JP2019144203A - 画像検査装置および画像検査方法 - Google Patents
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Abstract
Description
上述の開示において、複数のマイクロレンズのうちの少なくとも一部のマイクロレンズの光軸が、少なくとも一部のマイクロレンズに対向する発光部の光軸とずれるように、複数のマイクロレンズが配置されている。
上述の開示において、前記複数の照明要素のうちの少なくとも1つの照明要素において、前記少なくとも一部のマイクロレンズが、前記発光部のピッチよりも小さいピッチで配置されている。
上述の開示において、複数のマイクロレンズのうちの少なくとも一部のマイクロレンズの光軸が、少なくとも一部のマイクロレンズに対向する発光部の光軸に対して傾けられるように、複数のマイクロレンズが配置されている。
上述の開示において、照明部は、複数の発光部から出射される光のうち複数のマイクロレンズのそれぞれの周囲から漏れる光を遮るように構成された遮光部をさらに含む。
まず、図1を参照して、本発明が適用される場面の一例について説明する。図1は、本実施の形態に係る画像検査装置1を模式的に示す図である。
次に、図3を参照しながら、画像検査装置1が適用される生産ラインの一例を説明する。図3は、本実施の形態に係る画像検査装置1が適用される生産ラインの一例を示す模式図である。画像検査装置1は、工業製品の生産ラインなどにおいて、制御装置100の制御によって照明装置20でワークWを照明しながらカメラ10で撮影し、得られた撮影画像を用いてワークWの外観検査を行う。具体的には、検査対象となるワークWは、移動可能なステージ300によって、カメラ10および照明装置20が固定された検査位置まで移動する。ワークWは、検査位置まで移動すると、画像検査装置1による外観検査が終了するまでその場で停止する。このとき、制御装置100は、照明装置20によってワークWを照明しながらカメラ10でワークWを撮影し、撮影画像をモニタに表示する。これにより、作業者は、モニタ画面に表示された撮影画像の色を見ながらワークWの外観を検査する。もしくは、制御装置100は、撮影画像に対して所定の画像処理を行ない、画像処理結果に基づいてワークWの異常判定を行なってもよい。
図4は、画像検査装置1に含まれる照明装置の構成を模式的に示した図である。照明装置20は、ワークWとカメラ10との間に配置され、ワークWに向けて光を照射するとともに、透光性を有している。そのため、照明装置20から放射された光は、ワークWで反射し、照明装置20を透過して、カメラ10に到達する。
図12は、照明要素位置画像を取得するためのパターン照明を説明するための図である。図13は、図12に示したパターン照明の一例を示した図である。図14は、図13に示したパターン照明を変化させたパターン照明の例を示した図である。
図17は、照明要素位置画像を取得するためのパターン照明の一例を説明するための図である。図17に示すように、所定方向からワークWに光を照射するために、複数の照明要素21の各々では、特定の行(たとえば行R1)に配置された各々の発光部31が発光する。
図20は、本開示に係る検査方法に含まれる距離算出方法を示したフローチャートである。図2および図20を参照することにより本開示に係る距離算出方法を以下に説明する。ステップS1において、照明発光位置特定処理が実行される。照明装置20は、基本形の縞パターン(図13を参照)でワークWを照明する。さらに照明装置20は、位相の180°変化(図14を参照)、周期Lの変化(図15を参照)、および縞パターンの90°回転(図16を参照)を組み合わせた照明バリエーションを用いてワークWを照明する。カメラ10は、パターン照明を変化させるたびにワークWを撮像する。これによりn(nは2以上の整数)枚の画像(n枚の撮影画像3)が取得される。なお、撮像画像の枚数nは、図15に示した周期Lの倍数nと同一である必要はない。これら「n」は、複数を意味するために用いられている。
d1=D×tanθ1+(d2+D)×tanθ2 (1)
式(1)を変形すると、以下の式(2)が導かれる。
カメラ10と照明装置20とは予め位置合わせ(キャリブレーション)されるので、カメラ10と照明装置20との間の光学的な位置関係は既知である。したがって、距離d2は既知である。カメラ10の光軸11の位置が既知であるので、角度θ2も既知である。距離d1の値は、画素PX1が有する画素値として、照明要素位置画像4に含まれる。角度θ1の値は、画素PX2が有する画素値として、照明方向画像6に含まれる。したがって、制御装置100は、照明要素位置画像4および照明方向画像6に含まれる情報から、距離Dを算出することができる。
図23は、変形例1に係る照明装置120の一部断面を示す模式図である。図3に示す照明装置20と比較して、照明装置120は、マイクロレンズアレイ40に替えてマイクロレンズアレイ140を備える。マイクロレンズアレイ140は、複数の発光部31にそれぞれ対向して配置された複数のマイクロレンズである、複数のレンズ141を含む。図23には、発光部31A〜31Eにそれぞれ対向するレンズ141A〜141Eが代表的に示されている。
以上のように、本実施の形態は以下のような開示を含む。
対象物(W)を撮影する撮像部(10)と、
前記対象物(W)と前記撮像部(10)との間に配置されて、前記対象物(W)に向けて光を照射する発光面(35)を有し、前記発光面(35)における発光位置および前記光の照射方向を制御可能に構成された、透光性の照明部(20,120,220,320)と、
前記撮像部(10)および前記照明部(20,120,220,320)を制御するように構成された制御部(100)とを備え、
前記制御部(100)は、
前記照明部(20,120,220,320)に前記発光位置および前記照射方向を変化させるとともに、前記撮像部(10)に前記対象物(W)を撮像させて、前記対象物(W)の画像から、前記対象物(W)の表面の測定点(13)が照明されるときの前記照明部(20,120,220,320)の前記発光位置および前記照射方向を特定し、特定された発光位置、および特定された照射方向に基づいて、前記測定点(13)までの距離(D)を算出する、画像検査装置。
前記撮像部(10)は、前記照明部(20,120,220,320)が前記発光位置を変化させながら前記対象物(W)を照明する際に、前記対象物(W)を複数回撮像して、複数の第1の撮影画像(3)を作成し、
前記撮像部(10)は、前記照明部(20,120,220,320)が前記照射方向を変化させながら前記対象物(W)を照明する際に、前記対象物(W)を複数回撮像して、複数の第2の撮影画像(5)を作成し、
前記制御部(100)は、
前記複数の第1の撮影画像(3)から、前記対象物(W)の前記測定点(13)を照明するための前記発光位置に関する情報を有する第1のデータ配列(4)を作成し、
前記複数の第2の撮影画像(5)から、前記対象物(W)の前記測定点(13)を照明するための前記照射方向に関する情報を有する第2のデータ配列(6)を作成し、
前記第1のデータ配列(4)に含まれる前記発光位置の情報、および、前記第2のデータ配列(6)に含まれる前記照射方向の情報から、前記距離(D)を算出する、構成1に記載の画像検査装置。
前記照明部(20,120,220,320)は、マトリクス状に配置された複数の照明要素(21)を含み、
前記複数の照明要素(21)の各々は、
マトリクス状に配列され、選択的に発光可能に構成された複数の発光部(31,31A−31E)と、
前記複数の発光部(31,31A−31E)の各々から発せられる前記光の前記照射方向を、各前記複数の発光部(31,31A−31E)の位置に対応した方向に制御するように構成された光学系(40,140,240,340)とを含み、
前記制御部(100)は、前記照明部(20,120,220,320)の前記複数の照明要素(21)の各々の点灯および消灯を制御することによって、縞パターンの前記光を前記対象物(W)に照射させ、前記縞パターンの位相、前記縞パターンの縞の周期、および前記縞の向きのいずれかを変化させることによって前記発光位置を変化させ、
前記制御部(100)は、前記照明部(20,120,220,320)の前記複数の照明要素(21)の各々の前記複数の発光部(31,31A−31E)の点灯および消灯を制御することによって、前記照射方向を変化させる、構成2に記載の画像検査装置。
前記光学系(40,140,240,340)は、
前記複数の発光部(31,31A−31E)にそれぞれ対向して設けられた複数のマイクロレンズ(41,41A−41E,141A−141E,241A−241E,341A−341E)を含む、構成3に記載の画像検査装置。
前記複数のマイクロレンズのうち(41,41A−41E,141A−141E,241A−241E,341A−341E)の少なくとも一部のマイクロレンズの光軸(42,42A−42E,142A−142E,242A−242E,342A−342E)が、前記少なくとも一部のマイクロレンズに対向する発光部(31,31A−31E)の光軸(32,32A−32E)とずれるように、前記複数のマイクロレンズが配置されている、構成4に記載の画像検査装置。
前記複数の照明要素(21)のうちの少なくとも1つの照明要素(21)において、前記少なくとも一部のマイクロレンズ(41,41A−41E,341A−341E)が、前記発光部(31,31A−31E)のピッチ(P1)よりも小さいピッチ(P2)で配置されている、構成5に記載の画像検査装置。
前記複数のマイクロレンズ(141A−141E,241A−241E)のうちの少なくとも一部のマイクロレンズの光軸(142A−142E,242A−242E)が、前記少なくとも一部のマイクロレンズに対向する発光部(31,31A−31E)の光軸(32,32A−32E)に対して傾けられるように、前記複数のマイクロレンズ(141A−141E,241A−241E)が配置されている、構成4に記載の画像検査装置。
前記照明部(20,120,220,320)は、
前記複数の発光部(31,31A−31E)から出射される光のうち前記複数のマイクロレンズのそれぞれの周囲から漏れる光を遮るように構成された遮光部(44)をさらに含む、構成4から構成7のいずれか1項に記載の画像検査装置。
対象物(W)を撮影する撮像部(10)と、前記対象物(W)と前記撮像部(10)との間に配置されて、前記対象物(W)に向けて光を照射する発光面(35)を有し、前記発光面(35)における発光位置および前記光の照射方向を制御可能に構成された、透光性の照明部(20,120,220,320)と、前記撮像部(10)および前記照明部(20,120,220,320)を制御するように構成された制御部(100)とを備えた画像検査装置による画像検査方法であって、
前記照明部(20,120,220,320)が前記発光位置および前記照射方向を変化させるとともに、前記撮像部(10)が前記対象物(W)を撮像するステップ(S1,S3)と、
前記撮像するステップ(S1,S3)によって取得された前記対象物(W)の画像から、前記対象物(W)の表面の測定点(13)が照明されるときの前記照明部(20,120,220,320)の前記発光位置および前記照射方向を特定するステップ(S2,S4)と、
特定された発光位置、および特定された照射方向に基づいて、前記測定点(13)までの距離(D)を算出するステップ(S5)とを備える、画像検査方法。
前記撮像するステップ(S1,S3)は、
前記照明部(20,120,220,320)が前記発光位置を変化させながら前記対象物(W)を照明する際に、前記対象物(W)を複数回撮像して、複数の第1の撮影画像(3)を作成するステップ(S1)と、
前記照明部(20,120,220,320)が前記照射方向を変化させながら前記対象物(W)を照明する際に、前記対象物(W)を複数回撮像して、複数の第2の撮影画像(5)を作成するステップ(S3)とを含み、
前記発光位置および前記照射方向を特定するステップ(S2,S4)は、
前記複数の第1の撮影画像(3)から、前記対象物(W)の前記測定点(13)を照明するための前記発光位置に関する情報を有する第1のデータ配列(4)を作成するステップ(S2)と、
前記複数の第2の撮影画像(5)から、前記対象物(W)の前記測定点(13)を照明するための前記照射方向に関する情報を有する第2のデータ配列(6)を作成するステップ(S4)とを含み、
前記算出するステップ(S5)は、
前記第1のデータ配列(4)に含まれる前記発光位置の情報、および、前記第2のデータ配列(6)に含まれる前記照射方向の情報から、前記距離(D)を算出するステップを含む、構成9に記載の画像検査方法。
前記照明部(20,120,220,320)は、マトリクス状に配置された複数の照明要素(21)を含み、
前記複数の照明要素(21)の各々は、
マトリクス状に配列され、選択的に発光可能に構成された複数の発光部(31,31A−31E)と、
前記複数の発光部(31,31A−31E)の各々から発せられる前記光の前記照射方向を、各前記複数の発光部(31,31A−31E)の位置に対応した方向に制御するように構成された光学系(40,140,240,340)とを含み、
前記照明部(20,120,220,320)が前記発光位置および前記照射方向を変化させるステップは、
前記照明部(20,120,220,320)の前記複数の照明要素(21)の各々の点灯および消灯を制御することによって、縞パターンの前記光を前記対象物(W)に照射させて、前記縞パターンの位相、前記縞パターンの縞の周期、および前記縞の向きのいずれかを変化させることによって前記発光位置を変化させるステップと、
前記照明部(20,120,220,320)の前記複数の照明要素(21)の各々の前記複数の発光部(31,31A−31E)の点灯および消灯を制御することによって、前記照射方向を変化させるステップとを含む、構成9または構成10に記載の画像検査方法。
Claims (11)
- 対象物を撮影する撮像部と、
前記対象物と前記撮像部との間に配置されて、前記対象物に向けて光を照射する発光面を有し、前記発光面における発光位置および前記光の照射方向を制御可能に構成された、透光性の照明部と、
前記撮像部および前記照明部を制御するように構成された制御部とを備え、
前記制御部は、
前記照明部に前記発光位置および前記照射方向を変化させるとともに、前記撮像部に前記対象物を撮像させて、前記対象物の画像から、前記対象物の表面の測定点が照明されるときの前記照明部の前記発光位置および前記照射方向を特定し、特定された発光位置、および特定された照射方向に基づいて、前記測定点までの距離を算出する、画像検査装置。 - 前記撮像部は、前記照明部が前記発光位置を変化させながら前記対象物を照明する際に、前記対象物を複数回撮像して、複数の第1の撮影画像を作成し、
前記撮像部は、前記照明部が前記照射方向を変化させながら前記対象物を照明する際に、前記対象物を複数回撮像して、複数の第2の撮影画像を作成し、
前記制御部は、
前記複数の第1の撮影画像から、前記対象物の前記測定点を照明するための前記発光位置に関する情報を有する第1のデータ配列を作成し、
前記複数の第2の撮影画像から、前記対象物の前記測定点を照明するための前記照射方向に関する情報を有する第2のデータ配列を作成し、
前記第1のデータ配列に含まれる前記発光位置の情報、および、前記第2のデータ配列に含まれる前記照射方向の情報から、前記距離を算出する、請求項1に記載の画像検査装置。 - 前記照明部は、マトリクス状に配置された複数の照明要素を含み、
前記複数の照明要素の各々は、
マトリクス状に配列され、選択的に発光可能に構成された複数の発光部と、
前記複数の発光部の各々から発せられる前記光の前記照射方向を、各前記複数の発光部の位置に対応した方向に制御するように構成された光学系とを含み、
前記制御部は、前記照明部の前記複数の照明要素の各々の点灯および消灯を制御することによって、縞パターンの前記光を前記対象物に照射させ、前記縞パターンの位相、前記縞パターンの縞の周期、および前記縞の向きのいずれかを変化させることによって前記発光位置を変化させ、
前記制御部は、前記照明部の前記複数の照明要素の各々の前記複数の発光部の点灯および消灯を制御することによって、前記照射方向を変化させる、請求項2に記載の画像検査装置。 - 前記光学系は、
前記複数の発光部にそれぞれ対向して設けられた複数のマイクロレンズを含む、請求項3に記載の画像検査装置。 - 前記複数のマイクロレンズのうちの少なくとも一部のマイクロレンズの光軸が、前記少なくとも一部のマイクロレンズに対向する発光部の光軸とずれるように、前記複数のマイクロレンズが配置されている、請求項4に記載の画像検査装置。
- 前記複数の照明要素のうちの少なくとも1つの照明要素において、前記少なくとも一部のマイクロレンズが、前記発光部のピッチよりも小さいピッチで配置されている、請求項5に記載の画像検査装置。
- 前記複数のマイクロレンズのうちの少なくとも一部のマイクロレンズの光軸が、前記少なくとも一部のマイクロレンズに対向する発光部の光軸に対して傾けられるように、前記複数のマイクロレンズが配置されている、請求項4に記載の画像検査装置。
- 前記照明部は、
前記複数の発光部から出射される光のうち前記複数のマイクロレンズのそれぞれの周囲から漏れる光を遮るように構成された遮光部をさらに含む、請求項4から請求項7のいずれか1項に記載の画像検査装置。 - 対象物を撮影する撮像部と、前記対象物と前記撮像部との間に配置されて、前記対象物に向けて光を照射する発光面を有し、前記発光面における発光位置および前記光の照射方向を制御可能に構成された、透光性の照明部と、前記撮像部および前記照明部を制御するように構成された制御部とを備えた画像検査装置による画像検査方法であって、
前記照明部が前記発光位置および前記照射方向を変化させるとともに、前記撮像部が前記対象物を撮像するステップと、
前記撮像するステップによって取得された前記対象物の画像から、前記対象物の表面の測定点が照明されるときの前記照明部の前記発光位置および前記照射方向を特定するステップと、
特定された発光位置、および特定された照射方向に基づいて、前記測定点までの距離を算出するステップとを備える、画像検査方法。 - 前記撮像するステップは、
前記照明部が前記発光位置を変化させながら前記対象物を照明する際に、前記対象物を複数回撮像して、複数の第1の撮影画像を作成するステップと、
前記照明部が前記照射方向を変化させながら前記対象物を照明する際に、前記対象物を複数回撮像して、複数の第2の撮影画像を作成するステップとを含み、
前記発光位置および前記照射方向を特定するステップは、
前記複数の第1の撮影画像から、前記対象物の前記測定点を照明するための前記発光位置に関する情報を有する第1のデータ配列を作成するステップと、
前記複数の第2の撮影画像から、前記対象物の前記測定点を照明するための前記照射方向に関する情報を有する第2のデータ配列を作成するステップとを含み、
前記算出するステップは、
前記第1のデータ配列に含まれる前記発光位置の情報、および、前記第2のデータ配列に含まれる前記照射方向の情報から、前記距離を算出するステップを含む、請求項9に記載の画像検査方法。 - 前記照明部は、マトリクス状に配置された複数の照明要素を含み、
前記複数の照明要素の各々は、
マトリクス状に配列され、選択的に発光可能に構成された複数の発光部と、
前記複数の発光部の各々から発せられる前記光の前記照射方向を、各前記複数の発光部の位置に対応した方向に制御するように構成された光学系とを含み、
前記照明部が前記発光位置および前記照射方向を変化させるステップは、
前記照明部の前記複数の照明要素の各々の点灯および消灯を制御することによって、縞パターンの前記光を前記対象物に照射させて、前記縞パターンの位相、前記縞パターンの縞の周期、および前記縞の向きのいずれかを変化させることによって前記発光位置を変化させるステップと、
前記照明部の前記複数の照明要素の各々の前記複数の発光部の点灯および消灯を制御することによって、前記照射方向を変化させるステップとを含む、請求項9または請求項10に記載の画像検査方法。
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