JP2017138106A - 表面欠陥判別方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】鋳物表面のような微小凹凸面からなる健全部表面であっても、表面に発生した凸状欠陥をも精度よく判別できる、表面欠陥判別方法を提供する。【解決手段】本発明の表面欠陥判別方法は、注目欠陥の位置を撮像している撮像の角度から、撮像の有効度を示す撮像スコアを算出し、注目欠陥の位置に光を照射している照明の角度から、照明の有効度を示す照明スコアを算出し、撮像スコアと照明スコアとの和を光学スコアとし、この光学スコアを基にして、欠陥候補が欠陥か虚報かを判別する。【選択図】図2
Description
本発明は、鋳物表面のような微小凹凸面からなる健全部表面であっても、表面に発生した凸状欠陥をも精度よく判別できる表面欠陥判別方法に関する。
鋳造は、任意形状の金属部品を大量に生産できる製造手法として広く用いられている。しかし、鋳造により形成された鋳物は、鋳型の欠陥や鋳造条件により欠陥が発生し易く、後工程において欠陥検査が必要になっている。
鋳物の欠陥には、内部欠陥と表面欠陥がある。内部欠陥には、鋳巣欠陥や組織欠陥、亀裂欠陥等があり、鋳物が複雑な形状をしていても、発生部位を特定できる場合がある。そのため、内部欠陥の検査は、検査部位を限定して自動化できる可能性がある。一方、表面欠陥には、鋳型壊れやノロかみにより鋳物表面に発生する凹凸状の欠陥があり、鋳物の表面全てにおいて発生する可能性がある。そのため、表面欠陥の検査は、検査部位を限定して自動化することが困難であり、作業者の目視に頼って検査することが多い。
鋳物の欠陥には、内部欠陥と表面欠陥がある。内部欠陥には、鋳巣欠陥や組織欠陥、亀裂欠陥等があり、鋳物が複雑な形状をしていても、発生部位を特定できる場合がある。そのため、内部欠陥の検査は、検査部位を限定して自動化できる可能性がある。一方、表面欠陥には、鋳型壊れやノロかみにより鋳物表面に発生する凹凸状の欠陥があり、鋳物の表面全てにおいて発生する可能性がある。そのため、表面欠陥の検査は、検査部位を限定して自動化することが困難であり、作業者の目視に頼って検査することが多い。
このような、作業者による目視検査を自動化するための欠陥検出方法が種々検討されている。
例えば、特許文献1には、鋳物表面に発生した凹状欠陥を検出するための欠陥検出方法が記載されている。この方法では、円形の蛍光灯光源により鋳物表面を撮像し、撮像した画像を画像処理して、鋳物表面の凹状欠陥を検出している。
例えば、特許文献1には、鋳物表面に発生した凹状欠陥を検出するための欠陥検出方法が記載されている。この方法では、円形の蛍光灯光源により鋳物表面を撮像し、撮像した画像を画像処理して、鋳物表面の凹状欠陥を検出している。
特許文献1の欠陥検出方法では、円形の蛍光灯光源から鋳物表面に光を照射し、凹状欠陥以外に影を生じさせないようにしている。そのため、凹状欠陥は検出できても、凸状欠陥を検出することは困難である。
また、凸状欠陥を検出するには、指向性の高い点光源により凸状欠陥に影が生じさせ、コントラスの高い画像にして、凸状欠陥を検出することが好ましいと考えられる。しかし、画像のコントラストを高くすると、健全部である鋳物表面の微小凹凸を、欠陥として検出してしまうことがあり、欠陥の検出率が過度に増加して、逆に検査精度が低下してしまう可能性がある。
本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、鋳物表面のような微小凹凸面からなる健全部表面であっても、表面に発生した凸状欠陥をも精度よく判別できる、表面欠陥判別方法の提供を目的とする。
本発明の表面欠陥判別方法は、照明と撮像の角度の組み合わせを変えた複数の撮像条件により、被検査物の表面を撮像して複数の画像を取得し、前記複数の画像から複数の欠陥候補を抽出するステップ(A)と、前記複数の欠陥候補の中の一つの欠陥候補に着目し、その欠陥候補を注目欠陥とするステップ(B)と、前記複数の画像から、前記注目欠陥が映っている全ての画像を選択して複数の注目画像とするステップ(C)と、前記複数の注目画像の中から1枚の画像を選択して選択画像とし、前記選択画像に映っている前記注目欠陥の位置を特定するステップ(D)と、前記複数の画像全てについて、前記注目欠陥の位置を撮像している撮像の角度から、撮像の有効度を示す撮像スコアを算出し、前記注目欠陥の位置に光を照射している照明の角度から、照明の有効度を示す照明スコアを算出し、前記撮像スコアと前記照明スコアとの和を光学スコアとし、前記注目欠陥の位置に前記注目欠陥が撮像されている場合には、前記光学スコアに係数pを乗じ、前記注目欠陥の位置に前記注目欠陥が撮像されていない場合には、前記光学スコアに係数pと逆符号の係数qを乗じるステップ(E)と、前記ステップ(E)にて夫々係数を乗じた前記光学スコア全てを、光学スコア合計値に合算するステップ(F)と、前記複数の注目画像を順に前記選択画像として選択して、前記ステップ(D)〜(F)を繰り返し、前記複数の注目画像全てから前記光学スコアを夫々算出して、前記光学スコア合計値に合算し、前記注目欠陥の光学スコア最終合計値とするステップ(G)と、前記ステップ(G)にて得られた光学スコア最終合計値と、予め定めておいた閾値とを比較し、前記注目欠陥が欠陥か虚報かを判別するステップ(H)と 、前記ステップ(B)の未着目の欠陥候補の中から他の欠陥候補に着目し、当該欠陥候補を前記注目欠陥とは異なる他の注目欠陥とし、以下前記ステップ(B)〜(H)を繰り返し、前記複数の欠陥候補全てについて欠陥か虚報かを判別するステップ(I)と、を包含している。
また、本発明の表面欠陥判別方法では、前記ステップ(E)に、前記注目欠陥位置が前記被検査物上の検査可能範囲内であるか否かを判別するステップを付加し、前記注目欠陥の位置が前記被検査物上の検査範囲内に無い場合、前記光学スコアに係数0を乗じてステップ(F)に進める、ことが好ましい。
また、本発明の表面欠陥判別方法では、前記撮像スコアを、前記注目欠陥の位置に対する撮像視線角の関数とし、前記照明スコアを、前記注目欠陥の位置に対する照明入射角の関数とすることが好ましい。
本発明によれば、鋳物表面のような微小凹凸面からなる健全部表面であっても、表面に発生した凸状欠陥をも精度よく判別することができる。
以下、本発明の表面欠陥判別方法の実施形態について、図面を参照しながら説明する。なお、以下では凸状欠陥の判別を例に説明する。
まず、表面検査装置について説明する。
図1は、本発明を適用し、鋳物1の表面に発生した凸状欠陥を判別して検出できる、表面検査装置7の概念図を示したものである。図1に示すように、表面検査装置7は、カメラ2、レンズ3、照明4、設置台5、制御装置6を備えている。
図1は、本発明を適用し、鋳物1の表面に発生した凸状欠陥を判別して検出できる、表面検査装置7の概念図を示したものである。図1に示すように、表面検査装置7は、カメラ2、レンズ3、照明4、設置台5、制御装置6を備えている。
カメラ2は、ここでは2a、2b、2cの3台、レンズ3は、3a、3b、3cの3式であり、3式のレンズ3a、3b、3cを、設置台5上の鋳物1に向けて配置している。設置台5は、鋳物1を精度良く固定したまま、回転軸Yを中心に回転できるようにしている。そして、設置台5の水平軸Xに対して、レンズ3a、3b、3cを、仰俯角α、β、γの3通りの角度にして配置している。こうして鋳物1の検査表面全てを、死角なく撮像できるようにしている。
なお、本発明において、カメラ2の台数は、必ずしも3台にする必要は無い。カメラ2は、鋳物1の形状に応じて任意の数にして配置することができ、鋳物1の検査表面を、死角無く撮像できる数にして配置できればよい。
また、カメラ2には、小型のデジタルカメラを用いることが好ましい。デジタルカメラを用いることにより、画像を電子化して処理することができ、後で説明する画像処理を円滑に行うことができる。
また、カメラ2には、小型のデジタルカメラを用いることが好ましい。デジタルカメラを用いることにより、画像を電子化して処理することができ、後で説明する画像処理を円滑に行うことができる。
照明4は、ここでは4a、4b、4c、4dの4台であり、夫々の照明から設置台5上の鋳物1に対して光を照射できるようにしている。そして、設置台5の回転軸に平行な面に対して、照明4a、4b、4c、4dを、適切な方位角にして配置し、鋳物1の検査表面全体に、光を照射できるようにしている。
なお、本発明において、照明4の数は、必ずしも4台にする必要は無い。照明4は、鋳物1の形状に応じて任意の数にして配置することができ、鋳物1の検査表面全体に、光を照射できる数にして配置できればよい。
また、照明4には、出射端がスポット形の照明など、指向性の高い照明を用いることが好ましい。このような照明4にすることにより、鋳物1表面の凸状欠陥をより鮮明に撮像することができ、凸状欠陥の検出漏れを少なくすることができる。
また、照明4には、出射端がスポット形の照明など、指向性の高い照明を用いることが好ましい。このような照明4にすることにより、鋳物1表面の凸状欠陥をより鮮明に撮像することができ、凸状欠陥の検出漏れを少なくすることができる。
設置台5は、自らの回転を制御できるようにしていて、鋳物1の回転角度を任意に設定できるようにしている。これにより、鋳物1の検査表面全体に、照明4の光を照射し、鋳物1の検査表面を、死角なく撮像できるようにしている。また、このような設置台5は、鋳物1を固定しなおすことなく鋳物1の向きを変えられるので、鋳物1を効率よく撮像することができる。
なお、設置台5は、鋳物1の表面検査部位が一軸対称形状である場合、設置台5の回転軸に、鋳物1の対称軸を一致させ位置決めできるようにすることが好ましい。このようにすることで、カメラ2と照明4を効率よく配置することができ、カメラ2や照明4の配置数を少なくすることができる。
制御装置6は、照明制御部6a、データ取得部6b、演算制御部6cを有している。照明部6aには夫々の照明4a、4b、4c、4dが接続され、データ取得部6bには夫々のカメラ2a、2b、2cが接続され、照明制御部6aとデータ取得部6bは演算制御部6cに接続されている。
これにより、照明制御部6aは、照明4a、4b、4c、4dの4台の本体が個別に発光できるよう、また夫々角度を変えて発光できるよう制御している。
また、データ取得部6bは、カメラ2a、2b、2cが個別に撮像できるよう、また夫々角度を変えて撮像した画像データを取得できるようにしている。
また、演算制御部6cは、データ取得部6bがカメラ2a、2b、2cから画像を取得するタイミングと、照明制御部6aが照明4a、4b、4c、4dの発光を制御するタイミングとを、同期制御できるようにしている。すなわち、所定角度に回転した鋳物1に対して、所定の照明4(4a、4b、4c、4d)から光を照射すると同時に、鋳物1を所定のカメラ2(2a、2b、2c)にて撮像し、撮像した画像をデータ取得部6bが取得できるようにしている。そして、データ取得部6bが取得した画像を画像処理して、鋳物1の表面に発生した凸状欠陥をも、鋳物表面の微小凹凸面に対して精度よく判別できるようにしている。
また、データ取得部6bは、カメラ2a、2b、2cが個別に撮像できるよう、また夫々角度を変えて撮像した画像データを取得できるようにしている。
また、演算制御部6cは、データ取得部6bがカメラ2a、2b、2cから画像を取得するタイミングと、照明制御部6aが照明4a、4b、4c、4dの発光を制御するタイミングとを、同期制御できるようにしている。すなわち、所定角度に回転した鋳物1に対して、所定の照明4(4a、4b、4c、4d)から光を照射すると同時に、鋳物1を所定のカメラ2(2a、2b、2c)にて撮像し、撮像した画像をデータ取得部6bが取得できるようにしている。そして、データ取得部6bが取得した画像を画像処理して、鋳物1の表面に発生した凸状欠陥をも、鋳物表面の微小凹凸面に対して精度よく判別できるようにしている。
以上が、表面検査装置7の構成であるが、表面検査装置7は、鋳物1を撮像する際、装置全体を暗室内部に設置する等して外部から遮光し、鋳物1を撮像する際に、照明4以外の光が、鋳物1に照射されないようにすることが好ましい。
次に、表面検査装置7を用いた鋳物1の検査手順を説明しながら、本発明の一実施形態である表面欠陥判別方法について説明する。説明は、図2に示すフローチャートのステップ順に行い、前準備、大きな区分としてのステップAからステップI、後処理、の順に説明する。
[前準備]
まず、図2のフローを開始する前に、鋳物1を設置台5に所定の姿勢にして固定する。そして、カメラ2および照明4を、鋳物1に対して適正な位置に配置する。
まず、図2のフローを開始する前に、鋳物1を設置台5に所定の姿勢にして固定する。そして、カメラ2および照明4を、鋳物1に対して適正な位置に配置する。
[ステップA]
次に、ステップS200から検査フローを開始し、ステップS201に進んで、鋳物1を撮像する。鋳物1の撮像では、鋳物1を設置台5により回転し、制御装置6の演算制御部6cにより、データ取得部6bと照明制御部6aとを制御する。そして、鋳物1に光を照射するタイミングで鋳物1を撮像するようにし、照明と撮像の角度の組み合わせを変えた複数の撮像条件により、鋳物1の表面を撮像して「複数の画像」を取得する。
次に、ステップS200から検査フローを開始し、ステップS201に進んで、鋳物1を撮像する。鋳物1の撮像では、鋳物1を設置台5により回転し、制御装置6の演算制御部6cにより、データ取得部6bと照明制御部6aとを制御する。そして、鋳物1に光を照射するタイミングで鋳物1を撮像するようにし、照明と撮像の角度の組み合わせを変えた複数の撮像条件により、鋳物1の表面を撮像して「複数の画像」を取得する。
次に、ステップS202において、画像に撮像された鋳物1の表面部分と、その表面部分に相当する健全な表面画像(予め用意しておいたもの)とを比較し、これら二つの画像に違いが見られた場合、その違い部分を「欠陥候補」とする。そして、この比較を撮像した全ての画像について行い、「複数の欠陥候補」を抽出する。
なお、上記の比較を行うに当たり、撮像した画像と健全な表面部分の画像は、自己の平滑化画像による除算の前処理をしておくことが好ましい。これにより、鋳物1のわずかな形状の違いや、照明の当たりムラ等の外乱があっても、二つの画像を比較する際に、その外乱の影響を排除することができ、これらを起因とする誤検出を低減することができる。
また、鋳物1の検査表面が対称性を有する場合、上記比較において、複数の画像から対称な画像同士を選択して比較するようにしてもよい。これにより、健全な表面画像を用意する必要が無くなるので、検査を容易にすることができる。
[ステップB]
次に、ステップS203において、複数の欠陥候補の中から、まずは一つの欠陥候補に着目し、その欠陥候補を「注目欠陥」とする。
次に、ステップS203において、複数の欠陥候補の中から、まずは一つの欠陥候補に着目し、その欠陥候補を「注目欠陥」とする。
[ステップC]
次に、ステップS204において、ステップS201で取得した複数の画像から上記注目欠陥が映っている全ての画像を選択して「複数の注目画像」とする。
次に、ステップS204において、ステップS201で取得した複数の画像から上記注目欠陥が映っている全ての画像を選択して「複数の注目画像」とする。
[ステップD]
次に、ステップS205において、上記複数の注目画像の中から1枚の画像を選択して、「選択画像」とする。
次に、ステップS205において、上記複数の注目画像の中から1枚の画像を選択して、「選択画像」とする。
次に、ステップS206において、上記選択画像に映っている注目欠陥の位置(以下、注目欠陥位置と称する)を特定する。
注目欠陥位置は、選択画像と、予め用意した鋳物1の三次元データとの照合により特定することができ、例えば、鋳物1を基準とする、三次元座標にて特定することができる。
注目欠陥位置は、選択画像と、予め用意した鋳物1の三次元データとの照合により特定することができ、例えば、鋳物1を基準とする、三次元座標にて特定することができる。
[ステップE]
次に、ステップS207において、ステップS201において取得した複数の画像全てについて、注目欠陥位置の「光学スコア」を算出する。光学スコアは、凸状欠陥を撮像した際の撮像条件の適切度を示すものであり、「撮像スコア」と「照明スコア」の和により算出する。
次に、ステップS207において、ステップS201において取得した複数の画像全てについて、注目欠陥位置の「光学スコア」を算出する。光学スコアは、凸状欠陥を撮像した際の撮像条件の適切度を示すものであり、「撮像スコア」と「照明スコア」の和により算出する。
「撮像スコア」は、撮像の有効度を示すものであり、別の言い方をすれば、注目欠陥位置の鋳物1表面に対するカメラ2の向きの適切度を示すものである。そして、撮像スコアは、注目欠陥位置の鋳物1表面の法線とカメラの視線が成す角(撮像視線角)の関数により算出することができ、撮像視線角が小さい場合、すなわち、鋳物1表面の法線とカメラの視線とがほぼ一致する場合には撮像スコアが高く(適切度が高い)、撮像視線角が大きくなる場合には、撮像スコアが低く(適切度が低い)なる関数により算出することができる。別の言い方をすれば、カメラ2を注目欠陥位置の鋳物1表面に正対させた場合には、凸状欠陥を精度良く撮像できるはずなので高い撮像スコアに算出し、逆に、カメラ2を寝た向きにした場合には、凸状欠陥を精度良く撮像できなくなるはずなので低い撮像スコアに算出するようになる。このような関係を持たせることができる。
なお、撮像スコアは、凸状欠陥を撮像できる撮像視線角の範囲においてのみ、算出するようにしてもよく、例えば、最大撮像視線角を設定し、最大撮像視線角以下の撮像視線角の撮像条件のみ撮像スコアを算出し、それ以外の場合は、撮像スコアを0にしてもよい。これにより、最大撮像視線角を超えるような、明らかに精度を欠く撮像条件について、撮像スコアを算出する手間を省くことができ、最終的な判別時間を短くすることができる。
また、「照明スコア」は、撮像における照明4の有効度を示すものであり、別の言い方をすれば、注目欠陥位置の鋳物1表面に対する照明4の向きの適切度を示すものである。そして、照明スコアは、注目欠陥位置の鋳物1表面の法線と照明の光軸が成す角(照明入射角)の関数により算出することができ、照明入射角が大きい場合、すなわち、鋳物1表面と照明の光軸とが平行に近い場合には照明スコアが高く(適切度が高い)、照明入射角が小さくなる場合には、照明スコアが低く(適切度が低い)なる関数により算出することができる。別の言い方をすれば、照明4の光が注目欠陥位置の鋳物1表面に対して平行に近い場合には、凸状欠陥に影が発生しやすくなり、凸状欠陥を精度良く撮像できると予想されるので高い照明スコアに算出し、逆に、照明4の光が鋳物1表面に対して立ってくる場合には、凸状欠陥に影が発生しにくくなって、凸状欠陥を精度良く撮像できなくなると予想されるので低い照明スコアに算出するようになる。このような関係を持たせることができる。
なお、照明スコアは、凸状欠陥を撮像できる照明入射角の範囲においてのみ、算出するようにしてもよく、例えば、最小照明入射角を設定し、最小照明入射角以上の照明入射角の撮像条件のみ撮像スコアを算出し、それ以外の場合には照明スコアを0にしてもよい。これにより、最小照明入射角を下回るような、明らかに精度を欠く撮像条件について、照明スコアを算出する手間を省くことができ、判別にかかる時間を短くすることができる。
次に、ステップS208において、複数の画像全てについて、ステップS205で特定した注目欠陥位置に、注目欠陥が撮像されているか否かを確認する。
そして、画像の注目欠陥位置に注目欠陥が撮像されている場合には、ステップS209に進み、光学スコアに係数p(例えば+1)を乗じて、ステップS211に進む。一方、画像の注目欠陥位置に注目欠陥が映っていない場合には、ステップS210に進み、係数pと逆符号の係数q(例えば−1)を乗じて、ステップS211に進む。
そして、画像の注目欠陥位置に注目欠陥が撮像されている場合には、ステップS209に進み、光学スコアに係数p(例えば+1)を乗じて、ステップS211に進む。一方、画像の注目欠陥位置に注目欠陥が映っていない場合には、ステップS210に進み、係数pと逆符号の係数q(例えば−1)を乗じて、ステップS211に進む。
[ステップEの他の実施形態]
なお、ステップS208において、画像の注目欠陥位置に注目欠陥が映っていない場合、図3に示すように、ステップS301に進むようにして、注目欠陥位置が、画像の検査可能範囲内にあるか否かを確認するようにしてもよい。
この場合、注目欠陥位置が、検査可能範囲内にある場合には、ステップS210に進み、光学スコアに、係数pと逆符号の係数qを乗じて、ステップS211に進む。また、注目欠陥位置が、画像の検査可能範囲外にある場合、例えば、カメラ2の撮像視線角あるいは照明4の照明入射角が、明らかに精度を欠く撮像条件であったり、注目欠陥位置が鋳物1の陰に入って見えない場合には、ステップS302に進み、光学スコアに0を乗じて、ステップS211に進む。
なお、ステップS208において、画像の注目欠陥位置に注目欠陥が映っていない場合、図3に示すように、ステップS301に進むようにして、注目欠陥位置が、画像の検査可能範囲内にあるか否かを確認するようにしてもよい。
この場合、注目欠陥位置が、検査可能範囲内にある場合には、ステップS210に進み、光学スコアに、係数pと逆符号の係数qを乗じて、ステップS211に進む。また、注目欠陥位置が、画像の検査可能範囲外にある場合、例えば、カメラ2の撮像視線角あるいは照明4の照明入射角が、明らかに精度を欠く撮像条件であったり、注目欠陥位置が鋳物1の陰に入って見えない場合には、ステップS302に進み、光学スコアに0を乗じて、ステップS211に進む。
[ステップF]
次に、ステップS211において、既にある光学スコア合計値に、ステップ209、ステップS210の係数を乗じた光学スコアを合算する。また、場合によってはステップS302において係数を乗じた光学スコアを合算する。
次に、ステップS211において、既にある光学スコア合計値に、ステップ209、ステップS210の係数を乗じた光学スコアを合算する。また、場合によってはステップS302において係数を乗じた光学スコアを合算する。
[ステップG]
次に、ステップS212において、ステップS205に未選択の注目画像がある場合、ステップS212からステップS205に戻り、未選択の注目画像から新たな選択画像を順に選択して、ステップS205からステップS212のフローを繰り返す。そして、光学スコア合計値は、光学スコアを算出する度に合算するようにする。この繰り返しは、全ての注目画像を選択画像として選択するまで続け、全ての注目画像を選択した際の、S211の光学スコア合計値を、S203で着目した注目欠陥の光学スコア最終合計値として、ステップS213に進む。
次に、ステップS212において、ステップS205に未選択の注目画像がある場合、ステップS212からステップS205に戻り、未選択の注目画像から新たな選択画像を順に選択して、ステップS205からステップS212のフローを繰り返す。そして、光学スコア合計値は、光学スコアを算出する度に合算するようにする。この繰り返しは、全ての注目画像を選択画像として選択するまで続け、全ての注目画像を選択した際の、S211の光学スコア合計値を、S203で着目した注目欠陥の光学スコア最終合計値として、ステップS213に進む。
[ステップH]
ステップS213では、注目欠陥の光学スコア最終合計値と、予め定めておいた閾値とを比較し、注目欠陥が欠陥か虚報かを判別する。
なお、ステップS209において正の係数pを乗じている場合、ステップS213では、光学スコア最終合計値が閾値以上である場合に、ステップS214に進んで注目欠陥を欠陥と判別し、光学スコア最終合計値が閾値未満である場合に、ステップS215に進んで注目欠陥を虚報と判別し、ステップS216に進む。
また、ステップS209において負の係数pを乗じている場合、ステップS213では、光学スコア最終合計値が閾値未満である場合に、ステップS214に進んで注目欠陥を欠陥と判別し、光学スコア最終合計値が閾値以上である場合に、ステップS215に進んで注目欠陥を虚報と判別し、ステップS216に進む。
ステップS213では、注目欠陥の光学スコア最終合計値と、予め定めておいた閾値とを比較し、注目欠陥が欠陥か虚報かを判別する。
なお、ステップS209において正の係数pを乗じている場合、ステップS213では、光学スコア最終合計値が閾値以上である場合に、ステップS214に進んで注目欠陥を欠陥と判別し、光学スコア最終合計値が閾値未満である場合に、ステップS215に進んで注目欠陥を虚報と判別し、ステップS216に進む。
また、ステップS209において負の係数pを乗じている場合、ステップS213では、光学スコア最終合計値が閾値未満である場合に、ステップS214に進んで注目欠陥を欠陥と判別し、光学スコア最終合計値が閾値以上である場合に、ステップS215に進んで注目欠陥を虚報と判別し、ステップS216に進む。
[ステップI]
次に、ステップS216において、ステップS203に未着目の欠陥候補がある場合、ステップS216からステップS203に戻り、未着目の欠陥候補の中の新たな注目欠陥一つに着目して、ステップS203からステップS216のフローを繰り返す。そして、光学スコア合計値は、光学スコアを算出する度に合算するようにする。この繰り返しは、全ての欠陥候補を注目欠陥として着目するまで続け、繰り返しが終了した後、ステップS217に進んでフローを終了する。
次に、ステップS216において、ステップS203に未着目の欠陥候補がある場合、ステップS216からステップS203に戻り、未着目の欠陥候補の中の新たな注目欠陥一つに着目して、ステップS203からステップS216のフローを繰り返す。そして、光学スコア合計値は、光学スコアを算出する度に合算するようにする。この繰り返しは、全ての欠陥候補を注目欠陥として着目するまで続け、繰り返しが終了した後、ステップS217に進んでフローを終了する。
[後処理]
図2のフローが終了した後、設置台5から鋳物1を取り外すとともに、欠陥の情報を、検査装置7から出力し、検査を終了する。なお、出力の方法としては、制御装置6に記憶装置を接続し、欠陥の有無、欠陥の個数等を記憶し、後工程において、良品、不良品を判断する判断材料にすることができる。また、制御装置6にスピーカーを接続し、鋳物1に予定個数以上の欠陥が判別された時、検査終了時に音を発して、作業者に通知するようにしてもよい。
図2のフローが終了した後、設置台5から鋳物1を取り外すとともに、欠陥の情報を、検査装置7から出力し、検査を終了する。なお、出力の方法としては、制御装置6に記憶装置を接続し、欠陥の有無、欠陥の個数等を記憶し、後工程において、良品、不良品を判断する判断材料にすることができる。また、制御装置6にスピーカーを接続し、鋳物1に予定個数以上の欠陥が判別された時、検査終了時に音を発して、作業者に通知するようにしてもよい。
(実施例)
次に、上記実施形態の一実施例について詳細に説明する。
次に、上記実施形態の一実施例について詳細に説明する。
本実施例では、鋳物1として、精密鋳造法により作成したタービンホイール(翼数:9)を用いた。タービンホイールの翼表面は、微小凹凸面であり、本実施例では、直径0.5mm以上、高さ0.5mm以上の、異常凸形状を、凸状欠陥とした。
また、タービンホイールは、回転軸を中心に回転できるよう、設置台5に固定した。
また、タービンホイールは、回転軸を中心に回転できるよう、設置台5に固定した。
カメラ2には、3台のCCDカメラ(有効画素数:2メガピクセル)を用い、レンズ3には、3式のレンズ(焦点距離50mm)を用いた。
3台のCCDカメラは、タービンホイール重心に向かって、仰俯角を、40°、10°、−20°の角度にし、ワーキングディスタンスを、430mmにして配置した。なお、上記仰俯角は、タービンホイール重心に向かって、タービンホイール軸に垂直な角度を0°とし、上方を正の角度、下方を負の角度としたものである。
3台のCCDカメラは、タービンホイール重心に向かって、仰俯角を、40°、10°、−20°の角度にし、ワーキングディスタンスを、430mmにして配置した。なお、上記仰俯角は、タービンホイール重心に向かって、タービンホイール軸に垂直な角度を0°とし、上方を正の角度、下方を負の角度としたものである。
照明4には、キセノンランプストロボ照明(出力:25W)とライトガイド(出射部口径:8mm)を組み合わせたものを、9台用いた。
9台の照明は、タービンホイールとライトガイド出射部との距離を150mmとし、タービンホイールに対して、図4に示す角度で配置した。
なお、図4に示す方位角は、タービンホイール重心に向かって、タービンホイール軸に平行な面に対し、撮影装置と同じ角度を0°として、上方から見て反時計回りを正の角度、時計回りを負の角度としたものである。また、仰俯角は、カメラ2における定義と同じである。
9台の照明は、タービンホイールとライトガイド出射部との距離を150mmとし、タービンホイールに対して、図4に示す角度で配置した。
なお、図4に示す方位角は、タービンホイール重心に向かって、タービンホイール軸に平行な面に対し、撮影装置と同じ角度を0°として、上方から見て反時計回りを正の角度、時計回りを負の角度としたものである。また、仰俯角は、カメラ2における定義と同じである。
撮像では、設置台5により、タービンホイールを、20°ピッチで回転し、タービンホイールが静止する間に、照明制御部6aにより9台の照明を順次発光させ、1台の照明が発光する度に、演算制御部6cにより、3台のカメラがタービンホイールを撮像するようにした。そして、撮像により、データ取得部6bが、縦1236ピクセル、横1624ピクセル、輝度256階調からなる複数のグレー画像を取得するようにした。
複数の画像は、自己の平滑化画像による除算結果により前処理を行った。この前処理では、画像の平滑化に、31×31ピクセルのメディアンフィルタを用いた。
図2に示したフローのステップS207では、撮像スコアと照明スコアを、
[撮像スコア]=50×(1−θc/θcmax)
[照明スコア]=50×(θl−θlmin)/(90−θlmin)
の式から算出するようにした。なお、式中の記号は、
θc:撮像視線角(°)
θcmax:最大撮像視線角(°)
θl:照明入射角(°)
θlmin:最小照明入射角(°)
であり、具体的には、θcmax=60(°)、θlmin=45(°)とした。
[撮像スコア]=50×(1−θc/θcmax)
[照明スコア]=50×(θl−θlmin)/(90−θlmin)
の式から算出するようにした。なお、式中の記号は、
θc:撮像視線角(°)
θcmax:最大撮像視線角(°)
θl:照明入射角(°)
θlmin:最小照明入射角(°)
であり、具体的には、θcmax=60(°)、θlmin=45(°)とした。
また、ステップS209では、係数pとして1を乗じるようにし、ステップS209において、画像の注目欠陥位置に注目欠陥が映っていない場合、図3に示すステップS210に進むようにした。そして、撮像視線角が角度が60°以下、照明入射角が45°以上、原画像をメディアンフィルタ(31×31)で平滑化した際の画素値が20以上であるときに、注目欠陥位置が検査可能範囲内にあると判断し、ステップS211では、係数qとして−1を乗じるようにした。
また、ステップS213では、光学スコア合計値の初期値を0とし、閾値を100に設定した。そしてステップS214では、光学スコア合計値が閾値以上であれば注目欠陥は欠陥であるとし、ステップS215では、光学スコア合計値が閾値未満であれば注目欠陥は虚報であるとした。
図5は、本実施例で取得した全ての欠陥候補について光学スコア合計値を算出し、その発生頻度をグラフ化したものである。目視検査により、光学スコア最終合計値が閾値以上である欠陥候補は、全て凸状欠陥であり、光学スコア最終合計値が閾値未満である欠陥候補は、全て虚報で欠陥ではなかった。これにより、本発明の方法を用いることにより、鋳物であるタービンホイール表面に発生した凸状欠陥を精度良く判別できることを確認した。
一方、図6は、ステップS207にて算出した全ての光学スコアの分布について、目視検査の結果を基に、欠陥と虚報とに分けて示したものである。図に示すように、光学スコアが高い部分であっても、欠陥と虚報が混在していることがわかる。すなわち、撮像条件が良い場合であっても、欠陥を過検出してしまう可能性があることを示している。これは、鋳物1表面に微小凹凸が存在するためであり、この微小凹凸を一つの撮像条件にして見ただけでは、欠陥と誤認してしまう可能性を示している。
そこで、本発明では、全ての注目画像について光学スコアを算出し、注目欠陥位置に注目欠陥が映っているか否かを基に光学スコアに係数を乗じて合算し、この最終合計値を基に注目画像に映った注目欠陥が、欠陥か虚報かを判別している。これにより、微小凹凸を欠陥と誤認してしまう可能性を小さくすることができ、鋳物のような微小凹凸面からなる健全部表面であっても、表面に発生した凸状欠陥を精度よく判別することができる。
以上、本発明の表面欠陥判別方法について、実施形態を用いて説明してきたが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。特許請求の範囲に記載されている技術範囲において、内容を変更することが可能である。例えば、上記実施形態では、凸状欠陥の判別について記載したが、凸状欠陥に代えて凹状欠陥を対象にして欠陥の判別を行ってもよい。
1:鋳物
2:カメラ
3:レンズ
4:照明
5:設置台
6:制御装置
7:検査装置
2:カメラ
3:レンズ
4:照明
5:設置台
6:制御装置
7:検査装置
Claims (3)
- 照明と撮像の角度の組み合わせを変えた複数の撮像条件により、被検査物の表面を撮像して複数の画像を取得し、前記複数の画像から複数の欠陥候補を抽出するステップ(A)と、
前記複数の欠陥候補の中の一つの欠陥候補に着目し、その欠陥候補を注目欠陥とするステップ(B)と、
前記複数の画像から、前記注目欠陥が映っている全ての画像を選択して複数の注目画像とするステップ(C)と、
前記複数の注目画像の中から1枚の画像を選択して選択画像とし、前記選択画像に映っている前記注目欠陥の位置を特定するステップ(D)と、
前記複数の画像全てについて、
前記注目欠陥の位置を撮像している撮像の角度から、撮像の有効度を示す撮像スコアを算出し、
前記注目欠陥の位置に光を照射している照明の角度から、照明の有効度を示す照明スコアを算出し、
前記撮像スコアと前記照明スコアとの和を光学スコアとし、
前記注目欠陥の位置に前記注目欠陥が撮像されている場合には、前記光学スコアに係数pを乗じ、
前記注目欠陥の位置に前記注目欠陥が撮像されていない場合には、前記光学スコアに係数pと逆符号の係数qを乗じるステップ(E)と、
前記ステップ(E)にて夫々係数を乗じた前記光学スコア全てを、光学スコア合計値に合算するステップ(F)と、
前記複数の注目画像を順に前記選択画像として選択して、前記ステップ(D)〜(F)を繰り返し、前記複数の注目画像全てから前記光学スコアを夫々算出して、前記光学スコア合計値に合算し、前記注目欠陥の光学スコア最終合計値とするステップ(G)と、
前記ステップ(G)にて得られた光学スコア最終合計値と、予め定めておいた閾値とを比較し、前記注目欠陥が欠陥か虚報かを判別するステップ(H)と 、
前記ステップ(B)の未着目の欠陥候補の中から他の欠陥候補に着目し、当該欠陥候補を前記注目欠陥とは異なる他の注目欠陥とし、以下前記ステップ(B)〜(H)を繰り返し、前記複数の欠陥候補全てについて欠陥か虚報かを判別するステップ(I)と、
を包含することを特徴とする表面欠陥判別方法。 - 前記ステップ(E)に、前記注目欠陥位置が前記被検査物上の検査可能範囲内であるか否かを判別するステップを付加し、前記注目欠陥の位置が前記被検査物上の検査範囲内に無い場合、前記光学スコアに係数0を乗じてステップ(F)に進める、
ことを特徴とする請求項1に記載の表面欠陥判別方法。 - 前記撮像スコアを、前記注目欠陥の位置に対する撮像視線角の関数とし、前記照明スコアを、前記注目欠陥の位置に対する照明入射角の関数とする、
ことを特徴とする請求項1または2に記載の表面欠陥判別方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2016016916A JP2017138106A (ja) | 2016-02-01 | 2016-02-01 | 表面欠陥判別方法 |
Applications Claiming Priority (1)
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Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2019158602A (ja) * | 2018-03-13 | 2019-09-19 | オムロン株式会社 | 外観検査装置、外観検査方法及びプログラム |
DE112018003620T5 (de) | 2017-07-14 | 2020-05-14 | Jtekt Corporation | Lagereinheit-Herstellungsvorrichtung und Lagereinheit-Herstellungsverfahren |
-
2016
- 2016-02-01 JP JP2016016916A patent/JP2017138106A/ja active Pending
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