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知能化システム

従来の画像検査では検知困難な微小なキズを可視化するワンショット光学検査技術を開発
−工業製品などの外観・内観検査や、部品の表面検査でキズを瞬時に検知−

2019年11月05日
株式会社東芝

当社は、目視や通常の画像検査では検知するのが困難な小さなキズや異物を瞬時に可視化するワンショット光学検査技術を開発しました。本技術は、表面状態に応じて生じる光のわずかな散乱光を検出し色で識別することにより、ワンショットで得た画像から深さ数ミクロンメートル程度の浅いキズや異物を判別します。
当社は本技術の詳細を、11月7、8日にグランドニッコー東京 台場(東京都港区台場)にて開催される「TOSHIBA OPEN INNOVATION FAIR 2019」にて展示いたします。

近年、製造現場において、労働者不足の解決や製造コスト削減の観点からIoTやAIを使った作業効率化が進んでいますが、表面検査などの品質検査においては、小さなキズや異物を漏れなく検知するため、いまだに熟練者による目視や触感を駆使した検査が主流となっています。
表面検査を自動で検査する方法として光学検査技術が有効とされています。物体は入射された照明の光を反射しますが、対象物にキズがない場合、入射角と反射角が等しくなる正反射光となるのに対し、キズがある場合は入射光が様々な方向に反射する散乱光となります。この特徴を生かすことによりキズの検出が可能ですが、従来のレンズによる撮像ではレンズを通すことで光が一点に集中し散乱光の方向情報が失われ、周囲と微小な差しかないキズや異物などを検出することは困難でした。

そこで当社は散乱光の散乱角度の違いを検出するのに適したテレセントリックレンズ(注1)を用い、光の散乱角度を色で選別するカラーフィルターと組み合わせた独自手法により、微小なキズから生じる散乱光の角度分布をワンショットで撮像できる光学検査技術を開発しました。
本技術を適用した装置を用いることで、散乱光の角度によって色分けされた画像が取得できます。そのため、キズや異物の領域を周囲と異なる色で画像として出力し、容易に検知することが可能になりました。また、動く対象物を検査することも可能です。製造ライン上での欠陥検査や、稼働中の装置の摩耗状況の検査にも活用でき(注2)、検査のために装置を停止させる頻度を減らし、稼働率の向上も期待できます。
また本技術は既存設備の大幅な改造を必要とせず、レンズやカラーフィルターを変更することで様々な大きさ・種類の対象物に対応することができます。
なお、本技術に用いた散乱光を検出する技術は、照明の光学設計(第22回光設計賞優秀賞(注3))にも用いてきた東芝独自の解析技術です。

当社は、検出感度を上げ、2020年度以降の実用化を目指し研究開発を進めてまいります。

図1:従来のカメラでのイメージング

図2:今回開発したワンショット光学検査技術のしくみ

図3:ワンショット光学検査での撮像例

(注1)レンズ全面にわたり,ある点から発した主光線(光束の基準となる光線)の進行方向を光軸と平行に揃えることができる光学系のこと。

(注2)被検物の速度6m/sでの動作は確認済み。照明や撮像装置次第でさらに高速な速度にも対応可能です。

(注3)(一社)日本光学会 光設計研究グループにより、「光設計」分野における技術交流・研究活性化を目的として年一度 同分野に関連する優れた研究・技術・発明に対して表彰されるものです。


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