JP6935262B2

JP6935262B2 - 外観検査装置

Info

Publication number: JP6935262B2
Application number: JP2017150777A
Authority: JP
Inventors: 将幸伴; 幸延岡田
Original assignee: Hitachi Channel Solutions Corp
Current assignee: Hitachi Channel Solutions Corp
Priority date: 2017-08-03
Filing date: 2017-08-03
Publication date: 2021-09-15
Anticipated expiration: 2037-08-03
Also published as: JP2019028023A

Description

本発明は、検査面の状態を検査する装置に関し、特に、撮像装置を用いて取得した画像により外観の異常を判別する装置に関する。

検査面の異常を検査する方法には、被検査体の検査面に照明の光を照射し、カメラで撮影した画像から検査面の傷・異物などを検出する方法がある。しかし、金属面など光沢を有する検査面に照明の光を直接照射すると、検査面で反射する強い光がカメラに入り込み、撮像した画像に白いぼやけが写るハレーションが発生し、その結果として傷や異物の見逃しや誤検出を発生させ、検査の精度が低下する。

従来の検査面の検査方法ではハレーションの防止策として、被検査体の検査面に近接する位置に設置した拡散板を通して照明の光を通過させて検査面に光を照射し、リング状の照明の孔と拡散板に設けた小型孔を通して、カメラで被検査体の表面を撮影し、検査する方法が存在する（例えば、特許文献１）。

特開２００７−１０８０４９号公報

上述した特許文献１に記載の方法では、検査範囲が照明および拡散板の孔の形状、大きさに依存する。そのため、特許文献１の主な被検査体物である電子部品よりさらに広範囲の表面を、ハレーションを防止して検査するためには、照明と拡散板を大型化する必要がある。その結果、検査装置の大型化や、操作性の悪化等の課題がある。

本発明は、検査装置の大型化や操作性を悪化させることなくハレーションを防止して検査面を検査することが可能な外観検査装置を提供することを目的とする。

本発明にかかる外観検査装置は、被検査体の検査面に光を照射する第一照明と、前記第一照明による光が照射された前記被検査体の検査面を撮像する撮像装置と、を備え、前記第一照明の前記検査面側の周囲に設けられた前記第一照明による光を拡散するための拡散部材と、前記拡散部材と前記検査面との間に設けられた前記第一照明による光を減光する減光部材と、を備えることを特徴とする外観検査装置として構成される。

本発明によれば、検査装置の大型化や操作性を悪化させることなくハレーションを防止して検査面を検査することができる。

本実施例に係る外観検査装置のブロック図である。筐体の外観検査装置の外観斜視図である。図2の外観検査装置の作業者が装置を操作する側を示す外観斜視図である。外観検査装置へ被検査体がセットされた状態の外観斜視図である。図4において外観検査装置を上面から見たときのA-A断面図である。第二照明のハレーション対策前後の第二照明の配置の概略図である。固定式外観検査装置の外観斜視図である。回転機構を有する外観検査装置の断面図である。検知装置の構造のスイッチＯＮ／ＯＦＦ状態の断面図である。伸縮機構を持つ外観検査装置の外観斜視図である。

以下に本発明の実施の形態を説明する。

図１は、本実施例における外観検査装置１のブロック図を示す図である。図２は、図１に示した外観検査装置１の外観斜視図である。図３は、外観検査装置１の作業者が操作する側の外観斜視図である。図４は、図２に示した外観検査装置１が被検査体である筐体２にセットされた状態の外観斜視図である。図５は、図４に示すＡ−Ａ断面図である。

本実施例において、外観検査装置１は、図１に示すように、第一照明３で光を照射した被検査体１０の検査面１１をカメラ６で撮影した画像のデータを、画像解析ソフトを導入したＰＣ（Personal Computer）２１に送り、ＰＣ２１が画像解析を行った結果を表示部２２に出力するものとする。以下では、画像を撮像するカメラ６を用いた場合について説明しているが、映像を撮像するビデオカメラ等の撮像装置を用いてもよい。

本実施例における構成部品の配置は、図５に示すように、傷や異物の有無を検査する対象である被検査体１０の検査面１１と対向する正面方向から光を照射する第一照明３を設置し、第一照明３の光を検査面１１側の広範囲に照射する拡散板４を第一照明３に取り付け、第一照明３から照射される検査面１１側の正面の光の一部を遮り減光するための減光板５が、拡散板４と被検査体１０の検査面１１との間に設置される。

さらに、検査面１１に対して左右両側方から光を照射する第二照明９ａ、９ｂ（以下、両方を指す場合には単に第二照明９とも呼ぶ。）による光の照射方向が、被検査体１０の検査面１１から離れる仰角方向に傾斜させて設置され、検査面１１を撮影するためのカメラ６ａ、６ｂ（以下、両方を指す場合には単にカメラ６とも呼ぶ。）は、検査面１１からみて第一照明３の背後であって検査面１１と対向する正面方向に設置される。そして、第一照明３、カメラ６、第二照明９を囲うように反射板７が配置され、反射板７を覆うように遮光部材８が設置される。

第一照明３は、被検査体１０に光を照射することにより、カメラ６で撮影するための光量を確保する。しかし、第一照明３の光を被検査体１０に直接照射するとき、照度が高すぎると検査面１１からの強い反射光がカメラ６に入り込むことでハレーションが発生する。この場合、撮影画像に白いぼやけが生じることで検査面１１の傷・異物の見逃しや誤検出につながり、検査面１１の表面状態を正確に撮影できない。したがって、照明の光を、ハレーションを起こさず広範囲の検査面１１に均一に照射させるため、下記で説明する拡散板４を第一照明３に取り付けている。

第一照明３に設置している拡散板４は、第一照明３の光を透過させると、透過した光を周囲に均等に拡散させる効果がある。拡散板４の材料には、第一照明３の光を透過するときに照明の光源部分の輪郭が消える程度に均一に発光することができる材質のものを使用することが望ましい。第一照明３の光源部分の輪郭が拡散板４に残ると、その光模様部分からは他の部分より強く光が照射されているため、被検査体１０の検査面１１に均等に拡散して照射できない場合がある。このため、本実施例においては、透明な部材に比べて拡散板４の内部で光が反射する乳白色の樹脂製シートを半円状の円筒の形状にして、第一照明３として使用するバー型のＬＥＤ（Light Emitting Diode）照明を覆うように設置している。第一照明３を覆う拡散板４の形状は、四角のような角型の形状より、半円状の円筒に近い形状で覆う方が第一照明３の光を拡散し、より広範囲の検査面１１に光を照射できる。

拡散板４と被検査体１０の間に設置される減光板５は、第一照明３に拡散板４を取り付け、光を均等に拡散させるようにした場合でも、第一照明３から近い位置の検査面１１に照射される光は強く、遠い位置ほど光が弱くなる。このため、検査面１１が広範囲のとき、位置によって照射される光にむらが生じることで、光のむらにより一部で光量過多によるハレーションまたは光量不足が発生し、全体の照度を均一にした状態で検査面１１を撮影できなくなる場合がある。減光板５を設置することで、第一照明３から近い位置の被検査体１０の検査面１１に照射される光を遮り、減光板５で透過する光の一部を反射、吸収することで検査面１１で強く照射される位置の光量を減らし、被検査体１０の検査面１１に対する光量や照度を均一な状態に近づける効果がある。減光板５は透過率が低く、第一照明３に近い検査面１１に照射される光を反射、吸収することで透過する光量を減らし、拡散透過することができる材料が望ましい。透過率が低い材質から減光板５が構成されていても、光を透過せず完全に遮光する材質の場合、光が検査面１１に照射されにくい箇所が生じ、検査面１１で光のむらを発生させ、検査精度を低下させる。そのため、拡散板４から照射される光を完全に遮光する材料は適さない。

拡散板４及び減光板５を取り付けた第一照明３で筐体２のような広範囲の検査面１１に光を照射する場合に、ハレーションが起きないように光量を抑えて照射すると、被検査体１０の検査面１１全体の光量が不足し、カメラ６で検査面１１の撮影ができない場合がある。被検査体１０の検査面１１に、第一照明３から照射された光の反射板７からの反射光も照射することで、検査面１１全体を明るくして光量を補う効果がある。反射板７は、反射する光を様々な方向に分散させる拡散反射を起こしやすく、検査面１１に光を分散できずに反射光が一部に集中して照射することで発生するハレーションを防ぐことが可能な光沢の無い材質にするのが望ましく、本実施例では光沢が無い白色の布を使用している。

第一照明３付近の強い光が反射板７で反射し、検査面１１に照射されることにより発生するハレーションを防ぐように、反射板７を設置する必要がある。本実施例においては、第一照明３の検査面１１側である正面側の周囲に設けられた拡散板４を透過して照射される光が第一照明３の背面部分の反射板7（図５では、部分反射板７ａ、７ｂ）に照射され、強い反射光が検査面１１に投影されないようにする必要がある。このため、第一照明３の背面側の周囲に設けられ、反射板７の一部を構成する部分反射板７ａ、７ｂを着脱可能とし、これらの反射板７ａ、７ｂを外した状態にすることでハレーションへの対策をする方法を取っている。

反射板７に汚れが付着すると、汚れに光が吸収され反射率が低下し、検査面１１へ照射される光量が減少する。その結果、カメラ６で検査面１１を撮影できない場合がある。このため、砂埃などの汚れへの対策を行う必要があるが、その対策として布などで汚れを拭き落とす方法や、反射板７が白い布のように洗濯可能な材質であれば洗濯で、反射板７の汚れを落とせばよい。

前記反射板７を覆うように配置している遮光部材８は、太陽光や室内照明などの外光を遮断することで、外光が被検査体１０の検査面１１に照射されることで発生するハレーションまたは光のむらを防ぎ、検査面１１を安定して撮影できるようにする効果がある。遮光部材８は、外観検査装置１の外部からの光を通さない材質のものであれば使用することができ、本実施例においては黒色の布を使用している。

第一照明３と異なる方向から光を照射する第二照明９は、被検査体１０の検査面１１に対して側方から照射するように設置することで、検査面１１の傷や異物に陰影をつけ、カメラ６で取得する画像に傷や異物の影が写りやすくなる効果がある。

しかし、前記第二照明９を図６の（ａ）に示すように、被検査体１０の検査面１１に対して平行に光軸Ａを向けて側方から光を照射すると、通常の照明は光の照射範囲１２が広がるように光を照射するため、第二照明９付近の被検査体１０の検査面１１の方向に光Ｘが強く照射され、ハレーション箇所１３が発生する。その結果、第二照明９付近の被検査体１０の検査面１１の撮影画像に白いぼやけが生じ、光を均一に照射した検査面１１の表面状態を撮影できなくなる。前図６の（ｂ）に示すように、被検査体１０の検査面１１に対して第二照明９から照射される光のうち検査面１１側の光が、検査面１１と平行になるように光軸Ａを向けて第二照明９に傾斜をつけて配置して光を照射する。このような配置とすることで、第二照明９付近の検査面１１に照射される光を弱め、ハレーションの発生を避けることができる。

第二照明９に使用する照明は、直管蛍光灯のような指向性を持たず１８０度以上の広範囲に広がるように光を照射する照明では、第二照明９付近の検査面１１に照射される光量を減らし、ハレーションを起こさないように配置することが難しい。ハレーションを防ぐためには指向性を持つ照明の方が望ましく、本実施例においては、ＬＥＤのバー型照明の照射角度約６０度の照明を使用し、図６の（ｂ）に示すように検査面１１に強い光が照射されない状態になるように２０度〜３０度程度、検査面１１から離す方向に傾斜させるのが望ましい。

前記の第一照明３と第二照明９については、照明の出力の変化によって、照明の光量過多によるハレーションまたは光量不足により、カメラ６の撮影による表面状態の検査において、検出漏れや誤検出を起こし表面状態を正確に撮影できない場合がある。前記のことから、出力の調整が可能な照明を使用することが望ましい。本実施例においてはコントローラを照明に取り付けることで、光量の調整ができるようにしている。

第一照明３と第二照明９の色については、傷や異物または検査面１１と同色の照明で検査面１１への照射を行うと、傷や異物または被検査体１０が周囲の色と同化し、表面状態の異常を撮影できない場合がある。カメラ６は、カラーとモノクロのどちらで撮影してもよいが、検査面１１で検出する必要がある傷や異物などの検査対象物と同色の照明を使用するのを避けるのが望ましい。

カメラ６は、被検査体１０の検査面１１を撮影できるようにするため、カメラ６の撮影範囲に外観検査装置１の実装物が写りこみ、被検査体１０の検査面１１の検査を妨げず、さらに撮影画像が歪まない位置に設置する必要がある。本実施例においては、第一照明３の側方にカメラ６を設置し、被検査体１０の検査面１１に対向する正面方向から撮影している。このとき、複数台のカメラ６を並べて設置し被検査体１０の検査面１１を分割して撮影することで、被検査体１０とカメラ６の距離を近づけても広範囲を検査することができ、外観検査装置１の奥行き方向（図５では、上下方向）のサイズを薄くして小型化させることが可能となる。図５では、検査面１１に平行に並べられた２つのカメラ６が、それぞれ、検査面１１を２つの分割した左領域Ｒａと右領域Ｒｂとを撮像する。

このように、カメラ６は、検査面１１に対して複数設けられ、それぞれのカメラ６ａ、６ｂが、検査面１１を複数の領域に分割した分割領域Ｒａ、Ｒｂのそれぞれを撮像している。また、魚眼レンズのように焦点距離の短いレンズを使用することでも、撮影範囲を大きくし、短い撮影距離にすることで装置の小型化をすることは可能である。ただし、被検査体１０の検査面１１の撮影画像が歪み、検査面１１の傷や異物などの表面状態を見逃す要因になる場合があるため、実際の撮影で検査面１１の画像の歪みが無いレンズの焦点距離と撮影距離を確認してカメラ６の設置位置を決定する必要がある。

前記のカメラ６を複数台並べて固定して検査する方法以外にも、ロボットアームやモータとレール等の可動機構をカメラ６の設置位置に実装し、当該可動機構によって１台のカメラ６を検査面１１と平行に移動させて、上記左領域Ｒａと右領域Ｒｂのように被検査体１０の表面を分割して撮影し、検査させる方法を取ることもできる。例えば、カメラ６に検査面１１と平行に移動させるための可動機構を備え、その移動の前後で検査面１１を複数の領域に分割した分割領域Ｒａ、Ｒｂのそれぞれを撮像してもよい。このような構成とすることで、カメラ６を複数設ける必要がなくなり、より安価に検査面を検査することができる。

設置したカメラ６のレンズに砂埃などの汚れが付着すると、撮影画像に異物が写り検査面１１の撮影を妨げるため、その対策として、レンズをガラスカバーなどで保護を行い、保護に用いるガラスカバーを布で汚れを拭き落とす。前記のような方法でカメラのレンズを保護することで検査時にカメラへの汚れの影響を受けずに検査することができる。

以上の構成にすることで、被検査体１０の検査面１１を均一に照射し、ハレーションを起こさず、高い精度で検査面１１を撮影することができる。

図２に示す外観検査装置１の使用方法として、本実施例の形態では外観検査装置１の外形に有するキャスタ１４を回転させて、図４のように筐体２のような被検査体１０まで移動させ、被検査体１０の検査面１１に突き当てて密着させる。その後、外観検査装置１と被検査体１０の隙間から外光が入らないように遮光部材８で覆って検査する。この場合、筐体２のような被検査体１０の側面４箇所を、１面ずつ外観検査装置１を移動させて検査を行う。カメラ６で撮影した画像を、本実施例の場合は、図３に示すような画像解析ソフトを導入したＰＣ２１を用いて、傷や異物の表面の異常を画像解析ソフトで解析及び判定させ、解析結果を表示部２２に表示する。

外観検査装置１を動かすためのキャスタ１４は、床に段差が生じていても容易に乗り越えられるように、その径は大きいほうがよい。また、外観検査装置１の移動等で転倒する可能性を考慮し、本実施例では重い実装物が低い位置に来るようにすることで重心位置を下げ、転倒しにくくしている。

前記の使用方法で記載した可動式の外観検査装置１を用いた検査方法以外にも、外観検査装置１を固定し、筐体２などの被検査体１０を移動させる方法で検査することもできる。図７に開閉用扉１５を有し、内部が空洞構造の箱型の側面内壁部分の４面に図５に示す構成を有した、固定式の外観検査装置１の外観斜視図を示す。筐体２のような被検査体１０を移動させ、装置内部に設置した後に扉を閉じ、外光を遮断した状態で被検査体１０に照明の光を照射しカメラ６で撮影する。前記方法で検査を行うことで、１回の被検査体１０の移動で４面同時に検査することも可能になり、移動に掛かる時間を減らし検査時間を短縮することができる。

外観検査装置１の使用方法で記載した被検査体１０の検査面１１に突き当てて密着させる際に、図８に示すように、外観検査装置１の筐体の両端に、外観検査装置１の進行方向である水平方向に回転軸を有した回転支点１６を設けることで、床の傾斜が外観検査装置１と被検査体１０の間に発生しても、外観検査装置１を被検査体１０に突き当てた際に、被検査体１０の表面の傾斜に追従して外観検査装置１も傾き、外観検査装置１’のような状態となる。したがって、被検査体１０の検査面１１と外観検査装置１とが常に平行な状態になり、カメラ６と検査面１１との間の撮影距離が変わらずに安定して検査することができる。

前記の設置位置を安定にするために、外観検査装置１の位置を決めるための検知装置を設ける。当該検知装置は、外観検査装置１に被検査体１０の検査面１１を突き当てて検査位置を決めるための位置決め機構を有している。その構造は図９の（ａ）に示すように、外観検査装置１が被検査態１０の検査面１１に突き当たる前の状態では、スイッチ１７は、固定ねじ１８を支点として、突き当てられる検査面１１の側に傾いた位置となっている。

しかし、図９の（ｂ）に示すように、被検査体１０の検査面１１が検知装置に突き当てられると、その時に外観検査装置１の最初に突き当たる位置に設置されたストッパ１９が作用する。そして、検査面１１とストッパ１９とが互いに平行になる位置まで固定ねじ１８を支点として回転し、上記位置よりも被検査体１０が進行方向（図９では右側）に押し込まれることがなくなり、その位置が被検査体１０の設置位置となる。

つまり、ストッパ１９が被検査体１０に突き当たることによって、スイッチ１７を押す向きに固定ねじ１８部分を支点に回転し、板金でスイッチ１７が押される状態になり、被検査体１０と外観検査装置１とが位置決めされて固定された状態にあることを検知することができる。作業者が、上記固定ができたことを確認できるように、本実施例ではスイッチ１７と電気的に接続され、連動して発光するランプＬを外観検査装置１に取り付け、作業者の目視による外観検査装置１の設置確認作業を不要にしている。このため、外観検査装置の設置も含めた検査に掛かる作業時間を短縮させることができる。本実施例では、上記位置決めされた場合にランプＬを発行させることとしたが、スピーカ等から音声を報知したり、表示部２２に位置決めされた旨を出力してもよい。

また、被検査体１０の検査面１１に外観検査装置１を突き当てたときに検査面１１に傷を付かないように、ストッパ１９の箇所に保護材を取り付ける必要がある。本実施例においては保護材としてゴム材をストッパ１９の箇所に取り付けている。

外観検査装置１を被検査体２に突き当てた後に隙間から外光が入らないように、外観検査装置１を遮光部材８で覆う必要がある。その方法として、外観検査装置１に暗幕等の布状の遮光部材８を有するカーテンレールを取り付け、カーテンを掛けるように遮光部材８で覆う方法を取ってもよく、被検査体１０が磁性体であれば、外観検査装置１に暖簾状に取り付けた遮光部材８に磁石を取り付け、遮光部材８で覆う際に被検査体１０にくっつけるように固定する方法を取ってもよい。

図１０に示すように、外観検査装置フレーム２０に幅方向に伸縮可能な機構を設けることで、幅Ｄを変化させることが可能な機構を有した外観検査装置１としてもよい。このような構成にすることで、被検査体１０の大きさに合わせて外観検査装置１の幅を変えることが可能になる。図１０に示す伸縮する機構を高さ方向にも設けることで汎用性を持つ外観検査装置にすることもできる。

前記の可動式の外観検査装置１には照明等を稼動させるために電源が必要で、電源バッテリ２３から電力を供給する方法以外にも、電源ケーブルを用いて外部コンセントから電力を供給する方法を取ることもできる。外部から電力供給をする場合、筐体２のような被検査体１０を検査するために周囲を移動する際に、電源ケーブルが被検査体１０または外観検査装置１に引っかからないようにするため、被検査体１０の上部に電源供給用コンセントを設けて電源ケーブルを上から垂らした状態にする方法を取ってもよい。

このように、本実施例によれば、照明および拡散板に撮影に必要な孔を設ける必要が無くなることで、前記の孔の形状によって検査の範囲と照明及び拡散板の形状と配置が制限されず、外観検査装置の照明と拡散板の小型化と、検査範囲の拡大を両立させることが可能になる。周囲を反射板で覆い、外光が入らないように遮光部材を追加することで、検査範囲の大きさに依らずハレーションを防止し、検査面の傷や異物などの表面状態を撮影することができる。

1. 外観検査装置、2. 筐体、3. 第一照明、4. 拡散板、5. 減光板、6. カメラ、
7. 反射板、8. 遮光部材、9. 第二照明、10. 被検査体、11. 検査面、12. 光の照射範囲、
13. ハレーション箇所、14. キャスタ、15. 開閉用扉、16. 回転支点、17. スイッチ、
18. 固定ねじ、19. ストッパ、20. 外観検査装置フレーム、21. PC、22. 表示部、
23. 電源バッテリ

Claims

被検査体の検査面に光を照射する第一照明と、
前記第一照明による光が照射された前記被検査体の検査面を撮像する撮像装置と、を備え、
前記第一照明の前記検査面側の周囲に設けられた前記第一照明による光を拡散するための拡散部材と、前記拡散部材と前記検査面との間に設けられた前記第一照明による光を減光する減光部材と、
前記被検査体の検査面の側方に設けられ、前記検査面に対して光を照射する第二照明と、を備え、
前記第二照明は、当該第二照明の光軸が前記検査面から離れる方向に傾斜して配置されている、
ことを特徴とする外観検査装置。
請求項１に記載の外観検査装置であって、
前記外観検査装置の筐体には、前記外観検査装置が垂直方向に回転可能な回転支点が設けられている、
ことを特徴とする外観検査装置。
請求項１に記載の外観検査装置であって、
前記外観検査装置に前記被検査体の検査面を突き当てて検査位置を決めるための位置決め機構、
を備えることを特徴とする外観検査装置。
請求項３に記載の外観検査装置であって、
前記検査位置が決められた旨を作業者に知らせる出力部、
を備えることを特徴とする外観検査装置。
請求項１に記載の外観検査装置であって、
前記被検査体の大きさに応じて、前記外観検査装置の幅方向または／および高さ方向に伸縮可能なフレーム、
を備えることを特徴とする外観検査装置。
請求項１に記載の外観検査装置において、
前記撮像装置は、前記検査面と平行に移動させるための可動機構を備え、前記移動の前後で前記検査面を複数の領域に分割した分割領域のそれぞれを撮像する、
ことを特徴とする外観検査装置。
請求項１に記載の外観検査装置において、
前記撮像装置は、前記検査面に対して複数設けられ、それぞれの前記撮像装置が、前記検査面を複数の領域に分割した分割領域のそれぞれを撮像する、
ことを特徴とする外観検査装置。