JPH08285557A

JPH08285557A - 表面欠陥検査装置

Info

Publication number: JPH08285557A
Application number: JP9057495A
Authority: JP
Inventors: Masanori Imanishi; 正則今西; Sachiyo Katabami; 祥代方波見; Kazunori Noso; 千典農宗
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 1995-04-17
Filing date: 1995-04-17
Publication date: 1996-11-01
Anticipated expiration: 2016-08-20
Also published as: JP3201217B2

Abstract

(57)【要約】【目的】“ゆず肌”のような表面粗さの影響を受けず、
より精密な欠陥検出を行なうことの出来る表面欠陥検査
装置を提供する。【構成】明暗変化が連続的または少なくとも２段階以上
の段階的に変化し、その変化が所定の間隔で周期的に繰
り返される明暗パターンを被検査面に映し出す照明手段
１０１と、上記被検査面を撮像して得られる受光画像を
電気信号の画像データに変換する撮像手段１０２と、上
記撮像手段によって得られた画像データを処理して被検
査面上の欠陥を検出する欠陥検出手段１０３と、を備
え、明暗の境界部分の変化の度合いを緩やかにすること
により、“ゆず肌”のような表面粗さの影響を受けず、
正確な欠陥検出を可能にした表面欠陥検査装置。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、被検査物体の表面欠
陥、例えば自動車ボディの塗装面の凹凸等のような表面
欠陥を検査する装置に関する。

【０００２】

【従来技術】従来の表面欠陥検査装置としては、例えば
特開平２−７３１３９号公報や特開平５−４５１４２〜
４５１４４号公報などに示されたものがある。これら
は、被検査面に所定の明暗縞（ストライプ）模様を映し
出し、被検査面上に凹凸等の欠陥があった場合、それに
よる明度（輝度）差や明度（輝度）変化をもった受光画
像を微分することにより、被検査面の表面の欠陥を検出
するという方法を用いたものである。また、上記の従来
例には、被検査面に加工部位など欠陥でないものがあ
り、それが受光画像中にあった場合、欠陥での輝度レベ
ルと上記加工部位など欠陥でない個所での輝度レベルと
に差があることを利用し、欠陥とそれ以外の個所とを区
別する技術が記載されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記のごとき
従来の表面欠陥検査装置においては、次のごとき問題が
あった。例えば、自動車ボディの塗装において、通常、
表面欠陥と呼ばれるものは、ゴミ等が付着した上に塗装
が行なわれた結果生じる塗装表面の凸部であり、例えば
直径が０.５mm〜２mm程度で厚さが数十μm程度のもので
ある。この程度の凸部は直径が小さいのに高さ（厚さ）
が比較的大きいため、光の乱反射角が大きくなり、目に
つきやすい。これに対して欠陥とはならない凹凸も存在
する。すなわち、塗料溶剤の蒸発する過程において発生
する渦対流により、塗料の濃度が厳密には一定でなくな
るので、塗膜の厚さには極めて薄い（低い）凹凸が周期
的に発生する。この凹凸は、例えば山と山の間隔が１〜
１０mm程度で、凹凸の高さが数μm程度である。このよ
うな極めて薄い凹凸は通常では気がつかない程度のもの
であり、欠陥とはならない。しかし、光の加減等では
“ゆず”やオレンジの表面のように見えることがあるの
で、いわゆる“ゆず肌”もしくは“オレンジ肌”と呼ば
れるものである。上記のごとき従来例においては、輝度
変化を強調して検出するため、上記の“ゆず肌”のよう
な欠陥とはならない極めて薄い凹凸も検出し、これを欠
陥と誤判断するおそれがある。

【０００４】例えば、前記の特開平２−７３１３９号公
報においては、ストライプ模様の間隔が狭い（１.５mm
以下）照明を用いて欠陥検出処理を行なうため、被検査
面上に上記の“ゆず肌”などが形成されている場合に
は、ストライプ自身およびその境界（線）が大きく乱れ
るので、例えばストライプの黒い部分が孤立点となり、
画像上のストライプの幅が一定にならないときに誤検出
が発生しやすい。例えば、図２２に示すように、ストラ
イプ画像の明暗の境界には表面の粗さに応じた乱れが生
じ、（ｃ）のような孤立点が表れたり、輝度レベルが不
安定となる範囲αが発生する。この範囲αの部分が上記
誤検出の原因となる。そしてこれは表面粗さに比例して
大きくなるので、粗さの程度が大きいほど誤検出が発生
しやすくなる。上記のように、従来技術においては、表
面の粗さに起因したいわゆる“ゆず肌”のような欠陥と
ならない極めて薄い凹凸を欠陥と誤検出するおそれがあ
る、という問題があった。

【０００５】本発明は上記のごとき従来技術の問題を解
決するためになされたものであり、いわゆる“ゆず肌”
のような表面粗さの影響を受けず、より精密な欠陥検出
を行なうことの出来る表面欠陥検査装置を提供すること
を目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、本発明においては特許請求の範囲に記載するように
構成している。図１は、本発明のクレーム対応図であ
る。図１において、１００は被検査面であり、例えば塗
装面である。また、１０１は照明手段であり、明暗変化
が連続的または少なくとも２段階以上の段階的に変化
し、その変化が所定の間隔で周期的に繰り返される明暗
パターンを被検査面に映し出すものであり、例えば後記
図４〜図６に示すような照明装置である（詳細後述）。
また、１０２は被検査面を撮像し、上記明暗パターンの
受光画像を電気信号の画像データに変換する撮像手段で
あり、例えばＣＣＤカメラ等のビデオカメラである。ま
た、１０３は、撮像手段１０２で得た受光画像から被検
査面上の欠陥を検出する欠陥検出手段である。この欠陥
検出手段１０３は、例えばコンピュータで構成される。
この欠陥検出手段１０３で検出した欠陥は、図示しない
表示手段（例えば図２のモニタ７等）に表示したり、或
いは後続の制御装置（例えば塗装制御装置）に入力して
用いる。

【０００７】

【作用】本発明においては、照明手段１０１が映しだす
明暗パターンとして、明暗変化が連続的または少なくと
も２段階以上の段階的に変化し、その変化が所定の間隔
で周期的に繰り返される明暗パターンを用いている。具
体的には、請求項２に記載のように、明暗が正弦波状に
変化するもの（例えば後記図５ａの実施例）、または図
５（ｂ）に示すように２段階状に変化するもの等であ
る。このように、明暗パターンの明と暗の境界部分を連
続的または複数の段階的（明から直ちに暗へと１段階で
変化するのではなく少なくとも２段階以上）に変化させ
れば、従来のように明と暗のみに明確に変化するパター
ンに比較して、明暗の境界部分の変化の度合いが緩やか
になる。前記のように、“ゆず肌”を欠陥と誤検出する
のは、“ゆず肌”が明暗の境界線近傍に存在することに
よって境界線が大きく乱れ、例えばストライプの黒い部
分が孤立点となり、画像上のストライプの幅が一定にな
らないときに誤検出が発生しやすい。したがって上記の
ように明暗の境界部分を連続的または段階的に変化さ
せ、境界部分における明暗の変化度合いを緩やかにする
ことにより、“ゆず肌”によって孤立点が生じることが
なくなり、それによって誤検出を防止することが出来
る。

【０００８】また、請求項３に記載のように、被検査面
の表面粗さを検出する表面粗さ検出手段を備え、表面粗
さに応じて、粗さが大きいほど明暗勾配を小さくするよ
うに制御する照明手段を用いれば、より精密な欠陥検出
を行なうことが出来る。また、請求項４および請求項５
は、欠陥検出手段の構成例を示したものであり、請求項
４は、画像データにおける周波数成分のうち高い周波数
領域で、かつレベルが所定値以上の成分のみを抽出し、
その部分を欠陥であると判断するように構成したもの、
請求項５は、撮像手段で得られる受光画像が被検査面上
を所定方向に所定速度で順次移動するように駆動する駆
動手段を備え、撮像手段で得られる時間的に異なる複数
の画像、すなわち動画像から画像中の移動物体の少なく
とも移動量を検出し、それに基づいて所定の移動条件の
移動物体を欠陥であると判断するように構成したもので
ある。

【０００９】

【実施例】以下、この発明を図面に基づいて説明する。
図２は、この発明の一実施例を示す図である。図２にお
いて、１は照明装置であり、被検査面３に所定の明暗パ
ターンの光を照射するよう配置されている（詳細後
述）。２はビデオカメラ（例えばＣＣＤカメラ等）であ
り、明暗パターンが映し出された被検査面３を撮像する
よう配置されている。また、４はカメラコントロールユ
ニットであり、ここではビデオカメラ２で撮像された受
光画像の画像信号が生成され、画像処理装置５へ出力さ
れる。また、６はホストコンピュータであり、画像処理
装置５の制御や処理結果を外部に表示させたり、出力さ
せる機能を有する。また、７はモニタであり、ビデオカ
メラ２で撮像した画面等を表示する。

【００１０】次に、図３は上記画像処理装置５の構成を
示すブロック図である。図３において、カメラコントロ
ールユニット４からの画像信号は、バッファアンプ８を
介しＡ／Ｄ変換器９でディジタル値に変換される。ま
た、ＭＰＵ（マイクロプロセッサ）１０は、画像データ
に対して所定の演算、処理等を行なう。１１は画像デー
タや処理結果を記憶するメモリであり、処理結果等はＤ
／Ａ変換器１２を介してモニタ７に出力して表示するこ
とができる。

【００１１】次に、図４は、照明装置１の詳細を示す分
解斜視図である。本実施例においては、明暗のストライ
プパターンの照明を用いるものとして説明する。図４に
おいて、１ａは光源であり、その光は拡散板１ｂで拡散
され、ストライプ板１ｃを通して被検査面に照射され
る。拡散板１ｂは、例えばすりガラスのようなものであ
り、被検査面３に光を均一に照射する。ストライプ板１
ｃは、透明もしくは拡散板のようなものに黒色のストラ
イプを所定の間隔で施したものであるが、図示のように
境界部分の明暗が連続的または２段階以上の段階的に変
化しており、明から暗に１段階で変化するものではな
い。

【００１２】図５は、上記のストライプの例を示す図で
あり、（ａ）は明暗が正弦波状に変化するもの、（ｂ）
は明暗が２段階に変化するものを示す。ただし、（ａ）
に示す図形は、実際には明暗変化が不連続に変化してい
るが、これは図示の都合上連続的な変化を表示すること
が困難なためであり、実施する場合には連続的な正弦波
状に変化するものを用いる。なお、多段階に不連続に変
化するものでもよい。図５（ａ）のようなストライプを
作るには、ストライプ板１ｃにストライプ模様を黒色ス
プレー等によって吹き付けるか、或いは連続的に変化す
るストライプ模様の原版をパソコン等で作成し、それを
印刷するなどの方法で作成することが出来る。また、図
５（ｂ）のように、２段階に変化するものは、黒ストラ
イプの境界部分に例えば透過率が５０％のフィルタを貼
付ることによって作成することが出来る。なお、さらに
多段階に変化させる場合には、複数の透過率の異なるフ
ィルタを順次並べて張り合わせればよい。

【００１３】また、図６は、ストライプ板１ｃを用いな
い照明装置の一実施例を示す断面図である。この実施例
においては、複数の光源１ａの中間部分の前方に断面が
円形でない複数の回転体１ｄを設け、この回転体１ｄを
回転させることによって明暗ストライプの境界部分をぼ
かすようにしたものである。回転体１ｄの回転速度は、
ビデオカメラ２のシャッタスピードよりも十分速い速度
とする。なお、拡散板１ｂの設置位置は、光源１ａと回
転体１ｄの中間位置でもよい。上記図５、図６のごとき
照明装置を用いることにより、明と暗の境界部分が明か
ら暗に一挙に変化するのではなく、境界部分がぼけた明
暗変化の度合いが緩やかなストライプを被検査面上に作
ることが出来る。

【００１４】次に、上記のごときストライプ照明を用い
て、被検査物の表面上の欠陥を受光画像に映し出す原理
について、図７〜図９を用いて説明する。なお、図７〜
図９においては、説明の都合上、明暗が１段階で変化す
るストライプで示している。図７において、被検査面３
上に凸状の欠陥１３があるものとする。点Ｐ１は、欠陥
のない正常な面上の任意の点であり、点Ｐ２は、欠陥１
３上の任意の点である。欠陥１３が図のように凸状の場
合、欠陥１３上の任意の点のそれぞれにおいて、その点
の接線と正常な被検査面とのなす角度をもっており、点
Ｐ２におけるこの角度を傾斜角θとする。この場合、欠
陥１３および点Ｐ１の近傍は、ストライプ照明の明スト
ライプ内（光が照射されている部分）にあるものとす
る。

【００１５】ビデオカメラ２と被検査面３とのなす角を
入射角θｉとした場合に、正常な平面である点Ｐ１では
光は正反射（θｉ）し、その方向にはストライプ照明の
明部分があるので、点Ｐ１はビデオカメラ２で明（白）
部分として映し出される。しかし、欠陥１３上の点Ｐ２
においては、傾斜角θによってビデオカメラ２からの入
射は正反射せず乱反射し、その方向には黒ストライプが
あるため、点Ｐ２はビデオカメラ２で黒く映し出され
る。このときの乱反射角をθhとすると、欠陥点Ｐ２で
の傾斜角θ、ビデオカメラ２のある方向の角度（入射
角）はθiであるから、 θh＝θi＋２θ …（数１）となる（図８参照）。すなわち、角度θhの方向に、ス
トライプの明（白）部分があれば白、ストライプの黒部
分があれば黒（暗）く映し出されるわけである。また、
上記のように正常な平面では正反射するので、 θh＝θi …（数２）と表せる。よって（数１）、（数２）式より、欠陥によ
る乱反射は、正反射方向θiを基準にすると２θと表す
ことができる。なお、上記の説明ではビデオカメラ２を
始点として説明したが、照明装置１を始点としてもまっ
たく同じである。また、図８は、欠陥の右側の斜面に点
Ｐ２がある場合についての例であるが、Ｐ２が左斜面に
ある場合でも考え方は同じであるので、説明は省略す
る。

【００１６】次に、被検査面が曲面の場合について図９
を用いて説明する。図９に示すように、被検査面３が曲
率半径Ｒの曲面とし、その中心をＣとする。また、この
曲面上の任意の点をＰ１’とし、その点の中心角をθc
とする。ここで曲面上の点Ｐ１’での反射角θhは、 θh＝θi＋２θc …（数３）と表され、これが曲面での正反射角となる。さらに、点
Ｐ１’に欠陥がある場合、上記平面のときと同様に考え
ると、その反射角θhは、 θh＝θi＋２θc＋２θ…（数４）となる。故に、欠陥での乱反射方向は、その点での正反
射方向を基準にすると、平面、曲面にかかわらず、２θ
となる。

【００１７】上記のように、欠陥での傾斜角θによって
被検査面での反射角が求められるので、あらかじめ欠陥
における傾斜角θの分布を測定しておき、検出したい、
すなわち画像中に黒く映し出したい範囲（被検査体の種
類に応じて、欠陥と判定すべき大きさの最小のランクに
合わせる）を決めておけば、その範囲での反射方向にス
トライプの暗（黒）部分があるようにストライプの間隔
（前記図４のＴ）および照明装置１と被検査面３との距
離（図７のＤ；照明装置と被検査面との角度も含む）が
決定できる。この際、被検査物体の種類に応じて代表的
な欠陥をサンプルし、それに合うように設定する。

【００１８】次に、欠陥検出処理の第１の実施例につい
て説明する。被検査面３上に図５（ａ）のごとき明暗ス
トライプが映し出されており、その中に欠陥１３がある
とすると、その受光画像は図１０（ａ）のようになる。
図１０においては、欠陥１３は明ストライプ内に黒く、
暗ストライプ内に白く、境界部分では半分が白く残りが
黒く映し出されている。図１０（ａ）の受光画像におい
て、画面左上を原点として座標軸ｘ，ｙをとると、欠陥
１３におけるｘ方向の輝度レベルは、図１０（ｂ）のよ
うになる。なお、図１０（ｂ）において、大きな凹凸は
ストライプの明部分と暗部分とに対応して正弦波状に変
化している。また、細かな凹凸はノイズである。そして
欠陥はノイズよりは大きな細い凹部、或いは細い凸部と
して現われる。前記の画像処理装置５は、図１０に示す
ような受光画像を原画像の信号Ｓ０として取り込む。例
えば、ビデオカメラ２からの画像信号をＡ／Ｄ変換し、
輝度レベルを８ｂｉｔのディジタル値に変換した場合に
は、図１０（ｂ）に示すように、縦軸において２５５が
最大値で明、０が黒となり、１画面を例えば５１２×４
８０画素の分解能で取り込んだ場合には、横軸は０〜５
１２の画素数となる。

【００１９】なお、図示の信号Ｓ０はｙ軸方向の或る値
（破線部分の値）についての信号であり、このような信
号がｙ軸の各値について存在する。

【００２０】次に、図１１は、原画像信号Ｓ０に含まれ
る各成分を示す信号波形図である。図１１（ａ）に示す
原画像信号Ｓ０には、（ｂ）に示す照度むら等によるシ
ェーディング成分（低周波成分）、（ｃ）に示すストラ
イプ照明の輝度変化成分（中間周波成分）、（ｄ）に示
す雑音および欠陥１３による輝度変化成分（高周波成
分）が含まれる。したがって上記の高周波成分を検出
し、レベルの低い雑音成分を除去することにより、欠陥
１３に相当する信号のみを検出することが出来る。

【００２１】以下、図１２に基づいて上記の欠陥検出処
理を詳細に説明する。まず、原画像信号Ｓ０から高周波
成分のみを抽出する。具体的には、例えば原画像信号Ｓ
０に微分処理を行なうことによって抽出することが出来
る。すなわち、微分処理は一種のパイパスフィルタであ
るから、信号Ｓ０を微分処理してその絶対値を求める
と、図１２のＳ１に示すような高周波成分のみが強調さ
れた信号が得られる。なお、信号Ｓ０を適当なパイパス
フィルタに通しても同様である。

【００２２】次に、上記の高周波成分の信号Ｓ１を適当
なしきい値Ｔｈで２値化することにより、Ｓ２に示すよ
うな欠陥に対応した信号が得られる。このようにして得
られた欠陥画像信号Ｓ２に基づいて、欠陥部分のラベリ
ング（ラベル付け）、欠陥の面積計算および欠陥部分の
重心計算を行なう。そしてホストコンピュータ６は、上
記の結果から欠陥の特定、位置およびランク付け等を行
ない、それを表示装置や後続機器（例えば塗装制御装置
等）へ出力する。上記のように、本実施例においては、
照明光の明暗変化が緩やかな勾配を有し、明確な境界
（エッジ）がないので、“ゆず肌”が存在するような表
面粗さの大きな被検査面であっても、境界部分に孤立点
が生じることがなく、したがって“ゆず肌”等を欠陥と
誤検出するおそれがなくなる。

【００２３】次に、欠陥検出処理の第２の実施例につい
て説明する。この実施例は、照明装置１およびビデオカ
メラ２と被検査面３との相対位置を所定速度で所定方向
に移動させる移動装置（例えば被検査物体をベルトコン
ベア等で順次移動させる検査ライン等）を設け、動画像
から欠陥を検出するものである。

【００２４】被検査面３上に明暗ストライプが映し出さ
れており、そのストライプの明部分の中に凸状または凹
状の欠陥１３があるとすると、その受光画像は図１３の
ようになり、前記の原理によって欠陥１３が明ストライ
プ内に黒く映し出される。また、図１４（ａ）に示すよ
うに、照明装置１とビデオカメラ２が固定された状態
で、被測定物体（被検査面３）が矢印方向（受光画像に
おけるｘ軸方向）へ移動すると、欠陥１３は１３’の位
置に移動する。そのため受光画像は図１４（ｂ）に示す
ように、明暗のストライプは静止したままで欠陥１３の
みがｘ軸方向に移動する画像となる。したがって、複数
の連続する受光画像を処理し、その中の移動物体を検出
することにより、欠陥を正確に検出することが出来る。
なお、被測定物体（被検査面３）を固定し、照明装置１
とビデオカメラ２を移動しても同様であるが、一般的に
は被測定物体を移動させる方が構造上容易である。ただ
し、被測定物体が大型の装置で移動させにくい場合に
は、照明装置１とビデオカメラ２を一組にして移動させ
るように構成してもよい。

【００２５】次に、画像上の移動物体から欠陥を検出す
る処理について説明する。なお、ここで説明するのは被
測定物体がｘ軸方向に一定速度で移動する場合の例であ
る。図１５は、連続した２フレーム、すなわち時点ｆ_t
における画像と時点ｆ_t+1における画像との差分画像か
ら移動物体、すなわち欠陥を検出する方法を示す図であ
り、（ａ）は時点ｆ_tにおける画像、（ｂ）は時点ｆ_t+1
における画像、（ｃ）は両者の差分画像を示す。上記の
ｆ_t画像とｆ_t+1画像とおいて、欠陥１３はｙ軸方向には
殆ど移動せず、ｘ軸方向にのみ移動する。そしてその移
動量および移動方向は、被測定物体の移動量と移動方向
から既知であり、かつ、ｆ_t画像とｆ_t+1画像との取り込
み間隔Δｔも一定である。したがって受光画像中の欠陥
１３の理論移動量ΔＤは容易に求めることが出来る。故
に、図１５（ｃ）の差分画像から求めた移動物体の移動
量Δｄと上記理論移動量ΔＤとを比較し、両者の差が所
定範囲内であれば、その移動物体を欠陥である、と判断
することが出来る。なお、上記の所定範囲（誤差範囲）
は、移動速度の変動や画像処理時の変動等による誤差範
囲であるので、検査ラインの移動精度等に応じて適宜設
定すればよい。さらに上記の比較を移動量だけでなく、
移動方向も考慮して行なえば、検査精度をさらに向上さ
せることが出来る。

【００２６】図１６は、上記の欠陥検出方法の順序を示
すフローチャートである。また、図１７は、受光画像中
の或るｙの値（欠陥の存在する部分に相当）における輝
度信号の変化を示す図である。ただし、この実施例は、
前記図５（ｂ）に示した明暗が２段階に変化する照明装
置を用いた場合の例である。以下、図１７を参照しなが
ら図１６のフローについて説明する。図１６において、
ステップＳ１では、時点ｆ_tにおける画像を読み込む。
この場合の輝度信号は図１７（ａ）に示すように、スト
ライプの明部分が高レベル、暗部分が低レベルとなり、
また欠陥部分は高レベル中で落ちこんだ凹部で示され
る。また、ステップＳ２では、時点ｆ_t+1における画像
を読み込む。この場合には、図１７（ｂ）に示すよう
に、ストライプの明と暗の位置は変わらず、欠陥の位置
のみが移動した波形となる。次に、ステップＳ３では、
上記両画像の差分画像｜ｆ_t+1−ｆ_t｜を演算する。上記
のように、ストライプの明と暗の位置は変わらないの
で、差分画像では欠陥部分のみが残り、図１７（ｃ）に
示すようになる。なお、信号処理の段階で両画像のスト
ライプの明と暗の位置に多少のずれが生じると、図示の
ごとく、その部分に細いノイズが残るが、これは発現位
置が殆ど変化しないので、後記ステップＳ９の処理で簡
単に除去することが出来る。

【００２７】次に、ステップＳ４では、所定のしきい値
Ｔｈで差分画像を２値化する。２値化された波形は、図
１７（ｄ）に示すようになり、欠陥と予想される位置の
ｘ，ｙ座標が求められる。次に、ステップＳ５では、重
心位置のｙ軸方向の移動量Δｙ（＝ｙ_t−ｙ_t+1）を求め
る。次に、ステップＳ７では、上記移動量Δｙとｙ軸方
向の理論移動量ΔＤ_yとの差が所定値以下であるか否か
を判断する。この場合には、被測定物体はｘ軸方向にの
み移動しているので、理論移動量ΔＤ_y≒０である。ス
テップＳ７で“ＮＯ”の場合、すなわち、理論移動量Δ
Ｄ_yとの差が大きい信号は、欠陥ではないので、次々に
データを判定し、“ＹＥＳ”のものについてのみステッ
プＳ８へ行く。ステップＳ８では、重心位置のｘ軸方向
の移動量Δｘ（＝ｘ_t−ｘ_t+1）を求める。

【００２８】次に、ステップＳ９では、上記移動量Δｘ
とｘ軸方向の理論移動量ΔＤ_xとの差が所定値以下であ
るか否かを判断する。この場合には、被測定物体の移動
量が理論移動量ΔＤ_xとなる。ステップＳ９で“ＮＯ”
の場合、すなわち、理論移動量ΔＤ_xとの差が大きい信
号は、欠陥ではないので、次々にデータを判定し、“Ｙ
ＥＳ”のものについてのみステップＳ１０へ行く。な
お、前記図１７（ｄ）の明暗境界部分の細いノイズは、
移動量Δｘ≒０であるため、理論移動量ΔＤ_xとの差が
大きく、したがって、このステップの処理で除去され
る。次に、ステップＳ１０では、ｙ軸方向、ｘ軸方向共
に、移動量と理論移動量との差が所定値以下であった個
所を欠陥部分のデータとして記憶する。上記のように、
本実施例においては、動画像を画像処理して移動物体を
検出することによって欠陥を検出するように構成してい
るので、ノイズによる誤検出や欠陥の位置、移動によっ
て欠陥の検出漏れが発生するおそれがなくなる。

【００２９】次に、欠陥を検出する処理の他の実施例に
ついて説明する。この実施例は、動画像から各フレーム
の動きベクトル（オプティカルフロー）を求め、それに
よって欠陥を検出するものである。動画中の或る時刻ｔ
におけるフレーム座標（ｘ，ｙ）における明るさをｆ
(ｘ,ｙ,ｔ）と表す。そしてｘ方向、ｙ方向にそれぞれ
δ_x、δ_yだけ移動する時間δｔ後の点（x,y）の明るさ
は変化しないと仮定すると、下記（数５）式が成立す
る。ｆ(ｘ,ｙ,ｔ）＝ｆ(ｘ＋δ_x,ｙ＋δ_y,ｔ＋δｔ） …（数５）上記（数５）式を点（ｘ,ｙ,ｔ）についてテーラー展開
すると、下記（数６）式が得られる。

【００３０】

【数６】

【００３１】ここで、２次以上の項を無視すると、上記
（数５）式と（数６）式から下記（数７）式が得られ
る。

【００３２】

【数７】

【００３３】また、被測定物体をｘ軸方向に移動させた
場合には、ｙ軸方向には殆ど移動しないので、ｙの項を
無視すると、下記（数８）式が得られる。

【００３４】

【数８】

【００３５】上記（数８）式から下記（数９）式が得ら
れる。

【００３６】

【数９】

【００３７】（数９）式において、 ∂ｆ／∂ｘ：点（x,y）における明るさのｘ方向の変化
＝画像ｆのｘ方向微分 ∂ｆ／∂ｔ：点（x,y）における明るさの時間的な変化
＝両フレームの差分ｄｘ／ｄｔ：点（x,y）における動きベクトルのｘ成分であるから、微分画像と差分画像から各点での動きベク
トルが求められる。そして欠陥の移動方向は既知（被測
定物体の移動方向で決まる）であり、また、被検査面３
（被測定物体）の移動速度もほぼ一定で既知であるか
ら、求めた受光画像の移動ベクトルから欠陥を検出する
ことが出来る。

【００３８】図１８は、上記の方法によって欠陥を検出
する場合の処理順序を示すフローチャートである。図１
８において、まずステップＳ２０では、時点ｔにおける
原画像ｆ_tを取り込み、ステップＳ２１で、時点ｔ＋１
における原画像ｆ_t+1を取り込む。次に、ステップＳ２
２では、原画像ｆ_tのｘ方向の微分値（∂ｆ／∂ｘ）を
求め、ステップＳ２３では、原画像ｆ_t+1と原画像ｆ_tと
の差分（∂ｆ／∂ｔ）を求める。次に、ステップＳ２４
では、Ｓ２２とＳ２３の結果から、動きベクトル（ｄｘ
／ｄｔ）を上記（数９）式によって求める。次に、ステ
ップＳ２５では、ステップＳ２４で求めた動きベクトル
のうち、所定の移動方向で所定範囲内の移動量（被測定
物体の移動に相当）の点のみを欠陥として検出する。次
に、ステップＳ２６では、検出した欠陥のラベリング
（番号付け）、面積計算、重心計算等を行なう。

【００３９】なお、被測定物体の検査面上に、加工穴や
デザインとして施されている凹凸等が存在する場合に
は、受光画像においてそれらも一緒に移動するため、そ
れを欠陥として誤検出するおそれがある。しかし、欠陥
の大きさは一般に直径数ｍｍ程度以下であるのに対し、
加工穴やデザインとして施されている凹凸等の面積はか
なり大きく、しかも形状も予め決まっていて一定である
ため、その性質を利用して真の欠陥と区別することが出
来る。例えば、図１８のフローチャートにおいて、ステ
ップＳ２６で求めた欠陥の面積が所定値以下のもののみ
を真の欠陥であると判断するステップを設ければよい。
なお、この処理は前記図１６のフローチャートでも同様
である。上記のように、欠陥検出処理の３種の手法につ
いて説明したが、本発明は基本的には照明装置の部分に
特徴を有するものであり、欠陥検出の手法は上記以外の
他の手法を用いてもよい。

【００４０】次に、本発明の他の実施例について説明す
る。この実施例は、被検査面３の表面粗さを検出し、そ
れに応じて照明装置の明暗勾配を変化させるように構成
したものである。すなわち、被検査面の表面粗さが大き
いほど欠陥検出におよぼす影響が大きくなり、誤検出を
生じる可能性も増加する。したがって表面粗さが大きい
ほど照明装置の明暗勾配を小さくし、明暗の境界をぼか
すことによって、より精密な欠陥検出を行なうことが出
来る。

【００４１】図１９および図２０は、それぞれ明暗勾配
を変化させることの出来る照明装置の実施例の断面図で
ある。まず、図１９において、光源１ａと拡散板に黒ス
トライプのみを施したストライプ板１ｃとの間には、大
きさの異なる一対のフィルタ１５、１５’が設けられて
いる。これらのフィルタ１５、１５’は、図示しない照
明制御装置によって図の矢印で示した方向（ストライプ
板１ｃに垂直な方向）に移動できるようになっている。
このフィルタ１５、１５’が拡散板１ｃから遠ざかるほ
ど、黒ストライプ端部のコントラストは低下し、明暗の
境界がぼけることになる。なお、上記の説明ではストラ
イプ板１ｃを拡散板にしているが、ストライプ板１ｃの
外側に拡散板（図示せず：例えば図４の拡散板１ｂ）を
設ければ、さらに明暗の境界をぼかすことが出来る。

【００４２】また、図２０において、光源１ａと拡散板
に黒ストライプのみを施したストライプ板１ｃとの間に
は、フィルタ１６、１６’が設けられている。これらの
フィルタ１６、１６’は、それぞれ二つに別れており、
図の矢印方向（ストライプ板１ｃに平行な方向）に移動
できるようになっている。これらのフィルタ１６、１
６’が黒ストライプの中心（図に破線で示す）から遠ざ
かるほど黒ストライプ端部のコントラストは低下し、明
暗の境界がぼけることになる。なお、この場合にもスト
ライプ板１ｃの外側に拡散板を設ければ、さらに明暗の
境界をぼかすことが出来る。上記のように、図１９、図
２０に記載の照明装置においては、フィルタの位置を変
化させることによってストライプ端部のコントラストを
低下させることが出来るので、表面粗さに応じて境界の
明暗勾配を変化させることが出来る。

【００４３】次に、表面粗さの検出方法について説明す
る。図２１は、表面粗さと受光画像のパワースペクトル
との関係を示す図であり、（ａ）は表面粗さが小さい場
合、（ｂ）は表面粗さが大きい場合を示す。図示のごと
く、（ｂ）においてはストライプの境界部分が乱れてい
る。ストライプ模様の映し出された受光画像において
は、被検査面の粗さが大きいほどストライプ模様も大き
く乱れるという性質がある。したがって、表面欠陥を検
出するための前記ビデオカメラ２による受光画像を用い
て表面粗さも検出することが出来る。ストライプ模様の
乱れ量は、例えば、ビデオカメラ２の受光画像を高速フ
ーリエ変換（ＦＦＴ）してパワースペクトルを求め、そ
の内の第２番目の山の面積を求めることによって検出す
ることが出来る。すなわち、図２１に示すパワースペク
トル特性において、左端の大きな山は、明暗のストライ
プ模様に対応しており、その次の山（長波長領域）の面
積がストライプの乱れ量、すなわち表面粗さに対応して
いる。したがって図２１のパワースペクトル特性におけ
る斜線部分の面積を求めることにより、表面粗さを検出
することが出来る。そしてその結果に応じて、図示しな
い照明制御装置によって前記図１９のフィルタ１５、１
５’または図２０のフィルタ１６、１６’を移動させれ
ば、表面粗さに適応した明暗勾配を実現することが出来
る。

【００４４】

【発明の効果】以上説明したごとく、本発明において
は、明暗変化が連続的または少なくとも２段階以上の段
階的に変化し、その変化が所定の間隔で周期的に繰り返
される明暗パターンの照明手段を用いたことにより、従
来のように明と暗のみに明確に変化するパターンに比較
して、明暗の境界部分の変化の度合いが緩やかになるの
で、“ゆず肌”のような表面粗さの影響を受けることが
少なくなり、それによって誤検出を防止することが出来
る、という効果が得られる。また、被検査面の表面粗さ
を検出する表面粗さ検出手段を備え、表面粗さに応じ
て、粗さが大きいほど明暗勾配を小さくするように制御
する照明手段を用いたものにおいては、より精密な欠陥
検出を行なうことが出来る、という効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の機能ブロック図。

【図２】本発明の第１の実施例図。

【図３】図２の実施例における画像処理装置５の一例の
ブロック図。

【図４】図２の実施例における照明装置１の一例の分解
斜視図。

【図５】照明装置１における明暗パターンと明暗レベル
の実施例を示す図。

【図６】照明装置１の他の実施例の断面図。

【図７】被検査物体の表面上の欠陥を受光画像に映し出
す原理を示す図。

【図８】被検査物体の表面上の欠陥を受光画像に映し出
す原理を示す図。

【図９】被検査表面が曲面の場合を説明するための図。

【図１０】受光画像における明暗ストライプと欠陥とを
示す図。

【図１１】受光画像における各周波数成分を示す特性
図。

【図１２】欠陥検出処理の第１の実施例における信号波
形を示す図。

【図１３】受光画像における明暗ストライプと欠陥とを
示す図。

【図１４】被検査面が移動した場合における欠陥の移動
を示す図。

【図１５】時点ｆ_tにおける画像と時点ｆ_t+1における画
像との差分画像から移動物体、すなわち欠陥を検出する
方法を示す図。

【図１６】欠陥検出処理の第１の実施例における演算処
理を示すフローチャート。

【図１７】図１６の処理における輝度信号波形を示す
図。

【図１８】欠陥検出処理の第２の実施例における演算処
理を示すフローチャート。

【図１９】照明装置の第２の実施例の断面図。

【図２０】照明装置の第３の実施例の断面図。

【図２１】表面粗さと受光画像のパワースペクトルとの
関係を示す図。

【図２２】表面粗さとストライプ画像の乱れを示す図。

【符号の説明】

１…照明装置７…モニタ１ａ…光源８…バッファ
アンプ１ｂ…拡散板９…Ａ／Ｄ変
換器１ｃ…ストライプ板１０…ＭＰＵ１ｄ…背景１１…メモリ２…ビデオカメラ１２…Ｄ／Ａ変
換器３…被検査面１３…欠陥４…カメラコントロールユニット１５、１５’…
フィルタ５…画像処理装置１６、１６’…
フィルタ６…ホストコンピュータ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】被検査面に光を照射し、その被検査面から
の反射光に基づいて受光画像を作成し、この受光画像に
基づいて被検査面上の欠陥を検出する表面欠陥検査装置
において、明暗変化が連続的または少なくとも２段階以上の段階的
に変化し、その変化が所定の間隔で周期的に繰り返され
る明暗パターンを被検査面に映し出す照明手段と、上記被検査面を撮像して得られる受光画像を電気信号の
画像データに変換する撮像手段と、上記撮像手段によって得られた画像データを処理して被
検査面上の欠陥を検出する欠陥検出手段と、を備えたことを特徴とする表面欠陥検査装置。
【請求項２】上記照明手段は、明暗が正弦波状に変化す
るストライプ模様を被検査面に映し出すものである、こ
とを特徴とする請求項１に記載の表面欠陥検査装置。
【請求項３】被検査面の表面粗さを検出する表面粗さ検
出手段を備え、上記照明手段は、上記の検出した表面粗さに応じて、粗
さが大きいほど明暗勾配を小さくするように制御するも
のである、ことを特徴とする請求項１に記載の表面欠陥
検査装置。
【請求項４】上記欠陥検出手段は、画像データにおける
周波数成分のうち高い周波数領域で、かつレベルが所定
値以上の成分のみを抽出し、その部分を欠陥であると判
断するものである、ことを特徴とする請求項１乃至請求
項３の何れかに記載の表面欠陥検査装置。
【請求項５】上記撮像手段で得られる受光画像が上記被
検査面上を所定方向に所定速度で順次移動するように駆
動する駆動手段を備え、上記欠陥検出手段は、上記撮像手段で得られる時間的に
異なる複数の画像、すなわち動画像から画像中の移動物
体の少なくとも移動量を検出し、それに基づいて所定の
移動条件の移動物体を欠陥であると判断するものであ
る、ことを特徴とする請求項１乃至請求項３の何れかに
記載の表面欠陥検査装置。