JP2007033389A - 表面検査装置 - Google Patents

Abstract

【課題】缶のように、表面に透明層部材を有した被検査体の表面検査を行うにあたり、透明そう部材のみの検査を確実に行えるようにする。
【解決手段】基材２０１とその基材２０１の表面を覆う透明層部材２０２とからなる被検査体２００の表面に略平行な光Ｌ１を斜めから照射し、その反射光Ｌ２のうち、Ｓ偏光のみを偏光素子３１で透過させ、その透過光を観察するようにした。
【選択図】図１

Description

本発明は、缶等のように、表面に、外気よりも光学的に密な透明層部材を有した被検査体の表面検査を行う表面検査装置に関するものである。

従来、飲料缶に施された印刷状態等をチェックするための表面検査装置としては、例えば特許文献１に示すようなものが知られている。このものは、缶を自転させながら光を照射し、その反射光を検出することで、缶にメタリック塗装されている模様や文字の良否に係る表面検査を自動で行えるようにしてある。

ところで、飲料缶等は、前述した印刷上に、さらに透明な樹脂等の被膜層が設けてあり、この透明層部材に傷、よれ等の不良がないかを検査する必要がある。

しかしながら、特許文献１に示すような、ただ単に光を当てるだけの装置では、缶本体の表面印刷状態を自動検査することはできても、被膜不良品を検出することは、非常に難しい。樹脂等の被膜層は、外気よりも光学的に密であるため、光学的に疎な外気から密な被膜層へどのような角度で光をあてようとも、その光は被膜層の表面で全反射することはなく、一部が必ず被膜層の中に入って、その下のメタリック塗装で反射し、検出されてしまい、被膜不良なのか塗装の模様なのかの見分けがつかなくなるのである。
特開平８−７５６７２号公報

そこで本発明は、このような缶の被膜層のように、外気よりも光学的に密な透明層部材を表面に有した被検査体の表面検査を行うにあたり、その透明層部材の裏面側にどのような塗装や部材が存在しようとも、透明層部材の表面のみの検査を確実に行えるようにすることをその主たる所期課題としたものである。

すなわち、本発明に係る表面検査装置は、外気よりも光学的に密な透明層部材を表面に有した被検査体の表面検査を行うものであって、前記被検査体の表面に略平行な光を斜めから照射する光照射部と、その反射光のうちのＳ偏光のみを実質的に透過する偏光素子と、前記偏光素子を透過した光を受光してその強度を示す強度信号を出力する受光素子とを備えていることを特徴とする。

このようなものであれば、被検査体で反射する光のうち、透明層部材の表面で反射する以外の光、すなわち透明層部材の中に一旦入った後、その裏面側にある他の部材表面で反射して出てくる光は、その過程で旋光等され、Ｓ偏光成分が大きく減ぜられ、受光素子には、被検査体で反射する光のうち、透明層部材の表面で反射したＳ偏光のみがほぼ入射することになる。

そのため、透明層部材の表面で反射する以外の光の影響をキャンセルでき、その透明層部材の裏面側にどのような塗装や部材が存在しようとも、透明層部材の表面状態のみを受光素子で検出してその検査を精度良く確実に行うことができる。また、構成上も通常の検査装置に加えて、偏光素子を利用すれば良いだけであるので、非常に簡単である。なお、ここで反射とは正反射の他、散乱反射を含む場合もある。略平行とは、平行光の他、それに近い光も含む。

受光素子は必ずしも必要なく、これを目視で行っても構わない。つまり、前記被検査体の表面に略平行な光を斜めから照射し、その反射光のうち、Ｓ偏光のみを偏光素子で透過させ、その透過光を観察するようにした表面検査方法でもよい。

透明層部材表面からのＳ偏光を効率よく取得するには、前記光照射部からの光の入射角を、外気と透明層部材との屈折率で定まるブリュースター角、またはそれより大きい角度に設定しているものが好ましい。ブリュースター角であれば、透明層部材表面で反射する光がＳ偏光のみであり、それより大きい角度でも光の大部分が偏光となり、効率よく光を受光できる。

予め、光照射部がＳ偏光のみを射出するようにしてもよい。その場合、前記光照射部からの光の入射角を、ブリュースター角に限定する必要はない。

本発明の効果が特に顕著となるのは、被検査体が、基材とその基材の表面を覆う透明層部材とからなるものであり、基材の表面又は透明層部材の裏面に様々な模様等がメタリック塗装されている場合である。メタリック塗装がなされているが故に従来、透明層部材の検査が非常に難しかったところ、本発明によりその課題を鮮やかに解決できる。

産業上の需要が特に見込まれるのは、被検査体が缶、薬カプセル、ガラス瓶のいずれかである。

このように構成した本発明によれば、缶のように、外気よりも光学的に密な透明層部材を表面に有した被検査体の表面検査を行うにあたり、その透明層部材の裏面側にどのような塗装や部材が存在しようとも、透明層部材の表面のみの検査を簡単な構成で確実に行える。

以下、本発明の一実施形態について図面を参照して説明する。

本実施形態にかかる表面検査装置１は、図１に示すように、被検査体である缶２００の表面検査を行うものである。

まず、缶２００について説明する。検査される缶２００は、例えば飲料用の一般に市販されているもので、図２に示すように、アルミや鉄等の金属からなり、側周面にメタリック塗装を施した缶本体（基材）２０１と、その缶本体２０１の表面を覆う透明層部材２０２とからなる。この透明層部材２０２は、樹脂等で作られたもので、その屈折率は空気よりも大きく、光学的に空気に比べて密な媒質である。

表面検査装置１は、前記缶２００の側周面（表面）に略平行な光Ｌ１を斜めから照射する光照射部２と、その反射光Ｌ２を受光し得る位置に配置した受光部３とを備えている。

光照射部２は、ＬＥＤ等を用いた光源２１と、その光源２１の前方に配置され、光源２１から射出される出射光Ｌ１を略平行にする光学素子２２（例えば凸レンズ）とを備えている。なお、光学素子２２を通過した前記出射光Ｌ１は、完全に平行ではなく、平行に近いものにしておくことが好ましい。そしてこの出射光Ｌ２の光軸の、缶２００における検査面に対する入射角θが、ほぼブリュースター角となるように、当該光照射部２が配置してある。

受光部３は、前記出射光Ｌ１が、缶２００の表面で正反射した反射光Ｌ２を受光し得る位置に配置してあり、前記反射光Ｌ２のうちのＳ偏光のみを実質的に透過する偏光素子３１と、図示しない結像光学系と、前記偏光素子３１を透過した光Ｌ３を受光してその強度を示す強度信号を出力するＣＣＤ等の受光素子３２とからなる。ここで既知の事実を確認しておくと、Ｓ偏光とは、図３に示すように、出射光Ａ１と反射光Ａ２とで形成される面Ｔに対し、垂直な振動面を有する偏光ａ１のことを言う（符号ａ２は、面Ｔに平行な振動面を有するＰ偏光を示す）。

このような表面検査装置１の動作につき、以下に説明する。

図２に示すように、まず、光照射部２から缶表面に光Ｌ１が照射されると、その光Ｌ１は、反射されて反射光Ｌ２となる。

その反射光Ｌ２のうち、屈折して透明層部材２０２内に入った後、缶本体２０１の塗装表面２０１ａで反射して透明層部材２０２から外方に出てくる光Ｌ２１には、その過程で、旋光作用等が働いてそのＳ偏光成分は大きく減ぜられる。

一方、反射光Ｌ２のうち、透明層部材２０２の表面２０２ａで反射した光Ｌ２２は、その入射角θが、ブリュースター角に設定されているので、ほぼＳ偏光のみとなる。

その後、これら各反射光Ｌ２１、Ｌ２２は、ともに受光部３の偏光素子３１に入るが、前述したように反射光Ｌ２１（以下第１反射光ともいう）には、Ｓ偏光成分がほとんどない一方、反射光Ｌ２２（以下第２反射光ともいう）は、ほぼＳ偏光のみであるため、偏光素子３１を通過して受光素子３２に至るのは、ほぼ第２反射光Ｌ２２だけ、すなわち透明層部材２０２の表面２０２ａで反射した光Ｌ２２だけとなって、缶本体２０１の塗装表面２０１ａで反射した光Ｌ２１は排除されることとなる。

したがって、もし透明層部材２０２の表面に傷やよれ等の欠陥がない場合に、受光素子３２からの出力を画像化した場合には、塗装による模様等はキャンセルされて、例えば、図４に示すような白い画像が得られる。そしてもし、透明層部材２０２の表面２０２ａに欠陥があれば、図５に示すように、その部分で光が散乱して受光素子３２に届く光量が減るわけであるから、得られる画像としては、図６に示すように、欠陥部分が黒く抽出される。

なお、この実施形態では、缶２００を自転させることにより、缶２００の側周面全部の検査を行い、それが終われば、次の缶２００を搬送してきて、同様の検査を繰り返す。

このように、本実施形態によれば、缶２００の表面検査を行うにあたり、缶本体２０１の表面にどのような塗装が施されていようとも、被膜２０２のみの検査を簡単な構成で確実に行うことができるようになる。

なお、本発明は、前記実施形態に限られるものではない。例えば、光照射部からの光は必ずしもブリュースター角に設定する必要はなく、その近傍あるいはさらに大きな入射角に設定してもよい。

また、光照射部がＳ偏光だけを射出するように、光照射部に偏光素子を設けるようにしても構わない。このようにすれば、さらに検査精度を向上させることができる。この場合、光照射部からの光の角度に、大きな制限は不要になる。

さらに、本発明に係る装置は、缶のみならず、ガラス瓶等の透明な物質の表面検査にも適用可能である。材質がガラス等の透明なものであれば別に色ガラスでもよいし、内部にどんなものが入っていても構わない。例えば、薬のカプセルも同じ原理で検査可能である。現在のところ、カプセルは、透過で見るか、反射の場合は暗視野が一般的であるが、本発明を適用すれば、より精度の高い検査が可能になる。加えて、液晶等に使用する樹脂製のフィルムの表面検査にも用いることができる。その場合、例えばロールへ巻き付ける過程で、同様の原理で使用することができる。
要は、表面の透明層部材が外気よりも光学的に密であり、なおかつその透明層部材内に屈折した光が、その進行過程で偏光度に変動が生じるものにおいて、本発明の効果は特に顕著なものとなる。

加えて、欠陥の抽出方式であるが、前記実施形態では、反射光を偏光素子を介して受光するようにして、欠陥部分で光が散乱反射し暗くなることを利用していたが、逆に反射光を受光しない位置に偏光素子及び受光素子を配置し、散乱反射光により光る部分を欠陥部分として検出するようにしてもよい。

また、偏光素子を介して受光素子ではなく目視で検査することも可能である。
さらに言えば、光照射部にライン光源、受光部にライン受光素子を用いるなどしてもよい。

その他、本発明は、その趣旨を逸脱しない範囲で種々変形が可能である。

本発明の一実施形態における表面検査装置の模式的全体図。 同実施形態において缶に光が照射される場合を示す部分拡大図。 Ｓ偏光とＰ偏光の定義を示す説明図。 同実施形態において透明層部材に欠陥がないときに得られる模式的画像図。 同実施形態において透明層部材に欠陥がある缶に光が照射される場合を示す部分拡大図。 同実施形態において透明層部材に欠陥があるときに得られる模式的画像図。

符号の説明

１・・・表面検査装置
２００・・・被検査体（缶）
２０１・・・基材（缶本体）
２０２・・・透明層部材
２・・・光照射部
３１・・・偏光素子
３２・・・受光素子

Claims (6)

1. 外気よりも光学的に密な透明層部材を表面に有した被検査体の表面検査を行うものであって、
   前記被検査体の表面に略平行な光を斜めから照射する光照射部と、その反射光のうちのＳ偏光のみを実質的に透過する偏光素子と、前記偏光素子を透過した光を受光してその強度を示す強度信号を出力する受光素子とを備えていることを特徴とする被検査体の表面検査装置。
2. 被検査体が、基材とその基材の表面を覆う透明層部材とからなるものであり、基材の表面又は透明層部材の裏面に様々な模様等がメタリック塗装されている請求項１記載の被検査体の表面検査装置。
3. 前記光照射部からの光の入射角を、外気と透明層部材との屈折率で定まるブリュースター角、またはそれよりも大きい角度に設定している請求項１又は２記載の被検査体の表面検査装置。
4. 光照射部がＳ偏光のみを射出するものである請求項１、２又は３記載のウェハ輪郭検出装置。
5. 被検査体が缶、薬カプセル、ガラス瓶のいずれかである請求項１記載の被検査体の表面検査装置。
6. 外気よりも光学的に密な透明層部材を表面に有した被検査体の表面検査方法であって、前記被検査体の表面に略平行な光を斜めから照射し、その反射光のうち、Ｓ偏光のみを偏光素子で透過させ、その透過光を観察するようにしたことを特徴とする被検査体の表面検査方法。