JPH08285559A

JPH08285559A - 表面欠陥検査装置

Info

Publication number: JPH08285559A
Application number: JP9049795A
Authority: JP
Inventors: Masanori Imanishi; 正則今西; Sachiyo Katabami; 祥代方波見; Kazunori Noso; 千典農宗
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 1995-04-17
Filing date: 1995-04-17
Publication date: 1996-11-01
Anticipated expiration: 2016-07-11
Also published as: JP3185599B2

Abstract

(57)【要約】【目的】誤検出や検出漏れのおそれがなく、かつ被検査
面が曲面の場合でも正確に欠陥検出を行なえる表面欠陥
検査装置を提供する。【構成】撮像手段１０２の受光画像におけるストライプ
模様の間隔が被検査面１００の曲率によらずほぼ均一に
なるように設定された不等間隔のストライプ模様を被検
査面上に映し出す照明手段１０１と、被検査面を撮像し
て得られる受光画像を画像データに変換する撮像手段１
０２と、上記受光画像が被検査面上を所定方向に所定速
度で順次移動するように駆動する駆動手段１０３と、撮
像手段で得られる時間的に異なる複数の画像、すなわち
動画像から画像中の移動物体の移動量を検出し、所定条
件の移動物体を欠陥と判断する演算手段１０４とを備
え、動画像を画像処理して移動物体を検出することで欠
陥を検出し、かつ被検査面が曲面の場合でも受光画像上
で一定の明暗パターンが得られる照明装置を設けた。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、被検査物体の表面欠
陥、例えば自動車ボディの塗装面の凹凸等のような表面
欠陥を検査する装置に関する。

【０００２】

【従来技術】従来の表面欠陥検査装置としては、例えば
特開平２−７３１３９号公報や特開平５−４５１４２〜
４５１４４号公報などに示されたものがある。これら
は、被検査面に所定の明暗縞（ストライプ）模様を映し
出し、被検査面上に凹凸等の欠陥があった場合、それに
よる明度（輝度）差や明度（輝度）変化をもった受光画
像を微分することにより、被検査面の表面の欠陥を検出
するという方法を用いたものである。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記のごとき
従来の表面欠陥検査装置は、受光画像を１画面づつ独立
した静止画像として処理することによって欠陥を検出す
るものであった。そのため、受光画像中にノイズが発生
した場合には、それを欠陥と誤検出することがあり、ま
た、被検査物体が移動するような場合には、受光画像の
取り込みタイミングの影響等の原因によって欠陥が受光
画像に映らず、欠陥の検出漏れが発生するおそれがあ
る、という問題があった。

【０００４】本発明は上記のごとき従来技術の問題を解
決するためになされたものであり、誤検出や検出漏れの
おそれがなく、かつ被検査面が曲面の場合においても正
確に欠陥検出を行なうことの出来る表面欠陥検査装置を
提供することを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、本発明においては特許請求の範囲に記載するように
構成している。図１は、本発明のクレーム対応図であ
る。図１において、１００は被検査面であり、例えば塗
装面である。また、１０１は被検査面上に所定の明暗パ
ターン（明暗のストライプ模様）を映し出す照明手段で
あり、例えば後記図９に示す照明装置である（詳細後
述）。また、１０２は被検査面を撮像し、上記明暗パタ
ーンの受光画像を電気信号の画像データに変換する撮像
手段であり、例えばＣＣＤカメラ等のビデオカメラであ
る。また、１０３は、上記撮像手段１０２で得られる受
光画像が上記被検査面上を所定方向に所定速度で順次移
動するように駆動する駆動手段である。この駆動手段１
０３は、照明手段１０１と撮像手段１０２とを固定した
状態で、被測定物体（被検査面１００）のみを移動させ
る装置、例えば被測定物体を乗せて移動させるベルトコ
ンベア等の検査ラインでもよいし、或いは被測定物体
（被検査面１００）を固定し、照明手段１０１と撮像手
段１０２の方を移動させるものでもよい。一般的には被
測定物体を移動させる方が構造上容易であるが、被測定
物体が大型の装置で移動させにくい場合には、照明手段
１０１と撮像手段１０２を一組にして移動させるように
構成してもよい。なお、上記の所定方向とは、例えばｘ
ｙ直交座標におけるｘ方向などの一方向のみに限らず、
ｘとｙの両方向に移動し、広い被検査面全体を順次走査
するようなものでもよい。また、上記の所定速度とは、
通常は或る一定の速度の方が後続の信号処理が容易であ
るが、変化する速度であっても、その変化速度が既知あ
るいは測定できるものであれば適用可能である。また、
１０４は、撮像手段１０２で得た受光画像から被検査面
上の欠陥を検出する演算手段である。この演算手段１０
４は、例えばコンピュータで構成される。この演算手段
１０４で検出した欠陥は、図示しない表示手段（例えば
図２のモニタ７等）に表示したり、或いは後続の制御装
置（例えば塗装制御装置）に入力して用いる。

【０００６】

【作用】上記のように、本発明においては、照明手段１
０１によって被検査面１００に所定の明暗のストライプ
模様を映し出し、それを撮像手段１０２で撮像して上記
明暗のストライプ模様を電気信号の画像データに変換す
る。そして駆動手段１０３によって、撮像手段１０２で
得られる受光画像が被検査面上を所定方向に所定速度で
順次移動するように駆動する。そして演算手段１０４で
は、撮像手段１０２で得られる時間的に異なる複数の画
像、すなわち動画像を画像処理して欠陥を検出する。例
えば、請求項５に記載のように、動画像から画像中の移
動物体の少なくとも移動量を検出し、駆動手段１０３に
おける移動速度に対応した理論移動量と画像中の移動物
体の移動量とが所定の誤差範囲内で一致する移動物体を
欠陥であると判断する。

【０００７】上記の理論移動量とは、被検査面が駆動手
段の移動速度で移動している場合に、或る時点の受光画
像と次の受光画像との間に移動する量であり、欠陥が存
在すれば、受光画像上で理論移動量だけ移動するものと
考えられる。その際、明暗のストライプ模様の画像は、
常に同じ場所にあって移動しない。したがって理論移動
量とほぼ同じ移動量の移動物体を検出すれば欠陥を検出
することが出来る。このように、動画像を画像処理して
移動物体を検出することによって欠陥を検出するように
構成したことにより、ノイズによる誤検出や欠陥の位
置、移動によって欠陥の検出漏れが発生するおそれがな
くなる。しかし、後記実施例の欄で詳細に説明するよう
に、被検査面１００が平坦ではなく、曲面になっている
部分が存在する場合には、撮像手段１０２の受光画像が
曲面の部分で歪んでしまうので、その部分の明暗のスト
ライプ模様が移動し、その部分を欠陥である、と誤判断
するおそれがある。

【０００８】上記のような問題を解決するため、請求項
１に記載の発明においては、被検査面に応じた不等間隔
のストライプ模様を用いることにより、撮像手段１０２
で得られる受光画像における明暗のストライプ模様が被
検査面の曲率によらずほぼ均一になるようにしたもので
ある。具体的には、例えば請求項２に記載のように、照
明手段１０１は、明と暗とのストライプ模様の光を被検
査面に向かって放射するものであり、かつ、上記ストラ
イプ模様の間隔が、上記撮像手段１０２の設置位置から
最も遠い部分が最も大きく、中間部分が最も小さく、最
も近い部分が両者の中間の大きさになるように設定さ
れ、撮像手段１０２で得られる受光画像におけるストラ
イプ模様の間隔が被検査面の曲率によらずほぼ均一にな
るように設定したものである。この構成は、例えば後記
図９の実施例に相当する。また、請求項３においては、
被検査面の曲率を検出し、その曲率に応じてストライプ
模様の間隔を不等間隔に変化させ、撮像手段１０２で得
られる受光画像におけるストライプ模様の間隔が被検査
面の曲率によらずほぼ均一になるように設定するもので
ある。この構成は、例えば後記図１２または図１３の実
施例に相当する。また、請求項４に記載の発明において
は、被検査面の曲率を検出し、その曲率に応じて被検査
面に対する照明の角度を変化させ、撮像手段１０２で得
られる受光画像におけるストライプ模様の間隔が被検査
面の曲率によらずほぼ均一になるように設定するもので
ある。この構成は、例えば後記図１１の実施例に相当す
る。

【０００９】

【実施例】以下、この発明を図面に基づいて説明する。
図２は、この発明の一実施例を示す図である。図２にお
いて、１は照明装置であり、被検査面３に明暗のストラ
イプ模様の光を照射するように配置されている。２はビ
デオカメラ（例えばＣＣＤカメラ等）であり、明暗のス
トライプ模様が映し出された被検査面３を撮像するよう
配置されている。また、４はカメラコントロールユニッ
トであり、ここではビデオカメラ２で撮像された受光画
像の画像信号が生成され、画像処理装置５へ出力され
る。また、６はホストコンピュータであり、画像処理装
置５の制御や処理結果を外部に表示させたり、出力させ
る機能を有する。また、７はモニタであり、ビデオカメ
ラ２で撮像した画面等を表示する。なお、詳細を後述す
るように、被検査面３は、図示しない移動装置（例えば
後記図２２の検査ライン１５）によって所定方向へ所定
速度で移動するようになっている。

【００１０】次に、図３は上記画像処理装置５の構成を
示すブロック図である。図３において、カメラコントロ
ールユニット４からの画像信号は、バッファアンプ８を
介しＡ／Ｄ変換器９でディジタル値に変換される。ま
た、ＭＰＵ（マイクロプロセッサ）１０は、画像データ
に対して所定の演算、処理等を行なう。１１は画像デー
タや処理結果を記憶するメモリであり、処理結果等はＤ
／Ａ変換器１２を介してモニタ７に出力して表示するこ
とができる。

【００１１】次に、図４は、照明装置１の詳細を示す分
解斜視図である。本実施例においては、明暗のストライ
プパターンの照明を用いるものとして説明する。なお、
図４に示す構成は、被検査面が平面であることを予定し
た場合の基本的な構造を示すものである。図４におい
て、１ａは光源であり、その光は拡散板１ｂで拡散さ
れ、ストライプ板１ｃを通して被検査面に照射される。
拡散板１ｂは、例えばすりガラスのようなものであり、
被検査面３に光を均一に照射する。ストライプ板１ｃ
は、透明もしくは拡散板のようなものに黒色のストライ
プを所定の間隔で施したものである。なお、後記図９等
に示すように、被検査面３が曲面を含む場合には、スト
ライプを不等間隔にする場合がある。

【００１２】また、図５は、拡散板１ｂを使用しない場
合の照明装置の一例を示す斜視図である。図５におい
て、光源１ａが一般の蛍光灯のような、予め拡散された
光を発生する光源であれば、背景１ｄを黒色にすること
により、上記と同様なストライプ光が得られる。したが
って、このように照明装置を構成することにより、被検
査面３に明暗（白黒）のストライプ模様を映し出すこと
ができる。

【００１３】次に、上記のごときストライプ照明を用い
て、被検査物の表面上の欠陥を受光画像に映し出す原理
について、図６、図７を用いて説明する。図６におい
て、被検査面３上に凸状の欠陥１３があるものとする。
点Ｐ１は、欠陥のない正常な面上の任意の点であり、点
Ｐ２は、欠陥１３上の任意の点である。欠陥１３が図の
ように凸状の場合、欠陥１３上の任意の点のそれぞれに
おいて、その点の接線と正常な被検査面とのなす角度を
もっており、点Ｐ２におけるこの角度を傾斜角θとす
る。この場合、欠陥１３および点Ｐ１の近傍は、ストラ
イプ照明の明ストライプ内（光が照射されている部分）
にあるものとする。ビデオカメラ２と被検査面３とのな
す角を入射角θｉとした場合に、正常な平面である点Ｐ
１では光は正反射（θｉ）し、その方向にはストライプ
照明の明部分があるので、点Ｐ１はビデオカメラ２で明
（白）部分として映し出される。しかし、欠陥１３上の
点Ｐ２においては、傾斜角θによってビデオカメラ２か
らの入射は正反射せず乱反射し、その方向には黒ストラ
イプがあるため、点Ｐ２はビデオカメラ２で黒く映し出
される。このときの乱反射角をθhとすると、欠陥点Ｐ
２での傾斜角θ、ビデオカメラ２のある方向の角度（入
射角）はθiであるから、 θh＝θi＋２θ …（数１）となる（図７参照）。すなわち、角度θhの方向に、ス
トライプの明（白）部分があれば白、ストライプの黒部
分があれば黒（暗）く映し出されるわけである。また、
上記のように正常な平面では正反射するので、 θh＝θi …（数２）と表せる。よって（数１）、（数２）式より、欠陥によ
る乱反射は、正反射方向θiを基準にすると２θと表す
ことができる。

【００１４】なお、上記の説明ではビデオカメラ２を始
点として説明したが、照明装置１を始点としてもまった
く同じである。また、図７は、欠陥の右側の斜面に点Ｐ
２がある場合についての例であるが、Ｐ２が左斜面にあ
る場合でも考え方は同じであるので、説明は省略する。
また、これまでの説明とは逆に、上記原理を用い被検査
面に黒く映したストライプ内に、欠陥を白く映し出すこ
とも可能ではあるが、照明装置１の光が拡散光であるた
め、欠陥が明るくかつ大きく映らない（白色ではなく暗
い灰色に映り、明るく映る部分の面積も小さい）ので、
本実施例では用いていない。

【００１５】上記の説明では、欠陥の部分に限定して受
光画像中に欠陥が映し出される理由を説明したが、以
下、ビデオカメラ２の視野内に入る受光画像全体につい
て説明する。図８（ａ）に示すように、被検査面３が平
面の場合には、照明装置１からピッチｐ₀の等間隔のス
トライプ光を照射すれば、ビデオカメラ２の受光画像と
しては常に図８（ｃ）に示すような等間隔の画像が得ら
れる。この場合には、被検査面３が移動しても受光画像
におけるストライプの位置は変化しない。しかし、図８
（ｂ）に示すように、被検査面３が曲面の場合には、照
明装置１から等ピッチのストライプ光を照射すると、被
検査面３の曲率Ｒによって反射角が変わるため、受光画
像は図８（ｄ）に示すような画像となり、ストライプの
間隔が変化してしまう。そのため、被検査面３の移動に
伴ってビデオカメラ２の視野内に入る被検査面の部分が
平面部分から曲面部分へ、或いはその反対に移動した場
合には、受光画像におけるストライプの位置が変化する
ことになる。そして、詳細を後述するように、本発明に
おいては、動画像から画像中の移動物体を検出し、所定
の条件（例えば移動量が駆動手段の移動速度に対応した
理論移動量にほぼ等しい）を満たす移動物体を欠陥であ
る、と判断するようになっているので、上記のようにス
トライプの位置が変化すると、その部分を欠陥であると
誤判断するおそれがある。上記のごとき問題を解決する
方法としては、図８（ｂ）に示すように、照明装置１に
おけるストライプのピッチをビデオカメラ２の設置方向
に向かって順次狭くなるように設定することが考えられ
る。図８（ｂ）において、ｐ₃＞ｐ₂＞ｐ₁であり、ビデ
オカメラ２の設置方向に向かってピッチｐが順次狭くな
っている。このようにすれば、図示のような左下がりの
場合に、ビデオカメラ２の視野内に入る部分は受光画像
におけるストライプをほぼ等間隔にすることが出来る。

【００１６】図９は、右下がりも含む全ての曲面に対応
した場合の例を示す図である。図９に示すように、被検
査面３の平面部分がビデオカメラ２の視野内に入るの
は、照明装置１の中央部分からの光Ｂが入射した場合で
ある。この場合には、前記のように照射したストライプ
模様と同じ等間隔の受光画像が得られる。次に、照明装
置１の右端部分からの光Ａが入射する場合は、入射角と
反射角の関係から、図の右下がりの曲面部分がビデオカ
メラ２の視野内に入ることになる。この場合には、等間
隔のストライプ模様を照射すると受光画像のストライプ
間隔はやや狭くなる。次に、左下がりの曲面部分がビデ
オカメラ２の視野内に入るのは、照明装置１の左端部分
からの光Ｃが入射した場合である。この場合には、被検
査面に対する入射角、反射角が最も大きくなるので、受
光画像におけるストライプ模様の間隔がさらに狭くな
る。

【００１７】上記のように、照明装置１のストライプ間
隔を等間隔にした場合には、受光画像におけるストライ
プ間隔は左下がり曲面が最も狭く、ついで右下がり曲
面、平面の順になる。したがって、図９に示すように、
照明装置１におけるストライプ間隔を上記の逆になるよ
うに不等間隔にする、すなわち、ビデオカメラ２の設置
位置から最も遠い部分を最も大きくし、中間の平面に対
応する部分を最も小さくし、最も近い部分を両者の中間
の大きさにするように設定しておけば、受光画像におけ
るストライプ模様の間隔が被検査面の曲率によらずほぼ
均一になるようにすることが出来る。具体的には、例え
ば、前記図４のストライプ板１ｃのストライプ間隔をビ
デオカメラ２の設置位置から遠い順に大、小、中となる
ように設定すればよい。なお、平面に対応する部分にあ
る複数のストライプは全て等間隔でよいが、遠い部分
（図９では左下がり曲面に対応する部分）では遠くなる
従って間隔を順次大きくし、近い部分（図９では右下が
り曲面に対応する部分）では近くなるに従って間隔を順
次大きくする。また、実際のストライプ間隔を設定する
には、照明装置１、被検査面３およびビデオカメラ２の
相互位置および予想される被検査面の曲率等に応じて実
験または作図上でストライプ間隔を設定する。上記のよ
うに構成すれば、平面と曲面からなる被検査面であって
も正確に欠陥検出を行なうことが出来る。

【００１８】次に、図１０および図１１は、照明装置１
の他の実施例図であり、図１０は全体の構成図、図１１
は被検査面の曲率を測定する部分の構成を示す図であ
る。

【００１９】この実施例は、被検査面３の曲率を測定
し、それに応じて被検査面３に対する照明装置１の角度
を変化させることにより、ビデオカメラ２の受光画像に
おけるストライプ間隔をほぼ等しくするように構成した
ものである。図１０および図１１において、１７と１８
は距離センサ（例えば超音波やレーザー光を用いた非接
触型の距離センサ）であり、所定位置から被検査面まで
の距離ｈ₁、ｈ₂を計測する。距離センサ用回路１９は、
上記の距離ｈ₁、ｈ₂（両者の差Δｈ＝ｈ₁−ｈ₂）と両距
離センサ１７と１８の間隔Ｌから被検査面３の曲率Ｒを
演算する。すなわち、被検査面が平面の場合にはΔｈ＝
０であるが、曲率Ｒが大きくなるに従ってΔｈも大きく
なる。したがってこの値と間隔Ｌとによって曲率Ｒを推
定することが出来る。また、照明制御装置２０は、上記
の求めた曲率Ｒに応じて被検査面３と照明装置１との角
度を変更し、ビデオカメラ２の受光画像におけるストラ
イプ幅が最も均等になるように制御する。

【００２０】次に、図１２は、照明装置１の第３の実施
例図であり、照明装置本体の概略上面図を示す。図１２
において、２１と２１’は二重の遮蔽板であり、図４の
拡散板１ｂの前に設置されている。この二重の遮蔽板
は、少なくとも一方が図の矢印方向へ任意に移動可能
（遮蔽板の各遮蔽部分毎に任意の幅だけ移動可能）に構
成されている。そして前記図１１のごとき曲率測定手段
で計測した曲率に応じて、図示しない駆動手段によって
遮蔽板２１または２１’を移動させ、例えば前記図９の
ような不等間隔のストライプを形成するように制御す
る。なお、この場合には、被検査面の曲率に応じてスト
ライプ間隔を変化させるので、曲面によく対応させるこ
とが出来る。

【００２１】次に、図１３は、照明装置１の第４の実施
例図であり、照明装置本体の概略上面図を示す。図１３
において、２２は複数の遮蔽部材であり、それぞれ軸２
３を中心として回転可能に構成され、これらの遮蔽部材
によってストライプ光を生じさせる。そして前記図１１
のごとき曲率測定手段で計測した曲率に応じて、図示し
ない駆動手段によって各遮蔽部材の角度をそれぞれ回転
させることにより、例えば前記図９のような不等間隔の
ストライプを形成するように制御する。この場合にも被
検査面の曲率に応じてストライプ間隔を変化させるの
で、曲面によく対応させることが出来る。

【００２２】次に、欠陥検出処理について説明する。被
検査面３上に明暗ストライプが映し出されており、その
ストライプの明部分の中に凸状または凹状の欠陥１３が
あるとすると、その受光画像は図１４のようになり、前
記の原理によって欠陥１３が明ストライプ内に黒く映し
出される。また、図１５（ａ）に示すように、照明装置
１とビデオカメラ２が固定された状態で、被測定物（被
検査面３）が矢印方向（受光画像におけるｘ軸方向）へ
移動すると、欠陥１３は１３’の位置に移動する。その
ため受光画像は図１５（ｂ）に示すように、明暗のスト
ライプは静止したままで欠陥１３のみがｘ軸方向に移動
する画像となる。したがって、複数の連続する受光画像
を処理し、その中の移動物体を検出することにより、欠
陥を正確に検出することが出来る。なお、被測定物（被
検査面３）を固定し、照明装置１とビデオカメラ２を移
動しても同様であるが、一般的には被測定物を移動させ
る方が構造上容易である。ただし、被測定物が大型の装
置で移動させにくい場合には、照明装置１とビデオカメ
ラ２を一組にして移動させるように構成してもよい。

【００２３】次に、画像上の移動物体から欠陥を検出す
る処理の第１の実施例について説明する。なお、この実
施例は、被測定物がｘ軸方向に一定速度で移動する場合
の例である。図１６は、連続した２フレーム、すなわち
時点ｆ_tにおける画像と時点ｆ_t+1における画像との差分
画像から移動物体、すなわち欠陥を検出する方法を示す
図であり、（ａ）は時点ｆ_tにおける画像、（ｂ）は時
点ｆ_t+1における画像、（ｃ）は両者の差分画像を示
す。上記のｆ_t画像とｆ_t+1画像とおいて、欠陥１３はｙ
軸方向には殆ど移動せず、ｘ軸方向にのみ移動する。そ
してその移動量および移動方向は、被測定物の移動量と
移動方向から既知であり、かつ、ｆ_t画像とｆ_t+1画像と
の取り込み間隔Δｔも一定である。したがって受光画像
中の欠陥１３の理論移動量ΔＤは容易に求めることが出
来る。故に、図１６（ｃ）の差分画像から求めた移動物
体の移動量Δｄと上記理論移動量ΔＤとを比較し、両者
の差が所定範囲内であれば、その移動物体を欠陥であ
る、と判断することが出来る。なお、上記の所定範囲
（誤差範囲）は、移動速度の変動や画像処理時の変動等
による誤差範囲であるので、検査ラインの移動精度等に
応じて適宜設定すればよい。さらに上記の比較を移動量
だけでなく、移動方向も考慮して行なえば、検査精度を
さらに向上させることが出来る。

【００２４】図１７は、上記の欠陥検出方法の順序を示
すフローチャートである。また、図１８は、受光画像中
の或るｙの値（欠陥の存在する部分に相当）における輝
度信号の変化を示す図である。以下、図１８を参照しな
がら図１７のフローについて説明する。図１７におい
て、ステップＳ１では、時点ｆ_tにおける画像を読み込
む。この場合の輝度信号は図１８（ａ）に示すように、
ストライプの明部分が高レベル、暗部分が低レベルとな
り、また欠陥部分は高レベル中で落ちこんだ凹部で示さ
れる。また、ステップＳ２では、時点ｆ_t+1における画
像を読み込む。この場合には、図１８（ｂ）に示すよう
に、ストライプの明と暗の位置は変わらず、欠陥の位置
のみが移動した波形となる。次に、ステップＳ３では、
上記両画像の差分画像｜ｆ_t+1−ｆ_t｜を演算する。上記
のように、ストライプの明と暗の位置は変わらないの
で、差分画像では欠陥部分のみが残り、図１８（ｃ）に
示すようになる。なお、信号処理の段階で両画像のスト
ライプの明と暗の位置に多少のずれが生じると、図示の
ごとく、その部分に細いノイズが残るが、これは発現位
置が殆ど変化しないので、後記ステップＳ９の処理で簡
単に除去することが出来る。

【００２５】次に、ステップＳ４では、所定のしきい値
Ｔｈで差分画像を２値化する。２値化された波形は、図
１８（ｄ）に示すようになり、欠陥と予想される位置の
ｘ，ｙ座標が求められる。次に、ステップＳ５では、重
心位置のｙ軸方向の移動量Δｙ（＝ｙ_t−ｙ_t+1）を求め
る。次に、ステップＳ７では、上記移動量Δｙとｙ軸方
向の理論移動量ΔＤ_yとの差が所定値以下であるか否か
を判断する。この場合には、被測定物はｘ軸方向にのみ
移動しているので、理論移動量ΔＤ_y≒０である。ステ
ップＳ７で“ＮＯ”の場合、すなわち、理論移動量ΔＤ
_yとの差が大きい信号は、欠陥ではないので、次々にデ
ータを判定し、“ＹＥＳ”のものについてのみステップ
Ｓ８へ行く。ステップＳ８では、重心位置のｘ軸方向の
移動量Δｘ（＝ｘ_t−ｘ_t+1）を求める。

【００２６】次に、ステップＳ９では、上記移動量Δｘ
とｘ軸方向の理論移動量ΔＤ_xとの差が所定値以下であ
るか否かを判断する。この場合には、被測定物の移動量
が理論移動量ΔＤ_xとなる。ステップＳ９で“ＮＯ”の
場合、すなわち、理論移動量ΔＤ_xとの差が大きい信号
は、欠陥ではないので、次々にデータを判定し、“ＹＥ
Ｓ”のものについてのみステップＳ１０へ行く。なお、
前記図１８（ｄ）の明暗境界部分の細いノイズは、移動
量Δｘ≒０であるため、理論移動量ΔＤ_xとの差が大き
く、したがって、このステップの処理で除去される。次
に、ステップＳ１０では、ｙ軸方向、ｘ軸方向共に、移
動量と理論移動量との差が所定値以下であった個所を欠
陥部分のデータとして記憶する。上記のように、本実施
例においては、動画像を画像処理して移動物体を検出す
ることによって欠陥を検出するように構成しているの
で、ノイズによる誤検出や欠陥の位置、移動によって欠
陥の検出漏れが発生するおそれがなくなる。

【００２７】次に、欠陥を検出する処理の第２の実施例
について説明する。この実施例は、動画像から各フレー
ムの動きベクトル（オプティカルフロー）を求め、それ
によって欠陥を検出するものである。動画中の或る時刻
ｔにおけるフレーム座標（ｘ，ｙ）における明るさをｆ
(ｘ,ｙ,ｔ）と表す。そしてｘ方向、ｙ方向にそれぞれ
δ_x、δ_yだけ移動する時間δｔ後の点（x,y）の明るさ
は変化しないと仮定すると、下記（数３）式が成立す
る。ｆ(ｘ,ｙ,ｔ）＝ｆ(ｘ＋δ_x,ｙ＋δ_y,ｔ＋δｔ） …（数３）上記（数３）式を点（ｘ,ｙ,ｔ）についてテーラー展開
すると、下記（数４）式が得られる。

【００２８】

【数４】

【００２９】ここで、２次以上の項を無視すると、上記
（数３）式と（数４）式から下記（数５）式が得られ
る。

【００３０】

【数５】

【００３１】また、被測定物をｘ軸方向に移動させた場
合には、ｙ軸方向には殆ど移動しないので、ｙの項を無
視すると、下記（数６）式が得られる。

【００３２】

【数６】

【００３３】上記（数６）式から下記（数７）式が得ら
れる。

【００３４】

【数７】

【００３５】（数７）式において、 ∂ｆ／∂ｘ：点（x,y）における明るさのｘ方向の変化
＝画像ｆのｘ方向微分 ∂ｆ／∂ｔ：点（x,y）における明るさの時間的な変化
＝両フレームの差分ｄｘ／ｄｔ：点（x,y）における動きベクトルのｘ成分であるから、微分画像と差分画像から各点での動きベク
トルが求められる。そして欠陥の移動方向は既知（被測
定物の移動方向で決まる）であり、また、被検査面３
（被測定物）の移動速度もほぼ一定で既知であるから、
求めた受光画像の移動ベクトルから欠陥を検出すること
が出来る。

【００３６】図１９は、上記の方法によって欠陥を検出
する場合の処理順序を示すフローチャートである。図１
９において、まずステップＳ２０では、時点ｔにおける
原画像ｆ_tを取り込み、ステップＳ２１で、時点ｔ＋１
における原画像ｆ_t+1を取り込む。次に、ステップＳ２
２では、原画像ｆ_tのｘ方向の微分値（∂ｆ／∂ｘ）を
求め、ステップＳ２３では、原画像ｆ_t+1と原画像ｆ_tと
の差分（∂ｆ／∂ｔ）を求める。次に、ステップＳ２４
では、Ｓ２２とＳ２３の結果から、動きベクトル（ｄｘ
／ｄｔ）を上記（数７）式によって求める。次に、ステ
ップＳ２５では、ステップＳ２４で求めた動きベクトル
のうち、所定の移動方向で所定範囲内の移動量（被測定
物の移動に相当）の点のみを欠陥として検出する。次
に、ステップＳ２６では、検出した欠陥のラベリング
（番号付け）、面積計算、重心計算等を行なう。

【００３７】なお、被測定物の検査面上に、加工穴やデ
ザインとして施されている凹凸等が存在する場合には、
受光画像においてそれらも一緒に移動するため、それを
欠陥として誤検出するおそれがある。しかし、欠陥の大
きさは一般に直径数ｍｍ程度以下であるのに対し、加工
穴やデザインとして施されている凹凸等の面積はかなり
大きく、しかも形状も予め決まっていて一定であるた
め、その性質を利用して真の欠陥と区別することが出来
る。例えば、図１９のフローチャートにおいて、ステッ
プＳ２６で求めた欠陥の面積が所定値以下のもののみを
真の欠陥であると判断するステップを設ければよい。な
お、この処理は前記図１７のフローチャートでも同様で
ある。

【００３８】次に、欠陥を検出する処理の第３の実施例
を説明する。この実施例は、欠陥が明暗ストライプの境
界を横切る際に発生するストライプ境界線の乱れ（不規
則な動き）を検出し、それに基づいて欠陥を検出するも
のである。この方法は、角度が浅いため照明光を反射す
る角度が小さい欠陥の場合に特に有効である。図２０、
図２１は、欠陥が明暗ストライプの境界を横切る際に発
生するストライプ境界線の乱れを説明するための図であ
り、図２０は、欠陥がストライプの境界付近にある場合
の受光画像を示す図、図２１は、欠陥部分の輝度信号
（図２０ａの破線部分の輝度信号）を示す図である。な
お、図２０と図２１の（ａ）〜（ｅ）は同一符号の図が
それぞれ対応している。なお、この場合も被測定物の移
動に伴って欠陥１３が移動することを前提としている。

【００３９】図２０および図２１において、（ａ）と
（ｂ）に示すように、白（明）ストライプ中の欠陥１３
は、黒（暗）ストライプに近づくに従って、より黒く、
より大きく映しだされる。また、（ｂ）、（ｃ）に示す
ように、欠陥１３がストライプの境界線上にある場合に
は、境界線を中心として白と黒が反転して現われる。さ
らに欠陥１３が移動して黒ストライプ中に入ると、
（ｄ）、（ｅ）に示すように、欠陥は黒ストライプ中に
白く映る。上記の動作において、欠陥１３は、図２１の
破線Ｂで示すように、図の左方から右方へ一定の動きを
示す。しかし、欠陥の横切るストライプ境界は図２１の
破線Ａで示すような動きを示し、特に（ｃ）から（ｄ）
にかけては、図の右方から左方へと動き、欠陥とは逆の
動きを示す。したがって他の個所とは異なる方向に移動
する個所に欠陥が存在することになるので、動画像から
動きベクトルを抽出し、ストライプ境界が逆方向に移動
した個所に欠陥が存在すると判断することにより、欠陥
を検出することが出来る。上記のように本実施例におい
ては、欠陥自体を検出するのではなく、欠陥によって生
じる明暗ストライプの境界の変化から欠陥を検出するよ
うに構成しているので、境界近くになければ受光画像に
映し出されないような角度の浅い欠陥でも正確に検出す
ることが出来る。

【００４０】次に、欠陥検出処理の開始および終了のタ
イミングを決定する処理について説明する。この処理
は、受光画像の輝度情報を用いて被検査物体の有無を検
出するものであり、本実施例では、受光画像の輝度ヒス
トグラムを用いた場合について説明する。図２２は、被
検査物体の検査ラインの概略を示す側面図である。図２
２に示すように、被検査物体１４が検査ライン１５上を
矢印方向へ移動する場合に、ビデオカメラ２の視野１６
内に被検査物体がなければ、ビデオカメラ２には照明さ
れていない暗い背景が映るので、その輝度ヒストグラム
は図２３（ａ）のようになり、ピーク値の位置が暗方向
に偏る。また、視野内に被検査物体１４がある場合に
は、図２３（ｂ）のようになり、ピーク値の位置が明方
向に偏る。したがって輝度ヒストグラムのピーク値が発
生する輝度値が所定値以上か否かを判別することによっ
て被検査物体の有無を判定することが出来、その結果を
用いて欠陥検出処理の開始と終了の制御を自動的に行な
うことが出来る。例えば、被検査物体が「無」から
「有」に変化した時点で欠陥検出処理を開始し、「有」
から「無」に変化した時点で終了させればよい。上記の
ように構成すれば、被検査物体の有無を検出するための
特別なセンサを設ける必要がなく、欠陥検出用に設けら
れているビデオカメラの受光画像から被検査物体の有無
を確実かつ容易に検出し、被検査物体の存在する場合に
のみ欠陥検出処理を自動的に行なわせることが出来る。

【００４１】

【発明の効果】以上説明したごとく、本発明において
は、動画像を画像処理して移動物体を検出することによ
って欠陥を検出するように構成しているので、ノイズに
よる誤検出や欠陥の位置、移動によって欠陥の検出漏れ
が発生するおそれがなくなると共に、被検査面が曲面の
場合でも受光画像上で一定の明暗パターンが得られるよ
うに照明装置を構成したことにより、被検査面が曲面の
場合においても正確に欠陥検出を行なうことが出来る、
という効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の機能ブロック図。

【図２】本発明の第１の実施例図。

【図３】図２の実施例における画像処理装置５の一例の
ブロック図。

【図４】図２の実施例における照明装置１の一例の分解
斜視図。

【図５】図２の実施例における照明装置１の他の一例の
斜視図。

【図６】被検査物の表面上の欠陥を受光画像に映し出す
原理を示す図。

【図７】被検査物の表面上の欠陥を受光画像に映し出す
原理を示す図。

【図８】被検査表面が曲面の場合を説明するための図。

【図９】被検査面が曲面の場合における照明装置の第１
の実施例図。

【図１０】被検査面が曲面の場合における照明装置の第
２の実施例図。

【図１１】被検査面の曲率を検出する構成を示す図。

【図１２】被検査面が曲面の場合における照明装置の第
３の実施例図。

【図１３】被検査面が曲面の場合における照明装置の第
４の実施例図。

【図１４】受光画像における明暗ストライプと欠陥とを
示す図。

【図１５】被検査面が移動した場合における欠陥の移動
を示す図。

【図１６】時点ｆ_tにおける画像と時点ｆ_t+1における画
像との差分画像から移動物体、すなわち欠陥を検出する
方法を示す図。

【図１７】本発明の第１の実施例における演算処理を示
すフローチャート。

【図１８】図１７の処理における輝度信号波形を示す
図。

【図１９】本発明の第２の実施例における演算処理を示
すフローチャート。

【図２０】本発明の第３の実施例におけるストライプ境
界の変化を示す図。

【図２１】図２０における輝度信号波形の変化を示す
図。

【図２２】被検査物体の検査ラインの概略を示す側面
図。

【図２３】被検査物体の有無による輝度ヒストグラムの
変化を示す特性図。

【符号の説明】

１…照明装置１０…ＭＰＵ１ａ…光源１１…メモリ１ｂ…拡散板１２…Ｄ／Ａ変
換器１ｃ…ストライプ板１３…欠陥１ｄ…背景１４…被検査物
体２…ビデオカメラ１５…検査ライ
ン３…被検査面１６…ビデオカ
メラの視野４…カメラコントロールユニット１７、１８…距
離センサ５…画像処理装置１９…距離セン
サ用回路６…ホストコンピュータ２０…照明制御
装置７…モニタ２１、２１’…
遮蔽板８…バッファアンプ２２…遮蔽部材９…Ａ／Ｄ変換器２３…軸

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】被検査物体の被検査面に光を照射し、その
被検査面からの反射光に基づいて受光画像を作成し、こ
の受光画像に基づいて被検査面上の欠陥を検出する表面
欠陥検査装置において、撮像手段で得られる受光画像におけるストライプ模様の
間隔が被検査面の曲率によらずほぼ均一になるように設
定された不等間隔のストライプ模様を被検査面上に映し
出す照明手段と、上記被検査面を撮像し、受光画像を電気信号の画像デー
タに変換する上記撮像手段と、上記撮像手段で得られる受光画像が上記被検査面上を所
定方向に所定速度で順次移動するように駆動する駆動手
段と、上記撮像手段で得られる時間的に異なる複数の画像、す
なわち動画像から画像中の移動物体の少なくとも移動量
を検出し、それに基づいて所定の移動条件の移動物体を
欠陥であると判断する演算手段と、を備えたことを特徴とする表面欠陥検査装置。
【請求項２】上記照明手段は、明と暗とのストライプ模
様の光を被検査面に向かって放射するものであり、か
つ、上記ストライプ模様の間隔が、上記撮像手段の設置
位置から最も遠い部分が最も大きく、中間部分が最も小
さく、最も近い部分が両者の中間の大きさになるように
設定され、上記撮像手段で得られる受光画像におけるス
トライプ模様の間隔が被検査面の曲率によらずほぼ均一
になるように設定されたものである、ことを特徴とする
請求項１に記載の表面欠陥検査装置。
【請求項３】上記照明手段は、明と暗とのストライプ模
様の光を被検査面に向かって放射するものであり、か
つ、被検査面の曲率を検出し、その曲率に応じて上記ス
トライプ模様の間隔を不等間隔に変化させ、上記撮像手
段で得られる受光画像におけるストライプ模様の間隔が
被検査面の曲率によらずほぼ均一になるように設定する
手段を備えたものである、ことを特徴とする請求項１に
記載の表面欠陥検査装置。
【請求項４】被検査物体の被検査面に光を照射し、その
被検査面からの反射光に基づいて受光画像を作成し、こ
の受光画像に基づいて被検査面上の欠陥を検出する表面
欠陥検査装置において、明と暗とのストライプ模様の光を被検査面に向かって放
射し、かつ、被検査面の曲率を検出し、その曲率に応じ
て被検査面に対する照明の角度を変化させ、撮像手段で
得られる受光画像におけるストライプ模様の間隔が被検
査面の曲率によらずほぼ均一になるように設定する手段
を備えた照明手段と、上記被検査面を撮像し、受光画像を電気信号の画像デー
タに変換する上記撮像手段と、上記撮像手段で得られる受光画像が上記被検査面上を所
定方向に所定速度で順次移動するように駆動する駆動手
段と、上記撮像手段で得られる時間的に異なる複数の画像、す
なわち動画像から画像中の移動物体の少なくとも移動量
を検出し、それに基づいて所定の移動条件の移動物体を
欠陥であると判断する演算手段と、を備えたことを特徴とする表面欠陥検査装置。
【請求項５】上記演算手段は、上記駆動手段における移
動速度に対応した理論移動量と上記画像中の移動物体の
移動量とが所定の誤差範囲内で一致する移動物体を欠陥
であると判断するものである、ことを特徴とする請求項
１乃至請求項４の何れかに記載の表面欠陥検査装置。