JP4520916B2 - 画像形成装置用ブレード製品の欠陥検出方法及び欠陥検出装置 - Google Patents

Description

本発明は、透明又は半透明の板状体に光を照射して行う欠陥検出方法及び欠陥検出装置に関する。

板状体の欠陥を判別する方法として、人手で行う方法、検査装置を用いて行う方法があった。人手で行う方法に関しては、製品の高精度化に伴い、微小な欠陥を発見する必要があり、そのために長時間集中しなければならない根気のいる作業となり、精神的な負担も大きくなり疲労も倍増することになる。また、視覚による検査は、検査員の主観的な検査判定であって、検査員の判断に依存し、検査員が異なる場合や極端な場合において、同じ検査員であっても、検査時間の推移によって、検査水準が変化する可能性がある。

上記検査員の視覚による検査に代わる方法として、ＣＣＤカメラを用いた電子撮像装置による外観検査手法も明らかにされている（例えば、下記特許文献１、特許文献２）。これらは、透明な製品を透過した光が、透明な製品に欠陥があった場合には、その欠陥部分で光の乱反射が起こることを利用し、撮像装置により撮影し、映像信号化し、その映像信号を２値化処理して、欠陥部分を検出する方法である。
特開平２−２５７００７号公報 特開平４−３０５１４４号公報

しかしながら、製品の内部に埋没する欠陥に対し外観を正確に検査ができるのは製品内部にある、エアー、ゴミ・ケバなど透過する光を大きく遮断する異物不良のときであり、製品内部に埋没する透明又は半透明の凝固物に対しては、一定の閾値を設定した２値化処理のみでは、製品ごとの透明又は半透明の板状体の表面平坦部の粗さ、板状体の透過率の差より、製品内部のノイズを拾ってしまい正確な検査が出来ないという課題があった。

また、自動２値化処理という、２値化の閾値を自動的に設定できるという処理があるが、この処理においては撮像装置により撮影した映像信号の光量差により閾値を設定しているため、透明又は半透明の板状体内部に埋没する透明又は半透明の凝固物に関しては、光量差の違いが大きく出ない為、同様に検出が難しいという課題があった。

本発明は、板状体製品内部に埋没する透明又は半透明の凝固物の欠陥に対して、板状体に投光し、板状体内を透過した光により撮像して得られた画像から板状体の欠陥を検出する方法において、製品ごとの透明又は半透明の板状体の表面平坦部の粗さ、透明又は半透明の板状体の透過率の差に関わらず、正確に欠陥を検出することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明の画像形成装置用ブレード製品の欠陥検出方法は、少なくとも投光手段と、撮像手段と、デジタル画像処理手段により、被検査対象物である透明又は半透明の画像形成装置用のブレードに投光し、透過光により撮像して得られた撮像画像を用いて製品内部の欠陥を検出する画像形成装置用のブレード製品の欠陥検出方法において、前記撮像画像に対して、前記製品のエッジ位置の抽出、検査領域の抽出を行い、輝度変換をし、ノイズ軽減のために平滑処理を行い、その後、該撮像画像に、前記製品短手方向へは、前記エッジ位置より内部に一定画素内側の位置から、設定画素分製品内側の位置で、及び前記製品長手方向へは均等に分割した複数の枠を割り当て、該枠ごとの各画素の受光量の正規分布による標準偏差を算出し、隣接する枠との標準偏差の差分値を算出し、該差分値と基準値とを比較し、基準値を超える枠の位置情報により、前記製品内の欠陥を検出することを特徴とする。

また、本発明の画像形成装置用ブレード製品の欠陥検出装置は、少なくとも投光手段と、撮像手段と、デジタル画像処理手段により、被検査対象物である透明又は半透明の画像形成装置用のブレードに投光し、透過光により撮像して得られた撮像画像を用いて製品内部の欠陥を検出する検出手段を有してなる画像形成装置用ブレード製品の欠陥検出装置において、前記検出手段が、前記撮像画像に対して、前記製品のエッジ位置の抽出、検査領域の抽出を行い、輝度変換をし、ノイズ軽減のために平滑処理を行い、その後、該撮像画像に、前記製品短手方向へは、前記エッジ位置より内部に一定画素内側の位置から、設定画素分製品内側の位置で、及び前記製品長手方向へは均等に分割した複数の枠を割り当て、該枠ごとの各画素の受光量の正規分布による標準偏差を算出し、隣接する枠との標準偏差の差分値を算出し、該差分値と基準値とを比較し、基準値を超える枠の位置情報により、前記製品内の欠陥を検出する方式を有することを特徴とする。

本発明により、板状体製品ごとの透明又は半透明の板状体の表面平坦部の粗さ、透明又は半透明の板状体の透過率の差に関わらず、製品内部に埋没する透明又は半透明の凝固物に対して、正確な欠陥検出を可能にすることができる。

以下、本発明の好ましい実施の形態について、図面を参照しながら更に詳しく説明する。

本発明においては、撮影手段としてＣＣＤカメラを使用し、前記撮像装置の撮影範囲を板状体の検査対象範囲内に設置する。

検査時には板状体を移動ステージにより移動させることにより、前記撮像装置が板状体の検査対象範囲の場所に対し逐次撮影を行い、検査対象範囲全域を撮影する。本発明において撮像手段としてはＣＣＤカメラを用いたが、撮像手段としてはこれに限定するものではない。ＣＭＯＳセンサのような固体撮像装置でもよい。

その複数画像において、欠陥がある場合には、移動ステージより出されているトリガより、取り込み画像番号、及び撮像画像を複数の枠に分割し、欠陥が発見された画像における枠の位置情報を算出し、検査物における不良箇所の位置情報を得る。同時に、欠陥の大きさ、１回の検査における欠陥の数等も記憶して表示可能としておく。

本発明の特徴的なところは、検査する板状体に投光し該板状体内を透過させ、透過光により撮像して得られた撮像画像に対し、撮像画像を複数の枠に分割し、枠ごとの各画素の受光量の正規分布による標準偏差を算出し、隣接する枠との標準偏差の差分値を算出し、差分値と基準値を比較することにより、製品ごとの透明又は半透明の板状体の表面平坦部の粗さ、板状体の透過率の差に関わらず、製品内部に埋没する透明又は半透明の凝固物に対して、正確な欠陥検出を可能にした要素を導入した点にある。

この点について、更に説明する。本発明は、板状体製品内部に埋没する透明又は半透明の凝固物の欠陥に対して、欠陥を検出するものである。撮像画像を複数の枠に分割し、枠ごとの各画素の受光量の平均値、また、各画素の受光量の正規分布による標準偏差は、欠陥が無くても、板状体の製品が異なれば相違が生ずる。すなわち、板状体は、製品ごとに表面平坦部の粗さ、透過率が異なるからである。欠陥が無ければ、該平均値も標準偏差も、同一製品では一定であるが、欠陥が有ると、欠陥の有る枠の標準偏差にズレが生ずる。そこで、標準偏差の大きさ自体を評価するのではなく、隣接する枠との標準偏差の差分値を欠陥検出の評価対象としている。差分値を基準値と比較して判定し、基準値を超える枠の位置情報により、欠陥を検出する。

一方、本発明においては、対象となる透明又は半透明の板状体の持つ製品としての公差の観点から、撮像した画像において製品平坦部の荒れ、及び板状体の光の透過率の差に関わり無く、処理が可能なような枠の設置位置の設定、及び枠の設定個数及び、枠の大きさ設定に工夫を要した。

すなわち、本発明を実施する際、枠の設置位置は、単に設定すればよいのではなく、適合配置が有り、撮影した画像において、透明又は半透明の板状体の平坦部の粗さ、板状体の透過率の差が軽減できるような位置に配置する必要がある。

なお、撮像した画像において透明又は半透明の板状体の表面平坦部の粗さ、板状体の光の透過率の差が軽減できるような条件と、枠の個数、大きさとの関係は実験的に最適値は得られる。

本実施形態において、枠の数は１０枠、枠の位置は、製品短手方向へ半透明の板状体のエッジ位置より内部に５０画素内側の位置から２００画素分製品内側の位置、及び製品長手方向へ均等に１０分割可能な範囲とした。枠の形状は取り込んだ画像領域をカバーさせるという観点から長方形になるように設定した。また、１つの枠の画素は、取り込んだ画像の光量ムラに影響されない程度の画素数を得るという観点より、約１万〜２．５万画素程度になるように設定した。エッジ位置は製品寸法の公差、駆動装置のはしり精度の影響を受けないよう、画像処理により取り込み画像ごとに検出可能なようにしておく。

画像取り込み、エッジ位置の抽出、検査領域の抽出を行い、輝度変換をし、ノイズ軽減のために平滑化処理を行い、その後、枠を割り当て、前記、枠ごとの各画素の受光量の正規分布による標準偏差を算出し、前記枠と隣接する枠との標準偏差の差分値を算出し、差分値と基準値を比較することにより、透明又は半透明の凝固物が内部に存在する枠の検出が可能となる。

取り込み画像の輝度変換の調整値は、２５５階調中の好きな数値に設定可能だが、好ましくは、製品の公差に左右されにくい輝度にするという観点より１３５付近が望ましいが、製品内部を良好に撮影可能であれば、この数値に限定するものではない。

平滑化処理に関しては、データの伝送時に発生する外因的な影響によるノイズ、カメラの画素欠けによるノイズ等を低減させる為に設定している。従い、検出条件、設置状況の違いにより対応可能なよう設定値の数値変更は可能なようにしておく。

本実施形態において、分割した枠の各画素の受光量の正規分布による標準偏差を算出し、前記枠と隣接する枠との標準偏差の差分値を算出し、差分値と基準値を比較することにより、枠内部に存在する透明又は半透明の凝固物の検出が可能となる。撮像した画像において透明又は半透明の板状体の表面平坦部の粗さ、透明又は半透明の板状体の光の透過率の差が軽減できるような数値にするという観点より、基準値は３．５と設定したが、透明又は半透明の板状体の表面平坦部の粗さ、透明又は半透明の板状体の光の透過率の差が軽減できるような数値であれば、この数値に限定されるものではない。２．５〜６．５の範囲で適宜選択することができる。

なお、本発明は、透明又は半透明の板状体に適用されるものであるが、画像形成装置における板状のブレード部材、例えば電子写真装置におけるクリーニングブレードの欠陥検出方法として優れたものである。

以下、本発明の具体的な実施の形態を、図面を参照して説明する。

図１は、本発明の板状体の欠陥検出方法を実施する装置の概略構成を示す図である。

図２は、板状体の取り込み画像を示す概略図、図３は、取り込み画像を分割した枠の概略図である。

図４は、板状体の画像を解析する工程を示したフローチャートである。

本発明の欠陥検出方法の実施形態について、図１〜３を用いて以下に説明する。

１１は検査ステージ、１２は板状体、１３は撮像装置、１４はレンズ、１５は投光装置、１６は拡散板、１７は記憶装置及び処理装置、１８は表示装置、１９は駆動装置である。板状体１２を挟んで、投光装置１５、拡散板１６と撮像装置１３、レンズ１４は、対向して配置される。投光装置１５よりの光が拡散板１６、板状体１２内部を通り、レンズ１４を通り結像し、撮像装置１３に撮影される。撮影された画像は、記憶装置及び処理装置１７に転送される。その際転送された画像番号は記憶装置及び処理装置１７に記憶するようにしておく。２１は取り込み画像エッジ部、２２は取り込み画像製品部、２３は分割した枠である。

撮像装置１３の設置位置については、撮像した画像において、透明又は半透明の板状体が撮影できる範囲にする必要がある。

拡散板１６の設置位置については、投光装置１５よりの光が拡散板１６により板状体１２に対し光の指向性が軽減できるような位置に配置する必要がある。拡散板１６の設置位置は、板状体１２から、投光装置１５の間の範囲に設定できるが、好ましくは光の指向性を効率よく軽減させるという観点から０．５［ｍｍ］以上５［ｍｍ］以下の範囲が望ましい。

また、撮像可能範囲の位置は撮像される画像において、板状体１２平坦部が映る範囲でよいが、本実施形態ではレンズ１４の被写界深度が板状体１２平坦部を十分にカバーできる幅に設定した。

次に動作について説明する。図４のフローチャートにより画像を解析する工程が示されている。投光装置１５は、図示しない電源及び制御部によって電源を供給され均一化された光量の可視光を発光する。スポットの大きさは、レンズ倍率と撮像装置視野の観点からφ１５程度とした。このスポット光は拡散板１６を透過後、板状体１２に照射される。この拡散光は板状体１２中に欠陥がある場合、欠陥によって影となり、その欠陥によって形成された光が、レンズ１４を通過し結像し、撮像装置１３に画像データとして取込まれる。

レンズ１４は、パーフォーカル光学系を用いた高解像度マクロズームレンズを使用し、アイリス絞り機能を有し光量を調節可能なものを使用し、撮像装置１３において、像がハレーションを起こすことなく、精度よく結像できるようなものを選択した。

その撮像された像は、記憶装置及び処理装置１７に電気信号で転送され、記憶装置に画像データとして収納される。その後画像データは、処理装置へ転送される。処理装置においてデジタル処理により標準偏差の算出等の演算が行われる。

撮像された像は、予め設定された複数の枠に分割されており、枠内の各画素の光量の正規分布による標準偏差を算出し、前記枠と隣接する枠との標準偏差の差分値を算出し、差分値と基準値を比較することにより、内部に透明又は半透明の凝固物が存在する枠の検出が可能となる。

その際には、各々のレンズ１４の倍率、撮像装置１３の設置角度、撮像可能範囲の位置などの設定はあらかじめ処理装置の方へ登録しておく。前記情報を元に、欠陥の有る枠の位置情報、大きさを処理装置上で算出し、記憶装置に記録を行い、表示装置１８へ出力する。

また、記憶装置は、駆動装置１９と連動させ、設定した計測分解能に従い検査ステージ１１を制御し、検査位置を順次変え画像を切換えていくことで、板状体全体を検査することが可能なようになっている。

［比較例］
撮像された像を分割した枠を設けずに２値化にて処理する方法にて、検査を行った。そのときに用いた板状体サンプルは、製品エッジ部近傍に半透明の凝固物が埋没している物で、製品平坦部の粗さも、製品の透明度も、各々のサンプルにより違うものを選択した。また、凝固物の大きさは拡大顕微鏡による測定により、８０［μｍ］程度ものを２０本選択した。その際、製品の表面粗さに関わらず２０本中１４本のサンプルの凝固物箇所の検出が可能であった。

しかし、本発明の実施形態においては、撮像された像を分割した枠の各画素の光量の正規分布による標準偏差を算出し、前記枠と隣接する枠との標準偏差の差分値を算出し、差分値と基準値を比較する方法にて検査を行った。その際、製品の表面粗さの違い、製品の透明度の違いに関わらず２０本中全てのサンプルの凝固物の検出が可能であった。

このことより、実施形態における板状体の欠陥検出方法は、比較例における検出方法により正確に検査が可能であるということがいえた。

本発明の板状体の欠陥検出方法を実施する装置の概略構成を示す図 板状体の取り込み画像を示す概略図 取り込み画像を分割した枠の概略図 板状体の画像を解析する工程を示したフローチャート

符号の説明

１１…検査ステージ
１２…板状体
１３…撮像装置
１４…レンズ
１５…投光装置
１６…拡散板
１７…記憶装置及び処理装置
１８…表示装置
１９…駆動装置
２１…取り込み画像エッジ部
２２…取り込み画像製品部
２３…分割した枠

Claims (4)

1. 少なくとも投光手段と、撮像手段と、デジタル画像処理手段により、被検査対象物である透明又は半透明の画像形成装置用のブレードに投光し、透過光により撮像して得られた撮像画像を用いて製品内部の欠陥を検出する画像形成装置用のブレード製品の欠陥検出方法において、
   前記撮像画像に対して、前記製品のエッジ位置の抽出、検査領域の抽出を行い、輝度変換をし、ノイズ軽減のために平滑処理を行い、その後、該撮像画像に、前記製品短手方向へは、前記エッジ位置より内部に一定画素内側の位置から、設定画素分製品内側の位置で、及び前記製品長手方向へは均等に分割した複数の枠を割り当て、該枠ごとの各画素の受光量の正規分布による標準偏差を算出し、隣接する枠との標準偏差の差分値を算出し、該差分値と基準値とを比較し、基準値を超える枠の位置情報により、前記製品内の欠陥を検出することを特徴とする画像形成装置用ブレード製品の欠陥検出方法。
2. 前記撮像画像の複数の枠は、前記製品短手方向へは、前記エッジ位置より内部に５０画素内側の位置から、２００画素分製品内側の位置で、及び前記製品長手方向へは均等に１０分割して割り当てられ、且つ、前記基準値が２．５〜６．５である請求項１に記載の画像形成装置用ブレード製品の欠陥検出方法。
3. 少なくとも投光手段と、撮像手段と、デジタル画像処理手段により、被検査対象物である透明又は半透明の画像形成装置用のブレードに投光し、透過光により撮像して得られた撮像画像を用いて製品内部の欠陥を検出する検出手段を有してなる画像形成装置用ブレード製品の欠陥検出装置において、
   前記検出手段が、前記撮像画像に対して、前記製品のエッジ位置の抽出、検査領域の抽出を行い、輝度変換をし、ノイズ軽減のために平滑処理を行い、その後、該撮像画像に、前記製品短手方向へは、前記エッジ位置より内部に一定画素内側の位置から、設定画素分製品内側の位置で、及び前記製品長手方向へは均等に分割した複数の枠を割り当て、該枠ごとの各画素の受光量の正規分布による標準偏差を算出し、隣接する枠との標準偏差の差分値を算出し、該差分値と基準値とを比較し、基準値を超える枠の位置情報により、前記製品内の欠陥を検出する方式を有することを特徴とする画像形成装置用ブレード製品の欠陥検出装置。
4. 前記撮像画像の複数の枠の割り当てが、前記製品短手方向へは、前記エッジ位置より内部に５０画素内側の位置から、２００画素分製品内側の位置で、及び前記製品長手方向へは均等に１０分割される請求項３に記載の画像形成装置用ブレード製品の欠陥検出装置。

Images