JPH0650741A - 物体の表面検査装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 カメラ３に捕らえられた欠陥部分の明暗画像
から凹凸状態に対応した画像を作成して検査対象物５の
欠陥位置に投影し，検査対象物５上の欠陥位置に欠陥の
凹凸形状を表示することができる物体の表面検査装置を
提供する。 【構成】 検査対象物５表面の凹凸状態が明暗変化に強
調された明暗画像としてカメラ３に捕らえ，この明暗画
像中に検出される欠陥部に設定した検査領域に対して明
暗変化から画像処理装置７により検査領域の凹凸変化画
像を作成する。凹凸変化画像はカメラ３の撮像領域と同
一位置に画像を投影することができる投影器６に入力し
て検査対象物５に投影すると，欠陥部の位置に欠陥の凹
凸形状の画像が映し出されるので，検査対象物５上に欠
陥の位置と欠陥の形状とを特定することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は，物体表面の欠陥による
凹凸変化を光学的に強調することにより，検査対象物の
表面欠陥を検出する物体の表面検査装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】物体表面の欠陥を検査するための装置と
して，逆反射スクリーンによる表面検査装置があり，検
査対象物表面の凹凸欠陥を光学的に強調した明暗画像と
して捕らえることができ，検査対象物表面の欠陥を効果
的に検出することができる。上記逆反射スクリーンによ
る表面検査装置の基本的な構成は，図８に示すように逆
反射スクリーン３０，カメラ３１，光源３２の基本要素
により構成される。同図に示すように，検査対象物３３
の表面を逆反射スクリーン３０と光源３２の間に配し
て，光源３２の光が検査対象物３３の表面に当たり，反
射して逆反射スクリーン３０に向かうような相対的位置
にそれぞれを配置する。上記配置により，光源３２から
の光は検査対象物３３で反射し，逆反射スクリーン３０
に入って入射光軸とほぼ同じ方向に反射するので，再び
検査対象物３３の表面で反射して光源３２のやや上方に
配置されたカメラ３１に捕らえられる。この構成によっ
て検査対象物３３の表面の凹凸変化が光学的に強調され
た画像をカメラ３１で捕らえることができ，平滑である
べき表面の欠陥場所を容易に発見することができる。上
記逆反射スクリーンによる表面欠陥の検出原理を，図９
及び図１０を用いて説明する。図９は検査対象物３３の
表面に欠陥の無い場合を示し，図１０は欠陥が有る場合
を示している。逆反射スクリーン３０は，その表面にビ
ーズ状の反射球３４が密設されており，各反射球３４は
入射光に対し図示するような指向性の反射パターンを有
している。図９，図１０に示すように光源方向からきた
光は，検査対象物３３の表面で逆反射スクリーン３０の
方向に反射する。一方，光源近傍の光源よりやや上方に
配置されたカメラは，図中のカメラビューイング方向か
ら検査対象物３３表面に向いており，逆反射スクリーン
３０からの反射光が検査対象物３３で再反射する光を捕
らえている。検査対象物３３表面のＡ，Ｂ，Ｃの各点を
カメラから見るとき，図９に示すように欠陥のない平面
では逆反射スクリーン３０の各反射球３４の角度αで反
射される同じ強さの光を見ていることになり，カメラは
濃淡変化のない中間的な明るさをもった面として捕らえ
る。図１０のように検査対象物３３の表面に欠陥がある
場合，欠陥のないＡ点では前記と同様に，逆反射スクリ
ーン３０の反射球３４の角度αの反射光を捕らえるが，
Ｂ点（カメラ側から見て下り坂）では反射角γの強い光
を捕らえ，Ｃ点（カメラ側から見て上り坂）では角度β
の弱い反射光を捕らえることになる。従って，Ｂ点のよ
うな下り坂は明るく，Ｃ点のような上り坂は暗く見える
ことになる。逆反射スクリーン３０の反射球３４の反射
パターンの指向性の幅は約±１度と鋭いため，欠陥の微
妙な傾きでも明暗の変化量が激しく，欠陥の凹凸が強調
されて観測されることになる。上記のようにして欠陥の
凹凸を明暗強調画像としてカメラに捕らえられることが
できるので，画像中に検出された欠陥画像から，欠陥の
凹凸レベルと欠陥位置を検査対象物上に求めるために，
以下のような手順が実施される。 （１）図１１に示すように，撮像画像中に明暗変化で示
される欠陥部分の位置に検査ラインＡ−Ｂを設定して，
検査ラインＡ−Ｂ上のグレイレベルを測定すると，図１
２に示すようなグレイレベルグラフが検出でき，欠陥の
凹凸レベルが示される。 （２）検査対象物３３の左上端を基準点として，検査ラ
インＡ−Ｂまでの横方向（Ｘ軸方向）の距離と，ライン
Ａ−Ｂの中心点までの縦方向（Ｙ軸方向）の距離とを演
算する。 （３）演算された欠陥位置までの距離をもとに，検査対
象物３３上で欠陥位置の特定がなされる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上記逆反射スクリーン
による表面検査装置において得られた欠陥位置を検査対
象物上に特定するためには，位置特定のための基準点を
設定すると共に，画像上で演算した基準点から欠陥部分
までの距離をもとに，検査対象物上で人手による計測を
実施しなければならない問題点があった。また，欠陥部
分のグレイレベルは，検査ラインＡ−Ｂ上だけの検出で
しかないので，欠陥部分全体の凹凸状態を知ることがで
きない問題点もあった。本発明は，上記問題点に鑑みて
創案されたもので，カメラに捕らえられた欠陥部分の明
暗画像から凹凸状態に対応した画像を作成して，これを
例えば検査対象物の欠陥位置に投影し，検査対象物上に
欠陥の凹凸形状を表示することができる物体の表面検査
装置を提供することを目的とする。

【０００４】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明が採用する手段は，検査対象物の表面からの反
射光をカメラで捕らえることにより，検査対象物の表面
状態を明暗変化に強調された画像として得る物体の表面
検査装置において，前記カメラに捕らえられた検査領域
内の明暗情報から検査表面の凹凸状態を演算する凹凸形
状演算手段と，該凹凸形状演算手段により算出された凹
凸状態に対応する凹凸変化画像を作成する画像作成手段
と，該画像作成手段から出力される凹凸変化画像を投影
する画像投影手段とを具備してなることを特徴とする物
体の表面検査装置として構成される。上記画像作成手段
は上記凹凸形状演算手段で演算された凹凸状態に対応し
た着色画像を作成する物体の表面検査装置として構成す
ることができる。本発明は前記した逆反射スクリーンに
よる表面検査装置に適用可能であることはもとより，逆
反射スクリーン以外の任意の表面検査装置で得られた明
暗情報に基づいて処理することができる。

【０００５】

【作用】本発明によれば，検査対象物表面の凹凸状態が
明暗変化に強調された明暗画像としてカメラに捕らえ，
この明暗画像中に検出される欠陥部に設定した検査領域
に対して明暗変化から凹凸状態を凹凸形状演算手段によ
り算出して，この算出された凹凸状態に対応して画像作
成手段によって検査領域の凹凸変化画像を作成する。凹
凸変化画像は任意のスクリーン上に投影できるが，カメ
ラの撮像領域と同一位置に画像を投影すると，欠陥部の
位置に欠陥の凹凸形状の画像が映し出されるので，検査
対象物上に欠陥の位置と欠陥の形状とを表示することが
できる。従って，画像上で算出した位置を検査対象物上
で測定する手間もなく，また，欠陥の全体形状及び凹凸
レベルも同一位置で示されるので，欠陥の確認や補修の
作業が容易に行い得る。上記画像作成手段により作成さ
れる凹凸変化画像は，凹凸状態に対応する着色画像とす
ることによって，凹凸のレベルが色別表示されるので，
凹凸形状や凹凸レベルの確認がより容易に行い得る。

【０００６】

【実施例】以下，添付図面を参照して本発明を具体化し
た実施例につき説明し，本発明の理解に供する。尚，以
下の実施例は本発明を具体化した一例であって，本発明
の技術的範囲を限定するものではない。ここに，図１は
本発明の実施例に係る物体の表面検査装置の構成を示す
模式図で，逆反射スクリーンによる表面検査装置に適用
した実施例を示し，図１（ａ）は側面構成，図１（ｂ）
は平面構成を示している。図２は実施例に係るカメラ及
び投影装置の移動装置の構成を示す斜視図，図３はカメ
ラと投影器との連動と画像処理とを行うための構成を示
すブロック図，図４はカメラに対する投影器の位置決め
の方法を示す説明図，図５は表面検査の手順を示すフロ
ーチャート，図６はカメラに捕らえた明暗画像の例を示
す画像図，図７は画像処理によって作成された凹凸変化
画像の例を示す画像図である。図１において，本実施例
に係る表面検査は，逆反射スクリーンにより検査対象物
表面の凹凸変化を明暗強調して表示することができる逆
反射スクリーン表面検査装置を利用している。逆反射ス
クリーンによる表面検査は，逆反射スクリーン２，カメ
ラ３，光源４の基本要素の間に検査対象物５をおき，光
源４の光が検査対象物５の表面に当たり，反射して逆反
射スクリーン２に向かうような相対的位置に配置する。
光源４からの光は検査対象物５で反射し，逆反射スクリ
ーン２に入って入射光軸とほぼ同じ方向に反射するの
で，再び検査対象物５の表面で反射して光源４のやや上
方に配置されたカメラ３に捕らえられる。この構成によ
って検査対象物５の表面の凹凸変化が光学的に強調され
た画像をカメラ３で捕らえることができ，平滑であるべ
き表面の欠陥場所を容易に発見することができる。表面
欠陥の検出原理は，従来例で説明した通りである。本実
施例になる表面検査装置１では，図１（ｂ）に示すよう
に上記基本構成の他に，逆反射スクリーン２と平行にカ
メラ３に併設して投影器６が配置されている。カメラ３
が捕らえた明暗画像は画像処理装置７で画像処理された
後，投影器６に入力され，検査対象物５に投影される。
カメラ３と投影器６とは，図２に示すような移動装置３
ａ，６ａにそれぞれ搭載されて縦横方向及び光軸の前後
方向に自在に移動できるように構成されている。図３に
示すように，カメラ３で捕らえた明暗画像は，凹凸形状
演算部８と画像作成部９とを備えた画像処理装置７に入
力されて画像処理がなされた後，投影器６に入力され
て，投影器６からカメラ３の撮像位置に処理画像が投影
される。カメラ３の撮像位置と同一位置に処理画像を投
影するために，カメラ３と投影器６とは検査開始時に位
置決めされた後，カメラ３の縦横及び前後方向の移動量
は移動量検出装置１０によって検出され，この移動量は
投影器６の移動装置６ａに入力されて投影器６がカメラ
３と連動して移動できるように構成されている。前記カ
メラ３と投影器６との位置決めは，図４に示すように行
なわれる。検査対象物の設置位置に黒色パネルの表面上
に正方形の白色ラインを引いた位置決めパネル１１を配
置してカメラ３によって撮像し，この画像を投影器６に
入力して，投影器６から位置決めパネル１１表面に投影
する。このとき，投影した画像が正方形の白色ラインと
合致するように，投影器６を搭載する移動装置６ａを調
整する。

【０００７】上記構成による表面検査の実行手順を図５
に示すフローチャートに基づいて説明する。まず，検査
対象物５の配置位置に位置決めパネル１１を配し，上記
の方法によってカメラ３と投影器６との位置決めを行う
（ステップ１）。位置決め終了後，位置決めパネル８に
替えて検査対象物５を配し，カメラ３によって検査対象
物５の表面を撮像して（ステップ２），撮像画像を画像
処理装置７に入力する。撮像画像は図６に示すような検
査対象物５表面の欠陥の凹凸に対応した濃淡で示される
明暗画像で，画像処理装置７の凹凸形状演算部８で画像
中に検査領域（図６に示す白枠内）を設定して（ステッ
プ３），検査領域のＸ軸方向とＹ軸方向との測定ライン
毎の明暗変化を測定し，明暗変化から検査対象物５表面
の凹凸変化の形状を演算する（ステップ４（凹凸形状演
算手段））。演算された凹凸形状のデータは画像作成部
９に入力され，図７に示すように測定ライン毎の凹凸レ
ベルに対応した濃淡画像または着色画像の凹凸変化画像
が作成される（ステップ５（画像作成手段））。作成さ
れた凹凸変化画像は投影器６（画像投影手段）に入力さ
れ，投影器６から検査対象物５の表面に投影される（ス
テップ６）。上記操作により，検査対象物５の欠陥位置
に欠陥の凹凸形状の画像が映し出されるので，肉眼では
確認し得なかった欠陥の検出と，カメラ３が捕らえる明
暗画像では凹凸形状が認識し得なかった欠陥とが，検査
対象物５の欠陥位置で確認され，欠陥の絶対位置も目視
で知ることができる。検査対象物５上に欠陥を永久的に
表示したい場合には，マーカー等で投影された欠陥画像
の上から印を付ければよい。上記実施例構成になる表面
検査装置１によれば，欠陥部を検出すると同時に補修す
るような場合でも，補修を行った修復の程度がリアルタ
イムで映し出されるので，補修が容易に実行できる効果
も発揮させることができる。

【０００８】

【発明の効果】以上の説明の通り本発明によれば，検査
対象物表面の凹凸状態が明暗変化に強調された明暗画像
としてカメラに捕らえ，この明暗画像中に検出される欠
陥部に設定した検査領域に対して明暗変化から凹凸状態
を凹凸形状演算手段により算出して，この算出された凹
凸状態に対応して画像作成手段によって検査領域の凹凸
変化画像を作成する。凹凸変化画像はカメラの撮像領域
と同一位置に画像を投影することができる画像投影手段
に入力して検査対象物に投影すると，欠陥部の位置に欠
陥の凹凸形状の画像が映し出されるので，検査対象物上
に欠陥の位置と欠陥の形状とを特定することができる。
従って，画像上で算出した位置を検査対象物上で測定す
る手間もなく，欠陥の全体形状及び凹凸レベルも同一位
置で示されるので，欠陥の確認や補修の作業が容易に行
い得る物体の表面検査装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の実施例に係る表面検査装置の構成を
示す模式図で，（ａ）は側面構成図，（ｂ）は平面構成
図。

【図２】 実施例に係るカメラ及び投影器の移動装置の
構成を示す斜視図。

【図３】 実施例に係るカメラと投影器との連動と画像
処理の構成を示すブロック図。

【図４】 カメラに対する投影器の位置決めの方法を示
す説明図。

【図５】 実施例に係る表面検査の手順を示すフローチ
ャート。

【図６】 カメラに捕らえられた明暗画像の例を示す画
像図。

【図７】 明暗画像から画像処理によって作成した凹凸
変化画像を示す画像図。

【図８】 逆反射スクリーンによる表面検査の基本構成
を示す模式図。

【図９】 逆反射スクリーンによる表面検査の原理を示
す説明図で，検査対象物表面に欠陥が無い場合。

【図１０】 逆反射スクリーンによる表面検査の原理を
示す説明図で，検査対象物表面に欠陥が有る場合。

【図１１】 従来例に係る明暗画像と検査ラインの設定
を示す画像図。

【図１２】 従来例に係る検査ライン上のグレイレベル
の測定グラフ。

【符号の説明】

１──表面検査装置 ３──カメラ ５──検査対象物 ６──投影器（画像投影手段） ７──画像処理装置 ８──凹凸形状演算部 ９──画像作成部

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 検査対象物の表面からの反射光をカメラ
   で捕らえることにより，検査対象物の表面状態を明暗変
   化に強調された画像として得る物体の表面検査装置にお
   いて，前記カメラに捕らえられた検査領域内の明暗情報
   から検査表面の凹凸状態を演算する凹凸形状演算手段
   と，該凹凸形状演算手段により算出された凹凸状態に対
   応する凹凸変化画像を作成する画像作成手段と，該画像
   作成手段から出力される凹凸変化画像を投影する画像投
   影手段と，を具備してなることを特徴とする物体の表面
   検査装置。
2. 【請求項２】 上記画像作成手段が上記凹凸形状演算手
   段で演算された凹凸状態に対応した着色画像を作成する
   請求項１記載の物体の表面検査装置。