JP2007322402A - 表面検査装置 - Google Patents

Abstract

【課題】自動車の車体のような検査対象物の形状及び色彩に関する表面状態を同時に検査できる表面検査装置を提供する。
【解決手段】検査対象物１の表面を主走査方向に走査するラインセンサ１２を有し、画像データを出力するカメラ３と、主走査方向と直交する副走査方向にカメラ３と検査対象物１を相対的に移動させる副走査装置と、被検査対象物１の表面の主走査領域Ｌをそれぞれ異なる照明角度で照明するように配置された複数の光源５Ａ、５Ｂ、５Ｃ及び５Ｄを含む照明装置４と、光源を切り替えて選択的に点灯させる光源駆動装置７，８と、光源のそれぞれの点灯毎に、カメラから出力される画像データに対し演算処理を施して検査対象物の表面状態を示す処理結果を出力する演算処理装置１５と、光源のそれぞれの点灯に対応する処理結果を個別に表示する表示装置１６を有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、イメージセンサを有するカメラを用いて自動車の車体のような検査対象物の表面の形状及び色彩の欠陥などの表面検査を行う表面検査装置に関する。

自動車の製造現場における車体の表面検査は、車体の表面形状（凹凸）や色彩の僅かな欠陥についても確実に発見するために、従来から多数の検査者の目視によって行われている。

一方、車体の表面検査を自動化する技術も種々提案されている。例えば、特開２０００−２４１１４７号公報（特許文献１）には、車体のプレス形成により生じる車体表面の傾斜角度の緩やかな凹凸や突起等の表面欠陥をインラインで検査するために、車体の搬送方向の前後から被検査面に対して照明光を一定の照射角度αで照射する広角度照明手段と、広角度照明手段を間にして前後にαよりも大きい撮像角度βで照明光の反射光を撮像する撮像手段を配置し、前後の撮像手段により得た受光画像に基づいて被検査面の表面欠陥を抽出する技術が記載されている。
特開２０００−２４１１４７号公報

目視による表面検査では、多大な労力と時間を必要とする。また、目視による欠陥の発見のためには、車体を両側に多数の照明光源を配置したいわゆる光のトンネルに通しながら検査を行う必要があり、設備コストも高くなってしまう。

特許文献１に記載された技術では、凹凸のような形状的な欠陥を検査することはできるが、色むらなどの色彩の欠陥を検査することはできない。

本発明は、車体のような検査対象物の形状及び色彩に関する表面状態を同時に検査できる表面検査装置を提供することを目的とする。

本発明の一態様に係る表面検査装置は、検査対象物の表面を一定の周期で主走査方向に走査するラインセンサを有し、画像データを出力するカメラと、前記主走査方向と直交する副走査方向に前記カメラと前記検査対象物とを相対的に移動させる副走査手段と、前記被検査対象物の表面の主走査領域をそれぞれ異なる照明角度で照明するように配置された複数の光源を含む照明手段と、前記光源を切り替えて少なくとも一つずつ選択的に点灯させる駆動手段と、前記駆動手段による前記光源の選択的な点灯毎に前記カメラから出力される画像データに対し演算処理を施して前記検査対象物の表面状態を示す処理結果を出力する演算処理手段と、前記光源のそれぞれの選択的な各点灯に対応する前記処理結果を個別に表示する表示手段とを具備する。

本発明によれば、被検査対象物表面の主走査領域を順次異なる照明角度で照明して各照明角度での処理結果を個別に生成して表示するため、複数の異なる照明角度に依存して、検査対象物の形状及び色彩に関する表面状態、すなわち検査対象物表面の形状的及び色彩的な欠陥を同時に検査することができる。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係る表面検査装置を示している。検査対象物１は、これに限られるものではないが例えば自動車の車体である。検査対象物１は検査時には搬送路２に載せられ、図示しない副走査装置によって搬送路２と共に矢印Ｙに示す方向（副走査方向）に移動する。搬送路２の側方には、検査対象物１の側面を撮影するカメラ（ディジタルカメラ）３が設置されている。カメラ３に加えて、さらに検査対象物１の上面を撮影するカメラを設置してもよい。

カメラ３の前方、すなわちカメラ３に対して検査対象物１に寄った側に、照明装置４が配置されている。照明装置４は、図２に詳細を示すように線状の複数の光源５Ａ、５Ｂ、５Ｃ及び５Ｄと、光源５Ａ、５Ｂ、５Ｃ及び５Ｄを支持する支持部材６を有する。光源５Ａ、５Ｂ、５Ｃ及び５Ｄは、いずれも例えば複数のＬＥＤ（発光ダイオード）をライン状に配列したＬＥＤアレイである。照明装置４は、ＬＥＤアレイのアレイ方向がほぼ垂直となるように設置される。なお、ＬＥＤアレイに代えて例えば冷陰極放電管のような放電管を用いても構わない。

支持部材６は例えば半円筒状の形状をなし、その内面上に光源５Ａ、５Ｂ、５Ｃ及び５Ｄが支持される。支持部材６の光源５Ｂと５Ｃとの間の領域には、検査対象物１の表面からの反射光を通過させてカメラ３に導くためのスリットＳが設けられている。なお、支持部材はこのような形状に限られず、例えば光源５Ａ、５Ｂ、５Ｃ及び５Ｄの両側を支持するようなものでもよい。この場合、スリットＳは必要でなく、単に光源５Ａ、５Ｂ、５Ｃ及び５Ｄの間の隙間を通して検査対象物１の表面からの反射光をカメラ３に導くようにすればよい。

ここで、光源５Ａ、５Ｂ、５Ｃ及び５Ｄは検査対象物１の表面上の線状の領域（カメラ３の主走査領域という）Ｌを主走査領域Ｌに対してそれぞれ異なる角度の方向から照明するように配置される。すなわち、光源５Ａ、５Ｂ、５Ｃ及び５Ｄのうち両側二つの光源５Ａ及び５Ｄの照明角度は相対的に大きく、他の光源５Ｂ及び５Ｃの照明角度は相対的に小さい。ここで照明角度とは、主走査領域Ｌの正面方向（０°方向）に対する照明方向（照明光の光軸方向）の角度である。このように照明装置４は、主走査領域Ｌを大きい照明角度で斜め方向から照明する光源５Ａ及び５Ｄと、主走査領域Ｌを小さい照明角度（垂直に近い角度）で正面の近い方向から照明する光源５Ｂ及び５Ｃを備えている。ここでは照明装置４は４個の光源５Ａ、５Ｂ、５Ｃ及び５Ｄを備えているが、さらに多数の光源を照明角度を異ならせて配置してもよい。

カメラ３は、結像レンズ１１、ＣＣＤラインイメージセンサのようなラインイメージセンサ１２、増幅器１３及びＡ／Ｄコンバータ１４を有し、検査対象物１の表面の画像が結像レンズ１１を介してラインイメージセンサ１２上に結像される。ラインイメージセンサ１２は、複数個（例えば、５１２０個）の光電変換素子を副走査方向Ｙと直交する矢印Ｘで示す方向（主走査方向）に配列して構成される。ラインイメージセンサ１２は、コントローラ９による制御の下で検査対象物１の表面上を例えば２，０００走査／秒の周期（主走査周期）で主走査方向Ｘに走査して検査対象物１の表面状態を画像として読み取り、画像信号を出力する。検査対象物１が自動車の車体の場合、カメラ３から検査対象物１までの距離（対物距離）は、例えば３，６００ｍｍ程度に設定される。また、主走査領域Ｌの長さ（主走査幅という）は、例えば２，４００ｍｍ程度に設定される。

ラインイメージセンサ１２から出力される画像信号は、増幅器１３によって増幅された後、さらにＡ／Ｄコンバータ１４により例えば８ビットパラレルのディジタルデータに変換され、カメラ３から画像データとして出力される。

照明装置４の光源５Ａ、５Ｂ、５Ｃ及び５Ｄには、光源切替器７を介して光源駆動回路８が接続される。光源切替器７はコントローラ９によって制御され、光源５Ａ、５Ｂ、５Ｃ及び５Ｄをラインイメージセンサ１２の主走査に同期して主走査周期の整数倍の点灯周期で順次点灯させる。すなわち、光源切替器７は主走査に同期して主走査周期の整数倍（例えば１倍）の点灯周期で切り替えられ、光源駆動回路８から出力される駆動電流を選択的に光源５Ａ、５Ｂ、５Ｃ及び５Ｄに供給する。ＬＥＤアレイや冷陰極放電管は非常に応答速度が速いため、光源５Ａ、５Ｂ、５Ｃ及び５Ｄを上記のように速い周期で点滅させることは容易である。

主走査領域Ｌは、光源５Ａ、５Ｂ、５Ｃ及び５Ｄのうち点灯した一つの光源によって照明される。カメラ３は、こうして照明された主走査領域Ｌからの反射光を検出して主走査領域Ｌを撮影する。カメラ３から出力される画像データは、演算処理装置１６に入力される。演算処理装置１６は、入力される画像データに対し後述するような演算処理を施すことにより、検査対象物１の表面状態を示す処理結果を出力する。演算処理装置１６から出力される処理結果は、液晶ディスプレイまたはＣＲＴディスプレイのような表示装置１６に供給され、画像として表示される。

演算処理装置１６は、コントローラ９による制御の下で、ラインイメージセンサ１２による主走査に同期して、言い換えれば光源切替器７による光源５Ａ、５Ｂ、５Ｃ及び５Ｄのそれぞれの点灯毎に演算処理を行う。光源５Ａ、５Ｂ、５Ｃ及び５Ｄのそれぞれの点灯毎に得られる処理結果は表示装置１６において個別に、すなわち図４に示すように表示装置１６の画面上の異なる表示領域１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ及び１０Ｄに画像として表示される。

一般に物体の平滑な表面を観察する場合、（ａ）斜め方向から観察すると表面形状は認識できるが、角度によっては光源からの光の反射により光源の色を観察することになってしまうため、物体表面の実際の色彩を認識することはできない。一方、（ｂ）物体表面を正面あるいはそれに近い角度の方向から観察すると、実際の色彩を認識することはできるが、凹凸のような形状を認識することは難しい。

本発明の一実施形態によると、照明角度の大きい光源５Ａ及び５Ｄの点灯時には、上記（ａ）の原理により、検査対象物１の主として形状に関する表面状態を示す処理結果が演算処理装置１６から出力される。照明角度の小さい光源５Ｂ及び５Ｃの点灯時には、上記（ｂ）の原理から、主として色彩に関する表面状態を示す処理結果が演算処理装置１６から出力される。従って、これらの処理結果を図４に示したように個別に画像として表示することにより、形状と色彩に関する表面状態を同時に観察することができる。

なお、上記の説明では光源５Ａ、５Ｂ、５Ｃ及び５Ｄを一個ずつ点灯させるようにしたが、複数個同時に点灯させるモードを含んでいてもよい。例えば、（１）５Ａのみを点灯、（２）５Ａと５Ｂを同時点灯、（３）５Ｂのみを点灯、（４）５Ｂと５Ｃを同時点灯、（５）５Ｃのみを点灯、（６）５Ｃと５Ｄを同時点灯、というように点灯させてもよい。このようにすると、一つの主走査領域Ｌに対して演算処理装置１６から４つの処理結果が出力され（光源５Ａ、５Ｂ、５Ｃ及び５Ｄを一個ずつ点灯させる場合には、６つの処理結果が出力される）、より多数の方向からの主走査が行われることになる。

検査対象物１である自動車の車体は、色彩が種々異なる。また、同じ車体でも塗装前のいわゆるホワイトボディと塗装後では色彩が異なる。色彩が異なれば明度も異なることになり、光源５Ａ、５Ｂ、５Ｃ及び５Ｄで主走査領域Ｌを照明した場合の反射光の強度も異なることになる。また、自動車の車体は表面の粗さが種々異なり、例えば表面が光沢性の場合とマット状がある。表面が光沢性の場合はカメラ３に入射する反射光の強度が高く、またマット状の場合は光が拡散するためカメラ３に入射する反射光の強度が低下する。

そこで、コントローラ９により検査対象物１の表面の色彩（明度）や表面の粗さ（光沢性かマット状か）に応じて光源駆動回路８から出力される駆動電流を変化させ、表面の明度が高い場合あるいは表面が光沢性の場合は駆動電流を下げて光源５Ａ、５Ｂ、５Ｃ及び５Ｄの発光強度を下げ、明度が低い場合あるいは表面がマット状のように粗い場合は発光強度をあげることが望ましい。このように光源５Ａ、５Ｂ、５Ｃ及び５Ｄの発光強度を検査対象物１の色彩（明度）や表面の粗さに応じて変えることによって、明度や粗さによらずほぼ一定の感度で検査を行うことができる。

さらに、検査対象物１が自動車の車体の場合、表面形状は平坦でなく、一般に曲面であり、しかも長さ方向においても変化している。すなわち、主走査領域Ｌの形状は一定でなく、検査対象物１によってまた検査対象物１の長さ方向位置によって異なる。従って、光源５Ａ、５Ｂ、５Ｃ及び５Ｄの形状を可変とすることが望ましい。具体的には、例えば照明装置４の光源５Ａ、５Ｂ、５Ｃ及び５Ｄ及び支持部材６をフレキシブルなものとし、検査対象物１や主走査領域Ｌの位置に応じて主走査領域Ｌの形状に合わせて光源５Ａ、５Ｂ、５Ｃ及び５Ｄ及び支持部材６の形状を変えるようにしてもよい。

次に、演算処理装置１６について具体的に説明する。ラインイメージセンサ１２を用いたカメラ３においては、イメージセンサ１２による明度の読み取り精度に光電変換素子によってばらつきがある。このばらつきはイメージセンサ１２を構成する個々の光電変換素子の感度の差などの原因によるものであり、素子ばらつきと呼ばれ、通常３％程度の値をとる。一般的な表面検査装置では、この素子ばらつきの範囲を越えた明度変化がないと、微細な欠陥などの検出を行うことができない。目視による明暗検出精度は１／１５００〜１／２０００と言われているので、ラインイメージセンサを用いた表面検査装置は目視の１／６０の精度しかないことになり、目視検査の代替は不可能とされてきた。

この課題を解決すべくイメージセンサの素子ばらつきを補償する方法の一例として、ラインイメージセンサによって得られる画像データ列のうち主走査方向に連続する複数の画素からなるブロックの画像データを加算し、かつ隣接するブロックの加算データの相関演算を行う技術が知られている。しかし、この方法は一つの主走査ライン上で隣接する画素にまたがっている欠陥に対しては検出が可能であるが、隣接する主走査ラインにまたがっている欠陥や、主走査ライン上で隣接する画素にまたがり、かつ隣接する主走査ラインにまたがっている欠陥に対しては検出を行うことができない。このため、検査精度の向上に限界がある。

ここで説明する演算処理装置１６を含む表面検査装置は、検査対象物上の欠陥を隣接する主走査ラインにまたがっている欠陥や主走査ライン上で隣接する画素にまたがり、かつ隣接する主走査ラインにまたがっている欠陥を検出可能である。従って、先のように検査対象物１の表面の主走査領域Ｌを照明装置４により順次異なる照明角度で照明し、各照明角度での処理結果を個別に生成して表示することと相まって、形状及び色彩に関する表面状態の検査を精度よく行うことを可能とする。

さらに、ここで説明する演算処理装置１６は分解能を例えば点について１００μｍ径、線に対して２０μｍ幅程度（髪の毛の幅を識別できる）と非常に高くとることができ、これは人間が目視で４００〜５００ｍｍ程度まで対象物に近づいて検査を行う場合の分解能と同程度である。また、これに伴い被写界深度（合焦状態が得られる範囲）についても、カメラ３から検査対象物１までの対物距離が３，６００ｍｍで、かつ主走査幅が２，４００ｍｍの場合、被写界深度は１，３００ｍｍ程度と大きい。このため、自動車の車体のように表面形状が起伏に富む検査対象物の表面状態を、対物距離３，６００ｍｍというように検査対象物１から対物比較的遠い定位置に置かれたカメラ３を用いて検査することは十分に可能である。

なお、本実施形態ではカメラ３から検査対象物１に寄った側に光源５Ａ、５Ｂ、５Ｃ及び５Ｄを配置したが、カメラ３と光源５Ａ、５Ｂ、５Ｃ及び５Ｄの位置関係はこれに限られるものではない。例えばカメラ３を搬送路２の側方に配置し、光源５Ａ、５Ｂ、５Ｃ及び５Ｄの前方に配置したミラーによって検査対象物１の表面の主走査領域Ｌからの反射光をカメラ３に導くようにしてもよい。

次に、演算処理装置１６の幾つかの具体例について説明する。
（演算処理装置の第１の具体例）
第１の具体例による演算処理装置１６は、図４に示されるようにラインメモリ１７、加算器１８、演算器１９及び判定器２０を有する。ラインメモリ１７は、カメラ３から入力される画像データを光源５Ａ、５Ｂ、５Ｃ及び５Ｄの数（厳密には、一つの主走査領域Ｌの走査回数）に相当する複数（ｎとする）の主走査ライン分記憶するメモリであり、シフトレジスタまたはＦＩＦＯ（先入れ・先出し）メモリが用いられる。

カメラ３から出力される画像データは、加算器１８の第１入力端に供給されると共に、ラインメモリ１７に供給される。ラインメモリ１７の出力は、加算器１８の第２入力端に供給される。加算器１７は、ラインメモリ１７の入力の画像データと出力の画像データとを加算する。

ここで、加算器１８の第１入力Ａ及び第２入力Ｂにそれぞれ入力される画像データは、ラインイメージセンサ１２の同一素子から得られる画像信号に対応している。すなわち、加算器１８の入力Ａに対して入力Ｂはラインメモリ１７によりｎ主走査ライン分の時間遅れている。例えば、入力Ａにラインイメージセンサ１２のｉ番目（ｉ＝１，２，…）の素子に対応する画像データが入力されるとき、入力Ｂには同じｉ番目の素子に対応する１主走査ライン前の画像データがラインメモリ１７から入力される。従って、加算器１８では図５に示すように入力Ａ、Ｂにそれぞれ入力される時間的に隣接する２つの主走査ライン（Ｎライン目とＮ＋１ライン目、Ｎ＋１ライン目とＮ＋１ライン目、…）の画像データ２１が加算され、画像データ列２２が生成される。ここで、時間的に隣接する２つの主走査ラインとは、同一光源の点灯に対応してカメラ３から出力される画像データの時間的に隣接するデータをいう。例えば、光源５Ａの点灯に対応してカメラ３から出力される第１画像データと、次に同じ光源５Ａの点灯に対応してカメラ３から出力される第２画像データとは時間的に隣接しているとする。これは以降の具体例においても同様である。

こうしてラインメモリ１７と加算器１８により構成される画像データ列生成器によって生成された画像データ列２２は、演算器１９に入力される。演算器１９は、加算器１８からの画像データ列に主走査方向Ｘに連続する複数の画素からなるブロックの画像データを加算（積算）してブロック内加算データを生成し、それをブロック内の最初の画素の画素データとし、かつ主走査方向で互いに隣接するブロック内加算データの相関値を算出する処理を、ブロックの位置を主走査方向にシフトさせて繰り返し行う。

具体的には、演算器１９は図６に示すように、加算器１８からの画像データ列２２（図参照）が初段に入力されるように接続されたＭ段のシフトレジスタ３１及び２Ｍ段のシフトレジスタ３２と、シフトレジスタ３１の各段の出力を加算する加算器３３と、シフトレジスタ３２の後段のＭ段の出力を加算する加算器３４と、加算器３３、３４の出力が供給される相関器３５によって構成される。ここで、１主走査ラインの画像データの画素を主走査方向に連続する複数の画素からなるブロックに分割したとき、Ｍは１ブロックを構成する画素数である。このＭの値は、任意に変更可能であることが望ましく、例えば１〜１１１というような値をとる。

図７を用いて演算器１９の動作を説明する。加算器３３では、加算器１８から出力される画像データ列２２のうち主走査方向に連続するＭ画素からなる一つのブロックの画像データが加算される。加算器３４では、画像データ列２２のうち加算器３３で画像データが加算されるブロックに対して主走査方向に隣接した次のブロックの画像データが加算される。ここで、加算器３３，３４から出力されるブロック内加算データをｂ１，ｂ２とすると、相関器３５においては、例えば両者の差ｂ１−ｂ２が相関値３６として求められる。

画像データ列２２の新たな画素のデータがシフトレジスタ３１，３２に入力される毎に、図７に示すように加算器３３，３４で画像データが加算されるブロックの位置が順次主走査方向にシフトされ、同様の動作が行われる。このような動作により、加算器３３，３４からブロック内加算データｃ１，ｃ２；ｄ１，ｄ２；ｅ１，ｅ２；…が順次出力され、相関器３５からはｃ１−ｃ２、ｄ１−ｄ２、ｅ１−ｅ２が相関値３６として順次求められることになる。

ここでは、相関器２５は隣接するブロック内加算データの差を相関値３６として求めたが、隣接するブロック内加算データの比（ｂ１／ｂ２、…）を相関値３６として求めてもよい。相関器２５から出力される相関値３６は、図４中の判定器２０に入力される。判定器２０は、例えばコンパレータによって構成され、相関器２６から出力される相関値３６を適当なしきい値と比較することによって、検査対象物１０の表面欠陥の有無を判定し、表面状態を示す処理結果を出力する。

すなわち、検査対象物１０上に欠陥があると、その欠陥の近傍ではラインイメージセンサ１２の同一の素子に対応する画像データの大きさが副走査に伴って、つまり検査対象物１０の相対的移動に伴って時間的に変化することにより、相関器３５で得られる相関値３６が大きくなって、判定器２０においてしきい値を越えるため、判定器２０でこの欠陥を認識することができる。判定器２０の判定結果（処理結果）は、例えばパーソナルコンピュータにより処理されて図示しない表示装置により表示される。

上記のように構成された演算処理装置１５によると、まず演算器１９においてブロック内加算を行うことによる累積機能と、主走査方向で隣接するブロック内加算データの相関をとることによる自己相関機能によって、ラインイメージセンサ１２の素子ばらつきの影響を除去すると共に、相関器３５で得られる相関値３６が大きくなり、欠陥の検出感度を高めることができる。

さらに、特にラインメモリ１７と加算器１８を用いて副走査方向に隣接する２つの主走査ラインの画像データを加算し、これにより得られた画像データ列を演算器１９に入力することによって、図８Ａに示すように検査対象物１０上の欠陥５１が一つの主走査ライン（図ではＮ番目のライン）内にのみ存在する場合は勿論、図８Ｂのように隣接する２つの主走査ライン（図ではＮ番目のラインとＮ＋１番目のライン）にまたがっている欠陥５２や、図５Ｃのように主走査ライン上で隣接する画素にまたがり、かつ隣接する２つの主走査ラインにまたがっている欠陥５３を含めて検出可能として、さらなる高精度の検査が可能となる。

以下、この原理を詳細に説明する。
まず、図８Ａに示すように検査対象物１０上の欠陥５１が一つの主走査ライン内にのみ存在する場合、図９Ａに示すように一つの画素内に存在する欠陥５０に対応する画像データ（カメラ３出力）に比較して、２つの画素にまたがって存在する欠陥５１に対応する画像データの出力が小さくなる。１画素のデータが２画素に分配されるので、出力レベルは半分になる。次のラインでは欠陥が無いので、出力は０であり、副走査方向に隣接する２ラインの画像データを加算する加算器１８の出力（画像データ列２２）はＮラインの画像信号と同じである。この画像データ列２２が演算器１９の累積機能によって主走査方向のブロック内の画素データが累積されて、当該ブロック内の所定の、例えば最初の１画素の画素データとされる。

ここで、説明の便宜上、ブロックは２画素からなるとすると、加算器３３は図９Ｂに示すように、１画素ずれた２つの画像データ列を加算する。このため、各画素データに次の画素データが加算されることになり、欠陥５１に対応する画素ｃ６′の画像データのレベルは欠陥５０に対応する画素ｃ２′の画像データと同じとなる（レベルが大きくなる）ため、欠陥５０は勿論、欠陥５１についても容易に検出することができる。

次に、図８Ｂに示すように隣接する２つの主走査ラインにまたがった欠陥５２が存在する場合、図１０Ａに示すように一つの主走査ライン内の一つの画素内に存在する欠陥５０に対応する画像データに比較して、欠陥５２に対応する画像データの出力が小さくなる。これは、Ｎラインでも（Ｎ＋１）ラインでも同じである。しかし、副走査方向に隣接する２ラインの画像データを加算する加算器１８により、欠陥５２に対応する画像データ列２２の出力は欠陥５１に対応する画像データ列２２の出力と同じになる。このため、２つの主走査ラインにまたがって存在する欠陥５２も、容易に検出することができる。図１０Ｂはブロック内加算データを示すが、この例の場合は主走査方向の２つの画素にまたがっている欠陥が存在しないので、ブロック内加算は不要である。

さらに、図８Ｃのように主走査ライン上で隣接する画素にまたがり、かつ隣接する２つの主走査ラインにまたがった欠陥５３が存在する場合、図１１Ａに示すように一つの主走査ライン内の一つの画素内に存在する欠陥５０に対応する画像データに比較して、欠陥５３に対応する画像データの出力が小さくなる。１画素のデータが４画素に分配されるので、Ｎライン、（Ｎ＋１）ラインとも欠陥５３に対応する画像データの出力レベルは１／４になる。しかし、副走査方向に隣接する２ラインの画像データを加算する加算器１８により、欠陥５３に対応する画像データ列２２の出力レベルは１／２まで増幅される。この画像データ列２２が演算器１９の主走査方向での累積機能による効果によって、当該ブロック内の所定の、例えば最初の１画素の画素データとされる。

ここで、説明の便宜上、ブロックは２画素からなるとすると、加算器３３は図１１Ｂに示すように、１画素ずれた２つの画像データ列を加算する。このため、各画素データに次の画素データが加算されることになり、欠陥５３に対応する画素ｃ６′の画像データのレベルは欠陥５０に対応する画素ｃ２′の画像データと同じとなる（レベルが大きくなる）ため、欠陥５０は勿論、欠陥５３についても容易に検出することができる。

（演算処理装置の第２の具体例）
次に、図１２を参照して演算処理装置１６の第２の具体例について説明する。先に述べた第１の具体例では、カメラ３から出力される画像データ２１について、ラインメモリ１７及び加算器１８を用いて時間的に隣接する２つの主走査ラインの画像データを加算して画像データ列２２を生成する際、これら２つの主走査ラインの副走査方向Ｙに隣接する２つの画素（主走査方向の位置が同じ画素）の画像データを加算している。

しかし、副走査方向に隣接する２つの主走査ラインの画像データを加算して画像データ列を生成する方法は、これに限られるものではなく、例えば図１２に示すような方法で画像データ列を生成してもよい。この方法では、副走査方向Ｙに隣接する２つの主走査ラインの画像データ２１について、副走査方向に隣接しかつ主走査方向に隣接する４つの画素の画像データを加算する処理を該４つの画素の位置を一画素単位で主走査方向にシフトして行うことにより、画像データ列２２Ａを生成する。

この方法によると、画像データ列の各データの大きさが大きくなるため、検査精度をさらに高めることができ、また例えば図８Ｃ、図１１Ａで説明したような主走査ライン上で隣接する画素にまたがり、かつ隣接する主走査ラインにまたがって存在する欠陥５３を検出する上で特に有効である。

（演算処理装置の第３の具体例）
第３の具体例では、時間的に隣接する２つの主走査ラインの画像データを加算して画像データ列を生成する際、第１の具体例と同様に図１３Ａに示すように時間的に隣接する２つの主走査ライン（ここでは、便宜上ＮラインとＮ＋１ラインとしている）の副走査方向に隣接する２つの画素（主走査方向の位置が同じ画素）の画像データを加算して画像データ列を生成する処理に加えて、図１３Ｂ、図１３Ｃの処理を併用する。図１３Ｂは、副走査方向に対して斜め右上がりの方向（第１の方向）で隣接する画素の画像データを加算して画像データ列を生成する処理である。図１３Ｃは、副走査方向に対して斜め左上がりの方向（第２の方向）で隣接する画素の画像データを加算して画像データ列を生成する処理である。

図１４は、第３の具体例における演算処理装置１６Ａの構成を示す図であり、ラインメモリ１７Ａは１主走査ライン分の画素数（この例では、５１２０画素）＋１＝５１２１段のシフトレジスタにより構成される。このシフトレジスタの入力と、５１２０段目の出力、５１２１段目の出力、５１１９段目の出力が加算器１８Ａ，１８Ｂ，１８Ｃによりそれぞれ加算される。これにより、加算器１８Ａからは図１０Ａに示す２つの主走査ラインの副走査方向に隣接する２つの画素の画像データを加算した画像データ列、加算器１８Ｂからは図１３Ｂに示す副走査方向に対して斜め右上がりの方向で隣接する画素の画像データを加算した画像データ列、加算器１８Ｃからは図１３Ｃに示すように副走査方向に対して斜め左上がりの方向で隣接する画素の画像データを加算した画像データ列が出力される。

これらの画像データ列は、それぞれ第１具体例で説明したと同様の演算器１９Ａ，１９Ｂ，１９Ｃを経て判定器２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃに入力され、閾値判定される。これら判定器２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃの判定結果は、例えばパーソナルコンピュータにより処理されて図示しない表示装置により表示される。この場合、判定器２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃの判定結果を互いに区別が付くように色を変えて表示してもよい。

第３の具体例によると、例えば検査対象物１０上に存在する線状のような非常に細い欠陥であって、ラインイメージセンサ１２上を斜めに横切るような欠陥に対しても、容易に検出が可能となる。すなわち、このような欠陥は２つの主走査ライン上で図１３Ｂまたは図１３Ｃに示すように副走査方向に対して斜めの方向で隣接する画素にまたがって現れるため、これらの画素の画像データを加算した後に演算器で処理することにより、容易に検出されることになる。

これまでの説明では、ラインメモリと加算器を用いて時間的に隣接する２つの主走査ラインの画像データを加算した画像データ列を演算器を介してブロック内加算を行った後、判定器に入力したが、演算器を介さずに判定器に入力しても構わない。

人間の眼球は、固視微動と呼ばれる微小な震動を行っている。すなわち、眼球は上下左右を見るときの運動とは別に、固視微動を行うことによって、網膜が刺激に慣れないようにすることで、精度を上げていると考えられている。固視微動の主たる運動成分は、上下方向である。

隣接する２つの主走査ラインの画像データを加算する処理は、このような人間の眼球の固視微動に相当している。すなわち、本実施形態では電子的な処理ないしは機械的な処理によって副走査方向の移動（微動）を行いつつ、隣接した２つの主走査ラインの画像データを加算した画像データ列を処理して表面検査を行うことにより、検査精度を上げているのである。

上述したような演算処理装置によれば、検査対象物１上の主走査ラインにまたがっている欠陥や、主走査ライン上で隣接する画素にまたがり、かつ隣接する主走査ラインにまたがっている欠陥を含めて検出することが可能である。従って、検査対象物１の表面の主走査領域Ｌを照明装置４により順次異なる照明角度で照明して各照明角度での処理結果を個別に生成して表示することと相まって、検査対象物１の形状及び色彩に関する表面状態の検査をより一層精度よく行うことができる。

本発明の一実施形態に係る表面検査装置の構成を示すブロック図 図１中の照明装置の詳細を示す斜視図 図１中の表示装置における画像表示例を示す図 図１中の演算処理装置の第１の具体例を示すブロック図 同実施形態における副走査方向に隣接する２つの主走査ラインの画像データを加算して画像データ列を生成する動作を説明する図 図４中の演算器の構成を示すブロック図 図６に示す演算器の動作を説明する図 検査対象物上の欠陥の例について説明する図 検査対象物上の他の欠陥の例について説明する図 検査対象物上のさらに別の欠陥の例について説明する図 一つの主走査ライン内にのみ存在する欠陥とそれに対応する画像データ及びブロック内加算データの関係を示す図 一つの主走査ライン内にのみ存在する欠陥に対応する画像データ及びブロック内加算データの関係を示す図 隣接する２つの主走査ラインにまたがって存在する欠陥とそれに対応する画像データ及びブロック内加算データの関係を示す図 隣接する２つの主走査ラインにまたがって存在する欠陥に対応する画像データ及びブロック内加算データの関係を示す図 は主走査ライン上で隣接する画素にまたがり、かつ隣接する２つの主走査ラインにまたがった欠陥とそれに対応する画像データ及びブロック内加算データの関係を示す図 は主走査ライン上で隣接する画素にまたがり、かつ隣接する２つの主走査ラインにまたがった欠陥に対応する画像データ及びブロック内加算データの関係を示す図 演算処理装置の第２の具体例における副走査方向に隣接する２つの主走査ラインの画像データを加算して画像データ列を生成する動作を説明する図 演算処理装置の第３の具体例における副走査方向に隣接する２つの主走査ラインの画像データを加算して画像データ列を生成する変形例を説明する図 演算処理装置の第３の具体例における副走査方向に隣接する２つの主走査ラインの画像データを加算して画像データ列を生成する変形例を説明する図 演算処理装置の第３の具体例における副走査方向に隣接する２つの主走査ラインの画像データを加算して画像データ列を生成する変形例を説明する図 演算処理装置の第３の具体例を示すブロック図

符号の説明

１・・・検査対象物
２・・・搬送路
３・・・カメラ
４・・・照明装置
５Ａ、５Ｂ、５Ｃ、５Ｄ・・・光源
６・・・支持体
７・・・光源切替器
８・・・光源駆動回路
９・・・コントローラ
１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ、１０Ｄ・・・表示領域
１１・・・結像レンズ
１２・・・ラインイメージセンサ
１３・・・増幅器
１４・・・Ａ／Ｄコンバータ
１５・・・演算処理装置
１６・・・表示装置

Claims (13)

1. 検査対象物の表面を一定の周期で主走査方向に走査するラインセンサを有し、画像データを出力するカメラと、
   前記主走査方向と直交する副走査方向に前記カメラと前記検査対象物とを相対的に移動させる副走査手段と、
   前記被検査対象物の表面の主走査領域をそれぞれ異なる照明角度で照明するように配置された複数の光源を含む照明手段と、
   前記光源を切り替えて少なくとも一つずつ選択的に点灯させる駆動手段と、
   前記駆動手段による前記光源の選択的な点灯毎に前記カメラから出力される画像データに対し演算処理を施して前記検査対象物の表面状態を示す処理結果を出力する演算処理手段と、
   前記光源のそれぞれの選択的な各点灯に対応する前記処理結果を個別に表示する表示手段とを具備する表面検査装置。
2. 前記光源は、複数のＬＥＤをライン状に配列したＬＥＤアレイである請求項１記載の表面検査装置。
3. 前記照明手段は、前記カメラに対して前記検査対象物に寄った側に配置され、前記カメラは前記主走査領域により反射されかつ前記光源の間を通過した反射光を検出するように配置される請求項１記載の表面検査装置。
4. 前記光源に対して前記検査対象物に寄った側に配置されたミラーを有し、前記カメラは前記主走査領域により反射されかつ前記ミラーにより反射された光を検出するように配置される請求項３記載の表面検査装置。
5. 前記駆動手段は、前記光源を前記ラインセンサによる走査に同期して前記主走査周期の整数倍の点灯周期で選択的に点灯させる請求項１記載の表面検査装置。
6. 前記複数の光源は、前記照明角度が相対的に大きい第１光源と前記照明角度が相対的に小さい第２光源を含み、前記演算処理手段は前記駆動手段による前記第１光源の点灯時には主として形状に関する表面状態を示す処理結果を出力し、前記第２光源の点灯時には主として色彩に関する表面状態を示す処理結果を出力する請求項１記載の表面検査装置。
7. 前記検査対象物の表面の明度及び該表面の粗さの少なくとも一方に応じて前記光源の発光強度を変化させる制御手段をさらに具備することを特徴とする請求項１記載の表面検査装置。
8. 前記演算処理手段は、同一光源の点灯に対応して前記カメラから出力される画像データの時間的に隣接する２つの主走査ラインのデータを加算して画像データ列を生成する画像データ列生成手段と、該画像データ列を用いて前記検査対象物の表面状態を判定する判定手段とを具備する請求項１に記載の表面検査装置。
9. 前記画像データ列生成手段は、前記隣接する２つの主走査ラインの画像データのうち、前記主走査方向における同一位置の画素の画像データを加算する請求項８に記載の表面検査装置。
10. 前記画像データ列生成手段は、前記隣接する２つの主走査ラインの画像データのうち、前記副走査方向に隣接し、かつ前記主走査方向に隣接する４画素の画像データを加算して前記画像データを得る請求項８に記載の表面検査装置。
11. 前記画像データ列生成手段は、前記隣接する２つの主走査ラインの画像データのうち、前記副走査方向に隣接し、かつ前記主走査方向に隣接する４画素の画像データを加算して第１画像データ列を生成し、前記隣接する２つの主走査ラインの画像データのうち、前記副走査方向に対して斜めの第１の方向で隣接する２画素の画像データを加算して第２画像データ列を生成し、前記隣接する２つの主走査ラインの画像データのうち、前記副走査方向に対して斜めの第２の方向で隣接する２画素の画像データを加算して第３画像データ列を生成する請求項８に記載の表面検査装置。
12. 前記判定手段は、前記画像データ列のうち前記主走査方向おいて連続する複数の画素からなるブロック内の画像データを加算してブロック内加算データを算出する累積手段と、前記主走査方向において隣接するブロックのブロック内加算データの相関値を算出する相関手段と、前記相関値を閾値判定する手段とを具備する請求項８に記載の表面検査装置。
13. 前記判定手段は、前記ブロックを前記主走査方向に１画素ずつシフトさせて前記ブロック内加算と相関演算を繰り返し行う請求項１２に記載の表面検査装置。

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