表面検査装置
【課題】角度検出感度を向上させるとともに、検出可能な角度範囲を広くする。
【解決手段】波長域が互いに異なる山形輝度分布が互いに重なり合うように帯状面光源を構成し、各波長域の撮影画像の該山形輝度分布に対応する画素値分布に基づいて検査面の角度を２段階で検出する。第１段階では、Ｒ、Ｇ、Ｂの画素値間の大小関係と曲線近似情報とに基づいて、光源面上周期内参照光位置ｘを決定し、第２段階では、明度の値と曲線近似情報とに基づいて、周期内参照光位置ｘがどの周期ｉに属するか、すなわち、周期始点位置Ｘｉを求める。次いで参照光位置Ｘ＝Ｘｉ＋ｘを検査ラインでの検出角に変換する。
【解決手段】波長域が互いに異なる山形輝度分布が互いに重なり合うように帯状面光源を構成し、各波長域の撮影画像の該山形輝度分布に対応する画素値分布に基づいて検査面の角度を２段階で検出する。第１段階では、Ｒ、Ｇ、Ｂの画素値間の大小関係と曲線近似情報とに基づいて、光源面上周期内参照光位置ｘを決定し、第２段階では、明度の値と曲線近似情報とに基づいて、周期内参照光位置ｘがどの周期ｉに属するか、すなわち、周期始点位置Ｘｉを求める。次いで参照光位置Ｘ＝Ｘｉ＋ｘを検査ラインでの検出角に変換する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光の正反射を利用して検査面の角度を検出する表面検査装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
図８及び図９に示すように、検査面１０、例えば車の塗装面の微細な凹凸欠陥を検出するために、照明装置２０と撮像装置３０とが不図示のロボットアームに取り付けられている。検査面１０に対し照明装置２０と撮像装置３０とを一体的に図示矢印方向へ相対的に移動させながら、照明装置２０から射出した光の検査面１０上の正反射光を撮像装置３０で撮像する。検査面１０上の凹凸部１１の傾斜面での正反射光を撮像したとき、その画素に対応する照明装置２０の光源面２１上の光射出点（参照光点）は、上記移動に伴うこの傾斜面の角度変化に応じて変化する。
【０００３】
そこで、下記特許文献１では、光源面２１の走査方向一端Ａから他端Ｂまでの範囲の輝度分布を、図１３（Ａ）に示すよう勾配を持たせることにより、参照光点の位置変化を画素値の変化に対応させ、画素値の変化に基づいて塗装欠陥を検出している。
【０００４】
凹凸部１１の傾斜角が比較的大きいと、重度の欠陥と判定される。一方、この傾斜角が比較的小さくても、欠陥部分の面積が広ければ重度の欠陥と判定する必要がある。
【０００５】
しかし、小さな傾斜角の場合、参照光点の位置変化量が小さいので、ＳＮ比が小さくなり、欠陥を検出することができない（検出感度が低い）。輝度勾配を大きくすると、検出可能な角度範囲に対応したＡＢ間の幅が狭くなり、検出対象の角度によっては、検出感度が低下したり、見逃したりすることがあった。
【０００６】
このような問題を解決するために、下記特許文献２では、光源面２１にスリットを配置してＡＢ間の輝度分布を図１３（Ｂ）に示すようにして、明部と暗部の境界領域の輝度勾配を大きくしている。暗部では欠陥を検出できないため、撮像装置３０を２台並設して、一方の撮像装置３０から見た暗部が他方の撮像装置３０から見た明部となるようにしている。
【０００７】
しかし、この条件が満たされるのは一部の領域であり、盲点が生ずる。また、明部では輝度分布がフラットになり、上記の原理では欠陥を検出できない。
【０００８】
一方、下記特許文献３では、照明装置２０として、図１１（Ｃ）に示すようなＲ（赤）とＢ（青）とＧ（緑）の輝度分布のものを用い、検査面１０に対し照明装置２０を平行に配置し、撮像装置３０をその光軸が検査面１０と垂直になるように配置し、凹凸部１１の上部でのＢの正反射光量と、この上部の一端側でのＲの正反射光量と、他端側でのＧの正反射光量とを、画像から読み取り、これら正反射光量の大小の組み合わせに基づいて凹凸欠陥や異物などの欠陥の種類を判定している。
【０００９】
しかしながら、凹凸欠陥における傾斜角がどの程度であるかを検出することができない。
【００１０】
下記特許文献４では、赤色から青色に向かって徐々に波長が変化する光を、その波長の変化が入射角が変化する方向に沿って生じるようにした照明装置を用い、はんだ付け部からの正反射光の撮影画像から、はんだ付け部の色彩を演算で求め、これに基づきはんだの表面状態の適否を判別している。
【００１１】
しかし、赤色から青色に向かって徐々に波長が変化する光を用いているので、小さな傾斜角の場合、参照光点の位置変化量が小さい。このため、ＳＮ比が小さく、上記引用文献１と同様の問題が生ずる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】特開平５−２０９７３４号公報
【特許文献２】特開平１１−６３９５９号公報
【特許文献３】特開２０１０−１１２９４１号公報
【特許文献４】特開２００９−１２８３０３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
本発明の目的は、上記問題点に鑑み、角度検出感度を向上させることが可能な表面検査装置を提供することにある。
【００１４】
本発明の他の目的は、角度検出感度を向上させつつ角度検出感度のむらを低減することが可能な表面検査装置を提供することにある。
【００１５】
本発明のさらに他の目的は、角度検出感度を向上させるとともに検出可能な角度範囲を広くすることが可能な表面検査装置を提供することにある。
【００１６】
本発明のさらに他の目的は、角度検出感度を向上させつつ角度検出感度のむらを低減するとともに検出可能な角度範囲を広くすることが可能な表面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】
【００１７】
本発明の第１態様では、
波長域が互いに異なる複数の帯状光源が並設されている照明手段と、
該照明手段から射出され光検査面で正反射されて入射した光を、該複数の波長域のそれぞれに分光する分光手段と、
該分光された光のそれぞれが結像されるイメージセンサを備えた撮像手段と、
該撮像手段で撮像された画像のデータに基づいて検査面の角度を検出する画像処理手段と、
を備えた表面検査装置であって、
該照明手段は、該複数の帯状光源の光源面上の、帯状光源長手方向と直角な方向の線に沿った参照光位置に対する輝度分布が、該複数の帯状光源のそれぞれについて帯状光源面の中点から離れるにつれて輝度が小さくなり、且つ、隣り合う帯状光源の輝度分布が少なくとも輝度のピーク位置まで重なり合うように構成され、
該画像処理手段は、同一参照光位置に対応する、該複数の波長域のそれぞれに対応した画素値について、最大画素値の波長域と２番目に大きい画素値の波長域との組み合わせに基づいて参照光位置が含まれる範囲を決定し、該最大画素値に基づいて又は該最大画素値と該２番目に大きい画素値とに基づいて、該範囲内での参照光位置を決定し、参照光位置と該角度との関係とに基づいて、該角度を求める第１処理手段を有する。
【００１８】
本発明による表面検査装置の第２態様では、第１態様において、該画像処理手段の該第１処理手段は、該２番目に大きい画素値と該最大画素値との比の値に基づいて、該範囲内での該参照光位置を決定する。
【００１９】
本発明による表面検査装置の第３態様では、第２態様において、該画像処理手段の該第１処理手段は、参照光位置に対する、該複数の波長域のそれぞれに対応した、明度に依存しないように規格化した画素値の分布について、各ピーク画素値での、該ピーク画素値の波長域と異なる波長域の規格化画素値が略０になるように、各規格化画素値から所定値をオフセット値として減算し、該減算の後に、該比の値に基づいて、該範囲内での参照光位置を決定する。
【００２０】
本発明による表面検査装置の第４態様では、第３態様において、基準位置からの参照光位置が該比の値に比例するように該比の値に乗ぜられる補正値を、明度に依存しないように規格化した最大画素値の関数又は該比の関数として近似的に求めるための情報が格納された記憶手段をさらに備え、
該画像処理手段の該第１処理手段は、該比の値に該補正値を乗じて、該参照光位置を決定する。
【００２１】
本発明による表面検査装置の第５態様では、第１態様において、該撮像手段で撮像される画像の、該複数の波長域のそれぞれの該輝度分布に対応した、該量に対する画素値分布について、同一参照光位置に対応した、該複数の波長域のそれぞれの画素値のうちの最大画素値の、明度に依存しないように規格化したものの分布を、近似的に求めるための第１情報が格納された第１近似式情報記憶手段をさらに備え、
該画像処理手段の該第１処理手段は、該第１情報に基づく、該最大画素値の規格化画素値分布の近似式における該範囲内での規格化最大画素値に対応した参照光位置を求める。
【００２２】
本発明による表面検査装置の第６態様では、第２乃至５態様のいずれか１つにおいて、該照明手段は、該波長域が互いに異なる複数の帯状光源が複数組並設され、組毎に該輝度分布が異なり、該複数の組について互いに対応する組内参照光位置に対する該画像の画素値の比が該組内参照光位置によらず略一定であり、
該参照光位置に対する、同一参照光位置に対応した、該複数の波長域のそれぞれの画素値に基づく明度の分布を各組について近似的に求めるための、又は、明度に関し隣り合う組の明度分布を区別する境界線を近似的に求めるための第２情報が格納された第２近似式情報記憶手段を備え、
該画像処理手段は、同一参照光位置に対応する、該複数の波長域のそれぞれに対応した画素値を該組に依存しないように規格化して該第１処理手段により組内の該参照光位置を求め、
該画像処理手段はさらに、該第２情報に基づく、該明度の分布又は該境界線の近似式と該組内の参照光位置とに基づいて該組内の参照光位置がどの組であるかを決定し、該組内の参照光位置と該決定した組とに基づいて、全範囲における参照光位置を求める第２処理手段を有する。
【発明の効果】
【００２３】
上記第１態様の構成によれば、複数の帯状光源の光源面上の、帯状光源長手方向と直角な方向の線に沿った参照光位置に対する輝度分布が、該複数の帯状光源のそれぞれについて帯状光源面の中点から離れるにつれて輝度が小さくなり、且つ、隣り合う帯状光源の輝度分布が少なくとも輝度のピーク位置まで重なり合うように構成され、同一参照光位置に対応する、該複数の波長域のそれぞれに対応した画素値について、最大画素値の波長域と２番目に大きい画素値の波長域との組み合わせに基づいて参照光位置が含まれる範囲を決定し、該最大画素値に基づいて又は該最大画素値と該２番目に大きい画素値とに基づいて、該範囲内での参照光位置を決定し、参照光位置と該角度との関係とに基づいて、該角度を求めるので、角度検出感度を向上させることができるという効果を奏する。
【００２４】
上記第２態様の構成によれば、該２番目に大きい画素値と該最大画素値との比の値に基づいて、該範囲内での該参照光位置を決定するので、画素値分布の全範囲について、角度検出感度を向上させつつ角度検出感度のむらを低減することが可能となるという効果を奏する。
【００２５】
上記第３態様の構成によれば、参照光位置に対する、該複数の波長域のそれぞれに対応した規格化画素値の分布について、各ピーク画素値での、該ピーク画素値の波長域と異なる波長域の画素値が略０になるように、各規格化画素値から所定値をオフセット値として減算し、該減算の後に、該比の値に基づいて、該範囲内での参照光位置を決定するので、ＳＮ比の低い信号を除去して角度検出誤差を低減できるとともに、計算が簡単になって画像処理速度を向上させることもできるという効果を奏する。
【００２６】
上記第４態様の構成によれば、該比の値に補正値を乗じて参照光位置を決定するので、角度検出感度のむらをさらに低減することができるという効果を奏する。
【００２７】
上記第５態様の構成によれば、同一参照光位置に対応した、該複数の波長域のそれぞれの画素値のうちの最大画素値の規格化画素値分布を近似的に求めるための第１情報に基づく、該最大画素値の規格化画素値分布の近似式における該範囲内での規格化最大画素値に対応した参照光位置を求めるので、より高いＳＮ比で角度を検出することができ、これにより角度検出感度を向上させることができるという効果を奏する。
【００２８】
上記第６態様の構成によれば、該波長域が互いに異なる複数の帯状光源が複数組並設され、組毎に該輝度分布が異なり、該複数の組について互いに対応する組内参照光位置に対する該画像の画素値の比が該組内参照光位置によらず略一定である照明手段を備え、同一参照光位置に対応する、該複数の波長域のそれぞれに対応した画素値を該組に依存しないように規格化して第１処理手段により組内の該参照光位置を求め、第２情報に基づく、明度の分布又はその境界線の近似式と該組内の参照光位置とに基づいて該組内の参照光位置がどの組であるかを決定し、該組内の参照光位置と該決定した組とに基づいて、全範囲における参照光位置を求めるので、角度検出感度を向上させるとともに検出可能な角度範囲を広くすることができるという効果を奏する。
【００２９】
本発明の他の目的、特徴的な構成及び効果は、以下の説明を特許請求の範囲及び図面の記載と関係づけて読むことにより明らかになる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明の実施例１に係る表面検査装置の概略構成図である。
【図２】主に撮像装置の概略構成を示す照明撮像装置概略斜視図である。
【図３】（Ａ）は照明装置の概略構成を示す側面図、（Ｂ）は（Ａ）中のＬＥＤアレイ部の正面図である。
【図４】図３中の任意の同色ＬＥＤ１列の接続図である。
【図５】（Ａ）は光源面上の走査方向に沿った参照光位置Ｘに対するＲ、Ｇ、Ｂのそれぞれの輝度Ｙを示す線図であり、（Ｂ）は検査面の角度を変えて参照光位置Ｘを図１のＡＢ間で変化させたときの撮像装置のＲ、Ｇ、Ｂに対応したラインセンサのそれぞれの特定点画素値の変化を示す線図であり、（Ｃ）は（Ｂ）のデータに基づいた、参照光位置Ｘに対する明度を示す線図である。
【図６】（Ａ）は画素値に基づいて周期内参照光位置ｘを決定する方法を説明する線図であり、（Ｂ）は（Ａ）の画素値を規格化した線図であり、（Ｃ）は（Ｂ）の各周期内参照光位置ｘに対応した、Ｒ、Ｂ、Ｇのうちの最大画素値の線図であり、（Ｄ）は周期内参照光位置ｘに対する各周期での明度Ｖを示す線図である。
【図７】図１の検査点角度検出部で実行される、Ｒ、Ｇ、Ｂの画素値から検査ライン上の任意の点の傾斜角を求める処理の概略フローチャートである。
【図８】検査面に対し照明装置と撮像装置とを一体的に図示矢印方向へ相対的に移動させたときに、撮影画像に対応した光源面上の参照光位置Ｘが変化する様子を示す説明図である。
【図９】検査面に対し照明装置と撮像装置とを一体的に図示矢印方向へ相対的に移動させたときに、撮影画像に対応した光源面上の参照光位置Ｘが変化する様子を示す説明図である。
【図１０】（Ａ）は検査面上の凹凸部側面図、（Ｂ）はこの凹凸部を図８及び図９のように走査したときに図１の角度情報記憶部に格納される角度分布の説明図である。
【図１１】本発明の実施例２に係り、（Ａ）は照明装置の概略構成を示す側面図、（Ｂ）は（Ａ）中のＮＤフィルタのＡＢ間の透過率を示す特性図、（Ｃ）は参照光位置Ｘを（Ａ）のＡＢ間で変化させたときのＲ、Ｂ及びＧに対応したラインセンサのそれぞれの特定点画素値の変化を示す線図であり、（Ｃ）は光整形拡散板上の参照光位置Ｘに対する明度を示す線図である。
【図１２】本発明の実施例３に係り、（Ａ）はオフセット減算説明図、（Ｂ）は各画素から（Ａ）のオフセットを減算した後の、周期内参照光位置ｘに対する画素値分布を示す線図、（Ｃ）及び（Ｄ）は近似計算説明図である。
【図１３】（Ａ）〜（Ｃ）はいずれも背景技術の問題点説明図であって、照明装置の参照光位置Ｘに対する輝度分布を示す線図である。
【実施例１】
【００３１】
図１は、本発明に係る表面検査装置の実施例を示す概略構成図である。
【００３２】
検査面１０は、例えば車の塗装面であり、その微細な凹凸欠陥を検出するために、照明装置２０と撮像装置３０とを備えた照明撮像装置ＬＩＤが不図示のロボットアームに取り付けられている。検査面１０に対し照明装置２０と撮像装置３０とを一体的に図示矢印方向へ相対的に移動させながら、照明装置２０から射出した光の検査面１０上の正反射光を、撮像装置３０で撮像する。
【００３３】
図３（Ａ）は、照明装置２０の概略構成を示す側面図である。図３（Ｂ）は照明装置２０を構成するＬＥＤアレイ部の正面図である。
【００３４】
照明装置２０では、矩形の熱伝導良導体である基板２２上に、複数のＬＥＤランプ２３が列間を狭められるように千鳥格子状に配設されている。各ＬＥＤランプ２３は、基板２２に固着された小基板２３０と、小基板２３０上に固着されたＬＥＤ２３１と、ＬＥＤ２３１のアノードとカソードにそれぞれ導通した端子部とを備えている。ＬＥＤアレイは、図３中にＲ（赤）、Ｇ（緑）及びＢ（青）で示す、波長域が比較的狭い単色のＲ列、Ｇ列及びＢ列がこの順に、周期的に配置されてＬＥＤアレイ部が構成されている。全てのＲ列は製造上のばらつきを除き互いに同一特性のＬＥＤを備え、Ｇ列及びＢ列についても同様である。
【００３５】
３色ＬＥＤ列２４０〜２４６はいずれも、１組の互いに接近したＲ列、Ｇ列及びＢ列からなる。ＬＥＤアレイ部に対向して透明基板２５が並設され、透明基板２５上にシート状の光整形拡散板２６が接合されている。透明基板２５のＬＥＤ側の面の走査方向両端部には、ＬＥＤアレイの一端部のＲ列及び他端部のＢ列のそれぞれの半分を遮光するように遮光板２７０、２７１が接着されている。図３中の位置Ａ及びＢはそれぞれ、図１、図２、図８及び図９中の位置Ａ、Ｂに対応している。
【００３６】
各ＬＥＤ列は図４に示すように、隣合うＬＥＤ２３１が直列接続され、これに更に可変抵抗器２８が直列接続され、この直列接続回路に所定の定電圧が印加され、可変抵抗器２８の抵抗値によりＬＥＤ列の発光量が調整される。図１中の輝度調整装置２８Ｇは、各ＬＥＤ列の可変抵抗器２８を備えている。
【００３７】
光整形拡散板２６（Light Shaping Diffusers）は、光をその屈折機能で拡散させるとともに整形するものであり、例えば、サーフェス・レリーフ・ホログラムパターンにより、表面にマイクロレンズのようなものをランダムに形成したものである。光整形拡散板２６は、同一色のＬＥＤ列の方向の拡散角がこれと直角な方向のそれよりも充分大きくなるように光を整形して、光整形拡散板２６上でのＬＥＤ列に平行な方向の線上で輝度が略均一になるようにする。これにより、各ＬＥＤ列に対応して光整形拡散板２６の面に帯状光源が形成される。ここで拡散角とは、輝度が最大値の半分になる全角であり、ＬＥＤの放射角に依存する。
【００３８】
照明装置２０は、複数の帯状光源の光源面上の、帯状光源長手方向と直角な方向の線に沿った参照光位置Ｘに対する輝度分布、即ちＡＢ間の輝度分布が、該複数の帯状光源のそれぞれについて帯状光源面の中点から離れるにつれて輝度が小さくなり、且つ、隣り合う帯状光源の輝度分布が少なくとも輝度のピーク位置まで重なり合うように構成されており、この輝度分布は、例えば図５（Ａ）に示す如くなる。
【００３９】
輝度のピーク値に関しては、このように３色ＬＥＤ列毎に段階的に変化するように、輝度調整装置２８Ｇが調整される。図５（Ａ）中のＲ０、Ｇ０及びＢ０はそれぞれ３色ＬＥＤ列２４０のＲ列、Ｇ列及びＢ列に対応した帯状面光源の輝度分布曲線であり、Ｒ１、Ｇ１及びＢ１はそれぞれ３色ＬＥＤ列２４１のＲ列、Ｇ列及びＢ列に対応した帯状面光源の輝度分布である。
【００４０】
次に、撮像装置３０の概略構成を、図２を参照して説明する。
【００４１】
撮像装置３０では、検査面１０上の検査ライン１２で反射された光が結像レンズ３００を介してダイクロイックプリズム３０１でＲ、Ｂ及びＧの光に分光され、それぞれラインセンサ３０Ｒ、３０Ｇ及び３０Ｂ上に結像される。検査ライン１２での正反射に対応した入射光の、図１に示す光源面２１の走査方向ＡＢ間における位置（参照光位置）は、検査面１０上の検査ライン１２での角度により定まる。例えば、検査ライン１２の位置の凹凸部の接平面Ｓ０〜Ｓ２に、光源面２１上の参照光点ＲＰ０〜ＲＰ２が対応する。接平面の角度を連続的に一方向へ変化させたときの、光源面２１上のＡＢ間の例えば中央ラインに対応する、ラインセンサ３０Ｒ、３０Ｇ及び３０Ｂのそれぞれの中央点画素値は、図５（Ｂ）に示すように変化する。
【００４２】
図５（Ｂ）中のＤＲ０、ＤＧ０、ＤＢ０、ＤＲ１、ＤＧ１及びＤＢ１はそれぞれ、図５（Ａ）中のＲ０、Ｇ０、Ｂ０、Ｒ１、Ｇ１及びＢ１に対応している。図５（Ｂ）中の横軸は、図５（Ａ）と同じく図１のＡＢ間の参照光位置Ｘである。
【００４３】
実際には、光源面２１からの射出角に依存する輝度や、検査ライン１２での反射角や、波長に依存する反射率等のパラメータで、参照光位置Ｘに対応した画素値が異なるが、結果として図５（Ｂ）のような関係が成立するように、輝度調整装置２８Ｇを調整する。図５（Ａ）は、説明の簡単化のために上記パラメータを無視して表したものである。
【００４４】
図５（Ｂ）中の小黒点は、１周期内参照光位置ｘが互いに等しい任意の点を示す。これらの点が、点線で示す１直線上に存在するように、輝度調整装置２８Ｇが調整されている（実際の調整結果は、許容範囲内でこれらの点が略１直線上に存在すればよい）。このような規則的な周期性を利用して、参照光位置Ｘの計算を、後述のように簡単化している。
【００４５】
図３（Ａ）で遮光板２７０及び２７１を設けた理由は、端部領域においてもＳＮ比を所定値以上に保つことにより参照光位置ｘの検出誤差を低減するとともに、周期性を確保して、処理を簡単化するためである。図６（Ａ）は図５（Ｂ）中の１周期分を示す。
【００４６】
次に、本実施例での参照光位置決定原理を説明する。本実施例では参照光位置Ｘを２段階で求める。第１段階では、図６（Ａ）に示す１周期内の参照光位置ｘを求め、第２段階ではこの周期内参照光位置ｘが、図５（Ｃ）に示す画素明度分布のどの周期ｉ（ｉは図５（Ｃ）に示す０〜４の範囲の整数値）に含まれるかを決定し、この周期ｉの始点位置Ｘｉに周期内参照光位置ｘを加算したＸｉ＋ｘを、参照光位置Ｘとして求める。すなわち、階層的に参照光位置Ｘを決定する。ここに画素明度Ｖは、簡単化のためＶ＝ＤＲ＋ＤＧ＋ＤＢとする。明度Ｖは、ラインセンサ３０Ｒ、３０Ｂ及び３０Ｇの相対的感度に応じてＲ、Ｇ、Ｂの画素値に重み付けしたものであってもよい。
【００４７】
１）．第１段階
１周期内参照光位置ｘに対応するＲ、Ｂ、Ｇの１組の画素値のうち、画素値が大きいほどＳＮ比が大きい。検出誤差を小さくするために、この最大画素値のみを用いて周期内参照光位置ｘを求めたい。図６（Ａ）において、例えばＢの画素値が最大でこの値がＤ０である場合、Ｂの画素値がＤ０となる周期内参照光位置ｘは、２点存在する。Ｒ、Ｂ、Ｇの１組の画素値のうち２番目に大きい画素値がＧであれば登り曲線上の画素値に対応する周期内参照光位置ｘを求め、Ｒであれば下り曲線上の画素値に対応する周期内参照光位置ｘを求める。
【００４８】
これを一般化すれば、図６（Ａ）に示すように、Ｒ、Ｇ、Ｂの画素値のピーク点Ｐ０、Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３のｘと、隣り合うピーク点間の画素値の交点Ｃ０、Ｃ１、Ｃ２のｘとを境界点とする６つの領域に、１周期を分割する。そして、図６（Ｃ）に示すようなＲＧＢ１組内最大画素値の曲線を、曲線、折れ線又は直線で近似するための複数の画素値を、予め測定し、周期内参照光位置ｘと対応させておき、次のようにして周期内参照光位置ｘを求める。
【００４９】
図６（Ｃ）は、どの周期であるかに依らず一律的に周期内参照光位置ｘを求めるために、周期内参照光位置ｘに対応したＲ、Ｇ及びＢの画素値ＤＲ、ＤＧ及びＤＢが規格化されている。種々の規格化が考えられるが、本実施例では、これらＤＲ、ＤＧ及びＤＢをそれぞれ、ｒ＝ＤＲ／Ｖ、ｇ＝ＤＧ／Ｖ、ｂ＝ＤＢ／Ｖと明度に依存しないよう規格化する。
【００５０】
（１）最大画素値がＲであれば領域Ａ０又はＡ６であると決定し、２番目に大きい画素値がＧであれば領域Ａ０、すなわち曲線Ｐ０−Ｃ０上の点であるとして周期内参照光位置ｘを求め、２番目に大きい画素値がＢであれば領域Ａ６、すなわち曲線Ｃ２−Ｐ３上の点であるとして周期内参照光位置ｘを求める。
【００５１】
（２）最大画素値がＧであれば領域Ａ１又はＡ２であると決定し、２番目に大きい画素値がＲであれば領域Ａ１、すなわち曲線Ｃ０−Ｐ１上の点であるとして周期内参照光位置ｘを求め、２番目に大きい画素値がＢであれば領域Ａ２、すなわち曲線Ｐ１−Ｃ１上の点であるとして周期内参照光位置ｘを求める。
【００５２】
以下同様であり、以上のことから容易に理解できるので、その説明を省略する。
【００５３】
なお、隣り合うピーク点間の画素値の交点Ｃ０、Ｃ１、Ｃ２の高さは、勾配が比較的大きく且つＳＮ比が比較的大きい部分を用いた方が角度検出感度を高くすることができることから、ピーク点の略半値であることが好ましい。
【００５４】
２）．第２段階
図６（Ｄ）は、図５（Ｃ）を、図６（Ｃ）に対応して１周期に纏めて表したものである。周期内参照光位置ｘでの明度Ｖ（ｘ）が、どの曲線に最も近いかを判定することで、周期内参照光位置ｘがどの周期であるかを決定する。換言すれば、図６（Ｄ）中の上下に隣り合う曲線の中点を結ぶ曲線を図６（Ｅ）に示すような周期判定用境界線とし、どの境界線間（Ｖ＝０とＶ＝∞の境界線も想定する。）に明度Ｖ（ｘ）が含まれるかで、周期内参照光位置ｘがどの周期であるかを決定する。
【００５５】
以上のような参照光位置決定原理によれば、波長域が互いに異なる山形輝度分布が互いに重なり合うように帯状面光源を構成し、各波長域の撮影画像の該山形輝度分布に対応する画素値分布に基づいて検査面の角度を検出するので、従来の図１３（Ａ）に示すような勾配よりも大きな勾配を用いることができ、これにより検出願度が向上するという効果を奏する。さらに、周期毎に明度Ｖを異ならせて周期内参照光位置ｘがどの周期であるかを決定するので、検査可能な角度範囲を広げることができるという効果を奏する。
【００５６】
図１に戻って、入力部４１は、制御部４０に対する設定値及び指示の入力用であり、表示部４２はこの入力を対話的に行うと共に指示に応じて欠陥情報等を表示させるためのものである。近似式情報記憶部４３には、上述の図６（Ｃ）及び、図６（Ｄ）又は図６（Ｅ）の曲線を、曲線、折れ線又は直線で近似的に決定するための曲線近似情報として、測定点（ｘ，ｄ）及び（Ｖ，ｘ）が複数格納されている。すなわち、近似式情報記憶部４３には、撮像装置３０で撮像される画像の、複数の波長域のそれぞれの輝度分布に対応した、ｘに対する画素値分布について、同一参照光位置ｘに対応した、該複数の波長域のそれぞれの画素値のうちの最大画素値の画素値分布を近似的に求めるための情報と、ｘに対する明度Ｖの分布又は明度に関し隣り合う組の明度分布を区別する境界線を各周期について近似的に求めるための情報とが格納されている。
【００５７】
通常、参照光位置ｘに対応した規格化画素値分布が、該複数の波長域について略同一であり、また、画素分布がピーク値の軸に関し対称であるので、近似式情報を大幅に削減することができる。
【００５８】
参照光位置ｘの替わりに、ｘに対応した量、例えば基準面に対する検査ライン１２での角度であってもよい。この情報は、近似式の係数などであってもよいことは勿論である。
【００５９】
制御部４０は、不図示のロボットアームから、検査面１０に対する照明撮像装置ＬＩＤの位置情報を取得する。制御部４０は、撮像装置３０に制御信号を供給して、ラインセンサ３０Ｒ、３０Ｇ及び３０Ｂから画像データを画像メモリ４４にＤＭＡ（ダイレクトメモリアクセス）転送させる。この転送後に、検査点角度検出部４５に対するレディ信号を活性にする。検査点角度検出部４５は、この活性化に応答して、各画素（Ｒ、Ｇ、Ｂの画素値ＤＲ、ＤＧ、ＤＢの１組）について図７に示す処理を開始する。以下、括弧内は図中のステップ識別符号である。
【００６０】
（Ｓ１０）明度Ｖ＝ＤＲ＋ＤＧ＋ＤＢを求める。
【００６１】
（Ｓ１１）画素値ＤＲ、ＤＧ及びＤＢを上述のように明度Ｖで規格化する。
【００６２】
（Ｓ１２）画素値ＤＲ、ＤＧ及びＤＢの間の大小関係と近似式情報記憶部４３内の、図６（Ｃ）に対応した情報とに基づいて、上述のように周期内参照光位置ｘを決定する。
【００６３】
（Ｓ１３）明度Ｖの値と近似式情報記憶部４３内の、図６（Ｄ）に対応した情報とに基づいて、周期内参照光位置ｘがどの周期ｉに属するかを決定する。すなわち、周期始点位置Ｘｉを求める。
【００６４】
（Ｓ１４）実験又は計算により定めた、参照光位置Ｘと検査ライン１２での基準面に対する傾斜角（検出角θ）との関係に基づいて、参照光位置Ｘをこの検出角θに変換する。
【００６５】
検査点角度検出部４５は、撮像装置３０での画素位置に対応した検査ライン１２上の各点での検出角θを、照明撮像装置ＬＩＤの位置・姿勢情報と共に角度情報記憶部４６に格納し（第１段階の角度マップを角度情報記憶部４６内に作成し）、制御部４０に対し角度検出完了信号を活性にする。
【００６６】
このような処理を、検査面１０に対し照明撮像装置ＬＩＤを相対的に走査させながら繰り返すことにより、検査面１０上の角度分布が角度情報記憶部４６内に得られる。
【００６７】
表面欠陥検出部４７は、上記処理と平行して、角度情報記憶部４６内の情報に基づき、良面（検出角が比較的緩やかに変化する広い範囲の面）に対する欠陥点の角度を、両者の検出角度差により求める（第２段階の角度マップを角度情報記憶部４６内に作成する）。
【００６８】
このような処理により、例えば図１０（Ａ）に示すような凹凸部１１が形成された検査面１０に対し、図８及び図９に示すように照明撮像装置ＬＩＤを矢印方向へ走査することにより、図１０（Ｂ）に示すような角度情報を取得することができる。図１０（Ｂ）は第２段階の角度マップの概略を視覚的に示すものであり、その升目は、検査面１０上の、撮像装置３０の対応する、Ｒ、Ｇ、Ｂの１組の画素点に対応している。図１１（Ｂ）中の互いに異なるハッチングを施した部分は、互いに検出角が異なることを示している。白抜き部分は、良面を示している。図１０（Ｃ）に示すような凹凸部１１Ａが形成された検査面１０についての角度マップの概略を視覚的に図１０（Ｄ）に示す。黒塗り部分は、傾斜角が大きいために参照光点が光源面２１上に存在しなかった部分であり、その両側の角度分布から当該部分を判定でき、それぞれの側の角度より絶対値が大きい角度をこの角度マップに記入しておく。
【００６９】
表面欠陥検出部４７は次いで、角度情報記憶部４６内の欠陥点の角度の分布と欠陥部サイズとに基づいて、欠陥部毎に重度又は軽度の欠陥であるか否かを判定し、その結果を欠陥情報記憶部４８に格納するとともに、表示部４２に表示させ、欠陥の程度に応じて作業者に警報で報知する。
【００７０】
従来では塗装欠陥検査を人と装置とで行い、装置が低感度であったことから、自動検査のレベルが人のそれに至らず、人の検査負担を軽減出来ていなかったが、本実施例１によれば、角度検出感度が高く且つ比較的広い範囲で角度を検出できるので、その画像処理により表面欠陥検出をより確実かつ正確に行うことが可能となり、これにより、人の検査負担を軽減させて、自動車等の製造コスト低減に寄与するところが大きい。
【実施例２】
【００７１】
図１１は、本発明の実施例２の説明図である。
【００７２】
この実施例２では、図１１（Ａ）に示すように、照明装置２０Ａにおいて、透明基板２５にＮＤ（Neutral Density）フィルタ２９が接合されている。ＮＤフィルタ２９は、図１１（Ｂ）に示すように、照明装置２０ＡのＡＢ間で透過率が直線的に変化している。
【００７３】
ＮＤフィルタ２９を用いずに検査ライン１２の傾斜角を連続的に変化させたときの撮像装置３０での画素値のピーク値が図１１（Ｃ）に示すよう一定になるように、各ＬＥＤに電流を供給する。この条件の下でＮＤフィルタ２９を用いることにより、画素値の明度Ｖは図１１（Ｄ）に示すように、参照光位置Ｘに対し略直線的に変化する。図１１（Ｄ）中の小黒点は、周期内参照光位置ｘが互いに同一な点を示しており、実施例１と同様にしてどの周期に属するかを定めることができる。周期内参照光位置ｘについても、上記実施例１と同じ方法で求めることができる。
【００７４】
他の点は、実施例１と同一である。
【実施例３】
【００７５】
上記実施例１、２では、画素値のピークレベル付近でカーブが緩やかになるため、角度検出感度が低下する。部分的に感度が低下すると、全体としての検出誤差が大きくなるので、できるだけ角度検出感度を参照光位置に依存しないようにした方が好ましい。
【００７６】
そこで、本実施例ではこの問題を解決するため、上記第１段階での処理の替わりに、次のように隣り合う２色を考慮して周期内参照光位置ｘを求める。
【００７７】
まず、図１２（Ａ）に示すような１周期について、足部交点を結んだ直線のレベルｏｆｓを各規格化画素値ｒ、ｇ、ｂから減算することにより、図１２（Ｂ）に示すような画素値分布にして、ＳＮ比の低い部分を除去する。これにより、領域Ａ０〜Ａ５のそれぞれについて隣り合う２色のみでｘを算出できるので、計算が簡単になるとともに画像処理速度を向上されることもできる。
【００７８】
ここで、領域Ａ０について、比ＤＧ／ＤＲはｘと１対１に対応している。ＤＧ／ＤＲ＝（ＤＧ／Ｖ）／（ＤＲ／Ｖ）であるので、比ＤＧ／ＤＲは規格化されている。そこで、ｘ＝Ｃ＊ＤＧ／ＤＲ（＝Ｃ＊ｇ／ｒ）により、ｘを近似的に求める。ここに「＊」は乗算記号である。係数Ｃは、簡単化のため、定数であるとする。この式の意味を分かりやすくするために、図１２（Ｃ）に示すように、各画素値曲線を点線のように直線近似して考える。
【００７９】
ここで、領域Ａ０での上記直線近似は、ＤＧを０〜１の範囲に規格化したパラメータｐ及びｘの範囲を０〜１の範囲に規格化したパラメータｑを用いてｑ＝ｐ／（１−ｐ）と表すことができる。図１２（Ｄ）中の直線ｑ＝ｐ、ｑ＝１−ｐはそれぞれ上式右辺のｇ（ｘ）及びｒ（ｘ）に対応している。範囲０≦ｐ≦０．５では、図１２（Ｄ）に実線で示すようにほぼ直線的に変化する。図１２（Ｃ）において、領域Ａ０では両端を除き、画素値ｒが対応する近似直線より僅か大きく、画素値ｇが対応する近似直線より僅か小さい程度であるので、ｘは、ほぼ図１２（Ｄ）に示す実線のように略直線となる。
【００８０】
この近似式の利点は、領域Ａ０の画素値ピーク点付近も含めて比ｇ／ｒに関しｘが略直線的に変化するので、実施例１の場合よりも角度検出感度が向上する点である。
【００８１】
Ｃ＊ｇ／ｒがｒに関し線形に変化するように、Ｃを規格化画素値ｒの関数Ｃ（ｒ）として実験的に求めておくことにより、角度検出感度をさらに向上させる。Ｃ（ｒ）の値は、領域Ａ０の幅ｘ０に略等しく、領域Ａ０の両端でｘ０となる。
【００８２】
他の領域についても同様にしてｘを求める。すなわち、一般に、以下のようにしてｘを求める。
【００８３】
ＤＲ≧ＤＧのとき（領域Ａ０）、ｘ＝Ｃ（ｒ）＊ｇ／ｒ
ＤＧ＞ＤＲのとき（領域Ａ１）、ｘ＝Ｃ（ｇ）＊（２−ｒ／ｇ）
ＤＧ＞ＤＢのとき（領域Ａ２）、ｘ＝Ｃ（ｇ）（＊（２＋ｂ／ｇ）
ＤＢ＞ＤＧのとき（領域Ａ３）、ｘ＝Ｃ（ｂ）＊（４−ｇ／ｂ）
以下、同様である。関数Ｃ（規格化画素値）は、各色について略同一である。
【００８４】
係数Ｃを定数で近似する場合、図１の曲線近似情報記憶部４３には、第２段階のみについての曲線近似情報を格納すればよく、構成が簡単になる。上式のように関数Ｃ（規格化画素値）を用いる場合には、これを近似的に求めるための情報を曲線近似情報記憶部４３に格納しておく。
【００８５】
なお、係数Ｃを、上記各領域について、対応する最大画素値と２番目に大きい画素値の比の関数とすることにより、最大画素値付近での角度検出感度を更に向上させてもよい。 また、一般に、周期内参照光位置ｘを、上記各領域について、対応する最大画素値と２番目に大きい画素値の比ρの関数ｘ（ρ）で表し、この関数の曲線を近似的に求めるための情報を曲線近似情報記憶部４３に格納し、この情報とρとの値からｘを求める構成であってもよい。例えば、ＤＲ≧ＤＧのとき（領域Ａ０）、ｘ＝Ｃ（ρ）＊ρ、ρ＝ｇ／ｒなるｘ（ρ）は、この一般化した関数の表現形態の１つである。
【００８６】
次に、ｍ＝ＭＩＮ（ＤＲ，ＤＧ，ＤＢ）、Ｍ＝ＭＩＮ（ＤＲ，ＤＧ，ＤＢ）のとき、ＨＳＢ色空間での飽和度Ｓは、Ｓ＝（Ｍ−ｍ）／Ｍと表される。ここに、ＭＩＮ及びＭＡＸはそれぞれ、括弧内の画素値のうちの最小値及び最大値である。
【００８７】
飽和度Ｓは、正反射しているとき１となり、正反射していないときは値が低くなるので、正反射であるか否かを飽和度Ｓで判定する。ごみなどは光を拡散させるので飽和度Ｓが小さくなり、ごみなどの判定にも飽和度Ｓを用いる。
【００８８】
他の点は、実施例１と同一である。
【００８９】
本実施例３によれば、角度検出感度が高く且つ検出対象の角度に対する感度が安定し、さらに、比較的広い範囲で角度を検出できるので、その画像処理により表面欠陥検出をより確実かつ正確に行うことが可能となり、これにより、人の検査負担をさらに軽減させて、自動車等の製造コスト低減に寄与するところが大きい。
【００９０】
以上において、本発明の好適な実施例を説明したが、本発明には他にも種々の変形例が含まれ、上記各実施例で述べた構成要素の他の組み合わせ、各構成要素の機能を実現する他の構成を用いたもの、当業者であればこれらの構成又は機能から想到するであろう他の構成も、本発明に含まれる。
【００９１】
例えば、請求項１の「参照光位置に対応した該角度」は、通常の「角度」の単位に限定されず、角度に対応した表現形態のものであればよく、参照光位置自体であってもよい。
【００９２】
また、実施例３の処理方法で画素値のピーク付近の領域の角度を検出し、実施例１の処理方法でその他の領域の角度を検出する構成であってもよい。
【００９３】
また、上記規則的な周期性を考慮せずに、それぞれの不規則な周期について図６（Ｃ）の関係を予め定めておく構成であってもよい。この場合、可変抵抗器２８を固定抵抗としてもよい。この不規則な周期は、例えば、図５（Ｃ）で周期０〜４の曲線を互いに入れ替えたものになるものであってもよい。
【００９４】
また、上記原理から、Ｒ、Ｂ、ＧのＬＥＤ列の並び順は任意でよい。さらに、Ｒ、Ｇ、ＢのＬＥＤにさらに赤外のＬＥＤを加えてもよい。この場合、上記原理から１周期を６列（６は、４個から２個を取り出す組み合わせの数）のＬＥＤ列とすることができる。ＬＥＤの色は２色以上であればよい。
【００９５】
さらに、遮光板２７０及び２７１を設けずに、この部分に対応した単色帯状面光源面上の参照光位置も検出する構成であってもよい。この場合も、図１０（Ｄ）のような角度マップを得ることができる。
【００９６】
また、照明装置２０又は撮像装置３０と検査面１０との間の距離をパラメータとして、上記曲線近似情報を記憶部４３に格納し、この距離に応じて角度を検出する構成であってもよい。
【００９７】
また、実施例２でＮＤフィルタ２９を用いずに、発散角が比較的大きい赤外のＬＥＤも基板２２上に配置し、光整形拡散板２６での輝度分布が図１１に示すようにＡＢ間で勾配を持つようにし、上述の明度Ｖの替わりに、赤外の検出画素値を用い、図１１（Ｄ）で説明した上記処理と同様にして周期始点位置Ｘｉを求める構成であってもよい。
【００９８】
さらに、照明装置は、光源面での、走査方向に沿った輝度分布が、山形で、隣り合う波長域輝度分布が重なり合う帯状面光源を用いたものであればよく、ＬＥＤの替わりにレーザダイオードを用いたり、光整形拡散板２６として半円柱マイクロレンズアレイを用いたものであってもよい。
【００９９】
また、ラインセンサの画素位置に応じて、上記第２段階での明度Ｖを補正、例えばＶを定数倍したもので、どの周期であるかを判別することにより、ラインセンサの画素毎の感度のばらつきや帯状光源の長手方向に沿った輝度のばらつきを補正する構成であってもよい。
【０１００】
また、画像処理により、本実施例で述べた欠陥以外の欠陥も検出する構成であってもよい。
【０１０１】
また、上記実施例では理解を容易にするために撮像装置３０が１次元カメラである場合を説明したが、２次元カメラであってもよい。この場合、検査ライン１２を複数としそれぞれにエリアセンサ上のラインを対応させ、各ラインにつき上記同様に処理をすればよい。
【符号の説明】
【０１０２】
ＬＩＤ 照明撮像装置
１０ 検査面
１１ 凹凸部
１２ 検査ライン
２０、２０Ａ 照明装置
２１ 光源面
２３１ ＬＥＤ
２４０〜２４６ ３色ＬＥＤ列
２５ 透明基板
２６ 光整形拡散板
３０ 撮像装置
３０Ｒ、３０Ｇ、３０Ｂ ラインセンサ
４０ 制御部
４３ 近似式情報記憶部
４４ 画像メモリ
４５ 検査点角度検出部
４６ 角度情報記憶部
４７ 表面欠陥検出部
４８ 欠陥情報記憶部
ＲＰ０〜ＲＰ２ 参照光点
Ｓ０〜Ｓ２ 接平面
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光の正反射を利用して検査面の角度を検出する表面検査装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
図８及び図９に示すように、検査面１０、例えば車の塗装面の微細な凹凸欠陥を検出するために、照明装置２０と撮像装置３０とが不図示のロボットアームに取り付けられている。検査面１０に対し照明装置２０と撮像装置３０とを一体的に図示矢印方向へ相対的に移動させながら、照明装置２０から射出した光の検査面１０上の正反射光を撮像装置３０で撮像する。検査面１０上の凹凸部１１の傾斜面での正反射光を撮像したとき、その画素に対応する照明装置２０の光源面２１上の光射出点（参照光点）は、上記移動に伴うこの傾斜面の角度変化に応じて変化する。
【０００３】
そこで、下記特許文献１では、光源面２１の走査方向一端Ａから他端Ｂまでの範囲の輝度分布を、図１３（Ａ）に示すよう勾配を持たせることにより、参照光点の位置変化を画素値の変化に対応させ、画素値の変化に基づいて塗装欠陥を検出している。
【０００４】
凹凸部１１の傾斜角が比較的大きいと、重度の欠陥と判定される。一方、この傾斜角が比較的小さくても、欠陥部分の面積が広ければ重度の欠陥と判定する必要がある。
【０００５】
しかし、小さな傾斜角の場合、参照光点の位置変化量が小さいので、ＳＮ比が小さくなり、欠陥を検出することができない（検出感度が低い）。輝度勾配を大きくすると、検出可能な角度範囲に対応したＡＢ間の幅が狭くなり、検出対象の角度によっては、検出感度が低下したり、見逃したりすることがあった。
【０００６】
このような問題を解決するために、下記特許文献２では、光源面２１にスリットを配置してＡＢ間の輝度分布を図１３（Ｂ）に示すようにして、明部と暗部の境界領域の輝度勾配を大きくしている。暗部では欠陥を検出できないため、撮像装置３０を２台並設して、一方の撮像装置３０から見た暗部が他方の撮像装置３０から見た明部となるようにしている。
【０００７】
しかし、この条件が満たされるのは一部の領域であり、盲点が生ずる。また、明部では輝度分布がフラットになり、上記の原理では欠陥を検出できない。
【０００８】
一方、下記特許文献３では、照明装置２０として、図１１（Ｃ）に示すようなＲ（赤）とＢ（青）とＧ（緑）の輝度分布のものを用い、検査面１０に対し照明装置２０を平行に配置し、撮像装置３０をその光軸が検査面１０と垂直になるように配置し、凹凸部１１の上部でのＢの正反射光量と、この上部の一端側でのＲの正反射光量と、他端側でのＧの正反射光量とを、画像から読み取り、これら正反射光量の大小の組み合わせに基づいて凹凸欠陥や異物などの欠陥の種類を判定している。
【０００９】
しかしながら、凹凸欠陥における傾斜角がどの程度であるかを検出することができない。
【００１０】
下記特許文献４では、赤色から青色に向かって徐々に波長が変化する光を、その波長の変化が入射角が変化する方向に沿って生じるようにした照明装置を用い、はんだ付け部からの正反射光の撮影画像から、はんだ付け部の色彩を演算で求め、これに基づきはんだの表面状態の適否を判別している。
【００１１】
しかし、赤色から青色に向かって徐々に波長が変化する光を用いているので、小さな傾斜角の場合、参照光点の位置変化量が小さい。このため、ＳＮ比が小さく、上記引用文献１と同様の問題が生ずる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】特開平５−２０９７３４号公報
【特許文献２】特開平１１−６３９５９号公報
【特許文献３】特開２０１０−１１２９４１号公報
【特許文献４】特開２００９−１２８３０３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
本発明の目的は、上記問題点に鑑み、角度検出感度を向上させることが可能な表面検査装置を提供することにある。
【００１４】
本発明の他の目的は、角度検出感度を向上させつつ角度検出感度のむらを低減することが可能な表面検査装置を提供することにある。
【００１５】
本発明のさらに他の目的は、角度検出感度を向上させるとともに検出可能な角度範囲を広くすることが可能な表面検査装置を提供することにある。
【００１６】
本発明のさらに他の目的は、角度検出感度を向上させつつ角度検出感度のむらを低減するとともに検出可能な角度範囲を広くすることが可能な表面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】
【００１７】
本発明の第１態様では、
波長域が互いに異なる複数の帯状光源が並設されている照明手段と、
該照明手段から射出され光検査面で正反射されて入射した光を、該複数の波長域のそれぞれに分光する分光手段と、
該分光された光のそれぞれが結像されるイメージセンサを備えた撮像手段と、
該撮像手段で撮像された画像のデータに基づいて検査面の角度を検出する画像処理手段と、
を備えた表面検査装置であって、
該照明手段は、該複数の帯状光源の光源面上の、帯状光源長手方向と直角な方向の線に沿った参照光位置に対する輝度分布が、該複数の帯状光源のそれぞれについて帯状光源面の中点から離れるにつれて輝度が小さくなり、且つ、隣り合う帯状光源の輝度分布が少なくとも輝度のピーク位置まで重なり合うように構成され、
該画像処理手段は、同一参照光位置に対応する、該複数の波長域のそれぞれに対応した画素値について、最大画素値の波長域と２番目に大きい画素値の波長域との組み合わせに基づいて参照光位置が含まれる範囲を決定し、該最大画素値に基づいて又は該最大画素値と該２番目に大きい画素値とに基づいて、該範囲内での参照光位置を決定し、参照光位置と該角度との関係とに基づいて、該角度を求める第１処理手段を有する。
【００１８】
本発明による表面検査装置の第２態様では、第１態様において、該画像処理手段の該第１処理手段は、該２番目に大きい画素値と該最大画素値との比の値に基づいて、該範囲内での該参照光位置を決定する。
【００１９】
本発明による表面検査装置の第３態様では、第２態様において、該画像処理手段の該第１処理手段は、参照光位置に対する、該複数の波長域のそれぞれに対応した、明度に依存しないように規格化した画素値の分布について、各ピーク画素値での、該ピーク画素値の波長域と異なる波長域の規格化画素値が略０になるように、各規格化画素値から所定値をオフセット値として減算し、該減算の後に、該比の値に基づいて、該範囲内での参照光位置を決定する。
【００２０】
本発明による表面検査装置の第４態様では、第３態様において、基準位置からの参照光位置が該比の値に比例するように該比の値に乗ぜられる補正値を、明度に依存しないように規格化した最大画素値の関数又は該比の関数として近似的に求めるための情報が格納された記憶手段をさらに備え、
該画像処理手段の該第１処理手段は、該比の値に該補正値を乗じて、該参照光位置を決定する。
【００２１】
本発明による表面検査装置の第５態様では、第１態様において、該撮像手段で撮像される画像の、該複数の波長域のそれぞれの該輝度分布に対応した、該量に対する画素値分布について、同一参照光位置に対応した、該複数の波長域のそれぞれの画素値のうちの最大画素値の、明度に依存しないように規格化したものの分布を、近似的に求めるための第１情報が格納された第１近似式情報記憶手段をさらに備え、
該画像処理手段の該第１処理手段は、該第１情報に基づく、該最大画素値の規格化画素値分布の近似式における該範囲内での規格化最大画素値に対応した参照光位置を求める。
【００２２】
本発明による表面検査装置の第６態様では、第２乃至５態様のいずれか１つにおいて、該照明手段は、該波長域が互いに異なる複数の帯状光源が複数組並設され、組毎に該輝度分布が異なり、該複数の組について互いに対応する組内参照光位置に対する該画像の画素値の比が該組内参照光位置によらず略一定であり、
該参照光位置に対する、同一参照光位置に対応した、該複数の波長域のそれぞれの画素値に基づく明度の分布を各組について近似的に求めるための、又は、明度に関し隣り合う組の明度分布を区別する境界線を近似的に求めるための第２情報が格納された第２近似式情報記憶手段を備え、
該画像処理手段は、同一参照光位置に対応する、該複数の波長域のそれぞれに対応した画素値を該組に依存しないように規格化して該第１処理手段により組内の該参照光位置を求め、
該画像処理手段はさらに、該第２情報に基づく、該明度の分布又は該境界線の近似式と該組内の参照光位置とに基づいて該組内の参照光位置がどの組であるかを決定し、該組内の参照光位置と該決定した組とに基づいて、全範囲における参照光位置を求める第２処理手段を有する。
【発明の効果】
【００２３】
上記第１態様の構成によれば、複数の帯状光源の光源面上の、帯状光源長手方向と直角な方向の線に沿った参照光位置に対する輝度分布が、該複数の帯状光源のそれぞれについて帯状光源面の中点から離れるにつれて輝度が小さくなり、且つ、隣り合う帯状光源の輝度分布が少なくとも輝度のピーク位置まで重なり合うように構成され、同一参照光位置に対応する、該複数の波長域のそれぞれに対応した画素値について、最大画素値の波長域と２番目に大きい画素値の波長域との組み合わせに基づいて参照光位置が含まれる範囲を決定し、該最大画素値に基づいて又は該最大画素値と該２番目に大きい画素値とに基づいて、該範囲内での参照光位置を決定し、参照光位置と該角度との関係とに基づいて、該角度を求めるので、角度検出感度を向上させることができるという効果を奏する。
【００２４】
上記第２態様の構成によれば、該２番目に大きい画素値と該最大画素値との比の値に基づいて、該範囲内での該参照光位置を決定するので、画素値分布の全範囲について、角度検出感度を向上させつつ角度検出感度のむらを低減することが可能となるという効果を奏する。
【００２５】
上記第３態様の構成によれば、参照光位置に対する、該複数の波長域のそれぞれに対応した規格化画素値の分布について、各ピーク画素値での、該ピーク画素値の波長域と異なる波長域の画素値が略０になるように、各規格化画素値から所定値をオフセット値として減算し、該減算の後に、該比の値に基づいて、該範囲内での参照光位置を決定するので、ＳＮ比の低い信号を除去して角度検出誤差を低減できるとともに、計算が簡単になって画像処理速度を向上させることもできるという効果を奏する。
【００２６】
上記第４態様の構成によれば、該比の値に補正値を乗じて参照光位置を決定するので、角度検出感度のむらをさらに低減することができるという効果を奏する。
【００２７】
上記第５態様の構成によれば、同一参照光位置に対応した、該複数の波長域のそれぞれの画素値のうちの最大画素値の規格化画素値分布を近似的に求めるための第１情報に基づく、該最大画素値の規格化画素値分布の近似式における該範囲内での規格化最大画素値に対応した参照光位置を求めるので、より高いＳＮ比で角度を検出することができ、これにより角度検出感度を向上させることができるという効果を奏する。
【００２８】
上記第６態様の構成によれば、該波長域が互いに異なる複数の帯状光源が複数組並設され、組毎に該輝度分布が異なり、該複数の組について互いに対応する組内参照光位置に対する該画像の画素値の比が該組内参照光位置によらず略一定である照明手段を備え、同一参照光位置に対応する、該複数の波長域のそれぞれに対応した画素値を該組に依存しないように規格化して第１処理手段により組内の該参照光位置を求め、第２情報に基づく、明度の分布又はその境界線の近似式と該組内の参照光位置とに基づいて該組内の参照光位置がどの組であるかを決定し、該組内の参照光位置と該決定した組とに基づいて、全範囲における参照光位置を求めるので、角度検出感度を向上させるとともに検出可能な角度範囲を広くすることができるという効果を奏する。
【００２９】
本発明の他の目的、特徴的な構成及び効果は、以下の説明を特許請求の範囲及び図面の記載と関係づけて読むことにより明らかになる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明の実施例１に係る表面検査装置の概略構成図である。
【図２】主に撮像装置の概略構成を示す照明撮像装置概略斜視図である。
【図３】（Ａ）は照明装置の概略構成を示す側面図、（Ｂ）は（Ａ）中のＬＥＤアレイ部の正面図である。
【図４】図３中の任意の同色ＬＥＤ１列の接続図である。
【図５】（Ａ）は光源面上の走査方向に沿った参照光位置Ｘに対するＲ、Ｇ、Ｂのそれぞれの輝度Ｙを示す線図であり、（Ｂ）は検査面の角度を変えて参照光位置Ｘを図１のＡＢ間で変化させたときの撮像装置のＲ、Ｇ、Ｂに対応したラインセンサのそれぞれの特定点画素値の変化を示す線図であり、（Ｃ）は（Ｂ）のデータに基づいた、参照光位置Ｘに対する明度を示す線図である。
【図６】（Ａ）は画素値に基づいて周期内参照光位置ｘを決定する方法を説明する線図であり、（Ｂ）は（Ａ）の画素値を規格化した線図であり、（Ｃ）は（Ｂ）の各周期内参照光位置ｘに対応した、Ｒ、Ｂ、Ｇのうちの最大画素値の線図であり、（Ｄ）は周期内参照光位置ｘに対する各周期での明度Ｖを示す線図である。
【図７】図１の検査点角度検出部で実行される、Ｒ、Ｇ、Ｂの画素値から検査ライン上の任意の点の傾斜角を求める処理の概略フローチャートである。
【図８】検査面に対し照明装置と撮像装置とを一体的に図示矢印方向へ相対的に移動させたときに、撮影画像に対応した光源面上の参照光位置Ｘが変化する様子を示す説明図である。
【図９】検査面に対し照明装置と撮像装置とを一体的に図示矢印方向へ相対的に移動させたときに、撮影画像に対応した光源面上の参照光位置Ｘが変化する様子を示す説明図である。
【図１０】（Ａ）は検査面上の凹凸部側面図、（Ｂ）はこの凹凸部を図８及び図９のように走査したときに図１の角度情報記憶部に格納される角度分布の説明図である。
【図１１】本発明の実施例２に係り、（Ａ）は照明装置の概略構成を示す側面図、（Ｂ）は（Ａ）中のＮＤフィルタのＡＢ間の透過率を示す特性図、（Ｃ）は参照光位置Ｘを（Ａ）のＡＢ間で変化させたときのＲ、Ｂ及びＧに対応したラインセンサのそれぞれの特定点画素値の変化を示す線図であり、（Ｃ）は光整形拡散板上の参照光位置Ｘに対する明度を示す線図である。
【図１２】本発明の実施例３に係り、（Ａ）はオフセット減算説明図、（Ｂ）は各画素から（Ａ）のオフセットを減算した後の、周期内参照光位置ｘに対する画素値分布を示す線図、（Ｃ）及び（Ｄ）は近似計算説明図である。
【図１３】（Ａ）〜（Ｃ）はいずれも背景技術の問題点説明図であって、照明装置の参照光位置Ｘに対する輝度分布を示す線図である。
【実施例１】
【００３１】
図１は、本発明に係る表面検査装置の実施例を示す概略構成図である。
【００３２】
検査面１０は、例えば車の塗装面であり、その微細な凹凸欠陥を検出するために、照明装置２０と撮像装置３０とを備えた照明撮像装置ＬＩＤが不図示のロボットアームに取り付けられている。検査面１０に対し照明装置２０と撮像装置３０とを一体的に図示矢印方向へ相対的に移動させながら、照明装置２０から射出した光の検査面１０上の正反射光を、撮像装置３０で撮像する。
【００３３】
図３（Ａ）は、照明装置２０の概略構成を示す側面図である。図３（Ｂ）は照明装置２０を構成するＬＥＤアレイ部の正面図である。
【００３４】
照明装置２０では、矩形の熱伝導良導体である基板２２上に、複数のＬＥＤランプ２３が列間を狭められるように千鳥格子状に配設されている。各ＬＥＤランプ２３は、基板２２に固着された小基板２３０と、小基板２３０上に固着されたＬＥＤ２３１と、ＬＥＤ２３１のアノードとカソードにそれぞれ導通した端子部とを備えている。ＬＥＤアレイは、図３中にＲ（赤）、Ｇ（緑）及びＢ（青）で示す、波長域が比較的狭い単色のＲ列、Ｇ列及びＢ列がこの順に、周期的に配置されてＬＥＤアレイ部が構成されている。全てのＲ列は製造上のばらつきを除き互いに同一特性のＬＥＤを備え、Ｇ列及びＢ列についても同様である。
【００３５】
３色ＬＥＤ列２４０〜２４６はいずれも、１組の互いに接近したＲ列、Ｇ列及びＢ列からなる。ＬＥＤアレイ部に対向して透明基板２５が並設され、透明基板２５上にシート状の光整形拡散板２６が接合されている。透明基板２５のＬＥＤ側の面の走査方向両端部には、ＬＥＤアレイの一端部のＲ列及び他端部のＢ列のそれぞれの半分を遮光するように遮光板２７０、２７１が接着されている。図３中の位置Ａ及びＢはそれぞれ、図１、図２、図８及び図９中の位置Ａ、Ｂに対応している。
【００３６】
各ＬＥＤ列は図４に示すように、隣合うＬＥＤ２３１が直列接続され、これに更に可変抵抗器２８が直列接続され、この直列接続回路に所定の定電圧が印加され、可変抵抗器２８の抵抗値によりＬＥＤ列の発光量が調整される。図１中の輝度調整装置２８Ｇは、各ＬＥＤ列の可変抵抗器２８を備えている。
【００３７】
光整形拡散板２６（Light Shaping Diffusers）は、光をその屈折機能で拡散させるとともに整形するものであり、例えば、サーフェス・レリーフ・ホログラムパターンにより、表面にマイクロレンズのようなものをランダムに形成したものである。光整形拡散板２６は、同一色のＬＥＤ列の方向の拡散角がこれと直角な方向のそれよりも充分大きくなるように光を整形して、光整形拡散板２６上でのＬＥＤ列に平行な方向の線上で輝度が略均一になるようにする。これにより、各ＬＥＤ列に対応して光整形拡散板２６の面に帯状光源が形成される。ここで拡散角とは、輝度が最大値の半分になる全角であり、ＬＥＤの放射角に依存する。
【００３８】
照明装置２０は、複数の帯状光源の光源面上の、帯状光源長手方向と直角な方向の線に沿った参照光位置Ｘに対する輝度分布、即ちＡＢ間の輝度分布が、該複数の帯状光源のそれぞれについて帯状光源面の中点から離れるにつれて輝度が小さくなり、且つ、隣り合う帯状光源の輝度分布が少なくとも輝度のピーク位置まで重なり合うように構成されており、この輝度分布は、例えば図５（Ａ）に示す如くなる。
【００３９】
輝度のピーク値に関しては、このように３色ＬＥＤ列毎に段階的に変化するように、輝度調整装置２８Ｇが調整される。図５（Ａ）中のＲ０、Ｇ０及びＢ０はそれぞれ３色ＬＥＤ列２４０のＲ列、Ｇ列及びＢ列に対応した帯状面光源の輝度分布曲線であり、Ｒ１、Ｇ１及びＢ１はそれぞれ３色ＬＥＤ列２４１のＲ列、Ｇ列及びＢ列に対応した帯状面光源の輝度分布である。
【００４０】
次に、撮像装置３０の概略構成を、図２を参照して説明する。
【００４１】
撮像装置３０では、検査面１０上の検査ライン１２で反射された光が結像レンズ３００を介してダイクロイックプリズム３０１でＲ、Ｂ及びＧの光に分光され、それぞれラインセンサ３０Ｒ、３０Ｇ及び３０Ｂ上に結像される。検査ライン１２での正反射に対応した入射光の、図１に示す光源面２１の走査方向ＡＢ間における位置（参照光位置）は、検査面１０上の検査ライン１２での角度により定まる。例えば、検査ライン１２の位置の凹凸部の接平面Ｓ０〜Ｓ２に、光源面２１上の参照光点ＲＰ０〜ＲＰ２が対応する。接平面の角度を連続的に一方向へ変化させたときの、光源面２１上のＡＢ間の例えば中央ラインに対応する、ラインセンサ３０Ｒ、３０Ｇ及び３０Ｂのそれぞれの中央点画素値は、図５（Ｂ）に示すように変化する。
【００４２】
図５（Ｂ）中のＤＲ０、ＤＧ０、ＤＢ０、ＤＲ１、ＤＧ１及びＤＢ１はそれぞれ、図５（Ａ）中のＲ０、Ｇ０、Ｂ０、Ｒ１、Ｇ１及びＢ１に対応している。図５（Ｂ）中の横軸は、図５（Ａ）と同じく図１のＡＢ間の参照光位置Ｘである。
【００４３】
実際には、光源面２１からの射出角に依存する輝度や、検査ライン１２での反射角や、波長に依存する反射率等のパラメータで、参照光位置Ｘに対応した画素値が異なるが、結果として図５（Ｂ）のような関係が成立するように、輝度調整装置２８Ｇを調整する。図５（Ａ）は、説明の簡単化のために上記パラメータを無視して表したものである。
【００４４】
図５（Ｂ）中の小黒点は、１周期内参照光位置ｘが互いに等しい任意の点を示す。これらの点が、点線で示す１直線上に存在するように、輝度調整装置２８Ｇが調整されている（実際の調整結果は、許容範囲内でこれらの点が略１直線上に存在すればよい）。このような規則的な周期性を利用して、参照光位置Ｘの計算を、後述のように簡単化している。
【００４５】
図３（Ａ）で遮光板２７０及び２７１を設けた理由は、端部領域においてもＳＮ比を所定値以上に保つことにより参照光位置ｘの検出誤差を低減するとともに、周期性を確保して、処理を簡単化するためである。図６（Ａ）は図５（Ｂ）中の１周期分を示す。
【００４６】
次に、本実施例での参照光位置決定原理を説明する。本実施例では参照光位置Ｘを２段階で求める。第１段階では、図６（Ａ）に示す１周期内の参照光位置ｘを求め、第２段階ではこの周期内参照光位置ｘが、図５（Ｃ）に示す画素明度分布のどの周期ｉ（ｉは図５（Ｃ）に示す０〜４の範囲の整数値）に含まれるかを決定し、この周期ｉの始点位置Ｘｉに周期内参照光位置ｘを加算したＸｉ＋ｘを、参照光位置Ｘとして求める。すなわち、階層的に参照光位置Ｘを決定する。ここに画素明度Ｖは、簡単化のためＶ＝ＤＲ＋ＤＧ＋ＤＢとする。明度Ｖは、ラインセンサ３０Ｒ、３０Ｂ及び３０Ｇの相対的感度に応じてＲ、Ｇ、Ｂの画素値に重み付けしたものであってもよい。
【００４７】
１）．第１段階
１周期内参照光位置ｘに対応するＲ、Ｂ、Ｇの１組の画素値のうち、画素値が大きいほどＳＮ比が大きい。検出誤差を小さくするために、この最大画素値のみを用いて周期内参照光位置ｘを求めたい。図６（Ａ）において、例えばＢの画素値が最大でこの値がＤ０である場合、Ｂの画素値がＤ０となる周期内参照光位置ｘは、２点存在する。Ｒ、Ｂ、Ｇの１組の画素値のうち２番目に大きい画素値がＧであれば登り曲線上の画素値に対応する周期内参照光位置ｘを求め、Ｒであれば下り曲線上の画素値に対応する周期内参照光位置ｘを求める。
【００４８】
これを一般化すれば、図６（Ａ）に示すように、Ｒ、Ｇ、Ｂの画素値のピーク点Ｐ０、Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３のｘと、隣り合うピーク点間の画素値の交点Ｃ０、Ｃ１、Ｃ２のｘとを境界点とする６つの領域に、１周期を分割する。そして、図６（Ｃ）に示すようなＲＧＢ１組内最大画素値の曲線を、曲線、折れ線又は直線で近似するための複数の画素値を、予め測定し、周期内参照光位置ｘと対応させておき、次のようにして周期内参照光位置ｘを求める。
【００４９】
図６（Ｃ）は、どの周期であるかに依らず一律的に周期内参照光位置ｘを求めるために、周期内参照光位置ｘに対応したＲ、Ｇ及びＢの画素値ＤＲ、ＤＧ及びＤＢが規格化されている。種々の規格化が考えられるが、本実施例では、これらＤＲ、ＤＧ及びＤＢをそれぞれ、ｒ＝ＤＲ／Ｖ、ｇ＝ＤＧ／Ｖ、ｂ＝ＤＢ／Ｖと明度に依存しないよう規格化する。
【００５０】
（１）最大画素値がＲであれば領域Ａ０又はＡ６であると決定し、２番目に大きい画素値がＧであれば領域Ａ０、すなわち曲線Ｐ０−Ｃ０上の点であるとして周期内参照光位置ｘを求め、２番目に大きい画素値がＢであれば領域Ａ６、すなわち曲線Ｃ２−Ｐ３上の点であるとして周期内参照光位置ｘを求める。
【００５１】
（２）最大画素値がＧであれば領域Ａ１又はＡ２であると決定し、２番目に大きい画素値がＲであれば領域Ａ１、すなわち曲線Ｃ０−Ｐ１上の点であるとして周期内参照光位置ｘを求め、２番目に大きい画素値がＢであれば領域Ａ２、すなわち曲線Ｐ１−Ｃ１上の点であるとして周期内参照光位置ｘを求める。
【００５２】
以下同様であり、以上のことから容易に理解できるので、その説明を省略する。
【００５３】
なお、隣り合うピーク点間の画素値の交点Ｃ０、Ｃ１、Ｃ２の高さは、勾配が比較的大きく且つＳＮ比が比較的大きい部分を用いた方が角度検出感度を高くすることができることから、ピーク点の略半値であることが好ましい。
【００５４】
２）．第２段階
図６（Ｄ）は、図５（Ｃ）を、図６（Ｃ）に対応して１周期に纏めて表したものである。周期内参照光位置ｘでの明度Ｖ（ｘ）が、どの曲線に最も近いかを判定することで、周期内参照光位置ｘがどの周期であるかを決定する。換言すれば、図６（Ｄ）中の上下に隣り合う曲線の中点を結ぶ曲線を図６（Ｅ）に示すような周期判定用境界線とし、どの境界線間（Ｖ＝０とＶ＝∞の境界線も想定する。）に明度Ｖ（ｘ）が含まれるかで、周期内参照光位置ｘがどの周期であるかを決定する。
【００５５】
以上のような参照光位置決定原理によれば、波長域が互いに異なる山形輝度分布が互いに重なり合うように帯状面光源を構成し、各波長域の撮影画像の該山形輝度分布に対応する画素値分布に基づいて検査面の角度を検出するので、従来の図１３（Ａ）に示すような勾配よりも大きな勾配を用いることができ、これにより検出願度が向上するという効果を奏する。さらに、周期毎に明度Ｖを異ならせて周期内参照光位置ｘがどの周期であるかを決定するので、検査可能な角度範囲を広げることができるという効果を奏する。
【００５６】
図１に戻って、入力部４１は、制御部４０に対する設定値及び指示の入力用であり、表示部４２はこの入力を対話的に行うと共に指示に応じて欠陥情報等を表示させるためのものである。近似式情報記憶部４３には、上述の図６（Ｃ）及び、図６（Ｄ）又は図６（Ｅ）の曲線を、曲線、折れ線又は直線で近似的に決定するための曲線近似情報として、測定点（ｘ，ｄ）及び（Ｖ，ｘ）が複数格納されている。すなわち、近似式情報記憶部４３には、撮像装置３０で撮像される画像の、複数の波長域のそれぞれの輝度分布に対応した、ｘに対する画素値分布について、同一参照光位置ｘに対応した、該複数の波長域のそれぞれの画素値のうちの最大画素値の画素値分布を近似的に求めるための情報と、ｘに対する明度Ｖの分布又は明度に関し隣り合う組の明度分布を区別する境界線を各周期について近似的に求めるための情報とが格納されている。
【００５７】
通常、参照光位置ｘに対応した規格化画素値分布が、該複数の波長域について略同一であり、また、画素分布がピーク値の軸に関し対称であるので、近似式情報を大幅に削減することができる。
【００５８】
参照光位置ｘの替わりに、ｘに対応した量、例えば基準面に対する検査ライン１２での角度であってもよい。この情報は、近似式の係数などであってもよいことは勿論である。
【００５９】
制御部４０は、不図示のロボットアームから、検査面１０に対する照明撮像装置ＬＩＤの位置情報を取得する。制御部４０は、撮像装置３０に制御信号を供給して、ラインセンサ３０Ｒ、３０Ｇ及び３０Ｂから画像データを画像メモリ４４にＤＭＡ（ダイレクトメモリアクセス）転送させる。この転送後に、検査点角度検出部４５に対するレディ信号を活性にする。検査点角度検出部４５は、この活性化に応答して、各画素（Ｒ、Ｇ、Ｂの画素値ＤＲ、ＤＧ、ＤＢの１組）について図７に示す処理を開始する。以下、括弧内は図中のステップ識別符号である。
【００６０】
（Ｓ１０）明度Ｖ＝ＤＲ＋ＤＧ＋ＤＢを求める。
【００６１】
（Ｓ１１）画素値ＤＲ、ＤＧ及びＤＢを上述のように明度Ｖで規格化する。
【００６２】
（Ｓ１２）画素値ＤＲ、ＤＧ及びＤＢの間の大小関係と近似式情報記憶部４３内の、図６（Ｃ）に対応した情報とに基づいて、上述のように周期内参照光位置ｘを決定する。
【００６３】
（Ｓ１３）明度Ｖの値と近似式情報記憶部４３内の、図６（Ｄ）に対応した情報とに基づいて、周期内参照光位置ｘがどの周期ｉに属するかを決定する。すなわち、周期始点位置Ｘｉを求める。
【００６４】
（Ｓ１４）実験又は計算により定めた、参照光位置Ｘと検査ライン１２での基準面に対する傾斜角（検出角θ）との関係に基づいて、参照光位置Ｘをこの検出角θに変換する。
【００６５】
検査点角度検出部４５は、撮像装置３０での画素位置に対応した検査ライン１２上の各点での検出角θを、照明撮像装置ＬＩＤの位置・姿勢情報と共に角度情報記憶部４６に格納し（第１段階の角度マップを角度情報記憶部４６内に作成し）、制御部４０に対し角度検出完了信号を活性にする。
【００６６】
このような処理を、検査面１０に対し照明撮像装置ＬＩＤを相対的に走査させながら繰り返すことにより、検査面１０上の角度分布が角度情報記憶部４６内に得られる。
【００６７】
表面欠陥検出部４７は、上記処理と平行して、角度情報記憶部４６内の情報に基づき、良面（検出角が比較的緩やかに変化する広い範囲の面）に対する欠陥点の角度を、両者の検出角度差により求める（第２段階の角度マップを角度情報記憶部４６内に作成する）。
【００６８】
このような処理により、例えば図１０（Ａ）に示すような凹凸部１１が形成された検査面１０に対し、図８及び図９に示すように照明撮像装置ＬＩＤを矢印方向へ走査することにより、図１０（Ｂ）に示すような角度情報を取得することができる。図１０（Ｂ）は第２段階の角度マップの概略を視覚的に示すものであり、その升目は、検査面１０上の、撮像装置３０の対応する、Ｒ、Ｇ、Ｂの１組の画素点に対応している。図１１（Ｂ）中の互いに異なるハッチングを施した部分は、互いに検出角が異なることを示している。白抜き部分は、良面を示している。図１０（Ｃ）に示すような凹凸部１１Ａが形成された検査面１０についての角度マップの概略を視覚的に図１０（Ｄ）に示す。黒塗り部分は、傾斜角が大きいために参照光点が光源面２１上に存在しなかった部分であり、その両側の角度分布から当該部分を判定でき、それぞれの側の角度より絶対値が大きい角度をこの角度マップに記入しておく。
【００６９】
表面欠陥検出部４７は次いで、角度情報記憶部４６内の欠陥点の角度の分布と欠陥部サイズとに基づいて、欠陥部毎に重度又は軽度の欠陥であるか否かを判定し、その結果を欠陥情報記憶部４８に格納するとともに、表示部４２に表示させ、欠陥の程度に応じて作業者に警報で報知する。
【００７０】
従来では塗装欠陥検査を人と装置とで行い、装置が低感度であったことから、自動検査のレベルが人のそれに至らず、人の検査負担を軽減出来ていなかったが、本実施例１によれば、角度検出感度が高く且つ比較的広い範囲で角度を検出できるので、その画像処理により表面欠陥検出をより確実かつ正確に行うことが可能となり、これにより、人の検査負担を軽減させて、自動車等の製造コスト低減に寄与するところが大きい。
【実施例２】
【００７１】
図１１は、本発明の実施例２の説明図である。
【００７２】
この実施例２では、図１１（Ａ）に示すように、照明装置２０Ａにおいて、透明基板２５にＮＤ（Neutral Density）フィルタ２９が接合されている。ＮＤフィルタ２９は、図１１（Ｂ）に示すように、照明装置２０ＡのＡＢ間で透過率が直線的に変化している。
【００７３】
ＮＤフィルタ２９を用いずに検査ライン１２の傾斜角を連続的に変化させたときの撮像装置３０での画素値のピーク値が図１１（Ｃ）に示すよう一定になるように、各ＬＥＤに電流を供給する。この条件の下でＮＤフィルタ２９を用いることにより、画素値の明度Ｖは図１１（Ｄ）に示すように、参照光位置Ｘに対し略直線的に変化する。図１１（Ｄ）中の小黒点は、周期内参照光位置ｘが互いに同一な点を示しており、実施例１と同様にしてどの周期に属するかを定めることができる。周期内参照光位置ｘについても、上記実施例１と同じ方法で求めることができる。
【００７４】
他の点は、実施例１と同一である。
【実施例３】
【００７５】
上記実施例１、２では、画素値のピークレベル付近でカーブが緩やかになるため、角度検出感度が低下する。部分的に感度が低下すると、全体としての検出誤差が大きくなるので、できるだけ角度検出感度を参照光位置に依存しないようにした方が好ましい。
【００７６】
そこで、本実施例ではこの問題を解決するため、上記第１段階での処理の替わりに、次のように隣り合う２色を考慮して周期内参照光位置ｘを求める。
【００７７】
まず、図１２（Ａ）に示すような１周期について、足部交点を結んだ直線のレベルｏｆｓを各規格化画素値ｒ、ｇ、ｂから減算することにより、図１２（Ｂ）に示すような画素値分布にして、ＳＮ比の低い部分を除去する。これにより、領域Ａ０〜Ａ５のそれぞれについて隣り合う２色のみでｘを算出できるので、計算が簡単になるとともに画像処理速度を向上されることもできる。
【００７８】
ここで、領域Ａ０について、比ＤＧ／ＤＲはｘと１対１に対応している。ＤＧ／ＤＲ＝（ＤＧ／Ｖ）／（ＤＲ／Ｖ）であるので、比ＤＧ／ＤＲは規格化されている。そこで、ｘ＝Ｃ＊ＤＧ／ＤＲ（＝Ｃ＊ｇ／ｒ）により、ｘを近似的に求める。ここに「＊」は乗算記号である。係数Ｃは、簡単化のため、定数であるとする。この式の意味を分かりやすくするために、図１２（Ｃ）に示すように、各画素値曲線を点線のように直線近似して考える。
【００７９】
ここで、領域Ａ０での上記直線近似は、ＤＧを０〜１の範囲に規格化したパラメータｐ及びｘの範囲を０〜１の範囲に規格化したパラメータｑを用いてｑ＝ｐ／（１−ｐ）と表すことができる。図１２（Ｄ）中の直線ｑ＝ｐ、ｑ＝１−ｐはそれぞれ上式右辺のｇ（ｘ）及びｒ（ｘ）に対応している。範囲０≦ｐ≦０．５では、図１２（Ｄ）に実線で示すようにほぼ直線的に変化する。図１２（Ｃ）において、領域Ａ０では両端を除き、画素値ｒが対応する近似直線より僅か大きく、画素値ｇが対応する近似直線より僅か小さい程度であるので、ｘは、ほぼ図１２（Ｄ）に示す実線のように略直線となる。
【００８０】
この近似式の利点は、領域Ａ０の画素値ピーク点付近も含めて比ｇ／ｒに関しｘが略直線的に変化するので、実施例１の場合よりも角度検出感度が向上する点である。
【００８１】
Ｃ＊ｇ／ｒがｒに関し線形に変化するように、Ｃを規格化画素値ｒの関数Ｃ（ｒ）として実験的に求めておくことにより、角度検出感度をさらに向上させる。Ｃ（ｒ）の値は、領域Ａ０の幅ｘ０に略等しく、領域Ａ０の両端でｘ０となる。
【００８２】
他の領域についても同様にしてｘを求める。すなわち、一般に、以下のようにしてｘを求める。
【００８３】
ＤＲ≧ＤＧのとき（領域Ａ０）、ｘ＝Ｃ（ｒ）＊ｇ／ｒ
ＤＧ＞ＤＲのとき（領域Ａ１）、ｘ＝Ｃ（ｇ）＊（２−ｒ／ｇ）
ＤＧ＞ＤＢのとき（領域Ａ２）、ｘ＝Ｃ（ｇ）（＊（２＋ｂ／ｇ）
ＤＢ＞ＤＧのとき（領域Ａ３）、ｘ＝Ｃ（ｂ）＊（４−ｇ／ｂ）
以下、同様である。関数Ｃ（規格化画素値）は、各色について略同一である。
【００８４】
係数Ｃを定数で近似する場合、図１の曲線近似情報記憶部４３には、第２段階のみについての曲線近似情報を格納すればよく、構成が簡単になる。上式のように関数Ｃ（規格化画素値）を用いる場合には、これを近似的に求めるための情報を曲線近似情報記憶部４３に格納しておく。
【００８５】
なお、係数Ｃを、上記各領域について、対応する最大画素値と２番目に大きい画素値の比の関数とすることにより、最大画素値付近での角度検出感度を更に向上させてもよい。 また、一般に、周期内参照光位置ｘを、上記各領域について、対応する最大画素値と２番目に大きい画素値の比ρの関数ｘ（ρ）で表し、この関数の曲線を近似的に求めるための情報を曲線近似情報記憶部４３に格納し、この情報とρとの値からｘを求める構成であってもよい。例えば、ＤＲ≧ＤＧのとき（領域Ａ０）、ｘ＝Ｃ（ρ）＊ρ、ρ＝ｇ／ｒなるｘ（ρ）は、この一般化した関数の表現形態の１つである。
【００８６】
次に、ｍ＝ＭＩＮ（ＤＲ，ＤＧ，ＤＢ）、Ｍ＝ＭＩＮ（ＤＲ，ＤＧ，ＤＢ）のとき、ＨＳＢ色空間での飽和度Ｓは、Ｓ＝（Ｍ−ｍ）／Ｍと表される。ここに、ＭＩＮ及びＭＡＸはそれぞれ、括弧内の画素値のうちの最小値及び最大値である。
【００８７】
飽和度Ｓは、正反射しているとき１となり、正反射していないときは値が低くなるので、正反射であるか否かを飽和度Ｓで判定する。ごみなどは光を拡散させるので飽和度Ｓが小さくなり、ごみなどの判定にも飽和度Ｓを用いる。
【００８８】
他の点は、実施例１と同一である。
【００８９】
本実施例３によれば、角度検出感度が高く且つ検出対象の角度に対する感度が安定し、さらに、比較的広い範囲で角度を検出できるので、その画像処理により表面欠陥検出をより確実かつ正確に行うことが可能となり、これにより、人の検査負担をさらに軽減させて、自動車等の製造コスト低減に寄与するところが大きい。
【００９０】
以上において、本発明の好適な実施例を説明したが、本発明には他にも種々の変形例が含まれ、上記各実施例で述べた構成要素の他の組み合わせ、各構成要素の機能を実現する他の構成を用いたもの、当業者であればこれらの構成又は機能から想到するであろう他の構成も、本発明に含まれる。
【００９１】
例えば、請求項１の「参照光位置に対応した該角度」は、通常の「角度」の単位に限定されず、角度に対応した表現形態のものであればよく、参照光位置自体であってもよい。
【００９２】
また、実施例３の処理方法で画素値のピーク付近の領域の角度を検出し、実施例１の処理方法でその他の領域の角度を検出する構成であってもよい。
【００９３】
また、上記規則的な周期性を考慮せずに、それぞれの不規則な周期について図６（Ｃ）の関係を予め定めておく構成であってもよい。この場合、可変抵抗器２８を固定抵抗としてもよい。この不規則な周期は、例えば、図５（Ｃ）で周期０〜４の曲線を互いに入れ替えたものになるものであってもよい。
【００９４】
また、上記原理から、Ｒ、Ｂ、ＧのＬＥＤ列の並び順は任意でよい。さらに、Ｒ、Ｇ、ＢのＬＥＤにさらに赤外のＬＥＤを加えてもよい。この場合、上記原理から１周期を６列（６は、４個から２個を取り出す組み合わせの数）のＬＥＤ列とすることができる。ＬＥＤの色は２色以上であればよい。
【００９５】
さらに、遮光板２７０及び２７１を設けずに、この部分に対応した単色帯状面光源面上の参照光位置も検出する構成であってもよい。この場合も、図１０（Ｄ）のような角度マップを得ることができる。
【００９６】
また、照明装置２０又は撮像装置３０と検査面１０との間の距離をパラメータとして、上記曲線近似情報を記憶部４３に格納し、この距離に応じて角度を検出する構成であってもよい。
【００９７】
また、実施例２でＮＤフィルタ２９を用いずに、発散角が比較的大きい赤外のＬＥＤも基板２２上に配置し、光整形拡散板２６での輝度分布が図１１に示すようにＡＢ間で勾配を持つようにし、上述の明度Ｖの替わりに、赤外の検出画素値を用い、図１１（Ｄ）で説明した上記処理と同様にして周期始点位置Ｘｉを求める構成であってもよい。
【００９８】
さらに、照明装置は、光源面での、走査方向に沿った輝度分布が、山形で、隣り合う波長域輝度分布が重なり合う帯状面光源を用いたものであればよく、ＬＥＤの替わりにレーザダイオードを用いたり、光整形拡散板２６として半円柱マイクロレンズアレイを用いたものであってもよい。
【００９９】
また、ラインセンサの画素位置に応じて、上記第２段階での明度Ｖを補正、例えばＶを定数倍したもので、どの周期であるかを判別することにより、ラインセンサの画素毎の感度のばらつきや帯状光源の長手方向に沿った輝度のばらつきを補正する構成であってもよい。
【０１００】
また、画像処理により、本実施例で述べた欠陥以外の欠陥も検出する構成であってもよい。
【０１０１】
また、上記実施例では理解を容易にするために撮像装置３０が１次元カメラである場合を説明したが、２次元カメラであってもよい。この場合、検査ライン１２を複数としそれぞれにエリアセンサ上のラインを対応させ、各ラインにつき上記同様に処理をすればよい。
【符号の説明】
【０１０２】
ＬＩＤ 照明撮像装置
１０ 検査面
１１ 凹凸部
１２ 検査ライン
２０、２０Ａ 照明装置
２１ 光源面
２３１ ＬＥＤ
２４０〜２４６ ３色ＬＥＤ列
２５ 透明基板
２６ 光整形拡散板
３０ 撮像装置
３０Ｒ、３０Ｇ、３０Ｂ ラインセンサ
４０ 制御部
４３ 近似式情報記憶部
４４ 画像メモリ
４５ 検査点角度検出部
４６ 角度情報記憶部
４７ 表面欠陥検出部
４８ 欠陥情報記憶部
ＲＰ０〜ＲＰ２ 参照光点
Ｓ０〜Ｓ２ 接平面
【特許請求の範囲】
【請求項１】
波長域が互いに異なる複数の帯状光源が並設されている照明手段と、
該照明手段から射出され光検査面で正反射されて入射した光を、該複数の波長域のそれぞれに分光する分光手段と、
該分光された光のそれぞれが結像されるイメージセンサを備えた撮像手段と、
該撮像手段で撮像された画像のデータに基づいて検査面の角度を検出する画像処理手段と、
を備えた表面検査装置であって、
該照明手段は、該複数の帯状光源の光源面上の、帯状光源長手方向と直角な方向の線に沿った参照光位置に対する輝度分布が、該複数の帯状光源のそれぞれについて帯状光源面の中点から離れるにつれて輝度が小さくなり、且つ、隣り合う帯状光源の輝度分布が少なくとも輝度のピーク位置まで重なり合うように構成され、
該画像処理手段は、同一参照光位置に対応する、該複数の波長域のそれぞれに対応した画素値について、最大画素値の波長域と２番目に大きい画素値の波長域との組み合わせに基づいて参照光位置が含まれる範囲を決定し、該最大画素値に基づいて又は該最大画素値と該２番目に大きい画素値とに基づいて、該範囲内での参照光位置を決定し、参照光位置に対応した該角度を求める第１処理手段を有する、
ことを特徴とする表面検査装置。
【請求項２】
該画像処理手段の該第１処理手段は、該２番目に大きい画素値と該最大画素値との比の値に基づいて、該範囲内での該参照光位置を決定する、
ことを特徴とする請求項１に記載の表面検査装置。
【請求項３】
該画像処理手段の該第１処理手段は、参照光位置に対する、該複数の波長域のそれぞれに対応した、明度に依存しないように規格化した画素値の分布について、各ピーク画素値での、該ピーク画素値の波長域と異なる波長域の規格化画素値が略０になるように、各規格化画素値から所定値をオフセット値として減算し、該減算の後に、該比の値に基づいて、該範囲内での参照光位置を決定する、
ことを特徴とする請求項２に記載の表面検査装置。
【請求項４】
基準位置からの参照光位置が該比の値に比例するように該比の値に乗ぜられる補正値を、明度に依存しないように規格化した最大画素値の関数又は該比の関数として近似的に求めるための情報が格納された記憶手段をさらに備え、
該画像処理手段の該第１処理手段は、該比の値に該補正値を乗じて、該参照光位置を決定する、
ことを特徴とする請求項３に記載の表面検査装置。
【請求項５】
該撮像手段で撮像される画像の、該複数の波長域のそれぞれの該輝度分布に対応した、該量に対する画素値分布について、同一参照光位置に対応した、該複数の波長域のそれぞれの画素値のうちの最大画素値の、明度に依存しないように規格化したものの分布を、近似的に求めるための第１情報が格納された第１近似式情報記憶手段をさらに備え、
該画像処理手段の該第１処理手段は、該第１情報に基づく、該最大画素値の規格化画素値分布の近似式における該範囲内での規格化最大画素値に対応した参照光位置を求める、
ことを特徴とする請求項１に記載の表面検査装置。
【請求項６】
該照明手段は、該波長域が互いに異なる複数の帯状光源が複数組並設され、組毎に該輝度分布が異なり、該複数の組について互いに対応する組内参照光位置に対する該画像の画素値の比が該組内参照光位置によらず略一定であり、
該参照光位置に対する、同一参照光位置に対応した、該複数の波長域のそれぞれの画素値に基づく明度の分布を各組について近似的に求めるための、又は、明度に関し隣り合う組の明度分布を区別する境界線を近似的に求めるための第２情報が格納された第２近似式情報記憶手段を備え、
該画像処理手段は、同一参照光位置に対応する、該複数の波長域のそれぞれに対応した画素値を該組に依存しないように規格化して該第１処理手段により組内の該参照光位置を求め、
該画像処理手段はさらに、該第２情報に基づく、該明度の分布又は該境界線の近似式と該組内の参照光位置とに基づいて該組内の参照光位置がどの組であるかを決定し、該組内の参照光位置と該決定した組とに基づいて、全範囲における参照光位置を求める第２処理手段を有する、
ことを特徴とする請求項２乃至５のいずれか１つに記載の表面検査装置。
【請求項１】
波長域が互いに異なる複数の帯状光源が並設されている照明手段と、
該照明手段から射出され光検査面で正反射されて入射した光を、該複数の波長域のそれぞれに分光する分光手段と、
該分光された光のそれぞれが結像されるイメージセンサを備えた撮像手段と、
該撮像手段で撮像された画像のデータに基づいて検査面の角度を検出する画像処理手段と、
を備えた表面検査装置であって、
該照明手段は、該複数の帯状光源の光源面上の、帯状光源長手方向と直角な方向の線に沿った参照光位置に対する輝度分布が、該複数の帯状光源のそれぞれについて帯状光源面の中点から離れるにつれて輝度が小さくなり、且つ、隣り合う帯状光源の輝度分布が少なくとも輝度のピーク位置まで重なり合うように構成され、
該画像処理手段は、同一参照光位置に対応する、該複数の波長域のそれぞれに対応した画素値について、最大画素値の波長域と２番目に大きい画素値の波長域との組み合わせに基づいて参照光位置が含まれる範囲を決定し、該最大画素値に基づいて又は該最大画素値と該２番目に大きい画素値とに基づいて、該範囲内での参照光位置を決定し、参照光位置に対応した該角度を求める第１処理手段を有する、
ことを特徴とする表面検査装置。
【請求項２】
該画像処理手段の該第１処理手段は、該２番目に大きい画素値と該最大画素値との比の値に基づいて、該範囲内での該参照光位置を決定する、
ことを特徴とする請求項１に記載の表面検査装置。
【請求項３】
該画像処理手段の該第１処理手段は、参照光位置に対する、該複数の波長域のそれぞれに対応した、明度に依存しないように規格化した画素値の分布について、各ピーク画素値での、該ピーク画素値の波長域と異なる波長域の規格化画素値が略０になるように、各規格化画素値から所定値をオフセット値として減算し、該減算の後に、該比の値に基づいて、該範囲内での参照光位置を決定する、
ことを特徴とする請求項２に記載の表面検査装置。
【請求項４】
基準位置からの参照光位置が該比の値に比例するように該比の値に乗ぜられる補正値を、明度に依存しないように規格化した最大画素値の関数又は該比の関数として近似的に求めるための情報が格納された記憶手段をさらに備え、
該画像処理手段の該第１処理手段は、該比の値に該補正値を乗じて、該参照光位置を決定する、
ことを特徴とする請求項３に記載の表面検査装置。
【請求項５】
該撮像手段で撮像される画像の、該複数の波長域のそれぞれの該輝度分布に対応した、該量に対する画素値分布について、同一参照光位置に対応した、該複数の波長域のそれぞれの画素値のうちの最大画素値の、明度に依存しないように規格化したものの分布を、近似的に求めるための第１情報が格納された第１近似式情報記憶手段をさらに備え、
該画像処理手段の該第１処理手段は、該第１情報に基づく、該最大画素値の規格化画素値分布の近似式における該範囲内での規格化最大画素値に対応した参照光位置を求める、
ことを特徴とする請求項１に記載の表面検査装置。
【請求項６】
該照明手段は、該波長域が互いに異なる複数の帯状光源が複数組並設され、組毎に該輝度分布が異なり、該複数の組について互いに対応する組内参照光位置に対する該画像の画素値の比が該組内参照光位置によらず略一定であり、
該参照光位置に対する、同一参照光位置に対応した、該複数の波長域のそれぞれの画素値に基づく明度の分布を各組について近似的に求めるための、又は、明度に関し隣り合う組の明度分布を区別する境界線を近似的に求めるための第２情報が格納された第２近似式情報記憶手段を備え、
該画像処理手段は、同一参照光位置に対応する、該複数の波長域のそれぞれに対応した画素値を該組に依存しないように規格化して該第１処理手段により組内の該参照光位置を求め、
該画像処理手段はさらに、該第２情報に基づく、該明度の分布又は該境界線の近似式と該組内の参照光位置とに基づいて該組内の参照光位置がどの組であるかを決定し、該組内の参照光位置と該決定した組とに基づいて、全範囲における参照光位置を求める第２処理手段を有する、
ことを特徴とする請求項２乃至５のいずれか１つに記載の表面検査装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【公開番号】特開２０１２−５８０９１（Ｐ２０１２−５８０９１Ａ）
【公開日】平成２４年３月２２日（２０１２．３．２２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２０１９９８（Ｐ２０１０−２０１９９８）
【出願日】平成２２年９月９日（２０１０．９．９）
【出願人】（５１０２４３５５１）合同会社アイプロ (1)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年３月２２日（２０１２．３．２２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年９月９日（２０１０．９．９）
【出願人】（５１０２４３５５１）合同会社アイプロ (1)
【Ｆターム（参考）】
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