WO2020184530A1 - 検査装置 - Google Patents

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WO2020184530A1
WO2020184530A1 PCT/JP2020/010135 JP2020010135W WO2020184530A1 WO 2020184530 A1 WO2020184530 A1 WO 2020184530A1 JP 2020010135 W JP2020010135 W JP 2020010135W WO 2020184530 A1 WO2020184530 A1 WO 2020184530A1
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WO
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light
solid angle
work
photographed
inspection
Prior art date
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PCT/JP2020/010135
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English (en)
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Inventor
加藤　豊
和志 吉岡
Original Assignee
オムロン株式会社
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    • 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
    • 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
    • G01N21/84—Systems specially adapted for particular applications
    • G01N21/88—Investigating the presence of flaws or contamination

Definitions

  • the present invention relates to an inspection device that inspects an object using a photographed image.
  • Patent Document 1 there is a method of photographing an object illuminated by a pattern selected from a pattern that combines the presence / absence of lighting of a plurality of illumination blocks and the intensity of irradiation light of each illumination block. It is disclosed.
  • the present invention provides an inspection device capable of improving the accuracy of inspection even if the state of the object to be imaged varies.
  • the inspection device is an inspection device that inspects an object by using a photographed image, controls the emission directions of a plurality of lighting elements, and is an arbitrary three-dimensional object with respect to each point of the object.
  • a lighting unit that irradiates light that forms an angle and a photographing unit that photographs an object illuminated by the illumination unit are provided, and the light that forms each solid angle includes an object that may occur during photographing. Includes light in the irradiation direction that has been adjusted in advance based on variations in the imaged state.
  • the photographed state of the object includes, for example, any of the position, posture, shape, and inclination of the inspection surface of the object with respect to the optical axis of the irradiation light.
  • each point of the object when an object is photographed, each point of the object can be irradiated with light that forms an arbitrary solid angle, and the light that forms the solid angle is included in the light. It is possible to include light in the irradiation direction adjusted in advance based on the variation in the imaged state of the object that may occur during photographing. Therefore, even if the imaged state of the object deviates during shooting, the object is photographed in a state where the object is irradiated with the light in the irradiation direction adjusted in advance contained in the light forming the solid angle. , It becomes possible to inspect the appearance of the object based on the captured image.
  • At least one of the reception unit that accepts the input of data indicating the variation in the imaged state of the object and the irradiation direction of the light that forms the solid angle and the size of the solid angle based on the input data. It is further provided with an adjustment unit for adjusting.
  • the light forming the solid angle is adjusted so as to satisfy the bright field condition.
  • the bright field conditions include, for example, conditions such as allowing specularly reflected light to enter the photographing unit.
  • the object in the inspection under the bright field condition, even if the imaged state of the object is deviated at the time of photographing, the object is photographed while the bright field condition is satisfied, and the image is photographed.
  • the visual inspection can be performed based on the image. Therefore, the accuracy of the inspection under bright field conditions can be improved.
  • the light forming the solid angle is adjusted so as to satisfy the dark field condition.
  • the dark field condition includes, for example, a condition in which scattered light is introduced into the photographing unit without receiving specularly reflected light.
  • an inspection device capable of improving the accuracy of inspection even if the state of the object to be imaged varies.
  • FIG. 1 It is a schematic diagram which illustrates the outline of the inspection apparatus which concerns on embodiment of this invention. It is a figure which illustrates the hardware configuration of the inspection apparatus which concerns on embodiment. It is a figure which illustrates the relationship between the light which is irradiated by the lighting device which comprises the inspection device, and specularly reflected light. It is a figure which illustrates the relationship between the light which is irradiated by the lighting device which comprises the inspection device, and specularly reflected light. It is a figure which illustrates the relationship between the light which is irradiated by the lighting device which comprises the inspection device, and specularly reflected light.
  • FIG. 1 is a schematic diagram illustrating an outline of an inspection device 1 according to an embodiment of the present invention.
  • the inspection device 1 captures, for example, an image taken by the camera (photographing unit) 10 while irradiating the work 3 which is an inspection object conveyed by the belt conveyor 2 with the light of the lighting device (illuminating unit) 20.
  • the appearance inspection of the work 3 (for example, inspection of scratches, dirt, foreign matter, etc.) is performed based on the above.
  • the inspection device 1 shown in FIG. 1 is an example, and the inspection device 1 may include any device (not shown) or may not include a part of the shown device.
  • the inspection device 1 includes a camera 10 which is an example of a photographing unit, a lighting device 20 which is an example of a lighting unit, and a control device 30 which controls the camera 10 and the lighting device 20 and executes a visual inspection.
  • the camera 10 photographs the work 3 that is illuminated by the lighting device 20 and exists in the imaging field of view, and generates image data that is a captured image.
  • the lighting device 20 irradiates the surface of the work 3 every time the camera 10 takes a picture of the work 3.
  • the lighting device 20 in the present embodiment is exemplifiedly arranged between the work 3 and the camera 10 to irradiate the work 3 with light and has translucency.
  • the light emitted from the illuminating device 20 is reflected by the work 3 and passes through the illuminating device 20 to reach the camera 10.
  • the lighting device 20 is not limited to being arranged between the work 3 and the camera 10.
  • the lighting device 20 may be arranged at a position separated from the work 3 and the camera 10, or the camera 10 may be arranged at a position separated from the work 3 and the lighting device 20. ..
  • the lighting device 20 is not limited to having translucency.
  • the ring-shaped lighting device 20 it is not essential to have translucency.
  • the lighting device 20 includes a plurality of lighting elements arranged in a matrix, controls the emission direction of light by the plurality of lighting elements according to the arrangement information, and irradiates the work 3 with light.
  • the lighting device 20 is arranged so as to cover a backlight composed of, for example, an LED (Light Emitting Diode) and the backlight, and a liquid crystal panel constituting a plurality of pixels and a liquid crystal panel so as to cover the liquid crystal panel. It is configured with a microlens array.
  • the lighting device 20 controls a plurality of pixels of the liquid crystal panel to transmit or block light, and emits light in a specific direction by a microlens array. Further, the lighting device 20 controls the combination of emitted light and the like to adjust the size of the solid angle, the emission direction of the light forming the solid angle, the emission intensity, and the like.
  • the configuration of the lighting device 20 is not limited to the above-mentioned configuration, and may be another configuration.
  • the lighting device 20 is arranged so as to cover a backlight composed of LEDs or the like, a first liquid crystal panel which is arranged so as to cover the backlight and constitutes a plurality of pixels, and a plurality of lighting devices 20 which are arranged so as to cover the first liquid crystal panel.
  • a second liquid crystal panel that constitutes the pixels of the above may be included.
  • the lighting device 20 controls a plurality of pixels of the first liquid crystal panel and the second liquid crystal panel to transmit or block light and emit light in a specific direction. Further, the lighting device 20 controls the combination of emitted light and the like to adjust the size of the solid angle, the emission direction of the light forming the solid angle, the emission intensity, and the like.
  • the same solid angle can be formed by the light that is specularly reflected from each point.
  • the light reflected from each point can be diffused and the irradiation range by the specular reflected light can be expanded as compared with the case where the light that does not form a solid angle is irradiated to each point on the surface of the work 3. ..
  • the imaged state of the work 3 can include, for example, the inclination of the inspection surface of the object with respect to the optical axis of the irradiation light.
  • FIG. 2 is a block diagram illustrating a hardware configuration of the inspection device 1 according to the present embodiment.
  • the inspection device 1 includes the camera 10, the lighting device 20, and the control device 30 described above.
  • the control device 30 communicates with a CPU (Central Processing Unit) 31 corresponding to a computing device, a RAM (RandomAccessMemory) 32 which is an example of a storage unit, and a ROM (Read onlyMemory) 33 which is an example of a storage unit. It has a unit 34, an input unit 35, and a display unit 36. These components are connected so that data can be transmitted to and received from each other via a bus.
  • a CPU Central Processing Unit
  • RAM RandomAccessMemory
  • ROM Read onlyMemory
  • the CPU 31 is a control unit that controls execution of a program stored in the RAM 32 or ROM 33, and performs data calculation, processing, and the like.
  • the CPU 31 receives various input data from the input unit 35 and the communication unit 34, displays the calculation result on the display unit 36, and stores the calculation result in the RAM 32 or the ROM 33.
  • the communication unit 34 is an interface for connecting the inspection device 1 to an external device.
  • the communication unit 34 may include a wired or wireless communication interface connected to the camera 10 and the lighting device 20, as well as an interface such as the Internet or a LAN (Local Area Network).
  • the input unit 35 is a reception unit that receives data input from the user, and includes, for example, a keyboard, a mouse, and a touch panel.
  • the display unit 36 visually displays the calculation result by the CPU 31, and for example, an LCD (Liquid Crystal Display) can be used.
  • LCD Liquid Crystal Display
  • the bright field condition includes, for example, a condition such that the camera 10 receives specularly reflected light.
  • the dark field condition includes, for example, a condition in which scattered light is introduced into the camera 10 without specularly reflected light.
  • FIG. 3 is a schematic diagram illustrating the relationship between the light L forming a solid angle when the bright field condition is satisfied and the reflected light Lr.
  • the work 3 is placed in a state to be photographed, which is assumed when a visual inspection is performed.
  • this figure focuses on the light L applied to the point P on the surface of the work 3, but the same applies to other points on the surface of the work 3 (FIG. 4). The same applies to FIG. 6).
  • the point P on the surface of the work 3 is irradiated with the light L forming a solid angle, and the light Lr that is specularly reflected from the point P is set to directly enter the camera 10.
  • the entire surface is photographed white, and if there are scratches on the surface, the scratches are photographed black.
  • the reflection direction of the light L forming the solid angle also changes.
  • the specularly reflected light Lr may not directly enter the camera 10.
  • the surface of the work 3 is photographed with a contrast different from that when the image is taken under the bright field condition, it becomes difficult to discriminate scratches and the like on the surface, which causes an oversight of defective parts. ..
  • FIGS. 4 to 6 are diagrams for explaining a case of searching for a solid angle satisfying the bright visual field condition while changing the size of the solid angle formed by the light applied to the point P'on the surface of the work 3. Is.
  • the work 3 placed on the belt conveyor 2 is tilted as a deviation of the state to be photographed (so that the right side of the work 3 floats from the upper surface of the belt conveyor 2 toward the paper surface of each figure). Is placed in).
  • FIG. 4 is a diagram illustrating the state of the specularly reflected light Lr when the size of the solid angle formed by the light L applied to the point P'is relatively small. In this case, the amount of specularly reflected light Lr that directly enters the camera 10 is insufficient.
  • An image Ia when the work 3 is photographed in this state is illustrated in FIG. As shown in the figure, where the entire surface of the work 3 is originally photographed in white, the area W on the left side of the work 3 is photographed in white on the paper surface of the drawing, and the area B on the right side of the work 3 is under dark field conditions. It is shot black like it was shot in. Therefore, the scratch Sa on the surface of the work 3 is a little difficult to see.
  • FIG. 5 is a diagram illustrating a state of specularly reflected light Lr when the size of the solid angle formed by the light L applied to the point P'is larger than the solid angle of FIG.
  • the amount of specularly reflected light Lr that directly enters the camera 10 is an amount that satisfies the bright field condition.
  • An image Ib when the work 3 is photographed in this state is illustrated in FIG. As shown in the figure, the entire surface of the work 3 is photographed in white, and the scratch Sb on the surface of the work 3 is clearly displayed in black.
  • FIG. 6 is a diagram illustrating a state of specularly reflected light Lr when the size of the solid angle formed by the light L applied to the point P'is further larger than the solid angle of FIG.
  • the amount of the specular light Lr that directly enters the camera 10 is larger than the amount of the specular light Lr that directly enters the camera 10 in FIG. Also decreases.
  • An image Ic when the work 3 is photographed in this state is illustrated in FIG. As shown in the figure, although the entire surface of the work 3 is photographed in white, the scratch Sc on the surface of the work 3 is displayed lighter than the scratch Sb in FIG.
  • the size of the solid angle formed by the light emitted from the lighting device 20 is set to the size of the solid angle illustrated in FIG. , It is possible to form a solid angle so as to satisfy the bright field condition.
  • FIG. 10 is a schematic diagram illustrating the relationship between the light L forming a solid angle when the dark field condition is satisfied and the specularly reflected light Lr.
  • the work 3 is placed in a state to be photographed, which is assumed when a visual inspection is performed.
  • this figure focuses on the light L applied to the point P on the surface of the work 3, but the same applies to other points on the surface of the work 3 (FIG. 11). The same applies to FIG. 13).
  • the point P on the surface of the work 3 is irradiated with the light L forming a solid angle, and the light Lr that is specularly reflected from the point P does not directly enter the camera 10, but the scattered light enters. It is set to do.
  • the surface of the work 3 is photographed under dark field conditions, the entire surface is photographed in black, and if there are scratches on the surface, the scratches are photographed in white.
  • the work 3 photographed by the camera 10 at the time of visual inspection is placed on the belt conveyor 2 at an inclination different from the inclination of the work 3 assumed in FIG. 10, the work 3 is placed on the belt conveyor 2 according to the degree of the inclination.
  • the reflection direction of the light L forming the solid angle also changes.
  • the specularly reflected light Lr may directly enter the camera 10.
  • the surface of the work 3 is photographed with a contrast different from that when the image is taken under the dark field condition, it becomes difficult to discriminate scratches and the like on the surface, which causes an oversight of defective parts. ..
  • 11 to 13 are diagrams for explaining a case where a solid angle satisfying the dark field condition is searched for while changing the inclination of the solid angle formed by the light applied to the point P'on the surface of the work 3. is there.
  • the work 3 placed on the belt conveyor 2 is tilted as a deviation of the state to be photographed (so that the right side of the work 3 floats from the upper surface of the belt conveyor 2 toward the paper surface of each figure). Is placed in).
  • FIG. 11 is a diagram illustrating a state of specularly reflected light Lr when the inclination of the solid angle formed by the light L irradiated to the point P'is relatively tilted from the vertical direction to the horizontal direction. In this case, the amount of scattered light entering the camera 10 is reduced.
  • An image Id when the work 3 is photographed in this state is illustrated in FIG. As shown in the figure, the entire surface of the work 3 is photographed in black, and the scratch Sd on the surface of the work 3 is also photographed in gray, making the scratch Sd a little difficult to see.
  • FIG. 12 is a diagram illustrating a state of specularly reflected light Lr when the inclination of the solid angle formed by the light L irradiated to the point P'is raised in a direction perpendicular to the solid angle of FIG.
  • the amount of scattered light entering the camera 10 is an amount that satisfies the dark field condition.
  • An image IE when the work 3 is photographed in this state is illustrated in FIG. As shown in the figure, the entire surface of the work 3 is photographed in black, and the scratch Sb on the surface of the work 3 is clearly displayed in white.
  • FIG. 13 is a diagram illustrating a state of specularly reflected light Lr when the inclination of the solid angle formed by the light L applied to the point P'is raised in a direction further perpendicular to the solid angle of FIG. ..
  • the specularly reflected light Lr enters a part of the camera 10.
  • An image If when the work 3 is photographed in this state is illustrated in FIG. As shown in the figure, the entire surface of the work 3 is originally photographed in black, but on the paper surface of the drawing, the region W on the left side of the work 3 is photographed in white as if it was photographed under bright field conditions. The area B on the right side of the work 3 is photographed in black. Therefore, the scratch Sf on the surface of the work 3 is a little difficult to see.
  • the image illustrated in FIG. 15 most clearly displays the scratches on the surface of the work 3. Therefore, when the work 3 is photographed under the dark field condition, the inclination of the solid angle formed by the light emitted from the lighting device 20 is set to the inclination of the solid angle illustrated in FIG. It is possible to form a solid angle so as to satisfy the visual field condition.
  • each point of the work 3 can be irradiated with light forming an arbitrary solid angle.
  • the light forming the solid angle can include the light in the irradiation direction adjusted in advance based on the variation in the imaged state of the work 3 that may occur at the time of photographing.
  • the inspection device 1 According to the embodiment, the accuracy of the visual inspection can be improved even if the state to be imaged of the work 3 varies.
  • the adjustment when the work 3 is photographed under the bright field condition, the adjustment is made while changing the size of the solid angle, and when the work 3 is photographed under the dark field condition, the inclination of the solid angle is changed. Adjusted, but not limited to this. In either case, the adjustment may be made while changing either one of the size of the solid angle and the inclination of the solid angle, or the adjustment may be made while changing both. In addition, in either case, the emission intensity may be further adjusted.
  • the inspection device 1 images taken while moving the work are compared, and a solid angle corresponding to a suitable image is determined and set.
  • the method of setting the solid angle is as follows. Not limited to this. For example, data indicating the variation in the imaged state of the work 3 is input, and the size of the solid angle and the inclination of the solid angle (the irradiation direction of the light forming the solid angle) are adjusted and set based on the input data. You may do it. In this case, either one of the size of the solid angle and the inclination of the solid angle may be adjusted, or both may be adjusted.
  • the functional configuration of the control device 30 constituting the inspection device 1 according to this modification will be described below.
  • FIG. 17 is a diagram illustrating the functional configuration of the control device 30 constituting the inspection device 1 according to this modification.
  • the control device 30 has, for example, a reception unit 31a and an adjustment unit 31b.
  • the reception unit 31a accepts the input of data indicating the variation in the shooting state of the work 3. Based on the input data, the adjusting unit 31b acquires at least one of the size of the solid angle and the irradiation direction of the light forming the solid angle, and the size of the solid angle and the size of the solid angle are determined according to the acquired contents. At least one of the irradiation directions of the light forming the solid angle is adjusted. In addition to the size of the solid angle and the inclination of the solid angle, the emission intensity may be further adjusted.
  • the correspondence between the data indicating the variation in the imaged state of the work 3 and the size of the solid angle and the irradiation direction of the light forming the solid angle is registered in advance in a table or the like and stored in the storage unit.
  • machine learning may be performed to generate a learning model.
  • the adjusting unit 31b refers to the table based on the input data, and the size of the solid angle and the irradiation direction of the light forming the solid angle, which are stored in association with the input data. At least one of the above may be obtained from the table. Further, the adjusting unit 31b may input the input data to the learning model and acquire at least one of the size of the solid angle and the irradiation direction of the light forming the solid angle output from the learning model. Good.
  • An inspection device (1) that inspects an object (3) using a photographed image.
  • An illumination unit (20) that controls the emission directions of a plurality of illumination elements and irradiates each point of the object (3) with light that forms an arbitrary solid angle.
  • a photographing unit (10) for photographing the object (3) illuminated by the lighting unit (20) is provided.
  • the light forming each of the solid angles includes light in the irradiation direction adjusted in advance based on the variation in the imaged state of the object (3) that may occur during photographing. Inspection device (1).
  • Appendix 2 A reception unit (31a) that accepts input of data indicating variations in the imaging state of the object (3), and An adjustment unit (31b) that adjusts at least one of the size of the solid angle and the irradiation direction of the light forming the solid angle based on the input data.

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Abstract

対象物の被撮影状態にばらつきが生じても、検査の精度を向上させることができる検査装置を提供する。撮影画像を用いて対象物であるワーク３を検査する検査装置１であって、複数の照明要素の出射方向を制御し、ワーク３の各点に対して、任意の立体角を形成する光をそれぞれ照射する照明装置２０と、照明装置２０により照明されたワーク３を撮影するカメラ１０と、を備え、各立体角を形成する光には、撮影時に生ずる可能性があるワーク３の被撮影状態のばらつきに基づいて事前に調整された照射方向の光が含まれる。

Description

検査装置
　本発明は、撮影画像を用いて対象物を検査する検査装置に関する。
　ＦＡ（Factory Automation）分野などにおいては、部品や完成品等の対象物に対して光を照射しながら撮影し、その撮影した画像を用いて対象物の外観を検査することが知られている。例えば、下記特許文献１には、複数個の照明ブロックの点灯の有無と各照明ブロックの照射光の強度とを組み合わせたパターンの中から選択されたパターンにより照射された対象物を撮影する方法が開示されている。
特開２００８－１２２１９８号公報
　特許文献１に記載の方法では、各対象物を撮影する際に、それぞれの対象物に対して同じパターンで光を照射することになる。他方、撮影される対象物は必ずしも同じ位置、姿勢及び形状等で撮影されるとは限らない。したがって、検査時にカメラで撮影する対象物の位置、姿勢及び形状等の被撮影状態が、照明のパターンを選択したときに想定した対象物の被撮影状態とずれを生ずることがある。この場合、正常箇所と欠陥箇所とを判別するために想定したコントラストで画像を撮影することが難しくなるため、欠陥箇所を見落とす要因になる。
　そこで、本発明は、対象物の被撮影状態にばらつきが生じても、検査の精度を向上させることができる検査装置を提供する。
　本開示の一態様に係る検査装置は、撮影画像を用いて対象物を検査する検査装置であって、複数の照明要素の出射方向を制御し、対象物の各点に対して、任意の立体角を形成する光をそれぞれ照射する照明部と、照明部により照明された対象物を撮影する撮影部と、を備え、各立体角を形成する光には、撮影時に生ずる可能性がある対象物の被撮影状態のばらつきに基づいて事前に調整された照射方向の光が含まれる。
　上記対象物の被撮影状態には、例えば、対象物の位置、姿勢、形状、及び照射光の光軸に対する対象物の検査面の傾きの何れかが含まれる。
　この態様によれば、対象物を撮影する際に、対象物の各点に対して、任意の立体角を形成する光をそれぞれ照射することができ、その立体角を形成する光の中に、撮影時に生ずる可能性がある対象物の被撮影状態のばらつきに基づいて事前に調整された照射方向の光を含ませることができる。したがって、撮影時に対象物の被撮影状態がずれた場合であっても、立体角を形成する光に含まれる事前に調整された照射方向の光を対象物に照射した状態で対象物を撮影し、その撮影した画像に基づいて対象物の外観検査を行うことが可能となる。
　上記態様において、対象物の被撮影状態のばらつきを示すデータの入力を受け付ける受付部と、入力されたデータに基づいて、立体角の大きさ及び立体角を形成する光の照射方向の少なくともいずれかを調整する調整部と、をさらに備える。
　この態様によれば、対象物の被撮影状態のばらつきを示すデータが入力されると、そのデータに基づいて、立体角の大きさ及び立体角を形成する光の照射方向の少なくともいずれかを調整することができる。したがって、検査前に行う立体角の調整作業に要する時間を短縮することができる。
　上記態様において、立体角を形成する光は、明視野条件を満たすように調整される。明視野条件には、例えば、撮影部に正反射光を入光させる等の条件が含まれる。
　この態様によれば、明視野条件下での検査において、撮影の際に対象物の被撮影状態がずれた場合であっても、明視野条件を満たした状態で対象物を撮影し、その撮影した画像に基づいて外観検査を行うことができる。したがって、明視野条件下における検査の精度を高めることができる。
　上記態様において、立体角を形成する光は、暗視野条件を満たすように調整される。暗視野条件には、例えば、撮影部に正反射光を入光させずに散乱光を入光させる等の条件が含まれる。
　この態様によれば、暗視野条件下での検査において、撮影の際に対象物の被撮影状態がずれた場合であっても、暗視野条件を満たした状態で対象物を撮影し、その撮影した画像に基づいて外観検査を行うことができる。したがって、暗視野条件下における検査の精度を高めることができる。
　本発明によれば、対象物の被撮影状態にばらつきが生じても、検査の精度を向上させることができる検査装置を提供することが可能となる。
本発明の実施形態に係る検査装置の概要を例示する模式図である。 実施形態に係る検査装置のハードウェア構成を例示する図である。 検査装置を構成する照明装置により照射される光と正反射光との関係を例示する図である。 検査装置を構成する照明装置により照射される光と正反射光との関係を例示する図である。 検査装置を構成する照明装置により照射される光と正反射光との関係を例示する図である。 検査装置を構成する照明装置により照射される光と正反射光との関係を例示する図である。 図４に示す検査装置でワークを撮影した画像を例示する図である。 図５に示す検査装置でワークを撮影した画像を例示する図である。 図６に示す検査装置でワークを撮影した画像を例示する図である。 検査装置を構成する照明装置により照射される光と正反射光との関係を例示する図である。 検査装置を構成する照明装置により照射される光と正反射光との関係を例示する図である。 検査装置を構成する照明装置により照射される光と正反射光との関係を例示する図である。 検査装置を構成する照明装置により照射される光と正反射光との関係を例示する図である。 図１１に示す検査装置でワークを撮影した画像を例示する図である。 図１２に示す検査装置でワークを撮影した画像を例示する図である。 図１３に示す検査装置でワークを撮影した画像を例示する図である。 変形例に係る検査装置を構成する制御装置の機能構成を例示する図である。
　添付図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。なお、各図において、同一の符号を付したものは、同一又は同様の構成を有する。
　まず、図１を参照し、本発明が適用される場面の一例について説明する。図１は、本発明の実施形態に係る検査装置１の概要を例示する模式図である。検査装置１は、例えば、ベルトコンベア２により搬送される検査対象物であるワーク３を、照明装置（照明部）２０の光で照射しながら、カメラ（撮影部）１０で撮影し、撮影した画像に基づいて、ワーク３の外観検査（例えば、傷、汚れ、異物等の検査）を行う。なお、図１に示す検査装置１は一例であり、検査装置１は、図示しない任意の機器を含んでもよいし、図示した機器の一部を含まなくてもよい。
　検査装置１は、撮影部の一例であるカメラ１０と、照明部の一例である照明装置２０と、カメラ１０及び照明装置２０を制御するとともに、外観検査を実行する制御装置３０とを備える。
　カメラ１０は、照明装置２０により照明され、かつ撮影視野に存在するワーク３を撮影し、撮影画像である画像データを生成する。
　照明装置２０は、カメラ１０がワーク３を撮影するたびに、ワーク３の表面を照射する。本実施形態における照明装置２０は、例示的に、ワーク３とカメラ１０との間に配置され、ワーク３に向けて光を照射するとともに、透光性を有している。照明装置２０から照射された光は、ワーク３で反射し、照明装置２０を透過してカメラ１０に到達する。
　なお、照明装置２０は、ワーク３とカメラ１０との間に配置されることに限定されない。例えば、ワーク３とカメラ１０との間から外れた位置に照明装置２０を配置することとしてもよいし、ワーク３と照明装置２０との間から外れた位置にカメラ１０を配置することとしてもよい。また、照明装置２０は、透光性を有することに限定されない。例えば、円環形状の照明装置２０を用いる場合には、透光性を有することは必須とはならない。
　照明装置２０は、マトリクス状に配置された複数の照明要素を含み、複数の照明要素による光の出射方向を配置情報に応じて制御し、ワーク３に対して光を照射する。照明装置２０は、例えば、ＬＥＤ（Light Emitting Diode）等で構成されたバックライトと、バックライトを覆うように配置され、複数の画素を構成する液晶パネルと、液晶パネルを覆うように配置されたマイクロレンズアレイと、を有して構成される。この場合、照明装置２０は、液晶パネルの複数の画素を制御して、光を透過又は遮蔽し、マイクロレンズアレイによって特定の方向に光を出射する。さらに、照明装置２０は、出射する光の組み合わせ等を制御して、立体角の大きさ、立体角を形成する光の出射方向及び発光強度等を調整する。
　なお、照明装置２０の構成は、前述の構成に限定されず、他の構成であってもよい。例えば、照明装置２０は、ＬＥＤ等で構成されたバックライトと、バックライトを覆うように配置され、複数の画素を構成する第１液晶パネルと、第１液晶パネルを覆うように配置され、複数の画素を構成する第２液晶パネルと、を有して構成されることとしてもよい。この場合、照明装置２０は、第１液晶パネル及び第２液晶パネルの複数の画素を制御して、光を透過又は遮蔽し、特定の方向に光を出射する。さらに、照明装置２０は、出射する光の組み合わせ等を制御して、立体角の大きさ、立体角を形成する光の出射方向及び発光強度等を調整する。
　ワーク３表面の各点に対し、立体角を形成する光Ｌをそれぞれ照射することで、各点から正反射する光によって同様の立体角を形成させることができる。これにより、ワーク３表面の各点に対し、立体角を形成しない光を照射する場合に比べ、各点から反射する光を拡散させることができ、正反射光による照射範囲を拡大させることができる。
　したがって、検査時にカメラ１０で撮影するワーク３の位置、姿勢及び形状等の被撮影状態が、照明を設定したときに想定した被撮影状態からずれた場合であっても、照明を設定したときに想定した被撮影状態で撮影された画像と同等のコントラストで画像を撮影することが可能となり、その画像に基づいて外観検査を行うことができる。それゆえ、ワーク３の被撮影状態にばらつきが生じても、外観検査の精度を向上させることができる検査装置を実現することが可能となる。
　上記ワーク３の被撮影状態には、前述したワーク３の位置、姿勢及び形状の他に、例えば、照射光の光軸に対する対象物の検査面の傾き等を含むことができる。
　次に、図２を参照し、本実施形態に係る検査装置１のハードウェア構成の一例について説明する。図２は、本実施形態に係る検査装置１のハードウェア構成を例示するブロック図である。
　検査装置１は、前述したカメラ１０、照明装置２０及び制御装置３０を備える。制御装置３０は、演算装置に相当するＣＰＵ（Central Processing Unit）３１と、記憶部の一例であるＲＡＭ（Random Access Memory）３２と、記憶部の一例であるＲＯＭ（Read only Memory）３３と、通信部３４と、入力部３５と、表示部３６とを有する。これらの構成要素は、バスを介して相互にデータを送受信できるように接続される。
　ＣＰＵ３１は、ＲＡＭ３２又はＲＯＭ３３に記憶されたプログラムの実行に関する制御や、データの演算、加工等を行う制御部である。ＣＰＵ３１は、入力部３５や通信部３４から種々の入力データを受け取り、演算結果を表示部３６に表示することや、演算結果をＲＡＭ３２又はＲＯＭ３３に格納する。
　通信部３４は、検査装置１を外部機器に接続するインターフェースである。通信部３４は、カメラ１０及び照明装置２０に接続する有線又は無線の通信インターフェースを含む他、例えば、インターネットやＬＡＮ（Local Area Network）等のインターフェースを含むことができる。
　入力部３５は、ユーザからデータの入力を受け付ける受付部であり、例えば、キーボード、マウス及びタッチパネルを含む。
　表示部３６は、ＣＰＵ３１による演算結果を視覚的に表示するものであり、例えば、ＬＣＤ（Liquid Crystal Display）を用いることができる。
　次に、図３乃至図１６を参照し、照明装置２０から出射される光により形成される立体角の大きさや当該立体角の傾き（立体角を形成する光の照射方向）を設定する手法について説明する。以下において、（１）明視野条件下でワーク３を撮影する場合に明視野条件を満たすように設定する手法と、（２）暗視野条件下でワーク３を撮影する場合に暗視野条件を満たすように設定する手法とにわけて説明する。明視野条件には、例えば、カメラ１０に正反射光を入光させる等の条件が含まれる。暗視野条件には、例えば、カメラ１０に正反射光を入光させずに散乱光を入光させる等の条件が含まれる。
　（１）明視野条件下でワーク３を撮影する場合に明視野条件を満たすように設定する手法：
　図３は、明視野条件を満たす場合の立体角を形成する光Ｌと、その反射光Ｌｒとの関係を例示する模式図である。ワーク３は、外観検査をする時に想定される被撮影状態に置かれている。同図は、説明の便宜のために、ワーク３の表面にある点Ｐに照射される光Ｌに注目して説明するが、ワーク３の表面にあるその他の点についても同様である（図４乃至図６も同様）。
　図３では、ワーク３の表面にある点Ｐに対し、立体角を形成する光Ｌが照射され、点Ｐから正反射される光Ｌｒがカメラ１０に直接入光するように設定されている。この場合、ワーク３の表面は、明視野条件下で撮影されるため、表面全体が白く撮影され、表面に傷等がある場合には、その傷が黒く撮影される。
　ここで、例えば、外観検査時にカメラ１０で撮影するワーク３が、図３で想定しているワーク３の傾きとは異なる傾きでベルトコンベア２上に置かれていると、その傾きの度合いに従って、立体角を形成する光Ｌの反射方向も変わることになる。光Ｌの反射方向が変わると、正反射光Ｌｒがカメラ１０に直接入光しなくなることも起こり得る。この場合、ワーク３の表面は、明視野条件下で撮影した時とは異なるコントラストで撮影されることとなるため、表面にある傷等を判別することが難くなり、欠陥箇所を見落とす要因になる。
　そこで、撮影時に生ずる可能性があるワーク３の被撮影状態のばらつきの範囲内でワーク３を動かし、それぞれの状態でカメラ１０により撮影された画像を比較し、被撮影状態にずれが生じた場合であっても傷等を判別できるような立体角を決定することとした。以下に具体的に説明する。
　図４乃至図６は、ワーク３の表面にある点Ｐ’に照射される光により形成される立体角の大きさを変えながら、明視野条件を満たす立体角を探す場合について説明するための図である。各図では、被撮影状態のずれとして、ベルトコンベア２上に置かれているワーク３に傾きが与えられている（各図の紙面に向かってワーク３の右側がベルトコンベア２の上面から浮くように置かれている）。
　図４は、点Ｐ’に照射される光Ｌにより形成される立体角の大きさを比較的小さくしたときの正反射光Ｌｒの状態を例示する図である。この場合、カメラ１０に直接入光する正反射光Ｌｒの量が不足する。この状態でワーク３を撮影したときの画像Ｉａを、図７に例示する。同図に示すように、本来はワーク３の表面全体が白く撮影されるところ、図面の紙面上、ワーク３の左側の領域Ｗが白く撮影され、ワーク３の右側の領域Ｂが暗視野条件下で撮影されたときのように黒く撮影されている。そのため、ワーク３の表面にある傷Ｓａが少し見え難くなっている。
　図５は、点Ｐ’に照射される光Ｌにより形成される立体角の大きさを、図４の立体角よりも大きくしたときの正反射光Ｌｒの状態を例示する図である。この場合、カメラ１０に直接入光する正反射光Ｌｒの量が、明視野条件を満たす量となる。この状態でワーク３を撮影したときの画像Ｉｂを、図８に例示する。同図に示すように、ワーク３の表面全体が白く撮影され、ワーク３の表面にある傷Ｓｂが黒く鮮明に表示されている。
　図６は、点Ｐ’に照射される光Ｌにより形成される立体角の大きさを、図５の立体角よりもさらに大きくしたときの正反射光Ｌｒの状態を例示する図である。この場合、正反射光Ｌｒの拡散される範囲が拡大するため、カメラ１０に直接入光する正反射光Ｌｒの量は、上記図５でカメラ１０に直接入光する正反射光Ｌｒの量よりも減少する。この状態でワーク３を撮影したときの画像Ｉｃを、図９に例示する。同図に示すように、ワーク３の表面全体が白く撮影されているものの、ワーク３の表面にある傷Ｓｃは、上記図８の傷Ｓｂよりも薄く表示されている。
　図７乃至図９に例示する画像を比較した場合、図８に例示する画像が、ワーク３の表面にある傷を最も鮮明に表示している。したがって、明視野条件下でワーク３を撮影する場合には、照明装置２０から出射される光により形成される立体角の大きさを、図５に例示する立体角の大きさに設定することで、明視野条件を満たすように立体角を形成させることが可能となる。
　（２）暗視野条件下でワーク３を撮影する場合に暗視野条件を満たすように設定する手法：
　図１０は、暗視野条件を満たす場合の立体角を形成する光Ｌと、その正反射光Ｌｒとの関係を例示する模式図である。ワーク３は、外観検査をする時に想定される被撮影状態に置かれている。同図は、説明の便宜のために、ワーク３の表面にある点Ｐに照射される光Ｌに注目して説明するが、ワーク３の表面にあるその他の点についても同様である（図１１乃至図１３も同様）。
　図１０では、ワーク３表面にある点Ｐに対し、立体角を形成する光Ｌが照射され、点Ｐから正反射される光Ｌｒがカメラ１０に直接入光せずに、散乱光が入光するように設定されている。この場合、ワーク３の表面は、暗視野条件下で撮影されるため、表面全体が黒く撮影され、表面に傷等がある場合には、その傷が白く撮影される。
　ここで、例えば、外観検査時にカメラ１０で撮影するワーク３が、図１０で想定しているワーク３の傾きとは異なる傾きでベルトコンベア２上に置かれていると、その傾きの度合いに従って、立体角を形成する光Ｌの反射方向も変わることになる。光Ｌの反射方向が変わると、正反射光Ｌｒがカメラ１０に直接入光することも起こり得る。この場合、ワーク３の表面は、暗視野条件下で撮影した時とは異なるコントラストで撮影されることとなるため、表面にある傷等を判別することが難くなり、欠陥箇所を見落とす要因になる。
　そこで、撮影時に生ずる可能性があるワーク３の被撮影状態のばらつきの範囲内でワーク３を動かし、それぞれの状態でカメラ１０により撮影された画像を比較し、被撮影状態にずれが生じた場合であっても傷等を判別できるような立体角を決定することとした。以下に具体的に説明する。
　図１１乃至図１３は、ワーク３の表面にある点Ｐ’に照射される光により形成される立体角の傾きを変えながら、暗視野条件を満たす立体角を探す場合について説明するための図である。各図では、被撮影状態のずれとして、ベルトコンベア２上に置かれているワーク３に傾きが与えられている（各図の紙面に向かってワーク３の右側がベルトコンベア２の上面から浮くように置かれている）。
　図１１は、点Ｐ’に照射される光Ｌにより形成される立体角の傾きを、垂直方向から水平方向に向けて比較的倒したときの正反射光Ｌｒの状態を例示する図である。この場合、カメラ１０に入光する散乱光の量が減少する。この状態でワーク３を撮影したときの画像Ｉｄを、図１４に例示する。同図に示すように、ワーク３の表面全体が黒く撮影されるとともに、ワーク３の表面にある傷Ｓｄも灰色に撮影されており、傷Ｓｄが少し見え難くなっている。
　図１２は、点Ｐ’に照射される光Ｌにより形成される立体角の傾きを、図１１の立体角よりも垂直方向に起こしたときの正反射光Ｌｒの状態を例示する図である。この場合、カメラ１０に入光する散乱光の量が、暗視野条件を満たす量となる。この状態でワーク３を撮影したときの画像Ｉｅを、図１５に例示する。同図に示すように、ワーク３の表面全体が黒く撮影され、ワーク３の表面にある傷Ｓｂが白く鮮明に表示されている。
　図１３は、点Ｐ’に照射される光Ｌにより形成される立体角の傾きを、図１２の立体角よりもさらに垂直方向に起こしたときの正反射光Ｌｒの状態を例示する図である。この場合、カメラ１０の一部に正反射光Ｌｒが入光する。この状態でワーク３を撮影したときの画像Ｉｆを、図１６に例示する。同図に示すように、本来はワーク３の表面全体が黒く撮影されるところ、図面の紙面上、ワーク３の左側の領域Ｗが明視野条件下で撮影されたときのように白く撮影され、ワーク３の右側の領域Ｂが黒く撮影されている。そのため、ワーク３の表面にある傷Ｓｆが少し見え難くなっている。
　図１４乃至図１６に例示する画像を比較した場合、図１５に例示する画像が、ワーク３の表面にある傷を最も鮮明に表示している。したがって、暗視野条件下でワーク３を撮影する場合には、照明装置２０から出射される光により形成される立体角の傾きを、図１２に例示する立体角の傾きに設定することで、暗視野条件を満たすように立体角を形成させることが可能となる。
　前述したように、実施形態に係る検査装置１によれば、ワーク３を撮影する際に、ワーク３の各点に対して、任意の立体角を形成する光をそれぞれ照射することができ、その立体角を形成する光の中に、撮影時に生ずる可能性があるワーク３の被撮影状態のばらつきに基づいて事前に調整された照射方向の光を含ませることができる。
　これにより、撮影時にワーク３の被撮影状態がずれた場合であっても、立体角を形成する光に含まれる事前に調整された照射方向の光をワーク３に照射した状態でワーク３を撮影し、その撮影した画像に基づいてワーク３の外観検査を行うことが可能となる。それゆえ、実施形態に係る検査装置１によれば、ワーク３の被撮影状態にばらつきが生じても、外観検査の精度を向上させることができる。
　［変形例］
　以上説明した実施形態は、あらゆる点において本発明の例示に過ぎない。本発明の範囲を逸脱することなく種々の改良や変形を行うことができることは言うまでもない。つまり、本発明の実施にあたって、実施形態に応じた具体的構成が適宜採用されてもよい。また、前述した実施形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定して解釈するためのものではない。実施形態が備える各要素並びにその配置、材料、条件、形状及びサイズ等は、例示したものに限定されるわけではなく適宜変更することができる。
　前述した実施形態では、明視野条件下でワーク３を撮影する場合に、立体角の大きさを変えながら調整し、暗視野条件下でワーク３を撮影する場合に、立体角の傾きを変えながら調整しているが、これに限定されない。いずれの場合にも、立体角の大きさ及び立体角の傾きのうち、いずれか一方を変えながら調整することとしてもよいし、双方を変えながら調整することとしてもよい。加えて、いずれの場合にも、発光強度をさらに調整することとしてもよい。
　また、前述した実施形態に係る検査装置１では、ワークを動かしながら撮影した画像を比較し、好適な画像に対応する立体角を決定して設定しているが、立体角を設定するやり方は、これに限定されない。例えば、ワーク３の被撮影状態のばらつきを示すデータを入力し、入力したデータに基づいて、立体角の大きさ及び立体角の傾き（立体角を形成する光の照射方向）を調整して設定することとしてもよい。この場合、立体角の大きさ及び立体角の傾きのうち、いずれか一方を調整することとしてもよいし、双方を調整することとしてもよい。この変形例に係る検査装置１を構成する制御装置３０の機能構成について、以下に説明する。
　図１７は、本変形例に係る検査装置１を構成する制御装置３０の機能構成を例示する図である。制御装置３０は、例えば、受付部３１ａと、調整部３１ｂとを有する。
　受付部３１ａは、ワーク３の被撮影状態のばらつきを示すデータの入力を受け付ける。調整部３１ｂは、入力されたデータに基づいて、立体角の大きさ及び立体角を形成する光の照射方向の少なくともいずれかを取得し、その取得した内容に応じて、立体角の大きさ及び立体角を形成する光の照射方向の少なくともいずれかを調整する。なお、立体角の大きさ及び立体角の傾きに加え、発光強度をさらに調整することとしてもよい。
　ワーク３の被撮影状態のばらつきを示すデータと、立体角の大きさ及び立体角を形成する光の照射方向との対応関係は、予めテーブル等に登録して記憶部に記憶させておくこととしてもよいし、機械学習させて学習モデルを生成することとしてもよい。この場合、例えば、調整部３１ｂは、入力されたデータに基づいてテーブルを参照し、入力されたデータに対応付けて記憶されている、立体角の大きさ及び立体角を形成する光の照射方向の少なくともいずれかをテーブルから取得することとしてもよい。また、調整部３１ｂは、入力されたデータを学習モデルに入力し、学習モデルから出力される、立体角の大きさ及び立体角を形成する光の照射方向の少なくともいずれかを取得することとしてもよい。
　［付記］
　本実施形態における態様は、以下のような開示を含む。
　（付記１）
　撮影画像を用いて対象物（３）を検査する検査装置（１）であって、
　複数の照明要素の出射方向を制御し、前記対象物（３）の各点に対して、任意の立体角を形成する光をそれぞれ照射する照明部（２０）と、
　前記照明部（２０）により照明された前記対象物（３）を撮影する撮影部（１０）と、を備え、
　各前記立体角を形成する光には、撮影時に生ずる可能性がある前記対象物（３）の被撮影状態のばらつきに基づいて事前に調整された照射方向の光が含まれる、
　検査装置（１）。
　（付記２）
　前記対象物（３）の被撮影状態のばらつきを示すデータの入力を受け付ける受付部（３１ａ）と、
　入力された前記データに基づいて、前記立体角の大きさ及び前記立体角を形成する光の照射方向の少なくともいずれかを調整する調整部（３１ｂ）と、
　をさらに備える付記１記載の検査装置（１）。
　１…検査装置、２…ベルトコンベア、３…ワーク、１０…カメラ、２０…照明装置、３０…制御装置、３１…ＣＰＵ、３１ａ…受付部、３１ｂ…調整部、３２…ＲＡＭ、３３…ＲＯＭ、３４…通信部、３５…入力部、３６…表示部
 

Claims (4)

  1. 　撮影画像を用いて対象物を検査する検査装置であって、
    　複数の照明要素の出射方向を制御し、前記対象物の各点に対して、任意の立体角を形成する光をそれぞれ照射する照明部と、
    　前記照明部により照明された前記対象物を撮影する撮影部と、を備え、
    　各前記立体角を形成する光には、撮影時に生ずる可能性がある前記対象物の被撮影状態のばらつきに基づいて事前に調整された照射方向の光が含まれる、
    　検査装置。
  2. 　前記対象物の被撮影状態のばらつきを示すデータの入力を受け付ける受付部と、
    　入力された前記データに基づいて、前記立体角の大きさ及び前記立体角を形成する光の照射方向の少なくともいずれかを調整する調整部と、
    　をさらに備える請求項１記載の検査装置。
  3. 　前記立体角を形成する光は、明視野条件を満たすように調整される、
    　請求項１又は２記載の検査装置。
  4. 　前記立体角を形成する光は、暗視野条件を満たすように調整される、
    　請求項１又は２記載の検査装置。
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