JP2019045330A - 外観検査装置及び製品製造システム - Google Patents

Abstract

【課題】検査対象物の表面の傷や凹み、汚れなどを精度高く検出することができる外観検査装置を提供する。
【解決手段】外観検査装置３は、検査対象物１０を支持する支持ステージ２０と、支持ステージ２０上の検査対象物１０に検査光Ｌを照射する光源４０と、光源４０からの検査光Ｌが照射された検査対象物１０の外観を撮像する撮像ユニット３０と、光源４０が取り付けられた多関節ロボット５０とを備える。多関節ロボット５０は、光源４０と撮像ユニット３０との間の相対的位置関係を変化させつつ、光源４０を検査対象物１０に対して移動させる。
【選択図】図２

Description

本発明は、外観検査装置及び製品製造システムに係り、特に製品の製造過程において製品の外観を検査するための外観検査装置に関するものである。

製品の製造過程において行われる外観検査においては、製品の表面に対して光源から検査光を照射し、この検査光により製品の表面の傷や凹み、汚れなどを顕在化させ、これをカメラで撮像し、カメラで撮像した画像を分析することで傷や凹み、汚れを検出することが一般的に行われている。このような外観検査においては、製品の様々な箇所を検査するために、製品に対してカメラを移動させることもなされている（例えば、特許文献１参照）。

例えば、製品の表面の傷や凹みが形成される角度や方向、長さなどは様々であり、これらの傷や凹みを精度高く検出するためには、様々な方向から検査光を照射する必要がある。しかしながら、特許文献１に開示されている技術では、光源とカメラとがフレームに一体的に設けられているため、光源とカメラとの位置関係が常に一定となり、製品の表面の構造によっては傷や凹み、汚れを検出できない場合がある。例えば、検査光が照射される方向によって傷や凹み、汚れの輪郭が不鮮明になってしまう場合や検査光により生ずる影が傷や凹み、汚れに重なってしまう場合には、これらの傷や凹み、汚れを検出することができず、人間の目による検査が必要となり、結果的に生産効率が低下する。

特開２００４−２２６３１９号公報

本発明は、このような従来技術の問題点に鑑みてなされたもので、検査対象物の表面の傷や凹み、汚れなどを精度高く検出することができる外観検査装置を提供することを第１の目的とする。

表面に傷や凹み、汚れなどが存在する不具合製品を精度高く検出することができ、質の高い製品を製造することができる製品製造システムを提供することを第２の目的とする。

本発明の第１の態様によれば、検査対象物の表面の傷や凹み、汚れなどを精度高く検出することができる外観検査装置が提供される。検査対象物の外観を検査するための外観検査装置は、上記検査対象物を支持する支持ステージと、上記支持ステージ上の上記検査対象物に検査光を照射する光源と、上記光源からの上記検査光が照射された上記検査対象物の外観を撮像する撮像ユニットと、上記光源が取り付けられた多関節ロボットとを備える。上記多関節ロボットは、上記光源と上記撮像ユニットとの間の相対的位置関係を変化させつつ、上記光源を上記検査対象物に対して移動させる。

このように、多関節ロボットを用いることにより、検査対象物に検査光を照射する光源を撮像ユニットから独立して移動させることができるので、光源と撮像ユニットとの間の位置関係をリアルタイムで変化させながら検査対象物に検査光を照射することができる。したがって、検査対象物の表面の傷や凹み、汚れなどの輪郭が鮮明になるように、あるいは、これらの傷や凹み、汚れなどが検査光により生ずる影と重ならないように光源を適切な姿勢で適切な位置に移動させることにより、従来の外観検査装置では検出できなかったような傷や凹み、汚れなどを検出することができる。このように、本発明に係る外観検査装置は、検査対象物の表面の傷や凹み、汚れなどを精度高く検出することができる。

上記外観検査装置は、上記撮像ユニットにより撮像された画像を分析して上記検査対象物の外観検査を行う分析部をさらに備えていることが好ましい。また、上記外観検査装置は、上記光源と上記撮像ユニットとの間の相対的位置関係を変化させつつ、上記光源を上記検査対象物に対して移動するように上記多関節ロボットを制御する制御部をさらに備えていることが好ましい。この場合において、上記制御部は、上記光源から上記検査対象物の表面の検査対象部分に対して垂直な方向に上記検査光を照射するように上記多関節ロボットを制御してもよいし、あるいは、上記光源から上記検査対象物の表面の検査対象部分に対する接線方向に上記検査光を照射するように上記多関節ロボットを制御してもよい。

上記支持ステージは、上記撮像ユニットに対する上記検査対象物の姿勢を変化させるように構成されていることが好ましい。この場合には、上述の多関節ロボットにより光源と撮像ユニットとの間の位置関係を変化させるだけではなく、支持ステージ上の検査対象物と撮像ユニットとの間の位置関係も変化させることができるので、検査対象物を様々な角度から観察することができ、検査対象物の表面の傷や凹み、汚れなどの検出をより高精度に行うことができる。

本発明の第２の態様によれば、表面に傷や凹み、汚れなどが存在する不具合製品を精度高く検出することができ、質の高い製品を製造することができる製品製造システムが提供される。この製品製造システムは、上述した外観検査装置と、上記検査対象物を上記外観検査装置に搬入する第１の搬送装置と、上記外観検査装置において外観が検査された上記検査対象物を上記外観検査装置から搬出する第２の搬送装置とを備えている。

このように、上述した外観検査装置を製品製造システムに含めることにより、製造工程において生じた製品の傷や凹み、汚れなどを精度高く検出することができるため、そのような不具合のある製品を精度高く検出して最終製品から排除することができ、最終製品の品質を向上させることができる。

本発明に係る外観検査装置によれば、多関節ロボットを用いることにより、光源と撮像ユニットとの間の位置関係をリアルタイムで変化させながら検査対象物に検査光を照射することができる。したがって、従来の外観検査装置では検出できなかったような傷や凹み、汚れなどを精度高く検出することができる。また、本発明に係る製品製造システムによれば、製造工程において生じた製品の傷や凹み、汚れなどを精度高く検出することができるため、そのような不具合のある製品を精度高く検出して最終製品から排除することができ、最終製品の品質を向上させることができる。

図１は、本発明の一実施形態における製品製造システムを示す模式図である。 図２は、図１の製品製造システムにおける外観検査装置を示す模式図である。 図３Ａは、平板状の検査対象物に対して水平方向に検査光を照射する光源の例を示す模式的斜視図である。 図３Ｂは、平板状の検査対象物に対して斜め方向に検査光を照射する光源の例を示す模式的斜視図である。 図３Ｃは、平板状の検査対象物に対して垂直方向に検査光を照射する光源の例を示す模式的斜視図である。 図４は、平板状の検査対象物に対して光源を移動させるルートの一例を示す模式的斜視図である。 図５Ａは、凸部を有する検査対象物に対して斜め方向に検査光を照射する光源の例を示す模式的斜視図である。 図５Ｂは、凸部を有する検査対象物に対して垂直方向に検査光を照射する光源の例を示す模式的斜視図である。 図６Ａは、図５Ａに示す検査対象物の凸部の一部分に対して垂直な方向に検査光を照射する場合の光源と検査対象物との間の位置関係を示す模式図である。 図６Ｂは、図５Ａに示す検査対象物の凸部の一部分に対して接線方向に検査光を照射する場合の光源と検査対象物との間の位置関係を示す模式図である。 図７は、凸部を有する検査対象物に対して光源を移動させるルートの一例を示す模式的斜視図である。 図８Ａは、凹部を有する検査対象物に対して斜め方向に検査光を照射する光源の例を示す模式的斜視図である。 図８Ｂは、凹部を有する検査対象物に対して垂直方向に検査光を照射する光源の例を示す模式的斜視図である。 図９Ａは、図８Ａに示す検査対象物の凹部の一部分に対して垂直な方向に検査光を照射する場合の光源と検査対象物との間の位置関係を示す模式図である。 図９Ｂは、図８Ａに示す検査対象物の凹部の一部分に対して接線方向に検査光を照射する場合の光源と検査対象物との間の位置関係を示す模式図である。 図１０は、凹部を有する検査対象物に対して光源を移動させるルートの一例を示す模式的斜視図である。

以下、本発明に係る製品製造システム及び外観検査装置の実施形態について図１から図１０を参照して詳細に説明する。なお、図１から図１０において、同一又は相当する構成要素には、同一の符号を付して重複した説明を省略する。また、図１から図１０においては、各構成要素の縮尺や寸法が誇張されて示されている場合や一部の構成要素が省略されている場合がある。

図１は、本発明の一実施形態における製品製造システム１を示す模式図である。図１に示すように、製品製造システム１は、所望の製品を製造するための製造ラインを構成しており、本実施形態では、処理対象物に所定の処理を施して完成前の製品を作製する前段処理装置２と、前段処理装置２により得られた完成前の製品の外観を検査する外観検査装置３と、外観検査装置３により外観が検査された完成前の製品に対して所定の処理（例えば包装など）を施して製品を完成させる後段処理装置４とを備えている。

前段処理装置２と外観検査装置３との間にはベルトコンベアやロボットハンドなどの第１の搬送装置５が設けられており、この第１の搬送装置５により、前段処理装置２により得られた完成前の製品が外観検査装置３に搬送される。また、外観検査装置３と後段処理装置４との間にはベルトコンベアやロボットハンドなどの第２の搬送装置６が設けられており、この第２の搬送装置６により、外観検査装置３において外観が検査された完成前の製品が後段処理装置４に搬送される。

なお、前段処理装置２における処理が複数の工程からなる場合には、前段処理装置２を工程ごとに分割して、複数台の前段処理装置を設けてもよい。同様に、後段処理装置４における処理が複数の工程からなる場合には、後段処理装置４を工程ごとに分割して、複数台の後段処理装置を設けてもよい。また、外観検査装置３による外観検査に合格した製品を完成品とする場合には、後段処理装置４は不要である。

図２は、外観検査装置３を示す模式図である。図２に示すように、外観検査装置３は、前段処理装置２から第１の搬送装置５により搬入された製品（検査対象物）１０を支持する支持ステージ２０と、検査対象物１０の外観を撮像する撮像ユニット３０と、支持ステージ２０上の検査対象物１０に検査光Ｌを照射する光源４０と、この光源４０を検査対象物１０の周囲の所望の位置に移動させる多関節ロボット５０と、マイクロプロセッサやメモリなどを含む制御ユニット６０とを備えている。撮像ユニット３０は、例えば、検査対象物１０の静止画像又はビデオ画像を取得するカメラを備えている。また、光源４０としては、蛍光管、ＬＥＤ、リング照明などを用いることができる。

制御ユニット６０は、撮像ユニット３０により撮像された画像を分析する分析部６２と、多関節ロボット５０の動作を制御するロボット制御部６４とを含んでいる。分析部６２は、光源４０からの検査光Ｌによって照明された検査対象物１０の画像を各種の解析方法により分析し、検査対象物１０の表面に傷や凹み、汚れなどがないかを判断する。なお、これらの解析方法としては、周知である任意の方法を用いることができるので、ここでは説明を省略する。

多関節ロボット５０は、ベース部５１と、複数の関節５２〜５４と、関節５２〜５４に連結された複数のリンク部材５５〜５７とを有しており、上述した光源４０がリンク部材５７の先端に取り付けられている。多関節ロボット５０は、制御ユニット６０のロボット制御部６４に接続されており、ロボット制御部６４からの命令に応じて各関節５２〜５４周りにリンク部材５５〜５７が回転するようになっている。したがって、ロボット制御部６４は、多関節ロボット５０に送信する命令を適切に組み合わせることにより、リンク部材５７の先端に取り付けられた光源４０を任意の姿勢で任意の位置に移動することができる。

このように、本実施形態では、多関節ロボット５０により、検査対象物１０に検査光Ｌを照射する光源４０を撮像ユニット３０から独立して移動させることができるので、光源４０と撮像ユニット３０との間の位置関係をリアルタイムで変化させながら検査対象物１０に検査光Ｌを照射することができる。したがって、検査対象物１０の表面の傷や凹み、汚れなどの輪郭が鮮明になるように、あるいは、これらの傷や凹み、汚れなどが検査光Ｌにより生ずる影と重ならないように光源４０を適切な姿勢で適切な位置に移動させることにより、従来の外観検査装置では検出できなかったような傷や凹み、汚れなどを検出することができる。このように、本実施形態の外観検査装置３は、検査対象物１０の表面の傷や凹み、汚れなどを精度高く検出することができる。

支持ステージ２０はステージ台２２に搭載されているが、このステージ台２２は、アクチュエータなどの駆動により支持ステージ２０の姿勢を変化させることができるように構成されていることが好ましい。この場合には、上述の多関節ロボット５０により光源４０と撮像ユニット３０との間の位置関係を変化させるだけではなく、支持ステージ２０上の検査対象物１０と撮像ユニット３０との間の位置関係も変化させることができるので、検査対象物１０を様々な角度から観察することができ、検査対象物１０の表面の傷や凹み、汚れなどの検出をより高精度に行うことができる。

検査対象物１０の形態としては、平板状のものや凹凸のあるもの（例えばカメラの筐体や靴）が考えられるが、検査対象物１０が複雑な形状を有する場合には、従来の外観検査装置では検出できない傷や凹み、汚れなどが多くなる傾向にある。本実施形態における外観検査装置３によれば、上述したように、光源４０と撮像ユニット３０との間の位置関係をリアルタイムで変化させながら検査光Ｌを検査対象物１０に照射することができるので、そのような傷や凹み、汚れであっても精度高く検出することが可能である。

また、上述した外観検査装置３を製品製造システム１に含めることにより、製造工程において生じた製品の傷や凹み、汚れなどを精度高く検出することができるため、そのような不具合のある製品を精度高く検出して最終製品から排除することができる。したがって、最終製品の品質が向上する。

上述したように、本実施形態では、多関節ロボット５０によって光源４０を任意の姿勢で任意の位置に移動させることができるが、以下では、検査対象物１０に対する光源４０の位置及び姿勢についていくつかの例を説明する。

図３Ａ〜図３Ｃは、平板状の検査対象物１０Ａに対して検査光Ｌを照射する光源４０の位置と姿勢の例を示す模式的斜視図である。平板状の検査対象物１０Ａに対しては、図３Ａに示すように、検査対象物１０Ａが延びる平面と平行な方向（水平方向）に検査光Ｌを照射してもよい。例えば、図３Ａに示すように、検査対象物１０Ａの四辺に対応して、検査対象物１０Ａの中心周りに９０度ごとに光源４０を移動させるようにしてもよい（状態Ａ１〜状態Ａ４）。また、図３Ｂに示すように、検査対象物１０Ａの上方から検査対象物１０Ａの表面に対して斜め方向（例えば４５度）に検査光Ｌを照射してもよい（状態Ｂ１〜状態Ｂ４）。さらに、図３Ｃに示すように、検査対象物１０Ａの上方から検査対象物１０Ａの表面に対して垂直な方向に検査光Ｌを照射してもよい（状態Ｃ１）。

検査対象物１０Ａの外観検査を行う場合には、制御ユニット６０のロボット制御部６４は、水平方向からの検査光Ｌの照射（図３Ａ）、斜め方向からの検査光Ｌの照射（図３Ｂ）、及び垂直方向からの検査光Ｌの照射（図３Ｃ）を組み合わせた所定のルートに沿って光源４０を移動させるように多関節ロボット５０を制御する。例えば、図４に示すように、まず、光源４０を検査対象物１０Ａに対して水平方向に検査光Ｌを照射する状態Ａ１とし、この状態Ａ１から光源４０を水平面内で時計回りに９０度回転させて状態Ａ２とする。そして、この状態Ａ２から光源４０を下方に傾けつつ反時計回りに１８０度回転させて状態Ｂ４とし、この状態Ｂ４から光源４０を時計回りに１８０度回転させて状態Ｂ２とする。最後にこの状態Ｂ２から光源４０を移動して検査対象物１０Ａに対して垂直な方向に検査光Ｌを照射する状態Ｃ１とする。なお、光源４０がこのルートと逆のルートを辿るようにしてもよいし、その他任意のルートを辿るようにすることもできる。

図５Ａ及び図５Ｂは、凸部１２を有する検査対象物１０Ｂに対して検査光Ｌを照射する光源４０の位置と姿勢の例を示す模式的斜視図である。凸部１２を有する検査対象物１０Ｂに対しては、図５Ａに示すように、検査対象物１０Ｂの上方から検査対象物１０Ｂに対して斜め方向に検査光Ｌを照射してもよい（状態Ｄ１〜状態Ｄ４）。また、図５Ｂに示すように、検査対象物１０Ｂの上方から検査対象物１０Ｂに対して垂直な方向に検査光Ｌを照射してもよい（状態Ｅ１）。

図５Ａに示すように、検査対象物１０Ｂに対して斜め方向に検査光Ｌを照射する場合には、検査対象物１０Ｂの凸部１２の表面の傷や凹みなどを顕在化させるために、図６Ａに示すように凸部１２の検査対象部分Ｐに対して垂直な方向から検査光Ｌを照射するか、あるいは、図６Ｂに示すように凸部１２の検査対象部分Ｐに対する接線方向に検査光Ｌを照射することが好ましい。

検査対象物１０Ｂの外観検査を行う場合には、制御ユニット６０のロボット制御部６４は、斜め方向からの検査光Ｌの照射（図５Ａ）及び垂直方向からの検査光Ｌの照射（図５Ｂ）を組み合わせた所定のルートに沿って光源４０を移動させるように多関節ロボット５０を制御する。例えば、図７に示すように、まず、光源４０を検査対象物１０Ｂに対して斜め方向に検査光Ｌを照射する状態Ｄ３とし、この状態Ｄ３から光源４０を時計回りに回転させて順次状態Ｄ４、状態Ｄ１、状態Ｄ２とする。このとき、図６Ａ及び図６Ｂに示すように、凸部１２の検査対象部分に対して垂直な方向又は接線方向に検査光Ｌを照射するように光源４０の傾きを変化させながら回転させることが好ましい。そして、状態Ｄ２から光源４０を移動して検査対象物１０Ｂに対して垂直な方向に検査光Ｌを照射する状態Ｅ１とする。なお、光源４０がこのルートと逆のルートを辿るようにしてもよいし、その他任意のルートを辿るようにすることもできる。

図８Ａ及び図８Ｂは、凹部１４を有する検査対象物１０Ｃに対して検査光Ｌを照射する光源４０の位置と姿勢の例を示す模式的斜視図である。凹部１４を有する検査対象物１０Ｃに対しては、図８Ａに示すように、検査対象物１０Ｃの上方から検査対象物１０Ｃに対して斜め方向に検査光Ｌを照射してもよい（状態Ｆ１〜状態Ｆ４）。また、図８Ｂに示すように、検査対象物１０Ｃの上方から検査対象物１０Ｃに対して垂直な方向に検査光Ｌを照射してもよい（状態Ｇ１）。

図８Ａに示すように、検査対象物１０Ｃに対して斜め方向に検査光Ｌを照射する場合には、検査対象物１０Ｃの凹部１４の表面の傷や凹みなどを顕在化させるために、図９Ａに示すように凹部１４内の検査対象部分Ｐに対して垂直な方向から検査光Ｌを照射するか、あるいは、図９Ｂに示すように凹部１４内の検査対象部分Ｐに対する接線方向に検査光Ｌを照射することが好ましい。

検査対象物１０Ｃの外観検査を行う場合には、制御ユニット６０のロボット制御部６４は、斜め方向からの検査光Ｌの照射（図８Ａ）及び垂直方向からの検査光Ｌの照射（図８Ｂ）を組み合わせた所定のルートに沿って光源４０を移動させるように多関節ロボット５０を制御する。例えば、図１０に示すように、まず、光源４０を検査対象物１０Ｃに対して斜め方向に検査光Ｌを照射する状態Ｆ３とし、この状態Ｆ３から光源４０を時計回りに回転させて順次状態Ｆ４、状態Ｆ１、状態Ｆ２とする。このとき、図９Ａ及び図９Ｂに示すように、凹部１４の検査対象部分に対して垂直な方向又は接線方向に検査光Ｌを照射するように光源４０の傾きを変化させながら回転させることが好ましい。そして、状態Ｆ２から光源４０を移動して検査対象物１０Ｃに対して垂直な方向に検査光Ｌを照射する状態Ｇ１とする。なお、光源４０がこのルートと逆のルートを辿るようにしてもよいし、その他任意のルートを辿るようにすることもできる。

これまで本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されず、その技術的思想の範囲内において種々異なる形態にて実施されてよいことは言うまでもない。

１ 製品製造システム
２ 前段処理装置
３ 外観検査装置
４ 後段処理装置
５ 第１の搬送装置
６ 第２の搬送装置
１０，１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ 検査対象物
１２ 凸部
１４ 凹部
２０ 支持ステージ
２２ ステージ台
３０ 撮像ユニット
４０ 光源
５０ 多関節ロボット
５１ ベース部
５２〜５４ 関節
５５〜５７ リンク部材
６０ 制御ユニット
６２ 分析部
６４ ロボット制御部
Ｌ 検査光
Ｐ 検査対象部分

Claims (7)

1. 検査対象物の外観を検査するための外観検査装置であって、
   前記検査対象物を支持する支持ステージと、
   前記支持ステージ上の前記検査対象物に検査光を照射する光源と、
   前記光源からの前記検査光が照射された前記検査対象物の外観を撮像する撮像ユニットと、
   前記光源が取り付けられた多関節ロボットであって、前記光源と前記撮像ユニットとの間の相対的位置関係を変化させつつ、前記光源を前記検査対象物に対して移動させる多関節ロボットと
   を備える、外観検査装置。
2. 前記撮像ユニットにより撮像された画像を分析して前記検査対象物の外観検査を行う分析部をさらに備える、請求項１に記載の外観検査装置。
3. 前記光源と前記撮像ユニットとの間の相対的位置関係を変化させつつ、前記光源を前記検査対象物に対して移動するように前記多関節ロボットを制御する制御部をさらに備える、請求項１又は２に記載の外観検査装置。
4. 前記制御部は、前記光源から前記検査対象物の表面の検査対象部分に対して垂直な方向に前記検査光を照射するように前記多関節ロボットを制御する、請求項３に記載の外観検査装置。
5. 前記制御部は、前記光源から前記検査対象物の表面の検査対象部分に対する接線方向に前記検査光を照射するように前記多関節ロボットを制御する、請求項３又は４に記載の外観検査装置。
6. 前記支持ステージは、前記撮像ユニットに対する前記検査対象物の姿勢を変化させるように構成されている、請求項１から５のいずれか一項に記載の外観検査装置。
7. 請求項１から６のいずれか一項に記載の外観検査装置と、
   前記検査対象物を前記外観検査装置に搬入する第１の搬送装置と、
   前記外観検査装置において外観が検査された前記検査対象物を前記外観検査装置から搬出する第２の搬送装置と
   を備える、製品製造システム。
   

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