JP4278764B2 - 欠陥検査装置及び欠陥検査方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、検査対象の欠陥をカラー画像を利用して検査する欠陥検査装置及び欠陥検査方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、各種物品の素材表面状況、模様、文字等の印刷状況、素材表面への焼き付けや塗装状況の良否を検査するに当たり、検査対象の表面をカメラで撮像して、得られた画像を処理することにより光学的に検査する装置が普及している。検査対象の良否判断は、表面の汚れ、傷、色等を検出することにより行われ、通常、検査は検査対象の物品を移動させた状態で行なう。特に、従来、撮像画像は白黒画像が主流であったが、カラーカメラを使用した色の検査も検査項目となってきており、更に、表面模様等の複雑化、高精度の検査仕様要求に対処できる検査装置が求められている。このような要請に沿った装置として、３板式ＣＣＤカラーカメラを使用したシート表面を検査する検査装置例を図３に示す。
【０００３】
図３に示す検査装置は、先ず、検査対象として矢印３１の方向に搬送されているシート３２の表面を、３板式ＣＣＤカラーカメラ３３により撮像する。シート３２の表面にはカラーで印刷された矩形模様３４が形成されている。３板式ＣＣＤカラーカメラ３３は、受光用レンズ３５と、光軸の調整された位置に配置された分光プリズム３６と、分光プリズム３６によって分けられた赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の３色の光成分を受光するカラーセンサとなるＲ−ＣＣＤ３７Ｒ、Ｇ−ＣＣＤ３７Ｇ、Ｂ―ＣＣＤ３７Ｂを有している。分光プリズム３６の各反射面はバンドパスフィルタ処理が施されており、ＲＧＢに対応するそれぞれの反射面では定められた色成分のみを反射させる。
【０００４】
３板式ＣＣＤカラーカメラ３３で矩形模様３４を撮像すると、各ＣＣＤ３７Ｒ、３７Ｇ、３７Ｂからの出力信号は、Ｒ画像フレームメモリ３８Ｒ、Ｇ画像フレームメモリ３８Ｇ、Ｂ画像フレームメモリ３８Ｂにそれぞれ入力される。Ｒ、Ｇ、Ｂ画像フレームメモリ３８Ｒ、３８Ｇ、３８Ｂに格納されている画像データは、Ｒ画像読取部３９Ｒ、Ｇ画像読取部３９Ｇ、Ｂ画像読取部３９Ｂによりそれぞれ読み取られ、合成画像フレームメモリ４０に格納される。その後、合成画像フレームメモリ４０の画像データは主処理部４１にて判定処理がなされ、検査対象の良否の判断が行われる。また、必要に応じて表示部４２に合成画像を表示したり、印刷部４３にて印字出力がなされる。Ｒ、Ｇ、Ｂ画像フレームメモリ３８Ｒ、３８Ｇ、３８Ｂから各色の画像データの読み取りにあたっては、各フレームメモリ３８Ｒ、３８Ｇ、３８Ｂからの読み出し走査角度が走査角度設定部４４にて設定されており、この予め設定されている走査角度によって走査され、各画像データが読み出される。そして、この走査角度は各フレームメモリ３８Ｒ、３８Ｇ、３８Ｂ共通に、標準的な略水平な角度に固定的に設定されている。いわゆる水平走査が行われる。
【０００５】
さて、３板式ＣＣＤカラーカメラ３３は、上述のように分光プリズム３６、Ｒ、Ｇ、Ｂ−ＣＣＤ３７Ｒ、３７Ｇ、３７Ｂ等で構成されているが、これらを使用して検査対象の同一の個所を撮像するにあたっては、各構成部品の設計上の精度や設置精度が撮像画像の出力精度に大きく影響することになる。例えば、Ｇ−ＣＣＤ３８Ｇのみ正確に配置されているが、他のＣＣＤであるＲ−ＣＣＤ３８Ｒ、Ｂ−ＣＣＤ３８Ｂの位置がずれているとすると、図３の各フレームメモリ３８Ｒ、３８Ｇ、３８Ｂに示してあるように、Ｇフレームメモリ３８Ｇのみ正常な略水平なＧ画像データ４５Ｇが読み出されるが、Ｒフレームメモリ３８Ｒでは右下下がりの斜めなＲ画像データ４５Ｒが読み出され、Ｂフレームメモリ３８Ｂでは左下下がりの同じく斜めなＢ画像データ４５Ｂが読み出される。
【０００６】
なお、図３に示すように合成画像フレームメモリ４０には、各Ｒ、Ｇ、Ｂフレームメモリ３８Ｒ、３８Ｇ、３８ＢからのＲＧＢ画像が合成された合成画像４６が格納される。この合成画像４６は、本来各Ｒ、Ｇ、Ｂ−ＣＣＤ３７Ｒ、３７Ｇ、３７Ｂの設置位置がいずれもずれなく正常に配置されていれば、各色の画像は完全に重なり一本の矩形状になるはずであるが、前述のようにＲ−ＣＣＤ３８Ｒ、Ｂ−ＣＣＤ３８Ｂの設置位置がずれている本例の場合には、模式的に強調して示したが、図のように交差した３本の横棒状画像が得られることになる。このことは、得られた合成画像にずれが発生していることになり、不鮮明な画像となってしまい、検査工程にて利用する画像が不鮮明なデータとなることを意味し、精度の高い検査ができないことになる。
【０００７】
さて、ＲＧＢに対応する各ＣＣＤの位置ずれが、取り込んだ画像に及ぼす影響について、図４並びに図５を参照して説明する。図４は、図３に示した３板式ＣＣＤカラーカメラ３３の要部を取り出して示したものであるが、この内、Ｂ−ＣＣＤ３７Ｂには受光レンズ３５、分光プリズム３６を介して青の光学情報が入力される。取り込んだ画像に影響を及ぼすＣＣＤの位置ずれには種々考えられるが、いくつかの例を図４に示す。即ち、左右の矢印４５は紙面に平行な横ずれを、回転矢印４６は光学情報の到来方向を回転軸とするＣＣＤの回転ずれを、また、円印４７は紙面に垂直な方向のずれをそれぞれ表している。
【０００８】
図５は、Ｂ−ＣＣＤ３７Ｂにより取り込んだ画像を模式的に示したものである。図５（ａ）は、ＣＣＤに位置ずれがなく画像が正常に取り込まれた例を示しており、矩形画像４８ａは画面に水平に撮像される。この場合、光学情報を取り込む走査線は、略水平に移動する方式となっている。図５（ｂ）は、図４に示したＢ−ＣＣＤ３７Ｂに各方向への位置ずれがある場合の取り込んだ画像を示したもので、矩形画像４８ｂは、画面にて右下へ傾斜した画像となっている。図５（ｂ）において、ＣＣＤに位置ずれがなく、正常に画像を取り込むことができる場合には、点Ｌから走査が行われるが、図４の矢印４５で示す左右方向へＣＣＤがずれている場合には、点Ｌから左右にずれた距離に対応する距離だけずれた点Ｍから走査がなされてしまう。
【０００９】
同様にして、ＣＣＤが図４の円印４７で示した紙面に垂直方向にずれた場合には、走査開始位置が図５（ｂ）の点Ｎにずれてしまう。従って、本来点Ｌから走査が開始されるべきところ、ＣＣＤのずれによって、点Ｐから走査されることになる。更に、ＣＣＤが図４の回転矢印４６に示すように回転した場合には、図５（ｂ）に角度αで示す傾きをもった画像となってしまう。図５（ｃ）にはＲ−ＣＣＤ３７Ｒ、Ｇ−ＣＣＤ３７Ｇ、Ｂ−ＣＣＤ３７Ｂの一つは位置ずれがなく、他の二つに位置ずれがある場合の各色画像を重畳した合成画像４９を示すものである。
【００１０】
この図５（ｃ）の画像では、もし３個のＣＣＤの位置が全て正常である場合には、画像はずれることなく、横一線になるが、２個のＣＣＤがずれている場合に起こりうる画像の例を示してある。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
上述したように、従来、３板式ＣＣＤカラーカメラにおいては、装着されている３個のＣＣＤの位置ずれに係わりなく、各ＣＣＤからから読み込んだ光学情報データを走査し、画像データとして抽出する際の走査はいわゆる水平走査であって、画面に対して略水平に走査を行い画像データを取り出していた。この結果、ＣＣＤに位置ずれが生じていても、この位置ずれには係わりなく、画像データ取り出しのための走査は固定的な水平走査であって、取り出された画像データは、ＣＣＤの位置ずれに応じてずれが発生する。ずれた画像データを含む３種の画像データを合成して形成される合成画像には、解像度の低下並びに色にじみ等の不具合が発生してしまい、この不具合のある画像を用いて以後の工程で検査処理を行った場合、正確な検査が行えない欠点があった。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明の欠陥検査装置は、被検査体のカラー画像を撮像するカメラには受光レンズからの光の、赤成分、緑成分、青成分を分光する分光プリズム及び、この赤成分を受光する第１のカラーセンサ、緑成分を受光する第２のカラーセンサ、青成分を受光する第３のカラーセンサが組み込まれており、
前記第１のカラーセンサからの画像データを格納する第１のフレームメモリと、
前記第２のカラーセンサからの画像データを格納する第２のフレームメモリと、
前記第３のカラーセンサから出力される画像データを格納する第３のフレームメモリと、
前記第１のフレームメモリ、第２のフレームメモリ、第３のフレームメモリに格納された各画像データを入力し、それぞれが設定された走査条件に従って走査して各画像データを読み取る第１乃至第３読取部（画像読取部、走査角度指定部）と、
前記第１のフレームメモリ、第２のフレームメモリ、第３のフレームメモリに格納された各画像データを入力して、前記第１乃至第３のカラーセンサを構成する各センサの設置精度誤差に対応した傾斜角度及び補正走査開始点を求め、これを前記走査条件として、該当の前記第１乃至第３読取部に設定する走査角度設定処理部と、
前記第１乃至第３読取部で読み取られた前記各画像データを合成して後段に送出する合成部と、
前記合成部からの合成画像データに基づいて前記被検査体のカラー画像を検査する処理部とを備えたことを要旨とする。
【００１４】
前記処理部には、前記第１乃至第３読取部からの画像データを合成して格納する合成画像フレームメモリと、この合成画像フレームメモリからの画像データに基づいて欠陥検出を行う欠陥検出部と、この欠陥検出部に接続された表示部並びに又は印刷部とを備えている。
【００１５】
また、本発明の欠陥検査方法は、被検査体のカラー画像を複数のカラーセンサが組み込まれているカメラで撮像し、
前記複数のカラーセンサからの各画像データは前記複数のカラーセンサの各々に対応して格納され、
前記複数のカラーセンサの各々の設置精度データに基づき前記格納された各画像データ毎の各センサの設置精度誤差に対応した傾斜角度及び補正走査開始点を読取条件として決定し、
この決定された読取条件によって前記格納された各画像データを読み出し、この読み出された各画像データを用いて前記被検査体の検査対象画像を形成し、
この検査対象画像により前記被検査体の欠陥検査を行うことを要旨とする。
【００１６】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の実施形態を示す概略構成図である。図１を説明するにあたっては、既に図３で示した構成と同一の部分は同一の符号を用い、その詳細な説明は省略する。検査対象であるシート３２の矩形模様３４を３板式ＣＣＤカラーカメラ３３により撮像し、Ｒ−ＣＣＤ３７Ｒ、Ｇ−ＣＣＤ３７Ｇ、Ｂ−ＣＣＤ３７Ｂからの出力信号は、それぞれ対応するＲ画像フレームメモリ３８Ｒ、Ｇ画像フレームメモリ３８Ｇ、Ｂ画像フレームメモリ３８Ｂに格納される。各フレームメモリに格納された画像信号は、本実施例においてＲ−ＣＣＤ３７Ｒ並びにＢ−ＣＣＤ３７Ｂに位置ずれがあり、図のようにＲ画像フレームメモリ３８Ｒ並びにＢ画像フレームメモリ３８Ｂに格納された画像データ４５Ｒ、４５Ｂは、模式的に傾斜した画像データとなっている。また、Ｇ−ＣＣＤ３７Ｇは位置ずれがなく適正に設置されているため、Ｇ画像フレームメモリ３８Ｇに格納された画像データ４５Ｇは、適正な画像データとなっている。
【００１７】
各フレームメモリに格納された画像データは、Ｒ画像読取部３９Ｒ、Ｇ画像読取部３９Ｇ、Ｂ画像読取部３９Ｂにて読み取られ、合成画像フレームメモリ４０に格納される。合成画像フレームメモリ４０に格納された合成画像は、主処理部４１にて判定処理がなされ、検査対象の良否の判断が行われる。また、必要に応じて表示部４２に合成画像を表示したり、印刷部４３にて印字出力がなされる。
【００１８】
さて、ＲＧＢ画像フレームメモリ３８Ｒ、３８Ｇ、３８Ｂに格納されている画像データは、ＲＧＢ画像読取部３９Ｒ、３９Ｇ、３９Ｂにより読み取るが、この際、各画像読取部毎に指定された走査角度によって読み取られる。この走査角度は、各々の画像読取部３９Ｒ、３９Ｇ、３９Ｂに対応して、Ｒ走査角度指定部１１Ｒ、Ｇ走査角度指定部１１Ｇ、Ｂ走査角度指定部１１Ｂにて指定される。そして、各走査角度指定部１１Ｒ、１１Ｇ、１１Ｂへ供給する走査角度データは、走査角度設定処理部１２にて処理設定する。走査角度設定処理部１２においては、ＲＧＢ画像フレームメモリ３８Ｒ、３８Ｇ、３８Ｂに格納されている各画像データのずれ量、即ち、図４、図５で説明したような各種のずれ量を抽出して、このずれ量に基づき各フレームメモリ毎の走査角度を設定する。ＲＧＢ画像フレームメモリ３８Ｒ、３８Ｇ、３８Ｂに格納されている画像データのずれ量は、Ｒ、Ｇ、Ｂ−ＣＣＤ３７Ｒ、３７Ｇ、３７Ｂの位置ずれに相関しており、各ＣＣＤの位置ずれを表すデータとみなすことができる。走査角度設定処理部１２にて設定された各フレームメモリ毎の走査角度は、ＲＧＢ走査角度指定部１１Ｒ、１１Ｇ、１１Ｂに送出し、この指定角度によってＲＧＢ画像読取部３９Ｒ、３９Ｇ、３９Ｂから各フレームメモリ３８Ｒ、３８Ｇ、３８Ｂを走査してそれぞれ出力画像データを得る。この結果、Ｒ−ＣＣＤ３７Ｒ並びにＢ−ＣＣＤ３７Ｂの位置ずれにも係わらず、補正された正規の画像データが合成画像フレームメモリ４０に格納されることになる。
【００１９】
上記した位置ずれ画像を補正する方法を、図２を用いて説明する。図２においては、図１のＲ−ＣＣＤ３７Ｒにより撮像した画像データを例に説明する。図２（ａ）は、Ｒ−ＣＣＤ３７Ｒで撮像し、Ｒ画像フレームメモリ３８Ｒに格納された位置ずれ画像４８の例である。即ち、ＣＣＤ位置ずれに伴なう画像への影響については既に図４並びに図５により説明済みであるが、このＲ画像データ１３は、ｘ軸方向にｘ１、ｙ軸方向にｙ１だけずれており、更に角度αｒ右下方向に傾斜した画像となっている。このようなＲ画像データ１３のずれデータは走査角度設定処理部１２に入力され、ｘ１、ｙ１のずれデータ及び傾斜角度αｒに基づき補正走査座標を求める。この補正走査座標は、ずれ画像を表すずれデータ関数を作成し、本来の適正走査画像が得られるよう演算を行うことによって得ることができる。即ち、図２（ｂ）において、補正走査座標（Ｘ、Ｙ）は、
Ｘ＝ｘ１＋ｉ
Ｙ＝ｙ１＋ｉ・ｔａｎ（αｒ）
ここで、ｉ＝０、１、２、…ｎ
のようになる。
【００２０】
以上にように走査角度設定処理部１２にて得られた補正走査座標は、Ｒ走査角度指定部１１Ｒへ送られ、これらの補正データに基づいてＲ画像読取部３９ＲがＲ画像フレームメモリ３８Ｒから画像データを読み出す。即ち、図２(ｂ)に示すように、Ｒ画像フレームメモリ内のＲ画像データは、図には示していないが、補正走査開始点（Ｘ１、Ｙ１）から補正走査角度αｒによって読取走査が行われる。図２(ｂ)では、平行四辺形状の矢印で示した走査が行われることを示してある。このような補正走査を行うことにより、図２(ｃ)に示すように、補正済みの画像データ４８ｃは、適正な画像として補正がなされる。
【００２１】
上記例ではＲ画像のみについて説明したが、走査角度設定処理部１２にて、Ｇ画像並びにＢ画像についても同様の処理を行う。このようにしてＧ走査角度指定部１１Ｇ、Ｂ走査角度指定部１１Ｂを介してＧ画像フレームメモリ３８Ｇ、Ｂ画像フレームメモリ３８Ｂの画像データに対して補正処理を施すことにより、いずれの色の画像データも補正がなされ、これらの補正済み画像データを合成画像フレームメモリ４０にそれぞれ入力することにより、図１に示すように合成画像１４は完全に各色の画像が重なってずれのない画像を得ることができる。
【００２２】
【発明の効果】
本発明によれば、３板式ＣＣＤカラーカメラを利用した検査装置において、各ＣＣＤの位置ずれに伴なう出力画像のずれを各色毎に補正できるようになり、この結果、各色成分の画像を合成した場合にずれのない正しい合成画像として抽出することができるようになった。このことから、検査対象として、滲みがなく鮮明な合成画像を利用することが可能となり、従来検出が困難な微細な欠陥や色の変化が微少な欠陥を検出することができるようになった。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例の概略構成図である。
【図２】本発明の動作を説明する画像模式図である。
【図３】従来技術を説明する概略構成図である。
【図４】従来技術を説明する一部拡大構成図である。
【図５】従来技術の動作を説明する画像模式図である。
【符号の説明】
１１Ｒ…Ｒ走査角度指定部
１１Ｇ…Ｇ走査角度指定部
１１Ｂ…Ｂ走査角度指定部
１２…走査角度設定処理部
１３…Ｒ画像データ
αｒ…傾斜角度
１４…合成画像
３２…シート
３３…３板式ＣＣＤカラーカメラ
３５…受光用レンズ
３６…分光プリズム
３７Ｒ…Ｒ−ＣＣＤ
３７Ｇ…Ｇ−ＣＣＤ
３７Ｂ…Ｂ−ＣＣＤ
３８Ｒ…Ｒ画像フレームメモリ
３８Ｇ…Ｇ画像フレームメモリ
３８Ｂ…Ｂ画像フレームメモリ
３９Ｒ…Ｒ画像読取部
３９Ｇ…Ｇ画像読取部
３９Ｂ…Ｂ画像読取部
４０…合成画像フレームメモリ
４１…主処理部
４２…表示部
４３…印刷部

Claims (3)

1. 被検査体のカラー画像を撮像するカメラには受光レンズからの光の、赤成分、緑成分、青成分を分光する分光プリズム及び、この赤成分を受光する第１のカラーセンサ、緑成分を受光する第２のカラーセンサ、青成分を受光する第３のカラーセンサが組み込まれており、
   前記第１のカラーセンサからの画像データを格納する第１のフレームメモリと、
   前記第２のカラーセンサからの画像データを格納する第２のフレームメモリと、
   前記第３のカラーセンサから出力される画像データを格納する第３のフレームメモリと、
   前記第１のフレームメモリ、第２のフレームメモリ、第３のフレームメモリに格納された各画像データを入力し、それぞれが設定された走査条件に従って走査して各画像データを読み取る第１乃至第３読取部（画像読取部、走査角度指定部）と、
   前記第１のフレームメモリ、第２のフレームメモリ、第３のフレームメモリに格納された各画像データを入力して、前記第１乃至第３のカラーセンサを構成する各センサの設置精度誤差に対応した傾斜角度及び補正走査開始点を求め、これを前記走査条件として、該当の前記第１乃至第３読取部に設定する走査角度設定処理部と、
   前記第１乃至第３読取部で読み取られた前記各画像データを合成して後段に送出する合成部と、
   前記合成部からの合成画像データに基づいて前記被検査体のカラー画像を検査する処理部と
   を具備することを特徴とする欠陥検査装置。
2. 前記処理部には、前記第１乃至第３読取部からの画像データを合成して格納する合成画像フレームメモリと、
   この合成画像フレームメモリからの画像データに基づいて欠陥検出を行う欠陥検出部と、この欠陥検出部に接続された表示部並びに又は印刷部とを具備することを特徴とする請求項１記載の欠陥検査装置。
3. 被検査体のカラー画像を複数のカラーセンサが組み込まれているカメラで撮像し、
   前記複数のカラーセンサからの各画像データは前記複数のカラーセンサの各々に対応して格納され、
   前記複数のカラーセンサの各々の設置精度データに基づき前記格納された各画像データ毎の各センサの設置精度誤差に対応した傾斜角度及び補正走査開始点を読取条件として決定し、
   この決定された読取条件によって前記格納された各画像データを読み出し、この読み出された各画像データを用いて前記被検査体の検査対象画像を形成し、
   この検査対象画像により前記被検査体の欠陥検査を行うことを特徴とする欠陥検査方法。

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