JP2002181520A - 三次元形状の欠陥検査方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 温度変化に応じて設定を変えたり、温度環境
を積極的に制御したりしなくても、ワーク表面の欠陥検
査を的確に実行することのできる三次元形状の欠陥検査
方法を提供すること。 【解決手段】 完全な形状を有するワーク２を走査して
得た距離コード（ミラーの揺動角度を示す値）と検査対
象となるワーク２を走査して得た距離コードの差分を測
定位置毎に求めて照射線の線方向と照射線の移動軌跡の
方向を直交２軸とするマトリクスに対応させて記憶す
る。照射線の線方向のマトリクス要素中で最頻出する差
分の値をミラー３の各揺動位置毎に求め、ミラー３の各
揺動位置毎に、最頻出する差分の値との偏差が設定値以
上に大きな差分を有するマトリクス要素を求めることに
よって、距離コードのデータを相対的にシフトさせても
完全な形状を有するワークの距離コードと一致しない距
離コードを有する部分を検出して欠陥候補とする。更
に、欠陥候補となるマトリクス要素の全ての存在状態に
基いて検査対象となるワークの欠陥の有無を判定する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、三次元形状の欠陥
検査方法の改良に関する。

【０００２】

【従来の技術】三次元形状によって形成されるワークの
表面欠陥を検出するための方法としては、例えば、特開
平１０−１００５３号に示されるように、ワークに対し
てストライプパターンの光線を照射し、そのパターンの
境界の変形量や微分値に基いて欠陥検査を行うものが提
案されている。

【０００３】しかし、このものは、単にワーク上の明暗
の変化にのみ基いて欠陥の有無を検出するものであるた
め、複雑な凹凸形状によって影の生じ易い表面を有する
ワークや、油汚れが付着したり或いはマジックインキに
よるマーキングが施されたりして表面の濃度に相違を生
じているワーク表面の欠陥を検出することは困難であ
り、往々にして、油汚れが付着したりマジックインキが
付着した正常なワークを欠陥品として判定する場合があ
った。

【０００４】このような問題を解消するため、三角測量
の測距原理を応用した三次元形状の欠陥検査方法が既に
開発されている。

【０００５】ここで、三角測量の測距原理を応用した三
次元形状の欠陥検査方法の作用原理について図６（ａ）
を参照して簡単に説明する。

【０００６】図６（ａ）に示されるように、この種の欠
陥検査方法を実現するためには、レーザ光を照射する投
光器１と、投光器１からのレーザ光を反射させワーク２
に対して図６（ａ）の紙面厚み方向（Ｘ軸方向）の幅を
持って線状に照射するミラー３と、この線状の照射線に
対して照射線の移動軌跡が直交する方向、要するに、図
６（ａ）の紙面左右方向（Ｙ軸方向）に向かって照射線
が移動する方向にミラー３を所定のピッチで揺動させる
図示しないミラー駆動手段、および、ミラー３の揺動位
置を検出するための図示しない回転位置検出手段と、ミ
ラー３と所定の位置関係を保持してミラー３の各揺動位
置毎にワーク２を撮影するカメラ４と、照射線の線方向
と照射線の移動軌跡の方向を直交２軸とするカメラ４の
カメラ座標系上におけるレーザ光検出位置のマトリクス
に対応させてミラー３の揺動角度を示す値（以下、距離
コードという）を記憶することによってワーク２の凹凸
形状を求める画像処理ユニット５が必要となる。

【０００７】図６（ａ）に示されるラインＬ１は、ミラ
ー３で反射されてワーク２を照射するレーザ光の光路で
あり、また、ラインＬ２はワーク２上に当たったレーザ
光とカメラ４とを結ぶ直線である。

【０００８】ここで、ミラー３とカメラ４との位置関
係、つまり、ミラー３とカメラ４とを結ぶ直線の長さは
常に一定であり、ミラー３とカメラ４とを結ぶ直線とラ
インＬ１が成す角はミラー３の揺動角度から容易に求め
られる。

【０００９】また、ミラー３とカメラ４とを結ぶ直線と
ラインＬ２の成す角は、カメラ４のカメラ座標系上のレ
ーザ光検出位置に基いて、ラインＬ２とカメラ４の光軸
が成す角として求めることができる。

【００１０】従って、三角測量の測距原理を応用してカ
メラ４に対するワーク２の離間距離を求めることが可能
であるが、その演算に必要とされる処理が複雑となって
演算所要時間が増長されるといった問題があるため、実
際には、カメラ４に対するワーク２の離間距離を実際に
求める代わりに、この離間距離に関連のあるミラー３の
揺動角度の値をカメラ４のカメラ座標系上におけるレー
ザ光検出位置のマトリクスに対応させて記憶させること
で複雑な演算処理を省略し、ワーク２の形状を記憶する
ようにしている。

【００１１】例えば、照射線の線方向と照射線の移動軌
跡の方向を直交２軸とするカメラ座標系上のマトリクス
（Ｘ，Ｙ）が（ｉ_１，ｊ_１）〜（ｉ_ｎ，ｊ_ｍ）のｎ行ｍ
列のマトリクス要素で構成されていると仮定した場合、
図６（ａ）の例のようにカメラ座標系上の（ｘ
_{（ｘ＝１〜ｎ）}，ｊ）の位置で照射線が検出されたとき
にミラー３の揺動角度がαであったとすると、カメラ座
標系上のマトリクス（ｘ_{（ｘ＝ １〜ｎ）}，ｊ）のＸ軸方
向のｎ個の全てのマトリクス要素にαの値が記憶される
ことになり、このαの値が一定であることによって照射
線の当たっている部分のワーク２（但し、実線で示した
形状）の高さが全て同一であると識別することができ
る。

【００１２】ここで、仮に、ワーク２の表面の（ｉ，
ｊ）の位置に図６（ａ）に示されるような突出部２ｆ
（但し、一点鎖線で示した形状）が存在していたとする
と、ミラー３の揺動角度がαであるときには突出部２ｆ
の上面に照射線が当たらず、例えば、ミラー３の揺動角
度がα’であるときに突出部２ｆの上面に照射線が当た
ることになるので、カメラ座標系上のマトリクス（ｘ
_{（ｘ＝１〜ｎ）}，ｊ）のＸ軸方向のｎ個のマトリクス要
素のうち突出部２ｆのある（ｉ，ｊ）の位置にだけα’
の値が記憶され、ｘ＝ｉを除く他のマトリクス（ｘ
_{（ｘ＝１〜ｎ）}，ｊ）のＸ軸方向のｎ−１個のマトリク
ス要素の全てにαの値が記憶されることになるので、こ
の揺動角度αおよびα’値の相違によってワーク２上の
突出部２ｆの存在を確認することができる。

【００１３】画像処理ユニット５は、ミラー３を揺動さ
せて照射線をＹ軸方向に移動させながら、ミラー３の各
揺動位置において、ミラー３の揺動角度つまり距離コー
ドの値をカメラ４のカメラ座標系上におけるレーザ光検
出位置のマトリクスに対応させて記憶させるといった処
理を前記と同様にして繰り返し実行する。

【００１４】図７（ａ）は各マトリクス要素の位置に記
憶された距離コードの値をグレイスケールの濃度に対応
させて、例えば、照射線がワーク２の右端部に位置する
ときの距離コードの値を０（グレースケールの黒）、ま
た、照射線がワーク２の左端部に位置するときの距離コ
ードの値を２５５（グレースケールの白）として、各マ
トリクス上の距離コードの値を濃淡化して視覚化した場
合の画像の一例である。以下、この種の画像を距離コー
ド画像と呼ぶことにする。

【００１５】そこで、このような原理を応用してワーク
２の表面欠陥を検出する場合には、まず、完全な形状を
有するワーク２の凹凸形状を画像処理ユニット５により
予め求めておいて、例えば、図７（ａ）に示されるよう
にして、適切な形状を有するワーク２の距離コード画像
を得ておく。以下、この距離コード画像を基準となる距
離コード画像と呼ぶ。

【００１６】次に、検査対象となるワーク２の凹凸形状
を画像処理ユニット５により前記と同様にして求め、検
査対象となるワーク２の距離コード画像を得る。図７
（ｂ）は中央部に欠陥６を有する検査対象のワーク２か
ら得た距離コード画像の一例である。

【００１７】そして、完全な形状を有するワーク２から
得た基準となる距離コード画像に記憶された距離コード
と検査対象のワーク２から得た距離コード画像に記憶さ
れた距離コードとを各マトリクス要素（ｉ
_{ｘ（ｘ＝１〜ｎ）}，ｊ_{ｙ（ｙ＝１〜ｍ）}）毎に比較する
ことによって、検査対象となるワーク２上の欠陥の有無
を判定するのである。

【００１８】具体的には、まず、図７（ａ）に示される
ような基準となる距離コード画像と図７（ｂ）に示され
るような検査対象の距離コード画像とを比較して各マト
リクス要素（ｉ_{ｘ（ｘ＝１〜ｎ）}，
ｊ_{ｙ（ｙ＝１〜ｍ）}）毎に距離コードの差分を求め、こ
の差分を各マトリクス要素（ｉ_{ｘ（ｘ＝１〜ｎ）}，ｊ
_{ｙ（ｙ＝１〜ｍ）}）に対応させて記憶する。ここで、前
記と同様にして、距離コードの差分の大きさをグレイス
ケールの濃度に対応させて視覚化すれば、例えば、図７
（ｃ）に示されるような画像が得られる。以下、この種
の画像を差分距離コード画像と呼ぶことにする。

【００１９】更に、この差分距離コード画像に対してノ
イズ除去等の画像処理を施せば、欠陥６の部分が図７
（ｄ）のように鮮明化し、検査対象となるワーク２上の
欠陥の有無を容易に判定することができるようになる。
以下、この種の画像を欠陥抽出画像と呼ぶことにする。

【００２０】このような手法を適用すれば、ワーク２の
表面の絶対的な凹凸形状の違いに基いて欠陥の有無が判
定されるので、ワーク２上に生じる影や油汚れおよびマ
ジックのマーキング等による画像の濃淡変化による悪影
響を大幅に軽減して適切な欠陥検出を行うことが可能と
なるメリットがある。

【００２１】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この種
の原理を応用した三次元形状の欠陥検査方法では、ミラ
ー３の揺動位置が極めて的確に制御される必要があり、
もし、ミラー３の揺動位置に多少の誤差でもあると、ワ
ーク２の表面形状に関連する距離コードの値に大きな誤
差が生じるといった欠点がある。

【００２２】次に、このような問題が発生する原因につ
いて図８を参照して簡単に説明する。図８（ａ）は距離
コード画像を取得するワーク２の形状の一例であり、こ
のワーク２は、外周部に断面矩形状の周溝２ａと断面楔
形の浅い周溝２ｂとを有し、中央部には、擂鉢状に削ら
れた平坦部２ｃを備える。図８（ａ）におけるＡ−Ａ’
はミラー３から照射されたレーザ光の線方向（Ｘ軸方
向）を示し、また、Ｂ−Ｂ’は照射光の移動軌跡の移動
方向（Ｙ軸方向）を示している。

【００２３】ここで、ワーク２上の照射線の線方向（Ｘ
軸方向）の各位置のうち直線Ｂ−Ｂ’と重合する部分の
平坦部にのみ着目し、図８（ｂ）に、基準温度下（例え
ば１５℃）で測定したレーザ光検出位置のマトリクスと
距離コードとの対応関係のデータを示す。但し、図８
（ｂ）ではワーク２の右端部では距離コード０を基準値
とする一方、ワーク２の左端部では距離コード２５５を
基準値として、これらの値が水平線上に位置するように
してデータを視覚化している。

【００２４】この例では、照射光がＢ−Ｂ’上のどの位
置を照射しているか、つまり、ミラー３がどのような揺
動位置にあるかに関わりなくワーク２の高さは常に一定
であるから、照射線の移動軌跡の方向（Ｙ軸方向）を横
軸としてワーク２の高さを縦軸（Ｚ軸方向）にとった図
８（ｂ）のグラフは、Ｚ＝一定の平坦なグラフとなる。

【００２５】次に、全く同じワーク２を基準温度よりも
高い温度環境下で測定した場合のレーザ光検出位置のマ
トリクスと距離コードとの対応関係のデータを図８
（ｃ）に示す。図８（ｂ）と図８（ｃ）を比較すれば分
かる通り、基準温度よりも高い温度環境下で測定された
距離コードのデータでは、ワーク２の右端部と左端側で
高さが同じになるように距離コードの基準値の調整を行
っているにも関わらず、照射線がワーク２の右端側（Ｙ
軸＋方向）に移動していくに従って、あたかも、距離コ
ードの値が徐々に増大していくような誤った測定結果が
得られている。

【００２６】これは、前述したミラー３の揺動位置の誤
差に起因した測定の異常である。例えば、図６（ｂ）に
おいて、ミラー３の正しい揺動位置が３ａにあるべきと
きにミラー３に温度上昇による位置ズレ誤差が生じて３
ｂの位置に移動していたとする。もし、仮にここで、ミ
ラー３が正しい３ａの位置にあってレーザ光がラインＬ
１に沿って照射され、カメラ４がカメラ座標系上の（ｘ
_{（ｘ＝１〜ｎ）}，ｊ）の位置でレーザ光を捉えることが
できれば、カメラ座標系上の（ｘ_{（ｘ＝１〜ｎ ）}，ｊ）
の位置にそのときのミラー３の揺動角度つまり距離コー
ドαの値を対応させて記憶させることができる。

【００２７】しかし、実際にはミラー３は３ｂの位置に
位置ズレしており、レーザ光がラインＬ１’に沿って照
射されてカメラ座標系上の（ｘ_{（ｘ＝１〜ｎ）}，ｊ＋Δ
ｊ）の位置で検出されているにも関わらず、画像処理ユ
ニット５自体はそのことを認識せずに、ラインＬ１に沿
って照射されたレーザ光がカメラ座標系上の（ｘ_{（ｘ
＝１〜ｎ）}，ｊ＋Δｊ）の位置で検出されていると判断
するので、結果的に、画像処理ユニット５は、本来、カ
メラ座標系上の（ｘ_{（ｘ＝１〜ｎ）}，ｊ）の位置に記憶
すべき揺動角度に対応した距離コードの値αをカメラ座
標系上の（ｘ_{（ｘ ＝１〜ｎ）}，ｊ＋Δｊ）の位置（本来
の距離コードとしてα’が記憶されるべき位置）に対応
させて記憶してしまい、図８（ｃ）に示されるような誤
った測定結果が取得されてしまうことになる。つまり、
カメラ座標系上の右端寄りの位置に本来の値α’よりも
大きな値αの距離コードが記憶されてしまうため、図８
（ｃ）に示されるような矛盾が生じるのである。なお、
図６（ａ）から明らかなように、カメラ座標系上におい
てＹの値が共通する同一線上の各マトリクス位置、例え
ば、（ｘ_{（ｘ＝１〜ｎ）}，ｊ）の位置では、距離コード
の値が小さい部分（α’＜α）の方が表面の高さが高い
ものとして判断されることになる。

【００２８】基準温度よりも高温の温度環境下で測定し
た距離コードに基いて生成された距離コード画像の一例
を図９（ａ）に示す。ここで、この図９（ａ）の距離コ
ード画像と基準温度下で生成された図７（ａ）の距離コ
ード画像とを比較して距離コードの差分を求めると、図
９（ｂ）のような差分距離コード画像が得られる。図９
（ｂ）から明らかなように、前述した距離コードの誤差
のため、差分距離コード画像の右側（Ｙ軸＋方向）に行
くほど差分の値は大きくなる。そして、この差分距離コ
ード画像に基いて欠陥抽出画像を生成すると、図９
（ｃ）に示されるように、本来欠陥が無い右側（Ｙ軸＋
方向）の部分に大きな差分を有する面積が残り、この部
分が欠陥として抽出されるため、本来良品であるワーク
２が不良品として判定されてしまうといった不都合が生
じる。

【００２９】このような問題を解決するための方法の一
つとして、基準となる距離コード画像を様々な温度環境
下で作成しておき、検査を実施するときの温度環境に応
じて基準となる距離コード画像を使い分けるといったこ
とが考えられる。

【００３０】しかし、基準となる距離コード画像を多数
準備しておくためには画像処理ユニット５に大容量のメ
モリを装備する必要があり、また、同じ日であっても時
刻によって環境温度が変化するため、基準となる距離コ
ード画像を一日のうちに何回も再選択する必要が生じ、
測定作業が煩わしくなる。

【００３１】また、これとは逆に、測定環境を支配して
温度を一定に保つことも考えられるが、その場合、温度
管理のための設備が大掛かりとなる問題がある。

【００３２】

【発明の目的】そこで、本発明の目的は、前記従来技術
の欠点を解消し、温度変化に応じて設定を変えたり、温
度環境を積極的に制御したりしなくても、ワーク表面の
欠陥検査を的確に実行することのできる三次元形状の欠
陥検査方法を提供することにある。

【００３３】

【課題を解決するための手段】本発明による三次元形状
の欠陥検査方法は、レーザ光を照射する投光器と、投光
器からのレーザ光を反射させワークに対して線状に照射
するミラーと、線状の照射に対しこの照射の移動軌跡が
直交する方向にミラーを所定のピッチで揺動させるミラ
ー駆動手段と、前記ミラーと所定の位置関係を保持して
ミラーの各揺動位置毎にワークを撮影するカメラと、前
記照射線の線方向と照射線の移動軌跡の方向を直交２軸
とするカメラ座標系上におけるレーザ光検出位置に対応
させてミラーの揺動角度を示す値を記憶することによっ
てワークの凹凸形状を求める画像処理ユニットとを設
け、完全な形状を有するワークの凹凸形状を前記画像処
理ユニットにより予め求めて記憶しておき、その後、検
査対象となるワークの凹凸形状を前記画像処理ユニット
により求め、各マトリクス要素毎に、完全な形状を有す
るワークに対応して記憶されたミラーの揺動角度を示す
値と検査対象となるワークに対応して記憶されたミラー
の揺動角度を示す値との違いを比較して検査対象となる
ワークの欠陥の有無を検査する三次元形状の欠陥検査方
法であり、前記目的を達成するため、特に、各マトリク
ス要素毎に、完全な形状を有するワークに対応して記憶
されたミラーの揺動角度を示す値と検査対象となるワー
クに対応して記憶されたミラーの揺動角度を示す値との
差分を求めて各マトリクス要素に対応させて記憶し、照
射線の線方向のマトリクス要素中で最頻出する差分の値
を照射線の方向に並ぶ前記マトリクス要素の列毎に求
め、このこのマトリクス要素の列毎に、最頻出する差分
の値との偏差が設定値以上に大きな差分を有するマトリ
クス要素を求めて欠陥候補として記憶し、前記マトリク
ス上において欠陥候補となるマトリクス要素の全ての存
在状態に基いて検査対象となるワークの欠陥の有無を判
定することを特徴とした構成を有する。

【００３４】次に、この発明が如何にして従来技術の問
題点を解消するかの作用原理について説明する。まず、
投光器とミラー駆動手段とカメラおよび画像処理ユニッ
トを作動させ、従来と同様にして、照射線の線方向と照
射線の移動軌跡の方向を直交２軸とするカメラ座標系の
マトリクスに対応させてミラーの揺動角度を示す値つま
り距離コードの値を記憶することによって完全な形状を
有するワークの凹凸形状を求め、記憶しておく。これに
より、例えば、図７（ａ）に示されるような基準となる
距離コード画像が得られる。次に、前記と同様にして再
び投光器とミラー駆動手段とカメラおよび画像処理ユニ
ットを作動させ、照射線の線方向と照射線の移動軌跡の
方向を直交２軸とするカメラ座標系のマトリクスに対応
させて距離コードを記憶することにより、検査対象とな
るワークの凹凸形状を求める。これにより、例えば、図
９（ａ）に示されるような距離コード画像が得られる。
通常、基準となる距離コード画像を得たときとは環境温
度が相違するので、この図９（ａ）の距離コード画像に
は、ミラーの位置ズレあるいはミラーの揺動位置を検出
する回転位置検出手段の温度ドリフト等による揺動位置
の検出誤差（非線型性のズレ，原点ドリフト等）によっ
て距離コードの誤差が生じる。次に、照射線の線方向と
照射線の移動軌跡の方向を直交２軸とする各マトリクス
要素毎に、完全な形状を有するワークの距離コードと検
査対象となるワークの距離コードとの間の距離コードの
差分を求め、この差分を各マトリクス要素に対応させて
記憶する。これにより、例えば、図９（ｂ）に示される
ような差分距離コード画像が得られる。検査対象となる
ワークの距離コード画像自体に誤差があるため、距離コ
ードの差分の値は例えば図８（ｃ）に示されるように、
ワークの端部にいくに従って増大する。しかしながら、
検査対象となるワークの距離コード画像に誤差が生じる
原因は、ミラーの揺動角度のズレ、或いは、揺動角度の
誤認識に起因するものであるため、照射線の方向に並ぶ
同じ列中のマトリクス要素に対応して記憶された距離コ
ードに関してみると、その誤差の値は一様に等しくなる
はずである。例えば、図８（ａ）に示されるワーク２を
検査対象とした場合、基準温度下で測定したワーク２の
端部の距離コードのデータは、横軸を照射線の線方向
（Ｘ軸方向）として図８（ｄ）の破線のようになり、ま
た、基準温度よりも高温の温度環境下で測定した検査対
象のワーク２の端部の距離コードのデータは図８（ｄ）
の実線のようになるということである。従って、基準温
度下で測定したワーク２の距離コードのデータあるいは
基準温度よりも高温の温度環境下で測定したワーク２の
距離コードのデータの何れか一方をシフトし、図８
（ｅ）のようにして両者を重ね合わせて照射線の方向
（Ｘ軸方向）に並ぶマトリクス要素の列の各位置毎に距
離コードのデータの不一致の有無を判定すれば表面欠陥
の有無を判定することができる。

【００３５】そこで、まず、本発明においては、照射線
の線方向のマトリクス要素中で最頻出する差分の値を照
射線の方向に並ぶマトリクス要素の列毎に求める。検査
対象となるワーク２の表面に全く欠陥が無い場合には、
基準温度下で測定したワーク２の距離コードのデータと
基準温度よりも高温の温度環境下で測定したワーク２の
距離コードのデータをシフトして重ね合わせた場合、図
８（ｅ）のように両者が完全に一致するはずであり、こ
の場合、照射線の線方向のマトリクス要素中で現れる差
分の値は全て図８（ｄ）のΔＺに相当する値となる。無
論、ワーク２の表面に凹凸の欠陥がある場合にはΔＺ以
外の差分が検出されることもあるが、ワーク２の表面が
大破することは殆ど有り得ないので、ワーク２の表面に
凹凸の欠陥があろうとなかろうと、照射線の線方向のマ
トリクス要素中で最頻出する差分の値は必ず図８（ｄ）
のΔＺに相当する値となる。このΔＺは前述したシフト
量に相当する値であり、更に言えば、ミラーの位置ズレ
あるいはミラーの揺動位置を検出する回転位置検出手段
の温度ドリフト等による検出誤差（非線型性のズレ，原
点ドリフト等）に起因する距離コードの誤差そのもので
ある。そこで、次に、照射線の方向に並ぶマトリクス要
素の列毎に、前記最頻出する差分の値（ΔＺ）との偏差
が設定値以上に大きな差分を有するマトリクス要素を求
めて欠陥候補として記憶する。最頻出する差分の値（Δ
Ｚ）との間の偏差が設定値以上に大きな差分を有するマ
トリクス要素の部分は、距離コードのデータをシフトし
ても基準温度下で測定したワークの距離コードのデータ
と基準温度よりも高温の温度環境下で測定したワークの
距離コードのデータとが一致しない部分であり、そこに
凹凸の形状変形があることを意味する。最終的に、マト
リクス上において欠陥候補となるマトリクス要素の全
て、つまり、照射線の線方向と照射線の移動軌跡の方向
を直交２軸とするワークの投影面内の全ての欠陥候補の
存在状態に基いて、検査対象となるワークの欠陥の有無
を判定すればよい。例えば、欠陥候補がピンポイント的
に存在する場合には単なる測定ミスであってワークには
異常が無いものと判定することが可能であり、また、欠
陥候補が或る程度の面積に亘って密集しているような場
合には明らかな表面欠陥として判定することが可能であ
る。このように、照射線の方向に並ぶマトリクス要素の
列毎に、ミラーの位置ズレあるいはミラーの揺動位置を
検出する回転位置検出手段の温度ドリフト等による検出
誤差（非線型性のズレ，原点ドリフト等）に起因する測
距コード誤差の大きさ（ΔＺ）を求め、距離コードのデ
ータを誤差相当量だけシフトさせて基準温度下で測定し
たワークの距離コードのデータと基準温度よりも高温の
温度環境下で測定したワークの距離コードのデータの一
致不一致を調べることにより、測定時の温度の差に関わ
りなく、常に適切な欠陥検査を行うことが可能となる。
基準温度よりも低温の温度環境下で測定を実行する場合
も前記と同様にして問題が解決される。

【００３６】また、前記と同様の目的を達成するため、
完全な形状を有するワークの凹凸形状と検査対象となる
ワークの凹凸形状の各々について、照射線の方向に並ぶ
マトリクス要素の列毎に、照射線の線方向のマトリクス
要素中で最頻出するミラーの揺動角度を示す値を求め、
完全な形状を有するワークの凹凸形状と検査対象となる
ワークの凹凸形状において、最頻出するミラーの揺動角
度を示す値が一致するように、照射線の方向に並ぶマト
リクス要素の列毎に、検査対象となるワークに対応して
記憶されたミラーの揺動角度を示す値をシフトさせ、各
マトリクス要素毎に、完全な形状を有するワークに対応
して記憶されたミラーの揺動角度を示す値と検査対象と
なるワークに対応して記憶されたミラーの揺動角度を示
す値とを比較して、検査対象となるワークの欠陥の有無
を検査する構成を適用してもよい。

【００３７】この場合、最頻出するミラーの揺動角度を
示す値は、ワーク上で照射線の線方向に最大の長さを有
する直線部分（但し、その直線部分がカメラの光軸と直
交していることが前提）に相当する。従って、完全な形
状を有するワークと検査対象となるワークの各々でこの
直線部分を特定し、これらの直線が重合するように照射
線の方向に並ぶマトリクス要素の列毎にミラーの揺動角
度を示す値のデータをシフトして比較すれば、測定時の
温度の差に関わりなく、常に適切な欠陥検査を行うこと
が可能となる。このシフト量は、前述したミラーの位置
ズレあるいはミラーの揺動位置を検出する回転位置検出
手段の温度ドリフト等による誤差（非線型性のズレ，原
点ドリフト等）に起因する距離コード誤差の大きさ（Δ
Ｚ）に等しい。

【００３８】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施形態について詳細に説明する。図１は、本発明による
三次元形状の欠陥検査方法を実施するために必要とされ
る欠陥検査装置７の構成の概略を示した機能ブロック図
である。

【００３９】この欠陥検査装置７は、レーザ光を照射す
る投光器１と、投光器１からのレーザ光を反射させてワ
ーク２に対し図１のＸ軸の方向に線状に照射するミラー
３と、この線状の照射線に対して照射線の移動軌跡が直
交する方向、要するに、図１のＹ軸方向に向かって照射
線が移動する方向にミラー３を所定のピッチで揺動させ
るミラー駆動手段としてのガルバノスキャナ８、およ
び、ガルバノスキャナ８に付属してミラー３の揺動位置
を検出するための回転位置検出センサ９（回転位置検出
手段）と、ミラー３と所定の位置関係を保持してミラー
３の各揺動位置毎にワーク２を撮影するカメラ４と、ワ
ーク２を置くためのワーク載置台１１を備える。また、
投光器１，ガルバノスキャナ８，カメラ４の駆動制御手
段を兼ねる画像処理ユニット１０は、カメラ４のカメラ
座標系上のレーザ光検出位置に対応させてミラー３の揺
動角度を示す値（距離コード）を記憶する処理をミラー
３を揺動させながら繰り返し実行することにより、照射
線の線方向（Ｘ軸方向）と照射線の移動軌跡の方向（Ｙ
軸方向）を直交２軸とするカメラ座標系上のマトリクス
（Ｘ，Ｙ）に対応させて距離コードを記憶することでワ
ーク２の表面の凹凸形状を求める機能を備える。

【００４０】このうち、投光器１，ミラー３，カメラ
４、および、ミラー駆動手段としてのガルバノスキャナ
８と、回転位置検出手段としての回転位置検出センサ９
の構造および機能に関しては図６（ａ）に示した従来例
と同様であるので説明を省略する。また、画像処理ユニ
ット１０の構造に関しても、具体的な内部処理とメモリ
の構成を除けば、図６（ａ）に示した従来例の画像処理
ユニット５と概ね同様である。

【００４１】図２は画像処理ユニット１０の構造の概略
を示した機能ブロック図であり、同時に、投光器１，カ
メラ４，ガルバノスキャナ８，回転位置検出センサ９と
画像処理ユニット１０との電気的な接続関係についても
示している。

【００４２】図２に示されるとおり、この画像処理ユニ
ット１０は、概略において、演算処理のためのＣＰＵ１
２と、ＣＰＵ１２の制御プログラムを格納したＲＯＭ１
３、および、完全な形状を有するワーク２の凹凸形状を
記憶するための不揮発性メモリ１４と、演算データの一
時記憶等に用いられるＲＡＭ１５とによって構成され
る。このうち、ＲＡＭ１５内の記憶領域は、差分距離コ
ード画像記憶部１５ａ，バッファ部１５ｂ，ラベル画像
記憶部１５ｃ，距離コード画像記憶部１５ｄ，基準距離
コード画像記憶部１５ｅ等として利用される。

【００４３】投光器１，カメラ４，ガルバノスキャナ８
の各々は夫々のドライバ回路１６，１７，１８と入出力
回路１９を介してＣＰＵ１２によって駆動制御されるよ
うになっており、また、ガルバノスキャナ８の回転位
置、要するに、ミラー３の揺動位置は、回転位置検出セ
ンサ９によって検出され、Ａ／Ｄ変換器２０および入出
力回路１９を介してＣＰＵ１２に認識されるようになっ
ている。

【００４４】但し、ガルバノスキャナ８の原点位置には
温度の違いによるズレが生じる場合があり、また、回転
位置検出センサ９自体の検出精度にも温度変化に依存す
る非線型的なズレが生じる場合があるので、厳密な意味
で、ＣＰＵ１２がミラー３の揺動位置を正確に認識でき
るとは限らない。従来の技術の項において既に図６
（ａ）および図６（ｂ）等を参照して説明した通り、こ
の温度変化によるミラー３の揺動位置のズレ、あるい
は、ミラー３の揺動位置を検出する回転位置検出センサ
９の温度ドリフト等による検出誤差に起因して、実際の
距離コードの値と画像処理ユニット１０が認識する距離
コードの値との間に誤差を生じるのである。

【００４５】ＣＰＵ１２の入出力回路１９には、更に、
ドライバ回路２１を介して表示器２２が接続され、最終
的に、ＣＰＵ１２の演算処理によって求められたワーク
２の表面欠陥の判定結果が表示されるようになってい
る。

【００４６】手動データ入力装置２３は、画像処理ユニ
ット１０とオペレータとの間のマン・マシン・インター
フェイスを構成するもので、画像処理ユニット１０の起
動や測定指令の入力等に利用される。

【００４７】以下、これらの構成と図３のフローチャー
トを参照して本実施形態における三次元形状の欠陥検査
方法について詳細に説明する。

【００４８】まず、検査対象となるワーク２の表面の欠
陥判定のための前処理として、オペレータは、予め、完
全な形状を有するワーク２の凹凸形状を欠陥検査装置７
の画像処理ユニット１０に記憶させておく。

【００４９】具体的には、オペレータは、まず、欠陥検
査装置７におけるワーク載置台１１の所定位置に完全な
形状を有するワーク２を載置し、手動データ入力装置２
３を操作して基準データ入力のための測定指令を入力す
る。

【００５０】基準データ入力のための測定指令の入力を
検出した画像処理ユニット１０は、投光器１，カメラ
４，ガルバノスキャナ８を駆動制御し、従来と同様にし
て、完全な形状を有するワーク２の凹凸形状を図７
（ａ）に示されるような基準となる距離コード画像とし
て画像処理ユニット１０の不揮発性メモリ１４に記憶す
る。以下、この基準データ入力処理によって完全な形状
を有するワーク２の凹凸形状を記憶したときの温度（気
温）を基準温度という。この基準温度は欠陥検査装置７
が適正に作動する範囲内の温度である必要があるが、そ
の範囲内であれば格別な制限はなく、例えば、ミラー３
に多少の原点位置のズレを生じたり回転位置検出センサ
９に多少の温度ドリフト等を生じているような状態であ
っても、事実上差し支えはない。

【００５１】この実施形態では、ワーク２上の照射線２
４の線方向の長さをｎ個に分割した各位置のＸ軸座標の
値をカメラ座標系上のマトリクス要素ｉ_１〜ｉ_ｎとし、
ワーク２の左端からワーク２の右端をレーザ光が照射す
る揺動位置までの区間をｍ個のステップで分割した各位
置のＹ軸座標の値をカメラ座標系上のマトリクス要素ｊ
_１〜ｊ_ｍとして規定している。つまり、このマトリクス
上には全体として（ｉ _１，ｊ_１）〜（ｉ_ｎ，ｊ_ｍ）のｎ
×ｍ個のマトリクス要素が存在することになる。

【００５２】また、ミラー３の揺動角度を示す距離コー
ドの値は、基準温度下でレーザ光がワーク２の左端を照
射するときの値が２５５（グレースケールの白に対
応）、また、基準温度下でレーザ光がワーク２の右端を
照射するときの値が０（グレースケールの黒に対応）で
ある。

【００５３】画像処理ユニット１０は、カメラ４のカメ
ラ座標系上のレーザ光検出位置のマトリクスに対応させ
てミラー３の揺動角度つまり距離コードの値を記憶する
ので、例えば、ワーク２上に垂直に屹立する面が存在す
るような場合、つまり、ミラー３の揺動角度が変化して
もＸ−Ｙ平面内におけるレーザ光の検出位置が変化しな
いような場合においては、同一マトリクス上に相異なる
距離コードの値が記憶されることになるが、その場合、
最終的にこのマトリクスに対応して記憶されるのは最後
に入力された距離コードの値である。

【００５４】図７（ａ）は基準温度下で欠陥検査装置７
を作動させたときにカメラ座標系上の各マトリクス要素
の位置（ｉ_{ｘ（ｘ＝１〜ｎ）}，ｊ_{ｙ（ｙ＝１〜ｍ）}）に
記憶された距離コードの値をグレイスケールの濃度に対
応させて視覚化した場合の画像であり、これが基準とな
る距離コード画像である。但し、図７（ａ）のような距
離コード画像は説明の都合上データを視覚化して表示し
たものに過ぎない。距離コード画像は画像処理ユニット
１０の内部処理では単なる数値データとして扱われ、ま
た、不揮発性メモリ１４に記憶される基準となる距離コ
ード画像、つまり、完全な形状を有するワーク２の凹凸
形状を表すデータも３次元配列の数値データそのもので
ある。図７（ａ）の距離コード画像を敢えて表示器２２
に表示する必要はない。

【００５５】基準となる距離コード画像の生成に用いら
れたワーク２は、作業終了後にワーク載置台１１から取
り除かれる。

【００５６】次に、検査対象となるワーク２の表面の欠
陥検査を行うため、オペレータは前記と同様にして検査
対象となるワーク２をワーク載置台１１に載置し、手動
データ入力装置２３を操作して欠陥検査のための測定指
令を入力する。

【００５７】欠陥検査のための測定指令の入力を検出し
た画像処理ユニット１０は、完全な形状を有するワーク
２から得た基準となる距離コード画像を不揮発性メモリ
１４からＲＡＭ１５の基準距離コード画像記憶部１５ｅ
に読み込んだ後（ステップＳ１）、前述した基準データ
入力処理の場合と同様、投光器１，カメラ４，ガルバノ
スキャナ８を駆動制御し、検査対象となるワーク２の凹
凸形状を図９（ａ）に示されるような距離コード画像と
してＲＡＭ１５の距離コード画像記憶部１５ｄに記憶す
る（ステップＳ２）。

【００５８】距離コード画像のデータ配列に関しては前
述した基準となる距離コード画像のデータ配列と全く同
様であるので、説明を省略する。但し、温度変化等の影
響により、例え、検査対象となるワーク２の形状が完全
であったとしても、同じマトリクス上において、距離コ
ード画像として記憶された距離コードの値と基準となる
距離コード画像として記憶された距離コードの値との間
には違いが生じる場合がある。

【００５９】次いで、画像処理ユニット１０は、完全な
形状を有するワーク２から得た基準となる距離コード画
像と検査対象となるワーク２から得た距離コード画像と
の間で距離コードの差分を各マトリクス要素（ｉ
_{ｘ（ｘ＝１〜ｎ）}，ｊ_{ｙ（ｙ＝１〜 ｍ）}）毎に求め、求
めた差分の値の各々をマトリクス要素（ｉ
_{ｘ（ｘ＝１〜ｎ）}，ｊ_{ｙ（ｙ＝１〜ｍ）}）に対応させて
ＲＡＭ１５の差分距離コード画像記憶部１５ａに一時記
憶する（ステップＳ３）。

【００６０】前記と同様、距離コードの差分の大きさを
グレイスケールの濃度に対応させて視覚化すれば、例え
ば、図９（ｂ）に示されるような差分距離コード画像が
得られることになる。但し、実際には、差分距離コード
画像を視覚化して表示器２２に表示する必要はない。

【００６１】次いで、画像処理ユニット１０は、差分距
離コード画像記憶部１５ａに図４（ａ）に示されるよう
な検査ウインドウを設定し（ステップＳ４）、この検査
ウインドウ内に含まれる差分の値を全てＲＡＭ１５のバ
ッファ部１５ｂにコピーする（ステップＳ５）。図４
（ａ）の差分距離コード画像の内容は図９（ｂ）の差分
距離コード画像の内容と同一である。図４（ａ）の検査
ウインドウも、前述した距離コード画像や差分距離コー
ド画像と同様に概念上のものであり、実際に表示器２２
に表示されるわけではない。実際には、前述したステッ
プＳ４の処理と最初に実行されるステップＳ５の処理に
よって、カメラ座標系上のマトリクス（ｉ _１，ｊ_１）〜
（ｉ_ｎ，ｊ_１）に相当する縦一列分の差分データの各々
がバッファ部１５ｂに抽出されることになる。

【００６２】次いで、画像処理ユニット１０は、バッフ
ァ部１５ｂに抽出された全ての差分データに対して昇順
または降順のソーティング処理を施し、最頻出する差分
データの中央値を求める（ステップＳ６）。

【００６３】ステップＳ６の処理でソーティングされた
差分データの一例を図５に示す。図５の例ではａ_１〜ａ
_２の区間で値の近似する差分が最頻出し、また、これと
は別に、ｂ_１〜ｂ_２の区間でも値の近似する差分が頻出
している。ここでは演算処理の簡略化のためａ_１〜ａ_２
の区間で頻出する差分の中央値ａ_０を最頻出する差分の
値と定めている。この中央値ａ_０の値は、課題を解決す
るための手段の項において既に説明したΔＺの値、つま
り、ミラー３の位置ズレあるいはミラー３の揺動位置を
検出する回転位置検出センサ９の温度ドリフト等による
検出誤差（非線型性のズレ，原点ドリフト等）に起因し
た距離コードの誤差の値であり、もし、検査対象となる
ワーク２の表面形状が完全なものであれば、この最頻出
する差分の値ａ_０（＝ΔＺ）の分だけ縦一列分の全ての
距離コードの値をシフトさせることによって検査対象と
なるワーク２から得た距離コードの値と基準となる距離
コード画像の距離コードの値とを完全に一致させること
のできる値である。

【００６４】そこで、画像処理ユニット１０は、最頻出
する差分の値ａ_０との偏差が閾値（例えば図５における
設定値ΔＳ）以上に大きな差分を有するマトリクス要素
がバッファ部１５ｂ内に存在するか否かを検索し、も
し、存在する場合には、この差分を有するマトリクス要
素にラベリングを施して欠陥候補として記憶する（ステ
ップＳ７）。

【００６５】このラベリング処理は、具体的には、差分
距離コード画像記憶部１５ａと同様にｎ行ｍ列のマトリ
クス要素の記憶を許容されたＲＡＭ１５のラベル画像記
憶部１５ｃにおいて欠陥候補の対応位置に欠陥候補フラ
グをセットすることによって達成される。例えば、差分
距離コード画像における（ｉ_４，ｊ_１）スポットと（ｉ
_５，ｊ_１）スポットの差分の値が図５のｂ_１〜ｂ_２の区
間に含まれていたとすれば、ラベル画像記憶部１５ｃに
おける（ｉ_４，ｊ_１）スポットと（ｉ_５，ｊ_１）スポッ
トに欠陥候補フラグがセットされることになる。欠陥候
補フラグをセットされた部分は、前述した差分ａ_０（＝
ΔＺ）の分だけ距離コードのデータをシフトさせたとし
ても検査対象となるワーク２から得た距離コードの値を
基準となる距離コード画像の距離コードの値に一致させ
ることができない部分であり、要するに、検査対象とな
るワーク２の表面に欠陥がある可能性を示す部分であ
る。このラベリング処理は、例えば、図８（ｅ）に示さ
れるようにして、基準温度下で測定した欠陥のないワー
ク２の外形と基準温度よりも高温あるいは低温の温度環
境下で測定された検査対象のワーク２の外形とを重ね合
わせて両者の外形の相違を検出する作業に実質的に等し
い。

【００６６】次いで、画像処理ユニット１０は、差分距
離コード画像記憶部１５ａに記憶された全ての差分に対
して欠陥候補の検出処理が終わったか否か、つまり、ｊ
＝１〜ｍの全ての列に対して前述したステップＳ５〜ス
テップＳ７の処理が施されたか否かを判別し（ステップ
Ｓ８）、検出処理が終わっていなければ、検査ウインド
ウの設定位置を列方向、つまり、図４（ａ）の右方向に
シフトし（ステップＳ９）、前記と同様にしてステップ
Ｓ５〜ステップＳ７の処理を繰り返し実行する。

【００６７】そして、最終的に、ｊ＝１〜ｍの全ての列
に対する欠陥候補の検出処理が終了すると、画像処理ユ
ニット１０は、ラベリングされた全てのマトリクス要素
の存在状態、つまり、ラベル画像記憶部１５ｃにおける
欠陥候補フラグのセット／非セット状態に基いて検査対
象であるワーク２の欠陥の有無を判定し、その結果を表
示器２２に表示してオペレータに知らせる（ステップＳ
１０）。

【００６８】前述したステップＳ５〜ステップＳ７の繰
り返し処理によってラベル画像記憶部１５ｃに設定され
た欠陥候補フラグのＯＮ／ＯＦＦ状態の一例を図４
（ｂ）に示す。ここでは、この画像のことを欠陥抽出画
像と呼ぶことにする。前記と同様、この欠陥抽出画像も
概念上のものである。図４（ｂ）では欠陥候補フラグが
セットされている部分を白、または、欠陥候補フラグが
セットされていない部分を黒で示すことによって欠陥候
補フラグのＯＮ／ＯＦＦ状態を視覚化している。図４
（ｂ）の例では欠陥候補フラグがセットされている白い
部分が極めて微小な面積で飛び飛びに散在しているの
で、結果的に、画像処理ユニット１０は、この検査対象
のワーク２には欠陥がないものと判定し、表示器２２に
異常なしのステートメントを表示することになる。

【００６９】また、欠陥候補フラグがセットされている
白い部分が或る程度以上の面積に亘って連続的に存在し
ているような場合には、前記とは逆に、欠陥ありのステ
ートメントが表示されることになる。

【００７０】欠陥候補フラグがセットされた部分の面積
の大きさに加え、更に、欠陥候補フラグがセットされた
部分の全体的な形状を加味して欠陥の有無を判定するこ
とも可能である。例えば、欠陥候補フラグがセットされ
た部分が各軸方向に或る程度以上の長さを持っている場
合にはワーク２の表面欠陥として判定することが可能で
ある。

【００７１】この実施形態の処理操作によって得られた
図４（ｂ）の欠陥抽出画像と従来技術によって得られた
図９（ｃ）の欠陥抽出画像とを比較すれば明らかなよう
に、この実施形態によれば、ミラー３の位置ズレやミラ
ー３の揺動位置を検出する回転位置検出センサ９の温度
ドリフト等による検出誤差（非線型性のズレ，原点ドリ
フト等）に起因した距離コードの誤差による判定ミスが
解消され、ワーク２の表面欠陥の有無を適切に判定でき
るようになることが分かる。その理由は、前述したとお
り、基準温度下で測定した欠陥のないワーク２の外形と
基準温度よりも高温あるいは低温の温度環境下で測定さ
れた検査対象のワーク２の外形とを重ね合わせて両者の
外形の相違を検出する作業をデジタル的に実行している
からである。

【００７２】次に、完全な形状を有するワーク２の凹凸
形状と検査対象となるワーク２の凹凸形状の各々につい
て、ミラー３の各揺動位置毎に、照射線２４の線方向つ
まりＸ軸方向のマトリクス要素中で最頻出する距離コー
ドを求め、完全な形状を有するワーク２の凹凸形状と検
査対象となるワーク２の凹凸形状において、最頻出する
距離コードが一致するように、ミラー３の各揺動位置毎
に、検査対象となるワーク２に対応して取得された距離
コードの値をシフトさせ、各マトリクス要素毎に、完全
な形状を有するワーク２から取得された距離コードと検
査対象となるワーク２から取得された距離コードとを比
較することで、検査対象となるワーク２の欠陥の有無を
検査するようにした実施形態について簡単に説明する。

【００７３】このような構成を適用する場合には、ま
ず、完全な形状を有するワーク２を欠陥検査装置７で走
査し、基準となる距離コード画像（例えば図７（ａ））
を基準距離コード画像記憶部１５ｅに取り込み、更に、
検査対象となるワーク２を欠陥検査装置７で走査して、
距離コード画像（例えば図９（ａ））を距離コード画像
記憶部１５ｄに取り込む。

【００７４】次に、画像処理ユニット１０により、基準
距離コード画像記憶部１５ｅに図４（ａ）に示されるよ
うな検査ウインドウを設定し、（ｉ_１，ｊ_１）〜
（ｉ_ｎ，ｊ _１）に相当するマトリクス要素の距離コード
を抽出し、抽出された全ての距離コードに対して昇順ま
たは降順のソーティング処理を施し、最頻出する距離コ
ードを求める。

【００７５】これにより例えば図５に示されるようなソ
ーティング結果が得られるが、この場合、頻出する距離
コードの塊は、カメラ４の光軸に直行する平面の数だけ
表れることになる。例えば、図８（ａ）に示されるよう
なワーク２に対しＡ−Ａ’の位置について見れば、図８
（ｄ）に示される面２ｄと平坦部２ｃと周溝２ａの底の
部分が頻出する距離コードを有するＸ，Ｙ座標の値とな
る。傾斜面２ｅの部分は高さが一定ではないので頻出す
る距離コードとはならず、また、周溝２ｂの部分も２ヶ
所に分散された２つの点状の形を有するので面積が非常
に小さく、頻出する距離コードを有する座標とはならな
い。図８（ａ）および図８（ｄ）の例で最頻出する距離
コードとなるのは、平坦部２ｃの座標（ワーク２上で照
射線の線方向に最大の長さを有する直線部分）に対応し
て記憶された距離コードであり、この平坦部２ｃの高さ
によって基準となる正常なワーク２（図８（ｄ）の破線
部の形状）の基準面に相当する距離コードの値が特定さ
れる。

【００７６】次に、画像処理ユニット１０により、距離
コード画像記憶部１５ｄに図４（ａ）に示されるような
検査ウインドウを設定し、（ｉ_１，ｊ_１）〜（ｉ_ｎ，ｊ
_１）に相当するマトリクス要素の距離コードを抽出し、
抽出された全ての距離コードに対して前記と同様に昇順
または降順のソーティング処理を施し、最頻出する距離
コードを求める。前記と同様、これにより、ワーク２上
で照射線の線方向に最大の長さを有する直線部分からな
る平坦部２ｃの高さに基いて検査対象となるワーク２
（図８（ｄ）の実線部の形状）の基準面に相当する距離
コードの値が特定される。

【００７７】そこで、次に、完全な形状を有するワーク
２において最頻出する距離コードの値から検査対象とな
るワーク２において最頻出する距離コードの値を減じて
図８（ｄ）に示されるような距離コードの差分ΔＺの値
を求める。この値ΔＺがミラー３の位置ズレやミラー３
の揺動位置を検出する回転位置検出センサ９の温度ドリ
フト等による検出誤差（非線型性のズレ，原点ドリフト
等）に相当する距離コードの誤差である。

【００７８】次に、距離コード画像記憶部１５ｄから抽
出された（ｉ_１，ｊ_１）〜（ｉ_ｎ，ｊ_１）の距離コード
の各々に差分ΔＺの値を加算して（但し、この例ではΔ
Ｚの符号はマイナスである）、検査対象となるワーク２
から取得された距離コードの値を全てシフトさせ、改め
て距離コード画像記憶部１５ｄに書き込む。この操作に
より、完全な形状を有するワーク２の凹凸形状と検査対
象となるワーク２の凹凸形状が、平坦部２ｃを基準とし
て例えば図８（ｅ）に示されるようにして実質的に重ね
合わされることになる。

【００７９】以上の処理を距離コード画像記憶部１５ｄ
内のｊ_１〜ｊ_ｍの全てのデータ列に対して繰り返し実行
することにより、ミラー３の各揺動位置毎に、各揺動位
置に固有の距離コードの誤差ΔＺの値を求め、検査対象
となるワーク２から取得した距離コードの値を誤差ΔＺ
の分だけシフトさせて、距離コード画像記憶部１５ｄに
再格納する。

【００８０】最終的に、基準距離コード画像記憶部１５
ｅと距離コード画像記憶部１５ｄの各マトリクス要素毎
に、完全な形状を有するワーク２から取得された距離コ
ードの値と検査対象となるワーク２から取得された距離
コードの値（但し、データシフト済みのもの）とを比較
することで、検査対象となるワーク２の表面の欠陥の有
無を判定することができる。

【００８１】この実施形態の場合、ワーク２上で照射線
の線方向に最大の長さを有する直線部分を含んだ面、つ
まり、Ｙ軸の値が同一である複数のマトリクス要素中で
最頻出する測距コードを有する座標を含んだ直線面が位
置合わせの基準面となる。従って、照射線の位置によっ
て、あるときは平坦部２ｃが基準面、また、あるときは
面２ｄが基準面となることもあるが、この基準面は基準
距離コード画像記憶部１５ｅの側と距離コード画像記憶
部１５ｄの側で同時に一様に変化するので比較上の問題
とはならない。

【００８２】この実施形態においても、最初に説明した
実施形態の場合と同様、実質的に、基準温度下で測定し
た欠陥のないワーク２の外形と基準温度よりも高温ある
いは低温の温度環境下で測定された検査対象のワーク２
の外形とを重ね合わせて両者の外形の相違を検出する作
業が行われるので、ミラー３の位置ズレやミラー３の揺
動位置を検出する回転位置検出センサ９の温度ドリフト
等による検出誤差（非線型性のズレ，原点ドリフト等）
に起因した距離コードの誤差が解消され、ワーク２の表
面欠陥の有無を適切に判定することができる。

【００８３】

【発明の効果】本発明による三次元形状の欠陥検査方法
は、完全な形状を有するワークとカメラとの間の離間距
離に相当するミラーの揺動角度を示す値と、検査対象と
なるワークとカメラとの間の離間距離に相当するミラー
の揺動角度を示す値との間の差分を求め、照射線の線方
向と照射線の移動軌跡の方向を直交２軸とするマトリク
スに対応させて記憶し、照射線の線方向のマトリクス要
素中で最頻出する差分の値をミラーの各揺動位置毎に求
め、ミラーの各揺動位置毎に、最頻出する差分の値との
偏差が設定値以上に大きな差分を有するマトリクス要素
を求めることによって、ミラーの揺動角度を示す値を相
対的にシフトさせても完全な形状を有するワークにおい
てワークとカメラとの間の離間距離に相当するミラーの
揺動角度を示す値と検査対象となるワークとカメラとの
間の離間距離に相当するミラーの揺動角度を示す値とが
一致しない部分を検出して欠陥候補として記憶し、更
に、マトリクス上において欠陥候補となるマトリクス要
素の全ての存在状態に基いて検査対象となるワークの欠
陥の有無を判定するようにしたので、ミラーの揺動位置
やミラーの揺動位置を検出する回転位置検出手段の精度
に温度変化による誤差が生じた場合であっても、検査対
象となるワーク表面の欠陥の有無を的確に判定すること
ができる。

【００８４】また、完全な形状を有するワークの凹凸形
状と検査対象となるワークの凹凸形状の各々について、
照射線の方向に並ぶマトリクス要素の列毎に、照射線の
線方向のマトリクス要素中で最頻出するミラーの揺動角
度を示す値を求め、完全な形状を有するワークの凹凸形
状と検査対象となるワークの凹凸形状において、最頻出
するミラーの揺動角度を示す値が一致するように、照射
線の方向に並ぶマトリクス要素の列毎に、検査対象とな
るワークから取得されたミラーの揺動角度を示す値をシ
フトさせることにより、実質的に、完全な形状を有する
ワークの凹凸形状と検査対象となるワークの凹凸形状を
重ね合わせるようにして検査対象となるワーク表面の欠
陥の有無を判定するようにしたので、ミラーの揺動位置
やミラーの揺動位置を検出する回転位置検出手段の精度
に温度変化による誤差が生じた場合であっても、検査対
象となるワーク表面の欠陥の有無を的確に判定すること
ができる。

【００８５】この結果、ワーク表面の欠陥検査を的確に
実行するための設定変更や積極的な温度環境の制御を行
わなくてもワーク表面の欠陥検査を的確に実行すること
ができるようになり、欠陥検査を行うオペレータの作業
が簡素化され、また、検査精度向上のための過剰装備も
不要となって、設備投資の費用も軽減される。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による三次元形状の欠陥検査方法を実施
するために必要とされる欠陥検査装置の構成の概略を示
した機能ブロック図である。

【図２】同実施形態の欠陥検査装置における画像処理ユ
ニットの構造の概略を示した機能ブロック図である。

【図３】同実施形態の欠陥検査装置における画像処理ユ
ニットの処理動作の概略を示したフローチャートであ
る。

【図４】図４（ａ）は差分距離コード画像から抽出すべ
き差分データを特定するための検査ウインドウを概念化
して示した図、図４（ｂ）は同実施形態の欠陥検査装置
における画像処理ユニットによって得られる欠陥抽出画
像を視覚化して示した概念図である。

【図５】抽出された差分データのソーティング状況の一
例を示した概念図である。

【図６】図６（ａ）は従来の三次元形状の欠陥検査方法
の作用原理を説明した概念図、図６（ｂ）は従来の三次
元形状の欠陥検査方法で生じる問題点を説明した概念図
である。

【図７】図７（ａ）は従来の三次元形状の欠陥検査方法
によって得られる基準となる距離コード画像の一例を示
した概念図、図７（ｂ）は従来の三次元形状の欠陥検査
方法によって得られる欠陥を含む距離コード画像の一例
を示した概念図、図７（ｃ）は従来の三次元形状の欠陥
検査方法によって得られる差分距離コード画像の一例を
示した概念図、図７（ｄ）は従来の三次元形状の欠陥検
査方法によって得られる欠陥抽出画像の一例を示した概
念図である。

【図８】図８（ａ）は距離コード画像を取得するワーク
の形状の一例を示した平面図、図８（ｂ）は基準温度下
にあるワークを走査して抽出された距離コードによって
示されるワーク形状を距離コードの値を調整して示した
概念図、図８（ｃ）は基準温度よりも高い温度環境下に
あるワークを走査して抽出された距離コードによって示
されるワーク形状を距離コードの値を調整して示した概
念図、図８（ｄ）は従来技術の問題点と本発明の基本的
な作用原理の一部を説明した概念図、図８（ｅ）は本発
明の基本的な作用原理の一部を説明した概念図である。

【図９】図９（ａ）は基準温度よりも高温の温度環境下
にあるワークを走査して抽出された距離コードに基いて
生成された距離コード画像の一例を示した概念図、図９
（ｂ）は基準温度下で生成された距離コード画像と基準
温度よりも高温の温度環境下で生成された距離コード画
像とを比較して求めた差分距離コード画像の一例を示し
た概念図、図９（ｃ）は従来の三次元形状の欠陥検査方
法によって差分距離コード画像から得た欠陥抽出画像の
一例を示した概念図である。

【符号の説明】 １ 投光器 ２ ワーク ３ ミラー ３ａ 正しいミラーの位置 ３ｂ 位置ズレを生じたミラーの位置 ４ カメラ ５ 画像処理ユニット ６ 欠陥 ７ 欠陥検査装置 ８ ガルバノスキャナ（ミラー駆動手段） ９ 回転位置検出センサ（回転位置検出手段） １０ 画像処理ユニット １１ ワーク載置台 １２ ＣＰＵ １３ ＲＯＭ １４ 不揮発性メモリ １５ ＲＡＭ １５ａ 差分距離コード画像記憶部 １５ｂ バッファ部 １５ｃ ラベル画像記憶部 １５ｄ 距離コード画像記憶部 １５ｅ 基準距離コード画像記憶部 １６ ドライバ回路 １７ ドライバ回路 １８ ドライバ回路 １９ 入出力回路 ２０ Ａ／Ｄ変換器 ２１ ドライバ回路 ２２ 表示器 ２３ 手動データ入力装置 ２４ 照射線 Ｌ１ ミラーで反射されてワークを照射するレーザ光の
光路 Ｌ１’ ミラーで反射されてワークを照射するレーザ光
の光路 Ｌ２ ワーク上に当たったレーザ光とカメラとを結ぶ直
線 Ｌ２’ ワーク上に当たったレーザ光とカメラとを結ぶ
直線 α 光路Ｌ１に対応するミラーの揺動角度を示す値（距
離コード） α’ 光路Ｌ１’に対応するミラーの揺動角度を示す値
（距離コード）

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 ズキ株式会社横浜研究所内 (72)発明者 室田 直哉 静岡県浜松市高塚町300番地 スズキ株式 会社内 Ｆターム(参考） 2F065 AA49 DD11 EE01 FF04 FF17 FF61 GG04 HH05 HH12 JJ03 JJ09 JJ26 LL13 QQ03 QQ13 QQ24 QQ34 RR09 SS13 2G051 AA07 AB02 AB20 BA10 BB11 BC05 CA04 EA08 EA12 EA14 EA23 ED01 5B057 AA01 BA02 BA21 DA03 DB03 DB09 DC14 DC22 DC32

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 レーザ光を照射する投光器と、前記投光
   器からのレーザ光を反射させワークに対して線状に照射
   するミラーと、前記線状の照射に対しこの照射の移動軌
   跡が直交する方向に前記ミラーを所定のピッチで揺動さ
   せるミラー駆動手段と、前記ミラーと所定の位置関係を
   保持して前記ミラーの各揺動位置毎に前記ワークを撮影
   するカメラと、前記照射線の線方向と照射線の移動軌跡
   の方向を直交２軸とする前記カメラのカメラ座標系上に
   おけるレーザ光検出位置に対応させて前記ミラーの揺動
   角度を示す値を記憶することによって前記ワークの凹凸
   形状を求める画像処理ユニットとを設け、完全な形状を
   有するワークの凹凸形状を前記画像処理ユニットにより
   予め求めて記憶しておき、その後、検査対象となるワー
   クの凹凸形状を前記画像処理ユニットにより求め、前記
   カメラ座標系上の各マトリクス要素毎に、完全な形状を
   有するワークに対応して記憶されたミラーの揺動角度を
   示す値と検査対象となるワークに対応して記憶されたミ
   ラーの揺動角度を示す値との違いを比較して検査対象と
   なるワークの欠陥の有無を検査する三次元形状の欠陥検
   査方法であって、 前記各マトリクス要素毎に、完全な形状を有するワーク
   に対応して記憶されたミラーの揺動角度を示す値と前記
   検査対象となるワークに対応して記憶されたミラーの揺
   動角度を示す値との差分を求めて前記各マトリクス要素
   に対応させて記憶し、前記照射線の線方向のマトリクス
   要素中で最頻出する差分の値を前記照射線の方向に並ぶ
   前記マトリクス要素の列毎に求め、このマトリクス要素
   の列毎に、前記最頻出する差分の値との偏差が設定値以
   上に大きな差分を有するマトリクス要素を求めて欠陥候
   補として記憶し、前記マトリクス上において欠陥候補と
   なるマトリクス要素の全ての存在状態に基いて前記検査
   対象となるワークの欠陥の有無を判定することを特徴と
   した三次元形状の欠陥検査方法。
2. 【請求項２】 レーザ光を照射する投光器と、前記投光
   器からのレーザ光を反射させワークに対して線状に照射
   するミラーと、前記線状の照射に対しこの照射の移動軌
   跡が直交する方向に前記ミラーを所定のピッチで揺動さ
   せるミラー駆動手段と、前記ミラーと所定の位置関係を
   保持して前記ミラーの各揺動位置毎に前記ワークを撮影
   するカメラと、前記照射線の線方向と照射線の移動軌跡
   の方向を直交２軸とする前記カメラのカメラ座標系上に
   おけるレーザ光検出位置に対応させて前記ミラーの揺動
   角度を示す値を記憶することによって前記ワークの凹凸
   形状を求める画像処理ユニットとを設け、完全な形状を
   有するワークの凹凸形状を前記画像処理ユニットにより
   予め求めて記憶しておき、その後、検査対象となるワー
   クの凹凸形状を前記画像処理ユニットにより求め、前記
   カメラ座標系上の各マトリクス要素毎に、完全な形状を
   有するワークに対応して記憶されたミラーの揺動角度を
   示す値と検査対象となるワークに対応して記憶されたミ
   ラーの揺動角度を示す値との違いを比較して検査対象と
   なるワークの欠陥の有無を検査する三次元形状の欠陥検
   査方法であって、 前記完全な形状を有するワークの凹凸形状と前記検査対
   象となるワークの凹凸形状の各々について、前記照射線
   の方向に並ぶ前記マトリクス要素の列毎に、前記照射線
   の線方向のマトリクス要素中で最頻出するミラーの揺動
   角度を示す値を求め、前記完全な形状を有するワークの
   凹凸形状と前記検査対象となるワークの凹凸形状におい
   て、最頻出するミラーの揺動角度を示す値が一致するよ
   うに、前記照射線の方向に並ぶ前記マトリクス要素の列
   毎に、前記検査対象となるワークに対応して記憶された
   ミラーの揺動角度を示す値をシフトさせ、各マトリクス
   要素毎に、完全な形状を有するワークに対応して記憶さ
   れたミラーの揺動角度を示す値と前記検査対象となるワ
   ークに対応して記憶されたミラーの揺動角度を示す値と
   を比較して検査対象となるワークの欠陥の有無を検査す
   ることを特徴とした三次元形状の欠陥検査方法。