JP2007334423A - 自動撮影装置 - Google Patents

Abstract

【課題】製品検査等に好適な、一度で広い範囲を高精度に撮影可能な、汎用性のある自動撮影装置を提供すること。
【解決手段】自動撮影装置は、ラインセンサを使用した撮影手段１２、撮影手段を任意の位置に移動可能なロボットアーム１５〜２１、ラインセンサの光検出素子配列軸と平行に配置された直線状のＬＥＤ照明手段１１、ラインセンサの光検出素子配列軸と垂直方向にロボットアームを所定の距離だけ移動させる動作と撮影手段１２による撮影とを繰り返すことにより対象物の２次元画像データを取得する制御手段とを備える。高解像度のラインセンサを使用することによって、一度のスキャンで広い範囲を高精度に撮影可能であり、かつ広い範囲に渡って照明光を所定の角度からのみ当てて撮影をすることができる。
【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（発光ダイオード）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、デジタルカメラによって製品の画像を取り込んで、製品の表面の傷等を識別する場合に、照明光の照射角度によって傷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、所望の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。

本出願人が先に出願した下記の特許文献１には、色および照射角度を任意に変更できるＬＥＤ照明装置が開示されている。このＬＥＤ照明装置は、複数色のＬＥＤがそれぞれ多数、中央の開口部分の周囲に均一に配置され、ＬＥＤの前面に光拡散樹脂板を備えている。ＬＥＤ駆動装置は各色のＬＥＤを独立して駆動する。所望の色の光が広範囲の角度で均一に照射されるため、試料との距離に応じて任意の角度の照射が可能になる。
特開２００６−０７３７６７号公報

前記したような従来の撮影装置においては、被検査対象である製品の広い範囲に渡って照明光を所定の角度からのみ当てて一度で撮影をすることができず、撮影や傷のチェックに時間がかかってしまう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、一度で広い範囲を高精度に撮影可能であり、かつ汎用性のある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、ラインセンサを使用した対象物の画像撮影手段と、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固着され、前記ラインセンサの光検出素子配列軸と平行に配置された直線状のＬＥＤ照明手段と、前記ラインセンサの光検出素子配列軸と垂直方向に前記ロボットアーム手段を所定の距離だけ移動させる動作と前記画像撮影手段による撮影とを繰り返すことにより対象物の２次元画像データを取得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ＬＥＤ照明手段は、ＬＥＤ照明装置を２組備え、それぞれのＬＥＤ照明装置は前記ラインセンサの光軸および光検出素子配列軸を含む平面に対して対称の位置に配置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ＬＥＤ照明手段は、直線状のＬＥＤ照明手段の中央部分よりも端部の方が照度が高い点にも特徴がある。また、前記した自動撮影装置において、前記ロボットアーム手段は、前記画像撮影手段が垂直軸を中心として回動するための回動可能な軸を備えている点にも特徴がある。

本発明の自動撮影装置は上記したような特徴によって、以下のような効果がある。
（１）高解像度のラインセンサを使用することによって、一度のスキャンで広い範囲を高精度に撮影可能であり、検査時間の短縮を図ることができる。
（２）ラインセンサを使用することによって、被検査対象である製品の広い範囲に渡って照明光を所定の角度からのみ当てて撮影をすることができるので、検出精度が向上する。
（３）ロボットアームを採用することによって、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。

実施例においては、被検査対象物（以下ワークとも記す）として例えば鋳物の合わせ面の打痕や傷の検査を行う例について説明するが、本発明は任意の金属製品の切削表面の検査、樹脂成形品等の表面検査等に適用可能である。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１５〜２１、ＣＣＤラインセンサ１２、照明ユニット１１、ベルトコンベア２３、図示しないコントローラ、接続ケーブルなどからなる。なお、被検査対象の製品であるワーク１０はステッピングモータ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、ステッピングモータ２１によって駆動されるＹ軸（コンベア移動方向）移動装置２０、Ｙ軸移動装置２０上に設置され、ステッピングモータ１８によって駆動されるＸ軸（コンベア移動方向と直角方向）移動装置１７、Ｘ軸移動装置１７の端部に装着され、ステッピングモータ１６によって駆動されるたＺ軸（垂直方向）移動装置１５からなる。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。Ｚ軸移動装置１５の移動台にはＣＣＤラインセンサ１２および照明ユニット１１が固着されている。

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側面図である。カメラユニットはＺ軸移動台１４に固着されており、ＣＣＤラインセンサ１２およびレンズ装置１３を備えている。照明ユニット１１はやはりＺ軸移動台１４に固着されている。画像撮影手段であるＣＣＤラインセンサ１２としては、例えば市販されている４０９６画素のＣＣＤモノクロラインセンサを使用可能である。

レンズ装置１３は例えば手動調整により、所定の距離（例えば数十センチメートル程度先）のワーク表面にピントが合うように調整される。ＬＥＤ照明手段である照明ユニット１１は、詳細は後述するが、細長い直方体のケース（１１）内に多数のＬＥＤが直線状に配置されている照明装置である。ＣＣＤラインセンサ１２の光検出素子配列軸（実施例ではｘ軸方向）と照明ユニット１１内のＬＥＤの配列方向は平行になっている。

図３は、本発明の自動撮影装置の照明ユニット１１を下方から見た平面図である。また、図４は、本発明の自動撮影装置の照明ユニット１１の構成を示す断面図である。照明ユニット１１の細長い直方体のケース（１１）の下部３６は開放されており、上部には長手方向にスリット３５が設けられている。

ケース（１１）の内部の上面には２個の細長いＬＥＤ照明装置３０、３３がラインセンサ１２の光軸と光検出素子配列軸を含む平面に対して対称の位置に配置されている。照明ユニット１１の長手方向の長さはＣＣＤラインセンサ１２の撮影幅と同程度とする。ＬＥＤ３１は、ワークの表面の状態や色に対応して好適な色のＬＥＤを採用すればよいが、例えば金属の場合には反射率の高い青色の発光ダイオードであってもよい。

実験の結果、鋳物の切削された合わせ面の打痕や傷を検査する場合には、光軸と照明装置から放射される照明光のなす角度θは１０度から２０度程度が好適であることが判明した。従って、θが好適な角度となるように、レンズ装置１３の焦点距離、照明ユニット１１の形状、ＬＥＤ照明装置３０、３３の配置を決定する。

図５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３次元ロボットアームおよびベルトコンベアの各ステッピングモータ１６、１８、２１、２４を駆動する公知のモータ駆動装置４５、ＣＣＤラインセンサ１２、照明用電源装置４３および照明装置１１、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ラインセンサ１２から画像信号を入力するためのインターフェイス回路、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６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。照明ユニット１１のＬＥＤ３１は所定個数（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回路を形成している。そして２個のＬＥＤ照明装置３０、３３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。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／オフや輝度が制御される。

図７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ラインセンサ１１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、ワークと対応してカメラユニットを予め設定されたＸ方向の所定位置に移動する。Ｓ１２においては、ワークの高さに合わせてカメラユニットをＺ方向に所定位置まで移動する。Ｓ１３においては、カメラユニットをＹ方向のスキャン開始位置まで移動する。Ｓ１４においては、照明用電源装置４３を制御して一方の側のＬＥＤ照明装置（例えば３０）のＬＥＤ回路を指定された電流値で駆動させる。

Ｓ１５においては、ラインセンサ１２から１ライン分の画像データを取り込む。Ｓ１６においては、カメラユニットをＹ方向に所定ステップだけ移動する。このときの移動量は、センサ固有のＸ軸方向の解像度とＹ軸方向の解像度が同じになる量とする。Ｓ１７においては、ワークに合わせて予め設定されたスキャン終了位置に達したか否かが判定され、判定結果が否定の場合にはＳ１５に移行するが、肯定の場合にはＳ１８に移行する。

Ｓ１８においては、取り込んだ複数のラインデータから２次元の画像データを生成する。Ｓ１９においては、例えば画像処理によってワーク全体が所望の画質で撮影され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エラー処理に移行するが、肯定の場合にはＳ２０に移行する。Ｓ２０においては、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Ｓ２２に移行するが、肯定の場合にはＳ２１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（切削した合わせ面）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（輝度）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。

Ｓ２１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。Ｓ２２においては、１回目の撮影か否（２回目）かが判定され、判定結果が否定の場合には処理を終了するが、肯定の場合にはＳ２３に移行する。Ｓ２３においては、照明装置を他方に切り替えてＳ１４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、被検査対象であるワーク表面の広い範囲を一度に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。

図８は、本発明の自動撮影装置の第２実施例の構成を示す平面図である。第１実施例においては、ＣＣＤラインセンサ１２の光検出素子配列軸の方向は装置に対して固定されていたが、第２実施例はＣＣＤラインセンサ１２および照明ユニット１１を垂直軸６０を中心として回動可能にした例である。

垂直軸６０はＸ軸移動装置１７の端部に設置され、回動軸がＺ軸移動装置１５と固着されている。回動範囲は９０度あればよいが、１８０度あれば照明ユニット内のＬＥＤ照明装置（３０、３３）を一方のみにすることができる。角度を変えてワークをスキャンすることにより、傷等の検出精度がより向上すると共に、任意の角度でスキャン可能とすることによって汎用性が増す。

図９は、本発明の自動撮影装置の第３実施例の照明装置の構造を示す断面図である。第１実施例においては、照明装置は基板上にＬＥＤを均一に配置しているが、ＬＥＤを均一に配置し、均一に駆動すると、ワーク上の照度は中心部ほど明るく、周辺部では暗くなって照度が均一にならないという課題があった。

そこで、ＬＥＤ回路を８分割し、それぞれ別の可変定電流電源回路５１で駆動するようにする。そして、駆動電流を制御して中央部分の回路７１のＬＥＤの輝度を暗くし、端部の回路７０のＬＥＤの輝度を明るくすることによってワーク表面における照度を均一にする。なお、個々のＬＥＤの電流値を変える代わりに端部ほどＬＥＤの面積当たりの個数（密度）を多くすることによって全体の輝度を変えてもよい。

更に、ＬＥＤから放射される照明光を効率よく利用するために、端部のＬＥＤ７２の向きを中心方向に傾けて基板に装着するようにしてもよい。

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。
ベルトコンベアの移動方向はＹ軸方向であるので、移動精度が満足できればロボットアームをＹ軸方向に移動させる代わりにベルトコンベアを移動させ、ロボットアームのＹ軸の移動機構を省略してもよい。

実施例においては、照明ユニットは常時点灯させて撮影する例を開示したが、ＣＣＤラインセンサ１２の撮影と同期してＬＥＤ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をすることが可能である。

実施例においては、図４に示すように光軸と照明装置から放射される照明光のなす角度θは固定である例を開示したが、例えば照明ユニット１１内の照明装置３０の外側に照明装置３０と平行に同じ照明装置を増設し、切り替え制御することにより、照明角度（θ）を切り替えることができる。

また、実施例においては、照明ユニット１１とラインセンサ１２とのＺ方向の距離は固定である例を開示したが、照明ユニット１１とラインセンサ１２とのＺ方向の距離を可変制御できるようにしてもよい。こうすれば、ラインセンサ１２とワークとの距離は変えずに、照明ユニット１１のみをワークに近づけたり離したりすることによって照明角度（θ）を切り替えることができる。

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側面図である。 本発明の自動撮影装置の照明ユニット１１を下方から見た平面図である。 本発明の自動撮影装置の照明ユニット１１の構成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。 本発明の自動撮影装置の第２実施例の構成を示す平面図である。 本発明の自動撮影装置の第３実施例の照明装置の構造を示す断面図である。

符号の説明

１０…ワーク
１１…照明ユニット
１２…ラインセンサユニット
１５…Ｚ軸移動装置
１７…Ｘ軸移動装置
２０…Ｙ軸移動装置
２２…基台
２３…ベルトコンベア

Claims (4)

1. ラインセンサを使用した対象物の画像撮影手段と、
   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固着され、前記ラインセンサの光検出素子配列軸と平行に配置された直線状のＬＥＤ照明手段と、
   前記ラインセンサの光検出素子配列軸と垂直方向に前記ロボットアーム手段を所定の距離だけ移動させる動作と前記画像撮影手段による撮影とを繰り返すことにより対象物の２次元画像データを取得する制御手段と
   を備えたことを特徴とする自動撮影装置。
2. 前記ＬＥＤ照明手段は、ＬＥＤ照明装置を２組備え、それぞれのＬＥＤ照明装置は前記ラインセンサの光軸および光検出素子配列軸を含む平面に対して対称の位置に配置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。
3. 前記ＬＥＤ照明手段は、直線状のＬＥＤ照明手段の中央部分よりも端部の方が照度が高いことを特徴とする請求項１に記載の自動撮影装置。
4. 前記ロボットアーム手段は、前記画像撮影手段が垂直軸を中心として回動するための回動可能な軸を備え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。
   
   

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