JP2009097977A - 外観検査装置 - Google Patents

Abstract

【課題】傷の発見や傷の凹凸の判別を容易に行うことができる外観検査装置を提供する。
【解決手段】複数の光源を有し、複数の光源を一つずつ順番に点灯させて、その度ごとに被検査物の画像を撮影する。また、被検査物表面の傷部分の周囲において、被検査物への光源からの光の入射方向と反対方向に傷部分の影が生じているか否かを検知、判定することにより、傷部分が表面から出っ張った傷なのか、引っ込んだ傷なのかを判断することができる。更に、撮影された複数の画像について排他的論理和の演算処理を行うことにより、傷部分を強調して表示させることが可能となる。
【選択図】図１

Description

本発明は、製品や部材の外観を検査する装置に関し、特に、製品や部材表面の傷の検査をする装置に関するものである。

製品や部材の表面についた傷は、外観を損ない、あるいは、性能を劣化させる原因ともなるため、製造工程においていかに発見するかが課題となっている。従来から行われている傷の検査方法としては、例えば、直接目視による検査、顕微鏡による検査、カメラで撮影した画像による検査等があった。

成形体表面の欠陥を検査する方法及び装置として、「欠陥検査方法およびその方法を用いた欠陥検査装置」（特許文献１）が提案されている。特許文献１に開示されている欠陥検査装置は、ＲＧＢのうちの１色の色彩光を照射可能な同軸落射照明用の照明部と、ＲＧＢのうち前記色彩光とは異なる１色、または２色の色彩光を照射可能な斜め入射照明用の照明部とを同時に駆動して、その照明下でカメラにより撮像することを特徴としている。
これにより、成形体表面の凹凸欠陥及び色彩欠陥を１度の撮像によって検出できるとしている。
特開２００６−３１３１４６号公報

しかしながら、従来の検査方法、装置においては、拡大しないと見えない微小な傷の場合、その傷が盛り上がった傷（凸の傷）か、へこんだ傷（凹の傷）かの判別は困難であった。そのため、製品や部材によっては、凹の傷は許されるが、凸の傷は許されないものもあり、その場合において、良品、不良品の判定が困難であるという問題があった。
また、微小な傷においては、拡大しても傷の周辺部分と明度の差がほとんどないため、従来の検査装置では、発見が困難なものも多くあった。

更に、顕微鏡を用いて作業者が検査をする場合においては、傷を発見するために、光を当てる方向をいろいろ変化させ、あるいは、被検査物を回転させて検査を行っているため、長時間の検査時間を必要とするとともに、操作途中で誤って被検査物である製品に傷を付けたり、破損させる事故も発生していた。
本発明は、このような実情に鑑みてなされたものであり、傷の発見や傷の凹凸の判別を容易に行うことができる外観検査装置を提供しようとするものである。

本発明の課題は、下記の各発明によって解決することができる。
即ち、本発明の外観検査装置は、カメラと、光源と、前記カメラが撮影した画像の画像処理を行う画像処理部と、前記光源を制御する光源制御部と、前記画像処理部によって画像処理された画像を表示する画像表示部と、で構成された外観検査装置であって、少なくとも４個の前記光源が、それぞれ異なる位置に設置され、前記光源制御部は、複数の前記光源のうち１個のみを点灯させ、かつ、点灯させる１個の前記光源を次々と別の１個の前記光源に切り替え、前記カメラは、複数の前記光源のうち異なる前記光源で撮影対象である被検査物が照らされるごとに被検査物の画像の撮影を行い、前記画像表示部は、前記カメラによって撮影された画像を表示することを主要な特徴としている。

これにより、被検査物に対して様々な方向から光を照射した画像が得られるので、傷の発見が容易となる。また、光源を移動させたり、被検査物を回転させたりする必要がないので、短時間で検査が終了すると共に、被検査物に傷を付けたり、破損させることもない。

また、本発明の外観検査装置は、複数の前記光源の設置位置に関する情報が記録された記録手段を有し、前記画像処理部は、前記カメラが撮影した複数の画像の比較を行うことによって、明度の異なる部分を傷部分として判別し、前記画像処理部は、前記記録手段に記録されている情報から前記複数の画像ごとに前記光源からの光が被検査物に入射してきた方向を計算し、前記複数の画像の比較を行うことによって前記傷部分の周囲において光が入射してきた方向と反対方向に明度の暗い部分を検出した場合は前記傷部分の凹凸は、凸であると判別し、明度の暗い部分を検出しなかった場合は凹であると判別することを主要な特徴としている。
これにより、傷部分の凹凸が、凸であるか凹であるかの判別を容易に行うことができる。

更に、前記画像処理部は、前記カメラが撮影した複数の画像データに対してそれぞれ２値化処理を行うとともに、前記２値化処理が行われた異なる画像データのうち少なくとも２個のデータ同士で排他的論理和の演算処理を行い、前記画像表示部は、前記排他的論理和の演算処理の結果の画像を表示することを主要な特徴としている。
これにより、画像表示部には、傷部分が強調されて表示されるので、傷の発見を極めて容易に行うことができる。

以上説明したように、本発明の外観検査装置によれば、様々な方向から被検査物に光を当てて画像を撮影するので、傷の発見が容易となる。また、光源も、被検査物も移動させないので、画像の撮影が短時間で完了するとともに、傷の検査自体も短時間で行うことができ、かつ、被検査物に傷を付けたり、破損させたりという事故を防ぐことができる。

更に、本発明の外観監査装置は、傷部分の凹凸の判別を自動で精度良く行うので、凹凸の判別が容易となり、傷の凹凸により製品の良否が異なるものについては、製品の良品、不良品の判断を容易に行うことができる。
更にまた、画像処理により、傷部分が強調して表示されるので、傷の発見を極めて容易に行うことが可能となる。

以下、添付図面を参照しながら、本発明の外観検査装置を実施するための最良の形態を詳細に説明する。

＜構成＞
本発明の一実施形態に係る外観検査装置の構成について図を用いて説明する。図１は、本発明の一実施形態に係る外観検査装置の構成図である。
図１に示すように、本発明の外観検査装置は、光源１と、カメラ２と、光源制御部３と、画像処理部４と、画像表示部５と、被検査物６と、から構成されている。被検査物６は、本発明の外観検査装置で検査される対象物のことであり、所定の位置に設置されることにより、本発明の外観検査装置によって検査される。

光源１は、複数設置され、それぞれ異なった方向から所定の位置に設置された被検査物６に光を照射する。また、光源１は、被検査物６に対して予め決められた角度で光を照射するために、それぞれが予め定められた位置と角度で設置されている。光源としては、ＬＥＤを採用することもできるし、ハロゲンランプやキセノン球、その他の電球を採用することもできる。

カメラ２は、光源１から照射された光のうち被検査物６の表面で反射した光を受光し、被検査物６の表面を撮影するする。カメラ２も、被検査物６に対して予め決められた角度から撮影するために、予め決められた位置と角度で設置されている。また、カメラ２は、光の受光部にレンズを有し、被検査物６を拡大して撮影することもできる。
光源制御部３は、光源１と接続され光源１の点灯及び光量の制御を行う。

画像処理部４は、反射率データベース１１と、演算部１２と、制御部１３とから構成されており、カメラ２と接続されている。反射率データベース１１は、被検査物６表面の光の反射率に関するデータが記録されている。特に、被検査物６の表面への光の入射角度と、カメラの位置と、被検査物６の表面からカメラ方向への光の反射率に関する情報が記録されている。

演算部１２は、カメラ２から受信した画像情報の演算処理を行う。具体的には、画像情報の２値化処理、多値化処理、異なる１個の光源を使用して撮影した複数の画像情報の排他的論理和の演算処理等である。異なる１個の光源を使用して撮影した複数の画像情報の排他的論理和の演算処理を行って、その画像を表示することにより、被検査物６の表面に傷が存在する場合には、その傷を強調して表示させることが可能となる。

被検査物６の表面に傷が存在する場合、傷は表面の凹凸なので、カメラ２で撮影した画像において、光を照射する方向により傷部分の明度が変化することになる。しかしながら、傷のない部分は凹凸がないので光を照射する方向を変化させても明度が変化しない。そのため、光を照射する方向を変えて撮影した画像の排他的論理和の演算処理を行うことにより、明度の変化した傷部分が強調されて表示されることになる。

ここで、傷を効果的に発見するためには、光源１は、少なくとも４個備え、なるべく異なる方向から被検査物６表面を照射できるように設置されることが望ましい。傷は、どの方向に発生するか分からないので、光源１の個数が少ない場合は、傷の発生方向によっては、傷のない部分との区別が十分つくほどの明度変化を得られない場合があるからである。
これにより、被検査物６表面の打痕等の傷を容易に識別することができる。

また、演算部は、被検査物６の傷部分の凹凸が凹か凸かの識別をすることができる。例えば、凸の場合は光の入射方向と反対の方向に凸部分の影ができることによって判別することができる。即ち、凹凸部分の周囲において、光の入射方向と反対方向に画面情報において暗い部分が存在するときは、凹凸部分は凸であり、そうでないときは凹と判別することができる。凹凸の判別結果は、制御部１３によって画像表示部５に表示される。

凸の部分が存在する場合は、光の入射方向を変えて撮影した複数の画像のすべてにおいて、光の入射方向と反対側に影ができるので、演算部は、複数の画像情報を調べることにより、精度良く凹凸を判別することができる。

また、演算部１２は、カメラ２から受信した画像情報と、反射率データベース１１に記録されている情報とから、被検査物６の表面に存在する傷等の凹凸の高さ、深さを演算することもできる。この演算は、反射率データベース１１に記録されている、被検査物６の表面への光の入射角度と光の反射率とに関する情報から光の入射角度ごとのカメラ２での受光時の光量を計算し、カメラ２から受信した画像情報のなかの凹凸部分の光量と一致するデータを選択し、そのときの光の入射角度から、被検査物６表面の凹凸の傾きを計算し、その傾きと、凹凸の大きさとから、凹凸の高さ、深さを計算することができる。また、計算された凹凸の大きさ、凹凸の高さ、深さが予め定められた範囲を超えた場合に、その部分を傷と判別することもできる。

反射率データベース１１に、被検査物６の表面への光の入射角度とそのときのカメラ２で受光する光量の情報とを予め記録させておくこともでき、その際は、直接そのデータを使用することもできる。

制御部１３は、演算部１２と、反射率データベース１１の制御を行い、光源制御部３と、カメラ２と、画像表示部５とのデータの送受信の制御を行う。
画像表示部５は、制御部１３から送信された画像データの表示を行う。画像表示部としては、ＣＲＴ、液晶ディスプレイ、プラズマディスプレイ、有機ＥＬディスプレイ、無機ＥＬディスプレイ等を使用することができる。

＜動作＞
次に、本発明の一実施形態に係る外観検査装置の動作について、図１を参照して説明する。
制御部１３は、光源制御部３に対して複数有る光源１のうちの特定の１個を点灯するように指令を出す。光源制御部３は、前記指令に基づいて、指示された特定の光源１に電流を流し点灯させる。
光源１が点灯することにより、被検査物６に対して、点灯した光源が設置されている場所、角度によって定められた角度、方向から光が照射される。照射された光のうち、被検査物６表面でカメラ２の方向に反射された光は、カメラに受光される。カメラ２は、制御部１３の指示により、前記カメラ２の方向に反射された光を受光することによって、被検査物表面を撮影する。カメラ２は、撮影した画像の情報を画像処理部４に送信する。

このように、制御部１３は、光源制御部３に対して次々と異なる１個の光源を点灯するように指令を出し、かつ、カメラ２に対して異なる１個の光源で照らされるごとに被検査物６の撮影を行うように指令を出す。光源制御部３は、制御部１３からの指令に基づいて、次々と異なる１個の光源を点灯させる。カメラ２は、制御部１３からの指令に基づいて、異なる１個の光源で照らされるごとに被検査物６の撮影を行い、撮影した画像を画像処理部４に送信する。

制御部１３は、カメラ２から受信した画像を画像表示部５に表示させる。これにより、様々な角度から光を当てた画像を見ることができるので、被検査物６表面の傷の発見が容易となる。

また、制御部１３は、演算部１２にカメラ２から受信した複数の画像情報の排他的論理和を計算させ、その計算結果の画像を画像表示部５に表示させることができる。画像情報の排他的論理和は、例えば、画像情報をそれぞれ２値化し、その２値化した情報の排他的論理和を計算することにより行うことができる。これにより、複数の画像中で明度の異なる部分、即ち、傷等のため光の反射率が周りと異なる部分が強調されて表示されるので、傷の発見を極めて容易に行うことができる。

更に、制御部１３は、演算部１２に被検査物６表面の凹凸の高さ、深さの計算をさせ、その結果を画面表示部に表示させることができる。凹凸の高さ、深さの計算は以下のようにして行うことができる。

演算部１２は、反射率データベース１１に記録されている、光の入射角度と光の反射率に関する情報から光の入射角度ごとのカメラ２での受光光量を計算し、または、反射率データベース１１に光の入射角度とカメラ２での受光光量の情報が記録されている場合はその情報を利用し、カメラ２から受信した画像情報のなかの凹凸部分の光量と一致するデータを選択し、そのときの光の入射角度から凹凸部分の傾きを計算する。

演算部１２は、凹凸部分を真上から見た場合の縦、横の大きさを、カメラ２の倍率、画面上での凹凸部分の大きさから計算することができる。また、カメラ２が被検査物６に対して傾いて設置されている場合は、カメラ２の傾き角度を加味することにより、カメラ２の倍率、画面上での凹凸部分の大きさから、実際の凹凸部分の縦、横の大きさを計算することができる。これら、凹凸部分の傾きの角度、縦横の大きさから、演算部は、三角関数を使用することにより凹凸部分の高さ、深さを計算することができる。

また、演算部１２は、凹凸部分が凹か凸かは、例えば、凸の場合は光の入射方向と反対の方向に凸部分の影ができることによって判別することができる。即ち、凹凸部分の周囲において、光の入射方向と反対方向に画面情報において暗い部分が存在するときは、凹凸部分は凸であり、そうでないときは凹と判別することができる。凹凸の判別結果は、制御部１３によって画像表示部５に表示される。

凸の部分が存在する場合は、光の入射方向を変えて撮影した複数の画像のすべてにおいて、光の入射方向と反対側に影ができるので、演算部は、複数の画像情報を調べることにより、精度良く凹凸を判別することができる。

制御部１３は、演算部１２が判別及び演算した、凹凸の情報、凹凸部分の高さ、傾き角度、縦横の大きさ、に関する情報を画像表示部５に表示させることができる。
これにより、傷等の凹凸部分が、凹なのか、凸なのかを容易に知ることができるとともに、凹凸部分の出っ張り高さ（もしくはくぼみの深さ）、凹凸部分の縦横サイズを容易に知ることができるので、製品に対する傷の影響を客観的に知ることが可能となり、製品の良品、不良品の判定を容易に行うことができる。

また、単に傷部分の凹凸のみならず、製品の凹凸形状も同様に、凹凸部分の出っ張り高さ（もしくはくぼみの深さ）、凹凸部分の縦横サイズも容易に、非接触で測定することが可能となる。

更に、制御部１３は、画像表示部５にカメラ２が撮影した複数の画像を同時に表示させることができる。これにより、同時に撮影された複数の画像の比較が容易にできるので、傷の発見が容易になる。また、傷部分において、光の入射方向の反対側に影ができているか否かの発見も容易となり、傷が凹か、凸かの判別が容易となる。

以上、本発明の外観検査装置について、具体的な実施の形態を示して説明したが、本発明はこれらに限定されるものではない。当業者であれば、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、上記各実施形態における外観検査装置の構成及び機能に様々な変更・改良を加えることが可能である。

例えば、本発明の画像処理部４と、光源制御部３とが行う処理は、コンピュータ上の記録装置に記録されたプログラムによって、実施することができ、本発明の課題を解決して、同様の作用効果を奏することができる。

本発明の外観検査装置は、画像処理部４と、光源制御部３とを構成する、ＣＰＵ、メモリ、補助記録装置等を含むハードウェア資源上に構築されたアプリケーション、データベース、入出力インターフェース等によって実現されるものであり、画像撮影及び画像処理という情報処理が上記のハードウェア資源を用いて具体的に実現されるものであるから、自然法則を利用した技術的思想に該当するものであり、被検査物の画像を撮影する分野、特に製品の傷を撮影する製品検査分野においてはどの分野でも利用することができるものである。

本発明の一実施形態に係る外観検査装置の構成図である。

符号の説明

１ 光源
２ カメラ
３ 光源制御部
４ 画像処理部
５ 画像表示部
６ 被検査物
１１ 反射率データベース
１２ 演算部
１３ 制御部

Claims (6)

1. カメラと、光源と、前記カメラが撮影した画像の画像処理を行う画像処理部と、前記光源を制御する光源制御部と、前記画像処理部によって画像処理された画像を表示する画像表示部と、で構成された外観検査装置であって、
   少なくとも４個の前記光源が、それぞれ異なる位置に設置され、
   前記光源制御部は、複数の前記光源のうち１個のみを点灯させ、かつ、点灯させる１個の前記光源を次々と別の１個の前記光源に切り替え、
   前記カメラは、複数の前記光源のうち異なる前記光源で撮影対象である被検査物が照らされるごとに被検査物の画像の撮影を行い、
   前記画像表示部は、前記カメラによって撮影された画像を表示すること、
   を特徴とする外観検査装置。
   
2. 複数の前記光源の設置位置に関する情報が記録された記録手段を有し、
   前記画像処理部は、前記カメラが撮影した複数の画像の比較を行うことによって、明度の異なる部分を傷部分として判別し、
   前記画像処理部は、前記記録手段に記録されている情報から前記複数の画像ごとに前記光源からの光が被検査物に入射してきた方向を計算し、前記複数の画像の比較を行うことによって前記傷部分の周囲において光が入射してきた方向と反対方向に明度の暗い部分を検出した場合は前記傷部分の凹凸は、凸であると判別し、明度の暗い部分を検出しなかった場合は凹であると判別すること、
   を特徴とする請求項１に記載の外観検査装置。
   
3. 前記画像処理部は、前記カメラが撮影した複数の画像データに対してそれぞれ２値化処理を行うとともに、前記２値化処理が行われた異なる画像データのうち少なくとも２個のデータ同士で排他的論理和の演算処理を行い、
   前記画像表示部は、前記排他的論理和の演算処理の結果の画像を表示すること、
   ことを特徴とする請求項１または２の何れか一つに記載の外観検査装置。
   
4. カメラと、それぞれ異なる位置に設置された少なくとも４個の光源と、前記カメラが撮影した画像の画像処理を行う画像処理部と、前記光源を制御する光源制御部と、前記画像処理部によって画像処理された画像を表示する画像表示部と、を備えた外観検査装置における外観検査方法であって、
   前記光源制御部により、複数の前記光源のうち１個のみを点灯させ、かつ、点灯させる１個の前記光源を次々と別の１個の前記光源に切り替えるステップと、
   前記カメラにより、複数の前記光源のうち異なる前記光源で撮影対象である被検査物が照らされるごとに被検査物の画像の撮影を行うステップと、
   前記画像表示部により、前記カメラによって撮影された画像を表示するステップと、
   を含むことを特徴とする外観検査方法。
   
5. 複数の前記光源の設置位置に関する情報が記録された記録手段を有した前記外観検査装置における外観検査方法であって、
   前記画像処理部により、前記カメラが撮影した複数の画像の比較を行うことによって、明度の異なる部分を傷部分として判別するステップと、
   前記画像処理部により、前記記録手段に記録されている情報から前記複数の画像ごとに前記光源からの光が被検査物に入射してきた方向を計算し、前記複数の画像の比較を行うことによって前記傷部分の周囲において光が入射してきた方向と反対方向に明度の暗い部分を検出した場合は前記傷部分の凹凸は、凸であると判別し、明度の暗い部分を検出しなかった場合は凹であると判別するステップと、
   を含むことを特徴とする請求項４に記載の外観検査方法。
   
6. 前記画像処理部により、前記カメラが撮影した複数の画像データに対してそれぞれ２値化処理を行うとともに、前記２値化処理が行われた異なる画像データのうち少なくとも２個のデータ同士で排他的論理和の演算処理を行うステップと、
   前記画像表示部により、前記排他的論理和の演算処理の結果の画像を表示するステップと、
   を含むことを特徴とする請求項４または５の何れか一つに記載の外観検査装置。

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