特開 2024-173237 表面欠陥の光学的検査方法及び装置

(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】P2024173237

(43)【公開日】2024-12-12

(54)【発明の名称】表面欠陥の光学的検査方法及び装置

(51)【国際特許分類】

   G01N 21/88 20060101AFI20241205BHJP

   G01N 21/84 20060101ALI20241205BHJP

【ＦＩ】

G01N21/88 Z

G01N21/84 E

【審査請求】未請求

【請求項の数】6

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023091528

(22)【出願日】2023-06-02

(71)【出願人】

【識別番号】000137694

【氏名又は名称】株式会社ミツトヨ

(74)【代理人】

【識別番号】110002963

【氏名又は名称】弁理士法人ＭＴＳ国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】山縣 正意

【テーマコード（参考）】

2G051

【Ｆターム（参考）】

2G051AB02

2G051AB07

2G051BA01

2G051BA20

2G051BB03

2G051BC01

2G051CA04

2G051CA06

2G051CB01

2G051CD06

2G051EA12

(57)【要約】

【課題】拡散照明だけでは見えにくかった疵まで見えるようにして、表面の汚れと疵の両方を同時に検出可能とする。
【解決手段】検査対象１２を拡散光（ドーム照明装置３０）で照明し、その反射光によって検査対象１２表面の欠陥を光学的に検査する際に、拡散照明（ドーム照明装置３０）をオンとした時の第１のカメラ画像Ａと、拡散照明（ドーム照明装置３０）をオフとした時の第２のカメラ画像Ｂを両方取得し、前記第１のカメラ画像Ａと第２のカメラ画像Ｂの差分画像Ｃを生成し、該差分画像Ｃのコントラストを平坦化して疵強調画像Ｄを作成し、該疵強調画像Ｄを用いて検査対象１２表面の欠陥を検出する。
【選択図】図８

【特許請求の範囲】

【請求項1】

検査対象を拡散光で照明し、その反射光によって検査対象表面の欠陥を光学的に検査する際に、
拡散照明をオンとした時の第１のカメラ画像と、拡散照明をオフとした時の第２のカメラ画像を両方取得し、
前記第１のカメラ画像と第２のカメラ画像の差分画像を生成し、
該差分画像のコントラストを平坦化して疵強調画像を作成し、
該疵強調画像を用いて検査対象表面の欠陥を検出することを特徴とする表面欠陥の光学的検査方法。

【請求項2】

前記拡散照明による前記第１及び第２のカメラ画像を取得する際に、落射照明を併用することを特徴とする請求項１に記載の表面欠陥の光学的検査方法。

【請求項3】

前記拡散照明が、光源からの出射光をドーム状反射体の内面で拡散反射させて検査対象に照射するドーム照明であることを特徴とする請求項１又は２に記載の表面欠陥の光学的検査方法。

【請求項4】

検査対象を拡散光で照明して、検査対象表面の欠陥を光学的に検査する表面欠陥の光学的検査装置であって、
拡散照明をオンとした時の第１のカメラ画像を取得する手段と、
拡散照明をオフとした時の第２のカメラ画像を取得する手段と、
前記第１のカメラ画像と第２のカメラ画像の差分画像を生成する手段と、
該差分画像のコントラストを平坦化して疵強調画像を作成する手段とを備え、
該疵強調画像を用いて検査対象表面の欠陥を検出するようにされていることを特徴とする表面欠陥の光学的検査装置。

【請求項5】

前記拡散照明による前記第１及び第２のカメラ画像を取得する際に、検査対象を落射照明するための手段を更に備えたことを特徴とする請求項４に記載の表面欠陥の光学的検査装置。

【請求項6】

前記拡散照明を行う手段が、光源からの出射光をドーム状反射体の内面で拡散反射させて検査対象に照射するドーム照明装置であることを特徴とする請求項４又は５に記載の表面欠陥の光学的検査装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、表面欠陥の光学的検査方法及び装置に係り、特に、拡散光による照明（以下、拡散照明と称する）だけでは見えにくかった疵まで見えるようにして、表面の汚れと疵の両方を同時に検出することが可能な、表面欠陥の光学的検査方法及び装置に関する。

【背景技術】

【0002】

検査対象を照明し、その反射光によって検査対象表面の欠陥を光学的に検査する際に、検査対象を照明する方法としては、例えば特許文献１に記載されたような同軸落射照明（以下単に落射照明と称する）を用いる方法、特許文献２に記載されたような拡散光によるドーム照明（以下単にドーム照明と称する）を用いる方法、特許文献３及び４に記載されたような落射照明とドーム照明を併用する方法がある。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１２－１９８２０８号公報

【特許文献2】特開２０１７－２０７３８０号公報

【特許文献3】ＷＯ２０１９／０６４８１０号公報

【特許文献4】特開２０１５－１３７９２１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかしながら、本願発明が主な対象とするセラミック製又はスチール製のゲージブロックのような場合、落射照明による明視野観察では、図１に例示する如く、検査対象１２の表面の汚れ１２Ａは見えやすいが、疵１２Ｂは見えにくい。

【0005】

一方、ドーム照明による暗視野観察では、図２に例示する如く、表面の疵１２Ｂは見えやすいが、汚れ１２Ａは見えにくい。

【0006】

更に、特許文献４に記載されたような落射照明とドーム照明を同時に行う明暗視野観察においても、図３に例示する如く、表面の汚れ１２Ａは見えやすくなるが、疵１２Ｂは必ずしも見えやすくない等の問題点を有していた。

【0007】

本発明は、前記従来の問題点を解消するべくなされたもので、拡散照明と画像処理を組み合わせることにより、拡散照明だけでは見えにくかった疵まで見えるようにして、表面の汚れと疵の両方を同時に検出可能とすることを課題とする。

【課題を解決するための手段】

【0008】

本発明は、検査対象を拡散光で照明し、その反射光によって検査対象表面の欠陥を光学的に検査する際に、拡散照明をオンとした時の第１のカメラ画像と、拡散照明をオフとした時の第２のカメラ画像を両方取得し、前記第１のカメラ画像と第２のカメラ画像の差分画像を生成し、該差分画像のコントラストを平坦化して疵強調画像を作成し、該疵強調画像を用いて検査対象表面の欠陥を検出することを特徴とする表面欠陥の光学的検査方法により、前記課題を解決するものである。

【0009】

ここで、前記拡散照明による前記第１及び第２のカメラ画像を取得する際に、落射照明を併用することができる。

【0010】

又、前記拡散照明を、光源からの出射光をドーム状反射体の内面で拡散反射させて検査対象に照射するドーム照明とすることができる。

【0011】

本発明は、又、検査対象を拡散光で照明して、検査対象表面の欠陥を光学的に検査する表面欠陥の光学的検査装置であって、拡散照明をオンとした時の第１のカメラ画像を取得する手段と、拡散照明をオフとした時の第２のカメラ画像を取得する手段と、前記第１のカメラ画像と第２のカメラ画像の差分画像を生成する手段と、該差分画像のコントラストを平坦化して疵強調画像を作成する手段とを備え、該疵強調画像を用いて検査対象表面の欠陥を検出するようにされていることを特徴とする表面欠陥の光学的検査装置を提供するものである。

【0012】

ここで、前記拡散照明による前記第１及び第２のカメラ画像を取得する際に、検査対象を落射照明するための手段を更に備えることができる。

【0013】

又、前記拡散照明を行う手段を、光源からの出射光をドーム状反射体の内面で拡散反射させて検査対象に照射するドーム照明装置とすることができる。

【発明の効果】

【0014】

本発明によれば、拡散照明と画像処理を組み合わせることにより、図４に例示する如く、拡散照明だけでは見えにくかった疵まで見えるようになり、表面の汚れと疵の両方を同時に検出可能となる。更に、複雑な演算処理を必要としない極めて簡単な演算で疵強調画像を得ることができるので、廉価なパソコンでもライブ表示による目視観察が可能になる。

【図面の簡単な説明】

【0015】

【図1】従来の落射照明による明視野観察時の検査用画像の例を示す図

【図2】従来のドーム照明による暗視野観察時の検査用画像の例を示す図

【図3】従来の落射照明とドーム照明を組み合わせた明暗視野観察時の検査用画像の例を示す図

【図4】本発明によるドーム照明と画像処理を組み合わせた場合の検査用画像の例を示す図

【図5】ドーム照明のみを用いた本発明の第１実施形態の構成を示す図

【図6】第１実施形態における画像処理回路の構成と各部画像の例を示す図

【図7】本発明で用いるコントラスト平均化処理の処理前後のヒストグラムを比較して示す図

【図8】第１実施形態におけるデータ処理手順を示す流れ図

【図9】（Ａ）ドーム照明ＯＦＦと（Ｂ）ドーム照明ＯＮの場合の照明状態を比較して示す斜視図

【図10】（Ａ）本発明の実施形態による疵強調画像と（Ｂ）従来の落射照明による生画像を比較して示す図

【図11】落射照明を併用した本発明の第２実施形態の構成を示す図

【発明を実施するための形態】

【0016】

以下、本発明の実施形態について、図面を用いて説明する。なお、本発明は以下の実施形態に記載した内容により限定されるものではない。又、以下に記載した実施形態における構成要件には、当業者が容易に想定できるもの、実質的に同一のもの、いわゆる均等の範囲のものが含まれる。更に、以下に記載した実施形態で開示した構成要素は適宜組み合わせてもよいし、適宜選択して用いてもよい。

【0017】

本発明の第１実施形態は、図５に示す如く、載置台１０上に載置された検査対象１２をドーム照明するための、例えばリング状に上向きに配置されたＬＥＤ３２、ドーム状の下向きの反射板３４、及びドーム照明制御装置３６を備えたドーム照明装置３０と、該ドーム照明装置３０の反射板３４の中央に空けられた開口３４Ａから検査対象１２の表面を観察するためのレンズ２０を備えたカメラ２２と、該カメラ２２の出力を本発明に従って処理するための画像処理装置２４とを備えている。

【0018】

前記画像処理装置２４は、図６に示す如く、ドーム照明がＯＮの画像とＯＦＦの画像の差分を取る減算部２６と、該減算部２６の出力画像のコントラストを平坦化するイコライゼーション処理部２８を備えている。

【0019】

前記イコライゼーション処理部２８は、図７に例示する如く、ヒストグラムの累積度数（輝度値０から画素数を累積したもの）のグラフの傾きが一定になるように変換してヒストグラムを均一化する。これにより、コントラストが悪かったり、明るさが偏っている画像の全体的なバランスを改善することができる。

【0020】

図７から、変換後に累積ヒストグラムが直線状に補正されることがわかる。

【0021】

第１実施形態における処理手順を図８に示す。

【0022】

まず、ステップ１００で、ドーム照明制御装置３６により、ドーム照明装置３０のＬＥＤ３２をオンとする。

【0023】

そしてステップ１１０で、その時のカメラ２２によって得られるカメラ画像Ａ（第１のカメラ画像と称する）を取得する。

【0024】

次いでステップ１２０に進み、前記ドーム照明制御装置３６により、ドーム照明装置３０のＬＥＤ３２をオフとする。

【0025】

そしてステップ１３０で、その時のカメラ２２によって得られる画像Ｂ（第２のカメラ画像と称する）を取得する。

【0026】

次いでステップ１４０に進み、画像処理装置２４で、図６に示したような、第１のカメラ画像Ａと第２のカメラ画像Ｂの背景差分画像（単に差分画像と称する）Ｃを生成する。

【0027】

次いでステップ１５０に進み、図６に示したような、前記差分画像Ｃのコントラストを平坦化した画像（疵強調画像と称する）Ｄを得て検査用画像として出力する。

【0028】

ドーム照明をオンオフするときの載置台１０に置かれた検査対象１２の見え方の例を図９に示す。

【0029】

このような処理を行うことにより、図１０（Ｂ）に例示するような、落射照明の生画像では、普通に観察しても良く見えない疵（検査対象を特定の角度に傾けると漸く目視確認できるような疵）も、図１０（Ａ）に示すように、疵の向きに依存することなく観察可能となる。

【0030】

なお、第１実施形態では、ドーム照明のみであったたため、ドーム照明をオフとする時に、検査対象１２が暗くなり過ぎて画像が取得できなくなる恐れがある。そのような場合に備えて、図１１に示す第２実施形態のように、落射照明を併用することができる。

【0031】

第２実施形態は、第１実施形態に加えて、ドーム照明装置３０とカメラ２２のレンズ２０の間に挿入されたハーフミラー４０と、該ハーフミラー４０を介して落射照明装置４２から例えばＬＥＤ４４により落射照明を行うための落射照明装置４２と、該落射照明装置４２を制御するための落射照明制御装置４６とを備えている。

【0032】

この第２実施形態によれば、ドーム照明をオフとしたときの検査対象１２の表面の明るさが不足するときに、必要な量を落射照明装置４２から補うことができ、本発明を実施することが可能となる。

【0033】

なお、前記実施形態においては拡散照明がドーム照明とされていたが、リング照明であってもよい。又、検査対象がセラミック製又はスチール製のゲージブロックとされていたが、検査対象も、これらに限定されない。

【符号の説明】

【0034】

１０…載置台
１２…検査対象
２０…レンズ
２２…カメラ
２４…画像処理装置
２６…減算部
２８…イコライゼーション処理部
３０…ドーム照明装置
３２、４４…ＬＥＤ
３４…反射板
３６…ドーム照明制御装置
４０…ハーフミラー
４２…落射照明装置
４６…落射照明制御装置
Ａ…第１のカメラ画像（ドーム照明ＯＮ）
Ｂ…第２のカメラ画像（ドーム照明ＯＦＦ）
Ｃ…背景差分画像
Ｄ…疵強調画像

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】