JPH11132957A

JPH11132957A - 表面欠陥検出方法および装置

Info

Publication number: JPH11132957A
Application number: JP31599097A
Authority: JP
Inventors: Hitoshi Kubota; 整久保田; Katsuichi Ono; 勝一小野; Yoshihiro Yamahana; 義博山華
Original assignee: Suzuki Motor Corp
Current assignee: Suzuki Motor Corp
Priority date: 1997-10-31
Filing date: 1997-10-31
Publication date: 1999-05-21

Abstract

(57)【要約】【課題】短時間で表面検査を行うこと。【解決手段】予め定められた幅の光を検出対象物の表
面に照射する（Ｓ１）。次いで、このステップＳ１で照
射される予め定められた幅の光ごとに当該光が表面で鏡
面反射して入射される領域で光電変換する（Ｓ２）。さ
らに、照射および光電変換がすべての領域について終了
したか否かを確認する（Ｓ３）。全領域について終了し
ていなければ、次の領域の照射および光電変換の領域を
セットする（Ｓ４）。そして、照射および光電変換を行
う（Ｓ１，Ｓ２）。これを全領域について終了するまで
順次繰り返す。そして、全領域について光電変換が終了
すると、これを画像データとして当該画像データ中の濃
度が高い孤立領域を抽出する（Ｓ５）。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、表面欠陥検出方法
および装置に係り、特に、自動車の生産工程においてボ
ディ表面の塗装の状態を検査する作業を光学的に自動で
検査する表面欠陥検出方法および装置に関する。これ
は、金属表面等の微小欠陥の検出にも好適に適用でき
る。

【０００２】

【従来の技術】従来、自動車のボディの塗装工程におい
て、人間が目視により塗装表面の検査を行っていた。検
査の対象としては、ボディの表面に生ずる突起（ブツ）
や、塗装の流れ（ナガレ）などがあった。ブツは、塗装
時に空気中の塵が塗装面に付着していた場合などにおこ
り、このブツは研磨（サンディング）および水洗いや、
ウォータジェットの噴射による除去を行った後、再度塗
装している。

【０００３】このボディ表面の欠陥を光学的に画像処理
により検出する手法が種々提案されている。例えば、特
開平８−０８６６３４号公報がある。これは、光源とし
て蛍光灯、レーザ、ＬＥＤなどを用い、スリット光やス
リットパターンを作り出してボディ表面にあてて、表面
に凹凸があったときに明度差や明度変化を受光画像とし
て検出していた。すなわち、ボディ表面にブツがある場
合には、その周囲に影が生じるため、これを含めて撮像
するとその部分だけ明度が極端に変化する。この明度の
変化を検出することで、ボディ表面の欠陥を検出してい
た。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来例では、スリット・パターンを用いているため、取り
込んだ画像は明ラインと暗ラインの縞状の画像となり、
すると、欠陥検出のための計算処理が複雑となり、ライ
ンの進行に応じた短時間で処理ができない、という不都
合があった。しかも、このスリット・パターンによる場
合、明ラインと暗ラインの境界部分では、欠陥検出の精
度が低下してしまう。

【０００５】また、スリット光を用いる従来例では、光
源がライン状であるために一定領域内を検査するために
は、光の照射と画像の取り込み（１回の画像の取り込み
は、通常ビデオレートであり、１／３０秒）を何度も繰
り返さなければならず、これによっても、検査に長時間
を要してしまう、という不都合があった。

【０００６】

【発明の目的】本発明は、係る従来例の有する不都合を
改善し、特に、短時間で表面検査を行うことのできる表
面欠陥検出方法および装置を提供することを、その目的
とする。本発明はさらに、１回の画像の取り込みで表面
欠陥検査に必要な画像を取り込むことを、その目的とす
る。

【０００７】

【課題を解決するための手段】そこで、本発明では、予
め定められた幅の光を検出対象物の表面に順次照射する
照射工程と、この照射工程で順次照射される予め定めら
れた幅の光ごとに当該光が表面で鏡面反射して入射され
る領域で光電変換する光電変換工程と、この光電変換工
程によって順次光電変換された画像データに基づいて当
該画像データ中の濃度が高い孤立領域を抽出する画像処
理工程とを備えた、という構成を採っている。これによ
り前述した目的を達成しようとするものである。

【０００８】照射工程は、まず、予め定められた幅の光
を照射する。次いで、光電変換工程は、この予め定めら
れた幅の光が検査対象物表面で鏡面反射し、入射される
位置で、当該幅の光を光電変換する。この光が反射した
位置にブツなどの欠陥が存在すると、その欠陥に入射し
た光は四方に反射し、他の光と同一方向へ反射すること
はない。このため、この幅の光のみを光電変換すると、
ブツに応じた位置で光が入射せず、光電変換した画像に
黒点が生じる。このため、画像処理工程で濃度の高い
（黒い）孤立点を抽出すると、これを表面の欠陥と判定
できる。このような濃度の高い孤立点を得るには、予め
定められた光の幅を調整し、かつ、この一定幅の光が鏡
面反射して入射する以外の位置から入射する光を遮断し
なければならない。従って、光電変換する位置は、予め
定められた幅の光が検査対象物表面で鏡面反射し、入射
される位置としている。

【０００９】本発明では、予め定められた幅の光が順次
照射されるごとに、所定の位置でそれぞれ光電変換する
ため、第１に、次の構成を採っている。すなわち、予め
定められた幅の光を所定角度で検出対象物の表面に順次
照射する照射手段と、この照射手段によって照射された
予め定められた幅の光が表面で鏡面反射して入射される
位置に配置され表面を撮像する撮像手段と、この撮像手
段と表面との間に配置され照射手段によって照射される
予め定められた幅の光が表面で鏡面反射して入射される
位置の光を撮像手段へ透過させると共に他の光の入射を
遮断する透過制御手段とを備えた。この透過制御手段に
より、順次照射される光が撮像手段の撮像面の所定の領
域に順次入射されるように制御する。

【００１０】第２の手段として、予め定められた幅の光
を所定角度で検出対象物の表面に所定回数順次照射する
照射手段と、この照射手段によって照射された予め定め
られた幅の光が表面で鏡面反射して入射される位置に配
置され表面を撮像する撮像手段と、この撮像手段の１画
面のうち光が鏡面反射して入射される位置に応じた領域
を照射手段による光の照射に応じて順次選択する制御を
する撮像領域制御手段とを備えた、という構成を採って
いる。撮像領域制御手段により、撮像手段の１画面のす
べての画素で同時に電荷の蓄積を行うのではなく、入射
光に応じた領域の画素のみで撮像することを順次照射さ
れる光に応じて繰り返す。これにより、鏡面反射してい
る以外の光、例えば、欠陥による乱反射の光によって電
荷が蓄積されることがなくなる。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
を参照して説明する。

【００１２】図１は、本発明による表面欠陥検出方法の
構成を示すフローチャートである。図１に示すように、
塗装や金属の表面を検出するには、まず、予め定められ
た幅の光を検出対象物の表面に照射する（ステップＳ
１）。次いで、このステップＳ１で照射される予め定め
られた幅の光ごとに当該光が表面で鏡面反射して入射さ
れる領域で光電変換する（ステップＳ２）。さらに、照
射および光電変換がすべての領域について終了したか否
かを確認する（ステップＳ３）。全領域について終了し
ていなければ、次の領域の照射および光電変換の領域を
セットする（ステップＳ４）。そして、照射および光電
変換を行う（ステップＳ１，Ｓ２）。これを全領域につ
いて終了するまで順次繰り返す。何度繰り返すかは、光
電変換する例えばＣＣＤセンサの画素数および大きさ
と、欠陥検出するために適切な光の幅に応じて定まる。
照射する光の幅は、従来のスリット光の各スリットの幅
と同様に、欠陥部分で乱反射した光が入射しないように
する程度の幅とする。そして、全領域について光電変換
が終了すると、これを画像データとして当該画像データ
中の濃度が高い孤立領域を抽出する（ステップＳ５）。
表面の欠陥部分では光が鏡面反射せずに撮像領域外へ反
射し、一方、他の表面部分については照射された光がそ
のまま鏡面反射するため、当該画像には濃度の高い孤立
点が生じる。従って、ステップＳ５において孤立点を抽
出すると、その領域に応じた表面の位置に欠陥が生じて
いると判定することができる。この画像で孤立点の座標
が特定すると、予め定められた位置の表面における欠陥
の位置を特定することができるため、再塗装などの処理
を行うために、孤立点の位置座標を外部出力するように
しても良い。また、孤立点の領域の画素数から、欠陥の
大きさを出力するようにしてもよい。この画像処理の結
果の情報に従って、例えば塗装表面であれば、欠陥の除
去と再塗装などを行う。

【００１３】図２は本発明による表面欠陥検出装置の構
成を示す説明図である。図２に示す例では、自動車のボ
ディ表面１の塗装表面の欠陥を検出する。表面欠陥検出
装置は、ボディ表面に対して所定の角度で光を照射する
照明装置１４と、この照明装置１４によって照射され、
ボディ表面１で鏡面反射して入射される位置に配置され
たＣＣＤカメラ（撮像手段）１０とを備えている。これ
らの位置関係は、図２に示す配置だけでなく、例えばボ
ディ表面が曲面である場合には、その曲面の曲率に応じ
て位置を変化させるようにするとよい。そして、照明装
置は複数のユニット１４ａ，１４ｂ…を有していて、各
ユニットは予め定められた幅の光を照射する。このた
め、ボディ表面１が曲面である場合には、各ユニットご
とに照射角度を変化させるようにしてもよい。

【００１４】図２に示す例では、ＣＣＤカメラ１０はそ
の内部にシャッタ１２を有している。このシャッタ１２
は、照明装置１４の各ユニットの照射に応じて開閉す
る。ＣＣＤカメラ１０ではすべての画素で電荷の蓄積を
行うようにしておき、シャッタ１２で順次光を選択的に
透過させることで、図１に示す光電変換を実現する。よ
り具体的には、コントロール部１６が照明装置１４、Ｃ
ＣＤカメラ、およびシャッタ１２の動作を制御する。ま
ず、ＣＣＤカメラ１０から当該カメラの同期信号１０ａ
がコントロール部に入力される。すると、コントロール
部１６は、カメラの同期信号を照明制御部１８およびシ
ャッタ制御部２２に出力する。

【００１５】照明制御部１８は、カメラ１０が１画面を
撮像する間に、当該カメラ１０の同期信号に従って予め
定められた幅の複数の光を順次点灯させる。一方、シャ
ッタ制御部２２は、当該カメラ１０の同期信号に従って
シャッタを開閉する。１画面分の撮像が終了すると、画
像取込み部２０はＣＣＤカメラ１０から出力される画像
１０ｂを取り込む。そして、コントロール部１６は、画
像取込み部２０によって取り込まれた画像を認識処理部
２４に出力する。認識処理部では、画像１０ｂを対象に
画像処理を行い、欠陥部分の有無を判定する。

【００１６】図３は欠陥検出の原理を示す説明図であ
る。照明装置１４をスリット状に点灯させる（図中の明
部，符号１ａで示す実線内）と、放射した光は塗装表面
で反射してＣＣＤカメラ１０に入る。塗装表面では光は
鏡面反射するという特徴があるため、光軸上の光源から
の光のみがＣＣＤカメラ１０に入る。塗装表面に欠陥が
なければ、符号１ａで示す実線で示す範囲で光が反射す
るが、欠陥３では、表面が傾くため光軸ががずれる。例
えば、照明装置１４の図中「明」部分から入射した光は
符号１ｂで示すように反射してＣＣＤカメラに入射され
ない。また、欠陥で反射してＣＣＤカメラ１０に入射さ
れる光のラインは符号１ｃで示すように照明装置１４の
「明」部分から外れる。しかし、符号１ｃで示すライン
の照明装置１４の位置では発光していないため、ＣＣＤ
カメラ１０には光が入射しない。このため、ＣＣＤカメ
ラ１０のすべての面の画像は、図３（Ｂ）に示す如くと
なり、欠陥部分が黒点となる。

【００１７】このような原理を利用して、従来はスリッ
ト状の光を点灯させて、照明の点灯と画像の取り込みを
繰り返しながら、カメラの視野内をスキャンしていた。
従って、複数回画像を撮像する必要があった。本実施形
態では、これを１回の撮像で欠陥検出に必要な画像を得
ようとするものである。

【００１８】照明装置１４を例えば図４に示すように５
分割し、各ユニット１４ａ〜１４ｅをそれぞれ個別に点
灯できるようにした。そして、ＣＣＤ素子の１回の画像
の取り込みを１／３０秒とすると、この照明装置１４で
６．７ ms 間隔で順番に点灯させる。一方、ＣＣＤ素子
１１は、３３．３ ms の間電荷を蓄積し、その後転送す
る。このとき、ＣＣＤ素子のすべての素子を同じタイミ
ングで動作させる。すると、符号１４ｃで示すユニット
３に対応する領域に欠陥があるとすると、ユニット３以
外の照明が点灯するときもユニット３に対応するＣＣＤ
素子は電荷を蓄積してしまう。そのため、符号１４ａで
示すユニット１が点灯したときの光が、欠陥で反射して
ユニット３に応じた箇所のＣＣＤ素子に蓄積されてしま
う。このため、ＣＣＤカメラの画像１０ｂは図４（Ｂ）
に示す如くとなってしまい、欠陥部を検出することがで
きない。図５にこのタイムチャートを示す。

【００１９】このため、本実施形態では、ＣＣＤ素子１
１のブロック１１ａ〜１１ｅに応じた位置および数のユ
ニット１２ａ〜１２ｅを有するシャッタ１２を備えてい
る。照明装置１４のユニット１が点灯したときには、シ
ャッタ制御部２２は、シャッタのユニット１を開き、他
は閉じたままとする。すると、ＣＣＤ素子１１のブロッ
ク１１ａは、照明装置１４のユニット１から照射され、
ボディ表面１で鏡面反射した光のみを受光する。これを
ユニット１からユニット５まで順次制御する。シャッタ
は、例えば液晶パネルなどを用いればよい。この液晶シ
ャッタのユニット１乃至５までを照明装置のユニット１
乃至５までに応じて順次開閉すると、ＣＣＤ素子１１の
露光時間をなんら制御することなく、それぞれ鏡面反射
した幅の光のみがＣＣＤ素子の各ブロックに入射され
る。すると、欠陥で他の方向に反射した光がＣＣＤ素子
１１に入射されることがなくなるため、その画像は図６
（Ｂ）に示す如くとなる。このときの電荷の蓄積の状態
を図７に示す。これにより、１回の画像の取り込みで欠
陥検出に必要な画像を得ることができる。しかも、画像
の重ね合わせや、微分処理などを必要とせず、濃度の高
い（黒い）孤立点を検出すればすなわち欠陥部分となる
ため、画像処理速度も高速となる。

【００２０】また、各ユニットから表面に照射される光
と光の境界部分の欠陥についても、白黒のスリット光を
使用する場合のエッジにおける明度変化といったものが
なく、一律の輝度の光を境界部分まで照射することがで
きるため、良好に欠陥部分を画像に反映させることがで
き、このため、欠陥の認識精度が向上する。

【００２１】図６に示す構成でのタイムチャートを図８
に示す。カメラの動作モードがノンインターレースであ
る場合には、照明制御部１８およびシャッタ制御部２２
は、カメラからの同期信号をカウントし、３３．３ ms
の１／５のタイミングで、それぞれ照明装置１４又はシ
ャッタの各ユニットのオンオフを制御する。カメラの動
作モードがインターレースの場合には、１／６０秒で
の制御として２階繰り返す。この図６に示す例では、Ｃ
ＣＤの電荷の蓄積タイミングを各ブロックごとに制御す
る必要はない。

【００２２】図９はＣＣＤカメラ１０の外観図である。
ＣＣＤ素子１１の前にシャッタ１２を設置する。さらに
この前部にレンズ１３を取り付けている。図１０に照明
装置の外観を示す。発光源としてＬＥＤ素子１５を採用
し、ＬＥＤ素子１５をライン状にしたユニット１４ａ〜
１４ｎを１〜ｎ個並べる。各ユニットは点灯のオンオ
フ、輝度の調整が可能である。

【００２３】次に、シャッタを使用せずに、ＣＣＤセン
サ１０を制御することで図１に示すフローチャートを実
現する実施形態を説明する。図１１はこの実施形態の構
成を示す説明図である。ここでは、ＣＣＤカメラ１０の
内部にシャッタを設けず、また、シャッタ制御部も除い
た構成としている。図１２はＣＣＤカメラ１０の内部回
路２５を示すブロック図である。図１２に示すように、
ＣＣＤカメラ内部回路２５は、複数のブロック、例えば
５つのブロック１１ａ〜１１ｅに分割されたＣＣＤ素子
１１と、ＣＣＤ素子のブロックを順次選択して電荷の蓄
積をさせる電子シャッタ制御部２７と、この電子シャッ
タ制御部２７に指定されたブロックのＣＣＤ素子につい
て電荷を蓄積させると共に当該ＣＣＤ素子によって光電
変換された映像信号を出力する電荷蓄積出力制御部２６
と、この映像信号（ＣＣＤセンサ画像）１０ｂを外部出
力する映像信号出力部２８と、各部にクロックを供給す
るクロック発生部２９とを備えている。

【００２４】ＣＣＤカメラ内部回路２５の動作を図１３
を参照して説明する。まず、クロック発生部２９から同
期信号が各部に出力される。そして、電子シャッタ制御
部２７では、コントロール部１６に照明制御信号１０ｃ
を出力する。照明装置１４ではこの照明制御信号１０ｃ
に従ったタイミングで各ユニットを点灯させる。照明装
置１４のユニット１が点灯したときには、電子シャッタ
制御部２７は、ＣＣＤ素子のブロック１を選択する。す
ると、ＣＣＤ素子のブロック１のみで電荷の蓄積が行わ
れ、他のブロックでは電荷の蓄積が行われない。これを
ブロック数分繰り返すと、液晶シャッタを設けた場合と
同様の結果となる。これにより、液晶シャッタを使用せ
ずに図６（Ｂ）に示す画像を得ることができる。

【００２５】図１４は欠陥認識の処理例を示すフローチ
ャートである。図１４に示すように、画像を取り込み
（ステップＳ２１）、次いで、二値化を行う（ステップ
Ｓ２２）。この二値化は、ある濃度値をしきい値とし、
しきい値未満の画素を０（黒）ｍしきい値以上の画素を
２５５（白）とする。しきい値の決定は画像処理の手法
で一般的に用いられているモード法やＰ−タイル法、判
別分析法などを使用する。

【００２６】次いで、二値化後の画像を対象にラベリン
グを行う（ステップＳ２３）。これは、濃度値が０の画
素が連続している部分を１つのかたまりとして、その面
積（画素数）を計算し、名称付けを行う処理である。次
いで、ラベリングの結果得られたかたまりのうち、面積
がある一定以上のものを欠陥として抽出する（ステップ
Ｓ２４）。ある面積状のラベルを欠陥とすることで、微
小なノイズの影響を除去することができる。取り込み画
像の概念図を図１４（Ｂ）に、二値化画像を同図（Ｃ）
に示す。表面を撮像する環境にもよるが、上述した各実
施形態では比較的背景部分と欠陥部分の濃度差が大き
く、良好な二値化を行うことができる。

【００２７】

【発明の効果】本発明は以上のように構成され機能する
ので、これによると、光電変換工程が、照射工程で順次
照射される予め定められた幅の光ごとに当該光が表面で
鏡面反射して入射される領域で光電変換するため、撮像
手段の１回の画像の取り込みで、すなわち、ビデオレー
トでの取り込みが可能であり、表面での鏡面反射を利用
し、しかも、白黒のスリット光を使用しないため、背景
部がすべて明るく、欠陥部のみが暗い認識処理の容易な
画像を得ることができ、さらに、画像処理の前処理が簡
単となり、しかも、塗装欠陥の認識の精度を向上させる
ことができる従来にない優れた表面欠陥検出装置を提供
することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態の構成を示すフローチャー
トである。

【図２】本発明の一実施形態の構成を示す説明図であ
る。

【図３】本実施形態による欠陥の検出原理を示す説明図
であり、図３（Ａ）は構成を示し、図３（Ｂ）はその画
像例を示す図である。

【図４】照明を分割するだけでは良好な画像が得られな
い例を示す説明図であり、図４（Ａ）は構成を示す図
で、図４（Ｂ）はその画像例を示す。

【図５】図４に示した場合の電荷の蓄積タイミングを示
すタイムチャートである。

【図６】本実施形態によるシャッタの一例を示す説明図
であり、図６（Ａ）は構成を示す図で、図６（Ｂ）はそ
の画像例を示す図である。

【図７】図６に示した場合の電荷の蓄積タイミングを示
すタイムチャートである。

【図８】図６に示した場合の全体の動作例を示すタイム
チャートである。

【図９】図２に示したＣＣＤカメラの外観を示す一部省
略した斜視図である。

【図１０】図２に示した照明装置の外観を示す斜視図で
あり、図１０（Ａ）は全体構成を示し、図１０（Ｂ）は
その拡大図である。

【図１１】本発明の他の実施形態の構成を示すブロック
図である。

【図１２】図１１に示したＣＣＤカメラの内部回路の構
成を示すブロック図である。

【図１３】図１１に示した構成での全体の動作例を示す
タイムチャートである。

【図１４】図２又は図１１に示す構成による認識処理の
一例を示す説明図であり、図１４（Ａ）はそのフローチ
ャート、図１４（Ｂ）は取り込み画像を示す図で、図１
４（Ｃ）は二値画像を示す図である。

【符号の説明】

１０ＣＣＤカメラ（撮像手段）１１ＣＣＤ素子１２シャッタ１４照明装置（照明手段）１６コントロール部１８照明制御部２０画像取込み部２２シャッタ制御部２４認識処理部

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】予め定められた幅の光を検出対象物の表
面に順次照射する照射工程と、この照射工程で順次照射
される予め定められた幅の光ごとに当該光が前記表面で
鏡面反射して入射される領域で光電変換する光電変換工
程と、この光電変換工程によって順次光電変換された画
像データに基づいて当該画像データ中の濃度が高い孤立
領域を抽出する画像処理工程とを備えたことを特徴とす
る表面欠陥検出方法。
【請求項２】予め定められた幅の光を所定角度で検出
対象物の表面に順次照射する照射手段と、この照射手段
によって照射された予め定められた幅の光が前記表面で
鏡面反射して入射される位置に配置され前記表面を撮像
する撮像手段と、この撮像手段と前記表面との間に配置
され前記照射手段によって照射される予め定められた幅
の光が前記表面で鏡面反射して入射される位置の光を前
記撮像手段へ透過させると共に他の光の入射を遮断する
透過制御手段とを備えたことを特徴とする表面欠陥検出
装置。
【請求項３】前記照射手段が、前記撮像手段から出力
される同期信号に従って順次予め定められた幅の光を照
射する同期照射機能を備え、前記透過制御手段が、前記撮像手段から出力される同期
信号に基づいて前記表面からの光を透過させる位置を変
更する同期透過機能を備えたことを特徴とする請求項２
記載の表面欠陥検出装置。
【請求項４】予め定められた幅の光を所定角度で検出
対象物の表面に所定回数順次照射する照射手段と、この
照射手段によって照射された予め定められた幅の光が前
記表面で鏡面反射して入射される位置に配置され前記表
面を撮像する撮像手段と、この撮像手段の１画面のうち
前記光が鏡面反射して入射される位置に応じた領域を前
記照射手段による光の照射に応じて順次選択する制御を
する撮像領域制御手段とを備えたことを特徴とする表面
欠陥検出装置。