JP2011027734A - 肌理のある面の検査のための装置 - Google Patents

Abstract

【課題】面の機械的な測定を行うことなく、面、特に肌理のある面を客観的に評価する。
【解決手段】被検査面（１０）上に放射線を照射する工程と、面（１０）上に照射され、面（１０）で反射した放射線の少なくとも一部による画像を受ける工程と、記録画像の位置分解評価および画像を特徴付ける少なくとも１つの値（Ｋ）の決定を行う工程と、を含む肌理のある面（１０）の光学的検査のための方法であって、面を特徴付けるパラメータ（Ｇ）は、特徴値（Ｋ）を使用しながらおよび面の（既知または決定された）少なくとも１つのさらなる特性（Ｅ）を使用しながらに決定されることを特徴とする方法。
【選択図】図１

Description

本発明は肌理のある面の検査のための方法および装置に関する。本発明においては、車両ボディの表面に関連して説明するが、上記装置は、例えば床面や家具など他の面にも適用可能である。肌理のある面とは完全に平らな面ではなく、どちらかというと（規則的または統計的に分布した）起伏のある部分や高低差があるような面であると理解される。従って、肌理のある面は、水平に拡がることに加えて鉛直断面形状のある外形であることを特徴とする。ところが、人間の目ではこのようなミクロンの領域における高低差を定量的に評価できず、肌理の影響が見えるだけである。

従来技術によると、このような起伏を検知する様々な装置や方法が知られている。このように、起伏のある部分自体を測定する、例えば、いわゆるホンメル計測器が知られている。しかしながら、これらの装置は比較的複雑であり、被検査面と常に機械的に接触していることが求められる。加えて、他の種類の面測定器が知られているが、これらも同様に面自体を物理的に（特に感知により）測定する。

さらに、面を検査するための装置および方法が従来技術によって知られているが、これらは例えば、色、輝度、またはＤＯＩ（画像の鮮明度）などのパラメータを調べるために面を光学的に測定するものである。このような測定器は、特に品質保証の領域で使用され、特に比較される２面の差異が把握されなければならない場合に使用される。しかしながら、この場合にも、実際の定量的差異によって決定されるというよりも、人間の知覚に頼っている。

この場合、検査結果が常に曖昧さを含むという問題が生じる。さらに、最終的な解析において、このような測定器は観察者の目にもわかるような面の画像をできる限り客観的に示すために面を検査することに使用される。

この場合、観察者の脳では対象物の光学的検知を行う際、通常、経験的記憶を引き出すという現象が起こり、その結果、面を正確に評価にすることができる。このように、観察者は自身の経験に基づく観察によって特定の面を構成する材料を推測することができる。

つまり、本発明の目的は、面の機械的な測定を行うことなく、面、特に肌理のある面を客観的に評価する方法と装置を提供することである。

本目的は、本発明の請求項１の方法および請求項１１の装置によって達成される。効果的な実施形態やさらなる展開事項は下位クレームの要旨を構成する。

本発明の肌理のある面の光学検査の方法における一つの工程では、被検査面上に放射線を照射する。さらなる方法の工程では、画像は、面上に照射され、面で反射される放射線の少なくとも一部から受信され、さらなる工程では、記録された画像の位置分解評価を行い、この画像を特徴付ける少なくとも１つの値を決定する。

本発明によると、特徴値を使用しながら、および面の（既知または決定された）特性の少なくとも１つを使用しながら、面を特徴付ける量が調べられる。画像を特徴付ける値とは、例えば、各画素の輝度値または色値とすることができる。この特徴値は、例えば、分散などの統計的特徴値としてもよい。加えて、特徴値は、例えば、配列を成す複数の個別値から成るものであってもよい。

面を特徴付けるパラメータとは、面の凹凸を特徴付けるパラメータとすることができ、この場合にも、比較基準となる定性的な値とすることができる。

このように、例えば、特徴パラメータは、被検査面が基準面に対して許容範囲内にまだあるかどうかを示す値とすることができる。これは、例えば、車体パーツまたは車内パーツを交換しなければならない車両において重要であり、測定方法によって、交換される車体パーツの光学的模様が観察者によって光学的に同一に見えるか、すでに異なって見えるかを決めなければならない。

面の（既知または決定された）少なくとも１つのさらなる特性の使用において、実際には使用者は（少なくとも無意識下では）同じように経験に基づいて値を導き出すということが考慮されている。これにより、例えば、カラーカメラまたはグレースケールカメラなどの画像記録装置から得られる画像は、例えば、明点および暗点を多数含むことがある。しかしながら、これらの明点および暗点には多数の原因があり得、例えば、面の多色部分または効果顔料に起因するかもしれないし、あるいは単色肌理のある面に由来するかもしれない。

（例えば特定の色とともに）肌理のある面が測定されるという情報が事前に装置に提供されていれば、既存の特性に基づいてカメラの評価画像の現実的な評価が可能である。このようにして、本発明の範囲において、経験に基づいて色の印象を評価する人間の脳の活動形態をシミュレートすることを初めて提案する。一方、既知の特性を使わずに、複数の測定を行うことも可能である。また、既知の特性としてさらなるパラメータを使用することも可能である。

そのため、面は複数の方向から記録できる。同様にして、例えば、特定の画像が多色面に由来するか、あるいは肌理のある面に由来するかを調べることが可能である。面を特徴付けるパラメータは、肌理のある面を測定することなく決定することが好ましい。

これは、特徴パラメータが、ホンメル測定器または層厚測定などによって機械的に面を測定することで直接的に求められるわけではなく、本発明における光学検査を用いて間接的に求められることを意味する。特に、問題となっている面の高低差も測定しないことが好ましく、経験に基づく値を使用することのみによって画像を評価することが好ましい。

さらなる効果的な方法では、記録された画像の評価結果は基準データと比較される。このようにして、画像を評価するために、例えば、統計的特徴値などの特定の特徴値を設定し、これを基準値と比較することが可能である。例えば、ユーザが特定の面を基準面と光学的に区別することできるかどうかについての報告といった比較結果をユーザに送信することができる。

さらなる効果的な方法では、面の定性的な検査を行う。これは、面の正確な定量的詳細は提供されていないが、基準に対して定性的比較のみがなされ、この定性的比較のみに基づいて結果が導かれることを意味する。

さらなる効果的な方法では、画像について、少なくとも２つの角度から少なくとも照射および／または記録が行われる。これにより、２つの放射線源からそれぞれ異なる角度で面上に光を照射することが可能となるとともに、画像記録装置で２つの放射線源から照射された光を（好ましくは遅延して）記録することが可能になる。このような異なる角度での照明の結果、２つの測定値を同じような方法で得られ、これらの結果から面の凹凸についての結果が導かれる。一方、このように角度を多数得られるように、１つの光源に対し２つの画像記録装置を使用することも可能である。この場合、２つの異なる測定に合わせて光源を２回作動させることができる。また、複数の光源および複数の画像記録装置を備えることも可能である。

さらなる効果的な方法では、標準光を使って面を照射する。いわゆるＤ６５照明が可能な光源を使用することが好ましい。

さらなる効果的な方法では、面の材料、面の反射性、面の色特性、面の凹凸特性、面の輝度コントラスト、またはこれらの組み合わせなどの特性群から面のさらなる特性を選択する。このさらなる特性は、経験のみに基づいて面の光学的印象を得ている観察者の経験を考慮している。

さらなる効果的な方法では、拡散または無向性の放射線を面上に照射する。別の方法では、シミュレートする自然光によっては、有向性の放射線も使用することができる。

特徴値が統計量であると効果的である。これは、例えば、正規分布、算術平均、幾何平均、分散、エントロピー、フラクタル要素、または同時生起行列、あるいは、１または２次元画像を評価するための他の数学的方法とすることができる。

特徴値は、位置分解画像の多数の個別値の評価を通して決定されることが好ましい。これにより、例えば、異なる段階の輝度を表す複数の画素を使用することができる。

放射線は、拡散放射線および有向放射線のいずれでもよく、測定過程において、これら２種類の放射線を組み合わせることもできる。加えて、例えば、環状分節光源を使用して、多角的な照明を行うことが可能である。さらに、収束または発散放射線あるいは任意にいわゆるウルブリヒト球を使用することも可能である。

さらなる効果的な方法では、人間の目による画像評価方法をシミュレートする。

本発明は、さらに、被検査面に対して所定の角度で放射線を照射する少なくとも１つの放射装置および当該放射装置によって面上に照射され面で反射された放射線の少なくとも一部を記録する少なくとも１つの画像記録装置を含む、肌理のある面の光学的検査のための装置に関する。この場合、画像記録装置は位置分解画像を記録するのに適しており、加えて、この画像を特徴付ける少なくとも１つの値を決定する処理装置が備えられている。

本発明によれば、処理装置は、特徴値を使用しながら、並びに、面の（既知または決定された）少なくとも１つの別の特性を使用しながら、面を特徴付ける値を決定するように設計されている。画像記録装置は、カラー画像カメラまたは白黒画像カメラであると効果的である。

これは、本発明における処理装置が、画像データに基づき結果を供給するのみでなく、さらに上述の追加的特性も使用することを意味する。しかしながら、この既知の特性は、面に対して行われたさらなる測定による結果であってもよい。この場合、評価される測定として、面の同一領域においてさらなる測定が効果的に行われる。装置が、少なくとも１つの特徴値、あるいは既知または決定された特性を特徴付ける値を格納する記憶装置を含むと効果的である。

さらに、記憶装置に、被検査面についての少なくとも１つの特徴値、好ましくは複数の特徴値を記憶装置に格納する。特徴値は、例えば、色特性などの面の光学的特性を示す値とすることができる。

装置のさらなる効果的な実施形態では、少なくとも１つのさらなる放射装置または少なくとも１つのさらなる画像記録装置を含む。この場合、放射装置および画像記録装置を筐体内に備えるのが効果的であり、この筐体は、被検査面に対する開口部が一つのみあり、他の箇所は閉じられていることが好ましい。

さらなる効果的な実施形態では、画像記録装置は面に対して９０°の角度に配置される。

さらなる効果的な実施形態では、装置は、検知された少なくとも１つの特徴値を基準値と比較する比較器を含む。装置によって出される数値は、差または比率などの相対量であると効果的であるが、加重係数を使用することもできる。

さらなる効果的な実施形態は添付の図面に示される。

面の検査のための本発明による装置を示す。

図１は面１０を検査するための本発明の装置１を示す。この場合、この面１０は特に肌理のある面である。つまり平らではない。符号２２は筐体を示し、その内部には第１放射装置２および画像記録装置４が配置される。この場合、筐体２２は遮光性を持つように設計されており、唯一の開口１４を通して面１０を照射することができ、面の画像を記録できる。放射装置２は面１０を照射する（ビームＳ２参照）。

面１０で反射または散乱した放射線は画像記録装置４によって記録される。つまり、画像記録装置４が照射された面１０の画像を記録する。筐体の内部は、好ましくは光を吸収するように作製され、外部反射によって誤った測定値が与えられないようにする。しかしながら、行われる測定によっては、筐体の内面も反射するように作製し、筐体の内面がいわゆるウルブリヒト球を成すようにしてもよい。

この場合、放射装置２は光源として１つ以上の発光ダイオードを含むことができる。このようにして、白色ＬＥＤを使用することができるが、照射光の色特性の変動性を保つため、または、例えばＤ６５光のような標準光を生成するために、異なる色の複数のＬＥＤを使用することも可能である。加えて、ハロゲンランプ、キセノン（フラッシュ）ランプ、白熱ランプ、レーザーなどのその他の光源を照明の目的で使用することができる。

さらに、光源から面１０までの光路中に、レンズなどの図示しない屈折素子またはスクリーンを備えることができる。

画像記録装置によって供給される対応画像データＫは、完全な状態で指定された処理装置８に送られる。この場合、データＫは、画像記録装置４によって記録された画像またはカラー画像またはグレースケール画像のいずれかのみを含む。処理装置８は順にこの記録画像を評価するが、このとき処理装置８はこの目的のためにさらなるデータＥを使用する。このさらなるデータＥは、データＫが得られる特定の測定値からは得られない。このように、データＥはデータＫに依存しておらず、具体的には、データＥはデータＫから独立して取得される。

このようにして、例えば、色に関するデータや面の材料などの面１０の既知の特徴データを格納する記憶装置２４からさらなるデータＥを取得することも可能である。さらには、記憶装置２６も備え、上述の面に関する既存のデータを格納することができ、さらには、対応する基準面の基準データまたは上記の面の他の領域に記録されたデータおよび／または異なるタイミングで記録されたデータおよび／または異なる角度で記録されたデータを格納できる。

符号１８は、検出された特徴値と格納されている基準値を比較し、その比較結果を供給する比較器を示す。

処理装置８はデータＥを考慮し、結果値Ｇをディスプレイ装置１６に供給する。結果値Ｇは、例えば、被検査面が特定の標準範囲にあるかどうかの情報を表す純粋に定性的な値でもよい。

符号１２は、面１０に対してさらなる角度で配置され、放射方向Ｓ２に沿って面上に光を照射するさらなる放射装置を示す。これにより、面の対応する定性画像が２種類の測定によって取得可能である。一方の測定は放射装置２の照明によって行い、他方の測定は放射装置１２の照明によって行う。このとき２つの放射方向Ｓ１とＳ２および面１０から画像記録装置４の方向に延びる放射方向Ｓ３は同一面にあるようにすると効果的である。しかしながら、例えば、検出器または放射線源は測定面外に配置することも可能である。

放射装置２と１２は、例えばＤ６５光などの標準光を照射することが好ましい。この場合、これら２つの放射装置を同時に作動することが可能であるが、順次作動することも可能である。どちらの場合においても、これらの放射装置は、異なる色の光を面上に照射することが可能である。さらに、面を検査するために、スクリーンおよびフィルタ装置２８もそれぞれ放射路Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３に配置することができる。符号２９と３０は、放射装置２と１２から面までの放射路にそれぞれ配置されるさらなるスクリーンおよび／またはフィルタ装置を示す。

放射線源は連続モードで動作することができるが、パルス的または非連続的な動作も可能である。このようなパルス的動作は周辺光を補償できる。この場合、この補償は、周辺光のみで記録された画像と（周辺光に加えて）照明をつけて記録されたさらなる画像を比較することによって達成される。

さらに、放射装置、フィルタ、放射検知装置から構成される全体の配置を、例えば、Ｖλ曲線などの所定の分光感度分布に従うように、スペクトル的に適応させることが可能である。

この場合、各処理装置および記憶装置２４、２６、８は、図１に示されるのとは異なり、筐体２２の外部には配置されず、好ましくは当該筐体内に配置されるか、そこに備えられている電子機器の一部内に配置される。前述のスクリーンは面の光沢効果を決定するために使用できる。しかしながら、スクリーンは、画像評価、つまり、画像の限定領域のみが評価される“ソフトウェアスクリーン”によって作製することも可能である。

符号３０は、例えば、放射装置２と１２および任意に画像記録装置を制御するための制御装置を示す。これにより、特定の測定モードという枠組みの中で２つの放射装置２と１２によって面を順に照射することが可能となり、２つの画像は処理装置８によって評価される。

符号３４は、装置１が矢印Ｐ１に沿って面に対して動くことを可能にするローリング装置またはホイールを示す。符号Ｋ１は、画像記録装置から供給され、値Ｅの代わりまたは値Ｅに追加して画像評価のために使用することもできる、さらなる値を示す。

加えて、装置１は、装置が取り扱う面１０に対する光路を決定する図示しない距離測定装置を含む。これにより、いずれの場合にも、配置相関を持つように面を測定することができる。このような距離測定装置はホイール３４と連結することができる。また、装置１をスタンドに配置し、こうすることによって、面１０に対して定められたとおりに移動させることも可能である。

本特許出願書類に示される特徴は、単独または組み合わせにおいて、従来技術と比較して新規性を持つ限りにおいて、本発明の本質であると主張する。

１ 装置
２ 放射装置
４ 画像記録装置、検知装置
８ 処理装置
１０ 面
１４ 開口
１６ ディスプレイ装置
１８ 比較器
２２ 筐体
２４ 記憶装置
２６ 記憶装置
２８ スクリーン
３０ 制御装置
３４ ホイール
Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３ 方向

Claims (17)

1. 被検査面（１０）上に放射線を照射する工程と、
   前記面（１０）上に照射され、前記面（１０）で反射した前記放射線の少なくとも一部による画像を受ける工程と、
   記録された前記画像の位置分解評価および前記画像を特徴付ける少なくとも１つの値（Ｋ）の決定を行う工程と
   を含む、特に肌理のある面（１０）の光学的検査のための方法であって、
   前記面を特徴付けるパラメータ（Ｇ）は、前記特徴値（Ｋ）を使用し、かつ、前記面の既知または決定された少なくとも１つのさらなる特性（Ｅ）を使用して決定されることを特徴とする方法。
2. 前記肌理のある面（１０）を測定することなく、特に、前記面（１０）の鉛直断面形状を測定することなく、前記面を特徴付ける前記パラメータを決定することを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. 記録画像の評価結果が基準データと比較されることを特徴とする請求項１または２に記載の方法。
4. 前記面（１０）の定性的検査を行うことを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の方法。
5. 前記放射線の照射と前記画像の記録の少なくとも一方は、少なくとも２つの異なる角度で行うことを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の方法。
6. 標準光が前記面（１０）に照射されることを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載の方法。
7. 前記面（１０）の材料、前記面（１０）の反射性、前記面の色特性、前記面の肌理特性、前記面の輝度コントラスト、これらの組み合わせなどを含む特性群から前記面（１０）のさらなる特性が選択されることを特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載の方法。
8. 分散放射線が前記面上に照射されることを特徴とする請求項１から７のいずれか一項に記載の方法。
9. 前記特徴値（Ｋ）は統計的な量であることを特徴とする請求項１から８のいずれか一項に記載の方法。
10. 位置分解画像の複数の個別値を評価することによって前記特徴値が決定されることを特徴とする請求項１から９のいずれか一項に記載の方法。
11. パルス放射を使用することを特徴とする請求項１から１０のいずれか一項に記載の方法。
12. 人間の目による画像評価方法をシミュレートすることを特徴とする請求項１から１１のいずれか一項に記載の方法。
13. 放射線を所定角度で被検査面上に照射する少なくとも１つの放射装置（２）と、
    前記放射装置（２）によって前記面（１０）上に照射され、前記面（１０）で反射される前記放射線の少なくとも一部を記録し、位置分解画像を記録するのに適した少なくとも１つの画像記録装置（４）と、
    前記画像を特徴付ける少なくとも１つの値を決定する処理装置（８）と
    を備える肌理のある面（１０）の光学的検査のための装置であって、
    前記処理装置（８）は、特徴値（Ｋ）を使用し、かつ、前記面（１０）の既知または決定された少なくとも１つのさらなる特性（Ｅ）を使用して、前記面（１０）を特徴付けるパラメータを決定するように設計されていることを特徴とする装置。
14. 前記装置（１）が、少なくとも１つの特徴値、または、既知または決定された前記特性を特徴付ける値を格納する記憶装置（１４）を備えることを特徴とする請求項１３に記載の装置。
15. 前記装置（１）は少なくとも１つのさらなる放射装置（１２）または少なくとも１つのさらなる画像記録装置を備えることを特徴とする請求項１３または１４に記載の装置。
16. 前記画像記録装置（４）は前記面（１０）に対して９０°の角度に配置されることを特徴とする請求項１３から１５のいずれか一項に記載の装置。
17. 前記装置は、検出された特徴値の少なくとも１つを基準値と比較する比較器（１８）を備えることを特徴とする請求項１３から１６のいずれか一項に記載の装置。

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