(57)【要約】【課題】検査対象物における表面の不具合を誤検出することなく検査することが可能な表面検査方法及び表面検査装置の提供にある。【解決手段】検査対象物１１の表面に縞模様が斜めに投影された格子縞１３の反射像をラインＣＣＤ１５で撮像することにより検査対象物１１の表面を検査する表面検査方法であって、検査対象物１１の表面に投影された斜めの格子縞１３を撮像する工程（撮像工程）と、得られた撮像画像と標準パターン画像との位相差を算出する工程（位相差算出工程）と、算出された位相差画像から検査対象物１１の個体差成分を分離して補正位相差画像を得る工程（分離工程）と、補正位相差画像に基づいて検査対象物１１の表面の不具合を検出する工程（検出工程）と、を含む。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
検査対象物を移動させながら前記検査対象物の表面に縞模様が斜めに投影された格子縞の反射像をラインＣＣＤで撮像することにより前記検査対象物の表面を検査する表面検査方法であって、
前記検査対象物の表面に投影された前記格子縞を撮像する撮像工程と、
前記格子縞の撮像により得られた撮像画像と予め設定した標準パターン画像との位相差画像を算出する位相差算出工程と、
算出された前記位相差画像から前記検査対象物の個体差成分を分離して補正位相差画像を得る分離工程と、
前記補正位相差画像に基づいて前記検査対象物の表面の不具合を検出する検出工程と、を含むことを特徴とする表面検査方法。
【請求項２】
前記標準パターン画像は、等ピッチの直線縞より形成されていることを特徴とする請求項１に記載の表面検査方法。
【請求項３】
前記検査対象物の個体差成分の分離は、ＦＦＴ処理によるバンドパスフィルターによって行うことを特徴とする請求項１又は２に記載の表面検査方法。
【請求項４】
前記不具合の検出は、閾値以上の位相差及びサイズを検出することにより行われ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表面検査方法。
【請求項５】
検査対象物を移動させながら前記検査対象物の表面に縞模様が斜めに投影された格子縞の反射像を撮像することにより前記検査対象物の表面を検査する表面検査装置であって、
前記検査対象物の表面に投影された前記格子縞を撮像するラインＣＣＤと、
前記ラインＣＣＤによって得られた撮像画像と予め設定した標準パターン画像との位相差画像を算出する位相差算出手段と、
前記位相差算出手段により算出された前記位相差画像から前記検査対象物の個体差成分を分離して補正位相差画像を得る分離手段と、
前記分離手段により得られる前記補正位相差画像に基づいて前記検査対象物の表面の不具合を検出する検出手段と、を備えていることを特徴とする表面検査装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、検査対象物の表面を検査するための表面検査方法及び表面検査装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、特許文献１には、平板状の検査対象面の凹凸欠陥及びうねりを同時に検知することが可能な表面欠陥検査装置が開示されている。表面欠陥検査装置では、鏡に見立てた検査対象面を移動させながら、検査対象物の表面に格子縞を投影して反射させ、その反射像を蓄積型（ＴＤＩ）ラインＣＣＤで観測する。ＴＤＩラインＣＣＤの光量蓄積範囲を１．５周期分としたとき、ＴＤＩラインＣＣＤから得られた信号強度を閾値と比較して凸欠陥を検知する。また、ＴＤＩラインＣＣＤから得られた信号強度パターンを標準パターンと比較して、うねりや凹欠陥を検知する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−１０９１０６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、特許文献１に開示された表面欠陥検査装置においては、標準パターンの元になる標準対象物の形状と検査対象物の形状が一致していないと、形状の違いを欠陥と誤検出する恐れがある。特に、湾曲した複雑な形状を有する対象物の場合には、標準対象物の形状と検査対象物の形状とが一致しにくく、標準対象物と検査対象物間には形状のばらつきが存在する。この形状のばらつきを、凹凸あるいはうねりの欠陥と誤検出する恐れがある。また、検査対象物が移動方向に対して傾いているなどの姿勢のばらつきがあった場合にも欠陥と誤検出する恐れがある。
【０００５】
本発明は上記の問題点に鑑みてなされたもので、本発明の目的は、検査対象物の表面における不具合を誤検出することなく検査することが可能な表面検査方法及び表面検査装置の提供にある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記の課題を解決するために、請求項１記載の発明は、検査対象物を移動させながら前記検査対象物の表面に縞模様が斜めに投影された格子縞の反射像をラインＣＣＤで撮像することにより前記検査対象物の表面を検査する表面検査方法であって、前記検査対象物の表面に投影された斜めの前記格子縞を撮像する撮像工程と、前記格子縞の撮像により得られた撮像画像と予め設定した標準パターン画像との位相差画像を算出する位相差算出工程と、算出された前記位相差画像から前記検査対象物の個体差成分を分離して補正位相差画像を得る分離工程と、前記補正位相差画像に基づいて前記検査対象物の表面の不具合を検出する検出工程と、を含むことを特徴とする。
【０００７】
請求項１記載の発明によれば、撮像画像と標準パターン画像との位相差を算出し、この位相差画像から検査対象物の個体差成分を分離することにより検査が行われるので、検査対象物の個体差（形状ばらつきや姿勢ばらつき）に影響されることなく表面の不具合を検出することが可能である。なお、本発明において「検査対象物を移動させながら」とは、検査対象物を固定し、格子縞の投影箇所を検査対象物の表面に対して移動させるものも含む。
【０００８】
請求項２記載の発明は、請求項１に記載の表面検査方法において、前記標準パターン画像は、等ピッチの直線縞より形成されていることを特徴とする。
【０００９】
請求項２記載の発明によれば、標準パターン画像は等ピッチの直線縞より形成されているので、標準パターン画像の設定がより容易となる。
【００１０】
請求項３記載の発明は、請求項１又は２に記載の表面検査方法において、前記検査対象物の固体差成分の分離は、ＦＦＴ処理によるバンドパスフィルターによって行うことを特徴とする。
【００１１】
請求項３記載の発明によれば、ＦＦＴ処理によるバンドパスフィルターによって、検査対象物の個体差成分（例えば、低周波成分）が分離されて、不具合成分（例えば、高周波成分）のみを抽出することが可能となる。
【００１２】
請求項４記載の発明は、請求項１〜３のいずれか一項に記載の表面検査方法において、前記不具合の検出は、閾値以上の位相差及びサイズを検出することにより行われることを特徴とする。
【００１３】
請求項４記載の発明によれば、予め設定された閾値以上の位相差及びサイズを表面の不具合として検出することが可能である。
【００１４】
請求項５記載の発明は、検査対象物を移動させながら前記検査対象物の表面に縞模様が斜めに投影された格子縞の反射像を撮像することにより前記検査対象物の表面を検査する表面検査装置であって、前記検査対象物の表面に投影された斜めの前記格子縞を撮像するラインＣＣＤと、前記ラインＣＣＤによって得られた撮像画像と予め設定した標準パターン画像との位相差画像を算出する位相差算出手段と、前記位相差算出手段により算出された前記位相差画像から前記検査対象物の個体差成分を分離して補正位相差画像を得る分離手段と、前記分離手段により得られる前記補正位相差画像に基づいて前記検査対象物の表面の不具合を検出する検出手段と、を備えていることを特徴とする。
【００１５】
請求項５記載の発明によれば、請求項１と同等の作用効果が得られる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、検査対象物の表面における不具合を誤検出することなく検査することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】（ａ）は本発明の実施形態に係る表面検査装置の概略構成を示す斜視図であり、（ｂ）は光軸と入射角度及び反射角度を説明するための模式図である。
【図２】本発明の実施形態に係る画像処理装置の回路構成を示すシステム図である。
【図３】本発明の実施形態に係る検査処理フローを示すフローチャートである。
【図４】（ａ）は本発明の実施形態に係る撮像工程で得られる縞パターンを示す模式図であり、（ｂ）は位相差算出工程における縞パターンと標準位相パターンとの関係を示す模式図である。
【図５】本発明の実施形態に係るバンドパスフィルターによる個体差成分の分離を説明するための模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明の実施形態に係る表面検査装置及び表面検査方法を図１〜図５に基づいて説明する。
図１（ａ）に示すように、表面検査装置１０（略して検査装置１０）は、図示しない搬送台上に搭載された検査対象物１１と、検査対象物１１に光を照射する照明光源１２と、斜めの格子縞１３が形成された格子板１４と、結像レンズを有するラインＣＣＤ１５と、ラインＣＣＤ１５と接続された画像処理装置１６とを備えている。
【００１９】
格子板１４は、照明光源１２に対して検査対象物１１側に配置され、格子板１４の格子縞１３は、照明光源１２により検査対象物１１の表面に投影される。検査対象物１１の表面は光沢面で形成されているので、投影された格子縞１３は検査対象物１１の表面で反射し、その反射像は結像レンズを通ってラインＣＣＤ１５に結像する。
【００２０】
搬送台は、特に図示しないが、搬送機構によりラインＣＣＤ１５に対して直交する方向に一定速度で移動する。それに伴い、搬送台上の検査対象物１１も、ラインＣＣＤ１５に対して直交する方向（図１に矢印で示す方向）に一定速度で移動する。それにより、検査対象物１１の表面全体が検査される。
【００２１】
検査対象物１１は、曲面状の湾曲した形状を有し、湾曲した表面に塗装などの表面処理が施されている。図１（ａ）に示すように、検査対象物１１の表面上には、例えば、凸部１７、１８が形成されているものとする。凸部１７、１８は、検査対象物１１表面の不具合に相当する。検査対象物１１は、所定の幅と長さを有している。なお、検査対象物１１の移動方向に対して直交する方向を幅方向とし、検査対象物１１の移動方向に対して平行な方向を長さ方向としている。
【００２２】
照明光源１２は、線状の光源であり、検査対象物１１の移動方向に対して直交する方向に配置されている。照明光源１２の長尺部の長さ（幅方向の長さ）は、検査対象物１１の幅よりやや長く形成されている。照明光源１２としては、例えば、蛍光灯や反射テープ付きロッドレンズなどが用いられる。
格子板１４には、検査対象物１１表面に投影されたときの縞模様が、検査対象物１１の移動方向に対して斜めになるように格子縞１３が形成されている。格子縞１３は、照明光源１２の幅方向の長さと同等に形成されている。
【００２３】
ラインＣＣＤ１５は、撮像可能範囲（領域）が検査対象物１１の幅全域を含むように設定されている。図１（ｂ）に示すように、格子板１４の格子縞１３と検査対象物１１の表面とを結ぶ光軸Ｌ１が検査対象物１１の表面に対してなす角度を入射角度αとし、検査対象物１１の表面と結像点であるラインＣＣＤ１５とを結ぶ光軸Ｌ２が検査対象物１１の表面に対してなす角度を反射角度βとすると、入射角度αと反射角度βとは一定の角度（α＝β）に設定されている。
ラインＣＣＤ１５で撮像された撮像画像は、画像処理装置１６に入力され、画像処理装置１６にて各種画像処理が行われる。
【００２４】
次に、画像処理装置１６における信号処理系の回路構成を図２に基づき説明する。画像処理装置１６は、画像メモリ２１、標準パターン発生回路２２、閾値発生回路２３、位相比較回路２４、フィルター設定回路２５、バンドパスフィルター回路２６、不具合検出回路２７及び結果出力回路２８を備えている。
【００２５】
画像メモリ２１は、ラインＣＣＤ１５で撮像された撮像画像を記憶し、位相比較回路２４に送信する。標準パターン発生回路２２は、等ピッチの直線縞からなる標準位相パターンを記憶しており、その標準的な縞パターンを位相比較回路２４に送信する。閾値発生回路２３は、位相差の閾値及びサイズの閾値を記憶しており、その閾値を不具合検出回路２７に送信する。
位相比較回路２４は、画像メモリ２１から送信された撮像画像と、標準パターン発生回路２２から送信された標準位相パターンとを比較して、位相差を算出する。
【００２６】
バンドパスフィルター回路２６は、位相比較回路２４により検出された位相差画像から検査対象物１１の個体差成分を分離する。なお、フィルター設定回路２５により、検査対象物１１の個々の個体差成分を入力することが可能であり、入力された個々の個体差成分に基づきバンドパスフィルター回路２６では、位相差画像から個々の個体差成分を分離するよう処理され、補正位相差画像が得られる。なお、バンドパスフィルター回路２６における画像処理は、ＦＦＴ処理によるバンドパスフィルターによって行われる。
【００２７】
不具合検出回路２７は、バンドパスフィルター回路２６から送信された補正位相差画像と、閾値発生回路２３から送信された位相差の閾値及びサイズの閾値とを比較する。そして、補正位相差画像のうち位相差の閾値及びサイズの閾値以上の画像成分を表面の不具合成分として結果出力回路２８に出力する。なお、表面の不具合とは、凸状の不具合、凹状の不具合、ハジキ、タレなどを指す。ハジキとは、塗装面に塗装膜が押し退けられて凹みが発生する現象を指し、タレとは、塗料が垂れ下がり、たまりや縞状となる現象を指している。
結果出力回路２８に出力された表面の不具合は、例えば、結果出力回路２８と接続されたディスプレーに表示することにより確認可能である。
なお、ラインＣＣＤ１５が撮像手段に相当し、位相比較回路２４が位相差算出手段に相当し、バンドパスフィルター回路２６が分離手段に相当し、不具合検出回路２７が検出手段に相当する。
【００２８】
次に、検査処理フロー及び検査処理フローに対応する画像処理について作用説明を兼ねて図３〜図５に基づき説明する。
まず、図３に示す検査処理フローにおけるステップＳ１０１にて、検査対象物１１を移動させながら検査対象物１１の表面をラインＣＣＤ１５にて撮像し、撮像画像を得る（撮像工程）。図４（ａ）には、撮像された縞パターン３０を示し、実線で表している。もし、検査対象物１１の表面に凸部１７、１８（図１（ａ）に図示）があると、図４（ａ）において凸部１７に対応する箇所の縞パターン３０に歪み３１が発生するとともに、凸部１８に対応する箇所の縞パターン３０に歪み３２が発生する。検査対象物１１の表面に凸部１７、１８がなければ、縞パターンは歪み３１、３２のない規則的なパターンとなる。ところで、縞パターン３０は幅方向に湾曲しているが、これは検査対象物１１が曲面状に湾曲した形状を有しているためである。
【００２９】
次に、ステップＳ１０２にて、撮像された縞パターンを標準位相パターン(標準パターン画像)と比較する。標準位相パターンは、等ピッチの直線縞からなり、画像処理装置１６のメモリに予め保存されている。そして、撮像された縞パターンと標準位相パターンとの位相差を算出し、位相差画像を得る（位相差算出工程）。図４（ｂ）では、標準位相パターン３３を破線で示している。位相差画像は、グレーのバックグラウンド上における白黒の濃淡（グラデーション）で表され、位相差の大きい部位ほど濃淡差が大きくなる。例えば、位相差がプラスの場合には、グレーより黒く表示され、位相差がマイナスの場合には、グレーより白く表示される。得られた位相差画像には、検査対象物１１の個体差成分（曲面状の形状）が含まれ、不具合成分に個体差成分が重畳されたものとなる。
【００３０】
次に、ステップＳ１０３にて、ＦＦＴ処理によるバンドパスフィルターによって、検査対象物１１の個体差成分の分離が行われる（分離工程）。なお、ＦＦＴ処理とは、画像をフーリエ変換（ＦＦＴ処理）することにより周波数成分に変換することを指す。また、バンドパスフィルターとは、特定の周波数帯域のみを通すように設定されたフィルターのことを指す。本実施形態におけるバンドパスフィルターでは、検査対象物１１の個体差成分に相当する周波数成分はカットされ、不具合成分に相当する周波数成分は通過する。
【００３１】
例えば、図５に示すように、横軸を周波数で表し、縦軸を強度で表したときに、検査対象物１１の個体差成分は、低周波成分で表すことができ、検査対象物１１の不具合成分は、高周波成分で表すことができる。すなわち、曲面状に湾曲した検査対象物１１の表面など緩やかな変化は、低い周波数成分となり、表面上における凹凸など急激な変化は高い周波数成分となる。そして、バンドパスフィルターにより個体差成分に相当する低周波成分をカットして、不具合成分に相当する高周波成分を抽出することができる。また、検査対象物１１が移動方向に対して傾いているなどの姿勢のばらつきがあった場合には撮像された縞パターンの間隔が緩やかに変化するが、このような姿勢のばらつきに起因する個体差成分も低周波成分をカットすることで個体差成分を分離することができる。
【００３２】
その結果、得られた周波数成分をフーリエ逆変換することにより画像に逆変換することができる。この逆変換された画像を補正位相差画像とする。補正位相差画像は、グレーのバックグラウンド上における白黒の濃淡（グラデーション）で表され、検査対象物１１の個体差成分は分離され、不具合成分に相当する箇所の位相差（濃淡差）のみが表示される。
【００３３】
次に、ステップＳ１０４にて、補正位相差画像に基づいて検査対象物１１の表面の不具合の検出が行われる（検出工程）。表面の不具合の検出は、予め設定された閾値以上の位相差及びサイズを検出することにより行われる。なお、位相差の絶対値の閾値は画像の濃淡差で設定されており、サイズの閾値は画像の大きさ（例えば、直径など）で設定されている。位相差の絶対値の閾値をΔｄで表し、サイズの閾値をΔｆで表すと、位相差の絶対値（画像の濃淡差）Δｄ以上のものであって、且つ、その領域のサイズ（画像の大きさ）Δｆ以上の画像成分を表面の不具合として検出される。なお、位相差の閾値Δｄ及びサイズの閾値Δｆは任意に設定することが可能である。
【００３４】
本実施形態に係る検査装置１０によれば以下の効果を奏する。
（１）ラインＣＣＤ１５により得られる撮像画像と標準パターン画像との位相差を算出し、この位相差画像から検査対象物１１の個体差成分を分離することにより検査が行われるので、検査対象物１１の個体差（形状ばらつきや姿勢ばらつき）に影響されることなく表面の不具合のみを検出することが可能である。よって、検査対象物１１における表面の不具合を誤検出することなく検査することが可能である。
（２）検査対象物１１の個体差成分の分離は、バンドパスフィルター回路２６でのＦＦＴ処理によるバンドパスフィルターによって行われ、位相比較回路２４により算出された位相差画像から検査対象物１１の個体差成分を分離することにより行われる。その結果、検査対象物１１の個体差成分（例えば、低周波成分）が分離されて、不具合成分（例えば、高周波成分）のみを抽出することが可能となる。
（３）フィルター設定回路２５によって、検査対象物１１の個々の個体差成分を入力することが可能であり、入力された個々の個体差成分に基づきバンドパスフィルター回路２６では、位相差画像から個々の個体差成分を分離する。よって、検査対象物１１の個体差（形状ばらつきや姿勢ばらつき）を確実に分離できる。
（４）表面の不具合の検出は、不具合検出回路２７によって行われ、バンドパスフィルター回路２６から送信された補正位相差画像と、閾値発生回路２３から送信された位相差の絶対値の閾値Δｄ及びサイズの閾値Δｆとを比較し、補正位相差画像のうち位相差の絶対値の閾値Δｄ及びサイズの閾値Δｆ以上の画像成分を表面の不具合として結果出力回路２８に出力することが可能である。
（５）撮像手段としては、標準的仕様のラインＣＣＤ１５を使用すれば良く、従来技術のように高価なＴＤＩラインＣＣＤを使用する必要がなく、検査装置１０のコスト削減が可能である。
（６）標準パターン発生回路２２に記憶された標準位相パターンは、等ピッチの直線縞から形成されているので、標準位相パターン(標準パターン画像)の設定がより容易となる。
【００３５】
なお、本発明は、上記した実施形態に限定されるものではなく発明の趣旨の範囲内で種々の変更が可能であり、例えば、次のように変更しても良い。
○  上記の実施形態においては、標準位相パターンは等ピッチの直線縞から形成されているとして説明したが、対象に応じてピッチを一部変更したり、曲線縞等を用いても良い。
○  上記の実施形態においては、検査対象物１１の個体差成分の分離はバンドバスフィルター回路よるバンドパスフィルターにより行われるとして説明したが、平均値スムージング処理（平滑化処理）により行っても良い。
○  上記の実施形態においては、表面の不具合の検出は、予め設定された閾値以上の位相差及びサイズを検知することにより行われるとして説明したが、閾値以上の位相差のみで検知を行っても良い。
○  上記の実施形態においては、入射角度αと反射角度βとは一定角度（α＝β）として説明したが、異なった角度（α≠β）に設定されていても良い。
○  上記の実施形態においては、一定速度で撮像すると説明したが、外部エンコーダを用いて、速度を変更しながら撮像しても良い。
○  上記の実施形態においては、曲面状の検査対象物として説明したが、平面の検査対象物にも適用できる。
【符号の説明】
【００３６】
１０  検査装置
１１  検査対象物
１２  照明光源
１３  格子縞
１４  格子板
１５  ラインＣＣＤ（撮像手段）
１６  画像処理装置
２１  画像メモリ
２２  標準パターン発生回路
２３  閾値発生回路
２４  位相比較回路（位相差算出手段）
２５  フィルター設定回路
２６  バンドパスフィルター回路（分離手段）
２７  不具合検出回路（検出手段）
２８  結果出力回路
Δｄ  位相差の絶対値の閾値
Δｆ  サイズの閾値
【図１】
2014219346.tif 000003
【図２】
2014219346.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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