JP4055284B2 - 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、被検査体の表面欠陥を検査する装置であって、例えば、自動車の製造において、プレス形成された車体パネルの表面における凹凸等の表面欠陥を検査するのに用いられる表面欠陥検査装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の表面欠陥検査装置としては、例えば、特開平８−５５７３号公報などに示されたものがある。
【０００３】
同公報に開示された表面欠陥検査装置は、図１２（ａ）に示すように、被検査体１００の一方側斜め上方に位置して被検査体１００の表面に面状の照明光を照射する面状光源１０１と、被検査体１００の他方側斜め上方に位置して被検査体１００の表面を撮像するエリアセンサカメラ１０２を備え、被検査体１００の表面に存在する異物や突起を検出するようになっている。また、同公報に開示された他の表面欠陥検査装置は、図１２（ｂ）に示すように、被検査体１００の一方側斜め上方に位置して被検査体１００の表面に線状の照明光を照射する線状光源１０３と、被検査体１００の他方側斜め上方に位置して被検査体１００の表面を撮像するラインセンサカメラ１０４を備え、被検査体１００の表面に存在する微小突起等をも検出するようになっている。
【０００４】
上記の両表面欠陥検査装置において、光源１０１，１０３による照明光の照射角度αとカメラ１０２，１０４による撮像角度βは、１０度以下の低角度であると共に、いずれもほぼ同一の角度になっている。したがって、撮像画像１０５としては、照明光の正反射光を捕らえることになり、被検査体１００の表面に存在する異物や欠陥を影として、すなわち、明部１０５ａ中の暗点１０５ｂとして撮像したものとなる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記したような従来の表面欠陥検査装置にあっては、光源からの照明光の照射角度αとカメラの撮像角度βを共に１０度以下の低角度とし、且つ正反射光による検出手法であるため、曲面を有する車体パネル等の被検査体を検査対象として、その表面に存在する比較的傾斜角度の緩やかな凹凸や突起等の表面欠陥をインラインで検査しようとすると、以下のような問題点があった。
【０００６】
すなわち、撮像角度βが１０度以下の低角度であるため、エリアセンサカメラを用いた場合には被写界深度の点で制約を受けて検出範囲が極端に狭くなり、また、撮像範囲が一方向のみに極端に大きくなって分解能が低下するため、表面欠陥の撮像画像が歪み、表面欠陥を精度良く検出することが困難になる。
【０００７】
さらに、車体パネルは、一般的に曲面を有する形状となっているため、照明光の最適な照射角度αおよびカメラの最適な撮像角度βの条件を車体パネルの表面上で維持することが難しく、インライン化を行うことができない。
【０００８】
【発明の目的】
本発明は、上記従来の状況に鑑みて成されたものであり、曲面形状を有する車体パネル等の被検査体であっても、その表面における傾斜角度の緩やかな凹凸や突起等の表面欠陥をインラインで且つ高精度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を目的としている。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明に係わる表面欠陥検査装置は、請求項１として、被検査体を一方向に搬送する被検査体搬送手段と、被検査体搬送方向の前方側および後方側に照明光の照射が可能であり且つ移動する被検査体の被検査面に対して照明光を一定の照射角度で照射する広角度照明手段と、広角度照明手段を間にして被検査体搬送方向の前方側および後方側に配置され且つ広角度照明手段に対向して照明光の照射角度よりも大きい撮像角度で照明光の反射光を撮像する前方側および後方側の撮像手段と、各撮像手段により得た受光画像に基づいて被検査面の表面欠陥を抽出する検査処理手段を備えた構成とし、請求項２として、広角度照明手段が、後方側撮像手段との間において、被検査体の被検査面の搬送方向後面部に照明光を照射すると共に、前方側撮像手段との間において、被検査体の被検査面の搬送方向前面部に照明光を照射する手段である構成とし、請求項３として、被検査面の搬送方向における位置情報を検出する被検査面位置検出手段と、検査面位置検出手段からの位置情報に基づいて広角度照明手段による照明光の前後の照射方向および前後の撮像手段を切換える前後照明撮像切換え手段を備えている構成とし、請求項４として、被検査面位置検出手段が、広角度照明手段を間にして被検査体搬送方向の前後側に、前方側位置検出手段および後方側位置検出手段を備えており、各位置検出手段からの信号に基づいて前後照明撮像切換え手段を制御するとともに検査処理手段による被検査面の表面欠陥の抽出を開始する構成としており、上記の構成をもって従来の課題を解決するための手段としている。
【００１０】
また、本発明に係わる表面欠陥検査装置は、請求項５として、被検査面の種類を入力する被検査面種入力手段と、被検査面種入力手段からの被検査面種情報に対応した被検査面の曲面形状角度情報を選定する被検査面情報選定手段と、被検査面の搬送方向における位置情報を検出する被検査面位置検出手段と、被検査面情報選定手段からの被検査面の曲面形状角度情報と被検査面位置検出手段からの位置情報に基づいて広角度照明手段の照射角度および高さを制御する照射角度位置制御手段を備え、照射角度位置制御手段により、被検査面に対する広角度照明手段の照明光の照射角度を常に一定にする制御を行う構成とし、請求項６として、被検査面情報選定手段からの被検査面の曲面形状角度情報と被検査面位置検出手段からの位置情報に基づいて撮像手段の撮像角度および高さを制御する撮像角度位置制御手段を備え、撮像角度位置制御手段により、被検査面に対する撮像手段の撮像角度を常に一定にする制御を行う構成としており、上記の構成をもって従来の課題を解決するための手段としている。
【００１１】
さらに、本発明に係わる表面欠陥検査装置は、請求項７として、広角度照明手段が、被検査体搬送方向を横切るライン状の照明光を形成する照射手段と、照射手段からの照明光を反射して照射する鏡面反射手段と、鏡面反射手段を回転させて照明光の照射方向を変化させる照明用回転駆動手段と、各手段を一体的に昇降させる照明用昇降駆動手段を備えている構成とし、請求項８として、広角度照明手段の照射手段が、光源からの光を伝送する光ファイバーケーブルと、光ファイバーケーブルからの光をライン状に集光するライトガイドを備えている構成とし、請求項９として、撮像手段が、照明光の反射光を受光するカメラと、カメラを回動させて撮像方向を変化させる撮像用回転駆動手段と、カメラおよび撮像用回転駆動手段を一体的に昇降させる撮像用昇降駆動手段を備えている構成とし、請求項１０として、撮像手段が、カメラとして、被検査体搬送方向を横切る方向に配列させた複数のＣＣＤカメラを備えている構成とし、請求項１１として、被検査体搬送手段が、広角度照明手段による照明光の照射および各撮像手段による撮像を行う間に被検査体を水平移動させる水平搬送部と、水平搬送部の前方側および後方側の少なくとも一方側に連続して撮像手段の下側に被検査体を通過させる傾斜搬送部を備えている構成としており、上記の構成をもって従来の課題を解決するための手段としている。
【００１２】
【発明の効果】
本発明の請求項１に係わる表面欠陥検査装置によれば、広角度照明手段による照明光の被検査面への照射角度αを例えば１０度以下の範囲にし、被検査面に対して真横に近い低角度で照明光を照射し、この照明光の反射光を撮像する撮像手段の撮像角度βを例えば１０度〜３０度の範囲で照明光の照射角度αよりも大きく設定することにより、被検査面における照明光の反射光のうち、表面欠陥以外の正反射光よりも大きい反射角度となる乱反射光、すなわち緩やかな凹凸や突起等の表面欠陥による乱反射光を高輝度で捕らえることができる。これにより、表面光沢度が低く且つ曲面を有する車体パネル等の被検査体を検査対象とした場合でも、インラインにおいて被検査体を搬送しながら、その表面における緩やかな凹凸や突起等の表面欠陥を高精度で確実に検出することができる。
【００１３】
また、当該表面欠陥検査装置によれば、被検査体搬送方向の前方側および後方側に照明光を照射可能とした広角度照明手段を採用し、その前後両側に撮像手段を配置したことから、被検査体の移動に伴って広角度照明手段の後方側および前方側で検査を行うことができるので、搬送方向の前後で被検査面の傾斜方向が逆向きとなるような被検査体を検査する場合に、被検査面を前後の検査範囲に分割して高精度の検査を行うことができ、曲面を有する車体パネル等の被検査体の検査に非常に適したものとなり、さらには、単一の広角度照明手段の採用により、検査装置全体の構造の簡略化や低コスト化を実現することができる。
【００１４】
本発明の請求項２に係わる表面欠陥検査装置によれば、請求項１と同様の効果を得ることができるうえに、とくに、広角度照明手段と後方側撮像手段を用いて被検査面の搬送方向後面部の検査を行い、広角度照明手段と前方側撮像手段を用いて被検査面の搬送方向前面部の検査を行うことから、中間を頂部領域とした曲面を有する車体パネル等の被検査体を検査対象とした場合に、曲面である被検査面に対する照明光の照射角度αおよび撮像手段の撮像角度βの角度条件を保ちながら高精度な検査を行うことができる。
【００１５】
本発明の請求項３に係わる表面欠陥検査装置によれば、請求項２と同様の効果を得ることができるうえに、被検査面位置検出手段と前後照明撮像切換え手段を採用したことから、被検査体の移動に伴って広角度照明手段の後方側および前方側で検査を行う場合に、照明光の前後への照射方向および前後の撮像手段を自動的に速やかに切換えることができると共に、検査を行う撮像手段のみを作動させることができる。
【００１６】
本発明の請求項４に係わる表面欠陥検査装置によれば、請求項３と同様の効果を得ることができるうえに、前方側および後方側の位置検出手段を備えた被検査面位置検出手段を採用したことにより、被検査体の移動に伴って広角度照明手段の後方側および前方側で検査を行う場合に、前後照明撮像切換え手段による照明光の前後への照射方向の切換え、および前後の撮像手段の切換え、ならびに検査処理手段による表面欠陥の抽出開始に係わる制御をより一層高精度に行うことができる。
【００１７】
本発明の請求項５に係わる表面欠陥検査装置によれば、請求項１〜４と同様の効果を得ることができるうえに、被検査面種入力手段、被検査面情報選定手段、被検査面位置検出手段および照射角度位置制御手段を採用したことにより、移動する被検査面に対する照明光の照射角度が常に一定に維持されるので、表面欠陥検査のさらなる高精度化を実現することができ、また、順次搬送される被検査体の被検査面の曲面形状が異なる場合、例えば、被検査体が車体パネルであって車種等の相違により曲面形状が異なる場合であっても、それぞれの曲面形状に対して自動的に照明光の照射角度を常に一定に維持して、表面欠陥を高精度で確実に検査することができる。
【００１８】
本発明の請求項６に係わる表面欠陥検査装置によれば、請求項５と同様の効果を得ることができるうえに、撮像角度位置制御手段を採用したことにより、移動する被検査面に対する撮像手段の撮像角度が常に一定に維持されるので、表面欠陥検査のさらなる高精度化を実現することができ、また、順次搬送される被検査体の被検査面の曲面形状が異なる場合、例えば、被検査体が車体パネルであって車種等の相違により曲面形状が異なる場合であっても、それぞれの曲面形状に対して自動的に撮像手段の撮像角度を常に一定に維持して、表面欠陥を高精度で確実に検査することができ、とくに、請求項５に記載の照射角度位置制御手段との併用によって検査精度を著しく高めることができる。
【００１９】
本発明の請求項７に係わる表面欠陥検査装置によれば、請求項１〜７と同様の効果を得ることができるうえに、照射手段、鏡面反射手段、照明用回転駆動手段および照明用昇降駆動手段を備えた広角度照明手段を採用したことにより、簡単な構造で、被検査体搬送方向の前方側および後方側に照明光を照射することができると共に、照明光の前後への照射方向の切換えや、被検査面に対する照明光の照射角度を一定に維持するための照射方向および高さの調整を速やかに行うことができ、とくに、照明光をライン状に形成する照射手段により、広範囲の被検査面の検査を高精度で確実に行うことができると共に、照明光を反射して照射する鏡面反射手段は軽量化が容易であることから、照明光の照射方向および高さの調整においてきわめて高い応答性を得ることができる。
【００２０】
本発明の請求項８に係わる表面欠陥検査装置によれば、請求項７と同様の効果を得ることができるうえに、広角度照明手段の照射手段において、光ファイバーケーブルおよびライトガイドを採用したことから、他の固定部位に設置した光源からの光を可動部位に伝送するようにして、広角度照明手段における可動部位の構造の簡略化および軽量化を実現することができ、これにより照明光の照射方向および高さを調整する際の応答性のさらなる向上や低コスト化に貢献することができる。
【００２１】
本発明の請求項９に係わる表面欠陥検査装置によれば、請求項１〜８と同様の効果を得ることができるうえに、カメラ、撮像用回転駆動手段および撮像用昇降駆動手段を備えた撮像手段を採用したことから、簡単な構造で、被検査面に対する撮像角度を一定にするための撮像方向および高さの調整を速やかに行うことができる。
【００２２】
本発明の請求項１０に係わる表面欠陥検査装置によれば、請求項９と同様の効果を得ることができるうえに、撮像手段のカメラとしてＣＣＤカメラを採用したことから、構造のさらなる簡略化および軽量化を実現することができ、これにより撮像方向および高さを調整する際の応答性のさらなる向上や低コスト化に貢献することができると共に、複数のＣＣＤカメラを被検査体搬送方向を横切る方向に配列したことにより、広範囲の被検査面の検査を高精度で確実に行うことができる。
【００２３】
本発明の請求項１１に係わる表面欠陥検査装置によれば、請求項１〜１０と同様の効果を得ることができるうえに、水平搬送部に連続する傾斜搬送部を備えた被検査体搬送手段を採用したことにより、撮像手段と搬送される被検査体とを干渉させることなく、撮像手段の下降限を水平搬送部と同等の高さやそれ以下に設定することができ、これにより、被検査体が曲率の大きい被検査面を有するものであっても、水平搬送部により被検査体を搬送しながら、被検査面の前端から後端にわたって一定の撮像角度を維持することができ、被検査面の検査を高精度で確実に行うことができる。つまり、被検査体が曲面形状を有する車体パネルであり、その表面における傾斜角度の緩やかな凹凸や突起等の表面欠陥をインラインで検査する場合にきわめて好適なものとなる。
【００２４】
【実施例】
図１〜図９は、本発明に係わる表面欠陥検査装置の一実施例を説明する図である。この実施例の表面欠陥検査装置は、プレス成形された自動車の車体パネルにおける表面欠陥を検査するものである。
【００２５】
図１に示す表面欠陥検査装置は、被検査体である車体パネルＰを一方向（Ｌ）に搬送する被検査体搬送手段１と、被検査体搬送方向１の前方側および後方側に照明光の照射が可能であり且つ移動する車体パネルＰの上面すなわち被検査面に対して照明光を一定の照射角度αで照射する広角度照明手段２と、広角度照明手段２を間にして被検査体搬送方向の前方側および後方側に配置され且つ広角度照明手段２に対向して照明光の照射角度αよりも大きい撮像角度βで照明光の反射光を撮像する前方側撮像手段３および後方側撮像手段４と、各撮像手段３，４により得た受光画像に基づいて被検査面の表面欠陥を抽出する検査処理手段５を備えた構成になっている。
【００２６】
また、表面欠陥検査装置は、被検査面の搬送方向における位置情報を検出する被検査面位置検出手段として、広角度照明手段２を間にして被検査体搬送方向の前後側に、前方側位置検出手段６Ａおよび後方側位置検出手段６Ｂを備えると共に、各位置検出手段６Ａ，６Ｂからの位置情報に基づいて広角度照明手段２による照明光の前後の照射方向および前後の撮像手段３，４を切換える前後照明撮像切換え手段７を備えており、各位置検出手段６Ａ，６Ｂからの信号に基づいて前後照明撮像切換え手段７を制御するとともに検査処理手段５による被検査面の表面欠陥の抽出を開始するようにしている。
【００２７】
さらに、表面欠陥検査装置は、被検査面の種類を入力する被検査面種入力手段８と、被検査面種入力手段８からの被検査面種情報に対応した被検査面の曲面形状角度情報を選定する被検査面情報選定手段９と、先述の各位置検出手段６Ａ，６Ｂを備えると共に、被検査面情報選定手段９からの被検査面の曲面形状角度情報と各位置検出手段６Ａ，６Ｂからの位置情報に基づいて、広角度照明手段２による照明光の照射角度および高さ、ならびに各撮像手段３，４の撮像角度および高さを制御する照射／撮像角度位置制御手段１０を備えている、そして、照射／撮像角度位置制御手段１０により、被検査面に対する広角度照明手段２の照明光の照射角度α、および被検査面に対する各撮像手段３，４の撮像角度βを常に一定にする制御を行うようになっている。
【００２８】
なお、前後照明撮像切換え手段７、被検査面情報選定手段９および照射／撮像角度位置制御手段１０については、ホストコンピュータ１１がそれらの役割を成しており、このホストコンピュータ１１に対して、被検査面種入力手段８から被検査面種情報が外部入力される。また、被検査面情報選定手段９は、被検査面種入力手段８からの入力に対応して、各種車体パネルの三次元ＣＡＤデータから被検査面の湾曲度（角度，高さ）を算出し、これを曲面形状角度情報として照射／撮像角度位置制御手段１０に入力する。
【００２９】
上記構成をより具体的に説明すると、まず、被検査体である車体パネルＰは、中間を頂部領域とする曲面形状の被検査面を有すると共に、被検査面における一端側の曲率が他端側に比べてやや大きいものとなっており、曲率の大きい一端側約半面を搬送方向前面部Ｐｆとし、他端側の残り半面を搬送方向後面部Ｐｒとして被検査体搬送手段１により搬送される。
【００３０】
被検査体搬送手段１は、例えばベルトコンベアで構成されており、広角度照明手段２による照明光の照射および各撮像手段３，４による撮像を行う間に車体パネルＰを一定速度で水平移動させる水平搬送部１Ａと、水平搬送部１Ａの前方側に連続して下り勾配を成す傾斜搬送部１Ｂを備えている、傾斜搬送部１Ｂは、前方側撮像手段３の下側に検査後の車体パネルＰを通過させるようになっており、検査中における前方側撮像手段３の下降限を低く得ると共に、前方側撮像手段３と検査後の車体パネルＰとの干渉を防止するためのものである。
【００３１】
広角度照明手段２は、後方側撮像手段４との間において、車体パネルＰの被検査面の搬送方向後面部Ｐｒに照明光を照射すると共に、前方側撮像手段３との間において、被検査面の搬送方向前面部Ｐｆに照明光を照射する。このとき、広角度照明手段２は、被検査体搬送方向に対して、そのの前方側および後方側の２か所の定位置に照明光を照射する。つまり、広角度照明手段２による２か所の照明光の照射位置に対して車体パネルＰを通過させることにより、表面欠陥の検査が行われる。
【００３２】
広角度照明手段２は、図２および図３に示すように、被検査体搬送方向（Ｌ）を横切るライン状の照明光を形成する照射手段１２と、照射手段１２からの照明光を反射して照射する鏡面反射手段１３と、鏡面反射手段１３を回転させて照明光の照射方向を変化させる照明用回転駆動手段１４と、各手段１２，１３，１４を一体的に昇降させる照明用昇降駆動手段１５を備えている。
【００３３】
照明用昇降駆動手段１５は、被検査体搬送手段１の上側の図示しない梁に、スライド体１６を上下動させる駆動機構１７を備えている。スライド体１６の下端部には、フレーム（図示略）が設けてあり、このフレームにより照射手段１２、鏡面反射手段１３および照明用回転駆動手段１４を保持している。
【００３４】
照射手段１２は、図示しない光源からの光を伝送する光ファイバーケーブル１８と、レンズによる光学機構を内蔵し且つ光ファイバーケーブル１８からの光をライン状に集光するライトガイド１９とを４組備えると共に、これらを直列に配置したものであって、ライン状に形成した照明光を下向きに照射する。このように、別の固定部位に設置した光源から光ファイバーケーブル１８でライトガイド１９に光を伝送して、ライン状の照明光を形成する照射手段１２とすることにより、広角度照明手段２における可動部位の構造の簡略化や軽量化が成されていると共に、広範囲の被検査面に対処し得るようになっている。
【００３５】
この照射手段１２には、例えば、メタルハライドやキセノンメタルハライド等の強力な光源が用いられる。また、比較的大きい幅（２００〜３００ｍｍ程度）のライトガイド１９を用いることにより、ライトガイド１９の数自体をも少なく抑えるようにしている。
【００３６】
鏡面反射手段１３は、鏡面体を主体とする軽量なものであって、照射手段１２の下側すなわち照明光の照射口に沿って配置され、フレームに設けた照明用回転駆動手段１４によって一端部が保持してあると共に、同じくフレームに設けたベアリング２０によって他端部が回転自在に保持してある。照明用回転駆動手段１４は、モータ類が用いられ、鏡面反射手段１３をその長手方向の軸回りに１８０度以上の範囲で回転させる。
【００３７】
上記構成を備えた広角度照明手段２は、先述した照射／撮像角度位置制御手段１０からの信号により、照明用回転駆動手段１４および照明用昇降駆動手段１５が所定の方向に駆動され、被検査体搬送方向の前後側に対する照明光の照射方向の切換えと、移動する曲面状の被検査面に対して照射角度αを常に一定にするための照射方向および高さの調整が行われる。
【００３８】
前後の撮像手段３，４は、図２に示すように、ほぼ同一の構成を備えて相対向する状態に配置されており、図４に後方側撮像手段４を示すように、照明光の反射光を受光するカメラとしての複数のＣＣＤカメラ２１と、各ＣＣＤカメラ２１を回動させて撮像方向を変化させる撮像用回転駆動手段２２と、各ＣＣＤカメラ２１および撮像用回転駆動手段２２を一体的に昇降させる撮像用昇降駆動手段２３を備えている。
【００３９】
撮像用昇降駆動手段２３は、被検査体搬送手段１の上側の図示しない梁に、モータ２４を含む駆動機構２５を備えると共に、駆動機構２５によって上下に駆動されるフレーム２６を備え、フレーム２６によって被検査体搬送方向を横切る方向に配置したビーム２７を保持している。このビーム２７は、フレーム２６の一方側において、撮像用回転駆動手段２２により一端部が保持してあると共に、フレーム２６の他端側において、他端部が回転自在に保持してあり、その上面に、４個のＣＣＤカメラ２１が撮像方向を同一にして等間隔で取付けてある。撮像用回転駆動手段２２は、モータ類が用いられ、ビーム２７とともに各ＣＣＤカメラ２１を一斉に回動させる。このように、複数のＣＣＤカメラ２１を用いることにより、撮像手段３，４の構造の簡略化や軽量化が成されていると共に、広範囲の被検査面に対処し得るようになっている。
【００４０】
また、この実施例では、先述したように、車体パネルＰの搬送方向前面部Ｐｆの曲率が搬送方向後面部Ｐｒの曲率よりも大きいことから、搬送方向前面部Ｐｆの前端部に対する所定の撮像角度βを得るために、前方側撮像手段３の下降限が被検査体搬送手段１の水平搬送部１Ａとほぼ同じ高さになっている。これに対して、被検査体搬送装置１は、前方側撮像手段３と移動する車体パネルＰとが干渉しないように、前方側に先述の傾斜搬送部１Ｂを備えている。
【００４１】
上記構成を備えた前後の撮像手段３，４は、先述した照射／撮像角度位置制御手段１０からの信号により、撮像用回転駆動手段２２および撮像用昇降駆動手段２３が所定の方向に駆動され、移動する曲面状の被検査面に対して撮像角度βを常に一定にするための撮像方向および高さの調整が行われる。
【００４２】
検査処理手段５は、照射／撮像角度位置制御手段１０からの信号によって前後の撮像手段３，４からの画像入力を切換える画像入力切換え手段２８と、画像処理を行う画像処理手段２９と、ディスプレイ等の表示手段３０を備えている。
【００４３】
ここで、上記の構成において、広角度照明手段２は、車体パネルＰの曲面状の被検査面に対する照明光の照射角度（入射角度）αが１０度以下の範囲の低角度となるように照射方向および高さが制御され、各撮像手段３，４は、広角度照明手段２による照射位置に対向して、被検査面に対する撮像角度βが１０〜３０度の範囲で照射角度αよりも大きい中間角度となるように撮像方向および高さが制御される。
【００４４】
上記のような照射角度αおよび撮像角度βを設定することで、真横に近い低角度で照明光が照射され、高い反射率が得られる反射光のうち、欠陥以外の散乱表面による正反射光よりも小さい反射角度（被検査面に対する角度）で反射する緩やかな凹凸、突起等の欠陥による乱反射光を高輝度で捕えることができる。
【００４５】
この原理を説明すると、図５に示すように、まず、広角度照明手段２から車体パネルＰの表面に対して照射角度αで照明光が照射される。そして、欠陥でない散乱表面に照射された照明光は、照射角度α（＝入射角度）の正反射光となり、傾斜角度θの凸状欠陥Ｑに照射された照明光は、反射角度（α＋θ＝β）の乱反射光となる。
【００４６】
このとき、広角度照明手段２による照明光の照射角度αは、被検査面に対して１０度以下という低角度であるため、反射光分布の指向性が高まるシーン現象によって高い反射率が得られる。これにより、欠陥部以外の散乱表面による反射角度の反射光分布と、凸状欠陥Ｑによる反射角度の反射光分布とが、明確に区別できるようになる。そして、図６に示すように、照明光の照射角度αが１０度以下であれば、図５に示すように凸状欠陥Ｑの画像が高輝度で得られることになり、この傾向は、図６に示すように照射角度αが小さいほど顕著になる。
【００４７】
また、撮像手段３，４で撮像する際の感度は、撮像角度βが反射角度α＋θの乱反射光を捕えるような角度のときが最も高くなるが、反射光は角度的に分布をもっており、さらに、凸状欠陥の傾斜角度θが緩やかなほど正反射角度と乱反射角度とが近づくため、撮像角度βとしては、正反射光の反射角度からできるだけ遠ざけ、かつ、乱反射光の反射角度（α＋θ）にできるだけ近づけた角度が好ましい。例えば、図７に示すように、撮像角度βを１０度〜３０度の範囲に設定することにより、欠陥等を高輝度で捕えることができる。
【００４８】
なお、撮像手段３，４のＣＣＤカメラ２１は、車体パネルＰの被検査面に対して角度をもって設置されることから、被写界深度が浅く前後端の画像にぼけを生じる場合がある。この場合、照明光の照度を高くして強力に照射する一方、ＣＣＤカメラ２１の絞りを絞ってできるだけ被写界深度を深くすることで、傾斜角度θが緩やかで高さが非常に低い欠陥部でも、この欠陥部のみを高輝度部分として捕えることができる。
【００４９】
上記構成からなる表面欠陥検査装置は、被検査体搬送手段１によって車体パネルＰが搬入されてくると、この車体パネルＰを後方側位置検出手段６Ｂにより検出し、広角度照明手段２から車体パネルＰの搬送方向後面部Ｐｒにライン状の照明光を照射すると共に、後方側撮像手段４による撮像を開始する。この照明光の後方照射および撮像は、搬送方向後面部Ｐｒのパネル中央側から開始する。
【００５０】
その一方では、被検査面種入力手段８からホストコンピュータ１１内の被検査面情報選定手段９に被検査面種情報が入力され、被検査面情報選定手段９において、被検査面種情報に対応した被検査面の曲面形状角度情報を選定してこれを照射／撮像角度位置制御手段１０に入力し、照射／撮像角度位置制御手段１０により、被検査面に対する広角度照明手段２の照明光の照射角度α、および被検査面に対する後方側撮像手段４の撮像角度βを一定にする制御を行っており、車体パネルＰの移動に伴って、その被検査面に対する照明光の照射角度αおよび撮像角度βが常に一定に維持されるように、広角度照明手段２による照明光の照射方向および高さと、後方側撮像手段４の撮像方向および高さを変化させている。
【００５１】
また、後方側撮像手段４により撮像された画像は、検査処理手段５において、画像入力切換え手段２８を介して画像処理手段２９に入力され、画像処理が行われる。画像処理手段２９は、図８に処理フローを示すように、ステップＳ１において画像の取り込みが行われると、ステップＳ２においてエッジ抽出処理を行ったのち、ステップＳ３において２値化処理を行い、ステップＳ４において欠陥抽出処理を行う。このようにして欠陥抽出が成された画像は、表示手段３０において表示される。
【００５２】
次に、車体パネルＰの搬送方向後面部Ｐｒの検査が終了すると、移動し続ける車体パネルＰが前方側位置検出手段６Ａにより検出され、その検出信号が照射／撮像角度位置制御手段１０および前後照明撮像切換え手段７に入力される。これにより、広角度照明手段２からの照明光の照射方向が前方側に速やかに切換えられ、ライン状の照明光を車体パネルＰの搬送方向前面部Ｐｆに照射すると共に、前方側撮像手段３による撮像を開始する。この照明光の前方照射および撮像は、搬送方向前面部Ｐｆのパネル前端側から開始される。
【００５３】
そして、先の搬送方向後面部Ｐｒの検査時と同様に、車体パネルＰの移動に伴って、被検査面に対する照明光の照射角度αおよび撮像角度βが常に一定に維持されるように、広角度照明手段２による照明光の照射方向および高さと、前方側撮像手段３の撮像方向および高さを変化させる。また、検査処理手段５では、前後照明撮像切換え手段７からの信号により、画像入力切換え手段２８において、後方側撮像手段４からの入力画像を前方側撮像手段３からの入力画像に切換え、その画像処理を行う。
【００５４】
なお、車体パネルＰの移動に伴う広角度照明手段２の照射方向および高さの制御、ならびに各撮像手段３，４による撮像方向および高さの制御としては、図９に前方側撮像手段３による撮像を行う場合を示すように、撮像角度θｃおよび撮像高さ△Ｚ２、ならびに照射角度θｓおよび照射高さ△Ｚ１をいずれも階段状にパルス的に切り替えて制御する。このような制御手法とするのは、広角度照明手段２によるライン状の照明光の照射角度および撮像手段３，４の撮像角度は、ともに検査可能な角度に幅（マージン）をもっているため、検査不可能となる角度に外れることのないように制御すればよいからであり、また、高さについては、ライン状の照明光がある程度の許容幅（指向性）をもっているため、車体パネルＰの曲面によって変化する高さに合わせて、照明光が被検査面を照射できるように制御すればよいからである。ただし、これらの角度θｃ，θｓおよび高さ△Ｚ２，△Ｚ１を車体パネルＰの表面に沿ってリニアに制御すればより最適な検査を行うことができ、また、当該表面欠陥検査装置ではリニアに制御することも当然可能である。
【００５５】
このようにして、当該表面欠陥検査装置は、インラインにおいて、車体パネルＰを搬送しながら、曲面形状の被検査面全域における緩やかな凹凸や突起等の表面欠陥を高精度で且つ確実に検出する。
【００５６】
図１０は、本発明に係わる表面欠陥検査装置の他の実施例を示す図である。なお、先の実施例と同一の構成部位については、同一符号を付して詳細な説明を省略する。
【００５７】
この実施例の表面欠陥検査装置は、被検査体である車体パネルＰがルーフパネル等である場合、すなわち、曲面形状を成す被検査面の曲率が比較的小さい場合に適用されるものである。
【００５８】
この表面欠陥検査装置は、車体パネルＰの被検査面の曲率が小さいことから、撮像手段３，４の下降限を先の実施例のように低く設定しなくても、被検査面に対する所定の撮像角度を得ることができるので、被検査体搬送手段１が水平搬送部１Ａのみを有するものとなっている。
【００５９】
図１１は、本発明に係わる表面欠陥検査装置のさらに他の実施例を示す図である。
【００６０】
この実施例の表面欠陥検査装置は、被検査体である車体パネルＰがドアパネル等である場合、すなわち、被検査面の面積が比較的小さく且つ曲率がより小さい場合に適用されるものである。
【００６１】
この表面欠陥検査装置は、例えば車体パネルＰの後面部の曲率が小さい場合には、これに対する撮像方向および高さの制御が不要になることから、後方側撮像手段４が、固定したビーム２７に複数のＣＣＤカメラ２１を取付けた固定式のものとなっている。なお、この実施例では、前方側撮像手段３が先の各実施例の如く可動式となっているが、車体パネルＰの曲面形状によっては、この前方側撮像手段３を固定式にすることもあり得る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係わる表面欠陥検査装置の一実施例を説明する概略説明図である。
【図２】被検査体搬送手段、広角度照明手段および前後の撮像手段を説明する斜視図である。
【図３】広角度照明手段の構造を説明する斜視図である。
【図４】撮像手段の構造を説明する斜視図である。
【図５】表面欠陥検査の原理を説明する図である。
【図６】広角度照明手段による照明光の照射角度と受光画像の輝度との関係を示すグラフである。
【図７】撮像手段の撮像角度と受光画像の検出レベル（輝度比）との関係を示すグラフである。
【図８】検査処理手段において行われる画像処理を説明するフローチャートである。
【図９】広角度照明手段および撮像手段の角度および高さ位置の制御例を説明する図である。
【図１０】本発明に係わる表面欠陥検査装置の他の実施例を説明する斜視図である。
【図１１】本発明に係わる表面欠陥検査装置のさらに他の実施例をブロック図を含めて説明する斜視図である。
【図１２】従来の表面欠陥検査装置における照明光の照射および撮像の原理を説明する図であって、面状光源を用いた場合（ａ）と線状光源を用いた場合（ｂ）を説明する図である。
【符号の説明】
Ｐ 車体パネル（被検査体）
Ｐｆ 搬送方向前面部
Ｐｒ 搬送方向後面部
１ 被検査体搬送手段
１Ａ 水平搬送部
１Ｂ 傾斜搬送部
２ 広角度照明手段
３ 前方側撮像手段
４ 後方側撮像手段
５ 検査処理手段
６Ａ 前方側位置検出手段（被検査面位置検出手段）
６Ｂ 後方側位置検出手段（被検査面位置検出手段）
７ 前後照明撮像切換え手段
８ 被検査面種入力手段
９ 被検査面情報選定手段
１０ 照射／撮像角度位置制御手段
１２ 照射手段
１３ 鏡面反射手段
１４ 照明用回転駆動手段
１５ 照明用昇降駆動手段
１８ 光ファイバーケーブル
１９ ライトガイド
２１ ＣＣＤカメラ
２２ 撮像用回転駆動手段
２３ 撮像用昇降駆動手段
【発明の属する技術分野】
本発明は、被検査体の表面欠陥を検査する装置であって、例えば、自動車の製造において、プレス形成された車体パネルの表面における凹凸等の表面欠陥を検査するのに用いられる表面欠陥検査装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の表面欠陥検査装置としては、例えば、特開平８−５５７３号公報などに示されたものがある。
【０００３】
同公報に開示された表面欠陥検査装置は、図１２（ａ）に示すように、被検査体１００の一方側斜め上方に位置して被検査体１００の表面に面状の照明光を照射する面状光源１０１と、被検査体１００の他方側斜め上方に位置して被検査体１００の表面を撮像するエリアセンサカメラ１０２を備え、被検査体１００の表面に存在する異物や突起を検出するようになっている。また、同公報に開示された他の表面欠陥検査装置は、図１２（ｂ）に示すように、被検査体１００の一方側斜め上方に位置して被検査体１００の表面に線状の照明光を照射する線状光源１０３と、被検査体１００の他方側斜め上方に位置して被検査体１００の表面を撮像するラインセンサカメラ１０４を備え、被検査体１００の表面に存在する微小突起等をも検出するようになっている。
【０００４】
上記の両表面欠陥検査装置において、光源１０１，１０３による照明光の照射角度αとカメラ１０２，１０４による撮像角度βは、１０度以下の低角度であると共に、いずれもほぼ同一の角度になっている。したがって、撮像画像１０５としては、照明光の正反射光を捕らえることになり、被検査体１００の表面に存在する異物や欠陥を影として、すなわち、明部１０５ａ中の暗点１０５ｂとして撮像したものとなる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記したような従来の表面欠陥検査装置にあっては、光源からの照明光の照射角度αとカメラの撮像角度βを共に１０度以下の低角度とし、且つ正反射光による検出手法であるため、曲面を有する車体パネル等の被検査体を検査対象として、その表面に存在する比較的傾斜角度の緩やかな凹凸や突起等の表面欠陥をインラインで検査しようとすると、以下のような問題点があった。
【０００６】
すなわち、撮像角度βが１０度以下の低角度であるため、エリアセンサカメラを用いた場合には被写界深度の点で制約を受けて検出範囲が極端に狭くなり、また、撮像範囲が一方向のみに極端に大きくなって分解能が低下するため、表面欠陥の撮像画像が歪み、表面欠陥を精度良く検出することが困難になる。
【０００７】
さらに、車体パネルは、一般的に曲面を有する形状となっているため、照明光の最適な照射角度αおよびカメラの最適な撮像角度βの条件を車体パネルの表面上で維持することが難しく、インライン化を行うことができない。
【０００８】
【発明の目的】
本発明は、上記従来の状況に鑑みて成されたものであり、曲面形状を有する車体パネル等の被検査体であっても、その表面における傾斜角度の緩やかな凹凸や突起等の表面欠陥をインラインで且つ高精度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を目的としている。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明に係わる表面欠陥検査装置は、請求項１として、被検査体を一方向に搬送する被検査体搬送手段と、被検査体搬送方向の前方側および後方側に照明光の照射が可能であり且つ移動する被検査体の被検査面に対して照明光を一定の照射角度で照射する広角度照明手段と、広角度照明手段を間にして被検査体搬送方向の前方側および後方側に配置され且つ広角度照明手段に対向して照明光の照射角度よりも大きい撮像角度で照明光の反射光を撮像する前方側および後方側の撮像手段と、各撮像手段により得た受光画像に基づいて被検査面の表面欠陥を抽出する検査処理手段を備えた構成とし、請求項２として、広角度照明手段が、後方側撮像手段との間において、被検査体の被検査面の搬送方向後面部に照明光を照射すると共に、前方側撮像手段との間において、被検査体の被検査面の搬送方向前面部に照明光を照射する手段である構成とし、請求項３として、被検査面の搬送方向における位置情報を検出する被検査面位置検出手段と、検査面位置検出手段からの位置情報に基づいて広角度照明手段による照明光の前後の照射方向および前後の撮像手段を切換える前後照明撮像切換え手段を備えている構成とし、請求項４として、被検査面位置検出手段が、広角度照明手段を間にして被検査体搬送方向の前後側に、前方側位置検出手段および後方側位置検出手段を備えており、各位置検出手段からの信号に基づいて前後照明撮像切換え手段を制御するとともに検査処理手段による被検査面の表面欠陥の抽出を開始する構成としており、上記の構成をもって従来の課題を解決するための手段としている。
【００１０】
また、本発明に係わる表面欠陥検査装置は、請求項５として、被検査面の種類を入力する被検査面種入力手段と、被検査面種入力手段からの被検査面種情報に対応した被検査面の曲面形状角度情報を選定する被検査面情報選定手段と、被検査面の搬送方向における位置情報を検出する被検査面位置検出手段と、被検査面情報選定手段からの被検査面の曲面形状角度情報と被検査面位置検出手段からの位置情報に基づいて広角度照明手段の照射角度および高さを制御する照射角度位置制御手段を備え、照射角度位置制御手段により、被検査面に対する広角度照明手段の照明光の照射角度を常に一定にする制御を行う構成とし、請求項６として、被検査面情報選定手段からの被検査面の曲面形状角度情報と被検査面位置検出手段からの位置情報に基づいて撮像手段の撮像角度および高さを制御する撮像角度位置制御手段を備え、撮像角度位置制御手段により、被検査面に対する撮像手段の撮像角度を常に一定にする制御を行う構成としており、上記の構成をもって従来の課題を解決するための手段としている。
【００１１】
さらに、本発明に係わる表面欠陥検査装置は、請求項７として、広角度照明手段が、被検査体搬送方向を横切るライン状の照明光を形成する照射手段と、照射手段からの照明光を反射して照射する鏡面反射手段と、鏡面反射手段を回転させて照明光の照射方向を変化させる照明用回転駆動手段と、各手段を一体的に昇降させる照明用昇降駆動手段を備えている構成とし、請求項８として、広角度照明手段の照射手段が、光源からの光を伝送する光ファイバーケーブルと、光ファイバーケーブルからの光をライン状に集光するライトガイドを備えている構成とし、請求項９として、撮像手段が、照明光の反射光を受光するカメラと、カメラを回動させて撮像方向を変化させる撮像用回転駆動手段と、カメラおよび撮像用回転駆動手段を一体的に昇降させる撮像用昇降駆動手段を備えている構成とし、請求項１０として、撮像手段が、カメラとして、被検査体搬送方向を横切る方向に配列させた複数のＣＣＤカメラを備えている構成とし、請求項１１として、被検査体搬送手段が、広角度照明手段による照明光の照射および各撮像手段による撮像を行う間に被検査体を水平移動させる水平搬送部と、水平搬送部の前方側および後方側の少なくとも一方側に連続して撮像手段の下側に被検査体を通過させる傾斜搬送部を備えている構成としており、上記の構成をもって従来の課題を解決するための手段としている。
【００１２】
【発明の効果】
本発明の請求項１に係わる表面欠陥検査装置によれば、広角度照明手段による照明光の被検査面への照射角度αを例えば１０度以下の範囲にし、被検査面に対して真横に近い低角度で照明光を照射し、この照明光の反射光を撮像する撮像手段の撮像角度βを例えば１０度〜３０度の範囲で照明光の照射角度αよりも大きく設定することにより、被検査面における照明光の反射光のうち、表面欠陥以外の正反射光よりも大きい反射角度となる乱反射光、すなわち緩やかな凹凸や突起等の表面欠陥による乱反射光を高輝度で捕らえることができる。これにより、表面光沢度が低く且つ曲面を有する車体パネル等の被検査体を検査対象とした場合でも、インラインにおいて被検査体を搬送しながら、その表面における緩やかな凹凸や突起等の表面欠陥を高精度で確実に検出することができる。
【００１３】
また、当該表面欠陥検査装置によれば、被検査体搬送方向の前方側および後方側に照明光を照射可能とした広角度照明手段を採用し、その前後両側に撮像手段を配置したことから、被検査体の移動に伴って広角度照明手段の後方側および前方側で検査を行うことができるので、搬送方向の前後で被検査面の傾斜方向が逆向きとなるような被検査体を検査する場合に、被検査面を前後の検査範囲に分割して高精度の検査を行うことができ、曲面を有する車体パネル等の被検査体の検査に非常に適したものとなり、さらには、単一の広角度照明手段の採用により、検査装置全体の構造の簡略化や低コスト化を実現することができる。
【００１４】
本発明の請求項２に係わる表面欠陥検査装置によれば、請求項１と同様の効果を得ることができるうえに、とくに、広角度照明手段と後方側撮像手段を用いて被検査面の搬送方向後面部の検査を行い、広角度照明手段と前方側撮像手段を用いて被検査面の搬送方向前面部の検査を行うことから、中間を頂部領域とした曲面を有する車体パネル等の被検査体を検査対象とした場合に、曲面である被検査面に対する照明光の照射角度αおよび撮像手段の撮像角度βの角度条件を保ちながら高精度な検査を行うことができる。
【００１５】
本発明の請求項３に係わる表面欠陥検査装置によれば、請求項２と同様の効果を得ることができるうえに、被検査面位置検出手段と前後照明撮像切換え手段を採用したことから、被検査体の移動に伴って広角度照明手段の後方側および前方側で検査を行う場合に、照明光の前後への照射方向および前後の撮像手段を自動的に速やかに切換えることができると共に、検査を行う撮像手段のみを作動させることができる。
【００１６】
本発明の請求項４に係わる表面欠陥検査装置によれば、請求項３と同様の効果を得ることができるうえに、前方側および後方側の位置検出手段を備えた被検査面位置検出手段を採用したことにより、被検査体の移動に伴って広角度照明手段の後方側および前方側で検査を行う場合に、前後照明撮像切換え手段による照明光の前後への照射方向の切換え、および前後の撮像手段の切換え、ならびに検査処理手段による表面欠陥の抽出開始に係わる制御をより一層高精度に行うことができる。
【００１７】
本発明の請求項５に係わる表面欠陥検査装置によれば、請求項１〜４と同様の効果を得ることができるうえに、被検査面種入力手段、被検査面情報選定手段、被検査面位置検出手段および照射角度位置制御手段を採用したことにより、移動する被検査面に対する照明光の照射角度が常に一定に維持されるので、表面欠陥検査のさらなる高精度化を実現することができ、また、順次搬送される被検査体の被検査面の曲面形状が異なる場合、例えば、被検査体が車体パネルであって車種等の相違により曲面形状が異なる場合であっても、それぞれの曲面形状に対して自動的に照明光の照射角度を常に一定に維持して、表面欠陥を高精度で確実に検査することができる。
【００１８】
本発明の請求項６に係わる表面欠陥検査装置によれば、請求項５と同様の効果を得ることができるうえに、撮像角度位置制御手段を採用したことにより、移動する被検査面に対する撮像手段の撮像角度が常に一定に維持されるので、表面欠陥検査のさらなる高精度化を実現することができ、また、順次搬送される被検査体の被検査面の曲面形状が異なる場合、例えば、被検査体が車体パネルであって車種等の相違により曲面形状が異なる場合であっても、それぞれの曲面形状に対して自動的に撮像手段の撮像角度を常に一定に維持して、表面欠陥を高精度で確実に検査することができ、とくに、請求項５に記載の照射角度位置制御手段との併用によって検査精度を著しく高めることができる。
【００１９】
本発明の請求項７に係わる表面欠陥検査装置によれば、請求項１〜７と同様の効果を得ることができるうえに、照射手段、鏡面反射手段、照明用回転駆動手段および照明用昇降駆動手段を備えた広角度照明手段を採用したことにより、簡単な構造で、被検査体搬送方向の前方側および後方側に照明光を照射することができると共に、照明光の前後への照射方向の切換えや、被検査面に対する照明光の照射角度を一定に維持するための照射方向および高さの調整を速やかに行うことができ、とくに、照明光をライン状に形成する照射手段により、広範囲の被検査面の検査を高精度で確実に行うことができると共に、照明光を反射して照射する鏡面反射手段は軽量化が容易であることから、照明光の照射方向および高さの調整においてきわめて高い応答性を得ることができる。
【００２０】
本発明の請求項８に係わる表面欠陥検査装置によれば、請求項７と同様の効果を得ることができるうえに、広角度照明手段の照射手段において、光ファイバーケーブルおよびライトガイドを採用したことから、他の固定部位に設置した光源からの光を可動部位に伝送するようにして、広角度照明手段における可動部位の構造の簡略化および軽量化を実現することができ、これにより照明光の照射方向および高さを調整する際の応答性のさらなる向上や低コスト化に貢献することができる。
【００２１】
本発明の請求項９に係わる表面欠陥検査装置によれば、請求項１〜８と同様の効果を得ることができるうえに、カメラ、撮像用回転駆動手段および撮像用昇降駆動手段を備えた撮像手段を採用したことから、簡単な構造で、被検査面に対する撮像角度を一定にするための撮像方向および高さの調整を速やかに行うことができる。
【００２２】
本発明の請求項１０に係わる表面欠陥検査装置によれば、請求項９と同様の効果を得ることができるうえに、撮像手段のカメラとしてＣＣＤカメラを採用したことから、構造のさらなる簡略化および軽量化を実現することができ、これにより撮像方向および高さを調整する際の応答性のさらなる向上や低コスト化に貢献することができると共に、複数のＣＣＤカメラを被検査体搬送方向を横切る方向に配列したことにより、広範囲の被検査面の検査を高精度で確実に行うことができる。
【００２３】
本発明の請求項１１に係わる表面欠陥検査装置によれば、請求項１〜１０と同様の効果を得ることができるうえに、水平搬送部に連続する傾斜搬送部を備えた被検査体搬送手段を採用したことにより、撮像手段と搬送される被検査体とを干渉させることなく、撮像手段の下降限を水平搬送部と同等の高さやそれ以下に設定することができ、これにより、被検査体が曲率の大きい被検査面を有するものであっても、水平搬送部により被検査体を搬送しながら、被検査面の前端から後端にわたって一定の撮像角度を維持することができ、被検査面の検査を高精度で確実に行うことができる。つまり、被検査体が曲面形状を有する車体パネルであり、その表面における傾斜角度の緩やかな凹凸や突起等の表面欠陥をインラインで検査する場合にきわめて好適なものとなる。
【００２４】
【実施例】
図１〜図９は、本発明に係わる表面欠陥検査装置の一実施例を説明する図である。この実施例の表面欠陥検査装置は、プレス成形された自動車の車体パネルにおける表面欠陥を検査するものである。
【００２５】
図１に示す表面欠陥検査装置は、被検査体である車体パネルＰを一方向（Ｌ）に搬送する被検査体搬送手段１と、被検査体搬送方向１の前方側および後方側に照明光の照射が可能であり且つ移動する車体パネルＰの上面すなわち被検査面に対して照明光を一定の照射角度αで照射する広角度照明手段２と、広角度照明手段２を間にして被検査体搬送方向の前方側および後方側に配置され且つ広角度照明手段２に対向して照明光の照射角度αよりも大きい撮像角度βで照明光の反射光を撮像する前方側撮像手段３および後方側撮像手段４と、各撮像手段３，４により得た受光画像に基づいて被検査面の表面欠陥を抽出する検査処理手段５を備えた構成になっている。
【００２６】
また、表面欠陥検査装置は、被検査面の搬送方向における位置情報を検出する被検査面位置検出手段として、広角度照明手段２を間にして被検査体搬送方向の前後側に、前方側位置検出手段６Ａおよび後方側位置検出手段６Ｂを備えると共に、各位置検出手段６Ａ，６Ｂからの位置情報に基づいて広角度照明手段２による照明光の前後の照射方向および前後の撮像手段３，４を切換える前後照明撮像切換え手段７を備えており、各位置検出手段６Ａ，６Ｂからの信号に基づいて前後照明撮像切換え手段７を制御するとともに検査処理手段５による被検査面の表面欠陥の抽出を開始するようにしている。
【００２７】
さらに、表面欠陥検査装置は、被検査面の種類を入力する被検査面種入力手段８と、被検査面種入力手段８からの被検査面種情報に対応した被検査面の曲面形状角度情報を選定する被検査面情報選定手段９と、先述の各位置検出手段６Ａ，６Ｂを備えると共に、被検査面情報選定手段９からの被検査面の曲面形状角度情報と各位置検出手段６Ａ，６Ｂからの位置情報に基づいて、広角度照明手段２による照明光の照射角度および高さ、ならびに各撮像手段３，４の撮像角度および高さを制御する照射／撮像角度位置制御手段１０を備えている、そして、照射／撮像角度位置制御手段１０により、被検査面に対する広角度照明手段２の照明光の照射角度α、および被検査面に対する各撮像手段３，４の撮像角度βを常に一定にする制御を行うようになっている。
【００２８】
なお、前後照明撮像切換え手段７、被検査面情報選定手段９および照射／撮像角度位置制御手段１０については、ホストコンピュータ１１がそれらの役割を成しており、このホストコンピュータ１１に対して、被検査面種入力手段８から被検査面種情報が外部入力される。また、被検査面情報選定手段９は、被検査面種入力手段８からの入力に対応して、各種車体パネルの三次元ＣＡＤデータから被検査面の湾曲度（角度，高さ）を算出し、これを曲面形状角度情報として照射／撮像角度位置制御手段１０に入力する。
【００２９】
上記構成をより具体的に説明すると、まず、被検査体である車体パネルＰは、中間を頂部領域とする曲面形状の被検査面を有すると共に、被検査面における一端側の曲率が他端側に比べてやや大きいものとなっており、曲率の大きい一端側約半面を搬送方向前面部Ｐｆとし、他端側の残り半面を搬送方向後面部Ｐｒとして被検査体搬送手段１により搬送される。
【００３０】
被検査体搬送手段１は、例えばベルトコンベアで構成されており、広角度照明手段２による照明光の照射および各撮像手段３，４による撮像を行う間に車体パネルＰを一定速度で水平移動させる水平搬送部１Ａと、水平搬送部１Ａの前方側に連続して下り勾配を成す傾斜搬送部１Ｂを備えている、傾斜搬送部１Ｂは、前方側撮像手段３の下側に検査後の車体パネルＰを通過させるようになっており、検査中における前方側撮像手段３の下降限を低く得ると共に、前方側撮像手段３と検査後の車体パネルＰとの干渉を防止するためのものである。
【００３１】
広角度照明手段２は、後方側撮像手段４との間において、車体パネルＰの被検査面の搬送方向後面部Ｐｒに照明光を照射すると共に、前方側撮像手段３との間において、被検査面の搬送方向前面部Ｐｆに照明光を照射する。このとき、広角度照明手段２は、被検査体搬送方向に対して、そのの前方側および後方側の２か所の定位置に照明光を照射する。つまり、広角度照明手段２による２か所の照明光の照射位置に対して車体パネルＰを通過させることにより、表面欠陥の検査が行われる。
【００３２】
広角度照明手段２は、図２および図３に示すように、被検査体搬送方向（Ｌ）を横切るライン状の照明光を形成する照射手段１２と、照射手段１２からの照明光を反射して照射する鏡面反射手段１３と、鏡面反射手段１３を回転させて照明光の照射方向を変化させる照明用回転駆動手段１４と、各手段１２，１３，１４を一体的に昇降させる照明用昇降駆動手段１５を備えている。
【００３３】
照明用昇降駆動手段１５は、被検査体搬送手段１の上側の図示しない梁に、スライド体１６を上下動させる駆動機構１７を備えている。スライド体１６の下端部には、フレーム（図示略）が設けてあり、このフレームにより照射手段１２、鏡面反射手段１３および照明用回転駆動手段１４を保持している。
【００３４】
照射手段１２は、図示しない光源からの光を伝送する光ファイバーケーブル１８と、レンズによる光学機構を内蔵し且つ光ファイバーケーブル１８からの光をライン状に集光するライトガイド１９とを４組備えると共に、これらを直列に配置したものであって、ライン状に形成した照明光を下向きに照射する。このように、別の固定部位に設置した光源から光ファイバーケーブル１８でライトガイド１９に光を伝送して、ライン状の照明光を形成する照射手段１２とすることにより、広角度照明手段２における可動部位の構造の簡略化や軽量化が成されていると共に、広範囲の被検査面に対処し得るようになっている。
【００３５】
この照射手段１２には、例えば、メタルハライドやキセノンメタルハライド等の強力な光源が用いられる。また、比較的大きい幅（２００〜３００ｍｍ程度）のライトガイド１９を用いることにより、ライトガイド１９の数自体をも少なく抑えるようにしている。
【００３６】
鏡面反射手段１３は、鏡面体を主体とする軽量なものであって、照射手段１２の下側すなわち照明光の照射口に沿って配置され、フレームに設けた照明用回転駆動手段１４によって一端部が保持してあると共に、同じくフレームに設けたベアリング２０によって他端部が回転自在に保持してある。照明用回転駆動手段１４は、モータ類が用いられ、鏡面反射手段１３をその長手方向の軸回りに１８０度以上の範囲で回転させる。
【００３７】
上記構成を備えた広角度照明手段２は、先述した照射／撮像角度位置制御手段１０からの信号により、照明用回転駆動手段１４および照明用昇降駆動手段１５が所定の方向に駆動され、被検査体搬送方向の前後側に対する照明光の照射方向の切換えと、移動する曲面状の被検査面に対して照射角度αを常に一定にするための照射方向および高さの調整が行われる。
【００３８】
前後の撮像手段３，４は、図２に示すように、ほぼ同一の構成を備えて相対向する状態に配置されており、図４に後方側撮像手段４を示すように、照明光の反射光を受光するカメラとしての複数のＣＣＤカメラ２１と、各ＣＣＤカメラ２１を回動させて撮像方向を変化させる撮像用回転駆動手段２２と、各ＣＣＤカメラ２１および撮像用回転駆動手段２２を一体的に昇降させる撮像用昇降駆動手段２３を備えている。
【００３９】
撮像用昇降駆動手段２３は、被検査体搬送手段１の上側の図示しない梁に、モータ２４を含む駆動機構２５を備えると共に、駆動機構２５によって上下に駆動されるフレーム２６を備え、フレーム２６によって被検査体搬送方向を横切る方向に配置したビーム２７を保持している。このビーム２７は、フレーム２６の一方側において、撮像用回転駆動手段２２により一端部が保持してあると共に、フレーム２６の他端側において、他端部が回転自在に保持してあり、その上面に、４個のＣＣＤカメラ２１が撮像方向を同一にして等間隔で取付けてある。撮像用回転駆動手段２２は、モータ類が用いられ、ビーム２７とともに各ＣＣＤカメラ２１を一斉に回動させる。このように、複数のＣＣＤカメラ２１を用いることにより、撮像手段３，４の構造の簡略化や軽量化が成されていると共に、広範囲の被検査面に対処し得るようになっている。
【００４０】
また、この実施例では、先述したように、車体パネルＰの搬送方向前面部Ｐｆの曲率が搬送方向後面部Ｐｒの曲率よりも大きいことから、搬送方向前面部Ｐｆの前端部に対する所定の撮像角度βを得るために、前方側撮像手段３の下降限が被検査体搬送手段１の水平搬送部１Ａとほぼ同じ高さになっている。これに対して、被検査体搬送装置１は、前方側撮像手段３と移動する車体パネルＰとが干渉しないように、前方側に先述の傾斜搬送部１Ｂを備えている。
【００４１】
上記構成を備えた前後の撮像手段３，４は、先述した照射／撮像角度位置制御手段１０からの信号により、撮像用回転駆動手段２２および撮像用昇降駆動手段２３が所定の方向に駆動され、移動する曲面状の被検査面に対して撮像角度βを常に一定にするための撮像方向および高さの調整が行われる。
【００４２】
検査処理手段５は、照射／撮像角度位置制御手段１０からの信号によって前後の撮像手段３，４からの画像入力を切換える画像入力切換え手段２８と、画像処理を行う画像処理手段２９と、ディスプレイ等の表示手段３０を備えている。
【００４３】
ここで、上記の構成において、広角度照明手段２は、車体パネルＰの曲面状の被検査面に対する照明光の照射角度（入射角度）αが１０度以下の範囲の低角度となるように照射方向および高さが制御され、各撮像手段３，４は、広角度照明手段２による照射位置に対向して、被検査面に対する撮像角度βが１０〜３０度の範囲で照射角度αよりも大きい中間角度となるように撮像方向および高さが制御される。
【００４４】
上記のような照射角度αおよび撮像角度βを設定することで、真横に近い低角度で照明光が照射され、高い反射率が得られる反射光のうち、欠陥以外の散乱表面による正反射光よりも小さい反射角度（被検査面に対する角度）で反射する緩やかな凹凸、突起等の欠陥による乱反射光を高輝度で捕えることができる。
【００４５】
この原理を説明すると、図５に示すように、まず、広角度照明手段２から車体パネルＰの表面に対して照射角度αで照明光が照射される。そして、欠陥でない散乱表面に照射された照明光は、照射角度α（＝入射角度）の正反射光となり、傾斜角度θの凸状欠陥Ｑに照射された照明光は、反射角度（α＋θ＝β）の乱反射光となる。
【００４６】
このとき、広角度照明手段２による照明光の照射角度αは、被検査面に対して１０度以下という低角度であるため、反射光分布の指向性が高まるシーン現象によって高い反射率が得られる。これにより、欠陥部以外の散乱表面による反射角度の反射光分布と、凸状欠陥Ｑによる反射角度の反射光分布とが、明確に区別できるようになる。そして、図６に示すように、照明光の照射角度αが１０度以下であれば、図５に示すように凸状欠陥Ｑの画像が高輝度で得られることになり、この傾向は、図６に示すように照射角度αが小さいほど顕著になる。
【００４７】
また、撮像手段３，４で撮像する際の感度は、撮像角度βが反射角度α＋θの乱反射光を捕えるような角度のときが最も高くなるが、反射光は角度的に分布をもっており、さらに、凸状欠陥の傾斜角度θが緩やかなほど正反射角度と乱反射角度とが近づくため、撮像角度βとしては、正反射光の反射角度からできるだけ遠ざけ、かつ、乱反射光の反射角度（α＋θ）にできるだけ近づけた角度が好ましい。例えば、図７に示すように、撮像角度βを１０度〜３０度の範囲に設定することにより、欠陥等を高輝度で捕えることができる。
【００４８】
なお、撮像手段３，４のＣＣＤカメラ２１は、車体パネルＰの被検査面に対して角度をもって設置されることから、被写界深度が浅く前後端の画像にぼけを生じる場合がある。この場合、照明光の照度を高くして強力に照射する一方、ＣＣＤカメラ２１の絞りを絞ってできるだけ被写界深度を深くすることで、傾斜角度θが緩やかで高さが非常に低い欠陥部でも、この欠陥部のみを高輝度部分として捕えることができる。
【００４９】
上記構成からなる表面欠陥検査装置は、被検査体搬送手段１によって車体パネルＰが搬入されてくると、この車体パネルＰを後方側位置検出手段６Ｂにより検出し、広角度照明手段２から車体パネルＰの搬送方向後面部Ｐｒにライン状の照明光を照射すると共に、後方側撮像手段４による撮像を開始する。この照明光の後方照射および撮像は、搬送方向後面部Ｐｒのパネル中央側から開始する。
【００５０】
その一方では、被検査面種入力手段８からホストコンピュータ１１内の被検査面情報選定手段９に被検査面種情報が入力され、被検査面情報選定手段９において、被検査面種情報に対応した被検査面の曲面形状角度情報を選定してこれを照射／撮像角度位置制御手段１０に入力し、照射／撮像角度位置制御手段１０により、被検査面に対する広角度照明手段２の照明光の照射角度α、および被検査面に対する後方側撮像手段４の撮像角度βを一定にする制御を行っており、車体パネルＰの移動に伴って、その被検査面に対する照明光の照射角度αおよび撮像角度βが常に一定に維持されるように、広角度照明手段２による照明光の照射方向および高さと、後方側撮像手段４の撮像方向および高さを変化させている。
【００５１】
また、後方側撮像手段４により撮像された画像は、検査処理手段５において、画像入力切換え手段２８を介して画像処理手段２９に入力され、画像処理が行われる。画像処理手段２９は、図８に処理フローを示すように、ステップＳ１において画像の取り込みが行われると、ステップＳ２においてエッジ抽出処理を行ったのち、ステップＳ３において２値化処理を行い、ステップＳ４において欠陥抽出処理を行う。このようにして欠陥抽出が成された画像は、表示手段３０において表示される。
【００５２】
次に、車体パネルＰの搬送方向後面部Ｐｒの検査が終了すると、移動し続ける車体パネルＰが前方側位置検出手段６Ａにより検出され、その検出信号が照射／撮像角度位置制御手段１０および前後照明撮像切換え手段７に入力される。これにより、広角度照明手段２からの照明光の照射方向が前方側に速やかに切換えられ、ライン状の照明光を車体パネルＰの搬送方向前面部Ｐｆに照射すると共に、前方側撮像手段３による撮像を開始する。この照明光の前方照射および撮像は、搬送方向前面部Ｐｆのパネル前端側から開始される。
【００５３】
そして、先の搬送方向後面部Ｐｒの検査時と同様に、車体パネルＰの移動に伴って、被検査面に対する照明光の照射角度αおよび撮像角度βが常に一定に維持されるように、広角度照明手段２による照明光の照射方向および高さと、前方側撮像手段３の撮像方向および高さを変化させる。また、検査処理手段５では、前後照明撮像切換え手段７からの信号により、画像入力切換え手段２８において、後方側撮像手段４からの入力画像を前方側撮像手段３からの入力画像に切換え、その画像処理を行う。
【００５４】
なお、車体パネルＰの移動に伴う広角度照明手段２の照射方向および高さの制御、ならびに各撮像手段３，４による撮像方向および高さの制御としては、図９に前方側撮像手段３による撮像を行う場合を示すように、撮像角度θｃおよび撮像高さ△Ｚ２、ならびに照射角度θｓおよび照射高さ△Ｚ１をいずれも階段状にパルス的に切り替えて制御する。このような制御手法とするのは、広角度照明手段２によるライン状の照明光の照射角度および撮像手段３，４の撮像角度は、ともに検査可能な角度に幅（マージン）をもっているため、検査不可能となる角度に外れることのないように制御すればよいからであり、また、高さについては、ライン状の照明光がある程度の許容幅（指向性）をもっているため、車体パネルＰの曲面によって変化する高さに合わせて、照明光が被検査面を照射できるように制御すればよいからである。ただし、これらの角度θｃ，θｓおよび高さ△Ｚ２，△Ｚ１を車体パネルＰの表面に沿ってリニアに制御すればより最適な検査を行うことができ、また、当該表面欠陥検査装置ではリニアに制御することも当然可能である。
【００５５】
このようにして、当該表面欠陥検査装置は、インラインにおいて、車体パネルＰを搬送しながら、曲面形状の被検査面全域における緩やかな凹凸や突起等の表面欠陥を高精度で且つ確実に検出する。
【００５６】
図１０は、本発明に係わる表面欠陥検査装置の他の実施例を示す図である。なお、先の実施例と同一の構成部位については、同一符号を付して詳細な説明を省略する。
【００５７】
この実施例の表面欠陥検査装置は、被検査体である車体パネルＰがルーフパネル等である場合、すなわち、曲面形状を成す被検査面の曲率が比較的小さい場合に適用されるものである。
【００５８】
この表面欠陥検査装置は、車体パネルＰの被検査面の曲率が小さいことから、撮像手段３，４の下降限を先の実施例のように低く設定しなくても、被検査面に対する所定の撮像角度を得ることができるので、被検査体搬送手段１が水平搬送部１Ａのみを有するものとなっている。
【００５９】
図１１は、本発明に係わる表面欠陥検査装置のさらに他の実施例を示す図である。
【００６０】
この実施例の表面欠陥検査装置は、被検査体である車体パネルＰがドアパネル等である場合、すなわち、被検査面の面積が比較的小さく且つ曲率がより小さい場合に適用されるものである。
【００６１】
この表面欠陥検査装置は、例えば車体パネルＰの後面部の曲率が小さい場合には、これに対する撮像方向および高さの制御が不要になることから、後方側撮像手段４が、固定したビーム２７に複数のＣＣＤカメラ２１を取付けた固定式のものとなっている。なお、この実施例では、前方側撮像手段３が先の各実施例の如く可動式となっているが、車体パネルＰの曲面形状によっては、この前方側撮像手段３を固定式にすることもあり得る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係わる表面欠陥検査装置の一実施例を説明する概略説明図である。
【図２】被検査体搬送手段、広角度照明手段および前後の撮像手段を説明する斜視図である。
【図３】広角度照明手段の構造を説明する斜視図である。
【図４】撮像手段の構造を説明する斜視図である。
【図５】表面欠陥検査の原理を説明する図である。
【図６】広角度照明手段による照明光の照射角度と受光画像の輝度との関係を示すグラフである。
【図７】撮像手段の撮像角度と受光画像の検出レベル（輝度比）との関係を示すグラフである。
【図８】検査処理手段において行われる画像処理を説明するフローチャートである。
【図９】広角度照明手段および撮像手段の角度および高さ位置の制御例を説明する図である。
【図１０】本発明に係わる表面欠陥検査装置の他の実施例を説明する斜視図である。
【図１１】本発明に係わる表面欠陥検査装置のさらに他の実施例をブロック図を含めて説明する斜視図である。
【図１２】従来の表面欠陥検査装置における照明光の照射および撮像の原理を説明する図であって、面状光源を用いた場合（ａ）と線状光源を用いた場合（ｂ）を説明する図である。
【符号の説明】
Ｐ 車体パネル（被検査体）
Ｐｆ 搬送方向前面部
Ｐｒ 搬送方向後面部
１ 被検査体搬送手段
１Ａ 水平搬送部
１Ｂ 傾斜搬送部
２ 広角度照明手段
３ 前方側撮像手段
４ 後方側撮像手段
５ 検査処理手段
６Ａ 前方側位置検出手段（被検査面位置検出手段）
６Ｂ 後方側位置検出手段（被検査面位置検出手段）
７ 前後照明撮像切換え手段
８ 被検査面種入力手段
９ 被検査面情報選定手段
１０ 照射／撮像角度位置制御手段
１２ 照射手段
１３ 鏡面反射手段
１４ 照明用回転駆動手段
１５ 照明用昇降駆動手段
１８ 光ファイバーケーブル
１９ ライトガイド
２１ ＣＣＤカメラ
２２ 撮像用回転駆動手段
２３ 撮像用昇降駆動手段
Claims (11)
- 被検査体を一方向に搬送する被検査体搬送手段と、被検査体搬送方向の前方側および後方側に照明光の照射が可能であり且つ移動する被検査体の被検査面に対して照明光を一定の照射角度で照射する広角度照明手段と、広角度照明手段を間にして被検査体搬送方向の前方側および後方側に配置され且つ広角度照明手段に対向して照明光の照射角度よりも大きい撮像角度で照明光の反射光を撮像する前方側および後方側の撮像手段と、各撮像手段により得た受光画像に基づいて被検査面の表面欠陥を抽出する検査処理手段を備えたことを特徴とする表面欠陥検査装置。
- 広角度照明手段が、後方側撮像手段との間において、被検査体の被検査面の搬送方向後面部に照明光を照射すると共に、前方側撮像手段との間において、被検査体の被検査面の搬送方向前面部に照明光を照射する手段であることを特徴とする請求項１に記載の表面欠陥検査装置。
- 被検査面の搬送方向における位置情報を検出する被検査面位置検出手段と、検査面位置検出手段からの位置情報に基づいて広角度照明手段による照明光の前後の照射方向および前後の撮像手段を切換える前後照明撮像切換え手段を備えていることを特徴とする請求項２に記載の表面欠陥検査装置。
- 被検査面位置検出手段が、広角度照明手段を間にして被検査体搬送方向の前後側に、前方側位置検出手段および後方側位置検出手段を備えており、各位置検出手段からの信号に基づいて前後照明撮像切換え手段を制御するとともに検査処理手段による被検査面の表面欠陥の抽出を開始することを特徴とする請求項３に記載の表面欠陥検査装置。
- 被検査面の種類を入力する被検査面種入力手段と、被検査面種入力手段からの被検査面種情報に対応した被検査面の曲面形状角度情報を選定する被検査面情報選定手段と、被検査面の搬送方向における位置情報を検出する被検査面位置検出手段と、被検査面情報選定手段からの被検査面の曲面形状角度情報と被検査面位置検出手段からの位置情報に基づいて広角度照明手段の照射角度および高さを制御する照射角度位置制御手段を備え、照射角度位置制御手段により、被検査面に対する広角度照明手段の照明光の照射角度を常に一定にする制御を行うことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の表面欠陥検査装置。
- 被検査面情報選定手段からの被検査面の曲面形状角度情報と被検査面位置検出手段からの位置情報に基づいて撮像手段の撮像角度および高さを制御する撮像角度位置制御手段を備え、撮像角度位置制御手段により、被検査面に対する撮像手段の撮像角度を常に一定にする制御を行うことを特徴とする請求項５に記載の表面欠陥検査装置。
- 広角度照明手段が、被検査体搬送方向を横切るライン状の照明光を形成する照射手段と、照射手段からの照明光を反射して照射する鏡面反射手段と、鏡面反射手段を回転させて照明光の照射方向を変化させる照明用回転駆動手段と、各手段を一体的に昇降させる照明用昇降駆動手段を備えていることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の表面欠陥検査装置。
- 広角度照明手段の照射手段が、光源からの光を伝送する光ファイバーケーブルと、光ファイバーケーブルからの光をライン状に集光するライトガイドを備えていることを特徴とする請求項７に記載の表面欠陥検査装置。
- 撮像手段が、照明光の反射光を受光するカメラと、カメラを回動させて撮像方向を変化させる撮像用回転駆動手段と、カメラおよび撮像用回転駆動手段を一体的に昇降させる撮像用昇降駆動手段を備えていることを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載の表面欠陥検査装置。
- 撮像手段が、カメラとして、被検査体搬送方向を横切る方向に配列させた複数のＣＣＤカメラを備えていることを特徴とする請求項９に記載の表面欠陥検査装置。
- 被検査体搬送手段が、広角度照明手段による照明光の照射および各撮像手段による撮像を行う間に被検査体を水平移動させる水平搬送部と、水平搬送部の前方側および後方側の少なくとも一方側に連続して撮像手段の下側に被検査体を通過させる傾斜搬送部を備えていることを特徴とする請求項１〜１０のいずれかに記載の表面欠陥検査装置。
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