JP5603163B2 - 表面検査装置及び表面検査方法 - Google Patents

Description

本発明は、被検査物の穴欠陥を画像処理で検出する装置に関する。

溶接部における検査の一つとして、穴欠陥の検査が挙げられる。この検査方法として、被検査物の撮影画像を画像処理して穴欠陥を検出する方法がある。この方法では、被検査物の撮影画像を２値化し、２値化のしきい値以下の黒色部から穴欠陥を検出することになる。

例えば、特許文献１に記載の検査装置では、撮影した画像に、順次３×３の最大値フィルタと最小値フィルタをかける処理を行い、フィルタ処理を行った画像から元画像を減算し、２値化した画像に、溶接部分を示した画像を重ね合わせて、穴欠陥であるピットの検出を行うようにしている。

特開平１０−８９９２３号公報

しかしながら、前記のような検査装置では、２値化画像の黒色部から穴欠陥を検出することになるが、黒色になる部分は、穴欠陥部分に限らず、スパッタや析出したヤニの部分、照明の影の部分、黒色酸化膜も含まれる。このため、スパッタ等を穴欠陥として誤判定する場合があった。

本発明は前記のような従来の問題を解決するものであり、穴欠陥の検出の確実性を高めることができる表面検査装置及び表面検査方法を提供することを目的とする。

前記目的を達成するために、本発明の形状検査装置は、被検査物の穴欠陥を画像処理で検査する表面検査装置であって、被検査物を撮像する撮像手段と、前記撮像手段が撮像した撮像画像を２値化する２値化手段と、被検査物の穴欠陥の有無を判定する判定手段とを備えており、前記２値化手段は、設定に応じて変化する各輝度値を基準として２値化画像を算出し、前記判定手段は、異なる輝度値で２値化した複数の２値化画像に基いて穴欠陥の有無を判定することを特徴とする。

本発明の形状検査方法は、被検査物の穴欠陥を画像処理で検査する表面検査方法であって、被検査物を撮像して撮像画像を取得し、変化させた各輝度値を基準として前記撮像画像から２値化画像を算出し、異なる輝度値を基準として２値化した複数の２値化画像に基いて穴欠陥の有無を判定することを特徴とする。

本発明によれば、穴欠陥の判定に用いる２値化画像は、異なる輝度値（しきい値）を基準として２値化した複数の２値化画像である。このことにより、特定の輝度値を基準として２値化した２値化画像のみに基いた検査に比べ、誤判定を減らすことができ、穴欠陥の検出の確実性を高めることができる。

前記本発明の表面検査装置においては、複数の２値化画像の同じ位置に黒色塊があり、前記複数の２値化画像の数があらかじめ設定した数以上のときに、前記判定手段は、前記黒色塊は穴欠陥に対応するものであると判定することが好ましい。この構成によれば、穴欠陥の検出の確実性をより高めることができる。

また、複数の２値化画像の同じ位置に黒色塊があり、前記各黒色塊が穴欠陥に該当する形状であり、前記複数の２値化画像の数があらかじめ設定した数以上のときに、前記判定手段は、前記黒色塊は穴欠陥に対応するものであると判定することが好ましい。この構成によっても、穴欠陥の検出の確実性をより高めることができる。

２値化手段は、下限値から上限値までの間を段階的に変化する各輝度値を基準として２値化画像を算出するようにしてもよい。

本発明によれば、穴欠陥の判定に用いる２値化画像を、異なる輝度値を基準として２値化した複数の２値化画像とすることにより、特定の輝度値を基準として２値化した２値化画像のみに基いた検査に比べ、誤判定を減らすことができ、穴欠陥の検出の確実性を高めることができる。

本発明の一実施形態に係る表面検査装置の概略図。 被検査物の一例を示す斜視図。 本発明の一実施形態に係る表面検査のフローチャート。 本発明の一実施形態において、表示部に表示された被検査物を示した平面図。 本発明の一実施形態において、被検査物の検査エリアの設定完了後の状態を示す平面図。 本発明の一実施形態において、被検査物の表示画像にマスクエリアを設定した状態を示す平面図。 本発明の一実施形態において、被検査物の表示画像のトリミング後の状態を示す平面図。 図７の画像を下限値の輝度値で２値化した画像の平面図。 図７の画像を上限値の輝度値で２値化した画像の平面図。 （ａ）図は図８のＡ部の拡大図、（ｂ）図は図８のＢ部の拡大図。

以下、本発明の一実施形態について、図面を参照しながら説明する。図１は本発明の一実施形態に係る表面検査装置１の概略図を示している。図１の例では表面検査装置１は、被検査物１０の穴欠陥を検査する表面検査に用いることができるとともに、被検査物１０の三次元形状や断面形状の形状検査に用いることができる。

図１において、レーザ光源４と計測カメラ（ＣＣＤカメラ）５、６とで構成される撮像光学系は、形状検査に用いるものである。照明３及び検査カメラ（ＣＣＤカメラ）２は、被検査物１０の穴欠陥を検査する表面検査に用いるものである。本実施形態においては、表面検査装置１を、穴欠陥を検査する表面検査に用いる場合について説明する。

表面検査装置１は、コンピュータを備えており、図１に示した画像処理部２０、制御部２１、入力部２２及び表示部２３は、コンピュータの構成部分である。図２は、被検査物１０の一例を示す斜視図である。平面部１１からシャフト１２が突出しており、シャフト１２を囲むように凸状の溶接ビード１３、１４及び１５が形成されている。以下の説明は、表面検査装置１の検査対象が図２に示した被検査物１０の例で説明する。

表面検査を開始すると、照明３によりステージ８上の被検査物１０が照明される。この間に、被検査物１０を検査カメラ２で撮像する。検査カメラ２からの信号は、画像処理部２０に送られ撮像画像が作成される。この撮像画像は制御部２１を経て表示部２３により表示されることになる。図４は表示部２３における被検査物１０を示した平面図である。

表面検査装置１は、表示部２３に表示された被検査物１０のうち、選択した範囲内の穴欠陥の有無を判定することができる。本実施形態では、溶接ビード１３〜１５上の穴欠陥の有無を判定する例について説明する。溶接ビード上の穴欠陥はピットと呼ばれている。ピットは、溶接により生じた小さく窪んだ穴である。このため、撮像画像においては、ピットは暗く表示されることになる。また、ピットを形成する穴の外形は略円形であり、直径２ｍｍ以下程度である。

図３は、本実施形態に係る表面検査のフローチャートを示している。以下、図３のフローチャートに沿って、溶接ビード１３〜１５上の穴欠陥の有無の判定について説明する。図４のように、被検査物１０を表示した後は、検査エリアを設定する（図３のステップ１００）。検査エリアの設定は、検査対象を設定線で囲むことになる。本実施形態では、始点と終点とを設定することにより、始点と終点とが設定線で結ばれるようにしている。図４では、設定線３０の設定開始状態を示している。設定線の設定は、入力部２２（図１）による入力により行う。この入力は、例えばマウスクリックにより行うことができる。

図５は、検査エリアの設定完了後の状態を示す平面図である。図５では、３つの溶接ビード１３〜１５がそれぞれ設定線３０〜３２により囲まれている。すなわち、溶接ビード１３〜１５が検査対象として選択されていることになる。

検査エリアの設定完了後は、表示画面に対しマスク処理を行う。マスク処理をするには、まずマスクエリアを設定する（図３のステップ１０１）。図６は、マスクエリアを設定した状態を示す斜視図である。本実施形態では、マウスクリックした部分を中心とした円がマスクエリアとして設定されるようにしている。図６ではマスクエリアを設定する円形の設定線３３が複数形成されている。

マスクエリアの部分は白く塗り潰され（図３のステップ１０２）、後の２値化処理においても白く表示される。このため、マスクエリアの部分は、ピットは無いものとして取り扱われることになる。このようなマスク処理を行うことにより、誤判定の可能性のある部分をあらかじめ除去しておくことができる。

マスク処理後は、画像のトリミングを行う（図３のステップ１０３）。図７は、トリミング後の状態を示す平面図である。図７では、設定線３０〜３２で囲まれた３つの溶接ビード１３〜１５以外の部分は、トリミングされて表示されていない。ピット検出は図７に示したトリミング後の画像について行うことになる。

ピット検出のために、図７の画像を２値化する。２値化は制御部２１（図１）が備える２値化手段により行う。２値化のために、２値化輝度（しきい値）の下限値を設定する（図３のステップ１０４）。本実施形態では下限値を９０とする。２値化の際には、図７の画像において、ステップ１０４で設定した下限値以下の部分を黒色とし、下限値より大きい部分を白色とする（図３のステップ１０５）。図８は、図７の画像を下限値９０で２値化した画像の平面図である。図８のＡ〜Ｄで示した囲みの内側には、黒く塗り潰された黒色部がある。この部分が輝度９０以下の部分である。

次に２値化画像からピット形状を検索する（図３のステップ１０６）。図１０（ａ）に図８のＡ部の拡大図を示しており、図１０（ｂ）に図８のＢ部の拡大図を示している。図１０（ａ）に示した黒色塊４０〜４３は、２値化により黒色となった部分である。本実施形態では、ピットとして判定する黒色塊の形状の基準をあらかじめ設定し入力している。

形状の基準としては、例えば黒色塊の大きさ、縦横比が挙げられる。前記の通り、ピットを形成する穴の外形は略円形であり、直径２ｍｍ以下程度である。このため、黒色塊の大きさは２ｍｍ以下程度が基準となり、縦横比は円形に近い縦横比が基準となる。図１０（ａ）の黒色塊４０〜４３は、形状の基準を満足しており、いずれもピットに対応したものであると判定する。

図１０（ｂ）においては、黒色塊４４は大きさが基準値より小さく、黒色塊４５、４７は縦横比が基準値の範囲外であり、黒色塊４６、４８、４９は、大きさが基準より大きい。このため、黒色塊４４〜４９は、いずれもピットに対応したものではないと判定する。

２値化輝度９０の図８の画像においてピット形状の検索が終わると、２値化輝度９０に既定値を加算する（図３のステップ１０７）。既定値はユーザが設定し、ここでは、既定値を２とする。この場合、既定値加算後の２値化輝度（しきい値）は９２となる。この新たな２値化輝度９２で、再び図７のトリミング画像を２値化し（図３のステップ１０５）、この２値化画像からピット形状を検索する（図３のステップ１０６）。ピット形状の検索後は、２値化輝度９２に既定値２を加算する（図３のステップ１０７）。以後、２値化輝度が上限値を超えるまで、ステップ１０５〜１０７を繰り返す。ここでは、上限値は１２０とする。

図９は、図７の画像を上限値１２０の２値化輝度（しきい値）で２値化した画像の平面図である。図９のＡ〜Ｅ部は、図８のＡ〜Ｅ部に対応した部分である。図９は図８と比べると全体的に黒色部が増加している。

上限値１２０における各工程（図３のステップ１０５〜１０６）を終えると、上限値１２０に既定値２を加算して輝度値１２２が得られる。輝度値１２２は、上限値１２０より大きい（図３のステップ１０８）、このため、上限値１２０における各工程を終えると、ピットの有無判定に移行する（図３のステップ１０９）。

前記の通り、２値化輝度は下限値９０、上限値１２０であり、加算する既定値２であるので、合計１６階層の２値化画像を算出済である。また、各階層において、ピット形状に該当する黒色塊も検索済みである。ピットの有無判定は、この１６階層の２値化画像に基いて、制御部２１（図１）が備える判定手段により行う。

以下、ピットの有無の判定基準について説明する。本実施形態に係るピットの有無の判定は、前記の通り、異なる輝度値を基準として２値化した複数の２値化画像に基いて行う。まず、この理由について説明する。ピットは小さく窪んだ穴であり、この穴部分は周辺部分に比べ暗くなる。このため、撮像画像においてはピット部分の輝度値は周辺部分に比べ低くなる。

したがって、ピットの形成された被検査物の画像を、所定の輝度値で２値化すれば、ピット部分は黒色塊として表示されることになる。しかしながら、２値化画像において黒色塊として表示されたものがすべてピットに相当するものであるとは限らない。２値化輝度の設定次第では、例えば薄い影の部分についても同様に黒色塊として表示される場合がある。

また、複数のピットがある場合、各ピットの輝度値は同じとは限らない。このため、特定の輝度値による２値化画像のみに基づく判定により、ピットが検出された場合であっても、このピットがすべてのピットであるとは限らない。

したがって、特定の輝度値で２値化した２値化画像のみに基づく判定では、ピットでないものをピットと判定する場合や、すべてのピットを検出できない場合があり誤判定が生じ易くなる。

ここで、前記の通りピットの穴部は小さく窪んでいるので、例えば薄い影の部分と比べると輝度値は低くなる。このため、２値化輝度の輝度値が低ければ、ピット部は黒色であっても、薄い影の部分は白色となる。これに対し、２値化輝度の輝度値が高ければ、ピット部も薄い影の部分も黒色になる。

したがって、２値化輝度の輝度値を段階的に変化させて複数階層の２値化画像を算出した場合は、ピット部分は低い階層の２値化画像から黒色表示され続けることになる。これに対し、薄い影の部分は、高い階層の２値化画像から黒色表示され、ピット部分に比べ黒色表示される階層数が少なくなる。このため、複数階層の２値化画像を算出し、黒色表示される階層数の多い部分を、ピット部分に対応すると判定することにより、誤判定を減らしピット判定の確実性を高めることが可能になる。

このことから、本実施形態では、２値化する輝度値を下限値から上限値までの間で変化させて算出した複数階層（１６階層）の２値化画像に基いて、ピットの有無を判定するようにしている。具体的には、２値化画像に表示された各黒色塊について、黒色塊として表示された階層数を求め、この階層数があらかじめ設定した数以上である黒色塊がピットに対応したものであると判定するようにしている。

次に、ピットの有無判定において、２値化画像に表われた黒色隗の形状も判定対象とすることにより、判定の確実性をより高めることができる。ピットは小さく窪んだ穴であり形状が限定されることになる。より具体的には、ピットを平面視すると、ピットは外径が２ｍｍ以下程度の略円形である。

撮像画像において暗くなる部分は、ピット部分だけでなく、例えばスパッタ、ヤニの形成部分や照明による影の部分、黒色酸化膜の形成部分が考えられる。これらの部分も２値化画像においては、黒色隗として表示されることになる。しかしながら、スパッタ等はピットとは異なる形状でありピットと区別することができる。

すなわち、２値化画像に外径が２ｍｍ以下程度の略円形の黒色隗があれば、これはピットにより表示されたものである可能性が高くなる。したがって、判定対象に２値化画像に表示された黒色隗の形状を追加することにより、ピット判定の確実性をより高めることが可能になる。前記の通り、本実施形態においては、２値化画像に表示された黒色塊のうち、あらかじめ設定した基準に該当する黒色塊、すなわちピット形状に該当する黒色塊を判定対象として検索済みである（図３のステップ１０６）。

この検索済みの黒色隗がピットの候補になる。しかしながら、一つの特定の階層の２値化画像において、ピット形状に該当する黒色塊があっても、この黒色塊がピットに対応したものであるとは限らない。階層が高まるにつれて黒色塊が拡大し、ピット形状から外れていく場合もあるためである。このような黒色塊は、ピットにより黒色塊が形成されているのではなく、別の要因例えば照明の影により、黒色塊が形成されている部分である。

したがって、一つの特定の階層の２値化画像において、ピット形状に該当する黒色塊を直ちにピットに対応したものであると判定すると誤判定の可能性が高いことになる。一方、前記の通り、本実施形態では、黒色塊が表示される階層数をピット判定の基準としている。このため、この判定基準に、形状の判定基準を追加することにより、ピット判定の確実性をさらに高めることができる。

すなわち、ピット判定の基準を、黒色塊が表示される階層数があらかじめ設定した数以上であることに加え、この黒色塊がピット形状に該当することとすることにより、ピット判定の確実性がさらに高まることになる。より具体的には、本実施形態の例では、算出済みの１６階層の２値化画像において、設定階層数（例えば１０階層）以上の２値化画像の同じ位置に、ピット形状に該当する黒色塊があることを判定基準とすればよい。

図８の画像、すなわち第１階層の２値化画像においては、前記の通り、Ａ部の黒色塊４０〜４３は（図１０（ａ））はピット形状として検索されている。本実施形態では、黒色塊４０〜４３は、図９の第１６階層の２値化画像に至るまで、同じ位置にあり、かつピット形状として検索されている。ピット形状に該当する階層数の設定値を１０階層以上とした場合は、黒色塊４０〜４３はピットに対応するものであると判定されることになる（図４のステップ１０９）。

本実施形態では、黒色塊４０〜４３は第１階層から表われているが、第７階層で初めて表われた場合であっても、ピットに対応するものであると判定される可能性がある。すなわち、黒色塊４０〜４３が第７階層から第１６階層に至るまで、同じ位置にあり、かつピット形状として検索されている場合は、黒色塊４０〜４３はピットに対応するものであると判定される。この場合もピット形状に該当する階層数が１０階層以上であるためである。一方、黒色塊４０〜４３が第１階層から第１６階層までの間、同じ位置にあっても、ピット形状に該当する階層数が１０階層未満であれば、黒色塊４０〜４３はピットに対応するものとは判定されないことになる。

以上、判定基準を中心に本実施の形態を説明したが、前記判定基準に加え、被検査物の１０の撮像の際の照明３（図１）の設定により、穴欠陥の検出の確実性を一層高めることも可能になる。例えば、複数方向から照明を当てることにより、スパッタ等の突起物の影が薄くなり、穴欠陥の輝度との差異が明りょうになり、誤判定防止により有利になる。また、複数の照明を設けて照明方向を順次切り替えることにより、穴欠陥の検出精度をより向上させることができる。

以上のように本発明は、溶接ビードのピットは輝度が低く、外径が小さい略円形であるという特徴に着眼して導き出したものである。程度は異なっても、各種穴欠陥は同様の特徴があるといえる。このため、設定、基準値を適宜変更することにより、本発明は、溶接ビードのピット以外の穴欠陥の検査に用いることが可能になる。例えば、本発明は袋状の被検査物の穴欠陥の検査に用いてもよい。

また、本実施形態では、２値化輝度の設定値や判定の際の基準値を数値例で示したが、これらの数値例は一例であり、設定値、基準値は被検査物に応じて適宜変更すればよい。これらの設定値、基準値は、ユーザが決定することになるが、あらかじめサンプル品で試行した上で数値を決定してもよい。また、図３のフローチャートでは、２値化輝度を下限値から段階的に増加させているが、これとは逆に上限値から段階的に減少させてもよい。

１ 表面検査装置
２ 検査カメラ
３ 照明装置
１０ 被検査物
１３，１４，１５ 溶接ビード
４０〜４９ 黒色塊

Claims (4)

1. 被検査物の穴欠陥を画像処理で検査する表面検査装置であって、
   被検査物を撮像する撮像手段と、
   前記撮像手段が撮像した撮像画像を２値化する２値化手段と、
   被検査物の穴欠陥の有無を判定する判定手段とを備えており、
   前記２値化手段は、設定に応じて変化する各輝度値を基準として２値化画像を算出し、
   前記判定手段は、異なる輝度値で２値化した複数の２値化画像に基いて穴欠陥の有無を判定し、
   複数の２値化画像の同じ位置に黒色塊があり、前記複数の２値化画像の数があらかじめ設定した数以上のときに、前記判定手段は、前記黒色塊は穴欠陥に対応するものであると判定することを特徴とする表面検査装置。
2. 複数の２値化画像の同じ位置に黒色塊があり、前記複数の２値化画像の数があらかじめ設定した数以上であることに加え、前記各黒色塊が穴欠陥に該当する形状であるときに、前記判定手段は、前記黒色塊は穴欠陥に対応するものであると判定する請求項１に記載の表面検査装置。
3. 前記２値化手段は、下限値から上限値までの間を段階的に変化する各輝度値を基準として２値化画像を算出する請求項１又は２に記載の表面検査装置。
4. 被検査物の穴欠陥を画像処理で検査する表面検査方法であって、
   被検査物を撮像して撮像画像を取得し、
   変化させた各輝度値を基準として前記撮像画像から２値化画像を算出し、
   異なる輝度値を基準として２値化した複数の２値化画像に基いて穴欠陥の有無を判定し、
   複数の２値化画像の同じ位置に黒色塊があり、前記複数の２値化画像の数があらかじめ設定した数以上のときに、前記判定手段は、前記黒色塊は穴欠陥に対応するものであると判定することを特徴とする表面検査方法。
   
   

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