(57)【要約】      （修正有）【課題】曲面形状を有するワークの欠陥検査に要する時間を短縮することが可能な欠陥検査装置を提供する。【解決手段】欠陥検査装置１は、レーザ光を出射するレーザ光源と、レーザ光から物体光および参照光を生成し、検査対象面に向けて物体光を照射するとともに、検査対象面からの反射光と参照光とを干渉させる干渉光学系と、物体光の光軸の向きを変化させ、物体光を曲面の検査対象面に対して異なる複数の方向から入射させる光学部材と、干渉により生じる干渉縞を撮像データとして取得する撮像装置と、撮像データに基づいて検査対象面の形状を算出する制御装置８とを備える。【選択図】図１
2017062159.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ光を出射するレーザ光源と、
前記レーザ光から物体光および参照光を生成し、検査対象面に向けて前記物体光を照射するとともに、前記検査対象面からの反射光と前記参照光とを干渉させる干渉光学系と、
前記物体光の光軸の向きを変化させ、前記物体光を曲面の前記検査対象面に対して異なる複数の方向から入射させる光学部材と、
前記干渉により生じる干渉縞を撮像データとして取得する撮像装置と、
前記撮像データに基づいて前記検査対象面の形状を算出する制御装置と、
を備える欠陥検査装置。
【請求項２】
前記光学部材を保持し、前記物体光の光路上に前記光学部材を選択可能に配置するレボルバをさらに備える、請求項１に記載の欠陥検査装置。
【請求項３】
前記異なる複数の方向は、前記検査対象面の曲率の中心を向いている、請求項１または２に記載の欠陥検査装置。
【請求項４】
前記光学部材は、プリズムレンズおよびシリンドリカルレンズを含む、請求項１乃至３のいずれかに記載の欠陥検査装置。
【請求項５】
前記プリズムレンズは、前記物体光の光軸に対して垂直な方向に、離間して並列に配置される２枚のプリズムレンズを含み、
前記シリンドリカルレンズは、前記物体光の光軸に対して垂直に配置される１枚のシリンドリカルレンズと、前記１枚のシリンドリカルレンズの両側に円弧状に並列に配置される２枚のシリンドリカルレンズとを含み、
前記２枚のシリンドリカルレンズは、それぞれ、前記２枚のプリズムレンズと対向して前記プリズムレンズの前記検査対象面側に配置される、請求項４に記載の欠陥検査装置。
【請求項６】
前記光学部材は、ロボットアームの先端部に備えられ、前記ロボットアームは、前記光学部材と前記検査対象面との間の距離を、前記検査対象面の曲率半径に応じて変化させる、請求項１乃至５のいずれかに記載の欠陥検査装置。
【請求項７】
レーザ光源からレーザ光を出射するステップと、
前記レーザ光から物体光および参照光を生成し、検査対象面に向けて前記物体光を照射するステップと、
前記物体光の光軸の向きを変化させ、前記物体光を曲面の前記検査対象面に対して異なる複数の方向から入射させるステップと、
前記検査対象面からの反射光と前記参照光とを干渉させるステップと、
前記干渉により生じる干渉縞を撮像データとして取得するステップと、
前記撮像データに基づいて前記検査対象面の形状を算出するステップと、
を有する欠陥検査方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ホログラフィ干渉を用いてワーク表面の欠陥を検査する欠陥検査装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
スポイラー、ハンドル等のようなワークの表面には、塗装によって、はじけ、ひけと呼ばれる微小な凹凸、段差が生じる場合がある。このような凹凸、段差は、その高さが許容
公差を超えている場合に、欠陥として検出される。
【０００３】
このようなワークの欠陥を検出する技術として、ホログラフィ干渉計測法が知られている。ホログラフィ干渉計測法は、ワークに物体光を照射し、ワークから反射した物体光と、ワークに照射しない基準の参照光とを干渉させ、干渉により生じたホログラム（干渉縞）をＣＣＤカメラ等により撮像データとして記録する。そして、撮像データをコンピュータで解析することにより、ワークの形状を数値計算により復元し、欠陥を検出することができる。
【０００４】
特許文献１には、ホログラフィ干渉計測法を用いた歯車の歯面形状の測定方法が開示されている。この測定方法は、理論的歯面のシミュレーション像から物体光の入射角データを取得し、入射角の違いによる測定誤差を計算する。このため、各部分で入射角が異なるような曲面を有する歯面の形状を精度良く測定することが可能である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平４−２５８７０９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１の測定方法によれば、曲面を有するワークの形状を測定することが可能である。しかしながら、曲率が大きい面に対しては、干渉縞が密に形成されるため、複数本の干渉縞が１本の干渉縞としてカメラに認識されてしまう場合がある。このような場合には、測定部位を分割し、物体光の入射角を変えて複数回に分けて撮像しなければならず、測定に時間がかかってしまう。
【０００７】
本発明は上述の課題に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、曲面形状を有するワークの欠陥検査に要する時間を短縮することが可能な欠陥検査装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係る欠陥検査装置は、レーザ光を出射するレーザ光源と、前記レーザ光から物体光および参照光を生成し、検査対象面に向けて前記物体光を照射するとともに、前記検査対象面からの反射光と前記参照光とを干渉させる干渉光学系と、前記物体光の光軸の向きを変化させ、前記物体光を曲面の前記検査対象面に対して異なる複数の方向から入射させる光学部材と、前記干渉により生じる干渉縞を撮像データとして取得する撮像装置と、前記撮像データに基づいて前記検査対象面の形状を算出する制御装置とを備える。
【０００９】
本発明に係る欠陥検査方法は、レーザ光源からレーザ光を出射するステップと、前記レーザ光から物体光および参照光を生成し、検査対象面に向けて前記物体光を照射するステップと、前記物体光の光軸の向きを変化させ、前記物体光を曲面の前記検査対象面に対して異なる複数の方向から入射させるステップと、前記検査対象面からの反射光と前記参照光とを干渉させるステップと、前記干渉により生じる干渉縞を撮像データとして取得するステップと、前記撮像データに基づいて前記検査対象面の形状を算出するステップとを有する。
【発明の効果】
【００１０】
本発明は、物体光の光軸の向きを変化させ、物体光を曲面の検査対象面に対して異なる複数の方向から入射させるため、検査に要する撮像回数を低減することができる。したがって、曲面形状を有するワークの欠陥検査に要する時間を短縮することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の第１実施形態に係る欠陥検査装置の概略図である。
【図２】本発明の第１実施形態に係る制御装置のブロック図である。
【図３】本発明の第１実施形態に係る干渉計測センサの模式図である。
【図４Ａ】本発明の第１実施形態に係る撮像データを説明するための図である。
【図４Ｂ】本発明の第１実施形態に係る干渉縞とカメラ画素との関係を説明するための図である。
【図５】本発明の第１実施形態に係るレボルバの模式図である。
【図６】本発明の第１実施形態に係るレボルバの断面を示す模式図である。
【図７】本発明の第１実施形態に係るレンズ構成を説明するための図である。
【図８】本発明の第１実施形態に係るレボルバの模式図である。
【図９】本発明の第１実施形態に係るワークの検査区域を説明するための図である。
【図１０】本発明の第１実施形態に係る画像処理を説明するための図である。
【図１１Ａ】本発明の第１実施形態に係る欠陥検査方法を示すフローチャートである。
【図１１Ｂ】本発明の第１実施形態に係る欠陥検査方法を示すフローチャートである。
【図１２】本発明の第２実施形態に係るレボルバの断面を示す模式図である。
【図１３】本発明の第２実施形態に係るレンズ構成を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下に、図面を参照しながら本発明の実施の形態を説明する。
【００１３】
（第１実施形態）
図１は、本実施形態に係る欠陥検査装置１の概略図である。欠陥検査装置１は、干渉計測センサ３、レボルバ４、ロボットアーム５、回転ステージ６、ロボットコントローラ７、制御装置８を備えている。なお、以下の説明では、干渉計測センサ３とレボルバ４とを併せて、検査ヘッド２と称する。
【００１４】
干渉計測センサ３は、ホログラフィ干渉を利用したセンサであり、検査対象物（以下、ワークともいう）９のホログラム（干渉縞）を撮像し、撮像データとして取得することが可能である。干渉計測センサ３には円盤状のレボルバ４が取り付けられており、干渉計測センサ３は、レボルバ４を通して、レーザ光をワーク９に照射するとともにワーク９からの反射光を受光する。レボルバ４は、光学部材等を備えており、通過するレーザ光の光軸の向きを変えることが可能である。
【００１５】
ロボットアーム５は、多関節のアーム型ロボットであり、その先端には検査ヘッド２が取り付けられている。ロボットアーム５は、そのアームの姿勢を変えることにより、検査ヘッド２を自在に移動させることが可能である。回転ステージ６には、ワーク９が保持される。回転ステージ６は、駆動モータ等を備えており、ステージを回転することにより、ワーク９の表裏を反転させることが可能である。ロボットアーム５と回転ステージ６の動きを組み合わせることで、検査ヘッド２をワーク９の所望の測定部位に近づけることができる。
【００１６】
ロボットアーム５、回転ステージ６には、ロボットコントローラ７が接続されている。ロボットコントローラ７は、所定のプログラムに従って、ロボットアーム５、回転ステージ６の動作をシーケンス制御することが可能である。
【００１７】
制御装置８は、ＣＰＵ、メモリ、記憶装置等を備えたコンピュータであり、干渉計測センサ３、レボルバ４、ロボットコントローラ７に接続されている。制御装置８は、干渉計測センサ３、レボルバ４、ロボットコントローラ７の動作を制御するとともに、干渉計測センサ３が取得した撮像データを記憶し、解析する機能を有している。これらの機能は、ＣＰＵがメモリに記憶された所定のプログラムを実行することにより実現される。
【００１８】
ワーク９は、金属製または樹脂製の部材であり、ワーク９の表面の微小な凹凸が検査の対象となる。ワーク９の表面は、複数の検査対象面に分割され、検査対象面ごとに欠陥検査装置１による測定が順次行われる。ワーク９は、２次曲面の形状を呈しているが、各検査対象面における表面形状は、１次曲面または平面とみなすことができる。以降の図面では、便宜上、ワーク９は１次曲面形状（半円柱型）で示される。
【００１９】
図２は、本実施形態に係る制御装置８のブロック図である。制御装置８は、センサ制御部８１、レボルバ制御部８２、ロボット制御部８３、記憶部８４、画像処理部８５、表示部８６を有している。
【００２０】
センサ制御部８１は、干渉計測センサ３に制御信号を出力し、干渉計測センサ３がレーザ光を照射するタイミングと干渉縞を撮像するタイミングを制御する。レボルバ制御部８２は、レボルバ４に制御信号を出力し、レボルバ４が光学部材を切替えるタイミングを制御する。
【００２１】
ロボット制御部８３は、ロボットコントローラ７に駆動コマンドを出力する。ロボットコントローラ７は、ロボット制御部８３からの駆動コマンドに基づき、ロボットアーム５、回転ステージ６を駆動して、検査ヘッド２を所定の測定位置に移動させる。
【００２２】
記憶部８４は、干渉計測センサ３により取得された撮像データを記憶する。画像処理部８５は、記憶部８４に記憶された撮像データを解析し、ワーク９の形状データを生成する。形状データは、検査対象面ごとに、基準面に対する相対的な高さの変位を含む。さらに、画像処理部８５は、生成した形状データから欠陥を抽出することで、ワーク９の良否を判定する。画像処理部８５は、形状データ、欠陥の情報などの検査結果を記憶部８４に格納する。
【００２３】
表示部８６は、ディスプレイ、プリンタ等であり、画像処理部８５による解析データ、例えば、ワーク９の形状データ、欠陥の有無および位置等の各種情報を表示可能である。
【００２４】
図３は、本実施形態に係る干渉計測センサ３の模式図である。干渉計測センサ３は、レーザ光源３０１、光アイソレータ３０２、凸レンズ３０３、３０５、３０９、３１１、ピンホール３０４、３１０、ビームスプリッタ３０６、３０８、反射ミラー３０７、ビームスプリッタ（ビームコンバイナ）３１２、カメラ３１３を備えている。
【００２５】
レーザ光源３０１は、例えば発振波長が５３２ｎｍのＹＡＧレーザであり、コヒーレントなレーザ光を出射する。レーザ光源３０１として、Ｈｅ−Ｎｅレーザ、半導体レーザ等を使用しても良い。レーザ光源３０１から出射するレーザ光は、光アイソレータ３０２を介して凸レンズ３０３に入射する。光アイソレータ３０２は、レーザ光源３０１への戻り光を遮断する。
【００２６】
凸レンズ３０３は、光アイソレータ３０２から入射するレーザ光を集光し、ピンホール３０４に通過させる。ピンホール３０４は、凸レンズ３０３の集光位置に配置され、レーザ光から不要な回折成分を除去する。凸レンズ３０５は、ピンホール３０４を通過するレーザ光を、測定用の所定のビーム径を有する平行光に変換し、ビームスプリッタ３０６に入射させる。
【００２７】
ビームスプリッタ３０６は、凸レンズ３０５から入射するレーザ光を、ビームスプリッタ３０６を通過する物体光（実線矢印）と、ビームスプリッタ３０６で９０度反射する参照光（点線矢印）とに分岐する。物体光は反射ミラー３０７に入射し、参照光はビームスプリッタ３１２に入射する。反射ミラー３０７は、ビームスプリッタ３０６から入射する物体光の光路を変え、ワーク９に向けて出射する。ワーク９に向けて出射された物体光は、ビームスプリッタ３０８を通過し、レボルバ４を介してワーク９に照射される。
【００２８】
レボルバ４を介してワーク９に照射された物体光は、ワーク９の表面で反射し（以下、反射光という）、再びレボルバ４を介してビームスプリッタ３０８に受光される。ビームスプリッタ３０８は、ワーク９からの反射光を９０度反射し、凸レンズ３０９に入射させる。
【００２９】
凸レンズ３０９は、ビームスプリッタ３０８から入射する反射光を集光し、ピンホール３１０に通過させる。ピンホール３１０は、凸レンズ３０９の集光位置に配置され、反射光から不要な回折成分を除去する。凸レンズ３１１は、ピンホール３１０を通過する反射光を、撮像用の所定のビーム径を有する平行光に変換し、ビームスプリッタ３１２に入射させる。
【００３０】
ビームスプリッタ３１２は、凸レンズ３１１から入射する反射光を通過させる。また、ビームスプリッタ３１２は、ビームスプリッタ３０６から入射する参照光を９０度反射し、ビームスプリッタ３１２を通過する反射光と重ね合わせてカメラ３１３に入射する。すなわち、ビームスプリッタ３１２は、物体光と参照光とを干渉させ、干渉光をカメラ３１３に入射させる。
【００３１】
カメラ３１３は、ＣＣＤカメラまたはＣＭＯＳカメラであり、高分解能（例えば３０００×３０００画素）の撮像面３１３ａを有している。カメラ３１３の撮像面３１３ａには、干渉光が垂直に入射し、干渉縞が形成される。カメラ３１３は、撮像面３１３ａに形成される干渉縞を撮像し、撮像データとして出力することが可能である。
【００３２】
図４Ａは、本実施形態に係る撮像データを説明するための図である。図４Ａ（ａ）は、カメラ３１３の撮像面３１３ａに形成される干渉縞の一例である。図４Ａ（ａ）では、２本の干渉縞９０１、９０２が形成されている。干渉縞９０１、９０２の間隔は、ワーク９に照射される物体光の半波長に等しいため、１回の撮像で測定可能なワーク９の深さ（ワーク９の表面に対して垂直な方向の長さ）は、干渉縞の数×使用するレーザ光の波長／２となる。
【００３３】
図４Ａ（ｂ）は、図４Ａ（ａ）の干渉縞をカメラ３１３で撮像することにより取得される撮像データであり、図４Ａ（ａ）のＣＣ線断面における干渉縞の輝度値がグラフで示されている。カメラ３１３により撮像された干渉縞は、カメラ３１３の各画素に対応する輝度値として記録される。記録される輝度値は、図４Ａ（ｂ）に示されるように、各干渉縞の位置における輝度値を基準とする相対的な値である。
【００３４】
図４Ｂは、本実施形態に係る干渉縞とカメラ画素との関係を説明するための図である。図４Ｂ（ａ）は、カメラ３１３の撮像面３１３ａに形成された干渉縞を模式的に示しており、撮像面３１３ａを構成する画素の一部が拡大されている。各四角部分が１つの画素に対応し、輝度値の大きい画素が白四角（明）、輝度値の小さい画素が黒四角（暗）で示されている。
【００３５】
１対の明画素・暗画素の組合せが、１本の干渉縞を認識できる理論的な限界であるため、撮像データとして記録可能な干渉縞の本数は、撮像面３１３ａの画素数に依存する。すなわち、測定深さに対応する撮像面３１３ａの画素数（図４ＡにおけるＸ軸方向の画素数）がＮ個である場合、理論上の最大縞数は、Ｎ／２個となる。したがって、例えば、物体光の波長を５３２ｎｍ、撮像面３１３ａのＸ軸方向の画素数を３０００個とすると、１回の撮像で（３０００／２）×（５３２／２）＝０．３９９ｍｍの深さまでワーク９の形状が測定可能である。
【００３６】
図４Ｂ（ｂ）に示されるように、曲面形状を有するワーク９に対して平行光の物体光を照射すると、曲率の大きい、すなわちＺ軸方向の形状変化が大きい外周部（点線で囲まれた部分）等において、干渉縞が密に形成される。このとき、干渉縞がカメラ３１３の撮像面３１３ａの１画素内に２本以上、または隣接する画素に連続して形成されてしまうことがある（図４（ｃ）、（ｄ）参照）。このような場合、カメラ３１３が複数本の干渉縞を認識できなくなるため、正確な測定を行うことができない。つまり、１回の撮像で測定可能な領域の大きさは、カメラ３１３の分解能により制限される。
【００３７】
本実施形態に係るレボルバ４は光学部材を備えており、該光学部材は、ワーク９に照射される物体光の光軸の向きをワーク９の曲面に対してより垂直な方向に変化させる。そのため、本実施形態では、曲率の大きい曲面部分においても干渉縞が密になり難く、上述のような制限を緩和することができる。以下、レボルバ４について詳しく説明する。
【００３８】
図５は、本実施形態に係るレボルバ４の模式図であり、ワーク９の曲面部が撮像の対象となっている。レボルバ４は、回転軸４０１、貫通穴４０２、４０３、レンズホルダ４１０、２枚のプリズムレンズ４１１、３枚のシリンドリカルレンズ４１２を備えている。
【００３９】
レボルバ４は、円盤状の部材であり、中心に設けられた回転軸４０１により、干渉計測センサ３に取り付けられている。レボルバ４には、円形状の貫通穴４０２と矩形状の貫通穴４０３が形成されている。レボルバ４は、レボルバ制御部８２からの駆動信号に従い、回転軸４０１を回転し、貫通穴４０２または４０３を物体光の光路上に選択的に配置する。つまり、干渉計測センサ３から出射した物体光は、貫通穴４０２または４０３を通して、ワーク９に照射される。
【００４０】
貫通穴４０２、４０３のサイズは、物体光のビーム径に応じて設計される。例えば、物体光のビーム径、貫通穴４０２の直径、貫通穴４０３の一辺の長さを１００ｍｍとすることができる。なお、貫通穴４０２、４０３の形状、数は、本実施形態の例に限定されるものではない。
【００４１】
矩形状の貫通穴４０３の下部（ワーク９側）には、箱型のレンズホルダ４１０が装着されている。レンズホルダ４１０の上面および下面は開口しており、レンズホルダ４１０の内部には、２枚のプリズムレンズ４１１、３枚のシリンドリカルレンズ４１２が保持されている。これらのレンズは、貫通穴４０３に入射する物体光を屈折させ、光軸の向きを変えてワーク９に照射させる。また同様に、これらのレンズは、ワーク９からの反射光を屈折させ、光軸の向きを変えて干渉計測センサ３に入射させる。
【００４２】
一方、円形状の貫通穴４０２には、レンズ等の光学部材は装着されていない。貫通穴４０２に入射する物体光および反射光は、光軸の向きを変えることなく単にレボルバ４を通過し、ワーク９に入射する。また同様に、ワーク９からの反射光は、光軸の向きを変えることなくそのまま干渉計測センサ３に入射する。
【００４３】
制御装置８のレボルバ制御部８２は、レボルバ４を回転させることにより、物体光の光路上に配置する貫通穴４０２、４０３を切り替えることができる。したがって、干渉計測センサ３から出射した物体光を直接にワーク９に照射するか、またはプリズムレンズ４１１、シリンドリカルレンズ４１２を介し、物体光の光軸を変化させてワーク９に照射するかを選択することが可能である。
【００４４】
図６は、本実施形態に係るレボルバ４の断面を示す模式図である。レボルバ４により、ワーク９に照射される物体光の光路上に、プリズムレンズ４１１、シリンドリカルレンズ４１２が配置されている。破線矢印は、物体光および反射光の光軸の向きを示している。
【００４５】
図６（Ａ）は、図４におけるＡ−Ａ線断面図である。プリズムレンズ４１１は、三角柱状のプリズムであり、レンズの柱軸が物体光の光軸に対して垂直に配置される。シリンドリカルレンズ４１２は、半円柱状のレンズであり、レンズの柱軸が物体光の光軸に対して垂直に配置される。これらのレンズは、干渉計測センサ３側（レーザ光源側）から見て、プリズムレンズ４１１、シリンドリカルレンズ４１２の順で配置され、レンズの柱軸は、同一の方向（Ｙ軸方向）を向いている。
【００４６】
図６（Ｂ）は、図５におけるＢ−Ｂ線断面図である。プリズムレンズ４１１は、プリズムの側面（三角形の面）が物体光の光軸かつワーク９の曲率方向に対して平行（ＸＺ面）に配置される。シリンドリカルレンズ４１２は、レンズの側面（半円形の面）が物体光の光軸かつワーク９の曲率方向に対して平行（ＸＺ面）に配置される。２枚のプリズムレンズ４１１は、物体光の光軸に対して垂直な方向に、２枚のプリズムが離間して並列に配置される。３枚のシリンドリカルレンズ４１２は、１枚のレンズが物体光の光軸に対して垂直に配置され、その両側に２枚のレンズが円弧状に並列に配置される。両側の２枚のシリンドリカルレンズ４１２は、それぞれ、２枚のプリズムレンズ４１１と対向して配置される。
【００４７】
このように、プリズムレンズ４１１、シリンドリカルレンズ４１２は、通過する物体光および反射光を、ワーク９の１次曲面に沿った面内（ＸＺ面）において屈折するように配置されている。すなわち、物体光および反射光は、ワーク９の１次曲面方向とは異なる面内（ＹＺ面）においては光軸が変化しない（図６（Ａ））が、ワーク９の１次曲面に沿った面内（ＸＺ面）においては光軸が変化する（図６（Ｂ））。したがって、これらのレンズ構成は、ワーク９に照射する物体光を平面波から曲面波に変換し、ワーク９の曲面に対する物体光の入射角を大きくする機能を有している。
【００４８】
図７は、本実施形態に係るレンズ構成を説明するための図である。図７（Ａ）は、図４におけるＢ−Ｂ線断面図を示している。便宜上、レボルバ４、レンズホルダ４１０は図示していない。図７（Ｂ）も図５におけるＢ−Ｂ線断面図を示しているが、ワーク９の形状が図７（Ａ）と異なっている。
【００４９】
上述したように、２枚のプリズムレンズ４１１、３枚のシリンドリカルレンズ４１２には、干渉計測センサ３から物体光が入射される。入射時における物体光は平行光線であり、物体光のビーム径Φは、例えば１００ｍｍである。ワーク９は、原点Ｒを中心とする曲率半径ｒの１次曲面を有している。ワーク９のサイズは、例えば幅２５０ｍｍ、長さ１２００ｍｍ、曲率半径２０ｍｍである。
【００５０】
２枚のプリズムレンズ４１１は、同一の屈折率を有しており、貫通穴４０３の中心部分を空けて配置される。よって、２枚のプリズムレンズ４１１は、貫通穴４０３に入射する物体光の外側部分の光線のみを屈折させ、それぞれ対向する２枚のシリンドリカルレンズ４１２に入射させる。
【００５１】
３枚のシリンドリカルレンズ４１２は、同一の焦点距離ｆを有しており、全ての焦点位置が一致するように円弧状に配置されている。両側の２枚のシリンドリカルレンズ４１２は、中央のシリンドリカルレンズ４１２に対し、プリズムレンズ４１１の屈折角に合わせた角度が付けられている。焦点距離ｆは、例えば３４．０５ｍｍである。３枚のシリンドリカルレンズ４１２は、その焦点がワーク９の原点Ｒと一致するようにワーク９との距離が調節される。
【００５２】
物体光のうちのプリズムレンズ４１１により屈折する部分の光線は、対応するシリンドリカルレンズ４１２の平面側の面に垂直に入射する。物体光の中央部分の光線は、直接に、中央に配置されたシリンドリカルレンズ４１２の平面側の面に垂直に入射する。よって、物体光の光線はいずれも、対応するシリンドリカルレンズ４１２によりワーク９の曲面の原点Ｒを焦点として集光され、ワーク９の曲面に対して垂直方向から照射される。
【００５３】
ワーク９の曲面に照射された物体光は、入射時と逆の経路を辿って干渉計測センサ３に受光される。すなわち、ワーク９から拡散する反射光は、シリンドリカルレンズ４１２で平行光に変換され、プリズムレンズ４１１で光軸の向きが揃えられた後、干渉計測センサ３に入射される。
【００５４】
本実施形態のレンズ構成を使用した場合、３枚のシリンドリカルレンズ４１２の合計の集光角（以下、測定角θという）に対応するワーク９の曲面部分が、１度に測定可能な検査対象面９ａとなる。例えば、集光角が２８度のシリンドリカルレンズ４１２を３枚使用した場合、検査対象面９ａの測定角θは８４度となる。
【００５５】
ワーク９の検査対象面９ａの大きさ（表面積）は、シリンドリカルレンズ４１２とワーク９との間の距離ＷＤに応じて変化する。距離ＷＤは、シリンドリカルレンズ４１２の焦点距離ｆおよびワーク９の曲率半径ｒに基づいて決定される。例えば、ワーク９の曲率半径ｒが大きい場合、距離ＷＤは小さく設定され、ワーク９の曲率半径ｒが小さい場合、距離ＷＤは大きく設定される。距離ＷＤの設定データは、予め、各検査対象面９ａと関連付けてロボットコントローラ７に記憶させておく。測定時には、ロボットコントローラ７がロボットアーム５を移動して、距離ＷＤを調節することができる。
【００５６】
図７（Ｂ）に示されるように、本実施形態のレンズ構成は、ワーク９が凹型の曲面を有する場合にも対応可能である。すなわち、凹型形状の検査対象面９ａに対しては、シリンドリカルレンズ４１２の焦点が検査対象面９ａとシリンドリカルレンズ４１２の間に位置するように距離ＷＤを設定する。
【００５７】
なお、これらプリズムレンズ４１１、シリンドリカルレンズ４１２の枚数および配置は限定されるものではなく、レンズの性能、ワークの形状等に応じて適宜選択することができる。
【００５８】
図８（ａ）は、本実施形態に係るレボルバ４の模式図であり、ワーク９の平面部が撮像の対象となっている。図８（ｂ）は、図８（ａ）のＡ−Ａ線断面図である。破線矢印は、物体光の光軸を示しており、円形状の貫通穴４０２が物体光の光路上に配置されている。干渉計測センサ３から出射した物体光は、貫通穴４０２を通過し、ワーク９の平面部に垂直に照射され、干渉計測センサ３に向けて反射する。レボルバ４を介して物体光の光軸の向きは変化しない。
【００５９】
図９は、本実施形態に係るワーク９の検査対象面９ａを説明するための図である。図９（Ａ）は、レボルバ４とワーク９の側面図、図９（Ｂ）は、レボルバ４とワーク９の上面図（表側）を示している。ワーク９の上方から、レボルバ４を介して物体光が照射され、撮像が行われる。以下の説明では、ワーク９の表側のみを検査対象面として説明するが、ワーク９の裏側についても同様である。
【００６０】
ワーク９の形状は、平面部９１と曲面部９２とに分類される。平面部９１は、ほぼ平面状の面であれば良く、所定の曲率半径（例えば１４５ｍｍ）を閾値として、閾値より大きい面を平面部９１、閾値より小さい面を曲面部９２と決定することができる。
【００６１】
ワーク９の平面部９１と曲面部９２は、それぞれ複数の検査対象面９ａに分割される。検査対象面９ａは、１回の撮像（１ショット）で測定される範囲であり、検査ヘッド２により順次測定が行われる。図８（Ｂ）における区画の１つ１つが検査対象面９ａに対応する。図では、便宜上、検査対象面９ａの符号は一部の区画のみに付している。
【００６２】
平面部９１の検査対象面９ａ（白抜区画）の数は、物体光のビーム径Φに基づいて決定することができる。また、曲面部９２の検査対象面９ａ（斜線区画）の数は、ワーク９の曲面部９２の広がり角φをレンズの測定角θで除することで決定することができる。なお、ワーク９の全体形状は、３次元計測機、設計データ等から取得可能である。
【００６３】
ワーク９の全体形状、検査対象面９ａの位置情報、測定順序等のデータは、３次元座標等の形式でロボットコントローラ７に事前に登録される。もしくは、これらの情報を制御装置８の記憶部８４に記憶させ、制御装置８がロボットコントローラ７に必要な情報を適宜送信するように構成しても良い。
【００６４】
図１０は、本実施形態に係る画像処理を説明するための図である。画像処理は、制御装置８の画像処理部８５で行われ、例えば、形状データに対してボトムハット処理が適用される。図１０（ａ）〜（ｄ）では、ボトムハット処理の一例が模式的に示されている。便宜上、形状データとしてワーク９の断面画像（２次元画像）が図示されているが、３次元画像についても同様に処理することができる。
【００６５】
ボトムハット処理では、まず、元の形状データ（図１０（ａ））に対して、ディレート（膨張）処理が施される（図１０（ｂ））。例えば、形状データの輝度値が、周辺画素のうちの最大の輝度値で置き変えられる。すなわち、形状データを膨張させることにより、輪郭部分の微小な凹凸が削除される（埋められる）。
【００６６】
次に、ディレート処理後の形状データに対して、エローデ（収縮）処理が施される（図１０（ｃ））。例えば、形状データの輝度値が、周辺画素のうちの最小の輝度値で置き変えられる。すなわち、ディレート処理で削除されなかった部分が元の状態に戻される。したがって、エローデ処理後の形状データは、元の形状データから微小な凹凸のみが削除されたものとなる。したがって、エローデ後の形状データと元の形状データとの差分を得ることにより、元の形状データに含まれている微小な凹凸を抽出することができる（図１０（ｄ））。
【００６７】
図１１Ａ、図１１Ｂは、本実施形態に係る欠陥検査方法を示すフローチャートである。制御装置８によって行われる処理は、制御装置８のＣＰＵが、記憶部８４に格納された所定の検査プログラムを実行することにより実現される。
【００６８】
まず、操作者は、ワーク９を回転ステージ６上にセットする（ステップＳ１０１）。次に、操作者が欠陥検査装置１を起動させると、制御装置８は、検査プログラムの実行を開始する（ステップＳ１０２）。すなわち、制御装置８のロボット制御部８３は、ロボットコントローラ７に駆動コマンドを送信して、ロボットコントローラ７にロボットアーム５の制御を開始させる。
【００６９】
ロボットコントローラ７は、ロボットアーム５を制御して、検査ヘッド２を最初の検査対象面９ａに対する所定の撮像位置に移動させる（ステップＳ１０３）。撮像位置は、検査対象面９ａから距離ＷＤだけ離れた位置である。
【００７０】
ロボットアーム５の移動が開始されると、制御装置８のレボルバ制御部８２は、記憶部８４に予め記憶されている検査対象面９ａの形状データ、例えば３次元ＣＡＤデータに基づいて、レボルバ４を回転させる（ステップＳ１０４）。すなわち、レボルバ制御部８２は、曲面部９２の検査対象面９ａに対しては、レンズホルダ４１０が装着されている貫通穴４０３を選択し、平面部９１の検査対象面９ａに対しては、レンズが装着されていない貫通穴４０２を選択する。
【００７１】
次に、制御装置８の画像処理部８５は、記憶部８４に未処理の撮像データ（干渉縞）が残されているか否かを判定する（ステップＳ１０５）。未処理の撮像データが存在する場合には（ステップＳ１０５でＹＥＳ）、画像処理部８５は、撮像データから検査対象面９ａの形状データを演算し、得られた形状データに画像処理を施す（ステップＳ１０６）。
【００７２】
具体的には、制御装置８の画像処理部８５は、算出した形状データにボトムハット処理を適用することにより、形状データに含まれる微小な凹凸を抽出する。次いで、画像処理部８５は、抽出された微小な凹凸の大きさを所定の閾値と比較し、その微小な凹凸が欠陥であるか否かを判定する。さらに、画像処理部８５は、欠陥であると判定した凹凸部分を検査対象面９ａにおいて所定の色で強調した強調画像を生成し、記憶部８４に記憶する。
【００７３】
続いて、制御装置８は、画像処理部８５による判定結果、すなわち検査対象面９ａにおける欠陥の有無（ＯＫ、ＮＧ）を表示部８６に表示する（ステップＳ１０７）。さらに、制御装置８は、検査対象面９ａの強調画像等を表示しても良い。画像処理部８５によるこれらステップＳ１０５からステップＳ１０７までの処理は、ステップＳ１０３の処理、すなわちロボットコントローラ７によるロボットアーム５の移動と平行して実行される。
【００７４】
また、制御装置８の記憶部８４に未処理の撮像データが存在しない場合には（ステップＳ１０５でＮＯ）、ステップＳ１０６、ステップＳ１０７の処理はスキップされる。
【００７５】
次に、制御装置８は、ロボットアーム５が停止している否かを判定する（ステップＳ１０８）。すなわち、ステップＳ１０３で開始されたロボットアーム５の移動が完了し、検査ヘッドが所定の撮像位置に位置しているか否かが判定される。ロボットアーム５が未だ移動中である場合には（ステップＳ１０８でＮＯ）、制御装置８は、ロボットアーム５の移動が完了し、ロボットアーム５が停止するまで待機する。ロボットアーム５が停止している場合には（ステップＳ１０８でＹＥＳ）、制御装置８のセンサ制御部８１は、干渉計測センサ３を制御して、レーザ光源３０１からレーザ光を出射させる（ステップＳ１０９）。
【００７６】
続いて、制御装置８のセンサ制御部８１は、干渉計測センサ３を制御して、カメラ３１３で干渉縞を撮像する（ステップＳ１１０）。さらに、センサ制御部８１は、干渉計測センサ３から撮像した撮像データを受信し、記憶部８４に記憶する。撮像が終了すると、センサ制御部８１は、干渉計測センサ３を制御して、レーザ光源３０１からのレーザ光の発振を停止させる（ステップＳ１１１）。
【００７７】
次に、制御装置８は、ワーク９の表側の全ての検査対象面９ａの撮像が終了したか否かを判定する（ステップＳ１１２）。表側に撮像していない検査対象面９ａが残っている場合には（ステップＳ１１２でＮＯ）、制御装置８はステップＳ１０３以後の処理を実行する。すなわち、ロボットコントローラ７はロボットアーム５を駆動して、検査ヘッド２を次の検査対象面９ａの撮像位置に移動し（ステップＳ１０３）、制御装置８はステップＳ１０４からステップＳ１１１までの処理を再度実行する。
【００７８】
ワーク９の表側の全ての検査対象面９ａの撮像が終了した場合には（ステップＳ１１２でＹＥＳ）、制御装置８は、ワーク９の裏側の全ての検査対象面９ａの撮像が終了したか否かを判定する（ステップＳ１１３）。裏側に撮像していない検査対象面９ａが残っている場合には（ステップＳ１１３でＮＯ）、制御装置８は回転ステージ６にセットされているワーク９が裏側を向いているか否かを判定する（ステップＳ１１４）。
【００７９】
ワーク９が表側を向いている場合には（ステップＳ１１４でＮＯ）、制御装置８のロボット制御部８３は、ロボットコントローラ７に駆動コマンドを送信し、ワーク９が裏側を向くように、ロボットコントローラ７に回転ステージ６を回転させる（ステップＳ１１５）。
【００８０】
ワーク９を裏側に反転させた後、またはワーク９が裏側を向いている場合には（ステップＳ１１４でＹＥＳ）、フローチャートはステップＳ１０３に戻る。すなわち、ロボットコントローラ７は、ロボットアーム５を駆動して、検査ヘッド２を次の検査対象面９ａの撮像位置に移動し（ステップＳ１０３）、制御装置８は、ステップＳ１０４からステップＳ１１１までの処理を再度実行する。
【００８１】
ワーク９の裏側の全ての検査対象面９ａの撮像が終了した場合には（ステップＳ１１３でＹＥＳ）、制御装置８のロボット制御部８３は、ロボットコントローラ７に駆動コマンドを送信し、ロボットアーム５、回転ステージ６を原点位置に復帰させる（ステップＳ１１６）。
【００８２】
また、制御装置８の画像処理部８５は、最後に撮像された検査対象面９ａの撮像データに対して、画像処理を施す（ステップＳ１１７）。これは、ステップＳ１０６における処理と同様の処理である。
【００８３】
最後に、制御装置８は、記憶部８４から全ての検査対象面９ａの欠陥の有無、強調画像等のデータを取得し、ワーク９の総合判定を行う（ステップＳ１１８）。例えば、制御装置８は、表示部８６において、検査対象面９ａごとの欠陥の数および位置、ワーク９が良品であるか不良品であるかの判定結果等を表示する。
【００８４】
このように、本実施形態に係る欠陥検査装置は、プリズムレンズおよびシリンドリカルレンズを含むレンズ構成を有している。このレンズ構成は、検査対象物に照射するレーザ光を屈折させ、物体光の波面を平面から曲面に、また曲面から平面に変換する。検査対象物の曲面部に対して曲面波の物体光を照射することにより、カメラの分解能により制限される１回の撮像（１方向の画像）で測定可能な領域を拡大することができる。したがって、検査に要する撮像の回数を低減し、撮像に伴うロボットアームの移動時間を削減することができ、検査に要する時間を短縮することが可能となる。
【００８５】
（第２実施形態）
続いて、本発明の第２実施形態に係る欠陥検査装置を説明する。本実施形態に係る欠陥検査装置は、第１実施形態に係る欠陥検査装置と同様に構成されているため、第１実施形態と異なる点を中心に説明する。
【００８６】
図１２は、本実施形態に係るレボルバ４の模式図である。レボルバ４は、回転軸４０１、貫通穴４０２、４０３、レンズホルダ４１０、２枚のプリズムレンズ４１３、２枚の反射ミラー４１４を備えている。
【００８７】
矩形状の貫通穴４０３の下部（ワーク９側）には、角筒型のレンズホルダ４１０が装着されている。レンズホルダ４１０の内部には、２枚のプリズムレンズ４１３、２枚の反射ミラー４１４が保持されている。これらのレンズ、ミラーは、貫通穴４０３に入射する物体光を屈折させ、光軸の向きを変えてワーク９に照射させる。また同様に、これらのレンズは、ワーク９からの反射光を屈折させ、光軸の向きを変えて干渉計測センサ３に入射させる。
【００８８】
図１３は、本実施形態に係るレボルバ４の断面を示す模式図であり、図１２におけるＢ−Ｂ線断面図である。破線矢印は、物体光および反射光の光軸の向きを示している。
【００８９】
反射ミラー４１４は、調節部材４１４ａによりレンズホルダ４１０に保持されている。調節部材４１４ａは、反射ミラー４１４をＹ軸方向の周りに回転、およびＸ軸方向に移動させることができる。よって、ワーク９に照射する物体光の光軸の角度、位置をＸＺ面内において任意に調節することができる。
【００９０】
プリズムレンズ４１３、反射ミラー４１４は、通過、入射する物体光および反射光を、ワーク９の１次曲面に沿った面内（ＸＺ面）において屈折し、光軸が変化するように配置される。これらのレンズ構成は、物体光を異なる複数の方向からワーク９の曲面に照射し、ワーク９の曲面に対する物体光の入射角を大きくする機能を有している。
【００９１】
このように、本実施形態に係る欠陥検査装置は、プリズムレンズおよび反射ミラーを含むレンズ構成を有している。このレンズ構成は、検査対象物に照射するレーザ光を屈折させ、物体光を異なる複数の方向から同時に照射する。反射ミラーを調節し、検査対象物の曲面部に対する物体光の入射角を大きくすることにより、カメラの分解能により制限される１回の撮像（１方向の画像）で測定可能な領域を拡大することができる。したがって、検査に要する撮像の回数を低減し、撮像に伴うロボットアームの移動時間を削減することができ、検査に要する時間を短縮することが可能となる。
【００９２】
本発明は、上述の実施形態に限定されることなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で変更実施可能である。例えば、本発明は、レンズ構成に非球面レンズを用いても良く、また、レボルバが異なる複数のレンズ構成を切り替え可能に構成されても良い。
【符号の説明】
【００９３】
１  欠陥検出装置
２  検査ヘッド
３  干渉計測センサ
３０１  レーザ光源
３１３  カメラ
３１３ａ  撮像面
４  レボルバ
４１１  プリズムレンズ
４１２  シリンドリカルレンズ
５  ロボットアーム
６  回転ステージ
７  ロボットコントローラ
８  制御装置
９  ワーク
９ａ  検査対象面
９１  平面部
９２  曲面部
９０１、９０２  干渉縞
【図１】
2017062159.tif 000003
【図２】
2017062159.tif 000004
【図３】
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【図４Ａ】
2017062159.tif 000006
【図４Ｂ】
2017062159.tif 000007
【図５】
2017062159.tif 000008
【図６】
2017062159.tif 000009
【図７】
2017062159.tif 000010
【図８】
2017062159.tif 000011
【図９】
2017062159.tif 000012
【図１０】
2017062159.tif 000013
【図１１Ａ】
2017062159.tif 000014
【図１１Ｂ】
2017062159.tif 000015
【図１２】
2017062159.tif 000016
【図１３】
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