JP5042503B2

JP5042503B2 - 欠陥検出方法

Info

Publication number: JP5042503B2
Application number: JP2006014519A
Authority: JP
Inventors: 孝行畑中
Original assignee: Canon Chemicals Inc
Current assignee: Canon Chemicals Inc
Priority date: 2006-01-24
Filing date: 2006-01-24
Publication date: 2012-10-03
Anticipated expiration: 2026-01-24
Also published as: JP2007198761A

Description

本発明は、電子写真用クリーニングブレード等の透明または半透明の板状体に光を照射して、板状体の欠陥を検出する欠陥検出方法に関するものである。

板状体の欠陥を判別する方法として、従来では人手で行う方法、あるいは検査装置を用いて行う方法があった。人手で行う方法は、製品の高精度化に伴い、より微小な欠陥を発見する必要があり、そのために長時間集中しなければならない根気のいる作業となり、精神的な負担も大きくなり疲労も倍増することになる。加えて、視覚による検査は、検査員の主観的な検査判定であって、検査員の判断に依存し、検査員が異なる場合や、同じ検査員であっても、検査時間の推移によって、基準が変化する可能性がある。

検査員に代わる方法として、特許文献１に開示されたように、ＣＣＤカメラを用いた電子撮像装置による外観検査手法等が知られている。これらは、透明体に光を照射させ、透明体に欠陥があった場合には、その欠陥部分で光の乱反射が起こることを利用するもので、透過光を撮像装置により撮影し、映像信号化し、その映像信号を処理する。そして、透過させる光の光量を逐次変化させることにより、その変化量に基づいて欠陥を検出する。
特開２００３−７５２９２号公報

光量を逐次変化させることにより欠陥部を検出するという方式は、１回の撮影においてカメラの撮影領域内に入るような微小な製品に対しては検査時間が掛からず有効な手段である。しかし、検査領域が１回のカメラの撮影領域内に入らないような板状体等の検査物に対しては、光量を逐次変化させて欠陥を検出させていく方式では、１スキャンごとにカメラ位置を移動させて検査するため、検査時間が長くなる。また、複数台のカメラを用いて検査すれば、複数台のカメラと、それに対応した複数の光源を必要とするため、装置コストが高くなってしまう。従って実用化が難しいという未解決の課題があった。

本発明は上記従来の技術の有する未解決の課題に鑑みてなされたものであり、電子写真用クリーニングブレード等の板状体の表面や内部の欠陥を短時間でもれなく検出することのできる欠陥検出方法を提供することを目的とするものである。

本発明の欠陥検出方法は、電子写真用クリーニングブレードである透明または半透明の
板状体の欠陥を検出する欠陥検出方法において、第１の投光装置の光によって得られた板状体の反射光による画像と、第２の投光装置の光が５４０ないし６８０ｎｍの波長領域（前記電子写真用クリーニングブレードの吸収波長領域に相当）をカットした、前記電子写真用クリーニングブレードである前記板状体内で全吸収されることなく、しかも該板状体の内部にある欠陥にて光量差が生じるような光源であり、また第２の投光装置の光によって得られた前記板状体の透過光による画像とを１つの撮像装置によって撮像する工程と、前記透過光と前記反射光とによる板状体の画像をデジタル処理する工程と、前記デジタル処理された画像データに基づき欠陥を判定する工程と、を有し、前記デジタル処理は、撮像された電子写真用クリーニングブレードである板状体の画像データを構成する各々の画素の階調の、一定設定値以下の画素を１とみなし、かつ一定設定値以上の画素を０とみなす二値化処理を施し、１とみなされた画素同士の距離が設定距離以下の場合、その画素同士を結ぶ処理を全画素において行い、一つの塊とする処理であることを特徴とする。

電子写真用クリーニングブレード等の板状体の裏面に投光し、板状体内を透過した透過光による画像と、板状体の表面に投光し、その表面からの反射光による画像を同時に撮像して画像処理することで、簡略かつ信頼性の高い効率的な製品検査を可能とする。

本発明を実施するための最良の形態を図面に基づいて説明する。

図１に示すように、検査ステージ１上の透明または半透明の板状体１０を撮像する撮像装置２１と、板状体１０の表面（第１面）および裏面（第２面）にそれぞれ光を投光する第１および第２の投光装置２２、２３と、を有する。撮像装置２１によって得られた画像は、画像処理手段である記憶・処理装置２４において記憶され、画像処理される。

すなわち、１つの撮像装置２１に対して、一方の投光装置２３は、その光が、板状体１０を透過して撮像装置２１に入るよう配置し、他方の投光装置２２は、その光を板状体１０によって反射させ、その反射光を撮像装置２１が撮像できるよう配置する。そして、反射光と透過光とによる板状体の画像をデジタル処理することで、電子写真用クリーニングブレード等の透明または半透明の板状体の内部および表面の欠陥を検出する。

例えば、撮像装置２１としてレンズ２１ａを備えたＣＣＤカメラを使用し、ＣＣＤカメラの撮影範囲を板状体側面の検査対象範囲内に設置する。ＣＣＤカメラは、カメラの画素配置が２次元平面のものとなっている２次元撮影用のカメラを用いる。このカメラは約３０万画素で１画像となるように構成されているもので、それぞれの画素はアナログ階調となっており２５５段階の光量を分割可能なものを選択した。なお、透明または半透明の板状体１０の欠陥を検出可能な撮像装置であれば上記のカメラ仕様に限定するものではない。

検査時には、板状体１０を保持する保持台２を検査ステージ１上で移動させる駆動モータ３を駆動制御装置２５により駆動し、撮像装置２１によって板状体１０の検査対象範囲を逐次撮影し、検査対象全域の画像を得る。記憶・処理装置２４において取り込んだ画像を画像処理し、欠陥がある場合には、ステージより出されているトリガをもとに取り込み、画像の画像番号を算出し、同時に欠陥が発見された画像における画像内部での位置情報を算出する。これらを組み合わせることによって板状体１０における不良箇所の位置情報を得る。同時に、欠陥の大きさ、１回の検査における欠陥の数等も記憶して表示装置２６に表示する。

このように、２つの投光装置のうちの一方は、投光装置よりの光が、透明または半透明の板状体を透過し撮像装置に入るよう配置し、他方の投光装置は、投光装置よりの光を透明または半透明の板状体に反射させ、その反射光を撮像装置が撮像できるよう配置する。そして、撮像装置によって得られた画像から、電子写真用クリーニングブレード等の板状体内部および板状体表面を同時に検査可能にする。

対象となる透明または半透明の板状体の持つ製品としての公差の観点から、撮像した画像において製品平坦部の荒れを取り込まないような撮像装置および投光装置の配置を行う。また、板状体の特徴的な欠陥画像を取り込めるよう、レンズ倍率、レンズ光量絞り、投光装置の光量、投光装置からの光の波長、光源装置の照射範囲等を調整する。

すなわち、単に、２つの投光装置からの透過光と反射光とが撮像装置に結像するように配置すればよいのではなく、各投光装置の設置位置を調整して、撮影する画像範囲において、板状体からの光が十分に撮像装置に入るようにする必要がある。

なお、各投光装置と板状体との距離や、各投光装置と板状体との配置角度についての関係は実験的に最適値を得ることができる。

板状体を透過させる第２の投光装置については、透過光を均一に撮像装置に入力させるために、板状体からの距離を８０ｍｍ以上２５０ｍｍ以下に設定し、板状体との間の角度θ₂は、０度以上３０度以下に設定することが好ましい。

板状体の反射光を得るための第１の投光装置については、反射光を均一に撮像装置に入力させるという観点から、板状体からの距離を８０ｍｍ以上２５０ｍｍ以下に設定し、板状体との間の角度θ₁は、３０度以上６０度以下に設定することが好ましい。

板状体の透過光を得るための第２の投光装置の光源の波長については、板状体を透過した光が全吸収されることなく、しかも板状体内部にある欠陥にて十分に吸収され光量差が生じるような波長にする必要がある。投光装置の光源の波長についてはフィルターを用い余分な帯域の波長をカットする。例えば、電子写真用クリーニングブレード内部の欠陥の抽出が容易となるような波長にするためには、５４０〜６８０ｎｍの波長領域（前記電子写真用クリーニングブレードの吸収波長領域に相当）をカットした光源を使用する。なお、板状体内部の欠陥の抽出が可能となるような波長であればよいのでこの数値に限定するものではない。

撮像装置の位置は、被検査物（板状体）の平坦部が撮像可能範囲内に入るような位置に設定する必要があり、被検査物の公差などによって変化が生じる場合においても撮像可能範囲内に入ることを要する。

撮像装置に、レンズ倍率の調節ができ、そのレンズ倍率が０．０５〜１．０倍まで調節可能なレンズを用いることにより、板状体のエッジ部を公差に係わり無く取り込むことができる。レンズ倍率については例えば、０．２倍とするが、被検査物の撮影が可能であれば、この数値に限定するものではない。

撮像装置の被写界深度については、撮影される板状体の平坦部が撮像装置の被写界深度内に入る位置に設定する必要があり、同時に、板状体の歪みなどによって高さ方向に変化が生じる場合においても被写界深度内に入ることを要する。

そこで、アイリス絞りの調節ができ、被写界深度の調節が可能で、その被写界深度が０．３〜１．０ｍｍまで調節可能なレンズを用いることにより、板状体の欠陥を画像データとして取り込むことが可能になった。被写界深度については例えば０．５ｍｍとするが、板状体の撮影が可能であれば、この数値に限定するものではない。

図１に示すように、本実施例の欠陥検出装置は、検査ステージ１、保持台２、駆動モータ３、撮像装置２１、２つの投光装置２２、２３を有する。

２つの投光装置２２、２３よりの光が、検査ステージ１上の板状体１０に投光され、板状体１０の透過光および反射光がレンズ２１ａを通り撮像装置２１に入射する。撮影された画像は、記憶・処理装置２４に転送され、転送された画像番号は記憶・処理装置２４に記憶される。

投光装置２２は、板状体１０の表面によって反射された光が撮像装置２１に十分に光量が届くような位置に配置する必要があり、投光装置２３は、板状体１０の内部を透過した光が撮像装置２１に十分に光量が届くような位置に配置する必要がある。

角度・位置の微調整については、撮像装置２１、投光装置２２、２３を固定するそれぞれのブラケット部と、撮像装置２１、投光装置２２、２３を検査ステージ１に固定させるそれぞれのブラケット部との間に市販の微動ステージを配設する。これによって、図２に示す投光装置２２、２３の光軸の角度θ₁、θ₂、撮像装置２１の光軸の角度θ₃の調整や、３次元軸方向への微動を可能とする。

投光装置２２の角度θ₁については、投光装置２２を固定しているブラケットと微動ステージを移動させることにより０〜９０度に設定することができる。投光装置２２は、板状体１０の表面を反射し撮像装置２１に十分に光量が届くような位置に配置する必要があるという観点から、角度θ₁は３０度以上６０度以下の範囲が望ましい。

投光装置２３の角度θ₂については、投光装置２３を固定しているブラケットと微動ステージを移動させることにより０〜９０度に設定することができる。投光装置２３は、板状体１０を透過して撮像装置２１に十分に光量が届くような位置に配置する必要があるという観点から、角度θ₂は０度以上３０度以下の範囲が望ましい。

撮像装置２１の角度θ₃については、撮像装置２１を固定しているブラケットと微動ステージを移動させることにより０〜９０度に設定することができる。撮像装置２１は、２つの投光装置２２、２３よりの光が届くような位置に配置する必要があるという観点から、角度θ₃は３０度以上６０度以下の範囲が望ましい。

また、撮像可能範囲の位置は撮像される画像において、板状体１０の平坦部が映る範囲でよいが、本実施例では、撮像装置２１のレンズ２１ａの被写界深度が板状体１０の平坦部を十分にカバーできる幅に設定した。

板状体１０が電子写真用クリーニングブレードである場合には、内部の欠陥の抽出が容易となるような波長にすると言う観点から、透過光を撮像するための投光装置２３からの光が５４０〜６８０ｎｍの波長領域（前記電子写真用クリーニングブレードの吸収波長領域に相当）をカットした光となるようにフィルターを付加する。

次に図３のフローチャートに基づいて、図１の装置の動作を説明する。

ステップＳ１で、電源供給を受けて投光装置２２、２３から均一化された光量の可視光を発光する。

スポットの大きさは、レンズ倍率と撮像装置視野の観点からφ２０程度とした。ステップＳ２で駆動モータ３の駆動を開始し、ステップＳ３でスポット光を板状体１０に照射し、画像取り込みを開始する。板状体１０の表面および内部に欠陥がある場合、欠陥によって影となる。その欠陥によって形成された影を、レンズ２１ａを介して撮像装置２１によって撮影する。各撮像領域ごとにステップＳ４で駆動モータ３を駆動し、ステップＳ５で画像取り込みを行い、ステップＳ６で記憶・処理装置２４に画像データとして転送する。

レンズ２１ａは、近接撮影時に最良な光学性能が得られるような近接撮影専用レンズを用い、フォーカス機能およびアイリス絞り機能を有し光量を調節可能なものを使用する。特に、撮像装置２１において、像がハレーションを起こすことなく、精度よく結像できるようなものを選択した。

撮像された画像は撮像装置２１から記憶・処理装置２４に電気信号で転送され、記憶装置に画像データとして収納される。

その後画像データは、処理装置の画像処理用の集積回路へと転送される。

撮像装置２１にて撮影した画像データは、２次元カメラを用いたため、２次元平面のものとなっており１画像に付き約３０万画素で構成されているが、板状体１０の欠陥を検出可能な撮像装置であればこのカメラ仕様に限定されるものではない。

取り込んだ画像は、まず初めにノイズ等を取り除くため、画像フィルター処理を行っている。これは１つの画素が突発的に周囲の隣合う画素と大きく異なる光量のときなどはその画素を周囲の画素光量と等しくさせるというような処理であり、画素の突発的なノイズを除去する効果をもつ。

記憶・処理装置２４に転送された画像データは、ステップＳ７で各々の画素の２５５段階の一定設定値以下の画素を”１”とみなし、また同時に一定設定値以上の画素を”０”とみなす二値化処理を施し、画像内の画素をデジタル化させる。その後、”１”とみなされた画素同士の距離が設定距離以下の場合、その画素同士を結ぶ。これらの処理をそれぞれの画素で行っていき、１つの塊として纏めることにより、１つの島とする。その際、島と定義した内部において中空となっている際には、内部を“１”となるよう埋める処理を行う。この島を欠陥部と定義させる。

また、別処理として二値化のように画素をデジタル化せずに２５５階調のままとし、この状態で、画像内の隣合う画素同士の光量の変化量の多い部分（設定可能）を“１”として認識させる。その後、”１”とみなされた画素同士の距離が設定距離以下の場合、その画素同士を結ぶ。これらの処理をそれぞれの画素で行っていき、１つの塊として纏めることにより、１つの島とする。その際、島と定義した内部において中空となっている際には、内部を“１”となるよう埋める処理を行う。この島を前記処理と同様に欠陥部と定義させる。以上の処理を行うことにより、欠陥部の認識を処理装置にさせている。

ステップＳ８で、認識させた欠陥部を特徴化させ確定させる処理を行う。認識させた欠陥部に対し、欠陥部を埋めて構成されている画素の画素数（面積）、欠陥部の一番遠い画素同士の距離、欠陥部を結んだ稜線の真円度、欠陥部を結んだ稜線の縦横比、欠陥部を結んだ稜線の長さを求め数値化する。これらの条件から、予め設定した条件式に当てはめていくことによって、前記欠陥部と定義させた部分から、検出させるべき欠陥部を認識させる。

これらの処理を行うことによって、本来欠陥部でない部分も欠陥として認識されていたものが除外され、検出させるべき欠陥部を認識させ検出することが可能となる。

これらの画像処理加工を施し、板状体１０の欠陥の位置情報も、認識させた欠陥部を構成する画素の位置情報をもって、欠陥部の重心位置も算出させておく。

これらの画像処理加工を行う際、レンズ２１ａの倍率、撮像装置２１の設置角度θ₃、撮像可能範囲の位置などの設定はあらかじめ処理装置のほうへ登録しておく。前記情報を元に、欠陥の位置情報、大きさを記憶・処理装置２４上で算出し、記録を行う。

記憶・処理装置２４は、駆動制御装置２５と連動させ、設定した計測分解能に従い駆動モータ３を制御し、検査位置を順次変えていくことで、ステップＳ４ないしステップＳ８の動作を繰り返し行い、ステップＳ９で板状体１０全体の検査を終了し、ステップＳ１０で製品の良否を判定し、ステップＳ１１で表示装置２６に表示する。

（比較例）
本実施例による欠陥検出装置と、１つの撮像装置および１つの投光装置を用いて、投光装置の角度を１０度に設定した装置による製品検査を行った。このとき用いた板状体サンプルは、目視にて確認可能な、製品表面部にスジ状の欠陥があり、欠陥部の深さはレーザー測定機の測定により、約５〜３０μｍ程度のもので、スジ状の幅については１５０〜２００μｍ程度のものを１２本選択した。

比較例においては、１２本中７本のサンプルの欠陥箇所の検出が可能であった。これに対して、本実施例においては、投光装置２２の角度θ₁を３８度、投光装置２３の角度θ₂を１０度に設定して、比較例と同じサンプル、同一の検出アルゴリズムを用い検査を行ったところ、１２本中１０本のサンプルの欠陥箇所の検出が可能であった。

この結果より、本実施例における欠陥検出方法は、比較例に比べてより正確な検査が可能であることがわかった。

また、本実施例において、投光装置２３にフィルターを付加し、５４０〜６８０ｎｍの波長領域をカットした光を用いて、上記と同じサンプル、同一の検出アルゴリズムによる検査を行ったところ、１２本中全てのサンプルの欠陥箇所の検出が可能であった。

このことより、透過光による画像を得るための光の波長領域を限定することで、より一層正確に検査が可能であるということがわかる。

一実施例による欠陥検出装置の構成を示す図である。投光装置と撮像装置の配置を説明する図である。板状体の欠陥を検出する工程を示すフローチャートである。

符号の説明

１検査ステージ
２保持台
３駆動モータ
２１撮像装置
２２、２３投光装置
２４記憶・処理装置
２５駆動制御装置
２６表示装置

Claims

電子写真用クリーニングブレードである透明または半透明の板状体の欠陥を検出する欠陥検出方法において、第１の投光装置の光によって得られた板状体の反射光による画像と、第２の投光装置の光が５４０ないし６８０ｎｍの波長領域（前記電子写真用クリーニングブレードの吸収波長領域に相当）をカットした、前記電子写真用クリーニングブレードである前記板状体内で全吸収されることなく、しかも該板状体の内部にある欠陥にて光量差が生じるような光源であり、また第２の投光装置の光によって得られた前記板状体の透過光による画像とを１つの撮像装置によって撮像する工程と、
前記透過光と前記反射光とによる板状体の画像をデジタル処理する工程と、
前記デジタル処理された画像データに基づき欠陥を判定する工程と、を有し、前記デジタル処理は、撮像された電子写真用クリーニングブレードである板状体の画像データを構成する各々の画素の階調の、一定設定値以下の画素を１とみなし、かつ一定設定値以上の画素を０とみなす二値化処理を施し、１とみなされた画素同士の距離が設定距離以下の場合、その画素同士を結ぶ処理を全画素において行い、一つの塊とする処理であることを特徴とする欠陥検出方法。