JP2015068668A - 外観検査装置 - Google Patents

Abstract

【課題】対象物の光沢による影響を抑制し、高精度な検査を実現する。【解決手段】外観検査装置１では、照明部５からの光の照射方向がそれぞれ異なる対象物９の複数の個別検査画像から合成検査画像が生成される。合成検査画像の生成の際には、合成検査画像上の各画素に対応する複数の個別検査画像の画素のうち、最も暗い画素の画素値が上記各画素の画素値に決定される。そして、合成検査画像と基準画像とが比較され、合成検査画像と基準画像との差異が、対象物９の形状欠陥として検出される。合成検査画像では、対象物９の境界部等において光沢に起因して輝く第２領域が現れることを抑制または防止することができる。このため、周囲の部位と明るさが異なる領域から、形状欠陥に起因して輝く第１領域を容易に抽出することができる。その結果、対象物９の光沢による影響を抑制し、高精度な外観検査を実現することができる。【選択図】図１

Description

本発明は、表面に光沢を有する対象物の外観を検査する外観検査装置に関する。

従来より、立体的な対象物に光を照射して撮像し、撮像結果に基づいて対象物の外観を検査する装置が利用されている。例えば、特許文献１の外観検査装置では、電子回路基板上のドーム状半田の外観を検査する際に、ドーム状半田の左右両側から平行光が照射された状態で第１の画像が取得され、ドーム状半田の前後両側から平行光が照射された状態で第２の画像が取得される。そして、第１の画像データと第２の画像データとの差の絶対値である合成画像が求められ、合成画像上に帯状の陰が放射状に存在する場合、ドーム状半田へのチップ部品の搭載不良が検出される。

また、特許文献２の形状認識装置では、被検査物を撮像するカメラと、カメラを中心として回転する照明部とが設けられ、照明部の照明位置を変更しつつ被検査物の撮像が順次行われる。当該形状認識装置では、照明位置の変化に従って、被検査物上の突起（不良形状）の影が変化するため、突起の形状を推定することが可能となる。

特開２００５−１７２３４号公報 特開２００９−１６２５７３号公報

ところで、対象物の外観を検査する装置として、撮像部により取得された対象物（すなわち、被検査物）の検査画像と、予め準備された良品の画像である基準画像とを比較して、対象物の外観の良否を判定するものがある。このような装置において、表面に光沢を有する対象物の外観検査を行おうとすると、対象物に対する照明光の入射角等により、対象物のエッジ部等に輝きが生じ、周囲の部位よりも明るくなる。このため、対象物と良品との間の形状差が、形状不良として検出する必要がない程度の僅かな形状差であっても、当該形状差による輝きの範囲が大きく異なる場合、対象物の形状が不良と判断される可能性がある。また、基準画像を取得した際と検査画像を取得した際とで照明光の入射角が僅かに異なる場合等にも、エッジ部等における輝きが良品と対象物との間で大きく異なり、対象物の形状が不良と判断される場合がある。

本発明は、上記課題に鑑みなされたものであり、対象物の光沢による影響を抑制し、高精度な検査を実現することを目的としている。

請求項１に記載の発明は、表面に光沢を有する対象物の外観を検査する外観検査装置であって、対象物に対して光の照射方向を変更しつつ光を照射する照明部と、前記対象物を撮像する撮像部と、前記照明部および前記撮像部を制御することにより、前記照明部からの光の照射方向がそれぞれ異なる前記対象物の複数の個別検査画像を取得する撮像制御部と、前記複数の個別検査画像から合成検査画像を生成し、前記合成検査画像と予め準備された基準画像とに基づいて前記対象物の外観を検査する検査部とを備え、前記検査部が、前記合成検査画像上の各画素に対応する前記複数の個別検査画像の画素の画素値に基づいて代表画素値を取得し、前記代表画素値を前記各画素の画素値に決定する画像合成部と、前記合成検査画像と前記基準画像とを比較し、前記合成検査画像と前記基準画像との差異を検出する検出部とを備える。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の外観検査装置であって、前記画像合成部において取得される前記代表画素値が、前記複数の個別検査画像の画素のうち最も暗い画素の画素値である。

請求項３に記載の発明は、請求項１に記載の外観検査装置であって、前記画像合成部において取得される前記代表画素値が、前記複数の個別検査画像の画素の画素値の平均である。

請求項４に記載の発明は、請求項１ないし３のいずれかに記載の外観検査装置であって、前記検査部による前記合成検査画像の生成よりも前に、前記複数の個別検査画像の明るさの相違を低減する補正を行う補正部をさらに備える。

請求項５に記載の発明は、請求項１ないし４のいずれかに記載の外観検査装置であって、前記照明部が、前記対象物に対する相対位置が異なる複数の光出射部を備え、前記撮像制御部が、前記複数の光出射部からの光の出射を制御する。

本発明では、対象物の光沢による影響を抑制し、高精度な検査を実現することができる。

一の実施の形態に係る外観検査装置の平面図である。 外観検査装置の側面図である。 制御部を示すブロック図である。 外観検査の流れを示す図である。 個別検査画像を示す図である。 合成検査画像を示す図である。 基準画像を示す図である。 差分画像を示す図である。

図１は、本発明の一の実施の形態に係る外観検査装置１を示す平面図である。図２は、外観検査装置１を示す側面図である。外観検査装置１は、表面に光沢を有する立体的な対象物９の外観を検査する装置である。

対象物９は、例えば、鍛造により形成された金属部品であり、その表面は微小な凹凸を有する梨地状である。換言すれば、対象物９の表面は、光を乱反射しつつ、光沢を有する。図１および図２に示す例では、対象物９は、クランクのコネクタシャフトである。対象物９の表面の光沢度は、好ましくは、約２０〜約６０である。光沢度とは、正反射光の割合や、拡散反射光の方向分布等に注目して、物体表面の光沢の程度を一次元的に表す指標である。光沢度は、ＪＩＳ等の工業規格の光沢度測定方法に準拠した光沢計を利用して測定される。対象物９の表面では、上下面と側面との境界部等が、角部が除去された形状（いわゆる、Ｒ形状）となっている。

図１および図２に示すように、外観検査装置１は、支持部２と、撮像部４と、照明部５とを備える。支持部２は、上面が平坦なテーブルである。対象物９は、支持部２の上面に載置されることにより、支持部２により下方から支持される。撮像部４は、支持部２上の対象物９の斜め上方に配置されて対象物９を撮像する。撮像部４は、例えば、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）やＣＭＯＳ（Complementary Metal-Oxide Semiconductor）などを有するデジタルカメラである。

照明部５は、対象物９の斜め上方に配置される複数の光出射部５１を備える。図１および図２に示す例では、４つの光出射部５１が設けられる。対象物９に対する当該複数の光出射部５１の相対位置は互いに異なる。各光出射部５１は、例えば、ＬＥＤ（Light Emitting Diode）光源である。各光出射部５１は、他の種類の光源であってもよい。各光出射部５１からの光の出射および出射停止（すなわち、点灯および消灯）は、他の光出射部５１から独立して個別に制御される。照明部５では、複数の光出射部５１からの光の出射および出射停止が切り替えられることにより、対象物９に対する光の照射方向を変更しつつ対象物９に対して光が照射される。

図３は、外観検査装置１の制御部６の機能を示すブロック図である。制御部６は、各種演算処理を行うＣＰＵ、基本プログラムを記憶するＲＯＭ、および、各種情報を記憶するＲＡＭ等をバスラインに接続した一般的なコンピュータシステムの構成となっている。図３では、制御部６に接続される他の構成の一部を併せて示す。

制御部６は、記憶部６１と、撮像制御部６２と、補正部６３と、検査部６４とを備える。記憶部６１は、後述する基準画像等の様々な情報を記憶する。撮像制御部６２は、撮像部４および照明部５を制御することにより、支持部２上の対象物９の画像を取得する。撮像制御部６２は、複数の光出射部５１（図１および図２参照）からの光の出射を個別に制御する出射制御部６２１を備える。補正部６３は、対象物９の画像に対する補正を行う。検査部６４は、対象物９の外観を検査し、対象物９に形状不良が存在する場合、当該形状不良を検出する。検査部６４は、画像合成部６４１と、検出部６４２とを備える。

図４は、外観検査装置１による対象物９の外観検査の流れを示す図である。外観検査が行われる際には、まず、図１に示すように、対象物９が支持部２上に載置される。続いて、出射制御部６２１により照明部５が制御されることにより、複数の光出射部５１のうち１つの光出射部５１が点灯され、当該光出射部５１から対象物９に対して光が照射される。また、他の光出射部５１は消灯される。次に、撮像制御部６２により撮像部４が制御されることにより、図５に示すように、対象物９を含む画像（以下、「個別検査画像８１」という。）が取得される（ステップＳ１１）。

図５に示す個別検査画像８１では、対象物９上に形状欠陥である凹部（以下、「欠陥凹部９１」という。）が存在し、当該欠陥凹部９１にて光出射部５１からの光が反射して周囲の部位よりも明るく輝く。個別検査画像８１において、欠陥凹部９１に対応して周囲と明るさが異なる領域を「第１領域８２」という。また、個別検査画像８１では、対象物９の上述の境界部等の一部において、対象物９の光沢に起因して光出射部５１からの光が反射され、周囲の部位よりも明るく輝く領域が生じる。このように、対象物９の境界部等において光沢に起因して輝く（いわゆる、テカる）領域を「第２領域８３」という。図５では、図の理解を容易にするために、対象物９に平行斜線を付し、第１領域８２および第２領域８３を黒く塗りつぶす。図６においても同様である。

１つの個別検査画像８１が取得されると、出射制御部６２１による制御により、点灯中の光出射部５１が消灯され、他の１つの光出射部５１が点灯される。これにより、照明部５から対象物９へと照射される光の照射方向が変更される（ステップＳ１２，Ｓ１３）。そして、ステップＳ１１に戻り、撮像部４により対象物９の個別検査画像８１が取得される。当該個別検査画像８１では、照明部５からの光の照射方向が図５に示す個別検査画像８１の取得時と異なるため、対象物９上における第２領域８３の位置および大きさが、図５に示す位置および大きさとは異なる。一方、対象物９上における欠陥凹部９１の位置および大きさは変わらないため、第１領域８２の位置および大きさは図５に示す位置および大きさとおよそ同様である。

外観検査装置１では、撮像制御部６２による制御により、所定数（例えば、４つ）の個別検査画像８１が取得されるまで、点灯する光出射部５１を変更して（すなわち、対象物９に対する光の照射方向を変更して）個別検査画像８１を取得することが繰り返される（ステップＳ１１〜Ｓ１３）。これにより、光出射部５１からの光の照射方向がそれぞれ異なる対象物９の複数の個別検査画像８１が取得される。当該複数の個別検査画像８１は、補正部６３へと送られる。

補正部６３では、複数の個別検査画像８１の明るさの相違を低減する補正が行われる（ステップＳ１４）。具体的には、各個別検査画像８１について、全ての画素の画素値の合計である合計画素値が、個別検査画像８１の全体の明るさとして取得される。複数の個別検査画像８１の合計画素値は、互いに異なる場合がある。複数の個別検査画像８１の合計画素値の差は、例えば、複数の光出射部５１から出射される光の強度差や、複数の光出射部５１と対象物９との間のそれぞれの距離の差に起因する。そこで、複数の個別検査画像８１の合計画素値が互いにおよそ等しくなるように（すなわち、各個別検査画像８１全体の明るさが互いにおよそ等しくなるように）、各個別検査画像８１に対応する補正係数が決定される。そして、各個別検査画像８１の全ての画素の画素値に対して補正係数が乗算されることにより、各個別検査画像８１が補正され、複数の個別検査画像８１の明るさの相違が低減される。補正部６３により補正された複数の個別検査画像８１は、検査部６４へと送られる。

検査部６４では、補正部６３による補正済みの複数の個別検査画像８１から合成検査画像が生成される（ステップＳ１５）。具体的には、検査部６４の画像合成部６４１により、補正済みの複数の個別検査画像８１において同じ画素位置に位置する複数の画素が抽出され、当該複数の画素の画素値に基づいて当該画素位置に対応する代表画素値が取得される。本実施の形態では、４つの個別検査画像８１から同じ位置に位置する４つの画素が抽出され、当該４つの画素のうち最も暗い画素の画素値が代表画素値として取得される。当該代表画素値は、合成検査画像における上述の画素位置に位置する画素の画素値となる。

画像合成部６４１では、個別検査画像８１上の全ての画素位置について、上記と同様の方法により各画素位置に対応する代表画素値（すなわち、最も暗い画素の画素値）が取得され、当該代表画素値が、合成検査画像の各画素位置に位置する画素の画素値に決定される。換言すれば、画像合成部６４１により、合成検査画像上の各画素について、各画素に対応する複数の個別検査画像８１の画素の画素値に基づいて代表画素値が取得される、当該代表画素値が合成検査画像の各画素の画素値として決定される。これにより、図６に示す合成検査画像８４が取得される。

図６に示すように、合成検査画像８４では、各画素位置において複数の個別検査画像８１の最も暗い画素の画素値が代表画素値とされるため、複数の個別検査画像８１においてそれぞれ異なる位置に位置する第２領域８３（すなわち、対象物９の光沢に起因してテカる領域）は現れない。あるいは、合成検査画像８４では、第２領域８３が縮小される。一方、複数の個別検査画像８１においておよそ同様の位置に位置する第１領域８２（すなわち、欠陥凹部９１により周囲の部位よりも明るく輝く領域）は、合成検査画像８４においても対象物９上の対応する位置に現れる。

検査部６４では、合成検査画像８４と図７に示す予め準備された基準画像８０とに基づいて対象物９の外観が検査される（ステップＳ１６）。基準画像８０は、形状欠陥を有していない対象物である良品９０を対象として、上述のステップＳ１１〜Ｓ１５を行うことにより取得される。すなわち、基準画像８０は、照明部５からの光の照射方向がそれぞれ異なる良品９０の複数の個別検査画像から、上述の合成検査画像８４の生成と同様の手法により生成された合成検査画像である。図７では、図の理解を容易にするために、良品９０に平行斜線を付す。図７に示すように、基準画像８０には、形状欠陥による第１領域８２、および、対象物の光沢による第２領域８３は存在しない。

検査部６４による上述の外観検査では、検出部６４２において、図６に示す合成検査画像８４と図７に示す基準画像８０との差が求められ、所定の閾値により二値化されることにより、図８に示す差分画像８５が生成される。詳細には、合成検査画像８４の画像データと基準画像８０の画像データとの差分データが求められて二値化されることにより、差分画像８５の画像データが生成される。差分画像８５では、対象物９の良品９０と一致する部位は現れず、欠陥凹部９１に対応する第１領域８２が現れる。図８では、図の理解を容易にするために、対象物９を二点鎖線にて示し、第１領域８２を黒く塗りつぶす。そして、検出部６４２により、差分画像８５上の第１領域８２が、対象物９における形状欠陥として検出される。換言すれば、検出部６４２では、合成検査画像８４と基準画像８０とが比較され、合成検査画像８４と基準画像８０との差異が、対象物９の形状欠陥として検出される。

以上に説明したように、外観検査装置１では、照明部５からの光の照射方向がそれぞれ異なる対象物９の複数の個別検査画像８１が取得され、当該複数の個別検査画像８１から合成検査画像８４が生成される。合成検査画像８４の生成の際には、合成検査画像８４上の各画素について、各画素に対応する複数の個別検査画像８１の画素の画素値に基づいて代表画素値が取得され、当該代表画素値が上記各画素の画素値に決定される。これにより、複数の個別検査画像８１において対象物９上のそれぞれ異なる位置に現れる第２領域８３が、合成検査画像８４上に現れることを抑制または防止することができる。

外観検査装置１では、合成検査画像８４と基準画像８０との差異が、対象物９の形状欠陥として検出される。合成検査画像８４では、上述のように、第２領域８３の出現が防止または抑制されるため、周囲の部位と明るさが異なる第１領域８２および第２領域８３から、形状欠陥に起因する第１領域８２を容易に抽出することができる。その結果、対象物９の光沢による影響を抑制し、高精度な外観検査を実現することができる。

上述のように、外観検査装置１では、画像合成部６４１において取得される代表画素値が、複数の個別検査画像８１の画素のうち最も暗い画素の画素値である。これにより、第２領域８３が合成検査画像８４上に現れることを、より一層抑制または防止することができる。その結果、対象物９の光沢による影響をさらに抑制し、対象物９の外観検査の精度を向上することができる。

外観検査装置１では、合成検査画像８４が生成される際に取得される代表画素値は、必ずしも複数の個別検査画像８１の画素のうち最も暗い画素の画素値である必要はない。例えば、複数の個別検査画像８１を取得する際に、照明部５が対象物９を挟んで撮像部４のおよそ反対側に位置する場合、合成検査画像８４が生成される際に取得される代表画素値は、複数の個別検査画像８１の画素の画素値の平均であることが好ましい。このように、照明部５からの光が、対象物９の検査対象となる面および撮像部４に対して逆光となる場合、上述のように、画素値の平均を代表画素値とすることにより、対象物９の光沢による影響をさらに抑制し、対象物９の外観検査の精度を向上することができる。

また、外観検査装置１では、検査部６４による合成検査画像８４の生成よりも前に、補正部６３により、複数の個別検査画像８１の明るさの相違を低減する補正が行われる。これにより、複数の個別検査画像８１において、複数の光出射部５１から出射される光の強度差や、複数の光出射部５１と対象物９との間のそれぞれの距離の差等による影響を除去または抑制することができる。その結果、合成検査画像８４の生成の際に、各画素に対応する代表画素値を精度良く求めることができ、対象物９の外観検査の精度をより一層向上することができる。

上述のように、照明部５は、対象物９に対する相対位置が互いに異なる複数の光出射部５１を備える。そして、出射制御部６２１により、当該複数の光出射部５１からの光の出射が制御されることにより、光出射部５１からの光の照射方向を容易に変更することができる。また、対象物９に対する光の照射方向が容易に変更可能な照明部５を、低コストにて製造することができる。

上述の外観検査装置１については、様々な変更が可能である。

例えば、外観検査装置１では、個別検査画像８１を取得する際に、複数の光出射部５１のうち２つ以上の光出射部５１が点灯されてもよい。照明部５では、点灯される光出射部５１の数を変更することにより、照明部５から対象物９への光の照射方向のみならず、対象物９へと照射される光の明るさも容易に変更することができる。

照明部５は、必ずしも複数の光出射部５１を備える必要はなく、１つの光出射部５１と、当該光出射部５１を対象物９の周囲にて移動する移動機構とを備えていてもよい。移動機構により光出射部５１の位置が変更されることにより、照明部５から対象物９への光の照射方向が変更される。あるいは、照明部５は、１つの光出射部５１と、対象物９を支持する支持部２を水平に回転させる回転機構を備えていてもよい。当該回転機構により、支持部２および支持部２に固定された撮像部４が、支持部２の中心を通るとともに上下方向を向く回転軸を中心として回転する。これにより、照明部５から対象物９への光の照射方向が変更される。

外観検査装置１では、複数の個別検査画像８１の明るさの相違が小さい場合には、補正部６３による補正は省略されてよい。また、合成検査画像８４が生成される際に取得される代表画素値は、必ずしも最も暗い画素の画素値や画素値の平均である必要はなく、複数の個別検査画像８１の画素の画素値に基づいて様々な方法にて求められてよい。

個別検査画像８１における対象物９の位置が、基準画像８０における良品９０の位置とずれている場合、パターンマッチング等により、対象物９の位置が良品９０の位置と一致するように個別検査画像８１に対する処理が施されることが好ましい。当該処理は、合成検査画像８４の生成（ステップＳ１５）よりも前に行われることが好ましい。

図１に示す外観検査装置１では、支持部２上にて停止している対象物９に対して外観検査が行われるが、移動中の対象物９に対して外観検査が行われてもよい。例えば、ベルトコンベヤ等により所定の移動経路上を搬送される対象物９に対して、当該移動経路に沿って配置された照明部５からの対象物９に対する光の照射方向を変更しつつ撮像部４により複数の個別検査画像８１が取得されてもよい。この場合、上述のパターンマッチング等による対象物９と良品９０との位置合わせが行われる。

上述の例では、欠陥凹部９１の検出について説明したが、外観検査装置１により検出される形状欠陥は、凸部や他の様々な形状であってもよい。この場合も、合成検査画像８４において第２領域８３の出現が抑制または防止されるため、形状欠陥に起因する第１領域８２を容易に抽出することができる。その結果、対象物９の光沢による影響を抑制し、高精度な外観検査を実現することができる。

上記実施の形態および各変形例における構成は、相互に矛盾しない限り適宜組み合わされてよい。

１ 外観検査装置
４ 撮像部
５ 照明部
９ 対象物
５１ 光出射部
６２ 撮像制御部
６３ 補正部
６４ 検査部
８０ 基準画像
８１ 個別検査画像
８４ 合成検査画像
６４１ 画像合成部
６４２ 検出部
Ｓ１１〜Ｓ１６ ステップ

Claims (5)

1. 表面に光沢を有する対象物の外観を検査する外観検査装置であって、
   対象物に対して光の照射方向を変更しつつ光を照射する照明部と、
   前記対象物を撮像する撮像部と、
   前記照明部および前記撮像部を制御することにより、前記照明部からの光の照射方向がそれぞれ異なる前記対象物の複数の個別検査画像を取得する撮像制御部と、
   前記複数の個別検査画像から合成検査画像を生成し、前記合成検査画像と予め準備された基準画像とに基づいて前記対象物の外観を検査する検査部と、
   を備え、
   前記検査部が、
   前記合成検査画像上の各画素に対応する前記複数の個別検査画像の画素の画素値に基づいて代表画素値を取得し、前記代表画素値を前記各画素の画素値に決定する画像合成部と、
   前記合成検査画像と前記基準画像とを比較し、前記合成検査画像と前記基準画像との差異を検出する検出部と、
   を備えることを特徴とする外観検査装置。
2. 請求項１に記載の外観検査装置であって、
   前記画像合成部において取得される前記代表画素値が、前記複数の個別検査画像の画素のうち最も暗い画素の画素値であることを特徴とする外観検査装置。
3. 請求項１に記載の外観検査装置であって、
   前記画像合成部において取得される前記代表画素値が、前記複数の個別検査画像の画素の画素値の平均であることを特徴とする外観検査装置。
4. 請求項１ないし３のいずれかに記載の外観検査装置であって、
   前記検査部による前記合成検査画像の生成よりも前に、前記複数の個別検査画像の明るさの相違を低減する補正を行う補正部をさらに備えることを特徴とする外観検査装置。
5. 請求項１ないし４のいずれかに記載の外観検査装置であって、
   前記照明部が、前記対象物に対する相対位置が異なる複数の光出射部を備え、
   前記撮像制御部が、前記複数の光出射部からの光の出射を制御することを特徴とする外観検査装置。

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