JP2015094707A - 外観検査装置 - Google Patents

Abstract

【課題】一例としては、光切断法での疑似画像に対する画像処理による外観検査において、検査対象物の元来の形状や検査対象物に生じた撓み等による凹凸の影響を減らしやすい手法を得る。【解決手段】実施形態にかかる外観検査装置にあっては、検査対象面の各点でのベース高さに対応するベース輝度値として、当該各点を含む疑似画像データの他方向に沿った領域内の複数の点の輝度値の代表値を取得する、ベース輝度値取得部と、疑似画像データの各点の輝度値から当該各点のベース輝度値を減算した修正疑似画像データを取得する修正疑似画像データ取得部と、を備える。【選択図】図５

Description

本発明は、外観検査装置に関する。

従来、所謂光切断法によって、検査対象面の三次元形状に対応した画像を得ることが可能な外観検査装置が知られている（例えば、特許文献１）。光切断法による外観検査装置では、例えば、検査対象面に照射された線状の光の位置や形状に基づいて検査対象領域の各位置での高さが算出され、さらに当該高さに応じた各位置での輝度値が設定されることにより当該各位置の高さに対応した二次元の疑似画像が生成され、当該疑似画像に対する画像処理によって各位置での高さに応じた輝度値に基づいて凹凸としての不良が検出される。

特開２０１１−１４１２６０号公報

上述した外観検査装置では、検査対象物が可撓性を有していた場合、検査対象物の元来の形状や検査対象物に生じた撓み等による比較的大きな凹凸が、不良による凹凸とともに、疑似画像の輝度値に反映されてしまう。不良による凹凸を得るための画像処理に際しては、検査対象物の元来の形状や検査対象物に生じた撓み等による凹凸の影響を減らすことができるのが好ましい場合がある。

そこで、本発明の課題の一つは、光切断法での疑似画像に対する画像処理による外観検査において、検査対象物の元来の形状や検査対象物に生じた撓み等による凹凸の影響を減らしやすい手法を得ることである。

実施形態の外観検査装置にあっては、ライトシートに照らされることで検査対象面上に形成された、一方向に略沿って延びた線状の光の画像を、前記ライトシートと交叉した方向から撮像する撮像部と、前記撮像部と検査対象物とを前記一方向と交叉した方向に相対的に移動させる搬送部と、複数の前記光の画像について、当該光の画像中の各点での基準位置からのずれに応じて当該各点での高さに応じた輝度値を決定し、前記一方向および当該一方向と直交する他方向の二次元の疑似画像データを生成する疑似画像データ生成部と、検査対象面の各点でのベース輝度値として、当該各点を含む前記疑似画像データの前記他方向に沿った領域内の複数の点の前記輝度値の代表値を取得する、ベース輝度値取得部と、前記疑似画像データの各点の輝度値から当該各点の前記ベース輝度値を減算した修正疑似画像データを取得する修正疑似画像データ取得部と、を備える。

実施形態の外観検査装置によれば、一例としては、光切断法での疑似画像に対する画像処理において検査対象物の元来の形状や検査対象物に生じた撓み等による凹凸の影響を減らしやすい外観検査装置を得ることができる。

図１は、実施形態にかかる外観検査装置の一例が示された模式的な斜視図である。 図２は、実施形態にかかる外観検査装置で得られた検査対象領域に当てられた線状の光の一例が示された模式的な平面図である。 図３は、実施形態にかかる外観検査装置の一例が示された模式的なブロック図である。 図４は、実施形態にかかる外観検査装置の制御部の一例が示された模式的なブロック図である。 図５は、実施形態にかかる外観検査装置における疑似画像、ベース輝度値、および修正疑似画像の１列分のデータの一例が示された模式的な説明図である。 図６は、実施形態にかかる外観検査装置において検査対象領域の一点でのベース輝度値を取得する元となる領域の一例が示された模式的な説明図である。 図７は、実施形態にかかる外観検査装置による検査方法の一例が示されたフローチャートである。

以下、本発明の例示的な実施形態が開示される。以下に示される実施形態の構成、ならびに当該構成によってもたらされる作用および結果（効果）は、あくまで一例である。本発明は、以下の実施形態に開示される構成以外によっても実現可能であるとともに、基本的な構成によって得られる種々の効果（派生的な効果も含む）を得ることが可能である。

本実施形態では、一例として、図１〜４に示される外観検査装置１は、検査対象物１００を撮像した画像に基づいて、当該検査対象物１００の検査対象面１０１の検査を行う。図３に示されるように、外観検査装置１は、光源２や、撮像部３、制御部４０、搬送装置５（搬送部、搬送機構）、表示装置６（表示部）、入力装置７（入力部）等を備える。

図１，２に示されるように、光源２は、ライトシートＬＳ（シート状の光、平坦なカーテン状の光、スリット光）を出射し、検査対象面１０１に線状の光Ｌを照射する。光源２は、例えば、輝線照射用のレーザ光源等である。ライトシートＬＳは、例えば、レーザーライトシートである。撮像部３は、ライトシートＬＳと交叉する方向から検査対象領域Ａを含む検査対象面１０１上の二次元領域を撮像する。

図１に示されるように、光源２は、検査対象面１０１の法線方向（図１中のＺ方向）と線状の光Ｌ（検査対象領域Ａ）の幅方向（図１，２中のＹ方向）との間の斜め方向（斜め上方向）から、線状の検査対象領域Ａを照らしている。検査対象面１０１が平面であった場合、検査対象面１０１上の光Ｌ（輝線）は直線状である。しかしながら、検査対象面１０１が凸部を有していた場合、検査対象面１０１が平面であった場合の光Ｌを基準線Ｒ（直線、基準位置）とすると、当該凸部に当たった光Ｌは、基準線Ｒから光源２側（光源２に近い側）にずれる。また、逆に、検査対象面１０１が凹部を有していた場合、当該凹部に当たった光Ｌは、基準線Ｒから光源２とは反対側（光源２から遠い側）にずれる。すなわち、撮像部３で撮像した画像中の光Ｌの位置（形状、基準線Ｒからのずれ）によって、検査対象面１０１の凹凸ならびに当該凹凸の程度（凸部の高さ、凹部の深さ、法線方向における位置）を判別することができる。なお、ライトシートＬＳの出射方向ならびに撮像部３による撮像方向は、種々に設定することが可能である。

撮像部３は、ライトシートＬＳと交叉した方向であり、かつ検査対象面１０１の上方（本実施形態では、一例として法線方向に離れた位置）から、少なくとも検査対象領域Ａにおける光Ｌの画像を撮像する。撮像部３は、例えば、二次元に配列された光電変換素子（光電変換部）を有したエリアセンサ（固体撮像素子、例えば、ＣＣＤ（charge coupled device）イメージセンサや、ＣＭＯＳ（complementary metal oxide semiconductor）イメージセンサ等）である。

搬送装置５は、検査対象物１００を光Ｌ（検査対象領域Ａ）の幅方向（検査対象物１００の長手方向、図１，２中のＸ方向）に搬送し、検査対象面１０１における検査対象領域Ａを移動させる。これにより、検査対象面１０１の二次元領域について、データが取得される。なお、検査対象物１００が固定され、光源２や撮像部３等が検査対象面１０１に沿って移動する構成（搬送装置５によって動かされる構成）であってもよい。

また、外観検査装置１は、図３に示されるように、制御部４０（例えばＣＰＵ（central processing unit）等）や、ＲＯＭ４１（read only memory）、ＲＡＭ４２（random access memory）、補助記憶装置４３、光照射コントローラ４４、撮像コントローラ４５、搬送コントローラ４６、表示コントローラ４７、入力コントローラ４８等を備えることができる。補助記憶装置４３は、例えばＨＤＤ（hard disk drive）や、ＳＳＤ（solid state drive）、フラッシュメモリ等である。光照射コントローラ４４は、制御部４０からの制御信号に基づいて、光源２の発光（オン、オフ）等を制御する。撮像コントローラ４５は、制御部４０からの制御信号に基づいて、撮像部３による撮像を制御する。搬送コントローラ４６は、制御部４０から受けた制御信号に基づいて、搬送装置５を制御し、検査対象物１００の搬送（開始、停止、速度等）を制御する。表示コントローラ４７は、制御部４０からの制御信号に基づいて、表示装置６（例えば、ＬＣＤ（liquid crystal display）、ＯＥＬＤ（organic electroluminescent display）等）を制御する。入力コントローラ４８は、入力装置７（例えば、キーボードや、つまみ、操作ボタン、タッチパネル等）での入力操作に応じたデータを、制御部４０に送る。また、制御部４０は、不揮発性の記憶部としてのＲＯＭ４１や補助記憶装置４３等にインストールされたプログラム（アプリケーション）を読み出して実行する。ＲＡＭ４２は、制御部４０がプログラムを実行して種々の演算処理を実行する際に用いられる各種データを一時的に記憶する。なお、図３に示されるハードウエアの構成はあくまで一例であって、例えばチップやパッケージにする等、種々に変形して実施することが可能である。また、各種演算処理は、並列処理することが可能であり、制御部４０等は、並列処理が可能なハードウエア構成とすることが可能である。

また、本実施形態では、一例として、制御部４０は、ハードウエアとソフトウエア（プログラム）との協働によって、外観検査装置１の少なくとも一部として機能（動作）する。すなわち、図４に示されるように、制御部４０は、光照射制御部４０ａや、撮像制御部４０ｂ、搬送制御部４０ｃ、画像処理部４０ｄ、可変設定部４０ｅ、表示制御部４０ｆ等として機能する。プログラムには、図４に示される各部に対応したモジュールが含まれる。

画像処理部４０ｄは、疑似画像データ生成部４０ｇや、ベース輝度値取得部４０ｈ、修正疑似画像データ取得部４０ｉ、異常領域決定部４０ｊ等を含む。光照射制御部４０ａは、光照射コントローラ４４を制御する。撮像制御部４０ｂは、撮像コントローラ４５を制御する。搬送制御部４０ｃは、搬送コントローラ４６を制御する。画像処理部４０ｄは、撮像部３が取得した画像データを画像処理する。また、表示制御部４０ｆは、表示装置６を制御する。

画像処理部４０ｄの疑似画像データ生成部４０ｇは、複数の検査対象領域Ａ（図１，２参照）の各点（検査対象領域Ａの長手方向の各点）に対応した光Ｌの画像の基準線Ｒ（基準位置）からのずれに応じて、当該各点での輝度値を決定することにより、二次元の疑似画像データを生成する。輝度値は、検査対象領域Ａの各点の高さに応じた値となる。一例として、疑似画像データ生成部４０ｇは、各位置での基準線Ｒから光源２に近い側（図１の左上側）へのずれが大きいほど輝度値を高く設定し（画素（点）を明るくし）、光源２から遠い側（図１の右下側）へのずれが大きいほど輝度値を低く設定する（画素を暗くする）。これにより、疑似画像は、検査対象領域Ａの二次元の外観に近い画像となる。表示制御部４０ｆは、疑似画像が表示されるよう、表示装置６を制御することができる。疑似画像は、検査対象面１０１の凹凸の状態（大きさや、位置等）を視覚的に判断しやすいという利点も有している。

また、画像処理部４０ｄの異常領域決定部４０ｊは、複数の検査対象領域Ａにおける線状の光Ｌの位置（形状、ずれ）の変化（二次元的な変化）、あるいは、二次元の疑似画像の輝度値の変化等に基づいて、検査対象面１０１の異常を判別する。一例として、異常領域決定部４０ｊは、基準線Ｒからのずれもしくは輝度値が所定値（ずれもしくは輝度値の閾値）と同じかあるいはより大きい画素（点）が、所定数（画素数あるいは面積の閾値）と同じかあるいはより多く集まっていた場合、検査対象面１０１に凸状の異常が存在すると決定することができる。また、一例として、異常領域決定部４０ｊは、基準線Ｒからのずれもしくは輝度値が所定値（ずれあるいは輝度値の閾値）と同じかあるいはより小さい画素（点）が、所定数（画素数あるいは面積の閾値）と同じかあるいはより多く集まっていた場合、検査対象面１０１に凹状の異常が存在すると決定することができる。また、異常領域決定部４０ｊは、基準物から得られた疑似画像（基準画像、疑似画像データ、修正疑似画像データ）との比較により、当該疑似画像と輝度値が異なる画素（点）が所定数（画素数あるいは面積の閾値）と同じかあるいはより多く集まっていた場合、凸状あるいは凹状の異常が存在すると決定することができる。

図５の上段には、Ｙ方向に沿った一列分の疑似画像データの一例が示されている。図５の各段のグラフでは、横軸はＹ方向の位置、縦軸は輝度値であり、当該Ｙ方向に沿った一列の各画素の値が示されている。疑似画像データの輝度値から、検査対象面ＡにはＹ方向に沿って凹凸（高さの変化）があることがわかる。

しかしながら、画像処理による外観検査では、疑似画像データから、検査対象面１０１の元来の形状や撓み等による凹凸は、凹凸による不良の判定の画像処理では除外したい場合がある。そこで、本実施形態では、一例として、図５の中段に示されるように、検査対象面１０１の比較的大きな凹凸を示すベース輝度値が取得される。

ベース輝度値取得部４０ｈは、本実施形態では、一例として、図６に示されるように、Ｘ方向の座標をｉ、Ｙ方向の座標をｊとした場合の各画素Ｐｉｊ（点）のベース輝度値を、Ｘ方向と交叉した（直交した）Ｙ方向に沿った領域Ｂ内の複数の画素（点）の輝度値の代表値として算出する。代表値は、一例としては平均値である。すなわち、ベース輝度値取得部４０ｈは、領域Ｂ内の画素Ｐｉｊを含む複数（合計ｎ個）の画素の輝度値の平均値を、当該画素Ｐｉｊのベース輝度値とする。なお、代表値は、平均値でなくてもよく、統計学における公知の種々の代表値であることができる。また、代表値の算出に際し、適宜フィルタリング等を行うことができる。このような手法によるベース輝度値の算出は、検査対象面１０１が元来の形状や撓み等によるＹ方向（搬送方向と交叉する方向）に沿った凹凸（高さの変化）を有し、元来の形状や撓み等によるＸ方向（搬送方向）に沿った凹凸（高さの変化）はＹ方向に比べて小さい場合や無視できるような場合に有効である。本実施形態の方法は、検査対象物１００がゴム等の弾性材料（可撓性材料）である場合に、有効である。なお、ベース輝度値取得部４０ｈは、Ｙ方向に沿った領域Ｂ内の複数の画素（点）の輝度値（高さ）の平滑化を行っているということができる。

修正疑似画像データ取得部４０ｉは、画素毎に、疑似画像データ（輝度値）からベース輝度値を減算して、修正疑似画像データを取得する。修正疑似画像データ取得部４０ｉは、検査対象面１０１の元来の形状や撓み等による凹凸と検査対象面１０１に生じている不良に基づく凹凸との双方に対応した輝度値（図５の上段）から、検査対象面１０１の元来の形状や撓み等による比較的大きな凹凸に対応した輝度値（図５の中段）を減算し、当該比較的大きな凹凸の成分が減殺されるため、修正疑似画像データは、検査対象面１０１に生じている不良に基づく凹凸ならびにベース輝度値で平滑化されない局所的な比較的小さな凹凸に対応した輝度値（図５の下段）となる。よって、本実施形態によれば、検査対象面１０１の元来の形状や撓み等による比較的大きな凹凸を減らすあるいは排除することができ、検査対象面１０１に生じている不良に基づく凹凸を把握しやすくなる。なお、本明細書で、疑似画像データは、Ｘ方向とＹ方向の二次元の各画素の輝度値のデータを意味しており、表示装置６で画像として表示されることを前提とするものでは無い。疑似画像データにおける輝度値のデータは、高さデータにも相当する。すなわち、疑似画像データは、検査対象面１０１の二次元の高さデータの一例でもある。また、修正疑似画像データは、検査対象面１０１の元来の形状や撓み等による比較的大きな凹凸が減らされるあるいは排除されている分、輝度値の最小値と最大値との範囲が修正前の疑似画像データに比べて小さい（狭い）。よって、輝度値のデータの演算ビット数を減らすことができる（例えば、１６ビットデータを８ビットデータに圧縮できる）ため、画像処理をより高速に行うことが可能となる。

図７に、制御部４０による具体的な処理手順の一例が示される。制御部４０は、まず、画像処理部４０ｄ（疑似画像データ生成部４０ｇ）として機能し、複数の検査対象領域Ａの各点（画素）についての基準線Ｒ（基準位置）に対する光Ｌの位置（ずれ）から、当該各点の輝度値を決定し、二次元の疑似画像を生成する（Ｓ１１）。このＳ１１で、画像処理部４０ｄは、一例として、各点の輝度値を、ずれの大きさに応じて線形的に決定することができる。

次に、制御部４０は、画像処理部４０ｄ（ベース輝度値取得部４０ｈ）として機能し、上述したように、検査対象面１０１の各画素での検査対象物１００の元来の形状や撓み等によるベース高さに対応するベース輝度値として、当該各画素を含む疑似画像データのＸ方向に沿った領域Ｂ内の複数の点の輝度値の代表値を算出（取得）する（Ｓ１２）。

次に、制御部４０は、画像処理部４０ｄ（修正疑似画像データ取得部４０ｉ）として機能し、上述したように、画素毎に、疑似画像データ（輝度値）からベース輝度値を減算して、修正疑似画像データを取得する（Ｓ１３）。

次に、制御部４０は、画像処理部４０ｄ（異常領域決定部４０ｊ）として機能し、例えば、二次元の修正疑似画像データにおいて、基準物について上述したＳ１１〜Ｓ１３と同様の処理を行った修正疑似画像データ（基準データ、マスタデータ）と比較して、対応する画素（点）同士の輝度値の差が所定値（差分の閾値）と同じかあるいはより大きい画素が、所定数（画素数の閾値）と同じかあるいはより多く集まっていた場合や、輝度値が所定値（輝度値の閾値）と同じかあるいはより大きい画素が、所定数（画素数の閾値）と同じかあるいはより多く集まっていた場合、あるいは、基準線Ｒからのずれもしくは輝度値が所定値（輝度値の閾値）と同じかあるいはより小さい画素が、所定数（画素数の閾値）と同じかあるいはより多く集まっていた場合等に、当該点が集まった領域を、異常領域と決定する（Ｓ１４）。

次いで、制御部４０は、表示制御部４０ｆとして機能し、Ｓ１１で得られた各画素での輝度値（疑似画像）と、Ｓ１４で得られた異常領域を示す画像（例えば、所定の色で着色された領域、指標等）と、を含む画像が表示されるよう、表示コントローラ４７ひいては表示装置６を制御することができる（Ｓ１５）。また、Ｓ１５では、表示制御部４０ｆは、Ｓ１３で得られた修正疑似画像と、Ｓ１４で得られた異常領域を示す画像と、を含む画像が表示されるよう、表示コントローラ４７ひいては表示装置６を制御してもよい。さらに、表示制御部４０ｆは、入力装置７からの指示入力に応じて、異常領域を示す画像（指標等）が表示された状態と、表示されない状態とを切り替えることができる。

なお、Ｓ１２に関連し、可変設定部４０ｅは、入力装置７からの入力データ等に基づいて、Ｓ１２で用いられる領域ＢのＸ方向に沿った長さ（画素数、点数）を、可変設定することができる。すなわち、オペレータは、入力装置７の操作によって領域ＢのＸ方向に沿った長さを変化させるパラメータを調整することにより、Ｓ１２での画像処理ひいてはＳ１４での異常領域の検出をより好適に行うことが可能となる。

以上、説明したように、本実施形態では、一例として、ベース輝度値取得部４０ｈは、検査対象面１０１の各画素（各点）でのベース輝度値として、当該各画素を含む疑似画像データのＸ方向に沿った領域Ｂ内の複数の画素の輝度値の代表値を取得し、修正疑似画像データ取得部４０ｉは、疑似画像データの各画素の輝度値から当該各画素のベース輝度値を減算した修正疑似画像データを取得する。よって、本実施形態によれば、一例としては、検査対象面１０１の元来の形状や撓み等による比較的大きな凹凸の影響を減らすあるいは排除した状態で、検査対象面１０１の凹凸を伴う不良を検出することができる。よって、一例としては、光切断法での疑似画像に対する画像処理において元来の形状や撓み等による比較的大きな凹凸と不良に基づく凹凸とが区別されやすい。よって、一例としては、より容易にあるいはより精度良く、異常検出が行われやすい。

また、本実施形態では、一例として、領域Ｂの輝度値の代表値は、複数の画素（点）の輝度値の平均値である。よって、本実施形態によれば、一例としては、代表値がより容易に算出されやすい。

また、本実施形態では、一例として、外観検査装置１は、領域Ｂの他方向の長さを可変設定する可変設定部４０ｅを備える。よって、本実施形態によれば、一例としては、オペレータは、入力装置７の操作によって領域ＢのＸ方向に沿った長さを変化させるパラメータを調整することにより、画像処理ひいては当該画像処理に基づく異常領域の検出をより好適に行いやすい。

以上、本発明の実施形態を例示したが、上記実施形態はあくまで一例である。実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、組み合わせ、変更を行うことができる。また、実施形態の構成や形状は、部分的に他の構成や形状と入れ替えて実施することも可能である。また、各構成や形状等のスペック（構造や、種類、方向、角度、形状、大きさ、長さ、幅、厚さ、高さ、数、配置、位置、材質等）は、適宜に変更して実施することができる。例えば、検査対象物は、例えば、円環状のもの（例えば、タイヤ等）など、帯状以外の物であってもよい。

１…外観検査装置、３…撮像部、４０ｅ…可変設定部、４０ｇ…疑似画像データ生成部、４０ｈ…ベース輝度値取得部、４０ｉ…修正疑似画像データ取得部、１０１…検査対象面、Ｂ…（他方向に沿った）領域、ＬＳ…ライトシート、Ｐｉｊ…画素（点）。

Claims (3)

1. ライトシートに照らされることで検査対象面上に形成された、一方向に略沿って延びた線状の光の画像を、前記ライトシートと交叉した方向から撮像する撮像部と、
   前記撮像部と検査対象物とを前記一方向と交叉した方向に相対的に移動させる搬送部と、
   複数の前記光の画像について、当該光の画像中の各点での基準位置からのずれに応じて当該各点での高さに応じた輝度値を決定し、前記一方向および当該一方向と直交する他方向の二次元の疑似画像データを生成する疑似画像データ生成部と、
   検査対象面の各点でのベース輝度値として、当該各点を含む前記疑似画像データの前記他方向に沿った領域内の複数の点の前記輝度値の代表値を取得する、ベース輝度値取得部と、
   前記疑似画像データの各点の輝度値から当該各点の前記ベース輝度値を減算した修正疑似画像データを取得する修正疑似画像データ取得部と、
   を備えた、外観検査装置。
2. 前記代表値は、前記複数の点の前記輝度値の平均値である、請求項１に記載の外観検査装置。
3. 前記領域の他方向の長さを可変設定する可変設定部を備えた、請求項１または２に記載の外観検査装置。

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