JP3218875B2 - 立体物の形状検査装置 - Google Patents
立体物の形状検査装置Info
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Description
に係り、特に、標準形状に対する欠落部分を検査する立
体物の形状検査装置に関する。
により検出する事例は知られていない。しかしながら、
従来技術で行うならば、図7乃至図10に示すようなチ
ップ部品の有無の検出の検査に使われている斜光陰影法
を利用し、立体の影によるエッジから欠陥を検出する方
法が考えられる。
に示すように、チップ部品52の装着状態を検査する目
的の画像処理装置がある、この従来例では、図示する角
度からチップ部品52を照射するランプ53,54と、
このチップ部品52からの反射光を受光して画像メモリ
55,56に出力するカメラ51と、画像メモリ55,
56の論理差を取ることでチップ部品52の影を抽出す
る影抽出部と、当該チップ部品52の影から装着状態を
判定する判定処理部58とを備えている。図中、チップ
部品52に付随しているハッチングは当該チップ部品5
2の影を示している。
像をX,Yそれぞれの方向に投影し、その累積画素数か
らチップ部品52の中心位置を求める。また、チップ部
品52が回転している場合には、図9に示すように、
X,Y方向に所定のウインドを設けて、そのウインド内
の投影画像を交互に求めることで、チップ部品52の中
心位置を算出する。
位置から一定量離れた影の位置を検出し、その値から部
品の回転角度を求めている。
に、物体60に対してレーザ61からスポット光を照射
しその反射像を利用するスポット光を用いる手法があ
る。この図11に示す従来例では、レンズ中心Oから画
面上の点Pa方向に延ばした直線rと、ビームの直線s
の交点として、物体表面上の点Pを三角測量の原理で求
めている。
としては、図12に示すようなスリット光投影法があ
る。この従来例では、スリット光を物体60の型表面に
走査し、三角測量の原理から3次元座標値を計算により
求めている。
すように、スリット光源72とテレビカメラ71を一体
化して、フローブヘッド74によりコンピュータ等の座
標演算部75に出力する構成が開示されている。これら
図7から図13に示した従来例は、「画像処理による目
視検査の自動化事例集」目視検査の自動化技術調査委員
会編集,(株)新技術コミュニケーションズ刊,199
1年4月10日第1版に開示されているものである。
用いる手法は種々のものが公開されており、3次元形状
を測定するものとしては、上述の外に、特開平3−28
9050号公報や、特開平2−268207号公報など
にその技術が開示されている。
図7に示した斜光陰影法では、チップ部品のような直方
体の単純なエッジをとらえることは可能であるが、砂型
表面のようになめらかに曲率の変化する曲面と、急峻に
変化する突起、穴等が接近している複雑な形状では、照
明条件のわずかな変化や位置ズレにも敏感であり、発生
するノイズに弱く、エッジ部分を正確に検出するのは困
難である。
間を1ビットでコード化するため、光切断線を含む画像
を空間を分割する数だけ取り込まなければならず、例え
ば、図13に示した荷重平均回路78における計算に多
大な時間を必要とする、という不都合があった。
公報に開示されている技術では、やはり、形状認識に三
角測量の原理に基づいた計算を必要とするため、生産技
術におけるライン上での形状検査には不向きである、と
いう不都合があった。
な形状であれば検査対象とできるが、砂型等の複雑な形
状の立体物を検査対象とした場合、検査時の画像の解像
度を高める必要があり、従って、形状認識に必要な計算
時間が増大してしまう。という不都合があった。
している工程で、金型を抜く際に砂型がうまく離れず一
部が欠けて砂型に欠陥を生ずることがあるが、この砂型
により制作した鋳物は不良品になるため、注湯の前に形
の不良を識別する必要がある。しかしながら従来例で
は、生産工程で高速に欠落部分を認識する画像処理を行
うことができない、という不都合があった。
改善し、特に、複雑な形状の立体物であっても標準物体
からの欠落部分を高速に認識することのできる立体物の
形状検査装置を提供することを、その目的とする。
査対象の立体物の表面に複数の光切断線を照射する光源
部と、立体物からの反射光を受光すると共に当該反射光
を光電変換して前処理部に入力する検査画像入力部と、
この検査画像入力部から入力されたアナログ画像データ
をデジタル画像データにA/D変換する前処理部と、当
該立体物の標準モデルのデジタル画像データと前処理部
が出力したデジタル画像データの不一致部分を抽出する
ことで検査画像データを生成する検査画像データ生成部
と、この検査画像データ生成部が出力した検査画像デー
タ中の閉曲線を抽出して当該閉曲線部分を立体物の欠落
部分として出力する閉曲線抽出部とを備えた、という構
成を採っている。これによって前述した目的を達成しよ
うとするものである。
は、検査対象の立体物の表面に複数の光切断線を照射す
る。検査画像入力部では、立体物からの反射光を受光す
ると共に当該反射光を光電変換して前処理部に入力す
る。この検査画像入力部が出力したアナログ画像は、前
処理部によってA/D変換され、デジタル画像データと
なる。このデジタル画像データは、二階調で十分である
ため、前処理部では、二階調のデジタル画像データを検
査画像データ生成部に出力する。
物の標準モデルのデジタル画像データと前処理部が出力
したデジタル画像データとを比較して論理差を取ること
で、不一致部分を抽出する。この不一致部分を抽出した
検査画像データは閉曲線抽出部に出力され、閉曲線抽出
部では、この検査画像データ中の閉曲線を抽出して当該
閉曲線部分を立体物の欠落部分として出力する。そのた
め、不一致部分であっても、閉曲線でない部分は画像処
理上のノイズとして扱うこととなる。
て説明する。図1は、本発明による立体物の形状検査装
置の構成を示すブロック図である。立体物の形状検査装
置は、検査対象の立体物の表面に複数の光切断線(スリ
ット光)1aを照射する光源部1と、立体物からの反射
光1bを受光すると共に当該反射光1bを光電変換して
前処理部3に入力する検査画像入力部2と、この検査画
像入力部2から入力されたアナログ画像データ2cをデ
ジタル画像データ3dにA/D変換すると共に階調を調
節する前処理部3と、当該立体物の標準モデルのデジタ
ル画像データ3eと前処理部3が出力したデジタル画像
データ3dの不一致部分を抽出することで検査画像デー
タ4fを生成する検査画像データ生成部4と、この検査
画像データ生成部4が出力した検査画像データ中の閉曲
線5gを抽出して当該閉曲線部分を立体物の欠落部分5
hとして出力する閉曲線抽出部5とを備えている。
を図2を参照して説明する。本実施例は、生産技術にお
ける外観検査の自動化に関するものであり、標準モデル
との比較において欠落部分の有無及びその場所等を自動
的に検査するものである。図2(A)に示した形状を正
常な形状であるとすると、図2(B)では前面に欠落部
分5hを生じている。図2(C)を正常な形状のスリッ
ト光の標準モデルとし、これを標準モデルのデジタル画
像データ3eとする。このデジタル画像データ3eは、
図2(A)に示したアナログ画像データ2cから予め作
成しておく。
(B)のように撮像した後、このアナログ画像データ2
cを二値化することで図2(D)のデジタル画像データ
3dを得る。次いで、標準モデルのデジタル画像データ
3eと検査対象のデジタル画像データ3dとの不一致部
分を抽出することで、図2(E)に示すような検査画像
データ4fを生成する。図2(E)から明らかなよう
に、欠落部分5hに対応したスリット光1aは画像の論
理差を取ることで閉曲線5gとして現れる。また、画像
処理中にノイズ5iが発生したとしても、ノイズ5iは
閉曲線とはなりがたいため、閉曲線5gが生じた部分を
欠落部分5hとすることでノイズを除去した処理を行う
ことができる。
サンプルした検査データの3次元形状データを画像デー
タとして直接比較することにより欠陥を抽出するもので
ある。
本実施例を詳細に説明する。図3は本実施例の検査対象
である砂型6の一例を示している。図3(A)に示すよ
うに、形状検査装置の検査対象である砂型は、なめらか
に曲率の変化する曲面と、急峻に変化する突起、穴等が
接近している複雑な形状である。図3(B)は砂型の一
部拡大図である。図3(B)では、左下の円形部分の右
上部分が欠落している。
の付着した凸部分の2種類があるが、後者の欠陥は前者
の欠落によって発生するため、本実施例では、前者の凹
部分みを抽出する手法を利用するようにしている。
すように、光源部1としての格子投影部1と、CCDカ
メラ2Aを備えた検査画像入力部2とを備えている。C
CDカメラ2Aは画像処理装置7に接続されていて、こ
の画像処理装置7は、上述した前処理部3,検査画像デ
ータ生成部4及び閉曲線抽出部5とを備えている。画像
処理装置7での検査結果は、本実施例ではホストコンピ
ュータ8に出力するようになっている。またコンベア上
を流れてくる砂型6を正確に位置決めするため、位置決
め用画像入力部9が画像処理装置7に併設されている。
動作を説明する。図5及び図6では、説明を容易にする
ために、砂型6の形状を単純化して記載している。実際
には、図3に示したような形状の砂型を検査対象とし、
良好に動作している。
数値制御テーブルに固定され、コンベア上を流れてきた
ラフな位置決めで停止した砂型6の枠についた位置決め
の穴10の座標を計測することにより精密に位置補正さ
れる。格子投影部1では、複数のスリットを切った格子
をプロジェクターにより検査する砂型表面に垂直に投影
する。
と、それを見込むCCDカメラ2Aの撮像範囲によって
変わるため長さでは表現できないが、画素数に対する比
率で表現することができる。本実施例では、一般的な分
解能を持つCCDカメラ2Aとフレームメモリ(512
画素x512画素)を用いていて、この場合、10画素
程度の光切断線1aの幅であれば形状検査が可能である
ことを確認している。これは、30cm四角の検査面
に、幅約6mmのラインを投影した場合に相当する。
の画像をプロジェクタに対して斜めに構えたCCDカメ
ラ2Aにより観察する。すると、投影された光の線は砂
型6の奥行きによって曲がり、表面の3次元形状を反映
する。このアナログ画像の例を図5(A)及び図5
(B)に示した。図5(A)及び図5(B)はアナログ
画像データ2cを簡略化して表現した図であり、ここで
は、太い黒線は光切断線1aが当たっていて明るい部分
を表現している。細い線はこのような光切断線1aを形
成した砂型の形状を示すための線であり、実際のアナロ
グ画像データ2cまたは階調のあるデジタル画像データ
3dにおいて、砂型の形状は濃度の差によって現れる。
に取り込まる。画像処理装置7では、前処理部3が、こ
のアナログ画像データ2cを所定のしきい値に基づいて
二値化する。ここでは、砂型6の形状の濃度と、光切断
線1aの濃度とは際だって異なるため、前処理部3は、
光切断線1aのみを抽出する二値化を容易に行うことが
できる。実際には、スリットの明暗を反転できる液晶プ
ロジェクタ等を用いて2枚の反転画像の差を取ることに
よって、外乱光及び局所的な反射率の違い等に影響され
ることなく精密な二値化を行うようにしている。二値化
したデジタル画像データの例を図5(C)及び図5
(D)に示した。このようにして、砂型6の表面形状を
表す光切断線1aの画像データを得ることができる。
ルの砂型6のアナログ画像データ2cであり、画像処理
装置7は、これを二値化した図5(C)に示すデジタル
画像データを標準モデルのデジタル画像データ3eとし
て格納しておく。
像を利用して位置補正を行い、CCDカメラ及びプロジ
ェクターと砂型6の相対位置を標準モデルのデジタル画
像データ3eと一致させる。このように位置補正した状
態で、二値化したデジタル画像データ3dを図5(D)
のように得る。検査画像データ生成部4は、両者のデジ
タル画像データ3d,3eの単純な差を取ることによ
り、理想的には、欠けた部分の輝線だけがループ状に残
る検査画像データ4fを得ることができる。
データ4fの例を示す。これは、図5に示した欠落のあ
る砂型6のアナログ画像データ2cに対応する検査画像
データである。しかしながら、実際には微妙な位置ズレ
や二値化のばらつきにより図6(B)のようにノイズ5
iを含んだ画像が得られることになる。
示した。砂型6の欠落以外のノイズ5iは、輝線の微妙
な位置ズレの為に残るものであり、図6(B)のように
数画素以内の孤立点、あるいは細長い線状のノイズ5i
となって現れる。孤立点は、ノイズ除去により簡単に除
去できる。また、細い線状のノイズ5iはそれらをラベ
リングし、形状特徴を利用することでループ状の欠陥と
簡単に区分することができる。
持つ部分を欠陥の候補として認識し、欠陥の大きさ、個
数に基づき、所定のしきい値を越えたものを欠陥のある
型と判断してNG信号を出力する。これら一連の画像処
理は、入力,二値化,ノイズ除去,ラベリング,形状判
別という極めて単純な二値画像処理のため、画像処理プ
ロセッサによりトータルでも数十ミリ秒以内に終わらせ
ることができる。
は、一方向からの撮像及び標準モデルの画像との比較で
充分に形状検査を行うことができたが、検査対象の形状
によっては、一方向からの撮像では死角が生じるの場合
があるので、その場合には、同一の立体物を複数方向か
ら撮像して、数方向から標準モデルのデジタル画像デー
タ3eと比較するようにするとよい。
したデータを使うため、非常に安定した検査が可能とな
る。また、標準モデルとして記憶しておくデータ量が少
なくてすむため、少ない記憶装置で他機種に対応でき
る。しかも、凹凸両方ある欠点の形において、凹面の欠
陥は必ずループ状の形として現れることを利用して、ノ
イズのある画像でも欠陥だけを容易に識別することがで
きる。
ので、これによると、光源部が、検査対象の立体物の表
面に複数の光切断線を照射し、検査画像入力部では、立
体物からの反射光を受光すると共に当該反射光を光電変
換して前処理部に入力するため、検査対象の立体物の表
面形状を表す画像データを得ることができる。さらに、
検査画像データ生成部が、検査対象の立体物の標準モデ
ルの画像データと前処理部が出力した画像データとを比
較して論理差を取ることで、不一致部分を抽出するた
め、標準モデルと検査対象の差を良好に表示することが
できる。しかも、閉曲線抽出部が、この検査画像データ
中の閉曲線を抽出して当該閉曲線部分を立体物の欠落部
分として出力するため、不一致部分であっても、閉曲線
でない部分を画像処理上のノイズとして扱うことができ
る。
に、検査画像を一枚しか必要としないため、画像の取り
込みを高速に行うことがでる。しかも、画像間の差を取
ることにより欠陥だけが浮かび上がるので、三次元計測
用のスリット光投影法のような座標を計算する複雑な手
間を経ずに形状検査を行うことができる。このように、
複雑な形状の立体物であっても標準物体からの欠落部分
を高速に認識することのできる従来にない優れた立体物
の形状検査装置を提供することができる。
る。
処理の原理を示す説明図で、図2(A)は標準モデルと
なる立体物を示す図で、図2(B)は欠落部分の生じた
立体物を示す図で、図2(C)は標準モデルのデジタル
画像データを示す図で、図2(D)は欠落部分の生じた
立体物を撮像して生じたデジタル画像データを示す図
で、図2(E)はこれらのデジタル画像データの検査デ
ータを示す図である。
あり、図3(A)は全体図であり、図3(B)は欠けた
部分を表示した一部拡大図である
成を示す説明図である。
画像データを示す説明図であり、図5(A)は標準モデ
ルとなる立体物のアナログ画像データを示す図で、図5
(B)は欠落部分の生じた立体物のアナログ画像データ
を示す図で、図5(C)は標準モデルのデジタル画像デ
ータを示す図で、図5(D)は欠落部分の生じた立体物
を撮像したデジタル画像データを示す図である。
示す説明図であり、図6(A)は理想的な場合を示す図
で、図6(B)はノイズを含んだ場合を示す図で、図6
(C)は種々の検査データ上の画像の例を示す図であ
る。
成を示す説明図である。
法を示す説明図である。
置の検出方法を示す説明図である。
からの影の位置により回転角度の検出方法を示す説明図
である。
成を示す説明図である。
例の構成を示す説明図である。
の例の構成を示す説明図である。
Claims (1)
- 【請求項1】 検査対象の立体物の表面に複数の光切断
線を照射する光源部と、前記立体物からの反射光を受光
すると共に当該反射光を光電変換して前処理部に入力す
る検査画像入力部と、この検査画像入力部から入力され
たアナログ画像データをデジタル画像データにA/D変
換する前処理部と、当該立体物の標準モデルのデジタル
画像データと前記前処理部が出力したデジタル画像デー
タの不一致部分を抽出することで検査画像データを生成
する検査画像データ生成部と、この検査画像データ生成
部が出力した検査画像データ中の閉曲線を抽出して当該
閉曲線部分を前記立体物の欠落部分として出力する閉曲
線抽出部とを備えたことを特徴とする立体物の形状検査
装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP19792394A JP3218875B2 (ja) | 1994-07-30 | 1994-07-30 | 立体物の形状検査装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP19792394A JP3218875B2 (ja) | 1994-07-30 | 1994-07-30 | 立体物の形状検査装置 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH0843049A JPH0843049A (ja) | 1996-02-16 |
JP3218875B2 true JP3218875B2 (ja) | 2001-10-15 |
Family
ID=16382528
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP19792394A Expired - Fee Related JP3218875B2 (ja) | 1994-07-30 | 1994-07-30 | 立体物の形状検査装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
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JP (1) | JP3218875B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
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---|---|---|---|---|
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JP5403367B2 (ja) * | 2010-02-05 | 2014-01-29 | アイシン精機株式会社 | 物体形状評価装置 |
JP6281014B1 (ja) * | 2017-07-27 | 2018-02-14 | 株式会社竹中土木 | 粒状材料の粒径計測方法 |
-
1994
- 1994-07-30 JP JP19792394A patent/JP3218875B2/ja not_active Expired - Fee Related
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