JP2004361243A

JP2004361243A - 光沢面検査装置及び方法

Info

Publication number: JP2004361243A
Application number: JP2003159863A
Authority: JP
Inventors: Kazuyuki Zenio; 和之銭尾
Original assignee: MITSUTECH KK
Current assignee: MITSUTECH KK
Priority date: 2003-06-04
Filing date: 2003-06-04
Publication date: 2004-12-24

Abstract

【課題】検査精度及び速度が格段に高く、大量生産工程のオンライン上で行うことができる光沢面検査装置及び方法の提供を目的とするものである。
【解決手段】本発明の光沢面検査装置は、光沢面に対して斜め方向からレーザー光Ｙを照射する投光部１と、この光沢面でのレーザー光Ｙの反射光を撮影するカメラ３と、このカメラ３で撮影した画像データから正反射光の歪みを取得する画像処理手段４と、この画像処理手段４で取得した正反射光の歪みに基づき光沢面の表面欠陥を検出する判定手段５とを備えている。光沢面の法線方向を基準とするレーザー光Ｙの傾斜角αとしては４５°以上８５°以下が好ましい。投光部１により照射するレーザー光は帯状の光束を有するとよい。投光部１におけるレーザー光の照射に半導体レーザーを用いるとよい。
【選択図】図２

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光沢面の表面欠陥を検査する光沢面検査装置及び方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
今日、乾電池、各種家電機器、飲料水等は、大量生産されており、金属、プラスチック、ガラス等から構成される容器又は筐体に収納されている。かかる金属製、プラスチック製、ガラス製等の容器又は筐体の表面は、一般的に光沢面とされている。
【０００３】
上記乾電池等の各種製品の容器又は筐体の表面欠陥の検査は、各種製品が大量生産されている関係上、大量生産工程のオンライン上で行わなければならず、従来、検査員の目視により検査されている。
【０００４】
一方、金属表面の非破壊探傷方法としては、例えば蛍光磁粉探傷法（特開平１０−２８２０６３号公報等参照）、液体浸透探傷法、超音波探傷法（特開２００２−１３９４７９公報等参照）、放射線探傷法（特開平５−１７７３５１号公報等参照）、磁気探傷法（特開平６−２０１６５４号公報等参照）等が開発されている。
【０００５】
【特許文献１】
特開平１０−２８２０６３号公報
【特許文献２】
特開２００２−１３９４７９公報
【特許文献３】
特開平５−１７７３５１号公報
【特許文献４】
特開平６−２０１６５４号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来の光沢面の検査方法では、検査員の技能に頼っているため、目視に起因する誤差及び誤認を根本的課題として有しており、検査の精度及び速度の向上には一定の制限がある。加えて、上記従来の光沢面の検査方法では、光沢面におけるハレーション、照明の写り込み等により目視による表面欠陥の判別は容易ではない。また、上記従来の光沢面の検査方法では、その後の塗装工程等により修正可能な汚れとキズ等の表面欠陥との判別は困難であり、問題のない汚れ等まで検出してしまう不都合がある。
【０００７】
なお、上記金属表面の非破壊探傷方法は、検査レベルが高くなるが、基本的に長大物に対しオフラインで比較的時間をかけて検査するものであるため、上記飲料水、乾電池、各種家電機器等の大量生産工程において、オンライン上で行う検査に適用することができない。
【０００８】
本発明はこれらの不都合に鑑みてなされたものであり、検査精度及び速度が格段に高く、大量生産工程のオンライン上で行うことができる光沢面検査装置及び方法の提供を目的とするものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するためになされた発明は、光沢面に対して斜め方向からレーザー光を照射する投光部と、この光沢面におけるレーザー光の反射光を撮影するカメラと、このカメラで撮影した画像データから正反射光の歪みを取得する画像処理手段と、この画像処理手段で取得した正反射光の歪みに基づき光沢面の表面欠陥を検出する判定手段とを備える光沢面検査装置である。
【００１０】
当該光沢面検査装置は、光沢面にキズや凹凸などの欠陥がある場合、光沢面に斜め方向から照射したレーザー光の正反射光に歪みが発生することを利用し、表面欠陥の有無、欠陥の種類及び欠陥の程度を検査するものである。具体的には、当該光沢面検査装置は、投光部によって光沢面に斜め方向からレーザー光を照射し、カメラによって光沢面からのレーザー光の反射光を撮影し、画像処理手段によって撮影した画像データから正反射光の歪みを取得し、判定手段によってこの正反射光の歪みに基づき光沢面の表面欠陥を検出する。
【００１１】
従って、当該光沢面検査装置は、ハレーションや照明の写り込み等の目視に起因する検査誤差及び誤認を防止し、検査の精度及び速度を飛躍的に向上することができる。また、当該光沢面検査装置は、画像処理手段で取得した正反射光の歪みの大きさ、形状等によって表面欠陥の種別及び程度の判別が可能となる。さらに、当該光沢面検査装置は、光沢面の汚れがあっても正反射光の歪みに影響を及ぼさないため、その後の塗装工程等により修正可能な製品化上問題のない汚れの検出を低減することができる。
【００１２】
上記光沢面の法線方向を基準とする上記レーザー光の傾斜角としては４５°以上８５°以下が好ましい。投光部により照射するレーザー光の傾斜角を上記範囲とすることで、表面欠陥による正反射光の歪みが顕著になり、検査精度を向上することができる。
【００１３】
上記投光部により照射するレーザー光は帯状の光束を有するとよい。このように帯状の光束を有するレーザー光を照射することで、正反射光の歪みの取得が容易になり、一方向へのスキャンで光沢面の全面の検査が可能となる。
【００１４】
上記投光部におけるレーザー光の照射に半導体レーザーを用いるとよい。かかる半導体レーザーは、比較的範囲な装置で光沢面の反射光観察に十分な出力のレーザー光が得られ、かつ反射光の画像処理に好適な可視光周辺のレーザー光が得られる点で好ましい。
【００１５】
また、上記課題を解決するためになされた光沢面検査方法に係る発明は、光沢面に対して斜め方向からレーザー光を照射する照射工程と、この光沢面におけるレーザー光の反射光を撮影する撮影工程と、この反射光の画像データから正反射光の歪みを取得する画像処理工程と、この正反射光の歪みに基づき光沢面の表面欠陥を検出する判定工程とを有している。当該光沢面検査方法は、上記光沢面検査装置と同様に、検査の精度及び速度が格段に高く、大量生産工程のオンライン上に組み込み、生産性を飛躍的に向上することができる。
【００１６】
ここで、「正反射光」とは、光沢面にキズや凹凸などの欠陥がない場合の鏡面反射光を意味する。「光沢面の法線方向」とは、欠陥がないと仮定した光沢面の法線方向を意味する。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、適宜図面を参照しつつ本発明の実施の形態を詳説する。図１は本発明の一実施形態に係る光沢面検査方法を示すフロー図、図２は図１の光沢面検査方法を実施するための光沢面検査装置を示す概略構成図、図３（ａ）及び（ｂ）は表面欠陥がない場合及びある場合の画像データを示す模式図である。
【００１８】
図１の光沢面検査方法は、光沢面に対して斜め方向からレーザー光を照射する照射工程（ＳＴＰ１）、この光沢面におけるレーザー光の反射光を撮影する撮影工程（ＳＴＰ２）、この反射光の画像データから正反射光の歪みを取得する画像処理工程（ＳＴＰ３）、及びこの正反射光の歪みに基づき光沢面の表面欠陥を検出する判定工程（ＳＴＰ４）を有している。
【００１９】
図２の光沢面検査装置は、上記光沢面検査方法を実施し、被検査物Ｘの表面（光沢面）を検査する装置である。当該光沢面検査装置は、具体的には投光部１、投影スクリーン２、カメラ３、画像処理手段４、判定手段５及びテーブル６を備えている。
【００２０】
この画像処理手段４及び判定手段５は、システム的にはＣＰＵなどからなる制御部、ＲＯＭ、ＲＡＭ、ハードディスク、モニター、キーボードなどを備えるコンピューターにより構成されており、ＲＯＭ、ハードディスクに記憶されているコンピュータプログラムに基づいて制御部が各部を制御することで上記画像処理手段４及び判定手段５として機能するよう構成されている。
【００２１】
投光部１は、テーブル６上に載置した被検査物Ｘの表面に対して斜め方向からレーザー光Ｙを照射するものである。この投光部１のレーザー光発信機構としては、レーザー光Ｙの照射が可能な公知の技術が採用される。但し、当該光沢面検査装置はレーザー光Ｙの反射光を観察して被検査物Ｘの表面欠陥を検出するものであるため、レーザー光Ｙは反射光の観察ができる程度の出力でよい。従って、投光部１のレーザー光発信機構としては、反射光の歪みの観察に好適な可視光付近の波長のレーザー光Ｙを照射することができ、かつ機構が比較的簡易な半導体レーザーが特に好ましい。
【００２２】
投影スクリーン２は、被検査物Ｘの表面からのレーザー光Ｙの反射光を投影する板状体である。当該投影スクリーン２は、被検査物Ｘを基準として投光部１と対向する方向に配設され、被検査物Ｘの表面に対して垂直に配設されている。
【００２３】
カメラ３は、投影スクリーン２に投影される像、つまり被検査物Ｘの表面からのレーザー光Ｙの反射光を撮影するものである。このカメラ３としては、レーザー光Ｙの反射光が撮影できれば特に限定されるものではなく、公知の種々のカメラを使用することができる。但し、カメラ３としては、装置自体が比較的簡易であり、画像処理に使用されるデジタル画像データが直接取得される２次元ＣＣＤカメラが特に好ましい。
【００２４】
画像処理手段４は、カメラ３で撮影した画像データに基づいて正反射光の歪みを取得する。この画像処理手段４において、正反射光の歪みを取得する方法としては、（ａ）正反射光の歪みがない場合（つまり鏡面反射の場合）の画像データに基づいた排他的理論和から求める方法、（ｂ）画像データからレーザー光Ｙの正反射光の近似曲線を算出し、この近似曲線から外れる部分を求める方法などがある。
【００２５】
判定手段５は、画像処理手段４で取得した正反射光の歪みに基づき被検査物Ｘの表面欠陥を検出する。具体的には、正反射光の歪みの形状により表面欠陥の種類の判別が可能になり、正反射光の歪みの大きさにより表面欠陥の程度の判別が可能になる。
【００２６】
当該光沢面検査装置は、投光部１によって被検査物Ｘの表面（光沢面）に斜め方向からレーザー光Ｙを照射し（照射工程ＳＴＰ１）、カメラ３によって被検査物Ｘの表面からのレーザー光Ｙの反射光を撮影し（撮影工程ＳＴＰ２）、画像処理手段４によって撮影した画像データから正反射光の歪みを取得し（画像処理工程ＳＴＰ３）、判定手段５によって取得した正反射光の歪みに基づき被検査物Ｘの表面欠陥を検出することができる（判定工程ＳＴＰ４）。つまり、当該光沢面検査装置は、被検査物Ｘの表面（光沢面）にキズや凹凸などの欠陥がある場合、斜め方向から照射したレーザー光の正反射光に歪みが発生することを利用し、この正反射光の歪みを画像処理手段４で取得し、この正反射光の歪みに基づき光沢面の表面欠陥を判定手段５で検出するものである。
【００２７】
従って、当該光沢面検査装置によれば、オートメーション化が可能であり、従来の目視による検査と比較して検査の精度及び速度を飛躍的に向上することができる。また、当該光沢面検査装置によれば、画像処理手段４で取得した正反射光の歪みの大きさ、形状等によって表面欠陥の種別及び程度の判別が可能となる。さらに、当該光沢面検査装置によれば、光沢面の汚れがあっても正反射光の歪みに影響を及ぼさないため、その後の塗装工程等により修正可能な汚れの検出を低減し、真に検出する必要がある表面欠陥のみを検出することができる。
【００２８】
被検査物Ｘの表面の法線方向を基準とするレーザー光Ｙの傾斜角αの下限としては４５°、特に５０°、さらに特に５５°が好ましく、この傾斜角αの上限としては８５°、特に８０°、さらに特に７５°が好ましい。このようにレーザー光Ｙの傾斜角αを上記下限以上とすることで、被検査物Ｘの表面欠陥に起因する正反射光の歪みが顕著になり、当該光沢面検査装置の検査精度を向上することができる。一方、レーザー光Ｙの傾斜角αを上記上限以下とすることで、被検査物Ｘの表面欠陥に起因する正反射光の歪みが大きくなりすぎて、歪み部分の光量が低下し、当該光沢面検査装置の検査精度が低下してしまう不都合を低減することができる。
【００２９】
投光部１により照射するレーザー光Ｙは帯状の光束を有するとよい。このように帯状の光束を有するレーザー光Ｙを照射することで、（ａ）正反射光の歪みの取得が容易になり、検査精度が向上する、（ｂ）一方向へのスキャンで光沢面の全面の検査が可能となり、検査速度が向上する等の利点がある。
【００３０】
当該光沢面検査装置のスキャン方法としては、（ａ）被検査物Ｘを載置したテーブル６をその表面内のＸ−Ｙ方向に移動させる方法、（ｂ）投光部１をテーブル６と平行に移動させる方法、（ｃ）投光部１を首振り状に駆動し、レーザー光Ｙの照射方向を変更する方法等がある。上記（ｃ）のレーザー光Ｙの照射方向を変更する場合、レーザー光Ｙの照射方向情報を判定手段５にフィードバックすることで、レーザー光Ｙの照射方向に起因する正反射光の歪みの誤差を補正することができる。
【００３１】
また、帯状の光束を有するレーザー光Ｙを用い、円柱状の被検査物Ｘの外周面をスキャンする場合、レーザー光Ｙの光束面を被検査物Ｘの長手方向軸から所定の角度傾斜させた状態（つまり、被検査物Ｘの外周面をレーザー光Ｙで斜めに切断する状態）に設置し、被検査物Ｘを長手方向軸を中心に回転させて全周面をスキャンする方法が好ましい。このスキャン方法によれば、被検査物Ｘを単に１回転させることで全周面のスキャンが可能になり、レーザー光Ｙの照射方向の位置決めが多少ラフでも表面欠陥の検査が可能になる。
【００３２】
次に、当該光沢面検査装置及び方法による光沢面の欠陥検知理論について説明する。まず、表面欠陥を有しない平面状光沢面に対して斜め方向から帯状の光束を有するレーザー光Ｙを照射した場合、そのレーザー光Ｙの反射光は図３（ａ）に示すように直線状の正反射光のみとなる。一方、凹みを有する平面状光沢面に対して斜め方向から帯状の光束を有するレーザー光Ｙを照射した場合、そのレーザー光Ｙの反射光は図３（ｂ）に示すように直線状の正反射光部分Ａと凸状の歪み部分Ｂとを有することとなる。この歪み部分Ｂの形状及び大きさは表面欠陥の種類及び大きさに対応したものとなる。そのため、この歪み部分Ｂを画像処理によって認識することで、表面欠陥の有無、種類及び程度の判定が可能となる。
【００３３】
なお、本発明の光沢面検査装置及び方法は上記実施形態に限定されるものではなく、例えば投影スクリーン２を設けず、被検査物Ｘの表面からの反射光を直接カメラ３で撮影することも可能である。
【００３４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の光沢面検査装置及び方法によれば、オートメーション化が可能であり、検査レベル及び速度が格段に高くなることから、大量生産工程のオンライン上に組み込み、生産性を飛躍的に向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係る光沢面検査方法を示すフロー図である。
【図２】図１の光沢面検査方法を実施するための光沢面検査装置を示す概略構成図である。
【図３】（ａ）は表面欠陥がない場合の画像データを示す模式図、（ｂ）は表面欠陥が存在する場合の画像データを示す模式図である。
【符号の説明】
１投光部
２投影スクリーン
３カメラ
４画像処理手段
５判定手段
６テーブル
Ｘ被検査物
Ｙレーザー光
Ａ正反射光部分
Ｂ歪み部分

Claims

光沢面に対して斜め方向からレーザー光を照射する投光部と、
この光沢面におけるレーザー光の反射光を撮影するカメラと、
このカメラで撮影した画像データから正反射光の歪みを取得する画像処理手段と、
この画像処理手段で取得した正反射光の歪みに基づき光沢面の表面欠陥を検出する判定手段と
を備える光沢面検査装置。
上記光沢面の法線方向を基準とする上記レーザー光の傾斜角が４５°以上８５°以下である請求項１に記載の光沢面検査装置。
上記投光部により照射するレーザー光が帯状の光束を有している請求項１又は請求項２に記載の光沢面検査装置。
上記投光部におけるレーザー光の照射に半導体レーザーが用いられている請求項１、請求項２又は請求項３に記載の光沢面検査装置。
光沢面に対して斜め方向からレーザー光を照射する照射工程と、
この光沢面におけるレーザー光の反射光を撮影する撮影工程と、
この反射光の画像データから正反射光の歪みを取得する画像処理工程と、
この正反射光の歪みに基づき光沢面の表面欠陥を検出する判定工程と
を有する光沢面検査方法。