JP4772090B2 - 表面検査装置 - Google Patents
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Description
そして、特許文献1には、塗装状態の不具合を、表面検査装置により自動検出することが開示されている。
ここで、特許文献1の照明装置200の構成を図7に示す。
図示するように、照明装置200は、曲面上に複数のLED211aを並べた光源211と、光源211の前方に配置されたスリット216が形成されたスリット板217と、スリット板217の前方に配置されたシリンドリカルレンズ215とを備えている。そして、光源211から照射された光は、スリット216を通過すると、その後、拡散してシリンドリカルレンズ215に入射し、シリンドリカルレンズ215により平行光に変換される。
なお、レーザ光源からの光を平行光に変換して照射する照明装置の構成は、例えば特許文献2にも開示されている。
特許文献2に記載された照明装置は、図8に示すように、レーザ光源からの光を拡散板300に照射し、さらに、拡散板からの拡散光をレンズ301に通過させることで平行な光に変換している。
なお、ゴミ、ホコリ等の微粒子は、人間の目で確認することが困難であるため、対象物を作業手順に基づいての拭き取ることで、ゴミ、ホコリを除去するようにしている。
具体的には、上述した特許文献1の表面検査装置は、ある程度の大きさ(例えば0.5mm程度)の欠陥の検出に利用することはできるが、数μmオーダの欠陥(キズ、面欠陥、ゴミ、ホコリ等)を検出することができないという技術的課題を有している。
また、従来から行われている作業者の目視による検査は、作業者の習熟度のレベルにより、検査品質がバラツクという技術的課題を有している。さらに、従来から行われているゴミ、ホコリ等の微粒子を取り除く作業は、その作業結果を確認(微粒子が除去できているか否かの確認)する手段がないため、不良を発生させてしまう可能性があった。
なお、特許文献1の照明装置の構成を検討すると、その構成上、照度が高く、且つ平行度の高い光を照射することが困難であることがわかった。それは、特許文献1の照明装置は、平行度の高い光を照射するためにスリットの幅を小さくする必要があるが、それにより、光がスリットを通過する際に照度が小さくなってしまうためである。また、反対に、スリットの幅を広げると照度の高い光を照射できるが、平行度の高い光をつくることができない。
また、現在のところ、照度が高く、且つ平行度の高い光を照射する照明装置の構成は知られていない。例えば、上述した特許文献2の照明装置を利用しても、レーザ光源が拡散板を通過する際に照度が失われるため、検査対象物に照度の高い光を照射させることができない。
そのため、本発明の照明装置からの光を検査対象物に照射し、当該光が照射された検査対象物を撮像した画像を用いるようにすれば、画像処理により、数μmオーダの欠陥(キズやホコリ)を検出することが可能になる。本発明の照明装置からの光が照射された検査対象物を撮像した画像は、検査対象物に照度が高く且つ平行度の高い光が照射されているため、その画像上において、数μmオーダの微小欠陥が濃淡差となって表れるためである。
このように、MEMSミラーを用いることにより、簡単にな構成で、レーザ光源が照射した光を放射線上に反射させることが可能になる。
先ず、本発明の実施形態の照明装置を備える表面検査装置の構成について図1および図2を用いて説明する。
図1は、本発明の実施形態の表面検査装置のブロック図である。また、図2は、本発明の実施形態の照明装置を構成するMEMSミラーの可動部の模式図である。
そして、本実施形態は、照明装置Aが、照度が高く、且つ平行度の高い平行光plを照射できるようになされている点に特徴がある。
この構成により、画像処理システムBは、照明装置Aからの平行光plが照射された検査対象物Zの表面Zaを撮像することで、数μmオーダの微細欠陥(ホコリやキズ等)を識別可能な画像を得ることができる。その結果、画像処理システムBは、撮像して得られた画像に対する画像処理により、検査対象物Zの表面Zaの数μmオーダの微小欠陥を検出することができる。
以下、表面検査装置1の各構成について説明する。
図1に示すように、照明装置Aは、レーザ光を照射するレーザ光源10と、レーザ光源10が照射した光を反射させる鏡面21aを備える鏡21を有するMEMS(Micro-Electro-Mechanical Systems)ミラー20と、MEMS20ミラーの鏡面21aの駆動を制御するコントローラ30と、MEMS20ミラーからの反射光を集光し、平行光に変換して照射する凸状のレンズ40(例えば、シリンドリカルレンズ)とを備える。
また、本実施形態は、コントローラ30の構成について特に限定するものではない。例えば、コントローラ30は、MEMSミラー20に対し、鏡面21aの駆動を制御する制御信号を送信することにより、当該鏡面21aの駆動を制御する機能(鏡面制御機能)を備えた専用回路(Application Specific Integrated Circuit)を有する装置により構成されていてもよい。或いは、コントローラ30は、CPU、メモリ、およびI/Оインタフェース等を備えるコンピュータにより構成されていてもよい。この場合、前記メモリには、前記鏡面制御機能を実現するためのプログラムが記憶されている。そして、前記の鏡面制御機能は、前記CPUが、前記メモリの記憶されたプログラムを実行することにより実現される。
以下、図2に基づいて、鏡面21aの傾きを2軸方向に自在に変化させるMEMSミラー20の構成を説明する。なお、図2では、説明の便宜上、MEMSミラー20の構成のなかの可動部だけを示している。
上記構成により、第1トーションバーおよび第2トーションバーのそれぞれに、直交方向の磁界をかけながら、前記駆動コイルに電流を流すと、ローレンツ力による回転トルクが生じ、第1トーションバーおよび第2トーションバーの復元力につりあう位置に鏡面21を傾けることができる。
さらに、本実施形態では、図1に示すように、鏡面21aにより放射状に反射された反射光を凸状のレンズ40を通過させて平行光plに変換させている。
これにより、照明装置Aから照度が強く且つ平行度の高い光を検査対象物Zの表面Zaに照射することが可能になる。なお、検査対象物Zは、凸状のレンズ40からの平行光plの照射方向に対して、表面Zaが平行になるように配置される。
図1に示すように、画像処理システムBは、照明装置Aからの平行光plが照射された検査対象物Zの表面Zaを撮像するCCDカメラ50と、CCDカメラ50が撮像した画像を取得し、その取得した画像に対する画像処理により検査対象物Zの表面Zaの微小欠陥を検出する画像処理装置60とを備える。
なお、CCDカメラ50と情報処理装置60とは、接続線を介して接続されており、相互にデータの授受が行えるようになされている。
また、画像処理装置60には、液晶ディスプレイ等により構成される表示装置70と、ユーザからの各種要求やデータの入力を受け付ける入力装置80(キーボードやマウス等)とが接続されている。表示装置70は、画像処理装置60から出力される画像情報を受信し、その画像情報を表示する。また、入力装置80は、ユーザからの各種要求やデータの入力を受け付け、画像処理装置60に出力する。
そして、入出力部61は、外部機器(CCDカメラ50、表示装置70、入力装置80等)との間で行われるデータの授受を制御する。
画像処理部62は、CCDカメラ50から取得した検査対象物Zの表面Zaの画像を用いて、検査対象物Zの表面Zaのごみやホコリ等の微小欠陥の有無を判定する。
なお、本実施形態では、上述したように、検査対象物Zの表面Zaに、照度が高く且つ平行度の高い光が照射されている。そのため、検査対象物Zの表面Zaに微小粒子や微小欠陥がある場合に、CCDカメラ50が撮像した画像上において、微小粒子や微小欠陥が濃淡差となって表れる。
また、画像処理部62は、取得した「検査対象物Zの表面Zaの画像」に対して、画像処理を施すことにより、検査対象物Zの表面Zaにホコリ等の微小欠陥の有無を判定する。なお、画像処理部62により行われる微小欠陥の有無の判定処理は、一般的な画像処理の技術により実現される。
一方、画像処理部62は、検査対象物Zの表面Zaにホコリ等の微小欠陥が検出されなかった場合、微小欠陥が無いことを示す検出結果画像を生成し、表示装置70に出力して、表示装置70に検出結果画像を表示させる。
なお、画像処理装置60は、CPU、メモリ、およびI/Оインタフェース等を備えるコンピュータにより構成されているものとする。また、前記メモリには、入力部61および画像処理部62の機能を実現するためのプログラムが記憶されている。そして、入力部61および画像処理部62の機能は、前記CPUが、メモリの記憶されたプログラムを実行することにより実現される。
先ず、塗装工程やボディ工程において、車両のボディのルーフにホコリ等の微小粒子が有るか否かを確認する検査に、本実施形態の表面検査装置1を適用した第1適用例について図3および図4を用いて説明する。
図3は、本発明の実施形態の表面検査装置の第1適用例を示した図である。また、図4は、本発明の実施形態の表面検査装置を用いて行われる微小粒子の有無を検査する工程の手順を示したフローチャートである。
具体的には、2組のうちの一方の照明装置A(レーザ光源10a、MEMSミラー20a、コントローラ30(図3には示さず)、レンズ40a)は、ルーフ90の車長方向(L方向)に平行光を照射できる位置に配置される。
また、2組のうちの他方の照明装置A(レーザ光源10b、MEMSミラー20b、コントローラ30(図3には示さず)、レンズ40b)は、ルーフ90の車幅方向(W方向)に平行光を照射できる位置に配置される。
そして、2組の照明装置Aからの光が照射されたルーフ90をCCDカメラ50で撮像する。また、画像処理装置60が撮像した画像に基づいて、ボディVのルーフ90の微小粒子の有無を判定する。
以下、ボディVのルーフ90の微小粒子の有無を検査する工程を説明する。
つぎに、照明装置Aが配置されている検査位置に、ホコリが拭き取られたボディVを搬入して位置合わせをする(S2)。
なお、検査位置にボディVを搬入して位置合わせをすると、図3に示すように、ボディVのルーフ90の上方に2組の照明装置Aが配置された状態になる。
具体的には、MEMSミラー20aの鏡面21aを2軸方向に動作させると共に、レーザ光源10aにより、動作している鏡面21aにレーザ光を照射する。そして、MEMSミラー20aの鏡面21aで放射状に反射した反射光がレンズ40aを通って平行光となり、ルーフ90に照射される(これにより、ルーフ 90の車長方向(L方向)に平行光が照射される)。
また、MEMSミラー20bの鏡面21aを2軸方向に動作させると共に、レーザ光源10bにより、動作している鏡面21aにレーザ光を照射する。そして、MEMSミラー20bの鏡面21aで放射状に反射した反射光がレンズ40bを通って平行光となり、ルーフ90に照射される(これにより、ルーフ90の車 幅方向(W方向)に平行光が照射される)。
なお、S4において、CCDカメラ50は、上記の撮像した画像を画像処理装置60に送信する。
なお、本ステップ(S6)において、画像処理装置60は、ルーフ90の微小粒子を検出できた場合、例えば、図5に示す検出結果画像100を生成し、表示装置70に、その検出結果画像100を表示させる。
図5に示す検出結果画像100では、ルーフ90上のホコリ101が識別可能な状態で示されている(例えば、ホコリ101をルーフ90の色と異なる色で示す)。なお、検出結果画像100のなかに、ホコリが検出できたことを示すテキスト(文章)情報を表示するようにしてもよい。
そして、S8では、作業者は、ホコリが確認された部位を再び拭き取る作業を行いS9の処理に進む。
このように、本実施形態の第1適用例によれば、従来技術では確認することができなかった、数μmオーダの欠陥(ホコリ等の微小粒子等)の検出することができるようになる。そのため、第1適用例により、ボディVの品質を向上させることができる。
第2適用例は、プレス工程のブランキングの後で行う微小粒子の検査に、本実施形態の表面検査装置1を適用したものである。
なお、第2適用例は、検査対象物である鋼板110が平板であるため、照明装置Aからの平行光を、鋼板110の横長方向に照射するようにして、広範囲にホコリ等の微小粒子を検出できるようにしている(可視化できるようにしている)。
そして、第2適用例では、照明装置Aにより平行光が照射された鋼板110をCCDカメラ50で撮像し、画像処理装置60がCCDカメラ50で撮像した画像に基づいて、鋼板110の上にあるホコリ等の微小粒子の有無を判定する。
したがって、本実施形態によれば、従来技術では確認することができなかった、ホコリやキズ等の微小欠陥の有無を検査することができるため、製品不良が発生する確率を低減させることができる。
また、これにより、作業者の負担が軽減される。例えば、従来の手法によれば、作業者が照明装置を手で持ち、検査対象物に光を当てていたが、このような作業を行う必要がなくなる(他の作業の妨げにならなくなると共に、安全も確保される)。
また、従来技術のキズなどの検査では、メタルハライド照明等が利用されていたが、それに比べて、本実施形態の照明装置を利用すれば、設備コストが低減される。
したがって、本実施形態では、高さ方向が変化する形状の検査対象物であっても、或いは、大型の検査対象物であっても、有効に微小欠陥を検出することができる。
例えば、本実施形態では、照明装置AにMEMSミラー20を用いているが特にこれに限定されるものではない。レーザ光源10からのレーザ光を反射させる鏡面を備え、その鏡面を揺らすことにより、レーザ光を放射状に反射させることができるものであれば、MEMSミラー20以外の装置であってもよい。
B…画像処理システム
V…ボディ
Z…検査対象物
1…表面検査装置
10、10a、10b…レーザ光源
20、20a、20b…MEMSミラー
21…鏡
21a…鏡面
22…第1可動部
23a、23b…第1トーションバー
24…第2可動部
25a、25b…第2トーションバー
26…ベース部
30…コントローラ
40、40a、40b…レンズ
50…CCDカメラ
60…画像処理装置
61…入出力部
62…画像処理部
70…表示装置
80…入力装置
90…ルーフ
100…検出結果画像
101…ホコリ
110…鋼板
Claims (2)
- レーザ光源と、前記レーザ光源が照射した光を反射させる鏡面を備えた鏡、および該鏡面の傾きを変化させる可動部を有し、該可動部により鏡面の傾きを変化させ該レーザ光源が照射した光を放射状に反射させるミラー部材と、前記ミラー部材からの反射光を集光し、平行光に変換して照射する凸状のレンズとを備えた照明装置と、
前記照明装置からの光が照射された検査対象物の表面を撮像するカメラと、
前記カメラが撮像した画像を取得し、該取得した画像に対する画像処理により前記検査対象物の表面の微小欠陥を検出する画像処理装置とを備え、
前記照明装置は、前記レーザ光源からの光を前記ミラー部材の鏡面で放射状に反射させ、該放射状に反射させた光を前記凸状のレンズを通過させることにより平行光に変換し、該平行光を前記検査対象物の表面に、平行に照射することを特徴とする表面検査装置。 - 前記ミラー部材は、2軸方向に前記鏡面の傾きを可変できるMEMS(Micro-Electro-
Mechanical Systems)ミラーであることを特徴とする請求項1に記載の表面検査装置。
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