JP6420180B2 - Surface inspection apparatus and surface inspection method - Google Patents

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Description

この発明は、被検出体の表面凹凸を検査する表面検査装置および表面検査方法に関するものである。   The present invention relates to a surface inspection apparatus and a surface inspection method for inspecting surface irregularities of an object to be detected.

様々な生産現場において金属材に対して圧延や切削、押出し等の適宜の金属加工を施すことで所要の金属部品が製造され、また樹脂材に対して射出成型やブロー成型、押出成型等の適宜の樹脂成形加工を施すことで所要の樹脂製部品が製造されている。このような金属部品や樹脂製部品は、その製造工程や部品の搬送等において多部材との接触等により打痕や欠け、擦り疵といった凹凸が部品表面に生じたり、塗装時等に際して気泡や塵等が混入することによって部品表面に凹凸が生じることがある。また樹脂製部品では、樹脂材の成形時の収縮による凹み(いわゆるヒケ)によっても部品表面に凹凸が生じてしまう。このような部品表面の凹凸は、外観上好ましくないばかりでなく、部品の性能に影響を及ぼすことがある。このため、製造過程において部品の表面状態を検査して、一定品質を維持するようになっている。このような製品の表面の検査は、多くの場合では作業者の目視検査により行われているが、近年では検査面に対して光を照射して表面の凹凸を検査する方法も提案されている(例えば特許文献1)。   Necessary metal parts such as rolling, cutting, and extruding are performed on metal materials at various production sites to produce the required metal parts, and injection molding, blow molding, extrusion molding, etc. are appropriately performed on resin materials. The required resin parts are manufactured by performing the resin molding process. Such metal parts and resin parts have irregularities such as dents, chips, and scratches due to contact with multiple members in the manufacturing process and parts transportation, etc. Contamination may occur on the surface of the component due to the mixing of etc. In addition, in resin parts, irregularities are also generated on the surface of the parts due to dents (so-called sink marks) due to shrinkage during molding of the resin material. Such irregularities on the surface of the component are not only undesirable in appearance, but may affect the performance of the component. For this reason, the surface condition of a part is inspected during the manufacturing process to maintain a certain quality. In many cases, such inspection of the surface of a product is performed by visual inspection of an operator, but in recent years, a method for inspecting surface irregularities by irradiating light onto an inspection surface has also been proposed. (For example, patent document 1).

特開2000−28339号公報JP 2000-28339 A

しかしながら、作業者による検査では、凹凸の判定結果にばらつきが生じたり、作業者の疲労や集中力低下によって検査漏れが生じる懸念がある。また、部品に求められる品質も高まり、より僅かな表面の凹凸を検査することが求められるものの、作業者の目視により検査を行う場合には検出可能な凹凸の大きさには自ずと限界がある。一方、特許文献1は、レーザスリット光を用いて表面凹凸を検査する検査装置であり、凹凸部分と凹凸のない部分の境目で散乱した散乱光をカメラで撮影することで凹凸を検出するものと考えられるものの、レーザスリット光を表面全体に照射する必要があり、表面全体を検査するために多大な検査時間を要する問題がある。   However, in the inspection by the worker, there is a concern that the unevenness determination result may vary, or the inspection may be omitted due to the fatigue of the worker or a decrease in concentration. In addition, although the quality required for the parts is increased and it is required to inspect a slight surface unevenness, the size of the unevenness that can be detected is naturally limited when the inspection is performed by an operator. On the other hand, Patent Document 1 is an inspection apparatus that inspects surface irregularities using laser slit light, and detects irregularities by photographing scattered light scattered at the boundary between an irregular portion and a portion having no irregularity with a camera. Though conceivable, there is a problem that it is necessary to irradiate the entire surface with laser slit light, and it takes a lot of inspection time to inspect the entire surface.

すなわち、本発明は、従来技術に内在する前記問題に鑑み、これらを解決するべく提案されたものであって、被検査体の凹凸を精度よく検出可能な表面検査装置および表面検査方法を提供することを目的とする。   That is, the present invention has been proposed in view of the above-mentioned problems inherent in the prior art, and provides a surface inspection apparatus and a surface inspection method capable of accurately detecting unevenness of an object to be inspected. For the purpose.

前記課題を解決し、所期の目的を達成するため、本発明の請求項1に係る表面検査装置は、
被検査体の凹凸を検査する表面検査装置であって、
前記被検査体の測定領域に光を照射する光照射部と、
前記光照射部により光を照射した状態で前記被検査体を撮像して測定領域の画像データを取得する撮像手段と、
前記撮像手段が撮像した画像データに基づいて前記測定領域内の測定点の面法線ベクトルを算出する面法線ベクトル算出手段と、
前記面法線ベクトル算出手段が算出した面法線ベクトルを内積することにより指標値を算出する指標値算出手段と、
前記指標値算出手段により算出された指標値に基づいて測定領域内の凹凸位置を特定する座標特定手段とを備え、
面法線ベクトルを内積する位置を示す算定点および当該算定点に基づいて算出される指標値が対応する基準点を定めた指標値設定フィルタが設定されて、
前記測定領域内の測定点において前記指標値設定フィルタの算定点を合わせる測定点を順に変更して、変更毎の算定点に一致する判定点の面法線ベクトルを内積することで対応する基準点の指標値を前記指標値算出手段が算出することにより、指標値の算出毎に基準点が位置する測定領域の座標と当該座標の指標値を特定するよう構成され、
前記指標値算出手段により算出された指標値の内で、基準範囲から外れた指標値に対応する前記測定領域の座標を前記座標特定手段が特定するよう構成されていることを要旨とする。
このように、被検査体の測定領域における各測定点に対応した面法線ベクトルを算出すると共に、テンプレートの算定点に位置する測定点の面法線ベクトルを内積することで、当該テンプレートにおける基準点の位置の凹凸の度合いを示す指標値を算出することができ、更に算定点に一致させる測定点を測定領域における測定点の間隔で順に変更することで、測定領域の各座標位置に対応した指標値を求めることができる。従って、基準範囲から外れた指標値に対応した座標を特定することで、被検査体の凹凸位置を精度よく検出することができる。また、測定領域の広範囲に光を照射した状態で撮像した画像データに基づいて、当該測定領域内の各測定点に対応した面法線ベクトルを算出することができるから、凹凸位置を算出する処理速度を高めて、被検査体に存在する凹凸位置を短時間で特定することが可能となる。
In order to solve the above-mentioned problems and achieve the intended purpose, a surface inspection apparatus according to claim 1 of the present invention includes:
A surface inspection device for inspecting unevenness of an object to be inspected,
A light irradiation unit for irradiating light to a measurement region of the object to be inspected;
Imaging means for capturing an image of the inspected object in a state where light is irradiated by the light irradiation unit and acquiring image data of a measurement region;
Surface normal vector calculation means for calculating a surface normal vector of a measurement point in the measurement region based on image data captured by the imaging means;
Index value calculating means for calculating an index value by inner producting the surface normal vectors calculated by the surface normal vector calculating means;
Coordinate specifying means for specifying an uneven position in the measurement region based on the index value calculated by the index value calculating means,
An index value setting filter that sets a calculation point indicating a position where an inner product of the surface normal vector and an index value calculated based on the calculation point are set is set,
By sequentially changing the measurement points that match the calculation points of the index value setting filter at the measurement points in the measurement area, the corresponding reference points are obtained by inner producting the surface normal vectors of the decision points that match the calculation points for each change. By calculating the index value by the index value calculation means, each time the index value is calculated, the coordinates of the measurement region where the reference point is located and the index value of the coordinates are specified.
The gist of the invention is that the coordinate specifying means specifies coordinates of the measurement area corresponding to an index value out of a reference range among the index values calculated by the index value calculating means.
In this way, the surface normal vector corresponding to each measurement point in the measurement area of the object to be inspected is calculated, and the surface normal vector of the measurement point located at the calculation point of the template is inner-producted, so that the reference in the template An index value indicating the degree of unevenness of the position of the point can be calculated, and further, the measurement point to be matched with the calculation point is changed in order at the measurement point interval in the measurement area, so that it corresponds to each coordinate position of the measurement area. An index value can be obtained. Therefore, by specifying the coordinates corresponding to the index value out of the reference range, it is possible to accurately detect the uneven position of the object to be inspected. In addition, since the surface normal vector corresponding to each measurement point in the measurement area can be calculated based on image data captured in a state where light is irradiated over a wide area of the measurement area, the process of calculating the uneven position It is possible to increase the speed and specify the uneven position present on the object to be inspected in a short time.

請求項2に係る表面検査装置は、
前記指標値設定フィルタには、前記基準点を中心とした環状に前記算定点が配置され、
前記指標値設定フィルタにおいて基準点を挟むように位置する算定点に一致する測定点の面法線ベクトルを内積することで、当該基準点の指標値を前記指標値算出手段が算出するよう構成されたことを要旨とする。
このように、基準点を挟んで位置する算定点に一致する測定点の面法線ベクトルを内積して指標値を算出することで、基準点が凹凸位置にある場合の指標値と、基準点が凹凸位置にない場合の指標値との差を顕著にすることができ、凹凸位置の座標を精度良く特定できる。
The surface inspection apparatus according to claim 2 comprises:
In the index value setting filter, the calculation points are arranged in a ring centered on the reference point,
The index value calculation means calculates the index value of the reference point by inner product of the surface normal vectors of the measurement points that coincide with the calculation points located so as to sandwich the reference point in the index value setting filter. This is the summary.
In this way, by calculating the index value by inner product of the surface normal vectors of the measurement points that coincide with the calculation point located across the reference point, the index value when the reference point is at the uneven position and the reference point The difference from the index value in the case where is not at the uneven position can be made significant, and the coordinates of the uneven position can be specified with high accuracy.

請求項3に係る表面検査装置は、
前記指標値設定フィルタには、前記基準点を中心とした環状に複数組の算定点が配置され、
前記指標値算出手段は、各組の算定点に位置する測定点毎に面法線ベクトルを内積した内積値の平均値を算出することで、基準点の指標値を算出するよう構成されたことを要旨とする。
このように、複数組の面法線ベクトルを内積して算出される内積値の平均値を基準点の指標値とすることで、指標値を算出する時点で基準点が位置する周辺の表面状態を指標値に適切に反映することができ、当該指標値を用いて凹凸位置をより精度良く特定することが可能となる。
The surface inspection apparatus according to claim 3 is:
In the index value setting filter, a plurality of sets of calculation points are arranged in a ring centered on the reference point,
The index value calculation means is configured to calculate an index value of a reference point by calculating an average value of inner products obtained by inner product of surface normal vectors for each measurement point located at each set of calculation points. Is the gist.
In this way, by using the average value of the inner product values calculated by inner product of multiple sets of surface normal vectors as the index value of the reference point, the surrounding surface state where the reference point is located at the time of calculating the index value Can be appropriately reflected in the index value, and the unevenness position can be specified with higher accuracy using the index value.

請求項4に係る表面検査装置は、
前記指標値算出手段により算出された任意の指標値を基準指標値として、当該基準指標値を含んだ所定の比較領域内にある指標値の内で基準指標値が極小値か否かを判定し、極小値の場合に当該基準指標値を有効指標値とする有効指標値設定手段を備え、
前記有効指標値設定手段は、前記指標値算出手段により算出された各指標値を順に基準指標値として有効指標値か否かを判定するよう構成され、
前記有効指標値設定手段により有効指標値と判定された指標値の内で、基準範囲から外れた指標値に対応する前記測定領域の座標を前記座標特定手段が特定するよう構成されたことを要旨とする。
このように、所定の比較領域内で極小値となる有効基準値に基づいて凹凸位置を特定することで、被検査体の表面に生じた凹凸部の中心を精度良く特定できる。また、1つの凹凸部について凹凸位置として検出される座標を抑制することができる。
The surface inspection apparatus according to claim 4 is:
An arbitrary index value calculated by the index value calculation means is used as a reference index value, and it is determined whether or not the reference index value is a minimum value among index values within a predetermined comparison area including the reference index value. And an effective index value setting means for setting the reference index value as an effective index value in the case of a minimum value,
The effective index value setting means is configured to determine whether each index value calculated by the index value calculation means is an effective index value as a reference index value in order,
The coordinate specifying unit is configured to specify the coordinates of the measurement region corresponding to the index value out of the reference range among the index values determined as the effective index value by the effective index value setting unit. And
As described above, by specifying the concave / convex position based on the effective reference value that is the minimum value in the predetermined comparison region, the center of the concave / convex portion generated on the surface of the object to be inspected can be accurately specified. Moreover, the coordinate detected as an uneven | corrugated position about one uneven | corrugated | grooved part can be suppressed.

前記課題を解決し、所期の目的を達成するため、本発明の請求項5に係る表面検査方法は、
被検査体の凹凸を検査する表面検査方法であって、
撮像手段で撮像した画像データに基づいて被検査体の測定領域内の測定点の面法線ベクトルを算出し、
面法線ベクトルを内積する位置を示す算定点および当該算定点に対応する基準点を定めた指標値設定フィルタの算定点を前記測定領域内の測定点に合わせて、算定点に一致する測定点の面法線ベクトルを内積することで基準点に対応する指標値を算出すると共に、
指標値を算出する毎に、指標値設定フィルタの算定点を合わせる測定点を変更して変更毎の基準点に対応する指標値を算出することで、当該測定領域の各座標に対応する指標値を特定し、
前記測定領域において基準範囲から外れた指標値に対応する座標を特定することで被検出体の凹凸位置を検出することを要旨とする。
このように、被検査体の測定領域における各測定点に対応した面法線ベクトルを算出すると共に、テンプレートの算定点に位置する測定点の面法線ベクトルを内積することで、当該テンプレートにおける基準点の位置の凹凸の度合いを示す指標値を算出し、当該算定点に一致させる測定点を測定領域における測定点の間隔で順に変更することで、測定領域の各座標位置に対応した指標値を求めることができる。従って、基準範囲から外れた指標値に対応した座標を特定することで、被検査体の凹凸位置を精度よく自動検出することができる。また、測定領域の広範囲に光を照射した状態で撮像した画像データに基づいて、当該測定領域内の各測定点に対応した面法線ベクトルを算出することができるから、凹凸位置を算出する処理速度を高めて、被検査体に存在する凹凸位置を短時間で特定することが可能となる。
In order to solve the above problems and achieve the intended purpose, a surface inspection method according to claim 5 of the present invention includes:
A surface inspection method for inspecting unevenness of an object to be inspected,
Calculate the surface normal vector of the measurement points in the measurement area of the object to be inspected based on the image data captured by the imaging means,
A measurement point that matches the calculation point by matching the calculation point of the index value setting filter that defines the calculation point indicating the inner product of the surface normal vector and the reference point corresponding to the calculation point to the measurement point in the measurement area In addition to calculating the index value corresponding to the reference point by inner product of the surface normal vector of
Each time the index value is calculated, the index value corresponding to each coordinate of the measurement area is calculated by changing the measurement point that matches the calculation point of the index value setting filter and calculating the index value corresponding to the reference point for each change. Identify
The gist is to detect the concave / convex position of the detected object by specifying the coordinates corresponding to the index value out of the reference range in the measurement region.
In this way, the surface normal vector corresponding to each measurement point in the measurement area of the object to be inspected is calculated, and the surface normal vector of the measurement point located at the calculation point of the template is inner-producted, so that the reference in the template By calculating an index value that indicates the degree of unevenness of the position of the point, and sequentially changing the measurement point that matches the calculated point at the interval of the measurement point in the measurement area, the index value corresponding to each coordinate position of the measurement area Can be sought. Therefore, by specifying the coordinates corresponding to the index value that is out of the reference range, the uneven position of the object to be inspected can be automatically detected with high accuracy. In addition, since the surface normal vector corresponding to each measurement point in the measurement area can be calculated based on image data captured in a state where light is irradiated over a wide area of the measurement area, the process of calculating the uneven position It is possible to increase the speed and specify the uneven position present on the object to be inspected in a short time.

請求項6に係る表面検査方法は、
前記基準点を中心とする環状に前記算定点が配置された指標値設定フィルタに基づいて、基準点を挟むように位置する算定点に一致する測定点の面法線ベクトルを内積することにより基準点に対応する指標値を算出することを要旨とする。
このように、基準点を挟んで位置する算定点に一致する測定点の面法線ベクトルを内積して指標値を算出することで、基準点が凹凸位置にある場合の指標値と、基準点が凹凸位置にない場合の指標値との差を顕著にすることができ、凹凸位置の座標を精度良く特定できる。
The surface inspection method according to claim 6 comprises:
Based on an index value setting filter in which the calculation points are arranged in a ring centered on the reference point, a reference is obtained by inner producting the surface normal vectors of the measurement points that coincide with the calculation points located so as to sandwich the reference point. The gist is to calculate an index value corresponding to a point.
In this way, by calculating the index value by inner product of the surface normal vectors of the measurement points that coincide with the calculation point located across the reference point, the index value when the reference point is at the uneven position and the reference point The difference from the index value in the case where is not at the uneven position can be made significant, and the coordinates of the uneven position can be specified with high accuracy.

請求項7に係る表面検査方法は、
前記基準点を中心とする環状に複数組の前記算定点が配置された指標値設定フィルタに基づいて、各組の算定点に一致する測定点毎に面法線ベクトルを内積した内積値の平均値を基準点に対応する指標値として算出することを要旨とする。
このように、複数組の面法線ベクトルを内積して算出される内積値の平均値を基準点の指標値とすることで、指標値を算出する時点で基準点が位置する周辺の表面状態を指標値に適切に反映することができ、当該指標値を用いて凹凸位置をより精度良く特定することが可能となる。
The surface inspection method according to claim 7 comprises:
Based on an index value setting filter in which a plurality of sets of calculation points are arranged in a ring centered on the reference point, an average of inner product values obtained by inner product of surface normal vectors for each measurement point that matches the calculation points of each group The gist is to calculate the value as an index value corresponding to the reference point.
In this way, by using the average value of the inner product values calculated by inner product of multiple sets of surface normal vectors as the index value of the reference point, the surrounding surface state where the reference point is located at the time of calculating the index value Can be appropriately reflected in the index value, and the unevenness position can be specified with higher accuracy using the index value.

請求項8に係る表面検査方法は、
各指標値を順に基準指標値とした場合に当該基準指標値を含む所定の比較領域内で極小値となる基準指標値を有効指標値とし、前記測定領域において基準範囲から外れた有効指標値に対応する座標を特定することで被検出体の凹凸位置を検出することを要旨とする。
このように、所定の比較領域内で極小値となる有効基準値に基づいて凹凸位置を特定することで、被検査体の表面に生じた凹凸部の中心を精度良く特定できる。また、1つの凹凸部について凹凸位置として検出される座標を抑制することができる。
The surface inspection method according to claim 8 comprises:
When each index value is set as a reference index value in order, a reference index value that is a minimum value within a predetermined comparison area including the reference index value is set as an effective index value, and the effective index value is out of the reference range in the measurement area. The gist is to detect the uneven position of the detected object by specifying the corresponding coordinates.
As described above, by specifying the concave / convex position based on the effective reference value that is the minimum value in the predetermined comparison region, the center of the concave / convex portion generated on the surface of the object to be inspected can be accurately specified. Moreover, the coordinate detected as an uneven | corrugated position about one uneven | corrugated | grooved part can be suppressed.

本発明に係る表面検査装置および表面検査方法は、被検査体の凹凸を精度よく検出することが可能となる。   The surface inspection apparatus and the surface inspection method according to the present invention can accurately detect the unevenness of the object to be inspected.

実施例に係る表面検査装置の全体構成を示す概略図である。It is the schematic which shows the whole structure of the surface inspection apparatus which concerns on an Example. (a)は平面領域における面法線ベクトルの状態を示し、(b)は凸部における面法線ベクトルの状態を示し、(c)は凹部における面法線ベクトルの状態を示す概略図である。なお、(c)には凹凸部および指標値設定フィルタの関係を合わせて示してある。(a) shows the state of the surface normal vector in the plane area, (b) shows the state of the surface normal vector in the convex part, (c) is a schematic diagram showing the state of the surface normal vector in the concave part . Note that (c) also shows the relationship between the uneven portion and the index value setting filter. (a)は一例としての直径7ピクセルの円環状の指標値設定フィルタにおいて組になる算定点と基準点の関係を示し、(b)は一例として一辺が6ピクセルの矩形状の指標値設定フィルタにおいて組になる算定点と基準点の関係を示している。(a) shows the relationship between a calculation point and a reference point that form a pair in an annular index value setting filter with a diameter of 7 pixels as an example, and (b) shows a rectangular index value setting filter with a side of 6 pixels as an example. The relationship between the calculation point and the reference point that are paired in is shown. (a)は各測定点における面法線ベクトルを算出した面法線ベクトルマップに対して指標値設定フィルタを移動しながら当て嵌めて指標値を算出する状態を示す概念図であり、(b)は指標値設定フィルタに基づいて算出された各座標の指標値の対応関係を示す概念図であり、(c)は各座標に指標値を対応させた指標値マップに基づいて比較領域フィルタを当て嵌めて有効指標値を判定する状態を示す概念図である。(a) is a conceptual diagram showing a state in which the index value is calculated by applying the filter while setting the index value setting filter with respect to the surface normal vector map in which the surface normal vector at each measurement point has been calculated, (b) (C) is a conceptual diagram showing the correspondence between index values of each coordinate calculated based on the index value setting filter, and (c) is a comparison area filter applied based on an index value map in which index values are associated with each coordinate. It is a conceptual diagram which shows the state which determines an effective index value for the first time. 指標値マップの基準値に基づいて有効指標値を判定する状態を示す概念図であって、(a)は有効指標値の判定前の指標値マップおよび有効指標値マップを示し、(b)は指標値マップの座標(RA2,LA2)の指標値について有効指標値か否かを判定する状態を示し、(c)は指標値マップの座標(RA2,LA3)の指標値について有効指標値か否かを判定する状態を示し、(d)は指標値マップの各座標の指標値について有効指標値か否かを判定して有効指標値判定手段を作成した状態を示す。It is a conceptual diagram showing a state of determining an effective index value based on the reference value of the index value map, (a) shows the index value map and the effective index value map before the determination of the effective index value, (b) is The state of determining whether or not the index value of the index value map coordinates (RA2, LA2) is an effective index value is shown. (C) is whether the index value of the index value map coordinates (RA2, LA3) is an effective index value. (D) shows a state in which the effective index value determining means is created by determining whether or not the index value of each coordinate in the index value map is an effective index value. 指標値マップにおける指標値の分布を、縦軸を指標値の値とし、横軸を座標位置として三次元表示したグラフ図である。It is the graph which displayed the distribution of the index value in an index value map three-dimensionally with the vertical axis as the index value and the horizontal axis as the coordinate position. 実験例に係るサンプル(a)〜(j)を示す表である。It is a table | surface which shows the samples (a)-(j) which concern on an experiment example. 実験例に係るサンプル(a)〜(j)について算出した面法線ベクトルの向きに応じて色分け表示した画像であり、凹凸位置の中心に「×」を付してある。It is an image displayed by color according to the direction of the surface normal vector calculated for samples (a) to (j) according to the experimental example, and “x” is attached to the center of the uneven position. 実験例に係るサンプル(a)〜(j)について算出した指標値の大きさに応じて色分け表示した画像であり、凹凸位置の中心に「×」を付してある。The images are color-coded according to the index values calculated for the samples (a) to (j) according to the experimental example, and “x” is attached to the center of the uneven position. 実施例の表面検査装置で行われる表面検査処理を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the surface inspection process performed with the surface inspection apparatus of an Example.

次に、本発明に係る表面検査装置および表面検査方法につき、好適な実施例を挙げて、添付図面を参照しながら以下詳細に説明する。本発明は、カメラ20で撮像した被検査体10の画像データに基づいて被検査体10の測定領域Lに含まれる測定点Tの面法線ベクトルを算出して、算出した面法線ベクトルを内積することにより凹凸度合いを示す指標値を測定領域Lの座標と対応付けて算出すると共に、測定領域Lにおいて基準範囲から外れた指標値に対応する座標を特定することにより、被検査体10の凹凸位置を検出するようになっている。具体的には、面法線ベクトルを内積する測定点Tの位置を示す算定点IPおよび当該算定点IPに対応する基準点M1を定めた指標値設定フィルタFRの算定点IPを測定領域Lの測定点Tに合わせて、算定点IPに一致する測定点Tの面法線ベクトルを内積することで基準点M1に対応する指標値を算出すると共に、指標値を算出する毎に、指標値設定フィルタFRの算定点IPを合わせる測定点Tを測定領域L内で変更して変更毎の基準点M1に対応する指標値を算出することで、当該測定領域Lの各座標に対応する指標値を特定し、これに基づいて測定領域Lにおいて基準範囲から外れた指標値となる座標を特定することで被検査体100の凹凸位置を検出するものである。そこで、本発明の表面検査方法を用いた表面検査装置について説明することで、当該表面検査方法の具体的方法を合わせて説明する。   Next, the surface inspection apparatus and the surface inspection method according to the present invention will be described in detail below with reference to the accompanying drawings by giving preferred embodiments. The present invention calculates the surface normal vector of the measurement point T included in the measurement region L of the device under test 10 based on the image data of the device under test 10 captured by the camera 20, and uses the calculated surface normal vector. By calculating the index value indicating the degree of unevenness by the inner product in association with the coordinates of the measurement region L, and specifying the coordinates corresponding to the index value outside the reference range in the measurement region L, The uneven position is detected. Specifically, the calculation point IP indicating the position of the measurement point T for inner product of the surface normal vector and the calculation point IP of the index value setting filter FR defining the reference point M1 corresponding to the calculation point IP are set in the measurement region L. The index value corresponding to the reference point M1 is calculated by inner product of the surface normal vectors of the measurement point T that coincide with the calculation point IP in accordance with the measurement point T, and the index value is set every time the index value is calculated. By changing the measurement point T that matches the calculation point IP of the filter FR in the measurement region L and calculating the index value corresponding to the reference point M1 for each change, the index value corresponding to each coordinate of the measurement region L is calculated. Based on this, the coordinates of the measurement area L that are index values that are out of the reference range are specified, thereby detecting the uneven position of the object 100 to be inspected. Therefore, by describing a surface inspection apparatus using the surface inspection method of the present invention, a specific method of the surface inspection method will be described together.

図1は、実施例に係る表面検査装置10の全体構成を示す概略図である。実施例の表面検査装置10は、被検査体100の測定領域Lに光を照射する光照射部12,14,16と、当該光照射部12,14,16により光を照射した状態で被検査体100を撮像して画像データを取得するカメラ(撮像手段)22と、該カメラ20で取得した画像データ基づいて測定領域Lにある凹凸位置を特定する制御装置30とを備えている。ここで、実施例の表面検査装置10は、被検査体100の測定領域Lに対して互いに異なる方向から光を照射する3つの光照射部12,14,16を備えており、各光照射部12,14,16の夫々が単独で光を照射した測定領域Lを前記カメラ20により撮像することで、被検査体100の同じ測定領域Lを撮像した光源方向が異なる3種類の画像データを取得するよう構成されている。そして、前記カメラ20で撮像した被検査体100の各光照射部12,14,16に対応した各画像データに基づいて、当該被検査体100の測定領域Lに対応した各画素(測定点T)の明るさおよび各画像データの光源方向の情報から各測定点Tの面法線ベクトルを前記制御装置30が算出し、当該面法線ベクトルに基づいて測定領域L内の平面領域に対する凹凸領域(凹凸部104)の凹凸度合いを指数化することにより、凹凸部104の位置(凹凸位置)を特定するよう構成されている。   FIG. 1 is a schematic diagram illustrating an overall configuration of a surface inspection apparatus 10 according to an embodiment. The surface inspection apparatus 10 according to the embodiment includes a light irradiation unit 12, 14, 16 that irradiates light to the measurement region L of the object 100 to be inspected and a state in which light is irradiated by the light irradiation unit 12, 14, 16. A camera (imaging means) 22 that captures an image of the body 100 and acquires image data, and a control device 30 that identifies the uneven position in the measurement region L based on the image data acquired by the camera 20 are provided. Here, the surface inspection apparatus 10 according to the embodiment includes three light irradiation units 12, 14, and 16 that irradiate light from different directions with respect to the measurement region L of the inspection object 100. By capturing the measurement region L irradiated with light by each of 12, 14, and 16 with the camera 20, three types of image data with different light source directions capturing the same measurement region L of the device under test 100 are acquired. It is configured to Then, on the basis of the image data corresponding to the light irradiators 12, 14, and 16 of the inspection object 100 captured by the camera 20, each pixel (measurement point T) corresponding to the measurement region L of the inspection object 100 is measured. ) And the light source direction information of each image data, the control device 30 calculates the surface normal vector of each measurement point T, and the uneven region with respect to the planar region in the measurement region L based on the surface normal vector. By indexing the degree of unevenness of the (uneven portion 104), the position (uneven position) of the uneven portion 104 is specified.

(光照射部およびカメラについて)
ここで、各光照射部12,14,16には、同じ波長の光を照射する光源を用いてもよく、また異なる波長の光を照射する光源を採用することもでき、また光の波長としては、広帯域の波長の光(白色光)や、特定波長の光(赤色光や青色光の可視光、或いは赤外線等の不可視光等)を採用することも可能である。実施例では、各光照射部12,14,16の光源として、同一色で発光するLEDランプが採用されている。また、前記カメラ20としては、撮像素子として電荷結合素子(CCD)を利用したCCDイメージセンサや相補性金属酸化膜半導体(CMOS)を利用したCMOSイメージセンサ等の採用することができ、光照射部12,14,16から照射されて被検査体100で反射した光を感知し得るものであればよい。そして、前記カメラ20により撮像された画像データは、被検査体100における所定の測定領域Lに含まれる各画素の少なくとも明るさ(輝度)を量子化した値を二次元配列形式で並べたラスターデータとして制御装置30が備えるデータ記憶手段42に記憶するようになっている。なお、前記データ記憶手段42は、RAM等の一時記憶装置である。また、表面検査装置10は、制御装置30に接続するよう液晶ディスプレイ等の表示装置50が設けられており、前記カメラ20により撮像された被検査体100の画像を表示装置50に表示し得るようになっている。
(About light irradiation unit and camera)
Here, for each of the light irradiators 12, 14, and 16, a light source that irradiates light of the same wavelength may be used, or a light source that irradiates light of a different wavelength may be employed. It is also possible to employ light with a broad wavelength (white light) or light with a specific wavelength (red light or blue light visible light, or invisible light such as infrared light). In the embodiment, LED lamps that emit light of the same color are employed as the light sources of the light irradiators 12, 14, and 16. The camera 20 may be a CCD image sensor using a charge coupled device (CCD) as an imaging device or a CMOS image sensor using a complementary metal oxide semiconductor (CMOS). What is necessary is just to be able to sense the light irradiated from 12, 14, and 16 and reflected by the object under test 100. The image data picked up by the camera 20 is raster data in which values obtained by quantizing at least the brightness (luminance) of each pixel included in the predetermined measurement region L in the inspection object 100 are arranged in a two-dimensional array format. Is stored in the data storage means 42 included in the control device 30. The data storage means 42 is a temporary storage device such as a RAM. Further, the surface inspection apparatus 10 is provided with a display device 50 such as a liquid crystal display so as to be connected to the control device 30, so that the image of the inspected object 100 captured by the camera 20 can be displayed on the display device 50. It has become.

(制御装置について)
図1に示すように、前記制御装置30は、カメラ20が撮像した画像データに基づいて測定領域Lの各測定点Tの面法線ベクトルを算出する面法線ベクトル算出手段32と、面法線ベクトル算出手段32が算出した面法線ベクトルに基づいて指標値を算出する指標値算出手段34と、当該指標値算出手段34により算出された指標値に基づいて測定領域Lにおける凹凸部104の位置(凹凸位置)を特定する座標特定手段36とを備えている。ここで、前記指標値算出手段34は、後述のように測定領域L内の座標毎に指標値を算出するよう構成されており、当該指標値が所定の基準範囲に含まれるか否かを座標特定手段36が判定することにより凹凸部104の位置を特定するようになっている。
(About the control unit)
As shown in FIG. 1, the control device 30 includes a surface normal vector calculation unit 32 that calculates a surface normal vector at each measurement point T in the measurement region L based on image data captured by the camera 20, and a surface method. An index value calculation unit 34 that calculates an index value based on the surface normal vector calculated by the line vector calculation unit 32, and an unevenness portion 104 in the measurement region L based on the index value calculated by the index value calculation unit 34. Coordinate specifying means 36 for specifying a position (uneven position) is provided. Here, the index value calculation means 34 is configured to calculate an index value for each coordinate in the measurement region L as will be described later, and coordinates whether the index value is included in a predetermined reference range. The position of the concavo-convex portion 104 is specified by determination by the specifying means 36.

(面法線ベクトル算出手段について)
前記面法線ベクトル算出手段32は、前記カメラ20から入力された光源方向が異なる各画像データに基づいて、照度差ステレオ法により測定点Tの面法線ベクトルデータを算出するよう構成されている。ここで、照度差ステレオ法とは、計測面(被検査体100の表面)に照射した光の反射光の輝度(明るさ)に基づいて、該計測面の面法線ベクトルを算出する画像処理方法である。この照度差ステレオ法の原理について、以下、簡単に説明する。なお、照度差ステレオ法は、計測面が完全拡散反射面(ランバート反射面)であると仮定して、観測される計測面の明るさが光源(光照射部12,14,16)に対する向きによって変化することを利用して計測面の面法線ベクトルを推定する手法である。
(About surface normal vector calculation means)
The surface normal vector calculation means 32 is configured to calculate the surface normal vector data of the measurement point T by the illuminance difference stereo method based on the image data having different light source directions input from the camera 20. . Here, the illuminance difference stereo method is an image process for calculating a surface normal vector of the measurement surface based on the luminance (brightness) of the reflected light of the light irradiated on the measurement surface (the surface of the inspection object 100). Is the method. The principle of this illuminance difference stereo method will be briefly described below. In the illuminance difference stereo method, it is assumed that the measurement surface is a perfect diffuse reflection surface (Lambert reflection surface), and the brightness of the measurement surface to be observed depends on the orientation with respect to the light source (light irradiation units 12, 14, 16). This is a technique for estimating the surface normal vector of the measurement surface by utilizing the change.

図1に示すように、計測面の面法線方向を基準として異なる方向から複数(3つ)の光源を交互に発光して計測面を照らすことで各画像データを取得した場合に、光源の明るさをL、当該計測面の反射率をρ、カメラで撮像された計測面(測定点T)の明るさをVとすると、下記数1の式(1)および式(2)が成り立つことから、これにより数2の式(3)が求められる。なお、ベクトルnは、計測面における任意の測定点Tにおける面法線ベクトルを示し、ベクトルsは、当該測定点Tに対する光源方向ベクトルを示している。各式では、符号の上側に付した矢印記号によりベクトルを表している。すなわち、光源方向が異なる少なくとも3つの画像データを撮像することで、各画素(測定点T)の明るさおよび各画像データの光源方向の情報から式(3)に基づいて各測定点Tの面法線ベクトルを求めることができる。そして、前記測定領域L内に含まれる各測定点Tについて面法線ベクトル算出手段32が面法線ベクトルを算出することで、各測定点Tに面法線ベクトルが対応した測定領域Lの面法線ベクトルマップMP1(図4参照)が作成されて前記データ記憶手段42に記憶される。なお、図4では、各測定点Tに対応する位置を矩形のマスで表してある。 As shown in FIG. 1, when each image data is acquired by alternately emitting a plurality of (three) light sources from different directions with respect to the surface normal direction of the measurement surface and illuminating the measurement surface, If the brightness is L, the reflectance of the measurement surface is ρ, and the brightness of the measurement surface (measurement point T) imaged by the camera is V, the following equations (1) and (2) hold: Thus, Equation (3) of Equation 2 is obtained. The vector n T represents a surface normal vector at an arbitrary measurement point T on the measurement surface, and the vector s represents a light source direction vector with respect to the measurement point T. In each equation, a vector is represented by an arrow symbol above the symbol. That is, by capturing at least three pieces of image data having different light source directions, the surface of each measurement point T is calculated from the brightness of each pixel (measurement point T) and the information on the light source direction of each image data based on Equation (3). A normal vector can be obtained. Then, the surface normal vector calculation means 32 calculates the surface normal vector for each measurement point T included in the measurement region L, so that the surface of the measurement region L corresponding to each measurement point T corresponds to the surface normal vector. A normal vector map MP1 (see FIG. 4) is created and stored in the data storage means. In FIG. 4, the positions corresponding to the respective measurement points T are represented by rectangular cells.

(指標値算出手段34について)
図1に示すように、前記指標値算出手段34は、前記面法線ベクトル算出手段32によって算出された面法線ベクトルに基づいて、前記測定領域Lの座標毎の凹凸度合いを表す指標値を算出するよう構成される。ここで、図2(a)に示すように、被検査体100の測定領域Lにおける平坦な領域(平面領域)では、各測定点Tの面法線ベクトルが基本的に同じ方向を向くことから、面法線ベクトル間に角度の差は殆ど生じない。一方で、被検査体100の測定領域Lにおける凸または凹となる部分(すなわち凹凸部104)では、測定点Tの面法線ベクトルが同じ方向を向かず、面法線ベクトル間に角度の差が生ずる(図2(b),(c)参照)。すなわち、前記測定領域Lにおいて平面領域にある座標の周囲にある測定点Tの面法線ベクトルを内積した値と、測定領域Lにおいて凹凸部104にある座標の周囲にある測定点Tの面法線ベクトルを内積した値とでは異なる値となる。そこで、前記指標値算出手段34は、前記測定領域Lの任意の座標の周囲に位置する面法線ベクトルを内積することにより指標値を算出することで、当該座標位置が平面領域か、凹凸部104かを区別し得るようにしている。
(About the index value calculation means 34)
As shown in FIG. 1, the index value calculating unit 34 calculates an index value representing the degree of unevenness for each coordinate of the measurement region L based on the surface normal vector calculated by the surface normal vector calculating unit 32. Configured to calculate. Here, as shown in FIG. 2A, in the flat region (planar region) in the measurement region L of the device under test 100, the surface normal vectors of the respective measurement points T are basically directed in the same direction. There is almost no difference in angle between the surface normal vectors. On the other hand, the surface normal vector at the measurement point T does not point in the same direction in the convex or concave portion (that is, the concave and convex portion 104) in the measurement region L of the inspection object 100, and the angle difference between the surface normal vectors. (See FIGS. 2B and 2C). That is, the inner product of the surface normal vectors of the measurement points T around the coordinates in the plane region in the measurement region L and the surface method of the measurement points T around the coordinates in the uneven portion 104 in the measurement region L. The value is different from the value obtained by inner product of line vectors. Therefore, the index value calculation means 34 calculates the index value by inner producting the surface normal vectors located around arbitrary coordinates of the measurement area L, so that the coordinate position is a plane area or an uneven part. 104 can be distinguished.

具体的に、内積する一方の面法線ベクトルを「a」とし、他方の面法線ベクトルを「b」とし、両面法線ベクトルの交差角度を「θ」とすると、下記数3の式(4)が成り立つ。また、面法線ベクトル算出手段32が算出する面法線ベクトルを単位ベクトルに正規化しておくと、|a||b|=1となる。すなわち、面法線ベクトルの成分をベクトルa=(Nax,Nay,Naz)、ベクトルb=(Nbx,Nby,Nbz)として、指標値算出手段34が下記数4の式(5)に基づいて内積値を算出するよう設定されている。すなわち、被検査体100では、平面領域にある測定点Tの面法線ベクトルを内積することで求められる指標値が「1」に近い値となる一方で、凹凸部104にある測定点Tの面法線ベクトルを内積することで求められる指標値が「1」より低い値となる。   Specifically, assuming that one surface normal vector to be inner product is “a”, the other surface normal vector is “b”, and the intersection angle of both surface normal vectors is “θ”, the following equation (3) 4) holds. If the surface normal vector calculated by the surface normal vector calculation means 32 is normalized to a unit vector, | a || b | = 1. That is, assuming that the component of the surface normal vector is vector a = (Nax, Nay, Naz) and vector b = (Nbx, Nby, Nbz), the index value calculation means 34 calculates the inner product based on the following equation (5). It is set to calculate a value. That is, in the inspected object 100, the index value obtained by inner product of the surface normal vectors of the measurement points T in the planar region is a value close to “1”, while the measurement points T in the concavo-convex portion 104 are measured. The index value obtained by the inner product of the surface normal vectors is a value lower than “1”.

(面法線ベクトルを内積する測定点Tの特定について)
ここで、前記制御装置30には、前記指標値算出手段34が面法線ベクトルを内積する組合せ位置を示す算定点IPおよび当該算定点IPに基づいて算出される指標値が対応する基準点M1を定めた指標値設定フィルタFRが設定されている(図3参照)。ここで、前記指標値設定フィルタFRは、面法線ベクトルマップMP1における測定点Tの間隔に合わせて各算定点IPが配置されており、当該フィルタFRに設定された各算定点IPを面法線ベクトルマップMP1における測定点Tの位置に一致させ得るよう設定される。すなわち、指標値を算出する際に指標値算出手段34が前記指標値設定フィルタFRを面法線ベクトルマップMP1に当て嵌めることで、当該フィルタFRの算定点IPに基づいて面法線ベクトルを内積する測定点Tが特定されると共に測定領域Lにおいて基準点M1が位置する座標が特定されるよう構成されている。言い換えると、指標値設定フィルタFRを面法線ベクトルマップMP1に当て嵌めた際に基準点M1が位置する測定領域Lの座標に対応した指標値が、当該フィルタFRにおいて組になる算定点IPに一致する測定点Tの面法線ベクトルを内積することで算出される。なお、図3において、指標値設定フィルタFRの算定点IPを矩形のマスにより表しており、また組合せ位置となる算定点IPのマスに同一の記号を付してある。
(Specification of measurement point T for inner product of surface normal vector)
Here, the control device 30 includes a calculation point IP indicating a combination position where the index value calculation means 34 performs the inner product of the surface normal vectors, and a reference point M1 corresponding to the index value calculated based on the calculation point IP. Is set (see FIG. 3). Here, in the index value setting filter FR, each calculation point IP is arranged in accordance with the interval of the measurement points T in the surface normal vector map MP1, and each calculation point IP set in the filter FR is used as a surface method. It is set so that it can coincide with the position of the measurement point T in the line vector map MP1. That is, when calculating the index value, the index value calculation means 34 fits the index value setting filter FR to the surface normal vector map MP1, so that the inner product of the surface normal vectors is calculated based on the calculation point IP of the filter FR. The measurement point T to be measured is specified, and the coordinates where the reference point M1 is located in the measurement region L are specified. In other words, when the index value setting filter FR is applied to the surface normal vector map MP1, the index value corresponding to the coordinates of the measurement region L where the reference point M1 is located becomes the calculation point IP that forms a pair in the filter FR. It is calculated by inner producting the surface normal vectors of the corresponding measurement points T. In FIG. 3, the calculation point IP of the index value setting filter FR is represented by a rectangular cell, and the same symbol is attached to the cell of the calculation point IP that is the combination position.

また、前記測定領域L内(面法線ベクトルマップMP1)の測定点Tにおいて前記指標値設定フィルタFRの算定点IPを合わせる測定点Tを指標値算出手段34が順に変更して、変更毎の算定点IPに一致する判定点Tの面法線ベクトルを内積することで、対応する基準点M1の指標値を算出するよう設定されている(図4参照)。すなわち、前記測定領域L(面法線ベクトルマップMP1)における測定点Tの設定間隔に応じて前記指標値設定フィルタFRを移動して指標値を算出することにより、当該指標値算出手段34が指標値を算出するタイミングで指標値設定フィルタFRの基準点M1が位置する測定領域Lの座標が定まるようになっている。そして、指標値算出手段34により算出された指標値は、測定領域Lの座標および当該座標の指標値を特定する指標値マップMP2(図4(b)参照)として前記データ記憶手段42に記憶される。なお、図4(b)では、各基準点M1が対応する座標位置を矩形のマスで表すと共に、各座標に対応して記憶される指標値を三角印で示してある。   In addition, the index value calculation means 34 sequentially changes the measurement points T that match the calculation points IP of the index value setting filter FR at the measurement points T in the measurement region L (surface normal vector map MP1). It is set to calculate the index value of the corresponding reference point M1 by inner product of the surface normal vectors of the determination points T that coincide with the calculation point IP (see FIG. 4). That is, by moving the index value setting filter FR in accordance with the set interval of the measurement points T in the measurement region L (surface normal vector map MP1) and calculating the index value, the index value calculation means 34 has the index The coordinates of the measurement region L where the reference point M1 of the index value setting filter FR is located are determined at the timing of calculating the value. The index value calculated by the index value calculation unit 34 is stored in the data storage unit 42 as an index value map MP2 (see FIG. 4B) for specifying the coordinates of the measurement region L and the index value of the coordinates. The In FIG. 4B, the coordinate position corresponding to each reference point M1 is represented by a rectangular cell, and the index value stored corresponding to each coordinate is indicated by a triangle.

ここで、前記指標値設定フィルタFRは、図3に示すように、前記基準点M1を中心とする環状に複数の算定点IPが配置されており、当該フィルタFRにおいて基準点M1を挟んで位置する算定点IPが面法線ベクトルを内積する測定点Tを示す組合せ位置となるよう設定されている。すなわち、基準点M1を挟んで位置する算定点IPに位置する面法線ベクトルを内積することで指標値を算出するようにすることで、当該基準点M1位置の凹凸の度合いを指標値により表すことができる。また、前記指標値設定フィルタFRには、組合せ位置を示す算定点IPが複数組定められており、各組合せの算定点IPに一致する測定点Tの面法線ベクトルを指標値算出手段34が内積すると共に、算出した複数の内積値の平均値を指標値算出手段34が前記指標値として算出するよう設定されている。なお、図3(a)は、算定点IPを円状に並べた直径が7ピクセルの円環状の指標値設定フィルタFRの一例を示し、図3(b)は、算定点IPを正方形状に並べた一辺が6ピクセルの矩形環状の指標値設定フィルタFRの一例を示している。   Here, as shown in FIG. 3, the index value setting filter FR has a plurality of calculation points IP arranged in an annular shape centered on the reference point M1, and is located between the filter FR and the reference point M1. The calculation point IP to be set is set to be a combination position indicating the measurement point T for inner product of the surface normal vectors. That is, by calculating the index value by inner product of the surface normal vectors located at the calculation point IP located across the reference point M1, the degree of unevenness at the position of the reference point M1 is expressed by the index value. be able to. The index value setting filter FR has a plurality of calculation points IP indicating combination positions, and the index value calculation means 34 calculates the surface normal vector of the measurement point T that matches the calculation point IP of each combination. In addition to the inner product, the index value calculating means 34 is set to calculate the average value of the calculated inner product values as the index value. 3A shows an example of an annular index value setting filter FR having a diameter of 7 pixels in which calculation points IP are arranged in a circle, and FIG. 3B shows calculation points IP in a square shape. An example of a rectangular annular index value setting filter FR having 6 pixels on each side is shown.

前記指標値設定フィルタFRにおける基準点M1から算定点IPまでの間隔は、検出対象とする凹凸部104の大きさ(径)に合わせて設定される。すなわち、図2(b),(c)に示すように、被検査体100に凹凸部104がある場合は、当該凹凸部104において、最も凹んだ部分または最も凸になる部分(以下、最大変形点Zという)を挟んで位置する平面領域との境界の面法線ベクトルの角度差が大きくなる。一方で、凹凸部104は最大変形点Zの近傍に近づくにつれて変形量が低減し、最大変形点Zの近傍において面法線ベクトルの向きが平面領域の面法線ベクトルの向きに近づくことから、面法線ベクトルの角度差が小さくなる。このため、凹凸部104の最大変形点Zに基準点M1が位置する場合に当該凹凸部104の境界部分(外縁)に算定点IPが位置するように、指標値設定フィルタFRにおける算定点IPおよび基準点M1の設定位置を、検出対象とする凹凸部104の大きさに合わせて設定することが好ましい(図2(c)参照)。   The interval from the reference point M1 to the calculation point IP in the index value setting filter FR is set according to the size (diameter) of the uneven portion 104 to be detected. That is, as shown in FIGS. 2 (b) and 2 (c), when the object 100 has an uneven portion 104, the concave portion or the most convex portion (hereinafter referred to as the maximum deformation) in the uneven portion 104. The angle difference between the surface normal vectors at the boundary with the plane region located across the point Z) increases. On the other hand, the amount of deformation decreases as the concavo-convex portion 104 approaches the vicinity of the maximum deformation point Z, and the direction of the surface normal vector approaches the direction of the surface normal vector in the plane region in the vicinity of the maximum deformation point Z. The angle difference between the surface normal vectors is reduced. Therefore, when the reference point M1 is located at the maximum deformation point Z of the concavo-convex portion 104, the calculation point IP and the index value setting filter FR are set such that the calculation point IP is located at the boundary portion (outer edge) of the concavo-convex portion 104. It is preferable to set the setting position of the reference point M1 according to the size of the uneven portion 104 to be detected (see FIG. 2C).

また、前記指標値設定フィルタFRに環状に配置される算定点IPは、検出対象とする凹凸部104の境界部分(外縁)の形状に合わせて並ぶよう設定することが好ましい。例えば、平面領域との境界部分(外縁)が円形に近い凹凸部104を検出する場合には、前記測定領域L内(面法線ベクトルマップMP1)において二次元配列状に並ぶ任意の測定点Tを基準点M1とした場合に、当該基準点M1からほぼ等距離に位置する測定点Tが算定点IPとなるように、基準点M1を中心とする円環状に複数の算定点IPが位置するよう設定される。すなわち、図2(c)に示すように、基準点M1を中心とする円状に並ぶように算定点IPを配置した円環状の指標値設定フィルタFRとすることで、凹凸部104の最大変形点Zを基準点M1とした場合に、当該凹凸部104の境界部分に各算定点IPを位置させることが可能になり、凹凸部104の検出精度を向上することができる。特に、被検査体100の表面102に微少な凹凸部104が形成される場合は、当該凹凸部104の境界部分(外縁)が円形に近くなる割合が高くなることから、指標値設定フィルタFRを円環状にすることで、凹凸部104の検出精度を高めることができる。なお、前述したように、面法線ベクトルマップMP1は、二次元配列状に測定点Tが配置されていることから、基準点M1を中心とする円周上または当該円周に隣接する測定点Tを算定点IPが指示するように指標値設定フィルタFRが設定される。   Further, it is preferable that the calculation points IP arranged annularly in the index value setting filter FR are set so as to be aligned with the shape of the boundary portion (outer edge) of the uneven portion 104 to be detected. For example, when detecting the uneven portion 104 whose boundary portion (outer edge) with the planar region is nearly circular, arbitrary measurement points T arranged in a two-dimensional array in the measurement region L (surface normal vector map MP1). A plurality of calculation points IP are located in an annular shape centering on the reference point M1 so that the measurement point T located at an approximately equal distance from the reference point M1 is the calculation point IP. It is set as follows. That is, as shown in FIG. 2 (c), the maximum deformation of the concavo-convex portion 104 is obtained by using an annular index value setting filter FR in which the calculation points IP are arranged in a circle centered on the reference point M1. When the point Z is set as the reference point M1, each calculation point IP can be positioned at the boundary portion of the uneven portion 104, and the detection accuracy of the uneven portion 104 can be improved. In particular, when a minute uneven portion 104 is formed on the surface 102 of the object to be inspected 100, since the ratio of the boundary portion (outer edge) of the uneven portion 104 being close to a circle increases, the index value setting filter FR is set. The detection accuracy of the concavo-convex portion 104 can be increased by using an annular shape. As described above, since the measurement points T are arranged in a two-dimensional array in the surface normal vector map MP1, the measurement points on or adjacent to the circumference around the reference point M1. The index value setting filter FR is set so that the calculation point IP indicates T.

また、実施例では、指標値設定フィルタFRにおいて基準点M1を挟んで点対称に位置する算定点IPに一致する測定点Tの面法線ベクトルを指標値算出手段34が内積するよう設定することが好ましい。このように、基準点M1を挟んで点対称に位置する算定点IPにより面法線ベクトルが内積される測定点Tの組合せを指示することで、基準点M1を最大変形部Zに位置させた際に内積される面法線ベクトルの角度差を大きくして、算出される指標値を顕著な値にすることが可能となる。   Further, in the embodiment, the index value setting filter FR is set so that the index value calculation means 34 performs the inner product of the surface normal vector of the measurement point T that coincides with the calculation point IP located symmetrically with respect to the reference point M1. Is preferred. In this way, the reference point M1 is positioned at the maximum deformed portion Z by instructing the combination of the measurement points T on which the surface normal vector is inner producted by the calculation point IP located symmetrically with respect to the reference point M1. In this case, it is possible to increase the angle difference between the surface normal vectors that are inner productd to make the calculated index value remarkable.

ここで、前記指標値設定フィルタFRは、前記測定領域L内(面法線ベクトルマップMP1)において二次元配列状に並ぶ任意の測定点T(画素)に対して、縦横方向に奇数ピクセル分(例えば3×3ピクセルや、5×5ピクセル等)の算定点IPを有する環状に設定することで、指標値設定フィルタFRの基準点M1および算定点IPの夫々を、面法線ベクトルマップMP1上の測定点Tの位置に一致させることができる。すなわち、縦横方向に奇数ピクセル分の算定点IPが設定された指標値設定フィルタFRでは、前記測定領域Lに含まれる各測定点Tの位置を基準点M1に合わせて指標値算出手段34が指標値を算出することができる。この場合には、図4(a),(b)のように、指標値算出手段34により生成される指標値マップMP2の座標を、測定領域L(面法線ベクトルマップMP1)における測定点Tの座標と一致させることができ、指標値マップMP2に基づいて測定領域Lの座標を容易に特定することが可能となる。一方で、前記測定領域L内(面法線ベクトルマップMP1)において二次元配列状に並ぶ任意の測定点T(画素)に対して、縦横方向に偶数ピクセル分(例えば2×2ピクセルや、4×4ピクセル等)の算定点IPを有する環状に設定した場合には、面法線ベクトルマップMP1上の測定点Tに算定点IPを一致させた際に、当該面法線ベクトルマップMP1における測定点Tの間に基準点M1を位置させることができる。すなわち、縦横方向に偶数ピクセル分の算定点IPが設定された指標値設定フィルタFRでは、前記測定領域Lにおける各測定点Tの間に位置する座標の指標値を算出することができる。   Here, the index value setting filter FR has an odd number of pixels (in the vertical and horizontal directions) with respect to an arbitrary measurement point T (pixel) arranged in a two-dimensional array in the measurement region L (surface normal vector map MP1). For example, the reference point M1 and the calculation point IP of the index value setting filter FR are set on the surface normal vector map MP1 by setting the ring shape having the calculation point IP of 3 × 3 pixels, 5 × 5 pixels, or the like. It can be made to coincide with the position of the measurement point T. That is, in the index value setting filter FR in which the calculation points IP for odd-numbered pixels are set in the vertical and horizontal directions, the index value calculation means 34 adjusts the position of each measurement point T included in the measurement region L to the reference point M1. A value can be calculated. In this case, as shown in FIGS. 4 (a) and 4 (b), the coordinates of the index value map MP2 generated by the index value calculation means 34 are used as the measurement points T in the measurement region L (surface normal vector map MP1). The coordinates of the measurement region L can be easily specified based on the index value map MP2. On the other hand, with respect to an arbitrary measurement point T (pixel) arranged in a two-dimensional array in the measurement region L (surface normal vector map MP1), even pixels (for example, 2 × 2 pixels, 4 When the calculation point IP is set to coincide with the measurement point T on the surface normal vector map MP1, the measurement in the surface normal vector map MP1 is performed. The reference point M1 can be positioned between the points T. That is, in the index value setting filter FR in which the calculation points IP for even pixels are set in the vertical and horizontal directions, the index values of the coordinates located between the measurement points T in the measurement region L can be calculated.

(座標特定手段)
前記座標特定手段36は、前記指標値算出手段34が算出した指標値が所定の基準範囲外の値か否かを判定して、基準範囲から外れた指標値に対応する前記測定領域Lの座標を特定することで、測定領域Lにおける凹凸部104の位置を特定するよう構成される。ここで、面法線ベクトルを内積する測定点Tが歪みのない理想的な平面領域にある場合には前記式(5)に基づいて算出される指標値が「1」となる一方で、当該測定点Tが凹凸部104にある場合に同式(5)に基づいて算出される指標値は「1」より低い値となる。従って、基準値を「1」とし、指標値算出手段34により算出された測定領域Lの各座標の指標値(指標値マップMP2における各座標の指標値)が当該基準値より低い値(基準範囲外の値)か否かを判定して、基準範囲から外れた指標値に対応する座標を座標特定手段36が特定することで、測定領域L内の凹凸部104の位置(座標)を検出することが可能である。
(Coordinate specifying means)
The coordinate specifying unit 36 determines whether or not the index value calculated by the index value calculating unit 34 is outside a predetermined reference range, and coordinates of the measurement region L corresponding to the index value outside the reference range. By specifying, the position of the concavo-convex portion 104 in the measurement region L is specified. Here, when the measurement point T for the inner product of the surface normal vectors is in an ideal plane region without distortion, the index value calculated based on the equation (5) is “1”, while When the measurement point T is on the uneven portion 104, the index value calculated based on the equation (5) is a value lower than “1”. Therefore, the reference value is “1”, and the index value of each coordinate in the measurement region L calculated by the index value calculation means 34 (the index value of each coordinate in the index value map MP2) is lower than the reference value (reference range). The coordinate specifying means 36 specifies the coordinates corresponding to the index value outside the reference range, and the position (coordinates) of the concavo-convex portion 104 in the measurement region L is detected. It is possible.

そして、前記制御装置30は、前記座標特定手段36が基準範囲から外れた指標値に対応した前記測定領域Lの座標を特定した場合に、前記表示装置50に表示された画像における当該座標位置に指示マークを表示するよう構成されている。このように、表示手段52に表示された画像上に凹凸位置を示す指示マークを表示することで、被検査体100における測定領域Lにおける凹凸部104の位置を、検査作業者が視覚的に把握し得るようになっている。ここで、前記制御装置30は、前記データ記憶手段42に記憶されたデータに基づいて前記表示装置50に表示する画像を制御する表示制御手段44を備えており、当該表示制御手段44の制御に基づいて、面法線ベクトルマップMP1の面法線ベクトルの向きに応じて色分け表示した面法線ベクトル分布画像(図8参照)や、前記指標値マップMP2の指標値の値に応じて色分け表示した指標値分布画像(図9参照)を表示し得ると共に、当該面法線ベクトル分布画像や指標値分布画像上に凹凸位置を示す指示マークを表示し得るようになっている。   Then, when the coordinate specifying unit 36 specifies the coordinates of the measurement region L corresponding to the index value out of the reference range, the control device 30 sets the coordinate position in the image displayed on the display device 50. An instruction mark is displayed. Thus, by displaying the indication mark indicating the uneven position on the image displayed on the display means 52, the inspection operator can visually grasp the position of the uneven portion 104 in the measurement region L of the inspection object 100. It has come to be able to do. Here, the control device 30 includes a display control unit 44 that controls an image to be displayed on the display device 50 based on the data stored in the data storage unit 42, and controls the display control unit 44. Based on the surface normal vector distribution image (see FIG. 8) color-coded according to the direction of the surface normal vector of the surface normal vector map MP1, or according to the index value of the index value map MP2 The index value distribution image (see FIG. 9) can be displayed, and the surface normal vector distribution image and the indication mark indicating the uneven position can be displayed on the index value distribution image.

ここで、指標値算出手段34により算出された測定領域Lの指標値の分布を、縦軸を指標値の値とし、横軸を測定領域Lの座標位置として三次元表示した図6から明らかなように、現実には被検査体100は、平面領域であっても必ずしも平坦でなく僅かに傾斜していたり、カメラ20で撮像した画像データに基づいて前記面法線ベクトル算出手段32が算出する面法線ベクトルの誤差等に起因して、現実的には平面領域にある測定点Tの面法線ベクトルを内積することで求められる指標値が必ずしも精度良く「1」とはならないため、基準値を「1」とした場合には、凹凸部104以外の座標を凹凸部104として検出してしまいノイズが増える。このため、指標値算出手段34により算出された指標値に対し、凹凸部104を十分に検出可能で、かつノイズ部分を検出しない基準値を設定することで、凹凸部104を精度良く検出することが可能となる。具体的には、平面領域に測定点Tの面法線ベクトルを内積することで求められる指標値の最小値より小さい値を基準値として設定することが好ましい。ここで、被検査体100の表面状態は、検出対象とする被検査体100の材質等により変化することから、検出対象とする被検査体100に合わせた基準値が予め設定される。なお、測定領域L内に凹凸部104がない基準被検査体を用いて前述のように指標値マップMP2を作成し、当該指標値マップMP2において最小値となる指標値を予め求めることで、検出対象とする被検査体100に適した基準値を設定することができる。この基準値を「1」に近づけることで、僅かな凹凸部104による指標値の変化を座標特定手段36で識別できると共に、基準値を「1」から離れた値とすることで、平面領域から一定の深さ(高さ)がある凹凸部104による指標値の変化を座標特定手段36で識別できるようになる。   Here, the distribution of the index values in the measurement area L calculated by the index value calculation means 34 is apparent from FIG. 6 in which the vertical axis is the index value value and the horizontal axis is the coordinate position of the measurement area L. As described above, in reality, the inspected object 100 is not necessarily flat even if it is a planar region, or is slightly inclined, or the surface normal vector calculating unit 32 calculates based on image data captured by the camera 20. Since the index value obtained by inner product of the surface normal vectors of the measurement points T in the plane region is not always “1” with high accuracy due to the error of the surface normal vector and the like. When the value is “1”, coordinates other than the uneven portion 104 are detected as the uneven portion 104, and noise increases. For this reason, it is possible to accurately detect the uneven portion 104 by setting a reference value that can sufficiently detect the uneven portion 104 and does not detect the noise portion with respect to the index value calculated by the index value calculating unit 34. Is possible. Specifically, it is preferable to set a value smaller than the minimum value of the index value obtained by inner product of the surface normal vector of the measurement point T in the plane area as the reference value. Here, since the surface state of the object 100 to be inspected changes depending on the material of the object 100 to be detected and the like, a reference value corresponding to the object 100 to be detected is set in advance. Detection is performed by creating an index value map MP2 as described above using a reference object having no irregularities 104 in the measurement region L, and obtaining an index value that is the minimum value in the index value map MP2 in advance. A reference value suitable for the object 100 to be inspected can be set. By making this reference value close to “1”, a slight change in the index value due to the concavo-convex portion 104 can be identified by the coordinate specifying means 36, and by making the reference value a value away from “1”, The coordinate specifying means 36 can identify a change in the index value due to the uneven portion 104 having a certain depth (height).

(有効指標値判定手段)
また、前記制御装置30は、図1に示すように、前記指標値算出手段34が算出した指標値の内で、前記座標特定手段36により基準値と比較される指標値(有効指標値という)を判定する有効指標値判定手段38を備えている。ここで、凹凸部104では、最大変形部Zに対応する座標の指標値が基準値から外れた値となるだけでなく、当該最大変形部Zの周囲に位置する座標の指標値も基準値から外れた値となる。このため、前記指標値マップMP2に含まれる全ての座標の指標値について座標特定手段36が基準値と比較して判定すると、基準値から外れた指標値となる座標数が増大し、座標特定手段36により凹凸位置として検出される座標が増える要因となる。そこで、前記指標値マップMP2に含まれる指標値の内で前記座標特定手段36により基準値と比較される有効指標値を有効指標値判定手段38が絞り込むことで、凹凸部104を正確に検出しつつ、1つの凹凸部104に対して凹凸位置として検出される座標を抑制するようになっている。
(Effective index value judgment means)
Further, as shown in FIG. 1, the control device 30 includes an index value (referred to as an effective index value) that is compared with a reference value by the coordinate specifying unit 36 among the index values calculated by the index value calculating unit 34. The effective index value determining means 38 for determining Here, in the concavo-convex portion 104, not only the index value of the coordinate corresponding to the maximum deformed portion Z is a value deviating from the reference value, but also the index value of the coordinates located around the maximum deformed portion Z is also from the reference value. It is out of value. For this reason, when the coordinate specifying means 36 determines the index values of all the coordinates included in the index value map MP2 by comparing with the reference value, the number of coordinates that become an index value deviating from the reference value increases, and the coordinate specifying means This is a factor that increases the coordinates detected as the uneven position by 36. Therefore, the effective index value determination unit 38 narrows down the effective index values that are compared with the reference value by the coordinate specifying unit 36 among the index values included in the index value map MP2, thereby accurately detecting the uneven portion 104. However, the coordinates detected as the concave / convex position for one concave / convex portion 104 are suppressed.

前記有効指標値判定手段38は、図4(c)、図5に示すように、前記指標値算出手段34により算出された任意の座標の指標値を基準指標値とした場合に、前記指標値マップMP2において当該基準指標値を含んだ所定ピクセル範囲の比較領域にある指標値の内で基準指標値が極小値か否かを判定するよう構成され、基準指標値が極小値の場合に、当該基準指標値を有効指標値とする非極小点抑制処理を実行するよう設定されている。具体的に、前記制御装置30には、前記有効指標値判定手段38が基準指標値とする位置を示す基準点M2および当該基準点M2の基準指標値と指標値を比較する位置(比較領域)を示す比較点Hを定めた比較領域フィルタHFが設定されている(図4、図5参照)。すなわち、有効指標値判定手段38は、指標値マップMP2において任意の座標を基準点M2に合わせることで、基準点M2に位置する指標値(基準指標値)と、比較点Hに位置する指標値を比較して有効指標値とするか否かを判定するようになっている。ここで、凹凸部104の中心を特定するためには、比較領域フィルタHFにおける基準点M2を囲むように比較点Hを定めることが好ましい。   As shown in FIGS. 4 (c) and 5, the effective index value determination unit 38 determines the index value when the index value at an arbitrary coordinate calculated by the index value calculation unit 34 is used as a reference index value. The map MP2 is configured to determine whether or not the reference index value is a minimum value among the index values in the comparison region of the predetermined pixel range including the reference index value. When the reference index value is the minimum value, It is set to execute a non-minimum point suppression process using the reference index value as an effective index value. Specifically, the control device 30 includes a reference point M2 indicating a position to be used as a reference index value by the effective index value determining unit 38, and a position (comparison region) for comparing the reference index value and the index value of the reference point M2. A comparison area filter HF that defines a comparison point H indicating the above is set (see FIGS. 4 and 5). In other words, the effective index value determination unit 38 matches an arbitrary coordinate in the index value map MP2 with the reference point M2, and thereby an index value (reference index value) positioned at the reference point M2 and an index value positioned at the comparison point H. Are compared to determine whether or not an effective index value is used. Here, in order to specify the center of the concavo-convex portion 104, it is preferable to determine the comparison point H so as to surround the reference point M2 in the comparison region filter HF.

また、前記測定領域L内(指標値マップMP2)において前記比較領域フィルタの基準点M2を合わせる座標を有効指標値判定手段38が順に変更して、変更毎の基準点M2に一致する指標値が比較領域内の指標値と比較するよう設定されている。すなわち、有効指標値判定手段38は、前記指標値マップMP2に含まれる前記指標値算出手段34により算出された各指標値の全てについて順に基準指標値として判定するよう構成され、測定領域Lの座標および有効指標値を特定する有効指標値マップMP3(図5参照)として前記データ記憶手段42に記憶するよう構成されている。すなわち、座標特定手段36は、前記有効指標値マップMP3に基づいて基準範囲から外れた指標値に対応した前記測定領域Lの座標を特定することで、凹凸部104の位置を正確に検出することができる。なお、前記有効指標値マップMP3の各座標は、前記指標値マップMP2の座標と一致するよう設定される。すなわち、比較領域は、凹凸部104の検出単位となっており、この比較領域の設定範囲を広く設定することで凹凸部104として検出される座標を減らすことができ、反対にこの比較領域の設定範囲を狭く設定することで凹凸部104として検出される座標を増やすことができる。ここで、算定点IPが環状に配置された指標値設定フィルタFRよりも比較領域フィルタHFの比較領域を小さな領域に設定することが好ましい。なお、図4(c)では、有効指標値マップMP3における各座標を矩形のマスで表している。   Further, the effective index value determining means 38 sequentially changes the coordinates for matching the reference point M2 of the comparison area filter in the measurement area L (index value map MP2), and the index value that matches the reference point M2 for each change is obtained. It is set to compare with the index value in the comparison area. In other words, the effective index value determining unit 38 is configured to sequentially determine all the index values calculated by the index value calculating unit 34 included in the index value map MP2 as reference index values, and the coordinates of the measurement region L The data storage means 42 is configured to store an effective index value map MP3 (see FIG. 5) for specifying an effective index value. That is, the coordinate specifying means 36 accurately detects the position of the concavo-convex portion 104 by specifying the coordinates of the measurement region L corresponding to the index value out of the reference range based on the effective index value map MP3. Can do. Each coordinate of the effective index value map MP3 is set to coincide with the coordinates of the index value map MP2. That is, the comparison area is a detection unit of the uneven portion 104, and the coordinates detected as the uneven portion 104 can be reduced by widening the setting range of the comparison area, and conversely, the setting of the comparison area is set. Coordinates detected as the uneven portion 104 can be increased by setting the range narrow. Here, it is preferable to set the comparison area of the comparison area filter HF to be smaller than the index value setting filter FR in which the calculation points IP are arranged in a ring shape. In FIG. 4C, each coordinate in the effective index value map MP3 is represented by a rectangular cell.

ここで、図5を参照して、指標値マップMP2の座標(RA1〜RA5,LA1〜LA5)の範囲のデータについて、中心に基準点M2が設定された比較領域フィルタHFを(行,列)=(基準点M2の座標の行数−1〜基準点M2の座標の行数+1,基準点M2の座標の列数−1〜基準点M2の座標の列数+1)となる3×3ピクセルの領域を比較点H(比較領域)とした場合に、前記有効指標値判定手段38が有効指標値マップMP3の座標(RB1〜RB5,LB1〜LB5)の範囲のデータを生成する状態を説明する。指標値マップMP2の座標(RA2,LA2)のデータを基準指標値(0.8)とした場合には、指標値マップMP2における(RA1〜RA3,LA1〜LA3)の座標範囲を比較領域として、当該比較領域の内で基準指標値が極小値か否かを有効指標値判定手段38が判定する。この場合は、指標値マップMP2の座標(RA2,LA3)に基準指標値(0.8)より低い値の指標値(0.7)が含まれていることから、当該基準指標値を有効指標値にしないものとして有効指標値判定手段38が判定し、有効指標値マップMP3の対応する座標(RB2,LB2)に、非凹凸部を示す値(すなわち前記基準値より大きな値。この例では「1」)を設定する。   Here, referring to FIG. 5, the comparison area filter HF in which the reference point M2 is set at the center is set for the data in the range of the coordinates (RA1 to RA5, LA1 to LA5) of the index value map MP2 (row, column). = (3 × 3 pixels) where (the number of rows of coordinates of the reference point M2−1 to the number of rows of coordinates of the reference point M2 + 1, the number of columns of coordinates of the reference point M2−1 to the number of rows of coordinates of the reference point M2 + 1) A state where the effective index value determination means 38 generates data in the range of the coordinates (RB1 to RB5, LB1 to LB5) of the effective index value map MP3 when the area is set as the comparison point H (comparison area) will be described. . When the data of the coordinates (RA2, LA2) of the index value map MP2 is set as the reference index value (0.8), the coordinate range of (RA1 to RA3, LA1 to LA3) in the index value map MP2 is used as a comparison area. The effective index value determining means 38 determines whether or not the reference index value is a minimum value in the comparison region. In this case, since the index value (0.7) lower than the reference index value (0.8) is included in the coordinates (RA2, LA3) of the index value map MP2, the reference index value is used as the effective index. The effective index value determining means 38 determines that the value is not to be a value, and the corresponding coordinates (RB2, LB2) of the effective index value map MP3 indicate a value indicating a non-concave portion (that is, a value larger than the reference value. In this example, “ 1 ”) is set.

また、指標値マップMP2の座標(RA2,LA3)のデータを基準指標値(0.7)とした場合には、指標値マップMP2における(RA1〜RA3,LA2〜LA4)の座標範囲を比較領域をとして、当該比較領域の内で基準指標値が極小値か否かを有効指標値判定手段38が判定する。この場合は、この比較領域内に基準指標値(0.7)より小さい値が存在しないことから、当該基準指標値を有効指標値にするものとして有効指標値判定手段38が判定し、有効指標値マップMP3における対応する座標(RB2,LB3)に、有効指標値として基準指標値を設定する。同様に、指標値マップMP2の各座標のデータを基準指標値として、比較領域の内で基準指標値が極小値か否かを有効指標値判定手段38が判定することで、指標値マップMP2の各座標に対応する有効指標値マップMP3の各座標に、有効指標値または非凹凸部を示す値の何れかを設定する。図5の例では、指標値マップMP2において座標(RA2,LA3)の他に座標(RA4,LA4)のデータを基準指標値(0.6)とした場合に、対応する比較領域(RA3〜RA5,LA3〜LA5)の内で基準指標値が極小値となることから、有効指標値マップMP3において対応の座標(RA2,LA3)および座標(RB4,LB4)の夫々に、基準指標値が有効指標値として設定され、その他の座標には非凹凸部を示す値が設定される。   Further, when the data of the coordinates (RA2, LA3) of the index value map MP2 is set as the reference index value (0.7), the coordinate range of (RA1 to RA3, LA2 to LA4) in the index value map MP2 is compared with the comparison area. The effective index value determining means 38 determines whether or not the reference index value is a minimum value in the comparison area. In this case, since there is no value smaller than the reference index value (0.7) in this comparison area, the effective index value determining means 38 determines that the reference index value is to be the effective index value, and the effective index A reference index value is set as an effective index value at the corresponding coordinates (RB2, LB3) in the value map MP3. Similarly, the effective index value determination unit 38 determines whether or not the reference index value is the minimum value in the comparison region using the data of each coordinate of the index value map MP2 as the reference index value. Either an effective index value or a value indicating a non-concave portion is set to each coordinate of the effective index value map MP3 corresponding to each coordinate. In the example of FIG. 5, when the data of the coordinates (RA4, LA4) in addition to the coordinates (RA2, LA3) is set as the reference index value (0.6) in the index value map MP2, the corresponding comparison areas (RA3 to RA5) , LA3 to LA5), the reference index value is a local minimum value. Therefore, the reference index value is an effective index for each of the corresponding coordinates (RA2, LA3) and coordinates (RB4, LB4) in the effective index value map MP3. A value indicating a non-recessed portion is set in other coordinates.

(実施例の作用)
次に、前述した表面検査装置および表面検査方法の作用について、以下説明する。各光照射部12,14,16の夫々が単独で被検査体100に光を照射した状態で被検査体100をカメラ20で撮像して、被検査体100の同じ測定領域Lに対する光の照射方向が異なる複数(3種類以上)の画像データを取得する。そして、図10に示すように、取得した各画像データにおいて測定領域Lに対応する位置の各画素(測定点T)について、明るさおよび光源方向の情報から各測定点Tの面法線ベクトルを算出して(ステップS1)、当該測定領域Lの各測定点Tと面法線ベクトルとを対応させた面法線ベクトルマップMP1を作成すると共に、算出した面法線ベクトルを内積することで測定領域Lの各座標の凹凸度合いを示す指標値を算出する。この場合に、被検査体100の測定領域Lの全体に光を照射した状態で撮像した画像データに基づいて、当該測定領域L内の各測定点Tに対応した面法線ベクトルを算出することができるから、当該測定領域Lにスリット光を照射して走査するよう測定する構成と比べて、凹凸位置を算出する処理速度を高めて、被検査体に存在する凹凸位置を短時間で特定することが可能となる。
(Operation of Example)
Next, the operation of the above-described surface inspection apparatus and surface inspection method will be described below. Each of the light irradiation units 12, 14, and 16 independently irradiates the inspection object 100 with light, images the inspection object 100 with the camera 20, and applies light to the same measurement region L of the inspection object 100. A plurality of (three or more types) image data having different directions are acquired. Then, as shown in FIG. 10, for each pixel (measurement point T) at the position corresponding to the measurement region L in each acquired image data, the surface normal vector of each measurement point T is obtained from the information on the brightness and the light source direction. Calculate (Step S1), create a surface normal vector map MP1 in which each measurement point T of the measurement region L and the surface normal vector correspond to each other, and measure the inner surface of the calculated surface normal vector. An index value indicating the degree of unevenness of each coordinate in the region L is calculated. In this case, a surface normal vector corresponding to each measurement point T in the measurement region L is calculated based on image data captured in a state where light is irradiated on the entire measurement region L of the inspection object 100. Therefore, the processing speed for calculating the concave / convex position is increased and the concave / convex position existing on the object to be inspected can be identified in a short time compared to the configuration in which the measurement area L is irradiated and scanned with the slit light. It becomes possible.

ここで、指標値を算出する場合に、面法線ベクトルを内積する測定点Tの位置を示す算定点IPおよび当該算定点IPに対応する基準点M1を定めた指標値設定フィルタFRを、前記測定領域Lにおいて前記測定点Tの間隔(すなわち1ピクセル間隔)で算定点IPを合わせるよう移動させて前記面法線ベクトルマップMP1に適用し、当該フィルタFRの各適用位置において算定点IPに位置する測定点Tの面法線ベクトルを内積することで基準点M1に対応する指標値を算出する(ステップS2)。面法線ベクトルマップMP1は、測定領域Lの各測定点Tにおける面法線ベクトルの値を示すものであるから、指標値設定フィルタFRに定めた算定点IPを測定点Tに合わせるよう面法線ベクトルマップMP1に適用することで、この時点で基準点M1が位置する測定領域Lの座標が特定される。すなわち、面法線ベクトルマップMP1に基づいて測定領域L内を走査するよう指標値設定フィルタFRを適用することで、指標値設定フィルタFRの各適用位置での基準点M1が位置する測定領域Lの座標と、当該座標位置に対応する指標値とを対応させた指標値マップMP2を作成することができる。   Here, when calculating the index value, the index value setting filter FR defining the calculation point IP indicating the position of the measurement point T where the surface normal vector is inner product and the reference point M1 corresponding to the calculation point IP, In the measurement region L, the calculation point IP is moved so as to match the interval of the measurement points T (that is, one pixel interval) and applied to the surface normal vector map MP1, and the filter FR is positioned at the calculation point IP at each application position. The index value corresponding to the reference point M1 is calculated by inner product of the surface normal vectors of the measurement point T (step S2). Since the surface normal vector map MP1 indicates the value of the surface normal vector at each measurement point T in the measurement region L, the surface method is used so that the calculation point IP determined in the index value setting filter FR is aligned with the measurement point T. By applying to the line vector map MP1, the coordinates of the measurement region L where the reference point M1 is located at this point are specified. That is, by applying the index value setting filter FR so as to scan the measurement area L based on the surface normal vector map MP1, the measurement area L where the reference point M1 is located at each application position of the index value setting filter FR. It is possible to create an index value map MP2 in which the coordinates of and the index value corresponding to the coordinate position are associated with each other.

前記指標値は、面法線ベクトルを内積することで求められる値であるから、平面領域にある測定点Tの面法線ベクトルを内積して算出される指標値は「1」に近い値となる一方で、凹凸部104にある測定点Tの面法線ベクトルを内積して算出される指標値は「1」よりも低い値となる。すなわち、基準点M1に対応した座標の凹凸度合いを示す指標値を算出し、前記測定領域Lにおいて基準範囲から外れた指標値(基準値より低い値)が対応する座標を特定することで(ステップS4)、当該測定領域Lにおいて凹凸部104の位置を精度良く検出することができ、被検査体100の表面状態を検査することが可能となる。   Since the index value is a value obtained by inner product of the surface normal vectors, the index value calculated by inner product of the surface normal vectors of the measurement points T in the plane area is a value close to “1”. On the other hand, the index value calculated by inner product of the surface normal vectors of the measurement points T in the concavo-convex portion 104 is a value lower than “1”. That is, an index value indicating the degree of unevenness of coordinates corresponding to the reference point M1 is calculated, and a coordinate corresponding to an index value (value lower than the reference value) outside the reference range in the measurement region L is specified (step S4) The position of the concavo-convex portion 104 can be detected with high accuracy in the measurement region L, and the surface state of the object 100 can be inspected.

また、前記指標値を算出する際(指標値マップMP2を作成する際)に、基準点M1を中心とする環状に複数の算定点IPを配置した指標値設定フィルタFRを適用し、当該基準点M1を挟んで位置する算定点IPに一致する測定点Tの面法線ベクトルを内積することで、平面領域にある測定点Tの面法線ベクトルを内積して算出される指標値の値と、凹凸部104にある測定点Tの面法線ベクトルを内積して算出される指標値の値との差を顕著にすることができる。すなわち、被検査体100に形成された凹凸部104は、最大変形部Zが変曲点となることから、図2(b),(c)のように最大変形部Zを挟んで位置する表面部分が反対側を向き、当該表面部分での面法線ベクトルの角度差が大きくなる。このため、指標値設定フィルタFRの基準点M1が凹凸部104の最大変形部Zに一致する状態において、当該基準点M1(最大変形部Z)を挟んで位置する測定点Tを算定点IPとして面法線ベクトルを内積することで算出される指標値の値を、凹凸部104の最大変形部Z以外の位置に基準点M1がある状態で算出される指標値よりも小さい値(極小値)とすることができる。従って、前記測定領域Lにおいて基準範囲から外れた指標値(基準値より低い値)が対応する凹凸位置の座標を精度良く検出することが可能となる。   Further, when calculating the index value (when creating the index value map MP2), an index value setting filter FR in which a plurality of calculation points IP are arranged in a circle centering on the reference point M1 is applied, and the reference point The value of the index value calculated by the inner product of the surface normal vectors of the measurement points T in the plane region by inner product of the surface normal vectors of the measurement points T that coincide with the calculation point IP located across M1 The difference from the index value calculated by the inner product of the surface normal vectors of the measurement points T in the concavo-convex portion 104 can be made significant. That is, the uneven portion 104 formed on the inspected object 100 has a surface where the maximum deformation portion Z is sandwiched as shown in FIGS. 2B and 2C because the maximum deformation portion Z becomes an inflection point. The portion faces the opposite side, and the angle difference between the surface normal vectors at the surface portion increases. Therefore, in a state where the reference point M1 of the index value setting filter FR coincides with the maximum deformed portion Z of the uneven portion 104, the measurement point T located across the reference point M1 (maximum deformed portion Z) is used as the calculation point IP. The index value calculated by inner product of the surface normal vector is smaller than the index value calculated when the reference point M1 is located at a position other than the maximum deformed portion Z of the uneven portion 104 (minimum value). It can be. Accordingly, it is possible to accurately detect the coordinates of the uneven position corresponding to the index value (value lower than the reference value) outside the reference range in the measurement region L.

ところで、現実の被検査体100は、一様に表面状態が変化することは稀であり、またカメラ20で撮像した画像データに基づいて算出される面法線ベクトルの誤差を完全に排除することは困難である。このため、例えば1組の測定点Tの面法線ベクトルを内積して指標値を算出する場合には、測定領域Lにおける僅か2つ測定点Tの面法線ベクトルにより、基準点M1が位置する座標の指標値が定まることになり、表面状態が指標値に正確に反映されないことも生じかねない。そこで、1つの指標値設定フィルタFRに、面法線ベクトルを内積する一対の測定点Tの位置を示す算定点IPが複数組定めて、前記面法線ベクトルマップMP1において当該フィルタFRを適用すると共に、各組の算定点IPに一致する測定点T毎に面法線ベクトルを内積した内積値の平均値を、基準点M1に対応する指標値として算出することで、指標値を算出する時点で基準点M1が位置する周辺の表面状態(面法線ベクトル)を、指標値に適切に反映することができ、当該指標値を用いて凹凸部104の位置をより精度良く検出することが可能となる。   By the way, the actual inspected object 100 rarely changes the surface state uniformly, and completely eliminates the error of the surface normal vector calculated based on the image data captured by the camera 20. It is difficult. For this reason, for example, when calculating the index value by inner product of the surface normal vectors of one set of measurement points T, the reference point M1 is positioned by the surface normal vectors of only two measurement points T in the measurement region L. The index value of the coordinate to be determined is determined, and the surface state may not be accurately reflected in the index value. Therefore, a plurality of calculation points IP indicating the positions of a pair of measurement points T at which the inner product of the surface normal vectors is set in one index value setting filter FR, and the filter FR is applied in the surface normal vector map MP1. At the same time, the index value is calculated by calculating the average value of the inner product values of the inner products of the surface normal vectors for each measurement point T corresponding to the calculation point IP of each group as the index value corresponding to the reference point M1. Thus, the surface state (surface normal vector) around the reference point M1 can be appropriately reflected in the index value, and the position of the concavo-convex portion 104 can be detected with higher accuracy using the index value. It becomes.

特に、基準点M1を中心とする環状に複数の算定点IPを配置して、当該基準点M1を挟んで位置する算定点IPに一致する複数組の測定点Tの面法線ベクトルを内積した内積値の平均値を指標値とすることで、当該複数の算定点IPで囲まれた領域(測定領域Lにおいて指標値設定フィルタFRで囲まれる領域)の表面状態を、その中心位置の指標値とすることができる。   In particular, a plurality of calculation points IP are arranged in an annular shape centering on the reference point M1, and inner products of surface normal vectors of a plurality of sets of measurement points T that coincide with the calculation point IP located across the reference point M1. By using the average value of the inner product values as the index value, the surface state of the region surrounded by the plurality of calculation points IP (the region surrounded by the index value setting filter FR in the measurement region L) is changed to the index value at the center position. It can be.

また、図10のステップ3に示すように、前記測定領域Lにおいて基準範囲から外れた指標値(基準値より低い値)が対応する座標を特定する前段階として、面法線ベクトルを内積することで算出された各指標値(指標値マップMP2の各座標の各指標値)を順に基準指標値として、比較領域にある指標値の内で基準指標値が極小値か否かを判定すると共に、極小値となる基準指標値を有効指標値として測定領域Lにおいて基準範囲から外れた有効指標値(基準値より低い値)が対応する座標を特定することにより、1つの凹凸部104について凹凸位置として特定される座標を抑制することができる。また、前述のように、凹凸部104の最大変形部Z(すなわち凹凸部104の中心)に基準点M1がある状態で算出される指標値が極小値となるから、比較領域において極小値となる指標値が有効指標値となるよう選別することで、凹凸部104の中心を検出することができる。そして、比較領域を検出対象とする凹凸部104の大きさに合わせることで、1つの凹凸部104について1つの有効指標値が含まれるようにでき、凹凸部104に合わせて特定の座標を凹凸位置として検出することが可能となる。また、比較領域を検出対象とする凹凸部104より小さく設定した場合には、1つの凹凸部104に対して複数の有効指標値が含まれることにより、複数座標が凹凸位置として検出され得るものの、被検査体100の凹凸部104を検出することができる。   In addition, as shown in step 3 of FIG. 10, the surface normal vector is inner productd as a pre-stage for specifying the coordinates corresponding to the index value (value lower than the reference value) out of the reference range in the measurement region L. Each index value calculated in step (each index value of each coordinate of the index value map MP2) is sequentially used as a reference index value, and it is determined whether or not the reference index value is a minimum value among the index values in the comparison area. By specifying a coordinate corresponding to an effective index value (a value lower than the reference value) that is out of the reference range in the measurement region L, using the minimum reference index value as an effective index value, one uneven portion 104 is set as an uneven position. The specified coordinates can be suppressed. Further, as described above, the index value calculated in a state where the reference point M1 is in the maximum deformed portion Z of the concavo-convex portion 104 (that is, the center of the concavo-convex portion 104) is a minimum value, and thus becomes a minimum value in the comparison region. By selecting the index value to be an effective index value, the center of the uneven portion 104 can be detected. Then, by matching the size of the concavo-convex portion 104 with the comparison area as a detection target, one effective index value can be included for one concavo-convex portion 104, and specific coordinates are set according to the concavo-convex portion 104. Can be detected. In addition, when the comparison region is set to be smaller than the uneven portion 104 to be detected, a plurality of effective index values are included for one uneven portion 104, so that a plurality of coordinates can be detected as the uneven portion position. The concavo-convex portion 104 of the device under test 100 can be detected.

(実験例)
次に、本発明に係る表面検査装置10および表面検査方法を用いて被検査体100の表面検査実験を行った。この実験例では、床面から90cmの定位置に配置された被検査体100に対して、5m離れた位置に各光照射部12,14,16を配置すると共に、カメラ20を床面から90cmの高さ位置で被検査体100に対して1m離れた位置に配置した。なお、カメラ20としては、ViewPLUS社製のCMOSイメージセンサを利用した18bit高感度カメラ(型式18G−01C−S)を用いた。なお、カメラ20の解像度は、(横)1280ピクセル×(縦)1024ピクセルである。また、被検査体100として、(縦)50mm×(横)50mmの金属板の中心に、図7の(a)〜(e)に示す深さの凹を形成した5種類のサンプルと、同じく表1の(f)〜(j)に示す深さの凸を形成した5種類のサンプルを用意した。
(Experimental example)
Next, a surface inspection experiment of the inspected object 100 was performed using the surface inspection apparatus 10 and the surface inspection method according to the present invention. In this experimental example, each light irradiation unit 12, 14, 16 is disposed at a position 5 m away from the inspection object 100 disposed at a fixed position of 90 cm from the floor surface, and the camera 20 is disposed 90 cm from the floor surface. At a height position of 1 m from the object 100 to be inspected. As the camera 20, an 18-bit high-sensitivity camera (model 18G-01C-S) using a CMOS image sensor manufactured by ViewPLUS was used. The resolution of the camera 20 is (horizontal) 1280 pixels × (vertical) 1024 pixels. Further, as the object to be inspected 100, the same as the five types of samples in which a recess having a depth shown in FIGS. 7A to 7E is formed at the center of a (vertical) 50 mm × (horizontal) 50 mm metal plate. Five types of samples in which convexities having depths shown in (f) to (j) of Table 1 were formed were prepared.

そして、各サンプルの表面全体を測定領域Lとして面法線ベクトルを算出すると共に、直径9ピクセルの指標値設定フィルタFRを利用して測定領域Lの各座標の指標値を算出して指標値マップMP2を作成すると共に、5×5ピクセルの領域を比較領域として有効指標値を算出し、当該有効指標値の内で基準値(0.99988)より小さい値を凹凸位置の座標とする処理を行った。図8は、算出された面法線ベクトルの向きに応じて色分け表示した各サンプルの画像であり、図9は、測定領域Lに対応する指標値マップMP2において、凹凸位置の座標として特定された位置を中心とする円(指示マーク)で囲んだものである。なお、図8および図9における「×」位置は、凹凸位置の中心を示している。すなわち、各サンプルにおいて中央に形成された凹凸部が検出されていることがわかる。また、サンプル(e)のように、0.06mmの極微少な凹凸を検出できることがわかる。なお、比較的大きな凹凸が形成されたサンプル(a)、(b)、(f)、(d)では、1つの凹凸に対して複数の座標が特定されているが、何れも凹凸部に含まれていることがわかる。すなわち、検出された座標位置に合わせて検査員が被検査体を確認することで、実際の凹凸の状態を容易に確認できる。   Then, the surface normal vector is calculated with the entire surface of each sample as the measurement region L, and the index value map of each coordinate in the measurement region L is calculated using the index value setting filter FR having a diameter of 9 pixels. MP2 is created, and an effective index value is calculated using a 5 × 5 pixel area as a comparison area, and a value smaller than the reference value (0.99998) among the effective index values is used as the coordinates of the uneven position. It was. FIG. 8 is an image of each sample displayed in different colors according to the direction of the calculated surface normal vector. FIG. 9 is specified as the coordinates of the uneven position in the index value map MP2 corresponding to the measurement region L. It is surrounded by a circle (instruction mark) centered on the position. 8 and 9 indicates the center of the uneven position. That is, it can be seen that an uneven portion formed at the center is detected in each sample. Moreover, it turns out that the very slight unevenness | corrugation of 0.06 mm is detectable like a sample (e). Note that in the samples (a), (b), (f), and (d) in which relatively large irregularities are formed, a plurality of coordinates are specified for one irregularity, all of which are included in the irregularities. You can see that That is, the actual indentation state can be easily confirmed by the inspector confirming the object to be inspected according to the detected coordinate position.

(変更例)
(1) 実施例では、光照射部の光源としてLEDを採用したが、必ずしも、LEDに限定されるものではない。すなわち、光照射部の光源としては、ハロゲンランプ、色素レーザー、発光ダイオード(LD)、エレクトロルミネッセンス(EL)等、他を採用することが可能である。但し、コストや発熱の観点からLEDが特に好ましく用いられる。
(2) 実施例では、3つの光照射部で被検査体に光を照射するよう構成したが、4つ以上の光照射部を設けて、光照射部により光を照射した状態で被検査体を撮像して各光照射部に対応した被検査体の表面の画像データを取得するようにすることもできる
(3) 実施例では、複数の光照射部が被検査体に対して順に光を照射して、光照射部毎に対応した画像データを取得するように構成したが、これに限られるものでなく、照度差ステレオ法により面法線ベクトルを算出し得るように、光源方向が異なる少なくとも3種類の画像データを取得し得る構成であればよい。具体的には、複数の光照射部に波長の異なる光を発する光源を採用し、各色を分光して分光画像データを取得し得る3CCDカメラ等の撮像手段を採用する構成であってもよい。
(4) 実施例では、面法線ベクトルを内積する測定点の位置を示す算定点および当該算定点に基づいて算出される指標値が対応する基準点を定めた環状の指標値設定フィルタとして、算定点が円状に並ぶ円環状や、正方形状に並ぶ矩形環状の指標値設定フィルタを示したが、これに限られるものではなく、三角形状その他の多角形状に算定点が並ぶようにしてもよく、また楕円状に算定点が並ぶようにしてもよい。なお、算定点を環状に並べた指標値設定フィルタを採用する場合には、検査対象とする凹凸部の輪郭形状に合わせた環状のものを採用することが好ましく、検査対象とする凹凸部の輪郭形状が不明の場合には円環状のものを採用することが好しい。
(5) また、前記指標値設定フィルタには、面法線ベクトルを内積する測定点の位置を示す少なくとも2つの算定点と、当該算出される指標値が対応する基準点とを定めるものであればよい。
(6) 被検査体としては、金属部品に限られるものではなく、ポリプロピレン製やポリエチレン製その他各種の合成樹脂部品やフィルムを検査対象とすることができ、また紙類を検査対象とすることも可能である。
(7) 実施例では、照度差ステレオ法を利用して被検査体の測定領域における測定点の面法線ベクトルを算出したが、これに限られるものではなく、面法線ベクトルを算出することが可能な従来公知の各種手法を採用することが可能である。
(Change example)
(1) In the embodiment, the LED is used as the light source of the light irradiation unit, but is not necessarily limited to the LED. That is, other light sources such as a halogen lamp, a dye laser, a light emitting diode (LD), and electroluminescence (EL) can be employed as the light source of the light irradiation unit. However, LEDs are particularly preferably used from the viewpoint of cost and heat generation.
(2) In the embodiment, the object to be inspected is irradiated with light by three light irradiating units. However, the object to be inspected is provided with four or more light irradiating units and irradiated with light by the light irradiating unit. The image data of the surface of the object to be inspected corresponding to each light irradiation unit can be acquired.
(3) In the embodiment, the plurality of light irradiation units are configured to sequentially irradiate the object to be inspected and acquire image data corresponding to each light irradiation unit. However, the present invention is not limited to this. In other words, any configuration may be used as long as at least three types of image data having different light source directions can be acquired so that the surface normal vector can be calculated by the illuminance difference stereo method. Specifically, a light source that emits light having different wavelengths may be employed for a plurality of light irradiation units, and an imaging unit such as a 3CCD camera that can acquire spectral image data by separating each color may be employed.
(4) In the embodiment, as a circular index value setting filter in which a calculation point indicating the position of a measurement point to which the surface normal vector is inner product and a reference point corresponding to an index value calculated based on the calculation point is determined, An annular index value setting filter in which calculation points are arranged in a circle or a rectangular ring arranged in a square shape is shown. However, the present invention is not limited to this, and the calculation points may be arranged in a triangular or other polygonal shape. Alternatively, the calculation points may be arranged in an elliptical shape. In addition, when adopting the index value setting filter in which the calculation points are arranged in an annular shape, it is preferable to adopt an annular shape that matches the contour shape of the uneven portion to be inspected, and the contour of the uneven portion to be inspected When the shape is unknown, it is preferable to use an annular one.
(5) Further, the index value setting filter may define at least two calculation points indicating the positions of measurement points at which the surface normal vector is inner product and a reference point corresponding to the calculated index value. That's fine.
(6) The object to be inspected is not limited to metal parts, but can be made of various synthetic resin parts and films made of polypropylene or polyethylene, and papers can also be inspected. Is possible.
(7) In the embodiment, the surface normal vector of the measurement point in the measurement region of the object to be inspected is calculated using the illuminance difference stereo method, but the present invention is not limited to this, and the surface normal vector is calculated. It is possible to adopt various conventionally known methods capable of

12,14,16 光照射部,20 カメラ(撮像手段),32 面法線ベクトル算出手段
34 指標値算出手段,36 座標特定手段,38 有効指標値判定手段,
100 被検査体,FR 指標値設定フィルタ,IP 算定点,M1 基準点
L 測定領域,T 測定点
12, 14, 16 Light irradiation unit, 20 camera (imaging means), 32 plane normal vector calculation means 34 index value calculation means, 36 coordinate identification means, 38 effective index value determination means,
100 test object, FR index value setting filter, IP calculation point, M1 reference point L measurement area, T measurement point

Claims (8)

被検査体の凹凸を検査する表面検査装置であって、
前記被検査体の測定領域に光を照射する光照射部と、
前記光照射部により光を照射した状態で前記被検査体を撮像して測定領域の画像データを取得する撮像手段と、
前記撮像手段が撮像した画像データに基づいて前記測定領域内の測定点の面法線ベクトルを算出する面法線ベクトル算出手段と、
前記面法線ベクトル算出手段が算出した面法線ベクトルを内積することにより指標値を算出する指標値算出手段と、
前記指標値算出手段により算出された指標値に基づいて測定領域内の凹凸位置を特定する座標特定手段とを備え、
面法線ベクトルを内積する位置を示す算定点および当該算定点に基づいて算出される指標値が対応する基準点を定めた指標値設定フィルタが設定されて、
前記測定領域内の測定点において前記指標値設定フィルタの算定点を合わせる測定点を順に変更して、変更毎の算定点に一致する判定点の面法線ベクトルを内積することで対応する基準点の指標値を前記指標値算出手段が算出することにより、指標値の算出毎に基準点が位置する測定領域の座標と当該座標の指標値を特定するよう構成され、
前記指標値算出手段により算出された指標値の内で、基準範囲から外れた指標値に対応する前記測定領域の座標を前記座標特定手段が特定するよう構成された
ことを特徴とする表面検査装置。
A surface inspection device for inspecting unevenness of an object to be inspected,
A light irradiation unit for irradiating light to a measurement region of the object to be inspected;
Imaging means for capturing an image of the inspected object in a state where light is irradiated by the light irradiation unit and acquiring image data of a measurement region;
Surface normal vector calculation means for calculating a surface normal vector of a measurement point in the measurement region based on image data captured by the imaging means;
Index value calculating means for calculating an index value by inner producting the surface normal vectors calculated by the surface normal vector calculating means;
Coordinate specifying means for specifying an uneven position in the measurement region based on the index value calculated by the index value calculating means,
An index value setting filter that sets a calculation point indicating a position where an inner product of the surface normal vector and an index value calculated based on the calculation point are set is set,
By sequentially changing the measurement points that match the calculation points of the index value setting filter at the measurement points in the measurement area, the corresponding reference points are obtained by inner producting the surface normal vectors of the decision points that match the calculation points for each change. By calculating the index value by the index value calculation means, each time the index value is calculated, the coordinates of the measurement region where the reference point is located and the index value of the coordinates are specified.
A surface inspection apparatus configured to identify the coordinates of the measurement region corresponding to an index value out of a reference range among index values calculated by the index value calculation unit. .
前記指標値設定フィルタには、前記基準点を中心とした環状に前記算定点が配置され、
前記指標値設定フィルタにおいて基準点を挟むように位置する算定点に一致する測定点の面法線ベクトルを内積することで、当該基準点の指標値を前記指標値算出手段が算出するよう構成された請求項1記載の表面検査装置。
In the index value setting filter, the calculation points are arranged in a ring centered on the reference point,
The index value calculation means calculates the index value of the reference point by inner product of the surface normal vectors of the measurement points that coincide with the calculation points located so as to sandwich the reference point in the index value setting filter. The surface inspection apparatus according to claim 1.
前記指標値設定フィルタには、前記基準点を中心とした環状に複数組の算定点が配置され、
前記指標値算出手段は、各組の算定点に位置する測定点毎に面法線ベクトルを内積した内積値の平均値を算出することで、基準点の指標値を算出するよう構成された請求項1記載の表面検査装置。
In the index value setting filter, a plurality of sets of calculation points are arranged in a ring centered on the reference point,
The index value calculation means is configured to calculate an index value of a reference point by calculating an average value of inner product values obtained by inner producting surface normal vectors for each measurement point located at each set of calculation points. Item 1. The surface inspection apparatus according to Item 1.
前記指標値算出手段により算出された任意の指標値を基準指標値として、当該基準指標値を含んだ所定の比較領域内にある指標値の内で基準指標値が極小値か否かを判定し、極小値の場合に当該基準指標値を有効指標値とする有効指標値設定手段を備え、
前記有効指標値設定手段は、前記指標値算出手段により算出された各指標値を順に基準指標値として有効指標値か否かを判定するよう構成され、
前記有効指標値設定手段により有効指標値と判定された指標値の内で、基準範囲から外れた指標値に対応する前記測定領域の座標を前記座標特定手段が特定するよう構成された請求項1〜3の何れか一項に記載の表面検査装置。
An arbitrary index value calculated by the index value calculation means is used as a reference index value, and it is determined whether or not the reference index value is a minimum value among index values within a predetermined comparison area including the reference index value. And an effective index value setting means for setting the reference index value as an effective index value in the case of a minimum value,
The effective index value setting means is configured to determine whether each index value calculated by the index value calculation means is an effective index value as a reference index value in order,
2. The coordinate specifying unit is configured to specify coordinates of the measurement region corresponding to an index value out of a reference range among index values determined to be effective index values by the effective index value setting unit. The surface inspection apparatus as described in any one of -3.
被検査体の凹凸を検査する表面検査方法であって、
撮像手段で撮像した画像データに基づいて被検査体の測定領域内の測定点の面法線ベクトルを算出し、
面法線ベクトルを内積する位置を示す算定点および当該算定点に対応する基準点を定めた指標値設定フィルタの算定点を前記測定領域内の測定点に合わせて、算定点に一致する測定点の面法線ベクトルを内積することで基準点に対応する指標値を算出すると共に、
指標値を算出する毎に、指標値設定フィルタの算定点を合わせる測定点を変更して変更毎の基準点に対応する指標値を算出することで、当該測定領域の各座標に対応する指標値を特定し、
前記測定領域において基準範囲から外れた指標値に対応する座標を特定することで被検出体の凹凸位置を検出する
ことを特徴とする表面検査方法。
A surface inspection method for inspecting unevenness of an object to be inspected,
Calculate the surface normal vector of the measurement points in the measurement area of the object to be inspected based on the image data captured by the imaging means,
A measurement point that matches the calculation point by matching the calculation point of the index value setting filter that defines the calculation point indicating the inner product of the surface normal vector and the reference point corresponding to the calculation point to the measurement point in the measurement area In addition to calculating the index value corresponding to the reference point by inner product of the surface normal vector of
Each time the index value is calculated, the index value corresponding to each coordinate of the measurement area is calculated by changing the measurement point that matches the calculation point of the index value setting filter and calculating the index value corresponding to the reference point for each change. Identify
A surface inspection method for detecting an uneven position of an object to be detected by specifying coordinates corresponding to an index value deviating from a reference range in the measurement region.
前記基準点を中心とする環状に前記算定点が配置された指標値設定フィルタに基づいて、基準点を挟むように位置する算定点に一致する測定点の面法線ベクトルを内積することにより基準点に対応する指標値を算出する請求項5記載の表面検査方法。   Based on an index value setting filter in which the calculation points are arranged in a ring centered on the reference point, a reference is obtained by inner producting the surface normal vectors of the measurement points that coincide with the calculation points located so as to sandwich the reference point. The surface inspection method according to claim 5, wherein an index value corresponding to the point is calculated. 前記基準点を中心とする環状に複数組の前記算定点が配置された指標値設定フィルタに基づいて、各組の算定点に一致する測定点毎に面法線ベクトルを内積した内積値の平均値を基準点に対応する指標値として算出する請求項5または6記載の表面検査方法。   Based on an index value setting filter in which a plurality of sets of calculation points are arranged in a ring centered on the reference point, an average of inner product values obtained by inner product of surface normal vectors for each measurement point that matches the calculation points of each group The surface inspection method according to claim 5, wherein the value is calculated as an index value corresponding to the reference point. 各指標値を順に基準指標値とした場合に当該基準指標値を含む所定の比較領域内で極小値となる基準指標値を有効指標値とし、前記測定領域において基準範囲から外れた有効指標値に対応する座標を特定することで被検出体の凹凸位置を検出する請求項5〜7の何れか一項に記載の表面検査方法。   When each index value is set as a reference index value in order, a reference index value that is a minimum value within a predetermined comparison area including the reference index value is set as an effective index value, and the effective index value is out of the reference range in the measurement area. The surface inspection method as described in any one of Claims 5-7 which detects the uneven | corrugated position of a to-be-detected body by specifying a corresponding coordinate.
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