品質検査
AOI外観検査：機械はどうやって一目で欠陥を見つけるのか
コード板のピンホール、クロム残り、傷は数μmから数十μmしかないことが多く、人の目では長時間見続けると疲れ、見落としも出ます。自動光学検査（AOI）は「照明、撮像、比較、分類」の4ステップで欠陥を見つけ、その位置を記録します。本稿ではその原理と、AOIと目視検査それぞれの長所と限界を説明します。
2500本のコード板では、読取り半径20 mmでの線幅はわずか25 μm程度です。こうした目盛線数千本の中から数μmのピンホールを一つ見つけるには、検査員が顕微鏡下で1区画ずつ見ていくしかありません。長時間見ていると目が疲れ、判断もぶれてきます。
AOI（自動光学検査）は、この「間違い探し」をカメラとアルゴリズムに任せるものです。まず画像を撮り、基準画像と比べ、差の大きい箇所を枠で囲み、最後にどんな欠陥かを判定します（図1）。
ステップ1：照明で欠陥を「目立たせる」
欠陥が見えるかどうかは照明で決まります。ガラスコード板では一般に背面からの透過照明を使います。クロム線は光を遮るので黒く、ガラスは光を通すので明るく見えます。ピンホールは黒い線の中の輝点に、クロム残りは明るいスリットの中の黒点になり、コントラストが大きいため最も検出しやすい欠陥です。
金属の反射型コード板では同軸落射照明を使います。表面の傷やパーティクルに対しては、さらに斜光照明を加えることもよくあります。平らな面は光を正反射して逃がしますが、傷やパーティクルは光をレンズに散乱させるため、暗い背景に明るい線として浮かび上がります。多くの装置は複数の照明を組み合わせ、それぞれで異なる欠陥を捉えます。
ステップ2：撮像、画素は欠陥より小さく
欠陥を安定して検出するには、一般に画像上で少なくとも数画素を占めることが望まれます。たとえば5 μmの欠陥を捉えるには、1画素あたりの寸法を1–2 μmにする必要があります。このとき幅4000画素のカメラでも視野は4000 × 2 μm = 8 mmしかなく、コード板全体を多数の視野に分けて撮るか、コード板を回転させてラインセンサカメラで連続走査することになります。
倍率が高いほど被写界深度は浅くなります。コード板にわずかな反りがあるだけで局所的にピントが外れるため、高倍率検査では保持とフォーカシングにも配慮が必要です。分解能、視野、検査時間の三つは合わせてトレードオフを考えなければなりません。
ステップ3：比較、「違う」箇所を見つける
よく使われる判定方法は三つあります。
- 基準画像との比較：基準画像は設計データか、合格と確認済みのコード板から作ります。撮像画像と基準画像を位置合わせしてから画素ごとに差し引き、差が閾値を超えた領域を疑わしい点とします。位置合わせは高精度でなければならず、そうでないと各目盛線のエッジに差が出てしまいます。
- 周期比較：インクリメンタルトラックは繰返しパターンなので、各周期を隣の周期と比べ、「形が違う」区画に印を付けられます。
- ルール判定：線幅、間隔、輝点の面積を直接測り、設定範囲を外れたら警報を出します。
ステップ4：分類と記録
疑わしい点が見つかると、アルゴリズムはその面積、縦横寸法、明暗、形状を抽出します。周囲より明るく円形のものは多くがピンホール、周囲より暗くスリット内にあるものは多くがクロム残りかパーティクル、細長いものは多くが傷です。さらに、それが読取り領域内にあるか、いくつあるかを合わせて判定を出します。
AOIは各欠陥の座標と画像も保存します。どのコード板でも同じ位置に同じ欠陥があれば、多くはフォトマスクの問題です。位置がランダムに分布していれば、パーティクルや清浄度に起因する可能性が高くなります。こうした記録はトレーサビリティと工程改善に非常に役立ちます。
目視検査との比較
| 項目 | AOI | 目視検査 |
|---|---|---|
| 一貫性 | パラメータが同じなら結果は再現する | 経験と疲労の影響を受ける |
| 速度 | 速く、量産向き | 遅い |
| 記録 | 座標と画像を自動保存 | 手書き記録に頼る |
| 誤報 | ほこりや水跡でも警報が出ることがある | 拭き取れる汚れを見分けられる |
| 新しい欠陥 | アルゴリズムやルールの調整が必要 | 経験で判断できる |
AOIにも見えないものがあります。コード板側面のチッピング、平面度、光学濃度の数値などは別の装置で測る必要があります。閾値を厳しくしすぎると誤報が増え、緩めすぎると見逃しが出ます。そのため一般的には、まずAOIでふるい分け、警報が出た箇所を人が顕微鏡で再判定します。
まとめ
AOIの核心は「照らし出せる、鮮明に撮れる、正確に比べられる、きちんと分けられる」ことです。AOIによって外観検査は再現性があり、記録が残り、追跡可能なものになりますが、閾値設定と人による再判定は依然として欠かせません。AOIの結果を見るときは、「合格かどうか」だけでなく、欠陥の位置分布にも注目する価値があります。
中国語原文記事の翻訳 (0031). ENC7 コード板メーカー（お問い合わせ） · 技術記事 · https://enc7.com
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