检查装置、检查系统和物品制造方法与流程

本发明涉及用于执行物体的检查的检查装置、检查系统以及物品制造方法。

背景技术：

对于针对例如外观(appearance)而对物体(例如工件(work))的检查，已经越来越多地使用基于通过对用光照明的物体进行成像而获得的图像对物体进行检查的检查装置来代替视觉检查装置。这些检查装置包括用于针对颜色缺陷以及物体表面的高度不均匀性(凹和凸)而对物体进行检查的检查装置(日本专利no.5470708)。在日本专利no.5470708中公开的检查装置基于从物体规则反射的光(镜面反射光)检测物体的高度不均匀性并且基于从物体漫反射的光检测与颜色不规则性相关联的缺陷。

虽然在日本专利no.5470708中公开的检查装置基于从物体漫反射的光检测颜色不规则性，但是没有充分考虑照明光的波长以用于关于物体的颜色而检查该物体。

技术实现要素：

本发明提供例如在关于物体的颜色而检查物体的方面有利的检查装置。

本发明的一方面提供用于执行物体的检查的检查装置。该装置包括：被配置为对物体进行照明的照明设备、被配置为对由照明设备照明的物体进行成像的成像设备、以及被配置为基于由成像设备所获得的图像执行用于检查的处理的处理器。该处理器被配置为基于在照明设备用具有第一波长的光的暗场照明下由成像设备获得的第一图像和在照明设备用具有不同于第一波长的第二波长的光的暗场照明下由成像设备获得的第二图像执行处理。

从以下参考附图对示例性实施例的描述，本发明的另外的特征将变得清楚。

附图说明

图1是示出根据第一实施例的检查装置的示例性配置的图。

图2是示出照明设备的示例性配置的图。

图3是示出照明设备的示例性配置的图。

图4是示出颜色缺陷的阈值的图。

图5是示出根据第二实施例的检查装置的照明设备的示例性配置的图。

图6是示出根据第三实施例的检查装置的示例性配置的图。

具体实施方式

将参考附图描述本发明的实施例。在示出实施例的图中，原则上(除非另有注释)，相同的部件由相同的附图标记来指定，并且避免冗余描述。

第一实施例

图1是示出根据第一实施例的检查装置的示例性配置的图。在图1中，检查装置1检查目标(物体)(诸如工件10)的外观。工件10的示例包括用于工业产品中的金属构件和树脂构件。工件10的表面可能具有缺陷(诸如损伤(flaw)、不规则性(例如颜色不规则性)或高度不均匀性)。检查装置1基于通过对工件10进行成像而获得的图像来检测缺陷并且将该工件分类(归类)为例如无缺陷的或者有缺陷的。

检查装置1包括照明设备11、包括照相机12和光学系统14的成像设备、控制器18、处理器15、显示单元16和输入单元17。检查装置1可以进一步包括用于保持工件10的保持器13。工件10被运送单元(未示出)(诸如图6中的传送器1012)携载到相对于检查装置1的预定的位置。在检查之后，工件10由运送单元携载远离预定的位置。

照明设备11对工件10进行照明。成像设备(包括照相机12和光学系统14)对由照明设备11照明的工件10进行成像以获得图像。由成像设备获得的工件10的图像被传递到处理器15。处理器15可以包括信息处理装置，该信息处理装置包括中央处理单元(cpu)15a、随机存取存储器(ram)15b和硬盘驱动器(hdd)15c。处理器15可以获得关于所获得(传递)的目标图像的评估值并且执行基于该评估值和阈值(允许的范围)将工件分类为无缺陷或有缺陷的处理(分类处理)。例如，cpu15a执行用于分类处理的程序并且ram15b和hdd15c存储程序和数据。显示单元16包括tv监视器并且显示由处理器15执行的处理的结果。输入单元17包括键盘17a和鼠标17b并且响应于例如用户操作允许数据或指令输入到控制器18或处理器15。控制器18和处理器15可以被配置为公共信息处理单元。

现在将详细描述照明设备11。照明设备11包括多个光发射器(光源)。使用这种配置，照明设备11可以从各个方向(每个方向被定义为仰角和方位角的组合)选择性地对工件10进行照明。将参考图2和图3描述照明设备11中的光发射器的定位。图2和图3各自示出照明设备11的示例性配置。图2示出在图1中的y方向上观看照明设备11时光发射器的定位。图3示出在图1中的z方向上观看照明设备11时光发射器的定位。图2示出了关于照明光的方向的仰角的光发射器的定位。在本实施例中，光发射器就仰角而言被分成三组。具体地，光发射器被分成在相对低的仰角(低角度)处的组l、在相对高的仰角(高角度)处的组h以及在相对高和低仰角之间的中间仰角(中间角度)处的组m。图3示出了就照明光的方向的方位角而言的光发射器的定位。在本实施例中，组l的光发射器l1至l8被布置在八个方位角处。此外，组m的光发射器m1至m8被类似地布置在八个方位角处。另外，组h的光发射器h1至h4被布置在四个方位角处。如图2和图3中所示，照明设备11的光发射器是以穹顶(dome)的形式布置的。光发射器对工件10进行照明，该工件10如图2中所示定位在穹顶的下面，使得该工件10如图3中所示被定位在穹顶的中心处。光发射器的照明的仰角和方位角的种类、由光发射器发射的光的颜色(波长)的种类以及照明和成像模式的种类不限于以上和后面描述的那些，并且可以适当地改变。

如图3中所示，多个光发射器包括发射具有与蓝色对应的波长的光的光发射器和发射具有与红色对应的波长的光的光发射器。在图3中，由b指示的光发射器发射蓝色光，并且由r指示的光发射器发射红色光。在这种情况下，每个光发射器可以是例如光发射设备(诸如发光二极管(led))。具有与蓝色对应的波长的光例如是具有近似450nm的中心波长的光。具有与红色对应的波长的光例如是具有近似650nm的中心波长的光。

光发射器l1至l8被布置使得在相对的方位角处的光发射器发射相同颜色的光。这种布置意图在使光发射器l1、l3、l5和l7的全部发射光的照明条件和使光发射器l2、l4、l6和l8的全部发射光的照明条件两者下尽可能均一地提供在使用相同颜色的光照明的工件上的照明分布。这种均一性在将在后面描述的检测整个工件的颜色缺陷方面是有效的。此外，光发射器m1至m8与光发射器l1至l8在方位角处的蓝颜色和红颜色的布置方面不同。这种布置意图在使全部仰角处的全部蓝色发光器发射光时从不同的方位角对工件进行照明，因而减小了由例如特定的损伤引起的噪声。结果，可以如将在后面描述的那样以高信号噪声比(s/n)来检测工件的诸如颜色不规则性之类的缺陷，这。

对于工件10的检查，控制器18可以实现用于照明和成像的以下三种模式(模式1至模式3)。

模式1：光发射器顺序地对物体进行照明，并且物体与照明的定时同步地被成像。

模式2：使用发射蓝色光的光发射器l1、l3、l5和l7的全部在暗场照明下执行成像，并使用发射红色光的光发射器l2、l4、l6和l8的全部在暗场照明下执行成像。照明设备包括在特定仰角(在这种情况下，用于暗场照明的低角度)处从多个方位角对物体进行照明的多个光发射器(光源)。发射蓝色光(具有第一波长)的光源和发射红色光(具有第二波长)的光源被交替地布置。

模式3：使用发射蓝色光的光发射器l1、l3、l5、l7、m2、m4、m6、m8、h1和h3的全部在照明下执行成像。

现在将描述基于通过在这些模式下的照明下成像而获得的图像的检查(缺陷检测)的处理。该处理由处理器15执行。在模式1下获得的图像用于检测主要由表面的异常状况(例如工件10的表面的损伤、异物或高度不均匀性)引起的缺陷。在这种情况下，可以使用图像合成来获得相对高的s/n比。可以通过获得例如对于每个像素的代表值(例如最大值和最小值之间的差)来执行图像合成。在模式2下获得的图像用于检测工件的(整体)颜色外观的缺陷(有缺陷的或异常)。在这种情况下，使用蓝色(第一波长)光获得的第一图像的像素值的代表值(例如平均值)被获得。类似地，使用红色(第二波长)光获得的第二图像的像素值的代表值(例如平均值)被获得。获得代表值的比。如果该比超过预定的阈值(允许的范围)，则工件可以被确定为具有颜色缺陷。

图4是示出颜色缺陷的阈值的图。图4示出与139个工件相关联的上述比(在这种情况下，平均值或平均像素值的比)。在图4中，水平轴表示被分配给工件的样品号(samplenumber)，竖直轴表示与该工件相关联的比([使用蓝色(第一波长)光获得的第一图像的像素值的平均值]除以[使用红色(第二波长)光获得的第二图像的像素值的平均值])。参考图4，与被分配了样品号27的工件相关联的比大大地大于与其他工件相关联的比并且超过预定的阈值。因而，被分配了样品号27的工件被确定为具有颜色缺陷。阈值(允许的范围)可以预先学习并且存储在处理器15(例如hdd15c)中。如果使用单个颜色照明来检测工件的颜色缺陷，则由于工件的颜色的差异将出现上述代表值(例如平均值)的改变。由于工件的表面的表面粗糙度的差异也将出现这样的代表值的改变。仅使用单个颜色照明，颜色的差异(缺陷)可能不能与表面粗糙度的差异(缺陷)区分。由于该原因，通过使用多种颜色的照明条件来获得上述比，使得可以检测颜色缺陷。通过使用暗场照明可以以高灵敏度来检测颜色的差异(缺陷)，因为工件的内部一般或通常包含比工件的表面更多的色素(coloringmatter)。在亮场照明(镜面反射光)下，色素影响相对少量的反射光成分。相反，在暗场照明(漫反射光)下，色素影响相对大量的反射光成分。使用在模式3下获得的图像来检测工件的颜色不规则性作为缺陷。在本实施例中，基于使用蓝色光发射器l1、l3、l5、l7、m2、m4、m6、m8、h1和h3的全部在照明下获得的图像来检测颜色不规则性作为缺陷。

在本实施例中，在模式2下使用蓝色光和红色光来对工件10进行照明，并且在模式3下使用蓝色光对工件10进行照明。可以依赖于工件10的颜色来确定照明光的颜色，使得可以以高灵敏度检测颜色缺陷。现在将描述选择照明光的颜色(波长)的方式。可以使用其以高灵敏度检测工件的颜色的差异(缺陷)的照明光的颜色是工件的颜色和工件的颜色的互补色(complementarycolor)。例如，假设用具有与工件的颜色相同的颜色的光来执行照明。当工件在颜色上浅时，获得的图像暗，即像素值低。当工件在颜色上深时，获得的图像亮，即像素值高。工件的颜色的强度和像素值之间的关系与在用具有工件的颜色的互补色的光执行照明时获得的关系是相反的。对于除工件的颜色及其互补色之外的颜色，像素值的改变相对于工件的颜色的强度的改变的比值是低的。使用上述两种照明光颜色获得两个图像提供了图像之间的像素值的大的差异。这在检测工件的颜色的差异(缺陷)方面是有效的。具体地，第一和第二波长中的一个可以与物体的颜色及其互补色中的一个对应。第一和第二波长中的另一个可以与物体的颜色及其互补色中的另一个对应。用具有或者工件的颜色或者其互补色的照明光获得图像在检测工件的颜色不规则性(缺陷)方面是有效的。

例如，如果工件是黄色的，则可以选择工件的颜色(黄色)和作为黄色的互补色的蓝色。考虑到三种颜色(红色、蓝色和绿色)的led一般容易获得，蓝色可以用作第一颜色并且具有接近黄色的波长且与蓝色的波长显著地不同的波长的红色可以用作第二颜色。适合于使用蓝色光和红色光照明的工件颜色是基于黄色、蓝色或绿色的颜色。此外，适合于使用绿色光和红色光照明的工件颜色是基于红色或绿色的颜色，并且适合于使用绿色光和蓝色光照明的工件颜色是基于红色或黄色的颜色。具有与绿色对应的波长的光具有近似550nm的中心波长。

在本实施例中，照相机12可以是通常具有相对高的分辨率的单色(monochrome)照相机。如果分辨率是可接受的话，通常具有相对低的分辨率的彩色照相机可以被使用。在这种情况下，在模式2下，照明设备可以用具有第一波长的光和具有第二波长的光(其可以是白色光)对工件进行照明。成像设备可以获得与第一波长对应的第一图像和与第二波长对应的第二图像。在模式3下，照明设备可以用具有第一波长的光和具有不同于第一波长的第二波长的光(其可以是白色光)对工件进行照明。成像设备可以获取与第一波长对应的图像。成像设备可以包括颜色分离光学系统和多个图像拾取元件或者可以包括包含滤色器(colorfilter)的单个图像拾取元件。

在模式2下，对于每种颜色使用两对相对的光发射器(例如光发射器l1和l5以及光发射器l3和l7)。如果工件上的照明分布被视为是充分均一的，则可以使用一对相对的光发射器(例如光发射器l1和l5)。另外，如果工件上的照明分布被视为是足够均一的，则可以使用一个光发射器(例如光发射器l1)。

在模式3下，全部仰角组的发射蓝色光的光发射器用于获得相对高的s/n比。在一些实施例中，只有在低角度处的组l的发射蓝色光的光发射器可以被使用。

在模式3下，使用发射蓝色光的光发射器执行照明。在一些实施例中，如上所述，可以基于工件的颜色执行使用发射红色光的光发射器的照明。

在对模式2下获得的图像的处理中，获得像素值的代表值的比。在一些实施例中，任何其他评估值(诸如代表值之间的差)可以被获得并且用于检测颜色缺陷。

如上所述，本实施例提供在关于物体的颜色而检查物体方面有利的检查装置。

第二实施例

根据第二实施例的检查装置1与根据第一实施例的检查装置的不同之处在于第二实施例中的照明设备包括选择性地发射多种颜色(波长)的光的光发射器。图5示出了被包括在根据第二实施例的检查装置1中的照明设备的示例性配置。虽然第一实施例中的每个光发射器都是发射单个颜色的光的led，但是第二实施例中的每个光发射器是包括发射多种颜色(例如红色、蓝色和绿色三种颜色)的光的多个光发射元件的led单元。led单元可以控制每个光发射元件发射光。具体地，led单元可以发射红颜色、蓝颜色和绿颜色中的任何一个的单个颜色光并且还可以使用光发射元件的全部来发射白色光。在下文中，led单元将被称为多色led单元。控制由多色led单元发射的光的颜色可以检测任何颜色的工件的颜色缺陷。作为示例，将描述与第一实施例中相同的颜色的光的使用。对于工件10的检查，控制器18可以实现用于照明和成像的以下三种模式(模式1至3)。

模式1：光发射器顺序地对物体进行照明，并且与照明的定时同步地执行成像。在本实施例中，使每个光发射器(多色led单元)发射提供相对高的照明的白色光，因为这种发射在减小曝光时间方面是有效的。

模式2：使用发射蓝色光的光发射器l1、l3、l5和l7在暗场照明下执行成像，并且使用发射红色光的光发射器l2、l4、l6和l8在暗场照明下执行成像。在本实施例中，使光发射器(多色led单元)l1、l3、l5和l7发射蓝色光，并且使光发射器(多色led单元)l2、l4、l6和l8发射红色光。

模式3：使用发射蓝色光的光发射器l1、l3、l5、l7、m2、m4、m6、m8、h1和h3在照明下执行成像。在本实施例中，使光发射器(多色led单元)l1、l3、l5、l7、m2、m4、m6、m8、h1和h3发射蓝色光。可以使光发射器(多色led单元)的全部发射蓝色光。

因为本实施例中的光发射器是能够改变要被发射的光的波长的多色led单元，所以可以基于工件的颜色或者识别工件的识别信息来改变在模式2和模式3下使用的光的波长。处理器15可以包括存储指示识别信息和波长之间的对应关系的信息的存储单元(例如hdd15c)。基于通过在这些模式下的照明下成像而获得的图像进行检查(缺陷检测)的处理可以与第一实施例中的处理相同。虽然在模式3下使用全部仰角组的发射蓝色光的光发射器来获得相对高的s/n比，但是可以仅使光发射器l1、l3、l5和l7发射蓝色光。在这种情况下，可以使用在模式2下通过使用蓝色光在照明下成像而获得的图像。虽然每个光发射器是多色led单元，但是可以使用任何其他布置。多色led单元与发射单个颜色的光的led相比是昂贵的。在一些实施例中，多色led单元的布置可以基于要被检查的工件的颜色的范围来确定，使得只有图5中的光发射器l1、l3、l5和l7或只有光发射器l1至l8被配置为多色led单元。在一些实施例中，在模式3下可以进一步使光发射器(多色led单元)l1、l3、l5、l7、m2、m4、m6、m8、h1和h3或全部光发射器发射红色光。在这种情况下，可以基于由两个所获得的图像的两个对应像素值的比作为其像素所构成的图像来检测缺陷(诸如颜色不规则性)。该比可以被作为例如[使用蓝色(第一波长)光获得的第一图像的像素值]除以[使用红色(第二波长)光获得的第二图像的像素值]获得。本实施例提供了在关于颜色(例如更多颜色或全部颜色)而检查物体方面有利的检查装置。

第三实施例

图6示出了检查装置1000的示例性配置。检查装置1000要检查充当物体的工件1011的外观。检查目标不限于物体的外观。可以针对人类不可见的或人类感知困难的特性(诸如表面粗糙度)而对物体进行检查。检查装置1000可以检查由充当运送单元或运送设备的传送器1012携载的工件1011。工件1011的示例包括用于工业产品中的金属构件和树脂构件。工件1011的表面可能具有缺陷，诸如线状损伤、不规则性(例如依赖于表面的表面粗糙度、成分或膜厚度的光反射特性的二维非均一性、非线状或各向同性损伤、或凹痕)或光吸收异物。检查装置1000识别(检测)这样的缺陷并且对工件1011进行处理(例如将工件分类为无缺陷的或者有缺陷的)。充当运送单元的传送器1012可以由例如机器人或手动操作代替。除运送单元之外或者代替运送单元，可以使用用于使检查装置1000相对于工件1011移动的驱动单元(例如机器人)。在这种情况下，运送单元和驱动单元中的至少一个充当用于执行检查装置1000和工件1011之间的相对移动的驱动器(驱动装置)。检查装置1000和驱动装置构成检查系统。

检查装置1000可以包括照明设备1001、成像设备1002、(可以包括pc的)处理器1003、控制器1004、显示单元1005和输入单元(未示出)。照明设备1001、成像设备1002和处理器1003可以与在上述第一或第二实施例中的那些相同。控制器1004基于由处理器1003先前设定的照明和成像模式来控制照明设备1001和成像设备1002，使得这些设备彼此同步。照明设备1001在该照明设备1001顶部具有开口1010，成像设备1002可以通过该开口1010对工件1011进行成像。成像设备1002包括照相机本体和用于在照相机本体中的图像拾取元件上形成工件1011的图像的光学系统。通过成像获得的图像被传递或传输到处理器1003。处理器1003不限于通用pc。处理器可以是专用设备。此外，处理器1003可以与控制器1004集成。处理器1003基于从成像设备1002传递的图像(数据)对工件1011执行用于检查的处理(例如检测工件1011的表面(外观)上的缺陷的处理)。处理器(处理单元)1003可以基于针对通过例如对来自成像设备1002的图像数据进行处理而获得的(图像)数据的(像素)值的可接受的条件执行处理。显示单元1005显示从处理器1003传输的指示处理结果的信息和/或图像。输入单元包括键盘和鼠标并且将例如由用户输入的信息传输到处理器1003。

照明设备1001包括多个led(光发射器或光源)。光发射器不限于led。控制器1004可以控制每个单独的led的光量和光发射的定时。led被布置在例如三个不同的仰角处，使得可以从低仰角(低角度)、中间仰角(中间角度)和高仰角(高角度)对工件1011进行照明。led被布置在照明设备1001的周向上。使用这种配置，照明设备1001具有在包括亮场照明和暗场照明的不同照明条件中的任何一个下对物体进行照明的功能。因为在亮场照明下贡献于成像的光量可以与在暗场照明下贡献于成像的光量不同，所以在亮场照明下的光量也可以与在暗场照明下的光量不同。先前设定的led被顺序打开并且成像设备1002与打开的定时同步地执行成像，因而获得在各种照明条件(包括仰角和方位角的组合)下被照明的工件1011的图像。有利地，可以识别各种类型的缺陷。

第四实施例

根据第三实施例的上述检查装置1000可以在制造物品的方法中使用。该方法可以包括使用上述检查装置1000或检查系统对物体进行检查并且基于检查结果对被检查的物体进行处理。处理可以包括加工、切割、运送、组装(构建)、检查和归类中的至少一个。根据本实施例的制造物品的方法相比于现有技术方法在物品的性能、质量、生产率和生产成本中的至少一个方面是有利的。

虽然参考示例性实施例描述了本发明，但是应当理解，本发明不限于所公开的示例性实施例。以下权利要求的范围应被赋予最广泛的解释，以便涵盖所有这样的修改以及等同的结构和功能。