JPH07119709B2 - 表面欠陥検査装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 発明の目的 ［産業上の利用分野］ 本発明は、物体の表面形状の欠陥を検査する装置に関す
る。

［従来の技術］ 従来より物体表面における凹凸等の有無の検査は、検査
員により視覚あるいは触角に基づいて行なわれている。
この検査員の視覚あるいは触角による検査は、検査員の
主観または熟練度が介在し易く、検査の均一性に関して
問題があり、また検査に必要な手間や時間が多くかかり
能率が悪くなるといった問題があった。これらの問題を
解決するものとして、例えば、特開昭52−90988号公報
に示される「物体の表面欠陥検査方法」や特開昭52−71
289号公報に示される「表面検査装置」あるいは特開昭5
8−97608号公報に示される「表面性状測定方法および装
置」等の発明や提案等がなされている。これらの発明や
提案等は、検査される物体表面に縞状の明暗模様等を写
し出し、物体表面に凹凸等の欠陥があれば、写し出され
た縞模様等が歪み・乱れることを利用して物体表面の欠
陥検査を行なうものである。

［発明が解決しようとする課題］ 上記発明や提案等は、検査される物体表面に写し出され
る縞模様等の歪み・乱れにより物体表面の欠陥の有無を
判定することができ、検査の均一性を向上させ、作業の
能率化を図ることができるという優れた効果を有するも
のの、猶、次のような問題が考えられた。即ち、 （ａ） 上記発明や提案等は、縞模様等の歪み・乱れの
程度を検査員が判断することによって物体表面の欠陥の
有無を判定しているので、未だに検査結果の均一性に欠
けるといった問題が考えられた。

（ｂ） また、上記特開昭58−97608号公報に示される
発明のように、被測定表面から反射された矩形波パター
ンを結像光学系により結像面上に投影結像し、該結像面
上の空間的光強度分布をフーリエ変換する等して被測定
表面の表面性状を定量化して検出しようとする提案等も
為されているが、複雑な操作が必要とされ物体表面の欠
陥の有無を自動的に検出するものではないといった問題
や、あるいは装置がかなり複雑なものになるといった問
題が考えられた。

上記問題等により、物体表面の欠陥検査の省力化やロボ
ット等を用いての無人化は妨げられている。

本発明の表面欠陥検査装置は、上記問題点（課題）を解
決するためになされたものであり、物体表面の欠陥の有
無を客観的・定量的かつ自動的に検査することを目的と
している。

発明の構成 ［課題を解決するための手段］ 本発明の表面欠陥検査装置は、次のように構成されてい
る。即ち、第１図にその基本構成を例示する如く、 本発明の表面欠陥検査装置は、 出力光量を可変とする光源（M1）を設け、予め定められ
た明暗縞模様を被検査表面に写し出す明暗模様投影手段
（M2）と、 該明暗模様投影手段（M2）により上記被検査表面に写し
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（M3）と、 該撮像手段（M3）により撮像され出力されるレベル信号
の強度に応じて上記光源（M1）の出力光量を調節して上
記レベル信号の強度を所定範囲内の値とする光量調節手
段（M4）と、 該光量調節手段（M4）により調節された上記撮像手段
（M3）の出力するレベル信号に基づき、上記被検査表面
に写し出された上記明暗縞模様の明部および暗部のどち
らにも属しない中間濃度部を検出する中間濃度部検出手
段（M5）、 該中間濃度部検出手段（M5）により検出された上記中間
濃度部の内、その有する面積が所定面積以上の中間濃度
部を抽出し上記被検査表面の欠陥部とする欠陥部検出手
段（M6）と、 を備えて構成されたことを特徴とする。

［作用］ 上記構成を有する本発明の表面欠陥検査装置は次の如く
作用する。

本発明の表面欠陥検査装置は、 明暗模様投影手段（M2）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（M3）により光の強弱レベ
ル信号として撮像し、この撮像され出力されるレベル信
号の強度に応じて光量調節手段（M4）が上記明暗模様投
影手段（M2）の光源（M1）の出力光量を調節して撮像手
段（M3）の出力するレベル信号を所定範囲内の値とし、
この調節された撮像手段（M3）の出力するレベル信号に
基づき、中間濃度部検出手段（M5）が、上記被検査表面
に写し出された上記明暗縞模様の明部および暗部のどち
らにも属しない中間濃度部を検出し、欠陥部検出手段
（M6）が、この中間濃度部検出手段（M5）により検出さ
れた上記中間濃度部の内、その有する面積が所定面積以
上の中間濃度部を抽出し上記被検査表面の欠陥部とす
る。これにより、本発明の表面欠陥検査装置は、被検査
表面の塗装色の相違等によらず撮像手段（M3）の出力す
る光の強弱レベル信号の強度を所定範囲内の値とし、こ
の所定範囲内のレベル信号から被検査表面の欠陥部を自
動的に抽出するよう働く。

［実施例］ 次に本発明の表面欠陥検査装置の構成を一層明らかにす
るために好適な実施例を図面と共に説明する。

第２図は本発明一実施例の表面欠陥検査装置の構成を示
すブロック図である。

本実施例の表面欠陥検査装置は、大きくは、凹凸等の欠
陥の有無が検査される被検査物OBの表面に縞状の明暗模
様を投影する明暗模様投影手段としての縞模様投影装置
１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手段としての撮
像装置２と、撮像装置２が出力する光の強弱レベル信号
の強度に応じて縞模様投影装置１の出力する光量を調節
すると共に、被検査物OB表面の欠陥部を抽出する光量調
節手段および欠陥部抽出手段としての電子制御装置３等
と、から構成されている。

縞模様投影装置１は、光源としてのキセノン管10と多数
の等間隔のスリットを有する平板11等とから構成されて
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。尚、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２は、被検査物OBの表面に写る縞模様を撮影す
る撮像管（以下、単にTVカメラという）20等から構成さ
れている。

電子制御装置３は、周知のCPU30、ROM31およびRAM32等
を中心とし、これらとA/D変換器33、後述する光量制御
回路34と接続されたパラレルI/Oポート35およびシリア
ルI/Oポート36とをバス37により相互に接続した論理演
算回路として構成されている。

尚、CRTディスプレイDP1は、TVカメラ20により撮影され
た縞模様を表示するものである。また、CRTディスプレ
イDP2は、電子制御装置３のシリアルI/Oポート36より出
力される信号を再生するものである。

次に、上記光量制御回路34について詳細に説明する。

光量制御回路34は、第３図に示すように、キセノン管10
の放電用コイルに所定電圧を印加する昇圧トランスT1
と、昇圧トランスT1の一次側を導通・遮断するサイリス
タSR1と、サイリスタSR1のゲートに動作電圧V1を印加す
るためのトランジスタTR1と、同じく、キセノン管10の
両端に接続された電解コンデンサC1に蓄えられた電荷を
放電するためのサイリスタSR2と、サイリスタSR2のゲー
トに動作電圧V1を印加するためのトランジスタTR2とを
中心に、これらと、トランジスタTR1,TR2の各々のベー
スに接続された論理反転回路IV1,IV2と、キセノン管10
の両端に整流器D1,D2を介して直接電圧を印加する交流
電源AVと、電流制限用の抵抗器R1ないしR6と、コンデン
サC2及びC3等とから構成されている。

上記構成により、パラレルI/Oポート35を介して論理反
転回路IV1の入力側に出力される出力信号Vaがハイレベ
ルとされると（第４図タィミングチャート 出力信号V
a）、トランジスタTR1はオフ状態とされ、サイリスタSR
1のゲートに動作電圧V1が印加される。従って、サイリ
スタSR1が導通しキセノン管10の放電用コイルに所定電
圧が印加され（即ち、トリガがかかり）、キセノン管10
は放電を開始して発光する。一方、論理反転回路IV2の
入力側に出力される出力信号Vbがハイレベルとされると
（第４図タイミングチャート 出力信号Vb）、トランジ
スタTR2はオフ状態とされ、サイリスタSR2のゲートに動
作電圧V1が印加される。従って、サイリスタSR2が導通
し電解コンデンサC1に蓄えられた電荷は放電される。こ
れにより、キセノン管10は放電を停止する。つまり、出
力信号VaとVbとを各々ハイレベルとする時間差Tsの長短
を調節すれば光量制御回路34は、キセノン管10の発光時
間、即ちその出力光量を調節するのである。

上記構成を有する本実施例の作用を第５図に示す「欠陥
部抽出ルーチン」と共に説明する。この第５図に示す
「欠陥部抽出ルーチン」は、電子制御装置３のCPU30に
より行なわれる処理を示したものである。

処理が本ルーチンに移行すると、CPU30は、まず、パラ
レルI/Oポート35を介して出力信号VaとVbとを所定の時
間差Ts1を有して各々ハイレベルとする処理を行なう
（ステップ100）。これにより、キセノン管10の出力光
量は、予め定められた初期値とされる。このとき、出力
信号Vaをハイレベルとした直後に、CPU30は、被検査物O
B上に写された縞模様の虚像を撮像しビデオ信号VD1に変
換された画像信号をA/D変換器33を介して画像メモリと
してのRAM32に取り込む処理を行なう（ステップ110ない
し120）。この処理により、ビデオ信号VD1は、予め定め
られた所定レベルLL以下がφφ［Ｈ］とされ、同じく予
め定められた所定レベルHL（＞LL）以上がφFF［Ｈ］と
されて、φφ［Ｈ］からφFF［Ｈ］までの256段階のデ
ジタル値に変換されてRAM32内に取り込まれる。ここ
で、［Ｈ］は16進数であることを示す。

TVカメラ20から出力されるビデオ信号VD1は、第６図に
示すように、被検査物OBの表面が滑らかな状態の時に
は、本来縞模様が持つ明部のハイレベルと暗部のロウレ
ベルとを規則正しい状態で有する正弦波的な信号となる
が、凹凸等の欠陥部を有している時には、その欠陥部に
より縞模様は歪み・乱されて明部のハイレベルあるいは
暗部のロウレベルのどちらにも属しないレベル、所謂中
間レベルの信号を有することになる（第５図タイミング
チャート ビデオ信号VD1区間bad）。この欠陥部により
歪み・乱された中間レベル部badは、第２図に絵画的に
示したようにCRTディスプレイDP1の画面上おいても観察
することができる。尚、TVカメラ20によるビデオ信号VD
1は、被検査物OB上の縞模様に直交するスキャン走査に
よる映像信号である。従って、第６図に示されるタイミ
ングチャートは時間ｔをパラメータとしている。また、
ビデオ信号VD1のマイナス側の信号は同期信号を示す。
従って、第６図に示すビデオ信号VD1は、所謂走査線の
水平１ラインを表わしている。

ビデオ信号VD1がRAM32に取り込まれると、続いてRAM32
に記憶されたビデオ信号VD1のレベルの最大値Vmxと最小
値Vmnとが算出される（ステップ130）。このレベルの最
大値Vmxと最小値Vmnとは、被検査物OB上の縞模様の光の
強弱レベル、即ち、光の強度の最大値と最小値とに対応
する。尚、第６図のタイミングチャートにおいては、レ
ベルの最大値Vmxと最小値Vmnとは、ビデオ信号VD1のハ
イレベルの値とロウレベルの値とに相当する。

続くステップ140ないし150の判定処理では、算出された
レベルの最大値VmxがφFF［Ｈ］であるか、レベルの最
小値Vmnがφφ［Ｈ］であるかが判定される。

上記ステップ140において肯定判断された場合は、被写
体としての被検査物OBの表面が過度に明るい場合であ
る。このときには、CPU30は、パラレルI/Oポート36より
出力される出力信号VaとVbとの時間差Tsを短くする（ス
テップ160）。これにより、キセノン管10の出力光量は
減少させられ、TVカメラ20に入力される光量も減少す
る。

また、上記ステップ150において肯定判断された場合
は、被写体としての被検査物OBの表面が暗いときであ
り、出力信号VaとVbとの時間差Tsは長くされる（ステッ
プ170）。これにより、TVカメラ20に入力される光量は
増加する。

キセノン管10の出力光量が調節された後（ステップ160
又は170）、処理は、ステップ110に戻り、再び、上述し
たように被検査物OB上の縞模様を撮像しデジタル値とし
てのビデオ信号をRAM32に取り込む処理を行なう（ステ
ップ110ないし120）。

一方、上記ステップ140および150において共に否定判断
されると、処理はステップ180以降に進み、被検査物OB
上の欠陥部を抽出する処理を行なう。

即ち、まず、デジタル値としてRAM32内に記憶されたビ
デオ信号の明部のハイレベルから暗部のロウレベルへの
境界部、あるいは暗部のロウレベルから明部のハイレベ
ルへの境界部のみをハイレベルとする処理を行なう（ス
テップ180）。これは、信号の急激な変化部を抽出する
所謂微分処理により容易に行なうことができる。これに
より、ステップ180の処理が為された後のビデオ信号VD2
は、縞模様の明部と暗部とを所定間隔毎にロウレベルと
し、欠陥部としての中間レベル部badを連続的にロウレ
ベルとする信号とされる（第６図タイミングチャート
ビデオ信号VD2）。続く処理では、ビデオ信号VD2のロウ
レベルとなる間隔が所定値以下の部位をハイレベルとす
る所謂画像収縮処理を行なう（ステップ190）。これに
より、中間レベル部badのみをロウレベルとするビデオ
信号VD3が得られる（第６図タイミングチャート ビデ
オ信号VD3）。従って、ビデオ信号VD3を再生するCRTデ
ィスプレイDP2画面上には、中間レベル部badのみが暗部
として写し出される。

ステップ210では、暗部として写し出される中間レベル
部badの大きさが判定され、所定面積、本実施例では、
直径1mm程度の円に相当する大きさ以上の面積のときに
シリアルI/Oポート36から欠陥部有りとしてNG信号が出
力される。

上述した本実施例の表面欠陥検査装置によると、被検査
物OB上の凹凸等の欠陥部を、簡易な構成により、明暗縞
模様の明部と暗部との境界部を含まない部分として正確
かつ自動的に検出することができる。また、明暗模様投
影装置１のキセノン管10の出力光量は自動的に調節さ
れ、TVカメラ20の出力するビデオ信号VD1は所定範囲内
の値とされる。これにより、被検査物OBの塗装色の相違
や光源11の劣化等に関係なく、一層、正確かつ安定した
欠陥部抽出処理を行なうことができる。

これにより、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
ことができるという優れた効果を有する。また、被検査
物OB上の中間レベル部badの大きさは数値化することが
でき、定量値（本実施例では直径1mm程度の円）と比較
されて欠陥部と判定されるので、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。更に、凹凸等の欠陥部を
明部と暗部との境界部が存在しない中間レベル部badと
して検出することができるので、被検査物OBの表面が曲
面等の場合に、明部の縞模様の間隔が狭くなっても、欠
陥部により歪み・乱れる縞の面積は一定となり正確な検
査結果を得ることができるという優れた効果を有してい
る。また、本実施例においては、明暗模様の明部および
暗部の間隔を各々1.5mmとしたが、検出したい欠陥部の
大きさよりも縞間隔を狭くしていけば、欠陥部検出の精
度を向上させることができるという効果も奏する。

以上、本発明の表面欠陥検査装置の一実施例について詳
細に説明したが、本発明の表面欠陥検査装置は上記実施
例に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱
しない範囲において種々の態様で実施可能である。例え
ば、出力信号VaとVbとの時間差Tsを所定の一定値として
出力し、TVカメラ20の出力するビデオ信号VD1との比較
からキセノン管10の取り換え時期を判断するような構成
を付加してもよい。また、キセノン管10を複数備えて、
その出力光量のレンジ巾を更に大きく変更することので
きる構成としてもよい。あるいは、本実施例において
は、光源としてキセノン管10を用いたが、通常の連続発
光光源を用いてその出力光量を可変とする構成としても
よい。

発明の効果 本発明の表面欠陥検査装置によると、簡易な構成によ
り、被検査表面の塗装色の相違や光源の劣化に関係な
く、被検査物上の凹凸等の欠陥部を自動的に、かつ均一
性を有して検出することができるという優れた効果を有
する。これにより、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、著しく作業能率を
高めることができるという優れた効果を有する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の表面欠陥検査装置の基本構成を例示す
るブロック図、第２図は本発明一実施例の表面欠陥検査
装置の構成を示すブロック図、第３図は光量制御回路34
の回路構成を示す回路図、第４図は出力信号VaとVbとを
各々ハイレベルとする時間差Tsを示すタイミングチャー
ト、第５図は「欠陥部抽出ルーチン」の処理を示すフロ
ーチャート、第６図は各部の出力信号を示すタイミング
チャート、である。 M1……光源 M2……明暗模様投影手段 M3……撮像手段 M4……光量調節手段 M5……中間濃度部検出手段 M6……欠陥部検出手段 １……縞模様撮影装置、２……撮像装置 ３……電子制御装置、37……D/A変換器 10……キセノン管 34……光量制御回路 DP1,DP2……CRTディスプレイ OB……被検査物

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】出力光量を可変とする光源を設け、予め定
   められた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、 該明暗模様投影手段により上記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、 該撮像手段により撮像され出力されるレベル信号の強度
   に応じて上記光源の出力光量を調節して上記レベル信号
   の強度を所定範囲内の値とする光量調節手段と、 該光量調節手段により調節された上記撮像手段の出力す
   るレベル信号に基づき、上記被検査表面に写し出された
   上記明暗縞模様の明部および暗部のどちらにも属しない
   中間濃度部を検出する中間濃度部検出手段と、 該中間濃度部検出手段により検出された上記中間濃度部
   の内、その有する面積が所定面積以上の中間濃度部を抽
   出し上記被検査表面の欠陥部とする欠陥部検出手段と、 を備えて構成されたことを特徴とする表面欠陥検査装
   置。