JPS63111449A - 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】 発明の目的 ［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。

この検査員の視覚め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
定量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。また、上記「物体の表面欠陥検
査方法」に示される提案等においては、縞模様の写し出
されていない部分を捉えた場合、欠陥部と誤検出すると
いった危惧も考えられた。

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
的に検査し、縞模様の写し出されていない部分の誤検出
を防ぐ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。

■肌五量感 ［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
た明暗模様の像を光の強弱レベル信号として＠像する瞳
像手段と、 該瞳像手段により瞳像された上記レベル信号を鈍化し、
この鈍化されたレベル信号を所定の基準値と比較するこ
とにより上記明暗模様の像によるレベル信号の領域を検
出する像領域検出手段と、該像領域検出手段により検出
された領域の上記像によるレベル信号が不規則になる不
規則信号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、明暗模様投影手段とは、予め定められた明暗模
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、例えば、縞状明暗模様等を被
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明暗
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。

像領域検出手段とは、＠像手段により瞳像された光の強
弱レベル信号を鈍化し、この鈍化されたレベル信号を所
定の基準値と比較することにより明暗模様の像によるレ
ベル信号の領域を検出する手段であって、後）ホされる
第４図のタイミングチャートに示すように、光の強弱レ
ベル信号としてのビデオ信号ＶＤ２を所謂ロウパスフィ
ルタ回路を用い鈍化して瞳像されたレベル信号を平均化
し、明暗模様の写された部分と明暗模様の写されない部
分（第４図タイミングチャート　ビデオ信号■２１区間
ａｒｅ）とのしきい値を定め比較器等を用いて明暗模様
の像によるレベル信号の領域を検出するよう構成する等
種々の構成を考えることができる。尚、明暗模様の写さ
れていない部分が明暗模様の写された部分よりそのレベ
ルが高い場合でも、同様な構成として明暗模様の像によ
るレベル信号の領域を検出することができる。

欠陥部抽出手段とは、像領域検出手段により検出された
領域における明暗模様の像によるレベル信号が不規則に
なる不規則信号を検出し被検査表面の欠陥部とする手段
であって、検査される物体表面に凹凸等の欠陥部があれ
ば、写し出された明暗模様の像が欠陥部により歪み・乱
され明暗模様の明部必るいは暗部のどちらにも屈しない
レベルの不規則な信号となるが、この不規則な信号を明
部あるいは暗部のどちらにも屈しないレベルの信号とし
て比較器等を用いて、おるいは明暗模様の明部と暗部と
による周期と異なる信号としてフィルタ回路等を用いて
検出するよう構成すること等が考えられる。

［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、 明暗模様投影手段により被検査表面に写し出された明暗
模様の像を瞳像手段により光の強弱レベル信号としてｉ
像し、この撮像されたレベル信号を像領域検出手段によ
り鈍化すると共に鈍化されたレベル信号を所定の基準値
と比較して明暗模様の像によるレベル信号の領域を検出
した後、検出された領域の上記像によるレベル信号が不
規則になる不規則信号を欠陥部抽出手段により検出し上
記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
模様を投影する縞模様投影平日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
躍影し光の強弱レベル信号（以下、明度レベルと呼ぶこ
ともある）としてのビデオ信号を出力する撮像手段とし
ての撮像管（Ｌ：１．下、ＴＶカメラという）２と、Ｔ
Ｖカメラ２の出力するビデオ信号に基づいて上記明暗模
様の像の領域を検出する像領域検出手段としての像領域
検出装置３と、ＴＶカメラ２の出力するビデオ信号およ
び像領域検出装置３の出力する像の領域に基づいて上記
明暗模様の像の不規則信号を検出し上記被検査物ＯＢの
欠陥部を抽出する欠陥部抽出手段としての欠陥部抽出装
置４と、欠陥部抽出装置４が抽出した欠陥部の大きさを
判定する判定回路５と、から構成されている。尚、分配
器６は、ＴＶカメラ２の出力するビデオ信号から同期信
号（後に詳述する）を分離するためのものであり、混合
器７は、欠陥部抽出装置の出力するビデオ信号に上記同
期信号を重畳させるためのものである。

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。

像領域検出装置３は、ロウパスフィルタ回路３０、比較
器３１．水平ブランク発生回路３２および論理積回路３
３等から構成されている。

欠陥部抽出装置４は、バイパスフィルタ回路４０、絶対
値回路４１．ロウパスフィルタ回路４２゜比較器４３．
収縮回路４４および論理和回路４５等から構成されてい
る。

判定回路５は、第２図に示すように、所謂ＣＰＵ５０．
ＲＯＭ５１．ＲＡＭ５２等と外部入力回路５３および外
部出力回路５４とをバス５５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。外部入力回路５３は混
合器７と接続され、外部出力回路５４は欠陥部の大きざ
が所定以上の大きざと判定された時所謂ＮＧ信号を出力
するよう構成されている。

尚、ＣＲＴディスプレイＤＰＩはＴＶカメラ２により躍
影された明暗模様の像を表示するものであり、ＣＲＴデ
ィプレイＤＰ２は混合器７より出力されるビデオ信号を
再生するものである。

次に本実施例の表面欠陥検査装置の作用を、第３図に示
すタイミングチャートを適宜用いて説明する。第３図に
示すタイミングチャートは、本実施例の各部の出力信号
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よりビデオ信号ＶＤ１　（第
３図タイミングチャート　ビデオ信号ＭＤＩ）に変換さ
れて分配器６に出力される。

また、このビデオ信号ＶＤ１は、ＣＲＴディスプレイＤ
Ｐ１にも出力され、ＴＶカメラ２により躍映された画像
はＣＲＴディスプレイＤＰ１の画面上に再生される。Ｔ
Ｖカメラ２から出力されるビデオ信号ＭＤＩは、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欠陥レベルとしての所謂中間明度の
信号（不規則信号）を有することになる（第３図タイミ
ングチャート　ビデオ信＠ＭＤＩ区間ｂａｄ）。この欠
陥部により歪み・乱された中間明度部ｂａｄは、第１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。また、このときＣ
ＲＴディスプレイＤＰ１の画面上に示したようにＴＶカ
メラ２が縞模様の写されていない領域（以下、単に非縞
領域と呼ぶ）ａｒｅを捉えた場合には、この領域はレベ
ルの低い不規則な信号となる（第２図タイミングチャー
ト　ビデオ信号ＶＤ１区間ａｒｅ）。尚、ＴＶカメラ２
によるビデオ信号ＶＤ１は、被検査物０８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３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６に入力されたビデオ信号ＶＤ１は、ここで、画
像のビデオ信号ＶＤ２と同期信号ＳＳとに分離される（
第３図タイミングチャート　ビデオ信号ＶＤ２．同期信
号ＳＳ）。ビデオ信号ＶＤ１の有するビデオ信号ＶＤ２
は正のレベル、同期信号ＳＳは負のレベルなので、分配
器６は整流器等を用いて簡易に構成することができる。

分配器６より出力されるビデオ信号ＶＤ２は像領域検出
装置３のロウパスフィルタ回路３０に、同期信号ＳＳは
水平ブランク発生回路３２に各々入力される。像領域検
出装置３は、この入力されたビデオ信号ＶＤ２と同期信
号ＳＳとに基づいて上記非縞領域ａｒｅを検出する。次
に、この像領域検出装置３の働きを第４図のタイミング
チャートを用いて説明する。

ロウパスフィルタ回路３０は所謂積分回路として構成さ
れていて、入力したビデオ信号ＶＤ２を鈍化する（第４
図タイミングチャート　ビデオ信＠Ｖ２１＞。この鈍化
されたビデオ信号Ｖ２１は比較器３１のマイナス側に入
力される。一方、比較器３１のプラス側には、基準電圧
■１が入力されている。この基準電圧Ｖ１は、非縞領域
ａｒｅの明度レベルよりも若干高い値に予め設定された
ものである。これにより、比較器３１は、ビデオ信号Ｖ
２１の縞模様の領域をロウレベルとする領域信号ＳＧ１
を出力する（第４図タイミングチャート　領域信＠５Ｇ
１）。一方、単安定マルチバイブレータを用いて構成さ
れた水平ブランク発生回路３２は、同期信号ＳＳの立ち
上がりに同期して５３ｍ間ハイレベルとなる水平ブラン
ク信号ＨＢを出力する（第４図タイミングチャート　水
平ブランク信号ＨＢ）。この水平ブランク信号ＨＢはＣ
ＲＴディスプレイの画面上の走査線１ラインに相当する
。上記領域信号ＳＧＩと水平ブランク信号ＨＢとは共に
論理積回路３３に入力されている。これにより、論理積
回路３３は、非縞領域ａｒｅの区間をハイレベルとする
非縞領域信号ＳＧ２を出力する（第４図タイミングチャ
ート　非縞領域信号ＳＧ２＞。

一方、分配器６より出力されるビデオ信号ＶＤ２は、欠
陥部抽出装置４のバイパスフィルタ回路４０にも入力さ
れる。次に、欠陥部抽出装置４の働きについて説明する
。

バイパスフィルタ回路４０に入力されたビデオ信号ＶＤ
２は、ここでオフセット電圧力を取り除かれて、縞模様
の明部を正レベル、暗部を負のレベルとするビデオ信＠
　Ｖ　Ｄ　３に変換される。これにより、中間明度部ｂ
ａｄあるいは縞模様の明部と暗部との境界部はほぼ零レ
ベルの信号にされ、非縞領域ａｒｅの低周波信号もほぼ
零レベルの信号にされる（第３図タイミングチャート　
ビデオ信号ＶＤ３）。尚、オフセット電圧とは、被検査
物０８自体が持つ光のレベル信号である。

バイパスフィルタ回路４０でオフセット電圧力を取り除
かれたビデオ信号ＶＤ３は、絶対値回路４１に入力され
る。絶対値回路４１に入力されたビデオ信号ＶＤ３の暗
部等の負のレベル信号は、ここで正レベルの信号に変換
される（第３図タイミングチャート　ビデオ信号ＶＤ４
）。即ち、絶対価回路４１に入力されたビデオ信号ＶＤ
３は、ここで全波整流されたビデオ信号ＶＤ４となる。

絶対値回路４１より出力されるビデオ信号ＶＤ４は、そ
のままの形で比較器４３のプラス側に入力されると共に
、ロウパスフィルタ回路４２を介して比較器４３のマイ
ナス側にも入力される。

ロウパスフィルタ回路４２は入力されたビデオ信号ＶＤ
４に基づいて浮動しきい値信号ＳＬを作る（第３図タイ
ミングチャート　浮動しきい短信＠ＳＬ）。この浮動し
きい値信号ＳＬは、第３図のタイミングチャートに示す
ように、ビデオ信号ＶＤ４の明部のハイレベル信号より
小さく、中間明度部ｂａｄより大きい信号とされている
。

浮動しきい値信号ＳＬを比較の基準値とする比較器４３
は、明部をハイレベル、暗部をロウレベルとする２短信
号のビデオ信号ＶＤ５を収縮回路４４に出力する（第３
図タイミングチャート　ビデオ信号ＶＤ５）。

収縮回路４４は、４ビツトのシフトレジスタと論理積回
路とより構成され、ビデオ信号ＶＤ５の期間の短いロウ
レベルの信号をハイレベルの信号とする。即ち、図示す
るビデオ信号ＶＤ５はＣＲＴディスプレイの画面上の走
査線１ラインに相当し５１２個のパルス信号〈画素に相
当する〉に分解することできるが、４個以上のロウレベ
ルのパルス信号が連続しないような期間の短いロウレベ
ルの信号をハイレベルの信号とするのである。これによ
り、縞模様の明部と暗部との境界部としてのロウレベル
の信号はハイレベルとされ、ビデオ信号ＶＤ５は中間明
度部ｂａｄと非縞領域ａｒｅとをロウレベル（暗部〉と
するビデオ信号ＶＤ６にされる（第３図タイミングチャ
ーミル　ビデオ信号ＶＤ６）。このビデオ信号ＶＤ６は
論理和回路４５に入力される。

論理和回路４５の他方の入力には、上述した像領域検出
装置３の論理積回路３３より出力される非縞領域信号Ｓ
Ｇ２が入力される。上述したように非縞領域信号ＳＧ２
は、非縞領Ｖｔａｒｅをハイレベルとする信号である（
第４図タイミングチャート　非縞領域信号ＳＧ２＞。従
って、論理和回路４５より出力されるビデオ信号ＶＤ７
は、中間明度部ｂａｄのみをロウレベルとする信号とさ
れている（第３図タイミングチャート　ビデオ信号ＶＤ
７）ａ 論理和回路４５より出力されるビデオ信号ＶＤ７には、
分配器６より出力された同期信号ＳＳが混合器７を用い
て重畳される（第３図タイミングチャート　ビデオ信号
ＶＤ８＞。この同期信号ＳＳを重畳させたビデオ信号Ｖ
Ｄ８　（第３図タイミングチャート　ビデオ信号ＶＤ８
）は、判定回路５に出力されると共にＣＲＴディスプレ
イＤＰ２にも出力される。これにより、ＣＲＴディスプ
レイＤＰ２の画面上には、中間明度部ｂａｄのみが暗部
として表示される。

判定回路５では、中間明度部ｂａｃｌの面積の大きさが
判定される。即ち、第５図のフローチャートに示すよう
に、中間明度部ｂａｄの画素数が演算され（ステップ１
００）、画素数が所定数（本実施例では２５画素）以上
の時（ステップ１１０）、判定回路５の外部出力回路５
４よりＮＧ信号が出力される（ステップ１２０）。

本実施例の表面欠陥検査装置によると、被検査物Ｏ８上
の凹凸等の欠陥部を、ＴＶカメラ２がとらえた被検査物
０８表面の画像に含まれる中間明度部を用いて正確かつ
自動的に検出することができる。また、ＴＶカメラ２が
縞模様の写されていない非縞領域ａｒｅを捉えたとして
も像領域検出装置３等により非縞領域ａｒｅは好適に欠
陥部と区別され誤検出されることもない。

これにより、ロボット等の産業は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上の中間明度部ｂａｄの大きさは数値化すること
ができ、定温値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、凹凸等の欠陥部を中間明度部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、明暗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
例に回答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態様で行なうことができるのはもち
ろんのことである。例えば、本実施例においては被検査
物ＯＢ上の欠陥部を中間明度部として捉えたが、中間明
度部ｂａｄと非縞領域ａｒｅとを信号レベルの不規則部
分としてフィルタ回路等を用いて検出し、この検出され
た不規則部分から像領域検出装＠３を用いて検出された
非縞領域ａｒｅを取り除くよう構成する等種々の構成を
考えることができる。

１皿り四呈 本発明の表面欠陥検査装置によると、被検査物上の凹凸
等の欠陥部を自動的に検出することができるという優れ
た効果を有している。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、被検査物上の欠陥部の大きさは数値化す
ることができ、定量値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、撮像手段が明暗模様の写されていない箇所を
捉えたとしても、像領域検出手段により明暗模様の写さ
れた像領域のみを検査するよう働き、誤検出を防ぎ検査
の信頼性を一層高めることができるという効果も有して
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図は判定回路５の構成を示すブロッ
ク図、第３図および第４図は本実施例の各部の出力信号
を示すタイミングチャート、第５図は判定回路５の行な
う処理を示すフローチャート、である。 １・・・縞模様投影装置 ２・・・＠保管（ＴＶカメラ） ３・・・＠領域検出装置 ４・・・欠陥部抽出装置 ５・・・判定回路 ＤＰｌ、ＤＰ２・・・ＣＲＴディスプレイａｒｅ・・・
非縞領域 ｂａｄ・・・欠陥部

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 予め定められた明暗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た上記レベル信号を鈍化し、
   この鈍化されたレベル信号を所定の基準値と比較するこ
   とにより上記明暗模様の像によるレベル信号の領域を検
   出する像領域検出手段と、該像領域検出手段により検出
   された領域の上記像によるレベル信号が不規則になる不
   規則信号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。