JP2011232265A - 表面検査装置及び表面検査方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ワークの表面塗膜の下層の影響を受けずに、表面塗膜の検査精度を向上させる表面検査装置及び表面検査方法を提供する。
【解決手段】表面検査装置１０は、ワーク３０の表面に形成された特定の波長帯域を吸収する上塗りクリア塗膜４０に前記特定の波長帯域の光を照射する照射部１６と、照射部１６によりワーク３０に照射された光の反射光を撮像し、且つ、前記特定の波長帯域の光に対して感度を有する撮像部２０と、撮像部２０が撮像した画像を用いて、上塗りクリア塗膜４０の状態を検査する画像処理装置２２と、前記ワークの表面を、前記撮像部２０に対して相対的に移動可能するアーム２６とを備える。
【選択図】図２

Description

本発明は、ワークの表面を撮像して、ワークの表面状態を検査する表面検査装置及び表面検査方法に関する。

ワークの表面検査において、従来から、下記に示す特許文献１に記載されているように、ランプ及び直線状の複数のスリットが設けられた格子を備えるストライプ光源が、ワークに光を照射することで、ストライプ状の影をワークの表面に投影させ、ＣＣＤカメラがワーク上の表面に投影されたストライプ状の影を撮像し、該撮像した画像をモニタに表示させる。そして、作業者がモニタに表示されたストライプ状の影の屈曲を見ることでワークの表面の状態を検査していた。

特開２００１−３１４８１７号公報

しかしながら、上記した特許文献１に記載の技術では、ワークに光輝顔料が塗装されている場合、照射された光が光輝顔料によって乱反射してしまい、検査結果の正確性を大きく損ねていた。

図７に示すように、検査対象となるワーク１００は、鋼板などの素地１０２の上に、電着塗装された下塗り塗膜１０４と、中塗り塗膜１０６とが積層されている。中塗り塗膜１０６の上に、上塗りベース塗膜１０８及び上塗りクリア塗膜１１０が形成されている。上塗りベース塗膜１０８は、アルミや雲母などを用いた光輝顔料を含有した塗料で形成されている。

照射部１１２は、複数のストライプ状の影を有する可視光をワーク１００に照射するものである。照射部１１２は、光を発光する光源１１４、光源１１４が発光した光を拡散する拡散板１１６、及び投影チャート１１８を含む。投影チャート１１８は、例えば、直線状のストライプが複数設けられた格子を有する。光源１１４が発光した光が、拡散板１１６及び投影チャート１１８を通過することで、複数のストライプ状の影を有する光がワーク１００に照射される。

カメラ１２０は、偏光フィルタ１２２、レンズ１２４、ＣＣＤ１２６を有し、ワーク１００を反射した反射光を撮像する。カメラ１２０は、照射部１１２により照射され、ワーク１００に投影された投影チャート１１８の影（複数のストライプ状の影）を撮像し、得られた画像は図示しないモニタに表示される。表示されたストライプ状の影が著しく局部的に屈曲している場合は、作業者は、ワーク１００の表面にゴミ等があると判断する。なお、偏光フィルタ１２２は、Ｐ波の光を透過するフィルタであり、ＣＣＤ１２６は、偏光フィルタ１２２を透過したＰ波の光を、レンズ１２４を介して受光する。

このとき、上塗りクリア塗膜１１０に入射して屈折した屈曲光が上塗りベース塗膜１０８で乱反射し、この乱反射した光（乱反射光）もカメラ１２０で撮像されてしまう。このため、上塗りベース塗膜１０８による乱反射光によって、撮像された画像に写る投影チャートが歪んだり（ストライプ状の影が屈曲したり）、ハレーションが生じるので、正確にワークの表面の状態を正しく検査することはできない。

また、他の表面検査方法として、投影チャート１１８を用いずに、光源１１４が発光した光をワーク１００に照射し、その反射光を撮像することで、ゴミ等がある箇所を検査する方法がある。この場合は、撮像した画像データを二値化処理等の画像処理を行い、画像処理後の画像を表示させる。表示された画像に黒い箇所がある場合は、作業者は、該箇所にゴミ等があると判断する。

図８に示すように、ワーク１００が、鋼板などの素地１０２の上に、電着塗装された下塗り塗膜１０４と、中塗り塗膜１０６と、上塗りベース塗膜１０８と、上塗りクリア塗膜１１０とが形成された上に、さらに、文字やロゴ等が印刷された加飾用シール１３０と、透明又は半透明のオーバーコートクリア塗膜１３２とが形成されている場合に、表面検査を行うと、ワーク１００の表面に入射して屈折した屈折光が加飾用シール１３０で反射してしまい、加飾用シール１３０に印刷されている文字やロゴ等がカメラ１２０で撮像されてしまう。このため、加飾用シール１３０に印刷されている文字やロゴ等が二値化処理により黒く又は白く表示されてしまうので、正確にワークの表面の状態を検査することはできない。

そこで、本発明は、係る従来の問題点に鑑みてなされたものであり、ワークの表面塗膜の下層の影響を受けずに、表面塗膜の検査精度を向上させる表面検査装置及び表面検査方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明は、表面検査装置であって、ワークの表面に形成された特定の波長帯域を吸収する表面塗膜に前記特定の波長帯域の光を照射する照射手段と、前記照射手段により前記ワークに照射された光の反射光を撮像し、且つ、前記特定の波長帯域の光に対して感度を有する撮像手段と、前記撮像手段が撮像した画像を用いて、前記表面塗膜の状態を検査する検査手段と、前記ワークの表面と、前記撮像手段と相対的に移動させる走査手段と、を備えることを特徴とする。

前記特定の波長帯域は、紫外線の波長帯域であってもよい。

前記特定の波長帯域は、ＵＶ−Ａの波長帯域の範囲内であってもよい。

上記目的を達成するために、本発明は、表面検査方法であって、ワークの表面に形成された特定の波長帯域を吸収する表面塗膜に、前記特定の波長帯域の光を照射するステップと、前記特定の波長帯域の光に対して感度を有する撮像手段が、前記照射手段により前記ワークに照射された光の反射光を撮像するステップと、撮像された画像を用いて、前記表面塗膜の状態を検査するステップと、を備えることを特徴とする。

前記ワークは、前記表面塗膜の下層に、加飾用シールを有してもよい。

前記ワークは、前記表面塗膜の下層に、光輝顔料を含む下層塗膜を有してもよい。

本発明によれば、ワークの表面塗膜より下層に、光が届かないので、表面塗膜で反射した光のみを撮像することでき、表面検査の精度が向上する。

また、紫外線の波長帯域は、ＵＶ−Ａの波長帯域であるので、紫外線による人体への影響を少なくすることができる。

実施の形態の表面検査装置の構成を示すブロック図である。 実施の形態の表面検査装置によってワークの表面検査の精度が向上する原理を示す一例図である。 ワークの表面に凹凸がない場合に、図２に示す撮像部が、照射部が照射した紫外線光の反射光を撮像した画像の一例を示す図である。 ワークの表面に凹凸がある場合に、図２に示す撮像部が、照射部が照射した紫外線光の反射光を撮像した画像の一例を示す図である。 実施の形態の表面検査装置によってワークの表面検査の精度が向上する原理を示す他の例図である。 ワークの表面に凹凸がある場合に、図５に示す撮像部によって、照射部が照射した紫外線光の反射光が撮像され、画像処理装置によって二値化処理された画像の一例を示す図である。 従来技術の第１の問題点を示す図である。 従来技術の第２の問題点を示す図である。

発明に係る表面検査方法を、それを実施するための表面検査装置との関係で好適な実施の形態を掲げ、添付の図面を参照しながら以下、詳細に説明する。

図１は、実施の形態の表面検査装置１０の構成を示すブロック図である。表面検査装置１０は、システム制御盤１２、照射駆動部１４、照射部１６、撮像駆動部１８、撮像部２０、画像処理装置２２、ロボットコントローラ２４、及び多軸多関節のアーム２６を有するロボット２８を備える。

システム制御盤１２は、表面検査装置１０の全体を制御するものである。照射駆動部１４は、システム制御盤１２の制御にしたがって、照射部１６を駆動させる。これにより、照射部１６は、自動二輪車の燃料タンク等のワーク３０に対して紫外線光を照射する。照射部１６が照射する紫外線光の波長帯域又は波長は、ワーク３０の表面に形成された表面塗膜が吸収することができる波長帯域である。つまり、前記した表面塗膜は紫外線を吸収することができる材料を含む。表面塗膜としては、例えば、ベンゾトリアゾール系の紫外線吸収剤、又は、ベンゾフェノン系の紫外線吸収剤を含んだ塗膜であってもよい。照射部１６が照射する紫外線光の波長帯域は、人体に比較的影響がない帯域であればよく、具体的には、近紫外線〜ＵＶ−Ａの波長帯域の範囲内、又は、ＵＶ−Ａの範囲内であり、特に、３３０〜３８０ナノメートルの範囲内であることが好ましい。

撮像駆動部１８は、システム制御盤１２の制御にしたがって、撮像部２０を駆動させて、照射部１６によってワーク３０に照射された紫外線光の反射光を撮像部２０に撮像させる。画像処理装置２２は、撮像部２０が撮像した画像を処理する。画像処理装置２２は、撮像部２０が撮像した画像を用いて、ワーク３０の表面の状態を検査する機能（検査手段）を有する。

ロボットコントローラ２４は、システム制御盤１２の制御にしたがって、ロボット２８（走査手段）のアーム２６を駆動させる。これにより、アーム２６は、ワーク３０の把持、移動を行う。アーム２６は、ワーク３０の検査対象となる表面を、撮像部２０に対して相対的に移動させることで、撮像部２０は、検査対象となる表面を走査することができる。

図２は、実施の形態の表面検査装置１０によってワーク３０の表面検査の精度が向上する原理を示す一例図である。図２に示すワーク３０は、鋼板等の素地３２の上に、下塗り塗膜３４と、中塗り塗膜３６と、上塗りベース塗膜（下層塗膜）３８、及び紫外線光を吸収することができる材料を含む上塗りクリア塗膜（前記表面塗膜）４０が形成されたものである。つまり、ワーク３０の表面に上塗りクリア塗膜が形成されたものである。上塗りクリア塗膜４０は、透明、若しくは半透明の材質であってもよい。

図２に示す照射部１６は、紫外線光を発光する光源４２と、光源４２が発光した紫外線光を拡散する拡散板４４、及び、投影チャート４６を有する。投影チャート４６は、所定の形状を有するものであればよく、拡散板４４が拡散した光の一部を遮蔽させて、影をワーク３０に投影させるものであればよい。本実施の形態では、投影チャート４６は、直線状のストライプが複数設けられた格子を有する。これにより、複数のストライプ状の影を有する紫外線光がワーク３０に投影される。

図２に示す撮像部２０は、紫外線帯域以外の光をカットするカットフィルタ４８、Ｐ波を透過する偏光フィルタ５０と、レンズ５２と、カットフィルタ４８、偏光フィルタ５０、及びレンズ５２を透過した光を受光するＣＣＤ、ＣＭＯＳ等の撮像素子５４とを有する。撮像素子５４は、少なくとも照射部１６が照射する紫外線光の波長帯域に対して感度を有する。

図２に示すように、照射部１６から紫外線光がワーク３０に対して照射されると、照射された紫外線光のうち、上塗りクリア塗膜４０で屈曲した屈曲光は、上塗りクリア塗膜４０で吸収されてしまい、上塗りベース塗膜３８に起因する乱反射光がワーク３０から出射することはない。したがって、撮像部２０は、上塗りクリア塗膜４０による反射光のみを撮像することができる。

図３は、ワーク３０の表面、つまり、上塗りクリア塗膜４０に凹凸がない場合に、図２に示す撮像部２０が、照射部１６が照射した紫外線光の反射光を撮像した画像の一例を示す図、図４は、ワーク３０の表面、つまり、上塗りクリア塗膜４０に凹凸がある場合に、図２に示す撮像部２０が、照射部１６が照射した紫外線光の反射光を撮像した画像の一例を示す図である。

図３及び図４に示すように、投影チャート４６によりワーク３０の表面に複数のスリット状の影５６が発生する。上塗りクリア塗膜４０の表面に凹凸がない場合は、複数のスリット状の影５６は直線となる（図３参照）。

しかしながら、上塗りクリア塗膜４０の表面に凹凸がある場合は、図４に示すように、スリット状の影５６が屈曲する。上塗りクリア塗膜４０の表面に凹凸が発生する理由としては、塗膜が乾燥する際に生じる収縮が均一に起こらないときに緩やかな凹凸が発生する他、素地３２に、下塗り塗膜３４、中塗り塗膜３６、上塗りベース塗膜３８、及び上塗りクリア塗膜４０を形成する段階で、塵やゴミが混入してしまい、該塵やゴミが混入した箇所だけ著しく局部的に凹凸が発生してしまう。例えば、下塗り塗膜３４を形成した後に塵等が混入すると、その上に中塗り塗膜３６、上塗りベース塗膜３８、及び上塗りクリア塗膜４０が形成されていくので、該塵等が混入した箇所だけ著しく局部的に凹凸が発生する。

画像処理装置２２は、撮像部２０が撮像した画像を解析して、上塗りクリア塗膜４０上に凹凸がある箇所を検査する。つまり、投影された複数のスロット状の影が直線か、又は、屈曲しているかを解析して、上塗りクリア塗膜４０上に凹凸がある箇所を検査する。

図５は、実施の形態の表面検査装置１０によってワーク３０の表面検査の精度が向上する原理を示す他の例図である。図５に示すワーク３０は、鋼板等の素地３２の上に、下塗り塗膜３４と、中塗り塗膜３６と、上塗りベース塗膜３８、及び上塗りクリア塗膜４０が形成された上に、さらに、文字やロゴ等が印刷された加飾用シール５８と、紫外線光を吸収することができる材料を含むオーバーコートクリア塗膜６０が形成されている。なお、図２に示す構成と同様の構成のものについて、同一の符号を付している。

図５に示すワーク３０の場合は、オーバーコートクリア塗膜６０が前記表面塗膜となる。オーバーコートクリア塗膜６０は、透明、半透明の材質からなり、加飾用シール５８に印刷された文字やロゴを外部から視認できるようになっている。図５に示す照射部１６は、光源４２及び拡散板４４を有し、投影チャート４６は有さない。図５に示す撮像部２０は、図２に示す撮像部２０と同様の構成を有するので説明を省略する。

図５に示すように、照射部１６から紫外線光がワーク３０に対して照射されると、照射された紫外線光のうち、オーバーコートクリア塗膜６０で屈曲した屈曲光は、オーバーコートクリア塗膜６０で吸収されてしまい、加飾用シール５８に起因する反射光がワーク３０から出射することはない。したがって、撮像部２０は、オーバーコートクリア塗膜６０による反射光のみを撮像することができる。

図６は、ワーク３０の表面、つまり、オーバーコートクリア塗膜６０に凹凸がある場合に、図５に示す撮像部２０によって、照射部１６が照射した紫外線光の反射光が撮像され、画像処理装置２２によって二値化処理された画像の一例を示す図である。図６に示すように、オーバーコートクリア塗膜６０に凹凸がある場合には、照射範囲Ａのうち該箇所が黒くなってしまう。上塗りクリア塗膜４０の表面に凹凸が発生する理由としては、上述したように、素地３２に、下塗り塗膜３４、中塗り塗膜３６、上塗りベース塗膜３８、及び上塗りクリア塗膜４０を形成する段階で、塵やゴミが混入することによって、該塵やゴミが混入した箇所に凹凸が発生してしまう。画像処理装置２２は、二値化処理後の画像の濃度変化を解析して、ゴミ等がある箇所を検査する。

上述したように、従来では、上塗りクリア塗膜４０で吸収されない波長帯域の光を照射していたので、表面塗膜の下層に光輝顔料を含む上塗りベース塗膜３８が形成されている場合は、上塗りベース塗膜３８により散乱光が発生してしまい、撮像部２０で撮像された画像に写る投影チャートが歪んだり、ハレーションが生じてしまう。また、表面塗膜の下層に文字等が印刷された加飾用シール５８が印刷された加飾用シール５８が形成されている場合には、該加飾用シール５８の文字等が撮像されてしまう。これにより、本来、上塗りクリア塗膜４０に凹凸が無いのに関わらず、凹凸があると判断してしまい、検査精度が低下していたが、本実施の形態によれば、表面塗膜が光を吸収してくれるので、表面塗膜に入射した屈折光の散乱、反射の発生を抑えることができるので、表面検査の精度を向上させることができる。つまり、表面塗膜を反射した反射光のみを撮像することができるので、表面検査の精度を向上させることできる。

このように、ワーク３０の表面を形成する表面塗膜が吸収することができる紫外線光を照射するので、上塗りベース塗膜３８による影響を受けずに済み、表面の検査精度を向上させることができる。

なお、上記実施の形態では、ワーク３０の表面塗膜が紫外線光を吸収するので、照射部１６は紫外線光を照射するようにしたが、吸収する光の波長帯域及び照射する光の波長帯域は、紫外線光に限定されない。特定の波長帯域の光を吸収するようにワーク３０の表面塗膜を構成し、該特定の波長帯域を照射部１６が照射すればよい。ことき、撮像部２０は、照射部１６が照射する光の波長帯域に対して感度を有し、撮像部２０が照射部１６によって照射された波長帯域以外の光を撮像しないようにすればよい。

また、ロボット２８のアーム２６がワーク３０を把持して、ワーク３０の検査対象となる表面を、撮像部２０に対して相対的に移動させることで、撮像部２０が、検査対象となる表面を走査することができるようにしたが、ロボット２８のアーム２６の先端に撮像部２０を設け、アーム２６が、撮像部２０を、検査対象となる表面に対して、相対的に移動させることで、撮像部２０が検査対象となる表面を走査することができるようにしてもよい。この場合は、撮像部２０の他に照射部１６もアーム２６の先端に設け、アーム２６は、撮像部２０及び照射部１６を、検査対象なるワーク３０の表面に対して相対的に移動させるようにしてもよい。要は、撮像部２０がワーク３０の表面を走査することができるように、ワークの表面と、前記撮像手段と相対的に移動させることができる手段であればよい。

以上、本発明について好適な実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に、多様な変更又は改良を加えることが可能であることが当業者に明らかである。その様な変更又は改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。

１０…表面検査装置 １２…システム制御盤
１４…照射駆動部 １６、１１２…照射部
１８…撮像駆動部 ２０…撮像部
２２…画像処理装置 ２４…ロボットコントローラ
２６…アーム ２８…ロボット
３０、１００…ワーク ３２、１０２…素地
３４、１０４…下塗り塗膜 ３６、１０６…中塗り塗膜
３８、１０８…上塗りベース塗膜 ４０、１１０…上塗りクリア塗膜
５８…加飾用シール ６０…オーバーコートクリア塗膜

Claims (6)

1. ワークの表面に形成された特定の波長帯域を吸収する表面塗膜に前記特定の波長帯域の光を照射する照射手段と、
   前記照射手段により前記ワークに照射された光の反射光を撮像し、且つ、前記特定の波長帯域の光に対して感度を有する撮像手段と、
   前記撮像手段が撮像した画像を用いて、前記表面塗膜の状態を検査する検査手段と、
   前記ワークの表面と、前記撮像手段と相対的に移動させる走査手段と、
   を備えることを特徴とする表面検査装置。
2. 請求項１に記載の表面検査装置であって、
   前記特定の波長帯域は、紫外線の波長帯域であることを特徴とする表面検査装置。
3. 請求項２に記載の表面検査装置であって、
   前記特定の波長帯域は、ＵＶ−Ａの波長帯域の範囲内であることを特徴とする表面検査装置。
4. ワークの表面に形成された特定の波長帯域を吸収する表面塗膜に、前記特定の波長帯域の光を照射するステップと、
   前記特定の波長帯域の光に対して感度を有する撮像手段が、前記照射手段により前記ワークに照射された光の反射光を撮像するステップと、
   撮像された画像を用いて、前記表面塗膜の状態を検査するステップと、
   を備えることを特徴とする表面検査方法。
5. 請求項４に記載の表面検査方法であって、
   前記ワークは、前記表面塗膜の下層に、加飾用シールを有することを特徴とする表面検査方法。
6. 請求項４に記載の表面検査方法であって、
   前記ワークは、前記表面塗膜の下層に、光輝顔料を含む下層塗膜を有することを特徴とする表面検査方法。

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