(57)【要約】【課題】量産鋳造品である計測対象物の表面形状を自動で正確かつ高速に計測して欠陥の有無を判定する表面検査装置及び表面検査方法を提供する。【解決手段】光学測定機２と、計測対象物１と光学測定機２を移動させる移動部３、５と、計測対象物１を回転させる回転ステージ４と、制御部６と、処理部８を備える。計測条件を、制御部６が移動部３、５と回転ステージ４を制御する条件とし、条件決定指標を、多数の計測対象物１に行う本計測の計測条件を決定するための指標とする。処理部８は、複数組の計測条件を入力し、各組の計測条件で光学測定機２が少数の計測対象物１に計測した結果を用いて、各組の計測条件に対し計測対象物１の計測領域を求め、条件決定指標と各組の計測条件に対する計測領域とを用いて、計測回ごとの計測条件を決定する。光学測定機２は、制御部６が計測回ごとの計測条件に従って移動部３、５と回転ステージ４を制御すると、本計測を行う。【選択図】図１
2019049509.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
３次元形状の複数の計測対象物の表面形状を計測する光学測定機と、
前記計測対象物と前記光学測定機とを互いに相対的に移動させる移動部と、
前記計測対象物を回転移動させる回転ステージと、
前記移動部と前記回転ステージを制御する制御部と、
前記制御部と前記光学測定機を制御する処理部と、
を備え、
計測条件を、前記制御部が前記移動部と前記回転ステージを制御する条件とし、
予備的な計測を、前記光学測定機が前記計測対象物のうち一部の数の前記計測対象物に対して行う計測とし、
本計測を、前記光学測定機が前記計測対象物のうち少なくとも残りの数の前記計測対象物に対して行う計測とし、
条件決定指標を、前記本計測に用いる前記計測条件を決定するための指標とし、
前記処理部は、
複数の組の前記計測条件を入力し、
それぞれの組の前記計測条件で前記光学測定機が前記予備的な計測を行った結果を用いて、それぞれの組の前記計測条件に対して前記計測対象物の計測すべき領域を求め、
前記条件決定指標とそれぞれの組の前記計測条件に対する前記計測すべき領域とを用いて、複数の組の前記計測条件の中から計測回ごとの前記計測条件を決定する、
ように構成され、
前記光学測定機は、前記制御部が前記計測回ごとの前記計測条件に従って前記移動部と前記回転ステージを制御すると、前記本計測を行うように構成されている、
ことを特徴とする表面検査装置。
【請求項２】
計測点を、前記予備的な計測のデータを取得した、前記計測対象物の表面の地点とすると、
前記処理部は、
前記計測対象物の表面を表す格子セルの集合である形状データを入力し、
前記計測点の数密度が予め設定したしきい値より大きい格子セルを、それぞれの組の前記計測条件に対する前記計測すべき領域とする、
ように構成されている、
請求項１に記載の表面検査装置。
【請求項３】
前記条件決定指標は、前記計測対象物の前記計測すべき領域の面積であり、
前記処理部は、前記面積が最大となる前記計測条件を、複数の組の前記計測条件の中から前記計測回ごとに決定するように構成されている、
請求項１または２に記載の表面検査装置。
【請求項４】
前記条件決定指標は、前記計測対象物の表面の部分ごとの検査の必要性を示す数値である優先度であり、
前記処理部は、前記優先度が最大となる前記計測条件を、複数の組の前記計測条件の中から前記計測回ごとに決定するように構成されている、
請求項１または２に記載の表面検査装置。
【請求項５】
３次元形状の複数の計測対象物の表面形状を計測する光学測定機と、
前記計測対象物と前記光学測定機とを互いに相対的に移動させる移動部と、
前記計測対象物を回転移動させる回転ステージと、
前記移動部と前記回転ステージを制御する制御部と、
前記制御部と前記光学測定機を制御する処理部と、
が用いられ、
計測条件を、前記制御部が前記移動部と前記回転ステージを制御する条件とし、
予備的な計測を、前記光学測定機が前記計測対象物のうち一部の数の前記計測対象物に対して行う計測とし、
本計測を、前記光学測定機が前記計測対象物のうち少なくとも残りの数の前記計測対象物に対して行う計測とし、
条件決定指標を、前記本計測に用いる前記計測条件を決定するための指標とし、
複数の組の前記計測条件を前記処理部に入力する工程と、
前記処理部が、それぞれの組の前記計測条件で前記光学測定機が前記予備的な計測を行った結果を用いて、それぞれの組の前記計測条件に対して前記計測対象物の計測すべき領域を求める工程と、
前記処理部が、前記条件決定指標とそれぞれの組の前記計測条件に対する前記計測すべき領域とを用いて、複数の組の前記計測条件の中から計測回ごとの前記計測条件を決定する工程と、
前記光学測定機が、前記制御部が前記計測回ごとの前記計測条件に従って前記移動部と前記回転ステージを制御すると、前記本計測を行う工程と、
を有することを特徴とする表面検査方法。
【請求項６】
計測点を、前記予備的な計測のデータを取得した、前記計測対象物の表面の地点とすると、
前記処理部が、それぞれの組の前記計測条件に対して前記計測対象物の計測すべき領域を求める工程では、前記処理部が、
前記計測対象物の表面を表す格子セルの集合である形状データを入力し、
前記計測点の数密度が予め設定したしきい値より大きい格子セルを、それぞれの組の前記計測条件に対する前記計測すべき領域とする、
請求項５に記載の表面検査方法。
【請求項７】
前記条件決定指標は、前記計測対象物の前記計測すべき領域の面積であり、
前記処理部が、複数の組の前記計測条件の中から前記計測回ごとの前記計測条件を決定する工程では、前記処理部が、前記面積が最大となる前記計測条件を、複数の組の前記計測条件の中から前記計測回ごとに決定する、
請求項５または６に記載の表面検査方法。
【請求項８】
前記条件決定指標は、前記計測対象物の表面の部分ごとの検査の必要性を示す数値である優先度であり、
前記処理部が、複数の組の前記計測条件の中から前記計測回ごとの前記計測条件を決定する工程では、前記処理部が、前記優先度が最大となる前記計測条件を、複数の組の前記計測条件の中から前記計測回ごとに決定する、
請求項５または６に記載の表面検査方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、表面検査装置及び表面検査方法に関し、特に量産品の表面検査装置及び表面検査方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車部品などの量産鋳造品の鋳造プロセスでは、次の機械加工プロセスを実施する前に、傷、打痕、バリ、及び型落ちによる欠損等の欠陥が無いことを確認するために、目視検査を実施する。鋳造品の生産量が増加し生産速度が速くなると、目視検査での確認が難しくなることから、目視検査に代わる自動外観検査技術が求められている。自動車部品などの量産鋳造品は複雑な３次元形状を有するものが多いため、このような複雑な形状を有する計測対象物に対しては、高精度に形状を計測し欠陥の有無を判定できる計測装置が必要である。
【０００３】
特許文献１には、光学プローブから得られた画像データに基づいて算出した測定領域の位置情報を基に、光学プローブと測定対象とを相対的に移動させる方向を決定し、この移動方向に基づいて移動機構を制御する形状測定装置が開示されている。特許文献２には、検査対象の形状を表す参照データを用いて、検査対象にレーザを照射する３次元形状センサの相対位置が検査時に通る経路を設定して、検査対象に対する３次元形状センサの相対位置を制御する形状検査装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１４−１４５７３５号
【特許文献２】特開２０１４−１６９９４７号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に記載の形状測定装置では、複雑な形状を有する計測対象物に対して、計測対象物の形状や表面状態に依存せず、高精度に形状を計測できる。しかし、計測対象物の全表面を計測する場合には、光学プローブと計測対象物の相対位置を変化させて複数回計測した際に、異なる計測回の間で重複して計測される領域が多く、検査が非効率的であることが懸念されるという課題がある。
【０００６】
特許文献２に記載の形状検査装置では、検査対象の形状を表す参照データを用いて３次元形状センサの経路を決定しているが、計測対象物の表面状態を考慮していない。計測対象物が量産鋳造品であると、計測対象物の表面の凹凸は個体によってばらつきがあり、レーザ光の入射角度が大きい表面では計測対象物からの反射光が検出されずデータ欠損が生じる場合がある。このため、計測対象物の個体によっては、データ欠損が生じた箇所で形状を取得できず、欠陥を見落とす可能性があるという課題がある。
【０００７】
本発明は、上記の課題を鑑みてなされたものであり、量産鋳造品である計測対象物の表面形状を自動で正確かつ高速に計測して欠陥の有無を判定する表面検査装置及び表面検査方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明による表面検査装置は、３次元形状の複数の計測対象物の表面形状を計測する光学測定機と、前記計測対象物と前記光学測定機とを互いに相対的に移動させる移動部と、前記計測対象物を回転移動させる回転ステージと、前記移動部と前記回転ステージを制御する制御部と、前記制御部と前記光学測定機を制御する処理部とを備える。計測条件を、前記制御部が前記移動部と前記回転ステージを制御する条件とし、予備的な計測を、前記光学測定機が前記計測対象物のうち一部の数の前記計測対象物に対して行う計測とし、本計測を、前記光学測定機が前記計測対象物のうち少なくとも残りの数の前記計測対象物に対して行う計測とし、条件決定指標を、前記本計測に用いる前記計測条件を決定するための指標とする。前記処理部は、複数の組の前記計測条件を入力し、それぞれの組の前記計測条件で前記光学測定機が前記予備的な計測を行った結果を用いて、それぞれの組の前記計測条件に対して前記計測対象物の計測すべき領域を求め、前記条件決定指標とそれぞれの組の前記計測条件に対する前記計測すべき領域とを用いて、複数の組の前記計測条件の中から計測回ごとの前記計測条件を決定するように構成されている。前記光学測定機は、前記制御部が前記計測回ごとの前記計測条件に従って前記移動部と前記回転ステージを制御すると、前記本計測を行うように構成されている。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、量産鋳造品である計測対象物の表面形状を自動で正確かつ高速に計測して欠陥の有無を判定する表面検査装置及び表面検査方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の実施例１による表面検査装置の構成を示す図である。
【図２】本発明の実施例１による表面検査装置が実施する、計測対象物に対する表面検査方法のフローチャートである。
【図３】計測すべき領域を求めるステップＳ１の手順を示すフローチャートである。
【図４】計測条件の説明図である。
【図５】計測データと形状データとの位置合わせの説明図である。
【図６】形状データの各格子セルが計測すべきか否かを判定する方法の説明図である。
【図７】記憶部に保存される、計測条件の組と計測すべき領域の識別番号とを示す図である。
【図８】それぞれの計測回における計測条件を決定するステップＳ２の手順を示すフローチャートである。
【図９】本発明の実施例２による表面検査装置の構成を示す図である。
【図１０】本発明の実施例２による表面検査装置が実行するステップＳ２の手順を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本発明による表面検査装置及び表面検査方法は、３次元形状の複数の計測対象物の表面形状を計測する（本計測を行う）ための計測条件を、条件決定指標に応じて、指定した計測回数でのそれぞれの計測回ごとに決定することで、計測対象物の表面形状のデータを正確かつ高速に取得することができる。条件決定指標は、本計測に用いる計測条件を決定するための指標である。条件決定指標には、例えば、計測対象物の計測すべき領域（表面形状のデータを欠損なく取得できる領域）の面積や、計測対象物の表面の部分ごとの検査の必要性（優先度）を用いることができる。条件決定指標として、本発明の実施例１のように、計測対象物の計測すべき領域の面積を用いると、計測対象物の可能な限り広い領域を計測することができる。条件決定指標として、本発明の実施例２のように、計測対象物の表面の部分ごとの優先度を用いると、計測対象物の検査の必要性が高い部分を優先的に計測することができる。
【００１２】
本発明によると、量産品の計測対象物を短時間で正確に検査することができるとともに、決められた計測回数（計測時間）内で、可能な限り広い領域や検査の必要性が高い部分を計測でき、計測しなかった領域も把握できる。
【００１３】
以下、本発明の実施例による表面検査装置及び表面検査方法を図面を用いて説明する。
【実施例１】
【００１４】
図１は、本発明の実施例１による表面検査装置の構成を示す図である。本実施例による表面検査装置は、３次元形状の複数の計測対象物１の表面形状を計測する測定機２と、測定機２を移動させるロボットアーム３と、計測対象物１を載せて回転する回転ステージ４と、回転ステージ４を一方向に平行移動させる走査部５と、制御部６と、記憶部７と、処理部８を備える。
【００１５】
測定機２は、レーザ変位計やカメラや投影機などの光学測定機である。本実施例では、測定機２としてレーザ変位計を用いる。測定機２は、計測対象物１の表面形状を計測し、計測対象物１の表面形状のデータを取得する。
【００１６】
回転ステージ４は、回転することで計測対象物１を回転移動させ、計測対象物１の向きを変える。
【００１７】
ロボットアーム３と走査部５は、計測対象物１と測定機２とを互いに相対的に移動させる移動部である。
【００１８】
制御部６は、ロボットアーム３、回転ステージ４、及び走査部５に動作指令を与え、これらを制御する。
【００１９】
記憶部７は、測定機２が計測対象物１の表面形状のデータを欠損なく取得できる領域（計測対象物１の計測すべき領域）の情報を、その領域についての計測条件と併せて保存する。計測条件は、制御部６がロボットアーム３と回転ステージ４と走査部５を制御する条件である。
【００２０】
処理部８は、制御部６と測定機２を制御する。処理部８は、記憶部７に保存された情報を基にロボットアーム３、回転ステージ４、及び走査部５の動作を決定し、制御部６を制御する。本実施例では、ロボットアーム３、回転ステージ４、及び走査部５の動作は、指定した計測回数での計測で、計測対象物１の計測すべき領域（表面形状のデータを欠損なく取得できる領域）の面積が大きくなるように決定する。また、処理部８は、測定機２を制御し、測定機２に計測対象物１を計測させる。
【００２１】
測定機２（レーザ変位計）の計測原理を以下に説明する。測定機２は、レーザ光（ラインレーザ９）を投光する投光部と、レーザ光を受光する受光部を備える。測定機２が投光部からレーザ光を計測対象物１に照射すると、計測対象物１で反射された光は、測定機２の受光部の受光レンズで集光され、受光素子上で結像する。測定機２から計測対象物１までの距離が変化すると、集光される反射光の角度が変わり、これに伴って反射光が受光素子上で結像する位置が変化する。この反射光の受光素子上での結像位置の変位量は、測定機２から計測対象物１までの距離の変化量と比例することから、結像位置の変位量を読み取ることで、測定機２から計測対象物１までの距離を計測することができる。
【００２２】
計測対象物１に対する測定機２の位置と角度は、ロボットアーム３と走査部５によって調整することができる。計測対象物１の向きは、回転ステージ４によって調整する。走査部５が回転ステージ４を平行移動させることで、測定機２は、計測対象物１をレーザ光で走査することができる。
【００２３】
回転ステージ４や走査部５は、図１には示していないが、走査中に計測対象物１が意図しない動きをしないように計測対象物１を固定するための器具や、正しい姿勢で計測対象物１が設置されていることを確認するためのセンサを備えてもよい。また、回転ステージ４や走査部５は、図１には示していないが、計測対象物１を保持し、姿勢を変更するための機構を備えてもよい。
【００２４】
図２は、本実施例による表面検査装置が実施する、１種類（互いに同一の形状と大きさ）の計測対象物１に対する表面検査方法のフローチャートである。
【００２５】
ステップＳ１では、測定機２が複数の組の計測条件で計測対象物１の表面形状を計測してそれぞれの組に対して計測すべき領域を求め、記憶部７が計測すべき領域の情報を保存する。ステップＳ２では、処理部８が、記憶部７に保存された情報を基に、指定した計測回数ｎでのそれぞれの計測回ｋにおける計測条件ｉｋを決定する。ステップＳ３では、ステップＳ２で決定した計測条件ｉｋで、計測対象物１の表面形状を計測する。ステップＳ４では、ステップＳ３の計測で得られたデータを用いて、計測対象物１の表面の欠陥の有無を判定する。
【００２６】
ステップＳ１は、複数の計測対象物１のうち一部の数の計測対象物１（少数の複数のサンプル）に対して行うのが望ましい。複数の計測対象物１のうち一部の数の計測対象物１に対して行う計測を、予備的な計測と呼ぶ。ステップＳ３とステップＳ４は、多数の計測対象物１（量産品）に対して順次行う。すなわち、ステップＳ１では、少数の計測対象物１に予備的な計測を行い、ステップＳ３では、多数の計測対象物１に本計測を行う。本計測とは、計測対象物１のうち、少なくとも残りの数の計測対象物１（すなわち、少なくとも、予備的な計測が行われなかった多数の計測対象物１）に対して行う計測である。本計測は、全ての数の計測対象物１に対して行ってもよい。予備的な計測は、本計測での計測回ごとの計測条件を求めるために行う。
【００２７】
量産鋳造品の検査に用いられる表面検査装置は、短時間で正確に多数の計測対象物１を検査できることが望まれている。本実施例による表面検査装置では、ステップＳ１とステップＳ２で少数の計測対象物１を用いて計測条件を決定し、ステップＳ３とステップＳ４でこの計測条件で多数の計測対象物１を計測して計測対象物１の表面の欠陥の有無を判定する。このため、本実施例による表面検査装置は、短時間で正確に多数の計測対象物１を検査できる。
【００２８】
以下、各ステップについて詳しく説明する。
【００２９】
初めに、ステップＳ１について説明する。ステップＳ１では、複数の組の計測条件のそれぞれの組に対して、計測すべき領域を求める。
【００３０】
図３は、ステップＳ１の手順を示すフローチャートである。ステップＳ１は、ステップＳ１０１からステップＳ１０５を有する。
【００３１】
ステップＳ１０１では、検査員が１組の計測条件を処理部８に入力する。
【００３２】
図４は、計測条件の説明図である。図４において、走査部５の移動方向をｘ方向、水平面内でｘ方向に垂直な方向をｙ方向、鉛直方向（ｘ方向とｙ方向に垂直な方向）をｚ方向とする。１組の計測条件には、例えば、ロボットアーム３の位置座標（ｘ，ｙ，ｚ）と、ロボットアーム３のｚ軸を基準とした回転角度φと、回転ステージ４のｘ軸を基準とした回転角度θと、走査部５の移動開始位置、移動終了位置、及び移動速度が含まれる。ロボットアーム３の位置座標（ｘ，ｙ，ｚ）とは、ロボットアーム３と測定機２との接続点の位置座標である。ロボットアーム３のｚ軸を基準とした回転角度φとは、ロボットアーム３と測定機２との接続点の、ｚ軸からの回転角度である。これらの計測条件は、計測対象物１の全体形状が計測できるように、計測対象物１の大きさや形状に応じて検査員が入力する。
【００３３】
ステップＳ１０２では、処理部８が、計測対象物１を測定機２に対して相対移動させて、計測対象物１の表面形状を計測する（予備的な計測を行う）。この計測は、測定機２が、ステップＳ１０１で入力した１組の計測条件に従って行う。計測対象物１は、検査員または図１に示していない搬送ロボット等によって、回転ステージ４に設置される。測定機２は、計測対象物１をレーザ光で走査し、計測対象物１の表面の座標を計測データとして取得する。計測時には、計測対象物１の位置を固定してロボットアーム３によって測定機２を移動させて走査してもよく、測定機２の位置を固定して走査部５によって計測対象物１を移動させて走査してもよい。
【００３４】
測定機２の受光素子は、ラインレーザ９の方向に沿って等間隔で配置されている。このため、計測データは、ラインレーザ９の方向に沿った等間隔な位置の座標について取得される。測定機２をラインレーザ９の方向と略垂直な方向に移動させて走査することで、計測対象物１の３次元形状を取得できる。
【００３５】
計測のタイミングを与えるトリガは、測定機２の内部で連続的に発生する。このトリガは、エンコーダを用いて走査部５の移動量を計測し、移動量に応じたパルス信号を測定機２の外部から与えることで発生させてもよい。走査部５の移動速度が一定、かつトリガ間隔が一定の場合、走査方向に等間隔の座標についての計測データが取得できる。
【００３６】
ステップＳ１０３では、処理部８が、計測対象物１の形状データを入力し、ステップＳ１０２で取得した計測データと形状データとの位置合わせを行う。計測データは、計測対象物１の表面の座標を示す点群である。形状データは、計測対象物１の３次元形状を示すデータであり、計測対象物１の表面の座標を含む。形状データは、計測対象物１の表面を表す多数の格子セルの集合であり、計測対象物１の設計情報から抽出することで、または計測対象物１の標準サンプルの計測データを基にすることで作成できる。形状データの格子セルは、計測対象物１の３次元形状に合わせて形状や大きさを定めることができる。形状データは、各格子セルの面積を含む。各格子セルには、識別番号が付けられている。
【００３７】
図５は、計測データ１０と形状データ１１との位置合わせの説明図である。図５には、左側に位置合わせをする前の計測データ１０と形状データ１１を示し、右側に位置合わせをした後の計測データ１０と形状データ１１を示している。
【００３８】
この位置合わせは、計測データ１０と形状データ１１を同じ座標系に配置し、計測データ１０で表される形状の物体と形状データ１１で表される形状の物体との距離が最小になるように、これらの物体の一方または両方を平行移動させることで行う。この平行移動で移動した物体を表すデータについては、計測対象物１の表面の座標が変更される。
【００３９】
この位置合わせは、例えば、次のようにして行うことができる。まず、形状データ１１の各格子セルについて、ステップＳ１０２で取得した計測データ１０の中で最も近い点との距離ｄを計算する。次に、形状データ１１の全格子セルについて距離ｄを足し合わせた値Ｄを求める。値Ｄが予め設定したしきい値より大きければ、計測データ１０で表される形状の物体を平行移動させ、計測データ１０の座標の値を変えて、値Ｄを再び求める。以上の処理を値Ｄが上記のしきい値より小さくなるまで行い、計測データ１０で表される形状の物体の位置を決定する。なお、値Ｄのしきい値は、処理部８が読み込むことができる。
【００４０】
ステップＳ１０３では、以上のようにして、計測データ１０で表される形状の物体と形状データ１１で表される形状の物体との一方または両方の位置を変えて、これらの物体の位置が互いに合うように、計測データ１０と形状データ１１の一方または両方について計測対象物１の表面の座標を変更する。
【００４１】
ステップＳ１０４では、処理部８が、ステップＳ１０３で計測データ１０と位置合わせがされた形状データ１１に対して、各格子セルが計測すべき格子セルであるか否かを判定する。計測すべきと判定された格子セルが、計測すべき領域（表面形状のデータを欠損なく取得できる領域）を表す格子セルである。
【００４２】
図６は、形状データ１１の各格子セルが計測すべき格子セルであるか否かを判定する方法の説明図である。図６には、左側に位置合わせをした後の計測データ１０と形状データ１１を示し、右側に形状データ１１と計測すべき領域１２（計測すべき格子セル）を示している。形状データ１１の格子セルには、Ａ１〜Ａ１２の識別番号が付けられている。
【００４３】
格子セルが計測すべき格子セルであるか否かの判定には、例えば、格子セルにおける計測点の数密度を用いることができる。計測点とは、計測データ１０を取得した、計測対象物１の表面の地点であり、計測データ１０の点群である。以下、格子セルにおける計測点の数密度を用いた判定方法について説明する。
【００４４】
まず、計測データ１０の各データ（計測対象物１の表面の座標を示す点群）に対して、最も近い格子セルを形状データ１１の中から求める。次に、格子セルを１つ選び、選んだ格子セルを最も近いとした計測データ１０の個数を数える。そして、この個数を、選んだ格子セルの面積で割ることで、この格子セルにおける計測点の数密度を算出する。算出した計測点の数密度が、格子セルの大きさに応じて予め設定したしきい値より大きければ、この格子セルを計測すべき格子セル（計測すべき領域１２）と判定する。以上の処理を、形状データ１１の全ての格子セルについて行い、計測対象物１の計測すべき領域１２を求める。図６に示した例では、識別番号Ａ１、Ａ２、Ａ３、Ａ６、Ａ１０、Ａ１１、Ａ１２の格子セルが計測すべき格子セル、すなわち計測すべき領域１２である。なお、計測点の数密度のしきい値は、処理部８が読み込むことができる。
【００４５】
ステップＳ１０５では、処理部８が、ステップＳ１０４で計測すべき格子セルと判定された格子セル（計測すべき領域１２）の識別番号を、ステップＳ１０２での計測に用いた１組の計測条件と共に、記憶部７に保存する。
【００４６】
図７は、記憶部７に保存される、計測条件Ｃ１の組と、計測すべきと判定された格子セル（計測すべき領域１２）の識別番号とを示す図である。処理部８は、ロボットアーム３の位置座標（ｘ，ｙ，ｚ）及び回転角度φと、回転ステージ４の回転角度θと、走査部５の移動開始位置、移動終了位置、及び移動速度といった計測条件Ｃ１の組と、この１組の計測条件Ｃ１で得られた計測すべき格子セルの識別番号Ａ１、Ａ２、Ａ３、Ａ６、Ａ１０、Ａ１１、Ａ１２（図６を参照）を、併せて記憶部７に保存する。
【００４７】
ステップＳ１０１〜ステップＳ１０５の処理は、複数回繰り返す。従って、検査員は、ステップＳ１０１で複数の組の計測条件Ｃｊ（ｊ＝１，２，…，ｍ）を処理部８に入力する（ｍは計測条件の組の数）。但し、ステップＳ１０１で入力する１組の計測条件は、既に入力して記憶部７に保存した計測条件の組と異なる計測条件の組とする。すなわち、計測条件を変えてステップＳ１０２〜ステップＳ１０５を実施する。ステップＳ１０１〜ステップＳ１０５を繰り返す回数ｍ（すなわち、計測条件の組の数ｍ）は、計測対象物１の３次元形状や大きさに応じて定めることができる。
【００４８】
ステップＳ１では、このようにして、複数の組の計測条件Ｃｊ（ｊ＝１，２，…，ｍ）と、これらの組の計測条件Ｃｊに対応する計測すべき格子セル（計測すべき領域１２）の識別番号を、記憶部７に保存する（図７を参照）。
【００４９】
なお、計測対象物１が量産鋳造品であると、計測対象物１の表面の凹凸は個体によってばらつきがある。測定機２は、計測対象物１の表面の凹凸のために投光したレーザ光の入射角度が大きいと、計測対象物１からの反射光を検出できず、データ欠損が生じる場合がある。このように、計測対象物１の表面形状の計測では、計測対象物１の個体差によってデータ欠損が生じることがある。
【００５０】
そこで、量産鋳造品である計測対象物１の個体差の影響を小さくするために、計測対象物１の複数のサンプルに対して、同一の１組の計測条件でステップＳ１０２〜ステップＳ１０５を実施することもできる。ステップＳ１０５では、処理部８は、全てのサンプルで共通して計測すべきと判定された格子セルの識別番号を記憶部７に保存する。
【００５１】
従って、計測対象物１の複数のサンプルに対しては、次のような処理を行うことができる。まず、計測対象物１の複数のサンプルに対して同一の１組の計測条件でステップＳ１０２〜ステップＳ１０５を実施し、この１組の計測条件に対応する計測すべき格子セル（計測すべき領域１２）の識別番号（全てのサンプルで共通の識別番号）を記憶部７に保存する。次に、計測条件を変えて、計測対象物１の複数のサンプルに対してこの計測条件の組でステップＳ１０２〜ステップＳ１０５を実施し、この１組の計測条件に対応する計測すべき格子セルの識別番号を記憶部７に保存する。これらの処理を、計測条件の組の数だけ繰り返す。
【００５２】
または、計測対象物１の複数のサンプルに対して、次のような処理を行うこともできる。計測対象物１の１つのサンプルに対して、計測条件の組の数だけ、それぞれの組の計測条件でステップＳ１０２〜ステップＳ１０４を実施する。次に、計測対象物１のサンプルを変えて、変えたサンプルに対して、計測条件の組の数だけ、それぞれの組の計測条件でステップＳ１０２〜ステップＳ１０４を実施する。これらの処理を、サンプルの数だけ繰り返す。そして、計測条件の組のそれぞれに対して、全てのサンプルで共通の計測すべき格子セル（計測すべき領域１２）の識別番号を記憶部７に保存する。
【００５３】
以上のようにして、計測対象物１が量産鋳造品であって表面の凹凸に個体差がある場合でも、この個体差の影響を小さくして、複数の組の計測条件と、それぞれの組の計測条件に対応する計測すべき格子セル（計測すべき領域１２）の識別番号を、記憶部７に保存することができる。
【００５４】
次に、ステップＳ２について説明する。ステップＳ２では、処理部８が、記憶部７に保存された情報を基に、指定した計測回数ｎでのそれぞれの計測回ｋにおける計測条件ｉｋを決定する。
【００５５】
図８は、ステップＳ２の手順を示すフローチャートである。ステップＳ２は、ステップＳ２０１からステップＳ２０３を有する。
【００５６】
ステップＳ２０１では、処理部８が、記憶部７に保存された、全ての組の計測条件Ｃｊ（ｊ＝１，２，…，ｍ）と、計測条件Ｃｊのそれぞれに対応する計測すべき格子セル（計測すべき領域１２）の識別番号を、記憶部７から読み込む。処理部８は、さらに計測回数ｎも読み込む。計測回数ｎは、計測を何回行うかを示す数値であり、計測対象物１に要求される検査時間に応じて予め設定することができる。また、計測回（何回目の計測であるか）を示すパラメータｋ（ｋ＝１，２，…，ｎ）の値を１に設定する。
【００５７】
ステップＳ２０２では、処理部８が、各組の計測条件Ｃｊについて計測すべき格子セル（計測すべき領域１２）の面積の和を計算し、この面積の和が最大となる計測条件Ｃｊを、計測回ｋ（ｋ回目の計測）の計測条件ｉｋとして決定する。図６、７に示した例では、計測条件Ｃ１については、識別番号Ａ１、Ａ２、Ａ３、Ａ６、Ａ１０、Ａ１１、Ａ１２の格子セルの面積の和を計算する。
【００５８】
ステップＳ２０３では、処理部８が、全ての組の計測条件Ｃｊについての計測すべき格子セル（計測すべき領域１２）の識別番号から、計測条件ｉｋについての計測すべき格子セル（計測すべき領域１２）の識別番号を消去する。これは、既に決定した計測条件ｉｋについての計測すべき領域１２を、異なる計測条件ｉｋ’についての計測すべき領域１２として重複して選ばないようにするためである。
【００５９】
ステップＳ２０３の後、ｋがｎに等しくなければ、処理部８は、ｋの値を１つ増やしてステップＳ２０２とステップＳ２０３の処理を繰り返す。但し、ステップＳ２０３で、既に決定した計測条件ｉｋについての計測すべき領域１２が消去されているので、ステップＳ２０２では、既に決定した計測条件ｉｋについての計測すべき領域１２以外の計測すべき領域１２の面積の和を計算し、この面積の和が最大となる計測条件Ｃｊを、計測回ｋの計測条件ｉｋとして決定する。
【００６０】
ステップＳ２０３の後、ｋがｎに等しければ、全ての計測回ｋ（ｋ＝１，２，…，ｎ）に対して計測条件ｉｋが決定されたので、処理部８は、ステップＳ２の処理を終了する。処理部８は、このようにして、計測回ｋ（ｋ＝１，２，…，ｎ）に対する計測条件ｉｋを得ることができる。
【００６１】
ステップＳ２の処理により、指定した計測回数ｎで計測対象物１の表面形状を計測するときに、条件決定指標として計測対象物１の計測すべき領域（表面形状のデータを欠損なく取得できる領域）の面積を用いて、計測すべき領域ができるだけ大きくなるように計測条件を選ぶことができる。このため、本実施例による表面検査装置では、計測対象物１の可能な限り広い領域を、指定した計測回数ｎで計測することができる。
【００６２】
次に、ステップＳ３について説明する。ステップＳ３では、測定機２が、ステップＳ２で決定した計測回ｋ（ｋ＝１，２，…，ｎ）に対する計測条件ｉｋで、計測対象物１の表面形状を計測する。この計測（本計測）は、１つの計測対象物１に対して、計測条件ｉｋを変えて複数回（ｎ回）実行する。
【００６３】
ステップＳ３では、制御部６が、処理部８から送信された計測回ｋ（ｋ＝１，２，…，ｎ）に対する計測条件ｉｋに従って、ロボットアーム３の位置座標（ｘ，ｙ，ｚ）及び回転角度φと、回転ステージ４の回転角度θと、走査部５の移動開始位置、移動終了位置、及び移動速度などを制御すると、測定機２は、計測対象物１の表面形状を計測する（本計測を行う）。なお、計測は、必ずしも計測条件ｉ１、ｉ２、・・・ｉｎの順番で実行する必要はなく、ロボットアーム３、回転ステージ４、及び走査部５の制御に要する時間がなるべく短くなる計測条件の順番で実行してもよい。
【００６４】
なお、図１には示していないが、表面検査装置が、処理部８に接続された表示部（例えば、ディスプレイ）を備えてもよい。表示部は、計測対象物１や計測条件ｉｋを表示する。表示部は、さらに、計測条件ｉｋに対応する計測すべき格子セル（計測すべき領域１２）に色をつけて、計測対象物１を表示してもよい。このような表示により、検査員は、計測対象物１の計測すべき領域を計測中に確認でき、計測しなかった領域も把握できる。
【００６５】
次に、ステップＳ４について説明する。ステップＳ４では、処理部８が、ステップＳ３の計測で取得した計測データを用いて、計測対象物１の表面の欠陥の有無を判定する。
【００６６】
ステップＳ４では、処理部８は、例えば、ステップＳ３の計測で取得した計測データで表される形状の物体と形状データ１１で表される形状の物体との距離を計算し、この距離が予め設定したしきい値より大きい場合に、計測対象物１の表面に欠陥があると判定する。この距離は、計測データと形状データ１１とで互いに対応する位置の座標から求めることができる。ステップＳ１０３で説明したように、計測データは、計測対象物１の表面の座標を示す点群であり、形状データ１１は、計測対象物１の表面の座標を含むデータである。
【００６７】
または、処理部８は、計測データの各点における曲率を計算し、この曲率が予め設定した範囲を超える場合に、計測対象物１の表面に欠陥があると判定することもできる。
【００６８】
欠陥の有無の判定に用いる値は、距離や曲率である必要はなく、取得したデータの中から曲線の形状を示すデータを抽出し、これらのデータの各座標成分を微分した値でもよい。
【００６９】
ステップＳ４の終了後の計測対象物１は、走査部５により、図１に示していない搬出部に移動される。搬出部は、欠陥なしと判定された計測対象物１を、合格品として表面検査装置の外部に搬出し、欠陥ありと判定された計測対象物１を、合格品と区分けして、不良品として表面検査装置の外部に搬出する。この際、検査員が欠陥の位置や形状を把握できるように、処理部８に接続された表示部が、ステップＳ３の計測で取得した計測データで表される形状の物体を３次元で表示し、欠陥ありとの判定を導いたデータが表す箇所に色をつけて表示したり、この箇所を枠で囲って表示したりしてもよい。
【００７０】
本実施例による表面検査装置は、予め決められた計測回数ｎ（すなわち、予め決められた検査時間）で、計測対象物１の可能な限り広い領域を、データの欠損がないように計測することができる。このため、計測対象物１が複雑な形状を有する量産鋳造品であっても、表面形状を自動で正確かつ高速に計測して、欠陥の有無を判定できる。また、本実施例による表面検査装置は、計測すべき領域を特定できるので、計測対象物１の計測しなかった領域を把握することもできるという効果も有する。
【実施例２】
【００７１】
本発明の実施例２による表面検査装置について説明する。
【００７２】
図９は、本発明の実施例２による表面検査装置の構成を示す図である。本実施例による表面検査装置は、実施例１による表面検査装置において、処理部８に接続された指定部１３をさらに備える。
【００７３】
指定部１３は、計測対象物１の形状データ１１の各格子セルに設定された優先度を保存する。優先度は、計測対象物１の表面の部分（格子セル）ごとの検査の必要性の高さを示す数値であり、例えば、検査の必要性が高いほど値が大きい。各格子セルの優先度は、検査員が予めまたは計測対象物１の検査中に指定部１３に入力することができる。
【００７４】
図１０は、本実施例による表面検査装置が実行するステップＳ２の手順を示すフローチャートである。本実施例でのステップＳ２は、ステップＳ２０１、ステップＳ２０２ａ、及びステップＳ２０３を有する。ステップＳ２０１とステップＳ２０３は、実施例１でのステップＳ２０１とステップＳ２０３と同じであるが、ステップＳ２０２ａは、実施例１でのステップＳ２０２と異なる。また、ステップＳ２０１で、処理部８が、計測回数ｎに加えて、格子セルの優先度を指定部１３から入力する点も、実施例１でのステップＳ２０１と異なる。以下、ステップＳ２０２ａについて説明する。
【００７５】
ステップＳ２０２ａでは、処理部８が、各組の計測条件Ｃｊ（ｊ＝１，２，…，ｍ）について計測すべき格子セル（計測すべき領域１２）の優先度の和を計算し、この優先度の和が最大となる計測条件Ｃｊを、計測回ｋ（ｋ回目の計測）の計測条件ｉｋ（ｋ＝１，２，…，ｎ）として決定する。
【００７６】
実施例２では、ステップＳ２の処理により、指定した計測回数ｎで計測対象物１の表面形状を計測するときに、条件決定指標として優先度（計測対象物１の表面の部分ごとの検査の必要性）を用いて、優先度が高い部分を計測する計測条件Ｃｊを本計測の計測条件ｉｋとして優先的に選ぶ。このため、本実施例による表面検査装置では、計測対象物１の検査の必要性が高い部分を優先的に計測することができる。
【００７７】
なお、本発明は、上記の実施例に限定されるものではなく、様々な変形が可能である。例えば、上記の実施例は、本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、本発明は、必ずしも説明した全ての構成を備える態様に限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能である。また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、削除したり、他の構成を追加・置換したりすることが可能である。
【符号の説明】
【００７８】
１…計測対象物、２…測定機、３…ロボットアーム、４…回転ステージ、５…走査部、６…制御部、７…記憶部、８…処理部、９…ラインレーザ、１０…計測データ、１１…形状データ、１２…計測すべき領域、１３…指定部。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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