JP4212711B2 - 金属表面の検査方法及び装置 - Google Patents
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Description
【発明が属する技術分野】
本発明は、金属表面の検査方法及び装置、特に金属薄板等の表面状態を検査する際に適用して好適な、金属表面の検査方法及び装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
一般に、ウェットエッチングにより製造されるリードフレームやシャドウマスク等の金属薄板からなる金属製品の表面にはキズやシミのような表面欠陥が生じていることがある。ここで、キズ欠陥は、他の製品のエッジや異物等との接触により製品(金属)表面に生じる鏡面に近い欠陥を意味し、シミ欠陥は、製造過程で発生するわずかなシミ、変色、錆、製品の面同士の接触による表面上のざらつき等を含む、キズ欠陥に比べると光の反射が小さい欠陥を意味する。そこで、このような金属製品に対して、表面欠陥がある製品を除くために、表面状態の検査が行われている。
【0003】
図10は、カメラにより金属製品Wの表面を、該表面に対して垂直上方に配置したCCDカメラ10により撮像している状態を示し、この場合の照明方法としては、照明装置12により金属製品Wの撮像面に対して斜め方向から照明する、いわゆる斜光照明が一般に採用されている。
【0004】
図11は、このような斜光照明に用いられる照明装置12を斜視図により拡大して示したもので、これはライン型光ファイバガイド12Aにより、ライン状に配列された光ファイバの先端を保持した発光部12Bから、図示しないLEDやハロゲンランプ等の光源から光ファイバケーブル12Cを介して導いた照明光を、対象の金属表面に照射することができるようになっている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記図10に示したような斜光照明の下で、照明光量をキズ欠陥の検出に最適なるように調節して、前述した特徴があるキズ欠陥とシミ欠陥の両方が存在する金属製品Wの表面を前記カメラ10により撮像すると、図12(A)にイメージを示したような、斜線部で示した暗い金属表面Mの中に、符号Kを付したキズ欠陥が明部として表われる画像が得られる。この画像では、図中一点鎖線で示したラインL上の輝度のプロファイルは、同図(B)に示すように、金属表面に比べキズ欠陥Kの部分の輝度が高く(明るく)なるため、この欠陥は検出することができるが、シミ欠陥は輝度が低いため検出することができない。
【0006】
そこで、シミ欠陥をも検出できるように、照明光量を上げていくと、図13(A)にイメージを示したようなキズ欠陥Kと共にシミ欠陥Sも識別できる画像が得られるが、ラインL上の輝度のプロファイルは、同図(B)に示したように、キズ欠陥Kの輝度は飽和してしまっているものの、シミ欠陥Sも検出できる輝度にすることができる。ところが、この場合には両者を明確に識別して検出することができないという別な問題がある。
【0007】
本発明は、前記従来の問題点を解決するべくなされたもので、反射光量の大きなキズ欠陥とそれが小さいシミ欠陥とを明確に識別して検出することができる金属表面の検査方法及び装置を提供することを課題とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】
本発明は、斜光照明下にある金属の表面を垂直上方から撮像して得られる画像に基づいて金属の表面状態を検査する金属表面の検査方法において、画像上でキズ欠陥のみが正反射による明部として識別できる第1照明光量に調整して第1画像を撮像し、画像上でキズ欠陥とシミ欠陥とがそれぞれ正反射と乱反射による明部として識別できる、前記第1照明光量より大きい第2照明光量に調整して第2画像を撮像し、撮像された第1画像と第2画像とに基づいて金属の表面状態を検査することにより、前記課題を解決したものである。
【0009】
本発明は又、金属の表面を斜光照明する照明手段と、斜光照明下にある金属の表面を垂直上方から撮像する撮像手段と、該表面を撮像して得られる画像を処理して金属の表面状態を検査する画像処理手段とを備えている金属表面の検査装置において、画像上でキズ欠陥のみが正反射による明部として識別できる第1照明光量と、画像上でキズ欠陥とシミ欠陥とがそれぞれ正反射と乱反射による明部として識別できる、前記第1照明光量より大きい第2照明光量とに、それぞれ前記照明手段を調整する照明調整手段を備えていると共に、前記画像処理手段が、前記第1照明光量下と第2照明光量下で、前記撮像手段により撮像された第1画像と第2画像をそれぞれ画像処理し、金属の表面状態を検査することにより、同様に前記課題を解決したものである。
【0010】
即ち、本発明においては、照明条件を調整して金属表面からキズ欠陥のみを識別できる第1画像と、キズ欠陥とシミ欠陥の両方を識別できる第2画像とを、それぞれ撮像し、両者を対比させて表面状態を検査するようにしたので、キズ欠陥とシミ欠陥とを明確に区別して検査することができる。
【0011】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
【0012】
図1は、本発明に係る一実施形態の金属表面の検査装置の要部構成を示す、ブロック図を含む概略正面図、図2は該検査装置の制御系の概略を示すブロック図である。
【0013】
本実施形態の検査装置は、前記図10に要部を示した従来の装置と同様に、金属製品Wの表面状態を、その垂直上方から撮像して画像入力する入力部であるCCDカメラ(撮像手段)10と、該金属製品Wの表面を斜光照明する照明装置12と、該照明装置12に照明光を供給する光源14と、斜光照明下で、前記カメラ10で撮像した金属表面の画像を画像処理して表面状態を検査する画像処理部16と、検査装置全体を制御する制御部18とを備えている。
【0014】
又、本実施形態では、金属製品Wを撮像する検査部が、該金属製品Wを搬送するベルトコンベア(搬送部)20で構成され、該製品Wは、上流側のベルトコンベア20Aにより検査部に搬入されると、ベルトコンベア20により矢印方向に移動され、カメラ10の下方の二点鎖線で示した位置に停止されて、その表面が撮像され、この撮像が終了すると、再び移動されて、下流側のベルトコンベア20Bにより搬出されるようになっている。これらコンベア20、20A、20Bからなる搬送部の各動作は、図2にも示したように、カメラ10からなる入力部、画像処理装置(画像処理部)16、照明装置12及び光源14等からなる照明部から、操作結果、処理結果等の信号が制御部18に入力されると、該制御部18により適切にタイミング制御されるようになっている。
【0015】
又、本実施形態では、照明装置12としては前記図11に示したライン型光ファイバガイドを使用しているが、上記照明部では金属製品Wの表面を該照明装置12により斜光照明する際の光量を切り換えることが可能になっている。図3には、この照明部の特徴を示し、LEDやハロゲンランプからなる光源14には、光ファイバケーブル12Cの受光端部の手前に、機械的な絞り(照明調整手段、切換手段)22を設置し、該絞り22の開閉を前記制御部18により制御することにより、照明装置12から照射される光量を調整できるようになっている。
【0016】
本実施形態においては、金属製品Wの表面に対して、例えば45°以下の低い角度で、前記照明装置12により斜光照明し、その照明下で該製品Wの表面を前記CCDカメラ10により撮像して得られる画像に基づいて金属製品Wの表面状態を検査する。その際、画像上でキズ欠陥のみが識別できる第1照明光量に調整して第1画像を撮像し、該第1照明光量より大きな第2照明光量に調整して第2画像を撮像し、こうして撮像された第1画像と第2画像とを、前記画像処理部16により画像処理することにより、金属の表面状態を検査する。
【0017】
即ち、一般に、金属製品Wの表面は鏡面に近いため、斜光照明下では図4に示すように、入射光Iの殆どが正反射して反射光Rとなるため、該表面に対して垂直方向に配された前記カメラ10には入力されない。ところが、その表面に図5に示すようなキズ欠陥Kがあると、通常、キズの表面は金属表面に対して傾斜を持っており、しかも鏡面に近いため、反射光Rの正反射成分の多くは、カメラ10に入力されることになり、比較的小さい第1照明光量でも、前記図12に示したと同様に、画像上で該キズ欠陥Kを明部として認識することができる。
【0018】
ところが、錆や変色等のシミ欠陥Sでは、その表面は金属表面に比べて粗いため、該シミ欠陥に照射された光は乱反射する。この様子を図6に示したように、反射光Rの一部には、垂直方向に向かってカメラ10に入射される成分もあるものの、キズ欠陥Kからの反射光に比べると弱いため、上記第1照明光では前記図12に示したように、シミ欠陥が明部として認識されない第1画像が得られることになる。
【0019】
そこで、照明光量を上げていくと、当然シミ欠陥Sからの乱反射光Rも増加するため、該シミ欠陥Sをも画像上で明部として認識できるようになる。図7には、同一の照明装置を使い、照明光量のみを変化させて金属製品Wの表面を撮像した場合に得られる画像上のキズ欠陥Kとシミ欠陥Sにおける輝度の相対的な変化を示した。
【0020】
この図から分かるように、キズ欠陥Kの場合の輝度は光量が▲1▼の段階でほぼ飽和してしまうが、シミ欠陥Sの場合は▲2▼の段階で飽和し、それまでは徐々に増加するカーブを描く。従って、▲2▼の光量に調整して金属製品Wを撮像すると、キズ欠陥Kとシミ欠陥Sの両方が明部として認識され、前記図13と同様の第2画像が得られることになる。
【0021】
その結果、前記絞り22を使って、照明光量を▲1▼と▲2▼にそれぞれ切換え、第1画像と第2画像を撮像し、両者の同一箇所の輝度を対比させることにより、図8に対応関係を示したように、両画像で明部であればキズ欠陥K、第2画像のみ明部であればシミ欠陥Sというように、両者を区別して検査することが可能となる。 本実施形態では、前記画像処理装置16で、カメラ10を介して入力される第1、第2の両画像を、図7にThと併記した輝度を閾値として、2値化し、2値画像を作成し、この2つの2値画像を使うことにより、キズ欠陥Kとシミ欠陥Sを区別する検査を自動化することも可能となる。
【0022】
その際、第1、第2の両画像を対比させ、キズ欠陥K、シミ欠陥Sを識別する処理は、画素毎に行ってもよいが、両画像で同一の明部を構成する画素領域にはそれぞれ同一番号を付してラベリングし、検出されたオブジェクト(明部)を対比させるようにしてもよい。又、識別後は、各オブジェクトの面積やフィレ径等を算出して、その結果を予め作成してある判定基準と比較し、最終的に欠陥とするか否かの良否判定を行うようにしてもよい。その際に使用する判定基準は、キズ欠陥とシミ欠陥で異なる基準を採用するようにしてもよい。
【0023】
次に、本発明に係る第2実施形態について図9を参照して説明する。
【0024】
図9には、本実施形態の検査装置が有する照明部の特徴を示してあり、ライン型光ファイバガイドからなる照明装置12に、2台の光源14A、14Bからそれぞれ別個の光ファイバケーブル12Cを介して照明光が供給されるようになっており、光源14Aの方を常にONに(点灯)しておき、照明部14Bの方を制御部18によりメカニカルシャッタ24を開閉して、照明光の供給をON/OFFすることにより、照明光量を切り換えることができるようにしてある。それ以外は、実質的に前記第1実施形態の場合と同一である。
【0025】
以上、本発明について具体的に説明したが、本発明は、前記実施形態に示したものに限られるものでなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。
【0026】
例えば、前記実施形態では、光源としてLEDやハロゲンランプを使用し、その光を光ファイバでライン型光ファイバガイドの発光部に導いて照射する場合を示したが、光源はこれに限定されるものでなく、又発光部の形状等もこれに制限されない。
【0027】
又、第1画像、第2画像をそれぞれ入力する2回の撮像は、前記実施形態のように光量を切り換えて同じ場所で撮像する場合に限らず、カメラを2台使用して異なる場所で、異なる照明条件の下で撮像するようにしてもよい。
【0028】
【発明の効果】
以上説明したとおり、本発明によれば、反射光量の大きなキズ欠陥とそれが小さいシミ欠陥とを明確に区別して検査することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る第1実施形態の検査装置の要部構成を示す概略正面図
【図2】上記検査装置の制御系の概略を示すブロック図
【図3】上記検査装置が有する照明部の特徴を示す説明図
【図4】金属表面と照明との関係を示す説明図
【図5】キズ欠陥と照明との関係を示す説明図
【図6】シミ欠陥と照明との関係を示す説明図
【図7】照明光量と画像上のキズ欠陥及びシミ欠陥の輝度との関係を示す線図
【図8】画像上の明暗と表面欠陥との対応関係を示した図表
【図9】第2実施形態の要部を示す説明図
【図10】斜光照明下で金属表面を撮像する検査装置の要部を示す概略正面図
【図11】照明装置を拡大して示す斜視図
【図12】金属の表面状態を撮像した画像と、画像上の輝度との関係を示す説明図
【図13】金属の表面状態を撮像した画像と、画像上の輝度との関係を示す他の説明図
【符号の説明】
10…カメラ
12…照明装置
14…光源
16…画像処理装置
18…制御部
20…ベルトコンベア
22…絞り
24…シャッタ
Claims (4)
- 斜光照明下にある金属の表面を垂直上方から撮像して得られる画像に基づいて金属の表面状態を検査する金属表面の検査方法において、
画像上でキズ欠陥のみが正反射による明部として識別できる第1照明光量に調整して第1画像を撮像し、
画像上でキズ欠陥とシミ欠陥とがそれぞれ正反射と乱反射による明部として識別できる、前記第1照明光量より大きい第2照明光量に調整して第2画像を撮像し、
撮像された第1画像と第2画像とに基づいて金属の表面状態を検査することを特徴とする金属表面の検査方法。 - 金属の表面を斜光照明する照明手段と、斜光照明下にある金属の表面を垂直上方から撮像する撮像手段と、該表面を撮像して得られる画像を処理して金属の表面状態を検査する画像処理手段とを備えている金属表面の検査装置において、
画像上でキズ欠陥のみが正反射による明部として識別できる第1照明光量と、画像上でキズ欠陥とシミ欠陥とがそれぞれ正反射と乱反射による明部として識別できる、前記第1照明光量より大きい第2照明光量とに、それぞれ前記照明手段を調整する照明調整手段を備えていると共に、
前記画像処理手段が、前記第1照明光量下と第2照明光量下で、前記撮像手段により撮像された第1画像と第2画像をそれぞれ画像処理し、金属の表面状態を検査することを特徴とする金属表面の検査装置。 - 請求項2において、
前記照明手段が、前記照明手段による照明光量を2段階に切り換える切換手段であることを特徴とする金属表面の検査装置。 - 請求項2において、
前記画像処理手段が、前記第1画像及び第2画像を同一の閾値で2値化して2値画像を作成し、両2値画像を基に表面状態を検査することを特徴とする金属表面の検査装置。
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