(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
対象物に対して、前記対象物の表面における第１方向に沿って照射される第１ラインレーザと、前記表面において前記第１方向と異なる第２方向に沿って照射される第２ラインレーザとを照射する照射部と、
前記対象物における前記第１ラインレーザの第１反射光による第１反射パターン及び前記第２ラインレーザの第２反射光による第２反射パターンが投影される投影部と、
前記投影部に投影された前記第１反射パターン及び前記第２反射パターンの画像を含む少なくとも一つの検査画像を取得する撮像部と、
前記少なくとも一つの検査画像に基づいて、前記対象物の表面形状の異常を判定する異常判定部と、
前記検査画像に基づいて、前記第１反射パターンの特徴量を算出する特徴量算出部と、を備え、
前記照射部は、第１タイミングにて、前記照射部に対して所定の相対速度で移動する前記対象物の第１検査領域に前記第１ラインレーザを照射し、前記第１タイミングより後の第２タイミングにて、前記照射部に対して前記所定の相対速度で移動する前記対象物の第２検査領域に前記第１ラインレーザを照射し、
前記撮像部は、前記第１タイミングにおける前記第１反射パターンの画像を含む第１検査画像と、前記第２タイミングにおける前記第１反射パターンの画像を含む第２検査画像とを取得し、
前記特徴量算出部は、前記第１検査画像に基づく前記第１反射パターンの第１特徴量と、前記第２検査画像に基づく前記第１反射パターンの第２特徴量とを算出し、
前記異常判定部は、前記第２特徴量の前記第１特徴量に対する変化率と、前記対象物の前記表面形状に異常がない場合の前記変化率である基準変化率とに基づいて、前記対象物の前記表面形状の異常を判定する、表面形状検査装置。
【請求項２】
請求項１に記載の表面形状検査装置であって、
前記異常判定部は、
前記検査画像と、前記対象物の前記表面形状に異常がない場合の前記第１反射光及び前記第２反射光による基準反射パターンの画像である基準画像とに基づいて、前記対象物の前記表面形状の前記異常を判定する、表面形状検査装置。
【請求項３】
請求項２に記載の表面形状検査装置であって、
前記異常判定部は、
前記第１反射パターンと、前記第２反射パターンと、前記基準反射パターンとに基づいて、前記表面形状の前記異常の大きさを算出する、表面形状検査装置。
【請求項４】
請求項１から３のいずれか一項に記載の表面形状検査装置であって、
前記照射部を前記対象物に対して所定の相対速度で移動させる移動制御部、をさらに備える、表面形状検査装置。
【請求項５】
請求項１から４のいずれか一項に記載の表面形状検査装置であって、
前記照射部は、可視光域の周波数を有する、前記第１ラインレーザ及び前記第２ラインレーザを照射する、表面形状検査装置。
【請求項６】
請求項１から５のいずれか一項に記載の表面形状検査装置であって、
前記第１ラインレーザと前記第２ラインレーザとは異なる色である、表面形状検査装置。
【請求項７】
請求項１から６のいずれか一項に記載の表面形状検査装置であって、
前記投影部は、前記撮像部に対して凹面である投影面を有する、表面形状検査装置。
【請求項８】
対象物に対して、前記対象物の表面における第１方向に沿って照射される第１ラインレーザと、前記表面において前記第１方向と異なる第２方向に沿って照射される第２ラインレーザとを照射する照射ステップと、
前記対象物における前記第１ラインレーザの第１反射光による第１反射パターン及び前記第２ラインレーザの第２反射光による第２反射パターンが投影される投影ステップと、
投影された前記第１反射パターン及び前記第２反射パターンを含む少なくとも一つの検査画像を取得する撮像ステップと、
前記少なくとも一つの検査画像に基づいて、前記対象物の表面形状の異常を判定する異常判定ステップと、
前記検査画像に基づいて、前記第１反射パターンの特徴量を算出する特徴量算出ステップと、を含み、
前記照射ステップは、第１タイミングにて、前記対象物の第１検査領域に前記第１ラインレーザを照射し、前記第１タイミングより後の第２タイミングにて、前記対象物の第２検査領域に前記第１ラインレーザを照射し、
前記撮像ステップは、前記第１タイミングにおける前記第１反射パターンの画像を含む第１検査画像と、前記第２タイミングにおける前記第１反射パターンの画像を含む第２検査画像とを取得し、
前記特徴量算出ステップは、前記第１検査画像に基づく前記第１反射パターンの第１特徴量と、前記第２検査画像に基づく前記第１反射パターンの第２特徴量とを算出し、
前記異常判定ステップは、前記第２特徴量の前記第１特徴量に対する変化率と、前記対象物の前記表面形状に異常がない場合の前記変化率である基準変化率とに基づいて、前記対象物の前記表面形状の異常を判定する、表面形状検査方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、表面形状検査装置及び表面形状検査方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
製品の製造時に、製品の品質検査が行われる。品質検査の一つに、製造過程で製品の表面に生じる凹凸を検出して、その製品が良品であるか不良品であるかを判定する検査がある。検査対象となる製品は、例えばセラミック材料あるいは金属材料を使用した製品をはじめ種々の製品である。【０００３】
凹凸異常の特徴として、製品の色自体の異常がないという点がある。したがって、通常の光学カメラによっては、凹凸異常を検知することが困難である。また、凹凸の凹部の深さあるいは凸部の高さは、検査の対象物の大きさに比して小さい場合がある。さらに、凹凸が発生する表面の範囲も、対象物の大きさに比して狭くなる場合がある。【０００４】
微細な凹凸異常の検出の手法としては、対象物における光の反射の状態を検査員が目視して検出する方法や、検査員が対象物を触った際の触感の変化により検出する方法がある。対象物における光の反射に基づく検査では、検査員の目視によらず、反射状態を撮像装置により撮影し、撮影された画像を画像処理することによって、凹凸が検出されるようにもできる。【０００５】
特許文献１には、光学的な表面形状検査の手法として、鋼板の製造プロセスにおいて発生する凹凸性の疵を検出するために、鋼板表面に所定の波長の光を照射する光源と、鋼板表面により反射された光を投影するスクリーン及び当該スクリーン上の光強度分布を測定する受光器を有する検出系とを有する表面検査装置が示される。特許文献１に記載の表面検査装置は、鋼板表面の微小凹凸疵で反射された光の集束及び発散によって得られる明暗パターンに基づいて微小欠陥を検出する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１０−１３３９６７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１の場合においては、検査対象は鋼板すなわち平坦な形状の製品である。平坦形状の表面は、平面又は曲面である。このような平坦形状における凹凸を検出する他の方法として、所定のパターンを有する照射光を対象物に照射するラインパターン照明を用いる方法も存在する。ラインパターン照明を用いる方法では、対象物に反射したラインパターンの反射模様によって、凹凸が検出される。【０００８】
ラインパターン照明を用いる場合、対象物が十分な鏡面反射を行い得ること及び対象物の形状は平坦な形状であることが求められる。例えばセラミック製品のように、対象物の表面に材料の性質に基づく微小な粗さが存在する場合、照射光が十分に鏡面反射せず、良品と不良品との区別が難しくなる。また、対象物が、曲率が大きく変化する曲面を有しており、形状が平坦ではない場合は、ラインパターン照明による模様が圧縮されてしまい、不良品であることを示すパターンの異常がわずかにしか現れなくなる。したがって、十分な鏡面反射が得られない対象物や、曲率が大きく変化する曲面を有する対象物において、微細な凹凸、疵又は欠けを含む表面形状の異常を検出することが難しくなる。その結果、良品と不良品との区別が難しくなる。【０００９】
そこで、本発明は、対象物の微細な表面形状の異常を検出可能な表面形状検査装置及び表面形状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】
【００１０】
本発明の一態様に係る表面形状検査装置は、対象物に対して、対象物の表面における第１方向に沿って照射される第１ラインレーザと、表面において第１方向と異なる第２方向に沿って照射される第２ラインレーザとを照射する照射部と、対象物における第１ラインレーザの第１反射光による第１反射パターン及び第２ラインレーザの第２反射光による第２反射パターンが投影される投影部と、投影部に投影された第１反射パターン及び第２反射パターンの画像を含む少なくとも一つの検査画像を取得する撮像部と、少なくとも一つの検査画像に基づいて、対象物の表面形状の異常を判定する異常判定部と、を備える。【００１１】
この態様によれば、ラインレーザは対象物のある部分の表面形状の異常に応じて、当該部分に表面形状の異常がない良品の場合とは異なる位置で対象物に照射される。照射位置が変化することによって、ラインレーザの反射光の反射方向が変化し、反射光による反射パターンが良品の場合と比べて変化する。反射パターンは投影部に投影される。撮像部は、投影部に投影された反射光が投影部にて散乱されて撮像部に届く散乱光に基づく反射パターンの画像を検査画像として取得する。状態取得部は、表面形状の異常に応じて形状が変化し得る反射パターンの画像を含む検査画像に基づいて、対象物の表面形状の異常の状態を判定することができる。【００１２】
さらに、上記態様によれば、第１方向に沿うように存在する表面形状の異常があること等によって、第１ラインレーザに基づく検査画像では表面形状の異常が検出できない場合であっても、第２方向に沿うように照射される第２ラインレーザに基づく検査画像を用いて表面形状の異常を検出可能とできる。したがって、より正確に表面形状の異常の検出が可能となる。【００１３】
上記態様において、異常判定部は、検査画像と、対象物の表面形状に異常がない場合の第１反射光及び第２反射光による基準反射パターンの画像である基準画像とに基づいて、対象物の表面形状の異常を判定してもよい。【００１４】
この態様によれば、検査画像の反射パターンと基準反射パターンとの差異を比較すること等により、対象物の表面形状の異常の有無を判定することができる。【００１５】
上記態様において、異常判定部は、第１反射パターンと、第２反射パターンと、基準反射パターンとに基づいて、表面形状の異常の大きさを算出してもよい。【００１６】
この態様によれば、反射パターンの基準反射パターンに対する変化の程度が、表面形状の異常の大きさに基づいて変化することを利用して表面形状の異常の大きさを算出することが可能となる。これにより、例えば、良品・不良品判定のための閾値を、表面形状の異常の大きさに応じた、反射パターンの基準反射パターンからの変化量に基づく値として設定することが可能となる。したがって、より正確に良品・不良品の区別を行うことが可能となる。【００１７】
上記態様において、表面形状検査装置は、検査画像に基づいて、第１反射パターンの特徴量を算出する特徴量算出部、をさらに備え、照射部は、第１タイミングにて、対象物の第１検査領域に第１ラインレーザを照射し、第１タイミングより後の第２タイミングにて、対象物の第２検査領域に第１ラインレーザを照射し、撮像部は、第１タイミングにおける第１反射パターンの画像を含む第１検査画像と、第２タイミングにおける第１反射パターンの画像を含む第２検査画像とを取得し、特徴量算出部は、第１検査画像に基づく第１反射パターンの第１特徴量と、第２検査画像に基づく第１反射パターンの第２特徴量とを算出し、異常判定部は、第１特徴量と第２特徴量とに基づいて、対象物の表面形状の異常を判定してもよい。【００１８】
この態様によれば、特徴量算出部は、第１タイミングにおける第１反射パターンの第１特徴量と、第２タイミングにおける第１反射パターンの第２特徴量とを算出する。異常判定部は、タイミングが異なる第１特徴量及び第２特徴量に基づいて、異常を判定できる。これにより、基準画像との比較等を行わずに表面形状の異常を判定することができるので、基準画像に基づく検査では検出されない表面形状の異常の判定が可能となる。【００１９】
上記態様において、照射部は、照射部に対して所定の相対速度で移動する対象物に対して第１ラインレーザを照射し、異常判定部は、第２特徴量の第１特徴量に対する変化率と、対象物の表面形状に異常がない場合の変化率である所定の基準変化率とに基づいて、対象物の表面形状の異常を判定してもよい。【００２０】
対象物と照射部とは、所定の相対速度で相対移動をする。この場合、対象物の表面形状に異常がなければ、第２特徴量の第１特徴量に対する変化率は、所定の基準変化率となる。このとき、対象物のある表面において形状の異常が存在している場合、当該表面付近で、変化率が大きく変化する。異常判定部は、変化率の変化に基づいて、表面形状の異常を判定する。これにより、基準画像との直接比較を行わずに、表面形状の異常を検出することが可能となる。【００２１】
上記態様において、表面形状検査装置は、照射部を対象物に対して所定の相対速度で移動させる移動制御部、をさらに備えてもよい。これにより、対象物と表面形状検査装置とは、所定の相対速度で相対移動することが可能となる。【００２２】
上記態様において、照射部は、可視光域の周波数を有する、第１ラインレーザ及び第２ラインレーザを照射してもよい。これにより、例えば赤外域の周波数を有するレーザによっては、波長が長いことにより検出できない表面形状の異常を検出することができる。【００２３】
上記態様において、第１ラインレーザと第２ラインレーザとは異なる色であってもよい。【００２４】
この態様によれば、互いに異なる方向にラインレーザを同時に照射した場合の検査画像を、色別にフィルタすることによって、第１ラインレーザに基づく反射パターンの検査画像と、第２ラインレーザに基づく反射パターンの検査画像とに分けることが可能となる。これにより、表面形状検査装置が、第１ラインレーザ及び第２ラインレーザを同時に照射しつつ、表面形状の異常を正確に検出することが可能となる。【００２５】
上記態様において、投影部は、撮像部に対して凹面である投影面を有してもよい。対象物の形状が複雑であることにより、表面形状の異常検出のために広範に及ぶ反射光を投影する必要が生じる場合がある。投影面が平面である場合、大きな投影面の面積が必要となる。一方、投影面を凹面とすることで、反射光を適切に投影することを可能としつつ、投影面が平面である場合より投影面の面積を小さくすることができる。したがって、表面形状検査装置の小型化が可能となる。【００２６】
本発明の他の態様に係る表面形状検査方法は、表面形状検査装置が、対象物に対して、対象物の表面における第１方向に沿って照射される第１ラインレーザと、表面において第１方向と異なる第２方向に沿って照射される第２ラインレーザとを照射する照射ステップと、対象物における第１ラインレーザの第１反射光による第１反射パターン及び第２ラインレーザの第２反射光による第２反射パターンが投影される投影ステップと、投影された第１反射パターン及び第２反射パターンを含む少なくとも一つの検査画像を取得する撮像ステップと、少なくとも一つの検査画像に基づいて、対象物の表面形状の異常を判定する異常判定ステップと、を含む。【００２７】
上記態様に係る方法は、表面形状検査装置が、対象物に対して所定の相対速度で移動する移動ステップ、をさらに含み、照射ステップは、第１タイミングにて、対象物の第１検査領域に第１ラインレーザを照射し、第１タイミングより後の第２タイミングにて、対象物の第２検査領域に第１ラインレーザを照射し、撮像ステップは、第１タイミングにおける第１反射パターンの画像を含む第１検査画像と、第２タイミングにおける第１反射パターンの画像を含む第２検査画像とを取得してもよい。【００２８】
この態様によれば、ラインレーザの照射位置を移動させることができるので、ラインレーザを対象物の各検査領域に適切に照射することができる。これにより、ラインレーザを用いることによる検査領域の狭さを補いつつ、対象物の必要な部分の検査を行うことが可能となる。
【発明の効果】
【００２９】
本発明によれば、対象物の微細な表面形状の異常を検出可能な表面形状検査装置及び表面形状検査方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】第１実施形態に係る表面形状検査システムの模式図である。
【図２】良品の基準画像を説明する図である。
【図３】平坦部に不良が発生した不良品の検査画像を説明する図である。
【図４】エッジ部に不良が発生した他の不良品の検査画像を説明する図である。
【図５】角部に不良が発生した他の不良品の検査画像を説明する図である。
【図６】平坦部に他の不良が発生した不良品の検査画像を説明する図である。
【図７】平坦部に他の不良が発生した不良品の検査画像を説明する図である。
【図８】第１実施形態に係る表面形状検査装置でのラインレーザの照射状態を詳しく説明する図である。
【図９】図８における対象物の断面図である。
【図１０】図８における対象物の断面図である。
【図１１】第１実施形態に係る表面形状検査システムにおける第１反射パターンの画像を説明する図である。
【図１２】第１実施形態に係る表面形状検査システムにおける第２反射パターンの画像を説明する図である。
【図１３】第１実施形態に係る表面形状検査装置と検査の対象物との位置関係を説明する図である。
【図１４】図１３における表面形状検査装置及び対象物の断面図である。
【図１５】第１実施形態に係る表面形状検査システムにおける表面形状検査処理のフローチャートである。
【図１６】第１実施形態の変形例に係る表面形状検査システムにおける表面形状検査処理のフローチャートである。
【図１７】第２実施形態に係る表面形状検査システムの模式図である。
【図１８】第２実施形態に係る表面形状検査システムにおける表面形状検査装置及び対象物の断面図である。
【図１９】第２実施形態に係る表面形状検査システムにおける第１検査画像の変化を説明する図である。
【図２０】第２実施形態に係る表面形状検査システムにおける表面形状検査処理のフローチャートである。
【図２１】第３実施形態に係る表面形状検査システムにおける表面形状検査装置の模式図である。
【図２２】第３実施形態に係る表面形状検査システムにおける表面形状検査装置及び対象物の断面図である。
【図２３】第４実施形態に係る表面形状検査システムにおける表面形状検査装置及び対象物の模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
添付図面を参照して、本発明の好適な実施形態について説明する。なお、各図において、同一の符号を付したものは、同一又は同様の構成を有する。
【００３２】
第１実施形態について説明する。図１から図３を参照して、表面形状検査システム１０の概略及び表面形状の異常の判定方法について説明する。表面形状の異常は、例えば、疵、凹み、欠け、膨らみ等がある。以降の実施形態では、検査対象に凹み等の凹凸の異常がある場合を例に説明する。図１には、第１実施形態に係る表面形状検査システム１０の模式図が示される。表面形状検査システム１０は、表面形状検査装置１００及び対象物２００を有する。
【００３３】
表面形状検査装置１００は、レーザ照射器１０１ａ，１０１ｂ、スクリーン１０２、カメラ１０３及び制御装置１０４を有する。
【００３４】
対象物２００は、例えば、セラミック材料の物体である。図１では対象物２００は直方体状に描かれているが、形状はこれに限られず、例えば曲面を有していてもよい。対象物２００は、表面２０１及び凹部２０２を有する。表面２０１にラインレーザ１０１１ａ及びラインレーザ１０１１ｂが照射されることで、凹凸状態の判定が行われる。図１では、表面２０１上にあり、凹部２０２を含むような検査領域Ａ１ａに対して、ラインレーザ１０１１ａが照射される。また、検査領域Ａ１ｂに対して、ラインレーザ１０１１ｂが照射される。
【００３５】
表面形状検査システム１０では、レーザ照射器１０１ａ，１０１ｂが対象物２００に照射したラインレーザ１０１１ａ，１０１１ｂの反射光が、スクリーン１０２の撮像領域１０２１に反射パターンＰａ，Ｐｂとして投影される。反射パターンとは、光の形状であり、例えば、スクリーン１０２上に周囲と識別可能な明るさを有する。カメラ１０３は、反射パターンＰａ，Ｐｂを含む撮像領域１０２１の検査画像を撮影する。なお、本実施形態において画像とは、複数の画面の画像を組み合わせて構成される動画も含むものとする。制御装置１０４の異常判定部１０４４は、撮影された検査画像に基づいて対象物２００の凹凸状態を判定する。表面形状検査装置１００の各部については後述する。
【００３６】
図２及び図３を参照して、表面形状検査システム１０における表面形状検査について説明する。ここでは、１つのラインレーザ１０１１ａによる表面形状検査について説明する。ラインレーザ１０１１ａ及びラインレーザ１０１１ｂを用いる場合については後述する。図２は、凹凸の異常のない対象物２００Ａにラインレーザ１０１１ａが照射された際に、カメラ１０３によって撮影された基準画像Ｉ０及びラインレーザ１０１１ａの照射状況を示す図である。
【００３７】
図３は、平坦部２０１１の一部に異常領域Ｄ１を有する対象物２００Ｂにラインレーザ１０１１ａが照射された際に、カメラ１０３によって撮影された検査画像Ｉ１及びラインレーザ１０１１ａの照射状況を示す図である。
【００３８】
図２，図３では、カメラ１０３側から、スクリーン１０２を見た場合の様子が示される。ラインレーザ１０１１ａは、紙面手前側から対象物２００Ａ及び２００Ｂそれぞれに照射される。紙面奥側に位置するスクリーン１０２に反射光が投影された状態を撮影したものが基準画像Ｉ０及び検査画像Ｉ１である。
【００３９】
図２の基準画像Ｉ０における基準反射パターンＰ０は、対象物２００Ａの平坦部２０１１，エッジ部２０１２及び角部２０１３におけるそれぞれの反射光に対応するパターンＰ０１，Ｐ０２及びＰ０３を有する。図３の検査画像Ｉ１における反射パターンＰ１も同様にパターンＰ１１，Ｐ１２及びＰ１３を有する。
【００４０】
図３の異常領域Ｄ１において対象物２００Ｂに凹みが生じていると、パターンＰ１１の一部が凹みに応じて変化する。よって、検査画像Ｉ１の反射パターンＰ１は、図２の基準反射パターンＰ０とは異なる形状となる。図３では相違箇所に対応する部分が点線で示される。
【００４１】
制御装置１０４の異常判定部１０４４は、検査画像Ｉ１と基準画像Ｉ０とを比較することで、対象物２００Ｂに凹凸の異常が発生していることを検出することができる。
【００４２】
表面形状検査装置１００及び対象物２００の各部の詳細について図１を参照して説明する。
【００４３】
レーザ照射器１０１ａは、ある面において線を描くようなラインレーザ１０１１ａを照射可能な光源である。レーザ照射器１０１ａは、対象物２００の表面２０１上の検査領域Ａ１ａに向かってラインレーザ１０１１ａを照射する。レーザ照射器１０１ａは、対象物２００の表面２０１における第１方向ＤＲ１に沿ってラインレーザ１０１１ａを照射する。
【００４４】
レーザ照射器１０１ｂは、１０１ａと同様の光源である。レーザ照射器１０１ｂは、対象物２００の表面２０１上の検査領域Ａ１ｂに向かってラインレーザ１０１１ｂを照射する。レーザ照射器１０１ｂは、対象物２００の表面２０１における第２方向ＤＲ２に沿ってラインレーザ１０１１ｂを照射する。
【００４５】
第１方向ＤＲ１と第２方向ＤＲ２とは異なる方向である。ラインレーザ１０１１ａとラインレーザ１０１１ｂとは、異なる色の光である。ラインレーザ１０１１ａ及びラインレーザ１０１１ｂは、例えば、可視光域の周波数を有するレーザである。ラインレーザ１０１１ａが赤色の可視光線レーザ、ラインレーザ１０１１ｂが緑色の可視光線レーザである。
【００４６】
スクリーン（投影部）１０２は、対象物２００において反射されたラインレーザ１０１１ａ，１０１１ｂの反射光が投影される部材である。スクリーン１０２は、反射光が明瞭に映るように平面が一様に着色されている。当該平面の撮像領域１０２１にラインレーザ１０１１ａの反射光（第１反射光）及びラインレーザ１０１１ｂの反射光（第２反射光）が投影される。ラインレーザ１０１１ａが表面２０１において反射することで、スクリーン１０２の撮像領域１０２１に反射パターンＰａが投影される。
【００４７】
ラインレーザ１０１１ｂが表面２０１において反射することで、スクリーン１０２の撮像領域１０２１に反射パターンＰｂが投影される。なお、スクリーン１０２は複数の投影面を有するものであってもよい。この場合、各投影面をまとめてスクリーン１０２と呼ぶ。
【００４８】
反射パターンＰａ，Ｐｂは、対象物２００の凹凸形状に応じて形状が変化し得る。例えば、対象物２００に、凹部２０２が存在するような場合、レーザ照射器１０１ａからのラインレーザ１０１１ａが反射する位置が、ｚ軸マイナス方向に変位する。そのため、同一の照射方向である照射光による反射光の反射経路もｚ軸マイナス方向に変位する。この結果、反射パターンＰａは、撮像領域１０２１においてｚ軸マイナス方向に変化する。凹部２０２がなく、表面２０１が平坦な面である場合には、反射パターンＰａはほぼ歪みを有しない。
【００４９】
カメラ１０３は、撮像領域１０２１における反射パターンＰａ，Ｐｂを撮像する撮像装置である。カメラ１０３は、可視光を撮影可能なカメラであればよい。カメラ１０３は、表面形状検査装置１００の対象物２００に応じて適宜選択されてもよい。カメラ１０３は、動画を撮影可能であってもよい。
【００５０】
制御装置１０４は、表面形状検査装置１００による表面形状検査の各種制御を行う装置である。制御装置１０４は、物理的構成として、制御に必要な処理を行うＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）、記憶領域としてのＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙ）あるいはＲＯＭ（Ｒｅａｄ  Ｏｎｌｙ  Ｍｅｍｏｒｙ）、各種通信を行う通信装置を備える。
【００５１】
制御装置１０４は、機能的構成として、記憶部１０４１、照射制御部１０４２、撮像制御部１０４３、異常判定部１０４４及び移動制御部１０４５を備える。これらの各部は、例えば、ＲＡＭやＲＯＭ等の記憶領域を用いたり、記憶領域に記憶されたプログラムをＣＰＵが実行したりすることにより実現される。
【００５２】
記憶部１０４１は、制御装置１０４における各種処理に必要なプログラムや情報が記憶される領域である。
【００５３】
照射制御部１０４２は、レーザ照射器１０１ａ，１０１ｂによるレーザ光の照射を制御する。照射制御部１０４２は、照射タイミング，照射時間又は照射強度等を示す情報を、レーザ照射器１０１ａ，１０１ｂに送信する。照射制御部１０４２は、例えば、ラインレーザ１０１１ａ及びラインレーザ１０１１ｂを同じタイミングで照射する。あるいは、照射制御部１０４２は、ラインレーザ１０１１ａ及びラインレーザ１０１１ｂを互いに異なるタイミングで照射してもよい。レーザ照射器１０１ａ，レーザ照射器１０１ｂ及び照射制御部１０４２を含むように照射部が構成される。なお、照射部には、より多くのレーザ照射器が含まれてもよい。
【００５４】
撮像制御部１０４３は、照射制御部１０４２によるレーザ照射制御と連動して、カメラ１０３による検査画像の撮影を制御する。撮像制御部１０４３は、所定のタイミングにて、カメラ１０３に撮影を指示する情報を送信し、カメラ１０３から検査画像を取得する。カメラ１０３が動画を撮影する場合、撮像制御部１０４３は、撮影の開始と終了を指示する情報をカメラ１０３に送信し、カメラ１０３から動画として検査画像を取得できる。撮像制御部１０４３は取得した検査画像を記憶部１０４１に記憶してもよい。カメラ１０３及び撮像制御部１０４３を含むように撮像部が構成される。
【００５５】
異常判定部１０４４は、撮像制御部１０４３が取得した検査画像に基づいて、対象物２００の表面形状の異常を判定する。上述の概略で説明したとおり、異常判定部１０４４は、基準画像と検査画像とに基づいて、対象物２００の凹凸の状態を判定する。凹凸の状態のバリエーションについては後述する。
【００５６】
移動制御部１０４５は、表面形状検査装置１００の対象物２００に対する移動を制御する。移動制御部１０４５は、対象物２００に対する表面形状検査装置１００の位置を記録し、対象物２００の検査領域に、表面形状検査装置１００を移動させるような制御を行う。例えば、移動制御部１０４５は、表面形状検査装置１００がロボットアームに設けられて対象物２００の周囲を移動する場合に、移動指示を出すなどして、表面形状検査装置１００の移動制御を行う。この場合、移動制御部１０４５が、ロボットアームと通信することで、移動制御がなされる。
【００５７】
あるいは、移動制御部１０４５は、例えば、表面形状検査システム１０に設けられる検査用のガイドを移動することで、対象物２００の周囲を自走する場合の移動制御を行ってもよい。この場合も移動制御部１０４５は、表面形状検査装置１００の対象物２００に対する位置を記録しつつ移動制御を行う。
【００５８】
異常判定部１０４４による表面形状の異常の判定について図２から図７を参照しつつ説明する。
【００５９】
表面形状の異常の判定には、一例として、学習モデルを用いることができる。学習モデルは、対象物のある検査領域と、当該検査領域における基準反射パターンとの組を教師データとして学習され、入力される検査画像の反射パターンと、基準反射パターンとの合致度を出力するモデルである。学習モデルは、例えば記憶部１０４１に記憶されていてもよく、表面形状検査装置１００の外部の装置に記憶されていてもよい。外部に学習モデルが記憶される場合、制御装置１０４は、ネットワークを通じて学習モデルと通信を行う。また、学習モデルは、検査画像に基づいて、表面形状の異常の大きさを出力するように学習されてもよい。以降は表面形状の異常を凹凸として説明する。
【００６０】
異常判定部１０４４は、カメラ１０３が撮影した検査画像を撮像制御部１０４３から取得し、当該検査画像が撮影された際の表面形状検査装置１００の対象物２００に対する位置を、移動制御部１０４５から取得する。異常判定部１０４４は、取得した当該位置に基づいて、検査画像の検査領域を算出する。異常判定部１０４４は、算出した検査領域と検査画像とを、学習モデルに入力して、凹凸の状態を判定する。異常判定部１０４４は、学習モデルから、凹凸の大きさを取得するようにしてもよい。
【００６１】
異常判定部１０４４は、凹凸異常が検出された場合に、検査領域と検査画像とを凹凸異常があるというラベルを付けて記憶部１０４１に記憶してもよい。これにより、例えば、検査員が異常箇所を目視等によって確認する場合に、制御装置１０４が、検査領域及び検査画像を検査員に表示することが可能となり、利便性が向上する。
【００６２】
また、異常判定部１０４４が用いる他の学習モデルとして、対象物のある検査領域において、凹凸の異常がないとラベル付けられた基準反射パターンと、凹凸の異常があるとラベル付けられた反射パターンとを教師データとして機械学習された学習モデルが用いられてもよい。この学習モデルは、ある検査領域における検査画像を入力として、対象物に凹凸異常があること又は凹凸異常がないことを出力する。
【００６３】
また、異常判定部１０４４は、学習モデルを用いずに、基準画像の基準反射パターンと検査画像の反射パターンとを対比することによって、凹凸の状態を判定してもよい。
【００６４】
図２には、表面形状検査装置１００によって撮影された、凹凸異常のない対象物２００Ａの基準画像Ｉ０が示される。図３には、表面形状検査装置１００によって撮影された、平坦部２０１１の異常領域Ｄ１に凹みがあるような対象物２００Ｂの検査画像Ｉ１が示される。異常判定部１０４４は、検査画像Ｉ１と基準画像Ｉ０との合致度を学習モデルを用いて算出し、凹凸の状態を判定する。
【００６５】
図４には、表面形状検査装置１００によって撮影された、エッジ部２０１２の異常領域Ｄ２に凹みがあるような対象物２００Ｃの検査画像Ｉ２が示される。検査画像Ｉ２における反射パターンＰ２は、エッジ部２０１２の凹みを反映したパターンＰ２２の部分が、基準反射パターンＰ０と異なっている。
【００６６】
図５には、表面形状検査装置１００によって撮影された、角部２０１３の異常領域Ｄ３に凹みがあるような対象物２００Ｄの検査画像Ｉ３が示される。検査画像Ｉ２における反射パターンＰ３は、角部２０１３の凹みを反映したパターンＰ３３の部分が、基準反射パターンＰ０と異なっている。
【００６７】
図６には、表面形状検査装置１００によって撮影された、平坦部２０１１の異常領域Ｄ４に凸部があるような対象物２００Ｅの検査画像Ｉ４が示される。検査画像Ｉ４における反射パターンＰ４は、平坦部２０１１の凸部を反映したパターンＰ４１の部分が、基準反射パターンＰ０と異なっている。パターンＰ４１は、図３における凹みのある場合のパターンＰ３１とは逆方向にパターンが変化している。
【００６８】
図７には、表面形状検査装置１００によって撮影された、平坦部２０１１の異常領域Ｄ５に穴があるような対象物２００Ｆの検査画像Ｉ５が示される。検査画像Ｉ５における反射パターンＰ５は、平坦部２０１１の穴を反映したパターンＰ５１の部分が、基準反射パターンＰ０と異なっている。
【００６９】
図４から図７のいずれの場合であっても、異常判定部１０４４は、各検査画像と基準画像Ｉ０との合致度を学習モデルを用いて算出し、凹凸の状態を判定する。また、異常判定部１０４４は他の方法によって、凹凸の状態の判定を行ってもよい。
【００７０】
図２の基準反射パターンＰ０及び図３から図７における各反射パターンＰ１からＰ５は、それぞれ平坦部２０１１、エッジ部２０１２及び角部２０１３に対応するパターンを有しているが、それぞれの部分の全てに対応するパターンが含まれる必要は必ずしもない。つまり、平坦部２０１１、エッジ部２０１２、角部２０１３のいずれか一部あるいはその中から組み合わせられた部分にラインレーザ１０１１が照射されることによる反射パターンと対応する基準反射パターンとに基づいて凹凸の状態が判断されてもよい。また、対象物２００の形状は、図２から図７の例に限られない。
【００７１】
図８から図１２を参照して、２つのレーザ照射器１０１ａ及びレーザ照射器１０１ｂを用いる場合の表面形状の異常の検出について説明する。
【００７２】
図８では、表面形状検査システム１０のうち、対象物２００及びスクリーン１０２を示して説明を行う。
【００７３】
図８では、対象物２００は凹部２０２Ａを有する。凹部２０２Ａは、図９及び図１０で示される対象物２００の断面図にあるように、ｙｚ平面におけるｙ方向に長径が、ｘｚ平面におけるｘ方向に短径があるような楕円形状の凹みである。
【００７４】
図８では、ラインレーザ１０１１ａが凹部２０２Ａの短径方向に沿う方向に照射され、ラインレーザ１０１１ｂが凹部２０２Ａの長径方向に沿う方向に照射される。
【００７５】
この場合、ラインレーザ１０１１ａによる反射パターンＰａは、短径方向に沿う凹部２０２Ａの曲率の大きい凹面に対応して変化する。一方、ラインレーザ１０１１ｂによる反射パターンＰｂは、長径方向に沿う曲率の小さな凹面に対応して変化する。
【００７６】
反射パターンＰａ及び反射パターンＰｂを含む検査画像が、カメラ１０３によって撮影される。撮像制御部１０４３は、カメラ１０３が撮影した検査画像において、ラインレーザ１０１１ａ又はラインレーザ１０１１ｂの周波数に対応する画像を抽出する画像処理を行う。例えば、両ラインレーザの色が異なる場合、撮像制御部１０４３は、色の抽出を行い、反射パターンＰａと反射パターンＰｂとを切り分けて新たな検査画像を生成できる。
【００７７】
図１１には、反射パターンＰａに対応する基準反射パターンＰ６を含む基準画像Ｉ６と、反射パターンＰａが抽出されて生成された検査画像Ｉ７とが示される。異常判定部１０４４は、基準画像Ｉ６に対する検査画像Ｉ７の合致度に基づいて、対象物２００の凹凸の状態を判定する。図１２の場合、反射パターンＰａと基準反射パターンＰ６との差異が大きいため、異常判定部１０４４は凹部２０２Ａによる凹みを検出できる。
【００７８】
図１２には、反射パターンＰｂに対応する基準反射パターンＰ７を含む基準画像Ｉ８と、反射パターンＰｂが抽出されて生成された検査画像Ｉ９とが示される。異常判定部１０４４は、基準画像Ｉ８に対する検査画像Ｉ９の合致度に基づいて、対象物２００の凹凸の状態を判定する。例えば、図１２の場合、基準反射パターンＰ７の形状と反射パターンＰｂの形状とが近いため、異常判定部１０４４が凹凸の存在を検出できない場合もあり得る。
【００７９】
同一の凹部２０２Ａが照射された場合であっても、反射パターンの形状は、各ラインレーザの照射方向に応じて変化する。このような場合、図１１のように、図１２の場合とは異なる方向からラインレーザを照射して凹凸の状態を判断することで、誤検出や検出漏れを抑制し、対象物２００の凹凸をより適切に検出することが可能となる。
【００８０】
図１３を参照して、表面形状検査装置１００と対象物２００の位置関係について説明する。図１で示した表面形状検査装置１００の各部は、筐体１３００の内部に収容される。筐体１３００は、暗室部１３０１及び装置格納部１３０２を有する。
【００８１】
暗室部１３０１は、レーザ照射器１０１ａ，１０１ｂの一部及びスクリーン１０２が収容される空間である。暗室部１３０１は、ラインレーザ１０１１ａ，１０１１ｂが外部の光による影響を受けないように、矩形状の壁で囲まれている。暗室部１３０１には、照射されるラインレーザ１０１１ａ，１０１１ｂ及びラインレーザ１０１１ａ，１０１１ｂが対象物２００の表面において反射した反射光が通過する開口部１３０３が設けられる。光は開口部１３０３の開口面１３０３１を通じて、表面形状検査装置１００から対象物２００へ又は対象物２００から表面形状検査装置１００へと伝搬する。
【００８２】
装置格納部１３０２には、カメラ１０３及び制御装置１０４（不図示）が格納される。
【００８３】
表面形状検査装置１００は、例えば、対象物２００から一定の距離ｄだけ離れた位置を移動して、対象物２００の表面の凹凸を検出する。なお、表面形状検査装置１００と対象物２００との距離は、検査の必要に応じて調整されてもよい。
【００８４】
例えば、表面形状検査装置１００は、表面形状検査装置１００が対象物２００の天面を検査する場合は、開口面１３０３１がｘｙ平面に対向するように移動する。
【００８５】
また、表面形状検査装置１００は、対象物２００の側面Ｓの表面形状の異常を検出するように移動することもできる。例えば、表面形状検査装置１００は曲線Ｌに沿って移動することで、側面Ｓの表面形状の異常を検出する。
【００８６】
また、表面形状検査装置１００は、対象物２００の頂点に位置する角部Ｃや、各辺に位置するエッジ部Ｅの表面形状の異常を検出するように移動することもできる。
【００８７】
図１４を参照して、表面形状検査装置１００の内部について説明する。図１４は、図１３のＸＩＶ−ＸＩＶ断面の断面図である。ここでは、レーザ照射器１０１ａを図示して説明を行うが、レーザ照射器１０１ｂの場合も同様である。
【００８８】
レーザ照射器１０１ａは、暗室部１３０１に設けられる開口部１４０１を通って暗室部１３０１に設置される。また、スクリーン１０２は、暗室部１３０１の内面１４０２に設置される。スクリーン１０２とカメラ１０３とは対向するように設けられる。
【００８９】
表面形状検査装置１００は、レーザ照射器１０１ａを用いて対象物２００の検査領域Ａ１ａを検査した後、対象物２００の検査領域Ａ２ａ、Ａ３ａを順に検査するように方向Ｍ１に沿って、距離ｄを保ちつつ移動する。
【００９０】
図１５を参照して、表面形状検査の処理について説明する。ステップＳ１５０１において、対象物２００の所定の検査領域を照射可能となるように、表面形状検査装置１００が移動させられるもしくは設置される。表面形状検査装置１００の移動は、移動制御部１０４５による制御に基づいて行われてもよい。
【００９１】
ステップＳ１５０２において、照射制御部１０４２が、対象物２００にラインレーザ１０１１ａ，１０１１ｂを照射する。ステップＳ１５０３において、撮像制御部１０４３が、スクリーン１０２における反射パターンＰａ，Ｐｂを撮影する。
【００９２】
ステップＳ１５０４において、撮像制御部１０４３が、検査画像の画像処理を行う。
【００９３】
ステップＳ１５０５において、異常判定部１０４４が、撮像制御部１０４３から画像処理後のラインレーザの色別の検査画像を取得する。
【００９４】
ステップＳ１５０６において、異常判定部１０４４が、対象物２００の表面形状の異常を判定する。判定結果は検査領域に関連付けられて記憶部１０４１に記録される。
【００９５】
表面形状検査装置１００は、対象物２００の必要な検査領域の全てを検査し終えるまで、上記動作を繰り返す。
【００９６】
第１実施形態の変形例について説明する。この変形例では、レーザ照射器１０１ａとレーザ照射器１０１ｂとが、２種類の色のラインレーザを用いずに、同色のレーザを２方向から照射することで検査が行われる。
【００９７】
この変形例に係る表面形状検査装置では、第１ラインレーザと前記第２ラインレーザとは同じ色であり、第１ラインレーザは、第１タイミングにて照射され、第２ラインレーザは、第１タイミングとは異なる第２タイミングにて照射され、少なくとも一つの検査画像として、第１タイミングにおける第１検査画像と、第２タイミングにおける第２検査画像が含まれる。
【００９８】
この変形例における処理を図１６を参照して説明する。ステップＳ１６０１において、対象物２００の所定の検査領域を照射可能となるように、表面形状検査装置が移動させられるもしくは設置される。表面形状検査装置の移動は、移動制御部１０４５による制御に基づいて行われてもよい。
【００９９】
ステップＳ１６０２において、照射制御部１０４２が、対象物２００に第１ラインレーザを照射する。
【０１００】
ステップＳ１６０３において、撮像制御部１０４３が、スクリーン１０２における反射パターンを撮影する。
【０１０１】
ステップＳ１６０４において、異常判定部１０４４が、第１ラインレーザが照射された場合の検査画像として第１検査画像を取得する。
【０１０２】
ステップＳ１６０５において、照射制御部１０４２が、対象物２００に第２ラインレーザを照射する
【０１０３】
ステップＳ１６０６において、撮像制御部１０４３が、スクリーン１０２における反射パターンを撮影する。
【０１０４】
ステップＳ１６０７において、異常判定部１０４４が、第２ラインレーザが照射された場合の検査画像として第２検査画像を取得する。
【０１０５】
ステップＳ１６０８において、異常判定部１０４４が、対象物２００の表面形状の異常を判定する。判定結果は検査領域に関連付けられて記憶部１０４１に記録される。
【０１０６】
表面形状検査装置は、対象物２００の必要な検査領域の全てを検査し終えるまで、上記動作を繰り返す。このような動作を行うことによって、同色のラインレーザを用いつつ、複数方向からラインレーザを照射して凹凸の検出が行われる。
【０１０７】
第２実施形態について説明する。第２実施形態では第１実施形態と共通の事柄についての記述を省略し、異なる点についてのみ説明する。図１７には、第２実施形態に係る表面形状検査システム１０Ａの模式図が示される。表面形状検査装置１００Ａは、特徴量算出部１７０１を有する点で、第１実施形態に係る表面形状検査装置１００と異なる。
【０１０８】
特徴量算出部１７０１は、カメラ１０３が取得した検査画像に基づいて、反射パターンの特徴量を算出する。特徴量は例えば、反射パターンの長さ、曲率、反射パターンの接線の傾きが変動する範囲等の反射パターンを適切に区別可能な数値である。
【０１０９】
図１８には、第２実施形態に係る表面形状検査装置１００Ａ及び対象物２００Ｇの断面図が示される。対象物２００Ｇは、検査領域Ａ６ａに表面形状の異常を有している。図１７でも、図１４と同様に、レーザ照射器１０１ａによる照射について説明する。
【０１１０】
図１８では、レーザ照射器１０１ａが、検査領域Ａ４ａ，Ａ５ａ，Ａ６ａ，Ａ７ａに対して順番にラインレーザ１０１１ａを照射する。レーザ照射器１０１ａがこのようにラインレーザ１０１１ａを照射可能なように、移動制御部１０４５は、レーザ照射器１０１ａを前記対象物に対して所定の相対速度で移動させるような制御を行う。
【０１１１】
例えば、移動制御部１０４５は、表面形状検査装置１００Ａがロボットアームに設けられて対象物２００Ｇの周囲を移動する場合に、ロボットアームと通信することで、移動制御を行う。対象物２００Ｇがコンベア等によって、ある速度で移動している場合、移動制御部１０４５は対象物２００の移動速度を取得し、当該移動速度に基づいて、表面形状検査装置１００Ａの移動速度を制御してもよい。
【０１１２】
移動制御部１０４５によりレーザ照射器１０１Ａを対象物２００Ｇに対して等速移動させることで、レーザ照射器１０１ａが、所定の移動間隔を保ちつつラインレーザ１０１１ａを照射できる。
【０１１３】
図１８及び図１９を参照して、表面形状検査装置１００Ａにおける表面形状の以上の判定について説明する。図１８には、時刻ｔ＝Ｔ０において検査領域Ａ４ａにラインレーザ１０１１ａが照射された場合の検査画像Ｉ１０及び、時間間隔Ｔをあけて、検査領域Ａ５ａ，Ａ６ａ，Ａ７ａにラインレーザ１０１１ａが照射された場合の検査画像Ｉ１１，Ｉ１２，Ｉ１３が示される。
【０１１４】
検査画像Ｉ１０には、反射パターンＰ１０１が示される。ここでは、例えば図１７に図示されない部分において、対象物２００Ｇがｙｚ平面において湾曲するような曲面を有することによって、反射パターンＰ１０１が曲線となっている。
【０１１５】
時刻ｔ＝Ｔ０＋Ｔにおいてレーザ照射器１０１Ａが検査領域Ａ５ａを照射した場合の検査画像Ｉ１１には、反射パターンＰ１１１の画像が示される。検査領域Ａ５ａには、表面形状の異常がないため、反射パターンＰ１１１は、反射パターンＰ１０１と同様の形状となる。表面形状検査装置１００Ａは、対象物２００Ｇに対して等速で移動しているため、反射パターンＰ１０１と反射パターンＰ１１１との間での形状の変化は緩やかとなる。
【０１１６】
時刻ｔ＝Ｔ０＋２Ｔにおいて、レーザ照射器１０１ａが検査領域Ａ５ａを照射した場合の検査画像Ｉ１２には、反射パターンＰ１２１が示される。検査領域Ａ６ａは、表面形状の異常を有するため、反射パターンＰ１２１は、反射パターンＰ１０１及び反射パターンＰ１１１と異なる形状となる。具体的には、対象物２００Ｇの異常により、パターンＰ１２１１の部分が特徴的に変化している。
【０１１７】
時刻ｔ＝Ｔ０＋３Ｔにおいてレーザ照射器１０１ａが検査領域Ａ７ａを照射した場合の検査画像Ｉ１３には、反射パターンＰ１３１の画像が示される。検査領域Ａ７ａには、表面形状の異常がないため、反射パターンＰ１３１は、反射パターンＰ１０１，Ｐ１１１と同様の形状となる。
【０１１８】
図１９には、表面形状検査装置１００Ａにおける処理のフローチャートが示される。ステップステップＳ２００１において、対象物２００Ｇの第１検査領域を照射可能となるように、表面形状検査装置が移動させられる。なお、対象物２００Ｇが、静止している表面形状検査装置１００Ａに対して移動するようにしてもよい。第１検査領域は例えば、検査領域Ａ４ａである。
【０１１９】
ステップＳ２００２において、照射制御部１０４２が、対象物２００Ｇに第１ラインレーザを照射する。第１ラインレーザは例えば、ラインレーザ１０１１ａである。
【０１２０】
ステップＳ２００３において、撮像制御部１０４３が、スクリーン１０２における第１反射パターンを撮影する。第１反射パターンは例えば、反射パターンＰ１０１である。
【０１２１】
ステップＳ２００４において、特徴量算出部１７０１が、第１ラインレーザが照射された場合の第１検査画像として検査画像を取得する。検査画像は例えば、検査画像Ｉ１０である。
【０１２２】
ステップＳ２００５において、対象物２００の第２検査領域を照射可能となるように、移動制御部１０４５が、表面形状検査装置１００を移動させる。第２検査領域は例えば、検査領域Ａ５ａである。
【０１２３】
ステップＳ２００６において、照射制御部１０４２が、対象物２００に第１ラインレーザを照射する。第１ラインレーザは例えば、ラインレーザ１０１１ａである。
【０１２４】
ステップＳ２００７において、撮像制御部１０４３が、スクリーン１０２における反射パターンを撮影する。第１反射パターンは例えば、反射パターンＰ１１１である。
【０１２５】
ステップＳ２００８において、特徴量算出部１７０１が、第１ラインレーザが照射された場合の検査画像として第２検査画像を取得する。検査画像は例えば、検査画像Ｉ１１である。
【０１２６】
ステップＳ２００９において、特徴量算出部１７０１が、第１反射パターンの第１特徴量及び、第２反射パターンの第２特徴量を算出する。例えば、特徴量算出部１７０１は、検査画像Ｉ１０に基づく第１特徴量として、特徴量Ｆ１を算出し、検査画像Ｉ１１に基づく第１特徴量として、特徴量Ｆ２を算出する。特徴量算出部１７０１が算出した特徴量は、例えば、制御装置１０４の各部が読み出し可能に記憶部１０４１に記憶される。
【０１２７】
ステップＳ２０１０において、異常判定部１０４４は、第１特徴量及び第２特徴量に基づいて表面形状の異常を判定する。
【０１２８】
例えば、異常判定部１０４４は、特徴量Ｆ１と特徴量Ｆ２に基づいて表面形状の異常を判定する場合、特徴量Ｆ２の特徴量Ｆ１に対する変化率を算出する。変化率は、所定の時間間隔における変化率であってもよく、所定の移動間隔における変化率であってもよい。例えば、変化率は、特徴量Ｆ２と特徴量Ｆ１との差分を、時間間隔で割って算出されてもよい。
【０１２９】
異常判定部１０４４は、算出した変化率と、例えば記憶部１０４１に記憶される基準変化率とを比較して表面形状の異常を判定する。基準変化率は、対象物に表面形状の異常がない場合における変化率である。基準変化率は、例えば検査領域Ａ４ａと検査領域Ａ５ａとを検査した場合の正常な変化率のように、表面形状検査装置１００Ａの検査対象の範囲及び対象の形状等に応じて、複数の基準変化率が１０４１に記憶される。
【０１３０】
異常判定部１０４４は、例えば、特徴量Ｆ２の特徴量Ｆ１に対する変化率が基準変化率より大きい値である場合に、表面形状に異常があると判定する。検査画像Ｉ１０と検査画像Ｉ１１とに基づく場合、特徴量Ｆ２の特徴量Ｆ１に対する変化率は反射パターンの形状が同様であるので、小さい値となる。よって、異常判定部１０４４は、対象物２００Ｇの表面形状に異常がないものと判定する。
【０１３１】
表面形状検査装置１００Ａは、対象物２００Ｇの必要な検査領域の全てを検査し終えるまで、上記動作を繰り返す。
【０１３２】
表面形状検査装置１００Ａが、ステップＳ２００４までの処理によって、検査領域Ａ５ａの検査画像を取得し、検査領域Ａ６ａを検査する場合を考える。ステップＳ２００５では、移動制御部１０４５が、検査領域Ａ６ａが照射されるような位置に表面形状検査装置１００Ａを移動させる。
【０１３３】
ステップＳ２００６において、レーザ照射器１０１が第１ラインレーザを照射する。ステップＳ２００７において、カメラ１０３が反射パターンＰ１２１を撮影する。ステップＳ２００８において、図１９のｔ＝Ｔ＋２Ｔにおけるような検査画像Ｉ１２を取得する。
【０１３４】
ステップＳ２００９において、特徴量算出部１７０１は、検査画像Ｉ１２における反射パターンＰ１２１の特徴量として特徴量Ｆ３を算出する。
【０１３５】
ステップＳ２０１０において、異常判定部１０４４は、特徴量Ｆ２と特徴量Ｆ３とに基づいて、対象物２００Ｇの表面形状の異常を判定する。検査画像Ｉ１１と検査画像Ｉ１２とに基づく場合、特徴量Ｆ３の特徴量Ｆ２に対する変化率は、反射パターンＰ１２１のパターンＰ１２１１によって、大きい値となるものとする。この場合、異常判定部１０４４は、対象物２００Ｇの表面形状に異常があるものと判定する。
【０１３６】
表面形状検査装置１００Ａは、各フレームにおける反射パターンの特徴量を算出し、当該特徴量及び特徴量の変化に基づいて、表面形状の異常を判定する。したがって、異常判定部１０４４が、基準画像との直接比較を行わずに、表面形状の異常を検出することが可能となる。
【０１３７】
第３実施形態について説明する。図２１には、第３実施形態に係る表面形状検査装置１００Ｂの模式図が示される。表面形状検査装置１００Ｂは、スクリーン１０２Ａを有する点で、表面形状検査装置１００と異なる。
【０１３８】
図２２には、表面形状検査装置１００Ｂが対象物２００Ｈの表面形状を検査する場合の、表面形状検査装置１００Ｂの断面図が示される。ここではレーザ照射器１０１ａによる照射を図示している。
【０１３９】
スクリーン１０２Ａは、筐体１３００の内面１４０２及び上面２２０１に接するように設けられる。スクリーン１０２Ａは、カメラ１０３に対して凹面となるような投影面を有する。対象物２００Ｈの形状及び表面形状検査装置１００Ｂの姿勢が、図２２に示されるようになっている場合、レーザ照射器１０１ａからのレーザの反射方向は、上面２２０１に向かう方向になる。
【０１４０】
図１３の表面形状検査装置１００におけるようなスクリーン１０２の形状の場合、反射光はスクリーン１０２に入射しない。よって、表面形状の異常を判定できなくなる。
【０１４１】
一方、表面形状検査装置１００Ｂでは、スクリーン１０２Ａが、カメラ１０３に対して凹面となるような投影面を有しているため、反射光はスクリーン１０２Ａに入射する。
【０１４２】
投影面を凹面とすることで、反射光を適切に投影することを可能としつつ、投影面が平面である場合より投影面の面積を小さくすることができる。したがって、表面形状検査装置の小型化が可能となる。
【０１４３】
第４実施形態について説明する。図２３には、第４実施形態に係る表面形状検査装置１００Ｃの模式図が示される。表面形状検査装置１００Ｃは、スクリーン１０２Ｂの形状がスクリーン１０２Ａと異なっている。
【０１４４】
図２３には、対象物２００Ｉの表面形状を検査する場合の、表面形状検査装置１００Ｃ及び対象物２００Ｉの模式図が示される。ここではレーザ照射器１０１ｂによる照射を図示している。
【０１４５】
スクリーン１０２Ｂは、筐体１３００の内面１４０２、側面２３０１、及び側面２３０２に接するように設けられる。スクリーン１０２Ｂは、カメラ１０３に対して凹面となるような投影面を有する。
【０１４６】
図２３に示されるように、対象物２００Ｉは、ｚ軸正方向に凸となるような表面を有する。レーザ照射器１０１ｂからのラインレーザ１０１１ｂは、対象物２００Ｉの表面に沿って照射される。対象物２００Ｉの表面で反射されたラインレーザ１０１１ｂの反射光は、対象物２００Ｉの表面が凸面であることにより、ｙ軸方向に沿って拡がるように反射する。すなわち、ラインレーザ１０１１ｂの反射光は、筐体１３００の側面にも到達するように反射する。
【０１４７】
この場合、図１３の表面形状検査装置１００におけるようなスクリーン１０２の形状の場合、反射光の一部がスクリーン１０２に入射しない。よって、反射光のパターンは、例えば、両端が欠落したようなパターンとなる。
【０１４８】
一方、表面形状検査装置１００Ｃでは、スクリーン１０２Ｂが、カメラ１０３に対して凹面となるような投影面を有しているため、反射光はスクリーン１０２Ｂに入射する。図２３では、ラインレーザ１０１１ｂの反射光が、スクリーン１０２ＢにおいてパターンＰｂとして適切に投影されている場合が示されている。
【０１４９】
表面形状検査装置１００Ｃは、投影面を凹面とすることで、反射光を適切に投影することを可能としつつ、投影面が平面である場合より投影面の面積を小さくすることができる。したがって、表面形状検査装置の小型化が可能となる。なお、スクリーン１０２Ｂは、側面２３０１及び側面２３０２に沿うような形状であるが、他のスクリーンとして、側面２３０１又は側面２３０２のいずれかに沿うような形状であってもよい。また、スクリーンの形状は、スクリーン１０２Ａのように上面２２０１に沿い、かつスクリーン１０２Ｂのように側面２３０１，２３０２に沿うように設けられてもよい。
【０１５０】
以上説明した実施形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定して解釈するためのものではない。実施形態が備える各要素並びにその配置、材料、条件、形状及びサイズ等は、例示したものに限定されるわけではなく適宜変更することができる。また、異なる実施形態で示した構成同士を部分的に置換し又は組み合わせることが可能である。
【符号の説明】
【０１５１】
１０，１０Ａ…表面形状検査システム、１００，１００Ａ，１００Ｂ，１００Ｃ…表面形状検査装置、１０１ａ，１０１ｂ…レーザ照射器、１０２，１０２Ａ，１０２Ｂ…スクリーン、１０３…カメラ、１０４…制御装置、２００，２００Ａ，２００Ｂ，２００Ｃ，２００Ｄ，２００Ｅ，２００Ｆ，２００Ｇ，２００Ｈ…対象物、２０１…表面、２０２，２０２Ａ…凹部、１０１１ａ，１０１１ｂ…ラインレーザ、２０１１…平坦部、２０１２…エッジ部、２０１３…角部
【要約】
対象物の微細な表面形状の異常を検出可能な表面形状検査装置及び表面形状検査方法を提供する。表面形状検査装置１００は、対象物２００に対してラインレーザ１０１１ａ，１０１１ｂを照射するレーザ照射器１０１ａ，１０１ｂと、対象物２００におけるラインレーザ１０１１ａ，１０１１ｂの反射光による反射パターンが投影されるスクリーン１０２と、スクリーン１０２に投影された反射パターンＰの画像を含む少なくとも一つの検査画像を取得するカメラ１０３と、少なくとも一つの検査画像に基づいて、対象物２００の表面形状の異常を判定する異常判定部１０４４と、を備える。【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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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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