JP2009162573A

JP2009162573A - 形状認識装置

Info

Publication number: JP2009162573A
Application number: JP2007340844A
Authority: JP
Inventors: Masahiko Yoshimura; 礼彦吉村
Original assignee: Ricoh Elemex Corp
Current assignee: Ricoh Elemex Corp
Priority date: 2007-12-28
Filing date: 2007-12-28
Publication date: 2009-07-23

Abstract

【課題】被検査物の全周にわたり斜めから最適な角度で照明をあてることを可能とし、部品の外観検査における後処理を的確に行える形状認識装置を提供すること。
【解決手段】所定の角度をもって被検査物２０の回りを順に照明する照明部１９と、照明部１９により照明された被検査物２０を順に撮像するカメラ１１と、カメラ１１で撮像された画像データの画像処理を行う画像処理手段と、を備え、被検査物の外観の良否を判定する。
【選択図】図１

Description

本発明は、部品などの製造における小部品の外観の良否を判定するために用いられる形状認識装置に関するものである。

従来、部品などの製造において物品の外観の良否を判定する外観検査の技術が知られている。たとえば、表面に微細な起伏を有する物体（液晶テレビ、液晶モニタなどの液晶表示装置におけるカラーフィルタ）の起伏状態を検査する手法が知られている（たとえば、特許文献１参照）。

特開２００７−２４８７３号公報

しかしながら、不良部位の表面はキズ、異物のような凹凸の形状を示し、良品でも多少の梨地である場合、表面の形状全周において、的確な不良形状の抽出を行うことが困難であった。すなわち、ある表面のキズに対しては、影をくっきりと発生させる照明であっても、その反対側は影を発生させることができなかった。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、被検査物の全周にわたり斜めから最適な角度で照明をあてることを可能とし、部品の外観検査における後処理を的確に行える形状認識装置を提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、請求項１にかかる発明は、所定の角度をもって被検査物の回りを順に照明する照明手段と、前記照明手段により照明された被検査物を順に撮像する撮像手段と、前記撮像手段で撮像された画像データの画像処理を行う画像処理手段と、を備えることを特徴とする。

この請求項１にかかる発明によれば、照明手段により所定の角度をもって被検査物の回りを順に照明し、この照明された被検査物を順に撮像手段で撮像し、撮像された画像データの画像処理を行うことにより、被検査物の全周にわたり斜めから最適な角度で照明をあてることが可能となり、被検査物の不良形状の抽出が行なえる。

また、請求項２にかかる発明は、被検査物を所定の角度をもって回動させる被検査物回動手段と、前記被検査物回動手段により回動される被検査物を照明する照明手段と、前記照明手段により照明された被検査物を順に撮像する撮像手段と、前記撮像手段で撮像された画像データに画像処理を行う画像処理手段と、を備えることを特徴とする。

この請求項２にかかる発明によれば、被検査物回動手段により被検査物を所定の角度をもって回動させて照明し、この照明された被検査物を順に撮像手段で撮像し、撮像された画像データの画像処理を行うことにより、被検査物の全周にわたり斜めから最適な角度で照明をあてることが可能となり、被検査物の不良形状の抽出が行なえる。

また、請求項３にかかる発明は、請求項１または２にかかる発明において、前記照明手段は、ドーム形状をなした内側に複数の発光素子を所定の位置関係をもって配置し、選択的に前記発光素子を点灯することを特徴とする。

この請求項３にかかる発明によれば、ドーム形状をなした内側に複数の発光素子を所定の位置関係をもって配置し、この発光素子をたとえば被検査物に対して斜め照射となるように照明し、この照明された被検査物を順に撮像手段で撮像し、撮像された画像データの画像処理を行うことにより、被検査物の全周にわたり斜めから最適な角度で照明をあてることが可能となり、被検査物の不良形状の抽出が行なえる。また、簡単な機構での斜め照明が可能となる。

また、請求項４にかかる発明は、請求項１，２または３にかかる発明において、多方向から順に撮像して得られた被検査物の影の複数の画像データの動きの差を認識し、この影の形状変化から被検査物の外観の良否を判定する判定手段を備えることを特徴とする。

この請求項４にかかる発明によれば、被検査物の傷の影が照明の角度を順次変えていくことで形状が変化することを利用して、その形状を推定判断することが可能になる。特にクレータと突起の影の動きの差を認識することが可能になる。

本発明（請求項１）にかかる形状認識装置は、照明手段により所定の角度をもって被検査物の回りを順に照明し、この照明された被検査物を順に撮像手段で撮像し、撮像された画像データの画像処理を行うことにより、被検査物の全周にわたり斜めから最適な角度で照明をあてることが可能となり、被検査物の不良形状の抽出が行なえるため、部品の外観検査における後処理を的確に行える形状認識装置を提供することができるという効果を奏する。

また、本発明（請求項２）にかかる形状認識装置は、被検査物回動手段により被検査物を所定の角度をもって回動させて照明し、この照明された被検査物を順に撮像手段で撮像し、撮像された画像データの画像処理を行うことにより、被検査物の全周にわたり斜めから最適な角度で照明をあてることが可能となり、被検査物の不良形状の抽出が行なえるため、部品の外観検査における後処理を的確に行える形状認識装置を提供することができるという効果を奏する。

また、本発明（請求項３）にかかる形状認識装置は、ドーム形状をなした内側に複数の発光素子を所定の位置関係をもって配置し、この発光素子をたとえば被検査物に対して斜め照射となるように照明し、この照明された被検査物を順に撮像手段で撮像し、撮像された画像データの画像処理を行うことにより、被検査物の全周にわたり斜めから最適な角度で照明をあてることが可能となり、かつ、簡単な機構での斜め照明によって。被検査物の不良形状の抽出が行なうことができるという効果を奏する。

また、本発明（請求項４）にかかる形状認識装置は、被検査物の傷の影が照明の角度を順次変えていくことで形状が変化することを利用して、その形状を推定判断することが可能になる。特にクレータと突起の影の動きの差を認識することができるという効果を奏する。

以下に添付図面を参照して、この発明にかかる形状認識装置の最良な実施の形態を詳細に説明する。

（実施の形態）
図１は、本発明の実施の形態にかかる形状認識装置の要部構成（その１）を示す説明図である。この図１において、符号１１は撮像手段としてのカメラ、符号１２はカメラ１１を中心軸として照明部１９を回転するためのモータ、符号１４はギヤ１６に設けられたベアリング、符号１５はモータ１２の出力軸に設けられ、ギヤ１６に噛み合う小ギヤ、符号１６はモータ１２の駆動を受けて照明部１９を回転するギヤ、符号１７は照明部１９を傾斜させるモータ、符号１８は照明部１９に設けられ、照明部１９をモータ１７の回転により傾斜させる揺動レバー、符号１９は被検査物２０を照明する照明手段としての照明部、符号２０は検査(認識)対象となる被検査物である。

図１に示すように、カメラ１１を支持する構造体の下部に、モータ１７により照明部１９を所定の角度に傾斜する機構と、カメラ１１を中心として照明部１１を回転する機構が設けられている。すなわち、被検査物２０に対し、その周囲を傾斜した照明部１９が照射し、この照射によって得られる画像をカメラ１１で順次撮影する構成となっている。

上記形状認識装置のシステム構成を図５に示す。この図５において、符号３０は図１に示すギヤ１６の下部に支持されたモータ１７、揺動レバー１８を含む照明移動部であり、モータ１７の出力ギヤに揺動レバー１８のラックギヤ部が噛合し、モータ１７の回転により照明部１９が傾斜移動する。また、符号５０は、カメラ５０および画像処理後の画像データをモニタ表示するための表示部、符号６０は撮像した画像処理後の画像データを記憶したり、被検査物の標準画像データなどを記憶する記憶装置、符号１００は制御部であり、本装置を統括的に制御し、少なくとも撮像した画像データを画像処理（２値化処理など）する画像処理部１１０、画像処理後の画像データの良否を判定する画像判定部１２０を備えている。

また、制御部１００は、たとえば、ＣＰＵ，ＲＡＭ，ＲＯＭなどを含むマイクロコンピュータシステムで構成されている。あるいは、制御部１００の機能をパーソーナルコンピュータ（ＰＣ）で行なうようにし、形状認識の処理やその途中の操作などＰＣのディスプレイを介してビジュアル的に行なう構成としてもよい。

図１において、被検査物２０を撮像するカメラ１１の周りにベアリング１４を介して回転支持されたギヤ１６を、モータ１２の動力により小ギヤ１５で所定角度だけ回転する。また、ギヤ１６にモータ１７が支持されており、揺動レバー１８と一体構成された照明部１９を回動させて照明角度を変化させる。

これにより、被検査物の表面をカメラ１１によって得られた画像データに画像処理を施すことで被検査物の外観の良否を判定する形状認識装置において、被検査物表面を照らす照明部１９を被検査物表面に対して角度をもたせ、被検査物の周りを回して撮像する。したがって、照明部１９を被検査物２０の周囲を回転させることにより、不良形状の検出が可能になる。

図２は、本発明の実施の形態にかかる形状認識装置の要部構成（その２）を示す説明図である。本構成は図１の構成に対して照明部分を、ドーム（お椀形状）形状とし、その内側に所定の配列をもって設置したＬＥＤ（ｌｉｇｈｔｅｍｉｔｔｉｎｇｄｉｏｄｅ）２２によるドーム照明２１となっている。この規則的に配列されたＬＥＤ２２のＯＮ／ＯＦＦを所定列ごと（図における縦方向）に行うことで、図１のメカ構成よりも簡単な構成で、被検査物２０に対して斜め角度での照明が可能になる。

図２に示すように、ＬＥＤ２２は複数設けられたドーム照明２１の下に被検査物２０を配置することで、被検査物２０上の突起（形状不良部とする）にあてる照明の向きを変えることができる。すなわち、ここでは、ＬＥＤ２２の点灯位置を被検査物２０の円周方向の列ごとに変えて、カメラ１１で撮像することにより、被検査物２０の突起の撮影が行える。これにより、図１のメカ構成に対して、簡単な構成で傾斜させた照明を被検査物２０にあてることができる。

図３は、本発明の実施の形態にかかる形状認識装置の要部構成（その３）を示す説明図である。本構成は、図３に示すように、被検査物２０を支持する部材２３の下部に部材２３に、回転する機構とセクタギヤを有する検査物回転・揺動部材２４とセクタギヤに噛合するギヤ２５を設けた構成とする。なお、ギヤ２５の駆動モータは不図示である。このような被検査物２０の傾斜移動機構が図５における被検査物移動部４０に該当する。

このように図３の構成では、カメラ１１、ドーム照明２１は固定とし、被検査物２０を固定支持する検査物支持部材２３が検査物回転・揺動部材２４およびギヤ２５によって回転し揺動することにより、被検査物２０への照明が角度をもったものとなる。このように、被検査物２０の姿勢を変化することにより、微妙な光のあて方を加減することができる。

上述した図１〜３のいずれかあるいはその組み合わせによる照明および撮像の構成によって、図４に示すような被検査物２０の影を得ることができる。すなわち、図４において、被検査物２０上の突起（不良形状）に照明部１９、あるいはドーム照明２１による照明を順次照明位置を変えて行い、これをカメラ１１で順次撮像することで、影２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄの画像を得ることができる。

これにより、被検査物２０上の突起（不良形状）の影が、照明角度を順次変えていくことによって形状が変化するので、その形状を推定し判断することが可能となる。特に、被検査物２０のクレータと突起の影の動きの差を認識することで、被検査物２０の不良形状の層別が可能になる。

以上のように、本発明にかかる形状認識装置は、部品などの製造時における外観検査などに有用であり、特に、小部品の凹凸不良などの外観検査に適している。

本発明の実施の形態にかかる形状認識装置の要部構成（その１）を示す説明図である。本発明の実施の形態にかかる形状認識装置の要部構成（その２）を示す説明図である。本発明の実施の形態にかかる形状認識装置の要部構成（その３）を示す説明図である。本発明の実施の形態にかかる形状認識装置による被検査物の撮像して得れる影画像の例を示す説明図である。本発明の実施の形態にかかる形状認識装置のシステム構成を示すブロック図である。

符号の説明

１１カメラ
１２，１７モータ
１６，２５ギヤ
１８揺動レバー
１９照明部
２０被検査物
２０ａ〜２０ｄ影
２１ドーム照明
２２ＬＥＤ
２３検査物支持部材
２４検査物回転・揺動部材

Claims

所定の角度をもって被検査物の回りを順に照明する照明手段と、
前記照明手段により照明された被検査物を順に撮像する撮像手段と、
前記撮像手段で撮像された画像データの画像処理を行う画像処理手段と、
を備えることを特徴とする形状認識装置。
被検査物を所定の角度をもって回動させる被検査物回動手段と、
前記被検査物回動手段により回動される被検査物を照明する照明手段と、
前記照明手段により照明された被検査物を順に撮像する撮像手段と、
前記撮像手段で撮像された画像データに画像処理を行う画像処理手段と、
を備えることを特徴とする形状認識装置。
前記照明手段は、ドーム形状をなした内側に複数の発光素子を所定の位置関係をもって配置し、選択的に前記発光素子を点灯することを特徴とする請求項１または２に記載の形状認識装置。
多方向から順に撮像して得られた被検査物の影の複数の画像データの動きの差を認識し、この影の形状変化から被検査物の外観の良否を判定する判定手段を備えることを特徴とする請求項１，２または３に記載の形状認識装置。