JP2005241469A - 製品外観検査方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 安価な設備を用いて、精度良く、迅速に製品外観検査する。
【解決手段】 長方形をした発光面から発光する複数個の照明ユニット１１０をもって、製品１０２を載置する載物台の上面の製品載置位置を中心に前記発光面を製品載置位置方向に向けながら略正３角形を成す様に配置し、かつ製品載置位置から垂直上方に向かって延長する線上にカメラ１２０を配置した製品検査装置１００を用いて、製品載置位置に製品１０２を設置し、前記複数の照明ユニット１１０の内の或る１個の照明ユニットのみを点灯した状態で製品表面をカメラ１２０で撮影する工程を複数の照明ユニットの全部に亘って順次実施して原画像を作成し、該原画像に画像処理を施して処理画像を作成し、次いでその処理画像を元に製品外面に存在する瑕疵を判定した。安価な設備を用いて、精度良く、迅速に製品外観検査する事が可能になった。
【選択図】 図１

Description

本発明は製品の表面に存在するキズ等の有無を検査する製品外観検査方法に係わる。

種々の形状の曲面や平面を有する工業製品は、その挙動や性能を決定する要因の一つとして、製品表面に存在するキズ、クラック、色ムラなどのある場合がある。また工業製品と異なり、機能を要求されることのない装飾品でも、表面の瑕疵の有無でその製品の価値を判断される場合が多い。このような製品の外観検査実施に際しては、従来は製品を回転させながらの目視、またはカメラによる撮影を行うことで行われきた。以下、背景技術を４例を挙げて図６〜９を用いて説明する。

背景技術１の説明を行うために図６を用いるが、これは製品１を傾けて、回転させながら目視で検査する場合を模式的に描いた斜視図である。載置台２上に固定した半球体の製品１に対し、ハロゲンランプから成る照明体３から発光８を照射して、作業員が手動で製品１を傾けたり回転しながら製品１の反射光４から目視で製品外観の良否を判断する。設備投資を殆ど要しない簡便な方式として用いられてきた。

背景技術２として、比較的大量生産品向きの検査方法を、模式的斜視図である図７を用いて説明する。この方法では、製品１の回転は機械的に行い、また反射光４をカメラ５で撮影している。それ以外は背景技術１と同様であるが、その撮像をコンピュータ等から成る機械を用いて判断させると検査の自動化も可能になる。

図８に背景技術３を側面図を用いて示した。製品１の上方にはカメラ５が設置してあり、製品１とカメラ５との間には斜め４５度にハーフミラー６を設けた照明体７が設置してある。照明体７からの発光８がハーフミラー６で反射し、製品１の表面を照射して反射し、その反射光４はハーフミラー６を通過してカメラ５に入光する。製品１はその表面への入射光に対し傾いた回転軸を持つ。この方式は同軸照明方式と呼ばれ、同じカメラ５を用いる背景技術２の方式と比較した場合、構成品の収まりが良いので従来より用いられきた。

背景技術４として図９に示した方式は、４台のカメラ５を用いることに特徴がある。図示してないが照明は上部から行い、製品１は回転させない。

この様に、製品の表面に生じたキズ等の有無を検査する方法として従来から用いられてきた技術には様々な問題があった。例えば、背景技術１として説明した方法は、生産性が低く大量の製品検査には適せず、また検査品質が安定しないと言う問題もあった。

背景技術２に説明した方法では機械的な製品回転機構を設ける必要がある。また機械的に製品１を回転させるので検査時間の短縮化は難しい。このため特に大量製品においては検査費割合が高くなり、また検査工程を他の工程と連結して生産ラインを構成する場合、この検査工程がボトルネックとなり製品のコストダウン化に障害を生じた。

背景技術３に説明した方法にも背景技術２と同様の課題があった。

背景技術４に説明した方法は、４台のカメラ５で同時に撮影し、また製品１を回転させることも無いので検査時間は最も短くて済むが、設備投資が高額になる問題があった。

本発明は上記課題を解決するために成されたものである。課題を解決する手段として、本発明の請求項１記載に係わる発明は、検査対象となる製品を載置する載物台の上面の製品載置位置方向に向けながら複数の照明光源を略正多角形を成す様に配置し、かつ製品載置位置から垂直上方真上にカメラを配置した製品検査装置を用いて、製品載置位置に製品を設置し、前記複数の照明光源の内の或る１個の照明光源のみを点灯した状態で製品表面をカメラで撮影する工程を複数の照明光源の全部に亘って順次実施して原画像を作成し、
該原画像に画像処理を施して処理画像を作成し、次いでその処理画像を元に製品外面に存在する瑕疵を判定することを特徴とする製品外観検査方法である。

また本発明の請求項２記載に係わる発明は、第１ステップでは、検査対象となる製品を載置する載物台の上面の製品載置位置方向に向けて複数の照明光源を略正多角形を成す様に配置し、かつ製品載置位置から垂直上方真上にカメラを配置した表面側製品検査装置を用いて、製品載置位置に製品を設置し、前記複数の照明光源の内の或る１個の照明光源のみを点灯した状態で製品表面側をカメラで撮影する工程を複数の照明光源の全部に亘って順次実施して表面側の原画像を作成した後、製品を表面側で保持しながら、表面側製品検査装置から、製品保持位置に向かって複数の照明光源を略正多角形を成す様に配置し、かつ製品保持位置から垂直下方真下にカメラを配置した裏面側製品検査装置に移動させ、次いで第２ステップとして、前記裏面側製品検査装置を用いて、複数の照明光源の内の或る１個の照明光源のみを点灯した状態で製品下面側をカメラで撮影する工程を複数の照明光源の全部に亘って順次実施して裏面側の原画像を作成し、表面側及び裏面側の原画像に画像処理を施して処理画像を作成し、次いでその処理画像を元に製品外面に存在する瑕疵を判定することを特徴とする製品外観検査方法である。

また本発明の請求項３記載に係わる発明は、前記照明光源は、複数のＬＥＤが集合して方形の発光面を持つ照明ユニットになっていることを特徴とする請求項１乃至請求項２のいずれか1つに記載の製品外観検査方法である。

また本発明の請求項４記載に係わる発明は、前記製品は半球体または円錐体または球体または円柱体であることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか1つに記載の製品外観検査方法である。

発明の効果として、請求項１記載に係わる本発明の製品外観検査方法を用いることで、
従来のマニュアル方式即ち、手動で傾けたり回転させたりしながら、目視で瑕疵を探し出し、品質の合否を判断する場合と比較すると、人間を介在させないで製品の外観検査を行うことが可能となり、その結果、検査でのサイクルタイムが短縮され、また合否判断が客観的に行われ、検査結果に対するバラツキが無くなった。また、従来の製品を回転させて単一カメラで撮影する方式と比較すると、機械的な製品回転機構を設ける必要が無く、照明光源の通電を順次切替えるだけなので、製品検査に要する時間の短縮が可能になった。また従来の製品を回転させずに複数カメラで一度に撮影する自動化方式と比較すると、複数のカメラを設ける必要が無くなり、設備投資におけるコストダウンが可能になった。

また請求項２記載に係わる本発明の製品外観検査方法を用いることで、請求項１記載に係わる発明の効果に加えて、製品の裏面まで含めた全体検査が可能になった。

また請求項３記載に係わる本発明では、照明光源として、複数のＬＥＤの集合体を発光のための構成要素としているので、（例えばハロゲンランプ球を１個用いて、しかも比較的大きな製品を照射する場合の様に）微小なポイントから放射状に拡散しながら直進する発光体と異なり、広い面全体が発光する太陽光に近い平行光線が得られる。この為、鏡面状製品の浅く微小なキズや打痕も発見しやすくなった。またＬＥＤだから長寿命で低消費電力である。この為、ローコストで高性能で安定性に優れた製品外観検査方法が可能となった。

また請求項４では本発明の製品外観検査方法を用いることのできる製品の具体的な形状を限定した。本発明は、これらの形状の製品でその効果を特に発揮する。

次に本発明を実施するための最良の形態を説明する。第１番目の本発明を実施するための最良の形態（以下第１実施形態と略す）の説明には図１及び図２を用いる。図１（ａ）は載物台上に載置した半球体を３個の照明光源で囲んだ時の平面図である。図１（ｂ）は 図１（ａ）のＡ−Ａ断面での側面図である。また図２（ａ）は本発明の第１実施形態に使用したＬＥＤ照明光源の前面図を、図２（ｂ）は図２（ａ）におけるＢ−Ｂ断面を示す。

先ず、本発明の第１実施形態で用いる製品検査装置１００の主要構成を図１を用いて説明する。製品検査装置１００を構成する厚板状の載物台１０１上には製品１０２を載置する製品載置位置を中心に３個の照明光源１１０ＬＵ、１１０ＲＵ、１１０Ｄが設けられている。照明光源１１０の外観は、図２に示す様に長細い立方体であり、この中には複数個のＬＥＤ（発光ダイオード）１１１が格納してあり、照明光源１１０の一面が発光面１１２を成し、広い面全体が発光する太陽光に近い平行光線を発する。図１ではこの発光面１１２を製品載置位置方向に向けて、３個の照明光源１１０をもって正三角形を形成する様に配置している。照明光源１１０に通電することで発光１１３は製品載置位置方向に向けて放射される。又、この製品載置位置の垂直上方にはカメラ１２０が設置してある。このカメラ１２０はデジタルカメラであり、撮影データは電子データとして蓄積される。

この製品検査装置１００の製品載置位置に製品１０２を載置する。図１に示した製品１０２は半球体であり、上面側が半球を下面側が平面を成している。次に照明光源１１０を点灯した状態でカメラ１２０で製品１０２を撮影する工程に移るが、３個の照明光源１１０を一度に全部点灯することはしないで、或る１個の照明光源のみを点灯した状態下でカメラ１２０で撮影を行っていく。

図１では左上の照明光源１１０ＬＵのみが点灯した状態を示している。照明光源１１０ＬＵからの発光１１３は製品１０２の表面で反射する。この反射光１１４がカメラ１２０に入光するので、ここで１枚目の写真を撮る。次に照明光源１１０ＬＵを消灯し、照明光源１１０ＲＵを点灯してから２枚目を撮像する。更に同様に照明光源１１０ＲＵを消灯し、照明光源１１０Ｄを点灯し、この状態で３枚目を撮像し、これで全ての撮影が終了する。この撮影した画像が原画像となる。この照明光源１１０の点灯と消灯の切り替え並びにこれに連動した撮影は予め組み込まれプログラムに従って自動的に行われる。

次いで、画像処理用のコンピュータソフトを用いて前記原画像に画像処理を施し、製品の良否判定を行い易い処理画像を作成する工程に移る。それは、原画像から微分画像を作成し、更に微分方向値画像からエッジ延長処理等を施してノイズを除去することで達成される。その為の市販ソフト等もあるので詳細な説明は省略する。

その処理画像を用いて製品表面に存在する瑕疵を判定する。瑕疵の種類としては、表面に在るキズ、欠け、クラック、混入異物、等がある。判定には限度見本を基準にして目視で行うこともできるが、予め蓄えたデータを用いてコンピュータに自動判定させることも可能である。

以上の方法を用いることで、製品表面での瑕疵の発見が容易になり、検査精度が高まった。また人間が持って傾けたり回転しながら、目視で製品外観検査を行う必要が無くなり、合否判断が迅速に、且つ客観的に行われる様になった。また製品生産工程においては検査迄含めた生産性の高い自動化が可能となった。

次に、第２番目の本発明を実施するための最良の形態（以下、第２実施形態と略す）の製品外観検査方法を説明する。本発明の第２実施形態は、前述の第１実施形態で説明した製品の裏面をも外観検査したい場合の解決方法を示すものであり、それは大きく分けると第１ステップと第２ステップとからなる。この様子を図３及び図４を用いて説明する。図３は第１ステップにおいて載物台上に載置した半球体を４個の照明光源で囲んだ時の平面図であり、図４（ａ）は 図３のＡ−Ａ断面での側面図である。図４（ａ）は第１実施形態での図１（ｂ）に相当する。（相違点は説明に用いた図面上では４個の照明光源に囲まれている点であるが、本実施形態でも第１実施形態と同様に３個であってもその効果に本質的相違は全く生じない。）図４（ｂ）は、第２ステップの検査の前に製品を搬送するため、製品を搬送ジグで持ち上げている状態を、図４（ｃ）は第２ステップで製品下面を撮影している状態を示している。

第１ステップにおける原画像作成までの工程は基本的に第１実施形態と同じである。即ち、長方形をした発光面１１２から発光する４個の照明光源１１０Ｕ、１１０Ｒ、１１０Ｄ、１１０Ｌで、製品１０２を載置する載物台１０１の上面の製品載置位置を中心に前記発光面１１２を製品載置位置方向に向けながら略正四角形を成す様に配置する。そして、製品載置位置の上方にカメラ１２０を配置した表面側製品検査装置２００を用いて、４個の照明光源１１０の内の、１個の照明光源１１０Ｌのみを点灯した状態で製品の表面側をカメラ１２０で撮影する。そして、この工程を４個の照明光源１１０の全部に亘って順次実施して表面側の原画像４枚を作成する。

第２実施形態における次の工程では、製品１０２を表面側で保持しながら表面側製品検査装置２００から裏面側製品検査装置３００へ移送する。この為に、図４（ｂ）に示した様に搬送ジグ２０１で製品１０２の表面側を吸着して、製品１０２を吊り上げてから、第２ステップの行われる裏面側製品検査装置３００の製品保持位置迄搬送する。

第２ステップにおける裏面側製品検査装置３００は、長方形をした発光面を持つ４個の照明光源１１０で、製品保持位置を中心に発光面を製品保持位置方向に向けて略正四角形を成す様に配置しておく。（本実施形態では、製品下面側の形状はフラットであるので製品１０２の斜め下方から照射する様に配置した。）また、製品保持位置から垂直下方にカメラ１２０を配置しておく。そしてこの裏面側製品検査装置３００の製品保持位置に製品１０２を保持した状態で、４個の照明光源１１０の内の或る１個の照明光源１１０のみを点灯して、製品下面側をカメラ１２０で撮影する。この工程を４個の照明光源１１０の全部に亘って順次実施して裏面側の原画像４枚を作成する。

この後、表面側及び裏面側の原画像計８枚に画像処理を施して処理画像を作成し、その処理画像を元に製品外面に存在する瑕疵を判定するが、この工程は実施形態１と基本的に同様であり、説明を省略する。

第２実施形態の方法を実施することにより、第１実施形態の効果に加えて表面と裏面をまとめて検査できるメリットを生じる。

第１実施形態および第２実施形態の説明では、製品１０２として図５（ａ）に斜視図で示した様な半球体４０１を用いて説明してきた。しかし、本発明の方法が適用できる製品はこれに限らない。図５（ｂ）〜図５（ｄ）には、これ以外の様々な製品の例を斜視図で示した。図５（ｂ）は円錐体４０２、図５（ｃ）は円柱体４０３、図５（ｄ）は真球体４０４である。使用するカメラの性能、特に深度及び解像度に配慮すれば、カメラの視野に収まる範囲にある大きさのこれら形状の製品に対しては本発明の方法は好適に適用できる。

第１実施形態および第２実施形態の説明では、照明光源１１０として、複数のＬＥＤの集合体を発光のための構成要素としているが、本発明に適用可能な照明光源１１０は複数のＬＥＤの集合体だけに限るものではない。例えば、ハロゲンランプを数本纏めたものでも良いし、製品が小さい物ならば１個の白熱電球でも、ハロゲンランプでも良い。

本発明は種々の形状の曲面や平面を有する工業製品の表面に存在するキズ、クラック、色ムラなどの検査にその効果を発揮する。また工業製品以外の例えば装飾品の表面の瑕疵の有無の検査にも有効である。

（ａ）は本発明の第１実施形態において、載物台上に載置した半球体を照明光源で囲んだ時の平面図であり、（ｂ）は 図１（ａ）のＡ−Ａ断面の側面図である。 （ａ）は本発明に使用するＬＥＤ照明光源の前面図を、（ｂ）は図２（ａ）におけるＢ−Ｂ断面である。 本発明の第２実施形態の第１ステップにおいて載物台上に載置した半球体を照明光源で囲んだ時の平面図である。 （ａ）は 図３のＡ−Ａ断面での側面図であり、（ｂ）は製品を搬送ジグで持ち上げている側面図であり、（ｃ）は本発明の第２実施形態の第２ステップで製品下面を撮影している側面図である。 本発明を適用できる様々な製品の斜視図である。 背景技術１を説明する為の模式的斜視図である。 背景技術２を説明する為の模式的斜視図である。 背景技術３を説明する為の側面図である。 背景技術４を説明する為の平面図である。

符号の説明

３、７ 照明体
１００ ２００、３００ 製品検査装置
１１１ 発光ダイオード
８、１１３ 発光
４、１１４ 反射光
１、１０２ 製品
１１０ 照明光源
５、１２０ カメラ
２０１ 搬送ジグ

Claims (4)

1. 検査対象となる製品を載置する載物台の上面の製品載置位置方向に向けながら複数の照明光源を略正多角形を成す様に配置し、かつ製品載置位置から垂直上方真上にカメラを配置した製品検査装置を用いて、
   製品載置位置に製品を設置し、
   前記複数の照明光源の内の或る１個の照明光源のみを点灯した状態で製品表面をカメラで撮影する工程を複数の照明光源の全部に亘って順次実施して原画像を作成し、
   該原画像に画像処理を施して処理画像を作成し、
   次いでその処理画像を元に製品外面に存在する瑕疵を判定することを特徴とする製品外観検査方法。
2. 第１ステップでは、検査対象となる製品を載置する載物台の上面の製品載置位置方向に向けて複数の照明光源を略正多角形を成す様に配置し、かつ製品載置位置から垂直上方真上にカメラを配置した表面側製品検査装置を用いて、
   製品載置位置に製品を設置し、
   前記複数の照明光源の内の或る１個の照明光源のみを点灯した状態で製品表面側をカメラで撮影する工程を複数の照明光源の全部に亘って順次実施して表面側の原画像を作成した後、
   製品を表面側で保持しながら、表面側製品検査装置から、
   製品保持位置に向かって複数の照明光源を略正多角形を成す様に配置し、かつ製品保持位置から垂直下方真下にカメラを配置した裏面側製品検査装置に移動させ、
   次いで第２ステップとして、前記裏面側製品検査装置を用いて、複数の照明光源の内の或る１個の照明光源のみを点灯した状態で製品下面側をカメラで撮影する工程を複数の照明光源の全部に亘って順次実施して裏面側の原画像を作成し、
   表面側及び裏面側の原画像に画像処理を施して処理画像を作成し、
   次いでその処理画像を元に製品外面に存在する瑕疵を判定することを特徴とする製品外観検査方法。
3. 前記照明光源は、複数のＬＥＤが集合して方形の発光面を持つ照明ユニットになっていることを特徴とする請求項１乃至請求項２のいずれか1つに記載の製品外観検査方法。
4. 前記製品は半球体または円錐体または球体または円柱体であることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか1つに記載の製品外観検査方法。
   

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