JP2007235490A - 自動撮影装置 - Google Patents

Abstract

【課題】製品検査等に好適なＬＥＤ照明装置を備えた自動撮影装置を提供すること。
【解決手段】自動撮影装置は、ＣＣＤカメラユニット１４、３次元ロボットアーム１５〜２１、照明装置１２、カメラと照明装置との距離を変化させる移動手段１３、撮影対象物の複数の撮影箇所と対応して位置、角度、照明パラメータを記憶し、記憶内容に基づいて複数の撮影箇所を順に撮影する制御手段を備える。照明装置は、ＬＥＤを使用したそれぞれ照射方向の異なる複数の照明装置を内蔵し、照射方向および色を選択可能である。制御手段は、撮影された画像が目的とする被検査領域の画像か否かを判定する判定手段、撮影された画像から欠陥を検出する欠陥検出手段を備えていてもよい。任意の位置にある任意の表面状態のチェック箇所の欠陥やラベルの文字などを最良の照明状態で撮影することができ、製品検査の精度が向上する。
【選択図】図１

Description

本発明は、自動撮影装置に関するものであり、特に、製品検査等に好適なＬＥＤ照明装置を備えた自動撮影装置に関するものである。

従来、カメラによって製品の画像を取り込んで、製品の傷や印刷された文字等を識別する場合に、照明光の照射角度によって傷や文字と背景とのコントラストが大きく変化することが知られている。そこで、製品検査等のために、例えばＬＥＤを使用し、広い角度に照明光を照射することができる照明装置が提案されている。

下記の特許文献１には、水晶振動子やガラス基板等の加工面や上記加工面に金属膜をコーティングした表面の極めて浅い傷や凹凸でも明瞭に撮影することのできる表面検査用撮影装置が記載されている。この装置は、拡散板からの拡散光を照明集光レンズで集光した後、ハーフミラーで拡散光を反射して、金属膜がコーティングされた水晶振動子の表面に照射するとともに、水晶振動子表面からハーフミラーを透過した反射光を、ＣＣＤカメラ７の接眼レンズにより、撮像素子であるＣＣＤに入光させて結像させ、上記水晶振動子の表面状態を撮影するものである。
特開２００２−１３１２４２号公報

前記したような従来の撮影装置においては検査対象が特定されているので、その検査対象に最適な撮影距離、角度、照明の色や角度等を設定すればよいが、例えば複雑な形状の製品におけるそれぞれ異なる角度の複数の箇所の傷等の欠陥や製品のラベルの文字やバーコードなどを読み取る場合には、それぞれの被検査対象の表面の材質や仕上げの方法、検出すべき対象によってカメラの位置や角度と共に照明装置の照射角度や照度、色を最適に制御しなければならないという問題点があった。
本発明は、上記した課題を解決し、製品検査等に好適なＬＥＤ照明装置を備えた自動撮影装置を提供することを目的とする。

本発明の自動撮影装置は、画像撮影手段と、前記画像撮影手段を任意の位置に移動可能なロボットアーム手段と、前記画像撮影手段と撮影対象物との間に配置された照明手段と、前記画像撮影手段と前記照明手段との距離を変化させる照明移動手段と、撮影対象物の複数の撮影箇所と対応して位置、角度、照明パラメータを記憶し、前記記憶内容に基づいて複数の撮影箇所を順に撮影するように前記各手段を制御する制御手段とを備えたことを主要な特徴とする。

また、前記した自動撮影装置において、前記照明手段は、ＬＥＤを使用したそれぞれ照射方向の異なる複数の照明装置を内蔵し、照射方向および色を選択可能である点にも特徴がある。また、前記した自動撮影装置において、更に画像撮影手段の光軸上に設けられ、光軸と直角な軸を中心に任意の角度に回動可能なミラー手段を備え、前記照明手段も前記軸を中心に任意の角度に回動可能に構成されている点にも特徴がある。また、前記した自動撮影装置において、前記制御手段は、撮影された画像が目的とする被検査領域の画像か否かを判定する判定手段と、撮影された画像から欠陥を検出する欠陥検出手段とを備えた点にも特徴がある。

本発明の自動撮影装置は上記のような特徴によって、被検査対象の任意の位置にある任意の表面状態のチェック箇所の欠陥やラベルの文字などを最良の照明状態で撮影することができ、製品検査の精度の向上、検査時間の短縮を図ることができるという効果がある。また、例えばラベルを読み取ったり、画像認識して得た製品の種類によって検査パターンを変更可能であるので、１台の自動撮影装置で複数種類の製品検査を同時に実行可能であり、有用性、汎用性が向上するので、製品毎に専用の撮影装置を導入するより経済的であるという効果もある。

以下実施例について図面を参照して説明する。

図１は、本発明の自動撮影装置の実施例の構成を示す正面図、平面図および一部を抽出した平面図である。本発明の自動撮影装置は大きく分けて、基台２２、３次元ロボットアーム１５〜２０、カメラユニット１４、照明ユニット１２、ベルトコンベア２３、図示しないコントローラなどからなる。なお、被検査対象の製品であるワーク１０はモータ２４によって駆動されるベルトコンベア２３によって所定の位置まで搬送されて停止するものとする。

３次元ロボットアームは、モータ２１によって駆動されるＸ軸（コンベア移動方向）移動装置２０、Ｘ軸移動装置上に設置され、モータ１９によって駆動されるＹ軸（コンベア移動方向と直角方向）移動装置１８、Ｙ軸移動装置の端部にモータ１６により回転可能に装着されたＺ軸回転台１６、Ｚ軸回転台１６に図示しないモータによってＺ軸（垂直）方向に摺動可能に装着されたＺ軸移動台１５からなる。

Ｚ軸回転台１６は、図示するように、Ｚ軸（垂直軸）を中心として水平面内で±９０度回転可能に構成されている。３次元ロボットアームは後述するコントローラ４０によって制御される。

図２は、本発明の自動撮影装置のカメラユニットの構成を示す正面図および側面図である。カメラユニット１４はＺ軸移動台１５に固着されており、ＣＣＤカメラ２５および電動ズームレンズ装置２６を備えている。照明ユニット１２は、Ｚ軸移動台１５に図示しないモータによって垂直方向に摺動可能に装着された照明ユニット移動台１３に固着されている。従って、カメラユニット１４とワーク１０との距離とは独立してワーク１０と照明装置１２の距離を制御可能である。照明ユニット１２内にはミラー装置２７および照明装置２８が内蔵されている。

図３は、本発明の自動撮影装置の照明ユニットの構成を示す断面図である。照明ユニットのケース１２の内部にはミラー装置２７および照明装置２８が内蔵されている。ミラー装置２７は光軸と直角な軸を中心に回動可能に装着されたミラー（鏡）３０を備え、モータ３１によりＣＣＤカメラ２５の光軸に対する角度を任意に設定可能に構成されている。更に、図示しないモータおよび退避機構により、図３右側に示すように光軸から退避することもできるように構成されている。

照明装置２８は上下２層に分かれており、上部はハーフミラー３７および長方形のＬＥＤ基板３５を備えた同軸落射照明装置、下部は上下の中央に開口部を有する円筒形の筐体およびドーナツ状のＬＥＤ基板３２、３３を備えた斜め方向からの照明装置になっている。照明装置２８は、図示しないモータによってミラー３０の回転軸と同じ軸を中心に回動する回転台２９に固着されている。なお、同軸落射照明が不要の用途に使用する場合には同軸落射照明装置を省略してもよいし、同軸落射照明装置をミラー装置２７と同様に退避可能に構成してもよい。

図４は、本発明の自動撮影装置の撮影角度と照明ユニットの配置の関係を示す説明図である。本発明の自動撮影装置において直下（２７０度の方向）を撮影する場合には、図４（ａ）に示すように、ミラー装置２７を光軸から退避させ、照明装置２８は真下（２７０度）に向けて配置する。また、真下から９０度右側（０度の方向）を撮影する場合には、図４（ｂ）に示すように、ミラー装置２７のミラー３０を１３５度の位置に配置し、照明装置２８は０度の方向に向けて配置する。

更に、斜めの任意の方向を撮影する場合には、例えば図４（ｃ）に示すように、ミラー装置２７のミラー３０を入射角（カメラ方向）と反射角（ワーク方向）の和の２分の１の角度と垂直になる位置に配置し、照明装置２８は反射角（ワーク方向）の方向に向けて配置する。

なお、真下から浅い角度の場合にはミラー３０への入射角、反射角が小さく、視野角が狭くなってしまうが、浅い角度の撮影も必要な場合には、例えば予めカメラの光軸を垂直から所定の角度（例えば６０度）だけ傾けておき、直下およびその近傍の浅い角度もミラーの反射を介して撮影するか、３次元ロボットアームのＺ軸移動台１５がＺ軸回転台１６に対してＺ軸（垂直）方向に摺動すると共に垂直面内において回転も可能に構成することにより上記問題を解消できる。

図５は、本発明の自動撮影装置の照明装置の構造を示す断面図である。照明装置は前述したように、上部と下部に分かれている。上部の同軸落射照明装置はハーフミラー３７、多数のＬＥＤが装着された長方形のＬＥＤ基板３５、公知の光拡散板３６を備えている。ＬＥＤから放射された光は光拡散板３６によって拡散され、均一化された光は光軸に対して４５度の角度で設置されているハーフミラー３７によって光軸方向に反射し、ワーク１０を光軸方向から照明する。

ワーク１０からの反射光の一部がハーフミラー３７を透過してＣＣＤカメラ２５へ到達する。なお、ハーフミラー３７によって光量が減少するので、同軸落射照明が不要の用途に使用する場合には同軸落射照明装置を省略してもよいし、同軸落射照明装置をミラー装置２７と同様に退避可能に構成してもよい。

下部は上下の中央に開口部を備えた円筒形の筐体および２個のドーナツ状のＬＥＤ基板３２、３３、ドーナツ状の光拡散カバー３４を備えた斜め方向からの照明装置になっている。下部に装着されたＬＥＤ基板３２は円筒形の基板の内側に中心方向を向けてＬＥＤが配置されており、光拡散カバー３４を介して比較的浅い角度でワーク１０を照明する。

中央部に装着されたＬＥＤ基板３３は中央に開口部を有する円形基板の上面にＬＥＤが配置されており、ＬＥＤから放射された光は円筒形の筐体の内面で反射し、比較的光軸（垂直）に近い角度でワーク１０を照明する。各ＬＥＤ基板３２、３３、３５には例えば赤、青、緑、白、赤外線などのＬＥＤが分散して配置されており、各色のＬＥＤ毎にオン／オフや輝度の調整ができるように回路が構成されている。従って、目的に応じて任意の色、照度および任意の照射角度で照明をすることができる。

図６は、本発明の自動撮影装置の制御システムを示すブロック図である。制御システムは後述するプログラムを実行するコントローラ４０、コントローラ４０からの制御に基づき各ステッピングモータ４６を駆動する公知のモータ駆動装置４５、ＣＣＤカメラ２５、照明用電源装置４３および照明装置４４、液晶ディスプレイ装置等の表示装置４１およびキーボードやマウス等の入力装置４２からなる。

コントローラ４０はＣＣＤカメラ２５から映像信号を入力するためのビデオキャプチャー回路、モータ駆動装置４５や照明用電源装置４３を制御するためのRS-232CあるいはUSB等の制御信号出力端子、ＬＡＮ端子を備えた周知のパソコン（ＰＣ）であってもよい。

図７は、本発明の自動撮影装置の照明用電源装置の構成を示すブロック図である。照明装置４４のＬＥＤ５２は同じ基板の同色のＬＥＤが所定個数（図では３個）直列に接続されたものが並列に複数個接続されている。そしてＬＥＤ回路毎に照明用電源装置４３内の可変定電流電源回路５１が接続されている。

例えば３個のＬＥＤ基板３２、３３、３５のそれぞれに赤、青、緑の３色のＬＥＤが装着されている場合には合計９個のＬＥＤ回路があり、これに対応して９個の可変定電流電源回路５１が備えられている。各可変定電流電源回路５１は制御回路５０を介してコントローラ４０によって電流値が制御され、オン／オフや輝度の調整が可能である。従って、照明装置４４は任意の色および照度による任意の照射角度の照明が可能である。

図８は、本発明の自動撮影装置の製品検査処理の内容を示すフローチャートである。この処理は、コントローラ４０によって実行される。Ｓ１０においては、製品等の被検査物であるワーク１０が所定の位置に来て静止するまで待つ。なお、ＣＣＤカメラ２５からの画像を取り込んで画像認識処理し、ワーク１０が所定の位置に来たことを検出してベルトコンベア２３を停止させてもよい。

Ｓ１１においては、変数ｎを１にセットする。Ｓ１２においては、モータ駆動装置４５を介して対応するステッピングモータ４６を駆動することにより、予め登録されている第ｎ番目のチェック箇所のＸＹＺ位置にカメラユニット１４を移動させ、Ｚ軸回転台１６を予め登録されているＺ方向回転位置まで回転させる。

Ｓ１３においては、モータ駆動装置４５を介してステッピングモータ４６を駆動することにより、ズームレンズ２６を予め登録されている指定角度だけ回転させる。Ｓ１４においては、モータ駆動装置４５を介して対応するステッピングモータ４６を駆動することにより、ミラー３０を指定角度だけ回転させるか退避させる。

Ｓ１５においては、モータ駆動装置４５を介して対応するステッピングモータ４６を駆動することにより、照明ユニット移動台１３を摺動させることによって照明ユニット１２をＺ軸方向に移動させ、回転台２９を回動することによって照明装置２８を所定の角度まで回転させる。

Ｓ１６においては、照明用電源装置４３を制御して照明装置４４の各ＬＥＤ回路を指定された電流値で駆動させる。Ｓ１７においては、ビデオキャプチャー回路を使用してＣＣＤカメラ２５から画像を取り込んだ後に照明装置の駆動を停止する。ＣＣＤカメラ２５と同期して照明装置を必要最小限の時間だけ駆動することにより、ＬＥＤにより大きな電流を流して高輝度の照明が可能である。

Ｓ１８においては、取り込んだ画像が予め登録されている画像と所定値以上の精度で一致しているか否かによって撮影ＯＫか否かが判定され、判定結果が否定の場合にはＳ１９に移行するが、肯定の場合にはＳ２１に移行する。Ｓ１９においては、第ｎ番目のチェック位置からのずれ量が判明するか否かが判定され、判定結果が否定の場合にはエラーとして処理を終了するが、肯定の場合にはＳ２０に移行する。Ｓ２０においては、ずれ量に基づいてカメラユニットのＸＹＺ位置等を修正してＳ１７に戻る。

Ｓ２１においては、チェックすべき領域に傷等の欠陥が有るか否かが判定され、判定結果が否定の場合にはＳ２３に移行するが、肯定の場合にはＳ２２に移行する。判定の方法としては公知の任意の画像処理方法を採用可能であるが、例えば、まず差分等によって欠陥を検出すべき領域の境界を抽出し、領域外の画像を消去する（領域内と同色で塗る）。次に、スライス（２値化）、膨張、収縮処理等を使用して欠陥とみなすべきコントラストの異なる所定値以上の大きさの領域が存在するか否かを検出するようにしてもよい。

Ｓ２２においては、チェック場所等のエラー情報、撮影した欠陥画像を表示装置に表示し、記録すると共に必要に応じてエラー情報をＬＡＮ等を介して外部に出力する。Ｓ２３においては、変数ｎに１を加算する。Ｓ２４においては、ｎがチェック箇所数を越えたか否かが判定され、判定結果が否定の場合にはＳ１２に移行するが、肯定の場合には処理を終了する。

なお、チェック場所等の登録を行うトレーニング時には、例えば以下のような処理を行う。即ち、欠陥を有するワーク１０を所定の位置に置き、第１のチェック箇所が所望の大きさで撮影されるように撮影画像を見ながらカメラユニットの位置や角度、ズームレンズの角度をキーボードやマウスを使用して手動で調整する。次に、欠陥の画像領域が正常な領域と比較して最もコントラストに差が出るように、照明装置とワークとの距離、照射角度（ＬＥＤ照明基板の別）、色を手動（または自動）で調整する。次に登録操作を行うと、コントローラは設定された位置、角度、照明パラメータなど各種項目の設定値を記憶し、次のチェック箇所の登録処理に移行する。

本発明の自動撮影装置は以上のような構成および動作により、被検査対象である製品における状態の異なる複数のチェック箇所を最良の照明状態で撮影可能であり、更に欠陥の検出、表示まで行うことができるので、製品検査の精度が向上すると共に検査時間も短縮される。

以上実施例を説明したが、本発明には以下のような変形例も考えられる。実施例においては、手動でトレーニングを行う例を示したが、例えば被検査対象領域が手動で設定された後に、照明の照射角度、輝度、色の組み合わせを順次変化させながら、欠陥領域とその他の領域との輝度差を測定し、欠陥領域とその他の領域との輝度差が最も大きくなるような照明の照射角度、輝度、色のパラメータを自動的に決定することも可能である。

実施例では３次元ロボットアームについてはＸＹＺ方向に平行移動するアームを組み合わせた構造の例を開示したが、３次元の任意の位置、角度に移動可能なロボットアームであれば、多関節ロボットアームなど公知の任意の３次元ロボットアームを採用可能である。

実施例においては、ワークは所定の位置に所定の向きで静止することを前提として説明したが、ワークのベルトコンベア上の静止位置や向きについては、以下のように制御することも可能である。即ち、ＣＣＤカメラによってベルトコンベア上を常時撮影してコントローラが画像認識によってワークの搬入を監視する。

そして、ワークを検出した場合には中央で停止するようにベルトコンベアを制御し、かつ画像からワークの正確な静止位置や向きを認識し、静止位置および向きの情報からチェック領域の位置や撮影角度を算出して自動撮影を行うようにする。このようにすれば、製品を搬入する場合の位置や向きを揃える必要がなくなる。

本発明の自動撮影装置の実施例の構成を示す正面図、平面図および一部を抽出した平面図である。 本発明の自動撮影装置のカメラユニットの構成を示す正面図および側面図である。 本発明の自動撮影装置の照明ユニットの構成を示す断面図である。 本発明の自動撮影装置の撮影角度と照明ユニットの配置の関係を示す説明図である。 本発明の自動撮影装置の照明装置の構造を示す断面図である。 本発明の自動撮影装置の制御システムを示すブロック図である。 本発明の自動撮影装置の照明用電源装置の構成を示すブロック図である。 本発明の自動撮影装置の製品検査処理の内容を示すフローチャートである。

符号の説明

１０…ワーク
１２…照明ユニット
１３…照明ユニット移動台
１４…カメラユニット
１５…Ｚ軸移動台
１６…Ｚ軸回転台
１８…Ｙ軸移動装置
２０…Ｘ軸移動装置
２２…基台
２３…ベルトコンベア

Claims (4)

1. 画像撮影手段と、
   前記画像撮影手段を任意の位置に移動可能なロボットアーム手段と、
   前記画像撮影手段と撮影対象物との間に配置された照明手段と、
   前記画像撮影手段と前記照明手段との距離を変化させる照明移動手段と、
   撮影対象物の複数の撮影箇所と対応して位置、角度、照明パラメータを記憶し、前記記憶内容に基づいて複数の撮影箇所を順に撮影するように前記各手段を制御する制御手段と
   を備えたことを特徴とする自動撮影装置。
2. 前記照明手段は、ＬＥＤを使用したそれぞれ照射方向の異なる複数の照明装置を内蔵し、照射方向および色を選択可能であることを特徴とする請求項１に記載の自動撮影装置。
3. 更に画像撮影手段の光軸上に設けられ、光軸と直角な軸を中心に任意の角度に回動可能なミラー手段を備え、前記照明手段も前記軸を中心に任意の角度に回動可能に構成されていることを特徴とする請求項１に記載の自動撮影装置。
4. 前記制御手段は、撮影された画像が目的とする被検査領域の画像か否かを判定する判定手段と、撮影された画像から欠陥を検出する欠陥検出手段とを備えたことを特徴とする請求項１に記載の自動撮影装置。
   
   

Images