JP3144012B2 - ワーク表面検査装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、ワーク表面の星目や
歪み、傷等の欠陥を検査する表面検査装置に関するもの
である。

【０００２】

【従来の技術】上述の如き表面検査を行う場合としては
例えば、自動車の製造工程においてワークとしての塗装
前の車体（いわゆるホワイトボディ）の表面に星目（微
小な突起）や歪み、傷等の欠陥が有るか否かを検査する
場合があり、かかる場合の検査方法としては従来例え
ば、特殊スクリーンによる方法と光切断法とが知られて
いる。

【０００３】ここに、特殊スクリーンによる方法（いわ
ゆるＤサイト法）では、図８に示すように、反射面に微
小なガラス球を多数付着させて反射光の分布に指向性を
与えるようにした特殊スクリーン１を斜め下向きに配置
するとともに、それに対峙させて、可視光線を照射する
光源２とＣＣＤカメラ３とを斜め下向きに配置して、そ
れらの下方に車体４を置き、光源２からの検査光を車体
４の表面で一旦反射させた後、特殊スクリーン１で折り
返させてから再び車体４の表面で反射させて、車体４の
表面の凹凸を輝度の変化に変換したその反射光の実像を
ＣＣＤカメラ３で撮像し、そのＣＣＤカメラ３の出力信
号を画像処理装置５に入力する。

【０００４】そしてこの方法では画像処理装置５が、図
９に示すように、先ずステップ６でＣＣＤカメラ３の出
力信号を各画素毎に輝度により階調分けし、次いでステ
ップ７〜９で各画素毎に、その画素に隣接する所定範囲
内の全ての画素との輝度差を求める空間フィルター処理
を施し、しかる後ステップ10，11で、その輝度変化の勾
配を求めてからそれを基本データと比較して、車体４の
表面の凹凸の形状や高さ、ひいては欠陥の種類や程度を
評価する。

【０００５】また光切断法では、図10に示すように、可
視光線やレーザー光線等を連続線状あるいは破線状に照
射する光源12と、ＣＣＤカメラ３とを各々斜め下向きに
配置して対峙させ、それらの下方に車体４を置いて、図
11（ａ），（ｃ）にそれぞれ示す如く光源12からの線状
あるいは破線状光線13を車体４の表面で反射させ、車体
４の表面の凹凸を例えば凸部4aにつき図11（ｂ），
（ｄ）にそれぞれ示すように反射光の線の歪みに変換し
て、その反射光の虚像をＣＣＤカメラ３で撮像し、その
ＣＣＤカメラ３の出力信号を画像処理装置５に入力し
て、画像処理装置５により、上記反射光の線の歪みのパ
ターンを基本データと比較し、車体４の表面の凹凸の状
態、ひいては欠陥の種類や程度を評価している。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記特
殊スクリーンによる方法にあっては、空間フィルター処
理で輝度差を求める範囲の広さを欠陥の種類に応じて選
定する必要があるが、その広さを変えると輝度変化の勾
配が異なってきて評価結果が変わってしまい、また、空
間フィルター処理での演算処理に時間がかかり、さら
に、被検査表面とＣＣＤカメラ３との角度の変化によっ
て輝度変化の勾配と表面の実際の凹凸形状との対応関係
が変化するため、その角度変化に関してデータの補正が
必要になって画像の輝度変化の勾配の評価手法が複雑に
なる、といった問題があった。

【０００７】この一方、上記光切断法にあっては、パタ
ーンマッチングの手法で凹凸の状態を比較して評価する
ため本質的に数値的比較が困難であり、評価の精度を高
めようとすると、凹凸の形状、高さ、大きさ等、検査条
件を変えて多数の基本データを準備する必要があって手
間がかかるとともに、その多数の基本データと反射光の
線の歪みのパターンとを形状的に比較するため演算処理
に時間がかかってしまう、といった問題があった。

【０００８】そして、上記二つの検査方法のいずれにあ
っても、被検査表面に塵埃等が付着している場合にそれ
と欠陥との区別をつけにくいという問題があった。

【０００９】

【課題を解決するための手段】この発明は、上記課題を
有利に解決した検査装置を提供することを目的とするも
のであり、この発明のワーク表面検査装置は、検査光を
ワークの表面に線状に照射しつつその照射位置を逐次移
動させてワーク表面を走査する検査光照射手段と、前記
検査光のワーク表面からの反射光を受光する一次元光セ
ンサと、前記一次元光センサの出力信号を、受光した光
の輝度により階調分けする階調分け手段と、前記階調分
けした信号を高速フーリエ変換してパワースペクトルを
求める周波数分析手段と、前記パワースペクトルを回帰
分析して得た特性値と、予め記録した欠陥時の特性値を
示す基本データとを比較して、ワーク表面の欠陥を評価
する欠陥評価手段と、を具えてなるものである。

【００１０】

【作用】かかる検査装置にあっては、検査光照射手段
が、検査光をワークの表面に線状に照射しつつその照射
位置を逐次移動させてワーク表面を走査し、一次元光セ
ンサが、その検査光のワーク表面からの反射光を受光し
てその反射光の強さに応じた信号を出力し、階調分け手
段が、その一次元光センサの出力信号を、受光した光の
輝度により階調分けし、周波数分析手段が、前記階調分
けした信号を高速フーリエ変換してパワースペクトルを
求め、欠陥評価手段が、そのパワースペクトルを回帰分
析して得た特性値と、予め記録した欠陥時の特性値を示
す基本データとを比較してワーク表面の欠陥の有無や種
類、程度等を評価する。

【００１１】従ってこの発明の検査装置によれば、ワー
ク表面からの反射光の階調を高速フーリエ変換して得
た、ワーク表面の凹凸の状態を周波数分布で表したパワ
ースペクトルの特性値と、予め記録した欠陥時の特性値
を示す基本データとを比較して欠陥を判定するので、検
査データと基本データとを定量的に比較して検査データ
を評価できるため、付着塵埃等と欠陥との区別が容易に
なるとともに評価結果の精度および信頼性を向上させる
ことができ、また欠陥時のデータをパワースペクトルの
特性値として基本データ化するので、データベースの構
築を容易に行うことができ、さらに、高速フーリエ変換
は短時間で行うことができてその後は繰り返し演算が不
要であるので、評価に要する時間を短縮することができ
る。

【００１２】

【実施例】以下に、この発明の実施例を図面に基づき詳
細に説明する。図１は、この発明のワーク表面検査装置
を車体表面検査装置に適用した一実施例を示す構成図で
あり、この装置は概説すると、検査光20を連続線状に照
射する、検査光照射手段としての光源21と、その光源21
に平行にかつ斜めの向きに位置する一次元光センサとし
ての通常のＣＣＤ式ラインセンサ22と、そのラインセン
サ22の出力信号を階調分けする、階調分け手段としての
通常の画像処理ユニット23と、その画像処理ユニット23
の出力信号を高速フーリエ変換する、周波数分析手段と
しての通常のＦＦＴ（高速フーリエ変換）アナライザ24
と、そのＦＦＴアナライザ24の出力信号をデータフアイ
ル25中の基本データと比較して表面欠陥の評価を行う、
欠陥評価手段としての、通常のマイクロコンピュータを
具える演算処理ユニット26と、を具えてなる。

【００１３】また、図２は上記実施例の装置の作動手順
を示すフローチャートであり、以下このフローチャート
に沿って該装置の構成および作動を詳説すると、最初の
ステップ31では、光源21からの線状検査光20によって、
ワークとしての塗装前の車体４の表面の所定検査エリア
を走査する。ここにおける光源21は、図３（ａ）に示す
如く、発光器27から発光された可視光やレーザー光等の
光線を、凹レンズ28と凹面鏡29とにより連続線状の検査
光20にして、例えば5000個程度の画素を含む30cm程度の
長さのＣＣＤ画素列を持つラインセンサ22の、そのＣＣ
Ｄ画素列の長さに対応する検査巾で照射するものであ
り、上記走査は、その光源21とラインセンサ22とで、図
３（ｂ）に示す如くセンサユニット30を構成し、固定し
た車体４の上方でそのセンサユニット30を車体表面に沿
って移動させるか、もしくは固定したセンサユニット30
の下方で車体４を移動させるかすることによって行う。
かかる走査の際に、その検査光20が車体４の表面で反射
した反射光は、車体表面の星目や歪み、傷等による凹凸
で乱反射してそれらの凹凸が輝度の変化に変換されたも
のとなる。このためステップ31ではさらに、上記走査に
伴ってラインセンサ22で、その車体４の表面からの反射
光の虚像を所定時間毎に撮像する。

【００１４】上記ラインセンサ22が出力する画像信号
は、一本分の線状光線（以下走査線という。）毎に、例
えば図３（ｃ）に示す如くそのＣＣＤ画素列22a に対応
して輝度変化を示すものとなり、ここでは次にステップ
32で、画像処理ユニット23にそのラインセンサ22の出力
信号を逐次入力して、その画像処理ユニット23により、
走査線毎にその信号を、例えば図３（ｄ）に示す如く輝
度の変化に基づき８ビットのデジタル信号に階調分けす
る。そしてステップ33では、全ての走査線につき階調分
けが終了したか否か判断し、終了していなければステッ
プ34へ進んで次の走査線に移った後ステップ32へ戻る
が、終了していればステップ35へ進む。

【００１５】ステップ35では、あらかじめトライアルで
求めて当該画像処理ユニット23の補正データファイルに
入れておいた、検査場所の周囲の照度等の、検査の外乱
を補正するための補正係数のデータ中から、その検査時
の条件に合致する補正係数を読み出して、上記階調分け
した信号をその補正係数を用いて補正し、続くステップ
36では、全ての検査エリアにつき階調分けが終了したか
否か判断し、終了していなければステップ37へ進んで次
の検査エリアに移った後ステップ31へ戻るが、終了して
いればステップ38へ進む。なお、上記階調分け処理は、
より好ましくはパイプライン方式として、走査と並行し
て実施する。

【００１６】そしてステップ38では、画像処理ユニット
23が逐次出力する上記走査線毎の階調分けしたデジタル
信号を、ＦＦＴアナライザ24により高速フーリエ変換し
て、例えば図３（ｅ）に示す如く、その信号の各周波数
成分の振幅を求め、さらに、その振幅の二乗に比例する
パワーＰの周波数分布を求める。

【００１７】上述した処理を一つの図で表すと図４の如
くなる。すなわち、例えば図中破線Ｆで示す如き車体表
面の凹凸形状を、先ず光源21とラインセンサ22とを用い
て図中実線Ｆ₀ で示す信号に変換し、さらに、その凹凸
の程度を拡大する。この車体表面の凹凸形状を示す信号
Ｆ₀ は、図中曲線Ｆ₁ 〜Ｆ₄ で示す如き各周波数成分の
信号を重ね合わせたものと考えられるので、次にその信
号Ｆ₀ を高速フーリエ変換して、各周波数（あるいは波
長）成分毎の信号の振幅を求める。なお、高速フーリエ
変換は周知のように、以下の式を用いれば行うことがで
きる。

【００１８】

【数１】 そしてその後は、各周波数成分につき信号の振幅の二乗
に比例するパワーＰを求め、周波数あるいは波長を横軸
としてそれらのパワーＰの値をプロットして、パワース
ペクトルＦ_P を求める。

【００１９】続くステップ39では、上記の如くＦＦＴア
ナライザ24が求めて出力したパワースペクトルを表す信
号を逐次演算処理ユニット26に入力し、その演算処理ユ
ニット26によって、上記データファイル25中のデータを
適宜使用しながら、図５に示すフローチャートに基づき
以下の手順で車体４の表面の欠陥の評価を行う。

【００２０】すなわちここでは、先ずステップ41で、上
記走査線毎に、パワースペクトルを表す信号を演算処理
ユニット26に入力し、次いでステップ42で、最初の走査
線から、図６（ａ）に示すように、あらかじめ設定した
適当な評価巾δｘでその走査線についてのパワースペク
トルを分割して、それぞれの部分的パワースペクトルに
順次参照番号ｘ_k (k＝1,2,‥) を付し、次のステップ43
で、参照番号ｘ_k の部分的パワースペクトル中のパワー
Ｐの平均値ｙ_k を、全ての参照番号について求め、続く
ステップ44で、図６（ｂ）に示すように、平均値ｙ_k (k
＝1,2,‥) の分布について回帰分析を行って、平均値ｙ
_k の分布傾向を表すｘ_k の関数Ｙ（例えばＹ＝Ａｘ² ＋
Ｂｘ＋Ｃ）の係数である回帰係数Ａ，Ｂ，Ｃ等を求め、
さらに次のステップ45で、上記平均値ｙ_k の分布におけ
るばらつき巾Ｗを求める。そして次のステップ46では、
最後の走査線まで上記処理が終了したか否かを判断し
て、終了していなければステップ47へ進んで次の走査線
に移った後ステップ43へ戻るが、終了していればステッ
プ48へ進む。

【００２１】ところで、データファイル25中には、形状
や大きさが異なる各種表面欠陥（星目、歪み、傷等）の
基本パターンについてあらかじめ基本実験により求めて
データベース化した、パワースペクトルに関する上記回
帰係数、ばらつき巾等のデータや、付着塵埃等に関する
データのフアイルである基本データファイルが収められ
ており、ステップ48では、その基本データファイルを読
み出し、そのファイル中の基本データと、上述の如くし
て求めた各走査線についての回帰係数Ａ，Ｂ，Ｃやばら
つき巾Ｗ等のデータとを、個別に、あるいは走査線の連
なりにおける連続的な関数として比較照合することによ
り、表面欠陥の種類と程度を定量的に評価する。なお、
比較に用いる基本データの選定は、より好ましくは、デ
ータファイル25中の、あらかじめ基本実験により求め、
さらに実際の検査結果に基づき蓄積した比較データ選定
のためのノウハウに関するファイルである比較データ選
定ノウハウファイルを読み出して、そのノウハウに基づ
いて行う。かかるノウハウを用いれば、比較データの選
定を的確かつ効率的に行うことができる。また比較に際
しては、例えば図７に示すように、図中符号Ｌ，Ｍで示
す如き基本データ群をメンバーシップ関数として扱い、
検査データによる関数Ｎを、ファジー理論に基づき重心
法等により評価しても良く、このようにすればより適切
な評価が可能となる。

【００２２】そして最後のステップ49では、データファ
イル25中の、あらかじめ各表面欠陥の種類毎に定めた合
否判定基準に関する数値的データのファイルを読み出
し、そのファイル中の判定基準に基づいて、上記評価結
果につき表面品質の合格、不合格を判定し、それを出力
する。

【００２３】上述の如くしてこの実施例の検査装置によ
れば、検査データと基本データとを定量的に比較して検
査データを評価できるため、付着塵埃等と欠陥との区別
が容易になるとともに評価結果の精度および信頼性を向
上させることができ、また欠陥時のデータをパワースペ
クトルの特性値として基本データ化するので、基本デー
タに関するデータベースの構築を容易に行うことがで
き、さらに、高速フーリエ変換は短時間で行うことがで
きその後は繰り返し演算が不要であるので、評価に要す
る時間を短縮することができる。しかもこの実施例によ
れば、検査場所の周囲の照度等の外乱の影響をデータ化
してそのデータにより検査データを補正するので、より
正確な評価を行うことができる。

【００２４】以上、図示例に基づき説明したが、この発
明は上述の例に限定されるものでなく、例えば、上記例
の自動車車体以外のワークを検査対象としても良い。

【００２５】

【発明の効果】かくしてこの発明のワーク表面検査装置
によれば、検査データと基本データとを定量的に比較し
て検査データを評価できるため、付着塵埃等と欠陥との
区別が容易になるとともに評価結果の精度および信頼性
を向上させることができ、また欠陥時のデータをパワー
スペクトルの特性値として基本データ化するので、デー
タベースの構築を容易に行うことができ、さらに、高速
フーリエ変換は短時間で行うことができてその後は繰り
返し演算が不要であるので、評価に要する時間を短縮す
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明のワーク表面検査装置を車体表面検査
装置に適用した一実施例を示す構成図である。

【図２】上記実施例の装置の作動手順を示すフローチャ
ートである。

【図３】（ａ）〜（ｅ）は、上記実施例の装置の作動の
各段階を示す説明図である。

【図４】上記実施例の装置の、図２のフローチャートに
おける評価の段階以前の作動を俯瞰的に示す説明図であ
る。

【図５】上記実施例の装置の、図２のフローチャートに
おける評価の段階での処理手順を示すフローチャートで
ある。

【図６】（ａ）および（ｂ）は、上記実施例の装置の、
図５のフローチャートにおけるパワースペクトルの分割
および回帰分析の方法をそれぞれ示す特性図である。

【図７】上記実施例の装置の、図５のフローチャートに
おける検査データと基本データとの比較の方法を示す説
明図である。

【図８】特殊スクリーンによる従来の検査方法を示す説
明図である。

【図９】上記特殊スクリーンによる検査方法の手順を示
すフローチャートである。

【図１０】光切断法による従来の検査方法を示す説明図
である。

【図１１】（ａ）〜（ｄ）は、上記光切断法による検査
方法における線状光線の状態をそれぞれ示す斜視図であ
る。

【符号の説明】 ４ 車体 20 線状光線 21 光源 22 ラインセンサ 23 画像処理ユニット 24 ＦＦＴアナライザ 25 データフアイル 26 演算処理ユニット

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G01N 21/84 - 21/958 G01B 11/30 G06T 7/00

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 検査光（20）をワーク（４）の表面に線
   状に照射しつつその照射位置を逐次移動させてワーク表
   面を走査する検査光照射手段（21）と、 前記検査光のワーク表面からの反射光を受光する一次元
   光センサ（22）と、 前記一次元光センサの出力信号を、受光した光の輝度に
   より階調分けする階調分け手段（23）と、 前記階調分けした信号を高速フーリエ変換してパワース
   ペクトルを求める周波数分析手段（24）と、 前記パワースペクトルを回帰分析して得た特性値と、予
   め記録した欠陥時の特性値を示す基本データとを比較し
   て、ワーク表面の欠陥を評価する欠陥評価手段（26）
   と、 を具えてなる、ワーク表面検査装置。