JPH11160053A - 加工表面検査装置およびその検査方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 加工表面検査を容易に行い、正確な検査結果
を得る。 【解決手段】 検査対象部材１の加工表面２を撮像して
画像信号を出力する撮像手段４と、撮像手段４により出
力された画像信号を、画像信号の輝度に基づく画像情報
に変換処理する画像信号処理手段５と、画像信号処理手
段５により変換処理された画像情報をフーリエ変換する
と共に、フーリエ変換された結果に基づいて加工表面２
の面粗度を定量化する数値演算処理手段６とを備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、予め機械等で仕上
加工を施された検査対象部材の加工表面を検査する検査
装置およびその検査方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】一般に、機械加工による表面切削加工
は、加工開始から加工完了に到るまでの工程を、切り込
み量および切削送り速度を段階的に減少させた数回の切
削加工により行われている。そして、この種の切削加工
においては、ワークの加工表面に、切削方向に沿って周
期性を有する加工痕が形成される。

【０００３】そのため、平滑な表面が必要とされるワー
クに対しては、仕上加工として機械または人手による研
磨加工工程が設けられ、加工痕を除去することによりそ
の表面が仕上げられている。そして、仕上加工が施され
た後には、その表面の仕上度合いが各種方法で検査され
ている。

【０００４】従来、この種の仕上加工表面検査は、仕上
加工を人手により行う場合には、目視にて行うことが一
般的になされている。一方、仕上加工を機械加工により
行う場合には、例えば、見本となる加工表面を予め撮像
しておき、この撮像した画像あるいは画像の特徴量を見
本データとして記憶しておき、仕上加工が施されたワー
クが撮像された画像データと比較することにより、その
仕上度合いを評価する等の方法が採られている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
たような従来の加工表面検査方法には、以下のような問
題が存在する。目視で加工表面検査を行う方法において
は、個人差、体調、疲労等の要因から検査を実施する人
または検査を実施する時間によって検査の合否判定基準
が異なり、正確な検査結果が得られないという問題があ
った。

【０００６】また、検査を実施するには、加工表面を目
視で判定できるようになるための十分な経験が要求さ
れ、加工表面検査を実施できる人が限定されてしまうと
いう不都合もあった。

【０００７】一方、見本データと実際に撮像された検査
対象部材の画像データとを比較する方法においては、見
本データを予め撮像して登録しておく必要があるため、
加工表面検査に到るまでの作業が煩雑になるという問題
があった。また、この比較による方法では、合格となる
仕上加工の表面粗さ、検査対象部材表面の材質、形状が
異なる毎に、新たに見本データを登録する必要があり、
検査対象部材変更に伴うこれらの作業が煩雑になるとい
う問題もあった。

【０００８】本発明は、以上のような点を考慮してなさ
れたもので、検査対象部材の見本データが異なっても容
易に加工表面検査を行うことができると共に正確な検査
結果が得られる加工表面検査装置およびその検査方法を
提供することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに本発明は、以下の構成を採用している。請求項１記
載の加工表面検査装置は、検査対象部材の加工表面を撮
像して画像信号を出力する撮像手段と、該撮像手段によ
り出力された前記画像信号を、該画像信号の輝度に基づ
く画像情報に変換処理する画像信号処理手段と、該画像
信号処理手段により変換処理された前記画像情報をフー
リエ変換すると共に、フーリエ変換された結果に基づい
て前記加工表面の面粗度を定量化する数値演算処理手段
とを備えることを特徴とするものである。

【００１０】従って、本発明の加工表面検査装置によれ
ば、撮像手段により、検査対象部材の加工表面を撮像し
て画像信号を出力することができ、画像信号処理手段に
より、撮像手段が出力した画像信号をその輝度に基づく
画像情報に変換処理することができる。そして、数値演
算処理手段により、画像信号処理手段が変換処理した画
像情報をフーリエ変換して、その結果に基づいて加工表
面の面粗度を定量化することができる。

【００１１】即ち、切削加工による加工痕のように、周
期性を有する模様を撮像して得られる有限階調の濃淡画
像においては、その画像をフーリエ変換して得られるパ
ワースペクトル上のある特定領域に上記模様の存在を示
す特徴的なスペクトル成分が現れる。

【００１２】一方、十分に仕上加工がなされた加工表面
のように、周期性を有する模様を含まないものを撮像し
て得られる有限階調の濃淡画像においては、その画像を
フーリエ変換しても、上記特徴的なスペクトル成分が現
れない。従って、上記パワースペクトル上のスペクトル
成分を検出して定量化することにより、加工表面の面粗
度を定量化することができる。

【００１３】請求項２記載の加工表面検査装置は、請求
項１記載の加工表面検査装置において、前記検査対象部
材と前記撮像手段とを前記加工表面に沿って相対移動さ
せる駆動機構を備えることを特徴とするものである。

【００１４】従って、本発明の加工表面検査装置によれ
ば、駆動機構により検査対象部材と撮像手段とを加工表
面に沿って相対移動させることができる。

【００１５】請求項３記載の加工表面検査方法は、検査
対象部材の加工表面を撮像し、撮像した画像信号の輝度
に基づいて画像情報に変換処理し、該画像情報をフーリ
エ変換した結果に基づいて前記加工表面の面粗度を定量
化することを特徴とするものである。

【００１６】従って、本発明の加工表面検査方法によれ
ば、検査対象部材の加工表面を画像情報としてフーリエ
変換して、その結果に基づいて前記加工表面の面粗度を
定量化して、その仕上度合いを評価することができる。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下、本発明の加工表面検査装置
およびその検査方法の実施の形態を、図１ないし図５を
参照して説明する。図１において、符号３は加工表面検
査装置であり、符号１はその加工表面２に予め機械切削
加工および研磨仕上加工が施された金属製平板状のワー
クである。加工表面検査装置３は、撮像ユニット（撮像
手段）４と、画像処理ユニット（画像信号処理手段）５
と、数値演算ユニット（数値演算処理手段）６とを備え
るものである。

【００１８】撮像ユニット４は、ワーク１の加工表面２
を撮像すると共に、画像信号として画像処理ユニット５
へ出力するものであって、例えば、矩形配列Ｍ×Ｎ＝２
５６×２５６個の二次元ＣＣＤ画素列を有している。ま
た、この撮像ユニット４には、加工表面２の表面粗さに
応じた視野範囲が撮像可能な図示しない接写器具および
レンズが設けられている。さらに、撮像ユニット４に
は、該撮像ユニット４とワーク１とを加工表面２に沿っ
て相対移動させる駆動機構（図示せず）が設けられてい
る。

【００１９】画像処理ユニット５は、撮像ユニット４か
ら出力された画像信号を、画素毎の輝度に基づいて、例
えば、８ビット階調（２５６階調）に標本化した画像情
報に変換処理して数値演算ユニットに出力するものであ
る。

【００２０】数値演算ユニット６は、画像処理ユニット
５から出力された画像情報をフーリエ変換して、撮像ユ
ニット４で撮像された加工表面２の画像のパワースペク
トルを得ると共に、このパワースペクトルから加工表面
２の面粗度を定量化するように数値演算するものであ
る。

【００２１】上記の構成の加工表面検査装置３によりワ
ーク１の加工表面２の仕上度合いを検査する手順を、図
２に示すフローチャート図に従って説明する。まず、撮
像ユニット４によりワーク１の加工表面２を撮像して
（ステップＳ１）、その画像信号を画像処理ユニット５
へ出力する。

【００２２】このとき、図１に示すように、撮像ユニッ
ト４を加工表面２の切削方向に対してθの角度をなすよ
うに固定することにより、その二次元ＣＣＤ画素列の配
列方向と加工表面２の切削方向とを交叉させて、周期性
を有する加工痕の模様を明確に検出できるようにしてお
く。

【００２３】次に、画像処理ユニット５により、撮像ユ
ニット４から出力された画像信号を、ＣＣＤ画素毎の輝
度変化として８ビット階調に標本化した画像情報に変換
処理する（ステップＳ２）。これにより、撮像ユニット
４により撮像されたワーク１の加工表面２は、図３に示
すように、周期性を有する２５６階調の白黒濃淡画像と
なる。

【００２４】そして、数値演算ユニット６により、画像
処理ユニット５から出力された画像情報をフーリエ変換
（高速フーリエ変換）する（ステップＳ３）。即ち、全
体がＭ×Ｎの画素列のからなる画素ｍ，ｎの２５６階調
白黒濃淡画像ｆ（ｍ，ｎ）と周波数ｕ，ｖからなる周波
数画像Ｆ（ｕ，ｖ）とのフーリエ変換式

【数１】 を用いてフーリエ変換する。

【００２５】そして、上式により求められるＦ（ｕ，
ｖ）の自乗｜Ｆ（ｕ，ｖ）｜²の値を８ビットに標本化
し、その結果を２５６階調白黒濃淡画像で示すことによ
り、図４に示すようなパワースペクトルを得ることがで
きる。このとき、パワースペクトル上の点Ｐ（ｕ，ｖ）
の輝度値は、画像ｆに含まれるＭ／ｕ、Ｎ／ｖの周期性
の割合を表すものなので、このパワースペクトルを求め
ることにより、画像ｆの周波数分布を得ることができ
る。

【００２６】続いて、得られたパワースペクトルにより
ワーク１の加工表面２の仕上度合いを評価する（ステッ
プＳ４）。即ち、図４に示すパワースペクトルから該パ
ワースペクトルの中心Ｏを通り、θ’＝π／２＋ｔａｎ
^-1（Ｍ／Ｎ×ｔａｎθ）なる方向のパワースペクトルの
輝度分布を、図５に示すように、求める。

【００２７】そして、輝度分布の平均値ａを求め、これ
に、予め設定した値ｄを加えた輝度Ｔをしきい値とし
て、そのしきい値Ｔを超え、かつ輝度分布の中心Ｏから
予め設定した、距離±ｂの範囲に属さない全ての画素に
ついて、その画素の輝度としきい値Ｔとの差の総和を求
め評価値とする。

【００２８】即ち、しきい値Ｔを超えると共に輝度分布
の中心Ｏから±ｂの範囲に属さない画素がｎ個ある場
合、それらの画素の輝度ａ_nから求められる仕上度合い
の定量的評価値Ｅを次式により求める。

【数２】 そして、この定量的評価値Ｅの値が小さい程、仕上度合
いが高く、面粗度が小さいと評価することができる。

【００２９】一方、ワーク１の加工表面２の面積が大き
く、撮像ユニット４により一回で撮像できなかった場合
には、駆動機構を作動させて撮像ユニット４を加工表面
２に沿って相対移動させることにより、加工表面２の全
面を複数に分割し複数回撮像することで対応することが
できる。

【００３０】本実施の形態の加工表面検査装置およびそ
の検査方法によれば、ワーク１の加工表面２の面粗度を
評価値Ｅとして定量的に評価できるため、検査を実施す
る人、または時間等に関係なく、安定した、かつ確実な
検査結果を得ることができる。また、検査を実施する人
においては、検査の合否に関する判断能力が要求されな
いため、検査を実施する人が限定されず、誰もが容易に
仕上加工表面検査を行うことができる。

【００３１】一方、見本データを用いることなく、ワー
ク１の加工表面２の検査を行えるため、見本データの登
録作業が不要となり、検査に到るまでの作業を迅速に行
うことが可能となり、また、目標とする仕上加工の表面
粗さ、ワーク表面の材質、形状が変化しても、加工表面
２の撮像条件を変化させることによりそのままの状態で
表面検査を行うことができるため、検査対象の変更に伴
って発生する作業が大幅に簡略化され、検査に要する時
間を短縮することができる。

【００３２】さらに、撮像ユニット４に駆動機構を設け
てあるため、ワーク１の加工表面２の面積が大きくなっ
ても、複数回に亙って撮像および評価を行うことにより
容易に対応できる。

【００３３】なお、上記実施の形態において、駆動機構
を撮像ユニットに設ける構成としたが、これに限られる
ことなく、例えば、ワークを支持盤にセットし、この支
持盤に駆動機構を設けるような構成であってもよい。ま
た、ワークを金属製の平板状とする構成としたが、金属
以外の材質や、平板状以外の形状であってもよく、予め
機械加工等により加工表面に規則的な模様が形成された
部材を検査対象としてもよい。

【００３４】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１に係る加
工表面検査装置によれば、加工表面を撮像してその画像
信号を出力する撮像手段と、この画像信号を画像情報に
変換処理する画像信号処理手段と、画像情報をフーリエ
変換して加工表面の面粗度を定量化する数値演算処理手
段とを備える構成となっている。これにより、誰もが容
易に、安定した、かつ正確な検査結果を得ることができ
るという優れた効果を奏するものである。

【００３５】請求項２に係る加工表面検査装置によれ
ば、検査対象部材と撮像手段とを加工表面に沿って相対
移動させる駆動機構を備える構成となっている。これに
より、検査対象部材が大きくなっても容易に対応するこ
とができるという優れた効果を奏するものである。

【００３６】請求項３に係る加工表面検査方法によれ
ば、検査対象部材の加工表面を撮像した画像に基づいて
フーリエ変換し、加工表面の面粗度を定量化する構成と
なっている。これにより、誰もが容易に、安定した、か
つ正確な検査結果を得ることができるという優れた効果
を奏するものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の実施の形態を示す図であって、ワー
クの加工表面を検査する加工表面検査装置が配設された
概略構成図である。

【図２】 本発明の加工表面検査装置により、仕上度合
い検査をする際の手順を示すフローチャート図である。

【図３】 本発明の実施の形態を示す図であって、画像
処理ユニットにより２５６階調に標本化された加工表面
の平面図である。

【図４】 本発明の実施の形態を示す図であって、フー
リエ変換によりパワースペクトルが得られた分布図であ
る。

【図５】 本発明の実施の形態を示す図であって、図４
における中心を通り、角度θ’をなす方向の輝度分布図
である。

【符号の説明】

１ ワーク（検査対象部材） ２ 加工表面 ３ 加工表面検査装置 ４ 撮像ユニット（撮像手段） ５ 画像処理ユニット（画像信号処理手段） ６ 数値演算ユニット（数値演算処理手段）

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 検査対象部材の加工表面を撮像して画像
   信号を出力する撮像手段と、 該撮像手段により出力された前記画像信号を、該画像信
   号の輝度に基づく画像情報に変換処理する画像信号処理
   手段と、 該画像信号処理手段により変換処理された前記画像情報
   をフーリエ変換すると共に、フーリエ変換された結果に
   基づいて前記加工表面の面粗度を定量化する数値演算処
   理手段とを備えることを特徴とする加工表面検査装置。
2. 【請求項２】 請求項１記載の加工表面検査装置におい
   て、 前記検査対象部材と前記撮像手段とを前記加工表面に沿
   って相対移動させる駆動機構を備えることを特徴とする
   加工表面検査装置。
3. 【請求項３】 検査対象部材の加工表面を撮像し、 撮像した画像信号の輝度に基づいて画像情報に変換処理
   し、 該画像情報をフーリエ変換した結果に基づいて前記加工
   表面の面粗度を定量化することを特徴とする加工表面検
   査方法。