JP6488874B2 - 表面検査装置及び表面検査方法 - Google Patents

Description

本発明は、表面検査装置及び表面検査方法に関する。

検査対象物の表面の突起や凹み、傷等の欠陥を検査する外観検査においては従来、作業員が検査対象物を持ち上げた状態で表面の角度を変化させながら、目視にて検査対象物を検査している。このため、特に検査対象物が重量物である場合には作業員の負担が大きい。

そこで、検査対象物に光を照射した状態で撮像し、撮像した画像の明暗変化から表面の凹凸変化を表す凹凸変化画像を作成し、作成した凹凸変化画像を検査対象物表面に投影する方法が知られている（特許文献１参照）。特許文献１に記載の手法によれば、作業員が検査対象物を持ち上げなくとも表面の凹凸を認識し易くなる。

特開平６−５０７４１号公報

しかしながら、特許文献１に記載の凹凸変化画像は画像の明暗変化から作成されている。このため、例えば表面の凹凸変化が小さい（即ち、突起や凹み、傷が浅い）場合には画像の明暗変化が小さく、明暗変化の小さい凹凸変化画像を検査対象物表面に投影しても作業員が欠陥を認識し難いという問題があった。

上記問題点を鑑み、本発明の目的は、検査対象物の表面の凹凸変化を作業者に対して容易に認識させることができる表面検査装置及び表面検査方法を提供することである。

本発明の一態様に係る表面検査装置及び表面検査方法によれば、検査対象物の表面の凹凸形状を検出し、検出された凹凸形状の勾配情報を濃淡で表す濃淡画像を生成し、濃淡画像の濃淡を反転させた反転画像を生成し、濃淡画像と反転画像とを表示手段に順次表示することを特徴とする。

本発明によれば、検査対象物の表面の凹凸変化を作業者に対して容易に認識させることができる表面検査装置及び表面検査方法提供することができる。

本発明の実施形態に係る表面検査装置の一例を示すブロック図である。 図２（ａ）は、本発明の実施形態に係る検出装置の一例を示す上面図である。図２（ｂ）は、図２（ａ）のＡ−Ａ切断面からみた側面図である。 本発明の実施形態に係る濃淡画像生成方法の一例を説明するための概略図である。 本発明の実施形態に係る照度差ステレオ法を用いた合成画像生成方法の一例を説明するための概略図である。 図５（ａ）は、本発明の実施形態に係る行方向の勾配情報を表す濃淡画像の一例を示す写真である。図５（ｂ）は、本発明の実施形態に係る列方向の勾配情報を表す濃淡画像の一例を示す写真である。 図６（ａ）は、図５（ａ）の濃淡画像の濃淡を反転させた反転画像の一例を示す写真である。図６（ｂ）は、図５（ｂ）の濃淡画像の濃淡を反転させた反転画像の一例を示す写真である。 本発明の実施形態に係る表面検査方法の一例を示すフローチャートである。 本発明の実施形態の変形例に係る表面検査方法の一例を示すフローチャートである。 本発明の実施形態に係る検出装置の他の一例を示す概略図である。

以下、図面を参照して、本発明の実施形態を説明する。図面の記載において同一部分には同一符号を付して説明を省略する。

（表面検査装置）
本発明の実施形態に係る表面検査装置は、図１に示すように、中央演算処理装置（ＣＰＵ）１、検出装置２、表示装置３、入力装置４及び記憶装置５を備える。以下では、本発明の実施形態に係る表面検査装置の検査対象物として、電気自動車等に搭載されるラミネートセルを一例として説明するが、ラミネートセル以外の物体の表面検査にも適用可能であることは勿論である。

検出装置２は、検査対象物（ラミネートセル）の表面の凹凸形状を検出する装置であり、例えば照明部２１及び撮像部２２を備える。表示装置３としては、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）やプラズマディスプレイ（ＰＤＰ）、ブラウン管（ＣＲＴ）等が使用可能である。入力装置４としては、タッチパネルやスイッチ等が使用可能である。記憶装置５としては、半導体メモリや磁気ディスク等が使用可能である。記憶装置５には、ＣＰＵ１で実行されるプログラムや、ＣＰＵ１の処理に必要な各種データを記憶する。

図２（ａ）及び図２（ｂ）に、検出装置２の構成の一例を示す。本発明の実施形態では、図２（ａ）及び図２（ｂ）に示すｘ軸方向を「行方向」、ｙ軸方向を「列方向」、ｚ軸方向を「高さ方向」と定義して説明する。図２（ａ）及び図２（ｂ）に示すように、検出装置２の照明部２１及び撮像部２２は、筐体２３内の上方に配置されている。筐体２３内には更に、検査対象物１００を支持可能な支持部２４が配置されている。

照明部２１は、例えば発光ダイオード（ＬＥＤ）やハロゲンランプ、キセノンランプからなる４つの光源２１ａ〜２１ｄを有する。４つの光源２１ａ〜２１ｄは、上方からみて撮像部２２を取り囲むように固定されており、２つの光源２１ａ，２１ｃが、行方向において互いに対向し、２つの光源２１ｂ，２１ｄが列方向において互いに対向する。４つの光源２１ａ〜２１ｄは、互いに異なる方向から検査対象物１００の表面を順次照明する。

撮像部２２としては、例えばＣＣＤ（Charge Coupled Device）やＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）が使用可能である。撮像部２２は、４つの光源２１ａ〜２１ｄにより順次照明された検査対象物１００の表面をその都度撮像し、４枚の撮像画像を取得する。４枚の撮像画像は、４つの光源２１ａ〜２１ｄによる照明状態をそれぞれ反映した明暗分布を表す。

図１に示したＣＰＵ１は、検出装置２により検出された凹凸形状の勾配情報を濃淡で表す濃淡画像を生成する濃淡画像生成部１１と、濃淡画像生成部１１により生成された濃淡画像の濃淡を反転させた反転画像を生成する反転画像生成部１２と、濃淡画像生成部１１により生成された濃淡画像と、反転画像生成部１２により生成された反転画像とを表示装置３に順次表示させる表示制御部１３とを機能的に有する。

濃淡画像生成部１１は、例えば図３に示すように、検査対象物１００の平坦な表面１００ｘに対して所定の角度θ１を持った仮想平面Ｓに対する、検査対象物１００の表面の角度θ２に基づいて濃淡画像を生成する。濃淡画像においては、図３に示す欠陥（凸部）１０１であり勾配を有する領域Ｒ２は最も暗く、欠陥（凸部）１０１の反対側の勾配を有する領域Ｒ３は最も明るく、平坦な領域Ｒ１，Ｒ２はその中間にある明るさで表示される。濃淡画像は、例えば８ビットのグレースケールで構成する場合、２５６（０〜２５５）階調の濃淡で表され、０階調のときに最も明るい状態とする。なお、所定の角度θ１及び仮想平面Ｓは、適宜設定可能であり、記憶装置５に予め記憶されていてもよい。

ここで、濃淡画像生成部１１による濃淡画像の生成方法の一例を説明する。４つの光源２１ａ〜２１ｄにより互いに異なる方向から順次照明し、その都度、撮像部２２により撮像することにより、図４に模式的に示すように、４枚の撮像画像Ｉ１１〜Ｉ１４が取得されたとする。濃淡画像生成部１１は、照度差ステレオ（フォトメトリックステレオ）法により、４枚の撮像画像Ｉ１１〜Ｉ１４を合成して、検査対象物１００の表面の３次元形状を表す１枚の合成画像（３次元データ）Ｉ０を生成する。濃淡画像生成部１１は更に、合成画像Ｉ０を行方向の勾配情報及び列方向の勾配情報で分離することにより、図５（ａ）及び図５（ｂ）に示すように、行方向の勾配情報を表す濃淡画像（合成画像）Ｉ１及び列方向の勾配情報を表す濃淡画像（合成画像）Ｉ２をそれぞれ生成する。

濃淡画像生成部１１は、互いに異なる仮想平面に対する表面の角度に基づいて複数枚の濃淡画像を生成してもよい。例えば、検査対象物１００の平坦な表面の法線に対して互いに９０度回転させた２つの仮想平面を選択可能である。本発明の実施形態では、２つの仮想平面を用いて、行方向の勾配情報を濃淡で表す濃淡画像Ｉ１と、列方向の勾配情報を濃淡で表す濃淡画像Ｉ２の２枚を生成する。

反転画像生成部１２は、図５（ａ）及び図５（ｂ）に示した濃淡画像Ｉ１，Ｉ２の濃淡をそれぞれ反転させ、図６（ａ）及び図６（ｂ）に示すように、反転画像（合成画像）Ｉ３，Ｉ４をそれぞれ生成する。例えば、濃淡画像Ｉ１，Ｉ２のある画素の階調が０であれば、反転画像Ｉ３，Ｉ４の対応する画素の階調を２５５とする。

表示制御部１３は、図５（ａ）及び図５（ｂ）に示した濃淡画像Ｉ１，Ｉ２と、図６（ａ）及び図６（ｂ）に示した反転画像Ｉ３，Ｉ４とを、表示装置３に所定時間間隔（例えば０．２秒）で１枚ずつ順次表示させる。表示制御部１３は、例えば、濃淡画像Ｉ１、濃淡画像Ｉ２、反転画像Ｉ３、反転画像Ｉ４の順番で１枚ずつ表示装置３に表示させる。

なお、濃淡画像Ｉ１，Ｉ２及び反転画像Ｉ３，Ｉ４が表示される順番はこれに限定されず、適宜決定可能である。例えば、表示制御部１３は、濃淡画像Ｉ１、反転画像Ｉ３、濃淡画像Ｉ２、反転画像Ｉ４の順番で１枚ずつ表示装置３に表示させてもよい。即ち、濃淡画像Ｉ１，Ｉ２と反転画像Ｉ３，Ｉ４とを交互に表示してもよい。また、濃淡画像Ｉ１，Ｉ２及び反転画像Ｉ３，Ｉ４の表示を切り替える所定時間間隔も適宜決定可能であり、記憶装置５に予め記憶されていてもよい。

また、表示制御部１３は、入力装置４から入力された作業者の指示に基づき、濃淡画像Ｉ１，Ｉ２及び反転画像Ｉ３，Ｉ４の表示の順番を変更したり、濃淡画像Ｉ１，Ｉ２及び反転画像Ｉ３，Ｉ４のうち一部を選択的に表示したり、濃淡画像Ｉ１，Ｉ２及び反転画像Ｉ３，Ｉ４の表示を切り替える所定時間間隔を変更したりしてもよい。

（表面検査方法）
次に、図７のフローチャートを参照しながら、本発明の実施の形態に係る表面検査方法の一例を説明する。

ステップＳ１１において、検出装置２が、検査対象物１００の表面の凹凸形状を検出する。例えば、照明部２１が４方向から検査対象物１００を順次照明し、その都度、撮像部２２が検査対象物１００を順次撮像することにより４枚の撮像画像Ｉ１１〜Ｉ１４を取得する。

ステップＳ１２において、濃淡画像生成部１１が、検出装置２による検出結果に基づいて、検査対象物１００の表面の凹凸形状の勾配情報を濃淡で表す濃淡画像を生成する。具体的には、ステップＳ１２１において、照度差ステレオ法により、撮像部２２からの４枚の撮像画像Ｉ１１〜Ｉ１４に基づいて合成画像Ｉ０を生成する。引き続き、濃淡画像生成部１１が、合成画像Ｉ０から行方向の勾配情報を濃淡で表す濃淡画像（合成画像）Ｉ１を生成する。更に、ステップＳ１２２において、濃淡画像生成部１１が、合成画像Ｉ０から列方向の勾配情報を濃淡で表す濃淡画像（合成画像）Ｉ２を生成する。

ステップＳ１３において、反転画像生成部１２が、濃淡画像生成部１１により生成された濃淡画像Ｉ１，Ｉ２の濃淡を反転させた反転画像Ｉ３，Ｉ４を生成する。具体的には、ステップＳ１３１において、反転画像生成部１２が、ステップＳ１２１で生成された行方向の勾配情報を濃淡で表す濃淡画像Ｉ１の濃淡を反転させた反転画像（合成画像）Ｉ３を生成する。更に、ステップＳ１２２において、反転画像生成部１２が、ステップＳ１２２で生成された列方向の勾配情報を濃淡で表す濃淡画像Ｉ２の濃淡を反転させた反転画像（合成画像）Ｉ４を生成する。

ステップＳ１４において、表示制御部１３が、ステップＳ１２で生成された濃淡画像Ｉ１，Ｉ２及びステップＳ１３で生成された反転画像Ｉ３，Ｉ４を順次且つ周期的に表示装置３に表示させる。具体的には、ステップＳ１４１〜Ｓ１４４において、所定時間間隔毎に、濃淡画像Ｉ１、濃淡画像Ｉ２、反転画像Ｉ３、反転画像Ｉ４の順番で表示装置３に表示することにより、作業者に対して検査対象物１００の凹凸形状を強調表示する。これにより、作業者は、検査対象物１００の表面の凹凸形状を容易に認識することができ、検査対象物１００の良否等を検査することができる。ステップＳ１４５において、表示制御部１３が、入力装置４により入力された作業者の指示等に基づいて、作業者による検査が完了したか否かを判定する。検査が完了したと判定された場合にはステップＳ１５に移行する。一方、ステップＳ１４５において検査が未完了と判定された場合には、ステップＳ１４１に戻る。即ち、作業者による検査が完了するまでは、濃淡画像Ｉ１，Ｉ２及び反転画像Ｉ３，Ｉ４が周期的に繰り返し表示される。

ステップＳ１５において、記憶装置５に記憶された検査対象物（ワーク）の情報や、入力装置４からの作業者の指示に基づいて、ＣＰＵ１や検出装置２等が次のワークが有るか否かを判定する。次のワークが有ると判定された場合には、ステップＳ１１に戻り、次のワークに対して同様の処理を繰り返す。一方、ステップＳ１５において次のワークが無いと判定された場合には、処理を完了する。

以上説明したように、本発明の実施形態によれば、検査対象物１００の表面の凹凸形状の勾配情報を濃淡で表す濃淡画像Ｉ１，Ｉ２を生成し、濃淡画像Ｉ１，Ｉ２の濃淡を反転した反転画像Ｉ３，Ｉ４を生成し、濃淡画像Ｉ１，Ｉ２及び反転画像Ｉ３，Ｉ４を順次（交互に）表示することにより、検査対象物１００の表面の凹凸形状を強調表示することができる。したがって、作業者は検査対象物１００の表面の凹凸形状を認識しやすくなり、検査対象物１００の表面の検査を効率よく行うことができる。

また、濃淡画像生成部１１が、検査対象物１００の平坦な表面１００ｘに対して所定の角度θ１を持った仮想平面Ｓに対する、検査対象物１００の表面の角度θ２に基づいて濃淡画像Ｉ１，Ｉ２を生成することにより、強調表示に必要となる濃淡画像Ｉ１，Ｉ２を生成することができる。

また、行方向の勾配情報を濃淡で表す濃淡画像Ｉ１と、列方向の勾配情報を濃淡で表す濃淡画像Ｉ２を生成し、濃淡画像Ｉ１，Ｉ２の濃淡をそれぞれ反転させた反転画像Ｉ３，Ｉ４をそれぞれ生成し、濃淡画像Ｉ１，Ｉ２及び反転画像Ｉ３，Ｉ４の合計４枚を順次表示することにより、行方向及び列方向の凹凸形状を強調表示することができ、作業者が凹凸形状を認識しやすくなる。

（変形例）
本発明の実施形態では、２枚の濃淡画像Ｉ１，Ｉ２及び２枚の反転画像Ｉ３，Ｉ４を順次表示する場合を説明したが、順次表示する濃淡画像及び反転画像の枚数はこれに限定されない。本発明の実施形態に係る変形例に係る表面検査方法として、１枚の濃淡画像及び１枚の反転画像の合計２枚を交互に表示する場合を、図８のフローチャートを参照しながら説明する。

ステップＳ２１において、図７のステップＳ１１と同様に、検出装置２が、検査対象物１００の表面の凹凸形状を検出する。ステップＳ２２において、図７のステップＳ１２１と同様に、濃淡画像生成部１１が、検出装置２による検出結果に基づいて、照度差ステレオ法等に用いて、図５（ａ）に示した行方向の濃淡画像Ｉ１を生成する。ステップＳ２３において、図７のステップＳ１３１と同様に、反転画像生成部１２が、濃淡画像生成部１１により生成された濃淡画像Ｉ１の濃淡を反転させた、図６（ａ）に示した反転画像Ｉ３を生成する。

ステップＳ２４において、表示制御部１３が、濃淡画像生成部１１により生成された濃淡画像Ｉ１と、反転画像生成部１２により生成された反転画像Ｉ３とを交互に表示装置３に表示させる。具体的には、ステップＳ２４１及びＳ２４２において、濃淡画像Ｉ１及び反転画像Ｉ３を所定時間間隔で順次表示する。ステップＳ２４３において、図７のステップＳ１４５と同様に、表示制御部１３が、入力装置４から入力された作業者の指示等に基づいて、検査が完了したか否かを判定する。検査が完了していないと判定された場合、ステップＳ２４１に戻り、濃淡画像Ｉ１及び反転画像Ｉ３の表示を周期的に繰り返す。一方、ステップＳ２４３において検査が完了したと判定された場合には、ステップＳ２５に移行する。

ステップＳ２５において、図７のステップＳ１５と同様に、ＣＰＵ１や検出装置２等が次のワークが有るか否かを判定する。次のワークが有ると判定された場合には、ステップＳ２１に戻り、次のワークに対して同様の処理を繰り返す。一方、ステップＳ２５において次のワークが無いと判定された場合には、処理を完了する。

本発明の実施形態の変形例によれば、１枚の濃淡画像Ｉ１及び１枚の反転画像Ｉ３、即ち２枚の合成画像を交互に表示する場合でも、検査対象物１００の表面の凹凸形状を強調表示することができるので、作業者が検査対象物１００の表面の凹凸形状を容易に認識することができ、効率よく検査を行うことができる。

なお、本発明の実施形態の変形例では、行方向の濃淡画像Ｉ１及び反転画像Ｉ３を生成して交互に表示する場合を説明したが、列方向の濃淡画像Ｉ２及び反転画像Ｉ４を生成して交互に表示してもよい。

（その他の実施形態）
上記のように、本発明の実施形態を記載したが、この開示の一部をなす論述及び図面はこの発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施の形態、実施例及び運用技術が明らかとなろう。

例えば、本発明の実施形態においては、濃淡画像生成部１１が、照度差ステレオ法を用いてまず合成画像Ｉ０を生成し、合成画像Ｉ０から２枚の濃淡画像Ｉ１，Ｉ２を生成する場合を一例として説明したが、濃淡画像生成部１１により生成される濃淡画像の生成方法は特にこれに限定されず、従来のレーザ光走査法等の種々の光学的方法を利用して濃淡画像を生成してもよい。

また、本発明の実施形態においては、照度差ステレオ法を用いて４枚の撮像画像Ｉ１１〜Ｉ１４から合成画像Ｉ０を生成する場合を一例として説明したが、少なくとも３方向から照明して撮像した３枚の撮像画像に基づいて合成画像を生成すればよい。また、照明部２１の光源の数も限定されず、複数の光源を固定する代わりに１つの光源を移動させて照明してもよい。

また、本発明の実施形態においては、照明部２１及び撮像部２２を備える検出装置２を示したが、検出装置２の種類はこれに限定されず、濃淡画像を生成するために検査対象物１００の表面の凹凸形状を検出可能なものであればよい。例えば、例えば図９に示すようにレーザ２ｘを用いて検査対象物１００の３次元形状を検出してもよい。

１…中央演算処理装置（ＣＰＵ）
２…検出装置
３…表示装置
４…入力装置
５…記憶装置
１１…濃淡画像生成部
１２…反転画像生成部
１３…表示制御部
２１…照明部
２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，２１ｄ…光源
２２…撮像部
２３…筐体
２４…支持部
１００…検査対象物
Ｉ０…合成画像
Ｉ１，Ｉ２…濃淡画像（合成画像）
Ｉ３，Ｉ４…反転画像（合成画像）
Ｉ１１，Ｉ１２，Ｉ１３，Ｉ１４…撮像画像

Claims (4)

1. 検査対象物の表面の凹凸形状を検出する検出手段と、
   前記検出手段により検出された凹凸形状の勾配情報を濃淡で表す濃淡画像を生成する濃淡画像生成手段と、
   前記濃淡画像の濃淡を反転させた反転画像を生成する反転画像生成手段と、
   前記濃淡画像と前記反転画像とを順次表示する表示手段
   とを備えることを特徴とする表面検査装置。
2. 前記濃淡画像生成手段が、前記検査対象物の平坦な表面に対して所定の角度を持った仮想平面に対する、前記検査対象物の表面の角度に基づいて前記濃淡画像を生成することを特徴とする請求項１に記載の表面検査装置。
3. 前記濃淡画像生成手段が、互いに異なる複数の前記仮想平面に対する、前記検査対象物の表面の角度にそれぞれ基づいて、前記濃淡画像を複数枚生成し、
   前記反転画像生成手段が、前記複数枚の濃淡画像の濃淡をそれぞれ反転させた複数枚の反転画像を生成し、
   前記表示手段が、前記複数枚の濃淡画像及び前記複数枚の反転画像を順次表示する
   ことを特徴とする請求項２に記載の表面検査装置。
   
4. 検査対象物の表面の凹凸形状を検出するステップと、
   前記検出された凹凸形状の勾配情報を濃淡で表す濃淡画像を生成するステップと、
   前記濃淡画像の濃淡を反転させた反転画像を生成するステップと、
   前記濃淡画像と前記反転画像とを表示手段に順次表示するステップ
   とを含むことを特徴とする表面検査方法。