CN107703154A - 外观检查装置及外观检查方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种外观检查装置及外观检查方法。外观检查装置将来自光源的光作为扩散光，通过照明装置向检查对象物的平坦的检查面照射，并通过摄像机拍摄检查面。设将检查面上的任意位置和摄像机连接的直线与该位置处的检查面的垂线所成的角度为角度θ时，摄像机和光源以无论在检查面上的哪个位置该位置处的角度θ与扩散光相对于该位置的入射角α都满足θ≠α的位置关系配置。

Description

外观检查装置及外观检查方法

在2016年8月9日提出的日本专利申请2016-156461的公开，包括其说明书、附图及摘要作为参照而全部包含于此。

技术领域

本发明涉及外观检查装置及外观检查方法。

背景技术

在一般的外观检查方法中，基于通过摄像机拍摄检查面而得到的拍摄图像中的颜色的浓度，来判定检查面上的缺陷的有无。例如，检查面上存在的伤痕相比没有伤痕的区域而颜色被拍摄得深(暗)。因此，能够将拍摄图像中的颜色的浓度高的区域判定为存在伤痕的区域，将颜色的浓度低的区域判定为没有伤痕的区域。

例如，日本特开2002-116153号公报中，作为利用上述那样的方法进行轴承滚道圈等圆筒形加工物的端面的外观检查的装置，公开了图10的外观检查装置。参照图10，在日本特开2002-116153号公报的外观检查装置中，从照明装置13照射的光被作为检查面24的轴承滚道圈内圈的端面反射，其反射光由拍摄装置11拍摄。

如图10所示，在一般的外观检查装置中，在通过检查面进行了镜面反射的反射光入射的位置处设置摄像机。即，通过检查面进行了镜面反射的反射光的行进方向与摄像机的拍摄方向一致。从检查面向摄像机入射的光包括通过检查面进行了扩散反射的反射光和进行了镜面反射的反射光。其中，进行镜面反射而向摄像机入射的光量的比例非常高。在检查面的缺陷不是伤痕等较大的凹凸而是表面粗糙度的差异程度的比较小的凹凸的情况下，存在缺陷的区域与没有缺陷的区域的进行镜面反射的反射光的差量小。在向摄像机入射的光中的被检查面进行镜面反射而向摄像机入射的反射光的光量的比例非常高的情况下，上述差量相对于向摄像机入射的光量而言非常小。因此，拍摄图像中的颜色的深浅之差变小，检查面上存在的缺陷的检测精度有时会下降。

发明内容

本发明的目的之一在于提供一种能够提高外观检查的精度的外观检查装置及外观检查方法。

本发明的一方法的外观检查装置的结构上的特征在于，具备：拍摄装置，拍摄检查对象物的平坦的检查面；及照明装置，将来自光源的光作为扩散光而向检查面照射。拍摄装置和光源以第一位置关系配置，所述第一位置关系是在检查面上的全部位置上该位置处的角度θ与扩散光相对于该位置的入射角α都满足θ≠α的位置关系。上述角度θ是将所述检查面上的任意位置和所述拍摄装置连接的直线与该位置处的所述检查面的垂线所成的角度。

附图说明

前述及后述的本发明的特征及优点通过下面的具体实施方式的说明并参照附图而明确，其中，相同的标号表示相同的部件。

图1是实施方式的外观检查装置的从正面观察的概略图。

图2是用于说明外观检查装置的检查原理的概略图。

图3是表示外观检查装置的主要部分的概略俯视图。

图4是用于说明在外观检查装置中将照明装置配置在第一位置而进行的外观检查的图。

图5是用于说明在外观检查装置中将照明装置配置在第二位置而进行的外观检查的图。

图6是在用于说明外观检查装置中将照明装置配置在第三位置而进行的外观检查的图。

图7是通过外观检查装置拍摄检查面而得到的拍摄图像。

图8是表示以往的外观检查装置的概略图。

图9是通过以往的外观检查装置拍摄检查面而得到的拍摄图像。

图10是表示以往的外观检查装置的概略图。

具体实施方式

以下，参照附图，说明优选的实施方式。在以下的说明中，对于同一部件及构成要素标注同一标号。它们的名称及功能也相同。因此，不重复它们的说明。

第一实施方式如下述所示。本实施方式的外观检查装置100进行表面为高反射率即表面具有光泽的工业产品的外观检查。外观检查装置100的检查对象物例如是滚动轴承。在以后的说明中，设定外观检查装置100检查滚动轴承的外圈及/或内圈的与该滚动轴承的旋转轴正交的端面(以下，简称为端面)中包含的检查面。需要说明的是，作为外观检查装置100的外观检查的对象物的滚动轴承300具有外圈301、内圈302、多个滚动体303、及保持架304。

图1是本实施方式的外观检查装置100的从正面观察的概略图。参照图1，外观检查装置100具有LED(Light Emitting Diode)等光源10A。外观检查装置100包括照明装置10、摄像机20。照明装置10向作为检查对象物的滚动轴承300的外圈301及内圈302的端面中包含的检查面K照射来自光源10A的光。摄像机20是得到检查面K的拍摄图像的拍摄装置的一例。

滚动轴承300以相当于旋转轴的中心轴C成为铅垂方向的方式配置。摄像机20的拍摄方向在包括中心轴C的直线上，即沿着中心轴C而设定为铅垂向下。摄像机20与作为控制装置的计算机(PC：个人计算机)500连接，将拍摄图像向PC500输入。PC500包括用于控制该PC500的CPU(Central Processing Unit)50。

在以后的说明中，将水平方向设为x方向，将图1的右方向设为x方向的正方向(也称为+x方向)。将图1的左方向设为x方向的负方向(也称为-x方向)。将铅垂方向设为y方向，并将图1的上方设为y方向的正方向(也称为+y方向)。将图1的下方设为y方向的负方向(也称为-y方向)。

照明装置10将来自光源10A的光作为扩散光而向检查面K照射。作为一例，光源10A是以包括中心轴C的直线所包含的点、即位于中心轴C上的点为中心，并与滚动轴承300的端面平行的面所包含的环状。照明装置10通过使用未图示的扩散板或反射板等，将来自光源10A的光作为指向性低的扩散光而向检查面K整体照射。优选照明装置10的照射光为白色光。白色光与红、绿、蓝等颜色相比有无缺陷的差别明确，因此能够进一步提高对于缺陷的检测精度。在以后的说明中，照明装置10是指发光的面，即照射面其本身。

照明装置10通过移动装置30而沿y方向移动。移动装置30包括例如y方向的轨道和使照明装置10沿该轨道上下移动的驱动部。移动装置30与PC500连接，通过PC500的控制而使照明装置10移动。即，光源10A与摄像机20通过PC500的控制而位置关系相对地变化。

检查原理如下述所示。外观检查装置100通过照明装置10向检查面K照射扩散光。基于由检查面K反射而入射到摄像机20的光量，来检查检查面K的缺陷的有无。外观检查装置100检查的检查面K的缺陷存在例如下述的(1)、(2)。(1)是被称为“鞋痕”(シューマーク)的、在制造工序中的主要是表面研磨的工序中由于研磨屑等异物与表面接触而产生的表面粗糙度的差异。(2)是在制造后由于物体与表面接触而产生的伤痕(擦伤、碰伤等)等凹凸。通过表面被研磨或被涂层而具有光泽的工业产品的表面的反射率高。滚动轴承300也被研磨表面，因此反射率高。检查面K存在具有上述缺陷的范围和不具有上述缺陷的范围的情况下，来自各范围的反射量不同。因此，外观检查装置100利用该反射量的差异，基于来自检查面K的反射量来检查检查面K的缺陷的有无。

使用图2，说明通过外观检查装置100检查检查面的表面粗糙度的差异即缺陷的有无时的检查原理。图2是检查面K的从斜上方观察的图，在比检查面K靠上方处配置照明装置10及摄像机20A、20B。检查面K具有存在鞋痕的范围S1和不存在鞋痕的范围S2。范围S1以研磨屑等异物按压于表面的状态被研磨。因此，表面粗糙度相对于范围S2的表面粗糙度较小。由此，向范围S1照射的照射光L1由检查面K的表面进行镜面反射的光量比向范围S2照射的照射光L2由检查面K的表面进行镜面反射的光量高。相对于此，向范围S2照射的照射光L2由检查面K的表面进行扩散反射的光量比向范围S1照射的照射光L1由检查面K的表面进行扩散反射的光量高。

在此，将检查面K上的任意的位置和摄像机的未图示的透镜的中心点(拍摄轴上的点)连接的直线与该位置处的检查面K的垂线M所成的角度设为角度θ。将摄像机配置成扩散光相对于检查面K上的某位置的入射角度α与该位置处的上述角度θ相等(θ＝α)的方向时，在该位置进行了镜面反射的反射光向摄像机入射。此外，在其他的位置进行了扩散反射的反射光也向摄像机入射。

在图2中，摄像机20A配置成从检查面K上的任一位置(例如图的点A)进行了镜面反射的反射光入射的方向(θ＝α)。即，摄像机20A相对于照明装置10的光源，在检查面K上的任一位置上处于满足θ＝α的位置关系(第二位置关系)。在范围S1进行了镜面反射的反射光及进行了扩散反射的反射光、在范围S2进行了扩散反射的反射光向摄像机20A入射。在检查面K为光泽面的情况下，向摄像机20A入射的光量中的、进行镜面反射而向摄像机20A入射的反射光的比例远高于进行扩散反射而向摄像机20A入射的反射光的比例。因此，来自范围S1的扩散反射光与来自范围S2的扩散反射光的光量的差异远小于向摄像机20A入射的反射光整体的光量。因此，有时难以基于该差异而检测范围S1、S2，即检查面K的表面粗糙度的差异。

在图2中，摄像机20B配置成从检查面K上的任一位置(例如图的点B、C)进行了镜面反射的反射光都不入射的方向(θ≠α)。即，摄像机20B相对于照明装置10的光源，关于检查面K上的任一位置都处于满足θ≠α的位置关系(第一位置关系)。在范围S1进行了镜面反射的反射光不向摄像机20B入射，在范围S2进行了镜面反射的反射光也不向摄像机20B入射。另一方面，在范围S1进行了扩散反射的反射光和在范围S2进行了扩散反射的反射光向摄像机20B入射。因此，来自范围S1的扩散反射光与来自范围S2的扩散反射光的光量的差异相对于向摄像机20B入射的反射光整体的光量而变大。因此，基于该差异而容易检测范围S1、S2，即检查面K的表面粗糙度的差异。

使用图3，说明外观检查装置100中的摄像机20与照明装置10的位置关系。图3是表示外观检查装置100的主要部分的概略俯视图。

参照图3，摄像机20设置为距检查面K高度为H处。照明装置10设置为距检查面K高度为HB的位置(第一位置)。高度HB比高度H低(HB<H)，是摄像机20与光源10A成为上述第一位置关系的高度。因此，对于检查面K上的任一位置(存在鞋痕的范围S1和不存在鞋痕的范围S2)，该位置处的角度θ与扩散光LB相对于该位置的入射角α都不一致(θ≠α)。因此，来自照明装置10的扩散光LB由检查面K进行了镜面反射的反射光不向摄像机20入射。

图4是用于说明将照明装置10配置在第一位置而进行的外观检查的图。参照图4，来自处于第一位置的照明装置10的扩散光LB由检查面K进行了镜面反射的反射光不向摄像机20入射，进行了扩散反射的反射光向摄像机20入射。因此，通过将照明装置10设为第一位置，基于向摄像机20入射的、来自检查面K的范围S1的扩散反射光与来自范围S2的扩散反射光的光量的差异能够检测范围S1及范围S2。即能够检测检查面K的表面粗糙度的差异(鞋痕等)。

照明装置10通过移动装置30而在第一位置与距检查面K高度为HA的位置(第二位置)之间移动。高度HA比高度H低且比高度HB高(HB<HA<H)，是摄像机20与光源10A成为上述第二位置关系的高度。第二位置与检查面K之间的距离大，因此为了弥补到达检查面K的光量而在上部设置反射板10B。因此，对于检查面K上的任一位置，该位置处的角度θ与扩散光LA相对于该位置的入射角α都一致(θ＝α)。因此，来自照明装置10的扩散光LA由检查面K进行了镜面反射的反射光向摄像机20入射。

图5是用于说明将照明装置10配置在第二位置而进行的外观检查的图。参照图5，来自处于第二位置的照明装置10的扩散光LA由检查面K进行了镜面反射的反射光向摄像机20入射。从检查面K存在伤痕等凹凸的范围S4，与没有伤痕等凹凸的范围S3相比，镜面反射少，扩散反射多。因此，从范围S4向摄像机20入射的光量比范围S3少。即，在摄像机20的拍摄图像中，范围S3变白(变亮)，范围S4变黑(变暗)。因此，通过将照明装置10设为第二位置，基于向摄像机20入射的来自范围S3的镜面反射光与来自范围S4的镜面反射光的光量的差异而能够检测范围S3及范围S4。即能够检测检查面K的伤痕等凹凸。

优选照明装置10通过移动装置30还从检查面K向高度HC的位置(第三位置)移动。高度HC比高度HB低(HC<HB)。因此，来自照明装置10的照射光LC由检查面K进行了镜面反射的反射光不向摄像机20入射。

图6是用于说明将照明装置10配置在第三位置而进行的外观检查的图。参照图6，来自处于第三位置的照明装置10的照射光LC向由作为检查面K的滚动轴承300的(例如内圈302的)端面和与检查面K的x方向的端部连续且沿y方向延伸的平面形成的角部照射。通常，滚动轴承的角部被实施倒角加工(将角部切削成倾斜或圆角而使其平滑的加工)。在被倒角加工后的角部的表面没有缺陷的情况下，照射光LC在角部大致进行镜面反射，其反射光不向摄像机20入射。然而，如图6所示，在角部的表面存在伤痕或缺损等凹凸的情况下，照射光LC进行了扩散反射的反射光向摄像机20入射。因此，在摄像机20的拍摄图像中，上述缺损的部位变白(变亮)。因此，通过将照明装置10设为第三位置，基于向摄像机20入射的来自角部的反射光能够检测滚动轴承300的角部的伤痕或缺损等凹凸。

移动装置30按照PC500的控制使照明装置10移动而处于第一位置～第三位置。因此，在本实施方式的外观检查装置100中，检查在鞋痕等由于物体与表面接触而产生的表面粗糙度的差异的有无时，将照明装置10设为第一位置，在检查伤痕等凹凸的有无时，将照明装置10设为第二位置，在检查角部的伤痕或缺损等凹凸的有无时，将照明装置10设为第三位置。由此，不需要为了多个种类的外观检查而分别使用不同的外观检查装置，使用1台外观检查装置100能够容易地进行多个种类的外观检查。

图7是将照明装置10设为第一位置，通过摄像机20拍摄滚动轴承300的外圈301及内圈302的端面即检查面K而得到的拍摄图像。参照图7，在通过外观检查装置100得到的拍摄图像中，外圈301的端面的黑色的线P1清晰。线P1表示外圈301的端面上存在的鞋痕。在外观检查装置100中，将照明装置10的位置设为第一位置而通过摄像机20拍摄，由此拍摄图像的颜色的深浅的对比度变大。因此，在拍摄图像中，鞋痕等的检查面K的表面粗糙度大的范围与表面粗糙度小的范围的颜色的深浅差变得清晰。

例如，在PC500中，CPU50执行解析处理，通过解析来自摄像机20的拍摄图像(图7)的颜色的深浅即明度，能够检测检查面K的鞋痕的存在。通过将拍摄图像显示于PC500的未图示的显示器，借助使用者的目视来检测鞋痕的存在。

第一实施方式的效果如下述所示。与以往的外观检查装置的检查结果相比，能确认到本实施方式的外观检查装置100的外观检查的效果。图8是用于比较的以往的外观检查装置的结构的概略图。图9是作为检查结果而通过以往的外观检查装置拍摄的拍摄图像。图9的拍摄图像以与图7的拍摄图像相同的滚动轴承为被摄体，以相同的面为检查面K来拍摄。

参照图8，在以往的外观检查装置中，使用照射指向性比扩散光高的LED等的光的照明装置。以在检查面进行了镜面反射的反射光成为向摄像机20A入射的位置关系的方式配置LED和摄像机20A。因此，例如可以如图8所示使用半透半反镜HM调整来自LED的照射方向。

参照图9，通过以往的外观检查装置拍摄的图像中存在的、与图7的线P1相当的线P2相比图7的线P1而不清晰。其原因是，图9的拍摄图像在整体上颜色的深浅的对比度小的缘故。即，将图7与图9比较时，图7的颜色的深浅的对比度大，检查面K的鞋痕清晰。这样，将摄像机20与光源10A的位置关系设为第一位置关系，利用向摄像机20入射的扩散反射光的光量的差异，由此检查面K的表面的粗糙度之差成为拍摄图像的清晰的深浅差。由此，能够高精度地检测鞋痕等表面的粗糙度的差异即检查面K的缺陷。

此外，在本实施方式的外观检查装置100中，能够使照明装置10在上述的第一位置与第二位置之间变化。因此，能够容易地使摄像机20与光源10A的位置关系变化为第一位置关系和第二位置关系。由此，对于利用进行镜面反射而入射的反射光的光量的差异来检测检查面K的凹凸的有无的外观检查、利用进行扩散反射而入射的反射光的光量的差异来检测检查面K的表面粗糙度的差异的外观检查这两种检查，无需使用各自适合的不同的外观检查装置，而能够通过1个外观检查装置100来实现。对于具有不同的直径或高度的轴承，也能够使摄像机与光源的位置关系变化。即，对于各个种类的轴承都能够通过1个装置应对。

优选在本实施方式的外观检查装置100中，能够将照明装置10还设为上述的第三位置。由此，不仅是检查面K上的缺陷的检查，而且检查面K和与检查面K的x方向的端部连续而沿y方向延伸的平面所成的角部的表面的缺陷也能够通过外观检查装置100检查。

第二实施方式如下述所示。在上例中，将摄像机20的位置固定并通过移动装置30使照明装置10移动，由此使摄像机20与光源10A的位置关系不同。然而，为了使上述位置关系不同，只要使摄像机20和照明装置10中的至少一方移动即可。因此，没有限定为仅使照明装置10移动的结构。作为其他的例子，也可以是摄像机20能够通过移动装置30沿y方向移动。这种情况下，摄像机20通过移动装置30而能够移动到第一位置和第二位置。第一位置是与光源10A的位置关系成为第一位置关系的摄像机20的位置。第二位置是与光源10A的位置关系成为第二位置关系的摄像机20的位置。

第三实施方式如下述所示。在上例中，将摄像机20朝向-y方向而配置在包含滚动轴承300的中心轴C的直线上。由此，在滚动轴承300的端面整体为包含于拍摄范围的面积的情况下，能够一次将作为检查面K的滚动轴承300的朝向+y方向的端面整体平衡良好地(以端面位于拍摄图像的中央的方式)拍摄。然而，只要是与光源10A的位置关系成为第一位置关系或第二位置关系的位置且将检查面K设为拍摄范围的位置，就可以是任意的位置。

在检查面K比摄像机20的拍摄范围大的情况下，外观检查装置100还可以包括用于使滚动轴承300移动(旋转)的装置。摄像机20可以分多次地拍摄通过该装置而移动(旋转)的滚动轴承300的端面包含的检查面K。

在进行滚动轴承300的相反侧(朝向-y方向)的端面的外观检查的情况下，只要使滚动轴承300的y方向的方向反转即可。外观检查装置100还可以包括用于使滚动轴承300的y方向的方向反转的装置。

第四实施方式如下述所示。在上例中，光源10A是以包括滚动轴承300的中心轴C的直线所包含的点为中心，并与滚动轴承300的端面平行的面中包含的环状。由此，能够降低照明装置10进入摄像机20的拍摄范围的可能性、或摄像机20的影子进入拍摄范围的可能性。其结果是，能够增大照明装置10和摄像机20的配置的自由度。

然而，光源10A的形状没有限定为环状，也可以是例如面形状(面光源)等其他的形状。这种情况下，照明装置10与摄像机20以成为上述的第一位置关系及第二位置关系的方式配置。此外，照明装置10需要配置成不会进入摄像机20的拍摄范围的位置关系。而且，需要配置成摄像机20的影子不会进入拍摄范围的位置关系。

应考虑的是本次公开的实施方式在全部的点上为例示而不受限制。本发明的范围不是由上述的说明而是由权利要求书公开，并包括与权利要求书等同的意思及范围内的全部变更。

根据本发明，能够提高外观检查的精度。

Claims (4)

1.一种外观检查装置，包括：

拍摄装置，拍摄检查对象物的平坦的检查面；及

照明装置，将来自光源的光作为扩散光而向所述检查面照射，其中，

所述拍摄装置和所述光源以第一位置关系配置，所述第一位置关系是在所述检查面上的全部位置上该位置处的下述的角度θ与所述扩散光相对于该位置的入射角α都满足θ≠α的位置关系，

角度θ：将所述检查面上的任意位置和所述拍摄装置连接的直线与该位置处的所述检查面的垂线所成的角度。

2.根据权利要求1所述的外观检查装置，其中，

还包括移动部，使所述拍摄装置和所述光源中的至少一方移动，而使所述拍摄装置与所述光源的位置关系在所述第一位置关系和第二位置关系之间变化，

所述第二位置关系是在所述检查面上的某一个位置上该位置处的所述角度θ与所述扩散光相对于该位置的入射角α满足θ＝α的位置关系。

3.根据权利要求1或2所述的外观检查装置，其中，

所述检查对象物是包括内圈及外圈的滚动轴承，

所述检查面是所述外圈和所述内圈的与所述滚动轴承的旋转轴正交的端面，

所述拍摄装置沿着所述旋转轴配置，

所述光源是以位于所述旋转轴上的点为中心的环状的光源。

4.一种外观检查方法，是检查对象物的外观检查方法，使用通过拍摄装置拍摄所述检查对象物的平坦的检查面而得到的拍摄图像，包括如下步骤：

通过照明装置，将来自光源的光作为扩散光而向所述检查面照射；及

通过所述拍摄装置，从在所述检查面上的全部位置上从该位置处的下述的角度θ与所述扩散光相对于该位置的入射角都不一致的方向拍摄被照射所述扩散光的所述检查面，

角度θ：将所述检查面上的任意位置和所述拍摄装置连接的直线与该位置处的所述检查面的垂线所成的角度。