JP2938948B2

JP2938948B2 - 表面欠陥検査装置

Info

Publication number: JP2938948B2
Application number: JP22750090A
Authority: JP
Inventors: 一基田中; 毅杉原; 辰己槙前; 秀則石井出
Original assignee: Matsuda KK
Current assignee: Matsuda KK
Priority date: 1990-08-28
Filing date: 1990-08-28
Publication date: 1999-08-25
Anticipated expiration: 2014-08-25
Also published as: JPH04109153A

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明は被検査面に光を照射してその反射光から塗装
欠陥等の表面欠陥の有無を検出する表面欠陥検査装置に
関する。

（従来の技術）自動車等の車両の製造ラインにおいては、一般に、車
体の塗装は製造ライン中に設けた塗装ステーションにお
いて行なわれる。

ところで、車体の塗装後の塗装欠陥の検査は、従来よ
り、人間の目視検査によって行なわれていた。この検査
では、検査者は塗膜面から微小な欠陥部を発見しなけれ
ばならないため、検査者の神経的負担が大きく、また肉
体的にもきびしい作業が強いられていた。

塗装欠陥の検査におけるこのような事情に鑑みて、物
体の被検査面に光を照射し、その反射光をスクリーン上
に投影させ、その投影像の鮮映度から被検査面の表面欠
陥を自動的に検出するようにした表面検査装置が提案さ
れている（たとえば、特開昭62−233710号公報参照）。

この表面検査装置を車体の塗装欠陥の検出に応用すれ
ば、上記した塗装欠陥の自動検出が可能になり、従来の
目視による検査作業から検査者を解放することができ
る。

（発明が解決しようとする課題）ところで、上記の光照射による表面検査技術を車体塗
装の自動検査に応用する場合、第４図に示すように、塗
膜面１の鏡面反射性を利用し、この塗膜面１に光源２か
ら線状（あるいはスポット状）の光を照射して、塗膜面
１にビデオカメラ３のカメラ視野Ｆよりも充分に小さい
光照射領域を作り、この光照射領域からの反射光をビデ
オカメラ３により受光する装置が考えられる。

この装置では、ビデオカメラ３で作成される受光画像
は第５図のように、塗膜面１の光照射領域から反射した
光がカメラ視野Ｆ内に入り、カメラ視野Ｆ（第４図参
照）をカバーする全体として暗い受光画像５の中に、塗
膜面１の光照射領域が明るい線画像６となってとらえら
れる。そして、この光照射領域中に塗装の欠陥部７（第
４図参照）があった場合、この塗装の欠陥部７において
光の正反射方向が変化し、上記欠陥部７がなければ正常
に反射して上記カメラ視野Ｆ内に入るべきはずの光がカ
メラ視野Ｆに入らなくなる。このため、上記の明るい線
画像６の中に黒く欠陥部７（第５図参照）が写ることに
なる。

したがって、この黒く写る欠陥部７を画像処理技術に
より識別することによって欠陥部７を検出することがで
きる。また、この装置によれば、塗膜面１を線状に狭く
照射するので、照射光量が少なく、光照射領域に入射す
る光が欠陥部７で正反射方向が変化して、ビデオカメラ
３に入る光量が欠陥部７とそうでない部分とで明瞭に差
ができ、微小な欠陥をも検出することができることにな
る。

しかし、上記装置のように、狭い光照射によれば、カ
メラ視野Ｆに対して光照射領域が小さすぎ、一方、ビデ
オカメラ３がとらえることができる欠陥部７は光照射領
域（すなわち、受光画像５中の線画像６）の内部か、近
辺でしかないので、常にカメラ視野Ｆの一部のみを使用
した表面検査しかできず、検査能率に欠けるという問題
があった。

また、欠陥部７が上記のようなスポット状のものでは
なく、塗膜面１が緩やかに盛り上がって一定の長さに渡
って連続しているようなものである場合、上記線画像６
の長手方向がこの欠陥部７の長さ方向に合致すると、上
記欠陥部７は緩やかに盛り上がっているに過ぎないの
で、欠陥部７による光の正反射方向の変化が生じてもビ
デオカメラ３に入る光量が欠陥部７とそうでない部分と
で明瞭な差ができにくく、欠陥部７の検出が困難にな
る。

さらに、被検査面が自動車等の車両の車体であるとき
には、第４図の光源２ならびにビデオカメラ３をロボッ
ト装置（図示せず。）で車体表面に沿って移動させなが
ら検査を行うことになる。しかし、この場合には、車体
は多くの曲面からなるので、これらの曲面部に検査箇所
が移動すると、光源２によって車体表面にできている線
状の照射形状が歪む。このため、ビデオカメラ３の受光
画像５中の線画像６も第６図のように歪み、甚だしい場
合にはカメラ視野Ｆから逸脱することになる。

このため、自動車等の車両の車体では、塗膜面１の正
常な検査が困難で、常にカメラ視野Ｆ内に線画像６が収
まるようにするためには、ロボット装置の制御が複雑に
なるという問題があった。

以上のような難点を解消するために、第７図に示すよ
うに、塗膜面１を光源２′によってカメラ視野Ｆと同等
もしくはそれ以上の範囲で広く照射するようにし、この
広い光照射領域をビデオカメラ３によってとらえること
が考えられる。

しかし、このように広く塗膜面１を照射すると照射光
量が大幅に増加するので、欠陥部７での光のハレーショ
ンを生じてビデオカメラ３が微小な欠陥部７を明瞭にと
らえることができなくなる。

たとえば光源２′からの光L₁,L₂は塗膜面１で反射
し、その反射光がビデオカメラ３の受光面に入るが、光
照射領域に欠陥部７がないとすると、受光面に入る光量
はどの部分でも同じであるから、受光画像は一面明るい
画像となっている。

これに対して、光照射領域に欠陥部７があると、この
欠陥部７で上記光照射領域に入射する光の正反射方向が
変化し、欠陥部７に対応する受光面部分の入射光量が減
って黒い点として受光画像中に写るはずである。

しかし、光源２′は、上記のように、広く塗膜面１を
照射しているので、光源２′の他の部分からの光L₃,L₄
が欠陥部7,7で反射して、光量が減少するはずの受光面
部分に入る。

したがって、受光画像中の明るさが大きくは低下せ
ず、このため、欠陥部7,7が微小であったり、塗膜面１
が緩やかに盛り上がって一定の長さにわたって連続して
いるときには、欠陥部7,7により正反射方向に変化が生
じても欠陥部7,7とそうでない部分との明るさに差が生
じにくくなり、画像処理しても欠陥部7,7を識別するこ
とができなくなる。

本発明の目的は、曲面を含む被検査面に存在する欠陥
部や緩やかな盛り上がりを有する欠陥部等、検出の困難
な欠陥部を簡単かつ正確に検出することができる表面欠
陥検査装置を提供することである。

（課題を解決するための手段）このため、本発明は、平面状の光の出射面に対して複
数の光源が配置されて被検査面を照射する光照射手段
と、この光照射手段の光の出射面の任意の方向に上記出
射面から出射する光の光度もしくは波長の少なくとも一
方を変化させる光照射制御手段と、上記被検査面の光照
射領域からの反射光をとられる受光画面を有し、この受
光画面にとらえられた上記光照射領域内の受光画像をビ
デオ信号に変換するビデオ信号発生手段と、上記出射面
から出射する光の光度もしくは波長の少なくとも一方を
上記光照射手段の少なくとも２つの方向に変化させ、各
方向についてビデオ信号発生手段からそれぞれ出力する
ビデオ信号について被検査面に存在する欠陥部の情報を
検出し、各ビデオ信号についてそれぞれ検出した欠陥部
の検出情報を総合して上記欠陥部を検出する画像情報処
理手段とを備えたことを特徴としている。

上記表面欠陥検査装置においては、光照射手段に、複
数の細長い光源と、該光源の全面を覆い所定の方向に光
の透過度を漸変させる光フィルタと、該光フィルタの全
面を覆い該光フィルタを透過してくる光を拡散させる拡
散スクリーンとが設けられ、光照射制御手段が、光照射
手段を光の出射面に垂直な軸線まわりに所定角度回転さ
せることにより光の光度を上記任意の方向に変化させる
ようになっているのが好ましい。

また、上記表面欠陥検査装置においては、光照射手段
に、マトリックス状に配置された多数のスポット光源が
設けられ、光照射制御手段が、スポット光源の光度を所
定の複数の方向に変化させることにより、光の光度を上
記任意の方向に変化させるようになっていてもよい。

（作用）上記光照射制御手段は、光照射手段の光の出射面の任
意の方向に上記光源の光度もしくは上記光源から出射す
る光の波長の少なくとも一方を変化させる。

上記画像情報処理手段は、光照射手段の光の出射面の
少なくとも２つの方向に上記光源から出射する光の光度
もしくは波長の少なくとも一方を変化させたときに上記
ビデオ信号発生手段からそれぞれ出力する各ビデオ信号
について被検査面に存在する欠陥部の情報を検出する。
そして、上記画像情報処理手段は、この検出情報を総合
して、欠陥部を検出する。

上記表面欠陥検査装置において、光照射手段に複数の
細長い光源と光フィルタと拡散スクリーンとが設けら
れ、光照射制御手段が光照射手段を所定角度回転させる
ことにより光の光度を上記任意の方向に変化させるよう
になっている場合は、単純な回転動作で上記光の光度を
変化させることができる。

また、上記表面欠陥検査装置において、光照射手段に
多数のスポット光源が設けられ、光照射制御手段がスポ
ット光源の光度を所定の複数の方向に変化させることに
より光の光度を上記任意の方向に変化させるようになっ
ている場合は、各スポット光源の光度を所定のパターン
で変化させるだけの簡単な操作で上記光の光度を変化さ
せることができる。

（発明の効果）本発明によれば、少なくとも２つの方向に光源から出
射する光の光度もしくは波長の少なくとも一方を変化さ
せて各方向での被検査面からの反射光から欠陥部の情報
を検出し、その結果を総合して、欠陥部を検出するよう
にしたので、一つの方向での反射光による欠陥部の検出
ができなくても、ほかの方向での反射光による欠陥部の
検出が行なわれ、検出の困難な欠陥部も簡単かつ確実に
検出することができる。

上記表面欠陥検査装置において、光照射手段に複数の
細長い光源と光フィルタと拡散スクリーンとが設けら
れ、光照射制御手段が光照射手段を所定角度回転させる
ことにより光の光度を上記任意の方向に変化させるよう
になっている場合は、単純な回転動作で上記光の光度を
変化させることができるので、該表面欠陥検査装置の構
造が簡素化される。

また、上記表面欠陥検査装置において、光照射手段に
多数のスポット光源が設けられ、光照射制御手段がスポ
ット光源の光度を所定の複数の方向に変化させることに
より光の光度を上記任意の方向に変化させるようになっ
ている場合は、各スポット光源の光度を変化させるだけ
の簡単な操作で上記光の光度を変化させることができる
ので、該表面欠陥検査装置の構造が簡素化される。

（実施例）以下に、添付の図面を参照して本発明の実施例を説明
する。

まず、本発明に係る表面欠陥検査装置を自動車の車体
の塗装欠陥の検査に適用した一つの実施例の全体構成を
第１図に示す。

第１図に示すように、車体の塗装検査ステーション20
には、台座Ｂに乗ったロボット装置21が装備される。

上記ロボット装置21には、その先端アーム22に光照射
手段23と、ビデオ信号発生手段としてのCCDカメラ24と
が支持金具25を介して取り付けられる。ロボット装置21
のこれら光照射手段23とCCDカメラ24とは、塗装検査ス
テーション20に搬入された車体26の塗膜面27をトレース
し、その際、光照射手段23によって照射された光が、車
体26の表面の塗膜面27で反射してCCDカメラ24に入射す
る。

また、このような光照射手段23とCCDカメラ24による
塗装欠陥検査においては、ホストコンピュータ31によっ
て与えられる指令によって、ロボットコントローラ32が
駆動される。そして、それによるロボットコントローラ
32の信号がロボット装置21に送られる。

上記ロボット装置21は、内蔵されている図示しないア
クチュエータが作動し、これにより、ロボット装置21は
光照射手段23およびCCDカメラ24が車体26の表面をなぞ
るように、これら光照射手段23およびCCDカメラ24を移
動させる。

上記光照射手段23は、第２図（ａ）に示すように、ボ
ックス41の内部に複数本の蛍光灯42（特に蛍光灯42に限
られるものではない。）が装置されている。

これら蛍光灯42の全面には、次に説明する光フィルタ
43が設置され、さらにこの光フィルタ43の全面を覆っ
て、拡散スクリーン44が取り付けられる。この拡散スク
リーン44は、上記光フィルタ43から透過してくる光を拡
散させ、上記蛍光灯42が間隔をおいて配置されているこ
とにより光度の低い領域が生じないようにするためのも
のである。

上記光フィルタ43は、光照射手段23の光の出射面13a
に関して、たとえば第２図（ａ）に示すように予め設定
した基準のxy座標のすべてのｙ座標値に対し、同一のｘ
座標を有する点での光の透過度は等しく、ｘ座標により
光の透過度を漸変させる。

上記光照射手段23は、光照射手段コントローラ34（第
１図参照）により、基準のxy座標に対して、全体が上記
した第２図（ａ）の関係を有する第１の位置と、この第
１の位置に対してたとえば90度回転した第２の位置とに
相互に切り換えられる。

そして、光照射手段23の上記第１の位置にて、第１図
の自動車の車体26の塗膜面27に光が照射され、第３図
（ａ）に示すように、欠陥部28の検査が行われる。

すなわち、上記光照射手段23が第１の位置にあるとき
には、光照射手段23の光が出射面13aから出射する光の
光度がxy座標のｘ軸方向で変化するのに対応して、第３
図（ａ）において矢印A₁で示す方向に上記光照射手段23
の光照射領域Ｓ上での照度が漸変する。これをCCDカメ
ラ24で撮像する。

同様に、上記光照射手段23が第２の位置にあるときに
は、光照射手段23の光の出射面13aから出射する光の光
度がxy座標のｙ軸方向で変化するのに対応して、第３図
（ｂ）において矢印A₂で示す方向に上記光照射手段23の
光照射領域Ｓ上での照度が漸変する。これをCCDカメラ2
4で撮像する。

上記CCDカメラ24にとらえられた画像は、CCDカメラ24
によりビデオ信号に変換され、このビデオ信号は第１図
の画像処理プロッセッサ33に出力する。

画像処理プロセッサ33では画像処理を行い、その処理
データを上記ホストコンピュータ31に伝送して解析させ
る。

画像処理プロセッサ33とホストコンピュータ31による
上記画像処理とその解析はたとえば次のように行われ
る。

いま、第１図の自動車の車体26の塗膜面27に存在する
欠陥部28が、塗膜面27が緩やかに盛り上がって、一定の
長さに渡って連続しているものとする。そして、上記欠
陥部28は第３図（ａ）に示すように、光照射手段23が第
１の位置で光照射領域Ｓにおいて照度変化のない方向に
のびているものとする。

光照射手段が第１の位置にあるときに、画像処理プロ
セッサ33にこのビデオ信号が入力すると、画像処理プロ
セッサ33は欠陥部11の存在によるCCDカメラ24から出力
するビデオ信号を処理し、その処理信号、たとえば微分
信号が予め設定した値を越えるビデオ信号の走査線、こ
の走査線上で微分信号が上記しきい値を越えるタイミン
グ、およびこのタイミング近傍での上記微分信号の符号
の変化を検出する。これにより、受光画像12内での欠陥
部28の位置および形状等の識別情報を得る。

しかしながら、このときは、上記したように、上記欠
陥部28は、光照射手段23の第１の位置で光照射領域Ｓに
おいて照度変化のない方向にのびているので、欠陥部28
による光の正反射方向の変化が生じても、欠陥部28とそ
うでない部分との明るさに差が生じにくい。このため、
上記で得られた欠陥部28の位置および形状等の情報の信
頼性はやや低い。

次に、光照射手段23が第２の位置まで回転する。この
ときに、CCDカメラ24により撮像された画像のビデオ信
号が画像処理プロセッサ33に入力すると、画像処理プロ
セッサ33は欠陥部11の存在によるCCDカメラ24から出力
するビデオ信号の上記微分信号が予め設定した値を越え
るビデオ信号の走査線、この走査線上で微分信号が上記
しきい値を越えるタイミング、およびこのタイミング近
傍での上記微分信号の符号の変化を検出する。これによ
り、受光画像12内での欠陥部28の位置および形状等の識
別情報を検出する。

このときは、上記欠陥部28は、光照射手段23が第１の
位置で光照射領域Ｓにおいて照度変化のある方向にのび
ているので、欠陥部28による光の正反射方向の変化が生
じると、欠陥部28とそうでない部分との明るさに差が明
確に生じる。このため、上記で得られた欠陥部28の位置
および形状等の情報の信頼性は高い。

上記画像処理プロセッサ33は、光照射手段23が第１の
位置にあるときに得た欠陥部28の位置および形状等の情
報と、光照射手段23が第２の位置にあるときに得た欠陥
部28の位置および形状等の情報とを、たとえば論理的に
“OR"処理する等により、総合して欠陥部28の検出を行
う。

この検出結果のデータとロボット装置21の先端アーム
22の位置をメモリに記憶する。

そして、補修時には、このメモリの内容に応じた補修
が行われる。この補修は、人手により行うこともできる
が、上記ロボット装置21もしくはそれとは別に設けた図
示しない補修用のロボット装置により、自動的に行われ
る。

上記から、通常の点もしくはスポット状の欠陥部はも
ちろん、第１図に示すような自動車の車体26の塗膜面27
が緩やかに盛り上がっているに過ぎない欠陥部28の場合
にも、光照射手段23からの光照射の光度の変化の方向を
変えることにより、どのような方向に延びる欠陥部28で
も確実に検出することができる。

上記実施例では、光照射手段23の光照射の光度の変化
の方向を２段に変えるために、光照射手段の全体を90度
回転させたが、たとえば第２図（ｂ）に示すように、光
照射手段23のボックス41にタングステンランプ等からな
る多数の光源45,45,…をマトリックス状に配置し、これ
ら光源45,45,…を第１図の光照射手段コントローラ34に
より、光照射手段23の基準のxy座標の２つの方向、たと
えばｘ軸方向およびｙ軸方向に変化させるようにしても
よい。

また、光照射手段23の光照射の光度の変化の方向は、
２段に限らずそれ以上の段階に変え、各段階における欠
陥部28の検出情報から、総合的に欠陥部28を検出するよ
うにすれば、欠陥部28の検出精度がより向上する。

以上では、光照射手段23の光照射の光度を変化させる
場合の実施例について説明したが、光照射手段23から出
射する光の色（波長）を、光照射手段23の基準のxy座標
の任意の複数の方向、たとえばｘ軸方向およびｙ軸方向
に変化させるようにしても、欠陥部28での光の色の順序
の変化により、外乱光の影響を受けることなく、より確
実に欠陥部28を検出することもできる。この場合各色の
光の光度も同時に変化させるようにしてもよい。

本発明は、自動車の車体の塗装欠陥の検査装置に限ら
ず、表面欠陥検査に広く適用することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は表面欠陥検査装置の一実施例の全体構成図、第２図（ａ）および第２図（ｂ）はそれぞれは光照射手
段の構成を示す説明図、第３図（ａ）および第３図（ｂ）はそれぞれ欠陥部の検
出の説明図、第４図は従来の表面欠陥検査装置の説明図、第５図は第４図の表面欠陥検査装置のカメラにより得ら
れる画像の説明図、第６図は被検査面が曲面のときにカメラにより得られる
画像の説明図、第７図は従来のいま一つの表面欠陥検査装置の説明図で
ある。 20……塗装検査ステーション， 21……ロボット装置,23……光照射手段， 24……CCDカメラ,25……支持金具,26……車体， 27……塗膜面,28……欠陥部， 31……ホストコンピュータ， 32……ロボットコントローラ， 33……画像処理プロッセッサ， 34……光照射手段コントローラ 41……ボックス,42……蛍光灯， 43……光フィルタ,44……拡散スクリーン， 45……光源。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者石井出秀則広島県安芸郡府中町新地３番１号マツダ株式会社内 (56)参考文献特開昭62−233710（ＪＰ，Ａ) 特開昭59−217109（ＪＰ，Ａ) 特開昭64−38638（ＪＰ，Ａ) 特開昭58−86441（ＪＰ，Ａ) 実開昭63−92244（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) G01N 21/84 G01N 21/88 G01B 11/30 G06F 15/62 400

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】平面状の光の出射面に対して複数の光源が
配置されて被検査面を照射する光照射手段と、この光照
射手段の光の出射面の任意の方向に上記出射面から出射
する光の光度もしくは波長のすくなくとも一方を変化さ
せる光照射制御手段と、上記被検査面の光照射領域から
の反射光をとられる受光画面を有し、この受光画面にと
らえられた上記光照射領域内の受光画像をビデオ信号に
変換するビデオ信号発生手段と、上記出射面から出射す
る光の光度もしくは波長の少なくとも一方を上記光照射
手段の少なくとも２つの方向に変化させ、各方向につい
てビデオ信号発生手段からそれぞれ出力するビデオ信号
について被検査面に存在する欠陥部の情報を検出し、各
ビデオ信号についてそれぞれ検出した欠陥部の検出情報
を総合して上記欠陥部を検出する画像情報処理手段とを
備えたことを特徴とする表面欠陥検査装置。
【請求項２】上記光照射手段に、複数の細長い光源と、
該光源の全面を覆い所定の方向に光の透過度を漸変させ
る光フィルタと、該光フィルタの全面を覆い該光フィル
タを透過してくる光を拡散させる拡散スクリーンとが設
けられ、上記光照射制御手段が、上記光照射手段を光の出射面に
垂直な軸線まわりに所定角度回転させることにより光の
光度を上記任意の方向に変化させるようになっているこ
とを特徴とする、請求項１に記載された表面欠陥検査装
置。
【請求項３】上記光照射手段に、マトリックス状に配置
された多数のスポット光源が設けられ、上記光照射制御手段が、上記スポット光源の光度を所定
の複数の方向に変化させることにより、光の光度を上記
任意の方向に変化させるようになっていることを特徴と
する、請求項１に記載された表面欠陥検査装置。