(57)【要約】【課題】観測空間内の雰囲気に対する加熱気体の屈折率分布を可視化した画像の明るさの変動を抑制して、欠陥検査を長時間安定的に行うことができる欠陥検査装置及び欠陥検査方法の提供。【解決手段】被検査物が欠陥を有するときに加熱ノズル５３から、観測空間７０内に押し出された加熱気体１４の観測空間７０内の雰囲気に対する屈折率分布を可視化することによって、被検査物の欠陥を検出する装置であって、観測空間７０を囲む防風部材６０と、シュリーレン光学系５を構成し可視化した屈折率分布の明るさに応じて位置調整可能なナイフエッジ５５と、観測空間７０内の雰囲気が対流できるように互いに連通した上昇気流路７１と下降気流路７２とを隔てる隔壁６１を備え、加熱ノズル５３の開口部５３ａを上昇気流路７１に配置し、さらに、下降気流路７２の上部に冷却ヘッド６２を備えている。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被検査物が欠陥を有するときにノズルから観測空間内に押し出された加熱気体の前記観測空間内の雰囲気に対する屈折率分布を可視化光学系により可視化することによって、前記被検査物の欠陥を検出する欠陥検査装置であって、
前記可視化光学系は、平行光束区間を構成する２つの光学部材を有し、
前記欠陥検査装置は、前記２つの光学部材と共に前記観測空間を囲む防風部材とを備え、
前記防風部材は、前記平行光束区間で前記観測空間を通過する平行光束に沿って配置されている
ことを特徴とする欠陥検査装置。
【請求項２】
前記観測空間内の雰囲気が対流できるように互いに連通した上昇気流路と下降気流路とを隔てる隔壁を備え、
前記ノズルの開口部を前記上昇気流路に配置した
ことを特徴とする、請求項１記載の欠陥検査装置。
【請求項３】
前記下降気流路の上部に冷却手段を備えた
ことを特徴とする、請求項１又は２記載の欠陥検査装置。
【請求項４】
前記観測空間内の雰囲気を加熱又は冷却する温調手段を備えた
ことを特徴とする、請求項１又は２記載の欠陥検査装置。
【請求項５】
前記可視化光学系は、シュリーレン光学系である
ことを特徴とする、請求項１〜４の何れか一項に記載の欠陥検査装置。
【請求項６】
前記シュリーレン光学系により前記屈折率分布を可視化した画像の明るさを検出する明るさ検出手段と、
前記検出手段によって検出された明るさが所定の明るさになるように、前記シュリーレン光学系を構成するナイフエッジの位置を制御する制御手段と
を備えたことを特徴とする、請求項５記載の欠陥検査装置。
【請求項７】
被検査物が欠陥を有するときにノズルから観測空間内に押し出される加熱気体の前記観測空間内の雰囲気に対する屈折率分布を可視化光学系により可視化することによって、前記被検査物の欠陥を検出する欠陥検査方法であって、
前記可視化光学系の平行光束区間を構成する２つの光学部材と、前記平行光束区間で前記観測空間を通過する平行光束に沿って配置された防風部材とによって前記観測空間を囲み、
前記ノズルの開口部を上昇気流中に位置させた状態で、前記観測空間内の雰囲気を局所的に冷却して下降気流を発生させて対流させる
ことを特徴とする、欠陥検査方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、欠陥検査装置及び欠陥検査方法に係り、より詳細には、観測空間内の屈折率分布をシュリーレン法等により可視化することによって被検査物の欠陥を検出する欠陥検査装置及び欠陥検査方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、容器等の被検査物のピンホールやクラックなどの欠陥を検出するために欠陥検査が行われてきた。下記の特許文献１に記載の密封容器の不良検査方法によれば、密封容器の被検査物を入れたチャンバ内部を減圧吸引し、ピンホール等の欠陥部から観測空間内に気体を噴出させ、噴出気流をシュリーレン法等で可視化することによって、密封容器を検査している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開昭６３−２７３０３１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、特許文献１記載の方法では、ピンホール等の欠陥が被検査物の陰になる部分に位置する場合には、噴出気流の検出が困難であった。また、噴出気流が弱い場合にも、噴出気流と観測空間内の雰囲気との密度差が小さいため、噴出気流の観測が困難であった。また、噴出気流を可視化する際にチャンバを介すため、チャンバの汚れや歪み、屈折等の影響による検出不良の懸念もあった。
【０００５】
そこで、例えば、被検査物の欠陥箇所から漏出した気体によって観測空間内にノズルから加熱気体が押し出されるようにすれば、欠陥部位に関係なく欠陥を検出することができ、また、加熱気体と観測空間内の気体との密度差により、噴出気流が弱い場合であっても欠陥を検出することができる。
【０００６】
しかしながら、観測空間内にノズルから加熱気体が押し出されるようにすると、押し出された加熱気体が風の影響を受けやすく、加熱気体が風によって拡散される結果、観測空間内の雰囲気に対する加熱気体の屈折率分布を可視化した画像の明るさが変動してしまい、欠陥検査を長時間安定的に行うことが困難となっていた。
【０００７】
本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであり、観測空間内の雰囲気に対する加熱気体の屈折率分布を可視化した画像の明るさの変動を抑制して、欠陥検査を長時間安定的に行うことができる欠陥検査装置及び欠陥検査方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記の目的を達成するために、本発明の欠陥検査装置は、被検査物が欠陥を有するときにノズルから防風部材に覆われた観測空間内に押し出される加熱気体の観測空間内の雰囲気に対する加熱気体の屈折率分布を可視化光学系により可視化することによって、被検査物の欠陥を検出する欠陥検査装置であって、可視化光学系は、平行光束区間を構成する２つの光学部材を有し、欠陥検査装置は、２つの光学部材と共に観測空間を囲む防風部材とを備え、防風部材は、平行光束区間で観測空間を通過する平行光束に沿って配置されていることを特徴としている。
【０００９】
本発明の欠陥検査装置によれば、可視化光学系の平行光束区間を構成する２つの光学部材と、平行光束区間で観測空間を通過する平行光束に沿って配置され防風部材とによって、観察空間を通過する平行光束が防風部材と交差しないようにしつつ、観測空間を囲んでいる。これにより、観察空間内を通過する平行光束に防風部材が影響することなく、加熱気体が風によって拡散されることを回避して、欠陥検査を長時間安定的に行うことができる。
【００１０】
ところで、観測空間が防風部材によって囲まれると、ノズルから押し出された加熱気体や加熱したノズルからの放熱により観測空間内の雰囲気温度が徐々に上昇してしまう。その結果、ノズルから出された気体と観測空間内の雰囲気との温度差が小さくなるため、両者の密度差が小さくなってしまう。このため、観測空間内の雰囲気温度の上昇に伴って、観測空間内の雰囲気に対する加熱気体の屈折率分布の可視化が困難となることがあった。また、観測空間内の雰囲気温度を下げるために観測空間の換気や冷却を行うと、観測空間内に乱流が発生し、観測空間内の気体の屈折率分布を可視化する際のノイズとなってしまっていた。
【００１１】
そこで、本発明においては、観測空間内の雰囲気が対流できるように互いに連通した上昇気流路と下降気流路とを隔てる隔壁を備え、ノズルの開口部を前記上昇気流路に配置することが好ましい。
これにより、防風部材に囲まれた観測空間内に隔壁を設け、ノズルの開口部が上昇気流中に位置するように観測空間内の雰囲気が上昇気流と下降気流とに分離して対流することによって、観測空間内に乱流を発生させることなく、観測空間内の雰囲気の温度上昇を抑制し、欠陥検査を長時間安定的に行うことができる。
【００１２】
また、本発明の欠陥検査方法は、被検査物が欠陥を有するときにノズルから防風部材に覆われた観測空間内に押し出される加熱気体の観測空間内の雰囲気に対する加熱気体の屈折率分布を可視化することによって、被検査物の欠陥を検出する欠陥検査方法であって、可視化光学系の平行光束区間を構成する２つの光学部材と、平行光束区間で観測空間を通過する平行光束に沿って配置された防風部材とによって観測空間を囲み、ノズルの開口部を上昇気流中に位置させた状態で、観測空間内の雰囲気を、局所的に冷却して下降気流を発生させて対流させることを特徴としている。
【００１３】
本発明の欠陥検査方法によれば、可視化光学系の平行光束区間を構成する２つの光学部材と、平行光束区間で観測空間を通過する平行光束に沿って配置され防風部材とによって、観察空間を通過する平行光束が防風部材と交差しないようにしつつ、観測空間を囲んでいる。これにより、観察空間内を通過する平行光束に防風部材が影響することなく、加熱気体が風によって拡散されることを回避して、欠陥検査を長時間安定的に行うことができる。
そのうえ、防風部材に囲まれた観測空間内で、ノズルの開口部が上昇気流中に位置するように観測空間内の雰囲気が上昇気流と下降気流とに分離して対流することによって、観測空間内に乱流を発生させることなく、観測空間内の雰囲気の温度上昇を抑制し、欠陥検査を長時間安定的に行うことができる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の欠陥検査装置及び欠陥検査方法によれば、観測空間内の雰囲気に対する加熱気体の屈折率分布を可視化した画像の明るさの変動を抑制して、欠陥検査を長時間安定的に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の実施形態に係る欠陥検査装置の概略図である。
【図２】本発明の実施形態に係る欠陥検査装置の観察空間の断面模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。
図１に、本実施形態に係る欠陥検査装置の概略図を示す。同図に示す欠陥検査装置１は、気体検査手段２によって包装袋の被検査物１０の内部に検査用気体１１が供給され、被検査物１０が陽圧になっている。また、被検査物１０はチャンバ３に格納されており、被検査物１０にピンホール等の欠陥があると、その欠陥部分からチャンバ３内へ気体１２が漏出する。そして、チャンバ３内への気体１２の漏出により、チャンバ３と連通した加熱手段４内に気体１３が押し出され、さらに、加熱手段４と連通したノズル５３から加熱気体１４が観測空間７０内に押し出される。そして、ノズル５３から観測空間７０内に押し出された加熱気体１４を可視化光学系により可視化することにより、被検査物１０の欠陥が検出される。
【００１７】
本実施形態では、可視化光学系としてシュリーレン光学系５を使用して、観測空間７０内の雰囲気に対する加熱気体１４の屈折率分布を可視化している。シュリーレン光学系５は、点光源５１と、点光源５１から出射した光束を平行光束にするコリメータレンズ５２と、平行光束を集束させるフォーカスレンズ５４と、フォーカスレンズ５４の焦点に配置されたナイフエッジ５５と、シュリーレン像を撮像する撮像手段５６と、撮像手段５６が撮像したシュリーレン像に基づいて欠陥を検出する演算部５７と、ナイフエッジ５５の位置を調整するアクチュエータ５８とから構成されている。演算部５７は、撮像されたシュリーレン像を画像解析し、ノズル５３から押し出された加熱気体１４を検出した場合に、被検査物１０を不良品と判定する。
【００１８】
観測空間７０は、シュリーレン光学系の平行光束区間を構成するコリメータレンズ５２とフォーカスレンズ５４と共に、アクリル板の防風部材６０によって囲まれている。防風部材７０は、平行光束区間で観測空間を通過する平行光束に沿って配置されている。すなわち、アクリル板は、平行光束と平行に延在するように配置されている。このように、防風部材６０は、観察空間７０を通過する平行光束と交差しないように配置され、観測空間を囲んでいるため、防風部材６０の汚れや歪み、屈折の影響を観察空間７０内を通過する平行光束に与えることなく、風による加熱気体の拡散を防止することができる。
なお、防風部材６０は、平行光束内に配置してもよいし、平行光束の外側に配置してもよい。
【００１９】
また、本実施形態では、ナイフエッジ５５は、刃先を上に向けて配置され、アクチュエータ５８によって上下に移動する。ナイフエッジ５５の位置を変えることによって、焦点でナイフエッジ５５によって遮蔽される光束量が調節される。ナイフエッジ５５による遮蔽量が多いとシュリーレン像が暗くなり、遮蔽量が少ないとシュリーレン像が明るくなる。
【００２０】
ところで、長時間の検査中、加熱気体１４及びノズル５３からの放熱のため、観測空間７０の上部と下部とで温度差が生じる。その結果、観測空間７０内の平行光束がわずかに下方に屈折し、焦点位置もわずかに下方に移動する傾向がある。このため、ナイフエッジ５５の位置が固定されままだと、ナイフエッジ５５による遮光量が徐々に増加して、シュリーレン像が暗くなる傾向がある。このため、ナイフエッジ５５の位置を調節して、ナイフエッジ５５による遮光量を最適量に維持する必要がある。
【００２１】
そこで、本実施形態では、撮像手段５６によって撮像されたシュリーレン像の明るさを演算部５７が検出する。演算部５７は、検出した明るさが所定の明るさになるように、アクチュエータ５８を制御して、ナイフエッジ５５の位置を調節する。これにより、焦点位置が上下方向に移動した場合であってもナイフエッジ５５の位置が上下方向で自動的に調節され、長時間にわたる安定的な欠陥検査の実現に寄与することができる。
【００２２】
図２に、図１のＡ−Ａ線に沿った、観測空間７０の断面模式図を示す。観測空間７０は、防風部材６０によって囲まれ、上昇気流路７１と下降気流路７２とを隔てる隔壁（仕切り）６１を備えている。隔壁６１は、平行光束と平行な軸線を有する円筒形状を有し、隔壁６１の上端部と下端部に開口部６１ａ及び６１ｂが形成されている。この開口部６１ａ及び６１ｂを介して、隔壁６１の内側の上昇気流路７１と、隔壁６１の外側の下降気流路７２とが連通し、観測空間７０内の雰囲気が対流する。
【００２３】
隔壁６１の内側の上昇気流路７１には、ノズル５３の先端の開口部５３ａが配置されている。なお、ノズル５３からの放熱を抑制するため、ノズル５３は断熱材で覆われている。
【００２４】
また、隔壁６１の外側の下降気流路７２の上部には、冷却手段６２が配置されている。冷却手段６２は、例えば、ペルチェ素子で構成することができる。この冷却手段６２によって観測空間７０内の下降気流路７２の雰囲気が局所的に冷却されて下降気流が発生し、観測空間７０内の雰囲気が対流する。このとき、冷却手段６２が下降気流路７２の雰囲気を局所的に冷却するため、観測空間７０内、特にノズル５３の開口部５３ａ付近に乱流は発生しない。
【００２５】
ノズル５３の開口部５３ａから観測空間７０内に押し出された加熱気体１４は、観測空間７０の雰囲気よりも高温であるため、雰囲気よりも低い屈折率を有する。このため、加熱気体１４と雰囲気との屈折率差が大きいため、屈折率分布が容易に可視化される。
【００２６】
そして、ノズル５３の開口部５３ａは、上昇気流路７１に配置されているため、開口部５３ａ付近では、下降気流路７２において冷却手段６２で冷却された雰囲気が下方から対流している。このため、ノズル５３の開口部５３付近の雰囲気の温度上昇が抑制され、長時間安定的に欠陥検査を行うことが可能となる。
【００２７】
このように、本実施形態の欠陥検査装置及び欠陥検査方法によれば、ノズル５３の開口部５３ａが上昇気流路７１中に位置するように観測空間７０内の雰囲気が上昇気流路７１と下降気流路７２とに隔壁６１により分離されて対流することによって、観測空間７０内に乱流を発生させることなく、観測空間７０内の雰囲気の温度上昇を抑制し、欠陥検査を長時間安定的に行うことができる。
【００２８】
なお、本実施形態では、冷却装置６２を設けた例を説明したが、冷却装置６２は省略することができる。冷却装置６２がない場合であっても、下降気流路７２の雰囲気が防風部材６０により冷却されて下降気流が生じるため、観測空間７０内の雰囲気を上昇気流と下降気流とに分離して対流させることができる。
【００２９】
以上、本発明の実施形態を説明したが、本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲で種々の変更実施が可能である。例えば、上述した実施形態では、特定の構成の欠陥検査装置を説明したが、本発明では、欠陥装置構成はこれに限定されず、被検査物が欠陥を有するときにノズルから観測空間内に加熱気体が押し出される構成であればよい。
また、上述した実施形態では、シュリーレン光学系において観測空間内の雰囲気に対する加熱気体の屈折率分布を可視化した例を説明したが、本発明では、屈折率分布の可視化方法はこれに限定されず、例えば、シャドウグラフ法やマッハツェンダー法などの任意好適な方法を利用することができる。
また、上述した実施形態では、被検査物として包装袋を検査した例を説明したが、本発明では、被検査物は包装袋に限定されず、種々の容器を検査対象とすることができ、また、ダイヤフラムなどの隔壁やフィルムも被検査物とすることができる。
また、上述した実施形態では、ノズルを水平に配置した例を説明したが、本発明では、ノズルが平行光束を横切るように配置されていればよく、例えば、ノズルの開口部を上に向けて配置してもよい。
【符号の説明】
【００３０】
１  欠陥検査装置
２  気体供給手段
３  チャンバ
４  加熱装置
５  シュリーレン光学系
１０  被検査物（包装袋）
１１  検査用気体
１２  漏出気体
１３  加熱手段内の気体
１４  加熱気体
５１  点光源
５２  コリメータレンズ
５３  加熱ノズル
５３ａ  開口部
５４  フォーカスレンズ
５５  ナイフエッジ
５６  撮像手段
５７  演算手段
５８  アクチュエータ
６０  防風部材
６１  隔壁（仕切り）
６２  冷却手段
７０  観測空間
７１  上昇気流路
７２  下降気流路
【図１】
2018031716.tif 000003
【図２】
2018031716.tif 000004