JP2022110992A - 外観検査用撮像システム - Google Patents

Abstract

【課題】被検査体に貫通孔がある場合でも当該貫通孔の内周面を含む被検査体の表面を精度良く撮像でき、且つ撮像作業時間の短縮が可能な外観検査用撮像システムを提供する。【解決手段】本発明は、側面２１０から入射された光を屈折させて第１照射面２１１から出射する透過型の第１導光板２１及び第１導光板２１の側面２１０から第１導光板２１に光を入射させる第１光源部２２を有する第１照明装置２と第２導光板３１及び第２光源部３２を有する第２照明装置３と、第１裏面２１２に対向配置され、第１導光板２１を介して被検査体Ｗを撮像可能な第１撮像装置４と、第２裏面３１２に対向配置され、第２導光板３１を介して被検査体Ｗを撮像可能な第２撮像装置５と、互いに対向配置された第１照射面２１１と第２照射面３１１との間に被検査体Ｗを配置する位置決め部６と、第１撮像装置４及び第２撮像装置５の撮像結果を記憶する記憶部８１と、を備える。【選択図】図１

Description

本発明は、外観検査用撮像システムに関する。

従来から、金属加工品などの表面（外観）を検査するために、当該表面に光を照射して当該表面を撮像し、撮像結果を解析する方法が採られている。外観検査装置は、例えば特開２００４－２７９２３６号公報に記載されている。

特開２００４－２７９２３６号公報

しかしながら、例えば被検査体に貫通孔が形成されており当該貫通孔の内周面を検査したい場合、従来の撮像装置では、貫通孔内が暗くなり、貫通孔の内周面を精度良く撮像する観点で改良の余地がある。また、従来の撮像装置では、被検査体の片面ずつ撮像しており、撮像時間（ひいては検査時間）の面でも改良の余地がある。

本発明の目的は、被検査体に貫通孔がある場合でも当該貫通孔の内周面を含む被検査体の表面を精度良く撮像でき、且つ撮像作業時間の短縮が可能な外観検査用撮像システム。

本発明の外観検査用撮像システムは、側面から入射された光を屈折させて第１照射面から出射する透過型の第１導光板、及び前記第１導光板の側面から前記第１導光板に光を入射させる第１光源部を有する第１照明装置と、側面から入射された光を屈折させて第２照射面から出射する透過型の第２導光板、及び前記第２導光板の側面から前記第２導光板に光を入射させる第２光源部を有する第２照明装置と、前記第１照射面の反対側の面である第１裏面に対向配置され、前記第１照射面及び第１裏面を介して被検査体を撮像可能な第１撮像装置と、前記第２照射面の反対側の面である第２裏面に対向配置され、前記第２照射面及び第２裏面を介して前記被検査体を撮像可能な第２撮像装置と、互いに対向配置された前記第１照射面と前記第２照射面との間に前記被検査体を配置する位置決め部と、前記第１撮像装置及び前記第２撮像装置の撮像結果を記憶する記憶部と、を備える。

本発明によれば、撮像装置が透過型の照明装置を介して被検査体を撮像する。このため、被検査体全面に均一な強度の光を照射可能となり、ハレーションが抑制され、且つ例えば被検査体の角度（姿勢）を変えた場合にも被検査体全面の輝度変化が少なく、安定して精度良く被検査体の外観を撮像することができる。また、第１照明装置及び第２照明装置が被検査体を照射した状態で、第１撮像装置及び第２撮像装置の少なくとも一方が被検査体を撮像することで、一方側の照明装置が他方側の撮像装置に対してバックライトとして機能する。これにより、被検査体に貫通孔があり、当該貫通孔の内周面を検査したい場合でも、貫通孔内の輝度が上がり、より精度良く（明瞭に）内周面を撮像することができる。さらに、第１撮像装置及び第２撮像装置により一度に（同様のタイミングで）被検査体の両面を撮像することができ、全体の撮像作業時間（ひいては検査時間）の短縮が可能となる。

本実施形態の外観検査用撮像システムの構成図である。 本実施形態の第１照明装置の構成図である。 本実施形態の位置決め部及び被検査体を表す概念図である。 本実施形態の撮像結果の一例と比較対象とを表す写真である。（上の写真は撮像側の照明装置のみで被検査体を照射して撮像した撮像結果であり、下の写真は両方の照明装置で被検査体を照射して撮像した撮像結果である。） 本実施形態の変形態様を説明するためのコンピュータの構成図である。 本実施形態の変形態様における領域の一例を説明するための概念図である。

以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。なお、説明に用いる各図は概念図である。図１は、外観検査用撮像システム１を上から見た平面図であり、図面の表現上、後述する各導光板２１、３１は各光源部２２、３２を透過して実線で表示され、被検査体Ｗも位置決め部６を透過して実線で表示されている。

本実施形態の外観検査用撮像システム１は、図１に示すように、透過型の第１照明装置２と、透過型の第２照明装置３と、第１撮像装置４と、第２撮像装置５と、位置決め部６と、光学レール７と、コンピュータ８と、を備えている。第１照明装置２は、透過型の第１導光板２１と、第１光源部２２と、を備えている。本実施形態の被検査体Ｗは、１つ以上の貫通孔Ｗ１を有する金属加工品（例えば円盤状部品）である。

第１導光板２１は、図１及び図２に示すように、光を透過する板状（この例では四角板状）且つ透明な導光板である。第１導光板２１は、側面２１０（この例では４つの側面）と、平面状の第１照射面２１１と、第１照射面２１１の反対側の面である平面状の第１裏面２１２と、を備えている。

第１導光板２１は、側面２１０から入射された光を内部で屈折させて第１照射面２１１から出射するように構成されている。換言すると、第１導光板２１は、側面２１０から入射された光を正面である第１照射面２１１から第１照射面２１１の法線方向に照射するように構成されている。第１導光板２１は、第１照射面２１１から面状の光を出射する。

第１光源部２２は、第１導光板２１の側面２１０から第１導光板２１に光を入射させる光源装置である。より詳細に、第１光源部２２は、光源２２１と、光源２２１を内側に収容する枠状部材２２２と、を備えている。光源２２１は、例えばＬＥＤで構成されている。枠状部材２２２は、枠状（この例では四角枠状）に形成されており、第１導光板２１の周囲を囲むように第１導光板２１に固定されている。枠状部材２２２の内部には、複数の光源２２１が第１導光板２１を囲むように且つ第１導光板２１の側面２１０に対向するように配置されている。

第２照明装置３は、側面３１０から入射された光を屈折させて第２照射面３１１から出射する透過型の第２導光板３１、及び第２導光板３１の側面３１０から第２導光板３１に光を入射させる第２光源部３２を備えている。第２照明装置３は、第１照明装置２と同じ構成であるため適宜説明は省略する。

第２導光板３１は第１導光板２１に相当し、第２光源部３２は第１光源部２２に相当している。第２導光板３１は、側面３１０（側面２１０に相当）、第２照射面３１１（第１照射面２１１に相当）、及び第２裏面３１２（第１裏面２１２に相当）を備えている。第２光源部３２は、光源３２１（光源２２１に相当）及び枠状部材３２２（枠状部材２２２に相当）を備えている。

第１照明装置２及び第２照明装置３は、ユーザの操作又はコンピュータ８の制御信号に応じてオン／オフされる。第１照明装置２及び第２照明装置３は、第１照射面２１１と第２照射面３１１とが対向するように、共通の光学レール７に設置されている。本実施形態において、第１照射面２１１と第２照射面３１１とは互いに平行になるように配置されている。

第１撮像装置４は、第１照射面２１１の反対側の面である第１裏面２１２に対向配置され、第１照射面２１１及び第１裏面２１２を介して被検査体Ｗを撮像可能なカメラである。第１撮像装置４は、ユーザの操作又はコンピュータ８の制御信号に応じて、被検査体Ｗを撮像し、撮像結果（撮像データ）をコンピュータ８に送信する。第１撮像装置４は、光学レール７に設置されている。

第２撮像装置５は、第２照射面３１１の反対側の面である第２裏面３１２に対向配置され、第２照射面３１１及び第２裏面３１２を介して被検査体Ｗを撮像可能なカメラである。第２撮像装置５は、ユーザの操作又はコンピュータ８の制御信号に応じて、被検査体Ｗを撮像し、撮像結果（撮像データ）をコンピュータ８に送信する。第２撮像装置５は、光学レール７に設置されている。

位置決め部６は、互いに対向配置された第１照射面２１１と第２照射面３１１との間に被検査体Ｗを配置する装置である。本実施形態の位置決め部６は、被検査体Ｗを把持するロボットハンドである。位置決め部６は、ユーザの操作又はコンピュータ８の制御信号に応じて作動する。図３に示すように、位置決め部６は、被検査体Ｗを挟み込んで把持する把持部６１を備えている。

光学レール７は、第１照明装置２、第２照明装置３、第１撮像装置４、及び第２撮像装置５を固定（位置決め）するレール部材である。光学レール７は、装置２～５を直線状に（同軸的に）配置させる。光学レール７上には、軸方向一方から他方に向けて（図１の右端から左端に向けて）、第１撮像装置４、第１照明装置２、第２照明装置３、及び第２撮像装置５が取り付けられている。第１照明装置２と第２照明装置３の間における光学レール７の上方には、位置決め部６及び被検査体Ｗが配置されている。被検査体Ｗは、位置決め部６により、他の装置２～５と同軸的に配置される。

コンピュータ８は、ＣＰＵやメモリ等を備える演算装置である。コンピュータ８は、第１照明装置２、第２照明装置３、第１撮像装置４、第２撮像装置５、及び位置決め部６に有線又は無線により通信可能に接続されている。コンピュータ８は、記憶部８１と、角度制御部８２と、撮像制御部８３と、を備えている。

記憶部８１は、第１撮像装置４及び第２撮像装置５の撮像結果を記憶する。角度制御部８２は、位置決め部６を制御して、被検査体Ｗを回転させる。角度制御部８２は、ユーザの操作又は所定のプログラムに応じて、被検査体Ｗの角度（姿勢）を制御する。撮像制御部８３は、第１照明装置２及び第２照明装置３が被検査体Ｗを照射している状態で、第１撮像装置４及び第２撮像装置５により被検査体Ｗを撮像させる。

ここで撮像の流れの一例を説明する。以下、説明において、光学レール７の軸方向（延伸方向）をＹ軸方向とし、Ｙ軸方向に直交し鉛直方向に平行な方向をＺ軸方向とし、Ｙ軸方向とＺ軸方向とに直交する方向をＸ軸方向とする。

位置決め部６は、角度制御部８２の制御により、被検査体Ｗを把持した状態で、第１照明装置２と第２照明装置３の間の所定位置に、所定の姿勢で被検査体Ｗを配置する。所定位置は、第１撮像装置４及び第２撮像装置５により被検査体Ｗを撮像可能な位置である。所定位置は、例えば、被検査体Ｗの中心位置と、第１撮像装置４及び第２撮像装置５の撮像範囲の中心位置と、第１照明装置２及び第２照明装置３の中心位置とが直線状に並ぶように設定される。初期の所定位置は、例えば被検査体Ｗの表面が第１照射面２１１及び第２照射面３１１に平行になる位置に設定される。

第１照明装置２と第２照明装置３とがオンされて、被検査体Ｗが軸方向の両方から照射される。第１撮像装置４及び第２撮像装置５は、撮像制御部８３の制御により、同時に被検査体Ｗを撮像する。記憶部８１は、両方の撮像結果を記憶する。

続いて、角度制御部８２は、位置決め部６を制御して、被検査体ＷをＺ軸回りに（Ｚ軸を中心軸として）所定角度回転させて姿勢を変更する。Ｚ軸は、例えば被検査体Ｗの中心位置を通り上下方向に延びる直線である。この状態で、第１撮像装置４及び第２撮像装置５は同時に被検査体Ｗを撮像し、記憶部８１は両方の撮像結果を記憶する。

続いて、角度制御部８２は、位置決め部６を制御して、被検査体Ｗの姿勢を元に戻し、その後、被検査体ＷをＸ軸回りに（Ｘ軸を中心軸として）所定角度回転させて姿勢を変更する。Ｘ軸は、例えば被検査体Ｗの中心位置を通り且つＺ軸方向及びＹ軸方向に直交する方向に延びる直線である。この状態で、第１撮像装置４及び第２撮像装置５は同時に被検査体Ｗを撮像し、記憶部８１は両方の撮像結果を記憶する。これにより、被検査体Ｗの両面が３つの姿勢で撮像される。なお、回転の順番（撮像姿勢の変更順）は、変更可能である。

記憶部８１に記憶された撮像結果は、傷の有無などを解析する解析装置（例えば画像解析ソフトウェアがインストールされたコンピュータ）により解析される。解析装置を構成するソフトウェア（アプリケーション）は、コンピュータ８又は別のコンピュータにインストールされている。解析装置（画像解析ソフトウェア）としては、市販のソフトウェアを利用できる。

（本実施形態の効果）
本発明によれば、各撮像装置４、５が透過型の照明装置２、３を介して被検査体Ｗを撮像するため、ハレーションが抑制され、精度良く被検査体Ｗの外観を撮像することができる。また、第１照明装置２及び第２照明装置３が被検査体Ｗを照射した状態で、被検査体Ｗが撮像されることで、第１照明装置２が第２撮像装置５の撮像に対してバックライトとして機能し、第２照明装置３が第１撮像装置４の撮像に対してバックライトとして機能する。これにより、図４に示すように、被検査体Ｗに貫通孔Ｗ１があり、当該貫通孔Ｗ１の内周面を検査したい場合でも、貫通孔Ｗ１内の輝度が上がり、より精度良く（明瞭に）内周面を撮像することができる。さらに、第１撮像装置４及び第２撮像装置５により一度に（同様のタイミングで）被検査体Ｗの両面を撮像することができ、全体の撮像時間（ひいては検査時間）の短縮が可能となる。なお、図４の写真は、いずれも、被検査体Ｗを正面（初期位置）からＺ軸回りに所定角度回転させた状態で撮像した撮像結果である。

このように、本実施形態によれば、バックライト効果により貫通孔Ｗ１の内周面を精度良く撮像できるとともに、被検査体Ｗの両面を位置や姿勢の変更なく撮像することができる。つまり、本実施形態によれば、撮像精度の向上と作業時間の短縮との両立が可能となる。また、照明装置２、３によって対向照明が構成されることで、被検査体Ｗは両方向から均一的に照明を受ける。これにより、被検査体Ｗの角度（姿勢）を変えても測定面の輝度変化が少なく、撮像精度ひいては検査精度の向上が可能となる。この構成と位置決め部６が被検査体Ｗの姿勢を変更する構成とを合わせると、より効果的に撮像精度の向上と作業時間の短縮を両立させることができる。

また、各装置２～５が光学レール７上に配置されるため、直線状の配置（同軸的な配置）や互いの離間距離などの位置合わせが容易となる。本実施形態では、第１照明装置２と第１撮像装置４との離間距離は、第２照明装置３と第２撮像装置５との離間距離と同じである。また、第１照明装置２と被検査体Ｗとの離間距離は、第２照明装置３と被検査体Ｗとの離間距離と同じである。光学レール７により、このような距離調整も容易となる。

また、角度制御部８２及び位置決め部６により被検査体Ｗの姿勢（角度）を変更できるため、容易に、あらゆる角度で被検査体Ｗを撮像することができる。例えば貫通孔Ｗ１の内周面全周に対する撮像も容易となる。また、各撮像装置４、５及び撮像制御部８３により被検査体Ｗの両面を同時に撮像することができるため、さらなる撮像時間の短縮が可能となる。

（変形態様）
本実施形態の変形態様として、コンピュータ８は、図５に示すように、さらに領域設定部８４を備えてもよい。領域設定部８４は、第１撮像装置４及び第２撮像装置５の撮像結果に対して複数の領域を設定し、当該領域に対して重みづけを設定する。

例えば大面積で微小な空間分解能を確保するには大きな画素数のカメラを用いる必要がある。そして、当該画像（撮像結果）を用いてディープラーニングにより検査を行う場合には、非常に膨大な演算が必要となり、検査時間が長時間となりやすい。そこで、領域設定部８４が撮像結果を幾つかの領域に分割し、領域ごとに重みづけを変えることにより演算の負荷を低減することが可能となる。領域設定部８４は、撮像結果に対して、領域分割機能、及び領域ごとの重みづけ機能を備えている。領域設定部８４は、例えば図６に示すように、撮像結果を複数の所定領域Ａ１、Ａ２、Ａ３に分割する。領域設定部８４は、各領域Ａ１～Ａ３に対して重みづけを設定する。

別の例では、領域設定部８４は、撮像結果を、例えば被検査体Ｗの表面を含む領域、中央の貫通孔Ｗ１を含む領域、小さい貫通孔Ｗ１の端部（縁部）を含む領域、及び小さい貫通孔Ｗ１の内周面を含む領域に分割する。そして、領域設定部８４は、各領域に対して重みを設定する。例えば小さい貫通孔Ｗ１の内周面の傷の有無を重点的に検査したい場合、領域設定部８４は、当該内周面を含む領域の重みを相対的に大きくするために、例えば他の領域の重みを小さく設定する。これにより、重点的に検査したい領域以外の領域ではデータが軽くなり検査速度は向上する。

このように、外観検査用撮像システム１が領域設定部８４を備えることで、撮像装置の視野が大面積であっても、大画素数のカメラを用いて画像取得を行い、当該画像に対してディープラーニングによる高速検査が可能となる。

（その他）
本発明は、上記実施形態及び変形態様に限られない。例えば、位置決め部６は、ロボットハンドではなく、ロータリーテーブル又は単純な固定治具等であってもよい。また、第１撮像装置４と第２撮像装置５との撮像タイミングは同時でなくてもよい。また、各装置２～５の配置について、光学レール７を用いなくてもよく、例えば撮像作業場所に本構成となるように配置するだけでもよい。各装置２～５は、カメラ（撮像範囲）の中心と導光板の中心とが同軸的（直線状）となるように配置されることが好ましいが、必ずしも同軸的でなくてもよい。装置２～５の直線状の配置は、例えば設置面に印を付ける等により、光学レール７を用いずとも可能である。また、各照明装置２、３の形状は、四角形状でなくてもよい。

また、被検査体Ｗの配置、各照明装置２、３のオン／オフ、及び撮像装置４、５の撮像操作は、作業者の手動で行われてもよい。また、コンピュータ８は、複数のコンピュータで構成されてもよい。また、位置決め部６であるロボットハンドは、被検査体Ｗを回転させるだけでなく、（ＸＹＺ座標上で）移動させてもよい。被検査体Ｗの形状は、上記に限らず、例えば角柱状であってもよい。本実施形態では、被検査体Ｗの一例として表面が鏡面仕上げされた金属加工品を挙げているが、撮像装置と被検査体Ｗとの間に照明装置が介在することで、撮像結果に撮像装置が写りこむことが防止される。

１…外観検査用撮像システム、２…第１照明装置、２１…第１導光板、２１１…第１照射面、２１２…第１裏面、２２…第１光源部、３…第２照明装置、３１…第２導光板、３１１…第２照射面、３１２…第２裏面、３２…第２光源部、４…第１撮像装置、５…第２撮像装置、６…位置決め部、７…光学レール、８１…記憶部、８２…角度制御部、８３…撮像制御部、８４…領域設定部、Ｗ…被検査体。

Claims (7)

1. 側面から入射された光を屈折させて第１照射面から出射する透過型の第１導光板、及び前記第１導光板の側面から前記第１導光板に光を入射させる第１光源部を有する第１照明装置と、
   側面から入射された光を屈折させて第２照射面から出射する透過型の第２導光板、及び前記第２導光板の側面から前記第２導光板に光を入射させる第２光源部を有する第２照明装置と、
   前記第１照射面の反対側の面である第１裏面に対向配置され、前記第１導光板を介して被検査体を撮像可能な第１撮像装置と、
   前記第２照射面の反対側の面である第２裏面に対向配置され、前記第２導光板を介して前記被検査体を撮像可能な第２撮像装置と、
   互いに対向配置された前記第１照射面と前記第２照射面との間に前記被検査体を配置する位置決め部と、
   前記第１撮像装置及び前記第２撮像装置の撮像結果を記憶する記憶部と、
   を備える、外観検査用撮像システム。
2. 前記第１照明装置、前記第２照明装置、前記第１撮像装置、及び前記第２撮像装置を直線状に配置させる、請求項１に記載の外観検査用撮像システム。
3. 前記被検査体を把持するロボットハンドである前記位置決め部を制御し、前記被検査体を回転させる角度制御部を備える、請求項１又は２に記載の外観検査用撮像システム。
4. 前記第１照明装置及び前記第２照明装置が前記被検査体を照射している状態で、前記第１撮像装置及び前記第２撮像装置により前記被検査体を撮像させる撮像制御部を備える、請求項１～３の何れか一項に記載の外観検査用撮像システム。
5. 前記撮像制御部は、前記第１撮像装置及び前記第２撮像装置により同時に前記被検査体を撮像させる、請求項４に記載の外観検査用撮像システム。
6. 前記第１撮像装置及び前記第２撮像装置の撮像結果に対して複数の領域を設定し、前記領域に対して重みづけを設定する領域設定部を備える、請求項１～５の何れか一項に記載の外観検査用撮像システム。
7. 前記第１照明装置、前記第２照明装置、前記第１撮像装置、及び前記第２撮像装置を固定する光学レールを備える、請求項１～６の何れか一項に記載の外観検査用撮像システム。

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