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特許7078543多方向の照明及び関連デバイスによって表面上の欠陥を検出するための方法
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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2022-05-23
(45)【発行日】2022-05-31
(54)【発明の名称】多方向の照明及び関連デバイスによって表面上の欠陥を検出するための方法
(51)【国際特許分類】
   G01N 21/88 20060101AFI20220524BHJP
【FI】
G01N21/88 J
【請求項の数】 11
(21)【出願番号】P 2018552217
(86)(22)【出願日】2017-04-05
(65)【公表番号】
(43)【公表日】2019-04-18
(86)【国際出願番号】 EP2017058162
(87)【国際公開番号】W WO2017174683
(87)【国際公開日】2017-10-12
【審査請求日】2020-02-13
(31)【優先権主張番号】1652980
(32)【優先日】2016-04-05
(33)【優先権主張国・地域又は機関】FR
(73)【特許権者】
【識別番号】391045831
【氏名又は名称】フラマトム
【氏名又は名称原語表記】FRAMATOME
(74)【代理人】
【識別番号】100108453
【弁理士】
【氏名又は名称】村山 靖彦
(74)【代理人】
【識別番号】100110364
【弁理士】
【氏名又は名称】実広 信哉
(74)【代理人】
【識別番号】100133400
【弁理士】
【氏名又は名称】阿部 達彦
(72)【発明者】
【氏名】マチュー・タグリオーヌ
(72)【発明者】
【氏名】クレマン・スコピンスキー
(72)【発明者】
【氏名】ゴーティエ・カプト
【審査官】赤木 貴則
(56)【参考文献】
【文献】米国特許出願公開第2009/0079987(US,A1)
【文献】特開2015-232483(JP,A)
【文献】特開2015-232482(JP,A)
【文献】特開2015-232477(JP,A)
【文献】特表2010-510520(JP,A)
【文献】特表2008-516224(JP,A)
【文献】特開2008-070145(JP,A)
【文献】特開2003-098100(JP,A)
【文献】中国特許出願公開第1940534(CN,A)
【文献】中国特許出願公開第102590150(CN,A)
(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
G01N 21/84-G01N 21/958
G01B 11/00-G01B 11/30
JSTPlus/JMEDPlus/JST7580(JDreamIII)
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
表面(12)上の欠陥を検出するための方法であって、本方法は:
-光軸を有する光学デバイス(14)を用いて表面(12)の複数のイメージ(200)を取得するステップ(100)であって、複数の取得イメージ(200)それぞれが、前記表面(12)の各点に当てられる照明方向(E,E’)に沿った照明で光軸方向(O)に沿って前記光学デバイス(14)により取得され、前記複数の取得イメージ(200)が、異なる前記照明方向(E,E’)又は異なる前記照明方向の組み合わせによって、かつ/又は異なる前記方向(O)に沿って取得される、ステップと;
前記表面(12)の各点(202)に関して、前記複数の取得イメージ(200)から複数のパラメータを計算するステップ(102)であって、前記複数のパラメータが、前記照明方向(E,E’)及び前記光学デバイス(14)の観測方向(B,B’)の関数として前記表面(12)の点(202)の応答を特徴づける方程式の係数を含み、前記表面(12)の各点(202)が、前記複数の取得イメージにおける一ピクセルで取得された前記表面の一部と一致する、ステップと;
欠陥がない又は欠陥がないと考えられる前記表面(12)の少なくとも第1の点を画定するステップと;
-表面が前記表面(12)の前記点(202)で欠陥を有するかどうかを、計算された前記複数のパラメータから推定する(104)ステップと、を含み、
所与の点(202)で欠陥が検出されるのは、前記所与の点における少なくとも1つのパラメータが、欠陥がない又は欠陥がないと考えられる隣接点での前記パラメータのバックグラウンドノイズに対する検出しきい値とは異なるときである、検出方法。
【請求項2】
前記光軸方向(O)が、前記複数の取得イメージ(200)に対して同一であることを特徴とする、請求項1に記載の検出方法。
【請求項3】
前記光軸方向(O)が、前記表面(12)に対して垂直であることを特徴とする、請求項2に記載の検出方法。
【請求項4】
前記照明が照明デバイス(15)によって行われ、前記照明デバイス(15)が第1の数の光源(16)を含み、前記第1の数が6より大きく、前記第1の数の光源(16)それぞれが異なる前記照明方向(E,E’)を有し、前記複数の取得イメージそれぞれに対して、単一の前記光源(16)又は所定の複数の前記光源(16)の組み合わせで照射され、前記単一の光源(16)又は前記所定の複数の光源(16)の組み合わせが、前記複数の取得イメージ(200)それぞれ対して異なることを特徴とする、請求項1から3の何れか一項に記載の検出方法。
【請求項5】
前記第1の数の光源(16)それぞれが、同一の光強度を有する、請求項4に記載の検出方法。
【請求項6】
前記第1の数の光源(16)が、前記表面(12)を覆う半球(20)に配されることを特徴とする、請求項4又は5に記載の検出方法。
【請求項7】
前記照明が照明デバイス(15)によって行われ、前記照明デバイス(15)が、前記表面(12)に対して第1の数の位置間を移動可能な1つ又は複数の光源を含むことを特徴とする、請求項に記載の検出方法。
【請求項8】
前記表面(12)の各点(202)に関して、前記複数のパラメータの計算が:
前記複数の取得イメージ上で変化する量を決めるステップ(106)と、
前記照明方向(E,E’)及び/又は前記観測方向(B,B’)に応じて前記表面(12)のモデルを選択するステップ(108)であって、前記モデルが前記量の変化を表し、前記モデルが係数を含む、ステップと、
前記量の変化の回帰によって前記数を計算するステップ(110)と、を含むことを特徴とする、請求項1から7の何れか一項に記載の検出方法。
【請求項9】
前記量が、前記表面(12)の点(202)のグレー強度であり前記モデルが前記照明方向(E,E’)に応じることを特徴とする、請求項8に記載の検出方法。
【請求項10】
前記表面(12)の一(202)での前記複数のパラメータの少なくとも1つが所定の範囲に含まれないとき、欠陥が前記一点(202)で検出されることを特徴とする、請求項1から9の何れか一項に記載の検出方法。
【請求項11】
前記表面(12)の一点(202)での前記複数のパラメータの少なくとも1つが前記表面(12)の点のセットの前記パラメータの平均値を中心とする範囲に含まれないとき、欠陥が前記一点(202)で検出されることを特徴とする、請求項1から10の何れか一項に記載の検出方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、表面上の欠陥を検出するための方法に関する。
【0002】
それはまた、関連した検出デバイスに関する。
【背景技術】
【0003】
一つの現在の方法は、イメージ又は表面のフィルムを取得することから成る。上記イメージ又はフィルムは、次にオペレータによって見られ、識別した欠陥を指し示す。
【0004】
しかしながら、オペレータは、注意不足に起因して欠陥を識別しないかもしれない。さらに、欠陥を判断することを可能にする基準は主観的である、つまり、欠陥を構成するものの定義は、オペレータに応じて変わり得る。
【0005】
これらの問題を相殺するためにしばしば実施される一つの解決法は、複数のオペレータによってフィルム又はイメージを見られるようにすることである。さらに、表面イメージ例は、何が欠陥であり、又は何が欠陥ではないかを示すために用いられる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
しかしながら、示される例は、網羅的でもないし再現可能でもない。
【0007】
欠陥の事象では、専門家が相談される。そして専門家間で多くの議論が生じ、専門家は必ずしも互いに合意しない。
【0008】
表面の分析は、時間がかかり且つ複雑であり得る。
【0009】
本発明は特に、表面上の欠陥を検出するために簡単且つ安全な方法を提供することによってこの欠点を解決することを目的にする。
【課題を解決するための手段】
【0010】
その目的のために、本発明は特に、表面上の欠陥を検出するための方法に関連し、本方法は:
-光軸を有する光学デバイスを用いて表面の複数のイメージを取得するステップであって、各イメージが、表面の各点に関して与えられる照明方向に沿った表面の照明によって、且つ所与の光学的方向に沿った光学デバイスの光軸によって、取得され、イメージが、異なる照明方向又は照明方向の異なる組み合わせによって、及び/又は異なる光学的方向によって取得される、ステップと;
-表面の各点に関して、複数のパラメータの取得イメージから、計算するステップであって、パラメータが、照明方向及び観測方向の関数として表面の上記点の応答を特徴づける方程式の係数を含む、ステップと;
-表面が上記点で欠陥を有するかどうかを、計算されたパラメータから推定するステップと、を含む。
【0011】
本発明による検出方法は、単独で考慮される又は任意の技術的に可能な組み合わせに従って、1つ又は複数の以下の特徴をさらに含み得る:
-光学的方向が、複数のイメージに関して同じである;
-光学的方向が、表面に対して実質的に垂直である;
-照明が照明デバイスによって行われ、照明デバイスが第1の数の光源を含み、第1の数が6より大きく、各光源が各取得イメージに関して、異なる照明方向を有し、単一の光源又は画定されたソースの組み合わせが照らされ、単一の光源又は組み合わせが、各取得イメージに関して異なる;
-光源が、同一の照明強度を有する;
-光源が、表面を囲む半球に配される;
-照明デバイスが、表面に対して第1の数の位置において動くことが可能である1つ又は複数の光源を含む;
-表面の各点に関して、パラメータの計算が以下のステップを含む:
・取得イメージの関数として発達する量を画定するステップと、
・量の発展に関して照明方向及び/又は観測方向に応じて表面のモデルを選択するステップであって、モデルが係数を含む、ステップと、
・量の発展の回帰によって係数を計算するステップと;
-量が、表面の点のグレー強度に対応し、モデルが照明方向に応じる;
-上記点で少なくとも1つのパラメータが、画定された区間に含まれないとき、欠陥が上記点で検出される;
-上記点で少なくとも1つのパラメータが、表面の点のセット上で上記パラメータの平均値を中心とする区間に含まれないとき、欠陥が上記点で検出される;
-上記点での少なくとも1つのパラメータが、隣接する点で上記パラメータのバックグラウンドノイズに対して検出しきい値として選択された値と異なるとき、欠陥が上記点で検出され、表面が隣接する点で欠陥を有さない。
【0012】
本発明はまた、表面上の欠陥を検出するためのデバイスに関し、検出デバイスが:
-光軸を有する光学デバイスであって、上記光学デバイスが、所与の光学的方向に沿って上記表面のイメージを取得することが可能である、光学デバイスと、
-いくつかの異なる照明方向を有する照明デバイスと、
-電子計算デバイスであって、上記電子計算デバイスが:
・上記光学デバイスを介して上記表面の複数のイメージを取得し、各イメージが、異なる照明方向又は各イメージに関して照明方向の異なる組み合わせによって、所与の光学的方向に沿って取得され、
・表面の各点に関して、取得イメージから、複数のパラメータを計算し、パラメータが、照明方向及び観測方向の関数として表面の上記点の応答を特徴づける方程式の係数を含み;
・表面が上記点で欠陥を有するかどうかを、計算されたパラメータから推定する、ように構成される電子計算デバイスと、を含む。
【0013】
本発明は、例としてのみ提供され且つ添付の図面を参照して行われる、以下の説明を用いてより良く理解されるであろう。
【図面の簡単な説明】
【0014】
図1】本発明の検出方法において用いられる例のデバイスの概略図である。
図2】本発明の方法の実施形態のステップの略図である。
図3】その上で検出方法が適用される表面の例のイメージである。
図4図3の表面の線上の3つパラメータの発展の例である。
図5図3の表面上の例の欠陥検出である。
図6】欠陥を有する点及び欠陥を有さない点でのパラメータの例である。
【発明を実施するための形態】
【0015】
表面12上の欠陥を検出するための例のデバイス10は、図1に示される。
【0016】
検出デバイス10は、光学デバイス14、第1の数の光源16を含む照明デバイス15、及び、電子計算デバイス18を含む。
【0017】
光学デバイス14は、所与の光学的方向Oと位置合わせされた光軸を有する。それは、取得領域を有する。
【0018】
光学デバイス14は、所与の光学的方向Oに沿って表面12のイメージを取得することが可能である。取得領域は、検査されることになる表面12と一致して、取得イメージが表面12を表すようになる。
【0019】
表面の各点に関して、観測方向B,B’は、光学デバイス14と表面12の点との間で画定される。
【0020】
ここで取得領域は固定される。
【0021】
光学的方向Oは、典型的には、表面12に対して実質的に垂直である。代わりに、光学的方向Oは、表面12に対して実質的に垂直でない。
【0022】
光学デバイス14は例えばカメラである。
【0023】
代わりに、取得領域は、表面12の一部のみと一致し、且つ、表面12に対して動くことが可能であり、いくつかの部分において表面12のすべてを取得することが可能である。
【0024】
各取得イメージは、サイズi*jを有するピクセルのマトリクスで構成され、iは水平線の数であり、jはマトリクスの垂直線の数であり、2つのパラメータ(i,j)の内少なくとも1つは1より大きい。ピクセルは例えばh*Lで表されるサイズを有する矩形であり、hはその高さであり且つLはその幅である。高さhは幅Lに等しい。代わりに、高さは幅と異なる。
【0025】
以後、「表面の点」とは、差別することなく、取得イメージのピクセル又はピクセルにおいて取得された表面の一部を指す。
【0026】
光源16は、表面12を照らすことが可能である。
【0027】
表面の各点に関して、光源16は各々、表面12の点へ光源を接続する所与の照明方向E,E’を有する。照明方向は、各光源に関して異なる。
【0028】
光源16は、典型的には、表面12を囲む半球20に配される。
【0029】
第1の数は、例えば6より大きく、より具体的には20より大きい。第1の数は、例えば32と128との間、より具体的には96と等しい。
【0030】
光源16は、例えば発光ダイオード(LED)である。
【0031】
それらは、オフ又はオンされ得る。それらは、互いに独立してオンされることが可能であるように構成される。
【0032】
光源16は、典型的には、同一の照明強度を有する。
【0033】
代わりに、照明デバイス15は、表面に対して第1の数の位置において、例えば半球20上で、動くことが可能である1つ又は複数の光源を含む。
【0034】
代わりに、照明デバイス15は、同一でないことがある1つ又は複数の光を含む。照明デバイスが完全にオンされるとき、これは例えば、取得される表面の不均一な照明を提供する。取得システム及び表面は、相対的な動きを有する。
【0035】
電子計算デバイス18は例えば、コンピュータ、計算機、計算モジュール、少なくとも1つのプログラム可能な論理構成要素、例えばFPGA(フィールドプログラマブルゲートアレイ)、又は、少なくとも1つの専用集積回路、例えばASICs(特定用途向け集積回路)である。
【0036】
電子計算デバイス18は例えば、光学デバイス14及び照明デバイス15へ接続される。
【0037】
電子計算デバイス18は、互いに独立して各々の光源16をオンまたはオフすることが可能である。
【0038】
電子計算デバイス18はさらに、光学デバイス14による表面の少なくとも1つのイメージの取得を引き起こすように設けられる。
【0039】
そのため、それは、光学デバイス14によって表面の複数のイメージの取得を駆動するように構成され、各イメージは所与の光学的方向Oに沿って、且つ単一の光源又は各イメージに関する異なる照らされる固有のソースの、画定される組み合わせによって、取得される。
【0040】
表面の各点に関して、電子計算デバイス18は、取得イメージから、複数のパラメータを計算するように構成され、パラメータは、照明方向及び観測方向の関数として表面の上記点の応答を特徴づける方程式の係数を含み、その後、表面が上記点で欠陥を有するかどうかを計算されたパラメータから推定する。
【0041】
最後の点は、欠陥を検出するための方法と関連して、以下で詳細に記載される。
【0042】
表面における欠陥を検出するための方法は、今から図2を考慮して記載されるであろう。
【0043】
本方法は、以前に記載されたデバイスによって、より具体的には電子計算デバイス18を用いて、ここで実行される。
【0044】
本方法は、以下のステップを含む:
-取得100、
-パラメータ102を計算するステップ、及び
-欠陥104の存在を推定するステップ。
【0045】
取得100の間、表面の複数のイメージ200は、光学デバイス14によって取得される。1つのこのようなイメージは、図3において示される。
【0046】
各イメージ200は、表面の各点に関する所与の照明方向E,E’に沿った表面12の照明によって、且つ所与の光学的方向Oに沿った光学デバイス14の光軸によって、取得される。
【0047】
イメージ200は、異なる照明方向E,E’、又は照明方向の組み合わせによって取得される。
【0048】
代わりに、イメージ200は、異なる光学的方向Oによって取得される。
【0049】
代わりに、イメージ200は、異なる照明方向E,E’又は照明方向の組み合わせによって、及び異なる光学的方向Oによって取得される。
【0050】
示される実施形態では、照明方向E,E’は、各取得イメージに関して異なり、光学的方向Oは、不変であり且つ表面12に対して実質的に垂直である。
【0051】
各取得イメージに関して、固有の光源、又は照明デバイスの固有のソース16の画定された組み合わせは照らされ、固有の光源又は組み合わせは各取得イメージに関して異なる。
【0052】
光源又は組み合わせのセットは、順番に照らされて、光源当たり又は組み合わせ当たり1つのイメージを取得する。代わりに、特定のソース又は組み合わせは、照らされない。
【0053】
その後、パラメータ102の計算の間、表面の各点202に関して、つまり、ここでは取得イメージの各ピクセルに関して、複数のパラメータが、取得イメージから計算される。
【0054】
パラメータは、照明方向E,E’及び観測方向B,B’の関数として表面の上記点の応答を特徴づける方程式の係数から計算される。
【0055】
表面200の各点202に関して、パラメータ102の計算はここで以下のステップを含む:
-量を画定するステップ106、
-モデルを選択するステップ108、及び
-係数を計算するステップ110。
【0056】
量の画定106の間、取得イメージの関数として発達する量が、画定される。
【0057】
例えば、量はここでは、表面の点のグレー強度であり、グレー強度は、取得イメージに応じて可変である。
【0058】
並行して、量の発展を表すモデルが選択される108。モデルは、照明方向E,E’及び/又は観測方向B,B’に依存する。モデルは、係数を含む。
【0059】
ここで、モデルは、照明方向のみに依存する。それは例えば、以下の形を想定する:
【0060】
【数1】
【0061】
ここで、Gは量であり、Eは照明方向であり、a,a,a,a,a及びaは係数であり、D及びDは表面の点へ光源を接続するベクトルの座標である。
【0062】
係数a,a,a,a,a及びaはここで不確定である。
【0063】
その後、係数110の計算の間、モデル上の量の適用が行われて、a,a,a,a,a及びaの値を計算する。
【0064】
パラメータはここで、係数a,a,a,a,a及びaに等しいので、計算される。
【0065】
表面の各点に関して、同じ量及び同じモデルが画定される。そのため、表面の各点に関して、パラメータa,a,a,a,a及びaが得られる。例えば、表面の各点に関してパラメータの値を示す表面のマップを得る。
【0066】
図4は、図3に示される表面の点の線204に沿って3つのパラメータの発展を示す。
【0067】
代わりに、パラメータは、係数から計算される他の値である。
【0068】
欠陥の存在を推定するとき104、表面が上記点で欠陥を有するかどうかは、計算されたパラメータから推定される。
【0069】
図6では、例えば、パラメータが示され、曲線Cは欠陥を有さない点であり、曲線Cは欠陥を有する点である。
【0070】
各点に関してステップ104において得られる結果は、例えば、欠陥が上記点で検出されるかどうかを、バイナリ形式において、示すブール(Boolean)である。
【0071】
図5は、線204に沿ったブールを示す。:ブールが0に等しい場合、欠陥は検出されない;ブールが1に等しい場合、欠陥が検出される。
【0072】
そのため、図5では、単一の欠陥300が検出され、いくつかの隣接する点にわたって伸びる。
【0073】
1つ又は複数の基準が、パラメータから欠陥の存在を推定するために用いられる。これらの基準は、以下で説明され、欠陥を検出するために単独で又は組み合わせで用いられる。例えば、少なくとも2つの基準が有効とされるとき、欠陥が検出される。
【0074】
第1の基準は、上記点で少なくとも1つのパラメータが区間に含まれないときに、欠陥が上記点で検出されることである。
【0075】
より具体的には、区間は、表面の点のセットにわたる上記パラメータの平均値を中心とする。
【0076】
代わりに、区間は、所与の区間である。
【0077】
代わりに、上記点で少なくとも所与の数のパラメータが個別の区間に含まれないとき、欠陥が上記点で検出される。
【0078】
第2の基準は、上記点での少なくとも1つのパラメータが、隣接する点で上記パラメータのバックグラウンドノイズに対して検出しきい値として選択された値と異なるとき、欠陥が上記点で検出され、表面が、隣接する点で欠陥を有さないことである。
【0079】
そのため、表面は、次から次へと分析される。
【0080】
そして、欠陥が存在しない表面の少なくとも第1の点を画定することは適切である。
【0081】
代わりに、電子計算デバイス18は、表面の場所が欠陥を含まないことを考慮し、次から次へと、表面における欠陥を検出する。結果が受け入れることが出来ないと見なされる場合、例えば表面の大部分が欠陥を有すると検出される場合、そのとき、ステップは、以前のものと異なる他の一つの場所が欠陥を含まないことを考慮して、繰り返される。
【0082】
第3の基準は、信号の形状に基づく。
【0083】
ここで信号は、点の画定されたセットにわたる1つ又は複数のパラメータの発展である。ここでセットの点は、隣接している。セットの点は例えば、中心点を中心とするゾーンである。
【0084】
パターンは、欠陥が検出される、及び/又は、欠陥が検出されない場合に対応して画定される。信号の形は、パターンと比較されて、欠陥が検出されるかどうかを決定する。欠陥は、中心点で、中心点を含み且つ点のセットにおいてに含まれるゾーンにおいて、又は点のセットにおいて、検出される。
【0085】
そのため、表面の各点に関して、欠陥が存在するかどうかはパラメータから推定される。
【0086】
これは例えば、欠陥を容易に見えるようにするために表面のバイナリマップ上で表されることができる。
【0087】
代わりに、光源16は、同一の照明強度を有さない。その後、デバイスの校正が行われる。
【0088】
他の1つの実施形態では、光学デバイスの光学的方向が変わり、表面及び光源は、各取得イメージ間で動かないままである。代わりに、光学的方向及び照明方向は、表面に対して動くことができる。
【0089】
代わりに、パラメータ102の計算は、双方向反射分布関数(BRDF)又は離散モーダル分解(DMD)又は多項式テクスチャマッピング(PTM)等の他の1つの数学的モデルに基づく。
【0090】
特に取得イメージから計算されたパラメータからの直接の推定は、オペレータに基づいて変わる欠陥の存在への感受性をなくすことを可能にする。そのため本方法は、固有の且つ客観的な結果を得ることを可能にする。そのため、本方法は、より簡易であり且つ安全に為される。
図1
図2
図3
図4
図5
図6