JPH0614012B2 - 外観検査装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 技術分野 この発明は、走査コヒーレント光を被検面に投光し、そ
の直反射光を受けて被検面を自動的に検査する外観検査
装置に関する。

従来技術 従来、この種の装置では、投光系および受光系に対する
被検面の向きの関係が、被検物に応じて固定化され、一
定の幾何学的配置をなすのを特徴としている。このよう
な方式を自動車ボディのように、各種の異なる傾斜、曲
率を持つ面の外観検査に適用しようとした場合、投光系
および受光系に対する被検面受光部の向きが一定しない
ため、直反射光による良好な信号を得ることができず、
自動検査実現の妨げとなっている。

目的 この発明は、従来通りの検査光学系に簡単な２次元位置
センサーを組合せて被検面受光部の投光系および受光系
に対する傾きを検出し、それによる傾き信号に応じて被
検物および光学検査ヘッドの少なくとも一方に、走査方
向をｙ軸、被検面を含みｙ軸と直交する方向をｘ軸とし
たときに、ｙ軸まわり回転機構およびｘ軸まわり回転機
構よりなる支持姿勢調節手段を設けて姿勢を制御し、被
検面受光部の投光系および受光系に対する向きを一定に
保つようにして、簡単な改良で前記従来の欠点を解消し
得る外観検査装置を提供することを目的とする。

構成 そこでこの発明では、被検面に走査コヒーレント光を当
てその直反射光を受けて被検面を検査する光学検査ヘッ
ドに、前記反射光の受光位置により被検面受光部の傾き
を検出する２次元位置センサが設けられ、前記光学検査
ヘッドまたは被検物の少なくとも一方に、前記コヒーレ
ント光の走査方向をｙ軸、前記被検面を含みｙ軸と直交
する方向をｘ軸、ｘ軸とｙ軸に直交する方向をｚ軸とし
たときの、ｙ軸回りの回転機構と、ｘ軸回りの回転機構
と、前記３軸のそれぞれの方向への移動機構とを備える
調整手段が設けられ、この調整手段が前記２次元位置セ
ンサからの出力信号に応じて制御され、前記光学検査ヘ
ッドにおける投光系および受光系に対する前記被検面受
光部の向きが相対的に一定に保たれるようにしている。

実施例 第１図に、この発明の一実施例として、自動車ボディを
外観検査する場合が示されており、光学検査ヘッド１
が、被検物としての自動車ボディ２の被検面３に向け得
るよう設けられている。自動車ボディ２が図示しない支
持手段によって所定位置に支持されるのに対し、光学検
査ヘッド１は、ｘ軸周りの回転機構４およびｙ軸周りの
回転機構５を有するロボットアーム６に連結され、それ
ら回転機構４および５が光学検査ヘッド１の支持姿勢調
節手段７をなすようにしている。ロボットアーム６は、
ｘ軸方向に移動可能なよう支持された駆動函８に対しｚ
軸方向に移動可能なよう支持されている。駆動函８は、
それをｘ軸方向に駆動する機構、ロボットアーム６を駆
動函８に対しｚ軸方向に駆動する機構、およびロボット
アーム６の各回転機構４，５を駆動する各機構を内蔵し
ており、図示しないが、ロボットアーム６をｙ軸方向に
移動させる手段も別に設けられ、それらの各駆動機構を
ＮＣ制御部９により制御する。

光学検査ヘッド１は、第２図に示されるような検査光学
系を内蔵している。この光学系では、従来の場合同様Ｈ
ｅ−Ｎｅレーザー管１０を出たレーザー光が、全反射ミ
ラー１１，１２で反射されて振動ミラー１３に達し、振
動ミラー１３により扇状に拡がるビームとされる。この
扇状ビームは、振動ミラー１３上レーザー光反射点に対
して自身の焦点距離にほぼ等しくなる位置に置かれたレ
ンズ１４により平行走査ビームに変換され、被検面３を
ｙ軸方向に走査する（第３図）。被検面３受光部から反
射光は、直反射成分と、被検面３受光部の表面粗さによ
る拡散反射成分との合成からなるが、疵検出上、直反射
成分を全反射ミラー１５を経て集光レンズ１６により集
め、干渉フィルター１７により外光の影響を除去して受
光素子１８で受ける。被検面３受光部に疵があると、直
反射成分が減り、拡散反射成分が増えるから、前記受光
素子１８への受光量をモニターして外観検査がなされ
る。この検査は、光学検査ヘッド１が、ｘ軸方向の移動
に加え、ｙ軸方向にも移動されることによって、被検面
３の所望範囲に及び、その際の被検面３受光部の位置変
化に伴う、光学検査ヘッド１と被検面３受光部との距離
変化が、ロボットアーム６のｚ軸方向移動により是正さ
れる。

前記検査光学系に対し、被検面３受光部からの直反射光
を、受光素子１８へ向う光路から一部分割して取出すビ
ームスプリッター１９と、該ビームスプリッター１９に
より分割して取出されたビームを受ける２次元位置セン
サー２０と、ビームスプリッター１９による分割取出し
ビームの２次元位置センサー２０に対する結像倍率調節
用のレンズ２１とが、さらに設けられており、ビームス
プリッター１９は集光レンズ１６と干渉フィルター１７
との間に配置されている。

２次元位置センサー２０は、光学検査ヘッド１に内蔵さ
れる投光系および受光系に対する被検面３受光部の傾き
に対応して、前記分割検出ビームの受光位置が受光面上
で変化することにより、前記被検面３受光部のｘ軸周り
およびｙ軸周りの傾きを検出することができ、この２次
元位置センサー２０からの出力信号に応じて、前記支持
姿勢調節手段７としての各回転機構４，５を適宜制御
し、被検面３受光部が投光系および受光系に対し常に一
定の向きとなるようにする。これによって、被検面３が
自動車ボディのように種々の傾きや曲率を持つ被検物で
あっても、その所望被検範囲全域で、直反射光による良
好な検査信号が自動的に得られ、高精度な自動外観検査
が可能となる。

以下、２次元位置センサー２０による被検面３受光部の
傾き検出について詳述する。

ｙ軸周りの傾きについて、 第４図に、等価光路で示されているように、光学検査ヘ
ッド投光系からのレーザー光は、被検面３に対し左方か
ら入射し、被検面３でスネルの法則に従って反射される
が、投光系および受光系に対する被検面３の適正なｙ軸
周りの向きを(ロ)の状態に設定する場合、そのときの被
検面３からの直反射光が２次元位置センサー２０受光面
のｘ軸方向中央点Ｏｘに結像するように調整されてい
る。被検面３が(ロ)の状態から(ハ)の状態に傾くと、被検
面３からの直反射光は破線で示されているように、２次
元位置センサー２０受光面の中央点Ｏｘから外れた位置
に結像される。

結局、第５図に示される如く被検面３受光部の光学検査
ヘッド１の投受光系に対する向きが、ｙ軸周りに(イ),
(ロ),(ハ)と変化した場合、その傾き状態(イ),(ロ),(ハ)に従
って、２次元位置センサー２０のｘ軸方向位置信号出力
Ｖｘが、第６図(イ),(ロ),(ハ)のように変化する。なお、
走査レーザー光は、ｙ軸に平行に走査されているため
に、前記ｘ軸方向位置信号出力Ｖｘは直流となってい
る。

以上によって、２次元位置センサー２０からのｘ軸方向
位置信号出力Ｖｘをモニターすることにより、被検面３
受光部のｙ軸周りの適正向きに対する傾きを自動的に連
結検出することができる。

ｘ軸周りの傾きについて、 被検面３のｘ軸周りの傾き変化は、ｘ軸方向から、つま
り正面側から見た光学検査ヘッド１に対し、第７図に示
される(ニ),(ホ),(ヘ)のように表わされる。ここで、投光
系および受光系に対する被検面３の適正なｘ軸周りの向
きを(ホ)の状態に設定した場合、第８図に等価光路で示
されているように、そのときの被検面３からの直反射光
が、２次元位置センサー２０受光面上の、ｙ軸方向中央
点Ｏｙを中心とする対称な位置に結像するように調整さ
れている。第８図において被検面３が(ホ)の状態から(ヘ)
の状態に傾いたとき、２次元位置センサー２０受光面へ
の直反射光結像位置が、破線で示されているようにｙ軸
方向中央点Ｏｙから変化する。

結局、第７図に示されるように、被検面３受光部の光学
検査ヘッド１の投受光系に対する向きが、ｘ軸周りに
(ニ),(ホ),(ヘ)と変化した場合、その傾き状態(ニ),(ホ),(ヘ)
に従って、２次元位置センサー２０のｙ軸方向位置信号
出力Ｖｙが、第９図(ニ),(ホ),(ヘ)のように変化する。な
お、走査レーザー光は、その走査方向がｙ軸方向に一致
しているために、前記ｙ軸方向位置信号出力Ｖｙは、第
９図に示されているように、交流成分と直流成分の２成
分を含んでいる。

以上によって、２次元位置センサー２０からのｙ軸方向
位置信号出力をモニターすることによって、被検面３受
光部のｘ軸周りの適正向きに対する傾きを自動的に連続
検出することができる。

２次元位置センサー２０から得られる前記ｘ軸方向、ｙ
軸方向の各位置信号出力は、被検面３受光部の適正向き
に対するｙ軸およびｘ軸周りの各傾き信号として、第１
図におけるＮＣ制御部９にフィードバックされ、その信
号に応じて、光学検査ヘッド１の支持姿勢調節手段７を
なす各回転機構４，５を制御し、光学検査ヘッド１の投
光系および受光系に対する被検面３受光部の向きが常に
一定であるよう、光学検査ヘッド１の支持姿勢が調節さ
れる。この結果、被検物２の所望被検面３の全域で、被
検面３各部の傾きや曲率の違いにかかわりなく、走査レ
ーザー光が所定の方向から入射し所定の方向に直反射す
ることによる良好なS/N比の信号が自動的に得られ、高
精度な自動外観検査が達成される。

もっとも、被検面３受光部の傾き検出による光学検査ヘ
ッド１の支持姿勢調節は、その傾きが検出された被検面
３受光部に対してであり、その受光中心点Ｐを中心とし
てなされなければならない。それには、光学検査ヘッド
１のｘ軸周りおよびｙ軸周りの支持姿勢調節と共に、そ
の調節に伴う前記受光中心点Ｐに対するｘ軸、ｙ軸、ｚ
軸方向の位置ズレが補正されればよい。このような補正
は、ＮＣ制御部９でなされる。

前記のような投光系および受光系に対する被検面受光部
の向き調節は、被検物側の支持姿勢を調節してもなされ
るし、光学検査ヘッドおよび被検物双方の各支持姿勢を
相互調節するようにしてもよい。被検物側だけか光学検
査ヘッドと共にｘ，ｙ，ｚ軸方向移動機構が設けられて
もよい。

前記２次元位置センサーとしては、半導体型のものや、
ビジコン、エアリアセンサー等種々のものを利用するこ
とができる。

効果 この発明によれば、被検面が自動車ボディのように各種
の傾きや曲率を持つものであっても投光系および受光系
に対する被検面受光部の適正向きに対する傾きが連続検
出され、その検出信号に応じた光学検査ヘッドおよび被
検物の少なくとも一方の支持姿勢調節によって前記傾き
が相対的に是正されるから、被検物の所望被検面全域
で、被検面各部の傾きや曲率の違いにかかわりなく、直
反射光による良好なＳ／Ｎ比の信号が得られ、高精度な
自動外観検査が達成される。

しかも光学検査ヘッドに２次元位置センサーが設けら
れ、この光学検査ヘッドおよび被検物の支持手段の少な
くとも一方に、走査方向をｙ軸とし、被検面を含みｙ軸
と直交する方向をｘ軸としたときの、ｙ軸周りの回転機
構およびｘ軸周りの回転機構からなる支持姿勢調節手段
が設けられ、該支持姿勢調節手段が前記２次元位置セン
サーからの出力信号に応じて制御されるので、ｘ軸或い
はｙ軸周りの被検面の傾きを検知でき、ロボットアーム
による制御を可能とし、自動外観検査を可能とする。

【図面の簡単な説明】

第１図は一実施例の検査状態を示すｙ軸方向から見た側
面図、第２図は光学検査ヘッドの内部光学系を示す第１
図と同じ向きの側面図、第３図は光学検査ヘッドおよび
その支持姿勢調節手段を持つロボットアームの斜面図、
第４図は被検面受光部のｙ軸周りの傾き検出状態を示す
等価光路図、第５図は投受光系に対する被検面のｙ軸周
りの傾き変化状態を示すｙ軸方向から見た側面図、第６
図は第５図の被検面各傾き状態に対応した２次元位置セ
ンサーのｘ軸方向位置信号出力を示す線図、第７図は投
受光系に対する被検面のｘ軸周りの傾き変化状態を示す
ｘ軸方向から見た正面図、第８図は被検面受光部のｘ軸
周りの傾き検出状態を示す等価光路図、第９図は第７図
の各傾き状態に対応した２次元位置センサーのｙ軸方向
位置信号出力を示す線図である。 １…光学検査ヘッド、２…自動車ボディ（被検物）、３
…被検面、 ４…ｘ軸周り回転機構（７…支持姿勢調節手段）、 ５…ｙ軸周り回転機構（７…支持姿勢調節手段）、 ６…ロボットアーム（支持手段）、８…駆動函、 ９…ＮＣ制御部、 １０…Ｈｅ−Ｎｅレーザー管（投光系）、 １１，１２…全反射ミラー（投光系）、 １３…振動ミラー（投光系）、 １４…レンズ（投光系）、 １５…全反射ミラー（受光系）、 １６…集光レンズ（受光系）、 １７…干渉フィルター（受光系）、 １８…受光素子（受光系）、 ２０…２次元位置センサー

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】被検面に走査コヒーレント光を当てその直
   反射光を受けて被検面を検査する光学検査ヘッドに、前
   記反射光の受光位置により被検面受光部の傾きを検出す
   る２次元位置センサが設けられ、 前記光学検査ヘッドまたは被検物の少なくとも一方に、
   前記コヒーレント光の走査方向をｙ軸、前記被検面を含
   みｙ軸と直交する方向をｘ軸、ｘ軸とｙ軸に直交する方
   向をｚ軸としたときの、ｙ軸回りの回転機構と、ｘ軸回
   りの回転機構と、前記３軸のそれぞれの方向への移動機
   構とを備える調整手段が設けられ、 この調整手段が前記２次元位置センサからの出力信号に
   応じて制御され、前記光学検査ヘッドにおける投光系お
   よび受光系に対する前記被検面受光部の向きが相対的に
   一定に保たれることを特徴とする外観検査装置。