JP2855851B2 - 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、例えば、工作機械等により加工された後の
ワーク表面の欠陥を検査する表面欠陥検査装置に関す
る。

（従来の技術） 一般的に、生産工場等における製造加工ラインには、
加工後の製品の品質検査を行なう検査行程が設けられて
いるが、自動化の進んだ今日では、作業者による目視検
査に代わってカメラ等の工学機器を用いて製品の品質検
査を行なうようになっている。

この品質検査の内、加工後の製品の表面にキズ等の欠
陥が存在しているか否かの検査をする表面欠陥検査があ
るが、例えば、自動車のカムシャフトの表面欠陥検査
は、カムシャフトの被検査面に常に特定の方向から光を
照射し、この被検査面からの光をカメラによって入力
し、この入力した光をカメラ内部に設けられているライ
ンセンサによって受光し、ラインセンサにより光電変換
された電圧値をビデオ信号処理回路によって処理するこ
とにより、被検査面に欠陥があるかどうかの検査をして
いる。この検査において、例えば被検査面に欠陥がある
場合には、その欠陥部分で光が乱反射するので、ライン
センサを構成する素子各部の受光量が不均一になり、こ
のラインセンサから出力される電圧値も不均一になるこ
とから、この電圧値をビデオ信号処理回路によって処理
し、この電圧値の不均一を検出すれば、欠陥の有無を検
出できることになる。

（発明が解決しようとする課題） しかしながら、このような従来の表面欠陥検査装置に
あっては、被検査面に光を照射する照明が固定となって
おり、被検査面に対して常に特定の方向から光を照射す
るようになっていた。換言すれば、被検査面に対するカ
メラ及び光の照射位置相互の相対位置が常に一定となっ
ていたために、被検査面に、カメラ及び照明によって形
成される同一の照明条件下では検査不能な複数の欠陥を
有する場合には、それぞれの欠陥に対して最適な照明条
件で検査することができないという問題がある。

すなわち、被検査面に対するカメラ及び光の照射位置
相互の相対位置が常に一定であると、例えば、スクラッ
チのような幅の狭いキズは乱反射の程度が大きくなるの
で検出しやすいが、平研のような幅の比較的広いキズは
乱反射の程度が小さいので検出しにくなる場合も起こり
得るし、また照明条件によってはこの逆の場合も起こり
得るとになり、このように表面欠陥の種類によっては検
出不能な要素を内在している従来のものにあっては、表
面欠陥検査としての信頼性が欠けることになる。

本発明は、このような従来の問題点に鑑みて成された
ものであり、ワークが有する多種類の表面欠陥の種類に
応じて、それぞれの種類の表面欠陥検出に最適な照明条
件が設定された照明と複数台のカメラを当該ワークの周
囲に配置し、表面欠陥の種類の如何に拘らず、確実にそ
の欠陥を検出できるようにして表面欠陥検査装置を提供
することを目的とする。

（課題を解決するための手段） 前記目的を達成するための本発明は、ワーク表面の欠
陥を光学的に検査する表面欠陥検査装置において、ワー
クが有する被検査面に対して任意の方向から光を照射す
る照明手段と、前記被検査面の画像を、前記照明手段に
より照射されて前記被検査面から正反射する光の方向か
ら入力する第１画像入力手段と、前記被検査面の画像
を、前記照明手段により照射されて前記被検査面から乱
反射する光の方向から入力する第２画像入力手段と、前
記第１画像入力手段に入力された画像データを正論理動
作により、また、前記第２画像入力手段に入力された画
像データを負論理動作によりそれぞれ二値化し、それら
の論理積を演算する画像処理手段と、前記画像処理手段
の演算結果に基づいて前記被検査面における欠陥の有無
を判定する判定手段とを有することを特徴とするもので
ある。

（作用） このように構成すると、ワークの被検査面には照明手
段によって任意の方向から光が照射され、第１画像入力
手段はこの光がワークの被検査面で正反射する方向から
ワークの被検査面の画像を入力し、第２画像入力手段は
この光がワークの被検査面で乱反射する方向からワーク
の被検査面の画像を入力する。これにより、それぞれ異
なる照明条件下における被検査面の画像データが得られ
る。これらの画像データは画像処理手段に入力されてそ
れぞれ二値化され、論理積が求められる。このとき、第
１画像入力手段に入力された画像データ（正反射光の画
像）は、しきい値以上の場合を論理値１とする正論理動
作により二値化され、また、第２画像入力手段に入力さ
れた画像データ（乱反射光の画像）は、しきい値以上の
場合を論理値０とする負論理動作により二値化される。
例えば、スクラッチ等の比較的幅の狭い深いキズは、欠
陥のない平面（正常面）の場合と比べて正反射光が少な
く暗くなるので、正反射光を調べた方が検出しやすいの
に対し、平研等の比較的幅の広い浅いキズは、正常面の
場合と比べて乱反射光が多く明るくなるので、乱反射光
を調べた方が検出しやすい。そこで、前者の場合には正
論理動作で二値化して欠陥を暗い部分（論理値０）とし
てとらえ、後者の場合には負論理動作で二値化して欠陥
を明るい部分（論理値０）としてとらえる。したがっ
て、これらの論理積の結果は各種の表面欠陥をすべて論
理値０としてとらえたものとなる。この論理積結果は判
定手段に入力され、ワークの被検査面における欠陥の有
無が判定される。

（実施例） 以下に、本発明に係る表面欠陥検査装置を図面に基づ
いて詳細に説明する。

第１図は、本発明の表面欠陥検査装置を加工ラインに
適用した場合の一例を示している。

ワークであるピストン１は、洗浄機２によって表面の
洗浄が行なわれた後、搬送装置３の所定位置で待機し、
ローダ４によって検査台５の駆動手段としての回転台６
に載置される。そして、回転台６によってワークが一回
転する間に、この回転台６の周囲に備えられている複数
台のカメラ７によってこのピストン１の被検査面の表面
欠陥検査が行なわれ、この検査結果がOKであればピスト
ン１は振分けプッシャー８によって防錆油槽９に送ら
れ、NGであればピストン１は振分けプッシャー８によっ
てワークストックエリア10に送られる。そして、OKのも
のはパレタイズロボット11によってパレット12に収納さ
れ、NGのものは作業者によって作業台13で目視検査の
後、防錆油槽14に入れられて、パレット15に収納され
る。

第２図は、本発明に係る表面欠陥検査装置を備えた検
査ステージの概略構成図を示す。

この検査ステージは、同図に示すように、ピストン１
を支持すると共に回転させる回転台６が備えられてお
り、この回転台６は、モータ20によって回転するように
なっている。また、回転台６には、エアーチャック21が
設けられており、このエアーチャック21によってピスト
ン１が支持される。

この回転台６の周囲には、図示するように、照明手段
としてのランプ22によってたとえば水平に光が照射され
たピストン１の被検査面Ｓの画像を入力する２台のカメ
ラ7aと7bとがそれぞれ配置され、このランプ22とそれぞ
れのカメラ7a、7bの被検査面Ｓに対する照明条件は、被
検査面Ｓの有する種々の表面欠陥を検出するのに最適と
なるように設定されている。

この設定の詳細は第３図（Ａ）に示すように、ランプ
22は、ピストン１の被検査面Ｓに対して水平方向から光
を照射する位置に設けられ、正反射センサと称されるカ
メラ7aは、第１画像入力手段として、このランプ22から
照射されて被検査面Ｓから正反射してきた光を受け得る
位置に配置され、乱反射センサと称されるカメラ7bは、
第２画像入力手段として、このランプ22から照射されて
被検査面Ｓから反射してきた乱反射光を受け得る位置に
配置されている。なお、このランプ22からの光はスポッ
ト光である。

このような位置にランプ22及びカメラ7a、7bを配置す
ると、被検査面Ｓにスクラッチなどの深く小さい欠陥ａ
が存在する場合には、図にも示すようにこれらの欠陥ａ
の部分に光が照射されると、この部分で乱反射を起すこ
とから、正反射センサであるカメラ7aに入力される部分
的な光量が減ることになる。この場合におけるカメラ7a
が１スキャンする間に受光する部分的な光量を二次元展
開すると、第３図（Ｂ）に概略的に示すことができ、乱
反射を起した欠陥ａの部分に相当する位置での光量が減
少している。したがってこのような照明条件の下ではス
クラッチのような深く小さな欠陥ａを容易に検出するこ
とが可能となる。また、被検査面Ｓに平研などの浅く広
範囲の欠陥ｂが存在する場合には、図にも示すようにこ
れらの欠陥ｂの部分に光が照射されると、この部分で乱
反射を起すことから、乱反射センサであるカメラ7bに入
力される部分的な光量が欠陥のない場合に比較して増え
ることになる。この場合におけるカメラ7bが１スキャン
する間に受光する部分的な光量は第３図（Ｃ）に反転さ
せて概略的に示すことができ、乱反射を起した欠陥ｂの
部分に相当する位置での光量が増加している。したがっ
てこのような照明条件の下では平研などの浅く広範囲の
欠陥ｂを容易に検出することが可能となる。

第４図は、本発明に係る表面欠陥検査装置における制
御系のブロック図を示す。

同図に示すように、制御装置40内に設けられている入
出力装置30には、第１画像入力手段としてのカメラ7a、
第２画像入力手段としてのカメラ7b、ワークであるピス
トン１を回転させるモータ20、このモータ20の回転角度
及び回転速度を検出するエンコーダ31、ピストン１の被
検査面に光を照射するランプ22及び検査結果を表示する
表示装置32が外部から接続され、これらの機器にあるい
はこれらの機器からの信号は、この入出力装置30を介し
て授受される。

また、この入出力装置30には、カメラ7a、7bの画像信
号を処理する画像処理手段としての画像処理部33と、モ
ータ20、ランプ22及び表示装置32の動作を制御する機器
制御部34とが接続されており、画像処理部33及び機器制
御部34には、画像処理部33からの信号によってピストン
１の被検査面のキズの有無を検出する判定手段としての
キズ検出部35が接続されている。そして、機器制御部34
は、画像処理部33及びキズ検出部35からの信号に基づい
てモータ20の回転速度や表示装置32等の動作を制御す
る。

以上のように構成された本発明の表面欠陥検査装置
は、第５図に示す動作フローチャートのように動作して
被検査面の表面欠陥検査を行なう。以下に、この動作を
第２図から第４図に参照しつつ説明する。

ステップ１ まず、作業の開始が指令され、プログラムがスタート
すると、第４図に示す制御装置40及びこの制御装置40に
接続される全ての機器の動作状態を初期化し、検査処理
の準備を行なう。そして、ピストン１が第２図に示すよ
うにエアーチャック21によって回転台６に支持される
と、機器制御部34は入出力装置30を介してランプ22を点
灯させると共にモータ20を駆動してピストン１を回転さ
せる。

ステップ２ カメラ7a、7bのそれぞれは、第３図に示したように、
ランプ22による被検査面Ｓにおける所定範囲からの正反
射光及び乱反射光を受光し、これをカメラの内部に設け
られているCCD等の素子によって光電変換し、この変換
後の信号を入出力装置30に出力する。

ステップ３ 画像処理部33は、ステップ２において出力された各カ
メラ7a、7bからのそれぞれの信号を画像データとして記
憶する。そして、この記憶処理が終了すると、画像処理
部33は機器制御部34に信号を出力し、機器制御部34は入
出力装置30を介してモータ20を回転させる。これによ
り、各カメラ7a、7bは異なる領域における正反射光及び
乱反射光を入力することになる。

ステップ４ 機器制御部34は、エンコーダ31からの信号に基づい
て、カメラ7a、7bによってピストン１の被検査面Ｓの全
ての部分の画像データが取られたかどうかを判断する。
換言すれば、ピストン１が原位置から一回転したかどう
かの判断をする。この判断の結果、被検査面Ｓの全ての
部分の画像データが取られていなければステップ２から
ステップ４までの処理を繰返し、被検査面Ｓの全ての部
分の画像データが取られたら、機器制御部34は画像処理
部33に終了信号を出力するとともに入出力装置30を介し
てモータ20の回転を停止し、次のステップに進む。

ステップ５ 画像処理部33は、ステップ２及びステップ３の処理に
おいて記憶して全画像データを処理し、そのデータをキ
ズ検出部35に出力する。

この画像処理部33における画像データの処理は第６図
の画像処理アルゴリズムに示すように、カメラ7aからの
信号を記憶した画像データは、その電圧値が所定のしき
い値以上の（明るい）場合に論理値１を、そのしきい値
より小さい（暗い）場合に論理値０を割当てる正論理動
作によって二値化処理が行なわれる。一方、カメラ7bか
らの信号を記憶した画像データは、その電圧値が所定の
しきい値以上の（明るい）場合に論理値０を、そのしき
い値より小さい（暗い）場合に論理値１を割当てる負論
理動作によって２値化処理が行われる。さらに、これら
の２値化信号は画像処理部33において論理積処理が行わ
れ、そのデータがキズ検出部35に出力されることにな
る。

ステップ６ キズ検出部35は、このデータに基づいてキズの有無を
判定し、その結果を機器制御部34に出力する。そして機
器制御部34は、入出力装置30を介して表示装置32を作動
させ、表示装置32に検査結果を表示させる。

このように、１台のランプ22に対して正反射センサ
（カメラ）7aと乱反射センサ（カメラ）7bとを配置する
ことにより被検査面Ｓに対して複数の照明条件を設定
し、この設定されたそれぞれの照明条件の下において被
検査面Ｓの画像を各カメラ7a、7bによって入力し、この
入力した各画像を制御装置40で処理して種々の表面欠陥
を検査するようにしたので、各カメラ7a、7bは、同一の
被検査面Ｓを複数の照明条件下で観測することになり、
一度の検査で、対象となる各種の欠陥を容易に検出する
ことができるようになり、表面欠陥検査の信頼性が向上
する。

しかも、その際、画像処理の方法として、カメラ7aに
入力された正反射光の画像については正論理動作により
二値化し、カメラ7bに入力された乱反射光の画像につい
ては負論理動作により二値化して、これら二値化信号の
論理積を求めるようにしたので、一つの画像メモリに複
数台のカメラ7a、7bの入力画像の論理積結果を記憶させ
ることが可能となり、メモリの節約と処理の簡単化を図
ることができる。

なお、本実施例中ワークの一例としてピストンを例示
したが、これに限らず、二次元及び三次元平面を有する
形状のものであればどのようなものであっても本発明の
表面欠陥検査装置の適用は可能である。

また、本実施例においては、被検査面に対して水平方
向から照射するランプに対応する２台のカメラを配置す
る照明条件を例示したが、これに限らず、斜上方向又は
斜下方向から照射する位置にランプを配置することも可
能であり、２台以上のカメラを配置してもよい。しか
も、被検査面に対して水平方向から照射するランプに対
応するカメラを配置するとともに、他の位置でたとえば
斜上方向から照射するランプに対応するカメラを配置す
ることも可能である。

さらには、画像処理は、ワークの被検査面における全
画像データを記憶の後行なうような処理を例示したが、
カメラによって得られる画像データをリアルタイムで処
理するようにしても良いのはもちろんである。

（発明の効果） 以上の説明により明らかなように、本発明によれば、
照明された被検査面からの正反射光及び乱反射光の各画
像を複数台の画像入力手段で入力した後、各入力画像を
それぞれ正論理動作と負論理動作で二値化してこれらの
論理積を求め、この論理積結果により表面欠陥を検出す
るようにしたので、同一の被検査面を複数の照明条件下
で観測することにより、一度の検査で容易にかつ確実に
種々の欠陥の有無を検出することができ、より多くの種
類の表面欠陥を検査対象とすることができて、表面欠陥
検査の信頼性が向上するのみならず、一つの画像メモリ
に複数台の画像入力手段の入力画像の論理積結果を記憶
させることが可能となり、メモリの節約と処理の簡単化
を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明に係る表面欠陥検査装置を加工ライン
に適用した場合の一例を示す図、 第２図は、本発明に係る表面欠陥検査装置を備えた検査
ステージの概略構成図、 第３図（Ａ）は、第２図に示した検査ステージにおける
ランプとカメラとの設定状況を示す図、 第３図（Ｂ）は正反射光を受光するカメラが受光した光
量を示す概略図、 第３図（Ｃ）は乱反射光を受光するカメラが受光した光
量を示す概略図、 第４図は、本発明に係る表面欠陥検査装置における制御
系のブロック図、 第５図は、第４図に示した制御系の動作フローチャー
ト、 第６図は、第５図に示したステップ５の画像処理のアル
ゴリズム。 １……ピストン（ワーク）、 ６……回転台、 7a……カメラ（第１画像入力手段）、 7b……カメラ（第２画像入力手段）、 22……ランプ（照明手段）、 33……画像処理部（画像処理手段） 35……キズ検出部（判定部）、 Ｓ……被検査面。

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ワーク表面の欠陥を光学的に検査する表面
   欠陥検査装置において、 ワークが有する被検査面に対して任意の方向から光を照
   射する照明手段と、 前記被検査面の画像を、前記照明手段により照射されて
   前記被検査面から正反射する光の方向から入力する第１
   画像入力手段と、 前記被検査面の画像を、前記照明手段により照射されて
   前記被検査面から乱反射する光の方向から入力する第２
   画像入力手段と、 前記第１画像入力手段に入力された画像データを正論理
   動作により、また、前記第２画像入力手段に入力された
   画像データを負論理動作によりそれぞれ二値化し、それ
   らの論理積を演算する画像処理手段と、 前記画像処理手段の演算結果に基づいて前記被検査面に
   おける欠陥の有無を判定する判定手段と、 を有することを特徴とする表面欠陥検査装置。