表面欠陥の検査装置
【課題】ワーク表面に存在する表面欠陥と水滴を精度良く判別することにより、表面欠陥の検出精度の向上を実現させた表面欠陥の検査装置を提供する。
【解決手段】表面欠陥の検出対象たるワーク10の被検査面10aに対して照明光を照射する照明装置3と、被検査面10aを撮像するカメラ2と、該カメラ2により撮像した画像データを画像処理してワーク10の被検査面10aにおける表面欠陥5を検出する画像処理装置4と、を備える表面欠陥検査装置1であって、照明装置3は、被検査面10aに対して拡散反射させた照明光である拡散照明光Xを照射し、かつ、画像処理装置4は、照明装置3により拡散照明光Xが照射された被検査面10aをカメラ2により撮像した画像データに基づいて、ワーク10の被検査面10aにおける表面欠陥5を検出する。
【解決手段】表面欠陥の検出対象たるワーク10の被検査面10aに対して照明光を照射する照明装置3と、被検査面10aを撮像するカメラ2と、該カメラ2により撮像した画像データを画像処理してワーク10の被検査面10aにおける表面欠陥5を検出する画像処理装置4と、を備える表面欠陥検査装置1であって、照明装置3は、被検査面10aに対して拡散反射させた照明光である拡散照明光Xを照射し、かつ、画像処理装置4は、照明装置3により拡散照明光Xが照射された被検査面10aをカメラ2により撮像した画像データに基づいて、ワーク10の被検査面10aにおける表面欠陥5を検出する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、画像処理により表面欠陥を検出する検査装置の技術に関する。
【背景技術】
【0002】
従来、検査対象たるワークの表面をカメラで撮像して画像データを取得し、該画像データを画像処理することによって、ワークにおける表面欠陥の有無を検査することができる検査装置に関する技術が知られている。
このような検査装置においては、表面欠陥の検出精度の向上が望まれている。
例えば、表面欠陥の検出精度を向上させるための技術としては、以下に示す特許文献1および特許文献2に開示された技術が公知となっている。
【0003】
特許文献1に開示された従来技術では、光源、カメラ、検査対象たるワークの相互の位置関係を変化させて、カメラによって、正反射成分を観察する。つまり、照明の入射角度を変化させながら連続して明度(輝度)を計測することにより、ワークの被検査面における各測定点において、明度が最大となる照明角度(即ち、正反射照明入射角度)が求められ、当該正反射照明入射角度を被検査面の全点において求めることにより、正反射照明入射角度の分布を表す画像が得られる。
【0004】
また、特許文献2に開示された従来技術では、濃淡画像を原画像として、この原画像に所定の閾値で2値化処理をして2値化画像を得るとともに、所定値以上の輝度値の傾きを抽出する輝度傾き抽出処理をして輝度傾き画像を得る。そして、2値化画像と輝度傾き画像を重ね合わせて欠陥検出用画像を得て、この欠陥検出用画像における2値化画像中の欠陥部画像と輝度傾き画像中の注目部位画像との、形態に係る相互関係が予め求められた8種類のパターンのいずれかに該当するかを判定する。そして、その結果に応じて、欠陥部を検出し、その欠陥部のサイズ等を正確に把握できるようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【特許文献1】特開平10−009838号公報
【特許文献2】特開2008−185479号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
しかしながら、特許文献1および特許文献2に開示された従来技術では、ワークの被検査面に存在する表面欠陥と水滴とを判別することができないため、ワークの被検査面に水滴が付着している場合には、水滴を表面欠陥であると誤判定してしまうことがあった。また、水滴を除去してから検査を行うことも考えられるが、ワークを乾燥させる時間が余分に掛かるため、検査時間の短縮の観点から鑑みて、水滴が付着していても、表面欠陥を精度良く検出できる技術の開発が望まれていた。
【0007】
本発明は、斯かる現状の課題を鑑みてなされたものであり、ワーク表面に存在する表面欠陥と水滴を精度良く判別することにより、表面欠陥の検出精度の向上を実現させた表面欠陥の検査装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【0008】
本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段を説明する。
【0009】
即ち、請求項1においては、表面欠陥の検出対象たるワークの被検査面に対して照明光を照射する照明と、前記被検査面を撮像するカメラと、該カメラにより撮像した画像データを画像処理して前記ワークの被検査面における表面欠陥を検出する画像処理装置と、を備える表面欠陥の検査装置であって、前記照明は、前記被検査面に対して拡散反射させた照明光を照射し、かつ、前記画像処理装置は、前記照明により拡散反射させた照明光が照射された前記被検査面を前記カメラにより撮像した画像データに基づいて、前記ワークの被検査面における表面欠陥を検出するものである。
【発明の効果】
【0010】
本発明の効果として、以下に示すような効果を奏する。
【0011】
請求項1においては、ワークの被検査面に存在する表面欠陥と水滴を判別して、精度良く表面欠陥を検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【0012】
【図1】本発明の一実施形態に係る表面欠陥検査装置の全体構成を示す模式図。
【図2】従来の表面欠陥検査装置の全体構成を示す模式図。
【図3】本発明の一実施形態に係る表面欠陥検査装置により生成した被検対象物の表面における輝度プロファイルを示す図。
【図4】従来の表面欠陥検査装置により生成した被検対象物の表面における輝度プロファイルを示す図。
【図5】本発明の一実施形態に係る表面欠陥検査装置による棒状のワークの検査状況を示す模式図、(a)本発明の一実施形態に係る表面欠陥検査装置による棒状のワークに対する拡散照明光の照射状況を示す図、(b)棒状のワークに対する解析エリアの設定状況を示す図。
【図6】棒状のワークの表面の範囲Aにおける輝度プロファイルを示す図。
【図7】本発明の一実施形態に係る表面欠陥検査装置による検査(欠けを検出する場合)の流れを示すフロー図。
【図8】本発明の一実施形態に係る表面欠陥検査装置により欠けを検出する場合の検査状況を示す図。
【図9】本発明の一実施形態に係る表面欠陥検査装置による検査(バリを検出する場合)の流れを示すフロー図。
【図10】本発明の一実施形態に係る表面欠陥検査装置によりバリを検出する場合の検査状況を示す図。
【図11】従来の表面欠陥検査装置による検査の流れを示すフロー図。
【発明を実施するための形態】
【0013】
次に、発明の実施の形態を説明する。
まず始めに、本発明の一実施形態に係る表面欠陥検査装置の全体構成について、図1を用いて説明をする。
図1に示す如く、本発明の一実施形態に係る表面欠陥検査装置1は、被検対象物たるワーク10の表面(被検査面10a)における表面欠陥5の有無を検査するための装置であり、カメラ2、照明装置3、画像処理装置4等を備えている。
本実施形態では、被検査面10aに水滴6が存在する場合を例示している。
【0014】
カメラ2は、ワーク10の被検査面10aを撮像するための撮像手段であり、例えばCCDイメージセンサやCMOSイメージセンサ等の撮像素子を備えている。
カメラ2は、図示しないロボット等により支持されるワーク10の被検査面10aを撮像することができる所定の姿勢で固定される。
【0015】
カメラ2とともに表面欠陥検査装置1の光学系(撮像系)を構成する照明装置3の発光部位(照明光を発する部位)はドーム状の態様を有しており、そのドーム状の筐体部分の内面に付設された略ドーム状の反射鏡によって反射部3aを形成する構成としている。そして、略ドーム状の反射部3a内の図示しない光源から発せられる光を反射部3aによって拡散反射させて、反射部3aの下方に形成された開口部3bから、ワーク10の被検査面10aに対して拡散照明光Xを照射する構成としている。
【0016】
またカメラ2は、ドーム状の反射部3aの中心軸状に形成された中空部3cを通してワーク10の被検査面10aを撮像範囲(視野)に捉えることができる。このような構成により、照明装置3は、ワーク10に対して、カメラ2の視野方向に向けて拡散照明光Xを照射することができる構成としている。
【0017】
さらにカメラ2は、画像処理装置4に接続されている。
画像処理装置4は、カメラ2により撮像した画像データを取り込んで、画像データに画像処理を施したり、あるいは、画像処理を施した画像データに基づいて、表面欠陥の有無を判定したりすることが可能な装置であり、例えば、汎用的なパーソナルコンピュータに画像処理プログラムや欠陥判定プログラム等を組み込んだものにより実現することができる。
【0018】
ここで、従来の表面欠陥検査装置の全体構成について、図2を用いて説明をする。
図2に示す如く、従来の表面欠陥検査装置21は、被検対象物たるワーク10の表面(被検査面10a)における表面欠陥の有無を検査するための装置であり、カメラ22、照明装置23、画像処理装置24等を備えている。
そして、カメラ22、画像処理装置24は、本発明に係る表面欠陥検査装置1におけるカメラ2、画像処理装置4と構成が共通している。
【0019】
カメラ22とともに表面欠陥検査装置21の光学系(撮像系)を構成する照明装置23の発光部位は板状の態様を有しており、照明装置23は、平板状の発光部23aからワーク10に対して、照明光Yを照射することができる構成としている。尚、照明光Yは拡散反射させた照明光ではない。
このような構成により、カメラ22は、ワーク10の被検査面10aにおいて直接反射した光(直接反射光)を撮像することができる。
【0020】
次に、各表面欠陥検査装置1・21を用いて撮像した画像データの輝度プロファイルの違いについて、図3および図4を用いて説明をする。
従来の表面欠陥検査装置21を用いて表面欠陥5と水滴6が存在する被検査面10aを撮像し、撮像した画像データから画像処理装置24によって輝度プロファイルを生成すると、図4に示すような輝度プロファイルが生成される。
【0021】
従来の表面欠陥検査装置21によって生成した輝度プロファイルは、表面欠陥5のL1上の輝度プロファイルと水滴6のL2上の輝度プロファイルは、いずれも、表面欠陥5および水滴6の範囲で全体的に輝度が低下(暗く見える)しており、両者5・6の輝度プロファイルは類似している。
【0022】
このため、表面欠陥5と水滴6の各輝度プロファイルを比較しても、輝度プロファイルの特徴から、当該画像データ中の輝度が低下している部位が表面欠陥5であるのか、あるいは水滴6であるのかを判別することが困難である。
【0023】
一方、本発明の一実施形態に係る表面欠陥検査装置1を用いて表面欠陥5と水滴6が存在する被検査面10aを撮像し、撮像した画像データから画像処理装置4によって輝度プロファイルを生成すると、図3に示すような輝度プロファイルが生成される。
【0024】
本発明の一実施形態に係る表面欠陥検査装置1によって生成した輝度プロファイルは、表面欠陥5のL1上の輝度プロファイルは従来と同様に表面欠陥5の範囲で全体的に輝度が低下(暗く見える)しているが、水滴6のL2上の輝度プロファイルは、水滴6の輪郭線の近傍では輝度が低下(暗く見える)しているのに対し、水滴6の中央部分では輝度が上昇する(明るく見える)ようになり、両者5・6の輝度プロファイルの特徴に明らかな違いが確認できる。
【0025】
このため、本発明の一実施形態に係る表面欠陥検査装置1を用いれば、輝度プロファイルの特徴の差異から、撮像した画像データ中の輝度が低下している部位が表面欠陥5であるのか、あるいは、水滴6であるのかを判別することができ、水滴6が付着している部位を誤って表面欠陥5であると判断してしまうことを防止できる。
【0026】
具体的には、画像処理装置4によって、拡散照明光Xを照射しつつ撮像した画像データから輝度プロファイルを生成するとともに、生成した輝度プロファイルにおいて見られる表面欠陥5と水滴6の特徴の差異から、撮像した画像データ中の輝度が低下している部位が表面欠陥5であるのか、あるいは、水滴6であるのかを判別するための判別プログラムを画像処理装置4に組み込むことにより、表面欠陥5と水滴6の判別を実現している。
【0027】
即ち、本発明の一実施形態に係る表面欠陥検査装置1においては、表面欠陥の検出対象たるワーク10の被検査面10aに対して照明光を照射する照明装置3と、被検査面10aを撮像するカメラ2と、該カメラ2により撮像した画像データを画像処理してワーク10の被検査面10aにおける表面欠陥5を検出する画像処理装置4と、を備えるものであって、照明装置3は、被検査面10aに対して拡散反射させた照明光である拡散照明光Xを照射し、かつ、画像処理装置4は、照明装置3により拡散照明光Xが照射された被検査面10aをカメラ2により撮像した画像データに基づいて、ワーク10の被検査面10aにおける表面欠陥5を検出するものである。
このような構成により、ワーク10の被検査面10aに存在する表面欠陥5と水滴6を判別して、精度良く表面欠陥5を検出することができる。
【0028】
次に、表面欠陥検査装置1を用いて、棒状のワークの表面欠陥を検査する場合の検査方法について、図5および図6を用いて説明をする。
図5(a)に示す如く、表面欠陥検査装置1を用いて、棒状のワーク15の表面欠陥の検査を行う場合、照明装置3からワーク15に対して拡散照明光Xを照射すると、図5(a)中に示すような範囲Wに拡散照明光Xが照射される。
【0029】
ここで、範囲Wのうち、ワーク15の軸心方向に対して左右外側に位置する一定幅の範囲である範囲A内では、図6に示すように、表面欠陥5と水滴6の各輝度プロファイルが類似することが判明している。
そこで、表面欠陥検査装置1を用いて、棒状のワーク15の表面欠陥の検査を行う場合には、範囲Aを除いた範囲を検出対象範囲Bとして、この検出対象範囲Bのみに限定して表面欠陥5の検出を行うようにしている。
【0030】
またこの検出対象範囲Bは、図5(b)に示すように、カメラ2の視野方向Zを基準として、視野方向Zを中心とする一定の角度2αの範囲として設定することができる。
尚、角度αは、棒状のワーク15の形状(太さ、曲率半径等)に応じて変化するため、検査対象となるワークごとに、角度αの値を設定する。
【0031】
次に、表面欠陥検査装置1を用いて、欠けやバリ等の種類の欠陥検出を可能にする画像処理のアルゴリズムについて、図7〜図11を用いて説明をする。
図11に従来の表面欠陥検査装置における欠陥検出のための画像処理のアルゴリズムを示している。
従来の画像処理のアルゴリズムでは、ワークの表面に存在する凹状の鋳巣や傷等の種類の欠陥を検出することが可能であったが、ワークの外周近傍に存在する欠けやバリ等の種類の欠陥を検出することができなかった。
そこで、表面欠陥検査装置1では、欠けやバリ等の種類の欠陥検出を可能にする画像処理のアルゴリズムを採用している。
【0032】
図7に示す如く、表面欠陥検査装置1における画像処理のアルゴリズムでは、従来の画像処理のアルゴリズム(図11参照)に対して、解析対象のエリアの輪郭を直線近似したエッジを生成する工程(後述するSTEP−104)を加えることによって、欠けの種類の欠陥検出を実現している。
【0033】
以下、欠けの種類の欠陥を検出するための画像処理のアルゴリズムについて、図7および図8を用いて説明する。
図7および図8に示す如く、まず始めに、カメラ2の視野範囲Pにおける画像データを取得して、該画像データを画像処理装置4に入力する(STEP−101)。
【0034】
次に、画像処理装置4では、入力された画像データを画像処理して、カメラ2の視野範囲Pにおいて照明装置3により拡散照明光Xが照射されている範囲(以下、照射領域Qと呼ぶ)を抽出するとともに、さらに照射領域Qにおいて、所定の輝度値以上である範囲R(以下、解析エリアRと呼ぶ)を抽出する(STEP−102)。
【0035】
次に、画像処理装置4では、抽出した解析エリアRの外形(以下、輪郭エッジSと呼ぶ)を抽出する(STEP−103)。
そして、抽出した輪郭エッジSを直線近似することによって、直線近似した輪郭エッジ(以下、良品エッジTと呼ぶ)を生成する(STEP−104)。
【0036】
そして、この生成した良品エッジTの範囲内で、画像データを2値化して欠陥部の抽出を行う(STEP−105)。
また、画像データにおける輝度値の勾配から欠陥部のエッジの抽出を行う(STEP−106)。
そしてさらに、STEP−105における欠陥部の抽出結果とSTEP−106における欠陥部のエッジの抽出結果の論理積(即ち、STEP−105とSTEP−106のいずれにおいても抽出された部位)から欠陥候補を検出する(STEP−107)。
【0037】
次に、検出した欠陥候補に対して、欠陥サイズと真円度の各閾値に基づく判定を行う(STEP−108)。
【0038】
そして、欠陥サイズと真円度がそれぞれ閾値以内であれば、検出した欠陥候補は欠陥ではないと判定し、当該ワークを良品と判定する(STEP−109)。
または、欠陥サイズと真円度のいずれかが閾値外であれば、検出した欠陥候補は欠陥であると判定し、当該ワークを不良品と判定する(STEP−110)。
尚、この欠けの種類の欠陥を検出可能にする画像処理のアルゴリズムによれば、従来から検出可能であった鋳巣や傷の種類の欠陥を検出することも可能である。
【0039】
また、表面欠陥検査装置1における欠陥検出のアルゴリズムでは、従来のアルゴリズム(図11参照)に、良品エッジTを生成する工程とさらに良品エッジTのさらに外側に解析対象となるエリアを設定する工程(後述するSTEP−204−1およびSTEP−204−2)を加えることによって、バリの種類の欠陥検出を実現している。
【0040】
以下、バリの種類の欠陥を検出するための画像処理のアルゴリズムについて、図9および図10を用いて説明する。
図9および図10に示す如く、まず始めに、カメラ2の視野範囲Pにおける画像データを取得して、該画像データを画像処理装置4に入力する(STEP−201)。
【0041】
次に、画像処理装置4では、入力された画像データを画像処理して、カメラ2の視野範囲Pにおける照射領域Qを抽出するとともに、さらに照射領域Qにおいて、解析エリアRを抽出する(STEP−202)。
【0042】
次に、画像処理装置4では、抽出した解析エリアRの外形である輪郭エッジSを抽出する(STEP−203)。
そして、抽出した輪郭エッジSを直線近似することによって、良品エッジTを生成する(STEP−204−1)。
また、この生成した良品エッジTの外側に一定幅Uの輪郭付近領域Vを設定する(STEP−204−2)。
【0043】
次に、この生成した輪郭付近領域Vの範囲内で、画像データを2値化して欠陥部の抽出を行う(STEP−205)。
また、輪郭付近領域Vの範囲内の画像データにおける輝度値の勾配から欠陥部のエッジの抽出を行う(STEP−206)。
そしてさらに、STEP−205における欠陥部の抽出結果とSTEP−206における欠陥部のエッジの抽出結果の論理積(即ち、STEP−205とSTEP−206のいずれにおいても抽出された部位)から欠陥候補を検出する(STEP−207)。
【0044】
次に、検出した欠陥候補に対して、欠陥サイズの閾値に基づく判定を行う(STEP−208)。
そして、欠陥サイズが閾値以内であれば、検出した欠陥候補はバリの種類の欠陥ではないと判定し、当該ワークを良品と判定する(STEP−209)。
または、欠陥サイズが閾値外であれば、検出した欠陥候補はバリの種類の欠陥であると判定し、当該ワークを不良品と判定する(STEP−210)。
【0045】
このように、本発明の一実施形態に係る表面欠陥検査装置1に、本実施形態で示したような画像処理のアルゴリズムを追加することにより、表面欠陥検査装置1は、水滴の影響を受けることなく、欠けやバリの種類の欠陥も検出することが可能になり、欠陥を見逃すことが少ない、よりロバストな検査を実現することができる。
【符号の説明】
【0046】
1 表面欠陥検査装置
2 カメラ
3 照明装置
4 画像処理装置
【技術分野】
【0001】
本発明は、画像処理により表面欠陥を検出する検査装置の技術に関する。
【背景技術】
【0002】
従来、検査対象たるワークの表面をカメラで撮像して画像データを取得し、該画像データを画像処理することによって、ワークにおける表面欠陥の有無を検査することができる検査装置に関する技術が知られている。
このような検査装置においては、表面欠陥の検出精度の向上が望まれている。
例えば、表面欠陥の検出精度を向上させるための技術としては、以下に示す特許文献1および特許文献2に開示された技術が公知となっている。
【0003】
特許文献1に開示された従来技術では、光源、カメラ、検査対象たるワークの相互の位置関係を変化させて、カメラによって、正反射成分を観察する。つまり、照明の入射角度を変化させながら連続して明度(輝度)を計測することにより、ワークの被検査面における各測定点において、明度が最大となる照明角度(即ち、正反射照明入射角度)が求められ、当該正反射照明入射角度を被検査面の全点において求めることにより、正反射照明入射角度の分布を表す画像が得られる。
【0004】
また、特許文献2に開示された従来技術では、濃淡画像を原画像として、この原画像に所定の閾値で2値化処理をして2値化画像を得るとともに、所定値以上の輝度値の傾きを抽出する輝度傾き抽出処理をして輝度傾き画像を得る。そして、2値化画像と輝度傾き画像を重ね合わせて欠陥検出用画像を得て、この欠陥検出用画像における2値化画像中の欠陥部画像と輝度傾き画像中の注目部位画像との、形態に係る相互関係が予め求められた8種類のパターンのいずれかに該当するかを判定する。そして、その結果に応じて、欠陥部を検出し、その欠陥部のサイズ等を正確に把握できるようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【特許文献1】特開平10−009838号公報
【特許文献2】特開2008−185479号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
しかしながら、特許文献1および特許文献2に開示された従来技術では、ワークの被検査面に存在する表面欠陥と水滴とを判別することができないため、ワークの被検査面に水滴が付着している場合には、水滴を表面欠陥であると誤判定してしまうことがあった。また、水滴を除去してから検査を行うことも考えられるが、ワークを乾燥させる時間が余分に掛かるため、検査時間の短縮の観点から鑑みて、水滴が付着していても、表面欠陥を精度良く検出できる技術の開発が望まれていた。
【0007】
本発明は、斯かる現状の課題を鑑みてなされたものであり、ワーク表面に存在する表面欠陥と水滴を精度良く判別することにより、表面欠陥の検出精度の向上を実現させた表面欠陥の検査装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【0008】
本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段を説明する。
【0009】
即ち、請求項1においては、表面欠陥の検出対象たるワークの被検査面に対して照明光を照射する照明と、前記被検査面を撮像するカメラと、該カメラにより撮像した画像データを画像処理して前記ワークの被検査面における表面欠陥を検出する画像処理装置と、を備える表面欠陥の検査装置であって、前記照明は、前記被検査面に対して拡散反射させた照明光を照射し、かつ、前記画像処理装置は、前記照明により拡散反射させた照明光が照射された前記被検査面を前記カメラにより撮像した画像データに基づいて、前記ワークの被検査面における表面欠陥を検出するものである。
【発明の効果】
【0010】
本発明の効果として、以下に示すような効果を奏する。
【0011】
請求項1においては、ワークの被検査面に存在する表面欠陥と水滴を判別して、精度良く表面欠陥を検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【0012】
【図1】本発明の一実施形態に係る表面欠陥検査装置の全体構成を示す模式図。
【図2】従来の表面欠陥検査装置の全体構成を示す模式図。
【図3】本発明の一実施形態に係る表面欠陥検査装置により生成した被検対象物の表面における輝度プロファイルを示す図。
【図4】従来の表面欠陥検査装置により生成した被検対象物の表面における輝度プロファイルを示す図。
【図5】本発明の一実施形態に係る表面欠陥検査装置による棒状のワークの検査状況を示す模式図、(a)本発明の一実施形態に係る表面欠陥検査装置による棒状のワークに対する拡散照明光の照射状況を示す図、(b)棒状のワークに対する解析エリアの設定状況を示す図。
【図6】棒状のワークの表面の範囲Aにおける輝度プロファイルを示す図。
【図7】本発明の一実施形態に係る表面欠陥検査装置による検査(欠けを検出する場合)の流れを示すフロー図。
【図8】本発明の一実施形態に係る表面欠陥検査装置により欠けを検出する場合の検査状況を示す図。
【図9】本発明の一実施形態に係る表面欠陥検査装置による検査(バリを検出する場合)の流れを示すフロー図。
【図10】本発明の一実施形態に係る表面欠陥検査装置によりバリを検出する場合の検査状況を示す図。
【図11】従来の表面欠陥検査装置による検査の流れを示すフロー図。
【発明を実施するための形態】
【0013】
次に、発明の実施の形態を説明する。
まず始めに、本発明の一実施形態に係る表面欠陥検査装置の全体構成について、図1を用いて説明をする。
図1に示す如く、本発明の一実施形態に係る表面欠陥検査装置1は、被検対象物たるワーク10の表面(被検査面10a)における表面欠陥5の有無を検査するための装置であり、カメラ2、照明装置3、画像処理装置4等を備えている。
本実施形態では、被検査面10aに水滴6が存在する場合を例示している。
【0014】
カメラ2は、ワーク10の被検査面10aを撮像するための撮像手段であり、例えばCCDイメージセンサやCMOSイメージセンサ等の撮像素子を備えている。
カメラ2は、図示しないロボット等により支持されるワーク10の被検査面10aを撮像することができる所定の姿勢で固定される。
【0015】
カメラ2とともに表面欠陥検査装置1の光学系(撮像系)を構成する照明装置3の発光部位(照明光を発する部位)はドーム状の態様を有しており、そのドーム状の筐体部分の内面に付設された略ドーム状の反射鏡によって反射部3aを形成する構成としている。そして、略ドーム状の反射部3a内の図示しない光源から発せられる光を反射部3aによって拡散反射させて、反射部3aの下方に形成された開口部3bから、ワーク10の被検査面10aに対して拡散照明光Xを照射する構成としている。
【0016】
またカメラ2は、ドーム状の反射部3aの中心軸状に形成された中空部3cを通してワーク10の被検査面10aを撮像範囲(視野)に捉えることができる。このような構成により、照明装置3は、ワーク10に対して、カメラ2の視野方向に向けて拡散照明光Xを照射することができる構成としている。
【0017】
さらにカメラ2は、画像処理装置4に接続されている。
画像処理装置4は、カメラ2により撮像した画像データを取り込んで、画像データに画像処理を施したり、あるいは、画像処理を施した画像データに基づいて、表面欠陥の有無を判定したりすることが可能な装置であり、例えば、汎用的なパーソナルコンピュータに画像処理プログラムや欠陥判定プログラム等を組み込んだものにより実現することができる。
【0018】
ここで、従来の表面欠陥検査装置の全体構成について、図2を用いて説明をする。
図2に示す如く、従来の表面欠陥検査装置21は、被検対象物たるワーク10の表面(被検査面10a)における表面欠陥の有無を検査するための装置であり、カメラ22、照明装置23、画像処理装置24等を備えている。
そして、カメラ22、画像処理装置24は、本発明に係る表面欠陥検査装置1におけるカメラ2、画像処理装置4と構成が共通している。
【0019】
カメラ22とともに表面欠陥検査装置21の光学系(撮像系)を構成する照明装置23の発光部位は板状の態様を有しており、照明装置23は、平板状の発光部23aからワーク10に対して、照明光Yを照射することができる構成としている。尚、照明光Yは拡散反射させた照明光ではない。
このような構成により、カメラ22は、ワーク10の被検査面10aにおいて直接反射した光(直接反射光)を撮像することができる。
【0020】
次に、各表面欠陥検査装置1・21を用いて撮像した画像データの輝度プロファイルの違いについて、図3および図4を用いて説明をする。
従来の表面欠陥検査装置21を用いて表面欠陥5と水滴6が存在する被検査面10aを撮像し、撮像した画像データから画像処理装置24によって輝度プロファイルを生成すると、図4に示すような輝度プロファイルが生成される。
【0021】
従来の表面欠陥検査装置21によって生成した輝度プロファイルは、表面欠陥5のL1上の輝度プロファイルと水滴6のL2上の輝度プロファイルは、いずれも、表面欠陥5および水滴6の範囲で全体的に輝度が低下(暗く見える)しており、両者5・6の輝度プロファイルは類似している。
【0022】
このため、表面欠陥5と水滴6の各輝度プロファイルを比較しても、輝度プロファイルの特徴から、当該画像データ中の輝度が低下している部位が表面欠陥5であるのか、あるいは水滴6であるのかを判別することが困難である。
【0023】
一方、本発明の一実施形態に係る表面欠陥検査装置1を用いて表面欠陥5と水滴6が存在する被検査面10aを撮像し、撮像した画像データから画像処理装置4によって輝度プロファイルを生成すると、図3に示すような輝度プロファイルが生成される。
【0024】
本発明の一実施形態に係る表面欠陥検査装置1によって生成した輝度プロファイルは、表面欠陥5のL1上の輝度プロファイルは従来と同様に表面欠陥5の範囲で全体的に輝度が低下(暗く見える)しているが、水滴6のL2上の輝度プロファイルは、水滴6の輪郭線の近傍では輝度が低下(暗く見える)しているのに対し、水滴6の中央部分では輝度が上昇する(明るく見える)ようになり、両者5・6の輝度プロファイルの特徴に明らかな違いが確認できる。
【0025】
このため、本発明の一実施形態に係る表面欠陥検査装置1を用いれば、輝度プロファイルの特徴の差異から、撮像した画像データ中の輝度が低下している部位が表面欠陥5であるのか、あるいは、水滴6であるのかを判別することができ、水滴6が付着している部位を誤って表面欠陥5であると判断してしまうことを防止できる。
【0026】
具体的には、画像処理装置4によって、拡散照明光Xを照射しつつ撮像した画像データから輝度プロファイルを生成するとともに、生成した輝度プロファイルにおいて見られる表面欠陥5と水滴6の特徴の差異から、撮像した画像データ中の輝度が低下している部位が表面欠陥5であるのか、あるいは、水滴6であるのかを判別するための判別プログラムを画像処理装置4に組み込むことにより、表面欠陥5と水滴6の判別を実現している。
【0027】
即ち、本発明の一実施形態に係る表面欠陥検査装置1においては、表面欠陥の検出対象たるワーク10の被検査面10aに対して照明光を照射する照明装置3と、被検査面10aを撮像するカメラ2と、該カメラ2により撮像した画像データを画像処理してワーク10の被検査面10aにおける表面欠陥5を検出する画像処理装置4と、を備えるものであって、照明装置3は、被検査面10aに対して拡散反射させた照明光である拡散照明光Xを照射し、かつ、画像処理装置4は、照明装置3により拡散照明光Xが照射された被検査面10aをカメラ2により撮像した画像データに基づいて、ワーク10の被検査面10aにおける表面欠陥5を検出するものである。
このような構成により、ワーク10の被検査面10aに存在する表面欠陥5と水滴6を判別して、精度良く表面欠陥5を検出することができる。
【0028】
次に、表面欠陥検査装置1を用いて、棒状のワークの表面欠陥を検査する場合の検査方法について、図5および図6を用いて説明をする。
図5(a)に示す如く、表面欠陥検査装置1を用いて、棒状のワーク15の表面欠陥の検査を行う場合、照明装置3からワーク15に対して拡散照明光Xを照射すると、図5(a)中に示すような範囲Wに拡散照明光Xが照射される。
【0029】
ここで、範囲Wのうち、ワーク15の軸心方向に対して左右外側に位置する一定幅の範囲である範囲A内では、図6に示すように、表面欠陥5と水滴6の各輝度プロファイルが類似することが判明している。
そこで、表面欠陥検査装置1を用いて、棒状のワーク15の表面欠陥の検査を行う場合には、範囲Aを除いた範囲を検出対象範囲Bとして、この検出対象範囲Bのみに限定して表面欠陥5の検出を行うようにしている。
【0030】
またこの検出対象範囲Bは、図5(b)に示すように、カメラ2の視野方向Zを基準として、視野方向Zを中心とする一定の角度2αの範囲として設定することができる。
尚、角度αは、棒状のワーク15の形状(太さ、曲率半径等)に応じて変化するため、検査対象となるワークごとに、角度αの値を設定する。
【0031】
次に、表面欠陥検査装置1を用いて、欠けやバリ等の種類の欠陥検出を可能にする画像処理のアルゴリズムについて、図7〜図11を用いて説明をする。
図11に従来の表面欠陥検査装置における欠陥検出のための画像処理のアルゴリズムを示している。
従来の画像処理のアルゴリズムでは、ワークの表面に存在する凹状の鋳巣や傷等の種類の欠陥を検出することが可能であったが、ワークの外周近傍に存在する欠けやバリ等の種類の欠陥を検出することができなかった。
そこで、表面欠陥検査装置1では、欠けやバリ等の種類の欠陥検出を可能にする画像処理のアルゴリズムを採用している。
【0032】
図7に示す如く、表面欠陥検査装置1における画像処理のアルゴリズムでは、従来の画像処理のアルゴリズム(図11参照)に対して、解析対象のエリアの輪郭を直線近似したエッジを生成する工程(後述するSTEP−104)を加えることによって、欠けの種類の欠陥検出を実現している。
【0033】
以下、欠けの種類の欠陥を検出するための画像処理のアルゴリズムについて、図7および図8を用いて説明する。
図7および図8に示す如く、まず始めに、カメラ2の視野範囲Pにおける画像データを取得して、該画像データを画像処理装置4に入力する(STEP−101)。
【0034】
次に、画像処理装置4では、入力された画像データを画像処理して、カメラ2の視野範囲Pにおいて照明装置3により拡散照明光Xが照射されている範囲(以下、照射領域Qと呼ぶ)を抽出するとともに、さらに照射領域Qにおいて、所定の輝度値以上である範囲R(以下、解析エリアRと呼ぶ)を抽出する(STEP−102)。
【0035】
次に、画像処理装置4では、抽出した解析エリアRの外形(以下、輪郭エッジSと呼ぶ)を抽出する(STEP−103)。
そして、抽出した輪郭エッジSを直線近似することによって、直線近似した輪郭エッジ(以下、良品エッジTと呼ぶ)を生成する(STEP−104)。
【0036】
そして、この生成した良品エッジTの範囲内で、画像データを2値化して欠陥部の抽出を行う(STEP−105)。
また、画像データにおける輝度値の勾配から欠陥部のエッジの抽出を行う(STEP−106)。
そしてさらに、STEP−105における欠陥部の抽出結果とSTEP−106における欠陥部のエッジの抽出結果の論理積(即ち、STEP−105とSTEP−106のいずれにおいても抽出された部位)から欠陥候補を検出する(STEP−107)。
【0037】
次に、検出した欠陥候補に対して、欠陥サイズと真円度の各閾値に基づく判定を行う(STEP−108)。
【0038】
そして、欠陥サイズと真円度がそれぞれ閾値以内であれば、検出した欠陥候補は欠陥ではないと判定し、当該ワークを良品と判定する(STEP−109)。
または、欠陥サイズと真円度のいずれかが閾値外であれば、検出した欠陥候補は欠陥であると判定し、当該ワークを不良品と判定する(STEP−110)。
尚、この欠けの種類の欠陥を検出可能にする画像処理のアルゴリズムによれば、従来から検出可能であった鋳巣や傷の種類の欠陥を検出することも可能である。
【0039】
また、表面欠陥検査装置1における欠陥検出のアルゴリズムでは、従来のアルゴリズム(図11参照)に、良品エッジTを生成する工程とさらに良品エッジTのさらに外側に解析対象となるエリアを設定する工程(後述するSTEP−204−1およびSTEP−204−2)を加えることによって、バリの種類の欠陥検出を実現している。
【0040】
以下、バリの種類の欠陥を検出するための画像処理のアルゴリズムについて、図9および図10を用いて説明する。
図9および図10に示す如く、まず始めに、カメラ2の視野範囲Pにおける画像データを取得して、該画像データを画像処理装置4に入力する(STEP−201)。
【0041】
次に、画像処理装置4では、入力された画像データを画像処理して、カメラ2の視野範囲Pにおける照射領域Qを抽出するとともに、さらに照射領域Qにおいて、解析エリアRを抽出する(STEP−202)。
【0042】
次に、画像処理装置4では、抽出した解析エリアRの外形である輪郭エッジSを抽出する(STEP−203)。
そして、抽出した輪郭エッジSを直線近似することによって、良品エッジTを生成する(STEP−204−1)。
また、この生成した良品エッジTの外側に一定幅Uの輪郭付近領域Vを設定する(STEP−204−2)。
【0043】
次に、この生成した輪郭付近領域Vの範囲内で、画像データを2値化して欠陥部の抽出を行う(STEP−205)。
また、輪郭付近領域Vの範囲内の画像データにおける輝度値の勾配から欠陥部のエッジの抽出を行う(STEP−206)。
そしてさらに、STEP−205における欠陥部の抽出結果とSTEP−206における欠陥部のエッジの抽出結果の論理積(即ち、STEP−205とSTEP−206のいずれにおいても抽出された部位)から欠陥候補を検出する(STEP−207)。
【0044】
次に、検出した欠陥候補に対して、欠陥サイズの閾値に基づく判定を行う(STEP−208)。
そして、欠陥サイズが閾値以内であれば、検出した欠陥候補はバリの種類の欠陥ではないと判定し、当該ワークを良品と判定する(STEP−209)。
または、欠陥サイズが閾値外であれば、検出した欠陥候補はバリの種類の欠陥であると判定し、当該ワークを不良品と判定する(STEP−210)。
【0045】
このように、本発明の一実施形態に係る表面欠陥検査装置1に、本実施形態で示したような画像処理のアルゴリズムを追加することにより、表面欠陥検査装置1は、水滴の影響を受けることなく、欠けやバリの種類の欠陥も検出することが可能になり、欠陥を見逃すことが少ない、よりロバストな検査を実現することができる。
【符号の説明】
【0046】
1 表面欠陥検査装置
2 カメラ
3 照明装置
4 画像処理装置
【特許請求の範囲】
【請求項1】
表面欠陥の検出対象たるワークの被検査面に対して照明光を照射する照明と、
前記被検査面を撮像するカメラと、
該カメラにより撮像した画像データを画像処理して前記ワークの被検査面における表面欠陥を検出する画像処理装置と、
を備える表面欠陥の検査装置であって、
前記照明は、
前記被検査面に対して拡散反射させた照明光を照射し、かつ、
前記画像処理装置は、
前記照明により拡散反射させた照明光が照射された前記被検査面を前記カメラにより撮像した画像データに基づいて、
前記ワークの被検査面における表面欠陥を検出する、
ことを特徴とする表面欠陥の検査装置。
【請求項1】
表面欠陥の検出対象たるワークの被検査面に対して照明光を照射する照明と、
前記被検査面を撮像するカメラと、
該カメラにより撮像した画像データを画像処理して前記ワークの被検査面における表面欠陥を検出する画像処理装置と、
を備える表面欠陥の検査装置であって、
前記照明は、
前記被検査面に対して拡散反射させた照明光を照射し、かつ、
前記画像処理装置は、
前記照明により拡散反射させた照明光が照射された前記被検査面を前記カメラにより撮像した画像データに基づいて、
前記ワークの被検査面における表面欠陥を検出する、
ことを特徴とする表面欠陥の検査装置。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【公開番号】特開2012−103217(P2012−103217A)
【公開日】平成24年5月31日(2012.5.31)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2010−254290(P2010−254290)
【出願日】平成22年11月12日(2010.11.12)
【出願人】(000003207)トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Fターム(参考)】
【公開日】平成24年5月31日(2012.5.31)
【国際特許分類】
【出願日】平成22年11月12日(2010.11.12)
【出願人】(000003207)トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Fターム(参考)】
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