JPH01227910A - 光学検査装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 Ａ、産業上の利用分野 本発明は、被検査物の表面形状を光学的に検査する光学
検査装置に関し、特に曲面状に仕上げ加工された加工面
を検査するための光学検査装置に関する。

Ｂ、従来の技術 円弧面を有する被検査対象物には、例えば、第９図に示
すように直方体状をなす被検査物１の一側面を円弧状の
曲面１ａに切削加工したものがあり、この曲面１ａが正
規の寸法、形状に加工されているか否かを判定するのが
形状検査システムである。

ところで、このような曲面１ａの仕上げ加工において切
削工具の異常な切込み送り等により、第１０図に示す如
く曲面１ａの頂部（ハツチングを施した部分）が必要以
上に切削されてしまう場合がある。

従来、上述のような円弧面を有する被検査物１の形状を
光学的に検査するシステムとしては、第１１図または第
１２図に示す方式のものが知られている。

第１１図は、レーザ、その他の光源２からスポット状の
光を被検査物１の曲面１ａに照射し、その反射光をポジ
ション、センサ３により検知し、ポジションセンサ３が
曲面１ａのどの位置の反射光を受けたかにより出力電圧
が異なることを利用してポジションセンサ３と曲面１ａ
上の照射光間の相対距離ａを求め、これから曲面１　ｔ
ｌの形状を測定して形状検査を行うものである。

また、第１２図は、被検査物１の曲面１ａを複数の光源
４により均一に照射し、曲面１ａの１ユ方に配置したテ
レビカメラ５により光照射面を撮像して、その撮像信号
を図示しない処理回路により２値画像などに処理し、こ
の処理画像から曲面１ｄの形状、即ち第１Ｏ図しこ示す
如き削り込み過ぎ部の有無及び幅を検出するものである
。

Ｃ０発明が解決しようとする問題点 第１１図に示す従来の形状検査方式では、スポット光と
ポジションセンサ３とにより一点毎に測定するため、そ
の検査精度が向上するものの、曲面１ａを全域に亘り検
査するのに多くの時間がかかり、実用的でない。

また、第１２図に示す従来の形状検査方式では、均一に
照明した曲面１ａをテレビカメラ５により撮像した画像
信号から形状判定を行うものであるため、鮮明な画像が
得にくく、その−１−１曲面の正常部位と削り込み過ぎ
による不良部位との画像の区別しこ明確性を欠き、かつ
これら画像処理が非常に複雑になって画像処理装置のシ
ステムコストが大きくなると共に、形状検査の信頼性も
低い問題がある。

また、曲面１ａの形状を接触方式により測定する方法も
あるが、形状検査に多くの時間がかかり、被検査物１に
傷を付けるなどの問題があった。

本発明の目的は、上述したような問題を解決したもので
、曲面の形状検査を容易にかつ低コストで実現でき光学
検査装置を提供することにある。

Ｄ０問題点を解決するための手段 第１図は、本発明の光学検査装置の請求項に対応するク
レーム対応図である。

回において、線状光源１０は、被検査物１に対し斜め上
方からライン光１０ａを所定照射角Ｏで照射して被検査
物１の曲面１ａにこれを斜めに切断する光照射像を生じ
させる。

光電式センサ１１は、たとえば２次元センサが用いられ
、ライン光１０ａの照射により曲面１ａ上に生じた光照
射像１２を２次元で検出する。

信号処理手段１３は、光電式センサ１１により検出した
光照射像１２を曲面１ａの形状検査に必要な２値化像に
処理すると共に、この２値化像パターン（検出パターン
）を正常な基準曲面パターンと比較して欠陥の有無を判
定する。

Ｅ１作用 ライン光１０ａおよび被検査物１の曲面１ａに上方斜め
方向から照射されると、曲面ｌａ上に生じる光照射像と
なり、この光照射像を光電式センサ１１により検出して
（ａ号処理手段１３に加えることにより、曲面形状を反
映した２値化像に変換し、この２値化画像パターンを正
常な基準曲面パターンと比較照合することで、曲面１ａ
に削り込み過ぎなどによる欠陥があるか否かを判定する
。

したがって、本発明にあっては、ライン光１０ａによる
光切断法により曲面１ａに光照射像を生じさせ、この光
像パターンを画像処理して曲面形状の判定を行うもので
あるから、形状検査が簡便となり、画像処理の高速化お
よび処理システムのコストダウンも可能になる。

Ｆ、実施例 一第１の実施例− 第２図〜第７図により本発明の第１の実施例を説明する
。

第２図は、本発明を適用した光学検査装置の第１の実施
例の全体構成図であり、第１図と同一の部分には同−符
壮を付して述べる。

第２図において、線状光ｇ１０は、コンベア１５により
矢印へ方向に移送される被検査物１の移動方向と反対の
側にあって、所望の角度前傾し被検査物１の曲面１ａに
対し所望の照射角Ｏ（例えば３０度）でライン光１０ａ
を生成するスリット板１０１と、このスリット板１０１
の後方にあって、スリット板１０１に水平に形成した線
状光作成用の透光スリット１０１ａに対向して配置した
光源１０２とから構成されている。

２次元センサ１１は、ＣＣＤ　（Ｃｈａｒｇｅ　Ｃｏｕ
ｐｌｅｄＤｅｖｉｃｅ）等を２次元配列した固体カメラ
、またはテレビカメラから構成されるもので、被検査物
１の上方において、その曲面ｌａ上に形成される光照射
像の部分に対向して配置され、光照射像を含む周辺領域
を撮像するようになっている。１次元センサを用いて試
験片１と相対移動せしめて２次元画像を形成してもよい
。

２次元センサ１１からの映像信号を取り込む信号処理回
路１３は、２次元センサ１１からのアナログ信号をデジ
タル信号に変換するＡ−Ｄ変換回路１３１と、Ａ−Ｄ変
換回路１３１からのデジタル信号を被検査物１の曲面形
状を反映した２値化像に処理する画像処理回路１３２と
、この２値化画像パターンをＣＲＴ等の表示装Ｗ１１４
に表示するための表示制御回路１３３と、画像処理回路
１３２内のメモリ１３２ａに格納された２値化画像パタ
ーンデータから光照射像に相当する座標上のデータ配列
状態を求め、これとメモリ１３４ａ内に格納した正常基
準曲面パターンデータとを比較照合して検出パターンの
曲面１ａに欠陥があるか否かを判定する判定処理回路１
３４とから構成されている。

また、第２図において、１６はコンベア１５により移送
されてくる被検査物１の検査開始位置を検知するための
位置検出装置で、コンベア１５を挟んで相対向させた光
源１６ａと受光素子１６ｂとから構成され、光源１６ａ
から受光素子１６ｂへの光が被検査物１により遮断され
た時、受光素子１６ｂからの信号で被検査物１の検査が
開始されるようになっている。

次に、上述のように構成された本実施例の検査動作につ
いて説明する。

コンベア１５上に第２図に示す如き状態に載置された被
検査物１がコンベア１５の動作によって矢印へ方向へ移
送され、光源１６ａがら受光素子１６ｂへの光を遮ると
、検査システムは検査モードに入り、その後は、被検査
物１の矢印Ａ方向への移動に伴い所定の時間間隔でライ
ン光１０ａにより照射された曲面１ａの部分を２次元セ
ンサ１１により検出し、信号処理回路に取り込んで所定
の画像処理および曲面形状の判定処理を実行する。

ここで、第９図に示すように、正常に加工されている曲
面１ａの２値化画像パターンは第３図に示すようになり
、また、第１０図に示すように曲面１ａの頂部が削り込
み過ぎによる欠陥がある場合の２値化画像パターンは第
４図に示すようになる。

第３図および第４図において、白抜きの部分３０がライ
ン光１０ａの照射により曲面ｌａ上に形成された光照射
像に相当し、ハツチングの部分３１はライン光１０ａが
照射されない領域に相当する。

この第３図および第４図から明らかなように、正常な場
合と欠陥がある物品では、得られる曲面のパターン像の
高さ８１とＱ３との間に差が生じる。

この理由は、第５図に示すように、所定の照射角θでラ
イン光１０ａを被検査物１の曲面１ａに照射した場合、
削り込み過ぎ等の欠陥により曲面１ａの頂点レベルが破
線のように下がると、ライン光１０ａの照射位置は、Ｐ
点からＱ点へと変化する。これは削り込み過ぎにより曲
面部分の高さに差Δｔが生じるためである。そして、こ
れに伴い第２図の矢印Ａ方向には、Δ悲の差が生じる。

この距離ΔＱは、第５図に示すようにΔＱ＝ＱニーＱ、
＝Δｊ　／　ｔａｎθとなる。したがって、第３図もし
くは第４図に示すｎｌ、Ｑ、を求めることにより１曲面
１ａの形状が求められる。

Ｑｌ、Ｑ、を求めるための画像処理方法の一例を第６図
および第７図に示す、２次元センサ１１で検出し、信号
処理回路１３で画像処理した後の２値化像は、通常、Ｘ
、Ｙ方向にｉｘｊ個のドツトデータとして取り扱われる
。

この場合、ｉｘｊ個の各ドツトデータに対し、ライン光
１０ａが照射されている一定レベル以上の信号を“Ｈ”
、それ以下を“′Ｌ”とする２値化処理を行う、その結
果、２次元センサ１１により撮し出され、２値化された
画像パターンは、第６図に示すようになり（黒く塗りつ
ぶした部分が光照射像１２に相当）、このパターンデー
タは画像処理回路１３２のメモリ１３２ａに格納される
。

そして、判定処理回路１３４では、上記メモリ１３２ａ
内のパターンデータをｊ＝ｌ、１＝＝１番目からＸ方向
にスキャンし、最初に１１８　ＩＩとなる位置を見つけ
る。例えば、第７図に示すように、領域■（仮にこの座
標をＩｌｌ　Ｊユとする）が最初の′Ｈ″であるとする
と、次に（ｌｘ＋１＋　ｊｊ、（ｘｌ−１＋ｊ工＋１）
、（１ｘ＋　Ｊ工＋１）、（ｊ＋１．ｊ＋１）の順に°
’　Ｈ”となる位置を調べていく。すると、領域■が１
１　ＨＩＩであることが見つかり、次に同様の手法によ
り領域（３）　ｌ■、・・・がＩＩ　Ｈ１１であること
が見つかる。このようにして検出パターンデータが格納
された全メモリ領域をスキャンして、ＬＬ　ＨＩＩとな
っているデータの座標を見つける。この時、ＩＩ　Ｈ＋
１となる最後の座標を（ｉｎ、ｊｎ）とすれば、Ｙ方向
の曲面形状の長さが（ｊｎ−ｊよ）という座標の長さ（
画素数）として求まる。

この場合、各座標値（画素）の長さをδとすると、Ｊ　
ｎ　　Ｊｘ＝　Ｑｘ　（ｏｒＱ２）　／δという値とな
る。従って、判定処理回路１３４では、予め正常値とし
てのΩ、／δとなる値をメモリ１３４ａに格納しておき
、これと実際に検出した曲面のパターンから得られたＱ
ユ／δとを比較し、被検査物１の曲面１ａに削り込み過
ぎ等による欠陥があるか否かを判定する。

このように、本実施例にあっては、被検査物ｌの曲面１
ａをライン光１０ａにより斜め上方から照射して、曲面
１ａの円弧形状に相似な光照射像を生じさせるから、曲
面１ａの形状を明確に捕らえることができ、これに伴い
２値化処理後の曲面上の欠陥の有無の判定が正確になる
と共に、２値化処理および判定のための処理が容易とな
って、システムコストが低減され、検査の信頼性も損わ
れることがない。

なお、上述の実施例では、被検査物１の曲面１ａが外方
へ円弧状に突出する場合の物品について説明したが、検
査対象となる曲面は内方へ湾曲する形状のもの、あるい
は外方の角状に突出するものについても同様に検査する
ことができる。

−第２の実施例− 上述の実施例では、被検査物１に対するライン光１０ａ
の照射角θを一定に固定し、同一の被検査物１を検査す
る場合について説明したが、照射角θが固定であると、
曲面１ａのＲなどが異なる被検査物１を混在して検査す
るとき、２次元センサ１１により検出される特定ウィン
ド内に曲面１ａの光照射像が収容できず、検査対象とな
る映像パターンに欠けが生じるおそれがある。

第８図は、上述のような問題を解決するために、被検査
物１の曲面１ａに応じてライン光の照射角θを変化でき
るようにした本発明の他の実施例を示すものである。

第８図において、線状光源１０は、軸１６により矢印Ｂ
方向に傾動可能に軸支され、軸１６にはパルスモータ等
の回転駆動装置１７が連結されており、この回転駆動装
置１７を作動することにより被検査物１の曲面１ａに対
するライン光１０ａの照射角θを変化できるようになっ
ている。

また、被検査物１の上方に配置した２次元センサ１１に
は、曲面１ａの光照射像が予め決められた特定ウィンド
内に収まるものであるか否かを判定する画像判定回路１
８が接続され、さらに画像判定回路１８には、前記回転
駆動装置１７を制御する制御回路１９が接続されている
。

上記構成のシステムにおいて、実際の形状検査に先立ち
、まず、線状光源１０を起動して、そのライン光１０ａ
をコンベアｌＳ上の被検査物ｌに向は照射し、この状態
で２次元センサ１１の検出エリア内をコンベア１５によ
り通過させる。この時、その画像が予め決められた特定
ウィンド内に収まる大きさのものであるか否かを画像判
定回路１８で判定し、画像が特定ウィンド内に収まるよ
うに線状光ｇ１０を矢印Ｂ方向に回動して照射角θを変
化させる。そして、曲面１ａの形状検査に適合する照射
角Ｏに設置されたならば、第２図に示すシステムによっ
て実際の形状検査に移行される。なお１画像判定回路１
８は、第２図に示す信号処理回路１３に組込まれたもの
である。

以上では、曲面１ａの相違を画像判定回路１８で判定し
て線状光源１０の向きを変更制御したが、被検査物１の
幅や長さなどから曲面１ａのＲの相違がわかる場合には
、他の光学センサによってその幅や長さを測定し、その
測定結果に基づいて線状光源１０の向きを変えても良い
。

また、上述の実施例では、線状光源１０をスリット板１
０１と光源１０２で構成した場合について説明したが、
これに限定されず、しかも光源の種類も白熱ランプに限
らず、レーザ光等を利用してもよい。例えば、レーザス
ポットを回転多面鏡等により被検査物の幅方向に走査し
たり、レーザ光をシリンドリカルレンズでライン光に変
換したりできる。

さらにまた、実施例では、被検査物１を移動させる場合
について述べたが、線状光源１ｏおよび２次元センサ１
１を一体的に曲面１ａに平行に移動させるようにしても
よい。

Ｇ０発明の効果 本発明によれば、被検査物の曲面をライン光により斜め
上方から照射して、曲面の円弧形状に相似な光照射像を
生じさせるようにしたので、曲面形状を２次元センサに
より明確にかつ高精度で捕らえることができ、これによ
り２値画像への処理が容易になると共に、曲面上の欠陥
の有無を正確に判定することができ、曲面検査のシステ
ムコストを低減できるほか、曲面検査の信頼性も向上で
きる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の光学検査装置のクレーム対応図である
。 第２図は本発明を適用した第１の実施例の全体構成図で
ある。 第３図および第４図は第１の実施例における曲面形状の
画像パターンを示す説明図である。 第５図は第１の実施例における曲面検査の原理を示す説
明図である。 第６図および第７図は第１の、実施例における曲面の形
状測定の一例を示す原理説明図である。 第８図は本発明における照射角θの調整を可能にした第
２の例を示す構成図である。 第９図は被検査物の一例を示す斜視図である。 第１０図は欠陥を有する被検査物の斜視図である。 第１１図および第１２図は従来の光学検査装置を示す概
略構成図である。 １：被検査物　　　　　１ａ：曲面 １０：線状光源　　　　１０ａ　ニライン光１１：２次
元センサ　　１２：光照射像１３：信号処理回路

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 被検査物に対し斜め上方からライン光を所定照射角で照
   射して被検査物の曲面にこれを斜めに切断する光照射像
   を生じさせる線状光源と、この線状光源のライン光によ
   り照射された曲面上の光照射像を検出する光電式センサ
   と、この光電式センサにより検出した光照射像を曲面の
   形状検査に必要な２値化像に処理すると共に、この２値
   化画像パターンを正常な基準曲面パターンと比較して欠
   陥の有無を判定する信号処理手段とを備えることを特徴
   とする光学検査装置。