JP2017026400A - 検査装置、および物品の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】長尺の物体の表面に対する欠陥検査に有利な検査装置を提供する。
【解決手段】物体１０の表面１００の画像データに基づいて表面１００の検査を行う検査装置であって、物体１０を移動させる駆動部１３と、複数の発光部を有し、該複数の発光部により表面１００を照明する照明部１１と、照明部１１により照明された表面１００を撮像して画像データを得る撮像部１２と、を備え、照明部１１は、駆動部１３による物体１０の経路に対応する軸の周囲を少なくとも部分的に囲うように配置され、経路上の複数の位置のそれぞれで撮像部１２により画像データを得る。
【選択図】図１

Description

本発明は、検査装置、および物品の製造方法に関する。

物体の外観を検査する手段として、目視に代わり、カメラで撮影された物体の像を用いる検査装置の導入が進みつつある。検査装置は、物体が有する面の数、その形状および大きさ、物体の面に含まれる欠陥の形状や大きさなど様々な外観に対応可能であることが求められる。これら様々な外観のうち、いずれかに対応可能な装置として、複数の面を有する物体を検査する外観検査装置（特許文献１）、長尺状の物体を検査する装置（特許文献２）および曲面を有する物体を評価する装置（特許文献３）が知られている。

特許第４０９３４６０号公報 特開２０１５−２５７４１号公報 特許第５６００２９８号公報

上記の各特許文献は、上記で示した様々な外観のすべてに対応することは困難である。例えば、特許文献１に記載の外観検査装置は、多面体（ファスナーの蝶棒など）への対応を前提としており、曲面を有する物体や装置の撮像視野を越える大きさの物体に対して適切な照明ができず、外観の検査を十分に行うことは困難である。さらに、物体表面上の欠陥がスクラッチ状の場合、欠陥のコントラストが得られず欠陥の検出が困難となり得る。特許文献２および特許文献３の装置も、想定する形状以外の物体やスクラッチ状の欠陥については、適切な照明ができず、外観の検査を十分に行うことは困難となり得る。

本発明は、例えば、長尺の物体の表面に対する欠陥検査に有利な検査装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明は、物体の表面の画像データに基づいて表面の検査を行う検査装置であって、物体を移動させる駆動部と、複数の発光部を有し、該複数の発光部により表面を照明する照明部と、照明部により照明された表面を撮像して画像データを得る撮像部と、を備え、照明部は、駆動部による物体の経路に対応する軸の周囲を少なくとも部分的に囲うように配置され、経路上の複数の位置のそれぞれで撮像部により画像データを得る、ことを特徴とする。

本発明によれば、例えば、長尺の物体の表面に対する欠陥検査に有利な検査装置を提供することができる。

第１実施形態に係る検査装置の構成を示す概略図である。 図１の検査装置の一部構成をＸ−Ｚ面で見た図である。 図１の検査装置の一部構成をＸ−Ｙ面で見た図である。 図１の検査装置の一部構成をＹ−Ｚ面で見た図である。 第２実施形態に係る検査装置の一部構成をＸ−Ｙ面で見た図である。 第３実施形態に係る検査装置の一部構成をＹ−Ｚ面で見た図である。

以下、本発明を実施するための形態について図面などを参照して説明する。

（第１実施形態）
図１は、本実施形態に係る検査装置の構成を示す概略図である。検査装置１は、例えば、工業製品に利用される金属部品や樹脂部品などの物体の外観検査を行う。本実施形態では、曲率のある面を一方向に延伸した形状を有する表面１００を備えた物体１０の外観検査を行う。表面１００には、キズやムラ（例えば色ムラ）、凹凸などの欠陥が生じていることがある。検査装置１は、表面１００の画像データに基づいて、表面１００上の検査領域内に生じている欠陥を検出し、物体１０を良品および不良品のいずれかに分類する。検査領域は表面１００の全面に設定されても良いし、検査が不要な領域が除かれた部分に設定されても良い。

検査装置１は、照明部１１と、カメラ（撮像部）１２と、駆動部１３と、制御部１４と、演算部１５と、表示部１６と、入力部１７と、を含む。物体１０は、照明部１１に囲まれた領域内で駆動部１３によって所定の方向に移動され、照明される。ここで、駆動部１３による移動の方向と表面１００の延伸の方向とは略一致しているものとする。本実施形態では、照明部１１は複数の異なる波長の光源を有するものとする。カメラ１２は、物体１０の表面１００を撮像可能な方向に配置される。カメラ１２は、照明部１１によって照明された物体１０からの反射光を検出して、画像を取得（撮像）する。カメラ１２によって取得された物体１０の画像は、演算部１５に転送される。

演算部１５は、例えば、ＣＰＵ１５ａ（ＣｅｎｔｒａｌＰｒｏｃｅｓｓｉｎｇＵｎｉｔ）、ＲＡＭ１５ｂ（ＲａｎｄａｍＡｃｃｅｓｓＭｅｍｏｒｙ）、およびＨＤＤ１５ｃ（ＨａｒｄＤｉｓｋＤｒｉｖｅ）を含む情報処理装置から成りうる。演算部１５は、カメラ１２によって取得された画像についての評価値を求め、求めた評価値と所定の閾値とを比較して物体を良品と不良品のいずれかに分類する処理（分類処理）を実行する。ＣＰＵ１５ａは、物体を良品と不良品に分類するためのプログラムを実行し、ＲＡＭ１５ｂおよびＨＤＤ１５ｃは、当該プログラムやデータを格納する。表示部１６は、例えばモニタを含み、演算部１５によって実行された分類処理の結果を表示する。また、入力部１７は、例えばキーボードやマウスなどを含み、ユーザからの指示を演算部１５に送信する。

照明部１１およびカメラ１２、および照明と撮像の流れについて詳細に説明する。まず照明部１１の詳細について図２、図３および図４を用いて説明する。図２は、図１における照明部１１を含む構成をＸ−Ｚ面で見た図である。照明部１１は、リング状の形状をもち、駆動部１３による物体１０の経路（移動方向）に対応する軸（方向２０）の周囲を少なくとも部分的に囲うように配置される。そして、その発光領域は、複数の発光部１０１〜１０５に分割され、これらは、軸に関する周の方向に沿って配列されている。各発光部の光軸１１１〜１１５は、異なる角度で物体１０を照射するようになっている。ここで、各発光部の光軸とは、発光部の発光面の中心近傍を通り、発光面の中心近傍の微小平面に垂直な方向と定義される。また、カメラ１２の光軸は、カメラ１２の撮像画像の中心を通る軸とし、図中では、光軸２２とする。

カメラの光軸２２と方向２０により規定される平面を平面２１とすると、本実施形態では、複数の発光部のうち発光部１０３の光軸１１３のみが平面２１上に存在し、その他の光軸は、平面２１上にない。そして、複数の発光部１０１〜１０５の各光軸１１１〜１１５とカメラ１２の光軸２２とはすべてが同一平面上にはない。これら光軸すべてが同一平面状に存在する場合は、その平面と平行な方向のスクラッチ状のキズに関しては可視化できない場合がある。本実施形態の構成とすることで、物体１０の表面１００上のあらゆる方向のスクラッチ状のキズについて可視化に有利となる。

図３は、図１における照明部１１を含む構成をＸ−Ｙ面で見た図である。この図により、複数の発光部から出射される光の波長とカメラ１２によって取得された物体１０の画像のコントラストとの関係について説明する。発光部１０１、１０３および１０５は波長λ１の光を出射し、発光部１０２および１０４は波長λ２の光を出射する。物体上の領域１２１〜１２５を照射することを考えると、領域１２１、１２３および１２５は波長λ１の光が照射され、領域１２２および１２４は波長λ２の光が照射される。すなわち、隣り合う領域は、異なる波長の光が照射される。この構成によれば、複数の発光部により同時に各領域に光を照射してもコントラストが相殺されることはない。

図４は、図１における照明部１１を含む構成をＹ−Ｚ面で見た図である。複数の発光部で表面１００上の各領域を個別に照明する本実施形態の構成によれば、表面１００上のある領域からみた発光部の開き角度θを大きくする必要がない。したがって、Ｘ方向のスクラッチ状のキズに対して、いろいろな角度からの光が照明されてキズの画像のコントラストが得られなくなることはない。

次にカメラ１２について説明する。本実施形態では照明部１１は複数の異なる波長λ１およびλ２の光源を有しているため、カメラ１２はその波長の光を検出できるセンサを有するカラーカメラである。センサは１次元のラインセンサでも良いし、２次元のセンサであっても良い。なお、駆動部１３により物体１０を移動させながら連続して照明および撮像をする連続走査であればどちらのセンサでも良いが、断続走査による検査の場合は２次元のセンサの方が好ましい。断続走査とは、物体１０を移動させて所定領域が視野内となったら停止して照明および撮像することを逐次的に行う検査である。

次に照明と撮像の流れについて説明する。物体１０は照明部１１に囲まれた領域内で駆動部１３によって連続的に移動される。物体１０の表面１００上の所定の検査領域がカメラ１２の視野内に入る所定の時刻は予め計算により既知であるとする。もしくは物体が所定の位置に達したことを別途センサで感知してその時刻に基づいて前記所定の時刻を決定しても良い。制御部１４は複数の発光部が前述の波長の組み合わせで照明するように、そして前述の所定の時刻において照明できるように照明部１１を制御する。この制御を受け、複数の発光部１０１〜１０５は、物体１０を同時に所定時間の間照明する。物体１０の表面１００で反射または散乱された光の一部は、カメラ１２の方向に反射される。制御部１４は、この光を撮像できるようにカメラ１２を制御する。こうして、カメラ１２は、物体１０の移動経路上の複数の位置のそれぞれで画像データを得る。

照明部１１が照明している時間および駆動部１３による移動速度およびカメラ１２の撮像時間などは、カメラ１２の解像度や撮像フレームレートに応じ、種々の欠陥の検出が十分に可能なように設定されることが好ましい。本実施形態の検査装置が採用する走査方法は、連続走査に限られず、断続走査であっても良い。

こうして物体１０の表面１００の検査領域の画像データが取得され演算部１６により画像処理および欠陥の判定が行われる。本実施形態ではカメラ１２の異なるセンサで取得した異なる波長λ１およびλ２の異なる画像が移動方向の各検査領域について得られる。異なる波長の画像は移動方向と略直交する方向についての検査領域が異なっている。これらそれぞれの画像について演算部１６により画像処理および欠陥の判定を行っても良いし、これらの画像を移動方向について合成した画像、あるいは全画像を合成した画像について画像処理および欠陥の判定を行っても良い。

このように、本実施形態の構成とすることで、物体１０の表面１００上のあらゆる方向のスクラッチ状のキズについて可視化が可能となる。また、複数の発光部により同時に各領域に光を照射してもコントラストが相殺されることはないため、複数の面を有する物体、様々な面の形状を高速で検査することができる。また、走査することで長尺物体に対しても照明やハーフミラーやカメラなどの構成数を増やしコストを高くすることなく検査が可能となる。

以上のように、本実施形態によれば、長尺の物体の表面に対する欠陥検査に有利な検査装置を提供することができる。

（第２実施形態）
次に本発明の第２実施形態に係る検査装置について説明する。本実施形態の第１実施形態と大きく異なる点は、複数の発光部が出射する光の波長がすべて同じであることである。この構成による照明と撮像の流れについて以下説明する。本実施形態においては、複数の発光部が同時に物体１０を照明すると、照明を分割した効果が無く、キズの方向によっては可視化できない場合がある。そこで、制御部１４により、複数の発光部が異なる時刻で物体１０を照明するように制御し、所定の時間差をもった画像をカメラ１２により取得する。

図５は複数の発光部が物体１０を照明するタイミングの組合せを説明する図である。発光タイミングはＴ１およびＴ２の２つのグループに分けられ、発光部１０１、１０３および１０５の発光タイミングはＴ１であり、発光部１０２および１０４の発光タイミングはＴ２である。本実施形態では２つの発光タイミングとしたが、必要に応じて３つ以上の発光タイミングであっても良い。物体上の領域１２１〜１２５を照射することを考えると、領域１２１、１２３および１２５は発光タイミングＴ１で光が照射され、領域１２２および１２４は発光タイミングＴ２で光が照射される。すなわち、隣り合う領域は、異なる発光タイミングで光が照射される。この構成によれば、同じ発光タイミングで同時に各領域に光を照射してもコントラストが相殺されることはない。

本実施形態では、制御部１４は、物体１０がカメラ１２の視野内に入る時刻以降において、異なる発光タイミングの組み合わせで照明するように複数の発光部１０１〜１０５を制御する。まず発光タイミングＴ１に属する発光部１０１、１０３および１０５が物体１０を所定時間の間照明する。物体１０の表面１００で反射および散乱された光の一部は、カメラ１２の方向に反射される。制御部１４は、この光を撮像できるようにカメラ１２を制御し、カメラ１２は発光タイミングＴ１の画像として撮像する。カメラ１２が発光タイミングＴ２の画像を取得でき得る状態となったら発光タイミングＴ２に属する発光部１０２および１０４が物体１０をまた別の所定時間の間照明する。同様にして、カメラ１２は発光タイミングＴ２の画像として撮像する。こうして所定の検査領域の各々について照明と撮像を繰り返し、全検査領域について検査を行う。

発光タイミングＴ１とＴ２の時間間隔、照明部１１が照明している時間および駆動部１３による移動速度およびカメラ１２の撮像時間などは、カメラ１２の解像度や撮像フレームレートに応じ、種々の欠陥の検出が十分に可能なように決定されることが好ましい。第１実施形態と同様に、本実施形態の検査装置が採用する走査方法も連続走査に限られず、断続走査であっても良い。また、発光タイミングＴ１およびＴ２を１回の連続走査あるいは断続走査の中で交互に行う必要はなく、例えば、まず発光タイミングＴ１の発光部だけを用いて走査し検査を行い、その後発光タイミングＴ２の発光部だけを用いて走査し検査してもよい。

こうして物体１０の表面１００の検査領域の画像が取得され演算部１６により画像処理および欠陥の判定が行われる。本実施形態では発光タイミングの異なる画像が移動方向の各検査領域について得られる。これらの画像は移動方向と略直交する方向についての検査領域が異なっている。これらそれぞれの画像について演算部１６により画像処理および欠陥の判定を行っても良いし、これらの画像を移動方向について合成した画像、あるいは全画像を合成した画像合成した画像について画像処理および欠陥の判定を行っても良い。本実施形態によっても、第１実施形態と同様の効果を奏する。

（第３実施形態）
次に、本発明の第３実施形態に係る検査装置について説明する。本実施形態に係る検査装置は、第１実施形態および第２実施形態における複数の発光部の開き角度を規定したものである。図６は、本実施形態の照明部を含む構成をＹ−Ｚ面で見た図である。本実施形態の照明部３１は、複数の発光部３０１〜３０５を有し、それぞれの光軸は光軸３１１〜３１５である。物体４２は、Ｙ−Ｚ平面で一定の曲率をもった曲面を有し、Ｙ−Ｚ平面と直交する平面では曲面をもたず、移動方向（Ｘ方向）に延伸した形状をしている。Ｙ−Ｚ平面での断面は、約１４０度程度の角度を持つ略扇形となっている。照明部３１は、物体４２を囲むように配置されており、物体４２の面上の各位置からみた各発光部の開き角度θ（図６では簡単のため一例のみを示す）は略５０度以下とする。本実施形態の物体４２の形状では、角度θが６０度以上であると、物体４２の表面上のＸ方向に伸びるスクラッチ状のキズが表面上の位置によっては、可視化できない場合がある。カメラ１２が撮像するために並行して光を発する複数の発光部３０１〜３０５は、可視化できるコントラストの許容条件を満たすような画像データを得ることができるように、５０度以下の開き角で配置されている。この構成によれば、表面上の位置によらずにＸ方向に伸びるスクラッチ状のキズを可視化できる。なお、この角度は、物体の形状などに応じて適宜変更することが可能である。本実施形態によっても、第１実施形態および第２実施形態と同様の効果を奏する。

（物品製造方法に係る実施形態）
以上に説明した実施形態に係る検査装置は、物品製造方法に使用しうる。当該物品製造方法は、当該検査装置を用いて物体の検査を行う工程と、当該工程で検査を行われた物体を処理する工程と、を含みうる。当該処理は、例えば、加工、切断、搬送、組立（組付）、検査、および選別のうちの少なくともいずれか一つを含みうる。本実施形態の物品製造方法は、従来の方法に比べて、物品の性能・品質・生産性・生産コストのうちの少なくとも１つにおいて有利である。

なお、上記説明では、表面１００を曲面としたが、複数の異なる角度の平面がつながって形成される面であってもよいし、その他種々の曲面であってもよい。また、使用するカメラは複数であってもよい。照明部の形状は、リング状に限らず、検査対象の物体を囲うことができる形状であればよく、例えば、矩形状の発光部を複数並べて配置したものでもよい。また、発光部の数、用いる波長の数も適宜決定してよい。

以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は、これらの実施形態に限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形および変更が可能である。

１０ 物体
１００ 表面
１１ 照明部
１２ カメラ（撮像部）
１３ 駆動部
１４ 制御部

Claims (7)

1. 物体の表面の画像データに基づいて前記表面の検査を行う検査装置であって、
   前記物体を移動させる駆動部と、
   複数の発光部を有し、該複数の発光部により前記表面を照明する照明部と、
   前記照明部により照明された前記表面を撮像して前記画像データを得る撮像部と、を備え、
   前記照明部は、前記駆動部による前記物体の経路に対応する軸の周囲を少なくとも部分的に囲うように配置され、
   前記経路上の複数の位置のそれぞれで前記撮像部により前記画像データを得る、
   ことを特徴とする検査装置。
2. 前記複数の発光部は、前記軸に関する周の方向に沿って配列されていることを特徴とする請求項１に記載の検査装置。
3. 前記軸と前記撮像部の光軸とを含む平面上には、前記複数の発光部のうちの少なくとも１つの光軸がないことを特徴とする請求項１または２に記載の検査装置。
4. 前記複数の発光部のうち互いに隣り合う２つの発光部は、互いに異なる２つの波長の光をそれぞれ発することを特徴とする請求項１ないし３のうちいずれか１項に記載の検査装置。
5. 前記複数の発光部のうち互いに隣り合う２つの発光部は、互いに異なる２つのタイミングでそれぞれ光を発することを特徴とする請求項１ないし３のうちいずれか１項に記載の検査装置。
6. 前記複数の発光部のうち前記撮像のために並行して光を発する複数の発光部は、当該撮像により得られる画像のコントラストが許容条件を満たすように配置されていることを特徴とする請求項１ないし３および５のうちいずれか１項に記載の検査装置。
7. 請求項１乃至６のうちいずれか１項に記載の検査装置を用いて物体の検査を行う工程と、
   前記工程で前記検査を行われた前記物体の処理を行う工程と、
   を含むことを特徴とする物品の製造方法。

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