JPH11248636A - 塗面検査方法及び装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 面発光体での照明下で高精度にブツを検出可
能にする塗面検査方法を提供する。 【解決手段】 ＣＣＤカメラ１の光軸に対して同心状に
位置するリング状面発光体２て塗面９を照明した状態
で、光軸１ａを塗面９に対して直交させてＣＣＤカメラ
１で撮像し、浅い傾斜角のブツ８の周縁部からの反射光
を入射させる。これによりリング状に形成された輪郭画
像を画像信号中から検出し、その重心及びこの重心を通
る放射線を設定することにより、それそれの放射線上で
得られた複数個の画像信号について放射線上での重心か
らの距離に対する輝度変化を表す回帰曲線を作成する。
重心から回帰曲線のピーク点に対応する放射線上の位置
までの重心距離Ｘ１を算出すると共に、重心に向って輝
度レベルが低下するピーク点での輝度勾配Ｘ２を算出
し、統計的に求めた推定式ｈ＝ａＸ１＋ｂＸ２＋ｃから
ブツの高さｈを算出する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、車両等の塗面を面
発光体で照明した状態でイメージセンサにより、ダスト
の付着、塗装装置の保守不全に起因する塗料カス等によ
り生じるブツを検出する塗面検査方法及び装置に関する
ものである。

【０００２】

【従来の技術】本出願人は、特開平３−１０１５０号公
報により、搬送されてくる車両の塗面を面発光体で照明
し、その照明領域をイメージセンサで撮像することによ
り、画像信号レベルが通常の信号レベルよりも低下する
のを検出することにより、ブツを検出する方法を提案し
た。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】これにより、レーザ光
の反射光をラインセンサ上で結像させるような光学的に
複雑な装置に対して簡単な構造でブツが検出可能になっ
た。しかしながら、この方法は単に画像信号のレベル変
化を検出するもので、ブツ特有の画像信号の波形を究明
するものでない点で精度的に改良の余地が残されてい
た。

【０００４】本発明は、このような点に鑑みて、面発光
体での照明を前提にして一層高精度にブツを検出可能に
する塗面検査方法及び装置を提供することを目的とす
る。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明は、この目的を達
成するために、請求項１により、イメージセンサの光軸
に対して同心状に位置するリング状面発光体て塗面を照
明した状態で、光軸を塗面に対して直交させて撮像した
イメージセンサの画像信号により塗面のブツを検出する
塗面検査方法であって、塗面の標準面から浅い傾斜角で
隆起し始めて頂点に向かうブツ周縁部を検知するため
に、イメージセンサ及び面発光体の塗面に対する距離並
びに光軸に対する面発光体の離間距離を塗面の浅い傾斜
角の隆起領域からの反射光がイメージセンサに入射する
ように設定し、ブツ周縁部からの反射光によりリング状
に形成された輪郭画像を画像信号中から検出し、検出さ
れた輪郭画像についてその重心及びこの重心を通る放射
線を設定することにより、それそれの放射線上で得られ
た複数個の画像信号について放射線上での重心からの距
離に対する輝度変化を表す回帰曲線を作成し、重心から
回帰曲線のピーク点に対応する放射線上の位置までの距
離である重心距離Ｘ１を算出すると共に、重心に向って
輝度レベルが低下するピーク点での輝度勾配Ｘ２を算出
し、予め多数のブツのサンプルついて実測したブツの高
さ並びにそれぞれ算出した重心距離Ｘ１及び輝度勾配Ｘ
２から統計的に求めたａ、ｂ及びｃを定数する推定式ｈ
＝ａＸ１＋ｂＸ２＋ｃからブツの高さｈを算出すること
を特徴とする。

【０００６】ブツが混入し塗膜は平坦な標準面から周縁
部では小さな勾配で隆起し、頂点に向けて急に隆起する
形状特徴を一般的に有することに着眼することにより、
イメージセンサを中心にしたリング状面光源の照明下で
ブツ周縁部の反射光が入射してブツがリング状の輪郭画
像としてが検出される。非真円を含めた輪郭画像の中心
位置を重心とする。回帰曲線により、輪郭画像が非真円
である場合でもブツの平均的な隆起状態に対応した輝度
変化データが得られる。多数のブツの実測高及び回帰曲
線のサンプル試験を基にブツの高さに相関性を有するパ
ラーメータが、重心距離Ｘ１（真円の場合半径）及び回
帰曲線のピーク点での重心への輝度勾配Ｘ２であり、こ
れらのパラーメータを変数としてブツの高さの推定式が
統計手法で求められ、この式を基に算出を行う。

【０００７】

【発明の実施の形態】図１乃至図４を基に本発明の方法
を実施するための実施の形態による塗面検査装置を説明
する。図１において、基部３に、１ｍ程度前方で数ｍｍ
の視野を有するイメージセンサとしてのＣＣＤカメラ１
と、その光軸１ａを中心とする半径Ｒ＝２５ｍｍの同心
状に位置付けされて塗面９を照明する幅が約５ｍｍのリ
ング状発光面２ａを有する面発光体２とが取付けられて
いる。検査時には、光軸１ａを塗面９に対して直交さ
せ、ＣＣＤカメラ１及び面発光体２の塗面９に対する離
間距離Ｄを９０ｍｍに設定すると、塗面９の５〜１５°
程度の傾斜角の隆起領域からの反射光がＣＣＤカメラ１
に入射する位置関係になる。これにより、同図で拡大し
て示すように、通常浅い勾配で隆起するブツ８の周縁部
からの反射光が検知される。

【０００８】ＣＣＤカメラ１には、図２に示すように、
ＣＰＵ２０、画像信号の格納領域及び作業領域を有する
ＲＡＭ２１、動作プログラム、後述する塗膜の種類に応
じて異なる複数の高さ推定式等が格納されたＲＯＭ２２
等より構成されたコンピュータが付属している。ＣＰＵ
２０は、ＲＯＭ２２のプログラムに従い動作し、ディジ
タル化された画像信号を逐次更新しつつＲＡＭ２１に取
り込んでその作業領域を利用して逐次処理することによ
り図３の各部を構成する。ＣＰＵ２０には、検査結果を
出力する表示器２３及びプリンタ２４がさらに付属して
いる。

【０００９】図３において、１０はブツ周縁部からの反
射光によりリング状に形成される輪郭画像を画像信号中
から検出する輪郭画像検出手段、１１は輪郭画像に重心
を設定し、この重心を横断する線上で外径を検出し、こ
の外径が所定の大きさを上廻るのをブツ画像と判断する
ブツ判断手段、１２は検出された輪郭画像についてその
重心及びこの重心を通る解析用放射線を設定することに
より、それそれの放射線上で得られた複数個の画像信号
について放射線上での重心からの距離に対する輝度変化
を表す回帰曲線を作成する回帰曲線作成手段、１３は重
心から回帰曲線のピーク点に対応する放射線上の位置ま
での距離である重心距離を算出する重心距離算出手段、
１４は重心に向って輝度レベルが低下するピーク点での
輝度勾配を算出する輝度勾配算出手段、１５は予め多数
のブツのサンプルついて実測したブツの高さ並びにそれ
ぞれ算出した重心距離及び輝度勾配から統計的に求めた
推定式を基にブツの高さｈを算出する高さ算出手段、１
６は所定の高さを上廻るのを最終的にブツ画像と判断す
るブツ判断手段である。

【００１０】ＣＰＵ２０は、先ず輪郭画像検出手段１０
を構成するように、リング状に形成された輪郭画像を画
像信号中からパターン認識により検出すると共に、図４
Ａに原理的に示すように、検出された輪郭画像７の周囲
にウインドウ６を設定すると共に、微小の基準レベルを
越える輪郭画像７を２値化し、その外輪及び内輪の中間
位置の細線化された輪状画像について重心Ｇを中心位置
として求める。次いで、この重心を横断する線上での外
径の最大値及び最小値の比が１に近いか否か、例えば
０．５〜１．５の範囲内にあるか否かにより、ブツとし
ての輪郭画像を高信頼度下で検出する。さらに、ブツ判
断手段１１を構成するように、検出した外径の例えば最
小値が所定の大きさ例えば０．５ｍｍを上廻るのを解析
対象のブツ画像と判断する。これにより、実質上問題の
ないブツを除外すると共に、解析精度も向上させる。

【００１１】また、ＣＰＵ２０は、回帰曲線作成手段１
２を構成するように、４５°間隔の重心Ｇを通過する放
射線９を設定することにより（図４Ａ）、８個の画像信
号７ａ〜７ｈ（図４Ｂ）を作成する。これらの画像信号
は重心Ｇを右端にして記載してある。さらに、重心Ｇを
揃えて加算平均し、重心Ｇから放射方向の輝度変化デー
タである回帰曲線５を作成する（図４Ｃで拡大して示
す）。つまり、加算に際して、画像信号７ａ〜７ｈは基
準のものに対して対称位置のものは１８０°、他もそれ
ぞれの回転位置の角度分だけ回転させて重ねる。

【００１２】さらに、高さ算出手段１４を構成するよう
に、図４Ｃにおいて、重心Ｇから回帰曲線５のピーク点
Ｐｍａｘに対応する放射線９上の位置までの距離を重心
距離Ｘ１として算出し、Ｐｍａｘでの重心Ｇに向かう輝
度レベルの変化を輝度勾配Ｘ２として算出し、ブツの高
さｈを次の推定式（１）より算出する。

【００１３】ｈ＝ａＸ１＋ｂＸ２＋ｃ………（１） この推定式は、ブツの多数のサンプルの図４Ｃに相当す
る回帰曲線について、そのままで或は２乗、対数等のデ
ータ変換で正規分布に近づく前述の特徴量Ｘ１、Ｘ２及
びその他の種々の特徴量を抽出し、これらのデータにつ
いて重回帰分析を行い、定数ａ、ｂ及びｃを伴ってＸ１
及びＸ２を有意のパラメ−タとして求められた。つま
り、この式（１）は、輪郭径が大きければ、相応に高さ
も高くなり、その際輝度勾配が急であるか否かも加味さ
れることにより、定数ｃとで高さの補正がさらに行われ
ることを意味する。これにより、Ｘ１及びＸ２をパラメ
−タとして種々の塗膜に対する高さ算出用の推定式が求
められる。

【００１４】表１は、上塗りをスーパホワイトにした通
常の自動車ボデー外板の塗膜に対する４２個のブツのサ
ンプルの試験結果を示す。表中の平均値はこのようなデ
ータを４２個から求めたものであるが、簡単のためにそ
の中の１５個のみを示す。これらのサンプルについて本
発明の解析方法で算出したＸ１、Ｘ２及び三次元粗さ測
定装置で実測した実測高の多数のデータから統計的手法
より、推定式（１）の定数はａ＝０．２２６８、ｂ＝
０．００１２、ｃ＝０．００２２５として求められた。
Ｘ２は、ＣＣＤカメラ１の輝度レベル範囲を２５６階調
に設定した状態で重心側に隣の画素との輝度レベル差と
した。例えば、Ｘ１＝０．１２０ｍｍ、Ｘ２＝５．４４
８の試験的に解析したブツについては、ｈ＝０．０３６
０ｍｍとなる。表１には、実測高と共にこの推定式で算
出した推定高も記載されており、実測高に高精度で対応
することが確認された。この例の場合、ｃ＝０と設定し
ても精度への影響は小さい。

【００１５】

【表１】

【００１６】さらに、ブツ判断手段１６を構成するよう
に、算出されたブツの高さｈが所定の高さ、例えば０．
０２ｍｍを上廻るのをブツと判断する。これにより、実
質上問題になるブツのみのデータｈ、Ｘ１及びＸ２を逐
次ＲＡＭ２１に塗面の塗面位置データと共に検査データ
として格納して表示器２３に逐次表示すると共に、プリ
ンタ２４で検査終了後に全塗面の検査データをプリント
アウト可能にする。塗面位置データは、例えば基部３に
付属した塗面に対する走査移動装置から光軸１ａの縦横
のステップ移動に応じて出力される。

【００１７】このように構成された塗面検査装置の動作
を説明する。塗面をＣＣＤカメラ１の光軸に対して直交
させ、離間距離を９０ｍｍに設定する。ＣＣＤカメラ１
の視野内の塗面はリング状の面発光体２からの拡散光で
照明され、順に走査移動される視野内にブツが存在する
と、その隆起し始める浅い傾斜角の周縁部からの反射光
がＣＣＤカメラ１に入射する。通常ブツの頂点近辺は傾
斜が急になることにより撮像されず、ブツはリング状の
輪郭画像となる。逆に、ブツの中央部が平坦もしくは凹
状になる場合にも撮像されず、いずれにしても頂点に向
けて形状が種々に変化することにより、画像は通常リン
グ状になる。

【００１８】パターン認識により、ブツと判断された輪
郭画像については、その外径の最小値０．５ｍｍを越え
ると実質上品質に影響する可能性のある解析対象のブツ
と判断され、高さ判断が行われる。画像解析により重心
距離Ｘ１及び輝度勾配Ｘ２を算出して、塗膜の種類に応
じて選択した推定式（１）を基に高さｈを求める。続い
て、高さが０．０２ｍｍを上廻るブツを弁別し、ブツデ
ータが逐次表示され、検査終了後に塗面全体の検査デー
タがプリントアウトされる。

【００１９】尚、前述の実施の形態でブツ判断手段１
１、１６のいずれかもしくは双方は検査精度の低下を甘
受するならば廃止することができる。イメージセンサ及
び面発光体の構造は、本発明の範囲内で光軸方向の位置
が互いにずれたり、イメージセンサの視野を前述のもの
より狭く或はさらに広くする等と種々の変形例が考えら
れる。

【００２０】

【発明の効果】請求項１の発明によれば、イメージセン
サを包囲するリング状面発光体で照明して塗面を撮像す
ることにより、簡単な方法で高精度にブツの検出が可能
となる。さらに、ブツの高さを推定することにより検出
がより高精度になる。請求項２の発明によれば、イメー
ジセンサを包囲するリング状面発光体で照明して塗面を
撮像する簡単な構成で、高精度のブツの検査装置が実現
される。請求項３の発明によれば、塗面検査装置のブツ
検出がさらに高精度になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態による塗面検査装置の構成
を示す図である。

【図２】同塗面検査装置のＣＣＤカメラに付属する回路
部分の構成を示す図である。

【図３】同回路部分の構成を説明する機能ブロック図で
ある。

【図４】同塗面検査装置の動作原理を説明する図であ
る。

【符号の説明】

１ ＣＣＤカメラ ２ リング状面発光体 ８ ブツ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 原田 寿一 神奈川県横須賀市田浦港町無番地 関東自 動車工業株式会社内

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 イメージセンサの光軸に対して同心状に
   位置するリング状面発光体により塗面を照明した状態
   で、前記光軸を塗面に対して直交させて撮像した前記イ
   メージセンサの画像信号により塗面のブツを検出する塗
   面検査方法であって、 塗面の標準面から浅い傾斜角で隆起し始めて頂点に向か
   うブツ周縁部を検知するために、前記イメージセンサ及
   び前記面発光体の塗面に対する距離並びに前記光軸に対
   する前記面発光体の離間距離を塗面の浅い傾斜角の隆起
   領域からの反射光が前記イメージセンサに入射するよう
   に設定し、 ブツ周縁部からの反射光によりリング状に形成された輪
   郭画像を画像信号中から検出し、 検出された前記輪郭画像についてその重心及びこの重心
   を通る放射線を設定することにより、それそれの前記放
   射線上で得られた複数個の画像信号について前記放射線
   上での前記重心からの距離に対する輝度変化を表す回帰
   曲線を作成し、 前記重心から前記回帰曲線のピーク点に対応する前記放
   射線上の位置までの距離である重心距離Ｘ１を算出する
   と共に、前記重心に向って輝度レベルが低下する前記ピ
   ーク点での輝度勾配Ｘ２を算出し、 予め多数のブツのサンプルついて実測したブツの高さ並
   びにそれぞれ算出した重心距離Ｘ１及び輝度勾配Ｘ２か
   ら統計的に求めたａ、ｂ及びｃを定数する推定式 ｈ＝ａＸ１＋ｂＸ２＋ｃ からブツの高さｈを算出することを特徴とする塗面検査
   方法。
2. 【請求項２】 塗面を撮像して塗面の画像信号を出力す
   るイメージセンサと、その光軸に対して同心状に位置す
   るリング状面発光体とを備えると共に、塗面の標準面か
   ら浅い傾斜角で隆起し始めて頂点に向かうブツ周縁部を
   検知するために、前記光軸に対する前記面発光体の離間
   距離並びに前記イメージセンサ及び前記面発光体間の前
   記光軸方向の離間距離が、前記イメージセンサの塗面に
   対する所定の離間距離で、塗面の浅い傾斜角の隆起領域
   からの反射光が前記イメージセンサに入射するように設
   定され、 さらに、ブツ周縁部からの反射光によりリング状に形成
   された輪郭画像を画像信号中から検出する輪郭画像検出
   手段を備えたことを特徴とする塗面検査装置。
3. 【請求項３】 検出された輪郭画像についてその重心及
   びこの重心を通る放射線を設定することにより、それそ
   れの前記放射線上で得られた複数個の画像信号について
   前記放射線上での重心からの距離に対する輝度変化を表
   す回帰曲線を作成する回帰曲線作成手段と、前記重心か
   ら前記回帰曲線のピーク点に対応する前記放射線上の位
   置までの距離である重心距離Ｘ１を算出する重心距離算
   出手段と、前記重心に向って輝度レベルが低下する前記
   ピーク点での輝度勾配Ｘ２を算出する輝度勾配算出手段
   と、予め多数のブツのサンプルついて実測したブツの高
   さ並びにそれぞれ算出した重心距離Ｘ１及び輝度勾配Ｘ
   ２から統計的に求めたａ、ｂ及びｃを定数する推定式 ｈ＝ａＸ１＋ｂＸ２＋ｃ からブツの高さｈを算出する高さ算出手段とを備えたこ
   とを特徴とする請求項２の塗面検査装置。
4. 【請求項４】 塗面の反射光を入射させる隆起領域の傾
   斜角が５〜１５°であることを特徴とする請求項１又は
   ２の塗面検査装置。
5. 【請求項５】 定数ｃ＝０であることを特徴とする請求
   項１又は２の塗面検査装置。
6. 【請求項６】 外径が所定の大きさを上廻る輪郭画像を
   回帰曲線の作成対象のブツ画像と判断するブツ判断手段
   と、所定の高ささを上廻るのを最終的にブツ画像と判断
   するブツ判断手段とを備えたことを特徴とする請求項３
   の塗面検査装置。