特開 2024-138809 表面検査装置、研磨装置、表面検査方法、及び研磨方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024138809

(43)【公開日】2024-10-09

(54)【発明の名称】表面検査装置、研磨装置、表面検査方法、及び研磨方法

(51)【国際特許分類】

   G01N 21/88 20060101AFI20241002BHJP

【ＦＩ】

G01N21/88 Z

【審査請求】未請求

【請求項の数】15

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023049505

(22)【出願日】2023-03-27

(71)【出願人】

【識別番号】000004215

【氏名又は名称】株式会社日本製鋼所

(74)【代理人】

【識別番号】100103894

【弁理士】

【氏名又は名称】家入 健

(72)【発明者】

【氏名】大下 武諒

(72)【発明者】

【氏名】平野 峻之

(72)【発明者】

【氏名】風呂川 幹央

【テーマコード（参考）】

2G051

【Ｆターム（参考）】

2G051AA07

2G051AB02

2G051AC15

2G051AC19

2G051BB07

2G051FA10

(57)【要約】

【課題】高い精度と大型化を両立する表面検査装置、研磨装置、表面検査方法、及び研磨方法を提供すること。
【解決手段】本開示に係る表面検査装置１０は、光沢表面を有する製品２０の表面検査装置であって、移動手段１０２を有し、製品の表面の撮像を行う撮像部１０１と、撮像部が取得した情報から表面の状態を解析し、表面の傷の有無と傷の程度を判定する情報処理部１０４と、表面の傷の有無の情報、及び傷がある場合には傷の情報をユーザ３０にフィードバックする表示部１０５とを備えるものである。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

光沢表面を有する製品の表面検査装置であって、
移動手段を有し、前記製品の表面の撮像を行う撮像部と、
前記撮像部が取得した情報から前記表面の状態を解析し、前記表面の傷の有無と傷の程度を判定する情報処理部と、
前記表面の傷の有無の情報、及び傷がある場合には前記傷の情報をユーザにフィードバックする表示部と、を備える
表面検査装置。

【請求項2】

さらに、前記撮像部の周辺の光量を調整する周辺光調整部を備え、
前記周辺光調整部は、前記製品を囲む暗幕、前記撮像部と同一の軸にて前記表面を照射する光源、特定の周波数の光を発する光源、特定の周波数の光のみを透過するスリットを備える遮蔽物のうち少なくとも一つを備える
請求項１に記載の表面検査装置。

【請求項3】

前記撮像部は、カメラ及びピント調節部を備え、
前記周辺光調整部は、前記カメラと同一の軸にて前記表面を照射する光源を備え、
前記カメラは、前記ピント調節部によって前記表面とのピントを合わせ、
前記カメラは、前記光源を用いて同軸落射法により前記表面の撮像を行う
請求項２に記載の表面検査装置。

【請求項4】

前記ピント調節部は、前記表面と前記カメラとの間の距離を測定するセンサ、又は前記表面と前記カメラとの間に所望の距離を設ける治具である
請求項３に記載の表面検査装置。

【請求項5】

前記傷の情報は、前記傷のサイズや深さ、前記傷が発生した座標情報、前記傷の種類、前記光沢表面を得るための研磨の評価、前記傷の画像、前記製品の要求仕様に対する達成度のうち少なくとも一つを含む
請求項１に記載の表面検査装置。

【請求項6】

前記傷の画像は、前記傷の全体像を１枚の画像に収まるように撮像したもの、又は前記傷の一部を撮像した複数の画像を結合したものであり、
前記傷の箇所を色付け、丸印や矢印を追加する印付け、又はコントラスト調整により強調する加工を行った画像を、前記ユーザにフィードバックする
請求項５に記載の表面検査装置。

【請求項7】

前記移動手段は、レール、クレーン、ワイヤーリール、ロボットアーム、ドローンのうち少なくとも一つを備える
請求項１に記載の表面検査装置。

【請求項8】

前記製品は、樹脂と接する曲面、傾斜面、平面のうち少なくとも一つを有する金属表面を備える
請求項１に記載の表面検査装置。

【請求項9】

前記製品は、Ｔダイ、ダイス、ロール、金型、スクリュ、シリンダ、及びそれらの構成部品のいずれかである
請求項８に記載の表面検査装置。

【請求項10】

請求項１～９のいずれかに記載の表面検査装置と、研磨部及び研磨調整部を備え、
前記研磨調整部は、前記表面の傷の有無及び前記傷の程度に応じて、研磨条件を調整し、
前記研磨部は、前記研磨条件に基づいて前記表面における前記傷とその周辺、又は前記表面の全体の研磨を行う
研磨装置。

【請求項11】

前記研磨条件は、前記傷を除去する研磨条件、又は前記表面の平坦性を向上させる研磨条件であり、
前記研磨条件は、前記ユーザによって変更可能であり、
前記研磨部は、前記ユーザによって操作可能である
請求項１０に記載の研磨装置。

【請求項12】

光沢表面を有する製品の表面検査方法であって、
周辺光調整部にて撮像部の周辺の光量を調整し、前記撮像部において前記製品の表面の撮像を行い、
前記撮像部が取得した情報から前記表面の状態を解析し、前記表面の傷の有無と傷の程度を判定し、
前記表面の傷の有無の情報、及び傷がある場合には前記傷の情報をユーザにフィードバックする
表面検査方法。

【請求項13】

前記周辺光調整部の光量の調整は、撮像前、又は撮像中に行う
請求項１２に記載の表面検査方法。

【請求項14】

請求項１２の表面検査方法に基づき、前記表面の傷の有無及び前記傷の程度に応じて、研磨条件を調整し、
前記研磨条件に基づいて前記表面における前記傷とその周辺、又は前記表面の全体の研磨工程を行う
研磨方法。

【請求項15】

前記研磨条件は、前記傷を除去する条件、又は前記表面の平坦性を向上させる条件であり、
前記研磨条件は、前記ユーザによって変更可能であり、
前記研磨工程は、前記ユーザによって実施可能である
請求項１４に記載の研磨方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、表面検査装置、研磨装置、表面検査方法、及び研磨方法に関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１には、板状金属表面に複数の照明手段により光を照射して撮像を行う金属表面検査装置が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１０－０７８５７４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

樹脂フィルムの成型などを行う加工機において、加工機を構成する製品は、樹脂の流路となる領域を有する。この領域に傷や凹凸などがあると、樹脂の放出にムラが生じるため、製品の表面には高い平坦性が必要である。

【0005】

一方、樹脂フィルムなどの生産量の増加に伴い、加工機の大型化が要求されている。加工機を構成する製品においても大型化が進んでおり、製品の表面は、高い平坦性と大型化の両立が要求されている。したがって、製品の表面を検査する表面検査装置においても、高い精度と大型化の両立が求められる。

【0006】

特許文献１には、板状金属表面に複数の照明手段により光を照射して撮像を行う金属表面検査装置が開示されているが、当該板状金属表面を備える製品は、半導体パッケージの基材となるリードフレームが対象である。したがって、加工機を構成する製品のような大型の表面検査装置については検討の余地があると言える。

【0007】

また、大型の製品の表面検査方法において、製品が従来の検査装置が備えるベルトコンベアに乗せられないため、人が目視にて行うことになり、高い精度にて検査をすることが困難である。

【課題を解決するための手段】

【0008】

本開示に係る表面検査装置は、光沢表面を有する製品の表面検査装置であって、移動手段を有し、前記製品の表面の撮像を行う撮像部と、前記撮像部が取得した情報から前記表面の状態を解析し、前記表面の傷の有無と傷の程度を判定する情報処理部と、前記表面の傷の有無の情報、及び傷がある場合には前記傷の情報をユーザにフィードバックする表示部と、を備えるものである。

【0009】

また、本開示に係る研磨装置は、当該表面検査装置と、研磨部及び研磨調整部を備え、前記研磨調整部は、前記表面の傷の有無及び前記傷の程度に応じて、研磨条件を調整し、前記研磨部は、前記研磨条件に基づいて前記表面における前記傷とその周辺、又は前記表面の全体の研磨を行うものである。

【0010】

本開示に係る表面検査方法は、光沢表面を有する製品の表面検査方法であって、周辺光調整部にて撮像部の周辺の光量を調整し、前記撮像部において前記製品の表面の撮像を行い、前記撮像部が取得した情報から前記表面の状態を解析し、前記表面の傷の有無と傷の程度を判定し、前記表面の傷の有無の情報、及び傷がある場合には前記傷の情報をユーザにフィードバックするものである。

【0011】

また、本開示に係る研磨方法は、当該表面検査方法に基づき、前記表面の傷の有無及び前記傷の程度に応じて、研磨条件を調整し、前記研磨条件に基づいて前記表面における前記傷とその周辺、又は前記表面の全体の研磨工程を行うものである。

【発明の効果】

【0012】

本開示により、高い精度と大型化を両立する表面検査装置、研磨装置、表面検査方法、及び研磨方法を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】本実施の形態に係る表面検査装置及び研磨装置のブロック図である。

【図2】本実施の形態に係る表面検査方法を説明する図である。

【図3】本実施の形態に係る表面検査方法を説明するフローチャートである。

【図4】本実施の形態に係る製品の例を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0014】

以下、図面を参照して本開示の実施の形態について説明する。図１は、本実施の形態に係る表面検査装置及び研磨装置を表している。本実施の形態に係る表面検査装置１０は、撮像部１０１、移動手段１０２、周辺光調整部１０３、情報処理部１０４、表示部１０５を備える。本実施の形態に係る研磨装置１１は、表面検査装置１０と研磨部１１０、研磨調整部１１１を備える。

【0015】

表面検査装置１０が検査を行う対象である製品２０は、樹脂フィルムの成型などを行う加工機に用いられる。加工機の例として、Ｔダイ、ダイス、ロール、金型、スクリュ、シリンダ、及びそれらの構成部品などが挙げられる。

【0016】

製品２０は、樹脂の流路となる領域を有し、この領域に傷や凹凸などがあると、樹脂の放出にムラが生じるため、製品２０の表面には高い平坦性を要する。製品２０の表面において０．０１～０．１ｍｍ程度の傷や凹凸を含むと、樹脂の放出にムラが生じるため、表面検査の精度の目安は、このサイズ以上の傷や凹凸を検知できることが要求される。

【0017】

製品２０の表面は、メッキで形成された金属材料の表面を光沢するまで研磨することにより得られる。また、当該光沢表面は、樹脂と接する曲面、傾斜面、平面のうち少なくとも一つを有する。

【0018】

撮像部１０１は、カメラ及びピント調節部を備える。ピント調節部は、製品２０の表面とカメラとの間の距離を測定するセンサ、又は表面とカメラとの間に所望の距離を設ける治具などであり、カメラは、ピント調節部によって表面とのピントを合わせた後、製品２０の表面の撮像を行う。

【0019】

また、撮像部１０１は、移動手段１０２を備えており、これにより撮像部１０１は可動式となる。移動手段１０２は、レール及び撮像部１０１を保持してレール上を移動する保持機構などによって構成される。なお、移動手段１０２はこれに限定されず、クレーン、ワイヤーリール、ロボットアーム、ドローンなどによって撮像部１０１を可動できるようにしてもよい。

【0020】

撮像されたデータにおいて、製品２０の外側の背景が映り込む、光沢する表面にて反射して撮像部１０１が映り込む、などが起きると、表面に生じた傷や凹凸の検知がしづらくなる。製品２０の外側の背景の映り込みについては、撮像されたデータを拡大する、或いはトリミングすることにより抑制することができる。また、撮像部１０１の映り込みについて、本実施の形態に係る表面検査装置１０は、周辺光調整部１０３を設けて撮像部１０１の周辺の光量を調整することにより、抑制することができる。また、当該光量の調整は、撮像前に予め行っていてもよく、撮像中に行ってもよい。

【0021】

周辺光調整部１０３にて周辺光を調整する手段は、製品２０を暗幕によって囲んで太陽光や工場照明などの環境光を遮蔽する、撮像部１０１と同一の軸に光源を設けて表面に照射するなどが挙げられる。また、特定の周波数の光を表面に照射してもよく、特定の周波数の光を発する光源を用いたり、特定の周波数の光以外を遮蔽する遮蔽物を用いたりすることができる。遮蔽物は、特定の周波数の光のみを透過するスリットを設けることにより、遮蔽を行うことが可能となる。

【0022】

撮像部１０１と同一の軸に光源を設ける場合は、この光源を用いて同軸落射法により製品２０の表面の撮像を行うことで、映り込みを抑制することができる。

【0023】

情報処理部１０４は、撮像部１０１が取得した情報、即ち、撮像されたデータなどを受信し、製品２０の表面の状態を解析する。また、情報処理部１０４は、予め設定された閾値の範囲に基づき、製品２０の表面に生じた傷や凹凸の検知を行うことができる。閾値の範囲は、製品２０の要求仕様などにより決定するとよい。

【0024】

表示部１０５は、製品２０の表面の傷や凹凸の有無の情報、及び傷や凹凸がある場合には傷や凹凸の情報を、表面検査装置１０を使用するユーザ３０にフィードバックを行う。

【0025】

研磨部１１０は、表面検査装置１０にて製品２０の表面に閾値の範囲内の傷や凹凸が検知された場合において、傷や凹凸が生じている領域の研磨を行う。傷や凹凸が検知されなかった場合、及び閾値の範囲よりも小さい傷や凹凸のみが検知された場合は、製品２０の仕様に影響を与えないため、製品２０は、良品と判定される。一方、閾値の範囲よりも大きい傷や凹凸が検知された場合は、研磨部１１０による研磨処理よりも大掛かりな研磨が必要となるため、製品２０は、仕様を満たしていない不良品と判定される。また、製品２０の表面に傷がないと判定された場合において、表面の平坦性を向上させる研磨を行ってもよい。表面の平坦性の向上させる例として、磨き目を細かくするように研磨の段階を変更する方法が挙げられる。

【0026】

本実施の形態に係る研磨装置１１は、表面検査装置１０と研磨部１１０、研磨調整部１１１を備え、研磨調整部１１１は、傷や凹凸の有無、及び傷や凹凸の程度に応じて研磨条件を調整し、研磨部１１０は、当該研磨条件に基づいて表面の研磨を行う。このようにして、表面検査装置１０からの傷や凹凸のフィードバックに応じて、傷や凹凸を研磨して除去する工程を自動にて行うことができる。なお、研磨処理の指示は、フィードバックの通知を受けたユーザ３０が手動で行ってもよい。また、研磨条件は、ユーザ３０によって変更可能であり、研磨部１１０は、ユーザ３０によって操作可能である。このような構成とすることにより、製品２０の表面の状態に応じて、適切な研磨条件の設定及び研磨工程を実施することができる。

【0027】

図２（ａ）は、ユーザ３０が製品２０を目視によって検査を行う例を表している。上述のように、人が目視によって０．０１～０．１ｍｍ程度の傷や凹凸を検知することは困難である。一方、図２（ｂ）は、本実施の形態に係る表面検査装置及び表面検査方法を表している。撮像部１０１を可動式とすることにより、広範囲に製品２０の表面の検査を行うことが可能となる。

【0028】

ここで、図２（ｂ）に示される表面検査装置及び図３に示されるフローチャートを用いて、本実施の形態に係る表面検査方法について説明する。

【0029】

まず、撮像部１０１において、製品２０の表面を撮像して、撮像データ１１４を取得する（Ｓ１０１）。図２（ｂ）に示される例において、撮像部１０１は、レール１１２と保持機構１１３によって可動式となっているため、大型の製品２０においても、製品２０の表面の全体を撮像することが可能である。

【0030】

製品２０の表面の撮像は、撮像される範囲を一区画として、一区画を撮像する毎に撮像部１０１を移動させてもよいし、撮像部１０１を移動させながら、連続的に撮像を行ってもよい。

【0031】

取得された撮像データ１１４は、情報処理部１０４に送信される（Ｓ１０２）。情報処理部１０４は、コンピュータなどに備えられており、撮像データ１１４を解析して、製品２０の表面の傷や凹凸の有無を検知する（Ｓ１０３）。

【0032】

製品２０の表面に傷や凹凸が検知されなかった場合、或いは閾値の範囲よりも小さかった場合は、製品２０は良品であると判定され、表面検査を終了する。この時、傷や凹凸が検知されなかった情報を、表示部１０５からユーザ３０へフィードバックを行ってもよい。

【0033】

次に、検知された傷や凹凸のサイズが、予め設定された閾値の範囲に収まっているかどうかを判断する（Ｓ１０４）。傷や凹凸のサイズが閾値の範囲内である場合は、傷や凹凸の情報を表示部１０５からユーザ３０へフィードバックを行う（Ｓ１０５）。図２（ｂ）に示される例において、表示部１０５は、ユーザ３０が所持する携帯端末に備えられているが、これに限定されず、情報処理部１０４を備えるコンピュータのモニターなどにおいてフィードバックが行われてもよい。

【0034】

表示部１０５がユーザ３０にフィードバックする情報は、傷や凹凸のサイズや深さ、傷や凹凸が発生した座標情報、傷や凹凸の種類、光沢表面を得るための研磨の評価、傷や凹凸の画像、製品２０の要求仕様に対する達成度などが挙げられ、このうち少なくとも一つを含む。

【0035】

なお、傷や凹凸は大きさを有するため、傷や凹凸が発生した座標情報は、傷や凹凸の輪郭を点群で表してもよく、複数の座標にて囲まれる範囲で表してもよい。

【0036】

傷や凹凸の画像は、傷や凹凸の全体像を１枚の画像に収まるように撮像してもよく、傷や凹凸の一部を撮像した複数の画像を結合してもよい。また、傷や凹凸の箇所を色付け、丸印や矢印を追加する印付け、コントラスト調整など、強調する加工を行った画像を、ユーザ３０にフィードバックしてもよい。

【0037】

本実施の形態に係る研磨方法において、このＳ１０５の段階において、ユーザ３０へのフィードバックに併せて、製品２０に生じた傷や凹凸を研磨処理によって除去を行ってもよい。

【0038】

研磨処理が行われたら、再び製品２０の表面の撮像を行い、傷や凹凸が除去されたことを確認し、当該傷や凹凸以外に傷や凹凸が検知されなければ、製品２０は良品であると判定され、表面検査を終了する。

【0039】

検知された傷や凹凸のサイズが、予め設定された閾値の範囲よりも大きい場合は、大掛かりな研磨が必要となるため、製品２０は、仕様を満たしていない不良品と判定される。その後、表示部１０５は、不良品判定の情報をユーザ３０へフィードバックを行い、表面検査を終了する（Ｓ１０６）。

【0040】

図４は、製品２０の例を示している。図４（ａ）は、製品２０の形状の例であり、図４（ｂ）は、製品２０が加工機の一部として使用されている例である。

【0041】

図４（ａ）に示される製品２０の表面１２０は、樹脂の流路となる領域であり、樹脂と接する曲面、傾斜面、平面のうち少なくとも一つを有する金属表面である。

【0042】

図４（ｂ）は、加工機であるＴダイ１３０を表しており、複数の製品２０を合わせることにより、樹脂を吐出する吐出口１３１を形成している。製品２０の表面において０．０１～０．１ｍｍ程度の傷や凹凸を含むと、樹脂の放出にムラが生じるため、製品２０の表面は高い平坦性が求められる。

【0043】

このようにして、高い精度と大型化を両立する表面検査装置、研磨装置、表面検査方法、及び研磨方法を提供することができる。

【0044】

なお、本開示は上記実施の形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。

【符号の説明】

【0045】

１０ 表面検査装置
１１ 研磨装置
２０ 製品
３０ ユーザ
１０１ 撮像部
１０２ 移動手段
１０３ 周辺光調整部
１０４ 情報処理部
１０５ 表示部
１１０ 研磨部
１１１ 研磨調整部
１１２ レール
１１３ 保持機構
１１４ 撮像データ
１２０ 表面
１３０ Ｔダイ
１３１ 吐出口

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】