JP5323320B2 - Surface inspection device - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a surface inspection apparatus having a suitable LED lighting system for inspection of the glossy surface of a large object. <P>SOLUTION: The surface inspection apparatus comprises the lighting system 11 using LED, a camera 12 for photographing the light emitting surface of the lighting system 11 reflected on the surface of the object, a robot arm 10 capable of moving the camera 12 to an arbitrary position and direction, a sequencer for moving the robot arm along a predetermined route and repeating the command of photographing by the camera, and a controller for capturing an image photographed by the camera, detecting a flaw, and displaying its position. By using the LED for lighting, the area of the light emitting surface is large, a large area has little unevenness and is uniform, and lighting with a small amount of excessive diffuse light is allowed. Therefore, the detection accuracy is improved and the inspection time can be shortened. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&amp;INPIT

Description

本発明は、表面検査装置に関するものであり、特に、光沢面の検査に好適なLED(発光ダイオード)照明装置を備えた表面検査装置に関するものである。   The present invention relates to a surface inspection apparatus, and more particularly to a surface inspection apparatus provided with an LED (light emitting diode) illumination device suitable for inspection of a glossy surface.

従来、デジタルカメラによって製品の画像を取り込んで、製品の表面の傷等を検査する装置が提案されている。下記の特許文献1には、鏡面の欠陥である傷や異物の付着などの異常を検査する鏡面検査装置が開示されている。この鏡面検査装置においては、検査対象のワークの鏡面に向けてカメラを配置するとともに、正常な鏡面での正反射によってカメラの被写界となる領域に第1の拡散面照明を配置し、正常な鏡面での正反射によってカメラの被写界とならない領域に第2の拡散面照明を配置する。そして、第1の拡散面照明からの光で正常な鏡面での正反射によってカメラに入射する光の画像と、第2の拡散面照明からの光で欠陥部分での正反射によってカメラに入射する光の画像とから、画像処理により鏡面の欠陥を検出する。
特開2000−028545号公報
2. Description of the Related Art Conventionally, there has been proposed an apparatus that inspects a surface of a product by taking a product image with a digital camera. The following Patent Document 1 discloses a mirror surface inspection apparatus that inspects abnormalities such as scratches that are mirror surface defects and adhesion of foreign matter. In this mirror surface inspection apparatus, the camera is disposed toward the mirror surface of the workpiece to be inspected, and the first diffused surface illumination is disposed in a region that becomes the object field of the camera due to regular reflection on the normal mirror surface. The second diffusing surface illumination is arranged in a region that does not become a camera field due to regular reflection on a specular surface. Then, an image of light incident on the camera by specular reflection at a normal mirror surface with light from the first diffusion surface illumination, and incident on the camera by regular reflection at a defective portion with light from the second diffusion surface illumination. Mirror surface defects are detected from the light image by image processing.
Japanese Patent Laid-Open No. 2000-028545

前記したような従来の表面検査装置において、光沢面の検査を行う場合には、照明装置から照射された光が正反射してカメラに入力され、光沢面に写り込んだ照明装置の像を撮影することになる。この方式を、例えば自動車の車体の塗装面の検査のような大型の対象物に適用した場合には、照明装置としては以下のような機能が必要となる。   In the conventional surface inspection apparatus as described above, when the glossy surface is inspected, the light irradiated from the illumination device is regularly reflected and input to the camera, and an image of the illumination device reflected on the glossy surface is taken. Will do. When this method is applied to a large object such as an inspection of a painted surface of a car body of an automobile, for example, the following function is required as a lighting device.

(1)一度になるべく広い面積を撮影するために発光面の面積が広いこと。(2)発光面の写り込みを撮影するので発光面全体に渡って輝度が均一でむらが少ないこと。(3)正常面と傷とのコントラストが大きくなるために正反射してカメラに届く照射方向以外の方向に放射される不要な拡散光の光量がなるべく少ないこと。(4)照明装置を移動させる必要があるので小型軽量であること。(5)車体の色の違いにかかわらず反射光の光量をなるべく一定とするために対象物の色によって照明色や輝度を変更できること。   (1) The area of the light emitting surface is large in order to photograph as large an area as possible. (2) Since the reflection of the light emitting surface is photographed, the luminance is uniform over the entire light emitting surface and there is little unevenness. (3) Since the contrast between the normal surface and the scratch increases, the amount of unnecessary diffused light radiated in a direction other than the irradiation direction that reaches the camera by regular reflection is as small as possible. (4) Since it is necessary to move an illuminating device, it must be small and light. (5) The illumination color and brightness can be changed according to the color of the object in order to make the amount of reflected light as constant as possible regardless of the color of the vehicle body.

しかし、前記したような従来の表面検査装置においては、発光面を大型化するとむらが多くなり、余分な散乱光も多く、かつ小型化、軽量化が困難であるという問題点があり、傷等の検出精度が低く、車体全体の撮影や傷のチェックに時間がかかってしまうという問題点があった。本発明は、上記した課題を解決し、大型の対象物の光沢面の検査に好適なLED(発光ダイオード)照明装置を備えた表面検査装置を提供することを目的とする。   However, in the conventional surface inspection apparatus as described above, there is a problem that if the light emitting surface is enlarged, unevenness is increased, excessive scattered light is increased, and it is difficult to reduce the size and weight. The detection accuracy is low, and it takes time to shoot the entire vehicle and check for scratches. An object of the present invention is to solve the above-described problems and to provide a surface inspection apparatus including an LED (light emitting diode) illumination device suitable for inspecting a glossy surface of a large object.

本発明の表面検査装置は、対象物の表面に写り込んだ照明装置の像を撮影するための画像撮影手段と、前記画像撮影手段と所定の位置関係に固着されたLEDを使用した照明手段と、前記画像撮影手段を任意の位置および方向に移動可能なロボットアーム手段と、前記ロボットアーム手段を予め定められた経路に従って移動させる動作と前記画像撮影手段による撮影とを繰り返すことにより対象物の画像データを取得する制御手段と、撮影された画像から傷の位置を検出する傷検出手段と、前記ロボットアーム手段から画像撮影手段の位置情報を取得し、前記傷検出手段から画像内における傷位置情報を取得して、対象物上の傷位置を算出して表示する傷位置表示手段とを備えたことを主要な特徴とする。   The surface inspection apparatus according to the present invention includes an image photographing unit for photographing an image of an illumination device reflected on the surface of an object, and an illumination unit using an LED fixed to the image photographing unit in a predetermined positional relationship. An image of the object is obtained by repeating the robot arm means capable of moving the image photographing means in an arbitrary position and direction, the operation of moving the robot arm means according to a predetermined route, and photographing by the image photographing means. Control means for acquiring data, flaw detection means for detecting the position of a flaw from the photographed image, position information of the image photographing means from the robot arm means, and flaw position information in the image from the flaw detection means And a flaw position display means for calculating and displaying the flaw position on the object.

また、前記した表面検査装置において、前記画像撮影手段はラインセンサカメラであり、前記照明手段は、手段前記ラインセンサカメラの光検出素子配列軸と平行に配置された直線状の照明装置であり、前記制御手段は前記ラインセンサカメラの光検出素子配列軸と垂直方向に前記ロボットアーム手段を一定の方向に所定の距離だけ移動させる動作と前記ラインセンサカメラによる撮影とを繰り返すことにより対象物の2次元画像データを取得する点にも特徴がある。   In the surface inspection apparatus, the image photographing unit is a line sensor camera, and the illuminating unit is a linear illuminating device arranged in parallel to the photodetecting element array axis of the line sensor camera. The control means repeats the operation of moving the robot arm means by a predetermined distance in a predetermined direction in a direction perpendicular to the light detection element array axis of the line sensor camera and photographing with the line sensor camera. It is also characterized in that dimensional image data is acquired.

また、前記した表面検査装置において、前記照明手段は配線基板上に複数の色のLEDをそれぞれ均等に配置し、LEDの前面に光拡散板を配置した構成であり、かつ、複数の色のLED毎に駆動電流を制御可能な可変定電流電源回路に接続されており、前記制御手段は各色毎の可変定電流電源回路を制御することにより、対象物の色に合わせて照明色を切り替える点にも特徴がある。   Further, in the surface inspection apparatus described above, the illuminating means has a configuration in which a plurality of color LEDs are equally arranged on the wiring board, a light diffusion plate is arranged on the front surface of the LEDs, and a plurality of color LEDs are arranged. It is connected to a variable constant current power supply circuit that can control the drive current every time, and the control means controls the variable constant current power supply circuit for each color, thereby switching the illumination color according to the color of the object. There is also a feature.

また、前記した表面検査装置において、前記対象物は自動車の車体であり、前記制御手段は、前記ロボットアーム手段を制御することによって、前記画像撮影手段と前記照明手段とを上下に配置して前記車体表面を上下方向に走査する点にも特徴がある。また、前記した表面検査装置において、対象物の表面に写り込んだ照明装置の像を異なる角度から撮影するために前記画像撮影手段を複数個備えた点にも特徴がある。   In the surface inspection apparatus described above, the object is a car body of the automobile, and the control means controls the robot arm means so that the image photographing means and the illumination means are arranged vertically. Another characteristic is that the surface of the vehicle body is scanned in the vertical direction. Further, the surface inspection apparatus described above is characterized in that a plurality of the image photographing means are provided in order to photograph the image of the illumination apparatus reflected on the surface of the object from different angles.

また、前記した表面検査装置において、前記照明手段の発光面は、異なる方向を向いた複数の平面あるいは曲面の少なくとも一方を含んでいる点にも特徴がある。また、前記した表面検査装置において、前記照明手段の発光面は、前記画像撮影手段からの距離が遠い部分が外側に延長されている点にも特徴がある。
また、前記した表面検査装置において、前記傷検出手段は撮影された画像の輝度値を2値化する2値化手段、画像中の対象物の無い領域を傷の無い対象物表面と同じ輝度値で塗りつぶす検査外領域塗りつぶし手段、所定の範囲の大きさを有する周囲の輝度値と異なる輝度値の領域を異常領域と判定する異常領域検出手段を備えている点にも特徴がある。
In the surface inspection apparatus described above, the light emitting surface of the illumination unit is characterized in that it includes at least one of a plurality of planes or curved surfaces facing different directions. In the surface inspection apparatus described above, the light emitting surface of the illuminating unit is characterized in that a portion far from the image capturing unit is extended outward.
In the surface inspection apparatus described above, the flaw detection unit is a binarization unit that binarizes a luminance value of a photographed image, and a region having no object in the image has the same luminance value as that of the object surface without a flaw. There is also a feature in that it is provided with a non-inspection area filling means for filling in, and an abnormal area detecting means for judging an area having a luminance value different from the surrounding luminance value having a predetermined size as an abnormal area.

また、前記した表面検査装置において、更に、前記画像撮影手段と所定の位置関係に固着され、前記画像撮影手段の焦点位置を通るレーザ光を照射するレーザ光源手段を備えた点にも特徴がある。
また、前記した表面検査装置において、前記レーザ光源手段は4個備えられ、更に、前記レーザ光源手段を点灯して前記画像撮影手段によって撮影された画像を解析し、対象物と前記画像撮影手段との距離情報および角度情報の少なくとも一方を得る位置情報検出手段を備えた点にも特徴がある。
The surface inspection apparatus further includes a laser light source unit that is fixed in a predetermined positional relationship with the image capturing unit and irradiates a laser beam that passes through a focal position of the image capturing unit. .
In the surface inspection apparatus described above, four laser light source means are provided, and further, the laser light source means is turned on to analyze an image photographed by the image photographing means, and an object, the image photographing means, There is also a feature in that position information detecting means for obtaining at least one of the distance information and the angle information is provided.

本発明の表面検査装置は上記したような特徴によって、以下のような効果がある。
(1)LEDを使用することにより、発光面の面積が広く、広い面積に渡ってむらが少なく均一で、余分な拡散光が少ない照明が可能となるので、検出精度が向上すると共に検査時間が短縮できる。
(2)照明装置を薄い板状に構成可能であり、軽量化が可能であるのでロボットアームの先端に容易に搭載可能であり、かつロボットアームを高速に移動可能である。
(3)照明装置にLEDを使用することにより、対象の色に合わせて色や輝度を自由に調整可能である。
The surface inspection apparatus of the present invention has the following effects due to the above-described features.
(1) By using the LED, the area of the light emitting surface is wide, and the illumination is uniform with little unevenness over a wide area, so that the illumination with little extra diffused light is possible, so that the detection accuracy is improved and the inspection time is improved. Can be shortened.
(2) The lighting device can be configured in a thin plate shape and can be reduced in weight, so that it can be easily mounted on the tip of the robot arm and the robot arm can be moved at high speed.
(3) By using the LED in the lighting device, the color and brightness can be freely adjusted according to the target color.

(4)ラインセンサを使用することによって、同じ面積を撮影するための照明装置をより小型化、軽量化できる。また、ラインセンサの方が通常の2次元画像撮像素子よりも高精度に撮影可能であり、傷検出精度の向上あるいは同じ精度でより広い範囲の撮影が可能である。
(5)照明装置を複数の平面あるいは曲面で構成し、また、対象物の凸表面で写り込んだ照明手段の像がカメラの視野と同じ長方形となるように照明手段の形状を変形させることにより、自動車の車体等の多種の曲面からなる対象物を効率良く撮影可能である。
(6)レーザ光源を使用した対象物との位置や角度の検出手段を設けることにより、対象物の表面全体の撮影位置や撮影角度を設定するティーチング処理を自動化できる。
(4) By using the line sensor, it is possible to further reduce the size and weight of the illumination device for photographing the same area. Further, the line sensor can shoot with higher accuracy than a normal two-dimensional image pickup device, and can improve the flaw detection accuracy or shoot a wider range with the same accuracy.
(5) By configuring the illumination device with a plurality of planes or curved surfaces, and changing the shape of the illumination means so that the image of the illumination means reflected on the convex surface of the object is the same rectangle as the field of view of the camera An object consisting of various curved surfaces, such as a car body, can be efficiently photographed.
(6) By providing means for detecting the position and angle of the object using the laser light source, the teaching process for setting the imaging position and imaging angle of the entire surface of the object can be automated.

実施例においては、被検査対象物(以下ワークとも記す)として例えば自動車の車体の塗装面の検査を行う例について説明するが、本発明は任意の光沢塗装面、金属製品の切削表面、樹脂成形品等の表面検査等に適用可能である。以下実施例について図面を参照して説明する。   In the embodiment, an example of inspecting a painted surface of a car body of an automobile, for example, as an object to be inspected (hereinafter also referred to as a workpiece) will be described. However, the present invention is an arbitrary gloss painted surface, a cutting surface of a metal product, a resin molding. It can be applied to surface inspection of products. Embodiments will be described below with reference to the drawings.

図1は、本発明の表面検査装置の実施例の構成を示す正面図である。本発明の表面検査装置は大きく分けて、撮影ユニット13を備えたロボットアーム10、ロボットアーム10の制御を含む表面検査処理全体を制御するシーケンサ25、画像の撮影および傷の有無の検査処理を行うコントローラ20からなる。   FIG. 1 is a front view showing the configuration of an embodiment of the surface inspection apparatus of the present invention. The surface inspection apparatus according to the present invention is broadly divided into a robot arm 10 provided with an imaging unit 13, a sequencer 25 for controlling the entire surface inspection process including control of the robot arm 10, image capturing, and inspection processing for scratches. It consists of a controller 20.

撮影ユニット13は、ロボットアーム10の先端に固着されており、LEDを使用した照明装置11および対象物15を撮影するカメラ12が角度を調整可能に装着されている。ロボットアーム10は、撮影ユニット13を任意の位置および方向に移動可能な装置であり、必要な条件を満たせば、多関節ロボットやリニア駆動装置を組み合わせたロボットなど、市販されている周知の任意のロボットアーム装置を採用可能である。   The photographing unit 13 is fixed to the tip of the robot arm 10, and an illumination device 11 using an LED and a camera 12 for photographing the object 15 are mounted so that the angle can be adjusted. The robot arm 10 is a device that can move the photographing unit 13 to an arbitrary position and direction. If the necessary conditions are satisfied, the robot arm 10 is a known arbitrary commercially available robot such as a multi-joint robot or a robot combined with a linear drive device. A robot arm device can be adopted.

制御手段の一部であるシーケンサ25は、ロボットアーム10の制御を含む検査処理全体の制御を行うコンピュータ装置であり、市販されている周知のシーケンサ装置に後述する処理を実行するプログラムを入力することにより実現可能である。やはり制御手段の一部であるコントローラ20は、画像の撮影および傷の有無の検査処理を行うコンピュータ装置であり、例えば市販されている周知のパソコンに後述する処理を実行するプログラムをインストールすることにより実現可能である。なお、シーケンサ25とコントローラ20を1つのコンピュータ装置により実現することも可能である。   The sequencer 25, which is a part of the control means, is a computer device that controls the entire inspection process including the control of the robot arm 10, and inputs a program for executing a process to be described later to a well-known sequencer device that is commercially available. Can be realized. The controller 20, which is also a part of the control means, is a computer device that performs image capturing and inspection processing for the presence or absence of scratches. For example, by installing a program for executing processing to be described later on a known personal computer commercially available. It is feasible. Note that the sequencer 25 and the controller 20 can be realized by a single computer device.

照明用電源装置21は、コントローラ20からの制御により、照明装置11の所望の色のLEDを所望の電流値で駆動する電源装置である。表示装置22は例えば対象の傷位置を表示するための液晶ディスプレイ装置等の表示装置である。   The illumination power supply device 21 is a power supply device that drives an LED of a desired color of the illumination device 11 with a desired current value under the control of the controller 20. The display device 22 is a display device such as a liquid crystal display device for displaying a target scratch position, for example.

図2は、本発明の表面検査装置の撮影ユニット13の構成を示す正面図である。図2(a)はカメラ12として2次元画像を撮影可能なCCDモノクロ撮像素子を使用したカメラを用いた場合を示している。この場合には、対象物の表面に写り込んだ照明装置11の発光面をカメラ12によって撮影するので、照明装置11の発光面の形状はカメラ12の視野の形状(長方形)とほぼ等しくすることが好ましい。   FIG. 2 is a front view showing the configuration of the imaging unit 13 of the surface inspection apparatus of the present invention. FIG. 2A shows a case where a camera using a CCD monochrome image pickup device capable of taking a two-dimensional image is used as the camera 12. In this case, since the light emitting surface of the illuminating device 11 reflected on the surface of the object is photographed by the camera 12, the shape of the light emitting surface of the illuminating device 11 should be substantially equal to the shape of the field of view of the camera 12 (rectangle). Is preferred.

図2(b)はカメラ31として1次元画像を撮影可能なCCDラインセンサ撮像素子を使用したカメラを用いた場合を示している。この場合には、照明装置30の発光面の形状は所定の幅を有する細長い長方形の形状とする。幅は、照明装置30の発光面がラインセンサカメラ31に写り込むように、対象物の表面形状に従って決定するが、対象物が平面に近いほど幅は狭くてよい。   FIG. 2B shows a case where a camera using a CCD line sensor imaging device capable of taking a one-dimensional image is used as the camera 31. In this case, the shape of the light emitting surface of the illumination device 30 is an elongated rectangular shape having a predetermined width. The width is determined according to the surface shape of the object so that the light emitting surface of the illumination device 30 is reflected in the line sensor camera 31, but the width may be narrower as the object is closer to a plane.

ラインセンサカメラ31の光検出素子の配列軸と照明装置の長軸は平行に配置する。CCDラインセンサとしては、例えば市販されている4096画素のCCDモノクロラインセンサを使用可能であり、ラインセンサの方が現在入手可能な2次元画像撮像素子よりも高精度な画像を撮影可能である。
なお、カメラのピントは例えば手動調整により、所定の距離だけ離れた対象物の表面にピントが合うように調整しておく。
The array axis of the light detection elements of the line sensor camera 31 and the long axis of the illumination device are arranged in parallel. As the CCD line sensor, for example, a commercially available CCD monochrome line sensor with 4096 pixels can be used, and the line sensor can capture a higher-accuracy image than the currently available two-dimensional image pickup device.
Note that the focus of the camera is adjusted by, for example, manual adjustment so that the surface of the object separated by a predetermined distance is in focus.

対象物の表面が湾曲していると写り込む照明装置の像が歪み、特にラインセンサカメラを使用する場合には、照明装置の幅が狭いと正常に撮影できなくなる。対象が自動車の車体である場合には、表面が水平方向にはあまり湾曲しておらず、垂直方向において湾曲している。従って、照明装置11、30とカメラ12、31を上下に配置し、撮影ユニット13を垂直方向に走査(移動)しながら撮影した方が写り込む照明装置11の像の歪みが少なく、より広い範囲の撮影が可能となる。   If the surface of the object is curved, the image of the illuminating device reflected is distorted. In particular, when a line sensor camera is used, normal imaging cannot be performed if the illuminating device is narrow. When the target is a car body, the surface is not curved in the horizontal direction, but is curved in the vertical direction. Therefore, the illumination devices 11 and 30 and the cameras 12 and 31 are arranged vertically, and the image of the illumination device 11 that is captured when the photographing unit 13 is scanned (moved) in the vertical direction is less distorted and has a wider range. Can be taken.

図3は、本発明の表面検査装置の照明装置11の構成を示す断面図である。LEDを使用した照明手段である照明装置11は、薄い直方体のケース(11)内に収納された配線基板に多数のLED17が均等な面密度(間隔)で配置されている照明装置である。LED17としては、先端に凸レンズの付いた光照射角度の狭い砲弾型の素子を採用することによって不要な方向の拡散光を減少させ、また、密度をなるべく密にすることにより、むらを減少させて均一性を増す。   FIG. 3 is a cross-sectional view showing the configuration of the illumination device 11 of the surface inspection apparatus of the present invention. An illuminating device 11 that is an illuminating means using LEDs is an illuminating device in which a large number of LEDs 17 are arranged with a uniform surface density (interval) on a wiring board housed in a thin rectangular parallelepiped case (11). The LED 17 uses a bullet-shaped element with a convex lens at the tip and a narrow light irradiation angle to reduce diffused light in unnecessary directions, and to reduce unevenness by making the density as dense as possible. Increase uniformity.

LED17としては、例えば赤(R)、緑(G)、青(B)の3種類の色のLEDが均等な密度で配置されており、各色のLEDをそれぞれ独立して所望の電流値で駆動できるように回路が構成されている。なお、LED17としては照射角度は広いが、小型軽量のチップ型LED素子を採用してもよい、チップ型LED素子の方が砲弾型のLED素子よりも面密度を高くすることができる。   As the LED 17, for example, LEDs of three kinds of colors of red (R), green (G), and blue (B) are arranged at an equal density, and each color LED is independently driven at a desired current value. The circuit is configured so that it can. In addition, although irradiation angle is wide as LED17, a small and light chip-type LED element may be employ | adopted. A chip-type LED element can make a surface density higher than a bullet-type LED element.

LED17の前面には所定の距離だけ離して光拡散板18が装着されている。この光拡散板18により発光面のむらが減少し、均一性が増す。なお、LED17と光拡散板18の距離を離すほど均一性が増すので、可能な範囲でなるべく離すようにする。光拡散板18は光を拡散する半透明のプラスティック板であり、任意の拡散性を備えたものを入手可能である。拡散性の高いものを使用するほど、均一性は増すが、光量が減衰し、不要な拡散光が増加するので、傷のコントラストが最大となるようなものを採用する。   A light diffusing plate 18 is mounted on the front surface of the LED 17 at a predetermined distance. The light diffusing plate 18 reduces unevenness of the light emitting surface and increases uniformity. Note that the uniformity increases as the distance between the LED 17 and the light diffusion plate 18 increases, so that the LED 17 and the light diffusion plate 18 are separated as much as possible. The light diffusing plate 18 is a translucent plastic plate that diffuses light, and a plate having an arbitrary diffusibility is available. As the diffusive material is used, the uniformity increases, but the amount of light is attenuated and unnecessary diffused light is increased, so that the contrast of the scratch is maximized.

図4は、本発明の表面検査装置の撮影ユニット13の撮影時の配置を示す説明図である。本発明の表面検査装置においては、正反射した照明装置11の発光面の写り込みをカメラ12(31)で撮影するので、少なくとも撮影範囲(撮影領域)よりも数倍程度大きな面積の照明装置が必要となる。カメラの光軸と対象物表面の垂線との角度θは0度でも写り込みを撮影可能であり、θが大きいと撮影領域が狭くなってしまうと共に曲面の場合には写り込んだ像が歪むので、実験等により最適な角度を決定する。   FIG. 4 is an explanatory diagram showing an arrangement at the time of photographing of the photographing unit 13 of the surface inspection apparatus of the present invention. In the surface inspection apparatus of the present invention, since the reflection of the light emitting surface of the illuminating device 11 that has been specularly reflected is photographed by the camera 12 (31), an illuminating device having an area several times larger than at least the photographing range (photographing region). Necessary. Even if the angle θ between the optical axis of the camera and the perpendicular to the surface of the object is 0 degree, it is possible to photograph the reflection, and if θ is large, the photographing area becomes narrow and the reflected image is distorted in the case of a curved surface. The optimum angle is determined through experiments and the like.

図5は、本発明の表面検査装置の撮影ユニット13の別の配置例を示す説明図である。この例は照明装置11の両側に2次元画像を撮影するカメラ12を配置した例である。この場合には照明装置11は対象表面と平行に配置する。照明装置11の中心とそれぞれのカメラ12を結ぶ線の垂直2等分線が対象物表面と交叉する点を中心とする2カ所の撮影領域を同時に撮影可能である。   FIG. 5 is an explanatory view showing another arrangement example of the imaging units 13 of the surface inspection apparatus of the present invention. In this example, cameras 12 for taking a two-dimensional image are arranged on both sides of the illumination device 11. In this case, the illumination device 11 is arranged in parallel with the target surface. It is possible to simultaneously photograph two photographing areas centering on a point where a perpendicular bisector of a line connecting the center of the illumination device 11 and each camera 12 intersects the surface of the object.

図6は、本発明の撮影ユニットの変形例の構成を示す平面図である。図6(a)は2次元画像撮影カメラを使用した場合の図2(a)と同じ基本的配置である。図6(b)は、図5と同じく照明装置11の両側に2次元画像を撮影するカメラ12を配置した例である。図6(c)は照明装置11の周囲4カ所にカメラ12を配置した例であり、4カ所の撮影領域を同時に撮影可能である。   FIG. 6 is a plan view showing a configuration of a modification of the photographing unit of the present invention. FIG. 6A shows the same basic arrangement as FIG. 2A when a two-dimensional image capturing camera is used. FIG. 6B is an example in which cameras 12 for capturing a two-dimensional image are arranged on both sides of the illumination device 11 as in FIG. FIG. 6C shows an example in which the cameras 12 are arranged at four locations around the illumination device 11, and four imaging regions can be imaged simultaneously.

図6(d)はラインセンサカメラ31を使用した場合の図2(b)と同じ基本的配置である。図6(e)は、照明装置30の両側にラインセンサカメラ31を配置した例である。この場合には照明装置30は対象表面と平行に配置する。照明装置30の中心とそれぞれのカメラ31を結ぶ線の垂直2等分線が対象物表面と交叉する点を中心とする2カ所の線状領域を同時に撮影可能であり、(d)の構成の半分の時間で同じ面積を撮影可能である。   FIG. 6D shows the same basic arrangement as FIG. 2B when the line sensor camera 31 is used. FIG. 6E shows an example in which line sensor cameras 31 are arranged on both sides of the lighting device 30. In this case, the illumination device 30 is arranged in parallel with the target surface. Two linear regions around the point where the perpendicular bisector of the line connecting the center of the illumination device 30 and each camera 31 intersects the surface of the object can be photographed simultaneously, and the configuration of (d) is provided. The same area can be photographed in half the time.

図6(f)は2倍の長さの照明装置30の周囲4カ所にカメラ31を配置した例であり、4カ所の線状の撮影領域を同時に撮影可能であるので、(d)の構成の1/4の時間で同じ面積を撮影可能である。る。図6(g)は照明装置の長手方向の両側にカメラ31を配置した例である。この場合にもラインセンサカメラ31の光検出素子の配列軸と照明装置の長軸は平行に配置する。やはり、(d)の構成の半分の時間で同じ面積を撮影可能である。   FIG. 6F shows an example in which the cameras 31 are arranged at four places around the illumination device 30 having a double length. Since four linear photographing areas can be photographed simultaneously, the configuration of FIG. The same area can be photographed in 1/4 of the time. The FIG. 6G shows an example in which cameras 31 are arranged on both sides of the lighting device in the longitudinal direction. Also in this case, the arrangement axis of the light detection elements of the line sensor camera 31 and the long axis of the illumination device are arranged in parallel. Again, the same area can be photographed in half the time of the configuration of (d).

図7は、本発明の表面検査装置の照明用電源装置21の構成を示すブロック図である。照明装置11のLED31はRGBの各色毎に所定個数(図では3個)直列に接続されたものが並列に複数個接続されて回路を形成している。そして各色毎に照明用電源装置21内の可変定電流電源回路42が接続されている。各可変定電流電源回路42は制御回路40を介してコントローラ20によって電流値が制御され、オン/オフや輝度が制御される。従って、照明装置11によって任意の色および照度の照明が可能である。   FIG. 7 is a block diagram showing the configuration of the illumination power supply device 21 of the surface inspection apparatus of the present invention. A predetermined number (three in the figure) of LEDs 31 connected in series for each color of RGB is connected in parallel to form a circuit. A variable constant current power supply circuit 42 in the illumination power supply device 21 is connected for each color. Each variable constant current power supply circuit 42 has its current value controlled by the controller 20 via the control circuit 40 to control on / off and brightness. Therefore, the lighting device 11 can illuminate with any color and illuminance.

図9は、シーケンサ25における処理内容を示すフローチャートである。この処理は図2(a)に示すような2次元画像を撮影するカメラ12を使用した場合の例である。S10においては、ロボットアーム10を制御して撮影ユニット13を予め定められた初期位置に移動させる。S11においては、予め設定されている経路および撮影方向に従って撮影ユニット13を所定の速度で移動させる。   FIG. 9 is a flowchart showing processing contents in the sequencer 25. This process is an example in the case of using a camera 12 that captures a two-dimensional image as shown in FIG. In S10, the robot arm 10 is controlled to move the photographing unit 13 to a predetermined initial position. In S11, the photographing unit 13 is moved at a predetermined speed according to a preset route and photographing direction.

S12においては、現在の位置が予め設定された撮影位置に達したか否かが判定され、判定結果が否定の場合にはS14に移行するが、肯定の場合にはS13に移行する。S13においては、コントローラ20に撮影ユニット13の位置情報および撮影指示を出力する。S14においては、検査終了(検査終了位置まで移動した)か否かが判定され、判定結果が否定の場合にはS11に移行するが、肯定の場合にはS15に移行する。S15においては、コントローラに終了指示を送信する。   In S12, it is determined whether or not the current position has reached a preset photographing position. If the determination result is negative, the process proceeds to S14, but if the determination is affirmative, the process proceeds to S13. In S <b> 13, the position information of the photographing unit 13 and the photographing instruction are output to the controller 20. In S14, it is determined whether or not the inspection is completed (moved to the inspection end position). If the determination result is negative, the process proceeds to S11, but if the determination is affirmative, the process proceeds to S15. In S15, an end instruction is transmitted to the controller.

なお、ラインセンサカメラ31を使用する場合には、撮影ユニット13を予め定められた一定速度で一定の方向に移動させると共に、コントローラ20に対して撮影開始指示および撮影終了指示を送信するようにする。そして一定の周期でラインセンサカメラ31からライン画像を取り込む。   When the line sensor camera 31 is used, the photographing unit 13 is moved in a certain direction at a predetermined constant speed, and a photographing start instruction and a photographing end instruction are transmitted to the controller 20. . And a line image is taken in from the line sensor camera 31 with a fixed period.

図10は、コントローラ20における処理内容を示すフローチャートである。この処理はやはり図2(a)に示すような2次元画像を撮影するカメラ12を使用した場合の例である。S20においては、シーケンサ25から撮影指示を受信したか否かが判定され、判定結果が否定の場合にはS21に移行するが、肯定の場合にはS22に移行する。   FIG. 10 is a flowchart showing the processing contents in the controller 20. This process is also an example in the case of using a camera 12 that captures a two-dimensional image as shown in FIG. In S20, it is determined whether or not a shooting instruction is received from the sequencer 25. If the determination result is negative, the process proceeds to S21, but if the determination is affirmative, the process proceeds to S22.

S21においては、シーケンサ25から終了指示を受信したか否かが判定され、判定結果が否定の場合にはS20に移行するが、肯定の場合には処理を終了する。S22においては、シーケンサ25から受信した撮影ユニット位置情報を保存する。S23においては、対象の色と対応した色および輝度(電流値)で照明をオンする。対象の色情報は予め手動で、あるいは図示しない生産ライン制御システムから取得して記憶しておく。   In S21, it is determined whether or not an end instruction has been received from the sequencer 25. If the determination result is negative, the process proceeds to S20, but if the determination is affirmative, the process ends. In S22, the photographing unit position information received from the sequencer 25 is stored. In S23, illumination is turned on with a color and luminance (current value) corresponding to the target color. The target color information is previously stored manually or stored from a production line control system (not shown).

自動車の車体の場合には多数の塗装色があり、同じ白色光で照明すると、正反射光であっても塗装色によって撮影画像の輝度値が大きく異なり、傷の検出精度が低下してしまう。そこで、塗装色が例えば赤である場合には赤い光で照明することによって反射光の光量が増し、輝度値の差が減少する。   In the case of an automobile body, there are a large number of paint colors. When illuminated with the same white light, the brightness value of the photographed image varies greatly depending on the paint color even if it is specularly reflected light, and the detection accuracy of the scratches is reduced. Therefore, when the paint color is red, for example, illumination with red light increases the amount of reflected light and decreases the difference in luminance value.

ロボットアーム10により走査しながら撮影を行う場合、撮影の度に撮影ユニット13を静止させていると走査に時間がかかってしまうので、移動しながら撮影することになる。このためにはカメラ12、31のシャッタースピードを早くする必要があるが、このためには、照明装置11の照度がなるべく明るい方が好ましい。   When shooting with the robot arm 10 while scanning, if the shooting unit 13 is stationary at every shooting, it takes time to scan, so shooting is performed while moving. For this purpose, it is necessary to increase the shutter speed of the cameras 12 and 31. For this purpose, the illuminance of the illumination device 11 is preferably as bright as possible.

一方LEDの輝度は流す電流に依存するが、LEDに流した電流の多くは熱となるので素子の温度を一定値以下に保つために照明装置11全体の投入電力は一定値以下に保つ必要がある。また、LEDは短時間であれば大きな電流を流して高輝度で発光させることが可能である。   On the other hand, although the brightness of the LED depends on the current that flows, most of the current that flows in the LED becomes heat, so the input power of the entire lighting device 11 must be kept below a certain value in order to keep the temperature of the element below a certain value. is there. In addition, an LED can emit light with high brightness by passing a large current for a short time.

そこで、塗装色が白である場合には、RGBそれぞれに同じ電流を流して白色光で照明し、塗装色が赤である場合には、赤(R)色のLEDのみを白の時の3倍の電流で駆動し、より反射率の高い赤い光のみを高輝度で発光させる。この場合でも照明装置11全体としての消費電力(発熱)は白の場合と同じである。   Therefore, when the paint color is white, the same current is supplied to each of RGB to illuminate with white light. When the paint color is red, only the red (R) LED is white 3 Driven with double current, only red light with higher reflectivity is emitted with high brightness. Even in this case, the power consumption (heat generation) of the lighting device 11 as a whole is the same as in the case of white.

S24においては、カメラ12を制御し、撮影された画像を取り込んで保存する。図8は、本発明の表面検査装置における撮影画像および傷の表示例を示す説明図である。図8(a)はカメラ12による撮影画像の例である。車体部分50は照明装置11の発光面が写り込むので白く(高輝度)なり、傷や異物等が存在し、なめらかな光沢面ではない領域52は黒く写る。非検査領域である車体の無い背景部分51も暗くなる。   In S24, the camera 12 is controlled to capture and save the captured image. FIG. 8 is an explanatory view showing a display example of a photographed image and scratches in the surface inspection apparatus of the present invention. FIG. 8A shows an example of an image captured by the camera 12. The body portion 50 becomes white (high brightness) because the light emitting surface of the lighting device 11 is reflected, and there are scratches, foreign objects, etc., and the region 52 that is not a smooth glossy surface appears black. The background portion 51 without the vehicle body that is a non-inspection area is also darkened.

S25においては、照明をオフする。S26においては、後述する傷検出処理を行い、画像中の傷領域のみを抽出する。S27においては、傷が検出されたか否かが判定され、判定結果が否定の場合にはS20に移行するが、肯定の場合にはS28に移行する。   In S25, the illumination is turned off. In S26, a flaw detection process to be described later is performed, and only a flaw area in the image is extracted. In S27, it is determined whether or not a flaw has been detected. If the determination result is negative, the process proceeds to S20, but if the determination is affirmative, the process proceeds to S28.

S28においては、撮影ユニット位置情報および画像内の傷位置情報から対象物上の傷位置を算出する。対象物である車体はロボットアーム10に対して予め定められた位置に設置される。従って、撮影ユニット13の位置および方向の情報に基づき、車体表面上における撮影領域の位置を算出する。次に、画像内の傷の位置情報から、車体表面上の撮影領域内における傷の位置を算出して保存する。   In S28, the scratch position on the object is calculated from the photographing unit position information and the scratch position information in the image. The vehicle body as the object is installed at a predetermined position with respect to the robot arm 10. Therefore, the position of the shooting area on the surface of the vehicle body is calculated based on the position and direction information of the shooting unit 13. Next, the position of the scratch in the imaging region on the surface of the vehicle body is calculated and stored from the position information of the scratch in the image.

S29においては、対象物上の傷位置(および傷画像)を表示装置22に表示される車体の図形上の位置に変換して表示装置22に表示する。図8(b)は傷の表示例を示す説明図である。車体の側面を示す図中に傷の位置を示す×印56が表示されている。また、同時にあるいは使用者の操作に基づき傷の拡大画像を表示してもよい。   In S 29, the scratch position (and scratch image) on the object is converted into a position on the figure of the vehicle body displayed on the display device 22 and displayed on the display device 22. FIG. 8B is an explanatory diagram showing a display example of scratches. A cross mark 56 indicating the position of the flaw is displayed in the figure showing the side of the vehicle body. Further, an enlarged image of the wound may be displayed simultaneously or based on the user's operation.

ラインセンサ31を使用する場合には、撮影開始指示から撮影終了指示までの間に所定の時間間隔でラインセンサ31から1ライン分の画像情報を順次取り込むと共に、取り込んだ画像情報について順次傷検出処理を実行する。傷の位置は、ロボットアーム10の走査開始位置、走査方向、走査速度および傷が検出されたライン画像の撮影タイミング、ライン内の傷位置情報から算出する。   When the line sensor 31 is used, image information for one line is sequentially taken from the line sensor 31 at a predetermined time interval between the photographing start instruction and the photographing end instruction, and the flaw detection processing is sequentially performed on the captured image information. Execute. The position of the flaw is calculated from the scanning start position of the robot arm 10, the scanning direction, the scanning speed, the shooting timing of the line image where the flaw is detected, and the flaw position information in the line.

図11は、図10のS26の傷検出処理の内容を示すフローチャートである。S30においては、例えば輝度値が所定の閾値より大きいか否かによって、輝度値を白(高輝度:1)、黒(低輝度:0)に2値化する。この後に、白領域内の所定値以下の大きさの黒点や黒領域内の所定値以下の大きさの白点をノイズと見なし、周囲の色で塗りつぶすフィルタ処理を行ってもよい。   FIG. 11 is a flowchart showing the content of the flaw detection process in S26 of FIG. In S30, for example, the luminance value is binarized into white (high luminance: 1) and black (low luminance: 0) depending on whether the luminance value is larger than a predetermined threshold. Thereafter, a black point having a size smaller than a predetermined value in the white region or a white point having a size smaller than a predetermined value in the black region may be regarded as noise, and a filter process may be performed in which the black color is filled with surrounding colors.

S31においては、黒(0)画素が出現するまで走査する。走査は例えば画像上を左上から水平方向に走査し、右端に達したら次行の左端に移動し、画像の右下まで走査する。S32においては、検出された黒画素と隣接する黒画素数を計数する。   In S31, scanning is performed until a black (0) pixel appears. In scanning, for example, the image is scanned from the upper left in the horizontal direction, and when it reaches the right end, it moves to the left end of the next line and scans to the lower right of the image. In S32, the number of black pixels adjacent to the detected black pixel is counted.

S33においては、隣接する黒画素数が所定値、max以上か否かが判定され、判定結果が否定の場合にはS35に移行するが、肯定の場合にはS34に移行する。なお、この判定の際に、黒画素列に所定個数、例えば数個以下の白画素が存在している場合にはノイズであると判定し、当該白画素も黒画素と見なして処理する。   In S33, it is determined whether or not the number of adjacent black pixels is equal to or greater than a predetermined value, max. If the determination result is negative, the process proceeds to S35, but if the determination is affirmative, the process proceeds to S34. In this determination, if a predetermined number, for example, several or less white pixels exist in the black pixel row, it is determined that the noise is present, and the white pixel is also processed as a black pixel.

S34においては、max個以上の黒画素列は対象物の無い検査領域外であると判定し、全て白に塗りつぶす。S35においては、走査完了か否かが判定され、判定結果が否定の場合にはS31に移行するが、肯定の場合にはS36に移行する。以上の処理によって、検査領域外が全て白に塗りつぶされ、傷等の異常領域のみが残る。   In S34, it is determined that the maximum number of black pixel columns is outside the inspection area where there is no object, and is all painted white. In S35, it is determined whether or not the scanning is completed. If the determination result is negative, the process proceeds to S31, but if the determination is affirmative, the process proceeds to S36. By the above processing, the entire outside of the inspection area is painted white, and only an abnormal area such as a scratch remains.

S36においては、再度、例えば左上から黒画素が出現するまで画像を走査する。S37においては、検出された黒画素と隣接する黒画素数を計数する。S38においては、隣接する黒画素数が所定値、min以下か否かが判定され、判定結果が否定の場合にはS40に移行するが、肯定の場合にはS39に移行する。   In S36, the image is scanned again, for example, from the upper left until a black pixel appears. In S37, the number of black pixels adjacent to the detected black pixel is counted. In S38, it is determined whether or not the number of adjacent black pixels is equal to or less than a predetermined value, min. If the determination result is negative, the process proceeds to S40, but if the determination is affirmative, the process proceeds to S39.

S39においては、min個以下の画素列はノイズであると判定する。S40においては、min個より大きい画素列は傷であると判定し、画像内の画素位置を記録する。S41においては、走査完了か否かが判定され、判定結果が否定の場合にはS36に移行するが、肯定の場合には処理を終了する。以上のような処理によって、車体の傷位置が自動的に検出され、表示装置に表示される。   In S39, it is determined that min or less pixel columns are noise. In S40, it is determined that the pixel row larger than min is a flaw, and the pixel position in the image is recorded. In S41, it is determined whether or not scanning is completed. If the determination result is negative, the process proceeds to S36, but if the determination is affirmative, the process ends. Through the processing as described above, the scratch position of the vehicle body is automatically detected and displayed on the display device.

図12は、本発明の表面検査装置の照明装置の実施例2の構成を示す断面図である。第1実施例においては、LEDとして小型のLEDを多数配置する構成を開示したが、近年、大型で高輝度のLED素子が入手可能となってきている。大型のLEDを使用するとLED素子数が少なくで済むが、むらが生じやすい。そこで、大型LED61の前面に凸レンズ62を配置し、さらに所定の距離だけ離して光拡散板63を配置することにより、不要な拡散光やむらを減少させる。   FIG. 12: is sectional drawing which shows the structure of Example 2 of the illuminating device of the surface inspection apparatus of this invention. In the first embodiment, a configuration in which a large number of small LEDs are arranged as LEDs has been disclosed, but in recent years, large and high-brightness LED elements have become available. When a large LED is used, the number of LED elements is small, but unevenness is likely to occur. Therefore, by disposing the convex lens 62 on the front surface of the large LED 61 and further disposing the light diffusion plate 63 separated by a predetermined distance, unnecessary diffused light and unevenness are reduced.

図12(a)は、例えばR、G、Bの3個のLEDが内蔵された大型LED61を使用した例であり、大型LED61の前面に凸レンズ62を配置して光の放射角度を狭く絞る。更に所定の距離だけ離して光拡散板63を配置することにより、むらを減少させて均一性を増す。   FIG. 12A shows an example in which a large LED 61 containing, for example, three LEDs R, G, and B is used. A convex lens 62 is arranged on the front surface of the large LED 61 to narrow the light emission angle. Further, by disposing the light diffusion plate 63 at a predetermined distance, unevenness is reduced and uniformity is increased.

図12(b)は、例えば白色の大型LED61、第1のレンズ62、第1の光拡散板67、第2のレンズ66、第2の光拡散板68、第3の光拡散板69を順に並べた例である。大型LED61の前面に凸レンズ62を配置し、凸レンズ62のLED61と反対側の近傍に第1の光拡散板67および凸レンズ66を配置し、放射光が所定の距離だけ離れた第2の光拡散板68全体を照らすように配置する。レンズは通常の凸レンズでもよいし平板状のフレネルレンズでもよい。更に、第2の光拡散板68の前面に第3の光拡散板69を配置することにより、むらを減少させて均一性を増す。   FIG. 12B shows, for example, a white large LED 61, a first lens 62, a first light diffusion plate 67, a second lens 66, a second light diffusion plate 68, and a third light diffusion plate 69 in order. This is an example. A convex lens 62 is disposed in front of the large LED 61, a first light diffusion plate 67 and a convex lens 66 are disposed in the vicinity of the convex lens 62 on the opposite side of the LED 61, and a second light diffusion plate from which the emitted light is separated by a predetermined distance. 68 is arranged to illuminate the whole. The lens may be a normal convex lens or a flat Fresnel lens. Furthermore, by arranging the third light diffusion plate 69 on the front surface of the second light diffusion plate 68, unevenness is reduced and uniformity is increased.

図13は、本発明の表面検査装置の照明装置の実施例3の構成を示す正面図および側面図である。図2に示す実施例1の照明装置11、30は発光面の形状が長方形の平面であったが、自動車の車体のように表面が多種の凸曲面で構成されている場合には写り込んだ照明装置の発光面の形状が歪んで長方形とはならない。従って、歪みを考慮してその分だけ照明装置を大きくする必要がある。
そこで、実施例3の照明装置は発行面を複数の平面あるいは曲面で構成し、また、対象物の凸表面で写り込んだ照明手段の像がカメラの視野と同じ長方形となるように照明手段の形状を変形させることにより、自動車の車体等の多種の曲面からなる対象物を効率良く撮影可能にしたものである。
FIG. 13: is the front view and side view which show the structure of Example 3 of the illuminating device of the surface inspection apparatus of this invention. The lighting devices 11 and 30 of the first embodiment shown in FIG. 2 have a rectangular light emitting surface shape, but are reflected when the surface is composed of various convex curved surfaces such as a car body of an automobile. The shape of the light emitting surface of the lighting device is distorted and does not become a rectangle. Therefore, it is necessary to increase the size of the lighting device by taking the distortion into consideration.
Therefore, in the illumination device of the third embodiment, the issuance surface is composed of a plurality of planes or curved surfaces, and the illumination unit image is reflected on the convex surface of the object so that the image of the illumination unit is the same rectangle as the field of view of the camera. By deforming the shape, an object composed of various curved surfaces such as a car body of an automobile can be efficiently photographed.

図13(a)は照明装置手段の発光面は、3つの平面から構成されており、中央の発光面70に対して左右の発光面70、71は内側を向いている。また、左右の発光面のカメラ12から遠い部分73が外側(カメラと反対側)に延長されている。図13(a)において中央の発光面70の上部に、左右の発光面70、71と同様の内側を向いた発光面を設けてもよい。   In FIG. 13A, the light emitting surface of the illumination device means is composed of three planes, and the left and right light emitting surfaces 70, 71 face the inner side with respect to the central light emitting surface 70. Further, portions 73 of the left and right light emitting surfaces far from the camera 12 are extended outward (opposite the camera). In FIG. 13A, a light emitting surface facing inward similar to the left and right light emitting surfaces 70 and 71 may be provided above the central light emitting surface 70.

図13(b)は(a)の3つの発光面をそれぞれ別の照明装置80、81、82によって構成した例である。このような構造にすれば製造が容易となる。図13(c)は(b)の構成において両側の照明装置85、86の向きを対象物の種別や撮影位置に従って自動的にあるいは手動で変えられるようにした例である。自動的に向きを変える場合には撮影対象に従って左右別々に制御可能とする。このような構成にすれば、車体の端部などの曲率の大きな曲面も効率良く撮影可能である。   FIG. 13B shows an example in which the three light emitting surfaces in FIG. 13A are configured by separate illumination devices 80, 81, and 82, respectively. With such a structure, manufacturing is facilitated. FIG. 13C shows an example in which the orientations of the illumination devices 85 and 86 on both sides can be automatically or manually changed according to the type of object and the photographing position in the configuration of FIG. When the direction is automatically changed, the left and right can be controlled separately according to the object to be photographed. With such a configuration, a curved surface having a large curvature such as an end of a vehicle body can be efficiently photographed.

図13(d)は(a)の構成と同様の機能を1つの曲面によって構成した例である。曲面としては例えば円筒形の側面形状を利用可能である。発光面のカメラ12から遠い部分75が外側に延長され、縁が湾曲している。照明装置の中央部分のみは平面としてもよい。このような構造にすれば発光面のつなぎ目が無いのでむらが減少する。   FIG. 13D shows an example in which the same function as the configuration of FIG. For example, a cylindrical side surface shape can be used as the curved surface. A portion 75 of the light emitting surface far from the camera 12 is extended outward, and the edge is curved. Only the central portion of the lighting device may be a flat surface. Such a structure reduces unevenness because there is no joint between the light emitting surfaces.

図13(e)は(d)の構成と同様の機能を1つの球あるいは楕円球の一部である表面形状の曲面によって構成した例である。このように構成すれば、図13(e)における水平方向と共に垂直方向にも湾曲しているので、対象物の曲面状の角部などの照明に好適である。
図13(f)は2台のカメラを(d)の曲面構成と類似する照明装置の両側に配置した例である。この場合には、双方のカメラから遠い側の縁が湾曲している。更に照明装置の図13(f)における垂直方向の縁も湾曲させている。
FIG. 13E shows an example in which the same function as the configuration of FIG. 13D is configured by a curved surface having a surface shape that is a part of one sphere or an elliptic sphere. If comprised in this way, since it curves also in the vertical direction with the horizontal direction in FIG.13 (e), it is suitable for illumination of the curved corner | angular part of a target object.
FIG. 13F shows an example in which two cameras are arranged on both sides of a lighting device similar to the curved surface configuration of FIG. In this case, the edge far from both cameras is curved. Furthermore, the edge in the vertical direction in FIG.

なお、カメラとしてラインセンサカメラを使用する場合にも図13の照明装置の図における垂直方向の幅が短くなるだけで同様の構成を適用可能である。
本発明の表面検査装置は以上のような構成および動作により、製品の表面検査の精度が向上すると共に検査時間も短縮される。
Even when a line sensor camera is used as the camera, the same configuration can be applied only by shortening the width in the vertical direction in the drawing of the illumination device in FIG.
With the configuration and operation as described above, the surface inspection apparatus of the present invention improves the accuracy of surface inspection of products and shortens the inspection time.

前記した実施例において撮影処理を実行するためには、予め車体全体についてカメラの撮影位置や角度を設定するティーチング処理が必要である。ティーチング処理は従来は車体に格子状の線を書き、各格子を完全に含む範囲をカメラで順に撮影するように、カメラの位置や角度を手動で設定し、この情報に基づいてカメラの移動軌跡を決定していた。しかし、この作業は非常に手間がかかるという問題点があった。実施例4は、このティーチング処理を自動化したものである。   In order to execute the shooting process in the above-described embodiment, a teaching process for setting the shooting position and angle of the camera for the entire vehicle body in advance is required. Traditionally, the teaching process has been done by manually setting the camera position and angle so that the camera can sequentially capture a range that completely includes each grid by writing grid lines on the vehicle body. Had decided. However, there is a problem that this work is very time-consuming. In the fourth embodiment, this teaching process is automated.

図14は、本発明の表面検査装置の実施例4の構成を示す正面図である。また、図15は、本発明の表面検査装置の実施例4の撮影ユニットの構成を示す正面図である。この実施例4は、図1に示した実施例1の撮影ユニット13に5個のレーザ光源90、91を追加したものである。レーザ光源90、91は例えば赤色の細いレーザ光を照射する半導体レーザ素子を内蔵しており、コントローラ20からの制御によってオン/オフする。   FIG. 14 is a front view showing the configuration of Embodiment 4 of the surface inspection apparatus of the present invention. FIG. 15 is a front view showing the configuration of the photographing unit of Example 4 of the surface inspection apparatus of the present invention. In the fourth embodiment, five laser light sources 90 and 91 are added to the photographing unit 13 of the first embodiment shown in FIG. The laser light sources 90 and 91 have a built-in semiconductor laser element that emits, for example, a red thin laser beam, and are turned on / off under the control of the controller 20.

カメラ12と隣接して設けられたレーザ光源90は、カメラ12の光軸とほぼ平行にレーザ光を照射し、カメラ12の焦点位置においてカメラ12の光軸とレーザ光源90の光軸が交わるように配置されている。このレーザ光源90は、使用者がカメラの光軸の位置を肉眼で確認し、処理の正常性を確認できるようにするために設けたものであり、後述する自動ティーチング処理には使用しない。   A laser light source 90 provided adjacent to the camera 12 emits laser light substantially parallel to the optical axis of the camera 12 so that the optical axis of the camera 12 and the optical axis of the laser light source 90 intersect at the focal position of the camera 12. Is arranged. This laser light source 90 is provided so that the user can confirm the position of the optical axis of the camera with the naked eye and can confirm the normality of the process, and is not used for the automatic teaching process described later.

4個のレーザ光源91は、図示されているように撮影ユニット13に固着された支持部材92によって撮影ユニット13の4隅に装着されている。4個のレーザ光源91の位置は、カメラ12の光軸がほぼ水平になるように撮影ユニット13を対象物に向けた場合に、4個のレーザ光源91が上部の左右に1個づつ、下部の左右に1個づつ、カメラ12の光軸上の焦点位置にビーム方向を向けて配置される。カメラ12の光軸とレーザ光源91の光軸が交わる角度は例えば30度から60度の範囲内でよい。   The four laser light sources 91 are attached to the four corners of the photographing unit 13 by support members 92 fixed to the photographing unit 13 as shown in the figure. The positions of the four laser light sources 91 are such that when the photographing unit 13 is directed toward the object so that the optical axis of the camera 12 is substantially horizontal, the four laser light sources 91 are located one on the left and one on the upper side. Are arranged with the beam direction directed to the focal position on the optical axis of the camera 12, one on each of the right and left sides. The angle at which the optical axis of the camera 12 and the optical axis of the laser light source 91 intersect may be within a range of 30 degrees to 60 degrees, for example.

従って、平面を垂直方向からカメラ12によって撮影した画像上において、4個のレーザ光源からの4個の光点はほぼ長方形の画像の対角線上に来る。そして、焦点距離がずれるほど4個の点の間の距離が離れるが、焦点が合うと1つの点に重なる。また、カメラ12の光軸に対して対象面が傾斜していると、4つの点の間の距離が上下あるいは左右で異なるので、この距離の差を利用して光軸を修正することが可能である。   Accordingly, on the image taken by the camera 12 from the vertical direction, the four light spots from the four laser light sources are on the diagonal line of the substantially rectangular image. Then, the distance between the four points increases as the focal length shifts, but overlaps with one point when the focus is achieved. In addition, if the target surface is inclined with respect to the optical axis of the camera 12, the distance between the four points is different up and down or left and right, so that the optical axis can be corrected using the difference in distance. It is.

図16は、実施例4のティーチング処理の内容を示すフローチャートである。この処理はコントローラ20によって実行される。S50においては、撮影ユニット13を予め定められた初期位置、例えば対象物の予定位置から焦点距離だけ離れた位置に移動するようにロボットアーム10を制御する。なお、例えば対象物である車体は10mm程度の位置誤差で所定の位置に搬送されてくる。S51においては、4個のレーザ光源91を点灯する。   FIG. 16 is a flowchart illustrating the contents of the teaching process according to the fourth embodiment. This process is executed by the controller 20. In S50, the robot arm 10 is controlled so as to move the photographing unit 13 to a predetermined initial position, for example, a position away from the planned position of the object by a focal length. For example, the vehicle body as the object is conveyed to a predetermined position with a position error of about 10 mm. In S51, the four laser light sources 91 are turned on.

S52においては、撮影ユニット13が焦点距離より所定距離だけ離れるようにロボットアーム10を制御する。この処理は、取り込み画像内に4つの光点が写るようにするために故意に焦点をずらすものである。S53においては、カメラ12で画像を取り込む。S54においては、取り込んだ画像から周知の画像処理によって光点の数および位置を検出する。   In S52, the robot arm 10 is controlled so that the photographing unit 13 is separated from the focal distance by a predetermined distance. This process intentionally shifts the focal point so that four light spots appear in the captured image. In S53, the camera 12 captures an image. In S54, the number and position of light spots are detected from the captured image by known image processing.

図17は、実施例4のティーチング処理における取り込み画像例等を示す説明図である。S52においては、例えば図17(a)に示すような画像が取り込まれる。4つの光点P1〜P4はそれぞれ4つのレーザ光源91から照射されたレーザ光が対象物に当たって乱反射した光をカメラ12によって捉えた光点である。   FIG. 17 is an explanatory diagram illustrating an example of a captured image in the teaching process according to the fourth embodiment. In S52, for example, an image as shown in FIG. Each of the four light spots P1 to P4 is a light spot obtained by the camera 12 capturing light that is irregularly reflected when the laser light emitted from the four laser light sources 91 hits the object.

例えば、対象物の表面が平面であり、カメラ12の光軸が対象物の表面とほぼ垂直であれば、図17(a)に示す4つの光点間の距離Lu、Ld、Ll、Lrは全て等しくなる。そして、図17(e)に示すように例えばカメラ12の光軸とレーザ光源91の光軸との角度φが45度であれば、距離誤差Lg=Lu/2となり、画像上の光点の距離から距離誤差Lgが判明する。   For example, if the surface of the object is a plane and the optical axis of the camera 12 is substantially perpendicular to the surface of the object, the distances Lu, Ld, Ll, and Lr between the four light spots shown in FIG. All are equal. As shown in FIG. 17E, for example, if the angle φ between the optical axis of the camera 12 and the optical axis of the laser light source 91 is 45 degrees, the distance error Lg = Lu / 2, and the light spot on the image is The distance error Lg is determined from the distance.

従って、例えば距離誤差に比例する距離だけ撮影ユニット(カメラ)を移動させる処理を繰り返すことにより、カメラの焦点を対象物の表面に合わせることができる。図17(c)の画像例は(a)よりもより焦点に近づいた場合の画像例、(d)は距離がほぼ焦点距離と一致した場合の画像例である。   Therefore, for example, by repeating the process of moving the photographing unit (camera) by a distance proportional to the distance error, the camera can be focused on the surface of the object. The image example of FIG. 17C is an image example when the focus is closer to that of FIG. 17A, and FIG. 17D is an image example when the distance substantially matches the focal length.

また、対象物の表面が曲面であったり、カメラ12の光軸が対象物の表面と垂直でない場合には、図17(b)に示すように、4つの光点間の距離Lu、Ld、Ll、Lrは等しくなくなる。そして、点間の距離の差によって大まかな角度誤差が判明する。従って、図17(f)に示すように、例えば焦点位置を中心として距離の狭い方の方向へ、カメラ12を点線で示したカメラ95の位置まで回転させることにより、カメラ12の光軸を対象面の垂線に近づけることができる。   When the surface of the object is a curved surface or the optical axis of the camera 12 is not perpendicular to the surface of the object, as shown in FIG. 17B, the distances Lu, Ld, Ll and Lr are not equal. Then, a rough angle error is found by the difference in distance between the points. Accordingly, as shown in FIG. 17 (f), for example, the camera 12 is rotated to the position of the camera 95 indicated by the dotted line in the direction of a shorter distance with the focal point as the center, so that the optical axis of the camera 12 is targeted. It can be close to the normal of the surface.

図16のS55においては、光点が1つか否かが判定され、判定結果が否定の場合にはS56に移行するが、肯定の場合にはS60に移行する。S56においては、各点間の水平、垂直距離Lu、Ld、Ll、Lrを算出する。S57においては、対象面とカメラの距離誤差、対象面と光軸の角度を算出する。   In S55 of FIG. 16, it is determined whether or not there is one light spot. If the determination result is negative, the process proceeds to S56, but if the determination is affirmative, the process proceeds to S60. In S56, horizontal and vertical distances Lu, Ld, Ll, and Lr between the points are calculated. In S57, the distance error between the target surface and the camera and the angle between the target surface and the optical axis are calculated.

S58においては、上記したように、カメラ12の光軸が対象面の垂線に近づくように焦点位置を中心としてカメラを回転させる。S59においては、カメラを所定の距離だけ近づけ、S53に戻る。距離は上記した距離誤差の4/3などでもよいし、固定値であってもよい。以上の処理によって対象物と撮影ユニットとの距離と大まかな角度が決定され、次に角度のチェック、修正が行われる。   In S58, as described above, the camera is rotated around the focal position so that the optical axis of the camera 12 approaches the perpendicular of the target surface. In S59, the camera is brought closer by a predetermined distance, and the process returns to S53. The distance may be 4/3 of the distance error described above, or may be a fixed value. With the above processing, the distance between the object and the photographing unit and the rough angle are determined, and then the angle is checked and corrected.

S60においては、レーザ光源を消灯し、面光源11を点灯する。S61においては、画像全体において画素対応の輝度が所定値以上か否かをチェックする。S62においては、全ての画素の輝度が所定の閾値以上か否かが判定され、判定結果が否定の場合にはS63に移行するが、肯定の場合にはS66に移行する。S63においては、輝度チェック回数が所定の回数をオーバーしたか否かが判定され、判定結果が否定の場合にはS64に移行するが、肯定の場合にはS65に移行する。   In S60, the laser light source is turned off and the surface light source 11 is turned on. In S61, it is checked whether or not the luminance corresponding to the pixel in the entire image is a predetermined value or more. In S62, it is determined whether or not the luminance of all the pixels is equal to or higher than a predetermined threshold value. If the determination result is negative, the process proceeds to S63, but if the determination result is affirmative, the process proceeds to S66. In S63, it is determined whether or not the number of brightness checks exceeds a predetermined number. If the determination result is negative, the process proceeds to S64, but if the determination is affirmative, the process proceeds to S65.

S64においては、輝度の最も低い部分が明るくなるようにカメラを回転する。例えば図17(g)に示すように、画像の下部が暗く、輝度が所定値未満である場合にはカメラ12の焦点位置を中心として撮影ユニット13を下方に回転させる。   In S64, the camera is rotated so that the lowest luminance portion becomes brighter. For example, as shown in FIG. 17G, when the lower part of the image is dark and the luminance is less than a predetermined value, the photographing unit 13 is rotated downward about the focal position of the camera 12.

S65においては、画像の中央部分が最も明るくなるようにカメラを回転する。この場合には、例えば図17(h)に示すように、上下に暗い部分が残る可能性がある。なお、このような場合には撮影範囲を上下に2分割すれば撮影範囲内を全て所定値以上の輝度で撮影することが可能である。   In S65, the camera is rotated so that the central portion of the image is brightest. In this case, for example, as shown in FIG. 17 (h), dark portions may remain on the top and bottom. In such a case, if the photographing range is divided into two parts in the upper and lower directions, it is possible to photograph the entire photographing range with a luminance equal to or higher than a predetermined value.

S66においては、現在の撮影ユニット(カメラ)の位置情報を記録すると共に、面光源11を消灯する。S67においては、カメラを次の位置へ移動する。なお、撮影位置は隣接する撮影範囲と必ず重なるように格子状に予め定められている。S68においては、終了位置まで処理が完了したか否かが判定され、判定結果が否定の場合にはS51に移行するが、肯定の場合には処理を終了する。   In S66, the current position information of the photographing unit (camera) is recorded, and the surface light source 11 is turned off. In S67, the camera is moved to the next position. Note that the shooting positions are predetermined in a lattice shape so as to always overlap adjacent shooting ranges. In S68, it is determined whether or not the process is completed up to the end position. If the determination result is negative, the process proceeds to S51, but if the determination is affirmative, the process ends.

上記実施例4においては、レーザ光源91を4個同時に点灯して画像を取り込み、各光点を認識する例を開示したが、レーザ光源を1個づつ点灯して画像を取り込み、光点の位置を1個づつ検出するようにしてもよい。
実施例4において、焦点距離のみを調整するのであれば1個あるいは2個でも距離誤差を求めることは可能である。1個の場合には光点位置が画像中心からどの程度離れているかによって距離誤差を検出できる。
In the fourth embodiment, an example in which four laser light sources 91 are simultaneously turned on to capture an image and recognize each light spot has been disclosed. However, each laser light source is turned on one by one to capture an image, and the position of the light spot. May be detected one by one.
In the fourth embodiment, if only the focal length is adjusted, it is possible to obtain the distance error with one or two. In the case of one, the distance error can be detected depending on how far the light spot position is from the center of the image.

本発明の表面検査装置の実施例の構成を示す正面図である。It is a front view which shows the structure of the Example of the surface inspection apparatus of this invention. 本発明の表面検査装置の撮影ユニットの構成を示す正面図である。It is a front view which shows the structure of the imaging | photography unit of the surface inspection apparatus of this invention. 本発明の表面検査装置の照明装置の構成を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structure of the illuminating device of the surface inspection apparatus of this invention. 本発明の表面検査装置の撮影ユニットの撮影時の配置を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows arrangement | positioning at the time of imaging | photography of the imaging | photography unit of the surface inspection apparatus of this invention. 本発明の表面検査装置の撮影ユニットの別の配置例を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows another example of arrangement | positioning of the imaging | photography unit of the surface inspection apparatus of this invention. 本発明の撮影ユニットの変形例の構成を示す平面図である。It is a top view which shows the structure of the modification of the imaging | photography unit of this invention. 本発明の表面検査装置の照明用電源装置の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the power supply device for illumination of the surface inspection apparatus of this invention. 本発明の表面検査装置における撮影画像および傷の表示例を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the example of a picked-up image and the display of a damage | wound in the surface inspection apparatus of this invention. シーケンサ25における処理内容を示すフローチャートである。3 is a flowchart showing processing contents in a sequencer 25; コントローラ20における処理内容を示すフローチャートである。3 is a flowchart showing processing contents in a controller 20. 図10のS26の傷検出処理の内容を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the content of the flaw detection process of S26 of FIG. 本発明の表面検査装置の照明装置の実施例2の構成を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structure of Example 2 of the illuminating device of the surface inspection apparatus of this invention. 本発明の表面検査装置の照明装置の実施例3の構成を示す正面図および側面図である。It is the front view and side view which show the structure of Example 3 of the illuminating device of the surface inspection apparatus of this invention. 本発明の表面検査装置の実施例4の構成を示す正面図である。It is a front view which shows the structure of Example 4 of the surface inspection apparatus of this invention. 本発明の表面検査装置の実施例4の撮影ユニットの構成を示す正面図である。It is a front view which shows the structure of the imaging | photography unit of Example 4 of the surface inspection apparatus of this invention. 実施例4のティーチング処理の内容を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the content of the teaching process of Example 4. 実施例4のティーチング処理における取り込み画像例等を示す説明図である。FIG. 10 is an explanatory diagram illustrating an example of a captured image in the teaching process according to the fourth embodiment.

符号の説明Explanation of symbols

10…ロボットアーム
11…照明装置
12…カメラ
13…撮影ユニット
15…検査対象物
20…コントローラ
21…照明用電源装置
22…表示装置
25…シーケンサ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Robot arm 11 ... Illuminating device 12 ... Camera 13 ... Imaging | photography unit 15 ... Test object 20 ... Controller 21 ... Illumination power supply device 22 ... Display device 25 ... Sequencer

Claims (1)

発光面の輝度が均一になるように配線基板上に複数の色のLEDをそれぞれ均等に配置し、前記LEDの前面に光拡散板を配置し、かつ、複数の色のLED毎に駆動電流を制御可能な可変定電流電源回路に接続された照明手段と、
前記照明手段と所定の位置関係に固着され、正反射して対象物の表面に写り込んだ前記照明手段の発光面の2次元画像を撮影する画像撮影手段と、
前記照明手段および前記画像撮影手段が装着された撮影ユニットを任意の位置および方向に移動可能なロボットアーム手段と、
前記対象物の色に合わせて前記照明手段の照明色を切り替えると共に、前記ロボットアーム手段を予め定められた経路に従って移動させる動作と前記画像撮影手段による撮影とを繰り返すことにより対象物の画像データを取得する制御手段と、
前記画像撮影手段によって撮影された画像の輝度値を2値化する2値化手段、画像中の対象物の無い領域を傷の無い対象物表面と同じ輝度値で塗りつぶす検査外領域塗りつぶし手段、所定の範囲の大きさを有する周囲の輝度値と異なる輝度値の領域を異常領域と判定する異常領域検出手段を備え、撮影された画像から画像内における傷の位置を検出する傷検出手段と、
前記ロボットアーム手段から画像撮影手段の位置情報を取得し、前記傷検出手段から画像内における傷位置情報を取得して、対象物上の傷位置を算出して表示する傷位置表示手段と、
前記撮影ユニットの4隅にそれぞれ固着され、前記画像撮影手段の焦点位置を通るレーザ光を照射するレーザ光源手段を4個備え、取り込み画像内に4つの光点が写るようにするために、前記画像撮影手段が焦点距離より離れるようにロボットアーム手段を制御し、前記レーザ光源手段を点灯して前記画像撮影手段によって撮影された画像を解析し、画像上の2つの光点間の距離から距離誤差を算出し、また上の2つの光点間の水平距離と下の2つの光点間の水平距離の差あるいは左の2つの光点間の垂直距離と右の2つの光点間の垂直距離の差によって角度誤差を算出することにより、対象物と前記画像撮影手段との距離情報および角度情報を得る位置情報検出手段とを備え、
前記制御手段は、前記位置情報検出手段から得られた対象物と前記画像撮影手段との距離情報および対象物表面との角度情報に基づいて撮影位置および撮影方向を決定し、更に、撮影した画像の輝度が所定値未満である部分がある場合には輝度の最も低い部分が明るくなるように前記撮影ユニットを回転させる
ことを特徴とする表面検査装置。
A plurality of color LEDs are evenly arranged on the wiring board so that the luminance of the light emitting surface is uniform, a light diffusion plate is arranged in front of the LEDs, and a driving current is applied to each of the plurality of color LEDs. Lighting means connected to a controllable variable constant current power supply circuit;
Image photographing means for photographing a two-dimensional image of the light emitting surface of the illumination means fixed in a predetermined positional relationship with the illumination means and reflected on the surface of the object by regular reflection;
Robot arm means capable of moving the photographing unit to which the illumination means and the image photographing means are attached to any position and direction;
The illumination color of the illumination means is switched in accordance with the color of the object, and the image data of the object is obtained by repeating the operation of moving the robot arm means according to a predetermined route and the photographing by the image photographing means. Control means to obtain;
Binarizing means for binarizing the luminance value of the image photographed by the image photographing means, non-inspection area filling means for painting an area without an object in the image with the same luminance value as the surface of the object without a flaw, predetermined A defect detection unit that detects an area of a brightness value different from the surrounding brightness value having a size of the range as an abnormal area, and detects a position of the wound in the image from the captured image;
The position information of the image photographing means is obtained from the robot arm means, the position information of the wound in the image is obtained from the wound detection means, and the wound position display means for calculating and displaying the wound position on the object;
Four laser light source means that are respectively fixed to four corners of the photographing unit and irradiate laser light that passes through the focal position of the image photographing means, so that four light spots appear in the captured image, The robot arm means is controlled so that the image photographing means is separated from the focal length, the laser light source means is turned on, the image photographed by the image photographing means is analyzed, and the distance from the distance between two light spots on the image is analyzed. The error is calculated, and the difference between the horizontal distance between the upper two light spots and the lower two light spots, or the vertical distance between the two left light spots and the vertical distance between the two right light spots. A position information detecting means for obtaining distance information and angle information between the object and the image photographing means by calculating an angle error based on a difference in distance;
The control means determines a photographing position and a photographing direction based on distance information between the object obtained from the position information detecting means and the image photographing means and angle information between the object surface and the photographed image. A surface inspection apparatus in which the photographing unit is rotated so that a portion having the lowest luminance is brighter when there is a portion where the luminance is less than a predetermined value.
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