JP6078286B2

JP6078286B2 - 外観検査装置および外観検査方法

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Publication number: JP6078286B2
Application number: JP2012221730A
Authority: JP
Inventors: 中川　啓二; 啓二中川; 啓史松尾
Original assignee: Ricoh Elemex Corp; Yokohama Rubber Co Ltd
Current assignee: Ricoh Elemex Corp; Yokohama Rubber Co Ltd
Priority date: 2012-10-03
Filing date: 2012-10-03
Publication date: 2017-02-08
Anticipated expiration: 2032-10-03
Also published as: JP2014074631A

Description

本発明は、検査対象物の外観を検査する外観検査装置および外観検査方法に関する。

従来、照明光で照明された検査対象物をカメラで撮像し、得られた画像に対して画像処理を行うことで検査対象物の外観を検査する外観検査装置が知られている。外観検査装置における照明には、大きく分けて、正反射光（直接光）を検査に用いる方法と、拡散反射光（散乱光）を検査に用いる方法とがある。前者の方法と後者の方法とでは、それぞれ、良好に検出できる不良の種類が異なるため、一般的には、検出しようとする不良の種類に応じて適切な照明を選択して使用している。

また、正反射光の受光により得られる検査対象物の画像と、拡散反射光の受光により得られる検査対象物の画像との双方を取得して、異なる種類の不良を検出できるようにした外観検査装置もある。例えば、特許文献１には、複数のラインカメラを用いて検査対象物からの正反射光と拡散反射光とを個別に受光し、正反射光の受光により得られる画像を用いて検査対象物上の黒色物や白色物の検出を行うとともに、拡散反射光の受光により得られる画像を用いて検査対象物の傷、異物、泡、すじ突起物等の検出を行う外観検査装置が開示されている。

また、特許文献２には、検査対象物に対して波長が異なる２つの照明光を各々照射し、一方の波長の正反射光と、他方の波長の拡散反射光とを１つのカメラで同時に受光し、一方の波長の正反射光を受光することで得られる画像を用いて検査対象物の表面の凹凸状態の検査を行うとともに、他方の波長の拡散反射光を受光することで得られる画像を用いて検査対象物に描画された画像の描画状態の検査を行う外観検査装置が開示されている。

特開平６−１３７８４４号公報特開２００６−４６９４１号公報

特許文献２で開示される外観検査装置は、正反射光と拡散反射光とを１つのカメラで同時に受光する構成であるため、特許文献１で開示される外観検査装置のように複数のカメラを用いる構成と比較して、装置の小型化や装置の製造コスト低減を図る上で有利となる。しかし、特許文献２で開示される外観検査装置は、波長が異なる２つの照明光を用いて得られた画像をもとに検査を行うため、特に光沢度の変化として現れるような不良を適切に検査できない虞がある。すなわち、検査対象物に照射される照明光はその波長に応じて検査対象物での拡散率が異なるため、波長が異なる２つの照明光を用いて得られた画像から光沢度の変化が生じている不良部位と正常な部位とを弁別するのは困難であり、不良部位を検出する際の検出精度が低下するという問題がある。また、従来技術では、光沢度の変化が生じている不良部位が検出できたとしても、その不良部位が正常な部位と比べて光沢度が大きい不良部位なのか、光沢度が小さい不良部位なのかといった不良の種別の判定ができない。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、検査対象物の正常部位とは光沢度が異なる不良部位の検出および不良の種別の判定を精度良く行うことができる外観検査装置および外観検査方法を提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る外観検査装置は、検査対象物を撮像する撮像部と、主として正反射光が前記撮像部に入射するように前記検査対象物を照明する第１照明部と、主として拡散反射光が前記撮像部に入射するように前記検査対象物を照明する第２照明部と、前記第１照明部による照明と前記第２照明部による照明とを選択的に切り替える照明切り替え部と、前記第１照明部により照明された前記検査対象物を前記撮像部が撮像することで得られる第１画像と、前記第２照明部により照明された前記検査対象物を前記撮像部が撮像することで得られる第２画像と、前記第１画像と前記第２画像との差分である差分画像と、に基づいて、前記検査対象物の正常部位とは光沢度が異なる不良部位を検出するとともに、検出した不良部位が、前記正常部位よりも光沢度が大きい第１不良部位であるか、または、前記正常部位よりも光沢度が小さい第２不良部位であるかを判定する不良部位検出部と、を備え、前記不良部位検出部は、注目部位の前記差分画像における輝度値と前記差分画像の輝度平均値または前記差分画像における前記注目部位の周囲の所定範囲の輝度平均値との差の絶対値が所定閾値を超える場合に、前記注目部位を前記不良部位として検出し、さらに、検出した前記不良部位の前記第１画像における輝度値を前記第１画像の輝度平均値または前記第１画像における前記不良部位の周囲の所定範囲の輝度平均値から減じた値が負の値であり、且つ、前記不良部位の前記第２画像における輝度値を前記第２画像の輝度平均値または前記第２画像における前記不良部位の周囲の所定範囲の輝度平均値から減じた値が正の値である場合に、前記不良部位が前記第１不良部位であると判定することを特徴とする。
また、本発明に係る外観検査装置は、検査対象物を撮像する撮像部と、主として正反射光が前記撮像部に入射するように前記検査対象物を照明する第１照明部と、主として拡散反射光が前記撮像部に入射するように前記検査対象物を照明する第２照明部と、前記第１照明部による照明と前記第２照明部による照明とを選択的に切り替える照明切り替え部と、前記第１照明部により照明された前記検査対象物を前記撮像部が撮像することで得られる第１画像と、前記第２照明部により照明された前記検査対象物を前記撮像部が撮像することで得られる第２画像と、前記第１画像と前記第２画像との差分である差分画像と、に基づいて、前記検査対象物の正常部位とは光沢度が異なる不良部位を検出するとともに、検出した不良部位が、前記正常部位よりも光沢度が大きい第１不良部位であるか、または、前記正常部位よりも光沢度が小さい第２不良部位であるかを判定する不良部位検出部と、を備え、前記不良部位検出部は、注目部位の前記差分画像における輝度値と前記差分画像の輝度平均値または前記差分画像における前記注目部位の周囲の所定範囲の輝度平均値との差の絶対値が所定閾値を超える場合に、前記注目部位を前記不良部位として検出し、さらに、検出した前記不良部位の前記第１画像における輝度値を前記第１画像の輝度平均値または前記第１画像における前記不良部位の周囲の所定範囲の輝度平均値から減じた値が正の値であり、且つ、前記不良部位の前記第２画像における輝度値を前記第２画像の輝度平均値または前記第２画像における前記不良部位の周囲の所定範囲の輝度平均値から減じた値が負の値である場合に、前記不良部位が前記第２不良部位であると判定することを特徴とする。

また、本発明に係る外観検査方法は、撮像部が撮像する検査対象物の画像を用いて前記検査対象物の外観を検査する外観検査装置において実行される外観検査方法であって、主として正反射光が前記撮像部に入射するように前記検査対象物を照明して前記撮像部により前記検査対象物を撮像する第１工程と、主として拡散反射光が前記撮像部に入射するように前記検査対象物を照明して前記撮像部により前記検査対象物を撮像する第２工程と、前記第１工程で得られた第１画像と、前記第２工程で得られた第２画像と、前記第１画像と前記第２画像との差分である差分画像と、に基づいて、前記検査対象物の正常部位とは光沢度が異なる不良部位を検出するとともに、検出した不良部位が、前記正常部位よりも光沢度が大きい第１不良部位であるか、または、前記正常部位よりも光沢度が小さい第２不良部位であるかを判定する第３工程と、を含み、前記第３工程は、注目部位の前記差分画像における輝度値と前記差分画像の輝度平均値または前記差分画像における前記注目部位の周囲の所定範囲の輝度平均値との差の絶対値が所定閾値を超える場合に、前記注目部位を前記不良部位として検出し、さらに、検出した前記不良部位の前記第１画像における輝度値を前記第１画像の輝度平均値または前記第１画像における前記不良部位の周囲の所定範囲の輝度平均値から減じた値が負の値であり、且つ、前記不良部位の前記第２画像における輝度値を前記第２画像の輝度平均値または前記第２画像における前記不良部位の周囲の所定範囲の輝度平均値から減じた値が正の値である場合に、前記不良部位が前記第１不良部位であると判定することを特徴とする。
また、本発明に係る外観検査方法は、撮像部が撮像する検査対象物の画像を用いて前記検査対象物の外観を検査する外観検査装置において実行される外観検査方法であって、主として正反射光が前記撮像部に入射するように前記検査対象物を照明して前記撮像部により前記検査対象物を撮像する第１工程と、主として拡散反射光が前記撮像部に入射するように前記検査対象物を照明して前記撮像部により前記検査対象物を撮像する第２工程と、前記第１工程で得られた第１画像と、前記第２工程で得られた第２画像と、前記第１画像と前記第２画像との差分である差分画像と、に基づいて、前記検査対象物の正常部位とは光沢度が異なる不良部位を検出するとともに、検出した不良部位が、前記正常部位よりも光沢度が大きい第１不良部位であるか、または、前記正常部位よりも光沢度が小さい第２不良部位であるかを判定する第３工程と、を含み、前記第３工程は、注目部位の前記差分画像における輝度値と前記差分画像の輝度平均値または前記差分画像における前記注目部位の周囲の所定範囲の輝度平均値との差の絶対値が所定閾値を超える場合に、前記注目部位を前記不良部位として検出し、さらに、検出した前記不良部位の前記第１画像における輝度値を前記第１画像の輝度平均値または前記第１画像における前記不良部位の周囲の所定範囲の輝度平均値から減じた値が正の値であり、且つ、前記不良部位の前記第２画像における輝度値を前記第２画像の輝度平均値または前記第２画像における前記不良部位の周囲の所定範囲の輝度平均値から減じた値が負の値である場合に、前記不良部位が前記第２不良部位であると判定することを特徴とする。

本発明によれば、検査対象物の正反射光を撮像部に入射させることで得られる第１画像と、拡散反射光を撮像部に入射させることで得られる第２画像と、第１画像と第２画像との差分画像と、に基づいて、検査対象物の正常部位とは光沢度が異なる不良部位を検出するとともに、検出した不良部位が正常部位よりも光沢度が大きい第１不良部位であるか、または、正常部位よりも光沢度が小さい第２不良部位であるかを判定するので、検査対象物の正常部位とは光沢度が異なる不良部位の検出および不良の種別の判定を精度良く行うことができるという効果を奏する。

図１−１は、実施形態に係るタイヤ外観検査装置の平面図である。図１−２は、実施形態に係るタイヤ外観検査装置を図１−１中の矢印Ａ方向から見た側面図である。図２は、タイヤ外観検査装置の画像解析を含む制御系の概略構成を示すブロック図である。図３は、タイヤの側面部における光沢度と正反射光および拡散反射光との関係を示す概念図である。図４は、タイヤの側面部における光沢度と正反射光および拡散反射光との関係を示す概念図である。図５は、ラインセンサカメラを用いてタイヤの側面部における光沢不良部位およびその周囲を撮像して得た第１画像の画像例を示す図である。図６は、ラインセンサカメラを用いてタイヤの側面部における光沢不良部位およびその周囲を撮像して得た第２画像の画像例を示す図である。図７は、画像解析装置による不良部位の検出処理の一例を示すフローチャートである。

以下に添付図面を参照して、この発明に係る外観検査装置および外観検査方法の実施の形態を詳細に説明する。以下で説明する実施の形態は、自動車のタイヤを検査対象物とするタイヤ外観検査装置に対して本発明を適用した例である。

図１−１は、本実施形態に係るタイヤ外観検査装置１の平面図であり、図１−２は、タイヤ外観検査装置１を図１−１中の矢印Ａ方向から見た側面図である。図１−１および図１−２に示すように、タイヤ外観検査装置１は、搬送用ローラ２を有する検査台３を備える。検査台３には、検査対象物であるタイヤＴに対して実際に検査を行う検査位置Ｐ１と、検査前のタイヤＴを待機させる待機位置Ｐ２とが設けられている。タイヤＴは、作業者によって検査台３の待機位置Ｐ２に平置きの状態で載せられる。そして、検査を行う際は、作業者が待機位置Ｐ２のタイヤＴを搬送用ローラ２上で図１−１中の矢印Ｂ方向に移動させることで、検査位置Ｐ１へと搬送する。

検査台３の検査位置Ｐ１には、該検査位置Ｐ１に搬送されたタイヤＴを回転可能に保持する保持部材４が設けられている。保持部材４は、タイヤＴのビード部に例えば４箇所で係合する係合部５を有する。作業者は、検査位置Ｐ１に搬送されたタイヤＴのビード部に保持部材４の係合部５を係合させる。これにより、タイヤＴが保持部材４に保持される。

保持部材４には、タイヤＴを回転させるためのモータ６の回転軸の先端が、軸受け７によって連結されている。また、モータ６の回転軸には、ソレノイドバルブ８が設けられている。ソレノイドバルブ８は、通電による電磁作用によってモータ６の回転軸を伸張させ、保持部材４を図１−２中の矢印Ｃ方向に移動させて、タイヤＴを検査台３から離間させる。この状態で、モータ６を作動させることにより、保持部材４に保持されたタイヤＴを図１−２中の矢印Ｄで示すように回転させることができる。モータ６およびソレノイドバルブ８の動作は、後述する制御部によって制御される。

検査台３の検査位置Ｐ１の上方には、ラインセンサカメラ１０、第１照明装置１１、および第２照明装置１２が設けられている。

ラインセンサカメラ１０は、モータ６の作動により回転するタイヤＴの側面部を撮像する。ラインセンサカメラ１０の撮像位置Ｐｉは、図１−１中の一点鎖線で示すように、タイヤＴの径方向に沿った直線状の位置である。ラインセンサカメラ１０は、この撮像位置Ｐｉにおける反射光を受光して電気信号に変換することにより、１ライン分の画像（ライン画像）を取得する。そして、ラインセンサカメラ１０は、タイヤＴが回転している状態でライン画像の取得を繰り返すことで、タイヤＴの側面部の全周に亘る画像を撮像することができる。

第１照明装置１１は、主として正反射光がラインセンサカメラ１０に入射するように、タイヤＴの側面部における撮像位置Ｐｉを照明する。例えば、第１照明装置１１は、所定波長のＬＥＤを光源とし、このＬＥＤが出射する光を集光レンズで直線光に変換して出力するライン照明装置として構成される。そして、第１照明装置１１は、出力する直線光がタイヤＴの側面部における撮像位置Ｐｉに照射され、且つ、その正反射光がラインセンサカメラ１０に入射する位置および角度で、検査位置Ｐ１の上方に配置されている。

第２照明装置１２は、主として拡散反射光がラインセンサカメラ１０に入射するように、タイヤＴの側面部におけるラインセンサカメラ１０の撮像位置Ｐｉを照明する。例えば、第２照明装置１２は、第１照明装置１１と同一波長のＬＥＤを光源とし、このＬＥＤが出射する光を拡散板で拡散してエリア照明光として出力するエリア照明装置として構成される。そして、第２照明装置１２は、出力するエリア照明光がタイヤＴの側面部における撮像位置Ｐｉを含む所定範囲に照射される位置および角度で、検査位置Ｐ１の上方に配置されている。

第１照明装置１１と第２照明装置１２は、後述する制御部の制御によって選択的に動作する。すなわち、第１照明装置１１がタイヤＴの側面部を照明しているときは、第２照明装置１２による照明は行われない。また、第２照明装置１２がタイヤＴの側面部を照明しているときは、第１照明装置１１による照明は行われない。そして、ラインセンサカメラ１０は、第１照明装置１１により照明されたタイヤＴの側面部と、第２照明装置１２により照明されたタイヤＴの側面部とを各々撮像する。以下、第１照明装置１１により照明されたタイヤＴの側面部をラインセンサカメラ１０で撮像することで得られる画像を第１画像といい、第２照明装置１２により照明されたタイヤＴの側面部をラインセンサカメラ１０で撮像することで得られる画像を第２画像という。第１画像と第２画像は、それぞれ後述の画像解析装置に送られ、タイヤＴの側面部の不良部位を検出するために用いられる。

図２は、タイヤ外観検査装置１の画像解析を含む制御系の概略構成を示すブロック図である。タイヤ外観検査装置１は、図２に示すように、装置全体の動作を制御する制御部２０を備える。上述したソレノイドバルブ８、モータ６、第１照明装置１１、第２照明装置１２、およびラインセンサカメラ１０は、それぞれ制御部２０に接続されている。そのほか、制御部２０には、作業者が検査の開始を指示するために操作する検査開始スイッチ１５が接続されている。また、ラインセンサカメラ１０は、画像解析装置（不良部位検出部）３０にも接続され、ラインセンサカメラ１０で取得されたライン画像は、画像解析装置３０に随時送られる。

制御部２０は、例えば、ＣＰＵやＲＯＭ、ＲＡＭ、各種入出力インターフェースなどを備えるマイクロコントローラとして構成され、ＣＰＵがＲＡＭをワークエリアとして利用してＲＯＭに格納された各種制御プログラムを実行することによって、駆動制御部２１、照明制御部（照明切り替え部）２２、およびカメラ制御部２３の各制御機能を実現する。

駆動制御部２１は、作業者により検査開始スイッチ１５が操作されると、ソレノイドバルブ８およびモータ６の動作を制御して、保持部材４に保持されたタイヤＴを所定の高さ位置において一定速度で回転させる。すなわち、作業者により検査開始スイッチ１５が操作されると、駆動制御部２１は、まず、ソレノイドバルブ８を作動させて、保持部材４に保持されたタイヤＴの側面部が、ラインセンサカメラ１０と第１照明装置１１との位置関係から定まる所定の高さ位置（タイヤＴの側面部での正反射光がラインセンサカメラ１０に入射する位置）となるように、保持部材４およびこれに保持されたタイヤＴを図１−２中の矢印Ｃ方向に移動させる。この際、駆動制御部２１は、検査対象とするタイヤＴのサイズあるいは識別情報を例えば作業者の設定入力により取得して、タイヤＴのサイズに合わせてソレノイドバルブ８に通電する電流値を制御することで、タイヤＴの側面部が所定の高さ位置となるように調整してもよい。次に、駆動制御部２１は、タイヤＴの側面部が所定の高さ位置となっている状態で、タイヤＴが一定速度で回転するようにモータ６の動作を制御する。

照明制御部２２は、ラインセンサカメラ１０が撮像するタイヤＴの側面部に対する照明を制御する制御機能であり、特に、第１照明部１１による照明と第２照明部１２による照明とが選択的に切り替わるように、これら第１照明部１１および第２照明部１２の動作を制御する。すなわち、照明制御部２２は、一定速度で回転するタイヤＴの側面部に、第１照明部１１からの直線状の照明光と第２照明部１２からのエリア照明光とが時分割で交互に照射されるように、第１照明部１１および第２照明部１２の動作を制御する。

例えば、照明制御部２２は、ラインセンサカメラ１０が１ライン分のライン画像を取得するごとに、第１照明部１１による照明と第２照明部１２による照明とを切り替える。また、照明制御部２２は、タイヤＴが１周するまで第１照明部１１による照明を継続させ、タイヤＴが１周したら第１照明部１１による照明から第２照明部１２による照明に切り替えて、タイヤＴが再度１周するまで第２照明部１２による照明を継続させるように制御してもよい。前者の場合は、タイヤＴが１周すると、タイヤＴの側面部の全周に亘る第１画像と第２画像とが得られるため、検査の高速化を図る上で有利となる。一方、後者の場合は、タイヤＴの側面部の全周に亘る第１画像と第２画像とを得るにはタイヤＴを２周させる必要があるが、前者の場合と比較して第１画像および第２画像の解像度を高めることができる。

カメラ制御部２３は、ラインセンサカメラ１０の動作を制御する。具体的には、カメラ制御部２３は、ラインセンサカメラ１０におけるシャッタタイミングやＡＧＣのゲインなどの各種のパラメータを設定するためのパラメータ設定信号をラインセンサカメラ１０に送出し、第１照明装置１１または第２照明装置１２による照明と同期して、タイヤＴの側面部における撮像位置Ｐｉのライン画像が随時取得されるように、ラインセンサカメラ１０の動作を制御する。ラインセンサカメラ１０は、カメラ制御部２３による制御のもとでタイヤＴの側面部における撮像位置Ｐｉのライン画像を随時取得し、取得したライン画像を画像解析装置３０に随時出力する。第１照明装置１１の照明下でラインセンサカメラ１０により取得された撮像位置Ｐｉのライン画像を繋ぎ合わせることで、タイヤＴの１周分の第１画像が得られ、第２照明装置１２の照明下でラインセンサカメラ１０により取得された撮像位置Ｐｉのライン画像を繋ぎ合わせることで、タイヤＴの１周分の第２画像が得られる。

画像解析装置３０は、第１画像と、第２画像と、これら第１画像と第２画像との差分である差分画像とを用いて、タイヤＴの側面部において光沢度が正常部位と異なる不良部位を検出するとともに、その不良部位が正常部位と比べて光沢度が大きい不良部位であるか（以下、このような不良部位を光沢不良部位と呼ぶ。）、あるいは、正常部位と比べて光沢度が小さい不良部位であるか（以下、このような不良部位を粗面不良部位と呼ぶ。）を判定する。

図３および図４は、タイヤＴの側面部における光沢度と正反射光および拡散反射光との関係を示す概念図である。タイヤＴの側面部において光沢度が大きい部位は、照明光に対する反射率が大きくなっているため、図３に示すように、ラインセンサカメラ１０に入射する正反射光の強度が大きくなる一方で、ラインセンサカメラ１０に入射する拡散反射光の強度が小さくなる。これに対し、タイヤＴの側面部において光沢度が小さい部位は、照明光に対する反射率が小さくなっているため、図４に示すように、ラインセンサカメラ１０に入射する拡散反射光の強度が大きくなる一方で、ラインセンサカメラ１０に入射する正反射光の強度が小さくなる。したがって、タイヤＴの側面部における光沢不良部位は、正常部位と比較すると、第１画像における当該部位の輝度値が大きくなり、且つ、第２画像における当該部位の輝度値が小さくなる。一方、タイヤＴの側面部における粗面不良部位は、正常部位と比較すると、第２画像における当該部位の輝度値が大きくなり、且つ、第１画像における当該部位の輝度値が小さくなる。

図５および図６は、実際にラインセンサカメラ１０を用いて、タイヤＴの側面部における光沢不良部位およびその周囲を撮像して得た画像（図５が第１画像、図６が第２画像）の例であり、図中の楕円で囲んだ部分が光沢不良部位である。ここでは、タイヤ成形用金型の空気抜き穴に入り込んだ溶融原料が固化してできた突起物（ベント、スピュー）がタイヤ成形用金型内に残り、そのまま次のタイヤ成形を行うことで生じる不良を撮像しており、この不良が発生した部位は正常部位と比較して光沢度が大きく、光沢不良部位となる。なお、図５および図６に示す画像は、見やすくするために画像全体の明るさとコントラストを補正している。

光沢不良部位は、図５に示すように、ラインセンサカメラ１０において主に正反射光を検出することで得られる第１画像上では、周囲と比較して明るく（輝度が大きく）なっている。また、光沢不良部位は、図６に示すように、ラインセンサカメラ１０において主に拡散反射光を検出することで得られる第２画像上では、周囲と比較して暗く（輝度が小さく）なっている。このように、光沢不良部位は、第１画像上では正常部位と比較して輝度値が大きくなり、第２画像上では正常部位と比較して輝度値が小さくなる。したがって、第１画像と第２画像との差分である差分画像を求めることで、正常部位に対する光沢不良部位の輝度値の差を大きく取ることができる。

また、粗面不良部位については、具体的な画像の図示は省略するが、光沢不良部位とは逆に、ラインセンサカメラ１０において主に正反射光を検出することで得られる第１画像上では、周囲と比較して暗く（輝度が小さく）なり、ラインセンサカメラ１０において主に拡散反射光を検出することで得られる第２画像上では、周囲と比較して明るく（輝度が大きく）なる。このように、粗面不良部位は、第１画像上では正常部位と比較して輝度値が小さくなり、第２画像上では正常部位と比較して輝度値が大きくなるので、差分画像を求めることで、正常部位に対する粗面不良部位の輝度値の差を大きく取ることができる。

以上のことから、画像解析装置３０は、まず、第１画像と第２画像との差分である差分画像を生成し、この差分画像を用いて、タイヤＴの側面部において光沢度が正常部位とは異なる不良部位を検出する。具体的には、画像解析装置３０は、例えば、タイヤＴの全周に亘る差分画像に対して、注目する画像領域のウィンドウをスキャンしながら検査を行う場合、ウィンドウ内の領域（以下、注目部位と呼ぶ。）の輝度値と、差分画像全体の輝度平均値、あるいは、注目部位の周囲の所定範囲の輝度平均値との差を求め、求めた差の絶対値が所定の閾値を超える場合に、注目部位を不良部位として検出する。そして、画像解析装置３０は、不良部位を検出した場合は、タイヤＴ側面部における不良部位の位置を特定するための情報（例えば、差分画像上での座標位置）を保持する。なお、注目部位の輝度値は、注目部位を構成するすべての画素の輝度平均値であってもよいし、注目部位の中の代表画素の輝度値であってもよい。また、輝度値の閾値は、予め実験などによって最適な値を求めておけばよい。

タイヤＴの側面部において光沢度が正常部位とは異なる不良部位は、上述したように、その不良部位が光沢不良部位であっても粗面不良部位であっても、差分画像を用いることで正常部位に対する輝度値の差を大きく取ることができる。例えば、正常部位における任意の画素の輝度値と不良部位における任意の画素の輝度値とを比較した場合、第１画像上では正常部位の画素値が３５、不良部位の画素値が６１であり、第２画像上では正常部位の画素値が２４、不良部位の画素値が１６であったとする。この場合、正常部位に対する不良部位の輝度値の差は、第１画像上では−２６（＝３５−６１）であり、第２画像上では８（＝２４−１６）であるが、差分画像上では−３４（＝１１−４５）となり、正常部位に対する不良部位の輝度値の差は差分画像上で大きくなる。したがって、差分画像を用いることで、正常部位と不良部位との分離を精度よく行って、不良部位を精度よく検出することができる。

しかし、差分画像から検出された不良部位は、光沢不良部位である場合もあれば、粗面不良部位である場合もあり、差分画像のみからこれら不良の種別を判定することは困難である。そこで、画像解析装置３０は、第１画像と第２画像とを用いて、不良部位が光沢不良部位であるか粗面不良部位であるかの判定を行う。

具体的には、画像解析装置３０は、例えば、差分画像を用いて検出したタイヤＴの側面部における不良部位の位置を、検出時に保持した情報を用いて特定し、その位置を注目部位として第１画像および第２画像上でマッピングする。そして、画像解析装置３０は、注目部位の第１画像における輝度値を第１画像全体の輝度平均値、あるいは、第１画像における注目部位の周囲の所定範囲の輝度平均値から減算し、その値（第１減算値）が正の値であるか、負の値であるかを確認する。また、画像解析装置３０は、注目部位の第２画像における輝度値を第２画像全体の輝度平均値、あるいは、第２画像における注目部位の周囲の所定範囲の輝度平均値から減算し、その値（第２減算値）が正の値であるか、負の値であるかを確認する。そして、画像解析装置３０は、第１減算値が負の値であり、且つ、第２減算値が正の値である場合に、差分画像を用いて検出した不良部位が光沢不良部位であると判定する。また、画像解析装置３０は、第１減算値が正の値であり、且つ、第２減算値が負の値である場合に、差分画像を用いて検出した不良部位が粗面不良部位であると判定する。なお、注目部位の輝度値は、差分画像を用いた検査時と同様に、注目部位を構成するすべての画素の輝度平均値であってもよいし、注目部位の中の代表画素の輝度値であってもよい。

図７は、画像解析装置３０において実施される不良部位の検出処理の一例を示すフローチャートである。以下、この図７のフローチャートを参照して、画像解析装置３０の一連の動作を説明する。

画像解析装置３０は、まず、第１照明装置１１による照明下でラインセンサカメラ１０が撮像位置Ｐｉを撮像することで得られるライン画像を繋ぎ合わせて、タイヤＴの１周分の第１画像を取得する（ステップＳ１０１）。また、画像解析装置３０は、第２照明装置１２による照明下でラインセンサカメラ１０が撮像位置Ｐｉを撮像することで得られるライン画像を繋ぎ合わせて、タイヤＴの１周分の第２画像を取得する（ステップＳ１０２）。なお、ステップＳ１０１とステップＳ１０２の順番は任意であり、第２画像を取得した後に第１画像を取得するようにしてもよい。

次に、画像解析装置３０は、ステップＳ１０１で取得した第１画像と、ステップＳ１０２で取得した第２画像とを用い、これら第１画像および第２画像を構成する画素ごとに、第１画像における輝度値と第２画像における輝度値との差分を取り、差分画像を生成する（ステップＳ１０３）。

次に、画像解析装置３０は、ステップＳ１０１で取得した第１画像の画像全体における輝度平均値Ｌ１、ステップＳ１０２で取得した第２画像の画像全体における輝度平均値Ｌ２、およびステップＳ１０３で生成した差分画像の画像全体における輝度平均値Ｌ３をそれぞれ算出する（ステップＳ１０４）。

次に、画像解析装置３０は、検査の対象となる注目部位を選択する（ステップＳ１０５）。

次に、画像解析装置３０は、ステップＳ１０５で選択した注目部位の差分画像における輝度値Ｌ３＿ｔと、ステップＳ１０４で算出した差分画像の輝度平均値Ｌ３との差を求め、求めた差の絶対値が所定閾値Ｔｈを超えているか否かを判定する（ステップＳ１０６）。そして、差分画像における注目部位の輝度値Ｌ３＿ｔと差分画像の輝度平均値Ｌ３との差の絶対値が所定閾値Ｔｈ以下であれば（ステップＳ１０６：Ｎｏ）、画像解析装置３０は、注目部位を正常部位と判定して（ステップＳ１０７）、ステップＳ１１２に進む。

一方、差分画像における注目部位の輝度値Ｌ３＿ｔと差分画像の輝度平均値Ｌ３との差の絶対値が所定閾値Ｔｈを超えていれば（ステップＳ１０６：Ｙｅｓ）、画像解析装置３０は、注目部位を不良部位として検出し、その注目部位の位置を特定するための情報を保持する。そして、画像解析装置３０は、保持した情報をもとに第１画像および第２画像における注目部位の位置をそれぞれ特定し、第１画像における注目部位の輝度値Ｌ１＿ｔをステップＳ１０４で算出した第１画像の輝度平均値Ｌ１から減じた値（第１減算値：Ｌ１−Ｌ１＿ｔ）と、第２画像における注目部位の輝度値Ｌ２＿ｔをステップＳ１０４で算出した第２画像の輝度平均値Ｌ２から減じた値（第２減算値：Ｌ２−Ｌ２＿ｔ）とをそれぞれ求め、第１減算値が負の値（Ｌ１−Ｌ１＿ｔ＜０）で、且つ、第２減算値が正の値（Ｌ２−Ｌ２＿ｔ＞０）となっているか否かを判定する（ステップＳ１０８）。

ここで、第１減算値が負の値であり、且つ、第２減算値が正の値であれば（ステップＳ１０８：Ｙｅｓ）、画像解析装置３０は、注目部位を光沢不良部位と判定して（ステップＳ１０９）、ステップＳ１１２に進む。一方、第１減算値が正の値であったり、第２減算値が負の値であったりした場合は（ステップＳ１０８：Ｎｏ）、画像解析装置３０は、次に、第１減算値が正の値（Ｌ１−Ｌ１＿ｔ＞０）で、且つ、第２減算値が負の値（Ｌ２−Ｌ２＿ｔ＜０）となっているか否かを判定する（ステップＳ１１０）。そして、第１減算値が正の値であり、且つ、第２減算値が負の値であれば（ステップＳ１１０：Ｙｅｓ）、画像解析装置３０は、注目部位を粗面不良部位と判定して（ステップＳ１１１）、ステップＳ１１２に進む。一方、第１減算値が負の値であったり、第２減算値が正の値であったりした場合は（ステップＳ１１０：Ｎｏ）、画像解析装置３０は、何らかのノイズによりステップＳ１０６で誤判定が生じたものとして、注目部位を正常部位と判定し（ステップＳ１０７）、ステップＳ１１２に進む。

画像解析装置３０は、ステップＳ１０６〜ステップＳ１１１の処理によってステップＳ１０５で選択した注目部位が正常部位であるか、光沢不良部位であるか、粗面不良部位であるかを判定すると、次のステップＳ１１２で、タイヤＴの側面部の全周に亘って検査が終了したか否かを判定する。そして、検査を行っていない部位があれば（ステップＳ１１２：Ｎｏ）、ステップＳ１０５に戻って新たな注目部位を選択し、ステップＳ１０６〜ステップＳ１１１の処理を繰り返す。一方、タイヤＴの側面部の全周に亘って検査が終了すると（ステップＳ１１２：Ｙｅｓ）、図７のフローチャートで示す一連の処理を終了する。

なお、図７のフローチャートで示した例では、注目部位の輝度値の比較対象として画像全体の輝度平均値（Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３）を用いているが、これに代えて、注目部位の周囲の所定範囲の輝度平均値を用いてもよい。この場合、画像全体の輝度平均値（Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３）を算出するステップＳ１０４の処理は省略され、ステップＳ１０５で注目部位を選択した後に、第１画像、第２画像、および差分画像のそれぞれについて、選択した注目部位の周囲の所定範囲の輝度平均値が算出される。

また、図７のフローチャートで示した例では、１つの注目部位ごとに、差分画像に基づく不良部位の検出と、第１画像および第２画像に基づく不良の種類の判定とを連続して行うようにしているが、タイヤＴの側面部の全周に対して差分画像に基づく不良部位の検出を行った後、不良部位として検出された個々の注目部位について、第１画像および第２画像に基づく不良の種類の判定を行うようにしてもよい。

また、図７のフローチャートで示した例では、タイヤＴの１周分の第１画像と第２画像とから差分画像を生成し、これらタイヤＴの１周分の第１画像、第２画像および差分画像を用いて不良部位の検出および不良の種類の判定を行うようにしているが、ラインセンサカメラ１０が１ライン分のライン画像を撮像するごとに第１照明装置１１による照明と第２照明装置１２による照明とを切り替えるようにした場合には、１ラインごとに第１画像と第２画像との差分画像を求め、タイヤＴの１周分の第１画像および第２画像が得られる前に、１ラインごとにリアルタイムで不良部位の検出および不良の種類の判定を行うこともできる。

以上、具体的な例を挙げながら詳細に説明したように、本実施形態に係るタイヤ外観検査装置１は、検査対象物であるタイヤＴの側面部を撮像するラインセンサカメラ１０と、主として正反射光がラインセンサカメラ１０に入射するように、タイヤＴの側面部におけるラインセンサカメラ１０の撮像位置Ｐｉを照明する第１照明装置１１と、主として拡散反射光がラインセンサカメラ１０に入射するように、タイヤＴの側面部におけるラインセンサカメラ１０の撮像位置Ｐｉを照明する第２照明装置１２と、を備える。そして、制御部２０の照明制御部２２が、第１照明装置１１による照明と第２照明装置１２による照明とを選択的に切り替えて、画像解析装置３０が、第１照明装置１１により照明されたタイヤＴの側面部における撮像位置Ｐｉをラインセンサ１０が撮像することにより得られた第１画像と、第２照明装置１２により照明されたタイヤＴの側面部における撮像位置Ｐｉをラインセンサ１０が撮像することにより得られた第２画像との差分画像に基づいて、タイヤＴの側面部における不良部位を検出するようにしている。したがって、本実施形態に係るタイヤ外観検査装置１は、検査対象物であるタイヤＴの側面部において、正常部位とは光沢度が異なる不良部位を精度よく検出することができる。

また、本実施形態に係るタイヤ外観検査装置１では、画像解析装置３０が、差分画像に基づいて検出した不良部位について、第１画像と第２画像とを用いてその不良部位が光沢不良部位であるのか粗面不良部位であるのかを判定するようにしているので、不良部位の検出だけでなく、その不良の種類の判定も精度よく行うことができる。

また、本実施形態に係るタイヤ外観検査装置１では、ラインセンサカメラ１０が１ライン分のライン画像を撮像するたびに、制御部２０の照明制御部２２が第１照明装置１１による照明と第２照明装置１２による照明との切り替えを行うことで、検査の高速化を図ることができる。

また、本実施形態に係るタイヤ外観検査装置１では、第１照明装置１１と第２照明装置１２が同一波長の照明光でタイヤＴの側面部における撮像位置Ｐｉを照明するようにしているので、照明光の波長の違いによって第１画像と第２画像とで光沢度に応じた輝度値が変動するといった不都合を未然に回避することができ、正常部位とは光沢度が異なる不良部位を精度よく検出することができる。

なお、上記実施の形態では、本発明をタイヤ外観検査装置に適用した例について説明したが、本発明は、タイヤ外観検査装置に限らず、検査対象物の光沢度の不良を検査するあらゆる外観検査装置に対して広く適用することができる。また、上記実施の形態として開示した技術事項は、本発明の好ましい適用例を例示したものであり、本発明の技術的範囲が上記実施の形態として開示した技術事項に限定されるものではない。本発明の技術的範囲は、上記実施の形態として開示した具体的な技術事項に加え、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において容易に想到し得る様々な変形例、代替技術を含むものである。

以上のように、本発明は、検査対象物の光沢度の不良を精度よく検出できるようにする技術として有用である。

１タイヤ外観検査装置
１０ラインセンサカメラ
１１第１照明装置
１２第２照明装置
２０制御部
２２照明制御部
３０画像解析装置

Claims

検査対象物を撮像する撮像部と、
主として正反射光が前記撮像部に入射するように前記検査対象物を照明する第１照明部と、
主として拡散反射光が前記撮像部に入射するように前記検査対象物を照明する第２照明部と、
前記第１照明部による照明と前記第２照明部による照明とを選択的に切り替える照明切り替え部と、
前記第１照明部により照明された前記検査対象物を前記撮像部が撮像することで得られる第１画像と、前記第２照明部により照明された前記検査対象物を前記撮像部が撮像することで得られる第２画像と、前記第１画像と前記第２画像との差分である差分画像と、に基づいて、前記検査対象物の正常部位とは光沢度が異なる不良部位を検出するとともに、検出した不良部位が、前記正常部位よりも光沢度が大きい第１不良部位であるか、または、前記正常部位よりも光沢度が小さい第２不良部位であるかを判定する不良部位検出部と、を備え、
前記不良部位検出部は、注目部位の前記差分画像における輝度値と前記差分画像の輝度平均値または前記差分画像における前記注目部位の周囲の所定範囲の輝度平均値との差の絶対値が所定閾値を超える場合に、前記注目部位を前記不良部位として検出し、さらに、検出した前記不良部位の前記第１画像における輝度値を前記第１画像の輝度平均値または前記第１画像における前記不良部位の周囲の所定範囲の輝度平均値から減じた値が負の値であり、且つ、前記不良部位の前記第２画像における輝度値を前記第２画像の輝度平均値または前記第２画像における前記不良部位の周囲の所定範囲の輝度平均値から減じた値が正の値である場合に、前記不良部位が前記第１不良部位であると判定することを特徴とする外観検査装置。
検査対象物を撮像する撮像部と、
主として正反射光が前記撮像部に入射するように前記検査対象物を照明する第１照明部と、
主として拡散反射光が前記撮像部に入射するように前記検査対象物を照明する第２照明部と、
前記第１照明部による照明と前記第２照明部による照明とを選択的に切り替える照明切り替え部と、
前記第１照明部により照明された前記検査対象物を前記撮像部が撮像することで得られる第１画像と、前記第２照明部により照明された前記検査対象物を前記撮像部が撮像することで得られる第２画像と、前記第１画像と前記第２画像との差分である差分画像と、に基づいて、前記検査対象物の正常部位とは光沢度が異なる不良部位を検出するとともに、検出した不良部位が、前記正常部位よりも光沢度が大きい第１不良部位であるか、または、前記正常部位よりも光沢度が小さい第２不良部位であるかを判定する不良部位検出部と、を備え、
前記不良部位検出部は、注目部位の前記差分画像における輝度値と前記差分画像の輝度平均値または前記差分画像における前記注目部位の周囲の所定範囲の輝度平均値との差の絶対値が所定閾値を超える場合に、前記注目部位を前記不良部位として検出し、さらに、検出した前記不良部位の前記第１画像における輝度値を前記第１画像の輝度平均値または前記第１画像における前記不良部位の周囲の所定範囲の輝度平均値から減じた値が正の値であり、且つ、前記不良部位の前記第２画像における輝度値を前記第２画像の輝度平均値または前記第２画像における前記不良部位の周囲の所定範囲の輝度平均値から減じた値が負の値である場合に、前記不良部位が前記第２不良部位であると判定することを特徴とする外観検査装置。
前記撮像部はラインセンサカメラであり、
前記第１照明部は、前記検査対象物における前記ラインセンサカメラの撮像位置を直線状の照明光で照明することを特徴とする請求項１または２に記載の外観検査装置。
前記照明切り替え部は、前記ラインセンサカメラが１ライン分の撮像を行うたびに、前記第１照明部による照明と前記第２照明部による照明とを切り替えることを特徴とする請求項３に記載の外観検査装置。
前記第１照明部と前記第２照明部は、同一波長の照明光で前記検査対象物を照明することを特徴とする請求項１ないし４のいずれか一つに記載の外観検査装置。
撮像部が撮像する検査対象物の画像を用いて前記検査対象物の外観を検査する外観検査装置において実行される外観検査方法であって、
主として正反射光が前記撮像部に入射するように前記検査対象物を照明して前記撮像部により前記検査対象物を撮像する第１工程と、
主として拡散反射光が前記撮像部に入射するように前記検査対象物を照明して前記撮像部により前記検査対象物を撮像する第２工程と、
前記第１工程で得られた第１画像と、前記第２工程で得られた第２画像と、前記第１画像と前記第２画像との差分である差分画像と、に基づいて、前記検査対象物の正常部位とは光沢度が異なる不良部位を検出するとともに、検出した不良部位が、前記正常部位よりも光沢度が大きい第１不良部位であるか、または、前記正常部位よりも光沢度が小さい第２不良部位であるかを判定する第３工程と、を含み、
前記第３工程は、注目部位の前記差分画像における輝度値と前記差分画像の輝度平均値または前記差分画像における前記注目部位の周囲の所定範囲の輝度平均値との差の絶対値が所定閾値を超える場合に、前記注目部位を前記不良部位として検出し、さらに、検出した前記不良部位の前記第１画像における輝度値を前記第１画像の輝度平均値または前記第１画像における前記不良部位の周囲の所定範囲の輝度平均値から減じた値が負の値であり、且つ、前記不良部位の前記第２画像における輝度値を前記第２画像の輝度平均値または前記第２画像における前記不良部位の周囲の所定範囲の輝度平均値から減じた値が正の値である場合に、前記不良部位が前記第１不良部位であると判定することを特徴とする外観検査方法。
撮像部が撮像する検査対象物の画像を用いて前記検査対象物の外観を検査する外観検査装置において実行される外観検査方法であって、
主として正反射光が前記撮像部に入射するように前記検査対象物を照明して前記撮像部により前記検査対象物を撮像する第１工程と、
主として拡散反射光が前記撮像部に入射するように前記検査対象物を照明して前記撮像部により前記検査対象物を撮像する第２工程と、
前記第１工程で得られた第１画像と、前記第２工程で得られた第２画像と、前記第１画像と前記第２画像との差分である差分画像と、に基づいて、前記検査対象物の正常部位とは光沢度が異なる不良部位を検出するとともに、検出した不良部位が、前記正常部位よりも光沢度が大きい第１不良部位であるか、または、前記正常部位よりも光沢度が小さい第２不良部位であるかを判定する第３工程と、を含み、
前記第３工程は、注目部位の前記差分画像における輝度値と前記差分画像の輝度平均値または前記差分画像における前記注目部位の周囲の所定範囲の輝度平均値との差の絶対値が所定閾値を超える場合に、前記注目部位を前記不良部位として検出し、さらに、検出した前記不良部位の前記第１画像における輝度値を前記第１画像の輝度平均値または前記第１画像における前記不良部位の周囲の所定範囲の輝度平均値から減じた値が正の値であり、且つ、前記不良部位の前記第２画像における輝度値を前記第２画像の輝度平均値または前記第２画像における前記不良部位の周囲の所定範囲の輝度平均値から減じた値が負の値である場合に、前記不良部位が前記第２不良部位であると判定することを特徴とする外観検査方法。