JP5891717B2 - 穴の内部検査装置、穴の内部検査方法、およびプログラム - Google Patents

Description

本発明は、穴の内部検査装置、穴の内部検査方法、およびプログラムに関する。

従来、加工製品に形成された穴の内部を検査する方法として、例えば、特許文献１に記載されているように、穴の内部に照明用のプローブを挿入し、穴側面からの反射光をＣＣＤ（Charge Coupled Device）カメラなどで画像記録し、その画像を処理することにより検査する方法が知られていた。
また、例えば、特許文献２に記載されているように、穴の内部にプローブや検査ヘッドなどを挿入することなく、視野角の大きな広角レンズを用いたカメラで穴の内部表面を撮像し、得られた画像を処理することにより検査する方法が知られていた。

特開２００９−２５７９７９号公報 特開２０１１−８９８２６号公報

しかしながら、特許文献１に記載の検査方法では、検査対象の穴径が数百ミクロン以下の場合には、微細なプローブを作り、精度良く穴に挿入する必要があるなど、簡便に検査することが困難であるという課題があった。
また、特許文献２に記載の検査方法では、得られた画像の座標系の変換処理や、遠近補正処理、ゆがみ補正処理などの多くの画像処理を必要としたため、検査時間が長くなってしまうという課題があった。

本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の適用例または形態として実現することが可能である。

［適用例１］本適用例に係る穴の内部検査装置は、被検査物を撮像し、被検査物の画像を取得する撮像手段と、撮像手段に対向して設けられた光源と、撮像手段が取得した画像を処理する画像処理手段と、を備え、撮像手段は、撮像手段と光源との間に置かれた被検査物に貫通して形成された穴の内部を、光源から照射される光によって得られる画像によって穴の一方の端から他方の端までを所定の間隔で走査することで複数の走査画像を取得し、画像処理手段は、複数の走査画像に分布する輝度の情報に基づいて、複数の走査画像の中から被検査画像を選択し、被検査画像に対して画像処理を行うことで所望の検査を行うことを特徴とする。

本適用例によれば、光源から照射される光によって得られる画像によって穴の一方の端から他方の端までを所定の間隔で走査することで得られた画像を基に検査を行う。そのため、穴の内部に照明用のプローブを挿入する必要が無く、検査対象の穴径が数百ミクロン以下の場合であっても、簡便に検査を行うことができる。また、穴の一方の端から他方の端まで走査することで得られた複数の走査画像のすべてに対して検査に必要な画像処理を行うのではなく、選択された被検査画像に対して画像処理を行うことで所望の検査を行う。そのため、画像処理を行う頻度が少なくなり、検査時間を短縮することができる。
従って、本適用例によれば、検査対象の穴径が数百ミクロン以下であっても穴の内部を簡便に、短時間で検査することが可能な穴の内部検査装置を提供することができる。

［適用例２］上記適用例に係る穴の内部検査装置において、画像処理手段は、複数の走査画像の中から、最も輝度の低い走査画像を選択して被検査画像とすることを特徴とする。

本適用例によれば、穴の内部の異物検査などにおいて、異物のある部分により近い部分の被検査画像を選択して検査を行うことができる。その結果、より精度の高い検査を行うために必要な画像処理を行う頻度が少なくなるため、短時間で検査することが可能な穴の内部検査装置を提供することができる。

［適用例３］上記適用例に係る穴の内部検査装置において、画像処理手段は、複数の走査画像のそれぞれを構成する複数の画素の輝度を参照し、複数の走査画像の中から、所定の値を上回る輝度の画素の数が最も少ない走査画像を選択して被検査画像とすることを特徴とする。

本適用例によれば、穴の内部の異物検査などにおいて、異物のある部分により近い部分の被検査画像を選択して検査を行うことができる。その結果、より精度の高い検査を行うために必要な画像処理を行う頻度が少なくなるため、短時間で検査することが可能な穴の内部検査装置を提供することができる。

［適用例４］上記適用例に係る穴の内部検査装置において、複数の走査画像のそれぞれには、被検査物に貫通して形成された複数の穴の内部が同時に撮像された画像が含まれ、画像処理手段は、同時に撮像されたそれぞれの穴の内部の画像を構成する対応した位置のそれぞれの画素の輝度の差を算出し、複数の走査画像の中から、輝度の差の合計値が最も大きい走査画像を選択して被検査画像とすることを特徴とする。

本適用例によれば、穴の内部の異物検査などにおいて、複数の穴を同時に検査することが可能であり、また、一部の穴に異物が検出された場合には、異物のある部分により近い部分の被検査画像を選択して検査を行うことができる。その結果、検査に必要な画像処理を行う頻度が少なくなるため、短時間で検査することが可能な穴の内部検査装置を提供することができる。

［適用例５］上記適用例に係る穴の内部検査装置において、複数の走査画像のそれぞれには、被検査物に貫通して形成された複数の穴の内部が同時に撮像された画像が含まれ、画像処理手段は、同時に撮像されたそれぞれの穴の内部の画像を構成する対応した位置のそれぞれの画素の輝度の差を算出し、複数の走査画像の中から、輝度の差が所定の値を上回る画素の数が最も大きい走査画像を選択して被検査画像とすることを特徴とする。

本適用例によれば、穴の内部の異物検査などにおいて、複数の穴を同時に検査することが可能であり、また、一部の穴に異物が検出された場合には、異物のある部分により近い部分の被検査画像を選択して検査を行うことができる。その結果、検査に必要な画像処理を行う頻度が少なくなるため、短時間で検査することが可能な穴の内部検査装置を提供することができる。

［適用例６］上記適用例に係る穴の内部検査装置において、画像処理手段は、複数の走査画像のそれぞれを構成する複数の画素を、それぞれの画素が持つ輝度の情報を基に、所定の閾値によって白画素と黒画素とに分類する２値化処理を行うことで、複数の２値化走査画像を生成し、複数の２値化走査画像における白画素の数を比較し、白画素の数が最も少ない２値化走査画像が生成された走査位置の走査画像を被検査画像とすることを特徴とする。

本適用例によれば、複数の走査画像のそれぞれを構成する複数の画素を、それぞれの画素が持つ輝度の情報を基に、所定の閾値によって白画素と黒画素とに分類する２値化処理を行うことで、焦点の合っていない異物表面部分の画素を白画素に置き換えることができる。次に、その白画素の数を比較し、白画素の数が最も少ない２値化走査画像を選択することで、最も焦点が合っている走査位置の画像が選択される。そのため、白画素の数が最も少ない２値化走査画像が生成された走査位置の走査画像（２値化前の画像）を被検査画像とすることで、最も焦点の合っている走査画像を用いて検査を行うことになり、穴の内部の異物検査などにおいて、より精度の高い検査を行うことができる。その結果、検査に必要な画像処理を行う頻度が少ない、短時間で検査することが可能な穴の内部検査装置を提供することができる。

［適用例７］上記適用例に係る穴の内部検査装置において、複数の走査画像のそれぞれには、被検査物に貫通して形成された複数の穴の内部が同時に撮像された画像が含まれ、画像処理手段は、複数の走査画像のそれぞれを構成する複数の画素を、それぞれの画素が持つ輝度の情報を基に、所定の閾値によって白画素と黒画素とに分類する２値化処理を行うことで、複数の２値化走査画像を生成し、複数の走査画像の中から、同時に撮像された複数の穴の白画素の数の差が最も大きい２値化走査画像が生成された走査位置の走査画像を選択して被検査画像とすることを特徴とする。

本適用例によれば、穴の内部の異物検査などにおいて、複数の穴を同時に検査することが可能であり、また、一部の穴に異物が検出された場合には、異物のある部分により近い部分の被検査画像を選択して検査を行うことができる。その結果、検査に必要な画像処理を行う頻度が少なくなるため、短時間で検査することが可能な穴の内部検査装置を提供することができる。

［適用例８］本適用例に係る穴の内部検査方法は、撮像手段と光源との間に置かれた被検査物に貫通して形成された穴の内部を、光源から照射される光によって得られる撮像画像を処理することで検査する方法であって、撮像手段によって、穴の一方の端から他方の端までを所定の間隔で走査することで複数の走査画像を取得する走査ステップと、複数の走査画像に分布する輝度の情報に基づいて、複数の走査画像の中から被検査画像を選択する選択ステップと、被検査画像に対して画像処理を行い所望の検査をする検査ステップと、を含むことを特徴とする。

本適用例によれば、光源から照射される光によって得られる画像によって穴の一方の端から他方の端までを所定の間隔で走査することで得られた画像を基に検査を行う。そのため、穴の内部に照明用のプローブを挿入する必要が無く、検査対象の穴径が数百ミクロン以下の場合であっても、簡便に検査を行うことができる。また、穴の一方の端から他方の端まで走査することで得られた複数の走査画像のすべてに対して検査に必要な画像処理を行うのではなく、選択された被検査画像に対して画像処理を行うことで所望の検査を行う。そのため、画像処理を行う頻度が少なくなり、検査時間を短縮することができる。
従って、本適用例によれば、検査対象の穴径が数百ミクロン以下であっても穴の内部を簡便に、短時間で検査することが可能な検査方法を提供することができる。

［適用例９］上記適用例に係る穴の内部検査方法において、選択ステップは、複数の走査画像の中から最も輝度の低い走査画像を選択して被検査画像とすることを特徴とする。

本適用例によれば、穴の内部の異物検査などにおいて、異物のある部分により近い部分の被検査画像を選択して検査を行うことができる。その結果、より精度の高い検査を行うために必要な画像処理を行う頻度が少なくなるため、短時間で検査することが可能な検査方法を提供することができる。

［適用例１０］上記適用例に係る穴の内部検査方法において、選択ステップは、複数の走査画像のそれぞれを構成する複数の画素の輝度を参照し、複数の走査画像の中から、所定の値を上回る輝度の画素の数が最も少ない走査画像を選択して被検査画像とすることを特徴とする。

本適用例によれば、穴の内部の異物検査などにおいて、異物のある部分により近い部分の被検査画像を選択して検査を行うことができる。その結果、より精度の高い検査を行うために必要な画像処理を行う頻度が少なくなるため、短時間で検査することが可能な検査方法を提供することができる。

［適用例１１］上記適用例に係る穴の内部検査方法において、走査ステップは、複数の走査画像のそれぞれに、被検査物に貫通して形成された複数の穴の内部が同時に含まれるように撮像し、選択ステップは、同時に撮像されたそれぞれの穴の内部の画像を構成する対応した位置のそれぞれの画素の輝度の差を算出し、複数の走査画像の中から、輝度の差の合計値が最も大きい走査画像を選択することを特徴とする。

本適用例によれば、穴の内部の異物検査などにおいて、複数の穴を同時に検査することが可能であり、また、一部の穴に異物が検出された場合には、異物のある部分により近い部分の被検査画像を選択して検査を行うことができる。その結果、検査に必要な画像処理を行う頻度が少なくなるため、短時間で検査することが可能な検査方法を提供することができる。

［適用例１２］上記適用例に係る穴の内部検査方法において、走査ステップは、複数の走査画像のそれぞれに、被検査物に貫通して形成された複数の穴の内部が同時に含まれるように撮像し、選択ステップは、同時に撮像されたそれぞれの穴の内部の画像を構成する対応した位置のそれぞれの画素の輝度の差を算出し、複数の走査画像の中から、輝度の差が所定の値を上回る画素の数が最も大きい走査画像を選択することを特徴とする。

本適用例によれば、穴の内部の異物検査などにおいて、複数の穴を同時に検査することが可能であり、また、一部の穴に異物が検出された場合には、異物のある部分により近い部分の被検査画像を選択して検査を行うことができる。その結果、検査に必要な画像処理を行う頻度が少なくなるため、短時間で検査することが可能な検査方法を提供することができる。

［適用例１３］上記適用例に係る穴の内部検査方法において、選択ステップは、複数の走査画像のそれぞれを構成する複数の画素を、それぞれの画素が持つ輝度の情報を基に、所定の閾値によって白画素と黒画素とに分類する２値化処理を行うことで、複数の２値化走査画像を生成し、複数の２値化走査画像における白画素の数を比較し、白画素の数が最も少ない２値化走査画像が生成された走査位置の走査画像を被検査画像として選択することを特徴とする。

本適用例によれば、複数の走査画像のそれぞれを構成する複数の画素を、それぞれの画素が持つ輝度の情報を基に、所定の閾値によって白画素と黒画素とに分類する２値化処理を行うことで、焦点の合っていない異物表面部分の画素を白画素に置き換えることができる。次に、その白画素の数を比較し、白画素の数が最も少ない２値化走査画像を選択することで、最も焦点が合っている走査位置の画像が選択される。そのため、白画素の数が最も少ない２値化走査画像が生成された走査位置の走査画像（２値化前の画像）を被検査画像とすることで、最も焦点の合っている走査画像を用いて検査を行うことになり、穴の内部の異物検査などにおいて、より精度の高い検査を行うことができる。その結果、検査に必要な画像処理を行う頻度が少ない、短時間で検査することが可能な検査方法を提供することができる。

［適用例１４］上記適用例に係る穴の内部検査方法において、走査ステップは、複数の走査画像のそれぞれに、被検査物に貫通して形成された複数の穴の内部が同時に含まれるように撮像し、選択ステップは、複数の走査画像のそれぞれを構成する複数の画素を、それぞれの画素が持つ輝度の情報を基に、所定の閾値によって白画素と黒画素とに分類する２値化処理を行うことで、複数の２値化走査画像を生成し、複数の走査画像の中から、同時に撮像された複数の穴の白画素の数の差が最も大きい２値化走査画像が生成された走査位置の走査画像を選択して被検査画像とすることを特徴とする。

本適用例によれば、穴の内部の異物検査などにおいて、複数の穴を同時に検査することが可能であり、また、一部の穴に異物が検出された場合には、異物のある部分により近い部分の被検査画像を選択して検査を行うことができる。その結果、検査に必要な画像処理を行う頻度が少なくなるため、短時間で検査することが可能な検査方法を提供することができる。

［適用例１５］本適用例に係るプログラムは、穴の内部検査装置を、上記に記載の穴の内部検査方法を含み機能させることを特徴とする。

本適用例によれば、上記に記載の穴の内部検査方法を含み機能させるプログラムを用いることで、穴の内部を簡便に、短時間で検査することが可能な穴の内部検査装置を提供することができる。

実施形態１に係る穴の内部検査装置としての検査装置の概略図。 （ａ）被検査物２に貫通する穴１の側断面図、（ｂ）穴１の側断面図に示す位置に対応する走査画像Ｉｓの例を示す説明図。 （ａ）穴１の側断面図、（ｂ）穴１の側断面図に示す走査位置に対応する走査画像Ｉｓの輝度分布のグラフ。 穴の内部検査方法を説明するフローチャート。 （ａ）〜（ｅ）走査画像の２値化に関する説明図。 （ａ）穴１の側断面図、（ｂ）穴１の側断面図に示す走査位置に対応する２値化走査画像の白画素数の分布のグラフ。 （ａ）穴１ａ、１ｂの側断面図、（ｂ）実施形態３に係る走査画像Ｉｓの説明図、（ｃ）穴の輝度の差の分布を示すグラフ。 （ａ）穴１ａ、１ｂの側断面図、（ｂ）実施形態４に係る走査画像Ｉｓの説明図、（ｃ）２値化走査画像におけるそれぞれの穴の白画素数の分布を示すグラフ、（ｄ）２値化走査画像におけるそれぞれの穴の白画素数の差の分布を示すグラフ。 （ａ）〜（ｄ）変形例１に係る輝度勾配θの説明図。 変形例２に係る、図６（ａ）、（ｂ）の部分拡大図。

以下に本発明を具体化した実施形態について、図面を参照して説明する。以下は、本発明の一実施形態であって、本発明を限定するものではない。なお、以下の各図においては、説明を分かりやすくするため、実際とは異なる尺度で記載している場合がある。

（実施形態１）
まず、実施形態１に係る穴の内部検査装置および検査方法について説明する。
図１は、実施形態１に係る穴の内部検査装置としての検査装置１００の概略図である。
検査装置１００は、穴の内部の異物検査などを主な目的とするものであり、撮像手段としてのカメラ１０と、光源２０、制御部３０、検査ステージ４０などから構成されている。

カメラ１０は、略鉛直方向を向くように設置され、必要な間隔を置いて配置された検査ステージ４０を挟んで光源２０と対向している。
検査ステージ４０には、検査対象の穴１が貫通して形成された被検査物２が載置される。光源２０から照射される光が穴１を通過してカメラ１０に捉えられ、カメラ１０が捉えた光によって生成された画像を制御部３０で処理することにより穴１の内部の検査が行われる。

カメラ１０は、撮像素子１１、光学系１２、カメラ制御部１３、ＡＤＣ（Analog to Digital Converter）回路１４などから構成される。撮像素子１１は、ＣＣＤ型やＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）型などのイメージセンサーであり、光学系１２を通して受光した光をカメラ制御部１３の制御の下に処理して画像として取り込む。取り込まれた画像は、走査画像ＩｓとしてＡＤＣ回路１４から出力される。走査画像Ｉｓは、撮像素子１１を構成する複数の画素のそれぞれが受光した輝度情報などから構成される。

制御部３０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）３１、画像処理部３２などによって構成される。
ＣＰＵ３１は、所定のプログラムによりカメラ１０、光源２０、検査ステージ４０、画像処理部３２などの制御を行う。
画像処理部３２は、画像処理手段としての機能を有し、カメラ１０が捉えた走査画像Ｉｓの画像処理を行うことで、検査および判定を行う。

検査ステージ４０は、被検査物２を略水平に載置するテーブルであり、ステージ駆動機構４１を備えている。ステージ駆動機構４１は、ＣＰＵ３１の制御の基に、検査ステージ４０を水平方向および鉛直方向に移動させ、所望の位置に被検査物２を位置させる機能を有している。

次に、検査装置１００による穴の内部検査の方法について説明する。
図２（ａ）は、被検査物２に貫通する穴１の側断面図、図２（ｂ）は、穴１の側断面図に示す位置に対応する走査画像Ｉｓの例を示す図である。側断面図における下方向は鉛直方向を意味しており、穴１内の中間よりやや下方に異物Ｆが存在する様子を表している。

穴１内部の異物Ｆの有無の検査は、異物Ｆの大きさに対して所定の閾値を設け、その閾値を越える異物Ｆが検出された場合に、異物Ｆが有ると判定する。
異物Ｆの大きさの検出は画像処理により行い、検査装置１００の場合には、穴１を通過する光を遮る異物Ｆの陰の大きさにより判定を行っている。具体的には、カメラ１０が捉えた穴１の断面形状（異物Ｆの陰も含めた形状）に内接する円の最小径を測定し、設定した閾値と比較することで判定を行っているが、この方法に限定するものではない。

穴１の断面形状を画像として捉えるために、穴１の下部から照射される光源２０の光を穴１の上部に設置されるカメラ１０により撮像する。精度の高い検査を実現するためには、画像処理により穴１の断面形状を正確に取得することが必要である。つまり、被検査物２の厚みに対して、光学系１２の被写界深度が浅い場合には、異物Ｆの位置に焦点を合わせた画像を取得する必要があり、穴１の内部における異物Ｆの位置は、一定しないため、異物Ｆの位置を特定し、焦点を合わせるための処理を行っている。その方法について以下に具体的に説明する。

図２（ａ）においてＬ１〜Ｌ９（以下、走査位置Ｌｎ、ｎ＝１〜９）は、穴１の下端から上端までを等間隔に８等分した高さを示している。
図２（ｂ）は、カメラ１０が捉えた走査画像Ｉｓ（穴１の断面画像）の内、走査位置Ｌ１、Ｌ４、Ｌ９のそれぞれに焦点を合わせた時の走査画像Ｉｓのイメージ図である。焦点位置を移動させる方法は、光学系１２の焦点距離を固定し、光学系１２の焦点位置に合うように検査ステージ４０を上下させることにより行っている。

図２（ｂ）に示すように、異物Ｆの位置に略焦点が合った画像（走査位置Ｌ４付近の画像）に対して、検査ステージ４０を上下させて撮像した穴１の下端（走査位置Ｌ１）や上端（走査位置Ｌ９）に焦点が合った画像では、異物Ｆを鮮明に捉えることができず、走査画像Ｉｓに占める異物Ｆの陰影部分の面積が小さくなった画像が得られる。つまり、異物Ｆの大きさを正確に捉え、正確な判定を行うには、まず、穴１内部の異物Ｆの位置を特定する必要がある。

図３（ａ）は、穴１の側断面図、図３（ｂ）は、穴１の側断面図に示す走査位置に対応する走査画像Ｉｓの輝度分布のグラフである。
穴１内部の異物Ｆの位置を特定する方法として、本実施形態では、カメラ１０が捉える走査画像Ｉｓの総合輝度の値（以下輝度Ａｓ）の分布を解析することによって行っている。以下に具体的に説明する。

走査画像Ｉｓの輝度Ａｓは、穴１のそれぞれの走査位置Ｌｎの面を横切り、かつ光学系１２を通過して撮像素子１１に入射する光の量である。穴１を通過する光のうち、穴１の軸方向との平行成分以外の光成分（具体的には、例えば穴１の内径より広い範囲から入射し、穴１の内壁に反射して撮像素子１１に入射する光や、異物Ｆの表面を反射する光など）により、カメラ１０と異物Ｆとの相対位置が変化すると、撮像素子１１に入射する光の量が変化する。その結果、走査位置Ｌｎの各位置で捉えられる走査画像Ｉｓ（以下、走査画像Ｉｓｎ、ｎ＝１〜９）の輝度Ａｓ（Ａｓｎ、ｎ＝１〜９）の分布は、図３（ｂ）に示すように異物Ｆの位置の輝度Ａｓが最も小さくなるような分布となる。

つまり、穴１内部の異物Ｆの位置は、まず、走査位置Ｌ１〜Ｌ９の各位置における走査画像Ｉｓ１〜Ｉｓ９を取得し、次にそれぞれの輝度Ａｓ１〜Ａｓ９を比較して、最も輝度Ａｓが小さくなる位置として求めることができる。次に、その位置における走査画像Ｉｓを解析（画像処理）することで異物Ｆの検査・判定を行う。

図４に、本実施形態における穴の内部検査のフローチャートを示す。本フローチャートに従い、上述した方法を具体的に説明する。なお、検査装置１００は、本フローチャートに従った穴の内部検査方法を含み検査装置１００を機能させるプログラムを備えている。

まず、被検査物２を検査ステージ４０（図１）にセットする（ステップＳ１）。
次に、検査ステージ４０の位置を調整し、光学系１２の下に検査対象としての被検査物２の穴１を移動させる（ステップＳ２）。
次に、光学系１２および検査ステージ４０の高さ調整により、光学系１２の焦点を走査位置Ｌ１に合わせる（ステップＳ３）。
次に、カメラ１０により、走査位置Ｌ１を撮像し、走査画像Ｉｓ１を取得する（ステップＳ４）。
次に、画像処理部３２において走査画像Ｉｓ１から走査位置Ｌ１の輝度Ａｓ１を求める（ステップＳ５）。輝度Ａｓ１は、走査画像Ｉｓ１を構成する各画素の持つ輝度（以下輝度Ａｐ）の値を総計することで得られる。
引き続き、走査位置Ｌ２からＬ９まで同様に走査画像Ｉｓ２〜Ｉｓ９を取得して対応するそれぞれの輝度Ａｓｎを求める（ステップＳ６、Ｓ７）。
ステップＳ３〜ステップＳ７までが走査ステップとなる。

次に、選択ステップとして、走査位置Ｌ１〜Ｌ９の各位置で求められた輝度Ａｓ１〜Ａｓ９を比較し、最も小さな輝度を示す走査位置の走査画像Ｉｓを被検査画像として選択する（ステップＳ８）。
次に、検査ステップとして、被検査画像に対して所望の画像処理を行い検査・判定を行う（ステップＳ９）。
被検査物２に複数の穴１がある場合には、すべての穴１の検査が完了したか確認し（ステップＳ１０）、完了した場合には、検査を終了する。完了していない場合には、別の穴１にシフトしてステップＳ２から繰り返す。
以上のフローにより、簡便に穴１の内部の検査を行うことができる。

なお、本実施形態においては、穴１の下端から上端までを等間隔に８等分し、走査位置をＬ１〜Ｌ９として説明したが、これに限定するものではなく、被検査物２の厚みや、判定する異物Ｆの大きさ、検査精度などに応じ、適宜設定することが好ましい。

以上述べたように、本実施形態による穴の内部検査装置、検査方法およびこの検査方法を含み機能させるプログラムによれば、以下の効果を得ることができる。

光源２０から照射される光によって得られる画像によって穴１の一方の端から他方の端までを所定の間隔で走査することで得られた走査画像Ｉｓを基に検査を行う。そのため、穴１の内部に照明用のプローブを挿入する必要が無く、検査対照の穴径が数百ミクロン以下の場合であっても、簡便に検査を行うことができる。また、穴１の一方の端から他方の端まで走査することで得られた複数の走査画像Ｉｓｎのすべてに対して検査に必要な画像処理を行うのではなく、選択された被検査画像に対して画像処理を行うことで所望の検査を行う。そのため、検査のための時間を要する画像処理を行う頻度が少なくなり、検査時間を短縮することができる。
その結果、検査対象の穴径が数百ミクロン以下であっても穴の内部を簡便に、短時間で検査することが可能な穴の内部検査装置を提供することができる。

（実施形態２）
次に、実施形態２に係る穴の内部検査装置および検査方法について説明する。なお、説明にあたり、上述した実施形態と同一の構成部位については、同一の符号を使用し、重複する説明は省略する。

実施形態１では、穴１内部の異物Ｆの位置を求める方法として、まず、走査位置Ｌ１〜Ｌ９の各位置における走査画像Ｉｓ１〜Ｉｓ９を取得し、次にそれぞれの輝度Ａｓ１〜Ａｓ９を比較して、最も輝度Ａｓが小さくなる位置として求めていた。これに対し、本実施形態では、直接、走査画像Ｉｓ１〜Ｉｓ９のそれぞれが持つ輝度の値を比較するのではなく、走査画像Ｉｓ１〜Ｉｓ９を一旦黒画素と白画素とに２値化して、白画素の数を比較し、最も白画素の数が少なくなる位置を穴１内部の異物Ｆの位置として求めることを特徴としている。

図５（ａ）〜（ｆ）は、走査画像Ｉｓの２値化を説明する図である。
図５（ａ）は、異物Ｆに焦点の合っていない走査画像Ｉｓを示す図であり、図２（ａ）、（ｂ）における走査位置Ｌ１やＬ９などに対応する走査画像Ｉｓである。焦点が合っていない部分は、図示するＤに示すようなグレー領域として画像が形成される。
図５（ｂ）は、図５（ａ）のＸ‐Ｘ′上の画素に分布する輝度Ａｐの例を示すグラフである。穴１の外側の部分は、輝度Ａｐが略０の黒領域であり、穴１の中央部分の輝度Ａｐが例えば２５５のレベルであることを示している。異物Ｆの周辺の焦点が合っていない部分（Ｄの領域）は、輝度Ａｐが略０から２５５までのグレーな遷移領域であることを示している。
図５（ｃ）は、異物Ｆに略焦点の合っている走査画像Ｉｓを示す図であり、図２（ａ）、（ｂ）における走査位置Ｌ４付近に対応する走査画像Ｉｓである。異物Ｆの周辺の焦点が合っていない部分（Ｄの領域）は、図５（ｃ）に示すように図５（ａ）に比較して僅かになっている。

次に、２値化について具体的に説明する。
本実施形態における２値化とは、略０から２５５までのグレーな遷移領域に分布する輝度の値を、０と２５５とに２分類することである。例えば、閾値として輝度６４を設定し、０を上回り６４までの輝度をすべて０とし、６４を上回り２５５までの輝度を２５５とする。すると、輝度Ａｐの分布は、図５（ｂ）、（ｄ）の破線に示すようになり、また、走査画像Ｉｓは、それぞれ図５（ｅ）、（ｆ）に示すような黒画像と白画素で構成される画像（２値化走査画像）になる。

図６（ａ）は、穴１の側断面図、図６（ｂ）は、穴１の側断面図に示す走査位置に対応する２値化走査画像の白画素数の分布図である。
２値化を行うことにより、図６（ｂ）のグラフに示されるように、異物Ｆに焦点が合うほど、白画素数が少なくなる。つまり、穴１内部の異物Ｆの位置は、まず、走査位置Ｌ１〜Ｌ９の各位置における走査画像Ｉｓ１〜Ｉｓ９を取得し、次にそれぞれの２値化走査画像を生成し、それぞれの２値化走査画像の白画素数を比較して、最も白画素数が少なくなる位置として求めることができる。次に、その位置における走査画像Ｉｓを解析（画像処理）することで異物Ｆの検査・判定を行う。

具体的な検査方法としては、実施形態１において輝度Ａｓを求めたステップＳ５において、輝度Ａｓに代わり上述したように白画素の数を求め、また、実施形態１において最も小さな輝度を示す走査位置の走査画像Ｉｓを被検査画像として選択するステップＳ８に代わり、最も少ない白画素の数を示す走査位置の走査画像Ｉｓを被検査画像として選択することで、同様に検査を行うことができる。

なお、上記の説明では、一旦、走査画像Ｉｓを２値化走査画像に変換し、白画素の数を数えるとして説明したが、走査画像Ｉｓを構成する個々の画素の輝度を参照し、輝度６４を上回る画素の数を数える方法であっても良い。つまり、所定の閾値を設定し、その値を上回る輝度の画素の数が最も少ない走査位置の走査画像Ｉｓを選択して被検査画像とする方法であっても良い。

また、最も少ない白画素数が所定の数を上回っている場合、あるいは輝度６４以下の画素の数の最大値が所定の数を下回っている場合には、被検査画像を選択することなく、検査対象とする穴１の検査を完了しても良い。具体的には、穴１の内部に検出すべき異物Ｆが無い場合に相当する。

以上述べたように、本実施形態による穴の内部検査装置、検査方法およびこの検査方法を含み機能させるプログラムによれば、以下の効果を得ることができる。

複数の走査画像Ｉｓのそれぞれを構成する複数の画素を、それぞれの画素が持つ輝度Ａｐの情報を基に、所定の閾値によって白画素と黒画素とに分類する２値化処理を行うことで、焦点の合っていない異物Ｆ表面部分の画素を白画素に置き換えることができる。次に、その白画素の数を比較し、白画素の数が最も少ない２値化走査画像を選択することで、最も焦点が合っている走査位置の画像が選択される。そのため、白画素の数が最も少ない２値化走査画像が生成された走査位置の走査画像Ｉｓ（２値化前の画像）を被検査画像とすることで、最も焦点の合っている走査画像Ｉｓを用いて検査を行うことになり、穴１の内部の異物検査などにおいて、より精度の高い検査を行うことができる。

また、所定の閾値を基に２値化を行うことで、輝度の差ではなく、画像の鮮鋭度（焦点の変化による画像のグレー領域の度合い）に基づく走査位置の評価を行なうことができるため、複数の走査画像Ｉｓ間の輝度Ａｓの差の度合いに比較して画像の鮮鋭度の度合いの差が大きい場合には、より有効に被検査画像を選択することができる。

（実施形態３）
次に、実施形態３に係る穴の内部検査装置および検査方法について説明する。なお、説明にあたり、上述した実施形態と同一の構成部位については、同一の符号を使用し、重複する説明は省略する。

実施形態１では、一つの穴の検査を行う方法および装置として説明したが、本実施形態は、複数の穴を比較しながら同時に検査することを特徴とする。従って、本実施形態では、複数の同じ内径の穴が形成されている被検査物の穴の内部検査を行う装置およびその検査方法として説明する。本実施形態による検査は、複数の穴のいずれかに異物が含まれるか否かなどの検査を行う場合に有効である。

図７（ａ）は、穴１ａ、１ｂの側断面図、図７（ｂ）は、本実施形態に係る走査画像Ｉｓの説明図、図７（ｃ）は、それぞれの穴の輝度の差の分布を示すグラフである。
図７（ａ）、（ｂ）に示すように、ここでは、２つの穴（穴１ａおよび穴１ｂ）の検査を同時に行う場合を説明する。図７（ａ）に示すように、異物Ｆは、穴１ａ内の中間よりやや下方に異物Ｆが存在する様子を表している。

まず、カメラ１０により、図７（ｂ）に示すような、穴１ａと穴１ｂが含まれる走査画像Ｉｓを取得する。
次に、穴１ａ内部と穴１ｂ内部のそれぞれの画像のパターンマッチング処理により、それぞれの画像を構成する画素の対応付けを行なう。具体的には、例えば、それぞれの穴形状の重心を求め、その重心を重ねることで重なり合う画素の対応をつける方法や、あるいは、穴側面部形状（図７（ｂ）においては円形の周形状）のパターンを重ね合わせ、重なり合う位置の画素を対応つける方法などがある。

次に、対応する画素どうしの輝度の差を算出し、それらの値を合計する。具体的には、穴１ａの一つの画素の輝度値から穴１ｂの対応する位置の画素の輝度値を差し引く計算を行ない、すべての画素について同様に実施した後に、その合計値を算出する。
ここで得られる輝度の差の合計値は、図７（ｃ）のようになる。
異物Ｆに近い走査位置の分布ほど、輝度の差の合計値が大きくなる。つまり、穴１ａ内部の異物Ｆの位置は、最も輝度の差の合計値が大きくなる位置として求めることができる。次に、その位置における走査画像Ｉｓを解析することで異物Ｆの判定を行う。

この検査方法では、差異によって異物の位置を検出しているため、同時に検査する穴の内部の同じ位置に異物Ｆが存在する確率が低い場合に有効である。同時に検査する穴の数が多いほど、この確率は低下するため、複数の穴の検査には有効な方法である。

以上述べたように、本実施形態による穴の内部検査装置、検査方法およびこの検査方法を含み機能させるプログラムによれば、以下の効果を得ることができる。
穴の内部の異物検査などにおいて、複数の穴を同時に検査することが可能であり、また、一部の穴に異物が検出された場合には、異物のある部分の被検査画像を選択して検査を行うことができる。その結果、検査に必要な画像処理を行う頻度が少なくなるため、短時間で検査することが可能な穴の内部検査装置を提供することができる。

（実施形態４）
次に、実施形態４に係る穴の内部検査装置および検査方法について説明する。なお、説明にあたり、上述した実施形態と同一の構成部位については、同一の符号を使用し、重複する説明は省略する。

実施形態３では、複数の穴を比較しながら同時に検査する方法として、それぞれの穴の画像を構成する画素の輝度の差の合計の値の評価により、最適な走査画像Ｉｓの位置を求めるとして説明した。これに対し、本実施形態では、走査画像Ｉｓを２値化し得られた２値化走査画像におけるそれぞれの穴の画像を構成する白画素の数を比較し、その差異を評価することで最適の走査位置を求めることを特徴としている。

図８（ａ）は、穴１ａ、１ｂの側断面図、図８（ｂ）は、本実施形態に係る走査画像Ｉｓの説明図、図８（ｃ）は、２値化走査画像におけるそれぞれの穴の白画素数の分布を示すグラフ、図８（ｄ）は、２値化走査画像におけるそれぞれの穴の白画素数の差の分布を示すグラフである。
図８（ａ）、（ｂ）に示すように、ここでは、２つの穴（穴１ａおよび穴１ｂ）の検査を同時に行う場合を説明する。図８（ａ）に示すように、異物Ｆは、穴１ａ内の中間よりやや下方に異物Ｆが存在する様子を表している。

まず、カメラ１０により、図８（ｂ）に示すような、穴１ａと穴１ｂが含まれる走査画像Ｉｓを取得する。
次に、実施形態２の場合と同様に、２値化走査画像を生成する。
ここで得られる２値化走査画像における穴１ａ、穴１ｂそれぞれの白画素数の分布は、図８（ｃ）のようになる。穴１ａの白画素数の分布は、図６（ｂ）と同様であり、穴１ｂの分布は、異物Ｆが無いため、略直線となる。
次に、２値化走査画像における穴１ａと穴１ｂのそれぞれを構成する白画素の数を比較し、その差異を算出する。その差異の分布は、図８（ｄ）に示すようになる。

異物Ｆに近い走査位置の分布ほど、白画素数の差異が大きくなる。つまり、穴１ａ内部の異物Ｆの位置は、最も白画素数の差異が大きくなる位置として求めることができる。次に、その位置における走査画像Ｉｓを解析（画像処理）することで異物Ｆの検査・判定を行う。この際に、異物Ｆの検査・判定は、異物Ｆの存在により白画素数の変化がより大きく確認された穴１ａに対してだけ行う。

この検査方法では、差異によって異物の位置を検出しているため、同時に検査する穴の内部の同じ位置に異物Ｆが存在する確率が低い場合に有効である。同時に検査する穴の数が多いほど、この確率は低下するため、複数の穴の検査には有効な方法である。

なお、上記の説明では、一旦、走査画像Ｉｓを２値化走査画像に変換し、白画素の数を数えるとして説明したが、走査画像Ｉｓを構成する個々の画素の輝度を参照し、輝度６４を上回る画素の数を数える方法であっても良い。つまり、所定の閾値を設定し、その値を上回る輝度の画素の数の数を比較し、その差異を算出して最もその差異が大きい走査位置の走査画像Ｉｓを選択して被検査画像とする方法であっても良い。

また、最も大きい差異の値が所定の数を下回っている場合には、被検査画像を選択することなく、検査対象とする穴１の検査を完了しても良い。具体的には、穴１a、穴１ｂの内部に検出すべき異物Ｆが無い場合に相当する。

また、所定の閾値を基に２値化を行うことで、輝度の差ではなく、画像の鮮鋭度（焦点の変化による画像のグレー領域の度合い）に基づく走査位置の評価を行なうことができるため、複数の走査画像Ｉｓ間の輝度Ａｓの差の度合いに比較して画像の鮮鋭度の度合いの差が大きい場合には、より有効に被検査画像を選択することができる。

なお、本発明は、上述した実施形態に限定されず、上述した実施形態に種々の変更や改良などを加えることが可能である。
次に、変形例１に係る穴の内部検査装置および検査方法について説明する。なお、説明にあたり、上述した実施形態と同一の構成部位については、同一の符号を使用し、重複する説明は省略する。

（変形例１）
実施形態２では、走査画像Ｉｓを構成する複数の画素の輝度Ａｐの値を２値化して得られる２値化走査画像を利用することにより被検査画像を選択したが、本変形例では、各画素が持つ輝度Ａｐの輝度勾配θの度合いに基づき被検査画像を選択することを特徴としている。

図９（ａ）〜（ｄ）は、走査画像の輝度勾配θを説明する図である。
図９（ａ）は、図５（ａ）と同じ図である。
図９（ｂ）は、図９（ａ）のＸ‐Ｘ′上の画素に分布する輝度Ａｐの例を示すグラフである。
図９（ｃ）は、図５（ｃ）と同じ図である。
図９（ｄ）は、図９（ｃ）のＸ‐Ｘ′上の画素に分布する輝度Ａｐの例を示すグラフである。
図９（ｂ）、（ｄ）のグラフにおける輝度Ａｐの傾きθ₁、θ₂は、それぞれ異物Ｆの陰影境界付近の輝度勾配θを表している。

異物Ｆに焦点が合うほど、輝度勾配θの値が高くなる。つまり、穴１内部の異物Ｆの位置は、まず、走査位置Ｌ１〜Ｌ９の各位置における走査画像Ｉｓ１〜Ｉｓ９を取得し、次にそれぞれの輝度勾配θを比較して、最も輝度Ａｓが小さくなる位置として求めることができる。次に、その位置における走査画像Ｉｓを解析することで異物Ｆの判定を行う。具体的には、実施形態１において輝度Ａｓを求めたステップＳ５において、輝度Ａｓに代わり輝度勾配θを求め、実施形態１において最も小さな輝度を示す走査位置の走査画像Ｉｓを被検査画像として選択するステップＳ８に代わり、最も大きな輝度勾配を示す走査位置の走査画像Ｉｓを被検査画像として選択することで、同様に検査を行うことができる。

本変形例による穴の内部検査装置および検査方法によれば、走査画像Ｉｓ内における輝度Ａｐの分布情報としての輝度勾配θの度合いに基づき被検査画像を選択する。そのため、複数の走査画像Ｉｓ間の輝度Ａｓの差の度合いに比較して複数の走査画像Ｉｓ間の輝度勾配θの度合いの差が大きい場合には、より有効に被検査画像を選択することができる。

（変形例２）
実施形態２では、走査画像Ｉｓを構成する複数の画素の輝度Ａｐの値を２値化して得られる２値化走査画像を生成し、それぞれの２値化走査画像の白画素数が最も少なくなる走査位置Ｌｎを選択したが、本変形例では、２値化走査画像の白画素数の分布のピーク点を求めて走査位置を求めることを特徴としている。

図１０は、図６（ａ）、（ｂ）の異物Ｆ周辺を拡大した図である。
実施形態２では、図６に示すように、異物Ｆの付近において走査位置Ｌ３とＬ４とが比較され、より白画素数の少ない走査位置Ｌ４が選択される。しかし、実際の異物Ｆの中心位置は、走査位置Ｌ４とのズレがある。
そこで、複数の２値化走査画像に分布する白画素数を、穴１の内部の走査位置との二次関数で近似し、二次関数における白画素の値が最小となる走査位置を最適の走査位置として求める。具体的には、図６に示す二次関数で近似した近似曲線のＬｐの位置が、最適な位置として求められる。この最適な走査位置に対して改めて走査画像を撮像し被検査画像とする。

本変形例によれば、以下の効果を得ることができる。
穴１の一方の端から他方の端まで走査して得られる複数の走査画像Ｉｓを基に得られる白画素数の情報が離散データであるのに対して、この離散データを二次関数により近似している。そのため、白画素の数が最小となる走査位置をより精度良く求めることができる。この最適な走査位置に対して改めて走査画像を撮像し被検査画像とすることで、穴の内部の異物検査などにおいて、異物のある部分に、より一層近い部分の検査を行うことができる。また、同じ走査位置精度で検査を行う場合においては、走査する間隔をより大きくすることが可能となるため、走査により複数の走査画像を取得する時間を短縮することが可能となる。

１…穴、２…被検査物、１０…カメラ、１１…撮像素子、１２…光学系、１３…カメラ制御部、１４…ＡＤＣ回路、２０…光源、３０…制御部、３１…ＣＰＵ、３２…画像処理部、４０…検査ステージ、４１…ステージ駆動機構、１００…検査装置。

Claims (7)

1. 被検査物を撮像し、前記被検査物の画像を取得する撮像手段と、
   前記撮像手段に対向して設けられた光源と、
   前記撮像手段が取得した画像を処理する画像処理手段と、を備え、
   前記撮像手段は、前記撮像手段と前記光源との間に置かれた前記被検査物に貫通して形成された穴の内部を、前記光源から照射される光によって得られる画像によって前記穴の一方の端から他方の端までを所定の間隔で走査することで複数の走査画像を取得し、
   前記画像処理手段は、それぞれの前記走査画像を構成する各画素が有する輝度の値の総計である総計輝度の情報に基づいて、前記複数の走査画像の中から最も総計輝度の低い前記走査画像を選択して前記被検査画像とし、画像処理を行うことで所望の検査を行い、
   前記複数の走査画像の少なくとも一つは、輝度がグレーである画素を有することを特徴とする穴の内部検査装置。
2. 被検査物を撮像し、前記被検査物の画像を取得する撮像手段と、
   前記撮像手段に対向して設けられた光源と、
   前記撮像手段が取得した画像を処理する画像処理手段と、を備え、
   前記撮像手段は、前記撮像手段と前記光源との間に置かれた前記被検査物に貫通して形成された穴の内部を、前記光源から照射される光によって得られる画像によって前記穴の一方の端から他方の端までを所定の間隔で走査することで複数の走査画像を取得し、
   前記画像処理手段は、前記複数の走査画像に分布する輝度の情報に基づいて、前記複数の走査画像の中から被検査画像を選択し、前記被検査画像に対して画像処理を行うことで所望の検査を行い、
   前記複数の走査画像のそれぞれには、前記被検査物に貫通して形成された複数の穴の内部が同時に撮像された画像が含まれ、
   前記画像処理手段は、
   同時に撮像されたそれぞれの前記穴の内部の前記画像を構成する対応した位置のそれぞれの画素の輝度の差を算出し、
   前記複数の走査画像の中から、前記輝度の差の合計値が最も大きい走査画像を選択して前記被検査画像とすることを特徴とする穴の内部検査装置。
3. 被検査物を撮像し、前記被検査物の画像を取得する撮像手段と、
   前記撮像手段に対向して設けられた光源と、
   前記撮像手段が取得した画像を処理する画像処理手段と、を備え、
   前記撮像手段は、前記撮像手段と前記光源との間に置かれた前記被検査物に貫通して形成された穴の内部を、前記光源から照射される光によって得られる画像によって前記穴の一方の端から他方の端までを所定の間隔で走査することで複数の走査画像を取得し、
   前記画像処理手段は、前記複数の走査画像に分布する輝度の情報に基づいて、前記複数の走査画像の中から被検査画像を選択し、前記被検査画像に対して画像処理を行うことで所望の検査を行い、
   前記複数の走査画像のそれぞれには、前記被検査物に貫通して形成された複数の穴の内部が同時に撮像された画像が含まれ、
   前記画像処理手段は、
   同時に撮像されたそれぞれの前記穴の内部の前記画像を構成する対応した位置のそれぞれの画素の輝度の差を算出し、
   前記複数の走査画像の中から、前記輝度の差が所定の値を上回る前記画素の数が最も大きい走査画像を選択して前記被検査画像とすることを特徴とする穴の内部検査装置。
4. 撮像手段と光源との間に置かれた被検査物に貫通して形成された穴の内部を、前記光源から照射される光によって得られる撮像画像を処理することで検査する方法であって、
   前記撮像手段によって、前記穴の一方の端から他方の端までを所定の間隔で走査することで複数の走査画像を取得する走査ステップと、
   それぞれの前記走査画像を構成する各画素が有する輝度の値の総計である総計輝度の情報に基づいて、前記複数の走査画像の中から最も総計輝度の低い前記走査画像を選択して前記被検査画像とする選択ステップと、
   前記被検査画像に対して画像処理を行い所望の検査をする検査ステップと、を含み、
   前記選択ステップでは、前記複数の走査画像の少なくとも一つは、輝度がグレーである画素を有することを特徴とする穴の内部検査方法。
5. 撮像手段と光源との間に置かれた被検査物に貫通して形成された穴の内部を、前記光源から照射される光によって得られる撮像画像を処理することで検査する方法であって、
   前記撮像手段によって、前記穴の一方の端から他方の端までを所定の間隔で走査することで複数の走査画像を取得する走査ステップと、
   前記複数の走査画像に分布する輝度の情報に基づいて、前記複数の走査画像の中から被検査画像を選択する選択ステップと、
   前記被検査画像に対して画像処理を行い所望の検査をする検査ステップと、を含み、
   前記走査ステップは、前記複数の走査画像のそれぞれに、前記被検査物に貫通して形成された複数の穴の内部が同時に含まれるように撮像し、
   前記選択ステップは、
   同時に撮像されたそれぞれの前記穴の内部の前記画像を構成する対応した位置のそれぞれの画素の輝度の差を算出し、
   前記複数の走査画像の中から、前記輝度の差の合計値が最も大きい走査画像を選択することを特徴とする穴の内部検査方法。
6. 撮像手段と光源との間に置かれた被検査物に貫通して形成された穴の内部を、前記光源から照射される光によって得られる撮像画像を処理することで検査する方法であって、
   前記撮像手段によって、前記穴の一方の端から他方の端までを所定の間隔で走査することで複数の走査画像を取得する走査ステップと、
   前記複数の走査画像に分布する輝度の情報に基づいて、前記複数の走査画像の中から被検査画像を選択する選択ステップと、
   前記被検査画像に対して画像処理を行い所望の検査をする検査ステップと、を含み、
   前記走査ステップは、前記複数の走査画像のそれぞれに、前記被検査物に貫通して形成された複数の穴の内部が同時に含まれるように撮像し、
   前記選択ステップは、
   同時に撮像されたそれぞれの前記穴の内部の前記画像を構成する対応した位置のそれぞれの画素の輝度の差を算出し、
   前記複数の走査画像の中から、前記輝度の差が所定の値を上回る前記画素の数が最も大きい走査画像を選択することを特徴とする記載の穴の内部検査方法。
7. 穴の内部検査装置を、請求項４ないし請求項６のいずれか一項に記載の穴の内部検査方法を含み機能させることを特徴とするプログラム。

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