CN110402386B - 圆筒体表面检查装置及圆筒体表面检查方法 - Google Patents

圆筒体表面检查装置及圆筒体表面检查方法 Download PDF

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Abstract

本发明的目的在于提供即使圆筒体的表面和检查装置的相对位置变化，也能够稳定且高精度地进行检查的圆筒体表面检查装置。本发明由下述部构成：光照射部(5)，对圆筒体(1)照射光；二维摄像部(6)，配置于对在圆筒体的表面反射的光进行接收的位置；扫描位置确定部(7a)，在二维图像数据(8)中确定与圆筒体的周向对应的第一方向的扫描位置(PA)；时间序列扫描图像生成部(7b)，取出扫描位置(PA)处的与第一方向垂直的第二方向的图像数据，将各图像数据按时间序列顺序在第一方向上排列而生成时间序列扫描图像；及检查部(7c)，检查时间序列扫描图像而对缺陷(4)进行检测。扫描位置确定部(7a)具有：亮度轮廓制作部(71)；亮度峰值位置算出部(72)，算出亮度最高的峰值位置(10)；亮度计测部(73)，计测峰值位置(10)的亮度；亮度下降位置算出部(74)，根据亮度的轮廓(9)，算出成为对所述峰值位置(10)的亮度乘以预先确定的小于1的系数倍值而得到的亮度的位置；以及扫描位置保持部(75)，将算出的所述位置作为扫描位置(PA)保持。

Description

圆筒体表面检查装置及圆筒体表面检查方法
技术领域
本发明涉及对在制造片状物体的工序中使用的圆筒体的表面进行检查的圆筒体表面检查装置以及圆筒体表面检查方法。
背景技术
在膜等片状物体的制造工序中，为了进行输送、拉伸等而使用多个圆筒体的输送辊。有时因这些输送辊的辊表面的表面变形、异物附着等，在片状物体的表面上被转印辊表面的凹凸形状，并以辊径的周期连续地产生缺陷(周期缺陷)。该周期缺陷在制造工序内、产品出厂前由人员、缺陷检测装置经检查而发现，从而保证质量、改善工序。
但是，近年来，对膜等片状物体的质量要求变得日趋严格，不仅要求判定有无周期缺陷，还要求保证缺陷的强度达到非常小的水平。与此相伴，进行下述事项：严格进行缺陷检测装置的设定，检测片状物体的多个缺陷，针对它们实施周期判定。
此外，针对成为缺陷发生源的输送辊，通过针对异物的附着进行用于去除异物的辊表面整个面的清扫操作，而实施针对发生源的对策。但是，由于清扫操作无法应对辊表面的变形，所以通过确定辊表面的变形部位，并实施研磨操作、膜形成操作作为局部的凹凸去除操作来予以应对。由此，为了应对表面变形，需要可靠地确定变形部位，并在此基础上实施凹凸去除操作。
关于该表面变形部位的确定，一般来说是由人员来实施目视检查。但是，由于近年的质量要求严格，所以需要检测更小且变化少的辊表面的变形，根据操作的难易程度而有时在检测中使用自动检查装置。
与目视检测相比，能够期待自动检查装置稳定地实现高精度且高灵敏度的检测，但是基于各种各样的理由、例如检查对象辊存在多个的情况，因自动检查装置的台数比与检查对象辊的个数对应的台数少等理由，有时难以将自动检查装置常设于检查对象辊。
在这样的情况下，会根据需要而将自动检查装置临时设置于检查对象辊的附近，但是需要根据预先确定的设定来高精度地设置自动检查装置。特别地，对于采用了在片状物体的制造工序等连续输送工艺中通常使用的线传感器相机的自动检查装置而言，需要高精度地调整自动检查装置的照明、传感器与检查对象辊相互的距离、角度、平行度等。此外，在单纯的镜面反射光学系统中，由于难以判别输送辊的表面变形是凹状还是凸状，所以一般而言，理想的是，在将照明和相机的光轴相对于镜面反射稍微偏离的被称为离轴镜面反射或折反射的光学系统条件下进行检查。
但是，对于不具有与自动检查装置的调整所需的光学技术有关的知识的人员来说，光学系统的调整是非常困难的，所以临时设置的自动检查装置而言，难以稳定地呈现出自动检查装置所期待的检查性能。
对于该自动检查装置的调整困难这样的问题，以往提出了通过使用了区域传感器(area sensor)的自动检查装置来应对该课题的方法。在这里，关于使用了区域传感器的检查方法的手法，使用专利文献1进行说明。
专利文献1的技术中，利用以下说明的步骤的图像输入方法，尽管使用了区域传感器相机，但得到了如同用线传感器相机进行摄像那样的效果。
(i)利用照明装置从一方向对相对移动的被测定物表面照射照明光。
(ii)用基于能够进行部分读取的二维光学元件而形成的摄像装置，对照射光在被测定物表面反射的反射光进行摄像。
(iii)基于由摄像装置进行摄像而取得的二维图像的在相当于被测定物的移动方向的副扫描方向上的每个像素列的反射光分布，确定副扫描方向的像素列中最亮的亮线所处的像素。
(iv)选择出包含存在于距上述(iii)中确定出的像素规定的偏移位置的像素、以及与该像素相邻的像素的多个像素。
(v)根据在上述(iv)中选择出的多个像素的光量之和或者平均值，求出与副扫描方向正交的主扫描方向的线图像。
(vi)将在上述(v)中求出的线图像作为主扫描图像，通过连续地进行多次摄像来进行副扫描，得到被测定物表面的二维图像。
专利文献1的技术中，通过利用上述(iii)～(v)的步骤求得线图像，能够检查被测定物体表面而不需要将被测定物体表面、光源以及摄像系统的相对位置保持为恒定。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2004－108828号公报
发明内容
发明要解决的课题
但是，专利文献1公开的方法中，在自动检查装置的位置的调整不足时难以检测凹凸缺陷。
图15是下述说明图，即，示出在现有技术中，被检测物体表面、光源及摄像系统的相对位置在平行方向上偏离的情况下的二维摄像部与照明部的位置关系的说明图。图16是下述说明图，即，示出在现有技术中，被检测物体表面、光源与摄像系统的相对位置在垂线方向上偏离的情况下的二维摄像部与照明部的位置关系的说明图。图17A是下述说明图，即，示出在现有技术中，在被检测物体表面的亮线宽度中产生变化、且亮线宽度为假定的粗细的情况下的扫描位置的例子的说明图。图17B是下述说明图，即，示出在现有技术中，被检测物体表面的亮线宽度中产生变化、且亮线宽度比假定的粗细更细的情况下的扫描位置的例子的说明图。专利文献1的技术中，按每个扫描方向检测被检测物体100的表面的副扫描方向的最亮的亮线位置(亮线中心)，并且选择出包含存在于距该亮线位置一定的偏移位置处的像素、以及与该像素相邻的像素的多个像素。因此，例如图15所示，在被检测物体100的表面和照明部101及二维摄像部102的相对位置在切线L方向上偏离的情况下是有效的，即，在由所摄像的被检测物体100的表面的反射光形成的亮线与相对位置的偏移相应地平行移动的情况下是有效的。需要说明的是，这里，切线是指摄像光学系统的光轴和被检测物体表面的交点处的切线。然而，如图16所示，若被检测物体100的表面和照明部101及二维摄像部102之间的距离在从被检测物体100的表面观察而在垂线N方向上变化，则如图17A、图17B所示，亮线的宽度发生变化。例如，对于亮线变细的状况(参见图17B)，认为存在上述(iv)的步骤中的像素选择位置(扫描位置)落在亮线之外的情况，该情况下，无法检测被检测物体表面的高低差，难以检测凹凸。
鉴于以上情况，本发明的目的在于，提供下述这样的圆筒体表面检查方法以及实现该圆筒体表面检查方法的圆筒体表面检查装置，对于所述圆筒体表面检查方法而言，在检查圆筒体的表面的圆筒体表面缺陷检查中，即使圆筒体的表面和检查装置的相对位置变化，也能够稳定且高精度地进行检查。
用于解决课题的方案
解决上述课题的本发明的圆筒体表面检查装置用于对在检查位置处在一方向上相对移动的圆筒体的表面进行检查，所述圆筒体表面检查装置由下述部构成：
光照射部，其对所述圆筒体照射光；
二维摄像部，其配置于对从所述光照射部照射并在所述圆筒体的表面反射的光进行接收的位置；
扫描位置确定部，其针对由所述二维摄像部得到的二维图像数据，以预先确定的周期对所述二维图像数据的第一方向的与所述圆筒体的周向对应的扫描位置；
时间序列扫描图像生成部，其针对所述二维摄像部得到的多个所述二维图像数据进行所述二维图像数据之中的、在所述扫描位置确定部中确定的扫描位置处的与所述第一方向垂直的第二方向的图像数据的提取，并将提取的所述第二方向的各图像数据按时间序列顺序在所述第一方向上排列而生成时间序列扫描图像；以及
检查部，其检查所述时间序列扫描图像从而对缺陷进行检测，
所述扫描位置确定部由下述部构成：
亮度轮廓制作部，其根据由所述二维摄像部得到的二维图像数据来算出所述第一方向的各位置处的所述第二方向的各像素的亮度的积分值，并制作将所述积分值在所述第一方向上排列而成的亮度的轮廓；
亮度峰值位置算出部，其从所述亮度轮廓制作部制作的所述亮度的轮廓算出亮度最高的峰值位置；
亮度计测部，其对所述亮度峰值位置算出部所算出的亮度的峰值位置的亮度进行计测；
亮度下降位置算出部，其从所述亮度轮廓制作部所制作的亮度的轮廓来算出与对所述亮度计测部计测出的峰值位置的亮度乘以预先确定的小于1的系数倍值而得到的亮度对应的、所述第一方向的位置；以及
扫描位置保持部，其将所述亮度下降位置算出部所算出的位置作为所述扫描位置进行保持。
优选为，在本发明的圆筒体表面检查装置中，所述光照射部是线状的光源，所述圆筒体的中心轴的方向、所述线状的光源的长度方向、以及所述二维摄像部的所述第二方向互相平行地配置。
此外，解决上述课题的本发明的圆筒体表面检查方法用于对圆筒体的表面进行检查，所述圆筒体表面检查方法包括下述步骤：
在检查位置处一边使圆筒体在一方向上相对移动，一边对圆筒体照射光；
对所述照射的光在圆筒体的表面反射的光以二维的方式进行摄像；
仅以预先确定的周期对二维图像数据的第一方向的与所述圆筒体的周向对应的扫描位置进行确定；
针对多个所述二维图像数据进行所述二维图像数据之中的、所述确定的所述第一方向的各位置处的与所述第一方向垂直的第二方向的图像数据的提取，并将提取的所述第二方向的各图像数据按时间序列顺序在所述第一方向上排列，从而生成时间序列扫描图像；以及
检查所述时间序列扫描图像从而对缺陷进行检测，
对于所述扫描位置而言，
根据所述二维图像数据来算出所述第一方向的各位置处的所述第二方向的各像素的亮度的积分值，并将所述积分值在所述第一方向上排列来求出亮度的轮廓，
将所述扫描位置设为根据所述亮度的轮廓算出的与对亮度最高的峰值位置的亮度乘以预先确定的小于1的系数倍值而得到的亮度对应的所述第一方向的位置。
优选为，在本发明的圆筒体表面检查方法中，向所述圆筒体的表面照射线状的光，并且使所述圆筒体的中心轴的方向、所述线状的光的长度方向以及进行所述以二维的方式进行摄像时的主扫描方向互相平行。
本发明中的“在一方向上相对移动的圆筒体”是指在检查位置处在预先确定的一方向上连续移动的圆筒体。例如可以是膜的输送所使用的输送辊那样的在一方向上旋转的对象，也可以是卷绕了膜等片状产品的产品辊。
发明效果
根据本发明，提供构成自动检查装置的光学系统的调整简便的、能够检查在一方向上相对移动的圆筒体的表面的圆筒体表面检查装置以及圆筒体表面检查方法。
附图说明
[图1]图1是示出本发明的一实施方式中的输送辊的构成的说明图。
[图2]图2是本发明的一实施方式中的检查构成的说明图。
[图3]图3是本发明的一实施方式中的检查构成的主要部分的说明图。
[图4]图4是本发明的一实施方式中的时间序列扫描图像的取得方法的说明图。
[图5]图5是本发明的一实施方式中的扫描位置的确定流程的说明图。
[图6A]图6A是示出本发明的一实施方式中被检测物体表面的亮线宽度发生变化的情况下的扫描位置的例子的说明图。
[图6B]图6B是示出本发明的一实施方式中被检测物体表面的亮线宽度发生变化的情况下的扫描位置的例子的说明图。
[图7]图7是示出本发明的一实施方式中的二维图像的摄像结果的例子的说明图。
[图8]图8是示出本发明的一实施方式中的基于二维图像得到的垂直方向轮廓的取得结果的例子的说明图。
[图9]图9是本发明的一实施方式中的最大亮度峰值位置的算出方法的说明图。
[图10]图10是示出本发明的一实施方式中的时间序列扫描图像的生成结果的例子的说明图。
[图11]图11是示出本发明的一实施方式中的基于亮阈值的二值化处理的结果的例子的说明图。
[图12]图12是示出本发明的一实施方式中的基于暗阈值的二值化处理的结果的例子的说明图。
[图13]图13是示出本发明的一实施方式中的二值化处理图像的逻辑和运算结果的例子的说明图。
[图14]图14是示出本发明的一实施方式中的扩展收缩处理结果的例子的说明图。
[图15]图15是示出在现有技术中被检测物体表面和光源及摄像系统的相对位置在平行方向上偏离的情况下的二维摄像部和照明部的位置关系的说明图。
[图16]图16是示出在现有技术中被检测物体表面和光源及摄像系统的相对位置在垂线方向上偏离的情况下的二维摄像部和照明部的位置关系的说明图。
[图17A]图17A是示出在现有技术中在被检测物体表面的亮线宽度中发生变化的情况下的扫描位置的例子的说明图。
[图17B]图17B是示出在现有技术中在被检测物体表面的亮线宽度中发生变化的情况下的扫描位置的例子的说明图。
具体实施方式
以下，基于附图说明本发明的实施方式。需要说明的是，本发明不限定于此。
以下，作为例子，参照附图进行说明对下述情况进行说明，即，将本发明的最优的实施方式应用到对用于输送膜等片状物的输送辊(以下，也简称为“辊”)进行检查的辊表面检查装置的情况。需要说明的是，以下实施方式用于例示本发明的一实施方式，本发明不限定于以下说明。只要不脱离本发明的宗旨，则以下实施例能够变更。
首先，在图1中示出用于输送膜等片状物的输送辊设备。图1是示出输送辊的构成的说明图。标记1是圆筒体的辊主体，一边使膜等片状物接触表面一边在一方向上旋转从而进行输送。标记2是辊主体1的芯，标记3是辊的轴承。需要说明的是，在辊主体1的表面存在呈凹形状的表面缺陷4。在自动检查中，优选辊主体1通过从电机等传递而来的动力而匀速旋转，但是也可以是手动使辊主体1旋转、并使用轴编码器、旋转编码器等来监视辊主体1的旋转量从而进行适当的摄像定时控制，也可以是通过电机等外部动力使其进行匀速旋转同时使用轴编码器、旋转编码器等来监视辊主体1的旋转速度从而进行适当的摄像定时控制。
接下来，在图2中示出辊主体1的检查构成。图2是说明用于检查辊主体1表面的辊表面缺陷检查装置的构成的图。在图2中，对于辊主体1而言，示出与辊主体1的长度方向正交且将穿过表面缺陷4的平面作为切剖面的截面。标记5是光照射部，其对辊主体1照射光。光照射部5也可以是荧光灯、卤素光源、金属卤化物光源、氙光源或者LED光源中的任意光源。此外，也可以是具有特定波长特性的光源、具有特定指向性的光源。优选为在一方向上具有较长的光投射部位且从光投射部位照射的光量大致均匀的线状光源。这里，以下述光源进行说明，即，使用LED照明，并将多个LED光源配置于横向一排(与图2的纸面正交的方向)，照射具有朝向一方向的高指向性的大致均匀的光。此外，LED照明的长度方向与检查宽度方向大致平行。对于该LED照明的长度方向而言，也可以考虑与辊主体1的旋转轴平行的面、并在该面内使其旋转。
标记6是二维摄像部，其以对从光照射部5照射并在辊主体1的表面反射的反射光以及散射光进行接收的方式进行配置。二维摄像部6由区域传感器相机6a和透镜6b构成。区域传感器相机6a具有二维地构成的多个光电转换元件。优选各光电转换元件灵敏度好、耐噪声强、元件间的灵敏度的差异小。此外，优选全部光电转换元件能够同时进行曝光控制。在这里，使用能够实现全部光电转换元件的同时曝光控制的全局快门(global shutter)方式的区域传感器相机，该光电转换元件的水平方向即主扫描方向(第二方向)的排列方向与光照射部5(线状光源)的长度方向大致平行。
二维摄像部6配置于光照射部5对辊主体1照射光的角度和二维摄像部6接收来自辊主体1的反射或者散射光的角度相同、即镜面反射条件成立的范围。
此外，为了根据缺陷种类而得到光量分布、某些光学上的差异，二维摄像部6也可以使用偏光滤镜、波长选择滤镜等光学辅助部件。
图3是本发明的一实施方式中的检查构成的主要部分的说明图。图3对应于与图2的箭头Q方向对应的构成图。图3所示的平面PN示出与二维摄像部6的光轴平行且与辊主体1的纵轴垂直的平面。光照射部5射出的发光面5a的形状为矩形。发光面5a的长度方向与辊主体1的纵轴平行。此外，发光面5a也可以以下述方式配置，即，穿过辊主体1的检查面而与二维摄像部6的镜面反射光轴正交。对于发光面5a的长度方向的长度而言，设定为具有与二维摄像部6进行摄像的视角α所规定的扩展角相比充分宽的宽度，以使得在计测上视为无限远。具体而言，在将发光面5a的长度方向的长度(照明长度)设为L1且将二维摄像部6的主扫描方向(辊主体1的纵轴方向)的受光范围中所需的长度(必要长度)设为L2时，通过设为L1＞L2，从而能够在主扫描方向上实现均匀亮度的光照射。需要说明的是，由于必要长度和从发光面5a至辊主体1的表面为止的距离存在比例关系，所以一般而言，将光照射部5的设置位置(到辊主体1的表面为止的距离)配置于与二维摄像部6相同程度的位置，确保照明长度。
标记7是图像处理部，与二维摄像部6连接。二维摄像部6接收的光的信息被进行光电转换，在图像处理部7中作为二维图像数据被接收。图像处理部7从二维图像数据中提取缺陷部位，并记录/显示其信息。关于输送方向的缺陷发生位置，可以基于来自输送距离测长用编码器(未图示)的信号来确定，也可以基于从检查开始起的经过时间来确定缺陷发生位置。此外，也可以基于来自以能够检测辊主体1的输送方向原点的方式准备的位置检测传感器(未图示)的信息来确定检查的原点位置。关于辊主体1的宽度方向的缺陷发生位置，也可以基于是用二维摄像部6的区域传感器相机6a的光电转换元件的在主扫描方向上的哪个元件位置所检测出的，来进行确定。在辊主体1的宽度方向与二维摄像部6的检查宽度相比较大的情况下，也可以将二维摄像部6设置于能够在与辊主体1的长度方向大致平行的方向上进行移动的滑块(slider，未图示)上，通过将滑块的移动量、和是在区域传感器相机6a的光电转换元件的在主扫描方向上的哪个元件位置所检测出的这一信息综合考虑后的值，来管理辊主体1的宽度方向的缺陷发生位置。此时，光照射部5可以设置于与二维摄像部6同一滑块上，也可以独立地以能够以大致均匀的亮度照射辊主体1的长度方向整个区域的长度来配置。
图像处理部7由下述部构成：扫描位置确定部7a，其仅以预先确定的周期执行、对二维图像数据的副扫描方向(第一方向)的扫描位置(例如设为扫描位置PA)进行确定；时间序列扫描图像生成部7b，其在每次二维摄像部6得到二维图像数据时，进行在扫描位置确定部7a中确定的扫描位置PA处的主扫描方向(第二方向)的图像数据的提取，并将提取的主扫描方向的图像数据按时间序列顺序在副扫描方向上排列而生成时间序列扫描图像；以及检查部7c，其检查时间序列扫描图像从而对缺陷像进行检测。扫描位置确定部7a具有未图示的缓冲器等存储器，在该存储器中保持所确定的扫描位置PA。在这里，副扫描方向相当于被检测物的移动(旋转)方向(辊主体1的周向)，主扫描方向与副扫描方向互相垂直。
扫描位置确定部7a具有：亮度轮廓制作部71，其根据由二维摄像部6得到的二维图像数据来算出副扫描方向的各位置处的主扫描方向的各像素的亮度的积分值，并制作将所述积分值在副扫描方向上排列得到的亮度的轮廓；亮度峰值位置算出部72，其从亮度轮廓制作部71制作的亮度的轮廓算出亮度最高的峰值位置；亮度计测部73，其对亮度峰值位置算出部72所算出的亮度的峰值位置的亮度进行计测；亮度下降位置算出部74，其从亮度轮廓制作部71制作的亮度的轮廓来算出与对亮度计测部73计测出的峰值位置的亮度乘以预先确定的小于1的系数倍值而得到的亮度对应的位置；以及扫描位置保持部75，其将亮度下降位置算出部74所算出的位置作为扫描位置PA进行保持。
为了帮助理解生成该时间序列扫描图像的方法，使用图4进行详细说明。图4是关于时间序列扫描图像的取得方法的说明图。图4(a)示出副扫描方向的各位置的图像。图4(b)示出各个时间的各位置处的亮度轮廓。
二维图像数据8是一边使摄像位置一点一点移动一边由二维摄像部6对在一方向上相对移动的辊主体1的表面进行摄像而得到的图像数据，并且是对映入了来自光照射部5的反射像的部分变亮、没有映入的部分变暗的像进行图像化而得的图像数据(参见图4(a))。由于二维摄像部6在聚焦于辊主体1的表面的状态下进行摄像，所以由辊主体1带来的光照射部5的镜像即反射像因其边缘部分失焦而成为不清晰的状态，但是越靠近反射像的中心则变得越亮，且越远离反射像的边缘部分则变得越暗。因此，亮度表示该摄像部位处的来自光照射部件的光的反射强度(亮度)的分布。此外，由于光照射部5具有在一方向上长、且大致均匀的亮度的光投射部位，所以边缘部分的不清晰区域限于副扫描方向。由此，二维图像数据8被摄像为在副扫描方向上具有亮度的起伏且在主扫描方向上延伸的直线状的亮线。
亮度轮廓9是将上述内容以简明易懂的方式进行抽象化得到的，以轮廓波形来表示副扫描方向的亮度值变化(参见图4(b))。亮度轮廓9的亮度峰值位置10对应于二维图像数据8的最亮的副扫描位置，该位置对应于镜面反射条件、即光照射部5与辊主体1所成的光入射角度、和二维摄像部6与辊主体1所成的受光角度相同的条件下的摄像位置。此外，位置11对应于对亮度轮廓9的峰值位置10的亮度乘以预先确定的小于1的系数倍值而得到的亮度在亮度轮廓9上的位置。由此，由于若在辊主体1发生凹凸的表面变形，则反射像产生变形，所以在二维图像数据8中，通过了位置11的凹凸变形部位(例如图2的表面缺陷4)的亮度或亮或暗地变化。
接着，详细说明图像处理部7的各部。扫描位置确定部7a基于从二维摄像部6接收的二维图像数据来确定扫描位置PA、即二维图像数据的垂直方向的检查位置。使用图5，说明扫描位置确定部7a确定扫描位置PA的流程。图5是本发明的扫描位置PA的确定流程的说明图。
步骤S101是开始扫描位置PA的确定流程的步骤且是判断是否执行以后的流程的步骤。在判断为执行扫描位置的确定流程的情况下(步骤S101：是)，图像处理部7进入步骤S102。例如，在经由未图示的输入部件由用户输入了执行指示的情况下，图像处理部7判断为执行确定流程。另一方面，在判断为不执行扫描位置PA的确定流程的情况下(步骤S101：否)，图像处理部7进入步骤S106。设为按预先确定的周期来判断是否执行，例如，可以只在检查开始的定时执行，也可以每当检查一定距离或者一定时间时执行，还可以在每当取得从二维摄像部6接收的二维图像数据的定时实施。
步骤S102是亮度轮廓制作部71从二维图像数据取得副扫描方向的亮度轮廓的步骤。亮度轮廓的取得可以使用二维图像数据的主扫描方向的全部像素信息，也可以只使用预先确定的主扫描方向的一部分区域。此外，副扫描方向的各位置处的轮廓值也可以使用主扫描方向的各像素的亮度值的积分值、主扫描方向的各像素的亮度值的平均值、从主扫描方向的运算对象的全部像素的亮度值中求出的中央值、从根据主扫描方向的运算对象的全部像素的亮度值制作的直方图求出的最频值、或者以亮度的波动如高斯分布那样分布为前提而通过基于高斯函数的模型拟合而求出的平均值中的任意。
步骤S103是亮度峰值位置算出部72根据亮度轮廓算出亮度峰值位置的步骤。亮度峰值位置可以设为具有亮度轮廓的最大值的副扫描方向的位置，也可以根据基于光照射部5的面积形状与辊主体1的距离、以及二维摄像部6与辊主体1的距离确定的反射像模型函数通过模型拟合来求峰值位置。
步骤S104是亮度计测部73进行亮度峰值的亮度计测的步骤。亮度峰值可以使用亮度轮廓的亮度峰值位置的轮廓值，也可以使用根据基于光照射部5的发光面(例如图2所示的发光面5a)与辊主体1的距离、以及二维摄像部6(元件的光受光面)与辊主体1的距离确定的反射像模型函数通过模型拟合求出的峰值位置的模型轮廓值。
步骤S105是亮度下降位置算出部74算出亮度下降位置的步骤。也可以将与对在直到上述步骤为止的流程中计测出的峰值位置的亮度乘以预先确定的小于1的亮度下降系数而得到的算出值的亮度对应的位置设为亮度下降位置。或者，也可以将与对根据亮度轮廓模型函数求出的亮度峰值位置的亮度值乘以预先确定的小于1的亮度下降系数而得到的算出值的亮度对应的位置设为亮度下降位置，其中，该亮度轮廓模型函数是根据光照射部5的发光面与辊主体1的距离、以及二维摄像部6(元件的光受光面)与辊主体1的距离确定的反射像模型函数通过模型拟合求得的。
此外，由于亮度下降位置隔着在直到上述步骤为止的流程中计测出的峰值位置而在副扫描方向的上下存在2处，所以可以采用其任一个作为亮度下降位置，也可以分别求出与峰值位置的距离为负的方向的亮度下降位置以及为正的方向的亮度下降位置来计算距离的平均值，采用从峰值位置在负方向或者正方向中的任一方向上仅偏离了距离的平均值的位置作为亮度下降位置。优选将亮度下降位置的计算方向始终限定于相对于峰值位置的负方向或正方向中的任一方向。
步骤S106是扫描位置保持部75保持扫描位置PA的步骤。作为副扫描位置PA，保持在步骤S105中算出的亮度下降位置，但是在没有执行扫描位置PA的确定流程的情况下，将最后执行时的亮度下降位置作为扫描位置PA持续保持。
经过步骤S101～S106，在从二维图像部6取得的二维图像数据8内的以直线状具有亮度的亮线中，将与对亮度的峰值乘以预先确定的小于1的亮度下降系数而得到的亮度值对应的位置设为扫描位置PA。图6A是示出被检测物体表面的亮线宽度发生变化且亮线宽度为假定的粗细的情况下的扫描位置的例子的说明图。图6B是示出被检测物体表面的亮线宽度发生变化且亮线宽度为比假定的粗细更细的情况下的扫描位置的例子的说明图。如图6A、图6B所示，不论是在亮线的宽度是与假定一样的粗细的情况下(参见图6A)，还是在亮线的宽度比假定的更细的情况下(参见图6B)，扫描位置PA都落在亮线的宽度的范围内。在前述的专利文献1的技术中，在亮线的宽度为比假定的更细的情况下，有时像素的选择位置会落在亮线的宽度的外侧(参见图17B)，但是若是本发明的方法，则不会发生这样的问题。
时间序列扫描图像生成部7b从自二维摄像部6接收的二维图像数据、提取与扫描位置确定部7a所保持的扫描位置PA对应的主扫描方向的仅1行图像数据，并将其以预先确定的行数(即，预先确定的摄像次数)在副扫描方向(即，水平方向)上按时间序列排列结合，从而生成时间序列扫描图像。
检查部7c对所生成的时间序列扫描图像进行处理，对缺陷像进行检测。对缺陷像的检测方法不特别指定，希望是捕获时间序列扫描图像的局部的亮度变化来进行检测。此时使用的各种参数可以是对时间序列扫描图像中的缺陷像位置的亮度值设定的阈值，也可以是对时间序列扫描图像进行处理的信号、图像处理滤镜，还可以是对满足阈值的缺陷候选的形状特征量、缺陷候选区域中包含的亮度信息特征量设定的阈值。这些参数可以在非检查时预先进行最优化，也可以在检查过程中依次进行最优化。优选预先进行最优化。更优选该最优化使用的数据量多。该检查部7c中的参数的最优化是指，对于基于该参数而被提取的缺陷部位而言，其与人员对该缺陷像进行确认而判定为缺陷部位的部位相同。实际上，提取出的缺陷部位和人员判定的缺陷部位完全一致是困难的，通过实现这样的最优化，检测的精度得以提高。
实施例
以下，通过实施例，进一步说明本发明的细节。但是，本发明不因本实施例而被限定解释。
在实施例中，检查了对表面实施了镀硬铬的膜的输送辊。在检查中使用具有图2所示构成的装置。
作为光照射部5，使用65万勒克斯(lux)的白色LED照明。光照射部5以下述方式设置，即，其长度方向与辊旋转轴向平行，且其照射轴相对于辊主体1的检查面的法线方向成20°倾角。
作为构成二维摄像部6的区域传感器相机6a，使用了在主扫描方向上为4096像素且在副扫描方向上为3072像素的8位灰阶(日文：階調)、帧率为180Hz的区域传感器相机。二维摄像部6以下述方式这设置，即，其光电转换元件的主扫描方向与光照射部5(光源)的长度方向以及辊主体1的旋转轴向大致平行，且其受光中心光轴相对于辊主体1的检查面的法线方向成20°的倾角。需要说明的是，二维图像部6的受光中心光轴相对于辊主体1的检查面的法线而言向与光照射部5的照射轴相反的一侧倾斜。
图像处理部7是将帧抓取板(Frame grabber board)和个人计算机组合而构成的。图像处理部7对由二维摄像部6得到的二维图像数据施加图像处理而生成时间序列扫描图像，从该时间序列扫描图像中对缺陷像进行检测。具体的图像处理的流程如以下(1)～(8)所述。
(1)一边使输送辊以一定的旋转速度进行旋转，一边从二维摄像部6取得图7所示的二维图像。
(2)从图7所示的二维图像中，在副扫描方向的各像素位置处取得主扫描方向的全部像素的积分值，从而算出图8所示的副扫描方向的各位置的轮廓值。
(3)根据图8所示的亮度轮廓，如图9所示搜索亮度轮廓值的最大值，求出搜索出的亮度最大值的副扫描位置，从而计算出最大亮度峰值位置。
(4)取得最大亮度峰值位置处的轮廓值作为轮廓的最大亮度值。在图9所示的亮度轮廓中，最大亮度值为787840。
(5)将对轮廓的最大亮度值乘以0.3得到的值(此处为236352)作为阈值，从最大亮度峰值位置起在副扫描方向的正方向上搜索小于阈值的位置，设为亮度下降位置。
(6)将亮度下降位置作为扫描位置PA进行登记。
(7)每当进行摄像时，进行下述1个循环，所述1个循环为从自二维摄像部6接收的二维图像取得所登记的扫描位置PA的1行的量的图像数据，对其进行4096次摄像。然后，将所取得的4096个副扫描位置PA的图像数据按时间序列结合，生成图10所示的时间序列扫描图像。需要说明的是，为了容易理解说明内容，图10所示的时间序列扫描图像仅裁切出4096像素×4096像素中的一部分且包含缺陷像12的区域的50像素×50像素来表示。
(8)对所得到的图10所示的时间序列扫描图像，以相当于对正常部分(例如不存在缺陷的部分)的亮度值增大20％的亮侧的阈值以及相当于减小20％的暗侧的阈值分别进行二值化处理，取得图11以及图12的2张2值图像。然后，对2张2值图像进行逻辑和运算，生成图13所示的结合图像。进一步，实施扩展/收缩处理而将检测出的亮区域和暗区域结合，仅将面积超过100像素的区域作为缺陷区域13，取得图14所示的图像。需要说明的是，为了容易理解说明内容，图11～图14均只裁切出4096像素×4096像素的一部分且包含缺陷像的区域的50像素×50像素来表示。
如上述，通过根据二维摄像部6取得的二维图像数据来生成时间序列扫描图像，对该时间序列扫描图像施以图像处理，能够对缺陷像进行检测。
工业实用性
本发明的圆筒体表面检查方法以及圆筒体表面检查装置在对圆筒体的表面进行检查的圆筒体表面缺陷检查中，即使圆筒体的表面和检查装置的相对位置变化，对于稳定且高精度地进行检查而言也是有用的。
附图标记说明
1 辊主体
2 芯
3 轴承
4 表面缺陷
5 光照射部
6 二维摄像部
6a 区域传感器相机
6b 透镜
7 图像处理部
7a 扫描位置确定部
7b 时间序列扫描图像生成部
7c 检查部
8 二维图像数据
9 亮度的轮廓
10 亮度峰值位置
11 位置
71 亮度轮廓制作部
72 亮度峰值位置算出部
73 亮度计测部
74 亮度下降位置算出部
75 扫描位置保持部

Claims (4)

1.圆筒体表面检查装置，其对在检查位置处在一个方向上相对移动的圆筒体的表面进行检查，所述圆筒体表面检查装置由下述部构成：
光照射部，其对所述圆筒体照射光；
二维摄像部，其配置于对从所述光照射部照射并在所述圆筒体的表面反射的光进行接收的位置；
扫描位置确定部，其针对由所述二维摄像部得到的二维图像数据，以预先确定的周期对所述二维图像数据的第一方向的与所述圆筒体的周向对应的扫描位置进行确定；
时间序列扫描图像生成部，其针对所述二维摄像部得到的多个所述二维图像数据进行所述二维图像数据之中的、在所述扫描位置确定部中确定的扫描位置处的与所述第一方向垂直的第二方向的图像数据的提取，并将提取的所述第二方向的各图像数据按时间序列顺序在所述第一方向上排列，从而生成时间序列扫描图像；以及
检查部，其检查所述时间序列扫描图像从而对缺陷进行检测，
所述扫描位置确定部由下述部构成：
亮度轮廓制作部，其根据由所述二维摄像部得到的二维图像数据来算出所述第一方向的各位置处的所述第二方向的各像素的亮度的积分值，并制作将所述积分值在所述第一方向上排列而成的亮度的轮廓；
亮度峰值位置算出部，其从所述亮度轮廓制作部制作的所述亮度的轮廓算出亮度最高的峰值位置；
亮度计测部，其对所述亮度峰值位置算出部所算出的亮度的峰值位置的亮度进行计测；
亮度下降位置算出部，其从所述亮度轮廓制作部所制作的亮度的轮廓来算出与对所述亮度计测部计测出的峰值位置的亮度乘以预先确定的小于1的系数倍值而得到的亮度对应的、所述第一方向的位置；以及
扫描位置保持部，其将所述亮度下降位置算出部所算出的位置作为所述扫描位置进行保持。
2.如权利要求1所述的圆筒体表面检查装置，其中，所述光照射部为线状的光源，所述圆筒体的中心轴的方向、所述线状的光源的长度方向、以及所述二维摄像部的所述第二方向互相平行地配置。
3.圆筒体表面检查方法，其对圆筒体的表面进行检查，所述圆筒体表面检查方法包括下述步骤：
在检查位置处一边使圆筒体在一个方向上相对移动，一边对圆筒体照射光，
对所述照射的光在圆筒体的表面反射的光以二维的方式进行摄像，
仅以预先确定的周期对二维图像数据的第一方向的与所述圆筒体的周向对应的扫描位置进行确定；
针对多个所述二维图像数据进行所述二维图像数据之中的、所述确定的所述第一方向的各位置处的与所述第一方向垂直的第二方向的图像数据的提取，并将提取的所述第二方向的各图像数据按时间序列顺序在所述第一方向上排列，从而生成时间序列扫描图像，
检查所述时间序列扫描图像从而对缺陷进行检测，
对于所述扫描位置而言，
根据所述二维图像数据来算出所述第一方向的各位置处的所述第二方向的各像素的亮度的积分值，并将所述积分值在所述第一方向上排列来求出亮度的轮廓，
将所述扫描位置设为根据所述亮度的轮廓算出的与对亮度最高的峰值位置的亮度乘以预先确定的小于1的系数倍值而得到的亮度对应的所述第一方向的位置。
4.如权利要求3所述的圆筒体表面检查方法，
向所述圆筒体的表面照射线状的光，并且使所述圆筒体的中心轴的方向、所述线状的光的长度方向以及进行所述以二维的方式进行摄像时的主扫描方向互相平行。
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