檢查裝置、三維形狀測定裝置、構造物的制造方法

專利名稱：檢查裝置、三維形狀測定裝置、構造物的制造方法
技術領域：
本發明涉及進行被測定對象的缺陷檢查的檢查裝置、三維形狀測定裝置以及構造物的制造方法。
背景技術：
以往，作為進行測定對象物的三維形狀測定的裝置，已知專利文獻I所示的那樣的裝置。現有技術文獻
專利文獻I JP特開2009-150773號公報

發明內容
但是，在三維形狀測定裝置中，由于分辨率的制約等，有時很難檢測傷痕或孔洞。本發明的目的在于提供僅以三維形狀測定裝置就能檢測難發現的傷痕或孔洞的檢查裝置、三維形狀測定裝置、構造物的制造方法。例示本發明的檢查裝置的一個方式是，具備測定被檢查面的形狀的面形狀測定單元；從互相不同的多個方向照明所述被檢查面，檢測所述被檢查面的光強度分布的圖像檢測單元；及控制所述面形狀測定單元以及所述圖像檢測單元進行所述被檢查面是否合格的判定的控制單元。


圖I是示出第I實施方式的缺陷檢查裝置的機械結構的立體圖。圖2是第I實施方式的缺陷檢查裝置的整體結構圖。圖3是從載臺12 —側觀察輔助光源27 — I 27 — 8以及成像光學系25的圖。圖4是說明輔助光源27 — I 27 — 8的光軸與成像光學系25的光軸間的關系的圖。圖5是第I實施方式的CPU15進行的缺陷檢查處理的流程圖。圖6是光強度分布測定處理的流程圖。圖7是面形狀測定處理的流程圖。圖8是說明步驟S3的圖。圖9是說明步驟S8的圖。圖10是示出第2實施方式的缺陷檢查裝置的機械結構的立體圖。圖11是第2實施方式的缺陷檢查裝置的整體結構圖。圖12是第2實施方式的CPU15進行的缺陷檢查處理的流程圖(前半)。圖13是第2實施方式的CPU15進行的缺陷檢查處理的流程圖(后半)。圖14是說明第2實施方式的步驟S3的圖。圖15是說明步驟S101、S102的圖。
圖16是構造物制造系統200的結構框圖。圖17是示出構造物制造系統200進行的處理的流程的流程圖。附圖標記說明11 :被檢物；12 :載臺；13 :投影部；14 :攝像部；27 — I 27 — 8 :輔助光源。
具體實施例方式[第I實施方式]以下，作為第I實施方式的裝置，說明缺陷檢查裝置、三維形狀測定裝置。本實施方式的裝置，如果用于缺陷檢查則是缺陷檢查裝置，如果不進行缺陷檢查則是三維形狀測定裝置。在以下的說明中，為了簡潔，而作為缺陷檢查裝置進行說明，但三維形狀測定裝置也是相同的裝置結構。 圖I是示出本實施方式的缺陷檢查裝置的機械結構的立體圖。如圖I所示，缺陷檢查裝置具備載置由例如工業制品或者部件構成的被檢物11的載臺12、相互固定的投影部13以及攝像部14。投影部13的光軸(投影光學系24的光軸)和攝像部14的光軸(后述的成像光學系25的光軸)之間存在角度，兩個光軸在載臺12的基準面上交叉。其中，攝像部14的光軸相對于載臺12的基準面垂直。另外，也可以用投影部13的光軸相對于基準面垂直來代替使攝像部14的光軸垂直。其中，在以下，舉例說明攝像部14的光軸垂直的情況。載臺12具備使被檢物11繞與攝像部14的光軸平行的軸旋轉的Θ載臺12 Θ、使被檢物11向與攝像部14的光軸垂直的預定方向(X方向)移動的X載臺12X、使被檢物11向相對于Θ載臺12 Θ的旋轉軸與X方向這兩者垂直的預定方向(Y方向)移動的Y載臺 12Y。投影部13是從傾斜方向照明載臺12上的一部分的區域(照明區域)的光學系，按順序配置照明元件22、圖案形成部23、投影光學系24。另外，本實施方式的被檢物11的尺寸假定為了被檢物11的整體容納于投影部13的照明區域內的程度那樣的較小尺寸，但即使是較大的被檢物，也能夠邊移動載臺12邊進行檢查、測定。投影部13的圖案形成部23是透射率或反射率分布可變的面板(透射型液晶元件、反射型液晶元件、DMD (Digital Mirror Device,數字微鏡器件)等),通過向該面板顯現條紋樣式圖案(正弦柵圖案)，而使從圖案形成部23向被檢物照射的照明光束的截面強度分布為正弦波狀。另外，在使用反射型的面板的情況下，光源的位置改變，但本領域技術人員能夠進行適當變更。在本實施方式中，舉例說明了使用了透射型的面板的情況。圖案形成部23中顯現的正弦柵圖案的柵格方向，相對于包含投影部13的光軸與攝像部14的光軸的面而垂直地配置。此外，位于圖案形成部23的顯現面上的中央附近的基準點，相對于載臺12的基準面上的基準點(攝像部14的光軸與投影部13的光軸的交叉點)，光學地共軛，在載臺12的照明區域內配置的被檢物11的表面(被檢查面)，正弦柵圖案通過投影光學系24而進行投影。另外，只要是能夠在被檢查面上投影正弦柵圖案，圖案形成部23的基準點與載臺12的基準點也可以不是完全的共軛關系。攝像部14是檢測載臺12上的照明區域的像(光強度分布)的光學系，順序地配置將在被檢查面上投影的圖案成像于攝像元件26的成像光學系25、和攝像成像光學系25所進行成像的像而取得圖像的攝像元件26。位于攝像元件26的攝像面上的中央附近的基準點與載臺12的上述基準點在光學上共軛，攝像元件26能夠取得載臺12的照明區域內配置的被檢物11的被檢查面的圖像。另外，只要是能夠以足夠的對比度取得被檢查面的圖像，攝像元件26的基準點與載臺12的基準點也可以不是完全的共軛關系。此外，在成像光學系25的載臺側的透鏡面周圍，設有輔助光源27 — I 27 — 8，這些輔助光源27 — I 27 — 8，對成像光學系25的視野從互相不同的方向進行照明。另外，攝像元件26對于這些輔助光源27 — I 27 — 8的發光波長與投影部13的光源(圖2的附圖標記21)的發光波長這兩者，具有靈敏度。這里，如果以點亮輔助光源27 — I 27 — 8中的至少一個、并且熄滅投影部13的光源(圖2的附圖標記21)的狀態從攝像元件26取得圖像，則能夠取得未投影正弦柵圖案的被檢查面的圖像(=包含了被檢查面的光強度分布信息的圖像)。以下，將該圖像稱為 “二維圖像”。進而，如果一邊切換在輔助光源27 — I 27 — 8之間進行點亮的輔助光源一邊重復二維圖像的取得，則能夠取得照明方向不同的多個二維圖像I1 I8(以下，將僅點亮第M個輔助光源27 — M而取得的二維圖像設為“二維圖像I/)。另一方面，如果以熄滅所有輔助光源27 — I 27 — 8、并且點亮投影部13的光源(圖2的附圖標記21)的狀態從攝像元件26取得圖像，則能夠取得投影了正弦柵圖案的被檢查面的圖像(=包含了被檢查面的面形狀信息的圖像)。以下，將該圖像稱為“條紋圖像”。進而，如果一邊使正弦柵圖案的相位移動一邊重復條紋圖像的取得，則收集用于將被檢查面的面形狀數據D作為已知的信息。圖2是缺陷檢查裝置的整體結構圖。在圖2中，對與圖I所示的要素附以相同的附圖標記。如圖2所示，對投影部13連結作為投影部13的光源的主光源21。該主光源21是圖案投影型的面形狀測定中使用的光源，所以能夠應用例如LED、鹵素燈、金屬鹵化物燈等一般的光源。從主光源21出射的光經由光纖21’導入到照明元件22。另外，在這里示出使用了光纖21’的例子，但也可以不使用光纖而將LED等光源向圖I的附圖標記22所表示的位置配置。能夠在LED與圖案形成部23之間配置任意的照明元件22。此外，照明元件22在圖中示出為一個元件，但也可以以由多個光學元件構成的照明光學系構成。這種情況下，例如，能夠配置使用了用于進行均勻照明的復眼透鏡(fly eye lens)、光積分棒等的照明光學系。該主光源21、投影部13的圖案形成部23、攝像部14的攝像元件26、攝像部14的輔助光源27 — I 27 — 8，分別連接于計算機100的控制部101。控制部101控制接通/關斷(點亮/熄滅)主光源21的定時、圖案形成部23中顯示的正弦柵圖案的相位、攝像元件26取得圖像的取得定時、接通/關斷(點亮/熄滅)輔助光源27 — I 27 — 8的各個的定時。此外，控制部101能夠根據需要探測載臺12的坐標(載臺坐標)。計算機100，除控制部101之外，還具備統括缺陷檢查裝置的整體的CPU15、存儲部
16、監視器17、輸入部18。存儲部16中預先保存了 CPU15的動作程序，CPU15按照該動作程序進行動作。例如，CPU15通過對控制部101提供各種指示而驅動控制缺陷檢查裝置的各部。此外，例如，CPU15通過驅動控制缺陷檢查裝置的各部而根據取得的圖像進行被檢物11是否合格的判定。
此外，存儲部16，除了上述的動作程序之外，還預先保存CPU15的動作所需的各種信息。存儲部16中預先保存的信息之一，具有與二維圖像Im的種類數同數的合格品圖像Imk (M = I 8)(參照圖8的右側)。第M個合格品圖像Imk是第M個二維圖像Im的合格品圖像，是例如代替被檢物11將與被檢物11相同規定的合格品向載臺12載置，并在該狀態下僅點亮第M個輔助光源27 — M而取得的二維圖像。另外，合格品圖像Imk，也能夠根據被檢物11的設計數據缺陷檢查裝置的設計數據通過運算而生成。此外，存儲部16預先保存的信息之一，具有合格品形狀數據Dk(參照后述圖9的右側)。合格品形狀數據Dk是面形狀數據D的合格品數據，是例如代替被檢物11將與被檢物11相同規格的合格品向載臺12載置，并在該狀態下取得的面形狀數據。另外，合格品形狀數據Dk也能夠根據被檢物11的設計數據以及缺陷檢查裝置的設計數據通過運算而生成。
圖3 (a)是從載臺12 —側觀察輔助光源27 — I 27 — 8以及成像光學系25的圖。如圖3 (a)所示，輔助光源27 — I 27 — 8是在成像光學系25的載臺側的透鏡面的周圍，等間隔地配置的面光源，其樣式基本可互換使用。輔助光源27 — I 27 — 8的各個光軸，如圖4 (a)所不,相對于成像光學系25的光軸，傾斜預定角度，在載臺12的基準面IlP上與該光軸交叉。另外，該交叉位置與投影部13的光軸和攝像部14的光軸交叉的位置基本相同。此外，如圖3 Ca)所示，輔助光源27 — I 27 — 8的各個，通過二維狀地緊密排列多個炮彈形LED而形成面光源。炮彈形LED的前端形成透鏡形狀，使從各個LED出射的光向測定面照明。這樣的各個輔助光源27 — I 27 — 8在載臺12上形成的照明區域，照度基本均勻。另外，由于圖3 Ca)是示意圖，所以排列在各個輔助光源27 — I 27 — 8中的LED的個數，并不限于與圖3 (a)所示的相同。其中，個數越多，照度均勻性高的區域就能夠范圍越大。另外，也可以不將多個LED緊密配置，而是如圖3 (b)所示，設置為將8個輔助光源27a — I 27a — 8配置在成像光學系25周圍的結構。該光源除了 LED之外，也能夠使用各種光源。進而，不能進行多個光源的切換，但如圖3 (C)所示，可以設置配置一個圓環狀輔助光源27b的結構。在這種情況下，是一個光源，但也可以同時將光從多個方向向被檢查面照明。此外，雖未圖示，但也可以采用用分束器進行反射照明的結構。在本實施方式中，將多個光源的數目設為了 8，但也可以配置比這少或多的數目的光源。進而，如圖4 (b)所示，也可以采用在輔助光源27與被檢查面11之間另外配置照明光學系31的結構。在這種情況下，作為輔助光源27能夠不使用炮彈形的LED而使用其它 LED。此外，各個輔助光源27 — I 27 — 8是使用于光強度分布測定(二維圖像的取得)的光源，所以作為各個LED，能夠應用例如白色LED等。圖5是CPU15進行的缺陷檢查處理的流程圖。以下，順序說明圖5的各步驟。步驟SI :CPU15，通過執行圖6所示的光強度分布測定處理，取得照明方向互相不同的多個二維圖像I1 I8，并向存儲部16保存。另外，在后敘述圖6的細節。步驟S2 :CPU15將圖像編號M設定為初始值(I )。步驟S3 :CPU15從存儲部16讀出第M個二維圖像Im和第M個合格品圖像Imk，并算出表示這兩個圖像的相關度的評價值(圖8參照)。另外，每次算出評價值時，CPU15向二維圖像Im和合格品圖像Ime的至少一個施加預處理(例如旋轉處理、移動處理等)，從而預先收集二維圖像Im的分布域和合格品圖像Imk的分布域。此外，評價值的算出，可以針對二維圖像Im以及合格品圖像Ime的每部分區域進行，也可以針對整個區域進行，但這里為了簡單，采用對整個區域進行的方式。步驟S4 CPU15將在步驟S3中算出的評價值與閾值進行比較，在小于閾值的情況 下立即判斷出被檢物11在標準外而移至步驟S11，在閾值以上的情況下判斷出被檢物11還有在標準內的可能性而移至步驟S5。步驟S5 CPU15判別圖像編號M是否達到了最終值Mmax，在未達到的情況下移至步驟S6，在達到了的情況下移至步驟S7。另外，這里將輔助光源的個數設為“ 8 ”，所以最終值Mmax 也為 “8”。步驟S6 CPU15將圖像編號M遞增后返回步驟S3。因此，CPU15判斷被檢物11在標準外，或者，直到圖像編號M到達“8”為止，如圖8 (a)、(b)、(c)……所示重復二維圖像與合格品圖像的比較(評價值的算出)。步驟S7 CPU15通過執行圖7所示的形狀測定處理，取得被檢查面的面形狀數據D，并向存儲部16保存。另外，圖7的詳細情況將后述。步驟S8 CPU15從存儲部16讀出面形狀數據D和合格品形狀數據DK，算出表示這兩個數據的相關度的評價值(參照圖9)。另外，每次算出評價值時，CPU15通過向面形狀數據D與合格品形狀數據Dk的至少一個實施預處理(例如，旋轉處理、移動處理等)，而收集面形狀數據D的分布域與合格品形狀數據Dk的分布域。此外，評價值的算出，既可以針對面形狀數據D以及合格品形狀數據Dk的每部分進行，也可以針對整體進行，但這里為了簡單，采用對整體進行的方式。此外，作為評價值，處理表示相關度的評價值之外，還能夠使用將從面形狀數據與合格品形狀數據的差分求出的缺陷部分的深度、體積定量值化后的評價值等。步驟S9 CPU15將在步驟S8中算出的評價值與閾值比較，在小于閾值的情況下判斷出被檢物11在標準外而移至步驟S11，在閾值以上的情況下判斷被檢物11在標準內而移至步驟S10。另外，本步驟所使用的閾值是預先保存在存儲部16中的值。步驟SlO CPU15將表示被檢物11是合格品的檢查結果顯示在監視器17上，結束流程。步驟Sll CPU15將表示被檢物11是不合格品的檢查結果顯示在監視器17上，結束流程。以上，本實施方式的缺陷檢查裝置，測定被檢物面的光強度分布與被檢物面的面形狀這兩者，僅在光強度分布與面形狀這兩者在標準內時，將被檢物11判定為合格品，所以與僅測定光強度分布的情況、或者僅測定面形狀的情況相比較，檢查精度高。
而且，本實施方式的缺陷檢查裝置在每次測定光強度分布時，從互相不同的多個方向照明被檢物面，所以不影響被檢物面的形狀，就能探測與被檢物面的實質(texture)有關的缺陷。此外，由于這樣的照明能夠強調缺陷，所以也能夠確實地探測到較小的缺陷(而且，在將照明方向僅設為一個方向的情況下，由于在被檢查面上會產生成為陰影的部分，所以有可能看漏掉與該部分的實質相關的缺陷)。此外，本實施方式的缺陷檢查裝置，在光強度分布測定與面形狀測定中共用成像光學系25以及攝像元件26，所以能夠在抑制部件個數的增加的同時實現檢查精度的提高。上述的實施方式中，作為缺陷檢查裝置、或者三維形狀測定裝置，配置了載臺12，
但為了使裝置相對于測定對象物自由地移動，也能夠作為所謂的便攜、可手提的裝置而構成。在這種情況下，不需要載臺12，構成為將圖I所示的框體30從支撐體31分離出來，使框體30自由地移動即可。在上述的實施方式中，作為光源21與光源27使用了波長不同的光源，所以作為進行波長分離而能夠取得圖像的結構，則能夠同時進行二維圖像的取得和三維形狀測定。進而也能夠使兩個光源的波長相同。[光強度分布測定處理]圖6是CPU15進行的光強度分布測定處理的流程圖。以下，順序說明圖6的各步驟。步驟Slll :CPU15將圖像編號M設定為初始值(I)。步驟SI 12 :CPU15向控制部101指示接通第M個輔助光源27 — M。控制部101將第M個輔助光源27 — M接通，并對其他輔助光源以及主光源21保持關斷的狀態。步驟S113 CPU15向控制部101指示取得圖像。控制部101驅動攝像元件26，取得I幀的二維圖像IM，將該二維圖像Im向CPU15發送。步驟SI 14 :CPU15向控制部101指示關斷第M個輔助光源27 — M。控制部101關斷第M個輔助光源27 - M，并對其他輔助光源以及主光源21保持關斷的狀態。步驟S115 :CPU15判別圖像編號M是否達到了最終值Mmax (這里是“8”)，在未達到的情況下移至步驟SI 16，在達到了的情況下結束流程。步驟S116 :CPU15使圖像編號M遞增后返回步驟S112。因此，CPU15在切換所點亮的輔助光源的同時重復8次二維圖像Im的取得，并取得照明方向互相不同的8張二維圖像
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1I-*-8°另外，在上述說明中使多個光源的全部獨立地照明，但也可以僅使用多個光源中的任意光源進行檢查、測定。此外，也可以使多個光源同時發光。由于通過來自不同方向的照明來強調較小的傷痕和孔洞，所以能夠通過二維圖像取得而檢測出傷痕和孔洞。能夠在進行面形狀測定(三維形狀測定)的同時進行傷痕和孔洞的檢查。在這種情況下，不需要必須進行缺陷檢查，除了三維形狀測定(面形狀測定)之外僅檢測傷痕和孔洞即可。[面形狀測定處理]圖7是CPU15進行的面形狀測定處理的流程圖。以下，順序說明圖7的各步驟。步驟S71 :CPU15將相位編號M設定為初始值(I )。步驟S72 :CPU15向控制部101指示接通主光源21。控制部101接通主光源21，并對輔助光源27 — I 27 — 8保持關斷的狀態。
步驟S73 CPU15向控制部101指示將正弦柵圖案的相位設定為用(M — I) Ji /2表示的值。控制部101將圖案形成部23所顯示的正弦柵圖案的相位設定為(M — I) π /2。步驟S74 CPU15向控制部101指示取得圖像。控制部101驅動攝像元件26，如果取得I幀的條紋圖像Ism，則將該條紋圖像Ism向CPU15發送。步驟S75 :CPU15判別相位編號M是否達到了最終值Mmax (這里設為“4”)，在未達到的情況下移至步驟S76，在達到了的情況下移至步驟S77。步驟S76 :CPU15將相位編號M遞增后返回步驟S73。因此，CPU15在將正弦柵圖案的相位每次移動η / 2的同時，重復4次條紋圖像Ism的取得，取得相位互相不同的多個條紋圖像Isi IS4。
步驟S77 :CPU18向控制部101指示關斷主光源21。控制部101關斷主光源21，并對輔助光源27 — I 27 — 8保持關斷的狀態。步驟S78 CPU18在條紋圖像Isi Is4的解析時，將像素編號I設定為初始值(I)。步驟S79 CPU18參照與條紋圖像Isi Is4中的第I個像素相關的一系列的像素值Isii Is4i，通過將它們適用于以下的數式而算出第I個像素的初始相位φ 的值。[數I]
./ —i#, = tan ' ^^步驟S791 CPU18判別像素編號I是否達到了最終值Imax，在未達到的情況下移至步驟S792，在達到了的情況下移至步驟S793。另外，像素編號I的最終值Imax是條紋圖像的取得所使用的攝像元件的像素數，例如，Imax = 200X200 = 40000。步驟S792 CPU18使像素編號I遞增而返回步驟S79。因此，CPU15針對所有的像素編號I (I = I 40000)分別算出初始相位ipi的值。步驟S793 CPU18通過將在以上的步驟中算出的初始相位Cfh的值按像素編號順序排列而取得相位分布，對該相位分布施加展開(unwrap )處理(=對偏移分布進行加法的相位連接處理)。另外，展開處理中使用的偏移分布，是由缺陷檢查裝置的設計數據而決定的分布，是預先保存在存儲部16中的值。其后，CPU18將展開處理后的相位分布變換為被檢查面的高度分布數據(面形狀數據D)。在上述說明中，使用被稱為相位移動法的方法作為圖案投影法，但條紋圖像的取得數目不限于4張，而是能夠進行5、7、9、11張等更多(或更少)的張數的條紋圖像面形狀測定，能夠適當應用周知的方法。[第I實施方式的補充]另外，第I實施方式的缺陷檢查裝置先進行基于光強度分布的判定(步驟SI S6)，而后進行了基于面形狀的判定(步驟S7 S9)，但也可以使這個順序反轉。此外，第I實施方式的缺陷檢查裝置，順序地進行了基于光強度分布的判定(步驟SI S6)和基于面形狀的判定(步驟S7 S9)，并且在在先的判定結果是“標準外”的情況下，不進行后面的判定而是立即將被檢物11視為了不合格品，但也可以如下面這樣進行變形。g卩、第I實施方式的缺陷檢查裝置，也可以在算出基于光強度分布的評價值與基于面形狀的評價值這兩者之后，根據上述兩者的評價值進行被檢物11是否合格的判定(綜合性的判定)。另外，綜合性的判定例如能夠通過將多個評價值的加權平均值與預先準備的閾值進行比較等而進行。[第2實施方式]以下，作為本發明的第2實施方式說明缺陷檢查裝置。本實施方式的缺陷檢查裝置，也與第I實施方式的缺陷檢查裝置同樣地，使用于工業制品或者工業部件的缺陷檢查，但尤其是在被檢物11的尺寸較大的情況下特別有效。這里，僅說明與第I實施方式的缺陷檢查裝置的不同點。圖10是示出本實施方式的缺陷檢查裝置的機械結構的立體圖，圖11是本實施方式的缺陷檢查裝置的整體結構圖。在圖10中，對與圖I相同的要素附加相同的附圖標記，在圖11中對與圖2相同的要素附以相同的附圖標記。 如圖10、圖11所示，本實施方式的缺陷檢查裝置的攝像部14’不具備輔助光源，而是取而代之，在攝像部14’之外對二維圖像的檢測具備專用的攝像部200。由此，投影部13以及攝像部14’成為對于面形狀測定專用的光學系。攝像部200的視野(=在載臺12上攝像部200可探測的區域)比攝像部14’的視野(=在載臺12上攝像部14’可探測的區域)大，還能夠總括地獲取未容納于攝像部14’的視野的較大尺寸的被檢物11。攝像部200的光軸與攝像部14’的光軸平行，并配置在與攝像部14’的光軸距離預定距離的位置。預定距離被設定為使攝像部14’的視野(在載臺12上可條紋圖像化的區域)與攝像部200的視野(在載臺12上可二維圖像化的區域)相離得足夠寬。另外，在圖10、圖11中，假定攝像部200的光軸存在于攝像部14’的光軸以及投影部13的光軸所在的相同的平面上，并將從攝像部14’的光軸到攝像部200的光軸的方向假定為“Y方向”。另外，在這種情況下，本實施方式的缺陷檢查裝置，在面形狀測定和光強度分布測定之間切換測定方法時，驅動Y載臺12Y，將被檢物11向Y方向移動上述的光軸的偏差量的大小即可。從而，設在本實施方式的存儲部16中，預先保存了切換測定方法時所需的載臺移動量(載臺偏移量)的信息。在攝像部200中，順序配置將在載臺12中發生的反射光成像的成像光學系202、和對成像光學系202成像的像進行攝像而取得圖像的攝像元件201。其中，攝像元件201的攝像面與載臺12的基準面光學地共軛。從而，攝像元件201，能夠取得在載臺12中攝像部200的光軸附近配置的被檢物11的被檢查面的圖像。此外，在成像光學系202的載臺12側的透鏡面周圍，設置了輔助光源203 — I 203 - 8，這些輔助光源203 — I 203 — 8，能夠從互相不同的方向照明成像光學系202的視野。另外，本實施方式的輔助光源203 — I 203 — 8相對于成像光學系202的功能，與第I實施方式的輔助光源27 — I 27 — 8相對于成像光學系25的功能相同，由于其變形例也相同，所以在此處省略說明。其中，在本實施方式中，作為輔助光源203 — I 203 — 8的設置位置的成像光學系202的直徑，比在第I實施方式中作為輔助光源27 — I 27 — 8的設置位置的成像光學系25的直徑大，所以本實施方式中的輔助光源203 — I 203 — 8的各個的尺寸優選為比第I實施方式中的輔助光源27 — I 27 — 8的各個的尺寸大。另外，代替增大本實施方式中的輔助光源的各個的尺寸，也可以使本實施方式中的輔助光源的個數多于第I實施方式中的輔助光源的個數。其中，在以下，為了簡單，假定本實施方式中的輔助光源個數與第I實施方式中的輔助光源個數相同。此外，攝像部200的攝像元件201，至少對輔助光源203 — I 203 — 8的發光波長具有靈敏度即可。另一方面，攝像部14’的攝像元件26，至少對投影部13的光源(主光源21)的發光波長具有靈敏度即可。圖12、圖13是本實施方式的CPU15進行的缺陷檢查處理的流程圖。以下，順序說明圖12、圖13的各步驟。另外，在缺陷檢查處理的開始時刻，載臺12停止在使被檢物11容納于攝像部200的視野內的位置。 步驟SI :CPU15通過執行圖6所示的光強度分布測定處理，取得照明方向互相不同的多個二維圖像I1 I8，并向存儲部16保存。其中，在本實施方式的光強度分布測定處理中，代替驅動攝像元件26而驅動攝像元件201，代替驅動輔助光源27 — I 27 — 8而驅動輔助光源203 — I 203 - 8。步驟S2 :CPU15將圖像編號M設定為初始值(I)。步驟S3 :CPU15從存儲部16讀出第M個二維圖像Im和第M個合格品圖像Imk，通過對二維圖像Im和合格品圖像Ime的至少一方實施預處理(例如旋轉處理、移動處理等)，而收集二維圖像Im的分布域與合格品圖像Imk的分布域。接下來，CPU15在處理后的二維圖像Im以及合格品圖像Imk上，如圖14所示，設定關注像素P，并設定將該關注像素P作為中心的局部區域A (例如多像素X多像素的正方區域)，算出二維圖像Im中的局部區域A和合格品圖像Imk中的相同區域A的相關度，作為與二維圖像Im的關注像素P有關的評價值。進而，CPU15通過一邊在二維圖像Im上移動關注像素P的位置，一邊重復這樣的評價值的算出，而針對每個二維圖像Im的像素算出評價值。步驟SlOl :CPU15將在步驟S3中算出的、各像素的評價值與各個閾值比較，作為缺陷候選坐標而拾取小于閾值的像素的坐標(像素坐標)(參照圖15 (a))。步驟S5 CPU15判別圖像編號M是否達到了最終值Mmax，在未達到的情況下移至步驟S6，在達到了的情況下移至步驟S102。步驟S6 :CPU15使圖像編號M遞增而返回步驟S3。因此，CPU15重復缺陷候選坐標的拾取(步驟S3)直到圖像編號M達到“8”。由此，蓄積缺陷候選坐標。步驟S102 CPU15參照以上的步驟中拾取的所有缺陷候選坐標，求解將這些缺陷候選坐標全部包圍在坐標空間上所需要的矩形框的最小個數，將其設為測定編號η的最終值Iimax (參照圖15 (b))。其中，在本步驟中假設的矩形框的尺寸，被設定為與成像光學系202將與攝像部14’的視野相同尺寸的物體投影到攝像元件201上時的投影像的尺寸相同。進而，CPU15對將這些缺陷候選坐標全部包圍起來所需要的一個或者多個矩形框附以測定編號η= I nmax (參照圖15 (c))，作為測定坐標Cn Cnmax求解nmax個矩形框B1 Bnmax的各個中心坐標，并向存儲部16保存。步驟S103 CPU15判別在步驟S102中求解的最終值nmax的值是否為零，在為零的情況下立即判斷出被檢物11不可能在標準外，而移至步驟S10，在不為零的情況下判斷出被檢物11可能在標準外，移至步驟S104。步驟S104 :CPU15從存儲部16讀出應該切換測定方法的、載臺偏移量的信息，與該載臺偏移量一起將載臺的移動指不提供給控制部101。在控制部101的指不下，載臺12將被檢物11移動載臺偏移量的大小，并使被檢物11中位于攝像部200的光軸上的部分位于攝像部14’的光軸上。以下，將該狀態中的載臺坐標作為基準(原點)，驅動載臺12。步驟S105 CPU15將測定編號η設定為初始值(I)。步驟S106 CPU15從存儲部16讀出第η個測定坐標Cn，算出將與被檢查面中的測定坐標Cn對應的部分配置在攝像部14’的光軸上所需的載臺坐標的目標值(該算出根據測定坐標Cn和缺陷檢查裝置的設計數據進行)。然后，CPU15將載臺的移動指示與算出的目標值一起提供給控制部101。在控制部101的指示之下，載臺12使被檢物11移動以使載臺坐標變為目標值。 步驟S7 :CPU15通過執行圖7所示的形狀測定處理，取得由被檢查面中由攝像部14’的視野獲取的部分的面形狀數據D，并向存儲部16保存。該面形狀數據D是與被檢物面中測定坐標Cn對應的部分的面形狀數據。以下，將其稱為“部分形狀數據Dn”。步驟S107 CPU15判別測定編號η是否達到了最終值nmax，在沒有達到的情況下移至步驟S108，在達到了的情況下移至步驟S8。步驟S108 CPU15使測定編號η遞增后返回步驟S106。因此，CPU15，取得與被檢物面有關的一個或者多個部分形狀數據D1 Dn。步驟S8 :CPU15從存儲部16讀出部分形狀數據D1 Dn和合格品形狀數據Dk，并且通過在測定坐標C1 Cn的位置關系排列部分形狀數據D1 Dn，生成被檢物11整體的面形狀數據D。其中，該面形狀數據D中可能存在欠缺的部分。接下來，CPU15通過向生成的面形狀數據D和合格品形狀數據Dk的至少一個實施預處理(例如，旋轉處理、移動處理、放大縮小處理等)，收集面形狀數據D的分布域和合格品形狀數據Dk的分布域。進而，CPU15算出表示合格品形狀數據Dk中與部分形狀數據D1對應的部分的形狀的數據、和表示與該部分形狀數據D1的相關度的評價值。該評價值是部分形狀數據D1的評價值。進而，CPU15對各個部分形狀數據D2 Dn同樣地進行評價值的算出。由此，算出各個部分形狀數據D1 Dn的評價值。另外，本步驟中，將部分形狀數據D2 Dn串起來生成面形狀數據D，然后算出評價值，但也可以通過直接比較部分形狀數據D2 Dn中的各個和合格品形狀數據Dk的對應部分，來算出評價值。此外，在本步驟中，針對被檢查面的每個部分(每個部分形狀數據)算出評價值，但也可以算出針對面形狀數據D整體的評價值。其中，在以下的說明，假定為評價值是針對被檢查面的每個部分(每個部分形狀數據)來算出的。此外，作為評價值除了表示相關度的評價值以外，還能夠使用將根據面形狀數據(或者部分形狀數據)和合格品形狀數據的差分求出的缺陷部分的深度、體積定量值化后的值等。步驟S9 CPU15將在步驟S8中算出的評價值與各個閾值進行比較，在存在小于閾值的評價值的情況下判斷出被檢物11為標準外而移至步驟S11，在不存在小于閾值的評價值的情況下判斷出被檢物11為標準內而移至步驟S10。步驟SlO CPU15向監視器17顯示表示被檢物11為合格品的檢查結果，并結束流程。步驟Sll CPU15向監視器17顯示表示被檢物11為不合格品的檢查結果，并結束流程。以上，本實施方式的缺陷檢查裝置，將光強度分布測定的視野設定得比面形狀測定的視野寬，所以能使面形狀測定的清晰度比光強度分布測定的清晰度高。此外，本實施方式的缺陷檢查裝置，對被檢物11中在基于光強度分布的臨時判定中沒有視為缺陷候選的 部分，從面形狀測定的對象中去除。因此，基于面形狀測定的判定(即比較高精度的判定)高效地進行。接下來，說明具備第I實施方式或者第2實施方式所述的三維形狀測定裝置、檢查裝置的構造物制造系統。圖16是構造物制造系統200的結構框圖。構造物制造系統200包含三維形狀測定裝置I、設計裝置210、成型裝置220、控制裝置230、和修理裝置240而構成。設計裝置210生成與構造物的形狀相關的設計信息，將生成的設計信息向成型裝置220發送。此外，設計裝置210，將生成的設計信息存儲于控制裝置230的后述的坐標存儲部231中。這里，作為設計信息，是例如表示構造物的各位置的坐標的信息。成型裝置220根據從設計裝置210輸入的設計信息制造上述構造物。成型裝置220的成型工序包括鑄造、鍛造、或切削等。三維形狀測定裝置I如第I實施方式中說明的那樣，測定所制造的上述構造物(測定對象物11)的坐標(三維形狀)，將表示測定到的坐標的信息(形狀信息)向控制裝置230發送。控制裝置230具備坐標存儲部231和檢查部232。坐標存儲部231中，如上所述，存儲從設計裝置210接收的設計信息。檢查部232從坐標存儲部231讀出設計信息，比較從三維形狀測定裝置I接收的表示坐標的信息(形狀信息)和從坐標存儲部231讀出的設計信息。此外，檢查部232根據比較結果，判定構造物是否按設計信息進行了成型。換言之，檢查部232判定制造出的構造物是否為合格品。此外，檢查部232，在構造物沒有按設計信息成型的情況下，判定能否修復。在能修復的情況下，檢查部232，根據比較結果算出不合格部位與修復量，并向修理裝置240發送表不不合格部位的信息和表不修復量的信息。進而，在將本實施方式的裝置用作檢查裝置的情況下，可以僅使用基于二維圖像的缺陷檢查、或并用而進行是否合格的判斷。修理裝置240根據從控制裝置230接收到的表示不合格部位的信息和表示修復量的信息，加工構造物的不合格部位。圖17是示出了構造物制造系統200進行的處理的流程的流程圖。首先，在步驟S401中，設計裝置210生成有關構造物形狀的設計信息。接下來，在步驟S402中，成型裝置220根據設計信息制造上述構造物。接下來，在步驟S403中，三維形狀測定裝置I測定所制造的上述構造物的形狀。接下來，在步驟S404中，控制裝置230的檢查部232，通過比較在三維形狀測定裝置I中得到的形狀信息和上述設計信息，檢查構造物是否按設計信息被制造。接下來，在步驟S405中，控制裝置230的檢查部232判定所制造出的構造物是否為合格品。此外，在制造出的構造物是合格品的情況下，構造物制造系統200結束其處理。另一方面，在制造出的構造物不是合格品的情況下，移至步驟S406。另外，僅在以上述的基于二維圖像的缺陷的是否合格的判定進行判定的情況下，在步驟S405之后，結束。在步驟S406中，控制裝置230的檢查部232判定所制造出的構造物能否修復。在制造出的構造物能修復的情況下移至步驟S407，在制造出的構造物不能修復的情況下，構造物制造系統200結束其處理。在步驟S407中，修理裝置240，實施構造物的再次加工，返回步驟S403的處理。
根據以上，能夠判定構造物制造系統200制造的構造物是否是合格品。此外，構造物制造系統200，在構造物不是合格品的情況下，能夠實施構造物的再次加工，進行修復。另外，本實施方式中的修理裝置240執行的修理工序，也可以被置換為成型裝置220再次執行成型工序的工序。這時，在控制裝置230的檢查部232在判定能夠修復的情況下，成型裝置220再次執行成型工序(鍛造、切削等)。具體而言，例如，成型裝置220對構造物中本來應該切削但沒有切削的地方進行切削。由此，構造物制造系統200能夠準確地制造構造物。此外，也可以將用于實現上述的形狀測定處理所示的各步驟的程序記錄在計算機可讀取的記錄介質中，將該記錄介質中記錄的程序讀入計算機系統并執行，進行三維形狀測定處理。另外，這里所稱的“計算機系統”可以是包含OS、周邊設備等硬件系統。此外，在“計算機系統”利用Wffff系統的情況下，也包含主頁提供環境(或者顯示環境)。此外，“計算機可讀取的記錄介質”是指柔性盤、光磁性盤、ROM、閃存等可寫入的非易失性存儲器、CD - ROM等可移動介質、計算機系統中內置的硬盤等存儲裝置。進而“計算機可讀取的記錄介質”，如作為通過互聯網等網絡、電話線路等通信線路發送程序的情況下的服務器、客戶端的計算機系統內部的易失性存儲器(例如DRAM(Dynamic Random Access Memory))那樣,也包括保持暫時時間程序的介質。此外，上述程序，可以從將該程序保存在存儲裝置等中的計算機系統經由傳送介質、或者通過傳送介質中的傳送波向其它計算機系統進行傳送。這里，傳送程序的“傳送介質”，是指具有如互聯網等網絡(通信網)、電話線路等通信線路(通信線)那樣傳送信息的功能的介質。此外，上述程序可以是用于實現上述的一部分功能的程序。進而，也可以是與計算機系統中已經記錄了的程序組合而實現上述功能的程序、即所謂的差分文件(差分程序)。以上，參照附圖詳細說明了本發明的一實施方式，但具體的結構并不限定于上述的內容，而是在不脫離本發明的要旨的范圍內能夠進行各種各樣的設計變更等。[各實施方式的補充]另外，上述的某實施方式的缺陷檢查裝置，作為被檢查面的光強度分布，取得了照明方向不同的多個二維圖像I1 I8，但也可以代替二維圖像I1 I8，而取得照明方向是全方向的I張二維圖像Iall。該二維圖像Iall是在使輔助光源27 — I 27 — 8的全部同時點亮的狀態下取得的二維圖像。另外，在這種情況下，缺陷檢查裝置通過預先準備二維圖像Iall的合格品圖像，并比較該合格品圖像和該二維圖像Iall，來算出與該二維圖像Iall有關的評價值。此外，上述的某實施方式的缺陷檢查裝置，作為被檢查面的光強度分布，取得了照明方向不同的多個二維圖像I1 I8，但除了二維圖像I1 I8以外，還可以取得照明方向是全方向的I張二維圖像Iall。另外，這種情況，缺陷檢查裝置，算出與二維圖像I1 I8有關的評價值、和與二維圖像Iall有關的評價值這兩者。此外，上述的某實施方式的缺陷檢查裝置，作為被檢查面的光強度分布，取得了照明方向不同的多個二維圖像I1 I8，但也可以取得照明方向與照明波長的組合不同的多個二維圖像。另外，在這種情況下，缺陷檢查裝置準備照明方向與照明波長的組合不同的多個合格品圖像作為多個合格品圖像即可。此外，上述的某實施方式的缺陷檢查裝置，將輔助光源的個數(B卩 、圖像編號M的最終值Mmax)設為8，但也可以是其它個數(4、16等)。此外，上述的某實施方式的缺陷檢查裝置，作為面形狀測定采用了圖案投影型的方式，但也可以采用其它類型，例如探測法、光切斷法、莫阿(moire)法中的某個。此外，上述的某實施方式的缺陷檢查裝置，僅將被檢物11的一個面作為檢查對象,但也可以將被檢物11的多個面作為檢查對象。此外，上述的某實施方式的缺陷檢查裝置，在將二維圖像與合格品圖像比較時，能夠采用基于模型匹配、圖像輪廓比較、二值化處理的缺陷檢測等公知的某種方法。此外，上述的某實施方式的缺陷檢查裝置，可以令控制部101執行CPU15的動作的一部分。此外，也可以令CPU15執行控制部101的動作的一部分或全部。
權利要求
1.一種檢查裝置，具有 測定被檢查面的形狀的面形狀測定部、和 從互相不同的多個方向照明所述被檢查面，檢測所述被檢查面的光強度分布的圖像檢測部。
2.根據權利要求I所述的檢查裝置，具有 控制所述面形狀測定部以及所述圖像檢測部而進行所述被檢查面是否合格的判定的控制部。
3.根據權利要求I或2所述的檢查裝置，其特征在于， 所述面形狀測定部，是圖案投影型的面形狀測定裝置， 所述圖像檢測部的檢測部與所述面形狀測定部的檢測部，共有互相的光學系的至少一部分。
4.根據權利要求I至3中任意一項所述的檢查裝置，其特征在于， 將所述圖像檢測部的視野設定得比所述面形狀測定部的視野寬。
5.根據權利要求I至4任意一項所述的檢查裝置，其特征在于， 所述控制部，通過所述面形狀測定部進行所述被檢查面的形狀是否合格的判定，通過所述圖像檢測部進行所述被檢查面的光強度分布是否合格的判定，根據這兩種是否合格的判定的結果進行所述被檢查面的綜合性的是否合格的判定。
6.根據權利要求4所述的檢查裝置，其特征在于， 所述控制部，通過所述圖像檢測部找出所述被檢查面上光強度分布良好的部分，從所述面形狀測定部的測定對象排除該部分。
7.—種三維形狀測定裝置，具有 測定被檢查面的形狀的面形狀測定部、和 從互相不同的多個方向照明所述被檢查面而檢測所述被檢查面的光強度分布的圖像檢測部。
8.根據權利要求I所述的三維形狀測定裝置， 所述面形狀測定部具有向測定對象投影圖案的圖案投影部、和將向所述測定對象投影的圖案在攝像面上成像的圖案成像部。
9.根據權利要求7或8所述的三維形狀測定裝置，具有 在同一時間從所述多個方向照明被檢查面的控制部。
10.根據權利要求7至9中任意一項所述的三維形狀測定裝置， 還具有多個光源，各光源被配置為以所述圖案成像光學系的光軸為中心從所述互相不同的多個方向照明所述被檢查面。
11.根據權利要求7至10中任意一項所述的三維形狀測定裝置， 所述面形狀測定部與所述圖像檢測部收納于一個框體內。
12.根據權利要求7至11中任意一項所述的三維形狀測定裝置，具有 在不同的時間從不同的方向照明被檢查面的控制部。
13.根據權利要求7至12中任意一項所述的三維形狀測定裝置，具有 存儲由所述圖像檢測部檢測的由光強度分布構成的二維圖像的存儲部。
14.一種構造物的制造方法，其特征在于，具有生成與構造物的形狀有關的設計信息的設計工序、 根據所述設計信息制造所述構造物的成型工序、 使用權利要求7至13中的任意一項所述的三維形狀測定裝置算出所制造的所述構造物的形狀的測定工序、和 比較在所述測定工序中所得到的形狀信息和所述設計信息的檢查工序。
15.根據權利要求11所述的構造物的制造方法，其特征在于，具有 根據所述檢查工序的比較結果而執行、實施所述構造物的再次加工的修理工序。
16.根據權利要求15所述的構造物的制造方法，其特征在于， 所述修理工序是再次執行所述成型工序的工序。
17.根據權利要求15所述的構造物的制造方法，其特征在于， 所述修理工序是根據所述檢查工序的比較結果，加工所述構造物的不合格部位的工序。
全文摘要
有時由于分辨率的制約等很難檢測傷痕或孔洞。因此，例示本發明的檢查裝置的一個方式，具備測定被檢查面(11)的形狀的面形狀測定部(21、13、205、206)和從互相不同的多個方向照明所述被檢查面而檢測所述被檢查面的光強度分布的圖像檢測部(205、206、27)。
文檔編號G01N21/956GK102822666SQ201080054189
公開日2012年12月12日 申請日期2010年11月18日 優先權日2009年11月30日
發明者青木洋 申請人:株式會社尼康