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公開番号2025078051
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-05-19
出願番号2024192585
出願日2024-11-01
発明の名称オートフォーカス及び検査プロセスを利用するマシン視覚システム
出願人株式会社ミツトヨ
代理人弁理士法人創光国際特許事務所
主分類G01B 11/24 20060101AFI20250512BHJP(測定;試験)
要約【課題】精密計測に関する。
【解決手段】マシン視覚システムは、視覚構成要素部と検査部とを含む。検査部は、可変焦点距離(VFL)レンズと、VFLレンズコントローラと、検査部光源と、検査部対物レンズと、検査部カメラとを含む。視覚構成要素部は、粗い表面プロファイルデータを決定するために、ワークピースの表面上の複数のサンプリング点のz高さを示すオートフォーカスプロセスを実行する。その後、検査部は、検査プロセスを実行し、検査プロセスは、ワークピースの表面上の複数の検査点の各検査点について拡張被写界深度(EDOF)画像を取得することを含み、検査プロセスのために、検査部とワークピースの表面との間の距離に関する調整を含む検査走査経路への追従が行われ、検査走査経路は、オートフォーカスプロセスからの粗い表面プロファイルデータに少なくとも部分的に基づいて決定される。
【選択図】なし
特許請求の範囲【請求項１】
光学アセンブリ部を含む視覚構成要素部、
移動機構、及び
前記光学アセンブリ部に結合された検査部であって、
可変焦点距離（ＶＦＬ）レンズと、
前記検査部の合焦位置を周期的に変調するために、前記ＶＦＬレンズの屈折力を、動作周波数での屈折力の範囲にわたって周期的に変調するよう、前記ＶＦＬレンズを制御するように構成されたＶＦＬレンズコントローラと、
ワークピースを照明するための光源光を提供するように構成された検査部光源と、
光軸を有し、前記ワークピースから生じるワークピース光を入力し、前記ＶＦＬレンズを通過する撮像光路に沿って前記ワークピース光を透過させるように構成された検査部対物レンズであって、前記光軸はｚ軸方向に対応し、前記ワークピースの表面上の表面点は前記ｚ軸方向に沿って対応するｚ高さを有する、検査部対物レンズと、
検査部カメラであって、前記撮像光路に沿って前記ＶＦＬレンズによって透過された前記ワークピース光を受光して、対応するワークピース画像露光を提供するように構成された検査部カメラと、を備える、検査部、
を備え、
前記視覚構成要素部は、オートフォーカスプロセスを実行するために利用されるように構成され、前記オートフォーカスプロセスは、前記ワークピースの前記表面の粗い表面プロファイルデータを決定するために、前記ワークピースの前記表面上の複数のサンプリング点ＳＰのｚ高さを示し、前記オートフォーカスプロセスのために、サンプリング走査経路ＳＳＰが追従され、
前記検査部は、検査プロセスを実行するために利用されるように構成され、前記検査プロセスは、前記ワークピースの前記表面上の複数の検査点ＩＰの各検査点ＩＰについて、拡張被写界深度（ＥＤＯＦ）画像を取得することを含み、前記検査プロセスのために、検査走査経路ＩＳＰが追従され、前記検査走査経路ＩＳＰは、前記検査部と前記ワークピースの前記表面との間の距離に関する調整を含み、前記オートフォーカスプロセスからの前記粗い表面プロファイルデータに少なくとも部分的に基づいて決定される、マシン視覚システム。
続きを表示（約 1,000 文字）【請求項２】
前記移動機構は、前記検査走査経路ＩＳＰに沿った移動の一部として、前記検査部と前記ワークピースの前記表面との間の距離に関する前記調整のために前記検査部を、前記ｚ軸方向に移動させるように構成されている、請求項１に記載のマシン視覚システム。
【請求項３】
前記移動機構はまた、前記光学アセンブリ部を前記ｚ軸方向に移動させるように構成され、そのために、前記検査部は、前記光学アセンブリ部に取り付けられている、請求項２に記載のマシン視覚システム。
【請求項４】
前記検査部の前記合焦位置の前記周期的変調は、合焦範囲にわたるものであり
検査中に、前記検査部と前記ワークピースの前記表面との間の距離に関する調整を実行し、前記検査点ＩＰについて前記ＥＤＯＦ画像を取得する際に、前記ワークピースの前記表面上の各検査点ＩＰが前記検査部の前記合焦範囲内に収まるようにする、請求項１に記載のマシン視覚システム。
【請求項５】
前記サンプリング走査経路ＳＳＰは、前記検査走査経路ＩＳＰとは異なる、請求項１に記載のマシン視覚システム。
【請求項６】
前記検査走査経路ＩＳＰは、前記サンプリング走査経路ＳＳＰにおいて移動が行われない座標への移動を含む、請求項５に記載のマシン視覚システム。
【請求項７】
前記検査点ＩＰの数は、前記サンプリング点ＳＰの数の２倍超である、請求項１に記載のマシン視覚システム。
【請求項８】
前記光学アセンブリ部は、光軸を有する光学アセンブリ対物レンズを備える、請求項１に記載のマシン視覚システム。
【請求項９】
前記光学アセンブリ部は、前記ワークピースを照明するための光学アセンブリ光源光を提供するように構成された光学アセンブリ光源を更に備え、前記光学アセンブリ対物レンズは、前記光学アセンブリ光源光によって照明された前記ワークピースの前記表面から生じるワークピース光を入力し、前記光学アセンブリ部の撮像光路に沿って前記ワークピース光を透過させるように構成されている、請求項８に記載のマシン視覚システム。
【請求項１０】
前記光学アセンブリ部は、前記撮像光路に沿って透過された前記ワークピース光を受光し、前記ワークピースの前記表面の画像を提供するように構成された光学アセンブリカメラを更に備える、請求項９に記載のマシン視覚システム。
（【請求項１１】以降は省略されています）
発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本開示は、精密計測に関し、より詳細には、（例えば、拡張被写界深度画像を取得する）検査プロセスと組み合わせてオートフォーカスプロセスを利用するマシン視覚システムに関する。
続きを表示（約 3,900 文字）【背景技術】
【０００２】
精密マシン視覚システム（又は、略して「視覚システム」）等の精密非接触計測システムは、物体の精密な寸法測定値を取得し、様々な他の物体特性を検査するために利用されてもよく、コンピュータ、カメラ、対物レンズを伴う光学系、並びにワークピースの走査及び検査を可能にするように移動する精密ステージを含み得る。１つの例示的な従来技術のシステムは、ＭｉｔｕｔｏｙｏＡｍｅｒｉｃａＣｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ（ＭＡＣ（イリノイ州オーロラ））から入手可能な、ＱＵＩＣＫＶＩＳＩＯＮ（登録商標）シリーズのＰＣベースの視覚システム及びＱＶＰＡＫ（登録商標）ソフトウェアである。ＱＵＩＣＫＶＩＳＩＯＮ（登録商標）シリーズの視覚システム及びＱＶＰＡＫ（登録商標）ソフトウェアの特徴及び動作は、例えば、２００３年１月に発行された「ＱＶＰＡＫ３ＤＣＮＣＶｉｓｉｏｎＭｅａｓｕｒｉｎｇＭａｃｈｉｎｅＵｓｅｒ’ｓＧｕｉｄｅ」に全般的に記載されており、その全体は、参照により本明細書に組み込まれる。この種のシステムは、対物レンズを含む顕微鏡タイプの光学系を使用し、ワークピースの検査画像を提供するためにステージ及び／又は光学系を移動させる。
【０００３】
エッチング、型成形、及び／又はマシン加工によって生成されるような特定の表面プロファイルを含むワークピースの品質管理は、スループット、測定分解能、及び精度に関して、ますます要求が厳しくなっている。例えば、電子部品の大規模製造においては、完全に平坦ではない基板上に堆積された部品又は構成要素の非接触検査を行う必要がある。検査プロセスは、これらの部品におけるサブマイクロメートルサイズの欠陥の検出を必要とし、高スループットを要求する。そのような要件に関連して、（例えば、様々なワークピースの表面プロファイルを迅速かつ正確に検査するための改善された能力及び／又は特性に関連して）マシン視覚システムを改善又は別様に向上させ得るシステム及び構成が望ましいであろう。
【発明の概要】
【０００４】
この概要は、簡略化された形式で一連の概念を紹介するために提供され、これらの概念は、以下の詳細な説明で更に説明される。この概要は、特許請求される主題の主要な特徴を特定することを意図しておらず、特許請求される主題の範囲を決定する助けとして使用されることも意図されていない。
【０００５】
一態様によれば、マシン視覚システムが提供され、マシン視覚システムは、光学アセンブリ部を備える視覚構成要素部と、移動機構と、光学アセンブリ部に結合された検査部と、を含む。検査部は、可変焦点距離（variable focal length、ＶＦＬ）レンズと、検査部の合焦位置を周期的に変調するために、ＶＦＬレンズの屈折力を、動作周波数での屈折力の範囲にわたって周期的に変調するよう、ＶＦＬレンズを制御するように構成されたＶＦＬレンズコントローラと、ワークピースを照明するための光源光を提供するように構成された検査部光源と、光軸ＯＡ’を有し、ワークピースから生じるワークピース光を入力し、ＶＦＬレンズを通過する撮像光路ＯＰＡＴＨ’に沿ってワークピース光を透過させるように構成された検査部対物レンズであって、光軸ＯＡ’はｚ軸方向に対応し、ワークピースの表面上の表面点はｚ軸方向に沿って対応するｚ高さを有する、検査部対物レンズと、検査部カメラであって、撮像光路ＯＰＡＴＨ’に沿ってＶＦＬレンズによって透過されたワークピース光を受光して、対応するワークピース画像露光を提供する検査部カメラと、を含む。
【０００６】
視覚構成要素部は、オートフォーカスプロセスを実行するために利用されるように構成され、オートフォーカスプロセスは、ワークピースの表面の粗い表面プロファイルデータを決定するために、ワークピースの表面上の複数のサンプリング点ＳＰのｚ高さを示し、オートフォーカスプロセスのために、サンプリング走査経路ＳＳＰが追従される。検査部は、検査プロセスを実行するために利用されるように構成され、検査プロセスは、ワークピースの表面上の複数の検査点ＩＰの各検査点ＩＰについて拡張被写界深度（extended depth of field、ＥＤＯＦ）画像を取得することを含み、検査プロセスのために、検査走査経路ＩＳＰが追従される。検査走査経路ＩＳＰは、検査部とワークピースの表面との間の距離に関する調整を含み、オートフォーカスプロセスからの粗い表面プロファイルデータに少なくとも部分的に基づいて決定される。
【０００７】
別の態様によれば、マシン視覚システムを動作させるための方法が提供される。マシン視覚システムは、光学アセンブリ部を備える視覚構成要素部と、移動機構と、光学アセンブリ部に結合された検査部と、を含む。検査部は、可変焦点距離（ＶＦＬ）レンズと、検査部の合焦位置を周期的に変調するために、動作周波数での屈折力の範囲にわたってＶＦＬレンズの屈折力を周期的に変調するようにＶＦＬレンズを制御するように構成されたＶＦＬレンズコントローラと、ワークピースを照明するための光源光を提供するように構成された検査部光源と、光軸ＯＡ’を有し、ワークピースから生じるワークピース光を入力し、ＶＦＬレンズを通過する撮像光路ＯＰＡＴＨ’に沿ってワークピース光を透過させるように構成された検査部対物レンズであって、光軸ＯＡ’はｚ軸方向に対応し、ワークピースの表面上の表面点はｚ軸方向に沿って対応するｚ高さを有する、検査部対物レンズと、検査部カメラであって、撮像光路ＯＰＡＴＨ’に沿ってＶＦＬレンズによって透過されたワークピース光を受光して、対応するワークピース画像露光を提供する検査部カメラと、を含む。
【０００８】
本方法は、概して、２つのステップを含む。第１のステップは、オートフォーカスプロセスを実行するために視覚構成要素部を利用することを含む。オートフォーカスプロセスは、ワークピースの表面の粗い表面プロファイルデータを決定するために、ワークピースの表面上の複数のサンプリング点ＳＰのｚ高さを示し、オートフォーカスプロセスのために、サンプリング走査経路ＳＳＰが追従される。第２のステップは、検査部を利用して検査プロセスを実行することを含む。検査プロセスは、ワークピースの表面上の複数の検査点ＩＰの各検査点ＩＰについて拡張被写界深度（ＥＤＯＦ）画像を取得することを含み、検査プロセスのために、検査走査経路ＩＳＰが追従される。検査走査経路ＩＳＰは、検査部とワークピースの表面との間の距離に関する調整を含み、オートフォーカスプロセスからの粗い表面プロファイルデータに少なくとも部分的に基づいて決定される。
【０００９】
更に別の態様によれば、視覚構成要素部を含む計測システムが提供され、視覚構成要素部は、光学アセンブリ部と、移動機構と、光学アセンブリ部に結合された検査部と、プログラムされた命令を記憶するためのメモリと、動作を実行するためにプログラムされた命令を実行するための１つ以上のプロセッサと、を含む。検査部は、可変焦点距離（ＶＦＬ）レンズを含み、検査部の合焦位置を周期的に変調するために、動作周波数での屈折力の範囲にわたってＶＦＬレンズの屈折力を周期的に変調するようにＶＦＬレンズを制御するように構成されたＶＦＬレンズコントローラと、ワークピースを照明するための光源光を提供するように構成された検査部光源と、光軸ＯＡ’を有し、ワークピースから生じるワークピース光を入力し、ＶＦＬレンズを通過する撮像光路ＯＰＡＴＨ’に沿ってワークピース光を透過させるように構成された検査部対物レンズであって、光軸ＯＡ’はｚ軸方向に対応し、ワークピースの表面上の表面点はｚ軸方向に沿って対応するｚ高さを有する、検査部対物レンズと、検査部カメラであって、撮像光路ＯＰＡＴＨ’に沿ってＶＦＬレンズによって透過されたワークピース光を受光して、対応するワークピース画像露光を提供する検査部カメラと、を含む。
【００１０】
１つ以上のプロセッサは、動作中、プログラムされた命令を実行して、
視覚構成要素部を利用して、オートフォーカスプロセスを実行することであって、オートフォーカスプロセスは、ワークピースの表面の粗い表面プロファイルデータを決定するために、ワークピースの表面上の複数のサンプリング点ＳＰのｚ高さを示し、オートフォーカスプロセスのために、サンプリング走査経路ＳＳＰが追従される、実行することと、
検査部を利用して、検査プロセスを実行することであって、検査プロセスは、ワークピースの表面上の複数の検査点ＩＰの各検査点ＩＰについて拡張被写界深度（ＥＤＯＦ）画像を取得することを含み、検査プロセスのために、検査走査経路ＩＳＰが追従され、検査走査経路ＩＳＰは、検査部とワークピースの表面との間の距離に関する調整を含み、オートフォーカスプロセスからの粗い表面プロファイルデータに少なくとも部分的に基づいて決定される、実行することと、を含む動作を実行する。
【図面の簡単な説明】
（【００１１】以降は省略されています）

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