KR100267665B1 - 표면검사장치 - Google Patents

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KR100267665B1
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기요시 요시다
요시타카 우스이
노리카즈 츠바키
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하나와 요시카즈
닛산 지도우샤 가부시키가이샤
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Abstract

본원 발명의 표면검사장치는 피검사물체인 차체의 패널의 표면을 향하여 광선을 조사하는 선형 광원 (11, 13), 상기 표면으로부터 반사되는 반사광에 기초하여 이 반사광을 촬영하고, 수광된 화상을 형성하는 CCD카메라(12, 14) 및 상기 수광된 화상에 기초하여 표면 위에 존재하는 표면 결함을 검출하여, 상기 표면 결함과 관련한 검출된 정보를 출력하는 검사수단을 포함한다. 이러한 배치에서, 상기 광원(11, 13)은 80°내지 90°의 입사각α으로 표면으로 광선을 경사지게 조사하는 한편, 상기 카메라(12, 14)는 상기 입사각α보다 작은 반사각β으로 표면에 의해 반사된 광선의 확산된 반사광을 수신하도록 배치된다.

Description

표면검사장치
본 발명은, 예를 들면, 자동차 차체를 구성하는 차체 패널 등의 피검사물체의 표면을 검사하기 위한 표면 검사장치에 관한 것이며, 특히, 본 발명은 프레스 작업을 할 때의 차체의 표면에 불규칙하게 형성된 결함의 존재를 검사할 수 있는 표면 검사 장치에 관한 것이다.
종래의 표면검사장치로는 일본 특허 공개 평8-5573호에 개시된 것이 있다. 이 공보에 개시된 표면검사장치는, 피검사물인 작업편(workpiece)의 표면에 평면광의 형태로 빛을 쏘는 광원으로서 조사(照査)장치를 구비하고 있다. 이 조사장치는 작업편의 한쪽 측면 위쪽에 경사지게 배치된다. 또한 상기 표면검사장치는 촬영장치로서 영역 검지 카메라(area sensing camera)를 포함하며, 이는 상기 작업편의 다른 쪽 측면 위쪽에 경사지게 배치되어, 작업편으로부터 반사된 평면광을 포착하여 상기 작업편의 표면 사진을 촬영한다. 이러한 방법으로 상기 표면검사장치는 상기 작업편의 표면에 존재하는 이물질 및 돌기를 검출한다.
또한, 전술한 공개에는 다른 형태의 표면검사장치를 개시하고 있다. 이 표면검사장치는 상기 작업편의 표면에 선형상의 광선을 쏘는 조사장치를 포함한다. 이 조사장치 역시 작업편의 한쪽 측면 위쪽에 경사지게 배치된다. 전술한 장치에서와 유사하게 표면검사장치는 촬영장치로서 영역 검지 카메라를 포함하며, 작업편의 다른쪽 측면 위쪽에 경사지게 배치되어, 작업편으로부터 반사된 평면광을 포착하여 상기 작업편의 표면 사진을 촬영한다.
이러한 방법으로, 작업편에 존재하는 미세한 돌기가 표면검사장치에 의해 검출된다. 이 명세서에서 직선 형태의 광선을 쏘기 위한 조사장치는 "선형 광원"라고 불린다.
다른 형태의 전술한 표면검사장치의 일반적인 형태에서, 각 광원으로부터의 조사된 광선의 입사각(α) 및 반사각은 일반적으로 동일한데, 각 검지 카메라에 의해 포착된 반사광의 반사각(β)은 모두 80도 내지 90도의 범위에 있다. 즉, 두 가지 표면검사장치는 소위 표면 촬영을 위한 정상 반사광(다른 명칭은 반영 반사광)을 포착하도록 채택된다. 이 경우 이물질 및 흠집은 여러 가지 형태의 그늘(shadow) 즉, 표시장치 위의 밝은 영역에 어두운 점(spot)의 형태로 촬영된다.
또 다른 참조자료는 일본 공개 공보 평6-3286호가 있다. 이 공개는 대형의 복잡한 표면조사를 실행하는 "역반사 스크린"을 가지는 표면검사장치가 있는 데, 이는 표면에 가해진 오일을 사용하여 표면의 결함을 안정적으로 검출할 수 있도록 표면의 광택(gloss)을 균일화한다.
일본 특허 공개 평8-5573의 표면검사장치에서는 전술한 바처럼 조사광의 입사각α과 반사광의 반사각β은 80내지 90도 범위의 각도 내에 포함되며, 반사광은 표면 검출을 위해서 사용되며, 입사각α은 대략 동일하다(즉, α=β). 그러므로 예를 들면, 피검사물체로서 차체 패널의 곡면으로부터 경사각이 비교적 완만한 요철 및 가 존재하는 것을 검사하기 위해서 라인을 형성하는 것이 요구되는 경우에는 다음과 같은 몇 가지 문제가 발생한다.
즉, 촬영 각도 (90°-β) 가 10°이하의 각도이므로, 전술한 검출장치의 경우, 피사계심도 때문에 영역검지 카메라의 검출범위가 매우 좁게 된다.
또한, 카메라의 촬영범위가 일방향만으로 매우 크게 되어서, 카메라의 분해능이 떨어지게 되고, 그래서 결함 있는 촬영된 화상이 왜곡되며, 결과적으로 정밀도가 우수한 검출이 곤란하게 된다.
또한, 일반적으로 차체 패널은 곡면을 가지도록 형성되므로(즉, 곡률 R), 입사각α 및 반사각 β라는 전술한 적절한 각 조건을 유지하는 것이 어렵다, 즉, 차체 패널 위에서 조사각(90°-α) 및 촬영각(90°-β)의 조건을 유지하는 것이 어렵다. 따라서, 표면검사장치를 생산 라인에 설치하는 것이 불가능하다.
그러므로, 본 발명의 목적은 곡면 형상을 갖는 본체 패널 등의 표면에 있는 상대적으로 경사각이 완만한 요철이나 돌기 등의 표면 결함을 생산 라인에서 높은 정밀도를 가지고 검출해 낼 수 있는 표면검사장치를 제공하는 것이다. 본 발명의 또 다른 목적은 표면 검사 장치를 제공하는 것이다. 오일이 부분적으로 부착되어 있는 피검사면 및 곡면상의 피검사면에서도 확실한 표면 결함 결과를 수행할 수 있는 표면 결함을 검사하는 표면검사장치를 제공하는 것이다.
도 1은, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 표면검사장치의 개략적 구성도,
도 2는, 본 발명의 표면검사장치에서 검사의 원리를 설명하기 위한 설명도,
도 3은, 본 발명의 조명수단에 의한 조명광의 조사각(照射角)과 수광된 화상의 휘도 사이의 관계를 도시한 도면,
도 4는, 본 발명의 표면검사장치에 의해 얻어진 화상을 도시하는 도면,
도 5는, 본 발명의 조명수단에 의한 조명광의 촬영각과 수광된 화상의 휘도 사이의 관계를 도시한 도면,
도 6은, 본 발명의 표면검사장치의 검사 장치에 의해 수행되는 공정을 도시하는 처리흐름도
도 7은, 조명수단과 촬영수단의 각도 및 높이를 각각 제어하기 위한 다양한 형태를 도시하는 설명도,
도 8은, 본 발명에 따른 표면검사장치의 조명수단과 촬영수단의 높이에 대한 정의(definition)를 설명하기 위한 도면,
도 9a 및 도 9b는, 조명수단과 촬영수단에 의한 조사 및 촬영을 도시한 도면으로서 도 9a는 피검사면의 앞쪽을 조사하고 촬영하는 조건을, 도 9b는 이 피검사면의 뒤쪽을 조사하고 촬영하는 조건을 도시하는 도면,
도 10은, 본 발명의 제2실시예에 따른 표면검사장치의 개략적 구성도,
도 11은, 본 발명의 표면검사장치의 조명 수단의 조정 기구의 일 예를 도시한 도면,
도 12는, 본 발명의 표면검사장치가 설치되어 있는, 차체 패널의 검사를 위한 검출 라인의 일례를 도시한 도면,
도 13은, 본 발명의 제3 실시예에 따른 표면검사장치의 개략적 구성도,
도 14는, 도 13의 표면검사장치의 표면의 높이 및 입사각을 제어하기 위한 형태를 도시한 설명도,
도 15는, 본 발명의 제 4실시예에 따른 표면검사장치의 개략적 구성도,
도 16은, 도 15의 표면검사장치의 일부를 확대도시한 도면,
도 17은, 본 발명의 제 5실시예에 따른 표면검사장치의 개략적 구성도,
도 18은, 도 17의 표면검사장치에 의해 포착된 여러 가지 화상을 도시한 설명도,
도 19는, 도 17의 표면검사장치의 영상처리장치에 의해 수행되는 영상처리과정을 도시하는 처리흐름도,
도 20은, 피검사면 위에서 오일이 부착된 부분과 오일이 부착되지 않은 부분의 검출 감도를 도시하는 그래프,
도 21은, 본 발명의 제 6실시예에 따른 표면검사장치의 개략적 구성도,
도 22는, 도 21의 표면검사장치에 의해 포착된 여러 가지 화상을 도시한 설명도,
도 23은, 본 발명의 제 7실시예에 따른 표면검사장치의 개략적 구성도,
도 24는, 도 23의 표면검사장치에 의해 포착된 여러 가지 화상을 도시한 설명도이다.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
10: 패널 11: 선형 광원 (전면조명수단)
12: CCD카메라(전면촬영수단) 13: 선형 광원 (후면조명수단)
14: CCD카메라(후면촬영수단) 15: 패널위치 검출센서
24, 27, 31 : 호스트 컴퓨터
전술한 목적을 실현하는 수단으로 제공된, 본 발명에 따른 표면결함을 검사하는 표면검사장치는, 피검사물체의 피검사면에 조명광을 조사(照射)하는 조명수단과; 조사된 피검사면의 화상(畵像)을 형성하도록 상기 조명광에 의해 조사된 피검사물체의 표면 화상을 촬영하는 촬영수단과; 촬영수단에 의해 얻어진 화상에 기초하여 피검사면 위에 존재하는 결함을 검출하고, 상기 결함에 관한 검출된 정보를 출력하도록 하는 화상처리수단과; 피검사면의 종류를 입력하는 피검사면 종류 입력수단과; 피검사면을 반송시키는 반송 방향에서의 표면의 위치에 관한 위치 정보를 검출하는 피검사면위치 검출수단과; 상기 피검사면 종류 입력수단으로부터 얻은 피검사면의 종류와 상기 피검사면 위치 검출 수단으로부터 얻은 위치 정보에 대응하는, 피검사면의 곡면형상 및 피검사면의 경사각에 관한 표면경사각정보를 특정하는 피검사면정보 특정수단과; 상기 피검사면정보 특정수단에 의해 얻은 피검사면의 각도정보 및 피검사면 위치검출수단으로부터 얻은 피검사면의 위치정보에 기초하여, 상기 조명수단, 촬영수단 및 피검사면의 위치관계를 제어하는 위치관계 제어수단으로 구성되며; 상기 위치관계 제어수단은, 피검사면에서의 조명광의 입사각은 한정된 범위사이가 되며, 촬영수단은 조명광의 입사각보다 작은 반사 각도에서 피검사면에 의해 반사된 조명광의 산란된 반사광을 수신하는 방법으로, 상기 조명수단, 상기 촬영수단 및 상기 피검사면 사이의 위치관계를 제어하는 피검사면의 표면을 검사하는 표면검사장치를 제공한다.
이러한 구성의 표면검사장치를 제공함으로써, 예를 들면, 조명수단으로부터 조사된 조명광의 입사각 α는 80°내지 90°사이의 범위에 놓이게, 다시 말하면 조사각도 (90°-α)를 10°이하가 되는 정도에 가깝게 놓이게 한다. 한편, 촬영수단에 의해 수신되는 반사광의 반사각 β은 예를 들면 50 °내지 75°의 범위에 놓이게 되는 데, 이는 입사각 α보다 작은 값이다. 그러므로 촬영각도(90°-β)를 조사각도 (90°-α) 보다 큰 15°내지 40°의 중간각도로 한다. 이 결과, 조명광이 피검사면에 대해서 아주 가까운 작은 각도로 조사되므로, 피검사면의 결함에 기인하는 산란된 반사광을 높은 휘도(밝기)를 가지고 포착하는 것이 가능하다. 여기에서, 표면의 결함은, 높은 반사율이 얻어지는 반사광 중에서 결함부분 이외의 산란표면에 의한 정반사광보다도 작은 반사각도로 반사하는 예를 들면 요철부분 및 돌출부분 등으로 정의될 수 있다.
그러므로 상기 표면검사장치에서, 상기 조명광의 입사각은 80°내지 90°이며, 산란광의 반사각은 50°내지 75°인 것이 바람직하다.
입사각 및 반사각을 상기와 같이 놓도록 실현하기 위해서는, 상기 위치관계 제어수단은. 상기 조명수단의 조사각 및 조사높이의 모두를 제어하여 피검사면 위에서 조명광의 입사각이 한정된 범위에 놓이도록 하는 조사각 및 조사위치제어부와; 상기 촬영수단의 촬영각 및 촬영 높이의 모두를 제어하여, 상기 촬영수단이 조명광의 입사각 보다 작은 반사각으로 피검사면에서 반사되는 조명광의 산란된 반사광을 수신하도록 하는 촬영각 및 촬영위치제어부를 포함하도록 하는 것 바람직하다.
또한 더욱 바람직하기로는, 상기 표면검사장치는 피검사물체가 반송중일 때 피검사물체의 설정 경사각이 입력되는 설정각 입력 수단을 추가로 포함하며; 상기 피검사면 정보 특정수단은 상기 피검사면 종류 입력수단에 의해 얻어진 피검사면의 종류, 상기 설정각 입력 수단에 의해 얻어지는 피검사물체의 각도 정보 및 피검사면위치 검출수단에 의해 얻어지는 위치정보에 대응하는 피검사면의 경사각에 관한 각도 정보와 피검사면의 곡면 형상을 특정하는 것이 좋다.
상기의 구성을 가지고서, 소정의 속도로 반송되는 피검사물체(예를 들면 생산 라인의 차체 패널)를 검사할 때, 생산 라인을 정지하지 않고 반송시키면서 피검사면의 요철부분 및 돌기부분을 높은 정밀도 및 신뢰성을 가지고 연속적으로 검출할 수 있다.
또한, 바람직하기로는 상기 표면검사장치에서의 상기 조명수단은, 반송 방향에서 피검사면의 앞쪽을 조명하는 전면조명수단과, 반송 방향에서 피검사면의 뒤쪽을 조명하는 후면조명수단을 구비하며; 상기 촬영 수단은 피검사면으로부터의 반사광에 기초하여 반송 방향으로 피검사면의 앞쪽의 화상을 촬영하는 전면촬영수단과, 피검사면으로부터의 반사광에 기초하여 반송 방향으로 피검사면의 뒤쪽의 화상을 촬영하는 후면촬영수단을 구비하며; 또한, 상기 표면검사장치는 상기 전면조명수단과 후면조명수단 사이의 동작을 절환하며, 전면촬영수단과 후면촬영수단 사이의 작동을 절환하는 전후 조명 및 촬영 절환 수단을 추가로 포함하도록 하는 것이 좋다.
이러한 구성에 따르면, 만약 피검사면이 예를 들면 일반 차체 패널과 같이 그 중간부 영역에 정수리 부분을 갖고 전후 양단으로 향하게 아래로 경사를 이루도록 한 볼록한 곡면 형상을 이루고 있는 경우, 피검사체의 전면 영역과 후면 영역에서 짝을 이루는 조명수단 및 촬영수단의 작동을 절환 하여서 표면의 검사를 행하는 것이 가능하다.
이것에 의해, 피검사면에 대한 조사각도(90°-α) 및 촬영각도 (90°-β)를 각각 전술한 소망하는 범위에 놓이도록 할 수 있으므로, 피검사면에 있는 완만한 요철부분와 돌기부분 등과 같은 표면결함을 피검사면의 전체 영역에서 높은 정밀도로 확실하게 검출할 수 있다.
또한 바람직하기로는, 상기 표면검사장치에서의 상기 조명수단은 선형(線形)의 광원을 포함하며, 상기 촬영수단은 CCD카메라를 포함하는 것이 좋다.
이 경우, 선형 광원과 CCD카메라를 제공하는 것에 의해, 광택이 적은 차체 패널 등의 곡면 위에 놓이는 완만한 요철부분과 돌기부분과 같은 표면의 결함을 높은 정밀도와 신뢰성을 가지고 검출할 수 있다.
또한, 상기의 표면검사장치의 상기 조명수단 및 촬영수단 중 적어도 하나는 피검사면의 오일이 부착된 부분 및 오일이 부착되지 않은 표면에서의 반사율 각각에 따라 광량이 변경될 수 있는 광량조정기능을 구비하도록 하는 것이 바람직하다.
일반적으로, 차체 패널 등의 강판으로 된 프레스 성형품은 그 표면에 부분적으로 방청제 및 세정제 등의 오일이 부착되어 있다. 또한 오일이 부착된 표면에서의 광반사율은 부착되지 않은 표면에서의 광반사율에 비해서 작고 검출 감도는 약 4분의 1정도이다.
그래서, 표면의 결함의 검사장치에서는, 피검사면 위의 오일이 부착된 부분과 오일이 부착되지 않은 부분의 각 광반사율에 대해서 조명 수단 및 화상 입력 수단의 적어도 한쪽의 광량 조정을 행하여 피검사면을 촬영한다. 즉, 오일이 부착된 부분의 광반사율에 대응하는 광량조정(광량 많다/조리개를 작게)을 행하여 촬영을 행하면, 부착된 부분보다도 부착되지 않은 부분의 광반사율이 크므로, 부착되지 않은 부분이 포화상태로 되어서 명확한 촬영이 되지 않고, 부착된 부분이 명확히 촬영된다. 또한 오일이 부착되지 않은 부분의 광반사율에 대응하는 광량 조정(광량이 적다/ 조리개를 크게)을 행하여 촬영하면, 부착되지 않은 부분보다도 부착된 부분 의 와 작으므로 부착된 부분이 광량 부족에 의해서 명확히 촬영되지 않고, 부착되지 않은 부분이 명확히 촬영된다.
그러므로, 전술한 방법대로 촬영을 행하여, 화상처리수단에서 오일이 부착된 부분과 오일이 부착되지 않은 부분의 화상을 작성하여 각 화상마다에 표면의 결함을 추출하는 것에 의해 표면에 결함이 존재하는 지 유무를 알아낼 수 있다.
또한, 전술한 바와 같이 조명수단 및/또는 촬영수단에서 광량의 조정을 할 수 있기 때문에, 그 구조를 단순히 하고, 예를 들면, 역-반사 스크린, 오일 페인팅 장치 등을 사용하는 종래의 표면검사장치에 비해 크기를 축소할 수 있게 되었다. 결과적으로, 차체 패널 등의 프레스 공정에 이러한 장치를 저렴한 가격으로 용이하게 설비할 수 있게 되었다. 또한 그 위에 부분적으로 부착되는 오일의 유무에 관계없이 표면에 존재하는 결함의 유무를 확실히 검사할 수 있게 되었다. 또한, 표면에 새롭게 오일을 바를 필요가 없으므로, 피검사표면이 곡면인 경우에도 결함의 검사를 행할 수 있다.
전술한 표면검사장치는 바람직하기로는, 그 표면검사장치의 상기 촬영수단은 오일이 부착된 부분에서의 광반사율에 대응하여 조리개(작은)가 조정되는 제1카메라와, 오일이 부착되지 않은 부분에서의 광반사율에 대응하여 조리개(큰)가 조정되는 제2카메라를 구비하고, 상기 제1카메라와 제2카메라의 촬영위치가 반송 수단에 의한 피검사면의 이동방향을 따라서 직렬로 되는 상태로 상기 두 개의 카메라를 배치하는 것이 좋다.
이 경우, 상기 오일이 부착된 부분과 오일이 부착되지 않은 부분은, 피검사면의 움직임과 함께 연속적으로 촬영될 수 있다. 또한 다른 조리개의 제1카메라와 제2카메라로 구성되는 촬영수단덕분에 일정한 속도로 하나의 방향을 향해 이동하는 표면 위에서 오일이 부착된 부분과 오일이 부착되지 않은 부분을 각각 확실히 촬영할 수 있으며, 그리하여, 예를 들면 차체 패널에 대한 프레스 가공 라인 등에서, 높은 검출률로 차체 패널 위의 표면 결함을 자동적으로 검출할 수 있다.
또한 다른 방법으로, 본 발명의 상기 표면검사장치의 상기 촬영수단은 피검사면의 이동 방향을 따라서 직렬로 배치되는 제1카메라 및 제2카메라를 구비하는 한편, 상기 조명수단은 오일이 부착된 부분의 광반사율에 대응하여 광량(많은)이 조정되는 제1광조사부와, 오일이 부착되지 않은 부분의 광반사율에 대응하여 광량(적은)이 조정되는 제2광조사부를 구비하고, 상기 제1광조사부와 제2광조사부의 위치는 제1촬영위치 및 제2촬영위치에 각각 대응하는 상태로 두 개의 광조사부를 배치되는 것으로 구성할 수 있다.
이 경우에, 오일이 부착된 부분과 오일이 부착되지 않은 부분은 연속적으로 피검사면의 이동에 따라 촬영될 수 있다. 또한 제1카메라 및 제2카메라 그리고 다른 광량을 가지는 제1조명수단과 제2조명수단을 설치한 덕분에, 일정한 속도로 한 방향으로 진행하는 피검사면 위에서 오일이 부착된 부분과 오일이 부착되지 않은 부분을 각각 확실히 촬영할 수 있고, 그리하여 예를 들면 차체패널에 대한 프레스 가공 라인에서 차체 패널 위의 표면결함이 자동적으로 높은 검출률을 가지고 검출될 수 있다.
또한, 바람직하기로는 상기 표면 검출장치에서의 화상처리수단은 오일이 부착된 부분과 오일이 부착되지 않은 부분의 두 개의 결함추출화상을 합성하는 기능을 가지는 수단인 것이 좋다.
이 경우, 표면 결함의 존재는 결국 피검사면의 통합된 이미지로 나타낼 수 있다. 그러므로, 표면 결함의 식별을 위한 운전자의 작업은 용이하게 실행될 수 있다.
또한 바람직하기로는, 상기 위치관계 제어수단은 조명수단의 조사각과 촬영수단의 촬영각의 모두가 각각 한정된 범위에 놓이도록 하는 방법으로 피검사면의 경사각 및 높이를 제어하는 피검사면 각 및 위치제어부를 포함하는 것이 좋다.
이 경우에서도, 소정의 속도로 반송되는 물체(생산 라인에서 차체패널)를 검사할 때, 생산 라인을 정지시키지 않고 연속적으로 표면상의 결함부분 및 돌기부분을 높은 정밀도로 검사할 수 있다.
상기의 배치에서 상기 조명수단은 선형광원을 포함하며, 촬영수단은 CCD카메라를 포함하도록 할 수 있다.
전술한 바와 같은 표면검사장치의 상기 조명수단 및 촬영수단 중 적어도 하나는 피검사면의 오일이 부착된 부분 및 오일이 부착되지 않은 표면에서의 반사율 각각에 따라 광량이 변경될 수 있는 광량조정기능을 구비하는 것이 바람직하다.
또한 전술한 구성 대신에 상기 표면검사장치의 상기 촬영수단은 오일이 부착된 부분에서의 광반사율에 대응하여 조리개가 조정되는 제1카메라와, 오일이 부착되지 않은 부분에서의 광반사율에 대응하여 조리개가 조정되는 제2카메라를 구비하고, 상기 제1카메라와 제2카메라의 촬영위치가 반송 수단에 의한 피검사면의 이동방향을 따라서 직렬로 되는 상태로 상기 두 개의 카메라를 배치하도록 할 수도 있다.
그리고, 상기 촬영수단은 피검사면의 이동 방향을 따라서 직렬로 배치되는 제1카메라 및 제2카메라를 구비하는 한편, 상기 조명수단은 오일이 부착된 부분의 광반사율에 대응하여 광량이 조정되는 제1광조사부와, 오일이 부착되지 않은 부분의 광반사율에 대응하여 광량이 조정되는 제2광조사부를 구비하고, 상기 제1광조사부와 제2광조사부의 위치는 제1촬영위치 및 제2촬영위치에 각각 대응하는 상태로 두 개의 광조사부를 배치되도록 구성할 수도 있다.
전술한 것과 유사하게 상기의 화상처리수단은 오일이 부착된 부분과 오일이 부착되지 않은 부분의 두 개의 결함추출화상을 합성하는 기능을 가지는 수단인 것으로 하면 바람직하다.
이하 전술한 구성에 대한 구체적 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 설명하도록 한다.
도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 표면검사장치의 구성을 도시한 도면이다. 먼저, 이 실시예에서 표면검사장치는 프레스 작업이 수행되는 차량용 차체 패널의 표면에 존재하는 표면 결함을 검출하기 위한 것에 바로 적용됨을 알리고자 한다. 도 1에 도시된 것처럼, 표면검사장치는 기본적으로 차체 패널(10)의 반송 방향(L)에서의 앞쪽에서 조명광을 조사하는 전면조명수단으로서 선형 광원(linear light source: 11)과, 이 선형광원(11)으로부터 조사된 조명광의 반사광을 수신하여 반사광으로부터 화상을 형성하는 전면촬영수단으로서의 CCD카메라(12)와, 차체 패널(10)의 반송 방향(L)에서의 뒤쪽에서 조명광을 조사하는 후면조명수단으로서의 또 다른 선형광원(13)과, 이 선형광원(13)으로부터 조사된 조명광의 또 다른 반사광을 수신하여 반사광으로부터 화상을 형성하는 후면촬영수단으로서의 CCD카메라(14)와, 피검사면의 위치 정보를 검출하는 검출장치로서의 패널위치 검출센서(15)를 포함하도록 구성된다. 보다 상세히 설명하면, 차체의 패널(10)이 도시되지 않은 벨트 컨베이어 등에 의해 반송될 때, 패널위치 검출센서(15)는 전송 방향(L)에서의 차체 패널의 위치를 검출한다.
실시예에 따르면, 각 선형 광원(11, 13)은 차체 패널(10)의 한쪽 위에 경사지게 배치되어 패널(10)의 표면으로 향하는 조명광의 입사각α이 80도 내지 90도 사이에 놓이도록(80도 이상 90도 이하) 방향이 설정된다.
다시 말하면, 각 선형 광원(11, 13)의 조사각(90°-α)은 10°이하이다. 한편, CCD카메라(12, 14)는 차체 패널(10)의 다른 측면에 배치되어 각각 상기 선형 광원(11, 13)에 대해서 공동의 작업을 행한다. CCD카메라(12, 14)의 각각은 상기 입사각 α보다 작은 50°내지 75° 범위의 반사각β으로 반사되는 산란된 광선을 수신한다. 즉, CCD카메라(12, 14) 각각은 촬영각(90°-β)이 15°내지 40° 범위에서 중간각을 나타내도록 방향이 설정된다.
또한 선형 광원(11, 13)은 조사되는 광원과 조사각의 높이를 조정하도록 하는 조정 기구를 가진다. 이와 유사하게 CCD카메라(12, 14)에도 광 수신 지점과 촬영각도의 높이를 조정하기 위한 조정 기구가 구비된다. 그러므로 선형 광원(11, 13) 및 CCD카메라(12, 14)는 경사각이 차체 패널(10)의 반송방향과 함께 변화하는 패널의 표면에 대해서 소정의 조사각과 소정의 촬영각이 항상 유지되도록 조정될 수 있다.
선형 광원(11, 13) 및 CCD카메라(12, 14)의 방향이 조사각(90°-α)과 촬영각(90°-β)의 전술한 범위를 이루는 것에 의해서, 광선은 거의 정확하게 작은 각도로 조사될 수 있으며, 한편 표면의 완만한 요철부분이나 돌기부분 등의 표면 결함에 따라 산란된 반사광을 높은 휘도(밝기)로 포착할 수 있다. 이러한 완만한 요철 부분과 돌기 부분은, 높은 반사율을 보이는 반사광 중의 결함부분 이외 부분에서의 산란에 의한 정반사광보다도 작은 반사각도를 가지는 반사광을 반사한다.
전술한 효과를 일으키는 원리를 설명한다. 도 2에 도시되어 있는 바와 같이 우선 선형 광원(11, 13)으로부터 차체 패널(10)로 입사각α로 조명광이 조사된다. 그래서, 결함이 없는 산란 표면에 조사된 조사광은 상기 입사각과 동일한 반사각α의 정반사광이 되며 경사각θ의 요철부분(10a)에 조사된 조명광은, 반사각β로 반사된다. 이때, 선형 광원(11, 13)의 조사각(90°-α)은 패널 표면에 대하여 10°이하라고 하는 작은(shallow)각도가 되므로, 반사광 분포의 지향성이 높여지는 쉰 현상(Sheen phenomenon)에 의해서 높은 반사율이 얻어진다. 이것에 의해서, 결함부분 이외의 산란 표면에 의한 반사각α의 반사광 분포와 결함 부분에 의한 반사각도 β의 반사광 분포를 명확히 구별할 수 있다.
여기서, 도 3에 도시한 바와 같은 조명광의 조사각(90°-α)이 10°이하에 있으면, 결함부분의 화상은 도 4에 도시한 바와 같은 고휘도로 얻어지는 것이 되며, 이 경향은 도 3에 도시한 바와 같이 조사각이 적어지는 정도를 현저하게 된다.
또한, CCD카메라(12, 14)에서 촬영할 때의 감도는, 촬영각이 반사각β의 산란된 반사광을 포착하도록 하는 각도 즉 90°-β일 때가 가장 크게 되지만, 반사광은 각도에서의 분포를 가지고 있고, 또한 결함부분의 경사각θ가 완만해질수록 정반사각α와 산란 반사각β를 가깝게 한다. 그러므로, 촬영각θc는 산란된 반사각α와는 가능한 한 멀고, 정반사광의 반사각 β에 가능한 한 가깝게 된 각도가 바람직하다. 예를 들면, 도 5에 도시된 바와 같이, 촬영각θc를 15°내지 40°의 범위에 설정하는 것에 의해 결함 등을 고휘도로 포착할 수 있다.
또한, CCD카메라(12, 14)는 차체 패널(10)의 피검사면에 대해서 일정 각도를 가지고 설치되어 있으므로, 피사계심도가 좁은 전후 단부에서 화상이 흐려지는 경우가 있다. 이러한 경우 선형 광원(11, 13)의 조도를 높여서 강력하게 조사하는 한편, CCD카메라(12, 14)의 조리개를 조일 수 있을 만큼 피사계심도를 증가시킨다. 그러면 경사각θ가 완만해져서 높이가 낮은 결함 부분일지라도 이 결함부분만을 고휘도 부분으로서 포착하는 것이 가능하다.
또한 상기 표면검사장치에서는 도 1에 도시한 바와 같이, 차체 패널(10)의 종류를 입력하기 위한 피검사면 종류 입력수단(16)과; 피검사면을 반송시키는 반송 방향에서의 표면의 위치에 관한 위치 정보를 검출하는 피검사면위치 검출센서(15)와; 상기 피검사면 종류 입력수단(16)으로부터 얻은 피검사면의 종류에 대한 정보와 상기 피검사면 위치 검출 센서(15)로부터 얻은 위치 정보에 기초하여서, 차체 패널(10)의 피검사면의 곡면형상 및 피검사면의 경사각에 관한 표면경사각정보를 특정하는 피검사면정보 특정수단(17)과; 상기 피검사면정보 특정수단(17)에 의해 얻은 패널 피검사면의 각도정보 및 피검사면 위치검출 센서(15)로부터 얻은 피검사면의 위치정보에 기초하여, 각 부분이 각각의 선형 광원(11, 13)의 높이 및 조사각을 제어하고, 또한 각각의 CCD카메라(12, 14)의 높이 및 촬영각을 제어하는 조사각/촬영각 위치제어수단(18)을 구비한다.
그 작동에서, 상기한 조사각/촬영각 위치제어수단(18)에 의해 출력된 제어신호에 기초하여, 각각의 조정 기구는 제어되어서 차체 패널(10)의 피검사면에 대한 선형 광원(11, 13) 및 CCD카메라(12, 14)의 조사각 및 촬영각을 소정의 값으로 제어하도록 한다.
또한 표면검사장치는 상기 위치 검출 센서(15)에 의해 얻어진 차체 패널(10)의 이동 방향(L)에서의 위치 정보 및 피검사면정보 특정수단(17)에 의해 얻어지는 패널면의 각도 정보에 기초하여서 차체 패널(10)의 전면부를 조명하고 촬영하는 선형 광원(11) 및 CCD카메라(12)의 쌍과, 차체 패널(10)의 후면부를 조명하고 촬영하는 선형 광원(13) 및 CCD카메라(14)의 쌍을 절환하는 전후조명 및 촬영 절환수단(19)을 구비한다.
이 전후 조명 및 촬영 절환 수단(19)으로 입력되는 것은, 후술할 것이지만, 반송되는 차체 패널(10)의 위치 및 이동 속도를 검출하는 검출장치(67)의 검출신호이다. 이 전후 조명 및 촬영 절환 수단(19)은 검출장치(67)의 검출신호를 기초하여서 출력 신호를 발생한다.
즉, 전후 조명 및 촬영 절환 수단(19)의 출력신호에 기초하여 검사 가능한 범위의 경계부근에서 조명 전원 절환 스위치(20) 및 화상 입력 절환스위치(21)가 작동하고, 그리하여 상기 선형 광원(11) 및 CCD카메라(12)에 의한 차체 패널(10) 앞쪽의 수광화상을 얻고, 또한 상기 선형 광원(13) 및 CCD카메라(14)에 의해 차체 패널(10)의 뒤쪽 수광 화상을 얻도록 한다.
그래서, 포착된 수광 화상은 화상 처리수단(22)에 의해서, 도 6에 도시된 바와 같이 엣지추출 처리(edge extracting process; 단계 S2), 이진처리(단계 S3) 및 결함추출처리(단계 S4) 등의 화상처리가 행해지고, 디스플레이 등의 표시수단(23)에 의해 출력된다.
상기 피검사면정보 특정수단(17), 조사각/촬영각 위치제어수단(18) 및 전후 조명 및 촬영 절환 수단(19)은 호스트 컴퓨터(24)가 작동된다. 또한 상기 화상 입력 절환스위치(21), 화상 처리수단(22) 및 표시수단(23) 등에 의해서 촬영수단(카메라)에 의해 얻어진 수광화면에 기초하여서, 피검사면 상에 존재하는 결함을 검출하고 그 검출정보를 출력하는 검사처리수단(25)이 구비되어 있다.
상기와 같이 구성된 표면검사장치에서, 선형 광원(11, 13) 및 CCD카메라(12, 14)의 조사각 및 촬영각 등의 제어를 수행하는 경우에는, 우선 벨트 컨베이어 등으로 화살표(L) 방향으로 반송되는 차체 패널(10)의 위치를 피검사면 위치검출 센서(15)에 의해서 검출하고, 계속하여 피검사면 종류 입력수단(16)에 의해서 미리 입력된 패널 종류에 대한 정보와 상기 위치 정보에 기초하여서 피검출면을 앞쪽으로부터 순차적으로 추적하는 동안 호스트 컴퓨터(24)에서 각각의 위치에 대응하는 조사각 및 촬영각 등을 산출하고, 조정 기구로 제어신호를 보내서 선형 광원(11, 13)의 조사각 및 높이 그리고 CCD카메라(12, 14)의 촬영각 및 높이를 피검사면인 패널의 매 위치에 대해서 제어한다.
구체적으로, 도 7에 도시한 것과 같이 촬영각θc, 촬영높이ΔZ2및 조사각θs, 조사높이ΔZ1,의 어느 것이나 계단식 변화되도록 제어한다. 이러한 제어방법을 채택하는 이유는 선형 광원(11, 13) 및 CCD카메라(12, 14)의 조사각 및 촬영각은 모두 검사 가능한 각도의 폭을 가지고 있으므로, 검사 불가능으로 되는 각도가 없도록 제어하면 바람직하기 때문이며, 또한 높이에 대해서는 선형 광원(11, 13)이 있는 정도의 허용치를 가지고 있으므로, 차체 패널(10)의 곡면에 의해서 변화하는 높이에 합치되어서 선형 광원이 피검사면을 조사할 수 있도록 제어하면 바람직하기 때문이다. 또한 개선된 실시예로 이러한 각도 θc, θs및 높이 ΔZ1, ΔZ2를 차체 패널(10)의 표면을 따라서 선형으로 제어하면 보다 최적의 검사를 행할 수 있다.
다음으로, 도 8을 참조하여 조사높이ΔZ1와 촬영높이ΔZ2를 정의한다. 수직 방향Z으로 가장 높은 차체 패널(10) 위의 점T에서 접선은 수평선H와 동일하다. 수평선 H 위로의 선형 광원(11)의 높이는 조사높이ΔZ1로 정의하고, 반면 수평선 H위로의 CCD카메라(12)의 다른 높이는 촬영높이ΔZ2로 정의한다. 차체 패널(10)의 접선과 선형 광원(11)으로부터 조사된 조사광 사이의 각도는 조사각θs으로 정의하고, 반면 CCD카메라(12)로 들어가는 산란 반사광 사이의 다른 각도는 촬영각θc으로 정의한다. 바람직한 실시예에서, 선형 광원(11)에 대한 최고점T로부터의 거리는 약 600mm이고, CCD카메라(12)에 대한 최고점으로부터의 거리는 약 1,000mm인 것으로 한다.
또한, 상기 구성으로 된 표면검사장치에서, 볼록하게 된 차체 패널(10)의 앞쪽과 뒤쪽으로 된 조명 및 촬영의 절환 방법에 대해서는 도 9a 및 도 9b에 도시된 바와 같다. 이에 따르면, 우선 도 9a에 도시된 것처럼 선형 광원(11) 및 CCD카메라(12)에 의해 차체 패널(10)의 앞쪽을 비치고 촬영한다. 그 후 화살표 L 방향으로 차체 패널(10)이 반송되면서 조사된 영역이 패널 표면의 경사 방향으로 역전된 최고점의 근처에 도달하면, 조사 및 촬영의 전환은 한 쌍의 광원 및 CCD카메라와 다른 쌍의 그것들 사이에서 절환 된다. 즉, 도 9b에 도시된 것처럼 차체 패널(10)의 뒤쪽이 선형 광원(13)에 의해 조사되고, CCD카메라(14)에 의해 순차적으로 포착된다.
결론적으로, 차체 패널(10)을 반송시킴에 따라 차체 패널(10)의 표면 전역에서 완만한 요철부분 및 돌기부분 등의 결함을 높은 정밀도로 확실히 검출하는 것이 가능하다.
상기의 실시예에서는, 두 쌍의 선형 광원(11, 13) 및 CCD카메라(12, 14)가 사용되었지만 도 10에 도시된 것처럼, 차체 패널(10)의 전역에 걸쳐서 1개의 조명수단에 의해 조사각θs를 10°이하로 한정하는 것이 가능하도록 하는 경사각을 가지는 차체 패널(10')의 경우에는 1개의 선형 광원(11) 및 1개의 CCD카메라(12)에 의해 차체 패널(10')의 전역을 검사하는 것이 가능하다.
이 경우 표면검사장치는 상기 1쌍의 선형 광원(11) 및 CCD카메라(12)외에 피검사면 위치검출 센서(15), 피검사면 종류 입력수단(16), 피검사면정보 특정수단(17), 조사각/촬영각 위치제어수단(18), 화상 처리수단(22), 표시수단(23) 및 조명 전원(26) 등을 구비할 수 있다면 좋고, 전술한 바와 같은 전후조명 촬영 절환 수단(19) 등은 불필요하다.
전술한 구성의 표면검사장치에서, 호스트 컴퓨터(27)가 피검사면정보 특정수단(17) 및 조사각/촬영각 위치제어수단(18)등의 각 역할을 수행하며, 한편 화상 처리수단(22) 및 표면검사장치 등은 검사처리수단(28)을 구성한다.
도 11을 참조하여, 조사각/촬영각 위치제어수단(18)에 의해 제어되는 조정 기구의 일 실시예를 설명한다. 이는 선형 광원(11)에 대한 각 위치 제어장치의 일 실시예이다. 도 11에서 축받이통(retainer: 52)은 모터 및 볼 스크류로 구성되는 구동 기구(51)의 매개부를 통해 고정부(50) 위에 설치된다. 축받이통(52)은 구동 기구(51)를 상하 방향으로(방향 Z) 구동하는 것에 의해 구동되고, 그리하여 Z방향으로의 조정이 유효하게 이루어진다. 한 쌍의 측면 지그(54, 54')는 상기 축받이통(52)의 하단부에 부착되는 가로대(53)의 양측에 고정된다. 측면 지그(54, 54')는 가로방향으로 연장된 샤프트(55)와 광 가이드(56)를 회전 지지한다. 광선의 조사를 위한 광섬유(59)는 광 가이드(56)의 뒤쪽에 연결되어서, 조사되는 광선이 선형 광원(11)으로부터 광 가이드(56)의 앞쪽으로(도 11의 오른쪽으로) 조사되도록 한다.
도 12는 차체 패널(10)을 위한 결함 검사 라인의 일 예를 도시한 것이다. 피검사물인 차체 패널(10)은 도 12의 오른쪽에서 왼쪽으로 벨트 컨베이어(61)에 의해 반송된다. 상기 벨트 컨베이어(61) 위에는, 선형 광원(11)과 이와 짝을 이루어 구성되는 CCD카메라(12)가 서로 대향하며 배치된다. CCD카메라(12)에도 상기 선형 광원(11)을 위하여 전술한 조정 기구와 유사한 조정 기구가 설치된다. 이 조정기구는 호스트 컴퓨터(24) 내의 조사각/촬영각 위치제어수단(18)으로부터의 출력 신호에 따라 이진 제어 컴퓨터(64) 및 구동기(65)의 매개를 통해서 제어된다. CCD카메라(12) 위에서 수신된 화상은 화상 처리를 위한 화상 처리수단(22)에 의해 포착된 후에 표시수단(23) 위에 표시된다. 검출 장치(67)는 벨트 컨베이어(61)에 근접하게 배치되며, 차체 패널(10)의 위치 및 속도를 검출한다. 검출장치(67)로부터의 신호는 화상입력 절환 수단(19)으로 입력되어, 작동에서의 스위칭이 여러 개의 선형 광원(11)들 사이에서 수행되며, 동시에 여러 개의 CCD카메라(12) 사이에서도 수행된다. 호스트 컴퓨터(24)는 차체 패널(10)이 결함을 가지는 가 여부를 판단하며, 패널 선택 수단(80)을 제어하여 결함이 없는 "비-수리(non-repair)" 패널(10A)과 수리가 요구되는 "수리" 패널을 분류하도록 한다. 선형 광원(11)과 CCD카메라(12) 사이의 위치관계에 대해서, 도 12에 도시된 관계는 도 1의 그것에 반대가 된다.
도 13은, 본 발명에 관련된 표면검사장치의 다른 실시예(3번째 실시예)를 도시한 구성도이며, 이 실시예에 관련되는 표면검사장치는 도 13에 도시한 바와 같이 차체 패널(10)의 한쪽 위에 경사지게 소정 높이 및 소정의 조사각으로 고정된 선형 광원(11')과; 차체 패널(10)의 다른 쪽 위에 경사지게 소정 높이 및 소정촬영각으로 고정된 CCD카메라(12')와; 도시되지 않은 벨트 컨베이어에 의해 반송되는 차체 패널(10)의 반송 방향(L)에서 위치를 검출하는 피검사면 위치검출 센서(15)와; 조명 전원(26)과 벨트 컨베이어 상에 놓여지는 차체 패널(10)을 지지하는 것과 함께 지지부분에 있는 차체 패널(10)의 높이를 조정하는 높이 조정 기구(30)와; 차체 패널(10)의 종류를 입력하기 위한 피검사면 종류 입력수단(16)과; 상기 피검사면 위치검출 센서(15)에 의해 얻어진 차체 패널(10)의 위치 검출 정보 및 상기 피검사면 종류 입력수단(16)에서 입력된 패널 표면 종류 정보에 기초하며 차체 패널(10) 검사부분의 곡면 형상 및 경사각 정보를 특정하는 피검사면정보 특정수단(17)과; 상기 피검사면정보 특정수단(17)에 의해 얻어진 검사부분의 각도 정보 및 상기 피검사면 위치검출 센서(15)에 의해 얻어진 위치 정보에 기초하여서 차체 패널(10) 피검사면의 경사 각도 및 높이 위치를 제어하는 본 발명의 피검사면 각도 및 위치 제어수단으로서의 패널각 위치 제어수단(29)을 구비한다. 작동에서, 이 패널 각 위치 제어수단(29)의 출력 신호에 의해 각각의 높이 조정 기구(30)가 제어되어, 차체 패널(10')의 피검사면에 있는 경사각 등이 소정의 값이 되도록 제어된다.
그래서, CCD카메라(12')에 의해 얻어진 수광영상은 화상 처리수단(22)에 의해 도 6에 도시된 바와 같은 처리가 행해지고, 표시수단(23)에 의해 표시되도록 한다.
또한, 상기 피검사면정보 특정수단(17) 및 패널각 위치 제어수단(29)으로는 호스트 컴퓨터(31)가 그 역할을 하게 되며, 상기 화상 처리수단(22) 및 표시수단(23) 등에 의해 검사처리수단(28)이 구성된다.
상기의 구성으로 된 표면검사장치에서, 차체 패널(10) 피검사면의 소정 기준면에 대한 경사각 및 높이를 제어하는 경우, 우선 벨트 컨베이어(도시는 생략함) 등에서 화살표(L)방향으로 반송되는 차체 패널(10)의 위치를 피검사면 위치검출 센서(15)에 의해 검출하고, 계속하여 피검사면 종류 입력수단(16)에 의해 미리 입력된 패널 종류의 정보와 상기 위치 정보에 기초하여서 패널 면을 앞쪽으로부터 차례로 추적하면서 호스트 컴퓨터(31)에서 차체 패널(10)의 소정 기준면 예를 들면 수평면에 대한 경사각을 산출한다. 그 후 제어 신호가 높이 조정기구(30)로 보내져서, 차체 패널(10)위의 검사영역이 예를 들면 항상 수평으로 되도록 제어한다.
구체적으로는 도 14에 도시한 것처럼, 차체 패널(10)의 수평면에 대한 각도가 계단식으로 변화되도록 제어한다. 이러한 제어방법을 채택하는 이유는 선형 광원(11') 및 CCD카메라(12')의 조사각 및 촬영각은 모두 검사 가능한 각도의 폭을 가지고 있으므로, 검사 불가능으로 되는 각도가 없도록 제어하면 바람직하기 때문이다. 또한 이 개선된 실시예에서 차체 패널(10)의 곡면을 따라서 경사각을 연속적으로 제어하면 최적의 검사를 실행할 수 있다.
또한, 상기 높이조정기구(30)에 의해 차체 패널(10)의 각도 및 높이를 변화시키는 방법은 전후의 높이조정기구(30) 중 하나를 고정하고 다른 쪽만을 구동 제어하는 방법 또는 전후 각각의 높이조정기구(30)를 각각 별개로 구동하는 방법에 있다. 또한 차체 패널(10)의 안쪽 곡면을 따라서 롤러 등을 벨트 컨베이어와는 별개로 설치하여서, 이 롤러 등을 따라서 차체 패널(10)을 반송하고, 검사 영역을 항상 수평으로 유지하도록 하는 방법 등을 채용하는 것이 가능하다.
도 15는 본 발명의 표면검사장치에 따른 실시예(제4실시예)의 구성도이며, 도16은 이 표면검사장치의 일부에 대한 확대도면이다. 이 실시예와 관련된 표면검사장치는 차체 패널(10)을 반송하는 벨트 컨베이어 등의 기준면이 경사져 있는 경우의 검사에 사용하는 것이다. 본 실시예의 표면검사장치는, 전술한 도 1에 도시한 표면검사장치에 대해서, 차체 패널(10)의 반송시의 설치경사각, 즉 벨트 컨베이어(40)의 기준면이 소정의 기준면 예를 들면 수평면에 대해서 기울어진 각도 θb를 입력하는 피검사물체 설치각도 입력수단으로서의 패널설치 기준각 입력수단(32)을 추가하여 구성된다. 그러므로, 피검사면정보 특정수단(17)은 피검사면 종류 입력수단(16)에 입력된 패널종류정보, 피검사면 위치검출 센서(15)에 의해 얻어진 위치정보, 및 패널설치 기준각 입력수단(32)으로 입력되는 벨트 컨베이어 기준면의 경사각 정보에 기초하여서, 이러한 정보에 대응하는 위치에 놓인 검사부분의 곡면형상 및 경사각도정보를 특정하도록 되어 있다.
그 작동에 의하면, 상기 피검사면정보 특정수단(17)에 의해 얻어지는 피검사물인 패널면 각도정보 및 상기 피검사면 위치검출 센서(15)에 의해 얻어지는 위치 정보에 기초하여서, 벨트 컨베이어 기준면의 경사각을 보정하고, 각각의 조정기구가 제어되어서, 선형 광원(11, 13) 및 CCD카메라(12, 14)의 각도 및 높이가 항상 소정값이 되도록 제어한다.
본 발명의 표면검사장치에 대한 전술한 구성에 의해, 차체 패널(10)을 반송하는 벨트 컨베이어(40)(도 16 참조)의 기준면(설치면)이 경사져 있더라도 차체 패널(10)의 표면에 있는 완만한 요철부분 및 돌기부분의 결함을 높은 정밀도로 확실히 검출하는 것이 가능하다.
전술한 실시예에서, 선형 광원(11, 11', 13)은 광섬유를 매개로 또는 직접적으로 광원(예를 들면 할로겐 램프, 강력한 메탈 할리드 램프, 또는 더욱 강력한 제논 메탈 할리드 램프)으로부터 렌즈까지 안내하여 집광시킨 것을 사용할 수 있다. 또한, 촬영 수단은 CCD카메라에 한정되지 않고 각종의 촬영장치를 사용할 수 있다.
도 17 내지 도 20은 본 발명의 다른 실시예(제5실시예)를 도시한다. 도 17에 도시한 표면검사장치는 차체패널(P)의 피검사면(F)에 대해서 경사진 조사각θs로 광선을 조사하는 조명수단(101)과, 이 조사각θs보다 큰 촬영각 θc로 피검사면(F)을 촬영하도록 상기 조명수단(101)에 대향 배치되는 촬영수단(화상입력수단: 102)과, 상기 촬영수단(102)에 의해 포착된 영상으로부터 표면 결함을 추출하는 영상 처리 수단(103)을 구비하도록 구성된다.
예를 들면, 도어 패널의 차체 패널(P)은 피검사면(F)에 대응하는 외부면이 곡면 형태를 갖는다. 이 피검사면(F)을 위쪽으로 향하게 하는 조건에서 차체 패널(P)은, 반송 수단(104)에 의해 한 쪽 방향(도17의 왼쪽)으로 일정속도를 가지고 반송된다. 반송 수단(104)으로는 프레스 라인에서 패널 반송장치가 채용될 수 있다.
조명수단(101)은 이전 실시예의 선형 광원(11, 11', 13)에 대응하는 제1광조사부(L1) 및 제2광조사부(L2), 광원(105A, 105B), 및 각 광원(105A, 105B)으로부터의 광선을 공급하는 광섬유(106A, 106B)로 구성된다. 각 광조사부(L1, L2)는 광선을 집광하여 조사하는 광학계를 구비하고 있는 것과 함께, 모터 종류를 구동원으로 하는 구동 기구(107A, 107B)에 의해서 피검사면(F)에 대한 조사각θs를 조정하여 얻을 수 있도록 유지한다. 각 광원(105A, 105B)에는 예를 들면 할로겐 램프, 메탈 할리드 램프, 제논 메탈 할리드 램프가 사용될 수 있다.
조명수단(101)에서, 광조사부(L1, L2)는 반송 수단(104)의 반송 방향 상류측에 직렬로 배치되며, 이것에 의해 제 1광조사 위치 및 제2광조사 위치가 반송수단(104)에 의한 피검사면(F)의 이동 방향을 따라서 직렬로 되는 상태에 있으며, 피검사면(F)에 대해서 매우 가까운 작은 조사각θs로 조사된다.
여기서 차체 패널(P)의 피검사면(F)은, 프레스 성형 후에, 방청유 및 세척유 등의 오일이 부분적으로 부착되어 있고, 오일의 부착 부분(Fo)과 비부착부분(Fn)이 혼합되어 있는 상태이다. 또한 도 17에서는, 편의상 피검사면(F)의 좌측을 부착 부분(Fo)으로 하고 우측을 비부착부분(Fn)으로 한다. 또한 오일의 부착 부분(Fo)의 광반사율은 비부착부분(Fn)의 광반사율보다 적고, 이것에 의해 화상처리수단에 놓인 부착 부분(Fo)의 검출감도는 도 20에 도시한 것과 같이 비부착부분(Fn)의 4분의 1정도이다. 이 검출감도는 조명수단(101) 또는 촬영수단(102)의 광량조정 즉, 발광량 또는 수광량의 조정을 행하는 것에 의해 변화시키는 것이 가능하다.
그러므로, 실시예에 따라, 제1광조사부(L1)의 광량을 부착 부분(Fo)의 적은 광반사율에 대응하는 많은 광량으로 하는 것과 동시에 제2광조사부(L2)의 광량을 비부착부분(Fn)의 큰 광반사율에 대응하는 적은 광량으로 한다.
촬영수단(102)은 제 1 및 제2의 2개의 카메라(C1, C2)를 구비한다. 각 카메라(C1, C2)는 예를 들면 CCD카메라를 사용하는 것이 가능하며, 모터의 종류를 구동원으로 하는 구동기구(108A, 108B)에 의해서 피검사면(F)에 대한 촬영각θc를 조정 가능하도록 유지한다.
촬영수단(102)은 반송 수단(104)의 반송 방향의 하류 측에서, 조명수단(101)에 대향하여 설치된 상태로 제 1 및 제 2카메라(C1, C2)를 직렬로 배치하고, 이것에 의해 제 1 및 제2의 촬영 위치는 반송 수단(104)에 의한 피검사면(F)의 이동 방향을 따라서 직렬이 된다. 또한 제1 및 제2카메라(C1, C2)는, 제 1 및 제2촬영위치가 제 1 및 제2 조명위치와 일치하도록 각각 배치된다. 작동에서, 상기 제1 및 제2 카메라(C1, C2)의 각각은 조사각θs보다 큰 촬영각θc로 피검사면(F)에 대한 촬영을 행한다.
화상처리수단(103)은, 제1 및 제2 카메라(C1, C2)로부터 각각의 화상이 입력되는 제 1 및 제 2 처리부(109A, 10B)와, 이 두 개의 처리부(109A, 109B)에서 얻은 결함 화상을 합성하는 화상합성부(110)와, 합성화상을 표시하는 표시수단(111)을 구비하고 있다. 또, 화상처리수단(103)에서 처리되는 상세한 화상처리는 이후 표면검사장치의 작용과 함께 후술한다.
또한, 이 표면검사장치는, 전술한 반송 수단(104) 이외에, 반송수단(104)에 의해 이동한 피검사면(F)을 검출하는 위치검출수단(112)과, 피검사면 F의 표면형상정보를 출력하는 형상출력수단(113)과, 위치검출수단(112) 및 형상출력수단(113)으로부터의 신호에 따라서 조명수단(101) 및 촬영수단(102)의 방향을 제어하는 구동제어수단(114)을 구비하고 있다.
위치검출수단(112)은, 스위치 또는 센서로 구성되는 데 반송 수단(104) 대한 상대적인 고정부위에 놓여져서, 검사 영역으로 이동하여 온 차체 패널(P)의 피검사면(F)을 검출한다. 이 위치검출수단(112)의 검출 신호와 반송수단(114)의 반송 속도에 따라서, 피검사면(F)의 이동위치와 촬영수단(102)의 각 카메라(C1, C2)의 촬영위치를 알 수 있다.
형상출력수단(113) 및 구동제어수단(114)은, 이 실시예에서는 호스트 컴퓨터(115)로 구성한다. 형상출력수단(118)에는, 호스트 컴퓨터(115) 밖에 설치되는 피검사면 종류 출력수단(120)으로부터의 정보가 입력된다. 피검사면 종류 출력수단(120)에는 각종의 차체 패널에 대한 여러 가지 치수 등의 정보(CAD 정보)가 저장되어 있다. 형상출력수단(113)은, 피검사면 종류 출력수단(120)으로부터 검사대상이 되는 차체 패널(P) CAD 정보를 입력하고, 피검사면(F)의 만곡도를 산출할 수 있도록 작동한다. 따라서, 본 실시예에 따르면, 위치검출수단(112)으로부터의 신호와 형상출력수단(113)으로부터의 신호를 기초로, 피검사면(F)의 이동과 함께 순차적으로 변화하는 촬영위치의 피검사면형상을 검출할 수 있다.
위치검출센서(112) 및 형상출력수단(113)으로부터의 신호가 입력되면, 구동제어수단(114)은 조명수단(101)에서의 각 광조사부(L1, L2)의 구동기구(107A, 107B) 및 촬영수단(102)의 각 카메라(C1, C2)의 구동기구(108A, 108B)에 구동신호를 보내고, 이에 따라, 피검사면(F)에 대한 조사각θc및 촬영각θs이 항상 일정하게 되도록 각 광조사부(Ll, L2) 및 각 카메라(C1, C2)의 방향을 변화시킨다.
이하, 이러한 구성을 가지는 표면검사장치의 작동을 설명한다.
반송수단4에 의해 피검사면 F를 한 쪽 방향으로 일정한 속도를 가지고 이동하는 동안, 표면결함의 검사장치는, 조명수단(101)의 각 광조사부(L1, L2)에 의해, 피검사면(F)에 대하여 매우 가까운 작은 조사각(θs)으로 빛을 조사하도록, 촬영수단(102)의 각 카메라(C1, C2)에 의해, 광조사의 대향하는 쪽에서 조사각(θs)보다도 큰 중간의 촬영각(θc)으로 피검사면(F)을 촬영한다. 이때, 피검사면 (F)에 불균일한 표면결함이 있으면, 조사광은 표면결함의 부분에서 산란되고, 이 산란된 반사광이 검출된다.
또한, 이 표면검사장치에서 제1광조사부(L1)의 광량은 오일 부착 부분(Fo)의 작은 광반사율에 대응하도록 큰 광량으로 되어, 이것을 제1카메라(C1)로 촬영한다. 그러므로, 제18도에 도시된 바와 같이, 제1카메라(C1)에 의해 촬영된 원 화상(116A)은, 오일 비부착부분(Fn)이 포화상태로 되어 명확히 촬영되지 않고, 오일 부착부분(Fo)은 명확히 촬영되어, 오일 부착부분(Fo)에서의 표면결함(B1)이 촬영될 수 있다.
또한, 이 표면검사장치에서 제2광조사부(L2)의 광량은 오일 비부착부분(Fn)이 큰 광반사율에 대응하여 적은 광량으로 되어, 이것을 제2카메라(C2)로 촬영한다. 그러므로, 제2카메라(C2)에 의해 촬영된 원화상(116B)은, 오일 부착부분(Fo)이 광량의 부족으로 명확히 촬영되지 않고, 오일 비부착부분(Fn)은 명확히 촬영되어, 오일 비부착부분(Fn)에서의 표면결함(B 2)이 촬영될 수 있다.
전술한 것과 같이 촬영한 오일 부착부분(Fo)의 원화상(116A) 및 오일 비부착부분(Fn)의 원화상(116B)은, 화상처리수단의 제1 및 제2의 처리부(109A, 109B)에서 각각 처리된다.
제1 및 제2의 처리부(109A, 109B)에서 각각 수행되는 영상처리와 관련하한 과정은 도19에 도시된 바와 같으며, 단계 S1에서 영상을 포착하도록 되고, 그 후에 엣지추출이 단계 S2에서 이루어진다. 엣지를 추출하는 처리에서, 산란된 반사광으로서 포착된 각각의 표면 결함(B1, B2)이 주변과 비교할 때 원 화상(116A, 116B) 위에서 밝기가 크므로 밝기가 큰 부분의 엣지를 추출이 수행된다.
그 다음, 단계 S3에서 2진처리를 실행한다. 이 2진처리로는, 원화상 위에 놓을 수 있는 오일의 부착부분(Fo)과 비부착부분(Fn)의 각 표면결함(Bl, B2)의 휘도 수준에 적합하게 미리 설정된 기준치를 순차적으로 설정하고, 이 각각의 기준치( threshold value)를 이용하여 원화상(116A, 116B)을 이진처리한다. 그리고는, 단계 S4에서 표면결함(B1, B2)을 추출을 실행하고 루틴을 종료한다. 이러한 방법으로, 오일 부착부분(Fo)과 비부착부분(Fn)에서의 결함추출화상(117A, 117B)을 도 18에 도시한 것과 같이 얻을 수 있다.
또한, 화상처리수단(103)에서, 상기 화상(117A, 117B)은 화상합성부(110)에 의해 합성되어 합성 화상(118)을 형성하도록 한다. 결함추출화상(117A, 117B)이 2진처리된 화상이므로 합성화상(118)은 쉽게 만들어질 수 있다.
그후, 표시수단(111)위에 표시된 합성 화상(118)은 단일한 화상으로 표시되므로 표면 결함(B1, B2)을 쉽게 확인할 수 있도록 한다.
이와 같이, 이 표면검사장치는 종래의 검사장치에 비해서, 구조가 간단하고 또한 소형으로 제조될 수 있으므로, 프레스 라인 중에 설치하기가 대단히 용이하고, 더구나, 오일 부착부분(Fo)과 비부착부분(Fn)이 혼재하는 차체 패널(P)의 피검사면(F) 및 곡면인 피검사면(F)을 그대로의 상태에서 확실히 검사할 수 있다.
또한, 표면검사장치로는, 종래와 같이 피검사면(F)에 오일을 도포하지 않기 때문에, 성형된 차체 패널(P)이 연속하여 반송되는 프레스 라인에서 순차적으로 빠르게 검사를 실행할 수 있어서, 검사시간 단축 및 비용절감에도 공헌할 수 있다.
또한 표면검사장치는, 반송수단(104)에 의해 피검사면(F)이 한쪽 방향으로 일정한 속도로 이동하는 동안에 촬영과 화상처리를 연속적으로 행하고 있기 때문에, 화상처리장치(103)의 표시수단(111)위에서 화상을 마치 1개의 카메라로 포착하는 동화상인 것처럼 표시하는 것이 가능하다.
또한 표면검사장치는, 피검사면(F)이 곡면 형상이므로 촬영 위치에서의 표면형상(경사)이 시시각각 변화하는 데 대하여, 구동제어수단(114)이 위치검출수단(112)및 형상출력수단(113)으로부터의 신호에 기초하여, 각 광조사부(L1, L2) 및 각 카메라(C1, C2)의 방향을 제어하므로, 피검사면(F)에 대한 조사각θs및 촬영각θc을 항상 일정하게 유지할 수 있다. 이에 따라, 곡면인 피검사면(F)에 대하여 촬영조건이 항상 일정히 유지되기 때문에, 프레스 라인에 설치하여, 차체 패널(P)의 표면결함을 높은 검출률로 자동 검출하는 것이 가능해진다.
또한 본 실시예에서는 두 개의 광조사부(L1, L2)와 두 개의 카메라(C1, C2)를 사용할 때, 이들 각각은 서로 간섭하지 않을 정도에 떨어져서 검사 영역에 직렬로 배치되는 것이 아니어도 좋다.
상기 실시예의 개선된 실시예를 설명하도록 한다.
비록 앞서 설명한 실시예에서는, 조명수단(101)은 오일 부착 부분(Fo)과 오일 비부착부분(Fn) 각각의 반사율에 대응하도록 광량(조사량)을 제어하는 기능을 가지고 있지만, 화상입력수단인 촬영수단(102)은 개선된 실시예에서와 동일한 기능을 가질 수도 있다.
구체적으로, 조명 수단(101)을 구성하는 광조사부(L1, L2)의 광량이 오일 부착 부분(Fo)의 광반사율에 대응하도록 크게 설치되는 한편, 영상을 입력하는 촬영수단(102)을 구성하는 제1 및 제2 카메라(C1, C2)의 조리개는 서로 다르게 한다. 이 경우, 제 1 카메라(C1)는 오일 부착 부분(Fo)의 작은 광반사율에 대응하도록 조리개를 작게 하며, 반면에 제 2 카메라(C2)는 비부착부분(Fn)의 큰 광반사율에 대응하도록 조리개를 크게 한다.
전술한 바와 같이 구성된 표면검사장치로는, 조임이 작은 제1 카메라(C1)로 촬영한 원화상(116A)에는, 제1카메라(C1)의 수광량이 많기 때문에, 광반사율이 큰 비부착부분(Fn)이 포화상태로 되어 명확히 촬영되지 않고, 광반사율이 작은 오일 부착부분(Fo)이 명확히 촬영된다. 한편, 조임이 큰 조리개를 가지는 제2카메라(C2)로 촬영한 원화상(116B)에는, 제2카메라(C2)의 수광량이 적기 때문에, 광반사율이 작은 오일 부착부분(Fo)이 광량부족에 의해 명확히 촬영되지 않고, 광반사율이 큰 오일 비부착부분(Fn)이 명확히 촬영된다.
그러므로, 상기 표면검사장치에서도, 화상처리장치(103)에서 원영상(116A, 116B)에 대한 영상 처리를 수행하여서 합성 영상(118)과 표면 결함 화상(117A, 117B)을 얻을 수 있다. 또한, 반송 수단(104), 위치검출수단(112), 형상출력수단(113) 및 구동 제어수단(114)이 제공되므로, 이전 실시예에서의 효과와 동일한 작용 및 효과를 얻을 수 있다.
도 21 및 도 22는 본 발명의 또다른 실시예(제 6실시예)를 설명하기 위한 구성도이다. 이 실시예에서, 이전에 언급한 구성요소는 동일한 참조부호를 부기 하였으며, 상세한 설명은 생략된다.
도 21의 표면검사장치는 단일한 광조사부(L1)로 구성된 조명 수단을 포함한다. 이 광조사부(L1)는 피검사면(F)위의 오일 부착 부분(Fo)의 반사율에 대응하는 큰 광량을 가지도록 설치된다.
한편, 화상입력수단(102)은 제 1 및 제2의 두 개의 카메라(C1, C2)를 구비하고 있으며, 제1 카메라(C1)는 오일 부착부분(Fo)이 작은 광반사율에 해당하는 작은 조리개를 설정하며, 제2 카메라(C2)는 오일 비부착부분(Fn)이 큰 광반사율에 해당한 큰 조리개를 설정하고 있도록 한다. 또한 이 두 개의 카메라(C1, C2)의 촬영 위치는 광조사부(L1)에 의한 광조사위치에 일치되도록 한다.
이와 같이, 조명수단(101)의 광량이 일정한 경우에는, 제1 및 제2의 카메라(C1, C2)로 같은 위치를 촬영함에 의해, 제22도에 도시한 바와 같이 오일 부착부분(Fo) 및 오일 비부착부분(Fn)의 원화상(116A, 116B)을 얻을 수 있으며, 또한 이전의 실시예에서처럼 추출된 결함 화상(117A, 117B)과 합성화상(118)을 화상처리수단(103)에 의해 얻을 수 있다. 또한, 조명수단(101)의 광조사부(L1)가 1개이기 때문에, 구조가 보다 간략하고 또한 소형인 것으로 된다.
도 23 및 도 24는 본 발명에 따른 또 다른 실시예(제 7실시예)에 따른 표면검사장치의 구성도이다. 이 실시예에서도 전술한 실시예들과 동일의 구성 요소에는 동일한 부호를 붙였으며, 그 부분에 대한 상세한 설명은 생략한다.
도 23에 도시된 표면검사장치는, 피검사면(F)에 대하여 경사진 조사각θs로 빛을 조사하는 조명수단(101)과, 이 조명수단(101)에 대향하여 배치되며 조명수단(101)의 조사각θs보다도 큰 촬영각θc로 피검사면(F)을 촬영하는 화상입력수단인 촬영수단(102)과, 촬영수단(102)으로부터 촬영한 화상으로부터 피검사면(F)상의 오일 부착부분(Fo)과 오일 비부착부분(Fn)의 검출감도에 따라서 부착부분(Fo)과 비부착부분(Fn)의 화상을 작성하고 각 화상마다의 표면결함을 추출하도록 하는 화상처리장치(103)를 구비하고 있다.
도 23의 표면검사장치는, 단일한 광조사부(L1)로 구성된 조명수단(101)과 단일한 카메라(C1)로 구성된 촬영수단(102)을 구비한다. 광조사부(L1)에는, 피검사면(F) 위의 오일 부착부분(Fo)의 작은 광반사율에 대응하는 큰 광량이 설정된다.
화상처리수단(103)은 제 1 및 제 2 처리장치(109A, 109B), 화상 합성 수단(110), 표시수단(111) 및 제 1 처리수단(109A)의 앞에 놓이는 식별수단(119)을 포함한다.
도 24에 도시한 바와 같이, 조명 수단(101)의 광조사부(L1)는 큰 광량을 가지므로, 촬영수단(102)의 카메라(C2)에 의해 광반사율이 큰 오일의 비부착부분(Fn)이 포화되고, 광반사율이 작은 오일 부착부분(Fo)이 명확히 촬영된다.
촬영수단(102)의 카메라(C1)에 의해서 중간의 촬영각θs로 촬영을 하고 있기 때문에, 오일 비부착부분(Fn)은 부착부분(Fo)보다도 포화 영역은 광조사방향으로 쉬프트 하게 된다. 그러므로, 화상이 오일 비부착부분(Fn)의 포화로 진행하더라도, 카메라(C1)의 촬영범위나 촬영위치에 대한 적절한 조정으로 오일 비부착부분(Fn)과 오일 부착부분(Fo)의 두 가지를 동시에 촬영하는 것이 가능하다.
이 실시예에서는, 상기의 방법으로 포착되는 원화상(116)이 화상처리수단(103) 내의 식별수단(119)으로 입력된다. 이 식별 수단(119)은 오일 부착 부분(Fo)과 오일 비부착부분(Fn) 사이의 경계를 판단하도록 오일 부착 부분(Fo)을 식별한다. 즉, 이전의 실시예에서 언급된 것처럼 오일 부착부분(Fo)과 비부착부분(Fn)은 광반사율이 다르고, 이에 따라 검출감도도 다르기 때문에, 식별수단(119)에서는, 검출 감도(휘도)의 차에 따라서 오일 부착 부분(Fo)을 인식할 수 있다.
식별수단(119)에서 오일 부착 부분(Fo)이 판단된 화상은 제1처리부(109A)로 입력된다. 또한, 원 화상(116) 역시 제2처리부(109B)에 입력된다. 제1처리부(109A) 및 제2처리부에 대해서 제 1처리부(109A) 내에는 원 화상(119) 위에 놓을 수 있는 오일 부착부분(Fo)의 낮은 휘도에 따라서 적절한 낮은 기준치가 설정되고, 한편, 제2처리부(109B)에는, 오일 비부착부분(Fn)의 높은 휘도에 따라서 큰 기준치가 설정된다.
그러므로 제1 및 제2의 처리부(109A, 109B)에서 엣지 추출을 수행하고 각 기준치에 의한 이진처리를 행하는 것에 의해, 제23도에 도시한 바와 같이, 표면 결함(B1)을 포함하는 오일 부착부분(Fo)의 결함추출 화상(117A)을 얻고, 또한 표면 결함(B2)을 포함하는 오일 비부착부분(Fn)의 결함 추출 화상(117B)을 얻을 수 있다.
이러한 방법으로, 본 발명의 상기 실시예의 표면검사장치에 따라서,
화상처리수단(103) 에 의해 오일 부착 부분(Fo) 및 비부착부분(Fn)의 각 화상처리를 함에 따라, 이전의 실시예와 마찬가지의 작용 및 효과를 얻는 수 있다. 또한, 조명수단(101) 및 촬영수단(102)의 어느 것이나 1개의 광조사부(L1) 및 카메라(C1)로 구성되기 때문에, 구조를 보다 더 간략화하고 소형화를 실현할 수가 있어, 프레스 라인 중에의 설치도 보다 더 용이한 것으로 된다.
또한, 상기 실시예에서는, 제1처리부(109A)의 앞에 오일 부착 부분(Fo)을 판단하는 식별부(119)를 마련하도록 구성하였지만, 제2처리부(109B)의 앞에 오일 비부착부분(Fn)을 판단하는 식별부를 마련하도록 구성하거나, 또는 식별부에서 오일 부착 부분(Fo) 및 오일 비부착부분(Fn)을 판단하는 화상을 제1 및 제2 처리부(109A, 109B)의 양쪽에 입력하도록 구성하는 것도 가능하다.
또한, 이상의 각 실시예에 있어서는, 어느 것이나 반송수단(104)에 의해 피검사면(F)을 한 쪽 방향으로 이동시키는 경우를 예로 들었지만, 정지상태의 피검사면을 검사하는 것에도 당연히 적용 가능하다. 이 경우에는, 다음의 방법에 의해 화상 위치에서 광량을 가변시키도록 할 수 있다. 즉, 이 경우의 방법은 광량을 조정할 수 있는 조명수단 또는 조리개를 조정할 수 있는 촬영 수단 중 어느 하나를 사용하여서, 오일 부착된 부분과 오일이 부착되지 않은 부분의 모든 화상에 대해서 광량 또는 조리개 중 하나를 식별하고; 다른 광량 또는 두 개의 카메라의 두 개의 조명 수단을 사용하여서 이러한 작동을 적절히 절환하며; 그리고 하나 또는 두 개의 수단에 의해 조사 사이의 절환을 할 수 있는 조명 수단을 사용한다.
전술한 바와 같이 본원 발명은 곡면 형상을 갖는 본체 패널 등의 표면에 있는 상대적으로 경사각이 완만한 요철이나 돌기 등의 표면 결함을 피검사면이 반송되는 생산 라인에서 높은 정밀도를 가지고 검출해 낼 수 있는 표면검사장치를 제공하여, 적은 비용으로 생산 라인에 설치하는 것이 가능하다.
이상과 같이 본 발명에 따른 표면검사장치의 각 실시예를 설명하였으나, 본 발명의 기술범위는 전술한 실시예에만 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 전문가에 의해 다양한 변형 실시가 가능할 것이나, 그러한 실시 형태는 본질적으로 본원 발명의 권리범위에 속하는 것이다.

Claims (16)

  1. 피검사물체의 피검사면에 조명광을 조사(照射)하는 조명수단과,
    조사된 피검사면의 화상(畵像)을 형성하도록 상기 조명광에 의해 조사된 피검사물체의 표면 화상을 촬영하는 촬영수단과,
    촬영수단에 의해 얻어진 화상에 기초하여 피검사면 위에 존재하는 결함을 검출하고, 상기 결함에 관한 검출된 정보를 출력하도록 하는 화상처리수단과,
    피검사면의 종류를 입력하는 피검사면 종류 입력수단과,
    피검사면을 반송시키는 반송 방향에서의 표면의 위치에 관한 위치 정보를 검출하는 피검사면위치 검출수단과,
    상기 피검사면 종류 입력수단으로부터 얻은 피검사면의 종류와 상기 피검사면 위치 검출 수단으로부터 얻은 위치 정보에 대응하는, 피검사면의 곡면형상 및 피검사면의 경사각에 관한 표면경사각정보를 특정하는 피검사면정보 특정수단과,
    상기 피검사면정보 특정수단에 의해 얻은 피검사면의 각도정보 및 피검사면 위치검출수단으로부터 얻은 피검사면의 위치정보에 기초하여, 상기 조명수단, 촬영수단 및 피검사면의 위치관계를 제어하는 위치관계 제어수단으로 구성되며,
    상기 위치관계 제어수단은, 피검사면에서의 조명광의 입사각은 한정된 범위사이가 되며, 촬영수단은 조명광의 입사각보다 작은 반사 각도에서 피검사면에 의해 반사된 조명광의 산란된 반사광을 수신하는 방법으로, 상기 조명수단, 상기 촬영수단 및 상기 피검사면 사이의 위치관계를 제어하는 것을 특징으로 하는 피검사면의 표면을 검사하는 표면검사장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 조명광의 입사각은 80°내지 90°이며, 산란광의 반사각은 50°내지 75°인 것을 특징으로 하는 표면검사장치.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 위치관계 제어수단은. 상기 조명수단의 조사각 및 조사높이의 모두를 제어하여 피검사면 위에서 조명광의 입사각이 한정된 범위에 놓이도록 하는 조사각 및 조사위치제어부와;
    상기 촬영수단의 촬영각 및 촬영 높이의 모두를 제어하여, 상기 촬영수단이 조명광의 입사각 보다 작은 반사각으로 피검사면에서 반사되는 조명광의 산란된 반사광을 수신하도록 하는 촬영각 및 촬영위치제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 표면검사장치.
  4. 제 3항에 있어서, 피검사물체가 반송중일 때 피검사물체의 설정 경사각이 입력되는 설정각 입력수단을 추가로 포함하며,
    상기 피검사면 정보 특정수단은 상기 피검사면 종류 수단에 의해 얻어진 피검사면의 종류, 상기 설정각 입력수단에 의해 얻어지는 피검사물체의 각도 정보 및 피검사면위치 검출수단에 의해 얻어지는 위치정보에 대응하는 피검사면의 경사각에 관한 각도 정보와 피검사면의 곡면 형상을 특정하는 것을 특징으로 하는 표면검사장치.
  5. 제 3항에 있어서, 상기 조명수단은, 반송 방향에서 피검사면의 앞쪽을 조명하는 전면조명수단과, 반송 방향에서 피검사면의 뒤쪽을 조명하는 후면조명수단을 구비하며;
    상기 촬영 수단은 피검사면으로부터의 반사광에 기초하여 반송 방향으로 피검사면의 앞쪽의 화상을 촬영하는 전면촬영수단과, 피검사면으로부터의 반사광에 기초하여 반송 방향으로 피검사면의 뒤쪽의 화상을 촬영하는 후면촬영수단을 구비하며;
    또한, 상기 표면검사장치는 상기 전면조명수단과 후면조명수단 사이의 동작을 절환하며, 전면촬영수단과 후면촬영수단 사이의 작동을 절환하는 전후 조명 및 촬영 절환 수단을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 표면검사장치.
  6. 제 3항에 있어서, 상기 조명수단은 선형(線形)의 광원을 포함하며, 상기 촬영수단은 CCD카메라를 포함하는 것을 특징으로 하는 표면검사장치.
  7. 제 3항에 있어서, 상기 조명수단 및 촬영수단 중 적어도 하나는 피검사면의 오일이 부착된 부분 및 오일이 부착되지 않은 표면에서의 반사율 각각에 따라 광량이 변경될 수 있는 광량조정기능을 구비한 것을 특징으로 하는 표면검사장치.
  8. 제7항에 있어서, 상기 촬영수단은 오일이 부착된 부분에서의 광반사율에 대응하여 조리개가 조정되는 제1카메라와, 오일이 부착되지 않은 부분에서의 광반사율에 대응하여 조리개가 조정되는 제2카메라를 구비하고, 상기 제1카메라와 제2카메라의 촬영위치가 반송 수단에 의한 피검사면의 이동방향을 따라서 직렬로 되는 상태로 상기 두 개의 카메라를 배치한 것을 특징으로 하는 표면검사장치.
  9. 제 7항에 있어서, 상기 촬영수단은 피검사면의 이동 방향을 따라서 직렬로 배치되는 제1카메라 및 제2카메라를 구비하는 한편, 상기 조명수단은 오일이 부착된 부분의 광반사율에 대응하여 광량이 조정되는 제1광조사부와, 오일이 부착되지 않은 부분의 광반사율에 대응하여 광량이 조정되는 제2광조사부를 구비하고, 상기 제1광조사부와 제2광조사부의 위치는 제1촬영위치 및 제2촬영위치에 각각 대응하는 상태로 두 개의 광조사부를 배치되는 것을 특징으로 하는 표면검사장치.
  10. 제 7항에 있어서, 화상처리수단은 오일이 부착된 부분과 오일이 부착되지 않은 부분의 두 개의 결함추출화상을 합성하는 기능을 가지는 수단인 것을 특징으로 하는 표면검사장치.
  11. 제 1항에 있어서, 상기 위치관계 제어수단은 조명수단의 조사각과 촬영수단의 촬영각의 모두가 각각 한정된 범위에 놓이도록 하는 방법으로 피검사면의 경사각 및 높이를 제어하는 피검사면 각 및 위치제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 표면검사장치.
  12. 제 11항에 있어서, 상기 조명수단은 선형광원을 포함하며, 촬영수단은 CCD카메라를 포함하는 것을 특징으로 하는 표면검사장치.
  13. 제 11항에 있어서, 상기 조명수단 및 촬영수단 중 적어도 하나는 피검사면의 오일이 부착된 부분 및 오일이 부착되지 않은 표면에서의 반사율 각각에 따라 광량이 변경될 수 있는 광량조정기능을 구비한 것을 특징으로 하는 표면검사장치.
  14. 제13항에 있어서, 상기 촬영수단은 오일이 부착된 부분에서의 광반사율에 대응하여 조리개가 조정되는 제1카메라와, 오일이 부착되지 않은 부분에서의 광반사율에 대응하여 조리개가 조정되는 제2카메라를 구비하고, 상기 제1카메라와 제2카메라의 촬영위치가 반송 수단에 의한 피검사면의 이동방향을 따라서 직렬로 되는 상태로 상기 두 개의 카메라를 배치한 것을 특징으로 하는 표면검사장치.
  15. 제 13항에 있어서, 상기 촬영수단은 피검사면의 이동 방향을 따라서 직렬로 배치되는 제1카메라 및 제2카메라를 구비하는 한편, 상기 조명수단은 오일이 부착된 부분의 광반사율에 대응하여 광량이 조정되는 제1광조사부와, 오일이 부착되지 않은 부분의 광반사율에 대응하여 광량이 조정되는 제2광조사부를 구비하고, 상기 제1광조사부와 제2광조사부의 위치는 제1촬영위치 및 제2촬영위치에 각각 대응하는 상태로 두 개의 광조사부를 배치되는 것을 특징으로 하는 표면검사장치.
  16. 제 13항에 있어서, 화상처리수단은 오일이 부착된 부분과 오일이 부착되지 않은 부분의 두 개의 결함추출화상을 합성하는 기능을 가지는 수단인 것을 특징으로 하는 표면검사장치.
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