JP6961394B2 - 画像検査装置、画像検査方法、画像検査装置の設定方法、画像検査プログラム、画像装置の設定検査プログラム及びコンピュータで読み取り可能な記録媒体並びに記録した機器 - Google Patents

Description

本発明は、検査対象物を撮像した画像を用いて検査を行う画像検査装置、画像検査方法、画像検査装置の設定方法、画像検査プログラム、画像装置の設定検査プログラム及びコンピュータで読み取り可能な記録媒体又は記録した機器に関する。

従来より、検査対象物や被写体等のワークの表面に対し、照明部から光を照射して、反射光を撮像部で受光し、受光した光の輝度分布を解析して、ワークに存在する傷等を検出する画像検査装置が知られている。この画像検査装置では、ワークの画像を正しく撮像できるよう、設置時に照明部および撮像部の位置、角度が最適になるように調整する必要がある。また設置後においても、経時変化や意図しない接触等による位置ずれがないかどうか、定期的に位置や角度の確認、調整が必要となる。

撮像部として、二次元状に撮像素子を配置したエリアカメラの他、ワークの移動方向に直交する幅方向に沿って撮像素子が配列されたラインカメラが用いられている。ラインカメラは、例えば帯状のワークを移動させながら、あるいは円柱状のワークを回転させながら、ワークの表面を連続して検査することが可能である。

しかしながら、ラインカメラはワークを線状に走査して撮像するため、撮像部として二次元の視野を有するエリアカメラを用いた場合に比べると、受光軸の角度調整が難しいという問題があった。このようなラインカメラの受光軸の角度を調整する技術としては、特許文献１、特許文献２などが知られている。これらは、角度調整用のパターンをラインカメラにて撮像し、得られた画像上のパターン位置に基づいてカメラの傾きを検出するものである。ここで、角度調整用のパターンを撮像し得られた画像に基づいてカメラの傾きを検出する方法では、まずユーザの検査環境に応じてカメラと照明部を設置し、パターンを撮像させて、カメラ角度を微調整する。そして同様の検査環境を再現したい場合は、ユーザの経験に基づきカメラと照明部を設置し、パターンを撮像し、カメラの角度を調整するという作業を複数回繰り返す必要があるため、現場での作業負担が大きくなるという問題があった。

特開２００１−１７４４１４号公報 特開２００９−２４３９２０号公報

本発明は、このような背景に鑑みてなされたものであり、その目的の一は、画像処理を用いた検査に際してカメラ部や照明部の設置作業を容易に行えるようにした画像検査装置、画像検査方法、画像検査装置の設定方法、画像検査プログラム、画像装置の設定検査プログラム及びコンピュータで読み取り可能な記録媒体又は記録した機器を提供することにある。

課題を解決するための手段及び発明の効果

本発明の第１の形態に係る画像検査装置によれば、検査対象物の外観検査を行うための画像検査装置であって、検査対象物に照明光を照射するための照明部と、前記照明部とは別体に設けられ、前記照明部から検査対象物に照射された照明光が該検査対象物で反射された反射光を集光する集光光学系と、複数の撮像素子がライン状に並べて配列され、前記集光光学系にて集光された反射光を受光するためのラインカメラとを備える撮像部と、前記撮像部内に設けられ、前記集光光学系の光軸と平行な方向をＺ軸、該Ｚ軸と直交し、且つ前記撮像素子の並び方向と平行な方向をＸ軸、前記Ｘ軸およびＺ軸と直交する方向をＹ軸とし、前記撮像部の前記Ｘ軸、Ｙ軸およびＺ軸の水平方向又は重力方向に対する傾きを示す値を出力可能な撮像傾きセンサと、前記撮像傾きセンサから出力された傾きを示す値に基づいて、前記撮像部の前記Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の傾きの内、少なくともいずれか２つの傾きの度合いを示す図又は値を表示部に表示させるための表示制御部と、前記撮像部の設定時の傾きを示す値として、前記撮像傾きセンサから出力される前記Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の傾きの内、少なくともいずれか一の傾き値を登録する傾き値登録部と、前記撮像傾きセンサにより得られた、現在の前記撮像部の傾きを示す値と、前記傾き値登録部により登録された設定時の傾きを示す値とに基づいて、前記撮像部の姿勢が前記記憶された姿勢から乖離しているか否かを判定し、該判定結果に応じて、警告を出力する警告出力部とを備えることができる。上記構成により、撮像部の設置時において現在の傾きを表示部に表示させることが可能となり、ユーザはこの傾きに基づいて撮像部の傾きを調整することが容易となる。
また、第２の形態に係る画像検査装置によれば、上記構成に加えて、前記警告出力部により警告を発する閾値となる許容誤差範囲を、予め警告条件として受け付け、前記警告出力部は、前記撮像傾きセンサから運用時に得られた前記傾きを示す値が、設定時に前記傾き値登録部に登録された値から前記警告条件として受け付けた閾値よりも乖離しているか否かを判定するよう構成できる。

さらに、第３の形態に係る画像検査装置によれば、上記構成に加えて、さらに、前記表示制御部に接続された表示部を備えており、前記表示部において、前記少なくともいずれか２つの傾きの度合いをリアルタイムに更新して表示可能とすることができる。上記構成により、撮像部の設置時において現在の傾きをリアルタイムに表示部に表示させることが可能となり、ユーザはこの傾きに基づいて撮像部の傾きを調整することが容易となる。

さらにまた、第４の形態に係る画像検査装置によれば、上記構成に加えて、前記表示部において、前記撮像部の外観を模した撮像模式図を所定の基準姿勢で表示させると共に、前記少なくともいずれか２つの傾きに応じた角度分だけ傾斜させた傾斜軸を重ねて表示させるよう構成できる。上記構成により、ユーザは撮像部の傾斜を視覚的に把握できる。

さらにまた、第５の形態に係る画像検査装置によれば、上記構成に加えて、前記表示部において、前記撮像模式図に対し、重力方向に沿った鉛直線を重ねて表示させ、前記少なくともいずれか２つの傾きに応じた角度分だけ傾斜させた傾斜軸を重ねて表示させるよう構成できる。

さらにまた、第６の形態に係る画像検査装置によれば、上記いずれかの構成に加えて、前記表示部において、前記撮像模式図を、ＹＺ平面（Ｘ軸）、ＸＺ平面（Ｙ軸）、ＸＹ平面（Ｚ軸）で表示させた平面図にてそれぞれ表示させることができる。

さらにまた、第７の形態に係る画像検査装置によれば、上記いずれかの構成に加えて、前記表示部において、前記撮像模式図を構成する面を、該面が受けている重力の大きさに応じて区別して表示可能とできる。

さらにまた、第８の形態に係る画像検査装置によれば、上記いずれかの構成に加えて、前記表示部において、受けている重力が弱い面を、受けている重力が強い面よりも透過度を高めて表示させ、あるいは非表示とすることができる。

さらにまた、第９の形態に係る画像検査装置によれば、上記いずれかの構成に加えて、前記表示部は、前記傾き値登録部に登録された傾き値と、前記撮像傾きセンサが出力した現在の撮像部の傾き値とを同時に表示可能に構成できる。

さらにまた、第１０の形態に係る画像検査装置によれば、上記いずれかの構成に加えて、前記照明部を、少なくとも一方向に複数の照明素子を配列した照明とできる。

さらにまた、第１１の形態に係る画像検査装置によれば、検査対象物の外観検査を行うための画像検査装置であって、検査対象物に照明光を照射するための照明部と、前記照明部とは別体に設けられ、前記照明部から検査対象物に照射された照明光が該検査対象物で反射された反射光を集光する集光光学系と、複数の撮像素子がライン状に並べて配列され、前記集光光学系にて集光された反射光を受光するためのラインカメラと、を備える撮像部と、前記撮像部内に設けられ、前記集光光学系の光軸と平行な方向をＺ軸、該Ｚ軸と直交し、且つ前記撮像素子の並び方向と平行な方向をＸ軸、前記Ｘ軸およびＺ軸と直交する方向をＹ軸とし、前記撮像部の前記Ｘ軸、Ｙ軸およびＺ軸の水平方向又は重力方向に対する傾きを示す値を出力可能な撮像傾きセンサと、前記撮像傾きセンサから出力された傾きを示す値に基づいて、前記撮像部の前記Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の傾きの内、少なくともいずれか２つの傾きの度合いを示す図又は値を表示部に表示させるための表示制御部と、照明光の光軸と平行な方向をＺ軸、Ｚ軸と直交し、且つ照明素子の配列方向と平行な方向をＸ軸、前記Ｘ軸およびＺ軸と直交する方向をＹ軸とし、前記照明部の、前記Ｘ軸、Ｙ軸およびＺ軸の水平方向または重力方向に対する傾きを示す値を出力可能な照明傾きセンサを備えることができる。

さらにまた、第１２の形態に係る画像検査装置によれば、上記いずれかの構成に加えて、前記表示部が、前記照明部を模した照明模式図を、前記照明部のＸ軸、前記照明部のＹ軸、前記照明部のＺ軸の傾きの度合いを示す模式図を表示するよう構成できる。

さらにまた、第１３の形態に係る画像検査装置によれば、上記いずれかの構成に加えて、前記表示部が、前記照明模式図の内、照明光を発する発光面を他の面と区別して表示するよう構成できる。上記構成によってユーザは照明部の発光面を視覚的に容易に判別できる。

さらにまた、第１４の形態に係る画像検査装置によれば、上記いずれかの構成に加えて、前記表示部が、前記照明模式図に、前記照明部が発する照明光を付加して表示させることができる。上記構成により、一般に照明部はカメラ部等に比べて特徴的な外観部分が少なく、各面を区別し難いところ、照明部が発する照明光を照明模式図に含めて表示させることで、視認性を向上させることができる。

さらにまた、第１５の形態に係る画像検査装置によれば、検査対象物の外観検査を行うための画像検査装置であって、検査対象物に照明光を照射するための照明部と、照明部とは別体に設けられ、照明部から検査対象物に照射された照明光が該検査対象物で反射された反射光を集光する集光光学系と、複数の撮像素子を二次元状に並べて配列され、集光光学系にて集光された反射光を受光するためのエリアカメラと、を備える撮像部と、撮像部内に設けられ、集光光学系の光軸と平行な方向をＺ軸、該Ｚ軸と直交し、且つ撮像素子の並び方向と平行な方向をＸ軸、Ｘ軸およびＺ軸と直交する方向をＹ軸とし、撮像部のＸ軸、Ｙ軸およびＺ軸の水平方向又は重力方向に対する傾きを示す値を出力可能な撮像傾きセンサと、撮像傾きセンサから出力された傾きを示す値に基づいて、撮像部のＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の傾きの内、少なくともいずれか２つの傾きの度合いを示す図又は値を表示部に表示させるための表示制御部と、前記撮像部の設定時の傾きを示す値として、前記撮像傾きセンサから出力される前記Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の傾きの内、少なくともいずれか一の傾き値を登録する傾き値登録部と、前記撮像傾きセンサにより得られた、現在の前記撮像部の傾きを示す値と、前記傾き値登録部により登録された設定時の傾きを示す値とに基づいて、前記撮像部の姿勢が前記記憶された姿勢から乖離しているか否かを判定し、該判定結果に応じて、警告を出力する警告出力部とを備えることができる。上記構成により、撮像部の設置時において現在の傾きを表示部に表示させることが可能となり、ユーザはこの傾きに基づいて撮像部の傾きを調整することが容易となる。

さらにまた、第１６の形態に係る画像検査装置によれば、上記いずれかの構成に加えて、前記撮像傾きセンサが、重力加速度センサを含むことができる。

さらにまた、第１７の形態に係る画像検査装置によれば、上記いずれかの構成に加えて、前記撮像部が、検査対象物の正反射光を受光する位置に配置され、デフレクトメトリの原理を利用して検査対象物の形状画像を生成するよう構成できる。

さらにまた、第１８の形態に係る画像検査方法によれば、検査対象物の外観検査を行うための画像検査方法であって、集光光学系と撮像素子を含む撮像部内に設けられた撮像傾きセンサで、前記集光光学系の光軸と平行な方向をＺ軸、該Ｚ軸と直交し、且つ前記撮像素子の並び方向と平行な方向をＸ軸、前記Ｘ軸およびＺ軸と直交する方向をＹ軸とし、前記撮像部の前記Ｘ軸、Ｙ軸およびＺ軸の水平方向又は重力方向に対する傾きを示す値を出力させる工程と、前記撮像傾きセンサから出力された傾きを示す値に基づいて、前記撮像部の前記Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の傾きの内、少なくともいずれか２つの傾きの度合いを示す図又は値を表示部に表示させる工程と、検査対象物に照明部から照明光を照射し、前記照明部とは別体に設けられた集光光学系で、前記照明部から検査対象物に照射された照明光が該検査対象物で反射された反射光を集光し、複数の撮像素子がライン状に並べて配列されたラインカメラで、前記集光光学系にて集光された反射光を受光する工程と、前記Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の傾きの内、少なくともいずれか一の傾き値を登録値として登録する工程と、前記撮像傾きセンサにより得られた、現在の前記撮像部の傾きを示す値と、前記傾き値登録部により登録された設定時の傾きを示す値とに基づいて、前記撮像部の姿勢が前記記憶された姿勢から乖離しているか否かを判定する工程とを含むことができる。これにより、撮像部の設置時において現在の傾きを表示部に表示させることが可能となり、ユーザはこの傾きに基づいて撮像部の傾きを調整することが容易となる。

さらにまた、第１９の形態に係る画像検査装置の設定方法によれば、検査対象物の外観検査を行うための画像検査装置の設定方法であって、集光光学系と撮像素子を含む撮像部内に設けられた撮像傾きセンサで、前記集光光学系の光軸と平行な方向をＺ軸、該Ｚ軸と直交し、且つ前記撮像素子の並び方向と平行な方向をＸ軸、前記Ｘ軸およびＺ軸と直交する方向をＹ軸とし、前記撮像部の前記Ｘ軸、Ｙ軸およびＺ軸の水平方向又は重力方向に対する傾きを示す値を出力させる工程と、前記撮像傾きセンサから出力された傾きを示す値に基づいて、前記撮像部の前記Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の傾きの内、少なくともいずれか２つの傾きの度合いを示す図又は値を表示部に表示させる工程と、前記Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の傾きの内、少なくともいずれか一の傾き値を登録値として登録する工程と、前記撮像傾きセンサにより得られた、現在の前記撮像部の傾きを示す値と、前記傾き値登録部により登録された設定時の傾きを示す値とに基づいて、前記撮像部の姿勢が前記記憶された姿勢から乖離しているか否かを判定する工程とを含むことができる。これにより、撮像部の設置時において現在の傾きを表示部に表示させることが可能となり、ユーザはこの傾きに基づいて撮像部の傾きを調整することが容易となる。

さらにまた、第２０の形態に係る画像検査プログラムによれば、検査対象物の外観検査を行うための画像検査プログラムであって、集光光学系と撮像素子を含む撮像部内に設けられた撮像傾きセンサで、前記集光光学系の光軸と平行な方向をＺ軸、該Ｚ軸と直交し、且つ前記撮像素子の並び方向と平行な方向をＸ軸、前記Ｘ軸およびＺ軸と直交する方向をＹ軸とし、前記撮像部の前記Ｘ軸、Ｙ軸およびＺ軸の水平方向又は重力方向に対する傾きを示す値を出力させる機能と、前記撮像傾きセンサから出力された傾きを示す値に基づいて、前記撮像部の前記Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の傾きの内、少なくともいずれか２つの傾きの度合いを示す図又は値を表示部に表示させる機能と、検査対象物に照明部から照明光を照射し、前記照明部とは別体に設けられた集光光学系で、前記照明部から検査対象物に照射された照明光が該検査対象物で反射された反射光を集光し、複数の撮像素子がライン状に並べて配列されたラインカメラで、前記集光光学系にて集光された反射光を受光する機能と、前記撮像傾きセンサにより得られた、現在の前記撮像部の傾きを示す値と、前記傾き値登録部により登録された設定時の傾きを示す値とに基づいて、前記撮像部の姿勢が前記記憶された姿勢から乖離しているか否かを判定する機能とをコンピュータに実現させることができる。上記構成により、撮像部の設置時において現在の傾きを表示部に表示させることが可能となり、ユーザはこの傾きに基づいて撮像部の傾きを調整することが容易となる。

さらにまた、第２１の形態に係る画像検査プログラムによれば、上記構成に加えて、さらに前記撮像部による検査対象物の撮像条件を、撮像条件を構成するパラメータ毎に所定の順序で設定するために、前記パラメータの設定画面を順次表示するガイダンス機能をコンピュータに実現させることができる。

さらにまた、第２２の形態に係る画像検査装置の設定検査プログラムによれば、検査対象物の外観検査を行うための画像検査装置の設定検査プログラムであって、集光光学系と撮像素子を含む撮像部内に設けられた撮像傾きセンサで、前記集光光学系の光軸と平行な方向をＺ軸、該Ｚ軸と直交し、且つ前記撮像素子の並び方向と平行な方向をＸ軸、前記Ｘ軸およびＺ軸と直交する方向をＹ軸とし、前記撮像部の前記Ｘ軸、Ｙ軸およびＺ軸の水平方向又は重力方向に対する傾きを示す値を出力させる機能と、前記撮像傾きセンサから出力された傾きを示す値に基づいて、前記撮像部の前記Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の傾きの内、少なくともいずれか２つの傾きの度合いを示す図又は値を表示部に表示させる機能と、前記Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の傾きの内、少なくともいずれか一の傾き値を登録値として登録する機能と、前記撮像傾きセンサにより得られた、現在の前記撮像部の傾きを示す値と、前記傾き値登録部により登録された設定時の傾きを示す値とに基づいて、前記撮像部の姿勢が前記記憶された姿勢から乖離しているか否かを判定する機能とをコンピュータに実現させることができる。上記構成により、撮像部の設置時において現在の傾きを表示部に表示させることが可能となり、ユーザはこの傾きに基づいて撮像部の傾きを調整することが容易となる。

さらにまた、第２３の形態に係るコンピュータで読み取り可能な記録媒体または記憶した機器は、上記ロボットシミュレーションプログラムを格納するものである。記録媒体には、ＣＤ−ＲＯＭ、ＣＤ−Ｒ、ＣＤ−ＲＷやフレキシブルディスク、磁気テープ、ＭＯ、ＤＶＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−ＲＡＭ、ＤＶＤ−Ｒ、ＤＶＤ＋Ｒ、ＤＶＤ−ＲＷ、ＤＶＤ＋ＲＷ、Ｂｌｕ−ｒａｙ（商品名）、ＨＤ ＤＶＤ（ＡＯＤ）等の磁気ディスク、光ディスク、光磁気ディスク、半導体メモリその他のプログラムを格納可能な媒体が含まれる。またプログラムには、上記記録媒体に格納されて配布されるものの他、インターネット等のネットワーク回線を通じてダウンロードによって配布される形態のものも含まれる。さらに記憶した機器には、上記プログラムがソフトウェアやファームウェア等の形態で実行可能な状態に実装された汎用もしくは専用機器を含む。さらにまたプログラムに含まれる各処理や機能は、コンピュータで実行可能なプログラムソフトウエアにより実行してもよいし、各部の処理を所定のゲートアレイ（ＦＰＧＡ、ＡＳＩＣ）等のハードウエア、又はプログラムソフトウエアとハードウェアの一部の要素を実現する部分的ハードウエアモジュールとが混在する形式で実現してもよい。

本発明の実施形態１に係る画像検査システムを示すブロック図である。 図１に示す画像検査装置を示すブロック図である。 変形例に係る画像検査装置を示すブロック図である。 演算処理部の一例を示すブロック図である。 撮像部でワークを撮像する様子を示す斜視図である。 デフレクトメトリの原理に基づいてワークの形状画像を取得する手順を示すフローチャートである。 ８回の撮像で得られた生画像を示すイメージ図である。 図６Ａは生画像の位相、図６Ｂは図６Ａの位相に対して差分を取って変動成分のみが抽出された位相を示すイメージ図である。 図７Ａは深さ輪郭画像の一例、図７Ｂは図７Ａと同じ部位を撮像した鏡面アルベド画像のイメージ図である。 形状画像の一例を示すイメージ図である。 デフレクトメトリの原理に基づいてワークの形状画像を取得する構成を示す模式図である。 縞照明とワーク表面で反射して得られる正反射と拡散反射の様子を示す模式図である。 図１１Ａはワークの元画像、図１１Ｂは正反射成分、図１１Ｃは拡散反射成分、図１１Ｄは形状画像を、それぞれ示すイメージ図である。 図１２Ａは透明のワークを示す写真、図１２Ｂは図１２Ａの形状画像を示すイメージ図である。 図１３Ａは表面に光沢を有する透明のフィルムをＸ方向から撮像した４位相の生画像、図１３ＢはＹ方向から撮像した４位相の生画像を示すイメージ図である。 図１４Ａは図１３Ａ及び図１３Ｂから得られた正反射画像、図１４Ｂは拡散反射画像、図１４Ｃはノーマル画像を示すイメージ図である。 図１５は図１４Ａ及び図１４Ｂから得られた光沢比画像を示すイメージ図である。 図１６Ａは図１３Ａから得られたＸ方向の位相のずれを示す位相Ｘ画像、図１６Ｂは図１３Ｂから得られたＹ方向の位相のずれを示す位相Ｙ画像を示すイメージ図である。 図１７Ａは図１６Ａ及び図１６Ｂから得られた形状画像、図１７Ｂは図１６Ａ及び図１６Ｂから得られた深さ輪郭画像を示すイメージ図である。 ラインスキャンカメラを用いて撮像条件を設定する手順を示すフローチャートである。 画像検査プログラムの光軸調整画面を示すイメージ図である。 画像検査プログラムのトリガ設定画面を示すイメージ図である。 画像検査プログラムの縦横比調整画面を示すイメージ図である。 図２１の縦横比調整画面を下方向にスクロールさせた状態を示すイメージ図である。 Ｘ方向の画素分解能を算出する画素分解能算出画面を示すイメージ図である。 Ｙ方向の画素分解能を算出する画素分解能算出画面を示すイメージ図である。 図２１の縦横比調整画面で縦横比が調整された結果を示すイメージ図である。 図２２の縦横比調整画面で縦横比が調整された結果を示すイメージ図である。 画像検査プログラムのカメラ姿勢表示画面を示すイメージ図である。 画像検査プログラムの照明姿勢表示画面を示すイメージ図である。 面が受けている重力の強さに応じて表示を薄くする様子を示すイメージ図である。 照明光を照明模式図に含めて表示させる例を示すイメージ図である。 カメラ部、照明の姿勢を画面に表示する手順を示すフローチャートである。 カメラ部や照明の傾斜状態を表示させたＧＵＩの例を示す斜視図である。 図３３Ａはカメラ部の背面、図３３Ｂはカメラ部の側面、図３３Ｃはカメラ部の上面を示す平面図である。 図３４Ａは照明の背面、図３４Ｂは照明の側面、図３４Ｃは照明の上面を示す平面図である。 カメラ部や照明部の姿勢が変化した時に警告を発する手順を示すフローチャートである。 姿勢変化警告機能を画像検査装置の立ち上げに組み込んだ場合の手順を示すフローチャートである。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。ただし、以下に示す実施形態は、本発明の技術思想を具体化するための例示であって、本発明は以下のものに特定されない。また、本明細書は特許請求の範囲に示される部材を、実施形態の部材に特定するものでは決してない。特に実施形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は特に特定的な記載がない限りは、本発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。なお、各図面が示す部材の大きさや位置関係等は、説明を明確にするため誇張していることがある。さらに以下の説明において、同一の名称、符号については同一若しくは同質の部材を示しており、詳細説明を適宜省略する。さらに、本発明を構成する各要素は、複数の要素を同一の部材で構成して一の部材で複数の要素を兼用する態様としてもよいし、逆に一の部材の機能を複数の部材で分担して実現することもできる。
（画像検査システム１０００）

本発明の一実施形態に係る画像検査システムを図１に示す。この図に示す画像検査システム１０００は、撮像部１０と、照明部２０と、画像検査装置１００と、操作部４０と、表示部５０と、外部制御機器６０を備える。この画像検査システム１０００は、外観検査を行う対象物である検査対象物や被写体（ワークＷＫ）の外観形状を示す画像を撮像部１０及び照明部２０で取得して、画像検査装置１００で外部検査を実行し、その結果を外部制御機器６０（例えばＰＬＣ）に出力し、必要に応じて表示部５０に表示させる。

ワークＷＫは、ワーク搬送機構ＷＣ上を搬送されており、この移動されるワークＷＫに対して撮像部１０と照明部２０で撮像を行い、表面形状に関する情報を取得する。ワーク搬送機構ＷＣは、プログラマブルロジックコントローラ（ＰＬＣ）などの制御装置によって制御されるコンベアなどのラインである。なお、撮像部や照明部と、ワークとは相対的に移動しておれば足り、例えばワーク側を固定し、撮像部側を移動させてもよい。あるいは、両者を移動させることもできる。

また、画像の生成は、撮像部側で行ってもよいし、あるいは画像検査装置側で行ってもよい。さらに照明部と撮像部は、別部材としてそれぞれ設置する。このため、設置の際の位置や角度、姿勢などの物理的な位置決めや、ゲイン、シャッタースピード、光量などの調整作業が必要となる。

画像検査装置１００は画像を取得し、必要に応じて画像検査を行い、検査結果を出力する。なお画像検査とは、ワークの画像処理結果を用いて実行される製品検査であり、ワーク表面の傷の有無やワークが製品として良品であるかどうかを判定する良品検査、外観形状の適否といった形状判定、ワークの表面に表示された文字列の読み取り（ＯＣＲ）等が挙げられる。画像検査装置は、ワークに対して必要な照明を照射して画像を撮像し、得られた画像データに対してエッジ検出等の画像処理を行い、その結果に基づいて良否判定等の画像検査を行う。
（操作部４０）

操作部４０は、画像検査装置１００に対して各種の操作や設定を行うための部材であり、キーボードやコンソール、あるいはマウスなどのポインティングデバイス等が利用できる。
（表示部５０）

表示部５０は、得られた画像や、この画像に対する外観検査の結果、あるいは各種の設定を行うための設定画面、この設定画面に対して操作部４０から入力される設定値等を表示させるための部材である。このような表示部５０は、ＬＣＤやＣＲＴ、有機ＥＬ等のディスプレイである。また、表示部５０をタッチパネルとすることで、操作部と表示部を兼用することもできる。
（画像検査装置１００）

画像検査システム１０００の機能ブロック図の一例を図２Ａに示す。この図に示す画像検査システム１０００は、撮像部１０と、照明部２０と、画像検査装置１００とを備える。画像検査装置１００には、操作部４０や表示部５０、外部制御機器６０が接続される。

画像検査装置１００は、撮像部１０で撮像された画像に対して、所定の画像処理を行い、さらに画像検査を行った結果を出力するための部材である。この画像検査装置１００は、専用のハードウェアで構成する他、汎用の機器にソフトウェアをインストールしたもの、例えば汎用もしくは専用のコンピュータに画像検査プログラムをインストールした構成としてもよい。以下の例では、グラフィックボードなどのハードウェアを画像検査処理に特化させた専用のコンピュータに、画像検査プログラムをインストールした構成を例にして説明する。

撮像部１０や照明部２０は、生成する画像の方式によって選択される。例えば、傷検査やＯＣＲなど所望の検査に用いる光学画像の場合は、撮像部として二次元状に撮像素子を配置したエリアカメラを用いる。また照明部２０には、撮像するワークＷＫに照明光を照射させる光源が配置される。あるいは、フォトメトリックステレオ法や、三角測距での高さ画像生成に必要な縞投影画像などの撮影を行う場合は、対向する２方向あるいは３方向以上から照明光を照射するように、複数の照明が配置される。あるいはまた、位相変位測定法（Phase Measuring Deflectometry：ＰＭＤ、以下「デフレクトメトリ」と呼ぶ。）の原理に基づいてワークの形状画像を生成する場合は、撮像部は、ワークの正反射光を受光する位置に配置されたラインカメラを用いる。

これら撮像部１０と照明部２０の動作は、画像検査装置１００によって制御される。画像検査装置１００は、照明部２０による照明光を投光するタイミングと、撮像部１０による撮像のタイミングを同期させる。以下、本明細書においては、デフレクトメトリで形状画像を生成する例について説明する（詳細は後述）。

撮像部１０は、図３に示すように、ラインカメラ１１と、集光光学系１２を備える。また撮像部１０は撮像傾きセンサ１３を備えている。撮像傾きセンサ１３は、撮像部１０の傾き角度を検出するためのセンサであり、重力加速度センサが好適に利用できる。このような撮像傾きセンサ１３は、撮像部に内蔵させることが好ましいが、一体的に限られず、別部材や外付けとしてもよい。

集光光学系１２は、照明部２０からワークＷＫに照射された照明光が、このワークＷＫで反射される反射光を集光するための光学系であり、典型的には一以上の光学レンズである。

ラインカメラ１１は、複数の撮像素子がライン状に並べて配列されたものである。ラインカメラ１１は、集光光学系１２にて集光された反射光を受光するための部材である。例えばライン状に配置されたＣＣＤやＣ−ＭＯＳ等の撮像素子が利用できる。

また、照明部２０は、ワークＷＫに照明光を照射するための部材であり、光源を備える。光源として、発光ダイオード（ＬＥＤ）や液晶（ＬＣＤ）、有機ＥＬ、ハロゲンランプ等が利用できる。特にＬＥＤ素子を複数並べた照明部は、光量が多く指向性も高いので好ましい。

ここで、図３に示すように、集光光学系１２の光軸に対し、光軸と平行な方向をＺ軸、このＺ軸と直交し、且つ撮像素子の並び方向と平行な方向をＸ軸、Ｘ軸およびＺ軸と直交する方向をＹ軸とする。図３においては、ワークがＸ方向に搬送されている。
（撮像傾きセンサ１３）

撮像傾きセンサ１３は、撮像部１０のＸ軸、Ｙ軸およびＺ軸の水平方向又は重力方向に対する傾きを示す値を出力する。

画像検査装置１００は、撮像部１０と通信を行い、撮像傾きセンサ１３から重力加速度を示す値を取得し、表示部５０に表示させる。この画像検査装置１００は、演算処理部３１と、記憶部３２と、表示制御部３３と、警告出力部３５を備える。
（演算処理部３１）

演算処理部３１は、画像検査等の各種処理を行うための部材である。また演算処理部３１は、撮像傾きセンサ１３が出力する値を、表示部５０に表示させる際にユーザに理解し易い数値に変換する。さらに演算処理部３１は、光軸調整時に、静止状態の光軸調整用のワークをラインカメラで繰り返し撮像し、ライン方向に周期性を有する光軸調整用画像を生成する光軸調整用画像生成部としても機能する。

記憶部３２は、各種の画像データや設定データを保存するための部材である。この記憶部３２は、ある時点の撮像部の姿勢を記憶するため、撮像傾きセンサ１３が出力する値を保持する。また記憶部３２は、撮像部１０の傾斜状態を表す撮像模式図１４３（後述する図２７等）の傾きを示す値を登録する傾き値登録部３２ａとして機能する。このような記憶部３２には半導体メモリ等の不揮発性メモリやハードディスクが利用できる。あるいは記録媒体としてもよい。例えば媒体読取部として、可搬メディアを読み取り、または書き込むための部材として、ＵＳＢメモリ（商品名）やＳＤカード（商品名）等の規格化された記録媒体、半導体メモリ等を接続して、データの読み書きを可能とすることもできる。また、無線接続やネットワーク接続により、外部の記録機器との間でデータの受け渡しを行うよう構成してもよい。

表示制御部３３は、表示部５０の表示内容を制御するための部材である。例えば表示制御部３３は、撮像部の姿勢に応じて撮像模式図１４３（後述する図２７等）を傾斜、回転させて表示するように表示部５０の表示内容を制御する。具体的には、表示制御部３３は、撮像傾きセンサ１３から出力された傾きを示す値に基づいて、撮像部１０のＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の傾きの内、少なくともいずれか２つの傾きの度合いを示す図又は傾きを示す値を表示部５０に表示させる。また記憶部３２に記憶した過去の傾きを示す値と共に、現在の傾きを示す値を表示させることもできる。
（警告出力部３５）

警告出力部３５は、記憶部３２に記憶した過去の傾きを示す値に対して、現在の傾きを示す値が許容誤差の範囲内にあるかどうかを比較演算し、許容誤差を超えていれば警告を出力する。警告の出力は、外部制御機器６０に対して警告信号を送出したり、表示部５０上に警告メッセージを表示させる等の態様が挙げられる。これを受けて、所定の動作、例えば警告のブザーを鳴らしたり警告メッセージを表示させたり、システムのメンテナンスを促すべく、メンテナンスコールを発する等の動作が実行される。これにより、経時変化や衝撃、振動等によって撮像部の姿勢が変化して、正しい画像検査が行われない可能性があることを警告して、ユーザに告知したり必要な処理を自動的に行う等の対応が可能となる。

例えば、画像検査装置の設定時に、撮像傾きセンサから出力されるＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の傾き値の内、少なくともいずれか一の傾き値を、登録値として傾き値登録部３２ａに登録しておく。そして画像検査装置の実運用時には、撮像傾きセンサから出力された傾き値が、傾き値登録部３２ａにより過去に登録された登録値から、許容誤差として予め定められた閾値よりも乖離していないかどうかを警告出力部３５で判定する。判定の結果、閾値を逸脱している場合は、警告出力部３５が警告を出力する。

警告出力部３５が閾値と比較するタイミングは、所定の間隔、例えば１０ｍｓといった間隔で常時比較したり、あるいは画像検査装置１００の起動時やシャットダウン時、メンテナンス時といったイベント毎に比較を行う等とできる。

これら画像検査装置１００を構成する部材、例えば演算処理部３１や表示制御部３３、警告出力部３５は、ＡＳＩＣ等で構成できる。
（表示部５０）

画像検査装置１００には、表示部５０を含めることができる。表示部５０は、表示制御部３３に接続されて、各種の設定や撮像されたワークＷＫやその方向などを表示させる。また表示部５０において、少なくともいずれか２つの傾きの度合いをリアルタイムに更新して表示可能としている。これにより、撮像部１０の設置時において現在の傾きをリアルタイムに表示部５０に表示させることが可能となる。この結果、ユーザはこの傾きに基づいて撮像部１０の傾きを調整することが容易となる。

また表示部５０は、撮像傾きセンサ１３から出力された傾きを示す値に基づいて、撮像部１０のＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の傾きの内、少なくともいずれか２つの傾きの度合いを示す図又は値を表示させることができる。これにより、撮像部１０の設置時において現在の傾きを表示部５０に表示させることが可能となり、ユーザはこの傾きに基づいて撮像部１０の傾きを調整することが容易となる。
（撮像模式図１４３）

さらに表示部５０において、後述する図２７等で示すように、撮像部１０の外観を模した撮像模式図１４３を所定の基準姿勢で表示させると共に、少なくともいずれか２つの傾きに応じた角度分だけ傾斜させた傾斜軸を重ねて表示させることもできる。これにより、ユーザは撮像部１０の傾斜を視覚的に把握できる。また表示部５０において、撮像模式図１４３に対し、重力方向に沿った鉛直線を重ねて表示させ、少なくともいずれか２つの傾きに応じた角度分だけ傾斜させた傾斜軸を重ねて表示させてもよい。さらに表示部５０において、撮像模式図１４３を、ＹＺ平面（Ｘ軸）、ＸＺ平面（Ｙ軸）、ＸＹ平面（Ｚ軸）で表示させた平面図にてそれぞれ表示させることもできる。あるいは撮像模式図１４３を、平面的な表示態様に限らず、斜視図など、立体的に表示させることもできる。
（不安定な面の識別表示機能）

また撮像模式図１４３を構成する面の内、不安定な面を他の部位と区別して表示させることもできる。不安定な面とは、重力加速度センサを二軸としたことで傾きの出力が不安定となる面（二軸では検出できない方向の角度）を指す。このような他の面と区別するための識別表示の態様として、例えば不安定な面を、他の部位よりも透過度を高めて表示させたり、非表示とすることができる。さらに表示部５０は、傾き値登録部３２ａに登録された傾き値と、撮像傾きセンサ１３が出力した現在の撮像部１０の傾き値とを同時に表示させることもできる。このように、ある面が不安定であることを、他の面と区別できるような識別表示をすることで、ユーザは意識すべき面とそうでない面とを適切に把握できるようになる。これらの詳細については後述する。

また、上述した警告出力部３５は、警告出力の対象を、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の３軸すべてとする構成に限らず、任意の軸に対してのみ警告を発するように構成してもよい。例えば警告出力部３５が警告出力の対象とする軸を、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の中から選択可能とする。これにより、重力作用の弱い軸は出力が不安定となるところ、この軸を警告出力の対象外として無用な警告を回避できる。

さらに警告出力部３５は、選択された警告出力の対象とする軸の傾き値に対して、閾値を個別に設定可能に構成することもできる。これにより、例えば出力が不安定な重力作用の弱い軸を警告出力対象外とすることができる。これにより、例えば不安定な軸に対しては閾値を緩めに設定するなど、柔軟な設定が可能となる。
（照明部２０）

図３に示すように、照明光の光軸（照明光軸）と平行な方向をＺ軸とし、このＺ軸と直交し、且つ照明素子の配列方向と平行な方向をＸ軸とし、Ｘ軸およびＺ軸と直交する方向をＹ軸とする。なお照明素子の配列方向は、一方向のみに限らず、Ｘ軸方向とＹ軸方向に並んでいてもよい。例えば、ＬＣＤパネルや有機ＥＬパネル等を照明として用いてもよい。

また画像検査装置１００は、撮像部１０側のみならず、照明部２０側にも、傾きセンサを設けることもできる。このような例を変形例に係る画像検査装置１００’として、図２Ｂの機能ブロック図に示す。照明部２０側の照明傾きセンサ２３は、照明部２０のＸ軸、Ｙ軸およびＺ軸の水平方向または重力方向に対する傾きを示す値を出力可能としている。

また後述する図２８等で示すように、表示部５０にＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の傾きの度合いを示す照明部２０を模した照明模式図１５３として表示することもできる。これによってユーザは表示部５０上から照明部２０の発光面を視覚的に判別できる。また、上述した撮像模式図１４３と同様に、照明模式図１５３を構成する面の内、照明光を発する発光面を他の面と区別して表示させることもできる。

図２Ｂに示す画像検査装置１００’において、図２Ａに示す画像検査装置１００と同じ部材については同じ符号を付して、詳細説明を省略する。この照明部２０は、照明傾きセンサ２３ｂを備える。また記憶部３２は、撮像部の傾き値登録部３２ａに加えて、照明部の照明傾き値を登録する照明登録部３２ｂとして機能する。さらに警告出力部３５は、撮像部の警告機能に加えて、画像検査装置１００の運用時に、照明傾きセンサ２３ｂから出力された傾き値が、照明登録部により最後に登録された登録値から予め定められた閾値よりも乖離した場合に警告を出力する照明警告出力部３５ｂとしても機能する。

この画像検査装置１００’は、撮像部１０及び照明部２０と通信を行い、撮像傾きセンサ１３及び照明傾きセンサ２３から重力加速度を示す値をそれぞれ取得し、表示部５０に表示させる。また演算処理部３１は、撮像傾きセンサ１３及び照明傾きセンサ２３が出力する値を、表示部５０に表示させる際にユーザに理解し易い数値に変換する。また表示制御部３３は、撮像部１０に加え、照明部２０の姿勢に応じて撮像模式図１４３を傾斜、回転させて表示するように表示部５０の表示内容を制御する。記憶部３２は、撮像模式図１４３の傾きを示す値を傾き値登録部３２ａに登録すると共に、照明部２０の傾斜状態を表す照明部模式図の傾きを照明登録部３２ｂに登録する。照明警告出力部３５ｂは、登録された撮像部と照明部の傾き値を、個別に設定された閾値とそれぞれ比較して、範囲外と判定されると警告出力を発する。また照明警告出力部３５ｂは、撮像部の場合と同様に、照明警告出力の対象を、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の中から選択可能としてもよい。

演算処理部３１の機能ブロック図の一例を、図２Ｃに示す。この図に示す演算処理部３１は、光軸調整用画像生成部３１Ａと、画素分解能算出用画像生成部３１Ｂと、計測位置指定部３１Ｃと、計測部３１Ｄと、寸法入力部３１Ｅと、画素分解能算出パラメータ設定部３１Ｆと、間隔調整部３１Ｇと、検査用画像生成部３１Ｈとを備える。

光軸調整用画像生成部３１Ａは、検査設定時に、静止状態の光軸調整用の検査対象物をラインカメラで繰り返し画像を撮像することで、ライン方向に周期性を有する光軸調整用画像を生成するための部材である。

画素分解能算出用画像生成部３１Ｂは、光軸調整用画像生成部３１Ａにより生成され表示部に表示された光軸調整用画像に基づいて、ラインカメラの光軸調整がなされた後に、既知の寸法を有する画素分解能算出用パターンを一方向に移動させながらラインカメラで繰り返し画像を撮像することで、画素分解能算出用画像を生成するための部材である。

計測位置指定部３１Ｃは、表示部に表示された画素分解能算出用画像上で、寸法計測箇所の指定を受け付けるための部材である。

計測部３１Ｄは、計測位置指定部３１Ｃにより指定された計測箇所の寸法を計測するための部材である。

寸法入力部３１Ｅは、計測箇所の実寸法の入力をユーザから受け付けるための部材である。

画素分解能算出パラメータ設定部３１Ｆは、計測部３１Ｄにより計測された寸法と、寸法入力部３１Ｅにより入力された実寸法との比率を画素分解能算出パラメータとして設定するための部材である。

間隔調整部３１Ｇは、画素分解能算出パラメータ設定部３１Ｆにより設定された画素分解能算出パラメータに従って、ラインカメラの撮像間隔を調整するための部材である。

検査用画像生成部３１Ｈは、間隔調整部３１Ｇにより調整された撮像間隔で撮像を繰り返し、検査用の画像を生成するための部材である（詳細は後述）。
（デフレクトメトリ）

撮像部１０がワークＷＫの形状を取得する手法は、種々の方法が利用できる。例えばデフレクトメトリ、位相シフト法、ステレオ法、レンズ焦点法、光切断法、光レーダ法、干渉法、ＴＯＦ方式等が挙げられる。以下、本実施の形態ではデフレクトメトリの原理を利用してワークの形状画像を生成する構成の一例として、デフレクトメトリの原理に基づいて算出した位相マップからワークの形状画像を取得する構成について、図３等に基づいて説明する。

デフレクトメトリにおいては、ワークＷＫの正反射光を受光する位置に撮像部１０が配置される。この例では、撮像部１０としてラインカメラ１１を用いて、１回の撮像で１ラインのみ撮像する。図３に示すように、ワークＷＫ側（あるいは撮像部側）を移動させることで、相対的に撮像部１０でワークＷＫを撮像するラインを変化させ（Ｙ方向）、複数のラインを撮像することで、二次元の画像を構成する。図３の例では、撮像部１０を固定してワークＷＫ側を可動式のワーク搬送機構ＷＣに載せて移動させている。

デフレクトメトリ処理では、画素ごとで処理できるため、フレームメモリやラインメモリを不要とでき、構成の簡素化やコスト削減の面で有利となる。その一方で、ラインカメラで撮像された画像は線状となるため、どのような画像が得られているのか、ラインカメラと照明部の設置が正しいのかを確認することが困難である。一般に、ワークの形状を測定する測定系においては、カメラ部や照明部の設置に際して位置合わせ作業が必要であるところ、特にデフレクトメトリ処理においては、普通に撮像しただけでは通常の二次元画像が得られないことから、ラインカメラや照明部の設置を補助する機能を提供することは、極めて有益となる。

ここで、撮像の手順を図４のフローチャートに基づいて説明する。まずステップＳ４０１で、撮像を行う。ここでは、照明部からの照明光の照明パターンを計８回投光して、処理後画像の１ライン分を取得している。いいかえると、１ライン分を生成するために、８回（８ライン）を撮像している。図５に、中間画像として８回の撮像で得られた生画像の例を示す。この図において、縦方向がワークの流れ方向（Ｙ方向）となる。よって１画素は縦方向に並ぶ状態となる。ここでは、１画素毎にＸ方向に照明パターンを４回変化させて撮像し、さらにＹ方向に照明パターンを４回変化させて撮像する。なお、ワークがステージ上を移動している状態で１ラインに相当する部位を８回撮像しているため、厳密には１／８ライン分だけずれながら、各ラインを撮像していることになる。

次にステップＳ４０２で、デフレクトメトリ処理を行う。デフレクトメトリ処理によって、生画像を拡散成分（拡散アルベド画像）、正反射成分（鏡面アルベド画像）、位相（Ｘ方向、Ｙ方向で２つ）に分離する。なお、ここでは各成分を８ビットで処理している。

そして、ステップＳ４０３−１、ステップＳ４０３−２において、拡散成分と正反射成分に対して、それぞれコントラスト補正を行う。各コントラスト補正は、線形補正としている。例えば、ＲＯＩの平均が、中央値になるように補正する。８ビット（２⁸＝２５６階調）の場合は、１２８レベルを中央値とする。これによって、補正後の拡散成分、補正後の反射成分が得られる。

一方、位相成分については、ステップＳ４０３−３において参照位相との差分を取る。ここでは、参照平面の位相に対して差分を取得する。例えばユーザが、参照平面として球面状、円筒状、平面状等を指定し、これらとの差分を取得する。あるいは、自由曲面で抽出させてもよい。例えば図６Ａに示すような生画像の位相に対して、差分を取ると、図６Ｂに示すように変動成分のみが抽出された位相が現れる。このようにして、補正後の位相（差分；Ｘ方向、Ｙ方向で２つ）が得られる。

さらに、ステップＳ４０４−１、ステップＳ４０４−２、ステップＳ４０４−３において、補正後の拡散成分、正反射成分、位相（差分）に対して、それぞれ階層化を行う。階層化は、各画像に対してそれぞれ１／２縮小を繰り返す。これにより、階層化拡散アルベド画像、階層化鏡面アルベド画像、階層化位相画像（Ｘ方向、Ｙ方向で２つ）が得られる。ここで位相については、例えば１６ビットの精度とする。
（深さ輪郭画像）

また位相（差分）に対しては、そのまま階層化するのみならず、ステップＳ４０４−４において、深さ輪郭画像を得る。ここで深さ輪郭画像とは、位相差分が強い部分を強調した中間画像である。曲率とは異なる概念である。形状画像よりも相当高速であり、線キズが極めて見易く、輪郭の抽出がし易い等の利点がある。その反面、特定の形状、例えば薄く広い打痕は抽出され難い、凹凸の区別が難しい、平坦面でないと使い難いなどの特長がある。深さ輪郭画像の一例を、図７Ａに示す。参考のため、同じ部位を撮像した鏡面アルベド画像を図７Ｂに示す。

さらにステップＳ４０５−２において、深さ輪郭画像に対しても、階層化を行い、階層化深さ輪郭画像を得る。
（形状積み上げ）

一方でステップＳ４０５−１において、階層化位相画像に対して、形状積み上げを行って、形状画像を生成する。このようにして得られた形状画像の一例を、図８に示す。形状画像は、基本的にフォトメトリックステレオ法と類似の手法であり、位相のラッピング等の処理は異なる。また重み情報として、図７Ｂで示したような鏡面アルベド画像を用いることもできる。形状積み上げの手法は、大域的な欠陥（例えば薄く広い打痕など）には効果的である。また、凹凸の区別も容易である。反面、平面が丸く歪んでしまう点、細い線キズが現れにくい点、エッジの場合は高さが不正確になったりリンギングが発生するなどの点で不利となる。

そしてステップＳ４０６において、簡易欠陥抽出を行い、欠陥画像を取得する。簡易欠陥抽出は、形状画像から簡単に欠陥を抽出する機能である。なお、簡易欠陥抽出を用いることは必須でなく、正反射成分画像や拡散成分画像を入力画像とすることもできる。
（デフレクトメトリ処理の詳細）

次に、上述した図４のステップＳ４０２において行われるデフレクトメトリ処理の詳細について、説明する。ここでは、図９に示す撮像部１０及び照明部２０を用いて、照明部２０から縞照明を投射し、そのゆがみを撮影したものとする。また、縞照明とワーク表面で反射して得られる正反射と拡散反射の様子を図１０に示す。

この図に示すように、縞照明部は位相をずらしながらワークの表面に縞の投影パターンを写し込む。この状態で、縞の映り込みの強度を算出する。これによって正反射性の成分が得られる。正反射成分は、縞の位相の強度とズレを有する。また角度／周期比から、階調で除算することで角度分解能が得られる。

一方で、縞の位相のズレを算出することで、表面勾配が得られる。さらに、拡散反射の強度も取得する。
（映り込み画像）

映り込み画像すなわち原画像は、次式で与えられる。ここでは、縞の映り込みと拡散成分（環境成分を含む）が混じった画像を４パターン撮像する。

（正反射成分）

正反射成分は、次式で与えられる。逆相同士の差分により、拡散成分を排除する。

（正反射角度）

正反射角度（位相）は、次式で与えられる。π／２ずれの正反射成分により、ｔａｎθ＝ｓｉｎθ／ｃｏｓθとして角度を算出する。

（平均画像）

平均画像は、次式で与えられる。この平均画像は拡散成分と環境成分を含む。逆相同士の加算により、正反射成分を排除する。

（拡散反射画像）

拡散反射画像は、次式で与えられる。

以上の内、正反射成分と正反射角度、平均画像、拡散反射画像が出力される画像となる。これらの処理は、Ｘ方向縞、Ｙ方向縞に対してそれぞれ行われる。

さらに、Ｘ方向とＹ方向の正反射角度（位相画像）に対し、さらにＧａｕｓｓ−Ｊａｃｏｂｉ法などによる積み上げ計算をすることで、形状画像を得ることができる。

一般的には、ｕｎｗｒａｐｐｉｎｇをしてから、三角測距などによって形状を復元する例が多いところ、本実施形態においては、ｕｎｗａｐｐｉｎｇを回避し、局所的な微分値をＧａｕｓｓ−Ｊａｃｏｂｉ法で積み上げ計算することで、三角測距によらずに形状を復元している。形状復元方法は、既知の方法が適宜利用できる。
好ましくは、三角測距を用いない。また、縮小画像を多段に持つ、階層型方法とする。なお、縮小画像と通常画像との差分を持つ方法とすることもできる。

さらに、パラメータとして特徴サイズを設定することもできる。特徴サイズとは、検査の目的や種別に応じた検出対象の傷のサイズを設定するためのパラメータである。例えば、特徴サイズのパラメータ値が１のときに一番細かい傷が検出でき、この値を上げていくと大きな傷が検出できるようにする。これにより、特徴サイズを大きくすると、より大きな傷が検出し易い状態となり、ワーク表面の凸凹が明瞭となる。
（デフレクトメトリの画像）

次に、このようなデフレクトメトリ処理によって得られた画像の例を図１１Ａ〜図１１Ｄに示す。これらの図において、図１１Ａは元画像、図１１Ｂは正反射成分、図１１Ｃは拡散反射成分、図１１Ｄは形状画像を、それぞれ示している。図１１Ｄに示すように、ワークの凹凸状態を把握し易い形状画像が得られていることが確認できる。なお、図１１Ａ〜図１１Ｄの例では、ワークＷＫ１としてボタン電池を撮像しているが、このような不透明なワークに限らず、例えば図１２Ａのような透明のワークＷＫ２の凹凸も、図１２Ｂのように形状画像として検出できる。

また、各画像の関係乃至特長を図１３Ａ〜図１７Ｂに示す。ここでは、ワークＷＫ３として表面に光沢を有する透明のフィルムをＸ方向から撮像した４位相の生画像を図１３Ａに、Ｙ方向から撮像した４位相の生画像を図１３Ｂに、これらの生画像から得られた正反射成分を示す正反射画像を図１４Ａに、拡散反射成分を示す拡散反射画像を図１４Ｂに、また比較のため通常のノーマル画像（平均画像）を図１４Ｃに、それぞれ示す。
（正反射画像）

図１４Ｃのノーマル画像との対比から判るとおり、図１４Ａの正反射画像からは、正反射を鈍らせる汚れや、形状変化はないものの正反射の鈍い傷、あるいは形状変化によって正反射が返ってこない傷などを確認できる。
（拡散反射画像）

一方図１４Ｂの拡散反射画像からは、表面のテクスチャの状態を確認し易くなる。
（光沢比画像）

また図１４Ａ及び図１４Ｂから得られた正反射と拡散反射の比を示す光沢比画像を図１５に示す。光沢比画像では、縞をずらしたときに正反射、又は拡散反射のどちらか一方のみが強く変化したところが強調されている。

一方、図１３Ａから得られたＸ方向の位相のずれを示す位相Ｘ画像を図１６Ａに、図１３Ｂから得られたＹ方向の位相のずれを示す位相Ｙ画像を図１６Ｂに、それぞれ示す。これらの図に示すように、形状変化は位相のずれとして現れることが判る。
（形状画像）

さらに図１６Ａ及び図１６Ｂから得られた形状画像を図１７Ａに、図１６Ａ及び図１６Ｂから得られた深さ輪郭画像を図１７Ｂに、それぞれ示す。図１７Ａの形状画像では、特徴サイズに応じて周囲画素を見ながら位相の変化を積み上げている。ここで、特徴サイズを大きく設定すると、形状変化の内で比較的浅くて面積に広がりのある凹凸を捉えられる。一方特徴サイズを小さく設定すると、線傷や面積の小さい傷が捉えられる。さらに図１７Ａの形状画像を図１４Ａの正反射画像と対比すると、形状画像に現れない欠陥（例えば細い傷や深い傷）は、正反射画像に現れる傾向があることが確認できる。
（深さ輪郭画像）

また図１７Ｂの深さ輪郭画像では、基準となる平面を算出し、この平面からのずれを画像化している。この深さ輪郭画像からは、線傷や面積の小さい傷を捉えることが可能となる。
（ラインカメラを用いた撮像条件を設定する手順）

ラインカメラの設定は、二次元状に撮像素子が配置された通常のエリアカメラと比べて難しいとされている。その理由として、光軸調整が厳格であることや、撮像の開始タイミングのみならず、ワークの送り速度に対して撮像する間隔を規定する撮像間隔を適切に設定しなければならないこと等が挙げられる。特にラインスキャンカメラの撮像間隔であるラインスキャン間隔の設定は、エリアカメラとは異なるラインカメラ特有の事情が存在する。すなわち、エリアカメラでは撮像素子が通常は縦横に等間隔で並べられているため、縦横の画素分解能は物理的に１：１に固定される。これに対してラインカメラでは、図３に示したように撮像素子は一方向（Ｘ方向）に並べられており、Ｙ方向はワークの搬送速度と撮像素子の撮像タイミング（ラインスキャン間隔）によって決定される。一般に、傷検査等の画像検査においては、縦横比すなわちＸ方向とＹ方向の画素分解能は、１：１にしないと、傷の大きさが縦横で異なってしまう。またワークの搬送速度は一般に画像検査装置側では制御できない所与の値（固定値）であることから、撮像タイミングすなわちラインスキャン間隔で調整するしかない。しかしながら、ラインカメラでは元々得られる画像がライン状、すなわち線状であることから、得られた画像から判断することが難しく、その調整は容易でない。そこで、本実施形態に係る画像検査装置１００においては、このような面倒な設定作業を容易に行えるように、撮像部１０の設定作業を誘導する機能を備えている。撮像条件の設定作業誘導機能は、例えば設定すべき項目をナビゲーションしながら誘導することが考えられる。以下、ラインカメラを用いて撮像条件を設定する手順を、図１８のフローチャートに基づいて説明する。

まずステップＳ１８０１において、カメラ部、照明部の光軸調整を行う。ここでは、ワークを停止させた状態で、ラインカメラで繰り返し画像を撮像することで、ライン方向に周期性を有する光軸調整用画像を生成し、この光軸調整用画像に対して光軸調整を行う。例えば、図１９に示す画像検査プログラムの光軸調整画面１１０を表示部５０の画面上に表示させる。
（光軸調整画面１１０）

光軸調整画面１１０は、静止状態のワークをラインカメラで撮像した画像を表示部に表示させた状態で、ラインカメラの光軸を調整するための光軸調整部の一形態を構成する。この光軸調整画面１１０は、設定欄１１１（図１９において左側）と、画像表示欄１１２（図１９において右側）を備える。設定欄１１１には、ナビゲーションの段階を示すタイトル欄１１３と、ここで行うべき設定内容の説明欄１１４が設けられる。タイトル欄１１３には、「ＳＴＥＰ１／３ 光軸調整」として三段階の一段階目で、光軸を調整することが表示される。また説明欄１１４には「カメラ・照明の光軸設定を行います。画像の左右を比較しながら、ピントや明るさが左右均等になるように調整してください。」と表示される。さらに設定欄１１１には、この光軸調整画面１１０で行うべき設定項目が列挙されている。基本的には上段から下段に向かってユーザに撮像条件のパラメータを設定させていくように構成している。これによりユーザは指定された手順で、必要な設定を順次を行っていくことが可能となり、設定に迷うことなくガイダンスが与えられる。

図１９の設定欄１１１には、カメラ部や照明部の姿勢を確認する「姿勢の確認」ボタン１１５と、カメラ部や照明部の明るさを調整する「明るさのパラメータ調整」ボタン１１６と、ピントや左右の明るさを確認する確認欄１１７が設けられる。ここでは確認欄１１７において、「エッジ強度算出の設定」ボタン、「濃淡値算出の設定」ボタン、「現在値を登録」ボタンが設けられる。ユーザは「姿勢の確認」ボタン１１５を用いて、カメラ部、照明部のおよその姿勢を決定する。そして「明るさのパラメータ調整」ボタン１１６を用いて、シャッタースピード、カメラ感度、照明ボリュームなどの撮像条件の設定値を変更し、明るさを調整する。さらに、ピントや明るさに左右差が生じないようにカメラ部や照明部の設置条件を微調整する。微調整する上で、先の明るさの調整に戻って調整を繰り返すなど、設定欄１１１を多少行き来しながら、各項目を設定していく。

このような光軸調整の流れの中で、カメラ部や照明部の姿勢を表示したり、そのときの姿勢を登録することもできる。保存されたデータは、記憶部３２に保持され、必要時に読み出される。

画像表示欄１１２には、全画像表示領域１１８と、左右拡大表示領域１１９と、情報表示領域１２０が設けられている。中段の左右拡大表示領域１１９には、全画像表示領域１１８に表示した画像の一部を拡大して表示する。さらに下段の情報表示領域１２０には、現在表示されている生画像に関するパラメータが表示される。この例では、エッジ幅、エッジ強度１、エッジ強度２、濃度平均、最大濃度、最小濃度等が表示される。

このような全画像表示領域１１８と左右拡大表示領域１１９とを設けたことで、同じ画面内で、撮像対象のワークの全体像と、撮像対象の左右の拡大表示が可能となる。また明るさやピントの合い具合に左右差が生じないように、カメラ部や照明部を調整する必要があるところ、このように一画面で並べて表示させることで、左右差を確認し易くできる。

また左右拡大表示領域１１９で目視確認をし易くするのに加えて、情報表示領域１２０でエッジ強度や濃淡値を数値で表示させることで、数値でも左右差の確認が可能となる。さらにエッジ強度を数値で表示させることで、ピントの山を判り易く表示できる。
（トリガ設定画面１２１）

以上のようにしてステップＳ１８０１において光軸の調整を終えると、次にステップＳ１８０２においてトリガ設定を行う。トリガ設定は、トリガ設定部で行われる。トリガ設定部でもって、ラインカメラでワークを撮像するタイミングを規定するトリガを設定する。ここでは、トリガ設定部の一形態として、図２０に示す画像検査プログラムのトリガ設定画面１２１から、運転時のトリガの入力方法を選択する。具体的には、設定欄１１１に設けられた、撮像のタイミングを決めるトリガモードを設定するトリガモード設定欄１２２や、ラインスキャンの間隔を設定するラインスキャン間隔設定欄１２３から設定を行う。トリガモード設定では、外部から入力される外部トリガとするか、あるいは画像検査装置の内部で規定される内部トリガとするかを選択する。またラインスキャン間隔は、ワークを搬送するワーク搬送機構側からの入力、例えばコンベアの回転軸に設けられたロータリーエンコーダの出力を１ラインの撮像タイミングに用いるか、時間間隔を指定して一定時間毎に１ラインを撮像するかを選択する。
（縦横比調整画面１３０）

最後にステップＳ１８０３において画像の縦横比の調整を行う。縦横比調整は、画像の縦横の比率が１：１となるように画素分解能を算出して補正するスケーリング補正である。縦横比調整は、図２１及び図２２に示す画像検査プログラムの縦横比調整画面１３０で行うことができる。縦横比調整画面１３０は、ラインカメラで撮像した画像の縦横の画素分解能を調整するための縦横比調整部の一形態である。なお図２２は図２１の縦横比調整画面１３０において、設定欄１１１を下方向にスクロールさせた状態を示している。これらの図に示す画像検査プログラムの縦横比調整画面１３０から、画像の縦と横の画素分解能が一致するように、Ｘ方向に応じてＹ方向のラインスキャン間隔を調整する。ユーザはワーク搬送機構ＷＣを動作させて実際にワークを移動させ、照明部で照明光を照射して撮像部で撮像する。この際、ワークとして所定のパターンを表示させたワークを使用することが好ましい。例えば図２１及び図２２において画像表示欄１１２に示すような、既知の大きさのチェッカーパターンを表示させたワークＷＫＣＰを用いる。このワークＷＫＣＰのチェッカーパターンは、白黒の正方形の矩形を交互に配置している。よってユーザは、得られた生画像を画像表示欄１１２に表示させながら、チェッカーパターンの縦横が１：１となるように、撮像パラメータを調整する。
（サブ工程設定欄）

また縦横比調整工程において、さらにユーザに対して所定の手順で必要なパラメータを設定させることもできる。例えば、縦横比調整工程を構成するサブ工程として、Ｙ方向の大まかな伸縮工程と、Ｘ方向、Ｙ方向の画素分解能の算出工程と、撮像パラメータの調整工程を含める。図２１及び図２２に示す縦横比調整画面１３０の例では、設定欄１１１において上から下に、３つのサブ工程設定欄を設定順に並べて表示させている。これにより、ユーザは設定欄１１１を、上から下に設定することで、縦横比調整工程を実行できるように誘導される。図２１の設定欄１１１では、上から順にＹ方向の大まかな伸縮工程と対応するＹ方向伸縮欄１３１と、Ｘ方向、Ｙ方向の画素分解能の算出工程と対応する画素分解能算出欄１３２と、撮像パラメータの調整工程と対応する撮像パラメータ調整欄１３３を設けている。
（縦方向伸縮部）

Ｙ方向伸縮欄１３１は、ラインカメラの撮像で得られる画像を縦方向に伸縮させるための縦方向伸縮部の一形態である。縦方向伸縮部は、ラインカメラの撮像間隔を大まかに変更することによって、画像の縦横比を合わせる。
（Ｙ方向伸縮欄１３１）

Ｙ方向伸縮欄１３１では、ワークの搬送方向に当たる画像のＹ方向の縮尺や撮像範囲を変更して、縦横比を大まかに調整する。ここではＹ方向の伸縮を調整する伸張ボタン１３１ａと、ライン数を規定するライン数設定欄１３１ｂを設けている。この例では、伸張ボタン１３１ａは上下の矢印ボタンで構成されており、上向きの矢印を押下すると縦方向に長く伸ばし、逆に下向きの矢印を押下すると縮めることができる。ユーザは、画像表示欄１１２に表示されたチェッカーパターンを見ながら、Ｙ方向の伸縮を大まかに調整する。また画像表示欄１１２における表示内容は、Ｙ方向伸縮欄１３１での設定に応じてリアルタイムで変更される。
（画素分解能算出欄１３２）

画素分解能算出欄１３２においては、エッジ計測と実寸値を比較して、Ｘ方向、Ｙ方向それぞれの画素分解能の補正係数（スケーリング補正係数）を算出する。図２１及び図２２の例では、画素分解能算出ボタン１３２ａを設けており、この画素分解能算出ボタン１３２ａを押下すると図２３及び図２４に示す画素分解能算出画面１６０Ｘ、１６０Ｙに遷移される。
（画素分解能算出部）

画素分解能算出画面１６０Ｘ、１６０Ｙは、ラインカメラで撮像した画像の縦方向と横方向の画素分解能を算出する画素分解能算出部の一形態である。画素分解能算出部は、画素分解能をＸ方向とＹ方向とでそれぞれ算出する
（画素分解能算出画面１６０Ｘ、１６０Ｙ）

図２３はＸ方向の画素分解能を算出する画素分解能算出画面１６０Ｘ、図２４はＹ方向の画素分解能を算出する画素分解能算出画面１６０Ｙを、それぞれ示している。これらの画面は、設定欄１１１に設けられた「Ｘ方向」タブ１６１Ｘ、「Ｙ方向」タブ１６１Ｙで切り替えることができる。また設定欄１１１の「Ｘ方向」タブ１６１Ｘ、「Ｙ方向」タブ１６１Ｙには、それぞれ画素分解能を検出するための抽出条件設定欄１６２Ｘ、１６２Ｙ、画素分解能を算出する際の補正係数を算出するための補正係数算出欄１６３Ｘ、１６３Ｙが設けられる。

また画素分解能の算出に際して、エッジでサイズを計測するか、矩形でサイズを指定するかを選択できる。図２３、図２４の画素分解能算出画面１６０Ｘ、１６０Ｙは、これらのサイズ指定をサイズ選択欄１６４Ｘ、１６４Ｙから行う。サイズ選択欄１６４Ｘ、１６４Ｙでの指定に従い、抽出条件設定欄１６２Ｘ、１６２Ｙから、画像表示欄１１２で指定し、指定された領域に対する抽出条件を指定する。画像表示欄１１２上には、画素分解能の算出に用いる領域が表示される。さらに画像表示欄１１２の下方には情報表示領域１２０が設けられ、計測されたピッチ数やピッチの最大値、最小値、平均値、さらには計測時間やトリガ間隔などが表示される。

抽出条件設定欄１６２Ｘ、１６２Ｙでは、画素分解能の算出を幅で行うか、ピッチ間隔で行うかを選択する幅／ピッチ間隔選択欄１６２ａ、指定された領域を編集するための編集ボタン１６２ｂ、検出方向を指定するための検出方向指定欄１６２ｃ、エッジ方向を指定するためのエッジ方向指定欄１６２ｄ、エッジ感度を指定するためのエッジ感度指定欄１６２ｅ等が設けられる。

また補正係数算出欄１６３Ｘ、１６３Ｙには、ワークＷＫＣＰのチェッカーパターンの実寸値を数値で入力するための実寸指定欄１６３ａ、計測された寸法を画素数で表示するための計測値表示欄１６３ｂ、演算された画素分解能補正係数（スケーリング補正係数）を表示するための補正係数表示欄１６３ｃ等が設けられる。さらに、抽出条件等を変更した際に画素分解能を再計算するための再計算ボタン１６５が設けられる。

このような画素分解能算出画面１６０Ｘ、１６０Ｙでの設定に従い、画素分解能補正係数（スケーリング補正係数）がＸ方向、Ｙ方向でそれぞれ算出される。ユーザは演算された補正係数表示欄１６３ｃの数値を確認後、「ＯＫ」ボタン１６６を押下すると、図２１及び図２２の縦横比調整画面１３０に戻ると共に、演算されたスケーリング補正係数が、画素分解能演算結果表示欄１３２ｂに表示される。図２１及び図２２の例では、演算されたＸ方向、Ｙ方向の画素分解能をＸ方向１ｍｍ／ピクセル、Ｙ方向１ｍｍ／ピクセルと表示させている。
（撮像パラメータ調整部）

撮像パラメータ調整欄１３３は、ラインカメラの撮像条件を規定する撮像パラメータを調整するための撮像パラメータ調整部の一形態である。撮像パラメータ調整部は、縦方向の画素分解能と横方向の画素分解能が所望の比率になるようなラインカメラの撮像間隔を算出して撮像パラメータに反映する。
（撮像パラメータ調整欄１３３）

撮像パラメータ調整欄１３３においては、画像の縦横比が１：１となるように撮像パラメータを調整する。ここでは、図２２に示すように縦横比調整実行ボタン１３３ａと撮像パラメータ調整結果表示欄１３３ｂを設けている。この縦横比調整実行ボタン１３３ａを押下することで、自動的に画像の縦横比が１：１となるような撮像パラメータが演算されて、その値に調整される。また、縦横比調整実行ボタン１３３ａを押下して撮像パラメータの自動調整が実行されると、その結果が撮像パラメータ調整結果表示欄１３３ｂに表示される。ここでは、撮像パラメータ調整後のラインスキャン間隔が表示される。さらに、画像表示欄１１２のワークＷＫＣＰが、縦横比が１：１となるように調整された画像に再描画される。すなわち図２１の縦横比調整画面１３０が図２５に、図２２の縦横比調整画面１３０が図２６に、それぞれ更新される。

以上のようにして、従来煩雑とされてきた撮像条件の設定を、ナビゲーション方式でユーザを誘導しながら行わせる。さらに縦横比調整画面１３０は、カメラや照明の明るさを調整するための明るさパラメータ調整部１３４を設けている。
（姿勢表示機能）

画像検査装置１００は、撮像部１０や照明部２０の姿勢を視覚的に表示させる姿勢表示機能を備える。姿勢表示機能の一例として、上述した図１９の光軸調整画面１１０において、「姿勢の確認」ボタン１１５を押下すると、図２７に示す画像検査プログラムのカメラ姿勢表示画面１４０や、図２８に示す照明姿勢表示画面１５０が表示される。なお図２７のカメラ姿勢表示画面１４０と図２８の照明姿勢表示画面１５０とは、画面左上のタブを選択することで切り替えられる。以下、カメラ姿勢表示画面１４０や照明姿勢表示画面１５０の詳細について説明する。

図２７、図２８に示すカメラ姿勢表示画面１４０、照明姿勢表示画面１５０では、カメラ部や照明部の姿勢を表示する機能を備えている。具体的には、模式姿勢表示欄１４１、１５１と、姿勢情報表示欄１４２、１５２を設けている。模式姿勢表示欄１４１、１５１では、カメラ部、照明部の姿勢を、それぞれ撮像模式図１４３、照明模式図１５３で表示させている。また姿勢情報表示欄１４２、１５２では、模式姿勢表示欄１４１、１５１で表示される撮像模式図１４３、照明模式図１５３と対応させて、これらの姿勢や角度を文字や数値で表示させる。このような姿勢表示機能を実現するため、カメラ部、照明部は二軸の重力加速度センサをそれぞれ搭載しており、重力加速度センサの出力を傾き角度に変換して、表示部に表示させている。
（カメラ姿勢表示画面１４０）

カメラ姿勢表示画面１４０においては、カメラ部の基準姿勢である背面、側面、上面のそれぞれに対して、重力方向からのずれがどれだけあるかを、カメラ部をモチーフにした撮像模式図１４３を用いて図示すると共に、数値で出力する。この撮像模式図１４３を表示させる態様は、図２７等で示すような二次元的な図を３面等、複数表示させる態様の他、斜視図などの三次元的な表示態様で１枚あるいは複数枚を立体的に表示してもよい。

なお二軸の重力加速度センサを用いて姿勢を検出するとき、撮像模式図１４３を背面、側面、上面に分けて表示する場合は、姿勢によっては有意な情報を得られていない面がある。例えば重力に対して垂直な面は、重力方向となす角が不安定になる。そこで、無意味な情報をユーザに与えないように、不安定な面は濃度を薄くするなどして視認性を落とし、有意な面に注目されるようにしてもよい。

例えば、図２９に示すように、カメラ部を構成する面の内で、ある面が受けている重力の強さに応じて、図の色を徐々に薄くし、やがて非表示にしてもよい。面が受けている重力が弱いと、算出される角度は不安定となってバタついてしまうので、極端に姿勢が変わったかのように見えてしまいユーザに不安感を与えることがある。そこで、本来注目すべき面の図よりも、注目すべきでない面の図の方に注意が注がれてしまうこととならないように、このような面を薄くしたり表示させないことで、このような事態を回避できる。
（照明姿勢表示画面１５０）

また照明姿勢表示機能も、基本的な機能は上述したカメラ姿勢表示機能と同等である。図２８に示す照明姿勢表示画面１５０は、照明部をモチーフにした照明模式図１５３を示している。照明部はカメラ部等に比べて外見的な特徴が少ないのが一般的である。そこで、図３０に示すように、照明部が発する照明光を照明模式図１５３に含めて表示させることで、視認性を向上させることができる。これにより、照明模式図１５３を見たユーザは、照明部を構成する面の内、照明光模式図１５４からどの面が発光面かを容易に判別でき、これを手掛かりに照明部の姿勢を把握することができるようになる。

上述したカメラ姿勢表示機能や照明姿勢表示機能は、ある時点のカメラ部や照明部の姿勢を登録しておき、現時点のカメラ部や照明部の姿勢と比較できるようにすることもできる。例えば、基準姿勢として、正面図や、背面図、上面図や底面図、右側面図や左側面図等の平面的な姿勢、あるいはユーザが指定した斜視図などを基本姿勢として、予め記憶部３２に登録しておく。

また、このようなカメラ部や照明部の登録した姿勢に対して、現時点の姿勢が変化した場合、画像検査装置の画面上、もしくは画像検査装置に接続された外部の機器に対して警告出力部３５から警告を発信するように構成してもよい。さらに、このような警告発信のしきい値を、ユーザが調整可能としてもよい。あるいはまた、カメラ部や照明部の姿勢のチェックを行うタイミングをユーザが調整可能とすることもできる。
（カメラ部、照明部の姿勢を画面に表示する手順）

次に、カメラ部や照明部の姿勢を画面に表示する手順を、図３１のフローチャートに基づいて説明する。まずステップＳ３１０１において、姿勢表示のＧＵＩを表示する。例えば図３２に示すように、カメラ部や照明部の傾斜状態を、測定角度が判るように表示させる。ここでは、図３３Ａ〜図３３Ｃのようにカメラ部の平面図を表示させて、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸を判り易くする。この例では、図３３Ａではカメラ部の背面を表示させて、Ｘ軸とＹ軸を判り易く表示できる。また図３３Ｂではカメラ部の側面を表示させて、Ｘ軸とＺ軸を判り易く表示できる。さらに図３３Ｃではカメラ部の上面を表示させて、Ｙ軸とＺ軸を判り易く表示できる。同様に図３４Ａ〜図３４Ｃに示すように照明模式図１５３を表示させて、照明部に設定されたＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸を判り易くできる。この例では、図３４Ａでは照明部の背面を表示させて、Ｘ軸とＹ軸を判り易く表示できる。また図３４Ｂでは照明部の側面を表示させて、Ｘ軸とＺ軸を判り易く表示できる。さらに図３４Ｃでは照明部の上面を表示させて、Ｙ軸とＺ軸を判り易く表示できる。

次にステップＳ３１０２において、画像検査装置に重力加速度センサの値を要求する。さらにステップＳ３１０３において、画像検査装置がカメラ部や照明部に重力加速度センサの値を要求する。さらにまたステップＳ３１０４において、カメラ部や照明部の重力加速度センサから値を取得する。さらにステップＳ３１０５において、重力加速度センサの出力値をカメラ部、照明部の背面、側面、上面の基準軸が重力方向と成す角度に変換する。同時に、受けている重力の強さも求める。そしてステップＳ３１０６において、求めた角度に応じてカメラ部、照明部の図を回転させる。さらに求めた重力の強さに応じて、図の濃度を決める。最後にステップＳ３１０７において、図と数値をＧＵＩとして表示部５０上に表示させる。
（姿勢変化警告機能）

また画像検査装置１００は、カメラ部や照明部の姿勢が何らかの原因、例えば意図しない接触、振動や衝撃、経年劣化等の理由で変化した時に、これを検知して警告を発する姿勢変化警告機能を備えている。このため画像検査装置１００は、図２に示すように警告出力部３５を備えている。ここで、カメラ部や照明部の姿勢が変化した時に警告出力部３５が警告を発する手順を、図３５のフローチャートに基づいて説明する。まずステップＳ３００１において、画像検査装置を起動させる。なお、警告機能を動作させるタイミングとしては、画像検査装置の検査設定を切り替えたとき、画像検査装置が定期的に値をポーリングする、カメラ部が定期的に値を送ってくる、等のタイミングとしてもよい。

次にステップＳ３００２において、画像検査装置がカメラ部、照明部の重力加速度センサから傾き値をそれぞれ取得する。そしてステップＳ３００３において、重力加速度センサの出力値をカメラ部、照明部の背面、側面、上面の基準軸が重力方向と成す角度に変換する。

さらに次にステップＳ３００４において、現在のカメラ部、照明部の各面の角度とシステムに登録された角度とを比較し、ユーザが設定した許容誤差の範囲内に収まっているかどうかを確認する。
（警告条件設定欄１４４）

例えば図２７に示す画像検査プログラムのカメラ姿勢表示画面１４０の下段に、警告条件設定欄１４４を設けている。警告条件設定欄１４４から、ユーザは予め、警告出力を発する閾値となる許容誤差範囲を指定しておく。ここではシステム変数割付欄１４５にて、カメラ部や照明部の傾き誤差を検知したときにどのシステム変数の値を変化させるかを選択する。また角度許容誤差欄１４６から、選択されたパラメータに対して許容できる誤差範囲を指定する。

さらに、警告条件に合致するかどうかを警告出力部が判定するタイミングを規定することもできる。図２７等の例では、警告条件設定欄１４４に確認タイミング設定欄１４７を設けており、警告の判定タイミングとして、起動時や検査設定読み込み時等を列挙しており、ユーザはチェックボックスでＯＮ／ＯＦＦ可能としている。

最後にステップＳ３００５において、許容誤差の範囲に収まっていなければ警告出力部が警告信号を外部制御機器６０に出力する。このようにして、画像検査装置は姿勢変化警告機能を備えることで、カメラ部や照明部の姿勢が変化した時にユーザに対して警告を与えることができ、例えば経年変化や急な衝撃等で姿勢に変化に生じたことを検出して、再度の位置合わせなど、適切な処理を講じることが可能となる。
（カメラ部、照明部の姿勢の表示を画像検査装置の立ち上げに組み込んだ場合の手順）

さらに、カメラ部や照明部の姿勢を表示させる機能を、画像検査装置の立ち上げ時に組み込んでおくこともできる。これにより、画像検査装置を起動する度に、カメラ部や照明部の姿勢が適切かどうかを確認できる。このような手順の一例を、図３６のフローチャートに基づいて説明する。まずステップＳ３６０１において、機器の配線を行う。次にステップＳ３６０２において、カメラ部、照明部の設置を行う。さらに次にステップＳ３６０３において、撮像条件を決定する。ここでは、カメラ部や照明部の姿勢確認、ピント、明るさ等が含まれる。またラインカメラの場合は、ラインカメラと照明部の光軸合わせ、縦横の解像度調整等が含まれる。そしてステップＳ３６０４において、検査条件を決定する。最後にステップＳ３６０５において、運用を開始する。このようにして、カメラ部や照明部の設定の確認や微調整を、画像検査装置の立ち上げ時に毎回行うことが可能となる。

本発明の画像検査装置、画像検査方法、画像検査装置の設定方法、画像検査プログラム、画像装置の設定検査プログラム及びコンピュータで読み取り可能な記録媒体又は記録した機器によれば、ライン上を搬送されるワークの外観検査に好適に利用できる。

１０００…画像検査システム
１００、１００’…画像検査装置
１０…撮像部
１１…ラインカメラ
１２…集光光学系
１３…撮像傾きセンサ
２０…照明部
２３…照明傾きセンサ
３１…演算処理部；３１Ａ…光軸調整用画像生成部；３１Ｂ…画素分解能算出用画像生成部；３１Ｃ…計測位置指定部；３１Ｄ…計測部；３１Ｅ…寸法入力部；３１Ｆ…画素分解能算出パラメータ設定部；３１Ｇ…間隔調整部；３１Ｈ…検査用画像生成部
３２…記憶部；３２ａ…傾き値登録部；３２ｂ…照明登録部
３３…表示制御部
３５…警告出力部；３５ｂ…照明警告出力部
４０…操作部
５０…表示部
６０…外部制御機器
１１０…光軸調整画面
１１１…設定欄
１１２…画像表示欄
１１３…タイトル欄
１１４…説明欄
１１５…「姿勢の確認」ボタン
１１６…「明るさのパラメータ調整」ボタン
１１７…確認欄
１１８…全画像表示領域
１１９…左右拡大表示領域
１２０…情報表示領域
１２１…トリガ設定画面
１２２…トリガモード設定欄
１２３…ラインスキャン間隔設定欄
１３０…縦横比調整画面
１３１…Ｙ方向伸縮欄；１３１ａ…伸張ボタン；１３１ｂ…ライン数設定欄
１３２…画素分解能算出欄；１３２ａ…画素分解能算出ボタン；１３２ｂ…画素分解能演算結果表示欄
１３３…撮像パラメータ調整欄；１３３ａ…縦横比調整実行ボタン；１３３ｂ…撮像パラメータ調整結果表示欄
１３４…明るさパラメータ調整部
１４０…カメラ姿勢表示画面
１４１…模式姿勢表示欄
１４２…姿勢情報表示欄
１４３…撮像模式図
１４４…警告条件設定画面
１４５…システム変数割付欄
１４６…角度許容誤差欄
１４７…確認タイミング設定欄
１５０…照明姿勢表示画面
１５１…模式姿勢表示欄
１５２…姿勢情報表示欄
１５３…照明模式図
１５４…照明光模式図
１６０Ｘ、１６０Ｙ…画素分解能算出画面
１６１Ｘ…「Ｘ方向」タブ；１６１Ｙ…「Ｙ方向」タブ
１６２Ｘ、１６２Ｙ…抽出条件設定欄
１６２ａ…幅／ピッチ間隔選択欄
１６２ｂ…編集ボタン
１６２ｃ…検出方向指定欄
１６２ｄ…エッジ方向指定欄
１６２ｅ…エッジ感度指定欄
１６３Ｘ、１６３Ｙ…補正係数算出欄
１６３ａ…実寸指定欄
１６３ｂ…計測値表示欄
１６３ｃ…補正係数表示欄
１６４Ｘ、１６４Ｙ…サイズ選択欄
１６５…再計算ボタン
１６６…「ＯＫ」ボタン
ＷＫ、ＷＫ１、ＷＫ２、ＷＫ３、ＷＫＣＰ…ワーク
ＷＣ…ワーク搬送機構

Claims (23)

1. 検査対象物の外観検査を行うための画像検査装置であって、
   検査対象物に照明光を照射するための照明部と、
   前記照明部とは別体に設けられ、
   前記照明部から検査対象物に照射された照明光が該検査対象物で反射された反射光を集光する集光光学系と、
   複数の撮像素子がライン状に並べて配列され、前記集光光学系にて集光された反射光を受光するためのラインカメラと、
   を備える撮像部と、
   前記撮像部内に設けられ、前記集光光学系の光軸と平行な方向をＺ軸、該Ｚ軸と直交し、且つ前記撮像素子の並び方向と平行な方向をＸ軸、前記Ｘ軸およびＺ軸と直交する方向をＹ軸とし、前記撮像部の前記Ｘ軸、Ｙ軸およびＺ軸の水平方向又は重力方向に対する傾きを示す値を出力可能な撮像傾きセンサと、
   前記撮像傾きセンサから出力された傾きを示す値に基づいて、前記撮像部の前記Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の傾きの内、少なくともいずれか２つの傾きの度合いを示す図又は値を表示部に表示させるための表示制御部と、
   前記撮像部の設定時の傾きを示す値として、前記撮像傾きセンサから出力される前記Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の傾きの内、少なくともいずれか一の傾き値を登録する傾き値登録部と、
   前記撮像傾きセンサにより得られた、現在の前記撮像部の傾きを示す値と、前記傾き値登録部により登録された設定時の傾きを示す値とに基づいて、前記撮像部の姿勢が前記記憶された姿勢から乖離しているか否かを判定し、該判定結果に応じて、警告を出力する警告出力部と、
   を備える画像検査装置。
2. 請求項１に記載の画像処理装置であって、
   前記警告出力部により警告を発する閾値となる許容誤差範囲を、予め警告条件として受け付け、
   前記警告出力部は、前記撮像傾きセンサから運用時に得られた前記傾きを示す値が、設定時に前記傾き値登録部に登録された値から前記警告条件として受け付けた閾値よりも乖離しているか否かを判定するよう構成してなる画像処理装置。
3. 請求項１又は２に記載の画像検査装置であって、さらに、
   前記表示制御部に接続された表示部を備えており、
   前記表示部において、前記少なくともいずれか２つの傾きの度合いをリアルタイムに更新して表示可能としてなる画像検査装置。
4. 請求項３に記載の画像検査装置であって、
   前記表示部において、前記撮像部の外観を模した撮像模式図を所定の基準姿勢で表示させると共に、前記少なくともいずれか２つの傾きに応じた角度分だけ傾斜させた傾斜軸を重ねて表示させるよう構成してなる画像検査装置。
5. 請求項４に記載の画像検査装置であって、
   前記表示部において、前記撮像模式図に対し、重力方向に沿った鉛直線を重ねて表示させ、前記少なくともいずれか２つの傾きに応じた角度分だけ傾斜させた傾斜軸を重ねて表示させるよう構成してなる画像検査装置。
6. 請求項４又は５に記載の画像検査装置であって、
   前記表示部において、前記撮像模式図を、ＹＺ平面（Ｘ軸）、ＸＺ平面（Ｙ軸）、ＸＹ平面（Ｚ軸）で表示させた平面図にてそれぞれ表示させてなる画像検査装置。
7. 請求項４〜６のいずれか一項に記載の画像検査装置であって、
   前記表示部において、前記撮像模式図を構成する面を、該面が受けている重力の大きさに応じて区別して表示可能としてなる画像検査装置。
8. 請求項７に記載の画像検査装置であって、
   前記表示部において、受けている重力が弱い面を、受けている重力が強い面よりも透過度を高めて表示させてなる、あるいは非表示としてなる画像検査装置。
9. 請求項３〜８のいずれか一項に記載の画像検査装置であって、
   前記表示部は、前記傾き値登録部に登録された傾き値と、前記撮像傾きセンサが出力した現在の撮像部の傾き値とを同時に表示可能に構成してなる画像検査装置。
10. 請求項１〜９のいずれか一項に記載の画像検査装置であって、
    前記照明部が、少なくとも一方向に複数の照明素子を配列した照明である画像検査装置。
11. 検査対象物の外観検査を行うための画像検査装置であって、
    検査対象物に照明光を照射するための照明部と、
    前記照明部とは別体に設けられ、
    前記照明部から検査対象物に照射された照明光が該検査対象物で反射された反射光を集光する集光光学系と、
    複数の撮像素子がライン状に並べて配列され、前記集光光学系にて集光された反射光を受光するためのラインカメラと、
    を備える撮像部と、
    前記撮像部内に設けられ、前記集光光学系の光軸と平行な方向をＺ軸、該Ｚ軸と直交し、且つ前記撮像素子の並び方向と平行な方向をＸ軸、前記Ｘ軸およびＺ軸と直交する方向をＹ軸とし、前記撮像部の前記Ｘ軸、Ｙ軸およびＺ軸の水平方向又は重力方向に対する傾きを示す値を出力可能な撮像傾きセンサと、
    前記撮像傾きセンサから出力された傾きを示す値に基づいて、前記撮像部の前記Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の傾きの内、少なくともいずれか２つの傾きの度合いを示す図又は値を表示部に表示させるための表示制御部と、
    照明光の光軸と平行な方向をＺ軸、
    Ｚ軸と直交し、且つ照明素子の配列方向と平行な方向をＸ軸、
    前記Ｘ軸およびＺ軸と直交する方向をＹ軸
    とし、前記照明部の、前記Ｘ軸、Ｙ軸およびＺ軸の水平方向または重力方向に対する傾きを示す値を出力可能な照明傾きセンサを備える画像検査装置。
12. 請求項１１のいずれか一項に記載の画像検査装置であって、
    前記表示部は、前記照明部を模した照明模式図を、前記照明部のＸ軸、前記照明部のＹ軸、前記照明部のＺ軸の傾きの度合いを示す模式図を表示するよう構成してなる画像検査装置。
13. 請求項１２に記載の画像検査装置であって、
    前記表示部は、前記照明模式図の内、照明光を発する発光面を他の面と区別して表示するよう構成してなる画像検査装置。
14. 請求項１２又は１３に記載の画像検査装置であって、
    前記表示部は、前記照明模式図に、前記照明部が発する照明光を付加して表示させてなる画像検査装置。
15. 検査対象物の外観検査を行うための画像検査装置であって、
    検査対象物に照明光を照射するための照明部と、
    照明部とは別体に設けられ、
    照明部から検査対象物に照射された照明光が該検査対象物で反射された反射光を集光する集光光学系と、
    複数の撮像素子を二次元状に並べて配列され、集光光学系にて集光された反射光を受光するためのエリアカメラと、
    を備える撮像部と、
    撮像部内に設けられ、集光光学系の光軸と平行な方向をＺ軸、該Ｚ軸と直交し、且つ撮像素子の並び方向と平行な方向をＸ軸、Ｘ軸およびＺ軸と直交する方向をＹ軸とし、撮像部のＸ軸、Ｙ軸およびＺ軸の水平方向又は重力方向に対する傾きを示す値を出力可能な撮像傾きセンサと、
    撮像傾きセンサから出力された傾きを示す値に基づいて、撮像部のＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の傾きの内、少なくともいずれか２つの傾きの度合いを示す図又は値を表示部に表示させるための表示制御部と、
    前記撮像部の設定時の傾きを示す値として、前記撮像傾きセンサから出力される前記Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の傾きの内、少なくともいずれか一の傾き値を登録する傾き値登録部と、
    前記撮像傾きセンサにより得られた、現在の前記撮像部の傾きを示す値と、前記傾き値登録部により登録された設定時の傾きを示す値とに基づいて、前記撮像部の姿勢が前記記憶された姿勢から乖離しているか否かを判定し、該判定結果に応じて、警告を出力する警告出力部と、
    を備える画像検査装置。
16. 請求項１〜１５のいずれか一項に記載の画像検査装置であって、
    前記撮像傾きセンサが、重力加速度センサを含む画像検査装置。
17. 請求項１〜１６のいずれか一項に記載の画像検査装置であって、
    前記撮像部は、検査対象物の正反射光を受光する位置に配置され、デフレクトメトリの原理を利用して検査対象物の形状画像を生成するよう構成してなる画像検査装置。
18. 検査対象物の外観検査を行うための画像検査方法であって、
    集光光学系と撮像素子を含む撮像部内に設けられた撮像傾きセンサで、前記集光光学系の光軸と平行な方向をＺ軸、該Ｚ軸と直交し、且つ前記撮像素子の並び方向と平行な方向をＸ軸、前記Ｘ軸およびＺ軸と直交する方向をＹ軸とし、前記撮像部の前記Ｘ軸、Ｙ軸およびＺ軸の水平方向又は重力方向に対する傾きを示す値を出力させる工程と、
    前記撮像傾きセンサから出力された傾きを示す値に基づいて、前記撮像部の前記Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の傾きの内、少なくともいずれか２つの傾きの度合いを示す図又は値を表示部に表示させる工程と、
    検査対象物に照明部から照明光を照射し、前記照明部とは別体に設けられた集光光学系で、前記照明部から検査対象物に照射された照明光が該検査対象物で反射された反射光を集光し、複数の撮像素子がライン状に並べて配列されたラインカメラで、前記集光光学系にて集光された反射光を受光する工程と、
    前記Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の傾きの内、少なくともいずれか一の傾き値を登録値として登録する工程と、
    前記撮像傾きセンサにより得られた、現在の前記撮像部の傾きを示す値と、前記傾き値登録部により登録された設定時の傾きを示す値とに基づいて、前記撮像部の姿勢が前記記憶された姿勢から乖離しているか否かを判定する工程と、
    を含む画像検査方法。
19. 検査対象物の外観検査を行うための画像検査装置の設定方法であって、
    集光光学系と撮像素子を含む撮像部内に設けられた撮像傾きセンサで、前記集光光学系の光軸と平行な方向をＺ軸、該Ｚ軸と直交し、且つ前記撮像素子の並び方向と平行な方向をＸ軸、前記Ｘ軸およびＺ軸と直交する方向をＹ軸とし、前記撮像部の前記Ｘ軸、Ｙ軸およびＺ軸の水平方向又は重力方向に対する傾きを示す値を出力させる工程と、
    前記撮像傾きセンサから出力された傾きを示す値に基づいて、前記撮像部の前記Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の傾きの内、少なくともいずれか２つの傾きの度合いを示す図又は値を表示部に表示させる工程と、
    前記Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の傾きの内、少なくともいずれか一の傾き値を登録値として登録する工程と、
    前記撮像傾きセンサにより得られた、現在の前記撮像部の傾きを示す値と、前記傾き値登録部により登録された設定時の傾きを示す値とに基づいて、前記撮像部の姿勢が前記記憶された姿勢から乖離しているか否かを判定する工程と、
    を含む画像検査装置の設定方法。
20. 検査対象物の外観検査を行うための画像検査プログラムであって、
    集光光学系と撮像素子を含む撮像部内に設けられた撮像傾きセンサで、前記集光光学系の光軸と平行な方向をＺ軸、該Ｚ軸と直交し、且つ前記撮像素子の並び方向と平行な方向をＸ軸、前記Ｘ軸およびＺ軸と直交する方向をＹ軸とし、前記撮像部の前記Ｘ軸、Ｙ軸およびＺ軸の水平方向又は重力方向に対する傾きを示す値を出力させる機能と、
    前記撮像傾きセンサから出力された傾きを示す値に基づいて、前記撮像部の前記Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の傾きの内、少なくともいずれか２つの傾きの度合いを示す図又は値を表示部に表示させる機能と、
    検査対象物に照明部から照明光を照射し、前記照明部とは別体に設けられた集光光学系で、前記照明部から検査対象物に照射された照明光が該検査対象物で反射された反射光を集光し、複数の撮像素子がライン状に並べて配列されたラインカメラで、前記集光光学系にて集光された反射光を受光する機能と、
    前記Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の傾きの内、少なくともいずれか一の傾き値を登録値として登録する機能と、
    前記撮像傾きセンサにより得られた、現在の前記撮像部の傾きを示す値と、前記傾き値登録部により登録された設定時の傾きを示す値とに基づいて、前記撮像部の姿勢が前記記憶された姿勢から乖離しているか否かを判定する機能と、
    をコンピュータに実現させるための画像検査プログラム。
21. 請求項２０に記載の画像検査プログラムであって、さらに、
    前記撮像部による検査対象物の撮像条件を、撮像条件を構成するパラメータ毎に所定の順序で設定するために、前記パラメータの設定画面を順次表示するガイダンス機能をコンピュータに実現させるための画像検査プログラム。
22. 検査対象物の外観検査を行うための画像検査装置の設定検査プログラムであって、
    集光光学系と撮像素子を含む撮像部内に設けられた撮像傾きセンサで、前記集光光学系の光軸と平行な方向をＺ軸、該Ｚ軸と直交し、且つ前記撮像素子の並び方向と平行な方向をＸ軸、前記Ｘ軸およびＺ軸と直交する方向をＹ軸とし、前記撮像部の前記Ｘ軸、Ｙ軸およびＺ軸の水平方向又は重力方向に対する傾きを示す値を出力させる機能と、
    前記撮像傾きセンサから出力された傾きを示す値に基づいて、前記撮像部の前記Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の傾きの内、少なくともいずれか２つの傾きの度合いを示す図又は値を表示部に表示させる機能と、
    前記Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の傾きの内、少なくともいずれか一の傾き値を登録値として登録する機能と、
    前記撮像傾きセンサにより得られた、現在の前記撮像部の傾きを示す値と、前記傾き値登録部により登録された設定時の傾きを示す値とに基づいて、前記撮像部の姿勢が前記記憶された姿勢から乖離しているか否かを判定する機能と、
    をコンピュータに実現させるための画像装置の設定検査プログラム。
23. 請求項２２に記載のプログラムを記録したコンピュータで読み取り可能な記録媒体または記憶した機器。

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