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検査装置・基盤検査に関する記事

【図解】外観検査装置とは?検出できる欠陥の種類やおすすめの工場5選

1.はじめに

製品や部品の品質を守るために大事なことは、仕様通りに作られているという他に、傷や異物混入などの不具合がないということです。そのために、仕様通りかどうかは、機能検査で確認します。一方、傷や異物混入の確認する方法が、外観検査です。

外観検査で確認する項目は、製造業界ごと、その製造業界の中でも製作している製品・部品ごとに、皆違っているため、外観検査の方法も膨大なものです。さらに、現在のように大量生産が前提となっている製造現場では、人の手で一つ一つ検査することはできません。

そのために、製造現場で必要なことは、機械で検査する手法になります。これから、外観検査する方法について紹介します。

2.外観検査とは

(1) 外観検査

図1に外観検査のイメージ図を紹介します。

外観検査のイメージ図

外観検査とは、部品や製品の品質を維持・保証するために外観をチェックする検査です。

主に部品や製品の表面に付着した異物や汚れ、傷、バリ、欠け、変形などの外観上の欠陥を確認し、良否判定を行います。

外観検査は、業界や製品を問わず実施される人間の五感の一つ、「目」による「目視検査」が主流です。目で不足であれば、ルーペや顕微鏡を使って検査します。

(2) 外観検査の分類

外観検査の項目と内容を、製作段階ごとに分類してみましょう。

◆ 製作段階の検査(仕様・形状・構造など)

  • 仕様図面形状との差・変形・欠損
  • 組立・組み合わせの差・位置ずれ
  • 図面寸法との差
  • 使用色・色調の差、変色や色ムラ
  • 印刷指定(文字・位置など)との差

◆ 表面処理後の検査

  • 表面の見栄え・感触(凹凸、シワ、ムラ、クモリ、異触感)
  • 表面にできた傷や擦れ
  • 付着物、汚れやチリ、異物などの付着

◆ 製品組み立て後の検査

  • 仕上がりの程度、バリや突起、欠け、加工跡

(3) 外観検査の目的

外観検査の目的について、イメージを図2で紹介します。

外観検査を初めとした製品に対する検査は、図2で表している順序で検査結果が調査され、不良品の根本原因と対策を決定し、品質を確保することが製品検査の目的です。

外観検査による製造のPDCA

  • 外観検査は、部品・製品の品質が規格値にあっているかどうかを判定する製造工程の1つで、部品や製品の不良品が出ないようにするために行われます。
  • もう一つの外観検査の目的は、不良があればその原因を解明し、以後そのような不良が発生しないように対策をとることです。
  • 検査工程で見つけられた不良と原因は、設計と製造に伝達され、同様な不良が起きないように、品質が確保された製品を製造するためのデータとして蓄積されます。

 

(4) 外観検査で重要なこと

  • 外観検査で重要なことは、事前に検査基準を明確にしておくことです。外観検査のような目視検査は、判断基準が曖昧になりやすいため、検査員ごとに違う結果が出ることもあります。
  • そのために、仕様書・検査基準書のような文字と写真だけではなく、合格・不合格の判断が目で見てわかるような基準「限度見本」「不良見本」「標準見本」を使います。
  • また、傷や異物などの形状を面積かした基準ゲージ「ドットゲージ」で、合格・不合格の判定基準を明確にします。このような人の感性によらない判定ツールが、生産現場では利用されています。

3.外観検査で検出できる欠陥の種類

外観検査で検出しなければならない欠陥の種類を、業種・製品ごとにどのようなものがあるかを、表1で紹介しましょう。

表1 外観検査の対象となる製品・部品の欠陥例

業界名 製品例 不良・欠陥例 外観検査例
金属業界 ベアリング サビ、腐食、線傷、へこみ、打痕、巣(空気孔) 目視検査
ボルト、ネジ バリ、割れ、クラック、変形、寸法ズレ、異品種・未加工品の混入 寸法検査、限界ゲージ、顕微鏡検査
溶接 アンダーフィル、アンダーカット、割れ、巣・気泡・ピット 磁粉探傷検査、浸透探傷検査、破壊検査
食品業界 パッケージ 賞味期限・製造固有記号・シリアルナンバー印字ズレ、印字間違い、フタの割れ、パッケージの傷・汚れ、異品種混入 目視検査、OCR読みとり
食品容器

 

焦げ・焼け、破れ、凹み、汚れ・キズ・異物・コンタミ、印刷ミス 目視検査

 

包装 ピンホール、ゲル、気泡、異物、汚れ、ムラ、スジ、キズ、印字ミス 目視検査
(ペット)ボトル 内部の異物、ラベルの破れ、シュリンク不良、液面高さ、内容量確認、ラベルの印字ズレ、印字違い 目視検査

(高速充填では人の目でも難しい)

日用品業界 ガラス瓶、軟包装、プラスチック容器 印字の有無、印字かすれ、印字ミス、ラベルずれ、ラベル破れ 目視検査

(判定のばらつきがある)

医療業界 医薬品容器、外箱 異物、傷、汚れの付着、封緘シール、液面高さ、内容量、ラベルずれ、ラベル破れ、印字ミス 目視検査、ハンディターミナルによる読み取り
電子デバイス業界 半導体パッケージ、コンデンサ モールド不良による半導体パッケージの膨らみの変形、リードフレーム・ピン端子の曲がりなどの変形、半導体パッケージ表面の傷やクラック、汚れや異物の付着、端子メッキ不良、パッケージのバリ・欠け、ボイド・ワイヤ変形などの内部不良、印字擦れ、印字違い 目視検査、寸法検査
プリント基板 正しい位置に正しい電子部品が実装されていない、断線、ショート、クレイジング、ミーズリング、層間剥離、 目視検査、顕微鏡検査
はんだ ボイド、ブローホール、ピンホール、はんだボール、ブリッジはんだ、部品立ち、イモはんだ、はんだ不足 目視検査、顕微鏡検査
コネクタ コプラナリティのばらつき、ピンやリードの曲がり、ピンやリードの欠損、ピッチ幅や位置のズレ 目視検査、顕微鏡検査
シリコンウェハ 変形・反り、割れ・欠け、傷・亀裂、ダイシング不良(幅・欠け)、打痕、異物 専用検査装置、顕微鏡検査
液晶 変形、反り、割れ、欠け 専用検査装置、顕微鏡検査
樹種業界

 

ボトルキャップ 変色、パージ剤残りによる黒点、焼け、汚れ 目視検査、カラーセンサ
樹脂成形品 樹脂成形品の傷、スジ、銀条、ジェッティング、フローマーク、ウェルドマーク、気泡 目視検査
成形・シート業界

 

シート、フィルム ピンホール、フィッシュアイ、ゲル、気泡、異物、汚れ、ムラ、スジ、シワ、傷 目視検査(高速ラインでは対応が難しい)、汎用センサー
ガラス 傷、汚れ、異物、気泡、割れ、クラック 目視検査

これまで紹介してきました外観検査を、人で行うには限度があります。

そのために、人の補助として採用された検査方式が、自動検査装置すなわち、「外観検査装置」です。

これまで、外観検査装置についてはほとんど触れず、外観検査の基本的なことにページを割いてきました。その理由は、外観検査装置は、機械が外観検査を行うもので、検査する内容は外観検査の内容そのものだからです。

外観検査装置については、次章で紹介します。

4.外観検査装置とは

(1) 外観検査装置を採用する理由とは

外観検査装置を人に代わって検査ラインで稼働する理由を考えてみましょう。

  • 人の目視検査では、検査員が違うと不合格品の場合と、良品となる場合がある。
  • 検査項目も増えると、検査員数が増やす必要がある。
  • 製造が自動化で部品が流れてくるインライン製造のため、人の検査では部品の流れが停滞する。

ライン生産で人が部品を外観検査するときのイメージを図3-1で、外観検査装置で検査するときのイメージを図3-2で紹介します。

人による外観検査

機械による外観検査

(2) 外観検査装置の主な構成

人がやる外観検査は、「目」で見て、「頭」で考えて、製品・部品の良否を判定します。その時の判定は、判断基準書や限度見本です。

外観検査装置では、目に相当するものは「カメラなどの画像センサー」で、頭に相当するものは「画像処理装置+ソフトウェア」です。さらに、判断基準となるものは、数値化されたデータです。

外観検査装置を導入しても、すぐに人に取って代わるほど稼働できるとは限りません。その理由は、次のようなことからでしょう。

  • 検査装置では誤検出が多い
  • 導入しても設定が多すぎるし、調整が難しい
  • 検査装置メーカーと協議したが、例えば製品の裏側のキズ、の検出はできないと判断された

このような問題が起こるのは、

  • ・カメラなどのセンサーや光源の位置が悪い。
  • ・異物を検出するしきい値が正しくないため、画像ソフトが異物を検出できない。

などが主な理由です。

このような問題を解決するには、

  • ハードウェアの位置設定は、繰り返し位置を変えることで、解決します。
  • ソフトウェアの設定では、想定外の不合格が1回出ても、そのデータをもとにしきい値などの判定データを更新するため、その後、同じ不合格は出ません。
  • トライ・アンド・エラーを繰り返すことで、外観検査装置が、製造工程でなくてはならないものになることでしょう。

2-(4)章でご紹介したように、人が外観検査を行うときにはいろいろな判定ツールを利用して検査を行います。同じように、機械に対してもデータ化した判定基準を使って画像ソフトに組み込むことで、きわどい判定も正しく判定できることでしょう。

(3) 画像センサーを用いた外観検査装置のイメージ

外観検査装置のイメージを次に4つの例で紹介します。しかし、外観検査を行う項目は非常に多く、その市場規模は限りなく広がっていると言ってよいでしょう。

図4-1に包装箱内の本数カウントを画像で処理し、ボトルなどの数量・欠品検査の例を紹介します。

包装箱のボトル本数計測

図4-2では、シート上のピンホール・異物付着検出を画像処理し、異物・キズ・欠陥検査を行う例を紹介します。

シートの幅が広いため、図では複数台のカメラで検出しますが、高解像度のカメラを用いることで、1台のカメラで検出する技術も開発されています。

シート上の異物・色むら計測

図4-3では、液晶ガラス基板の位置決め情報を画像処理し、検出した輪郭情報から、位置決めマークを検査する例を紹介します。

液晶基盤の位置決め計測

図4-4では、電子基板のコネクタピンの実装最下面の均一性を検出し、ピンの位置ズレやピン欠けを検出する例を紹介します。

コネクタピンの均一性計測

5.おすすめ工場4選

① 日本サポートシステム株式会社

https://jss1.jp/

日本サポートシステムHP

【所在地】
茨城県稲敷郡阿見町阿見字阿見原4666-1777

【営業品目】

  • ・産業用ロボット
  • ・生産設備合理化・省力化の設計及び製作
  • ・基板電気チェッカーや貼合・折曲など
  • ・治具の設計・製作

 

【特徴】
設計・加工・組立まで自社で生産する一貫体制が、日本サポートシステムの強みです。これをベースに、高品質・低コストの製品・サービスを提供することができています。

また、現状の生産方式と計画情報から、どうすれば最大利益が得られるかというシミュレーションが得意分野で、簡単に生産設備の見える化が可能です。

日本サポートシステムは幅広い分野の生産設備に関わっていて、検査装置についてもノウハウを持ち合わせていますので、どのような要望の検査装置の導入についても、コンサルタントできるでしょう。

さらに、国内・海外の拠点によって、どのような案件でも対応することができ、国内の東北から九州まで広い範囲で、様々な要望に答えられる体制を敷いています。

【実績】
NM社(電子部品の製造販売)、HS製作所(情報通信・社会産業・電子装置・建設機械・高機能材料・生活の各システム製造販売)、TT社(ショッピングセンターなどリテール事業)、SM社(自動制御機器の製造・販売)、OR社(自動車安全システムの製造販売)

② ヴィスコ・テクノロジーズ株式会社株式会社

https://www.visco-tech.com/company/profile-history/

ヴィスコ・テクノロジーズ社の位置決め検査例

写真はヴィスコ・テクノロジーズ社製位置決め検査例です

【所在地】
東京都港区海岸1-11-1  ニューピア竹芝ノースタワー20階
TEL:03-6402-4500

【営業品目】
筐体型画像処理検査装置を開発、製造及び販売
筐体型画像処理検査装置:筐体、カメラ、レンズ、照明
画像処理検査装置の最適なシステムの提案
画像処理検査装置のアドバイス提言

【特徴】
ヴィスコ・テクノロジーズ社の社名は、画像技術を核として、お客様・技術・協調の三位一体となり、面白いことが好きな技術者集団でありたいと願い、3つの「Vision」「Collaborate」「Technologies」からの造語です。

外観検査・画像処理検査に関するエキスパート集団として、画像処理アルゴリズム、光学技術、電気・機械の知識と経験を兼ね備える外観検査・画像処理検査装置メーカーです。さらには、総合的なコンサルティングも可能とする、開発型エンジニアリング企業でもあります。

【実績】
導入実績業界:電子部品、半導体、自動車、ロボット、医療薬品分野、プラスチック、日用品

導入事例:

電子部品メーカーA社:ロボットピッキングにより超深度かめらで対象物を斜めから撮像し、欠陥を検出しました。

スマホ関連メーカーB社:独自の照明技術と高速カメラ3台を使い、タクトタイムを大幅に削減しました。

自動車関連メーカーC社:これまでの連結画像より精度が格段に向上し、高精度の検査とタクトタイム短縮を実現しました。

③ 株式会社アクティブ

https://www.active-ltd.co.jp/company/

アクティブ社の自動マーキング装置オートマーカーの動作イメージ

写真は、アクティブ社製 自動マーキング装置 オートマーカーの動作イメージです。

【所在地】
兵庫県明石市大明石町1-7-35 新明ビル 8F
TEL (078)919-5070 / FAX (078)917-8048

【営業品目】

・自動検査装置の開発・製作…外観検査装置、寸法検査装置
・カメラ画像を応用した外観異常検出プログラムの開発…キズ、ダコンの検出、変色、汚れの検出
・カメラ画像を応用した寸法計測プログラムの開発…計測精度μm(ミクロン)単位の高精度計測、寸法公差±0.01mmの計測、寸法公差±0.1mmの計測
・制御プログラムの開発…パルスモーター制御プログラムの開発、サーボモーター制御プログラムの開発、エアーシリンダー制御プログラムの開発
・ビジネスソフトの開発…基幹ビジネスソフトの開発、販売管理ソフトの開発、製造管理ソフトの開発
・ソフトウェア開発

【特徴】
アクティブ社のコア技術はソフト技術であり、特に、画像処理・制御ソフトを得意としています。自動検査装置の主要な要素はメカニズム、画像処理、制御ソフトと考えており、その中でも画像処理ソフトの成否によって、自動検査装置がうまく動作できるかどうかが決まります。

時間とコストがかかる外観検査・寸法検査は、自動化することで省力化できると考えています。そのためには、お客様の製品・部品に合わせて外観検査装置をカスタマイズすることで、現在の製造ラインに組み込むことが可能です。

アクティブ社は、トータルにサポートし、長期的な品質の向上と省力化によって、貢献できる会社です。

④ 株式会社日本マイクロニクス

https://www.mjc.co.jp/corporate/about.html

日本マイクロニクス社の大型真似る対応の自動工学検査装置

写真は、日本マイクロニクス社の大型パネル対応の自動光学検査装置(AOI)です。

【所在地】
東京都武蔵野市吉祥寺本町2-6-8
TEL:0422-21-2665(代表)
青森工場:青森県平川市町居南田571-2

【営業品目】

・半導体計測器具開発・製造・販売
・半導体・LCD検査機器等の開発・製造・販売

【特徴】
日本マイクロニクス社は、お客さまの信頼を得ることを第一と考え、製品の開発・製造・資材調達・管理・システム構築の全ての段階で、自社の総合管理システムの6つの活動テーマに従い、改善と改革に取り組む会社です。

6つの活動テーマとは、「技術向上と品質維持」「原価低減」「サービス充実」「納期厳守」「法令順守」「労働と製品の安全」です。

日本マイクロニクス社は、こうした活動テーマをもとに半導体やFPD検査に着目し、電子計測技術と微細加工技術を高度化し、独自技術のプロービングテスト(探針検査)を育てています。さらに、専用LSIチップ・テスタなどプロービングテスト周辺製品・技術に取り組んでいます。

⑤ 株式会社 デクシス

http://www.decsys.co.jp/company/company1.html

デクシス社製の人型外観検査システム

写真は、デクシス社製人型外観検査システム「外観けんた君」です。

【所在地】
千葉県船橋市本町2-1-34 船橋スカイビル
TEL:047-420-0811(代)
京都事業所:京都府京都市下京区小柳町513-2 五条久保田ビル

【営業品目】

・主幹事業
製品開発:医療資材向け検査システム、医薬向け検査システム、市場向け検査システム
要素開発:自動化技術ロボット、画像認識、可視化

・画像処理技術、システム技術

・電子回路の設計開発、量産

【特徴】
画像処理技術は、どのように進化したとはいえ、まだまだ発展途上にあります。だからこそ、そこには大きな可能性があり、ビジネスチャンスがあると、デクシスは考えています。人間の視覚や頭脳に置き換わるには、カラー化、高分解能化、高速化、知能化など、乗り越えるべき課題は山積していると言ってよいでしょう。

また検出能力を高める為に、検査システムとして、ハンドリング技術・搬送技術・クリーン化対策などの高い自動化技術力も要求されます。

デクシス社は、自社技術の高精細・高知能化を進め、医薬業界を中心に、外観検査システムのリーディングカンパニーを目指しています。

【実績】
・自動車、自動車関連、製薬、化学、電気機器、電子機器など多数社と取引があります。

6.おわりに

外観検査装置は、カメラや赤外線などのセンサーに加え、画像処理技術が中心となって製品化されます。しかし、それらを現場の生産システムに適用させるには、電子基板の傷や位置連れなど検査対象の、不良現象を深く研究する必要があります。

また、外観検査装置を提供するメーカー、基板のような製品を製作するメーカー、製造システムを構築するメーカー、外観検査を得意とするメーカーなど、いろいろな業種がコラボすることで、人の目と頭脳に置き換わることができる外観検査装置の導入が可能となることでしょう。

こんな外観検査はできるだろうか、という悩みは多くの製造者が抱えていることではないでしょうか。そのような悩みを、外観検査に関わるメーカーに相談することで、解決する糸口が見つかるかもしれません。

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