JP2701538B2 - 表面欠陥検査装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、例えば、工作機械等により加工された後の
ワーク表面の欠陥を検査する表面欠陥検査装置に関す
る。

（従来の技術） 一般的に、生産工場等における製造加工ラインには、
加工後の製品の品質検査を行なう検査行程が設けられて
いるが、自動化の進んだ今日では、作業者による目視検
査に代わってカメラ等の光学機器を用いて製品の品質検
査を行なうようになっている。

この品質検査の内、加工後の製品の表面にキズ等の欠
陥が存在しているか否かの検査をする表面欠陥検査があ
るが、この表面欠陥検査は、表面欠陥検査装置が備えら
れた例えば第５図に示すような加工ラインにおいて行な
われている。

ワークであるピストン１は、洗浄機２によって表面の
洗浄が行なわれた後、搬送装置３の所定位置で待機し、
ローダ４によって検査ステージに置かれている検査台５
の回転台６に載置される。そして、回転台６によってワ
ークが一回転する間に、この回転台６の周囲に備えられ
ているカメラ７によってこのピストン１の被検査面の表
面欠陥検査が行なわれ、この検査結果がOKであればピス
トン１は振分けプッシャー８によって防錆油槽９に送ら
れ、NGであればピストン１は振分けプッシャー８によっ
てワークストックエリア10に送られる。そして、OKのも
のはパレタイズロボット11によってパレット12に収納さ
れ、NGのものは作業者によって作業台13で目視検査の
後、防錆油槽14に入れられて、パレット15に収納され
る。

第６図は、第５図に示した検査ステージの概略構成図
を示す。

この検査ステージには、同図に示すように、ピストン
１を支持すると共に回転させる回転台６が備えられてお
り、この回転台６は、モータ20によって回転するように
なっている。また、この回転台６には、エアーチャック
21が設けられており、このエアーチャック21によってピ
ストン１が支持される。

この回転台６の周囲には、図示するように、ピストン
１の被検査面Ｓに対して水平に光を照射すランプ22と、
このランプ22によって光が照射されたピストン１の被検
査面Ｓの画像を入力するカメラ７とがそれぞれ配置さ
れ、このランプ22とカメラ７によって形成される被検査
面Ｓに対する照明条件は、被検査面Ｓの有する種々の表
面欠陥を検出するのに最適となるように設定されてい
る。

この設定は第７図に示すように行なわれている。すな
わち、ランプ22は、ピストン１の被検査面Ｓに対して水
平方向から光を照射する位置に設けられ、カメラ７は、
このランプ22から照射されて被検査面Ｓから正反射して
きた光を受け得る位置に配置されている。なお、このラ
ンプ22から照射される光はスポット光である。

このような位置にランプ22及びカメラ７を配置して、
被検査面Ｓの画像をカメラ７によって入力すると、例え
ば、この被検査面Ｓ中にスクラッチなどの深く小さい欠
陥ａが存在する場合には、この欠陥ａの部分においては
乱反射を起こしているために、その部分からカメラ７に
入力される反射光量が減少し、この部分におけるカメラ
７からの信号を画像処理すると、その画像処理後のビデ
オ波形は第８図（Ａ）に示すようにその欠陥ａに相当す
る部分が落込みとなって表われる。これを二値化処理す
ると、第８図（Ｂ）に示すような二値化波形が得られ、
この二値化波形中の０信号の存在を検出することによっ
て欠陥ａの存在を検出することができる。

（発明が解決しようとする課題） しかしながら、このような従来の表面欠陥検査装置に
あっては、被検査面Ｓの表面が極めて平坦に近いものに
対しては高精度で欠陥検出が可能であるが、被検査面Ｓ
の表面が平坦でない，反射率の一様でない例えば第９図
に示すような規則的に微細な凹凸を有するようなワーク
１′にあっては、その被検査面Ｓにおける欠陥の検出は
極めて困難となる。

すなわち、第９図に示すようなワーク１′における被
検査面Ｓの画像をカメラ７によって入力し、このカメラ
７からの信号を画像処理すると、その画像処理後のビデ
オ波形は第10図（Ａ）に示すように乱反射の程度が大き
な部分が周期的に落込みとなって表われるため、この落
込みを避け、かつ欠陥の検出を行なうためのスレッショ
ルド電圧の選択が非常に困難（第10図（Ａ）に示すよう
に比較的低レベルにスレッショルド電圧を選択すると、
その二値化波形は、第10図（Ｂ）に示すようになり、欠
陥の誤検出が防止されるが、その検出精度が低下し、一
方、比較的高レベルにスレッショルド電圧を選択する
と、その検出精度は向上するが誤検出の可能性が高くな
る。）であることから、欠陥の有無の判断が極めて困難
となり、検出精度が悪くなることになる。

本発明は、このような従来の不具合を解消すべく成さ
れたものであり、被検査面が平坦でないワークであって
もその被検査面に存在する欠陥の有無を高精度で検出す
ることが可能な表面欠陥検査装置を提供することを目的
とする。

（課題を解決するための手段） 前記目的を達成するための本発明は、ワークの被検査
面に対して光を照射する照明と、当該照明によって照射
された被検査面からの反射光をフーリエ変換するフーリ
エ変換手段と、当該フーリエ変換手段の通過光における
空間周波数像を画像データとして記憶する記憶手段と、
当該記憶手段に記憶されている画像データに基づいて、
前記ワークの被検査面に対応した空間周波数マスクを形
成する空間周波数マスク形成手段と、当該空間周波数マ
スク形成手段からの通過光量を検出する光量検出手段
と、当該光量検出手段によって検出された光量に基づい
て前記ワークの被検査面における欠陥の有無を判断する
判断手段とを有することを特徴とするものである。

（作用） このように構成すると、照明によって照らされたワー
クの被検査面全体のフーリエ変換後の画像データが記憶
手段に記憶され、空間周波数マスク形成手段はこの記憶
手段に記憶された画像データに対応した空間周波数マス
クを形成する。この場合に用いるワークは欠陥を有しな
いマスターワークである。

そして、被検査面からの反射光がフーリエ変換手段を
介してこの空間周波数マスク形成手段に照射されると、
この空間周波数マスク形成手段は、マスターワークの被
検査面に基づいて空間周波数マスクを形成しているの
で、被検査面に欠陥のない正常なワークであれば光量検
出手段には光が達せず、これにより判断手段は欠陥なし
と判断し、一方、欠陥を有するワークであれば光量検出
手段に光が達し、その程度に応じて判断手段は欠陥の有
無を判断する。

したがって、被検査面の形状が平坦でなく、また、そ
の面の反射率が部分的に変化しているようなワークであ
っても欠陥の検出を高精度で行なうことが可能となる。

（実施例） 以下に、本発明の実施例を図面に基づいて詳細に説明
する。

第１図には、本発明に係る表面欠陥検査装置における
光学系の概略構成図が示してある。

同図に示すように、本発明に係る表面欠陥検査装置
は、照明としてのレーザー30がワーク１′の被検査面Ｓ
に向けて光を照射するように配設され、この被検査面Ｓ
には、レーザー30から出力された光がビームエキスパン
ダ31を介して照射される。そして、被検査面Ｓからの反
射光の光軸を中心として、フーリエ変換手段としてのフ
ーリエ変換用レンズ32、ハーフミラー33、空間周波数マ
スク形成手段としての電子アレイシャッター34と、光量
検出手段としての光量センサ35が順次配列されており、
ハーフミラー33の反射軸方向には、フーリエ変換用レン
ズ32からの通過光における空間周波数像を検出する2Dセ
ンサ36が設けてある。

第２図には、本発明に係る表面欠陥検出装置の制御系
の構成図が示してある。

同図に示すように、2Dセンサ36には、この2Dセンサ36に
よって検出した空間周波数像に関するデータを順次取出
すセンサドライバ37を介して記憶手段としてのティーチ
データ記憶部38が接続され、このティーチデータ記憶部
38には、ワーク１′の回転を制御するとともに回転位置
データを出力する回転制御部39と、この回転制御部39か
らの回転位置データに基づいてティーチデータ記憶部38
に記憶されているデータを順次取出すデータ制御部40と
が接続されている。

また、電子アレイシャッター34には、シャッタードラ
イバ41が接続され、2Dセンサ36によって検出した空間周
波数像に基づき、このシャッタードライバ41によって電
子アレイシャッター34に空間周波数マスクパターンが形
成される。そして、光量センサ35には判定部42が接続さ
れ、この光量センサ35に入射される光量によってワーク
に欠陥があるか否かを判断する。

このように構成された表面欠陥検査装置は、第２図及
び第３図に示した動作フローチャートに基づいて以下の
ように動作する。

まず、マスターワークを用いてティーチングを行なう
処理について説明する。

ステップ１ まず、プログラムがスタートすると、レーザー30はワ
ーク１′の被検査面Ｓに対して光を照射するとともにそ
の照射位置を移動させ、回転制御部39によって第６図に
示したモータ20を駆動し、ワーク１′を所定の方向に所
定の速度で回転させる。

ステップ2,3 2Dセンサ36は、フーリエ変換用レンズ32及びハーフミ
ラー33を介して入射された被検査面Ｓからの反射光の光
量分布を、回転制御部39からの回転位置データとともに
センサドライバ37によってティーチデータ記憶部38に記
憶する。

したがって、ティーチデータ記憶部38には、ワーク
１′の被検査面各部の光量分布データが記憶され、ワー
ク１′の被検査面一回転分のマスターとなる空間周波数
マスクパターンの形成のためのデータが記憶されること
になる。

つまり、被検査面Ｓからの反射光がフーリエ変換用レ
ンズ32を通過すると、この反射光に含まれている空間周
波数成分がフーリエ変換用レンズ32によって空間的にフ
ーリエ級数展開が行なわれ、このフーリエ級数展開後の
光が2Dセンサ36に照射されると、その光量分布状態は、
その反射光に含まれている空間周波数成分の内の直流情
報成分は光軸上に集束し、外部に向かって低周波数情報
から高周波数情報へと放射状に拡散する状態を呈する。

したがって、ティーチデータ記憶部38には、この2Dセ
ンサ36における光量分布状態、すなわち、光量分布デー
タが記憶されることになる。

次に、検査時の処理について説明する。

ステップ10 レーザー30はワーク１′の被検査面Ｓに対して光を照
射するとともにその照射位置を移動させ、回転制御部39
によってモータ20を駆動し、ワーク１′を所定の方向に
所定の速度で回転させる。

ステップ11 データ制御部40は、回転制御部39からの回転位置デー
タに基づいて、ステップ２及びステップ３においてティ
ーチデータ記憶部38に記憶した光量分布データを取出
し、シャッタードライバ41は、この取出された光量分布
データに基づいて電子アレイシャッタ34の面上に空間周
波数マスクパターンを形成する。すなわち、マスターワ
ークにおける光量分布によっては通過光が生じないよう
なマスクパターンが電子アレイシャッタ34の面上に形成
される。

ステップ12 光量センサ35は、電子アレイシャッター34からの通過
光量を検出して光電変換し、この検出光量に相当する電
気量を判定部42に出力する。

ステップ13 判定部42は、光量センサ35から出力された電気量に基
づいてワーク１′における被検査面Ｓ内に欠陥が存在し
ているかどうかの判断を行なう。

つまり、マスターワークにおける空間周波数マスクが
形成された電子アレイシャッター34にフーリエ変換用レ
ンズ32を通過してきたレーザー光が当ると、欠陥のない
ワークの場合には、この電子アレイシャッタ34によって
形成されたマスクパターンによって通過光が完全に阻止
されるが、欠陥のあるワークの場合には、フーリエ変換
用レンズ32通過後の反射光の空間周波数成分が異なるた
めに、電子アレイシャッタ34によって形成されたマスク
パターンによっては阻止されない周波数成分の光が存在
することからこの光は光量センサ35に達し、光量センサ
35によって稀有伝変換されて判定部42によって欠陥あり
と判断されることになる。

このように、本実施例は、ワークにおける欠陥の有無
を、ワークにおける被検査面からの反遮光に基づいて空
間的に解析を行なうものである。

（発明の効果） 以上の説明により明らかなように、本発明によれば、
ワークの被検査面に対して光を照射する照明と、当該照
明によって照射された被検査面からの反射光をフーリエ
変換するフーリエ変換手段と、当該フーリエ変換手段の
通過光における空間周波数像を画像データとして記憶す
る記憶手段と、当該記憶手段に記憶されている画像デー
タに基づいて、前記ワークの被検査面に対応した空間周
波数マスクを形成する空間周波数マスク形成手段と、当
該空間周波数マスク形成手段からの通過光量を検出する
光量検出手段と、当該光量検出手段によって検出された
光量に基づいて前記ワークの被検査面における欠陥の有
無を判断する判断手段とを設けたので、被検査面の形状
が平坦でなく、また、その面の反射率が部分的に変化し
ているようなワークであっても欠陥の検出を高精度で行
なうことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明に係る表面欠陥検査装置の光路系の概
略構成図、 第２図は、本発明に係る表面欠陥検査装置の制御系の概
略構成図、 第３図及び第４図は、本発明に係る表面欠陥検査装置の
動作フローチャート、 第５図は、従来の欠陥検査行程の一例を示す図、 第６図は、第３図に示した検査ステージの概略構成図、 第７図は、表面欠陥検査を行なう場合の照明条件を示す
図、 第８図（Ａ），（Ｂ）は、カメラから入力した画像の処
理波形を示す図、 第９図及び第10図（Ａ），（Ｂ）は、従来の表面欠陥検
査装置の問題点の説明に供する図である。 1,1′……ワーク、30……レーザー（照明）、32……フ
ーリエ変換用レンズ（フーリエ変換手段）、34……電子
アレイシャッタ（空間周波数マスク形成手段）、35……
光量センサ（光量検出手段）、38……ティーチデータ記
憶部（記憶手段）、42……判定部（判断手段）。

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ワークの被検査面に対して光を照射する照
   明と、当該照明によって照射された被検査面からの反射
   光をフーリエ変換するフーリエ変換手段と、 当該フーリエ変換手段の通過光における空間周波数像を
   画像データとして記憶する記憶手段と、 当該記憶手段に記憶されている画像データに基づいて、
   前記ワークの被検査面に対応した空間周波数マスクを形
   成する空間周波数マスク形成手段と、当該空間周波数マ
   スク形成手段からの通過光量を検出する光量検出手段
   と、 当該光量検出手段によって検出された光量に基づいて前
   記ワークの被検査面における欠陥の有無を判断する判断
   手段とを有することを特徴とする表面欠陥検査装置。