JPH10282014A - 偏光板付き表面欠陥検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 樹脂や金属等の検査対象物を必要以上に
拡大しないで検査対象物に生じた微少の欠陥を正確に検
出するとともに、これらの検査対象物の表面色が黒色ま
たは暗色の場合でも欠陥の見逃しがない表面欠陥検出装
置を提供する 【解決手段】 検査対象物３から反射した光情報を受光
部５で受けて、この光情報を電気信号に変換して比較判
定装置６へと出力する。そして、電気信号を入力した比
較判定装置６は、あらかじめ設定した目標値と比較し、
比較結果に基づいて検査対象物３の欠陥の有無を判定す
る。ここで、光センサを形成する投光部１の光の照射側
に第１の偏光板２を装着し、この第１の偏光板２に対し
て所定の偏光角を有する第２の偏光板４を受光部５の集
光側に装着する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、検査対象物の表面
に生じたクラックや傷等の欠陥を検出する表面欠陥検出
装置に係り、光検出装置の投光部と受光部に偏光子を装
着した偏光子付き表面欠陥検出装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、樹脂や金属等の表面の欠陥を
検出する表面欠陥検出装置が多く用いられている。これ
らの検出装置は、一般的に光源から検査対象物に光を当
てて、反射した光情報を光検出装置等で集光し、この光
情報を電気信号に変換する。

【０００３】そして、電気信号を制御装置等に出力し比
較判定を行い欠陥の有無を検出する。ここで、光検出装
置等は、主に検査対象物から必要な光情報を得るための
照明であり、照明源や照明光学系等で構成する投光部
と、光情報を抽出、集光する機能を有し、レンズやフィ
ルタ等で構成する受光部と、光情報を電気信号に変換す
る機能を有し、撮像管や個体撮像素子または光電変換素
子等で構成する光電変換部とで形成する。

【０００４】さらに、二次元光情報を時系列の一次元電
気信号に変換する機能を有する走査部を備えることもあ
る。この走査部は、ＩＴＶカメラや個体カメラのように
光電変換部を制御する場合と検査対象物や光電変換素子
を機械的に動かす場合がある。

【０００５】次に、制御装置等は、光検出装置等からの
アナログ電気信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄコン
バータ部と、このデジタル信号を２値化する前処理部
と、２値化した信号を検査対象物の幾何学的特徴を抽出
して比較判定に使用する方法またはパターンそのものを
重ね合わせて比較判定する方法のいずれかによる論理演
算判定部とで形成する。

【０００６】また、この制御装置等に波形や比較判定結
果を表示するモニタＴＶ等を備えることもある。そし
て、表面欠陥検出装置の特徴は、ハードウェアでのデー
タ収集及び入出力機能を充実させ、異なる欠陥の判定基
準、動作仕様に対してソフトウェア的に対処するように
したものである。

【０００７】さらに、表面欠陥検出装置に要求される機
能は、欠陥の検査分解機能が高いことや表面付着物の影
響を受けないこと及び欠陥の見逃しがなく信頼性が高い
こと並びに表面の凹凸状態や高速多様処理ができ自己診
断により異常場所、内容の表示ができることである。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】ところで、幅が数十μ
ｍ程度の極狭いクラックや傷等の欠陥を検査するために
は、欠陥部をレンズを用いて拡大する必要がある。とこ
ろで、検査対象物の表面色が白色または明色である場合
は、検査対象物に生じた表面欠陥が白色と対照の黒色と
して表れるのでこれらの明度または色のコントラストで
欠陥を容易に発見することができる。

【０００９】しかし、特に、樹脂や金属等の表面色が黒
色または暗色の場合は、欠陥部と正常部とのコントラス
トが低いため識別するにはさらに高い拡大率が必要であ
る。たとえば、黒色の成型品に生じた幅が２０μｍ程度
のクラックを通常の照明の下で観察すると、欠陥を視野
一杯にまで拡大してもこのクラックを明瞭に観察するこ
とは難しいという問題がある。

【００１０】また、微分干渉光学系と拡大光学系とを併
用した場合は、コントラストが大きくなり、表面の微細
な凹凸が拡大する。したがって、肉眼ではその存在を確
認することができるが、このような装置を用いて欠陥の
検出を自動化する場合は、凹凸によるノイズの中からク
ラックを分離しなければならず高度な画像処理手段が必
要になる。さらに、微分干渉光学系は、通常の照明に比
較して高価であり調節も難しいという問題もある。

【００１１】さらに、拡大して検出する場合は、視野が
狭くなり検査対象物の全面を検査するために検査対象物
を検査したい範囲に合わせて上下方向または左右方向に
移動させなければならい。

【００１２】そして、同時に焦点深度も深くなるので、
検査対象物にピントを合わせた状態を保持して観察位置
を移動させることが困難であるという問題もある。この
ように拡大して欠陥を検出する方法は、検査の効率を著
しく低下させるものである。

【００１３】本発明は前記事項に鑑み改良を加えたもの
である。すなわち、樹脂や金属等の検査対象物を必要以
上に拡大しないで検査対象物に生じた微少の欠陥を正確
に検出するとともに、これらの検査対象物の表面色が黒
色または暗色の場合でも欠陥の見逃しがなく信頼性の高
い表面欠陥検出装置を提供することを技術的課題とす
る。

【００１４】また、この表面欠陥検出装置の構成を簡易
にして容易な画像処理手段で欠陥を検出することができ
るとともに、調整も容易で安価な表面欠陥検出装置を提
供することを技術的課題とする。

【００１５】

【課題を解決するための手段】本発明は、前記課題を解
決するために以下の手段を採用した。本発明に係る偏光
板付き表面欠陥検出装置は、検査対象物に投光部から光
を照射し、前記検査対象物から反射した光情報を受光部
にて受光するとともに、前記光情報を電気信号に変換し
て出力する光検出装置と、この光検出装置に接続され、
前記光検出装置からの電気信号をあらかじめ設定した目
標値と比較するとともに、この比較結果に基づいて前記
検査対象物の欠陥の有無を判定する比較判定装置とを備
えている。

【００１６】そして、前記投光部の光の照射側に第１の
偏光板を装着するとともに、前記第１の偏光板に対して
所定の偏光角を有するように前記受光部の集光側に第２
の偏光板を装着したものである。

【００１７】本発明によれば、検査対象物から反射した
光情報を受光部で受けて、この光情報を電気信号に変換
して比較判定装置へと出力する。そして、電気信号を入
力した比較判定装置は、検査対象物の幾何学的特徴を抽
出して比較判定に使用する方法またはパターンそのもの
を重ね合わせて比較判定する方法のいずれかによって、
比較演算を行う。

【００１８】次に、光センサを形成する投光部の光の照
射側に第１の偏光板を装着し、この第１の偏光板に対し
て所定の偏光角を有する第２の偏光板を受光部の集光側
に装着する。これにより、検査対象物の正常部をより暗
色にするとともに、欠陥部をより明色にする。

【００１９】その原理は、第１の偏光板に対して第２の
偏光板の偏光角を約９０°にするように配置すること
で、第２の偏光板を透過した反射光の透過率が低下す
る。このため正常部の表面は暗くなる。しかし、欠陥部
では正常部に比較して光の反射角が異なり、第２の偏光
板を透過する光の透過率の低下が正常部よりも少ないた
めと考えられる。したがって、正常部が欠陥部に比べて
より暗色になるため、正常部と欠陥部とのコントラスト
が明確になる。

【００２０】次に、偏光板付き表面欠陥検出装置は、前
記投光部を環状にするとともに、前記投光部から照射さ
れた光の照射範囲に対応させて前記第１の偏光板を環状
にしたものである。

【００２１】本発明によれば、投光部から照射する光を
環状にすることで広域に光を照射するとともに、この光
の照射範囲に対応するように第１の偏光板を環状にして
この第１の偏光板を光が透過するようにする。

【００２２】また、偏光板付き表面欠陥検出装置は、前
記受光部を前記第２の偏光板を装着したテレビカメラに
するとともに、前記比較判定装置にモニタテレビを設け
たものである。

【００２３】本発明によれば、デレビカメラによって情
報を取り込み、この情報を比較判定装置へと出力する。
さらに、比較判定装置には、比較判定の解析結果のうち
選択した機能を監視、検証するモニタテレビを設け、検
査対象物の表面欠陥の有無を監視する。

【００２４】また、この偏光板付き表面欠陥検出装置
は、前記受光部を前記第２の偏光板を装着したテレビカ
メラにするとともに、前記比較判定装置に画像処理部を
設けたものである。

【００２５】本発明によれば、テレビカメラから入力さ
れた電気信号を画素分解し、この画素を画素毎に電気信
号の強弱に従って明暗を数段階に分けて処理する。次
に、この偏光板付き表面欠陥検出装置は、検査対象物に
投光部から光を照射し前記検査対象物から反射した光情
報を受光部にて受光し前記光情報を電気信号に変換して
出力する光検出装置と、この光検出装置からの電気信号
を画像にするディスプレイとを備えている。

【００２６】そして、前記投光部の光の照射側に第１の
偏光板を装着するとともに、前記第１の偏光板に対して
所定の偏光角を有するように前記受光部の集光側に第２
の偏光板を装着したものである。

【００２７】本発明によれば、検査対象物から反射した
光情報を受光部で受けて、この光情報を電気信号に変換
してディスプレイへと出力する。そして、電気信号を入
力したディスプレイは、検査対象物の画像を表示する。

【００２８】

【発明の実施の形態】以下、本実施の形態に係る偏光板
付き表面欠陥検出装置を図１〜５に基づいて説明する。 「実施の形態１」 （１）最初に、本実施の形態１に係る偏光板付き表面欠
陥検出装置の概略構成を説明する。この偏光板付き表面
欠陥検出装置は、図１に示すように光を照射する投光部
１と、この投光部１の照射側に設けた第１の偏光板２
と、偏光板２を透過した光が検査対象物３に反射し、反
射光を透過させる第２の偏光板４と、偏光板４を透過し
た光を集光し、この光情報を電気信号に変換するテレビ
カメラ５を備えるとともに、このテレビカメラ５からの
電気信号を画素分解して処理する画像処理部を有する比
較判定装置６と、この比較判定装置６に接続したモニタ
テレビ７によって形成する。 （２）つぎに、本実施の形態１に係る偏光板付き表面欠
陥検出装置を具体的に説明する。

【００２９】まず、光を照射する投光部１は、照明源や
照明光学系等で形成し、検査対象物３の形状や表面状態
または検査レベル等により照明条件を決定していく。こ
こで、照明源としては連続光用にはタングステンランプ
やハロゲンランプ、蛍光灯等が、間欠光用としては、キ
セノンランプがある。

【００３０】本実施の形態１では、照明条件として正常
部と欠陥部とのコントラストを明確にするため、周囲の
明るさよりも若干明るい照明を備える。したがって、照
明設備を安価にすることができる。なお、照明源として
発光ダイオードやレーザ光も用いることもできる。

【００３１】次に、照明光学系としては、投光用レンズ
や反射ミラーまたは反射筒、反射材、拡散材、ホルダ等
の部材を組み合わせて用い、所期する光学特性を出す。
また、光ファイバをライトガイドに利用し特殊形状の照
明や狭い場所の照明に用いることもできる。

【００３２】次に、投光部１の照射側に設けた第１の偏
光板２及び受光部の集光側設けた第２の偏光板４は、直
接偏光特性を有する偏光子を使用する。ここで、偏光子
としては、偏光フィルタや偏光プリズムまたは電気石を
用いることができる。

【００３３】そして、図２に示すように第１の偏光板２
に対して第２の偏光板４を偏光角が９０°になるように
配置する。このようにすることで検査対象物３から反射
した光は、第２の偏光板４を透過するとその透過率が低
下する。したがって、正常部の表面はより暗くなる。こ
れに対して欠陥部では、光の反射角が異なるために第２
の偏光板４を透過する光の透過率の低下が少ないものと
考えられる。したがって、正常部に比較して欠陥部はよ
り明るく見え、正常部と欠陥部のコントラストが明確に
なる。

【００３４】そして、第２の偏光板を透過した光をテレ
ビカメラで受光し、受光した光情報を電気信号に変換し
て比較判定装置６へと転送する。ここで、比較判定装置
６では、あらかじめ設定した目標値と比較演算すること
で傷等の欠陥の有無を判定する。

【００３５】なお、比較判定装置６を設けないで電気信
号を画像にするディスプレイを設けても良い。そして、
正常部と欠陥部のコントラストが明確であるため、画像
をモニタテレビに直接映すだけでも非常に容易に傷の有
無がわかる。

【００３６】したがって、検査員の負担を大幅に軽減で
き能率も向上する。また、比較判定装置でも信号を微分
して二値化するだけの簡単な処理演算で検出することが
できる。

【００３７】また、傷等の発生部位を限定して検査ウイ
ンドウを設けることで、検査対象物３の縁等のノイズ源
を検査対象３から外すことができる。このように傷等の
特性を利用して検出精度を上げることができる。

【００３８】また、傷等の方向性を考慮して微分演算の
方向を設定することもできる。通常、微分演算は、水平
方向、垂直方向に可能であるが傷の長手方向に直角に微
分すると傷を確実に捉えることができ、同時に表面の凹
凸等方向性のないものは除くことができるため画像のＳ
／Ｎ比を向上させることができる。

【００３９】次に、比較判定装置６に接続したモニタテ
レビ７は、図示はしていないがメモリと、録画機能を有
するＶＴＲと、テレビによって形成する。ここで、テレ
ビカメラ５からの信号を高速Ａ／Ｄ変換装置でデジタル
信号に変換してメモリに記憶する。メモリは所定のビッ
トで構成し、検査対象物３の表面を１フレームとして記
憶する。

【００４０】そして、記憶した内容は、高速Ｄ／Ａ変換
装置で変換し、標準テレビ信号として取り出され、テレ
ビ上に静止画像を出力する。ところで、ライン運転中に
検査員がこの画像をチェックしてシステムにその欠陥に
関する検査結果を打ち込み、システムにこの検査結果を
補助的に加えることができる。さらに、多量の画像デー
タは、ＶＴＲに収録することもできる。 「実施の形態２」 （３）次に、本実施の形態２に係る偏光板付き表面欠陥
検出装置を説明する。

【００４１】本実施の形態２に係る偏光板付き表面欠陥
検出装置は、図３に示すように光源１０から複数の光フ
ァイバ１１でリングライト１２に導き、リングライト１
２の孔端部１９にリング状に配置された光ファイバ１１
端面から光を照射する環状光源（たとえば、旭硝子
（株）製ミライト）と、このリングライト１２の照射側
に第１の偏光板１３を設け、リングライト１２から偏光
板１３を透過した光が検査対象物１４で反射し、反射し
た光を透過させる第２の偏光板１５とを備えている。

【００４２】なお、その他の構成については実施の形態
１と同様であるので説明は省略する。次に、第１の偏光
板１３は、図４に示すように形状を中心部から等円の孔
を開けた環状にしている。そして、照明も環状照明を用
い、この照明から照射される光が環状の偏光板１３から
透過するように配置する。

【００４３】このようにすることで検査対象が広域にか
かる場合、検査対象物１４に均一に光が当たるようにす
ることができる。なお、この偏光板１３の孔径は、小さ
すぎるとカメラの視野を狭くする。

【００４４】また、大きすぎるとこの孔を通過した偏光
していない光が検査対象物１４に直接照射し、コントラ
スト向上の程度が低下する。したがって、この孔径は検
査対象物１４の形状や大きさに合わせて適時調節するこ
とが好ましい。

【００４５】また、照明から照射される光は、検査対象
物の検査面に直角に照射しても良いが、図１あるいはリ
ング照明を用いた図３のように斜めから照射した方がコ
ントラストがより高くなるのでより好ましい。 （４）次に、本実施の形態に係る偏光板付き表面欠陥検
出装置を形成する比較判定装置６の表面欠陥の検出動作
の一例をフローチャート図に基づいて説明する。

【００４６】最初に、判定条件の目標値を設定する（ス
テップ１）。次に、検査対象物３、１３の表面画像をテ
レビカメラ５によって取り込むようにする（ステップ
２）。ここで、画像は、２５６〜６４段階程度のグレイ
スケールのデジタル画像で取り込む。そして、比較判定
装置６へと入力する（ステップ３）。

【００４７】次に、欠陥の発生する部位があらかじめ限
定できる場合は、検査ウインドウを設定して（ステップ
４）誤判定を防止する。そして、入力したデジタル画像
に微分演算を行う（ステップ５）。ここで、欠陥の発生
する方向があらかじめ予測できる場合は、その方向と直
角に微分演算することにより方向性のない凹凸による影
響を低減することができる。

【００４８】そして、閾値を設定して白か黒に二値化す
る（ステップ６）。次に、白に区分された画素が欠陥部
に相当するので、この白の画素数をカウントする（ステ
ップ７）。

【００４９】次に、このカウント数と判定条件を比較判
定し（ステップ８）、カウント数が判定条件内にある場
合は、検査対象物３、１３に欠陥がないものと判断する
（ステップ９）。ここで、カウント数が少ない場合は、
ノイズとみなして無視をする。

【００５０】また、カウント数が判定条件の外にある場
合は、検査対象物３、１３に欠陥があるものと判断する
（ステップ１０）。以上の検出動作を検査対象物３、１
３毎に繰り返して行い欠陥の有無を検出するものであ
る。

【００５１】

【発明の効果】本発明は、樹脂や金属等の検査対象を必
要以上に拡大しないで検査対象物に生じた微少の表面傷
等の欠陥部を正確に検出することができる。

【００５２】特に、検査対象物の表面色が黒色または暗
色であっても、暗色の正常部と明色の欠陥部の明度のコ
ントラストが明確になり、欠陥部の見逃しがなく信頼性
の高い偏光板付き表面欠陥検出装置を提供することがで
きる。

【００５３】また、このように欠陥部と正常部の識別が
容易になるため表面欠陥検出装置の構成を簡易にするこ
とができるとともに、容易な画像処理手段で欠陥を検出
することができる。さらに、検査対象物を微妙に移動さ
せる必要もなく調整も容易で安価な偏光板付き表面欠陥
検出装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本実施の形態１に係る偏光板付き表面欠陥検出
装置の構成図

【図２】本実施の形態１に係る偏光板の配置図

【図３】本実施の形態２に係る偏光板付き表面欠陥検出
装置の構成図

【図４】本実施の形態２に係る偏光板の配置図

【図５】比較判定装置の検出動作フローチャート図

【符号の説明】

１・・・投光部 ２・・・第１の偏光板 ３・・・検査対象物 ４・・・第２の偏光板 ５・・・テレビカメラ ６・・・比較判定装置 ７・・・モニタ １０・・・光源 １１・・・ファイバ １２・・・リングライト １３・・・第１の偏光板 １５・・・第２の偏光板 １６・・・テレビカメラ １７・・・比較判定装置 １８・・・モニタ

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 検査対象物に投光部から光を照射し前記
   検査対象物から反射した光情報を受光部にて受光し前記
   光情報を電気信号に変換して出力する光検出装置と、こ
   の光検出装置に接続され、前記光検出装置からの電気信
   号をあらかじめ設定した目標値と比較しこの比較結果に
   基づいて前記検査対象物の欠陥の有無を判定する比較判
   定装置とを備えた表面欠陥検出装置において、 前記投光部の光の照射側に第１の偏光板を装着するとと
   もに、前記第１の偏光板に対して所定の偏光角を有する
   ように前記受光部の集光側に第２の偏光板を装着したこ
   とを特徴とする偏光板付き表面欠陥検出装置。
2. 【請求項２】 前記投光部を環状にするとともに、前記
   投光部から照射される光の照射範囲に対応させて前記第
   １の偏光板を環状にしたことを特徴とする請求項１記載
   の偏光板付き表面欠陥検出装置。
3. 【請求項３】 前記受光部を前記第２の偏光板を装着し
   たテレビカメラにするとともに、前記比較判定装置にモ
   ニタテレビを設けた請求項１または請求項２記載の偏光
   板付き表面欠陥検出装置。
4. 【請求項４】 前記受光部を前記第２の偏光板を装着し
   たテレビカメラにするとともに、前記比較判定装置に画
   像処理部を設けた請求項１ないし請求項３いずれかに記
   載の偏光板付き表面欠陥検出装置。
5. 【請求項５】 検査対象物に投光部から光を照射し前記
   検査対象物から反射した光情報を受光部にて受光し前記
   光情報を電気信号に変換して出力する光検出装置と、こ
   の光検出装置からの電気信号を画像にするディスプレイ
   とを備え、 前記投光部の光の照射側に第１の偏光板を装着するとと
   もに、前記第１の偏光板に対して所定の偏光角を有する
   ように前記受光部の集光側に第２の偏光板を装着したこ
   とを特徴とする偏光板付き表面欠陥検出装置。