(57)【要約】【課題】被検物の表面の瑕疵の迅速かつ精度よい検出が可能な外観検査装置を提供する。【解決手段】外観検査装置１０は、被検物を載置するための保持台１１と、被検物の被観察面側に対向する凹面を有するドーム状の反射体１２と、被検物の被観察面の反対側に位置し、凹面を略一様の照度で照明する光を出射する光源部１３と、回転機構１４とを備える。反射体１２は、光源部１３が出射して凹面に到達する入射光を透過させる透過部１２２と、入射光を反射して被観察面に落射させる明部１２４と、明部１２４よりも反射率が低く被観察面に影を作る暗部１２６とを有する。回転機構１４は、保持台１１及び暗部１２６の少なくとも一方を回転させることで暗部１２６に対する被検物の相対的姿勢を変化させることによって、被観察面の少なくとも一部を、暗部１２６の作る影がある暗状態と、影がない明状態とで切り替える回転動作を行う。【選択図】図１
2020041800.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被検物が反射する光がなす反射光像によって前記被検物の外観を検査する外観検査装置であって、
前記被検物を保持するための保持台と、
前記被検物の被観察面側に位置し、前記被観察面に対向する凹面を有するドーム状の反射体と、
前記被検物の被観察面の反対側に位置し、前記凹面を略一様の照度で照明する光を出射する光源部と、
回転機構とを備え、
前記反射体は、前記光源部が出射して前記凹面に到達した入射光を透過させる透過部と、前記入射光を反射して前記被観察面に落射させる明部と、前記明部よりも反射率が低く前記被観察面に影を作る暗部とを有し、
前記回転機構は、前記保持台及び前記暗部の少なくとも一方を回転させることで前記暗部に対する前記被検物の相対的姿勢を変化させることによって、前記被観察面の少なくとも一部を、前記暗部の作る影がある暗状態と、前記影がない明状態とで切り替える回転動作を行う、
外観検査装置。
【請求項２】
前記回転機構は、前記暗部に対する前記被検物の相対的姿勢を変化させることによって、前記被観察面を全面で少なくとも一回は前記暗状態と前記明状態とで切り替える、
請求項１に記載の外観検査装置。
【請求項３】
前記反射体は、一部がハーフミラーであり、前記透過部及び前記明部は前記ハーフミラーの領域内で重畳する、
請求項１又は２に記載の外観検査装置。
【請求項４】
前記反射体において、前記透過部は透明であるか又は前記反射体の貫通孔であり、前記明部は白色面又は鏡面である、
請求項１又は２に記載の外観検査装置。
【請求項５】
前記明部及び前記暗部の一方は、前記凹面において円形状の輪郭を有する領域であり、他方は前記輪郭の外側の領域内にある、
請求項１から４のいずれか一項に記載の外観検査装置。
【請求項６】
前記明部及び前記暗部の一方は、前記凹面において、前記反射体に想定する一の緯線と複数の箇所で交差する輪郭であって、前記複数の箇所での前記緯線との交差角度は互いに異なる輪郭を有する領域であり、他方は前記輪郭の外側の領域内にある、
請求項１から４のいずれか一項に記載の外観検査装置。
【請求項７】
前記明部及び前記暗部の一方は、前記凹面において他方によって離隔される複数の領域である、
請求項５又は６に記載の外観検査装置。
【請求項８】
さらに、前記凹面で反射されて前記被観察面にいったん落射し、前記被観察面で反射されてから前記透過部を透過した前記入射光を受光して前記被観察面の画像を撮影する撮影部を備える、
請求項１から７のいずれか一項に記載の外観検査装置。
【請求項９】
請求項８に係る外観検査装置と、
画像処理装置とを備え、
前記画像処理装置は、
前記回転機構が前記回転動作を行って変化させたことによる異なる前記相対的姿勢の前記被検物の、前記撮影部で撮影された前記被観察面の複数の画像の入力を受け付ける入力部と、
入力された複数の前記画像を解析して、前記被観察面の瑕疵を検出する画像解析部と、
検出された前記瑕疵を示す情報のデータを出力する出力部とを備える、
外観検査システム。
【請求項１０】
前記画像解析部は、前記画像で前記暗状態の領域が写る範囲内のより明るい部分、又は前記明状態の領域が写る範囲内のより暗い部分に基づいて前記瑕疵を検出する、
請求項９に記載の外観検査システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は品質検査における被検物の表面の外観検査のための装置、及びこの装置を含むシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
表面が平滑である被検物は、一方向から照射した照明光を拡散反射せず一方向にのみ反射する。そのため、被検物の表面の外観検査においては、その表面で反射された照明光、つまり反射光が観察する目又はカメラレンズのある位置の方向に向かうように光源の方向を調整する必要がある。
【０００３】
なお、この反射光が向かう方向は、照明光が入射する面の入射光に対する角度によって決まる。したがって照明光がある一方向からのみの場合には、被検物の表面が曲面であれば、そのすべてが一様な明るさに見えることはない。表面の明るさが一様でない見え方では、光源の写り込みが極端なハイライトとなり、かつ、反射された照明光が目に向かってこない範囲は暗く見えにくい状態になる。このような見え方は、外観検査の精度を著しく低下させる。このような被検物の外観検査は、光源、被検物、及び観察位置の位置関係を変化させながら全面を観察することで適切に実行できる。しかし、このような手法では、ある程度の長さの検査時間が必要であり、又は検査の工程に検査員の人手が介在する場合には、検査時間の最短化及び精度の確保に検査員の熟練が要求される。
【０００４】
例えば非特許文献１に見られるドーム状の照明器具は、頂部を除く全方向から被検物に光を照射することでハイライトの発生を抑え、かつ影の発生を最小限にして一度に被観察面の広い範囲の観察を可能にする。
【０００５】
また、特許文献１に記載の発明では、被検物の背後から照射される拡散光をハーフミラーからなる半球の凹面全体で反射させて被検物に一度にあらゆる方向から照明光を照射し、被検物は当該ハーフミラー越しに観察される。
【０００６】
これにより、例えばレンズのように、被観察面に曲面を含む立体的な被検物であってもハイライトも影も生じず、ほぼ一様な明るさで被観察面の全体を頂部を含めて一目で観察することが可能である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１６−１２５８７１号公報
【非特許文献】
【０００８】
【非特許文献１】"HPD2シリーズ"、［online］、シーシーエス株式会社、［平成30年9月5日検索］、インターネット、〈URL：https://www.ccs-inc.co.jp/products/series/169〉
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
従来技術に係る装置は、被検物の表面にシミ、色むら、又は異物の付着といった瑕疵があれば、その瑕疵とその他の部分との反射率又は色調の差異に因る見え方の差に基づき、この瑕疵を精度よく検出することができる。しかし、表面のキズなどの凹凸、つまり形状には変化があるものの、反射率又は色調はその他の部分との差異がほとんどない瑕疵は、多方向から照明光を落射させることで影が発生しにくい上に、他の部分と同じように見えるため、従来技術に係る装置では精度の高い検出が困難であるという問題がある。
【００１０】
本発明では、被検物の表面のキズ等の、色又は反射率の変化が小さい瑕疵を検出する外観検査が迅速に精度よく実行可能な装置等を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題を解決するために提供される本発明の一態様に係る外観検査装置は、被検物が反射する光がなす反射光像によって前記被検物の外観を検査する外観検査装置であって、前記被検物を保持するための保持台と、前記被検物の被観察面側に位置し、前記被観察面に対向する凹面を有するドーム状の反射体と、前記被検物の被観察面の反対側に位置し、前記凹面を略一様の照度で照明する光を出射する光源部と、回転機構とを備え、前記反射体は、前記光源部が出射して前記凹面に到達した入射光を透過させる透過部と、前記入射光を反射して前記被観察面に落射させる明部と、前記明部よりも反射率が低く前記被観察面に影を作る暗部とを有し、前記回転機構は、前記保持台及び前記暗部の少なくとも一方を回転させることで前記暗部に対する前記被検物の相対的姿勢を変化させることによって、前記被観察面の少なくとも一部を、前記暗部の作る影がある暗状態と、前記影がない明状態とで切り替える回転動作を行う。
【００１２】
また、本発明の一態様に係る外観検査システムは、さらに前記凹面で反射されて前記被観察面にいったん落射し、前記被観察面で反射されてから前記透過部を透過した前記入射光を受光して前記被観察面の画像を撮影する撮影部を備える外観検査装置と、画像処理装置とを備え、前記画像処理装置は、前記回転機構が前記回転動作を行って変化させたことによる異なる前記相対的姿勢の前記被検物の、前記撮影部で撮影された前記被観察面の複数の画像の入力を受け付ける入力部と、入力された複数の前記画像を解析して、前記被観察面の瑕疵を検出する画像解析部と、検出された前記瑕疵を示す情報のデータを出力する出力部とを備える。
【００１３】
なお、これらの包括的又は具体的な態様は、方法、集積回路、コンピュータプログラム、又は当該コンピュータプログラムが記録されたコンピュータ読み取り可能なＣＤ−ＲＯＭなどの記録媒体で実現されてもよく、装置、システム、方法、集積回路、コンピュータプログラム及び記録媒体の任意な組み合わせで実現されてもよい。
【発明の効果】
【００１４】
本発明に係る外観検査及び外観検査システムでは、被検物の表面のキズ等の、色又は反射率の変化が小さい瑕疵を迅速に精度よく検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】図１は、実施の形態における、外観検査装置を含む外観検査システムの概要及び構成を説明するための模式図である。
【図２】図２は、上記の外観検査装置の概要を説明するための図である。
【図３Ａ】図３Ａは、上記の外観検査装置が備える反射体の一例の外観を示す斜視図である。
【図３Ｂ】図３Ｂは、上記の外観検査装置が備える反射体の一例の外観を示す底面図である。
【図４Ａ】図４Ａは、上記の外観検査装置を用いた外観検査の原理を説明するための模式図である。
【図４Ｂ】図４Ｂは、上記の外観検査装置を用いた外観検査の原理を説明するための模式図である。
【図５Ａ】図５Ａは、上記の外観検査装置を用いた外観検査の原理を説明するための模式図である。
【図５Ｂ】図５Ｂは、上記の外観検査装置を用いた外観検査の原理を説明するための模式図である。
【図６】図６は、上記の外観検査装置によって撮影された被検物の画像の例である。
【図７】図７は、上記の外観検査装置が備えるカメラ及び画像処理装置の機能構成例を示すブロック図である。
【図８】図８は、上記の画像処理装置のハードウェア構成例を示す図である。
【図９Ａ】図９Ａは、上記の画像処理システムで取得された被検物の画像を説明するための模式図である。
【図９Ｂ】図９Ｂは、上記の画像処理システムで検出された瑕疵を含む画像を説明するための模式図である。
【図９Ｃ】図９Ｃは、上記の被検物の画像に瑕疵の像を含む画像を重畳した状態を説明するための模式図である。
【図１０】図１０は、上記の反射体の他の構成例を示す図である。
【図１１】図１１は、上記の反射体の他の構成例を示す図である。
【図１２】図１２は、上記の反射体の他の構成例を示す図である。
【図１３】図１３は、上記の反射体の他の構成例を示す図である。
【図１４】図１４は、上記の反射体の他の構成例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、実施の形態に係る外観検査システムについて、図面を参照しながら説明する。
【００１７】
なお、以下の実施の形態は、本発明の包括的又は具体的な例を示すものである。したがって、以下の実施の形態で示される数値、形状、材料、構成要素、構成要素の配置及び接続形態、並びに、ステップ（工程）及びステップの順序等は、一例であって本発明を限定するものではない。以下の実施の形態における構成要素のうち、独立請求項に記載されていない構成要素については、任意に付加可能な構成要素である。また、各図は、模式図であり、必ずしも厳密に図示されたものではない。
【００１８】
（実施の形態）
本実施の形態における外観検査システムは、被検物の被観察面の全域で多方向から照明光を落射させしながら実施する暗視野観察による検査（以下、落射型暗視野検査ともいう）に用いられる。以下、本実施の形態における外観検査システム１について説明する。
【００１９】
［外観検査システムの構成の概要］
図１は、本実施の形態における、外観検査装置１０を含む外観検査システム１の概要及び構成を説明するための模式図である。図２は、外観検査装置１０の概要を説明するための図である。図３Ａは、外観検査装置１０が備える反射体の一例の外観を示す斜視図であり、図３Ｂは、外観検査装置１０が備える反射体の一例の外観を示す底面図である。
【００２０】
外観検査システム１は、保持台１１と、反射体１２と、光源部１３と、回転機構１４と、カメラ１５と、画像処理装置２０とを備える。
【００２１】
保持台１１は、被検物の外観検査による検査の対象である表面（以下、被観察面という）が露出するように当該被検物を保持する。
【００２２】
反射体１２は、被検物の被観察面、図示の例では側に位置し、被検物の被観察面に対向する凹面を有するドーム状の物であり、光源部１３が出射する光を反射して被観察面に落射させる。また、反射体１２は、凹面に到達する入射光を透過させる透過部１２２を有する。反射体１２は、例えばポリカーボネート等の透明な樹脂をドーム状に成型してつくられる。また、反射体１２の透過部１２２以外の部分では、蒸着膜、塗料又はフィルムを用いて、凹面への入射光を場所によって異なる反射率で反射する光学特性が与えられる。図３Ｂの底面図によれば、反射体１２の凹面には、図３Ａに表される凸面には見られない明部１２４及び暗部１２６がある。明部１２４は、入射光を反射して被検物の被観察面に落射させる。また、暗部１２６は明部１２４よりも反射率が低く、被検物の被観察面に影を作る。以下では、暗部１２６が作る影がある被観察面の領域を暗領域、当該影がある暗領域の状態を指して暗状態ともいう。また、暗部１２６が作る影がない被観察面の領域を明領域、当該影がない明領域の状態を指して明状態ともいう。反射体１２の詳細な構成は、具体例を用いて後述する。
【００２３】
光源部１３は、被検物の被観察面の反対側に位置し、反射体１２の凹面と対向する面照明（フラット照明）であって、この凹面を略一様の照度で照明するための拡散光を出射する。図１の矢印は、光源部１３が出射した光の、反射体１２の凹面で囲まれる空間内での進み方を模式的に示す。これらの矢印に示されるように、保持台１１に保持される被検物には、反射体１２の凹面で反射された光が多方向から落射する。
回転機構１４は、モーター及びモーターのシャフトに接続されたローラーを備える。ローラーは反射体１２に接触しており、モーターが動作してローラーが回転することで、反射体１２を回転させる。
【００２４】
カメラ１５は、反射体１２に囲まれる被検物の被観察面の画像を透過部１２２越しに撮影して取得する、例えばデジタルカメラである。図１及び図２の一点鎖線は、カメラ１５の光学系の光軸を示す。
【００２５】
外観検査装置１０は、上述の保持台１１、反射体１２、光源部１３、回転機構１４及びカメラ１５で構成され、例えば図２のような外観をなす。なお、図２では、反射体１２及び駆動電力、制御信号、又は撮像データ等を送信するための各種の配線の図示を省略している。反射体１２は図３Ａに示されるように縁に鍔を備え、その鍔が３個のローラーで支えられるように置かれる。ローラーが回転すると、反射体１２はｙ軸周りに回転する。回転の軸はカメラ１５の光軸と略一致する。カメラ１５は、そのように置かれた反射体１２の透過部１２２を透過して入射する被検物の反射光をイメージセンサ（図示なし）で受光して撮影する。イメージセンサは本実施の形態における撮影部を構成する。
【００２６】
画像処理装置２０は、カメラ１５によって撮影された画像の入力を受け、当該画像を用いて被検物の外観検査を行う。画像処理装置２０は、例えば図示のようなパーソナルコンピュータで実現される。画像処理装置２０の詳細な構成は例を用いて後述する。
【００２７】
［反射体の構成］
再び図３Ａ及び図３Ｂを参照して反射体１２の構成を説明する。
【００２８】
図３Ａ及び図３Ｂに示される例では、反射体１２は透過部１２２を除いて不透明である。
【００２９】
明部１２４は上述のとおり、光源部１３が出射して反射体１２の凹面に到達した入射光を反射して、保持台１１に保持される被検物の被観察面に落射させる領域である。明部１２４は、反射体１２の材料又はその凹面を覆うコート剤若しくはフィルム等に起因して、例えば白色（灰白色、乳白色等の近似色を含む）、銀色又は鏡面である。なお、明部１２４の色及び反射率は、暗部１２６と合わせて用いることで、被観察面上の明暗のコントラストが後述の検査に必要な強さで得られるものであればよく、被検物の表面の色若しくは反射率、光源部１３の出射光の強度若しくは色温度、又は後工程の画像処理での必要性又は便宜等の理由で変更し得る事項である。
【００３０】
暗部１２６は、被観察面に影を作るための領域であって、明部１２４よりも反射率が低い領域である。暗部１２６は、反射体１２の材料、又はその凹面を覆うコート剤若しくはフィルム等に起因して、例えば入射光の略全部又は大部分を吸収する黒色、褐色等の暗色である。なお、暗部１２６の色及び反射率は、明部１２４と合わせて用いることで、被観察面上の明暗のコントラストが後述の検査に必要な強さで得られるものであればよい。ただし、図３Ｂ以降の図において、暗部は網掛けの領域として示されているが、この網掛けの濃度は暗部の色若しくは反射率又はこれらの明部との差を限定するものではない。
【００３１】
反射体１２が回転すると、暗部１２６に対する被検物の相対的姿勢が変化し、被検物の被観察面にできる暗領域は移動する。そして反射体１２の凹面における暗部１２６の大きさ、形状及び配置は、反射体１２が回転機構１４によって一周する間に、被観察面のあらゆる箇所を少なくとも一回は暗部１２６の影が通過するようあらかじめ調整される。別の表現をすると、反射体１２が回転機構１４によって一周する間に、被観察面の全面で少なくとも一回ずつ明領域及び暗領域になる、または、少なくとも一回は暗状態と明状態とで切り替わる。
【００３２】
図３Ｂに示す例では、円形状の輪郭を有する複数の暗部１２６は、凹面の中心寄りの位置から縁までの螺旋状に配置されている。これらの暗部１２６の大きさ及び間隔（明部１２４の形状及び大きさでもある）は、凹面上の経線を想定した場合、透過部１２２以外の部分ではどの位置にある経線も明部１２４及び暗部１２６の両方それぞれと1箇所以上で重なるよう調整されている。これにより、反射体１２が一周する間に被観察面のあらゆる箇所を少なくとも一回は暗部１２６の影が通過する。
【００３３】
次に、このように構成された外観検査装置１０で、従来技術を用いた外観検査では検出が困難であった被検物の表面の形状の変化（凹凸）による瑕疵が、より精度よく検出する検査を実現する原理を説明する。
【００３４】
［検査の基礎となる原理］
図４Ａ、図４Ｂ、図５Ａ及び図５Ｂは、外観検査装置１０を用いた外観検査の原理を説明するための模式図である。より詳細には、図４Ａは被検物の鏡面的な表面に凹凸がある様子、図４Ｂは被検物の鏡面的な表面の一部に凹凸がある様子を示す。また、図５Ａは、図４Ａの状況の一部、図５Ｂは、図４Ｂの状況の一部を説明の便宜のために拡大、強調して示す。また、これらの図では、暗部１２６は例示のために一つのみを示す。
【００３５】
この例において、カメラ１５で撮影される画像に被検物の表面上の暗領域が写る場合、この暗領域をもたらしている暗部１２６−暗領域−カメラのなす角度は、当該暗領域がある被検物の表面の法線（図中の一点鎖線）によって二等分される。つまり、この法線を基準とする入射角度（図中、暗部１２６を始点とする実線の矢印と法線とがなす角度）と反射角度（図中、被検物の表面を始点とする実線の矢印と法線とがなす角度）とは、反射の法則に従って等しい。
【００３６】
また、暗部１２６の外、つまり明部１２４で反射して被検物の表面に落射する光もまた反射の法則に従うため、入射角度と反射角度とが等しい。
【００３７】
図４Ａでは、上述の入射角度と反射角度の関係を例示する。図４Ａに示されるように、明部１２４で反射してカメラ１５の位置から見た暗領域内に落射した光（図中、暗部１２６の外を始点とする点線の矢印）は、カメラ１５の光学系に入らない（図中、被検物の表面を始点とする点線の矢印）。また、図５Ａにおいて、矢印Ａで示される被検物への入射光及び矢印ｒＡで示されるその反射光、矢印Ｂで示される入射光及び矢印ｒＢで示される反射光、及び矢印Ｃで示される入射光及び矢印ｒＣはこのように進行する光を例示する。
【００３８】
このように、鏡面的な表面を持つ被検物では、暗部１２６によってもたらされた暗領域は全面的に暗部１２６の色を反映する。
【００３９】
これに対し、例えば塗装面の引っ掻き傷等による凹凸が表面にある被検物の場合、この凹凸の部分では、入射光が散乱する。したがって、図４Ｂに示すように、暗部１２６の外、つまり明部１２４で反射してカメラ１５の位置から見た暗領域内に落射した光も、カメラ１５の光学系に入る。図５Ｂでは、このように進行する光を例示する。暗部１２６によってもたらされる暗領域内には、細かな凹凸がある。暗部１２６外で反射してこの暗領域内に落射した光は、落射位置での被検物の表面で反射の法則に従って反射した場合に、図５Ｂのようにカメラ１５の光学系に入り得る。図５Ｂにおいて、矢印Ｃで示される被検物への入射光及び矢印ｒＣで示されるその反射光はこのように進行する光を例示する。なお、図５Ａにおける矢印Ｃと図５Ｂにおける矢印Ｃとは、反射体１２の同じ位置から入射光を示す。現実には、被検物の表面の凹凸はより複雑な形状であり、凹凸上への入射光を散乱させる。そしてこのように進行した光は、暗領域の中で凹凸の形状を反映したより明るい部分として観察される。
【００４０】
図６は、外観検査装置１０による被検物（部分）の画像の例である。図６において白抜き矢印で指し示す、長円状の暗領域内で左右に伸びるより明るい線が被検物の表面のキズを示す。このキズの、暗領域内にある部分と右端付近の明領域にある部分とを比較すると、視認性の違いは顕著である。
【００４１】
外観検査装置１０では、暗部１２６に対する被検物の相対的姿勢を変えることで被検物の被観察面のあらゆる箇所で一度はこのような暗状態にする。そして、カメラ１５で暗状態にある被観察面の画像を取得する。このように取得された画像をカメラ１５から取得した画像処理装置２０では、例えば各画素の周辺との輝度差に基づいて被検物の表面のキズを検出する。
【００４２】
なお、被観察面において、観察位置から見て透過部１２２が写り込む位置にある場合、暗部１２６による暗領域ができない。したがって、例えば被検物を傾ける等して暗部１２６に対する被検物の相対的姿勢を変えて検査する。また、被観察面にカメラ１５の光軸と平行又は略平行な部分が含まれる場合にも、カメラ１５では当該部分の画像が撮影できない。したがって、この場合も、例えば被検物を傾ける等して暗部１２６に対する被検物の相対的姿勢を変えてさらに撮影して検査する。
【００４３】
また、反射の法則は鏡面的な表面の至る箇所で成り立つ。そして、明領域内では、被検物の表面の凹凸がなければカメラ１５の光学系に入るべき光が、凹凸によって光学系に入らなくなるため、明領域内のより暗い部分として表れる被観察面のキズを検出する方法をとることもできる。
【００４４】
［カメラ及び画像処理装置の構成］
図７は、外観検査装置１０が備えるカメラ及び画像処理装置２０の機能構成例を示すブロック図である。また、図８は、画像処理装置２０のハードウェア構成例を示す図である。
【００４５】
図７に示すように、カメラ１５は、撮影部１５１及び通信部１５２を備える。
【００４６】
撮影部１５１は、反射体１２から被観察面にいったん落射し、被観察面で反射されてから透過部１２２を透過した光を受光して被観察面の画像を撮影する。光学系は１枚以上のレンズを含んで、イメージセンサ上に、被観察面の検査に適した画像を結ぶ。イメージセンサは、受光した光を電気信号に変換して出力する。この電気信号に基づく画像データは、通信部１５２によって、画像処理装置２０に送信される。
【００４７】
画像処理装置２０は、入力部２０２、画像解析部２０４、画像統合部２０６及び出力部２０８を備える。
【００４８】
入力部２０２は、カメラ１５から、被検物の被観察面の複数の画像の画像データの入力を受け付ける。これらの画像は、暗部１２６に対する被検物の相対的姿勢が異なる時に撮影されたものを含む。
【００４９】
画像解析部２０４は、入力部２０２が入力を受け付けた複数の画像の画像データを解析して、被観察面の瑕疵を検出する。ここでの瑕疵とは、例えば上述のように、輝度差に基づいて検出される被検物の表面のキズである。また、明領域で検出可能な瑕疵には、シミ、色むら、又は異物の付着等が含まれてもよい。なお、ある程度以上の大きさ又は深さがあるキズは、明領域でも検出可能な場合がある。瑕疵の検出のための画像の解析において、画像解析部２０４は、例えば、セグメンテーション（小領域への分割）、画素又は小領域間の画素値に基づく差分の算出、エッジ検出、所定の範囲内の画素値を持つ連続画素の大きさ（面積、長さ又は画素数）、又は各種の数値の閾値処理を実行する。
【００５０】
画像統合部２０６は、上記の解析によって検出された当該被検物の瑕疵を示す１枚の画像を生成し、当該被検物の画像と重畳して統合する。
【００５１】
出力部２０８は、検出された瑕疵を示す情報のデータを出力する。ここでの出力とは、例えば画像統合部２０６による上記の統合の結果として得られた画像をユーザに提示するための、画像データのディスプレイへの出力である。また例えば、外観検査装置１０の内部又は外部の記憶装置での蓄積のための検査結果データの出力である。また例えば、別の処理、例えば検査結果の統計的処理のためのプログラムへのデータの出力である。
【００５２】
また、画像処理装置２０の上記の各構成要素は、外観検査装置１０を実現するパーソナルコンピュータ等において、所定のプログラムが実行されることによって提供される。
【００５３】
外観検査装置１０を実現するパーソナルコンピュータは、例えば図８に示すように、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）２０１と、主記憶装置２０３と、補助記憶装置２０５と、ディスプレイ２０７と、入力Ｉ／Ｆ（Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）２０９と、通信Ｉ／Ｆ２１１とを備える。
【００５４】
ＣＰＵ２０１は、補助記憶装置２０５等に記憶された制御プログラムを実行するプロセッサである。
【００５５】
主記憶装置２０３は、ＣＰＵ２０１がプログラムを実行するときに使用するワークエリアとして用いられる揮発性の記憶領域である。
【００５６】
補助記憶装置２０５は、制御プログラム及び画像処理装置２０の上記の各構成要素を実現するため所定のプログラムを保持する不揮発性の記憶領域である。
【００５７】
ディスプレイ２０７は、画像を含む映像を表示する表示装置である。例えば、ディスプレイ２０７は、液晶ディスプレイ、有機ＥＬディスプレイなどである。
【００５８】
入力Ｉ／Ｆ２０９は、ユーザからの入力を受け付けるためのインタフェースである。入力Ｉ／Ｆ２０９は、マウス、タッチパッド、タッチパネル、トラックボールなどのポインティングデバイスであってもよいし、キーボードであってもよい。
【００５９】
通信Ｉ／Ｆ２１１は、通信ネットワークを介してカメラ１５との間で通信する通信インタフェースである。通信Ｉ／Ｆ２１１は、有線通信インタフェースであってもよいし、無線通信インタフェースであってもよい。
【００６０】
［外観検査システムの動作の概要］
次に、このような構成要素を備える画像処理装置２０を含む外観検査システム１による外観検査のための動作を例を用いて説明する。
【００６１】
外観検査システム１による外観検査のための動作は、被検物が被観察面をカメラ１５に向けた状態で保持台１１に載置され、反射体１２が回転機構１４上に然るべき姿勢で置かれてから開始する。
【００６２】
光源部１３が反射体１２の凹面に向けて拡散光を出射している状態で、回転機構１４が反射体１２を一定量回転させる度にカメラ１５が反射体１２（透過部１２２）越しに被検物の画像を撮影する。一度の回転の量は、反射体１２の暗部１２６又は明部１２４の大きさに基づいてあらかじめ決定される。回転及び撮影は、被観察面の全体で一回は暗状態と明状態とが切り替わるまで続けられる。この撮影の間、被検物とカメラ１５との相対的な位置及び姿勢は変わらず、被検物及びカメラ１５と暗部１２６及び明部１２４との相対的な位置及び姿勢が変化する。したがって、このようにして撮影された複数の画像は、いずれも同じ空間領域を写した画像であって、当該画像内における被検物の位置及び姿勢は一定であり、被検物に映る暗部１２６の影、つまり暗領域の位置、大きさ及び形状に違いがある。
【００６３】
画像処理装置２０では、入力部２０２がこれらの複数の画像のデータの入力を受け付ける。図９Ａは、入力部２０２がデータの入力を受けた、カメラ１５で撮影された被検物の画像を説明するための模式図である。この画像には、保持台１１の天面を背景に、被検物の被観察面が写っている。被観察面の網掛けが付された部分は暗領域であり、それ以外の部分は明領域である。図９Ａに例として示す被検物は、平面視で略平行四辺形の枠材であって、断面は中高の弓なりの形状であり、全体としては複雑な表面角度を持つ。被検物のこのような形状のため、暗部１２６が図３Ｂに示されるような円形であっても、暗領域は観察位置から見て円形とは異なる多様な形状を呈する。
【００６４】
画像解析部２０４は、このデータを解析して、各画像に写る被観察面の瑕疵を検出する。図９Ｂは、画像解析部２０４が検出した瑕疵を含む画像を説明するための模式図である。画像解析部２０４は、上記に例示した処理を実行して瑕疵を検出し、検出した瑕疵が写る画素を特定する。例えば、画像解析部２０４は、暗領域内のより明るい部分（画素）又は明領域内のより暗い部分（画素）を閾値処理によって抽出し、さらに、このような画素の連続的な集まりの大きさ（面積、長さ又は画素数）に基づいて瑕疵が写る画素であるか否かを判定する。その後、画像解析部２０４は、各画像で特定した瑕疵が写る画素を所定の色に変えたひとつの画像のデータを生成する。図９Ｂはこのデータが示す画像の例である。図９Ｂでは、検出された瑕疵の写る画素が、枠で示す画像の中に散在する黒い部分として表されている。
【００６５】
画像統合部２０６は、画像解析部２０４が検出した瑕疵の像を、上記の複数の画像のいずれかひとつに重畳する。図９Ｃは、このようにして画像統合部２０６が生成する画像を説明するための模式図である。図９Ｃに示す画像は、図９Ａに示す画像に、図９Ｂに示す画像内の瑕疵の像が重畳されることで生成されている。
【００６６】
画像統合部２０６が生成した画像のデータは出力部２０８から出力されて、例えば画面に表示又は紙面に印刷されてユーザに提示されたり、記憶装置に蓄積されたりする。
【００６７】
［反射体の変形例］
上述のように構成される反射体１２は、上述のように瑕疵を検出するために外観検査装置１０が備えるべき反射体の一例である。外観検査装置１０が備えるべき反射体凹面に反射率の異なる２種類の領域である明部及び暗部を備えるものであれば、種々の変形が可能である。以下、変形例を挙げながら説明する。
【００６８】
まず、図３Ｂに例示した暗部は、多様な方向のキズの検出に好適な形状の例である。暗領域内のキズは、落射する光がキズの延伸方向に対して直角に当たる場合に検出しやすく、平行に当たる場合は検出しにくい。図３Ｂに例示した暗部によってできた暗領域には、周囲の全方向から光が入るため、キズが検出できる可能性を高めて検査の精度を向上させる。
【００６９】
また、暗部の形状は円形に限定されず、例えば矩形などの多角形でもよい。ただし外観検査装置１０による検査では、暗領域に斜方向から落射する光が乱反射されるか否かで当該暗領域内におけるキズの有無が判定される。つまり、暗領域に斜方向から落射する光が落射型暗視野検査における検査光であり、一つの暗領域で全方向から極力同一の条件で落射することが望ましい。この点で、暗部の形状は円形が最も好適であるが、矩形等の多角形でも円形の暗部に近い効果は得られる。
【００７０】
キズの検出に好適な他の暗部の形状の例を図１０及び図１１に示す。
【００７１】
図１０に示す例では、反射体１２Ａの透過部１２２Ａの周囲と反射体１２Ａの端との間にわたって延在する２個の暗部１２６Ａは、反射体１２Ａを半球体と見立てて想定する緯度の１０度おきに、凹面の法線方向に見て＋４５度又は−４５度屈曲する。図１１に示す例では、反射体１２Ｂの暗部１２６Ｂの輪郭は、凹面上の経線（又は緯線）に対して＋４５度の部分と−４５度の部分とが交互に現れる台形波状である。また、反射体１２Ｂの凹面の、透過部１２２Ａ又は１２２Ｂの範囲外のどの位置にある緯線も輪郭の＋４５度の部分及び−４５度の部分の両方と交差するよう、図中で上下に並ぶ２個の暗部１２６Ｂ間で輪郭の経線方向の周期をずらしている。これらのように、輪郭が同一の緯度の緯線と複数個所で交差し、交差の箇所によって交差角度が異なる暗部によって生じる暗領域でも、被検物の表面のキズの検出に不利な光の落射条件になる方向が少なく抑えられる。
【００７２】
なお、図１０及び図１１についての上記説明に含まれる角度（１０度、＋４５度、−４５度）を用いて示した暗部の形状は例であり、反射体が有する暗部の形状はこれらに限定されない。例えば図１０に示すような暗部の変形例として、その輪郭がより密で小刻みに屈曲するものであってもよいし、連続的な曲線であるものも好適である。図１０及び図１１に示す暗部の形状は、反射体の回転によって被検物の任意の一点上を通過する、暗部と明部との複数本の境界の走る方向（反射体の凹面の法線方向に見た角度）にバリエーションがあることで、当該点を含むキズの走る方向の影響を抑えた、より高い精度での検出を可能にするものの例である。つまり、このような形状の暗部を有する反射体を用いることで、図１０及び図１１に示す例に限らず同様の効果が得られる。
【００７３】
また、暗部の大きさについては、検出対象とするキズの深さ、並びに被検物全体の大きさ、高さ及び曲面の変化の程度に応じて適宜決定される。例えば、キズが浅い、つまりキズが被検物の表面に入る角度が小さい場合、反射角度の変化幅は小さい。したがって、被検物の表面に明部から落射する光の入射角は小さくするほうがキズの検出が容易である。ただし、暗部が小さければ、暗領域が薄く（明るく）なる。ただし、暗領域の暗さによっては、キズによる乱反射によって明るい部分とのコントラストが低くキズが検出しにくくなるため、精度を維持するには、暗部はある程度の大きさが必要である。また、被検物が大きい場合には、より大きい暗部の方がキズの検出が容易である。また、被検物の表面の曲面の変化が大きい場合には被観察面上の暗領域が大きく歪む。したがって、歪んだ結果の暗領域が検出対象のキズに適した大きさになるよう暗部の大きさが決定される。
【００７４】
また、暗部の配置については、上述のとおり反射体が一周する間に、被観察面のあらゆる箇所を少なくとも一回は暗部の影が通過するようあらかじめ調整される。図３Ｂに示すのはこのように調整された例であるが、より少ない暗部であってもよい。図１２及び図１３は、反射体の凹面における、より少ない暗部の配置例である。
【００７５】
図１２の例では、反射体１２Ｃの略半分の領域のみに円形状の暗部１２６Ｃが配置されている。ただし、反射体１２Ｃがｙ軸周りに一周すれば、保持台１１に保持されて反射体１２Ｃに囲まれる被検物の被観察面のあらゆる箇所を、少なくとも一回は暗部の影が通過するよう、凹面における暗部の緯度方向の位置があらかじめ調整されている。このような配置では、暗部のない図の上半分の領域を用いることで、シミ、色むら等の瑕疵の検出がしやすい。
【００７６】
図１３の例では、反射体１２Ｄの凹面上で４本の緯線に沿って、円形状の暗部１２６Ｄが配置されている。この例でも、反射体１２Ｄがｙ軸周りに一周すれば、保持台１１に保持されて反射体１２Ｃに囲まれる被検物の被観察面のあらゆる箇所を、少なくとも一回は暗部の影が通過するよう、凹面における暗部の緯度方向の位置があらかじめ調整されている。例えば各暗部１２６Ｄが直径３０ｍｍの円である場合、各緯線上では５７ｍｍのピッチで配置されている。また、隣り合う緯線にある暗部１２６Ｄ同士では、各暗部１２６の中心は同一の経線上にはなく、緯度方向に２８．５ｍｍずつずらしてある。なお、図１３の例に限らず、被観察面の暗領域のどの位置においても、反射体の明部で反射され斜入射する光を確保するために、明部で離隔されて隣り合う暗部間にはある程度の距離が必要である。
【００７７】
なお、図１３の例では、実際には反射体１２Ｄをｙ軸周りに１８０度回転させれば被検物の表面の全域を、一回は暗部の影が通過する。例えば暗部を反射体１２Ｄの凹面上で対向する２本の緯線のみに沿って緯度方向の位置をずらして配置する場合、被検物の表面の全域に一回は暗部の影を通過させるためには、反射体１２Ｄをｙ軸周りに３６０度回転させる必要がある。つまり、過密でない程度に暗部を多く配置することで、検査時間の短縮を図ることができる。
【００７８】
また、上述の各反射体における暗部と明部とを入れ替えてもよい。暗部と明部とを入れ替えた反射体について具体例を用いて説明する。図１４は、図１３の例の暗部と明部とを入れ替えた反射体を示す。図１３の例では、反射体１２Ｄの凹面において、暗部１２６Ｄは、円形状の輪郭を有する複数の領域であり、明部１２４Ｄは、暗部１２６Ｄの円形状の輪郭の外側の領域にある。これに対し、図１４の例では、反射体１２Ｅの凹面において、明部１２４Ｅは、円形状の輪郭を有する複数の領域であり、暗部１２６Ｅは明部１２４Ｅの円形状の輪郭の外側の領域にある。より大きな暗部１２６Ｅを持つ反射体１２Ｅは、反射体１２Ｄに比べてより深いキズを検出対象とする検査に適している。
【００７９】
このように暗部及び明部の形状、大きさ及び配置が異なる各種の反射体は、被検物の形状又は検出対象とする瑕疵の性状等に応じて適宜使い分けられてもよい。
【００８０】
なお、ここまでに例示した反射体はいずれも暗部と明部とで面積に差があるが、暗部と明部とは面積が等しくてもよい。
【００８１】
［その他の変形例］
以上、本発明の一つ又は複数の態様に係る外観検査システムについて、実施の形態に基づいて説明したが、本発明は、この実施の形態に限定されるものではない。本発明の趣旨を逸脱しない限り、当業者が想到するさらに他の各種変形を上記の実施の形態に施したもの、実施の形態及び各変形例の構成を組み合わせて構築される形態も、本発明の一つ又は複数の態様に含まれてもよい。
【００８２】
また、以下のような変形例も本発明の一つ又は複数の態様に含まれる。
【００８３】
例えば、本発明は外観検査システムとしてのみではなく、検査画像を取得するための外観検査装置としても実施可能である。また、カメラを含まない外観検査装置としても実施可能であり、例えば検査員による目視と、又は外部のカメラと組み合わせて用いられ得る。
【００８４】
また、光源部は、面照明に限定されず、反射体の凹面全体を略一様に照明可能であればよい。
【００８５】
また、反射体が透明体である場合、暗部又は明部を設けるためのフィルム等の貼り付け位置は、ドーム状である反射体の凹面側に限定されず、凸面側であってもよい。また、暗部又は明部は反射体の凹面に固定されるものではなく、凹面上又はその近傍に設けられる板状の部材で実現されてもよい。
【００８６】
また、反射体の凹面に所望の光学特性を与えるために貼り付けられるものは、上記のフィルムに限定されない。例えば、紙、布、又は箔状の金属等が貼り付けられてもよい。
【００８７】
また、回転機構は、暗部に対する被検物の相対的姿勢を変化させることができればよく、例えば保持台、又は保持台及び暗部の両方を回転させてもよい。暗部の回転とは、暗部が固定された反射体の回転でもよいし、上記のように暗部又は明部を実現する板状の部材の回転であってもよい。また、保持台又は反射体を支える回転機構がさらに傾斜することで、暗部に対する被検物の相対的姿勢を変化させる機能を備えてもよい。これにより、上述のような被観察面と透過部、つまりは被観察面と観察位置との位置関係も変わり、複雑な形状の被観察面のうち、カメラの光軸と平行又は平行に近い部分の検査を、例えばいったんドームを外して被検物を傾けたりすることなく容易に行うことができる。
【００８８】
反射体１２の材料は上述の透明な樹脂に限定されず、光を透過しない樹脂、金属又は紙等をドーム状に成型したものでもよく、凹面に必要に応じて光学特性を与える加工がなされたものであってもよい。また、透過部はドームを貫通する孔、又はこの孔を塞ぐように取り付けられる樹脂、ガラス若しくはセロファン等の透明な部材であってもよい。
【００８９】
また、反射体は一部がハーフミラーであってもよく、このハーフミラーの領域内で透過部と明部とが重畳してもよい。この場合、ハーフミラーの領域は、凹面に入射する光を反射し、カメラ又は検査員は当該領域を透過する光を捉えて被検物の像を取得してもよい。このようなハーフミラーからなる反射体を備える外観検査装置では、カメラの光路に暗部が入ることが避け得る限度において観察位置の自由度が得られる。例えば上述のように保持台又は反射体を支える回転機構を傾斜させることなく、カメラの位置を変えることで複雑な形状の被検物のより広範な範囲を検査することができる。
【００９０】
また、反射体がハーフミラーであるか否かに拘わらず、透過部と明部との境界は本願の各図面に示すような明確なものではなくてもよい。
【００９１】
また、反射体の暗部は、透明であるか又は反射体の貫通孔であって、反射体の凸面側の空間を暗くすることで設けられてもよい。この場合、外観検査装置は、透過部又は反射体の下からは光源部由来の光が反射体の凸面側の空間に極力漏れないよう構成されるのが望ましい。
【００９２】
また、画像処理装置による画像解析では、画像内で暗領域が写る範囲内のより明るい部分に基づいて瑕疵を検出する処理と、明領域が写る範囲内のより暗い部分に基づいて瑕疵を検出する処理との一方のみが実行されてもよいし、両方が実行されてもよい。
【００９３】
また、上記の説明における暗領域と明領域とは、画像処理において輝度に関する所定の閾値を用いて認識されるが、暗領域と明領域との間に位置する中間的な輝度の第三の領域がさらに用いられてもよい。この場合、第三の領域内のより暗い部分又はより明るい部分に基づいて瑕疵の検出が行われる。
【００９４】
また、上記のように瑕疵の検出に用いられる、画像内のより暗い部分又はより明るい部分とは、連続する画素に写るものに限定されない。例えば、微小なキズ又はシミ等であって単独では画像に写る像では瑕疵とは判定されないものであっても、その個数及び配置に基づいて瑕疵として検出される対象に含められてもよい。具体例として、複数の微小なキズが密集するもの、又は短い間隔を挟んである程度の長さ以上の線状に並ぶものは、人にも認識されやすく製品の良否に関わる。このようなキズの個々の像は画像上では非連続であるが、その間隔、又は広がる若しくは延びる範囲に基づいて瑕疵として認識されてもよい。
【００９５】
また、画像統合部が瑕疵の像を重畳する画像は、図９Ａに示すような暗領域及び明領域が写る画像に限定されない。例えば凹面全体の反射率が一様な反射体下で撮影された被検物の画像であってもよいし、又は反射体を置かない状況で撮影された被検物の画像であってもよい。または、反射体を置いて撮影した被検物の画像を処理したもの、例えば複数の画像から抽出した明領域を統合して得られる、暗領域を含まない被検物の写る画像であってもよい。
【００９６】
また、画像統合部による画像の統合処理は必須ではない。例えば画像解析部によって、解析によって瑕疵が検出された画像そのものに、瑕疵の位置を示す情報（着色、囲み、矢印等）が付すための加工が施され、この加工後の画像のデータが出力部から出力されてもよい。また、出力されるのは画像データに限定されない。例えば、瑕疵を特定する番号、画像内における瑕疵又はその輪郭の位置を示す座標等を含むデータであってもよい。また、複数種類の瑕疵が検出可能である場合には、瑕疵の種類ごとに提示の態様を変えてもよい。
【００９７】
また、カメラ及び画像処理装置は、図２に示すカメラ１５及び画像処理装置２０のような個別の装置ではなく、ノート型コンピュータ、タブレット型コンピュータ、スマートフォン等の、カメラ、演算処理装置及び記憶装置等を備える汎用、又は専用の一台の機器で実現されてもよい。
【００９８】
また、画像処理装置を実現する機器は、所定のプログラムを実行して回転機構、光源部又はカメラの動作の制御を行ってもよい。つまり、画像処理装置が外観検査システム全体の制御を行い、また、ユーザにとってのインタフェースであってもよい。
【００９９】
また、実施の形態は、表面が鏡面又は鏡面に近い被検物を例に用いて説明したが、本発明における外観検査システム又は外観検査装置を用いて外観検査をし得る被検物はこれに限定されない。例えば、ヘアライン又は梨地の表面処理がなされた被検物の外観検査にも用い得る。
【０１００】
［本発明の効果］
本発明における外観検査システム又は外観検査装置によれば、複雑な表面角度を持った被検物でも、広い範囲に対して迅速に、シミ、色むらの検査、及び従来はこれらの瑕疵と同一の検査での検出が困難だった、鏡面又は鏡面に近い表面のキズをも高精度に検出することができる。
【産業上の利用可能性】
【０１０１】
本発明は、装置又はシステムとして物品の外観検査に利用可能である。
【符号の説明】
【０１０２】
１      外観検査システム
１０    外観検査装置
１１    保持台
１２、１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃ、１２Ｄ、１２Ｅ  反射体
１３    光源部
１４    回転機構
１５    カメラ
２０    画像処理装置
１２２、１２２Ａ、１２２Ｂ、１２２Ｃ、１２２Ｄ、１２２Ｅ  透過部
１２４、１２４Ａ、１２４Ｂ、１２４Ｃ、１２４Ｄ、１２４Ｅ  明部
１２６、１２６Ａ、１２６Ｂ、１２６Ｃ、１２６Ｄ、１２６Ｅ  暗部
１５１  撮影部
１５２  通信部
２０１  ＣＰＵ
２０２  入力部
２０３  主記憶装置
２０４  画像解析部
２０５  補助記憶装置
２０６  画像統合部
２０７  ディスプレイ
２０８  出力部
２０９  入力Ｉ／Ｆ
２１１  通信Ｉ／Ｆ
【図１】
2020041800.tif 000003
【図２】
2020041800.tif 000004
【図３Ａ】
2020041800.tif 000005
【図３Ｂ】
2020041800.tif 000006
【図４Ａ】
2020041800.tif 000007
【図４Ｂ】
2020041800.tif 000008
【図５Ａ】
2020041800.tif 000009
【図５Ｂ】
2020041800.tif 000010
【図６】
2020041800.tif 000011
【図７】
2020041800.tif 000012
【図８】
2020041800.tif 000013
【図９Ａ】
2020041800.tif 000014
【図９Ｂ】
2020041800.tif 000015
【図９Ｃ】
2020041800.tif 000016
【図１０】
2020041800.tif 000017
【図１１】
2020041800.tif 000018
【図１２】
2020041800.tif 000019
【図１３】
2020041800.tif 000020
【図１４】
2020041800.tif 000021