JP5882730B2 - 外観検査装置及び外観検査方法 - Google Patents
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Description
本構成によれば、中間の波長を有するスリット光により取得された断面形状データから被検体全体の形状の欠陥を検出することができる。また、中間の波長以外の2つの光が重なる部分を撮像することによって取得された被検体表面の表面データに含まれる2つの光の強度の割合から被検体表面の微細な凹凸を検出することができる。さらに、中間の波長を有するスリット光により取得された反射輝度データ(反射光強度分布)と、中間の波長以外の2つの光により取得された表面データとを合成することにより光の3原色によるカラーデータを作成し、カラーデータを処理することにより被検体表面の色調の変化を検出することができる。また、凹凸の検出と、色調の変化の検出とを組み合わせることで、被検体表面の“てかり”、即ち、光沢の有無を検出することができる。
本構成によれば、中間の波長を有するスリット光を傾斜して被検体の表面に照射することで、被検体の表面で反射するスリット光のうち最も光の強度が大きい正反射した反射光を第1撮像手段により受光することができるので、被検体の表面の形状を鮮明に取得することができる。つまり、被検体の表面の形状を鮮明に取得することで精度の良い検査を行うことができる。
本構成によれば、被検体の大きさがスリット光の幅よりも大きくても被検体表面にスリット光を照射することができる。
本態様によれば、中間の波長を有するスリット光により取得された断面形状データから被検体全体の形状の欠陥を検出することができる。また、中間の波長以外の2つの光が重なる部分を撮像することによって取得された被検体表面の表面データに含まれる2つの光の強度の割合から被検体表面の微細な凹凸を検出することができる。さらに、中間の波長を有するスリット光により取得された反射輝度データ(反射光強度分布)と、中間の波長以外の2つの光により取得された表面データとを合成することにより光の3原色によるカラーデータを作成し、カラーデータを処理することにより被検体表面の色調の変化を検出することができる。また、凹凸の検出と、色調の変化の検出とを組み合わせることで、被検体表面の“てかり”、即ち、光沢の有無を検出することができる。
第1投光手段31と第1撮像手段32は、回転テーブル21に載置されたタイヤTよりも上方に配置され、図外の固定手段により固定される。
なお、本実施形態におけるスリット状の緑色レーザは、照射幅Wが50μm、有効照射範囲Lが90〜150mmとして設定されている。
第1撮像手段32は、例えばエリアカメラが適用され、緑色レーザから表面Sに照射した光の正反射する光を受光するように配置される。具体的には、図3に示すように、表面Sに対して、緑色レーザから照射されるスリット光の照射角と、第1撮像手段32の受光する光軸の受光角とが同一角度となるように配置される。つまり、スリット光の反射光の反射角と、第1撮像手段32の受光する光軸の受光角とが一致するように配置される。よって、第1撮像手段32は、第1投光手段31から表面Sに照射されたスリット光の反射光を受光することで、照射部におけるタイヤTの断面形状を断面形状データとして取得するとともに断面形状データにおける反射輝度データを取得する。断面形状データ及び反射輝度データは、撮像による各フレーム内に取得される。
第1撮像手段32による撮像は、設定時間毎に行われる。なお、位置ずれする距離は、回転角検出手段23で検出したタイヤTの回転角と回転速度とから算出される。
第2投光手段41は、赤色の波長の光を照射する赤色照明41Aと、青色の波長の光を照射する青色照明41Bとを備え、タイヤ側面の上方において、タイヤ円周の接線の延長上に位置するように互いに所定距離離間して配置され、図外の固定手段により固定される。赤色照明41Aは中心波長が約660nmの赤色光を発光するLED照明である。また、青色照明41Bは中心波長が約470nmの青色光を発光するLED照明である。
第2投光手段41の赤色照明41A及び青色照明41Bは、第1投光手段31が照射する照射部とは異なる位置で光をタイヤ側面の表面Sに照射し、光の照射方向が互いに対向するように配置される。赤色照明41A及び青色照明41Bが照射する赤色光及び青色光は、互いの光が表面Sにおいて重なるようにタイヤ内径からタイヤ外径までの範囲を照射する。赤色照明41A及び青色照明41Bが照射する赤色光及び青色光の光軸の角度は、図4(a)に示すように、例えば、表面Sに対して赤色照明41Aの照射角が45°、青色照明41Bの照射角が45°の同一の角度に設定される。なお、赤色照明41A及び青色照明41Bの照射角は、45°に限らず、30°〜70°の範囲で互いに同一の照射角に設定すれば良い。
図5は、表面画像を赤色成分画像及び青色成分画像に分離する概念図を示す。なお、同図において10は、後段の検出により検出される窪みを示している。
色成分分離手段16は、図5に示すように、第2撮像手段43により撮像された表面Sの2次元の表面画像を赤色成分と青色成分とに分離して、赤色成分画像、青色成分画像の2枚の画像に分離する。
図6(a)は、緑色成分画像、赤色成分画像、青色成分画像の輝度値の標準偏差σをグラフにしたものである。図6(b)は、標準偏差σを元に輝度値をスケーリングして緑色成分画像、赤色成分画像、青色成分画像の輝度値の大きさを整列したものを示す。
輝度成分正規化部71は、第1撮像手段32によって撮像された緑色成分画像と、色成分分離手段16により作成された赤色成分画像と青色成分画像とをそれぞれ正規化する。具体的には、輝度成分正規化部71は、まず、撮像開始位置の違いにより位置ずれした状態の緑色成分画像と、赤色成分画像及び青色成分画像との位置合わせを行う。次に、図6(a)に示すように、緑色成分画像、赤色成分画像、青色成分画像を構成する画素の各色成分画像毎の平均mと標準偏差σを算出し、図6(b)に示すように、平均mと標準偏差σに基づいて、緑色成分画像、赤色成分画像、青色成分画像を揃えることで正規化を行う。
色異物判定部73は、カラー画像合成部72により合成されたカラー画像と、あらかじめ設定された閾値とを比較することで色異物の有無を判定する。具体的には、色異物判定部73は、カラー画像に対し欠陥特徴量を抽出する画像処理フィルタ演算を行い、欠陥特徴量が閾値よりも大きいときに色異物ありと判定し、閾値よりも小さいときに色異物なしと判定する。なお、色異物とは、例えば、タイヤTの加硫成型工程において使用した離型剤がタイヤTの表面Sに付着した“てかり”となったものや、加硫成型工程における加熱によりゴムの色調が変化してしまったものを示す。
色異物記憶部74は、色異物判定部73において色異物として検出された色異物の位置と大きさとを記憶する。
輝度分布波形算出部81は、赤色成分画像及び青色成分画像のそれぞれに含まれる輝度の分布が正規分布に近似するものとして扱い、赤色成分画像、青色成分画像毎の検査対象範囲における画素値の平均と標準偏差を算出する。
即ち、ピーク間隔判定部83は、赤色成分のピークと青色成分のピークとの間隔が閾値よりも小さければ、表面Sに細かなキズ、凹凸、うねり等がないと判定し、赤色成分のピークと青色成分のピークとの間隔が閾値以上であれば、光の照射部においてどちらか一方の色成分が、キズや凹凸によって遮られたり、乱反射することから、どちらか一方の色成分の分布が大きくなるので、表面Sに細かなキズ、凹凸、うねり等があると判定する。
このように、本発明によれば、表面Sに細かなキズ、凹凸、うねり等を検出することが可能となる。
表面傾斜角αは、次のように算出される。
表面Sの点P(x,y,z)におけるタイヤ円周方向の傾斜をp、タイヤ半径方向の傾斜をqとすると、上記p,qは次式で表わせる。なお、下付きのBは、青色の光によるものを示し、下付きのRは赤色の光によるものを示している。例えば、pBは傾斜pに沿った青色の光の成分を示し、pRは傾斜pに沿った赤色の光の成分を示している。同様に、qBは傾斜qに沿った青色の光の成分を示し、qRは傾斜qに沿った赤色の光の成分を示している。
凹凸記憶部86は、凹凸判定部85で凹凸ありと判定したときのタイヤTにおける位置及び表面傾斜角αと、凹凸判定部85で凹凸なしと判定したときのタイヤTの位置とを記憶する。なお、凹凸判定部85で凹凸なしと判定したときのタイヤTにおける位置は、後段の工程において判定材料として利用するために記憶しておく。
まず、被検体であるタイヤTを回転テーブル21上に搭載するとともに、タイヤ側面の直上に、第1投光手段31と、第1撮像手段32とからなる形状取得装置3と、形状取得装置3に対して円周方向に所定角度位置ずれした位置に赤色照明41A及び青色照明41Bと第2撮像手段43とからなる表面状態取得装置4とをセットする。そして、モータ22を駆動・制御して回転テーブル21を回転駆動することにより、タイヤTを所定の回転速度で回転させる。
そして、タイヤ1周分に亘りタイヤ側面の断面形状データと表面画像とを取得する。
図9乃至図10は、検査処理装置5のフローチャートを示す。以下、図9乃至図10を用いて検査処理装置5によるタイヤTの外観検査の処理について説明する。
まず、検査処理装置5は、画像重心算出部61により取得された複数の断面形状データの画像重心を算出する(S101)。次に、画像整列部62により画像重心が各フレームにおいて同一位置に配置されるように断面形状データを整列させる(S102)。次に、座標変換部63により断面形状データを座標変換してタイヤ形状の3次元形状データに変換する(S103)。また、平面データ作成部65により整列した断面形状データから、各断面形状データに含まれる高さ情報を除いて、輝度情報のみの平面データを抽出し、表面Sの緑色成分画像を作成する(S106)。
まず、表面状態検査手段7は、色成分分離手段16により表面画像を赤色成分画像と青色成分画像とに分離する(S201)。次に、色異物欠陥検出手段17により表面Sにおける色異物の検査を行う。具体的には、色異物欠陥検出手段17によりS106から出力された緑色成分画像と、S201で分離された赤色成分画像及び青色成分画像とに含まれる輝度成分の正規化を行う(S202)。本実施形態における輝度成分の正規化とは、緑色成分画像や赤色成分画像及び青色成分画像に含まれる輝度値の明るさに関する情報は、大きさが異なるため、緑色成分画像と、赤色成分画像と、青色成分画像とで明るさが略同一になるように調整することである。また、輝度成分正規化部71は、緑色成分画像と、赤色成分画像及び青色成分画像の輝度成分の正規化の他に、緑色成分画像と、赤色成分画像及び青色成分画像の位置合わせを行う(S203)。
なお、上記実施形態では、タイヤを被検体として説明したがタイヤに限らず、タイヤを構成する部材や、ホースやパイプ等の成形品の検査にも適用することができる。
16 色成分分離手段、17 色異物欠陥検出手段、18 凹凸欠陥検出手段、
19 光沢欠陥検出手段、31 第1投光手段、32 第1撮像手段、
41 第2投光手段、43 第2撮像手段、61 画像重心算出部、62 画像整列部、
63 座標変換部、64 画像比較判定部、65 平面データ作成部、
71 輝度成分正規化部、72 カラー画像合成部、73 色異物判定部、
74 色異物記憶部、
81 輝度分布波形算出部、82 ピーク間隔算出部、83 ピーク間隔判定部、
84 表面傾斜角算出部、85 凹凸判定部、86 凹凸記憶部。
Claims (4)
- 3種類の互いに波長の異なる光のうち中間の波長を有するスリット光を被検体表面に照射する第1投光手段と、
前記スリット光の反射光を受光して被検体表面の断面形状データを取得する第1撮像手段と、
前記断面形状データとあらかじめ記憶したマスターデータとを比較し、形状異常の有無を検出する形状検査手段と、
被検体表面の前記スリット光が照射する位置とは異なる位置において中間の波長以外の2つの光を異なる方向から互いに重なるように被検体表面に照射する第2投光手段と、
前記2つの光が重なる部分の反射光を受光して被検体表面の表面データを取得する第2撮像手段と、
前記表面データに含まれる2つの光の強度の割合から被検体表面の凹凸の有無を検出する凹凸欠陥検出手段と、
前記断面形状データに含まれる反射輝度データと前記表面データとを合成して被検体表面の色調の変化を検出する色異物欠陥検出手段と、
凹凸の有無と、色調の変化とに基づき被検体表面の光沢を検出する光沢欠陥検出手段とを備える外観検査装置。 - 前記中間の波長を有するスリット光が前記被検体表面に対して傾斜して照射されることを特徴とする請求項1記載の外観検査装置。
- 前記中間の波長を有するスリット光が複数の第1投光手段により構成されることを特徴とする請求項1及び請求項2記載の外観検査装置。
- 3種類の互いに波長の異なる光のうち中間の波長を有するスリット光を被検体表面に照射するとともに、前記スリット光の反射光を第1撮像手段により受光して被検体表面の断面形状データを取得する工程と、
前記断面形状データとあらかじめ記憶したマスターデータとを比較し、形状異常の有無を検出する工程と、
前記被検体表面の前記スリット光が照射する位置とは異なる位置において中間の波長以外の2つの光を異なる方向から互いに重なるように被検体表面に照射するとともに、前記2つの光が重なる部分の反射光を第2撮像手段により受光して被検体表面の表面データを取得する工程と、
前記第2撮像手段により取得された表面データに含まれる前記2つの光の強度の割合から前記被検体表面の凹凸の有無を検出する工程と、
前記第1撮像手段により取得された断面形状データに含まれる反射輝度データと表面データとを合成して前記被検体表面の色調の変化を検出する工程と、
前記凹凸の有無と、前記色調の変化とに基づき前記被検体表面の光沢を検出する工程と、
を含む外観検査方法。
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