JP2019158553A - 画像検査装置、画像検査方法及び画像検査プログラム - Google Patents

画像検査装置、画像検査方法及び画像検査プログラム Download PDF

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Abstract

【課題】検査対象物と撮像装置との位置関係を保った状態でその他の撮像条件だけを変えながら検査対象物の画像を複数取得する必要がある画像検査において、撮像装置に対する検査対象物の位置を変化させたままの状態で撮像を可能にする技術を開示する。【解決手段】検査対象物を画像で検査する画像検査装置であって、前記検査対象物を撮像する撮像手段と、前記撮像手段に対する前記検査対象物の位置を周期的に相対変化させる変更手段と、前記相対変化によって周期的に繰り返される、前記撮像手段に対し前記検査対象物が所定の位置となる複数のタイミングで、撮像条件の相異なる複数の画像が取得されるように前記撮像手段に前記検査対象物を撮像させる制御手段と、を備える。【選択図】図１

Description

本発明は、画像検査装置、画像検査方法及び画像検査プログラムに関する。
近年、生産ラインでは検査の自動化や省力化のために、画像による製品の外観検査を行う画像検査装置が広く利用されている（例えば、特許文献１−２を参照）。外観検査の種類や手法には様々なものが存在するが、基本的な構成は、画像センサを内蔵した撮像装置で検査対象物を撮像し、得られた画像から検査領域となる部分を抽出し、その検査領域の部分の画像の特徴を解析・評価することで、目的の検査（例えば、良／不良の判定、仕分け、情報取得など）を行うというものである。
この種の画像検査においては、検査対象物と撮像装置との位置関係はそのままに、その他の撮像条件だけを変えながら検査対象物の画像を複数取得し、撮像条件の異なる各画像を用いて画像検査が行われることがある。例えば、照度差ステレオ法を用いた画像検査では、検査対象物と撮像装置との位置関係はそのままに、検査対象物を照らす照明の位置を切り替えながら検査対象物の画像を複数取得することが行われる。また、位相シフト法を用いた画像検査では、検査対象物と撮像装置との位置関係はそのままに、検査対象物に照射する縞パターンの位相を変化させながら検査対象物の画像を複数取得することが行われる。また、ハイダイナミックレンジ合成を用いた画像検査では、検査対象物と撮像装置との位置関係はそのままに、検査対象物を撮像する際の露光時間を変化させながら検査対象物の画像が複数取得される。また、焦点処理を用いた画像検査では、検査対象物と撮像装置との位置関係はそのままに、撮像装置のレンズの焦点位置を変化させながら検査対象物の画像が複数取得される。
特開２０１０−１７５２８１号公報 特開平１１−１６０２４３号公報
画像検査では、生産ラインを流れる検査対象物を様々な方向から撮像する必要がある。よって、例えば、検査対象物の外観を全周に渡って検査したい場合、検査対象物を取り囲むように撮像装置を複数用意するか、或いは、検査対象物に対する撮像装置の位置を変化させながら撮像する必要がある。しかし、検査対象物を撮像装置で取り囲む場合、撮像装置の調達コストが増大するし、生産ラインを流れている状態のままの検査対象物を撮像装置で取り囲むことも難しい。そこで、検査対象物の向きを変えながら撮像することが望まれるが、例えば、検査対象物を９０度ずつ回転させる回転機構を用いる場合、回転機構の駆動モータの発動と停止を少なくとも４回以上繰り返す必要があるため、検査対象物の外観を全周に渡って撮像するのに比較的長い時間を要する。また、撮像装置を検査対象物の周りで動かす場合も、撮像装置を動かす機構の発動と停止を繰り返す必要があるため、検査対象物の外観を全周に渡って撮像するのに比較的長い時間を要する。
そこで、検査対象物を回転機構で回転させる場合であれば、例えば、検査対象物を回転させたままの状態で撮像を行い、検査対象物を様々な方向から撮像した画像を取得することも考えられる。また、撮像装置を検査対象物の周りで動かす場合であれば、例えば、撮像装置を動かしたままの状態で撮像を行い、検査対象物を様々な方向から撮像した画像を
取得することも考えられる。しかし、撮像装置と検査対象物とが相対移動し続けていると、検査対象物と撮像装置との位置関係が保たれないため、上述したような、検査対象物と撮像装置との位置関係を保った状態でその他の撮像条件だけを変えながら検査対象物の画像を複数取得する必要がある照度差ステレオ法等の画像検査に適用することは困難であった。
そこで、本願は、検査対象物と撮像装置との位置関係を保った状態でその他の撮像条件だけを変えながら検査対象物の画像を複数取得する必要がある画像検査において、撮像装置に対する検査対象物の位置を変化させたままの状態で撮像を可能にする技術を開示する。
上記課題を解決するため、本発明では、撮像手段に対する検査対象物の位置を周期的に相対変化させ、これによって周期的に繰り返される、撮像手段に対し検査対象物が所定の位置となる複数のタイミングで、撮像条件の相異なる複数の画像が取得されるように撮像を行うことにした。
詳細には、本発明は、検査対象物を画像で検査する画像検査装置であって、前記検査対象物を撮像する撮像手段と、前記撮像手段に対する前記検査対象物の位置を周期的に相対変化させる変更手段と、前記相対変化によって周期的に繰り返される、前記撮像手段に対し前記検査対象物が所定の位置となる複数のタイミングで、撮像条件の相異なる複数の画像が取得されるように前記撮像手段に前記検査対象物を撮像させる制御手段と、を備える。
ここで、検査対象物とは、画像検査装置による画像検査の対象となり得る物体であり、例えば、生産ラインを流れる工業製品やその部品、市場から回収される工業製品やその部品、収穫された農産物や漁獲された水産物、その他の各種物体が挙げられる。
また、撮像手段に対する検査対象物の位置とは、撮像手段と検査対象物との間の距離のみならず、撮像手段に対する検査対象物の向きを含む概念である。
また、所定の位置とは、検査に用いる画像を撮像手段が撮像する時の撮像手段に対する検査対象物の位置であり、例えば、撮像手段に対し周期的に相対変化する検査対象物の軌道上の一乃至複数の位置が挙げられる。
また、撮像条件とは、検査対象物と撮像手段との位置関係は保った状態で、撮像手段によって撮像される検査対象物の画像を変化させ得るものであり、例えば、照明の状態や撮像素子の設定、レンズの状態等が挙げられる。
上記の画像検査装置では、撮像手段に対する検査対象物の位置が変更手段により周期的に相対変化されている状態で検査対象物の撮像が行われる。撮像は、変更手段による周期的な相対変化に合わせて複数回繰り返される、撮像手段に対する検査対象物の位置関係が同じとなるタイミングで行われる。そして、各タイミングにおける撮影は、撮像条件を変更しながら行われる。
よって、上記の画像検査装置であれば、撮像手段に対する検査対象物の位置が周期的に相対変化し続けている状態で、検査対象物と撮像手段との位置関係は保った状態で撮像条件を変更した複数の画像を取得することができる。なお、上記の画像検査装置で取得される画像は、撮影条件が全て相異なる画像ではなく、撮像条件が同じ複数の画像が存在していてもよい。
ところで、前記制御手段は、前記相対変化中の前記検査対象物を写した第１の画像が取得されるように前記撮像手段に前記検査対象物を撮像させた後、前記撮像手段に対する前記検査対象物の位置が前記第１の画像の撮像時と同じ前記所定の位置になると、前記相対変化中の前記検査対象物を写した第２の画像が前記第１の画像の撮像時とは異なる撮像条件で取得されるように前記撮像手段に前記検査対象物を撮像させるものであってもよい。制御手段がこのような制御を行えば、第１の画像が取得された後、撮像手段に対する検査対象物の位置が第１の画像の撮像時と同じになったタイミングで第２の画像が取得されるため、複数の画像を速やかに取得することができる。
また、前記変更手段は、前記検査対象物を回転させることにより、前記撮像手段に対する前記検査対象物の位置を周期的に相対変化させるものであってもよい。撮像手段に対する検査対象物の位置が検査対象物の回転によって変更されれば、検査対象物を一定方向に回転させ続けるだけで周期的な相対変化を実現できるため、変更手段を容易に構成することができる。
また、前記変更手段は、前記撮像手段に対する前記検査対象物の位置を示す信号を出力し、前記制御手段は、前記変更手段が出力する信号を基にして特定した前記タイミングで、撮像条件の相異なる複数の画像が取得されるように前記撮像手段に前記検査対象物を撮像させるものであってもよい。変更手段が出力する信号を用いれば、上記所定の位置の到来を精度良く検知できるため、検査対象物と撮像手段との位置関係は保った状態で撮像条件だけを変えた検査対象物の画像を精度よく複数枚得ることができる。
また、前記撮像手段によって取得された前記複数の画像を用いて前記検査対象物を検査する検査手段を更に備えるものであってもよい。上記の画像検査装置にこのような検査手段が備わっていれば、検査対象物と撮像手段との位置関係は保った状態で撮像条件だけを変えた複数の画像が速やかに取得されるので、画像検査を速やかに行うことができる。
また、前記撮像条件とは、照明の照射パターン、前記撮像手段のレンズのフォーカス位置、前記撮像手段の露光時間のうち少なくとも何れかを含むものであってもよい。ここで、照明の照射パターンとは、発光面における発光部分の形状に限定されるものでなく、例えば、照明の発光面における発光強度分布（輝度分布）であってもよいし、照明によって照らされる対象面における照度分布であってもよい。このような撮影条件を変更しながら、検査対象物と撮像手段との位置関係は保った状態の複数の画像が取得されれば、画像検査に必要な画像を得ることができる。
なお、本発明は、方法及びプログラムの側面から捉えることもできる。例えば、本発明は、検査対象物を画像で検査する画像検査方法であって、前記検査対象物を撮像する撮像手段に対する前記検査対象物の位置を周期的に相対変化させる変更工程と、前記相対変化によって周期的に繰り返される、前記撮像手段に対し前記検査対象物が所定の位置となる複数のタイミングで、撮像条件の相異なる複数の画像が取得されるように前記撮像手段に前記検査対象物を撮像させる制御工程と、を有するものであってもよい。
上記の画像検査装置、画像検査方法及び画像検査プログラムであれば、検査対象物と撮像装置との位置関係を保った状態でその他の撮像条件だけを変えながら検査対象物の画像を複数取得する必要がある画像検査において、撮像装置に対する検査対象物の位置を変化させたままの状態で撮像が可能である。
実施形態に係る画像検査装置によって実現される動作の一例を示した概要図である。 画像検査装置の全体構成の一例を示した図である。 駆動モータが回転角の絶対値を出力するアブソリュート形のエンコーダを有する場合に画像検査装置で実現される動作の一例を示した図である。 駆動モータが回転角の相対値を出力するインクリメンタル形のエンコーダを有する場合に画像検査装置で実現される動作の一例を示した図である。 検査対象物の外観を４箇所から１箇所に付き３枚撮像する場合の画像処理の様子をイメージした図である。 変形例に係る画像検査装置の全体構成を示した図である。 変形例に係る画像検査装置の動作の第１例を示した図である。 変形例に係る画像検査装置の動作の第２例を示した図である。 動作例１〜３によって実現できる、検査対象物に対するカメラの位置の周期的な相対変化の軌道を例示した図である。 図１０は、図９の各パラメータを補足説明する図である。
＜適用例＞
図１は、実施形態に係る画像検査装置１によって実現される動作の一例を示した概要図である。画像検査装置１は、主な構成として、例えば、図１に示すように、カメラ２（本願でいう「撮像手段」の一例である）と回転機構３Ｒ（本願でいう「変更手段」の一例である）とを備える。カメラ２は、検査対象物４の検査に用いる画像を取得する。回転機構３Ｒは、搭載された検査対象物４を回転させる装置であり、図示しない制御装置から送られる制御信号に従って作動する。したがって、カメラ２は、回転機構３Ｒの作動中、検査対象物４を様々な方向から撮像することが可能である。なお、検査対象物４を照らす照明は、カメラ２と一体化されていてもよいし、或いはカメラ２と別体であってもよい。
カメラ２が検査対象物４を撮像して得た画像のデータは、画像検査装置１に設けられた図示しない画像処理ユニットへ送られる。画像処理ユニットでは、カメラ２から送られた画像のデータを使った検査対象物４の外観検査が行われる。画像処理ユニットによって外観検査が行われた検査対象物４は、次工程へ送られる。画像処理ユニットによって行われる検査対象物４の外観検査としては、例えば、検査対象物４の表面形状、検査対象物４への物品類の衝突によって生じる打痕といった凹凸状の欠陥の有無、塗装等の表面処理における不具合によって生じる色彩の欠陥の有無、異物の付着の有無、その他各種の検査項目が挙げられる。なお、欠陥検査の場合には、欠陥に対する処置が容易なものもあれば、修復不能なものもある。例えば、画像を使った検査対象物４の外観検査で検出された欠陥が単なる異物の付着であれば、当該欠陥は、異物の除去によって容易に解消できる。よって、画像検査装置１で欠陥検査が行われる場合、画像検査装置１で検査された検査対象物４の送り先は、発見された欠陥の種類に応じて切り替わってもよい。
このように構成される画像検査装置１では、例えば、検査対象物４が回転機構３Ｒに回転させられた状態で検査対象物４の撮像が行われる。撮像は、回転機構３Ｒによる検査対象物４の回転に合わせて複数回繰り返される、カメラ２に対する検査対象物４の向きが同じとなるタイミングで行われる。例えば、図１に示す例であれば、検査対象物４にあるマーク６がカメラ２の方向を向く度に撮像が行われ、マーク６を写した複数の画像が取得される。回転機構３Ｒによる回転によって検査対象物４にあるマーク６がカメラ２の方向を向く度に行われる撮像は、撮像条件を変更して行われる。例えば、３枚の画像を合成して行われる照度差ステレオ法を用いた画像検査であれば、３枚の画像を取得する時のそれぞれの撮像のタイミングにおける撮像条件として、検査対象物４を照らす光の方向が変更されるように、発光する光源が撮像毎に変更される。このような撮像が、マーク６がカメラ
２の方向を向くタイミングのみならず、その他の方向を向くタイミングにおいても行われることにより、検査対象物４の全周に渡る画像検査が実現される。
検査対象物４を全面的に画像検査したい場合、検査対象物４を様々な方向から撮像する必要がある。よって、例えば、検査対象物の外観を全周に渡って検査したい場合、検査対象物を取り囲むように撮像装置を複数用意するか、或いは、検査対象物の向きを変えながら撮像する必要がある。しかし、検査対象物を撮像装置で取り囲む場合、撮像装置の調達コストが増大するし、生産ラインを流れている状態のままの検査対象物を撮像装置で取り囲むことも難しい。この点、上記の画像検査装置１であれば、１つのカメラ２で検査対象物４を様々な方向から撮像することができるため、撮像装置を複数用意しなくても、検査対象物の外観を全周に渡って検査可能である。
また、上記の画像検査装置１であれば、検査対象物４にあるマーク６がカメラ２の方向を向く度に、照明の位置といった撮像条件だけを変えながら検査対象物の画像を複数取得するので、照度差ステレオ法といった複数枚の画像が必要な画像検査を検査対象物４の外観全周に渡って行う場合であっても、回転機構３Ｒの駆動モータの発動と停止を繰り返す必要が無い。よって、上記の画像検査装置１であれば、検査対象物４の外観を比較的短時間で検査可能である。
なお、画像検査装置１では、例えば、位相シフト法やその他各種の３次元計測法を用いることができる。画像検査装置１は、例えば、自動車やその他各種の工業製品を生産する生産ラインで用いられるＦＡ機器の一つとして用いることができる。
＜実施形態＞
以下、画像検査装置１について詳細に説明する。図２は、画像検査装置１の全体構成の一例を示した図である。画像検査装置１は、上述したカメラ２と回転機構３Ｒの他、カメラ２から送られた画像データの処理を司る画像処理ユニット８、カメラ２や画像処理ユニット８（本願でいう「検査手段」の一例である）の制御を司るＰＬＣ９（本願でいう「制御手段」の一例である）を備える（ＰＬＣ：Programmable Logic Controller）。画像処
理ユニット８としては、例えば、ＣＰＵ（中央演算処理装置）、メモリ、補助記憶装置（ハードディスクドライブやソリッドステートドライブなど）、入力装置（キーボード、マウス、タッチパネルなど）を有する汎用のコンピュータ、或いは、画像処理専用の装置を適用できる。ＰＬＣ９も同様である。
カメラ２は、ｍ×ｎ個の受光素子をマトリクス状に配列した撮像素子を有し、カラー又はモノクロの静止画像あるいは動画像を画像処理ユニット８に取り込むデバイスである。ただし、可視光像以外の特殊な画像（Ｘ線画像、サーモ画像など）を検査に利用する場合には、その画像に合わせたセンサを用いればよい。
カメラ２には、複数の照明２Ｌが併設される。照明２Ｌは、検査対象物４を照らす照明手段である。各照明２Ｌは、例えば、単一の光源を有する照明手段であってもよいし、或いは、相異なる波長の照明光（赤色光，緑色光，青色光）をそれぞれ任意の強度で発光可能な複数の光源を有する照明手段であってもよい。また、照明２Ｌは、何らの形状パターンも有しない光を照らす照明手段であってもよいし、或いは、所定の形状のパターンを有する光を照らす照明手段であってもよい。
回転機構３Ｒは、いわゆるターンテーブルであり、検査対象物４が載置されるテーブル３Ｔと、テーブル３Ｔを回転させる駆動モータ３Ｍとを備える。駆動モータ３Ｍは、ＰＬＣ９に接続されており、ＰＬＣ９から送られる制御信号に従ってテーブル３Ｔを回転させる。駆動モータ３Ｍは、テーブル３Ｔの回転角を絶対値または相対値で出力するエンコー
ダを内蔵している。駆動モータ３Ｍに設けられたエンコーダの出力は、画像処理ユニット８に接続されている。
画像処理ユニット８は、メモリに展開されたコンピュータプログラムをＣＰＵが実行することにより、カメラ２が撮像した検査対象物４の画像の各種処理を司る。また、ＰＬＣ９は、メモリに展開されたコンピュータプログラムをＣＰＵが実行することにより、画像検査装置１の各部の制御を司る。
なお、画像検査装置１には、操作ユニット１１と表示ユニット１２が設けられている。操作ユニット１１は、画像検査装置１を取り扱うオペレータが操作しやすい適当な箇所に配置される入力装置であり、オペレータが画像検査装置１に対して行う各種操作を受け付ける。操作ユニット１１は、表示ユニット１２と一体のタッチパネルであってもよいし、汎用のコンピュータに一般利用されるキーボードであってもよいし、或いは、専用に設計された入力装置であってもよい。また、表示ユニット１２は、画像検査装置１を取り扱うオペレータから見えやすい適当な箇所に配置される表示装置であり、画像検査装置１の各部の状態表示や、カメラ２で取得された画像の表示を行う。
以下、画像検査装置１において実現される処理について説明する。
画像検査装置１で画像検査が開始されると、ＰＬＣ９は、駆動モータ３Ｍを始動させてテーブル３Ｔを回転させる。テーブル３Ｔが回転すると、テーブル３Ｔに載置されている検査対象物４も回転するため、テーブル３Ｔが複数周に渡って回転し続けると、カメラ２に対する検査対象物４の位置が周期的に相対変化することになる。テーブル３Ｔの回転中、駆動モータ３Ｍでは回転角の信号が出力される。画像処理ユニット８では、駆動モータ３Ｍから出力される回転角の信号のタイミングに合わせて、カメラ２に対する撮像命令が行われる。以下、テーブル３Ｔが９０度ずつ回転する度にカメラ２で検査対象物４を撮像する場合を例に、画像検査装置１の動作を説明する。
図３は、駆動モータ３Ｍが回転角の絶対値を出力するアブソリュート形のエンコーダを有する場合に画像検査装置１で実現される動作の一例を示した図である。また、図４は、駆動モータ３Ｍが回転角の相対値を出力するインクリメンタル形のエンコーダを有する場合に画像検査装置１で実現される動作の一例を示した図である。
検査対象物４の外観を全周に渡って検査したい場合、例えば、テーブル３Ｔが９０度回転する度に検査対象物４をカメラ２で撮像すれば、検査対象物４を前後左右の４方向から撮像した４つの画像、換言すると、検査対象物４の外観を全周に渡って写した画像を得ることができる。そこで、図３と図４に示す例では、テーブル３Ｔが９０度回転する度に検査対象物４をカメラ２で撮像することにしている。例えば、駆動モータ３Ｍが基準角度に対する絶対角を出力するアブソリュート形のエンコーダであれば、図３に示すように、駆動モータ３Ｍが出力する角度の情報が０度、９０度、１８０度、２７０度になるタイミングで検査対象物４をカメラ２で撮像する。また、駆動モータ３Ｍが相対角を出力するインクリメンタル形のエンコーダであれば、図４に示すように、駆動モータ３Ｍから出力されるエンコーダのＡ相とＢ相の出力をカウントして得られる角度が９０度になる度に検査対象物４をカメラ２で撮像する。そして、テーブル３Ｔが１回転する度にエンコーダのＺ相の信号でカウンタのリセットを行う。
各角度における検査対象物４の画像を例えば３枚取得する場合、画像検査装置１は、このような撮像を検査対象物４が少なくとも３回転するまで行う。
そして、画像処理ユニット８は、検査対象物４が１回転する度にカメラ２の撮像条件を
変える。例えば、画像検査装置１を照度差ステレオ法に適用する場合であれば、光源方向が相異なる３枚の画像を取得するために、画像処理ユニット８は、発光させる照明２Ｌを検査対象物４が１回転する度に切り替える。検査対象物４が１回転する度に照明２Ｌを切り替えながら検査対象物４を３回転させれば、検査対象物４を様々な光源方向から照明した状態で撮像した画像を各角度で３枚ずつ得ることができる。したがって、検査対象物４を様々な光源方向から照明した状態の３枚の画像の各画素の輝度から、各画素に対応する点の法線ベクトルを算出することができる。得られた各点の法線ベクトルを積分すれば、検査対象物４の形状を復元することができる。
また、例えば、画像検査装置１を位相シフト法に適用する場合であれば、検査対象物４に投影される縞パターンが相異なる複数枚の画像を取得するために、画像処理ユニット８は、照明２Ｌに投影させる縞パターンを検査対象物４が１回転する度に切り替える。検査対象物４が１回転する度に照明２Ｌの縞パターンを切り替えながら検査対象物４を複数周に渡って回転させれば、検査対象物４に様々な縞パターンを投影した複数枚の画像を得ることができる。したがって、検査対象物４に様々な縞パターンを投影した複数枚の画像から、検査対象物４の欠陥の有無を判定することができる。
また、例えば、画像検査装置１をハイダイナミックレンジ合成に適用する場合であれば、露光時間の相異なる複数枚の画像を取得するために、画像処理ユニット８は、検査対象物４を撮像する際のカメラ２の露光時間を検査対象物４が１回転する度に切り替える。検査対象物４が１回転する度にカメラ２の露光時間を切り替えながら行う検査対象物４の撮像を、検査対象物４が複数周に渡って回転する間に行えば、検査対象物４を様々な露光時間で投影した複数枚の画像を得ることができる。したがって、様々な露光時間で撮像した複数枚の画像を合成すれば、明暗のばらつきを抑制した画像を得ることができる。
また、例えば、検査対象物４を撮像する際のカメラ２のレンズの焦点位置を検査対象物４が１回転する度に切り替え、様々な焦点位置で撮像した複数枚の画像を合成すれば、被写界深度の広い画像を得たり、合焦点法による距離の推定を行ったりすることができる。
図５は、検査対象物４の外観を４箇所から１箇所に付き３枚撮像する場合の画像処理の様子をイメージした図である。上述したように、例えば、テーブル３Ｔが９０度回転する度に検査対象物４をカメラ２で撮像し、これを検査対象物４が３回転するまで行う場合、図５に示されるように、合計で１２枚の画像のデータが取得されることになる。そこで、この場合、画像処理ユニット８には、カメラ２で取得される１２枚の画像のデータを蓄積可能な容量を有するバッファ（画像メモリ）が備わっていることが望ましい。バッファに蓄積された画像のデータは、４箇所別々に合成等の画像処理がなされる。
なお、図５に示した例では、撮像箇所１〜４の何れの箇所についても、１回転目は撮像条件ａ、２回転目は撮像条件ｂ、３回転目は撮像条件ｃで撮像が行われていた。しかし、上記実施形態の画像検査装置１はこのような撮像形態に限定されるものでなく、例えば、３回転目については何れかの撮像箇所を他の撮像箇所と異なる撮像条件にしてもよい。また、各撮影箇所で取得される画像の枚数が、撮影箇所に応じて異なっていてもよい。また、各撮影箇所で取得された画像の合成方法は、撮影箇所に応じて異なっていてもよい。例えば、各撮影箇所で取得される画像のうち、何れかの箇所については照度差ステレオ法を４枚の画像で行い、他の何れかの箇所については照度差ステレオを３枚の画像で行い、他の何れかの箇所についてはＨＤＲ合成を５枚の画像で行い、他の何れかの箇所については位相シフト法を４枚の画像で行うようなことが考えられる。
上記実施形態の画像検査装置１であれば、検査対象物４をテーブル３Ｔで回転させながら撮像しているため、検査対象物４を様々な方向から撮像した画像を得ることができる。
また、検査対象物４をテーブル３Ｔで回転させた状態のままで撮像しているため、駆動モータ３Ｍの発動と停止を繰り返す必要が無く、検査対象物４の外観を全周に渡って撮像する上で、駆動モータ３Ｍの発動と停止による時間的ロスが無い。そして、上記実施形態の画像検査装置１では、検査対象物４とカメラ２との位置関係が同じになるタイミングで撮像条件を変えながら撮像を複数回行うため、照度差ステレオ法等の画像検査に適用することが可能である。
駆動モータ３Ｍの発動と停止が繰り返されないことによる検査時間の短縮効果について、以下に検証する。例えば、検査対象物４を５箇所から１箇所につき４回撮像する場合を考える。１回の撮像にかかる時間（露光＋読み出し）が１０ｍｓ、駆動モータ３Ｍで検査対象物４を５分の１回転させるのに要する時間を、静定時間込みで３００ｍｓとする。
駆動モータ３Ｍの発動と停止を繰り返しながら撮像する比較例の場合、検査対象物４の撮像にかかる時間Ｔ１（ｍｓ）は、以下のようになる。
Ｔ１ ＝ ５×（３００ ＋ ４×１０） ＝ １７００
一方、上記実施形態の画像検査装置１のように検査対象物４を回転させた状態のままで撮像する場合、検査対象物４の撮像にかかる時間Ｔ２（ｍｓ）は、以下のようになる。
Ｔ２ ＝ ４×１００ ＝ ４００
すなわち、上記実施形態の画像検査装置１のように検査対象物４を回転させた状態のままで撮像する方が、駆動モータ３Ｍの発動と停止を繰り返しながら撮像する比較例に比べて、所要時間を４分の１以上短縮できることが判る。なお、画像検査装置１に検査対象物４を自動搬送する装置が併設されており、検査対象物４がテーブル３Ｔに載った状態でカメラ２の前に搬送されるようになっている場合であれば、カメラ２の前に到着した時には既に検査対象物４が回転している状態とすることにより、カメラ２の前に到着してから駆動モータ３Ｍを発動する場合よりも時間的ロスを更に縮小することができる。
＜変形例＞
以下、画像検査装置１の変形例について説明する。図６は、変形例に係る画像検査装置１Ａの全体構成を示した図である。本変形例では、カメラ２がロボットアーム３Ｃの先端に設けられている。
ロボットアーム３Ｃは、いわゆる多関節ロボットであり、第１関節３Ｋ１を介してベース３Ｂに連結される第１アーム３Ａ１と、第２関節３Ｋ２を介して第１アーム３Ａ１の先端部に連結される第２アーム３Ａ２とを備える。カメラ２と照明２Ｌは、第３関節３Ｋ３を介して第２アーム３Ａ２の先端に設けられる。ロボットアーム３Ｃには、各関節の軸を中心に各アームを回動させるためのモータ等の駆動機構が内蔵されており、ロボットコントローラ１０から送られる命令に従って動作する。ロボットコントローラ１０は、ＣＰＵ、メモリ、補助記憶装置等を有する汎用のコンピュータ、或いは、ロボット専用の制御装置を適用できる。
＜変形例の動作例１＞
カメラ２がロボットアーム３Ｃの先端に設けられている場合、回転機構３Ｒの代わりにロボットアーム３Ｃで検査対象物４に対するカメラ２の位置を周期的に相対変化させることが可能となる。図７は、本変形例に係る画像検査装置１Ａの動作の第１例を示した図である。画像検査装置１Ａでは、例えば、カメラ２が所定の周回軌道を周期的に回るようにロボットアーム３Ｃをロボットコントローラ１０で制御することにより、当該軌道上における特定の撮像地点Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３で検査対象物４を撮像することもできる。
本変形例の画像検査装置１Ａで画像検査が開始されると、ＰＬＣ９は、カメラ２が所定の周回軌道を回るように、ロボットコントローラ１０にロボットアーム３Ｃを作動させる。カメラ２が当該周回軌道を回り続けると、カメラ２に対する検査対象物４の位置が周期的に相対変化することになる。ロボットアーム３Ｃの作動中、ロボットコントローラ１０からＰＬＣ９へはカメラ２の位置情報が出力される。ＰＬＣ９では、ロボットコントローラ１０から送られるカメラ２の位置情報を基に、カメラ２が撮像地点Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３に到達したか否かの判定を行い、カメラ２が何れかの撮像地点に到達するタイミングに合わせて、カメラ２に対する撮像命令が行われる。
本変形例に係る画像検査装置１Ａであれば、カメラ２が所定の周回軌道を周期的に回るようにロボットアーム３Ｃでカメラ２を動かしながら撮像しているため、検査対象物４を当該周回軌道上の様々な撮像地点から撮像した画像を得ることができる。また、カメラ２をロボットアーム３Ｃで動かした状態のままで撮像しているため、ロボットアーム３Ｃの発動と停止を繰り返す必要が無く、検査対象物４を様々な撮像地点から撮像する上で、ロボットアーム３Ｃの発動と停止による時間的ロスが無い。そして、本変形例の画像検査装置１Ａでは、検査対象物４とカメラ２との位置関係が同じになるタイミングで、照明２Ｌの発光状態といった撮像条件を変えながら撮像を複数回行うため、照度差ステレオ法等の画像検査に適用することが可能である。
＜変形例の動作例２＞
また、本変形例に係る画像検査装置１Ａでは、回転機構３Ｒとロボットアーム３Ｃを併用することもできる。図８は、本変形例に係る画像検査装置１Ａの動作の第２例を示した図である。画像検査装置１Ａでは、例えば、回転機構３Ｒの駆動モータ３Ｍを始動させてテーブル３Ｔを回転させながら検査対象物４の撮像を行いつつ、カメラ２の位置をロボットアーム３Ｃで変更することもできる。カメラ２の位置をロボットアーム３Ｃで変更しながら行えば、例えば、検査対象物４が中空の物体である場合に、検査対象物４の開口部分から内壁面を覗き込むようにカメラ２の位置を動かすことで、検査対象物４の外壁面だけでなく内壁面も撮像可能となる。なお、画像検査装置１Ａには、ロボットアーム３Ｃの先端に設けられたカメラ２とは別に、回転機構３Ｒ付近に固定された１乃至複数のカメラ２が設けられていてもよい。
＜変形例の動作例３＞
また、本変形例に係る画像検査装置１Ａでは、ロボットアーム３Ｃによるカメラ２の動きと回転機構３Ｒによる検査対象物４の回転とを組み合わせることで、検査対象物４に対するカメラ２の位置の周期的な相対変化を実現してもよい。
図９は、上記した各動作例１〜３によって実現できる、検査対象物４に対するカメラ２の位置の周期的な相対変化の軌道を例示した図である。また、図１０は、図９の各パラメータを補足説明する図である。図９では、カメラ２と検査対象物４との相対的な位置関係が多次元空間で表現されている。そして、図１０では、カメラ２の位置と姿勢、及び検査対象物４の姿勢を表すパラメータを示している。図１０に示されるように、回転機構３Ｒが１自由度を持ち、カメラ２を動かすロボットアーム３Ｃが５自由度を持つ場合、カメラ２と検査対象物４との相対的な位置関係は、検査対象物４の姿勢を表す１つの回転パラメータ（θ１）と、カメラ２の位置及び姿勢を表す他の５つのパラメータ（Ｘ、Ｙ、Ｚ、θ２、θ３）の計６つ（Ｘ，Ｙ，Ｚ，θ１，θ２，θ３）のパラメータで表すことができる。よって、図９においては、本来であれば、カメラ２と検査対象物４との相対的な位置関係を表す多次元空間を表現した図には全てのパラメータが表現されるべきである。しかし、図で表現できる多次元空間の次元数は最大でも３のため、図９では、３次元空間で表現できる３つのパラメータとしてＸとＹとθ１を代表として選定し、横軸として設定したθ１の軸に直交する２つの軸にＸとＹを設定することにしている。しかし、カメラ２と検査
対象物４との相対的な位置関係を示す多次元空間は、このようなものに限定されるものでなく、図９に示される３軸には、６つ（Ｘ，Ｙ，Ｚ，θ１，θ２，θ３）のパラメータの何れについても設定可能である。なお、カメラ２と検査対象物４との相対的な位置関係を表現するには６つのパラメータが必要十分な自由度であるが、例えば、ロボットアーム３Ｃが６以上の自由度を持つ場合や、回転機構３Ｒが２以上の自由度を持つ場合であれば、カメラ２と検査対象物４との相対的な位置関係は、７つ以上のパラメータで表されることになる。また、例えば、ロボットアーム３Ｃが４以下の自由度を持つ場合であれば、カメラ２と検査対象物４との相対的な位置関係は、５つ以下のパラメータで表されることになる。すなわち、本変形例に係る画像検査装置１Ａは、図１０に示されるように計６つの自由度によりカメラ２と検査対象物４との相対的な位置関係を変更可能なものに限定されるものでなく、例えば、計５つ以下または計７つ以上の自由度によりカメラ２と検査対象物４との相対的な位置関係を変更可能なものであってもよい。
図９において「※１」で示される軌道は、上述の＜変形例の動作例１＞によって実現できる軌道の一例を示している。また、図９において「※２」で示される軌道は、上述の実施形態に係る画像検査装置１によって実現できる軌道の一例を示している。また、図９において「※３Ａ」「※３Ｂ」「※３Ｃ」で示される軌道は、上述の＜変形例の動作例２＞或いは＜変形例の動作例３＞によって実現できる軌道の一例を示している。図９において「※３Ｃ」で示される軌道は、検査対象物４が２回転することにより１周期となる軌道の一例を示している。上述の＜変形例の動作例２＞或いは＜変形例の動作例３＞によって実現できる軌道は、このように、検査対象物４が２回転、或いは３回転以上することにより１周期となる軌道であってもよい。
また、図９において「※３Ｂ」で示される軌道は、図９の横軸において０度（３６０度）の境界を跨ぐ位置にあってもよい。「※３Ｂ」で示される軌道が０度（３６０度）の境界を跨ぐ場合、周回する環状の軌道のうちの一部が図９の横軸において０度付近に図示され、周回する環状の軌道の他の部分が図９の横軸において３６０度付近に図示されることになる。また、図９において「※３Ｂ」で示される軌道は、図９の横軸において３６０度以上に渡るものであってもよい。
上述の＜変形例の動作例１＞では、回転機構３Ｒは併用されず、カメラ２がロボットアーム３Ｃによって移動されるのみである。よって、この場合、検査対象物４に対するカメラ２の位置の周期的な相対変化の軌道としては、ロボットアーム３Ｃの動作によって実現できる平面的な軌道、すなわち、例えば、図９において「※１」で示されるような軌道を描くことができる。
また、上述の実施形態に係る画像検査装置１では、ロボットアーム３Ｃが無いため、検査対象物４に対するカメラ２の位置は回転機構３Ｒによって変化するのみである。よって、この場合、検査対象物４に対するカメラ２の位置の周期的な相対変化の軌道としては、回転機構３Ｒの動作によって実現できる直線的な軌道、すなわち、例えば、図９において「※２」で示されるような軌道となる。
また、上述の＜変形例の動作例２＞と＜変形例の動作例３＞では、ロボットアーム３Ｃと回転機構３Ｒが併用されるため、様々な軌道を描くことができる。よって、この場合、検査対象物４に対するカメラ２の位置の周期的な相対変化の軌道として、例えば、回転機構３Ｒが一定方向に回転し続けることによって周回する軌道や、回転機構３Ｒが僅かな回転を両方向に行うことで局所的に実現される無端状の軌道を描くことができる。
＜コンピュータが読み取り可能な記録媒体＞
コンピュータその他の機械、装置（以下、コンピュータ等）に上記いずれかの処理を実
現させるプログラムをコンピュータ等が読み取り可能な記録媒体に記録することができる。そして、コンピュータ等に、この記録媒体のプログラムを読み込ませて実行させることにより、その機能を提供させることができる。
ここで、コンピュータ等が読み取り可能な記録媒体とは、データやプログラム等の情報を電気的、磁気的、光学的、機械的、または化学的作用によって蓄積し、コンピュータ等から読み取ることができる記録媒体をいう。このような記録媒体のうちコンピュータ等から取り外し可能なものとしては、例えばフレキシブルディスク、光磁気ディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、ＣＤ−Ｒ／Ｗ、ＤＶＤ、ブルーレイディスク（ブルーレイは登録商標）、ＤＡＴ、８ｍｍテープ、フラッシュメモリなどのメモリカード等がある。また、コンピュータ等に固定された記録媒体としてハードディスクやＳＳＤ、ＲＯＭ（リードオンリーメモリ）等がある。
なお、上記実施形態及び変形例は、本発明の実施形態の一例であり、本願で開示する発明の技術的範囲を上記実施形態及び変形例に限定するものではない。
１，１Ａ・・画像検査装置：２・・カメラ：２Ｌ・・照明：３Ｒ・・回転機構：３Ｔ・・テーブル：３Ｍ・・駆動モータ：３Ｃ・・ロボットアーム：３Ｋ１・・第１関節：３Ｋ２・・第２関節：３Ｋ３・・第３関節：３Ｂ・・ベース：３Ａ１・・第１アーム：３Ａ２・・第２アーム：４・・検査対象物：６・・マーク：８・・画像処理ユニット：９・・ＰＬＣ：１０・・ロボットコントローラ：１１・・操作ユニット：１２・・表示ユニット

Claims (8)

  1. 検査対象物を画像で検査する画像検査装置であって、
    前記検査対象物を撮像する撮像手段と、
    前記撮像手段に対する前記検査対象物の位置を周期的に相対変化させる変更手段と、
    前記相対変化によって周期的に繰り返される、前記撮像手段に対し前記検査対象物が所定の位置となる複数のタイミングで、撮像条件の相異なる複数の画像が取得されるように前記撮像手段に前記検査対象物を撮像させる制御手段と、を備える、
    画像検査装置。
  2. 前記制御手段は、前記相対変化中の前記検査対象物を写した第１の画像が取得されるように前記撮像手段に前記検査対象物を撮像させた後、前記撮像手段に対する前記検査対象物の位置が前記第１の画像の撮像時と同じ前記所定の位置になると、前記相対変化中の前記検査対象物を写した第２の画像が前記第１の画像の撮像時とは異なる撮像条件で取得されるように前記撮像手段に前記検査対象物を撮像させる、
    請求項１に記載の画像検査装置。
  3. 前記変更手段は、前記検査対象物を回転させることにより、前記撮像手段に対する前記検査対象物の位置を周期的に相対変化させる、
    請求項１または２に記載の画像検査装置。
  4. 前記変更手段は、前記撮像手段に対する前記検査対象物の位置を示す信号を出力し、
    前記制御手段は、前記変更手段が出力する信号を基にして特定した前記タイミングで、撮像条件の相異なる複数の画像が取得されるように前記撮像手段に前記検査対象物を撮像させる、
    請求項１から３の何れか一項に記載の画像検査装置。
  5. 前記撮像手段によって取得された前記複数の画像を用いて前記検査対象物を検査する検査手段を更に備える、
    請求項１から４の何れか一項に記載の画像検査装置。
  6. 前記撮像条件とは、照明の照射パターン、前記撮像手段のレンズのフォーカス位置、前記撮像手段の露光時間のうち少なくとも何れかを含む、
    請求項１から５の何れか一項に記載の画像検査装置。
  7. 検査対象物を画像で検査する画像検査方法であって、
    前記検査対象物を撮像する撮像手段に対する前記検査対象物の位置を周期的に相対変化させる変更工程と、
    前記相対変化によって周期的に繰り返される、前記撮像手段に対し前記検査対象物が所定の位置となる複数のタイミングで、撮像条件の相異なる複数の画像が取得されるように前記撮像手段に前記検査対象物を撮像させる制御工程と、を有する、
    画像検査方法。
  8. 検査対象物を画像で検査する画像検査プログラムであって、
    コンピュータに、
    前記検査対象物を撮像する撮像手段に対する前記検査対象物の位置を周期的に相対変化させる変更工程と、
    前記相対変化によって周期的に繰り返される、前記撮像手段に対し前記検査対象物が所定の位置となる複数のタイミングで、撮像条件の相異なる複数の画像が取得されるように前記撮像手段に前記検査対象物を撮像させる制御工程と、を実行させる、
    画像検査プログラム。
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