JP6126450B2 - 検査装置 - Google Patents

Description

本発明は、検査対象の外観を撮影して取得した画像を画像処理して成型不良を検査するときに、良品であるのにもかかわらず不良品と判定してしまうことを防止可能な検査装置に関する。

製品に成型された文字等の検査対象の良品データをモデルパターンとして記憶しておき、製品に成型された文字等の検査対象を撮像して得た画像パターンとモデルパターンとの一致度を算出して、検査対象の良否を判定する検査装置が知られている（特許文献１）。
しかしながら、検査において、良品であるにも拘らず、検査対象の画像パターンとモデルパターンとの一致度が悪くなる製品があり、このような製品の検査においては良品であるのにもかかわらず不良品と判定されてしまう場合がある。例えば、タイヤの側面に凹凸に成型された検査対象の文字列の成型状態の良否を検査する場合、検査前のタイヤは所定場所に仮置きされるため、ゴムのダレやベルト重なり等の影響によってタイヤの側面が形状変形する場合がある。このように形状変形を起こしたタイヤの側面に成型された文字列の画像パターンに対するモデルパターンの一致度が悪くなってしまうので、側面に文字列が正しく成型されている良品であるにもかかわらず側面に文字列が正しく成型されていない不良品であると判定されてしまう可能性がある。

特開２００６−２７５９５２号公報

そこで本発明は、検査対象を撮影して取得した画像を画像処理して成型不良を検査するときに、良品であるのにもかかわらず不良品と判定されてしまうことを防止可能な検査装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するための検査装置の構成として、検査対象の外観を撮影した画像上にモデルパターンをパターンマッチングして一致度が最も高い位置にモデルパターンを位置決めするモデルパターン位置決め手段と、モデルパターンを互いに重複領域を有するように複数の部分要素に分割するモデルパターン部分要素分割手段と、モデルパターン部分要素分割手段により分割された各部分要素を、画像上においてモデルパターンが位置決めされたときの位置を基準として、この位置の周囲を決められた範囲内でパターンマッチングして、一致度が最も高い位置にそれぞれ位置決めしてモデルパターンに対応する形状を上記画像から認識する形状認識手段と、を備え、モデルパターン部分要素分割手段は、モデルパターンの分割を複数回実行し、各回で分割された部分要素の分割境界の位置が位置ずれするように各回毎の分割数を変更することにより、検査対象が良品であるにもかかわらず変形した状態で画像に撮影されていても、モデルパターンを分割した部分要素を画像に対して正確にパターンマッチングさせることができる。したがって、モデルパターンが画像にマッチングしないために、検査対象が良品であるのにもかかわらず不良品と判定されてしまうことを防止できる。また、異なる大きさで分割された部分要素のいずれかを画像にマッチングさせる確率を向上させることができる。
また、上記課題を解決するための検査装置の他の構成として、形状認識手段は、部分要素を拡大縮小変形、回転変形、せん断変形を含む所定の形状に変形させる部分要素変形手段を備え、部分要素の変形を繰り返しながら画像にパターンマッチングを実行して、一致度が最も高い形状まで変形を繰り返すことにより、検査対象に対してより精度良く部分要素をマッチングさせることができる。

検査装置のブロック構成を示す概略構成図である。 画像パターンとモデルパターンとの関係及びモデルパターンの分割を示す図である。 画像パターンに部分要素をマッチングさせたときの図である。 モデルパターンの分割の他の形態を示す図である。

実施形態１
図１は、本発明の一実施形態を実行するためのタイヤ２の検査装置１の概略構成図である。図１に示すように、実施形態１に係る検査装置１は、例えば、製造後検査前に所定場所に仮置きされ、側面３の形状が変形している可能性のあるタイヤ２の側面３に凹凸状に成型された検査対象としての文字列４を構成する各文字の成型の良否を検査する装置であって、インフレートされていない状態のタイヤ２の側面３の文字列４の画像を取得する検査対象画像取得装置５とパターンマッチング装置６とを備える。

検査対象画像取得装置５は、例えば、光切断法により文字列４全体の画像を取得する装置により構成され、文字列４にレーザー光を照射するレーザー装置７と、レーザー光が照射された文字列４を撮像するカメラ８とを備え、タイヤ２の側面３に成型された文字列４を含むタイヤ２の側面３の画像を取得する。

パターンマッチング装置６は、画像パターン生成手段１１と、文字列４のモデルパターンＭを記憶するモデルパターン記憶部１２と、マッチング手段１３とを備える。

画像パターン生成手段１１は、検査対象画像取得装置５により取得された画像から文字列４の形状データを求めるとともに、文字列４の各文字の形状認識に必要な形状データの特徴点等から画像パターンＲを生成する。

マッチング手段１３は、図２（ａ）に示すように、画像上の実線で示す画像パターンＲ上に、点線で示すモデルパターンＭをパターンマッチングして一致度が最も高い位置にモデルパターンＭを位置決めするモデルパターン位置決め手段１５と、図２（ｂ）に示すように、モデルパターンＭを互いに重複領域Ｄを有するように複数の部分要素Ｍ１乃至Ｍ４に分割するモデルパターン部分要素分割手段１６と、モデルパターン部分要素分割手段１６により分割された各部分要素Ｍ１乃至Ｍ４を、画像上においてモデルパターンＭが位置決めされたときの位置を基準として、この位置の周囲を決められた範囲内でパターンマッチングして、一致度が最も高い位置にそれぞれ位置決めしてモデルパターンＭに対応する形状を上記画像から認識する形状認識手段１７を備える。
上記各手段１１，１３及び１５乃至１７は、コンピュータと当該コンピュータに後述する各手段１１，１３及び１５乃至１７の処理手順を実行させるためのプログラムとにより実現される。

モデルパターン位置決め手段１５は、検査対象画像取得装置５により取得した画像上において文字列４全体のモデルパターンＭを画素単位で移動させてパターンマッチングを実行し、モデルパターンＭが重ねられている画像における画像パターンＲとの一致度を算出し、モデルパターンＭと画像パターンＲとの一致度が最も高い位置にモデルパターンＭを位置決めする。
このモデルパターンＭは、例えば、モデルパターンＭの重心を基準位置として画像上に位置決めされる。すなわち、画像からモデルパターンＭと一致度が高い画像パターンＲを探索し、画像上にモデルパターンＭを配置する。

モデルパターン部分要素分割手段１６は、図２（ａ），（ｂ）に示すように、モデルパターンＭを互いに重複領域Ｄを有するように複数の均一な大きさの部分要素Ｍ１乃至Ｍ４に分割する。重複領域Ｄは、例えば、隣接する部分要素Ｍ１乃至Ｍ４同士に所定画素分の重なりが生じるように設定される。このように、分割した部分要素Ｍ１乃至Ｍ４同士に重複領域Ｄを設けておくことで、部分要素Ｍ１乃至Ｍ４を画像パターンＲにマッチングさせたときに、部分要素Ｍ１乃至Ｍ４同士間に隙間が生じることを防止できる。つまり、部分要素Ｍ１乃至Ｍ４同士間に隙間が生じてしまうと不良として検出されることになってしまうが、重複領域Ｄを設定することでこれを防止できる。

形状認識手段１７は、部分要素変形手段１８と、部分要素位置決め手段１９とを備える。
部分要素変形手段１８は、上記部分要素Ｍ１乃至Ｍ４に対して所定の変形を実行する。具体的には、図３（ａ）に示すように、各部分要素Ｍ１乃至Ｍ４を所定の割合で拡大縮小変形、回転変形、せん断変形、さらにこれらの変形を組み合わせた変形を実行する。
部分要素位置決め手段１９は、図３（ｂ）に示すように、上記部分要素変形手段１８により各部分要素Ｍ１乃至Ｍ４を変形させながら画像パターンＲに対してパターンマッチングを実行する。このパターンマッチングにおいては、一致度が最も高い形状が得られるまで、部分要素変形手段１８により各部分要素Ｍ１乃至Ｍ４に対する上記すべての変形を繰り返しながら、モデルパターンＭが画像パターンＲに対して位置決めされたときの各部分要素Ｍ１乃至Ｍ４の位置を基準として、所定範囲内を画素単位で位置を変化させて一致度が計算される。続いて、形状認識手段１７は、各部分要素Ｍ１乃至Ｍ４をさらに画像パターンＲに対してパターンマッチングを実行して、画像パターンＲに各部分要素Ｍ１乃至Ｍ４をそれぞれ位置決めすることで、画像パターンＲがモデルパターンＭに対応する形状であるか否かを認識する。このように、部分要素Ｍ１乃至Ｍ４を変形させながら画像パターンＲに対してパターンマッチングを実行することで、より精度良く部分要素Ｍ１乃至Ｍ４を画像パターンＲに対してマッチングさせることができる。

マッチング手段１３の動作を説明する。
モデルパターン位置決め手段１５が、画像からモデルパターンＭとの一致度が最も高い画像パターンＲの位置にモデルパターンＭを画像上に位置決めする。
次に、モデルパターン部分要素分割手段１６により分割されたモデルパターンＭの部分要素Ｍ１乃至Ｍ４を部分要素変形手段１８により各部分要素Ｍ１乃至Ｍ４を個別に拡大縮小、せん断変形、回転などの形状変形及びこれらを組み合わせながら、上記モデルパターンＭが位置決めされた位置を基準にして所定の探索範囲でパターンマッチングする。そして、画像パターンＲに最も一致度が高いときの部分要素Ｍ１乃至Ｍ４の形状で画像パターンＲ上に部分要素Ｍ１乃至Ｍ４を配置して、モデルパターンＭと対応する文字の一部分であると認識する。

例えば、図２（ａ）に示すように、モデルパターン位置決め手段１５によって画像上に位置決めされた点線で示すモデルパターンＭの文字列４の「Ａ」の文字が実線で示す画像パターンＲの「Ａ」に位置決めされたとする。
この場合、部分要素位置決め手段１９が、モデルパターンＭの文字列４の「Ａ」を当該「Ａ」の重心位置から探索範囲内を画素単位で移動させる毎に部分要素位置決め手段１９で文字「Ａ」を部分的に構成する部分要素Ｍ１の一致度を計算し、さらに、部分要素変形手段１８により部分要素Ｍ１を変形させながら、このモデルパターンＭの「Ａ」の部分要素Ｍ１と、当該モデルパターンＭの部分要素Ｍ１が重ねられている画像位置の画像パターンＲとの一致度を算出し、モデルパターンＭの部分要素Ｍ１と一致度が最も高い画像位置及び形状の画像パターンＲをモデルパターンＭの部分要素Ｍ１と対応する文字要素であると認識する。これを部分要素Ｍ２乃至Ｍ４についても同様に実行することで、モデルパターンＭに対応する画像パターンＲ（文字）として認識する。

以上により、タイヤ２の側面３が形状変形している場合であっても、モデルパターン部分要素分割手段１６により分割された部分要素Ｍ１乃至Ｍ４と画像パターンＲとの位置合わせ精度を向上させて一致度を高くすることにより、画像パターンＲに対してモデルパターンＭを正確にマッチングさせることが可能となり、側面３に文字列４が正しく成型されていて使用時において良品となるのにもかかわらず、モデルパターンＭが画像パターンＲにマッチングしないことで、側面３に文字列４が正しく成型されていない不良品であると判定されてしまう誤マッチングを防止できる。

実施形態２
上記実施形態１では、モデルパターン部分要素分割手段１６により、図２（ａ）に示すように、モデルパターンＭを２×２の部分要素に分割するものとして説明したが、上記分割数に加え、図４に示すように、２×２で分割したときの分割境界と重ならないように、さらに３×３の部分要素Ｎ１乃至Ｎ９に分割したものを画像パターンＲに対してパターンマッチングさせるようにしても良い。すなわち、本実施形態２におけるモデルパターン部分要素分割手段１６は、モデルパターンＭを異なる大きさの部分要素Ｍ１乃至Ｍ４、及びＮ１乃至Ｎ９に分割し、異なる大きさでモデルパターンＭを分割する毎に形状認識手段１７によりモデルパターンＭに対応する形状を認識させる。この場合、２×２の大きさで認識された形状と、３×３で認識された形状とを重畳させて、この重畳した部分をモデルパターンＭに対応する形状として形状認識手段１７に認識させれば良い。このように、異なる大きさの部分要素を組み合わせて形状を認識させることで、画像パターンＲに対してモデルパターンＭをより正確に対応させることができるので、良品となるのにもかかわらず側面３に文字列４が正しく成型されていない不良品であると判定されてしまう誤マッチングをより効果的に防止できる。
つまり、モデルパターン部分要素分割手段１６は、モデルパターンＭの分割を複数回実行し、各回で分割された部分要素Ｍ１乃至Ｍ４、及び部分要素Ｎ１乃至Ｎ９のそれぞれの分割境界の位置が位置ずれするように、各回毎に分割数を変更する。

このように、異なる大きさの部分要素Ｍ１乃至Ｍ４、及び部分要素Ｎ１乃至Ｎ９を用いてモデルパターンＭを分割する場合には、分割したときの分割境界が重ならないように、各回で分割された部分要素の分割境界の位置を位置ずれさせることが肝要である。分割境界の位置を位置ずれさせることにより、モデルパターンＭの分割された境界に他の大きさで分割された部分要素が補われるため、部分要素位置決め手段１９により部分要素を画像パターンＲに配置したときに、他の大きさで分割された部分要素が位置することになって、必ず画像パターンＲ全体に部分要素を配置させることができる。つまり、モデルパターンＭを画像パターンＲに対応させることが可能となるので、モデルパターンＭが配置されない欠落部分が生じたり、画像パターンＲにマッチングしないなどの理由により、良品であるにもかかわらず側面３に文字列４が正しく成型されていない不良品であると判定されてしまう誤マッチングをより精度良く防止できる。

実施形態２のように異なる大きさで分割されたモデルパターンＭを画像パターンＲにマッチングさせた場合、大きさの異なる部分要素同士が重畳する部分のみ、例えば、２画素以上重なる部分のみを画像パターンＲとすることで、この画像パターンＲから文字列４が正しく成型されていない不良品か正しく成型された良品かを判定することでより精度の良い検査を実行できる。

なお、上記実施形態１及び実施形態２で示したモデルパターンＭの分割数は、一例であって、適宜変更しても良い。
上記では、タイヤ２の側面３に形成された立体文字列４の検査を例にしたが、本発明の検査対象は、製品表面に形成された模様のようなものであってもよい。

１ 検査装置、５ 検査対象画像取得装置、６ パターンマッチング装置、
１１ 画像パターン生成手段、１２ モデルパターン記憶部、１３ マッチング手段、
１５ モデルパターン位置決め手段、１６ モデルパターン部分要素分割手段、
１７ 形状認識手段、１８ 部分要素変形手段、１９ 部分要素位置決め手段。

Claims (2)

1. 検査対象の外観を撮影して取得した画像に対して当該検査対象の良品データであるモデルパターンをマッチングさせて検査対象の良否を判定する検査装置において、
   前記画像上に前記モデルパターンをパターンマッチングして一致度が最も高い位置にモデルパターンを位置決めするモデルパターン位置決め手段と、
   互いに重複領域を有するように前記モデルパターンを複数の部分要素に分割するモデルパターン部分要素分割手段と、
   前記モデルパターン部分要素分割手段により分割された前記各部分要素を、前記画像上において当該モデルパターンが位置決めされたときの位置を基準として、この位置の周囲を決められた範囲内でパターンマッチングして、一致度が最も高い位置にそれぞれ位置決めしてモデルパターンに対応する形状を上記画像から認識する形状認識手段と、を備え、
   前記モデルパターン部分要素分割手段は、前記モデルパターンの分割を複数回実行し、各回で分割された部分要素の分割境界の位置が位置ずれするように、各回毎に分割数を変更することを特徴とする検査装置。
2. 前記形状認識手段は、前記部分要素に対して拡大縮小変形、回転変形、せん断変形を含む所定の変形を実行させる部分要素変形手段を備え、
   部分要素の変形を繰り返しながら前記画像にパターンマッチングを実行して、一致度が最も高い形状まで変形を繰り返すことを特徴とする請求項１記載の検査装置。

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