JP4615532B2 - 欠陥検査装置、照明装置 - Google Patents

Description

本発明は、シート状の被検査物のキズ等の欠陥の検出をするための欠陥検査装置、照明装置に関する。

従来から、シート状の被検査物（例えば、フィルム）にキズ等の欠陥があるか否かの検査が行われている。このような被検査物については、シートを搬送する際に使用する、ロールと接触する際にキズが発生する場合がある。この起因としては、ロールに異物が付着している状態でシートが接触することによる引っ掻きキズ、又は、ロールとのスリップによるスリキズ等がある。また、ロール状に巻回されたフィルム状のシートをロールから引き出す際に、引き出す方向に平行なキズがつく可能性もある。そのため、キズ等の欠陥の検査をする必要がある。
従来、このようなキズの検査を行う場合、引き出して走行状態にある非検査物に対して照明装置で光を照射する。そして、非検査物にキズ等の欠陥が存在する場合には、そのキズ等によって乱反射される散乱光をラインＣＣＤカメラ等で撮像し、撮像された画像を画像処理し、キズ等の有無を検出していた。

このような検査を行う検査装置として、例えば、以下に示すものがある（特許文献１、特許文献２）。
特開平８−２６２１８３号公報 特許第１９１４７６４号

しかしながら、上述した従来技術においては、検査対象のフィルムに対して照明した際、キズの方向が光の照射方向に対して平行あるいは平行に近い場合は、キズの検出精度が低下するという問題がある。
また、ラインＣＣＤカメラで撮像をする際、照明装置の照射光とキズで乱反射された光とがラインＣＣＤカメラに入射された場合、キズによって乱反射した光よりも照明装置からの照射光が明るい場合があり、グレア現象によって、キズから乱反射した光が十分に検出できない場合があり、これにより、キズの検出精度が低下してしまうという問題がある。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、その目的は、キズ等の欠陥を精度良く検出することができる欠陥検査装置、照明装置を提供することにある。

上述した課題を解決するために、本発明は、スポット光源を直線状に配列したライン状光源から出射される光の光軸がシート状の被検査物に対して傾斜する方向から照射する照明装置と、前記被検査物を経た光を検出する撮像装置と、前記撮像装置が撮像した結果に基づいて、前記被検査物の欠陥を検出する撮像画像処理装置と、を有し、前記被検査物の走行方向に対し、前記照射装置のスポット光源の配列方向が傾斜していることを特徴とする。

また、本発明は、上述の欠陥検査装置は、前記照射装置のスポット光源の配列方向と前記被検査物の走行方向とのなす角θ０が、７５°＜θ０＜９０°であることを特徴とする。

また、本発明は、スポット光源を直線状に配列したライン状光源から出射される光の光軸がシート状の被検査物に対して傾斜する方向から照射する第１の照明部と第２の照明部とが平行に配置され、前記第１の照明部から出射される光軸の方向と、前記第２の照明部から出射される光軸の方向とが互いに向き合う方向を向き、前記第１の照明部と前記第２の照明部との間隙を持って配置されていることを特徴とする。

また、本発明は、被検査物を経た光を検出する撮像装置と、前記撮像装置が撮像した結果に基づいて、前記被検査物の欠陥を検出する撮像画像処理装置と、を備えた欠陥検査システムにおける欠陥検査方法であって、スポット光源を直線状に配列したライン状光源から出射される光の光軸がシート状の被検査物に対して傾斜する方向から照明装置によって照射する際、前記被検査物の走行方向に対し、前記照射装置のスポット光源の配列方向を傾斜させて照射することを特徴とする。

以上説明したように、この発明によれば、スポット光源を直線状に配列したライン状光源から出射される光の光軸がシート状の被検査物に対して傾斜する方向から照明装置によって照射する際、被検査物の走行方向に対し、照明装置のスポット光源の配列方向を傾斜させて照射するようにした。これにより、照明装置において照射された光が、欠陥において散乱光として出力される際、光源直下とは異なる位置に当該散乱光を発生させることができ、撮像装置によって撮像する際、グレア現象による散乱光の検知精度の低下を防止することができる。

また、本発明は、スポット光源を直線状に配列したライン状光源から出射される光の光軸がシート状の被検査物に対して傾斜する方向から照射する第１の照明部と第２の照明部とを平行に配置し、第１の照明部から出射される光軸の方向と、第２の照明部から出射される光軸の方向とが互いに向き合う方向を向き、第１の照明部と第２の照明部との間隙を持って配置するようにした。これにより、第１の照明装置によって照射された光によって発生する欠陥からの散乱光と、第２の照明装置によって照射された光によって発生する欠陥からの散乱光の発生位置を合わせることができる。これにより、散乱光が微弱な光であっても欠陥を精度良く検知することができる。

以下、本発明の一実施形態による欠陥検査装置、照明装置について図面を参照して説明する。図１は、この発明の一実施形態による欠陥検査装置を適用した欠陥検査システムの構成を示す概略構成図である。
この図１において、透過性フィルム１は、被検査物であり、例えば、フィルム状の薄膜シートである。この透過性フィルム1は、巻回されており、引き出しながら検査される。照明装置２は、透過性フィルム１に対して光を照射する。この照明装置２については、後述する。
ラインＣＣＤカメラ３は、照明装置２から照射され透過性フィルム１を透過した光を検知して撮像する。このラインＣＣＤカメラ３は、巻回された透過性フィルム１を引き出すことによって走行状態にある透過性フィルム１を撮像する。
画像処理装置４は、ラインＣＣＤカメラ３によって撮像され生成された画像データを画像処理することにより、透過性フィルム１のキズ等の欠陥を検出する。ここで検出する欠陥としては、例えば、透過性フィルム１の幅方向に対して垂直方向のキズ（ひっかきキズ、スリキズ）等である。

次に、図２を用いて欠陥検査システムについてさらに説明する。図２（ａ）は、欠陥検査システムを上方から見た図、図２（ｂ）は、欠陥検査システムを側方から見た図である。透過性フィルム１に対し、透過性フィルム１の下方側から照明装置２によって光を照射し、透過性フィルム１を透過した光を透過性フィルム１の上方に設けられたラインＣＣＤカメラ３によって検知して撮像する。透過性フィルム1に欠陥がある場合には、その欠陥によって発生する散乱光を検知して撮像する。

次に、照明装置２について説明する。図３は、照明装置２の構成を説明するための図面である。図３（ａ）は、出射端側からみた外観図である。このように、光源からの光の出射端２１は、直線状に並ぶように配列され、バンドル部材２２によって保持されている。
図３（ｂ）は、照明装置２の幅方向から見た図である。この図に示すように、 複数の光ファイバから出射される光の光軸がそれぞれ平行になるように束ねられており、この光ファイバがバンドル部材２２の端面（バンドル部材の幅方向）に対して傾斜して固定されている。ここでは、バンドル部材２２の幅方向と光ファイバの中心軸との角度が３０°となるように配列されて固定されている。また、ここでは、光ファイバの端面から出射される光は、プラスチック光ファイバを使用した場合には、屈折率の相違により、バンドル部材の幅方向に対する垂直軸方向と、光ファイバの端面から出射された光の光軸都のなす角は約４５°の方向性を持って、大気中に出射される。
なお、以下においては、出射端から出射される光の光軸の傾き（出射方向）について、例えば、図３（ｃ）の符号ａに示すように、図面において矢印にて示すものとして説明する。

次に、図４、５を用いて、照明装置２によって、透過性フィルム１にキズ等の欠陥に光が照射された場合について説明する。
図４は、キズ等の欠陥に対し、光源が直線状に配列された方向に対して直交する方向に照明装置２が配置された場合について説明するための図面である。
この図において、照明装置２から出射された光が透過性フィルム１を透過する際、透過性フィルム１にキズ等の欠陥があると、そのキズの部分において散乱光が発生する。この散乱光は、図４（ａ）符号ａに示すように、光源から出射された光の幅に応じた長さ（長いキズがあったとしても、光が照らされている長さ分）であって、欠陥に沿って、走行方向に対して前後方向、すなわち、照明装置２と欠陥とが交差する位置において、欠陥に沿った照明装置２の両端に発生する。

次に、この実施形態における照明装置２と透過性フィルム１との関係について、図５を用いて説明する。図５に示すように、透過性フィルム１の走行方向に対し、照明装置２のスポット光源の配列方向が傾斜する位置に照明装置２が配置される。この配置により、光源の配列方向と欠陥とがなす角は、鋭角と鈍角とが作られる。この際、光源からの光の出射方向に対して逆向き側（矢印方向とは逆向き）となす鋭角側に欠陥からの散乱光の出力が発生するが、鈍角側に欠陥からの散乱光の出力は発生しない。
また、欠陥における散乱光は、欠陥の方向と照明装置の光源の配列方向とがなす角θ０（以下、鋭角角度θ０と称す）の欠陥に沿って、光源から離れた位置で発生する。つまり、光源直下ではなく、欠陥上であって、光源直下以外の位置で発生する。

次に、欠陥の方向と照明装置の光源の配列方向とがなす角θ０と欠陥からの散乱光の位置の関係について図６を用いて説明する。
図６（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）に示すように、鋭角角度θ０を９０°から小さくするに応じて、光源の位置から散乱光が発生する位置までの距離が大きくなる。
このように、欠陥からの散乱光を光源とは重ならない位置にて撮像することによって、光源からの光の影響を低減させて、欠陥からの散乱光を検知して欠陥の有無を検出することができる。
このような撮像を行う場合の光源の配列方向とラインＣＣＤカメラ３と欠陥からの散乱光の関係を図６（ｅ）に示す。この図に示すように、光源の配列方向（照明装置２）の鋭角角度θ０を設定する際、この照明装置２の回転に合わせ、平行になるようにラインＣＣＤカメラ３も回転させる。そして、鋭角角度θ０に応じて出現する欠陥からの散乱光の位置となる距離Ｌの間隔になるように、照明装置２からラインＣＣＤカメラ３を離す。これにより、欠陥からの散乱光が最も明るい位置を測定することができる。

次に、上述した実施形態における欠陥検査システムを適用した場合の実施例について説明する。ここでは、基本的な構成は、図１と同様とし、鋭角角度θ０を８７°とし、光源の中心部から４ｍｍ離れた位置をラインＣＣＤカメラ３で撮像し、検査装置にて欠陥検査を行った場合について説明する。
この実施例においては、被検査物である透過性フィルム１に対し、直径０．５ｍｍのプラスチック光ファイバを３０°斜めに配列した照明装置を透過性フィルム１から７０ｍｍ離れた位置に配置し、撮像手段としてラインＣＣＤカメラ３を（三菱レイヨン製ＭＫＳ−２０４８）を適用した。これを正透過となるように配置し、先述のラインＣＣＤカメラ３および照明装置のライン方向は、透過性フィルム１の幅方向に配置する。

次に、被検査物である透過性フィルム１に対し、照明装置２とラインＣＣＤカメラ３を透過性フィルム1の幅方向に対し、同方向に３°傾斜（回転）させる。このとき、正透過の状態は維持しているものとする。
この状態で照明装置の光出射方向とシートの走行方向（＝キズの発生方向）とが、平面上の判断で鋭角となる方向にラインＣＣＤカメラ３を４ｍｍ平行移動させた。
この状態でフィルムを走行させるとともに、ラインＣＣＤカメラ３のデータを画像処理装置（メック製ＬＳＣ４５００）にて欠陥検出処理を行った。これにより、長さのある輝点部分を欠陥として検知することができた。

次に、この実施例において、鋭角角度θ０と欠陥からの散乱光の出力との関係について説明する。図７は、直線状に配列された照明装置と欠陥とのなす角θ０と散乱光の出力位置（光源からの距離）の関係を示す図面である。
この図において、縦軸は、照明装置の光源が配列された位置から垂直方向における散乱光の出力位置までの距離、横軸は、鋭角角度θ０を示す。
ここでは、欠陥上に沿って出力された散乱光のうち、散乱光の出力が最も高い位置を検出位置Ｋとして、照明装置からその検出位置Ｋまでの距離Ｌを測定した。この図からもわかるように、角θ０を小さくしていくと、検出位置Ｋまでの距離Ｌが、照明装置から離れていくことがわかる。特に、ここでの測定結果は、鋭角角度θ０と検出位置Ｋまでの距離Ｌとが線形的に変化することが結果として得られた。そして、測定結果から回帰モデルによる解析を行ったところ、
ｙ＝−０．８３８５ｘ＋７６．７９４
なる式によって表現できることが結果として得られた。
この図からもわかるように、例えば、照明装置を３°回転させた８７°において、照明装置の中心より４ｍｍ離れた位置で検知すると、照明装置によるグレアの影響を低減しつつ、欠陥の検出をすることができる。

この実施例においては、測定結果として、鋭角角度θ０と検出位置Ｋまでの距離Ｌとが略直線状に変化することが結果として得られるが、鋭角角度θ０を小さくしていくと、欠陥からの散乱光の出力が高い箇所（Ｌ）が、照明装置の中心部より離れていく関係であることを利用し、鋭角角度θ０を欠陥検査システムに応じて適宜設定することが可能である。ここでは、グレアの影響が発生しない、あるいは低減される角度であって、９０°に近い角度をθ０として設定するようにすればよい。例えば、ここでは、鋭角角度θ０を８７°とし、４ｍｍの位置をラインＣＣＤカメラ３で撮像するようにする。これにより、傾斜量が小さいことにより、図５に示すように走行方向における照明装置２が光を出射する幅Ｄを狭くすることができるので、システム全体のレイアウトの収まりを損なわずに欠陥検査をすることができる。ここでは、幅Ｄの範囲に渡ってラインＣＣＤカメラ３で撮像する必要があるので、その撮像範囲において、透過性フィルム１が蛇行、ばたつきが生じないように走行させるように固定する必要があるので幅Ｄが小さいことが望ましい。

次に、この本発明における欠陥検査システムにて撮像された画像について説明する。
〈測定例１〉
図８は、鋭角角度θ０を９０°、ラインＣＣＤカメラ３の撮像位置を照明装置から４ｍｍ離れた位置を撮像して欠陥検査を行った場合における、撮像画面（図８（符号ａ））と画像処理後の検査結果画面（図８（符号ｂ））を示す図面である。
ここでは、ラインＣＣＤカメラ３によって撮像された画像（図８（符号ａ））に対し、ある画素の１ライン（透過性フィルム１の幅方向）について、隣接する画素毎にその画素値を比較し、差分の大きさを波形としてグラフ（図８（符号ｂ））に描画した。
〈測定例２〉
図９は、角θ０を８７°、ラインＣＣＤカメラ３の撮像位置を照明装置から４ｍｍ離れた位置を撮像して欠陥検査を行った場合における、撮像画面（図９（符号ａ））と画像処理後の検査結果画面（図９（符号ｂ））を示す。

測定例１（図８符号（ｂ））に示す波形の欠陥に相当する位置のピーク（図８符号（ｃ））と、測定例２（図９符号（ｂ））に示す波形の欠陥に相当する位置のピーク（図９符号（ｃ））とを比較すると、測定例２のピークの方が大きくなっている。これにより、鋭角角度θ０を９０°とするよりも、８７°の場合の方が撮像画像において、正常な箇所と欠陥がある箇所とのコントラストを向上させることができ、これにより、微細な欠陥でも精度良く検知することが可能となる。

次に、照明装置の他の実施形態について説明する。
図１０、図１１は、第２の実施形態における照明装置について説明するための図である。この第２の実施形態における照明装置は、第１の実施形態における照明装置を２つ用いる。
ここでは、第１の照明装置１００と第２の照明装置２００とを平行に配置する。平行に配置する際、第１の照明装置１００から出射される光軸の方向と、第２の照明装置２００から出射される光軸の方向とが向き合う方向に向いており、かつ、第１の照明装置１００と第２の照明装置２００とが間隙を持って平行に配置される。
ここでは、鋭角角度θ０に欠陥からの散乱光の出力が得られるため、図１０に示すように、照明装置の出射方向を互いに逆にすると、鋭角側は照明装置の反対側となるため、欠陥からの散乱光の出力も反対側となる。すなわち、２つの照明装置の間隙内に位置することとなる。

そして、図１１に示すように、２つの照明装置（第１の照明装置１００、第２の照明装置２００）を直線状に配列された光源の配列方向が互いに平行であって、各光源からの出射光の方向が互い違いの向きなるように配置することにより、１つの長手の欠陥に対し、２つ照明装置から照明することが可能となる。そして、２つの照明装置の間隙の中心部に適位置とすることによって、欠陥からの出力となる散乱光の出力位置を重ねることができる。この出力位置は、２つの照明装置間において発生する。

これにより、微少な欠陥であっても、光源の位置と重ならない位置で欠陥からの散乱光を検知することができ、さらに、欠陥そのものが微少であって、散乱光の出力が微少であっても、２つの照明から出射された光から欠陥によって発生する２つの散乱光の出力位置が重なることにより、欠陥からの散乱光の出力を高めることができ、欠陥からの散乱光をより検出しやすくなり、これにより、結果の検出精度をより高めることができる。

なお、この第２の実施形態における照明装置を利用する場合、間隙の距離２Ｌに応じた鋭角角度θ０となる角度に照明装置を被検査物の走行方向に配置すればよい。
このように、第１の照明装置１００から欠陥に照射されて発生する散乱光と、第２の照明装置２００から欠陥に照射されて発生する散乱光とが重なる位置を、欠陥からの散乱光の出力が得られる適位置とし、ラインＣＣＤカメラ３によって撮像することで、欠陥からの散乱光の出力を安定して撮像し、検出することが可能となる。

また、この第２の実施形態の照明装置においては、カメラの光軸調整を２つの照明装置間の出射光の中央部（２つの照明装置からの距離が等間隔となる線上）で固定するだけでよいため、比較的容易にセッティングすることができる。また、鋭角のセッティングは、スペース的なこともあるため、小さい方が望ましい。照明と被検査物との距離によっては、２つの照明装置の間隙の変わるため、この間隙の距離２Ｌ（図１１）を調整できる調整機構を設け、照明装置と被検査物の走行方向との角度に応じて間隙２Ｌの距離を調整するようにしてもよい。ラインＣＣＤカメラ３の光軸調整も２つの照明装置から発光される直接光の中心部に合わせることができるため、調整に対する判断が容易となる。
このように、以上説明した実施形態によれば、数ミクロン程度のキズをそれ以上の分解能のカメラで撮像しても欠陥を検出することができる。

また、以上説明した実施形態においては、被検査物として透過性フィルム１を適用する場合について説明したが、被検査物は透過性のあるものに限らず、金属製の薄膜等の非透過性のものを被検査物とすることが可能である。この場合、ラインＣＣＤカメラの側方に照明装置を配置し、照明装置から照射された光の反射光をラインＣＣＤカメラによって撮像するようにしてもよい。このように、欠陥からの散乱光は、反射、透過のいずれを利用しても欠陥検査が可能である。

なお、上述した実施形態において、照明装置からの照明は、走行方向に対して傾斜する場合について説明したが、欠陥の形状が略直線状であれば、その欠陥の形状に対して傾斜する方向から照明を照射するようにすればよい。
また、上述した実施形態において、照明装置２は、光ファイバを適用した場合について説明したが、この照明装置２は、平行光源であればよく、例えば、レーザを適用することも可能である。また、図１２に示すように、ＬＥＤを光源とし、プリズムを通過させることにより右方向あるいは左方向の一方に平行光を導いて出射する照明装置を適用することも可能である。

以上、この発明の実施形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計等も含まれる。

この発明の一実施形態による欠陥検査装置を適用した欠陥検査システムの構成を示す概略構成図である。 照明装置、透過性フィルム１、ラインＣＣＤカメラ３の位置関係について説明するための図である。 照明装置２の構成を説明するための図面である。 照明装置２の配置について説明するための図面である。 照明装置２の配置について説明するための図面である。 欠陥の方向と照明装置の光源の配列方向とがなす角θ０と欠陥からの散乱光の位置の関係について説明するための図面である。 直線状に配列された照明装置と欠陥とのなす角θ０と散乱光の出力位置（光源からの距離）の関係を示す図面である。 ラインＣＣＤカメラ３によって撮像した結果を示す図面である。 ラインＣＣＤカメラ３によって撮像した結果を示す図面である。 第２の実施形態における照明装置について説明するための図である。 第２の実施形態における照明装置について説明するための図である。 照明装置の他の実施形態について説明するための図面である。

符号の説明

１ 透過性フィルム ２ 照明装置
３ ラインＣＣＤカメラ ４ 画像処理装置
２１ 出射端 ２２ バンドル部材
１００ 第１の照明装置 ２００ 第２の照明装置

Claims (4)

1. スポット光源を直線状に配列したライン状光源から出射される光の出射方向を前記ライン状光源の配列方向の一端側に傾斜させることによりシート状の被検査物の面に直交する方向に対して傾斜する方向から照射する照明装置と、
   前記被検査物を経た光をその全幅にわたって検出する撮像装置と、
   前記撮像装置が撮像した結果に基づいて、前記被検査物の幅方向に対して垂直方向の欠陥を検出する撮像画像処理装置と、を有し、
   前記照射装置のスポット光源の配列方向と前記被検査物の走行方向とのなす角θ０が、７５°＜θ０＜９０°であり、
   前記撮像装置は、
   前記ライン状光源の配列方向と前記欠陥の方向とが交差する位置から前記角θ０に応じて決まる距離だけ離れた位置であって前記ライン状光源の配列方向のうち他端側に延びる線と当該欠陥の方向とがなす角の鋭角側の位置の光を検出することにより当該欠陥を検出するように設定された
   ことを特徴とする欠陥検査装置。
2. 前記撮像装置は、前記ライン状光源の配列方向のうち他端側に延びる線と前記欠陥の方向とがなす角の鋭角側である欠陥上の位置であって、前記ライン状光源の配列方向と前記欠陥の方向とが交差する位置から前記ライン状光源の配列方向に対して平行距離Ｌだけ離れた位置に発生する光を検出するように設定されており、
   前記平行距離Ｌは、
   Ｌ＝（−０．８３８５θ０＋７６．７９４）
   である
   ことを特徴とする請求項１記載の欠陥検査装置。
3. 請求項１に記載の欠陥検査装置に用いられる照明装置であって、
   前記照明装置は、スポット光源を直線状に配列したライン状光源から出射される光の出射方向を前記ライン状光源の配列方向の一端側に傾斜させることによりシート状の被検査物の面に直交する方向に対して傾斜する方向から照射する第１の照明部と第２の照明部とが平行に配置され、
   前記第１の照明部から出射される光の出射方向と、前記第２の照明部から出射される光の出射方向とが互いに向き合う方向を向き、前記第１の照明部と前記第２の照明部との間隙を持って配置され、
   前記間隙の距離は、
   前記ライン状光源の配列方向と前記欠陥の方向とが交差する位置から前記角θ０に応じて決まる距離であり、前記第１の照明部からの距離と前記第２の照明部からの距離とが等しい位置に発生する光を検出することにより当該欠陥が前記欠陥検査装置によって検出されるように設定されている
   ことを特徴とする照明装置。
4. 被検査物を経た光をその全幅にわたって検出する撮像装置と、前記撮像装置が撮像した結果に基づいて、前記被検査物の幅方向に対して垂直方向の欠陥を検出する撮像画像処理装置と、を備えた欠陥検査システムにおける欠陥検査方法であって、
   スポット光源を直線状に配列したライン状光源から出射される光の出射方向を前記ライン状光源の配列方向の一端側に傾斜させることによりシート状の被検査物の面に直交する方向に対して傾斜する方向から照明装置によって照射する際、前記照射装置のスポット光源の配列方向と前記被検査物の走行方向とのなす角θ０が、７５°＜θ０＜９０°になるように照射し、
   前記撮像装置は、
   前記ライン状光源の配列方向と前記欠陥の方向とが交差する位置から前記角θ０に応じて決まる距離だけ離れた位置であって前記ライン状光源の配列方向のうち他端側に延びる線と当該欠陥の方向とがなす角の鋭角側の位置の光を検出することにより当該欠陥を検出する
   ことを特徴とする欠陥検査方法。

Images