JPWO2011061887A1 - 表面検査装置及び表面検査方法 - Google Patents

Abstract

一定方向に傷を検出しつつも、当該検出方向と異なる方向に延びた傷も検出可能とする。ボーリング加工が施されたボア３の内側表面３Ａを撮影したデジタル画像７０を生成する画像生成部５３と、前記デジタル画像７０から線抽出方向に設定した水平方向Ｋに沿って線８１を抽出する線抽出処理部６５と、前記線抽出処理部６５によって抽出された線８１に基づいて前記ボア３の内側表面３Ａの状態を判定する評価部５７と、を備え、前記線抽出処理部６５は、前記線抽出方向を固定しつつ、前記デジタル画像７０を所定角度ずつ１又は複数回に亘って回転された、回転前後のデジタル画像７０のそれぞれから前記線検出方向に沿った線８１を抽出し、前記評価部５７は、前記回転前後の前記デジタル画像７０のそれぞれから抽出された線８１に基づいて前記ボア３の内側表面３Ａの状態を判定する表面検査装置９を構成した。

Description

本発明は、機械加工が施されたワーク表面を検査する技術に係り、特に、線状の傷を検出する技術に関する。

自動車の製造工程では、エンジンのシリンダブロックにボアを形成するボーリング加工が行われる。ボーリング加工では、ボーリング用バイトを回転させながらシリンダブロックに対して進退させてボアを形成するため、ボアの内側表面に螺旋状の加工痕（以下、「クロスハッチ」と称する）が生じ、このクロスハッチは、エンジンオイルの通り道（オイルピット）として利用されている。ただし、クロスハッチによりボアの内側表面の表面粗さ及び面性状が悪くなると、ボアを摺動するピストンの摺動抵抗が高くなり、エンジンに所望の性能を発揮させることができなくなる。そこで、通常、ボーリング加工でボアを形成した後に、オイルピットが残る程度にボアの内側表面を研磨仕上げするホーニング加工が行われる。そして、ホーニング加工後には、ボアの内側表面に対して研磨残りを検出する表面検査が行われている。
ボアの表面検査技術としては、当該ボアの内側表面を撮影してデジタル画像を生成し、このデジタル画像の輝度値を所定の閾値で２値化し、研磨残りと見なせる線を抽出する技術が知られている。また、この線の抽出においては、クロスハッチの網目の角度が決まっていることから、その角度に沿った線だけを抽出対象とすることで、加工痕の研磨残りと見なせる直線を効率良く抽出している（例えば、特許文献１参照）。

特開２００４−２６４０５４号公報（第８−９頁、第１０図）

しかしながら、従来の技術では、打痕等の研磨残り以外の傷を検出することが困難であった。詳述すると、打痕等の傷は、クロスハッチの網目の角度に沿って延びるとは限らない。従来の技術において、このような傷を検出するには、クロスハッチの網目の角度以外の線も検出することとなり、この場合、デジタル画像に含まれる線を隈無く抽出する処理が必要となる。しかしながら、そうすると、画像処理に時間を要し検査時間が長くなることから生産性が低下する、という問題がある。

本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、一定方向に傷を検出しつつも、当該検出方向と異なる方向に延びた傷も検出可能とした表面検査装置及び表面検査方向を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明は、機械加工が施されたワークの表面を撮影したデジタル画像を生成する画像生成手段と、前記デジタル画像から傷に相当する線を所定の線検出方向に沿って抽出する線抽出手段と、前記線抽出手段によって抽出された線に基づいて前記ワークの表面の状態を判定する判定手段と、を備え、前記線抽出手段は、前記線検出方向を固定しつつ、前記デジタル画像を所定角度ずつ１又は複数回に亘って回転し、回転前後のデジタル画像のそれぞれから前記線検出方向に沿った線を抽出し、前記判定手段は、前記回転前後の前記デジタル画像のそれぞれから抽出された線に基づいて前記ワークの表面の状態を判定することを特徴とする表面検査装置を提供する。

本発明によれば、線検出方向を固定しつつ、デジタル画像が所定角度ずつ１又は複数回に亘って回転され、回転前後のデジタル画像のそれぞれから線検出方向に沿った線が抽出される。そして、回転前後のデジタル画像のそれぞれから抽出された線に基づいてワークの表面状態が判定される。
このように、回転前後のデジタル画像のそれぞれについて、所定の線検出方向に沿って線を抽出することで、線検出方向に延びる傷を検出しつつ、当該線検出方向とは異なる方向に延びる傷も検出でき、それぞれの傷に基づいて表面状態を判定することで、その判定が正確なものとなる。

また本発明は、上記本発明に係る表面検査装置において、前記抽出手段は、前記線検出方向に沿って線を抽出したときに抽出可能な所定の太さの線のうち、前記線検出方向と成す角度が最大となる線の当該角度に基づいて前記デジタル画像を回転することを特徴とする。
本発明によれば、デジタル画像の回転回数を最小とすることができ、処理時間の更なる短縮化が可能になる。

また本発明は、上記本発明に係る表面検査装置において、前記デジタル画像を輝度値に基づいて二値化処理する二値化処理手段を備え、前記線抽出手段は、二値化処理後のデジタル画像を対象に前記線の抽出を行うことを特徴とする。
本発明によれば、抽出すべき傷のみが残ったデジタル画像を二値化処理により得ることができる。また、かかるデジタル画像を対象に線抽出を行うことで、余分な線の抽出が行われることがないため、処理時間の更なる短縮化が可能になる。

また本発明は、上記本発明に係る表面検査装置において、前記デジタル画像に映った傷のうち、前記線検出方向において一定量離間した傷同士を結合する結合手段を備え、前記線抽出手段は、結合手段によって傷が結合されたデジタル画像を対象に前記線の抽出を行うことを特徴とする。
本発明によれば、撮影状態や二値化処理などに起因して、実際には１本に延びる傷がデジタル画像では分断された線や点として映っている場合でも、これらが結合されて一本の線として抽出できるため、傷の大きさを反映した線を正確に抽出できる。

また上記目的を達成するために、本発明は、機械加工が施されたワークの表面を撮影したデジタル画像から傷に相当する線を所定の線検出方向に沿って抽出する線抽出ステップと、前記線抽出ステップにおいて抽出された線に基づいて前記ワークの表面の状態を判定する判定ステップと、を備え、前記線抽出ステップにおいては、前記線検出方向を固定しつつ、前記デジタル画像を所定角度ずつ１又は複数回に亘って回転し、回転前後のデジタル画像のそれぞれから前記線検出方向に沿った線を抽出し、前記判定ステップにおいては、前記回転前後の前記デジタル画像のそれぞれから抽出された線に基づいて前記ワークの表面の状態を判定することを特徴とする表面検査方法を提供する。
本発明によれば、本発明に係る表面検査装置と同様の作用、効果を奏する。

本発明によれば、線検出方向を固定しつつ、デジタル画像が所定角度ずつ１又は複数回に亘って回転され、回転前後のデジタル画像のそれぞれから線検出方向に沿った線が抽出されため、線検出方向に延びる傷を検出しつつ、当該線検出方向とは異なる方向に延びる傷も検出でき、また、それぞれの傷に基づいて表面状態を判定することで、その判定が正確なものとなる。
この場合において、線検出方向に沿って線を抽出したときに抽出可能な所定の太さの線のうち、線検出方向と成す角度が最大となる線の当該角度に基づいてデジタル画像を回転することで、デジタル画像の回転回数を最小とすることができ、処理時間の更なる短縮化が可能になる。
また、この場合において、デジタル画像を輝度値に基づいて二値化処理し、当該二値化処理後のデジタル画像を対象に線の抽出を行うことで、余分な線の抽出が行われることがないため、処理時間の更なる短縮化が可能になる。
また、この場合において、デジタル画像に映った傷のうち、線検出方向において一定量離間した傷同士を結合し、このデジタル画像を対象に線の抽出を行うことで、撮影状態や二値化処理などに起因して、実際には１本に延びる傷がデジタル画像では分断された線や点として映っている場合でも、これらが結合されて一本の線として抽出できるため、傷の大きさを反映した線を正確に抽出できる。

図１は、本発明の一実施形態に係るボア内面検査システムと、検査対象となるボアが形成されたシリンダブロックの概略構成を示す図である。 図２は、デジタル画像の一例を模式的に示す図であり、図２（Ａ）は二値化処理前の画像を示し、図２（Ｂ）は二値化処理後の画像を示し、また図２（Ｃ）は線抽出処理後の画像を示す。 図３は、傷に相当するドットの連続方向に基づく線抽出の説明図である。 図４は、開口幅が大きな傷の線抽出の説明図である。 図５は、水平方向の傷を検出する場合に、線として抽出可能な傷の開口幅と延在方向との関係の一例を示す図である。 図６は、膨張・収縮処理の一例を示す説明図である。 図７は、表面検査装置の表面検査処理のフローチャートである。 図８は、明るさ調整の一例を示す説明図である。 図９は、線の抽出処理を模式的に示す図である。

以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係るボア内面検査システム１と、検査対象となるボア３が形成されたシリンダブロック５の概略構成を示す図である。
ボア３は、回転軸に設けたボーリングヘッドに切削バイトを径方向に突設し、該ボーリングヘッドを回転させながらワークとしてのシリンダブロック５に対して進退させる、いわゆるボーリング加工により形成されている。このボーリング加工により、ボア３の内側表面３Ａには螺旋状の切削加工痕ができる。その後、ボア３の内側表面３Ａにオイルピットを残しつつエンジンの所望の性能を発揮可能な表面粗さ及び面性状をとすべく、該ボア３の内側表面３Ａに対し、ホーニング用砥石を配設した加工ヘッドを用いてホーニング加工が施されている。

ボア内面検査システム１は、ホーニング加工後にボア３の内側表面３Ａを撮影したデジタル画像に基づいて、研磨残りの有無を評価する。すなわち、ボア内面検査システム１は、ボア３の内側表面３Ａを走査するセンサヘッド７と、このセンサヘッド７の出力信号に基づいてデジタル画像を生成し該デジタル画像に基づいてボア３の内側表面３Ａを評価する表面検査装置９と、センサヘッド７を移動駆動する駆動機構１１とを備えている。
センサヘッド７は、ボア３に進入可能な円筒状を成し、中心軸線１２の回りに回転可能かつ高さ方向に移動可能に上記駆動機構１１に取り付けられており、高さ位置を変えながらボア３の全内周面をセンシング可能に構成されている。このセンサヘッド７の構成について詳細には、センサヘッド７は、その周面に設けた開口１５からレーザ光をボア３の内側表面３Ａに向けて照射し、切削加工痕の形状に応じた反射光量を検出して表面検査装置９に出力する。すなわち、センサヘッド７は、光源としてのＬＤ（レーザダイオード）１７、光ファイバ１９及び集光光学ユニット２１を備え、ＬＥＤ１７の光を光ファイバ１９で集光光学ユニット２１に導き、集光光学ユニット２１で集光して開口１５からレーザ光をボア３の内側表面３Ａに照射する。また、センサヘッド７は、反射光を受光する受光センサ２３を備えるとともに、集光光学ユニット２１を介してボア３の内側表面３Ａから戻ってくる反射光を受光センサ２３に導く複数の光ファイバ２５が光ファイバ１９に隣接して配設されている。

駆動機構１１は、センサヘッド７を回転させる回転駆動機構３１と、この回転駆動機構３１を進退させる進退機構３３とを備えている。
回転駆動機構３１は、ハウジング３４と、先端に上記センサヘッド７が取り付けられハウジング３４を上下に貫通して設けられたシャフト３５と、表面検査装置９の制御の下、シャフト３５を回転駆動するシャフトモータ３７と、シャフト３５の回転速度および回転角を検出し表面検査装置９に出力するロータリエンコーダ３９とを備えている。
進退機構３３は、送りねじ機構であり、ねじが刻設された軸部４１と、この軸部４１を回転駆動する進退モータ４３と、軸部４１の回転速度および回転角を検出し表面検査装置９に出力するロータリエンコーダ４５とを備える。軸部４１は、ハウジング３４のナット部３６に螺合されており、進退モータ４３を駆動することにより軸部４１が回転して回転駆動機構３１を進退させる。

表面検査装置９は、駆動機構１１を制御してセンサヘッド７の位置を制御する位置制御部５１と、センサヘッド７の受光信号に基づいてボア３の内側表面３Ａのデジタル画像７０を生成するとともに、研磨残りや打痕等の傷８０（図２）に相当する線８１（図２）をデジタル画像７０から抽出する画像生成部５３と、線８１の抽出結果に基づく研磨残りや打痕等の傷からボア３の内側表面３Ａの状態を判定し良否を評価する評価部（判定部）５７とを備えている。かかる表面検査装置９は、例えばパーソナルコンピュータに、各部の機能を実現するためのプログラムを実行させることで構成可能である。

位置制御部５１は、シャフトモータ３７及び進退モータ４３を駆動するサーボ機構を内蔵し、センサヘッド７の中心軸線１２上の位置と回転角を制御する。すなわち、位置制御部５１は、検査開始時に、センサヘッド７をボア３に挿入し、開口１５を検査範囲Ｑの下端位置Ｑａに位置させる。そして、ボーリング加工時のボーリング用バイトの軌跡に倣うように、センサヘッド７を中心軸線１２の回りに回転させながら上昇させる動作を、センサヘッド７の開口１５が検査範囲Ｑの上端位置Ｑｂに至るまで行い、該センサヘッド７で検査範囲Ｑの全表面を走査する。この検査範囲Ｑは、シリンダとの摺動面として機能する範囲により決定される。

画像生成部５３は、センサヘッド７からの受光信号をＡ／Ｄ変換し、輝度を示すデジタル信号を出力するＡ／Ｄ変換ボード５９と、このデジタル信号に基づくデジタル画像７０を展開する例えばＲＡＭ等の揮発性メモリから成るワークメモリ６１とを備えている。更に、画像生成部５３は、ワークメモリ６１のデジタル画像７０に対して画像処理を施す手段として、二値化処理部６２と、回転処理部６３と、膨張・収縮処理部（結合手段）６４と、線抽出処理部６５と、合成処理部６６とを備えている。
すなわち、二値化処理部６２は、ワークメモリ６１のデジタル画像７０を所定の輝度値を閾値として二値化して傷８０を抽出する。回転処理部６３は、二値化処理後のデジタル画像７０を所定角度回転する。線抽出処理部６５は、傷８０に相当する線８１を回転前後の各デジタル画像７０から抽出する。膨張・収縮処理部６４は、線８１の検出方向において一定量だけ離間した線８１同士を結合するものであり、係る処理の詳細については後述する。合成処理部６６は、回転前後の各デジタル画像７０から抽出した線８１のそれぞれを同じデジタル画像７０に重ね合わせる。

図２はデジタル画像７０の一例を模式的に示す図であり、図２（Ａ）は二値化処理前の画像を示し、図２（Ｂ）は二値化処理後の画像を示し、また図２（Ｃ）は線抽出処理後の画像を示す。なお、同図のデジタル画像７０はボア３の内側表面３Ａの一部分を拡大して示している。
デジタル画像７０は、上述の通り、ボア３内の各検査位置でセンサヘッド７により得られる反射光強度をＡ／Ｄ変換ボード５９により輝度値に変換し、検査位置に対応して配列して画像化したものである。この検査位置は、センサヘッド７の回転角度θと、高さ位置Ｈとの２次元座標によって規定されることから、図２（Ａ）に示すように、デジタル画像７０の縦横については、横方向が回転角度θに対応し、縦方向が高さＨに対応することになる。ボア３の内側表面３Ａに傷がある場合、当該傷の箇所では反射光強度が低下するため、デジタル画像７０においては輝度値が低い箇所を傷８０と見なすことができる。

この図２（Ａ）において、点線はクロスハッチ８２を示す。また、デジタル画像７０においては、かかるクロスハッチ８２の他にも、エンジンの性能上問題とならない程度に小さく、或いは、浅い傷８０が無数に検出される。この問題とならない傷８０と、欠陥として検出すべき傷８０とを切り分ける所定の輝度値を閾値として上記二値化処理部６２がデジタル画像７０を二値化処理し、図２（Ｂ）に示すデジタル画像７０が得られる。
このデジタル画像７０において、傷８０が存在するか否かの判断基準とするために、線抽出処理部６５が傷８０に沿った線８１をデジタル画像７０から抽出する。すなわち、図２（Ｃ）に示すように、線８１が抽出された場合には、デジタル画像７０に欠陥とすべき傷８０が映っている事が示され、そうでない場合には、かかる傷８０が映っていない事が示される。評価部５７は、線８１の抽出の有無、さらには、線８１の長さ等に基づいて、ボア３の内側表面３Ａの研磨残りや打痕といった、欠陥とすべき傷８０の有無を検出し、これに基づいて内側表面３Ａの良否を評価することとなる。

上述の線抽出処理部６５の線抽出処理においては、線抽出の処理時間の短縮化及びアルゴリズムの簡略化を図るために、次のようにして線８１の抽出を行う。すなわち、ボア３のボーリング加工による切削加工痕はクロスハッチ８２のように規則的に並んだ線状に形成される。すなわち、研磨残りに相当する傷８０は、このクロスハッチ８２の線上に生じるため、かかる傷８０は、当該クロスハッチ８２の方向に沿って延びることになる。したがって、線抽出処理においては、クロスハッチ８２の方向に沿った線８１をデジタル画像７０から抽出すれば研磨残りに相当する傷８０が検出できる。かかる線８１の抽出については、例えば水平方向Ｋを基準にしたクロスハッチ８２の網目の角度（以下、「クロスハッチ角度」と言う）をα、βとした場合、二値化後のデジタル画像７０において、クロスハッチ角度α、β方向に傷８０を示す輝度値の画素（以下、「ドット」という）７３が連続した箇所があるか否かを判断することで行われる。例えば、図３（Ａ）に示すように、傾きがクロスハッチ角度α、βの直線Ｌに沿ってドット７３が連続する場合、これらドット７３の集合が線８１として抽出されることとなる。

しかしながら、クロスハッチ角度α、βを基準に線抽出を行う場合、図３（Ｂ）に示すように、直線状に並ぶドット７３の延在方向Ｍがクロスハッチ角度α、βを傾きとする直線Ｌから外れているときには、これら一群のドット７３から成る線８１は抽出されないことになる。このため、図２（Ａ）〜図２（Ｃ）のそれぞれに示すように、欠陥として検出すべき傷８０のうち、クロスハッチ角度α、βから外れて延びる例えば打痕等の傷８０（図中、矢印Ａで指し示す）については、線抽出処理の結果、欠落する虞があり、ボア３の評価が正確でなくなる。

そこで本実施形態では、デジタル画像７０を回転させ、回転前後の各デジタル画像７０についてクロスハッチ角度α、βを基準に線抽出処理を行うことで、クロスハッチ角度α、βから外れる線８１を抽出可能とし、傷８０に相当する線８１の抽出漏れを防ぐ構成としている。ただし、線抽出処理を行うデジタル画像７０の回転角度の刻み幅を小さくするほど、線８１の抽出精度は向上すると考え得るが、そうすると、処理時間が膨大になり兼ねない。
そこで、本実施形態では、次のようにして、処理時間の短縮を図ることとしている。

傷８０の延在方向Ｍがクロスハッチ角度α、βからズレている場合でも、当該傷８０の太さによっては、線８１が抽出される場合がある。ここで傷８０の太さとは線状に延びる傷８０の横断方向の開口幅を指す。すなわち、傷８０の開口幅が大きい場合には、図４に示すように、クロスハッチ角度αで延びる直線Ｌと、傷８０の延在方向Ｍとに隔たりがあるときでも、その傷８０の領域内に直線Ｌを含むことがある。この場合には、傷８０の延在方向Ｍがクロスハッチ角度α、βから外れていても、当該傷８０に相当する線８１が検出されることとなる。
このように、クロスハッチ角度α、βの方向に連続するドット７３を検出することで、当該クロスハッチ角度α、βの方向に延びる傷８０を線８１として抽出する線抽出処理においては、傷８０の延在方向Ｍがクロスハッチ角度α、βからズレている場合、傷８０の開口幅の大きさによって線８１として抽出できるか否かが決定される。
換言すれば、線８１として抽出可能な傷８０の延在方向Ｍを基準に、デジタル画像７０を回転させれば、デジタル画像７０を小刻みに回転させなくとも、少ない回転数で傷８０に相当する線８１を確実に抽出することができ、処理時間の短縮化が図られることとなる。

図５は、水平方向Ｋに延びる傷８０を検出する場合に、線８１として抽出可能な傷８０の開口幅と延在方向Ｍとの関係の一例を示す図である。なお、同図においては、傷８０の延在方向Ｍを、水平方向Ｋを基準にした角度γで表している。
この図に示すように、傷８０の開口幅が大きくなるほど、その延在方向Ｍが水平方向Ｋからズレていても、その傷８０に相当する線８１が検出可能であることが分かる。
そこで、欠陥として抽出すべき傷８０の最小の開口幅を決め、当該開口幅に相当する傷８０を抽出可能な限界の角度（以下、「抽出限界角度」という）γｔｈを予め実験などにより求め、そして、デジタル画像７０から線を抽出するに際し、デジタル画像７０を回転するときには、抽出限界角度γｔｈを考慮して回転させることで、傷８０に相当する線８１を確実に抽出可能とする。なお、本実施形態では、欠陥として抽出すべき傷８０の最小の開口幅を８０μｍとし、図５の実験結果に基づいて、抽出限界角度γｔｈ＝９［ｄｅｇ］としている。

一方、クロスハッチ角度α、βは、ボーリング用バイトを用いたボーリング加工時のボア径、ストローク、周波数及び回転数等の加工条件によって規定され、これらの加工条件が同じであれば、クロスハッチ角度α、βも略同じ値になる。本実施形態では、ボア径が約８０ｍｍ前後、ストロークが約８０ｍｍ、周波数が２．５Ｈｚ〜３Ｈｚ、回転数が４２０ｒｐｍ〜６００ｒｐｍという加工条件において、クロスハッチ角度α、β＝１８°、−１８°であることが求められている。すなわち、本実施形態においては、研磨残りに相当する傷８０の延在方向Ｍが約±１８°と推定される。

本実施形態の線抽出処理においては、水平方向Ｋを線検出方向に設定し、当該線検出方向に延びる傷８０を抽出することとしており、研磨残りの傷８０の延在方向Ｍは、上記抽出限界角度γｔｈ＝９［ｄｅｇ］の範囲外となる。そこで、線抽出処理においては、デジタル画像７０から研磨残りを確実に検出するために、研磨残りに相当する傷８０の延在方向Ｍが上記抽出限界角度γｔｈ以下となるように、デジタル画像７０の画像回転角度δが決定されている。すなわち、本実施形態では、画像回転角度δは、０°、±１５°の値に設定されている。

さて、線抽出処理では、上記のように、デジタル画像７０において、傷８０を示すドット７３の水平方向Ｋの連続を線８１として抽出するため、ドット７３の間に多少の隙間が生じている場合には線８１として抽出されなくなり、また、線８１の間に隙間が生じている場合には線８１が分断されて検出されることから、傷８０の大きさが不正確になる虞がある。そこで、水平方向Ｋにおいて、ドット７３の間や、線８１の間の隙間（離間量）が小さい場合には、これらを結合して１本の線８１とするために、膨張・収縮処理を行う上記膨張・収縮処理部６４が設けられている。

図６は、膨張・収縮処理の一例を示す説明図である。
膨張・収縮処理においては、第１に、傷８０に相当する線８１の各ドット７３を中心に所定範囲の画素を傷８０に相当するドット７３に変更する膨張処理が行われる。この結果、同図に示すように、水平方向Ｋにおいて一定量の隙間８３で分断されていた線８１同士が結合し、１本の太い（範囲が拡張された）線８１が得られる。次いで第２に、結合部分を維持しながら膨張させた線８１を元の太さまで収縮する収縮処理が行われる。これにより、隙間８３が結合されて、水平方向Ｋにおいて分断されていた線８１同士が１本の線８１に結合される。なお、膨張処理において、どの程度まで線８１を太くするかは、埋めるべき隙間８３の大きさに応じて予め決定される。

次いで、表面検査装置９によるボア３の表面検査時の動作について説明する。
図７は、表面検査装置９の表面検査処理のフローチャートである。
この図に示すように、表面検査処理においては、先ず、画像生成部５３がボア３の内側表面３Ａのデジタル画像７０をワークメモリ６１に生成する（ステップＳ１）。以降、デジタル画像７０に対する各種の画像処理はワークメモリ６１上で高速に行われることとなる。次いで、画像生成部５３が二値化処理による傷８０の抽出を正確に行うために、デジタル画像７０の明るさ調整を行う（ステップＳ２）。

図８は、明るさ調整の一例を示す説明図である。
明るさ調整においては、傷８０に相当するドット７３と見なす輝度値に基づいて、デジタル画像７０から傷８０を除いた画像である下地画像７５を生成する。次いで、下地画像７５の色ムラが無くなるように明るさを調整し、その後、先に除いた傷８０を合成する。これにより、下地が一様の明るさのデジタル画像７０が得られる。

図７に戻り、次いで二値化処理部６２は、明るさ調整後のデジタル画像７０を輝度値に基づいて二値化処理して傷８０を抽出したデジタル画像７０をワークメモリ６１上で生成する（ステップＳ３）。その後、このデジタル画像７０を対象にして傷８０に相当する線８１の抽出処理を行われる。
図９は、線８１の抽出処理を模式的に示す図である。
この図に示すように、線８１の抽出処理においては、二値化後のデジタル画像７０を左方向及び右方向に回転して各回転後のデジタル画像７０について線８１の抽出を行うとともに、回転しない状態の元のデジタル画像７０についても線８１の抽出を行う、といった処理が行われる。そして、線抽出処理のそれぞれで得られた線８１を重ね合わせたデジタル画像７０が生成される。
かかる処理手順について前掲図７を参照して説明すると、図７に示すように、回転処理部６３は、先ず、デジタル画像７０を画像回転角度δだけ左方向に回転する（ステップＳ４）。膨張・収縮処理部６４は、左方向回転後のデジタル画像７０に対して膨張・収縮処理を行い（ステップＳ５）、線抽出処理部６５は、膨張・収縮処理後のデジタル画像７０に対し線抽出処理を行う（ステップＳ６）。この線抽出処理では、デジタル画像７０において水平方向に延びる傷８０が検出対象とされる。

すなわち、傷８０を示す輝度値のドット７３が水平方向に連続する箇所が線８１として抽出される。このとき、上記のように、水平方向を基準に傾きを有して延びる傷８０も、当該傾き８１が抽出限界角度γｔｈ以下のときには精度良く検出される。
つまり、ドット７３が垂直方向にも連続し、ドット７３の集合領域が、垂直方向に幅を有する場合、欠陥として抽出すべき傷８０として設定した当該傷８０の開口幅（本実施形態では８０μｍ）以下にドット７３の集合領域の垂直方向の幅が収まっているときには、水平方向に対し上記抽出限界角度γｔｈ（本実施形態では±９°）の範囲内で延びる傷８０も検出される。
この結果、図９に示すように、左回転したデジタル画像７０からは、回転後のデジタル画像７０において、多数の傷８０のうち、水平方向と成す角度が抽出限界角度γｔｈ以下の傷８０に相当する線８１が確実に抽出されることとなる。

次いで、右回転後のデジタル画像７０から線８１を抽出すべく、図７に示すように、回転処理部６３は、デジタル画像７０を画像回転角度δだけ右方向に回転し（ステップＳ７）、膨張・収縮処理部６４は、右方向回転後のデジタル画像７０に対して膨張・収縮処理を行う（ステップＳ８）。そして、線抽出処理部６５は、膨張・収縮処理後のデジタル画像７０に対し線抽出処理を行う（ステップＳ９）。
また、回転前のデジタル画像７０からも線８１を抽出すべく、膨張・収縮処理部６４は、回転前のデジタル画像７０に対して膨張・収縮処理を行い（ステップＳ１０）、線抽出処理部６５は、膨張・収縮処理後のデジタル画像７０に対し線抽出処理を行う（ステップＳ１１）。

そして、合成処理部６６は、左方向回転後、右方向回転後、及び回転なしの３つのデジタル画像７０からそれぞれ抽出した線８１を重ね合わせてデジタル画像７０を合成する（ステップＳ１２）。このとき、回転後のデジタル画像７０から抽出した線８１については、回転前のデジタル画像７０を基準にすべく、線８１を逆回転して重ね合わせる。そして、評価部５７は、当該デジタル画像７０における線８１の有無や、当該線８１の長さ、数などに基づくボア３の内側表面３Ａの状態から良否を判定する。この評価部５７が判定に使用するデジタル画像７０には、元のデジタル画像７０に映っていた様々な延在方向の傷８０が線８１として描かれていることから、かかるデジタル画像７０を用いて評価が行われることで、ボア３の正確な良否判定が可能となる。

このように、本実施形態によれば、線抽出処理部６５は、線検出方向を水平方向Ｋに固定しつつ、デジタル画像７０を画像回転角度δずつ左右方向にそれぞれ回転し、回転前後のデジタル画像７０のそれぞれから水平方向Ｋに沿った線８１を抽出し、評価部５７は、回転前後のデジタル画像７０のそれぞれから抽出された線８１に基づいてボア３の内側表面３Ａの状態を判定する構成とした。
この構成によれば、回転前後のデジタル画像７０のそれぞれにおいて、水平方向Ｋに沿って線８１を抽出することで、水平方向Ｋに延びる傷８０を検出しつつ、当該水平方向Ｋとは異なる方向に延びる傷８０も検出できる。これにより、それぞれの傷８０に基づいて表面状態を判定することで、ボア３の良否判定が正確なものとなる。

また本実施形態によれば、水平方向Ｋに沿って線８１を抽出したときに抽出可能な、傷８０として検出すべき開口幅の線８１のうち、水平方向Ｋと成す角度が最大となる線８１の当該角度を抽出限界角度γｔｈとし、当該抽出限界角度γｔｈに基づいてデジタル画像７０を回転する構成とした。
この構成により、デジタル画像７０の回転回数を最小とすることができ、線抽出に要する処理時間の更なる短縮化が可能になる。

また本実施形態によれば、デジタル画像７０を輝度値に基づいて二値化処理した後のデジタル画像７０を対象に線８１の抽出を行う構成とした。
この構成によれば、抽出すべき傷８０のみを残したデジタル画像７０が二値化処理により得られる。かるデジタル画像７０を対象に線抽出を行うことで、余分な線の抽出が行われることがないため、線抽出に要する処理時間の更なる短縮化が可能になる。

また本実施形態によれば、デジタル画像７０に映った傷８０のうち、水平方向Ｋにおいて一定量離間した傷８０同士を結合した後に線８１の抽出を行う構成とした。
この構成によれば、撮影状態や二値化処理などに起因して、実際には１本に延びる傷８０がデジタル画像７０では分断された線８１や点（ドット７３）として映っている場合でも、これらが結合されて一本の線８１として抽出できるため、傷８０の大きさを反映した線８１を正確に抽出できる。

上述した実施形態は、あくまでも本発明の一態様を示すものであり、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で任意に変形及び応用が可能である。
例えば、上述した実施形態において、デジタル画像７０の二値化処理をした後に回転したが、これに限らず、デジタル画像７０を回転するごと、或いは、回転しない場合には線抽出処理をする前に二値化処理をする構成としてもよい。これにより、デジタル画像７０の回転操作によって当該デジタル画像７０の画素値が変化することがあっても、当該変化の影響を受けることなく線８１を抽出することができる。

また例えば、上述した実施形態において、デジタル画像７０の画像回転角度δに基づく回転回数を左右それぞれに１回ずつとしたが、画像回転角度δをｎ倍（ｎ＝２、３・・・）しながらｎ回数だけ左右、或いは、一方向に回転してもよい。
また上述した実施形態では、線抽出方向を水平方向Ｋとしたが、これに限らず、クロスハッチ角度α、βに合わせてもよい。

また例えば、上述した実施形態では、本発明に係る表面検査装置９の検査対象として、エンジンのシリンダに切削加工したボアを例示したが、これに限らず、一方向に切削加工されたワークの表面の状態の検査、特に傷検出の検査に広く適用することができる。

１ ボア内面検査システム
３ ボア
３Ａ 内側表面
７ センサヘッド
９ 表面検査装置
２３ 受光センサ
３１ 回転駆動機構
３３ 進退機構
５１ 位置制御部
５３ 画像生成部
５７ 評価部（判定手段）
６１ ワークメモリ
６２ 二値化処理部（二値化処理手段）
６３ 回転処理部
６４ 膨張・収縮処理部（結合手段）
６５ 線抽出処理部（線抽出手段）
６６ 合成処理部
７０ デジタル画像
８０ 傷
８１ 線
８２ クロスハッチ
Ｋ 水平方向（線抽出方向）
Ｍ 延在方向
γｔｈ 抽出限界角度

Claims (5)

1. 機械加工が施されたワークの表面を撮影したデジタル画像を生成する画像生成手段と、
   前記デジタル画像から傷に相当する線を所定の線検出方向に沿って抽出する線抽出手段と、
   前記線抽出手段によって抽出された線に基づいて前記ワークの表面の状態を判定する判定手段と、を備え、
   前記線抽出手段は、前記線検出方向を固定しつつ、前記デジタル画像を所定角度ずつ１又は複数回に亘って回転し、回転前後のデジタル画像のそれぞれから前記線検出方向に沿った線を抽出し、
   前記判定手段は、前記回転前後の前記デジタル画像のそれぞれから抽出された線に基づいて前記ワークの表面の状態を判定する
   ことを特徴とする表面検査装置。
2. 前記抽出手段は、前記線検出方向に沿って線を抽出したときに抽出可能な所定の太さの線のうち、前記線検出方向と成す角度が最大となる線の当該角度に基づいて前記デジタル画像を回転することを特徴とする請求項１に記載の表面検査装置。
3. 前記デジタル画像を輝度値に基づいて二値化処理する二値化処理手段を備え、
   前記線抽出手段は、二値化処理後のデジタル画像を対象に前記線の抽出を行うことを特徴とする請求項１又は２に記載の表面検査装置。
4. 前記デジタル画像に映った傷のうち、前記線検出方向において一定量離間した傷同士を結合する結合手段を備え、
   前記線抽出手段は、結合手段によって傷が結合されたデジタル画像を対象に前記線の抽出を行うことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の表面検査装置。
5. 機械加工が施されたワークの表面を撮影したデジタル画像から傷に相当する線を所定の線検出方向に沿って抽出する線抽出ステップと、
   前記線抽出ステップにおいて抽出された線に基づいて前記ワークの表面の状態を判定する判定ステップと、を備え、
   前記線抽出ステップにおいては、前記線検出方向を固定しつつ、前記デジタル画像を所定角度ずつ１又は複数回に亘って回転し、回転前後のデジタル画像のそれぞれから前記線検出方向に沿った線を抽出し、
   前記判定ステップにおいては、前記回転前後の前記デジタル画像のそれぞれから抽出された線に基づいて前記ワークの表面の状態を判定する
   ことを特徴とする表面検査方法。

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