JP6056374B2 - 塗布状態検査装置及び方法 - Google Patents

Description

本発明は、塗布状態検査装置及び方法に関する。

従来から、駆動部を持ち、潤滑油を必要とする機械の組立てにおいて、機械部品の接合部にシリコーンを材料としたシール剤と呼ばれる液状の物質を塗布することによって、接合部からの油漏れを防止する手法が広く用いられている。このような液状物質の塗布においては、ノズルを移動させると共に、ノズルから粘性流体を吐出させて所望の位置に塗布する形式が広く使われている。

この工程では、シール剤の切れによる油漏れの発生のほか、飛散による駆動部への異物混入や、正しい位置にシール剤が塗布されないことによるシール性能の低下などが考えられるため、目視、あるいは画像計測等の方法によって、正常に塗布されていることを検査することが一般的である。

例えば、下記特許文献１には、実際の製品の塗布領域をカメラによって撮影し、その撮影画像の画像処理を行い、塗布物の中心線が所定の幅を持つ基準領域に含まれているかを検査することにより、塗布状態の良否判定を行う技術が開示されている。
また、下記特許文献２には、実際の製品の塗布領域をカメラによって撮影し、その撮影画像の画像処理を行い、塗布領域が最大範囲の領域を越えていないか、或いは最小範囲の領域を割り込んでいないかを検査することにより、塗布状態の良否判定を行う技術が開示されている。

特開２０１１−９５０９０号公報 特開２００９−１８０６１３号公報

しかしながら、特許文献１の技術では、ワークの設置位置のガタなどでカメラと塗布済みワークとの位置関係にズレが生じてしまうと、ワークが画像上で平行移動や回転してしまい、所定の軌道からはみ出し、良品でも不良品と誤判定されるという問題があった。

また、特許文献２の技術では、特許文献１と同様に、ワークの設置位置のガタなどでカメラと塗布済みワークとの位置関係にズレが生じてしまう虞があるが、ボルト穴を基準に検査対象の画像に対して回転或いは移動による補正を行うことで、正しい位置関係の画像を生成することが提案されている。しかしながら、この手法はボルト穴が２個以上見つかることが前提となっており、カメラの正面にボルト穴が無い場合や、ボルト穴が見えにくい場合には適用できないという問題があった。

本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、検査途中でカメラ等の撮像手段と塗布物が塗布されたワークとの位置関係にズレが生じた場合でも、正確に塗布状態の良否判定を行うことの可能な塗布状態検査装置及び方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明では、塗布状態検査装置に係る第１の解決手段として、ワークに塗布された塗布物の塗布状態を検査する塗布状態検査装置であって、前記塗布物が塗布された前記ワークを撮像する撮像手段と、前記撮像手段から得られた画像を前記塗布物が塗布された塗布領域とそれ以外の領域とに分割し、前記塗布領域に囲まれた２つ以上の閉領域を抽出する閉領域抽出手段と、前記閉領域のそれぞれについて参照点を求め、所定の規則に従って前記参照点から基準位置及び基準方向を決定する基準標決定手段と、前記塗布領域から抽出した塗布軌跡と、基準塗布軌跡との比較によって前記塗布状態の良否判定を行うに当たって、前記基準位置及び前記基準方向を一致させた上で両者を比較する良否判定手段とを備える、という手段を採用する。

また、本発明では、塗布状態検査装置に係る第２の解決手段として、上記第１の解決手段において、前記基準標決定手段は、前記閉領域のそれぞれの重心を前記参照点として求める、という手段を採用する。
また、本発明では、塗布状態検査装置に係る第３の解決手段として、上記第１の解決手段において、前記基準標決定手段は、前記閉領域のそれぞれの内接円或いは外接円の中心を前記参照点として求める、という手段を採用する。

また、本発明では、塗布状態検査装置に係る第４の解決手段として、上記第１〜第３のいずれかの解決手段において、前記基準標決定手段は、最も大きい閉領域の参照点を前記基準位置とし、当該基準位置から２番目に大きい閉領域の参照点へ向かう方向を前記基準方向として決定する、という手段を採用する。

また、本発明では、塗布状態検査装置に係る第５の解決手段として、上記第１〜第４のいずれかの解決手段において、前記良否判定手段は、前記塗布領域の中心線を前記塗布軌跡として抽出し、前記塗布軌跡が前記基準塗布軌跡を中心とする許容範囲内に収まっていた場合に前記塗布状態が正常であると判定する、という手段を採用する。

また、本発明では、塗布状態検査装置に係る第６の解決手段として、上記第１〜第４のいずれかの解決手段において、前記良否判定手段は、前記塗布領域の輪郭線を前記塗布軌跡として抽出し、前記塗布軌跡と前記基準塗布軌跡とのズレ量が許容値以下の場合に前記塗布状態が正常であると判定する、という手段を採用する。

また、本発明では、塗布状態検査装置に係る第７の解決手段として、上記第１〜第６のいずれかの解決手段において、前記良否判定手段は、事前に前記塗布物が正常に塗布された前記ワークを撮像して得られた画像に含まれる塗布領域から抽出した塗布軌跡を、前記基準塗布軌跡として用いる、という手段を採用する。

一方、本発明では、塗布状態検査方法に係る解決手段として、ワークに塗布された塗布物の塗布状態を検査する塗布状態検査方法であって、前記塗布物が塗布された前記ワークを撮像する撮像工程と、前記撮像工程から得られた画像を前記塗布物が塗布された塗布領域とそれ以外の領域とに分割し、前記塗布領域に囲まれた２つ以上の閉領域を抽出する閉領域抽出工程と、前記閉領域のそれぞれについて参照点を求め、所定の規則に従って前記参照点から基準位置及び基準方向を決定する基準標決定工程と、前記塗布領域から抽出した塗布軌跡と、基準塗布軌跡との比較によって前記塗布状態の良否判定を行うに当たって、前記基準位置及び前記基準方向を一致させた上で両者を比較する良否判定工程とを有する、という手段を採用する。

本発明によれば、検査途中でカメラ等の撮像手段と塗布物が塗布されたワークとの位置関係にズレが生じた場合でも、正確に塗布状態の良否判定を行うことが可能となる。

本実施形態に係る塗布状態検査装置Ａの概略構成図である。 塗布状態検査装置Ａの動作を示すフローチャートである。 図２のステップＳ２〜Ｓ４の処理に関する補足説明図である。 図２のステップＳ５〜Ｓ１０の処理に関する補足説明図である。

図１は、本実施形態に係る塗布状態検査装置Ａの概略構成図である。この図１に示すように、本塗布状態検査装置Ａは、ワークＷに塗布されたシール剤（塗布物）Ｓの塗布状態を検査するものであり、撮像装置１、画像処理装置２及び記憶装置３を備えている。なお、本実施形態では、シール剤Ｓに染料などを配合して、ワークＷの表面とシール剤Ｓとの間に色の違いを発生させているものとする。

撮像装置１は、例えばＣＣＤ(Charge Coupled Devices)カメラであり、ワークＷの直上に配置されて、ワークＷ上におけるシール剤Ｓの塗布部を撮影し、その撮影画像を表す画像データを画像処理装置２に出力する。ここで、撮像装置１の解像度をＶＧＡ（Video Graphic Array）と仮定すると、撮像装置１から出力される画像データは、撮影画像を構成する６４０×４８０個の各画素の明るさ（輝度）を示す輝度データを含んでいる。なお、各輝度データのビット数を８ビットと仮定すると、各画素の輝度は０〜２５５の階調値で表される。

画像処理装置２は、記憶装置３に記憶されている塗布状態検査プログラムに従って、上記撮像装置１から入力される画像データを基に所定の画像処理を実行することにより、シール剤Ｓの塗布状態が正常か否かの良否判定を行い、その判定結果を検査結果として出力するコンピュータである。このような画像処理装置２としては、マイクロコンピュータやＣＰＵ（Central Processing Unit）等を用いることができる。
なお、この画像処理装置２は、塗布状態検査プログラムの実行によって実現される機能部として、閉領域抽出部２ａ、基準標決定部２ｂ及び良否判定部２ｃを備えている。

閉領域抽出部２ａは、撮像装置１から入力される画像データを基に、ワークＷの撮影画像をシール剤Ｓが塗布された塗布領域とそれ以外の領域とに分割し、塗布領域に囲まれた２つ以上の閉領域を抽出する。基準標決定部２ｂは、閉領域のそれぞれについて参照点を求め、所定の規則に従って各参照点から基準位置及び基準方向を決定する。良否判定部２ｃは、上記塗布領域から抽出した塗布軌跡と、基準塗布軌跡との比較によって塗布状態の良否判定を行うに当たって、上記の基準位置及び基準方向を一致させた上で両者を比較する。ここで、良否判定部２ｃは、事前にシール剤Ｓが正常に塗布されたワークＷを撮像して得られた画像に含まれる塗布領域から抽出した塗布軌跡を、上記の基準塗布軌跡として用いる。例えば、塗布領域の中心線が塗布軌跡として抽出される場合、事前にシール剤Ｓが正常に塗布されたワークＷを撮像して得られた画像に含まれる塗布領域の中心線が基準塗布軌跡として用いられる。

記憶装置３は、例えばＨＤＤ(Hard Disk Drive)であり、画像処理装置２が実行する塗布状態検査プログラムと、事前に取得していた良否判定用の基準データ３ａを記憶している。なお、この基準データ３ａには、上記の基準塗布軌跡そのものを示すデータ（正常に塗布されたシール剤Ｓを事前に撮影して得られた撮影画像から、シール剤Ｓの塗布領域を抽出し、さらにその塗布領域の中心線を基準塗布軌跡として抽出したもの）の他、事前に正常な塗布状態で得られた撮影画像を基に決定された基準位置及び基準方向を示すデータも含まれている。

次に、上記のように構成された塗布状態検査装置Ａの動作について、図２〜図４を参照しながら詳細に説明する。
図２は、塗布状態検査装置Ａの動作を示すフローチャートである。この図２に示すように、検査開始時において、まず、撮像装置１は、画像処理装置２からの要求に応じてワークＷ上におけるシール剤Ｓの塗布部を撮影し、その撮影画像を表す画像データを画像処理装置２に出力する（ステップＳ１：撮像工程）。

続いて、画像処理装置２の閉領域抽出部２ａは、撮像装置１から入力される画像データを基に２値化処理を行うことにより、撮影画像をシール剤Ｓが塗布された塗布領域とそれ以外の領域とに分割する（ステップＳ２）。ここで、撮像装置１から入力される画像データには、Ｒ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）の３原色に対応する輝度データが含まれているため、撮影画像もＲ、Ｇ、Ｂの各色毎に得られることになる。例えば、シール剤Ｓが赤色の場合、赤色とワークＷの色（例えば青色）との輝度差（Ｒ−Ｂ）を計算し、その計算結果（以下、差分画像と称する）を赤色の強さと考え、当該差分画像を２値化処理することが好ましい。

ここで、２値化処理に用いられる閾値は、シール剤Ｓの輝度に該当する画素がシール剤Ｓの塗布領域の構成画素として判別され、それ以外のワークＷ表面の輝度に該当する画素がワーク領域の構成画素として判別されるように設定されている。つまり、このように設定された閾値を用いて差分画像を２値化処理することにより、差分画像を構成する画素の内、閾値以上の輝度を有する画素は、その輝度を第１輝度値（例えば最大階調値「２５５」）に変換されて、シール剤Ｓの塗布領域を構成する画素となり、閾値未満の輝度を有する画素は、その輝度を第２輝度値（例えば最小階調値「０」）に変換されて、ワーク領域を構成する画素となる。図３（ａ）に、上記のような２値化処理によって得られた画像の一例を示す。この図３（ａ）において、符号ＳＡはシール剤Ｓの塗布領域を示し、符号ＷＡはワーク領域を示している。

続いて、画像処理装置２の閉領域抽出部２ａは、上記のような２値化処理によって、撮影画像をシール剤Ｓが塗布された塗布領域ＳＡとそれ以外の領域（ワーク領域ＷＡ）とに分割した後、塗布領域ＳＡに囲まれた２つ以上の閉領域を抽出する（ステップＳ３）。図３（ａ）を参照すると、閉領域抽出部２ａは、塗布領域ＳＡに囲まれた閉領域として、比較的大きな閉領域ＷＡ１と比較的小さな閉領域ＷＡ２との２つの閉領域を抽出する。なお、これらステップＳ２及びＳ３の処理は閉領域抽出工程に相当する。

続いて、画像処理装置２の基準標決定部２ｂは、上記ステップＳ３にて抽出した閉領域ＷＡ１、ＷＡ２のそれぞれについて参照点を求め、所定の規則に従って各参照点から基準位置及び基準方向を決定する（ステップＳ４：基準標決定工程）。具体的には、基準標決定部２ｂは、図３（ｂ）に示すように、閉領域ＷＡ１、ＷＡ２のそれぞれの重心Ｐ１、Ｐ２を参照点として求め（ステップＳ４ａ）、最も大きい閉領域ＷＡ１の参照点Ｐ１を基準位置とし（ステップＳ４ｂ）、当該基準位置Ｐ１から２番目に大きい閉領域ＷＡ２の参照点Ｐ２へ向かう方向を基準方向として決定する（ステップＳ４ｃ）。

なお、例えば、図３（ｃ）に示すように、閉領域がＷＡ１、ＷＡ２及びＷＡ３の３つ存在する場合には、閉領域ＷＡ１、ＷＡ２、ＷＡ３のそれぞれの重心Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３を参照点として求め、最も大きい閉領域ＷＡ１の参照点Ｐ１を基準位置とし、当該基準位置Ｐ１から他の２つの閉領域ＷＡ２、ＷＡ３の参照点Ｐ２、Ｐ３へ向かう方向の合成ベクトル方向を基準方向として決定しても良い。閉領域が４つ以上存在する場合も同様である。
または、閉領域が３つ以上存在する場合には、最も大きい閉領域ＷＡ１の参照点Ｐ１を基準位置とし、当該基準位置Ｐ１から２番目に大きい閉領域ＷＡ２の参照点Ｐ２へ向かう方向を基準方向として決定するという規則にしても良い。
つまり、閉領域のそれぞれについて求めた参照点から基準位置及び基準方向を決定するための規則は、シール剤Ｓの塗布パターン等に応じてユーザが任意に決めれば良い。

続いて、画像処理装置２の良否判定部２ｃは、図４（ａ）に示すように、塗布領域ＳＡの中心線を塗布軌跡Ｌとして抽出する（ステップＳ５）。ここで、記憶装置３に記憶されている基準塗布軌跡をＬrefとすると、検査途中で撮像装置１（つまりカメラ）とワークＷとの位置関係にズレが生じていなければ、塗布軌跡Ｌと基準塗布軌跡Ｌrefとの基準位置及び基準方向は一致するはずであるが、ワークＷの設置位置のガタなどで撮像装置１とワークＷとの位置関係にズレが生じた場合、図４（ａ）に示すように、塗布軌跡Ｌと基準塗布軌跡Ｌrefとの基準位置及び基準方向にズレが生じる、つまり塗布軌跡Ｌと基準塗布軌跡Ｌrefとの位置関係にズレが生じることになる。

そこで、良否判定部２ｃは、上記ステップＳ５にて塗布領域ＳＡの中心線を塗布軌跡Ｌとして抽出した後、記憶装置３から基準塗布軌跡Ｌrefとその基準位置及び基準方向を示すデータを読み出し、基準塗布軌跡Ｌrefの基準位置及び基準方向が塗布軌跡Ｌの基準位置と基準方向と一致するように基準塗布軌跡Ｌrefを移動（平行移動或いは回転）させることにより、撮像装置１とワークＷとの位置ズレに起因する塗布軌跡Ｌと基準塗布軌跡Ｌrefとの位置ズレを補正する（ステップＳ６）。

基準塗布軌跡Ｌrefの移動量は、基準塗布軌跡Ｌrefを生成した元となる正常サンプル画像から計算した基準位置及び基準方向と、塗布軌跡Ｌの基準位置及び基準方向との差を基に計算すれば良い。この場合、基準位置の差分だけ基準塗布軌跡Ｌrefを平行移動させた後、基準方向の差分だけ基準塗布軌跡Ｌrefを回転させることになる。なお、基準塗布軌跡Ｌrefを正常サンプル画像ではなく、ＣＡＤモデルなどから生成している場合には、ＣＡＤモデルから得られた基準塗布軌跡Ｌrefの基準位置及び基準方向を用いて、基準塗布軌跡Ｌrefの移動量を計算しても良い。

そして、良否判定部２ｃは、上記ステップＳ６にて塗布軌跡Ｌと基準塗布軌跡Ｌrefとの位置ズレを補正した後、塗布軌跡Ｌと基準塗布軌跡Ｌrefとを比較し（ステップＳ７）、図４（ｂ）に示すように、塗布軌跡Ｌの全てが基準塗布軌跡Ｌrefを中心とする許容範囲ＬＡ内に収まっているか否かを判定する（ステップＳ８）。

良否判定部２ｃは、上記ステップＳ８にて「Ｙｅｓ」の場合、つまり塗布軌跡Ｌの全てが基準塗布軌跡Ｌrefを中心とする許容範囲ＬＡ内に収まっている場合、シール剤Ｓの塗布状態は正常であると判定する（ステップＳ９）。一方、良否判定部２ｃは、上記ステップＳ８にて「Ｎｏ」の場合、つまり塗布軌跡Ｌの一部が基準塗布軌跡Ｌrefを中心とする許容範囲ＬＡ内に収まっていない場合、シール剤Ｓの塗布状態は異常であると判定する（ステップＳ１０）。なお、上記のステップＳ５〜Ｓ１０は良否判定工程に相当する。

以上のように、本実施形態に係る塗布状態検査装置Ａによれば、塗布軌跡Ｌと基準塗布軌跡Ｌrefとの比較によって塗布状態の良否判定を行うに当たって、基準位置及び基準方向を一致させた上で両者を比較する、つまり撮像装置１とワークＷとの位置ズレに起因する塗布軌跡Ｌと基準塗布軌跡Ｌrefとの位置ズレを補正した上で両者を比較するので、検査途中で撮像装置１とワークＷとの位置関係にズレが生じた場合でも、正確に塗布状態の良否判定を行うことが可能となる。

なお、本発明は上記実施形態に限定されず、以下のような変形例が挙げられる。
（１）上記実施形態では、塗布領域ＳＡに囲まれた閉領域のそれぞれの重心を参照点として求める場合を例示したが、例えば閉領域のそれぞれの内接円或いは外接円の中心を参照点として求めるようにしても良い。

（２）上記実施形態では、塗布領域ＳＡの中心線を塗布軌跡Ｌとして抽出し、塗布軌跡Ｌが基準塗布軌跡Ｌrefを中心とする許容範囲ＬＡ内に収まっていた場合に塗布状態が正常であると判定する場合を例示したが、例えば塗布領域ＳＡの輪郭線を塗布軌跡Ｌとして抽出し、塗布軌跡Ｌと基準塗布軌跡Ｌrefとのズレ量が許容値以下の場合に塗布状態が正常であると判定するようにしても良い。この場合、良否判定部２ｃは、事前にシール剤Ｓ（塗布物）が正常に塗布されたワークＷを撮像して得られた画像に含まれる塗布領域から抽出した塗布軌跡（塗布領域の輪郭線）を、基準塗布軌跡Ｌrefとして用いることになる。

（３）上記実施形態において、計側面の輝度を一定に保つために、照明をワークＷの上方、撮像装置１に近接して設置するようにしても良い。
また、既知の画像処理手法によって、シール剤Ｓに切れが存在しないこと、或いはシール剤Ｓの太さが所定の範囲内であることを確認するなどの処理を追加し、組み合わせることが可能である。
また、本発明は、シール剤Ｓに限定せず、一般的な塗布物であっても、塗布の位置が適正であることを検査する工程に対して、この手法を適用することができる。

（４）上記実施形態では、良否判定部２ｃが、事前にシール剤Ｓ（塗布物）が正常に塗布されたワークＷを撮像して得られた画像に含まれる塗布領域から抽出した塗布軌跡（例えば塗布領域の中心線或いは輪郭線）を、基準塗布軌跡Ｌrefとして用いる場合を例示した。これに限らず、シール剤Ｓの塗布状態を規定する設計図面やＣＡＤモデル等の設計データを基に予め作成しておいた基準塗布軌跡Ｌrefを用いるようにしても良い。

Ａ…塗布状態検査装置、１…撮像装置、２…画像処理装置、３…記憶装置、２ａ…閉領域抽出部、２ｂ…基準標決定部、２ｃ…良否判定部、Ｓ…シール剤、Ｗ…ワーク

Claims (7)

1. ワークに塗布された塗布物の塗布状態を検査する塗布状態検査装置であって、
   前記塗布物が塗布された前記ワークを撮像する撮像手段と、
   前記撮像手段から得られた画像を前記塗布物が塗布された塗布領域とそれ以外の領域とに分割し、前記塗布領域に囲まれた２つ以上の閉領域を抽出する閉領域抽出手段と、
   前記閉領域のそれぞれについて参照点を求め、所定の規則に従って前記参照点から基準位置及び基準方向を決定する基準標決定手段と、
   前記塗布領域から抽出した塗布軌跡と、基準塗布軌跡との比較によって前記塗布状態の良否判定を行うに当たって、前記基準位置及び前記基準方向を一致させた上で両者を比較する良否判定手段と、を備え、
   前記基準標決定手段は、最も大きい閉領域の参照点を前記基準位置とし、当該基準位置から２番目に大きい閉領域の参照点へ向かう方向を前記基準方向として決定することを特徴とする塗布状態検査装置。
2. 前記基準標決定手段は、前記閉領域のそれぞれの重心を前記参照点として求めることを特徴とする請求項１に記載の塗布状態検査装置。
3. 前記基準標決定手段は、前記閉領域のそれぞれの内接円或いは外接円の中心を前記参照点として求めることを特徴とする請求項１に記載の塗布状態検査装置。
4. 前記基準方向は、前記基準位置から他の２つの前記閉領域の前記参照点へ向かう方向の合成ベクトル方向であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の塗布状態検査装置。
5. 前記良否判定手段は、前記塗布領域の中心線を前記塗布軌跡として抽出し、前記塗布軌跡が前記基準塗布軌跡を中心とする許容範囲内に収まっていた場合に前記塗布状態が正常であると判定することを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の塗布状態検査装置。
6. 前記良否判定手段は、前記塗布領域の輪郭線を前記塗布軌跡として抽出し、前記塗布軌跡と前記基準塗布軌跡とのズレ量が許容値以下の場合に前記塗布状態が正常であると判定することを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の塗布状態検査装置。
7. 前記良否判定手段は、事前に前記塗布物が正常に塗布された前記ワークを撮像して得られた画像に含まれる塗布領域から抽出した塗布軌跡を、前記基準塗布軌跡として用いることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の塗布状態検査装置。

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