JP4799426B2

JP4799426B2 - 輪郭部の欠け検査方法およびその装置

Info

Publication number: JP4799426B2
Application number: JP2007001940A
Authority: JP
Inventors: 大祐佐久間; 豊和伊藤; 庸介森元; 紘一村上
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2007-01-10
Filing date: 2007-01-10
Publication date: 2011-10-26
Anticipated expiration: 2027-01-10
Also published as: JP2008170198A

Description

本発明はダイカスト成形品等の輪郭部に発生する欠けを検出する輪郭部の欠け検査方法およびその装置に関するものである。

従来、微小な欠けや汚れを検出する装置として、撮像された検査対象の二値化画像に複数のウインドウを設定し、各ウインドウ毎にスキャンを行い、スキャンによる座標データの前回ラインと今回ラインの変化点の差を求めることにより、周辺のノイズパターンや非検査部分を除去して高速且つ高精度に微小な欠けや汚れを検出するものがある（例えば、特許文献１参照）。また、欠陥検査を行う装置として、２次元画像の欠陥検査テンプレートを作成するとともに、ワーク画像からエッジ画像を作成し、作成されたエッジ画像と欠陥検査テンプレートを比較し、その差画像から欠陥検査を行うものがある（例えば、特許文献２参照）。

しかし、特許文献１のものはスキャンを繰り返さなければならず処理に時間がかかるうえに、欠けや汚れの大きさが得られないという問題がある。また、特許文献２のものは、テンプレート画像やエッジ画像を得て、エッジ画像と欠陥検査テンプレートを比較するために多くの演算ステップが必要となり処理に時間がかかるという問題がある。
特開平６−４３１１３号公報特開２００３−１０９０１７号公報

本発明は欠けの大きさを簡単、且つ高速で判定できる輪郭部の欠け検査方法およびその装置を提供することを目的とするものである。

本発明は、請求項１を、二値化された撮像画像の輪郭内部から輪郭を越える範囲までを、一定のピッチでマスキング領域が減少されていくマスクによりマスキングするとともにマスキング時、一定のピッチ毎に得られる非マスキング領域画像における欠け画像の連続性をもつ座標値およびその面積中心に基いて、同じ欠け画像を有する非マスキング領域画像の枚数をカウントし、ピッチ間隔にカウント数を積算することにより欠けの大きさを判定する輪郭部の欠け検査方法とするものである。

なお、マスクを設計図データに基いて作成したり、マスキングのピッチを検出精度に応じて変動させたりしてもよい。

また、請求項４を、検査対象を撮影する撮影装置により得られた撮像画像を二値化画像に変換する二値化手段と、二値化画像の輪郭内部から輪郭を越える範囲を、一定のピッチでマスキング領域を減少させてマスキングするマスク手段と、一定のピッチで二値化画像をマスキングすることにより得られた非マスキング領域画像に現れる欠け画像の連続性をもつ座標値に基いて、同じ欠け画像を有する非マスキング領域画像を抽出する抽出手段と、抽出された非マスキング領域画像数をカウントするカウント手段と、カウントされた非マスキング領域画像のカウント数にピッチ間隔を積算することにより欠けの大きさを判定する判定手段とを備えた輪郭部の欠け検査装置とするものである。

本発明は、撮像画像を二値化し、その二値化画像をマスキング領域が一定のピッチで減少されていくマスクによりマスキングすることにより、所定のピッチ間隔で非マスキング領域画像を順次得るため、非マスキング領域画像の面積は狭いので欠け画像の有無および座標の検出を極めて高速で行うことができる。そして、欠け画像の連続性をもつ座標値およびその面積中心に基いて同じ欠け画像を有する非マスキング領域画像を抽出してその枚数をカウントし、カウント数にピッチ間隔を積算するだけで欠けの大きさを判定できるので、検査を高速処理できるものとなる。

そして、請求項２のように、マスクを設計図データに基いて作成することにより、精度の高いマスクを容易に得ることができる。また、設計図データは通常ベクトルデータであるため、マスキング領域を一定のピッチで減少させることも容易となる。

さらに、請求項３のように、マスキングのピッチを検出精度に応じて変動させることにより、必要とする検査精度に応じてピッチを大きくしたり、小さくしたりすることにより、検査時間を検査精度に応じたものとすることができるので効率よく輪郭部の欠け検査を行うことができる。

さらに、請求項５のように、二値化画像に現れる微小傷像を消去する消去手段を設けることにより、検査対象外の傷は除去されるので、欠けの判定を高速で行うことができ検査時間を短縮することができる。

次に、本発明の好ましい実施の形態を図に基いて詳細に説明する。
図１中、１は被検査体Ｓを撮影する撮像装置であり、２は撮像装置１により撮影された撮像画像が入力される画像処理装置であり、該画像処理装置２は撮像画像を二値化等の画像処理を行うものである。３は撮像装置１による撮像時、被検査体Ｓを照明するＬＥＤ光源である。

前記画像処理装置２において、２１は入力された撮像画像Ｇを二値化（白と黒に変換）して二値化画像ＤＧを得る二値化手段であり、該二値化手段２１は階調を含む撮像画像Ｇを二値化画像ＤＧとすることにより被検査体Ｓの表面（白色表示）と欠けを含む空白部（黒色表示）とを際立たせて欠けや輪郭の検出を容易にするものである。

また、２２は二値化画像ＤＧに黒色として現れる独立した鋳巣や傷等を消去する消去手段であり、該消去手段２２は欠けが輪郭に現れるため必ず空白部（黒色表示）と繋がり面積の大きなる黒色部となることから、空白部と繋がらない小さな面積の黒色部は鋳巣または微小傷として二値化画像ＤＧより予め消去しておき、検出対象とならないようにして処理速度の低下を防止している。

２３はマスクと二値化画像ＤＧとのずれや傾きを補正する傾き補正手段であり、該傾き補正手段２３は図６に示されるように、二値化画像ＤＧに現れる複数の孔を基準孔とするとともに、後記するマスク手段２４のマスクに現れる複数の同じ孔を基準孔とし、両基準孔同士を一致させることにより、マスクと二値化画像ＤＧとのずれや傾きを補正するものである。

２４は二値化画像ＤＧにおける白色部（輪郭内部）から黒色部（輪郭を越えた空白部）の範囲までを、一定のピッチでマスキング領域を減少させるマスクによりマスキングを行うマスク手段であり、該マスク手段２４は図４に示されるように、被検査体Ｓに形成される孔の輪郭をマスキングする際は、先ず、孔より大きいマスクにより孔の外周縁までマスキングし、順次、マスクを縮小していき、輪郭を越えて輪郭全てが空白部に達する位置までマスクを縮小するものとする。また、図４に示されるように、被検査体Ｓの外形の輪郭をマスキングする際は、先ず、外形より小さいマスクにより外形の内周縁までをマスキングし、順次、マスクを拡大してゆき、輪郭を越えて輪郭全てが空白部に達する位置までマスクを拡大するものとする。

また、マスクキングの初期位置において、必ずしも欠けの全体をマスキングする必要はなく、欠けの許容上限値を越える位置までをマスキングすればよい。これは例えば、欠けの許容上限値が１ｍｍであったとしたら、外形または孔の輪郭の１ｍｍ内側または外側までをマスキングしておけば良否判定ができるからであり、１ｍｍ以上の欠けを判定しても処理時間が増え無駄な時間を費やすことになるからである。

さらに、マスキングの終了位置においては、輪郭を一定間隔だけ越えてマスキングする必要がある。これは被検査体Ｓの寸法は成形歪や金型の摩耗や別の金型により成形されたりすることによりばらつきが生じ設計寸法と必ずしも正確に一致しないため、寸法誤差を吸収して確実に輪郭を越える位置までマスキングが行われるように余裕をもたしている。好ましい実施の形態では輪郭を０．５ｍｍだけ越える余裕を与えているが、必ずしも０．５ｍｍとする必要はなく、被検査体Ｓの寸法精度や大きさなどに応じて、例えば０．２〜２ｍｍの範囲で適宜変更してもよいことはいうまでもない。

２５は欠け画像ＤＩが存在する非マスキング領域画像ＭＧを抽出する抽出手段であり、該抽出手段２５は撮像画像Ｇとマスク手段２３と間に生じる一定のピッチよりなる非マスキング領域画像ＭＧに黒色部として現れる欠け画像ＤＩの座標値を検出し、座標値が連続性もつものを同じ欠け画像ＤＩと判定し、他の欠け画像ＤＩとの識別を行っている。座標値の連続性はピッチが０．１ｍｍ単一行うため同じ欠け画像ＤＩにおいて、大きさが変動する時は±０．１ｍｍ単位で変化し、大きさが変動しない場合は同じ座標値を示すからである。そして、欠け画像ＤＩを有する非マスキング領域画像ＭＧの抽出は、マスクが輪郭を越えるまで行われることとなる。なお、ピッチは０．１ｍｍに限定されるものではなく、検出精度に応じて適宜設定されるものであり、０．１ｍｍピッチより細かくすればより高い精度で面積やその重心を求めることができる。

また、抽出手段２５は座標値の検出および座標値に基いて欠け画像ＤＩの面積を算出するとともにその面積中心すなわち重心を算出している。

２６は非マスキング領域画像ＭＧの抽出を停止する抽出停止手段であり、該抽出停止手段２６はマスキング領域が輪郭を越えることにより、欠け画像ＧＩは空白部と繋がるため黒色部の面積は急激に拡大される。欠け画像ＤＩの面積および面積中心すなわち重心は前記抽出手段２４によりピッチ毎に演算されており、ピッチ毎の算出値の変動率が閾値を越えることにより抽出停止手段２６は非マスキング領域画像ＭＧの抽出を停止する。

しかし、成形品である被検査体Ｓは寸法が僅かに大きかったり、小さかったり、あるいは歪が生じている場合、設計寸法から例えば０．１ｍｍ越えた範囲でマスクキング処理を終了させると、輪郭を越えない場合があったり、歪による部分的に白色部が生じたりして確実に輪郭を越えたか確認できないことがあるため、例えば輪郭を０．５ｍｍ越えるまでマスキング処理を継続するようにして輪郭越えを確実に検出して、カウント手段２６による非マスキング領域画像数のカウント不良を発生させないようにしている。

マスキングの停止は輪郭を越えた際の面積中心を予め算出しておき、その面積中心の近似値が算出されたものとしておけば、輪郭を０．５ｍｍ越えるまでマスキングを行う必要がなくなり、検査時間を短縮することができる。

２７は欠け画像ＤＩ毎の非マスキング領域画像ＭＧ数をカウントするカウント手段であり、該カウント手段２７は各欠け画像ＤＩ毎におけるマスキング開始から終了までの非マスキング領域画像ＭＧ数をカウントする。

２８はカウント手段２７によりカウントされた各欠け画像ＤＩ毎の非マスキング領域画像ＭＧのカウント数とピッチ値（０．１ｍｍ）とを積算して各欠けの大きさを判定する判定手段であり、該判定手段２８は判定結果をディスプレイ等の表示手段に出力したり、出力手段に良否選別ラインを切り替える信号を出力するものである。

このように構成されたものは、先ず、撮像装置１により被検査体Ｓを撮影した図５（ａ）に示される撮像画像Ｇを画像処理装置２のメモリ手段に格納する。メモリ手段に格納された撮像画像Ｓを二値化手段２１により図５（ｂ）に示されるように、白と黒の二値化画像ＤＧに変換しメモリ手段に格納する。二値化処理を行うことにより画像から中間階調がなくなるので処理情報量は低減するとともに、欠けと空白部が強調されるので欠けの検出を確実、且つ高速化でき検査処理速度を高めることとなる。

そして、消去手段２２により二値化画像ＤＧに現れる空白部（輪郭を越えた部位）と繋がらない独立した小さな黒色部は鋳巣や傷等であるため微小傷として二値化画像ＤＧから消去し、図５（ｃ）に示されるように、微小傷が消去された二値化画像ＤＧをメモリ手段に格納する。微小傷を消去することにより処理情報量が削減されるので、検査処理速度をさらに高めることとなる。

次に、傾き補正手段２３によりマスクと二値化画像ＤＧの傾きやずれを補正したうえ、マスク手段２４により二値化画像ＤＧを輪郭内部から輪郭を越える範囲までを、一定のピッチでマスキング領域を減少させるマスクによりマスキングを行う。マスキングに用いられるマスクは設計図データ、例えばベクトルデータよりなるＣＡＤデータの数値に基いて作成するもので、輪郭を形成する設計寸法を基準として０．１ｍｍピッチで拡大した多数のマスクと、設計寸法を基準として０．１ｍｍピッチで縮小される多数のマスクとにより作成するものとする。

マスク手段２４のマスクは０．１ｍｍピッチ毎に拡大または縮小したものを予め用意しておき、ＣＰＵの負荷を低減するものとしてもよいが、マスキングを行う度毎に、０．１ｍｍピッチで拡大したり縮小したりするものとしてもよいことはいうまでもない。

このマスキングは図４に示されるように、被検査体Ｓに形成された孔の輪郭に発生する欠けを検出する場合は、孔の輪郭内部より孔開口に向ってマスク手段２３を０．１ｍｍピッチで縮小させていくものとし、被検査体Ｓの外形の輪郭に発生する欠けを検出する場合は、被検査体Ｓの輪郭内部から輪郭を超えた外方に向ってマスク手段２３を０．１ｍｍピッチで拡大させていくものとする。また、輪郭を越えてマスキングを行う理由は、成形された被検査体Ｓに生じる寸法のばらつきを吸収して確実に輪郭を越えることができるだけの余裕（０．５ｍｍ）を持たせている。

マスキングは図７（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）、（ｅ）、（ｆ）、（ｇ）に示されるように行われる。また、抽出停止手段２５による非マスキング領域画像ＭＧの抽出の停止は、図７（ｇ）に示されるように、マスクが輪郭を０．５ｍｍ越えた位置まで行われるため、非マスキング領域画像ＭＧにおける欠け画像ＤＩの有無は欠け画像ＤＩの面積中心、すなわち重心の位置の変位差に基いて行う。

これは、成形品である被検査体Ｓは寸法が僅かに大きかったり、小さかったり、あるいは歪が生じたりするため、設計寸法から例えば０．１ｍｍ越えた範囲でマスクキング処理を終了させると、寸法のばらつきや歪によりマスクが輪郭を越えない位置で抽出処理が停止され欠けの大きさを判定できな場合が生じる。このため輪郭を例えば０．５ｍｍ越えるまでマスキングを継続するようにして輪郭を確実に越えさせているが、そうすることによりマスクが部分的に輪郭を越え始めた非マスキング領域画像ＭＧとマスクが輪郭全体を越えた非マスキング領域画像ＭＧ間の非マスキング領域画像を取り込めば欠けの大きさを正確に判定できないことになる。しかし、前記のような画像は面積中心位置の変位量があまり大きくないので、欠け画像ＤＩのみが現れる非マスキング領域画像ＭＧと識別できることとなる。

このようにして欠け画像ＤＩを含む非マスキング領域画像ＭＧが抽出されたら、カウント手段２６により欠け画像ＤＩが含まれる非マスキング領域画像ＭＧの枚数をカウントする。

非マスキング領域画像数が算出されたら、判定手段２７により非マスキング領域画像数（例えば図７（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）に示される３枚）とピッチ値（０．１ｍｍ）とを加算して欠けの大きさを０．３ｍｍと判定する。このようにして欠けの大きさが判定されたら、閾値と比較して良否結果を出力すればよい。

本発明の好ましい実施形態を示す斜視図である。同じくブロック図である。同じくフローチャート図である。検査原理を示す説明図である。（ａ）撮像画像（ｂ）二値化画像（ｃ）傷や鋳巣等の微小傷を消去した二値化画像を示す処理工程図である。二値化画像とマスクとの位置合わせ状態を示す説明図である。マスキング領域を減少させるマスクにより二値化画像にマスキングを行った際に現れる非マスキング領域画像を示す処理工程図である。

符号の説明

１撮像装置
21 二値化手段
24 マスク手段
25 抽出手段
27 カウント手段
28 判定手段

Claims

二値化された撮像画像の輪郭内部から輪郭を越える範囲までを、一定のピッチでマスキング領域が減少されていくマスクによりマスキングするとともにマスキング時、一定のピッチ毎に得られる非マスキング領域画像における欠け画像の連続性をもつ座標値およびその面積中心に基いて、同じ欠け画像を有する非マスキング領域画像の枚数をカウントし、ピッチ間隔にカウント数を積算することにより欠けの大きさを判定することを特徴とする輪郭部の欠け検査方法。
マスクを設計図データに基いて作成することを特徴とする請求項１に記載の輪郭部の欠け検査方法。
マスキングのピッチを検出精度に応じて変動させることを特徴とする請求項１まはた２に記載の輪郭部の欠け検査方法。
検査対象を撮影する撮影装置により得られた撮像画像を二値化画像に変換する二値化手段と、二値化画像の輪郭内部から輪郭を越える範囲を、一定のピッチでマスキング領域を減少させてマスキングするマスク手段と、一定のピッチで二値化画像をマスキングすることにより得られた非マスキング領域画像に現れる欠け画像の連続性をもつ座標値およびその面積中心に基いて、同じ欠け画像を有する非マスキング領域画像を抽出する抽出手段と、抽出された非マスキング領域画像数をカウントするカウント手段と、カウントされた非マスキング領域画像のカウント数にピッチ間隔を積算することにより欠けの大きさを判定する判定手段とを備えたことを特徴とする輪郭部の欠け検査装置。
二値化画像に現れる微小傷像を消去する消去手段を設けたことを特徴とする請求項４に記載の輪郭部の欠け検査装置。