JP4698963B2 - 光沢面検査装置 - Google Patents

Description

本発明は、光沢面検査装置に関し、詳細には光沢面を有する被検査物の表面欠陥を検査する光沢面検査装置に関するものである。

今日、乾電池、各種家電機器、飲料等は、大量生産されており、金属、プラスチック、ガラス等から構成される容器又は筐体に収納されている。また、液晶表示装置（ＬＣＤ）に使用される液晶パネルなどの多層構造体も表面にガラス等が積層されている。このような外面側が金属、プラスチック、ガラス等から構成される製品の表面は、一般的に光沢面とされている。

上記乾電池、液晶パネル等の各種製品の表面欠陥の検査は、各種製品が大量生産されている関係上、大量生産工程のオンライン上で行わなければならず、従来、検査員の目視により行われている。

一方、金属表面の非破壊探傷方法としては、例えば蛍光磁粉探傷法（特開平１０−２８２０６３号公報等参照）、液体浸透探傷法、超音波探傷法（特開２００２−１３９４７９公報等参照）、放射線探傷法（特開平５−１７７３５１号公報等参照）、磁気探傷法（特開平６−２０１６５４号公報等参照）等が開発されている。
特開平１０−２８２０６３号公報 特開２００２−１３９４７９公報 特開平５−１７７３５１号公報 特開平６−２０１６５４号公報

上記従来の光沢面の検査方法では、検査員の技能に頼っているため、目視に起因する誤差及び誤認を根本的課題として有しており、検査の精度及び速度の向上には一定の制限がある。加えて、上記従来の光沢面の検査方法では、光沢面におけるハレーション、照明の写り込み等により目視による表面欠陥の判別は容易ではない。また、上記光沢面を有する製品の表面欠陥としては、例えばキズ、欠け、汚れ、曇り、濁り、ムラ、シミ等の種々の種類があるが、上記従来の目視による検査方法では表面欠陥の種類及び程度の判別は容易ではない。

なお、上記金属表面の非破壊探傷方法は、検査レベルが高くなるが、基本的に長大物に対しオフラインで比較的時間をかけて検査するものであるため、上記飲料水、乾電池、液晶パネル、各種家電機器等の小物品の大量生産工程において、オンライン上で行う検査に適用することができない。

本発明はこれらの不都合に鑑みてなされたものであり、乾電池、飲料、液晶パネル等の表面欠陥の自動的な検査が可能であり、検査精度及び検査速度が格段に高く、大量生産工程のオンライン上で行うことができる光沢面検査装置の提供を目的とするものである。

上記課題を解決するためになされた発明は、（ａ）光沢面を有する被検査物を載置するテーブルを有し、このテーブルを揺動可能に構成される揺動機構と、（ｂ）光沢面に対して照明光線を照射する投光部と、（ｃ）この光沢面における照明光線の反射光を撮影するカメラと、（ｄ）このカメラで撮影した画像データから非正反射部分を抽出する画像処理手段と、（ｅ）この画像処理手段で取得した抽出画像データに基づき光沢面の表面欠陥を検出する判定手段とを備える光沢面検査装置であって、
上記揺動機構が、回転可能に軸支された支持枠と、上記支持枠の回転軸に連結され支持枠を回転可能な一の駆動モーターと、上記支持枠の内側に支持枠の回転軸と直交するよう回転可能に軸支されたテーブルと、上記テーブルの回転軸に連結されテーブルを回転可能な他の駆動モーターとを備え、
上記揺動機構によるテーブルの揺動形態が、２個の駆動モーターを同時に駆動制御することによるテーブルの最大傾斜方向が回転する揺動であり、
上記揺動機構によるテーブルの最大傾斜角度及び方向情報を判定手段にフィードバックするよう構成されていることを特徴とする。

当該光沢面検査装置は、原理的には、光沢面のキズ、欠け、汚れ、曇り、濁り、ムラ、シミ等の種々の欠陥がある部分で照射した照明光線が正反射しないことを利用し、表面欠陥の有無、欠陥の種類及び欠陥の程度を自動的に検査するものである。具体的には、当該光沢面検査装置は、投光部によって光沢面に照明光線を照射し、カメラによって光沢面からの照明光線の反射光を撮影し、画像処理手段によって撮影した画像データから非正反射部分を抽出し、判定手段によって抽出画像データに基づき光沢面の表面欠陥を検出する。従って、当該光沢面検査装置は、従来の目視による表面欠陥検査と比較して検査の精度及び速度を飛躍的に向上することができる。また、当該光沢面検査装置は、画像処理手段で取得した抽出画像データにおける非正反射部分の大きさ、形状、濃淡等のデータ比較、その際の照明光線の照射角度等によって表面欠陥の種別及び程度の判別が可能となる。

また、キズ、欠け、汚れ、曇り、濁り、ムラ、シミ等の表面欠陥の種類に応じ、光沢面の反射光に非正反射部分が顕著に現れる照明光線の照射角度が相違する。当該光沢面検査装置は、被検査物の載置テーブルを揺動可能に構成する揺動機構を備えていることから、この揺動機構によってテーブルを揺動し、被検査物の光沢面に対する照明光線の照射角度を変化させることで、種々の種類の表面欠陥を高レベルで検知することができる。

上記光沢面の法線方向を基準とする上記照明光線のピーク方向の傾斜角としては１５°以上８５°以下が好ましい。投光部により照射する照明光線のピーク方向の傾斜角を上記範囲とすることで、表面欠陥による非正反射部分の発現が顕著になり、検査精度を向上することができる。

上記揺動機構によるテーブルの揺動形態としては、テーブル表面の直交２方向を回転軸とする揺動が好ましい。このようなテーブル表面の直交２方向を回転軸とした前後左右への揺動は、構造及び制御が比較的簡易であり、表面欠陥による非正反射部分の検知レベルを十分向上させることができる。

また、上記揺動機構によるテーブルの揺動形態としては、テーブルの最大傾斜方向が回転する揺動がさらに好ましい。このようなテーブルの最大傾斜方向が回転する揺動は、被検査物の光沢面に対する照明光線の照射角度及び方向を漸進的かつ満遍なく変化させることができ、その結果表面欠陥による非正反射部分の検知レベルを飛躍的に向上させることができる。

上記画像処理手段としては、（ｆ）デジタルカメラで撮影した画像データに対してグレースケールのクロージング処理を施し、非正反射部分を消去するクロージング処理手段と、（ｇ）上記画像データに対してクロージング処理手段で取得した消去画像データとのグレースケール差分処理を施し、非正反射部分を抽出する差分処理手段とを有するとよい。かかるクロージング処理手段及び差分処理手段を有することで、カメラで撮影した画像データから非正反射部分のみを効果的に抽出することができ、その結果、光沢面の表面欠陥の検査精度を向上することができる。

上記グレースケール差分処理のオフセット値としては、２５６階調を基準として３０以上が好ましい。このようにグレースケール差分処理のオフセット値を上記範囲とすることで、光沢面の反射光を撮影した画像データから非正反射部分のみを効果的に抽出することができる。

ここで、「光沢面」とは、文字通り光沢を有する面を意味し、幾何学的平面に限定されない概念である。「非正反射部分」とは、光沢面の反射光のうち正反射（鏡面反射）していない部分を意味する。「光沢面の法線方向」とは、欠陥がないと仮定した光沢面の法線方向を意味する。

以上説明したように、本発明の光沢面検査装置によれば、オートメーション化が可能であり、検査レベル及び速度が格段に高くなることから、大量生産工程のオンライン上に組み込み、生産性を飛躍的に向上することができる。

以下、適宜図面を参照しつつ本発明の実施の形態を詳説する。図１は本発明の一実施形態に係る光沢面検査装置を示す概略構成図、図２（ａ）及び（ｂ）は図１の光沢面検査装置の揺動機構を示す平面図及び正面図である。

図１の光沢面検査装置は、表面が光沢面からなる被検査物Ｘの表面欠陥を検査する装置である。当該光沢面検査装置は、具体的には、投光部１、カメラ２、画像処理手段３、判定手段４及び揺動機構５を備えている。

この画像処理手段３及び判定手段４は、システム的にはＣＰＵなどからなる制御部、ＲＯＭ、ＲＡＭ、ハードディスク、モニター、キーボードなどを備えるコンピューター６により構成されており、ＲＯＭ、ハードディスクに記憶されているコンピュータプログラムに基づいて制御部が各部を制御することで上記画像処理手段３及び判定手段４として機能するよう構成されている。

投光部１は、揺動機構５のテーブル上に載置した被検査物Ｘの表面に対して斜め方向から照明光線Ｙを照射するものである。この投光部１の具体的構成としては、特に限定されず公知の種々の手段が採用され、例えばランプ等の光源、その他必要に応じて光ファイバー、ライトガイド、拡散板等が備えられる。

カメラ２は、被検査物Ｘの表面からの照明光線Ｙの反射光を撮影するものである。このカメラ２は、被検査物Ｘ表面からの正反射光を撮影するよう設置してもよく、乱反射光を積極的に撮影するよう設置してもよい。カメラ２としては、照明光線Ｙの反射光が撮影することができれば特に限定されるものではなく、公知の種々のカメラを使用することができる。但し、カメラ２としては、装置自体が比較的簡易であり、画像処理に使用されるデジタル画像データが直接取得される２次元ＣＣＤカメラが特に好ましい。

画像処理手段３は、カメラ２で取得した画像データの非正反射部分を抽出するものであり、具体的にはクロージング処理手段７及び差分処理手段８を有している。クロージング処理手段７は、カメラ２で取得した画像データに対してグレースケールのクロージング処理を施し、非正反射部分を消去するものである。また、差分処理手段８は、前記画像データに対してクロージング処理手段７で取得した消去画像データとのグレースケール差分処理を施し、非正反射部分を抽出するものである。かかるクロージング処理手段７及び差分処理手段８により、カメラ２で取得した画像データから光沢面の表面欠陥に起因する非正反射部分のみを効果的に抽出することができる。

判定手段４は、画像処理手段３で取得した非正反射部分に基づき被検査物Ｘの表面欠陥の有無、種類及び程度を検出する。具体的には、非正反射部分の形状、光要素等により表面欠陥の種類の判別が可能になり、非正反射部分の大きさ、光要素等により表面欠陥の程度の判別が可能になる。

揺動機構５は、被検査物Ｘを載置し、揺動可能に構成されている。この揺動機構５は、具体的には図２（ａ）及び（ｂ）に示すように、基台１０、一対の支持板１１、支持枠１２、駆動モーター１３、テーブル１４、駆動モーター１５などを備えている。

基台１０は、略方形盤状のものであり、水平に設置されている。一対の支持板１１は、帯板状のものであり、基台１０の対偶する両辺部分に平行に垂設されている。支持枠１２は、円環状ものであり、一対の支持板１１間に水平（非揺動状態）かつ回転可能に軸支されている。駆動モーター１３は、支持枠１２の回転軸に連結され、支持枠１２を回転可能に構成されている。テーブル１４は、円板状のものであり、支持枠１２の内側に水平（非揺動状態）かつ回転可能に軸支されている。駆動モーター１５は、テーブル１４の回転軸に連結され、テーブル１４を回転可能に構成されている。支持枠１２の回転軸とテーブル１４の回転軸とは直交するよう構成されている。当該揺動機構５は、駆動モーター１３及び駆動モーター１５を回転駆動することで、テーブル１４ひいては載置した被検査物Ｘを揺動させることができる。

当該光沢面検査装置は、投光部１によって被検査物Ｘの表面（光沢面）に斜め方向から照明光線Ｙを照射し、カメラ２によって被検査物Ｘ表面からの照明光線Ｙの反射光を撮影し、画像処理手段３によって撮影した画像データから非正反射部分を抽出し、判定手段４によって非正反射部分に基づき被検査物Ｘの表面欠陥を検出することができる。つまり、当該光沢面検査装置は、被検査物Ｘの表面（光沢面）にキズ、欠け、汚れなどの欠陥がある場合、斜め方向から照射した照明光線Ｙの反射光に非正反射部分が発生することを利用し、この非正反射部分を画像処理手段３で取得し、この非正反射部分に基づき光沢面の表面欠陥を判定手段４で検出するものである。従って、当該光沢面検査装置によれば、オートメーション化が可能であり、従来の目視による検査と比較して検査の精度及び速度を飛躍的に向上することができる。また、当該光沢面検査装置によれば、画像処理手段３で取得した非正反射部分の大きさ、形状、濃淡等によって表面欠陥の種別及び程度の判別が可能となる。なお、当該光沢面検査装置は、生産工程のオンライン上での表面欠陥検査に好適に使用されるが、同様にオフライン上でも好適に使用される。

また、当該光沢面検査装置は、揺動機構５によってテーブル１４を揺動し、被検査物Ｘ表面に対する照明光線Ｙの照射角度及び方向を変化させることで、例えばキズ、欠け、汚れ、曇り、濁り、ムラ、シミ等の表面欠陥の種類に応じて非正反射部分が顕著に現れる照明光線の照射角度が相違する不都合を防止し、あらゆる種類の表面欠陥を高レベルで検知することができる。さらに、揺動機構５によるテーブル１４の揺動姿勢情報、つまり光沢面の最大傾斜角度及び方向情報を判定手段４にフィードバックすることで、検査精度がさらに向上する。

揺動機構５によるテーブル１４の揺動形態としては、（ａ）テーブル１４表面の直交２方向を回転軸とする前後方向及び左右方向への揺動、及び（ｂ）テーブル１４の最大傾斜方向が回転する揺動が好ましい。（ａ）の前後左右への揺動形態は、駆動モーター１３及び駆動モーター１５のどちらか一方を個別に駆動することで可能となる。この（ａ）の前後左右への揺動形態は、制御が比較的簡易であり、表面欠陥による非正反射部分の検知レベルを十分向上させることができる。（ｂ）の最大傾斜方向が回転する揺動形態は、駆動モーター１３及び駆動モーター１５を同時に駆動制御することで可能となる。この（ｂ）の最大傾斜方向が回転する揺動形態は、光沢面に対する照明光線Ｙの照射角度及び方向を漸進的かつ満遍なく変化させることができ、その結果表面欠陥による非正反射部分の検知レベルを飛躍的に向上させることができる。

被検査物Ｘの表面（光沢面）の法線方向を基準とする照明光線Ｙの傾斜角αの下限としては１５°、特に３０°、さらに特に５０°が好ましく、この傾斜角αの上限としては８５°、特に８０°、さらに特に７５°が好ましい。このように照明光線Ｙの傾斜角αを上記下限以上とすることで、被検査物Ｘの表面欠陥に起因する非正反射部分の発現が顕著になり、当該光沢面検査装置の検査精度を向上することができる。一方、照明光線Ｙの傾斜角αを上記上限以下とすることで、被検査物Ｘの表面欠陥に起因する非正反射部分が大きくなりすぎて光量が低下し、当該光沢面検査装置の検査精度が低下してしまう不都合を低減することができる。

なお、本発明の光沢面検査装置は上記実施形態に限定されるものではなく、例えば被検査物Ｘ表面からの反射光を一旦スクリーンに投影し、このスクリーンに投影された反射光をカメラ２で間接的に撮影することも可能である。また、揺動機構は、被検査物を載置するテーブルを揺動できる構造であれば種々の構造が可能であり、例えば被検査物Ｘを載置するテーブルをその中心で任意方向に傾斜可能に支承し（ユニバーサルジョイント、球面軸受け等）、テーブル下面の任意点を駆動バーで突き上げることで、テーブルを任意方向に揺動させることができ、その突き上げた駆動バーを支承点中心に回転させることで、最大傾斜方向が回転するように揺動させることができる。

以上のように、本発明の光沢面検査装置は、乾電池、飲料、液晶パネル等の表面欠陥の自動的な検査に有用であり、特に大量生産工程のオンライン上での表面欠陥検査に好適に使用される。

本発明の一実施形態に係る光沢面検査装置を示す概略構成図である。 （ａ）及び（ｂ）は図１の光沢面検査装置の揺動機構を示す平面図及び正面図である。

符号の説明

１ 投光部
２ カメラ
３ 画像処理手段
４ 判定手段
５ 揺動機構
６ コンピューター
７ クロージング処理手段
８ 差分処理手段
１０ 基台
１１ 支持板
１２ 支持枠
１３ 駆動モーター
１４ テーブル
１５ 駆動モーター
α 傾斜角
Ｘ 被検査物
Ｙ 照明光線

Claims (4)

1. 光沢面を有する被検査物を載置するテーブルを有し、このテーブルを揺動可能に構成される揺動機構と、
   光沢面に対して照明光線を照射する投光部と、
   この光沢面における照明光線の反射光を撮影するカメラと、
   このカメラで撮影した画像データから非正反射部分を抽出する画像処理手段と、
   この画像処理手段で取得した抽出画像データの非正反射部分の形状に基づき光沢面の表面欠陥の種類を判定する判定手段と
   を備える光沢面検査装置であって、
   上記揺動機構が、
   回転可能に軸支された支持枠と、
   上記支持枠の回転軸に連結され支持枠を回転可能な一の駆動モーターと、
   上記支持枠の内側に支持枠の回転軸と直交するよう回転可能に軸支されたテーブルと、
   上記テーブルの回転軸に連結されテーブルを回転可能な他の駆動モーターとを備え、
   上記揺動機構によるテーブルの揺動形態が、２個の駆動モーターを同時に駆動制御することによるテーブルの最大傾斜方向が回転する揺動であり、
   上記揺動機構によるテーブルの最大傾斜角度及び方向情報を判定手段にフィードバックするよう構成されていることを特徴とする光沢面検査装置。
2. 上記光沢面の法線方向を基準とする上記照明光線のピーク方向の傾斜角が１５°以上８５°以下である請求項１に記載の光沢面検査装置。
3. 上記画像処理手段が、
   デジタルカメラで撮影した画像データに対してグレースケールのクロージング処理を施し、非正反射部分を消去するクロージング処理手段と、
   上記画像データに対してクロージング処理手段で取得した消去画像データとのグレースケール差分処理を施し、非正反射部分を抽出する差分処理手段と
   を有する請求項１又は請求項２に記載の光沢面検査装置。
4. 上記グレースケール差分処理のオフセット値が２５６階調を基準として３０以上である請求項３に記載の光沢面検査装置。

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