JP3058777B2 - 画像信号による塗面検査方法及び装置 - Google Patents

画像信号による塗面検査方法及び装置

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JP3058777B2
JP3058777B2 JP5055073A JP5507393A JP3058777B2 JP 3058777 B2 JP3058777 B2 JP 3058777B2 JP 5055073 A JP5055073 A JP 5055073A JP 5507393 A JP5507393 A JP 5507393A JP 3058777 B2 JP3058777 B2 JP 3058777B2
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雅彦 稲岡
陽一郎 馬場
恭生 石黒
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Toyota Motor Corp
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、塗面を面発光体の拡散
光で照明して、照明領域をイメージセンサで撮像し、検
出した画像信号レベルの変化から塗面の凹凸欠陥を検査
する画像信号による塗面検査方法及び装置に関するもの
である。
【0002】
【従来の技術】塗面の検査装置としては、本出願人によ
る特開平3−10150により、搬送されてくる車両の
上面及び両側面を照明する面発光体と、照明された上面
及び両側面における照明領域を撮像するイメージセンサ
とを車両搬送ラインに配置し、イメージセンサが出力す
る画像信号による2次元塗面データと、標準の2次元塗
面データとを照合することにより、ブツに起因してしき
い値を下廻る2次元塗面の欠陥データを検出する車両用
塗面検査装置が周知である。
【0003】このように面状の散乱光で照明された塗面
の反射光を撮像することにより、光学系の姿勢制御なし
でブツ等の凹凸欠陥が検査可能になるが、散乱光の均一
輝度の面状照明を前提にしているために、凹凸欠陥の傾
斜角度がある程度大きくないと、次に説明する理由で検
出できない問題が残されていた。
【0004】即ち、図7Aに示すように、面発光体1の
横幅をD、塗面2に対する距離をLとすると、光源端か
ら塗面2への垂直線に対する開き角αはTanα=D/
Lに対応している。TVカメラ3は、この垂直線に対し
てα/2の斜め方向へ配置することにより、発光面中央
位置からの正反射光を撮像面の中央位置へ入射させる。
図7Bに示すように、中央位置の撮像領域のブツ5の傾
斜角度をθとすると、TVカメラ3に対する入射角度は
2θだけずれるが、散乱光であることにより、依然とし
て均一輝度の正反射光として入射する。−θの凹状欠陥
の場合には、逆方向へ2θだけずれる。つまり、|θ|
〈α/4のブツ5の角度範囲では画像信号レベルが変化
せず、図7Cに示すように、|θ|〉α/4になって急
なレベル変化により検出され始める。そこで、本出願人
は、さらに特願平4−58944により、グラデーショ
ン拡散光を発射する面発光体で塗面を照明する塗面検査
方法を提案した。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】これにより、凹凸欠陥
が輝度変化する正反射光で検出されるために、小さな傾
斜角度でも検出可能にできる。しかしながら、この場合
グラデーション方向の影響について究明しておらず、欠
陥の形状或は特に小さな欠陥については見逃しが生じる
ことがあり、検出確度上改良の余地が残されていること
が確認された。
【0006】よって、本発明は、凹凸欠陥を一層確実に
検出可能にする冒頭に述べた類の画像信号による塗面検
査方法及び装置を提供することを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明は、この目的を達
成するために、請求項1により、単位グラデーションの
中央部から少なくとも四方の直交方向に輝度が変化する
グラデーション拡散光を面状に発射する面発光体で塗面
を照明し、この塗面の照明領域をイメージセンサで撮像
し、このイメージセンサから出力される画像信号レベル
が、周囲の塗面の画像信号レベルから変化するのを検出
して、塗面の凹凸欠陥を検出することを特徴とする。
【0008】広い範囲を高精度に検査するには、請求項
2により、単位グラデーションの中央部から少なくとも
四方の直交方向に輝度が変化するグラデーション拡散光
を、面発光体における分散した複数個所からそれぞれ発
射させる。
【0009】請求項1の画像信号による塗面検査方法を
実施する装置としては、請求項3により、単位グラデー
ションの中央部から少なくとも四方の直交方向に輝度が
変化するグラデーション拡散光を面状に発射する面発光
体と、この面発光体で照明された塗面を撮像するイメー
ジセンサと、塗面の凹凸欠陥に起因して画像信号レベル
が周囲の塗面の画像信号レベルから変化するのをモニタ
するように、イメージセンサで撮像された塗面の画像を
表示する画像表示装置とを備えるようにする。
【0010】面発光体を簡単に構成するには、請求項4
により、面発光体が、面光源と、透明面に不透明部分を
分散して形成され、かつ面光源に前置されることによ
り、明暗2階調の面発光を行うパターンシートと、この
パターンシートに前置され、かつ明暗間の輝度を徐々に
変化させるように、多数のレンズ素子が分散して形成さ
れている拡散レンズシートとを備えるようにする。
【0011】凹凸欠陥の画像を鮮明に表示するには、請
求項5により、イメージセンサの撮像面の画像信号を取
込んで、逐次画素ごとの画像信号レベルに対応する画像
レベルデータに変換してメモリに格納する画像レベルデ
ータ作成手段と、各画素を中心とする所定の周囲領域の
画素の画像レベルデータをメモリから逐次読出して、直
交方向へ重み付けされた差分型オペレータによる演算を
行い、所定の周囲領域内でのレベル変化を強調する差分
データを作成するレベル変化強調手段とを備えた画像処
理装置が付属し、各画素の差分データを画像表示装置に
表示させるようにする。
【0012】
【作用】請求項1の場合、イメージセンサの同一位置へ
入射するグラデーション拡散光の発射位置が凹凸欠陥の
傾斜角度に応じて変位し、しかも凹凸欠陥の形状に影響
を受け易い方向のグラデーション拡散光の発射位置が最
も敏感に変位し、したがってその凹凸欠陥の画像信号レ
ベルが周囲の塗面の画像信号レベルから敏感にグラデー
ションに応じて変化する。
【0013】請求項2の場合、凹凸欠陥がその近辺ごと
に輝度変化するグラデーション拡散光が照明され、画像
信号レベルが周囲の塗面の画像信号レベルから高感度に
変化する。
【0014】
【実施例】図1〜図2は、本発明の方法を実施するため
の塗面検査装置を示す。図1において、検査される塗面
13にほぼ平行に面発光体10が対面し、そのほぼ中央
位置からの塗面13の正反射光が中央位置に入射するよ
うに、イメージセンサとしてのTVカメラ11が側方へ
ずれて配置されている。12は、TVカメラ11が撮像
した画像を表示する画像表示装置である。塗面13及び
面発光体10間の距離は、離し過ぎてゆず肌の影響を受
ないように、40〜50cm程度離している。
【0015】面発光体10は、図2に示すように、円筒
直管型の複数の蛍光灯101と、その直前に配置されて
完全な面光源にするための拡散板102と、60×60
mmの透明及び不透明部分が直交方向に交互に配列さ
れ、かつ拡散板102で背後から照明されて明暗2階調
の市松模様状の面発光を行うパターンシート103と、
その前方40mmに配置され、焦点距離30mm、レン
ズ平均径2.2mmの凸レンズが21個/cm2 の密度
で配列されたレンズシート104とより構成されてい
る。これにより、レンズシート104からは図1に示す
ように、各明暗部分の中心部分から周囲に向けて徐々に
透光度が変化するグラデーション付市松模様の発光面と
して光照射を行う。
【0016】TVカメラ11には、広い発光面からの散
乱光による正反射光が入射し、画像表示装置12の画面
には撮像範囲の塗面領域が表示される。画面には、中央
部分が最も明るく、4方へ徐々に暗くなる単位グラデー
ション及び中央部分が最も暗く、4方へ徐々に明るくな
る単位グラデーションが直交方向へ交互に、即ち市松模
様状に表示される。
【0017】例えば図7Bに示すのと同じ位置関係を前
提にして、ブツ5が存在する場合、TVカメラ11へ入
射させる正反射光の発射位置がずれ、従来の均一輝度の
面発光と異り、輝度が2θに対応して変化する。したが
って、ブツ5の画像は周囲の背景画像から局部的に変化
することにより確認できる。このブツ5は直交方向から
の入射光に対しても正反射光の発射位置をずらし、した
がってブツ5の形状によっては直交方向の一方に対して
のみ正反射光の発射位置を有効にずらす。
【0018】尚、面発光体としては、前述の明暗パター
ンに限らず、同様に単位グラデーションの中央部から四
方の直交方向に輝度を変化させ得る図3に示すようなパ
ターンもしくはその他のパターンも種々考えられ、これ
らの不透明部分を明暗パターンシートの全域に規則的に
分散配列し、前述のようにレンズシートを前置してぼか
しを与える。また、敢えてレンズシートを用いることな
く、徐々に透光度の変化する種々のグラデーションパタ
ーンを形成されたフィルムを面光源に前置させることも
考えられる。
【0019】図4は、本発明の方法を実施する別の塗面
検査装置として、画像表示装置12に付属する画像処理
装置の構成を示す。即ち、この装置は、TVカメラ11
から供給される撮像面の各画素の画像信号を一旦メモリ
22に取込んで、256段階にレベル弁別して各画素に
対応するアドレスに画像レベルデータとして再格納させ
るレベルデータ作成手段21と、各画素の画像信号レベ
ルデータについて、図5に示すように、中心画素29に
対する所定の周囲領域8個の画素中の両側6個の画素の
画像レベルデータをメモリ22から読出して、ソーベル
式の差分型オペレータによる演算を行って所定の周囲領
域中のレベル変化を強調するレベル変化強調手段23と
より構成されている。
【0020】レベルデータ作成手段21は、例えばグラ
デーションの変化方向に応じて徐々に変化する画像レベ
ル値を標準状態で1づつ増加させる。レベル変化強調手
段23は、中心画素29の両側6個の画像レベルデータ
と、図5の予め設定された所属の重みとをそれぞれ乗算
し、かつこの乗算値の合計値を中心画素29の差分デー
タ、即ち出力用画像信号レベルデータとする。
【0021】例えば、図6Aに示すように、レベルデー
タ作成手段21により、画像信号レベルに応じて数値化
したレベルデータが作成され、同図中の黒枠内では輝度
変化が塗面欠陥により連続的に1レベルづつ変化するこ
となく、「1、2、3」とレベル低下したとする。この
場合、レベル変化強調手段23により、各画素の画像レ
ベルデータがソーベルオペレータに従い演算されると、
図6Bに示すように黒枠近辺のレベル差が大きく強調さ
れる。これにより、同図の差分データに相当するレベル
の画像信号が画像表示装置12の画像メモリ121に格
納され、欠陥部分の輝度変化が強調されて表示される。
図6Cに示すように、図6Aの黒枠部分が「6、7、
8」と正規に輝度変化する場合には、差分データは全て
8となる。
【0022】尚、前述の重みは、グラデーションが「1
0、9、8……」のように図で見て右方向へ輝度が低減
する領域では正規の合計値は−8になるが、符号を無視
して+と同一画像信号レベルにする。その外、場合によ
っては、重みを変更した周知のプレウイット式等別の差
分型オペレータも採用可能である。
【0023】
【発明の効果】請求項1及び3の発明によれば、凹凸欠
陥が拡散光の面発光体で照明されることにより、光源の
姿勢制御なしで撮像できるだけでなく、面発光体に直交
2方向もしくはそれ以上の複数方向のグラデーションが
形成されていることにより、凹凸欠陥は輝度変化する正
反射光で検出されるために、小さな傾斜角度でも検出と
なり、かつその種々の形状の凹凸欠陥を確実に検出でき
る。
【0024】請求項2の発明によれば、塗面の分割部分
にそれぞれ独立にグラデーションが形成されるために、
画像信号レベルが周囲の塗面の画像信号レベルから高感
度に変化し、検出確度が向上する。
【0025】請求項4の発明によれば、明暗2階調のパ
ターンにより簡単な構造でグラデーション面発光体が形
成される。請求項5の発明によれば、画像信号レベルの
局部的な変化が強調され、検出確度が向上する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例による画像信号による塗面検
査装置の概略構成を示す図である。
【図2】同装置のグラデーション光源の構成を示す分解
斜視図である。
【図3】同グラデーション光源の別の実施例を示す図で
ある。
【図4】本発明の別の実施例による画像信号による塗面
検査装置の概略構成を示す図である。
【図5】同装置の動作を説明する図である。
【図6】同装置の動作を説明する図である。
【図7】本発明の前提となる塗面検査方法の動作原理を
説明する図である。
【符号の説明】
10 面発光体 11 TVカメラ 12 画像表示装置 13 塗面 101 蛍光灯 102 拡散板 103 パターンシート 104 レンズシート
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 石黒 恭生 愛知県豊田市トヨタ町1番地 トヨタ自 動車株式会社内 (56)参考文献 特開 平4−231853(JP,A) 特開 平5−223752(JP,A) 特開 平4−301548(JP,A) 特許2971233(JP,B2) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G01N 21/84 - 21/958

Claims (5)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 単位グラデーションの中央部から少なく
    とも四方の直交方向に輝度が変化するグラデーション拡
    散光を面状に発射する面発光体で塗面を照明し、 この塗面の照明領域をイメージセンサで撮像し、 このイメージセンサから出力される画像信号レベルが、
    周囲の前記塗面の画像信号レベルから変化するのを検出
    して、前記塗面の凹凸欠陥を検出することを特徴とする
    画像信号による塗面検査方法。
  2. 【請求項2】 単位グラデーションの中央部から少なく
    とも四方の直交方向に輝度が変化するグラデーション拡
    散光を、面発光体における分散した複数個所からそれぞ
    れ発射させることを特徴とする請求項1の画像信号によ
    る塗面検査方法。
  3. 【請求項3】 単位グラデーションの中央部から少なく
    とも四方の直交方向に輝度が変化するグラデーション拡
    散光を面状に発射する面発光体と、この面発光体で照明
    された塗面を撮像するイメージセンサと、前記塗面の凹
    凸欠陥に起因して画像信号レベルが周囲の前記塗面の画
    像信号レベルから変化するのをモニタするように、前記
    イメージセンサで撮像された前記塗面の画像を表示する
    画像表示装置とを備えたことを特徴とする画像信号によ
    る塗面検査装置。
  4. 【請求項4】 面発光体が、面光源と、透明面に不透明
    部分を分散して形成され、かつ面光源に前置されること
    により、明暗2階調の面発光を行うパターンシートと、
    このパターンシートに前置され、かつ明暗間の輝度を徐
    々に変化させるように、多数のレンズ素子が分散して形
    成されている拡散レンズシートとを備えたことを特徴と
    する請求項3の画像信号による塗面検査装置。
  5. 【請求項5】 イメージセンサの撮像面の画像信号を取
    込んで、逐次画素ごとの画像信号レベルに対応する画像
    レベルデータに変換してメモリに格納する画像レベルデ
    ータ作成手段と、前記各画素を中心とする所定の周囲領
    域の前記画素の画像レベルデータをメモリから逐次読出
    して、直交方向へ重み付けされた差分型オペレータによ
    る演算を行い、所定の周囲領域内でのレベル変化を強調
    する差分データを作成するレベル変化強調手段とを備え
    た画像処理装置が付属し、前記各画素の差分データを画
    像表示装置に表示させることを特徴とする請求項3の画
    像信号による塗面検査装置。
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JP3078784B2 (ja) * 1998-07-07 2000-08-21 株式会社ニデック 欠陥検査装置
EP0930498A3 (en) 1997-12-26 1999-11-17 Nidek Co., Ltd. Inspection apparatus and method for detecting defects
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