WO2019044870A1 - 外観検査装置及び製品製造システム - Google Patents

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WO2019044870A1
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inspection
light source
inspection object
appearance
light
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PCT/JP2018/031867
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衛 恩田
俊樹 齊藤
正敬 大山
正治 筒井
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日本電産コパル株式会社
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    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/84—Systems specially adapted for particular applications
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
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    • G01N21/84—Systems specially adapted for particular applications
    • G01N21/88—Investigating the presence of flaws or contamination

Definitions

  • the present invention relates to an appearance inspection apparatus and a product manufacturing system, and more particularly to an appearance inspection apparatus for inspecting the appearance of a product in the manufacturing process of the product.
  • the surface of the product is irradiated with inspection light from the light source, and the inspection light causes scratches, dents, dirt, etc. on the surface of the product to be manifested by a camera It is a common practice to detect scratches, dents and stains by analyzing images taken with a camera. In such visual inspection, in order to inspect various parts of the product, the camera is moved relative to the product (see, for example, Patent Document 1).
  • the angle, direction, and length at which scratches and dents are formed on the surface of a product vary, and in order to detect these flaws and dents with high accuracy, it is necessary to irradiate inspection light from various directions. is there.
  • the positional relationship between the light source and the camera is always constant, and depending on the structure of the product surface, scratches and In some cases, dents and dirt can not be detected.
  • the outline of the dirt becomes unclear or if the shadow caused by the inspection light overlaps with the flaw or dent, these scratches or dents may occur. The dirt can not be detected, and inspection by human eyes is required, resulting in a decrease in production efficiency.
  • the present invention has been made in view of the problems of the prior art as described above, and it is an object of the present invention to provide an appearance inspection apparatus capable of detecting scratches, dents, stains and the like on the surface of an inspection object with high accuracy.
  • the present invention has a second object to provide a product manufacturing system capable of detecting a defective product having scratches, dents, dirt, etc. on the surface with high accuracy and manufacturing a high quality product. I assume.
  • an appearance inspection apparatus capable of detecting scratches, dents, dirt and the like on the surface of an inspection object with high accuracy.
  • An appearance inspection apparatus for inspecting the appearance of an inspection object includes a support stage for supporting the inspection object, a light source for irradiating inspection light to the inspection object on the support stage, and the inspection from the light source. It comprises an imaging unit for imaging the appearance of the inspection object irradiated with light, and an articulated robot to which the light source is attached. The articulated robot moves the light source relative to the inspection object while changing the relative positional relationship between the light source and the imaging unit.
  • the light source for irradiating the inspection light to the inspection object can be moved independently from the imaging unit, so the positional relationship between the light source and the imaging unit is changed in real time It is possible to irradiate the inspection light to the inspection object while making the Therefore, the light source should be in an appropriate posture so that the outlines of scratches, dents and dirt on the surface of the inspection object become clear, or these scratches, dents and dirt do not overlap with the shadow caused by the inspection light. By moving it to an appropriate position, it is possible to detect scratches, dents, dirt, etc. which could not be detected by the conventional appearance inspection apparatus. As described above, the appearance inspection apparatus according to the present invention can detect scratches, dents, dirt and the like on the surface of the inspection object with high accuracy.
  • the appearance inspection apparatus preferably further includes an analysis unit that analyzes the image captured by the imaging unit and performs an appearance inspection of the inspection object. Further, the appearance inspection apparatus controls the articulated robot to move the light source relative to the inspection object while changing the relative positional relationship between the light source and the imaging unit. It is preferable to further comprise In this case, the control unit may control the articulated robot to irradiate the inspection light in a direction perpendicular to the inspection target portion of the surface of the inspection object from the light source, or The articulated robot may be controlled such that the inspection light is emitted from the light source in a direction tangential to the inspection target portion of the surface of the inspection object.
  • the support stage is configured to change the posture of the inspection object with respect to the imaging unit.
  • the positional relationship between the light source and the imaging unit can be changed by the above-described articulated robot, but also the positional relationship between the inspection object on the support stage and the imaging unit can be changed. Therefore, the inspection object can be observed from various angles, and detection of scratches, dents, dirt, etc. on the surface of the inspection object can be performed with higher accuracy.
  • a product manufacturing system capable of accurately detecting defective products having scratches, dents, dirt, etc. on the surface, and capable of manufacturing high quality products.
  • the product manufacturing system includes the appearance inspection apparatus described above, a first transport apparatus for carrying the inspection object into the appearance inspection apparatus, and the appearance inspection of the inspection object whose appearance is inspected in the appearance inspection apparatus. And a second transport device for unloading the device.
  • the inspection light can be irradiated to the inspection object while changing the positional relationship between the light source and the imaging unit in real time. Therefore, scratches, dents, dirt and the like which can not be detected by the conventional appearance inspection apparatus can be detected with high accuracy.
  • the product manufacturing system according to the present invention it is possible to detect with high accuracy the scratches, dents, dirt, etc. of the product generated in the manufacturing process, so it is possible to detect such defective products with high accuracy. It can be excluded from the product, and the quality of the final product can be improved.
  • FIG. 1 is a schematic view showing a product manufacturing system in an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a schematic view showing an appearance inspection apparatus in the product manufacturing system of FIG.
  • FIG. 3A is a schematic perspective view showing an example of a light source for irradiating inspection light in a horizontal direction to a flat inspection object.
  • FIG. 3B is a schematic perspective view showing an example of a light source that irradiates inspection light in a diagonal direction to a flat inspection object.
  • FIG. 3C is a schematic perspective view showing an example of a light source which emits inspection light in a direction perpendicular to a flat inspection object.
  • FIG. 4 is a schematic perspective view showing an example of a route for moving a light source with respect to a flat inspection object.
  • FIG. 3A is a schematic perspective view showing an example of a light source for irradiating inspection light in a horizontal direction to a flat inspection object.
  • FIG. 3B is a schematic perspective view showing an example of
  • FIG. 5A is a schematic perspective view showing an example of a light source which irradiates inspection light in an oblique direction to an inspection object having a convex portion.
  • FIG. 5B is a schematic perspective view showing an example of a light source for irradiating the inspection light in the vertical direction to the inspection object having the convex portion.
  • FIG. 6A is a schematic view showing the positional relationship between the light source and the inspection object when the inspection light is irradiated in the direction perpendicular to a part of the convex portion of the inspection object shown in FIG. 5A.
  • FIG. 5A is a schematic perspective view showing an example of a light source which irradiates inspection light in an oblique direction to an inspection object having a convex portion.
  • FIG. 5B is a schematic perspective view showing an example of a light source for irradiating the inspection light in the vertical direction to the inspection object having the convex portion.
  • FIG. 6A is a schematic view showing
  • FIG. 6B is a schematic view showing a positional relationship between the light source and the inspection object in the case where the inspection light is irradiated in the tangential direction to a part of the convex portion of the inspection object shown in FIG. 5A.
  • FIG. 7 is a schematic perspective view showing an example of a route for moving the light source with respect to the inspection object having the convex portion.
  • FIG. 8A is a schematic perspective view showing an example of a light source which irradiates inspection light in an oblique direction to an inspection object having a recess.
  • FIG. 8B is a schematic perspective view showing an example of a light source for irradiating the inspection light in the vertical direction to the inspection object having the recess.
  • FIG. 9A is a schematic view showing a positional relationship between the light source and the inspection object when the inspection light is irradiated in the direction perpendicular to a part of the concave portion of the inspection object shown in FIG. 8A.
  • FIG. 9B is a schematic view showing the positional relationship between the light source and the inspection object when the inspection light is irradiated in the tangential direction to a part of the recess of the inspection object shown in FIG. 8A.
  • FIG. 10 is a schematic perspective view showing an example of a route for moving a light source with respect to an inspection object having a recess.
  • FIGS. 1 to 10 illustrate embodiments of a product manufacturing system and an appearance inspection apparatus according to the present invention.
  • FIG. 1 to FIG. 10 the same or corresponding components are given the same reference numerals, and duplicate explanations are omitted. Further, in FIGS. 1 to 10, the scale and dimensions of each component may be exaggerated and shown, or some components may be omitted.
  • FIG. 1 is a schematic view showing a product manufacturing system 1 according to an embodiment of the present invention.
  • the product manufacturing system 1 constitutes a manufacturing line for manufacturing a desired product, and in the present embodiment, the processing object is subjected to predetermined processing to manufacture a product before completion.
  • Pre-processing apparatus 2 an appearance inspection apparatus 3 for inspecting the appearance of the product before completion obtained by the pre-processing apparatus 2, and predetermined processing for the product before completion whose appearance is inspected by the appearance inspection apparatus 3 It is equipped with a post-stage processing device 4 that completes the product by applying (for example, packaging etc.).
  • a first transfer device 5 such as a belt conveyor or a robot hand is provided between the pre-processing device 2 and the appearance inspection device 3.
  • the first transfer device 5 obtains the pre-processing device 2.
  • the product before completion is transported to the visual inspection apparatus 3.
  • a second conveyance device 6 such as a belt conveyor or a robot hand is provided between the appearance inspection device 3 and the post-stage processing device 4, and the appearance of the appearance inspection device 3 by the second conveyance device 6 is provided.
  • the product before completion, which has been inspected, is transported to the post-stage processing device 4.
  • the pre-processing device 2 may be divided for each step to provide a plurality of pre-processing devices.
  • the post-stage processing device 4 may be divided for each process to provide a plurality of post-stage processing devices. Further, when a product which has passed the appearance inspection by the appearance inspection apparatus 3 is to be a finished product, the post-stage processing apparatus 4 is unnecessary.
  • FIG. 2 is a schematic view showing the appearance inspection apparatus 3.
  • the appearance inspection apparatus 3 includes the support stage 20 for supporting the product (inspection object) 10 carried in from the pre-processing apparatus 2 by the first transfer device 5 and the appearance of the inspection object 10.
  • An imaging unit 30 for imaging, a light source 40 for irradiating the inspection light L onto the inspection object 10 on the support stage 20, and an articulated robot 50 for moving the light source 40 to a desired position around the inspection object 10;
  • a control unit 60 including a microprocessor, a memory, and the like.
  • the imaging unit 30 includes, for example, a camera that acquires a still image or a video image of the inspection object 10.
  • a fluorescent tube, an LED, a ring illumination or the like can be used as the light source 40.
  • the control unit 60 includes an analysis unit 62 that analyzes an image captured by the imaging unit 30, and a robot control unit 64 that controls the operation of the articulated robot 50.
  • the analysis unit 62 analyzes the image of the inspection object 10 illuminated by the inspection light L from the light source 40 by various analysis methods, and determines whether the surface of the inspection object 10 is scratched, dented or dirty. .
  • these analysis methods can use the well-known arbitrary methods, description is abbreviate
  • the articulated robot 50 has a base portion 51, a plurality of joints 52 to 54, and a plurality of link members 55 to 57 connected to the joints 52 to 54, and the light source 40 described above is a link member 57. It is attached to the tip.
  • the articulated robot 50 is connected to the robot control unit 64 of the control unit 60, and link members 55 to 57 rotate around the joints 52 to 54 in response to an instruction from the robot control unit 64. . Therefore, the robot control unit 64 can move the light source 40 attached to the tip of the link member 57 to an arbitrary position in an arbitrary posture by appropriately combining the instruction to be transmitted to the articulated robot 50.
  • the light source 40 for irradiating the inspection light L to the inspection object 10 can be moved independently from the imaging unit 30 by the articulated robot 50, the light source 40 and the imaging unit 30 and The inspection light L can be irradiated to the inspection object 10 while changing the positional relationship between the components in real time. Therefore, the light source 40 is appropriately selected so that the outlines of the surface of the inspection object 10 such as scratches, dents and dirt become clear, or these scratches, dents and dirt do not overlap with the shadow caused by the inspection light L
  • the appearance inspection apparatus 3 of the present embodiment can detect scratches, dents, dirt, and the like on the surface of the inspection object 10 with high accuracy.
  • the stage table 22 be configured to be able to change the posture of the support stage 20 by driving an actuator or the like.
  • the positional relationship between the light source 40 and the imaging unit 30 is changed by the articulated robot 50 described above, but also the positional relationship between the inspection object 10 on the support stage 20 and the imaging unit 30 Since the inspection object 10 can be observed from various angles, it is possible to detect scratches, dents, dirt and the like on the surface of the inspection object 10 with higher accuracy.
  • the form of the inspection object 10 may be flat or uneven (for example, a casing or a shoe of a camera), but when the inspection object 10 has a complicated shape, conventional appearance inspection There is a tendency for many scratches, dents, dirt, etc. that can not be detected by the device.
  • the inspection light L can be irradiated to the inspection object 10 while changing the positional relationship between the light source 40 and the imaging unit 30 in real time. Even such scratches, dents and dirt can be detected with high accuracy.
  • the appearance inspection apparatus 3 described above in the product manufacturing system 1 it is possible to detect scratches, dents, stains, etc. of the product generated in the manufacturing process with high accuracy, so the product with such a defect is accurate. It can be highly detected and excluded from the final product. Thus, the quality of the final product is improved.
  • the light source 40 can be moved to any position in any posture by the articulated robot 50, but in the following, some of the positions and postures of the light source 40 with respect to the inspection object 10 An example of
  • 3A to 3C are schematic perspective views showing an example of the position and posture of the light source 40 for irradiating the inspection light L to the flat inspection object 10A.
  • the inspection light L may be applied to the flat inspection object 10A in a direction (horizontal direction) parallel to a plane in which the inspection object 10A extends.
  • the light source 40 may be moved by 90 degrees around the center of the inspection object 10A corresponding to the four sides of the inspection object 10A (states A1 to A4). Further, as shown in FIG.
  • the inspection light L may be irradiated obliquely (for example, 45 degrees) to the surface of the inspection object 10A from above the inspection object 10A (states B1 to B4). Furthermore, as shown in FIG. 3C, the inspection light L may be irradiated from above the inspection object 10A in a direction perpendicular to the surface of the inspection object 10A (state C1).
  • the robot control unit 64 of the control unit 60 irradiates the inspection light L from the horizontal direction (FIG. 3A) and irradiates the inspection light L from the oblique direction (FIG. 3B)
  • the articulated robot 50 is controlled to move the light source 40 along a predetermined route combining the irradiation of the inspection light L from the vertical direction (FIG. 3C).
  • the light source 40 is in the state A1 in which the inspection light L is irradiated in the horizontal direction to the inspection object 10A, and the light source 40 is rotated 90 degrees clockwise in the horizontal plane from this state A1. Let it be the state A2.
  • the light source 40 is rotated downward 180 degrees counterclockwise while inclining the light source 40 downward from this state A2 to a state B4, and the light source 40 is rotated 180 degrees clockwise from this state B4 to a state B2. Finally, the light source 40 is moved from this state B2 to a state C1 in which the inspection light L is irradiated in the direction perpendicular to the inspection object 10A. Note that the light source 40 may follow a route reverse to this route, or may follow another arbitrary route.
  • 5A and 5B are schematic perspective views showing an example of the position and posture of the light source 40 for irradiating the inspection light L to the inspection object 10B having the convex portion 12.
  • the inspection light L may be irradiated obliquely to the inspection object 10B from above the inspection object 10B with respect to the inspection object 10B having the convex portion 12 (state D1 To state D4).
  • the inspection light L may be irradiated from above the inspection object 10B in a direction perpendicular to the inspection object 10B (state E1).
  • the inspection light L is irradiated to the inspection object 10B in an oblique direction, in order to make the surface of the convex portion 12 of the inspection object 10B appear scratches, dents, etc.
  • the inspection light L is irradiated from a direction perpendicular to the inspection target portion P of the convex portion 12 as shown in 6A, or the inspection light in a tangential direction to the inspection target portion P of the convex portion 12 as shown in FIG. It is preferable to irradiate L.
  • the robot control unit 64 of the control unit 60 irradiates the inspection light L from the oblique direction (FIG. 5A) and the irradiation of the inspection light L from the vertical direction (FIG. 5B)
  • the articulated robot 50 is controlled to move the light source 40 along a predetermined route combining the above. For example, as shown in FIG. 7, first, the light source 40 is set to a state D3 in which the inspection light L is irradiated obliquely to the inspection object 10B, and the light source 40 is rotated clockwise from this state D3 to sequentially state D4. , State D1, and state D2. At this time, as shown in FIGS.
  • the light source 40 it is possible to rotate the light source 40 while changing the inclination so as to irradiate the inspection light L in a direction perpendicular or tangential to the inspection target portion of the convex portion 12. preferable. Then, the light source 40 is moved from the state D2 to a state E1 in which the inspection light L is irradiated in the direction perpendicular to the inspection object 10B. Note that the light source 40 may follow a route reverse to this route, or may follow another arbitrary route.
  • FIG. 8A and 8B are schematic perspective views showing an example of the position and posture of the light source 40 for irradiating the inspection light L to the inspection object 10C having the recess 14.
  • the inspection light L may be irradiated obliquely to the inspection object 10C from above the inspection object 10C with respect to the inspection object 10C having the concave portion 14 (state F1- State F4).
  • the inspection light L may be emitted from above the inspection object 10C in a direction perpendicular to the inspection object 10C (state G1).
  • FIG. 8A in the case where the inspection light L is irradiated to the inspection object 10C in an oblique direction, in order to make scratches, dents, etc. on the surface of the recess 14 of the inspection object 10C apparent, FIG.
  • the inspection light L is irradiated from a direction perpendicular to the inspection target portion P in the recess 14 as shown in FIG. 9 or the inspection light L in a tangential direction to the inspection target portion P in the recess 14 as shown in FIG. It is preferable to irradiate.
  • the robot control unit 64 of the control unit 60 irradiates the inspection light L from an oblique direction (FIG. 8A) and irradiates the inspection light L from a vertical direction (FIG. 8B)
  • the articulated robot 50 is controlled to move the light source 40 along a predetermined route combining the above. For example, as shown in FIG. 10, first, the light source 40 is set to a state F3 in which the inspection light L is irradiated obliquely to the inspection object 10C, and the light source 40 is rotated clockwise from this state F3 to sequentially state , F1 and F2. At this time, as shown in FIGS.
  • the light source 40 it is preferable to rotate the light source 40 while changing the tilt of the light source 40 so that the inspection light L is irradiated in a direction perpendicular or tangential to the inspection target portion of the recess 14 . Then, the light source 40 is moved from the state F2 to a state G1 in which the inspection light L is irradiated in the direction perpendicular to the inspection object 10C. Note that the light source 40 may follow a route reverse to this route, or may follow another arbitrary route.
  • the present invention is suitably used in an appearance inspection apparatus for inspecting the appearance of a product in the manufacturing process of the product.

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Abstract

検査対象物の表面の傷や凹み、汚れなどを精度高く検出することができる外観検査装置を提供する。外観検査装置３は、検査対象物１０を支持する支持ステージ２０と、支持ステージ２０上の検査対象物１０に検査光Ｌを照射する光源４０と、光源４０からの検査光Ｌが照射された検査対象物１０の外観を撮像する撮像ユニット３０と、光源４０が取り付けられた多関節ロボット５０とを備える。多関節ロボット５０は、光源４０と撮像ユニット３０との間の相対的位置関係を変化させつつ、光源４０を検査対象物１０に対して移動させる。

Description

外観検査装置及び製品製造システム
　本発明は、外観検査装置及び製品製造システムに係り、特に製品の製造過程において製品の外観を検査するための外観検査装置に関するものである。
　製品の製造過程において行われる外観検査においては、製品の表面に対して光源から検査光を照射し、この検査光により製品の表面の傷や凹み、汚れなどを顕在化させ、これをカメラで撮像し、カメラで撮像した画像を分析することで傷や凹み、汚れを検出することが一般的に行われている。このような外観検査においては、製品の様々な箇所を検査するために、製品に対してカメラを移動させることもなされている（例えば、特許文献１参照）。
　例えば、製品の表面の傷や凹みが形成される角度や方向、長さなどは様々であり、これらの傷や凹みを精度高く検出するためには、様々な方向から検査光を照射する必要がある。しかしながら、特許文献１に開示されている技術では、光源とカメラとがフレームに一体的に設けられているため、光源とカメラとの位置関係が常に一定となり、製品の表面の構造によっては傷や凹み、汚れを検出できない場合がある。例えば、検査光が照射される方向によって傷や凹み、汚れの輪郭が不鮮明になってしまう場合や検査光により生ずる影が傷や凹み、汚れに重なってしまう場合には、これらの傷や凹み、汚れを検出することができず、人間の目による検査が必要となり、結果的に生産効率が低下する。
特開２００４－２２６３１９号公報
　本発明は、このような従来技術の問題点に鑑みてなされたもので、検査対象物の表面の傷や凹み、汚れなどを精度高く検出することができる外観検査装置を提供することを第１の目的とする。
　また、本発明は、表面に傷や凹み、汚れなどが存在する不具合製品を精度高く検出することができ、質の高い製品を製造することができる製品製造システムを提供することを第２の目的とする。
　本発明の第１の態様によれば、検査対象物の表面の傷や凹み、汚れなどを精度高く検出することができる外観検査装置が提供される。検査対象物の外観を検査するための外観検査装置は、上記検査対象物を支持する支持ステージと、上記支持ステージ上の上記検査対象物に検査光を照射する光源と、上記光源からの上記検査光が照射された上記検査対象物の外観を撮像する撮像ユニットと、上記光源が取り付けられた多関節ロボットとを備える。上記多関節ロボットは、上記光源と上記撮像ユニットとの間の相対的位置関係を変化させつつ、上記光源を上記検査対象物に対して移動させる。
　このように、多関節ロボットを用いることにより、検査対象物に検査光を照射する光源を撮像ユニットから独立して移動させることができるので、光源と撮像ユニットとの間の位置関係をリアルタイムで変化させながら検査対象物に検査光を照射することができる。したがって、検査対象物の表面の傷や凹み、汚れなどの輪郭が鮮明になるように、あるいは、これらの傷や凹み、汚れなどが検査光により生ずる影と重ならないように光源を適切な姿勢で適切な位置に移動させることにより、従来の外観検査装置では検出できなかったような傷や凹み、汚れなどを検出することができる。このように、本発明に係る外観検査装置は、検査対象物の表面の傷や凹み、汚れなどを精度高く検出することができる。
　上記外観検査装置は、上記撮像ユニットにより撮像された画像を分析して上記検査対象物の外観検査を行う分析部をさらに備えていることが好ましい。また、上記外観検査装置は、上記光源と上記撮像ユニットとの間の相対的位置関係を変化させつつ、上記光源を上記検査対象物に対して移動するように上記多関節ロボットを制御する制御部をさらに備えていることが好ましい。この場合において、上記制御部は、上記光源から上記検査対象物の表面の検査対象部分に対して垂直な方向に上記検査光を照射するように上記多関節ロボットを制御してもよいし、あるいは、上記光源から上記検査対象物の表面の検査対象部分に対する接線方向に上記検査光を照射するように上記多関節ロボットを制御してもよい。
　上記支持ステージは、上記撮像ユニットに対する上記検査対象物の姿勢を変化させるように構成されていることが好ましい。この場合には、上述の多関節ロボットにより光源と撮像ユニットとの間の位置関係を変化させるだけではなく、支持ステージ上の検査対象物と撮像ユニットとの間の位置関係も変化させることができるので、検査対象物を様々な角度から観察することができ、検査対象物の表面の傷や凹み、汚れなどの検出をより高精度に行うことができる。
　本発明の第２の態様によれば、表面に傷や凹み、汚れなどが存在する不具合製品を精度高く検出することができ、質の高い製品を製造することができる製品製造システムが提供される。この製品製造システムは、上述した外観検査装置と、上記検査対象物を上記外観検査装置に搬入する第１の搬送装置と、上記外観検査装置において外観が検査された上記検査対象物を上記外観検査装置から搬出する第２の搬送装置とを備えている。
　このように、上述した外観検査装置を製品製造システムに含めることにより、製造工程において生じた製品の傷や凹み、汚れなどを精度高く検出することができるため、そのような不具合のある製品を精度高く検出して最終製品から排除することができ、最終製品の品質を向上させることができる。
　本発明に係る外観検査装置によれば、多関節ロボットを用いることにより、光源と撮像ユニットとの間の位置関係をリアルタイムで変化させながら検査対象物に検査光を照射することができる。したがって、従来の外観検査装置では検出できなかったような傷や凹み、汚れなどを精度高く検出することができる。また、本発明に係る製品製造システムによれば、製造工程において生じた製品の傷や凹み、汚れなどを精度高く検出することができるため、そのような不具合のある製品を精度高く検出して最終製品から排除することができ、最終製品の品質を向上させることができる。
図１は、本発明の一実施形態における製品製造システムを示す模式図である。 図２は、図１の製品製造システムにおける外観検査装置を示す模式図である。 図３Ａは、平板状の検査対象物に対して水平方向に検査光を照射する光源の例を示す模式的斜視図である。 図３Ｂは、平板状の検査対象物に対して斜め方向に検査光を照射する光源の例を示す模式的斜視図である。 図３Ｃは、平板状の検査対象物に対して垂直方向に検査光を照射する光源の例を示す模式的斜視図である。 図４は、平板状の検査対象物に対して光源を移動させるルートの一例を示す模式的斜視図である。 図５Ａは、凸部を有する検査対象物に対して斜め方向に検査光を照射する光源の例を示す模式的斜視図である。 図５Ｂは、凸部を有する検査対象物に対して垂直方向に検査光を照射する光源の例を示す模式的斜視図である。 図６Ａは、図５Ａに示す検査対象物の凸部の一部分に対して垂直な方向に検査光を照射する場合の光源と検査対象物との間の位置関係を示す模式図である。 図６Ｂは、図５Ａに示す検査対象物の凸部の一部分に対して接線方向に検査光を照射する場合の光源と検査対象物との間の位置関係を示す模式図である。 図７は、凸部を有する検査対象物に対して光源を移動させるルートの一例を示す模式的斜視図である。 図８Ａは、凹部を有する検査対象物に対して斜め方向に検査光を照射する光源の例を示す模式的斜視図である。 図８Ｂは、凹部を有する検査対象物に対して垂直方向に検査光を照射する光源の例を示す模式的斜視図である。 図９Ａは、図８Ａに示す検査対象物の凹部の一部分に対して垂直な方向に検査光を照射する場合の光源と検査対象物との間の位置関係を示す模式図である。 図９Ｂは、図８Ａに示す検査対象物の凹部の一部分に対して接線方向に検査光を照射する場合の光源と検査対象物との間の位置関係を示す模式図である。 図１０は、凹部を有する検査対象物に対して光源を移動させるルートの一例を示す模式的斜視図である。
　以下、本発明に係る製品製造システム及び外観検査装置の実施形態について図１から図１０を参照して詳細に説明する。なお、図１から図１０において、同一又は相当する構成要素には、同一の符号を付して重複した説明を省略する。また、図１から図１０においては、各構成要素の縮尺や寸法が誇張されて示されている場合や一部の構成要素が省略されている場合がある。
　図１は、本発明の一実施形態における製品製造システム１を示す模式図である。図１に示すように、製品製造システム１は、所望の製品を製造するための製造ラインを構成しており、本実施形態では、処理対象物に所定の処理を施して完成前の製品を作製する前段処理装置２と、前段処理装置２により得られた完成前の製品の外観を検査する外観検査装置３と、外観検査装置３により外観が検査された完成前の製品に対して所定の処理（例えば包装など）を施して製品を完成させる後段処理装置４とを備えている。
　前段処理装置２と外観検査装置３との間にはベルトコンベアやロボットハンドなどの第１の搬送装置５が設けられており、この第１の搬送装置５により、前段処理装置２により得られた完成前の製品が外観検査装置３に搬送される。また、外観検査装置３と後段処理装置４との間にはベルトコンベアやロボットハンドなどの第２の搬送装置６が設けられており、この第２の搬送装置６により、外観検査装置３において外観が検査された完成前の製品が後段処理装置４に搬送される。
　なお、前段処理装置２における処理が複数の工程からなる場合には、前段処理装置２を工程ごとに分割して、複数台の前段処理装置を設けてもよい。同様に、後段処理装置４における処理が複数の工程からなる場合には、後段処理装置４を工程ごとに分割して、複数台の後段処理装置を設けてもよい。また、外観検査装置３による外観検査に合格した製品を完成品とする場合には、後段処理装置４は不要である。
　図２は、外観検査装置３を示す模式図である。図２に示すように、外観検査装置３は、前段処理装置２から第１の搬送装置５により搬入された製品（検査対象物）１０を支持する支持ステージ２０と、検査対象物１０の外観を撮像する撮像ユニット３０と、支持ステージ２０上の検査対象物１０に検査光Ｌを照射する光源４０と、この光源４０を検査対象物１０の周囲の所望の位置に移動させる多関節ロボット５０と、マイクロプロセッサやメモリなどを含む制御ユニット６０とを備えている。撮像ユニット３０は、例えば、検査対象物１０の静止画像又はビデオ画像を取得するカメラを備えている。また、光源４０としては、蛍光管、ＬＥＤ、リング照明などを用いることができる。
　制御ユニット６０は、撮像ユニット３０により撮像された画像を分析する分析部６２と、多関節ロボット５０の動作を制御するロボット制御部６４とを含んでいる。分析部６２は、光源４０からの検査光Ｌによって照明された検査対象物１０の画像を各種の解析方法により分析し、検査対象物１０の表面に傷や凹み、汚れなどがないかを判断する。なお、これらの解析方法としては、周知である任意の方法を用いることができるので、ここでは説明を省略する。
　多関節ロボット５０は、ベース部５１と、複数の関節５２～５４と、関節５２～５４に連結された複数のリンク部材５５～５７とを有しており、上述した光源４０がリンク部材５７の先端に取り付けられている。多関節ロボット５０は、制御ユニット６０のロボット制御部６４に接続されており、ロボット制御部６４からの命令に応じて各関節５２～５４周りにリンク部材５５～５７が回転するようになっている。したがって、ロボット制御部６４は、多関節ロボット５０に送信する命令を適切に組み合わせることにより、リンク部材５７の先端に取り付けられた光源４０を任意の姿勢で任意の位置に移動することができる。
　このように、本実施形態では、多関節ロボット５０により、検査対象物１０に検査光Ｌを照射する光源４０を撮像ユニット３０から独立して移動させることができるので、光源４０と撮像ユニット３０との間の位置関係をリアルタイムで変化させながら検査対象物１０に検査光Ｌを照射することができる。したがって、検査対象物１０の表面の傷や凹み、汚れなどの輪郭が鮮明になるように、あるいは、これらの傷や凹み、汚れなどが検査光Ｌにより生ずる影と重ならないように光源４０を適切な姿勢で適切な位置に移動させることにより、従来の外観検査装置では検出できなかったような傷や凹み、汚れなどを検出することができる。このように、本実施形態の外観検査装置３は、検査対象物１０の表面の傷や凹み、汚れなどを精度高く検出することができる。
　支持ステージ２０はステージ台２２に搭載されているが、このステージ台２２は、アクチュエータなどの駆動により支持ステージ２０の姿勢を変化させることができるように構成されていることが好ましい。この場合には、上述の多関節ロボット５０により光源４０と撮像ユニット３０との間の位置関係を変化させるだけではなく、支持ステージ２０上の検査対象物１０と撮像ユニット３０との間の位置関係も変化させることができるので、検査対象物１０を様々な角度から観察することができ、検査対象物１０の表面の傷や凹み、汚れなどの検出をより高精度に行うことができる。
　検査対象物１０の形態としては、平板状のものや凹凸のあるもの（例えばカメラの筐体や靴）が考えられるが、検査対象物１０が複雑な形状を有する場合には、従来の外観検査装置では検出できない傷や凹み、汚れなどが多くなる傾向にある。本実施形態における外観検査装置３によれば、上述したように、光源４０と撮像ユニット３０との間の位置関係をリアルタイムで変化させながら検査光Ｌを検査対象物１０に照射することができるので、そのような傷や凹み、汚れであっても精度高く検出することが可能である。
　また、上述した外観検査装置３を製品製造システム１に含めることにより、製造工程において生じた製品の傷や凹み、汚れなどを精度高く検出することができるため、そのような不具合のある製品を精度高く検出して最終製品から排除することができる。したがって、最終製品の品質が向上する。
　上述したように、本実施形態では、多関節ロボット５０によって光源４０を任意の姿勢で任意の位置に移動させることができるが、以下では、検査対象物１０に対する光源４０の位置及び姿勢についていくつかの例を説明する。
　図３Ａ～図３Ｃは、平板状の検査対象物１０Ａに対して検査光Ｌを照射する光源４０の位置と姿勢の例を示す模式的斜視図である。平板状の検査対象物１０Ａに対しては、図３Ａに示すように、検査対象物１０Ａが延びる平面と平行な方向（水平方向）に検査光Ｌを照射してもよい。例えば、図３Ａに示すように、検査対象物１０Ａの四辺に対応して、検査対象物１０Ａの中心周りに９０度ごとに光源４０を移動させるようにしてもよい（状態Ａ１～状態Ａ４）。また、図３Ｂに示すように、検査対象物１０Ａの上方から検査対象物１０Ａの表面に対して斜め方向（例えば４５度）に検査光Ｌを照射してもよい（状態Ｂ１～状態Ｂ４）。さらに、図３Ｃに示すように、検査対象物１０Ａの上方から検査対象物１０Ａの表面に対して垂直な方向に検査光Ｌを照射してもよい（状態Ｃ１）。
　検査対象物１０Ａの外観検査を行う場合には、制御ユニット６０のロボット制御部６４は、水平方向からの検査光Ｌの照射（図３Ａ）、斜め方向からの検査光Ｌの照射（図３Ｂ）、及び垂直方向からの検査光Ｌの照射（図３Ｃ）を組み合わせた所定のルートに沿って光源４０を移動させるように多関節ロボット５０を制御する。例えば、図４に示すように、まず、光源４０を検査対象物１０Ａに対して水平方向に検査光Ｌを照射する状態Ａ１とし、この状態Ａ１から光源４０を水平面内で時計回りに９０度回転させて状態Ａ２とする。そして、この状態Ａ２から光源４０を下方に傾けつつ反時計回りに１８０度回転させて状態Ｂ４とし、この状態Ｂ４から光源４０を時計回りに１８０度回転させて状態Ｂ２とする。最後にこの状態Ｂ２から光源４０を移動して検査対象物１０Ａに対して垂直な方向に検査光Ｌを照射する状態Ｃ１とする。なお、光源４０がこのルートと逆のルートを辿るようにしてもよいし、その他任意のルートを辿るようにすることもできる。
　図５Ａ及び図５Ｂは、凸部１２を有する検査対象物１０Ｂに対して検査光Ｌを照射する光源４０の位置と姿勢の例を示す模式的斜視図である。凸部１２を有する検査対象物１０Ｂに対しては、図５Ａに示すように、検査対象物１０Ｂの上方から検査対象物１０Ｂに対して斜め方向に検査光Ｌを照射してもよい（状態Ｄ１～状態Ｄ４）。また、図５Ｂに示すように、検査対象物１０Ｂの上方から検査対象物１０Ｂに対して垂直な方向に検査光Ｌを照射してもよい（状態Ｅ１）。
　図５Ａに示すように、検査対象物１０Ｂに対して斜め方向に検査光Ｌを照射する場合には、検査対象物１０Ｂの凸部１２の表面の傷や凹みなどを顕在化させるために、図６Ａに示すように凸部１２の検査対象部分Ｐに対して垂直な方向から検査光Ｌを照射するか、あるいは、図６Ｂに示すように凸部１２の検査対象部分Ｐに対する接線方向に検査光Ｌを照射することが好ましい。
　検査対象物１０Ｂの外観検査を行う場合には、制御ユニット６０のロボット制御部６４は、斜め方向からの検査光Ｌの照射（図５Ａ）及び垂直方向からの検査光Ｌの照射（図５Ｂ）を組み合わせた所定のルートに沿って光源４０を移動させるように多関節ロボット５０を制御する。例えば、図７に示すように、まず、光源４０を検査対象物１０Ｂに対して斜め方向に検査光Ｌを照射する状態Ｄ３とし、この状態Ｄ３から光源４０を時計回りに回転させて順次状態Ｄ４、状態Ｄ１、状態Ｄ２とする。このとき、図６Ａ及び図６Ｂに示すように、凸部１２の検査対象部分に対して垂直な方向又は接線方向に検査光Ｌを照射するように光源４０の傾きを変化させながら回転させることが好ましい。そして、状態Ｄ２から光源４０を移動して検査対象物１０Ｂに対して垂直な方向に検査光Ｌを照射する状態Ｅ１とする。なお、光源４０がこのルートと逆のルートを辿るようにしてもよいし、その他任意のルートを辿るようにすることもできる。
　図８Ａ及び図８Ｂは、凹部１４を有する検査対象物１０Ｃに対して検査光Ｌを照射する光源４０の位置と姿勢の例を示す模式的斜視図である。凹部１４を有する検査対象物１０Ｃに対しては、図８Ａに示すように、検査対象物１０Ｃの上方から検査対象物１０Ｃに対して斜め方向に検査光Ｌを照射してもよい（状態Ｆ１～状態Ｆ４）。また、図８Ｂに示すように、検査対象物１０Ｃの上方から検査対象物１０Ｃに対して垂直な方向に検査光Ｌを照射してもよい（状態Ｇ１）。
　図８Ａに示すように、検査対象物１０Ｃに対して斜め方向に検査光Ｌを照射する場合には、検査対象物１０Ｃの凹部１４の表面の傷や凹みなどを顕在化させるために、図９Ａに示すように凹部１４内の検査対象部分Ｐに対して垂直な方向から検査光Ｌを照射するか、あるいは、図９Ｂに示すように凹部１４内の検査対象部分Ｐに対する接線方向に検査光Ｌを照射することが好ましい。
　検査対象物１０Ｃの外観検査を行う場合には、制御ユニット６０のロボット制御部６４は、斜め方向からの検査光Ｌの照射（図８Ａ）及び垂直方向からの検査光Ｌの照射（図８Ｂ）を組み合わせた所定のルートに沿って光源４０を移動させるように多関節ロボット５０を制御する。例えば、図１０に示すように、まず、光源４０を検査対象物１０Ｃに対して斜め方向に検査光Ｌを照射する状態Ｆ３とし、この状態Ｆ３から光源４０を時計回りに回転させて順次状態Ｆ４、状態Ｆ１、状態Ｆ２とする。このとき、図９Ａ及び図９Ｂに示すように、凹部１４の検査対象部分に対して垂直な方向又は接線方向に検査光Ｌを照射するように光源４０の傾きを変化させながら回転させることが好ましい。そして、状態Ｆ２から光源４０を移動して検査対象物１０Ｃに対して垂直な方向に検査光Ｌを照射する状態Ｇ１とする。なお、光源４０がこのルートと逆のルートを辿るようにしてもよいし、その他任意のルートを辿るようにすることもできる。
　これまで本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されず、その技術的思想の範囲内において種々異なる形態にて実施されてよいことは言うまでもない。
　本出願は、２０１７年９月４日に提出された日本国特許出願特願２０１７－１６９３４８に基づくものであり、当該出願の優先権を主張するものである。当該出願の開示は参照によりその全体が本明細書に組み込まれる。
　本発明は、製品の製造過程において製品の外観を検査するための外観検査装置に好適に用いられる。
　　１　　製品製造システム
　　２　　前段処理装置
　　３　　外観検査装置
　　４　　後段処理装置
　　５　　第１の搬送装置
　　６　　第２の搬送装置
　１０，１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ　検査対象物
　１２　　凸部
　１４　　凹部
　２０　　支持ステージ
　２２　　ステージ台
　３０　　撮像ユニット
　４０　　光源
　５０　　多関節ロボット
　５１　　ベース部
　５２～５４　　関節
　５５～５７　　リンク部材
　６０　　制御ユニット
　６２　　分析部
　６４　　ロボット制御部
　　Ｌ　　検査光
　　Ｐ　　検査対象部分

Claims (7)

  1. 　検査対象物の外観を検査するための外観検査装置であって、
    　前記検査対象物を支持する支持ステージと、
    　前記支持ステージ上の前記検査対象物に検査光を照射する光源と、
    　前記光源からの前記検査光が照射された前記検査対象物の外観を撮像する撮像ユニットと、
    　前記光源が取り付けられた多関節ロボットであって、前記光源と前記撮像ユニットとの間の相対的位置関係を変化させつつ、前記光源を前記検査対象物に対して移動させる多関節ロボットと
    を備える、外観検査装置。
  2. 　前記撮像ユニットにより撮像された画像を分析して前記検査対象物の外観検査を行う分析部をさらに備える、請求項１に記載の外観検査装置。
  3. 　前記光源と前記撮像ユニットとの間の相対的位置関係を変化させつつ、前記光源を前記検査対象物に対して移動するように前記多関節ロボットを制御する制御部をさらに備える、請求項１又は２に記載の外観検査装置。
  4. 　前記制御部は、前記光源から前記検査対象物の表面の検査対象部分に対して垂直な方向に前記検査光を照射するように前記多関節ロボットを制御する、請求項３に記載の外観検査装置。
  5. 　前記制御部は、前記光源から前記検査対象物の表面の検査対象部分に対する接線方向に前記検査光を照射するように前記多関節ロボットを制御する、請求項３又は４に記載の外観検査装置。
  6. 　前記支持ステージは、前記撮像ユニットに対する前記検査対象物の姿勢を変化させるように構成されている、請求項１から５のいずれか一項に記載の外観検査装置。
  7. 　請求項１から６のいずれか一項に記載の外観検査装置と、
    　前記検査対象物を前記外観検査装置に搬入する第１の搬送装置と、
    　前記外観検査装置において外観が検査された前記検査対象物を前記外観検査装置から搬出する第２の搬送装置と
    を備える、製品製造システム。
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