JPH0792101A - 表面検査装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 被検査表面に対して検査光を照射し該被検査
表面からの反射光を受光した受光画像に基づき被検査表
面の検査を行う装置において、被検査表面が曲面であっ
ても検査感度の変化や写り込み画像の大きさの変化を小
さくし、かつロボットへの装置の移動ティーチングの簡
易化を図る。 【構成】 輝度もしくは波長が一方向に沿って漸変的に
変化する検査光を被検査表面２に照射する光源４と、該
被検査表面２から反射された反射光を受光して受光画像
を形成する撮像手段６と、上記受光画像を画像処理して
該受光画像における輝度もしくは波長変化に基づいて上
記被検査表面２の表面状態を検査する画像処理手段８
と、ハーフミラー14とを備えてなり、上記ハーフミラー
14により上記被検査表面２に対する光源４の光軸4aと上
記撮像手段６の光軸6aとが一致するように上記光源４と
撮像手段６とハーフミラー14とを配設する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、被検査表面に輝度もし
くは波長が一方向に沿って漸変的に変化する検査光を照
射し、該被検査表面から反射された反射光を受光して受
光画像を形成し、該受光画像を画像処理して上記被検査
表面の欠陥等の表面状態を検査する表面検査装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】従来より、自動車の車体塗装表面等の被
検査表面に光を照射し、該被検査表面からの反射光に基
づいて被検査表面の表面状態例えば被検査表面の欠陥の
有無、粗さ、凹凸、色むら等を検査する表面検査装置が
知られている。

【０００３】その様な表面検査装置の一つとして、例え
ば特開平４−２０４３１４号公報に記載されているよう
に、輝度もしくは波長が一方向に沿って漸変的に変化す
る検査光を被検査表面に照射し、該被検査表面からの反
射光を受光して受光画像を形成し、該受光画像における
輝度もしくは波長変化に基づいて被検査表面の表面状態
を検査する表面検査装置が知られている。

【０００４】上記従来の表面検査装置を図５に示す。図
示の装置は、被検査表面２に対して光源４から輝度もし
くは波長が一方向（Ｘ方向）に沿って漸変的に変化する
検査光を照射し、被検査表面２からの反射光をＣＣＤカ
メラ等の撮像手段６により受光して受光画像を形成し、
その受光画像を画像処理手段８で画像処理して輝度もし
くは波長変化に基づいて欠陥検出等の表面状態検査を行
うものである。なお、図５中の線分ｍは輝度あるいは波
長の大きさを示す。

【０００５】図６は上記受光画像を、図７は図６中のラ
インＬ１における輝度を示す。図示のように、受光画像
は上記光源４における輝度もしくは波長の変化方向（Ｘ
方向）に対応するＸ１方向に向けて上記光源４の輝度も
しくは波長の変化度合いに応じて輝度もしくは波長が変
化し（図中の縦線ｎが密であるほど輝度もしくは波長が
小さく、疎であるほど輝度もしくは波長が大きい）、か
つ上記被検査表面２上に存在する凸部欠陥10に対応する
凸部領域12では輝度もしくは波長の変化状態に乱れが生
じ、この輝度もしくは波長の変化状態の乱れを画像処理
手段８で検出して上記凸部欠陥10を検出する。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の表面検査装置は、図示のように、被検査表面２に対
して斜めの方向から検査光を照射し、かつ被検査表面２
から反対方向の斜めに反射した反射光を受光する、つま
り検査光と反射光の方向が異なるように構成されている
ので、被検査表面２が平坦面である場合は特に問題はな
いが、被検査表面２が曲面である場合には次ぎのような
問題が生じる。

【０００７】なお、以下の説明においては輝度を漸変的
に変化させた検査光の場合についてのみ説明し、波長を
漸変的に変化させた検査光の場合については省略する。
これは、波長を漸変的に変化させた検査光の場合は、輝
度を漸変的に変化させた検査光の場合と同様であり、単
に輝度と波長とを言葉の上で入れ代えるだけで良いもの
だからである。

【０００８】即ち、受光画像上の上記Ｘ１方向の輝度
は、上記光源４のＸ方向の直線的な輝度変化に応じた基
準輝度勾配（図７中の右上りの直線で表わされる勾配）
の下に直線的に変化するが、これはあくまでも被検査表
面２が平坦面であることを前提とするものであり、被検
査表面２が曲面の場合はＸ１方向の基準輝度勾配は直線
とはならず、例えば被検査表面２が上に凸の曲面（図５
中２点鎖線で示す曲面2a）である場合は図中の２点鎖線
Ａ１で示すように上に凸の曲線となり、被検査表面２が
下に凸の曲面である場合は図中の２点鎖線Ａ２で示すよ
うに下に凸の曲線となる。そして、このように基準輝度
勾配が曲線になると、傾きが大きい部分（２点鎖線Ａ１
では図７中左側の輝度が低い部分、２点鎖線Ａ２では図
７中右側の輝度が高い部分）は検査感度が高く、傾きが
小さい部分（２点鎖線Ａ１では図７中右側の輝度が高い
部分、２点鎖線Ａ２では図７中左側の輝度が低い部分）
は検査感度が低くなり、この様に検査感度が位置によっ
て異ると、例えば幅０．２ｍｍ以上の欠陥を検出するよ
うに画像処理プログラムを設定した場合、これはあくま
でも被検査表面２が平坦面であることを前提としてプロ
グラムを設定するので、上記検査感度が大となる輝度勾
配大の領域では例えば幅０．１ｍｍの検出不要な欠陥も
検出してしまい、上記検査感度が小となる輝度勾配小の
領域では例えば幅０．３ｍｍの検出しなければならない
欠陥を検出し得ないという問題が生じる。

【０００９】また、被検査表面２が平坦面である場合は
撮像手段６の視野内全域に被検査表面が写り込む（撮像
手段６の視野内全域に被検査表面２からの反射光が入射
する）が、被検査表面２が曲面になると撮像手段６の視
野内に写り込む被検査表面２の領域が変化する、つまり
写り込み画像（受光画像中の検査対象領域）の大きさが
変化し、例えば被検査表面２が平坦面の場合は受光画像
中の全域に被検査表面２が写り込みその写り込み画像の
幅が図６に示すようにＷであっても、被検査表面２が上
に凸の曲面になると写り込み画像の幅は減少し例えばＷ
１になってしまい、この写り込み画像の幅は上に凸の曲
面の曲率が小さくなればなるほど小さくなる。そして、
上記受光画像中の写り込み画像領域以外の領域はその領
域を指定してその領域は画像処理をしないつまり検査を
しないようにしているが、この様に受光画像中における
写り込み画像の幅が変化すると、その変化に応じてつま
り被検査表面２の曲率変化に応じて画像処理対象外領域
の指定を変更しなければならず極めて面倒であり、更に
例えば被検査表面２が自動車の車体塗装表面である場合
におけるボンネットの先端部のように曲率が非常に小さ
い場合には写り込み画像の幅が極端に小さくなり実質的
に検査がほとんど不可能になってしまうという問題が生
じる。

【００１０】さらに、上記のように検査光の方向と反射
光の方向とが異なる場合、上記光源４と撮像手段６とを
被検査表面２の法線Ｈに対して所定の角度になるように
高精度で制御する必要があり、従って、検査時には光源
４と撮像手段６とを図示しないロボットにより被検査表
面２に沿って移動させるわけであるが、その場合被検査
表面２が曲面であるとその曲面の法線Ｈに対して高精度
で所定の角度になるようロボットにティーチングを行わ
なければならず、このティーチングが困難であるという
問題がある。

【００１１】本発明の目的は、上記事情に鑑み、被検査
表面が曲面であっても上記のごとき検査感度の変化や写
り込み画像の大きさの変化が小さく、また上記ロボット
へのティーチングが簡単な表面検査装置を提供すること
にある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明に係る表面検査装
置は、上記目的を達成するため、輝度もしくは波長が一
方向に沿って漸変的に変化する検査光を被検査表面に照
射する光源と、該被検査表面から反射された反射光を受
光して受光画像を形成する撮像手段と、上記受光画像を
画像処理して該受光画像における輝度もしくは波長変化
に基づいて上記被検査表面の表面状態を検査する画像処
理手段とを備えて成る表面検査装置であって、ハーフミ
ラーを備え、該ハーフミラーにより上記被検査表面に対
する上記光源の光軸と上記撮像手段の光軸とを一致させ
たことを特徴とする。

【００１３】

【作用および発明の効果】本発明に係る表面検査装置
は、上記の様に、ハーフミラーを用いて被検査表面に対
する光源の光軸と被検査表面に対する撮像手段の光軸と
を一致させて成るので、上記両光軸を被検査表面に直交
させて検査を行うことにより、被検査表面が曲面であっ
たとしてもまたその曲面の曲率が大小変化したとして
も、受光画像中の上記光源における輝度もしくは波長の
変化方向に対応する方向の輝度もしくは波長の勾配は、
光源における輝度もしくは波長の変化度合いに応じた基
準勾配から殆ど変化せず、従って受光画像中の位置によ
る感度の変化が生じず、高精度の検査が可能となる。

【００１４】また、上記のように被検査表面に対する光
源の光軸と撮像手段の光軸とが一致しているので、被検
査表面が曲面であったとしてもまたその曲面の曲率が大
小変化したとしても、受光画像中における写り込み画像
の幅が殆ど変化せず、従って受光画像中における画像処
理対象外領域の指定が不要であり、あるいは必要であっ
たとしても画像処理対象外領域の指定変更の必要がな
く、更に被検査表面の曲率が非常に小さい場合でも写り
込み画像の幅がそれ程減少しないので十分に検査可能で
ある。

【００１５】更に、被検査表面に対する光源の光軸と撮
像手段の光軸とが一致しているので、光源および撮像手
段と被検査表面の法線方向との間の角度はそれ程厳密性
が要求されず、従って光源および撮像手段を被検査表面
に沿って移動させるためのロボットへのティーチングが
簡単である。

【００１６】

【実施例】以下、図面を参照しながら本発明の実施例に
ついて詳細に説明する。

【００１７】図１は本発明に係る表面検査装置の一実施
例を示す図、図２は上記表面検査装置による受光画像を
示す図、図３は上記受光画像中のラインＬ１における輝
度変化を示す図である。

【００１８】図１に示す装置は、被検査表面として自動
車の車体塗装表面を検査するものに本発明を適用した例
であり、輝度が一方向に沿って漸変的に変化する検査光
を被検査表面２に照射する光源４と、該被検査表面２か
ら反射された反射光を受光して受光画像を形成する撮像
手段６と、上記受光画像を画像処理して該受光画像にお
ける輝度変化に基づいて上記被検査表面２の表面状態を
検査する画像処理手段８とを備えて成ると共に、更にハ
ーフミラー14を備え、該ハーフミラー14により上記被検
査表面２に対する上記光源４の光軸4aと上記撮像手段６
の光軸6aとを一致させて成る。

【００１９】上記光源４は、一様な輝度の光を平面的に
照射する光源本体4cと、該光源本体4cの光出射方向前方
に配設された、光透過率が一方向に沿って直線的に変化
するつまりＸ方向に向けて徐々に光透過率が大きくなる
明暗勾配フィルタ4dとを備えて成り、従ってこの光源４
からは輝度がＸ方向に沿って漸変的に変化するつまり直
線的に徐々に大きくなる検査光が出射される。上記撮像
手段６は鏡面として作用する被検査表面２から反射され
た反射光を受光して受光画像を形成するＣＣＤカメラに
より構成されている。なお、図中の線分ｍの長さは輝度
の大きさを示す。

【００２０】上記撮像手段６と光源４とは、撮像手段６
の光軸（視方向の中心軸）6bと光源の光軸（光出射方向
の中心軸）4bとが直交するように配設され、両軸6b，4b
の交差点を通って該両軸に対して傾きが４５°になるよ
うに上記ハーフミラー14が配設され、かつ上記撮像手段
６の光軸6bは上記被検査表面２に対してその法線Ｈ方向
となるように設定されている。

【００２１】上記の如く構成された表面検査装置によれ
ば、上記光源４から出射された検査光は上記明暗勾配フ
ィルタ4dを通過してＸ方向に向かって輝度が直線的に増
大変化する光となり、この検査光がハーフミラー14によ
ってその一部が反射されて被検査表面２に照射され、該
被検査表面２からの反射光は上記被検査表面２へ入射す
る検査光と同じ方向に反射して上記ハーフミラー14を通
過して上記撮像手段６に入射し、該撮像手段６により受
光画像が得られる。

【００２２】つまり、上記検査装置は、上記ハーフミラ
ー14で上記光源４から出射された検査光を偏向すること
により、該光源４の被検査表面２に対する光軸4aを上記
撮像手段６の被検査表面２に対する光軸6a（撮像手段６
に入射する被検査表面２からの反射光は上記ハーフミラ
ー14によって偏向されることなく該ハーフミラー14を通
過したものであるので、上記撮像手段６の光軸6bは該撮
像手段６の被検査表面２に対する光軸6aと一致する）と
一致せしめられており、さらにそれらの両軸4a，6aは被
検査表面２の法線Ｈ方向と一致せしめられている。

【００２３】上記ハーフミラー14は検査光および反射光
を透過させるケース16内に配設され、上記撮像手段６と
光源４とはこのケース16に支持され、該ケース16は図示
しないロボットのアーム18に取り付けられ、上記光源４
と撮像手段６とは、ハーフミラー14と共にこのロボット
によりそれらの被検査表面２に対する光軸4a，6aが被検
査表面２に直交する状態を維持しながら該表面２に沿っ
て移動せしめられ、そうすることによって被検査表面２
の全域が検査される。

【００２４】上記撮像手段６によって得られた受光画像
は、図２および図３に示す様に、上記光源における輝度
の変化方向（Ｘ方向）に対応する方向（Ｘ１方向）に向
けて上記光源の輝度変化に応じた基準輝度勾配の下に輝
度が直線的に変化し、かつ表面欠陥等が存在する場合、
該欠陥に対応する欠陥領域ではその輝度が周囲の輝度と
は異なると共にその輝度変化状態も周囲の輝度変化状態
とは異なることとなる。例えば、上記表面欠陥が図示の
ように凸部欠陥10である場合、該凸部欠陥10に対応する
凸部領域12では輝度が、上記Ｘ１方向と平行な方向に延
びるラインＬ１上の輝度を示す図３に示すように変化す
る。すなわち、凸部欠陥の左面10a からは光源４からの
輝度の小さい暗光が正反射して撮像手段６に入射し、一
方凸部欠陥の右面10b からは光源４からの輝度の大きい
明光が正反射して撮像手段６に入射し、その結果図２，
３に示すように受光画像中の凸部領域12では、受光画像
全体の輝度がＸ１方向に向かって基準輝度勾配の下に大
きくなっていく中で該凸部領域12の左側領域（凸部欠陥
の左面10a 対応領域）は周囲よりも輝度が小さくなり、
該領域12の右側領域（凸部欠陥の右面10b 対応領域）は
周囲よりも輝度が大きくなる。なお、図２において縦線
ｎが疎であるほど輝度が大であり、縦線ｎが密であるほ
ど輝度が小である。

【００２５】上記受光画像は画像処理手段８に入力さ
れ、該画像処理手段８で画像処理して表面状態の検査が
行なわれる。即ち、画像処理手段８は、入力された受光
画像をＸ１方向に沿って主走査すると共に該Ｘ１方向に
直角なＹ１方向に沿って副走査を行うことにより全面走
査を行う。この場合、受光画像において欠陥領域を通ら
ない主走査ラインにおける輝度はＸ１方向に向けて単に
基準輝度勾配に沿って直線的に増大していくこととな
る。そして、上記凸部領域12を通る主走査ラインＬ１に
おける輝度は、図３に示すように、一旦減少した後大き
く増大してまた減少することとなり、またその主走査ラ
インＬ１における輝度の微分値（主走査ラインＬ１上の
近傍画素同志の輝度の差）は図４に示すように凸部領域
で一旦減少した後大きく増大してまた減少することとな
るので、画像処理により上記輝度もしくは輝度微分値に
従って基準輝度勾配に対するこの輝度変化を検出して凸
部欠陥10の検出を行う。

【００２６】勿論、他の種類の欠陥の場合はその欠陥の
種類に応じて輝度の変化パターンが異なるので、それに
応じて欠陥の存在および欠陥の種類を検出する。欠陥以
外の表面状態についてもその表面状態に基づく輝度変化
によって検出する。

【００２７】上記実施例における表面検査装置は、輝度
が一方向に向けて漸変的に変化する検査光を照射して行
うものであったが、輝度の代わりに波長が一方向に向け
て漸変的に変化する検査光を照射して行うものであって
も良い。この場合においても上記検査は「輝度」が「波
長」に変わるだけであり、内容的には全く同様の方法で
検査を行うことが可能である。

【００２８】また、上記実施例では光源から出射される
検査光をハーフミラーにより偏向させて被検査表面２に
対する光源の光軸4aと撮像手段の光軸6aとを一致させて
いるが、被検査表面２から反射される反射光をハーフミ
ラー14により偏向させて被検査表面２に対する光源の光
軸4aと撮像手段の光軸6aとを一致させる、すなわち図１
中において光源４の位置に撮像手段６を配置し撮像手段
６の位置に光源４を配置する様に構成しても良い。

【００２９】また、本発明に係るハーフミラーとしては
いわゆるハーフミラーと称されているものに限らず、実
施例のハーフミラーと同様の機能を有するものであれば
どの様なものでも使用可能である。

【００３０】上記の如く構成された表面検査装置は、上
述の様に、ハーフミラー14を用いて被検査表面２に対す
る光源の光軸4aと被検査表面２に対する撮像手段の光軸
6aとを一致させて成るので、両光軸4a，6aを被検査表面
２に直交させて検査を行うことにより、被検査表面２が
曲面であったとしてもまたその曲面の曲率が大小変化し
たとしても、受光画像中の光源４における輝度もしくは
波長の変化方向に対応する方向の輝度もしくは波長の勾
配は、光源４における輝度もしくは波長の変化度合いに
応じた基準勾配から殆ど変化せず、従って受光画像中の
位置により感度の変化が生じず、高精度の検査が可能と
なる。

【００３１】また、上記のように被検査表面２に対する
光源の光軸4aと撮像手段の光軸6aとが一致しているの
で、被検査表面２が曲面であったとしてもまたその曲面
の曲率が大小変化したとしても、受光画像中における写
り込み画像の幅が殆ど変化せず、従って受光画像中にお
ける画像処理対象外領域の指定が不要であり、あるいは
必要であったとしても画像処理対象外領域の指定変更の
必要がなく、更に被検査表面２の曲率が非常に小さい場
合でも写り込み画像の幅がそれ程減少しないの十分に検
査可能である。

【００３２】更に、被検査表面２に対する光源の光軸4a
と撮像手段の光軸6aとが一致しているので、光源４およ
び撮像手段６と被検査表面２の法線Ｈ方向との間の角度
はそれ程厳密性が要求されず、従って光源４および撮像
手段６を被検査表面２に沿って移動させるためのロボッ
トへのティーチングが簡単である。

【００３３】以上、本発明による表面検査装置の実施例
を説明したが、本発明による表面検査装置は、かかる実
施例の具体的態様に限定されるものではなく、種々の変
更が可能であることはもちろんである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る表面検査装置の一実施例を示す図

【図２】図１の表面検査装置による受光画像を示す図

【図３】図２に示す受光画像中のラインＬ１における輝
度変化を示す図

【図４】図２に示す受光画像中のラインＬ１における輝
度微分値変化を示す図

【図５】従来の表面検査装置の一実施例を示す図

【図６】図５の表面検査装置による受光画像を示す図

【図７】図５に示す受光画像中のラインＬ１における輝
度変化を示す図

【符号の説明】

２ 被検査表面 ４ 光源 4a 光源の被検査表面に対する光軸 ６ 撮像手段 6a 撮像手段の被検査表面に対する光軸 ８ 画像処理手段 10 欠陥 14 ハーフミラー

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 輝度もしくは波長が一方向に沿って漸変
   的に変化する検査光を被検査表面に照射する光源と、該
   被検査表面から反射された反射光を受光して受光画像を
   形成する撮像手段と、上記受光画像を画像処理して該受
   光画像における輝度もしくは波長変化に基づいて上記被
   検査表面の表面状態を検査する画像処理手段とを備えて
   成る表面検査装置であって、 ハーフミラーを備え、該ハーフミラーにより上記被検査
   表面に対する上記光源の光軸と上記撮像手段の光軸とを
   一致させたことを特徴とする表面検査装置。