专利名称：检查装置、三维形状测定装置、构造物的制造方法
技术领域：
本发明涉及进行被测定对象的缺陷检查的检查装置、三维形状测定装置以及构造物的制造方法。
背景技术：
以往，作为进行测定对象物的三维形状测定的装置，已知专利文献I所示的那样的装置。现有技术文献
专利文献I JP特开2009-150773号公报

发明内容
但是，在三维形状测定装置中，由于分辨率的制约等，有时很难检测伤痕或孔洞。本发明的目的在于提供仅以三维形状测定装置就能检测难发现的伤痕或孔洞的检查装置、三维形状测定装置、构造物的制造方法。例示本发明的检查装置的一个方式是，具备测定被检查面的形状的面形状测定单元；从互相不同的多个方向照明所述被检查面，检测所述被检查面的光强度分布的图像检测单元；及控制所述面形状测定单元以及所述图像检测单元进行所述被检查面是否合格的判定的控制单元。


图I是示出第I实施方式的缺陷检查装置的机械结构的立体图。图2是第I实施方式的缺陷检查装置的整体结构图。图3是从载台12 —侧观察辅助光源27 — I 27 — 8以及成像光学系25的图。图4是说明辅助光源27 — I 27 — 8的光轴与成像光学系25的光轴间的关系的图。图5是第I实施方式的CPU15进行的缺陷检查处理的流程图。图6是光强度分布测定处理的流程图。图7是面形状测定处理的流程图。图8是说明步骤S3的图。图9是说明步骤S8的图。图10是示出第2实施方式的缺陷检查装置的机械结构的立体图。图11是第2实施方式的缺陷检查装置的整体结构图。图12是第2实施方式的CPU15进行的缺陷检查处理的流程图(前半)。图13是第2实施方式的CPU15进行的缺陷检查处理的流程图(后半)。图14是说明第2实施方式的步骤S3的图。图15是说明步骤S101、S102的图。
图16是构造物制造系统200的结构框图。图17是示出构造物制造系统200进行的处理的流程的流程图。附图标记说明11 :被检物；12 :载台；13 :投影部；14 :摄像部；27 — I 27 — 8 :辅助光源。
具体实施例方式[第I实施方式]以下，作为第I实施方式的装置，说明缺陷检查装置、三维形状测定装置。本实施方式的装置，如果用于缺陷检查则是缺陷检查装置，如果不进行缺陷检查则是三维形状测定装置。在以下的说明中，为了简洁，而作为缺陷检查装置进行说明，但三维形状测定装置也是相同的装置结构。 图I是示出本实施方式的缺陷检查装置的机械结构的立体图。如图I所示，缺陷检查装置具备载置由例如工业制品或者部件构成的被检物11的载台12、相互固定的投影部13以及摄像部14。投影部13的光轴(投影光学系24的光轴)和摄像部14的光轴(后述的成像光学系25的光轴)之间存在角度，两个光轴在载台12的基准面上交叉。其中，摄像部14的光轴相对于载台12的基准面垂直。另外，也可以用投影部13的光轴相对于基准面垂直来代替使摄像部14的光轴垂直。其中，在以下，举例说明摄像部14的光轴垂直的情况。载台12具备使被检物11绕与摄像部14的光轴平行的轴旋转的Θ载台12 Θ、使被检物11向与摄像部14的光轴垂直的预定方向(X方向)移动的X载台12X、使被检物11向相对于Θ载台12 Θ的旋转轴与X方向这两者垂直的预定方向(Y方向)移动的Y载台 12Y。投影部13是从倾斜方向照明载台12上的一部分的区域(照明区域)的光学系，按顺序配置照明元件22、图案形成部23、投影光学系24。另外，本实施方式的被检物11的尺寸假定为了被检物11的整体容纳于投影部13的照明区域内的程度那样的较小尺寸，但即使是较大的被检物，也能够边移动载台12边进行检查、测定。投影部13的图案形成部23是透射率或反射率分布可变的面板(透射型液晶元件、反射型液晶元件、DMD (Digital Mirror Device,数字微镜器件)等),通过向该面板显现条纹样式图案(正弦栅图案)，而使从图案形成部23向被检物照射的照明光束的截面强度分布为正弦波状。另外，在使用反射型的面板的情况下，光源的位置改变，但本领域技术人员能够进行适当变更。在本实施方式中，举例说明了使用了透射型的面板的情况。图案形成部23中显现的正弦栅图案的栅格方向，相对于包含投影部13的光轴与摄像部14的光轴的面而垂直地配置。此外，位于图案形成部23的显现面上的中央附近的基准点，相对于载台12的基准面上的基准点(摄像部14的光轴与投影部13的光轴的交叉点)，光学地共轭，在载台12的照明区域内配置的被检物11的表面(被检查面)，正弦栅图案通过投影光学系24而进行投影。另外，只要是能够在被检查面上投影正弦栅图案，图案形成部23的基准点与载台12的基准点也可以不是完全的共轭关系。摄像部14是检测载台12上的照明区域的像(光强度分布)的光学系，顺序地配置将在被检查面上投影的图案成像于摄像元件26的成像光学系25、和摄像成像光学系25所进行成像的像而取得图像的摄像元件26。位于摄像元件26的摄像面上的中央附近的基准点与载台12的上述基准点在光学上共轭，摄像元件26能够取得载台12的照明区域内配置的被检物11的被检查面的图像。另外，只要是能够以足够的对比度取得被检查面的图像，摄像元件26的基准点与载台12的基准点也可以不是完全的共轭关系。此外，在成像光学系25的载台侧的透镜面周围，设有辅助光源27 — I 27 — 8，这些辅助光源27 — I 27 — 8，对成像光学系25的视野从互相不同的方向进行照明。另外，摄像元件26对于这些辅助光源27 — I 27 — 8的发光波长与投影部13的光源(图2的附图标记21)的发光波长这两者，具有灵敏度。这里，如果以点亮辅助光源27 — I 27 — 8中的至少一个、并且熄灭投影部13的光源(图2的附图标记21)的状态从摄像元件26取得图像，则能够取得未投影正弦栅图案的被检查面的图像(=包含了被检查面的光强度分布信息的图像)。以下，将该图像称为 “二维图像”。进而，如果一边切换在辅助光源27 — I 27 — 8之间进行点亮的辅助光源一边重复二维图像的取得，则能够取得照明方向不同的多个二维图像I1 I8(以下，将仅点亮第M个辅助光源27 — M而取得的二维图像设为“二维图像I/)。另一方面，如果以熄灭所有辅助光源27 — I 27 — 8、并且点亮投影部13的光源(图2的附图标记21)的状态从摄像元件26取得图像，则能够取得投影了正弦栅图案的被检查面的图像(=包含了被检查面的面形状信息的图像)。以下，将该图像称为“条纹图像”。进而，如果一边使正弦栅图案的相位移动一边重复条纹图像的取得，则收集用于将被检查面的面形状数据D作为已知的信息。图2是缺陷检查装置的整体结构图。在图2中，对与图I所示的要素附以相同的附图标记。如图2所示，对投影部13连结作为投影部13的光源的主光源21。该主光源21是图案投影型的面形状测定中使用的光源，所以能够应用例如LED、卤素灯、金属卤化物灯等一般的光源。从主光源21出射的光经由光纤21’导入到照明元件22。另外，在这里示出使用了光纤21’的例子，但也可以不使用光纤而将LED等光源向图I的附图标记22所表示的位置配置。能够在LED与图案形成部23之间配置任意的照明元件22。此外，照明元件22在图中示出为一个元件，但也可以以由多个光学元件构成的照明光学系构成。这种情况下，例如，能够配置使用了用于进行均匀照明的复眼透镜(fly eye lens)、光积分棒等的照明光学系。该主光源21、投影部13的图案形成部23、摄像部14的摄像元件26、摄像部14的辅助光源27 — I 27 — 8，分别连接于计算机100的控制部101。控制部101控制接通/关断(点亮/熄灭)主光源21的定时、图案形成部23中显示的正弦栅图案的相位、摄像元件26取得图像的取得定时、接通/关断(点亮/熄灭)辅助光源27 — I 27 — 8的各个的定时。此外，控制部101能够根据需要探测载台12的坐标(载台坐标)。计算机100，除控制部101之外，还具备统括缺陷检查装置的整体的CPU15、存储部
16、监视器17、输入部18。存储部16中预先保存了 CPU15的动作程序，CPU15按照该动作程序进行动作。例如，CPU15通过对控制部101提供各种指示而驱动控制缺陷检查装置的各部。此外，例如，CPU15通过驱动控制缺陷检查装置的各部而根据取得的图像进行被检物11是否合格的判定。
此外，存储部16，除了上述的动作程序之外，还预先保存CPU15的动作所需的各种信息。存储部16中预先保存的信息之一，具有与二维图像Im的种类数同数的合格品图像Imk (M = I 8)(参照图8的右侧)。第M个合格品图像Imk是第M个二维图像Im的合格品图像，是例如代替被检物11将与被检物11相同规定的合格品向载台12载置，并在该状态下仅点亮第M个辅助光源27 — M而取得的二维图像。另外，合格品图像Imk，也能够根据被检物11的设计数据缺陷检查装置的设计数据通过运算而生成。此外，存储部16预先保存的信息之一，具有合格品形状数据Dk(参照后述图9的右侧)。合格品形状数据Dk是面形状数据D的合格品数据，是例如代替被检物11将与被检物11相同规格的合格品向载台12载置，并在该状态下取得的面形状数据。另外，合格品形状数据Dk也能够根据被检物11的设计数据以及缺陷检查装置的设计数据通过运算而生成。
图3 (a)是从载台12 —侧观察辅助光源27 — I 27 — 8以及成像光学系25的图。如图3 (a)所示，辅助光源27 — I 27 — 8是在成像光学系25的载台侧的透镜面的周围，等间隔地配置的面光源，其样式基本可互换使用。辅助光源27 — I 27 — 8的各个光轴，如图4 (a)所不,相对于成像光学系25的光轴，倾斜预定角度，在载台12的基准面IlP上与该光轴交叉。另外，该交叉位置与投影部13的光轴和摄像部14的光轴交叉的位置基本相同。此外，如图3 Ca)所示，辅助光源27 — I 27 — 8的各个，通过二维状地紧密排列多个炮弹形LED而形成面光源。炮弹形LED的前端形成透镜形状，使从各个LED出射的光向测定面照明。这样的各个辅助光源27 — I 27 — 8在载台12上形成的照明区域，照度基本均匀。另外，由于图3 Ca)是示意图，所以排列在各个辅助光源27 — I 27 — 8中的LED的个数，并不限于与图3 (a)所示的相同。其中，个数越多，照度均匀性高的区域就能够范围越大。另外，也可以不将多个LED紧密配置，而是如图3 (b)所示，设置为将8个辅助光源27a — I 27a — 8配置在成像光学系25周围的结构。该光源除了 LED之外，也能够使用各种光源。进而，不能进行多个光源的切换，但如图3 (C)所示，可以设置配置一个圆环状辅助光源27b的结构。在这种情况下，是一个光源，但也可以同时将光从多个方向向被检查面照明。此外，虽未图示，但也可以采用用分束器进行反射照明的结构。在本实施方式中，将多个光源的数目设为了 8，但也可以配置比这少或多的数目的光源。进而，如图4 (b)所示，也可以采用在辅助光源27与被检查面11之间另外配置照明光学系31的结构。在这种情况下，作为辅助光源27能够不使用炮弹形的LED而使用其它 LED。此外，各个辅助光源27 — I 27 — 8是使用于光强度分布测定(二维图像的取得)的光源，所以作为各个LED，能够应用例如白色LED等。图5是CPU15进行的缺陷检查处理的流程图。以下，顺序说明图5的各步骤。步骤SI :CPU15，通过执行图6所示的光强度分布测定处理，取得照明方向互相不同的多个二维图像I1 I8，并向存储部16保存。另外，在后叙述图6的细节。步骤S2 :CPU15将图像编号M设定为初始值(I )。步骤S3 :CPU15从存储部16读出第M个二维图像Im和第M个合格品图像Imk，并算出表示这两个图像的相关度的评价值(图8参照)。另外，每次算出评价值时，CPU15向二维图像Im和合格品图像Ime的至少一个施加预处理(例如旋转处理、移动处理等)，从而预先收集二维图像Im的分布域和合格品图像Imk的分布域。此外，评价值的算出，可以针对二维图像Im以及合格品图像Ime的每部分区域进行，也可以针对整个区域进行，但这里为了简单，采用对整个区域进行的方式。步骤S4 CPU15将在步骤S3中算出的评价值与阈值进行比较，在小于阈值的情况 下立即判断出被检物11在标准外而移至步骤S11，在阈值以上的情况下判断出被检物11还有在标准内的可能性而移至步骤S5。步骤S5 CPU15判别图像编号M是否达到了最终值Mmax，在未达到的情况下移至步骤S6，在达到了的情况下移至步骤S7。另外，这里将辅助光源的个数设为“ 8 ”，所以最终值Mmax 也为 “8”。步骤S6 CPU15将图像编号M递增后返回步骤S3。因此，CPU15判断被检物11在标准外，或者，直到图像编号M到达“8”为止，如图8 (a)、(b)、(c)……所示重复二维图像与合格品图像的比较(评价值的算出)。步骤S7 CPU15通过执行图7所示的形状测定处理，取得被检查面的面形状数据D，并向存储部16保存。另外，图7的详细情况将后述。步骤S8 CPU15从存储部16读出面形状数据D和合格品形状数据DK，算出表示这两个数据的相关度的评价值(参照图9)。另外，每次算出评价值时，CPU15通过向面形状数据D与合格品形状数据Dk的至少一个实施预处理(例如，旋转处理、移动处理等)，而收集面形状数据D的分布域与合格品形状数据Dk的分布域。此外，评价值的算出，既可以针对面形状数据D以及合格品形状数据Dk的每部分进行，也可以针对整体进行，但这里为了简单，采用对整体进行的方式。此外，作为评价值，处理表示相关度的评价值之外，还能够使用将从面形状数据与合格品形状数据的差分求出的缺陷部分的深度、体积定量值化后的评价值等。步骤S9 CPU15将在步骤S8中算出的评价值与阈值比较，在小于阈值的情况下判断出被检物11在标准外而移至步骤S11，在阈值以上的情况下判断被检物11在标准内而移至步骤S10。另外，本步骤所使用的阈值是预先保存在存储部16中的值。步骤SlO CPU15将表示被检物11是合格品的检查结果显示在监视器17上，结束流程。步骤Sll CPU15将表示被检物11是不合格品的检查结果显示在监视器17上，结束流程。以上，本实施方式的缺陷检查装置，测定被检物面的光强度分布与被检物面的面形状这两者，仅在光强度分布与面形状这两者在标准内时，将被检物11判定为合格品，所以与仅测定光强度分布的情况、或者仅测定面形状的情况相比较，检查精度高。
而且，本实施方式的缺陷检查装置在每次测定光强度分布时，从互相不同的多个方向照明被检物面，所以不影响被检物面的形状，就能探测与被检物面的实质(texture)有关的缺陷。此外，由于这样的照明能够强调缺陷，所以也能够确实地探测到较小的缺陷(而且，在将照明方向仅设为一个方向的情况下，由于在被检查面上会产生成为阴影的部分，所以有可能看漏掉与该部分的实质相关的缺陷)。此外，本实施方式的缺陷检查装置，在光强度分布测定与面形状测定中共用成像光学系25以及摄像元件26，所以能够在抑制部件个数的增加的同时实现检查精度的提高。上述的实施方式中，作为缺陷检查装置、或者三维形状测定装置，配置了载台12，
但为了使装置相对于测定对象物自由地移动，也能够作为所谓的便携、可手提的装置而构成。在这种情况下，不需要载台12，构成为将图I所示的框体30从支撑体31分离出来，使框体30自由地移动即可。在上述的实施方式中，作为光源21与光源27使用了波长不同的光源，所以作为进行波长分离而能够取得图像的结构，则能够同时进行二维图像的取得和三维形状测定。进而也能够使两个光源的波长相同。[光强度分布测定处理]图6是CPU15进行的光强度分布测定处理的流程图。以下，顺序说明图6的各步骤。步骤Slll :CPU15将图像编号M设定为初始值(I)。步骤SI 12 :CPU15向控制部101指示接通第M个辅助光源27 — M。控制部101将第M个辅助光源27 — M接通，并对其他辅助光源以及主光源21保持关断的状态。步骤S113 CPU15向控制部101指示取得图像。控制部101驱动摄像元件26，取得I帧的二维图像IM，将该二维图像Im向CPU15发送。步骤SI 14 :CPU15向控制部101指示关断第M个辅助光源27 — M。控制部101关断第M个辅助光源27 - M，并对其他辅助光源以及主光源21保持关断的状态。步骤S115 :CPU15判别图像编号M是否达到了最终值Mmax (这里是“8”)，在未达到的情况下移至步骤SI 16，在达到了的情况下结束流程。步骤S116 :CPU15使图像编号M递增后返回步骤S112。因此，CPU15在切换所点亮的辅助光源的同时重复8次二维图像Im的取得，并取得照明方向互相不同的8张二维图像
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1I-*-8°另外，在上述说明中使多个光源的全部独立地照明，但也可以仅使用多个光源中的任意光源进行检查、测定。此外，也可以使多个光源同时发光。由于通过来自不同方向的照明来强调较小的伤痕和孔洞，所以能够通过二维图像取得而检测出伤痕和孔洞。能够在进行面形状测定(三维形状测定)的同时进行伤痕和孔洞的检查。在这种情况下，不需要必须进行缺陷检查，除了三维形状测定(面形状测定)之外仅检测伤痕和孔洞即可。[面形状测定处理]图7是CPU15进行的面形状测定处理的流程图。以下，顺序说明图7的各步骤。步骤S71 :CPU15将相位编号M设定为初始值(I )。步骤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，并对辅助光源27 — I 27 — 8保持关断的状态。
步骤S73 CPU15向控制部101指示将正弦栅图案的相位设定为用(M — I) Ji /2表示的值。控制部101将图案形成部23所显示的正弦栅图案的相位设定为(M — I) π /2。步骤S74 CPU15向控制部101指示取得图像。控制部101驱动摄像元件26，如果取得I帧的条纹图像Ism，则将该条纹图像Ism向CPU15发送。步骤S75 :CPU15判别相位编号M是否达到了最终值Mmax (这里设为“4”)，在未达到的情况下移至步骤S76，在达到了的情况下移至步骤S77。步骤S76 :CPU15将相位编号M递增后返回步骤S73。因此，CPU15在将正弦栅图案的相位每次移动η / 2的同时，重复4次条纹图像Ism的取得，取得相位互相不同的多个条纹图像Isi IS4。
步骤S77 :CPU18向控制部101指示关断主光源21。控制部101关断主光源21，并对辅助光源27 — I 27 — 8保持关断的状态。步骤S78 CPU18在条纹图像Isi Is4的解析时，将像素编号I设定为初始值(I)。步骤S79 CPU18参照与条纹图像Isi Is4中的第I个像素相关的一系列的像素值Isii Is4i，通过将它们适用于以下的数式而算出第I个像素的初始相位φ 的值。[数I]
./ —i#, = tan ' ^^步骤S791 CPU18判别像素编号I是否达到了最终值Imax，在未达到的情况下移至步骤S792，在达到了的情况下移至步骤S793。另外，像素编号I的最终值Imax是条纹图像的取得所使用的摄像元件的像素数，例如，Imax = 200X200 = 40000。步骤S792 CPU18使像素编号I递增而返回步骤S79。因此，CPU15针对所有的像素编号I (I = I 40000)分别算出初始相位ipi的值。步骤S793 CPU18通过将在以上的步骤中算出的初始相位Cfh的值按像素编号顺序排列而取得相位分布，对该相位分布施加展开(unwrap )处理(=对偏移分布进行加法的相位连接处理)。另外，展开处理中使用的偏移分布，是由缺陷检查装置的设计数据而决定的分布，是预先保存在存储部16中的值。其后，CPU18将展开处理后的相位分布变换为被检查面的高度分布数据(面形状数据D)。在上述说明中，使用被称为相位移动法的方法作为图案投影法，但条纹图像的取得数目不限于4张，而是能够进行5、7、9、11张等更多(或更少)的张数的条纹图像面形状测定，能够适当应用周知的方法。[第I实施方式的补充]另外，第I实施方式的缺陷检查装置先进行基于光强度分布的判定(步骤SI S6)，而后进行了基于面形状的判定(步骤S7 S9)，但也可以使这个顺序反转。此外，第I实施方式的缺陷检查装置，顺序地进行了基于光强度分布的判定(步骤SI S6)和基于面形状的判定(步骤S7 S9)，并且在在先的判定结果是“标准外”的情况下，不进行后面的判定而是立即将被检物11视为了不合格品，但也可以如下面这样进行变形。g卩、第I实施方式的缺陷检查装置，也可以在算出基于光强度分布的评价值与基于面形状的评价值这两者之后，根据上述两者的评价值进行被检物11是否合格的判定(综合性的判定)。另外，综合性的判定例如能够通过将多个评价值的加权平均值与预先准备的阈值进行比较等而进行。[第2实施方式]以下，作为本发明的第2实施方式说明缺陷检查装置。本实施方式的缺陷检查装置，也与第I实施方式的缺陷检查装置同样地，使用于工业制品或者工业部件的缺陷检查，但尤其是在被检物11的尺寸较大的情况下特别有效。这里，仅说明与第I实施方式的缺陷检查装置的不同点。图10是示出本实施方式的缺陷检查装置的机械结构的立体图，图11是本实施方式的缺陷检查装置的整体结构图。在图10中，对与图I相同的要素附加相同的附图标记，在图11中对与图2相同的要素附以相同的附图标记。 如图10、图11所示，本实施方式的缺陷检查装置的摄像部14’不具备辅助光源，而是取而代之，在摄像部14’之外对二维图像的检测具备专用的摄像部200。由此，投影部13以及摄像部14’成为对于面形状测定专用的光学系。摄像部200的视野(=在载台12上摄像部200可探测的区域)比摄像部14’的视野(=在载台12上摄像部14’可探测的区域)大，还能够总括地获取未容纳于摄像部14’的视野的较大尺寸的被检物11。摄像部200的光轴与摄像部14’的光轴平行，并配置在与摄像部14’的光轴距离预定距离的位置。预定距离被设定为使摄像部14’的视野(在载台12上可条纹图像化的区域)与摄像部200的视野(在载台12上可二维图像化的区域)相离得足够宽。另外，在图10、图11中，假定摄像部200的光轴存在于摄像部14’的光轴以及投影部13的光轴所在的相同的平面上，并将从摄像部14’的光轴到摄像部200的光轴的方向假定为“Y方向”。另外，在这种情况下，本实施方式的缺陷检查装置，在面形状测定和光强度分布测定之间切换测定方法时，驱动Y载台12Y，将被检物11向Y方向移动上述的光轴的偏差量的大小即可。从而，设在本实施方式的存储部16中，预先保存了切换测定方法时所需的载台移动量(载台偏移量)的信息。在摄像部200中，顺序配置将在载台12中发生的反射光成像的成像光学系202、和对成像光学系202成像的像进行摄像而取得图像的摄像元件201。其中，摄像元件201的摄像面与载台12的基准面光学地共轭。从而，摄像元件201，能够取得在载台12中摄像部200的光轴附近配置的被检物11的被检查面的图像。此外，在成像光学系202的载台12侧的透镜面周围，设置了辅助光源203 — I 203 - 8，这些辅助光源203 — I 203 — 8，能够从互相不同的方向照明成像光学系202的视野。另外，本实施方式的辅助光源203 — I 203 — 8相对于成像光学系202的功能，与第I实施方式的辅助光源27 — I 27 — 8相对于成像光学系25的功能相同，由于其变形例也相同，所以在此处省略说明。其中，在本实施方式中，作为辅助光源203 — I 203 — 8的设置位置的成像光学系202的直径，比在第I实施方式中作为辅助光源27 — I 27 — 8的设置位置的成像光学系25的直径大，所以本实施方式中的辅助光源203 — I 203 — 8的各个的尺寸优选为比第I实施方式中的辅助光源27 — I 27 — 8的各个的尺寸大。另外，代替增大本实施方式中的辅助光源的各个的尺寸，也可以使本实施方式中的辅助光源的个数多于第I实施方式中的辅助光源的个数。其中，在以下，为了简单，假定本实施方式中的辅助光源个数与第I实施方式中的辅助光源个数相同。此外，摄像部200的摄像元件201，至少对辅助光源203 — I 203 — 8的发光波长具有灵敏度即可。另一方面，摄像部14’的摄像元件26，至少对投影部13的光源(主光源21)的发光波长具有灵敏度即可。图12、图13是本实施方式的CPU15进行的缺陷检查处理的流程图。以下，顺序说明图12、图13的各步骤。另外，在缺陷检查处理的开始时刻，载台12停止在使被检物11容纳于摄像部200的视野内的位置。 步骤SI :CPU15通过执行图6所示的光强度分布测定处理，取得照明方向互相不同的多个二维图像I1 I8，并向存储部16保存。其中，在本实施方式的光强度分布测定处理中，代替驱动摄像元件26而驱动摄像元件201，代替驱动辅助光源27 — I 27 — 8而驱动辅助光源203 — I 203 - 8。步骤S2 :CPU15将图像编号M设定为初始值(I)。步骤S3 :CPU15从存储部16读出第M个二维图像Im和第M个合格品图像Imk，通过对二维图像Im和合格品图像Ime的至少一方实施预处理(例如旋转处理、移动处理等)，而收集二维图像Im的分布域与合格品图像Imk的分布域。接下来，CPU15在处理后的二维图像Im以及合格品图像Imk上，如图14所示，设定关注像素P，并设定将该关注像素P作为中心的局部区域A (例如多像素X多像素的正方区域)，算出二维图像Im中的局部区域A和合格品图像Imk中的相同区域A的相关度，作为与二维图像Im的关注像素P有关的评价值。进而，CPU15通过一边在二维图像Im上移动关注像素P的位置，一边重复这样的评价值的算出，而针对每个二维图像Im的像素算出评价值。步骤SlOl :CPU15将在步骤S3中算出的、各像素的评价值与各个阈值比较，作为缺陷候选坐标而拾取小于阈值的像素的坐标(像素坐标)(参照图15 (a))。步骤S5 CPU15判别图像编号M是否达到了最终值Mmax，在未达到的情况下移至步骤S6，在达到了的情况下移至步骤S102。步骤S6 :CPU15使图像编号M递增而返回步骤S3。因此，CPU15重复缺陷候选坐标的拾取(步骤S3)直到图像编号M达到“8”。由此，蓄积缺陷候选坐标。步骤S102 CPU15参照以上的步骤中拾取的所有缺陷候选坐标，求解将这些缺陷候选坐标全部包围在坐标空间上所需要的矩形框的最小个数，将其设为测定编号η的最终值Iimax (参照图15 (b))。其中，在本步骤中假设的矩形框的尺寸，被设定为与成像光学系202将与摄像部14’的视野相同尺寸的物体投影到摄像元件201上时的投影像的尺寸相同。进而，CPU15对将这些缺陷候选坐标全部包围起来所需要的一个或者多个矩形框附以测定编号η= I nmax (参照图15 (c))，作为测定坐标Cn Cnmax求解nmax个矩形框B1 Bnmax的各个中心坐标，并向存储部16保存。步骤S103 CPU15判别在步骤S102中求解的最终值nmax的值是否为零，在为零的情况下立即判断出被检物11不可能在标准外，而移至步骤S10，在不为零的情况下判断出被检物11可能在标准外，移至步骤S104。步骤S104 :CPU15从存储部16读出应该切换测定方法的、载台偏移量的信息，与该载台偏移量一起将载台的移动指不提供给控制部101。在控制部101的指不下，载台12将被检物11移动载台偏移量的大小，并使被检物11中位于摄像部200的光轴上的部分位于摄像部14’的光轴上。以下，将该状态中的载台坐标作为基准(原点)，驱动载台12。步骤S105 CPU15将测定编号η设定为初始值(I)。步骤S106 CPU15从存储部16读出第η个测定坐标Cn，算出将与被检查面中的测定坐标Cn对应的部分配置在摄像部14’的光轴上所需的载台坐标的目标值(该算出根据测定坐标Cn和缺陷检查装置的设计数据进行)。然后，CPU15将载台的移动指示与算出的目标值一起提供给控制部101。在控制部101的指示之下，载台12使被检物11移动以使载台坐标变为目标值。 步骤S7 :CPU15通过执行图7所示的形状测定处理，取得由被检查面中由摄像部14’的视野获取的部分的面形状数据D，并向存储部16保存。该面形状数据D是与被检物面中测定坐标Cn对应的部分的面形状数据。以下，将其称为“部分形状数据Dn”。步骤S107 CPU15判别测定编号η是否达到了最终值nmax，在没有达到的情况下移至步骤S108，在达到了的情况下移至步骤S8。步骤S108 CPU15使测定编号η递增后返回步骤S106。因此，CPU15，取得与被检物面有关的一个或者多个部分形状数据D1 Dn。步骤S8 :CPU15从存储部16读出部分形状数据D1 Dn和合格品形状数据Dk，并且通过在测定坐标C1 Cn的位置关系排列部分形状数据D1 Dn，生成被检物11整体的面形状数据D。其中，该面形状数据D中可能存在欠缺的部分。接下来，CPU15通过向生成的面形状数据D和合格品形状数据Dk的至少一个实施预处理(例如，旋转处理、移动处理、放大缩小处理等)，收集面形状数据D的分布域和合格品形状数据Dk的分布域。进而，CPU15算出表示合格品形状数据Dk中与部分形状数据D1对应的部分的形状的数据、和表示与该部分形状数据D1的相关度的评价值。该评价值是部分形状数据D1的评价值。进而，CPU15对各个部分形状数据D2 Dn同样地进行评价值的算出。由此，算出各个部分形状数据D1 Dn的评价值。另外，本步骤中，将部分形状数据D2 Dn串起来生成面形状数据D，然后算出评价值，但也可以通过直接比较部分形状数据D2 Dn中的各个和合格品形状数据Dk的对应部分，来算出评价值。此外，在本步骤中，针对被检查面的每个部分(每个部分形状数据)算出评价值，但也可以算出针对面形状数据D整体的评价值。其中，在以下的说明，假定为评价值是针对被检查面的每个部分(每个部分形状数据)来算出的。此外，作为评价值除了表示相关度的评价值以外，还能够使用将根据面形状数据(或者部分形状数据)和合格品形状数据的差分求出的缺陷部分的深度、体积定量值化后的值等。步骤S9 CPU15将在步骤S8中算出的评价值与各个阈值进行比较，在存在小于阈值的评价值的情况下判断出被检物11为标准外而移至步骤S11，在不存在小于阈值的评价值的情况下判断出被检物11为标准内而移至步骤S10。步骤SlO CPU15向监视器17显示表示被检物11为合格品的检查结果，并结束流程。步骤Sll CPU15向监视器17显示表示被检物11为不合格品的检查结果，并结束流程。以上，本实施方式的缺陷检查装置，将光强度分布测定的视野设定得比面形状测定的视野宽，所以能使面形状测定的清晰度比光强度分布测定的清晰度高。此外，本实施方式的缺陷检查装置，对被检物11中在基于光强度分布的临时判定中没有视为缺陷候选的 部分，从面形状测定的对象中去除。因此，基于面形状测定的判定(即比较高精度的判定)高效地进行。接下来，说明具备第I实施方式或者第2实施方式所述的三维形状测定装置、检查装置的构造物制造系统。图16是构造物制造系统200的结构框图。构造物制造系统200包含三维形状测定装置I、设计装置210、成型装置220、控制装置230、和修理装置240而构成。设计装置210生成与构造物的形状相关的设计信息，将生成的设计信息向成型装置220发送。此外，设计装置210，将生成的设计信息存储于控制装置230的后述的坐标存储部231中。这里，作为设计信息，是例如表示构造物的各位置的坐标的信息。成型装置220根据从设计装置210输入的设计信息制造上述构造物。成型装置220的成型工序包括铸造、锻造、或切削等。三维形状测定装置I如第I实施方式中说明的那样，测定所制造的上述构造物(测定对象物11)的坐标(三维形状)，将表示测定到的坐标的信息(形状信息)向控制装置230发送。控制装置230具备坐标存储部231和检查部232。坐标存储部231中，如上所述，存储从设计装置210接收的设计信息。检查部232从坐标存储部231读出设计信息，比较从三维形状测定装置I接收的表示坐标的信息(形状信息)和从坐标存储部231读出的设计信息。此外，检查部232根据比较结果，判定构造物是否按设计信息进行了成型。换言之，检查部232判定制造出的构造物是否为合格品。此外，检查部232，在构造物没有按设计信息成型的情况下，判定能否修复。在能修复的情况下，检查部232，根据比较结果算出不合格部位与修复量，并向修理装置240发送表不不合格部位的信息和表不修复量的信息。进而，在将本实施方式的装置用作检查装置的情况下，可以仅使用基于二维图像的缺陷检查、或并用而进行是否合格的判断。修理装置240根据从控制装置230接收到的表示不合格部位的信息和表示修复量的信息，加工构造物的不合格部位。图17是示出了构造物制造系统200进行的处理的流程的流程图。首先，在步骤S401中，设计装置210生成有关构造物形状的设计信息。接下来，在步骤S402中，成型装置220根据设计信息制造上述构造物。接下来，在步骤S403中，三维形状测定装置I测定所制造的上述构造物的形状。接下来，在步骤S404中，控制装置230的检查部232，通过比较在三维形状测定装置I中得到的形状信息和上述设计信息，检查构造物是否按设计信息被制造。接下来，在步骤S405中，控制装置230的检查部232判定所制造出的构造物是否为合格品。此外，在制造出的构造物是合格品的情况下，构造物制造系统200结束其处理。另一方面，在制造出的构造物不是合格品的情况下，移至步骤S406。另外，仅在以上述的基于二维图像的缺陷的是否合格的判定进行判定的情况下，在步骤S405之后，结束。在步骤S406中，控制装置230的检查部232判定所制造出的构造物能否修复。在制造出的构造物能修复的情况下移至步骤S407，在制造出的构造物不能修复的情况下，构造物制造系统200结束其处理。在步骤S407中，修理装置240，实施构造物的再次加工，返回步骤S403的处理。
根据以上，能够判定构造物制造系统200制造的构造物是否是合格品。此外，构造物制造系统200，在构造物不是合格品的情况下，能够实施构造物的再次加工，进行修复。另外，本实施方式中的修理装置240执行的修理工序，也可以被置换为成型装置220再次执行成型工序的工序。这时，在控制装置230的检查部232在判定能够修复的情况下，成型装置220再次执行成型工序(锻造、切削等)。具体而言，例如，成型装置220对构造物中本来应该切削但没有切削的地方进行切削。由此，构造物制造系统200能够准确地制造构造物。此外，也可以将用于实现上述的形状测定处理所示的各步骤的程序记录在计算机可读取的记录介质中，将该记录介质中记录的程序读入计算机系统并执行，进行三维形状测定处理。另外，这里所称的“计算机系统”可以是包含OS、周边设备等硬件系统。此外，在“计算机系统”利用Wffff系统的情况下，也包含主页提供环境(或者显示环境)。此外，“计算机可读取的记录介质”是指柔性盘、光磁性盘、ROM、闪存等可写入的非易失性存储器、CD - ROM等可移动介质、计算机系统中内置的硬盘等存储装置。进而“计算机可读取的记录介质”，如作为通过互联网等网络、电话线路等通信线路发送程序的情况下的服务器、客户端的计算机系统内部的易失性存储器(例如DRAM(Dynamic Random Access Memory))那样,也包括保持暂时时间程序的介质。此外，上述程序，可以从将该程序保存在存储装置等中的计算机系统经由传送介质、或者通过传送介质中的传送波向其它计算机系统进行传送。这里，传送程序的“传送介质”，是指具有如互联网等网络(通信网)、电话线路等通信线路(通信线)那样传送信息的功能的介质。此外，上述程序可以是用于实现上述的一部分功能的程序。进而，也可以是与计算机系统中已经记录了的程序组合而实现上述功能的程序、即所谓的差分文件(差分程序)。以上，参照附图详细说明了本发明的一实施方式，但具体的结构并不限定于上述的内容，而是在不脱离本发明的要旨的范围内能够进行各种各样的设计变更等。[各实施方式的补充]另外，上述的某实施方式的缺陷检查装置，作为被检查面的光强度分布，取得了照明方向不同的多个二维图像I1 I8，但也可以代替二维图像I1 I8，而取得照明方向是全方向的I张二维图像Iall。该二维图像Iall是在使辅助光源27 — I 27 — 8的全部同时点亮的状态下取得的二维图像。另外，在这种情况下，缺陷检查装置通过预先准备二维图像Iall的合格品图像，并比较该合格品图像和该二维图像Iall，来算出与该二维图像Iall有关的评价值。此外，上述的某实施方式的缺陷检查装置，作为被检查面的光强度分布，取得了照明方向不同的多个二维图像I1 I8，但除了二维图像I1 I8以外，还可以取得照明方向是全方向的I张二维图像Iall。另外，这种情况，缺陷检查装置，算出与二维图像I1 I8有关的评价值、和与二维图像Iall有关的评价值这两者。此外，上述的某实施方式的缺陷检查装置，作为被检查面的光强度分布，取得了照明方向不同的多个二维图像I1 I8，但也可以取得照明方向与照明波长的组合不同的多个二维图像。另外，在这种情况下，缺陷检查装置准备照明方向与照明波长的组合不同的多个合格品图像作为多个合格品图像即可。此外，上述的某实施方式的缺陷检查装置，将辅助光源的个数(B卩 、图像编号M的最终值Mmax)设为8，但也可以是其它个数(4、16等)。此外，上述的某实施方式的缺陷检查装置，作为面形状测定采用了图案投影型的方式，但也可以采用其它类型，例如探测法、光切断法、莫阿(moire)法中的某个。此外，上述的某实施方式的缺陷检查装置，仅将被检物11的一个面作为检查对象,但也可以将被检物11的多个面作为检查对象。此外，上述的某实施方式的缺陷检查装置，在将二维图像与合格品图像比较时，能够采用基于模型匹配、图像轮廓比较、二值化处理的缺陷检测等公知的某种方法。此外，上述的某实施方式的缺陷检查装置，可以令控制部101执行CPU15的动作的一部分。此外，也可以令CPU15执行控制部101的动作的一部分或全部。
权利要求
1.一种检查装置，具有 测定被检查面的形状的面形状测定部、和 从互相不同的多个方向照明所述被检查面，检测所述被检查面的光强度分布的图像检测部。
2.根据权利要求I所述的检查装置，具有 控制所述面形状测定部以及所述图像检测部而进行所述被检查面是否合格的判定的控制部。
3.根据权利要求I或2所述的检查装置，其特征在于， 所述面形状测定部，是图案投影型的面形状测定装置， 所述图像检测部的检测部与所述面形状测定部的检测部，共有互相的光学系的至少一部分。
4.根据权利要求I至3中任意一项所述的检查装置，其特征在于， 将所述图像检测部的视野设定得比所述面形状测定部的视野宽。
5.根据权利要求I至4任意一项所述的检查装置，其特征在于， 所述控制部，通过所述面形状测定部进行所述被检查面的形状是否合格的判定，通过所述图像检测部进行所述被检查面的光强度分布是否合格的判定，根据这两种是否合格的判定的结果进行所述被检查面的综合性的是否合格的判定。
6.根据权利要求4所述的检查装置，其特征在于， 所述控制部，通过所述图像检测部找出所述被检查面上光强度分布良好的部分，从所述面形状测定部的测定对象排除该部分。
7.—种三维形状测定装置，具有 测定被检查面的形状的面形状测定部、和 从互相不同的多个方向照明所述被检查面而检测所述被检查面的光强度分布的图像检测部。
8.根据权利要求I所述的三维形状测定装置， 所述面形状测定部具有向测定对象投影图案的图案投影部、和将向所述测定对象投影的图案在摄像面上成像的图案成像部。
9.根据权利要求7或8所述的三维形状测定装置，具有 在同一时间从所述多个方向照明被检查面的控制部。
10.根据权利要求7至9中任意一项所述的三维形状测定装置， 还具有多个光源，各光源被配置为以所述图案成像光学系的光轴为中心从所述互相不同的多个方向照明所述被检查面。
11.根据权利要求7至10中任意一项所述的三维形状测定装置， 所述面形状测定部与所述图像检测部收纳于一个框体内。
12.根据权利要求7至11中任意一项所述的三维形状测定装置，具有 在不同的时间从不同的方向照明被检查面的控制部。
13.根据权利要求7至12中任意一项所述的三维形状测定装置，具有 存储由所述图像检测部检测的由光强度分布构成的二维图像的存储部。
14.一种构造物的制造方法，其特征在于，具有生成与构造物的形状有关的设计信息的设计工序、 根据所述设计信息制造所述构造物的成型工序、 使用权利要求7至13中的任意一项所述的三维形状测定装置算出所制造的所述构造物的形状的测定工序、和 比较在所述测定工序中所得到的形状信息和所述设计信息的检查工序。
15.根据权利要求11所述的构造物的制造方法，其特征在于，具有 根据所述检查工序的比较结果而执行、实施所述构造物的再次加工的修理工序。
16.根据权利要求15所述的构造物的制造方法，其特征在于， 所述修理工序是再次执行所述成型工序的工序。
17.根据权利要求15所述的构造物的制造方法，其特征在于， 所述修理工序是根据所述检查工序的比较结果，加工所述构造物的不合格部位的工序。
全文摘要
有时由于分辨率的制约等很难检测伤痕或孔洞。因此，例示本发明的检查装置的一个方式，具备测定被检查面(11)的形状的面形状测定部(21、13、205、206)和从互相不同的多个方向照明所述被检查面而检测所述被检查面的光强度分布的图像检测部(205、206、27)。
文档编号G01N21/956GK102822666SQ201080054189
公开日2012年12月12日 申请日期2010年11月18日 优先权日2009年11月30日
发明者青木洋 申请人:株式会社尼康