(57)【要約】      （修正有）【課題】被評価面の性状を評価するのに有利な評価装置を提供する。【解決手段】第１方向Ｙに長手方向を有する明部及び暗部が第１方向に交差する第２方向Ｘに沿って周期的に交互に配列された発光面を含み、発光面からのパターン光で被評価面を照明する照明部１０１と、パターン光で照明された被評価面をそれぞれ撮像して画像を取得する第１撮像部１０２ａ及び第２撮像部１０２ｂと、被評価面に対して照明部を第２方向に沿って移動させる駆動部と、画像に基づいて被評価面の性状を評価する処理を制御する制御部と、を有し、駆動部により照明部を第２方向に沿って移動させている状態において、第１撮像部及び第２撮像部の一方は、被評価面に対する視野の少なくとも一部が照明部で遮られ、第１撮像部及び前記第２撮像部の他方は、パターン光で照明された被評価面の少なくとも一部の領域からの反射光を照明部を介さずに観察可能である。【選択図】図２
2020046224.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被評価面の性状を評価する評価装置であって、
第１方向に長手方向を有する明部及び暗部が前記第１方向に交差する第２方向に沿って周期的に交互に配列された発光面を含み、前記発光面からのパターン光で前記被評価面を照明する照明部と、
前記パターン光で照明された前記被評価面をそれぞれ撮像して画像を取得する第１撮像部及び第２撮像部と、
前記被評価面に対して前記照明部を前記第２方向に沿って移動させる駆動部と、
前記画像に基づいて前記被評価面の性状を評価する処理を制御する制御部と、を有し、
前記駆動部により前記照明部を前記第２方向に沿って移動させている状態において、前記第１撮像部及び前記第２撮像部の一方は、前記被評価面に対する視野の少なくとも一部が前記照明部で遮られ、前記第１撮像部及び前記第２撮像部の他方は、前記パターン光で照明された前記被評価面の少なくとも一部の領域からの反射光を前記照明部を介さずに観察可能であることを特徴とする評価装置。
【請求項２】
前記制御部は、
前記第１撮像部が前記パターン光で照明された前記被評価面の第１領域からの反射光を前記照明部を介さずに観察可能な第１範囲において、前記駆動部により前記被評価面と前記照明部との相対位置を変更しながら前記第１領域を前記第１撮像部で撮像して複数の第１画像を取得し、
前記第２撮像部が前記パターン光で照明された前記被評価面の前記第１領域とは異なる第２領域からの反射光を前記照明部を介さずに観察可能な第２範囲において、前記駆動部により前記被評価面と前記照明部との相対位置を変更しながら前記第２領域を前記第２撮像部で撮像して複数の第２画像を取得し、
前記複数の第１画像に基づいて前記第１領域の性状を評価し、前記複数の第２画像に基づいて前記第２領域の性状を評価することを特徴とする請求項１に記載の評価装置。
【請求項３】
前記制御部は、前記第１範囲において前記被評価面と前記パターン光との相対位置を変更している間は、前記第２領域を前記第２撮像部で撮像せず、前記第２範囲において前記被評価面と前記パターン光との相対位置を変更している間は、前記第１領域を前記第１撮像部で撮像しないことを特徴とする請求項２に記載の評価装置。
【請求項４】
前記パターン光で照明された前記被評価面をそれぞれ撮像して画像を取得する第３撮像部及び第４撮像部を更に有し、
前記駆動部により前記照明部を前記第２方向に沿って移動させている状態において、前記第１撮像部、前記第２撮像部、前記第３撮像部及び前記第４撮像部のうちの１つは、前記被評価面に対する視野の少なくとも一部が前記照明部で遮られ、前記第１撮像部、前記第２撮像部、前記第３撮像部及び前記第４撮像部のうちの残りは、前記パターン光で照明された前記被評価面の少なくとも一部の領域からの反射光を前記照明部を介さずに観察可能であることを特徴とする請求項２又は３に記載の評価装置。
【請求項５】
前記制御部は、
前記第３撮像部が前記パターン光で照明された前記被評価面の前記第１領域及び前記第２領域とは異なる第３領域からの反射光を前記照明部を介さずに観察可能な第３範囲において、前記駆動部により前記被評価面と前記パターン光との相対位置を変更しながら前記第３領域を前記第３撮像部で撮像して複数の第３画像を取得し、
前記第４撮像部が前記パターン光で照明された前記被評価面の前記第１領域、前記第２領域及び前記第３領域とは異なる第４領域からの反射光を前記照明部を介さずに観察可能な第４範囲において、前記駆動部により前記被評価面と前記パターン光との相対位置を変更しながら前記第４領域を前記第４撮像部で撮像して複数の第４画像を取得し、
前記複数の第３画像に基づいて前記第３領域の性状を評価し、前記複数の第４画像に基づいて前記第４領域の性状を評価することを特徴とする請求項４に記載の評価装置。
【請求項６】
前記被評価面は、前記第１方向及び前記第２方向に交差する第３方向と前記被評価面の法線とのなす角度が第１表面角度以上、且つ、第２表面角度以下となる曲面形状を有し、
前記第１撮像部は、前記第１表面角度よりも小さい第１角度で前記被評価面を撮像し、
前記第２撮像部は、前記第２表面角度よりも大きい第２角度で前記被評価面を撮像することを特徴とする請求項２又は３に記載の評価装置。
【請求項７】
前記第１表面角度は、−４５度であり、
前記第２表面角度は、４５度であることを特徴とする請求項６に記載の評価装置。
【請求項８】
前記第１範囲及び前記第２範囲のそれぞれにおいて、前記第１撮像部及び前記第２撮像部のそれぞれは、前記被評価面の法線の角度が（第１角度＋第２角度）／２となる前記被評価面の領域からの反射光も前記照明部を介さずに観察可能であることを特徴とする請求項６又は７に記載の評価装置。
【請求項９】
前記第１撮像部のワーキングディスタンスをＷ１、前記第２撮像部のワーキングディスタンスをＷ２、前記被評価面と前記発光面との間の距離をＤ、前記第１角度をθ１、前記第２角度をθ２とすると、
１＜Ｗ１ｃｏｓθ１／Ｄ＜２、且つ、１＜Ｗ２ｃｏｓθ２／Ｄ＜２
を満たすことを特徴とする請求項６乃至８のうちいずれか１項に記載の評価装置。
【請求項１０】
前記被評価面は、前記第１方向及び前記第２方向に交差する第３方向と前記被評価面の法線とのなす角度が第１表面角度以上、且つ、第２表面角度以下となる曲面形状を有し、
前記第１撮像部は、前記第１表面角度よりも小さい第１角度で前記被評価面を撮像し、
前記第２撮像部は、前記第２表面角度よりも大きい第２角度で前記被評価面を撮像し、
前記第３撮像部は、前記第１表面角度よりも大きく、且つ、（前記第１角度＋前記第２角度）／２よりも小さい第３角度で前記被評価面を撮像し、
前記第４撮像部は、（前記第１角度＋前記第２角度）／２よりも大きく、前記第２表面角度よりも小さい第４角度で前記被評価面を撮像することを特徴とする請求項４又は５に記載の評価装置。
【請求項１１】
前記第１撮像部、前記第２撮像部、前記第３撮像部及び前記第４撮像部は、前記第１撮像部の光軸と前記第２撮像部の光軸との第１交点と、前記第３撮像部の光軸と前記第４撮像部の光軸との第２交点とが一致せず、前記第２交点が前記第１交点よりも前記被評価面に近くなるように配置されていることを特徴とする請求項４又は５に記載の評価装置。
【請求項１２】
前記駆動部は、前記照明部を前記第２方向に沿って一定の速度で移動させることを特徴とする請求項１乃至１１のうちいずれか１項に記載の評価装置。
【請求項１３】
前記発光面は、前記第１方向において前記被評価面を部分的に取り囲む形状を有することを特徴とする請求項１乃至１１のうちいずれか１項に記載の評価装置。
【請求項１４】
前記発光面は、一定の曲率半径を有する円弧形状を有し、
前記駆動部は、前記円弧形状の曲率中心を軸として前記発光面を回転させることを特徴とする請求項１乃至１１のうちいずれか１項に記載の評価装置。
【請求項１５】
請求項１乃至１４のうちいずれか１項に記載の評価装置を用いてワークの被評価面の性状の評価を行う工程と、
前記工程において前記評価の行われた前記ワークを前記評価に基づいて処理する工程と、
を有することを特徴とする物品の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、評価装置及び物品の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
光沢性を有する略平面状の被評価面（ワーク）の性状を評価する、具体的には、被評価面に存在する欠陥を検出する技術が提案されている（特許文献１参照）。特許文献１に開示された技術では、ラインパターン光源でワークを照明し、ワークで反射された光をカメラで撮像し、その画像に画像処理を施すことで欠陥を検出している。具体的には、特許文献１に開示された技術では、輝度が周期的に変化する光をワークに照射して撮像された画像（反射光）の輝度変化の振幅や平均値などを算出し、それらの値からワークの表面上の欠陥を検出している。
【０００３】
また、自動車の塗装面などの光沢性を有する曲面状の被評価面（ワーク）に存在する欠陥を検出する技術も提案されている（特許文献２参照）。特許文献２には、トンネル型の光源でワークの表面にストライプパターンが写り込むように照明し、複数の方向からカメラで撮像する技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第５９９４４１９号公報
【特許文献２】特許第５２２８０４２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に開示された技術では、ワークに縞状のパターンを写し込むための光源として、ＬＣＤ（液晶表示デバイス）やラインパターン状のフィルムが設けられた面発光光源が用いられているが、これらの光源は光を透過しない。従って、光沢性を有する曲面状の広い範囲を評価するためには、大型の光源を用いる、或いは、ワークとカメラとの相対的な位置及び角度を変えて複数の画像を取得する必要があり、装置の大型化や複雑化を招いてしまう。
【０００６】
また、特許文献２に開示された技術では、カメラの少なくとも一部が光源と被評価面との間に位置するため、光源からの光の一部がカメラによって遮られてしまう。従って、被評価面の少なくとも一部の領域において、ストライプパターンが写り込まない状態となるため、かかる領域は評価することができなくなる。これにより、被評価面の全ての領域を評価することができず、欠陥の見落としを招く懸念がある。
【０００７】
本発明は、このような従来技術の課題に鑑みてなされ、被評価面の性状を評価するのに有利な評価装置を提供することを例示的目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するために、本発明の一側面としての評価装置は、被評価面の性状を評価する評価装置であって、第１方向に長手方向を有する明部及び暗部が前記第１方向に交差する第２方向に沿って周期的に交互に配列された発光面を含み、前記発光面からのパターン光で前記被評価面を照明する照明部と、前記パターン光で照明された前記被評価面をそれぞれ撮像して画像を取得する第１撮像部及び第２撮像部と、前記被評価面に対して前記照明部を前記第２方向に沿って移動させる駆動部と、前記画像に基づいて前記被評価面の性状を評価する処理を制御する制御部と、を有し、前記駆動部により前記照明部を前記第２方向に沿って移動させている状態において、前記第１撮像部及び前記第２撮像部の一方は、前記被評価面に対する視野の少なくとも一部が前記照明部で遮られ、前記第１撮像部及び前記第２撮像部の他方は、前記パターン光で照明された前記被評価面の少なくとも一部の領域からの反射光を前記照明部を介さずに観察可能であることを特徴とする。
【０００９】
本発明の更なる目的又はその他の側面は、以下、添付図面を参照して説明される好ましい実施形態によって明らかにされるであろう。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、例えば、被評価面の性状を評価するのに有利な評価装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の第１実施形態における評価装置の構成を示す概略図である。
【図２】ワークと、照明部と、第１カメラ及び第２カメラとの位置関係を示す図である。
【図３】照明部について説明するための図である。
【図４】図１に示す評価装置において、ワークの被評価面の性状を評価する処理を説明するためのフローチャートである。
【図５】本発明の第２実施形態における評価装置を説明するための図である。
【図６】図５に示す評価装置において、ワーク及び照明部の近傍を示す概略図である。
【図７】本発明の第３実施形態における評価装置を説明するための図である。
【図８】本発明の第４実施形態における評価装置を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、添付図面を参照して、本発明の好適な実施の形態について説明する。なお、各図において、同一の部材については同一の参照番号を付し、重複する説明は省略する。
【００１３】
＜第１実施形態＞
図１は、本発明の第１実施形態における評価装置１の構成を示す概略図である。評価装置１は、光沢性を有するワーク（被評価物）１１の画像を処理して、ワーク１１の曲面形状を有する被評価面を光学的に評価する。ワーク１１は、例えば、工業製品に利用される表面が研磨された金属部品や樹脂部品などを含む。ワーク１１の表面（被評価面）には、多様な欠陥、例えば、傷や色抜けの他、打痕など緩やかな凹凸形状に起因する欠陥などが発生する。
【００１４】
評価装置１は、ワーク１１の被評価面の画像を取得し、かかる画像を処理して得られる情報を評価することで被評価面の欠陥を検出し、その検出結果に基づいて、例えば、ワーク１１を良品又は不良品に分類する。評価装置１は、ワーク１１を所定の位置に搬送する搬送装置（不図示）、例えば、コンベア、ロボット、スライダ、手動ステージなどを有する。
【００１５】
評価装置１は、ワーク１１を照明する照明部１０１と、ワーク１１を互いに異なる２つの方向から撮像する第１カメラ１０２ａ（第１撮像部）及び第２カメラ１０２ｂ（第２撮像部）とを有する。更に、評価装置１は、制御部１０３と、パーソナルコンピュータ（ＰＣ）１０４と、ディスプレイ１０５と、駆動部（可動機構）１０６とを有する。
【００１６】
第１カメラ１０２ａ及び第２カメラ１０２ｂは、例えば、ＣＣＤイメージセンサやＣＭＯＳイメージセンサなどの画素が２次元状に配列されたイメージセンサを含み、ワーク１１（の被評価面）を撮像して画像を取得する。このようなエリアセンサカメラは、ラインセンサカメラと比べて、広い領域の画像を一括で取得することができるため、ワーク１１の被評価面の広い範囲を高速に評価することが可能となる。
【００１７】
図２（ａ）及び図２（ｂ）は、評価装置１において、ワーク１１と、照明部１０１と、第１カメラ１０２ａ及び第２カメラ１０２ｂとの位置関係を示す図である。
ワーク１１の被評価面は、その法線がＺ方向に対して、α１１以上（第１表面角度以上）、且つ、α２１以下（第２表面角度以下）となる（即ち、Ｚ方向と被評価面の法線とのなす角度がα１１以上α２１以下となる）曲面形状を有している。ここで、α１１（第１表面角度）は、例えば、−４５度であり、α２１（第２表面角度）は、例えば、４５度である。また、Ｚ方向（第３方向）は、図１に示すように、Ｙ方向（第１方向）及びＸ方向（第２方向）に交差（直交）する方向である。第１カメラ１０２ａは、ワーク１１の被評価面を、α１１よりも小さい第１角度θ１から撮像して画像を取得する。第２カメラ１０２ｂは、ワーク１１の被評価面を、α２１よりも大きい第２角度θ２から撮像して画像を取得する。
【００１８】
第１カメラ１０２ａのワーキングディスタンス（第１カメラ１０２ａとワーク１１の被評価面との間の距離）をＷ１とし、第２カメラ１０２ｂのワーキングディスタンス（第２カメラ１０２ｂとワーク１１の被評価面との間の距離）をＷ２と定義する。また、照明部１０１とワーク１１の被評価面との間の距離をＤと定義する。この場合、第１カメラ１０２ａ及び第２カメラ１０２ｂは、以下の式を満たす位置に配置されるとよい。
１＜Ｗ１ｃｏｓθ１／Ｄ＜２
１＜Ｗ２ｃｏｓθ２／Ｄ＜２
Ｗ１ｃｏｓθ１及びＷ２ｃｏｓθ２が１よりも小さい場合、第１カメラ１０２ａ及び第２カメラ１０２ｂが照明部１０１と物理的に干渉してしまう。また、Ｗ１ｃｏｓθ１及びＷ２ｃｏｓθ２が２よりも大きい場合、第１カメラ１０２ａ及び第２カメラ１０２ｂがワーク１１の被評価面から遠ざかるため、画像の分解能の低下や装置の大型化を招いてしまう。
【００１９】
図３は、照明部１０１について説明するための図である。照明部１０１は、明部１０１ａと暗部１０１ｂとが周期的に（一定の周期Ｐで）交互に配列された発光面を含み、ストライプ状のパターン光（即ち、明部１０１ａに対応する明線と、暗部１０１ｂに対応する暗線と、を含む光）を射出する。明部１０１ａ及び暗部１０１ｂは、本実施形態では、Ｙ方向に長手方向を有する矩形形状で構成されている。照明部１０１からのパターン光で照明されることによって、ワーク１１の被評価面には、ストライプパターンが写り込む。なお、本実施形態では、照明部１０１の発光面は、明部１０１ａと暗部１０１ｂとを矩形パターンとしているが、これに限定されるものではない。例えば、照明部１０１の発光面は、明部と暗部とを正弦波パターンとしてもよい。
【００２０】
照明部１０１は、図１に示すように、駆動部１０６によって移動可能に保持されている。駆動部１０６は、図２（ａ）及び図２（ｂ）に示すように、ワーク１１の被評価面に対して照明部１０１をＸ方向に沿って移動させる。
【００２１】
制御部１０３は、例えば、ＣＰＵやメモリなどを含むコンピュータで構成され、記憶部に記憶されたプログラムに従って評価装置１の各部を統括的に制御して評価装置１を動作させる。制御部１０３は、本実施形態では、照明部１０１と、第１カメラ１０２ａ及び第２カメラ１０２ｂと、駆動部１０６とを同期して制御する。制御部１０３は、ＰＣ１０４と協同して、第１カメラ１０２ａ及び第２カメラ１０２ｂで取得される画像に基づいて、ワーク１１の被評価面の性状を評価する処理を制御する。
【００２２】
制御部１０３は、駆動部１０６を介して、照明部１０１を第１範囲でΔＸｉ（ｉ＝１，２，・・・，Ｍ）だけ移動させ、ワーク１１の被評価面を第１カメラ１０２ａで撮像してＭ（Ｍ≧３）枚からなる第１画像（第１画像群）を取得する。ここで、第１範囲は、図２（ａ）に示すように、ワーク１１の被評価面の法線の角度がα１１の領域（第１領域）に照明部１０１の発光面の像（即ち、ストライプパターン）が写り込む範囲内に設定される。従って、第１範囲は、照明部１０１からのパターン光で照明されたワーク１１の被評価面の法線の角度がα１１の領域からの反射光を、第１カメラ１０２ａが照明部１０１を介さずに観察可能な範囲である。
【００２３】
また、制御部１０３は、駆動部１０６を介して、照明部１０１を第２範囲でΔＸｊ（ｊ＝Ｍ＋１，Ｍ＋２，・・・，Ｍ＋Ｎ）だけ移動させ、ワーク１１の被評価面を第２カメラ１０２ｂで撮像してＮ（Ｎ≧３）枚からなる第２画像（第２画像群）を取得する。ここで、第２範囲は、図２（ｂ）に示すように、ワーク１１の被評価面の法線の角度がα２１の領域（第２領域）に照明部１０１の発光面の像（即ち、ストライプパターン）が写り込む範囲内に設定される。従って、第２範囲は、照明部１０１からのパターン光で照明されたワーク１１の被評価面の法線の角度がα２１の領域からの反射光を、第２カメラ１０２ｂが照明部１０１を介さずに観察可能な範囲である。
【００２４】
ΔＸｉ及びΔＸｊは、既知であれば、任意の値に設定することができる。また、第１画像群及び第２画像群の各画像は、それぞれの位置で照明部１０１を静止させた状態で取得してもよいし、駆動部１０６によって照明部１０１を移動させながら取得してもよい。また、第１範囲と第２範囲とを含む範囲において、駆動部１０６によって照明部１０１を一定の速度でＸ方向に移動（走査）させながら、第１画像群及び第２画像群の各画像を取得してもよい。これにより、駆動部１０６の加減速に要する時間を短縮することができるため、ワーク１１の被評価面を短時間で評価することが可能となる。
【００２５】
ＰＣ１０４及びディスプレイ１０５は、画像処理部として機能する。ＰＣ１０４は、本実施形態では、第１カメラ１０２ａ及び第２カメラ１０２ｂで取得された画像に画像処理を施し、かかる画像処理によって得られた情報に基づいて、ワーク１１の被評価面を評価する。本実施形態では、ＰＣ１０４と制御部１０３とを別体としているが、ＰＣ１０４と制御部１０３とを一体的に設けてもよい。また、ＰＣ１０４は、汎用的なＰＣではなく、画像処理専用のマシンであってもよい。第１カメラ１０２ａ及び第２カメラ１０２ｂで取得された画像は、ケーブル（不図示）を経由してＰＣ１０４に転送される。ディスプレイ１０５は、評価装置１に関する種々のデータや情報をユーザに提供（表示）する表示部であって、例えば、第１カメラ１０２ａ及び第２カメラ１０２ｂで取得された画像やワーク１１の被評価面の評価結果などを表示する。
【００２６】
第１画像群に含まれる少なくとも１つの第１画像は、ワーク１１の被評価面の法線の角度がα１１の領域からの正反射光を第１カメラ１０２ａで撮像することで取得される。一方、第２画像群に含まれる少なくとも１つの第２画像は、ワーク１１の被評価面の法線の角度がα２１の領域からの正反射光を第２カメラ１０２ｂで撮像することで取得される。従って、評価装置１では、ワーク１１の被評価面の法線の角度がα１１及びα２１の領域を評価することが可能となり、照明部１０１がコンパクトであっても、光沢性を有する曲面形状の被評価面の広範囲を評価することができる。
【００２７】
また、第１画像群において、ワーク１１の被評価面の法線の角度が（θ１＋θ２）／２の領域（θ１＝−θ２である場合、法線の角度が０度の領域）についても、照明部１０１の発光面の像が写り込むように、第１範囲が設定されることが好ましい。この場合、図２（ａ）に示すように、ワーク１１の被評価面に対して、第２カメラ１０２ｂの視野（撮像範囲）の少なくとも一部が照明部１０１によって遮られた状態で、第１カメラ１０２ａによって第１画像群を取得することになる。
【００２８】
また、第２画像群において、ワーク１１の被評価面の法線の角度が（θ１＋θ２）／２の領域（θ１＝−θ２である場合、法線の角度が０度の領域）についても、照明部１０１の発光面の像が写り込むように、第２範囲が設定されることが好ましい。この場合、図２（ｂ）に示すように、ワーク１１の被評価面に対して、第１カメラ１０２ａの視野（撮像範囲）の少なくとも一部が照明部１０１によって遮られた状態で、第２カメラ１０２ｂによって第２画像群を取得することになる。
【００２９】
このように第１範囲及び第２範囲を設定することで、第１画像群及び第２画像群のそれぞれでワーク１１の被評価面を評価することができる。具体的には、第１画像群に基づいてワーク１１の被評価面の法線の角度がα１１から（θ１＋θ２）までの領域を評価することができ、第２画像群に基づいてワーク１１の被評価面の法線の角度が（θ１＋θ２）からα２１からまでの領域を評価することができる。従って、第１画像群と第２画像群とを組み合わせることで、ワーク１１の被評価面の法線の角度がα１１以上α２１以下の全ての領域を評価することが可能となる。換言すれば、第１範囲及び第２範囲では、ワーク１１の被評価面の法線の角度が（θ１＋θ２）／２の領域にも、照明部１０１の発光面の像が写り込むようにすることで、被評価面の全ての領域を評価することができる。このように、第１カメラ１０２ａ及び第２カメラ１０２ｂのうち、一方のカメラの撮像時に、他方のカメラの視野の少なくとも一部が照明部１０１で遮られるようにする。換言すれば、駆動部１０６により照明部１０１をＸ方向に沿って移動させている状態において、第１カメラ１０２ａ及び第２カメラ１０２ｂの一方は、ワーク１１の被評価面に対する視野の少なくとも一部が照明部１０１で遮られる。一方、第１カメラ１０２ａ及び第２カメラ１０２ｂの他方は、照明部１０１からのパターン光で照明されたワーク１１の被評価面の少なくとも一部の領域からの反射光を、照明部１０１を介さずに観察可能である。このようにすることで、光沢性を有する曲面形状の被評価面の更に広い範囲を評価することが可能となる。
【００３０】
図４を参照して、本実施形態の評価装置１において、ワーク１１の被評価面の性状を評価する処理、具体的には、ワーク１１の表面上の欠陥を検出（検査）する処理について説明する。
【００３１】
Ｓ１１において、制御部１０３は、駆動部１０６を介して、照明部１０１を第１範囲でΔＸｉ（ｉ＝１，２，・・・，Ｍ）だけ移動させる。
【００３２】
Ｓ１２において、制御部１０３は、照明部１０１を第１範囲でΔＸｉだけ移動させた状態（位置）で照明部１０１からのパターン光でワーク１１を照明し、第１カメラ１０２ａでワーク１１を撮像して第１画像Ｉｉ（ｘ，ｙ）を取得する。なお、ｘ及びｙは、画像上の画素の位置を表す。ここで、１枚目の第１画像を基準位置とすることで、ΔＸｉはゼロであってもよい。
【００３３】
Ｓ１３において、制御部１０３は、ＸｉがＸＭに到達したかどうか（即ち、ｉ＝Ｍであるかどうか）を判定する。ＸｉがＸＭに到達していれば、Ｓ１４に移行し、ＸｉがＸＭに到達していなければ、Ｓ１１に移行する。このようにして、Ｓ１１及びＳ１２をＭ回繰り返して、Ｍ（Ｍ≧３）枚の第１画像（第１画像群）を取得する。換言すれば、Ｓ１１乃至Ｓ１３は、第１範囲において、駆動部１０６によりワーク１１の被評価面と照明部１０１との相対位置を変更しながら被評価面（第１領域）を第１カメラ１０２ａで撮像して複数の第１画像を取得する工程である。
【００３４】
Ｓ１４において、制御部１０３は、駆動部１０６を介して、照明部１０１を第２範囲でΔＸｊ（ｊ＝Ｍ＋１，Ｍ＋２，・・・，Ｍ＋Ｎ）だけ移動させる。
【００３５】
Ｓ１５において、制御部１０３は、照明部１０１を第２範囲でΔＸｊだけ移動させた状態（位置）で照明部１０１からのパターン光でワーク１１を照明し、第２カメラ１０２ｂでワーク１１を撮像して第２画像Ｉｊ（ｘ，ｙ）を取得する。
Ｓ１６において、制御部１０３は、ＸｊがＸＭ＋Ｎに到達したかどうか（即ち、ｊ＝Ｍ＋Ｎであるかどうか）を判定する。ＸｊがＸＭ＋Ｎに到達していれば、Ｓ１７に移行し、ＸｊがＸＭ＋Ｎに到達していなければ、Ｓ１４に移行する。このようにして、Ｓ１４及びＳ１５をＮ回繰り返して、Ｎ（Ｎ≧３）枚の第２画像（第２画像群）を取得する。換言すれば、Ｓ１４乃至Ｓ１６は、第２範囲において、駆動部１０６によりワーク１１の被評価面と照明部１０１との相対位置を変更しながら被評価面（第２領域）を第２カメラ１０２ｂで撮像して複数の第２画像を取得する工程である。
【００３６】
Ｓ１７において、ＰＣ１０４は、Ｓ１１乃至Ｓ１３を経て取得されたＭ枚の第１画像から第１合成画像を生成する。具体的には、照明部１０１が第１範囲でΔＸｉだけ移動したとき、位相が２πΔＸｉ／Ｐラジアンでシフトする周波数成分の強度変化に関する情報を用いて、Ｍ枚の第１画像から第１合成画像を生成する。
【００３７】
第１合成画像の１つの例は、位相が２πΔＸｉ／Ｐラジアンでシフトする周波数成分の振幅画像である。照明部１０１とワーク１１との相対的な位置をＰ／Ｎ幅のステップでシフトさせた場合、ΔＸｉ（ｉ＝１，２，・・・，Ｎ）は、以下の式で表される。
ΔＸｉ＝（Ｐ／Ｎ）×（ｉ−１）
このとき、振幅画像Ａ（ｘ，ｙ）は、以下の式から求められる。これは、Ｍ（Ｍ≧３）枚の第１画像を処理して得られる被評価面（の性状）に関する情報を含む処理画像であり、位相が２πΔＸｉ／Ｐラジアンでシフトする周波数成分の強度変化に関する情報を用いて生成された第１合成画像である。
【００３８】
【数１】
2020046224.tif 000003
【００３９】
照明部１０１を移動させると、ワーク上でストライプパターンが移動することになるため、カメラの画素上の１つの点で、強度の明暗が変化する。光沢性を有する被評価面において、正常な光沢を有する部分では、この明暗の差に相当する振幅が発生するが、傷、微少な凹凸、表面粗さなどの散乱性の欠陥が存在する部分では、正反射光以外にも散乱光が発生する。散乱光が発生すると、明暗の差が小さくなるため、振幅の値が小さくなる。例えば、完全拡散面では、光の散乱角度分布が入射光の角度に依存しなくなるため、照明部１０１からのパターン光で照明しても、振幅はゼロとなる。従って、振幅画像では、ワーク１１の被評価面の性状として散乱性の度合いを評価することができ、傷、微少な凹凸、表面粗さなどの散乱性の欠陥を画像上に明瞭に可視化することができる。
【００４０】
第１合成画像の別の例は、位相が２πΔＸｉ／Ｐラジアンでシフトする周波数成分の位相画像である。位相画像θ（ｘ，ｙ）は、以下の式から求められる。かかる式において、位相は−πからπの値で算出されるため、それ以上に位相が変化する場合に、位相画像では非連続な位相の飛びが発生する。従って、必要に応じて、位相接続（位相アンラップ）が必要である。
【００４１】
【数２】
2020046224.tif 000004
【００４２】
位相画像では、ワーク１１の被評価面の性状として被評価面の傾きを評価することができるため、打痕、面倒れ、凹みなどの緩やかな形状変化に起因する欠陥を画像上に明瞭に可視化することができる。
【００４３】
位相接続（位相アンラップ）に関しては、種々のアルゴリズムが提案されているが、画像のノイズが大きい場合には、誤差が生じる場合がある。位相接続を回避するために、位相の微分に相当する位相差を求めてもよい。位相差Δθｘ（ｘ，ｙ）及びΔθｙ（ｘ，ｙ）は、以下の式から求められる。
【００４４】
【数３】
2020046224.tif 000005
【００４５】
第１合成画像の更に別の例は、平均画像である。平均画像Ｉａｖｅ（ｘ，ｙ）は、以下の式から求められる。
【００４６】
【数４】
2020046224.tif 000006
【００４７】
平均画像では、ワーク１１の被評価面の性状として反射率の分布を評価することができるため、色抜け、汚れ、吸収性の異物などの正常な部分と反射率に違いがある欠陥を画像上に明瞭に可視化することができる。
【００４８】
このように、振幅画像、位相画像、位相差画像及び平均画像のそれぞれで、光学的に評価可能な性状が異なり、可視化される欠陥も異なるため、これらの画像を組み合わせることで、多様な性状を評価して、多様な欠陥を可視化することができる。
【００４９】
Ｓ１８において、ＰＣ１０４は、Ｓ１４乃至Ｓ１６を経て取得されたＮ枚の第２画像から第２合成画像を生成する。具体的には、照明部１０１が第２範囲でΔＸｊだけ移動したとき、位相が２πΔＸｊ／Ｐラジアンでシフトする周波数成分の強度変化に関する情報を用いて、Ｎ枚の第２画像から第２合成画像を生成する。
【００５０】
Ｓ１９において、ＰＣ１０４は、Ｓ１７及びＳ１８のそれぞれで生成した第１合成画像及び第２合成画像に基づいて、ワーク１１の被評価面の性状を評価する。本実施形態では、ワーク１１の表面上の欠陥を検出する。第１合成画像と第２合成画像とを組み合わせることで、ワーク１１の被評価面の法線の角度がα１１以上α２１以下の全ての領域について、欠陥を検出することが可能となる。
【００５１】
このように、本実施形態の評価装置１は、コンパクトな構成でありながら、光沢性を有する曲面形状の広い範囲に対して、その性状を評価することができる。なお、本実施形態では、駆動部１０６によって照明部１０１の全体を移動させることで、ストライプパターンの位相をシフトさせているが、ワーク１１に対して明部１０１ａ及び暗部１０１ｂ（発光部）のみが移動可能となっていてもよい。例えば、明部と暗部とがプリントされたフィルムを、照明部１０１の発光面に対して移動させてもよい。また、照明部１０１を液晶ディスプレイで構成し、明部と暗部とがシフトするように表示を切り替えてもよい。この場合、光沢性を有する曲面形状の広い範囲に対して、その性状を評価するためには、第１画像群及び第２画像群を取得する際に、照明部１０１の全体の位置を切り替えるなどの対応が必要となる。
【００５２】
＜第２実施形態＞
図５を参照して、本発明の第２実施形態における評価装置２について説明する。図５は、評価装置２において、ワーク１１と、照明部１０１と、第１カメラ１０２ａ、第２カメラ１０２ｂ、第３カメラ１０２ｃ及び第４カメラ１０２ｄとの位置関係を示す図である。
【００５３】
評価装置２は、第１カメラ１０２ａ及び第２カメラ１０２ｂに加えて、第３カメラ１０２ｃと、第４カメラ１０２ｄとを更に有する。第３カメラ１０２ｃは、ワーク１１の被評価面を、α１１よりも大きく、且つ、（θ１＋θ２）／２よりも小さい第３角度θ３から撮像して画像を取得する。第４カメラ１０２ｄは、ワーク１１の被評価面を、（θ１＋θ２）／２よりも大きく、且つ、α２１よりも小さい第４角度θ４から撮像して画像を取得する。
【００５４】
本実施形態では、駆動部１０６により照明部１０１をＸ方向に沿って移動させている状態において、第１カメラ１０１ａ乃至第４カメラ１０１ｄのうちの１つは、ワーク１１の被評価面に対する視野の少なくとも一部が照明部１０１で遮られる。また、第１カメラ１０１ａ乃至第４カメラ１０１ｄのうちの残りは、照明部１０１からのパターン光で照明されたワーク１１の被評価面の少なくとも一部の領域からの反射光を、照明部１０１を介さずに観察可能である。
【００５５】
図６（ａ）及び図６（ｂ）は、評価装置２において、ワーク１１及び照明部１０１の近傍を示す概略図である。照明部１０１が図６（ｂ）に示す位置に存在している場合を考える。この場合、ワーク１１の被評価面の法線の角度がα１２からα１３の領域で反射された光は、第１カメラ１０２ａに向かい、ワーク１１の被評価面の法線の角度がα２２からα２１の領域で反射された光は、第２カメラ１０２ｂに向かう。また、ワーク１１の被評価面の法線の角度がα１３から０度の領域で反射された光は、第３カメラ１０２ｃに向かう。
【００５６】
照明部１０１が図６（ａ）に示す位置に存在している場合を考える。この場合、ワーク１１の被評価面の法線の角度がα１１からα１２の領域で反射された光は、第１カメラ１０２ａに向かい、ワーク１１の被評価面の法線の角度がα２３からα２２の領域で反射された光は、第２カメラ１０２ｂに向かう。また、ワーク１１の被評価面の法線の角度が０度からα２３の領域で反射された光は、第４カメラ１０２ｄに向かう。
【００５７】
このように、照明部１０１を図６（ａ）及び図６（ｂ）のそれぞれに示す位置に移動させることで、ワーク１１の被評価面の全ての領域からの正反射光を、第１カメラ１０２ａ乃至第４カメラ１０２ｄのそれぞれで分割して撮像することが可能となる。これにより、ワーク１１の被評価面の全ての領域の性状を評価することができる。具体的には、第１カメラ１０２ａで取得した画像に基づいて、ワーク１１の被評価面のα１１からα１３までの領域（中心角度α１２）の性状を評価する。第２カメラ１０２ｂで取得した画像に基づいて、ワーク１１の被評価面のα２３からα２２までの領域（中心角度α２２）の性状を評価する。第３カメラ１０２ｃで取得した画像に基づいて、ワーク１１の被評価面のα１３から０度までの領域（中心角度α１３／２）（第３領域）の性状を評価する。第４カメラ１０２ｄで取得した画像に基づいて、ワーク１１の被評価面の０度からα２３までの領域（中心角度α２３／２）（第４領域）の性状を評価する。第１カメラ１０２ａ乃至第４カメラ１０２ｄのそれぞれで取得した画像を統合（合成）することで、ワーク１１の被評価面の全体の性状を評価することが可能となる。
【００５８】
評価装置２は、評価装置１と比較して、撮像部として機能するカメラの数が多いため、ワーク１１の被評価面を小さな入射角度で撮像することができる。従って、評価装置２は、評価装置１に比べて、ワーク１１の被評価面を高い分解能で撮像することが可能であり、より微細な欠陥を画像に写し込むことができる。また、カメラの数が多いことで、照明部１０１のサイズが小さくても、ワーク１１の被評価面の全ての領域からの正反射光をカメラで撮像することができる。このように、照明部１０１をよりコンパクトにできるメリットもある。
【００５９】
また、高分解能の画像を取得するためには、各カメラで撮像する視野（撮像領域）の中心が光軸と一致するように、第１カメラ１０２ａ乃至第４カメラ１０２ｄを配置するとよい。このようにすることで、ワーク１１の被評価面が画像から見切れることなく、レンズの倍率を上げることができる。ここで、第１カメラ１０２ａの光軸と第２カメラ１０２ｂの光軸との交点をＰ１とし、第３カメラ１０２ｃの光軸と第４カメラ１０２ｄの光軸との交点をＰ２とする。この場合、交点Ｐ１と交点Ｐ２とが一致せず、交点Ｐ２が交点Ｐ１よりもワーク１１の被評価面の近くなるようにする。
【００６０】
制御部１０３は、駆動部１０６を介して、照明部１０１を第１範囲で移動（走査）させ、ワーク１１の被評価面を第１カメラ１０２ａで撮像して３枚以上の画像からなる第１画像（第１画像群）を取得する。ここで、第１範囲は、図６（ａ）に示されるように、ワーク１１の被評価面の法線の角度がα１１の領域及びα１２の領域に照明部１０１の発光面の像（即ち、ストライプパターン）が写り込む範囲内に設定される。従って、第１範囲は、照明部１０１からのパターン光で照明されたワーク１１の被評価面の法線の角度がα１１の領域及びα１２の領域からの反射光を、第１カメラ１０２ａが照明部１０１を介さずに観察可能な範囲である。
【００６１】
次に、制御部１０３は、駆動部１０６を介して、照明部１０１を第４範囲で移動させ、ワーク１１の被評価面を第４カメラ１０２ｄで撮像して３枚以上の画像からなる第４画像（第４画像群）を取得する。ここで、第４範囲は、図６（ａ）に示されるように、ワーク１１の被評価面の法線の角度が（θ３＋θ４）／２の領域及びα２３の領域に照明部１０１の発光面の像（即ち、ストライプパターン）が写り込む範囲内に設定される。従って、第４範囲は、照明部１０１からのパターン光で照明されたワーク１１の被評価面の法線の角度が（θ３＋θ４）／２の領域及びα２３の領域からの反射光を、第４カメラ１０２ｄが照明部１０１を介さずに観察可能な範囲である。
【００６２】
次に、制御部１０３は、駆動部１０６を介して、照明部１０１を第６範囲で移動させ、ワーク１１の被評価面を第２カメラ１０２ｂで撮像して３枚以上の画像からなる第６画像（第６画像群）を取得する。ここで、第６範囲は、図６（ａ）に示されるように、ワーク１１の被評価面の法線の角度がα２３の領域及びα２２の領域に照明部１０１の発光面の像（即ち、ストライプパターン）が写り込む範囲内に設定される。従って、第６範囲は、照明部１０１からのパターン光で照明されたワーク１１の被評価面の法線の角度がα２３の領域及びα２２の領域からの反射光を、第２カメラ１０２ｂが照明部１０１を介さずに観察可能な範囲である。
【００６３】
なお、第１範囲、第４範囲及び第６範囲は、同じ範囲でもよいし、重なりを有する範囲でもよい。第１範囲、第４範囲及び第６範囲が同じ範囲である場合、各カメラが同時にワーク１１の被評価面を撮像するように制御することで、撮像時間を短縮することができる。
【００６４】
次に、制御部１０３は、駆動部１０６を介して、照明部１０１を第２範囲で移動させ、ワーク１１の被評価面を第２カメラ１０２ｂで撮像して３枚以上の画像からなる第２画像（第２画像群）を取得する。ここで、第２範囲は、図６（ｂ）に示されるように、ワーク１１の被評価面の法線の角度がα２１の領域及びα２２の領域に照明部１０１の発光面の像（即ち、ストライプパターン）が写り込む範囲内に設定される。従って、第２範囲は、照明部１０１からのパターン光で照明されたワーク１１の被評価面の法線の角度がα２１の領域及びα２２の領域からの反射光を、第２カメラ１０２ｂが照明部１０１を介さずに観察可能な範囲である。
【００６５】
次に、制御部１０３は、駆動部１０６を介して、照明部１０１を第３範囲で移動させ、ワーク１１の被評価面を第３カメラ１０２ｃで撮像して３枚以上の画像からなる第３画像（第３画像群）を取得する。ここで、第３範囲は、図６（ｂ）に示されるように、ワーク１１の被評価面の法線の角度が（θ３＋θ４）／２の領域及びα１３の領域に照明部１０１の発光面の像（即ち、ストライプパターン）が写り込む範囲内に設定される。従って、第３範囲は、照明部１０１からのパターン光で照明されたワーク１１の被評価面の法線の角度が（θ３＋θ４）／２の領域及びα１３の領域からの反射光を、第３カメラ１０２ｃが照明部１０１を介さずに観察可能な範囲である。
【００６６】
次に、制御部１０３は、駆動部１０６を介して、照明部１０１を第５範囲で移動させ、ワーク１１の被評価面を第１カメラ１０２ａで撮像して３枚以上の画像からなる第５画像（第５画像群）を取得する。ここで、第５範囲は、図６（ｂ）に示されるように、ワーク１１の被評価面の法線の角度がα１２の領域及びα１３の領域に照明部１０１の発光面の像（即ち、ストライプパターン）が写り込む範囲内に設定される。従って、第５範囲は、照明部１０１からのパターン光で照明されたワーク１１の被評価面の法線の角度がα１２の領域及びα１３の領域からの反射光を、第１カメラ１０２ａが照明部１０１を介さずに観察可能な範囲である。
【００６７】
なお、第２範囲、第３範囲及び第５範囲は、同じ範囲でもよいし、重なりを有する範囲でもよい。第２範囲、第３範囲及び第５範囲が同じ範囲である場合、各カメラが同時にワーク１１の被評価面を撮像するように制御することで、撮像時間を短縮することができる。
【００６８】
評価装置２では、第１実施形態と同様に、第１画像群乃至第６画像群のそれぞれがＰＣ１０４で処理され、第１合成画像乃至第６合成画像が生成される。第１合成画像乃至第６合成画像を組み合わせることで、ワーク１１の被評価面の法線の角度がα１１以上α２１以下の全ての領域について、欠陥を検出することが可能となる。このように、本実施形態の評価装置２は、コンパクトな構成でありながら、光沢性を有する曲面形状の広い範囲に対して、その性状を評価することができる。
【００６９】
＜第３実施形態＞
図７を参照して、本発明の第３実施形態における評価装置３について説明する。図７は、評価装置３において、ワーク１１と、照明部２０１と、第１カメラ１０２ａ及び第２カメラ１０２ｂとの位置関係を示す図である。
【００７０】
照明部２０１の発光面は、Ｙ方向にワーク１１の被評価面を少なくとも部分的に取り囲む形状を有している。照明部の発光面が平面である場合、ワーク１１の被評価面がＹ方向に曲率を有すると、かかる被評価面の全ての領域からの正反射光をカメラで撮像するためには、大きな光源が必要となる。一方、図７に示すように、照明部２０１の発光面が第２方向にワーク１１の被評価面を少なくとも部分的に取り囲む形状を有していれば、照明部２０１が小型であっても、ワーク１１の被評価面の全ての領域からの正反射光をカメラで撮像することができる。照明部２０１は、第１実施形態及び第２実施形態と同様に、駆動部１０６を介して、Ｙ方向と交差するＸ方向に移動可能となっている。
【００７１】
制御部１０３は、駆動部１０６を介して、照明部２０１を第１範囲で移動（走査）させ、ワーク１１の被評価面を第１カメラ１０２ａで撮像して３枚以上の画像からなる第１画像（第１画像群）を取得する。次に、制御部１０３は、駆動部１０６を介して、照明部２０１を第２範囲で移動させ、ワーク１１の被評価面を第２カメラ１０２ｂで撮像して３枚以上の画像からなる第２画像（第２画像群）を取得する。
【００７２】
評価装置３では、第１実施形態や第２実施形態と同様に、第１画像群及び第２画像群のそれぞれがＰＣ１０４で処理され、第１合成画像及び第２合成画像が生成される。第１合成画像と第２合成画像とを組み合わせることで、ワーク１１の被評価面の広い領域について、欠陥を検出することが可能となる。このように、本実施形態の評価装置３は、コンパクトな構成でありながら、光沢性を有する曲面形状の広い範囲に対して、その性状を評価することができる。
【００７３】
＜第４実施形態＞
図８を参照して、本発明の第４実施形態における評価装置４について説明する。図８は、評価装置４において、ワーク１１と、照明部３０１と、第１カメラ１０２ａ及び第２カメラ１０２ｂとの位置関係を示す図である。
【００７４】
照明部３０１の発光面は、一定の曲率半径を有する円弧形状を有している。駆動部１０６は、照明部３０１の発光面の円弧形状の曲率中心を軸として発光面を回転させる（即ち、発光面と同じ曲率半径の円弧方向に移動させる）。照明部の発光面が平面である場合、ワーク１１の被評価面の法線の角度が大きいと、かかる被評価面の全ての領域からの正反射光をカメラで撮像するためには、大きな光源が必要となる。一方、図８に示すように、照明部３０１の発光面が円弧形状を有していれば、照明部３０１が小型であっても、ワーク１１の被評価面の全ての領域からの正反射光をカメラで撮像することができる。
【００７５】
制御部１０３は、駆動部１０６を介して、照明部３０１を第１範囲で移動（走査）させ、ワーク１１の被評価面を第１カメラ１０２ａで撮像して３枚以上の画像からなる第１画像（第１画像群）を取得する。次に、制御部１０３は、駆動部１０６を介して、照明部３０１を第２範囲で移動させ、ワーク１１の被評価面を第２カメラ１０２ｂで撮像して３枚以上の画像からなる第２画像（第２画像群）を取得する。
【００７６】
評価装置４では、第１実施形態乃至第３実施形態と同様に、第１画像群及び第２画像群のそれぞれがＰＣ１０４で処理され、第１合成画像及び第２合成画像が生成される。第１合成画像と第２合成画像とを組み合わせることで、ワーク１１の被評価面の広い領域について、欠陥を検出することが可能となる。このように、本実施形態の評価装置４は、コンパクトな構成でありながら、光沢性を有する曲面形状の広い範囲に対して、その性状を評価することができる。
【００７７】
＜第５実施形態＞
上述した各実施形態における評価装置１、２、３又は４は、例えば、物品を製造するのに用いられる。本実施形態における物品の製造方法は、評価装置１、２、３又は４を用いてワークの性状の評価を行う工程と、かかる工程において評価の行われたワークを評価に基づいて処理する工程と、を含む。本実施形態における物品の製造方法は、従来に比べて、物品の性能、品質、生産性及び生産コストの少なくとも１つにおいて有利である。
【００７８】
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されないことはいうまでもなく、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。
【符号の説明】
【００７９】
１：評価装置    １１：ワーク    １０１：照明部    １０２ａ：第１カメラ    １０２ｂ：第２カメラ    １０３：制御部    １０４：ＰＣ    １０５：ディスプレイ    １０６：駆動部
【図１】
2020046224.tif 000007
【図２】
2020046224.tif 000008
【図３】
2020046224.tif 000009
【図４】
2020046224.tif 000010
【図５】
2020046224.tif 000011
【図６】
2020046224.tif 000012
【図７】
2020046224.tif 000013
【図８】
2020046224.tif 000014