(57)【要約】【課題】  鏡面性を有する被検査体表面の凹凸欠点の検出に際し、光照射手段と撮像手段に対する被検査面の位置関係が経時的に変化し、撮像画像が逐次変化する際に、凹凸欠点を精度良く検出できないという問題点を解決する。【解決手段】  被検査体に明暗パターンの光を照射する光照射手段と、被検査体で反射した明暗パターンを撮像する撮像手段と、撮像手段が撮像した明暗パターンを含む撮像画像に基づいて被検査体の表面を検査するデータ処理手段とを備える表面検査装置であって、データ処理手段が、撮像手段により撮像された画像から、明暗パターンの明領域と暗領域の境界点を検出し、この境界点から明暗パターンの境界線のマスターを作成し、撮像画像内の明暗パターンの境界線とマスターの境界線を比較することにより、撮像画像内の明暗パターンの形状が変化した際に、凹凸欠点を高精度に検出し、サイズを定量化することができる。【選択図】図１０
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被検査体に明暗パターンの光を照射する光照射手段と、前記被検査体で反射した前記明暗パターンを撮像する撮像手段と、前記撮像手段が撮像した前記明暗パターンを含む撮像画像に基づいて前記被検査体の表面を検査するデータ処理手段とを備える表面検査装置において、前記データ処理手段は、前記撮像画像内における前記光照射手段から照射した明暗パターンが前記被検査体表面にて反射した領域から、明暗パターンの明領域と暗領域の境界点を検出する境界検出手段と、前記境界点から前記明暗パターンの境界線のマスターを作成する境界マスター作成手段と、前記撮像画像内の明暗パターンの境界線と前記マスターの明暗パターンの境界線を比較することにより前記被検査体の欠点を検出する欠点検出手段を備えることを特徴とする表面検査装置。
【請求項２】
前記光照射手段が有する明暗パターンが直線状であることを特徴とする請求項１に記載の表面検査装置。
【請求項３】
前記境界検出手段は、前記撮像手段で撮像した前記明暗パターンを含む撮像画像から前記明暗パターンのそれぞれの明領域における全ての辺を延長したときに形成される矩形を抜き出し、前記矩形の枠上の明暗パターンの境界点を検出するものであり、前記境界マスター作成手段は、前記矩形の枠上の明暗パターンの境界点を所定の規則に従ってそれぞれ直線で結び、前記明暗パターンの隣り合う２本の直線間の領域が明である場合に前記領域を明領域とすることによりマスターを作成するものであることを特徴とする請求項２に記載の表面検査装置。
【請求項４】
前記所定の規則は、前記矩形内の前記明暗パターンの傾きに直交するそれぞれの方向に存在する前記矩形の二つの角を始点と終点とし、前記矩形の二つの角のうち任意の一つの角から前記矩形の辺をそれぞれ反対の回り方によって、前記境界点を探索し、それぞれ探索した順番にそれぞれの境界点を直線で結ぶものであることを特徴とする請求項３に記載の表面検査装置。
【請求項５】
前記明暗パターンは、縞状明暗パターンであることを特徴とする請求項２〜４のいずれかに記載の表面検査装置。
【請求項６】
前記撮像手段は、エリアセンサカメラを使用し、２次元の画像を得ることを特徴とする請求項1〜５のいずれかに記載の表面検査装置。
【請求項７】
前記撮像手段は、前記被検査体面の位置の変化に応じて、フォーカスおよびズームを変更することを特徴とする請求項1〜６のいずれかに記載の表面検査装置。
【請求項８】
被検査体の表面を検査する方法であって、被検査体表面の片側から、明暗パターンを含む光を光照射手段によって前記被検査体に照射し、前記被検査体表面にて反射した前記光照射手段から照射された明暗パターンを有する光を撮像手段によって撮像し、前記撮像手段で撮像した前記光照射手段から照射した明暗パターンが前記被検査体表面にて反射した領域内の明暗パターンの明領域と暗領域の境界点を前記撮像手段で撮像した画像ごとに逐次検出し、前記境界点から前記明暗パターンの境界線のマスターを前記撮像手段で撮像した画像ごとに逐次作成し、前記明暗パターンと前記マスターを比較し、前記被検査体表面の凹凸を検出することを特徴とする表面検査方法。
【請求項９】
前記光照射手段として、被検査体に直線状の明暗パターンを照射するものを用いることを特徴とする請求項８に記載の表面検査方法。
【請求項１０】
前記明暗パターンのマスターは、前記撮像手段で撮像した前記明暗パターンを含む撮像画像から、前記明暗パターンのそれぞれの明領域における全ての辺を延長したときに形成される矩形を前記撮像画像から抜き出し、前記矩形の枠上の明暗パターンの境界点を検出し、前記矩形の枠上の明暗パターンの境界点を所定の規則に従ってそれぞれ直線で結び、前記明暗パターンの隣り合う２本の直線間の領域が明である場合に前記領域を明領域とすることにより作成することを特徴とする請求項９に記載の表面検査方法。
【請求項１１】
前記所定の規則は、前記矩形内の前記明暗パターンの傾きに直交するそれぞれの方向に存在する前記矩形の二つの角を始点と終点とし、前記矩形の二つの角のうち任意の一つの角から前記矩形の辺をそれぞれ反対の回り方によって、前記境界点を探索し、それぞれ探索した順番にそれぞれの境界点を直線で結ぶことを特徴とする請求項１０に記載の表面検査方法。
【請求項１２】
前記光照射手段は、被検査体に縞状明暗パターンを照射することを特徴とする請求項９〜１１のいずれかに記載の表面検査方法。
【請求項１３】
前記撮像手段は、２次元画像を得ることを特徴とする請求項８〜１２のいずれかに記載の表面検査方法。
【請求項１４】
円形側面形で鏡面反射性を有し、前記被検査体面に対応する曲率および、前記被検査体面の位置が経時的に変化する前記被検査体において、前記撮像手段のフォーカスおよびズームが、前記被検査体面の位置の変化に応じて、変化することを特徴とする、請求項８〜１３のいずれかに記載の表面検査方法。
【請求項１５】
請求項８〜１４のいずれかに記載の表面検査方法を用いて、被検査体表面の凹凸を検査することを特徴とするシートの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、表面検査装置および表面検査方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、鏡面性を有する被検査体表面に存在する凹凸欠点を検査する場合、被検査体に光を照射し、その反射光の状態を参照することで、表面の凹凸欠点を検出する方法がよく用いられている。これらの鏡面性を有する被検査体表面に存在する凹凸欠点を自動で検出する方法として、特許文献１〜４に記載の方法が知られている。ここで、鏡面性とは、光を物体に照射した場合、鏡のように物体の表面でコントラストが低下せず、その光が正反射されることを示す。
【０００３】
特許文献１に記載の方法を、図１および図２を用いて説明する。図１は特許文献１に記載の検査装置の装置構成を示す概略図であり、図２は、特許文献１に記載の検査装置に用いられている画像処理方法である。１ａは被測定物、１ｂは参照パターン、１ｃは観測透視像、１ｄは撮像装置、１ｅは演算装置を示す。
【０００４】
特許文献１は、参照パターン１ｂを被測定物１ａに照射する工程と、被測定物１ａに写し出された参照パターン１ｂの透視像または反射像を観測する工程と、透視像または反射像と参照パターン１ｂとの相関値を算出する工程と、算出された相関値に基づいて被測定物の光学歪を評価する工程により、構成されている。
【０００５】
被測定物１ａの表面に凹凸欠点が存在した場合、被測定物１ａに照射された参照パターン１ｂは凹凸欠点部にて屈折する。さらに、この参照パターン１ｂの屈折による歪みを撮像装置１ｄにて撮像することにより、参照パターンの一部歪んだ撮像画像が演算装置１ｅに送信される。そして、参照パターンの一部歪んだ前記撮像画像と参照パターンを比較し、比較した相関値に基づいて被測定物１ａの歪みを検出することができる。
【０００６】
また、特許文献２に記載の方法を、図３〜図６までを用いて説明する。図３は特許文献２に記載の検査装置の装置構成を示す概略図であり、図４は、特許文献２に記載の検査装置に用いられている画像処理方法である。図５および図６は、特許文献２に記載の検査装置を用いて凹凸欠点を検出する際の信号波形である。図５および図６の（ａ）に、撮像装置２ｃにて撮像された画像を電気信号に変換した波形Ｓ２０を示し、図５の（ｂ）に、波形Ｓ２０において、第１の２値化閾値Vr1を超えるものを検出した波形Ｓ２１を示し、図５の（ｃ）に波形Ｓ２１を膨張処理させた波形Ｓ２２を示す。さらに図６の（ｂ）に、波形Ｓ２０において、第２の２値化閾値Vr2を超えるものを検出した波形Ｓ２３を示し、図６の（ｃ）に波形Ｓ２３を収縮処理させた波形Ｓ２４を示す、
図３〜図６において、２ａは照明装置、２ｂは被検査物体、２ｃは撮像装置、２ｄは処理装置、２ｅはストライプパターン、２ｆは、ＣＣＤ素子、２ｇは結像レンズ、２ｈは凹み部、２ｉは凸部を示す。
【０００７】
特許文献２は、ストライプパターン２ｅを用いることにより被検査物体２ｂに明暗ストライプパターンを映し出す照明装置２ａと、被検査物体２ｂを撮像して、上記明暗ストライプパターンを電気信号に変換する結像レンズ２ｇとＣＣＤ素子２ｆを含む撮像装置２ｃと、撮像装置２ｃが撮像した画像信号から凹凸欠点を検出する処理装置２ｄとを備えている。
【０００８】
撮像装置２ｃは、前記撮像装置が有するレンズの焦点をずらすことにより、凹凸欠点部のコントラストを向上させることを特徴としている。つまり、撮像装置２ｃの焦点が被検査物体２ｂの表面ではなく、撮像装置２ｃに近い位置にずれていた場合、被検査物体２ｂ表面に発生した凸部２ｉでは、被検査物体２ｂ表面より焦点が合うため、ストライプパターンの明暗波形の振幅は大きくなる。反対に、被検査物体２ｂ表面に発生した凹み部２ｈでは、被検査物体２ｂ表面より焦点が外れるため、ストライプパターンの明暗波形の振幅は小さくなる。
【０００９】
そして、処理装置２ｄにおいて、図５の（ｂ）に示すように、コンパレータにより明暗ストライプパターンの第１の２値化閾値Vr1を超えた部分を抽出し、その後、図５の（ｃ）に示すように、画像膨張回路により抽出部を膨張させることにより、被検査物体２ｂ表面に発生した凸部２ｉを検出することができる。
また、図６の（ｂ）に示すように、コンパレータにより明暗ストライプの第１の２値化閾値より低い第２の２値化閾値Vr2を超えた部分を抽出し、その後、図６の（ｃ）に示すように、画像収縮回路により抽出部を収縮させる方法によって、被検査物体２ｂ表面に発生した凹み部２ｈを検出することができる。
【００１０】
特許文献３に記載の方法を、図７、図８および図９を用いて説明する。図７は特許文献３に記載の検査装置の装置構成を示す概略図であり、図８は、特許文献３に記載の検査装置に用いられている画像処理方法である。図９は、特許文献３に記載の検査装置を用いて凹凸欠点を検出する際の信号波形である。図７において、３ａは照明装置、３ｂはビデオカメラ、３ｃは被検査体、３ｄはカメラコントロールユニット、３ｅは画像処理装置、３ｆはホストコンピュータ、３ｇはモニタを示す。
【００１１】
特許文献３は、前方にストライプ板を用いることにより被検査体３ｃに明暗ストライプパターンを映し出す照明装置３ａと、被検査体３ｃを撮像して、上記明暗ストライプパターンを電気信号の画像データに変換するビデオカメラ３ｂと、ビデオカメラ３ｂが撮像した電気信号から、凹凸欠点を検出する画像処理装置３ｅから構成されている。
【００１２】
また、画像処理装置３ｅは、図８および図９に示すように、明暗ストライプパターンの境界を認識する境界領域認識処理と凹凸欠点部の信号を強調するために原信号Ｓ１０から平均化信号Ｓ１１の差分をとる画像強調処理と、２値化によって凹凸欠点部を検出する欠点検出処理を備えている。
【００１３】
被検査面３ｃ表面に凹凸欠点が発生した場合、照明装置３ａから被検査面３ｃに照射されたストライプパターンを有する光は、凹凸欠点部で反射角が変化し、ストライプパターンに歪みが発生する。ビデオカメラ３ｂで前記ストライプパターンを撮像し、電気信号に変換した波形は、図９の原画像Ｓ１０のように、ストライプパターンの暗領域に明部が発生したり、明領域に暗部が発生したりする。
【００１４】
画像処理装置３ｅの境界領域認識処理によって、原画像の波形Ｓ１０は平滑化され、ストライプパターンの歪みの影響を低減させたＳ１１の波形となり、このＳ１１を微分することにより、波形Ｓ１２のように境界を検出することができる。
【００１５】
また、画像処理装置３ｅの画像強調処理によって、原画像波形Ｓ１０と平滑化波形Ｓ１１の差分の絶対値が求められ、凹凸欠点部でのストライプパターンの歪みが強調される。
【００１６】
さらに、ストライプパターンの境界の影響を低減するために、原画像波形Ｓ１０と平滑化波形Ｓ１１の差分Ｓ１３から、境界領域認識処理によって求めたＳ１２を差分している。求められた波形Ｓ１４を２値化処理することによって、被検査面３ｃ表面の凹凸欠点を検出することができる。
【００１７】
また、特許文献４に記載の方法を、図１０と図１１を用いて説明する。図１０は特許文献４に記載の検査装置の装置構成を示す概略図であり、図１１は、特許文献４に記載の検査装置で用いられている画像処理方法である。図１０および図１１において、４ａは光照射手段、４ｂは撮像手段、４ｃは被検査体、４ｄはデータ処理手段、４ｅは外部出力手段を示している。
【００１８】
特許文献４は、被検査面が円筒側面形で鏡面反射性を有し、被検査面に対応する曲率および被検査面の位置が経時的に変化する被検査体４ｃに、周期的明暗ストライプパターンの光を照射する光照射手段４ａと、被検査体４ｃで反射した光を撮像する撮像手段４ｂと、撮像手段で撮像した撮像画像に基づいて被検査体表面を検査するデータ処理手段４ｄとを備えている。
【００１９】
被検査体４ｃの表面に凹凸欠点が発生した場合、光照射手段４ａから被検査体４ｃに照射されたストライプパターンを有する光は、凹凸欠点部で反射角が変化し、ストライプパターンに歪みが発生する。そして、前記ストライプパターンを撮像手段４ｂにより撮像した画像はデータ処理手段４ｄに送られる。
【００２０】
データ処理手段４ｄは、撮像手段４ｂによる撮像画像から、ＦＦＴ処理（高速フーリエ変換）により周期的明暗ストライブパターンに対応する成分を除去している。撮像手段４ｂがストライプパターンに歪みが発生している画像を撮像した場合、図１１に示すように、周期的な明暗ストライプパターンの周期成分はＦＦＴ処理により除去され、ストライプパターンの歪み部のみを検出することができる。これにより、被検査体４ｃ表面の凹凸欠点を検出することができる。
【特許文献１】特開平１１−２３７２１６号公報
【特許文献２】特開２００２−１１６０１５号公報
【特許文献３】特許第３１８５５５９号公報
【特許文献４】特開２００７−７１５６２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２１】
しかしながら、発明者らの知見によれば、これらの方法では、被検査体に発生した凹凸欠点を高精度に安定して検出することは困難である。
【００２２】
特許文献１に記載の方法では、被測定物１ａに写し出された参照パターン１ｂを撮像装置１ｄで撮像した撮像画像と参照パターンとの比較をして、被測定物１ｃの光学歪を検出している。しかし、特許文献１に記載の方法を、被検査体がその製造工程中で巻き取られ、徐々に巻き太っていくプラスチックフィルムロールなどに適用した場合、撮像装置１ｄから被測定物１ａまでの距離、および、参照パターン１ｂから被測定物１ａまでの距離が時間により逐次変化する。そのため、撮像装置１ｄで撮像されるパターンの大きさ・幅も時間により逐次変化することから、撮像画像と参照パターンと比較する際には、その時間毎の複数の参照パターンがなければ、光学歪を精度良く検出することが困難である。
【００２３】
また、特許文献２に記載の方法では、撮像装置２ｃが有するレンズの焦点をずらすことによる撮像装置２ｃの撮像信号の違いにより、被検査物体２ｂに発生した凹凸欠点部のコントラストを向上させることを特徴としている。しかし、特許文献２に記載の方法を被検査体がその製造工程中で巻き取られ、徐々に巻き太っていくプラスチックフィルムロールなどに適用した場合、撮像装置２ｃから被検査物体２ｂまでの距離が時間により逐次変化する。そのため、レンズの焦点により凹凸欠点の検出感度が大きく変化する特許文献２に記載の方法では、凹凸欠点を高精度に一定感度で検出することは困難である。
また、特許文献２に記載の方法では、撮像装置２ｃが撮像した画像を変換した信号波形を、一定の基準閾値により２値化している。しかし、被検査体が微小に振動している場合、発生する振動の影響により、画像信号のベースラインが振動的となる場合がある。そのため、凹凸欠点を高精度に検出するための最適な基準電圧を設定することが困難である。
【００２４】
特許文献３に記載の方法では、被検査体表面の凹凸欠点が明暗ストライプパターンの明領域もしくは暗領域内に撮像された場合においては、精度良く検出することが可能である。しかし、凹凸欠点部が明暗ストライプパターンの明領域と暗領域の境界に撮像された場合は、図９の原画像信号Ｓ１０において、明暗の変化が、明暗ストライプパターンの境界によるものであるか、凹凸欠点部であるかの区別がつかず、微分処理を実施したＳ１２の信号では、凹凸欠点部の微分信号は、境界の微分信号の中に紛れてしまい、凹凸欠点部の検出は困難である。
【００２５】
また、特許文献４に記載の方法では、被検査体が円筒側面形で鏡面反射性を有し、前記被検査体に対応する曲率および被検査体位置が経時的に変化する場合においても、被検査体表面の凹凸欠点を検出することが可能である。しかし、前記被検査体表面に微小な凹凸欠点が発生した場合には、撮像手段で撮像された画像の明暗ストライプパターン画像の欠点部の歪みは微小で緩やかなものとなる。前記明暗ストライプパターン画像にＦＦＴ処理（高速フーリエ変換）を施した場合、緩やかな歪みもＦＦＴ処理により除去されてしまい、微小な凹凸欠点部を検出することは困難である。
【００２６】
本発明の目的は、従来技術の上記問題を解決し、鏡面反射性を有する被検査体表面の数μｍ程度の微小凹凸欠点をインラインで精度良く検出できる表面検査装置ならびに表面検査方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２７】
上記目的を達成するため、本発明によれば、被検査体に明暗パターンの光を照射する光照射手段と、前記被検査体で反射した前記明暗パターンを撮像する撮像手段と、前記撮像手段が撮像した前記明暗パターンを含む撮像画像に基づいて前記被検査体の表面を検査するデータ処理手段とを備える表面検査装置において、前記データ処理手段は、前記撮像画像内における前記光照射手段から照射した明暗パターンが前記被検査体表面にて反射した領域から、明暗パターンの明領域と暗領域の境界点を検出する境界検出手段と、前記境界点から前記明暗パターンの境界線のマスターを作成する境界マスター作成手段と、前記撮像画像内の明暗パターンの境界線と前記マスターの明暗パターンの境界線を比較することにより前記被検査体の欠点を検出する欠点検出手段を備える表面検査装置が提供される。
【００２８】
また、本発明の好ましい形態によれば、前記光照射手段が有する明暗パターンが直線状である表面検査装置が提供される。
【００２９】
また、本発明の好ましい形態によれば、前記境界検出手段は、前記撮像手段で撮像した前記明暗パターンを含む撮像画像から前記明暗パターンのそれぞれの明領域における全ての辺を延長したときに形成される矩形を抜き出し、前記矩形の枠上の明暗パターンの境界点を検出するものであり、前記境界マスター作成手段は、前記矩形の枠上の明暗パターンの境界点を所定の規則に従ってそれぞれ直線で結び、前記明暗パターンの隣り合う２本の直線間の領域が明である場合に前記領域を明領域とすることによりマスターを作成するものである表面検査装置が提供される。
【００３０】
また、本発明の好ましい形態によれば、前記所定の規則は、前記矩形内の前記明暗パターンの傾きに直交するそれぞれの方向に存在する前記矩形の二つの角を始点と終点とし、前記矩形の二つの角のうち任意の一つの角から前記矩形の辺をそれぞれ反対の回り方によって、前記境界点を探索し、それぞれ探索した順番にそれぞれの境界点を直線で結ぶものである表面検査装置が提供される。
【００３１】
また、本発明の好ましい形態によれば、前記明暗パターンは、縞状明暗パターンである表面検査装置が提供される。
【００３２】
また、本発明の好ましい形態によれば、前記撮像手段は、エリアセンサカメラを使用し、２次元の画像を得る表面検査装置が提供される。
【００３３】
また、本発明の好ましい形態によれば、前記撮像手段は、前記被検査体面の位置の変化に応じて、フォーカスおよびズームを変更する表面検査装置が提供される。
【００３４】
また、本発明の別の形態によれば、被検査体の表面を検査する方法であって、被検査体表面の片側から、明暗パターンを含む光を光照射手段によって前記被検査体に照射し、前記被検査体表面にて反射した前記光照射手段から照射された明暗パターンを有する光を撮像手段によって撮像し、前記撮像手段で撮像した前記光照射手段から照射した明暗パターンが前記被検査体表面にて反射した領域内の明暗パターンの明領域と暗領域の境界点を前記撮像手段で撮像した画像ごとに逐次検出し、前記境界点から前記明暗パターンの境界線のマスターを前記撮像手段で撮像した画像ごとに逐次作成し、前記明暗パターンと前記マスターを比較し、前記被検査体表面の凹凸を検出する表面検査方法が提供される。
【００３５】
また、本発明の好ましい形態によれば、前記光照射手段として、被検査体に直線状の明暗パターンを照射するものを用いる表面検査方法が提供される。
【００３６】
また、本発明の好ましい形態によれば、前記明暗パターンのマスターは、前記撮像手段で撮像した前記明暗パターンを含む撮像画像から、前記明暗パターンのそれぞれの明領域における全ての辺を延長したときに形成される矩形を前記撮像画像から抜き出し、前記矩形の枠上の明暗パターンの境界点を検出し、前記矩形の枠上の明暗パターンの境界点を所定の規則に従ってそれぞれ直線で結び、前記明暗パターンの隣り合う２本の直線間の領域が明である場合に前記領域を明領域とすることにより作成する表面検査方法が提供される。
【００３７】
また、本発明の好ましい形態によれば、前記所定の規則は、前記矩形内の前記明暗パターンの傾きに直交するそれぞれの方向に存在する前記矩形の二つの角を始点と終点とし、前記矩形の二つの角のうち任意の一つの角から前記矩形の辺をそれぞれ反対の回り方によって、前記境界点を探索し、それぞれ探索した順番にそれぞれの境界点を直線で結ぶ表面検査方法が提供される。
【００３８】
また、本発明の好ましい形態によれば、前記光照射手段は、被検査体に縞状明暗パターンを照射する表面検査方法が提供される。
【００３９】
また、本発明の好ましい形態によれば、前記撮像手段は、２次元画像を得る表面検査方法が提供される。
【００４０】
また、本発明の好ましい形態によれば、円形側面形で鏡面反射性を有し、前記被検査体面に対応する曲率および、前記被検査体面の位置が経時的に変化する前記被検査体において、前記撮像手段のフォーカスおよびズームが、前記被検査体面の位置の変化に応じて、変化する表面検査方法が提供される。
【００４１】
また、本発明の好ましい形態によれば、上記の表面検査方法を用いて、被検査体表面の凹凸を検査するシートの製造方法が提供される。
【発明の効果】
【００４２】
本発明によれば、以下に示すように、円筒側面形で鏡面反射性を有する箇所を含む被検査体表面に発生する凹凸欠点を光学的に検出するに際し、光照射手段と撮像手段に対する被検査面の位置関係が経時的に変化することに起因する、撮像画像のボケや、被検査体の撮像画像からのはみ出しという問題を解決すると共に、被検査体表面の凹凸欠点を高精度に検出する表面検査装置および表面検査方法を実現できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４３】
以下、本発明の一実施形態を、図面を参照しながら説明する。
【００４４】
図１２は本発明による表面検査装置の一構成例を示す構成図である。
【００４５】
図１２において、２は被検査体であり、ここでは、プラスチックフィルムロールである。１は、外形が矩形で、縞模様の明暗ストライプパターン５を有する光照射手段であり、被検査体２の表面に光を照射するように構成されている。３は撮像手段であり、光照射手段１から照射された光が、被検査体２の表面で反射した光を撮像するように構成されている。また、４はデータ処理手段であり、撮像手段３にて撮像された画像に基づいて、被検査体２の表面の凹凸欠点を検出することができる。
［光照射手段］光照射手段１について図１３を用いて説明する。図１３は光照射手段１の構成例を示す斜視図である。光照射手段１は縞模様の明暗ストライプパターン５を有する構造をしており、明暗ストライプパターンの輝度を持つ光を被検査体２へ照射している。光照射手段１は、たとえば、図１３のように外形が矩形の平面から光を発する光源を有する光源ユニット６と、光透過部と遮光部が交互に配された明暗ストライプパターン５から成る構造のものを用いることができる。
【００４６】
ここで、明暗ストライプパターンの幅が細い場合、凹凸欠点による光軸の変化量が明暗ストライプの幅より大きくなり、明領域から明領域に光軸が変化する場合が発生する。そのため、凹凸欠点を検出することができないおそれがある。そのため、明暗ストライプの幅は、凹凸欠点による光軸の変化量より大きくする必要があり、１０ｍｍ以上が好ましい。
また、撮像画面上に存在するストライプの数が少ない場合、被検査体であるプラスチックフィルムロールの巻取り方向に連続的にシワ状の凹凸欠点が発生したときに安定した検査ができないおそれがある。つまり、シワ状の凹凸欠点を検出するためには、シワ状の凹凸欠点と明暗ストライプパターンの境界線が交差する必要があるが、明暗ストライプパターンの数が少ない場合、両者が交差する場合、交差しない場合があり、安定した検査ができない。そのため、また、シワ状の凹凸欠点と明暗ストライプパターンの境界線の交点が多いほど、ノイズに対する影響にも強くなるため、撮像画面の縦方向に存在するストライプの境界線の数は２つ以上であることが好ましい。
【００４７】
また、縞模様の明暗ストライプパターンは、周期的なものであってもよい。明暗ストライプパターンを周期的とすることにより、ストライプの幅が均一になり、一定の基準での検査が可能となる。また、被検査体であるプラスチックフィルムロールの巻取り方向に連続的にシワ状の凹凸欠点が発生する場合、凹凸欠点と交差するストライプの境界線の数を複数とすることにより、全幅において、一定基準での検査が可能となる。
【００４８】
また、光源ユニットにＬＥＤなどの小型光源が、明暗ストライプパターンを作るように、周期的な縞模様に配列されている構造のものを用いることができる。
【００４９】
また、明暗ストライプパターンは、周期的明暗ストライプパターンであってもよく、本実施形態では、これを用いた場合を説明する。
【００５０】
また、被検査体に発生する凹凸欠点が単発欠点の場合は、明暗ストライプパターンの角度はどの角度であっても検出可能である。
【００５１】
しかし、被検査体であるプラスチックフィルムロールの巻取り方向に連続的にシワ状の凹凸欠点が発生する場合、明暗ストライプパターンの角度がシワ状の凹凸欠点の長手方向に対して平行の場合、明暗ストライプパターンと凹凸欠点の交点がなく、欠点を検出することができない可能性がある。そのため、シワ状の凹凸欠点を検出する場合には、明暗ストライプパターンの角度を傾ける必要がある。ここで、明暗ストライプの角度はシワ状の凹凸欠点の長手方向に対し、平行に近づくほど、検出感度が高くなるため、好ましい。
［撮像手段］撮像手段３について図１２を用いて説明する。撮像手段３は、被検査体２の表面を介して光照射手段１を撮像し、その撮像した画像をデータ処理手段４へ送信するものである。撮像手段には、受光素子が２次元に配置したエリアセンサカメラが好ましい。また、撮像手段３は、被検査体２であるプラスチックフィルムロールの巻き始め〜巻き終わりまで、光照射手段１から照射され、プラスチックフィルムロールで反射された明暗ストライプパターンが撮像視野に入ることが可能なものであり、撮像手段３のフォーカスは、光照射手段１の前面の明暗ストライプパターン５に合うことが可能なものである。また、実施形態における撮像手段３は外部からの制御信号によりズームやフォーカスを調整することが可能なものであり、データ処理手段４からの制御信号を受信したときには、ズーム、フォーカスを調整する。
［被検査体］被検査体２について、図１４を用いて説明する。被検査体２は、鏡面性を持つ物体であり、光照射手段１から照射された光を反射して、撮像手段で撮像できることを特徴とする。本発明の実施形態における被検査体２は図１４に示すプラスチックフィルム９を巻取り中のプラスチックフィルムロール１０であり、鏡面性を有する。また、プラスチックフィルムロール１０は、プラスチックフィルム９を巻取ることから、時間の経過により、ロールの巻径と曲率が変化する。さらに、図１４に示すように、コンタクトロール１１を支点としてロール指示機構を動かすことによってプラスチックフィルムを巻取るため、光照射手段が光を照射する位置や撮像手段が撮像する位置も時間により変化する。
また、被検査体２として、鏡面性を有する平面の物体、例えば、金属板やガラス板等にも適用可能である。
［データ処理手段］データ処理手段について、図１５および図１６を用いて説明する。図１５はデータ処理手段の構成図である。図１６は撮像手段３により被検査体２を撮像した撮像画像の模式図である。
【００５２】
データ処理手段４は撮像調整手段１３と明暗ストライプパターンの境界検出手段１４ａ、明暗ストライプパターンの境界マスター作成手段１４ｂおよび欠点検出手段１４ｃから構成される。
【００５３】
撮像手段３から送信される撮像画像Ｐ１は、撮像調整手段１３および明暗ストライプパターンの境界検出手段１４ａに入力される。
【００５４】
撮像調整手段１３では、撮像画像Ｐ１や撮像手段３および被検査体２の位置情報から、撮像手段３の最適なズームおよびフォーカス値を算出し、これらの値に基づいて、撮像手段３のズームおよびフォーカスを制御する制御信号を撮像手段３に送信する。この動作によって、被検査体２の位置および曲率変化によらず、一定感度での凹凸欠点検出が可能となる。
【００５５】
明暗ストライプパターンの境界検出手段１４ａについて、図１７から図２１を用いて説明する。図１７は明暗ストライプパターンの境界検出手段１４ａのフロー図である。図１８は、被検査体２表面に凹凸欠点があるときに撮像手段３により被検査体２を撮像した撮像画面の模式図である。図１９は撮像手段により撮像した画像Ｐ２から、明暗ストライプパターンＰ３を抽出した画像の模式図である。図２０は明暗ストライプパターンの境界検出手段による明暗ストライプパターンの傾きに直行する方向に存在する角の検出方法の説明図である。図２１は、明暗ストライプパターンの境界検出手段による明暗ストライプパターンの明領域と暗領域の境界検出方法の説明図である。
【００５６】
図１７に示すように、明暗ストライプパターンの境界検出手段１４ａは、６つのステップから構成されている。
【００５７】
まず初めに、撮像手段３にて、被検査体２の撮像画像Ｐ２を取得する。
【００５８】
次に、撮像画像Ｐ２の基準の濃淡値より明るい部分を検出する２値化処理を実施し、撮像画像Ｐ２の明部を検出する。撮像画像Ｐ２において明部となる箇所は、光照射手段１からの光が被検査体２にて反射した反射光のみであるため、撮像画像Ｐ２から検出した明部は、明暗ストライプパターンの明部に対応する。そのため、撮像画像Ｐ２から全ての明部を囲む矩形を切り出すことにより、明暗ストライプパターン画像Ｐ３を抽出することができる。
【００５９】
そして、この明暗ストライプパターン抽出画像Ｐ３において、図２０に示すように、明暗ストライプパターンの傾きに直行する方向に存在する２つの角を検出する。そして、この２つの角の片方を始点、もう片方を終点として、矩形の縁における明領域と暗領域の境界点を右回りと左回りそれぞれにおいて検出する。そして、検出した境界点に順番に図２１に示すように番号を割り当てる。そして、この矩形の境界の情報は、明暗ストライプパターンの境界マスター作成手段１４ｂに送られる。次に、明暗ストライプパターンの境界マスター作成手段１４ｂについて、図２２〜図２４を用いて説明する。図２２は明暗ストライプパターンの境界マスター作成手段１４ｂによる明暗ストライプパターンのマスター画像を作成するためのフロー図である。図２３は明暗ストライプパターンの境界マスター作成手段による明領域と暗領域の境界直線作成方法の説明図である。図２４は明暗ストライプパターンの境界マスター作成手段１４ｂにより作成したマスター画像の模式図である。
【００６０】
図２０に示すように、明暗ストライプパターンの境界マスター作成手段１４ｂは、被検査体２に存在する凹凸欠点による明暗ストライプパターンの歪みを検出するために、抽出した明暗ストライプパターン画像Ｐ３と比較するための明暗ストライプパターンのマスター画像を作成する工程である。
まず、明暗ストライプパターンの境界検出手段１４ａにより検出された、明暗ストライプパターン画像Ｐ３の縁での明領域と暗領域の境界情報から、図２３のように、それぞれ対応する番号の境界点を直線で結ぶ。
【００６１】
そして、結んだ直線において、隣り合う直線の間の明暗ストライプパターン画像Ｐ３での濃淡値を検出し、明領域であれば、隣り合う直線間を明領域に割り当て、暗領域であれば、隣り合う直線間を暗領域に割り当てる。このようにして、明暗ストライプパターンのマスター画像Ｐ５を作成する。
【００６２】
そして、この明暗ストライプパターンのマスター画像Ｐ５は、欠点検出手段１４ｃに送られる。
【００６３】
欠点検出手段１４ｃについて、図２５、図２６および図２７を用いて説明する。図２５は欠点検出手段１４ｃの画像処置のフロー図である。図２６は、欠点検出手段１４ｃによる検出した欠点の模式図である。図２７は、欠点検出手段１４ｃによる欠点の定量化方法を示した模式図である。
【００６４】
図２５に示すように、欠点検出手段１４ｃでは、明暗ストライプパターンの境界検出手段１４ａにより抽出した画像Ｐ３と明暗ストライプパターンの境界マスター作成手段１４ｂにより作成したマスター画像Ｐ５を比較することにより、被検査体２に存在する凹凸欠点による明暗ストライプパターンの歪みを検出する。この検出された画像は、図２６の示す画像Ｐ６となる。
【００６５】
以上から、被検査体２表面に生じる凹凸欠点をプラスチックフィルムの巻太りに関係なく、高精度に検出することが可能である。
【００６６】
さらに、明暗ストライプパターンの歪み量を解析することにより、被検査体２表面の凹凸欠点の大きさを定量化することができる。
【００６７】
検出した明暗ストライプパターンの歪み画像Ｐ６の歪み量Ｈは、被検査体２表面の凹凸欠点の傾きと相関がある。また、検出した明暗ストライプパターンの歪み画像Ｐ６の幅Ｗは、被検査体２表面の凹凸欠点の幅に相関がある。
【００６８】
明暗ストライプパターンの歪み量を解析することにより、被検査体２表面の凹凸欠点を定量化することが可能である。
【００６９】
また、本説明は明暗パターンが直線状の場合であった。しかし、明暗パターンが直線状以外のものであっても、マスター作成手段において、明暗パターンの明領域と暗領域の境界点を検出する位置を複数箇所とすることにより、マスター画像を作成でき、欠点を検出することができる。これは、明領域と暗領域の境界点を検出する箇所が多いほど、正確なマスター画像が作成できるため、検出感度が高くなる。
【００７０】
しかし、明暗パターンを直線状とすることにより、明領域と暗領域の境界点を検出する箇所が２箇所のみで正確なマスター画像が作成でき、高精度に凹凸欠点を検出することができる。
【００７１】
また、本説明は明暗パターンが複数のストライプパターンの場合であった。しかし、明暗パターンが、１つの明領域と１つの暗領域とする、１つの境界線の場合においても、明領域と暗領域の境界線とシワ状の凹凸欠点が交差することにより、凹凸欠点部での明領域と暗領域の境界線が歪み、凹凸欠点を検出することが可能である。
【００７２】
しかし、撮像手段で撮像した画像の全幅においてシワ状の凹凸欠点を検出する場合、明領域と暗領域の境界線の傾き角度がシワ状の凹凸欠点の長手方向に対して大きくなり、検出感度が低下する。また、明暗パターンとシワ状の凹凸欠点との交点が１つであるため、ノイズに弱いという問題点がある。そのため、高精度に安定してシワ状の凹凸欠点を検出するためには、明領域と暗領域が複数である明暗ストライプパターンとするのが好ましい。
【実施例】
【００７３】
以下に本発明の実施例として、プラスチックフィルムを巻取る工程で生じる、プラスチックフィルムロール表面の長手方向に続く高さが約３μｍ、幅が２ｍｍのシワ状の凹凸欠点を検出した。
【００７４】
光照射手段１として、小型の蛍光灯を備えた２００ｍｍ×４００ｍｍ×１００ｍｍの光源ユニット６を用い、この光源ユニット６の前面に、光源ユニットの長手方向から８０度傾いた、１０ｍｍの光透過部と１０ｍｍの遮光部が交互に配された明暗ストライプパターン５をプリントした透明アクリル板を設置した。
【００７５】
撮像手段３として、４８０画素×６４０画素のＣＣＤエリアセンサカメラを使用した。
データ処理手段として、エリアセンサカメラが撮像した撮像画像から、平面光源のストライプパターンの透過部がプラスチックフィルムロールにて反射した明部を抜き出した。そして、この抜き出し画像のノイズの影響を低減させるために平均化処理を実施し、明部を検出する２値化を実施した。今回、２値化閾値は撮像画像の明部と暗部の平均値とし、画像ごとに自動的に閾値を決定した。
【００７６】
さらに、２値化した画像の明暗ストライプパターンの傾きに直行する方向に存在する角である左上の角を始点、右下の角を終点として、明領域と暗領域の境界点を右回りと左回りでそれぞれ検出し、順番に番号を割り振った。そして、同じ番号を直線で結び、隣り合う直線間の領域の濃度を検出し、対応する濃淡値を割り当てることにより明暗ストライプパターンのマスター画像を作成した。
【００７７】
この作成した明暗ストライプパターンのマスター画像とエリアセンサカメラにより撮像した画像から抜き出した明暗ストライプパターン画像の差分を行うことにより、明暗ストライプパターンの歪み、すなわち、プラスチックフィルムロール表面のスジ状の凹凸欠点を検出することができ、そのサイズを定量化することができた。
【００７８】
本実施形態の方法では、対象とする数μｍ程度のスジ状の凹凸欠点を検出することができた。そして、プラスチックフィルム全長に亘ってスジ状の凹凸欠点を検出し、検査結果に基づいてプラスチックフィルムの製造工程を管理することにより、プラスチックフィルムの製造工程にフィードバックし、プラスチックフィルムの製造方法を改善することができた。
【産業上の利用可能性】
【００７９】
本発明は、表面が局面のプラスチックフィルムロール上の巻きシワ検査方法および装置に限らず、鉄鋼板表面のキズ検査方法および装置や高光反射率材料で表面をコーティングされたフィルム状物質の巻取り上の巻きシワ検査装置などにも応用することができるが、その応用範囲が、これに限られるものではない。
【図面の簡単な説明】
【００８０】
【図１】特許文献１の検査装置の実施図である。
【図２】特許文献１の画像処理方法の説明図である。
【図３】特許文献２の検査装置の実施図である。
【図４】特許文献２の画像処理方法の説明図である。
【図５】特許文献２の画像処理方法の処理結果である。
【図６】特許文献２の画像処理方法の別の処理結果である。
【図７】特許文献３の検査装置の実施図である。
【図８】特許文献３の画像処理方法の説明図である。
【図９】特許文献３の画像処理方法の処理結果である。
【図１０】特許文献４の検査装置の実施図である。
【図１１】特許文献４の画像処理方法の説明図である。
【図１２】本発明の一実施形態における装置構成を示す概略図である。
【図１３】本発明の一実施形態における光照射手段の構成例を示す斜視図である。
【図１４】本発明の一実施形態における被検査体の斜視図である。
【図１５】本発明の一実施形態におけるデータ処理手段の構成図である。
【図１６】本発明の一実施形態における被検査体に凹凸欠点がないときの撮像手段の撮像画像の模式図である。
【図１７】本発明の一実施形態における明暗ストライプパターンの境界検出手段の画像処理のフロー図である。
【図１８】本発明の一実施形態における被検査体に凹凸欠点があるときの撮像手段の撮像画像の模式図である。
【図１９】本発明の一実施形態における明暗ストライプパターンの境界検出手段によるストライプパターンの抽出画像の模式図である。
【図２０】本発明の一実施形態における明暗ストライプパターンの境界検出手段による明暗ストライプパターンの傾きに直行する方向に存在する角の検出方法の説明図である。
【図２１】本発明の一実施形態における明暗ストライプパターンの境界検出手段による明暗ストライプパターンの明領域と暗領域の境界点の検出方法の説明図である。
【図２２】本発明の一実施形態における明暗ストライプパターンの境界マスター作成手段の画像処理のフロー図である。
【図２３】本発明の一実施形態における明暗ストライプパターンの境界マスター作成手段による明領域と暗領域の境界の直線作成方法の説明図である。
【図２４】本発明の一実施形態における明暗ストライプパターンの境界マスター作成手段によって作成したマスター画像の模式図である。
【図２５】本発明の一実施形態における欠点検出手段の画像処置のフロー図である。
【図２６】本発明の一実施形態における欠点検出手段による検出した欠点の模式図である。
【図２７】本発明の一実施形態における欠点検出手段による欠点の定量化方法を示した模式図である。
【符号の説明】
【００８１】
1a     被測定物
1b     参照パターン
1c     観測透視像
1d     撮像装置
1e     演算装置
2a     照明装置
2b     被検査物体
2c     撮像装置
2d     処理装置
2e     ストライプパターン
2f     CCD素子
2g     結像レンズ
2h     凹み部
2i     凸部
3a     照明装置
3b     ビデオカメラ
3c     被検査面
3d     カメラコントロールユニット
3e     画像処理装置
3f     ホストコンピュータ
3g     モニタ
4a     光照射手段
4b     撮像手段
4c     被検査体
4d     データ処理手段
4e     外部出力手段
１     光照射手段
２     被検査体
３     撮像手段
４     データ処理手段
５     明暗ストライプパターン
６     光源ユニット
７     光透過部
８     遮光部
９     プラスチックフィルム
１０   プラスチックフィルムロール
１１   コンタクトロール
１２   ロール指示機構
１３   撮像調整手段
１４ａ 明暗ストライプパターン抽出手段
１４ｂ 明暗ストライプパターンのマスター作成手段
１４ｃ 欠点検出処理手段
Ｐ１   被検査体に凹凸欠点がないときの撮像手段による撮像画像
Ｐ２   被検査体に凹凸欠点があるときの撮像手段による撮像画像
Ｐ３   明暗ストライプパターン境界検出手段による明暗ストライプパターンの抽出画像
Ｐ４   明暗ストライプパターンの境界検出手段により作成した明領域と暗領域の境界の直線作成画像
Ｐ５   明暗ストライプパターンの境界マスター作成手段により作成した明暗ストライプパターンのマスター画像
Ｐ６    欠点検出手段により検出した欠点画像
【図１】
2010085165.tif 000003
【図２】
2010085165.tif 000004
【図３】
2010085165.tif 000005
【図４】
2010085165.tif 000006
【図５】
2010085165.tif 000007
【図６】
2010085165.tif 000008
【図７】
2010085165.tif 000009
【図８】
2010085165.tif 000010
【図９】
2010085165.tif 000011
【図１０】
2010085165.tif 000012
【図１１】
2010085165.tif 000013
【図１２】
2010085165.tif 000014
【図１３】
2010085165.tif 000015
【図１４】
2010085165.tif 000016
【図１５】
2010085165.tif 000017
【図１６】
2010085165.tif 000018
【図１７】
2010085165.tif 000019
【図１８】
2010085165.tif 000020
【図１９】
2010085165.tif 000021
【図２０】
2010085165.tif 000022
【図２１】
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【図２２】
2010085165.tif 000024
【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
2010085165.tif 000027
【図２６】
2010085165.tif 000028
【図２７】
2010085165.tif 000029