JP4369276B2 - 円板形状部品の欠け検査装置及び欠け検査方法 - Google Patents

Description

この発明は、例えば円板形状をした回転羽根部品等の被検査物において、その被検査物上の欠けの有無を高速に自動検査する円板形状部品の欠け検査装置及び欠け検査方法に関するものである。

従来の画像処理による欠け不良等の検査に関して、例えば、特許文献１に記載のように、カメラと、射出成形品のような被検査物に対して被検査物の反射画像を得るための反射照明と、被検査物を介してカメラの撮像位置と相対向する位置に被検査物の透過画像を得るための透過照明とを設置して、反射照明と透過照明とを選択的に駆動制御しながら得られた反射画像と透過画像を画像処理することで被検査物の良否判定を行う方法がある。

特開平６−１６００６５号公報（第２−４頁、図１−２）

上記特許文献１のような従来の技術では、被検査物への照明として反射用と透過用とが必要なことから検査装置の小型化が難しいという問題があった。

また、複数台の照明機器を制御しながら画像処理をしていくことから画像処理が複雑化してしまうという問題点があった。

また、被検査物の形状が板状の場合、反射照明の照射角度によっては欠け部分の反射光がうまく撮像できない場合もあった。

この発明は、上記従来技術における問題点を克服するためになされたものであり、円板形状の被検査物の欠け検査を高速に安定して行うことができ、かつ、比較的簡単な構成からなる円板形状部品の欠け検査装置及び欠け検査方法を得ることを目的とする。

この発明に係る円板形状部品の欠け検査装置は、円板形状をした被検査物の側面に対して垂直方向に照射する円板側面照明手段と、
上記被検査物の円板形状の中心軸方向から上記被検査物を撮像し、上記被検査物の濃淡画像データを出力する円板形状部品撮像手段と、
上記円板形状部品撮像手段より出力された濃淡画像データ上における外周の位置座標を周方向所定角度ピッチで求める側面位置検出手段と、
上記側面位置検出手段で求められた上記位置座標の全てから上記被検査物の欠けの有無を判定するための基準円を求める側面基準円算出手段と、
上記側面基準円算出手段で得られた基準円の座標と上記側面位置検出手段で求められた位置座標とに基づき上記被検査物の欠けの有無を判定する欠け不良判定手段と、
を備えたものである。

この発明に係る円板形状部品の欠け検査方法は、円板形状をした被検査物の側面に対して垂直方向に照射する円板側面照明ステップと、
上記被検査物の円板形状の中心軸方向から上記被検査物を撮像し、上記被検査物の濃淡画像データを出力する円板形状部品撮像ステップと、
上記円板形状部品撮像ステップで出力された濃淡画像データ上における外周の位置座標を周方向所定角度ピッチで求める側面位置検出ステップと、
上記側面位置検出ステップで求められた上記位置座標の全てから上記被検査物の欠けの有無を判定するための基準円を求める側面基準円算出ステップと、
上記側面基準円算出ステップで得られた基準円の座標と上記側面位置検出ステップで求められた位置座標とに基づき上記被検査物の欠けの有無を判定する欠け不良判定ステップと、
を備えたものである。

上記この発明の構成によれば、円板形状の被検査物の欠けの有無を高速で自動検査する円板形状部品の欠け検査装置を比較的簡単な装置構成にて実現することができるという効果がある。

実施の形態１．
図１は、この発明に係る円板形状部品欠け検査装置における実施の形態１を示すブロック図である。同図に示したように、検査対象の円板形状をした被検査物１の側面に対して垂直、すなわち照射角０°で照射する円板側面照明手段２と、被検査物１の真上方向（中心軸方向）に配置され、被検査物１の側面から反射した照明光を受光して、被検査物１の濃淡画像データを出力する円板形状部品撮像手段３と、円板形状部品撮像手段３から出力された被検査物１の濃淡画像データを処理して欠け不良判定のための諸機能を実現する電子計算機４とを備えている。

円板側面照明手段２には、例えばＬＥＤ照明などが用いられ、図示していない制御手段によって照明強度が制御される。

円板形状部品撮像手段３は、例えばＣＣＤ（電化結合デバイス；Ｃｈａｒｇｅ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｄｅｖｉｃｅ）撮像素子によるテレビカメラなどを用い、被検査物１や円板側面照明手段２との距離を調整する駆動手段を含んだ構成とされる。

電子計算機４は、円板形状部品撮像手段３より出力された被検査物１の濃淡画像データを格納する画像データ記憶手段５と、濃淡画像データ上における外周の位置座標を外周方向の所定角度ピッチで求める側面位置検出手段６と、側面位置検出手段６で求めた位置座標から被検査物１の欠けの有無を判定するための基準円を求める側面基準円算出手段７と、側面基準円算出手段７で得られた基準円の座標と側面位置検出手段６で求めた位置座標とに基づいて被検査物１の欠けの有無を判定する欠け不良判定手段８とを備えている。

画像データ記憶手段５としては、例えば電子計算機４のハードディスク装置やＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤなどの記憶媒体によって実現される。

側面位置検出手段６は、被検査物１の径方向における濃度値が明（白）から暗（黒）または暗（黒）から明（白）へと変化する被検査物１のエッジに対応する外周を求めるものである。

側面基準円算出手段７は、側面位置検出手段６によって検出された外周の全位置座標から基準円を求める。

図２は、この実施の形態１における円板形状部品欠け検査装置の動作を示すフロー図、図３は、円板形状部品の欠け検査装置の動作時における良品と不良品の状態を示す図、図４は、濃淡画像データの外周の位置座標を検出する処理の動作を説明する図、図５は、濃淡画像データの基準円を算出する処理の動作を説明する図、図６は、欠け不良判定処理の動作を説明する図である。以下に、図２、図３、図４、図５及び図６に従って円板形状の被検査物の欠け不良の判定処理を説明する。

先ず、円板形状部品撮像手段３を構成するＣＣＤカメラ等の真下位置で、円板側面照明手段２の照明によって被検査物１の側面に対して垂直な方向から照明されるように、かつ、上方からＣＣＤカメラの視野範囲内に被検査物１全体が入るように被検査物１を配置する（図１参照）。

図３（ａ）の側面図に示したように、被検査物１を取り囲む環形状照明３２による照明光は、被検査物の側面３３で上方へ反射する反射光がある。これに対して、図３（ｂ）の側面図に示したように、欠け不良箇所３４では、照明光の乱反射が発生しているために、通常の被検査物１の側面３３の反射光に加え、欠け位置での乱反射光も上方へ反射する。そのため、図３（ｃ）の平面図に示したように、円板形状部品撮像手段３によって得られる濃淡画像データ３５における撮影画像３１の形状は真円にならなくなる。このとき、円板形状部品撮像手段３に受光される反射光の強度が大きくなるように、図示していない位置調整手段を用いて被検査物１、円板側面照明手段２や円板形状部品撮像手段３のそれぞれの距離を調整するようにしてもよい。この後、図２に示したステップＳＴ１において、円板形状部品撮像手段３は、撮像した濃淡画像データ３５を出力し、濃淡画像データ３５は直ちに電子計算機４内の画像データ記憶手段５に格納される（画像データ入力ステップ）。

次に、ステップＳＴ２において、側面位置検出手段６により、画像データ記憶手段５に格納された濃淡画像データ３５における外周の位置座標を検出する（側面位置検出ステップ）。

ステップＳＴ２においては、図４に示したように、画像データ記憶手段５から読み出した画像データ４１（濃淡画像データ３５と同一）から外周の位置座標を見つけるために、画像データ４１の中心位置から放射状に延びるエッジ検出直線４２上で１次元微分フィルタを用いて、濃度値が暗（黒）から明（白）または明（白）から暗（黒）へと変化するエッジ点４３を求めて、このエッジ点４３を外周の位置座標とする。同様の処理をエッジ検出直線４２を所定角度ピッチ、例えば、１°ピッチで計３６０本設けて、総計３６０点の外周の位置座標を求める。

次に、ステップＳＴ３において、側面基準円算出手段７によって、側面位置検出手段６で検出された外周の位置座標全てから、欠けの有無を判定する基準となる基準円を求める（側面基準円算出ステップ）。

ステップＳＴ３においては、図５に示したように、側面位置検出手段６で検出された外周位置の座標群５１（総計３６０点）（図５（ａ））をもとにして、ＬＭｅｄＳ（Ｌｅａｓｔ Ｍｅｄｉａｎ ｏｆ Ｓｑｕａｒｅｓ：最小２乗メディアン）ロバスト円回帰アルゴリズムを用いて、図５（ｂ）に示した基準円５２における下記式（１）中の定数ａ、ｂ、ｒを求める。

ここで、ＬＭｅｄＳロバスト円回帰アルゴリズムについて説明する。ＬＭｅｄＳ基準はロバストな当てはめ基準の１つであり、Ｒｏｕｓｓｅｅｕｗによって提案された参考文献として、Ｒｏｕｓｓｅｅｕｗ Ｒ．Ｊ．、Ｌｅｒｏｙ Ａ．Ｍ．：Ｒｏｂｕｓｔ Ｒｅｇｒｅｓｓｉｏｎ ａｎｄ Ｏｕｔｌｉｅｒ Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ、Ｊｏｈｎ Ｗｉｌｅｙ ＆ Ｓｏｎｓ １９８６などがある。

この当てはめ基準は、下記式（２）で表され、偏差ｒｉの２乗のメディアンを最小にする基準である。

一方、最も一般的な当てはめ基準である最小２乗法（ＬＭＳ：Ｌｅａｓｔ Ｍｉｎｉｍｕｍ ｏｆ Ｓｑｕａｒｅｓ）は、下記式（３）で表される。

ＬＭｅｄＳ基準の大きな特長は、はずれ値（Ｏｕｔｌｉｅｒ）と呼ばれる、通常の測定値から飛びぬけてはずれている例外値を自動的に計算からはずし、常に安定な結果が得られるという点である。

最小２乗法の当てはめ基準では、データに１つでもはずれ値があると、推定した回帰パラメータ（（ｘ−ａ）^２＋（ｙ−ｂ）^２−ｒ^２＝０）の円に当てはめる場合は、中心座標（ａ，ｂ）と半径ｒが回帰パラメータとなるが、この中心座標（ａ，ｂ）と半径ｒが本来の値と全く異なってしまうのに対して、ＬＭｅｄＳ基準を用いた場合は、理論的には、はずれ値が測定値の５０％未満ならば、そのようなはずれ値が含まれていても正しい中心座標（ａ，ｂ）と半径ｒの値を推定することができる。

次に、ステップＳＴ４において、欠け不良判定手段８によって、側面位置検出手段６で検出された外周位置の座標群５１と側面基準円算出手段７で算出された基準円５２の座標との距離誤差から円板形状部品の欠けの有無を判定する（欠け不良判定ステップ）。

ステップＳＴ４においては、図６に示したように、側面位置検出手段６で検出された外周位置の座標群５１（座標位置：ｘ（ｉ），ｙ（ｉ））（総数３６０点）それぞれについて、下記式（４）を用いて基準円５２の中心座標（ａ，ｂ）からの距離ｄｉｓ（ｉ）を求める。ただし、ｉ＝０、１、…、３５９である。

続いて、外周位置の座標群５１のそれぞれについて、外周位置の座標群５１と基準円５２の半径ｒとの半径誤差ｒｄｉｆｆ（ｉ）を下記式（５）を用いて求める。

次に、この半径誤差ｒｄｉｆｆ（ｉ）からその標準偏差値ｓｔｄｅｖを求め、下記式（６）に示したように、この標準偏差値の基準円の半径ｒに対する割合（％）を判定値ＪｕｄｇｅＶａｌとして求める。

以上のようにして求めた判定値ＪｕｄｇｅＶａｌが、予め設定しておいた閾値ＴｈＪｕｄｇｅＶａｌに対して下記式（７）を満たしているか否かを調べる。

判定値ＪｕｄｇｅＶａｌが上記式（７）を満たしていない場合、基準円５２と外周位置の座標群５１とが大きくずれていることを示しており、図７に示すように、被検査物の一部分に欠け７１が発生しており、外周位置（エッジ）が基準円５２と大きくずれていることが考えられる。これによって、欠け不良判定手段８は、被検査物の欠けの有無を判定する。

以上のように、この実施の形態１によれば、円板形状をした被検査物１の側面に対して垂直方向に照射し、被検査物１の円板形状の中心軸方向から、被検査物１を撮像し、被検査物１の濃淡画像データを出力し、出力された濃淡画像データ上における外周の位置座標を周方向所定角度ピッチで求め、求められた位置座標から被検査物１の欠けの有無を判定するための基準円を求め、得られた基準円の座標と周方向所定角度ピッチで求められた各位置座標に基づき被検査物１の欠けの有無を判定するので、表面皮膜や加工仕上げの状態によって光の反射が変化しやすい金属などのような材質において、反射の影響を受けずに、安定して欠け状態の検査が高速で自動検査できる円板形状部品の欠け検査装置を比較的簡単な装置構成で実現することができる。

実施の形態２．
上記実施の形態１では、基準円５２と外周位置の座標群５１との半径誤差ｒｄｉｆｆ（ｉ）からその標準偏差値ｓｔｄｅｖを求め、基準円５２の半径ｒに対する標準偏差値の割合（％）を欠けの有無の判定値として求めていたが、他の方法を用いた判定値で欠けの有無を判定してもよい。

例えば、外周位置の座標群５１（座標位置：ｘ（ｉ），ｙ（ｉ））（総数３６０点）について、上記式（４）を用いて基準円５２の中心座標（ａ，ｂ）からの距離ｄｉｓ（ｉ）を求めた後、外周位置の座標群５１の内の隣接するもの同士の距離差ｄｄｉｆｆ（ｉ）を下記式（８）を用いて計算する。ただし、ｉ＝０、１、…、３５９である。

この外周位置の座標群５１の内の隣接するもの同士の距離差ｄｄｉｆｆ（ｉ）からその標準偏差値ｓｔｄｅｖ２を求め、下記式（９）に示すように、基準円５２の半径ｒ（ｄｉｓ（ｉ））に対する標準偏差値の割合（％）を判定値ＪｕｄｇｅＶａｌ２として求める。

以上のようにして求めた判定値ＪｕｄｇｅＶａｌ２が、予め設定しておいた閾値ＴｈＪｕｄｇｅＶａｌ２に対して下記式（１０）を満たしているか否かを調べる。

判定値ＪｕｄｇｅＶａｌ２が上記式（１０）を満たしていない場合、外周が局所的な範囲で粗くなっていることを示しており、欠け不良判定手段８は、欠け状態を細かく観察して円板形状部品の欠けの有無を判定することができる効果がある。

この発明に係る円板形状部品の欠け検査装置及び欠け検査方法は、例えば、円板形状をした回転羽根部品等の円板形状部品において、その部品上の欠けの有無を高速に自動検査するのに利用することができる。

この発明に係る円板形状部品の欠け検査装置における実施の形態１を示すブロック図である。 円板形状部品の欠け検査装置の動作を示すフロー図である。 円板形状部品欠け検査装置の動作時における良品と不良品の状態を示す図である。 濃淡画像データの外周の位置座標を検出する処理の動作を説明する図である。 濃淡画像データの基準円を算出する処理の動作を説明する図である。 欠け不良判定処理の動作を説明図である。 この発明に係る円板形状部品の欠け検査装置において検出した不良品の例を示す図である。

符号の説明

１ 被検査物、２ 円板側面照明手段、３ 円板形状部品撮像手段、４ 電子計算機、５ 画像データ記憶手段、６ 側面位置検出手段、７ 側面基準円算出手段、
８ 欠け不良判定手段、３１ 撮影画像、３２ 環形状照明、３３ 被検査物の側面、
３４ 欠け不良箇所、３５ 濃淡画像データ、４１ 円板形状部品の画像、
４２ エッジ検出直線、４３ エッジ点、５１ 外周位置の位置座標群、５２ 基準円、７１ 欠け部分。

Claims (10)

1. 円板形状をした被検査物の側面に対して垂直方向に照射する円板側面照明手段と、
   上記被検査物の円板形状の中心軸方向から上記被検査物を撮像し、上記被検査物の濃淡画像データを出力する円板形状部品撮像手段と、
   上記円板形状部品撮像手段より出力された濃淡画像データ上における外周の位置座標を周方向所定角度ピッチで求める側面位置検出手段と、
   上記側面位置検出手段で求められた上記位置座標の全てから上記被検査物の欠けの有無を判定するための基準円を求める側面基準円算出手段と、
   上記側面基準円算出手段で得られた基準円の座標と上記側面位置検出手段で求められた位置座標とに基づき上記被検査物の欠けの有無を判定する欠け不良判定手段と、
   を備えたことを特徴とする円板形状部品の欠け検査装置。
2. 上記側面位置検出手段は、上記円板形状部品撮像手段が出力した濃淡画像データに対して、その中心より放射状に延ばした直線上において濃度値が暗（黒）から明（白）または明（白）から暗（黒）へと変化するエッジ点を求め、このエッジ点の位置を上記位置座標と判断することを特徴とする請求項１記載の円板形状部品の欠け検査装置。
3. 上記側面基準円算出手段は、上記側面位置検出手段によって検出された上記位置座標からＬＭｅｄＳ（最小２乗メディアン）ロバスト円回帰アルゴリズムを用いて上記基準円を求めることを特徴とする請求項１記載の円板形状部品の欠け検査装置。
4. 上記欠け不良判定手段は、上記側面基準円算出手段で得られた基準円の半径と、上記基準円の中心座標から上記位置座標までの距離との差を上記位置座標それぞれについて求め、上記差の標準偏差値から上記被検査物の欠けの有無を判定することを特徴とする請求項１記載の円板形状部品の欠け検査装置。
5. 上記欠け不良判定手段は、上記位置座標の内の隣り合う位置座標間の距離を求め、上記隣り合う位置座標間の距離の標準偏差値を求め、上記基準円の半径に対する上記隣り合う位置座標間の距離の標準偏差値の割合から上記被検査物の欠けの有無を判定することを特徴とする請求項１記載の円板形状部品の欠け検査装置。
6. 円板形状をした被検査物の側面に対して垂直方向に照射する円板側面照明ステップと、
   上記被検査物の円板形状の中心軸方向から上記被検査物を撮像し、上記被検査物の濃淡画像データを出力する円板形状部品撮像ステップと、
   上記円板形状部品撮像ステップで出力された濃淡画像データ上における外周の位置座標を周方向所定角度ピッチで求める側面位置検出ステップと、
   上記側面位置検出ステップで求められた上記位置座標の全てから上記被検査物の欠けの有無を判定するための基準円を求める側面基準円算出ステップと、
   上記側面基準円算出ステップで得られた基準円の座標と上記側面位置検出ステップで求められた位置座標とに基づき上記被検査物の欠けの有無を判定する欠け不良判定ステップと、
   を備えたことを特徴とする円板形状部品の欠け検査方法。
7. 上記側面位置検出ステップは、上記円板形状部品撮像ステップで撮像した画像情報に対して、その中心より放射状に延ばした直線上において濃度値が暗（黒）から明（白）または明（白）から暗（黒）へと変化するエッジ点を求め、このエッジ点の位置を上記位置座標と判断することを特徴とする請求項６記載の円板形状部品の欠け検査方法。
8. 上記側面基準円算出ステップは、上記側面位置検出ステップによって検出された上記位置座標からＬＭｅｄＳ（最小２乗メディアン）ロバスト円回帰アルゴリズムを用いて上記基準円を求めることを特徴とする請求項６記載の円板形状部品の欠け検査方法。
9. 上記欠け不良判定ステップは、上記側面基準円算出ステップで得られた基準円の半径と、上記基準円の中心座標から上記位置座標までの距離との差を上記位置座標それぞれについて求め、上記差の標準偏差値から被検査物の欠けの有無を判定することを特徴とする請求項６記載の円板形状部品の欠け検査方法。
10. 上記欠け不良判定ステップは、上記位置座標の内の隣り合う位置座標間の距離を求め、上記隣り合う位置座標間の距離の標準偏差値を求め、上記基準円の半径に対する上記隣り合う位置座標間の距離の標準偏差値の割合から上記被検査物の欠けの有無を判定することを特徴とする請求項６記載の円板形状部品の欠け検査方法。

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