JP2009002780A - 画像処理システム用照明装置及び画像処理システム - Google Patents

Abstract

【課題】高精度の画像処理を行うことが可能な画像処理システム用照明装置及び画像処理システムを提供する。
【解決手段】本発明は、部品Ｗに照明光を照射して取得した画像を処理して、部品Ｗの形状、向き、位置等を特定する画像処理システム１用の画像処理システム用照明装置５であって、部品Ｗの一方から部品Ｗに照明光を照射する照明部１５と、部品Ｗを挟んで照明部１５と対向する側に設けられ、照明光を反射する反射面を有する反射部材１６とを備え、反射面は、照明部１５から照射された照明光が部品Ｗに向かって集光される形状を有することを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、照明光を反射させて部品の下方向から照射して部品等の画像を取得し、部品の形状や向き等を特定する画像処理システム用の照明装置及び画像処理システムに関する。

従来、反射光を用いて検査対象の部品等を撮像し、取得した画像を処理して検査対象部品の形状や方向を判断し、位置補正等を行って位置決め等を行う画像処理装置が開示されている(例えば、特許文献１参照。)。

特許文献１の画像処理装置では、チャックに固定したワーク（部品）に対してカメラレンズの周囲に配置された照明装置から光が照射される。ワークを挟んでカメラレンズと対向する側には、反射板が設置されており、照明装置から照射された光が反射した間接光がワークに照射されてバックライト照明と同等の画像が取得できるとされている。
特開平５−１３５３７号公報

ところで、特許文献１のような装置で、例えば丸棒のような曲面形状を有するワークを撮像する際には、曲面形状を有する幅方向のエッジ部において光が反射されにくく、該エッジ部の特定が困難となる。

しかしながら、特許文献１の装置に設けられた反射板は平面形状であるので、照射した光はそのまま反射され、反射板の明度はいずれの位置においても一様となる。そのため、上記のようなワークを撮像する際には、図５に示すように、反射板からの光量が不足するためにワーク１００のエッジ部１００ａと反射板１０１の明度とが同等となり、ワーク１００のエッジ部１００ａが適切に特定できないことがある。これは画像処理の精度が低下する原因となるため、問題となっている。

この問題を解決するために、ワークを挟んでカメラレンズと対向する側に照明装置等の光源を設置する方法も考えられるが、そのためにはさまざまな機構をカメラレンズと対向する側に配置する必要があるため、機械的な制約が多い等の問題がある。

本発明は上記事情に鑑みて成されたものであり、高精度の画像処理を行うことが可能な画像処理システム用照明装置及び画像処理システムを提供することを目的とする。

本発明は、部品に照明光を照射して取得した画像を処理して、前記部品の形状、向き、位置等を特定する画像処理システム用の照明装置であって、前記部品の一方から前記部品に照明光を照射する照明部と、前記部品を挟んで前記照明部と対向する側に設けられ、前記照明光を反射する反射面を有する反射部材とを備え、前記反射面は、前記照明部から照射された前記照明光が前記部品に向かって集光される形状を有することを特徴とする。

本発明の画像処理システム用照明装置によれば、照明部から照射された照明光が反射部材の反射面によって反射されて、部品に向かって集光され、部品の周囲の明度が増大する。

前記反射面の断面は、前記部品に向かって凹となる円弧状に形成されてもよい。この場合、照明光を効率よく部品に向かって集光させることができる。

前記反射面は、前記反射光を拡散反射するものでもよい。この場合、画像処理後にレーザ光等を用いて工程が行われる場合も、反射部材を退避させる必要がない。

また、本発明の画像処理システムは、部品に照明光を照射して取得した画像を処理して、前記部品の形状、向き、位置等を特定する画像処理システムであって、前記部品を固定する固定部と、前記部品を挟んで前記照明装置の反射部材と対向するように配置され、前記部品の画像を取得する撮像部と、本発明の画像処理システム用照明装置と、前記固定部を移動させる移動機構と、前記画像の処理を行う画像処理部と、前記画像処理部の前記処理に基づいて前記部品の位置を認識し、前記移動機構を介して前記固定部及び前記部品の位置を調整する制御部とを備えることを特徴とする。

本発明の画像処理システムによれば、画像処理システム用照明装置によって、部品の周囲の明度が増大した画像が取得され、画像処理が高精度で行われる。

本発明の画像処理システム用照明装置及び画像処理システムによれば、照明光を部品に向かって集光することによって、部品の周囲の明度が増大した、コントラストが良好な画像を取得することができ、高精度の画像処理が可能な画像処理システムを構成することができる。

本発明の一実施形態について、図１から図４を参照して説明する。図１は、本発明の一実施形態に係る画像処理システム１を備えたレーザ加工装置２を示す斜視図である。
図１に示すように、画像処理システム１は、検査対象となる部品Ｗが固定される固定部３と、部品Ｗの画像を上方側から取得する撮像カメラ（撮像部）４と、部品Ｗを挟んで撮像カメラ４側及び対向する側から撮像カメラ４の撮像領域を照明する画像処理システム用照明装置（以下、単に「照明装置」と称する。）５とを備えている。そして、撮像カメラ４に並設されて部品Ｗに対して溶接等のレーザ加工を行うレーザヘッド６をさらに備えて、全体としてレーザ加工装置２が構成されている。
なお、レーザ加工装置２が溶接の対象とする部品Ｗは、丸棒状の金属部材である部品Ｗ１及びＷ２であるが、対象となる部品Ｗはこれには限定されない。

固定部３は互いに同一軸線上にて対向する一対の第１チャック７Ａ及び第２チャック７Ｂを有して構成されている。各チャック７Ａ，７Ｂは同一の構成を有し、部品Ｗをそれぞれ前面（対向面）側で固定する本体部８Ａ、８Ｂと、本体部８Ａ、８Ｂの背面側を軸支する軸支部９Ａ、９Ｂと、軸支部９Ａ、９Ｂが支持される基部１０Ａ、１０Ｂとをそれぞれ有している。

本体部８Ａ、８Ｂの前面側の中央には固定孔１１Ａ、１１Ｂ（不図示）が設けられており、各固定孔１１Ａ、１１Ｂに挿入された部品Ｗは、固定孔１１Ａ、１１Ｂの周囲に配置された挟持部材１２Ａ、１２Ｂ（不図示）によって挟持固定される。軸支部９Ａ、９Ｂは丸棒状の部材で同一軸線上に配置されている。軸支部９Ａ、９Ｂの一方の端部は、本体部８Ａ、８Ｂの固定孔１１Ａ、１１Ｂが設けられた面（前面）と反対側の面（背面）に挿入されて固定されており、他方の端部は基部１０Ａ、１０Ｂに挿入されて軸線方向に摺動可能に支持されている。

第２チャック７Ｂの基部１０Ｂは、第１基盤１３に支持固定されており、第１チャック７Ａの基部１０Ａは、第１基盤１３上に設置された第２基盤１４に支持固定されている。第２基盤１４は、第１基盤１３に対して移動可能に設置されている。このようにして、第１チャック７Ａ及び第２チャック７Ｂは、各軸支部９Ａ、９Ｂが、同一の軸線上に位置するように対向配置されている。

また、各軸支部９Ａ、９Ｂ及び第２基盤１４には、それぞれステッピングモータ等の公知の構成からなる図示しない移動機構が取付けられている。これによって各本体部８Ａ、８Ｂは、軸支部９Ａ、９Ｂの軸線方向に沿って移動可能に構成され、第２基盤１４は、軸支部９Ａ、９Ｂの軸線方向及び該軸線方向と直交する水平方向に移動可能に構成されている。
さらに、各基部１０Ａ、１０Ｂには図示しない回転機構がそれぞれ設けられており、各軸支部９Ａ、９Ｂを軸線回りに回転させることによって、第１チャック７Ａ及び第２チャック７Ｂにそれぞれ固定された部品Ｗを回転させることができるようになっている。

撮像カメラ４は、ＣＣＤカメラ等の公知の構成からなり、固定部３に固定された部品Ｗの上方に、図示しない治具等によって固定されている。

照明装置５は、撮像カメラ４に取付けられた照明部１５と、部品Ｗを挟んで撮像カメラ４と対向するように第２基盤１４上に配置された反射板（反射部材）１６とを有して構成されている。
図２は、照明装置５の断面図である。照明部１５は、撮像カメラ４に取付けられる枠体１７と、枠体１７の下面側のテーパ面１７Ｂに配置されたＬＥＤ１８と、ＬＥＤ１８を覆うように配置された拡散透過板１９とを有している。

枠体１７は、円盤状の部材の中央に円形の貫通孔１７Ａが設けられた、いわゆるドーナツ状の形状を有している。貫通孔１７Ａは、部品Ｗに対向する面に向かって半径が徐々に大きくなるようにテーパ形状を有して形成されている。テーパ面１７ＢにはＬＥＤ１８が配置され、部品Ｗの上方から部品Ｗに照明光Ｌ１が照射される。なお、ＬＥＤ１８に代えて、他の公知の照明手段が配置されてもよい。
曇りガラス等からなる拡散透過板１９は、枠体１７の部品Ｗに対向する面に、ＬＥＤ１８と部品Ｗとの間に位置するように取付けられており、ＬＥＤ１８から照射される照明光を拡散させる。

反射板１６は樹脂、金属等からなり、部品Ｗ側の面に、断面が部品Ｗに対して凹となる円弧状の反射面１６Ａが形成されている。
反射面１６Ａは曲面であるため、ＬＥＤ１８から照射され、ワークに当たらずに反射面１６Ａに到達した照明光Ｌ２の一部は、図２に示すように反射面１６Ａで部品Ｗに向かって反射され、部品Ｗの下方に集光される。

反射面１６Ａは、例えば白色の樹脂等によって拡散反射をするように構成されてもよいし、金属等によって鏡面として形成されてもよい。ただし、反射面１６Ａを鏡面とし、かつ画像処理後の工程においてレーザ光が使用されるような場合は、安全性を高めるために、反射板１６にモータ等の移動機構を取り付けて部品Ｗの下方から退避できるように構成されるのが好ましい。本実施形態においては、反射板１６は白色の樹脂からなり、反射面１６Ａが拡散反射するように構成された例として説明する。

図３は、レーザ加工装置２の各部のつながりを示すブロック図である。図３に示すように、固定部３に設けられた各移動機構及び回転機構、撮像カメラ４、及びレーザヘッド６は、制御部２０に接続されており、これら各部の動作が制御部２０によって制御される。撮像カメラ４は、撮像カメラ４が取得した部品Ｗの画像を処理する画像処理部２１とも接続されている。画像処理部２１は制御部２０と接続されており、画像処理部２１による処理結果が制御部２０の制御内容に反映される。

制御部２０及び画像処理部２１は図１には図示されていないが、レーザ加工装置２に直接設けられてもよいし、レーザ加工装置２に接続されたパソコン等の情報処理装置に格納されてもよい。

上記のように構成されたレーザ加工装置２の使用時の動作について図１から図４を参照して説明する。
まず、各チャック７Ａ、７Ｂの固定孔１１Ａ、１１Ｂに、加工対象の部品Ｗ１、Ｗ２がそれぞれ挿入され、挟持部材１２Ａ、１２Ｂで固定される。

次に画像処理システム１を起動し、部品Ｗ１、Ｗ２の加工前の位置合わせのために部品Ｗ１、Ｗ２の画像を取得する。
具体的には、固定部３の移動機構によって、第１チャック７Ａに固定された部品Ｗ１の端部を撮像カメラ４の下方に移動させ、照明装置５で部品Ｗ１に照明光を照射して部品Ｗ１の画像を取得する。

このとき、部品Ｗ１の上面には、図２に示すように、照明光Ｌ１が拡散透過板１９を介して直接照射されて照明される。一方、上述のように、反射板１６の反射面１６Ａによって、照明光Ｌ２が部品Ｗ１の下方に集光される。

これによって、図４に示すように、反射面１６Ａの部品Ｗ１の周辺の明度が高まり、平面視において、部品Ｗ１の幅方向のエッジ部Ｗ１ａとの明度差（コントラスト）が大きくなって、後述する画像処理においてエッジ部Ｗ１ａの特定が容易となる。

撮像カメラ４の取得した部品Ｗ１の画像データは、画像処理部２１に送られ、画像における各画素の明度等のデータがあらかじめ設定されたプログラム等によって処理、解析される。こうして、部品Ｗ１の形状、向き、エッジ部の位置、及び端部の位置などの各種状態量が特定される。
上記作業終了後、部品Ｗ１を撮像カメラ４の下方から退避させ、次いで制御部２０によって部品Ｗ２の端部が撮像カメラ４の下方に移動され、同様の画像処理が行われる。

部品Ｗ２の画像処理作業が終了した後、各部品Ｗ１、Ｗ２の画像処理部２１による処理結果が制御部２０に伝達される。制御部２０は処理結果に基づいて各部品Ｗ１、Ｗ２の位置を認識し、幅方向のエッジ部の位置が揃った状態で、長手方向の端部が接触する、即ち、部品Ｗ１と部品Ｗ２とが同一軸線上に並ぶように、移動機構を制御して位置合わせを行う。

位置合わせ終了後、制御部２０は移動機構を介して各部品Ｗ１、Ｗ２の互いに接触した端面をレーザヘッド６の下方に移動させる。そして、回転機構によって部品Ｗ１、Ｗ２を回転させながら、レーザヘッド６によって端面の溶接を行って一連の作業を終了する。

本実施形態の照明装置５によれば、照明部１５から照射されたが部品Ｗに到達しなかった照明光Ｌ２が、反射板１６の反射面１６Ａで部品Ｗに向かって反射されて部品Ｗの下方に集光されるため、部品Ｗ周辺において反射板１６の明度が高まる。従って、画像処理システム１に適用することによって、照明光が反射されにくい部品Ｗの幅方向のエッジ部Ｗａとのコントラストを良好にして、高精度に画像処理が行える画像を取得することができる。

また、反射板１６は、白色の樹脂で形成されることによって、反射面１６Ａが照明光を拡散反射するように構成されている。従って、画像処理後にレーザ溶接等のレーザ光を使用する工程が行われる際も、部品Ｗの下方から反射板１６を退避させずに安全に行うことができ、より簡素で安全性の高い装置を構成することができる。

また、本実施形態の画像処理システム１によれば、照明装置５によって、エッジ部のコントラストが良好な部品Ｗの画像が取得されて、画像処理部２１で高精度な画像処理が行われる。従って、部品Ｗの形状、向き、位置等が制御部２０で高精度に認識され、部品Ｗの位置の調整を的確に行うことができる画像処理システム１を構成することができる。

さらに、部品Ｗを挟んで撮像カメラ４と対向するように照明部１５を配置することなくコントラストが良好な画像を取得することができるので、小型で簡素な構造でありながら、高精度の画像処理が可能に装置を構成することができる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明の技術範囲は上記各実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
例えば上述した実施形態においては、照明装置５の反射面１６Ａが、図１に示すように、軸支部９Ａ、９Ｂの軸線方向に直交する断面において部品Ｗに向かって凹となる円弧状に形成されている例を説明したが、これには限定されず、例えば、いずれの方向における断面も上述のような円弧状となるように、すなわち部品Ｗに向かって凹となる球面状に形成されてもよい。

このように反射面１６Ａを構成すれば、照明光Ｌ２が反射面１６Ａの中心部により集光されることになる。従って、照明光が反射されにくいエッジ部を平面視における全周にわたって有する、例えば球体のような部品であっても、いずれのエッジ部においても反射面とのコントラストが良好な画像を取得することができる。

また、照明部１５からの照明光が部品Ｗに向かって集光されれば、反射面１６Ａは必ずしも曲面である必要はなく、例えば、角度が調整された複数の平面を組み合わせることによって略凹状の反射面１６Ａが形成されてもよい。

本発明の一実施形態の画像処理システムを備えるレーザ加工装置を示す斜視図である。 同画像処理システムの画像処理システム用照明装置を示す断面図である。 同レーザ加工装置の各部のつながりを示すブロック図である。 同照明装置で部品を照明したときの部品を上方から見た状態を示す図である。 従来の画像処理システムにおいて部品を照明したときの部品を上方から見た状態を示す図である。

符号の説明

１ 画像処理システム
３ 固定部
４ 撮像カメラ（撮像部）
５ 画像処理システム用照明装置
１５ 照明部
１６ 反射板（反射部材）
１６Ａ 反射面
２０ 制御部
２１ 画像処理部
Ｌ１、Ｌ２ 照明光
Ｗ、Ｗ１、Ｗ２ 部品

Claims (4)

1. 部品に照明光を照射して取得した画像を処理して、前記部品の形状、向き、位置等を特定する画像処理システム用の照明装置であって、
   前記部品の一方から前記部品に照明光を照射する照明部と、
   前記部品を挟んで前記照明部と対向する側に設けられ、前記照明光を反射する反射面を有する反射部材と、
   を備え、
   前記反射面は、前記照明部から照射された前記照明光が前記部品に向かって集光される形状を有することを特徴とする画像処理システム用照明装置。
2. 前記反射面の断面は、前記部品に向かって凹となる円弧状に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の画像処理システム用照明装置。
3. 前記反射面は、前記反射光を拡散反射することを特徴とする請求項１又は２に記載の画像処理システム用照明装置。
4. 部品に照明光を照射して取得した画像を処理して、前記部品の形状、向き、位置等を特定する画像処理システムであって、
   前記部品を固定する固定部と、
   請求項１から３のいずれか１項に記載の画像処理システム用照明装置と、
   前記部品を挟んで前記照明装置の反射部材と対向するように配置され、前記部品の画像を取得する撮像部と、
   前記固定部を移動させる移動機構と、
   前記画像の処理を行う画像処理部と、
   前記画像処理部の前記処理に基づいて前記部品の位置を認識し、前記移動機構を介して前記固定部及び前記部品の位置を調整する制御部と、
   を備えることを特徴とする画像処理システム。

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