JP2007170929A - 光沢平面検査装置 - Google Patents

Abstract

【課題】光沢平面を有する製品の表面欠陥の検査精度及び検査速度が格段に高く、かつ表面欠陥の自動的な検査が可能で、大量生産工程のオンライン上で検査可能な光沢平面検査装置の提供を目的とする。
【解決手段】本発明の光沢平面検査装置は、ａ）略水平に位置する円環状の投光部と、ｂ）投光部の中央部に配設され、光沢平面を有する被検査物を載置するテーブルと、ｃ）テーブルの上方に配設され、被検査物の光沢平面を撮影するカメラと、ｄ）テーブルを揺動可能に構成される揺動機構とを備える。当該光沢平面検査装置は、ｅ）カメラで撮影した画像データに基づき、投光部が照射した光線の拡散光領域を抽出する画像処理手段と、ｆ）画像処理手段で取得した拡散光領域に基づき、被検査物の表面欠陥を検出する判定手段とを備えるとよい。テーブルの揺動中心に対する投光部の俯角としては０°〜６０°が好ましい。
【選択図】図１

Description

本発明は、光沢平面検査装置に関し、詳細には光沢平面を有する被検査物の表面欠陥の有無を検査する光沢平面検査装置に関するものである。

今日では、金属、ガラス、プラスチック等から形成され、或いはメッキ等の表面処理が施された板状、直方体状の多種多様な製品が存在する。これらの製品は、光沢平面を有しており、一般的に大量生産されている。

かかる光沢平面を有する製品の表面欠陥の検査は、これらの製品が大量生産されている関係上、生産工程のオンライン上で行う必要があり、従来は検査員の手作業及び目視により行われている。具体的には、固定された光源に対して製品の光沢平面の角度や検査員の目の位置を動かしながら観察し、光沢平面の拡散光の有無を判断基準として表面欠陥の有無を検査している。

一方、製品表面の非破壊探傷方法としては、例えば蛍光磁粉探傷法（特開平１０−２８２０６３号公報等参照）、液体浸透探傷法、超音波探傷法（特開２００２−１３９４７９公報等参照）、放射線探傷法（特開平５−１７７３５１号公報等参照）、磁気探傷法（特開平６−２０１６５４号公報等参照）等が開発されている。
特開平１０−２８２０６３号公報 特開２００２−１３９４７９公報 特開平５−１７７３５１号公報 特開平６−２０１６５４号公報

検査員の手作業及び目視による上記従来の光沢平面の検査方法では、表面欠陥に起因する拡散光が光源、光沢平面及び検査員の目の位置関係により見えたり見えなかったりし、加えて光沢平面におけるハレーション、照明の写り込み等が生じるため、表面欠陥の判別は容易ではない。従って、上記従来の光沢平面の検査方法では、検査員の熟練等を要し、目視に起因する誤差等を根本的に有していることから、検査の精度及び速度の向上には一定の制限がある。

また、光沢平面を有する製品の表面欠陥としては、例えばキズ、凹み、欠け、汚れ、曇り、濁り、ムラ、シミ等の種々の種類があり、その程度及び形状も多種多様であるため、上記従来の目視による検査方法では表面欠陥の種類及び程度の判別は容易ではない。

なお、上記製品表面の非破壊探傷方法は、検査レベルが高くなるが、基本的に長大物に対しオフラインで比較的時間をかけて検査するものであるため、上記製品の大量生産工程において、オンライン上で行う検査に適用することができない。

本発明はこれらの不都合に鑑みてなされたものであり、光沢平面を有する製品の表面欠陥の検査精度及び検査速度が格段に高く、かつ表面欠陥の自動的な検査が可能で、大量生産工程のオンライン上で行うことができる光沢平面検査装置の提供を目的とするものである。

上記課題を解決するためになされた発明は、
（ａ）略水平に位置する円環状の投光部と、
（ｂ）投光部の中央部に配設され、光沢平面を有する被検査物を載置するテーブルと、
（ｃ）テーブルの上方に配設され、被検査物の光沢平面を撮影するカメラと、
（ｄ）テーブルを揺動可能に構成される揺動機構と
を備える光沢平面検査装置である。

当該光沢平面検査装置は、原理的には光沢平面のキズ、凹み、欠け等の欠陥がある部分で照明光線の拡散光が発生することを利用し、表面欠陥の有無、欠陥の種類及び欠陥の程度を検査するものである。具体的には、当該光沢平面検査装置は、投光部によって光沢平面に照明光線を照射し、カメラによって光沢平面を撮影しつつ、揺動機構によってテーブルを水平姿勢から所定方向に漸次傾斜させ、撮影された光沢平面における拡散光領域の有無、形状等を観察することで、被検査物の表面欠陥の有無等を検査することができる。また、キズ、凹み、欠け等の光沢平面の表面欠陥の種類、形状等に応じて拡散光領域が発現する光沢平面への照明方向及び角度が相違するが、当該光沢面検査装置は、揺動機構によってテーブルを揺動し、被検査物の光沢平面に対する照明光線の照射方向及び角度を変化させることで、種々の表面欠陥を高レベルで検知することができる。従って、当該光沢平面検査装置は、従来の検査員の手作業及び目視による表面欠陥検査と比較して検査の精度及び速度を飛躍的に向上することができる。

当該光沢平面検査装置は、
（ｅ）カメラで撮影した画像データに基づき、投光部が照射した光線の拡散光領域を抽出する画像処理手段と、
（ｆ）画像処理手段で取得した拡散光領域に基づき、被検査物の表面欠陥を検出する判定手段と
を備えるとよい。

当該光沢平面検査装置は、画像処理手段によって撮影した画像データから照明光線の拡散光領域を抽出し、判定手段によって拡散光領域に基づき光沢平面の表面欠陥を自動的に検出することができる。また、当該光沢平面検査装置は、画像処理手段で取得した拡散光領域の形状、濃淡等のデータ及びその際のテーブルの傾斜方向並びに角度によって表面欠陥の種別及び程度の判別が可能となる。

上記テーブルの揺動中心に対する投光部の俯角として０°以上６０°以下が好ましい。このようにテーブルの揺動中心に対する投光部の俯角を上記範囲とすることで、凹み等の表面欠陥に起因する拡散光領域が顕著に現れ、検査精度がより向上する。

上記揺動機構によるテーブルの揺動形態としては、テーブル表面の直交２方向を回転軸とする揺動が好ましい。このようなテーブル表面の直交２方向を回転軸とした前後左右への揺動は、揺動機構の構造及び制御が比較的簡易である。また当該揺動形態によれば、被検査物を直交２方向に漸進的に傾斜させることができ、被検査物の光沢平面の欠陥の有無を効果的に検査することができる。

また、上記揺動機構によるテーブルの揺動形態としては、テーブルの最大傾斜方向が回転する揺動も好ましい。このようなテーブルの最大傾斜方向が回転する揺動は、被検査物の光沢平面に対する照明光線の照射角度及び方向を漸進的かつ満遍なく変化させることができ、その結果、被検査物の光沢平面の欠陥の高精度かつ迅速に検査することができる。

ここで、「光沢平面」とは、文字通り光沢を有する平面を意味する。「拡散光領域」とは、画像データにおいて、投光部が照射した光線が被検査物の光沢平面の欠陥により拡散している領域を意味する。

以上説明したように、本発明の光沢平面検査装置によれば、検査レベル及び速度が格段に高くなり、かつ、オートメーション化が可能で、大量生産工程のオンライン上に組み込み、生産性を飛躍的に向上することができる。

以下、適宜図面を参照しつつ本発明の実施の形態を詳説する。図１は本発明の一実施形態に係る光沢平面検査装置を示す概略斜視構成図、図２は図１の光沢平面検査装置における投光部、カメラ、テーブル及び被検査物の位置関係を説明する模式的正面図、図３は図１の光沢平面検査装置による表面欠陥の検知手段を説明する模式的正面図、図４（ａ）及び（ｂ）は図１の光沢平面検査装置の揺動機構の一例を示す模式的平面図及び模式的正面図、図５は図１の光沢平面検査装置とは異なる形態に係る光沢平面検査装置を示す概略斜視構成図である。

図１の光沢平面検査装置は、被検査物Ｗの光沢平面の欠陥を検査する装置であり、具体的には投光部１、テーブル２、カメラ３及び揺動機構（図示していない）を備えている。被検査物Ｗは、図中では平板状に例示されているが、光沢平面を有すれば特に限定されるものではなく、直方体状等のものでも検査可能である。

投光部１は、円環状の光源であり、略水平に配設されている。当該投光部１は、テーブル２上に載置した被検査物Ｗに対して全外周から照明光線を照射可能に構成されている。この投光部１は、特に限定されるものではなく、例えば環形蛍光灯等が用いられる。また投光部１には、その他必要に応じてライトガイド、拡散板等が備えられる。

テーブル２は、被検査物Ｗを載置可能に構成される板状体であり、基本姿勢（揺動機構により揺動させていない状態）において略水平になるよう配設されている。また、テーブル２の平面的位置としては、投光部１の中央に配設されている。一方、テーブル２の水平的位置としては、特に限定されないが、図２に示すように投光部１より上方に配設することが好ましい。このように投光部１をテーブル２より下方に位置することで、上方に設置されたカメラ３を用いて被検査物Ｗの表面欠陥に起因する拡散光を容易かつ効果的に検出することができる。なお、テーブル２上には被検査物Ｗが被検査面である光沢平面を上方に向けて載置される。

カメラ３は、テーブル２の上方に配設されており、被検査物Ｗの光沢平面を撮影するものである。カメラ３としては、光沢平面における照明光線の拡散光が撮影することができれば特に限定されるものではなく、公知の種々のカメラを使用することができる。但し、カメラ３としては、装置自体が比較的簡易であり、画像処理に使用されるデジタル画像データが直接取得される２次元ＣＣＤカメラが特に好ましい。

揺動機構は、図示していないが、テーブル２の下方に配設されており、テーブル２を揺動可能に構成されている。この揺動機構としては、テーブル２を揺動させることができれば、特に限定されず種々の公知の機構を採用することができる。

当該光沢平面検査装置によれば、図３に示すように、投光部１により照明した状態で揺動機構によりテーブル２を所定の方向に傾斜させると、被検査物Ｗの光沢平面に欠陥がない場合では照明光線は光沢平面で正反射して正反射光Ａのみとなるが、被検査物Ｗの光沢平面に欠陥がある場合にはその部分で拡散光Ｂが生じ、テーブル２が特定の角度かつ方向に傾斜した際にカメラ３の撮影画像に拡散光領域が形成される。従って、当該光沢平面検査装置は、投光部１によって被検査物Ｗの光沢平面に照明光線を照射し、カメラ３によって光沢平面を撮影し、揺動機構によってテーブル２を水平姿勢から所定方向に漸次傾斜させ、カメラ３で撮影された光沢平面の画像における拡散光領域の有無、形状等を観察することで、被検査物の表面欠陥の有無、欠陥の位置、欠陥の種類及び欠陥の程度を検査することができ、検査精度及び速度を飛躍的に向上することができる。なお、揺動機構によるテーブル２の傾斜角は、表面欠陥に起因する拡散光領域を精度よく捕捉するため、テーブル２の揺動中心に対する投光部１の俯角αより大きくする必要がある。

テーブル２の揺動中心に対する投光部１の俯角αとしては、０°以上６０°以下が好ましく、１０°以上５０°以下が特に好ましい。このようにテーブル２の揺動中心に対する投光部１の俯角αを上記範囲とすることで、凹み等の表面欠陥に起因する拡散光領域の発現が顕著になり、検査精度がより向上する。一方、当該俯角αが上記上限を超えると、カメラ３に正反射光が入射しやすくなり、逆に拡散光の検出が困難になるおそれがある。

揺動機構によるテーブル２の揺動形態としては、テーブル２表面の直交２方向（ｘ、ｙ）を回転軸とする揺動が好ましい。このようなテーブル２表面の直交２方向（ｘ、ｙ）を回転軸とした前後左右への揺動は、揺動機構の構造及び制御が比較的簡易である。また当該揺動形態によれば、被検査物Ｗを直交２方向に漸進的に傾斜させることができ、被検査物Ｗの光沢平面の欠陥を効果的に検査することができる。

また、揺動機構によるテーブル２の揺動形態としては、テーブル２の最大傾斜方向が回転する揺動も好ましい。このようなテーブル２の最大傾斜方向が回転する揺動は、被検査物Ｗの光沢平面に対する照明光線の照射角度及び方向を漸進的かつ満遍なく変化させることができ、その結果、被検査物Ｗの表面欠陥の検査の高精度化及び迅速化を高めることができる。

次に、図４（ａ）及び（ｂ）に示す揺動機構の一例を説明する。当該揺動機構は、基台１０、一対の支持板１１、支持枠１２、駆動モーター１３、駆動モーター１４などを備えている。

基台１０は、略方形盤状のものであり、水平に設置されている。一対の支持板１１は、帯板状のものであり、基台１０の対偶する両辺部分に平行に垂設されている。支持枠１２は、円環状ものであり、一対の支持板１１間に水平（非揺動状態）かつ回転可能に軸支されている。駆動モーター１３は、支持枠１２の回転軸に連結され、支持枠１２を回転可能に構成されている。テーブル２は、支持枠１２の内側に水平（非揺動状態）かつ回転可能に軸支されている。駆動モーター１４は、テーブル２の回転軸に連結され、テーブル２を回転可能に構成されている。支持枠１２の回転軸とテーブル２の回転軸とは直交するよう構成されている。

当該揺動機構は、駆動モーター１３及び駆動モーター１４を回転駆動することで、テーブル２ひいては載置した被検査物Ｗを揺動させることができる。駆動モーター１３及び駆動モーター１４のどちらか一方を個別に駆動することで、テーブル２表面の直交２方向（ｘ、ｙ）を回転軸とする揺動が可能となる。駆動モーター１３及び駆動モーター１４を同時に駆動制御することで、テーブル２の最大傾斜方向が回転する揺動が可能となる。

図５の光沢平面検査装置は、投光部１、テーブル２、カメラ３、揺動機構（図示していない）、画像処理手段４及び判定手段５を備えている。この投光部１、テーブル２、カメラ３及び揺動機構は、上記図１の光沢平面検査装置と同様であるため、同一番号を付して説明を省略する。

この画像処理手段４及び判定手段５は、システム的にはＣＰＵなどからなる制御部、ＲＯＭ、ＲＡＭ、ハードディスク、モニター、キーボードなどを備えるコンピューター６により構成されており、ＲＯＭ、ハードディスクに記憶されているコンピュータプログラムに基づいて制御部が各部を制御することで上記画像処理手段４及び判定手段５として機能するよう構成されている。

画像処理手段４は、カメラ３で撮影した画像データに基づき、投光部１が照射した光線の拡散光領域を抽出するものである。この画像処理手段４の具体的方法としては、特に限定されるものではなく、公知の方法、例えばダイナミックスレシホード等が採用される。このダイナミックスレシホードとは、カメラ３で取得した画像を元に、欠陥部分が薄くなるくらい平滑化処理を行った画像を生成し、元画像から生成した平滑化画像を引くことにより、欠陥部分が差分として現れるような処理の方法である。この方法を使用することにより、欠陥のない部分の明るさ変化に比較的影響されずに欠陥部分を抽出できることができる。その他に、線状の欠陥の検査を想定した場合、ソーベルフィルタなどでエッジ画像（起伏がない部分は黒く、起伏が激しい部分は白く、処理を行った画像）を取得して明るい部分を欠陥とするような方法がある。

判定手段５は、画像処理手段４で取得した拡散光領域に基づき、被検査物Ｗの表面欠陥の有無、位置、種類、程度等を検出するものである。具体的には、拡散光領域の形状、光要素等により表面欠陥の種類の判別が可能になり、拡散光領域の大きさ、光要素等により表面欠陥の程度の判別が可能になる。

当該光沢平面検査装置は、投光部１によって被検査物Ｗに照明光線を照射し、カメラ３によって光沢平面を撮影し、揺動機構によってテーブル２を水平姿勢から所定方向に漸次傾斜させ、画像処理手段４によって撮影した画像データから拡散光領域を抽出し、判定手段５によって拡散光領域に基づき被検査物Ｗの表面欠陥を自動的かつ瞬時に検出することができる。従って、当該光沢平面検査装置によれば、オートメーション化が可能であり、従来の目視による検査と比較して検査の精度及び速度を飛躍的に向上することができる。なお、当該光沢平面検査装置は、生産工程のオンライン上での表面欠陥検査に好適に使用されるが、同様にオフライン上でも好適に使用される。また、揺動機構によるテーブル２の揺動姿勢情報、つまり光沢面の最大傾斜角度及び方向情報を判定手段５にフィードバックすることで、検査精度がさらに向上する。

なお、本発明の光沢平面検査装置は、上記実施形態に限定されるものではない。例えば揺動機構は、被検査物を載置するテーブルを揺動できる構造であれば種々の構造が可能であり、例えば被検査物Ｗを載置するテーブルをその中心で任意方向に傾斜可能に支承し（ユニバーサルジョイント、球面軸受け等）、テーブル下面の任意点を駆動バーで突き上げることで、テーブルを任意方向に揺動させることができ、その突き上げた駆動バーを支承点中心に回転させることで、最大傾斜方向が回転するように揺動させることができる。

以上のように、本発明の光沢平面検査装置は、光沢平面を有する乾電池等の表面欠陥の自動的な検査に有用であり、特に大量生産工程のオンライン上での表面欠陥検査に好適に使用される。

本発明の一実施形態に係る光沢平面検査装置を示す概略斜視構成図 図１の光沢平面検査装置における投光部、カメラ、テーブル及び被検査物の位置関係を説明する模式的正面図 図１の光沢平面検査装置による表面欠陥の検知手段を説明する模式的正面図 図１の光沢平面検査装置の揺動機構の一例を示す模式的平面図（ａ）及び模式的正面図（ｂ） 図１の光沢平面検査装置とは異なる形態に係る光沢平面検査装置を示す概略斜視構成図

符号の説明

１ 投光部
２ テーブル
３ カメラ
４ 画像処理手段
５ 判定手段
６ コンピューター
１０ 基台
１１ 支持板
１２ 支持枠
１３ 駆動モーター
１４ 駆動モーター
Ｘ 被検査物
α テーブルの揺動中心に対する投光部の俯角
Ａ 正反射光
Ｂ 拡散光

Claims (5)

1. 略水平に位置する円環状の投光部と、
   投光部の中央部に配設され、光沢平面を有する被検査物を載置するテーブルと、
   テーブルの上方に配設され、被検査物の光沢平面を撮影するカメラと、
   テーブルを揺動可能に構成される揺動機構と
   を備える光沢平面検査装置。
2. カメラで撮影した画像データに基づき、投光部が照射した光線の拡散光領域を抽出する画像処理手段と、
   画像処理手段で取得した拡散光領域に基づき、被検査物の表面欠陥を検出する判定手段と
   を備える請求項１に記載の光沢平面検査装置。
3. 上記テーブルの揺動中心に対する投光部の俯角が０°以上６０°以下である請求項１又は請求項２に記載の光沢平面検査装置。
4. 上記揺動機構によるテーブルの揺動形態が、テーブル表面の直交２方向を回転軸とする揺動である請求項１、請求項２又は請求項３に記載の光沢面検査装置。
5. 上記揺動機構によるテーブルの揺動形態が、テーブルの最大傾斜方向が回転する揺動である請求項１、請求項２又は請求項３に記載の光沢面検査装置。
   

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