JPH08315071A - 刻印文字の品質検査方法及び装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 背景部分の影響を受けずに画像処理により刻
印文字の品質検査を行うこと。 【構成】 打刻により形成された刻印文字の打刻面に対
して正面から照明を照射すると共に当該照射方向から撮
像する第１の工程（ステップＳ１）と、この第１の工程
に前後して当該第１の工程による照射方向よりも斜め方
向から打刻面に照射して当該打刻面について当該照明の
正反射となる方向から当該刻印文字を撮像する第２の工
程（ステップＳ２）と、第１および第２の工程により撮
像された画像データの濃度の特徴値を算出す第３の工程
（ステップＳ３）と、当該特徴値に基づいて第１の工程
による画像データが第２の工程による画像データよりも
濃いと判定された場合に、刻印文字が浅く打刻されたと
判定する第４の工程（ステップＳ４〜Ｓ６）とを備え
た。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、刻印文字の品質検査方
法及び装置に係り、特に、刻印文字の品質検査を画像処
理によって行う刻印文字の品質検査方法及び装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】刻印文字は、エンジン・ブロックなどの
金属表面に打刻ヘッドによって打たれる文字である。

【０００３】図１４（Ａ）にこの刻印文字の一例を示
す。新しい打刻ヘッドによる刻印は、図１４（Ｂ）に示
すように、深くて幅の狭い刻印となるが、打刻ヘッドが
磨耗してくると、図１４（Ｃ）に示すように、刻印は浅
くて幅の広い形状になる。浅い刻印は読み取りにくく、
また、傷や磨耗に弱くなってしまう。

【０００４】このため、製品の製造工程において、刻印
文字の品質を検査しており、この検査は、人間が目視に
よって行っている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、文字品
質を人間の主観により判断しているため、精度が一定し
ない、という不都合があった。

【０００６】また、他の製造工程の自動化に伴い、この
刻印文字の品質検査も自動化することが望ましい。

【０００７】

【発明の目的】本発明は、係る従来例の有する課題を改
善し、特に、背景部分の影響を受けずに画像処理により
刻印文字の品質検査を行うことのできる刻印文字の品質
検査方法及び装置を提供することを、その目的とする。

【０００８】

【課題を解決する手段】そこで、本発明では、打刻によ
り形成された刻印文字の刻印に対して正面から照明を照
射すると共に当該照射方向から撮像する第１の工程と、
この第１の工程に前後して当該第１の工程による照射方
向よりも斜め方向から刻印文字の打刻面に照射して当該
打刻面について当該照明の正反射となる方向から当該刻
印文字を撮像する第２の工程と、第１および第２の工程
により撮像された画像データの濃度の特徴値を算出す第
３の工程と、当該各特徴量を比較すると共に当該比較結
果に基づいて前記刻印文字の刻印の形状を判定する第４
の工程とを備えた、という構成を採っている。ここで、
刻印の正面とは、刻面の深部に照射することができる位
置をいう。

【０００９】また、第１の工程が、刻印文字に対して垂
直方向から照明を当てる工程を備え、第４の工程が、各
特徴量に基づいて第１の工程により撮像した画像データ
が第２の工程により撮像した画像データよりも濃いと判
定した場合に当該刻印の溝が浅いと判定する工程を備え
た、という構成を採っている。

【００１０】また、第３の工程が、各画像データの濃度
ヒストグラムのクラス間分離度を算出する工程を有し、
第４の工程が、当該クラス間分離度の比較結果に基づい
て刻印文字の刻印の形状を判定する工程を備えるとよ
い。

【００１１】さらに、上記方法の実施に直接使用する装
置として、刻印文字を撮像する画像入力部と、この画像
入力部からのデータをデジタルデータに変換するＡ／Ｄ
変換部と、このＡ／Ｄ変換部から画像データに基づいて
１文字ずつ画像データを切り出す文字切り出し部と、こ
の文字切り出し部からの画像データに基づいて刻印文字
の形状を判定する判定部とを備えている。このうち、画
像入力部は、刻印文字の正面に配置された第１の照明手
段と、当該刻印文字を垂直に撮像する第１のＣＣＤカメ
ラと、この第１の照明手段よりも当該刻印文字に対して
斜め方向に配置された第２の照明手段と、この第２の照
明手段からの照射光が刻印文字面で正反射する方向に設
置された第２のＣＣＤカメラとを備え、判定部は、各Ｃ
ＣＤカメラが撮像した画像データの濃度についての特徴
量を算出する特徴量抽出機能と、当該特徴量に基づいて
第１のＣＣＤカメラで垂直に撮像した画像の特徴値が第
２のＣＣＤカメラで撮像した画像の特徴値よりも暗い場
合に刻印が浅いと判定する刻印形状判定機能とを備え
た、という構成を採っている。

【００１２】

【作用】まず、図１に示すように、第１の工程で、打刻
により形成された刻印文字の打刻面に対して正面から照
明手段を照射し、さらに、当該照射方向から撮像する。
これと前後して、第２の工程で、当該第１の工程による
照射よりも斜め方向から打刻面に照射し、さらに、当該
打刻面について当該照明手段の正反射となる方向から当
該刻印文字を撮像する。すると、刻印文字を正面から撮
像した画像データと、斜めから撮像した画像データとが
得られる。

【００１３】さらに、第３の工程では、第１および第２
の工程により撮像された画像データの特徴値を算出す
る。この特徴値は、文字部分の濃度の特徴を示すもので
あればどのようなものでも良い。例えば、刻印文字の背
景部分に凹凸がない状態であれば単純に濃度平均値でも
よい。第１又は第２の工程では、打刻面に対して正反射
となる位置で撮像しているため、刻印文字の打刻の深さ
によって濃度を示す特徴値が各画像で異なるものとな
る。

【００１４】すなわち、正面から照明をすると、刻印が
深い場合には深くまで照明され、当該照明はほぼ正反射
するのに対して、刻印が浅く広い場合には乱反射して文
字部分が暗くなる。また、斜め方向から照明をして当該
照明が正反射する位置から撮像すると、刻印が浅い場合
には影が生じ難い為に、また、ほぼ正反射するため、文
字部分が明るくなり、一方、刻印が深い場合には影とな
るため文字部分とその周囲が暗くなる。従って、第４の
工程では、まず、当該特徴値を比較する。すると、どち
らの画像が濃いものであるかが判明する。次いで、この
比較結果に基づいて刻印文字の形状を判定する。ここで
は、第１の工程による画像データが第２の工程による画
像データよりも濃いと判定した場合に刻印文字が浅く打
刻されたと判定している。

【００１５】さらに、刻印文字が浅いと判定された場合
には、この刻印文字の品質は良くないものとして扱う。

【００１６】

【実施例】次に本発明の一実施例について図面を参照し
て説明する。

【００１７】図１は、本発明による刻印文字の品質検査
方法の処理工程を示すフローチャートである。刻印文字
の品質検査方法は、打刻により形成された刻印文字の打
刻面に対して正面から照明を照射すると共に当該照射方
向から撮像する第１の工程（ステップＳ１）と、この第
１の工程に前後して当該第１の工程による照射方向より
も斜め方向から打刻面に照射して当該打刻面について当
該照明の正反射となる方向から当該刻印文字を撮像する
第２の工程（ステップＳ２）とを備えている。この撮像
は、ＣＣＤカメラ１０により行っている。

【００１８】さらに、第１および第２の工程により撮像
された画像データの濃度の特徴値を算出す第３の工程
（ステップＳ３）と、当該特徴値に基づいて第１の工程
による画像データが第２の工程による画像データよりも
濃いと判定された場合に、刻印文字が浅く打刻されたと
判定する第４の工程（ステップＳ４〜Ｓ６）とを備えて
いる。

【００１９】これを詳細に説明する。

【００２０】ステップＳ１による撮像は、刻印の深部が
照射され、かつ、この深部を撮像することができる角度
であればよい。従って、打刻により形成された刻印２０
Ａの角度にもよるが、刻印文字２０の打刻面２０Ｂに対
して垂直方向から行うことが望ましい。垂直方向から照
明手段１２により照明を当ててかつ撮像すると、刻印に
よる溝が細く、かつ深い場合には、当該照明がほぼ正反
射してＣＣＤカメラ１０に至る。一方、刻印２０Ａが広
く、かつ浅い場合には、当該照明は乱反射してＣＣＤカ
メラ１０には入射しない。このため、刻印２０Ａの形状
の特徴が画像の濃度の特徴として表されることとなる。

【００２１】ステップＳ２による撮像は、垂直方向から
一定角度傾いた状態で照明手段１２により照射し、か
つ、この照明が打刻面２０Ｂについて正反射となる方向
から撮像することが望ましい。これにより、刻印２０Ａ
による溝が深く、かつ細い場合には、照射により刻印２
０Ａ部分に影が生じ、また、正反射方向には照射光が至
らない。一方、刻印２０Ａによる溝が浅く、且つ広い場
合には、ほぼ正反射するため照射光がＣＣＤカメラ１０
に入射する。このため、刻印２０Ａの形状の特徴が画像
の濃度の特徴として表される。

【００２２】さらに、本実施例では、このステップＳ１
およびステップＳ２で撮像した濃度の特徴量を算出し、
比較している。これは、背景の影響を考慮しないのであ
れば、濃度の平均値で問題なく動作する。しかし、より
望ましくは、しきい値選択処理として知られているＰ−
タイル法や判別しきい値選定法などにより濃度ヒストグ
ラムの形状を考慮した値を特徴値とするのがよい。これ
により、撮像環境をあまり厳密なものとしなくとも濃度
的な特徴量を得ることができるため、この品質検査を良
好に実施することができる。

【００２３】ステップＳ４では、この特徴量の比較結果
に基づいて刻印の形状を判定している。すなわち、ステ
ップＳ１で撮像した画像の方が、ステップＳ２で撮像し
た画像よりも濃いと判定された場合に、当該刻印の溝は
浅く、幅が広いと判定する。この場合、刻印文字の品質
は良くないものとなる。

【００２４】また、垂直方向の照明および撮像による画
像に対して、一定のしきい値との比較により刻印の判断
をせずに、２枚の画像データの比較により行っているの
は、撮像環境の影響を受けずに刻印文字の品質判定を行
うためである。

【００２５】次に、より具体的な刻印文字の品質検査方
法の処理工程を説明する。

【００２６】図２はこの処理工程を示すフローチャート
であり、図３乃至図１２はこの処理を説明するための説
明図である。

【００２７】まず、図３に示すように、刻印文字の打刻
面２０Ｂに対して垂直方向から照明を当てて、かつ垂直
方向から当該刻印文字を撮像する（ステップＳ１０）。
すると、図５乃至図８のそれぞれ（Ａ）に示す如くの画
像が撮像される。

【００２８】さらに、図４に示すように、斜め方向から
照明を当てて、打刻面について正反射する方向から撮像
する（ステップＳ１１）。すると、図５乃至図８のそれ
ぞれ（Ｂ）に示す如くの画像が撮像される。

【００２９】これら撮像された画像は、複数の階調を持
つデジタルの画像データに変換される。画像の各画素の
濃度とは２^p階調で表され、濃度値の範囲は０〜２^p−１
である。例えば、８ビット（Ｐ＝８）ならば、２５６階
調で濃度値は０から２５５で表される。

【００３０】ここで、溝が浅く幅の広い刻印の場合は
（図５又は図７）、垂直方向から撮った画像は文字部の
濃度値が低く、斜め方向から撮った画像は文字部の濃度
値が高い。一方、溝が深く幅の狭い刻印の場合は（図６
又は図８）、垂直方向から撮った画像は文字部の濃度値
が高く、斜め方向から撮った画像は文字部の濃度値が低
い。

【００３１】次いで、各画像の濃度ヒストグラムを算出
する（ステップＳ１２）。すると、図９乃至図１２に示
す如くとなる。

【００３２】さらに、この濃度ヒストグラムから最大ク
ラス分離度を算出する（ステップＳ１３）。本実施例で
は、画像処理の手法として用いられる判別分析法を用い
ている。

【００３３】判別分析法は、次式（１）で表されるクラ
ス分離度を用い、全濃度値のなかで最大となるクラス分
離度を求めるものである。これにより、画像データ中の
背景部分と画像（文字）部分とを分離する濃度値を求め
る。

【００３４】 クラス分離度＝クラス間分散／全分散 ...... 式（１）

【００３５】ここで、分散とは、標準偏差の正の平方根
であり、分布状態（散らばり具合）を示すものである。

【００３６】この式（１）で、全分散はヒストグラム全
体の分散で、クラス間分散は０からｔおよびｔ＋１から
２^P−１までの各クラスの生成確率と平均濃度レベルか
ら計算される値である。クラス分離度が高いヒストグラ
ムほど双峰性が高いといえる。図７乃至図８に示した各
画像のヒストグラムの最大クラス分離度は以下のように
なる。

【表１】

【００３７】本実施例では、２つの最大クラス分離度を
比較することによって、刻印文字の品質がＯＫかＮＧか
を判定する（ステップＳ１４）。ここでは、垂直方向か
ら撮った画像の最大クラス分離度をＸとし、斜め方向か
ら撮った画像の最大クラス分離度をＹとしたとき、判定
結果は式（２）によって求められる。

【００３８】 Ｘ ＞ Ｙ →ＮＧ Ｘ ≦ Ｙ →ＯＫ ...... 式（２）

【００３９】上述したように本実施例によると、刻印の
深さによる正反射または乱反射を利用して、刻印の形状
の特徴を画像データの濃度の特徴とし、さらに、この濃
度の特徴値を比較することにより刻印文字の形状を判定
するため、画像処理により良好に刻印文字の品質の検査
を行うことができる。また、垂直方向からの画像の最大
クラス分離度のみを予め決めておいたしきい値と比較す
る手法と比較して、背景の影響や照明の強さの影響を受
けずにより正確な判定を行うことができる。

【００４０】また、本実施例により刻印文字の刻印の深
さが判定されるため、この刻印の深さ情報を利用して刻
印文字の文字認識を行うようにしても良い。例えば、刻
印が浅い場合のニューラルネットワークと、深い場合の
ニューラルネットワークとを予め学習させておき、刻印
の深さによって２種類のニューラルネットワークで文字
認識を行うとよい。

【００４１】次に、上述した刻印文字の品質判定方法を
実施するための刻印文字の品質判定装置について説明す
る。

【００４２】図１３はこの刻印文字の品質判定装置の構
成を示すブロック図である。この品質判定装置は、ＣＣ
Ｄカメラ２０および照明とを有する画像入力部３０と、
この画像入力部からのデータをＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄ変
換部３２と、このＡ／Ｄ変換部から画像データに基づい
て１文字ずつ画像データを切り出す文字切りだし部３４
と、この文字切りだし部からの画像データに基づいて刻
印文字の品質を判定する判定部３６とを備えている。

【００４３】各部は、制御手段３８によってその動作を
制御されている。

【００４４】画像入力部３０は、図３乃至図４に示すよ
うに、照明１２で刻印文字２０を照らし、ＣＣＤカメラ
１０で当該刻印文字を撮像する。このとき、本実施例で
は画像を２枚取り込んでいる。１枚目は、刻印表面に対
して垂直方向から撮像する。２枚目は、ＣＣＤカメラを
斜め方向に設置して撮像する。

【００４５】これは、２台のＣＣＤカメラ１０を設置す
るようにしても良いし、また、ＣＣＤカメラ１０または
刻印文字が打刻された対象（エンジンブロック等）を移
動させて撮像するようにしても良い。

【００４６】次いで、Ａ／Ｄ変換部３２は、画像入力部
で取り込んだ画像のビデオ信号等を複数階調のデジタル
データに変換する。ここでは、２５６階調のデジタルデ
ータに変換している。

【００４７】さらに、文字切り出し部３４で文字の切り
出しを行う。これは、通常画像処理により行われる手法
で行っている。例えば、固定位置で撮像する場合には予
め与えられた位置により画像データを切り出す。また、
予め文字の位置が特定されない場合には、濃度の特徴に
基づいて切り出しを行うようにしても良い。切り出し
は、図７乃至図８に示した程度の大きさで行っている。
この切り出したデータに基づいて前述した品質検査方法
を実施している。

【００４８】判定部３６は、各画像データの濃度につい
ての特徴量を算出する特徴量抽出機能と、当該特徴量に
基づいて垂直に撮像された画像の方が他方よりも暗い場
合に刻印が浅いと判定する刻印形状判定機能とを備えて
いる。

【００４９】制御手段３８は、各部の動作タイミングを
制御する。図１３に示した例では、これにより、上述し
た品質検査方法を良好に実施することができる。

【００５０】

【発明の効果】本発明は以上のように構成され機能する
ので、これによると、請求項１または２記載の発明で
は、第４の工程で、正面から照射して撮像した画像と斜
めから照射して撮像した画像とを比較して、さらに、正
面から撮像した画像の方が濃いと判定された場合に当該
撮像された刻印文字が浅く打刻されたと判定するため、
すなわち、第１の工程では乱反射により文字部分が濃く
撮像され、かつ、第２の工程では正反射により文字部分
が薄く撮像された場合に浅い打刻であると判定するた
め、品質的に望ましくない浅い打刻を良好に検出するこ
とができ、従って、刻印文字の品質の判定を画像処理に
よる自動化が可能となり、さらに、２枚の画像の比較に
よりこの品質の判定を行うため、文字部分の背景の影響
を受けずに品質判定を行うことができ、このため、撮像
環境の変化にかかわらず精度良く刻印文字の品質判定を
行うことができる従来にない優れた刻印文字の品質判定
方法を提供することができる。

【００５１】請求項３記載の発明では、第３の工程で、
各画像のクラス間分離度を算出するため、各画像で文字
部分の大きさが多少異なったとしても、クラス間分離度
により濃度ヒストグラムの特徴を良好に算出することが
でき、さらに、第４の工程が、このクラス間分離度に基
づいて打刻の浅さを判定するため、文字部分が占める領
域の大きさにかかわらず良好に刻印文字の品質判定を行
うことができ、従って、撮像環境に若干の変動があった
としても刻印の溝の形状を良好に捉えて刻印文字の品質
判定を行うことができる従来にない優れた刻印文字の品
質判定方法を提供することができる。

【００５２】請求項４記載の発明では、第１の照明手段
が、検査対象の刻印文字の深部まで照明をし、第２の照
明手段が、刻印文字の浅い部分へ照明をするため、刻印
が浅い場合には、第１のＣＣＤカメラは乱反射により文
字部分を濃く撮像し、かつ、第２のＣＣＤカメラは正反
射により文字部分が薄く撮像することとなり、このた
め、判定部は、濃度を示す特徴値を比較することで、品
質的に望ましくない浅い打刻を良好に検出することがで
き、従って、刻印文字の品質の判定を画像処理による自
動化が可能となり、さらに、２枚の画像の比較によりこ
の品質の判定を行うため、文字部分の背景の影響を受け
ずに品質判定を行うことができ、このため、撮像環境の
変化にかかわらず精度良く刻印文字の品質判定を行うこ
とができる従来にない優れた刻印文字の品質判定装置を
提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の処理工程の一例を示すフロ
ーチャートである。

【図２】図１に示した処理工程の各工程をより具体化し
た場合の一例を示すフローチャートである。

【図３】図２に示したステップＳ１０の場合のＣＣＤカ
メラ等の位置関係を示す説明図である。

【図４】図２に示したステップＳ１１の場合のＣＣＤカ
メラ等の位置関係を示す説明図である。

【図５】刻印の溝が浅く幅が広い場合の画像データを簡
略表示した説明図で、図５（Ａ）は垂直方向から撮像し
た場合を示す図で、図５（Ｂ）は斜め方向から撮像した
場合を示す図である。

【図６】刻印の溝が深く幅が細い場合の画像データを簡
略表示した説明図で、図６（Ａ）は垂直方向から撮像し
た場合を示す図で、図６（Ｂ）は斜め方向から撮像した
場合を示す図である。

【図７】刻印の溝が浅く幅が広い場合の画像データを示
す図５に対応する説明図で、図７（Ａ）は垂直方向から
撮像した場合を示す図で、図７（Ｂ）は斜め方向から撮
像した場合を示す図である。

【図８】刻印の溝が深く幅が細い場合の画像データを示
す図６に対応する説明図で、図８（Ａ）は垂直方向から
撮像した場合を示す図で、図８（Ｂ）は斜め方向から撮
像した場合を示す図である。

【図９】刻印文字「２」を垂直方向から撮像した図５
（Ａ）又は図７（Ａ）に対応する濃度ヒストグラムを示
すグラフ図である。

【図１０】刻印文字「２」を斜め方向から撮像した図５
（Ｂ）又は図７（Ｂ）に対応する濃度ヒストグラムを示
すグラフ図である。

【図１１】刻印文字「Ｃ」を垂直方向から撮像した図６
（Ａ）又は図８（Ａ）に対応する濃度ヒストグラムを示
すグラフ図である。

【図１２】刻印文字「Ｃ」を斜め方向から撮像した図６
（Ｂ）又は図８（Ｂ）に対応する濃度ヒストグラムを示
すグラフ図である。

【図１３】刻印文字の品質判定装置の構成を示すブロッ
ク図である。

【図１４】刻印文字の一例を示す説明図で、図１４
（Ａ）は文字「１」を示す図で、図１４（Ｂ）は刻印の
溝が深く幅が細い場合のＡ−Ａ断面図で、図１４（Ｃ）
は刻印の溝が浅く幅が広い場合のＡ−Ａ断面図である。

【符号の説明】

Ｓ１ 第１の工程 Ｓ２ 第２の工程 Ｓ３ 第３の工程 Ｓ４〜Ｓ７ 第４の工程 １０ ＣＣＤカメラ １２ 照明手段 ２０ 刻印文字 ２０Ａ 刻印 ２０Ｂ 打刻面

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 打刻により形成された刻印文字の刻印に
   対して正面から照明を照射すると共に当該照射方向から
   当該刻印文字を撮像する第１の工程と、この第１の工程
   に前後して当該第１の工程による照射方向よりも斜め方
   向から前記刻印文字の打刻面に照射して当該打刻面につ
   いて当該照明の正反射となる方向から当該刻印文字を撮
   像する第２の工程と、前記第１および第２の工程により
   撮像された画像データの濃度の特徴値を算出す第３の工
   程と、当該各特徴量を比較すると共に当該比較結果に基
   づいて前記刻印文字の刻印の形状を判定する第４の工程
   とを備えたことを特徴とする刻印文字の品質検査方法。
2. 【請求項２】 前記第１の工程が、前記刻印文字の打刻
   面に対して垂直方向から照明を当てる工程を備え、 前記第４の工程が、前記各特徴量に基づいて前記第１の
   工程により撮像した画像データが前記第２の工程により
   撮像した画像データよりも濃いと判定した場合に当該刻
   印の溝が浅いと判定する工程を備えたことを特徴とする
   請求項１記載の刻印文字の品質検査方法。
3. 【請求項３】 前記第３の工程が、前記各画像データの
   濃度ヒストグラムのクラス間分離度を算出する工程を有
   し、 前記第４の工程が、当該クラス間分離度の比較結果に基
   づいて前記刻印文字の刻印の形状を判定する工程を備え
   たことを特徴とする請求項１記載の刻印文字の品質検査
   方法。
4. 【請求項４】 刻印文字を撮像する画像入力部と、この
   画像入力部からのデータをデジタルデータに変換するＡ
   ／Ｄ変換部と、このＡ／Ｄ変換部から画像データに基づ
   いて１文字ずつ画像データを切り出す文字切り出し部
   と、この文字切り出し部からの画像データに基づいて前
   記刻印文字の形状を判定する判定部とを備え、 前記画像入力部は、前記刻印文字の正面に配置された第
   １の照明手段と、当該刻印文字を垂直に撮像する第１の
   ＣＣＤカメラと、この第１の照明手段よりも当該刻印文
   字に対して斜め方向に配置された第２の照明手段と、こ
   の第２の照明手段からの照射光が刻印文字面で正反射す
   る方向に設置された第２のＣＣＤカメラとを備え、 前記判定部は、各ＣＣＤカメラが撮像した画像データの
   濃度についての特徴量を算出する特徴量抽出機能と、当
   該特徴量に基づいて前記第１のＣＣＤカメラで垂直に撮
   像した画像の特徴値が第２のＣＣＤカメラで撮像した画
   像の特徴値よりも暗い場合に刻印が浅いと判定する刻印
   形状判定機能とを備えたことを特徴とする刻印文字の品
   質検査装置。