JP3690157B2 - 表面欠陥検査装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、表面欠陥検査装置に係り、特に自動車のボディ表面の塗装などの状態を検査するのに好適な表面欠陥検査装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、自動車のボディを塗装する工程においては、人間が目視によって行っていた塗装表面の検査作業を光学的に且つ自動的に検査することが可能な表面欠陥検査装置が種々知られている。
【０００３】
例えば、特開平８−８６６３４号公報には、光源として蛍光灯，レーザ，発光ダイオード（ＬＥＤ）などを用い、スリット光やスリットパターンを作り出してボディ表面に照射し、表面に凹凸があった場合に生じる明度差や明度変化を受光画像として検出する表面欠陥検査装置が開示されている。
【０００４】
また、実際の検査ラインに導入された表面欠陥検査装置としては、例えば特開平９−１８４７１３号公報に記載のものがある。この表面欠陥検査装置では、蛍光灯からなる照明装置およびＣＣＤカメラからなる撮像装置をアーチ状に検査ラインに設置しておき、検査ライン上を移動するボディ表面の欠陥を時系列のデータとして検出する構成となっている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した従来例には、以下に掲げる問題がある。
【０００６】
例えば、曲面を有する自動車のボディの表面の欠陥を検査する場合に、上記特開平８−８６６３４号公報の表面欠陥検査装置では、取り込んだ画像から欠陥を認識する際に、前処理を施すことによって、曲面の欠陥に対応する方法や照明装置の明暗の間隔を、場所によって変更しておくという方法が提案されている。
【０００７】
しかしながら、この従来例では、スリットパターンを用いているので、取り込んだ画像は明ラインと暗ラインの縞状の画像となり、欠陥検出のための計算処理が複雑になり、短時間で処理できないという不都合が生じていた。
【０００８】
また、明ラインと暗ラインの境界部分では、欠陥検出の精度が低下してしまったり、微小な欠陥を検出できないなどの不都合があった。更に、実際の検査ラインでは、塗装の色や光沢の違い、メタリックの有無などによって照明の反射率が異なるので、欠陥検出の精度にばらつきが生じる不具合があった。
【０００９】
【発明の目的】
本発明は、かかる従来例の有する不都合を改善し、特に曲面を有するボディ表面の欠陥検査時に検知される欠陥検出情報に対する演算処理の高速処理化を可能とし、且つ欠陥検出の精度を向上させて微小な欠陥を検出することを可能とし、更に、異なるボディの塗装に対しても安定して精度の高い欠陥検出を行うことができる表面欠陥検査装置を提供することを、その目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１乃至８記載の各発明では、被検査面の異なる位置を順次照明する照明手段と、前記被検査面との相対位置を保持し、前記照明手段によって異なる位置が照明される度に前記被検査面の画像を撮影する撮像手段と、これら各部の動作を制御する主制御部と、撮像手段で得られる被検査面の画像情報に基づいて当該被検査面上の欠陥を算定する画像処理部とを備えている。
【００１１】
そして、前述した画像処理部が、撮影された複数の画像をそれぞれ明るさの階調に応じて記憶すると共に当該記憶された画像情報を順次微分処理して複数の微分画像を生成する微分処理回路部と、生成された複数の微分画像を加算する加算回路部と、この加算された微分画像に基づいて被検査面上の欠陥を判別する判別回路部とを備えている、という構成を共通の基本構成として採用している。
【００１２】
このため、この請求項１乃至８記載の各発明では、加算された微分画像に基づく被検査面上の欠陥の判別には、実際上、加算された微分画像をしきい値と比較して二値化し、連続してしきい値を越える二値化された部分が所定値を越える場合、欠陥であると判別する方法が用いられる。しきい値としては、欠陥であると確実に判別されるもの、欠陥であると疑わしいものなどに分けて２つ以上設定してもよい。また、加算された微分画像のピーク値によって或いはピーク値を考慮して欠陥を判別するようにしてもよい。
【００１３】
ここで、前述した微分処理回路部が、撮影された画像情報を縦方向又は横方向に（或いは、縦方向及び横方向に）微分して微分画像を生成する微分画像生成機能を備えているようにするとよい。この場合の手法は、画像処理領域における所定の処理方法（空間微分，空間フィルタ等の手法）に基づいて演算処理される。この場合、縦方向又は横方向について微分処理を実行する場合には欠陥検出精度は幾分低くなるが微分処理の迅速化が可能となり、一方、縦方向及び横方向の両方について微分処理を実行する場合には欠陥検出精度の著しい向上が期待できる。
【００１４】
又、前述した判別回路部では、加算された微分画像を予め特定した所定のしきい値と比較して二値化する二値化回路を有し、更にこの二値化された部分を被検査面上の欠陥であると判別する欠陥判別機能を備えた構成としてもよい。
【００１５】
このようにすると、加算されることから微分画像が例えば２倍となり、ノイズとのレベル差を拡大することができ、欠陥判別の機能を著しく高めることができる。
【００１６】
又、前述した判別回路部は、加算された微分画像を予め特定した所定のしきい値と比較して二値化する二値化回路と、前記しきい値を連続して越える二値化された部分の面積を算出する面積算出回路とを備え、この面積算出回路で算出される二値化された部分の面積が所定値を越える場合に当該二値化された部分を被検査面上の欠陥であると判別する欠陥判別機能を備えた構成としてもよい。
【００１７】
このようにすると、欠陥の大きさに応じた情報が拡大されて得られるためノイズとの識別をより一層確実にすることができ、判別結果に対する信頼性をより一層高める事が出来る。
【００１８】
更に、前述した主制御部を、前述した照明手段の輝度を被検査面の塗装状態に応じて可変設定する輝度可変制御機能を備えているように構成してもよい。
【００１９】
このようにすると、塗装色，光沢及びメタリックの有無などに合わせて、塗装状態の相違に対応した最適の照明輝度を設定することができて都合がよい。
【００２０】
又、前述した照明手段を複数のラインに配列された複数の光源で構成すると共に、前述した主制御部を、前述した照明手段の各ラインを順次選択して当該各ラインの光源を点灯制御する光源点灯制御機能を備えた構成としてもよい。ここで、各光源を発光ダイオードで構成してもよい。
【００２１】
このようにすると、欠陥の位置及びその大小を的確に検出することができ、発生のタイミングが不特定なノイズとの識別性を高めることができて都合がよい。
【００２２】
請求項９記載の発明では、前述した請求項１記載の表面欠陥検査装置において、被検査面を搬送ライン上を移動し且つ停止する自動車のボディの表面とすると共に、この自動車のボディが内側を通過するように前記搬送ライン上をアーチ状に跨ぐ形で設置されたフレーム機構を備え、このフレーム機構を前述した搬送ラインに沿って移動自在に構成する。そして、このフレーム機構に前述した照明手段および撮像手段を装備する、という構成を採っている。
【００２３】
このため、この請求項９記載の発明では、前述した請求項１記載の発明と同等に機能するほか、更に、ボディの移動に伴ってフレーム機構を移動することができるので、ボディの移動に合わせた測定が可能となり、測定作業の能率向上を図ることができるという利点がある。
【００２４】
請求項１０記載の発明では、前述した請求項９記載の表面欠陥検査装置において、主制御部が、前述したフレーム機構をボディの移動に追従させるボディ追従制御機能を備えている、という構成を採っている。
【００２５】
このため、この請求項１０記載の発明では、前述した請求項９記載の発明と同等の機能を有するほか、更に、例えば照明手段および撮像手段とボディとの相対位置が変化しないようにフレーム部をボディに追従させる制御が可能となり、この場合、フレーム機構をボディの移動方向に沿って移動させると共に、検査時にボディの位置を所定時間（撮影および画像処理動作に影響を与えない時間）おきにセンサにより検出して検査時のボディの移動量を算出し、算出されたボディの移動量分だけ次の検査に向けてフレーム部を移動させる等の制御動作を設定すること可能であり、連続測定を高精度に且つ円滑に実行することができる。
【００２６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を自動車生産ラインの塗装検査工程について実施した場合の実施の形態を、図面に従って説明する。
【００２７】
図１乃至図３は、自動車生産ラインに設置された表面欠陥検査装置の制御回路図および装置全体の概略構成図を示す。
【００２８】
まず、図３において、表面欠陥検査装置１は、自動車のボディ２を搭載したベース５が搬送コンベア４によって運搬される搬送ラインを跨く形でレール７上に設置された門型のフレーム機構６と、このフレーム機構６の梁部６ａおよび柱部６ｃ，６ｄに取り付けられた撮像手段としての撮像部８と、同様に梁部６ｂおよび柱部６ｃ，６ｄに取り付けられた照明手段としての照明部９と、これらの各部を制御する主制御部としてのコントロール部３とを備えた構成となっている。ここで、コントロール部３は図示しないホストコンピュータに接続されている。
【００２９】
この内、撮像部８は、梁部６ａおよび柱部６ｃ，６ｄに沿ってそれぞれ直線に並べられた複数のＣＣＤカメラ８ａを有する。このＣＣＤカメラ８ａは、被検査面である自動車のボディに向けて装備され、その視野の広さは、その解像度（例えば、横６４０ドット×縦４８０ドット）および検出したい欠陥の最小サイズによって決定される。そして、ＣＣＤカメラ８ａの視野の広さおよびボディの幅（或いはボディの高さ）から必要なＣＣＤカメラ８ａの台数が決定される。
【００３０】
図１乃至図２（Ａ）（Ｂ）に、表面欠陥検査装置の電気的回路構成を示す。
【００３１】
ここで、撮像部８を構成する複数のＣＣＤカメラ８ａは、図１に示すようにそれぞれ画像取込部１１および画像処理部１３を介して前述したコントロール部３に接続されている。又、本実施形態では、ＣＣＤカメラ８ａの台数分だけ、画像取込部１１および画像処理部１３が設けられている。
【００３２】
画像取込部１１は、ＣＣＤカメラ８ａからの画像信号をデジタル画像データに変換して出力する。又、画像処理部１３は、そのデジタル画像データを内部メモリ（第１のメモリ１３Ａ）に格納して後述する画像処理を行う。そして、複数組からなる画像取込部１１および画像処理部１３は、組毎に並列に動作する。
【００３３】
この画像処理部１３は、図２（Ａ）に示すように、撮像部８によって撮影された複数の画像をそれぞれ明るさの階調に応じて記憶する第１のメモリ１３Ａと、この第１のメモリ１３Ａで記憶された画像情報を順次微分処理して複数の微分画像を生成する微分処理回路部１３Ｂと、この生成された複数の微分画像を加算する加算回路部１３Ｃと、この加算された微分画像に基づいて前述した被検査面上の欠陥を判別する判別回路部１３Ｄとを備えている。符号１３Ｅは、微分処理した画像情報を一時的に貯える第２にメモリを示す。
【００３４】
ここで、前述した微分処理回路部１３Ｄは、詳細は後述するが、撮像部８によって撮影された画像情報を縦方向又は横方向に微分処理して微分画像を生成する微分画像生成機能を備えている。又、この場合、撮像部８によって撮影された画像情報の微分処理に際しては、縦方向及び横方向の両方向について微分処理して微分画像を生成するように構成してもよい。
【００３５】
更に、この判別回路部１３Ｂについては、図２（Ｂ）に示すように、加算された微分画像を予め特定した所定のしきい値と比較して二値化する二値化回路１３Ｄａと、前述した所定のしきい値を連続して越える二値化された部分の面積を算出する面積算出回路１３Ｄｂとを備え、更に、この面積算出回路１ＤＥｂで算出される二値化された部分の面積が所定値を越える場合に当該二値化された部分を前述した被検査面上の欠陥であると判別する欠陥判別回路１３Ｄｃを備え、これによって、欠陥判別機能を実行し得るようになっている。
【００３６】
ここで、前述した判別回路部１３Ｄは、例えば面積算出回路１ＤＥｂを省略し、加算された微分画像を予め特定した所定のしきい値と比較して二値化すると共に、この二値化された部分を被検査面上の欠陥であると判別する欠陥判別機能を前述した欠陥判別回路１３Ｅｃが備えるように構成してもよい。
【００３７】
また、照明部９は、図１に示すように、照明制御部１５を介して前述したコントロール部３に接続されている。図４は照明部９の構成を示す説明図である。
【００３８】
この照明部９は縦横二次元に配列された複数のＬＥＤ素子９ａから構成されており、縦方向のＬＥＤ素子９ａ群のライン数（ライン１、ライン２、……ラインＮ）はＣＣＤカメラ８ａの視野の広さによって決定され、横方向のＬＥＤ素子群の数は検査領域（図３ではボディ２の幅）によって決定される。
【００３９】
前述した照明制御部１５は、コントロール部３からの指令にしたがって各ＬＥＤ素子９ａの輝度および発光パターンを制御する。ここで、各ＬＥＤ素子９ａの輝度制御については、必要な場合には前述したコントロール部３の輝度可変制御機能が作動し、後述するように照明制御部１５を介して輝度レベルの調整を行う（図１４参照）。
【００４０】
各ＬＥＤ素子９ａに対する発光パターンの制御に際しては、前述したコントローラ部３の光源点灯制御機能が作動し、例えば、ライン状の発光パターンにしたい場合、照明制御部１５を介して所定のラインのＬＥＤ素子群を全て同時に点灯させることによって実現する。或いは、ラインの幅を変更したい場合、同時に連続した複数のラインのＬＥＤ素子群を点灯させる。例えば、図４において、ライン２及び３の同時点灯、ライン４，５及び６の同時点灯などである。ここで、個々のＬＥＤ素子の形状は丸形に限らず、角形でもよい。
【００４１】
また、コントロール部３には、図１に示すように、ボディ位置検出部１８およびフレーム制御部１９が接続されている。この図１に開示したボディ位置検出部１８は、後述する光電センサ２４（図５参照）および位置検出部２５（図６参照）を有する。図５は光電センサ２４の配置を示す図である。フレーム機構６の内側を通過するようにベース５を搬送する搬送コンベア４の両側には、一方と他方のカバーブロック部２１が対向して敷設されている。
【００４２】
一方のカバーブロック部２１には直線に並べられた光電センサ２４の受光部が設けられており、他方のカバーブロック部２１に設けられた発光部からの光が移動するベース５によって遮られることで、光電センサ２４の出力信号が変化する。位置検出部２５は光電センサ２４の出力信号の変化によってボディ２を搭載したベース５の位置を検出し、コントロール部３に出力する。
【００４３】
更に、フレーム機構６は、柱部６ｃ，６ｄの下部に設けられた直線軸受（図示せず）を介してレール７の上に摺動自在（図１矢印ａ方向）に支持されており、柱部６ｃ，６ｄに内蔵されたモータ（図示せず）の駆動によりレール７上を移動する。
【００４４】
フレーム制御部１９は、コントロール部３からの指令にしたがって上記モータを駆動し、フレーム機構６の移動を制御する。例えば、照明部９のライン１〜ラインＮを順番に点灯させてボディ２の被検査面の画像を、ＣＣＤカメラ８ａが撮影し終わるまで、被検査面に対する撮像部８および照明部９の相対位置が変化しないように、コントロール部３はボディ位置検出部１８によりボディ２の位置を検出し、ボディ２の移動にフレーム部６が追従するようにフレーム制御部１９に対して指令する。フレーム制御部１９は指令にしたがってフレーム部６の移動を制御する。
【００４５】
図６は、フレーム機構６の移動を制御するコントロール部３の構成を示すブロック図である。
【００４６】
ここで、コントロール部３は、周知のＣＰＵ，ＲＯＭ，ＲＡＭ（図示せず）などを有しており、ＲＯＭに格納された制御プログラムをＣＰＵが実行することにより、コントロール部３内で移動量計算部３１，クロック発生部３３，相対位置計算部３４およびフレーム移動指令部３５が機能するようになっている。
【００４７】
そして、コントロール部３がフレーム機構６の移動を制御する場合、まず光電センサ２４からの信号の変化によって、位置検出部２５はベース５の位置を検出してコントロール部３に通知する。移動量計算部３１では、クロック発生部３３で発生したクロックに従って単位時間当たりのボディ２の移動量を計算する。
【００４８】
ボディ２の移動量と照明制御部１５からの照明位置の情報に基づき、相対位置計算部３４ではボディ２に対するフレーム部６の相対位置およびライン上の絶対位置を計算する。計算された相対位置および絶対位置に基づき、フレーム移動指令部３５はフレーム制御部１９に移動指令を出力する。フレーム制御部１９は移動指令にしたがってフレーム部６内のモータを駆動し、フレーム部６を移動させる。
【００４９】
このように、コントロール部３は、任意の単位時間毎（画像の撮影に支障を来さない時間毎）に検出されるボディ２の位置情報に基づいてボディ２の移動量を算出し、ボディ追従制御機能を作動させてボディ２の移動に遅れないようにフレーム機構６を移動させる。
【００５０】
これにより、ボディ２を移動させながら、同時にＣＣＤカメラ８ａがボディ２のある領域（被検査面）の画像を撮影し終わるまで、被検査面に対する撮像部８および照明部９の相対位置を一定に保つような制御が実行される。
【００５１】
また、コントロール部３には、出力部１６が接続されており、後述する表面欠陥検査の結果を出力する。出力部１６としては、印刷装置や表示装置を用いることができる。更に、この出力部１６はコントロール部３に接続されているホストコンピュータに結果を通知するようにしてもよい。
【００５２】
尚、上記画像取込部１１，画像処理部１３，照明制御部１５，出力部１６，位置検出部２５およびフレーム制御部１９については、コントロール部３の筐体内に収納してもよい。
【００５３】
次に、上記構成を有する表面欠陥検査装置の動作について説明する。
【００５４】
図７は表面欠陥検査動作の処理手順を示すフローチャートである。この処理プログラムはコントロール部３内のＲＯＭ（図示せず）に格納されており、同じくコントロール部３内のＣＰＵ（図示せず）によって実行される。
【００５５】
まず、コントロール部３に接続されているホストコンピュータ（図示せず）から車種、塗装色などの情報を取得する（ステップ１）。続いて、光電センサ２４からの信号を基に位置検出部２５から出力される検出信号によりベース５の位置（ボディ２の位置）を検出する（ステップＳ２）。ボディ２の位置が検出されたことにより、フレーム機構６をボディ２の被検査面に移動する処理を起動する（ステップＳ３）。一旦、フレーム機構６を移動する処理を起動させた後は、コントロール部３内の並列処理動作により、ボディ２の被検査面と撮像部８および照明部９との相対位置が一定となるように、フレーム機構６をベース５の移動に追従させる制御が行われる。
【００５６】
そして、照明制御部１５による照明部９の点灯制御、画像取込部１１による撮影画像の取り込み、画像処理部１３による画像処理などを含む欠陥認識処理を行う（ステップＳ４）。この処理については後述する。
【００５７】
欠陥認識処理が終了すると、１台のボディ２の塗装面全体（全領域）の検査が終了したか否かを判別する（ステップＳ５）。全領域の検査が終了していない場合、つぎの検査領域へのフレーム機構６の移動を指示し（ステップＳ６）、ステップＳ４の処理に戻る。そして、次の検査領域にフレーム機構６を移動させた後は、上記したのと同様にベース５の移動にフレーム機構６を追従させる制御を継続する。
【００５８】
一方、ステップＳ５で全ての検査領域を終了した場合、検査結果を出力し（ステップＳ７）、処理を終了する。検査結果は、表示装置あるいは印刷装置に出力され、また同時にホストコンピュータに送信される。
【００５９】
図８はステップＳ４における欠陥認識処理手順を示すフローチャートである。
この図８に示す欠陥認識処理は、コントロール部３により指示された画像取込部１１，画像処理部１３および照明制御部１５と共に行われる。
【００６０】
まず、ＬＥＤ素子群のライン数を表す変数Ｘに初期値１を設定し（ステップＳ１１）、所定のラインＸのＬＥＤ素子群を点灯する（ステップＳ１２）。
【００６１】
ここで、照明部９の各ラインのＬＥＤの輝度は、後述するようにボディの塗装状態（色、光沢、メタリックの有無など）に応じた最適値になるように設定される。また、各ボディの塗装状態に最適な輝度は予め実験により求めておく。
【００６２】
続いて、ＣＣＤカメラ８ａで検査面を撮影し、撮影した画像を画像取込部１１でデジタル画像データに変換して画像処理部１３に転送した後、画像処理部１３はその内部メモリ（第１のメモリ１３Ａ）にデジタル画像データを格納する（ステップＳ１３）。
【００６３】
図９（Ａ）（Ｂ）は：被検査面の撮影動作および撮影された画像を示す図である。図９（Ａ）に示すように、照明部９をライン毎に順番に点灯し（ライン１，２，……，Ｎ）、そのときの画像をＣＣＤカメラ８ａで撮影する。ＣＣＤカメラ８ａで撮影された画像信号を画像取込部１１でデジタル画像データに変換して画像処理部１３に取り込む。
【００６４】
こうして取り込まれた画像は、１ドットあたり２m 階調の濃度値で表される。例えば、ｍ＝８である場合、２５６階調（０〜２５５）となる。一般に、階調０が黒であり、階調２５５が白である。
【００６５】
このとき取り込まれた画像は、図８（Ｂ）に示すように、照明を点灯させたライン部分５１が白くなり、欠陥部分５２は塗装表面５３に対して角度が異なるので、点灯しているラインからの光を反射して白くなる。
【００６６】
画像処理部１３では、その内部メモリ（第１のメモリ１３Ａ）に格納されたデジタル画像データを横方向および縦方向に微分処理する（ステップＳ１４）。図１０（Ａ）（Ｂ）はデジタル画像データを横方向および縦方向に微分する際に用いられるマスクを示す図である。この内、図９（Ａ）は横方向微分用マスクの例を示し、デジタル画像データの横方向の演算処理に用いられる。また、図１０（Ｂ）は縦方向微分用マスクの例を示し、デジタル画像データの縦方向の演算処理に用いられる。
【００６７】
実際に用いられる最適な微分用マスクのサイズおよび重み係数は、予め実験等によって求めておくようにする。
【００６８】
図１１は、図９（Ｂ）に示す撮影画像を縦方向に微分する位置を点線部ｍで示す説明図である。
【００６９】
又、図１２は前述した図１１の点線部ｍに沿った画像の濃度分布（Ａ），微分処理後の微分画像の分布（Ｂ），および加算した微分画像の分布（Ｃ）を示す線図である。
【００７０】
この場合、図１２（Ａ）はライン２の点灯時，ライン４の点灯時，及びライン６の点灯時における点線部ｍに沿った画像の濃度分布を示している。図１１（Ｂ）は同図（Ａ）の各濃度分布を微分処理した後の微分画像の分布を示している。そして、それぞれのラインの点灯により得られた微分画像を加算する（ステップＳ１５）。図１２（Ｃ）は各微分画像を加算した後の分布を示している。
【００７１】
その後、ライン数Ｘが最大ラインＮを越えたか否かを判別し（ステップＳ１６）、越えていない場合、ステップＳ１２に戻って同様の処理を繰り返す。このように、ライン１の処理を終えると、次のライン２の処理を行い、同様にラインＮまで順次繰り返す。
【００７２】
ステップＳ１６でライン数Ｘが最大ラインＮを越えた場合、各微分画像を加算した分布をしきい値Ｔで二値化する（ステップＳ１７、図１２（Ｃ）参照）。ここで、しきい値Ｔは予め実験により最適な値を求めておく。尚、ボディ２の塗装状態に応じて最適なしきい値を設定しておくようにする。
【００７３】
しきい値Ｔを越える微分画像のデータを持つ画素が連結している部分を１つの塊とし（ラベリング）、その塊の画素数、つまりその面積を計算する（ステップＳ１８）。ラベリングの結果により得られた塊のうち、面積が所定値に満たないものをノイズとして除去し、所定値以上のものを欠陥として抽出する（ステップＳ１９）。
【００７４】
この所定値は予め実験により実際の欠陥と対比して求めておく。又、この所定値は、ボディの塗装状態（色、光沢、メタリックの有無など）に応じて最適な値に設定しておくようにする。
【００７５】
このように、表面欠陥検査装置では、自動車のボディ表面に照明された被検査面を、ＣＣＤカメラ８ａによって撮影し、撮影されたデジタル画像データを微分処理して微分画像を生成する。
【００７６】
そして、点灯ラインを順次変えて、同様に処理された微分画像のデータを加算した後、しきい値以上となる加算した微分画像のデータが連続する塊に対応する画素の数が所定値以上であるか否かを判別する。そして、所定値以上である場合、欠陥として検出する。このため、従来のように明ラインおよび暗ラインを含む縞状の画像を直接計算処理しないで済み、欠陥検査のための計算処理を単純化することができる。
【００７７】
これにより、高速処理を行うことができ、明ラインと暗ラインの境界部分で欠陥検出の精度が低下してしまったり、微小な欠陥を検出できないといった従来の不具合を解消し、欠陥検出の精度を向上させることができる。
【００７８】
図１３は、実際にＬＥＤ素子群を１ラインおきに同時に点灯させてＣＣＤカメラによって撮影された画像を示す図である。又、この図１３において、矢印ａ，ｂ，ｃ，ｄで示す部分が欠陥である。
【００７９】
図１４は、ＬＥＤの輝度を５０，１００，１５０（相対値）とした際に撮影された各ボディの塗装色に応じた画像の濃度分布を示すグラフである。この内、図１４（Ａ）は塗装色が赤である場合の画像の濃度分布を示し、図１４（Ｂ）は塗装色が白である場合の画像の濃度分布を示し、図１４（Ｃ）は塗装色がシルバー（メタリック）である場合の画像の濃度分布を示し、図１４（Ｄ）は塗装色がグリーン（メタリック）である場合の画像の濃度分布を示している。全体に、ＬＥＤの輝度が高い程、濃度値が高くなっている。
【００８０】
また、ボディの塗装色によって濃度値が異なるので、ＬＥＤの輝度を変化させることによって、塗装色に依存しないように補正を行うことが可能である。例えば、各濃度値のピーク値が「１２８」になるように補正しようとすると、同図（Ａ）に示す塗装色が赤の場合、ＬＥＤの輝度を値１５０に設定する。塗装色が白の場合、ＬＥＤの輝度を値１００に設定する。塗装色がシルバー（メタリック）の場合、ＬＥＤの輝度を値５０に設定する。塗装色がグリーン（メタリック）の場合、ＬＥＤの輝度を値１５０に設定する。
【００８１】
このように、ボディ表面の塗装状態、特に色、光沢、メタリックの有無などによってＬＥＤの輝度を変更することで、塗装の影響を受けずに、画像処理を行うことができる。
【００８２】
尚、上記実施形態では、加算された微分画像のデータを１つのしきい値Ｔと比較することにより欠陥の有無を判別していたが、しきい値Ｔは１つに限らず、複数であってもよい。この場合、欠陥が確実であるしきい値レベル、欠陥であると疑わしいしきい値レベルなどに応じて二つ以上設定することが可能である。また、加算された微分画像のデータのピーク値によりあるいはピーク値を考慮して欠陥を判別するようにしてもよい。
【００８３】
又、上記実施形態では、撮像部８にはＣＣＤカメラ８ａが用いられていたが、ビジコンやサチコンなどの光導電型撮像管を用いてもよく、照明光に適したものに選択可能である。
【００８４】
更に、上記実施形態では、発光ダイオードをライン毎に点灯させて被検査面に照明していたが、照明パターンはライン状に限らず、ボックス状、スポット状にしてもよい。又発光ダイオード以外の発行素子を用いてもよい。
【００８５】
又、上記実施形態では、光電センサとして発光部と受光部からなる光学的センサを用いたが、近接スイッチなどの磁気的センサ、スイッチなどの機械的センサを用いてもよい。
【００８６】
【発明の効果】
本発明は以上のように構成され機能するので、これによると、従来のように明ラインと暗ラインを含む縞状の画像を直接計算処理しないで済み、曲面を有するボディ表面の欠陥検査のための計算処理を単純化することができる。これにより、高速処理を行うことができ、また、明ラインと暗ラインの境界部分では、欠陥検出の精度が低下してしまったり、微小な欠陥は検出できないといった従来の不具合を解消し、欠陥検出の精度を向上させることができる。
【００８７】
更に、異なる位置を照明された被検査面を撮影して複数の画像を得ると共にこれらを微分処理し且つ加算するようにしたことから、一度の撮影情報ではノイズとの識別が困難な微小欠陥であっても容易に且つ鮮明に欠陥信号を捕捉処理することが可能となり、又、曲がった表面であっても欠陥を容易に検出でき、且つ欠陥有無の自動判定が可能となるという従来にない優れた表面欠陥検査装置を提供することができる。
【００８８】
更に、判別回路部で、二値化回路により前述した加算された微分画像をしきい値と比較して二値化するように構成することにより、二値化，ラベリング，しきい値との判別，という単純な演算で高速処理を行うことができる。
【００８９】
前述した微分処理は、撮影された画像を縦方向又は横方向に微分処理して微分画像を生成するので、被検査面上の欠陥を二次元的に且つ迅速に検出することができる。この場合、縦方向及び横方向の両方向について微分処理するように構成すると、高精度に欠陥情報を捕捉することができて都合がよい。
【００９０】
また、前述した照明手段の輝度を被検査面の塗装状態に応じて可変する輝度可変手段を装備すると、ボディの異なる塗装状態に応じた輝度を設定することで、塗装色，光沢，メタリックの有無などによらず安定して精度の高い検出を行うことができる。
【００９１】
更に、被検査面は搬送ライン上を移動する自動車のボディの表面とし、このボディが内側を通過するように当該ボディの搬送ラインを跨ぐ形で設置されたフレーム機構を有し、該フレーム機構に照明手段および撮像手段を装備して、自動車の生産ラインなどに適した仕様にすることができる。
【００９２】
即ち、フレーム機構を、搬送ラインに沿って移動自在であり、ボディの移動に伴って、照明手段および撮像手段とを前述したボディとの相対位置が変化しないように追従移動させる制御を行う追従制御手段を備えることにより、搬送ライン上を移動するボディなどを停止させることなく、連続して検査することが可能となる、という従来にない優れた表面欠陥検査装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態における制御系を示すブロック図である。
【図２】図１中に開示した画像処理部の例を示す図で、図２（Ａ）は画像処理部の具体例を示すブロック図、図２（Ｂ）は図２（Ａ）中に開示した判別回路部の例を示すブロック図である。
【図３】図１における一実施の形態を自動車生産ラインに設置された場合の例を示す概略斜視図である。
【図４】図１に開示した照明部の構成例を示す説明図である。
【図５】図１に開示した照明部および光電センサの配置を示す図で、図５（Ａ）は照明部の配置を示す説明図、図５（Ｂ）は光電センサの配置を示す説明図である。
【図６】図１に開示したフレーム機構の移動を制御するコントロール部の構成例を示すブロック図である。
【図７】図１に開示した装置により検出された欠陥情報の処理手順を示すフローチャートである。
【図８】図７におけるステップＳ４における欠陥認識処理手順を示すフローチャートである。
【図９】図１に開示した装置の被検査面に対する撮影動作および撮影された画像を示す図で、図９（Ａ）は撮影動作を示す説明図、図９（Ｂ）は撮影された画像を示す説明図である。
【図１０】デジタル画像データを横方向および縦方向に微分処理する際に用いられるマスクを示す図で、図１０（Ａ）は横方向に微分処理する際に用いられるマスクの例を示す説明図、図１０（Ｂ）は縦方向に微分処理する際に用いられるマスクの例を示す説明図である。
【図１１】図１に開示した装置で撮影した画像を点線部ｍの位置で縦方向に微分処理を行う場合の例を示す説明図である。
【図１２】図１２は図１１で特定した位置（点線部ｍ）における画像の濃度分布および微分処理等の結果を示す図で、図１２（Ａ）は微分位置（点線部ｍ）における画像の濃度分布を示す線図、図１２（Ｂ）は図１２（Ａ）の位置における微分処理で得られる微分画像の分布を示す線図、図１２（Ｃ）は図１２（Ｂ）における微分処理の結果を加算して得られる微分画像の分布を示す線図である。
【図１３】図１に開示した実施形態において実際にＬＥＤ素子群を１ラインおきに同時に点灯させてＣＣＤカメラによって撮影された場合に得られる画像の例を示す説明図である。
【図１４】図１４（Ａ）〜（Ｄ）は、図１３の撮影実施例に実施され、ＬＥＤの輝度を５０、１００、１５０（相対値）とした際に撮影された各ボディの塗装色に応じた画像の濃度分布を示す線図である。
【符号の説明】
１ 表面欠陥検査装置
２ ボディ
３ 主制御部としてのコントロール部
６ フレーム機構
８ 撮像手段としての撮像部
８ａ ＣＣＤカメラ
９ 照明手段としての照明部
９ａ 光源としての発光ダイオード
１１ 画像取込部
１３ 画像処理部
１３Ａ 第１のメモリ
１３Ｂ 微分処理回路部
１３Ｃ 加算回路部
１３Ｄ 判別回路部
１３Ｄａ 二値化回路
１３Ｄｂ 面積算出回路
１３Ｄｃ 欠陥判別回路
１５ 照明制御部、
１６ 出力部
１８ ボディ位置検出部
１９ フレーム制御部
【発明の属する技術分野】
本発明は、表面欠陥検査装置に係り、特に自動車のボディ表面の塗装などの状態を検査するのに好適な表面欠陥検査装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、自動車のボディを塗装する工程においては、人間が目視によって行っていた塗装表面の検査作業を光学的に且つ自動的に検査することが可能な表面欠陥検査装置が種々知られている。
【０００３】
例えば、特開平８−８６６３４号公報には、光源として蛍光灯，レーザ，発光ダイオード（ＬＥＤ）などを用い、スリット光やスリットパターンを作り出してボディ表面に照射し、表面に凹凸があった場合に生じる明度差や明度変化を受光画像として検出する表面欠陥検査装置が開示されている。
【０００４】
また、実際の検査ラインに導入された表面欠陥検査装置としては、例えば特開平９−１８４７１３号公報に記載のものがある。この表面欠陥検査装置では、蛍光灯からなる照明装置およびＣＣＤカメラからなる撮像装置をアーチ状に検査ラインに設置しておき、検査ライン上を移動するボディ表面の欠陥を時系列のデータとして検出する構成となっている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した従来例には、以下に掲げる問題がある。
【０００６】
例えば、曲面を有する自動車のボディの表面の欠陥を検査する場合に、上記特開平８−８６６３４号公報の表面欠陥検査装置では、取り込んだ画像から欠陥を認識する際に、前処理を施すことによって、曲面の欠陥に対応する方法や照明装置の明暗の間隔を、場所によって変更しておくという方法が提案されている。
【０００７】
しかしながら、この従来例では、スリットパターンを用いているので、取り込んだ画像は明ラインと暗ラインの縞状の画像となり、欠陥検出のための計算処理が複雑になり、短時間で処理できないという不都合が生じていた。
【０００８】
また、明ラインと暗ラインの境界部分では、欠陥検出の精度が低下してしまったり、微小な欠陥を検出できないなどの不都合があった。更に、実際の検査ラインでは、塗装の色や光沢の違い、メタリックの有無などによって照明の反射率が異なるので、欠陥検出の精度にばらつきが生じる不具合があった。
【０００９】
【発明の目的】
本発明は、かかる従来例の有する不都合を改善し、特に曲面を有するボディ表面の欠陥検査時に検知される欠陥検出情報に対する演算処理の高速処理化を可能とし、且つ欠陥検出の精度を向上させて微小な欠陥を検出することを可能とし、更に、異なるボディの塗装に対しても安定して精度の高い欠陥検出を行うことができる表面欠陥検査装置を提供することを、その目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１乃至８記載の各発明では、被検査面の異なる位置を順次照明する照明手段と、前記被検査面との相対位置を保持し、前記照明手段によって異なる位置が照明される度に前記被検査面の画像を撮影する撮像手段と、これら各部の動作を制御する主制御部と、撮像手段で得られる被検査面の画像情報に基づいて当該被検査面上の欠陥を算定する画像処理部とを備えている。
【００１１】
そして、前述した画像処理部が、撮影された複数の画像をそれぞれ明るさの階調に応じて記憶すると共に当該記憶された画像情報を順次微分処理して複数の微分画像を生成する微分処理回路部と、生成された複数の微分画像を加算する加算回路部と、この加算された微分画像に基づいて被検査面上の欠陥を判別する判別回路部とを備えている、という構成を共通の基本構成として採用している。
【００１２】
このため、この請求項１乃至８記載の各発明では、加算された微分画像に基づく被検査面上の欠陥の判別には、実際上、加算された微分画像をしきい値と比較して二値化し、連続してしきい値を越える二値化された部分が所定値を越える場合、欠陥であると判別する方法が用いられる。しきい値としては、欠陥であると確実に判別されるもの、欠陥であると疑わしいものなどに分けて２つ以上設定してもよい。また、加算された微分画像のピーク値によって或いはピーク値を考慮して欠陥を判別するようにしてもよい。
【００１３】
ここで、前述した微分処理回路部が、撮影された画像情報を縦方向又は横方向に（或いは、縦方向及び横方向に）微分して微分画像を生成する微分画像生成機能を備えているようにするとよい。この場合の手法は、画像処理領域における所定の処理方法（空間微分，空間フィルタ等の手法）に基づいて演算処理される。この場合、縦方向又は横方向について微分処理を実行する場合には欠陥検出精度は幾分低くなるが微分処理の迅速化が可能となり、一方、縦方向及び横方向の両方について微分処理を実行する場合には欠陥検出精度の著しい向上が期待できる。
【００１４】
又、前述した判別回路部では、加算された微分画像を予め特定した所定のしきい値と比較して二値化する二値化回路を有し、更にこの二値化された部分を被検査面上の欠陥であると判別する欠陥判別機能を備えた構成としてもよい。
【００１５】
このようにすると、加算されることから微分画像が例えば２倍となり、ノイズとのレベル差を拡大することができ、欠陥判別の機能を著しく高めることができる。
【００１６】
又、前述した判別回路部は、加算された微分画像を予め特定した所定のしきい値と比較して二値化する二値化回路と、前記しきい値を連続して越える二値化された部分の面積を算出する面積算出回路とを備え、この面積算出回路で算出される二値化された部分の面積が所定値を越える場合に当該二値化された部分を被検査面上の欠陥であると判別する欠陥判別機能を備えた構成としてもよい。
【００１７】
このようにすると、欠陥の大きさに応じた情報が拡大されて得られるためノイズとの識別をより一層確実にすることができ、判別結果に対する信頼性をより一層高める事が出来る。
【００１８】
更に、前述した主制御部を、前述した照明手段の輝度を被検査面の塗装状態に応じて可変設定する輝度可変制御機能を備えているように構成してもよい。
【００１９】
このようにすると、塗装色，光沢及びメタリックの有無などに合わせて、塗装状態の相違に対応した最適の照明輝度を設定することができて都合がよい。
【００２０】
又、前述した照明手段を複数のラインに配列された複数の光源で構成すると共に、前述した主制御部を、前述した照明手段の各ラインを順次選択して当該各ラインの光源を点灯制御する光源点灯制御機能を備えた構成としてもよい。ここで、各光源を発光ダイオードで構成してもよい。
【００２１】
このようにすると、欠陥の位置及びその大小を的確に検出することができ、発生のタイミングが不特定なノイズとの識別性を高めることができて都合がよい。
【００２２】
請求項９記載の発明では、前述した請求項１記載の表面欠陥検査装置において、被検査面を搬送ライン上を移動し且つ停止する自動車のボディの表面とすると共に、この自動車のボディが内側を通過するように前記搬送ライン上をアーチ状に跨ぐ形で設置されたフレーム機構を備え、このフレーム機構を前述した搬送ラインに沿って移動自在に構成する。そして、このフレーム機構に前述した照明手段および撮像手段を装備する、という構成を採っている。
【００２３】
このため、この請求項９記載の発明では、前述した請求項１記載の発明と同等に機能するほか、更に、ボディの移動に伴ってフレーム機構を移動することができるので、ボディの移動に合わせた測定が可能となり、測定作業の能率向上を図ることができるという利点がある。
【００２４】
請求項１０記載の発明では、前述した請求項９記載の表面欠陥検査装置において、主制御部が、前述したフレーム機構をボディの移動に追従させるボディ追従制御機能を備えている、という構成を採っている。
【００２５】
このため、この請求項１０記載の発明では、前述した請求項９記載の発明と同等の機能を有するほか、更に、例えば照明手段および撮像手段とボディとの相対位置が変化しないようにフレーム部をボディに追従させる制御が可能となり、この場合、フレーム機構をボディの移動方向に沿って移動させると共に、検査時にボディの位置を所定時間（撮影および画像処理動作に影響を与えない時間）おきにセンサにより検出して検査時のボディの移動量を算出し、算出されたボディの移動量分だけ次の検査に向けてフレーム部を移動させる等の制御動作を設定すること可能であり、連続測定を高精度に且つ円滑に実行することができる。
【００２６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を自動車生産ラインの塗装検査工程について実施した場合の実施の形態を、図面に従って説明する。
【００２７】
図１乃至図３は、自動車生産ラインに設置された表面欠陥検査装置の制御回路図および装置全体の概略構成図を示す。
【００２８】
まず、図３において、表面欠陥検査装置１は、自動車のボディ２を搭載したベース５が搬送コンベア４によって運搬される搬送ラインを跨く形でレール７上に設置された門型のフレーム機構６と、このフレーム機構６の梁部６ａおよび柱部６ｃ，６ｄに取り付けられた撮像手段としての撮像部８と、同様に梁部６ｂおよび柱部６ｃ，６ｄに取り付けられた照明手段としての照明部９と、これらの各部を制御する主制御部としてのコントロール部３とを備えた構成となっている。ここで、コントロール部３は図示しないホストコンピュータに接続されている。
【００２９】
この内、撮像部８は、梁部６ａおよび柱部６ｃ，６ｄに沿ってそれぞれ直線に並べられた複数のＣＣＤカメラ８ａを有する。このＣＣＤカメラ８ａは、被検査面である自動車のボディに向けて装備され、その視野の広さは、その解像度（例えば、横６４０ドット×縦４８０ドット）および検出したい欠陥の最小サイズによって決定される。そして、ＣＣＤカメラ８ａの視野の広さおよびボディの幅（或いはボディの高さ）から必要なＣＣＤカメラ８ａの台数が決定される。
【００３０】
図１乃至図２（Ａ）（Ｂ）に、表面欠陥検査装置の電気的回路構成を示す。
【００３１】
ここで、撮像部８を構成する複数のＣＣＤカメラ８ａは、図１に示すようにそれぞれ画像取込部１１および画像処理部１３を介して前述したコントロール部３に接続されている。又、本実施形態では、ＣＣＤカメラ８ａの台数分だけ、画像取込部１１および画像処理部１３が設けられている。
【００３２】
画像取込部１１は、ＣＣＤカメラ８ａからの画像信号をデジタル画像データに変換して出力する。又、画像処理部１３は、そのデジタル画像データを内部メモリ（第１のメモリ１３Ａ）に格納して後述する画像処理を行う。そして、複数組からなる画像取込部１１および画像処理部１３は、組毎に並列に動作する。
【００３３】
この画像処理部１３は、図２（Ａ）に示すように、撮像部８によって撮影された複数の画像をそれぞれ明るさの階調に応じて記憶する第１のメモリ１３Ａと、この第１のメモリ１３Ａで記憶された画像情報を順次微分処理して複数の微分画像を生成する微分処理回路部１３Ｂと、この生成された複数の微分画像を加算する加算回路部１３Ｃと、この加算された微分画像に基づいて前述した被検査面上の欠陥を判別する判別回路部１３Ｄとを備えている。符号１３Ｅは、微分処理した画像情報を一時的に貯える第２にメモリを示す。
【００３４】
ここで、前述した微分処理回路部１３Ｄは、詳細は後述するが、撮像部８によって撮影された画像情報を縦方向又は横方向に微分処理して微分画像を生成する微分画像生成機能を備えている。又、この場合、撮像部８によって撮影された画像情報の微分処理に際しては、縦方向及び横方向の両方向について微分処理して微分画像を生成するように構成してもよい。
【００３５】
更に、この判別回路部１３Ｂについては、図２（Ｂ）に示すように、加算された微分画像を予め特定した所定のしきい値と比較して二値化する二値化回路１３Ｄａと、前述した所定のしきい値を連続して越える二値化された部分の面積を算出する面積算出回路１３Ｄｂとを備え、更に、この面積算出回路１ＤＥｂで算出される二値化された部分の面積が所定値を越える場合に当該二値化された部分を前述した被検査面上の欠陥であると判別する欠陥判別回路１３Ｄｃを備え、これによって、欠陥判別機能を実行し得るようになっている。
【００３６】
ここで、前述した判別回路部１３Ｄは、例えば面積算出回路１ＤＥｂを省略し、加算された微分画像を予め特定した所定のしきい値と比較して二値化すると共に、この二値化された部分を被検査面上の欠陥であると判別する欠陥判別機能を前述した欠陥判別回路１３Ｅｃが備えるように構成してもよい。
【００３７】
また、照明部９は、図１に示すように、照明制御部１５を介して前述したコントロール部３に接続されている。図４は照明部９の構成を示す説明図である。
【００３８】
この照明部９は縦横二次元に配列された複数のＬＥＤ素子９ａから構成されており、縦方向のＬＥＤ素子９ａ群のライン数（ライン１、ライン２、……ラインＮ）はＣＣＤカメラ８ａの視野の広さによって決定され、横方向のＬＥＤ素子群の数は検査領域（図３ではボディ２の幅）によって決定される。
【００３９】
前述した照明制御部１５は、コントロール部３からの指令にしたがって各ＬＥＤ素子９ａの輝度および発光パターンを制御する。ここで、各ＬＥＤ素子９ａの輝度制御については、必要な場合には前述したコントロール部３の輝度可変制御機能が作動し、後述するように照明制御部１５を介して輝度レベルの調整を行う（図１４参照）。
【００４０】
各ＬＥＤ素子９ａに対する発光パターンの制御に際しては、前述したコントローラ部３の光源点灯制御機能が作動し、例えば、ライン状の発光パターンにしたい場合、照明制御部１５を介して所定のラインのＬＥＤ素子群を全て同時に点灯させることによって実現する。或いは、ラインの幅を変更したい場合、同時に連続した複数のラインのＬＥＤ素子群を点灯させる。例えば、図４において、ライン２及び３の同時点灯、ライン４，５及び６の同時点灯などである。ここで、個々のＬＥＤ素子の形状は丸形に限らず、角形でもよい。
【００４１】
また、コントロール部３には、図１に示すように、ボディ位置検出部１８およびフレーム制御部１９が接続されている。この図１に開示したボディ位置検出部１８は、後述する光電センサ２４（図５参照）および位置検出部２５（図６参照）を有する。図５は光電センサ２４の配置を示す図である。フレーム機構６の内側を通過するようにベース５を搬送する搬送コンベア４の両側には、一方と他方のカバーブロック部２１が対向して敷設されている。
【００４２】
一方のカバーブロック部２１には直線に並べられた光電センサ２４の受光部が設けられており、他方のカバーブロック部２１に設けられた発光部からの光が移動するベース５によって遮られることで、光電センサ２４の出力信号が変化する。位置検出部２５は光電センサ２４の出力信号の変化によってボディ２を搭載したベース５の位置を検出し、コントロール部３に出力する。
【００４３】
更に、フレーム機構６は、柱部６ｃ，６ｄの下部に設けられた直線軸受（図示せず）を介してレール７の上に摺動自在（図１矢印ａ方向）に支持されており、柱部６ｃ，６ｄに内蔵されたモータ（図示せず）の駆動によりレール７上を移動する。
【００４４】
フレーム制御部１９は、コントロール部３からの指令にしたがって上記モータを駆動し、フレーム機構６の移動を制御する。例えば、照明部９のライン１〜ラインＮを順番に点灯させてボディ２の被検査面の画像を、ＣＣＤカメラ８ａが撮影し終わるまで、被検査面に対する撮像部８および照明部９の相対位置が変化しないように、コントロール部３はボディ位置検出部１８によりボディ２の位置を検出し、ボディ２の移動にフレーム部６が追従するようにフレーム制御部１９に対して指令する。フレーム制御部１９は指令にしたがってフレーム部６の移動を制御する。
【００４５】
図６は、フレーム機構６の移動を制御するコントロール部３の構成を示すブロック図である。
【００４６】
ここで、コントロール部３は、周知のＣＰＵ，ＲＯＭ，ＲＡＭ（図示せず）などを有しており、ＲＯＭに格納された制御プログラムをＣＰＵが実行することにより、コントロール部３内で移動量計算部３１，クロック発生部３３，相対位置計算部３４およびフレーム移動指令部３５が機能するようになっている。
【００４７】
そして、コントロール部３がフレーム機構６の移動を制御する場合、まず光電センサ２４からの信号の変化によって、位置検出部２５はベース５の位置を検出してコントロール部３に通知する。移動量計算部３１では、クロック発生部３３で発生したクロックに従って単位時間当たりのボディ２の移動量を計算する。
【００４８】
ボディ２の移動量と照明制御部１５からの照明位置の情報に基づき、相対位置計算部３４ではボディ２に対するフレーム部６の相対位置およびライン上の絶対位置を計算する。計算された相対位置および絶対位置に基づき、フレーム移動指令部３５はフレーム制御部１９に移動指令を出力する。フレーム制御部１９は移動指令にしたがってフレーム部６内のモータを駆動し、フレーム部６を移動させる。
【００４９】
このように、コントロール部３は、任意の単位時間毎（画像の撮影に支障を来さない時間毎）に検出されるボディ２の位置情報に基づいてボディ２の移動量を算出し、ボディ追従制御機能を作動させてボディ２の移動に遅れないようにフレーム機構６を移動させる。
【００５０】
これにより、ボディ２を移動させながら、同時にＣＣＤカメラ８ａがボディ２のある領域（被検査面）の画像を撮影し終わるまで、被検査面に対する撮像部８および照明部９の相対位置を一定に保つような制御が実行される。
【００５１】
また、コントロール部３には、出力部１６が接続されており、後述する表面欠陥検査の結果を出力する。出力部１６としては、印刷装置や表示装置を用いることができる。更に、この出力部１６はコントロール部３に接続されているホストコンピュータに結果を通知するようにしてもよい。
【００５２】
尚、上記画像取込部１１，画像処理部１３，照明制御部１５，出力部１６，位置検出部２５およびフレーム制御部１９については、コントロール部３の筐体内に収納してもよい。
【００５３】
次に、上記構成を有する表面欠陥検査装置の動作について説明する。
【００５４】
図７は表面欠陥検査動作の処理手順を示すフローチャートである。この処理プログラムはコントロール部３内のＲＯＭ（図示せず）に格納されており、同じくコントロール部３内のＣＰＵ（図示せず）によって実行される。
【００５５】
まず、コントロール部３に接続されているホストコンピュータ（図示せず）から車種、塗装色などの情報を取得する（ステップ１）。続いて、光電センサ２４からの信号を基に位置検出部２５から出力される検出信号によりベース５の位置（ボディ２の位置）を検出する（ステップＳ２）。ボディ２の位置が検出されたことにより、フレーム機構６をボディ２の被検査面に移動する処理を起動する（ステップＳ３）。一旦、フレーム機構６を移動する処理を起動させた後は、コントロール部３内の並列処理動作により、ボディ２の被検査面と撮像部８および照明部９との相対位置が一定となるように、フレーム機構６をベース５の移動に追従させる制御が行われる。
【００５６】
そして、照明制御部１５による照明部９の点灯制御、画像取込部１１による撮影画像の取り込み、画像処理部１３による画像処理などを含む欠陥認識処理を行う（ステップＳ４）。この処理については後述する。
【００５７】
欠陥認識処理が終了すると、１台のボディ２の塗装面全体（全領域）の検査が終了したか否かを判別する（ステップＳ５）。全領域の検査が終了していない場合、つぎの検査領域へのフレーム機構６の移動を指示し（ステップＳ６）、ステップＳ４の処理に戻る。そして、次の検査領域にフレーム機構６を移動させた後は、上記したのと同様にベース５の移動にフレーム機構６を追従させる制御を継続する。
【００５８】
一方、ステップＳ５で全ての検査領域を終了した場合、検査結果を出力し（ステップＳ７）、処理を終了する。検査結果は、表示装置あるいは印刷装置に出力され、また同時にホストコンピュータに送信される。
【００５９】
図８はステップＳ４における欠陥認識処理手順を示すフローチャートである。
この図８に示す欠陥認識処理は、コントロール部３により指示された画像取込部１１，画像処理部１３および照明制御部１５と共に行われる。
【００６０】
まず、ＬＥＤ素子群のライン数を表す変数Ｘに初期値１を設定し（ステップＳ１１）、所定のラインＸのＬＥＤ素子群を点灯する（ステップＳ１２）。
【００６１】
ここで、照明部９の各ラインのＬＥＤの輝度は、後述するようにボディの塗装状態（色、光沢、メタリックの有無など）に応じた最適値になるように設定される。また、各ボディの塗装状態に最適な輝度は予め実験により求めておく。
【００６２】
続いて、ＣＣＤカメラ８ａで検査面を撮影し、撮影した画像を画像取込部１１でデジタル画像データに変換して画像処理部１３に転送した後、画像処理部１３はその内部メモリ（第１のメモリ１３Ａ）にデジタル画像データを格納する（ステップＳ１３）。
【００６３】
図９（Ａ）（Ｂ）は：被検査面の撮影動作および撮影された画像を示す図である。図９（Ａ）に示すように、照明部９をライン毎に順番に点灯し（ライン１，２，……，Ｎ）、そのときの画像をＣＣＤカメラ８ａで撮影する。ＣＣＤカメラ８ａで撮影された画像信号を画像取込部１１でデジタル画像データに変換して画像処理部１３に取り込む。
【００６４】
こうして取り込まれた画像は、１ドットあたり２m 階調の濃度値で表される。例えば、ｍ＝８である場合、２５６階調（０〜２５５）となる。一般に、階調０が黒であり、階調２５５が白である。
【００６５】
このとき取り込まれた画像は、図８（Ｂ）に示すように、照明を点灯させたライン部分５１が白くなり、欠陥部分５２は塗装表面５３に対して角度が異なるので、点灯しているラインからの光を反射して白くなる。
【００６６】
画像処理部１３では、その内部メモリ（第１のメモリ１３Ａ）に格納されたデジタル画像データを横方向および縦方向に微分処理する（ステップＳ１４）。図１０（Ａ）（Ｂ）はデジタル画像データを横方向および縦方向に微分する際に用いられるマスクを示す図である。この内、図９（Ａ）は横方向微分用マスクの例を示し、デジタル画像データの横方向の演算処理に用いられる。また、図１０（Ｂ）は縦方向微分用マスクの例を示し、デジタル画像データの縦方向の演算処理に用いられる。
【００６７】
実際に用いられる最適な微分用マスクのサイズおよび重み係数は、予め実験等によって求めておくようにする。
【００６８】
図１１は、図９（Ｂ）に示す撮影画像を縦方向に微分する位置を点線部ｍで示す説明図である。
【００６９】
又、図１２は前述した図１１の点線部ｍに沿った画像の濃度分布（Ａ），微分処理後の微分画像の分布（Ｂ），および加算した微分画像の分布（Ｃ）を示す線図である。
【００７０】
この場合、図１２（Ａ）はライン２の点灯時，ライン４の点灯時，及びライン６の点灯時における点線部ｍに沿った画像の濃度分布を示している。図１１（Ｂ）は同図（Ａ）の各濃度分布を微分処理した後の微分画像の分布を示している。そして、それぞれのラインの点灯により得られた微分画像を加算する（ステップＳ１５）。図１２（Ｃ）は各微分画像を加算した後の分布を示している。
【００７１】
その後、ライン数Ｘが最大ラインＮを越えたか否かを判別し（ステップＳ１６）、越えていない場合、ステップＳ１２に戻って同様の処理を繰り返す。このように、ライン１の処理を終えると、次のライン２の処理を行い、同様にラインＮまで順次繰り返す。
【００７２】
ステップＳ１６でライン数Ｘが最大ラインＮを越えた場合、各微分画像を加算した分布をしきい値Ｔで二値化する（ステップＳ１７、図１２（Ｃ）参照）。ここで、しきい値Ｔは予め実験により最適な値を求めておく。尚、ボディ２の塗装状態に応じて最適なしきい値を設定しておくようにする。
【００７３】
しきい値Ｔを越える微分画像のデータを持つ画素が連結している部分を１つの塊とし（ラベリング）、その塊の画素数、つまりその面積を計算する（ステップＳ１８）。ラベリングの結果により得られた塊のうち、面積が所定値に満たないものをノイズとして除去し、所定値以上のものを欠陥として抽出する（ステップＳ１９）。
【００７４】
この所定値は予め実験により実際の欠陥と対比して求めておく。又、この所定値は、ボディの塗装状態（色、光沢、メタリックの有無など）に応じて最適な値に設定しておくようにする。
【００７５】
このように、表面欠陥検査装置では、自動車のボディ表面に照明された被検査面を、ＣＣＤカメラ８ａによって撮影し、撮影されたデジタル画像データを微分処理して微分画像を生成する。
【００７６】
そして、点灯ラインを順次変えて、同様に処理された微分画像のデータを加算した後、しきい値以上となる加算した微分画像のデータが連続する塊に対応する画素の数が所定値以上であるか否かを判別する。そして、所定値以上である場合、欠陥として検出する。このため、従来のように明ラインおよび暗ラインを含む縞状の画像を直接計算処理しないで済み、欠陥検査のための計算処理を単純化することができる。
【００７７】
これにより、高速処理を行うことができ、明ラインと暗ラインの境界部分で欠陥検出の精度が低下してしまったり、微小な欠陥を検出できないといった従来の不具合を解消し、欠陥検出の精度を向上させることができる。
【００７８】
図１３は、実際にＬＥＤ素子群を１ラインおきに同時に点灯させてＣＣＤカメラによって撮影された画像を示す図である。又、この図１３において、矢印ａ，ｂ，ｃ，ｄで示す部分が欠陥である。
【００７９】
図１４は、ＬＥＤの輝度を５０，１００，１５０（相対値）とした際に撮影された各ボディの塗装色に応じた画像の濃度分布を示すグラフである。この内、図１４（Ａ）は塗装色が赤である場合の画像の濃度分布を示し、図１４（Ｂ）は塗装色が白である場合の画像の濃度分布を示し、図１４（Ｃ）は塗装色がシルバー（メタリック）である場合の画像の濃度分布を示し、図１４（Ｄ）は塗装色がグリーン（メタリック）である場合の画像の濃度分布を示している。全体に、ＬＥＤの輝度が高い程、濃度値が高くなっている。
【００８０】
また、ボディの塗装色によって濃度値が異なるので、ＬＥＤの輝度を変化させることによって、塗装色に依存しないように補正を行うことが可能である。例えば、各濃度値のピーク値が「１２８」になるように補正しようとすると、同図（Ａ）に示す塗装色が赤の場合、ＬＥＤの輝度を値１５０に設定する。塗装色が白の場合、ＬＥＤの輝度を値１００に設定する。塗装色がシルバー（メタリック）の場合、ＬＥＤの輝度を値５０に設定する。塗装色がグリーン（メタリック）の場合、ＬＥＤの輝度を値１５０に設定する。
【００８１】
このように、ボディ表面の塗装状態、特に色、光沢、メタリックの有無などによってＬＥＤの輝度を変更することで、塗装の影響を受けずに、画像処理を行うことができる。
【００８２】
尚、上記実施形態では、加算された微分画像のデータを１つのしきい値Ｔと比較することにより欠陥の有無を判別していたが、しきい値Ｔは１つに限らず、複数であってもよい。この場合、欠陥が確実であるしきい値レベル、欠陥であると疑わしいしきい値レベルなどに応じて二つ以上設定することが可能である。また、加算された微分画像のデータのピーク値によりあるいはピーク値を考慮して欠陥を判別するようにしてもよい。
【００８３】
又、上記実施形態では、撮像部８にはＣＣＤカメラ８ａが用いられていたが、ビジコンやサチコンなどの光導電型撮像管を用いてもよく、照明光に適したものに選択可能である。
【００８４】
更に、上記実施形態では、発光ダイオードをライン毎に点灯させて被検査面に照明していたが、照明パターンはライン状に限らず、ボックス状、スポット状にしてもよい。又発光ダイオード以外の発行素子を用いてもよい。
【００８５】
又、上記実施形態では、光電センサとして発光部と受光部からなる光学的センサを用いたが、近接スイッチなどの磁気的センサ、スイッチなどの機械的センサを用いてもよい。
【００８６】
【発明の効果】
本発明は以上のように構成され機能するので、これによると、従来のように明ラインと暗ラインを含む縞状の画像を直接計算処理しないで済み、曲面を有するボディ表面の欠陥検査のための計算処理を単純化することができる。これにより、高速処理を行うことができ、また、明ラインと暗ラインの境界部分では、欠陥検出の精度が低下してしまったり、微小な欠陥は検出できないといった従来の不具合を解消し、欠陥検出の精度を向上させることができる。
【００８７】
更に、異なる位置を照明された被検査面を撮影して複数の画像を得ると共にこれらを微分処理し且つ加算するようにしたことから、一度の撮影情報ではノイズとの識別が困難な微小欠陥であっても容易に且つ鮮明に欠陥信号を捕捉処理することが可能となり、又、曲がった表面であっても欠陥を容易に検出でき、且つ欠陥有無の自動判定が可能となるという従来にない優れた表面欠陥検査装置を提供することができる。
【００８８】
更に、判別回路部で、二値化回路により前述した加算された微分画像をしきい値と比較して二値化するように構成することにより、二値化，ラベリング，しきい値との判別，という単純な演算で高速処理を行うことができる。
【００８９】
前述した微分処理は、撮影された画像を縦方向又は横方向に微分処理して微分画像を生成するので、被検査面上の欠陥を二次元的に且つ迅速に検出することができる。この場合、縦方向及び横方向の両方向について微分処理するように構成すると、高精度に欠陥情報を捕捉することができて都合がよい。
【００９０】
また、前述した照明手段の輝度を被検査面の塗装状態に応じて可変する輝度可変手段を装備すると、ボディの異なる塗装状態に応じた輝度を設定することで、塗装色，光沢，メタリックの有無などによらず安定して精度の高い検出を行うことができる。
【００９１】
更に、被検査面は搬送ライン上を移動する自動車のボディの表面とし、このボディが内側を通過するように当該ボディの搬送ラインを跨ぐ形で設置されたフレーム機構を有し、該フレーム機構に照明手段および撮像手段を装備して、自動車の生産ラインなどに適した仕様にすることができる。
【００９２】
即ち、フレーム機構を、搬送ラインに沿って移動自在であり、ボディの移動に伴って、照明手段および撮像手段とを前述したボディとの相対位置が変化しないように追従移動させる制御を行う追従制御手段を備えることにより、搬送ライン上を移動するボディなどを停止させることなく、連続して検査することが可能となる、という従来にない優れた表面欠陥検査装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態における制御系を示すブロック図である。
【図２】図１中に開示した画像処理部の例を示す図で、図２（Ａ）は画像処理部の具体例を示すブロック図、図２（Ｂ）は図２（Ａ）中に開示した判別回路部の例を示すブロック図である。
【図３】図１における一実施の形態を自動車生産ラインに設置された場合の例を示す概略斜視図である。
【図４】図１に開示した照明部の構成例を示す説明図である。
【図５】図１に開示した照明部および光電センサの配置を示す図で、図５（Ａ）は照明部の配置を示す説明図、図５（Ｂ）は光電センサの配置を示す説明図である。
【図６】図１に開示したフレーム機構の移動を制御するコントロール部の構成例を示すブロック図である。
【図７】図１に開示した装置により検出された欠陥情報の処理手順を示すフローチャートである。
【図８】図７におけるステップＳ４における欠陥認識処理手順を示すフローチャートである。
【図９】図１に開示した装置の被検査面に対する撮影動作および撮影された画像を示す図で、図９（Ａ）は撮影動作を示す説明図、図９（Ｂ）は撮影された画像を示す説明図である。
【図１０】デジタル画像データを横方向および縦方向に微分処理する際に用いられるマスクを示す図で、図１０（Ａ）は横方向に微分処理する際に用いられるマスクの例を示す説明図、図１０（Ｂ）は縦方向に微分処理する際に用いられるマスクの例を示す説明図である。
【図１１】図１に開示した装置で撮影した画像を点線部ｍの位置で縦方向に微分処理を行う場合の例を示す説明図である。
【図１２】図１２は図１１で特定した位置（点線部ｍ）における画像の濃度分布および微分処理等の結果を示す図で、図１２（Ａ）は微分位置（点線部ｍ）における画像の濃度分布を示す線図、図１２（Ｂ）は図１２（Ａ）の位置における微分処理で得られる微分画像の分布を示す線図、図１２（Ｃ）は図１２（Ｂ）における微分処理の結果を加算して得られる微分画像の分布を示す線図である。
【図１３】図１に開示した実施形態において実際にＬＥＤ素子群を１ラインおきに同時に点灯させてＣＣＤカメラによって撮影された場合に得られる画像の例を示す説明図である。
【図１４】図１４（Ａ）〜（Ｄ）は、図１３の撮影実施例に実施され、ＬＥＤの輝度を５０、１００、１５０（相対値）とした際に撮影された各ボディの塗装色に応じた画像の濃度分布を示す線図である。
【符号の説明】
１ 表面欠陥検査装置
２ ボディ
３ 主制御部としてのコントロール部
６ フレーム機構
８ 撮像手段としての撮像部
８ａ ＣＣＤカメラ
９ 照明手段としての照明部
９ａ 光源としての発光ダイオード
１１ 画像取込部
１３ 画像処理部
１３Ａ 第１のメモリ
１３Ｂ 微分処理回路部
１３Ｃ 加算回路部
１３Ｄ 判別回路部
１３Ｄａ 二値化回路
１３Ｄｂ 面積算出回路
１３Ｄｃ 欠陥判別回路
１５ 照明制御部、
１６ 出力部
１８ ボディ位置検出部
１９ フレーム制御部
Claims (11)
- 被検査面の異なる位置を順次照明する照明手段と、前記被検査面との相対位置を保持し、前記照明手段によって異なる位置が照明される度に前記被検査面の画像を撮影する撮像手段と、これら各部の動作を制御する主制御部と、前記撮像手段で得られる前記被検査面の画像情報に基づいて当該被検査面上の欠陥を算定する画像処理部とを備え、
前記画像処理部が、前記撮影された複数の画像をそれぞれ明るさの階調に応じて記憶すると共に当該記憶された画像情報を順次微分処理して複数の微分画像を生成する微分処理回路部と、この生成された複数の微分画像を加算する加算回路部と、この加算された微分画像に基づいて前記被検査面上の欠陥を判別する判別回路部とを備えていることを特徴とした表面欠陥検査装置。 - 前記微分処理回路部が、前記撮影された画像情報を縦方向又は横方向に微分して微分画像を生成する微分画像生成機能を備えていることを特徴とした請求項１記載の表面欠陥検査装置。
- 前記微分処理回路部は、前記撮影された画像情報を縦方向および横方向に微分して微分画像を生成する微分画像生成機能を備えていることを特徴とした請求項１記載の表面欠陥検査装置。
- 前記判別回路部は、前記加算された微分画像を予め特定した所定のしきい値と比較して二値化する二値化回路を備えると共に、この二値化された部分を前記被検査面上の欠陥であると判別する欠陥判別回路とを備えていることを特徴とした請求項１記載の表面欠陥検査装置。
- 前記判別回路部は、前記加算された微分画像を予め特定した所定のしきい値と比較して二値化する二値化回路と、前記しきい値を連続して越える二値化された部分の面積を算出する面積算出回路と、この面積算出回路で算出される二値化された部分の面積が所定値を越える場合に当該二値化された部分を前記被検査面上の欠陥であると判別する欠陥判別回路とを備えていることを特徴とした請求項１記載の表面欠陥検査装置。
- 前記主制御部が、前記照明手段の輝度を前記被検査面の塗装状態に応じて可変する輝度可変制御機能を備えていることを特徴とした請求項１記載の表面欠陥検査装置。
- 前記照明手段が複数のラインに配列された複数の光源から成り、前記主制御部が前記ライン毎に順次選択して当該各ラインの光源を点灯制御する光源点灯制御機能を備えていることを特徴とした請求項１記載の表面欠陥検査装置。
- 前記各光源を、発光ダイオードで構成したことを特徴とする請求項７記載の表面欠陥検査装置。
- 前記被検査面を搬送ライン上を移動し且つ停止する自動車のボディの表面とすると共に、この自動車のボディが内側を通過するように前記搬送ライン上をアーチ状に跨ぐ形で設置されたフレーム機構を有し、
このフレーム機構を前記搬送ラインに沿って移動自在に構成すると共に、このフレーム機構に前記照明手段および前記撮像手段を装備したことを特徴とする請求項１記載の表面欠陥検査装置。 - 前記主制御部が、前記フレーム機構を前記ボディの移動に追従させるボディ追従制御機能を備えていることを特徴とした請求項９記載の表面欠陥検査装置。
- 被検査面の異なる位置を順次照明する照明手段と、この異なる位置の照明に対応して当該被検査面の画像を複数撮影する撮影手段と、これら各部の動作を制御する主制御部と、前記撮像手段で得られる前記被検査面の画像情報に基づいて当該被検査面上の欠陥を算定する画像処理部とを備え、
前記画像処理部が、前記撮影された複数の画像をそれぞれ明るさの階調に応じて記憶すると共に当該記憶された画像情報を順次微分処理して複数の微分画像を生成する微分処理回路部と、この生成された複数の微分画像を加算する加算回路部と、この加算された微分画像に基づいて前記被検査面上の欠陥を判別する判別回路部とを備え、
前記微分処理回路部は、前記撮影された画像情報を縦方向および横方向に微分して微分画像を生成する微分画像生成機能を備えていることを特徴とした表面欠陥検査装置。
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