JP2508122B2

JP2508122B2 - 表面欠陥検査装置

Info

Publication number: JP2508122B2
Application number: JP62212324A
Authority: JP
Inventors: 正人榊原; 一雄藤森
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 1987-08-26
Filing date: 1987-08-26
Publication date: 1996-06-19
Anticipated expiration: 2011-06-19
Also published as: JPS6454338A

Description

【発明の詳細な説明】発明の目的［産業上の利用分野］本発明は、物体の表面形態等の欠陥を検査する装置に
関する。

［従来の技術］従来より物体表面における凹凸等の有無の検査は、検
査員により視覚あるいは触覚に基づいて行なわれてい
る。この検査員の視覚あるいは触覚による検査は、検査
員の主観または熟練度が介在し易く、検査の均一性に関
して問題があり、ま検査に必要な手間や時間が多くかか
り能率が悪くなるといった問題があった。これらの問題
を解決するものとして、例えば、特開昭52−90988号に
示される「物体の表面欠陥検査方法」や特開昭52−7128
9号に示される「表面検査装置」、あるいは特開昭58−9
7608号に示される「表面性状測定方法および装置」等の
発明や提案等がなされている。これらの発明や提案等
は、検査される物体表面に縞状の明暗模様等を写し出
し、物体表面に凹凸等の欠陥があれば、写し出された縞
模様等が歪み・乱れることを利用して物体表面の欠陥検
査を行なうものである。

［発明が解決しようとする問題点］上記発明や提案等は、検査される物体表面に写し出さ
れる縞模様等の歪み・乱れにより物体表面の欠陥の有無
を判定することができるので、検査の均一性を向上さ
せ、作業の能率化を図ることができるという優れた効果
を有するものの、猶、次のような問題が考えられた。

（ａ）即ち、上記発明や提案等は、縞模様等の歪み
・乱れの程度を検査員が判断することによって物体表面
の欠陥の有無を判定しているので、未だに検査結果の均
一性に欠けるといった問題が考えられた。

（ｂ）また、上記特開昭58−97608号に示される発
明のように、被測定表面から反射された矩形波パターン
を結像光学系により結像面上に投影結像し、該結像上の
空間的光強度分布をフーリエ変換する等して被測定表面
の表面性状を定量化して検出しようとする提案等も為さ
れているが、複雑な操作が必要とされ物体表面の欠陥の
有無を自動的に検出するものではないといった問題や、
あるいは装置がかなり複雑なものになるといった問題が
考えられた。

上記問題等により、物体表面の欠陥検査の省力化やロ
ボット等を用いての無人化は妨げられている。

本発明の表面欠陥検査装置は、上記問題点を解決する
ためになされたものであり、物体表面の欠陥の有無を客
観的・定量的かつ自動的に検査することを目的としてい
る。

発明の構成［問題点を解決するための手段］本発明の表面欠陥検査装置は、次のように構成されて
いる。即ち、第１図にその基本構成を例示する如く、本発明の表面欠陥検査装置は、予め定められた明暗縞模様を被検査表面に写し出す明
暗模様投影手段（M1）と、該明暗模様投影手段（M1）により上記被検査表面に写
し出された明暗縞模様の像を光の強弱レベル信号として
撮像する撮像手段（M2）と、該撮像手段（M2）により撮像され出力されるレベル信
号の強度に応じて撮像手段（M2）の入力光量あるいは出
力レベルを調節して上記レベル信号の強度を所定範囲内
の値とする出力調節手段（M3）と、該出力調節手段（M3）により調節された上記撮像手段
（M2）の出力するレベル信号に基づき、上記縞模様の明
部と暗部との境界に対応して、該レベル信号の信号レベ
ルが変化する境界部を検出する境界部検出手段（M4）
と、該境界部検出手段（M4）による境界部の検出間隔が所
定間隔より大きい区間を抽出する区間抽出手段（M5）
と、該区間抽出手段（M5）により抽出された区間の大きさ
に基づき、上記被検査面の欠陥の有無を判定する欠陥判
定手段（M6）と、を備えて構成されたことを特徴とする。

ここで、出力調節手段（M3）とは、撮像手段（M2）に
より撮像され出力されるレベル信号の強度に応じて撮像
手段（M2）の入力光量あるいは出力レベルを調節して上
記レベル信号の強度を所定範囲内の値とする手段であれ
ばよく、所謂TVカメラ等を用いてその絞り（アイリス絞
り）を調節する構成とすることや、あるいは出力される
レベル信号の強度に応じて所定レベルの信号を重畳させ
る構成とすること等が考えられる。

［作用］上記構成を有する本発明の表面欠陥検査装置は次の如
く作用する。

本発明の表面欠陥検査装置は、明暗模様投影手段（M1）により被検査表面に写し出さ
れた明暗縞模様の像を撮像手段（M2）により光の強弱レ
ベル信号として撮像し、この撮像され出力されるレベル
信号の強度に応じて出力調節手段（M3）が撮像手段（M
2）の入力光量あるいは出力レベルを調節して出力され
るレベル信号の値を所定範囲内の値とする。これによ
り、撮像手段（M2）の出力する光の強弱レベル信号は、
被検査表面の塗装色の相違等によらず、所定範囲内の値
となる。

そして、この調整された撮像手段（M2）の出力するレ
ベル信号に基づき、境界部検出手段（M4）が、縞模様の
明部と暗部との境界に対応して、このレベル信号の出力
レベルが変化する境界部を検出し、区間抽出手段（M5）
が、この境界部の検出間隔が所定間隔より大きい区間を
抽出する。

即ち、被検査表面が滑らかな時には、この被検査表面
に写し出される縞模様は、明部と暗部とで明確に分離さ
れるため、撮像手段からのレベル信号は、明部と暗部と
で明確に異なるレベルを有し、その境界にてレベルが急
変するが、被検査面に凹凸等の欠陥部が存在する時に
は、被検査表面に写し出される縞模様はこの欠陥部にお
いて歪み・乱され、その明部と暗部との境界が不明瞭に
なるため、この欠陥部に対応する区間のレベル信号は、
明部及び暗部のいずれにも属さない中間レベルとなる。
その結果、欠陥部に対応する区間のレベル信号からは境
界部が検出されず、この区間での境界部の検出間隔が所
定間隔より大きくなる。つまり区間抽出手段（M5）は、
欠陥部に対応する区間を抽出することになる。

なお、このようにして抽出された欠陥部に対応する区
間の大きさは、レベル信号の出力レベルとは異なり、入
力光量に関係なく、欠陥部の状態、延いては縞模様の歪
み・乱れ方に応じて一意に決まるため、欠陥の度合を定
量的に表している。

そして、欠陥判定手段（M6）が、この欠陥部に対応す
る区間の大きさに基づいて、被検査面の欠陥の有無を判
定する。

［実施例］次に本発明の表面欠陥検査装置の構成を一層明らかに
するために好適な実施例を図面と共に説明する。

第２図は本発明一実施例の表面欠陥検査装置の構成を
示すブロック図である。

本実施例の表面欠陥検査装置は、大きくは、凹凸等の
欠陥の有無が検査される被検査物OBの表面に縞状の明暗
模様を投影する明暗模様投影手段としての縞模様投影装
置１と、被検査物OBの表面に投影された縞模様の虚像を
撮影し光の強弱レベル信号を出力する撮像手段としての
撮像装置２と、撮像装置２が出力する光の強弱レベル信
号の強度に応じて撮像装置２の入力光量を調節すると共
に、被検査物OB表面の欠陥部を抽出する出力調節手段お
よび欠陥部抽出手段としての電子制御装置３等と、から
構成されている。

縞模様投影装置１は、多数の等間隔のスリットを有す
る平板10と散乱光を射出する光源11とから構成されてい
て、被検査物OBの表面に所定ピッチの縞模様（本実施例
では、明部・暗部共にその間隔1.5mmとしている）を写
し出す。尚、本実施例では、被検査物OBは光沢を有する
鉄板であって、縞模様は虚像として写し出される。

撮像装置２は、被検査物OBの表面に写る縞模様を撮影
する撮像管（以下、単にTVカメラという）20等から構成
されている。

電子制御装置３は、周知のCPU30、ROM31およびRAM32
等を中心とし、これらとA/D変換器33、パラレルI/Oポー
ト34およびシリアルI/Oポート35とをバス36により相互
に接続した論理演算回路として構成されている。また、
電子制御装置３には、D/A変換器37も備えられている。
このD/A変換器37は、信号線（８本のランイよりなる）3
8を介して上記パラレルI/Oポート34に接続されると共
に、信号線39を介して上記TVカメラ20のアイリス絞り部
20aとも接続されてる。また、上記A/D変換器33は、信号
線40を介してTVカメラ20と接続されている。

尚、CRTディスプレイDP1は、TVカメラ20により撮影さ
れた縞模様を表示するものである。また、CRTディスプ
レイDP2は、電子制御装置３のシリアルI/Oポート35より
出力される信号を再生するものである。

次に、上記D/A変換器37およびTVカメラ20のアイリス
絞り部20aについて詳細に説明する。

第３図に示すように、D/A変換器（本実施例ではDAC80
1CB1−Ｖが用いられている）37の接続端子T1ないしT8に
は、上述した信号線38の各々のラインが接続され、接続
端子T9ないしT12は接地されている。接続端子T13は、５
（Ｖ）の電源に接続されると共に、コンデンサC1を介し
てアイリス絞り部20a内の増幅器20bのグランド側と接続
されている。この増幅器20bのグランド側は接地されて
いる。また、接続端子T14は、−15（Ｖ）の電源に接続
されると共に、コンデンサC2を介して接地されている。
更に、接続端子T15およびT18は、直接、上記増幅器20b
の電源側と接続されている。

この増幅器20bの出力側は、アイリス絞りの駆動源と
してのモータ20cの励磁コイルと接続されている。これ
により、D/A変換器37は、信号線38を介して値０から値2
55内の所定のデジタル値を入力し、増幅器20bに出力す
るアナログ電圧（DC）を零（Ｖ）から10（Ｖ）の間で変
化させる。

一方、D/A変換器37の接続端子T16とT24とは短絡させ
られている。また、接続端子T17,T20,T21,T22,T23に
は、15（Ｖ）の電源、−15（Ｖ）の電源、可変抵抗器R
1,R2、抵抗器R3,R4,R5,R6,R7,R8およびコンデンサC3と
から所定の電位が与えられている。

上記構成を有する本実施例の作用を第４図に示す「欠
陥部抽出ルーチン」と共に説明する。この第４図に示す
「欠陥部抽出ルーチン」は、電子制御装置３のCPU30に
より行なわれる処理を示したものである。

まず、電源が投入されると、CPU30は、パラレルI/Oポ
ート34を介して予め定められた絞り初期値をD/A変換器3
7に出力する処理を行なう（ステップ100）。これによ
り、TVカメラ20のアイリス絞り部20aは初期値としての
所定の開度に絞られる。アイリス絞り部20aが初期値に
絞られると、被検査物OB上に写された縞模様の虚像を撮
像しビデオ信号VD1に変換された画像信号をA/D変換器33
を介して画像メモリとしてのRAM32に取り込む処理を行
なう（ステップ110ないし120）。これによりA/D変換器3
3により変換されるビデオ信号VD1は、予め定められた所
定レベルLL以下がOO［Ｈ］とされ、同じく予め定められ
た所定レベルHL（＞LL）以上がOFF［Ｈ］とされてOO
［Ｈ］からOFF［Ｈ］までの256段階のデジタル値に変換
されてRAM32内に取り込まれる。ここで、［Ｈ］は16進
数であることを示す。

TVカメラ20から出力されるビデオ信号VD1は、第５図
に示すように、被検査物OBの表面が滑らかな状態の時に
は、本来縞模様が持つ明部のハイレベルと暗部のロウレ
ベルとを規則正しい状態で有する正弦波的な信号となる
が、凹凸等の欠陥部を有している時には、その欠陥部に
より縞模様は歪み・乱されて明部のハイレベルあるいは
暗部のロウレベルのどちらにも属しないレベル所謂中間
レベルの信号を有することになる（第５図タイミングチ
ャートビデオ信号VD1区間bad）。この欠陥部により歪
み・乱された中間レベル部badは、第２図に絵画的に示
したようにCRTディスプレイDP1の画面上おいても観察す
ることができる。尚、TVカメラ20によるビデオ信号VD1
は、被検査物OB上の縞模様に直交するスキャン走査によ
る映像信号である。従って、第５図に示されるタイミン
グチャートは時間ｔをパラメータとしている。また、ビ
デオ信号VD1のマイナス側の信号は同期信号を示す。従
って、第５図に示すビデオ信号VD1は、所謂走査線の水
平１ラインを表わしている。

ビデオ信号VD1がRAM32に取り込まれると、続いてRAM3
2に記憶されたビデオ信号VD1のレベルの最大値Vmxと最
小値Vmnとが算出される（ステップ130）。このレベルの
最大値Vmxと最小値Vmnとは、被検査物OB上の縞模様の光
の強弱レベル、即ち、光の強度の最大値と最小値とに対
応する。尚、第５図のタイミングチャートにおいては、
レベルの最大値Vmxと最小値Vmnとは、ビデオ信号VD1の
ハイレベルの値とロウレベルの値とに相当する。

続くステップ140ないし150の判定処理では、算出され
たレベルの最大値VmxがφFF［Ｈ］であるか、レベルの
最小値Vmnがφφ［Ｈ］であるかが判定される。

上記ステップ140において肯定判断された場合は、被
写体としての被検査物OBの表面が過度に明るい場合であ
る。この場合には、CPU30は、パラレルI/Oポート34およ
びD/A変換器37を介してTVカメラ20のアイリス絞り部20a
を所定開度絞る処理を行なう（ステップ160）。これに
より、TVカメラ20に入力される光量は減少する。

また、上記ステップ150において肯定判断された場合
は、被写体としての被検査物OBの表面が暗い場合とし
て、アイリス絞り部20aを所定開度広げる処理を行なう
（ステップ170）。これにより、TVカメラ20に入力され
る光量は増加する。

アイリス絞り部20aが絞られ（ステップ160）、あるい
は広げられた後（ステップ170）、処理は、ステップ110
に戻り、再び、上述したように被検査物OB上の縞模様を
撮像しデジタル値としてのビデオ信号をRAM32に取り込
む処理を行なう（ステップ110ないし120）。

一方、上記ステップ140および150において共に否定判
断されると、処理はステップ180以降に進み、被検査物O
B上の欠陥部を抽出する処理を行なう。

即ち、まず、デジタル値としてRAM32内に記憶された
ビデオ信号の明部のハイレベルから暗部のロウレベルの
境界部、あるいは暗部のロウレベルから明部のハイレベ
ルへの境界部のみをハイレベルとする処理を行なう（ス
テップ180）。これは、信号の急激な変化部を抽出する
所謂微分処理により容易に行なうことができる。これに
より、ステップ10の処理が為された後のビデオ信号VD2
は、縞模様の明部と暗部とを所定間隔毎にロウレベルと
し、欠陥部としての中間レベル部badを連続的にロウレ
ベルとする信号となる（第５図タイミングチャートビ
デオ信号VD2）。

続く処理では、ビデオ信号VD2のロウレベルとなる間
隔が所定値以下の部位をハイレベルとする所謂画像収縮
処理を行なう（ステップ190）。これにより、中間レベ
ル部badのみをロウレベルとするビデオ信号VD3が得られ
る（第５図タイミングチャートビデオ信号VD3）。従
って、ビデオ信号VD3を再生するCRTディスプレイDP2画
面上には、中間レベル部badのみが暗部として写し出さ
れる。

ステップ210では、暗部として写し出される中間レベ
ル部badの大きさが判定され、所定面積、本実施例で
は、直径1mm程度の円に相当する大きさ以上の面積のと
きにシリアルI/Oポート35から欠陥部有りとしてNG信号
が出力される。なお、ステップ180が本発明の境界部検
出手段に、ステップ190が区間抽出手段に、ステップ200
が欠陥判定手段に相当する。

本実施例の表面欠陥検査装置によると、被検査物OB上
の凹凸等の欠陥部を、簡易な構成により、明暗縞模様の
明部と暗部との境界部を含まない部分として正確かつ自
動的に検出することができる。また、TVカメラ20のアイ
リス絞り部20aを自動的に調節してその入力光量を加減
するので、被検査物OBの塗装色の相違や光源11の劣化等
に関係なく、所定範囲内の強度のビデオ信号VD1を入力
することができ、一層正確にかつ安定した欠陥部抽出処
理行なうことができる。

これにより、ロボット等の産業機器を用いて物体の表
面検査を無人化することができ、著しく作業効率を高め
ることができるという優れた効果を有する。また、被検
査物OB上の中間レベル部badの大きさは数値化すること
ができ、定量値（本実施例では直径1mm程度の円）と比
較されて欠陥部と判定されるので、検査結果に客観性を
有し極めて信頼性の高い検査結果を自動的に得ることが
できるという効果も奏している。更に、凹凸等の欠陥部
を明部と暗部との境界部が存在しない中間レベル部bad
として検出することができるので、被検査物OBの表面が
曲面等の場合に、明暗の縞模様の間隔が狭くなっても、
欠陥部により歪み・乱れる縞の面積は一定となり正確な
検査結果を得ることができるという優れた効果を有して
いる。また、本実施例においては、明暗模様の明部およ
び暗部の間隔を各々1.5mmとしたが、検出したい欠陥部
の大きさよりも縞間隔を狭くしていけば、欠陥部検出の
精度を向上させることができるという効果も奏する。

以上、本発明の表面欠陥検査装置の一実施例について
詳細に説明したが、本発明の表面欠陥検査装置は上記実
施例に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸
脱しない範囲において種々の態様で実施可能である。例
えば、本実施例においては、電子制御装置３をマイクロ
コンピュータを用いて論理演算回路として構成したが、
微分回路や比較器等を用いてディスクリートな回路とし
て構成してもよい。また、算出されたレベルの最大値Vm
xと最小値VmnとからA/D変換器33のゲインとオフセット
値とを調節する構成とすることも考えられる。これによ
り、一層安定した欠陥部抽出処理を行なうことができ
る。尚、本実施例の構成とは異なり、近年、TVカメラ等
に備えられている自動絞り制御レンズ等を用いた構成と
することも考えられる。しかしながら、この場合には、
同一塗装色の被検査物であっても、検査される対象物が
異なる毎に絞り制御を行なうことになり、検査に時間が
かかるという問題や、白熱光等で常に被検査物に縞模様
を投影しなければならない、つまり所謂ストロボ撮影等
による検査ができず製造ライン上で動く被検査物の検査
に適していないといった問題があった。これに対して、
本発明の場合には、同一塗装色の被検査物であれば対象
物が異なっても、アイリス絞りの開度を一度設定するだ
けでよく、検査に時間がかからない。また、ストロボ撮
影により製造ライン上の動く被検査物をも検査すること
ができる。

発明の効果本発明の表面欠陥検査装置によれば、撮像手段から出
力されるレベル信号は、その強度が所定範囲内の値とな
るように自動的に調節されるため、被検査表面の塗装色
の相違や、明暗模様投影手段の光源の劣化等による入力
光量の変化に影響されることなく、被検査物上の凹凸等
の欠陥部を安定して検出することができる。

また、本発明によれば、レベル信号から欠陥部に対応
する区間を抽出し、その抽出された区間の大きさによ
り、被検査物の欠陥を判定するようにされており、しか
も、この抽出された区間の大きさは、欠陥の度合を定量
的に表すものであるため、欠陥の判定を均一性よく行う
ことができる。

その結果、装置毎に自動調節されるレベル信号の強度
がばらついたとしても、装置によらず均一な判定を行う
ことや、単純に欠陥の有無を判定するだけでなく、欠陥
の度合、即ち精度に応じて被検査物を振り分ける等、高
度な判定処理を行うこともできる。

また、本発明では、欠陥部に対応する区間の抽出を、
レベル信号から縞模様の明部及び暗部に対応した境界部
を検出し、この境界部の検出間隔が所定間隔より大きい
区間を抽出するという、きわめて簡易な構成により実現
しており、このように、本発明の表面欠陥検査装置によ
れば、簡易な構成により、被検査物上の凹凸等の欠陥部
を自動的に、かつ均一性を有して検出することができる
という優れた効果を有している。これにより、ロボット
等の産業機器を用いて物体の表面検査を無人化すること
ができ、著しく作業効率を高めることができるという優
れた効果を有する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の表面欠陥検査装置の基本構成を例示す
るブロック図、第２図は本発明一実施例の表面欠陥検査
装置の構成を示すブロック図、第３図はD/A変換器37お
よびアイリス絞り部20a等の回路構成を示す回路図、第
４図は「欠陥部抽出ルーチン」の処理を示すフローチャ
ート、第５図は各部の出力信号を示すタイミングチャー
ト、である。１……縞模様撮影装置、２……撮像装置３……電子制御装置、37……D/A変換器 20a……アイリス絞り部 DP1,DP2……CRTディスプレイ OB……被検査物

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】予め定められた明暗縞模様を被検査表面に
写し出す明暗模様投影手段と、該明暗模様投影手段により上記被検査表面に写し出され
た明暗縞模様の像を光の強弱レベル信号として撮像する
撮像手段と、該撮像手段により撮像され出力されるレベル信号の強度
に応じて撮像手段の入力光量あるいは出力レベルを調節
して上記レベル信号の強度を所定範囲内の値とする出力
調節手段と、該出力調節手段により調節された上記撮像手段の出力す
るレベル信号に基づき、上記縞模様の明部と暗部との境
界に対応して、該レベル信号の信号レベルが変化する境
界部を検出する境界部検出手段と、該境界部検出手段による境界部の検出間隔が所定間隔よ
り大きい区間を抽出する区間抽出手段と、該区間抽出手段により抽出された区間の大きさに基づ
き、上記被検査面の欠陥の有無を判定する欠陥判定手段
と、を備えて構成されたことを特徴とする表面欠陥検査装
置。