專(zhuān)利名稱(chēng)：表面檢查裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及表面檢查裝置，用于確定在諸如涂膜的汽車(chē)車(chē)身表面這樣的平坦、光
滑的表面上，是否存在諸如微小凸起或凹坑之類(lèi)的缺陷。
背景技術(shù)：
在汽車(chē)工廠(chǎng)的生產(chǎn)線(xiàn)上，例如，檢查在汽車(chē)車(chē)身的涂膜表面上是否存在諸如微小的凸起或凹坑的缺陷的檢查操作是通過(guò)工人直接地、視覺(jué)地檢查涂膜表面來(lái)進(jìn)行的。
另外，作為用于檢查表面狀態(tài)或狀況的方法，已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了四種方法，S卩，l)使用擴(kuò)散型平面照明的檢查，2)使用平行光束照明的檢查，3)使用具有圖案的擴(kuò)散型平面照明的檢查，和4)使用排列成行的多個(gè)小的照明器的檢查。 日本專(zhuān)利申請(qǐng)公開(kāi)第2003-28805號(hào)(JP-A-2003-28805)公開(kāi)了量化地評(píng)價(jià)涂漆(painting)或涂層(coating)質(zhì)量的表面狀態(tài)評(píng)價(jià)裝置。JP-A-2003-28805所公開(kāi)的表面狀態(tài)評(píng)價(jià)裝置包括照明單元，具有多個(gè)照明器，所述多個(gè)照明器被放置成使各個(gè)照明器所發(fā)出的光束以不同入射角入射到所要測(cè)量的物體上；控制單元，用于按時(shí)間序列切換照明單元的照明器，使得物體由從照明器輪流發(fā)出的照明光所照射；成像單元，用于捕獲來(lái)自物體的反射光束，以創(chuàng)建相應(yīng)的圖像；以及評(píng)價(jià)值計(jì)算單元，用于基于照明光的入射角的改變來(lái)計(jì)算表示物體表面的反射特征的評(píng)價(jià)值。 另夕卜，日本專(zhuān)利申請(qǐng)公開(kāi)第11-237210號(hào)(JP-A-l 1-237210)公開(kāi)了一種使用由相機(jī)捕獲的圖像數(shù)據(jù)來(lái)對(duì)物體的缺陷進(jìn)行檢查的檢查裝置。JP-A-11-237210所公開(kāi)的檢查裝置包括分光光學(xué)系統(tǒng)，使入射光分光為與三個(gè)不同波長(zhǎng)范圍對(duì)應(yīng)的不同方向；成像器件，對(duì)由入射光分光而成的每個(gè)波長(zhǎng)范圍中的光進(jìn)行成像；照明單元，具有三個(gè)照明器，對(duì)這三個(gè)照明器分配了利用分光光學(xué)系統(tǒng)將入射光分光到的三個(gè)不同波長(zhǎng)范圍；和檢查單元，用于同時(shí)開(kāi)啟這些照明器，以使得成像器件能對(duì)每個(gè)波長(zhǎng)范圍的光進(jìn)行成像，并基于由成像器件所獲得的圖像數(shù)據(jù)，對(duì)物體執(zhí)行缺陷檢查。 上述由工人進(jìn)行的視覺(jué)檢查對(duì)工人強(qiáng)加了極大的身體負(fù)擔(dān)，因而對(duì)于工人而言難以持續(xù)長(zhǎng)時(shí)間的檢查操作，這使得難以提高生產(chǎn)率。另外，視覺(jué)檢查極大地依賴(lài)于工人的能力或效率，并且檢查質(zhì)量對(duì)于不同工人而言差別很大，這使得難以保持一致的質(zhì)量。
在以上1)中所述的使用擴(kuò)散型平面照明的檢查的情況下，如果被照明的表面的區(qū)域增大，那么在諸如涂裝表面上的浮泡這樣的微小凸起或凹坑處，光在所有方向上衍射，并且凸起或凹坑不顯示為特征點(diǎn)，導(dǎo)致檢查能力降低。如果被照明的表面的區(qū)域減小以避免光的衍射，那么由一次檢查操作所檢查的區(qū)域或范圍被顯著地縮小，對(duì)諸如汽車(chē)車(chē)身這樣的大面積(例如IO平方米)的涂敷表面的檢查不能在承載著所要檢查的物體的傳送帶的節(jié)拍時(shí)間(tact time)(例如約60秒)內(nèi)完成。 如果采用以上2)中所述的使用平行光束照明的檢查，則能夠控制光的方向性，因此能夠避免作為上述照明類(lèi)型l)的缺點(diǎn)的光衍射。然而，如果所要檢查的物體具有曲面，那么光接收部分所接收的鏡面反射光的面積被減小，一次檢查操作所覆蓋的視野被顯著地縮小。因而，如上述情況l)中那樣，對(duì)諸如汽車(chē)車(chē)身這樣的大面積的涂敷表面的檢查不能 在傳送帶的節(jié)拍時(shí)間內(nèi)完成。另外，取決于涂料中所包含的金屬粉末或云母的取向，金屬粉 末或云母可能被錯(cuò)誤地檢測(cè)成缺陷。 在以上3)中所述的使用具有圖案的擴(kuò)散型平面照明的檢查的情況下，檢測(cè)能力 與上述l)類(lèi)型的檢查相比有所改善，并且檢查速度與上述2)類(lèi)型的檢查相比有所改善。然 而，在對(duì)圖案的亮部和暗部之間的邊界處的檢測(cè)精度方面存在問(wèn)題。為了解決這個(gè)問(wèn)題，在 一個(gè)單元內(nèi)安裝兩個(gè)或更多的相機(jī)，以移動(dòng)亮圖案和暗圖案的相位(phase)。然而，需要與 相機(jī)相同數(shù)量的圖像處理板、個(gè)人電腦、鏡頭和其它設(shè)備，導(dǎo)致投資成本的增加。
在以上4)中所述的使用排列成行的多個(gè)小照明器的檢查的情況下，需要逐個(gè)開(kāi) 啟多個(gè)照明器以使得相機(jī)能夠?qū)τ谒獧z查的物體上的一個(gè)點(diǎn)進(jìn)行照相。因此，每次在一 個(gè)點(diǎn)上進(jìn)行檢查時(shí)，都需要停止所要檢查的物體的運(yùn)動(dòng)，導(dǎo)致檢查速度降低。另外，如果進(jìn) 行高速攝影，那么光量減少，因此信噪(SN)比降低。 在JP-A-2003-28805所述的技術(shù)的情況下，對(duì)于所要檢查的物體上的一個(gè)點(diǎn)，需 要按時(shí)間序列切換多個(gè)照明器，使得成像單元在每次從一個(gè)照明器切換到另一個(gè)時(shí)對(duì)反射 光進(jìn)行成像。因而，要花費(fèi)大量時(shí)間捕獲圖像，導(dǎo)致檢查速度降低。 在JP-A-11-237210所述的檢查裝置的情況下，取決于每個(gè)照明器如何放置，來(lái)自 所要檢查的物體的有缺陷的表面的反射光可能不被成像單元所成像，這會(huì)導(dǎo)致檢查精度降 低。 另外，如果所要檢查的物體和照明單元之間的角度位置關(guān)系，或者所要檢查的物 體和成像器件之間的角度位置關(guān)系被改變，那么被物體鏡面反射的反射光可能不被成像單 元成像。因而，檢查裝置對(duì)于傾斜或其部件的角度位置的變化是敏感的，要求照明單元和成 像單元對(duì)于所要檢查的物體高精度地定位。 因此，難以在將照明單元和成像器件保持在它們正確的角度位置上的同時(shí)，檢查 諸如汽車(chē)車(chē)身這樣具有相當(dāng)大的面積的物體的整個(gè)表面；并且，檢查裝置不能適用于對(duì)微 小凸起或凹坑形式的缺陷的檢測(cè)。 結(jié)合圖25到圖28C，說(shuō)明本發(fā)明的背景技術(shù)中的檢測(cè)缺陷Wb的能力和檢查速度之 間的關(guān)系。 在表示了檢測(cè)缺陷Wb的方式的圖25到圖28C中，照明單元被放置以與物體W的 檢查表面Wa相對(duì)置，并且檢查表面Wa被照明單元所照射，使得檢查表面Wa所反射的反射 光被成像單元捕獲和成像，用于缺陷Wb的檢測(cè)。 例如，當(dāng)使用面陣相機(jī)(area camera) 201和具有比較大的照明尺寸的照明單元 202的組合時(shí)，如圖25所示，面陣相機(jī)201可以同時(shí)拍攝比較大的面積或范圍的檢查表面 Wa，并且可以增加每單位時(shí)間所拍攝的范圍。 然而，如果相對(duì)于缺陷Wb照明單元的照明尺寸較大，正如使用照明單元202的情 況，那么面陣相機(jī)201接收因照明光被檢查表面Wa的除缺陷Wb以外的部分鏡面反射而引 起的反射光Cl，并且還接收因照明光被缺陷Wb的傾斜部分鏡面反射而引起的反射光C2。 因此，缺陷Wb可能被埋沒(méi)在反射光束C1、C2中，缺陷Wb可能不會(huì)清晰地出現(xiàn)在由面陣相機(jī) 201所捕獲的圖像中。 另一方面，例如圖26所示，如果使用相對(duì)于缺陷Wb照明尺寸較小的照明單元203，則防止了因照明光被缺陷Wb的傾斜部分鏡面反射而引起的反射光C3被面陣相機(jī)201捕獲 和成像。 因此，可以使得被缺陷Wb反射并被面陣相機(jī)201成像的反射光的量小于被檢查表 面Wa的除缺陷Wb以外的其它部分反射并被面陣相機(jī)201成像的反射光的量。在所得的圖 像中，缺陷Wb顯得比檢查表面Wa的除缺陷Wb以外的其它部分暗。因而，可以在缺陷Wb和 檢查表面Wa的其余部分之間形成反差，從而能夠清晰地指示缺陷Wb。 然而，照明單元203的照明范圍比照明單元202更窄，并且每單位時(shí)間所能攝像的 范圍小。因此，在諸如汽車(chē)車(chē)身這樣具有非常大的面積的物體W的檢查表面Wa上檢測(cè)微小 凸起或凹坑形式的缺陷Wb，要花很多時(shí)間并且不實(shí)用。 鑒于上述情況，例如圖27A到圖27C所示，可以用線(xiàn)陣相機(jī)(line camera)211替 代面陣相機(jī)201，并且與照明單元203相組合。在操作中，線(xiàn)陣相機(jī)211和照明單元203相 對(duì)于所要檢查的物體W移動(dòng)，以?huà)呙栉矬wW的檢查表面Wa。在此情況下，由于線(xiàn)陣相機(jī)211 的幀速率通常大于面陣相機(jī)201，所以每單位時(shí)間所能攝像的范圍與使用面陣相機(jī)201的 情況相比能夠被增大；并且能在更短時(shí)間內(nèi)捕獲圖像。因此，可以在比較短的時(shí)間內(nèi)檢測(cè)缺 陷Wb。 然而，線(xiàn)陣相機(jī)211捕獲在相機(jī)211移動(dòng)方向上測(cè)量的極小范圍內(nèi)的圖像。因此， 如果線(xiàn)陣相機(jī)211和照明單元203的角度相對(duì)于檢查表面Wa偏離了預(yù)設(shè)的參考角度，如圖 28的例子所示，那么鏡面反射光C4不能被線(xiàn)陣相機(jī)211捕獲和成像。 因而，線(xiàn)陣相機(jī)211和照明單元203相對(duì)于所要檢查的物體W的檢查表面Wa的容 許傾斜的角度小。即，背景技術(shù)中的檢查裝置對(duì)線(xiàn)陣相機(jī)211和照明單元203相對(duì)于所要 檢查的物體W的檢查表面Wa的角度的改變是敏感的，并且對(duì)于這些角度的改變的適應(yīng)范圍

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種表面檢查裝置，用于快速和容易地以高精度檢測(cè)所要檢查的物體 表面上的缺陷。 本發(fā)明一個(gè)方面涉及一種表面檢查裝置，包括照射單元，其具有分別發(fā)出具有不 同波長(zhǎng)范圍的多個(gè)照明光束的多個(gè)光源，并且在將光源以彼此相鄰的方式放置并沿著作為 所要檢查的物體的表面的檢查表面按給定順序排列的狀態(tài)下，用照明光束對(duì)檢查表面進(jìn)行 照射；成像單元，其在照明光束被檢查表面反射時(shí)對(duì)反射光進(jìn)行成像，以獲得與相應(yīng)的波長(zhǎng) 范圍對(duì)應(yīng)的多個(gè)圖像數(shù)據(jù)項(xiàng)；以及控制單元，其基于由成像單元所獲得的與相應(yīng)的波長(zhǎng)范 圍對(duì)應(yīng)的多個(gè)圖像數(shù)據(jù)項(xiàng)，檢測(cè)檢查表面上的檢測(cè)對(duì)象。 根據(jù)以上配置，照射單元被設(shè)置以在使光源以彼此相鄰的方式放置并沿著檢查表 面按給定順序排列的狀態(tài)下，用具有不同波長(zhǎng)范圍的照明光束對(duì)檢查表面進(jìn)行照射。因此， 擴(kuò)大了反射光可被成像單元成像的角度范圍，并且增大了照射單元或成像單元相對(duì)于檢查 表面的角度的容差(tolerance)。因此，即使減小每個(gè)光源所發(fā)出的照明光束在光源排列方 向上觀(guān)察時(shí)的寬度，也能夠?qū)Ψ瓷涔膺M(jìn)行成像，從而確保了對(duì)檢測(cè)對(duì)象的檢測(cè)能力的改善。
在根據(jù)本發(fā)明的以上方面所述的表面檢查裝置中，可以根據(jù)檢測(cè)對(duì)象的大小來(lái)確 定每個(gè)照明光束在光源排列方向上觀(guān)察時(shí)的寬度。利用這種配置，根據(jù)檢測(cè)對(duì)象的尺寸來(lái)確定每個(gè)照明光束在光源排列方向上觀(guān)察時(shí)的寬度，以在缺陷和檢查表面其余部分之間產(chǎn)生反差，能夠清晰地指示或表現(xiàn)缺陷。 在根據(jù)本發(fā)明的以上方面所述的表面檢查裝置中，當(dāng)檢測(cè)對(duì)象包含檢查表面上的凸起/凹坑缺陷時(shí)，每個(gè)照明光束的寬度可以基于從照射單元到檢查表面的距離和凸起/凹坑缺陷相對(duì)于檢查表面的最大傾斜角度來(lái)確定。在該情況下，每個(gè)照明光束的寬度可以等于或小于從照射單元到檢查表面的距離與凸起/凹坑缺陷的最大傾斜角度的兩倍值的正切的乘積。利用該配置，防止了作為源自與凸起/凹坑缺陷相對(duì)置的光源的反射光的一部分，被凸起/凹坑缺陷的傾斜部分鏡面反射的反射光被成像單元成像；并且，在缺陷和檢查表面的其余部分之間產(chǎn)生反差，使得缺陷能夠被清晰地指示或表現(xiàn)。 另外，在根據(jù)本發(fā)明的以上方面所述的表面檢查裝置中，該多個(gè)光源可以按這樣的順序排列由相鄰的光源發(fā)出的照明光束之間在波長(zhǎng)范圍上的差別大于由光源的其它組合發(fā)出的照明光束之間在波長(zhǎng)范圍上的差別。利用該配置，即使成像單元不具有高的分光精度，成像單元對(duì)來(lái)自某個(gè)光源的反射光成像也不受其相鄰光源發(fā)出的照明光束的很大影響，并且能夠以高精度檢測(cè)缺陷等。 在根據(jù)本發(fā)明的以上方面所述的表面檢查裝置中，照射單元還可以具有中間光源，其被放置于兩個(gè)相鄰的光源之間并且被配置為發(fā)出其波長(zhǎng)范圍介于兩個(gè)相鄰的光源所發(fā)出的照明光束的波長(zhǎng)范圍之間的照明光束。在某些情況下，取決于檢查表面和照射單元之間的相對(duì)角度、或者檢查表面和成像單元之間的相對(duì)角度，原來(lái)從兩個(gè)相鄰光源之間的邊界部分發(fā)出的反射光被成像單元捕獲和成像。利用以上配置，原來(lái)從中間光源發(fā)出的具有穩(wěn)定的波長(zhǎng)范圍的反射光能夠被成像單元成像，并且可以避免凸起/凹坑缺陷檢測(cè)的精度降低。 在如上所述的表面檢查裝置中，每個(gè)光源可以由具有相同波長(zhǎng)范圍的多個(gè)光發(fā)射
器組成，并且中間光源可以包括具有與兩個(gè)相鄰的光源相同的波長(zhǎng)范圍的多個(gè)光發(fā)射器。
另外，中間光源的具有與兩個(gè)相鄰的光源中的一個(gè)相同的波長(zhǎng)范圍的光發(fā)射器和中間光源
的具有與兩個(gè)相鄰的光源中的另一個(gè)相同的波長(zhǎng)范圍的光發(fā)射器可以按混合方式排列。 在根據(jù)本發(fā)明的以上方面所述的表面檢查裝置中，照射單元還可以包括具有多個(gè)
單色光發(fā)射區(qū)域和至少一個(gè)中間光發(fā)射區(qū)域的擴(kuò)散板(diffusion plate)，其中每個(gè)單色
光發(fā)射區(qū)域都允許從每個(gè)光源發(fā)出的照明光束穿過(guò)，所述至少一個(gè)中間光發(fā)射區(qū)域設(shè)置在
所述多個(gè)單色光發(fā)射區(qū)域之間并發(fā)出通過(guò)將兩個(gè)相鄰光源中的一個(gè)發(fā)出的光束與兩個(gè)相
鄰光源中的另一個(gè)發(fā)出的光束混合而得到的中間色的照明光束。 在根據(jù)本發(fā)明的以上方面所述的表面檢查裝置中，控制單元可以基于針對(duì)成像單元所成像的反射光的每個(gè)波長(zhǎng)范圍所得到的鏡面反射量和漫反射量來(lái)識(shí)別檢測(cè)對(duì)象。就此而言，要注意的是，反射光的每個(gè)波長(zhǎng)范圍的鏡面反射量隨表面狀態(tài)或形狀以及鏡面反射系數(shù)而變化，而漫反射量隨受檢查表面的色彩等因素影響的漫反射系數(shù)而變化。因此，能夠通過(guò)分析各個(gè)波長(zhǎng)范圍的鏡面反射量和漫反射量的模式(pattern)而容易地識(shí)別檢測(cè)對(duì)象。 在根據(jù)本發(fā)明的以上方面所述的表面檢查裝置中，可以使用定義了多種檢測(cè)對(duì)象中的每個(gè)與反射光的每個(gè)波長(zhǎng)范圍的鏡面反射量及漫反射量之間的關(guān)系的模式分析表來(lái)識(shí)別檢測(cè)對(duì)象。上述多種檢測(cè)對(duì)象可以包括凸起/凹坑缺陷、色彩缺陷、異物、和設(shè)計(jì)特征中的至少一種。 在根據(jù)本發(fā)明的以上方面所述的表面檢查裝置中，照射單元和成像單元可以在保持距離檢查表面指定距離的同時(shí)在給定方向上為一體地移動(dòng)。 在根據(jù)上文所述的表面檢查裝置中，光源可以配置在以上所述的給定方向上。
在根據(jù)本發(fā)明的以上方面所述的表面檢查裝置中，上述的多個(gè)照明光束可以包括紅色可見(jiàn)光、藍(lán)色可見(jiàn)光、和綠色可見(jiàn)光。 根據(jù)本發(fā)明，照射單元被配置以在光源以彼此相鄰的方式放置并沿著檢查表面按給定順序排列的狀態(tài)下用具有不同波長(zhǎng)范圍的照明光束對(duì)檢查表面進(jìn)行照射。因此，可以擴(kuò)大反射光可被成像單元成像的角度范圍，并且增大照射單元或成像單元相對(duì)于檢查表面的角度的容差。因此，即使在光源配置方向上測(cè)得的每個(gè)光源所發(fā)出的照明光束的寬度減小，反射光也能夠被成像，并且能夠改善對(duì)檢測(cè)對(duì)象的檢測(cè)能力。


本發(fā)明的前述及后述目標(biāo)、特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)從結(jié)合附圖對(duì)示例實(shí)施方式的下列說(shuō)明中將變得顯而易見(jiàn)，其中相似的附圖標(biāo)記被用于表示相似的元素，其中 圖1為表示根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施方式所述的表面檢查裝置的總體結(jié)構(gòu)的框圖； 圖2為說(shuō)明傳感器單元的結(jié)構(gòu)的示意圖； 圖3示意性地說(shuō)明了利用表面檢查裝置檢查表面狀態(tài)的方法； 圖4A和4B用于說(shuō)明光源配置的順序； 圖5表示了設(shè)定光源寬度的方法； 圖6表示了用于呈現(xiàn)凸起/凹坑缺陷與檢查表面的其余部分之間的反差的裝置的操作狀況； 圖7A到圖7D為當(dāng)裝置處于如圖6中所示操作狀況中時(shí)成像單元所捕獲圖像的示意圖； 圖8A到圖8C用于說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施方式所提供的操作和效果； 圖9A到圖9C表示了用于與圖8A到圖8C對(duì)比的對(duì)比例； 圖IOA和圖10B為用于說(shuō)明本發(fā)明的第二實(shí)施方式的示意圖； 圖11是說(shuō)明第二實(shí)施方式的特定實(shí)例的圖； 圖12是說(shuō)明第二實(shí)施方式的另一個(gè)特定實(shí)例的圖； 圖13為表示檢測(cè)對(duì)象和識(shí)別所檢測(cè)對(duì)象的方法的流程圖； 圖14表示了模式分析表； 圖15A用于說(shuō)明檢測(cè)凸起/凹坑缺陷的方法； 圖15B為表示在如圖15A所示狀況下獲取的彩色圖像的示意圖； 圖16A到圖16C為示意圖，表示了圖15B的彩色圖像被分光成的每個(gè)波長(zhǎng)范圍的
圖像數(shù)據(jù)； 圖16D到圖16F分別表示了圖16A到圖16C的每幅圖像的亮度分布數(shù)據(jù)； 圖17A用于說(shuō)明檢測(cè)色彩缺陷(淺色上的深色缺陷)的方法； 圖17B為表示被成像單元獲取的彩色圖像的示意圖； 圖18A到圖18C為表示圖17B的彩色圖像被分光成的每個(gè)波長(zhǎng)范圍的圖像數(shù)據(jù)的示意圖； 圖18D到圖18F分別表示了圖18A到圖18C的每幅圖像的亮度分布數(shù)據(jù)； 圖19A用于說(shuō)明檢測(cè)色彩缺陷(淺色上的深色缺陷)的方法； 圖19B為表示被成像單元獲取的彩色圖像的示意圖； 圖20A到圖20C為示意圖，表示了圖19B的彩色圖像被分光成的每個(gè)波長(zhǎng)范圍的 圖像數(shù)據(jù)； 圖20D到圖20F分別表示了圖20A到圖20C的每幅圖像的亮度分布數(shù)據(jù)； 圖21A用于說(shuō)明檢測(cè)異物(諸如塵埃、污垢、或殘?jiān)?的方法； 圖21B為表示被成像單元獲取的彩色圖像的示意圖； 圖22A到圖22C為示意圖，表示了圖21B的彩色圖像被分光成的每個(gè)波長(zhǎng)范圍的 圖像數(shù)據(jù)； 圖22D到圖22F分別表示了圖22A到圖22C的每幅圖像的亮度分布數(shù)據(jù)； 圖23A用于說(shuō)明檢測(cè)形狀或設(shè)計(jì)特征(諸如孔、邊緣、或臺(tái)階(st印))的方法； 圖23B為表示被成像單元獲取的彩色圖像的示意圖； 圖24A到圖24C為示意圖，表示了圖23B的彩色圖像被分光成的每個(gè)波長(zhǎng)范圍的 圖像數(shù)據(jù)； 圖24D到圖24F分別表示了圖24A到圖24C的每幅圖像的亮度分布數(shù)據(jù)； 圖25說(shuō)明了使用面陣相機(jī)和比較大的照明器的情況； 圖26說(shuō)明了使用面陣相機(jī)和比較小的照明器的情況； 圖27A到圖27C說(shuō)明了使用線(xiàn)陣相機(jī)和比較小的照明器的情況；以及 圖28說(shuō)明了相關(guān)技術(shù)。
具體實(shí)施例方式
結(jié)合

本發(fā)明的第一實(shí)施方式。 圖1是表示根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施方式所述的表面檢查裝置1的總體結(jié)構(gòu)的框 圖，圖2為用于說(shuō)明傳感器單元6的結(jié)構(gòu)的示意圖，圖3示意性地說(shuō)明了利用表面檢查裝置 1檢查表面狀態(tài)或表面輪廓的方法。本實(shí)施方式的表面檢查裝置1的特征在于線(xiàn)陣相機(jī)21 和照明器件11相對(duì)于所要檢查的物體W的檢查表面Wa的容許傾斜的范圍大。
如圖1所示，表面檢查裝置1具有照射單元2，其發(fā)出具有彼此不同的波長(zhǎng)范圍 的多個(gè)照明光束R、G、B ;成像單元3，其捕獲由照射單元2所發(fā)出的照明光束R、G、B所照明 的要檢查的物體W的檢查表面Wa的圖像；控制單元4，其基于表示由成像單元3所捕獲的 圖像的圖像數(shù)據(jù)來(lái)檢測(cè)檢查表面Wa上的缺陷Wb ;以及結(jié)果顯示單元7，其顯示由控制單元 4所獲得的檢測(cè)結(jié)果。 照射單元2和成像單元3被配置在安裝于機(jī)械臂5的末端的傳感器單元6中，使 得所述單元2、3被一體地固定在傳感器單元6中。通過(guò)控制機(jī)械臂5，傳感器單元6在預(yù) 設(shè)的傳感器移動(dòng)方向F上沿著檢查表面Wa移動(dòng)，同時(shí)保持對(duì)所要檢查的物體W的檢查表面 Wa的恒定的距離或間隔，如圖2所示。 照射單元2包括照明單元11和擴(kuò)散板15，如圖1所示。在本實(shí)施方式中，照明單 元11具有依次排列在傳感器移動(dòng)方向F上的三個(gè)光源12U3、14，如圖2所示。
光源12、13、14被配置為發(fā)出具有不同波長(zhǎng)范圍的照明光束。在本實(shí)施方式中，光源12發(fā)出紅光，并且光源13發(fā)出藍(lán)光，而光源14發(fā)出綠光。因而，照明單元11被配置為發(fā)出作為光的原色的RGB(R :紅，G :綠，B :藍(lán))的照明光束。 光源12、13、14被放置使得相鄰的光源所發(fā)出的光束的波長(zhǎng)范圍彼此的差別大。圖4A和圖4B用于說(shuō)明光源12、13、14的排列順序；圖4A表示了本實(shí)施方式的排列，圖4B表示了對(duì)比例的排列。 關(guān)于從各個(gè)光源12、 13、 14所發(fā)出的照明光束，紅光R的波長(zhǎng)為約640nm，藍(lán)光B的
波長(zhǎng)為約470nm，而綠光G的波長(zhǎng)為約530nm。在光源12、 13、 14被放置為使得相鄰的光源
所發(fā)出的光束的波長(zhǎng)范圍彼此接近(即，依次將紅光源12、綠光源13、和藍(lán)光源14從前往
后排列在傳感器移動(dòng)方向F上)的情況下，如圖4B的對(duì)比例所示，當(dāng)檢查表面所反射的光
被分光成光譜，檢測(cè)性能或精度可能由于相鄰的光源的光束的影響而劣化。 另一方面，在本實(shí)施方式中，紅光源12、藍(lán)光源13和綠光源14被依次從前往后排
列在傳感器移動(dòng)方向F上，如圖4A所示。因此，即使成像單元3不具有高的光譜靈敏度或
精度，它也比較不易受到相鄰光源的光束的影響，因而確保了高的檢測(cè)精度。 雖然未在附圖中特別表示，但是每個(gè)光源12、13、14被排列以在垂直于傳感器移
動(dòng)方向F的水平方向上成直線(xiàn)延伸給定長(zhǎng)度。在本實(shí)施方式中，使用了其中使用每種顏色
的LED(發(fā)光二極管)的線(xiàn)陣照明器。 如圖1所示那樣放置于照明單元11和所要檢查的物體W之間的擴(kuò)散板15允許從照明單元ll的光源12、13、14所發(fā)出的照明光通過(guò)，由此控制光的方向性。
成像單元3包括線(xiàn)陣相機(jī)21、透鏡系統(tǒng)24、和棱鏡25(見(jiàn)圖3)，如圖l所示。線(xiàn)陣相機(jī)21的形式為用于捕獲彩色圖像的線(xiàn)陣傳感器，并且具有分別用于檢測(cè)紅光、藍(lán)光和綠光的三個(gè)CCD(電荷耦合器件)21a、21b、21c，如圖3所示。 線(xiàn)陣相機(jī)21的CCD 21a、21b、21c的每個(gè)都在垂直于傳感器移動(dòng)方向F的水平方向上成直線(xiàn)延伸給定長(zhǎng)度，并且CCD 21a、21b、21c與光源12、13、14平行地排列。CCD 21a、21b、21c的角度和位置被設(shè)定為使得當(dāng)傳感器單元6相對(duì)于所要檢查的物體W的檢查表面Wa的預(yù)定取向被放置而與檢查表面Wa正對(duì)時(shí)，CCD 21a、21b、21c分別接受由相應(yīng)的光源12、13、14發(fā)出并由檢查表面Wa鏡面反射的光束。如此放置的CCD 21a、21b、21c捕獲由光源12、13、14照射的檢查表面Wa的圖像，以獲取圖像數(shù)據(jù)。 透鏡系統(tǒng)24被設(shè)置以將線(xiàn)陣相機(jī)21的焦點(diǎn)調(diào)整在檢查表面Wa上，如圖1所示。棱鏡25用于將被檢查表面Wa鏡面反射的反射光分光在與三個(gè)不同波長(zhǎng)范圍相對(duì)應(yīng)的不同方向上，如圖3所示，使得作為反射光的一個(gè)分量的紅光R被檢測(cè)紅光的CCD 21a接收，作為反射光的另一個(gè)分量的藍(lán)光B被檢測(cè)藍(lán)光的CCD 21b接收，而作為反射光的又一個(gè)分量的綠光G被檢測(cè)綠光的CCD 21c接收。 控制單元4由計(jì)算機(jī)或電子電路裝置等組成，其被安裝在控制板中(未圖示)。控制單元4執(zhí)行控制程序，以作為其內(nèi)部功能而用作光源控制單元31、相機(jī)控制單元32、圖像處理單元33和透鏡光圈控制單元34。 光源控制單元31控制照明單元11的每個(gè)光源12、 13、 14的發(fā)光，而相機(jī)控制單元32控制線(xiàn)陣相機(jī)21的成像或圖像捕獲。圖像處理單元33處理由線(xiàn)陣相機(jī)21所捕獲的圖像數(shù)據(jù)，以提取或檢測(cè)在檢查表面上/中的凸起/凹坑形式的缺陷Wb ;而透鏡光圈控制單元34調(diào)整透鏡系統(tǒng)24的光圈(f值)。 圖5表示了設(shè)定照明單元的每個(gè)光源的寬度的方法。利用光源12、13、14和檢查 表面Wa之間的距離來(lái)確定每個(gè)光源12、 13、 14的在傳感器移動(dòng)方向上觀(guān)察時(shí)的寬度(在光 源排列方向上觀(guān)察到的寬度)"D"。例如，如果藍(lán)光源13和檢查表面Wa之間的距離等于 "a"，如圖5所示，那么在傳感器移動(dòng)方向上觀(guān)察到的寬度D的一半的距離"d" ( = D/2)、即 從藍(lán)光源13的中心軸Lc到光源的一個(gè)端部的距離"d"根據(jù)下列等式(1)幾何地確定
d = aXtan2 a (1) 于是，藍(lán)光源13的在傳感器移動(dòng)方向上觀(guān)察到的寬度D通過(guò)將距離d乘以2來(lái)得 到(D = 2aXtan2 a )。紅光源12的寬度和綠光源14的寬度可以用相同方式來(lái)確定。
在上述等式(1)中，"a "為缺陷Wb的表面相對(duì)于檢查表面Wa的最大傾斜角度。 例如，在凸起形的缺陷Wb (例如，其寬度為約0. 2mm并且高度為約3 y m)被形成在檢查表面 Wa上的情況下，缺陷Wb的隆起部分以最大傾斜角度"a "傾斜。 因而，每個(gè)光源12、 13、 14的寬度"D"由光源12、 13、 14和檢查表面Wa之間的距離 "a"來(lái)確定。因此，例如，如果距離"a"被設(shè)定成小的值，那么可以減小寬度"D"，使得每個(gè) 光源12、13、14的尺寸減小并降低照明設(shè)備的成本。 接下來(lái)，說(shuō)明使用如上述構(gòu)造的表面檢查裝置1的檢查方法。首先，當(dāng)控制單元4 接收到要檢查的物體W的檢查表面Wa的色彩信息(光反射特征)時(shí)，光源控制單元31調(diào) 節(jié)照明單元11的每個(gè)光源12、 13、 14的照明持續(xù)時(shí)間(lighting duration)和流過(guò)每個(gè)光 源的電流值，光源12、13、14被同時(shí)開(kāi)啟。然后，相機(jī)控制單元32控制線(xiàn)陣相機(jī)21的曝光 時(shí)間和增益，而透鏡光圈控制單元34調(diào)節(jié)透鏡系統(tǒng)24的光圈(f值)。
然后，機(jī)械臂5移動(dòng)傳感器單元6，同時(shí)保持傳感器單元6和要檢查的物體W之間 的某個(gè)距離。當(dāng)傳感器單元6到達(dá)指定點(diǎn)時(shí)，成像開(kāi)始信號(hào)被發(fā)送到相機(jī)控制單元32，使得 成像單元3開(kāi)始捕獲圖像。 傳感器單元6被機(jī)械臂5在傳感器移動(dòng)方向F上移動(dòng)，同時(shí)保持距離檢查表面Wa 的恒定相機(jī)距離。成像單元3捕獲由紅光源12、藍(lán)光源13和綠光源14所發(fā)出的光束所照 射的檢查表面Wa的圖像。 承載著由紅光源12、藍(lán)光源13和綠光源14所發(fā)出的光束所照射的檢查表面Wa的 圖像的反射光被棱鏡25分光為RGB的相應(yīng)波長(zhǎng)范圍的光束，由RGB的相應(yīng)波長(zhǎng)范圍的光束 所形成的圖像被線(xiàn)陣相機(jī)21的相應(yīng)的CCD 21a、21b、21c捕獲。 圖像處理單元33對(duì)由各個(gè)CCD 21a、21b、21c捕獲的圖像進(jìn)行圖像處理，使得圖像 中反射光沒(méi)有入射在成像單元3上的部分被以深色顯示，并提取深色部分作為缺陷Wb。然 后，將缺陷Wb的位置和圖像等顯示在結(jié)果顯示單元7上。 圖6表示了如何在所捕獲的圖像中將缺陷Wb表示為反差，圖7A到圖7D為處于如 圖6所示狀況下的成像單元3所捕獲圖像的示意圖。 圖7A示意性地表示了在反射光被棱鏡25分光之前所獲得的彩色圖像，圖7B示意 性地表示了由檢測(cè)紅光的CCD 21a所捕獲的圖像，圖7C示意性地表示了由檢測(cè)藍(lán)光的CCD 21b所捕獲的圖像，圖7D示意性地表示了由檢測(cè)綠光的CCD 21c所捕獲的圖像。
例如，在如圖6所示的其中照明單元11的藍(lán)光源13與要檢查的物體W的缺陷Wb 對(duì)置的情況下，由作為在傳感器移動(dòng)方向F上觀(guān)察時(shí)缺陷Wb的前部的傾斜部分43所鏡面反射的藍(lán)光B、和由作為在傳感器移動(dòng)方向F上觀(guān)察時(shí)缺陷Wb的后部的傾斜部分44所鏡面反射的藍(lán)光B不被入射在成像單元3上，即，不被成像單元3接收。 另一方面，成像單元3接收紅光源12的由作為在傳感器移動(dòng)方向F上觀(guān)察時(shí)缺陷Wb的前部的傾斜部分43所鏡面反射的紅光R，并且接收綠光源14的由作為在傳感器移動(dòng)方向F上觀(guān)察時(shí)缺陷Wb的后部的傾斜部分44所鏡面反射的綠光G。 因此，在彩色圖像中，缺陷Wb的頂部41和缺陷Wb以外的平坦或平滑部分42以藍(lán)色B顯示，缺陷Wb的傾斜部分43以紅色R顯示，而缺陷Wb的傾斜部分44以綠色G顯示，如圖7A所示。 在由檢測(cè)紅色的CCD 21a所捕獲的單色圖像中，缺陷Wb的傾斜部分43被以淺色顯示，而傾斜部分43以外的其余部分被以深色顯示，如圖7B所示。在由檢測(cè)藍(lán)色的CCD 21b所捕獲的單色圖像中，缺陷Wb的傾斜部分43、44被以深色顯示，而傾斜部分43、44以外的其余部分被以淺色顯示，如圖7C所示。在由檢測(cè)綠色的CCD 21c所捕獲的單色圖像中，缺陷Wb的傾斜部分44被以淺色顯示，而傾斜部分44以外的其余部分被以深色顯示，如圖7D所示。因此，缺陷Wb能與其它部分形成反差，圖像處理單元33能夠容易地提取缺陷Wb。
接下來(lái)，說(shuō)明本實(shí)施方式的表面檢查裝置1的操作和效果。圖8A到圖8C用于說(shuō)明根據(jù)本實(shí)施方式的操作和效果，圖9A到圖9C表示了用于與圖8A到圖8C對(duì)比的對(duì)比例。
在本實(shí)施方式的表面檢查裝置l中，當(dāng)傳感器單元6被放置為以預(yù)設(shè)取向與要檢查的物體W的檢查表面Wa對(duì)置時(shí)，如圖8B所示，藍(lán)光源13所發(fā)出的藍(lán)光B被檢查表面Wa鏡面反射，并且反射光被檢測(cè)藍(lán)光的CCD 21b接收。如果缺陷Wb存在于檢查表面Wa上，那么缺陷Wb的傾斜部分在由檢測(cè)藍(lán)光的CCD 21b所捕獲的單色圖像中以深色顯示。因此，缺陷Wb能被清楚地識(shí)別。 如果傳感器單元6從傳感器單元6與檢查表面Wa對(duì)置的預(yù)設(shè)取向傾斜，并且傳感器單元6與檢查表面Wa之間的間隔在傳感器移動(dòng)方向F上從前往后減小，如圖8A所示，那么紅光源12發(fā)出的紅光R被檢查表面Wa鏡面反射，并且反射光能被檢測(cè)紅光的CCD 21a接收。如果缺陷Wb存在于檢查表面Wa上，那么缺陷Wb的傾斜部分在由紅色CCD 21a所捕獲的單色圖像中以深色顯示。因此，即使傳感器單元6相對(duì)于檢查表面Wa傾斜，如圖8A所示，也能夠產(chǎn)生表示缺陷Wb的反差，能夠清楚地表現(xiàn)缺陷Wb。 如果傳感器單元6從傳感器單元6與檢查表面Wa相對(duì)置的預(yù)設(shè)取向傾斜，并且傳感器單元6和檢查表面Wa之間的間隔在傳感器移動(dòng)方向F上從后往前減少，如圖8C所示，那么綠光源14發(fā)出的綠光R被檢查表面Wa鏡面反射，并且反射光能被檢測(cè)綠光的CCD 21c接收。如果缺陷Wb存在于檢查表面Wa上，那么缺陷Wb的傾斜部分在由綠色CCD 21c所捕獲的單色圖像中以深色顯示。因此，即使傳感器單元6相對(duì)于檢查表面Wa傾斜，如圖8C所示，也能夠產(chǎn)生表示缺陷Wb的反差，能夠清楚地表現(xiàn)缺陷Wb。 在圖9A到圖9C所示的對(duì)比例中的表面檢查裝置100中，傳感器單元106具有被配置為發(fā)出具有相同波長(zhǎng)范圍的光束的三個(gè)照明器112、113、114以取代本實(shí)施方式的光源12、13、14，并且被排列以利用由單個(gè)CCD組成的線(xiàn)陣相機(jī)121捕獲圖像，同時(shí)按時(shí)間序列切換照明器112、 113、 114。 在對(duì)比例中，當(dāng)傳感器單元6相對(duì)于檢查表面Wa傾斜時(shí)，如圖9A或圖9C所示，源自照明器112或照明器114的反射光能夠被線(xiàn)陣相機(jī)121接收。
然而，照明器112、113、114被按時(shí)間序列切換(g卩，被依次使用)以照射檢查表面 Wa上的一個(gè)點(diǎn)，并且在每次切換發(fā)生時(shí)需要捕獲圖像。因此，要花費(fèi)大量時(shí)間捕獲圖像，導(dǎo) 致檢查速度降低。 另一方面，根據(jù)本實(shí)施方式的表面檢查裝置l，光源12、13、14被同時(shí)開(kāi)啟以捕獲 圖像，使得可以減少捕獲圖像所花費(fèi)的時(shí)間，并且可以提高檢查速度。 在上述表面檢查裝置1中，配置為發(fā)出具有不同波長(zhǎng)范圍的光束的光源12、13、14 被排列在傳感器移動(dòng)方向上，使得每個(gè)光源在垂直于傳感器移動(dòng)方向的方向上測(cè)量時(shí)具有 合適的寬度。另外，在表面檢查裝置1中，檢查表面Wa所反射的反射光被分光并被線(xiàn)陣相 機(jī)21接收。 利用以上配置，能夠擴(kuò)大或增加反射光可被成像單元捕獲以成像的角度的范圍， 并且增加照射單元2或成像單元3相對(duì)于檢查表面Wa的角度的容差。因此，表面檢查裝置 1比較不易受檢查表面Wa和傳感器單元6之間相對(duì)角度的改變的影響，并且能夠增加傳感 器單元6相對(duì)于檢查表面Wa的容許傾斜的程度。 因而，即使傳感器單元6相對(duì)于檢查表面Wa的角度、即照射單元2或成像單元3
相對(duì)于檢查表面Wa的角度因例如機(jī)械臂5移動(dòng)時(shí)的波動(dòng)而改變，源自多個(gè)光源的反射光束
中的至少一個(gè)也能被成像單元3接收，并且能夠迅速和準(zhǔn)確地檢測(cè)缺陷Wb。 在本實(shí)施方式的檢查表面Wa所反射的反射光被分光并被成像單元3所接收的表
面檢查裝置l中，光源12、13、14能夠被同時(shí)開(kāi)啟，并且相應(yīng)的圖像能夠被線(xiàn)陣相機(jī)21同時(shí)
捕獲。因此，成像單元3的成像或圖像獲取時(shí)間能夠縮短，并且能夠提高檢查速度。 要理解的是，本發(fā)明不只限于上述第一實(shí)施方式，而是可以利用在不背離本發(fā)明
原理的前提下所作出的各種改變來(lái)實(shí)施。在所述實(shí)施方式中，紅光源12、藍(lán)光源13、和綠光
源14被用作具有不同波長(zhǎng)范圍的多個(gè)照明器的示例。然而，照明器不只限于這些光源12、
13、14，只要它們能夠發(fā)出具有不同波長(zhǎng)范圍的多個(gè)光束即可。 雖然在所述實(shí)施方式中光源12、13、14依次在傳感器移動(dòng)方向F上從前往后排列，
但是光源的排列順序可以被改變，只要相鄰的光源發(fā)出具有顯著不同的波長(zhǎng)范圍的光束即
可。例如，將光源14、13、12依次在傳感器移動(dòng)方向F上從前往后排列。 接下來(lái)，結(jié)合圖IOA到圖12說(shuō)明本發(fā)明的第二實(shí)施方式。圖IOA和圖IOB是用于
說(shuō)明第二實(shí)施方式的示意圖。在這些附圖中，與第一實(shí)施方式中所用的附圖標(biāo)記相同的附
圖標(biāo)記用于標(biāo)識(shí)相同的或相應(yīng)的結(jié)構(gòu)要素，其詳細(xì)描述從略。 第二實(shí)施方式的表面檢查裝置包括照明器件101作為第一實(shí)施方式的照明單元 11的修改例。例如，如果在第一實(shí)施方式中檢查表面Wa和傳感器單元6之間的相對(duì)角度被 改變，即，傳感器單元6從傳感器單元6與檢查表面Wa相對(duì)置的預(yù)定取向傾斜，并且源自紅 光源12和藍(lán)光源13之間的邊界的反射光被成像單元3接收，如圖IOB所示，那么反射光的 波長(zhǎng)范圍是不穩(wěn)定的，可能會(huì)降低缺陷檢測(cè)的精度。 另一方面，在第二實(shí)施方式中，如圖IOA所示，在相鄰的光源12、13之間設(shè)置具有 光源12、13兩者的波長(zhǎng)范圍的中間光源16，并在相鄰的光源13、14之間設(shè)置具有光源13、 14兩者的波長(zhǎng)范圍的中間光源17。 利用該配置，即使當(dāng)讓傳感器單元6處于上述相對(duì)于檢查表面Wa的傾斜位置時(shí)， 也能夠通過(guò)成像單元3接收具有穩(wěn)定波長(zhǎng)范圍的反射光，不會(huì)降低缺陷Wb的檢測(cè)精度。
圖11和圖12表示了實(shí)現(xiàn)第二實(shí)施方式的特定實(shí)例。圖11所示的實(shí)例利用被用 作照明單元101的照明器的LED發(fā)光器12a、13a、14a的配置。通過(guò)將多個(gè)紅色LED 12a排 列為直線(xiàn)來(lái)形成紅光源12，通過(guò)將多個(gè)藍(lán)色LED 13a排列為直線(xiàn)來(lái)形成藍(lán)光源13，而通過(guò) 將多個(gè)綠色LED 14a排列為直線(xiàn)來(lái)形成綠光源14。 通過(guò)將紅色LED 12a和藍(lán)色LED 13a交替地排列成直線(xiàn)而在紅光源12和藍(lán)光源 13之間形成中間光源16，并通過(guò)將藍(lán)色LED 13a和綠色LED 14a交替地排列成直線(xiàn)而在藍(lán) 光源13和綠光源14之間形成中間光源17。 利用以上配置，能夠從中間光源16發(fā)出具有紅光R和藍(lán)光B兩者的波長(zhǎng)范圍的照 明光，并且能夠從中間光源17發(fā)出具有藍(lán)光B和綠光G兩者的波長(zhǎng)范圍的照明光。
因此，即使在傳感器單元6和檢查表面Wa之間的相對(duì)角度被改變使得傳感器單元 6從傳感器單元6與檢查表面Wa相對(duì)置的預(yù)定取向傾斜，且源自紅光源12和藍(lán)光源13之 間的邊界或者源自藍(lán)光源13和綠光源14之間的邊界的反射光被成像單元3接收的情況 下，成像單元3也能夠接收源自中間光源16或中間光源17的具有穩(wěn)定波長(zhǎng)范圍的反射光， 可以避免在缺陷Wb的檢測(cè)精度上的降低。 圖12所示的實(shí)例利用擴(kuò)散板15以及LED發(fā)光器12a、13a、14a。在照射單元2的 照明單元101中，通過(guò)將多個(gè)紅色LED 12a排列為直線(xiàn)來(lái)形成紅光源12，通過(guò)將多個(gè)藍(lán)色 LED 13a排列為直線(xiàn)來(lái)形成藍(lán)光源13，而通過(guò)將多個(gè)綠色LED 14a排列為直線(xiàn)來(lái)形成綠光 源14。照射單元2還包括被照明光輻射使得在某些區(qū)域中相鄰的照明器所發(fā)出的光束彼此 重疊的擴(kuò)散板15。 擴(kuò)散板15允許各個(gè)光源12、13、14的照明光束穿過(guò)，并且在穿過(guò)期間控制每個(gè)光 束的方向性的同時(shí)發(fā)出光束。 更具體地說(shuō)，擴(kuò)散板15具有允許紅光源12發(fā)出的照明光穿過(guò)而由此只發(fā)出紅光 R的紅光發(fā)射區(qū)15R、允許藍(lán)光源13發(fā)出的照明光穿過(guò)而由此只發(fā)出藍(lán)光B的藍(lán)光發(fā)射區(qū) 15B、和允許綠光源14發(fā)出的照明光穿過(guò)而由此只發(fā)出綠光G的綠光發(fā)射區(qū)15G。
另外，在紅光發(fā)射區(qū)15R和藍(lán)光發(fā)射區(qū)15B之間形成有發(fā)出紅光R和藍(lán)光B的中 間光發(fā)射區(qū)15RB，并且在相鄰的藍(lán)光發(fā)射區(qū)15B和綠光發(fā)射區(qū)15G之間形成有發(fā)出藍(lán)光B 和綠光G的混合光的中間光發(fā)射區(qū)15BG。 利用以上配置，具有紅光R和藍(lán)光B兩者波長(zhǎng)范圍的照明光被從中間光發(fā)射區(qū) 15RB中發(fā)出，并且具有藍(lán)光B和綠光G兩者波長(zhǎng)范圍的照明光被從中間光發(fā)射區(qū)15BG中發(fā) 出。 因此，即使當(dāng)讓傳感器單元6處于上述相對(duì)于檢查表面Wa的傾斜位置時(shí)，成像單 元3也能夠接收源自中間光發(fā)射區(qū)15RB或中間光發(fā)射區(qū)15BG的具有穩(wěn)定波長(zhǎng)范圍的反射 光，可以避免在缺陷Wb的檢測(cè)精度上的降低。 作為每個(gè)所述實(shí)施方式中的具有不同波長(zhǎng)范圍的多個(gè)照明器，雖然使用了三種光 源，即紅光源12、藍(lán)光源13和綠光源14，但也可以使用不同數(shù)量或不同類(lèi)型的光源，例如具 有五個(gè)波長(zhǎng)范圍的照明器。 接下來(lái)，結(jié)合圖13到圖24說(shuō)明本發(fā)明的第三實(shí)施方式。在這些附圖中，與上述實(shí) 施方式中所用的附圖標(biāo)記相同的附圖標(biāo)記被用于標(biāo)識(shí)相同的或相應(yīng)的構(gòu)成要素，其詳細(xì)說(shuō) 明從略。
在本實(shí)施方式中，圖像處理單元33所檢測(cè)的目標(biāo)被識(shí)別。更具體地說(shuō)，判斷圖像處理單元33所檢測(cè)的目標(biāo)是否為凸起/凹坑缺陷Wb、色彩缺陷Wcl、 Wc2、諸如沉積在檢查表面Wa上的塵埃這樣的異物Wd、或者諸如穿過(guò)檢查表面Wa形成的孔We、臺(tái)階、或邊緣這樣的設(shè)計(jì)特征。 色彩缺陷是指形成于單色或基本相同的顏色的檢查表面Wa上并且與檢查表面Wa的顏色不同的點(diǎn)等。色彩缺陷可能是作為在淺色板上形成的點(diǎn)狀深色部分的深色缺陷Wcl、或者是作為在深色板上形成的淺色點(diǎn)狀部分的淺色缺陷Wc2。 控制單元4的圖像處理單元33執(zhí)行處理以基于由線(xiàn)陣相機(jī)21所捕獲和成像的反射光的每個(gè)波長(zhǎng)范圍的鏡面反射量和漫反射量來(lái)識(shí)別檢測(cè)對(duì)象。反射光的鏡面反射量隨檢查表面Wa的表面狀態(tài)的情況而變化，而反射光的漫反射量隨檢查表面Wa的色彩而變化。圖像處理單元33基于每個(gè)波長(zhǎng)范圍的亮度分布來(lái)分析鏡面反射量和漫反射量的模式，并且從模式分析表(即在模式分析中所用的表)中的預(yù)設(shè)模式中選擇與分析結(jié)果匹配的模式，以識(shí)別檢測(cè)對(duì)象。 圖13為表示檢測(cè)對(duì)象和識(shí)別所檢測(cè)對(duì)象的方法的流程圖，圖14為模式分析表的示例。在圖14的模式分析表中，針對(duì)每種檢測(cè)對(duì)象，標(biāo)明了每幅圖像中與紅光、藍(lán)光和綠光的波長(zhǎng)范圍對(duì)應(yīng)的鏡面反射量和漫反射量。 首先，用由照射單元2的照明單元11所發(fā)出的光照射檢查表面Wa(步驟S101)。然后，線(xiàn)陣相機(jī)21接收被檢查表面Wa反射的光(步驟S102)，以獲得檢查表面Wa的彩色圖像(步驟S103)。然后，彩色圖像被分光成紅色圖像、藍(lán)色圖像和綠色圖像，作為用于每個(gè)波長(zhǎng)范圍的圖像數(shù)據(jù)(步驟S104)。 對(duì)于每個(gè)所獲得的圖像(即，每個(gè)波長(zhǎng)范圍的圖像)，獲得反射光的每個(gè)波長(zhǎng)范圍的亮度分布數(shù)據(jù)(步驟S105)。注意到鏡面反射系數(shù)和漫反射系數(shù)隨檢測(cè)對(duì)象的模式(類(lèi)型)的不同而變化的事實(shí)，對(duì)每個(gè)波長(zhǎng)范圍的亮度分布數(shù)據(jù)進(jìn)行模式分析(步驟S106)。于是，基于模式分析的結(jié)果，識(shí)別檢測(cè)對(duì)象(步驟S107)。 在步驟S106的模式分析中，例如，對(duì)如圖14所示的模式分析表，搜索匹配模式。模式分析表被預(yù)先存儲(chǔ)于控制單元4中。如果發(fā)現(xiàn)了匹配模式，則判斷為檢測(cè)到了匹配模式所屬類(lèi)型的目標(biāo)。如果沒(méi)有發(fā)現(xiàn)匹配模式，就判斷為無(wú)法識(shí)別檢測(cè)對(duì)象?？刂茊卧?在結(jié)果顯示單元7上顯示判斷結(jié)果。 在由成像單元3在對(duì)檢查表面Wa上的凸起/凹坑缺陷Wb成像時(shí)所獲取的彩色圖像中，如圖15A所示，缺陷Wb的頂部41和缺陷Wb以外的平坦部分42以藍(lán)色B顯示，缺陷Wb的傾斜部分43以紅色R顯示，而缺陷Wb的傾斜部分44以綠色G顯示，如圖15B所示。
在由檢測(cè)紅色的CCD 21a所捕獲的單色圖像中，缺陷Wb的傾斜部分43被以淺色顯示，而傾斜部分43以外的其余部分被以深色顯示，如圖16A所示。因此，沿圖16A的X-X線(xiàn)截取的截面中的亮度分布是這樣的如圖16D所示，與其它部分相比，只在與傾斜部分43相對(duì)應(yīng)的位置處的亮度顯著地高。因此，在紅色波長(zhǎng)范圍中，鏡面反射量大，而漫反射量極小。 在由檢測(cè)藍(lán)色的CCD 21b所捕獲的單色圖像中，缺陷Wb的傾斜部分43、44被以深色顯示，而傾斜部分43、44之外的其余部分被以淺色顯示，如圖16B所示。因此，沿圖16B的X-X線(xiàn)截取的截面中的亮度分布是這樣的如圖16E所示，與其它部分相比，在與傾斜部分43、44相對(duì)應(yīng)的位置處的亮度降低至低水平。因此，在藍(lán)色波長(zhǎng)范圍中，鏡面反射量小，而漫反射量極小。 在由檢測(cè)綠色的CCD 21c所捕獲的單色圖像中，缺陷Wb的傾斜部分44被以淺色顯示，而傾斜部分44之外的其余部分被以深色顯示，如圖16C所示。因此，沿圖16C的X-X線(xiàn)截取的截面中的亮度分布是這樣的如圖16F所示，與其它部分相比，只在與傾斜部分44相對(duì)應(yīng)的位置處的亮度顯著地高。因此，在綠色波長(zhǎng)范圍中，鏡面反射量大，而漫反射量極小。 通過(guò)使用紅色、藍(lán)色和綠色的每個(gè)波長(zhǎng)范圍的鏡面反射量和漫反射量并且參考如圖14所示的模式分析表，能夠?qū)z測(cè)對(duì)象識(shí)別為凸起/凹坑缺陷Wb。 如圖17A所示，當(dāng)成像單元3對(duì)涂有淺色(例如白色)的涂料且在檢查表面Wa上沉積有點(diǎn)狀的深色(例如黑色)涂料而形成了深色缺陷Wcl的檢查表面Wa進(jìn)行成像時(shí)，如圖17B所示，由成像單元3所獲取的彩色圖像具有以藍(lán)色B顯示的除了深色缺陷Wcl以外的部分。 在由檢測(cè)紅色的CCD 21a所捕獲的單色圖像中，圖像整體上以深色顯示，而深色缺陷Wcl被以更暗的色彩顯示，如圖18A所示。因此，沿圖18A的X-X線(xiàn)截取的截面中的亮度分布是這樣的亮度在整個(gè)范圍上都低，而在與深色缺陷Wcl相對(duì)應(yīng)的部分中更低，如圖18D所示。因此，在紅色波長(zhǎng)范圍中，鏡面反射量小，而漫反射量極小。 在由檢測(cè)藍(lán)色的CCD 21b所捕獲的單色圖像中，圖像整體上以淺色顯示，而深色缺陷Wcl以深色顯示，如圖18B所示。因此，沿圖18B的X-X線(xiàn)截取的截面中的亮度分布是這樣的亮度在整個(gè)范圍上都高，而只是在與深色缺陷Wcl相對(duì)應(yīng)的部分中較低，如圖18E所示。因此，在藍(lán)色波長(zhǎng)范圍中，鏡面反射量大，而漫反射量極小。 在由檢測(cè)綠色的CCD 21c所捕獲的單色圖像中，與由檢測(cè)紅色的CCD 21a所捕獲的單色圖像類(lèi)似，圖像整體上被以深色顯示，而深色缺陷Wcl被以更暗的色彩顯示，如圖18C所示。因此，沿圖18C的X-X線(xiàn)截取的截面中的亮度分布是這樣的亮度在整個(gè)范圍上都低，而在與深色缺陷Wcl相對(duì)應(yīng)的部分中更低，如圖18F所示。因此，在綠色波長(zhǎng)范圍中，鏡面反射量小，而漫反射量極小。 通過(guò)使用上述的亮度分布結(jié)果并且參考如圖14所示的模式分析表，檢測(cè)對(duì)象能被識(shí)別為深色缺陷Wcl。 如圖19A所示，當(dāng)成像單元3對(duì)涂有深色(例如黑色)的涂料且在檢查表面Wa上沉積有點(diǎn)狀淺色(例如白色)的涂料而形成了形成淺色缺陷Wc2的檢查表面Wa進(jìn)行成像時(shí)，如圖19B中所示，由成像單元3所獲取的彩色圖像具有以藍(lán)色B顯示的淺色缺陷Wc2以外的部分。 在由檢測(cè)紅色的CCD 21a所捕獲的單色圖像中，圖像整體上被以深色顯示，而淺色缺陷Wc2被以比其它部分稍亮的色彩顯示，如圖20A所示。因此，沿圖20A的X-X線(xiàn)截取的截面中的亮度分布是這樣的亮度在整個(gè)范圍上都低，而在與淺色缺陷Wc2相對(duì)應(yīng)的部分比其它部分的亮度稍高一些，如圖20D所示。因此，在紅色波長(zhǎng)范圍中，鏡面反射量小，而漫反射量適中。 在由檢測(cè)藍(lán)色的CCD 21b所捕獲的單色圖像中，圖像整體上被以淺色顯示，而淺色缺陷Wc2被以更亮的色彩顯示，如圖20B所示。因此，沿圖20B的X-X線(xiàn)截取的截面中的亮度分布是這樣的亮度在整個(gè)范圍上都高，而在與淺色缺陷Wc2相對(duì)應(yīng)的部分的亮度更
高，如圖20E所示。因此，在藍(lán)色波長(zhǎng)范圍中，鏡面反射量大，而漫反射量適中。 在由檢測(cè)綠色的CCD 21c所捕獲的單色圖像中，與由檢測(cè)紅色的CCD 21a所捕獲
的單色圖像類(lèi)似，圖像整體上被以深色顯示，而淺色缺陷Wc2被以比其它部分稍亮的色彩
顯示，如圖20C所示。因此，沿圖20C的X-X線(xiàn)截取的截面中的亮度分布是這樣的亮度在
整個(gè)范圍上都低，而在與淺色缺陷Wc2相對(duì)應(yīng)的部分比其它部分的亮度稍高一些，如圖20F
中所示。因此，在綠色波長(zhǎng)范圍中，鏡面反射量小，而漫反射量適中。 通過(guò)使用上述的亮度分布結(jié)果并且參考如圖14所示的模式分析表，檢測(cè)對(duì)象能 被識(shí)別為淺色缺陷Wc2。 如圖21A所示，當(dāng)成像單元3對(duì)沉積有諸如塵埃、污垢、或殘?jiān)@樣的異物Wd的檢 查表面Wa進(jìn)行成像時(shí)，如圖21B所示，由成像單元3所獲取的彩色圖像具有以藍(lán)色B顯示 的異物Wd以外的部分。 在由檢測(cè)紅色的CCD 21a所捕獲的單色圖像中，圖像整體上被以深色表示，而異 物Wd被以比其它部分更暗的色彩表示，如圖22A所示。因此，沿圖22A的X-X線(xiàn)截取的截 面中的亮度分布是這樣的亮度在整個(gè)范圍上都低，而與異物Wd相對(duì)應(yīng)的部分比其它部分 的亮度更低，如圖22D所示。因此，在紅色波長(zhǎng)范圍中，鏡面反射量小，且漫反射量小。
在由檢測(cè)藍(lán)色的CCD 21b所捕獲的單色圖像中，圖像整體上被以淺色表示，而異 物Wd被以深色表示，如圖22B所示。因此，沿圖22B的X-X線(xiàn)截取的截面中的亮度分布是這 樣的亮度在整個(gè)范圍上都高，而與異物Wd相對(duì)應(yīng)的部分的亮度低，如圖22E所示。因此， 在藍(lán)色波長(zhǎng)范圍中，鏡面反射量小，而漫反射量極小。 在由檢測(cè)綠色的CCD 21c所捕獲的單色圖像中，與由檢測(cè)紅色的CCD 21a所捕獲 的單色圖像類(lèi)似，圖像整體上被以深色表示，且異物Wd被以比其它部分更暗的色彩表示， 如圖22C所示。因此，沿圖22C的X-X線(xiàn)截取的截面中的亮度分布是這樣的亮度在整個(gè)范 圍上都低，而在與異物Wd對(duì)應(yīng)的部分中比其它部分的亮度更低，如圖22F所示。因此，在綠 色波長(zhǎng)范圍中，鏡面反射量小，且漫反射量小。 通過(guò)使用上述的亮度分布結(jié)果并且參考如圖14所示的模式分析表，檢測(cè)對(duì)象能 被識(shí)別為異物Wd。 如圖23A所示，當(dāng)成像單元3對(duì)形成有用于部件安裝的孔We的檢查表面Wa進(jìn)行 成像時(shí)，如圖23B所示，由成像單元3所獲取的彩色圖像具有以藍(lán)色B顯示的孔We以外的 部分。 在由檢測(cè)紅色的CCD 21a所捕獲的單色圖像中，圖像整體上被以深色表示，而孔 We以黑色表示，如圖24A所示。因此，沿圖24A的X-X線(xiàn)截取的截面中的亮度分布是這樣 的亮度在整個(gè)范圍上都低，而與孔We對(duì)應(yīng)的部分的亮度等于0，如圖24D所示。因此，在 紅色波長(zhǎng)范圍中，鏡面反射量極小，且漫反射量也極小。 在由檢測(cè)藍(lán)色的CCD 21b所捕獲的單色圖像中，孔We以外的圖像的部分被以淺色 表示，而孔We以黑色表示，如圖24B所示。因此，沿圖24B的X-X線(xiàn)截取的截面中的亮度分 布是這樣的亮度在整個(gè)范圍上都高，而與孔We對(duì)應(yīng)的部分的亮度等于0，如圖24E所示。 在藍(lán)色波長(zhǎng)范圍中，同樣，鏡面反射量極小，并且漫反射量也極小。 在由檢測(cè)綠色的CCD 21c所捕獲的單色圖像中，與由檢測(cè)紅色的CCD 21a所捕獲的單色圖像類(lèi)似，圖像整體上被以深色表示，且孔We以黑色表示，如圖24C所示。因此，沿圖24C的X-X線(xiàn)截取的截面中的亮度分布是這樣的亮度在整個(gè)范圍上都低，而與孔We對(duì)應(yīng)的部分的亮度等于0，如圖24F所示。因此，在綠色波長(zhǎng)范圍中，鏡面反射量極小，且漫反射量也極小。 通過(guò)使用上述的亮度分布結(jié)果并且參考如圖14所示的模式分析表，檢測(cè)對(duì)象能被識(shí)別為孔We。雖然孔We被作為上述實(shí)施方式中設(shè)計(jì)特征的示例，但是其它設(shè)計(jì)特征，諸如邊緣和臺(tái)階，可以用類(lèi)似方式識(shí)別。 根據(jù)上述實(shí)施方式，控制單元4的圖像處理單元33基于由成像單元3所成像的反射光的每個(gè)波長(zhǎng)范圍的鏡面反射量和漫反射量來(lái)識(shí)別檢測(cè)對(duì)象。反射光的每個(gè)波長(zhǎng)范圍的鏡面反射量隨檢查表面Wa表面狀態(tài)或形狀和鏡面反射系數(shù)而變化，而漫反射量隨受檢查表面的色彩等影響的漫反射系數(shù)而變化。因此，能夠通過(guò)對(duì)各個(gè)波長(zhǎng)范圍的鏡面反射量和漫反射量的模式進(jìn)行分析來(lái)容易地識(shí)別檢測(cè)對(duì)象。 雖然以上說(shuō)明了本發(fā)明的一些實(shí)施方式，但是應(yīng)理解的是，本發(fā)明不限于所述實(shí)施方式的細(xì)節(jié)；在不脫離本發(fā)明的范圍的前提下，可以利用本領(lǐng)域技術(shù)人員可以想到的各種改變、修改或改進(jìn)來(lái)實(shí)施。
權(quán)利要求
一種表面檢查裝置(1)，其特征在于包括照射單元(2)，其具有分別發(fā)出具有不同波長(zhǎng)范圍的多個(gè)照明光束的多個(gè)光源(12、13、14)，并且在將所述多個(gè)光源以彼此相鄰的方式放置并沿著作為所要檢查的物體的表面的檢查表面(Wa)按給定順序排列的狀態(tài)下，用所述多個(gè)照明光束對(duì)所述檢查表面進(jìn)行照射；成像單元(3)，其對(duì)所述照明光束被所述檢查表面反射時(shí)的反射光進(jìn)行成像，以獲得與相應(yīng)的波長(zhǎng)范圍對(duì)應(yīng)的多個(gè)圖像數(shù)據(jù)項(xiàng)；以及控制單元(4)，其基于由所述成像單元所獲得的與相應(yīng)的波長(zhǎng)范圍對(duì)應(yīng)的所述多個(gè)圖像數(shù)據(jù)項(xiàng)，對(duì)所述檢查表面上的檢測(cè)對(duì)象(Wb)進(jìn)行檢測(cè)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的表面檢查裝置，其中，根據(jù)所述檢測(cè)對(duì)象的尺寸來(lái)確定每個(gè)所述照明光束在所述多個(gè)光源的排列方向上觀(guān)察時(shí)的寬度。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的表面檢查裝置，其中，當(dāng)所述檢測(cè)對(duì)象包含所述檢查表面上的凸起/凹坑缺陷時(shí)，每個(gè)所述照明光束的寬度基于從所述照射單元到所述檢查表面的距離和所述凸起/凹坑缺陷相對(duì)于所述檢查表面的最大傾斜角度來(lái)確定。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的表面檢查裝置，其中，每個(gè)所述照明光束的寬度等于或小于從所述照射單元到所述檢查表面的距離與所述凸起/凹坑缺陷的所述最大傾斜角度的兩倍值的正切的乘積。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1到4中任一項(xiàng)所述的表面檢查裝置，其中，所述多個(gè)光源按這樣的順序配置由相鄰的光源發(fā)出的照明光束之間在波長(zhǎng)范圍上的差別大于由所述光源的其它組合所發(fā)出的照明光束之間在波長(zhǎng)范圍上的差別。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的表面檢查裝置，其中，所述照射單元還具有中間光源，其被放置于相鄰的兩個(gè)光源之間并且被配置為發(fā)出波長(zhǎng)范圍介于所述兩個(gè)相鄰的所述光源所發(fā)出的照明光束的波長(zhǎng)范圍之間的照明光束。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的表面檢查裝置，其中每個(gè)所述光源包括具有相同波長(zhǎng)范圍的多個(gè)光發(fā)射器；所述中間光源包括具有與所述相鄰的兩個(gè)光源相同的波長(zhǎng)范圍的多個(gè)光發(fā)射器；以及所述中間光源的具有與所述兩個(gè)相鄰的所述光源中的一個(gè)相同的波長(zhǎng)范圍的光發(fā)射器和所述中間光源的具有與所述兩個(gè)相鄰的所述光源中的另一個(gè)相同的波長(zhǎng)范圍的光發(fā)射器按混合方式排列。
8. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的表面檢查裝置，其中，所述照射單元還包括具有多個(gè)單色光發(fā)射區(qū)域和至少一個(gè)中間光發(fā)射區(qū)域的擴(kuò)散板，其中每個(gè)所述多個(gè)單色光發(fā)射區(qū)域都允許從每個(gè)所述光源發(fā)出的照明光束穿過(guò)，所述至少一個(gè)中間光發(fā)射區(qū)域設(shè)置在所述多個(gè)單色光發(fā)射區(qū)域之間并發(fā)出通過(guò)將相鄰的兩個(gè)所述光源中的一個(gè)發(fā)出的光束與所述相鄰的兩個(gè)所述光源中的另一個(gè)發(fā)出的光束混合而得到的中間色的照明光束。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1到4中任一所述的表面檢查裝置，其中，所述控制單元基于針對(duì)所述成像單元所成像的反射光的每個(gè)波長(zhǎng)范圍所得到的鏡面反射量和漫反射量來(lái)識(shí)別所述檢測(cè)對(duì)象。
10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的表面檢查裝置，其中，使用定義了多種檢測(cè)對(duì)象中的每個(gè)與所述反射光的每個(gè)波長(zhǎng)范圍的鏡面反射量及漫反射量之間的關(guān)系的模式分析表來(lái)識(shí)別檢測(cè)對(duì)象。
11. 根據(jù)權(quán)利要求10所述的表面檢查裝置，其中，所述多種檢測(cè)對(duì)象包括凸起/凹坑缺 陷、色彩缺陷、異物、和設(shè)計(jì)特征中的至少一種。
12. 根據(jù)權(quán)利要求1到4中的任一項(xiàng)所述的表面檢查裝置，其中，所述照射單元和所述 成像單元在保持距離所述檢查表面指定距離的同時(shí)在給定方向上作為一體來(lái)移動(dòng)。
13. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的表面檢查裝置，其中，所述多個(gè)光源配置在所述給定方向上。
14. 根據(jù)權(quán)利要求1到4中的任一項(xiàng)所述的表面檢查裝置，其中，所述多個(gè)照明光束包 括紅色可見(jiàn)光、藍(lán)色可見(jiàn)光、和綠色可見(jiàn)光。
全文摘要
本發(fā)明提供一種表面檢查裝置，包括照射單元(2)，其具有分別發(fā)出具有不同波長(zhǎng)范圍的多個(gè)照明光束的多個(gè)光源(12、13、14)；以及成像單元(3)，其將由檢查表面(Wa)對(duì)從照射單元(2)的光源(12、13、14)發(fā)出的光束的反射所得到的反射光分光成具有不同波長(zhǎng)范圍的多個(gè)光分量，并且捕獲與反射光分量對(duì)應(yīng)的圖像。多個(gè)光源(12、13、14)在保持與檢查表面對(duì)置的狀態(tài)的同時(shí)按給定順序彼此相鄰地放置。
文檔編號(hào)G01N21/95GK101726499SQ20091020467
公開(kāi)日2010年6月9日 申請(qǐng)日期2009年10月10日 優(yōu)先權(quán)日2008年10月10日
發(fā)明者宮里憲夫, 山崎英治, 淺田康德 申請(qǐng)人:豐田自動(dòng)車(chē)株式會(huì)社