JP2024010293A - 表面検査装置及びそれを用いた検出処理方法 - Google Patents
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Abstract
Description
また、直線状の光を放出する投光手段と、直線状の光を反射し、金属材料の表面に照射する反射手段と、金属材料表面の直線状の光が照射された部分を撮影する撮影手段と、を備える金属表面欠点検査装置が知られている(例えば、特許文献2参照)。
また、被検査物に対して第1の光を照射角度θで照射する第1の照明と、第1の光が照射された位置に対して第2の光を照射角度θとは異なる照射角度αで照射する第2の照明と、第1の光の反射光及び第2の光の反射光を受光するライン型カラーセンサと、第1の証明または第2の証明の調光を行う欠点検出部と、を有する欠点検査装置が知られている(例えば、特許文献3参照)。
このとき、本発明においては、第1検査ユニット群及び第2検査ユニット群の検査ユニットが、上面視で千鳥状となるように配置されており、金属ワークの幅方向における特定の部位が、第1検査ユニット群の検査ユニット、及び、第2検査ユニット群の検査ユニット、の少なくとも何れか一方の撮影可能範囲を通過するものであることが好ましい。
このとき、画像処理が、二値化処理であることが好ましい。
このとき、検査ユニットにおいては、筐体部を透過させた上面視で、カメラが中心に配置され、且つ、該カメラを囲繞するように光源部が配置されているので、金属ワークに照射される光には方向性がない。
これにより、線疵等の欠点であっても、その向きに関わらず、検知することが可能となる。
また、検査ユニットの位置調整等も容易に行うことができる。
このとき、第1検査ユニット群及び第2検査ユニット群の検査ユニットを、上面視で千鳥状となるように配置し、金属ワークの幅方向における特定の部位が、第1検査ユニット群の検査ユニット、及び、第2検査ユニット群の検査ユニット、の少なくとも何れか一方の撮影可能範囲を通過するものとすることにより、検知漏れが生じることを防止することができる。
また、場合によっては、一方の検査ユニット群の検査ユニット同士の間における金属ワークの欠点の検知を、他方の検査ユニット群の検査ユニットでも行うことが可能となる。
すなわち、金属ワーク全体を部分ごとに各カメラの撮影可能範囲の中央付近で撮影することが可能となるので、撮影可能範囲の端部付近における歪みを捨象することができる。その結果、欠点を検知する精度をより向上させることができる。
また、これに加え、光源部とカメラとの鉛直方向における最短距離を上記範囲内とし、金属ワークとカメラとの鉛直方向における最短距離を上記範囲内とすることにより、カメラの撮影可能範囲に十分な照度を維持し、欠点を検知する精度をより向上させることができる。
このとき、画像処理が、二値化処理である場合、欠点を検知する精度をより向上させることができ、且つ、欠点の検知速度も向上させることができる。
なお、図面中、同一要素には同一符号を付すこととし、重複する説明は省略する。
また、上下左右等の位置関係は、特に断らない限り、図面に示す位置関係に基づくものとする。更に、図面の寸法比率は図示の比率に限られるものではない。
図1に示すように、本実施形態に係る表面検査装置100は、金属ワークWをコンベアCで搬送しながら、当該金属ワークWの欠点を検知するための装置である。
ここで、金属ワークは、平板状の金属製のワークであり、磁性の有無は問わない。
具体例としては、鉄、銅、アルミニウム、チタン、鋼(ハイテン材、超ハイテン材を含む)等を採用することができる。
また、表面検査装置100が検知する金属ワークWの「欠点」としては、線疵、圧痕、汚染物の付着、擦傷等が挙げられる。
また、ロールC2には、金属ワークWの搬送距離を算出するためのエンコーダC3が取り付けられる。
また、コンベアCによる金属ワークWの搬送速度は、表面検査装置100が欠点を樹分に検知することが可能であり、且つ、生産性を損なわない観点から、60~90m/minであることが好ましい。
表面検査装置100においては、コンベアCにより搬送される金属ワークWが、検査ユニット10の直下を通過する際に、当該検査ユニット10のカメラ2により撮影される。そして、後述するように、制御部20が、その撮影された画像データに基づいて分析することにより、金属ワークWの欠点を検知するようになっている。
したがって、支持フレームF及び支持台FDは、正面視逆U字状となっており、コンベアCを跨ぐように配置される。このため、表面検査装置100は、既存のコンベア等に後付けで設置することが可能となっている。
また、支持フレームFには、複数の検査ユニット10が直接取り付けられている。
すなわち、複数の検査ユニット10は、支持フレームに垂設されている。
また、かかる検査ユニット10は、上下左右に位置調整をすることが可能となっている。
なお、図2においては、検査ユニットの筐体部を透過させて示している。
図2に示すように、検査ユニット10は、筐体部1と、当該筐体部1に取り付けられたカメラ2及び光源部3とを有する。
すなわち、筐体部1は、下面が開口し(下壁部を有しない)、四方が側壁部1bに囲まれた四角柱状であり、内部が中空となっている。
かかるカメラ2としては、特に限定されないが、いわゆる、ラインセンサカメラ、USBカメラ、WEBカメラ、CMOSカメラ等を採用することができる。
また、カメラ2は、動画を撮影するものであっても、静止画を撮影するものであってもよいが、連続的な静止画の画像データを保存する機能を有するものであることが好ましい。
このとき、カメラ2が撮影する静止画の画像データの解像度は、640×480ピクセル以上であることが好ましい。
なお、カメラ2が撮影した静止画の画像データは、後述する制御部20に送信される。
すなわち、光源部3は、四方の側壁部1bにそれぞれ取り付けられている。
かかる光源部3としては、特に限定されないが、白熱電灯、蛍光灯、放電灯、LED等を採用することができる。
これにより、カメラ2の直下において、金属ワークWに照射される光は方向性を示さないことになる。
その結果、線疵等の欠点であっても、その向きに関わらず、容易に検知することが可能となる。
図3に示すように、カメラ2は、金属ワークWの搬送方向Xにおける画角θ1が28~53度であることが好ましい。
金属ワークWの搬送方向Xにおけるカメラ2の画角θ1が28度未満であると、画角θ1が上記範囲内にある場合と比較して、金属ワークWの搬送速度を遅くする必要があるため、生産性が低下するという欠点がある。
一方、金属ワークWの搬送方向Xにおけるカメラ2の画角θ1が53度を超えると、画角θ1が上記範囲内にある場合と比較して、欠点の位置によっては検知の精度が不十分となる恐れがある。
金属ワークWの幅方向Yにおけるカメラ2の画角θ2が45度未満であると、画角θ2が上記範囲内にある場合と比較して、カメラを多数設置する必要が生じ、コスト高となる欠点がある。
一方、金属ワークWの幅方向Yにおけるカメラ2の画角θ2が61度を超えると、画角θ2が上記範囲内にある場合と比較して、欠点の位置によっては検知の精度が不十分となる恐れがある。
この場合、カメラ2を極力金属ワークWに近付けた状態で十分な照度を維持することができるため、欠点を検知する精度をより向上させることができる。
また、これに加え、金属ワークWの搬送方向Xに検査ユニット群10aが複数配置されている。
具体的には、金属ワークWの幅方向Yに沿って7個の検査ユニット10が直線状に配置された下流側の検査ユニット群(以下「第1検査ユニット群」という。)10a1と、金属ワークWの幅方向Yに沿って6個の検査ユニット10が直線状に配置された上流側の検査ユニット群(以下「第2検査ユニット群」という。)10a2とを有しており、第1検査ユニット群10a1と、第2検査ユニット群10a2とが、金属ワークWの搬送方向Xに沿って並んで配置されている。
このとき、第1検査ユニット群10a1の検査ユニット10の列と、第2検査ユニット群10a2の検査ユニット10の列とは、互いに平行となっている。
これにより、金属ワークWの特定の部位においては、繰り返し検査することが可能となるので、欠点を検知する精度をより向上させることができる。
これにより、金属ワークWの幅方向における特定の部位は、第1検査ユニット群10a1の検査ユニット10、及び、第2検査ユニット群10a2の検査ユニット10、の少なくとも何れか一方の撮影可能範囲を通過するようになる。なお、撮影可能範囲Rとは、撮影が可能な範囲であり、具体的には、カメラ2の画角に含まれる範囲のうち、筐体部に阻害されず、且つ、カメラ2から金属ワークWまでの間の領域である(図3参照)。
また、第1検査ユニット群10a1の検査ユニット10、及び、第2検査ユニット群10a2の検査ユニット10により検査された場合は、例えば、第1検査ユニット群10a1の検査ユニット10では、撮影可能範囲Rの端部付近での撮影であっても、第2検査ユニット群10a2の検査ユニット10では、撮影可能範囲Rの中央付近で撮影することが可能となるので、撮影可能範囲Rの端部付近における歪みを捨象することができる。
その結果、金属ワークWの欠点を検知する精度をより向上させることができる。
そして、制御部20においては、受信した画像データに画像処理として、二値化処理を施した後、金属ワーク2の欠点を検知する。
これにより、表面検査装置100においては、欠点を検知する精度をより向上させることができ、且つ、欠点の検知速度も向上させることができる。
なお、かかる制御部20は、一般的な中央処理部(CPU)、演算処理部、記録部、画像処理部、入出力部(キーボード、ディスプレイ)等を備える汎用のコンピュータである。
図4は、本実施形態に係る検出処理方法のフローチャートである。
図4に示すように、本実施形態に係る検出処理方法は、表面検査装置100の制御部20が、少なくとも、受信ステップS1と、統合ステップS3と、処理ステップS4と、検出ステップS5と、を遂行する。
これにより、線疵の欠点であっても、その向きに関わらず、検知することが可能となる。
ここで、連続的な静止画の画像データは、同一のカメラ2が、搬送中の金属ワークWを連続的に複数枚撮影したものであり、特定の部位に対し、光の当たり方が異なるものである。
なお、制御部20は、この画像データをカメラ2の個数分受信することになる。そして、制御部20は、受信した画像データを記録部に記録する。
次に、制御部20においては、プレ処理ステップS2として、複数の画像データに対して第1次二値化処理を施す。これにより、画像データのデータ容量を削減でき、後続の処理を高速化することが可能となる。
かかる画像合成は、金属ワークWの搬送速度、エンコーダC3により算出される金属ワークWの搬送位置、及び、カメラの撮影速度、から、カメラ2が撮影した金属ワークWの部位が特定され、同一の部位を撮影した画像データが重ね合わされるようにして行われる。
これにより、画像データの端部付近における歪みを捨象することが可能となる。
また、光の当たり方が異なる画像を重ねることで、ある当たり方ではカメラで撮影できなかった疵が見えるようになり検出精度が向上する
次に、検出ステップS5として、再度、二値化された統合データを、欠点が無い金属ワークWの二値化データと比較して、値に差異がある部位を欠点として検出する検出処理が行われる。
これにより、線疵の欠点であっても、その向きに関わらず、検知されることになる。
なお、検知された欠点は、必要に応じて、その旨と、欠点が検知された位置とがディスプレイ等に表示される。
また、第1検査ユニット群10a1と、第2検査ユニット群10a2とが金属ワークWの搬送方向Xに沿って並んで配置されているが、更に別の検査ユニット群10aが配置されていてもよい。
図5に示すように、他の実施形態に係る表面検査装置101においては、4列の検査ユニット群10aが金属ワークWの搬送方向Xに沿って並んで配置されている。
なお、これらの検査ユニット10の配置は、上面視で千鳥状となっている。
かかる表面検査装置101においては、上流側の2列の検査ユニット群10aと、下流側の2列の検査ユニット群10aとに分かれており、上流側の2列の検査ユニット群10aにおいては、主に、線疵の欠点を検知するようになっており、下流側の2列の検査ユニット群10aにおいては、主に、圧痕の欠点を検知するようになっている。
これにより、検知の精度をより一層向上させることができる。
また、金属ワークWの搬送速度を向上させることも可能となる。
また、画像処理として、二値化処理を行っているが、これに限定されず、画像の重ね合わせ及び重みマップの作成等を行ってもよい。
本発明の表面検査装置及びそれを用いた検出処理方法によれば、線疵の欠点であっても、その向きに関わらず、検知することができ、金属ワーク全体に対して高精度で検知することができる。
1a・・・上壁部
1b・・・側壁部
10・・・検査ユニット
10a・・・検査ユニット群
10a1・・・第1検査ユニット群
10a2・・・第2検査ユニット群
100,101・・・表面検査装置
2・・・カメラ
20・・・制御部
3・・・光源部
C・・・コンベア
C1・・・ベルト
C2・・・ロール
C3・・・エンコーダ
R・・・撮影可能範囲
W・・・金属ワーク
Claims (6)
- 金属ワークをコンベアで搬送しながら、該金属ワークの欠点を検知するための表面検査装置であって、
前記コンベアの上方に設けられた支持フレームと、
該支持フレームに取り付けられた検査ユニットと、
該検査ユニットに接続された制御部と、
を備え、
前記検査ユニットが、下壁部を有しない筐体部、該筐体部の上壁部に取り付けられたカメラ、及び、該筐体部の側壁部の内面側に取り付けられた光源部、を有し、
前記筐体部を透過させた上面視で、前記カメラが中心に配置され、且つ、該カメラを囲繞するように前記光源部が配置されており、
前記制御部が、前記カメラで撮影された前記金属ワークの画像データを受信し、該画像データに基づいて、前記金属ワークの欠点を検知するものである表面検査装置。 - 少なくとも、前記金属ワークの幅方向に複数の前記検査ユニットが直線状に配置された第1検査ユニット群及び第2検査ユニット群が形成されている請求項1記載の表面検査装置。
- 前記第1検査ユニット群及び前記第2検査ユニット群の前記検査ユニットが、上面視で千鳥状となるように配置されており、
前記金属ワークの幅方向における特定の部位が、前記第1検査ユニット群の前記検査ユニット、及び、前記第2検査ユニット群の前記検査ユニット、の少なくとも何れか一方の撮影可能範囲を通過するものである請求項2記載の表面検査装置。 - 前記カメラの前記金属ワークの搬送方向における画角が28~53度であり、前記金属ワークの幅方向における画角が45~61度であり、
前記光源部と前記カメラとの鉛直方向における最短距離が300mm以下であり、
前記金属ワークと前記カメラとの鉛直方向における最短距離が350mm以下である請求項1~3のいずれか1項に記載の表面検査装置。 - 請求項1~4のいずれか1項に記載の表面検査装置を用いた検出処理方法であって、
前記制御部が、
それぞれの前記カメラで撮影された連続的な静止画の画像データを受信する受信ステップと、
複数の画像データを組み合わせて統合データとする統合ステップと、
該統合データに対して画像処理を施す処理ステップと、
該画像処理を施した前記統合データを、金属ワークに欠点がない場合の画像処理を施した統合データと比較して、値に差異がある部位を欠点として検出する検出ステップと、
を遂行する検出処理方法。 - 前記画像処理が、二値化処理である請求項5記載の検出処理方法。
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