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JP2024092565A - 外観検査システム - Google Patents

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JP2024092565A JP2022208599A JP2022208599A JP2024092565A JP 2024092565 A JP2024092565 A JP 2024092565A JP 2022208599 A JP2022208599 A JP 2022208599A JP 2022208599 A JP2022208599 A JP 2022208599A JP 2024092565 A JP2024092565 A JP 2024092565A
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陽太 朝倉
Yota Asakura
有康 児玉
Ariyasu Kodama
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Kokusai Denki Electric Inc
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Hitachi Kokusai Electric Inc
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Abstract

Figure 2024092565000001
【課題】カメラで撮影した製品の画像に基づく製品の外観の検査に関し、複数の方向についての検査を簡易に実現できるようにする。
【解決手段】本発明の一実施形態に係る外観検査システムは、外観検査の対象となる製品10が載置される載置ユニット20と、載置ユニット20に載置された製品10を特定の方向から撮像するカメラ30と、カメラ30で撮影された画像に基づいて、製品10の外観検査処理を実行する外観検査装置40とを備え、載置ユニット20は、載置された製品10を特定の方向とは別の方向から見た像をカメラ30に向けて反射するように配置されたミラー23をし、カメラ30は、特定の方向から見た製品10を映した画像部分と、ミラー23を介して別の方向から見た製品10を映した画像部分とを含む画像を撮影する。
【選択図】図1

Description

本発明は、カメラで撮影した製品の画像に基づいて製品の外観を検査する外観検査システムに関する。
従来、製造した製品にキズや歪み等の欠陥が生じていないかを確認するために、製品の外観検査が行われている。製品の外観検査は、例えば、専用の置台に検査対象の製品を載置してカメラで撮影し、その画像を分析することで実現される。従来の置台は、製品を固定するだけの機能しか持っていないものが一般的である。また、製品を撮影するためのカメラも、置台上の製品を特定の位置方向から撮影するように固定される場合が多い。
上記のような方式で製品の外観検査を行う場合、製品の外観を複数の方向について検査するためには、置台に載せる製品の向きを変えて撮影する作業を複数回行う必要があり、検査に時間がかかっていた。また、複数の方向から撮影するためにカメラの台数を増やしてもよいが、設備コストが増加する上、それぞれのカメラを適切な位置に設置する作業を行う必要もあり、面倒であった。また、複数の方向から製品を撮影した各画像を個別に分析し、それらの分析結果を統合して最終的な検査結果を得る必要があるため、処理が複雑化するという懸念もあった。
本発明に係る技術分野の従来技術としては、以下のようなものがある。例えば、特許文献1には、食品工場等の生産ラインを移動する物体をカメラで撮影して検査する画像解析システムにおいて、GUI解析画面上で、検査したい項目を操作者が任意に設定し、設定した項目について自動で情報を読み取って比較し、結果を画像と共に記録する発明が開示されている。
特開2013-205182
本発明は、上記のような従来の事情に鑑みて為されたものであり、カメラで撮影した製品の画像に基づく製品の外観の検査に関し、複数の方向についての検査を簡易に実現できるようにすることを目的とする。
上記の目的を達成するために、本発明の一態様に係る外観検査システムは、以下のように構成される。
すなわち、本発明に係る外観検査システムは、外観検査の対象となる製品が載置される載置ユニットと、載置ユニットに載置された製品を第1の方向から撮像するカメラと、カメラで撮影された画像に基づいて、製品の外観検査処理を実行する外観検査装置とを備え、載置ユニットは、載置された製品を第1の方向とは別の第2の方向から見た像をカメラに向けて反射するように配置されたミラーを有し、カメラは、第1の方向から見た製品を映した第1の画像部分と、ミラーを介して第2の方向から見た製品を映した第2の画像部分とを含む画像を撮影することを特徴とする。
ここで、本発明に係る外観検査システムにおいて、載置ユニットに製品が載置されたことを検知する第1の検知部と、載置ユニットに対する製品の載置操作を行う操作体がカメラの撮影範囲から外れたことを検知する第2の検知部とを更に備え、外観検査装置は、第1の検知部により載置ユニットに製品が載置されたことが検知された状態で、且つ、第2の検知部により操作体がカメラの撮影範囲から外れたことが検知された状態でカメラにより撮影された画像に基づいて、外観検査処理を実行するように構成され得る。
また、本発明に係る外観検査システムにおいて、第1の画像部分の領域と第2の画像部分の領域のそれぞれに対する検査枠が予め定められており、外観検査装置は、カメラにより撮影された画像について、第1の画像部分の検査枠に対する外観検査処理と、第2の画像部分の検査枠に対する外観検査処理とをそれぞれ実行するように構成され得る。
また、本発明に係る外観検査システムにおいて、外観検査装置は、載置ユニットにおける製品の位置を判定し、製品の位置に応じて画像または検査枠を調整した後に、外観検査処理を実行するように構成され得る。
また、本発明に係る外観検査システムにおいて、外観検査装置は、載置ユニットにおける製品の向きを判定し、製品の向きに応じて画像または検査枠を調整した後に、外観検査処理を実行するように構成され得る。
本発明によれば、カメラで撮影した製品の画像に基づく製品の外観の検査に関し、複数の方向についての検査を簡易に実現できるようになる。
本発明の一実施形態に係る外観検査システムの構成例を示す図である。 図1の外観検査システムで使用する例示的な載置ユニットの平面図である。 図2に示した例示的な載置ユニットのA-A’線に係る縦断面図である。 図1の外観検査システムでカメラ撮影された画像の例を示す図である。 図1の外観検査システムによる外観検査処理の対象範囲を示す検査枠の例を示す図である。 図1の外観検査システムによる外観検査処理の結果の画面表示例を示す図である。 図1の外観検査システムによる外観検査処理の結果の画面表示例を示す図である。 図1の外観検査システムによる外観検査処理のフローチャート例を示す図である。 載置ユニットの変形例に係る縦断面図である。
本発明の一実施形態について、図面を参照して説明する。図1には、本発明の一実施形態に係る外観検査システムの構成例を示してある。図1に示す外観検査システムは、外観検査の対象となる製品10が載置される載置ユニット20と、載置ユニット20に載置された製品10を特定の方向(本例では、上面の方向)から撮像するカメラ30と、カメラ30で撮影された画像に基づいて、製品10の外観検査処理を実行する外観検査装置40と、外観検査装置40による外観検査処理の結果のデータ等を記憶するサーバ45とを備えている。
本例の外観検査システムにおいて、載置ユニット20は、載置された製品10を特定の方向とは別の方向から見た像をカメラ30に向けて反射するように配置されたミラー23を有する。また、カメラ30は、特定の方向(カメラ側の方向)から見た製品10を映した画像部分と、ミラー23を介して別の方向から見た製品10を映した画像部分とを含む画像を撮影するように設定される。つまり、カメラ30は、1回の撮影で、製品10を複数の方向から見た複数の画像部分を含む画像を撮影することが可能である。したがって、外観検査装置40は、カメラ30により撮影された1枚の画像に基づいて、特定の方向から見た製品10の外観検査処理だけでなく、別の方向から見た製品10の外観検査処理も実行することが可能である。
図2には、図1の外観検査システムで使用する例示的な載置ユニット20の平面図を示してある。また、図3には、図2に示した例示的な載置ユニット20のA-A’線に係る縦断面図を示してある。本例の載置ユニット20は、ベース部21と、置台22と、4つのミラー23A~23Dと、4つの不要光防止板24A~24Dと、2つのセンサー部25A,25Bとを備えている。
置台22は、製品10のセット位置となる部材であり、ベース部21の上面中央部に設けてある。置台22は、一例として、製品10の下部の形状に対応する凹部を形成した上面部を有する。このような置台22を用いることで、製品10の下部を置台22の上面部の凹部に嵌め込むように載置するだけで、置台22上の製品10の位置や向きを固定化できるので、その後の処理を単純化することが可能である。
置台22の周囲(側面)の4方向には、水平面に対して45度程度の傾斜を設けたミラー23A~23Dを配置してある。また、ミラー23A~23Dのそれぞれの背面に、背景の映り込みや光の差し込みを防止するための不要光防止板24A~24Dを配置してある。本例では、ミラー23A~23Dより若干大きい程度の不要光防止板24A~24Dを用いているが、背景の映り込みや光の差し込みを適切に防止できればよく、サイズ・形状・素材等は特に限定されない。
センサー部25Aは、本発明に係る第1の検知部の一例であり、載置ユニット20に製品10が載置されたことを検知する。センサー部25Aとしては、例えば、置台22の表面部分に組み込まれた感圧センサーが使用される。センサー部25Bは、本発明に係る第2の検知部の一例であり、載置ユニット20に対する製品10の載置操作を行う操作体(例えば、作業員の手や機械のアーム)がカメラ30の撮影範囲から外れたことを検知する。センサー部25Bとしては、例えば、ベース部21の上面の対角線上に設けた、置台22上の製品10より上側の空間に水平方向の赤外線を射出する赤外線射出部およびその検出を行う赤外線センサーの組が使用される。
カメラ30は、載置ユニット20を見下ろす上側の位置に、置台22およびその周囲のミラー23A~23Dが撮影範囲(画角)内に収まるように配置される。したがって、図4に示すように、カメラ30で撮影される画像50には、置台22に載置された製品10の上面を映した画像部分51だけでなく、製品10の正面をミラー23Aで反射した像を映した画像部分52と、製品10の左面をミラー23Bで反射した像を映した画像部分53と、製品10の右面をミラー23Cで反射した像を映した画像部分54と、製品10の背面をミラー23Dで反射した像を映した画像部分55とが含まれることになる。このように、載置ユニット20を使用することで、1回の撮影だけで、製品10の下面を除く各面(つまり、上面、正面、左面、右面、および背面)を映した画像50を得ることが可能である。
カメラ30により撮影された画像50は、外観検査装置40に供給される。外観検査装置40は、カメラ30から供給された画像50に基づいて、外観検査処理を実行する。本例では、製品10の上面、正面、左面、右面、および背面のそれぞれに対して1つ又は複数の検査項目があり、各検査項目に対して外観検査処理を実行する。
図5には、検査項目毎の対象範囲を示す検査枠の例を示してある。図5の例では、製品10の上面を映した画像部分の領域に対する検査枠61,62と、製品10の正面を映した画像部分の領域に対する検査枠63と、製品10の左面を映した画像部分の領域に対する検査枠64,65と、製品10の右面を映した画像部分の領域に対する検査枠66と、製品10の背面を映した画像部分の領域に対する検査枠67とが示されている。これら検査枠61~67は、外観検査システムの運用を開始する前に予め設定されているものとする。
外観検査装置40には、センサー25A,25Bによる検知結果も入力される。外観検査装置40は、センサー25A,25Bによる検知結果に基づいて、外観検査処理の動作を制御する。本例では、センサー25Aにより載置ユニット20に製品10が載置されたことが検知された状態Xで、且つ、センサー25Bにより操作体がカメラ30の撮影範囲から外れたことが検知された状態Yでカメラ30により撮影された画像に基づいて、外観検査処理を実行するように制御する。このような制御を行うことで、載置ユニット20に載置された製品10を撮影した画像に対する外観検査処理を自動的に実行できるだけでなく、その画像に作業員の手や機械のアームなどの操作体が映り込むことを排除することができる。
ここで、外観検査処理の対象となる画像(つまり、状態X且つ状態Yで撮影された画像)は、種々の方法で取得することが可能である。一例として、カメラ30が、所定時間毎に撮影を繰り返して外観検査装置40に画像を送信し、外観検査装置40が、状態X且つ状態Yのタイミングで撮影された画像を特定し、その画像を外観検査処理の対象としてもよい。別の例として、カメラ30は撮影の待機状態を基本とし、外観検査装置40が、状態X且つ状態Yのタイミングでカメラ30に撮影を指示し、カメラ30が、この指示に応じてカメラ30が撮影した画像を外観検査処理の対象として外観検査装置40に送信してもよい。
外観検査装置40は、カメラ30により撮影された画像における検査枠61~67のそれぞれの領域を、事前に学習しておいた学習モデルを用いてAI分析することで、製品10の外観を検査する。そして、すべての検査枠に対する検査結果がOK(欠陥なし)である場合に、総合的な検査結果をOKと判定する。一方、いずれかの検査枠に対する検査結果がNG(欠陥あり)である場合には、総合的な検査結果をNGと判定する。なお、外観検査装置40は、AI分析以外の方法で外観検査処理を行ってもよい。例えば、外観検査装置40は、カメラ30により撮影された画像における検査枠61~67のそれぞれの領域を、事前に欠陥なしの製品を撮影して用意しておいたリファレンス画像と比較して差分を算出し、差分が所定の閾値未満の場合にOKと判定し、そうでない場合にNGと判定してもよい。
ここで、上記の説明では、センサー25A,25Bを用いて状態X,Yの検出を行っているが、これは一例に過ぎず、他の方法で状態X,Yの検出を行ってもよい。例えば、カメラ30が、所定時間毎に撮影を繰り返して外観検査装置40に画像を送信し、外観検査装置40が、所定時間毎の各画像を解析することで状態X,Yの検出を行うことが可能である。すなわち、外観検査装置40に、本発明に係る第1の検知部および第2の検知部を設ける構成としてもよい。
外観検査装置40は、上記のようにして外観検査処理を実行すると、外観検査処理の結果を画面表示する。外観検査処理の結果の画面表示は、外観検査装置40が有するディスプレイに表示してもよいし、外観検査装置40から外観検査処理の結果を受信可能な他の装置のディスプレイに表示してもよい。
図6および図7には、外観検査処理の結果の画面表示例を示してある。図6は、検査項目の全てがOK(欠陥なし)であった場合の画面表示例である。図7は、いずれかの検査項目がNG(欠陥あり)であった場合の画面表示例である。外観検査処理の結果の表示画面70は、カメラ30により撮影された画像を表示する第1表示領域71と、総合的な検査結果を表示する第2表示領域72と、検査項目(図5の検査枠61~67)毎の検査結果をリスト形式で表示する第3表示領域73とを有している。
第1表示領域71には、カメラ30により撮影された画像だけでなく、検査項目毎の検査結果を視覚化した図形もオーバーレイ表示される。本例では、検査結果がOKとなった検査項目の対象範囲には、図6に破線で示すように、白色の枠表示81~87が重畳される。また、検査結果がNGとなった検査項目の対象範囲には、図7に太い実線で示すように、赤色の枠表示81’,83’が重畳される。したがって、検査員は、第1表示領域71の表示を見るだけで、製品10のどの部分の検査項目に不備があるかを把握することが可能となる。
外観検査装置40は、外観検査処理の結果を画面表示するだけでなく、そのデータをサーバ45に送信して記憶させる。サーバ45には、例えば、外観検査した製品10を識別する製品IDに対応付けて、検査結果(総合的な検査結果および検査項目毎の検査結果)のデータと、カメラ30により撮影された画像と、この画像に検査項目毎の検査結果を視覚化して重畳させた画像とが記憶される。したがって、サーバ45にアクセスすることで、外観検査処理の結果を事後的に活用することが可能である。
本例の外観検査システムによる外観検査処理の流れについて、図8に示すフローチャート例を参照して説明する。ここで、外観検査の対象となる製品10には、製品IDを示すバーコード(二次元バーコードを含む)が付されており、製品10を載置ユニット20に載置する前(または後)にバーコードリーダで読み取られて製品IDが検出され、サーバ45に記憶されるものとする。なお、バーコードリーダでの読み取りに代えて、外観検査装置40が、製品10を撮影した画像のバーコード部分を解析して製品IDを検出してもよい。また、製品IDのバーコードに代えて製品IDそのものを製品10に付しておき、製品10を撮影した画像に対するOCR(Optical Character Reader)処理により製品IDを検出してもよい。
外観検査の対象となる製品10を載置ユニット20に載置すると、その旨がセンサー部25Aによって検知され、センサー部25Aの検知結果が外観検査装置40に入力される(ステップS11)。また、製品10の載置操作を行った操作体がカメラ30の撮影範囲から外れると、その旨がセンサー部25Bによって検知され、センサー部25Bの検知結果が外観検査装置40に入力される(ステップS12)。
カメラ30は、所定時間毎に撮影を繰り返しており、撮影により得られた画像が外観検査装置40に順次供給される。外観検査装置40は、センサー25Aにより載置ユニット20に製品10が載置されたことが検知された状態Xで、且つ、センサー25Bにより操作体がカメラ30の撮影範囲から外れたことが検知された状態Yであるか否かを判定し、判定成功時の画像を用いて製品10の外観検査処理を行う(ステップS13)。その後、外観検査装置40は、外観検査処理の結果を画面表示する(ステップS14)。また、外観検査装置40は、外観検査処理の結果データや画像データをサーバ45に送信し、製品IDに対応付けて記憶させる(ステップS15)。
以上のように、本例の外観検査システムは、外観検査の対象となる製品10が載置される載置ユニット20と、載置ユニット20に載置された製品10を特定の方向から撮像するカメラ30と、カメラ30で撮影された画像に基づいて、製品10の外観検査処理を実行する外観検査装置40とを備え、載置ユニット20は、載置された製品10を特定の方向とは別の方向から見た像をカメラ30に向けて反射するように配置されたミラー23をし、カメラ30は、特定の方向から見た製品10を映した画像部分と、ミラー23を介して別の方向から見た製品10を映した画像部分とを含む画像を撮影するように構成されている。
したがって、本例の外観検査システムによれば、外観検査の対象となる製品の撮影を1回行うだけで、その製品を複数の方向から見た複数の画像部分を含む画像を撮影することができる。また、撮影された1枚の画像だけで、製品の複数の方向についての外観検査処理を実行することができる。このように、本例の外観検査システムによれば、製品の複数の方向についての外観検査を簡易に実現することが可能である。
ここで、上記の説明は、載置ユニット20の置台22の上面部に凹部を形成することで、置台22上の製品10の位置や向きを固定化することを想定しているが、このような凹部がない平坦な形状の上面部を有する置台22を用いて、製品10の位置や向きを自由に変更できるようにしてもよい。すなわち、製品10を前後または左右に少しずらした位置に配置したり、製品10を基準方向に対して少し傾けて配置したり、製品10の前面を上向きに配置したりしてもよい。
ただし、このように製品10の位置や向きの変更を許容する場合には、置台22に載置された製品10の位置や向きに応じて、カメラ30により撮影された画像または検査枠(図5に示す検査枠61~67)を調整する必要がある。この場合、例えば、基準の位置および向きで置台22に製品10を載置した場合の製品10の輪郭線を各方向について検出して基準輪郭線とし、各方向の基準輪郭線に対応付けて検査枠を設定しておく。そして、外観検査装置40は、検査対象の製品10の撮影画像に含まれる各方向の画像部分から製品10の輪郭線を検出し、各方向の輪郭線が基準輪郭線にマッチするように、各方向の画像部分を移動・回転・変形などにより調整した後に、外観検査処理を実行するようにする。あるいは、各方向の輪郭線に基準輪郭線がマッチするように、基準輪郭線を移動・回転・変形などにより調整すると共に同様の調整を検査枠に施した後に、外観検査処理を実行するようにする。なお、上述した調整方法は一例に過ぎず、他の方法で調整を行っても構わない。
また、上記の説明では、製品10の下面を除く各面(つまり、上面、正面、左面、右面、および背面)を映した画像を撮影し、外観検査処理を行っているが、検査不要な方向がある場合には、その方向の撮影は省略してもよい。この場合には、ミラー23A~23Dのうち、検査不要な方向のミラーは不要なので除去しても構わない。
また、上記の説明では、製品10の下面の外観検査を行えないが、載置ユニット20を変形または拡張することで、製品10の下面の外観検査も一括して行えるようになる。その仕組みについて、図9を参照して説明する。図9には、載置ユニット20の変形例を示す縦断面図を示してある。
図9の載置ユニット20は、製品10の下面を撮影できるように、ベース部21および置台22の中央部分を上下方向に貫通する開口部26を設けてある。また、ベース部21の下側に、2つのミラー28A,28Bを備えた拡張ベース部27を取り付けてある。ミラー28Aは、開口部26の真下の位置に、水平面に対して45度程度の傾斜を設けて配置される。ミラー28Bは、開口部26を通じてミラー28Aに映る製品10の下面を見た像をカメラ30に向けて反射するように、水平面に対してミラー28Aとは逆向きの45度程度の傾斜を設けて配置される。このような拡張ベース部27を使用することで、1回の撮影だけで、製品10の下面を含む全ての面を映した画像を得ることが可能となる。
以上、本発明の実施形態について説明したが、これら実施形態は例示に過ぎず、本発明の技術的範囲を限定するものではない。本発明は、その他の様々な実施形態をとることが可能であると共に、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、省略や置換等の種々の変形を行うことができる。これら実施形態及びその変形は、本明細書等に記載された発明の範囲や要旨に含まれると共に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
また、本発明は、上記の説明で挙げたような装置や、これら装置で構成されたシステムとして提供することが可能なだけでなく、これら装置により実行される方法、これら装置の機能をプロセッサにより実現させるためのプログラム、そのようなプログラムをコンピュータ読み取り可能に記憶する記憶媒体などとして提供することも可能である。
本発明は、カメラで撮影した製品の画像に基づいて製品の外観を検査する外観検査システムに利用することが可能である。
10:製品、 20:載置ユニット、 21:ベース部、 22:置台、 23A~23D:ミラー、 24A~24D:不要光防止板、 25A,25B:センサー部、 26:開口部、 27:拡張ベース部、 28A,28B:ミラー、 30:カメラ、 40:外観検査装置、 45:サーバ

Claims (5)

  1. 外観検査の対象となる製品が載置される載置ユニットと、
    前記載置ユニットに載置された前記製品を第1の方向から撮像するカメラと、
    前記カメラで撮影された画像に基づいて、前記製品の外観検査処理を実行する外観検査装置とを備え、
    前記載置ユニットは、載置された前記製品を前記第1の方向とは別の第2の方向から見た像を前記カメラに向けて反射するように配置されたミラーを有し、
    前記カメラは、前記第1の方向から見た前記製品を映した第1の画像部分と、前記ミラーを介して前記第2の方向から見た前記製品を映した第2の画像部分とを含む画像を撮影することを特徴とする外観検査システム。
  2. 請求項1に記載の外観検査システムにおいて、
    前記載置ユニットに前記製品が載置されたことを検知する第1の検知部と、
    前記載置ユニットに対する前記製品の載置操作を行う操作体が前記カメラの撮影範囲から外れたことを検知する第2の検知部とを更に備え、
    前記外観検査装置は、前記第1の検知部により前記載置ユニットに前記製品が載置されたことが検知された状態で、且つ、前記第2の検知部により前記操作体が前記カメラの撮影範囲から外れたことが検知された状態で前記カメラにより撮影された画像に基づいて、前記外観検査処理を実行することを特徴とする外観検査システム。
  3. 請求項1又は請求項2に記載の外観検査システムにおいて、
    前記第1の画像部分の領域と前記第2の画像部分の領域のそれぞれに対する検査枠が予め定められており、
    前記外観検査装置は、前記カメラにより撮影された画像について、前記第1の画像部分の検査枠に対する前記外観検査処理と、前記第2の画像部分の検査枠に対する前記外観検査処理とをそれぞれ実行することを特徴とする外観検査システム。
  4. 請求項3に記載の外観検査システムにおいて、
    前記外観検査装置は、前記載置ユニットにおける前記製品の位置を判定し、前記製品の位置に応じて前記画像または前記検査枠を調整した後に、前記外観検査処理を実行することを特徴とする外観検査システム。
  5. 請求項3に記載の外観検査システムにおいて、
    前記外観検査装置は、前記載置ユニットにおける前記製品の向きを判定し、前記製品の向きに応じて前記画像または前記検査枠を調整した後に、前記外観検査処理を実行することを特徴とする外観検査システム。

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