WO2025004644A1 - Inspection system, method of correcting inclination angle of surface of article using same, and method of enhancing features of image of article - Google Patents
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- G01N21/84—Systems specially adapted for particular applications
Definitions
- This disclosure relates to an inspection system used for visual inspection of an object, a method for correcting the inclination angle of the surface of an object using the inspection system, and a method for highlighting features of an image of an object.
- Patent Documents 1 to 3 are known as lighting devices used for visual inspection of objects.
- a filter member is placed between the surface light source and the objective lens.
- This filter member is placed on the opposite side of the objective lens from the object to be inspected, near the focal position of the objective lens on the illumination optical axis. Furthermore, this filter member divides the wavelength range, which is an optical attribute of the inspection light emitted from the surface light source, into multiple solid angle regions.
- inspection light having the same illumination solid angle is irradiated at each point on the surface of the object. This makes it possible to make the lighting conditions the same at each point on the surface of the object. It also makes it possible to observe the object with high resolution and to recognize the inclination angle of the object's surface over a wide range.
- a camera that receives reflected light from the object is disposed on the opposite side of the surface light source from the objective lens and the object. The reflected light passes through the surface light source and enters the camera lens.
- the configuration disclosed in Patent Document 2 further includes a plurality of sets consisting of first to nth optical members arranged opposite the light emission surface of the surface light source.
- the first to nth optical members transmit the inspection light emitted from the light emission surface toward the object.
- the wavelengths and irradiation solid angles of the inspection light emitted from the first to nth optical members toward the object are different from one another.
- the reflected light from the object has a wavelength that corresponds to the degree of inclination of the object's surface.
- the degree of local inclination of the object's surface can be ascertained by checking the image captured by the camera.
- inspection light is emitted from one portion of the surface light source, and the object is irradiated with the inspection light while the emission position of the inspection light is sequentially scanned in a first direction.
- the object is irradiated with the inspection light while the emission position of the inspection light is sequentially scanned in a second direction different from the first direction.
- the control unit identifies the emission position of the inspection light when a measurement point on the surface of the image is illuminated from the image of the object captured during both scans, and calculates the distance to the measurement point based on the identified emission position and the first and second directions.
- the control unit can obtain information regarding the emission position of the inspection light.
- This emission position does not depend on the relative position between the camera and the surface light source. In other words, it is not necessary to place the surface light source at a specific position relative to the incident optical axis to the camera. Therefore, it is possible to inspect an item without the need for calibration between the camera and the lighting device.
- a half mirror is placed on the optical path of the inspection light to separate the optical paths of the inspection light and the light reflected from the object.
- the amount of inspection light before and after passing through the half mirror is approximately halved.
- the amount of reflected light before and after passing through the half mirror is approximately halved.
- the reflected light actually used for visual inspection of the object is approximately 1/4 of the amount of the original inspection light.
- This disclosure has been made in consideration of these points, and its purpose is to provide an inspection system that can improve the efficiency of using inspection light and reflected light used in visual inspection of an object, as well as a method for correcting the inclination angle of the surface of an object using the same, and a method for highlighting features in an image of an object.
- the inspection system is an inspection system including an illumination device that irradiates an object with inspection light, and an imaging device that images the object irradiated with the inspection light.
- the illumination device includes a surface light source that emits the inspection light, and an objective lens that focuses the inspection light emitted from the surface light source toward the object.
- the inspection light is incident on the objective lens with a predetermined color distribution in a plane intersecting the traveling direction.
- the imaging device is disposed on the optical path of the reflected light of the inspection light reflected by the object, and on the opposite side of the objective lens across the surface light source.
- the surface light source is disposed at or near the focal position of the incident side of the objective lens, and is configured to transmit the reflected light at least in the portion where the reflected light toward the imaging device is incident.
- the optical axis of the inspection light and the optical axis of the reflected light are disposed coaxially.
- the efficiency of use of the inspection light and reflected light used in the visual inspection of an object can be improved.
- the number of parts in the inspection system can be reduced, allowing the inspection system to be made more compact.
- FIG. 1 is a schematic configuration diagram of an inspection system according to a first embodiment.
- 2 is a schematic plan view of a surface light source provided in the inspection system shown in FIG. 1 .
- 3 is a schematic diagram showing an illumination solid angle of inspection light irradiated onto an article.
- FIG. FIG. 1 is a diagram showing an example of an article placed on a support table.
- 1A and 1B are schematic diagrams showing the state of reflected light when the surface of an article is inclined.
- 10A to 10C are schematic diagrams showing the state of reflected light when the surface of an article has a different inclination.
- FIG. 1 is a diagram showing an example of wavelength dependence of reflectance of a metal.
- FIG. 2 is a diagram showing color distribution within a light emission surface of a surface light source.
- FIG. 11 is a diagram showing the rotation angle dependency of light luminance at the outermost periphery of a surface light source.
- 13 is a schematic diagram of an inspection system when an object is not properly placed on a support table.
- FIG. 13 is a schematic diagram of an image of an object when the object is not properly placed on the support base.
- FIG. 11A and 11B are schematic diagrams illustrating a color distribution of an inspection light according to Modification 1.
- FIG. 4 is a schematic diagram showing a color distribution of red light in the inspection light.
- FIG. 4 is a schematic diagram showing a color distribution of blue light in the inspection light.
- 11 is a schematic diagram showing a color distribution within a light emission surface of a surface light source according to Modification 2.
- FIG. 1 is a schematic diagram of an inspection system when an object is not properly placed on a support table.
- FIG. 13 is a schematic diagram of an image of an object when the object is not properly placed on the support base.
- FIG. 11A and 11B are schematic
- FIG. 13 is a schematic diagram showing another color distribution within the light emission surface of the surface light source according to the second modification.
- FIG. 13 is a schematic diagram showing yet another color distribution within the light emission surface of the surface light source according to the second modification.
- FIG. FIG. 11 is a schematic configuration diagram of a surface light source according to a second embodiment.
- 14 is a schematic diagram of a white surface light source included in the surface light source shown in FIG. 13.
- 14 is a schematic plan view of a color filter included in the surface light source shown in FIG. 13.
- 13A and 13B are schematic diagrams showing switching of light emitting regions of a surface light source according to a third embodiment.
- FIG. 11 is a schematic plan view of a surface light source according to a fourth embodiment.
- FIG. 13 is a plan view schematic diagram of another surface light source according to the fourth embodiment.
- FIG. 11 is a schematic cross-sectional view of a surface light source according to Modification 3.
- FIG. 13 is a schematic cross-sectional view of another surface light source according to Modification 3.
- Fig. 1 is a schematic diagram of an inspection system 100 according to this embodiment
- Fig. 2 is a schematic plan view of a surface light source 10 included in the inspection system 100.
- the optical axis direction of the inspection light is sometimes referred to as the Z direction
- the direction perpendicular to the Z axis is sometimes referred to as the X direction
- the directions perpendicular to the X direction and the Z direction are sometimes referred to as the Y direction
- a plane or virtual plane that includes the X direction and the Y direction within its surface is sometimes referred to as an XY plane.
- orthogonal means orthogonal, parallel, or matching or the same, taking into account the manufacturing tolerances of the components constituting the inspection system 100 and the assembly tolerances between the components, and does not mean that the objects being compared are strictly orthogonal, parallel, or matching or the same.
- the inspection system 100 includes a lighting device 50, a camera (imaging device) 70, and a support stand 90.
- the lighting device 50 is disposed inside a housing 40.
- the inspection system also includes a diaphragm mechanism 60 and a control device 80.
- inspection light is irradiated from the lighting device 50 onto the object 200 placed on the support table 90, and the reflected light of the inspection light reflected by the object 200 (hereinafter simply referred to as reflected light) is captured by the camera 70.
- reflected light the reflected light of the inspection light reflected by the object 200
- the appearance of the object 200 is inspected based on the image captured by the camera 70.
- the illumination device 50 is composed of a surface light source 10 and an objective lens 30.
- the surface light source 10 is composed of a red light source 10R, a green light source 10G, a blue light source 10B, and a light diffusion plate 12.
- the surface light source 10 is also disposed at the focal position of the objective lens 30, in this case, the focal position P1 on the incident side.
- the red light sources 10R, the green light sources 10G, and the blue light sources 10B are each periodically arranged on the transparent plate 11. Note that the arrangement shown in FIG. 2 is merely an example, and is not particularly limited to this.
- the light diffuser 12 diffuses the red light emitted from the red light source 10R, the green light emitted from the green light source 10G, and the blue light emitted from the blue light source 10B within the plane of the light diffuser 12, in this case in a direction parallel to the XY plane.
- the red light, green light, and blue light each have a predetermined wavelength range.
- the red light includes a wavelength of 650 nm and has a wavelength range of several tens of nm to 100 nm.
- the green light includes a wavelength of 500 nm and has a wavelength range of several tens of nm to 100 nm.
- the blue light includes a wavelength of 450 nm and has a wavelength range of several tens of nm to 100 nm.
- the red light source 10R, the green light source 10G, and the blue light source 10B are turned on at the same time, the light emitted from these light sources is diffused by the light diffusion plate 12, and the inspection light emitted from the surface light source 10 becomes a white planar light.
- the positions and areas where the red light source 10R, the green light source 10G, and the blue light source 10B are made to emit light are controlled by the light source control unit 82 of the control device 80.
- the light source control unit 82 can also change the luminance ratio of the red light source 10R, the green light source 10G, and the blue light source 10B in the light-emitting area of the surface light source 10.
- the ratio of the number of emitted light sources of the red light source 10R, the green light source 10G, and the blue light source 10B in the light-emitting area may be changed, or the light emission intensity of each of the red light source 10R, the green light source 10G, and the blue light source 10B may be changed.
- the luminance ratio between the red light source 10R, the green light source 10G, and the blue light source 10B is changed more finely within the light-emitting area of the surface light source 10. This gives the inspection light a predetermined color distribution within a plane perpendicular to the optical axis OAi of the inspection light, in this case, within a plane parallel to the XY plane. This color distribution will be described later.
- the red light source 10R, the green light source 10G, and the blue light source 10B are each arranged on the transparent plate 11 with a predetermined distance between them. Therefore, the reflected light reflected by the object 200 passes through the light diffusion plate 12 of the surface light source 10 and the transparent plate 11, and heads toward the camera 70. Furthermore, as shown in FIG. 1, the components of the inspection system 100 are arranged so that the optical axis OAi of the inspection light and the optical axis OAr of the reflected light coincide with each other. In other words, in the inspection system 100 shown in FIG. 1, the optical axis OAi of the inspection light and the optical axis OAr of the reflected light are arranged coaxially.
- the red light source 10R, the green light source 10G, and the blue light source 10B are each organic EL (Electro Luminescence) light-emitting elements, and the transparent plate 11 is a bendable flexible substrate.
- the red light source 10R, the green light source 10G, and the blue light source 10B may each be configured as an LED (Light Emitting Diode).
- the transparent plate 11 is a glass substrate.
- wiring that connects the light-emitting elements is formed on the installation surface of the transparent plate 11 on which the organic EL light-emitting elements and LEDs and other light-emitting elements are installed.
- adjacent light sources within the plane of the transparent plate 11 are arranged at a predetermined distance d.
- the distance d is the area through which reflected light passes toward the camera 70, and its value is set appropriately according to the amount of light required for the camera 70 to capture an image of the object 200.
- the objective lens 30 focuses the inspection light emitted from the surface light source 10 toward the object 200.
- the inspection light is given a predetermined illumination solid angle IS (see FIG. 3) by passing through the objective lens 30. This will be described later.
- the aperture mechanism 60 is disposed between the camera (imaging device) 70 and the surface light source 10, more specifically, between the imaging element 73 provided on the camera 70 and the surface light source 10.
- the aperture mechanism 60 restricts the optical path of the reflected light that is reflected by the object 200 and travels toward the camera 70 when the inspection light is reflected.
- the operation of the aperture mechanism 60 is controlled by the aperture control unit 83 of the control device 80.
- the aperture mechanism 60 may be operated manually.
- the aperture mechanism 60 may also be disposed at the aforementioned focal position P1 or in the vicinity of the focal position P1.
- the support base 90 has a flat surface on which the item 200 is placed.
- Camera 70 has a lens 72 and an image sensor 73 inside a housing 71. Although not shown, other optical and electrical components are also arranged inside housing 71.
- the light reflected by the object 200 passes through the surface light source 10 and the aperture mechanism 60, is collected by the lens 72, and is incident on the imaging surface of the image sensor 73.
- the image sensor 73 outputs an image signal of the object 200 based on the incident reflected light.
- the camera 70 captures an image of the object 200 illuminated with the inspection light.
- the image signal output from the image sensor 73 is processed in the signal processing unit of the control device 80 to generate an image of the object 200.
- the images captured by the camera 70 are color images
- the image sensor 73 is a CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor) image sensor equipped with a color filter.
- CMOS Complementary Metal Oxide Semiconductor
- the camera 70 may also include a processor (not shown) that processes the output signal of the CMOS image sensor to generate an image.
- the signal processing unit 81 may be omitted.
- the camera 70 may be provided with an aperture mechanism (not shown). In this case, the aperture mechanism 60 can be omitted. Even if the camera 70 is provided with an aperture mechanism, the aperture mechanism is disposed between the image sensor 73 and the surface light source 10.
- FIG. 1 shows a single lens 72, but in reality, lens 72 is configured as a lens group having multiple lenses.
- lens 72 which is a lens group, has, in order of proximity to image sensor 73, an imaging lens, an eyepiece lens, and an objective lens.
- objective lens 30 and lens 72 which is a lens group, configure an object-side telecentric optical system for reflected light.
- the aperture mechanism is provided between the eyepiece lens and the objective lens.
- the control device 80 has multiple functional blocks, including a signal processing unit 81, a light source control unit 82, an aperture control unit 83, a calculation unit 84, a memory unit 85, an input unit 86, and a display unit 87.
- the signal processing unit 81 is composed of one or more signal processing LSIs (Large Scale Integrated Circuits) including a GPU (Graphics processing Unit) and performs signal processing of the image signal output from the imaging element 73 as described above, and generates an image of the object 200 illuminated with the inspection light.
- LSIs Large Scale Integrated Circuits
- GPU Graphics processing Unit
- the aperture control unit 83 is composed of one or more LSIs and one or more driving ICs (Integrated Circuits), and controls the operation of the aperture mechanism 60 as described above.
- the light source control unit 82 is composed of one or more central processing units (CPUs) and one or more driver ICs, and as described above, controls the light emission operation of each of the red light source 10R, green light source 10G, and blue light source 10B.
- CPUs central processing units
- driver ICs driver circuits
- the calculation unit 84 is composed of one or more CPUs, and performs calculations related to highlighting the features of the image of the item 200, which will be described later. It also performs calculations to correct the inclination angle of the item 200. These calculations are performed based on the results of signal processing in the signal processing unit 81.
- the memory unit 85 is composed of one or more semiconductor memories, such as a RAM (Random Access Memory) or a ROM (Read Only Memory).
- the memory unit 85 may be composed of a HDD (Hard Disk Drive) or an SSD (Solid State Drive).
- the memory unit 85 stores an inspection program for performing a visual inspection of the item 200, a program related to the arithmetic processing executed by the arithmetic unit 84, and the results after the arithmetic processing.
- the memory unit 85 also stores an image of the item 200 that has been signal-processed by the signal processing unit 81.
- the inspection program is also configured to be able to set multiple color distribution patterns when performing an appearance inspection. According to this color distribution pattern, the light source control unit 82 controls the light emission operation of each of the red light source 10R, green light source 10G, and blue light source 10B in the surface light source 10.
- the input unit 86 is composed of input devices such as a keyboard or a touch panel. By operating the input unit 86, images stored in the memory unit 85 are called up. In addition, the type of item 200 to be inspected is input, and the corresponding inspection program is called up. In addition, images of the item 200 after visual inspection are called up.
- parameters required for highlighting features of the image of the item 200 and correcting the tilt angle described above may be input.
- the display unit 87 is composed of a display device such as a liquid crystal display or an organic EL display.
- the display unit 87 displays an image of the item 200 after visual inspection, an input screen for the inspection program, etc.
- the signal processing unit 81 to the display unit 87 are integrated, but this is not particularly limited.
- the aperture control unit 83 and the light source control unit 82 may be provided independently of the signal processing unit 81 and the calculation unit 84, or each functional block may be provided independently.
- the calculation unit 84 to the display unit 87 may be configured in a single PC (Personal Computer). It is sufficient that the control device 80 is constructed so that the necessary signals can be sent and received between multiple functional blocks.
- FIG. 3 is a schematic diagram showing the irradiation solid angle of the inspection light irradiated on the object.
- Fig. 4 is an example showing the object 200 placed on a support table.
- Fig. 5A is a schematic diagram showing the state of reflected light when the surface of the object 200 is inclined, and
- Fig. 5B is a schematic diagram showing the state of reflected light when the surface of the object 200 is inclined in another way.
- the illumination solid angle IS at point P2 which is on the optical axis OAi of the inspection light and is the output focal position of the objective lens 30, is uniquely determined by the diameter of the optical path of the inspection light in the surface light source 10 and the focal length f of the objective lens 30.
- the "illumination solid angle” referred to here refers to a cone of any shape that has a vertex at a specific point on the optical path of the inspection light and indicates the range over which light is irradiated to the specific point (see Figure 3, for example). If the diameter of the aforementioned optical path is r1, the planar half angle ⁇ 1 of the illumination solid angle IS satisfies the relationship shown in formula (1).
- the illumination solid angle IS at a position that is the same distance from the center of the objective lens 30 as the exit focal position of the objective lens 30 is also the illumination solid angle IS at point P2.
- the illumination solid angle IS at a position farther than the exit focal position of the objective lens 30 also has the same shape and size as the illumination solid angle IS at point P2.
- the inspection light is irradiated so as to have the same illumination solid angle IS at each point on the surface of the article 200.
- the illumination conditions are the same at any point on the surface of the article 200, regardless of the distance from the surface light source 10.
- the optical axis OAi of the inspection light is parallel to the normal to the surface of the object 200.
- the inspection light emitted from the surface light source 10 is white light
- the reflected light reflected by the surface of the object 200 is also white light.
- the reflected light from area S1 on the surface of the object 200 shown in FIG. 4 is incident on the camera 70 as white light.
- the inspection light has a color distribution in a plane perpendicular to the optical axis OAi of the inspection light.
- the optical axis of the inspection light emitted from red light source 10R differs in direction from the optical axis of the inspection light emitted from blue light source 10B.
- the illumination solid angle IS is the same at each point on the surface of article 200. Therefore, if the surface of article 200 is inclined, the color of the reflected light changes in response to the difference in the direction of the optical axis of the inspection light.
- the inspection light emitted from the blue light source 10B is reflected toward the imaging surface of the camera 70. Meanwhile, part of the inspection light emitted from the red light source 10R is reflected away from the imaging surface of the camera 70.
- the image of the object 200 captured by the camera 70 has a bluish color.
- the area S2 on the surface of the object 200 shown in FIG. 4 is captured by the camera 70 as a bluish area.
- the inspection light emitted from the red light source 10R is reflected toward the imaging surface of the camera 70. Meanwhile, part of the inspection light emitted from the blue light source 10B is reflected away from the imaging surface of the camera 70.
- the image of the article 200 captured by the camera 70 has a reddish color.
- the area S3 on the surface of the article 200 shown in FIG. 4 is captured by the camera 70 as a reddish area.
- the direction (tilt) of the surface of the object 200 can be estimated from the intensities of each color in the image captured by the camera 70, for example, red light, green light, and blue light (hereinafter, these may be collectively referred to as RGB).
- RGB red light, green light, and blue light
- the orientation of each surface can be estimated. This can be used to perform an appearance inspection of the object 200. For example, it is possible to inspect the surface unevenness and the presence or absence of scratches on the object 200, which are difficult to identify by irradiating it with white light alone.
- Fig. 6 is a diagram showing an example of wavelength dependency of metal reflectance
- Fig. 7 is a diagram showing color distribution in the light emission surface of a surface light source
- Fig. 8 is a diagram showing rotation angle dependency of light luminance at the outermost periphery of a surface light source.
- the wavelength dependency of the reflectance also differs, as shown in FIG. 6.
- silver (Ag) has a constant reflectance of about 1 in the visible light range (400 nm to 700 nm).
- the reflectance of gold (Au) decreases from 1 to about 0.4 when the wavelength is from 650 nm to 500 nm.
- the reflectance is approximately constant at about 0.4.
- the reflectance of copper (Cu) decreases from 1 to about 0.5. In view of this, it is necessary to adjust the color balance even when the material of the object 200 to be inspected is different.
- the inspection light irradiated onto the object 200 has a different color for each irradiation direction onto the object 200, corresponding to the color distribution of the inspection light. Therefore, if the surface of the object 200 has multiple faces with different directions (inclinations), the reflected light from the object 200 will also have a different color for each face.
- the color balance in the image of the item 200 can be appropriately adjusted by setting the color distribution of the inspection light as shown below.
- the color distribution on the light emission surface of the surface light source 10 is changed continuously or stepwise in a clockwise direction around the center O of the surface light source 10.
- the color distribution is also imparted so that the saturation of the inspection light decreases continuously or stepwise from the outer periphery toward the center O.
- the color distribution is imparted so that the saturation of the inspection light changes continuously or stepwise with respect to the distance r from the center O.
- FIG. 7 illustrates a red region RA that mainly emits red light, a green region GA that mainly emits green light, and a blue region BA that mainly emits blue light.
- IR+ ⁇ IG+ ⁇ IB S...(2)
- IR, IG, and IB are the luminances of red light, green light, and blue light, respectively.
- the inspection light is set so that the sum of the brightness of the red light, green light, and blue light is constant regardless of the position on the light emission surface.
- the inspection light is also set so that the ratio of the brightness of the red light, green light, and blue light changes when the angle ⁇ rotated clockwise from a predetermined position around the center O (the angle ⁇ of rotation along the outer periphery of the surface light source 10) changes.
- the brightness of the red light, green light, and blue light at the outermost periphery of the surface light source 10 changes according to the rotation angle ⁇ .
- the brightness of each of the red light, green light, and blue light also changes according to the distance r.
- ⁇ 120°
- the brightness IR and IB of the red light and blue light are both zero.
- the distance r becomes smaller and the area closer to the center O becomes larger, the brightness of the red light and blue light each increases above zero.
- the distance r is normalized.
- the normalized amplitude m of the inspection light at the distance r is set as shown in equation (3).
- R, G, and B are the standardized intensities IR, IG, and IB of red light, green light, and blue light, respectively.
- the color distribution of the surface light source 10 is set so that the relationship shown in equation (4) holds between the distance r and the amplitude m.
- the ratio of the luminance of the red light, the luminance of the green light, and the luminance of the blue light is determined according to the distance r and the rotation angle ⁇ .
- the rotation angle ⁇ or the distance r changes, the sum of the luminance of the red light, the green light, and the blue light remains constant.
- the number of light emitted from the red light source 10R, green light source 10G, and blue light source 10B is changed at each position of the surface light source 10.
- the intensity of the light emitted from the red light source 10R, green light source 10G, and blue light source 10B is changed at each position.
- the inclination of the surface of the object 200 can be quantitatively evaluated.
- This inclination is expressed as an inclination angle based on the image of the object 200 captured by the camera 70, with the surface of the object 200 being a flat surface that intersects perpendicularly with the optical axis of the inspection light.
- the inclination angle of the surface of the object 200 (hereinafter sometimes simply referred to as the inclination angle) is calculated by the calculation unit 84 of the control device 80.
- FIG. 9A shows a schematic diagram of an inspection system when an object is not properly placed on a support table
- FIG. 9B shows a schematic diagram of an image of an object when an object is not properly placed on a support table.
- an offset is added to the inclination angle calculated by the calculation unit 84 of the control device 80, and the correct value may not be obtained. There may also be cases where it is desired to remove the inclination of the item 200 as an offset.
- the tilt angle can be calculated accurately by removing the offset using the steps below.
- the image of the object 200 is colored in a color that corresponds to the tilt relative to the support table 90.
- the image of the object 200 shown in FIG. 9B has a bluish tint.
- a reference point (hereinafter referred to as the reference plane) is set on the surface of the article 200.
- the surface including the cross mark 201 is set as the reference plane.
- This reference plane is preferably a point that is known in advance to be flat.
- the reference plane includes a characteristic shape, as shown in FIG. 9B. It goes without saying that the characteristic shape is not limited to the cross mark 201.
- the offset is calculated based on the image of the reference surface, specifically, the color of the image and its brightness intensity, etc.
- the offset determined earlier is uniformly subtracted from the inclination angle of each part of the article 200 calculated based on the image of the article 200.
- the offset superimposed on the inclination angle calculated by the calculation unit 84 can be appropriately removed, and the inclination angle of the surface of the object 200 can be accurately determined.
- the offset described using Figures 9A and 9B corresponds to the inclination of the object 200 relative to the support table 90. Including the inclination of the object 200 itself, the offset in this specification is defined as the inclination of the object 200 relative to the inspection system 100. Note that when the surface of the object 200 has multiple directions, the inclination of the object 200 itself includes the inclination of any location within the object 200, the average of the inclinations of multiple locations within the object 200, etc.
- the inspection system 100 includes an illumination device 50 that irradiates inspection light onto the item 200, and a camera (imaging device) 70 that images the item 200 irradiated with the inspection light.
- the lighting device 50 includes a surface light source 10 that emits inspection light, and an objective lens 30 that focuses the inspection light emitted from the surface light source 10 toward the object 200.
- the inspection light is incident on the objective lens 30 with a predetermined color distribution in a plane that intersects with the direction of travel.
- the camera 70 is disposed on the optical path of the inspection light reflected by the object 200, and on the opposite side of the surface light source 10 from the objective lens 30.
- the surface light source 10 is arranged at or near the focal position P1 on the incident side of the objective lens 30, and is configured to transmit reflected light.
- the optical axis OAi of the inspection light and the optical axis OAr of the reflected light are arranged coaxially.
- the amount of reflected light entering the camera 70 is approximately 1/4 of the amount of the original inspection light.
- the efficiency of use of the inspection light and reflected light used in the visual inspection of the item 200 can be significantly improved compared to the conventional configuration disclosed in Patent Document 1. Furthermore, by improving the efficiency of use of the inspection light and reflected light, the exposure time when capturing an image of the item 200 can be shortened. This allows the visual inspection time to be shortened.
- the number of parts in the inspection system 100 can be reduced, and the distance between the optical components in the illumination device 50 can be shortened. This allows the inspection system 100 to be made more compact.
- the camera 70 has an image sensor 73 that receives reflected light.
- an aperture mechanism 60 that limits the optical path of the reflected light toward the image sensor 73 is provided between the image sensor 73 and the surface light source 10.
- the inclination angle can be easily calculated.
- the signal output from the imaging element 73 is digitized by the signal processing unit 81 of the control device 80, or by a signal processing circuit (not shown) built into the imaging element 73, or by both.
- the aperture mechanism 60 it is possible to prevent unnecessary light other than the reflected light from the object 200 from entering the camera 70. This improves the S/N ratio in the image of the object 200, and therefore the color contrast, allowing the tilt angle to be calculated accurately.
- the shape of the surface of the object 200 can be grasped with good contrast.
- the aperture diameter in the aperture mechanism 60 is dynamically controlled by the aperture control unit 83 of the control device 80.
- the surface light source 10 is composed of a red light source 10R that emits red light, a green light source 10G that emits green light, and a blue light source 10B that emits blue light, arranged in a plane.
- the red light source 10R, the green light source 10G, and the blue light source 10B are each a self-luminous light source such as an organic EL light-emitting element or an LED.
- a color distribution is imparted to the inspection light by changing the ratio of the number of emitted light beams among the red light source 10R, the green light source 10G, and the blue light source 10B within the light emission surface of the surface light source 10, or by changing the respective brightness ratios among the red light source 10R, the green light source 10G, and the blue light source 10B.
- the ratio of the number of emitted light beams and the brightness ratios are dynamically changed by the light source control unit 82 of the control device 80.
- the ratio of the number of emitted light or the brightness ratio of red light source 10R, green light source 10G, and blue light source 10B in this embodiment can be dynamically changed, and the color distribution of the inspection light can be set to a desired distribution depending on the material and shape of article 200. Note that if the material or shape of article 200 to be inspected does not change significantly, it is not necessary to dynamically change the ratio of the number of emitted light or the brightness ratio. This will be described later.
- the color balance of the image captured by the camera 70 can be appropriately adjusted even when the surface of the object 200 has multiple directions or when the object 200 is made of a different material. It also becomes possible to quantitatively and accurately calculate the direction of the surface of the object 200, specifically the inclination angle of the surface.
- the saturation of the inspection light changes so that the saturation decreases from the outer periphery of the surface light source 10 toward the center O.
- the luminances IR, IG, and IB of the red, green, and blue light respectively change according to the rotation angle ⁇ around the outer periphery of the surface light source 10.
- the sum of the luminance of the red light, the green light, and the blue light is S
- the normalized distance from the center O of the surface light source 10 is r
- the normalized amplitude of the inspection light at the distance r is m.
- m S ⁇ ((1-r)/(3-2r))...(9) It is preferable that the following relationship is satisfied: where S ⁇ 3m, 0 ⁇ r ⁇ 1, and 0 ⁇ m ⁇ 1.
- the ratio of the number of emitted light or the brightness ratio is determined so as to satisfy the relationship shown in formula (2) and formula (9), respectively.
- the color balance of the image captured by the camera 70 can be appropriately adjusted even when the surface of the object 200 has multiple directions or when the object 200 is made of different materials.
- the color distribution of the inspection light specifically the RGB luminance ratio, can be continuously changed within the light exit surface of the inspection light.
- the red light source 10R, the green light source 10G, and the blue light source 10B in the surface light source 10 are each an organic EL light-emitting element, and the transparent plate 11 on which they are mounted is a flexible substrate.
- the transparent plate 11 is a flexible substrate, it can be curved appropriately to suppress the reduction in the amount of peripheral light in the inspection light. In addition, chromatic aberration, mainly in the peripheral areas, can be easily corrected.
- the inspection system 100 also includes a control device 80.
- the control device 80 includes a light source control unit 82, a calculation unit 84, and a display unit 87.
- the light source control unit 82 it is possible to dynamically change the ratio of the number of emitted light or the brightness ratio of the red light source 10R, the green light source 10G, and the blue light source 10B within the light emission surface of the surface light source 10. This makes it possible to impart a desired color distribution to the inspection light.
- the calculation unit 84 it is possible to calculate the inclination angle of the surface of the article 200 based on the image of the article 200 captured by the camera 70. Furthermore, by providing the display unit 87, it is possible to easily check whether there are scratches or stains on the surface of the article 200 and whether the direction of the surface of the article 200 is in the set direction based on the image of the article 200 captured by the camera 70.
- the method for correcting the inclination angle of the surface of the object 200 includes the following first to fourth steps.
- inspection light is irradiated onto the item 200, and an image of the item 200 is captured by the camera 70.
- a reference plane is set on the surface of the article 200.
- an offset is calculated based on the image of the reference surface. This offset corresponds to the inclination of the item 200 relative to the inspection system 100.
- the aforementioned inclination angle is corrected by subtracting the offset calculated in the third step from the inclination angle at each part of the surface of the article 200 obtained in the first step.
- the item 200 When actually inspecting the appearance of the item 200, the item 200 may not be placed correctly on the support table 90 due to reasons such as a slight misalignment in the transport system or vibrations being applied to the item 200 during transport and installation.
- the influence of this can be removed, the direction of the surface of the item 200 can be correctly estimated, and the inclination angle can be accurately calculated.
- the inclination of the item 200 itself can be removed to make the surface of the item 200 easier to observe. For example, if the surface of the item 200 has multiple directions, the appearance of the item 200 can be easily inspected by removing the inclination of a desired location within the item 200.
- the average value of the inclinations at multiple locations within the item 200 can be selected as the inclination of the item 200 itself, and the average value can be subtracted from the inclination angle at each part of the surface of the item 200.
- the method of correcting the inclination angle of the surface of the article 200 is not particularly limited to this.
- the inspection light is made monochromatic and irradiated onto the article 200, and an image of the object is obtained.
- the color distribution of the inspection light is changed to, for example, the pattern shown in FIG. 7, and the inspection light is irradiated onto the article 200, and an image of the object is obtained.
- the former image obtained by irradiating the monochromatic inspection light is used to perform color calibration of the latter image.
- the inclination angle of the surface of the article 200 is calculated based on the image after color calibration.
- the monochromatic inspection light may be referred to as the first inspection light, and the inspection light to which a color distribution has been added may be referred to as the second inspection light.
- the second inspection light includes at least light in the same wavelength band as the monochromatic light and light in a wavelength band different from the monochromatic light. In this way, the inclination angle of the surface of the article 200 can be accurately calculated.
- the inspection light is given the above-mentioned color distribution, but the surface light source 10 may be a white light source that emits white light.
- the red light source 10R, the green light source 10G, and the blue light source 10B do not need to be controlled independently.
- the efficiency of use of the inspection light and reflected light used in the visual inspection of the item 200 can be significantly improved compared to the conventional configuration disclosed in Patent Document 1.
- the exposure time when capturing an image of the item 200 can be shortened. This allows the visual inspection time to be shortened.
- the number of parts in the inspection system 100 can be reduced, and the distance between the optical components in the illumination device 50 can be shortened. This allows the inspection system 100 to be made more compact.
- Fig. 10 is a schematic diagram illustrating the color distribution of the inspection light according to the modification 1.
- Fig. 11A is a schematic diagram illustrating the color distribution of blue light in the inspection light.
- Fig. 11B is a schematic diagram illustrating the color distribution of red light in the inspection light.
- the shape of the surface light source 10 is not limited to that shown in FIG. 2, and may be, for example, a rectangle in plan view, as shown in FIG. 10.
- the inspection light is also given a color distribution that satisfies the relationship shown in equation (2).
- IR+2IG+IB 2...(2A)
- the luminance IB of the blue light changes continuously or stepwise along one side of the surface light source 10
- the luminance IR of the red light changes continuously or stepwise along another side perpendicular to the one side.
- a color distribution is imparted to the inspection light so as to change in stages.
- the luminance IB of blue light increases continuously or stepwise along the X direction
- the luminance IR of red light increases continuously or stepwise along the Y direction.
- the luminance distributions of red light and blue light are set as shown in FIG. 11A and FIG. 11B, respectively.
- the luminance IG of the green light is changed within the surface of the surface light source 10 so as to satisfy formula (2A).
- one of red light, green light, and blue light is selected as the first color.
- the brightness of the first color changes continuously or stepwise along one side of the surface light source 10.
- the brightness of the second color excluding the first color, among the red, green, and blue lights, changes continuously or stepwise along one side that intersects with the other side.
- the shape of the surface light source 10 is rectangular, unlike in the first embodiment, it is possible to achieve the same effect as the configuration shown in the first embodiment. That is, even if the surface of the object 200 has multiple directions or the object 200 is made of a different material, it is possible to appropriately adjust the color balance of the image captured by the camera 70. In addition, it is possible to quantitatively and accurately calculate the direction of the surface of the object 200, specifically the inclination angle of the surface.
- Fig. 12A is a schematic diagram showing a color distribution in a light emission surface of a surface light source according to Modification 2.
- Fig. 12B is a schematic diagram showing another color distribution in a light emission surface of a surface light source according to Modification 2.
- Fig. 12C is a schematic diagram showing yet another color distribution in a light emission surface of a surface light source according to Modification 2.
- the color distribution on the light exit surface of the surface light source 10 may be divided into three along the outer circumferential direction from the center O.
- the inspection light is emitted so that the red area RA, the green area GA, and the blue area BA are arranged side by side in the clockwise direction.
- the areas of the red area RA, the blue area BA, and the green area GA are set to be the same.
- the color distribution on the light exit surface of the surface light source 10 may be divided into three concentric circles along the radial direction from the center O.
- the inspection light is emitted so that a circular blue area BA is arranged at the innermost radial position, and a green area GA and a red area RA are arranged concentrically outside of that, in that order.
- a red area RA may be provided only at a specific position in the surface light source.
- white light which is a mixture of red light, green light, and blue light, is emitted from areas other than the red area RA.
- the image of the item 200 captured by the camera 70 appears reddish only when the surface of the item 200 is tilted in a specific direction. In other words, it is possible to evaluate only the presence or absence of tilt in a specific direction on the surface of the item 200.
- the position of the red area RA may be changed as appropriate.
- a green area GA or a blue area BA may be arranged instead of the red area RA.
- the ratio of the number of emitted light and the brightness ratio of the red light source 10R, the green light source 10G, and the blue light source 10B may be changed as appropriate according to the required specifications for the appearance inspection of the item 200.
- the color distribution is not particularly limited to the patterns shown in Figure 7 and Figures 12A to 12C.
- the ratio of the number of emitted light and the brightness ratio are dynamically changed by the light source control unit 82 of the control device 80.
- Fig. 13 is a schematic diagram of a surface light source 10 according to embodiment 2.
- Fig. 14 is a schematic diagram of a white surface light source 13 included in the surface light source 10 shown in Fig. 13.
- Fig. 15 is a plan view schematic of a color filter 20 included in the surface light source 10 shown in Fig. 13.
- the surface light source 10 shown in Fig. 13 differs from the surface light source 10 of embodiment 1 shown in Figs. 1 and 2 in that it is composed of a white surface light source 13, a light diffusion plate 12, and a color filter 20.
- the white surface light source 13 has a holding frame 14, a light guide plate 15, and a white linear light source 16.
- the white linear light source 16 is a linear light source consisting of multiple white LEDs arranged in a row.
- the color filter 20 is composed of red filters 20R, green filters 20G, and blue filters 20B, each of which is periodically arranged on a transparent plate 21.
- the transparent plate 21 is made of a glass substrate, and is provided with a driving transistor (not shown).
- Each filter is arranged with a distance d between adjacent filters, and reflected light from the area between the filters travels toward the camera 70.
- the red filter 20R transmits the red light of the incident white light
- the green filter 20G transmits the green light of the incident white light
- the blue filter 20B transmits the blue light of the incident white light. Note that the arrangement shown in FIG. 13 is merely an example and is not particularly limited to this. Also, the wavelength ranges of the red light, green light, and blue light are the same as those shown in embodiment 1.
- the function of the light diffusion plate 12 is the same as that described in the first embodiment. That is, the light diffusion plate 12 diffuses white light in a direction parallel to the XY plane.
- the white light emitted from the white line light source 16 propagates inside the light guide plate 15, is further diffused by the light diffusion plate 12, and is emitted as planar light toward the color filter 20.
- the white planar light that has passed through the color filter 20 is irradiated onto the object 200 as inspection light with a color distribution.
- the light guide plate 15 is rectangular when viewed from the Z direction, and four white line light sources 16 are provided so as to be in contact with each of its four side surfaces.
- the shape of the light guide plate 15 and the number and arrangement of the white line light sources 16 are not particularly limited to those shown in FIG. 14.
- the white line light sources 16 may be arranged so as to be in contact with one or two side surfaces of the light guide plate 15.
- the shape of the light guide plate 15 does not have to be rectangular.
- the color distribution imparted to the inspection light by the color filter 20 is the same as the color distribution shown in embodiment 1.
- the color filter 20 is a liquid crystal color filter and the operation of the color filter 20 is controlled by the light source control unit 82, the position and number of the red filters 20R that transmit red light can be changed dynamically. Similarly, the positions and numbers of the green filters 20G and blue filters 20B that transmit green light and blue light, respectively, can also be changed dynamically.
- the arrangement ratio of the red filters 20R, green filters 20G, and blue filters 20B that transmit red light, green light, and blue light, respectively corresponds to the ratio of the number of emitted light of the red light source 10R, green light source 10G, and blue light source 10B described in embodiment 1.
- the arrangement ratio and the aforementioned light-emitting number ratio are sometimes collectively referred to as the arrangement area ratio.
- the arrangement area ratio may also change depending on the position within the light emission surface of the surface light source 10.
- the aforementioned brightness ratio and transmittance ratio may also change depending on the position within the light emission surface of the surface light source 10.
- the transmittance of each of the red filter 20R, green filter 20G, and blue filter 20B is also dynamically changed by the light source control unit 82 of the control device 80.
- the transmittance ratios of the red filter 20R, the green filter 20G, and the blue filter 20B in this embodiment correspond to the luminance ratios of the red light source 10R, the green light source 10G, and the blue light source 10B described in embodiment 1.
- the layout area ratio or transmittance ratio of the red filter 20R, green filter 20G, and blue filter 20B in this embodiment can be dynamically changed. Therefore, similar to the effect of the configuration shown in embodiment 1, the color distribution of the inspection light can be set to a desired distribution depending on the material and shape of the article 200.
- the color balance of the image captured by the camera 70 allows the color balance of the image captured by the camera 70 to be appropriately adjusted even when the surface of the object 200 has multiple directions or the object 200 is made of a different material.
- the color distribution of the inspection light specifically the RGB luminance ratio, can be continuously changed within the light exit surface of the inspection light.
- the arrangement area ratio or transmittance ratio does not need to be dynamically changed.
- the red filter 20R, green filter 20G, and blue filter 20B may be built into the surface of the transparent plate 21 with the arrangement area ratio, i.e., their respective positions and areas, fixed.
- the transmittance ratios of the red filter 20R, green filter 20G, and blue filter 20B may be similarly built into the surface of the transparent plate 21 with the ratios fixed according to the positions at which the respective filters are arranged.
- red light source 10R, green light source 10G, and blue light source 10B may be built into the surface of transparent plate 21 with the layout area ratio, i.e., their respective positions and areas, being fixed.
- red light source 10R, green light source 10G, and blue light source 10B may be built into the surface of transparent plate 21 with the luminance ratio being fixed according to their respective positions.
- the color distribution shown in Figures 12A to 12C may also be realized by the color filter 20.
- the layout area ratio or transmittance ratio of the red filter 20R, green filter 20G, and blue filter 20B may be changed dynamically, or may be built into the surface of the transparent plate 21 in advance.
- the color distribution of the inspection light is not particularly limited to the patterns shown in Figure 7 and Figures 12A to 12C.
- the first inspection light which is monochromatic light
- the second inspection light which has a predetermined color distribution
- This color distribution may be, for example, the pattern shown in FIG. 7.
- the image acquired by irradiating the article with the first inspection light is used to perform color calibration of the image acquired by irradiating the article with the second inspection light.
- the inclination angle of the surface of the article 200 is calculated based on the image after color calibration.
- the inclination angle of the surface of the item 200 can be accurately calculated.
- the color filters 20 may be liquid crystal color filters and each filter may be dynamically controlled, or other methods may be used.
- a monochromatic color filter 20 may be prepared, and the color filter 20 may be replaced as appropriate, and an image of the object 200 may be acquired each time.
- multiple color filters 20 that impart different color distributions may be prepared, and the color filters 20 may be replaced depending on the shape and material of the item 200, and the required specifications for the appearance inspection of the item 200, as described above.
- the color filter 20 may be omitted from the surface light source 10, and the surface light source 10 may be configured with a white surface light source 13 and a light diffusion plate 12.
- the efficiency of use of the inspection light and reflected light used in the visual inspection of the item 200 can be significantly improved compared to the conventional configuration disclosed in Patent Document 1.
- the exposure time when capturing an image of the item 200 can be shortened. This allows the visual inspection time to be shortened.
- the number of parts in the inspection system 100 can be reduced, and the distance between the optical components in the illumination device 50 can be shortened. This allows the inspection system 100 to be made more compact.
- FIG. 16 is a schematic diagram showing how the light emitting region of the surface light source 10 according to the third embodiment is switched.
- the surface light source 10 in this embodiment is configured to be capable of being driven by switching between a first mode in which the entire surface emits light and a second mode in which the surface emits light partially.
- Figure 16 shows how the light-emitting area of the surface light source 10 is switched in the second mode.
- the white and black areas of the surface light source 10 are non-light-emitting areas.
- the surface light source 10 of this embodiment shown in FIG. 16 differs from the surface light source 10 shown in embodiment 1 in that the light-emitting area is dynamically changed.
- the surface light source 10 is configured so that the light-emitting area and non-light-emitting area switch with respect to a center line that passes through the center O and extends in the Y direction, but is not particularly limited to this. It is sufficient that the surface light source 10 is configured so that the position and light-emitting area of the light-emitting area are variable in the second mode.
- images of the article 200 are acquired in both the first mode and the second mode. Furthermore, the difference between the images of the article 200 acquired in both the first mode and the second mode is calculated, and the characteristic parts of the article 200, particularly the characteristic parts of the surface of the article 200, are extracted and emphasized based on the images after the difference.
- the position or area or both of the light-emitting region in the surface light source 10 may be changed as appropriate, and an image of the object 200 may be acquired each time.
- the difference between the images of the multiple objects 200 acquired by changing the position or area of the light-emitting region and the image of the object 200 acquired in the first mode is calculated.
- Fig. 17A shows a schematic plan view of the surface light source 10 according to the fourth embodiment
- Fig. 17B shows a schematic plan view of another surface light source 10.
- the light sources of each color red light source 10R, green light source 10G, blue light source 10B
- the filters of each color red filter 20R, green filter 20G, blue filter 20B
- the inspection system 100 shown in this embodiment differs from the inspection system 100 shown in embodiment 1 in that the central portion of the surface light source 10, in other words the area through which the optical axis OAi of the inspection light and the optical axis OAr of the reflected light pass, is transparent or has an opening. Furthermore, the inspection system 100 shown in this embodiment is configured so that the reflected light passes through the central portion of the surface light source 10 and enters the camera 70.
- the surface light source 10 shown in FIG. 17A has a central portion that is a transparent area TA that transmits reflected light.
- the transparent area TA is a member made of the same material as the transparent plate 11 or the transparent plate 21.
- the light sources of each color red light source 10R, green light source 10G, blue light source 10B
- the filters of each color red filter 20R, green filter 20G, blue filter 20B
- the transparent area TA may be integrated with the transparent plate 11 or the transparent plate 21.
- the central portion of the surface light source 10 shown in FIG. 17B is an opening area EA where no components are arranged.
- the central portion of the surface light source 10 is a through opening.
- one of the light sources of each color (red light source 10R, green light source 10G, blue light source 10B) is arranged in the central portion of the surface light source 10 where the reflected light is incident.
- one of the filters of each color (red filter 20R, green filter 20G, blue filter 20B) is arranged in the central portion of the surface light source 10 where the reflected light is incident.
- red light source 10R, green light source 10G, blue light source 10B when light sources of each color (red light source 10R, green light source 10G, blue light source 10B) or filters of each color (red filter 20R, green filter 20G, blue filter 20B) are arranged in the central portion of the surface light source 10 where the reflected light is incident, these light sources and filters may absorb or scatter part of the reflected light. In this case, the amount of light received by the camera 70 may be reduced, or the image of the object 200 may be distorted.
- the central portion of the surface light source 10 by making the central portion of the surface light source 10 a transparent area TA or an opening area EA, it is possible to prevent the reflected light from the object 200 from being reflected or scattered by the surface light source 10 when it enters the camera 70.
- by improving the efficiency of using the reflected light it is possible to shorten the exposure time when capturing an image of the object 200. This makes it possible to shorten the visual inspection time.
- the central portion of the surface light source 10 is a transparent area TA as shown in FIG. 17A
- Fig. 18A shows a schematic cross-sectional view of a surface light source 10 according to Modification Example 3
- Fig. 18B shows a schematic cross-sectional view of another surface light source.
- the light sources of each color red light source 10R, green light source 10G, and blue light source 10B
- red light source 10R, green light source 10G, and blue light source 10B are omitted in Fig. 18A and Fig. 18B.
- the inspection system 100 shown in this modified example differs from the inspection system 100 shown in embodiment 4 in that the surface light source 10 is configured so that parts other than the central part do not transmit reflected light.
- the surface light source 10 shown in Figures 18A and 18B has an anti-transmission member 17 provided on the light exit surface, in other words, the surface facing the reflected light incidence surface, except for the transparent area TA or the opening area EA.
- the anti-transmission member 17 is a member made of a material that absorbs reflected light.
- the transparent plate 11 and the anti-transmission member 17 may be in contact with each other, or may be spaced apart from each other.
- this modified example it is possible to prevent unnecessary light other than the reflected light from the object 200 from being incident on the camera 70. This improves the S/N ratio in the image of the object 200, and therefore the color contrast, allowing the tilt angle to be calculated accurately. Also, in the image of the object 200, the shape of the surface of the object 200 can be grasped with good contrast. Furthermore, according to this modified example, it is possible to omit the aperture mechanism 60, thereby reducing the number of parts and the cost of the inspection system 100.
- inspection light leaks into the transparent area TA from the surroundings, so some light is also irradiated from the transparent area TA toward the item 200.
- the surface light source 10 shown in FIG. 18B inspection light is not emitted from the opening area EA, so the center of the image of the item 200 captured by the camera 70 appears black, and the surface condition cannot be recognized.
- the surface condition of the item 200 can be recognized based on the reflected light.
- the surface light source 10 shown in FIG. 18B when the surface light source 10 shown in FIG. 18B is used, although it is not possible to perform an appearance inspection of the central part of the item 200, it is possible to reliably perform an appearance inspection of the peripheral part. Based on this, it is possible to determine whether to use the surface light source 10 shown in FIG. 18A or the surface light source 10 shown in FIG. 18B, depending on the required specifications for the appearance inspection of the item 200.
- the transparent area TA and the other portion i.e., the portion where the anti-transmission member 17 is provided, may be separate entities.
- the transparent area TA is a glass substrate with an anti-reflection layer on its surface, and the portion where the anti-transmission member 17 is provided is the surface light source 10 shown in FIG. 18B. These may be combined to form the surface light source 10 shown in FIG. 18A.
- the surface light source 10 shown in FIG. 18B may be a component having the configuration shown in embodiment 2, that is, a surface light source 10 consisting of a white surface light source 13 and a color filter 20, with a transmission prevention member 17 added.
- the portion where the transmission prevention member 17 is provided may be a component having a transmission prevention member 17 added to a surface light source 10 consisting of a white surface light source 13 and a color filter 20.
- light sources of each color may be arranged in the transparent area TA.
- the portion where the transmission prevention member 17 is provided may be a surface light source 10 consisting of a white surface light source 13 and a color filter 20, and filters of each color (red filter 20R, green filter 20G, blue filter 20B) may be arranged in the transparent area TA.
- the reflected light may be absorbed or scattered when passing through the transparent area TA.
- the anti-transmission member 17 it is possible to prevent unnecessary light other than the reflected light from the object 200 from entering the camera 70. This improves the S/N ratio in the image of the object 200, and therefore the color contrast, allowing the inclination angle to be calculated accurately. Furthermore, the shape of the surface of the object 200 can be seen with good contrast in the image of the object 200.
- the transmission prevention member 17 may be made of a material that reflects reflected light. In this case, it is also possible to prevent unnecessary light other than the reflected light from the object 200 from being incident on the camera 70.
- Embodiments New embodiments can be created by appropriately combining the components shown in the first to fourth embodiments and the first to third modifications.
- the light guide plate 15 and the color filter 20 shown in the second embodiment may have a rectangular shape in a plan view.
- the color distribution imparted to the inspection light by the color filter 20 can be made the same as the color distribution shown in the first modification by appropriately setting the layout area ratio or transmittance ratio of the red filter 20R, the green filter 20G, and the blue filter 20B.
- a transparent area TA or an opening area EA may be provided as shown in the fourth embodiment.
- the inspection system disclosed herein is useful because it improves the efficiency of use of the inspection light and reflected light used in visual inspection of objects.
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Abstract
Description
本開示は、物品の外観検査に用いられる検査システム及びこれを用いた物品の表面の傾斜角補正方法、物品の画像の特徴強調方法に関する。 This disclosure relates to an inspection system used for visual inspection of an object, a method for correcting the inclination angle of the surface of an object using the inspection system, and a method for highlighting features of an image of an object.
従来、物品の外観検査に用いられる照明装置として、特許文献1~3に開示される構成が知られている。
Conventionally, the configurations disclosed in
特許文献1に開示される従来の構成では、面光源と対物レンズとの間にフィルタ部材が配置される。このフィルタ部材は、対物レンズを挟んで検査対象である物品と反対側であって、照明光軸上の対物レンズの焦点位置近傍に配置される。さらに、このフィルタ部材は、面光源から出射される検査光の光属性である波長域を複数の立体角領域に分割する。
In the conventional configuration disclosed in
照明装置をこのような構成とすることで、物品の表面の各点で同じ照射立体角を有する検査光が照射される。このことにより、物品の表面の各点において照明条件を同じにすることができる。また、物品を高い分解能で観察可能とし、かつ物品の表面の傾斜角を広い範囲で認識可能とすることができる。 By configuring the lighting device in this way, inspection light having the same illumination solid angle is irradiated at each point on the surface of the object. This makes it possible to make the lighting conditions the same at each point on the surface of the object. It also makes it possible to observe the object with high resolution and to recognize the inclination angle of the object's surface over a wide range.
また、特許文献2、3に開示される従来の構成では、面光源を挟んで対物レンズ及び物品と反対側に、物品からの反射光を受け取るカメラが配置されている。当該反射光は、面光源を透過してカメラのレンズに入射する。
In addition, in the conventional configurations disclosed in
特許文献2に開示された構成では、さらに、面光源の光出射面に対向して配列された、第1~第nの光学部材からなる複数のセットを備えている。第1~第nの光学部材は、光出射面から出射された検査光を物品に向けて透過させる。第1~第nの光学部材から物品に向けて出射する検査光の波長及び照射立体角は互いに異なる。このようにすることで、物品からの反射光は、物品の表面の傾斜度合に応じた波長を有する。カメラで撮像した画像を確認することにより、物品の局所的な表面の傾斜度合いを把握することができる。
The configuration disclosed in
特許文献3に開示された構成では、さらに、面光源の一の部分から検査光を出射するとともに、検査光の出射位置を第1の方向に順次走査しながら、検査光を物品に照射する。続けて、検査光の出射位置を第1の方向と異なる第2の方向に順次走査しながら、検査光を物品に照射する。制御部は、両方の走査の際に撮像された物品の画像から、画像の表面の測定点が照明されるときの検査光の出射位置を特定し、特定された出射位置と第1の方向と第2の方向に基づいて、測定点までの距離を算出する。 In the configuration disclosed in Patent Document 3, furthermore, inspection light is emitted from one portion of the surface light source, and the object is irradiated with the inspection light while the emission position of the inspection light is sequentially scanned in a first direction. Next, the object is irradiated with the inspection light while the emission position of the inspection light is sequentially scanned in a second direction different from the first direction. The control unit identifies the emission position of the inspection light when a measurement point on the surface of the image is illuminated from the image of the object captured during both scans, and calculates the distance to the measurement point based on the identified emission position and the first and second directions.
このようにすることで、制御部は検査光の出射位置に関する情報を取得することができる。この出射位置は、カメラと面光源との間の相対的な位置に依存しない。すなわち、カメラへの入射光軸に対する特定の位置に面光源を配置する必要がない。したがってカメラと照明装置との間のキャリブレーションを不要としながら物品の検査を行うことができる。 In this way, the control unit can obtain information regarding the emission position of the inspection light. This emission position does not depend on the relative position between the camera and the surface light source. In other words, it is not necessary to place the surface light source at a specific position relative to the incident optical axis to the camera. Therefore, it is possible to inspect an item without the need for calibration between the camera and the lighting device.
しかし、特許文献1に開示された従来の構成では、検査光と物品からの反射光との光路を分離するために、検査光の光路上にハーフミラーが配置されている。検査光がハーフミラーで反射され、物品に照射される場合、ハーフミラーを透過する前後の検査光の光量は約半分になる。また、物品からの反射光がハーフミラーを透過してカメラに入射される場合、ハーフミラーを透過する前後の反射光の光量は約半分になる。つまり、実際に物品の外観検査に用いられる反射光は、もとの検査光の光量に対し、実際に物品の外観検査に用いられる光の光量の割合は、約1/4となってしまう。
However, in the conventional configuration disclosed in
本開示はかかる点に鑑みてなされたもので、その目的は、物品の外観検査に用いられる検査光及び反射光の利用効率を高められる検査システム及びこれを用いた物品の表面の傾斜角補正方法、物品の画像の特徴強調方法を提供することにある。 This disclosure has been made in consideration of these points, and its purpose is to provide an inspection system that can improve the efficiency of using inspection light and reflected light used in visual inspection of an object, as well as a method for correcting the inclination angle of the surface of an object using the same, and a method for highlighting features in an image of an object.
上記目的を達成するため、本開示に係る検査システムは、物品に検査光を照射する照明装置と、前記検査光が照射された前記物品を撮像する撮像装置と、を備えた検査システムである。前記照明装置は、前記検査光を出射する面光源と、前記面光源から出射された前記検査光を前記物品に向けて集光する対物レンズと、を備える。前記検査光は、進行方向と交差する面内に所定の色分布が付与された状態で、前記対物レンズに入射される。前記撮像装置は、前記物品で反射された前記検査光の反射光の光路上に、かつ前記面光源を挟んで前記対物レンズと反対側に配置される。前記面光源は、前記対物レンズの入射側の焦点位置または当該焦点位置の近傍に配置されるとともに、少なくとも前記撮像装置に向かう前記反射光が入射する部分において、前記反射光を透過するように構成される。前記検査光の光軸と前記反射光の光軸とが同軸上に配置される。 In order to achieve the above object, the inspection system according to the present disclosure is an inspection system including an illumination device that irradiates an object with inspection light, and an imaging device that images the object irradiated with the inspection light. The illumination device includes a surface light source that emits the inspection light, and an objective lens that focuses the inspection light emitted from the surface light source toward the object. The inspection light is incident on the objective lens with a predetermined color distribution in a plane intersecting the traveling direction. The imaging device is disposed on the optical path of the reflected light of the inspection light reflected by the object, and on the opposite side of the objective lens across the surface light source. The surface light source is disposed at or near the focal position of the incident side of the objective lens, and is configured to transmit the reflected light at least in the portion where the reflected light toward the imaging device is incident. The optical axis of the inspection light and the optical axis of the reflected light are disposed coaxially.
本開示によれば、ハーフミラーを使用しないため、物品の外観検査に用いられる検査光及び反射光の利用効率を高められる。また、検査システムにおける部品点数を低減でき、検査システムを小型化できる。 According to the present disclosure, since a half mirror is not used, the efficiency of use of the inspection light and reflected light used in the visual inspection of an object can be improved. In addition, the number of parts in the inspection system can be reduced, allowing the inspection system to be made more compact.
以下、本開示の実施形態を図面に基づいて説明する。なお、以下の好ましい実施形態の説明は、本質的に例示に過ぎず、本開示、その適用物或いはその用途を制限することを意図するものではない。 Below, an embodiment of the present disclosure will be described with reference to the drawings. Note that the following description of the preferred embodiment is essentially merely exemplary and is not intended to limit the present disclosure, its applications, or its uses.
[検査システムの構成及び動作]
図1は、本実施形態に係る検査システム100の概略構成図であり、図2は、検査システム100が有する面光源10の平面模式図である。なお、以降の説明において、検査光の光軸方向をZ方向と呼び、Z軸と直交する方向をX方向と呼び、X方向及びZ方向とそれぞれ直交する方向をY方向と呼ぶことがある。また、面内にX方向とY方向とが含まれる平面または仮想面をXY平面と呼ぶことがある。
[Configuration and operation of inspection system]
Fig. 1 is a schematic diagram of an
なお、本願明細書において、「直交している」または「平行である」あるいは「一致している(同じである)」とは、検査システム100を構成する各部品の製造公差や部品間の組立公差を含んで直交している、または平行である、あるいは一致しているか同じであるという意味であり、比較対象同士が厳密に直交している、または平行である、あるいは一致しているか同じであることまでを意味するものではない。
In this specification, "orthogonal," "parallel," or "matching (the same)" means orthogonal, parallel, or matching or the same, taking into account the manufacturing tolerances of the components constituting the
図1に示すように、検査システム100は、照明装置50とカメラ(撮像装置)70と支持台90とを備えている。照明装置50は、筐体40の内部に配置されている。また、検査システムは、絞り機構60と制御装置80とを備えている。
As shown in FIG. 1, the
後で詳述するように、検査システム100では、支持台90に載置された物品200に照明装置50から検査光を照射し、物品200で反射された検査光の反射光(以下、単に反射光と呼ぶ。)をカメラ70で撮像する。カメラ70で撮像された画像に基づいて、物品200の外観が検査される。
As will be described in detail later, in the
照明装置50は、面光源10と対物レンズ30とで構成されている。面光源10は、赤色光源10Rと緑色光源10Gと青色光源10Bと光拡散板12とで構成されている。また、面光源10は、対物レンズ30の焦点位置、この場合は、入射側の焦点位置P1に配置されている。
The
図2に示すように、赤色光源10Rと緑色光源10Gと青色光源10Bとは、それぞれ透明板11上に周期的に配置されている。なお、図2に示した配列はあくまでも一例であり、特にこれに限定されない。
As shown in FIG. 2, the
光拡散板12は、赤色光源10Rから出射される赤色光、緑色光源10Gから出射される緑色光、及び青色光源10Bから出射される青色光をそれぞれ、光拡散板12の面内、この場合は、XY平面と平行な方向に拡散する。なお、赤色光、緑色光及び青色光は、それぞれ所定の波長幅を有している。例えば、赤色光は、650nmの波長を含み、数十nm~100nm程度の波長幅を有している。緑色光は、500nmの波長を含み、数十nm~100nm程度の波長幅を有している。青色光は、450nmの波長を含み、数十nm~100nm程度の波長幅を有している。
The
図2に示す例では、赤色光源10Rと緑色光源10Gと青色光源10Bとが同時に点灯した場合、これらから出射される光が光拡散板12でそれぞれ拡散され、面光源10から出射される検査光は、白色の平面光となる。なお、面光源10において、赤色光源10Rと緑色光源10Gと青色光源10Bとを発光させる位置や領域は、制御装置80の光源制御部82によって制御される。また、光源制御部82によって、面光源10の発光領域における赤色光源10Rと緑色光源10Gと青色光源10Bとの輝度比率を変更することも可能である。当該輝度比率を変更させる場合、発光領域における赤色光源10Rと緑色光源10Gと青色光源10Bとの発光個数比率を変更してもよいし、赤色光源10Rと緑色光源10Gと青色光源10Bとで、それぞれ発光強度を変更するようにしてもよい。
In the example shown in FIG. 2, when the
実際に検査システム100を動作させる場合、面光源10の発光領域の内部で、赤色光源10Rと緑色光源10Gと青色光源10Bとの輝度比率がさらに細かく変更される。このことにより、検査光の光軸OAiと直交する面内、この場合、XY平面と平行な面内で、検査光に所定の色分布が付与される。この色分布については後で述べる。
When the
また、赤色光源10Rと緑色光源10Gと青色光源10Bとはそれぞれ、所定の間隔をあけて透明板11に配置されている。このため、物品200で反射された反射光は、面光源10の光拡散板12と透明板11とを透過して、カメラ70に向かう。また、図1に示すように、検査光の光軸OAiと反射光の光軸OArとが一致するように、検査システム100の各部品が配置されている。つまり、図1に示す検査システム100において、検査光の光軸OAiと反射光の光軸OArとが同軸上に配置されている。
Furthermore, the
図1に示す例では、赤色光源10Rと緑色光源10Gと青色光源10Bとは、それぞれ有機EL(Electro Luminescence)発光素子であり、透明板11は折り曲げ可能なフレキシブル基板である。ただし、特にこれに限定されず、赤色光源10Rと緑色光源10Gと青色光源10BとがそれぞれLED(Light Emitting Diode)で構成されてもよい。その場合、透明板11はガラス基板である。なお、図示しないが、透明板11における有機EL発光素子やLED等の発光素子の設置面には、発光素子間を接続する配線が形成されている。
In the example shown in FIG. 1, the
また、図2に示すように、透明板11の面内で互いに隣り合う光源は、所定の間隔dをあけて配置されている。間隔dは、反射光がカメラ70に向けて透過する領域であり、その値は、カメラ70で物品200の画像を取得するのに必要な光量に応じて適宜設定される。
Also, as shown in FIG. 2, adjacent light sources within the plane of the
対物レンズ30は、面光源10から出射された検査光を物品200に向けて集光する。また、検査光は、対物レンズ30を透過することで所定の照射立体角IS(図3参照)が付与される。このことについては、後で述べる。
The
絞り機構60は、カメラ(撮像装置)70と面光源10との間に、さらに言うと、カメラ70に設けられた撮像素子73と面光源10との間に配置されている。絞り機構60は、検査光が物品200で反射されてカメラ70に向かって進行する反射光の光路を制限する。図1に示す例では、絞り機構60の動作は、制御装置80の絞り制御部83によって制御される。ただし、これに限られず、絞り機構60を手動で操作してもよい。また、絞り機構60を前述の焦点位置P1または当該焦点位置P1の近傍に配置してもよい。
The
支持台90は、平坦な表面を有しており、当該表面に物品200が載置される。
The
カメラ70は、筐体71の内部にレンズ72と撮像素子73とを有している。なお、図示しないが、筐体71の内部には、他の光学部品や電気部品が配置されている。
物品200で反射された反射光は、面光源10と絞り機構60を通過して、レンズ72で集光されて、撮像素子73の撮像面に入射する。撮像素子73は、入射された反射光に基づいて、物品200の画像信号を出力する。つまり、カメラ70は、検査光が照射された物品200の画像を撮像する。なお、実際には、撮像素子73から出力された画像信号は、制御装置80の信号処理部で信号処理されて、物品200の画像が生成される。
The light reflected by the
また、カメラ70で撮像される画像はカラー画像であり、撮像素子73は、カラーフィルタが搭載されたCMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)イメージセンサである。
In addition, the images captured by the
なお、カメラ70は、CMOSイメージセンサの出力信号を処理して画像を生成するプロセッサ(図示せず)を備えていてもよい。この場合、信号処理部81を省略することもできる。
The
なお、カメラ70に絞り機構(図示せず)が設けられていてもよい。この場合、絞り機構60を省略することができる。なお、カメラ70に絞り機構を設ける場合にも、当該絞り機構は、撮像素子73と面光源10との間に配置される。
The
また、説明の便宜上、図1では、1枚のレンズ72を示したが、実際には、レンズ72は、複数のレンズを有するレンズ群として構成される。例えば、レンズ群であるレンズ72は、撮像素子73に近い順に、結像レンズと接眼レンズと対物レンズとを有している、この場合、対物レンズ30とレンズ群であるレンズ72とで、反射光に対する物体側テレセントリック光学系が構成される。また、カメラ70に絞り機構を設ける場合、接眼レンズと対物レンズとの間に当該絞り機構が設けられる。
For ease of explanation, FIG. 1 shows a
制御装置80は、複数の機能ブロックとして、信号処理部81と光源制御部82と絞り制御部83と演算部84と記憶部85と入力部86と表示部87とを有している。
The
信号処理部81は、GPU(Graphics processing Unit)等を含む1または複数の信号処理LSI(Large Scale Integrated Circuit)で構成され、前述したように、撮像素子73から出力された画像信号の信号処理を行い、検査光が照射された物品200の画像を生成する。
The
絞り制御部83は、1または複数のLSIと1または複数の駆動IC(Integrated Circuit)とで構成され、前述したように、絞り機構60の動作を制御する。
The
光源制御部82は、1または複数のCPU(Central Processing Unit)と1または複数の駆動ICとで構成され、前述したように、赤色光源10R、緑色光源10G、及び青色光源10Bのそれぞれの発光動作を制御する。
The light
演算部84は、1または複数のCPUで構成され、後で述べる物品200の画像の特徴強調に関する演算を行う。また、物品200の傾斜角の補正演算を行う。なお、これらの演算処理は、信号処理部81での信号処理結果に基づいて行われる。
The
記憶部85は、1または複数の半導体メモリ、例えば、RAM(Random Access Memory)やROM(Read Only Memory)で構成される。記憶部85が、HDD(Hard Disk Drive)やSSD(Solid State Drive)で構成されてもよい。記憶部85は、物品200の外観検査を実行するための検査プログラムや演算部84で実行される演算処理に関するプログラムや演算処理後の結果を保存する。また、記憶部85は、信号処理部81で信号処理された物品200の画像を保存する。また、検査プログラムは、外見監査を行う際の色分布のパターンを複数設定可能に構成されている。この色分布のパターンにしたがって、光源制御部82が面光源10における赤色光源10R、緑色光源10G、及び青色光源10Bのそれぞれの発光動作を制御する。
The
入力部86は、例えば、キーボードやタッチパネル等の入力デバイスで構成される。入力部86を操作することで、記憶部85に保存された画像が呼び出される。また、検査対象となる物品200の種別の入力や、これに対応する検査プログラムの呼び出し。また、外観検査後の物品200の画像の呼び出しが行われる。
The
また、入力部86を操作することで、前述した物品200の画像の特徴強調や傾斜角補正のために必要なパラメータが入力されてもよい。
In addition, by operating the
表示部87は、液晶ディスプレイや有機ELディスプレイ等の表示デバイスで構成される。表示部87は、外観検査後の物品200の画像や検査プログラムの入力画面等を表示する。
The
図1に示す例では、信号処理部81~表示部87が一体化されているが、特にこれに限定されない。例えば、絞り制御部83や光源制御部82が、信号処理部81や演算部84と独立して設けられていてもよいし、個々の機能ブロックがそれぞれ独立して設けられていてもよい。また、演算部84~表示部87が1台のPC(Personal Computer)で構成されていてもよい。複数の機能ブロック間で、必要な信号の授受が可能に構成され、制御装置80が構築されていればよい。
In the example shown in FIG. 1, the
[検査システムの動作について]
図3は、物品に照射される検査光の照射立体角を示す模式図である。図4は、支持台に設置された物品200を示す一例である。図5Aは、物品200の表面に傾きがある場合の反射光の状態を示す模式図であり、図5Bは、物品200の表面に別の傾きがある場合の反射光の状態を示す模式図である。
[Operation of the inspection system]
Fig. 3 is a schematic diagram showing the irradiation solid angle of the inspection light irradiated on the object. Fig. 4 is an example showing the
まず、検査システム100の動作原理について説明する。
First, we will explain the operating principle of the
図1に示すように、面光源10と対物レンズ30とを配置した場合、検査光の光軸OAi上であって、かつ対物レンズ30の出射側焦点位置である点P2における照射立体角ISは、面光源10における検査光の光路の直径と対物レンズ30の焦点距離fにより一義的に決まる。なお、ここで言う「照射立体角」とは、検査光の光路上の所定の点を頂点とし、当該所定の点に光が照射される範囲を示す任意形状の錐体を言う(例えば、図3参照)。前述の光路の直径をr1とすると、照射立体角ISの平面半角θ1は式(1)に示す関係を満たす。
When the
θ1=tan-1(r1/2f) ・・・(1)
また、検査光の光軸OAiから離れた位置であっても、対物レンズ30の中心から対物レンズ30の出射側焦点位置と同じ距離だけ離れた位置における照射立体角ISも、点P2における照射立体角ISと同じ形状で同じ大きさとなる。また、対物レンズ30の出射側焦点位置よりも遠い位置における照射立体角ISも、点P2における照射立体角ISと同じ形状で同じ大きさとなる。
θ1=tan-1(r1/2f)...(1)
In addition, even if the position is far from the optical axis OAi of the inspection light, the illumination solid angle IS at a position that is the same distance from the center of the
したがって、図3に示すように、検査光は、物品200の表面の各点において同じ照射立体角ISを有するように照射される。つまり、物品200の表面の任意の点において、面光源10からの距離に依存せず、照明条件が同じとなる。
Therefore, as shown in FIG. 3, the inspection light is irradiated so as to have the same illumination solid angle IS at each point on the surface of the
次に、実際に物品200の外観検査を行う場合について説明する。
Next, we will explain how to actually perform a visual inspection of
物品200の表面が平坦でかつ支持台90の表面と平行である場合、図1に示すように、検査光の光軸OAiは、物品200の表面の法線と平行である。面光源10から出射される検査光が白色光であると、物品200の表面で反射される反射光も白色光となる。例えば、図4に示す物品200の表面の領域S1での反射光は白色光としてカメラ70に入射される。
When the surface of the
一方、前述したように、検査光は、検査光の光軸OAiと直交する面内で色分布を有している。その結果、図1に示す例で言えば、赤色光源10Rから出射された検査光の光軸は、青色光源10Bから出射された検査光の光軸と方向が異なっている。また、前述したように、物品200の表面の各点において、照射立体角ISは同じである。このため、物品200の表面に傾きがある場合、検査光の光軸の方向が異なることに対応して反射光の色が変化する。
On the other hand, as mentioned above, the inspection light has a color distribution in a plane perpendicular to the optical axis OAi of the inspection light. As a result, in the example shown in FIG. 1, the optical axis of the inspection light emitted from
図5Aに示すように、物品200の表面が紙面の左側に傾いていると、青色光源10Bから出射された検査光はカメラ70の撮像面に向かって反射される。一方、赤色光源10Rから出射された検査光の一部は、カメラ70の撮像面から離れるように反射される。その結果、カメラ70で撮像される物品200の画像は、青みがかった色となる。例えば、図4に示す物品200の表面の領域S2は、青みがかった色の領域としてカメラ70で撮像される。
As shown in FIG. 5A, when the surface of the
また、図5Bに示すように、物品200の表面が紙面の右側に傾いていると、赤色光源10Rから出射された検査光はカメラ70の撮像面に向かって反射される。一方、青色光源10Bから出射された検査光の一部は、カメラ70の撮像面から離れるように反射される。その結果、カメラ70で撮像される物品200の画像は、赤みがかった色となる。例えば、図4に示す物品200の表面の領域S3は、赤みがかった色の領域としてカメラ70で撮像される。
Also, as shown in FIG. 5B, when the surface of the
以上説明したように、図1に示す検査システム100によれば、面光源10から出射される検査光の色分布を適切に設定することで、カメラ70での撮像画像における各色、例えば、赤色光、緑色光及び青色光(以下、これらを総称してRGBと呼ぶことがある。)の強度等から、物品200の表面の方向(傾き)を推定することができる。言い換えると、物品200の表面が互いに方向の求まる複数の面で構成される場合、それぞれの面の方向を推定することができる。このことを利用して、物品200の外観検査を行うことができる。例えば、白色光の照射のみでは識別が困難な物品200の表面凹凸や傷の有無等を検査することができる。
As described above, with the
[面光源における色分布の設定について]
図6は、金属の反射率の波長依存性の一例を示す図である。図7は、面光源の光出射面内での色分布を示す図である。図8は、面光源の最外周における光輝度の回転角度依存性を示す図である。
[Setting color distribution for surface light sources]
Fig. 6 is a diagram showing an example of wavelength dependency of metal reflectance, Fig. 7 is a diagram showing color distribution in the light emission surface of a surface light source, and Fig. 8 is a diagram showing rotation angle dependency of light luminance at the outermost periphery of a surface light source.
前述した物品200の表面の方向推定を行う場合、撮像された物品200の画像におけるカラーバランスが適切に調整されていることが必要である。一般には、白色の物品200を照明環境毎に撮像し、RGBの強度を調整する。
When estimating the surface direction of the
また、物品200の材質が異なる場合、図6に示すように、反射率の波長依存性も異なる。例えば、銀(Ag)は、可視光領域(400nm~700nm)で反射率が1程度と一定である。一方、波長が650nmから500nmにかけて、金(Au)の反射率は、1から0.4程度まで低下する。また、500nm以下の波長域では、反射率が0.4程度と略一定となる。波長が650nmから400nmにかけて、銅(Cu)は、の反射率は、1から0.5程度まで低下する。このことに鑑みれば、検査対象となる物品200の材質が異なる場合も、カラーバランスの調整が必要となる。
Furthermore, when the material of the
しかし、図1に示す検査システム100では、物品200に照射される検査光は、その色分布に対応して、物品200への照射方向毎に色が異なる。よって、物品200の表面に方向(傾き)が異なる面が複数存在すると、物品200からの反射光も各面で異なる色となる。
However, in the
このような場合、検査光の色分布を以下に示すように設定することで、物品200の画像におけるカラーバランスを適切なものに調整できる。
In such a case, the color balance in the image of the
以下、本実施形態における検査光の色分布設定手法について説明する。 The following describes the method for setting the color distribution of the inspection light in this embodiment.
具体的には、図7に示すように、面光源10の光出射面における色分布を面光源10の中心Oを中心として時計回り方向に連続的または段階的に変化させる。また、外周から中心Oに向かうにつれて、検査光の彩度が連続的または段階的に低下するように色分布が付与される。言い換えると、中心Oからの距離rに対して、検査光の彩度が連続的または段階的に変化するように色分布が付与される。なお、説明の便宜上、図7において、主に赤色光を出射する赤色領域RA、主に緑色光を出射する緑色領域GA及び主に青色光を出射する青色領域BAをそれぞれ区分して図示している。
Specifically, as shown in FIG. 7, the color distribution on the light emission surface of the
その一方で、光出射面における異なる位置から出射される検査光は式(2)に示す関係を満たしている。 On the other hand, the inspection light emitted from different positions on the light emission surface satisfies the relationship shown in formula (2).
IR+αIG+βIB=S ・・・(2)
ここで、IR、IG、IBは、それぞれ赤色光、緑色光及び青色光の輝度である。また、α、βは、それぞれゼロよりも大きい係数であり、本実施形態に示す例では、α=β=1である。また、Sは定数である。
IR+αIG+βIB=S...(2)
Here, IR, IG, and IB are the luminances of red light, green light, and blue light, respectively. Also, α and β are coefficients greater than zero. In the example shown in this embodiment, α= β=1, and S is a constant.
つまり、検査光は、光出射面内での位置に関わらず、赤色光、緑色光及び青色光の輝度の和が一定になるように設定される。 In other words, the inspection light is set so that the sum of the brightness of the red light, green light, and blue light is constant regardless of the position on the light emission surface.
また、検査光は、中心Oを中心として所定の位置から時計回り方向に回転した角度θ(面光源10の外周に沿った回転角度θ)が変化した場合、赤色光、緑色光及び青色光のそれぞれの輝度の比が変化するように設定されている。 The inspection light is also set so that the ratio of the brightness of the red light, green light, and blue light changes when the angle θ rotated clockwise from a predetermined position around the center O (the angle θ of rotation along the outer periphery of the surface light source 10) changes.
例えば、図7、図8に示すように、面光源10の最外周における赤色光、緑色光及び青色光の輝度は、回転角度θに応じて変化している。同時に、赤色光、緑色光及び青色光のそれぞれの輝度は、距離rに応じても変化している。距離rが小さくなる、つまり、中心Oに近くなる程、検査光の彩度が低下する。例えば、θが120°の場合、緑色光の輝度IGが最大(=S)である一方、赤色光及び青色光の輝度IR、IBは、それぞれゼロである。しかし、距離rが小さくなり、中心Oに近い領域では、赤色光及び青色光の輝度は、それぞれゼロよりも増加する。
For example, as shown in Figures 7 and 8, the brightness of the red light, green light, and blue light at the outermost periphery of the
これらのことは、以下の式(3)~(9)に示す関係として記述される。 These are described as the relationships shown in the following equations (3) to (9).
まず、距離rを規格化する。また、距離rでの検査光の規格化された振幅mを式(3)に示すように設定する。 First, the distance r is normalized. The normalized amplitude m of the inspection light at the distance r is set as shown in equation (3).
m=min(R,G,B) ・・・(3)
ここで、R,G,Bは、それぞれ赤色光、緑色光、青色光の輝度IR、IG、IBを規格化したものである。
m=min(R,G,B)...(3)
Here, R, G, and B are the standardized intensities IR, IG, and IB of red light, green light, and blue light, respectively.
このとき、距離rと振幅mとの間に、式(4)に示す関係が成立するように、面光源10の色分布を設定する。
At this time, the color distribution of the
r=VR/(VR+m)=(S-3m)/(S-2m) ・・・(4)
ここで、変動範囲VRは式(5)に示す関係を満たす。
r=VR/(VR+m)=(S-3m)/(S-2m)...(4)
Here, the fluctuation range VR satisfies the relationship shown in equation (5).
VR=S-3m ・・・(5)
また、S、r、mは、式(6)~(8)に示す関係をそれぞれ満たす。
VR=S-3m...(5)
Furthermore, S, r, and m satisfy the relationships shown in expressions (6) to (8).
S≧3m ・・・(6)
0≦r≦1 ・・・(7)
0≦m≦1 ・・・(8)
また、式(4)、(5)から、振幅mに関して、式(9)に示す関係が成立する。
S≧3m...(6)
0≦r≦1...(7)
0≦m≦1...(8)
Furthermore, from equations (4) and (5), the relationship shown in equation (9) holds for the amplitude m.
m=S×((1-r)/(3-2r)) ・・・(9)
図8に示す例では、検査光の光出射面の任意の位置において、赤色光の輝度と緑色光の輝度と青色光の輝度との比率は、距離rと回転角度θとに応じてそれぞれ決定される。ただし、前述したように、回転角度θや距離rが変化した場合にも、赤色光、緑色光及び青色光のそれぞれの輝度の和は一定に保たれる。
m=S×((1-r)/(3-2r))...(9)
In the example shown in FIG. 8, at any position on the light exit surface of the inspection light, the ratio of the luminance of the red light, the luminance of the green light, and the luminance of the blue light is determined according to the distance r and the rotation angle θ. However, as described above, even if the rotation angle θ or the distance r changes, the sum of the luminance of the red light, the green light, and the blue light remains constant.
なお、図7、図8に示すように検査光に色分布を付与する場合、面光源10の各位置において、赤色光源10Rと緑色光源10Gと青色光源10Bとの発光個数を変化させる。または、各位置において、赤色光源10R、緑色光源10G、青色光源10Bからそれぞれ出射される光の強度を変化させる。
When providing a color distribution to the inspection light as shown in Figures 7 and 8, the number of light emitted from the
また、図7、図8に示すように検査光に色分布を付与することで、物品200の表面の傾きを定量的に評価することができる。この傾きは、カメラ70で撮像した物品200の画像に基づいて、物品200の表面が検査光の光軸に垂直に交わる平坦面である場合を基準とした傾斜角で表現される。なお、物品200の表面の傾斜角(以下、単に傾斜角と呼ぶことがある。)は、制御装置80の演算部84で算出される。
Also, by adding a color distribution to the inspection light as shown in Figures 7 and 8, the inclination of the surface of the
[物品の傾斜角補正について]
図9Aは、物品が支持台に正しく設置されていない場合の検査システムの概略構成図を示し、図9Bは、物品が支持台に正しく設置されていない場合の物品の画像の模式図を示す。
[Correction of the inclination angle of the object]
FIG. 9A shows a schematic diagram of an inspection system when an object is not properly placed on a support table, and FIG. 9B shows a schematic diagram of an image of an object when an object is not properly placed on a support table.
物品200が支持台90に正しく設置されていない場合、制御装置80の演算部84で算出された傾斜角にオフセットが加わり、正しい値を得られないことがある。また、物品200が有している傾きをオフセットとして除去したい場合もある。
If the
このような場合、以下に示す手順でオフセットを除去することで、傾斜角を正確に算出することができる。 In such cases, the tilt angle can be calculated accurately by removing the offset using the steps below.
図9Aに示すように、支持台90に対して物品200が傾いて設置されていると、物品200の表面が平坦面または多少の凹凸がある程度の平坦度であっても、物品200の画像は、支持台90に対する傾きに応じた色に着色される。図9Aに示す設置状態で物品200の画像を取得した場合、図9Bに示す物品200の画像は青みを帯びている。
As shown in FIG. 9A, when the
ここで、物品200の表面で基準となる箇所(以下、基準面と言う。)を設定する。図9Bに示す例では、十字マーク201を含む面を基準面とする。この基準面は、平坦であることが予め分かっている箇所であることが好ましい。また、物品200の画像から基準面を抽出するために、図9Bに示すように、基準面が特徴的な形状を含んでいることが好ましい。なお、特徴的な形状が十字マーク201に限られないことは言うまでもない。
Now, a reference point (hereinafter referred to as the reference plane) is set on the surface of the
次に、基準面の画像、具体的には、当該画像の色やその輝度の強弱等に基づいてオフセットを算出する。 Next, the offset is calculated based on the image of the reference surface, specifically, the color of the image and its brightness intensity, etc.
さらに、物品200の画像に基づいて算出された、物品200の各部における傾斜角から、先に求めたオフセットを一様に差し引く。
Furthermore, the offset determined earlier is uniformly subtracted from the inclination angle of each part of the
このようにすることで、演算部84で算出された傾斜角に重畳されたオフセットを適切に除去して、物品200の表面の傾斜角を正確に求めることができる。なお、図9A。図9Bを用いて説明したオフセットは、支持台90に対する物品200の傾きに相当する。これに物品200自体が有している傾きを含めて、本願明細書におけるオフセットを検査システム100に対する物品200の傾きと定義する。なお、物品200の表面が複数の方向を有する場合、物品200自体が有している傾きには、物品200内の任意の場所の傾きや、物品200内の複数個所傾きの平均等が含まれる。
In this way, the offset superimposed on the inclination angle calculated by the
[効果等]
以上説明したように、本実施形態に係る検査システム100は、物品200に検査光を照射する照明装置50と、検査光が照射された物品200を撮像するカメラ(撮像装置)70と、を備えている。
[Effects, etc.]
As described above, the
照明装置50は、検査光を出射する面光源10と、面光源10から出射された検査光を物品200に向けて集光する対物レンズ30と、を備えている。
The
検査光は、進行方向と交差する面内に所定の色分布が付与された状態で、対物レンズ30に入射される。
The inspection light is incident on the
カメラ70は、物品200で反射された検査光の反射光の光路上に、かつ面光源10を挟んで対物レンズ30と反対側に配置されている。
The
面光源10は、対物レンズ30の入射側の焦点位置P1または当該焦点位置P1の近傍に配置されるとともに、反射光を透過するように構成されている。また、検査光の光軸OAiと反射光の光軸OArとが同軸上に配置される。
The
前述したように、特許文献1に開示された従来の構成では、もとの検査光の光量に対して、カメラ70に入射される反射光の光量の割合は約1/4になってしまう。
As mentioned above, in the conventional configuration disclosed in
一方、本実施形態によれば、ハーフミラーを使用しないため、特許文献1に開示された従来の構成に比べて、物品200の外観検査に用いられる検査光及び反射光の利用効率を大幅に高められる。また、検査光及び反射光の利用効率が高められることで、物品200の画像を撮像する際の露光時間を短くできる。このことにより、外観検査時間を短くできる。
On the other hand, according to this embodiment, since a half mirror is not used, the efficiency of use of the inspection light and reflected light used in the visual inspection of the
また、ハーフミラーを使用しないことで、検査システム100における部品点数を低減できるとともに、照明装置50における光学系の部品間距離を縮められる。このことにより、検査システム100を小型化できる。
In addition, by not using a half mirror, the number of parts in the
カメラ70は、反射光を受光する撮像素子73を有している。また、撮像素子73と面光源10との間に、撮像素子73に向かう反射光の光路を制限する絞り機構60が設けられていることが好ましい。
The
なお、撮像素子73で生成されるカラー画像がデジタル画像である場合、傾斜角の算出が容易となる。なお、撮像素子73から出力される信号のデジタル化は、制御装置80の信号処理部81または、撮像素子73に内蔵された信号処理回路(図示せず)あるいはその両方で実行される。
If the color image generated by the
また、絞り機構60を設けることにより、カメラ70に物品200からの反射光以外の不要光が入射されるのを抑制できる。このことにより、物品200の画像におけるS/N比、ひいてはカラーコントラストを高められ、傾斜角を正確に算出することができる。また、物品200の画像において、物品200の表面の形状をコントラスト良く把握できる。なお、絞り機構60における開口径は、制御装置80の絞り制御部83により動的に制御される。
In addition, by providing the
面光源10は、赤色光を出射する赤色光源10Rと、緑色光を出射する緑色光源10Gと、青色光を出射する青色光源10Bとが、平面的に配置されてなる。
The
赤色光源10R、緑色光源10G及び青色光源10Bは、それぞれ、有機EL発光素子またはLED等の自発光光源である。
The
面光源10の光出射面内で、赤色光源10Rと緑色光源10Gと青色光源10Bの発光個数比率を変更するか、または、赤色光源10Rと緑色光源10Gと青色光源10Bのそれぞれの輝度比率を変更することで、検査光に色分布が付与される。なお、発光個数比率や輝度比率は、制御装置80の光源制御部82により動的に変更される。
A color distribution is imparted to the inspection light by changing the ratio of the number of emitted light beams among the
このように、本実施形態における赤色光源10Rと緑色光源10Gと青色光源10Bの発光個数比率、または輝度比率は、動的に変更可能であり、物品200の材質や形状に応じて、検査光の色分布を所望の分布に設定することができる。なお、検査対象となる物品200の材質または形状が大きく変わらないのであれば、発光個数比率、または輝度比率を動的に変更しなくてもよい。これについては後で述べる。
In this way, the ratio of the number of emitted light or the brightness ratio of red
また、検査光の光照射面内の任意の位置において、赤色光と緑色光と青色光のそれぞれの輝度をIR、IG、IBとするとき、
IR+αIG+βIB=S ・・・(2)
に示す関係を満たしている。ここで、α、βは、それぞれゼロよりも大きい係数であり、Sは定数である。
In addition, when the luminances of the red light, green light, and blue light at an arbitrary position within the light irradiation surface of the inspection light are IR, IG, and IB, respectively,
IR+αIG+βIB=S...(2)
Here, α and β are coefficients greater than zero, and S is a constant.
このようにすることで、物品200の表面が複数の方向を有する場合や、異なる材質の物品200に対しても、カメラ70で撮像した画像のカラーバランスを適切に調整できる。また、物品200の表面の方向、具体的には表面の傾斜角を定量的にかつ精度良く算出することが可能となる。
In this way, the color balance of the image captured by the
面光源10が平面視で円形である場合、検査光の彩度は、面光源10の外周から中心Oに向かうにつれて彩度が低下するように変化することが好ましい。
When the
また、赤色光と緑色光と青色光のそれぞれの輝度IR、IG、IBは、面光源10の外周に沿った回転角度θに応じて変化しているが好ましい。
Furthermore, it is preferable that the luminances IR, IG, and IB of the red, green, and blue light respectively change according to the rotation angle θ around the outer periphery of the
さらに、赤色光と緑色光と青色光のそれぞれの輝度の和をSとし、面光源10の中心Oからの規格化された距離をrとし、距離rにおける検査光の規格化された振幅をmとする。このとき、
m=S×((1-r)/(3-2r)) ・・・(9)
に示す関係を満たすことが好ましい。ここで、S≧3m、0≦r≦1、0≦m≦1である。
Furthermore, the sum of the luminance of the red light, the green light, and the blue light is S, the normalized distance from the center O of the
m=S×((1-r)/(3-2r))...(9)
It is preferable that the following relationship is satisfied: where S≧3m, 0≦r≦1, and 0≦m≦1.
このようにすることで、検査光の光照射面内の任意の位置において、検査光に式(2)に示す関係を満たす色分布を付与することができる。 In this way, it is possible to impart a color distribution to the inspection light that satisfies the relationship shown in equation (2) at any position within the light irradiation surface of the inspection light.
発光個数比率または輝度比率は、式(2)及び式(9)に示す関係をそれぞれ満たすように決定されるのが好ましい。 It is preferable that the ratio of the number of emitted light or the brightness ratio is determined so as to satisfy the relationship shown in formula (2) and formula (9), respectively.
このようにすることで、物品200の表面が複数の方向を有する場合や、異なる材質の物品200に対しても、カメラ70で撮像した画像のカラーバランスを適切に調整できる。また、検査光の色分布、具体的にはRGB輝度比を検査光の光出射面内で連続的に変化させることができる。
In this way, the color balance of the image captured by the
また、物品200の表面の方向、具体的には表面の傾斜角を定量的にかつ精度良く算出することが可能となる。
In addition, it becomes possible to quantitatively and accurately calculate the surface direction of the
また、本実施形態では、面光源10における赤色光源10R、緑色光源10G及び青色光源10Bが、それぞれ有機EL発光素子であり、これらが設置される透明板11がフレキシブル基板である例を示している。
In addition, in this embodiment, the
透明板11がフレキシブル基板であると、これを適宜湾曲させることにより、検査光における周辺光量の低下を抑制することができる。また、主に周辺部分での色収差の補正を簡便に行うことができる。
If the
また、検査システム100は制御装置80を備えている。制御装置80は光源制御部82と演算部84と表示部87とを有している。
The
前述したように、光源制御部82を備えることにより、面光源10の光出射面内で、赤色光源10Rと緑色光源10Gと青色光源10Bの発光個数比率または輝度比率を動的に変更することができる。このことにより、検査光に所望の色分布を付与することができる。
As mentioned above, by providing the light
また、演算部84を備えることにより、カメラ70で撮像した物品200の画像に基づいて、物品200の表面の傾斜角を算出することができる。また、表示部87を備えることにより、カメラ70で撮像した物品200の画像に基づいて、物品200の表面に傷や汚れがあるのか否か、また、物品200の表面の方向が設定された方向になっているのか否かを簡便に確認することができる。
Furthermore, by providing the
本実施形態に係る物品200の表面の傾斜角補正方法は、以下の第1~第4ステップを備えている。
The method for correcting the inclination angle of the surface of the
第1ステップでは、物品200に検査光を照射して、カメラ70で物品200の画像を取得する。
In the first step, inspection light is irradiated onto the
第2ステップでは、物品200の表面において、基準面を設定する。
In the second step, a reference plane is set on the surface of the
第3ステップでは、基準面の画像に基づいて、オフセットを算出する。このオフセットは、検査システム100に対する物品200の傾きに相当する。
In the third step, an offset is calculated based on the image of the reference surface. This offset corresponds to the inclination of the
第4ステップでは、第1ステップで得られた物品200の表面の各部における傾斜角から第3ステップで算出されたオフセットを差し引くことで、前述の傾斜角を補正する。
In the fourth step, the aforementioned inclination angle is corrected by subtracting the offset calculated in the third step from the inclination angle at each part of the surface of the
実際の物品200の外観検査では、搬送系の調整が少しずれていたり、搬送・設置時に物品200に振動が加わったりする等の理由により、支持台90に対して物品200が正しく設置されない場合がある。
When actually inspecting the appearance of the
本実施形態によれば、支持台90に対して物品200が正しく設置されていない場合であっても、その影響を除去して、物品200の表面の方向を正しく推定し、傾斜角を正確に算出することができる。また、物品200自体が有している傾きを除去して、物品200の表面を観察しやすくすることもできる。例えば、物品200の表面が複数の方向を有する場合、物品200内の所望の場所の傾きを除去することで、物品200の外観を検査しやすくすることもできる。また、物品200自体が有している傾きとして、物品200内の複数個所傾きの平均値を選択し、物品200の表面の各部における傾斜角から当該平均値を差し引いてもよい。
According to this embodiment, even if the
なお、物品200の表面の傾斜角を補正する方法は、特にこれに限定されない。例えば、検査光を単色光にして物品200に照射し、その画像を取得する。さらに、検査光の色分布を、例えば、図7に示すパターンに変更して物品200に照射し、その画像を取得する。単色の検査光を照射して取得した前者の画像を用いて、後者の画像における色校正を行う。色校正後の画像に基づいて、物品200の表面の傾斜角を算出する。なお、以降の説明において、単色光である検査光を第1検査光と呼び、色分布が付与された検査光を第2検査光と呼ぶことがある。第2検査光には、単色光と同じ波長帯の光と当該単色光とは異なる波長帯の光とが少なくとも含まれる。このようにすることで、物品200の表面の傾斜角を正確に算出することができる。
The method of correcting the inclination angle of the surface of the
なお、検査光を色校正するにあたって、赤色光、緑色光及び青色光の3種類の単色の検査光を照射して得られた画像をそれぞれ用いるのが好ましい。 When color calibrating the test light, it is preferable to use images obtained by irradiating three types of monochromatic test light, namely red light, green light, and blue light.
また、本実施形態では、検査光に前述した色分布を付与したが、面光源10が白色光を出射する白色光源であってもよい。この場合、赤色光源10R、緑色光源10G及び青色光源10Bは、それぞれ独立に制御されなくてもよい。面光源10を白色光源とした場合も、ハーフミラーを使用しないため、特許文献1に開示された従来の構成に比べて、物品200の外観検査に用いられる検査光及び反射光の利用効率を大幅に高められる。また、検査光及び反射光の利用効率が高められることで、物品200の画像を撮像する際の露光時間を短くできる。このことにより、外観検査時間を短くできる。
In addition, in this embodiment, the inspection light is given the above-mentioned color distribution, but the
また、ハーフミラーを使用しないことで、検査システム100における部品点数を低減できるとともに、照明装置50における光学系の部品間距離を縮められる。このことにより、検査システム100を小型化できる。
In addition, by not using a half mirror, the number of parts in the
<変形例1>
図10は、変形例1に係る検査光の色分布を説明する模式図である。図11Aは、検査光における青色光の色分布を示す模式図である。図11Bは、検査光における赤色光の色分布を示す模式図である。
<
Fig. 10 is a schematic diagram illustrating the color distribution of the inspection light according to the
なお、説明の便宜上、図10、図11A、図11B及び以降に示す各図面において、実施形態1と同様の箇所については同一の符号を付して詳細な説明を省略する。
For ease of explanation, in Figures 10, 11A, 11B, and the following figures, the same parts as those in
面光源10の形状は、図2に示したものに限定されず、例えば、図10に示すように、平面視で四角形であってもよい。
The shape of the
この場合も、検査光には、式(2)に示す関係を満たすように色分布が付与される。ただし、本変形例では、α=2、β=1、S=2と設定されている。 In this case, the inspection light is also given a color distribution that satisfies the relationship shown in equation (2). However, in this modified example, α=2, β=1, and S=2 are set.
IR+2IG+IB=2 ・・・(2A)
また、面光源10の一の辺に沿って、青色光の輝度IBが連続的または段階的に変化し、当該一の辺と直交する他の辺に沿って、赤色光の輝度IRが連続的または段階的に変化するように、検査光に色分布が付与されている。
IR+2IG+IB=2...(2A)
In addition, the luminance IB of the blue light changes continuously or stepwise along one side of the
図10に示す例では、X方向に沿って、青色光の輝度IBが連続的または段階的に増加し、Y方向に沿って、赤色光の輝度IRが連続的または段階的に増加している。具体的には、図11A及び図11Bにそれぞれ示すように、赤色光及び青色光の輝度分布がそれぞれ設定される。 In the example shown in FIG. 10, the luminance IB of blue light increases continuously or stepwise along the X direction, and the luminance IR of red light increases continuously or stepwise along the Y direction. Specifically, the luminance distributions of red light and blue light are set as shown in FIG. 11A and FIG. 11B, respectively.
なお、緑色光の輝度IGは、式(2A)を満たすように、面光源10の面内で変化させる。例えば、面光源10の中心では、IR:IG:IB=0.5:0.5:0.5となり、破線で示す仮想線の先端(矢印部分)では、IR:IG:IB=1:0:1となり、基端部分では、IR:IG:IB=0:1:0となるように、緑色光の輝度IGを設定する。
The luminance IG of the green light is changed within the surface of the
つまり、本変形例に示す面光源10では、赤色光と緑色光と青色光のうち、一つの色を第1の色として選択する。赤色光と緑色光と青色光のそれぞれの輝度のうち、第1の色の輝度は、面光源10の一の辺に沿って連続的または段階的に変化する。
In other words, in the
赤色光と緑色光と青色光のうち、第1の色を除く第2の色の輝度は、一の辺と交差する他の辺に沿って連続的または段階的に変化する。 The brightness of the second color, excluding the first color, among the red, green, and blue lights, changes continuously or stepwise along one side that intersects with the other side.
本変形例によれば、面光源10の形状が、実施形態1と異なり四角形であっても、実施形態1に示す構成が奏するのと同様の効果を奏することができる。すなわち、物品200の表面が複数の方向を有する場合や、異なる材質の物品200に対しても、カメラ70で撮像した画像のカラーバランスを適切に調整できる。また、物品200の表面の方向、具体的には表面の傾斜角を定量的にかつ精度良く算出することが可能となる。
According to this modified example, even if the shape of the
<変形例2>
図12Aは、変形例2に係る面光源の光出射面内での色分布を示す模式図である。図12Bは、変形例2に係る面光源の光出射面内での別の色分布を示す模式図である。図12Cは、変形例2に係る面光源の光出射面内でのさらなる別の色分布を示す模式図である。
<
Fig. 12A is a schematic diagram showing a color distribution in a light emission surface of a surface light source according to
図12Aに示すように、面光源10の光出射面での色分布が、中心Oから外周方向に沿って3つに分割されるようにしてもよい。図12Aに示す例では、時計回り方向に、赤色領域RAと緑色領域GAと青色領域BAとが並んで配置されるように検査光が出射される。赤色領域RA、青色領域BA及び緑色領域GAのそれぞれの面積は同じになるように設定されている。
As shown in FIG. 12A, the color distribution on the light exit surface of the
また、図12Bに示すように、面光源10の光出射面での色分布を中心Oから半径方向に沿って同心円状に3つに分割されるようにしてもよい。図12Bに示す例では、半径方向で最も内側に、円形の青色領域BAが配置され、その外側に、同心円状に緑色領域GAと赤色領域RAとがこの順で並んで配置されるように検査光が出射される。
Also, as shown in FIG. 12B, the color distribution on the light exit surface of the
図7に示すように、面光源10の出射面内での色分布を設定することで、面光源10における半径方向及び外周方向のそれぞれにおいて、連続的にRGBの強度比を変化させることができる。このことにより、物品200の表面において、方向の異なる面が複数ある場合でも、それぞれの面の傾斜角を精度良く算出することができる。
As shown in FIG. 7, by setting the color distribution within the emission surface of the
一方、物品200の表面において、方向の異なる面が複数ある場合に、それぞれの面の傾きの方向が大まかに分かればよいような場合は、図12Aや図12Bに示すように、検査光に色分布を付与してもよい。
On the other hand, if the surface of the
また、図12Cに示すように、面光源における特定の位置のみに赤色領域RAが設けられるようにしてもよい。なお、赤色領域RA以外の領域からは、赤色光と緑色光と青色光とが混ざり合った白色光が出射される。図12Cに示すように検査光に色分布を付与することで、物品200の表面が所定の方向に傾斜している場合のみ、カメラ70で撮像した物品200の画像に赤みがかかる。つまり、物品200の表面の特定の方向における傾斜の有無のみを評価することができる。なお、図12Cにおいて、赤色領域RAの位置を適宜変更してもよい。また、赤色領域RAに代えて、緑色領域GAまたは青色領域BAが配置されていてもよい。
Also, as shown in FIG. 12C, a red area RA may be provided only at a specific position in the surface light source. Note that white light, which is a mixture of red light, green light, and blue light, is emitted from areas other than the red area RA. By imparting a color distribution to the inspection light as shown in FIG. 12C, the image of the
以上説明したように、面光源10の光出射面内において、赤色光源10Rと緑色光源10Gと青色光源10Bの発光個数比率や輝度比率は、物品200の外観検査に求められる要求仕様等に応じて、適宜変更してもよい。つまり、色分布は、図7や図12A~12Cに示すパターンに特に限定されない。なお、発光個数比率や輝度比率は、制御装置80の光源制御部82により動的に変更される。
As described above, within the light emission surface of the
(実施形態2)
図13は、実施形態2に係る面光源10の概略構成図である。図14は、図13に示す面光源10が有する白色面光源13の概略構成図である。図15は、図13に示す面光源10が有するカラーフィルタ20の平面模式図である。
(Embodiment 2)
Fig. 13 is a schematic diagram of a
図13に示す面光源10は、白色面光源13と光拡散板12とカラーフィルタ20とで構成されている点で、図1、図2に示す実施形態1の面光源10と異なる。また、図14に示すように、白色面光源13は、保持枠体14と導光板15と白色線光源16とを有している。白色線光源16は、複数の白色LEDが一列に配置されてなる線光源である。
The
図15に示すように、カラーフィルタ20は、赤色フィルタ20Rと緑色フィルタ20Gと青色フィルタ20Bとが、それぞれ透明板21上に周期的に配置されてなる。この場合、透明板21はガラス基板からなり、図示しない駆動トランジスタが設けられている。各フィルタは隣接するフィルタと間隔dをあけて配置され、フィルタの間の領域から反射光がカメラ70に向けて進行する。
As shown in FIG. 15, the
赤色フィルタ20Rは、入射した白色光のうち赤色光を透過させ、緑色フィルタ20Gは、入射した白色光のうち緑色光を透過させ、青色フィルタ20Bは、入射した白色光のうち青色光を透過させる。なお、図13に示した配列はあくまでも一例であり、特にこれに限定されない。また、赤色光、緑色光及び青色光の波長域は、実施形態1に示したのと同じである。
The
光拡散板12の機能は、実施形態1で説明したのと同様である。つまり、光拡散板12は、白色光をXY平面と平行な方向に拡散する。
The function of the
つまり、白色線光源16から出射された白色光は、導光板15の内部を伝搬し、さらに、光拡散板12で拡散されて、平面光としてカラーフィルタ20に向けて出射される。カラーフィルタ20を透過した白色の平面光は、色分布が付与された検査光として物品200に照射される。
In other words, the white light emitted from the white line
また、図14に示すように、導光板15は、Z方向から見て四角形であり、その4つの側面にそれぞれ接するように、4個の白色線光源16が設けられている。ただし、導光板15の形状や白色線光源16の個数、配置は、図14に示したものに特に限定されない。例えば、白色線光源16が、導光板15の1つまたは2つの側面に接するように配置されてもよい。また、導光板15の形状が四角形でなくてもよい。
Also, as shown in FIG. 14, the
なお、本実施形態では、カラーフィルタ20により検査光に付与される色分布は、実施形態1に示した色分布と同じである。
In this embodiment, the color distribution imparted to the inspection light by the
カラーフィルタ20が液晶カラーフィルタであり、カラーフィルタ20の動作が光源制御部82で制御される場合、赤色光を透過する赤色フィルタ20Rの位置や個数は動的に変更することができる。同様に、緑色光及び青色光をそれぞれ透過する緑色フィルタ20G及び青色フィルタ20Bの位置や個数も動的に変更することができる。
When the
つまり、本実施形態において、赤色光、緑色光及び青色光をそれぞれ透過する赤色フィルタ20Rと緑色フィルタ20Gと青色フィルタ20Bとの配置比率は、実施形態1で説明した赤色光源10Rと緑色光源10Gと青色光源10Bとの発光個数比率に相当する。
In other words, in this embodiment, the arrangement ratio of the
このことを踏まえ、本願明細書において、当該配置比率と前述の発光個数比率とを総称して配置面積比率と呼ぶことがある。なお、配置面積比率は、面光源10における光出射面内の位置に応じても変化しうる。また、前述の輝度比率や透過率比率も、面光源10における光出射面内の位置に応じても変化しうる。
In light of this, in this specification, the arrangement ratio and the aforementioned light-emitting number ratio are sometimes collectively referred to as the arrangement area ratio. Note that the arrangement area ratio may also change depending on the position within the light emission surface of the
また、赤色フィルタ20R、緑色フィルタ20G及び青色フィルタ20Bのそれぞれの透過率も、制御装置80の光源制御部82により動的に変更される。
The transmittance of each of the
つまり、本実施形態における赤色フィルタ20R、緑色フィルタ20G及び青色フィルタ20Bのそれぞれの透過率比率は、実施形態1で説明した赤色光源10R、緑色光源10G及び青色光源10Bのそれぞれの輝度比率に相当する。
In other words, the transmittance ratios of the
つまり、本実施形態における赤色フィルタ20Rと緑色フィルタ20Gと青色フィルタ20Bの配置面積比率または透過率比率は、動的に変更可能である。このため、実施形態1に示す構成が奏するのと同様に、物品200の材質や形状に応じて、検査光の色分布を所望の分布に設定することができる。
In other words, the layout area ratio or transmittance ratio of the
また、カラーフィルタ20において、赤色フィルタ20Rと緑色フィルタ20Gと青色フィルタ20Bの配置面積比率または透過率比率を適切に設定することで、検査光に実施形態1や変形例1に示した色分布を付与することができる。
In addition, by appropriately setting the layout area ratio or transmittance ratio of the
このことにより、物品200の表面が複数の方向を有する場合や、異なる材質の物品200に対しても、カメラ70で撮像した画像のカラーバランスを適切に調整できる。また、検査光の色分布、具体的にはRGB輝度比を検査光の光出射面内で連続的に変化させることができる。
This allows the color balance of the image captured by the
また、物品200の表面の方向、具体的には表面の傾斜角を定量的にかつ精度良く算出することが可能となる。
In addition, it becomes possible to quantitatively and accurately calculate the surface direction of the
なお、検査対象となる物品200の材質または形状が大きく変わらないのであれば、配置面積比率または透過率比率を動的に変更しなくてもよい。物品200の材質または形状に応じて、赤色フィルタ20R、緑色フィルタ20G及び青色フィルタ20Bは、配置面積比率、つまり、それぞれの位置や面積が固定された状態で、透明板21の表面に作り込まれていてもよい。この場合、同様に、赤色フィルタ20R、緑色フィルタ20G及び青色フィルタ20Bの透過率比率が、それぞれのフィルタが配置された位置に応じて固定された状態で、透明板21の表面に作り込まれていてもよい。
If the material or shape of the
このことに鑑みれば、実施形態1において、赤色光源10R、緑色光源10G及び青色光源10Bは、配置面積比率、つまり、それぞれの位置や面積が固定された状態で、透明板21の表面に作り込まれていてもよい。同様に、実施形態1において、赤色光源10R、緑色光源10G及び青色光源10Bは、輝度比率が、それぞれの位置に応じて固定された状態で、透明板21の表面に作り込まれていてもよい。
In view of this, in
また、図12A~図12Cに示す色分布が、カラーフィルタ20により実現されてもよい。その場合、赤色フィルタ20R、緑色フィルタ20G及び青色フィルタ20Bの配置面積比率または透過率比率を動的に変更してもよいし、予め透明板21の表面に作り込んで実現してもよい。
The color distribution shown in Figures 12A to 12C may also be realized by the
なお、赤色フィルタ20R、緑色フィルタ20G及び青色フィルタ20Bの配置面積比率または透過率比率を動的に変更する場合、検査光の色分布は、図7や図12A~図12Cに示すパターンに特に限定されない。
Note that when the layout area ratio or transmittance ratio of the
また、本実施形態における面光源10を用いて物品200の表面の傾斜角を補正する場合、実施形態1に示したのと同様の方法を採用することができる。
Furthermore, when using the
つまり、単色光である第1検査光を物品200に照射し、その画像を取得する。さらに、所定の色分布が付与された第2検査光を物品200に照射し、その画像を取得する。この色分布は、例えば、図7に示すパターンとする。第1検査光を照射して取得した画像を用いて、第2検査光を照射して取得した画像の色校正を行う。色校正後の画像に基づいて、物品200の表面の傾斜角を算出する。
In other words, the first inspection light, which is monochromatic light, is irradiated onto the
このようにすることで、物品200の表面の傾斜角を正確に算出することができる。
In this way, the inclination angle of the surface of the
なお、検査光を色校正するにあたって、赤色光、緑色光及び青色光の3種類の単色の検査光を照射して得られた画像をそれぞれ用いるのが好ましい。 When color calibrating the test light, it is preferable to use images obtained by irradiating three types of monochromatic test light, namely red light, green light, and blue light.
このような単色の第1検査光を生成するにあたって、カラーフィルタ20を液晶カラーフィルタとして、各フィルタを動的に制御してもよいし、他の方法を採用してもよい。例えば、単色のカラーフィルタ20を準備し、カラーフィルタ20を適宜交換し、その都度、物品200の画像を取得するようにしてもよい。
When generating such a monochromatic first inspection light, the
言い換えると、検査光の色分布を変更するにあたって、異なる色分布を付与するカラーフィルタ20を複数準備し、物品200の形状や材質、また、先に述べたように物品200の外観検査の要求仕様等に応じて、カラーフィルタ20を交換するようにしてもよい。
In other words, to change the color distribution of the inspection light,
また、本実施形態において、面光源10からカラーフィルタ20を省略して、面光源10を白色面光源13と光拡散板12とで構成してもよい。この場合も、ハーフミラーを使用しないため、特許文献1に開示された従来の構成に比べて、物品200の外観検査に用いられる検査光及び反射光の利用効率を大幅に高められる。また、検査光及び反射光の利用効率が高められることで、物品200の画像を撮像する際の露光時間を短くできる。このことにより、外観検査時間を短くできる。
Furthermore, in this embodiment, the
また、ハーフミラーを使用しないことで、検査システム100における部品点数を低減できるとともに、照明装置50における光学系の部品間距離を縮められる。このことにより、検査システム100を小型化できる。
In addition, by not using a half mirror, the number of parts in the
(実施形態3)
図16は、実施形態3に係る面光源10の発光領域の切り替えの様子を示す模式図である。
(Embodiment 3)
FIG. 16 is a schematic diagram showing how the light emitting region of the
本実施形態における面光源10は、全面が発光する第1モードと部分的に発光する第2モードとを切り替えて駆動可能に構成されている。図16は、第2モードにおける面光源10の発光領域の切り替えの様子を示している。
The
図16に示す例では、面光源10における白色の黒色の領域が、非発光領域である。つまり、図16に示す本実施形態の面光源10は、発光領域を動的に変更している点で、実施形態1に示す面光源10と異なる。なお、図16に示す例では、中心Oを通り、Y方向に延びる中心線に関して、発光領域と非発光領域とが切り替わるように面光源10が構成されているが、特にこれに限定されない。第2モードにおいて、発光領域の位置及び発光面積が可変となるように、面光源10が構成されていればよい。
In the example shown in FIG. 16, the white and black areas of the
また、本実施形態では、第1モードと第2モードとのそれぞれにおいて、物品200の画像を取得している。さらに、第1モードと第2モードとのそれぞれで取得した物品200の画像の差分を求め、差分後の画像に基づいて、物品200の特徴部分、特に物品200の表面の特徴部分を抽出、強調している。
In addition, in this embodiment, images of the
このようにすることで、物品200の表面の凹凸等を強調して観察することができる。例えば、物品200の表面に傷や汚れがある場合に、これらの位置や大きさを確実に把握することができる。また、物品200の表面に微小な凹凸がある場合に、当該凹凸を検出でき、また、その面の方向を推定することができる。
In this way, it is possible to emphasize and observe unevenness on the surface of the
なお、第2モードにおいて、面光源10における発光領域の位置または面積あるいはその両方を適宜変更し、その都度、物品200の画像を取得するようにしてもよい。この場合、発光領域の位置や面積等を変更して得られた複数の物品200の画像と、第1モードで取得した物品200の画像との差分をそれぞれ取る。
In the second mode, the position or area or both of the light-emitting region in the
このようにすることで、物品200の表面において、凹凸等の位置や大きさを細かく観察することができる。
In this way, the position and size of irregularities on the surface of the
(実施形態4)
図17Aは、実施形態4に係る面光源10の平面模式図を示し、図17Bは、別の面光源10の平面模式図を示す。なお、説明の便宜上、図17A及び図17Bにおいて、各色の光源(赤色光源10R、緑色光源10G、青色光源10B)および各色のフィルタ(赤色フィルタ20R、緑色フィルタ20G、青色フィルタ20B)の図示を省略している。
(Embodiment 4)
Fig. 17A shows a schematic plan view of the
本実施形態に示す検査システム100は、面光源10の中央部分、言い換えると、検査光の光軸OAiと反射光の光軸OArとが通る領域が、透明であるか、または開口している点で、実施形態1に示す検査システム100と異なる。また、本実施形態に示す検査システム100では、面光源10の中央部分を通って、反射光がカメラ70に入射するように構成されている。
The
例えば、図17Aに示す面光源10は、中央部分が反射光を透過する透明領域TAである。透明領域TAは、透明板11または透明板21と同じ材質の部材である。ただし、各色の光源(赤色光源10R、緑色光源10G、青色光源10B)および各色のフィルタ(赤色フィルタ20R、緑色フィルタ20G、青色フィルタ20B)は設けられていない。透明領域TAが、透明板11または透明板21と一体であってもよい。
For example, the
また、図17Bに示す面光源10の中央部分は、部材が配置されていない開口領域EAである。言い換えると、面光源10の中央部分は、貫通開口となっている。
The central portion of the
実施形態1に示す面光源10では、反射光が入射する面光源10の中央部分に各色の光源(赤色光源10R、緑色光源10G、青色光源10B)のいずれかが配置されている。また、実施形態2に示す面光源10では、反射光が入射する面光源10の中央部分に各色のフィルタ(赤色フィルタ20R、緑色フィルタ20G、青色フィルタ20B)のいずれかが配置されている。
In the
このように、反射光が入射する面光源10の中央部分に各色の光源(赤色光源10R、緑色光源10G、青色光源10B)または各色のフィルタ(赤色フィルタ20R、緑色フィルタ20G、青色フィルタ20B)が配置されていると、これらの光源やフィルタにより、反射光の一部が吸収されたり、散乱させたりすることがある。この場合、反射光がカメラ70で受光される際の光量が低減したり、物品200の画像に乱れを生じたりすることがある。
In this way, when light sources of each color (red
一方、本実施形態によれば、面光源10の中央部分を透明領域TAとするか、または開口領域EAとすることで、物品200からの反射光がカメラ70に入射する際、面光源10で反射されたり、散乱されたりするのを防止できる。このことにより、物品200の外観検査に用いられる反射光の利用効率を大幅に高められる。また、反射光の利用効率が高められることで、物品200の画像を撮像する際の露光時間を短くできる。このことにより、外観検査時間を短くできる。また、物品200の画像の乱れを抑制でき、物品200の表面形状を精度良く観察できる。また、物品200の表面の傾斜角を精度良く算出できる。
On the other hand, according to this embodiment, by making the central portion of the surface light source 10 a transparent area TA or an opening area EA, it is possible to prevent the reflected light from the
なお、図17Aに示すように、面光源10の中央部分を透明領域TAとする場合、透明領域TAの両面、すなわち、反射光の入射面とこれに対向する面とに反射防止層(図示せず)が設けられているのが好ましい。このようにすることで、透明領域TAの表面で反射光が反射されるのを防止でき、物品200の画像を生成する際の反射光の利用効率をさらに高められる。
When the central portion of the
<変形例3>
図18Aは、変形例3に係る面光源10の断面模式図を示し、図18Bは、別の面光源の断面模式図を示す。なお、説明の便宜上、図18A及び図18Bにおいて、各色の光源(赤色光源10R、緑色光源10G、青色光源10B)の図示を省略している。
<Modification 3>
Fig. 18A shows a schematic cross-sectional view of a
本変形例に示す検査システム100は、面光源10の中央部分以外の部分が反射光を透過しないように構成されている点で、実施形態4に示す検査システム100と異なる。
The
具体的には、図18A及び図18Bに示す面光源10は、透明領域TAまたは開口領域EAを除く部分において、光出射面、言い換えると反射光の入射面と対向する面に透過防止部材17が設けられている。透過防止部材17は、反射光を吸収する材質の部材である。なお、透明板11と透過防止部材17とは接してもよいし、互いに間隔をあけて配置されていてもよい。
Specifically, the
本変形例によれば、カメラ70に物品200からの反射光以外の不要光が入射されるのを抑制できる。このことにより、物品200の画像におけるS/N比、ひいてはカラーコントラストを高められ、傾斜角を正確に算出することができる。また、物品200の画像において、物品200の表面の形状をコントラスト良く把握できる。また、本変形例によれば、絞り機構60を省略でき、検査システム100の部品点数やコストを低減できる。
According to this modified example, it is possible to prevent unnecessary light other than the reflected light from the
なお、図18Aに示す面光源10では、透明領域TAに周囲から検査光が漏れ込むため、透明領域TAからも若干の光が物品200に向けて照射される。
In addition, in the
一方、図18Bに示す面光源10では、開口領域EAから検査光が出射されないため、カメラ70で撮像された物品200の画像は、中央部分が黒くなり、表面の状態は認識できなくなる。しかし、画像の周辺部分では、反射光に基づいて、物品200の表面の状態を認識できる。つまり、図18Bに示す面光源10を用いた場合、物品200の中央部分の外観検査はできないものの、周辺部分の外観検査は確実に行うことができる。このことを踏まえ、物品200の外観検査の要求仕様等に応じて、図18Aに示す面光源10を使用するか、あるいは図18Bに示す面光源10を使用するかを決定することができる。
On the other hand, with the
また、図18Aに示す面光源10において、透明領域TAとそれ以外の部分、つまり、透過防止部材17が設けられた部分とは別体であってもよい。
In addition, in the
例えば、透明領域TAを表面に反射防止層が設けられたガラス基板とし、透過防止部材17が設けられた部分は、図18Bに示す面光源10とする。これらを組み合わせて図18Aに示す面光源10を構成してもよい。
For example, the transparent area TA is a glass substrate with an anti-reflection layer on its surface, and the portion where the
また、図18Bに示す面光源10を実施形態2に示す構成、つまり、白色面光源13とカラーフィルタ20とからなる面光源10に透過防止部材17を追加した部品としてもよい。同様に、図18Aに示す面光源10において、透過防止部材17が設けられた部分を白色面光源13とカラーフィルタ20とからなる面光源10に透過防止部材17を追加した部品としてもよい。
The
また、図18Aに示す面光源10において、透明領域TAに各色の光源(赤色光源10R、緑色光源10G、青色光源10B)を配置してもよい。また、図18Aに示す面光源10において、透過防止部材17が設けられた部分を白色面光源13とカラーフィルタ20とからなる面光源10とし、透明領域TAに各色のフィルタ(赤色フィルタ20R、緑色フィルタ20G、青色フィルタ20B)を配置してもよい。
In addition, in the
この場合、反射光が透明領域TAを透過する際に吸収や散乱が生じることがある。しかし、透過防止部材17を設けることにより、カメラ70に物品200からの反射光以外の不要光が入射されるのを抑制できる。このことにより、物品200の画像におけるS/N比、ひいてはカラーコントラストを高められ、傾斜角を正確に算出することができる。また、物品200の画像において、物品200の表面の形状をコントラスト良く把握できる。
In this case, the reflected light may be absorbed or scattered when passing through the transparent area TA. However, by providing the
なお、透過防止部材17は、反射光を反射する材質の部材であってもよい。この場合も、カメラ70に物品200からの反射光以外の不要光が入射されるのを抑制できる。
The
(その他の実施形態)
実施形態1~4及び変形例1~3に示す構成要素を適宜組み合わせて、新たな実施形態とすることもできる。例えば、実施形態2に示す導光板15及びカラーフィルタ20の形状が平面視で四角形としてもよい。この場合、赤色フィルタ20Rと緑色フィルタ20Gと青色フィルタ20Bの配置面積比率または透過率比率を適宜設定して、カラーフィルタ20により検査光に付与される色分布を、変形例1に示した色分布と同じにすることができる。
Other Embodiments
New embodiments can be created by appropriately combining the components shown in the first to fourth embodiments and the first to third modifications. For example, the
また、図12A~図12Cに示す変形例2の面光源10において、実施形態4に示すように透明領域TAまたは開口領域EAを設けてもよい。
In addition, in the
本開示の検査システムは、物品の外観検査に用いられる検査光及び反射光の利用効率を高められ、有用である。 The inspection system disclosed herein is useful because it improves the efficiency of use of the inspection light and reflected light used in visual inspection of objects.
10 面光源
10R 赤色光源
10G 緑色光源
10B 青色光源
11 透明板
12 光拡散板
13 白色面光源
14 保持枠体
15 導光板
16 白色線光源
17 透過防止部材
20 カラーフィルタ
20R 赤色フィルタ
20G 緑色フィルタ
20B 青色フィルタ
21 透明板
30 対物レンズ
40 筐体
50 照明装置
60 絞り機構
70 カメラ(撮像装置)
71 筐体
72 レンズ
73 撮像素子
80 制御装置
81 信号処理部
82 光源制御部
83 絞り制御部
84 演算部
85 記憶部
86 入力部
87 表示部
90 支持台
100 検査システム
200 物品
201 十字マーク
OAi 検査光の光軸
OAr 反射光の光軸
RA 赤色領域
GA 緑色領域
BA 青色領域
10
71
Claims (18)
前記照明装置は、
前記検査光を出射する面光源と、
前記面光源から出射された前記検査光を前記物品に向けて集光する対物レンズと、を備え、
前記検査光は、進行方向と交差する面内に所定の色分布が付与された状態で、前記対物レンズに入射され、
前記撮像装置は、前記物品で反射された前記検査光の反射光の光路上に、かつ前記面光源を挟んで前記対物レンズと反対側に配置され、
前記面光源は、前記対物レンズの入射側の焦点位置または当該焦点位置の近傍に配置されるとともに、少なくとも前記撮像装置に向かう前記反射光が入射する部分において、前記反射光を透過するように構成され、
前記検査光の光軸と前記反射光の光軸とが同軸上に配置される検査システム。 An inspection system comprising: an illumination device that irradiates an object with inspection light; and an imaging device that images the object irradiated with the inspection light,
The lighting device includes:
a surface light source that emits the inspection light;
an objective lens that focuses the inspection light emitted from the surface light source toward the object,
The inspection light is incident on the objective lens in a state in which a predetermined color distribution is imparted to the inspection light in a plane intersecting a traveling direction thereof,
the imaging device is disposed on an optical path of the reflected light of the inspection light reflected by the article and on an opposite side of the objective lens across the surface light source,
the surface light source is disposed at or near a focal position on an incident side of the objective lens, and is configured to transmit the reflected light at least in a portion where the reflected light toward the imaging device is incident;
An inspection system in which the optical axis of the inspection light and the optical axis of the reflected light are arranged coaxially.
前記面光源は、赤色光を出射する赤色光源と、緑色光を出射する緑色光源と、青色光を出射する青色光源とが、平面的に配置されて構成され、
前記赤色光源と前記緑色光源と前記青色光源との配置面積比率、または前記赤色光源と前記緑色光源と前記青色光源との輝度比率、あるいは前記配置面積比率及び前記輝度比率の両方をそれぞれ所望の比率に設定することで、前記検査光に前記色分布を付与する検査システム。 2. The inspection system according to claim 1,
the surface light source is configured by arranging a red light source that emits red light, a green light source that emits green light, and a blue light source that emits blue light in a plane;
An inspection system that imparts the color distribution to the inspection light by setting a layout area ratio between the red light source, the green light source, and the blue light source, or a luminance ratio between the red light source, the green light source, and the blue light source, or both the layout area ratio and the luminance ratio to desired ratios.
前記面光源は、白色光を出射する白色面光源と、前記白色光に前記色分布を付与するカラーフィルタとを少なくとも含む検査システム。 2. The inspection system according to claim 1,
The inspection system, wherein the surface light source includes at least a white surface light source that emits white light, and a color filter that imparts the color distribution to the white light.
前記カラーフィルタは、赤色光を透過する赤色フィルタと、緑色光を透過する緑色フィルタと、青色光を透過する青色フィルタとが、平面的に配置されて構成され、
前記赤色フィルタと前記緑色フィルタと前記青色フィルタとの配置面積比率、または前記赤色フィルタと前記緑色フィルタと前記青色フィルタとの透過率比率、あるいは前記配置面積比率及び前記透過率比率の両方をそれぞれ所望の比率に設定することで、前記検査光に前記色分布を付与する検査システム。 4. The inspection system according to claim 3,
the color filter is configured by arranging a red filter that transmits red light, a green filter that transmits green light, and a blue filter that transmits blue light in a planar manner;
An inspection system that imparts the color distribution to the inspection light by setting a layout area ratio between the red filter, the green filter, and the blue filter, or a transmittance ratio between the red filter, the green filter, and the blue filter, or both the layout area ratio and the transmittance ratio to a desired ratio.
前記検査光の光照射面内の任意の位置において、前記赤色光と前記緑色光と前記青色光のそれぞれの輝度をIR、IG、IBとするとき、
IR+αIG+βIB=S ・・・(2)
に示す関係を満たす検査システム、
ここで、α、βは、それぞれゼロよりも大きい係数であり、Sは定数である。 5. The inspection system according to claim 2,
At an arbitrary position within the light irradiation surface of the inspection light, the luminances of the red light, the green light, and the blue light are IR, IG, and IB, respectively.
IR+αIG+βIB=S...(2)
An inspection system that satisfies the relationship shown in
Here, α and β are coefficients greater than zero, and S is a constant.
前記面光源が平面視で円形である場合、
前記検査光の彩度は、前記面光源の外周から中心に向かうにつれて彩度が低下するように変化し、
前記赤色光と前記緑色光と前記青色光のそれぞれの輝度は、前記面光源の外周に沿った回転角度に応じて変化している検査システム。 6. The inspection system according to claim 5,
When the surface light source is circular in a plan view,
the saturation of the inspection light changes so as to decrease from the outer periphery toward the center of the surface light source,
An inspection system in which the brightness of each of the red light, the green light, and the blue light varies according to a rotation angle along the outer periphery of the surface light source.
前記赤色光と前記緑色光と前記青色光のそれぞれの輝度の和をSとし、
前記面光源の中心からの規格化された距離をrとし、
前記距離rにおける前記検査光の規格化された振幅をmとするとき、
m=S×((1-r)/(3-2r)) ・・・(9)
に示す関係を満たす検査システム、
ここで、S≧3m、0≦r≦1、0≦m≦1である。 7. The inspection system according to claim 6,
The sum of the luminance of the red light, the green light, and the blue light is S,
The normalized distance from the center of the surface light source is r,
When the normalized amplitude of the inspection light at the distance r is m,
m=S×((1-r)/(3-2r))...(9)
An inspection system that satisfies the relationship shown in
Here, S≧3m, 0≦r≦1, and 0≦m≦1.
前記面光源が平面視で四角形である場合、
前記赤色光と前記緑色光と前記青色光のそれぞれの輝度のうち、第1の色の輝度は、前記面光源の一の辺に沿って連続的または段階的に変化し、
前記赤色光と前記緑色光と前記青色光のうち、前記第1の色を除く第2の色の輝度は、前記一の辺と交差する他の辺に沿って連続的または段階的に変化する検査システム。 6. The inspection system according to claim 5,
When the surface light source is rectangular in a plan view,
Among the luminances of the red light, the green light, and the blue light, the luminance of a first color changes continuously or stepwise along one side of the surface light source;
An inspection system in which the brightness of a second color, excluding the first color, among the red light, the green light, and the blue light varies continuously or stepwise along another side intersecting the one side.
前記面光源は、中央部分が透明であるか、または開口しており、前記中央部分を通って前記反射光が前記撮像装置に入射する検査システム。 2. The inspection system according to claim 1,
An inspection system in which the surface light source has a central portion that is transparent or has an opening through which the reflected light passes to the imaging device.
前記面光源の中央部分以外の部分は、前記反射光を透過しないように構成されている検査システム。 9. The inspection system according to claim 8,
An inspection system configured such that the reflected light is not transmitted through any portion of the surface light source other than a central portion.
前記面光源は、全面が発光する第1モードと部分的に発光する第2モードとを切り替えて駆動可能に構成され、
前記第2モードにおいて、発光位置及び発光面積を可変に構成されている検査システム。 2. The inspection system according to claim 1,
The surface light source is configured to be drivable by switching between a first mode in which the entire surface emits light and a second mode in which the surface emits light partially;
In the second mode, the inspection system is configured so that a light emitting position and a light emitting area are variable.
前記面光源の光出射面における特定の位置にのみ、前記検査光に所定の色が付与され、
それ以外の位置から出射される前記検査光は白色光である検査システム。 2. The inspection system according to claim 1,
A predetermined color is imparted to the inspection light only at a specific position on the light emission surface of the surface light source,
The inspection system wherein the inspection light emitted from any other position is white light.
前記撮像装置は、前記反射光を受光する撮像素子を有し、
前記撮像素子と前記面光源との間に、前記撮像素子に向かう前記反射光の光路を制限する絞り機構が設けられている検査システム。 2. The inspection system according to claim 1,
the imaging device includes an imaging element that receives the reflected light,
An inspection system in which an aperture mechanism is provided between the imaging element and the surface light source to limit the optical path of the reflected light directed toward the imaging element.
前記検査光に含まれる前記赤色光、前記緑色光及び前記青色光のそれぞれの成分に応じて、前記撮像装置が撮像した前記物品の画像に対して前記物品の表面の角度及び方向の少なくとも一方を定量的に算出する検査システム。 5. The inspection system according to claim 2,
An inspection system that quantitatively calculates at least one of the angle and direction of the surface of the object with respect to the image of the object captured by the imaging device, depending on each of the red light, green light, and blue light components contained in the inspection light.
前記物品に前記検査光を照射して、前記撮像装置で前記物品の画像を取得するステップと、
単色光である第1検査光を前記物品に照射し、前記撮像装置で前記物品の画像を取得するステップと、
さらに、前記色分布が付与された第2検査光を前記物品に照射し、前記撮像装置で前記物品の画像を取得するステップと、
前記第1検査光を照射して取得した前記画像を用いて、前記第2検査光を照射して取得した前記画像の色校正を行うステップと、
色校正後の前記画像に基づいて、前記物品の表面の傾斜角を算出するステップと、を備え、
前記第2検査光には、前記第1検査光と同じ波長帯の光と前記第1検査光とは異なる波長帯の光とが含まれる物品の表面の傾斜角補正方法。 A method for correcting a tilt angle of a surface of an article using the inspection system according to claim 1, comprising the steps of:
irradiating the article with the inspection light and acquiring an image of the article with the imaging device;
irradiating the article with a first inspection light, which is a monochromatic light, and acquiring an image of the article with the imaging device;
Further, the method includes irradiating the object with the second inspection light having the color distribution and acquiring an image of the object with the imaging device.
performing color calibration of the image acquired by irradiating the second inspection light using the image acquired by irradiating the first inspection light;
and calculating a tilt angle of the surface of the article based on the color-calibrated image,
The method for correcting a tilt angle of a surface of an article, wherein the second inspection light includes light in the same wavelength band as the first inspection light and light in a different wavelength band from the first inspection light.
前記物品に前記検査光を照射して、前記撮像装置で前記物品の画像を取得する第1ステップと、
前記物品の表面において、基準面を設定する第2ステップと、
前記基準面の画像に基づいて、オフセットを算出する第3ステップと、
前記第1ステップで得られた前記物品の表面の各部における傾斜角から前記第3ステップで算出された前記オフセットを差し引くことで、前記傾斜角を補正する第4ステップと、を備え、
前記オフセットは、前記検査システムに対する前記物品の傾きに相当する物品の表面の傾斜角補正方法。 A method for correcting a tilt angle of a surface of an article using the inspection system according to claim 1, comprising the steps of:
a first step of irradiating the object with the inspection light and acquiring an image of the object with the imaging device;
A second step of establishing a reference plane on a surface of the article;
a third step of calculating an offset based on the image of the reference surface;
and a fourth step of correcting the inclination angle by subtracting the offset calculated in the third step from the inclination angle at each portion of the surface of the article obtained in the first step,
A method for correcting for tilt of a surface of an article, wherein the offset corresponds to a tilt of the article relative to the inspection system.
前記面光源を前記第1モードで駆動した場合の前記物品の画像を取得する第1ステップと、
前記面光源を前記第2モードで駆動した場合の前記物品の画像を取得する第2ステップと、
前記第1ステップで得られた前記物品の画像と、前記第2ステップで得られた前記物品の画像との差分を求め、差分後の前記画像に基づいて、前記物品の特徴部分を強調する第3ステップと、を少なくとも備えた物品の画像の特徴強調方法。 12. A method for enhancing features of an image of an article obtained using the inspection system of claim 11, comprising the steps of:
a first step of acquiring an image of the object when the surface light source is driven in the first mode;
a second step of acquiring an image of the object when the surface light source is driven in the second mode;
a third step of determining a difference between the image of the article obtained in the first step and the image of the article obtained in the second step, and emphasizing a characteristic portion of the article based on the image after the difference.
前記第2ステップでは、前記面光源の発光領域の位置または面積あるいは前記位置及び前記面積の両方を変更して、複数の前記物品の画像を取得し、
前記第3ステップでは、前記第1ステップで得られた前記物品の画像と、前記第2ステップで得られた前記複数の前記物品の画像との差分をそれぞれ求め、差分後の前記画像に基づいて、前記物品の特徴部分を強調する物品の画像の特徴強調方法。 20. The method for enhancing features of an image of an article according to claim 17, further comprising:
In the second step, a position or an area, or both the position and the area, of a light emitting region of the surface light source are changed to acquire images of a plurality of the articles;
In the third step, a difference is calculated between the image of the object obtained in the first step and the images of the multiple objects obtained in the second step, and a characteristic portion of the object is emphasized based on the images after subtraction.
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