JPH0645845Y2 - 表面平滑度自動検査装置 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 考案の目的 ［産業上の利用分野］ 本考案は、被検査物表面の平滑度を検査する表面平滑度
自動検査装置に関する。

［従来の技術］ 従来より、塗膜等被検査物表面の平滑度（ゆず肌度）を
自動的に検出しようとする種々の考案や提案がなされて
いる（例えば、特開昭63-18210号公報記載の「塗膜の平
滑性測定方法」等）。

これら提案においては、光源と縦縞格子とにより被検査
物表面に形成される塗面に縦縞模様を投影し、この投影
された縦縞模様をCCDカメラにより撮像し、そのCCDカメ
ラから出力されるビデオ信号を所定基準値と比較して得
られる２値信号から縦縞模様の間隔のバラつきを演算し
てゆず肌度（塗面の平滑度）を判定するようになされて
いた。

［考案が解決しようとする課題］ ところで、前記従来の表面平滑度自動検査装置は、ビデ
オ信号をそのままの形で２値化した縞模様から平滑度を
判定する構成であることから、外光や塗装色等の影響を
受け易く、このため、明暗の境界の検出が不正確であっ
た。こうしたことから、被検査物の塗面に接触する遮光
用弾性体等で外光を遮断して、縞模様の照射、撮像を行
う構成のものも考えられていたが、こうした表面平滑度
自動検査装置は、以下に示すような問題を有していた。

（ａ）一般に、コンベア上で組み付け、塗装され又は加
工される、即ち製造ライン上における被検査物としての
生産物の載置位置は、定位置に固定されるものではな
く、位置の変動を生じさせる。例えば、自動車製造ライ
ンにおいては、車体のライン（コンベア）に対する位置
精度は±15mm程度であり、また、車種によりその載置位
置や位置精度が異なる。これに対して、前記検査装置で
は、被検査物の塗面に正確に接触させる必要があること
から、容易に製造ライン上の生産物の検査を行うことが
できない問題があった。

（ｂ）また、被検査物の塗面に接触させる必要のある前
記検査装置は、焼付け仕上げ塗装された塗膜の検査を行
うには支障がないものの、通常の塗装による塗膜とりわ
け完全に乾燥していない塗膜の検査を行なうには、塗膜
を傷つける恐れからその検査を行うのに支障がある問題
があった。

本考案の表面平滑度自動検査装置は、こうした問題点に
鑑みてなされたもので、外光や塗装色等の影響を除きつ
つも非接触で被検査物の表面平滑度の判定を可能とし、
製造ライン上の生産物の塗膜検査を容易に行うことを目
的としている。

考案の構成 ［課題を解決するための手段］ 本考案の表面平滑度自動検査装置は、第１図にその基本
構成を例示する如く、 予め定められた等間隔の明暗縞模様を被検査表面に移し
出す明暗模様投影手段M1と、 前記明暗模様投影手段M1により被検査表面に写し出され
た明暗縞模様の像を光の強弱レベル信号として撮像する
撮像手段M2と、 前記撮像手段M2により撮像されたレベル信号を微分して
レベルの変化度信号とする変化度検出手段M3と、 前記変化度検出手段M3により得られた変化度信号を所定
の基準値と比較して２値信号とする明暗検出手段M4と、 前記明暗検出手段M4により得られた２値信号が表現する
明暗縞模様と交差するように、予め用意された等間隔の
明暗縞模様パターン信号を該２値信号に重ね合わせる重
ね合わせ手段M5と、 前記重ね合わせ手段M5で重ね合わされた明暗縞模様によ
って区画された各領域に関し、該領域の面積を統計処理
することにより、前記被検査表面の平滑度を判定する平
滑度判定手段M6と を備えたことを特徴とする。

［作用］ 明暗模様投影手段M1により被検査表面に写し出された明
暗縞模様の像を、撮像手段M2により光の強弱レベル信号
として検出すると、明部のハイレベルと暗部のロウレベ
ルとを一定の間隔で繰り返す信号が得られる。この光の
強弱レベル信号を変化度検出手段M3を用いて微分し、さ
らに明暗検出手段M4にて所定の基準値と比較することに
より、レベル信号の変化の度合の大きいところ、即ち、
暗部のロウレベルと明部のハイレベルとの境界部のみを
縞模様の２値信号として検出する。したがって、この縞
模様の２値信号は前記境界部を確実に表すものとなり、
被検査物と非接触であっても外光等の影響を受けず、そ
の境界部は確実に検出される。

次いで、この検出された２値信号が表現する明暗縞模様
と交差するように、予め用意された等間隔の明暗縞模様
パターン信号を該２値信号に重ね合わせることにより、
これら２つの縞模様により、撮像された画面は複数の領
域に区画される。

ところで、被検査表面に凹凸等の欠陥部があれば、この
欠陥部により被検査表面に写し出された明暗縞模様間隔
は歪み・乱され、このため、前記２値信号として表され
る縞模様の間隔も乱れることになり、この結果、前記重
ね合わせによって区画された領域の形状・面積もばらつ
くことになる。そこで、本考案は、前記区画された各領
域の面積を、平滑度判定手段M6にて統計処理することに
より、この区画された領域の面積のばらつきを求め、被
検査表面の平滑度を判定する。

［実施例］ 本考案の一実施例を図面と共に説明する。

第２図は本実施例の表面平滑度自動検査装置の構成を示
すブロック図である。

本実施例の表面平滑度自動検査装置は、被検査物OBの表
面に等間隔な縞状の明暗模様を投影する縞模様投影装置
10と、被検査物OBの表面に投影された縞模様の虚像を撮
影し光の強弱レベル信号を出力する撮像装置20と、撮像
装置20が出力する光の強弱レベル信号を処理する電子制
御装置30とを備える。

縞模様投影装置10は、多数の等間隔のスリットを有する
平板11と散乱光を照射する光源12とから構成されてい
て、被検査物OBの表面に所定ピッチの縞模様（本実施例
では、明部・暗部共にその間隔1.5mmとしている）を写
し出す。

なお、本実施例では、被検査物OBは光沢を有する鉄板で
あって、縞模様は虚像として写し出される。

撮像装置20は、電子制御装置30にビデオ信号VD1を出力
するものであり、被検査物OBの表面に写る縞模様を撮影
する撮像管等から構成されている。

電子制御回路30は、撮像装置20から入力されるビデオ信
号VD1を例えば256階調のデジタル信号に変換するA/D変
換回路31、デジタル信号に変換された画像信号等を例え
ば256×256のマトリックスとして格納するメモリ32、画
像信号を微分しレベルの変化度信号とする微分演算回路
33、入力された信号をその平均値等と比較して２値化す
る２値化回路34、区画された領域を判別しラベリングす
るラベリング回路35、同一のラベルの付与された点の個
数を計数し出現頻度を算出するヒストグラム回路36、後
述するこれらの回路等を制御するCPU37、CPU37に接続さ
れたI/O回路38及びこれら回路等を相互に接続するバス3
9を備える。

さらに、I/O回路38には、電子制御装置30に種々の指示
を与えるキーボードKB、キーボードKBの指示によって処
理された各段階の画像を表示するCRTディスプレイDP等
が接続されている。

なお、前記ラベリング回路35及びヒストグラム回路36
は、公知のハードウエアとして知られているものなので
説明を省略する（例えば、東芝製TOSPIX等に使用されて
いる）。

本実施例の表面平滑度検査装置の動作を第３図の流れに
基づき説明する。

先ず、処理が開始されるとステップ110では、縞模様投
影装置10により被検査物OB上に写された縞模様の虚像
が、撮像装置20からビデオ信号VD1としてA/D変換回路31
を経て、メモリ32に取り込まれる。こうして取り込まれ
た画像は、例えば、第４図（ａ）に示すようなものであ
る。

続くステップ120では、A/D変換回路31でデジタル化され
メモリ32に格納されたビデオ信号VD1を微分する処理を
行う。ビデオ信号VD1は縞模様に直交するスキャン走査
により得られた信号であるため、この処理は再生された
画像に対してはＸ方向に微分することになる。ビデオ信
号VD1を微分すると、暗部から明部への立ち上がりを正
値、明部から暗部への立ち上がりを負値とする信号が得
られるが、この負値を抽出して、第４図（ｂ）に示すよ
うな、画像の明部から暗部への境界線Ｓを示す光の強弱
レベルの変化度信号が得られる。

続くステップ130では、前記レベルの変化度信号を２値
化回路34を用いて２値化する処理を行う。この２値化処
理は、変化度信号の平均値を基準として、基準値より小
さいレベルの画素を黒、基準値より大きいレベルの画素
を白とするものであり、縞模様の明部から暗部への境界
線が鮮明となった画像が得られる。続くステップ140で
は、この得られた画像を濃度反転することにより、第４
図（ｃ）に示すような、縞模様の明部から暗部への境界
線Ｓが黒で、その他の部分が白で表現された画像を得
る。

続くステップ150では、予めメモリ32に記憶されている
等間隔の水平縞パターンＨを、前記ステップ140で得ら
れた画像（第４図（ｃ））と重ね合わせる。具体的に
は、その水平縞パターンＨとステップ140で得られた画
像のデータとの論理積を取るよう論理演算することで、
その重ね合わせた実行される。こうして重ね合わせた結
果、第４図（ｄ）に示すように、水平縞パターンＨとス
テップ140で得られた縞模様とによって区画された領域
Ｅが画像上に形成される。

続くステップ160では、この重ね合わせた画像に予めメ
モリ32に記憶されている外枠パターンＷを書き込む。そ
して、続くステップ170では、前記画像に対してラベリ
ング回路35を適用することにより、前述した区画された
領域Ｅをラベリングする。ラベリング回路35は、画像の
明暗パターンの連続から、領域Ｅを識別し、識別された
領域Ｅの各画素にその領域Ｅを表す番号を付与するもの
で、第４図（ｅ）に示すように、外枠パターンＷおよび
外枠パターンＷと連通する領域Ｅには“0"が付与され、
独立した領域Ｅには、左上から順に“1",“2"…の番号
が付与される。なお、図の各領域Ｅには、その領域Ｅ内
の各画素に付与された番号が１つだけ描かれている。

このラベリング処理が完了すると、続くステップ180に
て、同じ番号の付与された画素をヒストグラム回路36に
よって、計数し、番号毎の出現頻度を求める。この出現
頻度は、各領域Ｅを構成する画素の数であり、各領域Ｅ
の面積を表していることになる。

続くステップ190では、この出現頻度の分布を表す指
標、例えば標準偏差を算出し、この出現頻度のばらつき
が所定以下の時に、被検査物OBの表面が平滑であると判
定する。ステップ190の実行後、本処理は終了する。

以上説明したように、本実施例の表面平滑度自動検査装
置では、撮像装置20により取り込まれたビデオ信号VD1
は微分処理、２値化処理を経て、２値信号として表現さ
れ、次いで、その２値信号の明暗縞模様と予め用意され
た水平縞パターンＨとを重ね合わせて、その重ね合せに
より得られる領域Ｅの面積のばらつきを算出し、その算
出結果から被検査物OB上の表面の平滑性を判定してい
る。

したがって、撮像された縞模様を微分処理、２値化処理
を経てから平滑性を判定しているため、非接触であって
も外光等の影響を受けず、確実に縞模様を検出すること
ができる。このため、製造ライン上の被検査物の表面平
滑度を自動的に、かつ表面の塗膜を傷つけることなしに
検査することができる。

また、曲面・形状変化等で投影された縞模様が歪んでい
ても、被検査物OBの表面が平滑であればその縞模様の間
隔は一定となり、前記のようにして得られる領域Ｅの面
積のばらつきに影響を与えず、その結果、平滑度の判定
が正しく行える。さらに、区画された領域の面積の統計
的処理に、ラベリング回路35,ヒストグラム回路36とい
ったハードウエアを使用しているので、高速に平滑度の
判定が行える。

さらに、本実施例では、縞模様を抽出する２値化処理に
おいて、基準値として平均濃度を使用している。したが
って、被検査物OBの表面塗装色等が検査する毎に異なっ
たとしても、常に適切な基準値を使用して２値化でき、
表面塗装色の持つ光の強弱レベルにとらわれず平滑度を
検出することができる。

なお、前述した各種効果により、ロボット等の産業機器
を用いて物体の表面検査を無人化することができ、著し
く作業効率を高めることができる。また、被検査物OB上
の平滑度は、区画された領域の面積のばらつきとして数
値化することができ、定量値と比較されて平滑性が判定
されるので、検査結果に客観性を有し極めて信頼性の高
い検査結果を自動的に得ることができるという効果も奏
している。

考案の効果 本考案の表面平滑度自動検査装置は、撮像された縞模様
を微分処理し、さらに２値化した縞模様と、予め記憶さ
れた縞模様パターンとを重ね合わせることによって区画
された領域を形成し、この区画された領域の面積のばら
つきより、被検査表面の平滑性を判定している。

したがって、撮像された縞模様を微分処理し、さらに２
値化してから平滑性を判定しているため、非接触であっ
ても外光等の影響を受けず、確実に縞模様を検出するこ
とができる。このため、製造ライン上の被検査物の表面
平滑度を自動的に、かつ表面の塗膜を傷つけることなし
に検査することができる。

特に、例えば光源の種類、投光方向、被検査表面自体の
傾き等が原因で、縞模様の明部の明るさにばらつきが出
る場合があるが、微分することによって縞模様の明部と
暗部との境界部のみが抽出されるので、その境界部から
正確に縞模様を識別して平滑度を検査することができ
る。

さらに、被検査物表面に形成される明暗縞模様が傾いて
いても、面積のばらつきは変化しないので、予め縞模様
の傾きを調整しなくとも、正しく表面平滑度を判定で
き、より検査の信頼性、汎用性が向上する。

また、被検査表面が曲面であっても同様に正しく測定す
ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案の構成を例示する構成図、第２図は本考
案の一実施例の説明図、第３図はその処理を説明する流
れ図、第４図（ａ）〜（ｅ）はその説明図である。 M1……明暗模様投影手段 M2……撮像手段、M3……変化度検出手段 M4……明暗検出手段、M5……重ね合わせ手段 M6……平滑度判定手段 10……縞模様投影装置、20……撮像装置 30……電子制御装置

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】予め定められた等間隔の明暗縞模様を被検
   査表面に写し出す明暗模様投影手段と、 前記明暗模様投影手段により被検査表面に写し出された
   明暗縞模様の像を光の強弱レベル信号として撮像する撮
   像手段と、 前記撮像手段により撮像されたレベル信号を微分してレ
   ベルの変化度信号とする変化度検出手段と、 前記変化度検出手段により得られた変化度信号を所定の
   基準値と比較して２値信号とする明暗検出手段と、 前記明暗検出手段により得られた２値信号が表現する明
   暗縞模様と交差するように、予め用意された等間隔の明
   暗縞模様パターン信号を該２値信号に重ね合わせる重ね
   合わせ手段と、 前記重ね合わせ手段で重ね合わされた明暗縞模様によっ
   て区画された各領域に関し、該領域の面積を統計処理す
   ることにより、前記被検査表面の平滑度を判定する平滑
   度判定手段と を備えたことを特徴とする表面平滑度自動検査装置。