JP2019135460A - 画像取得装置、画像取得方法および検査装置 - Google Patents

Abstract

【課題】互いに異なる照射方向を有するＮ（Ｎは２以上の自然数）個の光源の各々から順次に光を対象物に照射した状態で光源毎の対象物の画像を取得するのに要する時間を短縮する。【解決手段】対象物を第１方向に移動させる移動部と、第１方向において互いに隣接しながら第１方向と直交する第２方向に延びるＮ個の対象物の部分領域をそれぞれ撮像可能なＮ個の部分撮像エリアを有する撮像部と、対象物が第１方向に部分撮像エリア１個分移動する毎に対象物に照射される光を順次に切り替える光源切替制御部と、光が切り替えられるたびに撮像部により撮像して得られる部分領域の画像を部分画像として記憶する記憶部と、記憶部に記憶される複数の部分画像の一部を光源毎に合成してＮ枚の対象物の画像を取得する対象画像取得部とを備えている。【選択図】図３

Description

この発明は、互いに異なる照射方向を有するＮ（Ｎは２以上の自然数）個の光源の各々から順次に光を対象物（以下「ワーク」という）に照射した状態で光源毎の対象物の画像を取得する画像取得技術、ならびに当該画像取得技術により取得された複数の画像に基づいてワークを検査する検査技術に関するものである。なお、本明細書における「光源毎の対象物の画像」とは、光源毎に、当該光源からの光のみを対象物に照射した状態での対象物を撮像して得られる画像を意味しており、Ｎ個の光源を有する装置においてはＮ枚の対象物の画像が取得される。

金属製部品、樹脂製部品やゴム製部品などの立体的なワークを種々の角度から撮像して得られる複数の画像に基づいてワークを検査する装置が知られている。例えば、特許文献１の検査装置では、ステージにより保持されたワークに対して複数の方向からそれぞれ光を照射する複数の光源部が設けられている。そして、ステージを所定角度回動させることでワークを位置決めした後で静止状態のワークに光源部からの光を照射して照明するとともに撮像部によりワークの画像を取得する。こうして得られる複数の画像に基づいてワークの検査が実行される。

特開２０１６−５７０７５号公報

上記従来技術では、ワークを移動させる毎に各光源の点灯／消灯を切り替え、静止状態のワークに対して複数の光源の各々から順次に光を照射することで照明変更を行い、光源毎の画像を取得している。このようにワークの移動と光源切替による照明変更とを交互に行って検査に必要な画像を取得している。このため、画像取得に要する時間を短縮するのも限界があり、当該時間の短縮が望まれている。また、このような要望はワークの検査装置に限定されるものではなく、例えば照度差ステレオ法を用いる装置においても同様である。つまり、照度差ステレオ法では、互いに異なる照射方向を有する３個以上の光源の各々から順次に光をワークに照射した状態で光源毎のワークの画像を取得し、それらの撮像画像を合成する。したがって、光源毎のワークの画像を短時間で取得することが装置の稼働効率を高める上で重要となる。

この発明は上記課題に鑑みなされたものであり、互いに異なる照射方向を有するＮ（Ｎは２以上の自然数）個の光源の各々から順次に光を対象物に照射した状態で光源毎の対象物の画像を取得するのに要する時間を短縮することを目的とする。

この発明の第１の態様は、互いに異なる照射方向を有するＮ（Ｎは２以上の自然数）個の光源の各々から順次に光を対象物に照射した状態で光源毎の対象物の画像を取得する画像取得装置であって、対象物を第１方向に移動させる移動部と、第１方向において互いに隣接しながら第１方向と直交する第２方向に延びるＮ個の対象物の部分領域をそれぞれ撮像可能なＮ個の部分撮像エリアを有する撮像部と、対象物が第１方向に部分撮像エリア１個分移動する毎に対象物に照射される光を順次に切り替える光源切替制御部と、光が切り替えられるたびに撮像部により撮像して得られる部分領域の画像を部分画像として記憶する記憶部と、記憶部に記憶される複数の部分画像の一部を光源毎に合成してＮ枚の対象物の画像を取得する対象画像取得部とを備えることを特徴としている。

また、この発明の第２の態様は、対象物を第１方向に移動させながら、互いに異なる照射方向を有するＮ（Ｎは２以上の自然数）個の光源の各々から順次に光を対象物に照射した状態で光源毎の対象物の画像を取得する画像取得方法であって、第１方向において互いに隣接しながら第１方向と直交する第２方向に延びるＮ個の対象物の部分領域をそれぞれ撮像可能なＮ個の部分撮像エリアを有する撮像部を準備する工程と、対象物が第１方向に部分撮像エリア１個分移動する毎に対象物に照射される光を順次に切り替えるとともに、光が切り替えられるたびに撮像部により部分領域を撮像して得られる画像を部分画像として記憶部に記憶する工程と、光源毎に記憶部に記憶された複数の部分画像の一部を合成してＮ枚の対象物の画像を取得する工程とを備えることを特徴としている。

さらに、この発明の第３の態様は、検査装置であって、上記画像取得装置と、画像取得装置により取得されたＮ枚の対象物の画像に基づいて対象物を検査する検査部とを備えることを特徴としている。

このように構成された発明では、対象物の移動と光源切替とが並行して行われ、複数の部分画像が取得される。そして、光源毎に複数の部分画像の一部が合成されて画像が取得される。その結果、Ｎ個の光源のうちの一の光源のみで照明される対象物の画像が光源の個数分、つまりＮ枚取得される。

以上のように、対象物の移動と光源切替とを並行して行って光源毎の対象物の画像を取得しているため、光源毎の画像取得に要する時間を短縮することができる。

本発明に係る画像取得装置の第１実施形態を装備する検査装置の構成を示す図である。 検査装置におけるワークと撮像素子との位置関係を示す模式図である。 画像取得装置の動作を模式的に示す図である。 検査装置における検査動作を模式的に示す図である。 本発明に係る画像取得装置の第２実施形態を装備する検査装置の構成を示す図である。 画像取得装置の動作を模式的に示す図である。 本発明に係る画像取得装置の第３実施形態を装備する検査装置の構成を示す図である。

図１は本発明に係る画像取得装置の第１実施形態を装備する検査装置の構成を示す図である。図２は検査装置におけるワークと撮像素子との位置関係を示す模式図である。図３は画像取得装置の動作を模式的に示す図である。図４は検査装置における検査動作を模式的に示す図である。なお、ワークＷが搬送される方向を「副走査方向Ｙ」と称し、副走査方向Ｙと直交する水平方向を「主走査方向Ｘ」と称する。

検査装置１は、例えば鍛造や鋳造により形成された直方体形状の金属部品をワークＷとして検査するために、画像取得装置を有している。画像取得装置は、直方体形状のワークＷを副走査方向Ｙに移動させながら副走査方向Ｙの上流側から照明して撮像した検査対象画像ＩＭ（ＩＬ１）および下流側から照明して撮像した検査対象画像ＩＭ（ＩＬ２）を取得する。また、検査装置１は画像取得装置により取得した検査対象画像ＩＭ（ＩＬ１）、ＩＭ（ＩＬ２）を予め取得された基準画像ＲＦ（ＩＬ１）、ＲＦ（ＩＬ２）とそれぞれ比較することでワークＷを検査する。

図１に示すように、検査装置１は、本体２と、コンピュータにより構成される制御ユニット３とを備えている。本体２は、ワークＷを副走査方向Ｙに直線移動させる搬送ベルト２１を有している。搬送ベルト２１は図示を省略する２つのローラに架け渡されている。一方のローラに対してワーク搬送機構２２の駆動モータ２２１が接続されている。この駆動モータ２２１には、エンコーダ２２２が連結されており、駆動モータ２２１の動作を検出した信号を制御ユニット３に出力する。そして、制御ユニット３からの搬送指令に応じて駆動モータ２２１が作動すると、図１に示すようにベルト上面２１ａ上にワークＷを載置した状態で搬送ベルト２１が駆動される。これによって、ワークＷは撮像領域２３を経由して副走査方向Ｙに搬送される。なお、本実施形態では、ワークＷをベルト搬送しているが、ワークＷの搬送方法はこれに限定されるものではなく、例えば副走査方向Ｙに往復移動するステージによりワークＷを搬送してもよい。

撮像領域２３の上方では、撮像部２４と、２つの光源部２５１、２５２とが固定配置されている。撮像部２４は撮像領域２３の鉛直上方位置に配置されており、撮像領域２３を通過するワークＷを撮像素子２４１により上方から撮像可能となっている。撮像素子２４１は図２に示すように複数の画素ＰＸをマトリックス状に配置した二次元撮像素子であり、本実施形態では２５００画素×２５００画素のＣＭＯＳ（Complementary Metal-Oxide Semiconductor）イメージセンサを使用している。また、本実施形態では、後で詳述するように撮像領域２３のうち２個の部分撮像エリア２３１、２３２（図１）をそれぞれ撮像する領域２４１１、２４１２が関心領域ＲＯＩとし撮像素子２４１に設定可能となっている。つまり、撮像素子２４１により画像を取得する領域を関心領域ＲＯＩに制限し、当該関心領域ＲＯＩ内の画素ＰＸからのみ画像信号が制御ユニット３の画像処理部３１に出力するように構成されている。このような画像の取得制限により撮像部２４から制御ユニット３への画像信号の転送時間が大幅に短縮される。なお、本実施形態では、部分撮像エリア２３１、２３２は、いずれも主走査方向Ｘに延びるラインエリアであって、副走査方向Ｙにおいて互いに隣接するとともに互いに同一サイズを有している。また、領域２４１１、２４１２の副走査方向Ｙの画素数をそれぞれ「１」としており、ワークＷのうち部分撮像エリア２３１、２３２に位置する部分領域の画像を１画素×２５００画素で撮像し、主走査方向Ｘに延びるライン画像を取得可能となっている。なお、副走査方向Ｙの画素数は「１」に限定されるものではなく、例えば部分撮像エリア２３１、２３２のＹ方向サイズに応じて適宜設定可能であり、ライン状または帯状の画像を取得可能となっている。

光源部２５１では、主走査方向Ｘに延びるバー状に複数のＬＥＤ（Light Emitting Diode）が配列されている。この光源部２５１は副走査方向Ｙにおいて撮像部２４から上流側に離間して配置された上流光源として機能し、撮像部２４の上流側で斜め上方から撮像領域２３に向けて光を照射する。ここで、ＬＥＤ以外の種類の光源により光源部２５１が構成されてもよい。

ここで、上記のように構成された光源部２５１のみが制御ユニット３の光源駆動部３２により駆動されて点灯すると、ワークＷのうち部分撮像エリア２３１、２３２に位置する部分領域およびその周辺が光源部２５１からの光のみで照明された状態で当該部分領域の画像が撮像される。なお、本実施形態では、部分撮像エリア２３１に位置する部分領域の画像を「上流側部分画像」と称し、部分撮像エリア２３２に位置する部分領域の画像を「下流側部分画像」と称する。また、このように上流光源（光源部２５１）からの光のみを照射した状態で撮像される上流側部分画像や下流側部分画像を「部分画像Ｐｎ（ＩＬ１）」とする（だたし、ｎは部分領域を特定するための数字である）。

もう一方の光源部２５２は光源部２５１と同様に構成されるが、光源部２５１と異なる位置に配置され、光の照射方向が光源部２５１と相違している。より詳しくは、光源部２５２は副走査方向Ｙにおいて撮像部２４から下流側に離間して配置された下流光源であり、撮像部２４の下流側で斜め上方から撮像領域２３に向けて光を照射する。このため、制御ユニット３の光源駆動部３２により光源部２５２のみが点灯されると、光源部２５１の点灯時と異なる照射方向で光が撮像領域２３に照射され、ワークＷのうち部分撮像エリア２３１、２３２に位置する部分領域およびその周辺がそれぞれ光源部２５２により照明される。そして、このように照明された部分領域の画像が撮像される。なお、本実施形態では、このように下流光源（光源部２５２）からの光のみを照射した状態で撮像される上流側部分画像や下流側部分画像を「部分画像Ｐｎ（ＩＬ２）」とする。

これら２つの光源部２５１、２５２の点灯／消灯切替は、制御ユニット３の光源切替制御部３４２からの指令に応じて光源駆動部３２が作動することにより行われる。本実施形態では、ワークＷが副走査方向Ｙに部分撮像エリア１個分移動する毎、つまり時刻Ｔ１、Ｔ２、…でワークＷに照射される光を順次に切り替えることで以下の順序で部分画像Ｐｎ（ＩＬ１）、Ｐｎ（ＩＬ２）が交互に撮像される。つまり、図３に示すように、
時刻Ｔ１：上流側部分画像Ｐ１（ＩＬ１）＋下流側部分画像Ｐ０（ＩＬ１）
時刻Ｔ２：上流側部分画像Ｐ２（ＩＬ２）＋下流側部分画像Ｐ１（ＩＬ２）
時刻Ｔ３：上流側部分画像Ｐ３（ＩＬ１）＋下流側部分画像Ｐ２（ＩＬ１）
時刻Ｔ４：上流側部分画像Ｐ４（ＩＬ２）＋下流側部分画像Ｐ３（ＩＬ２）
…
が取得され、部分画像として制御ユニット３の記憶部３３に記憶される。

ここで、部分画像Ｐｎ（ＩＬ１）、Ｐｎ（ＩＬ２）のうち図３中の太線で囲った部分画像を光源毎に抽出するとともに抽出した部分画像を合成すると、２枚の二次元画像を取得することができる。つまり、上流光源（光源部２５１）からの光のみを照射した状態でワークＷを撮像したときの検査対象画像ＩＭ（ＩＬ１）を取得し、下流光源（光源部２５２）からの光のみを照射した状態でワークＷを撮像したときの検査対象画像ＩＭ（ＩＬ２）を取得することができる。こうして取得された検査対象画像ＩＭ（ＩＬ１）、ＩＭ（ＩＬ２）は記憶部３３に記憶される。

記憶部３３は、画像処理部３１、光源駆動部３２および演算処理部３４とともに制御ユニット３に設けられている。記憶部３３は、図１に示すように、上記した部分画像Ｐｎ（＝Ｐｎ（ＩＬ１）＋Ｐｎ（ＩＬ２））および検査対象画像ＩＭ（ＩＬ１）、ＩＭ（ＩＬ２）以外に、基準画像ＲＦ（ＩＬ１）、ＲＦ（ＩＬ２）や各種プログラムなどを予め記憶している。基準画像ＲＦ（ＩＬ１）は上流光源（光源部２５１）からの光のみを照射した状態で良品のワークＷを撮像したときに得られる画像であり、基準画像ＲＦ（ＩＬ２）は下流光源（光源部２５２）からの光のみを照射した状態で良品のワークＷを撮像したときに得られる画像である。また、記憶部３３に記憶されるプログラムには、検査対象画像ＩＭ（ＩＬ１）、ＩＭ（ＩＬ２）を取得するための画像取得プログラムや検査対象画像ＩＭ（ＩＬ１）、ＩＭ（ＩＬ２）に基づいてワークＷを検査する検査プログラムなどが含まれる。そして、これらのプログラムにしたがって演算処理部３４が種々の処理を行う。

演算処理部３４は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）により構成されており、上記プログラムにしたがって装置各部を制御することで画像取得やワークＷの検査を行う。つまり、演算処理部３４は、ワーク搬送機構２２を制御してワーク搬送を制御するワーク搬送制御部３４１、光源部２５１、２５２の点灯切替を行う光源切替制御部３４２、検査対象画像ＩＭ（ＩＬ１）、ＩＭ（ＩＬ２）を取得する対象画像取得部３４３およびワーク検査を行う検査部３４４として機能する。そして、本実施形態では、演算処理部３４が画像取得プログラムにしたがってワークＷを副走査方向Ｙに移動させつつ光源切替を行って複数の部分画像を取得した後で検査対象画像ＩＭ（ＩＬ１）、ＩＭ（ＩＬ２）を取得する。さらに演算処理部３４が検査対象画像ＩＭ（ＩＬ１）、ＩＭ（ＩＬ２）に基づいてワーク検査を行う。以下、図１、図２および図３を参照しつつ画像取得動作について説明した後で、図４を参照しつつワーク検査動作について説明する。

検査対象となるワークＷが搬送ベルト２１に移載されると、図１に示すように、演算処理部３４は搬送ベルト２１を駆動し、搬送ベルト２１上のワークＷを副走査方向Ｙに搬送するとともに、以下の撮像動作を並行して実行する。撮像動作では、ワークＷの先端に位置する部分領域（以下「先端部分領域」という）が撮像領域２３の下流側、つまり（−Ｙ）側部分撮像エリア２３２に到達するまでに、光源部２５２を消灯したまま光源部２５１のみが点灯される。その後にワークＷの先端部分領域が撮像領域２３の（−Ｙ）側部分撮像エリア２３２に移動すると、ワークＷの先端部分領域の（＋Ｙ）側に隣接する部分領域が（＋Ｙ）側部分撮像エリア２３１に移動している。このタイミング（時刻Ｔ１）では、図２の上段に示すように、撮像素子２４１の撮像面２４１ａにワークＷの先端部分領域の像Ｐ０と、先端部分領域の（＋Ｙ）側に隣接する部分領域の像Ｐ１とがそれぞれ領域２４１１、２４１２に結像される。このため、光源部２５１からの光、つまり光源光ＩＬ１のみで照明した状態で撮像部２４は部分撮像エリア２３１に位置している部分領域の上流側部分画像Ｐ１（ＩＬ１）と、部分撮像エリア２３２に位置している部分領域の下流側部分画像Ｐ０（ＩＬ１）とを撮像して記憶部３３に書き込む。

これに続いて、ワークＷが部分撮像エリア１個分だけ副走査方向Ｙに移動されたタイミング（時刻Ｔ２）で、図２の中段に示すように、上記像Ｐ１が撮像素子２４１の撮像領域２４１２に結像されるとともにワークＷの先端部分領域から部分撮像エリア１個分だけ（＋Ｙ）側に離れたワークＷの部分領域の像Ｐ２が撮像領域２４１１に結像される。このようなワークＷの微小移動に伴って光源部２５１が消灯されるとともに光源部２５２が点灯される。この光源切替によってタイミング（時刻Ｔ２）では、撮像領域２３とその周辺を照明する光源が光源部２５１から光源部２５２に切り替わる。そこで、光源部２５２からの光、つまり光源光ＩＬ２のみで照明した状態で撮像部２４は部分撮像エリア２３１に位置している部分領域の上流側部分画像Ｐ２（ＩＬ２）と、部分撮像エリア２３２に位置している部分領域の下流側部分画像Ｐ１（ＩＬ２）とを撮像して記憶部３３に書き込む。

ワークＷがさらに部分撮像エリア１個分だけ副走査方向Ｙに移動されたタイミング（時刻Ｔ３）で、図２の下段に示すように、上記像Ｐ２が撮像素子２４１の撮像領域２４１２に結像されるとともにワークＷの先端部分領域から部分撮像エリア２個分だけ（＋Ｙ）側に離れたワークＷの部分領域の像Ｐ３が撮像領域２４１１に結像される。このようなワークＷの微小移動に伴って光源部２５２が消灯されるとともに光源部２５１が再点灯される。この光源切替によってタイミング（時刻Ｔ３）では、撮像領域２３とその周辺を照明する光源が光源部２５２から光源部２５１に切り替わる。そこで、光源部２５１からの光、つまり光源光ＩＬ１のみで照明した状態で撮像部２４は部分撮像エリア２３１に位置している部分領域の上流側部分画像Ｐ３（ＩＬ１）と、部分撮像エリア２３２に位置している部分領域の下流側部分画像Ｐ２（ＩＬ１）とを撮像して記憶部３３に書き込む。それ以降も、上記と同様にワークＷの移動と光源切替とを並行して行い、図３に示すように、時刻Ｔ４〜Ｔ６で部分画像として、
時刻Ｔ４：上流側部分画像Ｐ４（ＩＬ２）＋下流側部分画像Ｐ３（ＩＬ２）
時刻Ｔ５：上流側部分画像Ｐ５（ＩＬ１）＋下流側部分画像Ｐ４（ＩＬ１）
時刻Ｔ６：上流側部分画像Ｐ６（ＩＬ２）＋下流側部分画像Ｐ５（ＩＬ２）
を順次に取得し、記憶部３３に書き込む。なお、図３では冗長な説明を回避するために、ワークＷの先端部分領域を除き先端部分領域から（＋Ｙ）側に部分撮像エリア５個分の領域を検査対象とし、時刻Ｔ６で撮像動作を停止する。

次に、演算処理部３４は上記撮像動作によって得られた複数の部分画像Ｐｎを光源毎に抽出する。より具体的には、図３に示すように、光源部２５１により照明された状態で撮像された部分画像Ｐ１（ＩＬ１）、Ｐ２（ＩＬ１）、Ｐ３（ＩＬ１）、Ｐ４（ＩＬ１）、Ｐ５（ＩＬ１）が抽出される。そして、それらが合成されて上流光源（光源部２５１）からの光のみを照射した状態でワークＷを撮像したときの検査対象画像ＩＭ（ＩＬ１）が形成され、記憶部３３に書き込まれる。また、検査対象画像ＩＭ（ＩＬ２）についても同様である。つまり、記憶部３３から抽出した部分画像Ｐ１（ＩＬ２）、Ｐ２（ＩＬ２）、Ｐ３（ＩＬ２）、Ｐ４（ＩＬ２）、Ｐ５（ＩＬ２）が合成されて検査対象画像ＩＭ（ＩＬ２）が形成され、記憶部３３に書き込まれる。

こうして、２枚の二次元画像、つまり光源毎の検査対象画像ＩＭ（ＩＬ１）、ＩＭ（ＩＬ２）の取得が完了し、演算処理部３４は検査動作に移行する。

演算処理部３４は検査プログラムにしたがって以下の検査動作を実行する。すなわち、図４に示すように、記憶部３３から基準画像ＲＦ（ＩＬ１）と検査対象画像ＩＭ（ＩＬ１）とが読み出され、両者の差分が求められる。また同様に、記憶部３３から基準画像ＲＦ（ＩＬ２）と検査対象画像ＩＭ（ＩＬ２）とが読み出され、両者の差分が求められる。これらにより得られた差分画像ＤＦ（ＩＬ１）、ＤＦ（ＩＬ２）に基づいて演算処理部３４はワークＷの表面に傷や欠けなどの欠陥が含まれていない否かを判定する。なお、ここでは、差分画像に基づいてワークＷの良否判定を行っているが、良否判定の手法についてはこれに限定されるものではなく、検査対象画像ＩＭ（ＩＬ１）、ＩＭ（ＩＬ２）に基づいて判定を行う他の手法を用いてもよい。

以上のように、本実施形態では、ワークＷを移動させつつ光源切替を行って検査対象画像ＩＭ（ＩＬ１）、ＩＭ（ＩＬ２）を取得しているため、画像取得に要する時間を大幅に短縮することができる。

また、光源部２５１からの光を照射して撮像される複数の部分画像Ｐｎ（ＩＬ１）と、光源部２５２からの光を照射して撮像される複数の部分画像Ｐｎ（ＩＬ２）とは副走査方向Ｙにおいて１ライン分（部分撮像エリア１個分）だけずれている。例えば図３に示すように、光源部２５１について部分画像Ｐ０（ＩＬ１）〜Ｐ５（ＩＬ１）を撮像する一方、光源部２５２について部分画像Ｐ１（ＩＬ２）〜Ｐ６（ＩＬ２）を撮像しているが、それらの一部（例えば図３中の太線で囲まれた部分画像）を光源毎に抽出するとともに合成して検査対象画像ＩＭ（ＩＬ１）、ＩＭ（ＩＬ２）を形成している。したがって、ワークＷのうち検査対象となる領域の検査対象画像を正確に取得することができる。

また上記実施形態では、撮像素子２４１を構成する全画素ＰＸのうち関心領域ＲＯＩに対応する画素ＰＸからの信号のみを制御ユニット３の画像処理部３１に出力するように構成しているため、撮像部２４から制御ユニット３への画像の転送速度を高めることができる。このことはワークＷを比較的高速で移動させた場合であって部分画像Ｐｎ（ＩＬ１）、Ｐｎ（ＩＬ２）を確実に転送することを意味している。したがって、関心領域ＲＯＩを設定したことは画像取得に要する時間の短縮に大きく寄与している。

また本実施形態では、１台の撮像部２４によって光源毎の二次元画像、つまり検査対象画像ＩＭ（ＩＬ１）、ＩＭ（ＩＬ２）を取得しており、複数の撮像部を用いている特許文献１に記載の装置に比べて装置構成を簡素化することができる。

さらに検査対象画像ＩＭ（ＩＬ１）、ＩＭ（ＩＬ２）を短時間で取得することができるため、ワークＷの検査に要する時間も大幅に短縮することができる。

このように本実施形態では、副走査方向Ｙおよび主走査方向Ｘがそれぞれ本発明の「第１方向」および「第２方向」に相当し、ワークＷを副走査方向Ｙに移動させるために設けられた搬送ベルト２１およびワーク搬送機構２２が本発明の「移動部」として機能している。また、当該移動部（＝搬送ベルト２１およびワーク搬送機構２２）と、２つの光源部２５１、２５２と、撮像部２４と、記憶部３３と、光源切替制御部３４２および対象画像取得部３４３を有する演算処理部３４との組み合わせが本発明の「画像取得装置」として機能している。また、２個の光源部２５１、２５２を有しており、２個の部分撮像エリア２３１、２３２を有し、２枚の二次元画像（＝検査対象画像ＩＭ（ＩＬ１）、ＩＭ（ＩＬ２））を取得しており、本実施形態では、Ｎ＝２となっている。

なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない限りにおいて上述したものに対して種々の変更を加えることが可能である。例えば、上記実施形態では、２個の光源部２５１、２５２を用いて検査対象画像ＩＭ（ＩＬ１）、ＩＭ（ＩＬ２）を取得し、ワークＷを検査する検査装置１に対して本発明を適用しているが、３個以上の光源部を有する検査装置に対しても本発明を適用することができる。以下、光源部を３個有する検査装置について図５および図６を参照しつつ説明する。

図５は本発明に係る画像取得装置の第２実施形態を装備する検査装置の構成を示す図である。また、図６は画像取得装置の動作を模式的に示す図である。第２実施形態が第１実施形態と大きく相違する点は、光源部２５１、２５２以外に別の光源部２５３が追加されてＮ＝３となっている点と、３個の部分撮像エリアを設けて３個の検査対象画像を取得している点とである。なお、その他の構成は基本的に同一であるため、同一構成に対して同一符号を付して構成説明を省略する。

第２実施形態では、図５に示すように、副走査方向Ｙにおいて撮像部２４の下流側に光源部２５３が隣接して設けられている。光源部２５３では、光源部２５１、２５２と同様に、主走査方向Ｘに延びるバー状に複数のＬＥＤが配列されている。この光源部２５３は光源部２５１、２５２の中間位置でほぼ鉛直上方から撮像領域２３に向けて光を照射する中央光源として機能する。

また、撮像部２４は、撮像素子２４１の受光面のうち撮像領域２３のうち３個の部分撮像エリア２３１、２３３、２３２（図５）をそれぞれ撮像する３つの領域が関心領域ＲＯＩとして機能し、関心領域ＲＯＩ内の画素ＰＸからのみ画像信号を制御ユニット３の画像処理部３１に出力するように構成されている。なお、３個の部分撮像エリア２３１、２３３、２３２はこの順序で副走査方向Ｙに隣接して並設されており、部分撮像エリア２３３は（＋Ｙ）側部分撮像エリア２３１と（−Ｙ）側部分撮像エリア２３２との間に位置する中央部分撮像エリアとして機能する。

検査対象となるワークＷが搬送ベルト２１に移載されると、図５に示すように、演算処理部３４は搬送ベルト２１を駆動し、搬送ベルト２１上のワークＷを副走査方向Ｙに搬送するとともに、以下の撮像動作を実行する。

第２実施形態では、第１実施形態と同様にワークＷの先端部分領域が撮像領域２３の（−Ｙ）側部分撮像エリア２３２に到達するまでに、光源部２５２および光源部２５３を消灯したまま光源部２５１のみが点灯される。その後にワークＷの先端部分領域が撮像領域２３の（−Ｙ）側部分撮像エリア２３２に移動したタイミング（時刻Ｔ１）で部分画像を撮像する。つまり、図６に示すように、光源部２５１からの光、つまり光源光ＩＬ１のみで照明した状態で撮像部２４は部分撮像エリア２３１に位置している部分領域の上流側部分画像Ｐ１（ＩＬ１）と、部分撮像エリア２３３に位置している部分領域の中央部分画像Ｐ０（ＩＬ１）と、部分撮像エリア２３２に位置している部分領域の下流側部分画像Ｐ−１（ＩＬ１）とを撮像して記憶部３３に書き込む。

これに続いて、ワークＷが部分撮像エリア１個分だけ副走査方向Ｙに移動され、この微小移動に伴い光源部２５１が消灯されるとともに光源部２５３が点灯される。このタイミング（時刻Ｔ２）で、光源部２５３からの光、つまり光源光ＩＬ３のみで照明した状態で撮像部２４は部分撮像エリア２３１に位置している部分領域の上流側部分画像Ｐ２（ＩＬ３）と、部分撮像エリア２３３に位置している部分領域の中央部分画像Ｐ１（ＩＬ３）と、部分撮像エリア２３２に位置している部分領域の下流側部分画像Ｐ０（ＩＬ３）とを撮像して記憶部３３に書き込む。

また、ワークＷがさらに部分撮像エリア１個分だけ副走査方向Ｙに移動され、この微小移動に伴い光源部２５３が消灯されるとともに光源部２５２が点灯される。このタイミング（時刻Ｔ３）で、光源部２５２からの光、つまり光源光ＩＬ２のみで照明した状態で撮像部２４は部分撮像エリア２３１に位置している部分領域の上流側部分画像Ｐ３（ＩＬ２）と、部分撮像エリア２３３に位置している部分領域の中央部分画像Ｐ２（ＩＬ２）と、部分撮像エリア２３２に位置している部分領域の下流側部分画像Ｐ１（ＩＬ２）とを撮像して記憶部３３に書き込む。

それ以降も、上記と同様にワークＷの移動と光源切替とを並行して行い、時刻Ｔ４、Ｔ５、…で３つの部分画像が取得され、記憶部３３に書き込まれる。そして、ワークＷの先端部分領域とその隣接する部分領域とを除き先端部分領域から（＋Ｙ）側に部分撮像エリアｍ個分の領域を検査対象とし、部分画像の取得が完了した時点で撮像動作を停止する。

次に、演算処理部３４は第１実施形態と同様に上記撮像動作によって得られた複数の部分画像Ｐｎを光源毎に抽出する。これにより、光源部２５１により照明された状態で撮像された部分画像Ｐ１（ＩＬ１）、Ｐ２（ＩＬ１）、…が抽出される。そして、それらが合成されて上流光源（光源部２５１）からの光のみを照射した状態でワークＷを撮像したときの検査対象画像ＩＭ（ＩＬ１）が形成され、記憶部３３に書き込まれる。また、記憶部３３から抽出した部分画像Ｐ１（ＩＬ２）、Ｐ２（ＩＬ２）、…が合成されて検査対象画像ＩＭ（ＩＬ２）が形成されて記憶部３３に書き込まれ、記憶部３３から抽出した部分画像Ｐ１（ＩＬ３）、Ｐ２（ＩＬ３）、…が合成されて検査対象画像ＩＭ（ＩＬ３）が形成されて記憶部３３に書き込まれる。

こうして、３枚の二次元画像、つまり光源毎の検査対象画像ＩＭ（ＩＬ１）、ＩＭ（ＩＬ２）、ＩＭ（ＩＬ３）の取得が完了し、演算処理部３４は検査動作に移行し、第１実施形態と同様にしてワークＷの検査を行う。このように、第２実施形態においても、第１実施形態と同様に、ワークＷを移動させつつ光源切替（照明変更）を行って検査対象画像ＩＭ（ＩＬ１）、ＩＭ（ＩＬ２）、ＩＭ（ＩＬ３）を取得しているため、画像取得に要する時間を大幅に短縮することができる。なお、第２実施形態では、３個の光源部２５１、２５２、２５３を有しており、３個の部分撮像エリア２３１、２３２、２３３を有し、３枚の二次元画像（＝検査対象画像ＩＭ（ＩＬ１）、ＩＭ（ＩＬ２）、ＩＭ（ＩＬ３））を取得しており、本実施形態ではＮ＝３となっている。

また、上記実施形態では、ワークＷを副走査方向Ｙに直線移動させながら検査対象画像の取得およびワークＷの検査を行っているが、本発明に適用対象はこれに限定されるものではなく、例えば図７に示すようにワークＷを回転方向Ｒに回転させながら検査対象画像の取得およびワークＷの検査を行う検査装置にも適用することができる。

図７は本発明に係る画像取得装置の第３実施形態を装備する検査装置の構成を示す図である。第３実施形態が第１実施形態と大きく相違する点は、ワークＷが歯車などの回転対称な形状を有する金属製部品である点と、ワークＷの移動方向が副走査方向Ｙから回転方向Ｒに変更されている点とであり、その他の構成は基本的に第１実施形態と同一である。

この第３実施形態では、図７に示すように、ワークＷはワーク回転駆動機構２６により保持されるとともに回転移動される。このワーク回転駆動機構２６は、図示を省略するチャック部を有しており、その回転中心軸ＡＸｃとワークＷの回転対称軸ＡＸｗとを一致させながらワークＷを保持する。また、チャック部は駆動モータ２６１と連結されており、駆動モータ２６１により回転されることでワークＷを回転中心軸ＡＸｃまわりに回転させる。本実施形態では、回転方向ＲにおけるワークＷの位置を高精度に検出するために、駆動モータ２６１にエンコーダ２６２が取り付けられている。

また、ワークＷの鉛直上方に撮像部２４および光源部２５１、２５２が配置されている。撮像部２４は図７に示すようにワークＷの回転対称軸ＡＸｗに対して径方向外側に延設されて設けられている。このため、ワークＷを回転させながら当該撮像部２４によりワークＷの撮像領域２３を撮像素子２４１により撮像可能となっている。また、回転方向Ｒにおいて撮像部２４の上流側および下流側に光源部２５１、２５２がそれぞれ配置されている。光源部２５１、２５２では、撮像部２４の延設方向と平行な方向に延びるバー状に複数のＬＥＤが配列されている。そして、第１実施形態と同様に、制御ユニット３の光源駆動部３２により光源部２５１のみが点灯されると、ワークＷのうち部分撮像エリア２３１、２３２に位置する部分領域およびその周辺がそれぞれ光源部２５１により照明されるとともに部分画像が撮像される。逆に、光源部２５２のみが点灯されると、ワークＷのうち部分撮像エリア２３１、２３２に位置する部分領域およびその周辺がそれぞれ光源部２５２により照明されるとともに部分画像が撮像される。

第３実施形態においても、第１実施形態と同様に、ワークＷの回転移動と並行して光源切替を行い、部分画像Ｐｎ（ＩＬ１）、Ｐｎ（ＩＬ２）を取得した後に複数の部分画像を光源毎に抽出するとともに合成して検査対象画像ＩＭ（ＩＬ１）、ＩＭ（ＩＬ２）を取得する。それに続いて、検査対象画像ＩＭ（ＩＬ１）、ＩＭ（ＩＬ２）をそれぞれ基準画像ＲＦ（ＩＬ１）、ＲＦ（ＩＬ２）と対比してワークＷの良否判定を行う。

以上のように、第３実施形態においても、第１実施形態と同様にワークＷを移動させつつ光源切替（照明変更）を行って検査対象画像ＩＭ（ＩＬ１）、ＩＭ（ＩＬ２）を取得しているため、画像取得に要する時間を大幅に短縮することができる。なお、第３実施形態では、回転方向Ｒが本発明の「第１方向」に相当するとともに、ワークＷの径方向が本発明の「第２方向」に相当している。

また、上記実施形態では、鍛造部品、鋳造部品、歯車などの金属製部品をワークＷとし、光源毎にワークＷの検査対象画像を取得して検査を行っているが、ワークＷを構成する材料や形状などは特に限定されるものではない。例えば樹脂製部品やゴム製部品などをワークＷとし、検査対象画像の取得および検査を行う装置に本発明を適用してもよい。また、円盤形状や円環形状などを有する部品をワークＷとし、検査対象画像の取得および検査を行う装置に本発明を適用してもよい。

また、上記実施形態では、ワークＷの検査装置１に対して本発明を適用しているが、照度差ステレオ法により合成画像を形成する装置に対して本発明に係る画像取得装置や画像取得方法を適用してもよい。ただし、照度差ステレオ法を用いるためには、３個以上の光源部を設け、３枚以上の二次元画像を取得する必要がある。

また、上記第１実施形態および第３実施形態では、光源部５２１、５２２の順序で点灯させており、第２実施形態では光源部５２１、５２３、５２２の順序で点灯させているが、点灯順序がこれに限定されるものではなく、任意である。

この発明は、互いに異なる照射方向を有するＮ（Ｎは２以上の自然数）個の光源の各々から順次に光を対象物に照射した状態で光源毎の対象物の画像を取得する画像取得技術およびこれを装備する装置全般に対して適用することができる。

１…検査装置
２１…搬送ベルト（移動部）
２２…ワーク搬送機構（移動部）
２４…撮像部
２６…ワーク回転駆動機構（移動部）
３３…記憶部
３４…演算処理部
２３１，２３２，２３３…部分撮像エリア
２４１…撮像素子
２５１，２５２，２５３…光源部
３４２…光源切替制御部
３４３…対象画像取得部
３４４…検査部
ＩＬ１，ＩＬ２，ＩＬ３…光源光
ＩＭ…検査対象画像（二次元画像）
Ｐ０〜Ｐ６，Ｐｎ…部分画像
ＰＸ…画素
Ｒ…回転方向（第１方向）
ＲＯＩ…関心領域
Ｗ…ワーク（対象物）
Ｘ…主走査方向（第２方向）
Ｙ…副走査方向（第１方向）

Claims (7)

1. 互いに異なる照射方向を有するＮ（Ｎは２以上の自然数）個の光源の各々から順次に光を対象物に照射した状態で前記光源毎の前記対象物の画像を取得する画像取得装置であって、
   前記対象物を第１方向に移動させる移動部と、
   前記第１方向において互いに隣接しながら前記第１方向と直交する第２方向に延びるＮ個の前記対象物の部分領域をそれぞれ撮像可能なＮ個の部分撮像エリアを有する撮像部と、
   前記対象物が前記第１方向に前記部分撮像エリア１個分移動する毎に前記対象物に照射される光を順次に切り替える光源切替制御部と、
   前記光が切り替えられるたびに前記撮像部により撮像して得られる前記部分領域の画像を部分画像として記憶する記憶部と、
   前記記憶部に記憶される前記複数の部分画像の一部を前記光源毎に合成してＮ枚の前記対象物の画像を取得する対象画像取得部と
   を備えることを特徴とする画像取得装置。
2. 請求項１に記載の画像取得装置であって、
   前記部分撮像エリアは前記第２方向に延びるラインエリアであり、前記部分画像はライン画像である画像取得装置。
3. 請求項２に記載の画像取得装置であって、
   前記撮像部は、複数の画素をマトリックス状に配置した二次元撮像素子を有し、前記Ｎ個の部分撮像エリアを撮像する領域を関心領域とし、前記関心領域内の画素からのみ画像信号を出力する画像取得装置。
4. 請求項１ないし３のいずれか一項に記載の画像取得装置であって、
   前記移動部は前記対象物を前記第１方向に直線移動させる画像取得装置。
5. 請求項１ないし３のいずれか一項に記載の画像取得装置であって、
   前記移動部は前記対象物を前記第１方向に回転移動させる画像取得装置。
6. 対象物を第１方向に移動させながら、互いに異なる照射方向を有するＮ（Ｎは２以上の自然数）個の光源の各々から順次に光を対象物に照射した状態で前記光源毎の前記対象物の画像を取得する画像取得方法であって、
   前記第１方向において互いに隣接しながら前記第１方向と直交する第２方向に延びるＮ個の前記対象物の部分領域をそれぞれ撮像可能なＮ個の部分撮像エリアを有する撮像部を準備する工程と、
   前記対象物が前記第１方向に前記部分撮像エリア１個分移動する毎に前記対象物に照射される光を順次に切り替えるとともに、前記光が切り替えられるたびに前記撮像部により前記部分領域を撮像して得られる画像を部分画像として記憶部に記憶する工程と、
   前記光源毎に前記記憶部に記憶された前記複数の部分画像の一部を合成してＮ枚の前記対象物の画像を取得する工程と
   を備えることを特徴とする画像取得方法。
7. 請求項１ないし５のいずれか一項に記載の画像取得装置と、
   前記画像取得装置により取得された前記Ｎ枚の前記対象物の画像に基づいて前記対象物を検査する検査部と
   を備えることを特徴とする検査装置。

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