JP2013083571A - 表面欠損検査装置およびその方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 被検査物の表面の凹凸や傷などの欠損を感度よく検出できる表面欠損検出装置を提供する。
【解決手段】 被検査物５に投射した光の反射光を受光することにより被検査物５の表面欠損を検出する表面欠損検査装置１において、平行光を発光する複数の点光源２ａを有し、被検査物５に平行光を投射する照明手段２と、平行光が投射される表面部分を変更させるように照明手段２と被検査物５とを相対移動させる移動手段と、被検査物５の表面部分からの平行光に応じた反射光を受光し、当該反射光を線条の画像に撮像する撮像手段３と、撮像した反射光を示す線条の画像に基づき被検査物表面の欠損を検出する検出手段４とを有し、照明手段２は、相対移動することにより、被検査物５の表面部分における平行光による被投射軌跡が線条となるように点光源２ａが配列されていることを特徴とする。
【選択図】図１

Description

この発明は、被検査物の表面の凹凸などの欠損を検出する表面欠損検査装置およびその方法に関するものである。

従来、液体や気体などの内容物を収容する中空の缶などを製造ライン上で検査する場合、この円筒状の被検査物における表面欠損を検出する装置として、汚れや異物検査を兼ねて被検査物の内部に光を投射し反射光に基づく表面欠損検査を行う内面検査機が知られている。

また、被検査物の表面における凹凸などの欠損を検査するために、照明手段から被検査物表面に光を投射し、その正反射光や拡散反射光からなる画像を用いて、被検査物の表面の凹凸や傷や汚れなどを検査することが行われている。

例えば、特許文献１には、被検査物の中心軸線と平行に複数の光源およびラインセンサなどの撮像手段が配置され、光源から平行光を被検査物に対して傾斜して入射し、ラインセンサが被検査物からの反射光を受光して電気信号に変換し、信号処理回路がラインセンサからの電気信号に対して閾値処理をすることによって、被検査物の表面の欠損を検出する装置が記載されている。

特開２００６−２４２８２８号公報

しかしながら、従来の内面検査機では、円筒状の内周側表面に投射した光の反射光を撮像した画像において、反射光の明暗に基づいて表面欠損を検出するため、仮に表面欠損等が小さかった場合に、反射光の明暗差が微少となり表面欠損と判定されないおそれがあった。

また、特許文献１に記載された装置では、ラインセンサが受光する反射光の強度を閾値判別し、被検査物の凹凸などの表面欠損を判別するものの、被検査物の表面に多色印刷や偏光インキなどによる印刷が施されている状態において、表面が無印刷の状態に比べ反射光に変化を与えてしまい、凹凸などの検出に正確性を欠くおそれがあった。

この発明は、上記の技術的課題に着目してなされたものであり、被検査物の形状や表面印刷の有無に拘わらず、被検査物の凹凸などの表面欠損を検出する精度を向上させかつ自動検査が可能な表面欠損検査装置およびその方法を提供することを目的とするものである。

上記従来技術の課題を解決するために、請求項１に係る発明は、被検査物に投射した光の反射光を受光することにより被検査物の表面欠損を検出する表面欠損検査装置において、平行光を発光する複数の点光源を有し、前記被検査物に平行光を投射する照明手段と、前記平行光が投射される表面部分を変更させるように前記照明手段と前記被検査物とを相対移動させる移動手段と、前記被検査物の表面部分からの前記平行光に応じた反射光を受光し、当該反射光を線条の画像に撮像する撮像手段と、前記撮像した反射光を示す線条の画像に基づき前記被検査物表面の欠損を検出する検出手段とを有し、前記照明手段は、前記相対移動することにより、前記被検査物の表面部分における前記平行光による被投射軌跡が線条となるように前記点光源が配列されていることを特徴とする表面欠損検査装置である。

請求項２に係る発明は、請求項１に記載の構成に加えて、前記検出手段は、所定の解析領域毎に、前記画像の線条と平行な方向における明度の変化率を算出し、この変化率が連続して所定の閾値より大きいか否かを判別し、当該変化率が前記閾値より大きい場合に、その解析領域に被検査物表面の欠損があると判定することを特徴とするものである。

請求項３に係る発明は、請求項１に記載の構成に加えて、前記検出手段は、所定の解析領域毎に、前記画像の線条同士の間隔を測定し、この間隔幅が所定の閾値領域から外れるか否かを判別し、当該間隔幅が前記閾値領域から外れる場合に、その解析領域に被検査物表面の欠損があると判定することを特徴とするものである。

請求項４に係る発明は、請求項１ないし３のいずれかに記載の構成に加えて、前記検出手段は、前記撮像した画像のうち反射光を示す線条領域について、予め設定された所定の明度以上であると判定した場合に、当該線条領域を検査の対象とすることを特徴とするものである。

請求項５に係る発明は、請求項１ないし４のいずれかに記載の構成に加え、前記移動手段は、前記被検査物と前記照明手段とを相対移動させ、当該被検査物の外表面部分に対して前記平行光を投射させることを特徴とするものである。

請求項６に係る発明は、被検査物が相対移動することにより当該被検査物の表面部分に投射した平行光による被投射軌跡が線条となるように点光源が配列されている照明手段と、撮像手段と、画像処理手段とを有する表面欠損検査装置により行われる被検査物の表面欠損を検出する方法であって、前記表面欠損検査装置が、前記照明手段の平行光を発光する複数の点光源により前記被検査物に平行光を投射するステップと、前記平行光が投射される表面部分を変更させるように前記照明手段と前記被検査物とを相対移動させるステップと、前記被検査物の表面部分からの前記平行光に応じた反射光を受光し、当該反射光を線条の画像に撮像するステップと、前記撮像した反射光を示す線条の画像に基づき前記被検査物表面の欠損を検出するステップとを行うことを特徴とする表面欠損検査方法である。

請求項１に記載の発明によれば、移動手段により被検査物と照明手段とが相対移動する際の反射光を受光して撮像手段が撮像した画像は、照明手段の点光源による被投射軌跡を撮像手段が撮像するため、線条の画像となる。また、被検査物の形状や、その検査対象となる表面部分における印刷の有無などに因らずに、被検査物の表面部分における凹凸や汚れなどの表面欠損を検出することができる。また、線条画像に基づき、線条が異常な形状や明暗となる箇所となる欠損部分を容易に判定することができる。さらに、各構成部材の配置に自由度を持たせることが可能なため、製造ラインに容易に導入することができる。

請求項２に記載の発明によれば、撮像した線条画像により、線分方向における明暗の変化率を算出することで、表面欠損を検出することが可能となる。

請求項３に記載の発明によれば、明線の間隔に基づき表面欠損の有無を判別するので、点光源の配置に応じて、より小さな表面欠損を検出することができる。

請求項４に記載の発明によれば、所定の明度以上の明るさで撮像された明線を検査対象とすることで、表面欠損の検出誤差を防ぐことができる。

請求項５に記載の発明によれば、自動で相対移動させることで、正確な線条画像を取得することができ、表面欠損の検出精度を向上させることができる。

請求項６に記載の発明によれば、移動手段により被検査物と照明手段とが相対移動する際の反射光を受光して撮像手段が撮像した画像は、照明手段の点光源による被投射軌跡を撮像手段が撮像するため線条の画像となり、解析対象を明暗線の縞模様からなる線条画像とすることができる。また、被検査物の形状や、その検査対象となる表面部分における印刷の有無などに因らずに、被検査物の表面部分における凹凸や汚れなどの表面欠損を検出することができる。また、線条画像に基づき、線条が異常な形状や明暗となる箇所となる欠損部分を容易に判定することができる。さらに、各構成部材の配置に自由度を持たせることが可能なため、製造ラインに容易に導入することができる。

この発明の一実施形態における表面欠損検査装置を模式的に示した図である。 （ａ）は、照明部における点光源の配列の一例を示した図である。（ｂ）は、被検査物からの反射光を撮像した線条画像の一例を示した図である。 表面欠損を有する被検査物からの反射光を撮像した画像の一例を示した図である。 （ａ）は、線条画像と微分処理方法における全体の解析領域とを示した図である。（ｂ）は、全体の解析領域を分割した解析領域を示した図である。（ｃ）は、セグメントサイズを示したものである。（ｄ）は、線条画像における線条に対して平行に配列したセグメントを示した図である。 （ａ）は、線条画像における線条に対して平行に配列したセグメントを示した図である。（ｂ）は、微分領域がセグメントに対して微分方向に移動する例を示した図である。（ｃ）は、セグメント毎の明るさの平均値と所定の移動量に対する微分値を示したものである。 （ａ）は、線条画像とピッチ計測方法における全体の解析領域およびそれを分割した解析領域を示した図である。（ｂ）は、その分割した解析領域を模式的に示した図である。（ｃ）は、分割した解析領域であるウィンドウを構成する複数のピクセルを示した図である。（ｄ）は、そのウィンドウを一次元化した一次元ウィンドウを示した図である。 （ａ）は、一次元化ウィンドウにおける領域の明るさを示す矩形図である。（ｂ）は、一次元化された解析領域における微分波形を示した図である。 この発明の別の実施形態における表面欠損検査装置を模式的に示した図である。

この発明を具体例に基づいて説明する。この発明に係る表面欠損検査装置およびその方法は、被検査物の表面を互いに平行な複数の線条領域に区分した複数の線条画像を取得し、各線条画像の曲がり、明るさ、線条画像同士の間隔の少なくともいずれか一つに基づいて、被検査物の表面に生じている凹凸、傷などの欠損を検出することを特徴とする。

この線条画像は、被検査物の表面の微小領域に点光源から平行光を投射し、その反射光によって得られる点状画像と被検査物とを一定方向に相対移動させることにより連続して画像を取得するとともに、その点状画像をつなげた線条の画像を含むものである。したがって、この発明に係る表面欠損検査装置は、この点状の連続である線条の変形もしくは乱れを検出するものである。すなわち、その表面欠損検査装置は、被検査物の表面としての線条画像の中において、周囲の画像とは異質な部分を検出するものである。

図１は、表面欠損検査装置１を模式的に示した図である。この図１に例示する表面欠損検査装置１は、被検査物５に平行光を投射する光源である照明部２と、被検査物５から反射したその平行光に係る反射光を受光し、この被検査物５に投射した平行光の被投射軌跡の画像を撮像するカメラ３と、このカメラ３が撮像した被検査物５の被投射軌跡に係る画像に基づき被検査物５の表面欠損を検出する画像処理部４とを備えている。また、図示しない移動部によって、被検査物５を照明部２およびカメラ３に対して相対移動させる。

照明部２は、平行光を発光する複数の点光源２ａを有する。この照明部２は、被検査物５に対して点光源２ａから発光された光線を直接投射する直接照明として機能するものである。また、照明部２は、この発明の照明手段に相当する。

この照明部２は、被検査物５の表面における被投射箇所において、点光源２ａ毎の被投射箇所同士が重なり合わないように光線を投射するように、点光源２ａが配列されている。すなわち、各点光源２ａから発光された光の進行方向は互いに平行な向きである。図２（ａ）は、照明部２における照射面を例示したものであり、円形状で示した部分が点光源２ａであり、この点光源２ａが複数配設されていることを示している。なお、照明部２は、その点光源２ａ毎の被投射箇所が、その円状の縁部分同士が接するような点光源２ａの配列を有するものであってもよい。

この発明に係る照明部２は、カメラ３が撮像した画像が、反射光を線条に示す画像となるような光の強度を有する平行光を投射できればよい。すなわち、被投射箇所の状態、すなわち被検査物５の表面における印刷有無などの状態に拘わらず、カメラ３で撮像された画像に、反射光を示す線条の明線６ａが明瞭に撮像されるような強度や明度を有する光線を投射できる点光源２ａを有する照明部２である。例えば、平行光を発光できる直接光ＬＥＤ照明が望ましい。

また、図示しない移動部は、被検査物５を同一軸中心上で円周方向に回転させる。これにより、照明部２により平行光を投射されている被投射箇所は、被検査物５の外周表面部分を移動する。すなわち、照明部２と被検査物５との投射間の距離は一定に保ちつつ、被検査物５と照明部２とをある一定方向に相対移動させた場合、その被投射箇所はこの相対移動に伴って被検査物５の外周表面上を移動する。また、移動部は、この発明の移動手段に相当する。

言い換えれば、点光源２ａ毎の被投射箇所が相対移動することであり、この被投射箇所が移動した軌跡すなわち被投射軌跡は、被検査物５の外周表面上において線条となる。したがって、この相対移動に伴う被投射軌跡は、点光源２ａ毎に線条となる。加えて、照明部２と被検査物５とが相対移動する方向と平行な同一線条に配置された複数の点光源２ａは、被検査物５に同一線上の投射軌跡を生じさせるものである。

したがって、相対移動方向と平行な複数の線上に点光源２ａが配設されているので、照明部２により投射され、かつ相対移動した被検査物５の外周表面部分には、その被投射軌跡が複数の互いに平行な線条として生じる。また、図２（ｂ）は後述するカメラ３が被検査物５からの反射光を受光し撮像した線条画像である。その線条画像は、被投射軌跡の複数の明線６ａと暗線とからなる縞模様を構成する線条を撮像した画像である。

なお、反射光を示す明線６ａと反射光がない若しくは明線６ａよりも弱い反射光を示す暗線とが交互になる明暗縞状の画像が撮像されるように、照明部２の点光源２ａは配設されていればよく、その配列は図２（ａ）に例示するものに限定されない。

カメラ３は、被検査物５からの反射光を受光して、被検査物５の外表面を撮像するものである。このカメラ３は、いわゆるラインセンサカメラ、ラインセンサ、ラインカメラ、ラインスキャンカメラなどと呼ばれるカメラが含まれる。これらのカメラは、一列分の画像を撮像し、このカメラと撮像対象物との相対移動に伴いかつ時間的変化によって、この一列分の画像に基づく撮像対象物の全体表面画像を一枚の画像として撮像するカメラである。なお、以下の説明において、これら一列分の画像を撮像するカメラを総称して、ラインカメラと記載して説明をする場合がある。

また、カメラ３は、いわゆるエリアセンサカメラ、エリアセンサ、エリアカメラなどと呼ばれる撮像対象物の全体を分割して領域毎の画像を撮像し、これら各領域の画像をつなぎ合わせて、撮像対象物の全体画像を取得するカメラであってもよい。なお、以下の説明において、これらの分割した領域毎の画像を撮像するカメラを総称して、エリアカメラとして記載して説明をする場合がある。

例えば、カメラ３がラインセンサカメラであって経時的要因を加味する場合、ある瞬間における被検査物５からの反射光、すなわち点状の反射光を受光して撮像した点状画像を、時間の経過に伴い画像をつなぎ合わせて点状が連続した線条画像を取得するものである。この線条画像は、カメラ３と被検査物５とが相対移動する場合、被検査物５の表面における線条の被投射軌跡を撮像した画像であると言い換えられるものである。

したがって、カメラ３は、照明部２が被検査物５に投射した平行光の被投射軌跡を撮像できるものであればよい。すなわち、この発明に係るカメラ３は、被検査物５の表面部分を互いに平行な複数の線条に区画した領域における複数の線条画像を撮像または取得できるカメラ３であればよい。また、カメラ３は、この発明の撮像手段に相当する。

なお、照明部２とカメラ３と被検査物５とのそれぞれの配置関係や設置個数などは、この線条画像を撮像または取得するために適宜変更することが可能である。例えば、被検査物５の外表面部分の複数に等分した領域毎について、照明部２とカメラ３と各々設置して、線条画像を取得するものであってもよい。また、円中心に向けて平行光を投射するリング状の光源を被検査物の外周側に配設し、この外周側を撮像できるエリアカメラによって反射光を撮像するものであってもよい。

この撮像された線条画像に、表面欠損部分が含まれていた場合、図３に例示するような画像が取得される。表面欠損部分において、周囲の画像と異なる形状および明暗によって画像化される。表面欠損が存在しない正常な部分では、一定の明暗による縞模様の線条画像である。一方、表面欠損が存在する異常な部分では、明暗の割合が明らかに周囲の画像とは異なり、かつ曲線状や明線６ａもしくは暗線が破断された形状となる画像である。

また、このカメラ３は、被検査物５からの反射光が入力されると、電気信号に変換し、画像処理部４にこの電気信号を出力する。

画像処理部４は、カメラ３から出力された電気信号が入力されると、この電気信号に基づき画像を処理して被検査物５の表面欠損を検出する。具体的には、この画像処理部４は、この発明の検出手段に相当し、カメラ３が撮像した被検査物５の全体表面を互いに平行な複数の線条領域に区分した複数の線条画像に基づき、この点画像の連続である線条の変形もしくは乱れを検出する。すなわち、画像処理部４は、この線条画像の中に、周囲の線条とは異質な部分を含むか否かを判定し表面欠損を検出する。

また、画像処理部４は、撮像した被検査物５の全体画像６をいくつかの解析領域に分割して、この解析領域に対する解析処理の結果に基づき、被検査物５の表面欠損の有無を判定する。すなわち、被検査物５の表面部分が検査対象の範囲であって、その検査対象範囲を含むように解析領域が設定される。なお、解析領域は、予め設定された範囲であってもよく、取得した電気信号に基づく被検査物５表面の全体画像に応じて適宜演算されて設定される範囲であってもよい。

この解析方法として、その全体画像を複数に分割した解析領域毎における明度を算出して、表面欠損を検出する方法がある。具体的には、その解析領域毎に、この領域内における明るさの平均値を算出する。ある解析領域において特定の明線を含む場合に、この特定の明線を含む他の複数の解析領域について、これらの平均値の変化率を算出する。この変化率が、連続した解析領域において所定の閾値より大きいか否かを判別する。この変化率が閾値よりも大きいと判別された場合に、その連続した解析領域は、被検査物５の表面欠損があると判定される。

より詳細には、図４，５に例示するように、方向微分により反射光の明るさの変化率を算出し表面欠損の検出をする方法である。この微分処理方法では、解析領域毎に明るさの平均値を算出し、線条の線分方向に解析領域毎に明るさの平均値を微分する。この微分値と所定の閾値とを比較判別し、表面欠損の有無を判別する。

図４（ａ）は、カメラ３が撮像した被検査物５の外表面における全体画像６を示すものであり、ウィンドウ７ａがその外表面の全体を含むように設定された解析領域を示すものであり、明線６ａで示す部分が反射光を撮像した部分を示す。また、全体画像６と解析領域などとの関係を説明する際に、図４（ａ）などに例示したＸ方向とＹ方向を用いる。したがって、被検査物５の軸線方向と平行な方向がＸ方向となり、被検査物５の円周方向と平行な方向がＹ方向となる。すなわち、ウィンドウ７ａにおけるＹ方向の範囲は、被検査物５の円周長を含む範囲に設定されていればよい。さらに、図４（ａ）に白抜き矢印で示した微分方向は、検査対象となる解析領域における微分方向を示すものである。

その検査対象となる被検査物５の全体外表面を含む解析領域であるウィンドウ７ａ内を、複数の解析領域に分割して解析処理を行う。そのウィンドウ７ａを分割した解析領域がセグメント７ｂである。図４（ｂ）は、複数のセグメント７ｂに分割された解析領域であるウィンドウ７ａを模式的に示した図である。その全体の解析領域であるウィンドウ７ａは、Ｘ方向にウィンドウサイズＸ１、Ｙ方向にウィンドウサイズＹ１の範囲を有する。すなわち、そのウィンドウサイズＹ１が被検査物５の円周長となれば、被検査物５における一周分の外周側面を検査できることになる。また、微分処理方法において、そのセグメント７ｂは、全体の解析領域であるウィンドウ７ａを複数に分割した解析領域単位である。この解析領域単位とは、微分処理方法における明るさの平均値を算出する範囲であり、微分値を算出する微分領域の範囲である。

また、セグメント７ｂの大きさは、適宜設定されるものであってもよく、予め設定されるものであってもよい。例えば、セグメント７ｂの大きさをピクセル単位で任意の大きさに設定することが可能であり、セグメント７ｂを３×４ピクセルのような任意の大きさにすることが可能である。さらに、図４（ｃ）に例示するように、セグメント７ｂは、Ｙ方向にセグメントサイズＹ２、Ｘ方向にセグメントサイズＸ２の範囲を有する領域となるものであってもよい。例えば、図４（ｄ）に例示するように、複数の明線６ａと暗線とを含むようなセグメントサイズＸ２に設定されたセグメント７ｂであってもよい。また、ウィンドウ７ａを直交する格子状に分割したものであるセグメント７ｂは、Ｙ方向に隣接するセグメント同士が特定の明線６ａと暗線とを含むように配列されている。

この解析領域単位であるセグメント７ｂ毎に、そのセグメント７ｂ内の明るさの平均値を算出する。例えば、図４（ｄ）に例示するようなＹ方向に隣接する複数のセグメント７ｂであって、それぞれのセグメントを図５（ａ）に例示するセグメントａ１１，ａ２１，ａ３１，ａ４１，ａ５１，ａ６１，ａ７１とする。その場合、図５（ｃ）に例示するようにセグメント毎にその明るさの平均値が算出される。より詳細には、セグメントａ１１内の明るさの平均値が９５、以下同様に、セグメントａ２１内は８０、セグメントａ３１内は１００、セグメントａ４１内は１１５、セグメントａ５１内は１３５、セグメントａ６１内は１１５、セグメントａ７１内は１００として算出された例図である。

また、図４（ａ）に例示する白抜き矢印の方向すなわちＹ方向にセグメント７ｂを微分する。言い換えれば、線条画像における明線６ａと平行な方向に微分する。具体的には、図５（ｂ）に例示するように、セグメント７ｂに対して微分領域Ｆ１を、微分方向であるＹ方向に移動させて微分する。その微分領域Ｆ１は、セグメント７ｂのセグメントサイズＸ，Ｙと同じ大きさの領域であってもよい。すなわち、微分領域Ｆ１のＸ方向における微分サイズＸ３はセグメントサイズＸ２と、Ｙ方向における微分サイズＹ３はセグメントサイズＹ２とそれぞれ等しくてよい。また図５（ｂ）は、セグメントａ１１と重なり合う微分領域Ｆ１を、Ｙ方向に所定の移動量Ｓだけ移動させた場合を示したものである。例えば、微分領域Ｆ１は移動量ＳごとにＹ方向に移動するものであってもよく、その移動毎の前後における明るさの平均値に基づき微分値を算出するものであってもよい。言い換えれば、微分領域Ｆ１が所定の移動量だけ移動した際に、その移動前後における明るさの平均値に基づきその平均値の変化量もしくは変化率を算出するものである。

例えば、移動量ＳをセグメントサイズＹと等しくした場合、微分領域Ｆ１はセグメントサイズＹずつＹ方向に移動する。具体的には、セグメントａ１１と重なりあう微分領域Ｆ１は、セグメントサイズＹ分の移動量でＹ方向に移動し、セグメントａ２１と重なり合う。その後も、１セグメント（セグメントサイズＹ）分を所定の移動量に設定されているため、セグメントａ３１，ａ４１と順々にＹ方向に隣接するセグメントと重なり合うようにして移動する。それぞれの移動前後における明るさの平均値は、各セグメント内の明るさの平均値であり、その平均値と移動量に対する微分値は、図５（ｃ）に例示するようになる。

また、そのセグメント７ａをＹ方向に微分してゆき、これら微分値が連続して所定の閾値以上であった場合に、表面欠損があると判定する。例えば、図５（ｃ）に例示するような場合、仮に移動量を１セグメント分と設定しかつ閾値を２０と設定すると、セグメントａ４１，ａ５１に対して微分した微分値ｄ４５は２０となり、セグメントａ５１，ａ６１に対する微分値ｄ５６は２０となる。その連続する微分値が共に閾値以上となる場合には、その領域に表面欠損がある判定される。すなわち、所定の移動量毎にＹ方向に移動する微分領域Ｆ１の移動前後における明るさの平均値に対する微分値は、その移動毎に算出され、算出された微分値が所定の閾値を連続して超えている場合に表面欠損であると判定される。

別の解析方法として、図６，７に例示するように、複数の明線６ａを含む解析領域中において、隣り合う明線６ａの間隔を計測して表面欠損を検出する方法がある。この隣り合う明線６ａの間隔をピッチと記載して説明する。このピッチ計測方法では、ピッチの最大値を設定して、この設定値に基づき表面欠損を検出する。

図６（ａ）は、カメラ３が撮像した被検査物５の外表面における全体画像６と、反射光を示す部分である明線６ａと、この全体画像６を複数の明線６ａが含まれるように分割した解析領域であるウィンドウ８ａとを示す。このウィンドウ８ａは、図６（ａ），（ｂ）に例示するように、ウィンドウ７ａと同様の被検査物５の検査対象範囲を含む領域に対して、その全体領域を複数に分割した解析領域であって、Ｘ方向すなわち明線６ａと直交する方向に全体画像６を複数に分割するものである。図６（ｂ）は、分割したウィンドウ８ａを模式的に示した図である。そのウィンドウ８ａは、Ｘ方向のウィンドウサイズＸ４、Ｙ方向のウィンドウサイズＹ４により構成され、Ｙ方向に隣接するように複数の領域に分割されたものである。また、ウィンドウ８ａのウィンドウサイズＸ４は、被検査物５における軸線方向長のうち、少なくとも円筒状に形成された外周側面部分の軸線方向長を含む長さに設定されている。すなわち、表面欠損の検査対象範囲を含むようなウィンドウサイズＸ４が設定されればよい。なお、このウィンドウ８ａの大きさや個数は、適宜設定されるものであってもよく、予め設定されるものであってもよい。

このウィンドウ８ａは、複数のピクセル８ｂにより構成された領域である。図６（ｃ）は、ウィンドウ８ａを構成する複数のピクセル８ｂを模式的に示した図である。このピクセル８ｂは、この実施形態においては、１ピクセルである。例えば、その複数含まれたピクセル８ｂを行列に見立てウィンドウ８ａを説明すると、図６（ｃ）に例示するように、ウィンドウサイズＸ４は複数列のピクセル８ｂによりサイズが設定され、ウィンドウサイズＹ４は複数行のピクセル８ｂによりサイズが設定される。この場合のウィンドウ８ａは５行複数列によって構成され、すなわちウィンドウサイズＹ４が５ピクセルとなる。このウィンドウサイズＹ４を１行分のピクセル８ｂのサイズに分割し、解析領域を一次元化する。一次元化とは、複数行のピクセル８ｂを１行にすることと言える。したがって、その一次元化された解析領域である一次元ウィンドウ８ｃは、図６（ｄ）に例示するように、１行複数列のピクセル８ｂにより構成されている。この一次元化した解析領域である一次元ウィンドウ８ｃに基づいて、明るさの波形と微分波形とをグラフ化する。

そのグラフ化は、２５６階調により表すことができる。図７（ａ）は、一次元化ウィンドウ８ｃにおける明るさに基づきグラフ化した波形を模式的に示した図である。その図７（ａ）に例示するように、Ｙ軸は明るさを示し、ｙ＝０すなわちＸ軸は黒色を示す。この図７（ａ）では、白色（２５５）を示す部分はＹ軸に矩形波としてグラフ化され、黒色（０）を示す部分はＸ軸上に示される。この明線を示す白色領域９ａと、暗線を示す黒色領域９ｂとが交互に現れる矩形波が、図７（ａ）に例示するグラフに表現される。

また、図７（ｂ）は、その２５６階調によって表された明るさの波形の微分波形を模式的に示した図である。この微分波形において、隣り合う明線６ａの間隔であるピッチ９ｃを計測し、この計測値を所定の閾値と比較判別することにより、表面欠損の有無を判定する。

具体的には、その計測値と、予め設定された閾値であるピッチの最大値とを比較し、計測値がその閾値以上である場合に、表面欠損であると判定する。または、そのピッチ９ｃの計測値が、所定の閾値よりも小さいか否かにより、表面欠損の有無を判定するものであってもよい。具体的には、その計測値と予め設定された閾値であるピッチの最小値とを比較し、その計測値がその閾値以下の場合に、表面欠損があると判定する。

例えば、表面欠損がない場合の線条画像では各明線６ａは互いに平行となる。しかし、表面欠損がある場合、その欠損範囲では明線が直線でなくなり、各明線の間隔が平行状態とは異なる。したがって、あるピッチ９ｃが大きい場合には、そのピッチ９ｃに隣接するピッチ９ｃは所定値以下に小さくなっている可能性がある。よって、このピッチ計測方法における表面欠損の有無の判定に用いる閾値は、所定の数値幅を有する閾値領域を用いて、その閾値領域から外れるピッチ９ｃの計測値が計測された場合に、表面欠損ありと判定するものであってもよい。なお、微分波形におけるプラス領域においてピッチ計測を行うものであり、その計測対象は所定の明度である閾値９ｄよりも大きいプラス領域である。すなわち、反射光を撮像した線条画像において、予め設定された所定の明度以上の線条領域に対してピッチ計測を行うものとする。

このピッチ計測によれば、針先のような尖ったもので被検査物５の表面を突いた際にできる微小な凹みであっても検出することができる。このようなピンデントと呼ばれる微小な凹みは、従来、人間の手による触手検査によって検出していたが、このピッチ計測方法によれば、自動検査が可能になる。さらに、表面欠損の検出精度を向上させることができ、検査時間の短縮を図ることもできる。

次に、表面欠損検査装置１を用いた第１の表面欠損の検査方法について説明する。ここで説明する被検査物５は、円筒状の物や球体状の物など、表面部分が円周部分を形成する物体である。したがって、移動部により、軸中心を回転中心として円周方向に、被検査物５を回転させて、その表面の欠損を検査する。なお、この検査方法におけるカメラ３は、ラインカメラである。

図１に例示するように、照明部２とラインカメラであるカメラ３との長手方向が互いに平行な位置関係となるように、これら照明部２とカメラ３とが配置される。すなわち、円筒状の被検査物５の軸線方向と平行にその長手方向を向けた照明部２およびカメラ３が配置されている。なお、照明部２とカメラ３の各長手方向は、並列のように異なる軸線上に配置されてもよく、直列のように同一軸線上に配置されてもよい。

また、照明部２とカメラ３の配置関係は、被検査物５からの反射光を効率良く受光できる配置関係である。例えば、照明部２から被検査物５へ平行光が入射する角度を、明瞭な線条画像を取得できるような入射角に設定し、この入射角に応じて照明部２と被検査物５とを配置する。また、この入射角に応じる被検査物５から反射する反射光の角度に基づき、カメラ３を配置する。

この照明部２の点光源２ａが発光した平行光が、被検査物５の外周表面部分に投射されて、この外周表面部分の一部に被投射箇所が生じる。すなわち、被投射箇所で反射した平行光の反射光は、カメラ３に入射して受光素子に入力され、カメラ３は反射光を撮像する。

例えば、照明部２に対して被検査物５の外周表面部分が相対移動せずに静止している場合に、外周表面の一部である被投射箇所における照明部２からの投射跡は、点光源２ａ毎に点状もしくは楕円状の形状となる。なお、この静止状態における投射跡は、被検査物５の外周側面の展開図におけるこの外周側面の被投射形状を表すものであってもよい。

また、図示しない手段もしくは移動部は、円筒状の被検査物５における軸中心が、照明部２とカメラ３の長手方向と平行となるように被検査物５を配置する。この移動部によって、軸中心を回転中心とする円周方向に被検査物５が回転される。

そして、移動部により被検査物５は円周方向に回転させられ、この被検査物５と照明部２とが相対移動させられる。すなわち、被検査物５の外周側面と照明部２とが相対移動するように移動部により被検査物５が回転させられる。この相対移動により、被投射箇所が被検査物５の外周表面部分を移動し始める。言い換えれば、被検査物５の回転に伴い、外周表面部分のある一部を投射していた平行光が、その一部とは異なる部分の外周表面部分を投射することになる。この被投射箇所の移動によって、静止状態では略点状であって投射跡は、略点状の形状同士が相対移動方向、すなわち被検査物５の円周方向につながる線条となる。したがって、この線条の被投射軌跡を被検査物５の表面に生じさせたことになる。

一方、カメラ３は、照明部２から投射され被検査物５により反射された光を受光し一列の画像に撮像し、その画像をつなぎあわせた全体画像を撮像する。前述した静止状態において、略点状の形状で受光した反射光を撮像した画像は、略点状画像となる。カメラ３は、被検査物５と照明部２とが相対移動すれば略点状画像を線条画像に撮像するので、被検査物５の異なる表面部分に対する反射光を撮像した画像である線条画像を取得する。したがって、この相対移動に応じてカメラ３が撮像した線条の画像は、前述した被投射軌跡を撮像した画像とも言える。

この撮像された線条画像に、表面欠損部分が含まれていた場合、図３に例示するような画像が取得され、画像処理部４によって表面欠損があると判定される。また、表面欠損部分を含む被検査物５の領域が特定されるものであってもよい。

次に、図６を参照して、第２の表面欠損の検査方法について説明する。ここで説明する被検査物５は、板状の物もしくは平面状の面を有する物など、表面部分が平面上に形成された物体である。したがって、移動部により、同一方向に被検査物５を直線的に移動させ、その表面の欠損を検査する。この検査方法におけるカメラ３は、ラインカメラである。なお、上述の第１の表面欠損の検査方法と同様の内容は説明を省略し、これとは異なる内容について以下説明する。

照明部２とラインカメラであるカメラ３とは、被検査物５の直線的な移動方向における上流側と下流側にそれぞれ配置された位置関係を有する。また、被検査物５の移動方向と直交もしくは傾斜して交わる方向にその長手方向を配置させた照明部２およびカメラ３の位置関係を有する。

また、平面状の被検査面を有する被検査物５が、図示しない手段もしくは移動部によって検査ライン上に配置され、この移動部によって、直線的な同一方向に移動される。

例えば、被検査物５が移動部によって直線移動されていない場合もしくはある瞬間には、被検査物５が静止している。この状態の被投射箇所における照明部２からの投射跡は、点状もしくは楕円状の形状となる。

また、移動部により被検査物５は同一方向に直線移動させられ、この被検査物５と照明部２とが相対移動させられる。この相対移動により、被投射箇所が被検査物５の平面状表面部分を移動し始める。この被投射箇所の移動によって、静止状態では略点状であって投射跡は、略点状の形状同士が相対移動方向、すなわち被検査物５の直線的な移動方向につながる線条となる。したがって、この線条の被投射軌跡が、被検査物５の平面状表面に生じさせたことになる。

一方、ラインカメラであるカメラ３は、照明部２から投射され被検査物５により反射された光を受光し一列の画像に撮像し、画像をつなぎあわせた全体画像を撮像する。前述した静止状態において、略点状の形状で受光した反射光を撮像した画像は、この略点状の画像である。カメラ３は、この略点状画像を線条画像に撮像するので、被検査物５と照明部２とが相対移動すれば、被検査物５の異なる表面部分に対する反射光の線条画像を取得する。したがって、この相対移動に応じてカメラ３が撮像した線条の画像は、前述した被投射軌跡を撮像した画像と同等のものと言える。

以上説明してきた通り、この発明に係る表面欠損検査装置によれば、被検査物の形状や、その検査対象となる表面部分における印刷など状態に因らずに、被検査物の表面部分における凹凸や汚れなどの表面欠損を検出することができる。

例えば、被検査物が円筒状の缶などであったり、板状の平面を有する物体であってもよい。これは、この発明に係る表面欠損検査装置が、照明部２が投射する平行光の強度と、照明部２および被検査物との相対移動の方向と、カメラ３の配置関係により、線条画像を取得し、この線条画像に基づく表面欠損の検出を行う構成を有するためである。

また、この発明に係る照明部２が、その反射光の撮像画像が線条画像となるような光の強度を、被検査物に投射するため、被投射箇所すなわち被検査物の表面部分の印刷有無に因らず、表面欠損の検出が可能になる。

照明部２により投射される被投射箇所の面積を拡大すれば、照明部２と被検査物５との相対移動により、多くの表面部分に対して表面欠損の有無を判定でき、検査時間を短縮することができる。また、照明部２を拡大させなくとも、複数の照明部２を設けて、被投射箇所の面積を拡大すれば、同様に検査時間を短縮することができる。

照明部２とカメラ３とを個別の構成として有する表面欠損検査装置によれば、これらの構成部材の配置に自由度を持たせることができる。さらに、表面欠損の判定に利用できる明瞭な線条画像が取得できれば、照明部２の平行光の入射角および反射角を厳密に設定する必要が無く、ライン上に導入することが容易になる。

なお、この発明に係る表面欠損検査装置は、上述してきた実施形態に限定されず、この発明の範囲を逸脱しない範囲で適宜変更が可能である。例えば、この説明では図１などに例示のように、被検査物５を円筒状の被検査物として説明をしたが、この発明に係る表面欠損検査装置１は、これに限定されない。円筒状に限らず、平面状や球体状や多角形状などの被検査物に対して表面欠損の検出が可能な表面欠損検査装置１である。

また、この発明に係る照明部２の点光源２ａは、一列のみの配列であってもよい。この点光源２ａが複数の列に配列された場合には、検査時の被検査物５のブレに対応することができる。例えば、被検査物５がぶれること、すなわち被検査物５と照明部２およびカメラ３とが相対的にぶれることがあっても、複数列の点光源２ａが相対移動方向と平行光な行に配列されていることで、撮像時の線条画像が途切れることなくつながった線条となることができる。

さらに、それぞれ長手方向を有する形状の照明部２およびカメラ３について、これらの位置関係を説明してが、これも上述の実施例に限定されるものではない。被検査物を効率的に検査するために、一度に投射できる被投射箇所を拡大する目的や、効率的に反射光を受光できるカメラ３の配置であればよい。例えば、照明部２の長手方向と、カメラ３の長手方向とが互いに平行な位置関係について説明したが、これらが平行でなくても、効率的に反射光を受光できる位置関係にこれらの構成部材が配置されていればよい。

また、この発明に係る表面欠損装置１は、図示しない制御装置を含むものであってもよい。この制御装置が、照明部２とカメラ３と図示しない移動部との動作を制御して、被検査物５の表面の線条画像を撮像する。例えば、制御手段により、これらの配置関係を変更させる移動動作をこれら構成部材にさせ、被検査物５の移動速度とカメラ３の撮像タイミングとを制御するものであってもよい。

また、この制御装置もしくは画像処理部４は、表面欠損を検出した場合、表面欠損を検出した画像に基づき、その表面欠損が被検査物５のどの部分における表面欠損であるかを特定できるものであってもよい。

さらに、上述した微分処理方法では、微分領域Ｆ１が、セグメント７ｂのセグメントサイズＹ２を移動量Ｓの単位として、Ｙ方向に移動し微分する場合について説明したが、その移動量ＳはセグメントサイズＹ２に限定されない。例えば、セグメントサイズＹ２より小さな移動量Ｓで微分領域Ｆ１がＹ方向に移動するものであってもよく、セグメントサイズＹ２よりも大きな移動量Ｓで微分領域Ｆ１がＹ方向に移動するものであってもよい。その場合、任意の値に設定された移動量Ｓに対応して移動する微分領域Ｆ１の各移動前後におけるウィンドウ７ａと重なり合う領域に対して、その領域の明るさの平均値が算出されればよい。

また、図２（ａ）に例示するように点光源２ａが周辺の別の点光源２ａと隣接するように配設された例について説明したが、撮像された画像が図２（ｂ）に例示するような明線と暗線の縞模様の線条画像となればよく、点光源２ａの配列はこれに限定されない。例えば、点光源２ａが他の点光源２ａと隣接しないように間隔を空けて配列されていてもよい。すなわち、被検査物５の外表面に投射された平行光の投射箇所において、各点光源２ａから投射された平行光が隣接しないように、複数の点光源２ａを配設するものであってもよい。

１…表面欠損検査装置、 ２…照明部、 ３…カメラ、 ４…画像処理部、 ５…被検査物。

Claims (6)

1. 被検査物に投射した光の反射光を受光することにより被検査物の表面欠損を検出する表面欠損検査装置において、
   平行光を発光する複数の点光源を有し、前記被検査物に平行光を投射する照明手段と、
   前記平行光が投射される表面部分を変更させるように前記照明手段と前記被検査物とを相対移動させる移動手段と、
   前記被検査物の表面部分からの前記平行光に応じた反射光を受光し、当該反射光を線条の画像に撮像する撮像手段と、
   前記撮像した反射光を示す線条の画像に基づき前記被検査物表面の欠損を検出する検出手段とを有し、
   前記照明手段は、前記相対移動することにより、前記被検査物の表面部分における前記平行光による被投射軌跡が線条となるように前記点光源が配列されている
   ことを特徴とする表面欠損検査装置。
2. 前記検出手段は、所定の解析領域毎に、前記画像の線条と平行な方向における明度の変化率を算出し、この変化率が連続して所定の閾値より大きいか否かを判別し、当該変化率が前記閾値より大きい場合に、その解析領域に被検査物表面の欠損があると判定する
   ことを特徴とする請求項１に記載の表面欠損検査装置。
3. 前記検出手段は、所定の解析領域毎に、前記画像の線条同士の間隔を測定し、この間隔幅が所定の閾値領域から外れるか否かを判別し、当該間隔幅が前記閾値領域から外れる場合に、その解析領域に被検査物表面の欠損があると判定する
   ことを特徴とする請求項１に記載の表面欠損検査装置。
4. 前記検出手段は、前記撮像した画像のうち反射光を示す線条領域について、予め設定された所定の明度以上であると判定した場合に、当該線条領域を検査の対象とする
   ことを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の表面欠損検査装置。
5. 前記移動手段は、前記被検査物と前記照明手段とを相対移動させ、当該被検査物の外表面部分に対して前記平行光を投射させる
   ことを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の表面欠損検査装置。
6. 被検査物が相対移動することにより当該被検査物の表面部分に投射した平行光による被投射軌跡が線条となるように点光源が配列されている照明手段と、撮像手段と、画像処理手段とを有する表面欠損検査装置により行われる被検査物の表面欠損を検出する方法であって、
   前記表面欠損検査装置が、
   前記照明手段の平行光を発光する複数の点光源により前記被検査物に平行光を投射するステップと、
   前記平行光が投射される表面部分を変更させるように前記照明手段と前記被検査物とを相対移動させるステップと、
   前記被検査物の表面部分からの前記平行光に応じた反射光を受光し、当該反射光を線条の画像に撮像するステップと、
   前記撮像した反射光を示す線条の画像に基づき前記被検査物表面の欠損を検出するステップと
   を行うことを特徴とする表面欠損検査方法。

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