近年、半導体に代表される電子部品では特に、製品の微小化と形状の複雑化が進む一方で、生産能力拡大の観点から、外観検査の高速化の要望もさらに顕著になっています。しかし、検査対象の移動が高速化すれば撮像の難易度も増すため、検査精度への影響が懸念されます。「外観検査のエキスパート」ヴィスコ・テクノロジーズではその豊富な経験から、検査対象や検査項目に最適な光学条件を創出することを得意とします。その中でも高速検査時の画像取得のカギになる照明選定におけるポイントと実用例をご紹介します。

一般的な照明選定のポイント

一般的な照明選定におけるポイントは３つ。まず、検査項目を踏まえ、対象物表面の形状や凹凸に合わせた照射方法を検討します。斜めから照射する一般的な反射照明か、カメラと同じ角度で照射できる同軸落射照明か、背後から照射してシルエット化、外形検査や計測などに利用されるバックライトかを選定します。
次に、照明の色ですが、これは対象物や検出したい箇所を光らせたり、影にしたり、見たい部分をより強調して撮像するために検討する箇所です。汎用的な白色の他に、赤色、青色、緑色があり、対象物の色や素材によって異なる反射の色（波長）に応じて選定します。複数色を組み合わせるケースもあります。
３つ目は照明の形状。対象物の形状や大きさ、照射方法、カメラやレンズなど光学機器の設置場所によって検討されるもので、リング、バー、フラット、角型、ドーム型など、サイズ展開含めて100種類以上ものラインナップから選定が行われます。

対象が高速搬送の場合の選定ポイント

上記のように様々な要因から検討・選定が行われる照明ですが、これはどれも、「対象上の欠陥（検査項目）を鮮明に写すことのできる照明条件を創出することにより、画像処理に適した画像を取得して検査実行を容易にする」という目的に沿ったものです。これらに加えて、近年のトレンドとも言える搬送が高速に行われる検査の場合、対象の移動速度に合わせ高速に撮像する、という条件も加わります。
高速撮像を行うためには、カメラのシャッタースピードを上げる必要がありますが、同時に露光時間が減少することにもなり、その結果、取得できる画像が暗くなってしまうという現象が発生します。この限られた時間に、高い輝度で照射を行うのです。
下に挙げた例では、どちらの画像もシャッタースピードは同じ 1/1000秒で撮像されていますが、一般的な照明と高輝度LED照明との明白な違いが確認できます。

搬送が高速でも、検査に適切な画像を取得するために考慮すべきことは

搬送スピードが高速な検査を実現する際、一般的に、画像処理検査装置本体の処理性能や使用するカメラのフレームレート、ケーブルの伝送速度などのハードウェアに目が向く傾向があります。もちろんこれらの重要度は高いものの、画像処理検査成功のカギを握るのは、「検査に適切な画像を取得すること」に変わりはありません。言い換えれば、対象の素材や欠陥がもっともよく見えるような照明を選定し、照射すること。だからこそ照明選定の際には、照明の形状、照射角度、距離、タイミングなどの照射方法、照明の波長、そして明るさなど、考慮すべき項目は多岐に渡ります。逆にこの点を軽視していては、いくら高速化対応のハードウェアを揃えても、より良い結果を期待するのは難しいと言えるでしょう。

こうした中、私たちは、外観検査の高速化による生産能力の拡大を実現するには、高輝度照明の存在は不可欠であると提言します。高速で移動するワークを撮像すると、ブラー（移動ぶれ）が発生しやすくなります。これを発生させないようにするには、カメラのシャッ タースピードを上げて露光時間を短くすることで解消されますが、その分画像は暗くなってしまいます。ここで、従来の照明よりも明るい「高輝度LED照明」を用いることで、ブラーもなければ暗くもない、検査に最適な画像を取得することが可能になるのです。この際、撮像の際に静定する間欠送りなのか、停止しない連続搬送なのかという搬送条件にも関わらず利用することができます。
また、多方向からの照射が検出時に有効になる膨れや凹み、傷やクラックなどの検査や、照明切り替えが有効になる複合素材（金属と樹脂など）を対象とする検査の場合など、その照射回数に応じた撮像が必要になるため、設置する照明の数が多ければ多いほど要する時間は増加します。これが、照明が高輝度であればシャッタースピードを上げて、撮像とその度に発生する画像取込に要する時間を短縮することが可能になるため、処理がタクトに間に合う可能性も増すことになります。複数設置しても搬送機構などの他機器に干渉しない小型サイズで利便性にも長け、画像処理検査の導入検討もより容易になります。
以上のような必要性から生まれた高輝度LED照明には、製造現場にある多くの課題を解決する力があると思います。

活用対象はさまざま。汎用性に優れ、画像処理検査の難易度を下げる高輝度LED照明

高輝度照明の有効性がより如実になるのは、高速搬送が行われるケースと、レンズの絞りを絞って画像が暗くなるケース。上に図示したのはほんの一例でしかありませんが、プレス端子の検査や小型のチップ部品検査は特に高速性が求められる分野であり、またMEMs検査や一体成型品の成型後検査は対象サイズが小さいゆえに高速性が求められるのに加え、複合素材であるため照明切り替えが必要になることもあり、双方の理由から高輝度照明が求められる事例です。