DE112015001561T5

DE112015001561T5 - Prüfsystem und Prüfverfahren

Info

Publication number: DE112015001561T5
Application number: DE112015001561.2T
Authority: DE
Inventors: Toru KURIHARA; Shigeru Ando; Michihiko Yoshimura
Original assignee: Ricoh Elemex Corp; University of Tokyo NUC
Current assignee: Ricoh Elemex Corp; University of Tokyo NUC
Priority date: 2014-03-31
Filing date: 2015-03-31
Publication date: 2017-02-23
Also published as: US20170115230A1; US10724960B2; WO2015152307A1; JP2015197345A; JP6316068B2; CN106164653A; CN106164653B

Abstract

Ein Prüfsystem einer Ausführungsform enthält: eine planare Beleuchtungseinheit, die durch räumliches Bewegen eines Streifenmusters der Intensität des Lichts eine Intensität des Lichts auf periodische Weise zeitlich ändert; einen Zeitkorrelationsbildgenerator, der mit einer Zeitkorrelationskamera oder mit einem Bilderfassungssystem, das eine äquivalente Operation wie die Zeitkorrelationskamera ausführt, ein Zeitkorrelationsbild erzeugt; und einen Berechnungsprozessor, der aus dem Zeitkorrelationsbild eine Charakteristik berechnet, wobei die Charakteristik einer Verteilung von Normalenvektoren auf eine Prüfzieloberfläche entspricht und zum Detektieren einer Anomalie auf der Grundlage einer Differenz gegenüber einem Umgebungsbereich und/oder einer Differenz gegenüber einer Referenzoberfläche dient.

Description

GEBIET
Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beziehen sich auf ein Prüfsystem und auf ein Prüfverfahren.
HINTERGRUND
Herkömmlich sind Techniken entwickelt worden, um ein Prüfobjekt mit Licht zu bestrahlen, um das von einer Oberfläche des Prüfobjekts reflektierte Licht als Bilddaten zu erfassen und um auf der Grundlage einer Helligkeitsänderung der Bilddaten Anomalien des Prüfobjekts zu detektieren.
Außerdem sind Techniken entwickelt worden, um die Intensität des Lichts, mit dem das Prüfobjekt bestrahlt wird, während der Bilderfassung periodisch zu ändern und die Anomalien auf der Grundlage der Helligkeitsänderung der erfassten Bilddaten zu detektieren.
LISTE DER ENTGEGENHALTUNGEN
PATENTLITERATUR

Patentliteratur 1: Japanische offengelegte Patentanmeldung Nr. 2014-2125

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
DURCH DIE ERFINDUNG ZU LÖSENDES PROBLEM
Obwohl in den herkömmlichen Techniken die Intensität des Lichts geändert wird, enthalten die erfassten Bilddaten allerdings keine Informationen über den Übergang der Zeit, wenn die Intensität des Lichts geändert wird. Dies kann die Detektionsgenauigkeit während der Detektion der Anomalien des Prüfobjekts unter Verwendung der erfassten Bilddaten verringern.
MITTEL ZUR LÖSUNG DES PROBLEMS
Ein Prüfsystem einer Ausführungsform umfasst: eine planare Beleuchtungseinheit, die durch räumliches Bewegen eines Streifenmusters der Intensität des Lichts eine Intensität des Lichts auf periodische Weise zeitlich ändert; einen Zeitkorrelationsbildgenerator, der mit einer Zeitkorrelationskamera oder mit einem Bilderfassungssystem, das eine äquivalente Operation wie die Zeitkorrelationskamera ausführt, ein Zeitkorrelationsbild erzeugt; und einen Berechnungsprozessor, der aus dem Zeitkorrelationsbild eine Charakteristik berechnet, wobei die Charakteristik einer Verteilung von Normalenvektoren auf eine Prüfzieloberfläche entspricht und zum Detektieren einer Anomalie auf der Grundlage einer Differenz gegenüber einem Umgebungsbereich und/oder einer Differenz gegenüber einer Referenzoberfläche dient.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine schematische Darstellung, die ein Konfigurationsbeispiel eines Prüfsystems in Übereinstimmung mit einer ersten Ausführungsform darstellt.
2 ist ein Blockschaltplan, der eine Konfiguration einer Zeitkorrelationskamera der ersten Ausführungsform darstellt.
3 ist eine konzeptionelle schematische Darstellung, die in der Zeitkorrelationskamera der ersten Ausführungsform gespeicherte Rahmen in chronologischer Reihenfolge darstellt.
4 ist eine schematische Darstellung, die ein Beispiel eines durch einen Illuminator der ersten Ausführungsform emittierten Streifenmusters darstellt.
5 ist eine schematische Darstellung, die ein erstes Detektionsbeispiel einer in der Zeitkorrelationskamera der ersten Ausführungsform detektierten Anomalie eines Prüfobjekts darstellt.
6 ist eine schematische Darstellung, die Beispiele von Amplituden von Licht darstellt, die sich in Übereinstimmung mit der in 5 dargestellten Anomalie ändern, wenn die Anomalie in dem Prüfobjekt vorhanden ist.
7 ist eine schematische Darstellung, die ein zweites Detektionsbeispiel einer in der Zeitkorrelationskamera der ersten Ausführungsform detektierten Anomalie eines Prüfobjekts darstellt.
8 ist eine schematische Darstellung, die ein drittes Detektionsbeispiel einer in der Zeitkorrelationskamera der ersten Ausführungsform detektierten Anomalie eines Prüfobjekts darstellt.
9 ist eine schematische Darstellung, die ein Beispiel eines durch einen Beleuchtungscontroller der ersten Ausführungsform an den Illuminator ausgegebenen Streifenmusters darstellt.
10 ist eine schematische Darstellung, die ein Beispiel einer Form einer Welle darstellt, die das Streifenmuster nach Durchgang durch einen Schirm der ersten Ausführungsform darstellt.
11 ist ein Ablaufplan, der eine Prozedur der Anomaliedetektionsverarbeitung auf der Grundlage von Amplituden durch einen Anomaliedetektionsprozessor der ersten Ausführungsform darstellt.
12 ist ein Ablaufplan, der eine Prozedur der Anomaliedetektionsverarbeitung auf der Grundlage von Phasen durch den Anomaliedetektionsprozessor der ersten Ausführungsform darstellt.
13 ist ein Ablaufplan, der eine Prozedur der Anomaliedetektionsverarbeitung auf der Grundlage der Amplituden und Intensitäten durch den Anomaliedetektionsprozessor der ersten Ausführungsform darstellt.
14 ist ein Ablaufplan, der eine Prozedur der Prüfverarbeitung für das Prüfobjekt durch das Prüfsystem der ersten Ausführungsform darstellt.
15 ist eine schematische Darstellung, die ein Beispiel für das Umschalten zwischen durch den Beleuchtungscontroller in Übereinstimmung mit einer zweiten Änderung ausgegebenen Streifenmustern darstellt.
16 ist eine schematische Darstellung, die ein Beispiel darstellt, in der der Beleuchtungscontroller der zweiten Änderung ein Streifenmuster auf eine Oberfläche, die eine Anomalie (einen Defekt) enthält, emittiert.
17 ist eine schematische Darstellung, die eine Beziehung zwischen einer Anomalie (einem Defekt) und dem Streifenmuster auf dem Schirm darstellt, wenn sich das Streifenmuster in der y-Richtung ändert.
18 ist eine schematische Darstellung, die ein Beispiel eines durch den Beleuchtungscontroller in Übereinstimmung mit einer dritten Änderung an den Illuminator ausgegebenen Streifenmusters darstellt.
19 ist eine schematische Darstellung, die ein Beispiel eines durch den Beleuchtungscontroller in Übereinstimmung mit einer zweiten Ausführungsform an den Illuminator ausgegebenen Streifenmusters darstellt.
20 ist eine schematische Darstellung, die Korrespondenzbeziehungen zwischen einem Bildsensor, dem Schirm und einer Oberflächenform eines Prüfobjekts in einem Prüfsystem der zweiten Ausführungsform darstellt.
21 ist eine schematische Darstellung, die ein Beispiel der durch das Prüfsystem der zweiten Ausführungsform auf dem Prüfobjekt zu prüfenden Oberflächenform darstellt ist, wenn die Oberflächenform ein Differential zweiter Ordnung f_xx < 0 aufweist.
22 ist eine schematische Darstellung, die ein Beispiel der durch das Prüfsystem der zweiten Ausführungsform auf dem Prüfobjekt zu prüfenden Oberflächenform darstellt ist, wenn f_xx > 0 ist.
23 ist eine graphische Darstellung, die g/p angibt, wenn eine Streifenbreite und ein Streifenmuster auf verschiedene Weise geändert werden.
24 ist eine schematische Darstellung, die ein Beispiel einer Amplitudenverhältns-Korrespondenztabelle darstellt, die von dem Prüfsystem der zweiten Ausführungsform verwendet wird.
25 ist eine schematische Darstellung, die ein Beispiel darstellt, in dem ein Streifenmuster in Übereinstimmung mit einer Oberflächenform eines Prüfobjekts von dem Schirm durch ein Prüfsystem in Übereinstimmung mit einer dritten Ausführungsform emittiert wird.
26 ist ein Ablaufplan, der eine Prozedur der Prüfverarbeitung für das Prüfobjekt durch das Prüfsystem der dritten Ausführungsform darstellt.
27 ist eine schematische Darstellung, die ein Beispiel eines durch den Illuminator der dritten Ausführungsform auf dem Schirm angezeigten Streifenmusters darstellt.
28 ist ein schematisches Diagramm, das ein Beispiel darstellt, das unter Verwendung der Helligkeit (Dichte) eine Anfangsphasenverteilung (räumliche Phasenverteilung) auf der Oberfläche des Prüfobjekts oder auf dem Schirm zum Erzeugen des Streifenmusters aus 27 darstellt.
29 ist eine schematische Darstellung, die ein Beispiel eines Streifenmusters darstellt, das auf ein sphärisches Prüfobjekt projiziert wird und das als bewegte parallele Streifen entlang einer Sichtlinie von der Zeitkorrelationskamera wie in 25 dargestellt betrachtet wird.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
<ERSTE AUSFÜHRUNGSFORM>
Es wird ein Prüfsystem der vorliegenden Ausführungsform beschrieben. Das Prüfsystem der ersten Ausführungsform enthält verschiedene Komponenten zum Prüfen eines Prüfobjekts. 1 ist eine schematische Darstellung, die ein Konfigurationsbeispiel des Prüfsystems der vorliegenden Ausführungsform darstellt. Wie in 1 dargestellt ist, enthält das Prüfsystem der vorliegenden Ausführungsform: einen Personal Computer (PC) 100; eine Zeitkorrelationskamera 110; einen Illuminator 120; einen Schirm 130; und einen Arm 140.
Der Arm 140 wird zum Festsetzen eines Prüfobjekts 150 verwendet und ändert in Übereinstimmung mit der Steuerung durch den PC 100 die Position und die Richtung einer Oberfläche des Prüfobjekts 150, die durch die Zeitkorrelationskamera 110 erfasst werden kann.
Der Illuminator 120 ist eine Vorrichtung zum Emittieren von Licht auf das Prüfobjekt 150 und kann die Intensität des emittierten Lichts für jedes Gebiet in Übereinstimmung mit einem durch den PC 100 bereitgestellten Streifenmuster steuern. Außerdem kann der Illuminator 120 die Intensität des emittierten Lichts für jedes Gebiet in Übereinstimmung mit dem periodischen Zeitverlauf steuern. Mit anderen Worten, der Illuminator 120 kann die Intensität des Lichts zeitlich und räumlich auf periodische Weise zu ändern. Ein spezifisches Verfahren zum Steuern der Intensität des Lichts wird später beschrieben.
Der Schirm 130 zerstreut das von dem Illuminator 120 ausgegebene Licht und emittiert das Licht daraufhin auf planare Weise auf das Prüfobjekt 150. Der Schirm 130 der vorliegenden Ausführungsform emittiert das Licht, das von dem Illuminator 120 zugeführt wird und das auf periodische Weise zeitlich und räumlich geändert wird, auf planare Weise auf das Prüfobjekt 150. Zwischen dem Illuminator 120 und dem Schirm 130 kann eine optische Komponente wie etwa eine lichtsammelnde Fresnel-Linse (nicht dargestellt) vorgesehen sein.
In der vorliegenden Ausführungsform wird beispielhaft beschrieben, dass eine planare lichtemittierende Einheit, die die Lichtintensität auf periodische Weise zeitlich und räumlich ändert, mit der Kombination des Illuminators 120 und des Schirms 130 konfiguriert ist. Allerdings ist die Beleuchtungseinheit nicht auf eine solche Kombination beschränkt. Die Beleuchtungseinheit kann z. B. dadurch konfiguriert sein, dass Leuchtdioden (LEDs) auf planare Weise angeordnet sind.
Die Zeitkorrelationskamera 110 enthält: ein optisches System 210; einen Bildsensor 220; einen Datenpuffer 230; einen Controller 240; und eine Referenzsignal-Ausgabeeinheit 250. 2 ist ein Blockschaltplan, der die Konfiguration der Zeitkorrelationskamera 110 der vorliegenden Ausführungsform darstellt.
Das optische System 210 enthält z. B. eine Photographierlinse und sendet einen Lichtfluss von einem Erfassungsziel (das das Prüfobjekt enthält) außerhalb der Zeitkorrelationskamera 110 aus, um ein durch den übertragenen Lichtfluss gebildetes optisches Bild des Erfassungsziels bereitzustellen.
Der Bildsensor 220 ist ein Sensor, der die Intensität des durch das optische System 210 einfallenden Lichts als Lichtintensitätssignale auf Pixel-für-Pixel-Grundlage schnell ausgeben kann.
Die Lichtintensitätssignale der vorliegenden Ausführungsform werden dadurch erhalten, dass das Licht von dem Illuminator 120 des Prüfsystems zu dem Erfassungsziel (das das Prüfobjekt enthält) emittiert wird und das von dem Erfassungsziel reflektierte Licht mit dem Bildsensor 220 empfangen wird.
Der Bildsensor 220 ist z. B. ein Sensor, der schneller als herkömmliche Sensoren lesen kann. Der Bildsensor 220 ist in einer zweidimensionalen planaren Form konfiguriert, in der Pixel in zwei Typen von Richtungen, d. h. in der Zeilenrichtung (x-Richtung) und in der Spaltenrichtung (y-Richtung), angeordnet sind. Die Pixel des Bildsensors 220 sind als Pixel P(1, 1), ..., P(i, j), ... P(X, Y) bezeichnet (wobei die Bildgröße in der vorliegenden Ausführungsform X × Y ist). Die Lesegeschwindigkeit des Bildsensors 220 ist nicht beschränkt. Die Lesegeschwindigkeit des Bildsensors 220 kann dieselbe wie die herkömmliche Geschwindigkeit sein.
Der Bildsensor 220 empfängt den Lichtfluss, der von dem Erfassungsziel (das das Prüfobjekt enthält) gekommen ist und der durch das optische System 210 gegangen ist, und setzt ihn photoelektrisch um. Durch diese Konfiguration erzeugt der Bildsensor 220 zweidimensionale planare Einzelbilder, die durch die Lichtintensitätssignale (Erfassungssignale) gebildet werden, die die Intensität des von dem photographischen Objekt reflektierten Lichts repräsentieren. Daraufhin gibt der Bildsensor 200 die erzeugten Einzelbilder an den Controller 240 aus. Der Bildsensor 220 der vorliegenden Ausführungsform gibt die Einzelbilder in Abständen einer Zeiteinheit, in der die Einzelbilder gelesen werden können, aus.
Der Controller 240 der vorliegenden Ausführungsform ist z. B. mit einer Zentraleinheit (CPU), einem Nur-Lese-Datenspeicher (ROM) und einem Schreib-Lese-Datenspeicher (RAM) konfiguriert. Der Controller 240 führt ein in dem ROM gespeichertes Prüfprogramm aus, um eine Übertragungseinheit 241; eine Leseeinheit 242; eine Intensitätsbild-Überlagerungseinrichtung 243; einen ersten Multiplizierer 244; eine erste Korrelationsbild-Überlagerungseinrichtung 245; einen zweiten Multiplizierer 246; eine zweite Korrelationsbild-Überlagerungseinrichtung 247; und eine Bildausgabeeinheit 248 zu implementieren. Diese Konfiguration ist nicht darauf beschränkt, durch die CPU und dergleichen implementiert zu werden, und kann durch eine frei programmierbare logische Anordnung (FPGA) oder durch eine anwendungsspezifische integrierte Schaltung (ASIC) implementiert werden.
Die Übertragungseinheit 241 speichert die durch die von dem Bildsensor 220 ausgegebenen Lichtintensitätssignale gebildeten Einzelbilder in chronologischer Reihenfolge in dem Datenpuffer 230.
Der Datenpuffer 230 speichert darin die durch die von dem Bildsensor 220 ausgegebenen Lichtintensitätssignale gebildeten Einzelbilder in chronologischer Reihenfolge.
3 ist eine konzeptionelle schematische Darstellung, die die in chronologischer Reihenfolge in der Zeitkorrelationskamera 110 der vorliegenden Ausführungsform gespeicherten Einzelbilder darstellt. Wie in 3 dargestellt ist, speichert der Datenpuffer 230 der vorliegenden Ausführungsform darin in chronologischer Reihenfolge mehrere Einzelbilder Fk (k = 1, 2, ..., n). Die Einzelbilder Fk (k = 1, 2, ... n) werden durch eine Kombination mehrerer Lichtintensitätssignale G(1, 1, t), ..., G(i, j, t), ..., G(X, Y, t) zum Zeitpunkt t (t = t0, t1, t2, ..., tn) gebildet. Jedes der zu dem Zeitpunkt t erzeugten Einzelbilder wird durch die Lichtintensitätssignale G(1, 1, t), ..., G(i, j, t), ..., G(X, Y, t) gebildet.
Die Lichtintensitätssignale (Erfassungssignale) G(1, 1, t), ..., G(i, j, t), ..., G(X, Y, t) der vorliegenden Ausführungsform entsprechen in dieser Reihenfolge den Pixeln P(1, 1), ..., P(i, j), ... P(X, Y), die die Einzelbilder Fk (k = 1, 2, ..., n) bilden.
Die von dem Bildsensor 220 ausgegebenen Einzelbilder werden nur durch die Lichtintensitätssignale gebildet. Mit anderen Worten, die von dem Bildsensor 220 ausgegebenen Einzelbilder können als Monochrombilddaten angesehen werden. In der vorliegenden Ausführungsform wird als ein Beispiel beschrieben, dass der Bildsensor 220 die Monochrombilddaten unter Berücksichtigung der Auflösung, der Empfindlichkeit, der Kosten und dergleichen erzeugt. Allerdings ist der Bildsensor 220 nicht auf den Bildsensor für die Monochrombilderzeugung beschränkt, sondern kann er ein Bildsensor für die Farbbilderzeugung sein.
Wieder anhand von 2 liest die Leseeinheit 242 der vorliegenden Ausführungsform die Lichtintensitätssignale G(1, 1, t), ..., G(1, j, t), ..., G(X, Y, t) in chronologischer Reihenfolge auf Einzelbild-für-Einzelbild-Grundlage aus dem Datenpuffer 230 aus. Daraufhin gibt die Leseeinheit 242 die Lichtintensitätssignale an den ersten Multiplizierer 244, an den zweiten Multiplizierer 246 und an die Intensitätsbild-Überlagerungseinrichtung 243 aus.
Die Zeitkorrelationskamera 110 der vorliegenden Ausführungsform erzeugt für jeden der Ausgabebestimmungsorte der Leseeinheit 242 Bilddaten. Mit anderen Worten, die Zeitkorrelationskamera 110 erzeugt drei Typen von Bilddaten.
Die Zeitkorrelationskamera 110 der vorliegenden Ausführungsform erzeugt als die drei Typen von Bilddaten Intensitätsbilddaten und zwei Typen von Zeitkorrelationsbilddaten. Die vorliegende Ausführungsform ist nicht auf die Erzeugung der drei Typen von Bilddaten beschränkt. Es können Fälle betrachtet werden, in denen die Intensitätsbilddaten nicht erzeugt werden und in denen ein Typ oder drei oder mehr Typen von Zeitkorrelationsbilddaten erzeugt wird/werden.
Wie oben beschrieben wurde, gibt der Bildsensor 220 der vorliegenden Ausführungsform die durch die Lichtintensitätssignale gebildeten Einzelbilder in Abständen einer Zeiteinheit aus. Allerdings erfordert das Erzeugen normaler Bilddaten, dass die Lichtintensitätssignale einer für die Erfassung notwendigen Belichtungszeit entsprechen. Um diese Anforderung zu erfüllen, erzeugt die Intensitätsbild-Überlagerungseinrichtung 243 in der vorliegenden Ausführungsform die Intensitätsbilddaten durch Überlagern mehrerer Einzelbilder, die der für die Erfassung notwendigen Belichtungszeit entsprechen. Jeder Pixelwert (Wert, der die Lichtintensität repräsentiert) G(X, Y) der Intensitätsbilddaten kann aus dem im Folgenden gegebenen Ausdruck (1) hergeleitet werden. Die Belichtungszeit ist als eine Zeitdifferenz zwischen t0 und tn definiert. G(x, y) = ∫ tn / t0G(x, y, t)dt (1)
Somit werden die durch Erfassen des Erfassungsobjekts (das das Prüfobjekt enthält) erhaltenen Intensitätsbilddaten in derselben Weise wie im Fall der Erfassung mit einer herkömmlichen Kamera erzeugt. Die Intensitätsbild-Überlagerungseinrichtung 243 gibt die erzeugten Intensitätsbilddaten an die Bildausgabeeinheit 248 aus.
Die Zeitkorrelationsbilddaten sind Bilddaten, die eine Intensitätsänderung des Lichts mit dem Zeitübergang repräsentieren. Das heißt, in der vorlegenden Ausführungsform werden für jedes der Einzelbilder in chronologischer Reihenfolge die in dem Einzelbild enthaltenen Lichtintensitätssignale mit einem Referenzsignal, das den Zeitübergang angibt, multipliziert. Daraufhin wird ein Zeitkorrelationswert-Einzelbild erzeugt, das durch Zeitkorrelationswerte gebildet wird, die die Multiplikationsergebnisse des Referenzsignals und der Lichtintensitätssignale sind, und werden mehrere solche Zeitkorrelationswert-Einzelbilder überlagert. Somit werden die Zeitkorrelationsbilddaten erzeugt.
Währenddessen ist es notwendig, die in den Bildsensor 220 eintretenden Lichtintensitätssignale synchron mit dem Referenzsignal zu ändern, um Anomalien des Prüfobjekts mit den Zeitkorrelationsbilddaten zu detektieren. Somit emittiert der Illuminator 120 in der obigen Beschreibung das Licht auf planare Weise, um die periodische zeitliche Änderung und die räumliche Bewegung der Streifen über den Schirm 130 zu veranlassen.
In der vorliegenden Ausführungsform werden die zwei Typen von Zeitkorrelationsbilddaten erzeugt. Das Referenzsignal muss ein Signal sein, das den Zeitübergang angibt. In der vorliegenden Ausführungsform wird ein komplexes Sinusschwingungssignal e^–jωt als das Referenzsignal verwendet. Das Symbol ω repräsentiert eine Kreisfrequenz und das Symbol t repräsentiert die Zeit. Die Kreisfrequenz ω wird so eingestellt, dass die komplexe Sinusschwingung e^–jωt, die das Referenzsignal repräsentiert, mit einer Periode der oben beschriebenen Belichtungszeit (d. h. mit der Zeit, die zum Erzeugen der Intensitätsbilddaten und der Zeitkorrelationsbilddaten notwendig ist) korreliert. Das heißt, das durch einen Illuminator wie etwa durch den Illuminator 120 und durch den Schirm 130 gebildete planare und dynamische Licht veranlasst, dass sich die Bestrahlungsintensität an jeder Position der Oberfläche (reflektierenden Oberfläche) des Prüfobjekts 150 mit einer ersten Periode (zeitlichen Periode) zeitlich ändert. Außerdem veranlasst das planare und dynamische Licht, dass die Bestrahlungsintensität mit einer Änderung des Pegels in einer zweiten Periode (räumlichen Periode) entlang wenigstens einer Richtung entlang der Oberfläche räumlich verteilt wird. Dieses planare Licht wird in Übereinstimmung mit Spezifikationen (wie etwa einer Verteilung von Normalenvektoren) der Oberfläche, wenn es durch die Oberfläche reflektiert wird, komplex moduliert. Die Zeitkorrelationskamera 110 empfängt das Licht, das durch die Oberfläche komplex moduliert worden ist, und detektiert (demoduliert) in der ersten Periode das empfangene Licht mit dem Referenzsignal orthogonal, so dass die Zeitkorrelationsbilddaten als komplexe Signale erhalten werden. Eine solche Modulation und Demodulation auf der Grundlage von Korrelationsbilddaten in der komplexen Zeit ermöglichen die Detektion einer Charakteristik, die der Verteilung von Normalenvektoren auf der Oberfläche entspricht.
Die komplexe Sinusschwingung e^–jωt kann als e^–jωt = cos(ωt) – j·sin(ωt) ausgedrückt werden. Folglich kann jeder Pixelwert C(x, y) der Zeitkorrelationsbilddaten aus dem im Folgenden gegebenen Ausdruck (2) hergeleitet werden. C(x, y) = ∫ tn / t0G(x, y, t)·e^–jωtdt = ∫ tn / t0G(x, y, t)·(cos(ωt) – j·sin(ωt))dt (2)
In der vorliegenden Ausführungsform wird der Ausdruck (2) in einen Pixelwert C1(x, y), der einen Realteil repräsentiert, und in einen Pixelwert C2(x, y), der einen Imaginärteil repräsentiert, geteilt, um die zwei Typen von Zeitkorrelationsbilddaten zu erzeugen.
Aus diesem Grund erzeugt die Referenzsignal-Ausgabeeinheit 250 für den ersten Multiplizierer 244 und für den zweiten Multiplizierer 246 verschiedene Referenzsignale und gibt sie sie an jeweilige Multiplizierer 244 und 246 aus. Die Referenzsignal-Ausgabeeinheit 250 der vorliegenden Ausführungsform gibt an den ersten Multiplizierer 244 ein erstes Referenzsignal cosωt aus, das dem Realteil der komplexen Sinusschwingung e^–jωt entspricht, und gibt an den zweiten Multiplizierer 246 ein zweites Referenzsignal sinωt aus, das dem Imaginärteil der komplexen Sinusschwingung e^–jωt entspricht. Hier ist als ein Beispiel beschrieben, dass die Referenzsignal-Ausgabeeinheit 250 die zwei Typen von Referenzsignalen, die als Zeitfunktionen einer Sinusschwingung und einer Kosinusschwingung repräsentiert sind, die ein Hilbert-Transformationspaar miteinander konfigurieren, ausgibt. Allerdings können die Referenzsignale Referenzsignale wie etwa Zeitfunktionen, die sich mit dem Zeitübergang ändern, sein.
Der erste Multiplizierer 244 multipliziert auf einer Einzelbild-für-Einzelbild-Grundlage jedes der Lichtintensitätssignale in jedem der von der Leseeinheit 242 zugeführten Einzelbilder mit dem Realteil cosωt der von der Referenzsignal-Ausgabeeinheit 250 zugeführten komplexen Sinusschwingung e^–jωt.
Die erste Korrelationsbild-Überlagerungseinrichtung 245 führt auf einer Pixel-für-Pixel-Grundlage für mehrere Einzelbilder, die der zum Erfassen notwendigen Belichtungszeit entsprechen, eine Verarbeitung zum Überlagern des Multiplikationsergebnisses des ersten Multiplizierers 244 aus. Somit wird jeder Pixelwert C1(x, y) der ersten Zeitkorrelationsbilddaten aus dem folgenden Ausdruck (3) hergeleitet. C1(x, y) = ∫ tn / t0(G(x, y, t)·cosωt)dt (3)
Der zweite Multiplizierer 246 multipliziert die Lichtintensitätssignale in den von der Leseeinheit 242 zugeführten Einzelbildern mit dem Imaginärteil sinωt der von der Referenzsignal-Ausgabeeinheit 250 zugeführten komplexen Sinusschwingung e^–jωt.
Die zweite Korrelationsbild-Überlagerungseinrichtung 247 führt auf einer Pixel-für-Pixel-Grundlage für mehrere Einzelbilder, die der für die Erfassung notwendigen Belichtungszeit entsprechen, die Verarbeitung zum Überlagern des Multiplikationsergebnisses des zweiten Multiplizierers 246 aus. Somit wird jeder Pixelwert C2(x, y) der zweiten Zeitkorrelationsbilddaten aus dem folgenden Ausdruck (4) hergeleitet. C2(x, y) = ∫ tn / t0(G(x, y, t)·sinωt)dt (4)
Das Ausführen der oben beschriebenen Verarbeitung ermöglicht die Erzeugung der zwei Typen von Zeitkorrelationsbilddaten, d. h. der Zeitkorrelationsbilddaten mit zwei Freiheitsgraden.
Die vorliegende Ausführungsform beschränkt die Typen der Referenzsignale nicht. Zum Beispiel erzeugt die vorliegende Ausführungsform die zwei Typen von Zeitkorrelationsbilddaten, d. h. den Realteil und den Imaginärteil der komplexen Sinusschwingung e^–jωt. Allerdings kann die vorliegende Ausführungsform auf der Grundlage der Amplitude des Lichts und der Phase des Lichts zwei Typen von Bilddaten erzeugen.
Die Zeitkorrelationskamera 110 der vorliegenden Ausführungsform kann mehrere Reihen von Zeitkorrelationsbilddaten erzeugen. Infolgedessen können die wie oben beschrieben durch den Realteil und durch den Imaginärteil gebildeten zwei Typen von Zeitkorrelationsbilddaten z. B. für jede Breite des Streifens erzeugt werden, wenn durch Kombinieren von Streifen mit mehreren Arten von Breiten erhaltenes Licht emittiert wird. Somit enthält die Zeitkorrelationskamera 110 mehrere Reihen von Kombinationen, die jeweils aus zwei Multiplizierern und zwei Korrelationsbild-Überlagerungseinrichtungen bestehen, wobei die Referenzsignal-Ausgabeeinheit 250 das Referenzsignal mit den für die jeweiligen Reihen geeigneten Kreisfrequenzen ω ausgeben kann.
Die Bildausgabeeinheit 248 gibt die zwei Typen von Zeitkorrelationsbilddaten und die Intensitätsbilddaten an den PC 100 aus. Dies veranlasst, dass der PC 100 mit den zwei Typen von Zeitkorrelationsbilddaten und mit den Intensitätsbilddaten Anomalien des Prüfobjekts detektiert. Zu diesem Zweck muss das Erfassungsobjekt mit Licht bestrahlt werden.
Der Illuminator 120 der vorliegenden Ausführungsform emittiert das Streifenmuster, das sich schnell bewegt. 4 ist eine schematische Darstellung, die ein Beispiel des durch den Illuminator 120 der vorliegenden Ausführungsform emittierten Streifenmusters darstellt. In dem in 4 dargestellten Beispiel wird das Streifenmuster in der x-Richtung gescrollt (bewegt). Weiße Gebiete repräsentieren helle Gebiete, die den Streifen entsprechen, und schwarze Gebiete repräsentieren Abstandsgebiete (dunkle Gebiete), die Räumen zwischen den Streifen entsprechen.
In der vorliegenden Ausführungsform bewegt der Illuminator 120 das davon emittierte Streifenmuster während der Belichtungszeit, in der die Zeitkorrelationskamera 110 die Intensitätsbilddaten und die Zeitkorrelationsbilddaten erfasst, um eine Strecke, die einer Periode entspricht. Somit ändert der Illuminator 120 die Intensität des Lichts durch räumliches Bewegen des Streifenmusters der Intensität des Lichts auf periodische Weise zeitlich. In der vorliegenden Ausführungsform wird veranlasst, dass die Zeit für die Bewegung um eine Strecke, die einer Periode des Streifenmusters aus 4 entspricht, an die Belichtungszeit angepasst wird, so dass in die jeweiligen Pixel der Zeitkorrelationsbilddaten Informationen über die Lichtintensitätssignale für wenigstens eine Periode des Streifenmusters eingebettet werden.
In der vorliegenden Ausführungsform ist als ein Beispiel beschrieben, dass der Illuminator 120 das Streifenmuster auf der Grundlage einer wie in 4 dargestellten Rechteckschwingung emittiert. Allerdings können in der vorliegenden Ausführungsform andere Schwingungen als die Rechteckschwingung verwendet werden. In der vorliegenden Ausführungsform wird der Illuminator 120 über den Schirm 130 emittiert, so dass die Begrenzungsgebiete zwischen den dunklen und den hellen Teilen der Rechteckschwingung unscharf gemacht werden können.
In der vorliegenden Ausführungsform ist das durch den Illuminator 120 emittierte Streifenmuster als A(1 + cos(ωt + kx) repräsentiert. Das heißt, das Streifenmuster enthält auf iterative (periodische) Weise mehrere Streifen. Die Intensität des auf das Prüfobjekt emittierten Lichts ist zwischen 0 A und 2 A einstellbar und die Phase des Lichts ist auf kx eingestellt. Das Symbol k repräsentiert eine Wellenzahl der Streifen. Das Symbol x repräsentiert eine Richtung, in der sich die Phase ändert.
Die Grundfrequenzkomponente eines Lichtintensitätssignals f(x, y, t) jedes Pixels der Einzelbilder kann als der folgende Ausdruck (5) repräsentiert werden. Wie durch den Ausdruck (5) repräsentiert ist, ändert sich die Helligkeit der Streifen in der x-Richtung. f(x, y, t) = A(1 + cos(ωt + kx)) = A + A/2{e^j(ωt+kx) + e^–j(ωt+kx)} (5)
Wie durch den Ausdruck (5) repräsentiert ist, kann das Intensitätssignal des durch den Illuminator 120 emittierten Streifenmusters als eine komplexe Zahl angesehen werden.
Das Licht von dem Illuminator 120 wird durch das Erfassungsobjekt (das das Prüfobjekt enthält) reflektiert und der Bildsensor 220 empfängt das reflektierte Licht.
Dementsprechend kann das durch den Bildsensor 220 zu empfangende Lichtintensitätssignal G(x, y, t) dem Lichtintensitätssignal f(x, y, t) jedes Pixels der Einzelbilder, wenn der Illuminator 120 emittiert wird, gleichgesetzt werden. Somit kann der Ausdruck (6) durch Einsetzen des Ausdrucks (5) in den Ausdruck (1), der zum Herleiten der Intensitätsbilddaten verwendet wird, hergeleitet werden. Das Symbol kx repräsentiert die Phase.
Aus dem Ausdruck (6) ist zu sehen, dass jedes Pixel der Intensitätsbilddaten einen Wert erhält, der durch Multiplizieren einer Belichtungszeit T mit einem Zwischenwert A der Intensität des von dem Illuminator 120 ausgegebenen Lichts erhalten wird. Darüber hinaus kann durch Einsetzen des Ausdrucks (5) in den Ausdruck (2), der zum Herleiten der Zeitkorrelationsbilddaten verwendet wird, der Ausdruck (7) hergeleitet werden. AT/2 repräsentiert die Amplitude und kx repräsentiert die Phase.
Somit können die Zeitkorrelationsbilddaten, die als die durch den Ausdruck (7) repräsentierte komplexe Zahl ausgedrückt sind, durch die oben beschriebenen zwei Typen von Zeitkorrelationsbilddaten ersetzt werden. Mit anderen Worten, die Zeitkorrelationsbilddaten, die wie oben beschrieben durch den Realteil und durch den Imaginärteil gebildet sind, enthalten in der Intensitätsänderung des auf das Prüfobjekt emittierten Lichts eine Phasenänderung und eine Amplitudenänderung. Das heißt, der PC 100 der vorliegenden Ausführungsform kann die Phasenänderung und die Amplitudenänderung des von dem Illuminator 120 emittierten Lichts auf der Grundlage der zwei Typen von Zeitkorrelationsbilddaten detektieren. Somit erzeugt der PC 100 der vorliegenden Ausführungsform auf der Grundlage der Zeitkorrelationsbilddaten und der Intensitätsbilddaten Amplitudenbilddaten, die die Amplituden des für jedes Pixel zu empfangenden Lichts repräsentieren, und erzeugt er Phasenbilddaten, die die Phasenänderungen des für jedes Pixel zu empfangenden Lichts repräsentieren.
Daraufhin detektiert der PC 100 auf der Grundlage der erzeugten Amplitudenbilddaten und der erzeugten Phasenbilddaten Anomalien des Prüfobjekts.
Währenddessen ist in der Verteilung der Normalenvektoren auf der Oberfläche des Prüfobjekts eine der Anomalie entsprechende Änderung vorhanden, wenn auf der Grundlage des konvex-konkavs in der Oberflächenform des Prüfobjekts eine Anomalie vorhanden ist. Außerdem tritt eine Änderung der Intensität des reflektierten Lichts auf, wenn auf der Oberfläche des Prüfobjekts eine Anomalie vorhanden ist, die Licht absorbiert. Die Änderung der Verteilung der Normalenvektoren wird als die Phasenänderung und/oder als die Amplitudenänderung des Lichts detektiert. Somit werden in der vorliegenden Ausführungsform die Zeitkorrelationsbilddaten und die Intensitätsbilddaten verwendet, um die der Änderung der Verteilung der Normalenvektoren entsprechende Phasenänderung und/oder Amplitudenänderung des Lichts zu detektieren. Dies ermöglicht die Detektion der Anomalie der Oberflächenform. Im Folgenden sind die Beziehungen zwischen der Anomalie des Prüfobjekts, den Normalenvektoren und der Phasenänderung oder der Amplitudenänderung des Lichts beschrieben.
5 ist eine schematische Darstellung, die ein erstes Detektionsbeispiel einer in der Zeitkorrelationskamera 110 der ersten Ausführungsform detektierten Anomalie eines Prüfobjekts darstellt. Das in 5 dargestellte Beispiel repräsentiert einen Zustand, in dem auf einem Prüfobjekt 500 eine konvex geformte Anomalie 501 vorhanden ist. In diesem Zustand ist zu sehen, dass die Normalenvektoren 521, 522 und 523 in einem Gebiet in der Nähe eines Punkts 502 der Anomalie 501 in unterschiedlichen Richtungen orientiert sind. Da die Normalenvektoren 521, 522 und 523 in unterschiedlichen Richtungen orientiert sind, wird von der Anomalie 501 reflektiertes Licht (z. B. als das Licht 511, 512 und 513) gestreut. Somit nimmt eine Breite 503 des Streifenmusters, das in irgendeinem Pixel 531 des Bildsensors 220 der Zeitkorrelationskamera 110 empfangen wird, zu.
6 ist eine schematische Darstellung, die Beispiele für Amplituden von Licht darstellt, das sich in Übereinstimmung mit der in 5 dargestellten Anomalie 501 ändert, wenn auf dem Prüfobjekt 500 die Anomalie 501 vorhanden ist. In dem in 6 dargestellten Beispiel wird die Amplitude des Lichts in den Realteil (Re) und in den Imaginärteil (Im) geteilt und in einer zweidimensionalen Ebene dargestellt. 6 stellt dar, dass die Amplituden 611, 612 und 613 des Lichts dem Licht 511, 512 und 513 aus 5 entsprechen. Die Amplituden 611, 612 und 613 des Lichts heben sich auf, so dass in dem Pixel 531 des Bildsensors 220 Licht mit einer Amplitude 621 empfangen wird.
Folglich ist in dem in 6 dargestellten Zustand zu sehen, dass die Amplitude in dem Gebiet, in dem die Anomalie 501 des Prüfobjekts 500 erfasst wird, klein ist. Mit anderen Worten, falls die Amplitudenbilddaten, die die Amplitudenänderung repräsentieren, ein dunkleres Gebiet als den Umgebungsbereich enthalten, kann gefolgert werden, dass sich die Amplituden des Lichts in dem dunkleren Gebiet aufgehoben haben, so dass bestimmt werden kann, dass an einer dem dunkleren Gebiet entsprechenden Position des Prüfobjekts 500 die Anomalie 501 vorhanden ist.
Das Prüfsystem der vorliegenden Ausführungsform ist nicht auf das Detektieren von Anomalien mit einer sich steil ändernden Neigung wie etwa der Anomalie 501 aus 5 beschränkt, sondern kann ebenfalls Anomalien mit einer sich allmählich ändernden Neigung detektieren, 7 ist eine schematische Darstellung, die ein zweites Detektionsbeispiel einer in der Zeitkorrelationskamera 110 der ersten Ausführungsform detektierten Anomalie eines Prüfobjekts darstellt. In dem in 7 dargestellten Beispiel weist ein Prüfobjekt 700 eine allmähliche Neigung 701 auf, während ein normales Prüfobjekt eine flache Oberfläche aufweist (mit anderen Worten parallele Normalenlinien aufweist). In diesem Zustand ändern sich die Normalenvektoren 721, 722 und 732 zu der Neigung 701 ebenfalls allmählich. Folglich verschiebt sich das in dem Bildsensor 220 empfangene Licht 711, 712 und 713 ebenfalls allmählich. In dem in 7 dargestellten Beispiel heben sich die Amplituden des Lichts wegen der allmählichen Neigung 701 nicht auf. Anders als in dem in 5 und 6 dargestellten Fall ändern sich in dem in 7 dargestellten Beispiel somit die Amplituden des Lichts kaum. Allerdings verhindert die allmähliche Neigung 701, dass von dem Schirm 130 projiziertes Licht in dem Bildsensor in dem parallelen Zustand empfangen wird, obwohl das von dem Schirm 130 projizierte Licht normalerweise in dem Bildsensor empfangen werden sollte, während es parallel zueinander bleibt. Somit tritt die Phasenänderung des Lichts auf. Dementsprechend kann die durch die in 7 dargestellte allmähliche Neigung 701 verursachte Anomalie durch Detektieren einer Differenz z. B. von dem Umgebungsbereich hinsichtlich der Phasenänderung des Lichts detektiert werden.
In einigen Fällen können Anomalien in anderen Dingen als der Oberflächenform des Prüfobjekts (d. h. der Verteilung der Normalenvektoren des Prüfobjekts) auftreten. 8 ist eine schematische Darstellung, die ein drittes Detektionsbeispiel einer in der Zeitkorrelationskamera 110 der ersten Ausführungsform detektierten Anomalie eines Prüfobjekts darstellt. In dem in 8 dargestellten Beispiel ist an dem Prüfobjekt 800 Schmutz 801 befestigt, wodurch von dem Illuminator 120 emittiertes Licht absorbiert oder diffus reflektiert wird, wobei sich die Intensität des Lichts in irgendeinem am Erfassen des Schmutzes 801 beteiligten Pixelgebiet der Zeitkorrelationskamera 110 somit kaum ändert. Mit anderen Worten, es ist ein Beispiel dargestellt, in dem in irgendeinem am Erfassen des Schmutzes 801 beteiligten Pixelgebiet die Phasenaufhebung der Lichtintensität stattfindet, um die Schwingungskomponenten aufzuheben, so dass eine nahezu gleichstromförmige Helligkeit erhalten wird.
In diesem Fall ist die Amplitude des Lichts in dem am Erfassen des Schmutzes 801 beteiligten Pixelgebiet minimal, so dass ein dunkleres Gebiet als der Umgebungsbereich vorhanden ist, wenn die Amplitudenbilddaten angezeigt werden. Folglich kann gefolgert werden, dass an einer dem dunklen Gebiet entsprechenden Position des Prüfobjekts 800 die Anomalie 801 wie etwa Schmutz vorhanden ist.
Somit kann in der vorliegenden Ausführungsform durch Detektieren der Änderungen der Amplitude und der Phase des Lichts auf der Grundlage der Zeitkorrelationsbilddaten gefolgert werden, dass in dem Prüfobjekt eine Anomalie vorhanden ist.
Wieder anhand von 1 wird der PC 100 beschrieben. Der PC 100 steuert das gesamte Prüfsystem. Der PC 100 enthält einen Armcontroller 101; einen Beleuchtungscontroller 102; und einen Controller 103.
Der Armcontroller 101 steuert den Arm 140, um eine durch die Zeitkorrelationskamera 110 zu erfassende Oberfläche des Prüfobjekts 150 zu ändern. In der vorliegenden Ausführungsform werden mit dem PC 100 mehrere zu erfassende Oberflächen des Prüfobjekts im Voraus eingestellt. In Übereinstimmung mit dieser Einstellung steuert der Armcontroller 101 jedes Mal, wenn die Zeitkorrelationskamera 110 das Erfassen des Prüfobjekts 150 abschließt, den Arm 140, um das Prüfobjekt 150 in der Weise zu bewegen, dass die Zeitkorrelationskamera 110 die eingestellten Oberflächen erfassen kann. Die vorliegende Ausführungsform ist nicht darauf beschränkt, das Bewegen des Arms, jedes Mal, wenn das Erfassen abgeschlossen wird, und das Anhalten des Arms, bevor das Erfassen beginnt, zu wiederholen. In der vorliegenden Ausführungsform kann der Arm 140 ununterbrochen angetrieben werden. Der Arm 140 kann z. B. ein Fördermittel, eine Bewegungseinheit, eine Positionsänderungseinrichtung oder eine Stellungsänderungseinrichtung genannt werden.
Der Beleuchtungscontroller 102 gibt das durch den Illuminator 120 zum Prüfen des Prüfobjekts 150 zu emittierende Streifenmuster aus. Der Beleuchtungscontroller 102 der vorliegenden Ausführungsform überträgt wenigstens drei Streifenmuster an den Illuminator 120 und weist den Illuminator 120 an, die Streifenmuster umzuschalten, so dass sie während der Belichtungszeit abwechselnd angezeigt werden.
9 ist eine schematische Darstellung, die ein Beispiel einer Streifenmusterausgabe an den Illuminator 120 durch den Beleuchtungscontroller 102 darstellt. Der Beleuchtungscontroller 102 führt eine Steuerung aus, um das Streifenmuster auszugeben, in dem in Übereinstimmung mit einer in 9 in (B) dargestellten Rechteckschwingung in (A) in 9 dargestellte schwarze Gebiete und weiße Gebiete angeordnet sind.
Der Abstand zwischen Streifen in jedem der in der vorliegenden Ausführungsform emittierten Streifenmuster wird in Übereinstimmung mit der Größe der zu detektierenden Anomalie (des zu detektierenden Defekts) eingestellt und hier nicht ausführlich beschrieben.
Die Kreisfrequenz ω der Rechteckschwingung zum Ausgeben des Streifenmusters weist denselben Wert wie die Kreisfrequenz ω des Referenzsignals auf.
Wie in 9 dargestellt ist, kann das durch den Beleuchtungscontroller 102 ausgegebene Streifenmuster als die Rechteckschwingung repräsentiert werden. Allerdings kann das durch den Beleuchtungscontroller ausgegebene Streifenmuster durch Unscharfmachen der Begrenzungsgebiete des Streifenmusters über den Schirm 130, d. h. durch Moderieren (Abstumpfen) der Intensitätsänderung des Lichts an den Begrenzungen zwischen den hellen Gebieten (den Gebieten der Streifen) und den dunklen Gebieten (den Gebieten der Abstände) in dem Streifenmuster, durch eine Sinusschwingung angenähert werden. 10 ist eine schematische Darstellung, die ein Beispiel einer Form einer Schwingung darstellt, die das Streifenmuster nach Durchgang durch den Schirm 130 repräsentiert. Das Annähern der Form der Schwingung an die Sinusschwingung wie in 10 dargestellt kann die Messgenauigkeit verbessern. Die Streifen können mit zusätzlichen grauen Gebieten versehen sein, in denen sich die Helligkeit in mehreren Schritten ändert, oder können mit Abstufungen versehen sein. Das Streifenmuster kann Farbstreifen enthalten.
Wieder anhand von 1 enthält der Controller 103 einen Amplituden-/Phasenbildgenerator 104 und einen Anomaliedetektionsprozessor 105. Der Controller 103 führt mit den Intensitätsbilddaten und mit den von der Zeitkorrelationskamera 110 empfangenen Zeitkorrelationsbilddaten eine Verarbeitung zum Berechnen einer Charakteristik aus. Die Charakteristik entspricht der Verteilung der Normalenvektoren auf der Prüfzieloberfläche des Prüfobjekts 150 und dient dazu, auf der Grundlage der Differenz gegenüber dem Umgebungsbereich eine Anomalie zu detektieren. In der vorliegenden Ausführungsform empfängt der Controller 103 von der Zeitkorrelationskamera 110 zum Ausführen der Prüfung anstelle der durch komplexe Zahlen repräsentierten Zeitkorrelationsbilddaten (”komplexen Zeitkorrelationsbilddaten”) die zwei Typen von Zeitkorrelationsbilddaten, die durch Aufteilen der komplexen Korrelationsbilddaten in den Realteil und Imaginärteil erhalten werden.
Der Amplituden-/Phasenbildgenerator 104 erzeugt auf der Grundlage der Intensitätsbilddaten und der von der Zeitkorrelationskamera 110 empfangenen Zeitkorrelationsbilddaten die Amplitudenbilddaten und die Phasenbilddaten.
Die Amplitudenbilddaten sind Bilddaten, die Amplituden des für jedes Pixel empfangenen Lichts repräsentieren. Die Phasenbilddaten sind Bilddaten, die Phasen des für jedes Pixel empfangenen Lichts repräsentieren.
Die vorliegende Ausführungsform beschränkt das Verfahren zum Berechnend der Amplitudenbilddaten nicht. Zum Beispiel kann der Amplituden-/Phasenbildgenerator 104 jeden Pixelwert F(x, y) der Amplitudenbilddaten aus den Pixelwerten C1(x, y) und C2(x, y) der zwei Typen von Zeitkorrelationsbilddaten auf der Grundlage des Ausdrucks (8) herleiten. F(x, y) = √C1(x, y)² + C2(x, y)² (8)
In der vorliegenden Ausführungsform kann auf der Grundlage der Pixelwerte (Amplituden) der Amplitudenbilddaten und der Pixelwerte der Intensitätsbilddaten bestimmt werden, ob irgendein Gebiet eine Anomalie aufweist. Zum Beispiel kann gefolgert werden, dass in einem Gebiet keine Anomalie vorhanden ist, wo die durch Dividieren der Pixelwerte (AT) der Intensitätsbilddaten durch 2 erhaltenen Werte in bestimmtem Ausmaß mit den Amplituden (AT/2, falls keine Aufhebung auftritt) der Amplitudenbilddaten übereinstimmen. Im Gegensatz dazu kann gefolgert werden, dass sich die Amplituden in einem Gebiet, in dem die Werte nicht übereinstimmen, aufheben. Spezifische Verfahren werden später beschrieben.
In derselben Weise kann der Amplituden-/Phasenbildgenerator 104 jeden Pixelwert P(x, y) der Phasenbilddaten aus den Pixelwerten C1(x, y) und C2(x, y) auf der Grundlage des Ausdrucks (9) herleiten.
Der Anomaliedetektionsprozessor 105 detektiert eine Charakteristik, die der Verteilung der Normalenvektoren auf der symmetrischen Prüfoberfläche entspricht, und bezieht sich auf eine Anomalie des Prüfobjekts 150 auf der Grundlage der Differenz gegenüber dem Umgebungsbereich, wobei die Amplitudenbilddaten und die Phasenbilddaten durch den Amplituden-/Phasenbildgenerator 104 erzeugt werden. In der vorliegenden Ausführungsform wird als ein Beispiel beschrieben, dass eine Verteilung von Amplituden des komplexen Zeitkorrelationsbilds als die der Verteilung der Normalenvektoren entsprechende Charakteristik verwendet wird. Die Verteilung der Amplituden der komplexen Zeitkorrelationsdaten sind hier Daten, die eine Verteilung von Amplituden der Pixel in dem komplexen Zeitkorrelationsbild repräsentieren, und entsprechen den Amplitudenbilddaten.
Im Folgenden ist eine Anomaliedetektionsverarbeitung auf der Grundlage der Amplituden in dem Anomaliedetektionsprozessor 105 in der vorliegenden Ausführungsform beschrieben. 11 ist ein Ablaufplan, der eine Prozedur der Verarbeitung durch den Anomaliedetektionsprozessor 105 der vorliegenden Ausführungsform darstellt.
Zunächst subtrahiert der Anomaliedetektionsprozessor 105 einen durchschnittlichen Amplitudenwert in einem N × N-Gebiet in Bezug auf jedes Pixel (z. B. zentriert in jedem Pixel) der Amplitudenbilddaten von einem in dem Pixel gespeicherten Amplitudenwert (Pixelwert, der den Amplitudenwert repräsentiert) des Lichts (Schritt S1101). Daraufhin erzeugt der Anomaliedetektionsprozessor 105 durchschnittliche Differenzbilddaten der Amplitude. Die durchschnittlichen Differenzbilddaten der Amplitude entsprechen einem Gradienten der Amplitude. Die ganze Zahl N wird auf einen geeigneten Wert eingestellt, der von der Implementierung abhängt.
Daraufhin führt der Anomaliedetektionsprozessor 105 für die durch die Subtraktion erzeugten durchschnittlichen Differenzbilddaten der Amplitude eine Maskierungsverarbeitung mit einem vorgegebenen Schwellenwert für die Amplitude aus (Schritt S1102).
Ferner berechnet der Anomaliedetektionsprozessor 105 in dem maskierten Gebiet der durchschnittlichen Differenzbilddaten für jedes Pixel eine Standardabweichung (Schritt S1103). In der vorliegenden Ausführungsform ist ein Verfahren beschrieben, das auf der Standardabweichung beruht. Allerdings sind die Ausführungsformen nicht auf den Fall der Verwendung der Standardabweichung beschränkt. Zum Beispiel kann ein Durchschnittswert verwendet werden.
Der Anomaliedetektionsprozessor 105 detektiert Pixel, in denen durch Subtrahieren des Durchschnittswerts von den Amplitudenpixelwerten erhaltene Werte kleiner als –4,5σ (σ ist die Standardabweichung) sind, als ein Gebiet mit einer Anomalie (einem Defekt) (Schritt S1104).
In Übereinstimmung mit der oben beschriebenen Prozedur kann die Anomalie des Prüfobjekts auf der Grundlage der Amplitudenwerte (d. h. der Verteilung der Amplituden) der Pixel detektiert werden. Allerdings ist die vorliegende Ausführungsform nicht auf das Detektieren einer Anomalie auf der Grundlage der Verteilung von Amplituden des komplexen Zeitkorrelationsbilds beschränkt. Als die der Verteilung von Normalenvektoren auf der symmetrischen Prüfoberfläche entsprechende Charakteristik kann ein Gradient einer Verteilung der Phasen verwendet werden. Somit wird im Folgenden ein Beispiel der Verwendung des Gradienten der Verteilung der Phasen beschrieben.
Im Folgenden ist die Anomaliedetektionsverarbeitung auf der Grundlage der Phasen in dem Anomaliedetektionsprozessor 105 der vorliegenden Ausführungsform beschrieben. 12 ist ein Ablaufplan, der eine Prozedur der Verarbeitung in dem Anomaliedetektionsprozessor 105 der vorliegenden Ausführungsform darstellt.
Zunächst subtrahiert der Anomaliedetektionsprozessor 105 einen durchschnittlichen Phasenwert in einem N × N-Gebiet in Bezug auf jedes Pixel (z. B. zentriert in jedem Pixel) der Phasenbilddaten von einem Phasenwert (Pixelwert, der den Phasenwert repräsentiert) des Lichts in dem Pixel (Schritt 1201). Daraufhin erzeugt der Anomaliedetektionsprozessor 105 die durchschnittlichen Differenzbilddaten der Phase. Die durchschnittlichen Differenzbilddaten der Phase entsprechen einem Gradienten der Phase.
Daraufhin vergleicht der Anomaliedetektionsprozessor 105 die Größe (den Absolutwert) der durch die Subtraktion erzeugten durchschnittlichen Differenzbilddaten der Phase mit einem Schwellenwert und detektiert er Pixel, in denen die Größe der durchschnittlichen Differenzbilddaten gleich oder größer als der Schwellenwert ist, als Pixel mit Anomalien (Defekten) (Schritt S1202).
Aus dem Detektionsergebnis in S1202 kann der Anomaliedetektionsprozessor 105 auf der Grundlage der positiven/negativen Vorzeichen der durchschnittlichen Differenzbilddaten, d. h. auf der Grundlage der Größenbeziehungen zwischen den Phasenwerten der Pixel und dem durchschnittlichen Phasenwert, konvex-konkav bestimmen (Schritt S1203). Ob der Phasenwert des Pixels oder der durchschnittliche Phasenwert größer als der andere ist, wenn die Anomalie konvex ist, hängt von Einstellungen verschiedener Teile ab. Allerdings repräsentieren unterschiedliche Größenbeziehungen unterschiedliches Konvex-konkav.
Auf der Grundlage des Gradienten der Verteilung der Phasen kann eine Anomalie durch ein anderes Verfahren erhalten werden. Als ein anderes Verfahren kann der Anomaliedetektionsprozessor 105 z. B. detektieren, dass ein Pixel eine Anomalie (einen Defekt) aufweist, wenn eine Größendifferenz, die zwischen einem durchschnittlichen Vektor eines N × N-Gebiets der normierten Zeitkorrelationsbilddaten und einem normierten Vektor in dem Pixel vorhanden ist, größer als ein Schwellenwert ist. Die zum Detektieren der Anomalie zu verwendenden Informationen sind nicht auf den Gradienten der Verteilung der Phasen beschränkt. Die Anomalie des Prüfobjekts kann auf der Grundlage von Informationen, die der Verteilung von Phasen entsprechen, detektiert werden.
Im Folgenden ist die Anomaliedetektionsverarbeitung auf der Grundlage der Amplituden und Intensitäten in dem Anomaliedetektionsprozessor 105 der vorliegenden Ausführungsform beschrieben. 13 ist ein Ablaufplan, der eine Prozedur der Verarbeitung durch den Anomaliedetektionsprozessor 105 der vorliegenden Ausführungsform darstellt.
Zunächst berechnet der Anomaliedetektionsprozessor 105 für jedes Pixel auf der Grundlage der Zeitkorrelationsbilddaten und der Intensitätsbilddaten mit dem folgenden Ausdruck (100) ein Verhältnis R(x, y) zwischen der Amplitude C(x, y) (einem Pixelwert, der die Amplitude C(x, y) repräsentiert) (siehe Ausdruck (7)) und der Intensität G(x, y) (einem Pixelwert, der die Intensität G(x, y) repräsentiert) (siehe Ausdruck (6)) (Schritt S1301). R(x, y) = C(x, y)/G(x, y) (100)
Daraufhin vergleicht der Anomaliedetektionsprozessor 105 das Verhältnis R(x, y) mit einem Schwellenwert und detektiert er Pixel, in denen die Werte des Verhältnisses R(x, y) gleich oder kleiner als der Schwellenwert sind, als Pixel mit Anomalien (Defekten) (Schritt S1302). Außerdem vergleicht der Anomaliedetektionsprozessor 105 das Verhältnis R(x, y) mit einem anderen Schwellenwert und detektiert er Pixel, in denen die Werte des Verhältnisses R(x, y) gleich oder größer als der andere entsprechende Schwellenwert sind, als Pixel mit Unregelmäßigkeiten (wie etwa Schmutz) (Schritt S1303). Falls eine Anomalie der Verteilung der Normalenvektoren die Amplituden erheblich aufhebt (verringert), nehmen die Amplituden stärker als die Intensitäten ab. Falls das Licht stattdessen durch Schmutz oder dergleichen auf der Oberfläche des Prüfobjekts 150 erheblich absorbiert wird, während die Verteilung der Normalenvektoren so anomal ist, nehmen die Intensitäten stärker als die Amplituden ab. Folglich kann der Anomaliedetektionsprozessor 105 durch die Schritte S1302 und S1303 einen Anomalietyp detektieren.
Im Folgenden ist die Prüfverarbeitung des Prüfobjekts in dem Prüfsystem der vorliegenden Ausführungsform beschrieben. 14 ist ein Ablaufplan, der eine Prozedur der oben erwähnten Verarbeitung durch das Prüfsystem der vorliegenden Erfindung darstellt. Das Prüfobjekt 150 ist bereits an dem Arm 140 befestigt und an einer Anfangsposition der Prüfung angeordnet.
Der PC 100 der vorliegenden Ausführungsform gibt an den Illuminator 120 das Streifenmuster zum Prüfen des Prüfobjekts aus (Schritt S1401).
Der Illuminator 120 speichert darin das von dem PC 100 empfangene Streifenmuster (Schritt S1421). Der Illuminator 120 zeigt das gespeicherte Streifenmuster an, um es mit dem Zeitübergang zu ändern (Schritt S1422). Die Bedingung für den Beginn der Anzeige durch den Illuminator 120 ist nicht auf den Zeitpunkt des Speicherns des Streifenmusters beschränkt. Die Bedingung kann z. B. der Zeitpunkt sein, zu dem der Prüfer eine Operation zum Starten des Illuminators 120 ausführt.
Der Controller 103 des PC 100 sendet eine Erfassungsstartanweisung an die Zeitkorrelationskamera 110 (Schritt S1402).
Daraufhin startet die Zeitkorrelationskamera 110 in Übereinstimmung mit der empfangenen Erfassungsanweisung das Erfassen eines Gebiets, das das Prüfobjekt 150 enthält (Schritt S1411). Daraufhin erzeugt der Controller 240 der Zeitkorrelationskamera 110 die Intensitätsbilddaten und die Zeitkorrelationsbilddaten (Schritt S1412). Der Controller 240 der Zeitkorrelationskamera 110 gibt die Intensitätsbilddaten und die Zeitkorrelationsbilddaten an den PC 100 aus (Schritt S1413).
Der Controller 103 des PC 100 empfängt die Intensitätsbilddaten und die Zeitkorrelationsbilddaten (Schritt S1403). Der Amplituden-/Phasenbildgenerator 104 erzeugt aus den empfangenen Intensitätsbilddaten und aus den empfangenen Zeitkorrelationsbilddaten die Amplitudenbilddaten und die Phasenbilddaten (Schritt S1404).
Der Anomaliedetektionsprozessor 105 führt auf der Grundlage der Amplitudenbilddaten und der Phasenbilddaten die Steuerung zum Detektieren der Anomalie für das Prüfobjekt aus (Schritt S1405). Der Anomaliedetektionsprozessor 105 gibt das Anomaliedetektionsergebnis an eine in dem PC 100 enthaltene Anzeigevorrichtung (nicht dargestellt) aus (Schritt S1406).
Denkbare Beispiele der Ausgabe des Anomaliedetektionsergebnisses enthalten ein Beispiel, in dem die Intensitätsbilddaten angezeigt werden und in dem ein Gebiet der Intensitätsbilddaten, das einem Gebiet entspricht, von dem auf der Grundlage der Amplitudenbilddaten und der Phasenbilddaten detektiert wird, dass es eine Anomalie aufweist, dekorativ angezeigt wird, um zu ermöglichen, dass der Prüfer die Anomalie erkennt. Das Detektionsergebnis der Anomalie ist nicht darauf beschränkt, auf Sichtgrundlage ausgegeben zu werden, sondern kann z. B. als Klang ausgegeben werden.
Der Controller 103 bestimmt, ob die Prüfung des Prüfobjekts abgeschlossen ist (Schritt S1407). Wenn das nicht der Fall ist (Nein in Schritt S1407) führt der Armcontroller 101 eine Steuerung aus, um den Arm in Übereinstimmung mit einer vorgegebenen Einstellung so zu bewegen, dass die Zeitkorrelationskamera 110 eine als nächstes zu prüfende Oberfläche eines Prüfobjekts erfassen kann (Schritt S1408). Nachdem die Bewegungssteuerung des Arms abgeschlossen ist, sendet der Controller 103 die Erfassungsstartanweisung erneut an die Zeitkorrelationskamera 110 (Schritt S1402).
Falls bestimmt wird, dass die Prüfung des Prüfobjekts abgeschlossen ist (Ja in Schritt S1407), gibt der Controller 103 an die Zeitkorrelationskamera 110 eine Abschlussanweisung aus (Schritt S1409) und wird der Prozess daraufhin beendet.
Die Zeitkorrelationskamera 110 bestimmt, ob die Abschlussanweisung empfangen wird (Schritt S1414). Wenn das nicht der Fall ist (Nein in Schritt S1414), führt die Zeitkorrelationskamera 110 den Prozess ab Schritt S1411 erneut aus. Falls die Abschlussanweisung empfangen wird (Ja in Schritt S1414), wird der Prozess daraufhin beendet.
Die durch den Illuminator 120 ausgeführte Verarbeitung kann durch den Prüfer beendet werden oder kann in Übereinstimmung mit einer Anweisung von einer anderen Komponente beendet werden.
In der vorliegenden Ausführungsform ist beschrieben worden, dass die Intensitätsbilddaten und die Zeitkorrelationsdaten z. B. mit der Zeitkorrelationskamera 110 erzeugt worden sind. Allerdings sind die Ausführungsformen nicht auf die Verwendung der Zeitkorrelationskamera 110 zum Erzeugen der Intensitätsbilddaten und der Zeitkorrelationsbilddaten beschränkt, sondern können sie eine Zeitkorrelationskamera, die die Intensitätsbilddaten und die Zeitkorrelationsbilddaten durch Analogverarbeitung erzeugen kann, oder ein Erfassungssystem, das eine äquivalente Operation wie die Zeitkorrelationskamera ausführt, verwenden. Zum Beispiel können die Zeitkorrelationsbilddaten dadurch erzeugt werden, dass eine normale Standbilddigitalbildkamera verwendet wird, um die Bilddaten zu erzeugen und auszugeben, und dass ermöglicht wird, dass eine Informationsverarbeitungsvorrichtung die durch die Standbilddigitalkamera erzeugten Bilddaten als Einzelbilddaten zum Überlagen der Referenzsignale verwendet. Außerdem können die Zeitkorrelationsbilddaten unter Verwendung einer Digitalkamera erzeugt werden, die die Referenzsignale den Lichtintensitätssignalen in einem Bildsensor überlagern kann.
<Erste Änderung>
In der vorliegenden Ausführungsform ist beschrieben worden, dass eine Charakteristik, die sich auf eine Anomalie bezieht, auf der Grundlage einer Differenz gegenüber dem Umgebungsbereich detektiert worden ist. Allerdings sind die Ausführungsformen nicht auf das Detektieren der Charakteristik auf der Grundlage einer Differenz gegenüber dem Umgebungsbereich beschränkt, sondern können sie die Charakteristik auf der Grundlage einer Differenz von Daten einer Referenzform (Referenzdaten wie etwa die Zeitkorrelationsdaten, die Amplitudenbilddaten oder die Phasenbilddaten) detektieren. In diesem Fall muss die räumlich phasenmodulierte Beleuchtung (das Streifenmuster) in Bezug auf die Position ausgerichtet werden und mit der im Fall der Referenzdaten synchronisiert werden.
In der vorliegenden Änderung vergleicht der Anomaliedetektionsprozessor 105 die Amplitudenbilddaten und die Phasenbilddaten, die von einer im Voraus in einem Speicher (nicht dargestellt) gespeicherten Referenzoberfläche erhalten werden, mit den Amplitudenbilddaten und mit den Phasenbilddaten des Prüfobjekts 150. Daraufhin bestimmt der Anomaliedetektionsprozessor 105, ob in der Amplitude des Lichts und/oder in der Phase des Lichts zwischen der Oberfläche des Prüfobjekts 150 und der Referenzoberfläche eine Differenz gleich oder größer einem vorgegebenen Referenzwert vorhanden ist.
In der vorliegenden Änderung wird z. B. ein Prüfsystem mit derselben Konfiguration wie in der ersten Ausführungsform verwendet und wird eine Oberfläche eines normalen Prüfobjekts als die Referenzoberfläche verwendet.
Während der Illuminator 120 das Streifenmuster durch den Schirm 130 emittiert, erfasst die Zeitkorrelationskamera 110 die Oberfläche des normalen Prüfobjekts und erzeugt sie die Zeitkorrelationsbilddaten. Der PC 100 empfängt die durch die Zeitkorrelationskamera 110 erzeugten Zeitkorrelationsbilddaten, erzeugt die Amplitudenbilddaten und die Phasenbilddaten und speichert die Amplitudenbilddaten und die Phasenbilddaten in einem Speicher (nicht dargestellt) des PC 100. Die Zeitkorrelationskamera 110 erfasst ein Prüfobjekt, von dem zu bestimmen ist, ob irgendeine Anomalie vorhanden ist, und erzeugt die Zeitkorrelationsbilddaten. Der PC 100 erzeugt aus den Zeitkorrelationsbilddaten die Amplitudenbilddaten und die Phasenbilddaten und vergleicht daraufhin die Amplitudenbilddaten und die Phasenbilddaten mit den Amplitudenbilddaten und mit den in dem Speicher gespeichertem Phasenbilddaten des normalen Prüfobjekts. Zu dieser Zeit gibt der PC 100 als Daten, die eine Charakteristik zum Detektieren einer Anomalie repräsentieren, das Ergebnis des Vergleichs der Amplitudenbilddaten und der Phasenbilddaten des normalen Prüfobjekts mit den Amplitudenbilddaten und mit den Phasenbilddaten des zu prüfenden Prüfobjekts aus. Falls die zu detektierende Charakteristik einer Anomalie gleich oder größer dem vorgegebenen Referenzwert ist, wird gefolgert, dass das Prüfobjekt 150 eine Anomalie aufweist.
Auf diese Weise kann die vorliegende Änderung bestimmen, ob eine Differenz gegenüber der Oberfläche des normalen Prüfobjekts vorhanden ist, mit anderen Worten, ob auf der Oberfläche des Prüfobjekts irgendeine Anomalie vorhanden ist. Als ein Verfahren für den Vergleich der Amplitudenbilddaten und der Phasenbilddaten kann irgendein Verfahren verwendet werden, so dass keine Beschreibung des Verfahrens gegeben wird.
In der vorliegenden Änderung ist beschrieben worden, dass die Daten, die die Charakteristik zum Detektieren einer Anomalie repräsentieren, z. B. auf der Grundlage einer Differenz gegenüber der Referenzoberfläche ausgegeben worden sind. Allerdings kann die Charakteristik zum Detektieren einer Anomalie auf der Grundlage einer Kombination der Differenz gegenüber der Referenzoberfläche und der in der ersten Ausführungsform beschriebenen Differenz gegenüber dem Umgebungsbereich berechnet werden. Als ein Verfahren zur Kombination kann irgendein Verfahren verwendet werden, so dass keine Beschreibung des Verfahrens gegeben wird.
<Zweite Änderung>
In der ersten Ausführungsform ist beschrieben worden, dass die Anomalie (der Defekt) des Prüfobjekts durch Bewegen des Streifenmusters in der x-Richtung detektiert worden ist. Allerdings kann der Defekt in einigen Fällen leichter detektiert werden, indem das Streifenmuster in der y-Richtung bewegt wird, als dadurch, dass das Streifenmuster in der x-Richtung bewegt wird, falls das Prüfobjekt eine Anomalie (einen Defekt) aufweist, die (der) die Verteilung der Normalenlinien in der y-Richtung orthogonal zu der x-Richtung steil ändert. Somit wird eine Änderung beispielhaft durch das alternative Umschalten zwischen dem Streifenmuster, das sich in der x-Richtung bewegt, und dem Streifenmuster, das sich in der y-Richtung bewegt, beschrieben.
Der Beleuchtungscontroller 102 der vorliegenden Änderung schaltet das an den Illuminator 120 ausgegebene Streifenmuster in vorgegebenen Zeitabständen um. Infolgedessen gibt der Illuminator 120 an eine Prüfzieloberfläche mehrere Streifenmuster aus, die in unterschiedlichen Richtungen verlaufen.
15 ist eine schematische Darstellung, die ein Beispiel für das Umschalten zwischen den durch den Beleuchtungscontroller 102 in Übereinstimmung mit der vorliegenden Änderung ausgegebenen Streifenmustern darstellt. In (A) aus 15 verschiebt der Beleuchtungscontroller 102 das durch den Illuminator 120 angezeigte Streifenmuster in der x-Richtung. Daraufhin verschiebt der Beleuchtungscontroller 102 das durch den Illuminator 120 angezeigte Streifenmuster wie in (B) aus 15 dargestellt in der y-Richtung.
Der Controller 103 des PC 100 führt die Anomaliedetektion auf der Grundlage der durch Emittieren des in (A) aus 15 dargestellten Streifenmusters erhaltenen Zeitkorrelationsbilddaten aus und führt die Anomaliedetektion auf der Grundlage der durch Emittieren des in (B) aus 15 dargestellten Streifenmusters erhaltenen Zeitkorrelationsbilddaten aus.
16 ist eine schematische Darstellung, die ein Beispiel darstellt, in dem der Beleuchtungscontroller 102 der vorliegenden Änderung das Streifenmuster auf eine Oberfläche emittiert, die eine Anomalie (einen Defekt) 1601 enthält. In dem in 16 dargestellten Beispiel verläuft die Anomalie (der Defekt) 1601 in der x-Richtung. In diesem Fall führt der Beleuchtungscontroller 102 eine Einstellung aus, damit sich das Streifenmuster in der y-Richtung, die die x-Richtung schneidet, mit anderen Worten in einer Richtung, die die Längsrichtung der Anomalie (des Defekts) 1601 schneidet, bewegt. Diese Einstellung kann die Detektionsgenauigkeit verbessern.
17 ist eine schematische Darstellung, die eine Beziehung zwischen einer Anomalie (einem Defekt) 1701 und dem Streifenmuster auf dem Schirm 130 darstellt, wenn sich das Streifenmuster in der y-Richtung, mit anderen Worten, in der Richtung orthogonal zu der Längsrichtung der Anomalie 1601, ändert. Wie in 17 dargestellt ist, heben sich die Amplituden des von dem Illuminator 120 emittierten Lichts in der y-Richtung, die die x-Richtung schneidet, im Wesentlichen auf, wenn die Anomalie (der Defekt) 1701 vorhanden ist, der in der y-Richtung schmal ist und der eine Längsrichtung in der x-Richtung, die die y-Richtung schneidet, aufweist. Infolgedessen kann der PC 100 die Anomalie (den Defekt) aus den Amplitudenbilddaten, die dem in der y-Richtung bewegten Streifenmuster entsprechen, detektieren.
Wenn die Längsrichtung des auf dem Prüfobjekt vorhandenen Defekts zufällig ist, ermöglicht das Anzeigen der Streifenmuster in mehreren Richtungen (z. B. in der x-Richtung und in der y-Richtung, die die x-Richtung schneidet) in dem Prüfsystem der vorliegenden Änderung die Detektion von Defekten unabhängig von der Form des Defekts und kann somit die Detektionsgenauigkeit der Anomalie (des Defekts) verbessern. Außerdem kann das Projizieren eines an die Form der Anomalie angepassten Streifenmusters die Detektionsgenauigkeit der Anomalie verbessern.
<Dritte Änderung>
Die oben beschriebene zweite Änderung beschränkt nicht das Verfahren zum Umschalten des Streifenmusters, wenn die Anomaliedetektion in der x-Richtung und die Anomaliedetektion in der y-Richtung ausgeführt werden. Somit wird anhand eines Beispiels eine dritte Änderung zum Bewegen eines durch den Beleuchtungscontroller 102 an den Illuminator 120 ausgegebenen Streifenmusters gleichzeitig in der x-Richtung und in der y-Richtung beschrieben.
18 ist eine schematische Darstellung, die ein Beispiel des durch den Beleuchtungscontroller 102 an den Illuminator 120 ausgegebenen Streifenmusters in Übereinstimmung mit der vorliegenden Änderung darstellt. In dem in 18 dargestellten Beispiel bewegt der Beleuchtungscontroller 102 das Streifenmuster in einer Richtung 1801.
Das in 18 dargestellten Streifenmuster enthält ein Streifenmuster mit einer Periode 1802 in der x-Richtung und ein Streifenmuster mit einer Periode 1803 in der y-Richtung. Das heißt, das in 18 dargestellte Streifenmuster enthält mehrere Streifen, die unterschiedliche Breiten aufweisen und die in sich schneidenden Richtungen verlaufen. Die Breite des Streifenmusters in der x-Richtung muss von der Breite des Streifenmusters in der y-Richtung verschieden sein. Dadurch können sich die entsprechenden Referenzsignale voneinander unterscheiden, wenn die der x-Richtung entsprechenden Zeitkorrelationsbilddaten und die der y-Richtung entsprechenden Zeitkorrelationsbilddaten erzeugt werden. Es ist lediglich notwendig, die Periode (Frequenz) der durch das Streifenmuster veranlassten Änderung der Intensität des Lichts zu ändern, wobei anstatt die Breite der Streifen zu ändern die Bewegungsgeschwindigkeit des Streifenmusters (der Streifen) geändert werden kann.
Die Zeitkorrelationskamera 110 erzeugt auf der Grundlage des dem Streifenmuster in der x-Richtung entsprechenden Referenzsignals die dem Streifenmuster in der x-Richtung entsprechenden Zeitkorrelationsbilddaten und erzeugt auf der Grundlage des dem Streifenmuster in der y-Richtung entsprechenden Referenzsignals die dem Streifenmuster in der y-Richtung entsprechenden Zeitkorrelationsbilddaten. Der Controller 103 des PC 100 führt auf der Grundlage der dem Streifenmuster in der x-Richtung entsprechenden Zeitkorrelationsbilddaten die Anomaliedetektion aus und führt daraufhin auf der Grundlage der dem Streifenmuster in der y-Richtung entsprechenden Zeitkorrelationsbilddaten die Anomaliedetektion aus. Auf diese Weise ermöglicht die vorliegende Änderung die Detektion unabhängig von der Richtung des Defekts und kann sie somit die Detektionsgenauigkeit der Anomalie (des Defekts) verbessern.
<Zweite Ausführungsform>
Die erste Ausführungsform ist anhand des Beispiels beschrieben worden, in dem der Illuminator 120 das Streifenmuster mit einer Art Streifenbreite in der x-Richtung anzeigt. Allerdings beschränken die oben beschriebenen Ausführungsformen die Streifenbreite in der x-Richtung nicht auf eine Art. Die Streifen können mehrere Arten von Breiten in der x-Richtung aufweisen. Somit wird die vorliegende Ausführungsform anhand eines Beispiels beschrieben, in dem die Streifen in der x-Richtung mehrere Arten von Breiten aufweisen.
Die vorliegende Ausführungsform ist ein Beispiel, in dem unter Verwendung mehrerer Arten von x-Richtungs-Streifenbreiten bestimmt wird, ob eine auf dem Prüfobjekt vorhandene Anomalie eine konvexe Form aufweist, mit anderen Worten, in dem für eine Prüfzieloberfläche des Prüfobjekts mehrere Streifenmuster verschiedener Streifen verwendet werden.
Da ein Prüfsystem der zweiten Ausführungsform dieselbe Konfiguration wie das Prüfsystem der ersten Ausführungsform aufweist, wird keine Beschreibung des Prüfsystems gegeben. Im Folgenden ist ein Streifenmuster beschrieben, das durch den Beleuchtungscontroller 102 der zweiten Ausführungsform ausgegeben wird.
19 ist eine schematische Darstellung, die ein Beispiel des durch den Beleuchtungscontroller 102 der zweiten Ausführungsform an den Illuminator 120 ausgegebenen Streifenmusters darstellt. Wie in 19 dargestellt ist, führt der Beleuchtungscontroller 102 eine Steuerung zum Ausgeben des Streifenmusters mit mehreren Streifen, die verschiedene Breiten aufweisen und in derselben Richtung verlaufen, aus.
In dem in 19 dargestellten Beispiel gibt der Beleuchtungscontroller 102 ein Streifenmuster (D) aus, das einer Rechteckschwingung (C) entspricht, die durch Überlagern einer Rechteckschwingung (A) auf eine in 19 dargestellte Rechteckschwingung (B) erhalten wird. In der vorliegenden Ausführungsform vollendet die Rechteckschwingung (B) in einer Strecke 1901 acht Zyklen, während die Rechteckschwingung (A) einen Zyklus vollendet.
In der vorlegenden Ausführungsform ist die Anzahl der durch die Rechteckschwingung (B) repräsentierten Streifen so eingestellt, dass sie ein geradzahliges Vielfaches der Anzahl der durch die Rechteckschwingung (A) repräsentierten Streifen ist. Dies beruht auf dem Prinzip, dass durch Überlagern ungeradzahliger harmonischer Komponenten eine Rechteckschwingung erhalten wird, so dass dadurch, dass eine Frequenz mit einem geradzahligen Vielfachen der einer Rechteckschwingung (A) verwendet wird, verhindert wird, dass die Rechteckschwingung (B) harmonische Komponenten stört.
Im Fall der Ausführung einer Analysenerarbeitung unter Verwendung mehrerer Arten von Streifenmustern ist es bevorzugt, unter den Arten von Streifenmustern geeignete Differenzen der Streifenbreite bereitzustellen. Zum Beispiel kann ein erwünschtes Analyseergebnis erhalten werden, wenn die Streifenbreite einer Art von Streifen das Sechsfache oder Mehrfache der Streifenbreite der anderen Art von Streifen ist. Somit wird als ein Beispiel der vorliegenden Ausführungsform die Streifenbreite einer Art von Streifen auf das Achtfache der Streifenbreite der anderen Art von Streifen eingestellt.
In der vorliegenden Ausführungsform ist das Beispiel beschrieben worden, in dem die Rechteckschwingung (B) acht Zyklen vollendet, während die Rechteckschwingung (A) einen Zyklus vollendet. Allerdings sind die Ausführungsformen nicht auf ein solches Beispiel beschränkt. Zwischen der Rechteckschwingung (A) und der Rechteckschwingung (B) kann es eine Differenz der Frequenz (Periode) geben.
Der Illuminator 120 emittiert das von dem Beleuchtungscontroller 102 ausgegebene in 19 dargestellte Streifenmuster durch den Schirm 130 auf das Prüfobjekt 150. Zusammen mit dieser Operation erfasst die Zeitkorrelationskamera 110 das Licht des von dem in 19 dargestellten Prüfobjekt reflektierten Streifenmusters. Die Zeitkorrelationskamera 110 der vorliegenden Ausführungsform erzeugt als Erfassungsergebnisse zwei Folgen von Zeitkorrelationsbilddaten.
Genauer erzeugt die Zeitkorrelationskamera 110 auf der Grundlage des dem Streifenmuster der Rechteckschwingung (A) entsprechenden Referenzsignals die dem Streifenmuster der Rechteckschwingung (A) entsprechenden Zeitkorrelationsbilddaten und erzeugt sie auf der Grundlage des dem Streifenmuster der Rechteckschwingung (B) entsprechenden Referenzsignals die dem Streifenmuster der Rechteckschwingung (B) entsprechenden Zeitkorrelationsbilddaten. Die somit ausgegebenen zwei Arten (zwei Folgen) von Zeitkorrelationsbilddaten und die Intensitätsbilddaten werden an den PC 100 ausgegeben. Jede der zwei Arten von Zeitkorrelationsbilddaten enthält wie in der ersten Ausführungsform beschrieben den Realteil und den Imaginärteil der entsprechenden Zeitkorrelationsbilddaten.
Daraufhin detektiert der Controller 103 des PC 100 auf der Grundlage der dem Streifenmuster der Rechteckschwingung (A) entsprechenden Zeitkorrelationsdaten und der dem Streifenmuster der Rechteckschwingung (B) entsprechenden Zeitkorrelationsbi1ddaten die Anomalie des Prüfobjekts.
Der PC 100 der vorliegenden Ausführungsform empfängt die dem Streifenmuster der Rechteckschwingung (A) entsprechenden Zeitkorrelationsbilddaten und die dem Streifenmuster der Rechteckschwingung (B) entsprechenden Zeitkorrelationsbilddaten. Somit kann zusätzlich zu der Anomalie auf der Grundlage der Differenz der Phase und der Anomalie auf der Grundlage der Differenz der Amplitude, wie in der ersten Ausführungsform beschrieben worden ist, leicht die Form der Oberfläche des Prüfobjekts geprüft werden.
Die vorliegende Ausführungsform wird anhand eines Beispiels der Überlagerung mehrerer Arten von Streifenbreiten in einem Streifenmuster beschrieben. Allerdings ist das Verfahren der Verwendung mehrerer Arten von Streifenbreiten nicht auf das Überlagerungsverfahren beschränkt. Solange für eine Prüfzieloberfläche mehrere Streifenmuster mit unterschiedlichen Breiten ausgegeben werden können, kann irgendein Verfahren verwendet werden. Zum Beispiel kann eine Steuerung zum Umschalten mehrerer Streifenmuster mit unterschiedlichen Breiten, die abwechselnd angezeigt werden sollen, ausgeführt werden.
20 ist eine schematische Darstellung, die Korrespondenzbeziehungen zwischen dem Bildsensor 220, dem Schirm 130 und einer Oberflächenform das Prüfobjekts in dem Prüfsystem der vorliegenden Ausführungsform darstellt. In dem in 20 dargestellten Beispiel bewegt sich das durch den Schirm 130 emittierte Streifenmuster in der x-Richtung und wird von dem Schirm 130 emittiertes Licht durch eine Oberflächenform 2001 des Prüfobjekts reflektiert, um in dem Bildsensor 220 empfangen zu werden. Ein Pixel 2011 des Bildsensors 220 weist eine Breite p auf. In dem in 20 dargestellten Beispiel wird Licht, das durch ein Gebiet 1902, das relativ zu seiner Mitte bei einer Koordinate 2002 in einem Bereich von –p/2 bis p/2 liegt, auf der Oberflächenform 2001 des Prüfobjekts reflektiert wird, in dem Pixel 2011 empfangen. Das Symbol x bezeichnet eine Bewegungsrichtung (Phasenänderungsrichtung) der räumlich phasenmodulierten Beleuchtung (des Streifenmusters) und das Symbol x' bezeichnet eine in einer Entfernung H von x zu x parallele Richtung. Der Schirm 130 und der Bildsensor 220 befinden sich entlang x'. Die z-Richtung ist orthogonal zu der x-Richtung und zu der x'-Richtung. Das Symbol n bezeichnet einen Normalenvektor. Das Symbol α bezeichnet einen Gradienten (Winkel) einer Messzielposition in der x-Richtung und bezeichnet außerdem den Winkel zwischen der z-Richtung und dem Normalenvektor. Das Symbol θ₀ bezeichnet den durch den Schirm 130 und durch die z-Richtung gebildeten Winkel.
Die Oberflächenform des Prüfobjekts in der x-Richtung ist hier als f(x) definiert. In diesem Fall wird f(x) in eine Taylor-Reihe entwickelt und kann als ein Ergebnis durch den folgenden Ausdruck (10) repräsentiert werden. In dem Ausdruck (10) bezeichnet f₀ eine Anfangsposition (einen Versatz) der Oberflächenform des Prüfobjekts und bezeichnet R (= 1/f_xx) die Krümmung der Oberflächenform des Prüfobjekts. Das Symbol f_xx bezeichnet das Differential zweiter Ordnung von f(x). Zum Beispiel können f_x und f_xxx weglassen werden, da nur die Reflexion von Schirmpositionen betrachtet zu werden braucht, die Beträgen der Verschiebung entspricht. f(x) = f₀ + 1/2f_xxx² (10)
Im Folgenden ist das Differential f_xx zweiter Ordnung beschrieben. 21 ist eine schematische Darstellung, die ein Beispiel der Oberflächenform des Prüfobjekts darstellt, wenn das Differential zweiter Ordnung f_xx < 0 ist. Wie in 21 dargestellt ist, weist die Oberflächenform 2001 des Prüfobjekts eine konvexe Form auf, wenn das Differential zweiter Ordnung f_xx < 0 ist. In diesem Fall nimmt die Breite jedes Pixels des Bildsensors 220 auf dem Schirm 130, der das in dem Pixel empfangene Licht emittiert, zu.
22 ist eine schematische Darstellung, die ein Beispiel der Oberflächenform des Prüfobjekts darstellt, wenn f_xx > 0 ist. Wie in 22 dargestellt ist, weist die Oberflächenform 2001 des Prüfobjekts eine konkave Form auf, wenn f_xx > 0 ist. In diesem Fall nimmt die Breite jedes Pixels des Bildsensors 220 auf dem Schirm 130, der das in dem Pixel empfangene Licht emittiert, ab. Das heißt, aus 21 und 22 wird ermittelt, dass die Oberflächenform des Prüfobjekts verstanden werden kann, ohne zu betrachten, ob das Vorzeichen des Differentials zweiter Ordnung f_xx hergeleitet werden kann.
Wieder anhand von 20 ist eine durch den folgenden Ausdruck (11) repräsentierte Beziehung erfüllt, wenn α den Gradienten der Oberflächenform bei der Koordinate 2002 des Prüfobjekts bezeichnet. tanα = f_xxx (11)
Ein Reflexionswinkel einer Sichtlinie kann aus dem folgenden Ausdruck (12) berechnet werden.
Das Symbol γ repräsentiert den tanθ₀. Das auf der linken Seite des Ausdrucks (12) enthaltene Argument (θ₀ + 2α) repräsentiert den Reflexionswinkel in Bezug auf die z-Richtung in der Prüfzielposition, die der zu der Prüfzielposition (x = 0 in 20) auf der Oberflächenform 2001 gerichteten Sichtlinie von dem Bildsensor 220 entspricht. Das Argument (θ₀ + 2α) entspricht (d. h. ist proportional zu) der Phase. Das auf der rechten Seite des Ausdrucks (12) enthaltene Produkt f_xxx ist in Übereinstimmung mit dem Ausdruck (11) gleich tanα. Somit ist aus 20 ebenfalls klar, dass der Ausdruck (12) angibt, dass der Winkel α, der den Normalenvektor n charakterisiert, der Phase der räumlich phasenmodulierten Beleuchtung (dem Streifenmuster) entspricht.
Die Koordinate x' auf dem Schirm 130, der Licht auf die Koordinate x mit der Oberflächenform des Prüfobjekts emittiert, kann durch den folgenden Ausdruck (13) hergeleitet werden. Die Koordinate in der x-Richtung der Koordinate 2002 ist als x₀ bezeichnet. Die Strecke H ist eine Strecke von der Koordinate 2002 zu der Oberfläche, auf der der Bildsensor 220 und der Schirm 130 angeordnet sind. x' = x – Htan(θ₀ + 2α) (13)
Durch Integrieren der von dem Schirm 130 ausgegebenen Phase e^jkx' über die Breite p des Pixels 2011 wird ein komplexer Korrelationspixelwert g erhalten, der in das Pixel 2011 eintritt. Das heißt, der komplexe Korrelationspixelwert g kann aus dem Ausdruck (14) hergeleitet werden. Die Wellenzahl der Streifen wird als k = 2π/λ erhalten, wobei λ die Breite der Streifen bezeichnet.
Eine Variable w ist hier durch den folgenden Ausdruck (15) gegeben. w = 1 – 2H(1 + γ²)f_xx (15)
Wenn der Illuminator 120 in dem Prüfsystem der vorliegenden Ausführungsform das durch Überlagern mehrerer Arten von Streifenbreiten erhaltene Streifenmuster emittiert, erzeugt die Zeitkorrelationskamera 110 getrennt den Realteil und den Imaginärteil der den zwei Arten von Streifenbreiten entsprechenden zwei Typen von Zeitkorrelationsbilddaten. Der Amplituden-/Phasenbildgenerator 104 des PC 100 erzeugt aus den empfangenen Zeitkorrelationsbilddaten für jede Streifenbreite die Amplitudenbilddaten und die Phasenbilddaten.
23 ist eine graphische Darstellung, die g/p angibt, wenn die Streifenbreite des Streifenmusters auf verschiedene Art geändert wird. In 23 repräsentiert die horizontale Achse w und repräsentiert die vertikale Achse g/p. Der Ausdruck (15) gibt an, dass g/p bei w = 1 in einen Fall, in dem f_xx > 0 ist, und in einen Fall, in dem f_xx < 0 ist, unterteilt wird. Die Variable weist einen Wert auf, der der geprüften Position entspricht, falls es keine Änderung der Verteilung der Normalenvektoren auf der Oberfläche des Prüfobjekts 150 und in der Positionsbeziehung des Prüfsystems (20) gibt. Somit ist aus 23 verständlich, dass der Wert der Variablen w und folglich der Wert von f_xx durch Erhalten mehrerer Werte von g/p als Ergebnisse der Änderung der Breite der Streifen und Durchsuchen nach der Variablen w, die mit den Verhältnissen übereinstimmt, geschätzt werden kann.
Genauer wird z. B. der folgende aus dem Ausdruck (14) hergeleitete Ausdruck (16) verwendet.
Eine Variable α entspricht einem Verhältnis g₂/g₁ zwischen einem komplexen Korrelationspixelwert (Amplitudenwert) g₁ im Fall einer größeren Streifenbreite und einem komplexen Korrelationspixelwert (Amplitudenwert) g₂ im Fall einer kleineren Streifenbreite in dem Ausdruck (14). Die Wellenzahlen k₁ und k₂ weisen die Beziehung k₁ < k₂ auf.
24 ist ein Diagramm, das ein Beispiel einer Amplitudenverhältnis-Korrespondenztabelle darstellt. Die in 24 dargestellte Amplitudenverhältnis-Korrespondenztabelle repräsentiert den Ausdruck (16). In 24 repräsentiert die horizontale Achse w und repräsentiert die vertikale Achse α. Diese Amplitudenverhältnis-Korrespondenztabelle wird im Voraus in einem Speicher (nicht dargestellt) in dem Controller 103 gespeichert.
Für eine bestimmte Prüfposition (für ein bestimmtes Pixel) wird hier ein durch den folgenden Ausdruck (17) auf der Grundlage eines Ergebnisses der Änderung der Streifenbreite repräsentierter Wert α₀ erhalten.
Die Variablen w, die in dem Ausdruck (16) α = α₀ erfüllen, können wie in 24 dargestellt erhalten werden. Unter der Bedingung, dass eine der zwei Variablen w ausgewählt werden kann, kann f_xx auf der Grundlage der ausgewählten Variablen w aus dem Ausdruck (15) hergeleitet werden. Dadurch kann z. B. bestimmt werden, ob der auf dem Prüfobjekt 150 vorhandene Defekt (die darauf vorhandene Anomalie) eine konvexe Form aufweist. Auf diese Weise wird in der vorliegenden Ausführungsform das Streifenmuster mit mehreren Arten von Streifenbreiten verwendet, so dass die Prüfgenauigkeit des Prüfobjekts verbessert werden kann.
Aus 23 wird ebenfalls ermittelt, dass eine Verringerung von dem Maximalwert von g/p, d. h. das Aufheben zwischen Amplituden, leicht detektiert werden kann, solange die Variable w in einem Bereich größer als die Variable w ist, bei der g/p erstmals null erreicht (einem w, bei dem der Abszissen-Schnittpunkt zuerst erreicht), falls in jeder sinc-Funktion w > 0 ist. Aus der Bedingung, dass die sinc-Funktion null erreicht, sollte in dem Ausdruck (14) eine Beziehung erfüllt sein, dass (π·p·w/λ) > π ist, wobei die Streifenbreite (d. h. die Periodenlänge in der Phasenänderungsrichtung der räumlich phasenmodulierten Beleuchtung) so eingestellt werden sollte, dass der folgende Ausdruck (18) erfüllt ist. p·w/λ > 1 (18)
Außerdem wird aus 23 betrachtet, dass die Detektierbarkeit auf der Grundlage der Differenz von g/p selbst dann tatsächlich sichergestellt werden kann, wenn die Variable w im Wesentlichen eine Hälfte des oben erwähnten Werts ist, so dass die Streifenbreite (d. h. die Periodenlänge in der Phasenänderungsrichtung der räumlich phasenmodulierten Beleuchtung) so eingestellt werden kann, dass der folgende Ausdruck (19) erfüllt ist. p·w/λ > 0,5 (19)
<Dritte Ausführungsform>
Die erste und die zweite Ausführungsform sind anhand der Beispiele beschrieben worden, in denen das Prüfobjekt mit dem Streifenmuster bestrahlt wird, das in regelmäßigen Abständen dunkle und helle Teile aufweist. Allerdings sind die oben beschriebenen Ausführungsformen nicht auf das Emittieren des Streifenmusters in regelmäßigen Abständen beschränkt. Somit wird beispielhaft eine dritte Ausführungsform der Änderung der Abstände des Streifenmusters in Übereinstimmung mit der Form des Prüfobjekts beschrieben.
Das Prüfsystem beschränkt nicht die Form des zu prüfenden Prüfobjekts, so dass als die Oberflächenform des Prüfobjekts verschiedene Formen betrachtet werden können. Wenn der PC 100 in dem Prüfsystem der vorliegenden Ausführungsform, wenn er das Prüfobjekt erfasst, den Arm 140 zum Einstellen der Position des Prüfobjekts so steuert, dass die Oberfläche des Prüfobjekts geeignet geprüft wird, überträgt der PC 100 gleichzeitig ein für die Oberfläche des Prüfobjekts geeignetes Streifenmuster an den Illuminator 120.
25 ist eine schematische Darstellung, die ein Beispiel darstellt, in dem von dem Schirm 130 ein Streifenmuster in Übereinstimmung mit einer Oberflächenform eines Prüfobjekts 2501 emittiert wird. In dem in 25 dargestellten Beispiel weist das in die Zeitkorrelationskamera 110 eintretende Streifenmuster für das Prüfsystem zum Detektieren von Anomalien des Prüfobjekts 2501 vorzugsweise regelmäßige Abstände auf. Aus diesem Grund emittiert der Illuminator 120 das Streifenmuster in der Weise auf den Schirm 130, dass das Streifenmuster, nachdem es durch das Prüfobjekt 2501 reflektiert worden ist, wie in dem in 25 gezeigten Beispiel dargestellt ist, regelmäßige Abstände aufweist.
Der Speicher des PC 100 speichert darin im Voraus ein Streifenmuster (das regelmäßige Abstände aufweist, nachdem es reflektiert worden ist), das jeder zu erfassenden Oberfläche auf dem Prüfobjekt 2501 entspricht. Das Streifenmuster ist ein Streifenmuster, das in Übereinstimmung mit der Neigung einer Oberfläche des zu prüfenden Prüfobjekts 2501 eingestellt wird. Zum Beispiel ist das Streifenmuster ein Streifenmuster, das im Wesentlichen regelmäßige Streifenbreiten aufweist, wenn es in der Zeitkorrelationskamera 110 empfangen wird, nachdem es durch diese Oberfläche reflektiert worden ist.
Jedes Mal, wenn der Arm 140 die zu erfassende Oberfläche auf dem Prüfobjekt 2501 ändert, gibt der PC 100 an den Illuminator 120 das in Übereinstimmung mit der Neigung der Oberfläche eingestellte Streifenmuster aus. Der Illuminator 120 beginnt, das empfangene Streifenmuster zu emittieren. Dadurch ist es möglich, das für die Oberflächenform des Prüfobjekts 2501 geeignete Streifenmuster zu emittieren.
Im Folgenden ist die Prüfverarbeitung des Prüfobjekts in dem Prüfsystem der vorliegenden Ausführungsform beschrieben. 26 ist ein Ablaufplan, der eine Prozedur der oben beschriebenen Verarbeitung durch das Prüfsystem der vorliegenden Ausführungsform darstellt. Das Prüfobjekt 150 ist bereits an dem Arm 140 befestigt und in der Anfangsposition der Prüfung angeordnet.
Der PC 100 der vorliegenden Ausführungsform gibt an den Illuminator 120 ein Streifenmuster in Übereinstimmung mit der Position des Armes aus (Schritt S2601). Das heißt, in der vorliegenden Ausführungsform dient ein Streifenmuster, das der Position des Arms entspricht, als das für die zu erfassende Oberflächenform auf dem an dem Arm befestigten Prüfobjekt geeignete Streifenmuster.
Der Illuminator 120 speichert das von dem PC 100 empfangene Streifenmuster (Schritt S2621). Der Illuminator 120 zeigt das Streifenmuster an, das der zu prüfenden Anfangsposition entspricht, um sich mit dem Zeitübergang zu ändern (Schritt S2622).
Daraufhin wird der Prozess von der Erfassung bis zu der Ausgabe des Detektionsergebnisses von Anomalien des Prüfobjekts (die Schritte S2602 bis S2606 und die Schritte S2611 bis S2613) in derselben Weise wie in dem in 14 dargestellten Prozess in den Schritten S1402 bis S1406 und in den Schritten S1411 bis S1413 ausgeführt.
Daraufhin bestimmt der Controller 103, ob die Prüfung des Prüfobjekts abgeschlossen ist (Schritt S2607). Wenn das nicht der Fall ist (Nein in Schritt S2607), führt der Armcontroller 101 eine Steuerung aus, um den Arm in Übereinstimmung mit einer vorgegebenen Einstellung in der Weise zu bewegen, dass die Zeitkorrelationskamera 110 eine nachfolgend zu prüfende Oberfläche eines Prüfobjekts erfassen kann (Schritt S2608).
Nachdem die Steuerung zum Bewegen des Arms in Schritt S2608 abgeschlossen worden ist, gibt der Controller 103 erneut ein Streifenmuster in Übereinstimmung mit der Position des Arms an den Illuminator 120 aus (Schritt S2601). Dadurch kann das auszugebende Streifenmuster jedes Mal umgeschaltet werden, wenn die zu erfassende Oberfläche umgeschaltet wird.
Falls bestimmt wird, dass die Prüfung des Prüfobjekts abgeschlossen ist (Ja in Schritt S2607), gibt der Controller 103 die Abschlussanweisung an die Zeitkorrelationskamera 110 aus (Schritt S2609) und wird der Prozess daraufhin beendet.
Die Zeitkorrelationskamera 110 bestimmt, ob die Abschlussanweisung empfangen wird (Schritt S2614). Wenn das nicht der Fall ist (Nein in Schritt S2614), führt die Zeitkorrelationskamera 110 den Prozess ab Schritt S2611 erneut aus. Falls die Abschlussanweisung empfangen wird (Ja in Schritt S2614), wird der Prozess daraufhin beendet.
Die durch den Illuminator 120 ausgeführte Verarbeitung kann durch den Prüfer beendet werden oder kann in Übereinstimmung mit einer Anweisung von einer anderen Komponente beendet werden.
<Vierte Ausführungsform>
Die Ausführungsformen und die Änderungen sind hier anhand von Beispielen beschrieben worden, in denen der Illuminator 120 jeweils ein lineares Streifenmuster anzeigt. Allerdings sind die Ausführungsformen nicht auf Fälle, in denen der Illuminator 120 das lineare Streifenmuster anzeigt, beschränkt. Der Illuminator 120 kann Streifenmuster mit anderen Formen anzeigen. Somit wird die vierte Ausführungsform anhand eines Beispiels des Anzeigens eines von den oben beschriebenen Ausführungsformen verschiedenen Streifenmusters beschrieben.
27 ist eine schematische Darstellung, die ein Beispiel eines durch den Illuminator 120 der vorliegenden Ausführungsform auf dem Schirm 130 angezeigten Streifenmusters darstellt. Das in 27 dargestellte Streifenmuster wird in der Weise angezeigt, dass bei den Erzeugungspunkten 2701 und 2702 (den Quellpunkten) erzeugte Streifenmuster zu einem Konvergenzpunkt 2703 (Senkenpunkt) konvergieren. Falls sich die Intensität des Lichts wie in 27 dargestellt in vorgegebenen Abständen ändert, können Anomalien (Defekte) des Prüfobjekts detektiert werden. Im Folgenden ist ein Verfahren zum Erzeugen des Streifenmusters beschrieben.
28 ist eine schematische Darstellung, die ein Beispiel darstellt, das zum Erzeugen des Streifenmusters aus 27 unter Verwendung der Helligkeit (Dichte) eine Anfangsphasenverteilung ϕ₀(x, y) (räumliche Phasenverteilung) auf der Oberfläche des Prüfobjekts 150 oder auf dem Schirm 130 verwendet. Ein weißer Punkt (heller Punkt) weist einen Wert von π auf und ein schwarzer Punkt (dunkler Punkt) weist einen Wert von –π auf. Zum Beispiel hat in 28 der Punkt 2701 einen Wert von π erhalten; hat der Punkt 2702 einen Wert von π/2 erhalten; und hat der Punkt 2703 (der untere Punkt) einen Anfangswert von –π erhalten; daraufhin wird unter Verwendung dieser Punkte als Nebenbedingungen und unter der Annahme jedes der Punkte als einen oberen Punkt oder als den unteren Punkt die Anfangsphasenverteilung ϕ₀(x, y) so eingestellt, dass in Übereinstimmung mit den Entfernungen von den Punkten z. B. glockenförmige Verteilungen geliefert werden.
Das Streifenmuster aus 27 wird auf der Grundlage der Phasenverteilung ϕ₀(x, y) aus 28 erzeugt. Die Anzahl der Streifen zwischen dem oberen Punkt und dem unteren Punkt kann mit der Wellenzahl k eingestellt werden. In diesem Beispiel ist die Wellenzahl k die Anzahl der Streifen zwischen dem oberen Punkt und dem unteren Punkt. Dadurch, dass die Wellenzahl k berücksichtigt wird, Ist die Phasenverteilung ϕ(x, y) als ϕ(x, y) = k·ϕ₀(x, y) gegeben. Um Schwarzweißstreifen zu bilden, sollte die Verteilung in Übereinstimmung mit dem Wert von ϕ(x, y) binarisiert werden. Genauer sollten z. B. Gebiete, in denen die Phase ϕ(x, y) von –π bis 0 beträgt, als dunkle Gebiete eingestellt werden, und Gebiete, in denen die Phase ϕ(x, y) von 0 bis π beträgt, als helle Gebiete eingestellt werden. Im Ergebnis wird ein stationäres Streifenmuster wie etwa das in 27 Dargestellte erhalten. Das stationäre Streifenmuster kann als R[e^{jϕ(x, y)}] dargestellt werden, wobei R[] eine Berechnung repräsentiert, um einen Realteil einer komplexen Zahl zu bilden. Durch Multiplikation mit einem Modulationsterm e^jωt kann ein bewegtes Streifenmuster als R[e^jωt·e^{jϕ(x, y)}] dargestellt werden. Auf diese Weise kann das bewegte Streifenmuster auf der Grundlage von e^jωt·e^{jϕ(x, y)} erzeugt werden. Die Phasenverteilung ϕ(x, y) und das Streifenmuster, die hier beispielhaft erläutert sind, sind lediglich Beispiele. Dadurch, dass die Anfangsphasenverteilung in Übereinstimmung mit der Form des Prüfobjekts 150 geeignet eingestellt wird, kann irgendein Streifenmuster erhalten werden. Die Wellenzahl k wird in Übereinstimmung mit der Größe der zu detektierenden Defekte auf einen geeigneten Wert eingestellt.
In dem in 28 dargestellten Beispiel sind beliebige Punkte auf der Oberfläche des Prüfobjekts als Punkte 2801 und 2802 mit hohen Lichtintensitäten und ein Punkt 2803 mit einer niedrigen Lichtintensität eingestellt worden. Allerdings können Punkte mit hohen Lichtintensitäten und Punkte mit niedrigen Lichtintensitäten dafür betrachtet werden, in Übereinstimmung mit der Oberflächenform des Prüfobjekts eingestellt zu werden, wenn die Phasenverteilung erzeugt wird.
29 ist eine schematische Darstellung, die ein Beispiel eines Streifenmusters darstellt, das auf ein sphärisches Prüfobjekt 150 projiziert wird und das als bewegte parallele Streifen entlang einer Sichtlinie von der wie in 25 dargestellten Zeitkorrelationskamera 110 gesehen ist. In dem Beispiel aus 29 wird die Neigung (der Gradient) in der Rechts-Zinks-Richtung nach links größer und in der Aufwärts-abwärts-Richtung von der Mitte nach oben und unten größer. In Übereinstimmung mit der vorliegenden Ausführungsform kann ein Streifenmuster, das wahrscheinlich ein besser geeignetes Prüfergebnis erhält, dadurch erhalten werden, dass die Phasenverteilung ϕ(x, y) in Übereinstimmung mit der Form des Prüfobjekts 150 eingestellt wird. Außerdem kann die Phasenverteilung ϕ(x, y) auf der Grundlage computergestützter Entwurfsdaten (CAD-Daten) eingestellt werden. Das Streifenmuster auf dem Illuminator wie etwa auf dem Schirm 130 kann z. B. berechnet werden: durch Einstellen des Streifenmusters auf der Oberfläche des Prüfobjekts 150 auf der Grundlage der angesichts der dreidimensionalen Form des Prüfobjekts 150 erhaltenen Phasenverteilung ϕ(x, y); und durch Anwenden einer Koordinatentransformation auf das Streifenmuster auf der Oberfläche.
Das durch den PC 100 irgendeiner der oben beschriebenen Ausführungsformen auszuführende Prüfprogramm wird dadurch bereitgestellt, dass es als eine Datei in einem installierbaren oder ausführbaren Format auf einem computerlesbaren Aufzeichnungsmedium wie etwa einen Compact-Disc-Nur-Lese-Datenspeicher (CD-ROM), einer Diskette (FD), einer Compact-Disc-Recordable (CD-R) oder auf einer Digital Versatile Disk (DVD) aufgezeichnet ist.
Das durch den PC 100 irgendeiner der oben beschriebenen Ausführungsformen auszuführende Prüfprogramm kann auf einem mit einem Netz wie etwa dem Internet verbundenen Computer gespeichert sein und dadurch bereitgestellt werden, dass es über das Netz heruntergeladen wird. Das durch den PC 100 irgendeiner der oben beschriebenen Ausführungsformen auszuführende Prüfprogramm kann über ein Netz wie etwa das Internet bereitgestellt oder verteilt werden.
Obwohl die mehreren Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beschrieben worden sind, sind diese Ausführungsformen als Beispiele gegeben worden und sollen sie den Schutzumfang der Erfindung nicht einschränken. Diese neuen Ausführungsformen können in verschiedenen anderen Formen ausgeführt werden und können im Schutzumfang auf verschiedene Art, die nicht von dem Hauptpunkt der Erfindung abweicht, weggelassen, ersetzt oder geändert werden. Die Ausführungsformen und die Änderungen davon sind in dem Schutzumfang und in dem Hauptpunkt der Erfindung enthalten und sind ebenfalls in dem in den Ansprüchen und in den Entsprechungen davon beschriebenen Schutzumfang der Erfindung enthalten.

Claims

Prüfsystem, das umfasst: eine planare Beleuchtungseinheit, die durch räumliches Bewegen eines Streifenmusters der Intensität des Lichts eine Intensität des Lichts auf periodische Weise zeitlich ändert; einen Zeitkorrelationsbildgenerator, der mit einer Zeitkorrelationskamera oder mit einem Bilderfassungssystem, das eine äquivalente Operation wie die Zeitkorrelationskamera ausführt, ein Zeitkorrelationsbild erzeugt; und einen Berechnungsprozessor, der aus dem Zeitkorrelationsbild eine Charakteristik berechnet, wobei die Charakteristik einer Verteilung von Normalenvektoren auf eine Prüfzieloberfläche entspricht und zum Detektieren einer Anomalie auf der Grundlage einer Differenz gegenüber einem Umgebungsbereich und/oder einer Differenz gegenüber einer Referenzoberfläche dient.
Prüfsystem nach Anspruch 1, wobei das Streifenmuster so eingestellt ist, dass es auf der Grundlage des folgenden Ausdrucks (1) projiziert werden kann: e^jωt·e^{iϕ(x, y)} (1) wobei e eine Exponentialfunktion repräsentiert, j eine imaginäre Zahl repräsentiert, ω eine zeitliche Winkelgeschwindigkeit repräsentiert, t die Zeit repräsentiert, x und y zweidimensionale Koordinaten repräsentieren und ϕ eine Phasenverteilung, die sich in der x-y-Ebene kontinuierlich ändert, repräsentiert.
Prüfsystem nach Anspruch 1 oder 2, wobei eine Streifenbreite des Streifenmusters so eingestellt ist, dass sie dem folgenden Ausdruck (2) genügt: p·w/λ > 0,5 (2) wobei w = 1 – 2H(1 + γ²)·f_xx ist, p eine Breite eines Bilderfassungselements der Zeitkorrelationskamera repräsentiert, λ die Streifenbreite repräsentiert, H eine Entfernung zwischen einem Prüfobjekt und einer planaren Beleuchtungseinheit repräsentiert, γtanθ₀ repräsentiert, θ₀ einen Winkel einer Richtung der Bildaufnahmevorrichtung in Bezug auf eine frontale Richtung des Prüfobjekts repräsentiert, f_xx die Ableitung zweiter Ordnung von f(x) repräsentiert, f(x) eine Funktion ist, die eine Form einer Oberfläche repräsentiert und x eine Richtung entlang einer repräsentativen Oberfläche des Prüfobjekts repräsentiert.
Prüfsystem nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Streifenmuster so eingestellt ist, dass es sich in einer Richtung bewegt, die eine Längsrichtung eines Defekts schneidet.
Prüfsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei eine Streifenbreite des Streifenmusters in Übereinstimmung mit einer Neigung der Prüfzieloberfläche eingestellt ist.
Prüfsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Beleuchtungseinheit mehrere Streifenmuster mit unterschiedlichen Breiten auf eine Prüfzieloberfläche ausgibt.
Prüfsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Beleuchtungseinheit ein Streifenmuster ausgibt, das mehrere Streifen mit unterschiedlichen Breiten enthält.
Prüfsystem nach Anspruch 7, wobei das Streifenmuster mehrere Streifen enthält, die unterschiedliche Breiten aufweisen und in derselben Richtung verlaufen.
Prüfsystem nach Anspruch 7, wobei das Streifenmuster mehrere Streifen enthält, die unterschiedliche Breiten aufweisen und in sich schneidenden Richtungen verlaufen.
Prüfsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Beleuchtungseinheit mehrere Streifenmuster ausgibt, die in unterschiedlichen Richtungen zu einer Prüfzieloberfläche verlaufen.
Prüfverfahren, das umfasst: Erzeugen eines Zeitkorrelationsbilds für ein Prüfobjekt, das mit einer planaren Beleuchtung bestrahlt wird, die durch räumliches Bewegen eines Streifenmusters der Intensität des Lichts eine Intensität des Lichts auf periodische Weise zeitlich ändert, mit einer Zeitkarrelationskamera oder mit einem Bilderfassungssystem, das eine äquivalente Operation wie die Zeitkorrelationskamera ausführt; und Berechnen einer Charakteristik aus dem Zeitkorrelationsbild, wobei die Charakteristik einer Verteilung der Normalenvektoren auf eine Prüfzieloberfläche entspricht und zum Detektieren einer Anomalie auf der Grundlage einer Differenz gegenüber einem Umgebungsbereich und/oder einer Differenz gegenüber einer Referenzaberfläche dient.