JP2638121B2 - 表面欠陥検査装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、物体の表面に生じた凹凸等の欠陥を検査す
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欠陥の有無の検査
は、検査員により視覚あるいは触覚に基づいて行われて
いる。

この検査員の視覚あるいは触覚により検査は、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、また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「物体の表面欠陥検査方法」や特開昭52−7
1289号に示される「表面検査装置」あるいは特開昭58−
97608号に示される「表面性状測定方法及び装置」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明暗
縞模様等を写し出し、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うものである。

上記発明や提案等は、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
ものの次のような問題が考えられた。

（ａ） 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。そのため、検査員の個人差により
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、該結像面上の
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。

（ｃ） さらに、上記発明や提案では、単に検出された
縞模様等の歪み・乱れによって欠陥を判定する。そのた
め、物体表面の凹凸等の欠陥と物体に設けられた孔等の
加工部位とを区別することができなかった。

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。

［発明が解決しようとする課題］ 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、物体表面の凹凸等の欠陥の
みの有無を客観的・定量的かつ自動的に検査することを
目的としている。

［課題を解決するための手段］ 本発明の表面欠陥検査装置は、第１図にその基本構成
を例示する如く、 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により撮像された上記レベル信号を微分
し、レベルの変化度信号とする変化度検出手段M3と、 該変化度信号を所定の基準値と比較することにより変
化度信号の不規則部分を上記被検査表面の不規則部とし
て抽出する不規則部抽出手段M4と、 上記撮像手段M2により撮像された上記レベル信号を所
定の基準値と比較し、レベルの２値信号とする明暗検出
手段M5と、 該２値信号から上記明暗縞模様投影手段M1が投影する
明暗の縞模様を除去し、上記被検査表面の加工部位を検
出する加工部位検出手段M6と、 上記不規則部抽出手段M4で抽出された不規則部から、
上記加工部位検出手段M6で検出された加工部位を除き、
上記被検査表面の欠陥部を検出する欠陥部検出手段M7と を備えたことを特徴とする。

ここで、変化度検出手段M3とは、撮像手段M2により撮
像された光の強弱レベル信号を微分しレベルの変化度信
号とする手段であればよい。例えば、コンデンサと抵抗
器とを用いた所謂CR微分回路等にディスクリートな回路
として構成したものや、撮像された光の強弱レベル信号
を一旦デジタル画像信号に変換し、該変換されたデジタ
ル画像信号をマイクロコンピュータ等に用いた論理演算
回路を用いて微分する構成とすること等が考えられる。

また、加工部位検出手段M6の加工部位とは、必要に応
じて物体表面に設けられた孔等のことである。

［作用］ 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
号として検出すると、明部のハイレベルと暗部のロウレ
ベルとを一定の間隔で繰り返す信号となる。

この光の強弱レベル信号を変化度検出手段M3を用いて
微分し、さらに不規則部抽出手段M4にて所定の基準値と
比較すれば、レベル、信号の変化の度合の大きいとこ
ろ、即ち、明部のハイレベルと暗部のロウレベルとの境
界部を後述する中間レベル部と区別して検出することが
できる。

被検査表面に凹凸等の欠陥部があれば、この欠陥部に
より、歪み・乱された欠陥部のレベルは、上記明部のハ
イレベル及び暗部のロウレベルのどちらにも属しないい
わゆる中間レベルの信号として検出され、この部分を微
分した変化度信号は上記明部と暗部との境界部を有しな
い信号として検出される。

ただし、被検査表面に孔等の加工部位が形成されてい
ると、この部分も明部と暗部との境界部を有しない信号
として検出される。

したがって、不規則部抽出手段M4により抽出された不
規則部には、欠陥部だけでなく、加工部位も含まれてい
る。

一方、孔等の加工部位における上記レベル信号は、暗
部のロウレベルと同程度あるいはそれよりも暗いもので
ある。いいかえれば、加工部位の明暗のレベルは、欠陥
部の中間レベルもりも暗い。

したがって、撮像手段M2により検出されたレベル信号
を、明暗検出手段M5にて、例えば上記中間レベルよりも
暗い所定の基準値と比較して２値化することにより、上
記欠陥部を除去した２値信号とすることができる。

そして、加工部位検出手段M6にて、この２値信号から
明暗の縞模様を除去すると、孔等の加工部位のみが検出
される。

したがって、欠陥部検出手段M7にて、上記のように不
規則部抽出手段４で抽出された不規則部位と、加工部位
検出手段M6で検出された加工部位とを、比較することに
より、欠陥部のみを孔等の加工部位と区別して検出する
ことができる。

［実施例］ 本発明の一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、被検査物OBの表面に
縞状の明暗模様を投影する縞模様投影装置10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装置20と、撮像装置20が出力
する光の強弱レベル信号を処理する電子制御装置30とを
備える。

縞模様投影装置10は、多数の等間隔のスリットを有す
る平板11と散乱光を照射する光源12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20は、電子制御装置30にビデオ信号VD1を出
力するものであり、被検査物OBの表面に写る縞模様を撮
影する撮像管等から構成されている。

また、この撮像装置20にはCRTディスプレイDP1が接続
されており、撮像された縞模様を観測することができ
る。

電子制御回路30は、撮像装置20から入力されるビデオ
信号VD1を例えば256階調のデジタル信号に変換するA/D
変換回路31、デジタル信号に変換された画像信号等を例
えば256×256のマトリックスとして格納するメモリ32、
画像信号を微分しレベルの変化度信号とする微分演算回
路33、後述する画像収縮回路34、画像膨張回路35、入力
された信号をその平均値等と比較して２値化する浮動２
値化回路36、これらの回路等を制御するCPU37、CPU37に
接続されたI/O回路38及び上記回路等を相互に接続する
バス39を備える。

さらに、I/O回路38には、電子制御装置30に種々の指
示を与えるキーボードKB、キーボードKBの指示によって
処理された各段階の画像を表示するCRTディスプレイDP2
等が接続されている。

本実施例の表面欠陥検査装置の動作を第３図の流れに
基づき説明する。

先ず、処理が開始されるとステップS10にて、撮像装
置20から縞模様投影装置10により被検査物OB上に写され
る縞模様の虚像が、ビデオ信号VD1として撮像装置20よ
りA/D変換回路31に取り込まれる。

第４図（Ａ）は、取り込まれた画像の一例であり、孔
Ｈを有する被検査物OB表面を撮像した場合である。な
お、第３図の各ステップを示す番号の下に記された符号
（Ａ）〜（Ｈ）は、各々第４図（Ａ）〜（Ｈ）に対応す
る画像を示す符号である。

また、第５図は、画像（Ａ）のＬ−Ｌ線上に対応する
ビデオ信号VD1を示すものである。欠陥部のビデオ信号V
D1は明部と暗部との中間レベルであり、孔部Ｈのビデオ
信号VD1は暗部よりもさらに暗いことが分かる。

続いて、ステップS20〜S50にて、被検査物OBの表面に
設けられた加工部位、例えば孔Ｈを検出する処理を行
う。

まず、ステップS20にて、メモリ32に格納される画像
信号を浮動２値化回路36を用いて、第４図（Ｂ）に示す
如き２値画像とする。尚、以下の処理等で得られる画像
は、いずれもメモリ32内に格納される。

この２値化処理の明暗の基準値は、平均濃度より所定
値α、例えば20を引いた値である。

前述の第５図に示すように、欠陥部の濃度はほぼ平均
濃度と同程度である。

したがって、この平均濃度より所定値αだけ低いレベ
ルを基準値とし、基準値より高いレベルの画素を白（濃
度255）、基準値より低いレベルの画素を黒（濃度０）
とすることにより、縞模様と孔Ｈ等の加工部位とから画
像（Ｂ）が得られる。

ついで、ステップS30にて、上記画像（Ｂ）を画像収
縮回路34にて後述する収縮処理することにより、縞模様
を除去し、孔Ｈ等の加工部位を抽出し、第４図（Ｃ）に
示される画像を得る。

画像収縮回路34で行われる画像収縮処理とは、ある画
素に着目し、その画素を取り囲む８個の画素のうち、１
つ以上が黒であれば着目した画素を黒とする処理を、全
ての画素に対して適用する処理である。

本ステップでは、この処理を３回行うことによって、
縞模様の明部（濃度255）を除去し、孔Ｈ等の加工部位
のみの画像（Ｃ）を得る。

続く、ステップS40では、上記画像（Ｃ）を画像膨張
回路35にて後述する膨張処理を行うことにより、上記画
像収縮処理によって実際より小さくなった孔Ｈ等を加工
部位を必要な大きさにし、第４図（Ｄ）に示される画像
を得る。

画像膨張回路35で行われる画像膨張処理は、２つのモ
ード1,2を有している。

モード１は、ある画素に着目し、その画素を取り囲む
８個の画素のうち、１つ以上が白であれば着目した画素
を白とする処理を、全ての画素に対して適用する処理で
あり、モード２は、着目した画素を取り囲む８個の画素
のうち、２つ以上が白であれば着目した画素を白とする
処理である。

本ステップでは、モード１、モード２を交互に７回ず
つ繰り返し行うことにより、孔Ｈ等の加工部位を膨張さ
せ画像（Ｄ）を得る。

ステップS50では、上記画像（Ｄ）の各画素を反転さ
せる。

一方、電子制御装置30は、ステップS60〜S80にて、被
検査物OBの表面にある欠陥部、加工部位等の不規則部を
検出する。

先ず、ステップS60にて、A/D変換回路31でデジタル化
されメモリ32に格納されるビデオ信号VD1に基づく画像
信号を微分演算回路33を用いて微分し、レベルの変化度
信号とする。

ついで、ステップS70にて、上記レベルの変化度信号
を浮動２値化回路36を用いて、第４図（Ｆ）に示す如き
２値画像とする。

このステップにおける２値化処理の基準値は変化度信
号の平均値である。

前述の第５図に示すように、欠陥部あるいは孔Ｈ等の
加工部位は明暗の変化が、縞模様の部分に比べて少な
い。

したがって、画像信号を微分して変化度信号とし、変
化度信号の平均値を基準値とし、基準値より絶対値が小
さいレベルの画素を白（濃度255）、基準値より絶対値
が大きいレベルの画素を黒（濃度０）とすることによ
り、欠陥部あるいは孔Ｈ等の加工部位である明暗の不規
則部が白い画素の塊となった画像（Ｆ）を得る。

そして、ステップS80にて、上記画像（Ｆ）を画像収
縮回路34にてステップS30と同様の収縮処理を２回行う
ことにより、欠陥部あるいは孔Ｈ等の加工部位である明
暗の不規則部を抽出し、第４図（Ｇ）に示される画像を
得る。

さらに、ステップS90にて、ステップS20〜50にて得ら
れた加工部位を暗部として示す画像（Ｅ）と、ステップ
S60〜S80にて得られた欠陥部あるいは孔Ｈ等の加工部位
である明暗の不規則部を明部として示す画像（Ｇ）と
の、対応する各画素の論理積をとることにより、第４図
（Ｈ）に示す不規則部から孔Ｈ等の加工部位を除去した
画像を得ることができる。

そして、その画像（Ｈ）上の明部の面積を測定し、所
定以上の面積があったときに、欠陥部有りと判定し、I/
O回路38からNG信号を出力する。

以上説明したように、本実施例の表面欠陥検査装置
は、被検査物OB上の凹凸等の欠陥部と孔等の加工部位と
を混同することなく、欠陥部のみを正確かつ自動的に検
出することができる。

また、本実施例では、加工部位の検出あるいは不規則
部の検出における２値化処理において、基準値として平
均濃度を使用している。

したがって、被検査物OBの表面塗装色等が検査する毎
に異なったとしても、常に適切な基準値を使用して２値
化でき、表面塗装色の持つ光の強弱レベルにとらわれず
欠陥部を検出することができる。

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。

さらに、被検査物OB上の欠陥部の大きさは数値化する
ことができ、定量値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。

そして、凹凸等の欠陥部は、明部と暗部との境界部が
存在しない中間レベル部として検出することができる。

そのため、被検査物OBの表面が平面ではなく曲面等で
あり、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。

また、本実施例においては、明暗模様の明部及び暗部
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。

さらに、本実施例においては、CRTディスプレイDP2に
検査処理の各段階の状態を出力できるので、電子制御装
置30の出力結果と合わせて用いることにより誤検出を防
ぐことができると共に、欠陥部の位置確認もできる。

また、被検査物OB上の欠陥部が中間レベル部として検
出されなく、明部のハイレベルあるいは暗部のロウレベ
ルと同じレベルとして検出されても、欠陥部には上記境
界部が存在しないので欠陥部を検出することができると
いう効果も奏する。

［発明の効果］ 本発明の表面欠陥検査装置は、簡易な構成により、被
検査物上の凹凸等の欠陥部を孔等の加工部位と区別し
て、自動的に検出することができる。

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。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の構成を例示する説明図、第２図は本発
明の一実施例の構成図、第３図はその動作を説明する流
れ図、第４図は各処理を説明する画像の説明図、第５図
はそれに使用するビデオ信号VD1の説明図である。 M1,10……明暗模様投影手段（縞模様投影装置）、M2,20
……撮像手段（撮像装置）、M3,33……変化度検出手段
（微分演算回路）、M4……不規則部抽出手段、M5……明
暗検出手段、M6……加工部位検出手段、M7……欠陥部検
出手段、OB……被検査物、30……電子制御装置、36……
浮動２値化回路

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【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た上記レベル信号を微分し、
   レベルの変化度信号とする変化度検出手段と、 該変化度信号を所定の基準値と比較することにより変化
   度信号の不規則部分を上記被検査表面の不規則部として
   抽出する不規則部抽出手段と、 上記撮像手段により撮像された上記レベル信号を所定の
   基準値と比較し、レベルの２値信号とする明暗検出手段
   と、 該２値信号から上記明暗縞模様投影手段が投影する明暗
   の縞模様を除去し、上記被検査表面の加工部位を検出す
   る加工部位検出手段と、 上記不規則部抽出手段で抽出された不規則部から、上記
   加工部位検出手段で検出された加工部位を除き、上記被
   検査表面の欠陥部を検出する欠陥部検出手段と を備えたことを特徴とする表面平滑度自動検査装置。