JP6605318B2 - 立体形状物の検査装置 - Google Patents

Description

本発明は、立体形状をした物体（以下、「立体形状物」と言う）を撮像し、取得した画像に基づいて検査を行う装置に関する。

従来から、検査対象となる平面に対して法線方向や斜め方向から撮像し、取得した画像に基づいて検査を行う際に、撮像された平面画像に対して、周辺光量の不均一（いわゆる、シェーディング）に対して補正処理を行っている（例えば、特許文献１〜４）。

特許４２７２４３８号公報 特開２０００−６５７５５号公報 特開２０１２−１１２７２９号公報 特許４３２０９９０号公報

検査対象が立体形状物の場合、照明光源や撮像カメラに近いところと、遠いところとでは、反射光や散乱光の強度が異なる。そのため、撮像した画像の視野内位置が同じであっても、検査対象までの距離が異なれば、輝度が異なることとなり、検査結果に影響を与える。

従来のシェーディング補正では、検査対象が１つの平面であれば、照明光源および撮像カメラから検査対象部位までの距離が一定あるため、シェーディング補正を行って、所望の検査結果を得ることが可能であった。また、検査対象が立体形状物であったとしても、照明光源および撮像カメラから検査対象部位までの距離が一定で、かつ撮像した画角に対する立体形状物の位置や姿勢が一定であれば、撮像した画像の視野内の単位画素それぞれについて実際の検査対象部位までの距離が変化しないため、シェーディング補正を行って、所望の検査結果を得ることが可能である。

しかし、照明光源および撮像カメラから検査対象部位までの距離が撮影の度に変わる場合や、撮像した画角に対する立体形状物の位置や姿勢が撮影の度に変わる場合には、撮像した画像の視野内の単位画素それぞれについて実際の検査対象部位までの距離が変化する。そのため、この様な場合には、正しいシェーディング補正を行うことができず、所望の検査結果を得ることが困難という課題があった。

そこで本発明は、検査対象が撮影の度に照明光源および撮像カメラに対する距離や姿勢が変化する立体形状物であっても、シェーディング補正して所望の検査を行うことができる装置を提供することを目的とする。

以上の課題を解決するために、本発明に係る一態様は、
立体形状物を検査する装置であって、
立体形状物に設定された検査対象領域に向けて光エネルギーを照射する光源と、
検査対象領域から放射される放射エネルギーを検出する検出部と、
検査対象領域に対する光源および検出部の姿勢情報を取得する姿勢情報取得部と、
検査対象領域における立体形状物の形状情報と、検査対象領域に対する光源および検出部の姿勢情報と、複数のワーキングディスタンス毎に検出部で検出した平面像に対するシェーディング補正情報とに基づいて、検出部で検出された放射エネルギーに対応する情報に対して立体的なシェーディング補正を行う立体シェーディング補正部と、
立体的なシェーディング補正を行った情報に基づいて検査を行う検査部を備えた
ことを特徴とする、立体形状物の検査装置である。

この態様によれば、検査対象の立体形状情報と、検出部の姿勢情報と、ワーキングディスタンスの異なる複数の平面像のシェーディング補正データとに基づいて、立体的なシェーディング補正を行うことができる。

撮影の度に照明光源および撮像カメラに対する距離や姿勢が変化する立体形状物であっても、シェーディング補正して所望の検査を行うことができる。

本発明を具現化する形態の一例の全体構成を示す概略図である。 本発明を具現化する形態の一例の一部を示す概略図である。 キャリブレーション作業用における、撮像対象に対する照明部および撮像部の位置関係を示す概略図である。 ワーキングディスタンスＤを替えて撮像した画像の輝度分布を３次元的に表した分布図である。 ワーキングディスタンスＤを替えて撮像した画像の輝度分布を２次元的に表した図である。 本発明を具現化する形態の一例における補正係数を求める計算の概念図である。

以下の説明では、立体形状物の一類型として略直方体形の容器Ｗを例示し、立体形状物の検査装置１を用いて容器Ｗの内面（内側壁面とも言う）に付着した付着物Ｓの検査を行う形態を例示して、詳細な説明を行う。容器Ｗは、縦長の側面４面と上面と底面とで構成される略直方体形であって、側面は、略正方形状の断面形状をしている。また、上面の一部には、開口部Ｈが設けられている。

なお各図において、直交座標系の３軸をＸ、Ｙ、Ｚとし、ＸＹ平面を水平面、Ｚ方向を鉛直方向とする。特に、Ｘ方向は、矢印の方向を右側、その逆方向を左側と表現し、Ｙ方向は、矢印の方向を奥側、その逆方向を手前側と表現し、Ｚ方向は矢印の方向（重力上方）を上側、その逆方向を下側と表現する。

さらに、容器Ｗの底面は水平面と平行に配置され、容器Ｗの側面はＺ方向と平行に配置されているものとして、説明を行う。なお、容器Ｗの４つある側板内面については、向かって左側を第１側板内面Ｗｓ１、正面奥側を第２側板内面Ｗｓ２、向かって右側を第３側板内面Ｗｓ３、正面手前側を第４側板内面Ｗｓ４（不図示）と呼ぶ。

立体形状物の検査装置１は、照明部２、撮像部３、姿勢情報取得部４、立体シェーディング補正部５、シェーディング補正情報登録部６、付着物検査部７を備えている。

図１は、本発明を具現化する形態の一例の全体構成を示す概略図であり、本願発明に係る立体形状物の検査装置１を構成する各部が示されている。

図２は、本発明を具現化する形態の一例の一部を示す概略図であり、本願発明に係る立体形状物の検査装置１を用いて容器Ｗの壁面Ｗｓ１に付着した付着物Ｓを撮像する様子が示されている。

照明部２は、容器Ｗの表面に設定された検査対象領域Ｒに向けて励起光を照射するものである。具体的には、照明部２は、励起光照明ユニット２０を備えている。励起光照明ユニット２０は、検査対象領域Ｒに付着した付着物Ｓを蛍光発光させるための励起光２３を検査対象領域Ｒに向けて照射するものである。具体的には、励起光照明ユニット２０は、励起光２３として紫外線を発するＬＥＤを光源として備えている。なお、励起光２３の照射範囲を破線２４で示す。

撮像部３は、検査対象領域Ｒにある付着物Ｓから放射される光を撮像するものである。具体的には、撮像部３は、撮像カメラ３２、レンズ３３、蛍光観察フィルタ３４を備えている。

撮像カメラ３２は、撮像素子３１を備え、撮像素子３１で受光した光を電気信号に変換し、映像信号（アナログ信号）や画像データ（デジタル信号）として外部に出力するものである。

レンズ３３は、検査対象領域Ｒの像を撮像素子３１に結像させるものであり、撮像画角を破線３７で示している。また、レンズ３３は、一点鎖線Ｆ１，Ｆ２の間で結像でき、その間の領域が被写界深度Ｆとなる。

蛍光観察フィルタ３４は、励起光２３に含まれる波長を減衰（反射または吸収を含む）させ、励起光２３により蛍光発光する光３５の波長を効率よく通過（透過とも言う）させるものである。

姿勢情報取得部４は、検査対象領域Ｒに対する照明部２および撮像部３の姿勢情報を取得するものである。具体的には、姿勢情報取得部４は、位置角度調節機構ＲＢの各エンコーダ４１，４２，４３で構成されている。

位置角度調節機構ＲＢは、容器Ｗに対する照明部２および撮像部３の相対的な位置および角度を調節するものである。具体的には、位置角度調節機構ＲＢは、連結ハンド部Ｂ１、傾斜角度調節機構ＲＢ１、連結アーム部Ｂ２、高さ調節機構ＲＢ２、容器保持台Ｂ３、回転角度調節機構ＲＢ３を備えている。

連結ハンド部Ｂ１は、照明部２および撮像部３を取り付けるものである。具体的には、連結ハンド部Ｂ１は、金属や硬質樹脂などの棒材や板材などで構成されている。

傾斜角度調節機構ＲＢ１は、容器Ｗに対する照明部２および撮像部３の傾斜角度を変更し、所定の傾斜角度で保持するものである。ここで言う傾斜角度とは、ｙ方向を回転中心とする矢印ωにて示す方向を意味する。具体的には、傾斜角度調節機構ＲＢ１は、ロータリアクチュエータを備えて構成されており、ギアモータやパルスモータ（不図示）などにより連結ハンド部Ｂ１を矢印ω方向に移動させ、所定の角度で静止させることができる。傾斜角度調節機構ＲＢ１には、傾斜角度の現在値または移動量に対応した信号を出力するエンコーダ４１が備えられている。

連結アーム部Ｂ２は、傾斜角度調節機構ＲＢ１と下述の高さ調節機構ＲＢ２とを連結し、照明部２および撮像部３を容器Ｗの近くに移動させ、所定の位置・角度で静止させる（保持するとも言う）ものである。具体的には、連結アーム部Ｂ２は、図示するように略Ｕないし略Ｊの字型に連結された、金属や硬質樹脂などの棒材や板材などで構成されている。

高さ調節機構ＲＢ２は、容器Ｗに対する照明部２および撮像部３の高さ方向（つまり、ｚ方向）の位置を変更し、所定の位置で保持するものである。具体的には、高さ調節機構ＲＢ２は、リニアアクチュエータを備えて構成されている。このリニアアクチュエータは、本体部が装置フレームＦＲに取り付けられており、回転モータとボールネジ（不図示）の回転駆動により移動する可動部に、連結アーム部Ｂ２が取り付けられている。そのため、回転モータを所定の方向に所定の角度または回転数だけ回転させ、所定の位置で静止させることで、連結アーム部Ｂ２を所定の方向（上方向または下方向）に移動させ、所定の高さで静止させることができる。さらに、高さ調節機構ＲＢ２には、リニアアクチュエータの可動部の高さ方向の位置の現在値または移動量に対応した信号を出力するエンコーダ４２が備えられている。

容器保持台Ｂ３は、容器Ｗを所定の姿勢で保持するものであり、下述の回転機構ＲＢ３に連結されている。具体的には、容器保持台Ｂ３は、ベースプレートＢ３ｂとサイドプレートＢ３ｓを備えている。ベースプレートＢ３ｂは、容器Ｗの底板を載置するものであり、下述の回転角度調節機構ＲＢ３の回転部と連結されている。一方、サイドプレートＢ３ｓは、容器Ｗの各側板Ｗｓ１〜Ｗｓ４に当接しつつ各側板を外側から挟むような位置に配置されて、ベースプレートＢ３ｂに取り付けられている。

回転角度調節機構ＲＢ３は、容器Ｗに対する照明部２および撮像部３の回転角度を変更し、所定の回転角度で保持するものである。ここで言う回転角度とは、ｚ方向を回転中心とする矢印θにて示す方向を意味する。具体的には、回転角度調節機構ＲＢ３は、ＤＤモータを備えて構成されている。このＤＤモータは、本体部が装置フレームＦＲに取り付けられており、回転部には上述の容器保持台Ｂ３が取り付けられている。回転角度調節機構ＲＢ３には、ＤＤモータの回転部の回転角度の現在値または移動量に対応した信号を出力するエンコーダ４３が備えられている。

位置角度調節機構ＲＢは、この様な構成をしているため、連結ハンド部Ｂ１に取り付けられた照明部２および撮像部３と、容器保持台Ｂ３に載置された容器Ｗとを相対移動させ、所定の角度・位置（つまり、所定の姿勢）にて静止させることができる。

姿勢情報取得部４は、位置角度機構ＲＢの各エンコーダ４１〜４３から出力される現在値または移動量に対応した信号を取得・カウントすることで、容器Ｗに対する照明部２および撮像部３の姿勢情報を取得する構成をしている。より具体的には、照明部２および撮像部３の初期位置（原点位置とも言う）と、そのときの容器Ｗとの相対位置を予め設定し把握しておく。その後、照明部２および撮像部３が初期位置からどれだけ移動したかが分かる。そのため、姿勢情報取得部４は、撮像時の検査対象領域Ｒに対する照明部２および撮像部３の姿勢情報を取得することができる。

立体シェーディング補正部５は、検査対象領域Ｒにおける容器Ｗの形状情報と、検査対象領域に対する照明部２および撮像部３の姿勢情報と、複数のワーキングディスタンス毎に撮像部３で撮像した平面画像に対するシェーディング補正情報とに基づいて、撮像部３で撮像された画像に対して立体的なシェーディング補正を行うものである。具体的には、立体シェーディング補正部５は、撮像部３で撮像された画像に対して画像処理を行うものであり、立体形状物の検査装置１に備えられたコンピュータ部ＣＮに組み込まれた、画像処理装置（ハードウェア）とその実行プログラム（ソフトウェア）により構成されている。さらに、立体シェーディング補正部５は、シェーディング補正情報登録部６と接続されている。

シェーディング補正情報登録部６は、予め規定しておいた、検査対象領域における立体形状物の形状情報と、前記検査対象領域に対する前記照明部および前記撮像部の姿勢情報と、当該姿勢における立体的なシェーディング補正情報を登録しておくものである。具体的には、検査対象領域における立体形状物の形状情報として、検査対象領域Ｒにおける容器Ｗの内面の形状情報を登録しておく。より具体的には、シェーディング補正情報登録部６は、立体形状物の検査装置１に備えられたコンピュータ部ＣＮの記憶装置（例えば、フラッシュメモリーやＳＳＤ、ハードディスクなど）にて構成されている。

より具体的には、立体シェーディング補正部５において、下述の様な処理を行うことが例示できる。

検査対象領域Ｒにおける容器Ｗの形状情報は、容器Ｗの形状情報と、検査対象領域Ｒに対する照明部２および撮像部３の姿勢情報とに基づいて取得する。なお、容器Ｗの形状情報は、予め把握しておく。具体的には、容器Ｗの形状情報は、設計上のＣＡＤデータや３次元計測により取得した実測データに基づいて定義されたデータの一類型である、サーフェスモデルが例示できる。この容器Ｗの形状情報に対応するサーフェスモデルを、シェーディング補正情報登録部６に格納しておく。

一方、検査対象領域Ｒに対する照明部２および撮像部３の姿勢情報は、容器Ｗに対する位置角度機構ＲＢの基準位置（原点位置とも言う）は予め設定しておき、照明部２および撮像部３の位置変更に伴う各エンコーダ４１〜４３からの出力を取得・カウントして、現在値情報を取得することで把握する。

なお、容器Ｗの各側板内面Ｗｓ１〜Ｗｓ４を別々に撮像する際、回転角度調節機構ＲＢ３にて容器保持台Ｂ３を９０度ずつ回転させるが、容器保持台Ｂ３の回転中心と、容器Ｗの中心とを一致させることは難しい。そのため、照明部２および撮像部３に対して、撮像対象となる各側板内面Ｗｓ１〜Ｗｓ４の検査対象領域Ｒまでの距離にズレが生じることとなる。この様なズレが生じることを考慮して、照明部２および撮像部３に対する撮像対象となる各側板内面Ｗｓ１〜Ｗｓ４までの距離の違いをそれぞれ補正データ（いわゆる、オフセットデータ）として把握しておき、各側板内面Ｗｓ１〜Ｗｓ４のいずれを撮像しているかを回転角度調節機構ＲＢ３のエンコーダ４３からの出力に基づいて判断し、上記ズレを補正する構成になっている。

この様に、容器Ｗの形状情報を把握し、検査対象領域Ｒに対する照明部２および撮像部３の姿勢情報を把握することで、検査対象領域Ｒにおける容器Ｗの形状情報が取得できる。

一方、複数のワーキングディスタンス毎に撮像部３で撮像した平面画像に対するシェーディング補正情報は、以下に示すような手順で予め把握し、シェーディング補正情報登録部６に格納しておく。

図３は、キャリブレーション作業用における、撮像対象に対する照明部および撮像部の位置関係を示す概略図である。

例えば、検査対象と同等の材質で同等の表面状態の平らな板材を準備し、その表面のＸＹ方向の各箇所にキャリブレーション作業用の標準蛍光体を、撮像カメラ３２の視野内で撮像できるように貼り付けておく。なお標準蛍光体とは、検査対象である付着物Ｓと同様または類似の蛍光発光特性を有する物質を含んで構成されており、同じ表面状態で同じ寸法に個片化された複数の個片で構成したものを差す。

この標準蛍光体が貼り付けられた板材に対して、照明部２および撮像部３のワーキングディスタンスＤを３段階の異なる距離Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３に設定して撮像を行い、それぞれ画像Ｇ１，Ｇ２，Ｇ３を取得する。なお、ここで言うワーキングディスタンスＤとは、観察カメラ３２の作動距離であり、撮像視野の中心（いわゆる、光軸）を基準としたレンズ３３と被写体のフォーカス基準面までの距離を意味する。また、ここで言う距離Ｄ１は近方合焦距離（被写界深度内の最も近方側の合焦面Ｆ１までの距離）である。また、距離Ｄ３は遠方合焦距離（被写界深度内の最も遠方側の合焦面Ｆ２までの距離）である。一方、距離Ｄ２は中央合焦距離（つまり、距離Ｄ１と距離Ｄ２の中央）である。

図４は、ワーキングディスタンスＤを替えて撮像した画像の輝度分布を３次元的に表した分布図であり、画像の視野内位置（Ｃｘ，Ｃｙ）対する輝度分布がそれぞれ示されている。
図４（Ａ）は、距離Ｄ１における画像Ｇ１の輝度分布を３次元的に表した分布図である。
図４（Ｂ）は、距離Ｄ２における画像Ｇ３の輝度分布を３次元的に表した分布図である。
図４（Ｃ）は、距離Ｄ３における画像Ｇ３の輝度分布を３次元的に表した分布図である。

各画像Ｇ１，Ｇ２，Ｇ３において、撮像視野の中央部付近も周辺部も、ワーキングディスタンスＤが近づくにつれて輝度値は高くなり、遠ざかるにつれて輝度値は低くなる。また、撮像視野の中央部付近は最も輝度値が高く、周辺部に広がるにつれて輝度値が低くなる。

図５は、ワーキングディスタンスＤを替えて撮像した画像の輝度分布を２次元的に表した図である。

各距離Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３における各輝度測定点の間（破線で示す輝度を測定していない区間）は、線形補間やスプライン補間などにより、連続式ないし連続データ化の処理を行う。

図６は、本発明を具現化する形態の一例における補正係数を求める計算の概念図である。

各距離Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３での輝度値に基づいて連続式ないし連続データ化の処理を行った後、任意の視線ベクトルに対して、任意のワーキングディスタンスＤでの輝度値を算出するための換算情報（式やＬＵＴ：ルックアップテーブル）を求める処理を行う。この換算情報は、本発明に係る、複数のワーキングディスタンス毎に撮像部で撮像した平面画像に対するシェーディング補正情報として取り扱い、シェーディング補正情報登録部６に格納しておく。

上述の様にして求められた換算情報を用いて、撮像部３で撮像された画像の各画素について補正係数Ｋを算出し、シェーディング補正情報登録部６に格納しておく。

補正係数Ｋは、以下の様にして算出することができる。例えば、距離Ｄ１における画像Ｇ１の中央の画素輝度値Ｋｓを補正係数の基準値として取得する。そして、任意のワーキングディスタンスＤにおける画像の視野内位置（Ｃｘ，Ｃｙ，Ｄ）の輝度値Ｋｐを取得する。そして、これらの比（Ｋｓ／Ｋｐ）を補正係数Ｋとし、各視野内位置（Ｃｘ，Ｃｙ，Ｄ）に対応する補正係数Ｋ（Ｃｘ，Ｃｙ，Ｄ）を算出する。

以下に、各視野内位置（Ｃｘ，Ｃｙ，Ｄ）に対応する補正係数Ｋ（Ｃｘ，Ｃｙ，Ｄ）を用いて、立体的なシェーディング補正を行う具体的な手順を示す。立体シェーディング補正部６では、次の処理（１）〜（３）が行われる。

処理（１） 撮像した画像の各単位画素について、視野内位置（Ｃｘ，Ｃｙ）と、輝度値Ｋｐを取得する。なお、ここで言う単位画素とは、撮像・検査における最小単位として扱う画素ないし画素群を意味し、１画素でも良いし、複数の画素（例えば、２ｘ２画素ないしｍ×ｎ画素：ｍ，ｎは任意の整数）のまとまりであっても良い。

処理（２） 検査対象領域Ｒにおける容器Ｗの形状情報と、検査対象領域Ｒに対する照明部２および撮像部３の姿勢情報から、撮像した画像の各単位画素の視野内位置（Ｃｘ，Ｃｙ）における容器Ｗの内壁表面までのワーキングディスタンスＤを取得する。

この、撮像した画像の各単位画素の視野内位置（Ｃｘ，Ｃｙ）における容器Ｗの内壁表面までのワーキングディスタンスＤを取得する手段としては、いわゆるレイトレーシング法と呼ばれる手法を用いて取得する構成が例示できる。

具体的には、撮像部３で取得した画像の各単位画素に対して、視野内位置（Ｃｘ，Ｃｙ）と輝度値Ｋｐを取得する。そして、撮像した画像の各単位画素の視野内位置（Ｃｘ，Ｃｙ）と、検査対象領域Ｒに対する撮像部３の姿勢情報とに基づいて、基準となる視点Ｖ０と、当該視点Ｖ０からの視線ベクトルＶに変換する。そして、当該視点Ｖ０、視線ベクトルＶ、検査対象領域における容器Ｗの形状情報から、撮像した画像の各単位画素の視野内位置（Ｃｘ，Ｃｙ）に対応する容器Ｗの内壁表面までのワーキングディスタンスＤを算出する。これを、撮像部３で取得した画像の各単位画素に対して、視野内位置（Ｃｘ，Ｃｙ）に対応する容器Ｗの内壁表面までのワーキングディスタンスＤを算出し、取得する。

処理（３） 上記処理（２）で算出し取得した、各単位画素の視野内位置（Ｃｘ，Ｃｙ）に対応する容器Ｗの内壁表面までのワーキングディスタンスＤに基づいて、各視野内位置（Ｃｘ，Ｃｙ，Ｄ）に対応する補正係数Ｋ（Ｃｘ，Ｃｙ，Ｄ）を算出する。

この様にして、立体シェーディング補正部５では、撮像部３で撮像された画像の各単位画素について、輝度値Ｋｐと視野内位置情報（Ｃｘ，Ｃｙ，Ｄ）に対応する補正係数Ｋ（Ｃｘ，Ｃｙ，Ｄ）を乗算し、立体的なシェーディング補正が行われた輝度値Ｋｐ’として算出することで、立体的なシェーディング補正を行われた画像を出力することができるようになる。

付着物検査部７は、立体シェーディング補正部５にて立体的なシェーディング補正を行われた画像に基づいて、検査対象領域が設定された容器Ｗの表面に付着した付着物の検査を行うものである。具体的には、付着物検査部７は、立体シェーディング補正部５で画像処理された画像に対してさらに画像処理を行うものであり、立体形状物の検査装置１に備えられたコンピュータ部ＣＮに組み込まれた、画像処理装置（ハードウェア）とその実行プログラム（ソフトウェア）により構成されている。

より具体的には、付着物検査部７は、ワーキングディスタンスＤを含めた立体的なシェーディング補正後の輝度値Ｋｐ’の情報を用い、画像中に含まれる特徴領域を抽出し、当該特徴領域に検査対象となる付着物Ｓが付着しているとする検査を行う。ここで言う特徴領域とは、例えば、背景画像が黒色ないし灰色に対し、それよりも明るい灰色ないし白色で点在する領域を意味する。或いは、特徴領域は、背景画像が白色ないし灰色に対し、それよりも暗い灰色ないし黒色で点在する領域の場合もある。そして、予め特徴領域と背景画像の輝度差を基準に閾値を設定しておき、補正後の画像に対して、この閾値よりも明るい領域又は暗い領域を抽出することで、特徴領域を抽出する。

本発明に係る立体形状物の検査装置１は、この様な構成をしているため、撮影の度に照明部２および撮像部３に対する距離や姿勢が変化する容器Ｗの内壁表面に付着物Ｓが付着した場合であっても、撮像部２および照明部３の姿勢情報（ワーキングディスタンスや、傾斜角度）に基づいて、撮像した画像に対して立体的なシェーディング補正を行い、検査することができる。具体的には、本発明に係る立体形状物の検査装置１は、付着物Ｓが容器Ｗのどこに付着しているか（付着場所の特定）、容器Ｗに付着している付着物Ｓの個数計数や大きさ計測などの検査を行うことができる。

［別の形態］
さらに、本発明に係る立体形状物の検査装置は、上述の立体形状物の検査装置１に加え、換算情報登録部８、付着物量算出部９を備えた構成としても良い。

換算情報登録部８は、付着物量と輝度情報との相関関係に基づく換算情報を登録するものである。具体的には、換算情報登録部８は、撮像した画像の単位画素あたりの輝度値と、当該単位画素に対応する検査対象部位に付着した付着物Ｓの付着物量との相関関係に基づく換算情報として登録されている。より具体的には、換算情報登録部８は、立体形状物の検査装置１に備えられたコンピュータ部ＣＮの記憶装置にて構成されている。

付着物量算出部９は、付着物検査部７の一部を構成し、立体シェーディング補正部５で立体的なシェーディング補正が行われた輝度情報と、当該立体的なシェーディング補正が行われた輝度情報に相関する換算情報とに基づいて、立体形状物の表面に付着した付着物量を算出するものである。具体的には、付着物量算出部９は、撮像した画像の単位画素それぞれについて、単位画素あたりの輝度値に上述の換算情報を乗算し、当該単位画素に対応する検査対象部位に付着した付着物Ｓの付着物量を算出し、それらの総和を求めることで、容器Wの内面に付着した付着物量を算出する。

この様な構成をしているため、上述の立体形状物の検査装置は、容器Ｗに付着している付着物Ｓの付着物量を算出することができる。

［別の形態］
なお上述では、予め規定しておいた、検査対象領域における立体形状物の形状情報と、前記検査対象領域に対する前記照明部および前記撮像部の姿勢情報と、当該姿勢における立体的なシェーディング補正情報を登録しておく、シェーディング補正情報登録部６を備えた構成を例示した。

しかし、本発明を具現化する上で、シェーディング補正情報登録部６は、この様な構成に限定されず、立体的なシェーディング補正情報のみを登録する構成であっても良い。この場合、検査対象領域における立体形状物の形状情報と、前記検査対象領域に対する前記照明部および前記撮像部の姿勢情報とは、外部から取得する構成とする。例えば、付着物Ｓについて、撮像した画像の視野内位置（Ｃｘ，Ｃｙ）と、その視野内位置（Ｃｘ，Ｃｙ）に対応するワーキングディスタンスＤを取得または算出することができれば、検査対象領域における立体形状物の形状情報を予め登録または外部から取得する必要はなく、その都度取得または算出する構成とし、本発明を具現化することができる。

或いは、撮像した画像の視野内位置（Ｃｘ，Ｃｙ）に対応するワーキングディスタンスＤが直接取得できない場合であっても、いわゆるフォーカス判定、合焦評価などと呼ばれる技術を用い、合焦位置までの距離情報を取得または算出することで、本発明を具現化することができる。具体的には、１つの検査対象領域Ｒに対して、ワーキングディスタンスＤの異なる複数の画像を撮像し、撮像した画像の視野内位置（Ｃｘ，Ｃｙ）それぞれについて、距離情報を取得または算出する構成としても良い。または、ステレオカメラ方式により１つの検査対象領域Ｒに対して、２方向から画像を撮像し、撮像した画像の視野内位置（Ｃｘ，Ｃｙ）それぞれについて、距離情報を取得または算出する構成としても良い。

［容器のセット位置が変化する場合］
なお、容器Ｗを位置角度調節機構ＲＢの容器保持台Ｂ３にセットする度に、セット位置や姿勢のズレが生じることがある。この様なズレが生じることを考慮して、容器Ｗのセット位置や傾き、側板との距離などを測定するセンサ（不図示）を備え、当該センサにより容器Ｗの位置や姿勢を把握する構成とする。そして、姿勢情報取得部４で取得した、撮像時の検査対象領域Ｒに対する照明部２および撮像部３の姿勢情報に対して、上記ズレを補正する。そうすれば、容器Ｗのセット位置や姿勢のズレが生じても、本発明を適用して正しい検査を得ることができる。

［容器の形状情報について］
なお、検査対象となる容器が複数存在し、それぞれの形状に個体差がある場合はそれぞれの容器毎に形状情報を把握しておく。一方、各容器の形状を同一としても検査結果に影響が無いとみなせる場合は、代表的な容器の形状情報を把握しておく。
また、容器の形状情報は、コンピュータ部ＣＮの記憶装置に登録する構成でも良いし、データ通信などにより外部から取得する構成としても良い。

［照明部について］
なお上述では、照明部２の一類型として、紫外線を発するＬＥＤを光源として備えた励起光照明ユニット２０を例示した。また、撮像部３の一類型として、撮像カメラ３２、レンズ３３、蛍光観察フィルタ３４を備えた構成（いわゆる、蛍光画像に基づく検査を行う構成）を例示した。この様な構成であれば、付着物の検査を行う際に、励起光２３が撮像されることで生じるハレーションを防止しつつ撮像を行い、撮像した画像に基づく検査を行うため、付着物の有無や正確な大きさ・個数、付着物量などを正確に把握することができる。

しかし本発明は、蛍光画像に基づく検査に限らず、照明光によるハレーションが起きない状態で撮像ができるような場合であれば、照明部２から白色光を照射し、撮像部３にて白色光を撮像し、取得した画像に基づく検査を行う形態においても適用可能である。例えば、容器Ｗが、光の反射率の低い材質や、光の反射防止の表面加工（微細な凹凸の表面処理や、反射防止コーティングなど）が施されたもので構成されており、付着物からの散乱光の強度がある程度強く、背景に対する付着物の光のコントラストが十分に確保されれば、付着物の有無や大きさ・個数などの検査を行うことができる。

なお、この場合、上述の標準蛍光体（検査対象である付着物Ｓと同様または類似の蛍光発光特性を有する物質を含んで構成されている）に代えて、検査対象である付着物Ｓと同様または類似の散乱・反射特性を有する物質を含む構成の標準体を用いる。

［別の形態］
なお上述では、検査の一類型として、容器Ｗの内面に付着物Ｓした付着物量の計測を行う形態について詳細な説明を行った。

しかし、本発明に係る立体形状物の検査装置は、付着物量の計測に限らず、付着物の有無や個数のカウントなど（いわゆる、異物検査）にも適用できる。また、本発明に係る立体形状物の検査装置は、異物検査のみならず、回路パターン検査、むら検査など、他の検査にも適用できる。この場合、検査対象領域Ｒに向けて励起光を照射し、蛍光発光した光を撮像する構成でも良いし、検査対象領域Ｒに向けて白色光を照射し、散乱・反射した光を撮像する構成であっても良い。なお、この場合、標準蛍光体（或いは、標準体）は、検査対象である付着物Ｓと同様または類似の蛍光発光特性を有する物質（検査対象である付着物Ｓと同様または類似の散乱・反射特性を有する物質）により構成しておく。

［別の形態］
また上述では、照明部２と撮像部３を備えた構成を例示したが、照明部２に代えて、立体形状物に設定された検査対象領域に向けて光エネルギーを照射する光源を備え、撮像部３に代えて、検査対象領域から放射される放射エネルギーを検出する検出部を備えた構成としても良い。

ここで言う光源は、光エネルギーを照射するものであり、検査対象物の表面または内部でエネルギー変換されて異質の放射エネルギー（例えば、熱、音、電磁波など）として放射される場合にも、本発明を適用することができる。

この場合、検出部は、これら検査対象物の表面または内部でエネルギー変換されて放射される異質の放射エネルギーを検出するもの（サーモパイル、マイクロフォン、フォトダイオード、半導体検出器など）を、適宜選択して備えておく。

［標準体／標準蛍光体について］
なお上述では、標準蛍光体（或いは、標準体）として、検査対象である付着物Ｓと同様または類似の散乱・反射特性を有する物質（或いは、検査対象である付着物Ｓと同様または類似の蛍光発光特性を有する物質）を含み、同じ表面状態で同じ寸法の複数の個片で構成されている例を示し、一度に撮像する例を示した。この様な構成であれば、キャリブレーション作業に掛かる時間が短く済ませることができる。

しかし標準体（標準蛍光体を含む。以下、同様）は、この様な構成に限定されず、撮像カメラ３２の視野全面をカバーできるほど大きな面積の板状のものであっても良い。この場合、撮像した画像から、ＸＹ平面についての連続的な輝度値の分布データを取得することができるので、好ましい。
或いは、標準体は、小さな個片１つにて構成しても良い。この場合、標準体を配置する場所を変えて、その都度撮像を行い、各撮像位置における標準体の輝度値を取得しても良い。標準体１つを用いてキャリブレーション作業をすれば、時間はかかるが、複数の標準体を準備する必要がなく、個体差による影響も生じない。

［分割撮像］
上述では、容器Ｗの側面の一部と底面の一部に設定された検査対象領域Ｒを同時に撮像する形態を例示した。この場合、容器Ｗを構成する１つの側面の内側を上・中・下の３区分に分割して撮像を行い、側面の下の区分と同時に底面を撮像し、側面の上の区分と同時に上面を撮像する。また、各分割撮像した画像は、重ね合わせ処理を行う。このとき、オーバーラップする部分（つまり、複数の撮像で重複する部分）については、いずれか１つだけ残るように他方をマスク処理して削除したり、複数の画像を平均化処理などする。そして、各側面、上面、底面毎に整理した画像や、容器Ｗの内面を展開したような画像として取り扱い、それらの面のどこに異物が付着しているか、付着物の総量がどの程度あるかなど、検査結果として出力する。

［立体形状物について］
上述では、立体形状物の一類型として略直方体形の容器Ｗを例示し、立体形状物の検査装置１を用いて容器Ｗの内面（つまり、内側壁面）を検査する形態を例示した。

しかし、本発明に係る立体形状物の検査装置は、容器Ｗの外側壁面を検査する形態にも適用可能である。また、立体形状物として、底面を備えた容器Ｗに限らず、底面を有しない筒状の物体であっても良く、当該筒状の物体の壁面の内側ないし外側を検査する形態にも、本発明が適用可能である。さらに、立体形状物として、周方向に連続していない半円や円弧、略Ｌ字型、波型、階段状の壁面を備えた、立体形状を有する物体であっても良い。

１ 立体形状物の検査装置
２ 照明部（光源の一類型）
３ 撮像部（検出部の一類型）
４ 姿勢情報取得部
５ 立体シェーディング補正部
６ シェーディング補正情報登録部
７ 付着物検査部（検査部の一類型）
８ 換算情報登録部
９ 付着物量算出部
２０ 励起光照射ユニット
２１ ＵＶ照明手段
２２ フィルタ（紫外光通過）
２３ 励起光
２４ 破線（励起光の照射範囲）
３０ 蛍光撮像部
３１ 撮像素子
３２ 撮像カメラ
３３ レンズ
３４ 蛍光観察フィルタ（蛍光成分通過）
３５ 蛍光発光する光
３７ 破線（撮像画角）
３８ 撮像される光
４１ エンコーダ
４２ エンコーダ
４３ エンコーダ
ＣＮ コンピュータ部
ＦＲ 装置フレーム
ＲＢ 可動機構
Ｂ１ 連結ハンド部
Ｂ２ 連結アーム部
Ｂ３ 容器保持台
Ｂ３ｂ ベースプレート
Ｂ３ｓ サイドプレート
ＲＢ１ 角度調節機構
ＲＢ２ 高さ調節機構
ＲＢ３ 回転機構
Ｗ 容器（立体形状物の一類型）
Ｗｓ１〜Ｗｓ４ 容器Ｗの側板内面
Ｗｔ 容器Ｗの天板内面
Ｗｂ 容器Ｗの底板内面
Ｒ 検査対象領域
Ｓ 付着物（検査対象物の一類型）
Ｆ 被写界深度
Ｆ１ 一点鎖線（近方側合焦面）
Ｆ２ 一点鎖線（遠方側合焦面）
Ｃｘ 視野内位置
Ｃｙ 視野内位置
Ｄ ワーキングディスタンス（作動距離）
Ｄ１ 距離（近方合焦距離）
Ｄ２ 距離（中央合焦距離）
Ｄ３ 距離（遠方合焦距離）
Ｋ 補正係数
Ｋｓ 中央の画素輝度値
Ｋｐ 輝度値

Claims (10)

1. 立体形状物を検査する装置であって、
   前記立体形状物に設定された検査対象領域に向けて光エネルギーを照射する光源と、
   前記検査対象領域から放射される放射エネルギーを検出する検出部と、
   前記検査対象領域に対する前記光源および前記検出部の姿勢情報を取得する姿勢情報取得部と、
   前記検査対象領域における前記立体形状物の形状情報と、前記検査対象領域に対する前記光源および前記検出部の姿勢情報と、複数のワーキングディスタンス毎に前記検出部で検出した平面像に対するシェーディング補正情報とに基づいて、前記検出部で検出された放射エネルギーに対応する情報に対して立体的なシェーディング補正を行う立体シェーディング補正部と、
   前記立体的なシェーディング補正を行った情報に基づいて検査を行う検査部を備えた
   ことを特徴とする、立体形状物の検査装置。
2. 立体形状物の表面に付着した付着物を検査する装置であって、
   前記立体形状物の表面に設定された検査対象領域に向けて光エネルギーを照射する光源と、
   前記検査対象領域にある前記付着物から放射される放射エネルギーを検出する検出部と、
   前記検査対象領域に対する前記光源および前記検出部の姿勢情報を取得する姿勢情報取得部と、
   前記検査対象領域における前記立体形状物の形状情報と、前記検査対象領域に対する前記光源および前記検出部の姿勢情報と、複数のワーキングディスタンス毎に前記検出部で検出した平面像に対するシェーディング補正情報とに基づいて、前記検出部で検出された放射エネルギーに対応する情報に対して立体的なシェーディング補正を行う立体シェーディング補正部と、
   前記立体的なシェーディング補正を行った情報に基づいて、前記検査対象領域が設定された前記立体形状物の表面に付着した付着物の検査を行う付着物検査部を備えた
   ことを特徴とする、立体形状物の検査装置。
3. 付着物量と輝度情報との相関関係に基づく換算情報を登録する換算情報登録部を備え、
   前記立体シェーディング補正部で立体的なシェーディング補正された輝度情報と、前記換算情報とに基づいて、付着物量を算出する付着物量算出部を備えた
   ことを特徴とする、請求項２に記載の立体形状物の検査装置。
4. 前記複数のワーキングディスタンス毎に前記検出部で撮像した平面像に対するシェーディング補正情報を登録しておく、シェーディング補正情報登録部を備えた
   ことを特徴とする、請求項１〜３のいずれかに記載の立体形状物の検査装置。
5. 前記複数のワーキングディスタンス毎に前記検出部で撮像した平面像に対するシェーディング補正情報は、予め測定対象となる立体形状物の表面に複数貼り付けられた標準サンプル体の位置情報と、これら複数の標準サンプル体に対して前記光エネルギーを照射することで放射された前記放射エネルギーの検出値を測定して得られた放射エネルギー情報とに基づいて算出された、放射エネルギー補正係数の分布情報である
   ことを特徴とする、請求項１〜４のいずれかに記載の立体形状物の検査装置。
6. 立体形状物を検査する装置であって、
   前記立体形状物に設定された検査対象領域に向けて照明光を照射する照明部と、
   前記立体形状物に設定された検査対象領域から放射される光を撮像する撮像部と、
   前記検査対象領域に対する前記照明部および前記撮像部の姿勢情報を取得する姿勢情報取得部と、
   前記検査対象領域における前記立体形状物の形状情報と、前記検査対象領域に対する前記照明部および前記撮像部の姿勢情報と、複数のワーキングディスタンス毎に前記撮像部で撮像した平面画像に対するシェーディング補正情報とに基づいて、前記撮像部で撮像された画像に対して立体的なシェーディング補正を行う立体シェーディング補正部と、
   前記立体的なシェーディング補正を行った画像に基づいて検査を行う検査部を備えた
   ことを特徴とする、立体形状物の検査装置。
7. 立体形状物の表面に付着した付着物を検査する装置であって、
   前記立体形状物の表面に設定された検査対象領域に向けて照明光を照射する照明部と、
   前記検査対象領域にある前記付着物から放射される光を撮像する撮像部と、
   前記検査対象領域に対する前記照明部および前記撮像部の姿勢情報を取得する姿勢情報取得部と、
   前記検査対象領域における前記立体形状物の形状情報と、前記検査対象領域に対する前記照明部および前記撮像部の姿勢情報と、複数のワーキングディスタンス毎に前記撮像部で撮像した平面画像に対するシェーディング補正情報とに基づいて、前記撮像部で撮像された画像に対して立体的なシェーディング補正を行う立体シェーディング補正部と、
   前記立体的なシェーディング補正を行った画像に基づいて、前記検査対象領域が設定された前記立体形状物の表面に付着した付着物の検査を行う付着物検査部を備えた
   ことを特徴とする、立体形状物の検査装置。
8. 付着物量と輝度情報との相関関係に基づく換算情報を登録する換算情報登録部を備え、
   前記付着物検査部は、
   前記立体シェーディング補正部で立体的なシェーディング補正が行われた輝度情報と、当該立体的なシェーディング補正が行われた輝度情報に相関する前記換算情報とに基づいて、前記立体形状物の表面に付着した付着物量を算出する付着物量算出部を備えた
   ことを特徴とする、請求項７に記載の立体形状物の検査装置。
9. 予め規定しておいた前記検査対象領域に対する前記照明部および前記撮像部の姿勢情報と、当該撮像位置における立体的なシェーディング補正情報を登録しておく、シェーディング補正情報登録部を備えた
   ことを特徴とする、請求項６〜８のいずれかに記載の立体形状物の検査装置。
10. 前記照明部は、前記付着物を蛍光発光させるための励起光を照射するものであり、
    前記撮像部は、前記付着物から蛍光発光した光を撮像するものであり、
    前記複数のワーキングディスタンス毎に前記撮像部で撮像した平面画像に対するシェーディング補正情報は、予め測定対象となる立体形状物の表面に複数貼り付けられた標準蛍光物体の位置情報と、これら複数の標準蛍光物体に対して前記照明光を照射することで放射された光の輝度値を測定して得られた輝度値情報とに基づいて算出された、輝度補正係数の分布情報であり、
    前記標準蛍光物体は、前記付着物の蛍光発光特性と相関関係を有するものである
    ことを特徴とする、請求項６〜９のいずれかに記載の立体形状物の検査装置。