JP5702636B2

JP5702636B2 - 外観検査方法

Info

Publication number: JP5702636B2
Application number: JP2011063208A
Authority: JP
Inventors: 雅文比嘉
Original assignee: Kubota Matsushitadenko Exterior Works Ltd; KMEW Co Ltd
Current assignee: KMEW Co Ltd
Priority date: 2011-03-22
Filing date: 2011-03-22
Publication date: 2015-04-15
Anticipated expiration: 2031-03-22
Also published as: JP2012198145A

Description

本発明は、平坦な表面に比較的小さな凹凸を付けたスレート瓦や外壁材等の建材及びこの建材に上記凹凸を付与するロール等の製作治具の外観を検査する方法及び装置に関するものである。

従来より、建材の外観を検査する方法として各種のものが提案されている。例えば、特許文献１には、基材の塗装面に向けて光源から紫外線を照射し、塗装面からの反射光の強度を計測器で計測することによって、塗装不良を検査する方法が記載されている。しかし、建材の外観不良は塗装不良だけでなく、建材の形状等に起因する建材間での光沢差が光沢ムラ（斑）となって発現し、外観不良になることがあった。特に、太陽光線下で使用され、施工時に複数の建材を並べて貼り合わせする場合には、光沢差が目立って外観不良になりやすいものであった。そして、この光沢差による外観不良は、主に建材の表面の形状に起因すると考えられるため、建材間で色合いが同じでも発生する場合があり、上記の塗装不良を検査する方法では検査しにくいものであった。

また、建材間の光沢差による外観不良は、建材の表面に筋状などの柄を形成するために建材の表面に微細な凹凸を形成した場合に、特に発生しやすいものである。これは、表面に形成した凹凸の傾斜面が建材間で異なるため、建材の表面で反射される光の方向や強さが異なることに起因すると考えられ、主に、水平に対する傾斜角度が１１〜１７°の傾斜面の占める割合（面積）が建材間で異なると、建材間の光沢差による外観不良が発生しやすいものであった。さらに、建材の表面に付着した砂などの異物や建材の表面の色合いも、建材の光沢に影響する要因として挙げられる。

そして、建材の光沢に影響する上記の要因を全て加味した上で建材の光沢を検査し、建材間の光沢差による外観不良を少なくすることが望まれていた。

特開２００９−２５１５５号公報

本発明は上記の点に鑑みてなされたものであり、表面に凹凸を有する検査対象物の光沢を検査することができる外観検査方法及び外観検査装置を提供することを目的とするものである。

本発明に係る外観検査方法は、傾斜面を有する凹凸が表面に形成された検査対象物の光沢を検査する外観検査方法であって、前記検査対象物の表面から離間した位置に、光源と受光器とを前記検査対象物の表面からこの順で配置し、前記受光器から前記検査対象物の表面に前記光源を投影した位置を基準として前記検査対象物の表面の対称な位置を二つの検査領域とし、前記光源から前記検査対象物の表面に光を照射し、前記二つの検査領域からの反射光を前記受光器で受光し、前記受光器で受光した反射光から得られる前記各検査領域の測定値を比較して前記測定値の差が所定の閾値以下か否かを判定することを特徴とするものである。

前記検査対象物は、表面の凹凸により筋状の凹凸柄が形成された建材であることが好ましい。

前記検査対象物は、表面の凹凸により筋状の凹凸柄が形成されたロール成形型であることが好ましい。

本発明は、表面に凹凸を有する検査対象物の光沢を検査することができるものである。

本発明の実施の形態の一例を示す概略図である。同上の検査対象物の一例を示す一部の断面図である。同上の検査対象物の一例を示す概略図である。同上の検査対象物の一例を示す一部の平面図である。同上の検査対象物の一例を示す概略図である。従来例を示し、（ａ）（ｂ）は概略図である。本発明の実施の形態の一例を示す概略図である。本発明の他の実施の形態の一例を示す概略図である。

以下、本発明を実施するための形態を説明する。

図１に示す外観検査装置Ａは、下面が開口する筐体１と、筐体１の天板部１ａに取り付けられた受光器２と、筐体１の内部に配置される光源３と、演算装置４とを備えて形成されている。

筐体１は黒色などに着色された側壁部１ｂ及び天板部１ａを有しており、外部からの光が内部に入射しにくくしている。また、筐体１の下部には複数の車輪１ｃが設けられており、外観検査装置Ａは走行自在に形成されている。外観検査装置Ａはこの車輪１ｃを検査対象物Ｂの表面を転動させながら検査を行うことができるものであり、複数回の検査を繰り返し行っても検査毎に外観検査装置Ａの姿勢等が変わりにくく安定した状態で検査することができる。従って、検査対象物Ｂの広範囲を検査する場合であっても検査結果が安定しやすくなるものである。また、車輪１ｃにはエンコーダを内蔵させることができ、例えば、エンコーダで車輪１ｃの走行距離を得て検査範囲を容易に把握することができる。

受光器２としては、ＣＣＤカメラなどの撮像装置（カメラ）を用いることができる。光源３としては、検査対象物の表面の色に検査結果が影響を受けにくくするために、紫外線ランプなどを用いることができる。外観検査装置Ａには、受光器２と光源３とを一つずつ設けるようにするのが好ましく、これにより、複数の受光器２と複数の光源３とを設ける必要がなくなって安価にすることができ、しかも、受光器２や光源３の劣化等による個々の性能のバラツキを把握する必要が無く、管理が容易で測定精度が安定しやすくなる。受光器２と光源３は鉛直方向に一直線上に並んで配置されている。光源３は受光器２の真下に配置され、筐体１の内部の略中央部に配置されている。

尚、受光器２の受光範囲（カメラの場合は視野範囲）に校正板を配置し、受光器２による受光の測定値にフィードバックを行うのが好ましい。これにより、光源３の劣化の影響を少なくして検査を行うことができる。また、校正板を検査対象物Ｂと同等の位置に設けることにより、校正板の校正により、検査対象物Ｂの表面が高輝度（例えば、金属）であっても低輝度（例えば、木材）であっても同一の外観検査装置Ａを用いて検査可能となる。

演算装置４はパーソナルコンピュータ等を用いることができる。演算装置４と受光器２とは電気的に接続されており、また、車輪１ｃにエンコーダを設けた場合は、エンコーダと演算装置４も電気的に接続されている。演算装置４は３つの処理機能を有することができ、多くの検査対象物Ｂに対応することができる。例えば、光量計測（平均輝度計測）の機能はロール成形型などの金属製で光沢が高いものについて使用することができる。また、アンシャープマスク処理はスラブなどの光沢の低いものについて使用することができる。光沢部面積割合は塗装面などの光沢があるものについて使用することができる。

そして、上記の外観検査装置Ａを用いて外観検査を行うにあたっては次のようにして行う。まず、外観検査装置Ａを検査対象物Ｂの表面に配置する。この場合、外観検査装置Ａの車輪１ｃを検査対象物Ｂの表面に載置する。検査対象物Ｂは、表面に微細な凹凸を有するものである。この微細な凹凸は、凹部１０と凸部１１とがほぼ周期的に並んで形成されているものであって、凹部１０と凸部１１の高低差は１〜５ｍｍ程度である。検査対象物Ｂは、図２に示すように、凹部１０と凸部１１が交互に繰り返し形成されているものであって、凹部１０の側面や凸部１１の側面が傾斜面１２として形成されている。図３に示すように、検査対象物Ｂとしては、セメントを主成分とする窯業系外装材やスレート瓦などの建材１５を例示することができる。このような建材１５では表面の微細な凹凸が筋状の凹凸柄として形成されている。また、窯業系建材の表面に上記のような微細な凹凸を形成する場合には、グレンロールとよばれる円筒状のロール成形型１６が用いられる。このようなロール成形型１６の表面には建材１５に形成される微細な凹凸を反転した凹凸が形成されている。そして、ロール成形型１６の表面を平坦な基材の表面に押し付けて微細な凹凸を転写し、上記のような微細な凹凸が筋状の凹凸柄となる建材１５を形成することができる。このように筋状の凹凸柄を形成するために、表面に微細な凹凸を有するロール成形型１６も検査対象物Ｂとすることができる。

上記のように外観検査装置Ａを検査対象物Ｂの表面に配置すると、光源３と受光器２が検査対象物Ｂの表面から離間した位置に配置される。また、検査対象物Ｂの表面から見て光源３と受光器２がこの順で並んで配置される。検査対象物Ｂが平板状の建材１５の場合は、建材を略水平に配置し、その上面に外観検査装置Ａを載置すると、鉛直方向に光源３と受光器２がこの順で下から上に並ぶことになる。また、検査対象物Ｂがロール成形型１６の場合は、ロール成形型１６の中心と光源３と受光器２が一直線上に並ぶことになる。そして、このように外観検査装置Ａを検査対象物Ｂの表面に配置した場合において、図４に示すように、受光器２から検査対象物Ｂの表面に光源３を投影した位置Ｐを基準とし、検査対象物Ｂの表面に位置Ｐを挟んで対称な左右あるいは前後の位置を二つの検査領域Ｂ１、Ｂ２とする。この検査領域Ｂ１、Ｂ２は同じ面積を有し、受光器２の視野や取付位置などによって適宜設定可能であるが、例えば、３０ｍｍ×１００ｍｍの大きさとすることができる。

次に、光源３を点灯させて検査対象物Ｂの表面に光を照射すると、照射された光Ｌ１、Ｌ２が検査対象物Ｂの各検査領域Ｂ１，Ｂ２で各々反射される。この反射光Ｌ３、Ｌ４は、各検査領域Ｂ１，Ｂ２から各々受光器２に受光される。次に、受光器２で受光された反射光Ｌ３、Ｌ４は画像データとして受光器２から演算装置４に入力される。次に、演算装置４で画像データから測定値を算出する。ここで、測定値とは各検査領域Ｂ１，Ｂ２における平均輝度（全体明るさ）と光沢部面積割合を意味する。この平均輝度と光沢部面積割合は各検査領域Ｂ１，Ｂ２における角度１７〜２４°の方向に向いている傾斜面１２の広さを表示するものと考えられる。各検査領域Ｂ１，Ｂ２で角度１７〜２４°の方向に向いている傾斜面１２は、各検査領域Ｂ１，Ｂ２に形成された一部の凸部１１や一部の凹部１０の傾斜面１２である。

検査領域Ｂ１の平均輝度は、（検査領域Ｂ１の画像データの各ピクセルの輝度値の総量）／（検査領域Ｂ１の画像データのピクセル数）の式で算出することができる。検査領域Ｂ２の平均輝度も同様に、（検査領域Ｂ２の画像データの各ピクセルの輝度値の総量）／（検査領域Ｂ２の画像データのピクセル数）の式で算出することができる。

光沢部面積割合は、目視で光沢が確認できる部分と得られた画像の検査領域Ｂ１，Ｂ２とで２値化を行い、閾値を超えた部分の面積が検査領域Ｂ１と検査領域Ｂ２とで同じになるように閾値を調整し、次に、検査領域Ｂ１と検査領域Ｂ２の各々で面積中に閾値を超える部分の面積がどれだけを占めるか計算する。そして、検査領域Ｂ１においては、（検査領域Ｂ１において閾値より上のピクセル数）／（検査領域Ｂ１のピクセル数×１００（％））の式で光沢部面積割合を算出することができる。また、検査領域Ｂ２においても同様に、（検査領域Ｂ２において閾値より上のピクセル数）／（検査領域Ｂ２のピクセル数×１００（％））の式で光沢部面積割合を算出することができる。

このようにして各検査領域Ｂ１，Ｂ２で平均輝度と光沢部面積割合とを別々に算出した後、演算装置４で検査領域Ｂ１の平均輝度と光沢部面積割合と、検査領域Ｂ２の平均輝度と光沢部面積割合とを比較する。

一つの検査対象物Ｂの光沢差のバランス（例えば、建材やロール成形型の左右の光沢差のバランスなど）を確認する場合は、一つの検査対象物Ｂに検査領域Ｂ１と検査領域Ｂ２の両方を設定し、上記の平均輝度と光沢部面積割合を算出し、検査領域Ｂ１の平均輝度と検査領域Ｂ２の平均輝度の差分及び検査領域Ｂ１の光沢部面積割合と検査領域Ｂ１の光沢部面積割合の差分を確認する。

二つの検査対象物Ｂの光沢差のバランス（例えば、二枚の建材を隣接して張り合わせた場合の光沢差のバランスなど）を確認する場合は、二枚の検査対象物Ｂの各々に検査領域Ｂ１と検査領域Ｂ２の両方を設定し、二枚の検査対象物Ｂの各々の検査領域Ｂ１と検査領域Ｂ２について各上記の平均輝度と光沢部面積割合を算出する。この後、一方の検査対象Ｂの検査領域Ｂ１の平均輝度と他方の検査対象Ｂの検査領域Ｂ１の平均輝度の差分及び一方の検査対象Ｂの検査領域Ｂ１の光沢部面積割合と他方の検査対象Ｂの検査領域Ｂ１の光沢部面積割合の差分を確認する。また、検査領域Ｂ２についても同様に、一方の検査対象Ｂの検査領域Ｂ２の平均輝度と他方の検査対象Ｂの検査領域Ｂ２の平均輝度の差分及び一方の検査対象Ｂの検査領域Ｂ２の光沢部面積割合と他方の検査対象Ｂの検査領域Ｂ２の光沢部面積割合の差分を確認する。

そして、演算装置４で検査領域Ｂ１の測定値（平均輝度と光沢部面積割合）と検査領域Ｂ２の測定値（平均輝度と光沢部面積割合）との差が所定の閾値以下であるか否かを判定する。この差が所定に閾値以下であれば、検査領域Ｂ１と検査領域Ｂ２の光沢に差が少なくてほぼ同じと見なすことができる。ここで、閾値は平均輝度で５以下（受光器２が出力８ビットＣＣＤの場合）、光沢部面積割合で１％以下とすることができる。

検査対象物Ｂが建材１５の場合に、図５に示すように、二枚の建材１５を隣接させて並べ、一方の建材に検査領域Ｂ１を、他方の建材に検査領域Ｂ２を各々設け、検査領域Ｂ１と検査領域Ｂ２の測定値を上記のように算出して比較し、測定値の差が閾値よりも大きいものについては、不良品として使用しないようにすることができる。また、検査対象物Ｂがロール成形型の場合は、一つのロール成形型に検査領域Ｂ１と検査領域Ｂ２の両方を設け、検査領域Ｂ１と検査領域Ｂ２の測定値を上記のように算出して比較し、測定値の差が閾値よりも大きいものについては、不良品としてメンテナンスをしたり建材の製造に用いないようにすることができる。

上記の外観検査方法では、検査対象物Ｂの表面に微細な凹凸があって、形状に偏りがある場合でも、検査対象物Ｂの光沢差の数値管理が可能となるものである。また、同じ外観検査装置Ａを用いて、光源３の位置などの光学条件を規定することにより、窯業系の建材や金属製のロール成形型などの複数種の検査対象物Ｂの検査が可能となるものである。また、一つの光源３と一つの受光器２で構成され、一度の測定で複数の角度を検査することが可能であり、小型化や省作業化を図ることができる。例えば、図６（ａ）に示すような装置を用いて、線状もしくは面状の凹凸を計測する事により、表面形状を計測して外観を評価する方法がある。この場合、計測するには光源３や受光器２の角度を綿密に調整することが必要な上、計測に時間がかかる。また、形状読み取り用のセンサが高価である。また、上記の装置を用いた場合、検査対象物Ｂの二つの検査領域Ｂ１、Ｂ２を同時に検査しようとすると、図６（ｂ）に示すように、受光器２と光源３とを二組使用する必要があり、二組の装置間の性能のズレが発生することがある。また、二組の装置間は光の干渉を防止するため離間する必要もある。従って、装置の費用が高くなりおそれがあり、検査処理も困難になるおそれがあった。しかし、上記の外観検査装置Ａでは、図７に示すように、一つの受光器２と一つの光源３で構成されているため、装置の費用を低く抑えることができ、また、検査精度の向上を図ることができる。

また、図５に示すように、ロール成形においてロール成形型１６の軸方向に二列に並んで配置されて成形される製品は、施工時、一方の列の製品を他方の列の製品に対して反転させて施工される。このため、一方の列の製品と他方の列の製品との表面の凹凸の傾斜のバランスが崩れると、製品毎の差異がより顕著に現れるという問題がある。しかしながら、屋根瓦などの製造においては、雨水がスムーズに軒棟方向に流れるように、暴露部への流れ方向の筋状凹凸柄をロール成形型１６により柄付けするので、この場合は生産性を考慮すればロール成形型１６の軸方向に二列に並んで製品を配置せざるを得ない。そこで、上記のような本発明の外観検査を行うことにより、製造上で生じる製品間の差異を確認し、屋根などの外観不良を少なくすることができるものである。

上記の外観検査装置Ａにおいて、図８に示すように、光源３の両側方にミラー５を設けることができる。この場合、ミラー５の角度や設置位置を変更することにより検査領域Ｂ１、Ｂ２の位置を容易に変更することができる。また、上記の外観検査装置Ａにおいて、光源３として紫外線ランプとは別の波長のランプ（例えば、赤外線ランプなど）を用いることも可能である。また、光源３を点光源にして全方向の検査をすることも可能である。

Ｂ検査対象物
Ｂ１検査領域
Ｂ２検査領域
Ｌ１光
Ｌ２光
Ｌ３反射光
Ｌ４反射光
２受光器
３光源
１２傾斜面
１５建材
１６ロール成形型

Claims

傾斜面を有する凹凸が表面に形成された検査対象物の光沢を検査する外観検査方法であって、前記検査対象物の表面から離間した位置に、光源と受光器とを前記検査対象物の表面からこの順で配置し、前記受光器から前記検査対象物の表面に前記光源を投影した位置を基準として前記検査対象物の表面の対称な位置を二つの検査領域とし、前記光源から前記検査対象物の表面に光を照射し、前記二つの検査領域からの反射光を前記受光器で受光し、前記受光器で受光した反射光から得られる前記各検査領域の測定値を比較して前記測定値の差が所定の閾値以下か否かを判定することを特徴とする外観検査方法。
前記検査対象物は、表面の凹凸により筋状の凹凸柄が形成された建材であることを特徴とする請求項１に記載の外観検査方法。
前記検査対象物は、表面の凹凸により筋状の凹凸柄が形成されたロール成形型であることを特徴とする請求項１に記載の外観検査方法。