JP4079977B2 - 画像処理用光照射装置及び画像処理用光照射方法 - Google Patents

Description

本発明は、製品の表面検査やマーク検出等に好適に用いられる画像処理用光照射装置等に関するものである。

従来、製品等（ワーク）の傷検査やマーク検出、記号読み取り等を自動で行う場合、ワークをＣＣＤカメラ等の撮像装置で撮像して画像データを得るとともに、画像処理装置によって前記画像データを２値化（白黒化）するといった画像処理を加え、前記傷や記号を自動で判別するようにしている。そしてその際には、その画像処理目的に応じた光を前記ワークに照射するようにしている。

その一例として、周囲からローアングルで指向性の強い光（以下ローアングル光）を照射し、傷等の欠陥を検出できるようにしたものが知られている（特許文献１図３等）。このような照明によれば、表面が鏡面状をなすものの場合、その表面に対し垂直方向（撮像方向）から観測すると、欠陥のある部分でのみ光が散乱し、その部分のみが光って見えることとなるため、欠陥を検出することができる。

その他にも、例えばワークの略直上から、すなわち撮像方向と略同一方向から平行光又は極めて平行に近い光（以下同軸平行光という）を照射し、マークの検出や記号読み取りを円滑に行えるようにしたものや、照射光の色を変えてワーク表面に記載された特定色の印字のみを浮立たせ読み取れるようにしたもの等が知られている。
特開平１０−２１７２９号公報

ところで従来は、この種の光照射において、ワークの明るさや光照射角度等の光照射条件に係る設定を、導入初期時やメンテナンス時やワーク機種変更時、不具合発生時等にのみ、例えば画像処理結果を利用して試行錯誤的に手動で行っているのが実情である。そして、ランニング中における動的かつ自動的な光照射条件制御は、光源の光量を一定に保つＦＢ制御がなされている程度で、現実的には行われていないといっても過言ではない。

しかしながら、例えば図５に示す金属鍛造品のように、表面に細かい筋状の目が一様に入ったワークの検査を行う場合、ローアングル光の照射方向によっては、その目で光が散乱したり、あるいは陰になったりして表面検査やマーク読み取りが行えないことが生じ得る。

もちろん、単品のワークであれば、オペレータが画像処理結果を参照しつつ、ワークの設置位置や光の照射方向を試行錯誤的に適宣設定することで、表面検査やマーク読み取りを行うことも可能ではある。また、例えば文字読取装置においては、画像処理の結果、文字が切り出せなかったり、読みとれなかったりした場合に照射角度を適当に変えて再トライするものも知られている。しかし、そのように試行錯誤的に行われた設定が最適であるという保証は得られない。

さらに、例えばこのようなワークがライン上を搬送されてきて順次連続的に検査する必要がある場合には、上述した方法では時間がかかりすぎ、全く対処できない。よしんば、画像処理の結果を自動判断して光照射条件の設定を自動調整するような構成にしたとしても、その自動調整処理を含めた画像処理にやはり相当の時間（数十ｍｓｅｃ）がかかると考えられるため、迅速な検査ができなくなる。

そこで本発明は、画像処理装置側で画像処理のための種々の補正を行うのではなく、光照射装置側で、画像処理に最適な画像を得られるように、ワークでの光照射状態、すなわちワークからの反射光の態様を参照しつつ、光の照射態様を動的かつ自動的に生成するようにした、いわばインテリジェント光照射装置とでも言うべき画像処理用光照射装置を提供し、上述した不具合を解決すべく図ったものである。

すなわち本発明にかかる画像処理用光照射装置は、表面に透明薄膜が形成され、ライン上を流れるワーク上の所定領域を撮像して得られた画像情報を所定目的で処理する画像処理装置とともに用いられるものであり、前記所定領域に対し、スペクトル分布を変更可能に光を照射する光照射部と、前記所定領域の明度を検出する光照射状態検出部と、前記光照射部を制御して、撮像方向からみた前記所定領域の明度が略最高又は略最低となるように前記光のスペクトル分布を設定する光照射条件制御部と、を備え、前記光照射部が、面上に敷設した多数の発光要素を備えたものであり、前記光照射条件制御部が、それら発光要素のうちの一部を選択的に点灯して光の照射立体角度を設定するものであることを特徴とする。

このようなものであれば、光照射装置側で、画像処理目的に最適な光照射条件を作り出すことが可能であるため、画像処理装置側での補正等の負荷が大幅に軽減される。しかもその光照射条件は、画像処理に先だってその都度設定可能であるため、例えばライン上を流れてくるワークを次々検査する場合などでも、ワーク毎に検査等のうえで最適な画像を得ることができる。また、画像処理に比べると、光照射状態の検出や光照射条件の設定にはそれほど複雑な処理を必要とせず、画像処理時間の１／１０〜１／１００オーダーの時間で済むため、その処理時間がボトルネックとなって迅速な検査等に支障を来すこともない。特に、前記所定領域の表面に透明薄膜が形成されたワークである場合には、光の色を変更することによっても、そのワークに形成されたマークや傷等を有効に検出できる。

好ましくは、前記光照射状態を検出する光照射状態検出部をさらに備え、前記光照射条件制御部が、その光照射状態検出部で検出された光照射状態を参照するようにしているものがよい。この光照射状態検出部は、例えば撮像装置そのものを利用することもできるし、或いは撮像装置等とは別体で独立にＣＭＯＳカメラやフォトダイオード等を利用してもよい。

前記光照射部が、面上に敷設した多数の発光要素を備えたものであり、前記光照射条件制御部が、それら発光要素のうちの一部を選択的に点灯して光の照射立体角度を設定するものであるので、機械的な動作機構を極力少なくし、簡単な構成で前記照射立体角度の変更を可能にすることができる。

発光要素の具体的な実施の態様としては、前記発光要素が、ＬＥＤ又はＬＥＤに基端部を接続された光ファイバの先端部であることが望ましい。

前記光拡散体での光度ロスを可及的に減少させるには、光拡散体が、透明部材と、その透明部材に混入させた微小な光反射部材とを備えたものがよい。

また、本発明に係る画像処理用光照射方法は、表面に透明薄膜が形成され、ライン上を流れるワーク上の所定領域を撮像する撮像装置及びその撮像装置で得られた画像を所定目的で処理する画像処理装置を用いた画像処理システムに用いられるものであって、前記所定領域に対し、スペクトル分布を変更可能に光を照射する光照射部を利用してなり、前記所定領域の全部又は一部における撮像方向からみた明度を検出する光照射状態検出ステップと、前記画像処理に先だって前記光照射部を制御して、前記明度が略最高又は略最低となるように前記光のスペクトル分布を設定する光照射条件設定ステップとからなり、前記光照射部が、面上に敷設した多数の発光要素を備えたものであり、前記光照射条件設定ステップにおいて、それら発光要素のうちの一部を選択的に点灯して光の照射立体角度を設定するものであることを特徴とする。

例えば、前記光照射条件設定ステップにおいて、画像処理が行われる都度、前記明度が略最高又は略最低となるように前記光のスペクトル分布を設定するようにしていることが望ましい。

このように本発明によれば、光照射装置側で、画像処理目的に最適な光照射条件を作り出すことが可能であるため、画像処理装置側での補正等の負荷が大幅に軽減される。しかもその光照射条件は、画像処理に先だってその都度設定されるため、例えばライン上を流れてくるワークを次々検査する場合などでも、ワーク毎に検査等のうえで最適な画像を得ることができる。また、画像処理に比べると、光照射状態の検出や光照射条件の設定にはそれほど複雑な処理を必要とせず、画像処理時間の１／１０〜１／１００オーダーの時間で済むため、その処理時間がボトルネックとなって迅速な検査等に支障を来すこともない。特に、前記所定領域の表面に透明薄膜が形成されたワークである場合には、光の色を変更することによっても、そのワークに形成されたマークや傷等を有効に検出できる。さらに、機械的な動作機構を極力少なくし、簡単な構成で前記照射立体角度の変更を可能にすることができる。

以下に本発明の一実施形態について図面を参照して説明する。

本実施形態に係る画像処理用光照射装置Ａ４は、図１に示すように、表面に透明薄膜７を有するワークＷの、その透明薄膜７に形成されたマーク等の凹部８を検出するために用いられるものである。この透明薄膜７は、例えばＩＴＯ（Indium Tin Oxide）膜と称される樹脂膜であり、その厚みが０．０２μｍ〜０．４μｍの非常に薄い膜である。

具体的にこのものは、図２に示すように、表面に透明薄膜７を有するワークＷを保持するワーク保持部Ａ１、ワークＷの表面の所定領域をその対向方向から撮像し画像データとして出力する撮像装置たるＣＣＤカメラＡ２、及び前記画像データを取り込むとともにそれに２値化処理等を施し前記ワークＷの表面に彫り込まれたマーク等を自動検出する画像処理装置Ａ３とともに用いられて表面検査システムを構成するものである。

しかして本実施形態における画像処理用光照射装置Ａ４は、装置本体１と制御電源装置２と光照射状態検出部６とを備えている。

前記装置本体１は、光照射部４を備えたもので、この光照射部４は、ワークＷの所定領域に対し、撮像方向からスペクトル分布変更可能に平行光又は略平行光Ｌ７を照射するものであり、図示しない多数のＬＥＤからなる光源４５と、それら各ＬＥＤに基端部を１本１本接続され、先端部を束にしてまとめた光ファイバ４６と、それら光ファイバ４６の先端部から撮像方向と直交又は略直交する方向に射出される光Ｌ７を平行又は若干収斂する向きに屈折させるレンズ４７（例えばフレネルレンズ）と、このレンズ４７をでた光Ｌ７を撮像方向と同一又は略同一方向からワークに向かわせるハーフミラー４８とを備えている。各光ファイバ４６の先端部は、例えばマトリクス状に束ねて発光面４９を形成しており、点灯するＬＥＤを変更することで、その発光面４９における発光位置を変えることができるようにしてある。そしてスペクトル分布を変更可能とするために、この光照射部４は、例えばピーク波長の異なる複数のＬＥＤを有し、それらのＬＥＤのいずれかを選択的に点灯できるようにしてある。もちろんその他プリズム等を用いてスペクトル分布を可変にできるようにしたもの等でもよい。

制御電源装置２は、光照射条件制御部としての機能を担うもので、前記所定領域が変更される都度、その所定領域の明度を参照しつつ、前記画像処理装置Ａ３による画像処理に先だって前記光照射部を制御し、すなわち発光させるＬＥＤを設定し、明度が前記明度が略最高となる又は略最低となるように、前記光Ｌ７のスペクトル分布を設定するようにしている。

前記明度とは、撮像方向から前記所定領域をみたときの明度のことであり、所定領域からの反射光Ｌ５、Ｌ６の強度を、冒頭に述べた光照射状態検出部６で測定することによって得るようにしている。

この光照射状態検出部６は、受けた光の強度に応じた電流又は電圧を出力するもので、例えば、ＣＭＯＳカメラやフォトダイオード等の専用のものを用いてもよいが、この実施形態では、ＣＣＤカメラＡ２に光照射状態検出部としての役割を担わせ、その出力信号の値から明度を得るようにしている。具体的にはＣＣＤカメラＡ２を構成する全ＣＣＤ素子の出力信号値の平均値（所定領域全体の平均値）あるいは積算値（所定領域全体のトータル値）を明度としている。もちろん、一部のＣＣＤ素子の出力信号値の平均値あるいは積算値（所定領域の一部の平均値又はトータル値）を明度としてもよい。なお、この光照射状態検出部６に所定領域からの反射光Ｌ４を導くため、反射光Ｌ５、Ｌ６の光路上に第２ハーフミラー７を設けている。

このようにして例えば、前記明度が略最高となるように又は略最低となるように光のスペクトル分布が設定されると、マーク等の凹部８は、暗い又は明るい部分として認識できることとなる。これは以下の理由による。

すなわち、明度が略最高となるときは、図１及び図３に示すように、透明薄膜７の表面７１での反射光Ｌ５と、裏面７２での反射光Ｌ６との位相が合致し、強め合う場合である。これは照射される光Ｌ７の波長（スペクトル分布）と透明薄膜７の厚みとの関係から定まる。一方、凹部８では、厚みが薄いため、その表面８１及び裏面８２からの各反射光Ｌ５’、Ｌ６’は、互いの位相がずれ、一部又は全部が打ち消し合って全体として弱まることになる。図４では半波長分位相がずれ、略完全に打ち消し合った場合を示している。この結果、その強度差をコントラストとして検出できることとなる。

また逆に明度が略最低となる場合は、透明薄膜７の表面７１での反射光Ｌ５と、裏面７２での反射光Ｌ６との位相が半波長分ずれ、略完全に打ち消し合う場合である。このときは、凹部８では、少なくとも各反射光Ｌ５’、Ｌ６’同士が完全に打ち消し合うことにはならず、ある程度の強度を保つため、その強度差をコントラストとして検出できることとなる。

したがって、例えばライン上を流れてくるワークＷを検査する場合、その一部又は全部の透明薄膜７の厚みが若干異なっていたり、マーク等がある凹部８の厚みが若干異なっていたとしても、それに応じて動的に光Ｌ７の波長（スペクトル分布）を変えることにより、常に凹部８と他の部位とのコントラストを保つことができ、画像処理装置Ａ３に負担をかけることなく、その所定領域に形成された凹部８を迅速に検出することができる。

＜その他の実施態様＞

なお、本発明は前記実施形態に限られるものではない。例えば前記実施形態ではＬＥＤを用いたが、例えば半導体レーザでもよいし、その他の発光体を用いても構わない。

また、光の照射強度、照射範囲等を変えることで光照射条件を最適なものにすることも可能である。

さらに、光照射条件制御部を前記実施形態では制御電源装置内に組み込んでいたが、別の装置に組み込んでも構わないし、将来的には、光照射状態検出部と光照射条件制御部が１つのチップに一体に組み込まれるような態様も考えられる。例えばハードウェアセンサー（例えば複数の光センサー）やイメージセンサチップそのものに論理回路を搭載し、これに光照射条件制御部としての機能を担わせるようにすればよい。

もちろん本発明は、上記図示例に限られず、趣旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。

本発明の一実施形態におけるワークに照射される光と反射される光とを示す模式図。 同実施形態における全体システムを示す模式的構成図。 本発明の一実施形態におけるワークに照射される光と反射される光との干渉を説明するための光波形図。 同実施形態におけるワークに照射される光と反射される光との干渉を説明するための光波形図。 筋状の目を有するワークを示す画像図。

符号の説明

Ａ２…撮像装置（ＣＣＤカメラ）
Ａ３…画像処理装置
Ａ４…画像処理用光照射装置
２…光照射条件制御部（制御電源）
４…光照射部
４１…ＬＥＤ
６…光照射状態検出部
Ｌ７…光
Ｗ…ワーク

Claims (4)

1. 表面に透明薄膜が形成され、ライン上を流れるワーク上の所定領域を撮像して得られた画像情報を所定目的で処理する画像処理装置とともに用いられるものであり、
   前記所定領域に対し、スペクトル分布を変更可能に光を照射する光照射部と、
   前記所定領域の明度を検出する光照射状態検出部と、
   前記光照射部を制御して、撮像方向からみた前記所定領域の明度が略最高又は略最低となるように前記光のスペクトル分布を設定する光照射条件制御部と、を備え、
   前記光照射部が、面上に敷設した多数の発光要素を備えたものであり、
   前記光照射条件制御部が、それら発光要素のうちの一部を選択的に点灯して光の照射立体角度を設定するものである画像処理用光照射装置。
2. 前記発光要素が、ＬＥＤ又はＬＥＤに基端部を接続された光ファイバの先端部である請求項１記載の画像処理用光照射装置。
3. 表面に透明薄膜が形成され、ライン上を流れるワーク上の所定領域を撮像する撮像装置及びその撮像装置で得られた画像を所定目的で処理する画像処理装置を用いた画像処理システムに用いられるものであって、
   前記所定領域に対し、スペクトル分布を変更可能に光を照射する光照射部を利用してなり、
   前記所定領域の全部又は一部における撮像方向からみた明度を検出する光照射状態検出ステップと、
   前記画像処理に先だって前記光照射部を制御して、前記明度が略最高又は略最低となるように前記光のスペクトル分布を設定する光照射条件設定ステップとからなり、
   前記光照射部が、面上に敷設した多数の発光要素を備えたものであり、
   前記光照射条件設定ステップにおいて、それら発光要素のうちの一部を選択的に点灯して光の照射立体角度を設定するものである画像処理用光照射方法。
4. 前記光照射条件設定ステップにおいて、画像処理が行われる都度、前記明度が略最高又は略最低となるように前記光のスペクトル分布を設定するようにしている請求項３記載の画像処理用光照射方法。