JP2010091410A - Defect inspecting device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、検査対象物の被検査面における微細欠陥を画像処理に基づいて検出する欠陥検出装置に関する。 The present invention relates to a defect detection apparatus that detects fine defects on an inspection surface of an inspection object based on image processing.
上述したような欠陥検出装置は、自動車の生産過程における塗装面の欠陥を検出するためなどに利用されている。例えば、例えば、被検査面に所定の明暗縞（ストライプ）パターンを映し出し、被検査面上に凹凸などの欠陥があった場合に得られる明度（輝度）差や明度（輝度）変化をもった受光画像を微分することにより、被検査面の表面の欠陥を検出する表面欠陥検査装置が知られている（特許文献１参照）。このような表面欠陥検査装置では、パターン幅に匹敵するような比較的大きな凸状の表面欠陥を検出することを意図しており、より小さな微小欠陥を検出しようとすると誤検出する可能性が高くなる。 The defect detection apparatus as described above is used for detecting defects on the painted surface in the production process of automobiles. For example, for example, a predetermined light and dark stripe pattern is projected on the surface to be inspected, and light reception having a brightness (luminance) difference or brightness (luminance) change obtained when there are defects such as irregularities on the surface to be inspected. A surface defect inspection apparatus that detects defects on the surface of an inspection surface by differentiating an image is known (see Patent Document 1). In such a surface defect inspection apparatus, it is intended to detect a relatively large convex surface defect comparable to the pattern width, and there is a high possibility of erroneous detection when attempting to detect a smaller minute defect. Become.
微小欠陥を検出する装置として、ストライプ格子を取り付けた照明装置によってストライプ状の明暗パターンを塗装面に照射し、そのストライプ状の明暗パターンが照射されている領域を被検査面を移動させながら順次撮影して得られた複数の撮影画像から画像処理を通じて塗装面の欠陥を検出する欠陥検査装置が知られている（特許文献２参照）。しかしながら、この装置を屈曲したり湾曲したりしている被検査面に対する欠陥検査に適用した場合、ストライプ状の明暗パターンの映り込みが小さくかつ均一に被検査面を照らすためには大型の照明が必要となり明暗パターンが乱れがちとなり誤認識が生じやすい。また、前述した特許文献１の装置と同様に、その照明中心線と撮影中心線とが被検査面の法線に対して等角となるように照明装置と撮影装置を配置しているので、遠近の視差による欠陥サイズ算出精度の低下も生じる。 As a device for detecting minute defects, a striped light / dark pattern is irradiated onto a painted surface by an illuminator equipped with a stripe grid, and images are taken sequentially while moving the surface to be inspected in the area where the stripe light / dark pattern is irradiated. There is known a defect inspection apparatus that detects a defect on a painted surface from a plurality of photographed images obtained through image processing (see Patent Document 2). However, when this apparatus is applied to defect inspection on a surface to be inspected that is bent or curved, large-scale illumination is required in order to illuminate the surface to be inspected with little reflection of a stripe-like light and dark pattern. It becomes necessary and the light and dark pattern tends to be disturbed, so that erroneous recognition is likely to occur. In addition, since the illumination center and the imaging device are arranged so that the illumination center line and the imaging center line are equiangular with respect to the normal of the surface to be inspected, as in the device of Patent Document 1 described above, Deterioration of defect size calculation accuracy due to near / far parallax also occurs.
レーザー照明と、この照明光が被検査面で反射光をライン状ＣＣＤアレイで取り込み、微小ピッチで移動させ複数ラインのライン画像を取得することで２次元画像を生成し、この２次元画像における輝度変化部分を欠陥として検出する外観検査装置も知られている（特許文献３参照）。この装置でも、照明光の光軸とライン状ＣＣＤアレイの撮影中心軸とが正確に被検査面上で交わらないと取得される画像が不鮮明となるため、正確な位置調整が必要となる。また、被検査面をライン走査するので、送りピッチのばらつきが直接画像の送り方向の乱れにつながるので、コストのかさむ高い送り精度が必要となる。 Laser illumination and reflected light from the surface to be inspected are captured by a line CCD array and moved at a fine pitch to obtain a line image of a plurality of lines, thereby generating a two-dimensional image. The luminance in the two-dimensional image An appearance inspection apparatus that detects a changed portion as a defect is also known (see Patent Document 3). Even in this apparatus, the acquired image becomes unclear if the optical axis of the illumination light and the imaging central axis of the line CCD array do not intersect exactly on the surface to be inspected, so that accurate position adjustment is required. Further, since the surface to be inspected is line-scanned, variations in the feed pitch directly lead to disturbances in the feed direction of the image, so high feed accuracy that is costly is required.
上記実状に鑑み、本発明の目的は、検査対象物の屈曲した被検査面や湾曲した被検査面に対して適正な照明を与えるとともに、従来技術の問題点を抑制する欠陥検査装置を提供することである。 In view of the above situation, an object of the present invention is to provide a defect inspection apparatus that gives appropriate illumination to a bent inspection surface or a curved inspection surface of an inspection object and suppresses problems of the related art. That is.
上記目的を達成するため、本発明に係る欠陥検査装置は、検査対象物の被検査面に明・暗・明パターンを作り出すべく被検査面を覆うように照明する円弧状照射面を有する照明手段と、前記被検査面における明・暗・明パターンの暗部領域を撮像する撮像手段と、前記照明手段と前記撮像手段とを一体的に保持する保持手段と、前記保持手段と前記被検査面との相対位置を変更設定する位置決め手段と、前記撮像手段によって取得された撮影画像における前記暗部領域から、画像処理を用いて前記被検査面上の欠陥を検出する欠陥検出手段とを備える。 In order to achieve the above object, a defect inspection apparatus according to the present invention includes an illuminating unit having an arcuate irradiation surface that illuminates a surface to be inspected so as to create a bright / dark / bright pattern on the surface to be inspected Imaging means for imaging dark areas of bright / dark / bright patterns on the surface to be inspected, holding means for integrally holding the illumination means and the imaging means, the holding means, and the surface to be inspected Positioning means for changing and setting the relative position, and defect detection means for detecting defects on the surface to be inspected using image processing from the dark area in the photographed image acquired by the imaging means.
この構成によれば、被検査面は、円弧状照射面を有する照明手段によって多方向から照射される。従って、被検査面が屈曲形状ないしは湾曲形状であっても、そのような被検査面の法線方向にも照明光を当てることができる。つまり、非検査面に対して真上からだけではなく側面からも照明光を照射することができる。さらに、保持手段によって一体化された照明手段と撮像手段とが位置決め手段によって被検査面に対する位置を適正に維持することができるので、撮像手段の被写界深度内において多方向から照明された被検査面の所定箇所が正確に撮像され、適正な撮影画像が取得できる。また、非検査面に映し出された明・暗・明パターンの暗部領域を欠陥検出領域としているので、欠陥部で反射して撮像手段に達した微小な反射光を撮影画像の暗部領域で周囲との輝度差から高い精度で検出することができる。 According to this configuration, the surface to be inspected is irradiated from multiple directions by the illumination means having the arcuate irradiation surface. Therefore, even if the surface to be inspected has a bent shape or a curved shape, illumination light can also be applied to the normal direction of such a surface to be inspected. That is, it is possible to irradiate illumination light not only from directly above the non-inspected surface but also from the side surface. Furthermore, since the illumination unit and the imaging unit integrated by the holding unit can properly maintain the position with respect to the surface to be inspected by the positioning unit, the object illuminated from multiple directions within the depth of field of the imaging unit. A predetermined portion of the inspection surface is accurately imaged, and an appropriate captured image can be acquired. In addition, since the dark area of the bright / dark / bright pattern projected on the non-inspected surface is used as the defect detection area, the minute reflected light that has been reflected by the defective area and reached the imaging means is reflected in the dark area of the captured image as the surrounding area. Can be detected with high accuracy from the luminance difference.
本発明に係る欠陥検査装置における特徴構成として、前記照明手段が、その内周面に前記照射面を形成した第1円弧状照明セグメントと第２円弧状照明セグメントとを有し、前記第1円弧状照明セグメントと前記第２円弧状照明セグメントとが隙間をあけて並設され、前記撮像手段はその撮影中心軸が前記円弧状照明セグメントの周方向中央でかつ前記円弧状照明セグメント間の隙間内を通るように配置されることも好適である。これにより、簡単な構成にもかかわらず、被検査面に対して上方および両側方からの照明光によってその被検査面に適正な明・暗・明パターンを作り出すことができる。その際、場合によっては２つの円弧状照明セグメントの隙間から入射するかもしれない外乱光によるノイズ発生を回避するため、撮像に差し支えない範囲でこの隙間に暗幕を設置することが好ましい。 As a characteristic configuration in the defect inspection apparatus according to the present invention, the illumination means includes a first arcuate illumination segment and a second arcuate illumination segment in which the illumination surface is formed on an inner peripheral surface thereof, and the first circle The arcuate illumination segment and the second arcuate illumination segment are juxtaposed with a gap, and the imaging means has an imaging center axis at the center in the circumferential direction of the arcuate illumination segment and within the gap between the arcuate illumination segments. It is also suitable to be arranged to pass through. Thereby, despite the simple configuration, appropriate bright / dark / bright patterns can be created on the surface to be inspected by illumination light from above and on both sides of the surface to be inspected. At that time, in order to avoid noise generation due to ambient light that may enter from the gap between the two arcuate illumination segments in some cases, it is preferable to install a dark curtain in this gap in a range that does not interfere with imaging.
検査面が大きく湾曲していることで側方に位置することになる検査面部分に対しても、適正に照明光が当たるようにするため、前記円弧状照明セグメントの中心角が最大１８０度となるように延びた、つまり半円リング状の形状に構成することが好適である。さらに、その半円リング状の照明セグメントの内周面に形成される照射面には複数のＬＥＤを一様分布配置することで、一様で安定した照明光を得ることができる。 The central angle of the arcuate illumination segment is 180 degrees at the maximum so that the illumination light can be properly applied to the inspection surface portion that will be located laterally because the inspection surface is greatly curved. It is preferable to form in a semicircular ring shape extending so as to be. Furthermore, uniform and stable illumination light can be obtained by uniformly arranging a plurality of LEDs on the irradiation surface formed on the inner peripheral surface of the semicircular ring-shaped illumination segment.
円弧状照明セグメントの照射面から照射される照明光の光軸は実質的にはその円弧の中心に集合することになるので、その位置に撮像手段の焦点が合わされた姿勢で照明手段と撮像手段とが保持手段によって一体化される。従って、このように設定された撮像手段の焦点位置に被検査面を位置決めすることで最適な撮影画像が得られる。この位置決めを正確かつ容易に実現するため、本発明に係る欠陥検査装置における１つの好適な形態では、前記被検査面上に第1スリット光を照射する第1スリット光照射部と前記被検査面上に前記第1スリット光と交差する第２スリット光を照射する第２スリット光照射部とを有するスリット光照射手段が備えられ、前記撮像手段によって取得された撮影画像から算定された前記被検査面上の前記第1スリット光と第２スリット光との交差位置に基づいて前記撮像手段と前記被検査面との間の距離が前記位置決め手段によって調整される。この構成では、撮像手段の焦点位置（照明光の集合点でもある）である基準ポイントで第1スリット光と第２スリット光とが交わるように照明手段と撮像手段の相対位置関係を設定するとともに、その基準ポイントの像が撮影画像の所定の座標点、例えば中心座標となるように設定しておく。次に、被検査面上での第1スリット光と第２スリット光との交点が撮影画像の中心座標に位置するように保持手段と被検査面との相対位置を決定することで、実質的に撮像手段の焦点位置で被検査面を検査することができる。その際、保持手段と被検査面との間の距離誤差は第1スリット光と第２スリット光との交点の中心座標からのずれとして撮影画像から読み取ることができる。通常、このスリット光はレーザビームによって作り出すと好適である。 Since the optical axis of the illumination light irradiated from the irradiation surface of the arcuate illumination segment is substantially gathered at the center of the arc, the illumination unit and the imaging unit in a posture in which the imaging unit is focused on the position. Are integrated by the holding means. Therefore, an optimal captured image can be obtained by positioning the surface to be inspected at the focal position of the imaging means set in this way. In order to realize this positioning accurately and easily, in one preferred embodiment of the defect inspection apparatus according to the present invention, a first slit light irradiation unit that irradiates the first slit light on the inspection surface and the inspection surface A slit light irradiating means having a second slit light irradiating section for irradiating a second slit light intersecting with the first slit light is provided on the inspection object calculated from a photographed image acquired by the imaging means A distance between the imaging unit and the surface to be inspected is adjusted by the positioning unit based on an intersection position of the first slit light and the second slit light on the surface. In this configuration, the relative positional relationship between the illuminating means and the imaging means is set so that the first slit light and the second slit light intersect at a reference point that is the focal position of the imaging means (which is also the collection point of the illumination light). The reference point image is set to be a predetermined coordinate point of the captured image, for example, the center coordinate. Next, the relative position between the holding means and the surface to be inspected is determined substantially so that the intersection of the first slit light and the second slit light on the surface to be inspected is located at the center coordinate of the captured image. In addition, the surface to be inspected can be inspected at the focal position of the imaging means. At that time, the distance error between the holding means and the surface to be inspected can be read from the photographed image as a deviation from the center coordinate of the intersection of the first slit light and the second slit light. Usually, this slit light is preferably produced by a laser beam.
また、本発明に係る欠陥検出装置における特徴構成として、前記欠陥検出手段が、撮影画像における前記暗部領域に含まれる画素の輝度を用いて求められた第1欠陥抽出条件に基づいて予備欠陥領域を抽出し、さらに前記予備欠陥領域の外側近傍の画素の輝度を用いて求められた第２欠陥抽出条件に基づいて最終的な欠陥部を特定することも好適である。本発明における欠陥検出装置では、照明されている被検査面に欠陥が存在した場合に撮像された明・暗・明パターンの暗部領域に映り込む明るい部分の存在により欠陥の可能性を判定する。つまり、特定部分とその周囲との輝度差が欠陥検出の基本となるので、特定部分とその周囲とを切り分ける欠陥抽出条件の設定が重要である。従って、上記の好適な構成では、撮影画像全体から算定された第1欠陥抽出条件に基づいて予備欠陥領域を抽出する。さらにこの抽出された予備欠陥領域の外側近傍の位置する正常とみなされる画素の輝度を用いて求められた第２欠陥抽出条件に基づいて最終的な欠陥部を判定する評価を行う。これにより、ノイズの影響を受けにくい精度の高い欠陥検出が実現するとともに、この二段階の欠陥検出プロセスを採用することにより結果的には欠陥検出プロセスが効率的に行われ、その処理時間も短縮する。 In addition, as a characteristic configuration in the defect detection apparatus according to the present invention, the defect detection unit is configured to extract a preliminary defect area based on a first defect extraction condition obtained using luminance of a pixel included in the dark area in the captured image. It is also preferable that the final defect part is specified based on the second defect extraction condition obtained by extraction and further using the luminance of the pixels near the outside of the preliminary defect area. In the defect detection apparatus according to the present invention, the possibility of a defect is determined based on the presence of a bright part reflected in a dark area of a bright / dark / bright pattern imaged when a defect exists on the illuminated surface to be inspected. That is, since the luminance difference between the specific portion and its surroundings is the basis for defect detection, it is important to set a defect extraction condition for separating the specific portion and its surroundings. Therefore, in the above preferred configuration, the preliminary defect area is extracted based on the first defect extraction condition calculated from the entire captured image. Further, evaluation is performed to determine the final defect portion based on the second defect extraction condition obtained using the brightness of the pixel considered to be normal located near the outside of the extracted preliminary defect area. As a result, highly accurate defect detection that is less susceptible to noise is realized, and by adopting this two-stage defect detection process, the defect detection process is efficiently performed and the processing time is shortened as a result. To do.
以下、本発明による欠陥検出装置が自動車用ドアのノブの表面検査に適用された実施形態を説明する。図１は、コンベヤ１１によって搬送されてくる被検査対象物１としてのドアノブの湾曲した表面（被検査面）を検査する欠陥検査装置の全体を示す側面図であり、図２はその正面図である。この欠陥検査装置は、保持手段としてのホルダ５と、このホルダ５を操作アーム６ａの先端部に装着したロボット６と、ロボット６を操作するロボットコントローラ６０と、実質的にコンピュータによって構築されているメインコントローラ７を備えている。 Hereinafter, an embodiment in which a defect detection apparatus according to the present invention is applied to surface inspection of a knob of an automobile door will be described. FIG. 1 is a side view showing the entirety of a defect inspection apparatus for inspecting a curved surface (inspected surface) of a doorknob as an inspection object 1 conveyed by a conveyor 11, and FIG. 2 is a front view thereof. is there. This defect inspection apparatus is constructed substantially by a computer, a holder 5 as a holding means, a robot 6 having the holder 5 attached to the tip of an operation arm 6a, a robot controller 60 for operating the robot 6. A main controller 7 is provided.
ホルダ５は、照明手段としての照明ユニット２と、スリット光照射手段としてのスリット光照射ユニット４と、撮像手段としての撮像ユニット３とを所定の姿勢で一体的に保持しており、欠陥検出のためのセンサーヘッドとして機能する。図３には、ホルダ５を省略して、照明ユニット２とスリット光照射ユニット４と撮像ユニット３との間の相互の位置関係とその形状を説明するためのセンサーヘッドの模式図が側面図の形で示されており、図４には、同じものが正面図の形で示されている。 The holder 5 integrally holds the illumination unit 2 as the illumination means, the slit light irradiation unit 4 as the slit light irradiation means, and the imaging unit 3 as the imaging means in a predetermined posture, and detects defects. To function as a sensor head. In FIG. 3, the holder 5 is omitted, and a schematic diagram of a sensor head for explaining the mutual positional relationship and shape among the illumination unit 2, the slit light irradiation unit 4, and the imaging unit 3 is a side view. The same is shown in front view in FIG.
図４から明らかなように、照明ユニット２は、屈曲した被検査面や湾曲した被検査面に明・暗・明パターンを作り出すために、互いにセグメント軸心（円弧軸心）方向に隙間２３をあけて並設された第1円弧状照明セグメント２１と第２円弧状照明セグメント２２とから構成されている。第1円弧状照明セグメント２１及び第２円弧状照明セグメント２２は、そのセグメント中心角が最大で約１８０度となっている半円リング形状であり、その内周面にはＬＥＤが一様分布配置されている。これにより、各円弧状照明セグメント２１、２２の内周面は円弧状照射面として機能する。第1円弧状照明セグメント２１と第２円弧状照明セグメント２２との寸法は被検査対象物１の寸法によって異なるが、自動車用ドアノブを被検査対象物１とする場合では、そのセグメント半径は２００mm程度が適している。また、隙間２３の幅は、検出すべき欠陥の傾斜角度等に依存して調整するのが好ましく、１０〜１００mmの間で選択される。このような照明ユニット２の構成により、両円弧状照明セグメント２１、２２のＬＥＤが点灯すると、円弧状照明セグメント２１、２２の円弧中心を通る平面、この実施形態では円弧状照明セグメント２１、２２の各自由端を含む平面を照明光の被照射面とすると、図５で模式的に示されるような、明・暗・明パターンが作り出される。従って、被検査面を図５で示される被照射面にほぼ一致するように位置決めすることにより、２つの間隔をあけて配置された円弧状照明セグメント２１、２２の照射面からの実質的に１８０度にわたる方向からの照明光によって被検査面を覆うように照射することができ、この被検査面に明・暗・明パターンが作り出される。なお、隙間２３から外乱光が入射する可能性がある場合には、撮像に差し支えない範囲で暗幕によりこの隙間２３を遮蔽するとよい。 As can be seen from FIG. 4, the illumination unit 2 has a gap 23 in the direction of the segment axis (arc axis) in order to create a light / dark / bright pattern on the bent or curved surface to be inspected. The first arcuate illumination segment 21 and the second arcuate illumination segment 22 are arranged in parallel with each other. The first arcuate illumination segment 21 and the second arcuate illumination segment 22 have a semicircular ring shape whose segment central angle is about 180 degrees at the maximum, and LEDs are uniformly distributed on the inner peripheral surface thereof. Has been. Thereby, the inner peripheral surface of each arcuate illumination segment 21, 22 functions as an arcuate irradiation surface. The dimensions of the first arcuate illumination segment 21 and the second arcuate illumination segment 22 differ depending on the dimension of the object 1 to be inspected, but when the automobile door knob is the object 1 to be inspected, the segment radius is about 200 mm. Is suitable. The width of the gap 23 is preferably adjusted depending on the inclination angle of the defect to be detected and is selected between 10 and 100 mm. When the LEDs of both arcuate illumination segments 21 and 22 are lit by such a configuration of the illumination unit 2, the plane passing through the arc centers of the arcuate illumination segments 21 and 22, in this embodiment, the arcuate illumination segments 21 and 22. If a plane including each free end is an illumination light irradiated surface, a bright / dark / bright pattern as schematically shown in FIG. 5 is created. Accordingly, by positioning the surface to be inspected so as to substantially match the surface to be irradiated shown in FIG. 5, the arcuate illumination segments 21 and 22 arranged at two intervals are substantially 180 from the irradiation surface. The surface to be inspected can be irradiated with illumination light from various directions, and a light / dark / bright pattern is created on the surface to be inspected. If there is a possibility that ambient light may enter from the gap 23, the gap 23 may be shielded by a dark curtain within a range that does not interfere with imaging.
本発明では、被検査面に作り出された明・暗・明パターンの暗部領域の撮影画像を欠陥検出のための評価画像とするため、撮像ユニット３はこの暗部領域を撮像するように配置される。撮像ユニット３は、カメラ３０とレンズ３１とから構成される。撮像ユニット３は、図３に示すように、その撮影中心軸が円弧状照明セグメントの周方向中央でかつ２つの円弧状照明セグメント２１、２２の隙間２３を通って、円弧状照明セグメント２１、２２のセグメント軸心と交わるように配置される。前述したように、セグメント軸心を含む被照射面が被検査面となるので、この被照射面で焦点が合うようにレンズ３１が調整される。これにより、カメラ３０は被検査面に作り出された明・暗・明パターンの暗部領域が撮影中心となる撮影画像を取り込むことができる。 In the present invention, the imaged unit 3 is arranged so as to image the dark part region in order to use the photographed image of the dark part region of the light / dark / light pattern created on the inspection surface as an evaluation image for defect detection. . The imaging unit 3 includes a camera 30 and a lens 31. As shown in FIG. 3, the imaging unit 3 has an imaging center axis at the center in the circumferential direction of the arcuate illumination segment and through the gap 23 between the two arcuate illumination segments 21 and 22, and the arcuate illumination segments 21 and 22. It is arranged so as to intersect with the segment axis. As described above, the surface to be irradiated including the segment axis is the surface to be inspected, and therefore the lens 31 is adjusted so that the surface to be irradiated is in focus. As a result, the camera 30 can capture a photographed image in which the dark area of the light / dark / light pattern created on the surface to be inspected is the photographing center.
スリット光照射ユニット４は、上述した被照射面、つまり被検査面上に第1スリット光を照射する第1スリット光照射部４１と、第1スリット光と交差（この実施形態では直交）する第２スリット光を被検査面上に照射する第２スリット光照射部４２とを備える。第1スリット光照射部４１と第２スリット光照射部４２とは、照明ユニット２の隙間２３の上方で撮像ユニット３を挟むように配置されている。第1スリット光照射部４１及び第２スリット光照射部４２の姿勢は、第1スリット光は照明ユニット２の円弧上の隙間２３に平行となり、かつ基準となる被照射面上で、第1スリット光と第２スリット光との交点が撮像ユニット３の撮影中心軸に一致するように調整される。これにより、基準となる被照射面を照射している第1スリット光と第２スリット光とを撮影している撮像ユニット３の撮影視野は、図６に示すようになり、撮影視野中心（撮影画像中心）に第1スリット光と第２スリット光との交点が位置する。従って、欠陥検査に先立って、被検査対象物１の被検査面に第1スリット光と第２スリット光とを照射し、この交点が正確に撮影視野中心にくるようにロボット６をティーチングすることで、撮像ユニット３と被検査面との適正距離が保証される。また、その際に、第1スリット光の被検査面での映り込みが直線になるように調整することで、撮像ユニット３に対する被検査面の適正な向きが保証される。 The slit light irradiation unit 4 includes a first slit light irradiation unit 41 that irradiates the above-described irradiated surface, that is, a surface to be inspected, with the first slit light irradiation unit 41 and a first slit light that intersects (is orthogonal to the first embodiment). And a second slit light irradiator 42 that irradiates the surface to be inspected with two slit light. The first slit light irradiation unit 41 and the second slit light irradiation unit 42 are disposed so as to sandwich the imaging unit 3 above the gap 23 of the illumination unit 2. The postures of the first slit light irradiation unit 41 and the second slit light irradiation unit 42 are such that the first slit light is parallel to the gap 23 on the arc of the illumination unit 2 and the first slit light is on the reference irradiated surface. The intersection between the light and the second slit light is adjusted so as to coincide with the photographing central axis of the image pickup unit 3. As a result, the imaging field of view of the imaging unit 3 capturing the first slit light and the second slit light that irradiates the reference irradiated surface is as shown in FIG. The intersection of the first slit light and the second slit light is located at the center of the image. Therefore, prior to the defect inspection, the surface of the inspection object 1 is irradiated with the first slit light and the second slit light, and the robot 6 is taught so that the intersection point is accurately at the center of the field of view. Thus, an appropriate distance between the imaging unit 3 and the surface to be inspected is guaranteed. At that time, by adjusting the reflection of the first slit light on the surface to be inspected to be a straight line, an appropriate direction of the surface to be inspected with respect to the imaging unit 3 is guaranteed.
メインコントローラ７は、本発明に特に関係する機能部として、スリット光照射制御部７１、照明制御部７２、撮像制御部７３、欠陥検出制御部（欠陥検出手段の一例）７４をプログラムまたはハードウエアあるいはその両方によって構築している。スリット光照射制御部７１はスリット光照射ユニット４を制御し、照明制御部７２は照明ユニット２を制御し、撮像制御部７３は撮像ユニット３を制御する。欠陥検出制御部７４は、撮像ユニット３によって取得された前記明・暗・明パターンの暗部領域の撮影画像が被検査面上の欠陥検出のためにメインコントローラ７に送られる。欠陥検出制御部７４は送られてきた画像から画像処理を用いて欠陥を検出する。 The main controller 7 includes a slit light irradiation control unit 71, an illumination control unit 72, an imaging control unit 73, and a defect detection control unit (an example of defect detection means) 74 as a program or hardware or a function unit particularly related to the present invention. Build by both. The slit light irradiation control unit 71 controls the slit light irradiation unit 4, the illumination control unit 72 controls the illumination unit 2, and the imaging control unit 73 controls the imaging unit 3. The defect detection control unit 74 sends the captured image of the dark area of the bright / dark / bright pattern acquired by the imaging unit 3 to the main controller 7 for detecting a defect on the surface to be inspected. The defect detection control unit 74 detects a defect from the sent image using image processing.
次に、上述したように構成された欠陥検査装置における欠陥検出のための撮像原理を説明する。図７はその撮像原理を示す模式図である。凹状半球面として示されている欠陥は、照明ユニット２によって照射された被検査面の撮像画像におけるよる輝度濃淡差に基づいて検出される。通常、非検査面の正常部分では、円弧状照射による照明光が正反射するので、明・暗・明パターンの暗部領域の撮影画像には映らず、暗部領域は暗いままである。これに対して欠陥部分では、正常な面(水平面)と比べて傾斜（約３°以上）した面が生じるので、その傾斜面で反射された照明光が明・暗・明パターンの暗部領域の撮影画像に映り込み、暗部領域における明点として現れる。従って、検査幅：Ｋは明・暗・明パターンの暗部幅：Ｂより小さくなる。なお、欠陥検出の決め手となる欠陥傾斜に対する検出感度は第１円弧状セグメント２１と第２円弧状セグメント２２との間隔：Ｌ3に依存するので、検出すべき欠陥に最適な間隔：Ｌ3を設定するとよい。また図から理解できるように、撮像ユニット３と照明ユニット２との角度、つまり撮影中心軸と被検査面との交点を中心とする撮像ユニット３と照明ユニット２との角度をθ1とすると、欠陥検出角度：θ2はθ1の半分から４５°程度となる。 Next, the imaging principle for defect detection in the defect inspection apparatus configured as described above will be described. FIG. 7 is a schematic diagram showing the imaging principle. A defect indicated as a concave hemispherical surface is detected based on a luminance gradation difference in a captured image of the surface to be inspected irradiated by the illumination unit 2. Usually, in the normal part of the non-inspected surface, the illumination light by the arc-shaped irradiation is regularly reflected, so that it is not reflected in the captured image of the dark area of the bright / dark / light pattern, and the dark area remains dark. On the other hand, in the defective portion, a surface that is inclined (about 3 ° or more) compared to the normal surface (horizontal plane) is generated, so that the illumination light reflected by the inclined surface is in the dark area of the bright / dark / light pattern. It appears in the photographed image and appears as a bright spot in the dark area. Accordingly, the inspection width K is smaller than the dark part width B of the light / dark / light pattern. It should be noted that the detection sensitivity with respect to the defect inclination, which is a decisive factor for defect detection, depends on the interval L3 between the first arc segment 21 and the second arc segment 22; therefore, when the optimum interval L3 is set for the defect to be detected. Good. As can be understood from the figure, if the angle between the imaging unit 3 and the illumination unit 2, that is, the angle between the imaging unit 3 and the illumination unit 2 centering on the intersection of the imaging center axis and the surface to be inspected is θ1, Detection angle: θ2 is about 45 ° from half of θ1.
次に、上述したように構成された欠陥検査装置における欠陥検出処理の一例を説明する。図８は欠陥検出処理のメインルーチンのフローチャートを示し、図９は欠陥検出画像処理ルーチンのフローチャートを示す。 Next, an example of defect detection processing in the defect inspection apparatus configured as described above will be described. FIG. 8 shows a flowchart of the main routine of the defect detection process, and FIG. 9 shows a flowchart of the defect detection image processing routine.
まず、コンベヤ１１によって搬入されてきた検査対象物１がセンサーヘッドを構成するホルダ５の下方にセットされる（＃０１）。ホルダ５をロボットアームに取り付けたロボットは予めこの検査対象物１に対する動きに関してティーチングされている。照明ユニット２が照明制御部７２によって制御され、第１円弧状照明セグメント２１と第２円弧状照明セグメント２２とが点灯する（＃０１）。ロボットコントローラ６０によるロボット６の動作制御が開始し、検査対象物１の被検査面に対する検査開始ポイントから検査終了ポイントまで連続的な移動(走査)が始まる。 First, the inspection object 1 carried in by the conveyor 11 is set below the holder 5 constituting the sensor head (# 01). The robot having the holder 5 attached to the robot arm is taught in advance with respect to the movement with respect to the inspection object 1. The illumination unit 2 is controlled by the illumination controller 72, and the first arcuate illumination segment 21 and the second arcuate illumination segment 22 are lit (# 01). Operation control of the robot 6 by the robot controller 60 is started, and continuous movement (scanning) from the inspection start point to the inspection end point with respect to the inspection target surface of the inspection object 1 starts.
ロボット６によるホルダ５の移動中に、被検査面に生じた明・暗・明パターンにおける暗部領域が走査方向で部分的にオーバーラップしながらカメラ３０によって撮像される（＃０４）。撮像により生成された撮影画像はメインコントローラ７の欠陥検出制御部７４に転送される（＃０５）。欠陥検出制御部７４に転送された撮影画像は、同じ図８において欠陥検出ルーチンの形で示されている欠陥評価処理に利用される。このカメラ３０による撮像と撮影画像の転送はその走査が検査終了ポイントに達するまで、つまり全検査領域の撮像が完了するまで続けられる（＃０６）。全検査領域の撮像が完了すると（＃０６Yes分岐）、第１円弧状照明セグメント２１と第２円弧状照明セグメント２２とが消灯されるともに（＃０７）、ロボット６に対する動作制御も終了する（＃０８）。さらに、欠陥検出ルーチンが完了しているかどうかがチェックされ（＃０９）、欠陥検出ルーチンが完了していると（＃０９Yes分岐）、このメインルーチンも終了する。 During the movement of the holder 5 by the robot 6, the dark area in the bright / dark / bright pattern generated on the surface to be inspected is imaged by the camera 30 while partially overlapping in the scanning direction (# 04). The captured image generated by the imaging is transferred to the defect detection control unit 74 of the main controller 7 (# 05). The captured image transferred to the defect detection control unit 74 is used for defect evaluation processing shown in the form of a defect detection routine in FIG. The imaging by the camera 30 and the transfer of the captured image are continued until the scanning reaches the inspection end point, that is, until the imaging of all the inspection areas is completed (# 06). When imaging of all inspection areas is completed (# 06 Yes branch), the first arcuate illumination segment 21 and the second arcuate illumination segment 22 are turned off (# 07), and the operation control for the robot 6 is also terminated (##). 08). Further, it is checked whether or not the defect detection routine is completed (# 09). When the defect detection routine is completed (# 09 Yes branch), this main routine is also terminated.
欠陥検出ルーチンは、メインルーチンのステップ＃０５でカメラ３０から転送されてくる、被検査面に生じた明・暗・明パターンにおける暗部領域の撮影画像を画像処理して、被検査面上の欠陥を評価するルーチンである。カメラ３０から転送されてきた撮影画像は欠陥検出制御部７４に入力され（＃１１）、その撮影画像はメモリの所定エリアに展開される（＃１２）。メモリに展開された撮影画像は、本発明による欠陥検出画像処理を通じて欠陥検出される（＃１３）。この欠陥検出画像処理の内容は、サブルーチンとして図９に示されており、後で詳しく説明される。１つの撮影画像に対する欠陥検出画像処理を通じて得られた評価結果は、一時的に格納される（＃１４）。検査対象部１における被検査面全体をカバーするように取得された全ての撮影画像に対する欠陥検出画像処理が完了したかどうかチェックされる（＃１５）。全撮影画像の処理が完了すると（＃１５Yes分岐）、ステップ＃１４で格納された全ての評価結果が読み出される（＃１６）。読み出された評価結果は集計され、これに基づいて検査対象物１の総合検査結果が作成され、モニタ７ａやプリンタ７ｂを通じて出力される（＃１７）。 The defect detection routine performs image processing on the captured image of the dark area in the bright / dark / bright pattern generated on the surface to be inspected, which is transferred from the camera 30 in step # 05 of the main routine, and performs defects on the surface to be inspected. Is a routine that evaluates The captured image transferred from the camera 30 is input to the defect detection control unit 74 (# 11), and the captured image is developed in a predetermined area of the memory (# 12). The captured image developed in the memory is detected for defects through defect detection image processing according to the present invention (# 13). The contents of this defect detection image processing are shown in FIG. 9 as a subroutine and will be described in detail later. The evaluation result obtained through the defect detection image processing for one captured image is temporarily stored (# 14). It is checked whether or not the defect detection image processing for all the captured images acquired so as to cover the entire surface to be inspected in the inspection target portion 1 is completed (# 15). When the processing of all the captured images is completed (# 15 Yes branch), all the evaluation results stored in step # 14 are read (# 16). The read evaluation results are totaled, and based on this, a comprehensive inspection result of the inspection object 1 is created and output through the monitor 7a and printer 7b (# 17).
図９に示されている欠陥検出画像処理ルーチンでは、メモリに展開されている撮影画像（以後これは元撮影画像とも呼ばれる）をワーキングエリアに読み込み、平滑化フィルタにより画像の平滑化を行う（＃２１）。この平滑化処理では、注目画素の近傍３×３画素の平均をとって、それを注目画素の画素値とすることで、画像平滑化と画像縮小とが行われる。この縮小された撮影画像は処理用画像と呼ばれる。次に、この処理用画像の輝度ヒストグラムを算出し、算出された輝度ヒストグラムにおいて予め決められた下限輝度と上限輝度の範囲内で最大面積となる輝度をこの処理用画像の基準輝度、つまり第１欠陥抽出条件として算出する（＃２２）。つぎに、算出された基準輝度を基準としてそこから上下で所定幅の輝度範囲を閾値条件として、処理用画像に対して二値化処理が行われる（＃２３）。二値化処理によって生じた閉領域又は擬似閉領域に対して予備欠陥領域としてラベリングを行う（＃２４）。ラベルを付与された領域の内、予め設定された面積（画素数）以下の領域を削除して、予備欠陥領域を絞り込む選択を行う（＃２４）。選択された領域内のノイズが、公知のノイズキャンセルアルゴリズムを用いてキャンセルされる（＃２５）。このノイズキャンセルされた領域が欠陥検出の第１マスクとして後で利用される。 In the defect detection image processing routine shown in FIG. 9, a captured image (hereinafter also referred to as an original captured image) developed in a memory is read into a working area, and the image is smoothed by a smoothing filter (# 21). In this smoothing process, image smoothing and image reduction are performed by taking an average of 3 × 3 pixels in the vicinity of the target pixel and setting it as the pixel value of the target pixel. This reduced photographed image is called a processing image. Next, a luminance histogram of the processing image is calculated, and the luminance having the maximum area within the range between the predetermined lower limit luminance and the upper limit luminance in the calculated luminance histogram is set as the reference luminance of the processing image, that is, the first luminance. The defect extraction condition is calculated (# 22). Next, binarization processing is performed on the processing image using the calculated reference luminance as a reference and a luminance range having a predetermined width above and below the threshold value as a threshold condition (# 23). The closed region or pseudo-closed region generated by the binarization process is labeled as a preliminary defect region (# 24). Among the regions to which labels are assigned, a region having a predetermined area (number of pixels) or less is deleted, and selection to narrow down the preliminary defect region is performed (# 24). Noise in the selected area is canceled using a known noise cancellation algorithm (# 25). This noise-cancelled area is used later as a first mask for defect detection.
また、処理用画像に対して空間微分フィルタを用いて微分処理（エッジ強調処理）を行う（＃３１）。元撮影画像の微分処理画像（エッジ強調画像）に対して予め設定されている閾値を用いて二値化処理を行い、予備欠陥領域の輪郭を生成し、この輪郭で囲まれた領域を予備欠陥抽出領域と算定する（＃３２）。算定された予備欠陥抽出領域に対してさらに１０画素分以上の膨張処理を施し、欠陥抽出マスクとしての第２マスクを生成する（＃３３）。この第２マスクと前述した第１マスクとの論理積をとって、最終的な欠陥抽出マスクを作成する（＃３４）。なお、この最終的な欠陥抽出マスクは元撮影画像を３分の１縮小した処理用画像に基づいているので、この欠陥抽出マスクを３倍拡大して、元撮影画像に適合できるようにする。 Further, differential processing (edge enhancement processing) is performed on the processing image using a spatial differential filter (# 31). Binarization processing is performed on a differential processing image (edge-enhanced image) of the original photographed image using a preset threshold value to generate a preliminary defect area outline, and the area surrounded by the outline is set as a preliminary defect. The extraction area is calculated (# 32). The calculated preliminary defect extraction region is further subjected to expansion processing for 10 pixels or more to generate a second mask as a defect extraction mask (# 33). The final defect extraction mask is created by taking the logical product of the second mask and the first mask (# 34). Since this final defect extraction mask is based on a processing image obtained by reducing the original photographed image by one third, the defect extraction mask is enlarged three times so that it can be adapted to the original photographed image.
ステップ＃３５で作成された欠陥抽出マスクを元撮影画像に適用して、欠陥抽出領域の外側近傍画素の輝度の平均値を、正常画素の基準輝度、つまり第２欠陥抽出条件として求める（＃４１）。次に、この基準輝度と元撮影画像の各画素の輝度との差分を演算し、輝度差画像を作成する。さらに、作成された輝度差画像に対して予め設定されている閾値で二値化処理を行う（＃４２）。二値化処理によって生じた閉領域又は擬似閉領域に対して欠陥領域としてラベリングを行う（＃４３）。ラベルを付与された領域の内、予め設定された面積（画素数）以下の領域を削除して、欠陥領域を絞り込む選択を行う（＃４５）。最終的に残った欠陥領域に対してその統計学的特徴や幾何学的特徴などの特徴量を求める（＃４６）。求められた特徴量に対して、予め設定されている閾値を適用して、検出された欠陥(領域)の最終評価、「ＯＫ」または「ＮＧ」を決定する（＃４７）。 The defect extraction mask created in step # 35 is applied to the original photographed image, and the average value of the luminance of the pixels near the outside of the defect extraction region is obtained as the normal luminance, that is, the second defect extraction condition (# 41). ). Next, a difference between the reference luminance and the luminance of each pixel of the original photographed image is calculated to create a luminance difference image. Further, binarization processing is performed on the created luminance difference image with a preset threshold value (# 42). The closed area or pseudo closed area generated by the binarization process is labeled as a defective area (# 43). Of the regions to which labels are assigned, a region having a predetermined area (number of pixels) or less is deleted and selection for narrowing down the defective region is performed (# 45). A feature amount such as a statistical feature or a geometric feature is obtained for the finally remaining defect area (# 46). A predetermined threshold value is applied to the obtained feature amount to determine the final evaluation of the detected defect (area), “OK” or “NG” (# 47).
上述した実施の形態では、センサーヘッドとして機能するホルダ５はティーチングされたロボットによって被検査面上を動かされていたが、このような形態に限定されるわけではなく、例えばバランサーなどを用いることで検査者がマニュアルでホルダ５を動かす構成を採用してもよい。 In the embodiment described above, the holder 5 functioning as a sensor head has been moved on the surface to be inspected by the teaching robot. However, the present invention is not limited to such a form. For example, by using a balancer or the like. A configuration in which the inspector manually moves the holder 5 may be adopted.
上述した欠陥検出画像処理ルーチンでは、二値化処理等で用いられる閾値が予め設定されていたが、これに代えて、処理すべき画像の特性に応じてその閾値を調整または新規に算出するような動的な閾値を採用してもよい。 In the above-described defect detection image processing routine, a threshold value used in binarization processing or the like is set in advance. Instead of this, the threshold value is adjusted or newly calculated according to the characteristics of the image to be processed. A dynamic threshold value may be adopted.
１：検査対象物
２：照明ユニット（照明手段）
３：撮像ユニット（撮影手段）
４：スリット光照射ユニット（スリット光照射手段）
５：ホルダ（保持手段）
６：ロボット（位置決め手段）
７：メインコントローラ
２１：第1円弧状照明セグメント
２２：第２円弧状照明セグメント
２３：隙間
３０：カメラ
４１：第１スリット光照射部
４２：第２スリット光照射部
７１：スリット光照射制御部
７２：照明制御部
７３：撮像制御部
７４：欠陥検出制御部（欠陥検出手段）
1: Inspection object 2: Lighting unit (lighting means)
3: Imaging unit (imaging means)
4: Slit light irradiation unit (slit light irradiation means)
5: Holder (holding means)
6: Robot (positioning means)
7: main controller 21: first arc-shaped illumination segment 22: second arc-shaped illumination segment 23: gap 30: camera 41: first slit light irradiation unit 42: second slit light irradiation unit 71: slit light irradiation control unit 72 : Illumination control unit 73: Imaging control unit 74: Defect detection control unit (defect detection means)
Claims (5)
前記被検査面における明・暗・明パターンの暗部領域を撮像する撮像手段と、
前記照明手段と前記撮像手段とを一体的に保持する保持手段と、
前記保持手段と前記被検査面との相対位置を変更設定する位置決め手段と、
前記撮像手段によって取得された撮影画像における前記暗部領域から、画像処理を用いて前記被検査面上の欠陥を検出する欠陥検出手段と、
を備える欠陥検査装置。 An illumination means having an arcuate irradiation surface for illuminating the surface to be inspected so as to create a light / dark / bright pattern on the surface to be inspected of the inspection object;
Imaging means for imaging a dark area of a light / dark / bright pattern on the surface to be inspected;
Holding means for integrally holding the illumination means and the imaging means;
Positioning means for changing and setting a relative position between the holding means and the surface to be inspected;
Defect detection means for detecting defects on the surface to be inspected using image processing from the dark area in the captured image acquired by the imaging means;
A defect inspection apparatus comprising:
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