JP2022098685A - 検査装置、検査用照明装置、検査方法、および物品の製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】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する。【解決手段】パターン光を対象物4の評価面41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。【選択図】図1
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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)。
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)。
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)。
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)。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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
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
Claims (20)
- 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検査装置。 - 前記画像として、前記評価面でのみ反射された反射光の第1の画像、及び、前記評価面とは異なる前記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の第2の画像を取得することを特徴とする請求項1に記載の検査装置。
- 前記検査は前記評価面の欠陥検査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。
- 前記評価面を前記撮像部の焦点深度内に配置し、前記所定の面を前記焦点深度外に配置したことを特徴とする請求項1乃至3の何れか1項に記載の検査装置。
- 前記撮像部はシャインプルーフ構成を有することを特徴とする請求項1乃至4の何れか1項に記載の検査装置。
- 前記第1の画像と前記第2の画像の境界部を前記検査の対象外とすることを特徴とする請求項2に記載の検査装置。
- 前記撮像部は異なる角度で撮像を行う複数のカメラを含むことを特徴とする請求項1乃至6の何れか1項に記載の検査装置。
- 複数の前記カメラの内の1つの前記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、複数の前記カメラの内の他の1つの前記カメラから得られる前記画像を用いて前記検査をすることを特徴とする請求項2を引用する請求項7に記載の検査装置。
- 前記第1の画像と前記第2の画像の明るさを調整する制御部を有することを特徴とする請求項2に記載の検査装置。
- ラインパターンを前記評価面に照射するためのラインパターン照明部を有し、前記ラインパターン照明部は前記ラインパターンのピッチと明るさと方向の少なくとも1つを調整するための調整部を有することを特徴とする請求項1乃至9の何れか1項に記載の検査装置。
- 前記調整部は、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画像のピッチを合わせるように前記ラインパターン照明部のパターンを調整することを特徴とする請求項10に記載の検査装置。
- 前記第1の画像と前記第2の画像における前記パターン光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制御部を有することを特徴とする請求項2に記載の検査装置。
- 前記パターン光を前記評価面に照射するための透過型パターン照明部を有し、前記撮像部は、前記透過型パターン照明部により照明された前記評価面からの反射像を、前記透過型パターン照明部を介して撮像するように配置されていることを特徴とする請求項1乃至12の何れか1項に記載の検査装置。
- 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検査用照明装置であって、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、前記照明面の複数の領域毎に、それぞれで変更可能であり、前記輝度が3000cd/m2以上であることを特徴とする検査用照明装置。
- 更に、2次元状に配置した複数の光源と、
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。 - 請求項14に記載の検査用照明装置により、前記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。
- 前記画像として、前記評価面でのみ反射された反射光の第1の画像、及び、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の第2の画像を取得するように構成したことを特徴とする請求項16に記載の検査装置。
- 前記検査用照明装置は2次元状に配置した複数の光源と、
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。 - 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方法であって、
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。 - 請求項1~13、16~18のいずれか1項に記載の検査装置を用いて前記対象物の前記検査をする検査工程と、
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。
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