JPH05203584A - ワーク表面特徴量検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明はワークの位置決め精度や加工公差に
よる寸法のばらつきに影響を受けることなく検査部形状
に合致したマスク画像を作成し、人手を介さずに表面欠
陥、面粗度等のワーク表面特徴量の自動検出が可能な自
動検出装置を提供することを目的とする。 【構成】 ＩＴＶカメラで入力した画像をデジタル化処
理（ステップ２０，３０）して検査部画像を作成し、マ
スク作成用境界線画像と加算して境界線と検査部画像輪
郭との交点を抽出する（ステップ４０〜６０）。これら
の交点の位置関係とワーク基準寸法とからマスク点を作
成し（ステップ８０）、マスク点を連結したマスク画像
を作成する（ステップ９０）。このマスク画像を用いて
デジタル化処理した画像のマスキングを行い表面欠陥、
面粗度等のワーク表面特徴量を検出する（ステップ１０
０，１１０）。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、製品（ワーク）の表面
加工粗度や加工寸法、表面欠陥等の特徴量を検出するた
めの特徴量検出装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、加工終了後の寸法検査や面粗度の
検査は、ノギスや機械式あらさ計を用いて抜き取り検査
で、又ワーク表面欠陥については目視により全数検査を
行っていた。しかし、人手により検査を行っているため
作業効率が悪く、加工寸法や面粗度については抜き取り
検査であるため、ワーク寸法等が公差から外れた場合等
に加工機へのフィードバックが遅れる等の問題があっ
た。

【０００３】また、欠陥の目視検査についても、ワーク
自体の寸法が小さく（例えば外径３０mm程度）、欠陥自
体も微細なものが多いため、欠陥の見落としが発生した
り評価の客観性に欠ける等の問題があった。この種の検
査については、従来より工業用テレビカメラ（ＩＴＶカ
メラ）を用いてワーク検査面を撮像し、画像処理により
得られた情報から加工寸法、面粗度、表面欠陥等の特徴
量を検出する自動検査装置が知られている。

【０００４】例えば特開昭６１−１３９７０６号公報に
はＩＴＶカメラで撮影した画像をデジタル処理してデジ
タル画像信号の階調レベルから面粗度を検出する検査装
置が記載されており、また、特開平２−１９０７０７号
公報及び特開平２−２７１２５４５号公報には、ＩＴＶ
カメラで撮影した画像をデジタル処理して２値化画像を
求め、この２値化画像からワーク表面欠陥を検出する検
査装置がそれぞれ記載されている。

【０００５】しかし、ＩＴＶカメラを用いて検査面を撮
像した場合、検査対象部以外の部分も同時に撮影されて
しまうため、正確な検出を行うためには検査部以外の余
分な画像を除去する処理が必要となる。この処理は通
常、検査部と同じ輪郭形状を有するマスク画像を用いて
ＩＴＶカメラの撮像した画像から検査部のみを抽出する
マスキング処理により行われており、このマスク画像を
作成するため種々の方法が考案されている。

【０００６】例えば前述の特開平２−１９０７０７号公
報では撮影した画像を２値化して得られた画像に縮退処
理を行い輪郭線を平滑化した画像をマスク画像として用
いている。また、前述の特開平２−２７１２４５号公報
では円板上のワーク表面の欠陥を検査する際に、得られ
た２値化画像の濃淡レベル差からワーク輪郭線上の複数
の点を抽出し、これらの点から最小自乗法を用いて近似
円を作成してマスク画像として用いている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかし、これらのマス
ク画像作成方法をワーク表面の検査に用いると加工精度
やワークの位置決め精度の影響で未検出領域ができたり
検査対象外の余分な画像を取り込んだりする場合が生じ
てしまう。例えば特開平２−１９０７０７号公報のよう
に２値化画像の輪郭線から縮退処理によりマスク画像を
作成する方法を用いた場合、図７に示すように輪郭線か
ら大きく入り込んだ形状の欠陥部（Ｆ）があると欠陥部
が輪郭線として認識され、図９の斜線部のようなマスク
画像が作成されてしまい欠陥部を検出できなくなる。

【０００８】また特開平２−２７１２４５号公報のよう
に最小自乗法により輪郭近似円を抽出する方法は円形状
のマスクを作成する場合にしか使用できない。また、予
め検査部標準形状に合致する固定マスク画像を用意して
このマスク画像と、撮影した２値化画像とを加算する方
法もあるが、ワークを正確に固定マスク画像の位置に位
置決めすることが必要となることや、ワーク自体の加工
精度が欠陥検出精度に影響を与える問題があり、例えば
バルブシート等のワーク検査には使用できない。

【０００９】本発明は上記問題に鑑み、ワークの位置決
め精度等に影響されずマスク画像を精度良く作成できる
手段を備え、人手を介さずにワーク表面の欠陥や面粗
度、加工寸法等の特徴量を自動的に検出可能な特徴量検
出装置を提供することを目的としている。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明によれば、図２の
本発明の構成図に示すようにワーク表面の画像を撮影す
る撮像手段Ａと、撮像手段Ａの撮影した画像信号のデジ
タル化処理を行いデジタル画像を得るデジタル画像作成
手段Ｂと、所定間隔のマスク作成用境界線画像を作成す
る境界線作成手段Ｃと、前記デジタル画像輪郭と前記境
界線との交点を抽出する交点抽出手段Ｄと、前記により
抽出した交点の相対的位置関係から基準点を決定する基
準点決定手段Ｅと、前記基準点とワーク加工基準寸法と
に基づいて前記境界線上にマスク画像作成用マスク点を
設定するマスク点作成手段Ｆと、前記マスク点を連結し
てマスク画像を作成するマスク画像作成手段Ｇと、前記
マスク画像を用いて前記デジタル画像のマスキングを行
い、バルブシートの特徴量を検出する特徴量検出手段Ｈ
とを備えたバルブシート特徴量検出装置が提供される。

【００１１】

【作用】境界線作成手段Ｃはワーク表面の検査区画周方
向両端に対応する所定間隔の境界線画像を作成し、交点
抽出手段Ｄは撮像手段Ａとデジタル画像作成手段Ｂとに
より得られた検査面のデジタル化画像輪郭と前記境界線
画像との４つの交点を抽出する。基準点決定手段Ｅは上
記４つの交点の相互の位置関係とワークの加工基準寸法
を用いてこれらの交点がマスク点として使用可能か否か
を判断し、交点の位置関係が加工基準寸法の許容範囲か
らずれている場合には両端の境界線上の交点のうちそれ
ぞれ１つを基準点として選定する。次いで、マスク点作
成手段Ｆはこれらの基準点と加工基準寸法とからマスク
点を境界線上に設定し、マスク画像作成手段Ｇはこれら
のマスク点を連結してマスク画像を作成する。特徴量検
出手段Ｈはこのマスク画像を用いて前記デジタル画像の
マスキングを行いワーク表面の特徴量を検出する。

【００１２】

【実施例】図１にエンジンの吸排気弁バルブシートの検
査に本装置を適用した場合の構成を示す。図において１
はエンジンのバルブシートを示す。バルブシート１はリ
ング形状の製品であり、バルブ弁体と接触する弁座部１
ａを有している。本装置はこの部分の幅寸法、面粗度等
の加工精度や、ブローホール等の表面欠陥（直径０．３
mm〜１mm程度）を非接触で全数検査を行うものである。

【００１３】図１において７は光量調節可能な光源を示
す。光源７からの光はリング状の投光器２ａの周上に配
列された複数の光ファイバー２を介してバルブシート１
の弁座部１ａに均一に照射される。光ファイバー２の配
置は弁座部１ａの形状に沿って等間隔に配置し、弁座部
１ａの各部分に光量のむらができないようにすることが
重要である。

【００１４】また３は弁座部１ａからの反射光を投光器
２ａ上方に配置したＩＴＶカメラ４に向けて反射するプ
リズム又は反射鏡である。本装置では光源７、投光器２
ａ、プリズム３、ＩＴＶカメラ４は一体の光学ヘッドと
して構成されており、この光学ヘッドを回転させること
によりバルブシート内周面を周方向に分割した検査区画
を一区画ずつ順次全周検査する。従って投光器２ａには
全周にわたって光ファイバー２を設ける必要はなく、１
回分の検査区画を均一に照明できる範囲のみに設ければ
良い。

【００１５】図においてその全体を５で示したのはＩＴ
Ｖカメラ４が撮影した画像の処理を行うデジタル画像処
理装置であり、ＩＴＶカメラ４の画像信号をデジタル化
するＡ／Ｄ変換器５ｇ、中央演算装置（ＣＰＵ）５ａ、
リードオンリメモリ（ＲＯＭ）５ｂ、フレームメモリと
して使用するランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）５ｃ及
び５ｄ、外部入出力回路５ｅを双方向性バス５ｆにより
接続した構成とされ、ディスプレイ６を備えている。

【００１６】ＩＴＶカメラ４により撮影されたバルブシ
ート弁座部１ａ内周面の画像は、複数（例えば横５１２
×縦２５６）の画素に分割され、各画素の明度を示すア
ナログ信号はＡ／Ｄ変換器５ｇにより多階調レベル（例
えば２５６階調又は５１２階調）のデジタル画像信号に
変換され、後述の面粗度検出のために、各画素位置に対
応づけてフレームメモリ５ｃに格納される。また上記に
より得られたデジタル画像信号は、更に、ＣＰＵ５ａに
より適宜なしきい値を用いて２値化され、得られた２値
化画像は後述の寸法検出、欠陥検出等のため別のフレー
ムメモリ５ｄに格納される。

【００１７】この状態でフレームメモリ５ｄに格納され
た画像を図４に示す。前述のように本装置では検査面を
周方向に分割して１区画ずつ検査を行うが、ＩＴＶカメ
ラの視野は検査区画より広いため（図１０参照）撮影さ
れた画像は検査区画以外の部分も含んでおり、視野の両
端では光量のむらや画面歪のため画像が不鮮明になって
いる。

【００１８】このため、以下の手順で画像処理によるマ
スキングを行い、検査区画のみの画像を抽出する。検査
区画はカメラ視野中央付近の光量むらや画像歪のない部
分に設定される。図５は本装置で使用するマスク画像の
形状を示す。本装置では図５に示す形状のマスク画像を
作成し、取り込んだ２値化画像とのＡＮＤ画像を作成す
ることにより検査区画の画像を抽出する。

【００１９】図５においてマスク画像の横方向幅ｂは図
５の検査区画幅に等しく、縦方向幅ａはバルブシート弁
座部加工基準厚さ範囲になるように設定される。本来、
バルブシートの加工精度や検査装置に対するバルブシー
トの位置決め精度が正確であれば、図５に示すようなマ
スクを固定位置に形成すれば最適なマスキングが行なえ
るが、現実にはバルブシートの位置決め精度や厚さａの
加工公差によるばらつきがあるためマスクを固定したの
では検査精度が大きく低下してしまう。

【００２０】そこで本発明では、ＩＴＶカメラ４で取り
込んだ画像を基にマスク画像を作成し、ワークの位置決
め精度や加工精度によらず正確なマスキングを行うよう
にしている。すなわち、本発明では予め図６に示すよう
な境界線Ｌ₁ ，Ｌ₂ の２値化画像を用意しておく。図６
の境界線間隔は検査区画の幅ｂに等しくとられている。

【００２１】図４の２値化画像は図６の境界線画像と加
算され境界線と２値化画像輪郭との４つの交点（図６Ａ
〜Ｄ）が抽出される。次いで、これらの４点を用いて以
下の処理を行い、図５の形状のマスク画像を得る。まず
フレームメモリ５ｄの画素位置から交点Ａ〜Ｄの位置を
決定し、この位置情報から交点ＡＢ間距離と交点ＣＤ間
距離を算出する。

【００２２】次いで、このＡＢ間距離及びＣＤ間距離と
バルブシート弁座部の加工基準厚さ範囲と比較し、Ａ
Ｂ，ＣＤとも基準厚さ範囲内であればＡ〜Ｄをマスク点
として採用し、この４点を直線で結んでマスク画像（図
５）を作成する。しかし、図７に示すように検査区画に
欠陥部Ｆが存在する場合はＡＢ間距離とＣＤ間距離のい
ずれか、もしくは双方が加工基準厚さ範囲外となってし
まう。ＡＢ間若しくはＣＤ間距離が基準厚さ範囲外であ
る場合は次にそれぞれＡ点とＣ点、Ｂ点とＤ点とのＹ座
標の差（図７ｙ₁ ，ｙ₂ ）をとり、基準厚さ範囲外の交
点の組（図ではＣ，Ｄ）については上記Ｙ座標の差が小
さい方の点（図ではＤ点）を基準点とする。

【００２３】次いでこの基準点から加工基準厚さａ₀ に
等しくなる幅に点Ｅをとりマスク点とする。基準厚さ範
囲内の交点（図ではＡ，Ｂ）は修正を加えずにマスク点
として使用する。また、図７のＡ，Ｂの側も基準厚さ範
囲外であった場合には上記と同様に基準点の決定とマス
ク点の決定とを行う。これらのマスク点を直線で連結す
ることにより図８に示すマスク画像を得る。

【００２４】このようにＩＴＶカメラ４で取り込んだ画
像に合わせてマスク画像を作成するようにした結果、バ
ルブシートと検査装置との位置決め精度や加工公差によ
る弁座部厚さのばらつきに影響されることなく検査区画
に正確に合致したマスク画像を得ることができる。ま
た、前述のように図７に示したように輪郭線にかかる形
状の欠陥があった場合、輪郭線からマスク画像を抽出す
る従来の方法（例えば特開平２−１９０７０７号公報）
では、欠陥部形状が輪郭線として抽出されてしまい図９
に示すようなマスク画像が作成され正確な欠陥検出がで
きない問題があったが本発明によれば欠陥部分も含めた
正確なマスク画像（図８）が作成される。

【００２５】次に、上記のマスク画像を用いたワーク表
面特徴量の検出について説明する。本実施例では、ワー
ク表面特徴量としてバルブシート弁座部幅、表面欠陥、
面粗度の３つをそれぞれ、以下の方法により検出するよ
うにしている。 （１） バルブシート弁座部幅検出 弁座部幅は上述のマスク画像作成のために抽出した境界
線と２値化画像輪郭との交点ＡＢ及びＣＤ間の距離とし
て算出される（図６）。すなわち、マスク画像作成の際
に算出したＡＢ間及びＣＤ間の距離がワーク寸法として
出力される。

【００２６】（２） 表面欠陥検出 表面欠陥の検出は、フレームメモリ５ｄに格納した２値
化画像と図５のマスク画像とを用いて行う。すなわち、
図５のマスク画像と反転した２値化画像とを加算し、Ａ
ＮＤ画像を求めるマスク処理を行い、各画素の２値化画
像信号から欠陥部位を抽出してラベリングを行う。次い
で各欠陥部の面積を算出し、基準値以上の面積の欠陥部
が１つでもある場合にはワークを欠陥品と判定するので
ある。なお、欠陥判定は他の適宜な方法、例えば欠陥形
状の判定を含むものであっても良い。

【００２７】（３） 面粗度検出 バルブシート面の粗度（加工精度）は、フレームメモリ
５ｃに格納した多階調レベルのデジタル画像と図５のマ
スク画像とを用いて行う。バルブシート面の加工精度が
低下し、加工面粗さが増すと加工面での反射光の散乱が
増大するためＩＴＶカメラで撮影した画像は全体的に輝
度が低くなる。本実施例では予め、加工精度と画像平均
輝度との関係を実験的に求めておき、これを利用してワ
ーク面粗度を検出している。

【００２８】すなわち、図５のマスク画像を用いてフレ
ームメモリ５ｃに格納したデジタル画像のマスク処理を
行い、検査区画の多階調レベルのデジタル画像を求め、
更に、画像全体にわたって各画素信号の階調レベルを平
均することにより画像の平均輝度を算出し、予め求めて
おいた画像輝度の面粗度との関係から面粗度を算出する
のである。

【００２９】次に図３に本発明のワーク表面特徴量検出
装置の処理工程フローチャートを示す。図の右側にはそ
れぞれのステップに対応するディスプレイ６の表示画像
を示している。図３においてステップ１０からステップ
３０はワーク画像入力とデジタル画像及び２値化画像の
作成、ステップ４０からステップ６０は２値化画像を用
いての交点抽出、ステップ７０はバルブシート面幅寸法
の検出を示している。また、ステップ８０とステップ９
０はステップ６０で抽出した交点に基づくマスク画像作
成を、ステップ１００及びステップ１１０は上述した表
面欠陥検出と面粗度検出のステップである。

【００３０】

【発明の効果】上述のように本発明のワーク表面特徴量
検出装置によれば、ワークと装置との位置決め精度やワ
ーク加工精度に影響を受けることなく非接触で面粗度や
表面欠陥、加工寸法等を正確に検出することができるた
め、人手を介さず高速で製品の全数検査を行うことがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のワーク表面特徴量検出装置の実施例構
成を示す略示図である。

【図２】本発明の構成を示すブロック図である。

【図３】本発明のワーク表面特徴量検出装置の処理工程
の実施例を示すフローチャートである。

【図４】ＩＴＶカメラで撮影した被検査部の２値化画像
の模式図である。

【図５】本発明で使用するマスク画像の模式図である。

【図６】マスク作成用境界線画像の模式図である。

【図７】マスク作成過程を説明する図である。

【図８】図７により作成されたマスク画像を示す図であ
る。

【図９】従来の方法で作成したマスク画像を示す図であ
る。

【図１０】ＩＴＶカメラ視野と検査区画を示す図であ
る。

【符号の説明】

１…バルブシート（ワーク） １ａ…弁座部（被検査部） ２…光ファイバー ２ａ…投光器 ３…プリズム ４…ＩＴＶカメラ ５…デジタル画像処理装置 ５ａ…ＣＰＵ ５ｂ…ＲＯＭ ５ｃ，５ｄ…フレームメモリ ５ｅ…外部入出力回路 ５ｆ…双方向性バス ５ｇ…Ａ／Ｄ変換器 ６…ディスプレイ ７…光源

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ワーク表面の画像を撮影する撮像手段
   と、該撮像手段の撮影した画像信号をデジタル変換して
   デジタル画像を得るデジタル画像作成手段と、所定間隔
   のマスク作成用境界線画像を作成する境界線作成手段
   と、前記デジタル画像輪郭と前記境界線との交点を抽出
   する交点抽出手段と、 前記により抽出した交点の相対的位置関係から基準点を
   決定する基準点決定手段と、前記基準点とワーク加工基
   準寸法とに基づいて、前記境界線上にマスク画像作成用
   のマスク点を設定するマスク点作成手段と、前記マスク
   点を連結してマスク画像を作成するマスク画像作成手段
   と、 前記マスク画像を用いて前記デジタル画像のマスキング
   を行い、ワーク表面の特徴量を検出する特徴量検出手段
   とを備えたことを特徴とするワーク表面特徴量検出装
   置。