JP7173682B2

JP7173682B2 - 表面検査装置

Info

Publication number: JP7173682B2
Application number: JP2018066621A
Authority: JP
Inventors: 一男樫原
Original assignee: Daihatsu Motor Co Ltd
Current assignee: Daihatsu Motor Co Ltd
Priority date: 2018-03-30
Filing date: 2018-03-30
Publication date: 2022-11-16
Anticipated expiration: 2038-03-30
Also published as: JP2019178877A

Description

本発明は、たとえば自動車の塗装面などの所望の検査対象面のいわゆる凹凸検査を行なうのに用いられる表面検査装置に関する。

自動車の塗装面の検査の手法としては、たとえば特許文献１，２に記載されているように、自動車の塗装面に蛍光灯またはＬＥＤ光源などを用いた照明装置から光を照射させた上で、照明映り込み部を検査員が目視によって観察する手法があり、これが多用されている。前記塗装面に凹状または凸状の欠陥がある場合、照明映り込み部の輪郭の一部は、膨出部または窪み部となる。検査員は、そのような膨出部や窪み部を観察することにより、欠陥の有無や欠陥の程度を判断する。
ただし、このような検査員による検査作業は、作業効率が悪いばかりか、欠陥の判断結果にバラツキを生じ易いといった不具合がある。

このような不具合を解消する手段としては、検査対象面を撮像手段によって撮像し、この撮像画像に基づいて、欠陥の検出や、その大きさの判断処理などをデータ処理化することが考えられる。ところが、従来においては、構成が簡易であって、低コストであり、しかも自動車の完成ラインの表面検査に適するようなものは、提案されていないのが実情であった。

なお、従来においては、たとえば特許文献３に示すような表面検査装置が提案されている。
この表面検査装置においては、本願の図７に示すように、照明装置３Ｅから検査対象面９０への光照射領域が、撮像カメラ８により撮像される。検査対象面９０の凸部９１および凹部９２には、影９３ａ，９３ｂが形成されるが、この影９３ａ，９３ｂの長さＬｎを測定することにより、凸部９１の高さ、ならびに凹部９２の深さ（いずれもＬｎ・tanα）を求めている。ところが、凸部９１および凹部９２は、実際には、検査対象面９０において一定の面積を占める平面視２次元形状であるのが通例である。したがって、前記した処理によって、凸部９１および凹部９２のそれぞれの一部の高さを求めるだけでは、それら凸部９１および凹部９２の全体のサイズを適切に評価することは難しい。評価を信頼性の高いものとするには、図７に示した方向とは交差する方向においても、同様な検査を行なうことが望まれる。ただし、これでは照明装置３Ｅや撮像カメラ８の向きを大きく変更する必要がある他、全体のデータ処理量は膨大となって、所要時間が長期化し、効率のよい検査は困難である。

特表平１０－５０９２３８号公報国際公開ＷＯ２０１３／１１８８９８号公報特開２００５－２７４２５６号公報

本発明は、前記したような事情のもとで考え出されたものであり、装置構成を簡易とし、かつ低コスト化が可能であるとともに、検査結果の信頼性なども優れたものとすることが可能な表面検査装置を提供することを、その課題としている。

上記の課題を解決するため、本発明では、次の技術的手段を講じている。

本発明により提供される表面検査装置は、上下高さ方向または水平方向に延びる複数のライン状光源が間隔を隔てて平行に並んで設けられ、かつ前記複数のライン状光源からの照明が検査対象面において縞模様をなす複数の帯状の照明映り込み部として表れるように前記検査対象面を照明するための照明装置と、前記検査対象面における前記複数の帯状の照明映り込み部を撮像可能に前記検査対象面に対向する撮像手段と、この撮像手段により撮像された撮像画像における前記複数の帯状の照明映り込み部の輪郭として、前記検査対象面の凹状の欠陥に対応し、かつ前記照明映り込み部の帯の両側に位置する一対の膨出部、または凸状の欠陥に対応し、かつ前記照明映り込み部の帯の両側に位置する一対の窪み部を検出する処理を実行可能なデータ処理手段と、を備えている、表面検査装置であって、前記データ処理手段は、前記撮像画像における前記一対の膨出部または前記一対の窪み部を検出した場合には、この検出された一対の膨出部または一対の窪み部に対応する欠陥の程度を評価する評価処理を実行可能であり、この評価処理においては、前記一対の膨出部については、前記一対の膨出部に外接する第１の矩形枠が仮想設定され、かつこの第１の矩形枠の２つの横辺のそれぞれの中点から縦辺の中点に向かう２つの直線の夾角としての広がり角φ１が求められ、前記一対の窪み部については、２本の対角線が前記一対の窪み部の輪郭に近似的に沿うようにして前記一対の窪み部を囲む第２の矩形枠が仮想設定され、かつ前記２本の対角線の交差角としての広がり角φ２が求められ、前記広がり角φ１，φ２は、前記一対の膨出部または前記一対の窪み部に対応する欠陥の程度を評価するためのパラメータとして用いられるように構成されていることを特徴としている。

このような構成によれば、検査員の目視による作業を不要とし、人的な検査ミスや、過誤の判断結果が発生することを好適に防止し得ることは勿論のこと、次のような効果がさらに得られる。
すなわち、検査対象面の撮像画像において、照明映り込み部の輪郭の膨出部または窪み部が検出された場合には、これらの２次元形状の特徴を示す数値として前記広がり角φ１，φ２が求められ、かつこの値に基づいて欠陥の程度が評価されるために、たとえば膨出部の膨出高さのみ、または窪み部の深さのみを測定し、膨出部または窪み部の原因となっている欠陥を評価する手段と比較すると、欠陥の評価の適正化を図ることが可能である。また、検査対象面の同一箇所を、異なる角度から照明して撮像するような煩わしさもなくすことが可能である。したがって、装置構成を簡易なものとして、低コスト化を図り、またデータ処理制御を容易なものとしつつ、信頼性の高い表面検査結果を得ることが可能である。

さらに、前記構成によれば、次のような効果が得られる。
すなわち、膨出部および窪み部の前記した所定の広がり角φ１，φ２の大きさと、検査対象面に存在する欠陥の大きさとは、かなり正確に対応した関係にあり、このことは本発明者の試験により確認されている。したがって、前記した広がり角φ１，φ２を用いることにより、検査の精度をより高めることが可能である。また、前記した広がり角φ１，φ２は、比較的簡易な画像データ処理により、適切かつ迅速に求めることができる。したがって、プログラムソフトなどのコストを低減する上でも好ましく、また処理の所要時間も一層短いものとすることが可能である。

本発明のその他の特徴および利点は、添付図面を参照して以下に行なう発明の実施の形態の説明から、より明らかになるであろう。

本発明に係る表面検査装置の一例を示す概略説明図である。図１に示す表面検査装置の各機器のハード構成の一例を示す概略ブロック図である。（ａ）は、図１に示す表面検査装置における照明装置の要部概略側面図であり、（ｂ）は、図１に示す自動車の側面に表われる複数の照明映り込み部を模式的に示す説明図である。（ａ）～（ｃ）は、撮像画像における膨出部についての画像処理の一例を示す説明図である。（ａ）～（ｃ）は、撮像画像における窪み部についての画像処理の一例を示す説明図である。図１に表面検査装置において実行されるデータ処理手順の一例を示すフローチャートである。（ａ），（ｂ）は、従来技術の一例を示す要部説明図である。

以下、本発明の好ましい実施の形態について、図面を参照して具体的に説明する。

図１に示す表面検査装置Ａは、たとえば自動車の完成検査ラインに設置されており、検査対象面としての自動車４の外面を照明するための照明装置３、複数の撮像端末１、および情報管理端末２を備えている。複数の撮像端末１は、本発明でいう撮像手段の具体例に相当し、情報管理端末２は、本発明でいうデータ処理手段の具体例に相当する。

照明装置３は、ライン状光源３０が自動車４の配置箇所の左右両側に適当な間隔で起立して並べられた構成である。ただし、図３（ａ）に示すように、ライン状光源３０の一部を、略水平方向に延びるように設けた構成とすることもできる。ライン状光源３０としては、たとえば直管状の蛍光灯またはＬＥＤ光源などが用いられている。このため、図３（ｂ）に模式的に示すように、自動車４の外面には、ライン状光源３０からの照明が映り込んだ複数条の照明映り込み部５（白色部分）が縞模様の状態に表われる。図３（ｂ）では、照明映り込み部５が全て直線状に示されているが、自動車４の外面の曲面領域においては、照明映り込み部５はそれに対応して湾曲したライン状となる。また、図１では、省略しているが、ライン状光源３０の背後には、リフレクタが適宜設けられ、自動車４の外面への光の照射効率が高められている。

撮像端末１は、たとえばｉＰａｄ（登録商標）などのタブレット型の多機能端末を用いて構成されており、その基本的なハード構成自体は、既存のタブレット型の多機能端末と同様である。具体的には、この撮像端末１は、ＣＰＵなどを用いて構成されたデータ処理部１０、Ｗｉ-Ｆiなどの無線通信が可能な通信回路１１、ＲＯＭやＲＡＭなどを有する記憶部１２、液晶表示器などを利用した表示部１３、タッチパネル方式の操作部１４、撮像部１５（カメラ部）、およびスピーカ１６を具備しており、かつこれらが互いにバス接続された構成である。好ましくは、記憶部１２には、情報管理端末２と同様に、表面検査実行用のプログラムデータＤａがインストールされており、情報管理端末２を用いることなく、この撮像端末１を単体で使用するだけであっても、後述するデータ処理を実行し、自動車４の外面の表面検査を行なうことが可能とされている。

複数の撮像端末１は、照明装置３による自動車４への照明を妨げない配置で、自動車４の外面を撮像可能に設けられている。図１では、２つの撮像端末１のみを示しているが、実際には、自動車４の検査対象の外面の全域を撮像可能なように、さらに多くの撮像端末１が設けられている。各撮像端末１において撮像された画像のデータは、無線通信によって情報管理端末２に送信可能である。

情報管理端末２は、たとえばデスクトップあるいはノート型などのパーソナルコンピュータであり、複数の撮像端末１や照明装置３の制御、および各種の情報管理を行なうものであるが、各撮像端末１から送信されてきた撮像画像のデータに基づき、自動車４の外面
についての後述する凹凸検査処理も実行可能である。この情報管理端末２は、図２（ｂ）に示すように、データ処理部２０、通信回路２１、記憶部２２、表示部２３、操作部２４、およびスピーカ２５を具備している。記憶部２２には、表面検査実行用のプログラムデータＤａがインストールされており、情報管理端末２は、後述するようなデータ処理を実行可能な構成とされている。

次に、表面検査装置Ａにおいて実行されるデータ処理手順の一例を、図６に示すフローチャートを参照しつつ説明し、併せてその作用を説明する。

まず、表面検査を行なうには、照明装置３がオンとされ、自動車４の外面が照明されている状態において、撮像端末１による撮像を開始させることにより、その撮像画像のデータを、情報管理端末２に送信させる。好ましくは、照明装置３のオンや、撮像端末１による撮像開始動作は、情報管理端末２からの遠隔操作により行なれる。情報管理端末２においては、撮像端末１から前記した撮像画像のデータを受信すると、これを白黒２値化画像に変換する（Ｓ１：ＹＥＳ，Ｓ２）。このことにより、撮像画像は単純化され、撮像画像における照明映り込み部５の輪郭が鮮明になる。

自動車４の外面のうち、照明映り込み部５の輪郭に相当する箇所に欠陥があり、かつこの欠陥が凹状である場合には、図３（ｂ）に示すように、照明映り込み部５には、その輪郭が部分的に膨出した膨出部５０が形成される。この場合、図４（ａ）に示すように、撮像画像Ｉａ中に一対の膨出部５０（以降は、単に膨出部５０と称する）の画像が含まれるが、前記の２値化処理により、同図（ｂ）に示すように、膨出部５０の単純化・明確化が図られる。一方、自動車４の外面の欠陥が凸状である場合には、図５（ａ）に示すように、撮像画像Ｉａの照明映り込み部５には、一対の窪み部５１（以降は、単に窪み部５１と称する）が形成された状態となる。同図（ｂ）に示すように、この窪み部５１も、前記の２値化処理により単純化・明確化される。

次いで、撮像画像Ｉａにおいて、照明映り込み部５の輪郭に歪みがあるか否か、具体的には、膨出部５０または窪み部５１が存在するか否かの検出処理が実行される（Ｓ３）。たとえば、膨出部５０は、楕円形またはこれに近い画像の検索処理により検出可能であり、窪み部５１は、中央部が両端部よりも細く括れた形状の画像の検索処理により検出可能である。

膨出部５０または窪み部５１が検出された場合には、これらの２次元形状としての特徴を示す数値（後述の広がり角φ１，φ２）を求めるための処理（数値化処理）が実行される。
具体的には、膨出部５０が検出された場合には、図４（ｃ）に示すように、膨出部５０に外接するようにして、この膨出部５０を囲む第１の矩形枠６Ａを仮想設定する（Ｓ４：ＹＥＳ，Ｓ５）。その後は、第１の矩形枠６Ａの２つの横辺のそれぞれの中点Ｐａ，Ｐｂから縦辺の中点Ｐｃに向かう２つの直線Ｌａの夾角としての広がり角φ１を求める（Ｓ６）。第１の矩形枠６Ａの横辺の長さをａ、縦辺の長さをｈとすると、広がり角φ１は、次の式で求められる。
広がり角φ１＝２・tan^-1(ｈ／ａ)

一方、前記した２値化処理の対象が窪み部５１である場合、図５（ｃ）に示すように、窪み部５１を囲む第２の矩形枠６Ｂを仮想設定する（Ｓ４：ＮＯ，Ｓ１０）。ただし、この第２の矩形枠６Ｂは、２本の対角線Ｌｂが、窪み部５１の輪郭に近似的に沿うものである。その後は、２本の対角線Ｌｂの交差角としての広がり角φ２を求める（Ｓ１１）。膨出部５０の場合と同様に、第２の矩形枠６Ｂの横辺の長さをａ、縦辺の長さをｈとすると、広がり角φ２は、次の式で求められる。
広がり角φ２＝２・tan^-1(ｈ／ａ)
広がり角φ２を求める式は、広がり角φ１を求める式と同じである。

前記した広がり角φ１，φ２を算出した後には、これらの値に基づき、膨出部５０または窪み部５１を生じさせている自動車４の表面の欠陥のランク付けが行なわれる（Ｓ７）。このランク付けにおいては、広がり角φ１，φ２の値が、予め定められた複数の閾値と比較される。一方、自動車４の表面の欠陥のサイズが大きいほど、広がり角φ１，φ２は大きくなる。したがって、たとえば広がり角φ１，φ２がかなり大きく、所定の最大許容値を超える角度であれば、欠陥は、最低のランク１に該当する欠陥であるとされ、ＮＧとされる。広がり角φ１，φ２が徐々に小さくなるに連れて、欠陥のランクは、ランク２，３，４…と上がっていく。ただし、具体的なランク数、各ランクの具体的な範囲の内容は限定されない。

前記したような一連の検査処理は、予め指定された領域の全体について完了するまで繰り返される（Ｓ８：ＮＯ，Ｓ１）。したがって、膨出部５０や窪み部５１が検出される都度、その原因である欠陥のランク付けがなされる。一方、膨出部５０や窪み部５１が検出されない場合には、凹凸状の欠陥は、存在しないと判断される。指定領域の全体の検査が完了した場合には、その検査結果が、表示部２３に画面表示される（Ｓ８：ＹＥＳ，Ｓ９）。

情報管理端末２は、複数の撮像端末１のそれぞれから送信されてきた撮像画像のデータに基づく表面検査処理を順次実行し、複数の撮像端末１がそれぞれ担当する撮像領域の全ての検査結果が、表示部２３に集約して表示されるようになっている。
ただし、これとは異なり、複数の撮像端末１のそれぞれにおいて、表面検査の処理が個別に行なわれた上で、その検査結果が情報管理端末２に送信され、情報管理端末２においてそれらの内容が一括して画面表示されるといった構成とすることもできる。

前記した検査処理に際し、照明装置３、自動車４、および撮像端末１の三者の相対的な位置、または向きが一定のままであると、撮像画像における照明映り込み部５の位置も一定となるため、そのままでは照明映り込み部５の輪郭から離れた箇所の欠陥を検出することは困難である。したがって、そのようなことを防止する手段として、前記した三者の相対的な位置、あるいは向きを変更し、または変更させつつ、自動車４の外面の各部が順次撮像されることとなる。

前記した一連のデータ処理によれば、自動車４の外面の凹凸検査は、撮像端末１により撮像された撮像画像に基づいて適切に行なわれる。このため、検査員の目視による作業とは異なり、検査ミス、検査結果のバラツキなどを適切に防止または抑制することが可能であり、検査のリードタイムも短くすることが可能である。

また、照明映り込み部５の膨出部５０または窪み部５１に対応する欠陥を評価する手段として、図４（ｃ）および図５（ｃ）に示した広がり角φ１，φ２を用いているが、これら広がり角φ１，φ２は、膨出部５０または窪み部５１の横幅、または縦幅などの１次元的なサイズを示すものではなく、膨出部５０の二次元形状としての特徴を適切に示すものであって、既述したように、実際の欠陥のサイズにかなり正確に対応する。したがって、たとえば膨出部５０または窪み部５１の横幅のみ、あるいは縦幅のみに基づいて欠陥のサイズを判断するといった処理と比較すると、欠陥の評価をより正確に行なうことが可能である。その一方、広がり角φ１，φ２は、比較的簡易な画像データ処理によって求めることが可能であるため、表面検査処理の時間短縮を、より促進することができる。プログラムソフトも廉価にすることができる。
さらに、撮像端末１は、それ単独で表面検査を行なうことが可能な機能を有している。このため、この撮像端末１を、たとえばオフライン上での自動車単品の表面検査に用いる
といったことも可能であり、利便性に優れる。

本発明は、上述した実施形態の内容に限定されない。本発明に係る表面検査装置の各部の具体的な構成は、本発明の意図する範囲内において種々に設計変更自在である。

上述の実施形態では、膨出部または窪み部の２次元形状としての特徴を示す数値として、所定の広がり角φ１，φ２を用いたが、本発明はこれに限定されない。たとえば、図４（ｃ）および図５（ｃ）に示した第１および第２の矩形枠６Ａ，６Ｂの縦辺の長さｈと横辺の長さａとの比、またはこれを適宜補正した数値などを用いてもよい。

撮像手段は、照明映り込み部を撮像可能な機能を有するものであればよく、撮像用途に特化したような撮像カメラを用いることもできる。なお、上述の実施形態のように、撮像端末を可搬・多機能型の端末とし、かつそれ単体で表面検査が可能な構成（撮像端末のデータ処理部が、本発明でいうデータ処理手段に相当する構成）とすれば、たとえば自動車製造ラインの様々な場所に撮像端末を携帯し、表面検査を臨機応変に行なうことが可能となり、便利である。撮像作業は、人手によって行なわれてもよい。
検査対象面は、自動車の外面に限らず、自動車以外の様々な面をその検査対象とすることが可能である。塗装面に限らず、これ以外のたとえばプレス面なども、検査対象とすることができることは勿論である。照明装置は、照明映り込み部を発生させ得るように、検査対象面を照明可能であればよい。

Ａ表面検査装置
φ１，φ２広がり角
１撮像端末（撮像手段）
２情報管理端末（データ処理手段）
３照明装置
５照明映り込み部
５０膨出部
５１窪み部
６Ａ，６Ｂ第１および第２の矩形枠

Claims

上下高さ方向または水平方向に延びる複数のライン状光源が間隔を隔てて平行に並んで設けられ、かつ前記複数のライン状光源からの照明が検査対象面において縞模様をなす複数の帯状の照明映り込み部として表れるように前記検査対象面を照明するための照明装置と、
前記検査対象面における前記複数の帯状の照明映り込み部を撮像可能に前記検査対象面に対向する撮像手段と、
この撮像手段により撮像された撮像画像における前記複数の帯状の照明映り込み部の輪郭として、前記検査対象面の凹状の欠陥に対応し、かつ前記照明映り込み部の帯の両側に位置する一対の膨出部、または凸状の欠陥に対応し、かつ前記照明映り込み部の帯の両側に位置する一対の窪み部を検出する処理を実行可能なデータ処理手段と、
を備えている、表面検査装置であって、
前記データ処理手段は、前記撮像画像における前記一対の膨出部または前記一対の窪み部を検出した場合には、この検出された一対の膨出部または一対の窪み部に対応する欠陥の程度を評価する評価処理を実行可能であり、
この評価処理においては、
前記一対の膨出部については、前記一対の膨出部に外接する第１の矩形枠が仮想設定され、かつこの第１の矩形枠の２つの横辺のそれぞれの中点から縦辺の中点に向かう２つの直線の夾角としての広がり角φ１が求められ、
前記一対の窪み部については、２本の対角線が前記一対の窪み部の輪郭に近似的に沿うようにして前記一対の窪み部を囲む第２の矩形枠が仮想設定され、かつ前記２本の対角線の交差角としての広がり角φ２が求められ、
前記広がり角φ１，φ２は、前記一対の膨出部または前記一対の窪み部に対応する欠陥の程度を評価するためのパラメータとして用いられるように構成されていることを特徴とする、表面検査装置。