JPH08190633A - 欠陥判別方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 蛍光浸透による欠陥検査において、画像処理
により重大欠陥を確実に判別できる欠陥判別方法を提供
する。 【構成】 画像処理装置において、ワーク全面について
微分処理を行い、水平方向及び垂直方向に走査し両方向
についてワーク輪郭を代表する点を求め、この点を基準
にして、輪郭領域と、この輪郭領域にかこまれる内面領
域に分割し、それぞれの輪郭領域毎に、改めて輪郭走査
して輪郭近似式を求め、該輪郭近似式を用いてワーク輪
郭を消去して欠陥画像のみを残し、該欠陥画像について
特徴量を計測し、予め求めた欠陥判定チャートに照らし
て欠陥を判別する手段を有している。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、機械部品等（以下ワー
クという。）の外観検査方法に関し、特に、蛍光浸透探
傷法による外観検査における、画像処理による欠陥判別
方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】ワークの表面に存在する欠陥を検出する
方法の一つに蛍光浸透探傷法がある。これは、ワーク表
面の欠陥部分に蛍光液を浸透させ、これに紫外光を照射
して発光させることにより、輝度レベルが異なる蛍光模
様を描き出し、この蛍光模様に基づいてワーク表面に存
在する欠陥を検査するものである。そして、このような
蛍光浸透探傷法においては、かかる蛍光模様をテレビカ
メラ等の撮像装置によって撮像することにより、ワーク
表面に存在する欠陥を画像処理により検査する方法が提
案されている。この方法の実用化のポイントは、塵や汚
れと、傷との識別を確実に行える画像処理方法を開発す
るかに係っている。

【０００３】特開平６ー１６０２９５号公報（以下公知
例と称す。）に画像処理による傷検査方法が記載されて
いる。この方法は、傷はその傷が複数個に分かれていて
も、細長い形状をして、一つの線状に並んでいるものと
して、検査対象画像の形状と方向性を判断して、傷か否
かを判断するものである。そのために、ワークの画像デ
ータをある閾値で単純に２値化処理して、図１１に示す
２値画像群１１を求め、これらの２値画像群１１を構成
する画素を各２値画像毎に分割した分割領域を作り、そ
の後に、各分割領域毎に２次モーメントを求めて分割領
域の形状と方向性を演算して傷か否かを判断するデータ
を作成している。この２次モーメントとは、分割領域を
構成する各画素が任意に座標軸方向にばらついている程
度を示すものであり、分割領域の各方向の２次モーメン
トを求め、これらの２次モーメントの中の最小２次モー
メントを短軸２次モーメントとすると、この短軸２次モ
ーメントが所定値より小さい場合には、その短軸２次モ
ーメントを有する分割領域が、その短軸２次モーメント
の軸に直角方向に、細長い形状を有することを意味す
る。従って、この短軸２次モーメントを求めて、各分割
領域がどの方向に長く伸びているかを判断し、同一方向
に伸びている２つの分割領域は、１つの傷を構成してい
る可能性があるとして、前記各分割領域から短軸２次モ
ーメントの軸方向が同じ方向の２つの領域を融合し、こ
の融合した領域がどの方向にどの程度長く伸びているか
を判断するために融合短軸２次モーメントを求め、前記
融合短軸２次モーメントが所定値より小さい前記融合領
域について、前記融合領域の面積と、前記面積と前記融
合短軸２次モーメントとから演算して得られる形状と方
向性とを示す特徴値との組み合わせで傷か否かを判断す
るのである。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところが、前記公知例
には、以下に記すような３つの問題点があった。第一の
問題点としては、ワークの輪郭近部の欠陥判別に如何に
対応するかという問題である。本公知例は、ワークの輪
郭部からかなり離れた表面部分に存在する欠陥を対象と
しており、ワークの輪郭近部の欠陥判別については全く
記載されていない。単純に２値化処理をした画像群では
ワーク輪郭と実際の傷は区別できず、特に輪郭近部の傷
が重要な場合は問題である。

【０００５】第二の問題点としては、ワーク表面には不
良とすべき重大な欠陥の他に、ワーク表面の位置に依存
して存在する実用上差し支えのない欠陥や、欠陥ではな
い汚れ等も存在し、それぞれの蛍光模様を示すため、公
知例の特徴である画像の形状と方向性だけでは傷を判別
するには不十分である。

【０００６】第三の問題点としては、照明むらによるワ
ーク表面各部の画像上の蛍光模様のばらつきによる検査
精度の低下の問題である。ワーク表面形状が平坦な場合
は均一な照明が可能であり、公知例のように単純な２値
化処理で欠陥画像の抽出が可能であるが、表面形状が湾
曲しているような場合は特に照明むらが発生し易く、単
純な２値化処理では欠陥画像の抽出が不十分である。本
発明は前記従来技術の問題点を解決すべく、その目的と
するところは、画像上の蛍光模様から照明むらを解消し
て、ワークの輪郭部分を含む全表面に存在する重大欠陥
を確実に判別できる画像処理方法を提供することにあ
る。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明では、蛍光液を浸透させたワークの表面に紫
外光を照射し、該ワーク表面の蛍光模様を撮像して画像
信号に変換し、該画像信号を画像処理装置で処理して該
ワーク表面の欠陥を判別する欠陥判別方法において、画
像信号を記憶する画像メモリ内の全領域について微分処
理を行い、処理後の微分画像から予めワーク固有に設定
したワーク輪郭線上の代表点を求め、該輪郭代表点をも
とにワーク表面を複数の検査領域に分割し、該検査領域
内で輪郭線を含むものは、輪郭画像をもとに算出設定し
たマスク画像により輪郭線消去処理し、最後に残存画像
について特徴量を計測し、前記領域毎に予め決めた欠陥
判定論理に照らして欠陥を判別することを特徴とした。

【０００８】

【実施例】以下、本発明の一実施例を図面に基づいて説
明する。本実施例では、ワークとして図９に示すような
被検面が湾曲した４辺を有する形状のフェライト磁石を
対象とした。このワークの外観検査のポイントは、重大
欠陥であるクラックと、欠陥ではあるが実用上差し支え
のない欠陥とを判別し、重大欠陥であるクラックを確実
にリジェクトすることである。図１０に重大欠陥である
クラックと実用上差し支えない欠陥（以下疑似欠陥と言
う。）の例を示した。疑似欠陥のうち、カケと未加工
は、ワークの輪郭部に存在し比較的面積が大きくて方向
性を有している。又、疑似欠陥のうち、ゴミとピット
は、ワークの位置に無関係で比較的面積が小さくて円形
度が１に近いという特徴がある。

【０００９】図１は本発明の撮像方法の概念図である。
蛍光液を浸透させたワーク１の被検面の上方に撮像装置
４及び紫外線照射装置３を設け、被検面の裏面方向に平
行光を発生する背景照明装置２を設け、各々の照明装置
により該被検面の蛍光模様とワークの輪郭を撮像するの
である。撮像された画像信号は画像処理装置（図示せ
ず。）で欠陥の判別を行うのである。以下、処理手順を
図２の手順からに基づいて説明する。

【００１０】１）手順 入力された画像信号からワーク輪郭及び欠陥部を強調す
る工程である。図３は、証明むらの解消と輪郭及び欠陥
の強調方法を説明した図である。図３（ａ）はワーク輪
郭部にクラックＡ、ワーク内面部にクラックＢが存在す
るワークを示す。図３（ｂ）は、図３（ａ）に示す１点
鎖線上の画像信号の輝度分布を示す。図３（ｃ）は、図
３（ｂ）に示した画像信号を微分処理した後の輝度分布
を示す。ワークの被検面は撮像装置に対して凹状に湾曲
しており、その結果として照明むらが発生し、図３
（ｂ）に示すようにワークの中心部から輪郭部に近ずく
につれて輝度が低下するため、全体の輝度分布としては
凸状となり、その上に輪郭とクラックの信号が乗ってい
る分布となる。この状態で２値化処理をしても、クラッ
クと輪郭を抽出するのは困難である。そこで、微分処理
を行うことにより、緩慢な変化である照明むらを取り除
き、急峻な変化であるクラックと輪郭を強調し、図３
（ｃ）に示したようなＳ／Ｎ比の高い輝度分布に変換
し、その後の処理を容易にした。ここでは微分処理はソ
ーベルオペレータを用いて行った。

【００１１】２）手順 ワークの検査領域を決める判定ウインドウ算出工程であ
る。前述の微分処理をワーク全面に対し行って得られた
微分画像から、ワークの輪郭代表点の抽出と５つの検査
領域の作成の方法について図４をもとに説明する。ま
ず、画像全範囲にわたってＸ方向に微分画像を走査し、
図４（ａ）に示すように一つの走査線上毎に急峻な変化
点ｘ１ｓとｘ１ｅ，ｘ２ｓとｘ２ｅ，ｘ３ｓとｘ３ｅ，
…を求め、ｘ１ｓとｘ１ｅの距離Ｌｘ１，ｘ２ｓとｘ２
ｅの距離Ｌｘ２，ｘ３ｓとｘ３ｅの距離Ｌｘ３，…をそ
れぞれ求める。同様に図４（ｂ）に示すように画像全範
囲にわたってＹ方向に微分画像を走査し、一つの走査線
上毎に急峻な変化点ｙ１ｓとｙ１ｅ，ｙ２ｓとｙ２ｅ，
ｙ３ｓとｙ３ｅ，…を求め、ｙ１ｓとｙ１ｅの距離Ｌｙ
１，ｙ２ｓとｙ２ｅの距離Ｌｙ２，ｙ３ｓとｙ３ｅの距
離Ｌｙ３，…をそれぞれ求める。

【００１２】次に、Ｌｘ１，Ｌｘ２，Ｌｘ３，…を比較
してＸ方向の最大距離を求め、同様にＬｙ１，Ｌｙ２，
Ｌｙ３，…を比較してＹ方向の最大距離を求める。ここ
でｘ３ｅとｙ２ｅは欠陥指示模様による急峻な変化点で
あり、距離Ｌｘ３とＬｙ２はワーク輪郭間距離より小さ
い値を示す。従って、ｘ３ｅとｙ２ｅはワーク輪郭点と
しては採用されない。最大距離となる４つの点を図４
（ｃ）に示すように各輪郭の代表点ｘｓ，ｘｅ，ｙｓ，
ｙｅとする。この４つの代表点の座標と所定のオフセッ
ト値から図４（ｄ）に示すような５つの検査領域となる
ウインドウＷ１，Ｗ２，Ｗ３，Ｗ４，Ｗ５を決定する。
なお、前記オフセット値は画素の分解能やワークの寸法
公差を基準に予め定めた値を採用する。

【００１３】３）手順 画像メモリに欠陥指示模様のみを残すためのワーク輪郭
除去工程である。図５（ａ），図５（ｂ）は先に決定し
た判定ウインドウ内でワークの輪郭線の抽出と消去を説
明する図である。図５（ａ）に示すようにウインドウＷ
４，Ｗ５内各々において、矢印方向に１ラインづつずら
しながらＸ方向に走査して急峻な変化点を求め、これを
輪郭位置データとして抽出する。その輪郭位置データよ
り最小自乗近似方式で直線近似して直線式ａｘ＋ｂｙ＋
ｃ＝０を求め、これを輪郭線とする。同様に同図（ｂ）
に示すようにウインドウＷ２，Ｗ３内各々において、矢
印方向に１ラインづつずらしながらＹ方向に走査して急
峻な変化点を求め、これを輪郭位置データとして抽出す
る。ここで、この部分はワークの表面は湾曲して撮像装
置のレンズから等距離にないため、輪郭は曲線となり、
最小自乗近似方式で二次曲線近似して、二次曲線式ｙ＝
ａｘ²＋ｂｘ＋ｃを求め、該近似式をワークの輪郭線と
みなす。

【００１４】以上のようにして求めた近似式の全長に亘
って、予め設定したオフセット値を付加したマスク画像
を作成し、前述の微分画像に該マスク画像を重ねてマス
キングし該微分画像から輪郭を消去するのである。これ
により、図５（ａ），図５（ｂ）のウインドウＷ２，Ｗ
５内ではハッチング部で示す輪郭部の欠陥指示模様を示
す画像のみが残ることになる。従って、検査全領域に対
して残った画像は欠陥及び疑似欠陥の指示模様のみとな
る。

【００１５】４）手順 欠陥指示模様の特徴量を計測するためのウインドウを算
出する工程である。図６は画像メモリ内の欠陥指示模様
の一例を示す図である。画像メモリ内をｙ方向に一ライ
ンづつずらしながらｘ軸の矢印方向に走査し、急峻変化
点を検出する。急峻変化点は欠陥指示模様の輪郭の一部
であり、該急峻変化点をなす画素に至った時点で、該画
素を中心として３×３の画素単位毎に隣接する急峻変化
点をなす画素を順次追跡すると最初の画素に辿り着き、
該欠陥指示模様の輪郭データを抽出することができる。
この走査を画像メモリ内の全域に行うことによって全て
の欠陥指示模様の輪郭データを抽出することができる。
各欠陥指示模様毎に該輪郭データを包含する四辺形の対
辺座標Ｓｎ，Ｅｎを求め、特徴量を計測するためのウイ
ンドウＷｎを算出する。

【００１６】５）手順 欠陥指示模様の特徴量を計測する工程である。前記の方
法で算出した全ての欠陥指示模様の特徴量計測ウインド
ウについて、欠陥指示模様の特徴量として面積Ｓ、重心
Ｇ、長さＬ（慣性主軸の長さ）、幅Ｗ（慣性副軸の長
さ）、傾きθ（慣性主軸の傾き）を求め、更にワーク輪
郭から、該重心Ｇまでの距離、及び該長さＬと該幅Ｗと
の比である円形度を計測する。

【００１７】６）手順 欠陥・疑似欠陥識別工程である。発明者等は、本発明の
対象アイテムであるフェライト磁石の外観検査結果の過
去の蓄積データから、図７及び図８に示すように、欠陥
と疑似欠陥の関係が、発生場所と形状的特徴について関
係があるという事実を把握し、画像処理の欠陥判定アル
ゴリズムに組み込んだ。図７は多数のワークに対して、
疑似欠陥と円形度（Ｌ／Ｗ）の関係を示したもので、円
形度が１の近辺（図中ハッチングした部分）に疑似欠陥
が分布していることを示している。即ち、円形度が１の
近辺の欠陥指示模様は疑似欠陥と判別して除外し、それ
以外のもののみさらに識別すればよいことにした。

【００１８】図８はクラックに関しては面積と傾きの関
係が相関があり、かつ領域で異なっていることを示して
いる。即ち、図８（ａ）は図４（ｄ）に示す領域Ｗ１
（ワークの内面）における場合であり、特に面積も傾き
も小さいもの以外は欠陥であると判定すべきであるとい
うことを示している。図８（ｂ）は図４（ｄ）に示す領
域Ｗ２及びＷ３（ワークの輪郭近部）の場合であり、傾
きより面積の大小で判定すべきことを示している。図８
（ｃ）は図４（ｄ）に示す領域Ｗ４及びＷ５（ワークの
輪郭近部）の場合で、傾きの大きいものはほとんど疑似
欠陥であることを示している。

【００１９】７）手順 ワークの合否判定工程である。前記までの処理をもとに
欠陥指示模様が欠陥であるか疑似欠陥であるかを判別
し、該ワークの外観検査結果を判定する。

【００２０】

【発明の効果】以上説明した技術的手段により本発明は
以下の効果を有する。効果の一つ目は、ワーク輪郭近部
の欠陥の判別が可能なことである。即ちワークの輪郭画
像を消去することにより、実際の欠陥だけを識別判定す
ることが可能となった。効果の二つ目は、重大欠陥と疑
似欠陥を高精度に識別することが可能なことである。即
ち、検査領域毎にアルゴリズムを設定し、検査領域に特
有な欠陥と疑似欠陥の識別を可能とした。効果の三つ目
は、湾曲した形状のワークのように照明むらが発生する
ワークでも対応ができ、ワークの制約をなくした。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の撮像方法を示す概念図

【図２】本発明の画像処理手順を示す図

【図３】本発明の照明むらの解消と欠陥の強調を説明す
る図

【図４】本発明のウインドウの作成方法を説明する図

【図５】本発明のワーク輪郭線の抽出方法を説明する図

【図６】本発明の特徴量を説明する図

【図７】円形度と疑似欠陥の関係を示す図

【図８】クラックに関する欠陥模様の形状と発生場所の
関係を示す図

【図９】被検材の形状の説明図

【図１０】欠陥の代表例の説明図

【図１１】従来技術の傷の２値画像を説明する図

【符号の説明】

１ フェライト磁石、 ２ 背景照明、 ３ 紫外光照
明 ４ 撮像装置、 ５ 平行光 ６ 紫外光

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 9061−5Ｈ Ｇ０６Ｆ 15/70 ３３０ Ｎ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 蛍光液を浸透させたワークの表面に紫外
   光を照射し、該ワーク表面の蛍光模様を撮像して画像信
   号に変換し、該画像信号を画像処理装置で処理して該ワ
   ーク表面の欠陥を判別する欠陥判別方法において、 画像信号を記憶する画像メモリ内の全領域について微分
   処理を行い、処理後の微分画像から予めワーク固有に設
   定したワーク輪郭線上の代表点を求め、該輪郭代表点を
   もとにワーク表面を複数の検査領域に分割し、該検査領
   域内で輪郭線を含むものは、輪郭画像をもとに算出設定
   したマスク画像により輪郭線消去処理し、最後に残存画
   像について特徴量を計測し、前記領域毎に予め決めた欠
   陥判定論理に照らして欠陥を判別することを特徴とする
   欠陥判別方法。