JP2002022665A - 表面欠陥検査方法および装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 被検査面の反射率や３Ｄ凹凸形状によるスリ
ット光の歪みの影響に対してもロバストな検査が可能な
表面欠陥検査方法及び装置を提供する。 【解決手段】 凹凸性欠陥１を有する半鏡面性の被検査
面２に、照明装置３を用いてスリット状の拡散照明光を
照射し、その照明鏡像４を撮像装置５により撮影する。
照明装置３は、走査機構６により走査可能であり、その
走査によって照明鏡像４が被検査面２上を移動するとと
もに、走査機構６より照明装置３の位置が走査位置信号
として出力される。画像合成装置７は、被検査面の時々
刻々の画像を処理して被検査面２上の各点に対応する各
画素が最大値を取ったタイミングの走査位置信号の値を
その画素の値とした上で、この画素の値を持つ画像を合
成する。 欠陥判定装置８は、合成された画像を処理
し、被検査面上の欠陥部を抽出し、その大きさや程度を
判別する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、たとえば自動車ボ
ディーの塗装面のような半鏡面性の被検査面上に存在す
る表面欠陥の検査方法および装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】自動車ボディーの塗装面のような半鏡面
性の被検査面上に発生する微小な凹凸性の欠陥を光学的
に検査する方法として、特開平２−７３１３９号公報、
特開平５−４５１４２号公報、特開平８−１４５９０６
号公報等に記載される方法が公知となっている。これら
の方法はいずれも、半鏡面性の被検査面上の凹凸性欠陥
が、拡散照明光下では、照明の鏡像パタンのエッジ近傍
において最もコントラストよく観察しうる現象に着目し
て微小凹凸性欠陥を検出している。

【０００３】具体的な方法としては、被検査面に、スト
ライプ状の明暗パタンからなる照明面を有する照明を照
射し、被検査面あるいは照明面を移動させつつ、被検査
面に写り込んだ照明面の鏡像をＴＶカメラで観察し、こ
れを各画面毎に画像処理（画面単位処理）して明暗パタ
ンのエッジ部近傍の大きな輝度変化を抽出することによ
り、微小凹凸性欠陥を検出するものである。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、照明の
鏡像のエッジ近傍はコントラストの変化が最も激しい領
域であり、さらに、自動車ボディーのようなマクロな３
Ｄ凹凸形状に写り込んだ照明の鏡像は反射光強度が変化
しやすく、またそのエッジは凹凸形状に応じた曲線とな
る。したがって、被検査面とストライプ状明暗パタンと
を相対的に移動させながら、照明鏡像エッジのコントラ
スト変化の激しい領域内において、画像処理により欠陥
に起因する輝度変化を「ロバスト」に検出するのは、困
難を極める。

【０００５】本発明はこのような事情に鑑みてなされた
もので、被検査面の反射率あるいは反射率ムラの影響、
さらには被検査面の３Ｄ凹凸形状によるスリット光の歪
みの影響に対してもロバストな検査が可能な表面欠陥検
査方法及び装置を提供することを課題とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
の第１の手段は、半鏡面性の被検査面上にスリット状の
照明を照射し、被検査面上に形成される照明の鏡像を被
検査面全体に亘って走査しながら被検査面の画像を撮像
し、得られる被検査面の時々刻々の画像を処理して、被
検査面上の各点に対応する各画素が最大値を取ったタイ
ミングで照明鏡像の走査位置に対応する信号の値をその
画素の値とするような画像を合成し、合成された画像を
処理して被検査面上の欠陥部を抽出し判別することを特
徴とする表面欠陥検出方法（請求項１）である。

【０００７】対象表面にスリット光を照射し、これを走
査しながら被検査面上の各点の輝度変化の時間変化を観
察すると、どの点においてもスリット光の鏡像が通過し
た瞬間に最も明るくなる。この時注目すべきは、健全部
と欠陥部とで、最大輝度が得られるタイミングが少し異
なっている点である。即ち、欠陥部は、表面の形状が周
りの健全部と異なっているため、スリット光の鏡像の通
過タイミングが、その形状に応じてまわりの健全部とズ
レを生じるのである。

【０００８】この現象を利用すれば、スリット光を走査
しながら被検査面をＴＶカメラで観察し、被検査面上の
各点毎に、その点が最大輝度をとったスリット光位置を
演算・合成することにより、欠陥を識別することが可能
となる。なお、上記の画像合成処理を行うには、特公平
６−３６１９２号公報「画像合成装置」に開示された装
置を用いればよい。

【０００９】すなわち本手段においては、被検査面に照
明を照射し、被検査面又は照射光を移動させることによ
り、被検査面上に形成される照明の鏡像を被検査面全体
に亘って走査しながら被検査面の画像を撮像する。そし
て、被検査面の各点ごとに画素を対応させ、各画素毎の
画像、例えば、鏡像の輝度を刻々入力して処理し、各画
素ごとに、画素の値（例えば受光される光の強さに対応
する値）が最大値となったときの照明鏡像の走査位置に
対応する信号の値をその画素の値とする。すなわち、被
検査面を移動させて走査を行うときは、画素の値が最大
値となったときの被検査面の移動位置、照明光を移動さ
せて走査を行うときは、照明光の移動位置を、その画素
の値として記憶する。

【００１０】そして、記憶された画素ごとの値を基にし
て被検査面の画像を合成する。次に、合成された画像の
特異点（例えば周囲の画像の値に対して急激な変化を伴
った微小領域）を抽出する等の処理により被検査面の欠
陥を抽出し判別する。

【００１１】この方式は、従来提案されていた被検査面
の空間的な輝度変化（周囲との輝度の違い）をベースと
する「画面単位処理」と異なり、被検査面上の各画素の
時間的な輝度変化をベースに演算するいわば「画素単位
時系列処理」であるので、従来技術と異なって、被検査
面の反射率あるいは反射率ムラの影響を受けにくい。す
なわち、各点ごとに鏡像の輝度等が最大となる照射鏡像
の照射位置を判定し、その位置を当該点の画素の値とし
ているので、各点の反射率がどうであれ、得られる画素
の値は変化しない。

【００１２】また同様の理由により被検査面の３Ｄ凹凸
形状によるスリット光の歪みの影響に対してもロバスト
となる。すなわち、被検査面の３Ｄ凹凸形状に起因して
スリット光が歪み、その結果、その場所から得られる鏡
像の輝度等が他の部分と違う場合であっても、各点ごと
に鏡像の輝度等が最大となる照射鏡像の照射位置を判定
し、その位置を当該点の画素の値としているので、得ら
れる画素の値はその影響を受けない。

【００１３】前記課題を解決するための第２の手段は、
半鏡面性の被検査面上にスリット状の照明を照射する照
明手段と、被検査面上に形成される照明の鏡像を被検査
面全体に亘って走査する走査手段と、走査位置に対応す
る走査位置信号を発生する位置信号発生手段と、被検査
面の画像を撮像する撮像手段と、撮像手段により得られ
る被検査面の時々刻々の画像を処理して被検査面上の各
点に対応する各画素が最大値を取ったタイミングの走査
位置信号の値をその画素の値とするような画像を合成す
る画像合成手段と、合成された画像を処理して被検査面
上の欠陥部を抽出し判別する欠陥検出手段とを備えたこ
とを特徴とする表面欠陥検出装置（請求項２）である。

【００１４】本手段においては、照明手段により被検査
面上に形成されるスリット状の照明の鏡像を、走査手段
を用いて被検査面全体に亘って走査する。走査手段は、
被検査体を移動させることによって走査を行うもので
も、照明光を移動させることによって走査を行うもので
もよい。その際、位置信号発生手段は、被検査体のどの
部分に照明光が照射されているかを検出する。

【００１５】そして、撮像手段により被検査面の画像を
撮像して、画像合成手段に入力する。画像合成手段は、
撮像手段により得られる被検査面の時々刻々の画像を処
理して被検査面上の各点に対応する各画素が最大値（例
えば撮像された輝度の最大値）を取ったタイミングの走
査位置信号の値（位置信号発生手段の出力）をその画素
の値とした上で、この画素の値を持つ画像を合成する。

【００１６】欠陥判定手段は、合成された画像を処理
し、例えば特異点、すなわち、まわりに比べて画素の値
が急激に変化している微小領域を抽出することにより、
被検査面上の欠陥部を抽出し、その大きさや程度を判別
する。

【００１７】本手段は、前記第１の手段である欠陥検査
方法を用いているので、前記第１の手段の説明で述べた
ような作用効果が得られ、被検査面の反射率あるいは反
射率ムラ、３Ｄ凹凸形状の影響を受けずに検査を行うこ
とができる。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態の例を
図を用いて説明する。図１は、本発明の実施の形態の１
例である表面欠陥検査装置の概略構成を示す図である。
凹凸性欠陥１を有する半鏡面性の被検査面２に、照明装
置３を用いてスリット状の拡散照明光を照射し、その照
明鏡像４を撮像装置５により撮影する。照明装置３は、
走査機構６により走査可能であり、その走査によって照
明鏡像４が被検査面２上を移動するとともに、走査機構
６より照明装置３の位置が走査位置信号として出力され
る。

【００１９】図２に、図１中の画像合成装置７の構成例
を、特公平６−３６１９２号公報より引用して示す。こ
の画像合成装置は、ビデオ信号の各画素が一定時間内に
最大値をとるタイミングでの同期信号計数値をその画素
の値とするものである。

【００２０】画像合成装置１１は、主として、テレビカ
メラ１２より入力されるビデオ信号を処理して、各画素
毎にビデオ信号が最大値をとる瞬間のビデオ信号レベル
をその画素の値とする画像を合成する最大輝度画像演算
部１３、各画素毎にビデオ信号が最大値をとった瞬間の
同期信号計数値をその画素の値とする画表を合成する合
成画像演算部１４とから構成されている。

【００２１】更に、これらの演算部１３、１４に、外部
から演算制御信号に基づいて画像演算の制御を行う演算
制御回路１５、ビデオ信号中から垂直同期信号を分離
し、これを計数する垂直同期分離回路１６及び同期信号
計数回路１７、演算された最大輝度画像及び合成画像を
モニタテレビに表示する最大輝度画像表示回路１８及び
合成画像表示回路１９、更にこれらの画像を上位の計算
機に転送するための画像データ転送回路２０が附帯して
いる。

【００２２】最大輝度画像演算部１３は、最大輝度画像
演算部のバッファメモリである最大輝度画像メモリ２１
を中心として、ビデオ信号を各画素毎にＡ／Ｄ変換しデ
ジタル化するＡ／Ｄ変換回路２２、最大輝度画像メモリ
２１のビデオ信号の画素に対応するアドレスのデータの
読出し及び演算結果の書込みを制御する最大輝度画像メ
モリ制御回路２３、更に、テレビカメラ１２から入力さ
れるビデオ信号の信号レベルと最大輝度画像メモリ２１
の画像の対応するアドレスの画素の値とを比較し、大き
い方の値を選択し出力する比較回路２４及びスイッチ回
路２５より構成されており、これらの動作のタイミング
は演算制御回路１５により制御されている。

【００２３】一方、合成画像演算部１４は、合成画像演
算結果を格納する合成画像メモリ２６を中心として構成
されており、最大輝度画像演算部１３の比較回路２４の
出力信号に基づいて、テレビカメラ１２から入力される
ビデオ信号の信号レベルがそれに対応する最大輝度画像
メモリ２１の画素の値よりも大きかった時に、同期信号
計数回路１７より出力される同期信号計数値を合成画像
メモリ２６に書込む機能を有する合成画像メモリ制御回
路２７を備えている。

【００２４】この画像合成装置１１は、演算開始のタイ
ミングで演算制御回路１５からの制御信号に基づいて最
大輝度画像メモリ２１、合成画像メモリ２６及び同期信
号計数回路１７が零にクリアされた状態からスタートす
る。そして、テレビカメラ１２から入力されるビデオ信
号を、Ａ／Ｄ変換回路２２を用いてデジタル化し、この
デジタル化されたビデオ信号の信号レベルと、その画素
の位置に対応する最大輝度画像メモリ２１の画素の値と
を比較回路２４で比較して、ビデオ信号の値の方が大き
いとスイッチング回路２５が閉成されて、ビデオ信号が
最大輝度画像メモリ２３を介して最大輝度画像メモリ２
１に送り出され、最大輝度画像メモリ２１の対応する画
素の値をビデオ信号の信号レベル値で更新する。

【００２５】一方、比較回路２４においてビデオ信号レ
ベルと最大輝度画像メモリ２１の対応する画素の値とを
比較してビデオ信号の方が大きいと判断されると、比較
回路２４から合成画像メモリ制御回路２７にも出力信号
が送り出される。合成画像メモリ制御回路２７は比較回
路２４からの出力信号を入力すると、その時の同期信号
計数器１７の出力である同期信号計数値を、合成画像メ
モリ２６の対応する画素に書込む。

【００２６】このように、外部からの演算制御信号が入
力されている間上記の演算が行われ、その結果演算終了
時には最大輝度画像メモリ２１に最大輝度の信号が書き
込まれ、合成画像メモリ２６には前記の最大輝度が得ら
れた瞬間の同期信号計数値が対応する画素に書き込まれ
て、最大輝度画像及び合成画像が生成されている。この
ようにして演算された最大輝度画像及び合成画像は、最
大輝度画像表示回路１８及び合成画像表示回路１９を介
してモニタテレビ２８、２９に表示されると共に、画像
データ転送回路２０を介して上位計算機に転送すること
ができる。

【００２７】本実施の形態においては、走査機構６によ
り照明装置３を一定速度で移動させることにより、この
画像合成装置１１をそのまま図１の画像合成装置７とし
て使用することができる。また、照明装置３の移動速度
が変化する場合には、走査機構６より照明装置３の移動
に同期したパルスを出力し、これに同期してテレビカメ
ラ１２の走査速度を変化させることにより、この画像合
成装置１１をそのまま図１の画像合成装置７として使用
することができる。または、同期信号計数回路１７から
合成画像メモリ制御回路２３に同期信号計数回路１７か
ら信号を入力する代わりに、走査機構６からの走査位置
信号を入力してもよい。以下の説明においては、最後の
手法を採用した場合について説明する。

【００２８】照明装置３を走査しながら撮像装置５で観
察した場合に得られる、被検査面２の画像例を図３に示
す。被検査面２が全面に亘って健全であれば、スリット
状照明の鏡像４は連続性を保ったまま移動するが、凹凸
性欠陥１があると、周囲の健全部に対して照明の正反射
角度が部分的に異なるため、最大輝度が得られるタイミ
ングに違いを生じる。図３(a)は照明鏡像位置と凹凸性
欠陥位置と、撮像装置の相対位置関係を示す図であり、
(b)はそれに対応する被検査面２の画像を示すものであ
る。

【００２９】照明鏡像は、画像においては横方向に長い
スリット状の明部として現れる。凹凸性欠陥が撮像装置
から見て照明鏡像位置より後方にある（Ａ）位置におい
ては、凹凸性欠陥の前部が明部として現れる。凹凸性欠
陥が撮像装置から見て照明鏡像位置と同位置にある
（Ｂ）においては、凹凸性欠陥の中心部が明部、周囲が
暗部として現れる。凹凸性欠陥が撮像装置から見て照明
鏡像位置より前方にある（Ｃ）位置においては、凹凸性
欠陥の後部が明部として現れる。

【００３０】このとき、撮像装置５によって得られる画
像と、走査機構６より出力される走査位置信号とを画像
合成装置７に入力する。画像合成装置７は、例えば図２
に示す構成からなり、各画素毎の時々刻の輝度変化を監
視し、その画素が最大輝度となったタイミングでの走査
位置信号の値をその画素の値とし、各画素の値を有する
画像を合成する。

【００３１】図４はこの画像合成を模式的に表したもの
である。健全部Ａ点・欠陥部Ｂ点・欠陥部Ｃ点の各位置
における輝度の時間変化の様子と、合成画像例（最大輝
度を取ったタイミングでの走査位置をその画素の明るさ
で表している。走査の早いタイミングで最大輝度を取っ
た点が暗く、遅れて明るく見えた点が明るく表示されて
いる。）とを示す。画像合成装置７で得られた走査位置
合成画像は、欠陥検出装置８に入力され、欠陥の抽出・
判定が行われる。

【００３２】欠陥検出装置８における欠陥の抽出例を図
５に示す。合成画像の欠陥部の信号Ｂ−Ｂ’は、健全部
の信号Ａ−Ａ’と顕著に異なった不連続な信号となる。
従って、例えば空間微分処理を行うと図５(c)、(d)に示
すように、その特徴を強調することができる。こうした
画像を例えば２値化処理することにより、合成画像から
欠陥部を抽出することができる。

【００３３】なお、本発明において、照明手段及び走査
手段としては、被検査面上のあらゆる点を照明の鏡像の
エッジが少なくとも１回以上横切るようにできれば、特
に、上記の実施の形態の構成に限られるものではない、
また、走査位置信号についても、照明鏡像の走査位置と
対応さえつけば、例えば走査開始後の時間を表す信号で
も構わない。

【００３４】さらに、前記の例においては、走査機構６
により照明装置３を移動させているが、被検査面２の方
を移動させてもよい。この場合には、撮像装置５の物理
的な画素の位置と、被検査面の特定位置との関係が変化
するので、撮像装置５の物理的な画素ごとに最大値をと
る時間を決定するのでなく、あくまでも、被検査面の位
置に対応する画素ごとに最大値をとる時間を決定するよ
うに、物理的な画素と被検査面に対応する画素との対応
をとりながら演算を行う必要がある。

【００３５】

【発明の効果】以上のように、この発明に依れば、被検
査面上の各画素の時間的な輝度変化をベースに演算する
「画素単位時系列処理」を用いることにより、被検査面
の反射率あるいは反射率ムラの影響、さらには被検査面
の３Ｄ凹凸形状によるスリット光の歪みの影響に対して
もロバストな検査が可能となり、自動車ボディーの塗装
面のような半鏡面性の被検査面上に発生する微小な凹凸
性の欠陥を光学的に検査するにあたり、信頼性の飛躍的
な向上をもたらすことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態の１例である表面欠陥検査
装置の概略構成を示す図である。

【図２】画像合成装置の構成例を示す図である。

【図３】照明装置を走査しながら撮像装置で観察した場
合に得られる、被検査面の画像例を示す図である。

【図４】画像合成を模式的に表した図である。

【図５】欠陥検出装置における欠陥の抽出例を示す図で
ある。

【符号の説明】

１…凹凸性欠陥、２…被検査面、３…照明装置、４…照
明鏡像、５…撮像装置、６…走査機構、７…画像合成装
置、８…欠陥検出装置、１１…画像合成装置、１２…テ
レビカメラ、１３…最大輝度画像演算部、１４…合成画
像演算部、１５…演算制御回路、１６…垂直同期分離回
路、１７…同期信号計数回路、１８…最大輝度画像表示
回路、１９…合成画像表示回路、２０…画像データ転送
回路、２１…最大輝度画像メモリ、２２…Ａ／Ｄ変換回
路、２３…最大輝度画像メモリ制御回路、２４…比較回
路、２５…スイッチ回路、２６…合成画像メモリ、２７
…合成画像メモリ制御回路、２８、２９…モニタテレビ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 河村 努 東京都千代田区丸の内一丁目１番２号 日 本鋼管株式会社内 (72)発明者 夏目 明 愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自動 車株式会社内 (72)発明者 宮本 康司 愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自動 車株式会社内 (72)発明者 榊原 正人 愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自動 車株式会社内 (72)発明者 山田 清 愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自動 車株式会社内 Ｆターム(参考） 2G051 AA89 AB07 AB12 BB07 BC06 CA04 CB01 EA12 EA14 EA16 EA21 5B047 AA11 BB06 BC12 CA19 CB05 DC09 5B057 AA06 BA02 BA19 CA12 CA16 CB12 CB16 CE08 DA03 DB02 5C077 LL02 MP07 PP15 PP23 PP43 PP58 RR06 RR18

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 半鏡面性の被検査面上にスリット状の照
   明を照射し、被検査面上に形成される照明の鏡像を被検
   査面全体に亘って走査しながら被検査面の画像を撮像
   し、得られる被検査面の時々刻々の画像を処理して、被
   検査面上の各点に対応する各画素が最大値を取ったタイ
   ミングで照明鏡像の走査位置に対応する信号の値をその
   画素の値とするような画像を合成し、合成された画像を
   処理して被検査面上の欠陥部を抽出し判別することを特
   徴とする表面欠陥検出方法。
2. 【請求項２】 半鏡面性の被検査面上にスリット状の照
   明を照射する照明手段と、被検査面上に形成される照明
   の鏡像を被検査面全体に亘って走査する走査手段と、走
   査位置に対応する走査位置信号を発生する位置信号発生
   手段と、被検査面の画像を撮像する撮像手段と、撮像手
   段により得られる被検査面の時々刻々の画像を処理して
   被検査面上の各点に対応する各画素が最大値を取ったタ
   イミングの走査位置信号の値をその画素の値とするよう
   な画像を合成する画像合成手段と、合成された画像を処
   理して被検査面上の欠陥部を抽出し判別する欠陥検出手
   段とを備えたことを特徴とする表面欠陥検出装置。