JP5840909B2 - 検査装置及び方法 - Google Patents

Description

本発明は、スポット溶接部の有無及び位置を検査する検査装置及び検査方法に関する。

２枚以上の薄板金属の接合方法の一つとしてスポット溶接が一般的に知られている。スポット溶接においては、所望の位置にスポット溶接が行われていることを検査するのに、溶接により残る圧着痕が所望の位置に存在しているか否かの目視確認が行われる場合がある。しかしながら、人の行う目視確認では溶接漏れを見逃してしまう可能性があり、また溶接位置の正確な把握も困難である。そこで近年、こうした人的ミスを排除する検査方法が検討されている。

スポット溶接の検査に用いるものではないが、例えば、半導体露光装置の走査ステージの位置変動情報を取得するものとして、撮像機を用いてステージを撮像し、予めステージに設けておいたマークの位置関係と取得画像上のマークの位置関係とを比較するものがある（特許文献１等参照）。

特開２００７−４１２４４号公報

特許文献１の装置では、一定の製作精度が保証されたステージを撮像対象としていて、ステージ上に設けたマークの位置精度も保証されているから良いが、例えば同文献をスポット溶接の検査に適用し、スポット溶接を行った薄板金属（計測対象物）をステージに見立てても、計測対象物はスポット溶接によって変形等する場合があるため、撮像機と計測対象物が想定した位置関係となっているとは限らず、計測対象物上に設けたマークの位置精度を保証すること自体が困難であるから、画像から精度良くスポット溶接部の位置を算出することが難しい。

本発明の目的は、スポット溶接部の有無及び位置を精度良く計測することができる検査装置及び検査方法を提供することにある。

上記目的を達成するために、第１の発明は、検査面にスポット溶接部を有する計測対象物に対向して配置した撮像機と、前記撮像機の撮像軸と平行な光線を投光する投光機と、前記撮像機及び前記投光機が前記計測対象物に沿って移動するように、前記撮像機及び前記投光機、又は前記計測対象物を移動させる走査部と、前記撮像機による取得画像を処理する処理部とを備え、前記処理部は、前記取得画像上のスポット溶接部を抽出する溶接部抽出部と、前記溶接部抽出部で抽出したスポット溶接部の座標を算出する座標算出部と、前記光線によって前記計測対象物上に指し示された３点以上の基準点を前記取得画像から抽出する基準点抽出部と、前記基準点抽出部で抽出した取得画像上の基準点の座標を基に前記撮像機に対して一定距離で正対する一定の大きさの平面である正対対象物の検査面に対する前記計測対象物の距離、回転、傾斜及び倍率のずれを補正する補正値を算出する第１の補正値算出部と、前記取得画像上の前記計測対象物の特徴量を抽出する特徴量抽出部と、前記特徴量抽出部で抽出した特徴量から前記計測対象物の蛇行及び前記撮像軸周りの回転に起因する誤差を補正する補正値を算出する第２の補正値算出部と、前記第１及び第２の補正値算出部で算出した補正値により前記座標算出部で算出したスポット溶接部の座標を補正し、前記取得画像上のスポット溶接部の座標を前記正対対象物の検査面を撮像した場合に得られるスポット溶接部の座標に変換する座標補正部とを備えることを特徴とする。

第２の発明は、第１の発明において、前記第１の補正値算出部は、前記撮像機の受光面上の前記基準点の結像座標と、前記撮像機のレンズの焦点距離と、前記投光機の既知の座標とから、前記計測対象物上の前記３点以上の基準点の座標を算出し、算出した３点以上の基準点の座標を基に前記計測対象物の検査面の前記撮像機に対する位置を算出し、算出した前記検査面の位置を基に前記補正値を算出することを特徴とする。

第３の発明は、第１又は第２の発明において、前記特徴量は、前記取得画像上の前記計測対象物のエッジの傾き、及び複数の取得画像から選択した一の基準画像上の前記エッジに対する他の取得画像上の前記エッジのずれ量であり、前記第２の補正値算出部は、前記エッジの傾き及びずれ量を前記補正値として算出することを特徴とする。

第４の発明は、第１−第３のいずれかの発明において、前記取得画像の全点の座標を補正して得られた補正後の画像を表示する画像表示部を備えていることを特徴とする検査方法。

第５の発明は、検査面にスポット溶接部を有する計測対象物に対向して撮像機を配置するとともに当該撮像機の撮像軸と平行な光線を投光する投光機を設け、前記撮像機及び前記投光機が前記計測対象物に沿って移動するように、前記撮像機及び前記投光機、又は前記計測対象物を移動させつつ、前記計測対象物の画像を複数取得し、前記取得画像上のスポット溶接部を抽出し、抽出したスポット溶接部の座標を算出し、前記光線によって前記計測対象物上に指し示された３点以上の基準点を前記取得画像から抽出し、抽出した取得画像上の基準点の座標を基に前記撮像機に対して一定距離で正対する一定の大きさの平面である正対対象物の検査面に対する前記計測対象物の距離、回転、傾斜及び倍率のずれを補正する補正値を算出し、前記取得画像上の前記計測対象物の特徴量を抽出し、抽出した特徴量から前記計測対象物の蛇行及び前記撮像軸周りの回転に起因する誤差を補正する補正値を算出し、算出した補正値により前記スポット溶接部の座標を補正し、前記取得画像上のスポット溶接部の座標を前記正対対象物の検査面を撮像した場合に得られるスポット溶接部の座標に変換することを特徴とする。

第６の発明は、第５の発明において、前記正対対象物の検査面に対する前記計測対象物の傾斜及び倍率のずれに起因する誤差を補正する補正値は、前記撮像機の受光面上の前記基準点の結像座標と、前記撮像機のレンズの焦点距離と、前記投光機の既知の座標とから、前記計測対象物上の前記３点以上の基準点の座標を算出し、算出した３点以上の基準点の座標を基に前記計測対象物の検査面の前記撮像機に対する位置を算出し、算出した前記検査面の位置を基に算出することを特徴とする。

第７の発明は、第５又は第６の発明において、前記特徴量は、前記取得画像上の前記計測対象物のエッジの傾き、及び複数の取得画像から選択した一の基準画像上の前記エッジに対する他の取得画像上の前記エッジのずれ量であり、前記エッジの傾き及びずれ量を、前記計測対象物の蛇行及び前記撮像軸周りの回転に起因する誤差を補正する前記補正値として算出することを特徴とする。

第８の発明は、第５−第７のいずれかの発明において、前記取得画像の全点の座標を補正して得られた補正後の画像を表示することを特徴とする。

本発明によれば、スポット溶接部の有無及び位置を精度良く計測することができる。

本発明の実施例１に係る検査装置の全体構成を表す概念図である。 本発明の実施例１に係る検査装置に備えられた撮像機と投光機の位置関係を示す図である。 本発明の実施例１に係る検査装置に備えられた補正処理部１４の機能ブロック図である。 正対対象物と併せて非正対対象物を表した模式図である。 正対対象物と非正対対象物を撮像して得られた画像を例示する図である。 非正対対象物上の基準点のＺ座標の算出概念を表す説明図である。 非正対対象物の検査面の空間位置の変化についての説明図である。 Ｙ軸方向の補正概念の説明図である。 Ｚ軸周りの回転方向の補正概念の説明図である。 撮像機と計測対象物との相対的な位置関係についての説明図である。 本発明の実施例２に係る検査装置に備えられた補正処理部の機能ブロック図である。 本発明の実施例２に係る検査装置に備えられた表示装置に表示された補正前後の画像を表す図である。

以下に図面を用いて本発明の実施の形態を説明する。

〔全体構成〕
図１は本発明の実施例１に係る検査装置の全体構成を表す概念図である。

図１に示すように、本実施例の検査装置は、計測対象物３を撮像する撮像機１と、計測対象物３に光線（例えばレーザ光）を投光する投光機１２と、撮像機１及び投光機１２と計測対象物３とを相対的に移動させる走査部５と、撮像機１で取得された取得画像を処理する処理部２７とを備えている。

撮像機１は、計測対象物３の検査面に対向して配置されている。計測対象物３は、例えばスポット溶接により接合した長尺の薄板金属であり、特に図示していないが支持部材により支持されて撮像機１に対して対向している。撮像機１及び投光機１２はフレーム２５に固定的に支持されており、走査装置５に一体に搭載されている。走査装置５の走査方向は計測対象物３の延在方向と平行であり、長尺物を計測対象物３とする本実施例においては、走査装置５によって計測対象物３の長手方向に撮像機１及び投光機１２が一体となって移動するようになっている。計測対象物３の検査面にはスポット溶接部４が点在しており、当該検査面は撮像機１の撮像視野２よりも広く、走査装置５による移動と撮像機１による撮像とを繰り返し、複数の取得画像で検査面の全体がカバーされる。但し、走査装置５による走査は１次元的なものに限定されず、例えば２次元的に撮像機１を走査する構成とすることもできる。また、同様の撮像動作を実行する上では、撮像機１ではなく計測対象物３を走査する構成としても良い。

また、計測対象物３においては、幅方向の両側の端部（計測対象物３が横方向に延在する本実施例では上下の端部）の少なくとも一方について一定の真直度が予め程度保証されているものとする。撮像機１による取得画像には、計測対象物３の幅方向の両側の端部（本実施例では上下の端部）が写り込むようにする。また、投光機１２は、出射する光線の光軸が撮像機１の撮像軸（撮像用レンズの光軸）と平行になるように配置されている。投光機１２から出た光線は計測対象物３の表面に当たり、計測対象物３の表面に画像補正用の基準点１３を指し示す。なお、図１では本実施例では投光機１２を３つ設けた場合を例示しているが、３つに限られるものではなく、投光機１２を４つ以上設置する構成としても構わない。

撮像機１によって撮像された画像は、画像取込ボード６を介して処理部２７内に取り込まれる。処理部２７としては例えばパーソナルコンピュータ等を用いることができる。処理部２７は、バッファメモリ７と、溶接部抽出部８と、座標算出部９と、補正処理部１４と、データ記憶部１０と、画像表示部１１とを備えている。処理部２７では、取得された画像データがバッファメモリ７に一時保管されるとともに、溶接部抽出部８において取得画像上でスポット溶接部が抽出される。溶接部抽出部８による抽出結果は座標算出部９に送られ、座標算出部９において、抽出したスポット溶接部の像の座標が算出され、さらに補正処理部１４において取得画像から求めた補正値（後述）により取得画像上でスポット溶接部の座標のずれが補正される。ここで言う「ずれ」とは、撮像機１に対して計測対象物３が所望の距離だけ離れて正対しているとした場合における取得画像との座標のずれ量のことをいう。補正処理部１４で算出された補正結果は、データ記憶部１０に記憶されるとともに、画像表示部１１に表示出力することもできる。

図２は撮像機１と投光機１２の位置関係を示す図である。

３次元空間座標軸は、撮像機１の受光面中心を原点とし、受光面平面すなわち取得画像平面をＸＹ平面とし、撮像軸に沿ってＺ軸をとる。前述した通り投光機１２と撮像機１はフレーム２５を介して一体に構成されており、撮像機１に対する投光機１２の位置関係は不変である。加えて、投光機１２の光線は撮像機１の撮像軸すなわちＺ軸に平行である。そのため、計測対象物３上に指示された基準点１３のＸＹ座標は既知である。すなわち、図２に併せて示した３つの基準点１３の空間座標のうち、Ｘ１，Ｙ１，Ｘ２，Ｙ２，Ｘ３，Ｙ３については既知の値となる。なお、複数の投光機１２の各設置位置が、Ｘ軸又はＹ軸を境に対称な位置関係である必要はなく、Ｘ軸方向又はＹ軸方向に隣接する投光機１２のＸ座標又はＹ座標を揃える必要はない。

〔補正処理部〕
以下、補正処理部１４で実行される座標補正処理について説明する。

図３は補正処理部１４の機能ブロック図である。

補正処理部１４は、取得画像上の基準点１３を抽出する基準点抽出部２０、基準点抽出部２０で抽出した基準点１３の座標を基に計測対象物３の検査面の撮像機１に対するＸＹ軸周りの傾き及び画像倍率に起因するずれ量を補正値として算出する第１の補正値算出部２１、取得画像上の計測対象物３の特徴量を抽出する特徴量抽出部２２、特徴量抽出部２２で抽出した特徴量から取得画像の蛇行及びＺ軸周りの回転に対する補正値を算出する第２の補正値算出部２３、及び座標算出部９で算出したスポット溶接部１３の座標を第１及び第２の補正値算出部２１，２３で算出した補正値により補正する座標補正部２４を備えている。

補正処理部１４において、バッファメモリ７から送られてきた取得画像は、基準点抽出部２０及び特徴量抽出部２２に入力される。

基準点抽出部２０においては、入力された取得画像上の基準点１３が抽出される。そして、第１の補正値算出部２１においては、抽出した基準点１３の座標情報を基に、計測対象物３のＸ軸及びＹ軸周りの傾き（チルト）及び倍率のずれを加味した取得画像上の座標の補正値が算出される（後述）。

一方、特徴量抽出部２２においては、取得画像上の特徴量（本実施例では計測対象物３の像の上下のエッジ）が抽出される。そして、第２の補正値算出部２３においては、当該特徴量を基に、取得画像の計測対象物３の像が隣接画像の計測対象物３の像とずれなく繋がるようにするために必要な、取得画像の蛇行及びＺ軸周りの回転についての補正値が算出される（後述）。

座標補正部２４においては、第１の補正値算出部２１と第２の補正値算出部２３において算出された補正値が座標算出部９で算出されたスポット溶接部１３の座標に加算され、計測対象物３と撮像機１との位置関係のばらつきを加味してスポット溶接部１３の算出座標が補正される（後述）。

ここで、基準点１３を基準とした取得画像のＸ軸及びＹ軸周りの傾き及び倍率の補正値の算出方法、及び特徴量を基準とした取得画像の蛇行及びＺ軸周りの傾きの補正値の算出方法を説明する。以下の説明において、撮像機１に正対する計測対象物３を「正対対象物３ａ」、撮像機１に正対しない計測対象物３を「非正対対象物３ｂ」と適宜記載する。

〔第１の補正値算出部〕
まず、第１の補正値算出部２１による補正値の算出処理について説明する。

図４は正対対象物３ａ（点線）と併せて非正対対象物３ｂ（実線）を表した模式図、図５は正対対象物３ａ（左図）と非正対対象物３ｂ（右図）を撮像して得られた取得画像を例示する図である。

第１の補正値算出部２１では、基準点１３を基準として取得画像２６上のスポット溶接部の算出座標の補正値を算出するにあたり、まず、撮像機１を原点とする３次元空間座標系における計測対象物３の検査面の空間位置を求める。

（１）Ｚ軸方向への計測対象物３の移動、（２）Ｘ軸方向に延びる軸を支点とする計測対象物３の傾斜、（３）Ｙ軸方向に延びる軸を支点とする計測対象物３の傾斜に起因して計測対象物３の検査面の撮像機１からの距離が変化した場合（図４参照）、非正対対象物３ｂ上の基準点１３ｂのＺ座標が変化し、それに伴って非正対対象物３ｂの撮像画像２６上の基準点１５ｂの座標も変化する（図５参照）。非正対対象物３ｂ上の基準点１３ｂのＺ座標は、取得画像２６上の基準点１５ｂの座標を基に算出することができる。

図６は非正対対象物３ｂ上の基準点１３ｂのＺ座標の算出概念を表す説明図である。

ここでは、簡単のために撮像機受光面１６の中心を原点とした２次元平面（ＸＺ平面）を用いて説明する。撮像機１は、撮像機受光面１６と撮像機レンズ１７を有しており、撮像機レンズ１７の焦点距離をｆとする。非正対対象物３ｂ上の基準点１３ｂから出射されて撮像機レンズ１７の中心を通る光は基準点１５ｂの撮像機受光面１６上の結像位置まで直進する。撮像機受光面１６上の基準点像１５ｂの結像位置のＸ座標Ｘｄは実空間距離であるが、取得画像２６を基にして撮像機受光面１６上の結像位置が分かるため、撮像機受光面１６の中心画素から基準点像１５ｂの結像位置までの画素数に画素サイズを乗ずることで求められる。加えて、既述のように撮像機受光面１６の中心から投光機１２までの距離Ｘ１は既知であるため、非正対対象物３ｂ上の基準点１３ｂのＺ座標Ｚ１は、
Ｚ１＝｛（Ｘ１＋Ｘｄ）／Ｘｄ｝・ｆ ・・・（式１）
で与えられる。

非正対対象物３ｂ上の基準点１３ｂのＺ座標Ｚ１が求められると、基準点１３ｂのＸ座標Ｘ１、Ｙ座標Ｙ１が既知であることから、非正対対象物３ｂ上の基準点１３ｂの空間座標が定まる。このような空間座標を非正対対象物３ｂ上の各基準点１３ｂ（３点以上）について求めることで、非正対対象物３ｂの検査面の空間位置を一意的に求めることができる。なお、４点以上の基準点１３ｂの座標を算出した場合には近似平面を算出する。

図７は非正対対象物３ｂの検査面の空間位置の変化についての説明図である。

上記のようにして非正対対象物３ｂの検査面１８ｂの空間位置が求められるので、正対対象物３ａの検査面１８ａを基準として、当該検査面１８ａに対する検査面１８ｂの位置ずれ量（Ｚ軸方向距離Δｄ、Ｘ軸周り回転方向角度α、Ｙ軸周り回転方向角度β）や倍率の違いを算出することができる。ここで、正対対象物３ａの検査面１８ａは、撮像機受光面１６から距離ｄの位置で撮像機受光面１６に正対する一定の大きさの平面であって撮像軸に直交する平面である。

〔第２の補正値算出部〕
次に、第２の補正値算出部２３による補正値の算出処理を説明する。

図８はＹ軸方向の補正概念の説明図である。

第２の補正値算出部２３は、Ｙ軸方向へのスポット溶接部の算出座標の補正値を算出する場合、まず、取得した複数の画像２６ａ−２６ｃ上の計測対象物像１９のエッジ１９ａ，１９ｂ（上下の端部）を検出する。そして、各画像上のエッジ１９ａ，１９ｂの少なくとも一方について直線近似を行い、それにより求めた直線の各画像における同一Ｘ座標上のＹ座標を求める。この数値が、Ｙ軸方向の補正値となる。

各画像２６ａ−２６ｃについて同一Ｘ座標（例えばＸ＝０）におけるエッジ１９ａのＹ座標を求め、任意に選択した画像（本例では左画像２６ａとする）におけるエッジ１９ａの近似直線のＹ座標を基準として、当該画像２６ａの近似直線と他の画像２６ｂ，２６ｃの各近似直線とのＹ座標の差分をそれぞれ算出する。この値が他の画像２６ｂ，２６ｃにおけるＹ軸方向の補正値であり、座標算出部９で算出された画像２６ｂ，２６ｃ上のスポット溶接部の算出座標に各補正値を加算することで、他の画像２６ｂ，２６ｃについて座標算出部９で算出されたスポット溶接部の座標を、計測対象物３の蛇行によるずれを加味して補正することができる。図８においては、左端の画像２６ａのＹ座標を基準として、中央の画像２６ｂのスポット溶接部の算出座標をＹ座標の差分ｇ１だけ下に、右端の画像２６ｃのスポット溶接部の算出座標をＹ座標の差分ｇ２だけ上に平行移動し、計測対象物３のＹ軸方向への相対位置の変位によるずれを補正する場合のイメージを取得画像２６ａ−２６ｃを用いて概念的に表している。

図９はＺ軸周りの回転方向の補正概念の説明図である。

第２の補正値算出部２３は、Ｚ軸周りの回転方向にスポット溶接部の算出座標を補正する場合、各画像２６ａ−２６ｃにおけるエッジ１９ａの近似直線の傾きを求める。この数値がＺ軸周り回転方向の補正値となる。この補正値によって、計測対象物３のＺ軸周りの回転に起因する誤差を加味してスポット溶接部の座標を補正することができる。

図９においては、左端の画像２６ａ上のスポット溶接部の算出座標を同画像２６ａの近似直線の傾きθ１だけ、中央の画像２６ｂ上のスポット溶接部の算出座標を同画像２６ｂの近似直線の傾きθ２だけ、右端の画像２６ｃ上のスポット溶接部の算出座標を同画像２６ｂの近似直線の傾きθ３だけ回転補正する場合のイメージを取得画像２６ａ−２６ｃを用いて概念的に表している。

図８及び図９で説明した補正を順次実行することで、計測対象物３の蛇行及びＺ軸周りの回転変位に起因するスポット溶接部の検出誤差を補正することができる。

なお、本実施例ではエッジ２６ａ，２６ｂを用いてＹ軸方向移動、及びＺ軸周り回転を検出しているが、取得画像内におけるＹ軸方向位置、及びＺ軸周りの傾きが計測対象物３の全体に亘って検出可能な画像内特徴量であれば、他の特徴量を用いても構わない。また、Ｙ軸方向移動補正、Ｚ軸周り回転移動補正については、どちらの補正値を先に算出しても構わない。

〔溶接部補正演算部〕
第１の補正算出部２１と第２の補正値算出部２３で算出された値は、座標補正部２４（図３参照）に送られる。座標補正部２４の処理について説明する。

座標補正部２４は、まず図７で説明したように取得画像にＸ軸周り及びＹ軸周りの回転方向への傾き補正（以下「正対補正」）及び倍率補正を加えるイメージで、取得画像上のスポット溶接部の算出座標を補正する。撮像機受光面１６及び正対対象物３ａの検査面１８ａの間の距離（実空間距離）をｄとする。正対対象物３ａの検査面１８ａは、撮像機受光面１６から距離ｄの位置で撮像機受光面１６に正対する所定の大きさの平面である。求めた非正対対象物３ｂの検査面１８ｂが、Ｚ軸方向に距離Δｄ、Ｘ軸周り回転方向に角度α、Ｙ軸周り回転方向に角度βだけ正対対象物３ａの検査面１８ａとずれている場合、非正対対象物３ｂの取得画像上のスポット溶接部の算出座標（Ｘ，Ｙ）について次の式２及び式３で表される座標変換を実行することで、正対対象物３ａの検査面１８ａを撮像した場合に得られる取得画像上のスポット溶接部の座標（Ｘ’，Ｙ’）に変換する。但し、この補正のみでは、補正後の座標は、Ｙ軸方向及びＺ軸周りの回転方向への補正をまだ必要とし得る。

Ｘ’＝｛ｆ・（ｄ＋Δｄ−ｆ）・Ｘ｝／｛（ｄ−ｆ）・（ｆ・ｃｏｓβ−Ｘｓｉｎβ）｝ ・・・（式２）
Ｙ’＝｛ｆ・（ｄ＋Δｄ−ｆ）・Ｙ｝／｛（ｄ−ｆ）・（ｆ・ｃｏｓα−Ｙｓｉｎα）｝ ・・・（式３）
なお、ｆは撮像機レンズ１７（図６参照）の焦点距離である。

また、座標補正部２４は、Ｙ軸方向及びＺ軸周り回転方向に取得画像を補正するイメージで、取得画像上のスポット溶接部の座標を補正する。例えば、先の図８における中央の取得画像２６ｂ上の計測対象物１９のエッジ１９ａが、基準とする左側の取得画像２６ａ上のエッジ１９ａと比較してＹ座軸方向にｇだけずれており、取得画像２６ｂ上のエッジ１９ａが水平に対して角度θだけ傾斜しているとする。この場合、座標補正部２４は、取得画像２６ｂ上のスポット溶接部の算出座標（Ｘ，Ｙ）について次の式４及び式５で表される座標変換を実行することで、Ｙ軸方向のずれｇとＺ軸周りの回転ずれθが反映された座標（Ｘ’，Ｙ’）が得られる。

Ｘ’＝Ｘ０＋（Ｘ−Ｘ０）・ｃｏｓθ−（Ｙ−Ｙ０）・ｓｉｎθ ・・・（式４）
Ｙ’＝Ｙ０＋（Ｘ−Ｘ０）・ｓｉｎθ＋（Ｙ−Ｙ０）・ｃｏｓθ＋ｇ ・・・（式５）
なお、座標（Ｘ０，Ｙ０）は取得画像２６ａ−２６ｃ内の任意の点であって各取得画像２６ａ−２６ｃ上の同一座標の点とする。

以上のようにして得られたスポット溶接部の補正座標は、データ記憶部１０に送られて保存され、また画像表示部１１に送られて表示される。

〔効果〕
ここで、図１０は撮像機１と計測対象物３との相対的な位置関係についての説明図である。

撮像機１の受光面中心すなわち撮像機１による取得画像の中心位置を撮像機原点とし、撮像機１の走査方向にＸ軸、撮像軸方向にＺ軸をとり、Ｚ軸及びＸ軸に直交する軸をＹ軸とする。また、撮像軸（Ｚ軸）と計測対象物３の検査面との交点を計測対象物原点とし、計測対象物長尺方向にＸ’軸、検査面内でＸ’軸に直交する方向にＹ’軸、検査面の法線方向にＺ’軸をとる。撮像機１を走査する際に発生する可能性のある撮像機１と計測対象物３との相対位置のずれ、すなわち撮像機原点及び計測対象物原点との距離や軸のずれは、走査装置の送り精度に依存するＸ’軸方向移動を除く、Ｘ’軸周り回転、Ｙ’軸周り回転、Ｙ’軸方向移動、Ｚ’軸周り回転、Ｚ’軸方向移動の５つの成分からなる。

本実施例においては、上記のように撮像画像上のスポット溶接部の座標、及び撮像機１のレンズ倍率を用いてスポット溶接部４の位置を算出する。スポット溶接部４の位置を高精度に算出するためには、撮像機１と計測対象物３との位置関係を把握し、算出したスポット溶接部４の座標を撮像機１と計測対象物３との位置関係を基にして補正する必要がある。

それに対し、本実施例では、取得画像のＸ軸及びＹ軸周りの傾き、並びに画像倍率についての図７の補正を実行することで、図１０における計測対象物３と撮像機受光面１８との位置関係に起因するスポット溶接部の算出座標誤差のうちＺ軸方向移動、Ｘ軸周り回転、及びＹ軸周り回転に起因する成分を補正することができる。さらに、図８及び図９で説明した撮像画像のＹ軸方向及びＺ軸周りの回転方向のずれを補正することで、残るＹ軸方向移動、及びＺ軸周り回転に起因する成分を補正することができる。

このとき、計測対象物３はスポット溶接を施した薄板金属であるためスポット溶接によって多少変形する場合がある。そのため、例えば、計測対象物３上にマークを付けるのではマークと撮像原点との位置関係が上記５つの成分方向に変位する可能性があり、計測対象物３上のマークを基準にして同じ計測対象物３上のスポット溶接部の座標を補正するのでは精度を確保することが困難である。

そこで、本実施例では、計測対象物３上にマークを付すのではなく、投光機１２により基準点１３を指し示すことにより、基準点位置のＸＹ座標を既知の値とするとともにＺ座標についても上記式１で一意的に算出することができ、撮像機受光面１６に対する計測対象物３の位置関係を高精度に特定することができる。したがって、第１の補正値算出部２１や第２の補正値算出部２３により算出される補正値の精度を確保することができる。

以上により、本実施例によれば、スポット溶接部４の有無はもとよりスポット溶接部４の位置を精度良く計測することができる。

本実施例が実施例１と相違する点は、実施例１が、補正値を取得画像上のスポット溶接部の座標にのみ反映させる例であってあくまでスポット溶接部の補正座標を算出する例であったのに対し、本実施例はスポット溶接部のみならずこれを含む取得画像上のデータ全体を補正して、スポット溶接部の座標データを得るのみならず補正画像上でスポット溶接部の位置を視覚的に確認することができる点である。

図１１は本発明の実施例２に係る検査装置に備えられた補正処理部の機能ブロック図である。

図１１に示したように、本実施例では、座標算出部９から送られたスポット溶接部の抽出結果にバッファメモリ７から送られた取得画像を重ね合わせた合成画像のデータが、補正処理部１４に送られる。補正処理部１４においては、実施例１と同じ要領で第１及び第２補正値算出部２１，２３で算出した補正値を用いて、座標補正部２４で合成画像を補正する。補正した合成画像のデータはデータ記憶部１０及び画像表示部１１に送られる。

先の図７を参照しつつ、座標補正部２４による合成画像の補正方法について説明する。

まず、座標補正部２４は、合成画像の正対補正及び倍率補正を行う。撮像機受光面１６と正対対象物３ａの検査面１８ａとの距離をｄとし、また、正対対象物３ａの検査面１８ａに対して非正対対象物３ｂの検査面１８ｂが、Ｚ軸方向に距離Δｄ、Ｘ軸周り回転方向に角度α、Ｙ軸周り回転方向に角度β変動した場合、非正対対象物３ｂの検査面１８ｂを撮像して取得した取得画像上の全点の座標（Ｘｉ，Ｙｉ）において、次の式６及び式７で表される座標変換を行う。

Ｘｉ’＝｛ｆ・（ｄ＋Δｄ−ｆ）・Ｘｉ｝／｛（ｄ−ｆ）・（ｆ・ｃｏｓβ−Ｘｉｓｉｎβ）｝ ・・・（式６）
Ｙｉ’＝｛ｆ・（ｄ＋Δｄ−ｆ）・Ｙｉ｝／｛（ｄ−ｆ）・（ｆ・ｃｏｓα−Ｙｉｓｉｎα）｝ ・・・（式７）
但し、ｆは撮像機レンズ１７の焦点距離である。

次に、計測対象物３の蛇行及びＺ軸周りの回転に起因して合成画像を補正する。例えば基準画像と比較して画像上の計測対象物のエッジ１９ａが、Ｙ軸方向にｄ、Ｚ軸周りの回転方向に角度θだけずれている場合、撮像画像上の全ての座標（Ｘｉ，Ｙｉ）において次の式８及び式９で表される座標変換を行う。

Ｘｉ’＝Ｘ０＋（Ｘｉ−Ｘ０）・ｃｏｓθ−（Ｙｉ−Ｙ０）・ｓｉｎθ ・・・（式８）
Ｙｉ’＝Ｙ０＋（Ｘｉ−Ｘ０）・ｓｉｎθ＋（Ｙｉ−Ｙ０）・ｃｏｓθ＋ｄ ・・・（式９）
但し、座標（Ｘ０，Ｙ０）は取得画像内の任意の点であって複数の画像において同一の値であるとする。

以上により取得されたデータに基づき補正画像を画像表示部１１に表示することにより、図１２に示したように、図１０で説明した５つの誤差成分を包含した合成画像（左図）を正対像としての補正画像（右）に補正することができ、実施例１の効果に加え、当該補正画像上でスポット溶接部２８の位置を画像上で視覚的に確認できるメリットが得られる。

１ 撮像機
３ 計測対象物
３ａ 正対対象物（撮像機に正対する平面）
３ｂ 非正対対象物
４ スポット溶接部
５ 走査部
８ 溶接部抽出部
９ 座標算出部
１１ 画像表示部
１２ 投光機
１３ 基準点
１５ａ，ｂ 取得画像上の基準点
１７ 撮像機のレンズ
１８ａ 検査面
１９，ｂ 計測対象物のエッジ
２０ 基準点抽出部
２１ 第１の補正値算出部
２２ 特徴量抽出部
２３ 第２の補正値算出部
２４ 座標補正部
２６ａ−ｃ 取得画像
２７ 処理部
２８ 取得画像上のスポット溶接部
ｆ 焦点距離

Claims (8)

1. 検査面にスポット溶接部を有する計測対象物に対向して配置した撮像機と、
   前記撮像機の撮像軸と平行な光線を投光する投光機と、
   前記撮像機及び前記投光機が前記計測対象物に沿って移動するように、前記撮像機及び前記投光機、又は前記計測対象物を移動させる走査部と、
   前記撮像機による取得画像を処理する処理部とを備え、
   前記処理部は、
   前記取得画像上のスポット溶接部を抽出する溶接部抽出部と、
   前記溶接部抽出部で抽出したスポット溶接部の座標を算出する座標算出部と、
   前記光線によって前記計測対象物上に指し示された３点以上の基準点を前記取得画像から抽出する基準点抽出部と、
   前記基準点抽出部で抽出した取得画像上の基準点の座標を基に前記撮像機に対して一定距離で正対する一定の大きさの平面である正対対象物の検査面に対する前記計測対象物の距離、回転、傾斜及び倍率のずれを補正する補正値を算出する第１の補正値算出部と、
   前記取得画像上の前記計測対象物の特徴量を抽出する特徴量抽出部と、
   前記特徴量抽出部で抽出した特徴量から前記計測対象物の蛇行及び前記撮像軸周りの回転に起因する誤差を補正する補正値を算出する第２の補正値算出部と、
   前記第１及び第２の補正値算出部で算出した補正値により前記座標算出部で算出したスポット溶接部の座標を補正し、前記取得画像上のスポット溶接部の座標を前記正対対象物の検査面を撮像した場合に得られるスポット溶接部の座標に変換する座標補正部と
   を備えることを特徴とする検査装置。
2. 請求項１の検査装置において、
   前記第１の補正値算出部は、
   前記撮像機の受光面上の前記基準点の結像座標と、前記撮像機のレンズの焦点距離と、前記投光機の既知の座標とから、前記計測対象物上の前記３点以上の基準点の座標を算出し、
   算出した３点以上の基準点の座標を基に前記計測対象物の検査面の前記撮像機に対する位置を算出し、
   算出した前記検査面の位置を基に前記補正値を算出する
   ことを特徴とする検査装置。
3. 請求項１又は２の検査装置において、
   前記特徴量は、前記取得画像上の前記計測対象物のエッジの傾き、及び複数の取得画像から選択した一の基準画像上の前記エッジに対する他の取得画像上の前記エッジのずれ量であり、
   前記第２の補正値算出部は、前記エッジの傾き及びずれ量を前記補正値として算出する
   ことを特徴とする検査装置。
4. 請求項１−３のいずれかの検査装置において、
   前記取得画像の全点の座標を補正して得られた補正後の画像を表示する画像表示部を備えていることを特徴とする検査装置。
5. 検査面にスポット溶接部を有する計測対象物に対向して撮像機を配置するとともに当該撮像機の撮像軸と平行な光線を投光する投光機を設け、
   前記撮像機及び前記投光機が前記計測対象物に沿って移動するように、前記撮像機及び前記投光機、又は前記計測対象物を移動させつつ、前記計測対象物の画像を複数取得し、
   前記取得画像上のスポット溶接部を抽出し、
   抽出したスポット溶接部の座標を算出し、
   前記光線によって前記計測対象物上に指し示された３点以上の基準点を前記取得画像から抽出し、
   抽出した取得画像上の基準点の座標を基に前記撮像機に対して一定距離で正対する一定の大きさの平面である正対対象物の検査面に対する前記計測対象物の距離、回転、傾斜及び倍率のずれを補正する補正値を算出し、
   前記取得画像上の前記計測対象物の特徴量を抽出し、
   抽出した特徴量から前記計測対象物の蛇行及び前記撮像軸周りの回転に起因する誤差を補正する補正値を算出し、
   算出した補正値により前記スポット溶接部の座標を補正し、前記取得画像上のスポット溶接部の座標を前記正対対象物の検査面を撮像した場合に得られるスポット溶接部の座標に変換することを特徴とする検査方法。
6. 請求項５の検査方法において、
   前記正対対象物の検査面に対する前記計測対象物の傾斜及び倍率のずれに起因する誤差を補正する補正値は、
   前記撮像機の受光面上の前記基準点の結像座標と、前記撮像機のレンズの焦点距離と、前記投光機の既知の座標とから、前記計測対象物上の前記３点以上の基準点の座標を算出し、
   算出した３点以上の基準点の座標を基に前記計測対象物の検査面の前記撮像機に対する位置を算出し、
   算出した前記検査面の位置を基に算出する
   ことを特徴とする検査方法。
7. 請求項５又は６の検査方法において、
   前記特徴量は、前記取得画像上の前記計測対象物のエッジの傾き、及び複数の取得画像から選択した一の基準画像上の前記エッジに対する他の取得画像上の前記エッジのずれ量であり、
   前記エッジの傾き及びずれ量を、前記計測対象物の蛇行及び前記撮像軸周りの回転に起因する誤差を補正する前記補正値として算出する
   ことを特徴とする検査方法。
8. 請求項５−７のいずれかの検査方法において、
   前記取得画像の全点の座標を補正して得られた補正後の画像を表示することを特徴とする検査方法。

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