JP2022098685A - Inspection device, lighting device for inspection, inspection method, and method for manufacturing article - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、物体に光を照明し、対象物の表面特性や傷や欠陥等を検出する検査装置等に関する。 The present invention relates to an inspection device or the like that illuminates an object with light and detects surface characteristics, scratches, defects, etc. of the object.
従来から物体の外観を評価することは重要な命題であり、近年、自動車やその他工業製品の仕上がり検査においては自動化がすすめられている。中でも複雑な凹凸を持つ面を持つ部品を検査する技術においては、照明とカメラを用いて自動で検査する以下のような技術が開示されている。 Evaluating the appearance of an object has traditionally been an important proposition, and in recent years automation has been promoted in the finish inspection of automobiles and other industrial products. Among them, in the technique of inspecting a part having a surface having a complicated unevenness, the following technique of automatically inspecting by using lighting and a camera is disclosed.
例えば特許文献１には、歯車の上方に設置した一様な照明で歯面を照明し、被検査体の歯車を回転させながら１／ｎピッチ毎に歯面の撮像と画像処理を行うことが記載されている。それによって、歯車の上面や側面に視認しにくい欠陥があっても見逃さずに欠陥を検出できる検査装置が開示されている。
For example, in
また、特許技術文献２には、曲がり部を有する被検査体をラインパターン照明で照明し、曲がり部に応じて照明部を移動し、様々な凹凸を持つ対象物面に適切に照明を当てることにより、曲がり部を持つ被検査体の欠陥検査を行う技術が開示されている。
Further, in
しかしながら、上記の特許文献１、２に記載された方法でも、奥まった部分などを有する複雑な形状の物体の検査は困難であった。
本発明の目的は、複雑な形状の対象物の検査を精度良く行うことができる検査装置を提供する事にある。
However, even with the methods described in
An object of the present invention is to provide an inspection device capable of accurately inspecting an object having a complicated shape.
本発明の１つの側面は、
パターン光を対象物の評価面に照射し、前記パターン光の明部と暗部の空間的位相をずらしながら、前記評価面からの前記パターン光の反射像を撮像部で撮像することによって異なる位相の複数の画像を取得し、前記複数の画像を用いて前記対象物の前記評価面の検査をする検査装置において、
前記対象物を構成する面の内、前記評価面とは異なる所定の面で反射され、かつ、前記評価面で反射された反射光を、前記撮像部が撮像することによって前記画像を取得することを特徴とする。
One aspect of the invention is
By irradiating the evaluation surface of the object with the pattern light and imaging the reflected image of the pattern light from the evaluation surface with the imaging unit while shifting the spatial phase of the bright part and the dark part of the pattern light, the phase is different. In an inspection device that acquires a plurality of images and inspects the evaluation surface of the object using the plurality of images.
The image is acquired by the image pickup unit taking an image of the reflected light reflected on a predetermined surface different from the evaluation surface among the surfaces constituting the object and reflected on the evaluation surface. It is characterized by.
本発明によれば、複雑な形状の対象物の検査を精度良く行うことができる検査装置を実現できる。 According to the present invention, it is possible to realize an inspection device capable of accurately inspecting an object having a complicated shape.
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実施例を用いて説明する。なお、各図において、同一の部材ないし要素については同一の参照番号を付し、重複する説明は省略ないし簡略化する。 Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings with reference to examples. In each figure, the same member or element is given the same reference number, and duplicate explanations are omitted or simplified.
図１は本発明に係る実施例１の検査装置を示す図である。
ラインパターン照明部１は例えば高拡散の配光特性を持ち明部と暗部からなる面照明部で、ラインパターン照明部１の明部と暗部のパターンが対象物４に投影される。
FIG. 1 is a diagram showing an inspection apparatus according to the first embodiment of the present invention.
The line
評価対象としての対象物４は金属加工部品や、樹脂成型品、など単純な平面でない、複雑な形状を有し、例えばＮＣ加工機で加工されたギア形状をした対象物である。また、欠陥検査を行う評価面は対象物４上の評価面４１であり、対象物４は評価面４１とは別に光を反射する反射面（所定の面）４２を有する。
The
対象物４の評価面４１と反射面４２は例えば円筒面状の曲面として構成され、曲がった溝形状を有する。
本実施例の検査装置はラインパターン照明部１から対象物４の評価面４１に直接照射された照明光の反射光を２次元画像が取得可能な撮像部としてのカメラで直接撮像することによって第１の画像を得るように構成している。
The
In the inspection device of this embodiment, the reflected light of the illumination light directly applied from the line
また、ラインパターン照明部１からの光を、一旦反射面４２を用いて反射し、その反射光で評価面４１を照射し、評価面４１からの反射光を、カメラ２で撮像することによって第２の画像を得るように構成している。カメラ２で撮像した２次元の第１の画像と第２の画像は制御部３を経由してＰＣ等の画像処理部５に取り込まれる。
Further, the light from the line
なお、ラインパターン照明部１から対象物４の評価面４１に直接照射された照明光を一旦反射面４２で反射してからカメラ２で撮像することによって第２の画像を取得しても良い。本実施例では、対象物を構成する面の内、評価面とは異なる反射面（所定の面）４２を用いることによって、評価面から、前記第１の画像とは異なる第２の画像をカメラで得るようにした点に特徴がある。
The second image may be acquired by temporarily reflecting the illumination light directly applied from the line
画像処理部５は各種画像処理を行い、欠陥を判定するための様々な数値処理を行い、欠陥の有無や合否を判定する。表示部６は取り込んだ画像や、画像処理部５で数値処理した結果や、それを使用して判定した欠陥の合否結果等を表示することができる。
カメラ２は例えばＣＣＤやＣＭＯＳなどの、２次元画像が取得可能な２次元エリアセンサー（撮像センサー）とレンズの組み合わせで構成され、評価面４１及び反射面４２の画像を取得できるものとする。
The
The
なお、カメラ２は複数のラインセンサを２次元的に配置することによって構成しても良い。画像処理部５ではカメラ２で取得した画像を処理し、評価面４１にある傷や欠陥の大きさや深さ、見た目の目立ち具合などを数値化し合否判定等をすることができる。
The
図２は実施例１のラインパターン照明部のラインパターンを示す図である。
図２において、ラインパターン照明部１はラインパターンの明部と暗部の周期と向きを任意に平面上に配置できる面照明部として構成されている。
即ち、例えば２次元状に多数配置されたＬＥＤ光源の上に拡散板を配置することによってほぼ均一な明るさの面照明光源を構成している。さらにその上（前面）に、白黒液晶パネルのように透過率が微小領域毎に変調可能な透過型空間変調素子を配置した構成となっている。なお、２次元的に多数配置されたＬＥＤはそれぞれの輝度が独立して調整可能となっている。
FIG. 2 is a diagram showing a line pattern of the line pattern illumination unit of the first embodiment.
In FIG. 2, the line
That is, for example, by arranging a diffuser plate on a large number of LED light sources arranged two-dimensionally, a surface illumination light source having almost uniform brightness is configured. Further, on top of that (front surface), a transmissive spatial modulation element whose transmittance can be modulated for each minute region, such as a black-and-white liquid crystal panel, is arranged. The brightness of each of the large number of LEDs arranged two-dimensionally can be adjusted independently.
ラインパターン照明部１のラインパターンのピッチ、明るさ、コントラスト、ラインの方向の少なくとも１つは白黒液晶パネル等の透過型空間変調素子の調整部によって任意に調整できるように構成されている。ここでは周期ｐ１で透過部（明部）１Ａと非透過部（暗部）１Ｂが交互に配列された照明領域１１と、周期ｐ２で明部１Ｃと暗部１Ｄが交互に配列された照明領域１２とを持つように構成されている。なお、ラインパターン照明部１の明部は検査時間を短縮するために最大輝度３０００ｃｄ／ｍ２以上とする。
At least one of the pitch, brightness, contrast, and line direction of the line pattern of the line
次に、図３は評価面４１を１回反射で観察する場合の模式図であり、図３を用いて評価面４１等の特徴を説明する。
図３（Ａ）のように、評価面４１のラインパターン照明部１に近い評価面４１Ｂで１回反射されたラインパターンを撮像できる位置にカメラ２を配置した場合、評価面４１の内の、カメラ２に近い評価面４１Ａには、ラインパターン照明が当たらない。また、反射面４２を介してラインパターンがカメラに入射することもない。
Next, FIG. 3 is a schematic diagram in the case of observing the
As shown in FIG. 3A, when the
図３（Ｂ）には、評価面４１のカメラに近い側の評価面４１Ａで１回反射したラインパターン光を撮像できる位置にカメラ２を配置した構成を示している。この構成の場合には、評価面４１のラインパターン照明部１に近い側の評価面４１Ｂで反射したラインパターン光はカメラ２で撮像できない。
FIG. 3B shows a configuration in which the
このような評価面４１を評価するために、本実施例では、図４のように対象物の面の内、評価面４１以外の面である反射面４２で反射した光（多重反射した光）を使用して、評価面４１を評価できるようにカメラ２と、ラインパターン照明部１を配置する。
なお、図４は実施例１の照明部やカメラを上方からみた図である。
In order to evaluate such an
Note that FIG. 4 is a view of the lighting unit and the camera of the first embodiment as viewed from above.
即ち、評価面４１の内、ラインパターン照明部１に近い評価面４１Ｂについては、評価面４１Ｂで１回反射された領域１１のラインパターンを撮像する。また、評価面４１の内、カメラに近い評価面４１Ａについては、評価面４１と反射面４２により２回反射された領域１２のラインパターンを撮像する。
That is, among the evaluation surfaces 41, the
このように、評価面４１Ａと評価面４１Ｂに対してラインパターンの異なる領域１２，１１が映り込むように配置し、それぞれで１回反射または２回反射された光をカメラ２で撮像できる構成となっている。なお、領域１１と領域１２は同じパターンとしてもよいが、本実施例のように構成することで、それぞれの反射光を撮像した画像においてそれぞれのパターンのピッチをある程度合わせることができるので欠陥検出処理が容易となる。
In this way, the
このような構成によって、評価面４１のほぼ全面にラインパターン照明部１の領域１１と領域１２の何れかの反射像を映り込ませることができ、それぞれのラインパターンの反射光を撮像することができるので評価面４１の広い面積の欠陥検出ができる。
With such a configuration, the reflected image of either the
カメラ２はレンズの焦点位置と絞りを調整することによって、評価面４１の全面に焦点が合い、評価面４１の全面を明瞭に観察できるようにする。
本実施例においては、評価面の長さ（図４の上下方向の長さ）が例えば２０ｍｍ、図４における入射角αを例えば８５°とすると、評価面４１の全面に焦点を合わせるためには、焦点深度は２０ｍｍ×ｓｉｎ（８５°）＝１９．９ｍｍであることが望ましい。
By adjusting the focal position and the aperture of the lens, the
In this embodiment, assuming that the length of the evaluation surface (length in the vertical direction in FIG. 4) is, for example, 20 mm and the incident angle α in FIG. 4 is, for example, 85 °, in order to focus on the entire surface of the
一方、評価面上の幅１ｍｍの欠陥を判別するためにはカメラ方向から欠陥を見ると、１ｍｍ×ｃｏｓ（８５°）＝０．０８７ｍｍとなり、光学系のボケの許容量はそれより小さいことが好ましい。つまり、カメラのレンズの焦点方向に１９．９ｍｍにわたって５０μｍ程度のボケしか許容せず、マクロ撮影的に欠陥の観察をする用途においては、レンズの絞りを相当数絞る必要が発生する。 On the other hand, in order to discriminate a defect with a width of 1 mm on the evaluation surface, when the defect is viewed from the camera direction, 1 mm × cos (85 °) = 0.087 mm, and the allowable amount of blur in the optical system is smaller than that. preferable. That is, only a blur of about 50 μm is allowed over 19.9 mm in the focal direction of the lens of the camera, and it is necessary to reduce the aperture of the lens considerably in the application of observing defects in macro photography.
このことから、検査時間と撮像時間の両立するためにラインパターン照明部１の明部の、照明輝度を例えば３０００ｃｄ／ｍ２以上とすることが望ましい。なお、判定すべき傷の最小許容サイズに応じて、ボケの許容量は変化するので、絞り値もそれに応じて変化させる。
さらに、カメラの撮影レンズの光軸に対して垂直な面と撮像センサー面を相対的に傾斜させることによって焦点面を光軸に対して垂直な面から傾けて焦点深度を深くするシャインプルーフ構成にしても良い。
From this, it is desirable that the illumination brightness of the bright portion of the line
Furthermore, by tilting the plane perpendicular to the optical axis of the camera's shooting lens relative to the image sensor surface, the focal plane is tilted from the plane perpendicular to the optical axis to deepen the depth of focus. May be.
それによって、レンズの絞りを開くことができ、ラインパターン照明部１の照明輝度を下げたり、撮像時間を短くしたりしても、撮像センサーに到達する光を確保できる。従って、ラインパターン照明部１の消費電力や発熱等を抑制したり、検査速度を速めたりすることができる。
As a result, the aperture of the lens can be opened, and the light reaching the image pickup sensor can be secured even if the illumination brightness of the line
また、カメラ２は焦点が合っている位置においては傷、欠陥に対する感度が高く、焦点がぼけてくると検出感度や精度が落ちてくる。即ち、欠陥検出感度を所望の感度以上とし、検出精度を確保するために、焦点位置から所定の焦点深度内（検出可能深度）に収めることが効果的である。
Further, the
一方、上述したようにカメラ２の撮像レンズと撮像センサーを例えばシャインプルーフ構成にし、評価面４１を焦点深度内にし、反射面４２を焦点深度外にすることで、反射面４２の傷や欠陥に対する検出感度を落とすことができる。これにより、評価面４１の傷や欠陥だけを感度高く検出することも可能になる。上記は欠陥検査の品質を上げる点で効果的である。
On the other hand, as described above, the image pickup lens and the image sensor of the
図５は対象物４０の評価面４１を撮像したときの画像の例を示す図である。
カメラ２により得られる画像は図５のようになる。即ち、評価面４１での１回反射による明暗ピッチＰ２の照明像が映り込んだ評価面４１Ｂの画像（第１の画像）が得られる。また、反射面４２と評価面４１で２回反射した明暗ピッチＰ１の照明像が映り込んだ評価面４１Ａの画像（第２の画像）が評価面４１上に並んで映り込む。それぞれの領域に映り込んだ明暗のピッチやコントラストは主に反射面４２の曲率や、表面性状等によって変化する。このラインパターンの条件の違いを調整する方法については後述する。
FIG. 5 is a diagram showing an example of an image when the
The image obtained by the
次に、傷や欠陥を検出する方法について述べる。評価面４１Ａと評価面４１ＢにはそれぞれピッチＰ１とＰ２の明暗を持つラインパターン照明部１の像が映り込んでいるが、ここでは、Ｐ１とＰ２が同一の場合について説明する。即ち、評価領域ごとに照明パターンを変えたりせず、Ｐ＝Ｐ１＝Ｐ２であるとする。
Next, a method for detecting scratches and defects will be described. An image of the line
また、ラインパターン照明部１は、図１に示す駆動機構７によってラインパターン照明部１の透過部１Ａ、非透過部１Ｂのライン（長手方向）と直交する方向（図中のＸ方向、ピッチｐ１、ｐ２の周期方向）にラインパターン照明部１を移動可能となっている。なお、駆動機構７は制御部３と接続されている。
Further, the line
制御部３は、例えばコンピュータとしてのＣＰＵやコンピュータプログラムを記憶したメモリなどを有する基板によって構成されており、ラインパターン照明部１、カメラ２、駆動機構７を同期して制御する。制御部３は駆動機構７を制御して、ラインパターン照明部１をΔＸｉ（ｉ＝１，２，・・・Ｎ）だけ移動させ、Ｎ枚の画像（Ｎ＞＝３）をカメラ２に撮影させる。
The
ここで、ΔＸｉは分かっていればよいので、任意の大きさに設定することができる。ただし、このような構成に限定されるものではなく、例えば、手動にて駆動機構７を操作して対象物４を移動させた後、マニュアルトリガーでカメラ２にて対象物４を撮影してもよい。
Here, since it is sufficient that ΔXi is known, it can be set to an arbitrary size. However, the configuration is not limited to this, and for example, even if the drive mechanism 7 is manually operated to move the
本実施例の検査装置は得られた画像を処理する画像処理部５と表示部６を含む。画像処理部５と表示部６はそれぞれＰＣやＬＣＤディスプレイなどが好適だが、画像処理部５は汎用的なＰＣであっても画像処理専用マシンであってもよい。カメラ２で撮像された画像は制御部を介して画像処理部５に転送される。
The inspection device of this embodiment includes an
図６は実施例１における検査装置用いた、対象物表面の欠陥検査のフローチャートである。制御部３がメモリに記憶されたコンピュータプログラムを読込み、実行することによって検査装置の各部の動作を図６のフローチャートに示されるように制御する。
駆動機構７によりラインパターン照明部１を移動させて、ラインパターン照明部１と対象物４の相対的な位置を基準位置に対してΔＸ１だけ移動させる（ステップＳ１１）。
FIG. 6 is a flowchart of defect inspection on the surface of an object using the inspection device of the first embodiment. The
The line
次にこの位置でラインパターン照明部１を発光させて、１番目の画像Ｉ１（ｘ，ｙ）を撮影する（ステップＳ１２）。なお、ｘとｙは画像上の画素の位置を表す。ここで、ΔＸ１がゼロのときに、１番目の画像が前記基準位置の画像となるようにしてもよい。
次に、ステップＳ１３でｉ＝Ｎ（ＮはＮ＞＝３の所定値）か判別する。そして、Ｎｏの場合はステップＳ１１に戻るとともにｉを１カウントアップし、駆動機構７によりラインパターン照明部１を移動させ、ラインパターン照明部１と対象物４の相対的な位置を基準位置に対してΔＸ２だけ変化させる（ステップＳ１１）。
Next, the line
Next, in step S13, it is determined whether i = N (N is a predetermined value of N> = 3). Then, in the case of No, i is counted up by 1 while returning to step S11, the line
次に、この位置でラインパターン照明部１を再び発光させ、２番目の画像Ｉ２（ｘ，ｙ）を撮影する（ステップＳ１２）。これをＮ回繰り返して、合計Ｎ枚の画像を撮影する。なお、ΔＸ１、ΔＸ２・・・ΔＸＮはそれぞれ互いに異なる値とする。ステップＳ１３でｉがＮになったらステップＳ１４に進む。
Next, the line
つぎに、ラインパターン照明部１と対象物４の相対位置がΔＸｉだけ変化した時、位相が４πΔＸｉ／Ｐラジアンでシフトする周波数成分の強度変化に関する情報を用いて、Ｎ枚の画像から、第１の合成画像を生成する（ステップＳ１４）。合成画像の一例は、位相が４πΔＸ１／Ｐラジアンでシフトする周波数成分（対象物が平面の場合には、画像上に発生する、周期Ｐ／２の縞状パターンに対応する周波数成分）の振幅画像である。ラインパターン照明部１と対象物４の相対的な位置をＰ／Ｎ幅のステップでシフトさせた場合、ΔＸｉ（ｉ＝１，２，・・・Ｎ）は以下の式１で表される。
Next, when the relative positions of the line
ΔＸｉ＝（Ｐ／Ｎ）×（ｉ―１） （式１）
この式１はΔＸ１がゼロである場合も含むもので、１番目の画像が前記基準位置から変化したものである場合は次の式２のようになる。
ΔＸｉ＝（Ｐ／Ｎ）×ｉ （式２）
この時、振幅画像Ａ（ｘ，ｙ）は、以下の数１により算出できる。
ΔXi = (P / N) × (i-1) (Equation 1)
This
ΔXi = (P / N) × i (Equation 2)
At this time, the amplitude image A (x, y) can be calculated by the
ラインパターン照明部１の位置を移動すると、評価面４１上に反射したラインパターン照明部１の発光点に相当する明るい点やラインパターン照明部１の暗部に相当する暗い点も移動する。従って、カメラの画素上の１点では、強度の明暗が変化し、明暗の差に相当する振幅が発生する。また、合成画像の別の例は、位相が４πΔＸｉ／Ｐラジアンでシフトする周波数成分の位相画像である。位相画像θ（ｘ，ｙ）は、以下の数２により算出できる。
一般に位相は‐π～πの値で算出されるため、それ以上に位相が変化する場合は、位相画像では非連続な位相の飛びが発生する。このため、必要に応じて位相接続（位相アンラップ）が必要となる。
When the position of the line
Generally, the phase is calculated by a value of −π to π, so if the phase changes further than that, a discontinuous phase jump occurs in the phase image. Therefore, a phase connection (phase unwrap) is required as needed.
位相接続（位相アンラップ）には、種々のアルゴリズムが提案されているが、画像ノイズが大きい場合には、誤差が生じうる。位相接続を回避するための手段として、位相の微分に相当する位相差を算出してもよい。位相差Δθｘ（ｘ，ｙ）およびΔθｙ（ｘ，ｙ）は以下の数３により算出できる。
Various algorithms have been proposed for phase connection (phase unwrap), but if the image noise is large, an error may occur. As a means for avoiding the phase connection, the phase difference corresponding to the differential of the phase may be calculated. The phase difference Δθx (x, y) and Δθy (x, y) can be calculated by the
このように本実施例では、ラインパターン等のパターン光を対象物の評価面に照射し、パターン光の明部と暗部の空間的位相をずらしながら、評価面からのパターン光の反射像をカメラで撮像する。それによって異なる位相の複数の画像を取得し、前記複数の画像を用いて前記対象物の前記評価面の検査を行う。また、このとき対象物を構成する面の内、前記評価面とは異なる所定の面（反射面４２）ので反射され、かつ、前記評価面で反射された反射光を、前記撮像部が撮像することによって前記画像を取得している。それによって前記評価面の検査（例えば欠陥検出のための検査）を行っている。 As described above, in this embodiment, the evaluation surface of the object is irradiated with pattern light such as a line pattern, and the reflected image of the pattern light from the evaluation surface is captured by the camera while shifting the spatial phases of the bright and dark parts of the pattern light. Take an image with. As a result, a plurality of images having different phases are acquired, and the evaluation surface of the object is inspected using the plurality of images. Further, at this time, the image pickup unit captures the reflected light reflected by a predetermined surface (reflection surface 42) different from the evaluation surface among the surfaces constituting the object and reflected by the evaluation surface. By doing so, the image is acquired. As a result, the evaluation surface is inspected (for example, inspection for defect detection).
前述したように映り込み画像中の評価面４１Ａと評価面４１Ｂに映り込む明暗の明るさと、コントラストは反射面４２の曲率や反射性状、反射率によって影響される。
欠陥検出においては、評価面４１Ａと評価面４１Ｂに映り込む縞の明るさやコントラストを所定の範囲内に収める事が、安定した欠陥検出をする上では重要になってくる。
As described above, the brightness of light and darkness reflected on the
In defect detection, it is important to keep the brightness and contrast of the fringes reflected on the
それぞれ評価面４１の評価面４１Ａと評価面４１Ｂに映り込んでいるラインパターンの領域１１と、領域１２のピッチの比率を、制御部３を用いて調整することにより、Ｐ１とＰ２が同じになるようにｐ１とｐ２の比率を調整することが可能である。また、ラインパターン照明の領域１１と領域１２の明暗コントラストや明るさを変えることにより、評価面４１に映り込む縞のピッチと明るさや向きも含めて調整することも可能である。
By adjusting the ratio of the pitch of the
この様に評価面４１の全面において、映り込む縞のピッチやコントラストや向きを、制御部３を用いて調整する事により、評価面４１の全面において、欠陥に対する検出感度やＳ／Ｎ比を最適化できる。従って、適切な検査パラメータで検査することが可能となり検査品質の向上につながる。なお、評価面４１Ａの画像（第１の画像）と評価面４１Ｂの画像（第２の画像）の明るさを、制御部３を用いてゲイン調整することによって調整するようにしても良い。
In this way, by adjusting the pitch, contrast, and orientation of the reflected stripes on the entire surface of the
また、図５に示す反射回数の異なる画像（第１の画像と第２の画像）の境界部５０は、反射面４２のエッジ部からの反射光の画像に対応しており、エッジ部には面取りや曲率の高い面が存在する為、ラインパターンの明瞭な反射像は得られない。また、反射光量の低下や映り込む縞のピッチが不適切であるなど、検査において精度や感度を悪化させることが多い。よって、本実施例では、あらかじめ設定、あるいは自動で検出した境界部５０や、境界部５０を含む周辺領域を検査対象外とすることで傷の誤検出を防ぐようにしている。
Further, the
境界部５０については以下のようにして自動で判定することも可能である。
ラインパターン照明部１の移動方向に対して、４１Ａと４１Ｂに映り込んだラインパターン照明部１の移動方向は反射回数の差により逆方向になる。つまり、前記位相画像での縞の移動方向についての微分値を見れば、反射回数の境界部５０の部分では正負が反転することになる。
The
The moving direction of the line
よって制御部３によって、上記の微分値の変化に基づきこの反転部分を境界部５０と判定することで、複数の異なる反射回数の画像の中に存在する境界部５０（及びその周辺部）を自動的に検査対象外とすることが可能である。このように、前記第１の画像と前記第２の画像における前記ラインパターンの位相変化に基づき前記第１の画像と前記第２の画像の境界部を検出するようにしても良い。
Therefore, the
上記実施例では透過率が微小領域毎に調整可能な透過型空間変調素子（例えば白黒液晶パネル）における各部の輝度を変更することにより明暗のピッチや方向が変えられるにしている。しかし、ピッチや明度、コントラストの異なるラインパターン照明を複数用意して、それぞれの領域に映り込む明暗のピッチや明度、コントラストを調整してもよい。 In the above embodiment, the pitch and direction of light and dark can be changed by changing the brightness of each part of the transmissive spatial modulation element (for example, a black-and-white liquid crystal panel) whose transmittance can be adjusted for each minute region. However, a plurality of line pattern illuminations having different pitches, brightnesses, and contrasts may be prepared, and the pitch, brightness, and contrasts of light and darkness reflected in each area may be adjusted.
或いは、明暗ピッチや明部の輝度が全面同じで固定のラインパターン照明を使用して、反射回数にかかわらず、どの領域においても同じ明度とピッチのラインパターンが映り込むように構成しても良い。その場合でも、評価面４１内で画像の明るさや、欠陥の検出感度が変化しても欠陥検出できるレベルの画像が得られるのであればそれでも構わない。
Alternatively, a fixed line pattern illumination having the same brightness pitch and brightness of the bright area may be used so that the line pattern of the same brightness and pitch is reflected in any region regardless of the number of reflections. .. Even in that case, it does not matter as long as an image having a level at which defects can be detected can be obtained even if the brightness of the image or the sensitivity for detecting defects changes in the
なお、前述のように透過型空間変調素子（例えば白黒液晶パネル）を用いたラインパターン状の照明の場合には、照明光が偏光を持つので、評価面４１、反射面４２に対するＰ偏光方向ではない方向にラインパターン照明の偏光方向を合わせる。それによって、カメラ２において、評価面４１に映り込むラインパターン照明の像を、より高いコントラストで撮像することが出来る。
In the case of line pattern illumination using a transmissive spatial modulation element (for example, a black-and-white liquid crystal panel) as described above, since the illumination light has polarization, the P polarization direction with respect to the
以上、画像におけるピッチＰ１、Ｐ２が同一の場合について説明したが、Ｐ１とＰ２が異なる場合にも、それぞれの評価領域（４１Ａ，４１Ｂ）について前述の考えを適用し、それぞれの評価領域について評価すればよい。また、駆動機構７を２つに分割し、それぞれの評価領域に映り込む照明の領域１１、１２をそれぞれ別の駆動機構で互いに異なる速度で駆動し、得られる画像について同じ条件で検査できるようにしてもよい。１つの駆動機構７を使う場合には、Ｐ１とＰ２それぞれで条件を満たすよう撮像ピッチをそれぞれ設定してもよい。
The case where the pitches P1 and P2 in the image are the same has been described above, but even when P1 and P2 are different, the above-mentioned idea is applied to each evaluation area (41A, 41B), and each evaluation area is evaluated. Just do it. Further, the drive mechanism 7 is divided into two, and the
例えば、撮影毎の駆動機構７による移動距離を５ｍｍ、撮像回数７回で欠陥検査をすることを想定すると、ｐ１＝３５ｍｍ、ｐ２＝１７．５ｍｍのように照明の明暗のピッチを設定する。それによって、それぞれの領域で取得した７枚の画像に異なる位相のラインパターンが映り込むので適切に評価することが出来る。片方の領域では一部の撮像画像を使用しない手法をとってもよい。 For example, assuming that the moving distance by the drive mechanism 7 for each shooting is 5 mm and the defect inspection is performed with 7 times of imaging, the pitch of light and dark of the illumination is set as p1 = 35 mm and p2 = 17.5 mm. As a result, line patterns of different phases are reflected in the seven images acquired in each area, so that evaluation can be performed appropriately. A method may be adopted in which a part of the captured image is not used in one area.
本実施例では、評価面４１での１回反射によるラインパターン照明の像と、評価面４１と反射面４２の反射の２回反射のラインパターン照明の像の双方を用いて欠陥検査をする構成であった。しかし、これに限ることなく、評価をしたい対象領域に合わせ、複数反射による照明像が映り込む領域だけを評価してもよいし、さらに反射回数が３回以上の像を含んだ領域を用いて評価してもよい。
In this embodiment, the defect inspection is performed using both the image of the line pattern illumination by the single reflection on the
図７は本発明に係る実施例２の検査装置の構成を示す図である。また、図８は実施例２のカメラ２１とカメラ２２で評価面４１を撮像した場合の画像の例を示す図である。本実施例では対象物４０を撮像する撮像部を、互いに異なる角度で評価面４１を撮像する複数のカメラ（カメラ２１、カメラ２２）で構成している。
FIG. 7 is a diagram showing a configuration of an inspection device according to a second embodiment of the present invention. Further, FIG. 8 is a diagram showing an example of an image when the
この様に別なアングルから評価面４１を撮像すると、カメラ２１で撮像して得られた画像（図８（Ａ）参照）と、カメラ２２で撮像して得られた画像（図８（Ｂ）参照）では評価面４１Ａと、評価面４１Ｂの境界部の位置が異なる。
具体的にはカメラ２１で撮像した画像（図８（Ａ）参照）中では境界部５０Ａ、カメラ２２で撮像した画像（図８（Ｂ）参照）中では境界部５０Ｂのように、評価面４１上を境界部（境界線）が移動する。
When the
Specifically, the
実施例１で述べたように境界部（境界線）での傷欠陥検出精度は著しく低下するか、あるいは検出できない。よって、画像（図８（Ａ）参照）における境界部５０Ａを含む周辺領域は画像（図８（Ｂ）参照）の評価面４１Ｂの画像で検査し、画像（図８（Ｂ）参照）における境界部５０Ｂを含む領域は画像（図８（Ａ）参照）の評価面４１Ａの画像を用いて検査する。これによって、評価面４１全面の傷、欠陥検出をもれなく全面において精度良く行うことが可能となる。即ち、複数のカメラの内の１つのカメラから得られる前記第１の画像と前記第２の画像の境界部に対応する位置の前記評価面に対して、前記複数のカメラの内の他の１つのカメラから得られる画像を用いて検査を行うように構成している。
As described in Example 1, the scratch defect detection accuracy at the boundary portion (boundary line) is significantly reduced or cannot be detected. Therefore, the peripheral region including the
図９は本発明に係る実施例３の検査装置の構成を示す図である。本実施例では使用する照明は透過型ラインパターン照明部１０１とし、対象物４は評価面として凹形状の４３を持ち、透過型ラインパターン照明部１０１の直下に配置される。カメラ２は透過型ラインパターン照明部１０１の上方に配置され透過型ラインパターン照明を介し、下方の対象物面の凹部４３の反射光を撮像する。凹部４３の内面の評価部は１回反射、複数反射する部分が混在し、反射の方向も様々である。
FIG. 9 is a diagram showing a configuration of an inspection device according to a third embodiment of the present invention. In this embodiment, the illumination used is a transmissive line
図１０は実施例３の凹部４３を照明する光束を示す図である。
図１０に示されるように、透過型ラインパターン照明部１０１上の点１０１ａからの光は凹部４３上の点４３ｄに照射されたのち点４３ａで反射されて光束ＣＣとしてカメラ２で撮像される。
透過型ラインパターン照明部１０１上の点１０１ｂからの光は凹部４３上の点４３ｅに照射されたのち点４３ｂで反射されて光束ＤＤとしてカメラ２で撮像される。
FIG. 10 is a diagram showing a luminous flux that illuminates the
As shown in FIG. 10, the light from the
The light from the
透過型ラインパターン照明部１０１上の点１０１ｃからの光は点４３ｃに照射されたのち点４３ｃで反射され光束ＥＥとしてカメラ２で撮像される。
この様に、凹部４３の各点は透過型ラインパターン照明部１０１の各点から照明された光が、凹部４３内の各点で１回反射あるいは２回反射した後カメラで撮像される。
The light from the
In this way, each point of the
本実施例では透過型パターン照明部としての透過型ラインパターン照明部１０１が凹部４３の上方を広く覆うように構成されているので、凹部４３を、凹部４３の内面を１回あるいは２回反射した光を用いて、照明と撮像を１度で行うことができる。このように、ラインパターンを評価面に照射するための透過型ラインパターン照明部を有し、カメラが、透過型ラインパターン照明部により照明された評価面からの反射像を、透過型ラインパターン照明部を介して撮像するようにしても良い。
In this embodiment, since the transmissive line
以上のように、本発明の実施例の検査装置は、ラインパターンを対象物の評価面に照射し、前記ラインパターンの明部と暗部の空間的位相をずらしながら、前記評価面からの前記ラインパターンの反射像をカメラで撮像する。それによって異なる位相の複数の第１の画像を取得し、前記複数の第１の画像を用いて前記対象物の前記評価面の検査をする。
また、前記対象物を構成する面の内、前記評価面とは異なる所定の面の反射を用いることによって前記評価面から、前記複数の第１の画像とは異なる複数の第２の画像を前記カメラで取得するように構成したことを特徴とする。
As described above, in the inspection apparatus of the embodiment of the present invention, the line pattern is applied to the evaluation surface of the object, and the line from the evaluation surface is shifted while shifting the spatial phase between the bright part and the dark part of the line pattern. The reflected image of the pattern is captured by the camera. As a result, a plurality of first images having different phases are acquired, and the evaluation surface of the object is inspected using the plurality of first images.
Further, by using the reflection of a predetermined surface different from the evaluation surface among the surfaces constituting the object, a plurality of second images different from the plurality of first images can be obtained from the evaluation surface. It is characterized by being configured to be acquired by a camera.
このように構成したので、溝形状や凹形状等の正反射方向に照明とカメラを設置できない評価面を有する対象物に対してもラインパターンを照明して反射像を得ることが出来る。また、対象物の従来よりも広い表面の反射特性や形状特性や、欠陥等を精度良く検出することが出来る
また、前記対象物の評価面以外の前記の所定の面を焦点深度外に配置する事で、評価面の特性データや傷や欠陥等に関する画像や情報だけを取得することが出来る。
With this configuration, it is possible to obtain a reflected image by illuminating the line pattern even for an object having an evaluation surface such as a groove shape or a concave shape in which the illumination and the camera cannot be installed in the specular reflection direction. In addition, it is possible to accurately detect reflection characteristics, shape characteristics, defects, etc. of the surface of the object, which is wider than before, and the predetermined surface other than the evaluation surface of the object is arranged outside the depth of focus. By doing so, it is possible to acquire only the characteristic data of the evaluation surface and images and information related to scratches and defects.
また、前記第１の画像と前記第２の画像の明るさやラインパターンの画像のピッチ等を合わせるように例えばラインパターン照明部のパターンを調整する制御部を有する。従って、撮像した画像の情報や、事前に知りうる装置構成や対象物形状の情報を元に反射回数毎にラインパターンの領域を分離できる。また、それぞれの領域に対して、明るさの補正や、ラインピッチ等の条件を設定することで反射回数が異なる照明像が混在する評価画像についても評価面の表面全体に対して同様の検査条件で欠陥を検査することが出来る。 Further, it has a control unit that adjusts, for example, the pattern of the line pattern illumination unit so as to match the brightness of the first image and the second image, the pitch of the image of the line pattern, and the like. Therefore, the area of the line pattern can be separated for each number of reflections based on the information of the captured image and the information of the device configuration and the object shape that can be known in advance. In addition, the same inspection conditions are applied to the entire surface of the evaluation surface for the evaluation image in which illumination images with different reflection times are mixed by setting conditions such as brightness correction and line pitch for each area. You can inspect for defects with.
また、所望の領域毎に輝度を自在に変えることが出来る検査用照明を使用して、ラインパターン照明の明暗ピッチやラインパターンの輝度や方向や位相の少なくとも１つを領域毎に変えるように構成している。従って、前記複数反射回数の照明像が混在する評価面を類似した検査条件で容易に評価する事も出来る。 In addition, using inspection lighting that can freely change the brightness for each desired area, it is configured to change at least one of the brightness, direction, and phase of the line pattern lighting and the brightness, direction, and phase of the line pattern lighting for each area. is doing. Therefore, it is possible to easily evaluate the evaluation surface in which the illumination images having a plurality of reflection times are mixed under similar inspection conditions.
さらに、それぞれ２ライン以上の明部と暗部を交互に配置したラインパターンを照明面として形成可能なラインパターン照明装置を用いている。そして、前記ラインパターンのピッチと輝度と方向と位相の少なくとも１つを、照明面の複数の領域毎に、それぞれで変更可能としている。更に、前記輝度が３０００ｃｄ／ｍ２以上としているので、ラインパターンを用いて複雑な形状の対象物を検査する検査装置に用いた場合に検査効率を向上できる。 Further, a line pattern illuminating device capable of forming a line pattern in which two or more lines of bright parts and dark parts are alternately arranged as an illumination surface is used. Then, at least one of the pitch, the luminance, the direction, and the phase of the line pattern can be changed for each of a plurality of regions of the illumination surface. Further, since the brightness is 3000 cd / m 2 or more, the inspection efficiency can be improved when used in an inspection device for inspecting an object having a complicated shape by using a line pattern.
なお、本実施例にかかる検査装置を製造システムに適用することによって、各種の複雑な形状の部品を精度良く検査することができ、所定の基準を満たした物品を製造する製造システムの信頼性や生産性を向上させることができる。
即ち、例えば製造システムにおいて、実施例の検査装置を用いた検査工程を設けることによって複雑な形状の部品等の欠陥や表面形状や表面の粗さ等の表面特性等を精度良く検査することができる。従って、複雑な形状の部品に対して上記の検査工程を実施することによって、その結果、従来よりも欠陥の少ない良品の部品を選別することができ、選別処理の効率を向上することができる。
By applying the inspection device according to this embodiment to the manufacturing system, it is possible to inspect parts having various complicated shapes with high accuracy, and the reliability of the manufacturing system for manufacturing articles satisfying a predetermined standard can be improved. Productivity can be improved.
That is, for example, in a manufacturing system, by providing an inspection process using the inspection device of the embodiment, it is possible to accurately inspect defects such as parts having a complicated shape and surface characteristics such as surface shape and surface roughness. .. Therefore, by carrying out the above-mentioned inspection process on a part having a complicated shape, as a result, it is possible to select a non-defective part having fewer defects than before, and it is possible to improve the efficiency of the sorting process.
そして選別処理によって選別された良品の部品を用いて、例えば組み立て処理することにより、最終的に、精度の良い機械等の物品を製造することができる。また、実施例の検査装置により計測された計測データや得られた画像をディスプレイなどの表示部に表示することによって生産プロセス等の処理工程全体の欠陥要因を把握することができ、歩留まりを高め、生産効率を図ることもできる。即ち、本実施例の検査装置を用いることで物品の製造精度や製造効率を高めることができる。 Then, by using, for example, assembling the non-defective parts selected by the sorting process, it is possible to finally manufacture an article such as a machine with high accuracy. In addition, by displaying the measurement data measured by the inspection device of the embodiment and the obtained image on a display unit such as a display, it is possible to grasp the cause of defects in the entire processing process such as the production process, and increase the yield. It is also possible to improve production efficiency. That is, by using the inspection device of this embodiment, it is possible to improve the manufacturing accuracy and manufacturing efficiency of the article.
以上、本発明をその好適な実施例に基づいて詳述してきたが、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、本発明の主旨に基づき種々の変形が可能であり、それらを本発明の範囲から除外するものではない。
なお、本実施例における制御の一部または全部を上述した実施例の機能を実現するコンピュータプログラムをネットワーク又は各種記憶媒体を介して検査装置に供給するようにしてもよい。そしてその検査装置におけるコンピュータ（又はＣＰＵやＭＰＵ等）がプログラムを読み出して実行するようにしてもよい。その場合、そのプログラム、及び該プログラムを記憶した記憶媒体は本発明を構成することとなる。
Although the present invention has been described in detail based on the preferred embodiments thereof, the present invention is not limited to the above embodiments, and various modifications can be made based on the gist of the present invention. It is not excluded from the scope of the invention.
In addition, a computer program that realizes a part or all of the control in this embodiment may be supplied to the inspection device via a network or various storage media. Then, the computer (or CPU, MPU, etc.) in the inspection device may read and execute the program. In that case, the program and the storage medium in which the program is stored constitutes the present invention.
１ ラインパターン照明部
２ カメラ
３ 制御部
４ 対象物
５ 画像処理部
６ 表示部
７ 駆動機構
４１ 評価面
４２ 反射面
ＡＡ，ＢＢ 照明光束
1 Line
Claims (20)
前記対象物を構成する面の内、前記評価面とは異なる所定の面で反射され、かつ、前記評価面で反射された反射光を、前記撮像部が撮像することによって前記画像を取得することを特徴とする検査装置。 By irradiating the evaluation surface of the object with the pattern light and imaging the reflected image of the pattern light from the evaluation surface with the imaging unit while shifting the spatial phase of the bright part and the dark part of the pattern light, the phase is different. In an inspection device that acquires a plurality of images and inspects the evaluation surface of the object using the plurality of images.
The image is acquired by the image pickup unit taking an image of the reflected light reflected on a predetermined surface different from the evaluation surface among the surfaces constituting the object and reflected on the evaluation surface. An inspection device characterized by.
前記光源の上に配置され、透過率を変調可能な透過型空間変調素子と、を有することを特徴とする請求項１４に記載の検査用照明装置。 Furthermore, with multiple light sources arranged in two dimensions,
The lighting device for inspection according to claim 14, further comprising a transmissive spatial modulation element arranged on the light source and capable of modulating the transmittance.
前記光源の上に配置され、透過率を変調可能な透過型空間変調素子と、を有し
前記透過型空間変調素子を介したラインパターン状の照明の偏光方向を、前記評価面と前記所定の面に対してＰ偏光方向ではない方向に合わせたことを特徴とする請求項１７に記載の検査装置。 The inspection lighting device includes a plurality of light sources arranged two-dimensionally and
A transmissive spatial modulation element arranged on the light source and capable of modulating the transmittance, and a polarization direction of line pattern-shaped illumination via the transmissive spatial modulation element can be determined on the evaluation surface and the predetermined. The inspection device according to claim 17, wherein the inspection device is aligned with respect to a surface in a direction other than the P polarization direction.
前記対象物を構成する面の内、前記評価面とは異なる所定の面で反射され、かつ、前記評価面で反射された反射光を撮像することによって前記画像を取得する工程を有することを特徴とする検査方法。 A plurality of images having different phases by irradiating the evaluation surface of the object with the pattern light and imaging the reflected image of the pattern light from the evaluation surface while shifting the spatial phases of the bright part and the dark part of the pattern light. Is an inspection method for inspecting the evaluation surface of the object using the plurality of images.
It is characterized by having a step of acquiring the image by taking an image of the reflected light reflected on a predetermined surface different from the evaluation surface and reflected on the evaluation surface among the surfaces constituting the object. Inspection method.
前記検査工程における前記検査の結果に基づいて前記対象物を処理することにより物品を製造する工程と、を有することを特徴とする物品の製造方法。
An inspection step of inspecting the object using the inspection apparatus according to any one of claims 1 to 13 and 16 to 18.
A method for manufacturing an article, which comprises a step of manufacturing an article by processing the object based on the result of the inspection in the inspection step.
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