JPH04220551A - 透明物体の欠陥検査方法とその装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、透明ガラス容器等の透
明物体の欠陥の有無や形状や種類等を検査する方法及び
装置に関する。なお、本発明で「透明」とはいわゆる「
半透明」も含めて言うものとする。

【０００２】

【従来の技術】特開平２−４９１４８号公報には、びん
の胴部を縞模様を形成するように照明し、その胴部の透
過映像を二次元光電変換装置で光電変換し、光電変換さ
れた透過映像を上記縞模様の縞方向に対して斜め方向に
走査し、その走査線上に近接する少なくとも３点の明る
さを比較し、これら３点の内側に位置する注目点の明る
さが両側の周辺点の明るさに対して所定値以上異なる場
合に当該注目点を欠陥点として検出し、その検出された
欠陥点に基づいて欠陥の有無を判定する、びんの胴部の
検査方法が開示されている。

【０００３】この従来例は、要するに、縞模様を例えば
白黒の帯が交互に繰り返すパターンとした場合、びんに
欠陥があれば、その遮光性又は屈折性により白部分に黒
、黒部分に白の透過映像が連続して現れるのに対し、欠
陥がなければそれが現れないか又は離散的に現れるとい
うことに立脚している。そして、所定距離離れたＡ・Ｂ
・Ｃ３点のうちＡ点を注目点とした場合、Ａ点とＢ点と
の間、及びＡ点とＣ点との間の明るさの差の絶対値が共
に設定値を越えた場合に、Ａ点を欠陥点とするものであ
る。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、これによると
、異物や汚れ等の遮光性欠陥、及び泡、すじ、しわ等の
屈折性欠陥の有る無しは検出できるが、その種類や形状
までは判別することができない。また、小さい欠陥につ
いては画像処理上、その有無の判定も難しい。欠陥は、
ガラスそのものに起因するものと成形に起因するものに
大別されるが、欠陥の種類及び形状を判別できれば、そ
の発生原因や発生過程などが分かるため、その防止策を
容易にかつ早急に採れるので、製品の品質の安定化を図
る上で非常に重要なことである。

【０００５】本発明の目的は、遮光性の欠陥及び屈折性
の欠陥のいずれについても、その有無は勿論のこと、そ
の形状や種類までも判別することができ、しかも欠陥が
小さくともその判別を精度良く行える透明物体の欠陥検
査方法及び装置を提供することである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明による欠陥検査方
法は、明暗が所定のピッチＰで規則性をもって連続する
モアレ等の基準パターンを、そのまま又は欠陥のない正
常な透明物体を透して固体撮像素子によるイメージセン
サで受光し、その受光したパターンの明暗の画素数から
上記ピッチＰを検出した後、同じ基準パターンを検査対
象の透明物体を透して同じイメージセンサで受光し、そ
の画素データに対し、上記検出したピッチＰを基準とす
る所定画素数だけ離れた画素データの平均値から閾値を
設定し、この閾値に従い各画素の明暗を判定し、その明
暗数から欠陥を判定する。

【０００７】上記平均値は、検出したピッチＰの２分の
１だけ離れた２つの画素データから求めることが望まし
い。その平均値に補正値を加えた値を上閾値、該補正値
を差し引いた値を下閾値とし、各画素データがこれら上
下の閾値の間のときは暗、それ以外のときは明と判定す
ると良く、さらにその後、単位面積当たりの複数の画素
群につき明暗それぞれの画素数を計数し、その差に従い
各画素の明暗を決定すると一層良い。

【０００８】本発明による欠陥検査装置は次のような手
段よりなる。 ■　　明暗が所定のピッチＰで規則性をもって連続する
モアレ等の基準パターン ■　　該基準パターンを透明物体を透して受光する固体
撮像素子によるイメージセンサ ■　　正常な透明物体を透し又はそのまま該イメージセ
ンサによって受光された基準パターンの像の明暗の画素
数から上記ピッチＰを検出する基準パターンピッチ検出
手段 ■　　検査対象の透明物体を透してイメージセンサに受
光された基準パターンの画素データについて、上記ピッ
チＰを基準とする所定画素数だけ離れた２つの画素デー
タの平均値を算出する平均値算出手段 ■　　その平均値から明暗判定レベルの上下の閾値を設
定する閾値設定手段 ■　　画素データが上下の閾値の間のときは暗、それ以
外のときは明と判定することによって基準パターンによ
るデータを消去する基準パターン消去手段■　　その消
去後の画素データについて、単位面積当たりの複数の画
素群につきその明暗それぞれの画素数を計数し、その差
に従い各画素の明暗を決定する明暗決定手段■　　その
決定された明暗数により欠陥を判定する欠陥判定手段

【０００９】

【作用】本発明の欠陥検出の基本思想は、明暗が所定の
ピッチＰで規則性をもって連続するモアレ等の基準パタ
ーンを透明物体を透して撮影した場合、欠陥のない透明
物体ではその基準パターンの規則性が損なわれないの対
し（図５参照）、欠陥のある透明物体では、その欠陥が
遮光性及び屈折性のいずれであっても、規則性が損なわ
れる（図６参照）、ということに立脚している。従って
、本発明で言う基準パターンのピッチＰは検出しようと
する欠陥の大きさに比べて小さく設定される。この点に
関し上述した従来例では、縞模様の帯の太さ及びピッチ
を比較的大きくしないと画像処理が難しく、それだけ小
さい欠陥に対する精度が落ちることになる。

【００１０】本発明では、基準パターンをそのまま又は
欠陥のない正常な透明物体を透して撮影することにより
得られたデータから、基準パターンのピッチＰを検出す
る。そして、検査対象の透明物体を透して基準パターン
を撮影した画素データの明暗判定を行うに当たり、基準
パターンのピッチＰの例えば２分の１離れた２つの画素
データの平均値を求め、この値から明暗判定の閾値を設
定する。画素データの明暗が基準パターン通りであれば
、そのピッチの２分の１だけズレた２つの画素のデータ
の平均値は、イメージセンサの入光光量の変化などに影
響されることなく一定である。この求めた平均値から閾
値を設定する。例えば、平均値に、予め決めた補正値を
加えた値を上閾値、該補正値を差し引いた値を下閾値と
する。

【００１１】そして、各画素データをこれら上下の閾値
に従い２値化し、上下の閾値の間のときは「０」（すな
わち暗）、それ以外のときは「１」（すなわち明）とす
れば、基準パターン通りに明暗が規則的になっている画
素群についてはほとんど「１」となるので、その暗部分
の大半が消去される。つまり、画素データのなかの基準
パターンの明暗による要素がほとんど除去されるのに対
し、欠陥によりパターンが欠如した又はランダムになっ
た部分は残ることになる。この後、さらにフィルタリン
グ、つまりある画素の明暗（１か０か）を最終的に決定
するに当たり、その周囲の単位面積当たりの複数の画素
群につきその明暗それぞれの画素数を計数し、「１」（
明）の画素数が過半数以上であれば、その単位面積の平
均の明るさは明であるため、当該画素自体は「０」（暗
）であっても、それを「１」（明）とする。逆に、「０
」（暗）の画素数が過半数以上であれば、その単位面積
の平均の明るさは暗であるため、当該画素自体は「１」
（明）であっても、それを「０」（暗）とする。 このようなフィルタリングを行うと、欠陥により暗とな
った画素だけ抽出され、その画素を例えば計数すること
により欠陥の有無、さらにその形状や種類を容易に判定
することができる。

【００１２】

【実施例】以下、本発明の実施例について説明する。図
２に本発明の方法の一例の概念を示す。この例では、基
準パターン１を拡散ストロボ光源２で照明し、これを、
コンベア３で検査位置に搬送されてきた検査対象の透明
物体（例えば透明なガラスコップ）４の胴部を透して二
次元のＣＣＤカメラ５で撮影し、その撮影データを、拡
散ストロボ光源２の発光と同期してＣＰＵやＲＡＭやＲ
ＯＭ等を含む画像処理装置６に取り込み、該画像処理装
置６で画像処理して透明物体４の欠陥を検査する。図３
は基準パターン１の一例を示し、幅Ｗ１　の明部分７と
幅Ｗ２　の暗部分８とが一定のピッチＰで交互に平行に
並んだ斜めのモアレになっている。例えばＷ１　は０．
８ｍｍ、Ｗ２　は０．５ｍｍ、Ｐは１．３ｍｍである。 また本例では、図４に示すように透明物体４に対する検
査範囲θを、その曲率による屈折光の影響を少なくする
ため、及びＣＣＤカメラ５の視野の関係から透明物体４
の胴部を大体６０度ずつ３回に分けて検査する。

【００１３】図５に欠陥のない透明物体４の場合におけ
る光路、図６に屈折性の欠陥部分９がある透明物体４の
場合における光路を示す。図５の場合には、基準パター
ン１の明暗７，８による光線は透明物体４を真っ直ぐ透
過し、ＣＣＤカメラ５においてレンズ１０により集光さ
れ、基準パターン１に対応した、すなわち明部分１２と
暗部分１３とが基準パターン１の規則性と同様の幅、ピ
ッチ及び傾斜をもって整列したモアレ像としてＣＣＤ型
の二次元イメージセンサ１１（エリアセンサ）に受光さ
れる。これに対し第６図の場合には、欠陥部分９におい
て光線が屈折されるため、二次元イメージセンサ１１に
受光された像は、欠陥部分９に対応する部分で明部分１
２と暗部分１３との規則性がくずれ、その幅とピッチと
傾斜が基準パターン１とは対応しないものとなる。欠陥
部分９が遮光性の場合も同様である。

【００１４】イメージセンサ１１で受光された基準パタ
ーン１の像が図７の如くであった場合、イメージセンサ
１１の出力を例えば直線Ｉ−Ｉに沿った画素（受光素子
）について取り出すと、明部分１２と暗部分１３との規
則性が保たれている部分では、その出力信号はほぼ正弦
波に近い波形で表され、規則性が損なわれている部分、
例えば図のように暗部分１３が続いている部分では信号
波が欠落する。図８から図１１はイメージセンサ１１の
画素出力を横一列（水平）に取り出したときの波形図で
、図８は透明物体４に欠陥がなく基準パターン１通りの
像が得られた場合で、一定ピッチＰで繰り返す正弦波と
なっている。図９、図１０、図１１はいずれも欠陥があ
る場合で、図９は欠陥のためにピッチが小さくなった場
合、図１０はピッチが大きくなった場合、図１１は波が
欠落した場合である。

【００１５】図１に画像処理装置６の概要構成を示し、
ＣＰＵによって管理される機能によってその構成を分け
たもので、この画像処理装置６はアナログ／デジタルコ
ンバータ１４とメモリ１５と基準パターンピッチ・方向
検出手段１６と平均値算出手段１７と閾値設定手段１８
と基準パターン消去手段１９と明暗決定手段２０と欠陥
判定手段２１とで構成される。二次元イメージセンサ１
１の出力はアナログ／デジタルコンバータ１４によりデ
ジタルデータに変換された後、各画素ごとにメモリ１５
に記憶される。

【００１６】先ず、基準パターン１のピッチＰを検出す
るため、該基準パターン１をそのまま又は欠陥のない透
明物体を透してＣＣＤカメラ５で撮影する。この場合、
ＣＣＤカメラ５のイメージセンサ１１に受光される像は
上記のように基準パターン１の規則性に対応したものと
なり、取り出される信号波形は正弦波で表される。基準
パターンピッチ・方向検出手段１６は、この正弦波の繰
り返し周期に相当する画素数をもって基準パターン１の
ピッチＰを検出するとともに、その傾斜の方向も検出す
る。図１２にその正弦波を基準とした画像処理の手法を
示す。なお、この画像処理は、実際には、イメージセン
サ１１から取り出されてメモリ１５に記憶された各画素
ごとのデジタルデータを読み出してデジタル処理で行わ
れるものであるが、説明の便宜上、図１２の波形をもっ
てアナログ的に説明する。

【００１７】基準パターンピッチ・方向検出手段１６で
基準パターン１のピッチＰ及び傾斜方向を検出した後、
検査対象の透明物体４をコンベア３で検査位置へ搬送し
、基準パターン１を該透明物体４を透してＣＣＤカメラ
５で撮影する。その撮影により得られたイメージセンサ
１１からのデータは各画素ごとにメモリ１５に記憶され
る。平均値算出手段１７は、検出された基準パターン１
のピッチＰ（正弦波の位相にして３６０度）及び傾斜方
向を参照し、その２分の１のピッチ、つまりＰ／２だけ
位相（１８０度）がズレた２点の画素データを取り出し
、これを明暗それぞれにつき複数個所について行い、明
部分の平均値（複数個所の明部分の最大輝度の平均値）
と暗部分の平均値（複数個所の暗部分の最小輝度の平均
値）をそれぞれ算出する。いま、図１２において基準パ
ターン１が存在する部分につきＰ／２だけ離れたａ点の
値をＨａ、ｂ点の値をＨｂとすると、平均値は（Ｈａ＋
Ｈｂ）／２となる。また、基準パターン１が存在しない
又はそのパターンが乱れいる部分につきＰ／２だけ離れ
たｃ点の値をＨｃ、ｄ点の値をＨｄとすると、平均値は
（Ｈｃ＋Ｈｄ）／２となる。なお、平均値を求めるピッ
チは基準パターン１のピッチＰの２分の１にするのが好
ましいが、これに限られものではない。

【００１８】閾値設定手段１８は、平均値算出手段１７
で求められた平均値（Ｈａ＋Ｈｂ）／２又は（Ｈｃ＋Ｈ
ｄ）／２に予め決めた所定の補正値αを加えることによ
り、上閾値ＵＴＨ＝（Ｈａ＋Ｈｂ）／２＋α又はＵＴＨ
＝（Ｈｃ＋Ｈｄ）／２＋αを設定するとともに、平均値
（Ｈａ＋Ｈｂ）／２又は（Ｈｃ＋Ｈｄ）／２から補正値
αを差し引くことにより、下閾値ＬＴＨ＝（Ｈａ＋Ｈｂ
）／２−α又はＬＴＨ＝（Ｈｃ＋Ｈｄ）／２−αを設定
する。

【００１９】基準パターン消去手段１９は、メモリ１５
に記憶された各画素データを上閾値ＵＴＨ及び下閾値Ｌ
ＴＨと比較し、図１２に示すように、当該画素データが
上下の閾値ＵＴＨとＬＴＨの間のときは「０」（すなわ
ち暗）、それ以外のときは「１」（すなわち明）として
２値化する（同図の下側に２値化信号として表す）。こ
のような２値化処理により、基準パターン１通りに明暗
が水平方向に規則的になっている画素群はほとんど「１
」と判定されるため、基準パターン１の暗部分の大半が
消去される。つまり、基準パターンによる暗部分はほと
んど除去されるのに対し、欠陥により基準パターンが欠
如した暗部分（２値数で０）又はランダムになった暗部
分は残ることになる。

【００２０】基準パターン消去手段１９による上記のよ
うな２値化によっても、図１２に示す如く、基準パター
ン１による規則性のある暗部分（２値数で０）が僅かず
つ残るが、その残った暗部分の大きさ（０と判定された
画素の連続個数）は、欠陥による暗部分に比べ小さい。 そこで、明暗決定手段２０は、基準パターン消去手段１
９による仮の２値化後に、さらに各画素の明暗（１か０
か）を、周辺の複数の画素との関係から次のようなフィ
ルタリング処理により最終的に決定する。図１３及び図
１４にその手法を示す。いま、図１３においてある１つ
の画素２２が基準パターン消去手段１９による２値化に
よって仮に「０」と判定されていたとする。この画素２
２について「１」か「０」かを最終的に決定するに当た
り、この画素２２にさらにその周囲の画素２３も加えた
単位面積当たりの画素群につき、「１」とされた画素の
個数と、「０」とされた画素の個数をそれぞれ計数する
。そして、その多い方の２値数をもって当該画素２２の
２値数を決定する。図の例の場合、「１」の画素数が過
半数を越えているので、画素２２を図１４のように「０
」から「１」に変更する。すなわち、単位面積当たりの
画素群について、その平均の輝度を求め、決められた輝
度以上ならば、その中心の画素を「１」（明）とする。 このような処理により、基準パターン消去手段１９で残
った基準パターン１の暗部分は除去され、欠陥による暗
部分だけが抽出される。

【００２１】欠陥判定手段２１は、明暗決定手段２０に
よる明暗決定後の画素について、「０」が続いている部
分の画素数を水平方向及び垂直方向、あるいはさらに斜
め方向に計数し、その値が所定以上のとき欠陥有りと判
定して検査対象の透明物体４を排除する排除信号を出力
する。また、その計数した画素数から欠陥の形状や種類
を公知のパターン認識手法により判定する。

【００２２】図１５から図１７は検査作業のそれぞれ異
なる例を示す。図１５の場合、第１の光源２ａ　と第２
のＣＣＤカメラ５ａ　、第２の光源２ｂ　と第２のＣＣ
Ｄカメラ５ｂ　、第３の光源２ｃ　と第３のＣＣＤカメ
ラ５ｃ　の３組を、コンベア３の搬送方向（矢印方向）
に離して配置し、その第１と第２の間、及び第２と第３
の間に第１及び第２の２台の回転装置２４を設置する。 そして、第１のＣＣＤカメラ５ａ　により透明物体４の
胴部の３分の１を撮影し、透明物体４を第１の回転装置
２４へ搬送して６０度回転させた後、搬送して第２のＣ
ＣＤカメラ５ｂ　で次の３分の１を撮影し、次いで第２
の回転装置２４へ搬送してさらに６０度回転させ、同様
に搬送して第３のＣＣＤカメラ５ｃ　で残りの３分の１
を撮影する。なお、２５はコンベア３の速度を検出する
速度検出装置、２６は、欠陥判定手段２１により欠陥有
りと判定された透明物体４をコンベア３上より排除する
排除装置である。

【００２３】図１６の場合、第１組の光源２ａ　及びＣ
ＣＤカメラ５ａ　と、第２組の光源２ｂ　及びＣＣＤカ
メラ５ｂ　とを、その光軸が６０度の角度をなすように
配置する一方、これより離して第３組の光源２ｃ　及び
ＣＣＤカメラ５ｃ　を配置し、第１組と第２組のＣＣＤ
カメラ５ａ　，５ｂ　で透明物体４の胴部をそれぞれ３
分の１ずつ同一場所で撮影した後、透明物体４を回転装
置２４へ搬送して９０度回転させ、第３組のＣＣＤカメ
ラ５ｃ　で残りの３分の１を撮影する。

【００２４】図１７の場合、３組の光源及びＣＣＤカメ
ラを６０度の角度をなすように配置し、透明物体４の胴
部をそれぞれ３分の１ずつ同一場所で撮影する。

【００２５】以上、本発明の好適な実施例について説明
したが、本発明はこれに限定されるものではない。基準
パターン１は上記の実施例では斜めのモアレとしたが、
図１８のような格子模様でも良く、明暗が所定のピッチ
で規則的に連続しているものであれば良い。また、上閾
値と下閾値の２つの閾値を設定したが、一つの閾値を基
準として明暗の判定を行っても良い。上記の例では二次
元ＣＣＤカメラ５を使用し、基準パターン１及び透明物
体４を静止させた状態で検査したが、透明物体４を回転
させながら検査しても良い。さらに、図１９図に示すよ
うに一次元イメージセンサ（ラインセンサ）２７を備え
た一次元ＣＣＤカメラ２８を使用し、円筒形の基準パタ
ーン３０を光源３０の回りで回転させると同時に、透明
物体４を回転させる方法でも、上記と同様の処理により
欠陥を検査できる。

【００２６】

【発明の効果】本発明によれば、遮光性の欠陥及び屈折
性の欠陥のいずれについても、その有無は勿論のこと、
その形状や種類までも判別することができ、しかも欠陥
が小さくともその判別を精度良く行える。

【図面の簡単な説明】

【図１】　　　　本発明による透明物体の欠陥検査装置
のブロック図である。

【図２】　　　　本発明による方法の概念図である。

【図３】　　　　基準パターンの一例の態様図である。

【図４】　　　　透明物体の検査領域を示す説明図であ
る。

【図５】　　　　欠陥がない場合の光路図である。

【図６】　　　　欠陥がある場合の光路図である。

【図７】　　　　基準パターンの撮影像とイメージセン
サの出力波形を対照して示す図である。

【図８】　　　　欠陥がない場合の基準のピッチ通りの
波形図である。

【図９】　　　　欠陥により上記ピッチが小さくなった
場合の波形図である。

【図１０】　　欠陥によりピッチが大きくなった場合の
波形図である。

【図１１】　　欠陥により波が欠落した場合の波形図で
ある。

【図１２】　　閾値設定及び２値化の手法を示す波形図
である。

【図１３】　　フィルタリング処理の手法を説明する図
である。

【図１４】　　フィルタリング処理の手法を説明する図
である。

【図１５】　　検査作業を説明する平面図である。

【図１６】　　検査作業の他の例を説明する平面図であ
る。

【図１７】　　検査作業の別の例を説明する平面図であ
る。

【図１８】　　基準パターンの他の例を示す態様図であ
る。

【図１９】　　一次元ＣＣＤカメラを使用して検査する
本発明の他の例の概念図である。

【符号の説明】

１　　　　　　基準パターン １１　　　　　　二次元イメージセンサ１６　　　　　
　基準パターンピッチ・方向検出手段１７　　　　　　
平均値算出手段 １８　　　　　　閾値設定手段 １９　　　　　　基準パターン消去手段２０　　　　　
　明暗決定手段 ２１　　　　　　欠陥判定手段

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】明暗が所定のピッチＰで規則性をもって連
   続するモアレ等の基準パターンを、そのまま又は欠陥の
   ない正常な透明物体を透して固体撮像素子によるイメー
   ジセンサで受光し、その受光したパターンの明暗の画素
   数から上記ピッチＰを検出した後、同じ基準パターンを
   検査対象の透明物体を透して同じイメージセンサで受光
   し、その画素データに対し、上記検出したピッチＰを基
   準とする所定画素数だけ離れた２つの画素データの平均
   値から閾値を設定し、この閾値に従い各画素の明暗を判
   定し、その明暗数から欠陥を判定することを特徴とする
   透明物体の欠陥検査方法。
2. 【請求項２】前記検出したピッチＰの２分の１だけ離れ
   た２つの画素データの平均値から閾値を設定することを
   特徴とする請求項１記載の透明物体の欠陥検査方法。
3. 【請求項３】前記平均値に補正値を加えた値を上閾値、
   該補正値を差し引いた値を下閾値とし、各画素データが
   これら上下の閾値の間のときは暗、それ以外のときは明
   と判定することを特徴とする請求項１又は２記載の欠陥
   検査方法。
4. 【請求項４】上記上下の閾値による明暗判定後、さらに
   単位面積当たりの複数の画素群につき明暗それぞれの画
   素数を計数し、その差に従い各画素の明暗を決定するこ
   とを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の透
   明物体の欠陥検査方法。
5. 【請求項５】明暗が所定のピッチＰで規則性をもって連
   続するモアレ等の基準パターンと、該基準パターンを透
   明物体を透して受光する固体撮像素子によるイメージセ
   ンサと、正常な透明物体を透し又はそのまま該イメージ
   センサによって受光された基準パターンの像の明暗の画
   素数から上記ピッチＰを検出する基準パターンピッチ検
   出手段と、検査対象の透明物体を透して上記イメージセ
   ンサに受光された上記基準パターンの画素データについ
   て、上記検出されたピッチＰを基準とする所定画素数だ
   け離れた２つの画素データの平均値を算出する平均値算
   出手段と、その平均値から明暗判定レベルの上下の閾値
   を設定する閾値設定手段と、上記画素データが上記上下
   の閾値の間のときは暗、それ以外のときは明と判定する
   ことによって基準パターンによるデータを消去する基準
   パターン消去手段と、その消去後の画素データについて
   、単位面積当たりの複数の画素群につきその明暗それぞ
   れの画素数を計数し、その差に従い各画素の明暗を決定
   する明暗決定手段と、その決定された明暗数により欠陥
   を判定する欠陥判定手段とを備えてなることを特徴とす
   る透明物体の欠陥検査装置。