JP2021128085A - 検査装置、検査システム及び検査プログラム - Google Patents

Abstract

【課題】多種の製品の検査に対応することができ、かつ、検査精度を向上させた検査装置を提供する。【解決手段】検査対象としての回転体Ｒであって、回転方向に同一のパターンを少なくとも２以上有する回転体について、回転方向に沿って所定の角度範囲を撮像した画像を取得する画像取得部４１と、回転体の回転方向のパターンの周期に基づいて、画像において一のパターンと他のパターンとをパターン毎に比較することにより回転体の欠陥を検出する画像処理部４２と、を備える。【選択図】図１

Description

本発明の実施形態は、検査装置、検査システム及び検査プログラムに関する。

ホイール、ファン等の回転体の外観を検査する検査装置が知られている。検査装置は、事前に煩雑な登録作業をすることなく多種の製品を検査することができ、かつ、検査精度が高いことが望ましい。

特開２０１０−２３０５９５号公報 特開２０１４−９５５７９号公報

本発明が解決しようとする課題は、多種の製品の検査に対応することができ、かつ、検査精度を向上させた検査装置、検査システム及び検査プログラムを提供することである。

実施形態に係る検査装置は、画像取得部と、画像処理部と、を含む。画像取得部は、検査対象としての回転体であって、回転方向に同一のパターンを少なくとも２以上有する前記回転体について、前記回転方向に沿って所定の角度範囲を撮像した画像を取得する。画像処理部は、前記回転体の回転方向のパターンの周期に基づいて、前記画像において一の前記パターンと他の前記パターンとを前記パターン毎に比較することにより前記回転体の欠陥を検出する。

第１実施形態に係る検査システムの構成を模式的に示したブロック図である。 第１実施形態に係る検査システムの撮像装置によって取得する画像の一例を示す参考図である。 第１実施形態に係る検査システムにおける基準画像と第１比較画像との比較の一例を示す参考図である。 第１実施形態に係る検査システムにおいて用いる基準画像と第１比較画像との角度θ方向における相関値を例示するグラフである。 第１実施形態に係る検査システムによって実施される検査の流れを示すフローチャートである。 第２実施形態に係る検査システムによって実施される検査の流れを示すフローチャートである。 第２実施形態に係る検査システムにおける基準画像、第１比較画像及び第２比較画像をそれぞれ比較する例を示す参考図である。 第２実施形態に係る検査システムの基準画像、第１比較画像、及び、第２比較画像において比較されるパターン同士を示した表である。 第１実施形態及び第２実施形態に係る検査装置のハードウェア構成を例示する模式図である。

以下に、本発明の各実施形態について図面を参照しつつ説明する。
図面は模式的または概念的なものであり、各部分の厚みと幅との関係、部分間の大きさの比率などは、必ずしも現実のものと同一とは限らない。同じ部分を表す場合であっても、図面により互いの寸法や比率が異なって表される場合もある。
本願明細書と各図において、既に説明したものと同様の要素には同一の符号を付して詳細な説明は適宜省略する。

（第１実施形態）
図１は、第１実施形態に係る検査システムの構成を模式的に示したブロック図である。
図１に例示するように、検査システム１０は、撮像装置２０と、回転機構３０と、検査装置４０と、を含む。

撮像装置２０は、ラインセンサ２１と、ラインセンサ２１を制御する撮像制御部２２と、照明２３と、照明２３を制御する照明制御部２４と、を含む。撮像制御部２２は、後述する回転機構３０の駆動制御部３３から受信した回転体Ｒの回転位置（回転角度）を示す信号に同期させて回転体Ｒを撮像するようにラインセンサ２１を制御する。ラインセンサ２１は、回転体Ｒの径方向を、ラインセンサ２１の画素配列に対応するライン状の画像として連続的に撮像することにより、回転体Ｒの回転方向に沿った所定の角度範囲の画像を取得する。
回転体Ｒには、例えば、ホイール、タイヤ、ファン、モータ、歯車、ベアリング等が含まれる。このような回転体Ｒの表面には、回転方向に同一のパターンが周期的に２以上設けられている。

図２は、撮像装置２０によって取得する画像の一例を示す参考図である。図２の例では、短辺を回転体Ｒの径（半径ｒ）方向、長辺を回転方向（角度θ方向）とする矩形状の画像が得られる。撮像装置２０は、取得した画像を、後述する検査装置４０に出力する。

撮像装置２０と回転体Ｒとは、ラインセンサ２１の撮像視野に回転体Ｒの回転軸が含まれるように配置されることが好ましい。また、撮像装置２０と回転体Ｒとは、いずれか一方が回転することにより、撮像装置２０に対して回転体Ｒが相対的に回転すればよい。以下の説明においては、回転体Ｒが回転機構３０に支持され、回転機構３０によって回転体Ｒを回転させる例について説明する。なお、撮像装置２０を回転させる場合には、ラインセンサ２１と照明２３とが共に回転するので、ラインセンサ２１と照明２３との位置関係は変わらない。

回転機構３０は、回転体を回転可能に支持する支持台３１と、回転体Ｒを回転させる駆動部３２と、駆動制御部３３と、を有している。駆動部３２は、駆動制御部３３による制御に従って回転体Ｒを所定の回転方向に回転させる。駆動制御部３３は、予め定めた角度毎に回転体Ｒの回転位置（回転角度）を示す信号を、直接又は検査装置４０を介して撮像装置２０に出力する。

検査装置４０は、画像取得部４１、画像処理部４２及び記憶部４３を含む。
画像取得部４１は、撮像装置２０によって撮像された回転体Ｒの所定の角度範囲についての画像を取得し、基準画像として記憶部４３に記憶させる。

画像処理部４２は、記憶部４３に記憶された基準画像を複製した第１比較画像を生成し、記憶部４３に記憶させる。画像処理部４２は、基準画像と第１比較画像とを比較する。比較した結果、画像処理部４２は、両者の相関から、基準画像又は第１比較画像に現れた回転体Ｒのパターンの周期を求める。

画像処理部４２は、パターンの周期に基づいて、基準画像中の複数のパターンと第１比較画像中の複数のパターンとを比較する。パターンの比較は、パターン毎に行われる。このとき、基準画像中の第２のパターンと、第１比較画像中の第１のパターンとを比較する。第１のパターンは、第２のパターンとは角度方向に異なる位置のパターンである。

図３は、基準画像と第１比較画像との比較の一例を示す参考図である。画像処理部４２は、基準画像と第１比較画像との相関として、例えば、図３に示すように、基準画像に対して第１比較画像を回転体の回転方向（角度θ方向）に移動させて、回転方向の位置合わせを行う。これにより、基準画像と第１比較画像との間の角度θ方向の位置に応じた相関値が算出され、基準画像又は第１比較画像に現れた回転体のパターンの周期を算出することができる。基準画像と第１比較画像との相関値が高くなる位置において対応するパターン同士を比較する。

図４は、基準画像と第１比較画像との角度θ方向における相関値を例示するグラフである。例えば、基準画像に対して第１比較画像を回転方向に移動させて位置合わせを行うと、図４に示すように、第１比較画像の角度θ方向の位置に応じて両者の一致度を示す相関値が変化する。図４の例では、基準画像と第１比較画像とが角度θ方向に３０°、６０°、９０°ずれた位置において、高い相関値を示している。したがって、基準画像及び第１比較画像においては、回転方向のパターンの周期が３０°であることがわかる。これらのことから、基準画像と第１比較画像とを３０°、６０°又は９０°（周期の整数倍）ずらした位置で、両者を比較することで、パターン毎の比較を行うことができる。

図３に戻り、画像処理部４２における基準画像と第１比較画像との比較について説明する。図３は、基準画像に対して第１比較画像が１パターン分（角度θ方向に３０°）ずれたパターン同士を比較する例を示している。具体的には、基準画像の第１パターンＰ１と第１比較画像の第５パターンＰ５、基準画像の第２パターンＰ２と第１比較画像の第１パターンＰ１、基準画像の第３パターンＰ３と第１比較画像の第２パターンＰ２、基準画像の第４パターンＰ４と第１比較画像の第３パターンＰ３、基準画像の第５パターンＰ５と第１比較画像の第４パターンＰ４をそれぞれ比較する。

上述した通り、第１比較画像は基準画像の複製であることから、この比較は、実質的には、基準画像中の互いに異なる角度位置のパターン同士を比較することと等しい。図３の例では、基準画像において隣接するパターン同士を比較していることとなる。パターンの比較は、２パターン分（角度θ方向に６０°）ずれた位置の比較や、３パターン分（角度θ方向に９０°）ずれた位置同士の比較であってもよい。

画像処理部４２におけるパターン同士の比較として、例えば、パターンマッチングを行うことができる。基準画像の第２パターンＰ２と第１比較画像の第１パターンＰ１とのパターンマッチングは、例えば、次のように行われる。

画像処理部４２は、まず、第１パターンＰ１と第２パターンＰ２との位置合わせを行い、両者の差分をとった差分画像を生成する。次に、差分画像を二値化して、欠陥の候補を抽出した欠陥候補画像を生成する。欠陥候補画像からノイズを除去したノイズ除去画像を生成する。ノイズ除去画像から、欠陥候補のうち、所定の大きさ（面積）より大きな領域欠陥として検出する。

画像処理部４２は、このようなパターンマッチングを基準画像の全パターンについて行うことにより、欠陥を検出する。画像処理部４２は、検出された欠陥について、検査装置に接続された表示装置（図示せず）などに表示させることができる。

図５は、本実施形態に係る検査システムによって実施される検査の流れを示すフローチャートである。以下、上述のように構成された検査システムにおける検査方法に係る処理の流れについて、図５のフローチャートに従って説明する。

撮像装置ステップＳ１０１では、検査装置４０の画像取得部４１が検査対象である回転体Ｒの画像を撮像装置２０から取得する。
回転体Ｒの画像は、次のように撮像される。回転機構３０に支持された回転体Ｒが、駆動制御部３３による制御に従って駆動部３１によって回転される。駆動制御部３３は、回転体Ｒが予め定めた角度だけ回転する毎に、回転体Ｒの回転位置を示す信号を撮像装置２０に出力する。

撮像装置２０では、この信号に同期させて撮像制御部２２がラインセンサ２１を制御して、回転体Ｒの径方向を連続的に撮像して所定の角度範囲の画像を撮像する。
画像取得部４１は、このようにして得られた回転体Ｒの画像を撮像装置２０から取得し、基準画像として記憶部４３に記憶させる。

次のステップＳ１０２では、画像処理部４２が、記憶部４３に記憶された基準画像を複製して第１比較画像を生成し、記憶部４３に記憶させる（図３参照）。
ステップＳ１０３では、基準画像と第１比較画像との回転方向の相関を求め（図４参照）、回転体Ｒの回転方向（角度θ方向）におけるパターンの周期を算出する。

ステップＳ１０４では、ステップＳ１０３で算出された周期を用いて、例えば、基準画像のパターンと第１比較画像のパターンとを、１パターン（１周期）分ずれた位置において、パターン毎に比較する。
ステップＳ１０５では、ステップＳ１０４のパターン毎の比較結果に基づいて欠陥を検出し、検査を終了する。

このように、本実施形態の検査システムによれば、基準画像とこれを複製した第１比較画像について、回転方向（角度θ方向）にずれた位置のパターン同士を比較して欠陥を検出している。このため、例えば、比較対象となる正常な画像を予め登録しておく検査装置に比して、事前の登録作業を必要とせず、簡便に多様な製品の検査を行うことができる。また、同一の製品に対する検査であっても、環境や製品のロットに依存した変化に容易に対応することができ、高精度な検査を行うことができる。

例えば、検査対象をエリアセンサで撮像する場合には、検査対象に照明を均一に照射することが困難であり、輝度が不均一な画像が得られる場合がある。このような場合には、画質に起因して精度よく欠陥を検出できないことがある。これに対し、本実施形態の検査システムにおいては、検査対象の画像として、ラインセンサによって連続的に撮像して得られた画像用いるので、画質が高く、高精度に欠陥を検出することができる。

したがって、本実施形態によれば、多種の製品の検査に対応することができ、かつ、検査精度を向上させることができる。

なお、上述した実施形態では、基準画像と第１比較画像との相関から回転体のパターンの周期を算出する例について説明した。回転体のパターンの周期については、予め記憶部４３等に記憶させておくことや、位相ラッピングにより算出することもできる。

（第２実施形態）
図６は、第２実施形態に係る検査システムによって実施される検査方法の処理の流れを示すフローチャートである。本実施形態に係る検査システムの構成は上記した第１実施形態に係る検査システムと同一であるのでその説明を省略する。

図７は、基準画像、第１比較画像及び第２比較画像をそれぞれ比較する例を示す参考図である。本実施形態に係る検査システムにおいては、図７に示すように、３つ以上のパターンの比較を行う。
以下、本実施形態に係る検査システムによる処理の流れについて、図６のフローチャートに従って説明する。

撮像装置ステップＳ２０１では、検査装置４０の画像取得部４１が検査対象である回転体Ｒの画像を撮像装置２０から取得する。
次のステップＳ２０２では、画像処理部４２が、記憶部４３に記憶された基準画像を複製して第１比較画像及び第２比較画像を生成し、記憶部４３に記憶させる（図７参照）。

ステップＳ２０３では、基準画像と第１比較画像又は第２比較画像との回転方向の相関を求め（図４参照）、回転体Ｒの回転方向（角度θ方向）におけるパターンの周期を算出する。

ステップＳ２０４では、ステップＳ２０３で算出された周期を用いて、パターン比較を行う。パターンの比較処理は、例えば、次のように３回行われる。
図８は、基準画像、第１比較画像、及び、第２比較画像において比較されるパターン同士を示した表である。

図８に示すように、１回目は、基準画像中のパターンと、基準画像に対して、例えば、１パターン（１周期）分ずれた位置の第１比較画像中のパターンと、をパターン毎に比較する。具体的には、基準画像の第１パターンＰ１と第１比較画像の第５パターンＰ５、基準画像の第２パターンＰ２と第１比較画像の第１パターンＰ１、基準画像の第３パターンＰ３と第１比較画像の第２パターンＰ２、基準画像の第４パターンＰ４と第１比較画像の第３パターンＰ３、基準画像の第５パターンＰ５と第１比較画像の第４パターンＰ４を、それぞれ比較する。

２回目は、第１比較画像中のパターンと、第１比較画像に対して、１パターン（１周期分）ずれた位置の第２比較画像中のパターンと、をパターン毎に比較する。このとき、１回目のパターン比較において比較したパターンと異なるパターン同士を比較する。具体的には、第１比較画像の第５パターンＰ５と第２比較画像の第４パターンＰ４、第１比較画像の第１パターンＰ１と第２比較画像の第５パターンＰ５、第１比較画像の第２パターンＰ２と第２比較画像の第１パターンＰ１、第１比較画像の第３パターンＰ３と第２比較画像の第２パターンＰ２、第１比較画像の第４パターンＰ４と第２比較画像の第３パターンＰ３を、それぞれ比較する。

３回目は、基準画像中のパターンと、基準画像に対して、２パターン分（２周期分）ずれた位置の第２比較画像中パターンと、をパターン毎に比較する。具体的には、第２比較画像の第４パターンＰ４と基準画像の第１パターンＰ１、第２比較画像の第５パターンＰ５と基準画像の第２パターンＰ２、第２比較画像の第１パターンＰ１と基準画像の第３パターンＰ３、第２比較画像の第２パターンＰ２と基準画像の第４パターンＰ４、第２比較画像の第３パターンＰ３と基準画像の第５パターンＰ５、をそれぞれ比較する。

ステップＳ２０５では、予め定められた回数のパターンの比較が終了したか否かを判定する。本実施形態においては、パターンの比較を、例えば、３回行うこととしている。したがって、ステップＳ２０５の判定において、３回のパターンの比較が終了していない場合には、ステップＳ２０４においてパターン比較を繰り返す。３回のパターンの比較が終了している場合には、ステップＳ２０６に進み、ステップＳ２０４のパターン毎の比較結果に基づいて欠陥を検出し、検査を終了する。

このように、本実施形態によれば、複数回（本実施形態では３回）のパターン比較を行うことにより、１回のパターン比較ではどちらのパターンが欠陥であるか判別できない場合にも、精度良く欠陥を検出することができる。

図９は、上述した第１実施形態及び第２に係る検査装置のハードウェア構成を例示する模式図である。
上述した検査装置として、汎用又は専用のコンピュータを適用することができる。図９に示すように、検査装置４０は、中央演算処理装置（ＣＰＵ）１１１と、入力部１１２と、出力部１１３と、ＲＯＭ（Read Only Memory）１１４と、ＲＡＭ（Random Access Memory）１１５と、記憶部１１６と、通信部１１７と、バス１１８とを含む。各部は、バス１１８により接続される。

ＣＰＵ１１１は、ＲＯＭ１１４または記憶部１１６に予め記憶された各種プログラムと協働して各種処理を実行し、検査装置４０の動作を統括的に制御する。これにより、上述した検査装置における画像取得部４１及び画像処理部４２としての機能が実現される。ＣＰＵ１１１は、処理において、ＲＡＭ１１５の所定領域を作業領域として用いる。ＣＰＵ１１１は、ＲＯＭ１１４または記憶部１１６に予め記憶されたプログラムと協働して、入力部１１２、出力部１１３、及び通信部１１７等を実現させる。

入力部１１２は、例えば、キーボード、マウス、又はタッチパネルを含む。入力部１１２は、ユーザから入力された情報を指示信号として受け付け、その指示信号をＣＰＵ１１１に出力する。出力部１１３は、例えばモニタである。出力部１１３は、ＣＰＵ１１１から出力された信号に基づいて、各種情報を視認可能に出力する。

ＲＯＭ１１４は、検査装置４０の制御に用いられるプログラムおよび各種設定情報等を書き換え不可能に記憶する。ＲＡＭ１１５は、ＳＤＲＡＭ（Synchronous Dynamic Random Access Memory）等の揮発性の記憶媒体である。ＲＡＭ１１５は、ＣＰＵ１１１の作業領域として機能する。具体的には、上述した記憶部４３として機能する。つまり、検査装置４０が検査対象として用いる画像や、画像同士の相関、回転体の周期等を一時的に記憶するバッファ等として機能する。

記憶部１１６は、フラッシュメモリ等の半導体による記憶媒体、磁気的または光学的に記録可能な記憶媒体等の書き換え可能な記録装置である。記憶部１１６は、検査装置４０の制御に用いられるプログラムおよび各種設定情報等を記憶する。通信部１１７は、例えば、撮像装置２０や回転機構３０などの外部の機器と通信して情報の送受信を行うために用いられる。

上記した各実施形態によれば、多種の製品の検査に対応することができ、かつ、検査精度を向上させた検査装置及び検査システムを提供することができる。

以上、具体例を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明した。しかし、本発明は、これらの具体例に限定されるものではない。例えば、検査装置及び検査システムに含まれる各要素の具体的な構成に関しては、当業者が公知の範囲から適宜選択することにより本発明を同様に実施し、同様の効果を得ることができる限り、本発明の範囲に包含される。

また、各具体例のいずれか２つ以上の要素を技術的に可能な範囲で組み合わせたものも、本発明の要旨を包含する限り本発明の範囲に含まれる。

その他、本発明の実施の形態として上述した検査装置を基にして、当業者が適宜設計変更して実施し得る全ての検査装置も、本発明の要旨を包含する限り、本発明の範囲に属する。

その他、本発明の思想の範疇において、当業者であれば、各種の変更例及び修正例に想到し得るものであり、それら変更例及び修正例についても本発明の範囲に属するものと了解される。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、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、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１０ 検査システム、２０ 撮像装置、２１ ラインセンサ、２２ 撮像制御部、３０ 回転機構、３１ 支持台、３２ 駆動部、３３ 駆動制御部、４０ 検査装置、４１ 画像取得部、４２ 画像処理部、４３ 記憶部、１１１ ＣＰＵ、１１２ 入力部、１１３ 出力部、１１６ 記憶部、１１７ 通信部、１１８ バス、Ｐ１〜Ｐ５ 第１〜第５パターン

Claims (7)

1. 検査対象としての回転体であって、回転方向に同一のパターンを少なくとも２以上有する前記回転体について、前記回転方向に沿って所定の角度範囲を撮像した画像を取得する画像取得部と、
   前記回転体の前記回転方向のパターンの周期に基づいて、前記画像において一の前記パターンと他の前記パターンとを前記パターン毎に比較することにより前記回転体の欠陥を検出する画像処理部と、
   を備えた検査装置。
2. 前記画像処理部は、前記画像と前記画像を複製した第１比較画像との前記回転方向の相関に基づいて、前記回転体の前記回転方向における前記パターンの周期を算出する請求項１記載の検査装置。
3. 前記画像処理部は、前記画像と前記第１比較画像とを所定周期ずらした位置において前記パターン毎に比較して前記回転体の欠陥を検出する請求項２記載の検査装置。
4. 検査対象としての回転体の画像を撮像する撮像装置と、
   前記撮像装置に対して前記回転体を相対的に回転させる回転機構と、
   前記撮像装置によって撮像された前記画像に基づいて、前記回転体の検査を行う検査装置と、
   を備え、
   前記撮像装置は、
   回転方向に同一のパターンを少なくとも２以上有する前記回転体について、前記回転方向に沿って所定の角度範囲を撮像するセンサを含み、
   前記検査装置は、
   前記画像を取得する画像取得部と、
   前記回転体の回転方向のパターンの周期に基づいて、一の前記パターンと他の前記パターンとを前記パターン毎に比較することにより前記回転体の欠陥を検出する画像処理部と、
   を備えた検査システム。
5. 前記回転機構が、前記撮像装置を回転させることにより、前記撮像装置と前記回転体をと相対的に回転させる請求項４記載の検査システム。
6. 前記撮像装置又は前記回転機構は、前記センサの撮像視野が前記回転体の回転軸を含むように配置される請求項４又は請求項５記載の検査システム。
7. 検査対象としての回転体であって、回転方向に同一のパターンを少なくとも２以上有する前記回転体について、前記回転方向に沿って所定の角度範囲を撮像した画像を取得する画像取得ステップと、
   前記回転体の回転方向のパターンの周期に基づいて、一の前記パターンと他の前記パターンとを前記パターン毎に比較することにより前記回転体の欠陥を検出する画像処理ステップと、
   をコンピュータに実行させる検査プログラム。

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