JP6121253B2 - ワーク表面欠陥検査装置 - Google Patents

Description

本発明は、ワークに照射した光の反射光を受光した画像信号を処理してワーク表面の欠陥を光学的に検出する欠陥検査装置に関するものである。

従来から、画像信号を処理してワーク表面の欠陥を光学的に検出する欠陥検査装置において、良品をＮＧ判定してしまう過剰検出が問題となっている。過剰検出の主な原因は、本来、欠陥ではない部分の表面からの反射光のノイズを誤検出してしまうことにある。

このようなノイズを除去して検出精度の向上を図るために、種々の画像処理方法やワーク照明方法が提案されている。しかし、ワークの表面状態によっては、画像処理方法や照明方法を組み合わせて使用しないと、適切なノイズ除去効果を得られない場合がある。

画像処理方法と照明方法の組み合わせによるノイズ除去技術としては、下記の特許文献１に記載のような画像処理装置が知られている。この装置は、異なる２種類の照明条件で撮影して得た画像データをそれぞれ二値化し、アンド回路によって画素毎に論理積演算して得た画像データから良否判定を行い、ノイズ信号を除去するものである。

特開平０８−２９４１１３号公報

しかしながら、特許文献１に記載の画像処理装置は、ワークの表面に付着した油膜を原因とするノイズであれば、反射光の指向性が高く、照明方向の切り替えによって画像に映る場合と映らない場合に明確に分かれるため、ノイズを有効に除去可能であるが、加工痕やめっき剥がれ等による微小凹凸によるノイズは、反射光の指向性が低いため、照明方向を切り替えてもノイズ成分が残りやすく、したがって欠陥とは言えない程度の微小凹凸によるノイズを欠陥検出信号として判定してしまうといった誤検出を、有効に低減できない問題がある。

本発明は、以上のような点に鑑みてなされたものであって、その技術的課題は、ワークを撮像した画像データを処理してワーク表面の欠陥を検出する欠陥検査装置において、画像データからノイズを確実に除去することにより検出精度の向上を図ることにある。

上述した技術的課題を有効に解決するための手段として、請求項１の発明に係るワーク表面欠陥検査装置は、相対的に小さい入射角度かつ相対的に高い照度でワークを照明する第一光源と、相対的に大きい入射角度かつ相対的に低い照度でワークを照明する第二光源と、前記第一光源で照明しながら前記ワークを撮像したグレースケールの第一画像データ及び前記第二光源で照明しながら前記ワークを撮像したグレースケールの第二画像データを出力する撮像装置と、前記第一及び第二画像データを、その互いに対応する座標の画素毎に、次式；
（ｐｘ１−ｐｘ２）/２＋基準輝度
ここで、
ｐｘ１：第一画像データの画素の輝度
ｐｘ２：第二画像データの画素の輝度
により論理演算を実行する演算手段を備えることを特徴とするものである。なお、「基準輝度」は、画素の輝度の範囲から選択される一定の値である。

上記構成によれば、ワークの表面に付着した油膜を原因とするノイズは、反射光の指向性が高いため、入射角度の異なる第一光源と第二光源の切り替えによって画像に映る場合と映らない場合に明確に分かれるため、これを利用して油膜を原因とするノイズを有効に除去することができる。また、相対的に小さい入射角度でワークを照明する第一光源で照明しながらワークを撮像したグレースケールの第一画像データは、撮像装置への反射光量が多いため相対的に照度が高く（明るく）、前記ワークの表面に、欠陥や、ノイズの原因となるワーク表面の微小凹凸がある場合、それらを明瞭に映し出した画像データとなる。また、相対的に大きい入射角度でワークを照明する第二光源で照明しながらワークを撮像したグレースケールの第二画像データは、撮像装置への反射光量が少ないため相対的に照度が低く（暗く）、ノイズの原因となるワーク表面の微小凹凸のみを強調して映し出した画像データとなる。このため、上記論理演算を実行することによって、第一画像データからノイズが除去されて欠陥のみが強調されると共に基準輝度の加算による所要の明るさの合成画像が得られる。

請求項２の発明に係るワーク表面欠陥検査装置は、請求項１に記載の構成において、基準輝度として画素の諧調の中央値が採用される。

すなわち上記構成において、例えば８ビットのグレースケール画像データの場合は、画素の輝度が０〜２５５（２５６諧調）であるため、その中央値１２８を基準輝度として採用し、１０ビットのグレースケール画像データの場合は、画素の輝度が０〜１０２３（１０２４諧調）であるため、その中央値５１２を基準輝度として採用する。

請求項３の発明に係るワーク表面欠陥検査装置は、請求項１又は２に記載の構成において、第一及び第二光源が、撮像装置の光軸上に互いに同心的に配置したリング照明装置からなるものである。

上記構成において、リング照明装置は、光出射部が環状に形成されているものであるため、とくに環状あるいは円形のワークの表面を全周ムラなく照明することができ、このリング照明装置の内周の開口部を通じて撮像装置によるワークの撮像を行うことができる。

本発明に係るワーク表面欠陥検査装置によれば、入射角度の異なる光源を用いることによって、ワークの表面に付着した油膜を原因とするノイズを低減できるばかりでなく、ワークの表面欠陥と対応する信号及びノイズを含む第一画像データと、ワークの表面欠陥が明瞭に現れずノイズが明瞭に現れた第二画像データを、二値化せずにグレースケールの状態で論理演算を行うことで、微小凹凸によるノイズの少ない画像が得られるため、欠陥ではない微小凹凸を欠陥として検出してしまう過剰検出を低減することができる。

本発明に係るワーク表面欠陥検査装置の好ましい実施の形態を示す概略構成説明図である。 本発明に係るワーク表面欠陥検査装置の好ましい実施の形態において、第一リング照明器の点灯による撮像工程を示す説明図である。 本発明に係るワーク表面欠陥検査装置の好ましい実施の形態において、第二リング照明器の点灯による撮像工程を示す説明図である。 本発明に係るワーク表面欠陥検査装置の好ましい実施の形態において、第一リング照明器及び第二リング照明器による作用を示す説明図である。 本発明に係るワーク表面欠陥検査装置の好ましい実施の形態による動作を示すフローチャートである。 本発明に係るワーク表面欠陥検査装置の好ましい実施の形態において、論理演算によるノイズ除去処理を示す線図である。

以下、本発明に係るワーク表面欠陥検査装置の好ましい実施の形態について、図面を参照しながら説明する。

まず図１は、本発明に係るワーク表面欠陥検査装置の好ましい実施の形態を概略的に示すもので、このワーク表面欠陥検査装置は、ワークＷを位置決め載置する検査テーブル３と、検査テーブル３に位置決めされたワークＷの上方に位置して鉛直に並んで配置された第一リング照明器１及び第二リング照明器２と、前記ワークＷの外観を鉛直上方から撮像する撮像装置４と、この撮像装置４から出力された画像データを処理する演算手段５を備える。なお、第一リング照明器１及び第二リング照明器２は、それぞれ請求項１に記載された第一光源及び第二光源に相当するものである。

図示の実施の形態においては、表面欠陥検査対象のワークＷは、例えば金属製の平ワッシャであるが、その他にも、めっき製品、合成樹脂製品、タイルやゴム製品などの表面も検査対象とすることができる。

第一リング照明器１及び第二リング照明器２には、ワークＷの表面をムラなく照射するために、例えばＬＥＤ（発光ダイオード）又はハロゲンランプや反射鏡などで構成される光出射部が環状に配置されたものであって、その中心軸線がワークＷの中心軸線と同軸となるように、すなわち鉛直となるように配置されている。

このうち、第一リング照明器１は環状に配置された光出射部からの光を小さな入射角で（鉛直に近い角度で）、ワークＷの中心軸線上で集光する方向へ斜めにワークＷの表面を照射するものであり、第二リング照明器２は、第一リング照明器１より下側（ワークＷ側）に配置され、光出射部からの光をすなわち第一リング照明器１より大きな入射角度で、ワークＷの中心軸線上で集光する方向へ斜めにかつ第一リング照明器１による照度より低い照度でワークＷの表面を照射するものである。また、第一リング照明器１及び第二リング照明器２は、その内径がワークＷより大径であって、第一リング照明器１は第二リング照明器２の内周の開口部を通じてワークＷに照明光を照射することができる。

検査テーブル３は、例えばモータにより駆動してワークＷを水平方向へ間欠的に送る送り機構を備えるものである。すなわちこの検査テーブル３は、検査対象のワークＷを撮像装置４による撮像位置へ搬送すると共に、検査を終えたワークＷを前記撮像位置から他の位置へ搬送するようになっている。

撮像装置４は、ボディ４１と、光軸Ｘが検査テーブル１上のワークＷの中心へ向けて鉛直下方を向いたレンズ４２と、ボディ４１内に設けられ、レンズ４２によって結像した光をその明暗に応じた電荷に光電変換するＣＣＤ又はＣＭＯＳ等のイメージセンサ４３と、イメージセンサ４３からの電気信号を例えば１画素の輝度が２５６諧調（０〜２５５）をもつモノクロ画像、すなわち８ｂｉｔ／画素のグレースケール画像データとして出力する画像処理部４４を備え、光軸Ｘが第一リング照明器１及び第二リング照明器２の中心軸線（ワークＷの中心軸線）と同軸となるように配置されている。

そしてこの撮像装置４は、図２に示すように、ワークＷを第一リング照明器１で照明しながら撮像した相対的に明るい第一画像データＰ１と、図３に示すように、ワークＷを第二リング照明器２で照明しながら撮像した相対的に暗い第二画像データＰ２を出力するものである。

ここで図４（Ａ）に示すように、小さな入射角αでワークＷの表面を照射した場合は、欠陥として検出すべき大きなキズａからの反射光（欠陥検出光）Ｌ１及び欠陥とは認められない微小な凹凸ｂからの反射光（ノイズ光）Ｌ２の双方が得られるのに対し、図４（Ｂ）に示すように、大きな入射角βでワークＷの表面を照射した場合は、キズａの深い部分には光が入射されないため、微小な凹凸ｂからの反射光（ノイズ光）Ｌ２のみが得られる。したがって、第一リング照明器１によって相対的に小さい入射角でワークＷの表面を照射しながら撮像された第一画像データＰ１は、欠陥検出信号及びノイズ信号の双方を含み、撮像装置４への反射光量が多いために照度が高く、明るい画像となるのに対し、第二リング照明器２によって相対的に大きい入射角でワークＷの表面を照射しながら撮像された第二画像データＰ２は、ノイズ信号のみを含み、撮像装置４への反射光量が少ないために照度が低く、暗い画像となる。

演算手段５は、例えば汎用のパーソナルコンピュータからなるものであって、モニタディスプレイ５１、キーボードなどの入力装置５２、及び不図示の記憶装置を備えている。そしてこの演算手段５は、所定の処理プログラムに従って動作し、撮像装置４からの第一画像データＰ１と、第二画像データＰ２について、その互いに対応する座標の画素毎に、次式による論理演算を実行するものである。
（ｐｘ１−ｐｘ２）/２＋基準輝度 ・・・（１）
ここで、
ｐｘ１：第一画像データＰ１の画素の輝度
ｐｘ２：第二画像データＰ２の画素の輝度

そして、この実施の形態においては、撮像装置４から出力される第一及び第二画像データＰ１，Ｐ２は８ｂｉｔ／画素、すなわち輝度が２５６諧調のグレースケールであり、式（１）の基準輝度には、中央値である１２８を適用した次式（２）とする。
（ｐｘ１−ｐｘ２）/２＋１２８ ・・・（２）

上記構成のワーク表面欠陥検査装置による欠陥検査処理動作を、図５に示すフローチャートにしたがって説明すると、まず第一リング照明器１を点灯し、この第一リング照明器１によって相対的に小さい入射角かつ高い照度で、検査テーブル３上の撮影位置に位置決め搬送されたワークＷの表面を照射しながら、このワークＷを撮像装置４で撮像し、８ｂｉｔ／画素のグレースケール画像データである第一画像データＰ１を出力する（ステップＳ１）。

この第一画像データＰ１は、図６の（Ａ）に示すように、欠陥部からの反射光（欠陥検出光）による突出的に輝度の高い信号と、欠陥ではない微小凹凸からの反射光（ノイズ光）による信号の双方を含んでおり、輝度の変化が大きく、全体として明るい（輝度が高い）画像となっている。

次に第一リング照明器１を消灯し（ステップＳ２）、第二リング照明器２を点灯して、この第二リング照明器２によって相対的に大きい入射角かつ低い照度で、検査テーブル３上のワークＷの表面を照射しながら、このワークＷを撮像装置４で撮像し、８ｂｉｔ／画素のグレースケール画像データである第二画像データＰ２を出力する（ステップＳ３）。

この第二画像データＰ２は、図６の（Ｂ）に示すように、欠陥ではない微小凹凸からの反射光（ノイズ光）によって輝度がリップル状に変化している部分のみを含むものとなっており、全体として暗い（輝度が低い）画像となっている。

次に第二リング照明器２を消灯し（ステップＳ４）、演算手段５において、撮像装置４からの第一画像データＰ１と、第二画像データＰ２について、その互いに対応する座標の画素毎に式（２）による論理演算を行う（ステップＳ５）。この論理演算では、図６の（Ｃ）に示すように、第一画像データＰ１から第二画像データＰ２におけるノイズが除去されて欠陥検出信号のみが強調されると共に基準輝度の加算による所要の明るさの合成画像データＰ３が得られる。

そしてこの画像データＰ３に所要の画像処理を実行し（ステップＳ６）、欠陥の有無を判定する（ステップＳ７）。この場合、例えばしきい値として所定の輝度や画素数を適用し、すなわち所定の輝度値よりも高い部分の画素が所定の面積（画素数）を超えて存在している部分（例えば図６の（Ｃ）に示す例では、ｈで示す部分）を欠陥と判定する。

その結果、欠陥が認められなかった場合は（ステップＳ７＝ＮＯ）、ＯＫ信号が出力され（ステップＳ８）、欠陥の存在が認められた場合は（ステップＳ７＝ＹＥＳ）、ＮＧ信号が出力される（ステップＳ９）。

したがって、上記構成のワーク表面欠陥検査装置によれば、ノイズの少ない画像によってワークの良否判定が行われるため、欠陥ではない加工痕やめっき剥がれなどの微小凹凸を欠陥として検出してしまう過剰検出を低減することができる。

１ 第一リング照明器（第一光源）
２ 第二リング照明器（第二光源）
３ 検査テーブル
４ 撮像装置
５ 演算手段
Ｗ ワーク
Ｐ１ 第一画像データ
Ｐ２ 第二画像データ
Ｐ３ 合成画像データ

Claims (3)

1. 相対的に小さい入射角度かつ相対的に高い照度でワークを照明する第一光源と、相対的に大きい入射角度かつ相対的に低い照度でワークを照明する第二光源と、前記第一光源で照明しながら前記ワークを撮像したグレースケールの第一画像データ及び前記第二光源で照明しながら前記ワークを撮像したグレースケールの第二画像データを出力する撮像装置と、前記第一及び第二画像データを、その互いに対応する座標の画素毎に、次式；
   （ｐｘ１−ｐｘ２）/２＋基準輝度
   ここで、
   ｐｘ１：第一画像データの画素の輝度
   ｐｘ２：第二画像データの画素の輝度
   により論理演算を実行する演算手段を備えることを特徴とするワーク表面欠陥検査装置。
2. 基準輝度として画素の諧調の中央値が採用されることを特徴とする請求項１に記載のワーク表面欠陥検査装置。
3. 第一及び第二光源が、撮像装置の光軸上に互いに同心的に配置したリング照明装置からなることを特徴とする請求項１又は２に記載のワーク表面欠陥検査装置。

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