JP2013242256A - 検査データ取得方法及び外観検査装置 - Google Patents

Abstract

【課題】検査ワークの表面の凹凸と汚れとを簡易な構成で正確に検出する。
【解決手段】実施形態の外観検査装置は、検査ワークの検査面を撮像する撮像手段と、検査面に対する互いの照射範囲を重ねたエリア光源と、スリット光源とを有する照明手段と、撮像と、エリア光源及びスリット光源の点灯／消灯の切り替えとを制御する制御手段と、スリット光源が消灯に切り替えられている間に撮像された撮像画像をもとに、検査ワークの２次元画像を取得し、スリット光源が点灯に切り替えられている間に撮像された撮像画像をもとに、検査ワークの３次元高さデータを取得する検査データ取得手段とを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、検査データ取得方法及び外観検査装置に関する。

従来、検査対象の製品である検査ワークの表面の凹凸や汚れなど外観上の不具合を検査する外観検査装置がある。この外観検査装置では、レーザー光に代表されるスリット光を検査ワークの検査対象面に照射し、凹凸による反射光の移動量から、検査基準面に対する３次元高さデータを演算する光切断法で検査ワークの表面の凹凸を検出している。また、拡散照明に代表されるエリア光を検査ワークの検査対象面に照射し、検査対象面上の汚れなどによる輝度値変化を２次元画像として検出して、表面の汚れを検出している。

特開２００３−２１４８２４号公報

しかしながら、上述した従来技術では、検査ワークの表面の凹凸と汚れとを検出する場合、スリット光がエリア光の照射範囲に影響を与え、正確な汚れ検出が阻害される場合があった。また、スリット光がエリア光の照射範囲に影響を与えないようにするためには、スリット光の照射範囲とエリア光の照射範囲とを異ならせ、それぞれの照射範囲を撮像するための複数台のカメラの設置や、３次元高さデータと２次元画像の画素の座標を一致させるための画像処理を行う必要があり、簡易な構成で実現できなかった。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、検査ワークの表面の凹凸と汚れとを簡易な構成で正確に検出できる検査データ取得方法及び外観検査装置を提供するものである。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明の検査データ取得方法は、検査ワークの検査面を撮像する撮像手段、前記検査面に対する互いの照射範囲を重ねたエリア光源と、スリット光源とを有する照明手段、前記撮像と、前記エリア光源及び前記スリット光源の点灯／消灯の切り替えとを制御する制御手段を備える外観検査装置の検査データ取得方法であって、前記スリット光源が消灯に切り替えられている間に撮像された撮像画像をもとに、前記検査ワークの２次元画像を取得し、前記スリット光源が点灯に切り替えられている間に撮像された撮像画像をもとに、前記検査ワークの３次元高さデータを取得する。

また、本発明の外観検査装置は、検査ワークの検査面を撮像する撮像手段と、前記検査面に対する互いの照射範囲を重ねたエリア光源と、スリット光源とを有する照明手段と、前記撮像と、前記エリア光源及び前記スリット光源の点灯／消灯の切り替えとを制御する制御手段と、前記スリット光源が消灯に切り替えられている間に撮像された撮像画像をもとに、前記検査ワークの２次元画像を取得し、前記スリット光源が点灯に切り替えられている間に撮像された撮像画像をもとに、前記検査ワークの３次元高さデータを取得する検査データ取得手段と、を備える。

本発明によれば、検査ワークの表面の凹凸と汚れとを簡易な構成で正確に検出できるという効果を奏する。

図１は、第１の実施形態にかかる外観検査装置の構成を示す概略図である。 図２は、カメラの撮像範囲と、エリア光源、スリット光源の照射範囲とを例示する概念図である。 図３は、エリア光源、スリット光源の点灯／消灯と、カメラの撮像にかかる信号のタイミングチャートを示す図である。 図４は、エリア光源、スリット光源の点灯／消灯と、カメラの撮像にかかる信号のタイミングチャートを示す図である。 図５は、エリア光源、スリット光源の点灯／消灯と、カメラの撮像にかかる信号のタイミングチャートを示す図である。 図６は、第２の実施形態にかかる外観検査装置の構成を示す概略図である。

以下に添付図面を参照して、検査データ取得方法及び外観検査装置の一実施形態を詳細に説明する。以下の実施形態では、検査ワークがタイヤであり、タイヤのサイドウォールの外観を検査する場合を一例として説明する。ただし、検査ワークについては特に限定するものではなく、例えば検査ワークは基板などであってもよい。

［第１の実施形態］
図１は、第１の実施形態にかかる外観検査装置１００の構成を示す概略図である。図１に示すように、外観検査装置１００は、搬送部１０により回転される検査ワークとしてのタイヤ１のサイドウォール（検査面）について、照明部２０で照射した光の反射をカメラ１１で撮像した撮像画像をもとに、表面の３次元高さデータ及び２次元画像の検査データを取得して、表面の凹凸と汚れとを検査する装置である。

具体的には、外観検査装置１００は、タイヤ１を回転させてサイドウォールの全周をカメラ１１に撮像させる搬送部１０と、レンズ１２を取り付けたカメラ１１と、外観検査装置１００の全体動作を制御する制御装置１３と、照明部２０におけるエリア光源２１ａ、２１ｂ、スリット光源２２の点灯／消灯を切り替える照明切替装置１４と、タイヤ１のサイドウォールに照射する光源であるエリア光源２１ａ、２１ｂ、スリット光源２２を有する照明部２０と、を備える構成である。

搬送部１０は、制御装置１３の制御のもとで駆動し、タイヤ１をタイヤ回転方向に回転させるためのモーター２と、タイヤ１の回転角度に応じたパルス信号を出力するエンコーダー３と、モーター２により回転される回転台４とを備える。外観検査装置１００では、回転台４の回転中心にタイヤ１の回転方向における中心軸をあわせて回転台４上にタイヤ１を載置し、モーター２により回転台４を回転させることで、タイヤ１のサイドウォールの全周がカメラ１１で撮像されることとなる。この際に、エンコーダー３はタイヤ１の回転角度に応じたパルス信号を制御装置１３に出力する。したがって、制御装置１３では、エンコーダー３からのパルス信号をもとに、タイヤ１の搬送位置を検出できる。

なお、上述した搬送部１０以外に、外観検査装置１００は、タイヤ１の回転台４へ載置する搬送、回転台４に向けている側のサイドウォールをカメラ１１へ向けるように反転させる搬送、検査後のタイヤ１を回転台４より外す搬送などを制御装置１３の制御のもとで行う搬送機構（図示しない）を有している。

カメラ１１は、ＣＣＤイメージセンサ、ＣＭＯＳイメージセンサ等のデジタルカメラであり、レンズ１２を介してタイヤ１の検査面であるサイドウォールを撮像する。

制御装置１３は、外観検査装置１００の動作を中央制御するＣＰＵ１３１、各種設定データ（例えば光切断法による高さ演算に要する角度θなど）、プログラムなどを記憶するメモリ１３２を備える。制御装置１３は、ＣＰＵ１３１がメモリ１３２に記憶されたプログラムをＲＡＭ（図示しない）に展開して順次実行することで、外観検査装置１００の動作を制御する。照明切替装置１４は、制御装置１３からの制御信号をもとに、照明部２０におけるエリア光源２１ａ、２１ｂ、スリット光源２２の点灯／消灯を切り替える。

エリア光源２１ａ、２１ｂは、タイヤ１のサイドウォールにおいてカメラ１１により撮像される範囲に、拡散照明に代表される光を照射する光源である。図２は、カメラ１１の撮像範囲３１と、エリア光源２１ａ、２１ｂ、スリット光源２２の照射範囲３２、３３とを例示する概念図である。図２に示すように、エリア光源２１ａ、２１ｂは、その照射範囲３２がカメラ１１の撮像範囲３１を含むように設置される。また、エリア光源２１ａ、２１ｂは、カメラ１１を挟む両側の斜め上方からタイヤ１に光を照射する。したがって、タイヤ１のサイドウォールにおけるタイヤ１の撮像範囲３１ではほぼ同一の輝度条件となり、撮像範囲３１を撮像した２次元画像の輝度値と、汚れ等のないタイヤ１のサイドウォールを撮像した２次元画像の輝度値とを同一画素同士で比較することで、汚れの検査を行うことができる。

スリット光源２２は、タイヤ１のサイドウォールにおいてカメラ１１により撮像される撮像範囲３１に、光切断法による高さ演算を行うため、幅の狭いライン状のスリット光を照射する光源である。具体的には、カメラ１１の光軸Ｌに対して角度θで、撮像範囲３１のほぼ中心においてタイヤ１のサイドウォールを横切るような照射範囲３２でスリット光を照射するレーザ光源などである。

タイヤ１のサイドウォールに凹凸がある場合、照射範囲３２に照射されたスリット光は、その凹凸に応じて移動する。例えば、タイヤ１のサイドウォールの基準面に対する凹凸の高さをｄｈ、ライン状のスリット光の移動量をｄｘとした場合は、ｄｈ＝ｄｘ／ｔａｎθが成り立つ。したがって、光切断法では、カメラ１１により撮像された画像に含まれるスリット光の移動量を検出することで、タイヤ１のサイドウォールにおける凹凸（３次元高さデータ）を演算できる。外観検査装置１００では、演算された３次元高さデータと、予め設定されたタイヤ１のマスタデータとが一致するか否かを比較することで、凹凸不良の検査を行うことができる。

ここで、制御装置１３の制御のもとで行われる外観検査装置１００の動作について説明する。図３は、エリア光源２１ａ、２１ｂ、スリット光源２２の点灯／消灯と、カメラ１１の撮像にかかる信号のタイミングチャートを示す図である。

図３に示すように、制御装置１３の制御のもと、外観検査装置１００では、エリア光源２１ａ、２１ｂ及びスリット光源２２を所定の時間間隔で交互に点灯させ、スリット光源２２が消灯（ＯＦＦ）に切り替えられている間にシャッター信号で撮像された撮像画像をもとに、タイヤ１のサイドウォールの２次元画像Ｄ１を取得する。また、スリット光源２２が点灯（ＯＮ）に切り替えられている間に撮像された撮像画像をもとに、タイヤ１のサイドウォールの３次元高さデータＤ２を取得する。これにより、外観検査装置１００では、タイヤ１のサイドウォールの全周分に相当する２次元画像Ｄ１、３次元高さデータＤ２を時分割で取得することができる。

より具体的には、制御装置１３は、２次元画像Ｄ１の取得時には、エリア光源２１ａ、２１ｂを点灯させ、スリット光源２２を消灯させる制御信号を照明切替装置１４へ送る。そして、制御装置１３は、スリット光源２２を消灯させている間に、露光を行うためのシャッター信号をカメラ１１へ送る。これにより、制御装置１３は、カメラ１１の撮像画像から、タイヤ１の回転方向と垂直な方向に１画素分のライン画素を抽出し、２次元ライン画像を取得する。制御装置１３では、取得した２次元ライン画像を、タイヤ１の回転に応じてエンコーダー３により検出された信号をもとに、取得した順に合成することで、タイヤ１のサイドウォールの全周分に相当する２次元画像Ｄ１を取得する。制御装置１３では、取得した２次元画像Ｄ１と、メモリ１３２などに予め設定された汚れのないタイヤ１の２次元画像とを比較することで、回転台４に載置されたタイヤ１のサイドウォールにおける汚れを検出する。

また、制御装置１３は、３次元高さデータＤ２の取得時には、エリア光源２１ａ、２１ｂを消灯させ、スリット光源２２を点灯させる制御信号を照明切替装置１４へ送る。そして、制御装置１３は、スリット光源２２を点灯させている間に、露光を行うためのシャッター信号をカメラ１１へ送る。なお、この時のシャッター信号による露光時間は、エリア光源２１ａ、２１ｂの点灯による光強度と、スリット光源２２の点灯による光強度とが異なることから（通常はスリット光源２２の光強度の方が強い）、光源の光強度に応じた露光時間（例えば２次元画像Ｄ１の露光時間と比較して短く）としてもよい。

これにより、制御装置１３は、カメラ１１の撮像画像から、タイヤ１の回転方向においてスリット光の基準位置からの移動量に基づいて上述した光切断法の高さ演算を行い、３次元ライン高さデータを取得する。制御装置１３では、取得した３次元ライン高さデータを、タイヤ１の回転に応じてエンコーダー３により検出された信号をもとに、取得した順に合成することで、タイヤ１のサイドウォールの全周分に相当する３次元高さデータＤ２を取得する。制御装置１３では、取得した３次元高さデータＤ２と、メモリ１３２などに予め設定された正常な凹凸の３次元高さデータとを比較することで、回転台４に載置されたタイヤ１の凹凸不良を検出する。

以上のように、外観検査装置１００では、スリット光源２２が消灯に切り替えられている間に撮像された撮像画像をもとに、タイヤ１のサイドウォールの２次元画像Ｄ１を取得し、スリット光源２２が点灯に切り替えられている間に撮像された撮像画像をもとに、タイヤ１のサイドウォールの２次元画像Ｄ１を取得することから、スリット光の照射範囲３２とエリア光の照射範囲３３とを重複させて、１台のカメラ１１で撮像する簡易な構成で、スリット光がエリア光の照射範囲３３に影響を与えないようにして、正確な汚れ検出を行うことが可能となる。

また、外観検査装置１００は、エリア光源２１ａ、２１ｂ及びスリット光源２２を交互に点灯させて、エリア光源２１ａ、２１ｂが点灯、スリット光源２２が消灯に切り替えられている間に撮像された撮像画像をもとに２次元画像Ｄ１を取得し、エリア光源２１ａ、２１ｂが消灯、スリット光源２２が点灯に切り替えられている間に撮像された撮像画像をもとに３次元高さデータＤ２を取得することから、エリア光源２１ａ、２１ｂによる２次元画像Ｄ１の取得、及びスリット光源２２による３次元高さデータＤ２の取得において、互いの光源が他の光源に及ぼす影響をより少なくすることができる。

［変形例１］
次に、上述した外観検査装置１００の動作の変形例１について図４を参照して説明する。図４は、エリア光源２１ａ、２１ｂ、スリット光源２２の点灯／消灯と、カメラ１１の撮像にかかる信号のタイミングチャートを示す図である。

図４に示すように、制御装置１３の制御のもと、外観検査装置１００では、エリア光源２１ａ、２１ｂが常時点灯された状態で、スリット光源２２を所定の時間間隔で点灯／消灯させ、スリット光源２２が消灯（ＯＦＦ）に切り替えられている間にシャッター信号で撮像された撮像画像をもとに、タイヤ１のサイドウォールの２次元画像Ｄ１を取得する。また、スリット光源２２が点灯（ＯＮ）に切り替えられている間に撮像された撮像画像をもとに、タイヤ１のサイドウォールの３次元高さデータＤ２を取得する。

このように、２次元画像Ｄ１、３次元高さデータＤ２の取得においては、エリア光源２１ａ、２１ｂを常に点灯させ、スリット光源２２を消灯している間の撮像画像で２次元画像Ｄ１を取得し、スリット光源２２を点灯している間の撮像画像で３次元高さデータＤ２を取得してもよい。この場合も、スリット光がエリア光の照射範囲３３に影響を与えないようにして、正確な汚れ検出を行うことが可能となる。

［変形例２］
次に、上述した外観検査装置１００の動作の変形例２について図５を参照して説明する。図５は、エリア光源２１ａ、２１ｂ、スリット光源２２の点灯／消灯と、カメラ１１の撮像にかかる信号のタイミングチャートを示す図である。

図５に示すように、制御装置１３の制御のもと、外観検査装置１００では、エンコーダー３からタイヤ１の回転に応じて出力されるエンコーダ信号のパルス、すなわちタイヤ１の搬送位置に同期させて、エリア光源２１ａ、２１ｂ及びスリット光源２２を交互に点灯させる。そして、外観検査装置１００では、スリット光源２２が消灯（ＯＦＦ）に切り替えられている間にシャッター信号で撮像された撮像画像をもとに、タイヤ１のサイドウォールの２次元画像Ｄ１を取得する。また、スリット光源２２が点灯（ＯＮ）に切り替えられている間に撮像された撮像画像をもとに、タイヤ１のサイドウォールの３次元高さデータＤ２を取得する。このように、タイヤ１の搬送位置に同期してエリア光源２１ａ、２１ｂ及びスリット光源２２を交互に点灯させ、タイヤ１のサイドウォールの全周分に相当する２次元画像Ｄ１、３次元高さデータＤ２を、時分割で取得してもよい。

［第２の実施形態］
次に、第２の実施形態について説明する。図６は、第２の実施形態にかかる外観検査装置１００ａの構成を示す概略図である。なお、上述した第１の実施形態と同一の構成については同一の符号を付して説明は省略する。

図６に示すように、外観検査装置１００ａでは、配光に直線成分を含む複数のエリア光源２１ａ〜２１ｃを有する照明部２０ａにより、タイヤ１のサイドウォールにエリア光を照射する構成である。第１の実施形態における照明部２０では、拡散照明に代表される光を照射するエリア光源２１ａ、２１ｂでタイヤ１のサイドウォールにエリア光を照射する構成を例示した。しかしながら、拡散照明に代表される光では、反射率が低い検査ワークでは反射光の光強度が弱く、輝度値が低い２次元画像が得られることとなり、高精度な汚れ検出が困難となる。これに対し、第２の実施形態では、配光に直線成分を含むエリア光源２１ｄ、２１ｃを追加することで、反射率が低い検査ワークであっても、反射光の光強度を強くさせることができる。

なお、本実施形態の外観検査装置１００、１００ａで実行されるプログラムは、ＲＯＭ等に予め組み込まれて提供される。本実施形態の外観検査装置１００、１００ａで実行されるプログラムは、インストール可能な形式又は実行可能な形式のファイルでＣＤ−ＲＯＭ、フレキシブルディスク（ＦＤ）、ＣＤ−Ｒ、ＤＶＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｖｅｒｓａｔｉｌｅ Ｄｉｓｋ）等のコンピュータで読み取り可能な記録媒体に記録されてコンピュータプログラムプロダクトとして提供される。

さらに、本実施形態の外観検査装置１００、１００ａで実行されるプログラムを、インターネット等のネットワークに接続されたコンピュータ上に格納し、ネットワーク経由でダウンロードさせることにより提供するように構成しても良い。また、本実施形態の外観検査装置１００、１００ａで実行されるプログラムをインターネット等のネットワーク経由で提供または配布するように構成しても良い。

本実施の形態の外観検査装置１００、１００ａで実行されるプログラムは、上述した機能構成を含むモジュール構成となっており、実際のハードウェアとしてはＣＰＵ（プロセッサ）が上記ＲＯＭからプログラムを読み出して実行することにより機能構成が主記憶装置上にロードされ、主記憶装置上に生成されるようになっている。

１００、１００ａ…外観検査装置、１…タイヤ、２…モーター、３…エンコーダー、４…回転台、１０…搬送部、１１…カメラ、１２…レンズ、１３…制御装置、１４…照明切替装置、２０…照明部、２０ａ…照明部、２１ａ〜２１ｄ…エリア光源、２２…スリット光源、３１…撮像範囲、３２、３３…照射範囲、１３１…ＣＰＵ、１３２…メモリ、Ｄ１…２次元画像、Ｄ２…３次元高さデータ、Ｌ…光軸、θ…角度

Claims (8)

1. 検査ワークの検査面を撮像する撮像手段、前記検査面に対する互いの照射範囲を重ねたエリア光源と、スリット光源とを有する照明手段、前記撮像と、前記エリア光源及び前記スリット光源の点灯／消灯の切り替えとを制御する制御手段を備える外観検査装置の検査データ取得方法であって、
   前記スリット光源が消灯に切り替えられている間に撮像された撮像画像をもとに、前記検査ワークの２次元画像を取得し、前記スリット光源が点灯に切り替えられている間に撮像された撮像画像をもとに、前記検査ワークの３次元高さデータを取得する検査データ取得方法。
2. 前記エリア光源及び前記スリット光源を交互に点灯し、前記エリア光源が点灯、前記スリット光源が消灯に切り替えられている間に撮像された撮像画像をもとに前記２次元画像を取得し、前記エリア光源が消灯、前記スリット光源が点灯に切り替えられている間に撮像された撮像画像をもとに前記３次元高さデータを取得する、
   請求項１に記載の検査データ取得方法。
3. 前記エリア光源を点灯された状態で前記スリット光源の点灯／消灯を切り替え、前記エリア光源が点灯された状態で前記スリット光源が消灯に切り替えられている間に撮像された撮像画像をもとに前記２次元画像を取得し、前記エリア光源が点灯された状態で前記スリット光源が点灯に切り替えられている間に撮像された撮像画像をもとに前記３次元高さデータを取得する、
   請求項１に記載の検査データ取得方法。
4. 検査ワークの検査面を撮像する撮像手段と、
   前記検査面に対する互いの照射範囲を重ねたエリア光源と、スリット光源とを有する照明手段と、
   前記撮像と、前記エリア光源及び前記スリット光源の点灯／消灯の切り替えとを制御する制御手段と、
   前記スリット光源が消灯に切り替えられている間に撮像された撮像画像をもとに、前記検査ワークの２次元画像を取得し、前記スリット光源が点灯に切り替えられている間に撮像された撮像画像をもとに、前記検査ワークの３次元高さデータを取得する検査データ取得手段と、
   を備える外観検査装置。
5. 前記制御手段は、前記エリア光源及び前記スリット光源を交互に点灯させ、
   前記検査データ取得手段は、前記エリア光源が点灯、前記スリット光源が消灯に切り替えられている間に撮像された撮像画像をもとに前記２次元画像を取得し、前記エリア光源が消灯、前記スリット光源が点灯に切り替えられている間に撮像された撮像画像をもとに前記３次元高さデータを取得する、
   請求項４に記載の外観検査装置。
6. 前記制御手段は、前記エリア光源を点灯させた状態で前記スリット光源の点灯／消灯を切り替え、
   前記検査データ取得手段は、前記エリア光源が点灯された状態で前記スリット光源が消灯に切り替えられている間に撮像された撮像画像をもとに前記２次元画像を取得し、前記エリア光源が点灯された状態で前記スリット光源が点灯に切り替えられている間に撮像された撮像画像をもとに前記３次元高さデータを取得する、
   請求項４に記載の外観検査装置。
7. 前記照明手段は、配光に直線成分を含む複数のエリア光源で前記検査面を照射する、
   請求項４乃至６のいずれか一項に記載の外観検査装置。
8. 前記検査ワークを搬送する搬送手段と、
   前記検査ワークの搬送位置を検出する検出手段とを更に備え、
   前記制御手段は、検出された搬送位置に応じて前記エリア光源及び前記スリット光源の点灯／消灯の切り替えを制御する、
   請求項４乃至７のいずれか一項に記載の外観検査装置。

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