外観の検査を行う検査システムであって、
    請求項１乃至９のうちいずれか１項に記載の検査装置と、
    前記物体を前記検査装置による検査位置に搬送する搬送装置と、
    を有することを特徴とする検査システム。
11. 請求項１乃至９のうちいずれか１項に記載の検査装置を用いて物体の外観の検査を行う工程と、
    前記工程において前記検査の行われた前記物体を前記検査に基づいて処理する工程と、
    を含むことを特徴とする物品の製造方法。

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