JPS63111448A - 表面欠陥検査装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 及ユ五亘頂 ［産業上の利用分野］ 本発明は、物体の表面形態等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覚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覚による検査は、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
号に示される「物体の表面欠陥検査方法」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問題点］ 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るので、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、依然として、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め欠陥の
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残されていた。このため、この縞模
様等の歪み・乱れを数値化し、物体表面の欠陥の有無を
定＠値として判断しようとする試みもなされているが、
猶、上記問題を解決するには至っていない。この結果、
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。

本発明は、上記問題点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
的に検査することのできる表面欠陥検査装置を提供する
ことをその目的としている。

１肌り璽メ ［問題点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、 本発明の表面欠陥検査装置は、 予め定められた明暗の縞模様を被検査表面に写し出す縞
模様投影手段と、 該縞模様投影手段により上記被検査表面に写し出された
像を光の強弱レベル信号として撮像するＩｒｉ像手段と
、 該撮像手段により撮像された上記レベル信号を所定のし
きい値を用いて明部のレベル信号と暗部のレベル信号と
の２値信号に変換する２値化手段と、 該２値化手段により変換された２値信号の変化点を検出
し上記縞模様の明部と暗部との境界線とする境界線検出
手段と、 該境界線検出手段により検出された境界線のとぎれた端
点を検出し上記被検査表面の欠陥部とする欠陥部抽出手
段と、 を備えて構成されている。

ここで、縞模様投影手段とは、予め定められた明暗の縞
模様を被検査表面に写し出す手段のことであって、映写
機等を用いて所定パターンの縞状明暗模様を被検査表面
に写し出すよう構成すること等種々の構成を考えること
ができる。尚、被検査表面に写し出される縞模様は、被
検査表面の反射によって生じる虚像であってもよいし、
あるいは単に投影された像であってもよい。

撮像手段とは、縞模様投影手段により被検査表面に写し
出された像を光の強弱レベル（明度）信号として撮像す
る手段であって、所定の分解能を有する撮像管（ＴＶカ
メラ）を用いて構成すること等が考えられる。

２値化手段とは、撮像手段により撮像された光の強弱レ
ベル信号を所定のしきい値を用いて明部のレベル信号と
暗部のレベル信号との２値信号に変換する手段で市って
、所謂比較器等を用いて構成すること等が考えられる。

尚、所定のしきい値としては縞状明暗模様の明るさく明
度）を一定に調整しｊｑる場合には一定値としてもよい
し、あるいは稿状明＠模様の持つ明るさの平均値に基づ
く値を用いてもよい。

境界線検出手段とは、２値化手段により変換された２値
信号の変化点を検出し縞模様の明部と暗部との境界線と
する手段であって、明部のレベル信号から暗部のレベル
信号への変化点を、あるいは暗部のレベル信号から明部
のレベル信号への変化点を所謂エツジ検出回路等を用い
て構成すること等が考えられる。これにより、縞模様の
明部と暗部との境界部分を変化点の連続した線として捉
えることができる。

［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、 縞模様投影手段により被検査表面に写し出された像を撮
像手段により光の強弱レベル信号として撮像し、この撮
像されたレベル信号を所定のしきい値を用いて２値化手
段により明部のレベル信号と暗部のレベル信号との２値
信号に変換する。これにより、被検査表面が正常な場合
には、ｊｑられる２値信号は縞模様に基づいた規則的な
信号となり、被検査表面に凹凸等の欠陥部がある場合に
は、欠陥部により縞模様は歪み・乱され得られる２値信
号は不規則な信号となる。本発明の表面欠陥検査装置は
、この得られた２値信号の変化点を境界線検出手段によ
り検出して縞模様の明部と暗部との境界線とすると共に
、正常時には連続的な境界線が、欠陥がある場合には不
連続となるのでこの境界線のとぎれた端点を欠陥部抽出
手段により検出し被検査表面の欠陥部とするよう働く。

［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１図は本発明一実施例の表面欠陥検査装置の構成を示
すブロック図でおる。

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
模様を投影する縞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
ｗＬ彰しその映像信号を出力する＠像手段としてのｌ１
ｒｉ像管（以下、単にＴＶカメラという）２と、ＴＶカ
メラ２の出力する映像信号を２値信号に変換する２値化
手段としての２値化回路３と、２値化回路３の出力する
２値信号に基づいて縞模様の暗部から明部への境界線を
検出する境界線検出手段としての境界線検出回路４と、
境界線検出回路４の検出する境界線のとぎれた所謂端点
を検出する欠陥部抽出手段としての端点検出回路５と、
端点検出回路５の出力に基づいて被検査物ＯＢの表面上
に凹凸等の欠陥部が存在するか否かを判定する判定回路
６と、等から構成されている。尚、分配器７は、ＴＶカ
メラ２の出力する映像信号から同期信号（後に詳しく説
明する）を分離するためのものであり、混合器８および
９は、境界線検出回路４および端点検出回路５が各々出
力する信号と同期信号とを重畳させるだめのものである
。

縞模様投影装置１は、多数の等間隔のスリットを有する
平板１０と散乱光を射出する光源１１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０８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。

２値化回路３は、第２図に示すように、ロウパスフィル
タ回路３０．対数増幅器３１および比較器３２から構成
されている。

境界線検出回路４は、第３図に示すように、４ビツトの
シフトレジスタ４０，２つのインバータ４１および４２
．ナンド回路４３から構成されている。

端点検出回路５は、第４図に示すように、２５６ビツト
のシフトレジスタ５０および５１．３ビツトのシフトレ
ジスタ５２ないし５４、端点パターン判定回路５５から
構成されている。

尚、ＣＲＴディスプレイＤＰ１はＴＶカメラ２により穎
映された縞模様を、ＣＲＴディスプレイＤＰ２は混合器
８が出力する縞模様の暗部から明部への境界線を、ＣＲ
ＴディスプレイＤＰ３は混合器９が出力する端点を、各
々表示するものである。

次に本実施例の表面欠陥検査装置の作用を、第５図に示
すタイミングチャートを適宜用いて説明する。第５図に
示すタイミングチャートは、本実施例の表面欠陥検査装
置の各部の出力信号を表わしたものである。

縞模様投影装置１により被検査物ＯＢ上に写される縞模
様の虚像は、ＴＶカメラ２より映像信号、即ちビデオ信
号ＶＤ１　（第５図タイミングチャート　ビデオ信号Ｍ
ＤＩ）に変換されて分配器７に出力される。また、この
ビデオ信号ＶＤ１は、ＣＲＴディスプレイＤＰ１にも出
力され、ＴＶカメラ２により搬映された画像はＣＲＴデ
ィスプレイＤＰ１の画面上に再生される。ＴＶカメラ２
から出力されるビデオ信号ＶＤ１は、被検査物０８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
イレベルと暗部の口【フ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
も属しないレベルの信号、換言すれば、欠陥部に対応す
る欠陥部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・乱された欠陥レベル部ｂａｄは
、第１図に絵画的に示したようにＣＲＴディスプレイＤ
Ｐ１の画面上おいても観察することができる。尚、ＴＶ
カメラ２によるビデオ信号ＶＤ１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５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。

分配器７に人力されたビデオ信号ＶＤ１は、ここで、画
像のビデオ信号Ｄ２と同期信号ＳＳとに分離される（第
５図タイミングチャート　ビデオ信号ＶＤ２．同期信＠
ＳＳ）。ビデオ信号ＶＤ１に含まれるビデオ信号ＶＤ２
は正のレベル、同明信号ＳＳは負のレベルなので、分配
器７は整流器等を用いて簡易に構成することができる。

この第５図のタイミングチャートに示す同期信号ＳＳの
区間は、ＣＲＴディスプレイＤＰＩの走査線の１ライン
に相当し、この１ライン上に各々のＣＲＴディスプレイ
ＤＰ’ｌ、ＤＰ２．ＤＰ３は２５６個の画素を有してい
る。

分配器７から出力されるビデオ信号ＶＤ２は、第２図に
示すように、接続端子ｍ１を介して２値化回路３に入力
されるが、一方は比較器３２のプラス側に直接入力され
、他方はロウパスフィルタ回路３０および対数増幅器３
］を介して比較器３２のマイナス側に入力される。即ち
、ビデオ信号ＶＤ２は、ロウパスフィルタ回路３０と対
数増幅器３１とを介することによりビデオ信号Ｄ２と比
較される基準値としての浮動しきい値信号に変換される
。次に、このロウパスフィルタ回路３０と対数増幅器３
１とについて説明する。

ロウパスフィルタ回路３０は所謂積分回路として構成さ
れ、入力されたビデオ信号ＶＤ２に基づいて浮動しきい
値信号ＳＬ１を作る（第５図タイミングチャート　浮動
しきい値信号ＳＬＩ”）。この浮動しきい値信号ＳＬ１
は、第５図のタイミングチャートに示すように、ビデオ
信号ＶＤ２の明部のハイレベル信号より小ざく、欠陥レ
ベル部ｂａｄより大きい信号とされている。

ロウパスフィルタ回路３０より出力される浮動しきい値
信号ＳＬＩは対数増幅器３１に入力される。この対数増
幅器３１は、入力信号を対数的に増幅、叩も、入力信号
が低い値の時には増幅率を大きくし入力信号が高い値の
時には増幅率を小さくして入力信号を増幅するものであ
る。従って、対数増幅器３１から出力される浮動しきい
値信号ＳＬ２は、第５図のタイミングチャートに示すよ
うに、欠陥レベル部ｂａｄに対して浮動しきい値信号Ｓ
ＬＩより大きい値の信号となる（第５図タイミングチャ
ート　浮動しきい値信号ＳＬ２＞。

この処理は、次の理由による。即ち、比較器３２は、浮
動しきい値信号ＳＬ２とビデオ信号ＶＤ２とを比較し、
欠陥レベル部ｂａｄを暗部とする処理を行なうため、浮
動しきい値信号ＳＬ２を欠陥レベル部ｂａｄより確実に
大きい値としているのである。尚、この処理は、オフセ
ラ１〜電圧を浮動しきい値信号ＳＬ１に印加することに
よっても実現することができる。

浮動しきい値信号ＳＬ２を比較の、基準値とする比較器
３２は、ビデオ信号ＶＤ２を２値信号のビデオ信号ＶＤ
３として出力する（第５図タイミングチャート　ビデオ
信号ＶＤ３）。尚、この２値化されたビデオ信号ＶＤ３
は、上述した２５６個の画素に相当する２５６個のパル
ス信号に分解することができる。２値化回路の接続端子
ｍ２から出力されるビデオ信号ＶＤ３は、第３図に示す
境界線検出回路４に入力される。

境界線検出回路４では、ビデオ信号ＶＤ３の立ち上がり
が検出される。即ち、４ビツトのシフトレジスタと２つ
のインバータ４１および４２とナンド回路４３の働ぎに
より、ＣＲＴディスプレイＤＰ１上の走査線１ラインに
相当する２５６個のパルス信号（画素）の中に、 ロウレベル→ロウレベル→ハイレベル→ハイレベル とパルス信号が続く場合のみナンド回路４３からロウレ
ベルの信号が出力される。これにより、境界線検出回路
４の出力端子でおる接続端子ｍ３からは、縞模様の暗部
から明部への変化点、即ち境界線のみがロウレベル（暗
部）のパルス信号となるビデオ信号ＶＤ４が出力される
が、欠陥レベル部ｂａｄが存在する時には、第５図のタ
イミングチャートに示すようにその区間内にはロウレベ
ルのパルス信号が出力されない第５図タイミングチャー
ト　ビデオ信号ＶＤ４）。従って、混合器８を用いてこ
のビデオ信号ＶＤ４に同期信号ＳＳを重畳させたビデオ
信号Ｄ５（第５図タイミングチャート　ビデオ信号ＶＤ
５）をＣＲＴディスプレイＤＰ２に出力すると、欠陥レ
ベル部ｂａｄが存在するときには、明部と暗部との境界
線はとぎれることになる。この境界線のとぎれた端点は
、第４図に示す端点検出回路５により検出される。

次に、この端点検出回路５の働きについて説明する。

端点検出回路５ではＣＲＴディスプレイの画面に表示さ
れる隣接したマトリックス形状の９画素の明暗パターン
が判定される。即ち、画面上の走査線３ラインに相当す
るビデオ信号ＶＤ４の１ライン分の信号を各々を２５６
ビツトのシフトレジスタ５０および５１を用いて３ビツ
トのシフトレジスタ５２ないし５４に各々同時に入力し
、この３ビツトのシフトレジスタ５２ないし５４から出
力されるマトリックス形状の９画素に相当する信号のパ
ターンが端点パターン判定回路５５により判定される。

この端点パターン判定回路５５は、アンド回路とノア回
路とより構成され、第６図（ａ＞ないしくｆ）に示す明
暗パターンの場合に接続端子ｍ４にロウレベルの信号を
出力する。本実施例では、第１図のＣＲＴディスプレイ
ＤＰ２上に絵画的に示したように、縞模様の境界線ＳＬ
は、画面上の走査線と直交している。従って端点Ｐ１は
、第６図（ｂ）に示すパターンとして捉えることができ
る。この第６図（ｂ）に示すパターンを検出する論理回
路としては、第７図に示すようなパターン（ｂ＞判定回
路５６等が考えられる。

尚、第６図に示す明暗パターンにおいて、斜線部分は暗
部を示している。この端点検出回路５により検出される
端点は、ＣＲＴディスプレイＤＰ３の画面上において観
察することができる。即ち、混合器９を用いて端点検出
回路５から出力されるビデオ信＠ＶＤ６に同期信号ＳＳ
＠重畳させ、この同明信号ＳＳを含んだビデオ信号ＶＤ
ＴをＣＲＴディスプレイＤＦ３に出力することにより、
端点を画面上の黒点としてｍｓすることができる。

上記同明信＠ＳＳを含んだビデオ信号ＶＤ７は、判定回
路６に入力され、ここで端点の数が判定される。本実施
例においては、端点が１つでもおれば被検査物ＯＢの表
面上に凹凸等の欠陥部が有るものと判定する。この判定
回路６は、所謂カウンタ回路等を用いて容易に構成する
ことができる。

尚、この判定回路６をマイクロコンピュータ等を用いた
論理演算回路として構成し、端点の数およびその分布状
態から欠陥部の有無を判定してもよい。

以上、詳細に説明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、縞模様の暗
部から明部への境界線のとぎれた端点として検出するこ
とができる。また、被検査物０８上の欠陥部を定量値、
即ち端点の数として検出することができる。

これにより、ロボット等の産業開蓋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と共に検査結果
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、被検
査物ＯＢの表面が曲面等の場合にその曲面により縞模様
の間隔が変動しても、欠陥部がある場合には必ず端点が
表われるので被検査物ＯＢが曲面等の場合でも欠陥部を
検出することができるという効果も有する。

また、本実施例の表面欠陥検査装置は、論理積回路等を
用いた論理回路として構成しているので極めて高速に検
査を行なうことができるという効果も奏している。更に
、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。また、
本実施例においては、ＣＲＴディスプレイを３台用いて
、検査処理の各段階の状態を見ることができるので、判
定装置５の出力結果と合わせて用いることにより誤検出
を防ぐことができると共に、欠陥部の位置確認をできる
という効果も有している。

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、本発明を逸脱しない
範囲において種々の実施を行なうことができるのはもち
ろんのことである。

尚、第８図は、本実施例の表面欠陥検査装置の行なう動
作をフローチャートとして表わしたものでおる。従って
、ＴＶカメラ２によるビデオ信号を−Ｈデジタル画像信
号に変換し、２値化回路３゜境界線検出回路４および端
点検出回路５等をマイクロコンピュータを用いた論理演
算回路として構成した場合には、第８図のフローチャー
トに示した処理（ステップ１００ないし１５０）と同様
な処理を実行することにより被検査物０８の検査を行な
うことができる。

及肌五四１ 本発明の表面欠陥検査装置によると、被検査物上の凹凸
等の欠陥部を、縞模様の暗部から明部への境界線のとぎ
れた端点として検出することができる。また、被検査物
上の欠陥部を定但値、即ち端点の数として検出すること
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と共に検査結果
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。

【図面の簡単な説明】

第１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２図は２値化回路３の構成を示す回路
図、第３図は境界線検出回路４の構成を示す回路図、第
４図は端点検出回路５の構成を示す回路図、第５図は各
部の出力信号を示すタイミングチャート、第６図（ａ）
ないしくｆ）は端点パターンを示すパターン図、第７図
は端点パターン判定回路５５の構成の一部を示す回路図
、第８図は本実施例の行なう動作を示すフローチャート
、である。 １・・・縞模様投影装置 ２・・・ＴＶカメラ ３・・・２値化回路 ４・・・境界線検出回路 ５・・・端点検出回路 ４０・・・シフトレジスタ ４１．４２・・・インバータ ５２．５３．５４・・・シフトレジスタ５５・・・端点
パターン判定回路 ５６・・・パターン（ｂ）判定回路 ＤＰ１．ＤＰ２．ＤＰ３・・・ＣＲＴディスプレイｂａ
ｄ・・・欠陥部 Ｓ、Ｌ・・・境界線 Ｐｌ・・・端点

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 予め定められた明暗の縞模様を被検査表面に写し出す縞
   模様投影手段と、 該縞模様投影手段により上記被検査表面に写し出された
   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た上記レベル信号を所定のし
   きい値を用いて明部のレベル信号と暗部のレベル信号と
   の２値信号に変換する２値化手段と、 該２値化手段により変換された２値信号の変化点を検出
   し上記縞模様の明部と暗部との境界線とする境界線検出
   手段と、 該境界線検出手段により検出された境界線のとぎれた端
   点を検出し上記被検査表面の欠陥部とする欠陥部抽出手
   段と、 を備えて構成された表面欠陥検査装置。