JP2007033236A

JP2007033236A - 表面欠陥検査装置および表面欠陥検査方法

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Publication number: JP2007033236A
Application number: JP2005217052A
Authority: JP
Inventors: Toshinori Suzuki; 寿法鈴木; Hideshi Shimizu; 英志清水; Takanori Arano; 隆則荒野; Masaki Masuda; 正樹増田
Original assignee: Hitachi Information and Control Systems Inc; Hitachi Information and Control Solutions Ltd
Current assignee: Hitachi Information and Control Systems Inc; Hitachi Information and Control Solutions Ltd
Priority date: 2005-07-27
Filing date: 2005-07-27
Publication date: 2007-02-08

Abstract

【課題】複数の光源を含む照明手段と少なくとも１台の撮像手段とを用いて光源の照射方向や撮像方向を変える際の切り換え時間を短縮しサイクルタイムを遵守できるコンパクトな構造の表面欠陥検査装置および表面欠陥検査方法を提供する。
【解決手段】複数台の光源１ａ〜１ｆを含む照明手段１と撮像手段２ａ〜２ｆとの相対位置を固定して取り付け、光源１ａ〜１ｆの照射方向や撮像手段２ａ〜２ｆの撮像方向を変えるには、モータなどで機械的には駆動せず、光源１ａ〜１ｆと撮像手段２ａ〜２ｆとの組み合わせを選択するだけとし、欠陥検査のサイクルタイムを短縮するとともに、検査精度を高める。
【選択図】図１

Description

本発明は、表面欠陥検査装置および表面欠陥検査方法に係り、特に、光源の位置と撮像手段の位置との組み合わせにより、塗装面などの表面の欠陥を迅速かつ正確に検出する手段に関する。

自動車ボディ，工業品の内装品，外装品，パーツなどの塗装品は、塗装工程の後に、人間の目視により表面の欠陥を検査していた。

この塗装面などの表面を自動的に検査する表面欠陥検査方法としては、種々の方法が提案されている。複数の光源を備えそれぞれの光源の角度を調節する方法(例えば、特許文献１，特許文献２参照)、検査対象物の形状に応じて対象物を回転移動させる方法、反射板を用いて光源の反射方向を変えて対象物に光を照射する方法などが用いられている。

特開平１１−０２３２４３号公報(第３〜４頁図１〜図５) 特開平２００１−２８１０５７号公報(第３頁図１〜図２)

検査対象物の形状，塗装面などの欠陥の種類は非常に多く、単一の光源の照射方向や撮像角度では、検査対象物の曲面が傾斜しているので、均一な光量の反射光を得にくい。また、欠陥の形状により光の反射方向が異なり、撮像手段の角度で反射光を捉えられない場合があり、欠陥検出の精度が上がらなかった。

そこで、上記特許文献１のように、光源を複数とし、それぞれの光源の角度を調節する方法も提案されている。

しかし、いずれも撮像手段は１台であり、例えば、検査対象物となる自動車ボディの車種に応じて、複数の光源の照射方向を変える場合も、１台の撮像手段の撮像方向を変える場合も、手動で変えていたのでは、実験設備ならばともかく、生産現場では、１台の検査にかけられる時間(サイクルタイム)をオーバーしてしまい、実用ではない。

また、照明装置および／または撮像手段をモータ駆動し照射方向や撮像方向を自動的に変える方法でも、ますます短縮される傾向にあるサイクルタイムをオーバーしてしまうことが多く、生産工程のボトルネックとなっていた。

また、塗装などの表面欠陥を最初に適切に検査できないと、組み立て終わってからの製品検査工程で修正対象となり、出荷基準に合格するまで塗膜などを修正するために膨大な時間と人手を要し、全体としてのコストアップの要因となっていた。

したがって、正確に検査するためには、表面欠陥検査装置の台数を増やさなければならず、広大な検査スペースが必要となる問題があった。

本発明の課題は、複数の光源を含む照明手段と少なくとも１台の撮像手段とを用いて光源の照射方向や撮像方向を変える際の切り換え時間を短縮しサイクルタイムを遵守できるコンパクトな構造の表面欠陥検査装置および表面欠陥検査方法を提供することである。

本発明は、上記課題を解決するために、曲面上に順番に並んだ複数の光源からなる照明手段と、前記曲面上に順番に並んだ複数台のカメラからなる複数の撮像手段と、前記照明手段の複数の光源から各撮像時点に一つの光源を選択し当該光源の点灯および消灯を制御する光源制御装置と、前記撮像手段の複数のカメラから各撮像時点に一つのカメラを選択し当該カメラの撮像タイミングを制御するとともに、撮像した画像から検査対象物の欠陥を検出する欠陥検査装置とで構成された表面欠陥検査装置を提案する。

本発明によれば、光源角度と撮像角度との組み合わせにより、単一方向の光源照射角では検出できない欠陥を検出できる。

光源角度と撮像角度との組み合わせを変える際、位置合わせのためにモータなどで機械的に駆動する必要がないので、サイクルタイムを遵守できる。

次に、図１〜図１１を参照して、本発明による表面欠陥検査装置の実施例を説明する。以下の実施例は、自動車ボディの塗装面を検査対象物としている。

図１は、本発明による表面欠陥検査装置の実施例１の系統構成を示すブロック図である。

照明手段としての光源１ａ〜１ｆと、撮像手段(カメラ)２ａ〜２ｆとが、曲面上に順番に並んで設置されている。光源１ａ〜１ｆは、光源制御装置４に接続され、点灯および消灯を制御される。撮像手段２ａ〜２ｆは、欠陥検査装置５に接続され、撮像するカメラやタイミングを制御される。

本発明においては、従来とは異なり、撮像から次の撮像に移る間に、個々の光源１ａ〜１ｆおよび撮像手段２ａ〜２ｆの相対位置は、モータなどの機械的手段によっては変わらず、各撮像に最適な光源および撮像手段が、光源１ａ〜１ｆおよび撮像手段２ａ〜２ｆから選択されるだけである。

したがって、光源角度と撮像角度との組み合わせを変える際、位置合わせのためにモータなどで機械的に駆動する必要がないので、サイクルタイムを遵守できる。

図２は、実施例１の表面欠陥検査装置における欠陥検査処理手順を示すフローチャートである。

ステップＰ１：まず、光源１ａを点灯する。

ステップＰ２：撮像手段１ａ〜１ｆで撮像し、欠陥検査装置５内のメモリに保存する。

ステップＰ３：欠陥検査装置５内のメモリに保存された撮像画像データから光源から照射され画像データ上白くなっている部分を検査領域として抽出する。

ステップＰ４：検査領域を抽出後、この抽出領域内で濃度変化の勾配を強調する。

撮像された画像では、光源の照射角度と撮像する角度とによって、欠陥の現れ方が異なる。

図３は、欠陥に対して対象物上方から照明した場合の反射光の方向を示す図である。

図１の対象物上面から光を照射する光源１ａと撮像手段２ａを使用した場合、図３の６ｃ〜６ｆのように、対象物上面から光を照射した場合、欠陥のない部分は入射光が正反射し(７ａ，７ｅ)、欠陥部分は、正反射せず、異なる方向に反射する(７ｂ，７ｃ，７ｄ)。

図４は、欠陥に対して対象物上方から照明した場合の撮像例を示す図である。欠陥のない部分は、図４のように白く写り、欠陥部分９は黒く写る傾向がある。

図５は、欠陥に対して対象物斜めから照明した場合の反射光の方向を示す図である。

図５の対象物斜めから光を照射する光源１ｆと撮像手段２ａを使用した場合、図５の１０ａ〜１０ｃのように、対象物上面から光を照射され、欠陥のない部分は入射光が撮像手段の方向には反射しない(１１ｃ)が、欠陥部分では撮像手段の方向に反射することがある(１１ａ，１１ｂ)。

図６は、欠陥に対して対象物斜めから照明した場合の撮像例を示す図である。欠陥のない部分は、図６のように黒く写り、欠陥部分１３は白く写る傾向がある。

このような特性から、光源を上部に近い角度で照射する場合は、画像の黒い部分を強調処理し、光源を横に近い角度で照射する場合は、画像の白い部分を強調処理する。

ステップＰ５：強調された欠陥部分のうち大きさ，縦横比，欠陥部分とその周辺部との濃度差などから欠陥であるか否かを判定する。

ステップＰ６：照射する光源を１ａから１ｂに変更し、ステップＰ１〜ステップＰ５までの処理を繰り返し、この繰り返しを光源１ｆまで繰り返す。

ステップＰ７：最後に、ステップＰ１〜ステップＰ６で得られた欠陥検出結果から最終的に欠陥を判定する。この判定処理では、処理中に２回以上同じ検出が得られたものを欠陥ありと最終判定する。

本実施例１では、光源角度と撮像角度との組み合わせにより、単一方向の光源照射角では検出できない欠陥を検出できる。

なお、検査対象物としての自動車の車種が変わったときは、個々の光源や撮像手段の角度を変えるのではなく、照明手段および撮像手段の組み合わせ全体と検査対象面との相対位置や角度を変える。

実施例１では、光源および撮像手段複数台の全ての組み合わせで欠陥を検査するので、画像の取り込み回数，検査処理回数が多く、検査処理時間がかかる。

本実施例２では、光源および撮像手段の全ての組み合わせで欠陥を検査するのではなく、検査対象物形状および欠陥の特徴から使用する光源の種類および撮像手段の種類を限定し、処理時間を短縮する。

例えば、光源を一つ飛び１ａ，１ｃ，１ｅに使用し、撮像手段も一つ飛び２ａ，２ｃ，２ｅに使用することもできる。

また、例えば、光源を一つ飛びに、１ａ，１ｃ，１ｅのＡグループと、１ｂ，１ｄ，１ｆのＢグループとに分け、車種に応じて、一方のグループのみを使ってもよい。

図７は、本発明による表面欠陥検査装置の実施例３の系統構成を示すブロック図である。本実施例３においては、１台の撮像手段１５に対して、照明手段の光源１４ａ〜１４ｇが撮像手段１５を中心に、順番に並べて設置される。

光源１４ａ〜１４ｇは、光源制御装置１７に接続され、点灯および消灯を制御される。撮像手段１５は、欠陥検査装置１８に接続され、撮像するタイミングを制御される。

図８は、実施例３の表面欠陥検査装置における欠陥検査処理手順を示すフローチャートである。

ステップＰ８：まず、光源１４ａを点灯する。

ステップＰ９：撮像手段１５で撮像し、欠陥検査装置１８内のメモリに保存する。

ステップＰ１０：欠陥検査装置５内のメモリに保存された撮像画像データから光源から照射され画像データ上白くなっている部分を検査領域として抽出する。

ステップＰ１１：検査領域を抽出後、この抽出領域内で濃度変化の勾配を強調する。

ステップＰ１２：強調された欠陥部分のうち大きさ，縦横比，欠陥部分とその周辺部との濃度差などから欠陥であるか否かを判定する。

ステップＰ１３：照射する光源を１４ａから１４ｂに変更し、ステップＰ８〜ステップＰ１２までの処理を繰り返し、この繰り返しを光源１４ｇまで繰り返す。

ステップＰ１４：最後に、ステップＰ８からステップＰ１２で得られた欠陥検出結果から最終的に欠陥を判定する。この判定処理では、処理中に２回以上同じ検出が得られたものを欠陥ありと最終判定する。

本実施例３では、光源角度と撮像角度の組み合わせにより、単一方向の光源照射角では検出できない欠陥を検出できる。

前記実施例３では、光源全ての組み合わせで欠陥を検査するので、画像の取り込み回数，検査処理回数が多く、検査処理時間がかかる。

本実施例では、光源の全ての組み合わせで欠陥を検査するのではなく、検査対象物形状および欠陥の特徴から使用する光源の種類を限定し処理時間を短縮する。

本実施例４でも、実施例２のように、使用する光源の種類を限定し、処理時間を短縮することも可能であり、例えば、車種に応じて、Ａグループ／Ｂグループの光源を切り換えて使用することもできる。

図９は、本発明による表面欠陥検査装置の実施例５の系統構成を示すブロック図であり、図１０は、実施例５の照明手段および撮像手段の構造を示す斜視図である。

本実施例５は、図７の実施例３の照明手段をクロスさせて取り付けた構造になっている。

照明手段は、撮像手段２１を中心に左右１９ａ〜１９ｇ，前後２０ａ〜２０ｆに順番に並べて設置され、上下左右前後から、すなわち、実質的には３次元曲面上から照明できることになる。

図１１は、実施例５の表面欠陥検査装置における欠陥検査処理手順を示すフローチャートである。

ステップＰ１５：まず、光源１９ａを点灯する。

ステップＰ１６：撮像手段である撮像手段２１で撮像し、欠陥検査装置２４内のメモリに保存する。

ステップＰ１７：欠陥検査装置５内のメモリに保存された撮像画像データから光源から照射され画像データ上白くなっている部分を検査領域として抽出する。

ステップＰ１８：検査領域を抽出後、この抽出領域内で濃度変化の勾配を強調する。

ステップＰ１９：強調された欠陥部分のうち大きさ，縦横比，欠陥部分とその周辺部との濃度差などから欠陥であるか否かを判定する。

ステップＰ２０：照射する光源を１９ａから１９ｂに変更し、ステップＰ１５ステップＰ１９までの処理を繰り返し、この繰り返しを光源１９ｇまで繰り返す。

次に、前後方向に設置されている照明手段２０ａ〜２０ｆまで繰り返す。

ステップ２１：最後に、ステップＰ１５からステップＰ２０で得られた欠陥検出結果から最終的に欠陥を判定する。この判定処理では、処理中に２回以上同じ検出が得られたものを欠陥ありと最終判定する。

本実施例５では、光源角度と撮像角度との組み合わせにより、単一方向の光源照射角では検出できない欠陥を検出できる。特に、種々の方向から照明できるので、実験の結果、細長い傷の検出能力が高いことを確認した。

なお、検査対象物としての自動車の車種が変わったときは、個々の光源や撮像手段の角度を変えるのではなく、照明手段および撮像手段の組み合わせ全体と検査対象面との相対位置や角度を変える。また、クロスの角度を変えてもよい。

本実施例６でも、実施例２，実施例４のように、使用する光源の種類を限定し、処理時間を短縮することも可能であり、例えば、車種に応じて、Ａグループ／Ｂグループの光源を切り換えて使用することもできる。

図９，図１０の実施例５は、図７の実施例３の照明手段をクロスさせて取り付けた構造になっていた。

本実施例７は、図示していないが、実施例３から発展させた実施例５と同様に、図１の実施例１を発展させ、照明手段および撮像手段をクロスさせて取り付けた構造にする。

本実施例７では、光源角度と撮像角度との組み合わせにより、単一方向の光源照射角では検出できない欠陥を検出できる。特に、種々の方向から照明できるので、実験の結果、細長い傷の検出能力が高いことを確認した。

本実施例８でも、実施例２，実施例４，実施例６のように、使用する光源の種類を限定し、処理時間を短縮することも可能であり、例えば、車種に応じて、Ａグループ／Ｂグループの光源を切り換えて使用することもできる。

本発明による表面欠陥検査装置の実施例１の系統構成を示すブロック図である。実施例１の表面欠陥検査装置における欠陥検査処理手順を示すフローチャートである。欠陥に対して対象物上方から照明した場合の反射光の方向を示す図である。欠陥に対して対象物上方から照明した場合の撮像例を示す図である。欠陥に対して対象物斜めから照明した場合の反射光の方向を示す図である。欠陥に対して対象物斜めから照明した場合の撮像例を示す図である。本発明による表面欠陥検査装置の実施例３の系統構成を示すブロック図である。実施例３の表面欠陥検査装置における欠陥検査処理手順を示すフローチャートである。本発明による表面欠陥検査装置の実施例５の系統構成を示すブロック図である。実施例５の照明手段および撮像手段の構造を示す斜視図である。実施例５の表面欠陥検査装置における欠陥検査処理手順を示すフローチャートである。

符号の説明

１ａ〜１ｆ照明手段(光源)
２ａ〜２ｆ撮像手段(カメラ)
３検査対象物
４光源制御装置
５欠陥検査装置
６ａ〜６ｅ入射光
７ａ〜７ｅ反射光
８欠陥
９撮像された欠陥
１０ａ〜１０ｃ入射光
１１ａ〜１１ｃ反射光
１２欠陥
１３撮像された欠陥
１４ａ〜１４ｆ照明手段(光源)
１５撮像手段(カメラ)
１６検査対象物
１７光源制御装置
１８欠陥検査装置
１９ａ〜１９ｆ照明手段(光源)
２０ａ〜２０ｆ照明手段(光源)
２１撮像手段(カメラ)
２２検査対象物
２３光源制御装置
２４欠陥検査装置

Claims

曲面上に順番に並んだ複数の光源からなる照明手段と、
前記曲面上に順番に並んだ複数台のカメラからなる複数の撮像手段と、
前記照明手段の複数の光源から各撮像時点に一つの光源を選択し当該光源の点灯および消灯を制御する光源制御装置と、
前記撮像手段の複数のカメラから各撮像時点に一つのカメラを選択し当該カメラの撮像タイミングを制御するとともに、撮像した画像から検査対象物の欠陥を検出する欠陥検査装置とで構成された表面欠陥検査装置。
曲面上に順番に並んだ複数の光源からなる照明手段と、
前記曲面上に順番に並んだ複数台の光源の列のほぼ中央に配置された一つのカメラからなる撮像手段と、
前記照明手段の複数の光源から各撮像時点に一つの光源を選択し当該光源の点灯および消灯を制御する光源制御装置と、
前記撮像手段のカメラの撮像タイミングを制御するとともに、撮像した画像から検査対象物の欠陥を検出する欠陥検査装置とで構成された表面欠陥検査装置。
曲面上に順番に並んだ複数の光源からなる照明手段と前記曲面上に順番に並んだ複数台のカメラからなる複数の撮像手段とを載せたアームと、
前記アームとクロスし曲面上に順番に並んだ複数の光源からなる照明手段と前記曲面上に順番に並んだ複数台のカメラからなる複数の撮像手段とを載せたアームと、
前記照明手段の複数の光源から各撮像時点に一つの光源を選択し当該光源の点灯および消灯を制御する光源制御装置と、
前記撮像手段の複数のカメラから各撮像時点に一つのカメラを選択し当該カメラの撮像タイミングを制御するとともに、撮像した画像から検査対象物の欠陥を検出する欠陥検査装置とで構成された表面欠陥検査装置。
曲面上に順番に並んだ複数の光源からなる照明手段と前記曲面上に順番に並んだ複数台の光源の列のほぼ中央に配置された一つのカメラからなる撮像手段とを載せたアームと、
前記アームにクロスし曲面上に順番に並んだ複数の光源からなる照明手段と前記曲面上に順番に並んだ複数台の光源の列のほぼ中央に配置された一つのカメラからなる撮像手段とを載せたアームと、
前記照明手段の複数の光源から各撮像時点に一つの光源を選択し当該光源の点灯および消灯を制御する光源制御装置と、
前記撮像手段のカメラの撮像タイミングを制御するとともに、撮像した画像から検査対象物の欠陥を検出する欠陥検査装置とで構成された表面欠陥検査装置。
請求項１または２に記載の表面欠陥検査装置を使用する表面欠陥検査方法において、
前記複数の光源と複数のカメラとを複数のグループに分け、
検査対象物の種類または検査精度の要求に応じて、前記各グループのいずれかのみを用いて撮像した画像から検査対象物の欠陥を検出することを特徴とする表面欠陥検査方法。
請求項３または４に記載の表面欠陥検査装置を使用する表面欠陥検査方法において、
前記アームのクロス角度を検査対象物の種類に応じて調節し、
前記複数の光源と複数のカメラとを複数のグループに分け、
検査対象物の種類または検査精度の要求に応じて、前記各グループのいずれかのみを用いて撮像した画像から検査対象物の欠陥を検出することを特徴とする表面欠陥検査方法。
請求項５または６に記載の表面欠陥検査方法において、
検査対象物の種類または形状に応じて、前記照明手段および前記撮像手段の組み合わせ全体と検査対象面との相対位置や角度を変えることを特徴とする表面欠陥検査方法。