JPH04106461A - 表面欠陥検査装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は被検査面に光を照射してその反射光から塗装欠
陥等の表面欠陥の冑無を検出する表面欠陥検査装置に関
する。

（従来の技術） 自動車等の車両の製造ラインにおいては、一般に、車体
の塗装は製造ライン中に設けた塗装ステーションにおい
て行なわれる。

ところで、車体の塗装後の塗装欠陥の検査は、従来より
、人間の目視検査によって行なわれていた。この検査で
は、検査者は塗膜面から微小な欠陥部を発見しなければ
ならないため、検査者の神経的負担が大きく、また肉体
的にもきびしい作業が強いられていた。

塗装欠陥の検査におけるこのような事情に鑑みて、物体
の被検査面に光を照射し、その反射光をスクリーン上に
投影させ、その投影像の鮮映度がら被検査面の表面欠陥
を自動的に検出するようにした表面検査装置が提案され
ている（たとえば、特開昭６２−２３３７１０号公報参
照）。

この表面検査装置を車体の塗装欠陥の検出に応用すれば
、上記した塗装欠陥の目動検出が可能になり、従来の目
視による検査作業から検査者を解放することができる。

（発明が解決しようとする課題） ところで、上記の光照射による表面検査技術を車体塗装
の自動検査に応用する場合、第５図に示すように、塗膜
面１の鏡面反射性を利用し、この塗膜面１に光源２から
線状（あるいはスポット状）の光を照射して、塗膜面１
に次に述べるビデオカメラ３のカメラ視野Ｆよりも十分
に小さい光照射領域を作り、この光照射領域からの反射
光をビデオカメラ３により受光する装置が考えられる。

この装置では、ビデオカメラ３で作成される受光画像は
第６図のように、塗膜面１の光照射領域から反射した光
がカメラ視野Ｆに入り、カメラ視野Ｆをカバーする全体
として暗い受光画像５の中に、塗膜面１の光照射領域が
明るい線画像６となってとらえられる。そして、この光
照射領域中に塗装の欠陥部７（第５図寮照）があった場
合、この塗装の欠陥部７において光の正反射方向が変化
し、上記欠陥部７がなければ正常に反射して上記カメラ
視野Ｆに入るべきはずの光がカメラ視野Ｆに入らなくな
る。このため、上記の明るい線画像６の中に黒く欠陥部
７（第６図謬照）が写ることになる。

したかって、この黒く写る欠陥部７を画像処理技術によ
り識別することによって欠陥部７を検出することができ
る。また、この装置によれば、塗膜面１を線状に狭く照
射するので、照射光量が少なく、光照射領域に入射する
光が欠陥部７で正反射方向が変化して、ビデオカメラ３
に入る光量が欠陥部７とそうでない部分とで明瞭に差が
でき、微小な欠陥をも検出することができることになる
。

しかし、上記装置のように、狭い光照射によれば、カメ
ラ視野Ｆに対して光照射領域が小さすぎ、一方、ビデオ
カメラ３がとらえることができる欠陥部７は光照射領域
（すなわち、受光画像５中の線画像６）の内部か、近辺
でしかないので、常にカメラ視野Ｆの一部のみを使用し
た表面検査しかできず、検査能率に欠けるという問題が
あった。

また、被検査面が自動車等の車両の車体であるときには
、第５図の光源２ならびにビデオカメラ３をロボット装
置（図示せず。）で車体表面に沿って移動させながら検
査を行うことになる。

しかし、この場合には、車体は多くの曲面からなるので
、これらの曲面部に検査箇所が移動すると、光源２によ
って車体表面にできている線状の照射形状が歪む。この
ため、ビデオカメラ３の受光画像５中の線画像６も第７
図のように歪み、甚だしい場合にはカメラ視野Ｆから逸
脱することになる。

このため、自動車等の車両の車体では、塗膜面１の正常
な検査が困難で、常にカメラ視野Ｆ内に線画像６が収ま
るようにするためには、ロボット装置の制御が複雑にな
るという問題があった。

以上のような難点を解消するために、第８図に示すよう
に、塗膜面ｌを光源２′によってカメラ視野Ｆと同等も
しくはそれ以上の範囲で広く照射するようにし、この広
い光照射領域をビデオカメラ３によってとらえることが
考えられる。

しかし、このように広く塗膜面ｌを照射すると照射光量
が大幅に増加するので、欠陥部７で光のハレーンヨンを
生じてビデオカメラ３が微小な欠陥部７を明確にとらえ
ることができなくなる。

たとえば光源２′からの光り、、Ｌ、は塗膜面ｌで反射
し、その反射光がビデオカメラ３の受光面に入るが、光
照射領域に欠陥部７がないとすると、受光面に入る光量
はどの部分でも同じであるから、受光画像は一面明るい
画像となっている。

これに対して、光照射領域に欠陥部７があると、この欠
陥部７で上記光照射領域に入射する光の正反射方向が変
化し、欠陥部７に対応する受光面部分の入射光量が−減
って黒い点として受光画像中に写るはずである。

しかし、光源２′は、上記のように、広く塗膜面１を照
射しているので、光源２′の他の部分からの光り、、Ｌ
、が欠陥部７，７で反射して、光量が減少するはずの受
光面部分に入る。

したがって、受光画像中の明るさが大きくは低下せず、
このため、欠陥部７．７が微小であったときには、欠陥
部７，７とそうでない部分との明るさに差が生じにくく
なり、画像処理しても欠陥部７，７を識別することが困
難になる。ビデオカメラ３の受光面に光度変化を有する
外乱光が入射すると、欠陥部７，７の識別がより困難に
なる。

本発明の目的は、曲面を含む被検査面の欠陥部の位置と
その凹凸状態を同時に、外乱光等の影響を受けることな
く、効率よく正確に検出することができる表面欠陥検査
装置を提供することである。

（課題を解決するための手段） このため、本願の請求項１に係る発明は、被検査面を照
射する光の出射面から出射する光がこの出射面に沿う予
め定められた一つの方向で色が予め定められた順序に変
化する色パターンを有する光照射手段と、上記被検査面
の光照射領域からの反射光をとらえる受光画面を有し、
この受光画面にとらえられた上記光照射領域内の受光画
像をビデオ信号に変換するビデオ信号発生手段と、この
ビデオ信号発生手段から出力するビデオ信号に基づいて
上記光照射領域からの反射光の色パターンの乱れから上
記被検査面の欠陥部を識別する画像情報処理手段とを備
えたことを特徴としている。

また、本願の請求項２に係る発明は、請求項１に係る上
記発明において、光照射手段が光の出射面から出射する
各色の光が光度勾配を有していることを特徴としている
。

（作用） 上記光照射手段の出射面から出射する光はその色がこの
出射面の一つの方向に関して予め定められた順序に変化
する色パターンとなって出射する。

よってその被検査面からの反射光も同様の色パターンと
なる。

このような光が照射されている上記被検査面に欠陥があ
ると、そこで色パターンの乱れが発生して反射光の色の
順序が変化し、色の混合が発生する。

よって、反射光の色の混合が発生している受光画像の位
置および反射光の色の順序から欠陥の位置および凹凸を
検出することができる。

また、光照射手段が光の出射面から出射する各色の光が
光度勾配を有している場合には、欠陥部における反射光
の色の混合および反射光の色の順序の情報に加えて、各
色の反射光について明暗の変化の情報が得られる。

（発明の効果） 本発明によれば、出射面の一つの方向に関して予め定め
られた順序に色が変化する色パターンとなって光が出射
する光照射手段により被検査面を照射して被検査面から
の反射光の色パターンの乱れをビデオ信号発生手段から
のビデオ信号に基づいて検出するようにしたので、色パ
ターンの乱れから、外乱光の影響を受けることなく、簡
単かつ正確に、欠陥部分の位置および凹凸状態を検出す
ることができる。

また、光照射手段が光の出射面から出射する各色の光が
光度勾配を有しているものでは、欠陥部における反射光
の色の混合および反射光の色パターンの情報に加えて、
各色の反射光について明暗の変化の情報が得られるので
、外乱光の影響を受けることなく、さらにより確実に欠
陥部を検出することができる。

（以下、余白） （実施例） 以下に、添付の図面を参照して本発明の詳細な説明する
。

まず、本発明の原理を、第１図（ａ）および第１図（ｂ
）により説明する。

第１図（ａ）は被検査面１１に凸状の欠陥部１２を有す
る場合を示し、第１図（ｂ）は被検査面１１に凹状の欠
陥部１２を有する場合を示す。

第１図（ａ）および第１図（ｂ）において、光照射手段
としての光源１３からは、光の出射面１３ａから出射す
る光の色（光の波長）がこの出射面１３ａの矢印Ａ１で
示す一つの方向に、予め定められた順序で変化する色パ
ターンの形態で出射する。すなわち、上記出射面１３ｇ
は、矢印Ａ、で示す方向に、Ａ色の出射領域、Ｂ色の出
射領域、０色の出射領域、・・・のように分割される。

そして、Ａ色の出射領域からはＡ色の光が、Ｂ色の出射
領域からはＢ色の光が、０色の出射領域からは０色の光
が、・・・というように、予め定められた順序で各出射
領域からは異なる色の光が出射する。

一方、被検査面１１には、光源１３の光の出射面１３ａ
から出射する上記色パターンを有する光の光照射領域Ｓ
が生じる。そして、この光照射領域Ｓがそれに含まれる
カメラ視野Ｆを有するビデオ信号発生手段としてのビデ
オカメラ１４の上記カメラ視野Ｆにとらえられる。

よって、第２図（ａ）および第２図（ｂ）に示すように
、このような光照射領域Ｓの反射光をとらえるビデオカ
メラ１４の受光画像１５においても、光源１３の光の出
射面１３ａから出射する光の色がＡ色から順次に変化す
る矢印Ａ、で示す方向に対応し、上記色パターンに対応
して矢印Ａ、で示す方向に色が順次に変化する。

このような状態において、被検査面１１に欠陥部１２が
生じていると、その部分で光源１３からの光の正反射方
向が変化し、被検査面１１からの色パターンに乱れが生
じる。この色パターンの乱れにより、たとえば次のよう
にして欠陥部１２を識別できる。

すなわち、上記欠陥部１２が、第１図（ａ）に示すよう
に、たとえば凸状のものであれば、光源１３の上記出射
面１３ａからの光のうち、被検査面１１に近い部分１６
からの光、たとえばＡ色の光が主として上記出射面１３
ａと対向する欠陥部１２の面１２ａに当たって正反射方
向が変化し、その一部がビデオカメラ１４に入射する。

したがって、ビデオカメラ１４の受光画像１５では、第
２図（ａ）に示すように、欠陥部１２が凸状のものでは
、欠陥部１２により本来入射する光の色、たとえばＧ色
に、出射面１３ａのうち被検査面１１に近い部分１６、
たとえばＡ色の出射領域からの光（Ａ色の光）が混合す
ることになる。

一方、上記欠陥部１２が凹状のものである場合、光源１
３の上記出射面１３ａからの光のうち、被検査面１１か
ら離れた部分１７からの光、たとえばＸ色の光が主とし
て上記出射面１３ａと対向する欠陥部１２の面１２ｂに
当たって正反射方向が変化し、その一部がビデオカメラ
１４に入射する。

したがって、ビデオカメラ１４の受光画像１５では、第
２図（ｂ）に示すように、欠陥部１２が凹状のものでは
、欠陥部１２より本来入射する色、たとえばＧ色に、出
射面１３ａのうち被検査面１１から遠い部分１７、たと
えばＸ色の出射領域がらの光（Ｘ色の光）が混合するこ
とになる。

上記から、欠陥部１２に本来入射するＧ色の光に混合さ
れる光がＸ色とＡ色というように、欠陥部１２の凹凸に
よって異なり、混合される光の色により、欠陥部１２の
凹凸状態を判定することができる。また色の混合の発生
する位置から、欠陥部１２の位置を知ることができる。

以上の原理による欠陥部１２の位置の判定と欠陥部１２
の凹凸の判定は、ビデオカメラ１５がらのビデオ信号に
含まれる色信号により、後述する画像処理プロセッサに
よりおこなわれる。

次に上述の原理を用いた実施例構成を第３図および第４
図を用いて説明する。

図示りない車体の塗装検査ステーション２０には、第３
図に示すように、台座Ｂに乗ったロボット装置２１が装
備される。

上記ロボット装置２１には、その先端アーム２２に上記
光源１３に対応する光照射手段２３と、上記ビデオカメ
ラ１４に対応するＣＣＤカメラ２４とが支持金具２５を
介して取り付けられる。ロボット装置２１のこれら光照
射手段２３とＣＣＤカメラ２４とは、第１図（ａ）およ
び第１図（ｂ）の被検査面１１に相当する、塗装検査ス
テー７ョン２０に搬入された車体２６の塗膜面２７をト
レースし、その際、光照射手段２３によって照射された
光が、車体２６の表面の塗膜面２７で反射してＣＣＤカ
メラ２４に入射する。

また、このような光照射手段２３とＣＣＤカメラ２４に
よる塗装欠陥検査においては、ホストコンピュータ３１
によって与えられる指令によって、ロボットコントロー
ラ３２が駆動される。そして、それによるロボットコン
トローラ３２の信号がロボット装置２１に送られる。

上記ロボット装置２１は、内蔵されている図示しないア
クチュエータが作動し、これにより、ロボット装置２１
は光照射手段２３およびＣＣＤカメラ２４が車体２６の
表面をなぞるように、これら光照射手段２３およびＣＣ
Ｄカメラ２４を移動させるとともに、ＣＣＤカメラ２４
によって得られるビデオ信号を画像処理ブロッセ、す３
３に出力する。

上記画像処理ブロノセノサ３３では、ＣＣＤカメラ２４
から入力するビデオ信号に含まれる色信号により、ＣＣ
Ｄカメラ２４の受光画像１５（第２図（ａ）、第２図（
ｂ）参照）において、欠陥部１２に本来入射する光（た
とえばＧ色の光）にほかの領域の光（たとえばＡ色の光
、Ｘ色の光）が混合され、この混合が発生するビデオ信
号の走査線とこの走査線上でのタイミングを検出する。

そして、そのデータはホストコンピュータ３２に伝送さ
れて解析される。これにより、欠陥部１２の位置の座標
を検出するとともに、上記混合する光（Ａ色の光、Ｘ色
の光）（こより欠陥部１２が凸状であるか凹状であるか
を検出する。

この検出結果により、車体２６の塗装面に存在する塗装
の欠陥部１２の凹凸状態に応じた補修が行われる。すな
わち、欠陥部１２が凸状であるときは、その突出部分は
小さく削り取られるが、上記欠陥部１２が凹状であると
きは、欠陥部１２を含んで比較的広い範囲で塗膜か削り
取られる。

この補修は、人手により行うこともできるが、上記ロボ
ット装置２１もしくはそれとは別に設けた図示しない補
修用のロボット装置により、自動的に行うこともできる
。

上記の光照射手段２３は、第４図に示すように、ボック
ス４１の内部に複数本の蛍光灯４２（特に蛍光灯４２に
限られるものではない。）が装置されている。これら蛍
光灯４２の前面には、光フィルタ４３が設置される。

上記光フィルタ４３は、蛍光灯４２から出る光の色を、
上記光フィルタ４３が形成する光の出射面１３ａの一方
向に対して、Ａ色、Ｂ色、０色、・・・というように、
予め定められた色パターンとするためのものである。上
記光フィルタ４３により、光の出射面１３ａ上にたとえ
ば第４図に示すように設定したＸＹ座標の同一のＸ座標
値を有する点での光の色は同じであり、異なるｙ座標値
を有する点での光の色は異る。これによって、車体２６
の表面の塗膜面２７には一方向に色が変化する上記と同
様の色パターンを有する光照射領域Ｓが形成される。

以上の塗装欠陥検査装置では、壁装検査ステーション２
０に塗装済の車体２６が搬入されるに伴い、塗装欠陥検
査作業が開始される。すなわち、ロボット装置２１がロ
ボットコントローラ３２に制御されて、光照射手段２３
とＣＣＤカメラ２４とを一体の関係を保って、かつ、車
体２６の表面にこれら光照射手段２３とＣＣＤカメラ２
４とが適切な距離を置く状態で車体２６の表面形状に沿
ってなぞらせる。

このときに、光照射手段２３により、第１図（ａ）およ
び第１図（ｂ）に示すように、カメラ視野Ｆをカバーす
るとともに色がＡ色、Ｂ色、０色、・・・というように
一方向に予め定められた順序で変化する色パターンを有
する光が車体２６の表面に照射される。

このため、塗膜面２７には、一つの方向に対して色がＡ
色、Ｂ色、０色、・・・というように変化する光の光照
射領域Ｓが形成される。また、この光照射領域Ｓからの
反射光が入射するＣＣＤカメラ２４では、上記光照射手
段２３からの光の色パターンに対応して一方回に色が順
次変化する受光画像１５が作成されることになる。

したがって、被検査面１１に欠陥部１２か生じていると
、その部分で光源１３からの光の正反射方向が変化して
色パターンが乱れ、第１図（ａ）および第１図（ｂ）、
第２図（ａ）および第２図（ｂ）の原理説明で述べたよ
うに、たとえば上記欠陥部１２が凸状のものである場合
は、ビデオカメラ１４の受光画像１５は、第２図（ａ）
に示すように、ビデオカメラ１４の受光画像１５の矢印
Ａ、で示す方向で、欠陥部１２に本来受光されるＧ色の
光にＡ色の光が混合する。

また、上記欠陥部１２が凹状のものである場合は、第２
図（ｂ）に示すように、ビデオカメラ１４の受光画像１
５は矢印Ａ、で示す方向で、欠陥部１２に本来受光され
るＧ色の光にＸ色の光が混合する。

ビデオカメラ１５はその上記受光画像１５の色の変化に
対応するビデオ信号を画像処理プロセッサ３３に出力す
る。

上記ビデオ信号が入力すると、画像処理プロセッサ３３
は、上記ビデオ信号に含まれる色信号から欠陥部１２に
おける色の混合を検出し、欠陥部１２を検出する。そし
て、この欠陥部１２に対応するビデオ信号の走査線とこ
の走査線上での欠陥部１２に対応する信号部分を検出し
、受光画像１５内での欠陥部１２の位置および欠陥部１
２の凹凸状態を検出する。この検出データとロボット装
置２１の先端アーム２２の位置をメモリに記憶する。

ソシテ、欠陥部１２の補修時にこのメモリの記憶内容を
取り出し、既に述べたようにして、欠陥部１２の補修が
行われる。

上記から、欠陥部１２は、周囲とは色にちがいのある明
瞭な画像としてとらえることができ、欠陥部１２が微小
であっても、また、被検査面１１に光度変化のある外乱
光等が入射しても、効率よ（確実に欠陥部１２をとらえ
ることができる。

なお、第１図（ａ）および第１図（ｂ）において、光源
１３の光の出射面１３ａから出射する各色の光、たとえ
ば第１図（ｃ）に示すように、光度勾配（たとえば２５
６階調）をつけるようにしてもよい。

このようにすれば、ビデオカメラ１４の受光画像１５は
、第２図（ｃ）に示すように、上記光度勾配に応じて欠
陥部１２から入射する光の色の明るさが欠陥部１２の位
置によって変化することになる。これにより、欠陥部１
２の検出がより容易になる。

以上では、欠陥部１２の検出を画像処理プロッセッサ３
３により行う実施例について説明したが、上記ＣＣＤカ
メラ２４からのビデオ信号を検査者がモニタテレビをモ
ニタすることにより、欠陥部１２を検出し、その形状や
位置等の情報を記録装置に記録させることもできる。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）および第１図（ｂ）はそれぞれ本発明にか
かる表面欠陥検査装置の原理説明図、第１図（ｃ）は光
源の光の出射面から出射する各色の光に光度変化をつけ
た場合の表面欠陥検査装置の原理説明図、 第２図（ａ）および第２図（ｂ）はそれぞれ被検査面ニ
凸状オよび凹状の欠陥かあるときのカメラの画面の説明
図、 第２図（ｃ）は第１図（ｃ）の場合のカメラの画面の説
明図、 第３図は本発明に係る表面欠陥検査装置を自動車の車体
の塗装欠陥検査装置に適用した実施例の説明図、 第４図は光照射手段の分解斜視図、 第５図は従来の表面欠陥検査装置の説明図、第６図は第
５図の表面欠陥検査装置のカメラにより得られる画像の
説明図、 第７図は被検査面が曲面のときにカメラにより得られる
画像の説明図、 第８図は従来のいま一つの表面欠陥検査装置の説明図で
ある。 １１・・・被検査面、１２・・・欠陥部、１３・・・光
源。 １４・・ビデオカメラ、１５・・受光画像２１・・・ロ
ボット装置、２３・・光照射手段２４・・ＣＣＤカメラ
、２５・・支持金具、２６・・・車体。 ２７・・塗膜面、３１・・・ホストコンピュータ。 ３２・・ロボットコントローラ ３３・・画像処理プロ、セ、す ４１・・・ボックス、４２・・蛍光灯、４３・・光フィ
ルタ。 特　許　出　願　人　マツダ株式会社 代理人弁理士青山　葆　はか１名 第２図 １Ｍ　１　図 第２図 第４Ｍ 第６図 第５図 第７図 第８図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）被検査面を照射する光の出射面から出射する光が
   この出射面に沿う予め定められた一つの方向で色が予め
   定められた順序に変化する色パターンを有する光照射手
   段と、上記被検査面の光照射領域からの反射光をとらえ
   る受光画面を有し、この受光画面にとらえられた上記光
   照射領域内の受光画像をビデオ信号に変換するビデオ信
   号発生手段と、このビデオ信号発生手段から出力するビ
   デオ信号に基づいて上記光照射領域からの反射光の色パ
   ターンの乱れから上記被検査面の欠陥部を識別する画像
   情報処理手段とを備えたことを特徴とする表面欠陥検査
   装置。
2. （２）上記光照射手段は、光の出射面から出射する各色
   の光が光度勾配を有していることを特徴とする請求項１
   記載の表面欠陥検査装置。