JP2009236648A - 外観検査装置 - Google Patents

Abstract

【課題】簡易な構成で、高い検査精度を維持したまま検査時間の短縮化を可能とする環状部材の外観検査装置を提供すること。
【解決手段】環状の被検査体１００の内周面１００ａを照明する照明手段２０と、該照明手段２０によって照らされた前記被検査体１００の内周面１００ａの全面を映し出す反射面１０１を有する反射体１０と、該反射体１０に映し出された前記被検査体１００の内周面１００ａの全部を一時に撮像する撮像手段３０と、該撮像手段３０により撮像された画像に基づいて前記被検査体１００の内周面１００ａにおける欠陥の有無を判別する判別手段４０とを備え、前記照明手段２０および撮像手段３０は、前記被検査体１００の一方の端面側に設けられ、前記反射体１０は、前記被検査体１００の他方の端面よりも外側に配設されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、外観検査装置に関し、さらに詳しくは、環状部材の内周面における欠陥（外観不良）の有無を検査する外観検査装置に関するものである。

環状部材の内周面に発生する欠陥の有無を検査する外観検査装置（検査方法）としては、例えば特許文献１の従来技術として図４に記載されるように、被検査体である環状部材に対しカメラ（撮像手段）を斜め方向に配置し、環状部材もしくはカメラを回転させて環状部材の内周面を撮像する構成が知られている。このような構成は、環状部材もしくはカメラを回転させるための回転機構が必要となり、外観検査装置の構成が複雑なものとなる。

また、特許文献２に記載されるように、環状部材と同軸線上に配置したカメラとの間に環状部材の内周面を映し出すミラー（反射体）を挿入し、このミラーからの反射光を撮像する構成が知られている。このような構成によれば、上記のような回転機構は不要となるが、環状部材とカメラの間に配置されたミラーによって、検査面を照らす照明の構成が制約されてしまう。そのため、輝度不足により最適な画像が得られず、検査精度が低下してしまう。

一方、特許文献１および特許文献３に記載されるように、環状部材の内周側に円錐形状のミラーを挿入し、このミラーからの反射光を撮像する構成が知られている。このような構成によれば、回転機構は不要となり、また、照明を自由に設計、配置することができるため、輝度不足の問題も生じない。しかし、円錐形状のミラーを昇降させるための駆動機構が別途必要となる。また、ミラーを昇降させるため、その分検査時間が長くなるという問題がある。

特開平１１−４４６５０号公報 特開２００６−３３７０７４号公報 特開平１０−４７９２９号公報

上記実情に鑑み、本発明が解決しようとする課題は、簡易な構成で、高い検査精度を維持したまま検査時間の短縮化を可能とする環状部材の内周面の外観検査装置を提供することにある。

上記課題を解決するために本発明に係る外観検査装置は、環状の被検査体の内周面を検査する外観検査装置であって、前記被検査体の内周面を照明する照明手段と、該照明手段によって照らされた前記被検査体の内周面の全部を映し出す反射面を有する反射体と、該反射体に映し出された前記被検査体の内周面の全部を一時に撮像する撮像手段と、該撮像手段により撮像された画像に基づいて前記被検査体の内周面における欠陥の有無を判別する判別手段とを備え、前記照明手段および撮像手段は、前記被検査体の一方の端面よりも外側に配設され、前記反射体は、前記被検査体の他方の端面よりも外側に配設されていることを要旨とするものである。

この場合、前記反射体は、前記反射面が双曲面形状に形成されていることが好ましい。

また、前記照明手段は、前記被検査体の内周面を間接的に照明する間接照明ユニットと、直接的に照明する直接照明ユニットとを備えることが好ましい。

本発明に係る外観検査装置によれば、環状の被検査体の内周面を映し出す反射体が、被検査体の一端面より外側に配設されているため、従来型の外観検査装置のように、被検査体の内側に反射体を出し入れする必要がなくなり、被検査体のみを順次移動させることで被検査体を連続して検査することが可能となる。そのため、反射体の移動に要する時間分、検査時間を短縮することができる。また、反射体やカメラを移動させるための駆動機構が不要であるため、装置の構成を簡易なものとすることができる。さらに、照明手段は、撮像手段と共に、被検査体を挟んで反射体と対向する位置に設けられているため、反射体によって照明の構成が制約されてしまうことがなく、輝度不足による検査精度の低下を防止することができる。

また、上記反射体の反射面が双曲面に形成されたものであれば、反射体が被検査体の外側に位置していても、反射体によって映し出される像の収差を小さくすることができるため、撮像手段によって撮像される画像が鮮明なものとなり、検査精度が向上する。

さらに、間接照明ユニットと直接照明ユニットとを有する照明手段を備えていれば、「割れ」や「ピンホール」といった検出すべき欠陥（きず）の種類に応じて照明を切り替えることができるため、欠陥を見逃すおそれが低減し、検査精度が向上する。

以下、本発明の実施形態に係る外観検査装置について詳細に説明する。図１は、本実施形態に係る外観検査装置１の構成の概略図である。なお、以下の説明における上下方向とは、図１における上下方向をいうものとする。

外観検査装置１は、環状の被検査体１００の内周面１００ａを映し出す反射体１０と、被検査体１００の内周面１００ａを照らす照明手段２０と、被検査体１００の反射体に映し出された像を撮像する撮像手段３０と、当該撮像された画像に基づき、被検査体１００の内周面１００ａにおける「割れ」や「ピンホール」といった欠陥の有無を判別する判別手段４０と備える。

反射体１０は、一般的に双曲面ミラーと称される（全方位ミラーとも称される）ものであり、双曲面形状に形成された反射面１０ａを有する。このような双曲面ミラーは、その反射面１０ａ側における周囲３６０度の全方位像を映し出すことができるものとして知られている。図１から分かるように、反射体１０は、被検査体１００の内周側に入り込まないよう、被検査体１００の下端面１００ｂより下側に配設されている。

なお、本実施形態では、内径φ２０ｍｍ、高さ５ｍｍの被検査体１００を検査対象としている。また、反射体１０として、最大外径φ３０ｍｍ、最大厚さ１０ｍｍの双曲面ミラーを、被検査体１００の下端面１００ｂから約１ｍｍ離れた位置に配置している。

なお、反射体１０は、必ずしも双曲面ミラーでなくともよく、被検査体１００の内周側に入り込まない位置に配設しても、被検査体１００の内周面１００ａの全部を映し出すことができるものであればよい。このような反射体１０としては、反射面１０ａが球面、円錐、放物面に形成されたもの等が例示できる。ただし、反射体１０を双曲面ミラーとすることにより、反射体１０によって映し出される像の収差が小さくなるため、後述する画像処理に供される画像を鮮明なものとすることができる。つまり、双曲面ミラーを使用することにより、他の形状の反射面１０ａを有する反射体１０を使用した場合よりも、被検査体１００の検査精度を向上させることができる。

照明手段２０は、被検査体１００の上端面１００ｃ側に配置され、被検査体１００の内周面１００ａに向けて光を照射するものである。この照明手段２０は、ドーム型の間接照明ユニット２２およびリング型の直接照明ユニット２４を備える。この間接照明ユニット２２および直接照明ユニット２４は、電源２６に接続され、判別手段４０によりそれぞれのユニットが独立して制御可能に構築されている。

間接照明ユニット２２は、φ１２０ｍｍの略球面状であって内側に反射膜を備えた反射ドーム２２１の下側開口部２２１ａに、１２０個の第一光源２３（例えばＬＥＤ光源）が周方向に等間隔で取り付けられることで構成されている。なお、反射ドーム２２１の上部には、反射体１０で反射された光を撮像装置３０の方向へ通過させるための上側開口部２２１ｂが形成されている。このように構成される間接照明ユニット２２により、被検査体１００の内周面１００ａを、反射ドーム２２１の内面で反射された第一光源２３の間接的な光によって照らすことができる。

直接照明ユニット２４は、リング状の支持フレーム２４１の内周側に８０個の第二光源２５（例えばＬＥＤ光源）が周方向に等間隔で取り付けられることで構成されている。これらの第二光源２５は、被検査体１００の内周面１００ａに直接光が照射されるように、光の出射方向が支持フレーム２４１の中心に向かうように取り付けられている。このように構成される直接照明ユニット２４により、被検査体１００の内周面１００ａを直接的な光によって照らすことができる。

撮像手段３０は、照明手段２０の上方に配置され、反射体１０に映し出された像の全てを一時に撮像することができるものである。撮像手段３０によって、被検査体１００の内周面１００ａが画像として捉えられる。なお、この撮像手段３０としては、公知のＣＣＤカメラ等が好適に適用できる。

判別手段４０は、撮像手段３０によって撮像された画像から、被検査体１００の内周面１００ａに発生する「割れ」や「ピンホール」といった欠陥が存在するか否かを判別すると共に、各機器（照明手段２０や撮像手段３０）を制御する制御手段としての役割も果たしている。図２を参照して、判別手段４０による欠陥検出工程について説明する。

判別手段４０による欠陥検出工程は、主に「割れ」による欠陥を検出するための割れ検出工程４２（Ｓ２〜Ｓ８）と、主に「ピンホール」による欠陥を検出するためのピンホール検出工程４４（Ｓ９〜Ｓ１５）とを含む。

外観検査装置１に検査開始信号が入力される（Ｓ１）と、割れ検出工程４２が開始される。まず、判別手段４０は、間接照明ユニット２２を点灯させる（Ｓ２）。これにより、被検査体１００の内周面１００ａは上述した間接的な光によって照らされる。そして、間接的に照明された被検査体１００の内周面１００ａが反射体１０に映し出される。続いて、判別手段４０は、撮像手段４０に指令を出し、反射体１０に映し出された画像を取り込む（Ｓ３）。図３（ａ）に示した画像は、このステップで取り込まれた画像の一例であり、被検査体１００の内周面１００ａは、所定の幅を持った円環状に映し出される。

次いで、判別手段４０は、検査面である被検査体１００の内周面１００ａの輪郭（エッジ）を検出する。具体的には、取り込んだ画像の中心から外に向かって放射状に輝度分布を微分（差分）処理してリング（被検査体１００）の内側エッジを検出し、画像の外側から中心に向かってリングの外側エッジを検出する。かかる微分処理により、図３（ａ）に示すように、各箇所における微分（差分）値が得られる。この微分（差分）値のピーク値、すなわち輝度変化が大きい個所を被検査体１００の内周面１００ａの輪郭として検出している（Ｓ４）。この処理により、被検査体１００の内周面１００ａは円環形状の画像として認識され、極座標（ｒ，θ）で表される。

次に、判別手段４０は、極座標のθを横軸、ｒを縦軸として展開図を作成する（Ｓ５）。図３（ｂ）は、円環形状の展開した矩形状の画像である（なお、図３（ｂ）に示した画像は、矩形状に展開した画像の一部を拡大したものである。）。続いて、判別手段４０は、展開した画像についてノイズ除去の前処理を実行する（Ｓ６）。この処理は、メディアンフィルタを用いて画像内に存在する独立点（ごま塩ノイズ）を除去する処理である。こうして処理した画像は、「割れ」検出フィルタにかけられる（Ｓ７）。

「割れ」検出フィルタは、矩形状に展開した画像を横方向（長手方向）に微分（差分）処理し、詳細な「割れ」の形状を抽出する。この微分（差分）処理後の画像を図３（ｃ）に示すように２値化し、検出した「割れ」の良否を判別するために必要な要素、例えば、図３（ｄ）に示すような「割れ」の面積、方向、縦横比（アスペクト比）等の値を測定する。そして、この値を基に検出した「割れ」が品質的に許容できる範囲内であるか否か、すなわち欠陥であるか否かを判定する（Ｓ８）。

割れ検出工程４２完了後、ピンホール検出工程４４が開始される。すなわち、判別手段４０は、照明を間接照明ユニット２２から直接照明ユニット２４に切り替え（Ｓ９）、ピンホール検出工程４４の画像処理を開始する（Ｓ１０〜Ｓ１５）。このピンホール検出工程４４の画像処理は、検出した「ピンホール」が欠陥であるか否かを判定するために必要な要素（本実施形態では、面積によって「ピンホール」が欠陥であるか否かを判定する（Ｓ１５）。）が異なる以外は割れ検出工程４２とほぼ同一である。そのため、その詳細な説明は省略し、以下簡単に説明する。

ステップ９において、直接的に照明された被検査体１００の内周面１００ａは、反射体１０に映し出されている。判定手段４０は、この画像を取り込み（Ｓ１０）、輪郭を検出して（Ｓ１１）円環形状の画像を認識し、これを矩形状に展開する（Ｓ１２）。さらに、矩形状に展開した画像についてノイズ除去を実行し（Ｓ１３）、「ピンホール」検出フィルタにかける（Ｓ１４）。

「ピンホール」検出フィルタは、矩形状に展開された画像の横方向および縦方向に微分（差分）処理するフィルタであり、ノイズ除去された画像の輪郭を検出後、２値化する。判別手段４０は、２値化した画像から検出した個所の画素数をカウントしてこれを欠陥の面積とする。この面積が所定の閾値よりも大きい場合には不良品と、閾値よりも小さい場合には良品と判断する（Ｓ１５）。

ピンホール検出工程４４完了後、検査対象となった被検査体１００の良否がモニタに表示される。不良と判断された場合には、欠陥が検出された個所がモニタに表示される（Ｓ１６）。これをもって欠陥検出工程の１サイクルが完了する。

図４は、このように構成される外観検査装置１を用いた被検査体１００の自動検査ラインの一例を示した概略図である。被検査体１００は、外観検査装置１による内周面検査と共に、端面検査および外周面検査を経て、総合的に製品としての良否が判断される。なお、端面検査および外周面検査には、周知の検査装置が適用できる。

上述したように、本実施形態に係る外観検査装置１は、反射体１０が被検査体１００の内周側に入り込まないよう、被検査体１００の下端面１００ｂより下側に配設されている。そのため、図４に示すように、搬送装置Ｃ（コンベア、インデックステーブル等）により、被検査体１００を反射体１０と照明手段２０の間通して順次移動させることができる。つまり、端面検査や外周面検査と同様に、搬送装置Ｃ上を移動する被検査体１００を連続的に検査することができる。

以上、本実施形態に係る外観検査装置１の構成等を具体的に説明したが、この外観検査装置１によれば、以下のような作用効果が奏される。

すなわち、外観検査装置１によれば、環状の被検査体１００の内周面１００ａを映し出す反射体１０が、被検査体１００の下端面１００ｂより下側に配設されているため、従来型の外観検査装置のように、反射体１０を被検査体１００の内周側に出し入れさせる必要がない。そのため、被検査体１００のみを順次移動させることで、連続して被検査体１００を検査することが可能である。したがって、反射体１０を移動させる時間分、被検査体１００の検査時間を短縮することができる。また、反射体１０や撮像手段３０を移動させるための駆動機構が不要であるため、装置の構成を簡易なものとすることができる。

さらに、外観検査装置１が備える照明手段２０は、撮像手段３０と共に被検査体１００の上端面１００ｃ側に位置し、反射体１０は、被検査体１００の下端面１００ｂ側に位置するため、反射体１０の存在によって照明手段２０の構成が制約されてしまうことがない。つまり、本実施形態のように、照明手段２０を間接照明ユニット２２と直接照明ユニット２４を組み合わせたものとするなど、照明手段２０の設計、配置の自由度が十分にあるため、輝度不足による検査精度の低下が防止される。

なお、上記実施形態では、外観検査装置１において、照明手段２０および撮像手段３０が被検査体１００の被検査体１００の上端面１００ｃ側に、反射体１０が被検査体１００の下端面１００ｂ側に設けられていることを説明したが、照明手段２０および撮像手段３０が被検査体１００を挟んで反射体１０と対向する位置に設けられていればよい。つまり、反射体１０が被検査体１００の上端面１００ｃ側、照明手段２０および撮像手段３０が被検査体１００の下端面１００ｂ側に配置されていても、照明手段２０の構成が制約されることがなく、輝度不足による検査精度の低下が防止される。この場合には、反射体１０が被検査体１００の上端面１００ｃより上側に配設されていれば、被検査体１００の連続的な検査が可能となる。

以上、本発明の実施の形態について詳細に説明したが、本発明は上記実施の形態に何ら限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の改変が可能である。

例えば、上記実施形態において説明した欠陥検出工程は、適宜変更可能であり、「割れ」や「ピンホール」以外の欠陥を検出するための工程をさらに含んでいてもよい。また、「割れ」または「ピンホール」のいずれか一方の欠陥のみを検出する工程であってもよい。

また、本実施形態に係る外観検査装置１は、間接照明ユニット２２と直接照明ユニット２４を一体とした照明手段２０を備えていることを説明したが、これらを別体として別々のステージとし、被検査体１００であるワークを停止させることなく一連の検査を行う構成としてもよい。この場合、検査にかかるサイクルタイムを短縮することができる。

また、本実施形態では、欠陥検出工程において、照明手段２０による照明は、間接照明と直接照明とを切り替える構成であることを説明したが、間接照明と直接照明とを同時に照射する構成であってもよい。例えば、異なる色（波長域）の照明を照射することができる照明手段（例えば、間接照明を青色、直接照明を赤色とした照明手段）を用いて、間接照明と直接照明を同時に照射し、カラーＣＣＤ等で撮像した画像から、それぞれの色に対応する画像を抽出すればよい。こうすることで、一層、検査時間を短縮することができる。

本発明の実施形態に係る外観検査装置の構成の概略図である。 図１に示した外観検査装置が備える判別手段による欠陥検出工程の流れを示したフローチャートである。 図３（ａ）は撮像手段により取り込まれた被検査体の内周面の画像の一例、図３（ｂ）は図３（ａ）における内周面の画像が矩形状に展開された画像、図３（ｃ）は図３（ｂ）に示した画像が２値化された画像、図３（ｄ）は「割れ」が欠陥であるか否かを判別するために必要な要素の具体例を説明するための概略図である。 図１に示した外観検査装置を用いた自動検査ラインの一例を示した概略図である。

符号の説明

１ 外観検査装置
１０ 反射体
１０ａ 反射面
２０ 照明手段
２２ 間接照明ユニット
２４ 直接照明ユニット
３０ 撮像手段
４０ 判別手段
１００ 被検査体
１００ａ 内周面
１００ｂ 下端面
１００ｃ 上端面

Claims (3)

1. 環状の被検査体の内周面を検査する外観検査装置であって、
   前記被検査体の内周面を照明する照明手段と、該照明手段によって照らされた前記被検査体の内周面の全部を映し出す反射面を有する反射体と、該反射体に映し出された前記被検査体の内周面の全部を一時に撮像する撮像手段と、該撮像手段により撮像された画像に基づいて前記被検査体の内周面における欠陥の有無を判別する判別手段とを備え、
   前記照明手段および撮像手段は、前記被検査体の一方の端面よりも外側に配設され、前記反射体は、前記被検査体の他方の端面よりも外側に配設されていることを特徴とする外観検査装置。
2. 前記反射体は、前記反射面が双曲面形状に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の外観検査装置。
3. 前記照明手段は、前記被検査体の内周面を間接的に照明する間接照明ユニットと、直接的に照明する直接照明ユニットとを備えることを特徴とする請求項１または２に記載の外観検査装置。