JPH0979988A

JPH0979988A - 表面欠陥検査装置

Info

Publication number: JPH0979988A
Application number: JP7232915A
Authority: JP
Inventors: Masanori Imanishi; 正則今西; Yutaka Suzuki; 裕鈴木
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 1995-09-11
Filing date: 1995-09-11
Publication date: 1997-03-28

Abstract

(57)【要約】【目的】画像のコントラストの低下を防ぎ、より精密
で効率のよい検査を行なうことの出来る表面欠陥検査装
置を提供する。【構成】照明装置１により被検査面３に所定の明暗パ
ターンの光を照射し、ビデオカメラ２により撮像するよ
う配置され、ホストコンピュータ６により制御される画
像処理装置５へ出力され、モニタ７により表示する。【効果】被検査面の曲率に応じて照明装置を制御する
ように構成したことにより、画像のコントラストつまり
欠陥とその周囲との輝度差が大きくなるので、欠陥検出
がより容易となり、また、大型な照明を使用できるので
より効率のよい検査が可能となる。さらに、余分な光源
は消灯するので省電力化が図れる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、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
欠陥を検査する表面欠陥検査装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の表面欠陥検査装置としては、例え
ば特開平５−０４５１４２号公報などに示されたものが
ある。

【０００３】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。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
表面欠陥検査装置においては、例えば、自動車ボディの
塗装面は、曲面で構成されている。よって図１のよう
に、同じ面積を照らすには平面に比べると曲面のほうが
より大きな照明が必要となる（Ｌ１＜Ｌ２）。つまり、
撮像手段１０２の画角が同じでも、被検査面１００の曲
率Ｒが大きいほど、撮像範囲を照らすにはより大きな照
明が必要となる。しかし、凹凸状の欠陥で光が乱反射す
ることを利用して欠陥を検出する場合、照明が大きいほ
ど欠陥と周囲との明るさの差（本明細書では、これをコ
ントラストと称する）が小さくなるため、欠陥が見つけ
難くなってしまう。よって、従来技術においては、平面
および曲面を同一かつ単一の照明で照らしていたので、
欠陥でのコントラストが小さくなるため、欠陥検出精度
が低下してしまう。また逆にコントラストを上げるため
に照明を小型にすると、当然、撮像範囲も狭くなり検査
効率が落ちてしまう、などの問題点があった。

【０００５】本発明は、このような従来の問題点に着目
してなされたもので、画像のコントラストの低下を防
ぎ、より精密で効率のよい検査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。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は上述の課題を解
決するために、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、被検査面に所定の明暗パターンを映し出す
照明手段と、上記被検査面の曲率に応じて上記照明手段
の点灯位置を制御する照明制御手段と、上記明暗パター
ンの映し出された被検査面を撮像して得られる受光画像
を電気信号の画像データに変換する撮像手段と、上記撮
像手段によって得られた画像データを処理して欠陥を検
出する欠陥検出手段とを備えたものである。

【０００７】

【作用】本発明によれば、照明手段によって被検査面に
所定の明暗パターンを映し出し、それを撮像手段で撮像
して上記明暗パターンを電気信号の画像データに変換す
る。そのときに、照明手段では被検査面の撮像範囲を照
らすのに必要な部分のみ点灯し、このようにして得られ
た画像データを処理することにより、欠陥を検出する。

【０００８】また、被検査面の曲率に応じた予め定めら
れたタイミングで制御され、曲率測定手段で求めた被検
査面の曲率に応じ照明手段を制御するものである。

【０００９】

【実施例】以下、本発明を図面に基づいて詳細に説明す
る。

【００１０】図１１は本発明の機能ブロックを示すクレ
ーム対応図である。

【００１１】図１１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は被検査面に所
定の明暗パターンを映し出す照明手段であり、例えば後
記図４に示す照明装置である。この照明手段は、照明制
御手段１０４によって所定の制御が行われる。また、１
０２は被検査面を撮像して上記明暗パターンを電気信号
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
像手段によって得られた画像データを処理して欠陥を検
出する欠陥検出手段であり、例えばコンピュータで構成
される。

【００１２】上記の構成は、例えば後記図２〜図９で説
明する実施例に相当する。

【００１３】上記照明制御手段は、被検査面の曲率に応
じた予め定められたタイミングで制御されるものであ
る。

【００１４】或いは、上記照明制御手段は、被検査面の
曲率を測定する曲率測定手段の測定結果に基づいて制御
されるものである。

【００１５】図２（ａ）は、本発明の一実施例を示す図
である。

【００１６】図２（ａ）において、１は照明装置であ
り、被検査面３に所定の明暗パターンの光を照射するよ
う配置されている。１’は照明制御装置である。２はビ
デオカメラ（例えばＣＣＤカメラ等）であり、明暗パタ
ーンが映し出された被検査面３を撮像するように配置さ
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。

【００１７】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。

【００１８】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。

【００１９】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、白黒のストライプパタ
ーンの照明を用いるものとして説明する。

【００２０】図４において、１ａは光源であり、例えば
蛍光灯の場合は、高周波もしくは直流点灯用電源（図示
せず）にて点灯する。光源１ａの光は拡散板１ｂで拡散
され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。ストライプパターンは、拡散板１ｂに艶消し黒
のテープのようなものを所定の間隔で貼るか、もしくは
拡散板の手前にスリットを置いて構成しても良い。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（図２参照）に明暗（白黒）のストライプ模様
を映し出すことができる。

【００２１】次に、本実施例の作用を説明する。なお、
この実施例は図１１のブロック図に相当する。

【００２２】図２に示す被検査面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欠
陥１３、暗部分の中に欠陥１３’があるとすると、その
受光画像は図５（ａ）のようになり、欠陥での凹凸によ
り光が乱反射することによって欠陥１３がストライプ明
部内に暗い点、欠陥１３’がストライプ暗部内に明るい
点となって映し出される。

【００２３】図５（ａ）の受光画像において、画面左上
を原点として座標軸ｘ，ｙをとると、欠陥１３，１３’
におけるｘ方向の輝度レベルは、図５（ｂ）のようにな
る。なお、図５（ｂ）において、大きな凹凸はストライ
プの明部分と暗部分とに対応するものであり、細かな凹
凸はノイズである。そして欠陥は、ストライプの凹凸内
に、ノイズよりは大きな凹凸として示される。

【００２４】前記の画像処理装置５は、図５（ａ）に示
すような受光画像を原画像の信号ＳＯとして取り込む。
例えば、ビデオカメラ２からの画像信号をＡ／Ｄ変換
し、輝度レベルを８ｂｉｔのディジタル値に変換した場
合には、図５（ｂ）に示すように、縦軸において２５５
が最大値で白、０が黒となり、１画面を５１２×４８０
画素の分解能で取り込んだ場合には、横軸は０〜５１２
の画素数となる。なお、図示の信号ＳＯはｙ軸方向の或
る値（点線Ａに示した部分の値）についての信号であ
り、このような信号がｙ軸の各値について存在する。

【００２５】次に、図２を用いて照明制御手段について
説明する。

【００２６】図２（ａ）は、本発明の実施例であるが、
これを自動車の塗装面検査工程に適用した場合の概略図
を図９（ａ）上視図、（ｂ）正面図に示す。

【００２７】図９において、台車に載った車両１４がコ
ンベアによって図矢印の方向へ搬送されている。車両表
面の塗装面を被検査面３とする場合、照明１およびＣＣ
Ｄカメラ２が図のように車両１４を囲むよう所定の位置
に取り付け固定されている。つまり、コンベアで搬送さ
れる車両の表面は、アーチ状に取り付け固定された照明
およびカメラの中を通過する間に検査される。カメラ２
および照明１は、車両搬送方向に対して垂直方向に取り
付けられているので、照明点灯位置制御は、車両搬送方
向において行われる。

【００２８】図２（ａ）のように、被検査面３がドアの
ような車両搬送方向において比較的平面な場合は、○で
示した光源１ａを点灯させればカメラ２の視野にストラ
イプパターンを映し出すことができる。よって、カメラ
視野以外を照らす光源１ａ（図の●）は、ＯＦＦ（消
灯）するように照明１を制御する。

【００２９】図２（ｂ），（ｃ）のように、被検査面３
がフェンダのような車両搬送方向において曲面の場合
は、図のように曲面に応じてカメラ２の撮像範囲が変化
するので、これに合わせて光源１ａの点灯位置（図の
○）を制御する。

【００３０】このような、カメラの撮像範囲を照らすの
に必要な光源を点灯させる制御を行うことで、照明の照
射面積が小さくなり画像のコントラストが向上する。よ
って、制御なしの場合の画像輝度断面図は図８（ａ）、
制御ありの場合は（ｂ）のようになり、ストライプの明
暗差は、照明制御を行うことで大きくなる（Ｃ OFF＜Ｃ
ON ）と同時に、欠陥での輝度変化も大きくなりＳＮ比
が向上し、後述の欠陥検出処理がより容易となる。

【００３１】次に、図６の画像処理装置５における処理
内容を示すフローチャートを用いて、欠陥検出手段につ
いて説明する。

【００３２】画像処理装置５においては、図６に示すご
とく、原画像Ｐ１から、平滑化処理Ｐ１１、強調処理Ｐ
１２、２値化処理Ｐ１３、ラベリング、面積および重心
座標計算Ｐ１６および面積判定処理Ｐ１４を行なって欠
陥を検出する。また、後述するように、“ゆず肌”対策
として領域処理Ｐ１５を追加してもよい。また、上記の
ごとくにして欠陥を検出した後の後処理としては、それ
らの結果をＰ１７でモニタ等に表示し、或いは後続機器
に出力する。

【００３３】以下、上記の各処理の内容について詳細に
説明する。

【００３４】図７は各画像とその信号（或るｙ座標の
値、この例では図５の点線Ａで示した部分の値における
もの）を示す図である。以下、図７に基づいて画像処理
内容について説明する。

【００３５】まず、原画像Ｓ２０に対して所定のマスク
サイズの平滑化（スムージング）処理を行い、ノイズ等
による微小な輝度変化成分のみを取り除くとＳ２１が得
られる。この平滑化処理は、例えば注目画素およびその
近傍の画素の輝度値の平均値を求め、それを注目画素の
新たな輝度値とする単純平均化フィルタである。このと
きの平滑化フィルタのマスクサイズは、原画像に発生す
るノイズの大きさ（画素数）に応じて決めればよい。

【００３６】次に、Ｓ２１を強調処理することで輝度変
化のある領域を強調する。この強調処理は、例えば微分
処理であり、ｘおよびｙ方向の微分結果の絶対値の和、
もしくは２乗の和の平方根をとり、輝度変化領域をすべ
て正（＋）側に出力するとＳ２２に示すようになる。

【００３７】Ｓ２２の結果を所定のしきい値Ｔｈで輝度
変化領域を白（“２５５”）それ以外を黒（“０”）と
なるように２値化すると、Ｓ２３のようになる。Ｓ２３
の２値画像に示すように、欠陥部分およびストライプ境
界部分といった輝度変化のある領域が抽出される。

【００３８】なお、被検査面の状態によってはストライ
プの境界線が歪んで抽出されるが、上記のように原画像
を平滑化することによって、１つの連続した領域として
抽出されるため、被検査面の影響はほとんどない。しか
し、ストライプの境界線付近では、被検査面の“ゆず
肌”の影響によるノイズが残る可能性があるので、それ
を除去するため、領域処理を行なう。すなわち、Ｓ２３
の画像における白部分（輝度変化のある部分に相当）の
領域を拡大する処理を行なうことにより、ストライプ境
界領域と“ゆず肌”によるノイズとを連結して１つの領
域とする。その後、上記領域を元の幅に戻すため上記拡
大とは逆の収縮処理を行なってもよい。

【００３９】このようにして得られた２値画像Ｓ２３に
基づいて、輝度変化領域のラベリング（ラベル付け）、
面積計算および重心座標計算を行なう。この面積計算の
結果について、各部分の面積判定を行なう。Ｓ２３の画
像から明らかなように、欠陥部分の面積（大きさ）はス
トライプ境界部分の面積に比べて大幅に小さいので、所
定面積以下の領域を欠陥と判定するといった判定処理を
行うことにより、欠陥のみを抽出することが出来る。こ
の面積判定結果は、Ｓ２４に示すようになり、明暗スト
ライプ画像の明部分に黒く映る欠陥と暗部分に白く映る
欠陥との両方を検出することが出来る。ただし、明暗の
境界部分（輝度変化のある部分）は欠陥検出を行なうこ
とが出来ないので、被検査面全体を検査するには、被検
査物体もしくは照明手段と撮像手段を順次移動させ、明
暗境界以外の部分が被検査面全体を走査するように構成
する。本実施例では、図９のように被検査物体（車両）
が移動し、照明手段および撮像手段が被検査面全体を走
査するような位置に固定されている。

【００４０】次に、上記のようにして欠陥検出を完了し
た後の後処理として、ホストコンピュータ６は、その結
果から欠陥の特定、位置およびランク付け等を行い、そ
れを表示装置やプリンタ等の出力装置へ出力する。また
は、欠陥があった場合に、被検査物を通常ラインから修
正専用ライン（例えば自動車ボディの塗装工程の場合
は、欠陥部分のみを修正塗装する等）へ切り替えるとい
ったラインの制御、あるいは欠陥のランク（大きさ）、
発生個所に対する統計処理などに用いてもよい。次に、
照明制御手段の実施例について説明する。

【００４１】図９のように、車両１４の形状はあらかじ
め既知であり、フェンダ部は曲率が大きく、ドア部は平
面に近いという特徴がある。よって本実施例は、車両の
搬送速度もしくはコンベア速度情報を取り込み、現在の
カメラ２の撮像範囲つまり車両位置を算出し、例えば撮
像範囲がフェンダからドアといった被検査面の曲率が変
化する部位に移るときをタイミングに照明の点灯位置を
切り替える。図９（ａ）の車両側面（図の上側）を例に
とると、まずはじめは、カメラ２に図２（ｃ）のような
フロントフェンダが映るので図の○印の光源１ａがｏｎ
する。次に、フロントフェンダからドアに映るタイミン
グで照明１は、図２（ａ）のような点灯位置に切り替わ
る。次にドアからリアフェンダへ移動するタイミングで
照明１は、図２（ｂ）のような点灯位置に切り替わる。
最後に検査終了つまり車両がカメラ２の視野を通過した
ならば、次の車両検査に備えて照明１を図２（ｃ）のよ
うな点灯位置に切り替えておく。

【００４２】次に、照明制御手段の他の実施例について
説明する。

【００４３】本実施例は、図１０に示すように、曲率測
定手段を用いて被検査面３の曲率を測定し、その測定結
果に基づいて照明装置１を制御するものである。曲率測
定手段は、例えば変位センサや測距センサであり、図の
ように２つのセンサ１５をカメラ２の撮像範囲内までの
距離を測定するように、つまり被検査面が平面のとき距
離ｄ１＝ｄ２となる位置に平行に取り付け固定されてい
る。照明制御装置１’は、２つのセンサの測定値を読み
込み、ｄ１のｄ２差より曲率を求め、ｄ１とｄ２の大小
より曲面の方向（図２の（ｂ）と（ｃ）の違い）を判別
し、照明装置１の点灯位置を制御する。

【００４４】よって、車両の種類によって曲面の付き方
が異なっても、適切な照明制御が可能となる。

【００４５】

【発明の効果】以上説明してきたように、本発明におい
ては、被検査面の曲率に応じて照明装置を制御するよう
に構成したことにより、画像のコントラストつまり欠陥
とその周囲との輝度差が大きくなるので、欠陥検出がよ
り容易となる。また、大型な照明を使用できるので、よ
り効率のよい検査が可能となる。さらに、余分な光源は
消灯するので省電力化が図れる、という効果も得られ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】照明面積と曲率との関係を示す説明図である。

【図２】本発明による表面欠陥検査装置の実施例を示す
説明図である。

【図３】本実施例における画像処理装置のブロック図で
ある。

【図４】本実施例における照明装置の分解斜視図であ
る。

【図５】本実施例における受光画像とその画像信号とを
示す図である。

【図６】本実施例における処理内容を示すフローチャー
トである。

【図７】本実施例の各処理における画像とその画像信号
とを示す対応図である。

【図８】本実施例における照明制御の効果を説明するた
めの対応図である。

【図９】本実施例を自動車ボディ塗装検査ラインに適用
した場合の上面図（ａ）および側面図（ｂ）である。

【図１０】本発明による表面欠陥検査装置の他の実施例
を示した説明図である。

【図１１】本発明による表面欠陥検査装置を示す機能ブ
ロック図である。

【符号の説明】

１照明装置１ａ光源１ｂ拡散板１’ 照明制御装置２ＣＣＤカメラ４カメラコントロールユニット５画像処理装置６ホストコンピュータ７モニタ８バッファアンプ９Ａ／Ｄ変換器１０ＭＰＵ１１メモリ１２Ｄ／Ａ変換器１３，１３’ 欠陥１４車両１５センサ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】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、被検査面に所定の明暗パターンを映し出す照明手段と、上記被検査面の曲率に応じて上記照明手段の点灯位置を
制御する照明制御手段と、上記明暗パターンの映し出された被検査面を撮像して得
られる受光画像を電気信号の画像データに変換する撮像
手段と、上記撮像手段によって得られた画像データを処理して欠
陥を検出する欠陥検出手段と、を備えたことを特徴とす
る表面欠陥検査装置。
【請求項２】上記照明制御手段は、被検査面の曲率に
応じた予め定められたタイミングで制御されるものであ
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】上記照明制御手段は、被検査面の曲率を
測定する曲率測定手段の測定結果に基づいて制御される
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。