JP6303352B2

JP6303352B2 - 外観検査システム

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Publication number: JP6303352B2
Application number: JP2013192940A
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Inventors: 博太當眞
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Description

本発明は、カメラにより対象を撮影した画像に基づいて、対象の外観検査を行うシステムに関する。

従来、この種のシステムとして、検査対象となるワークをＣＣＤカメラで撮影し、検査対象の注目小領域の欠陥度を基準値と比較して外観の良否を判定するものがある（特許文献１参照）。

特開２００４−６１３１０号公報

ところで、特許文献１に記載のものでは、特定波長の発光ダイオードを光源とし、特定波長以外の波長をカットするフィルタをカメラに装着することにより、外乱光を防止している。このため、外乱光を防止するためには、光源が制限されるとともに、フィルタを装着することが必要となる。

本発明は、こうした課題を解決するためになされたものであり、その主たる目的は、任意の光源を使用することを可能としつつ、外乱光の影響を抑制することのできる外観検査システムを提供することにある。

本発明は、上記課題を解決するために、以下の手段を採用した。

第１の手段は、外観検査システムであって、対象に光を照射する照明装置と、前記対象を撮影するカメラと、前記照明装置により第１光量で光を照射させて前記カメラにより前記対象を撮影させた第１画像の階調と、前記照明装置により第２光量で光を照射させて前記カメラにより前記対象を撮影させた第２画像の階調との差分を算出し、前記差分に対応する基準階調と前記差分との比較に基づいて前記対象の外観の良否を判定する制御装置と、を備えることを特徴とする。

上記構成によれば、制御装置は、照明装置により第１光量で光を照射させてカメラにより対象を撮影させた第１画像の階調と、照明装置により第２光量で光を照射させてカメラにより対象を撮影させた第２画像の階調との差分を算出する。

ここで、対象に外乱光が照射されていると、外乱光は第１画像と第２画像とに等しい階調で上乗せされる。したがって、第１画像の階調と第２画像の階調との差分を算出することにより、外乱光の影響を排除することができる。一方、対象に傷や汚れ等の欠陥があった場合、欠陥の階調は光量により異なるため、上記差分には欠陥の階調が残存することとなる。

そして、制御装置により、上記差分に対応する基準階調と上記差分との比較に基づいて、対象の外観の良否が判定される。このため、上記差分に残存する欠陥の階調と基準階調とを比較することにより、対象の外観の良否を適切に判定することができる。したがって、発光ダイオードとフィルタとの組み合わせ等を使用しない場合であっても、外乱光の影響を抑制することができ、任意の光源を使用することが可能となる。

第２の手段では、前記基準階調は、前記照明装置により前記第１光量で光を照射させて前記カメラにより前記対象の良品を撮影させた第３画像の階調と、前記照明装置により前記第２光量で光を照射させて前記カメラにより前記対象の前記良品を撮影させた第４画像の階調との差分である。

上記構成によれば、基準階調として、照明装置により第１光量で光を照射させてカメラにより対象の良品を撮影させた第３画像の階調と、照明装置により第２光量で光を照射させてカメラにより対象の良品を撮影させた第４画像の階調との差分が用いられる。ここで、第３画像は第１画像において対象に欠陥がない場合に相当し、第４画像は第２画像において対象に欠陥がない場合に相当する。したがって、第３画像の階調と第４画像の階調との差分を基準階調とすることにより、第１画像の階調と第２画像の階調との差分に対応する適切な基準階調を設定することができる。

第３の手段では、前記制御装置は、前記差分と前記基準階調との差分を取ることで前記対象の欠陥の階調を抽出し、前記欠陥の階調と判定階調との比較に基づいて前記対象の外観の良否を判定する。

上記構成によれば、制御装置により、上記差分と基準階調との差分が取られることで、対象の欠陥の階調が抽出される。すなわち、外乱光の影響が排除された差分と基準階調との差分を取ることで、欠陥の階調のみを抽出することができる。そして、欠陥の階調と判定階調との比較に基づいて対象の外観の良否が判定されるため、対象の外観を正確に判定することができる。

第４の手段は、外観検査システムであって、対象に光を照射する照明装置と、前記対象を撮影するカメラと、前記照明装置により第１光量で光を照射させて前記カメラにより前記対象を撮影させた第１画像の階調と、前記照明装置により前記第１光量で光を照射させて前記カメラにより前記対象の良品を撮影させた第３画像の階調との差分である第１差分と、前記照明装置により第２光量で光を照射させて前記カメラにより前記対象を撮影させた第２画像の階調と、前記照明装置により前記第２光量で光を照射させて前記カメラにより前記対象の前記良品を撮影させた第４画像の階調との差分である第２差分とを算出し、前記第１差分と前記第２差分との比較に基づいて前記対象の外観の良否を判定する制御装置と、を備えることを特徴とする。

上記構成によれば、制御装置は、照明装置により第１光量で光を照射させてカメラにより対象を撮影させた第１画像の階調と、照明装置により第１光量で光を照射させてカメラにより対象の良品を撮影させた第３画像の階調との差分である第１差分を算出する。この第１差分は、第１光量で撮影された画像における外乱光及び欠陥による階調の合計となる。また、制御装置は、照明装置により第２光量で光を照射させてカメラにより対象を撮影させた第２画像の階調と、照明装置により第２光量で光を照射させてカメラにより対象の良品を撮影させた第４画像の階調との差分である第２差分を算出する。この第２差分は、第２光量で撮影された画像における外乱光及び欠陥による階調の合計となる。

ここで、対象に外乱光が照射されていると、外乱光は第１画像と第２画像とに等しい階調で上乗せされる。一方、対象に欠陥があった場合、欠陥の階調は光量により異なるため、欠陥は第１画像と第２画像とに異なる階調で上乗せされる。したがって、上記第１差分と上記第２差分とでは、外乱光は階調の相違として表れず、欠陥は階調の相違として表れる。

そして、制御装置により、第１差分と第２差分との比較に基づいて、対象の外観の良否が判定される。このため、欠陥による階調の相違に基づいて、対象の外観の良否を適切に判定することができる。したがって、発光ダイオードとフィルタとの組み合わせ等を使用しない場合であっても、外乱光の影響を抑制することができ、任意の光源を使用することが可能となる。

第５の手段では、前記制御装置は、前記第１差分と前記第２差分との差分を取ることで前記対象の欠陥の階調を抽出し、前記欠陥の階調と判定階調との比較に基づいて前記対象の外観の良否を判定する。

上記構成によれば、制御装置により、第１差分と第２差分との差分が取られることで、対象の欠陥の階調が抽出される。すなわち、外乱光による階調を等しく含む第１差分と上記第２差分との差分を取ることで、外乱光の影響を排除して欠陥の階調のみを抽出することができる。そして、欠陥の階調と判定階調との比較に基づいて対象の外観の良否が判定されるため、対象の外観を正確に判定することができる。

第６の手段では、前記第１光量は、前記カメラにより前記対象を撮影させた前記第１画像の階調が最小値付近の値となる光量であり、前記第２光量は、前記カメラにより前記対象を撮影させた前記第２画像の階調が最大値付近の値となる光量である。

第１光量で対象を撮影した第１画像の階調と、第２光量で対象を撮影した第２画像の階調との相違が小さい場合には、第１画像と第２画像とで欠陥による階調の相違が小さくなる。このため、欠陥による階調が不明確となり、対象の外観を判定する精度が低下するおそれがある。

この点、上記構成によれば、第１光量で対象を撮影した第１画像の階調が最小値付近の値となり、第２光量で対象を撮影した第２画像の階調が最大値付近の値となる。したがって、欠陥による階調が明確となり、対象の外観を判定する精度を向上させることができる。

外観検査システムの概要を示す模式図。第１実施形態におけるワークの外観良否判定の処理手順を示すフローチャート。ワークの良品のグレースケール画像、及び各光量での階調を示す図。ワークの不良品のグレースケール画像、及び各光量での階調を示す図。基準階調、差分の階調、及び欠陥の階調を示すグラフ。第２実施形態におけるワークの外観良否判定の処理手順を示すフローチャート。第１差分、第２差分、及び欠陥の階調を示すグラフ。

（第１実施形態）
以下、ワークの外観検査システムを具体化した第１実施形態について、図面を参照しつつ説明する。本実施形態の外観検査システムは、例えば機械組立工場の組立ラインに設置される。

図１は、外観検査システム１０の概要を示す模式図である。この外観検査システム１０は、ストロボ２０、カメラ３０、及び制御装置４０を備えている。

ストロボ２０（照明装置）は、カメラ３０に取り付けられており、本体２１、ランプ２２、レンズ部２４、カバー２５等を備えている。本体２１は、中空の直方体状に形成されている。本体２１の内部には、ランプ２２及びレンズ部２４が収容されている。本体２１の正面には、ランプ２２の光を透過させる透明のカバー２５が取り付けられている。

ランプ２２（光源）は、キセノンフラッシュランプ等により構成されており、ワークＷ（対象）に当てる光を発する。なお、ランプ２２を、発光ダイオードや、白熱電球等により構成することもできる。ランプ２２の点灯、消灯、及び点灯時の光量は、制御装置４０によって制御される。レンズ部２４は、ランプ２２から照射された光を集束及び拡散させて、カバー２５の方向へ照射させる。レンズ部２４の焦点は、ワークＷの所定位置に光が照射されるように自動調節される。

カメラ３０は、カラー撮影可能なＣＣＤカメラ等であり、ワークＷを撮影して画像を取得する。カメラ３０は、図示しないロボットのアームのハンド部（先端部）に取り付けられている。ロボットのアームは、その各関節の駆動により、位置及び方向が変更される。そして、アームの位置及び方向が変更されることにより、カメラ３０の位置及び方向が変更される。これにより、ベルトコンベア等により検査位置に搬送されるワークＷを、カメラ３０により任意の視点から撮影することができる。カメラ３０の撮影動作は、制御装置４０によって制御される。

制御装置４０は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、記憶部４０ａ、駆動回路、位置検出回路等を備えている。ＲＯＭは、ロボットのシステムプログラムや動作プログラム等を記憶している。ＲＡＭは、これらのプログラムを実行する際にパラメータの値等を一時的に記憶する。記憶部４０ａは、データを記憶する不揮発性のメモリである。位置検出回路は、アームの各関節に設けられたエンコーダの検出信号に基づいて、各関節に設けられたモータの回転角度を検出する。ＣＰＵは、予め設定された動作プログラムを実行することにより、位置検出回路から入力される位置情報に基づいて、アームの各関節の回転角度を目標回転角度にフィードバック制御する。

本実施形態では、制御装置４０は、ワークＷの外観検査において、アームの目標の位置及び方向として、検査位置に搬送されるワークＷをカメラ３０により撮像する際のアームの位置及び方向（撮影位置）を設定する。アームが撮影位置まで駆動されることにより、カメラ３０の視野内にワークＷが検査に適した状態で捉えられる。その状態において、カメラ３０によりワークＷを撮影することにより、ワークＷの画像が取得される。さらに、制御装置４０は、ストロボ２０及びカメラ３０の動作を制御して、ワークＷの外観の良否を判定する。

図２は、ワークＷの外観良否判定の処理手順を示すフローチャートである。この一連の処理は、外観検査中においてロボットの連続動作時に、制御装置４０によって実行される。

まず、ストロボ２０を１０％の光量（第１光量）で点灯させて、カメラ３０によりワークＷをカラー撮影させた第１画像を入力する（Ｓ１１）。また、ストロボ２０を１００％の光量（第２光量）で点灯させて、カメラ３０によりワークＷをカラー撮影させた第２画像を入力する（Ｓ１２）。なお、Ｓ１１の処理及びＳ１２の処理は、いずれを先に行ってもよい。

続いて、第１画像及び第２画像をそれぞれグレースケール画像に変換する（Ｓ１３）。詳しくは、単純平均法や、中間値法、Ｇチャンネル法等の周知の方法により、カラー画像をグレースケール画像に変換する。以後の処理では、グレースケール画像に変換された第１画像及び第２画像を用いる。

続いて、各画素について第１画像の階調と第２画像の階調との差分を算出する（Ｓ１４）。詳しくは、各画素の階調は、０（黒）〜２５５（白）までの値をとる。第１画像と第２画像とでワークＷの同じ位置を撮影した画素を特定し、特定した画素において第２画像の階調から第１画像の階調を引いて差分を算出する。そして、全ての画素について、第１画像の階調と第２画像の階調との差分を算出する。

続いて、各画素について、算出された差分と基準階調との差分を取り、傷や汚れ等の欠陥の階調Ｔを抽出する（Ｓ１５）。詳しくは、全ての画素の上記差分について、それぞれ対応する基準階調が設定されている。基準階調については後述する。

続いて、画像の各画素を指定する画素番号ｉを初期値０に設定する（Ｓ１６）。詳しくは、画像の画素は０〜ｎ番まであり、最初の画素の番号が０番である。そして、現在の画素番号ｉがｎよりも小さいか否か判定する（Ｓ１７）。

上記判定において、現在の画素番号ｉがｎよりも小さいと判定した場合（Ｓ１７：ＹＥＳ）、画素番号ｉにおける欠陥の階調Ｔ（ｉ）が判定階調Ｒ１よりも小さいか否か判定する（Ｓ１８）。判定階調Ｒ１は、ワークＷの欠陥を判定することのできる値、例えば２５６階調の２０％に相当する５１階調を負にした値（−５１階調）に設定されている。

上記判定において、画素番号ｉにおける欠陥の階調Ｔ（ｉ）が判定階調Ｒ１よりも小さいと判定した場合（Ｓ１８：ＹＥＳ）、現在の画素番号ｉをＲＡＭの所定領域に記憶させる（Ｓ１９）。そして、画素番号ｉに１を加算して、それを新たな画素番号ｉとする（Ｓ２０）。その後、再度Ｓ１７の処理から実行する。一方、上記判定において、画素番号ｉにおける欠陥の階調Ｔ（ｉ）が判定階調Ｒ１よりも小さくないと判定した場合（Ｓ１８：ＮＯ）、Ｓ２０の処理を実行する。

また、Ｓ１７の判定において、現在の画素番号ｉがｎよりも小さくないと判定した場合（Ｓ１７：ＮＯ）、ＲＡＭの所定領域に記憶されている画素番号ｉがあるか否か判定する（Ｓ２１）。すなわち、欠陥の階調Ｔ（ｉ）が判定階調Ｒ１よりも小さくなった画素番号ｉが存在しているか否か判定する。

上記判定において、ＲＡＭの所定領域に記憶されている画素番号ｉがあると判定した場合（Ｓ２１：ＹＥＳ）、現在検査しているワークＷが不良品であると判定する（Ｓ２２）。一方、上記判定において、ＲＡＭの所定領域に記憶されている画素番号ｉがないと判定した場合（Ｓ２１：ＮＯ）、現在検査しているワークＷが良品であると判定する（Ｓ２３）。そして、この一連の処理を終了する（ＥＮＤ）。なお、同一形状の複数のワークＷについて続けて外観検査を行う場合には、再度Ｓ１１の処理から実行する。

次に、ワークＷの良品のグレースケール画像と各光量での各画素の階調との関係ついて説明する。図３（ａ）はワークＷの良品を撮影したグレースケール画像、図３（ｂ）はストロボ２０を１０％の光量にした場合における図３（ａ）の直線Ｃ上の各画素の階調を示すグラフ、図３（ｃ）はストロボ２０を１００％の光量にした場合における図３（ａ）の直線Ｃ上の各画素の階調を示すグラフである。

図３（ｂ）と図３（ｃ）とを比較すると、１０％の光量における階調は、１００％の光量における階調よりも全体的に小さくなっている。詳しくは、ワークＷからの反射が少ない部分（図３（ａ）のハッチング部分）において、１０％の光量における階調は１００％の光量における階調よりも小さくなっている。また、ワークＷからの反射が多い部分（図３（ａ）のハッチングなし部分）において、１０％の光量における階調は１００％の光量における階調よりも小さくなっている。反射が少ない部分と多い部分との階調の差は、１０％の光量にした場合に１００％の光量にした場合よりも小さくなっている。そして、ワークＷからの反射が多い部分のｘ方向の位置は、１０％の光量にした場合と１００％の光量にした場合とで一致している。

次に、ワークＷの不良品のグレースケール画像と各光量での各画素の階調との関係ついて説明する。図４（ａ）はワークＷの不良品を撮影したグレースケール画像、図４（ｂ）はストロボ２０を１０％の光量にした場合における図４（ａ）の直線Ｃ上の各画素の階調を示すグラフ、図４（ｃ）はストロボ２０を１００％の光量にした場合における図４（ａ）の直線Ｃ上の各画素の階調を示すグラフである。また、ここでは、ワークＷに外乱光が照射されている場合を示している。

図４（ｂ）と図４（ｃ）とを比較すると、１０％の光量における階調が１００％の光量における階調よりも全体的に小さくなっている点は、図３と同様である。

ここで、ワークＷに傷や汚れ等の欠陥がある場合、その欠陥に対応する部分の階調は欠陥のない部分の階調よりも小さくなっている。詳しくは、欠陥がある部分とない部分との階調の差は、１０％の光量にした場合に１００％の光量にした場合よりも小さくなっている。そして、欠陥に対応する部分のｘ方向の位置は、１０％の光量にした場合と１００％の光量にした場合とで一致している。

また、ワークＷに外乱光が照射されている場合、外乱光が照射されている部分の階調は外乱光が照射されていない部分の階調よりも大きくなっている。詳しくは、外乱光により上乗せされる階調は、１０％の光量にした場合と１００％の光量にした場合とで等しくなっている。

そこで、各画素について第１画像の階調（図４（ｂ））と第２画像の階調（図４（ｃ））との差分を算出することにより、外乱光の影響を排除することができる。図５（ｂ）は、図４（ｃ）のグラフから図４（ｂ）のグラフを引いた差分を示すグラフである。同図に示すように、外乱光による階調が排除される一方、欠陥による階調は残存している。このため、上記差分に対応する基準階調（ワークＷの良品を用いた実験等により設定）と上記差分とを比較することにより、ワークＷの外観の良否を判定することができる。

ただし、１０％の光量（第１光量）で対象を撮影した第１画像の階調と、１００％の光量（第２光量）で対象を撮影した第２画像の階調との相違が小さい場合には、第１画像と第２画像とで欠陥による階調の相違が小さくなる。このため、第１画像の階調と第２画像の階調との差分において、欠陥による階調が不明確となり、ワークＷの外観を判定する精度が低下するおそれがある。

この点、第１光量として１０％の光量を採用すれば、第１光量でワークＷを撮影した第１画像の階調（最大階調）が最小値付近の値となり、第２光量として１００％の光量を採用すれば、第２光量でワークＷを撮影した第２画像の階調（最大階調）が最大値付近の値となる。したがって、欠陥による階調が明確となり、ワークＷの外観を判定する精度を向上させることができる。なお、第１光量として、第１画像の階調が０〜３０％に相当する階調（０階調〜７７階調）となる値を採用し、第２光量として、例えば第２画像の階調が７０〜１００％に相当する階調（１７９階調〜２５６階調）となる値を採用するとよい。望ましくは、第１光量として、第１画像の階調が０〜２０％に相当する階調（０階調〜５１階調）となる値を採用し、第２光量として、例えば第２画像の階調が８０〜１００％に相当する階調（２０５階調〜２５６階調）となる値を採用するとよい。

図５（ａ）は、図３（ｃ）のグラフから図３（ｂ）のグラフを引いた差分を示すグラフである。同図に示すグラフは、図５（ｂ）のグラフにおいて欠陥がない場合に相当している。このため、基準階調として、ストロボ２０により１０％の光量で光を照射させてカメラ３０によりワークＷの良品を撮影させた第３画像（グレースケール画像）の階調と、ストロボ２０により１００％の光量で光を照射させてカメラ３０によりワークＷの良品を撮影させた第４画像（グレースケール画像）の階調との差分を採用している。この基準階調は、制御装置４０の記憶部４０ａに記憶されている。

さらに、図５（ｂ）に示した差分のグラフと図５（ａ）に示した基準階調のグラフとの差分を取ることで、図５（ｃ）に示すように欠陥の階調のみを抽出することができる。詳しくは、図５（ｃ）は、図５（ｂ）のグラフから図５（ａ）のグラフを引いた差分を示すグラフである。したがって、欠陥の階調Ｔが判定階調Ｒ１（−５１階調）よりも小さいと判定した場合、ワークＷが不良品であると判定することができる。

以上詳述した本実施形態は、以下の利点を有する。

・ワークＷに外乱光が照射されていると、外乱光は第１画像（図４（ｂ））と第２画像（図４（ｃ））とに等しい階調で上乗せされる。したがって、第１画像の階調と第２画像の階調との差分を算出することにより、外乱光の影響を排除することができる（図５（ｂ）参照）。一方、ワークＷに傷や汚れ等の欠陥があった場合、欠陥の階調は光量により異なるため、上記差分には欠陥の階調が残存することとなる（図５（ｂ）参照）。そして、制御装置４０により、上記差分に対応する基準階調（図５（ａ））と上記差分（図５（ｂ））との比較に基づいて、ワークＷの外観の良否が判定される。このため、上記差分に残存する欠陥の階調と基準階調とを比較することにより、ワークＷの外観の良否を適切に判定することができる。したがって、発光ダイオードとフィルタとの組み合わせ等を使用しない場合であっても、外乱光の影響を抑制することができ、任意の光源を使用することが可能となる。

・基準階調として、ストロボ２０により１０％の光量で光を照射させてカメラ３０によりワークＷの良品を撮影させた第３画像の階調（図３（ｂ））と、ストロボ２０により１００％の光量で光を照射させてカメラ３０によりワークＷの良品を撮影させた第４画像の階調（図３（ｃ））との差分が用いられる（図５（ａ）参照）。ここで、第３画像は第１画像においてワークＷに欠陥がない場合に相当し、第４画像は第２画像においてワークＷに欠陥がない場合に相当する。したがって、第３画像の階調と第４画像の階調との差分を基準階調とすることにより、第１画像の階調と第２画像の階調との差分に対応する適切な基準階調を設定することができる。

・制御装置４０により、上記差分（図５（ｂ））と基準階調（図５（ａ））との差分が取られることで、ワークＷの欠陥の階調が抽出される（図５（ｃ）参照）。すなわち、外乱光の影響が排除された差分と基準階調との差分を取ることで、欠陥の階調のみを抽出することができる。そして、欠陥の階調と判定階調Ｒ１との比較に基づいてワークＷの外観の良否が判定されるため、ワークＷの外観を正確に判定することができる。

・１０％の光量と１００％の光量とにおいてワークＷの撮影を行っているが、外観検査中においてロボットの動作に必要な時間と比較すれば、撮影を２度行うことによる時間の延長はほとんど問題とならない。

（第２実施形態）
以下、ワークＷの外観良否判定を変更した第２実施形態について、図面を参照しつつ説明する。図６は、ワークＷの外観良否判定の処理手順を示すフローチャートである。図２と同一の処理については、同一のステップ番号を付すことにより説明を省略する。

Ｓ１３において第１画像及び第２画像をそれぞれグレースケール画像に変換した後、各画素について第１画像の階調と第３画像の階調との差分（第１差分）を算出する（Ｓ３１）。詳しくは、第３画像は、ストロボ２０により１０％の光量で光を照射させてカメラ３０によりワークＷの良品を予め撮影させた画像を、グレースケール画像に変換した画像である（図３（ｂ））。そして、第１画像と第３画像とでワークＷの同じ位置を撮影した画素を特定し、特定した画素において第１画像の階調から第３画像の階調を引いて差分を算出する。そして、全ての画素について、第１画像の階調と第３画像の階調との差分を算出する。

続いて、各画素について第２画像の階調と第４画像の階調との差分（第２差分）を算出する（Ｓ３２）。詳しくは、第４画像は、ストロボ２０により１００％の光量で光を照射させてカメラ３０によりワークＷの良品を予め撮影させた画像を、グレースケール画像に変換した画像である（図３（ｃ））。そして、第２画像と第４画像とでワークＷの同じ位置を撮影した画素を特定し、特定した画素において第２画像の階調から第４画像の階調を引いて差分を算出する。そして、全ての画素について、第２画像の階調と第４画像の階調との差分を算出する。

続いて、各画素について、算出された第１差分と第２差分との差分を取り、傷や汚れ等の欠陥の階調Ｔを抽出する（Ｓ３３）。以降は、図２と同様に、Ｓ１６以降の処理を実行する。

図７（ａ）は第１差分、図７（ｂ）は第２差分、図７（ｃ）は欠陥の階調を示すグラフである。

１０％の光量にした場合において、各画素について第１画像の階調（図４（ｂ））と第３画像の階調（図３（ｂ））との差分を算出することにより、ワークＷの各部分によって反射する光の量が異なる影響を排除することができる。図７（ａ）は、図４（ｂ）のグラフから図３（ｂ）のグラフを引いた差分（第１差分）を示すグラフである。第１差分は、１０％の光量で撮影された画像における外乱光及び欠陥による階調の合計となる。同図に示すように、ワークＷにおいて外乱光及び欠陥のない部分による階調が排除される一方、外乱光及び欠陥による階調は残存している。

同様にして、１００％の光量にした場合において、各画素について第２画像の階調（図４（ｃ））と第４画像の階調（図３（ｃ））との差分を算出することにより、ワークＷの各部分によって反射する光の量が異なる影響を排除することができる。図７（ｂ）は、図４（ｃ）のグラフから図３（ｃ）のグラフを引いた差分（第２差分）を示すグラフである。第２差分は、１００％の光量で撮影された画像における外乱光及び欠陥による階調の合計となる。同図に示すように、ワークＷにおいて外乱光及び欠陥のない部分による階調が排除される一方、外乱光及び欠陥による階調は残存している。

図７（ａ）と図７（ｂ）とを比較すると、欠陥がある部分とない部分との階調の差は、１０％の光量にした場合に１００％の光量にした場合よりも小さくなっている。また、外乱光により上乗せされる階調は、１０％の光量にした場合と１００％の光量にした場合とで等しくなっている。このため、第１差分と第２差分とを比較することにより、ワークＷの外観の良否を判定することができる。

さらに、図７（ａ）に示した第１差分のグラフと図７（ａ）に示した第２差分のグラフとの差分を取ることで、図７（ｃ）に示すように欠陥の階調のみを抽出することができる。詳しくは、図７（ｃ）は、図７（ｂ）のグラフから図７（ａ）のグラフを引いた差分を示すグラフである。したがって、欠陥の階調Ｔが判定階調Ｒ１（−５１階調）よりも小さいと判定した場合、ワークＷが不良品であると判定することができる。

以上詳述した本実施形態は、以下の利点を有する。

・ワークＷに外乱光が照射されていると、外乱光は第１画像（図４（ｂ））と第２画像（図４（ｃ））とに等しい階調で上乗せされる。一方、ワークＷに欠陥があった場合、欠陥の階調は光量により異なるため、欠陥は第１画像と第２画像とに異なる階調で上乗せされる。したがって、第１差分（図７（ａ））と第２差分（図７（ｂ））とでは、外乱光は階調の相違として表れず、欠陥は階調の相違として表れる。そして、制御装置４０により、第１差分と第２差分との比較に基づいて、ワークＷの外観の良否が判定される。このため、欠陥による階調の相違に基づいて、ワークＷの外観の良否を適切に判定することができる。したがって、発光ダイオードとフィルタとの組み合わせ等を使用しない場合であっても、外乱光の影響を抑制することができ、任意の光源を使用することが可能となる。

・制御装置４０により、第１差分と第２差分との差分が取られることで、ワークＷの欠陥の階調が抽出される（図７（ｃ）参照）。すなわち、外乱光による階調を等しく含む第１差分と上記第２差分との差分を取ることで、外乱光の影響を排除して欠陥の階調のみを抽出することができる。そして、欠陥の階調と判定階調Ｒ１との比較に基づいてワークＷの外観の良否が判定されるため、ワークＷの外観を正確に判定することができる。

なお、上記の各実施形態を、以下のように変更して実施することもできる。

・第１実施形態の基準階調として、第３画像の階調と第４画像の階調との差分を、第３画像及び第４画像を撮影した条件等に応じて補正した値を採用することもできる。

・カメラ３０として、白黒画像を撮影するカメラを採用することもできる。その場合は、グレースケール画像への変換が不要であり、白黒画像における画素番号ｉの輝度と基準画像における画素番号ｉの輝度とを比較して良否判定すればよい。また、カメラ３０として、ＣＣＤカメラに限らず、ＣＭＯＳセンサを用いたカメラ等を採用することもできる。

１０…外観検査システム、２０…ストロボ（照明装置）、２２…ランプ、３０…カメラ、４０…制御装置。

Claims

対象に光を照射する照明装置と、
前記対象を撮影するカメラと、
前記照明装置により第１光量で光を照射させて前記カメラにより前記対象を撮影させた第１画像の階調と、前記照明装置により前記第１光量で光を照射させて前記カメラにより前記対象の良品を撮影させた第３画像の階調との差分である第１差分と、前記照明装置により第２光量で光を照射させて前記カメラにより前記対象を撮影させた第２画像の階調と、前記照明装置により前記第２光量で光を照射させて前記カメラにより前記対象の前記良品を撮影させた第４画像の階調との差分である第２差分とを算出し、前記第１差分と前記第２差分との比較に基づいて前記対象の外観の良否を判定する制御装置と、
を備えることを特徴とする外観検査システム。
前記制御装置は、前記第１差分と前記第２差分との差分を取ることで前記対象の欠陥の階調を抽出し、前記欠陥の階調と判定階調との比較に基づいて前記対象の外観の良否を判定する請求項１に記載の外観検査システム。
前記第１光量は、前記カメラにより前記対象を撮影させた前記第１画像の階調が最小値付近の値となる光量であり、
前記第２光量は、前記カメラにより前記対象を撮影させた前記第２画像の階調が最大値付近の値となる光量である請求項１又は２に記載の外観検査システム。