JP5090147B2 - 欠陥検査方法、欠陥検査装置及びそれに用いるライン状光源装置 - Google Patents

Description

本発明は、欠陥検査の技術分野に属するものであり、とくに検査対象物の傷等の欠陥を検査する方法及び装置並びにそれに用いるライン状光源装置に関するものである。

本発明は、たとえば、シート状もしくは板状の材料を検査対象物として、その表面または内部における傷等の構造欠陥の有無を検査するのに適用することができる。

表面が平滑なシート状もしくは板状の材料からなる検査対象物に存在する傷等の欠陥の有無の検査を目的として、走行するシート状もしくは板状の検査対象物にライン状光源から発せられる光を照射し、傷等の欠陥が存在した場合、その傷によって例えば乱反射された散乱光をモニタカメラで読み取り、検査対象物に傷等の欠陥が存在することを検知する方法及び装置が、最近数多く使用されている。

このような欠陥検査による欠陥検出の原理を、図１１〜図１４を用いて、以下に説明する。

図１１および図１２の場合は、検査対象物６の検査面は光をほぼ一様に反射するような鏡面であり、ライン状光源７から発せられた光はこの検査面に対して６０°より小さな角度θ_２で照射される。ただし、ライン状光源７は図の紙面に垂直な方向にライン状に延びて配されている。前記検査面に欠陥がない場合には、図１１のように検査面法線に関して入射光と対称な方向にのみ光が反射して、モニタカメラ８には光は入光しない。しかし、検査面に傷等の欠陥１２が存在する場合には、図１２のようにその欠陥１２の部分で光は乱反射して散乱光が発生する。そしてこの散乱光の一部がモニタカメラ８に入光して、その傷等の欠陥１２の存在を検知することができる。

また、検査対象物６が光を透過する材料からなる場合には、検査対象物６、ライン状光源７およびモニタカメラ８を図１３に示すように配置して、検査対象物６に光を透過させることによって検査対象物６の欠陥を検査することができる。この場合、欠陥のない部分においては、透過光は同図のように進みモニタカメラ８に入射しない。しかし、傷等の欠陥１２がある部分では、図１４に示すように欠陥１２によって発生する散乱光の一部がモニタカメラ８に入射して、その欠陥を検出することができる。

上記のような欠陥検査に用いられる光源としては、特許文献１に記載されているような複数の発光ダイオードを線状に並べた発光ダイオード（ＬＥＤ）照明がある。発光ダイオード照明には、単に発光ダイオードを並べて配置しただけのものから、出射端に拡散板を配置して拡散光を生成するようにしたものがある。
特開２００１−２１５１１５号公報

図１５を用いて以上のような背景技術の問題点を説明する。検査対象物に指向性をもって照射された光がその対象物に存在する傷によって散乱される際の散乱の強さは、光の照射方向と傷の延在方向とに依存する。すなわち、傷の延在方向が光の照射方向に対して垂直かこれに近い場合は傷による散乱光の強度が高くなるので傷の検出精度は高いが、傷の延在方向が光の照射方向に対して平行かこれに近い場合は傷による散乱光の強度が高くはないのでモニタカメラ８による傷の検出精度は低くなってしまう。図１５に示すような指向性の高い光源７を用いる場合、光は、検査対象物６の検査面に対して上記のように６０°より小さな角度θ_２で照射されるが、検査対象物６の検査面内の方向としては図１５に矢印で示した方向にのみ照射されるので、検査対象物６に存在する傷ａのような方向に延在する欠陥は容易に検出できるが、傷ｂのような方向に延在する欠陥は散乱光がほとんど発生しないため検出が困難である。

以上のように、拡散板を使用せずに発光ダイオードの光を集光して指向性を持たせる方法では、一番光強度が高い発光ダイオードの光軸付近の方向に対して傷の延在方向が平行かこれに近い場合は検出精度が低くなってしまう。

一方、発光ダイオード照明に拡散板を配置する方法では、傷に対して指向性は弱いが検査対象物に対する照度が極端に低くなり検出感度が低くなる。

また、図１６に示すように、検査対象物６に光を透過させて検査する場合には、発光ダイオード３の発光部分（発光ダイオード・チップ）３ａから発せられる光が傷等の欠陥を経ることなくモニタカメラ８に入射して輝点となり傷等の欠陥との区別が困難になる。

本発明の目的は、上記のような問題点を解消して、シート状もしくは板状の材料等からなる検査対象物に存在する様々な傷等の欠陥を精度良く検出できる欠陥検査の方法及び装置並びにそれに用いるライン状光源装置を提供することである。

本発明によれば、上記目的を達成するものとして、
ライン状光源装置から発せられる光を検査対象物に照射し、該検査対象物を経た光を検出することで前記検査対象物における欠陥を検査する方法において、
前記ライン状光源装置として、複数の発光ダイオードを光軸が互いに平行になるように直線状に配列してなる発光ダイオード配列体を複数段に配設し、前記発光ダイオードの光軸の方向が前記発光ダイオード配列体ごとに異なるようにしたものを用い、
前記検査対象物を経た光を光検出手段で検出して得られる検出信号に基づき、前記検査対象物における欠陥を検査することを特徴とする欠陥検査方法、
が提供される。

本発明の一態様においては、前記発光ダイオード配列体を２段に配設し、一方の段の発光ダイオード配列体では前記発光ダイオードの光軸が前記発光ダイオードの直線状配列方向に対してなす角度θ_１を０°＜θ_１＜９０°の範囲内とし、他方の段の発光ダイオード配列体では前記発光ダイオードの光軸が前記発光ダイオードの直線状配列方向に対してなす角度θ_１を９０°＜θ_１＜１８０°の範囲内とする。本発明の一態様においては、前記発光ダイオード配列体における複数の前記発光ダイオードの光軸を含む面が前記検査対象物の表面に対してなす角度θ_２を０°＜θ_２＜６０°の範囲内とする。本発明の一態様においては、前記発光ダイオード配列体における複数の前記発光ダイオードの光軸を含む面内において前記発光ダイオードの直線状配列方向と直交する方向から前記発光ダイオードの発光部分が見えないように遮光する。

また、本発明によれば、上記目的を達成するものとして、
複数の発光ダイオードを光軸が互いに平行になるように直線状に配列してなる発光ダイオード配列体が複数段に配設されており、前記発光ダイオードの光軸の方向が前記発光ダイオード配列体ごとに異なるようにしてなることを特徴とするライン状光源装置、
が提供される。

本発明の一態様においては、前記発光ダイオード配列体は２段に配設され、一方の段の発光ダイオード配列体では前記発光ダイオードの光軸が前記発光ダイオードの直線状配列方向に対してなす角度θ_１が０°＜θ_１＜９０°の範囲内であり、他方の段の発光ダイオード配列体では前記発光ダイオードの光軸が前記発光ダイオードの直線状配列方向に対してなす角度θ_１が９０°＜θ_１＜１８０°の範囲内である。本発明の一態様においては、前記発光ダイオード配列体における複数の前記発光ダイオードの光軸を含む面内において前記発光ダイオードの直線状配列方向と直交する方向から前記発光ダイオードの発光部分が見えないように遮光する遮光部材を備える。

また、本発明によれば、上記目的を達成するものとして、
ライン状光源装置から発せられる光を検査対象物に照射し、該検査対象物を経た光を検出することで前記検査対象物における欠陥を検査する装置において、
前記ライン状光源装置は上記のライン状光源装置であり、
前記検査対象物を経た光を検出し検出信号を出力する光検出手段を備えることを特徴とする欠陥検査装置、
が提供される。

本発明の一態様においては、前記発光ダイオード配列体における複数の前記発光ダイオードの光軸を含む面が前記検査対象物の表面に対してなす角度θ_２が０°＜θ_２＜６０°の範囲内となるように前記検査対象物を移動させる検査対象物移動手段を備える。

以上のような本発明によれば、ライン状光源装置として、複数の発光ダイオードを光軸が互いに平行になるように直線状に配列してなる発光ダイオード配列体を複数段に配設し、前記発光ダイオードの光軸の方向が発光ダイオード配列体ごとに異なるようにしたものを用いることで、検査対象物に如何なる延在方向の傷等の欠陥が存在していても、各欠陥には互いに異なる複数の方向から光が照射されるので、各欠陥の延在方向と平行でない方向から必ず光を照射することができる。従って、検査対象物に存在する様々な傷等の欠陥を精度良く検出して良好な欠陥検査が可能になる。

以下、本発明の欠陥検査方法、欠陥検査装置及びそれに用いるライン状光源装置の一実施形態を、図面を参照しながら説明する。

図１は本発明による欠陥検査方法、欠陥検査装置及ライン状光源装置の一実施形態を示す模式的側面図であり、図２はその模式的平面図であり、図３はその模式的拡大平面図である。本実施形態のライン状光源装置７は、複数の発光ダイオード３をＸ方向に直線状に配列してなる発光ダイオード配列体が２段に配設されている。図４はライン状光源装置７の模式的斜視図であり、図５及び図６はその発光ダイオード配列体の光軸Ｃの方向を示す模式図である。図７はライン状光源装置７の回路図である。

一方の段の発光ダイオード配列体が符号３Ａで示されており、他方の段の発光ダイオード配列体が符号３Ｂで示されている。各段の発光ダイオード配列体においては、複数の発光ダイオード３の光軸Ｃが互いに平行であり、複数の発光ダイオード３が互いに同一の向きとされている。発光ダイオード配列体３Ａ，３Ｂは、図２、図３及び図４に示されるように、ケーシング２内に配置されている。具体的には、図１及び図６に示されるように、ケーシング２内に配置された取り付け基板２７に、各発光ダイオード３が取り付けられている。図７に示されるように、各発光ダイオード配列体３Ａ，３Ｂにおいて発光ダイオード３は直列に接続されており、発光ダイオード配列体３Ａ，３Ｂは並列に接続されていて図１、図２及び図４に示される電源装置（ＬＥＤ駆動装置）１３により駆動される。

本実施形態においては、発光ダイオード３の光軸Ｃの方向は、発光ダイオード配列体ごとに異なる。すなわち、たとえば発光ダイオード３の直線状配列の方向（Ｘ方向）に対する発光ダイオード３の光軸Ｃのなす角度θ_１（Ｘ方向を基準として反時計回りに測定した角度）は、図５及び図６に示されるように、発光ダイオード配列体３Ａと発光ダイオード配列体３Ｂとで異なる。具体的には、たとえば、発光ダイオード配列体３Ａにおいては角度θ_１は０°＜θ_１＜９０°の範囲内にあり例えば４５°であるのに対して、発光ダイオード配列体３Ｂにおいては角度θ_１は９０°＜θ_１＜１８０°の範囲内にあり例えば１３５°である。発光ダイオード配列体３Ａにおける角度θ_１と発光ダイオード配列体３Ｂにおける角度θ_１との差は、好ましくは４５°〜１３５°、より好ましくは６０°〜１２０°、例えば９０°である。発光ダイオード配列体３Ａにおける複数の発光ダイオード３の光軸Ｃを含む面と、発光ダイオード配列体３Ｂにおける複数の発光ダイオード３の光軸Ｃを含む面とは、互いに平行である。

図１〜図３に示されるように、シート状もしくは板状の材料からなる検査対象物６が、不図示の検査対象物移動手段例えばベルトコンベアにより、上記Ｘ方向と直交するＹ方向に矢印Ｔの向きに移動させられる。検査対象物６の表面はＸＹ面と平行である。図１に示されるように、発光ダイオード配列体３Ａ，３Ｂにおける複数の発光ダイオード３の光軸Ｃを含む面は、検査対象物６の表面に対して角度θ_２をなしている。この角度θ_２は、例えば０°＜θ_２＜６０°の範囲内とされる。

ライン状光源装置７の各発光ダイオード３から発せられる光が照射される検査対象物６の領域の上方には、光検出手段としてのモニタカメラ８が配置されている。図１に示されるように、モニタカメラ８には、パーソナルコンピュータ１１が接続されている。このパーソナルコンピュータ１１では、モニタカメラ８から出力される検出信号が入力され、これに基づき予め決められたプログラムに従って画像処理して検査対象物６における欠陥を検査する。

本実施形態では、ライン状光源７の各発光ダイオード３から発せられた光のうちの一番光強度が高い発光ダイオード光軸Ｃ付近の光（ピーク強度光）は、発光ダイオード配列体３Ａに属するものと発光ダイオード配列体３Ｂに属するものとでは、互いに交差する方向に進行するので、図１に示される傷ａのようなＸ方向に延在する欠陥のみならず、傷ｂのようなＹ方向に延在する欠陥についても、更には如何なる方向に延在する欠陥であっても、互いに異なる複数の方向からピーク強度光が照射されるので、各欠陥１２の延在方向と平行でない方向から必ず光が照射される。従って、検査対象物６に存在する様々な傷等の欠陥１２から散乱光が発せられ、その一部がモニタカメラ８へと到達し検出される。かくして、欠陥を精度良く検出して良好な欠陥検査が可能になる。

マイクロコンピュータ１１は、検出した欠陥についての必要なデータの処理および欠陥検出の警報出力等をも行うことができる。

本実施形態に基づく一実施例を、比較例と比較しながら、以下に示す。

本発明の実施例では、図６に示されるように、発光ダイオード配列体３Ａにおいては角度θ_１を４５°とし、発光ダイオード配列体３Ｂにおいては角度θ_１を１３５°とした。従って、発光ダイオード配列体３Ａにおける角度θ_１と発光ダイオード配列体３Ｂにおける角度θ_１との差は、９０°であった。図６に示されるように、各発光ダイオード配列体３Ａ，３Ｂにおける発光ダイオード３の直線状配列のピッチを７．５ｍｍとした。図１に示されるように、発光ダイオード配列体３Ａ，３Ｂにおける複数の発光ダイオード３の光軸Ｃを含む面が検査対象物６の表面に対してなす角度θ_２は、３０°であった。

図７に示されるように、各発光ダイオード配列体３Ａ，３Ｂにおいて発光ダイオード３に流した電流は２５ｍＡであった。使用した発光ダイオード３は、日亜化学工業株式会社製のＮＳＰＧ５２０Ｓ（Ｇ５）であった。図１に示されるように、ライン状光源装置７の発光ダイオード３から検査対象物６の表面に形成されＹ方向に延在する傷１２までの距離は約２５ｍｍであった。

一方、比較例では、図８に示されるライン状光源装置を用いた。ここでは、発光ダイオード３の直線状配列方向（Ｘ方向）に対する発光ダイオード３の光軸Ｃのなす角度θ_１が、発光ダイオード配列体３Ａ，３Ｂのいずれにおいても９０°であった。すなわち、発光ダイオード配列体３Ａにおける角度θ_１と発光ダイオード配列体３Ｂにおける角度θ_１との差は、０°であった。その他の構成は、上記実施例と同一とした。

その結果、比較例では、傷１２を検出できなかったが、本発明実施例では傷１２を検出できた。

図９は本発明による欠陥検査方法、欠陥検査装置及ライン状光源装置の他の実施形態を示す模式的側面図である。本図において、上記図１〜図７におけると同様の機能を有する部材または部分には同一の符号が付されている。

本実施形態では、ライン状光源装置７が検査対象物６を挟んでモニタカメラ８とは反対側に配置されており、ライン状光源装置７から発せられた光は検査対象物６を透過する。

ライン状光源装置７は遮光部材５を備えることのみ上記図１〜図７に関して説明した実施形態のものと異なる。この遮光部材５は、発光ダイオード配列体３Ａ，３Ｂにおける複数の発光ダイオード３の光軸Ｃを含む面内において発光ダイオード３の直線状配列方向（Ｘ方向）と直交する方向（図９の紙面内の上下方向）から発光ダイオード３の発光部分（発光ダイオード・チップ）３ａが見えないように遮光する。

図１０に遮光部材５の模式図を示す。遮光部材５は光を反射しない黒色等の材料、例えば黒色の厚紙やアクリル板などからなり、各発光ダイオード３に対応して該発光ダイオード３から発せられる所要方向範囲の光を通過させる開口部分１４を有する。この開口部分１４は、発光ダイオード３の砲弾形状の胴の部分の延長線上に位置しており、発光ダイオード３の直線状配列方向（Ｘ方向）に細長い形状をなしている。

一例を示せば、発光ダイオード３として日亜化学工業株式会社製のＮＳＰＧ５２０Ｓ（Ｇ５）を使用し、遮光部材５の材料として黒色で厚さ０．２ｍｍの厚紙を用い、遮光部材５を発光ダイオード３の先端の位置に配置し、各発光ダイオード配列体３Ａ，３Ｂにおける発光ダイオード３の配列ピッチを１０ｍｍにした場合、開口部分１４の配列方向の長さは７ｍｍで幅は５ｍｍ、遮光部分の配列方向の長さは３ｍｍであるのが適当である。

本実施形態によれば、上述のような構成としているので、上記図１〜図７に関して説明した実施形態と同様に、如何なる方向に延在する欠陥であっても、互いに異なる複数の方向から光が照射されるので、各欠陥の延在方向と平行でない方向から必ず光が照射される。従って、検査対象物６に存在する様々な傷等の欠陥から散乱光が発せられ、その一部がモニタカメラ８へと到達し検出される。かくして、欠陥を精度良く検出して良好な欠陥検査が可能になる。また、本実施形態によれば、遮光部材５を備えることにより、発光ダイオード３の発光部分３ａから傷等の欠陥を経ないでモニタカメラ８へと到達する光がなくなる。したがって、欠陥の検出精度が、従来の欠陥検査方法と比較して格段に向上する。

本発明による欠陥検査方法、欠陥検査装置及ライン状光源装置の一実施形態を示す模式的側面図である。 図１の実施形態の模式的側面図である。 図１の実施形態の模式的拡大平面図である。 ライン状光源装置の模式的斜視図である。 図４のライン状光源装置の発光ダイオード配列体を示す模式図である。 図４のライン状光源装置の発光ダイオード配列体を示す模式図である。 図４のライン状光源装置の回路図である。 比較例のライン状光源装置の発光ダイオード配列体を示す模式図である。 本発明による欠陥検査方法、欠陥検査装置及ライン状光源装置の他の実施形態を示す模式的側面図である。 図９の実施形態の遮光部材の模式図である。 検査対象物に光を反射させて検査する場合の欠陥検出の原理の説明図である。 検査対象物に光を反射させて検査する場合の欠陥検出の原理の説明図である。 検査対象物に光を透過させて検査する場合の欠陥検出の原理の説明図である。 検査対象物に光を透過させて検査する場合の欠陥検出の原理の説明図である。 指向性の高い光源を用いた欠陥検出の説明図である。 検査対象物に光を透過させて検査する場合の検査誤差発生の説明図である。

符号の説明

２ ライン状光源装置のケーシング
３ 発光ダイオード
３ａ 発光ダイオードの発光部分
３Ａ，３Ｂ 発光ダイオード配列体
５ 遮光部材
６ 検査対象物
７ ライン状光源装置
８ モニタカメラ
１１ パーソナルコンピュータ
１２ 欠陥
１３ 発光ダイオード駆動装置
１４ 遮光部材の開口部分１４
２７ 発光ダイオード取り付け基板
Ｃ 発光ダイオードの光軸
ａ，ｂ 傷

Claims (9)

1. ライン状光源装置から発せられる光を検査対象物に照射し、該検査対象物を経た光を検出することで前記検査対象物における欠陥を検査する方法において、
   前記ライン状光源装置として、複数の発光ダイオードを光軸が互いに平行になるように直線状に配列してなる発光ダイオード配列体を複数段に配設し、前記発光ダイオードの光軸の方向が前記発光ダイオード配列体ごとに異なるようにしたものを用い、
   前記発光ダイオード配列体における複数の前記発光ダイオードの光軸を含む面内において前記発光ダイオードの直線状配列方向と直交する方向から前記発光ダイオードの発光部分が見えないように遮光し、
   前記検査対象物を経た光を光検出手段で検出して得られる検出信号に基づき、前記検査対象物における欠陥を検査することを特徴とする欠陥検査方法。
2. 前記発光ダイオード配列体を２段に配設し、一方の段の発光ダイオード配列体では前記発光ダイオードの光軸が前記発光ダイオードの直線状配列方向に対してなす角度θ_１を０°＜θ_１＜９０°の範囲内とし、他方の段の発光ダイオード配列体では前記発光ダイオードの光軸が前記発光ダイオードの直線状配列方向に対してなす角度θ_１を９０°＜θ_１＜１８０°の範囲内とすることを特徴とする、請求項１に記載の欠陥検査方法。
3. 前記一方の段の発光ダイオード配列体における角度θ _１ と前記他方の段の発光ダイオード配列体における角度θ _１ との差を６０°を超え１２０°未満の範囲内とすることを特徴とする、請求項２に記載の欠陥検査方法。
4. 前記発光ダイオード配列体における複数の前記発光ダイオードの光軸を含む面が前記検査対象物の表面に対してなす角度θ_２を０°＜θ_２＜６０°の範囲内とすることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一項に記載の欠陥検査方法。
5. 複数の発光ダイオードを光軸が互いに平行になるように直線状に配列してなる発光ダイオード配列体が複数段に配設されており、前記発光ダイオードの光軸の方向が前記発光ダイオード配列体ごとに異なるようにしてなり、
   前記発光ダイオード配列体における複数の前記発光ダイオードの光軸を含む面内において前記発光ダイオードの直線状配列方向と直交する方向から前記発光ダイオードの発光部分が見えないように遮光する遮光部材を備えることを特徴とするライン状光源装置。
6. 前記発光ダイオード配列体は２段に配設され、一方の段の発光ダイオード配列体では前記発光ダイオードの光軸が前記発光ダイオードの直線状配列方向に対してなす角度θ_１が０°＜θ_１＜９０°の範囲内であり、他方の段の発光ダイオード配列体では前記発光ダイオードの光軸が前記発光ダイオードの直線状配列方向に対してなす角度θ_１が９０°＜θ_１＜１８０°の範囲内であることを特徴とする、請求項５に記載のライン状光源装置。
7. 前記一方の段の発光ダイオード配列体における角度θ _１ と前記他方の段の発光ダイオード配列体における角度θ _１ との差が６０°を超え１２０°未満の範囲内であることを特徴とする、請求項６に記載のライン状光源装置。
8. ライン状光源装置から発せられる光を検査対象物に照射し、該検査対象物を経た光を検出することで前記検査対象物における欠陥を検査する装置において、
   前記ライン状光源装置は請求項５〜７のいずれか一項に記載のライン状光源装置であり、
   前記検査対象物を経た光を検出し検出信号を出力する光検出手段を備えることを特徴とする欠陥検査装置。
9. 前記発光ダイオード配列体における複数の前記発光ダイオードの光軸を含む面が前記検査対象物の表面に対してなす角度θ_２が０°＜θ_２＜６０°の範囲内となるように前記検査対象物を移動させる検査対象物移動手段を備えることを特徴とする、請求項８に記載の欠陥検査装置。

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