JP2011075534A

JP2011075534A - 曲面外観検査装置

Info

Publication number: JP2011075534A
Application number: JP2009244922A
Authority: JP
Inventors: Yasunori Watanabe; 康徳渡邊
Original assignee: HIKICHI SEIKO KK
Current assignee: HIKICHI SEIKO KK
Priority date: 2009-10-01
Filing date: 2009-10-01
Publication date: 2011-04-14

Abstract

【課題】鏡面の曲面を有する対象物に対する、欠陥検出の支障となる照明の映り込みを抑制し、確実な欠陥検出を可能とする画像検査装置を提供する。
【解決手段】エリアカメラ本体１を覆うように面状照明装置３ａ、３ｂを配置し、面状照明装置３ａ、３ｂの前面に拡散板４を設け、検査対象物に照明を映り込ませ、欠陥を浮き出させることを特徴とするカメラユニットを、垂直多関節ロボットの先端に取り付け、検査対象物とカメラユニットの位置関係を、常に一定に保持することで、鏡面の曲面を有する検査対象物の表面に存在する欠陥を検出する。
【選択図】図１

Description

本発明は、カメラにより撮像した画像をコンピュータにより処理して、対象物表面の欠陥を検出する外観検査装置に関わるもので、特に、ほぼ鏡面の光沢を有する曲面に存在する、幅または大きさが１ｍｍ以下の微細な欠陥を検出し得る、外観検査装置に関するものである。

これまで、鏡面で、かつ曲面の対象物の外観検査は、肉眼による検査が主であり、人手により対象物の角度を変えて、目視観察する方法が行われていた。曲率が小さい鏡面に対しては、レーザー光などを用いて反射による欠損の検査も行われているが、処理能力、処理時間などの課題が多く、対象物が限定されることが多い。

また、鏡面でない曲面を有する対象物に対しては、エリアカメラによる画像を処理することによる外観検査が有効であり、欠陥を検出に必要な有効画素数を得るために、エリアを限定して複数回撮像を行うことになるが、曲面に対し、カメラの焦点距離を一定に保持するために、カメラ自体、または対象物に、上下左右や回転の動きを与える必要があった。

この他に、鏡面の曲面を有する対象物をエリアカメラで撮像した場合、カメラ自体の映り込みもあるが、対象物周囲の物も映り込む結果、欠陥を隠してしまうことがある。さらに、鏡面の対象物をエリアカメラで撮像する場合は、カメラ視野方向に対称に照明を配置する方法が一般的であるが、曲面に対しては、照明配置が困難な場合もある。

曲面を画像処理により検査する方法として、特許文献１には、複数のＬＥＤを配置した照明部とＣＣＤカメラ部を、同一基板内に一体化したユニットを用いる技術が開示されている。また、特許文献２には、所定領域毎に光を照射して、曲面の正常部分が明部となって現れるように撮像した複数の画像を処理することにより、欠陥を検出する技術が開示されている。

しかしながら、これらの特許文献には、前記の問題点に対処し得る技術が、必ずしも十分に開示されてはいない。

特開２００７−２７８７１３号公報特開２００８−０２６１４９号公報

従って本発明の課題は、エリアカメラを用いて、鏡面の曲面を有する対象物の外観検査を可能とする、曲面外観検査装置を提供することにある。

本発明は、鏡面の曲面を有する対象物の表面に存在する、カケ、キズ、ピンホールなどの欠陥を検出する手段としてエリアカメラを用いるために、カメラ、照明装置、多関節ロボットの組み合わせ構造を検討した結果なされたものである。

即ち、本発明は、エリアカメラと、前記エリアカメラの軸方向と一定の角度をなすように配置されてなる複数の面状照明装置と、前記エリアカメラのレンズの周囲に配置され、前記面状照明装置による照明光を拡散させるための拡散板とを有する撮像部と、撮像の対象物に対する前記撮像部の位置及び角度を制御する機能を有する多関節ロボットを有し、前記照明光を前記対象物に照射撮像して得られる画像により、前記対象物の欠陥を検出する機能を備えたことを特徴とする曲面外観検査装置である。

また、本発明は、前記面状照明装置と前記拡散板が一体化されてなることを特徴とする、前記の曲面外観検査装置である。

また、本発明は、前記照明光が前記対象物を照射する範囲が、前記エリアカメラの視野よりも広いことを特徴とする、前記の曲面外観検査装置である。

本発明による曲面外観検査装置は前記のような構造を具備しているので、多関節ロボットにより、エリアカメラの焦点および対象物に対する角度を、任意に調整することが可能である。また、照明装置は、エリアカメラの周囲に配置された面状照明装置の照明光を、拡散板を介して対象物に照射するので、均一な照明光を対象物へ照射することが可能であり、反射を抑制でき、照明装置自体の対象物への映り込みも抑制ができる。しかも本発明においては、面状照明装置と拡散板が一体化されて多関節ロボットに取り付けられているので、照明光の状態が、多関節ロボットの動作などによって影響を受けることが極めて少ない。

照明装置の大きさは、エリアカメラの視野サイズや、エリアカメラと対象物との距離から算出し、光源としては複数のＬＥＤを一定間隔に配列して面状照明装置としたものや、有機ＥＬ素子のような面状発光体を用いることが可能であるが、拡散板を用いて面全体の明るさを均一に調整できることは、前記の通りである。これによって、均一な淡い照明光を対象物に照射することでき、対象物の均一な面に存在する欠陥が強調され検出される。

また、照明光が対象物を照射する範囲をエリアカメラの視野より広くすることにより、エリアカメラの軸が対象物の面と垂直に接しない状態でも、エリアカメラの視野を、照明光の照射範囲が十分にカバーすることが可能となるので、欠陥を確実に検出することが可能となる。さらに、エリアカメラがエリアカメラ自体の反射像を捉えることによる、支障を減少できる。

なお、撮像した画像の処理には、コンピュータを用いるが、処理のための方法としては、照明による画像の濃淡ムラの影響を除外するために、画像の部分領域毎に閾値を変化させて２値化を行う、動的閾値処理を用いることが望ましい。また多関節ロボットの作動制御もコンピュータで行うので、ティーチング機能を付与することが可能で、大量に生産される対象物を検査する場合の必要条件である、検査ポジションの同一性を確保することができる。

本発明により、これまで目視が主流であった鏡面の曲面を有する対象物の外観検査を、エリアカメラを用いた検査とすることが可能となる。そして、エリアカメラによる画像検査は、人為的な見落としを防止し、曖昧な判定基準を数値化することが可能となるとともに、画像データとして欠陥を保存することで、品質改善のためのデータベース構築が可能となる。

本発明の曲面外観検査装置に係るエリアカメラと面状照明装置の配置に一例を示す図、図１（ａ）は正面図、図１（ｂ）は側面図。本発明の曲面外観検査装置に係るカメラユニットを多関節ロボットに取り付けた状態を示す図、図２（ａ）は正面図、図２（ｂ）は側面図。本発明の曲面外観検査装置に係るカメラユニットと検査対象物の位置の設定の一例を示す図。本発明の曲面外観検査装置に係る検査対象物への照明の映り込みの状態を示した図、図４（ａ）は検査対象物が平面の場合、図４（ｂ）は検査対象物が曲面の場合、図４（ｃ）検査対象物が曲面で多面の場合。

次に本発明を実施するための形態について、図を用いて説明する。

図１は、本発明の曲面外観検査装置に係るエリアカメラと面状照明装置の配置に一例を示す図で、図１（ａ）は正面図、図１（ｂ）は側面図である。図１において、１はエリアカメラ本体、２はレンズ、３ａ、３ｂは面状照明装置、４は拡散板、５は固定用ケース、６はフランジである。

レンズ２は、視野に合わせて適宜選択したものを用いる。また、この例では、面状照明装置３ａ、３ｂは、エリアカメラ本体１の、図における上下に、拡散板４の角度に合わせて、エリアカメラ本体１と一定の角度をなすように設置される。より具体的には、拡散板４が曲面の場合、面状照明装置３ａ、３ｂの中心を通る垂線が、拡散板４の法線と一致するように設置することが望ましい。また、面状照明装置３ａと３ｂと拡散板４との距離は、拡散板４全体に照明光が照射される位置とする。

拡散板４は、表面に微細な凹凸を付与したり、内部に光を散乱させる素材を分散させたりした、アクリル系高分子材料やポリカーボネート系などの透明な高分子材料で構成され、面状照明装置３ａ、３ｂの照明光をさらにランダムに拡散させるために用いられ、鏡面の曲面を有する対象物に、照明光を均一に照射する機能を具備することは、前記の通りである。さらに、対象物の曲面を覆うように角度を付与するか、Ｒ面などの曲面とすることで、照明光の照射範囲を拡げる効果が得られる。

なお、エリアカメラ本体１、面状照明装置３ａ、３ｂ、及び拡散板４は、固定用ケース５に配置、固定され、フランジ５を介して多関節ロボットに取り付けられる。

図２は、本発明の曲面外観検査装置に係るカメラユニットを、多関節ロボットに取り付けた状態を示す図で、図２（ａ）は正面図、図２（ｂ）は側面図である。図２において、７は、多関節ロボット、８は、エリアカメラ本体１、レンズ２、面状照明装置３ａ、３ｂ、拡散板４を組み立てたカメラユニット、９は検査対象物である。

図２に示したように、本発明においては、カメラユニット８の対象物９への向き、カメラユニット８と検査対象物９との距離を適正にするために、多関節ロボットとして、６軸または７軸のものを用いることが望ましく、カメラユニット８を、多関節ロボットの６軸部または７軸部に設置する。

図３は、本発明の曲面外観検査装置に係る、カメラユニットと検査対象物の位置の設定の一例を示す図である。図３において、８ａ、８ｂ、８ｃは、カメラユニット、１０ａ、１０ｂ、１０ｃは、カメラユニット８ａ、８ｂ、８ｃの軸に垂直な面、１１ａ、１１ｂ、１１ｃは、カメラユニット８ａ、８ｂ、８ｃの軸と検査対象物が交わる点の接平面、１２は、複数の曲面を有する検査対象物である。

本発明の曲面外観検査装置の操作にあっては、図３に示したように、カメラユニット８ａ、８ｂ、８ｃの検査対象物１２への向きや、カメラユニット８ａ、８ｂ、８ｃと検査対象物１２との距離を、検査対象物１２の表面の状態に対応させ、適切に設定する必要があり、多関節ロボットの動作制御をコンピュータで行ない、ティーチングも行う。なお、図３に示した例では、カメラユニット８ａ、８ｂ、８ｃと接平面１１ａ、１１ｂ、１１ｃが直交しないので、撮像画面へのカメラユニット８ａ、８ｂ、８ｃ自体の映り込みを避けることができる。

図４は、本発明の曲面外観検査装置に係る、検査対象物への照明の映り込みの状態を示した図で、図４（ａ）は検査対象物が平面の場合、図４（ｂ）は検査対象物が曲面の場合、図４（ｃ）検査対象物が曲面で多面の場合である。

図４に示したように検査対象物の状態により、カメラユニット８の向きや距離を適正に調整する必要があるのは、前記の通りであるが、図４（ａ）は、平面の検査対象物１４の表面に対し、カメラユニット８に傾斜を付与して設置した例であり、拡散板の角度を調整することで、検出面全体に照明を映し込ませることができている。図４（ｂ）は曲面であるが、同様に照明を映し込ませることができている。図４（ｃ）は、検査対象物が曲面の多面であるが、一部照明以外の部分を映し込んでいる。この場合は、多面を分割して撮像するように、カメラユニット８の向きや位置を設定することで検査が可能となる。

以上に説明したように、本発明によれば従来に外観検査装置では、欠陥に検出が困難であった、鏡面の曲面の外観検査が確実かつ容易に行える曲面外観検査装置を提供でき、例えばメタリック塗装が施された自動車の、外観検査の効率を大幅に向上できる。なお、本発明は、前記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の分野における通常の知識を有する者であれば想到し得る、各種変形、修正を含む要旨を逸脱しない範囲の設計変更があっても、本発明に含まれることは勿論である。

１，１０エリアカメラ本体
２，１１レンズ
３ａ，３ｂ面状照明装置
４拡散板
５固定用ケース
６ロボット取り付けフランジ
７多関節ロボット
８，８ａ，８ｂ，８ｃカメラユニット
９，１２検査対象物
１０ａ，１０ｂ，１０ｃカメラユニットの軸に垂直な面
１１ａ，１１ｂ，１１ｃカメラユニットの軸と検査対象物が交わる点の接平面
１２照明ユニット

Claims

エリアカメラと、前記エリアカメラの軸方向と一定の角度をなすように配置されてなる複数の面状照明装置と、前記エリアカメラのレンズの周囲に配置され、前記面状照明装置による照明光を拡散させるための拡散板とを有する撮像部と、撮像の対象物に対する前記撮像部の位置及び角度を制御する機能を有する多関節ロボットを有し、前記照明光を前記対象物に照射撮像して得られる画像により、前記対象物の欠陥を検出する機能を備えたことを特徴とする曲面外観検査装置。
前記面状照明装置と前記拡散板が一体化されてなることを特徴とする、請求項１に記載の曲面外観検査装置。
前記照明光が前記対象物を照射する範囲は、前記エリアカメラの視野よりも広いことを特徴とする、請求項１または請求項２に記載の曲面外観検査装置。