JP2897912B2

JP2897912B2 - 物体表面形状の評価方法

Info

Publication number: JP2897912B2
Application number: JP11430695A
Authority: JP
Inventors: 正章木藤; 達次河村
Original assignee: Ube Industries Ltd
Current assignee: Ube Corp
Priority date: 1995-05-12
Filing date: 1995-05-12
Publication date: 1999-05-31
Anticipated expiration: 2014-05-31
Also published as: JPH08304053A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、たとえばプラスチック
成形品の平滑表面に部分的に生じる微小な凹凸やうねり
などの異常状態を測定し評価する物体表面の評価方法に
係り、特に動画像計測処理技術を用いて物体表面全域に
わたり連続的に、かつ、効率的に異常状態を検査する物
体表面の評価方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】工業用プラスチック製品は成形時に種々
の形状異常が不可避的に発生する。特に代表的な表面形
状異常として、微小な凹凸、うねり、ウエルドライン、
ひけ、そり、フローマークなどが知られている。従来、
これらの表面形状異常は人間の眼により識別され、その
程度が判定されていた。しかしながら、検査技術の向上
や検査自動化技術の発展に伴ない、最近では、画像処理
技術が検査分野へ応用されるようになった。従来の画像
処理による表面形状異常の評価方法として、たとえば、
特開平２−２８５２０８号公報では、被検体となる物体
に複数本のスリット光像を投影し、ビデオカメラを通し
て画像入力して各々のスリット光像の縁の線のゆがみ
（歪み）を周波数分析して物体表面の平滑性を評価する
技術が開示されている。この場合、複数本のスリット光
像より得られる縁線は高々２０本程度であり、物体表面
は本来二次元的な広がりを持っていて表面全体の平滑性
を評価するには多数回の測定が必要となる。また、一本
の縁線について、ゆがみをフーリェ変換の手法によって
算出するには数万回にも及ぶ数値演算が必要であり、小
型コンピュータで短時間内に表面全体の形状を測定する
ことは困難である。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな従来の方法は、格子パターンやグリッドパターンの
光源による投影反射像を対象に静止画像処理が行われて
おり、格子パターンやグリッドパターンの存在部分のみ
の歪みが検出可能であった。そして、対象領域全体を静
止画像として捉えているので画像の空間分解能に自から
限界があった。すなわち、物体表面全体を同時に見られ
ないという問題があり、かつ、走査が一次元的であり隣
接区域との相関を把握するのに不適当で、全面をすべて
検証するのに多くの時間と手間を要するという難点があ
った。また、従来の画像処理による表面形状の評価に用
いられた光源としては、たとえば、特開平１−２１３５
０９号公報で開示されるものがある。この提案において
は、発光光源より乱射光を射出し、多数のスリットを有
する平板を通過させ検査する車体に照射していて、被検
査物の表面状態によりスリットの幅や本数を調整すれ
ば、さらに高精度の検査結果が得られる場合には、装置
に取り付けられている平板をその都度交換しなければな
らない。この平板の交換作業は省力化の中で連続的に検
査を遂行する上で大きな障害となる。本発明では、この
ような難点を解消するためこのような光源を使うかわり
に、コンピュータグラフィックスの手法を使用してディ
スプレイ画面に移動する図形を映し、これを光源として
被検物である物体表面に投射し、スリット幅やスリット
間隔など所要の図形の変更には、コンピュータグラフィ
ックスのソフトウェアのパラメータの変更で簡便容易に
対応可能にして能率的に物体表面状態の異常の評価方法
を提供しようとするものである。

【０００４】

【課題を解決するための手段】以上の課題を解決して、
物体表面全体を短時間で効率よく検証するために、本発
明においては、第１の発明では、ディスプレイ装置画面
上にスリット状あるいは格子模様の線もしくは点からな
る図形を表示するとともに該画面上を連続的に移動さ
せ、物体の表面に該移動映像を投射してその反射像をカ
メラで撮影して画像処理装置に入力して動画像処理し、
該物体表面に存在する凹凸やうねりに起因する異常状態
を該物体表面における入射光の反射角度の正常値に対す
る偏差として捕捉する構成とした。また、第２の発明で
は、さらに、反射光を撮影して得られた二次元画像をあ
らかじめ格子状に区画された微小矩形の集合体として設
定し、該微小矩形領域毎に反射角度を演算出力すること
とした。さらに、第３の発明では、ディスプレイ装置画
面上にスリット状あるいは格子模様の線もしくは点から
なる図形を表示するとともに該画面上を連続的に移動さ
せ、物体の表面に該移動映像を投射してその反射像をカ
メラで撮影して画像処理装置に入力して動画像処理する
とともに、該物体の表面をあらかじめ格子状に区画され
た微小矩形領域の集合体として設定し、該相対運動中に
該物体の表面に照射した光の反射像の位置と物体表面が
理想平面と想定したときの反射像の結像位置との偏差を
該微小矩形領域毎に順次測定し、該偏差の各々から該微
小矩形領域の各々の理想平面に対する傾斜角度を算出
し、該物体表面に存在する凹凸やうねりに起因する異常
状態を評価することとした。

【０００５】

【作用】本発明においては、ディスプレイ装置にスリッ
ト状または格子模様の線もしくは点からなる図形を表示
し画面上を移動させるとともに、これを光源として被検
体である物体表面に当て、その反射像をカメラで撮影し
て画像処理装置に入力して動画像処理する。そして、た
とえば、あらかじめ区画分割された微小領域毎に、その
反射された光像の理想平面としたときの反射光像位置と
の偏差を測定したうえ、該偏差より換算された物体表面
の微小領域毎の傾斜角度の分布を算定し、情報処理して
物体表面傾斜角度の分布図や物体表面のうねり状況図を
作成表示して物体表面形状の異常状態を検査する。

【０００６】

【実施例】以下図面に基づいて本発明の実施例の詳細に
ついて説明する。図１〜図９は本発明の実施例に係り、
図１は物体表面形状の評価方法における測定機器の概略
構成図、図２は異常状態検知の原理を示す説明図、図３
は異常検査方法のフローチャート、図４は正常な測定結
果を示す影像図、図５〜図７は種々の異常状態の測定結
果を示す影像図、図８は積算された測定結果を示すデー
タ線図、図９は物体表面の凹凸線図である。

【０００７】図１において、１はモニタテレビ、２はモ
ニタテレビ１のディスプレイ装置画面１Ａへ図形表示す
るプログラム（ソフトウェア）を入力するコンピュー
タ、３は物体表面の異常を測定する対象の被検体、４
（４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄ）は光像、５はカメラ、６は
モニタテレビ、７は画像処理装置、８はコンピュータで
ある。まず、コンピュータ２へコンピュータグラフィッ
クスの手法によりプログラムを作成したうえ入力し、デ
ィスプレイ装置画面１Ａ上へ図形を表示する。この図形
は図１に示すような水平方向に一定間隔隔たった複数の
スリット状の縦線や上下左右に交叉した格子模様（市松
模様）の線であってもよいし、また、実線であっても上
記の形状をなす多数の点の集合であってもよい。また、
点列や円形、多角形などコンピュータグラフィックスで
表示可能な図形であればどのようなものでもよい。これ
らの図形をディスプレイ装置画面１Ａ上へ表示し、か
つ、左右方向へ低速で移動させるようにする。

【０００８】このようなディスプレイ装置画面１Ａ上へ
表示され移動する図形の映像を光源として、被検体３の
表面に照射し、反射される光像４をカメラ（ＣＣＤカメ
ラ）５で撮影して画像処理装置７へ撮影した二次元画像
Ｐを入力する。二次元画像Ｐは、たとえば、各々のスリ
ット光像４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄなどを縦方向（スリッ
トの長手方向）に５１２等分分割され、横方向（被検体
３の移動方向）に等分分割された微小な矩形（長方形ま
たは正方形）の画素の集合体の一部として構成される。
画像処理装置７では入力された二次元画像Ｐの各々の画
素の濃淡データを２５６階調の数値にデジタル化する。
被検体３の表面で反射されたスリット光像４ａ、…は周
辺部に比べて格段に明るく、たとえば二値化処理のよう
に画像処理の手法を適用して、取り出すことができる。
もし被検体３の表面が完璧な水平面であれば、図４のよ
うにスリット光像４ａ、…は決められた位置で完全な長
方形（または正方形）となり、スリット光像４ａ、…は
真直な状態を呈する。しかし、通常の物体表面は完全に
鏡面状態となる平面にはなっておらず、なにがしかの凹
凸やうねりがあり、そのため、たとえば、図５〜図８に
示すようなスリット光像となり異常状態を呈することに
なる。すなわち、スリット光像は図４のように真直状態
とはならず本来の真直の位置からその程度に応じて少し
ずれた所に観測される。

【０００９】次に、このような異常状態を定量的に把握
する測定原理について説明する。本発明では、異常状態
の定量化に反射角度の偏差を利用している。前述したよ
うに、プラスチック成形品を含む一般物体の表面は、平
面に製作したとしても実際には前述した複数個に分割さ
れた微小領域毎に小さな凹凸やうねりが存在して完璧な
水平面でなく僅かに理想平面に対して傾斜している。す
なわち、このスリット像の左右方向の幅の中心点を選
び、たとえば、図７に示すように、この中心点の位置と
微小領域が水平面（理想平面）であるときにスリット光
像があるべき位置との偏差δを求め、図２の関係に基づ
いて微小領域の傾斜角度βを求める。このようにして、
図２に示すように、この微小領域の傾斜角度βを順次求
めていけば、物体表面の全体に亘り、微小領域の傾斜角
βの分布を測定することができる。

【００１０】具体的に言えば、正常平面３ａではモニタ
テレビ１のスリット光源１Ａより発せられた光はスリッ
ト板１Ｂを通過して正常平面３ａで反射角αで反射して
カメラ５に結像する。一方、正常平面３ａと傾斜角βで
傾斜した傾斜平面３ｂでは反射角αとは異なる反射角
α′で反射し、カメラ５の焦点距離５ａでは正常平面３
ａにおける結像と偏差δだけずれたところに結像をす
る。一方、この偏差δと傾斜角βとは、幾何学的な関係
により、

【００１１】δ≒ｆ・β

【００１２】で与えられる。ここで、ｆは、カメラ５の
焦点距離５ａ、カメラ５と被検体３との距離、スリット
光源１Ａと被検体３との距離によって定まる定数であ
り、あらかじめ設定することができる。以上のような測
定原理を使用して、スリット光像４ａ、４ｂ、…を順次
スリット幅に相当する分だけ順次ディスプレイ装置画面
１Ａ上の表示図形を移動していくことにより、反射像の
偏差δを測定し、微小領域の傾斜角βを上述した式によ
り演算して求めて行けば、物体表面全体に亘り微小領域
の傾斜角β分布を得ることができる。図８はスリット光
像４ａ、…毎の傾斜角βの分布変化を示し、図９は表面
の凹凸状態に変換して示した状態を示すものである。

【００１３】次に、本発明における物体表面形状の評価
方法の操作手順について説明する。図３は操作手順のフ
ローチャートを示すもので、まず、被検体３のタテ、ヨ
コ寸法などの被検体情報や測定距離などの情報（光源〜
被検体、被検体〜カメラの距離や焦点距離）やディスプ
レイ画面の表示図形の移動速度などをあらかじめ設定し
入力した後、光源を設定し、スリット光像位置に鏡面を
置いてスリット光像を反射させ物体平面が理想平面とな
る場合の影像をカメラ５で撮影し、画像処理装置７を介
してコンピュータ８にその基準像位置を記憶させる（こ
れらの操作を「基準像位置入力」「初期画像」とい
う）。次に、試料となる被検体３を、たとえば、図１の
端部のスリット光像４ａが測定の開始位置で反射される
ように設定した後（「画像入力開始位置」）、ディスプ
レイ画面の表示図形を設定した移動速度で横移動させ
る。この表示図形の移動中に、カメラ５、画像処理装置
７、コンピュータ８は互いに連動して、図３に示す２つ
のループ内の処理を高速演算し順次実施していく。ま
ず、スリット光像４ａをカメラ５で撮影し画像処理装置
を経由してコンピュータ２に入力するとともに（「光像
撮影」）前述したスリット縦方向に分割された微小領域
（たとえば５１２等分分割）毎に、スリット幅方向に分
割された微小矩形の区画のうち最大の輝度を示す微小矩
形区画の中心の座標位置（図１のｘ方向、ｙ方向の座標
位置）を検出し、ｙ方向の座標毎に順次配列しコンピュ
ータ８へ記憶させる（「スリット幅方向中央位置検
出」）。輝度の判定には前述したディジタル化されたそ
れぞれ２５６階調に仕分けされた濃度データを大小比較
することで容易にコンピュータ８内で演算処理される。
「スリット幅方向中央位置検出」には、前述の最大輝度
を示す微小矩形区画を検出する方法のほかに、ディジタ
ル化された２５６階調の濃度データをあらかじめ設定さ
れた数値以上の微小矩形区画を図領域として選び出し
（いわゆる二値化処理をして）、横方向で連続した図領
域の中央の微小矩形区画を検出する方法もある。次に、
これらの得られた一連の指定座標位置における理想平面
３ａの反射角度αによる影像と反射角度α′を持つ異常
平面３ｂによる焦点距離５ａに結像した影像との偏差δ
から、前述した演算式により異常平面３ｂの傾斜角度β
をコンピュータ８で演算処理（「傾斜角算出」）し、ｙ
方向最下端までの処理のループと次画像であるスリット
光像４ｂやそれ以下のスリット光像のループを完了して
測定は完了するとともに、図８や図９に示すデータを演
算処理作成して結果をモニタテレビ６や図示しないプリ
ンタによってプリントアウトして出力する。本実施例で
は、スリット光源を用いた例を述べたが、点光源による
光を物体表面にｙ方向にハイスピードで走査して上述し
た手順と同様に画像処理してもよい。また、本実施例で
は被検体３やカメラ５に対してモニタテレビ１のディス
プレイ装置画面１Ａの表示図形を移動したが、表示図形
を静止させ、被検体３やカメラ５を単独あるいは同時に
移動して測定することもできる。なお、本発明では、従
来のスリット光源に対してモニタテレビ１のディスプレ
イ装置画面１Ａの表示図形を光源としているため、ディ
スプレイ装置画面１Ａの輝度を大きくし、周囲を暗くす
るか、またはカメラ５を高感度とするなどの配慮が望ま
しい。また、本文実施例では理想的な鏡面を被検体とし
たときに得られる反射像の位置を基準像位置としたが、
この基準像位置入力の処理を行わずに、光像の入力画像
毎に前述の方法でスリット幅方向中央位置を検出した
後、ｙ方向の上端より下端までの範囲でスリット幅方向
中央位置の平均値を算出し、この平均値を該入力画像で
の基準像位置とすることもできる。

【００１４】以上述べたように、本発明では、ディスプ
レイ画面上の、たとえば、スリット光像による光像の幅
の中心点を選び（図７の矢印で図示した部分）、この中
心点の座標位置と微小領域の矩形区画が水平面（理想平
面）であるときに光像があるべき位置との横ブレ量、す
なわち、偏差δを求め、微小領域の傾斜角度βを求める
ものである（正常平面３ａでは傾斜角度βは０とな
る）。そして、これらの演算結果を物体表面全体に亘っ
て拡大して編集し、物体表面全体のうねり状況を測定結
果の分布として把握することができるものである。

【００１５】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の方法にお
いては、たとえば、プラスチック成形品の表面形状の測
定を自動化でき、短時間内に精度良く測定することがで
きるとともに、光源となる表示図形の変更が容易であ
り、また、この評価方法に必要な装置はディスプレイ装
置画面、スリット、ＣＣＤカメラ、物体移動機器および
画像処理用のパソコンにより構成され、成形加工機械の
側に容易に設置し運用することができる。したがって連
続的な自動計測と定量化された評価が実施され、成形品
を製造後、即時に表面形状を測定し、その結果を製造工
程にフィードバックすれば、成形品の品質を安定化し向
上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例に係る物体表面形状の評価方法
における測定機器の概略構成図である。

【図２】本発明の実施例に係る物体表面形状の評価方法
の原理を示す説明図である。

【図３】本発明の実施例に係る物体表面形状の評価方法
のフローチャートである。

【図４】本発明の実施例に係る正常な測定結果を示す影
像図である。

【図５】本発明の実施例に係る異常状態の１例を示す影
像図である。

【図６】本発明の実施例に係る異常状態の１例を示す影
像図である。

【図７】本発明の実施例に係る異常状態の１例を示す影
像図である。

【図８】本発明の実施例に係る積算された傾斜角度の測
定結果を示すデータ線図である。

【図９】本発明の実施例に係る物体表面の凹凸線図であ
る。

【符号の説明】

１モニタテレビ１Ａディスプレイ装置画面（スリット光源）１Ｂスリット板２コンピュータ３被検体３ａ正常平面（理想平面）３ｂ異常平面（傾斜平面）４光像４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄスリット光像５カメラ（ＣＣＤカメラ）５ａ焦点距離６モニタテレビ７画像処理装置（画像入力ボード）８コンピュータ（パソコン） α 反射角度 α′ 反射角度 β 傾斜角度 δ 偏差Ｐ二次元画像Ｑ画素

フロントページの続き (56)参考文献特開平５−113320（ＪＰ，Ａ) 特開平８−94339（ＪＰ，Ａ) 特開平８−21711（ＪＰ，Ａ) 特開昭60−220808（ＪＰ，Ａ) 特開昭59−203906（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) G01B 11/00 - 11/30 102 G01N 21/84 - 21/91

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】ディスプレイ装置画面上にスリット状あ
るいは格子模様の線もしくは点からなる図形を表示する
とともに該画面上を連続的に移動させ、物体の表面に該
移動映像を投射してその反射像をカメラで撮影して画像
処理装置に入力して動画像処理し、該物体表面に存在す
る凹凸やうねりに起因する異常状態を該物体表面におけ
る入射光の反射角度の正常値に対する偏差として捕捉す
ることを特徴とする物体表面形状の評価方法。
【請求項２】反射光を撮影して得られた二次元画像を
あらかじめ格子状に区画された微小矩形の集合体として
設定し、該微小矩形領域毎に反射角度を演算出力する請
求項１記載の物体表面形状の評価方法。
【請求項３】ディスプレイ装置画面上にスリット状あ
るいは格子模様の線もしくは点からなる図形を表示する
とともに該画面上を連続的に移動させ、物体の表面に該
移動映像を投射してその反射像をカメラで撮影して画像
処理装置に入力して動画像処理するとともに、該物体の
表面をあらかじめ格子状に区画された微小矩形領域の集
合体として設定し、該相対運動中に該物体の表面に照射
した光の反射像の位置と物体表面が理想平面と想定した
ときの反射像の結像位置との偏差を該微小矩形領域毎に
順次測定し、該偏差の各々から該微小矩形領域の各々の
理想平面に対する傾斜角度を算出し、該物体表面に存在
する凹凸やうねりに起因する異常状態を評価することを
特徴とする物体表面形状の評価方法。