JP5266118B2

JP5266118B2 - 物体表面の欠陥検査方法および欠陥検査装置

Info

Publication number: JP5266118B2
Application number: JP2009074454A
Authority: JP
Inventors: 正治杭ノ瀬; 良介三高
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2009-03-25
Filing date: 2009-03-25
Publication date: 2013-08-21
Anticipated expiration: 2029-03-25
Also published as: JP2010223914A

Description

本発明は、検査対象物の表面に凹凸として現れる対象物の欠陥を検出する欠陥検査方法および欠陥検査装置に関するものである。

従来から、生産工程上の部品や製品の表面についた疵やへこみなどの欠陥を検査する欠陥検査装置として、対象物の表面に斜め方向から照明を照射することで、対象物もしくは対象物の表面で反射する反射光を撮像装置で撮像し、得られた画像をデータ処理することで凹凸を抽出し、欠陥を検知するものがある（例えば、特許文献１）。

特開平９−１３８１２１号公報

この種の欠陥検査装置においては、対象物が例えば木材のように表面に強い模様を有する場合や、対象物の表面に図柄や文字が印刷されているような場合には、模様、図柄、文字に起因した濃淡が画像内に生じ、データ処理時に対象物表面の凹凸のみを正確に検出することは困難であった。

また、特許文献１に記載の欠陥検査装置のように、主に照明からの正反射光を撮影する場合には、対象物表面に入射させる照明の照射角度に応じて、撮像装置の撮像角度を設定する必要がある。そのため、対象物が金属のようにツヤを持つ場合には、検査用の照明以外の迷光によって対象物の周囲にある物体が対象物に写りこみ、凹凸による明度の差のみを検出することが困難であった。

また、照明装置として例えば蛍光灯のような散乱性の光源を用いると、欠陥部が当該照明装置の投光方向と逆向きの凹凸面を有している場合であっても、照明装置の一部から迷光が投光方向の逆向きの面に照射されて影が生じず、欠陥部分の凹凸を正確に検知できないといった問題があった。

本発明は、上記事由に鑑みて為されたものであり、その目的とするところは、対象物の表面の模様やツヤによらず、対象物表面の欠陥による凹凸を確実に検出する欠陥検査方法及び欠陥検査装置を提供することにある。

上記目的を達成するために、請求項１の発明では、対象物の検査面に対して検査面の法線方向と斜めに交差する方向から平行光束を照射させた状態で、前記検査面を法線方向から撮像した表面画像の明度を検出する処理と、前記表面画像から記憶部に記憶された第１の閾値よりも明度が低い部位を暗部、前記記憶部に記憶された第２の閾値よりも明度が高い部位を明部として抽出する処理と、明部及び暗部が前記平行光束の照射方向に沿って連続して存在する場合に、明部及び暗部の組合せにおける長手方向の中間点を通り前記長手方向と直交する方向における前記明部と前記暗部の第１の明度差と、前記長手方向における前記明部と前記暗部の第２の明度差とを演算する処理と、前記第１、第２の明度差のうち少なくとも一方の明度差が、前記記憶部に記憶された第３の閾値よりも大きい場合に、前記明部及び前記暗部の組合わせを欠陥部として検知する処理とを行うことを特徴とする。

請求項２の発明では、請求項１に記載の発明において、前記表面における凸部の高さおよび凹部の深さを計測した計測値に応じて、前記照射角度を変更することを特徴とする。

請求項３の発明では、請求項１又は２の何れか１項に記載の発明において、点光源と、点光源からの光を平行光束に変換するレンズとを用いて検査光を表面に照射することを特徴とする。

請求項４の発明では、請求項３記載の発明において、前記点光源として、レーザー発振器を用いることを特徴とする。

請求項５の発明では、請求項３記載の発明において、前記点光源として、放電管を用いることを特徴とする。

請求項６の発明では、前記閾値を記憶する記憶部と、前記検査面に対して法線方向と斜めに交差する方向から平行光束を照射する照明手段と、前記検査面を法線方向から撮像する撮像手段と、請求項１乃至５の何れか１項に記載の欠陥検査方法により、撮像手段が撮像した表面画像を処理して対象物の欠陥を検知する凹凸検知部を備えることを特徴とする。

請求項１の発明によれば、平行光束を照射することで、投光方向と逆向きに照射される迷光が入ることがなくなるので、対象物表面の凹凸に起因する陰影を明瞭に撮像することができ、凹凸を正確に抽出することができる。

また、記憶部に記憶された第１、第２の閾値に基づいて明部、暗部を検出し、明部、暗部が連続する部分を欠陥による凹凸として検知するので、明部、暗部の何れかが発生した場合に欠陥部として検知する場合に比べて、誤検知を低減することができる。

さらに、明部と暗部による明度の変化量が、記憶部に予め記憶された第３の閾値よりも大きい場合に欠陥による凹凸として検知するので、例えば対象物の表面がなだらかな凹凸を有しており、表面における明度が不均一となるような対象物を検知する場合や、平行光束にムラが生じたような場合であっても、誤検知を低減することができる。

請求項２の発明によれば、測定した凸部の高さ及び凹の深さに応じて平行光束の入射角度を変更するので、常に欠陥を検知するのに最も適した入射角度に設定することができ、より正確に対象物の欠陥を確実に検出することができる。

請求項３の発明によれば、照明手段として点光源と、点光源からの光を平行光束に変換する複数のレンズを用いることで、安定して平行光束を検査面に照射することができ、欠陥部を明瞭に撮像することができる。

請求項４の発明によれば、点光源としてレーザーを用いることで、高い効率で対象物に平行光束を照射することができ、欠陥検査装置を小型化できる。

請求項５の発明によれば、点光源として出力の大きな放電管を用いることで、対象物のサイズが大きな場合であっても、安全に大出力の平行光束を照射することができる。

請求項６の発明によれば、請求項１乃至５の何れかに記載の欠陥検査方法で欠陥を検知できるので、対象物の表面の模様やツヤによらず、対象物表面の欠陥による凹凸を確実に検出できる。

実施の形態１にかかる欠陥検査装置Ａの全体構成を示す概略斜視図である。同欠陥検査装置Ａを用いて検査される対象物１の表面における欠陥を検知する方法を説明するための概略側面図である。同欠陥検査装置Ａが使用する検査画像を示す概略図である。実施の形態２にかかる欠陥検査装置Ａが使用する検査画像を示す概略図である。同検査画像における明度の差を説明するためのグラフである。

以下に本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。

（実施の形態１）
本実施の形態にかかる欠陥検査装置Ａについて、図１〜３を用いて説明を行う。欠陥検査装置Ａは、図１に示すとおり、例えば板状の対象物１の検査面１０の欠陥を検査する欠陥検査装置であり、検査面１０に対して検査用の平行光束５を照射する照明装置２と、検査面１０を撮像して検査用の検査画像を出力する撮像装置３と、検査画像に基づいて欠陥を検出する欠陥検出装置４とを備える。

対象物１は、例えばフローリング材などの板状に形成された物体であり、検査面１０には木目などの模様を有しており、対象物１は搬送装置（図示せず）によって搬送方向（図１の右上から左下）に沿って一定の速度で搬送されている。

照明装置２は、検査面１０の法線方向に沿って直線状に配置されたレーザー発振装置２１、コンデンサレンズ２２、凹シリンドリカルレンズ２３、凸シリンドリカルレンズ２４、及び、ミラー２５を備えている。レーザー発振装置２１から発射されたレーザー光は、集光用のコンデンサレンズ２２によって照射領域を絞られて凹シリンドリカルレンズ２３に入射され、凹シリンドリカルレンズ２３によって扇状の光束に変換される。また、扇形の光束は、所定の距離を隔てて設けられた凸シリンドリカルレンズ２４に入射され、直線状の平行光束５に変換されてミラー２５に反射され、検査面１０の検査視野１１を検査面１０の法線方向に対して斜めに照射する。なお、各レンズ２１、２２、２３及びミラー２５は、検査面１０の搬送方向と直交する方向において、検査面１０の略全体に照射できるよう、それぞれの間隔及び設置角度が設定されている。

ここで、対象物１が木材の場合には、表面の模様に起因して検査用の画像内に濃淡が生じる恐れがあるため、平行光束５の検査面１０に対する入射角度δを１０°以下に設定することが望ましい。

撮像装置３は、例えばラインカメラであり、検査面１０の法線方向に設置され、検査視野１１を、搬送装置の移動速度に応じた所定の時間間隔で連続して撮像する。撮像装置３が撮像した１ライン分の画像信号は、欠陥検出装置４に出力される。

欠陥検出装置４は、撮像装置３から入力された画像信号を記憶するための画像メモリ４１と、画像メモリ４１に記憶された画像信号から検査面１０の検査画像６を生成し、欠陥を検出する画像処理部４２と、検査画像における凹凸を識別するための閾値Ｔｈ１、Ｔｈ２が記憶された閾値メモリ４３とを備えている。

画像メモリ４１は、例えば揮発性のＳＲＡＭ（ＳｔａｔｉｃＲａｎｄｏｍＡｃｃｅｓｓＭｅｍｏｒｙ）からなり、検査面１０の全体もしくは一部の映像を記憶できる容量に設定されている。また、閾値メモリ４３は、例えばＥＰＲＯＭ（ＥｒａｓａｂｌｅＰｒｏｇｒａｍａｎｌｅＲＯＭ）などの不揮発性のメモリからなり、暗部及び明部の判定に用いる明度の閾値Ｔｈ１、Ｔｈ２が予め記憶されている。画像処理部４２は、検査面１０の全体もしくは所定距離分の映像が画像メモリ４１に格納されると、各ライン毎の映像信号を読み出して、検査面１０の検査領域における検査画像６を生成する（図３を参照）。

ここで、検査面１０における平行光束５による明暗の発生について、図２を用いて説明を行う。図２は凸状の欠陥部が存在する検査面１０の側面図を示し、図２における左右方向が対象物１の搬送方向であり、所定の速度で図２における右側から左側に移動している。平行光束５が検査面１０に照射されると、その一部が乱反射して撮像装置３で撮像されるが、凸状の欠陥部における投光方向と逆側を向いた傾斜部１３には平行光束５が届かないために影が発生し、凸状の欠陥部が存在しない平坦部１２よりも輝度が低くなって撮像装置３に撮像される。また、他方の投光方向を向いた傾斜部１４に入射された平行光束５は、平坦部１２に比べて入射角度が大きくなるので、輝度が高くなって撮像装置３に撮像される。また、傾斜部１３、１４は、凸状の欠陥部の頂点を境界として連続することとなるので、検査画像６において明部と暗部が連続して現れる。なお、凹状の欠陥部の場合には、傾斜部１３、１４の位置が逆になるが、平坦部１２との輝度差は、凸状の欠陥部と同様に発生することとなる。

次に、画像処理部４２が欠陥を検知する方法について説明を行う。画像処理部４２は、画像メモリ４１に記憶されたライン毎の映像信号に基づいて検査画像６を生成する。また、検査画像６の全画素について、各画素の明度と閾値メモリ４３に記憶された閾値Ｔｈ１、Ｔｈ２とを比較して、閾値Ｔｈ１よりも明度が低い画素の集まりを暗部候補領域（暗部６２、６３）とし、閾値Ｔｈ２よりも明度が高い画素の集まりを明部候補領域（明部６１、６４）とし、それ以外の領域を正常部６０として抽出する。次に、各明部候補領域（明部６１、６４）と各暗部候補領域（暗部６２、６３）とのうち、明暗が連続して存在する部位を組み合わせ、それらの部位の近傍を含めた領域を欠陥部（凹欠陥部６６、凸欠陥部６５）として検出する。

このように、平行光束５を凹凸検知用の照明として用いているので、迷光によって凹凸に半影が生じることが低減でき、より鮮明に明部及び暗部を抽出できるので、明部と暗部がペアになった欠陥部を確実に検知することができる。

なお、本実施の形態では対象物１として板状の物体を検査しているが、検査視野１１が直線状に形成可能な円柱状の物体であっても同様の構成で欠陥を検出することができる。

また、照明装置２の光源として、レーザー発振装置２１を用いたが、例えば高圧水銀ランプのような発光部の面積が小さく、光出力の大きな放電管を用いるようにしても良い。

（実施の形態２）
本実施の形態にかかる欠陥検査装置Ａでは、閾値メモリ４３に、実施の形態１で説明した閾値Ｔｈ１、Ｔｈ２に加えて、明度差の判定に用いる閾値Ｔｈ３が記憶されており、画像処理部４２は閾値Ｔｈ３に基づいて欠陥を検出する。この点を除いては、実施の形態１と同様の構成であるので共通する構成要素には同一の符号を付してその説明は省略する。

閾値Ｔｈ３は、連続する明部の最も明度の高い部分と、暗部の最も明度の低い部分との明度差の判定用の値であり、閾値Ｔｈ２と閾値Ｔｈ１の明度差よりも大きい値に設定されている。

ここで、凸状の欠陥が存在する検査面１０について、画像処理部４２が欠陥を検知する方法について説明を行う。まず、画像処理部４２は、上述したように、閾値メモリ４３の閾値Ｔｈ１と閾値Ｔｈ２に基づいて、検査画像７の暗部７１と明部７２を抽出する。次に、暗部７１及び明部７２の長手方向における中心点７３を通り、暗部７１及び明部７２の長手方向と直交する方向における最も明度が低い部位と最も明度が高い部位の明度差と、中心点７３を通り暗部７１及び明部７２の長手方向における最も明度が低い部位と最も明度が高い部位の明度差（図５における明度差７５）をそれぞれ計測する（図５を参照）。ここで、計測した明度差が、閾値Ｔｈ３よりも大きい場合には、暗部７１、明部７２、及びその周囲の部位を凹欠陥部７４として検出する。

これにより、例えば表面における明度が不均一となるような対象物１を検知する場合や、平行光束５にムラが生じたような場合であっても、正確に欠陥部を検出して、誤検知を低減することができる。

なお、例えば検査画像７における欠陥部に対して、平行光束５が欠陥部の長手方向の延長上から照射されたような場合であっても、暗部７１及び明部７２の長手方向と、暗部７１及び明部７２の長手方向に直交する方向について、それぞれ明度差を測定しているので、欠陥部の形状によらず、正確に欠陥部を検知することができる。

１対象物
１０検査面
２照明装置
３撮影手段
４欠陥検出装置
４３閾値メモリ（記憶部）
５平行光束
６検査画像（表面画像）
６１明部候補領域（明部）
６２暗部候補領域（暗部）
６３暗部候補領域（暗部）
６４明部候補領域（明部）

Claims

対象物の検査面に対して検査面の法線方向と斜めに交差する方向から平行光束を照射させた状態で、前記検査面を法線方向から撮像した表面画像の明度を検出する処理と、
前記表面画像から記憶部に記憶された第１の閾値よりも明度が低い部位を暗部、前記記憶部に記憶された第２の閾値よりも明度が高い部位を明部として抽出する処理と、
明部及び暗部が前記平行光束の照射方向に沿って連続して存在する場合に、明部及び暗部の組合せにおける長手方向の中間点を通り前記長手方向と直交する方向における前記明部と前記暗部の第１の明度差と、前記長手方向における前記明部と前記暗部の第２の明度差とを演算する処理と、
前記第１、第２の明度差のうち少なくとも一方の明度差が、前記記憶部に記憶された第３の閾値よりも大きい場合に、前記明部及び前記暗部の組合わせを欠陥部として検知する処理とを行うことを特徴とする欠陥検査方法。
前記表面における凸部の高さおよび凹部の深さを計測した計測値に応じて、前記照射角度を変更することを特徴とする請求項１記載の欠陥検査方法。
点光源と、前記点光源からの光を平行光束に変換するレンズとを用いて検査光を表面に照射することを特徴とする請求項１又は２の何れか１項に記載の欠陥検査方法。
前記点光源として、レーザー発振器を用いることを特徴とする請求項３に記載の欠陥検査方法。
前記点光源として、放電管を用いることを特徴とする請求項３に記載の欠陥検査方法。
前記閾値を記憶する記憶部と、
前記検査面に対して法線方向と斜めに交差する方向から平行光束を照射する照明手段と、
前記検査面を法線方向から撮像する撮像手段と、
請求項１乃至５の何れか１項に記載の欠陥検査方法により、撮像手段が撮像した表面画像を処理して対象物の欠陥を検知する凹凸検知部を備えることを特徴とする欠陥検査装置。