説明

曲面外観検査装置

【課題】 鏡面の曲面を有する対象物に対する、欠陥検出の支障となる照明の映り込みを抑制し、確実な欠陥検出を可能とする画像検査装置を提供する。
【解決手段】 エリアカメラ本体1を覆うように面状照明装置3a、3bを配置し、面状照明装置3a、3bの前面に拡散板4を設け、検査対象物に照明を映り込ませ、欠陥を浮き出させることを特徴とするカメラユニットを、垂直多関節ロボットの先端に取り付け、検査対象物とカメラユニットの位置関係を、常に一定に保持することで、鏡面の曲面を有する検査対象物の表面に存在する欠陥を検出する。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、カメラにより撮像した画像をコンピュータにより処理して、対象物表面の欠陥を検出する外観検査装置に関わるもので、特に、ほぼ鏡面の光沢を有する曲面に存在する、幅または大きさが1mm以下の微細な欠陥を検出し得る、外観検査装置に関するものである。
【背景技術】
【0002】
これまで、鏡面で、かつ曲面の対象物の外観検査は、肉眼による検査が主であり、人手により対象物の角度を変えて、目視観察する方法が行われていた。曲率が小さい鏡面に対しては、レーザー光などを用いて反射による欠損の検査も行われているが、処理能力、処理時間などの課題が多く、対象物が限定されることが多い。
【0003】
また、鏡面でない曲面を有する対象物に対しては、エリアカメラによる画像を処理することによる外観検査が有効であり、欠陥を検出に必要な有効画素数を得るために、エリアを限定して複数回撮像を行うことになるが、曲面に対し、カメラの焦点距離を一定に保持するために、カメラ自体、または対象物に、上下左右や回転の動きを与える必要があった。
【0004】
この他に、鏡面の曲面を有する対象物をエリアカメラで撮像した場合、カメラ自体の映り込みもあるが、対象物周囲の物も映り込む結果、欠陥を隠してしまうことがある。さらに、鏡面の対象物をエリアカメラで撮像する場合は、カメラ視野方向に対称に照明を配置する方法が一般的であるが、曲面に対しては、照明配置が困難な場合もある。
【0005】
曲面を画像処理により検査する方法として、特許文献1には、複数のLEDを配置した照明部とCCDカメラ部を、同一基板内に一体化したユニットを用いる技術が開示されている。また、特許文献2には、所定領域毎に光を照射して、曲面の正常部分が明部となって現れるように撮像した複数の画像を処理することにより、欠陥を検出する技術が開示されている。
【0006】
しかしながら、これらの特許文献には、前記の問題点に対処し得る技術が、必ずしも十分に開示されてはいない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0007】
【特許文献1】 特開2007−278713号公報
【特許文献2】 特開2008−026149号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0008】
従って本発明の課題は、エリアカメラを用いて、鏡面の曲面を有する対象物の外観検査を可能とする、曲面外観検査装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0009】
本発明は、鏡面の曲面を有する対象物の表面に存在する、カケ、キズ、ピンホールなどの欠陥を検出する手段としてエリアカメラを用いるために、カメラ、照明装置、多関節ロボットの組み合わせ構造を検討した結果なされたものである。
【0010】
即ち、本発明は、エリアカメラと、前記エリアカメラの軸方向と一定の角度をなすように配置されてなる複数の面状照明装置と、前記エリアカメラのレンズの周囲に配置され、前記面状照明装置による照明光を拡散させるための拡散板とを有する撮像部と、撮像の対象物に対する前記撮像部の位置及び角度を制御する機能を有する多関節ロボットを有し、前記照明光を前記対象物に照射撮像して得られる画像により、前記対象物の欠陥を検出する機能を備えたことを特徴とする曲面外観検査装置である。
【0011】
また、本発明は、前記面状照明装置と前記拡散板が一体化されてなることを特徴とする、前記の曲面外観検査装置である。
【0012】
また、本発明は、前記照明光が前記対象物を照射する範囲が、前記エリアカメラの視野よりも広いことを特徴とする、前記の曲面外観検査装置である。
【発明の効果】
【0013】
本発明による曲面外観検査装置は前記のような構造を具備しているので、多関節ロボットにより、エリアカメラの焦点および対象物に対する角度を、任意に調整することが可能である。また、照明装置は、エリアカメラの周囲に配置された面状照明装置の照明光を、拡散板を介して対象物に照射するので、均一な照明光を対象物へ照射することが可能であり、反射を抑制でき、照明装置自体の対象物への映り込みも抑制ができる。しかも本発明においては、面状照明装置と拡散板が一体化されて多関節ロボットに取り付けられているので、照明光の状態が、多関節ロボットの動作などによって影響を受けることが極めて少ない。
【0014】
照明装置の大きさは、エリアカメラの視野サイズや、エリアカメラと対象物との距離から算出し、光源としては複数のLEDを一定間隔に配列して面状照明装置としたものや、有機EL素子のような面状発光体を用いることが可能であるが、拡散板を用いて面全体の明るさを均一に調整できることは、前記の通りである。これによって、均一な淡い照明光を対象物に照射することでき、対象物の均一な面に存在する欠陥が強調され検出される。
【0015】
また、照明光が対象物を照射する範囲をエリアカメラの視野より広くすることにより、エリアカメラの軸が対象物の面と垂直に接しない状態でも、エリアカメラの視野を、照明光の照射範囲が十分にカバーすることが可能となるので、欠陥を確実に検出することが可能となる。さらに、エリアカメラがエリアカメラ自体の反射像を捉えることによる、支障を減少できる。
【0016】
なお、撮像した画像の処理には、コンピュータを用いるが、処理のための方法としては、照明による画像の濃淡ムラの影響を除外するために、画像の部分領域毎に閾値を変化させて2値化を行う、動的閾値処理を用いることが望ましい。また多関節ロボットの作動制御もコンピュータで行うので、ティーチング機能を付与することが可能で、大量に生産される対象物を検査する場合の必要条件である、検査ポジションの同一性を確保することができる。
【0017】
本発明により、これまで目視が主流であった鏡面の曲面を有する対象物の外観検査を、エリアカメラを用いた検査とすることが可能となる。そして、エリアカメラによる画像検査は、人為的な見落としを防止し、曖昧な判定基準を数値化することが可能となるとともに、画像データとして欠陥を保存することで、品質改善のためのデータベース構築が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【0018】
【図1】 本発明の曲面外観検査装置に係るエリアカメラと面状照明装置の配置に一例を示す図、図1(a)は正面図、図1(b)は側面図。
【図2】 本発明の曲面外観検査装置に係るカメラユニットを多関節ロボットに取り付けた状態を示す図、図2(a)は正面図、図2(b)は側面図。
【図3】 本発明の曲面外観検査装置に係るカメラユニットと検査対象物の位置の設定の一例を示す図。
【図4】 本発明の曲面外観検査装置に係る検査対象物への照明の映り込みの状態を示した図、図4(a)は検査対象物が平面の場合、図4(b)は検査対象物が曲面の場合、図4(c)検査対象物が曲面で多面の場合。
【発明を実施するための形態】
【0019】
次に本発明を実施するための形態について、図を用いて説明する。
【0020】
図1は、本発明の曲面外観検査装置に係るエリアカメラと面状照明装置の配置に一例を示す図で、図1(a)は正面図、図1(b)は側面図である。図1において、1はエリアカメラ本体、2はレンズ、3a、3bは面状照明装置、4は拡散板、5は固定用ケース、6はフランジである。
【0021】
レンズ2は、視野に合わせて適宜選択したものを用いる。また、この例では、面状照明装置3a、3bは、エリアカメラ本体1の、図における上下に、拡散板4の角度に合わせて、エリアカメラ本体1と一定の角度をなすように設置される。より具体的には、拡散板4が曲面の場合、面状照明装置3a、3bの中心を通る垂線が、拡散板4の法線と一致するように設置することが望ましい。また、面状照明装置3aと3bと拡散板4との距離は、拡散板4全体に照明光が照射される位置とする。
【0022】
拡散板4は、表面に微細な凹凸を付与したり、内部に光を散乱させる素材を分散させたりした、アクリル系高分子材料やポリカーボネート系などの透明な高分子材料で構成され、面状照明装置3a、3bの照明光をさらにランダムに拡散させるために用いられ、鏡面の曲面を有する対象物に、照明光を均一に照射する機能を具備することは、前記の通りである。さらに、対象物の曲面を覆うように角度を付与するか、R面などの曲面とすることで、照明光の照射範囲を拡げる効果が得られる。
【0023】
なお、エリアカメラ本体1、面状照明装置3a、3b、及び拡散板4は、固定用ケース5に配置、固定され、フランジ5を介して多関節ロボットに取り付けられる。
【0024】
図2は、本発明の曲面外観検査装置に係るカメラユニットを、多関節ロボットに取り付けた状態を示す図で、図2(a)は正面図、図2(b)は側面図である。図2において、7は、多関節ロボット、8は、エリアカメラ本体1、レンズ2、面状照明装置3a、3b、拡散板4を組み立てたカメラユニット、9は検査対象物である。
【0025】
図2に示したように、本発明においては、カメラユニット8の対象物9への向き、カメラユニット8と検査対象物9との距離を適正にするために、多関節ロボットとして、6軸または7軸のものを用いることが望ましく、カメラユニット8を、多関節ロボットの6軸部または7軸部に設置する。
【0026】
図3は、本発明の曲面外観検査装置に係る、カメラユニットと検査対象物の位置の設定の一例を示す図である。図3において、8a、8b、8cは、カメラユニット、10a、10b、10cは、カメラユニット8a、8b、8cの軸に垂直な面、11a、11b、11cは、カメラユニット8a、8b、8cの軸と検査対象物が交わる点の接平面、12は、複数の曲面を有する検査対象物である。
【0027】
本発明の曲面外観検査装置の操作にあっては、図3に示したように、カメラユニット8a、8b、8cの検査対象物12への向きや、カメラユニット8a、8b、8cと検査対象物12との距離を、検査対象物12の表面の状態に対応させ、適切に設定する必要があり、多関節ロボットの動作制御をコンピュータで行ない、ティーチングも行う。なお、図3に示した例では、カメラユニット8a、8b、8cと接平面11a、11b、11cが直交しないので、撮像画面へのカメラユニット8a、8b、8c自体の映り込みを避けることができる。
【0028】
図4は、本発明の曲面外観検査装置に係る、検査対象物への照明の映り込みの状態を示した図で、図4(a)は検査対象物が平面の場合、図4(b)は検査対象物が曲面の場合、図4(c)検査対象物が曲面で多面の場合である。
【0029】
図4に示したように検査対象物の状態により、カメラユニット8の向きや距離を適正に調整する必要があるのは、前記の通りであるが、図4(a)は、平面の検査対象物14の表面に対し、カメラユニット8に傾斜を付与して設置した例であり、拡散板の角度を調整することで、検出面全体に照明を映し込ませることができている。図4(b)は曲面であるが、同様に照明を映し込ませることができている。図4(c)は、検査対象物が曲面の多面であるが、一部照明以外の部分を映し込んでいる。この場合は、多面を分割して撮像するように、カメラユニット8の向きや位置を設定することで検査が可能となる。
【0030】
以上に説明したように、本発明によれば従来に外観検査装置では、欠陥に検出が困難であった、鏡面の曲面の外観検査が確実かつ容易に行える曲面外観検査装置を提供でき、例えばメタリック塗装が施された自動車の、外観検査の効率を大幅に向上できる。なお、本発明は、前記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の分野における通常の知識を有する者であれば想到し得る、各種変形、修正を含む要旨を逸脱しない範囲の設計変更があっても、本発明に含まれることは勿論である。
【符号の説明】
【0031】
1,10 エリアカメラ本体
2,11 レンズ
3a,3b 面状照明装置
4 拡散板
5 固定用ケース
6 ロボット取り付けフランジ
7 多関節ロボット
8,8a,8b,8c カメラユニット
9,12 検査対象物
10a,10b,10c カメラユニットの軸に垂直な面
11a,11b,11c カメラユニットの軸と検査対象物が交わる点の接平面
12 照明ユニット

【特許請求の範囲】
【請求項1】
エリアカメラと、前記エリアカメラの軸方向と一定の角度をなすように配置されてなる複数の面状照明装置と、前記エリアカメラのレンズの周囲に配置され、前記面状照明装置による照明光を拡散させるための拡散板とを有する撮像部と、撮像の対象物に対する前記撮像部の位置及び角度を制御する機能を有する多関節ロボットを有し、前記照明光を前記対象物に照射撮像して得られる画像により、前記対象物の欠陥を検出する機能を備えたことを特徴とする曲面外観検査装置。
【請求項2】
前記面状照明装置と前記拡散板が一体化されてなることを特徴とする、請求項1に記載の曲面外観検査装置。
【請求項3】
前記照明光が前記対象物を照射する範囲は、前記エリアカメラの視野よりも広いことを特徴とする、請求項1または請求項2に記載の曲面外観検査装置。

【図1】
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【図2】
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【図3】
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【図4】
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【公開番号】特開2011−75534(P2011−75534A)
【公開日】平成23年4月14日(2011.4.14)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2009−244922(P2009−244922)
【出願日】平成21年10月1日(2009.10.1)
【出願人】(509293785)引地精工株式会社 (1)
【Fターム(参考)】