JP4862765B2 - 表面検査装置及び表面検査方法 - Google Patents

Description

本発明は、検査対象となる三次元曲面に光を照射して、その反射光を撮像し撮像信号処理することにより表面の微小欠陥の検査を行う表面検査装置に係り、特に、処理した画像とその画像が撮影された被検査面の位置とを正確に関連付ける装置及びその方法に関する。

従来、例えば、自動車の製造工程におけるボディの塗装工程では、塗装処理後に所定の塗装が実施されたか否かを確認する塗装欠陥検査が行われる。この塗装欠陥検査における検査精度及び作業効率を向上させるため、一様な３次元の曲面を有する光沢表面における微細なキズや異物付着等の欠陥を撮像信号処理によって検出することができる表面検査装置が用いられている。

第一の従来の表面検査装置として、図７（Ａ）に示すように、複数の照明１０１及びＣＣＤカメラ１０２をボディの横断面に沿ってトンネル状に設置し、その中にボディをコンベアにより通過させ、塗装面を検査する装置１００が知られている。このような表面検査装置の例として、特許文献１に開示されている表面検査装置がある。これは、面光源装置により検査対象となる表面に平行光を照射し、その反射光をトンネル状に並べられた複数のＣＣＤカメラで撮像し、その画像信号レベルが基準値に達するか否かを検出することで、表面の微小欠陥を検知するものである。

また、このような表面検査装置においてＣＣＤカメラを可動とすることも可能である。特許文献２には、帯状の検出光を発する蛍光灯及び照明された箇所の画像を撮像するＣＣＤカメラをロボットハンドに取り付け、これを車両ボディの表面に走査させる、第二の従来の表面検査装置が開示されている。

さらに、図８（Ａ）に示すように、照明とカメラとを備えたロボットを複数台（図示は一台）設置し、これらをそれぞれ独自にボディ上に移動させつつ撮像する、第三の従来の塗面検査装置もある。特許文献３乃至５には、検査対象塗面を面状に光照射する面光源と、検査対象塗面での正反射光を入射させるＣＣＤカメラと、その画像信号のレベル変化を検出する撮像信号処理により塗面の欠陥の有無を検査する撮像信号処理装置とをロボットに設置し、ＣＣＤカメラの撮像特性に応じて微細に塗面を検査し得る塗面検査装置が開示されている。
特開２０００−１９３６０１号公報 特開２００５−２６５５２２号公報 特開２００６−２４２８１４号公報 特開２００６−０３８５５０号公報 特開２００３−２７０１６２号公報

第一の従来の表面検査装置１００においては、図７（Ｂ）に示すようにＣＣＤカメラ１台につき視野角分の１ライン１１０が検査され、撮像信号処理される。ボディ１０３の位置はコンベア１０４のパルスを読み取ることにより算出され、算出された位置データと撮像信号処理結果とが関連付けられる。今日では自動車のボディは複雑な形状となりつつあり、凹凸部や複雑且つ微妙なカーブの曲面を有するものがあるところ、このような表面検査装置１００では、ＣＣＤカメラ１０２自体が固定されているので、三次元形状のボディを正確に検査するには不向きである。なぜなら、複雑なワークに対して第一の従来の表面検査装置のＣＣＤカメラを走査させようとすると、隣接する撮像領域を検査可能な程度に重複させることができなかったり、検出対象の欠陥が撮像視野内に入っていても検出可能な像として認識されなかったりする場合があるからである。さらに、カメラと照明との相対的な位置関係が変化するため、表面検査の精度を一定に保つことが難しいという問題もある。

一方、第二の従来の表面検査装置の場合、まず、コンベアからのパルスをコンピュータが読み取り、コンベアの位置情報を割り出し、同時点でＣＣＤカメラが撮像している位置を位置情報として読み取り、次に、情報処理手段によりコンベアの位置情報とカメラの位置情報とを照合する必要がある。このように撮像信号処理結果と位置情報とを関連付けるためには一定の演算処理が必要であり、時間を要する。

第三の従来の表面検査装置３００では、図８（Ａ）に示すようにカメラ３０１と照明３０２とを備えたロボット３０３がカメラ３０１及び照明３０２をボディ３０４表面に沿って移動させ、撮像地点で撮像し、撮像信号をパルス信号として出力すると共に撮像地点の座標データ（Ｘ，Ｙ）を出力する。続いて、図８（Ｂ）に示すように、管理端末３０５は出力された座標データから撮像信号が撮像されたボディ上の位置を判別する。この表面検査装置３００であれば、三次元形状のボディを正確に検査することができる。しかしながら、座標情報はデータ量が多いため、座標情報の送受信に時間がかかり、実際にはロボットの線速を例えば毎秒１００ミリメートル程度以下の低速にする必要がある。このような表面検査装置を使用して一台のボディの水平・垂直面の検査を例えば一分程度の一定のタクト内で完了させるためには、多くのロボットが必要となる。

本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、ロボットの数を増やすことなく検査に要する時間を短縮し得る、表面検査装置及び検査方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明の車両ボディの表面検査装置は、車両ボディに照明光を照射する照明手段と車両ボディ上の撮像地点を撮像して撮像信号を得る撮像手段とを先端に備えると共に複数の関節を備えたロボットアームと、ロボットアームの検査ルートと複数の撮像地点とが予め設定され、検査ルートに沿ってロボットアームを移動させながら複数の撮像地点で順番に撮像手段に撮像させる動作処理部と、動作処理部に予め設定された複数の撮像地点における車両ボディ上の各座標データと撮像が行われる順番データとが格納された情報格納部と、撮像手段から順番に送信される各撮像地点の撮像信号を基準値に照らし合わせて、各撮像地点における欠陥の有無を判定する検出部と、検出部から撮像信号が送信された順番と情報格納部に格納された順番データとを照らし合わせ、検出部から送信された撮像信号と座標データとを関連付ける関連付け処理部と、関連付け処理部で撮像信号に関連付けられた座標データから車両ボディにおける欠陥の位置を特定した検査結果を出力する検査結果出力部と、を有する。

動作処理部は、ロボットアームを移動させながら検査ルートを設定して記憶すると共に、検査ルートに沿ってロボットアームを移動させながら複数の撮像地点を設定して記憶するのがよい。
検出部は各撮像信号を基準値に照らし合わせて複数の段階に分類し、検査結果出力部は複数の段階に分類された各撮像信号により欠陥の大きさを複数の段階で示す検査結果を出力するのがよい。

好ましくは表面検査装置はロボットアームを複数備え、ロボットアームはそれぞれ対応する検出部を有する。

本発明の車両ボディの表面検査方法は、複数の関節を備えたロボットアームの先端に撮像手段を設け、撮像手段により得られる撮像信号に基づいて検出部が車両ボディの被検査面上に存在する欠陥を検出するもので、ロボットアームを移動させながら検査ルートと複数の撮像地点とをロボットアームに接続された動作処理部に予め設定して記憶させるティーチングステップと、予め設定された複数の撮像地点におけるボディ上の各座標データを、撮像が行われる順にデータ処理部に送信し、座標データと撮像が行われる順番データとをデータ処理部の情報格納部に格納する学習ステップと、ロボットアームが検査ルートに沿って動作しつつ、撮像手段が各撮像地点において順番に撮像し、得られた撮像信号を順番にデータ処理部に送信し、送信された各撮像地点の撮像信号を基準値に照らし合わせて各撮像地点における欠陥の有無を判定し、検出部から撮像信号が送信された順番と順番データとを照らし合わせ、検出部から送信された撮像信号と座標データとを関連付ける検査ステップと、撮像信号に関連付けられた座標データから車両ボディにおける欠陥の位置を特定した検査結果を出力する出力ステップと、を含んでいる。

本発明の表面検査装置によれば、動作処理部が予め設定された検査ルートに沿ってロボットアームを移動させ、予め設定された複数の撮像地点において撮像手段に撮像させた際、関連付け処理部は情報格納部に格納された撮像が行われる順番データをキーとして撮像信号と撮像地点の座標データとを関連付けることができるから、実際の表面検査時にはロボットアームから座標データを出力する必要がなく、ロボットアームの動作速度を向上させることができる。

本発明の表面検査方法によれば、検査ステップにおいて、ロボットアームが設定された検査ルートに沿って動作し、撮像手段が予め設定された複数の撮像地点において撮像すると共に撮像信号をデータ処理部に送信し、データ処理部が撮像が行われる順番をキーとして撮像信号と撮像地点の座標データとを関連付けることができるから、ロボットアームから座標データを出力する必要がなく、ロボットアームの動作速度を向上させることができる。

以下、本発明の好ましい実施の形態を、添付図面を参照しながら詳細に説明する。
図１及び図２は、本発明の実施形態の表面検査装置を示す。なお、図２は一のロボットアームについて示し、他のロボットアームについては図示を省略している。

表面検査装置１は、検査部２と検査結果出力部３とデータ処理部４とからなる。データ処理部４は、関連付け処理部４ａと座標情報格納部４ｂとを含む。
検査部２は、それぞれロボットアームを備える２台の水平面検査ロボット２３及び２台の垂直面検査ロボット２４と、これらロボット２３，２４にそれぞれ接続された動作処理部２５及び撮像信号処理部２６を有し、この撮像信号処理部２６は関連付け処理部４に、動作処理部２５は座標情報格納部４ｂに接続されている。

撮像信号処理部２６は判断テーブル２６ａ及び判断部２６ｂを有する。動作処理部２５はティーチング部２５ａと駆動処理部２５ｂとを有する。検査結果出力部３は、検査結果表示端末３１と、この検査結果表示端末３１に接続されたプリンタ３２とからなる。検査結果表示端末３１は、出力処理部３１ａとボディフォーマット格納部３１ｂとを有し、出力処理部３１ａは関連付け処理部４ａに接続されている。

水平面検査ロボット２３及び垂直面検査ロボット２４は複数の関節とこれを駆動させる駆動機構とを備え、その先端には被検査物の被検査面に照明光を照射する照明手段２１と被検査面を撮像する撮像手段であるＣＣＤカメラ２２とを備える。このＣＣＤカメラ２２は撮像信号処理部２６に接続されている。

次に、このような実施形態の表面検査装置１を使用して自動車の表面検査を行う方法を、準備段階について図３、実際の検査段階について図４のフローチャートを参照して説明する。
まず、準備作業として、ロボット２３，２４に接続された動作処理部２５に検査ルートと複数の撮像地点とを記憶させるティーチングステップ（ステップｓ１）を実行する。ティーチング方法としては周知の方法を用いることができる。例えば、オペレータが制御操作盤の操作パネルを用いてロボット２３，２４を動作させ、走査経路を記憶させる方法がある。この方法は、オペレータがロボットコントローラを介してロボット駆動用モータを駆動し、図５（Ａ）に示すように車両ボディ１１を構成するボンネットやルーフの上の撮像地点Ｐ１〜Ｐ４に沿ってロボットアームの先端を移動させることにより行う。走査経路Ｐ１〜Ｐ４に付した矢印は、ロボット２３，２４の先端の移動方向（走査方向）を示す。

このようなティーチングプログラム中、複数の撮像ポイントを登録し、各撮像ポイントにおいてロボット２３，２４の先端に設けられたＣＣＤカメラ２２が撮像ポイントにおける照明手段２１からの反射光を検出し、検出した光学情報をパルス信号として出力する。ティーチングの結果、検査ルートと複数の撮像ポイントとが動作プログラムとしてロボットに接続された動作処理部２５のティーチング部２５ｂに記憶される。
なお、ティーチングに際し、実際のロボット２３，２４を稼動させることなく、ソリッドモデル等による３次元ＣＡＤ上で教示を行う、いわゆるオフラインティーチングの手法によって検査ルートと複数の撮像地点とを作成してもよい。

次に、学習ステップ（ステップｓ２）を実行する。このステップは、ボディが停止している状態でロボット２３，２４を、先の動作プログラムを実行し、各撮像ポイントにおけるボディ上の座標データを座標情報格納部４ｂに送信し格納することにより行う。具体的には、ティーチング部２５ａから駆動処理部２５ｂに命令を送ることにより上述の検査ルートの通りにロボットアーム２３，２４を動作させ（ステップｓ２１）、登録された撮像ポイントにおいては動作処理部２５からその撮像ポイントにおけるボディ上の座標データをデータ処理部４の座標情報格納部４ｂに送信する（ステップｓ２２）。座標情報格納部４ｂは、各座標データと、その座標値が何度目のパルス信号発信に対応しているか、すなわち撮像が行われる順番のデータを図６に示すようなデータベース４１として記憶する（ステップｓ２３）。なお、このデータベースは各ロボットにつき一部作成される。

続いて、実際の表面検査時に行われる検査ステップ（ステップｓ３）について図４のフローチャートを参照して説明する。
まず、動作処理部２５は先の動作プログラムを実行する（ステップｓ３１）。すると、ロボットアーム２３，２４は図５（Ａ）に示すように、ＣＣＤカメラ２２がボディ上の撮像ポイントＰ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４を通過するように動作する。その際、ＣＣＤカメラ２２は撮像ポイントＰ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４において照明手段２１からの反射光を検出し、得られた光学情報をパルス信号に変換して出力する（ステップｓ３２）。

このパルス信号は撮像信号処理部２６に送信される。撮像信号処理部２６において、判断部２６ｂは、パルス信号を判断テーブル２６ａと照らし合わせることにより、その撮像ポイントにおけるボディ上の欠陥の有無を判定する。すなわち、そのパルス信号レベルを判断テーブル２６ａの基準値に照らして例えば４段階に分類する（ステップｓ３３）。

こうして得られた情報は撮像信号としてデータ処理部４の関連付け処理部４ａに送信される。関連付け処理部４ａは、撮像信号の送信された順番を座標情報格納部４ｂに格納された順番データと照らし合わせることにより撮像信号と座標データとを関連付け（ステップｓ３４）、検査結果表示端末３１へ送信する（ステップｓ３５）。このように、本実施形態は、撮像地点においてロボットアーム２３，２４が座標データを出力しない点において従来例の検査方法と異なる。すなわち、座標データを出力するために要する時間を省略することにより、迅速な検査を可能とするものである。

次に、検査結果表示端末３１により出力ステップ（ステップｓ４）が行われる。まず、検査結果表示端末３１の出力処理部３１ａは、座標データとボディフォーマット格納部３１ｂに格納されたボディフォーマットとを照らし合わせ、撮像信号が得られた撮像ポイントがボディ上のどの位置に相当するかを特定するマッピングを行う。すなわち、出力処理部３１ａは、ボディ表面上に欠陥のあるデータを抽出し（ステップｓ４１）、この画像データに関連付けられた座標データから欠陥の存在する座標を割り出す（ステップｓ４２）。続いて、図１に示すように、ボディの各部を表した検査帳簿３４上において欠陥の存在を示す撮像データが得られた撮像ポイントに該当する部分に、欠陥の大きさを３段階で示す○、△、×のいずれかのマークを描画する（ステップｓ４３）。なお、欠陥の存在しない撮像ポイントについては何も描画しない。この検査帳簿３４は、検査結果表示端末３１のディスプレイに表示されると共に、プリンタ３２により印刷される（ステップｓ４４）。

本実施形態の表面検査装置２を使用して表面検査を実施すれば、ロボットを例えば線速３５０ｍｍ／ｓといった高速で動作させながら表面検査を行うことができるので、ロボットの台数を増やすことなくタクト内で表面検査を行うことができる。また、ロボットをポイントごとに止める必要がなく、加減速のある不安定な動きとなることを避けて、一定の精度で表面検査を行うことができる。

以上説明したように、本発明の表面検査装置及び表面検査方法は、撮像信号の送信された順番を順番データと照らし合わせ撮像信号と座標データとを関連付けることにより、撮像ポイントにおいてロボットアームもしくは動作処理部が座標値を出力することなく表面検査を行うことを実現したものであり、その主旨を逸脱しない範囲内において様々な形態で実施することができる。
例えば、パルス信号から欠陥の有無を判定する処理は、撮像信号処理部、データ処理部または出力処理部のいずれで行ってもよいし、撮像信号処理部、データ処理部及び出力処理部は一の端末に内蔵されていてもよい。また、水平面検査ロボット及び垂直面検査ロボット並びにこれらロボットのカメラにそれぞれ接続された撮像信号処理部は、実施形態の個数に限られない。

実施形態の表面検査装置を示す図である。 図１の表面検査装置を示すブロック図である。 実施形態の表面検査方法における準備段階を示すフローチャートである。 実施形態の表面検査方法における実際の検査段階を示すフローチャートである。 図２の状態における表面検査装置の動作を示す図である。 座標データと撮像が行われる順番のデータとのデータベースを示す図である。 第一の従来の表面検査装置を示す図である。 第三の従来の表面検査装置を示す図である。

符号の説明

１ 表面検査装置
２ 検査部
３ 検査結果出力部
４ データ処理部
４ａ 関連付け処理部
４ｂ 座標情報格納部
２２ ＣＣＤカメラ
２３ 水平面検査ロボット
２４ 垂直面検査ロボット
２５ 動作処理部
２５ａ ティーチング部
２５ｂ 駆動処理部
２６ 撮像信号処理部
２６ａ 判断テーブル
２６ｂ 判断部
３１ 検査結果表示端末
３２ プリンタ
４１ データベース
Ｐ１〜Ｐ４ 撮像地点

Claims (5)

1. 車両ボディに照明光を照射する照明手段と該車両ボディ上の撮像地点を撮像して撮像信号を得る撮像手段とを先端に備えると共に複数の関節を備えたロボットアームと、
   上記ロボットアームの検査ルートと複数の上記撮像地点とが予め設定され、該検査ルートに沿って上記ロボットアームを移動させながら該複数の撮像地点で順番に上記撮像手段に撮像させる動作処理部と、
   上記動作処理部に予め設定された上記複数の撮像地点の各座標データと撮像が行われる順番データとが格納された情報格納部と、
   上記撮像手段から順番に送信される上記各撮像地点の撮像信号を基準値に照らし合わせて、該各撮像地点における欠陥の有無を判定する検出部と、
   上記検出部から上記撮像信号が送信された順番と上記情報格納部に格納された順番データとを照らし合わせ、上記検出部から送信された撮像信号と上記座標データとを関連付ける関連付け処理部と、
   上記関連付け処理部で上記撮像信号に関連付けられた上記座標データから上記車両ボディにおける欠陥の位置を特定した検査結果を出力する検査結果出力部と、を有する車両ボディの表面検査装置。
2. 前記動作処理部は、前記ロボットアームを移動させながら前記検査ルートを設定して記憶すると共に、該検査ルートに沿って上記ロボットアームを移動させながら前記複数の撮像地点を設定して記憶する、請求項１に記載の車両ボディの表面検査装置。
3. 前記検出部は前記各撮像信号を基準値に照らし合わせて複数の段階に分類し、前記検査結果出力部は複数の段階に分類された上記各撮像信号により前記欠陥の大きさを複数の段階で示す前記検査結果を出力する、請求項１に記載の車両ボディの表面検査装置。
4. 前記ロボットアームを複数備え、該ロボットアームにそれぞれ対応する前記検出部を有することを特徴とする、請求項１乃至３の何れかに記載の車両ボディの表面検査装置。
5. 複数の関節を備えたロボットアームの先端に撮像手段を設け、該撮像手段により得られる撮像信号に基づいて検出部が車両ボディ上の撮像地点に存在する欠陥を検出する車両ボディの表面検査方法であって、
   上記ロボットアームを移動させながら、検査ルートと複数の撮像地点とを該ロボットアームに接続された動作処理部に予め設定して記憶させるティーチングステップと、
   予め設定された上記複数の撮像地点の各座標データを、撮像が行われる順にデータ処理部に送信し、該座標データと撮像が行われる順番データとを上記データ処理部の情報格納部に格納する学習ステップと、
   上記ロボットアームが上記検査ルートに沿って動作しつつ、上記撮像手段が各撮像地点において順番に撮像し、得られた撮像信号を順番に上記データ処理部に送信し、送信された各撮像地点の撮像信号を基準値に照らし合わせて該各撮像地点における欠陥の有無を検出部で判定し、上記撮像信号が送信された順番と上記順番データとを照らし合わせ、上記検出部から送信された撮像信号と座標データとを関連付ける検査ステップと、
   撮像信号に関連付けられた上記座標データから上記車両ボディにおける欠陥の位置を特定した検査結果を出力する出力ステップと、を含む車両ボディの表面検査方法。
   

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