JP3666108B2 - 外観検査装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えばロボット等に取り付けられたカメラを用いて部品組み付け後の外観を検査するようにした外観検査装置に係り、特に検査箇所の角度変化に応じて画像処理に適した撮像位置を自動的に探索し決定する機能を備えた外観検査装置に関する。
【０００２】
また、本発明は、例えばロボット等に取り付けられたカメラを用いて部品組み付け後の外観を検査するようにした外観検査装置に係り、特にロボットでティーチングする検査箇所の角度に応じて、画像処理に適したカメラ位置を自動的に探索・決定する機能を追加し、ティーチング時間を短縮することにより、部品組み付け後の外観検査に好適する外観検査装置に関する。
【０００３】
【従来の技術】
従来、首記のような分野では、定位置に固定されたカメラ又は定位置への移動をティーチングされたロボットに取り付けたカメラ（カメラロボット）により外観検査が行われている。
【０００４】
すなわち、カメラロボットで検査箇所の座標をティーチングする場合は、まずカメラに対象を映したのち、検査のための画像処理に適した画像が得られるように、作業者が目視又は定規や治具を用いて手作業で調整を行なっている。
【０００５】
しかし、この方法では、作業者によって位置決めの精度にばらつきが生じ、また精密に設定しようとすれば、時間がかかるという問題があると共に、検査箇所が検査対象ワークの各方向にあるため、側面や、形状の複雑な箇所では治具等による作業が難しいという問題がある。
【０００６】
また、ロボットと検査面が平行に移動するだけならば、特開昭６３−１９６８０３号公報に開示されたパターン探索のように重心の位置を検出することで自動ティーチングが可能となるが、検査対象ワークが立体的でロボットと検査面が平行だけでなく、回転移動の位置にある場合には対応することができない。
【０００７】
また、外観検査を行う場合、検査対象物の平面的な位置ずれに対しては、重心を測定して位置補正する方法が特開昭６３−１９６８０３号公報に開示されている。
【０００８】
しかるに、この方法では、部品の組み付け時の角度ばらつき等立体的なずれが生じる場合には、画像の明るさや形状が変化して誤検出してしまうという問題が生じている。
【０００９】
すなわち、上記特開昭６３−１９６８０３号公報に開示されたパターン探索装置によると、視野中心から離れたパターンに対して、その重心位置に基づいてカメラをロボットにより移動し、視野中心でパターンをとらえることにより、パターン形状誤差を抑え、位置認識を正しく行える。
【００１０】
この方法では、視野中心とパターン重心位置を合わせるために、カメラをパターンの置かれている面に対して平行移動させている。
しかし、パターンの置かれている面が斜めになる等カメラに対して傾いた場合には、視野中心にパターン重心位置を合わせてもパターンは傾いたまま見えるため、パターン形状誤差がなくならず、位置認識を正しく行うことができない。
【００１１】
また、パターンの傾きに合わせてカメラを移動させようとしても、パターン重心位置の検出だけではパターンの傾きを検出できず、パターンの傾きに対してカメラ位置を補正することができない。
【００１２】
つまり、この方法を利用して、検査箇所に傾き（部品組み付け時の角度ばらつきなど）の発生する検査を行う場合、いくら視野中心にパターン（検査箇所）重心位置を合わせても検査箇所の傾きが補正されないので、この状態で検査を行っても誤検出してしまうという問題点がある。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、本発明は以上のような点に鑑みてなされたもので、対象物に角度のばらつき等の傾きを含む立体的な位置ずれが生じた場合でもそれを確実に補正して誤検出が生じないようにした外観検査装置を提供することを目的としている。
【００１４】
また、本発明は以上のような点に鑑みてなされたもので、カメラを検査箇所を中心として移動させ、画像の明るさや形状等の特徴量の変化を計測することにより、画像処理に適したカメラ位置を決定し、上記問題点を解決するようにした外観検査装置を提供することを目的としている。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
本発明によると、上記課題を解決するために、検査対象物を撮像する画像入力手段と、前記検査対象物と画像入力手段との間を円弧を描いて相対的に移動せしめる移動手段と、前記画像入力手段からの画像データに基いて前記検査対象物の検査箇所と前記画像入力手段との間の相対角度に対応する所定の特徴量を抽出する特徴量抽出手段と、前記特徴量抽出手段によって抽出される所定の特徴量に基いて前記検査対象物と画像入力手段との位置関係が最適であるか否かを判断する判断手段と、前記判断手段によって判断される前記検査対象物と画像入力手段との位置関係が最適となる位置関係が得られるように前記移動手段を制御する制御手段とを具備し、前記画像入力手段は同軸照明装置を有するカメラを含み、前記移動手段は前記画像入力手段に含まれる前記同軸照明装置を有するカメラを前記検査対象物の検査箇所を中心として回転移動せしめる手段を含み、前記特徴量抽出手段によって抽出される所定の特徴量が前記同軸照明装置の正反射光成分にあたる最も明るい画素の数とされるとき、前記判断手段はこの特徴量が最大となる位置関係を最適位置関係であると判断することを特徴とする外観検査装置が提供される。
【００１８】
上述した解決手段によると、検査箇所に傾きが生じる場合、移動手段により検査箇所との相対角度が変化するようにカメラ等の画像入力手段を検査箇所を中心に円弧を描いて移動させて画像を入力し、この画像から検査箇所とカメラ等の画像入力手段との相対角度の変化に応じた特徴量を特徴量抽出手段によって測定し、この特徴量から検査に適したカメラ等の画像入力手段の位置を判断手段によって判断しカメラ等の画像入力手段の位置を補正する際に、前記画像入力手段は同軸照明装置を有するカメラを含み、前記移動手段は前記画像入力手段に含まれる前記同軸照明装置を有するカメラを前記検査対象物の検査箇所を中心として回転移動せしめる手段を含み、前記特徴量抽出手段によって抽出される所定の特徴量が前記同軸照明装置の正反射光成分にあたる最も明るい画素の数とされるとき、前記判断手段はこの特徴量が最大となる位置関係を最適位置関係であると判断することにより、検査箇所の傾きに対して安定した画像が得られるので、誤検出を生じることなく検査することができる。
【００１９】
従って、以上のような本発明によれば、対象物に角度のばらつき等の傾きを含む立体的な位置ずれが生じた場合でもそれを確実に補正して誤検出が生じないようにした外観検査装置を提供することが可能となる。
【００２０】
さらに、本発明によると、検査対象物を撮像するもので、同軸照明装置を有するテレビカメラと、前記検査対象物とテレビカメラとの間を円弧を描いて相対的に移動せしめるもので、前記テレビカメラを前記検査対象物の検査箇所を中心として回転移動せしめるロボットと、前記テレビカメラからの画像データに基いて前記検査対象物の検査箇所と前記テレビカメラとの間の相対角度に対応する所定の特徴量を抽出する特徴量抽出手段と、前記特徴量抽出手段によって抽出される所定の特徴量に基いて前記検査対象物とテレビカメラとの位置関係が最適であるか否かを判断する判断手段と、前記判断手段によって判断される前記検査対象物とテレビカメラとの位置関係が最適となる位置関係が得られるように前記ロボットを制御する制御手段と、前記判断手段及び制御手段とにより、最適となる前記検査対象物とテレビカメラとの位置関係が得られた状態で当該検査箇所における前記テレビカメラの位置を最適位置座標として登録する自動ティーチング手段とを具備し、前記特徴量抽出手段によって抽出される所定の特徴量が前記同軸照明装置の正反射光成分にあたる最も明るい画素の数とされるとき、前記判断手段はこの特徴量が最大となる位置関係を最適位置関係であると判断することを特徴とする外観検査装置が提供される。
【００２２】
上述した解決手段によると、検査箇所に傾きが生じる場合、検査箇所との相対角度が変化するように同軸照明装置を有するテレビカメラを検査箇所を中心に円弧を描いて移動させて画像を入力し、この画像から検査箇所と前記同軸照明装置を有するテレビカメラとの相対角度の変化に応じた特徴量を特徴量抽出手段によって測定し、この特徴量から検査に適した前記同軸照明装置を有するテレビカメの位置を判断手段によって判断し同軸照明装置を有するテレビカメラの位置を補正するとともに、前記判断手段によって判断される前記検査対象物と画像入力手段との位置関係が最適となる位置関係が得られるように前記移動手段を制御手段によって制御する際に、前記特徴量抽出手段によって抽出される所定の特徴量が前記同軸照明装置の正反射光成分にあたる最も明るい画素の数とされるとき、前記判断手段はこの特徴量が最大となる位置関係を最適位置関係であると判断することにより、検査箇所の傾きに対して安定した画像が得られるので、誤検出を生じることなく検査することができると共に、特にロボットに取り付けられたカメラを用いて部品組み付け後の外観を検査するようにした外観検査装置であって、前記判断手段及び制御手段との協同により、最適となる前記検査対象物とテレビカメラとの位置関係が得られた状態で当該検査箇所における前記テレビカメラの位置を最適位置座標として登録する自動ティーチング手段を備えることにより、ロボットでティーチングする検査箇所の角度に応じて、画像処理に適したカメラ位置を自動的に探索・決定する機能を追加し、ティーチング時間を短縮することができる。
【００２３】
従って、以上のような本発明によれば、カメラを検査箇所を中心として移動させ、画像の明るさや形状等の特徴量の変化を計測することにより、画像処理に適したカメラ位置を決定し、上記問題点を解決するようにした外観検査装置を提供することが可能となる。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態につき説明する。
図１は、本発明の第１の実施例Ａによる外観検査装置のシステム構成を示す図である。
【００２５】
図１において１は、後述するテレビカメラ２及び照明装置３を移動させるためのロボットで、ロボットコントローラ６の制御により検査対象物（ワーク）４を検査するために予め教示されたカメラ位置２１へ移動することができる。
【００２６】
また、このロボット１は図２に示すようにテレビカメラ２を検査対象部品４１の検査箇所４２を中心に検査に最適カメラ位置２２まで円弧を描いて回転移動方向２３により回転移動させることができる。
【００２７】
図１において、２は画像を入力するためのテレビカメラ、３は照明装置で、検査対象物４に照明光を与えると共に検査対象物４からの反射光成分のみがテレビカメラ２に入射されるようにした同軸照明を実現している。
【００２８】
また、４は検査対象物（ワーク）、５は画像処理装置、６はロボットコントローラである。
図２は、上記テレビカメラ２の回転移動の説明図である。
【００２９】
図２において、２１は検査のために予め教示されたカメラ位置、２２はテレビカメラ２を回転移動した後の検査に最適なカメラ位置、２３はテレビカメラ２が円弧を描いて回転移動をする移動方向を示す。
【００３０】
また、図２において、４１は検査対象物４に組みつけられた検査対象部品で、組み付けによる角度ばらつきを有している。
また、図２において、４２は実際の検査箇所で、カメラ２の回転移動の中心でもある。
【００３１】
図３は、上記画像処理装置５の内部構成図である。
図３において、５１はテレビカメラ２からの画像データをアナログからデジタルへ変換するＡ／Ｄ変換器、５２はＡ／Ｄ変換器５１からのデジタル画像データから特徴量を演算する特徴抽出部、５３はその特徴量から検査に最適なカメラ位置を判断するカメラ位置判断部である。
【００３２】
また、図３において、５４は実際に検査を行なう検査処理部、５５はカメラ位置データを記憶しておくメモリである。
図４は上述した本発明の第１の実施例Ａによる外観検査装置の応用例として車両に用いられるディストリビュータのコネクタ端子検査に適用される場合の処理手順を示す。
【００３３】
この場合、検査に最適なカメラ位置２２は、テレビカメラ２と同軸照明を行う照明装置３が検査箇所４２の平面に垂直な位置にあるとする。
そして、テレビカメラ２から入力される画像中の同軸照明装置３の正反射光成分にあたる最も明るい画素（例えば濃淡階調が０〜１５であれば１５の白レベル相当部）の数を特徴量とすることにより、この特徴量が最大となる位置を後述するようにして探すことで最適なカメラ位置２２を求めることができる。
【００３４】
まず、画像処理装置５内のメモリ５５に予め記憶されている予めティーチングされたカメラ位置データを読み出し、ロボットコントローラ６にその位置への移動制御を指示する。
【００３５】
次に、ロボットコントローラ６はその指示を受け、ロボット１を移動する（ステップＳ１）。
そして、画像入力を行うテレビカメラ２により、検査箇所４２の画像を撮像する（ステップＳ２）。
【００３６】
この画像データは画像処理装置５へ転送され、Ａ／Ｄ変換器５１によりデジタル信号に変換され、特徴抽出部５２で前記特徴量を演算し、変数Ｈとして代入される（ステップＳ３）。
【００３７】
そして、カメラ位置判断部５３において、最初に０を代入しておいた（ステップＳ０）Ｈ0 と、今回測定されたＨとを比較することで最大値を探す（ステップＳ４）。
【００３８】
Ｈ≧Ｈ0 ならＨ0 に新たにＨの値を代入し（ステップＳ５）、ロボットコントローラ６に図２に示すにように、テレビカメラ２を検査箇所４２を中心に円弧を描くように回転移動制御の指示を出す。
【００３９】
これにより、ロボット１はロボットコントローラ６で指示された位置へ移動し（ステップＳ６）、再びステップＳ２（画像入力）以降の処理を繰り返す。
この時のテレビカメラ２の回転移動の移動量は、誤検出することなく検査が可能な、検査箇所４２とテレビカメラ２の相対角度の範囲を予め調べておき、その角度以下に設定すればよい。
【００４０】
また、テレビカメラ２の回転移動方向２３は、まず検査対象部品４１のばらつきが生じる方向を、その部品の組み付け方法から予め推測する。
次に、推測した方向の全てについて、テレビカメラ２を図２に示すように回転移動をして、特徴量を演算する。
【００４１】
そして、その特徴量の増加が最も大きい方向を移動方向とすればよい。
ステップＳ４において、Ｈ＜Ｈ0 ならば、現在の１つ前の位置が最大の特徴量を与えるカメラ位置であり、その位置が検査に最適なカメラ位置２２であると判断し、ロボットコントローラ６へその位置への移動制御を指示する。
【００４２】
これにより、ロボットコントローラ６はその最適なカメラ位置２２へロボット１を移動制御し（ステップＳ７）、ロボット１に取り付けられたテレビカメラ２により検査箇所４２の画像を撮像する。
【００４３】
この入力画像データは画像処理装置５へ転送され、Ａ／Ｄ変換器５１によりデジタル信号に変換され、検査処理部５４にてこの場合、コネクタの外観形状やピン数が正常であるか否か等の検査が行われる（ステップＳ８）。
【００４４】
以上により、カメラと検査箇所の相対角度を変え、そこで得られた画像の特徴量から、検査箇所のばらつきに応じて最適なカメラ位置を決定でき、誤検出することなく検査することが可能となる。
【００４５】
なお、以上の説明では最適なカメラ位置２２を決定してから検査を実行したが、まず検査を実行し誤検出があった場合にのみ最適なカメラ位置を決定し再度検査を実行する方法も可能である。
【００４６】
また、ここでは照明装置３として、同軸照明装置を使い、その正反射光成分にあたる最も明るい画素の数を特徴量としたが、斜方照明等他の照明方法を使い、検査箇所の輪郭形状等カメラと検査箇所との相対角度によって変化する特徴量や、予め記憶しておいた最適なカメラ位置での画像とのマッチング度等も特徴量として使用することもできる。
【００４７】
また、以上の説明では検査対象４を固定し、テレビカメラ２及び照明装置３をロボット１により移動したが、逆にテレビカメラ２及び照明装置３を固定して検査対象４をロボット１により移動させても同様の効果が得られる。
【００４８】
つまり、これらの両者の間で円弧を描いて相対的に移動せしめるようにしてやればよい。
また、前述の第１の実施例Ａでは、テレビカメラ２が円弧を描いて回転移動を行うようにしているが、例えば、テレビカメラ２にズーム機構を持たせるようにすることにより、テレビカメラ２と検査箇所４２との間の距離を変えて円弧以外の軌跡を描くようにしてもよい。
【００４９】
すなわち、テレビカメラ２の焦点距離に応じた軌跡で、移動可能としてやればよい。
さらに、ここではカメラ位置判断部５３や、カメラ位置を記憶しておくメモリ５５を画像処理装置５内に実現したが、これらはロボットコントローラ６や、パーソナルコンピュータ等で実現することもできる。
【００５０】
従って、以上詳述したように本発明の第１の実施例Ａによれば、対象物に角度のばらつき等の傾きを含む立体的な位置ずれが生じた場合でもそれを確実に補正して誤検出が生じないようにした外観検査装置を提供することが可能となる。
【００５１】
ところで、以上のような本発明の第１の実施例Ａでは、最適なカメラ位置を決定して検査を行なう例について説明したが、検査のために予めカメラ位置を自動的にティーチングする場合にも適用することができる。
【００５２】
なお、予め、カメラ位置をティーチングするのは、検査対象物４のすべての検査箇所が対象となる。
この場合、従来の方法では、上記従来の技術の項に記載したように、作業者はまずロボット１を操作し、テレビカメラ２に検査箇所を映した後、次に検査に最適なカメラ位置になるよう、作業者が目視又は定規や治具を用いて手作業でカメラ位置の調整を行なうことになる。
【００５３】
しかし、この方法では、作業者によって位置決めの精度にばらつきが生じ、また精密に設定しようとすれば時間がかかってしまうという問題があると共に、検査箇所は検査対象物４の各方向にあるため、側面や形状の複雑な箇所では、治具等による作業が難しいという問題がある。
【００５４】
次に、以上のような問題点を解決するために、検査のために予めカメラ位置を自動的にティーチングする場合にも適用することができるようにした本発明の第２の実施例Ｂについて説明する。
【００５５】
図５は、本発明の第２の実施例Ｂによる外観検査装置のシステム構成を示す図である。
図５において、１はカメラを移動させるためのロボット、２はロボットに取付けられたテレビカメラ、３はカメラと共に移動する照明、４は検査対象物、５は画像処理装置、６はロボットコントローラ、７は、ロボット１のティーチペンダントである。
【００５６】
図６は、本発明の第２の実施例Ｂによるティーチングの作業手順を示すもので、カメラ位置の自動ティーチングを上述した第１の実施例Ａと同様にコネクタ検査のティーチングに適用した場合の手順を示す。
【００５７】
ロボット１に取り付けられたテレビカメラ２と照明３は、作業者がティーチペンダント７を使って検査箇所がテレビカメラ２に映る位置へ移動し、最適なカメラ位置の自動ティーチングが開始される（ステップＳ１０）。
【００５８】
まず、テレビカメラ２により、検査箇所４２の画像を撮像し、画像処理装置５へ画像入力する（ステップＳ１２）。
ディストリビュータのコネクタ端子検査を例にとると、検査に最適なカメラ位置は、テレビカメラ２と同軸照明が検査面に垂直な位置にあるときで、このとき画像の中で同軸照明の正反射光成分にあたる最も明るい画素の数を特徴量とすることにより、その特徴量が最大となる位置が最適なカメラ位置となる。
【００５９】
そこで、この入力画像から特徴量を計測するために、その画像データから特徴量を演算し、変数Ｈへ代入される（ステップＳ１３）。
そして、最初にステップＳ１１で０を代入しておいた変数Ｈ0 と、今回測定した変数Ｈとを比較することで最大値を探す（ステップＳ１４）。
【００６０】
Ｈ≧Ｈ0 ならＨ0 に新たにその変数Ｈの値を代入し（ステップＳ１５）、ロボットコントローラ６により、図２に示すように、テレビカメラ２が検査箇所４２を中心に円弧を描くように回転移動させ（ステップＳ１６）、再び上記ステップＳ１２以降を繰り返す。
【００６１】
Ｈ＜Ｈ0 なら現在の１つ前の位置が最大の特徴量を与えるカメラ位置であり、その位置が検査に最適なカメラ位置２２であると判断し、ロボット１をそこへ移動する（ステップＳ１７）。
【００６２】
この位置を当該検査箇所の予めティーチングしておくべきカメラ位置のティーチング座標として登録する（ステップＳ１８）。
なお、テレビカメラ２の移動方向は、変数Ｈが増加する方向を予め探すことで決定できると共に、その移動角度は検査時のテレビカメラ２の位置決め精度から決められる。
【００６３】
また、ここでは同軸照明を使い最も明るい画素数を特徴量としたが、斜方照明等他の照明を使い対象の輪郭形状等カメラの角度によって変化する特徴量を使用することもできる。
【００６４】
以上により、テレビカメラ２と検査箇所の相対角度を変え、そこで得られた画像の特徴量から画像処理に最適なカメラ位置を決定でき、作業者は、検査箇所をカメラに映すのみで良くなり、ロボット１に対するティーチング時間を短縮することが可能となる。
【００６５】
なお、この第２の実施例Ｂでは，図２における予めティーチングされたカメラ位置２１は、ステップＳ１０でのカメラ位置に相当する。
以上により、カメラと検査箇所の相対角度を変え、そこで得られた画像の特徴量から、検査に最適なカメラ位置を決定することができ、作業者は検査箇所をカメラに映すのみで良く、カメラ位置のティーチング時間を短縮することができ、作業者による位置決めの精度のばらつきをなくすことが可能となる。
【００６６】
従って、以上詳述したように本発明の第２の実施例Ｂによれば、カメラを検査箇所を中心として移動させ、画像の明るさや形状等の特徴量の変化を計測することにより、画像処理に適したカメラ位置を決定し、上記問題点を解決するようにした外観検査装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による第１の実施例Ａの全体構成を示す図。
【図２】図１に用いるテレビカメラの回転移動を示す図。
【図３】図１に用いる画像処理装置の具体例を示す図。
【図４】本発明による第１の実施例Ａの動作を説明するためのフローチャート。
【図５】本発明による第２の実施例Ｂの全体構成を示す図。
【図６】本発明による第２の実施例Ｂの動作を説明するためのフローチャート。
【符号の説明】
１…ロボット、
２…テレビカメラ、
３…照明装置、
４…検査対象物（ワーク）、
４１…検査対象部品、
４２…検査箇所、
５…画像処理装置、
５１…Ａ／Ｄ変換器、
５２…特徴抽出部、
５３…カメラ位置判断部、５
４…検査処理部、
５５…メモリ、
６…ロボットコントローラ、
７…ロボットペンダント。
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えばロボット等に取り付けられたカメラを用いて部品組み付け後の外観を検査するようにした外観検査装置に係り、特に検査箇所の角度変化に応じて画像処理に適した撮像位置を自動的に探索し決定する機能を備えた外観検査装置に関する。
【０００２】
また、本発明は、例えばロボット等に取り付けられたカメラを用いて部品組み付け後の外観を検査するようにした外観検査装置に係り、特にロボットでティーチングする検査箇所の角度に応じて、画像処理に適したカメラ位置を自動的に探索・決定する機能を追加し、ティーチング時間を短縮することにより、部品組み付け後の外観検査に好適する外観検査装置に関する。
【０００３】
【従来の技術】
従来、首記のような分野では、定位置に固定されたカメラ又は定位置への移動をティーチングされたロボットに取り付けたカメラ（カメラロボット）により外観検査が行われている。
【０００４】
すなわち、カメラロボットで検査箇所の座標をティーチングする場合は、まずカメラに対象を映したのち、検査のための画像処理に適した画像が得られるように、作業者が目視又は定規や治具を用いて手作業で調整を行なっている。
【０００５】
しかし、この方法では、作業者によって位置決めの精度にばらつきが生じ、また精密に設定しようとすれば、時間がかかるという問題があると共に、検査箇所が検査対象ワークの各方向にあるため、側面や、形状の複雑な箇所では治具等による作業が難しいという問題がある。
【０００６】
また、ロボットと検査面が平行に移動するだけならば、特開昭６３−１９６８０３号公報に開示されたパターン探索のように重心の位置を検出することで自動ティーチングが可能となるが、検査対象ワークが立体的でロボットと検査面が平行だけでなく、回転移動の位置にある場合には対応することができない。
【０００７】
また、外観検査を行う場合、検査対象物の平面的な位置ずれに対しては、重心を測定して位置補正する方法が特開昭６３−１９６８０３号公報に開示されている。
【０００８】
しかるに、この方法では、部品の組み付け時の角度ばらつき等立体的なずれが生じる場合には、画像の明るさや形状が変化して誤検出してしまうという問題が生じている。
【０００９】
すなわち、上記特開昭６３−１９６８０３号公報に開示されたパターン探索装置によると、視野中心から離れたパターンに対して、その重心位置に基づいてカメラをロボットにより移動し、視野中心でパターンをとらえることにより、パターン形状誤差を抑え、位置認識を正しく行える。
【００１０】
この方法では、視野中心とパターン重心位置を合わせるために、カメラをパターンの置かれている面に対して平行移動させている。
しかし、パターンの置かれている面が斜めになる等カメラに対して傾いた場合には、視野中心にパターン重心位置を合わせてもパターンは傾いたまま見えるため、パターン形状誤差がなくならず、位置認識を正しく行うことができない。
【００１１】
また、パターンの傾きに合わせてカメラを移動させようとしても、パターン重心位置の検出だけではパターンの傾きを検出できず、パターンの傾きに対してカメラ位置を補正することができない。
【００１２】
つまり、この方法を利用して、検査箇所に傾き（部品組み付け時の角度ばらつきなど）の発生する検査を行う場合、いくら視野中心にパターン（検査箇所）重心位置を合わせても検査箇所の傾きが補正されないので、この状態で検査を行っても誤検出してしまうという問題点がある。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、本発明は以上のような点に鑑みてなされたもので、対象物に角度のばらつき等の傾きを含む立体的な位置ずれが生じた場合でもそれを確実に補正して誤検出が生じないようにした外観検査装置を提供することを目的としている。
【００１４】
また、本発明は以上のような点に鑑みてなされたもので、カメラを検査箇所を中心として移動させ、画像の明るさや形状等の特徴量の変化を計測することにより、画像処理に適したカメラ位置を決定し、上記問題点を解決するようにした外観検査装置を提供することを目的としている。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
本発明によると、上記課題を解決するために、検査対象物を撮像する画像入力手段と、前記検査対象物と画像入力手段との間を円弧を描いて相対的に移動せしめる移動手段と、前記画像入力手段からの画像データに基いて前記検査対象物の検査箇所と前記画像入力手段との間の相対角度に対応する所定の特徴量を抽出する特徴量抽出手段と、前記特徴量抽出手段によって抽出される所定の特徴量に基いて前記検査対象物と画像入力手段との位置関係が最適であるか否かを判断する判断手段と、前記判断手段によって判断される前記検査対象物と画像入力手段との位置関係が最適となる位置関係が得られるように前記移動手段を制御する制御手段とを具備し、前記画像入力手段は同軸照明装置を有するカメラを含み、前記移動手段は前記画像入力手段に含まれる前記同軸照明装置を有するカメラを前記検査対象物の検査箇所を中心として回転移動せしめる手段を含み、前記特徴量抽出手段によって抽出される所定の特徴量が前記同軸照明装置の正反射光成分にあたる最も明るい画素の数とされるとき、前記判断手段はこの特徴量が最大となる位置関係を最適位置関係であると判断することを特徴とする外観検査装置が提供される。
【００１８】
上述した解決手段によると、検査箇所に傾きが生じる場合、移動手段により検査箇所との相対角度が変化するようにカメラ等の画像入力手段を検査箇所を中心に円弧を描いて移動させて画像を入力し、この画像から検査箇所とカメラ等の画像入力手段との相対角度の変化に応じた特徴量を特徴量抽出手段によって測定し、この特徴量から検査に適したカメラ等の画像入力手段の位置を判断手段によって判断しカメラ等の画像入力手段の位置を補正する際に、前記画像入力手段は同軸照明装置を有するカメラを含み、前記移動手段は前記画像入力手段に含まれる前記同軸照明装置を有するカメラを前記検査対象物の検査箇所を中心として回転移動せしめる手段を含み、前記特徴量抽出手段によって抽出される所定の特徴量が前記同軸照明装置の正反射光成分にあたる最も明るい画素の数とされるとき、前記判断手段はこの特徴量が最大となる位置関係を最適位置関係であると判断することにより、検査箇所の傾きに対して安定した画像が得られるので、誤検出を生じることなく検査することができる。
【００１９】
従って、以上のような本発明によれば、対象物に角度のばらつき等の傾きを含む立体的な位置ずれが生じた場合でもそれを確実に補正して誤検出が生じないようにした外観検査装置を提供することが可能となる。
【００２０】
さらに、本発明によると、検査対象物を撮像するもので、同軸照明装置を有するテレビカメラと、前記検査対象物とテレビカメラとの間を円弧を描いて相対的に移動せしめるもので、前記テレビカメラを前記検査対象物の検査箇所を中心として回転移動せしめるロボットと、前記テレビカメラからの画像データに基いて前記検査対象物の検査箇所と前記テレビカメラとの間の相対角度に対応する所定の特徴量を抽出する特徴量抽出手段と、前記特徴量抽出手段によって抽出される所定の特徴量に基いて前記検査対象物とテレビカメラとの位置関係が最適であるか否かを判断する判断手段と、前記判断手段によって判断される前記検査対象物とテレビカメラとの位置関係が最適となる位置関係が得られるように前記ロボットを制御する制御手段と、前記判断手段及び制御手段とにより、最適となる前記検査対象物とテレビカメラとの位置関係が得られた状態で当該検査箇所における前記テレビカメラの位置を最適位置座標として登録する自動ティーチング手段とを具備し、前記特徴量抽出手段によって抽出される所定の特徴量が前記同軸照明装置の正反射光成分にあたる最も明るい画素の数とされるとき、前記判断手段はこの特徴量が最大となる位置関係を最適位置関係であると判断することを特徴とする外観検査装置が提供される。
【００２２】
上述した解決手段によると、検査箇所に傾きが生じる場合、検査箇所との相対角度が変化するように同軸照明装置を有するテレビカメラを検査箇所を中心に円弧を描いて移動させて画像を入力し、この画像から検査箇所と前記同軸照明装置を有するテレビカメラとの相対角度の変化に応じた特徴量を特徴量抽出手段によって測定し、この特徴量から検査に適した前記同軸照明装置を有するテレビカメの位置を判断手段によって判断し同軸照明装置を有するテレビカメラの位置を補正するとともに、前記判断手段によって判断される前記検査対象物と画像入力手段との位置関係が最適となる位置関係が得られるように前記移動手段を制御手段によって制御する際に、前記特徴量抽出手段によって抽出される所定の特徴量が前記同軸照明装置の正反射光成分にあたる最も明るい画素の数とされるとき、前記判断手段はこの特徴量が最大となる位置関係を最適位置関係であると判断することにより、検査箇所の傾きに対して安定した画像が得られるので、誤検出を生じることなく検査することができると共に、特にロボットに取り付けられたカメラを用いて部品組み付け後の外観を検査するようにした外観検査装置であって、前記判断手段及び制御手段との協同により、最適となる前記検査対象物とテレビカメラとの位置関係が得られた状態で当該検査箇所における前記テレビカメラの位置を最適位置座標として登録する自動ティーチング手段を備えることにより、ロボットでティーチングする検査箇所の角度に応じて、画像処理に適したカメラ位置を自動的に探索・決定する機能を追加し、ティーチング時間を短縮することができる。
【００２３】
従って、以上のような本発明によれば、カメラを検査箇所を中心として移動させ、画像の明るさや形状等の特徴量の変化を計測することにより、画像処理に適したカメラ位置を決定し、上記問題点を解決するようにした外観検査装置を提供することが可能となる。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態につき説明する。
図１は、本発明の第１の実施例Ａによる外観検査装置のシステム構成を示す図である。
【００２５】
図１において１は、後述するテレビカメラ２及び照明装置３を移動させるためのロボットで、ロボットコントローラ６の制御により検査対象物（ワーク）４を検査するために予め教示されたカメラ位置２１へ移動することができる。
【００２６】
また、このロボット１は図２に示すようにテレビカメラ２を検査対象部品４１の検査箇所４２を中心に検査に最適カメラ位置２２まで円弧を描いて回転移動方向２３により回転移動させることができる。
【００２７】
図１において、２は画像を入力するためのテレビカメラ、３は照明装置で、検査対象物４に照明光を与えると共に検査対象物４からの反射光成分のみがテレビカメラ２に入射されるようにした同軸照明を実現している。
【００２８】
また、４は検査対象物（ワーク）、５は画像処理装置、６はロボットコントローラである。
図２は、上記テレビカメラ２の回転移動の説明図である。
【００２９】
図２において、２１は検査のために予め教示されたカメラ位置、２２はテレビカメラ２を回転移動した後の検査に最適なカメラ位置、２３はテレビカメラ２が円弧を描いて回転移動をする移動方向を示す。
【００３０】
また、図２において、４１は検査対象物４に組みつけられた検査対象部品で、組み付けによる角度ばらつきを有している。
また、図２において、４２は実際の検査箇所で、カメラ２の回転移動の中心でもある。
【００３１】
図３は、上記画像処理装置５の内部構成図である。
図３において、５１はテレビカメラ２からの画像データをアナログからデジタルへ変換するＡ／Ｄ変換器、５２はＡ／Ｄ変換器５１からのデジタル画像データから特徴量を演算する特徴抽出部、５３はその特徴量から検査に最適なカメラ位置を判断するカメラ位置判断部である。
【００３２】
また、図３において、５４は実際に検査を行なう検査処理部、５５はカメラ位置データを記憶しておくメモリである。
図４は上述した本発明の第１の実施例Ａによる外観検査装置の応用例として車両に用いられるディストリビュータのコネクタ端子検査に適用される場合の処理手順を示す。
【００３３】
この場合、検査に最適なカメラ位置２２は、テレビカメラ２と同軸照明を行う照明装置３が検査箇所４２の平面に垂直な位置にあるとする。
そして、テレビカメラ２から入力される画像中の同軸照明装置３の正反射光成分にあたる最も明るい画素（例えば濃淡階調が０〜１５であれば１５の白レベル相当部）の数を特徴量とすることにより、この特徴量が最大となる位置を後述するようにして探すことで最適なカメラ位置２２を求めることができる。
【００３４】
まず、画像処理装置５内のメモリ５５に予め記憶されている予めティーチングされたカメラ位置データを読み出し、ロボットコントローラ６にその位置への移動制御を指示する。
【００３５】
次に、ロボットコントローラ６はその指示を受け、ロボット１を移動する（ステップＳ１）。
そして、画像入力を行うテレビカメラ２により、検査箇所４２の画像を撮像する（ステップＳ２）。
【００３６】
この画像データは画像処理装置５へ転送され、Ａ／Ｄ変換器５１によりデジタル信号に変換され、特徴抽出部５２で前記特徴量を演算し、変数Ｈとして代入される（ステップＳ３）。
【００３７】
そして、カメラ位置判断部５３において、最初に０を代入しておいた（ステップＳ０）Ｈ0 と、今回測定されたＨとを比較することで最大値を探す（ステップＳ４）。
【００３８】
Ｈ≧Ｈ0 ならＨ0 に新たにＨの値を代入し（ステップＳ５）、ロボットコントローラ６に図２に示すにように、テレビカメラ２を検査箇所４２を中心に円弧を描くように回転移動制御の指示を出す。
【００３９】
これにより、ロボット１はロボットコントローラ６で指示された位置へ移動し（ステップＳ６）、再びステップＳ２（画像入力）以降の処理を繰り返す。
この時のテレビカメラ２の回転移動の移動量は、誤検出することなく検査が可能な、検査箇所４２とテレビカメラ２の相対角度の範囲を予め調べておき、その角度以下に設定すればよい。
【００４０】
また、テレビカメラ２の回転移動方向２３は、まず検査対象部品４１のばらつきが生じる方向を、その部品の組み付け方法から予め推測する。
次に、推測した方向の全てについて、テレビカメラ２を図２に示すように回転移動をして、特徴量を演算する。
【００４１】
そして、その特徴量の増加が最も大きい方向を移動方向とすればよい。
ステップＳ４において、Ｈ＜Ｈ0 ならば、現在の１つ前の位置が最大の特徴量を与えるカメラ位置であり、その位置が検査に最適なカメラ位置２２であると判断し、ロボットコントローラ６へその位置への移動制御を指示する。
【００４２】
これにより、ロボットコントローラ６はその最適なカメラ位置２２へロボット１を移動制御し（ステップＳ７）、ロボット１に取り付けられたテレビカメラ２により検査箇所４２の画像を撮像する。
【００４３】
この入力画像データは画像処理装置５へ転送され、Ａ／Ｄ変換器５１によりデジタル信号に変換され、検査処理部５４にてこの場合、コネクタの外観形状やピン数が正常であるか否か等の検査が行われる（ステップＳ８）。
【００４４】
以上により、カメラと検査箇所の相対角度を変え、そこで得られた画像の特徴量から、検査箇所のばらつきに応じて最適なカメラ位置を決定でき、誤検出することなく検査することが可能となる。
【００４５】
なお、以上の説明では最適なカメラ位置２２を決定してから検査を実行したが、まず検査を実行し誤検出があった場合にのみ最適なカメラ位置を決定し再度検査を実行する方法も可能である。
【００４６】
また、ここでは照明装置３として、同軸照明装置を使い、その正反射光成分にあたる最も明るい画素の数を特徴量としたが、斜方照明等他の照明方法を使い、検査箇所の輪郭形状等カメラと検査箇所との相対角度によって変化する特徴量や、予め記憶しておいた最適なカメラ位置での画像とのマッチング度等も特徴量として使用することもできる。
【００４７】
また、以上の説明では検査対象４を固定し、テレビカメラ２及び照明装置３をロボット１により移動したが、逆にテレビカメラ２及び照明装置３を固定して検査対象４をロボット１により移動させても同様の効果が得られる。
【００４８】
つまり、これらの両者の間で円弧を描いて相対的に移動せしめるようにしてやればよい。
また、前述の第１の実施例Ａでは、テレビカメラ２が円弧を描いて回転移動を行うようにしているが、例えば、テレビカメラ２にズーム機構を持たせるようにすることにより、テレビカメラ２と検査箇所４２との間の距離を変えて円弧以外の軌跡を描くようにしてもよい。
【００４９】
すなわち、テレビカメラ２の焦点距離に応じた軌跡で、移動可能としてやればよい。
さらに、ここではカメラ位置判断部５３や、カメラ位置を記憶しておくメモリ５５を画像処理装置５内に実現したが、これらはロボットコントローラ６や、パーソナルコンピュータ等で実現することもできる。
【００５０】
従って、以上詳述したように本発明の第１の実施例Ａによれば、対象物に角度のばらつき等の傾きを含む立体的な位置ずれが生じた場合でもそれを確実に補正して誤検出が生じないようにした外観検査装置を提供することが可能となる。
【００５１】
ところで、以上のような本発明の第１の実施例Ａでは、最適なカメラ位置を決定して検査を行なう例について説明したが、検査のために予めカメラ位置を自動的にティーチングする場合にも適用することができる。
【００５２】
なお、予め、カメラ位置をティーチングするのは、検査対象物４のすべての検査箇所が対象となる。
この場合、従来の方法では、上記従来の技術の項に記載したように、作業者はまずロボット１を操作し、テレビカメラ２に検査箇所を映した後、次に検査に最適なカメラ位置になるよう、作業者が目視又は定規や治具を用いて手作業でカメラ位置の調整を行なうことになる。
【００５３】
しかし、この方法では、作業者によって位置決めの精度にばらつきが生じ、また精密に設定しようとすれば時間がかかってしまうという問題があると共に、検査箇所は検査対象物４の各方向にあるため、側面や形状の複雑な箇所では、治具等による作業が難しいという問題がある。
【００５４】
次に、以上のような問題点を解決するために、検査のために予めカメラ位置を自動的にティーチングする場合にも適用することができるようにした本発明の第２の実施例Ｂについて説明する。
【００５５】
図５は、本発明の第２の実施例Ｂによる外観検査装置のシステム構成を示す図である。
図５において、１はカメラを移動させるためのロボット、２はロボットに取付けられたテレビカメラ、３はカメラと共に移動する照明、４は検査対象物、５は画像処理装置、６はロボットコントローラ、７は、ロボット１のティーチペンダントである。
【００５６】
図６は、本発明の第２の実施例Ｂによるティーチングの作業手順を示すもので、カメラ位置の自動ティーチングを上述した第１の実施例Ａと同様にコネクタ検査のティーチングに適用した場合の手順を示す。
【００５７】
ロボット１に取り付けられたテレビカメラ２と照明３は、作業者がティーチペンダント７を使って検査箇所がテレビカメラ２に映る位置へ移動し、最適なカメラ位置の自動ティーチングが開始される（ステップＳ１０）。
【００５８】
まず、テレビカメラ２により、検査箇所４２の画像を撮像し、画像処理装置５へ画像入力する（ステップＳ１２）。
ディストリビュータのコネクタ端子検査を例にとると、検査に最適なカメラ位置は、テレビカメラ２と同軸照明が検査面に垂直な位置にあるときで、このとき画像の中で同軸照明の正反射光成分にあたる最も明るい画素の数を特徴量とすることにより、その特徴量が最大となる位置が最適なカメラ位置となる。
【００５９】
そこで、この入力画像から特徴量を計測するために、その画像データから特徴量を演算し、変数Ｈへ代入される（ステップＳ１３）。
そして、最初にステップＳ１１で０を代入しておいた変数Ｈ0 と、今回測定した変数Ｈとを比較することで最大値を探す（ステップＳ１４）。
【００６０】
Ｈ≧Ｈ0 ならＨ0 に新たにその変数Ｈの値を代入し（ステップＳ１５）、ロボットコントローラ６により、図２に示すように、テレビカメラ２が検査箇所４２を中心に円弧を描くように回転移動させ（ステップＳ１６）、再び上記ステップＳ１２以降を繰り返す。
【００６１】
Ｈ＜Ｈ0 なら現在の１つ前の位置が最大の特徴量を与えるカメラ位置であり、その位置が検査に最適なカメラ位置２２であると判断し、ロボット１をそこへ移動する（ステップＳ１７）。
【００６２】
この位置を当該検査箇所の予めティーチングしておくべきカメラ位置のティーチング座標として登録する（ステップＳ１８）。
なお、テレビカメラ２の移動方向は、変数Ｈが増加する方向を予め探すことで決定できると共に、その移動角度は検査時のテレビカメラ２の位置決め精度から決められる。
【００６３】
また、ここでは同軸照明を使い最も明るい画素数を特徴量としたが、斜方照明等他の照明を使い対象の輪郭形状等カメラの角度によって変化する特徴量を使用することもできる。
【００６４】
以上により、テレビカメラ２と検査箇所の相対角度を変え、そこで得られた画像の特徴量から画像処理に最適なカメラ位置を決定でき、作業者は、検査箇所をカメラに映すのみで良くなり、ロボット１に対するティーチング時間を短縮することが可能となる。
【００６５】
なお、この第２の実施例Ｂでは，図２における予めティーチングされたカメラ位置２１は、ステップＳ１０でのカメラ位置に相当する。
以上により、カメラと検査箇所の相対角度を変え、そこで得られた画像の特徴量から、検査に最適なカメラ位置を決定することができ、作業者は検査箇所をカメラに映すのみで良く、カメラ位置のティーチング時間を短縮することができ、作業者による位置決めの精度のばらつきをなくすことが可能となる。
【００６６】
従って、以上詳述したように本発明の第２の実施例Ｂによれば、カメラを検査箇所を中心として移動させ、画像の明るさや形状等の特徴量の変化を計測することにより、画像処理に適したカメラ位置を決定し、上記問題点を解決するようにした外観検査装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による第１の実施例Ａの全体構成を示す図。
【図２】図１に用いるテレビカメラの回転移動を示す図。
【図３】図１に用いる画像処理装置の具体例を示す図。
【図４】本発明による第１の実施例Ａの動作を説明するためのフローチャート。
【図５】本発明による第２の実施例Ｂの全体構成を示す図。
【図６】本発明による第２の実施例Ｂの動作を説明するためのフローチャート。
【符号の説明】
１…ロボット、
２…テレビカメラ、
３…照明装置、
４…検査対象物（ワーク）、
４１…検査対象部品、
４２…検査箇所、
５…画像処理装置、
５１…Ａ／Ｄ変換器、
５２…特徴抽出部、
５３…カメラ位置判断部、５
４…検査処理部、
５５…メモリ、
６…ロボットコントローラ、
７…ロボットペンダント。
Claims (2)
- 検査対象物を撮像する画像入力手段と、
前記検査対象物と画像入力手段との間を円弧を描いて相対的に移動せしめる移動手段と、
前記画像入力手段からの画像データに基いて前記検査対象物の検査箇所と前記画像入力手段との間の相対角度に対応する所定の特徴量を抽出する特徴量抽出手段と、
前記特徴量抽出手段によって抽出される所定の特徴量に基いて前記検査対象物と画像入力手段との位置関係が最適であるか否かを判断する判断手段と、
前記判断手段によって判断される前記検査対象物と画像入力手段との位置関係が最適となる位置関係が得られるように前記移動手段を制御する制御手段とを具備し、
前記画像入力手段は同軸照明装置を有するカメラを含み、
前記移動手段は前記画像入力手段に含まれる前記同軸照明装置を有するカメラを前記検査対象物の検査箇所を中心として回転移動せしめる手段を含み、
前記特徴量抽出手段によって抽出される所定の特徴量が前記同軸照明装置の正反射光成分にあたる最も明るい画素の数とされるとき、前記判断手段はこの特徴量が最大となる位置関係を最適位置関係であると判断することを特徴とする外観検査装置。 - 検査対象物を撮像するもので、同軸照明装置を有するテレビカメラと、
前記検査対象物とテレビカメラとの間を円弧を描いて相対的に移動せしめるもので、前記テレビカメラを前記検査対象物の検査箇所を中心として回転移動せしめるロボットと、
前記テレビカメラからの画像データに基いて前記検査対象物の検査箇所と前記テレビカメラとの間の相対角度に対応する所定の特徴量を抽出する特徴量抽出手段と、
前記特徴量抽出手段によって抽出される所定の特徴量に基いて前記検査対象物とテレビカメラとの位置関係が最適であるか否かを判断する判断手段と、
前記判断手段によって判断される前記検査対象物とテレビカメラとの位置関係が最適となる位置関係が得られるように前記ロボットを制御する制御手段と、
前記判断手段及び制御手段とにより、最適となる前記検査対象物とテレビカメラとの位置関係が得られた状態で当該検査箇所における前記テレビカメラの位置を最適位置座標として登録する自動ティーチング手段とを具備し、
前記特徴量抽出手段によって抽出される所定の特徴量が前記同軸照明装置の正反射光成分にあたる最も明るい画素の数とされるとき、前記判断手段はこの特徴量が最大となる位置関係を最適位置関係であると判断することを特徴とする外観検査装置。
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