JP2006010321A - 欠陥検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】外周面に凹凸のある検出体であっても、確実に異物などの欠陥を自動的に検出することができる欠陥検出装置を提供する。
【解決手段】検出体1における表面検出点6を含む水平面7に対して所定の角度で検出点に光を照射する光源2と、検出体1の検出点6の状態が正常であるときには、検出点で反射した正反射成分は受光せず、検出点に欠陥があるときには、その欠陥部分に当たって反射した正反射成分を受光する位置に配置される光センサ3と、光センサ3が受光した光で画像を生成して処理する画像処理装置5とを備える。画像処理装置5は、光センサ3で受光した光に基づいて検出体1の検出面画像を生成する画像生成部53と、この検出面画像から欠陥の特徴量を抽出して、欠陥の有無を判断する判断部（二値化処理部54と判定部55）とを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、画像処理により検出体の表面の欠陥を自動的に検出する欠陥検出装置に関する。特に柱状体に線材を巻き付けた巻線の外周面に付着した異物などの欠陥を検出するのに好適な欠陥検出装置に関する。

柱状体に線材を巻き付けた巻線、例えばコイルは、プラスチックの芯材に銅線を巻きつけたものであり、基板等に搭載される。コイルは、芯材に銅線を巻き付けた状態のとき、コイル上に導電性の異物（主としては半田）が付着していると、それが基板上に落下し、回路を短絡させるなどの故障原因となってしまう。

従って、コイル上に付着した異物については、例えば0.1mm以下の径のものでも不良品となってしまうため、コイルの異物検査をする必要がある。この異物検査は、通常は顕微鏡を用いた目視検査によって行われているが、人が検査するために不良判定基準があいまいになったり、見逃しが発生したりするという問題がある。

ところで、円筒形状体または円柱形状体の外周面に異物または欠陥があるかどうかを画像処理により自動的に検出する装置が提案されている（例えば特許文献１参照。）。

この検出装置は、図４に示すように、円筒形状体Aに向けて光を照射するライン状照明装置Bと、このライン状照明装置Bから発した光のうち、円筒形状体Aに当たって反射した光を受光するラインセンサCと、ラインセンサCで撮像した画像を処理する画像処理装置(図示せず)とを備える。

ライン状照明装置Bと、ラインセンサCは、ライン状の光源部とライン受光部が円筒形状体Aの中心軸Oと平行するように配置される。

図４に示す検出装置は、ライン状照明装置Bで円筒形状体Aの表面に光を照射したとき、円筒形状体Aの表面に当たって反射した光がラインセンサCで受光できた場合は表面に異常が無いことを検出し、ラインセンサCで受光できなかった場合は表面に異常があると判断するようになっている。

そこで、このような検出装置を用いて、コイルの表面の異物などの欠陥を検出することが考えられる。

特開平11-295228号公報

ところで、芯材に線材を巻き付けたコイルは、巻かれた状態では、その外周面に芯材の中心軸方向に凹凸が形成される。

しかしながら、中心軸方向に凹凸のある対象物について、前記した検出装置を用いて表面の欠陥の検出を行う場合、その凹部にあたった光はラインセンサ方向に反射しないため、センサに到達せず、暗部として認識される。従って、通常暗部として認識される欠陥との識別ができないことになる。

従って、上記検出装置では、巻線のような中心軸方向に凹凸のある検出対象物について欠陥を検出することができない。

そこで、本発明は、コイルのような中心軸方向に凹凸のある検出対象物であっても、確実に異物などの欠陥を自動的に検出することができる欠陥検出装置を提供することを目的とする。

本発明の欠陥検出装置は、検出点に光を照射する光源と、光源からの光が検出点の欠陥部分に当たって反射した光のみを受光する光センサと、光センサが受光した光に基づいて画像を生成して処理する画像処理装置とを備える構成とすることにより、上記目的を達成することができる。

検出体は、柱状体、板状体の何れでもよく、柱状体には、筒状体を含む。

光源は、検出体における表面検出点を含む水平面に対して所定の角度で検出点に光を照射する。

表面検出点を含む水平面は、検出体が板状体の場合は、検出点のある板状平面部が水平面となり、この場合、光源は、板状体に対して光をライン状に照射するライン状光源とし、光源を板状平面部に沿って移動させながら、板状平面部（水平面）に対して所定の角度（0度超90度未満の範囲）で検出体に光を照射させていくようにすることが好ましい。

また、検出体が柱状体で円柱状の場合は、円柱状体の外周面を検出するため、検出点での外周面の接線で形成される仮想水平面が、表面検出点を含む水平面となる。光源は、柱状体の中心軸と平行に柱状体に対して光をライン状に照射するライン状光源とすることが好ましい。

このとき、複数の検出点が、同一の仮想平面上において１本のラインを形成するようにして、これらの検出点に対して同時に光源から光を照射するようにすることが好ましい。そして、ライン状光源は所定の位置に配置しておき、柱状体を中心軸を中心として回転させながら、仮想水平面に対して所定の角度（0度超90度未満の範囲）で光を照射することが好ましい。

柱状体を回転させる場合は、欠陥検出装置に回転機構を備えるようにして、柱状体の回転駆動を回転機構により行うようにすることが好ましい。

光センサは、検出体の表面検出点の状態が正常であるときには、検出点で反射した正反射成分は受光させず、表面検出点に欠陥があるときには、その欠陥部分に当たって反射した正反射成分を受光する位置に配置させる。

光センサは、検出体が板状体で、光源をライン状光源とする場合は、ライン状光源のラインと平行して配置されるライン受光部を有するラインセンサとすることが好ましい。この場合、ライン状光源と同期させてラインセンサを板状平面部に沿って移動させるようにする。

また、光センサは、検出体が円柱状体の場合には、円柱状体の中心軸と平行して配置させるライン受光部を有するラインセンサとすることが好ましい。この場合、ライン状光源とともに、ラインセンサも所定の位置に固定したまま、円柱状体を回転させるようにする。検出体が円柱状体の場合には、円柱状体を回転させながらラインセンサで円柱状体の全周を検出する。

本発明では、検出体上に異物等の欠陥がなければ、光源から照射された光は検出体に当たった後、光源と反対側に向かって反射し光センサには全く受光されない。また、検出体上に異物等の欠陥がある場合には、光源から照射された光は欠陥部分に当たって反射し、その一部（正反射成分）は光センサ方向に向かって、光センサに受光される。

画像処理装置は、光センサが接続されており、光センサで受光した光に基づいて検出体の検出面画像を生成する画像生成部と、この検出面画像から欠陥の特徴量を抽出して、欠陥の有無を判断する判断部とを備える。

画像処理装置の画像生成部では、光センサで受光した光のデータを取り込んで、この光データをつなげることで平面的に展開した検出面画像を作成する。

この画像生成部では、円柱状体の欠陥を検出する場合には、前記回転機構の所定回転角度ごとにラインセンサで受光した光データに基づいて柱状体の検出面画像を生成する。即ち、円柱状体の所定回転角度ごとに１ラインの画像（光データ）をつなげることで２次元的に平面展開した検出面画像を作成する。この検出面画像は、あるしきい値で２値化処理を行うことで、正常部分を暗部とし、欠陥部分を明部として生成することができる。

画像処理装置の判断部は、例えば、画像生成部で生成した２値化処理が行われた検出面画像に基づいて、異物の面積・外径などの特徴量を抽出する。具体的には、判断部では、検出面画像上の明部の位置、大きさなどから、欠陥部分の特徴量を抽出する。そして、判断部において、この特徴量から異物などの欠陥の種類を分類したり、一定以上の面積の欠陥部分のみを不良と判断するなど良否を自動的に判断することにより、欠陥の有無を判断する。

本発明によれば、光源からの光が検出体における検出点の欠陥部分に当たって反射した光のみを光センサで受光し、この受光データに基づいて画像処理装置において検出面画像を生成して欠陥の有無の判断処理を行うことができる。

その結果、中心軸方向に凹凸のある検出体に対しても、欠陥部分を明部として認識し、検出体の外周面の凹部（正常部分）を暗部として認識するので、凹部を異物として誤認することが無くなり、異物を確実に検出することが可能となる。

さらに、本発明の欠陥検出装置によれば、板状体の平面部の欠陥を検出する場合に限らず、円柱状体の外周面の欠陥の検出においても、確実に欠陥部分の検出が可能となる。

また、異物などの欠陥部分自体を光らせて光センサで検知する方式であるため、異物の反射率によって検出するかどうかを決めることが可能となる。例えば反射率の低い樹脂からなる異物は検出せずに、反射率の高い金属物のみを検出するように設定することができる。

以下本発明の実施形態について図面に基づいて説明する。本実施形態は、図１に示すように、異物などの欠陥を検出する対象物である検出体は、円柱状体、具体的には、円筒状のプラスチック製の筒状芯材と、この芯材に巻きつけられる線材とからなるコイル1である。

本発明の欠陥検出装置は、図１に示すように、コイル1の外周面にライン状に光を照射するライン状光源2と、コイル1の外周面に発生した欠陥部分に光源からの光が当たって反射した光のみを受光するラインセンサ3と、コイル1を回転駆動させる回転機構となるモータ4と、ラインセンサ3が受光した光に基づいて画像を生成して処理する画像処理装置5とを備えている。

本実施形態では、コイル1の外周面の検出点での欠陥検出は、複数の検出点をコイル1の中心軸と平行にライン状に並べ、１本のライン上の複数の検出点を一度に検出するようになっている。

ライン状光源2は、図２に示すように、１本のライン上の複数の検出点6が同時に含まれる仮想水平面7（検出点における接線を含む水平面）に対して所定の角度（0度超90度未満の範囲）でライン状の複数の検出点に対し光を同時に照射する。

ラインセンサ3は、コイル1の中心軸Oと平行して配置させるライン受光部31を有しており、コイル1をモータ4で回転させながらラインセンサ3でコイル1の外周面の全周を検出するようになっている。

ラインセンサ3は、図３に示すように、コイル1の検出点で欠陥があるときに、その欠陥部分に当たって反射したライン状光源2からの光の正反射成分のみを受光する位置に配置させている。本実施形態では、図３に示すように、仮想水平面7に対して直交する方向に反射し、かつ、コイル1の中心軸Oから水平方向にずれた線Pと直交する線上に反射した光を受光するようになっている。

即ち、コイル1の検出点の状態が正常であるとき、即ち、異物などの欠陥が無いときには、ライン状光源2から照射された光はコイル1の検出点に当たった後、光源と反対側に向かって反射し、光の正反射成分はラインセンサ3に受光されないようになっている。

そして、ラインセンサ3は、コイル1の検出点に欠陥があるときには、ライン状光源2から照射された光は欠陥部分に当たって、その一部（正反射成分）がラインセンサ方向に向かって反射し、ラインセンサ3に受光される。

ライン状光源2、ラインセンサ3、モータ4は、画像処理装置5内の制御部51で駆動が制御されている。制御部51は、画像処理装置5内に搭載されているコンピュータで構築されている。

本実施形態では、コイル1の外周面全周に渡って検査ができるように、コイルの中心軸Oを中心として回転させるモータ4を備えており、モータ4を回転させながらラインセンサ3でコイル1の全周を検出するようになっている。

モータ4は、制御部51により所定の回転速度で回転駆動するようになっている。さらに、制御部51は、モータ4が駆動している間、ライン状光源2から光をコイル1に照射させるようにライン状光源2の制御を行うととともに、ラインセンサ3も受光できる状態となるように制御を行っている。

本実施形態では、ライン状光源2をコイル1のライン状の検出点に対して斜め方向から光を照射するように配置するとともに、ラインセンサ3をライン受光部31がコイル1の中心軸Oと平行になるように設置した状態で、ライン状光源2からコイル1に光を照射する。ライン状光源2から光が照射されている間は、モータ4を駆動させてコイル1を回転させ、コイル1の外周面の全周にわたって光を照射させて、ラインセンサ3により欠陥部分を検出する。

画像処理装置5には、図１に示すように、ライン状光源2と、ラインセンサ3と、モータ4とが接続されている。そして、画像処理装置5は、前記した制御部51とは別に、輝度データメモリ52、画像生成部53、この検出面画像から欠陥の特徴量を抽出して、欠陥の有無を判断する判断部となる二値化処理部54及び判定部55を備える。輝度データメモリ52、画像生成部53、二値化処理部54、判定部55もコンピュータで構築されている。

輝度データメモリ52には、ラインセンサ3で受光した光のデータ（輝度データ）が記憶される。

画像生成部53は、輝度データに基づいてコイル1の検出面画像を生成するのであって、輝度データメモリ52から輝度データが、制御部51からモータ4の所定時間毎の回転角度とが取り込まれる。

そして、画像生成部53では、モータ4の所定時間毎の回転角度から、コイル1の外周面の位置を算出し、その位置に相当する１ラインの輝度データを所定回転角度毎につなげることで平面的に展開した輝度データからなる検出面画像を作成する。

画像生成部53で生成された検出面画像は、二値化処理部54において、ある閾値で二値化処理され、正常部分を暗部とし、欠陥部分を明部として二値化された検出面画像に生成される。

そして、判定部55は、二値化処理部54で生成した二値化検出面画像から、明部の有無を判定する。さらに、判定部55では、二値化検出面画像上の明部の位置、大きさ（面積・外径など）などの特徴量を抽出する。

そして、判定部55では、この明部の特徴量から異物などの欠陥の種類を分類したり、明部について一定以上の面積を有するものを不良と判断するなど良否を自動的に判断して、欠陥の有無を判定するようになっている。

本実施形態では、ライン状光源2からのコイル1への光の照射により、コイル1上に異物などの欠陥がなければ、照射された光は図２に示すように照明と反対側に向かって反射し、ラインセンサ3には受光されない。このとき、ラインセンサ3から画像処理装置5の輝度データメモリ52には輝度データは入力されない。

それに対し、コイル1上に欠陥がある場合には、ライン状光源2から照射された光は、図３に示すように、異物に当たり、その光の一部はラインセンサ方向に向かって反射する。この反射した光がラインセンサ3に受光され、ラインセンサ3は光を検知し、その光のデータが画像処理装置5の輝度データメモリ52に記憶される。

そして、画像生成部53に入力される輝度データと、制御部51から画像生成部53に入力されるモータ4の所定時間毎の回転角度のデータから、コイル1の外周面の何れの検出点で光が受光されたかが算出される。この算出データから、コイル外周面が平面展開された輝度で現される輝度検出面画像が生成される。

次に、画像生成部53で生成された輝度検出面画像は二値化処理部54に入力される。この二値化処理部54では、輝度検出面画像においてラインセンサ3が受光しなかった部分を暗部とし、受光した部分で、ある閾値より輝度が明るい部分を明部とし、閾値より暗い部分を暗部とするように二値化処理がなされ、二値化検出面画像が生成される。

そして、判定部55において、二値化検出面画像上に明部があるか否かの判定を行い、明部がある場合には、その明部の大きさ、形状などに基づいて、所定の面積より大きい明部を欠陥部分と判定するように、欠陥の有無を判定する。

本実施形態では、異物などの欠陥部分を明部として認識するため、暗部として認識されるコイル1の外周面の凹部（正常部分）を異物として誤認することが無くなる。

また、欠陥部分の有無の判断を、欠陥部分での光の反射率（輝度）の大きさに応じて判断するようにすれば、樹脂や糸くずなどの非導電性の異物は、反射率が低いために明部としては認識されず、異物とはみなされないようにすることができる。そのため、本発明は、半田などの導電性異物を不良とするコイルのような検出体の検査に好適である。

この場合、検出した明部の明るさは、導電性異物＞非導電性異物＞巻線部となるので、二値化処理する際の輝度のしきい値を適宜調整することで非導電性異物を検出することも可能となる。

以上のように、コイルのように中心軸方向に凹凸のある検出体に対して、検出体の正常部分での正反射を光センサに入光させず、欠陥部分からの正反射のみを受光させることで、検出体の凹部を異物と誤認識することがなくなり、異物を確実に検出することが可能となる。

また、欠陥部分自体を光らせて光センサで検知する方式であるため、光が反射した部分の反射率の大きさに応じて欠陥として検出するかどうかを決めることが可能となる。例えば反射率の低い樹脂は検出せずに、反射率の高い金属物のみを検出するように設定することができる。

本発明の欠陥検出装置は、柱状体に線材を巻き付けたコイルなどの巻線の外周面に付着した異物などの欠陥を検出するのに好適である。

本発明の欠陥検出装置の位置関係を示す全体概略構成図である。 円柱状体の外周面が正常な状態のときの、光の反射状態を示す説明図である。 円柱状体の外周面に異物がある状態のときの、光の反射状態を示す説明図である。 従来の円筒状体の外周面の欠陥を検出する検出装置の概略斜視図である。

符号の説明

1 コイル
2 ライン状光源 3 ラインセンサ 31 ライン受光部
4 モータ
5 画像処理装置
51 制御部 52 輝度データメモリ 53 画像生成部
54 二値化処理部 55 判定部荻野
6 検出点 7 仮想水平面
O 中心軸 P 線

Claims (2)

1. 検出体における表面検出点を含む水平面に対して所定の角度で検出点に光を照射する光源と、
   検出体の表面検出点の状態が正常であるときには、検出点で反射した正反射成分は受光せず、表面検出点に欠陥があるときには、その欠陥部分に当たって反射した正反射成分を受光する位置に配置される光センサと、
   光センサが受光した光で画像を生成して処理する画像処理装置とを備え、
   画像処理装置は、
   光センサで受光した光に基づいて検出体の検出面画像を生成する画像生成部と、
   この検出面画像から欠陥の特徴量を抽出して、欠陥の有無を判断する判断部とを備えることを特徴とする欠陥検出装置。
2. 検出体が柱状体であり、
   光源は、柱状体の中心軸と平行に柱状体に対して光をライン状に照射するライン状光源であり、
   光センサは、中心軸と平行するライン受光部を有するラインセンサであり、
   柱状体を軸中心に回転させる回転機構を備え、
   画像処理装置の画像生成部は、
   回転機構の所定回転角度ごとにラインセンサで受光した光に基づいて柱状体の検出面画像を生成することを特徴とする請求項１記載の欠陥検出装置。

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