JP6470506B2 - 検査装置 - Google Patents
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Description
設定モードにおいて設定された検査フローを、検査モードにおいて実行することにより、検査対象物の外観検査を実行する検査装置において、
複数の光源で構成された三以上のセグメントが環状に並び、各セグメントが個別に点灯されることにより、三以上の複数の異なる方向から、検査対象物に光を個別に照射する照明手段と、
前記照明手段とは個別の筐体に収容され、前記照明手段により異なる方向から照明された前記検査対象物を撮像する撮像手段と、
前記撮像手段により取得された複数の輝度画像に基づき、フォトメトリックステレオ法により当該検査対象物の表面の法線ベクトルを求め、当該法線ベクトルに応じた複数の画素値により構成された検査画像を生成する検査画像生成手段と、
前記複数の輝度画像と前記検査画像とを切り替えて表示するか、または、前記複数の輝度画像と前記検査画像とを同時に表示することにより、前記複数の輝度画像と前記検査画像とを表示する表示手段と、
前記撮像手段の制御パラメータおよび前記照明手段の制御パラメータのうち少なくとも1つを調整する調整手段と、
前記制御パラメータが調整されると前記表示手段に表示されている輝度画像及び検査画像を当該制御パラメータが反映された画像に更新する更新手段と、
前記検査フローを構成する複数の工程に関するユーザ入力を受け付ける入力手段であって、前記複数の工程のうち、撮像工程において生成される画像を指定するためのユーザ入力と、検査工程において検査画像として使用される画像を指定するためのユーザ入力を受け付ける入力手段と、
前記検査モードにおいて、
前記入力手段により受け付けられたユーザ入力にしたがって検査フローを実行することにより、前記検査対象物の外観検査を実行する画像処理部と、
を有し、
前記撮像工程において生成される画像は、それぞれ照明方向が異なる複数の輝度画像から前記検査画像生成手段により生成される形状画像と、前記三以上のセグメントをすべて点灯させて取得された全方向照明画像と、を含み、
前記検査工程において前記検査画像として使用される画像は、前記形状画像と、前記全方向照明画像とのうちの少なくとも1つを含むことを特徴とする検査装置が提供される。
一般的なフォトメトリックステレオ法では、図2に示すように、ワーク2に対して4方向から照明光L1〜L4を切り替えながら照射し、4枚の輝度画像を生成する。各輝度画像を撮影する際に使用される照明光の方向は一方向だけである。なお、輝度画像は複数の画素により構成されており、4枚の輝度画像において座標が一致する4つの画素は同一のワーク表面に対応している。4つの画素の画素値(輝度値)I1、I2、I3、I4と、法線ベクトルnとの間には図2示した式1が成り立つ。ここでρは反射率である。Lは各方向からの照明光の光量であり、既知である。ここでは4方向とも光量は同一である。Sは照明方向行列であり、既知である。この数式を解くことで各座標(ワーク表面)ごとの反射率ρと法線ベクトルnが求められる。その結果、反射率画像と傾き画像とが得られる。
テクスチャ情報とはワーク2の表面の反射率ρに基づく情報である。式1によって反射率ρが求められる、つまり4枚の輝度画像から1枚の反射率画像が得られる。反射率画像はワーク表面の反射率ρに比例した画素値を有する画像である。図7に示すように、4枚の輝度画像701〜704から法線ベクトルを算出し、算出された法線ベクトルと複数の輝度画像の各々対応する画素の輝度値に基づいて各画素の反射率に比例した画素値を算出することで反射率画像であるテクスチャ画像711、712が求められる。この生成方法としては4枚の輝度画像の画素平均によってテクスチャ画像を求める方法や、4枚の輝度画像からハレーションを除去してから画素平均によってテクスチャ画像を求める方法などがある。テクスチャ画像711は画像平均によって求められたものであり、テクスチャ画像712はハレーション除去によって求められたものの一例である。4枚の輝度画像において座標が一致する画素が4つ存在する。4つの画素のうち画素値が1番大きい画素を除外したり、画素値の大きい順に1番目からN番目(Nは3以下の自然数)までの画素を除外したりすることでハレーションを除去することが可能である。ハレーションは高い輝度として画像に現れるからである。テクスチャ画像711、712はともに反射率に基づく画素により構成されているため、反射率画像の一種である。
図8は検査装置のブロック図である。この例では照明装置3、カメラ4および画像処理装置5がそれぞれ個別の筐体に収容されているが、これは一例に過ぎず、適宜に一体化されてもよい。照明装置3は、フォトメトリックステレオ法にしたがって検査対象物を照明する照明手段の一例であり、光源群801とこれを制御する照明コントローラ802を備えている。複数の発光素子で1つのセグメントが構成され、さらに複数のセグメントによって光源群801が構成されていてもよい。セグメントの数は一般的には4つであるが、3つ以上であればよい。これは3方向以上の照明方向からワーク2を照明できれば、フォトメトリックステレオ法により検査画像を生成できるからである。図1に示したように照明装置3の外形はリング状をしていてもよい。また、照明装置3は、それぞれ分離した複数の照明ユニットにより構成されていてもよい。たとえば、市場にはワーク2を撮影するために使用される照明ユニットが存在しているが、これらはフォトメトリックステレオ用に開発されたものではない。ただし、このような照明ユニットを複数個用意するとともに、これらを制御する照明コントローラを接続することで、照明装置3を構成してもよい。照明コントローラ802は、画像処理装置5からの制御コマンドに応じて光源群801の点灯タイミングや点灯パターンを制御する。照明コントローラ802は照明装置3に内蔵されているものとして説明するが、カメラ4に内蔵されていてもよいし、画像処理装置5に内蔵されていてもよいし、これらからは独立した筐体に収容されていてもよい。
検査システムには検査ツールを設定する設定モードと、設定された検査ツールにしたがってワーク2の外観検査を実行する検査モード(運転モード)とを有しいている。ここでは設定モードの一例について説明する。
図20は検査モードを示すフローチャートである。入力部6を通じて検査モードの開始が指示されると、プロセッサ810が動作モードを検査モードに移行させる。
図21は検査フローを設定するUI2100の一例を示している。UI管理部814はUI2100を表示部7に表示させ、検査フローのスタートからエンドまでの間に実行される複数の工程を入力部6から入力される指示にしたがって設定して行く。この例では、撮像工程、パターンサーチ工程、位置補正工程および傷検査工程が検査フローに追加されている。たとえば、入力部6を通じて検査フローのエンドが指定されると、UI管理部814はエンドにおいて検査履歴を蓄積するように設定してもよい。検査履歴とは、検査結果や検査に使用された画像などである。
上述したように輝度画像と検査画像を確認しながら制御パラメータを調整することで、ユーザは適切な制御パラメータを決定しやすくなる。ここではパラメータ調整に関するUIについて具体例を示す。
本実施例によれば、フォトメトリック処理部811は、フォトメトリックステレオ法にしたがってカメラ4により取得された複数の輝度画像からワーク2の表面の法線ベクトルを算出し、複数の輝度画像から算出された法線ベクトルに基づく画素値により構成された傾き画像と、当該傾き画像の縮小画像とについて、注目画素に隣接する隣接画素の法線ベクトルを用いて当該注目画素の画素値を積み上げ演算し、当該画素値を有する検査画像を生成する。とりわけ、本実施例によれば、積み上げ演算において使用される縮小画像の成分に対する重みを与えるパラメータである特徴サイズを設定する特徴サイズ設定部815を設けている。このように特徴サイズという概念を導入することで、フォトメトリックステレオの原理を用いて取得された画像から検査用画像を生成する際のパラメータを容易に設定できるようになる。
Claims (27)
- 設定モードにおいて設定された検査フローを、検査モードにおいて実行することにより、検査対象物の外観検査を実行する検査装置において、
複数の光源で構成された三以上のセグメントが環状に並び、各セグメントが個別に点灯されることにより、三以上の複数の異なる方向から、検査対象物に光を個別に照射する照明手段と、
前記照明手段とは個別の筐体に収容され、前記照明手段により異なる方向から照明された前記検査対象物を撮像する撮像手段と、
前記撮像手段により取得された複数の輝度画像に基づき、フォトメトリックステレオ法により当該検査対象物の表面の法線ベクトルを求め、当該法線ベクトルに応じた複数の画素値により構成された検査画像を生成する検査画像生成手段と、
前記複数の輝度画像と前記検査画像とを切り替えて表示するか、または、前記複数の輝度画像と前記検査画像とを同時に表示することにより、前記複数の輝度画像と前記検査画像とを表示する表示手段と、
前記撮像手段の制御パラメータおよび前記照明手段の制御パラメータのうち少なくとも1つを調整する調整手段と、
前記制御パラメータが調整されると前記表示手段に表示されている輝度画像及び検査画像を当該制御パラメータが反映された画像に更新する更新手段と、
前記検査フローを構成する複数の工程に関するユーザ入力を受け付ける入力手段であって、前記複数の工程のうち、撮像工程において生成される画像を指定するためのユーザ入力と、検査工程において検査画像として使用される画像を指定するためのユーザ入力を受け付ける入力手段と、
前記検査モードにおいて、
前記入力手段により受け付けられたユーザ入力にしたがって検査フローを実行することにより、前記検査対象物の外観検査を実行する画像処理部と、
を有し、
前記撮像工程において生成される画像は、それぞれ照明方向が異なる複数の輝度画像から前記検査画像生成手段により生成される形状画像と、前記三以上のセグメントをすべて点灯させて取得された全方向照明画像と、を含み、
前記検査工程において前記検査画像として使用される画像は、前記形状画像と、前記全方向照明画像とのうちの少なくとも1つを含むことを特徴とする検査装置。 - 前記調整手段により前記撮像手段の露光時間が変更されると前記撮像手段は当該露光時間に基づいて前記検査対象物を撮像して複数の輝度画像を取得するように構成されており、
前記更新手段は、前記露光時間が変更された後に取得された前記複数の輝度画像のうち少なくとも1つと前記検査画像とを同時または切り替えて前記表示手段に表示させることを特徴とする請求項1に記載の検査装置。 - 前記調整手段によって照明光量が変更されると前記照明手段が備える複数の光源のそれぞれの照明光量が変更されることを特徴とする請求項1または2に記載の検査装置。
- 前記表示手段は、輝度画像を表示するときに、当該輝度画像を構成している画素のうち画素値が飽和している画素を強調表示するか、または、画素値が飽和している画素と画素値が飽和していない画素との割合を示す情報を表示することを特徴とする請求項1ないし3のいずれか1項に記載の検査装置。
- 前記調整手段は、前記照明手段の点灯回数を調整することを特徴とする請求項1ないし4のいずれか1項に記載の検査装置。
- 前記調整手段は、前記照明手段が備える複数の光源のうち点灯すべき光源を変更することを特徴とする請求項1ないし5のいずれか1項に記載の検査装置。
- 前記表示手段は、前記調整手段が前記点灯すべき光源を変更するときに、当該点灯すべき光源を指定するためのユーザインタフェースを表示し、
前記調整手段は、前記ユーザインタフェースにおいて当該点灯すべき光源の指定を受け付けることを特徴とする請求項6に記載の検査装置。 - 前記調整手段は、前記表示手段が検査画像を表示しているときに、フォトメトリックステレオ法による当該検査画像の生成条件を調整することを特徴とする請求項1ないし7のいずれか1項に記載の検査装置。
- 前記表示手段は、それぞれ生成条件が異なる複数の検査画像を切り替えて表示するか、または、同時に表示することを特徴とする請求項8に記載の検査装置。
- 前記検査画像生成手段は、フォトメトリックステレオ法にしたがって取得された複数の輝度画像から前記検査対象物の表面の法線ベクトルを算出し、当該算出された法線ベクトルに基づく画素値により構成された傾き画像と、当該傾き画像の縮小画像とについて、注目画素に隣接する隣接画素の法線ベクトルを用いて当該注目画素の画素値を積み上げ演算し、当該画素値を有する前記検査画像を生成するように構成されており、
前記調整手段は、前記生成条件のうち、前記積み上げ演算において使用される前記縮小画像の成分に対する重みを与えるパラメータである特徴サイズを調整することを特徴とすることを特徴とする請求項8または9に記載の検査装置。 - 前記表示手段は、それぞれ生成条件が異なる複数の検査画像のうちから選択された1つの検査画像を表示し、
前記検査画像生成手段は、前記調整手段により調整された特徴サイズにしたがって前記選択された1つの検査画像を再生成し、
前記更新手段は、前記再生成された検査画像を前記表示手段に表示させることを特徴とする請求項10に記載の検査装置。 - 前記生成条件は、複数の検査画像に対して共通に設定される共通設定項目と複数の検査画像に対して個別に設定される個別設定項目を含むことを特徴とする請求項8ないし11のいずれか1項に記載の検査装置。
- 前記個別設定項目は、ガイデッドフィルタとテクスチャ除去とのうちの少なくとも1つであり、
前記共通設定項目は、暗部変動制御とハレーション除去とのうちの少なくとも1つであることを特徴とする請求項12に記載の検査装置。 - 前記表示手段は、前記検査対象物の表面の法線ベクトルを画素値とした傾き画像と、前記検査対象物の表面の反射率を画素値とした反射率画像とを切り替えて表示するか、または、同時に表示することを特徴とする請求項1ないし13のいずれか1項に記載の検査装置。
- 前記検査画像を記憶する記憶手段と、
前記記憶手段に記憶されている前記検査画像を読み出し、当該検査画像に基づき前記検査対象物が良品かどうかを判定する判定手段と
をさらに有することを特徴とする請求項1ないし14のいずれか1項に記載の検査装置。 - 前記記憶手段は、それぞれ特徴サイズが異なる検査画像を記憶することを特徴とする請求項15に記載の検査装置。
- 前記記憶手段は、前記検査画像として、前記検査対象物の表面の法線ベクトルを画素値とした傾き画像と、前記検査対象物の表面の反射率を画素値とした反射率画像とを記憶することを特徴とする請求項15に記載の検査装置。
- 前記記憶手段に記憶されている複数の検査画像のうち選択された検査画像に対して検査ツールを設定する検査ツール設定手段をさらに有することを特徴とする請求項15ないし17のいずれか1項に記載の検査装置。
- 良品から取得された基準画像を用いてサーチ処理を実行して検査領域を設定する検査領域設定手段をさらに有し、
前記判定手段は前記検査領域において実行された検査の結果を用いて前記検査対象物の良否を判定するように構成されており、
前記基準画像は、前記照明手段が備えるすべての光源を同時に点灯させて取得された画像または複数の輝度画像を合成して生成された合成輝度画像であることを特徴とする請求項15に記載の検査装置。 - 前記判定手段は、傷の有無の判定または文字認識結果の判定を実行することを特徴とする請求項19に記載の検査装置。
- 前記撮像手段により取得された複数の輝度画像および複数の検査画像のうち保存対象もしくは出力対象となる画像を選択する画像選択手段をさらに有することを特徴とする請求項1ないし20のいずれか1項に記載の検査装置。
- 前記画像選択手段は、前記複数の輝度画像、前記検査画像、前記照明手段が備える複数の光源をすべて点灯させて取得された輝度画像および前記複数の輝度画像を合成して得られた合成輝度画像から保存対象もしくは出力対象となる画像を選択することを特徴とする請求項21に記載の検査装置。
- 前記画像選択手段は、それぞれ特徴サイズが異なる前記複数の検査画像から保存対象もしくは出力対象となる画像を選択することを特徴とする請求項21に記載の検査装置。
- 前記画像選択手段は、前記複数の輝度画像、前記検査画像および前記検査対象物の表面の反射率を画素値とした反射率画像から保存対象もしくは出力対象となる画像を選択することを特徴とする請求項21に記載の検査装置。
- 画像を保存または出力する条件を設定する条件設定手段をさらに有することを特徴とする請求項21に記載の検査装置。
- 前記検査画像に基づき前記検査対象物が良品かどうかを判定する判定手段をさらに有し、
前記条件設定手段は、常に画像を保存または出力するモードと、前記判定手段により前記検査対象物が良品ではないと判定されたときに画像を保存または出力するモードとのうちいずれかを設定することを特徴とする請求項25に記載の検査装置。 - 前記判定手段が判定を終了した後で画像を保存または出力する条件が満たされているかどうかを判断する判断手段をさらに有することを特徴とする請求項26に記載の検査装置。
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