JP2013152128A - 表面検査方法及びその装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 試料の表面の特徴点を抽出する表面検査装置において、特徴点の凹凸形状に依存しないように複数の方向から照明して撮像する場合に、コントラストが下がらないようにして画像を取得できるようにする。
【解決手段】 試料表面を検査する表面検査装置を、光源手段と、撮像手段と、画像処理手段と、出力手段とを備えて構成し、光源手段は、複数の光源を有して該複数の光源により試料上の同じ領域に斜め方向から光を照射し、撮像手段は、光源手段の複数の光源により光が照射された試料上の領域を試料の表面の法線方向から撮像して複数の光源のそれぞれに対応させて複数の画像を取得し、画像処理手段は、撮像手段で取得された試料上の領域の複数の画像から合成画像を作成し、該作成した合成画像を処理して前記試料の表面の特徴点を検出するようにした。
【選択図】 図１Ａ

Description

本発明は、平面状物体の表面検査方法及びその装置に関するものである。

新幹線などの高速車両は、ディスクをブレーキライニングで挟み込むことよる摩擦力でブレーキ力を生じさせ、車両を停止させるディスクブレーキが用いられている。このディスクは、様々なストレスがかかるため、異常が発生していないかどうかの点検、特にディスク表面の検査は、重要なものである。このため鉄道車両は、その安全運行のため決められた周期で検査場などにおいて、作業員による目視で検査が行われている。しかし、ブレーキディスクは、大きく、かつ、重量物であるので、作業員が体を動かして視線を変える必要があり、身体的な負荷があり、また、効率が悪い。

また、ディスク表面の検査を自動的（高効率）に行うための、先行技術としては、例えば、特開平１１−２３０９１２号公報（特許文献１）に記載の「表面欠陥検出装置及びその方法」がある。ここでは、シート状レーザ光をディスク面上に照射し、その散乱光と正反射光を別々のセンサでとらえて、それらの強度比から表面の異常を検出して欠陥部と黒変色部とに識別する技術が開示されている。

特開平１１−２３０９１２号公報

特許文献１に記載されている方法では、斜方からの一方向のみのレーザ光照射によって生じる散乱光および正反射光をそれぞれフォトダイオードアレイから成る受光素子で検出して欠陥部と黒変色部とに識別することについては記載されているが、ノイズ信号を抑えて表面の詳細な情報、例えば、検出した特徴点の大きさなどの情報を得ることは難しいという課題があった。

本発明が解決しようとする課題は、表面の詳細な情報、例えば、検出した表面の凹凸などの特徴点の大きさなどの情報を得つつ、検出特徴点の周囲のノイズ光を抑えて、感度良く特徴点を抽出することにある。

また、本発明は、被検査面が鏡面状態であり、正反射し易く周囲構造物が映り込むなど問題から表面状態を正確に検出することが難しく、かつ、ブレーキパッドなどが表面をしゅう動し、磨かれることなどにより非常に微細な擦れきずがある被検査面でも、特徴点をコントラストよく検出することにある。

このように、被検査面が鏡面状態であり、正反射し易く周囲構造物が映り込むなど問題から表面状態を正確に検出することが難しい場合に有効な撮像方式に、被検査面法線から傾けた方向から照明し、被検査面法線方向から検出することで、検出したい特徴点での散乱光を検出する斜方照明がある。このとき、特徴点の凹凸形状に依存しないように複数の方向から照明する必要がある。しかし、被検査面にある微細なきず部分でも照明光が散乱してしまい、特徴点の周囲も明るくなり、コントラストが下がる問題があった。

本発明は、上記課題を解決するために、検出画像から、各画素ごとに複数ある照明のどれからの影響（作用）で、当該画素が明るくなっているのかが判別できるようにし、得られた検出画像を処理することで特徴点のコントラストの高い画像を得ることを特徴とするものである。

例えば、複数方向から行う斜方照明光を波長のそれぞれ異なるものにし、それぞれの波長ごとに個別に画像検出することで各部位（画素）の検出光の照明源を判別可能とする。
また、複数方向から行う斜方照明光の発光時間を分割し、それぞれ異なる時間に発光するものにし、それぞれの発光時間ごとに個別に画像検出することで各部位（画素）の検出光の照明源を判別可能とする。

即ち、上記目的を達成するために、本発明では、試料の表面に光を照射する光源手段と、この光源手段により光が照射された試料の表面を撮像して表面の光学像を取得する撮像手段と、この撮像手段で撮像して得た試料表面の画像を処理して試料の表面の特徴点を検出する画像処理手段と、この画像処理手段で検出した試料の表面の特徴点に関する情報を出力する出力手段とを備えた試料表面の特徴点を検査する表面検査装置において、光源手段は、複数の光源を有してこの複数の光源により試料上の同じ領域に斜め方向から対向して光を照射し、撮像手段は、光源手段の複数の光源により光が照射された試料上の領域を試料の表面の法線方向から撮像して複数の光源のそれぞれに対応させて複数の画像を取得し、画像処理手段は、撮像手段で取得された試料上の領域の複数の画像から合成画像を作成し、この作成した合成画像を処理して試料の表面の特徴点を検出するように構成した。

また、上記目的を達成するために、本発明では、表面検査方法において、対向して配置された複数の光源により試料上の同じ領域に互いに斜め方向から対向して光を照射し、複数の光源により光が斜め方向から対向して照射された試料上の領域を撮像して複数の光源のそれぞれに対応する複数の画像を取得し、この取得された試料上の領域の複数の画像から合成画像を作成し、この合成した画像を処理して試料の表面の特徴点を検出するようにした。

本発明によれば、得られた画素ごとに、作用した照明が判別可能な画像を処理することにより、特徴点のコントラストの高い画像を得ることができ、表面の詳細な情報、例えば、検出特徴点の大きさなどの情報を得ることができる。

本発明の実施例１における表面検査装置の全体の構成を示したブロック図である。 本発明の実施例１における表面検査装置の検査対象である車軸の側面図である。 検査対象の被検出面を示すディスクの部分平面図である。 検査対象の輪軸の正面図である。 検査対象の輪軸の側面図である。 斜方照明による特徴点の顕在化を示した試料の表面付近の断面図である。 本発明の実施例１における斜方照明と特徴部周囲の状態を示したディスク面の平面図である。 本発明の実施例１における斜方照明と特徴部周囲の状態を示したディスクの円周方向（接線方向）の断面図である。 本発明の実施例１における斜方照明と特徴部周囲の状態を示したディスクの半径方向の断面図である。 本発明の実施例１におけるディスクの表面を撮像した画図である。 従来方法による照明・撮像光学系のブロック図である。 本発明の実施例１における照明・撮像光学系のブロック図である。 実施例１における画像処理部の構成を示したブロック図である。 本発明の実施例１の表面検査装置の全体動作フローを示したフロー図である。 本発明の実施例２に係る表面検査装置の主要な部分の概略の構成を示したブロック図である。 本発明の実施例２に係る表面検査装置の照明と撮像のタイミングを示したタイミングチャート図である。 本発明の実施例２に係る表面検査装置の撮像画像を示した説明図である。 本発明の実施例２に係る表面検査装置の画像処理部の構成を示したブロック図である。 本発明の実施例３に係る表面検査装置における検査対象のディスクと照明系との位置関係を示した平面図である。 本発明の実施例３に係る表面検査装置における検査対象のディスクを照明系との位置関係を示した斜視図である。

以下、実施例を図面を用いて説明する。

非常に微細な擦れきずがある鏡面状態で、正反射し易く周囲構造物が映り込むような、物体表面の状態を正確に検出することが難しい被検査物の表面を検査する本発明の１実施例を、鉄道車両の車輪の側面に装架されたディスクブレーキ用のディスク表面を検査する場合を例に説明する。

本実施例における検査対象であるディスク４が装着された輪軸１の構成を図２Ａ及び図２Ｂに示す。輪軸１は、車軸２に車輪３ａと３ｂとを対で装着した構成を基本とし、新幹線などでは、車輪３ａと３ｂとのそれぞれの両側面に１対のディスクブレーキ用のディスク４ａ〜４ｄを装架している。すなわち、図２Ａに示すように、１本の輪軸１あたり、被検査ディスクの面は、４面ある。また、輪軸１によっては、図示されない電動機からの走行動力を車軸に伝達する機構の入ったギアケース５が装架されたものもある。また、ディスクブレーキ用のディスク４は、必ずしも車輪３の両側面に装架されるものではなく、例えば、ギアケース５の位置に装架されものもあるが、本発明の本質に影響を及ぼすものではない。ディスク４は、図２Ｂに示したように、ハッチングした面が図示していないブレーキパッドで挟まれる部分であり、このハッチングを施した面が検査対象の面となる。

図１Ａに、車軸１に装着された状態のディスク４ａ〜４ｄの表面の特徴点を検査するための実施例１に掛かる検査装置の概略の構成を示す。上記のように被検査面がディスク４ａ〜４ｄと４面あるため、４面を同時に撮像できる構成にしている。すなわち、撮像および処理を４系統具備している。ここでは、図１Ａにおいて一番左のディスク４ａの表面を検査する系統を例に構成を説明する。

ディスク４ａの表面を検査する系統において、１１ａと１２ａとは照明光源で、それぞれディスク４ａの表面の法線方向に対して傾いた方向からディスク４ａの表面を照明する。ディスク４ａの表面を検査するには、この２つの照明光が照射されたディスク４ａの表面に対して、ディスク４ａの表面の法線方向から見た像を用いる。しかし、ディスク４ａの表面の法線方向から見た像をカメラで撮像するときに、例えばディスク４ｂのように表面の近傍にギアケース５のような障害物がある場合があり、画像検出用の機器（カメラ１３）をディスク４ｂの法線方向には設置できない場合がある。そこで、ディスク４ａの表面の法線方向にミラー１４ａを設け、撮像系光路を折り曲げて比較的スペースに余裕のある場所にカメラ１３ａを設置している。ここで、照明光源１１ａおよび１２ａ、カメラ１３ａ、ミラー１４ａは、それらの最適な位置関係が保たれるように図示されない構造物により固定されており、これらのセットを撮像ユニット２０ａと呼ぶことにする。

また、カメラ１３ａは、図１Ａの側面図として図１Ｂに示したカメラｄの例と同様に、被検出面の１ライン上を検出する１次元センサであるラインセンサカメラ（または、リニアセンサカメラ）である。一次元センサによる撮像では図１ＣにおけるＡ−Ａ’部のような線状領域４０１ａの情報しか得られないため、照明条件はこの線状領域のみで考えればよく、条件を一定に設定し易いという特徴がある。カメラ１３ａ（１３ｄ）は、図１ＣにおけるＡ−Ａ’部でディスク４ａ（４ｄ）の幅（外径と内径の差の半分）と同じかそれよりも長い領域を検出しており、ここで車輪を図１Ｂの矢印方向に回転させることにより、被検査面であるディスク４ａ（４ｄ）の全面の画像を得ることができる。
カメラ１３ａからの画像信号は、入力ＩＦ（インターフェース）部１５ａを介して、画像処理部１６ａへ画像として入力される。

図１Ａにおいて、２１ａ及び２１ｂは輪軸１を支持するためのローラであり、上記したディスク４ａを回転させてディスク４ａの全面の画像を得られるように、回転する輪軸１を支持するものである。２２は駆動ローラであり、輪軸１を回転させるための動力源である電動機２３の回転を輪軸１に伝達するものである。

２４は、撮像ユニット２０ａ〜２０ｄを支持する門形の構造物であり、撮像ユニット２０ａ〜２０ｄは、撮像ユニット位置決め装置２５ａ及び２５ｂにより、輪軸１を別の被検査体に交換する際に退避したり、輪軸１の大きさが変ったときなどに、被撮像面であるディスク面と撮像ユニットとの位置関係が最適な位置になるように撮像ユニット２０ａ〜２０ｄを位置決めするものである。

２６は、輪軸１の回転状態を検出するセンサであり、例えば、ローラとロータリーエンコーダより成り、駆動ローラ２２により回転駆動された輪軸１の回転数などをリアルタイムで検出し、その回転角に同期してカメラ１３ａ〜１３ｄや入力ＩＦ装置１５ａ〜１５ｄを動作させることにより、歪の少ない画像を検出できるようにする。

次に図３により、斜方照明による特徴部での照明光の反射・散乱の状態を説明する。図３において、３７ａは被検査ディスク４ａの表面である。このディスク４ａの表面３７ａの法線３１ａの方向から３５ａで表した入射角だけ斜方から照明光３２ａを照明すると、ディスク表面３７ａに特徴点が無い場合にはディスク表面３７ａで反射し、法線３１ａの方向から３６ａで示した反射角の方向への反射光３３ａとして反射する。この場合、入射角３５ａと反射角３６ａは等しいため、法線３１ａ方向に設置したカメラ１３でａ、反射光３３ａは検出されない。

しかし、図３に３８ａとして示すような特徴点、すなわち、ディスク表面３７ａに特徴点があると入射光３２ａは、ディスク表面３７ａで３４ａとして示すような散乱光となり、法線３１ａ方向の成分の光も発生する。よって、法線３１ａ方向にカメラ１３ａを設置すれば、通常のディスク表面３７ａではカメラ１３ａに入射する光が無いため暗く検出され、特徴点３８ａでは散乱光３４ａの一部が検出されるため、明るく検出される。

また、ブレーキディスクなどでは、ブレーキパッドなどが表面をしゅう動することなどにより非常に微細な擦れきずができる。図４Ａ乃至図４Ｄにその状態を例示する。図４Ａに示したディスク面３７ａには、同心円状の微細なきずであるしゅう動痕３９ａが生じている。このしゅう動痕３９ａの断面を図４Ｃに示す。この図では、照明光（入射光）６１ａと６２ａは、紙面の前後２方向に相当する。この場合、図３や図４Ｂに示した特徴点３８ａでの散乱光３４ａほどの強度ではないが、散乱光が発生し、若干明るく検出されることがある。なお、ここでは、しゅう動痕を例に説明したが、被検査対象が鏡などでは無い場合、実際にはランダムな方向で、微細な表面きず（擦れきず）が発生しているものもあり、同様に若干明るく検出されることがある。

このとき、図４Ｄに示すように、検出すべき特徴点３８ａは、検出不要な微細な表面きず３９ａより大きいため、図４Ｂの接線方向断面図に示すように照明方向の対岸の特徴点３８ａのエッジ部４０ａから比較的強い散乱光３４ａが発生することがある。

そこで、特徴点の正確な形状検出や、検出の確度を上げるため、実際にはカメラ１３ａの検出ラインである図４Ａに示したＡ−Ａ’線を線対称の中心線として、照明光６１ａと、６２ａの２方向から斜方照明して、図４Ｂに示した特徴点３８ａの両岸４０ａと４１ａとを光らせるようにする（図４Ｂでは、照明光６２ａ及びそれによる４１ａでの散乱光は図示せず）。

このときの照明と散乱光の関係を図５に示す。特徴点３８ａの右側のエッジ４０ａにおいては、２方向からの照明光６１ａと６２ａの内、対岸方向である照明光源１１ａを主な光源とする照明光６１ａにより散乱光６４ａが発生する。同様に特徴点３８ａの左側のエッジ４１ａにおいては、２方向からの照明光６１ａと６２ａの内、対岸方向である照明光源１２ａを主な光源とする照明光６２ａにより散乱光６３ａが発生する。一方、ディスク表面３７ａの特徴点３８ａ以外の平坦部では、２方向からの照明光６１ａと６２ａにより散乱光６５ａが発生する。

すなわち、特徴点３８ａでは、主に１つの光源からの入射光による散乱光が発生するのに対し、ディスク表面３７ａの特徴点３８ａ以外の平坦部では２つの光源からの入射光による散乱光が発生するため、１方向の照明のときに比べ散乱光量が増えることになり、２方向からの照明光６１ａと６２ａとで同時に照明した場合、特徴点３８ａでのコントラストが相対的に落ちてしまう。

そこで、本実施例では、検出画像から各画素ごとに複数ある照明のどれからの影響（作用）で、当該画素が明るくなっているのかが判別できるようにし、得られた検出画像を処理することで特徴点のコントラストの高い画像を得られるようにしたものである。

本実施例では、その方法として、複数方向から行う斜方照明光を波長のそれぞれ異なるものにし、それぞれの波長ごとに個別に画像検出する方式とした。すなわち、図６に示した構成において、例えば左側の照明光源１１ａから発射する照明光７１ａを赤色の照明光、右側の照明光源１２ａから発射する照明光７２ａを青色の照明光にする。このとき、２つの照明光のスペクトルは完全に分離していることが望ましい。撮像センサであるカメラ１３ａには赤色センサ７６ａ、緑色センサ７７ａ、青色センサ７８ａを備えたカラーのラインカメラを用いる。このとき、カメラ１３ａの赤色センサ７６ａの分光感度は赤色の照明光源１１ａから発射する照明光７１ａのスペクトルに等しいことが望ましく、また、同様にカメラ１３ａの青色センサ７８ａの分光感度は青色の照明光源１２ａから発射する照明光７２ａのスペクトルに等しいことが望ましい。

このような構成とすることで、特徴点３８ａの右エッジ４０ａ、左エッジ４１ａ、ディスク表面３７ａの特徴点３８ａ以外の平坦部それぞれで、照明光源１１ａ、１２ａそれぞれから発射された照明光６１ａ、６２ａの波長成分に分離して検出することができ、カメラ１３ａの赤色センサ７６ａの画像とカメラ１３ａの青色センサ７８ａの画像の２つの画像が、図１Ａの入力ＩＦ部１５ａを介して、画像処理部１６ａに得られる。

画像処理部１６ａの構成例を図７に示す。カメラ１３ａの赤色センサ７６ａで撮像して得られた画像５１ａとカメラ１３ａの青色センサ７８ａで撮像して得られた画像５２ａの２つの画像を入力ＩＦ部１５ａを介して入力してそれぞれ画像処理部１６ａの赤色センサ画像メモリ８１ａと青色センサ画像メモリ８２ａに一旦記憶される。

ここで、カメラ１３ａの赤色センサ７６ａと青色センサ７８ａとの同一の座標の画素はディスク４ａの面上の同一の部位を撮像するような構成に本実施例では、制御部１７ほかで制御されている。また、この構成では上記で述べたように特徴点は明るくなるようになっている。そこで、図７の合成処理部８３ａにおいて、赤色センサ画像メモリ８１ａに記憶された赤色センサの画像５１と、青色センサ画像メモリ８２aに記憶され青色センサの画像５２の同一の座標画素同士で明るさを比較し、明るい（輝度値の大きい）方の値を選択し出力する画像合成処理を行う。この処理により、特徴点の正確な形状検出や、検出の確度を上げ、かつ、特徴点のコントラストの高い画像を得ることができる。実験結果によれば、本方式により平均で１．２倍、最大で１．５倍コントラストが改善された。

このようにして得られた合成画像Ｉｏ５８を２値化処理部８４ａである明るさ以上の部位を特徴点３８ａとして抽出し、抽出された特徴点３８ａの大きさと座標を大きさ測定処理部８５ａにて測定する。得られた特徴点３８ａの大きさと座標値を、判定部処理８６ａにおいて予め定めてメモリ８７ａに記憶しておいたしきい値５９ａと比較し、例えば、大きさがしきい値５９ａより大きいなど、しきい値を超えた部位を求め、結果出力部８７ａにおいて、合成処理部８３ａで求めた合成画像データＩｏのデータと判定部処理８６ａで求めたしきい値５９ａを越えた部位の情報とを用いて特徴点座標や、しきい値５９ａを超えた部位の大きさ（長さ又は面積）を算出し、それらを検査結果５７ａとして結果出力部８８ａから出力する。このとき、画像合成部８３ａで合成した当該部位付近の合成画像Ｉｏを切出して検査結果５７ａに含めて結果出力部８８ａから出力しても良い。

このようにして得られて結果出力部８８ａから出力された検査結果は、図１Ａに示す制御部１７に送られ、表示装置２７に表示されたり、記憶装置２９に保存したりする。

次に、図８により、図１で説明した検査装置１００の全体の動作を説明する。全体の一連の制御は、図１Ａの制御部１７が行う。

まず図１に示す表示部２７および操作入力部２８から検査の起動や、検査対象ロット名などの情報を入力する（Ｓ８０１）。この起動指示により輪軸１が、図１Ａには図示されないローダ/アンローダにより図１Ａの検査装置１００のローラ２１ａ及び２１ｂにローディングされ、マウントされる（Ｓ８０２）。次に駆動ローラ２２により輪軸１が回転を始める（Ｓ８０３）。このとき、車輪３、ディスク４の位置を車輪位置センサ１８ａ、１８ｂで検出し（Ｓ８０４）、この位置情報を基に、撮像ユニット２０ａから２０ｄを被検査輪軸１に衝突せず、かつ、適切な位置に下降させる（Ｓ８０５）。

撮像ユニット２０が適切な位置に位置決めされ、かつ、輪軸の回転が定速回転になったことを輪軸回転状態検出センサ２６で検出されると、撮像が開始され、カメラ１３で検出した画像信号が入力ＩＦ装置１５を介して、画像処理部１６に入力される（Ｓ８０６）。輪軸が１回転すると画像処理部１６で、上記で図７により説明した合成処理および、特徴部抽出処理を行い、検査結果５７を得る（Ｓ８０７）。

得られた検査結果は、表示装置２７上に数値や、当該部の撮像画像と共に表示させ、記憶装置２９に保存する（Ｓ８０８）。また、必要に応じ、図１Ａには図示されないマーキング装置により、ディスク４の当該検出部位にマーキングを施す（Ｓ８０９）。マーキング装置には、例えば、インクジェットプリンタなどを用いることができる。マーキングが終了すると、撮像ユニットを輪軸近傍から退避すると共に輪軸の回転を停止させる（Ｓ８１０）。次に、撮像ユニット２０ａから２０ｄを上昇させて、被検査輪軸１から退避させる（Ｓ８１１）。検査結果５７は、表示装置２７に表示され、問題なければ、被検査輪軸を検査装置からアンロードして（Ｓ８１２）、装置から排出、移動させ、当該輪軸の検査は終了する。

このような構成形態を採用したので、輪軸に装架したままで、ブレーキディスク４枚の表面を同時に検査することができ、ブレーキディスク表面に発生した特徴点を、複数方向から行う斜方照明光を波長のそれぞれ異なるものにし、それぞれの波長ごとに個別に画像検出することにより、特徴点の背景部が明るくなるノイズを低減することができ、特徴点のコントラストを高く抽出できる。

また、本実施例の構成によれば、被検査面の同一部位を同時に撮像した画像を基に合成処理を行うため、被検査面の平面的な情報や、表面の振動などによる移動などによる複数画像間での平面的、時間的な不整合がない撮像ができ、被検査面の情報を正確に得られるという効果がある。

次に実施例２を説明する。実施例２においては、全体構成は実施例１の図１Ａに示した構成と同じであるが、実施例１に対して、照明光源１１、１２、カメラ１３、画像処理部１６における画像合成処理部８３の詳細が異なる。

図９にて実施例２の実施例１と異なる部分について、実施例１の場合と同様にディスク４ａの表面を検査する系統を例に構成を説明する。実施例２においては、照明光源２１１ａ、２１２ａ、カメラ２１３ａが同期して、図１０に示すようにカメラ２１３ａの１ライン分の積分時間に同期して、照明光源２１１ａ、２１２ａのどちらか一方のみが点灯しながら（時分割照明）撮像を行う。なお、図９に示した構成においては説明を簡単にするために、図１で説明したミラー１４ａに相当する部材の記載を省略した。

この時分割照明は、輪軸１の回転状態を検出するセンサ２６からの輪軸１の回転を検出した信号を照明制御部９０１で受けて、照明制御部９０１により照明光源２１１ａを制御する照明光源駆動部９０３と照明光源２１２ａを制御する照明光源駆動部９０２とを制御して、照明光源２１１ａと２１２ａとが交互に点灯するように駆動させることで実現する。

時分割照明された試料表面を撮像して、入力ＩＦ（インターフェース）部２１５ａを介して、画像処理部２１６ａへ入力されたカメラ２１３ａからの時分割照明画像２７１ａは、図１１に示すように照明光源２１１ａが点灯したときの画像と照明光源２１２ａが点灯したときの画像が画像のディスク円周方向（列方向と呼ぶ）に交互に並んだものとなる。ここでは、例として奇数列に照明光源２１１ａが点灯したときの画像信号、偶数列に照明光源２１２ａが点灯したきの画像信号が格納されている場合を示している。

これを入力ＩＦ２１５ａを介して画像処理部２１６ａに入力し、図１２に示すように、画像処理部２１６ａにおいて、画像データ振り分け部２８０ａで奇数列に照明光源２１１ａが点灯したときの画像信号を記憶する奇数列画像メモリ部２８１ａと偶数列に照明光源２１１ａが点灯したときの画像信号を記憶する偶数列画像メモリ部２８２ａに画像を振り分けて一時記憶させる。奇数列画像メモリ部２８１ａに記憶させた画像と偶数列画像メモリ部２８２ａに記憶させた画像とを画像合成処理部２８３ａにて合成処理を行う。

実施例２における画像合成処理部２８３ａでの合成処理は、奇数列画像メモリ部２８１ａに記憶させた画像と偶数列画像メモリ部２８２ａに記憶させた画像とで奇数列画像メモリ部２８１ａに順次記憶された奇数列の画像２５１と、偶数列画像メモリ部２８２ａに順次記憶された偶数列の画像５２５の同一の座標同士で明るさを比較し、明るい（輝度値の大きい）方の値を選択し出力する画像合成処理を行う。この処理により特徴点の正確な形状検出や、検出の角度を上げ、かつ、特徴点のコントラストの高い画像を得ることができる。画像合成処理部２８３ａで合成処理して得られた合成画像Ｉｏについては、実施例１の図７を用いて説明した画像処理部１６ａの構成における２値化処理部８４ａ、大きさ測定部８５ａ、及び判定部８６aと同様な構成の２値化処理部２８４ａ、大きさ測定部２８５ａ、判定部２８６ａ、メモリ２８７ａ、結果出力部２８８ａを用いて処理をする。

ここで、実施例２においては試料面を移動させながら、すなわちディスクを回転させながら、照明光源２１１ａ、２１２ａのどちらか一方のみが点灯しながら撮像を行うため、一方の照明が点灯していた時間撮像された試料面の部位については、消灯していた側の照明装置で照明した際の情報が得られない。そこで、例えば、実施例１と比べて、試料面移動方向の分解能上げて撮像する。例えば、カメラ２１３ａの１ライン分の積分時間を半分にして、２倍のラインレートで撮像すれば、実施例１と比べて２倍の画像サイズの画像が得られ、画像合成処理部２８３ａで、奇数列画像メモリ部２８１ａに順次記憶させた画像２５１と偶数列画像メモリ部２８２ａに順次記憶させた画像２５２との同一の座標画素同士で明るさを比較し、明るい（輝度値の大きい）方の値を選択し出力する処理を行えば、実施例１の場合と同じサイズの合成画像Ｉｏが得られる。

試料面移動方向の分解能については、検出したい試料面での特徴点の大きさに依存し、少なくとも検出したい特徴点の大きさの半分以下の分解能で撮像すれば、特徴点を照明２１１ａ、２１２ａの両方で照明したことにほぼ等しい画像を得ることができる。もちろん、カメラ２１３ａの１ライン分の積分時間を実施例１の１／４にして、４倍のラインレートで撮像し、上記に説明した２倍のラインレートの際に偶数列と奇数列との２面のメモリを持ち順次入力したように、０から３番の番号の４面のメモリを持ち、当該列番号を４で割った際の余りに相当するメモリ番号のメモリに順次入力し、画像合成処理部２８３ａで、４つのメモリ画像の同一の座標画素同士で明るさを比較しても良い。

このような構成形態を採用したので、輪軸１に装架したままで、ブレーキディスク４枚の表面を同時に検査することができ、ブレーキディスク表面に発生した特徴点を、複数方向から行う斜方照明光を時分割で点灯し、それぞれの点灯時間ごとに個別に画像検出し、合成処理を行うことにより、特徴点の背景部が明るくなるノイズを低減することができ、特徴点のコントラストを高く抽出できる効果がある。

次に第３の実施例を説明する。実施例３は、ブレーキディスク単体で検査できるようにしたものである。図１３Ａ及び図１３Ｂは、実施例３の１構成例であり、図１３Ａは平面図、図１３Ｂは斜視図である。被検査ディスク４を、図１３Ｂに示すように回転テーブル７５上に載置している。実施例１および２と同様に被検出面の１ライン上を検出する１次元センサであるラインセンサカメラであるカメラ１３１３をディスク４の法線上に設置し、照明１３１１および１３１２により撮像ライン上を斜方より照明する。回転テーブル７５を回転させながら撮像することにより、ディスク４の検査面全体を撮像することができる。

このとき、照明１３１１および１３１２と、カメラ１３１３を、上記実施例１で説明したように、それぞれの照明光の波長を異なるものにすることにより、それぞれの波長ごとに個別に画像検出し、図８で説明したような画像処理部１６ａと同じ画像処理部を用いて検出画像を合成処理することができる。

また、照明１３１１および１３１２と、カメラ１３１３を、上記実施例２で説明したように、それぞれの照明光を時分割で点灯し、それぞれの点灯時間ごとに個別に画像検出することにより、図１１で説明したような画像処理部２１６ａと同じ画像処理部を用いて合成処理を行うことができる。

その結果、特徴点の背景部が明るくなるノイズを低減することができ、特徴点のコントラストを高く抽出できる。

この実施例では、円盤状のディスクを対象に説明したが、検査試料や、カメラと照明を直線状に移動させることにより、板状の物などの表面の検査・撮像に用いることができる。

本実施例によれば、検査試料面３７の画像を検出できるため、特徴点の大きさや形状などを計測したり、特定することができる特徴がある。また、撮像した画像を保存しておき、検査対象個体の次回の検査の際に、前歴と比較するなど履歴管理にも使用することができる特徴がある。

１…輪軸 ２…車軸 ３…車輪 ４ａ〜４ｄ…ディスクブレーキ用のディスク ５…ギアケース １１ａ〜１１ｄ、２１１ａ、１３１１…照明光源 １２ａ〜１２ｄ、２１２ａ、１３１２…照明光源 １３ａ〜１３ｄ、２１３ａ、１３１３…カメラ １４ａ〜１４ｄ…ミラー １５ａ〜１５ｄ、２１５ａ…入力ＩＦ（インターフェース）部 １６ａ〜１６ｄ、２１６ａ…画像処理部 １７、２１７…制御部 ２１ａ、２１ｂ…支持ローラ ２２…駆動ローラ ２３…電動機 ２４…門形構造物 ２６…センサ ２７…表示装置 ２８…入力装置 ２９…記憶装置 ８３ａ、２８３ａ…合成処理部 ８４ａ、２８４ａ…２値化処理部 ８５ａ、２８５ａ…大きさ測定部 ８６ａ、２８６ａ…判定処理部 ８８ａ、２８８ａ…検査結果出力部 ７５…回転テーブル。

Claims (10)

1. 試料表面を検査する表面検査装置であって、
   試料の表面に光を照射する光源手段と、
   該光源手段により光が照射された前記試料の表面を撮像して該表面の光学像を取得する撮像手段と、
   該撮像手段で撮像して得た前記試料表面の画像を処理して前記試料の表面の特徴点検出する画像処理手段と、
   該画像処理手段で検出した前記試料の表面の特徴点に関する情報を出力する出力手段とを備え、
   前記光源手段は、複数の光源を有して該複数の光源により前記試料上の同じ領域に斜め方向から光を照射し、
   前記撮像手段は、前記光源手段の前記複数の光源により光が照射された前記試料上の領域を前記試料の表面の法線方向から撮像して前記複数の光源のそれぞれに対応させて複数の画像を取得し、
   前記画像処理手段は、前記撮像手段で取得された前記試料上の領域の複数の画像から合成画像を作成し、該作成した合成画像を処理して前記試料の表面の特徴点を検出する
   ことを特徴とする表面検査装置。
2. 前記画像処理手段は、前記試料上の同じ領域の前記複数の画像について前記試料上の同じ領域の同一座標の画素を比較して信号レベルの高いほうの画素を抽出することを前記試料上の領域に亘って行うことにより前記合成画像を作成することを特徴とする請求項１記載の表面検査装置。
3. 前記光源手段の複数の光源は、互いに異なる波長の光を前記試料上の同じ領域に同時に照射し、前記撮像手段は前記異なる波長の光が同時に照射された前記試料上の同じ領域の画像を前記異なる波長ごとに分離して撮像して波長の異なる複数の画像を取得し、前記画像処理手段は、前記波長の異なる複数の画像を合成して該合成した画像を処理することを特徴とする請求項１又は２に記載の表面検査装置。
4. 前記光源手段の複数の光源は、前記試料上の同じ領域を互いに異なるタイミングでそれぞれの光源から光を照射し、前記撮像手段は、前記互いに異なるタイミングでそれぞれの光源から光が照射された前記試料上の同じ領域を撮像して前記異なるタイミングで光が照射された前記それぞれの光源による照明に対応した前記試料上の同じ領域の画像を取得し、前記画像処理手段は、前記それぞれの光源による照明に対応した前記試料の表面の領域の画像を合成して該合成した画像を処理することを特徴とする請求項１又は２に記載の表面検査装置。
5. 前記試料が鉄道車両ディスクブレーキのディスクであって、１本の車軸に取付けられた４枚のディスクを同時に検査するために、前記光源手段と前記撮像手段と前記画像処理手段とを、前記４枚のディスクそれぞれに対応させて４組備えたことを特徴とする請求項１乃至４の何れかに記載の表面検査装置。
6. 対向して配置された複数の光源により前記試料上の同じ領域に互いに斜め方向から対向して光を照射し、
   前記複数の光源により光が斜め方向から照射された前記試料上の領域を撮像して前記複数の光源のそれぞれに対応する複数の画像を取得し、
   該取得された前記試料上の同じ領域の複数の画像から合成画像を作成し、
   該合成した画像を処理して前記試料の表面の凹凸やきずなどの特徴点を検出する
   ことを特徴とする表面検査方法。
7. 前記合成画像を作成することを、前記試料上の同じ領域の前記複数の画像について前記領域の同一座標の画素を比較して信号レベルの高いほうの画素を抽出することを前記領域に亘って行うことにより行うことを特徴とする請求項６記載の表面検査方法。
8. 前記複数の光源は互いに異なる波長の光を発射する光源であって、該複数の光源により前記試料上の同じ領域に前記異なる波長の光が同時に照射された前記試料上の同じ領域の画像を前記異なる波長ごとに分離して撮像して波長の異なる複数の画像を取得し、該取得した波長の異なる複数の画像を合成し、該合成した画像を処理して前記試料の表面の特徴点を検出することを特徴とする請求項６又は７に記載の表面検査方法。
9. 前記複数の光源により前記試料上の同じ領域を互いに異なるタイミングでそれぞれの光源から光を照射し、前記互いに異なるタイミングでそれぞれの光源から光が照射された前記試料上の同じ領域を撮像して前記それぞれの光源による照明に対応した前記試料上の同じ領域の画像を取得し、前記それぞれの光源による照明に対応した前記試料上の同じ領域の画像を合成し、該合成した画像を処理して前記試料の表面の特徴点を検出することを特徴とする請求項６又は７に記載の表面検査方法。
10. 前記試料が鉄道車両ディスクブレーキのディスクであって、１本の車軸に取付けられた４枚のディスクを同時に検査することを特徴とする請求項６乃至８の何れかに記載の表面検査方法。

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