JP2000283748A

JP2000283748A - 欠陥検出方法及び欠陥検出装置

Info

Publication number: JP2000283748A
Application number: JP11091315A
Authority: JP
Inventors: Naoya Murota; 直哉室田; Takeshi Nakajima; 毅中島; Masami Bushi; 正美武士
Original assignee: Suzuki Motor Corp
Current assignee: Suzuki Motor Corp
Priority date: 1999-03-31
Filing date: 1999-03-31
Publication date: 2000-10-13

Abstract

(57)【要約】【課題】先端部の欠けを安定して検出すること。【解決手段】側面に平面を有する測定対象物の当該側
面に計測光を照射する計測光照射工程Ｓ１と、この計測
光照射工程Ｓ１にて計測光が照射された測定対象物の平
面を撮像する撮像工程Ｓ３と、この撮像工程Ｓ３にて撮
像された画像に対して画像処理を行う画像処理工程Ｓ４
乃至Ｓ７とを備えている。そして、画像処理工程は、画
像中に予め定められたしきい値以上の輝度を有する画素
を抽出する高輝度画素抽出工程Ｓ４と、この高輝度画素
抽出工程Ｓ４にて高輝度画素が抽出されたときには当該
高輝度画素領域に対応する位置にて欠けが生じたと判定
する欠け判定工程Ｓ５，Ｓ６とを備えた。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、欠陥検出方法およ
び欠陥検出装置に係り、特に、画像処理を用いた歯車等
の工業製品の欠陥を検出する欠陥検出方法及び欠陥検出
装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、画像処理を用いた歯車等の工
業製品の欠陥検査が行われている。例えば、欠陥のない
良品と欠陥がある不良品の二次元画像を比較して、両者
の差分を求めることで、欠陥部分を検出することができ
る。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、予め良
品を撮像した基準画像と検査対象を撮像した画像とを比
較する従来例では、厳密な位置決めが必要で、かつ環境
光の変化に弱く、一方微少な傷等による判別基準以下の
個体差も検出してしまい、さらに輪郭の変化しない削れ
などの欠けについては安定した検出が難しい、という不
都合があった。

【０００４】

【発明の目的】本発明は、係る従来例の有する不都合を
改善し、特に、測定対象物の先端部の欠けを安定して検
出することのできる欠陥検出方法及び欠陥検出装置を提
供することを、その目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】そこで、本発明では、側
面に平面を有する測定対象物の側面に計測光を照射する
計測光照射工程と、この計測光照射工程にて計測光が照
射された測定対象物の平面を撮像する撮像工程と、この
撮像工程にて撮像された画像に対して画像処理を行う画
像処理工程とを備えている。しかも、画像処理工程は、
画像中に予め定められたしきい値以上の輝度を有する画
素を抽出する高輝度画素抽出工程と、この高輝度画素抽
出工程にて高輝度画素が抽出されたときには当該高輝度
画素領域に対応する位置にて欠けが生じたと判定する欠
け判定工程とを備えた、という構成を採っている。これ
により前述した目的を達成しようとするものである。

【０００６】計測光照射工程では、測定対象物の側面に
計測光を照射する。すると、測定対象物が良品であれ
ば、計測光の大半は照射方向と平行な方向へ反射する。
一方、当該平面部分に欠けが生じている不良品では、欠
けの部分で反射した計測光は照射方向と平行な方向以外
の方向へ進行する。そして、撮像工程にて、測定対象物
の平面を撮像すると、欠けが生じていない場合には計測
光の戻り光は撮像されない。一方、欠けが生じている
と、欠け部分で反射した計測光が撮像される。続いて、
高輝度画素抽出工程では、撮像した画像のうち予め定め
られた輝度以上に明るい高輝度部分の画素を抽出する。
そして、欠け判定工程では、高輝度画素が抽出されたと
きには当該高輝度画素領域に対応する位置にて欠けが生
じたと判定する。すなわち、測定対象物の側面の平面に
て欠けが生じていると、当該欠け部分で計測光が上方へ
反射し、撮像工程にて、この欠けにて反射した計測光が
撮像されるため、周囲の輝度よりも高い輝度の領域が生
じる。従って、撮像した画像に高輝度画素がある場合に
は、測定対象物の側面の平面の一部に欠けが生じたと判
定する。

【０００７】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
を参照して説明する。図１は本発明の一実施形態による
欠陥計測方法の構成を示すフローチャートである。図１
に示すように、本実施形態による欠陥計測方法は、側面
に平面を有する測定対象物の当該側面に計測光を照射す
る計測光照射工程Ｓ１と、この計測光照射工程Ｓ１にて
計測光が照射された測定対象物の平面を撮像する撮像工
程Ｓ３と、この撮像工程Ｓ３にて撮像された画像に対し
て画像処理を行う画像処理工程Ｓ４乃至Ｓ７とを備えて
いる。そして、画像処理工程は、画像中に予め定められ
たしきい値以上の輝度を有する画素を抽出する高輝度画
素抽出工程Ｓ４と、この高輝度画素抽出工程Ｓ４にて高
輝度画素が抽出されたときには当該高輝度画素領域に対
応する位置にて欠けが生じたと判定する欠け判定工程Ｓ
５，Ｓ６とを備えている。

【０００８】図２（Ａ）は図１に示した方法の使用に好
適な欠陥検出装置の構成を示す説明図である。図２
（Ａ）に示すように、欠陥検出装置は、測定対象物Ｓの
欠けを検出する面に略垂直な方向から計測光Ｒを照射す
る照射手段１８，１９と、この計測光の照射方向と略直
交する方向にて測定対象物ｓを撮像する撮像手段３Ａ
と、この撮像手段３Ａによって撮像された画像に対して
画像処理を行う画像処理手段１０とを備えている。そし
て、画像処理手段１０が、画像中に予め定められたしき
い値以上の輝度を有する画素を抽出する高輝度画素抽出
部１１と、この高輝度画素抽出部１１によって高輝度画
素が抽出されたときには当該高輝度画素領域に対応する
位置にて欠けが生じたと判定する欠け判定部１２とを備
えている。

【０００９】照射手段は、スリット光Ｒを照射するレー
ザ光源（スリット光源）１８と、このレーザ光を測定対
象物の側面へ走査するガルバノスキャナ１９とを備えて
いる。従って、「欠けを検出する面に略垂直な方向」
は、当該ガルバノスキャナ１９により走査される時の走
査開始位置から走査終了一までの角度を含む。図２
（Ａ）に示すように、測定対象物Ｓに欠け２ａ，２ｂが
生じているとき、この測定対象物の側面に計測光を照射
すると、欠け部分２ａ，２ｂによって反射した光は垂直
方向のＣＣＤカメラ３ａに入射する。すると、この入射
した部分の画素は、図２（Ｂ）に示すように高輝度画素
となる。このため、画像２０に高輝度画素が含まれてい
るか否かによって、測定対象物側面に欠けが生じている
か否かを判定することができる。

【００１０】図３は歯車などの鋳物や焼結品の刃先の欠
け等の例を示す説明図である。図３（Ａ）は良品の一例
を示す図で、図３（Ｂ）及び図３（Ｃ）は欠け２５，２
７が生じた例を示す図である。図３（Ｂ）に示すよう
に、測定対象物２４の刃先の全体に欠け２５が生じた場
合には、符号１５で示す観測方向から撮像することで、
測定対象物の外形の変化を検出することができる。しか
し、図３（Ｃ）に示すように、測定対象物２６の刃先に
て符号２７で示すような欠け２７が生じると、良品とは
異なった傾きの面が生じる。このとき、図３中の観測方
向１５からの撮影では、欠陥部分の検出が難しい。この
ため、本実施形態では、面の傾きの違いを利用して欠陥
の検出を行う。検査対象物としては、歯車などの外周部
（側面）に垂直な面を持つ対象物が好ましい。また、高
輝度画素の画素数は、良品とは異なった傾きの面の大き
さに比例するため、当該高輝度画素の画素数に基づいて
欠けの大きさを算出するようにしてもよい。

【００１１】本実施形態では、図４に示すように、測定
対象物２３の側面より検出領域の上端付近に検出面と平
行にスリット状のレーザ光等を照射する。欠陥が無い場
合には、観測方向１５へ反射する反射光量１８Ｂはごく
わずかであるが、欠陥により、傾きを持った新たな面が
生じると、観測方向１５への反射光量１８Ａが増加す
る。この反射光量１８Ａを高輝度画素として抽出するこ
とで、安定した欠陥の検出が可能となる。高輝度画素の
抽出は、測定対象物の周囲の輝度が小さく、暗い場合に
は単純に所定のしきい値で二値化することで良好に行え
るが、測定対象物の周囲も明るい場合には、良品画像と
の差分を取るようにするとよい。すると、測定対象物の
他の部分と一致しない高輝度部分のみを良好に抽出する
ことができる。

【００１２】次に、測定対象物を撮像する環境にて外乱
光が多い場合や、また、測定対象物が金属であるなど反
射率が高い表面を有する場合の対策を説明する。再度図
１を参照すると、図１に示す例では、撮像工程Ｓ３の前
に、測定対象物から入射される光の内計測光の帯域以外
の帯域の光を遮断するフィルタ工程Ｓ２を備えている。
このフィルタ工程Ｓ２は、図２に示す例では、ＣＣＤカ
メラ３Ａのレンズの先に取り付けられた光学的バンドパ
スフィルタを使用すると、フィルタ工程が行われる。計
測光の帯域以外の帯域の光を遮断する光学的バンドパス
フィルタ１を設けて撮像すると、計測光のみを撮像する
ことができ、すると、外乱光が多い環境での計測であっ
ても、安定して欠けを検出することができる。

【００１３】また、バンドパスフィルタ１を用いると、
良品の画像との差分を求める処理が不要となる。すなわ
ち、平面の面のみを有する良品を検査対象物として、Ｃ
ＣＤカメラ３に使用するレーザ光源の波長に合わせた光
学式のバンドパスフィルタを設置すると、レーザ光によ
り照明された箇所のみが撮像され、他の照明による光が
入射しない。すると、欠けに応じた高輝度部分のみが輝
度を有する画像が得られる。バンドパスフィルタ１を用
いると、良品との比較が不要となるため、検査対象の厳
密な位置決めも不要となる。

【００１４】

【実施例】図５は本発明の一実施例の構成を示す説明図
である。図５に示す例では、欠陥検出装置は、ＣＣＤカ
メラ３と、このＣＣＤカメラ３のレンズ先端に配置され
たバンドパスフィルタ１と、ＣＣＤカメラ３の撮像方向
と直交する平面に撮像手段を中心としてリング状に配置
された複数のレーザダイオードを有するＬＥＤリング照
明と、ＣＣＤカメラ３から基線長離れたところに立体計
測用光源４０とこの立体計測用光源４０からのレーザ光
を走査する立体計測用ガルバノスキャナ４１と、測定対
象物の側面に計測光としてのスリット光を照射する光源
１８と、この光源１８からのスリット状のレーザ光を走
査するガルバノスキャナ１９とを備えている。レーザ光
（スリット光）と、ＬＥＤリング照明の照明光４ａと、
バンドパスフィルタ１ａの必要なスペクトル特性を図５
（Ｂ）に示す。本実施例では、レーザ光は、立体計測用
のスリット光と欠け検出用のスリット光とは同一の波長
としている。また、上述した実施形態にて「画像」と呼
んだものを、ここでは「欠け検出用画像」という。

【００１５】図６（Ａ）に示すように、本実施形態で使
用する半導体レーザのピーク波長は、６８２．７５[nm]
である。そして、図６（Ｂ）に示すように、バンドパス
フィルタ１の中心波長は６８３[nm]であり、半値幅は１
１[nm]、透過率は８４．８％である。また、図７に示す
ように、ＬＥＤスペクトル特性は、中心波長は約６６０
[nm]で、半値幅は約５０[nm]である。

【００１６】望ましくは、ＬＥＤリング照明４の輝度が
最も強い帯域のほぼ中心付近にレーザ光源の発振波長を
一致させ、バンドパスフィルタ１は半値幅が十分に狭
く、光源１８，４０のレーザ光の波長が十分に通過でき
る特性のものを採用する。

【００１７】図７に示すＬＥＤと蛍光灯のスペクトルか
ら判るように、使用しているレーザの波長付近では蛍光
灯に比べてＬＥＤはそのエネルギー比が２倍以上となっ
ている。しかも、実際に使用する場合には対象物の近く
から強いＬＥＤ照明をあてるため、周囲にある蛍光灯と
の強度比は１０倍以上となっている。その中で半導体レ
ーザも十分に通るフィルタをつけているため、欠け検出
用、二次元および三次元のデータを外乱光の影響を受け
ずに測定することが実際に可能となっている。

【００１８】図５に示す例では、ＣＣＤカメラ１台で、
安定して歯車等の測定対象物の欠け検出画像、濃淡画像
および三次元形状を入力でき、さらに遮光板などを全く
必要とせず欠けの有無、歯数、直径、ボス面の凹凸形状
を得ることができる。

【００１９】このように、ＬＥＤリング照明と、そのス
ペクトルのほぼ中心付近の波長成分を持つレーザスリッ
ト光と、それら両方にラップする帯域を限定したバンド
パスフィルタをレンズ先端に設けたため、ＬＥＤリング
照明により均一な明るさの濃淡画像を、蛍光灯や白熱球
などの広いスペクトル成分を持つ照明と比較して少ない
消費電力で得ることができ、さらに、バンドパスフィル
タの効果により周囲の蛍光灯などの影響を全く受けず、
従って、生産現場への設置が容易となる。また、光の高
周波成分などの乱反射光がフィルタによりカットされ、
さらに単色の照明であるため、金属面での特徴が良好に
現れる。

【００２０】そして、レーザ光の波長は透過するため、
ＬＥＤ照明をオフにしてレーザ光を走査すれば安定して
三次元形状を取込むことができ、また、カメラが１台で
あるため、同じ画角の濃淡画像と距離画像とを得ること
ができ、このため、画像処理が容易となる。

【００２１】この三種類のデータを併用することによ
り、図３（Ａ）に示す良品に対して、図３（Ｂ）に示す
ような欠けが生じた場合には濃淡画像や距離画像に基づ
いて欠けを検出し、また、図３（Ｃ）に示すような欠け
が生じた場合には欠け検出用画像に基づいて良好に安定
して検出することができる。

【００２２】図８はスプロケットの歯先先端部の欠けの
検出例示す説明図である。図８に示す例では、図中左側
から測定対象物へ向けて計測光（スリット光）を照射
し、図面の法線方向から撮像した。図８（Ａ）は、バン
ドパスフィルタを設けない構成にて撮像したスリット光
照射生画像である。図８（Ａ）に示す例では、スプロケ
ットの左側の刃先部分に高輝度部分が生じている。しか
し、この歯車の右側の輝度も高く、所定のしきい値で二
値化することでは高輝度部分を抽出することができな
い。従って、この図８（Ａ）に示す例では、良品の画像
との差分を取ることで、高輝度部分を抽出する。

【００２３】図８（Ｂ）はバンドパスフィルタを設けて
撮像した例を示す。スリット光を側面から照明し、バン
ドパスフィルタを通して撮影を行うと、図８（Ｂ）に示
すように欠陥部のみが明るくなった画像を得ることがで
きる。これにより、その後の処理は明るく光った領域の
大きさを調べるだけで良く、良品画像との差分を求める
などの画像処理が不要となり、このため、測定対象物の
厳密な位置決めが不要で、撮影後の画像処理の簡素化・
高速化が可能となる。また、検出にバンドパスフィルタ
を用いることにより、環境光の影響を排除することがで
きる。

【００２４】図８に示す例では、照明を一方向から行っ
ているため、歯車など円筒形状物の側面全体を検査する
には、検査対象物を回転させる機構が必要となる。これ
に対し、図９に示すように、４方向またはリング状に全
周方向から照明することで、回転機構の廃止が可能とな
る。この例では、測定対象物の欠けを検出する複数の面
に略垂直な方向から計測光を照射する照射手段を設け
る。図９（Ａ）に示す例では、符号１５ａ乃至１５ｅの
４つの方向からそれぞれ計測光を照射する照射手段を配
置する。図９（Ｂ）に示す例では、１５ａ乃至１５ｈの
８つの方向から計測光を照射する。これらの照射は同時
に行い、１枚の欠け検出用画像を得ることで、測定対象
物外周のすべての欠陥の検出を行うことができる。

【００２５】また、歯車など段差がある平行面を有する
対象物では、それぞれの面に合わせて異なる高さより照
明を行うと、異なる検査ポイントを動時に検査すること
が可能となる。

【００２６】上述したように本実施形態によると、検査
対象物の側面より検出面と平行にスリット照明を投光す
るため、欠陥部だけが明るく照明され、これにより、安
定した検出が可能となる。また、スリット光源にレーザ
を用い、レーザ光の波長に合わせた光学式のバンドパス
フィルタをカメラのレンズ部に組み込むと、レーザ光に
より照明された場所（欠陥）のみの撮影が可能となり、
良品との比較が不要となるため、厳密な位置決めが不要
となる。また、バンドパスフィルタによりレーザ光と異
なる波長の環境光が遮断されるため、外乱の影響を受け
づらい検査を行うことができる。

【００２７】さらに、検査対象に対して４方向またはそ
れ以上の数の方向から照明を行う例では、検査対象物の
側面の全周の検査を一度に行うことができ、検査対象を
回転させる必要がなくなる。また、検査対象の側面より
異なる高さの検査ポイントに対して、検査面と平行にス
リット照明を投光する例では、異なる検査ポイントの同
時検査が可能となる。

【００２８】

【発明の効果】本発明は以上のように構成され機能する
ので、これによると、測定対象物の側面の平面にて欠け
が生じていると、当該欠け部分で計測光が上方へ反射
し、撮像工程にて、この欠けにて反射した計測光が撮像
されるため、周囲の輝度よりも高い輝度の領域が生じ、
従って、撮像した画像に高輝度画素がある場合には、測
定対象物の側面の平面の一部に欠けが生じたと判定する
ことができ、すると、平面を撮像したのみでは外形の変
化を計測しづらい測定対象物の欠けを安定して計測する
ことができる、という従来にない優れた欠陥を検出する
方法及び装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による欠陥計測方法の実施形態の構成を
示すフローチャートである。

【図２】図２（Ａ）は本発明による欠陥計測装置の実施
形態の構成を示す説明図であり、図２（Ｂ）は欠け部分
により生じる高輝度画素を示す図である。

【図３】測定対象物に生じる欠けの例を示す説明図であ
り、図３（Ａ）は良品を示す図で、図３（Ｂ）は刃先の
全体が欠けた場合の例を示す図で、図３（Ｃ）は刃先に
良品とは異なる面を生じさせる欠けの例を示す図であ
る。

【図４】欠けと計測光の反射の関係を示す説明図であ
り、図４（Ａ）は良品の場合の反射の例を示す図で、図
４（Ｂ）は欠けが生じた場合の反射の例を示す図であ
る。

【図５】本発明の一実施例の構成を示す説明図であり、
図５（Ａ）は各構成の配置例を示す図で、図５（Ｂ）は
計測光と照射光とバンドパスフィルタとのスペクトル特
性を示す図である。

【図６】図６（Ａ）は図５に示すレーザ光（計測光）の
波長の一例を示すスペクトル図であり、図６（Ｂ）はバ
ンドパスフィルタのスペクトル特性を示す図である。

【図７】図５に示す照射光の一例としての赤ＬＥＤおよ
び他の光のスペクトルを示すスペクトル図である。

【図８】図５に示す構成にて撮像した欠け検出用画像の
一例を示す説明図であり、図８（Ａ）はバンドパスフィ
ルタを設けない場合の例を示す図で、図８（Ｂ）はバン
ドパスフィルタを設けた場合の例を示す図である。

【図９】図５に示す構成に対して照射手段を複数設けた
場合の配置例を示す説明図であり、図９（Ａ）は４方向
から照射光を照射するときの照射手段の配置を示し、図
９（Ｂ）は８方向から照射光を照射するときの照射手段
の配置を示す。

【符号の説明】

１バンドパスフィルタ３ＣＣＤカメラ１０画像処理手段１１高輝度部分抽出部１２欠け判定部１８光源１９ガルバノスキャナ

フロントページの続き (72)発明者武士正美神奈川県横浜市都筑区桜並木２番１号スズキ株式会社技術研究所内Ｆターム(参考） 2F065 AA49 DD03 DD04 FF04 FF41 GG06 GG07 HH05 JJ26 LL22 QQ32 QQ33 2F069 AA60 DD19 GG04 GG07 GG52 GG68 GG74 HH30 MM23 NN00 NN02 PP02 5B057 AA01 CE06 DA03 DB03 DC22 DC32 5L096 AA09 BA03 CA03 FA14 GA08 GA51 GA55

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】側面に平面を有する測定対象物の当該側
面に計測光を照射する計測光照射工程と、この計測光照
射工程にて計測光が照射された測定対象物の平面を撮像
する撮像工程と、この撮像工程にて撮像された画像に対
して画像処理を行う画像処理工程とを備え、前記画像処理工程は、前記画像中に予め定められたしき
い値以上の輝度を有する画素を抽出する高輝度画素抽出
工程と、この高輝度画素抽出工程にて高輝度画素が抽出
されたときには当該高輝度画素領域に対応する位置にて
欠けが生じたと判定する欠け判定工程とを備えたことを
特徴とする欠陥検出方法。
【請求項２】前記撮像工程の前に、前記測定対象物か
ら入射される光の内前記計測光の帯域以外の帯域の光を
遮断するフィルタ工程を備えたことを特徴とする請求項
１記載の欠陥検出方法。
【請求項３】前記欠け判定方法が、前記高輝度画素領
域の画素数に基づいて当該欠陥の大きさを算出する工程
を備えたことを特徴とする請求項１または２記載の欠陥
検出方法。
【請求項４】測定対象物の欠けを検出する面に略垂直
な方向から計測光を照射する照射手段と、この計測光の
照射方向と略直交する方向にて前記測定対象物を撮像す
る撮像手段と、この撮像手段によって撮像された画像に
対して画像処理を行う画像処理手段とを備え、前記画像
処理手段が、前記画像中に予め定められたしきい値以上
の輝度を有する画素を抽出する高輝度画素抽出部と、こ
の高輝度画素抽出部によって高輝度画素が抽出されたと
きには当該高輝度画素領域に対応する位置にて欠けが生
じたと判定する欠け判定部とを備えたことを特徴とする
欠陥検出装置。
【請求項５】前記撮像手段と前記測定対象物との間
に、前記計測光の帯域と同一の帯域の光を透過させると
共に当該帯域以外の光を遮断するバンドパスフィルタを
配置したことを特徴とする請求項４記載の欠陥検出装
置。
【請求項６】測定対象物の欠けを検出する複数の面に
略垂直な方向から計測光を照射する照射手段と、この計
測光の照射方向と略直交する方向にて前記測定対象物を
撮像する撮像手段と、この撮像手段によって撮像された
画像に対して画像処理を行う画像処理手段とを備え、前記画像処理手段が、前記画像中に予め定められたしき
い値以上の輝度を有する画素を抽出する高輝度画素抽出
部と、この高輝度画素抽出部によって高輝度画素が抽出
されたときには当該高輝度画素領域に対応する位置にて
欠けが生じたと判定する欠け判定部とを備えたことを特
徴とする欠陥検出装置。