(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
円筒状検査対象物に対して、その端面、外径面及び内径面のうち少なくともいずれかを検査面として撮像する手段を有する外観検査装置において、
検査画像を円周方向に走査して円周方向に沿った画像濃度を取得する手段と、
前記取得された濃淡画像に対して、欠陥判定のための所定のしきい値を使って二値化する手段と、
前記二値化された画像信号に基づいて円筒状検査対象物の外観検査を行う外観検査手段と、
過去に測定した良品円筒状検査対象物の画像濃度を記憶する手段とを有し、
前記取得された画像濃度が、前記記憶された画像濃度と比較して、照明光源の照度や検査対象物の表面状態のばらつきの範囲とみなせる所定の範囲を超えている場合は、前記しきい値を維持し、
前記取得された画像濃度が、前記記憶された画像濃度と比較して、前記所定の範囲未満である場合は、前記取得された画像濃度と前記記憶された画像濃度との比を用いて前記しきい値を補正することを特徴とする外観検査装置。
【請求項２】
円筒状検査対象物に対して、その端面、外径面及び内径面のうち少なくともいずれかを検査面として撮像する手段を有する外観検査装置において、
検査画像を径方向に走査して径方向に沿った画像濃度を取得する手段と、
前記取得された濃淡画像に対して、欠陥判定のための所定のしきい値を使って二値化する手段と、
前記二値化された画像信号に基づいて円筒状検査対象物の外観検査を行う外観検査手段とを有し、
前記しきい値は、前記撮像された円筒状検査対象物の中心からの距離の関数として設定されることを特徴とする外観検査装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、外観検査装置に関し、特に検査対象物の表面欠陥検出が行える外観検査装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
円筒状加工物（以下「ワーク」という）の上下端面や外径面、内径面の外観を検査する外観検査装置が知られている。この外観検査装置は、検査面をカメラでとらえて画像信号に変換し、この画像信号を２値化して白黒画素信号として出力するものである。
【０００３】
この白黒画素信号の一次特徴量を抽出するなどして、公知の判定手順により、ワークの検査判定を行う。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
外観検査装置においては、長寿命でメンテナンスフリーな照明光源が求められているが、これだけでは足りず、自ら発する熱や雰囲気温度及び経年変化により照度が時間的に変化することがあってはならない。
【０００５】
そこで照明光源の照度を測定するセンサを設けることも考えられるが、こうすると部品が増えコストもかかるので、ワークの検査画面の画像処理により、光源の照度を補正することが好ましい。
【０００６】
そこで、本発明は、前記の問題を解決し、ワークの検査画面の画像処理により、光源の照度の経時変化を補正することができ、もって正確な検査をすることのできる外観検査装置を実現することを目的とする。
【０００７】
また、照明光源の光の当たる角度などの関係で、ワークの検査面の２次元画像上では、内周部が明るく、外周部が暗くなるので、このような画像を一様なしきい値で２値化した場合、誤った判定が行われることになる。
【０００８】
そこで、本発明は、ワークの検査画面の画像処理により内周面と外周面との画像濃度の違いを吸収し、正しい２値化判定をすることのできる外観検査装置を実現することを目的とする。
【００１１】
(1)本発明の外観検査装置は、検査対象物が円筒状であり、検査画像を円周方向に走査して円周方向に沿った画像濃度を取得する手段と、前記取得された濃淡画像に対して、欠陥判定のための所定のしきい値を使って二値化する手段と、前記二値化された画像信号に基づいて円筒状検査対象物の外観検査を行う外観検査手段と、過去に測定した良品円筒状検査対象物の画像濃度を記憶する手段とを有し、前記取得された画像濃度が、前記記憶された画像濃度と比較して、照明光源の照度や検査対象物の表面状態のばらつきの範囲とみなせる所定の範囲を超えている場合は、前記しきい値を維持し、前記取得された画像濃度が、前記記憶された画像濃度と比較して、前記所定の範囲未満である場合は、前記取得された画像濃度と前記記憶された画像濃度との比を用いて前記しきい値を補正するものである。
【００１２】
この構成によれば、照明光源の照度の変動や検査対象物の光沢等表面状態の違いによる画像の明るさの変動があっても、安定した２値化画像を得ることができ、正確な欠陥判定が行える。
【００１３】
(2)本発明の外観検査装置は、円筒状検査対象物に対して、その端面、外径面及び内径面のうち少なくともいずれかを検査するものであって、検査画像を径方向に走査して径方向に沿った画像濃度を取得する手段と、前記取得された濃淡画像に対して、欠陥判定のための所定のしきい値を使って二値化する手段と、前記二値化された画像信号に基づいて円筒状検査対象物の外観検査を行う外観検査手段とを有し、前記しきい値は、前記撮像された円筒状検査対象物の中心からの距離の関数として設定されるものである。
【００１４】
この構成によれば、欠陥判定のための２値化レベルを径方向に沿って設定することができるので、内周部と外周部との明暗差のある検査対象物の場合でも、径方向に沿った正確な２値化をすることができ、正確な欠陥判定が行える。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を、添付図面を参照しながら詳細に説明する。
【００１６】
まず、外観検査装置の構成を説明する。外観検査装置は、図１に示すように、画像処理部１、モニター２、照明光源３及び拡散板３ａ、カメラ４並びにワークＷを保持するホルダー５を備えている。ここで、ワークＷは、円筒状加工物であればいかなる物でもよいが、本発明の実施形態では、ボールベアリングを想定している。また拡散板３ａは、照明光源３自体に拡散機能が付いていれば、必ずしも必要なものではない。
【００１７】
ホルダー５は、検査面が上になったワークＷを載置する。照明光源３は、ＬＥＤ等の発光体を多数円環状に並べて構成されるもので、ホルダー５の中心軸上上方に設置される。拡散板３ａはスリガラス等の拡散体を中空円板状に形作ったものである。カメラ４は、ホルダー５の中心軸上上方に設置され、レンズ４２とＣＣＤカメラ４１とからなる。カメラ４のピントは、検査面（端面Ａ、外径面Ｃ、内径面Ｄなど）に設定される。
【００１８】
画像処理部１はカメラ４の撮像信号を取り込み、画像信号に変換するとともに、後述する画像処理を行う。モニター２は、当該画像を映し出すＣＲＴなどの表示装置である。
【００１９】
前記の外観検査装置のモニター２に映し出される画像を図示すると、図２に示したようになる。図２において、ワークＷの端面Ａがモニター２の画面に映っている。この画面は、ワークＷの端面Ａの濃淡を複数階調で表している（以下「濃淡画像」という）。
【００２０】
図３は、ワークＷの外径面Ｃを検査する場合の外観検査装置の構成を示す。この場合は、ワークＷの真横に、ワークＷを取り囲むようにして円錐形ミラー面を有する反射体６を配置する。この構成の外観検査装置でワークＷの外径面Ｃを検査した場合、やはり図２と同様の中をくり抜いたドーナツ状の画像が現れる。
【００２１】
図４は、ワークＷの内径面Ｄを検査する場合の外観検査装置の構成を示す。この場合は、照明光源３をホルダー５の中心軸上の下方に設置して、ワークＷの内径面Ｄに当たった光をカメラ４で観測する。この構成の外観検査装置でワークＷの内径面Ｄを検査した場合も、図２と同様、中をくり抜いたドーナツ状の画像が現れる。
【００２２】
照明光源３は、円筒体に円錐形拡散面を組み込んで、円筒体の周辺部に多数設置したＬＥＤからの光を、この拡散面に当てて拡散させる。なお、照明光源の構造として、前記のものに限定されることなく、公知の任意の構造を採用することができる。また、発光体もＬＥＤに限られるものでなく、陰極線管、ハロゲンランプなどを使用することもできる。ただ、ＬＥＤの場合、長寿命でメンテナンスフリーというメリットがある。
【００２３】
以下、本発明に関係する画像処理を説明する。
【００２４】
(1) 照明レベルの補正
本補正処理の流れを、図５を用いて解説する。
【００２５】
ワークＷは、１つ１つ搬送されるものとし、各ワークＷの端面Ａ、外径面Ｃ、又は内径面Ｄを検査する構成を例にとって説明する。まず、１つのワークＷについて、カメラ４で撮影し、画像処理部１において複数(256) 階調の濃淡画像を取得する（Ｂ２）。そして、取得された濃淡画像を、図６に示すように、所定部位を周方向に走査する。そして、当該走査により取得された複数の画像濃度データについて平均化等の処理を行うことにより、１つの「代表画像濃度」を取得する。この代表画像濃度は、ワークＷの検査面の状態により多少のばらつきはあるが、当該ワークＷ表面の照度を間接的に表していると考えられる。
【００２６】
次に、直近の過去Ｎ個（例えばＮ＝１０）のワークＷについて得られた各代表画像濃度に対して、最大値と最小値とを除いて平均をとる（Ｂ３）。
【００２７】
次に、今回の照明レベルＳi を使って、次回の照明レベルＳi+1 を算出する（Ｂ４）。算出式は次の通りである。
0003665705.tif 000002
(a) 式は、実際のワークＷについて照度を求めて、これを次に測定するワークＷの照度に反映させることを示している。反映させるに際して、過去Ｎ個の平均を使うことにより、急激な変化やワークの個々のバラツキの影響を避けている。
【００２８】
このように、過去に測定した検査対象物の代表画像濃度を利用して、照明光源の照度の変動や検査対象物の光沢等表面状態の違いによる画像の明るさの変動を正しく補正することができる。そして、複数の検査対象物について、順次検査画像の代表画像濃度を測定しながら補正を行うことができるので、照明光源の照度の手動調整は特に必要なくなり、検査精度の向上が可能である。
なお、(a) 式では、過去Ｎ個のデータを使うが、過去Ｎ個のデータが取得されていないことがある（最初のＮ−1 回までしか測定していない場合）。この場合は、照明レベル（初期値）を使用する（Ｂ１）。
【００２９】
照明レベルが求まれば、照明電源制御部を通して（Ｂ５）、照明光源３を、当該照明レベルに相当する電圧などで駆動する。
【００３０】
以上により、照明光源３の自熱及び雰囲気温度による照度変化を補正することができる。
【００３１】
(2) しきい値の設定−１−
濃淡画像に対して、所定のしきい値を使って２値化を行う。
【００３２】
ところが、しきい値が固定されていては、照明光源の照度が変動した場合やワークＷの光沢等表面状態の違いによるワーク画像の明るさがワークＷごとに変動した場合に正確な検査が行えない。
【００３３】
一方、しきい値をワークＷの画像濃度に応じて無条件に変えると、ワークＷの検査面に異常がある場合に、不良品の発見ができなくなる。
【００３４】
そこで、本２値化処理では、照度の変動やワークＷの光沢等表面状態の違いによるワーク画像の明るさの変動に対応でき、かつ、不良品を見落とすことのないような工夫を加えている。
【００３５】
図７は、本２値化処理の概略を示すフローチャートであり、この流れに沿って説明する。まず、現在測定中のワークＷの濃淡画像を取り込む（ステップＳ１）。そして、所定のメモリに記憶した前回測定した良品ワークＷの画像濃度をコピーする（ステップＳ２）。さらに現在測定中のワークＷの濃淡画像を図６に示すように所定部位を周方向に走査して画像濃度を取得する（ステップＳ３）。
【００３６】
そして、前良品ワークＷと比較して画像濃度が所定値（例えば５％）以上変化しているかどうかを判定する（ステップＳ４）。所定値以上変化していれば、照度やワーク表面状態のばらつきの範囲を超えており、ワークＷ自体が不良の可能性ありと判断して、しきい値として、前良品ワークＷの２値化しきい値をそのまま使う（ステップＳ６）。所定値未満の変化であれば、画像濃度の変化は、照度やワーク表面状態のバラツキの範囲内であるとみなして、次の(b) 式を使って、しきい値Ｔ（測定時）を補正する（ステップＳ５）。  Ｔ（測定時）＝Ｔs ×画像濃度（測定時）／画像濃度（設定時）  (b)
ここで、Ｔs とは、設定済の標準的なしきい値をいい、画像濃度（設定時）とは、設定済の標準的な画像濃度のことをいう。
【００３７】
このように、良品の可能性が大きい場合は、(b) 式を使って、最適なしきい値を設定して、２値化画像を得ることができ、不良品の可能性が大きい場合には、前良品ワークＷのしきい値を使って２値化画像を得るので、照明光源３の照度の変動やワークＷの光沢等表面状態の違いによるワーク画像の明るさの変動があっても、安定した２値化画像を得ることができ、合格率を下げることなく、不良  品を見逃さないという効果が得られる（ステップＳ８）。
【００３８】
なお、ステップＳ５でしきい値を変更したときは、現ワークＷの画像濃度を「前良品ワークＷの画像濃度」として記憶して（ステップＳ７）、次のワークＷの測定に備える。
【００３９】
(3) しきい値の設定−２−
この発明の実施形態では、主として図４に示したような方法で、ワークＷの内径面Ｄを検査する場合を想定している。
【００４０】
この検査方法では、ワークＷの内径面Ｄを超広角レンズ（例えばピンホールレンズなど）を用いて撮像することにより、濃淡画像を得ている。この撮像方法では、図８に示すように、照度は検査面の内周部のほうが明るく、外周部が暗くなるので、一様なしきい値で２値化した場合は、明るくなる内周部で欠陥があるのに欠陥なし（白画素）と判定されることがある。このため、径方向走査（図９参照）をして計測する場合、誤った計測値となる。
【００４１】
そこで、本発明の実施形態では、ワークＷの内径面の画像を径方向に沿って走査し検査する場合に、中心からの距離の関数としてしきい値を設定する。
【００４２】
図１０に示すように、ワークＷの画像の最外周部の半径をＲｂ、最内周部の半径をＲａとする。最外周部から最内周部に向かう半径上にあるｎ個の画素に対して、径番号0,1,2,‥‥,nを与える。また、当該ロットの良品のワークＷを１つ選び、内径面Ｄの濃淡画像を取得して、従来公知の方法（例えば最外周部の濃度と最内周部の濃度との平均をとる）で２値化しきい値Ｔs を得ておく。
【００４３】
測定しようとするワークＷの内径面Ｄの濃淡画像を得て、径方向に走査して径番号0,1,2,‥‥,nごとに濃淡レベルＣ0 〜Ｃn を取得する。濃淡レベルは、内周部が明るく、外周部が暗くなっていて、典型的には図１１のようなグラフで表される。
【００４４】
次に、下記(c) 式を用いて、２値化しきい値Ｔs を補正することにより、補正後の２値化しきい値Ｔ（ｍ）を求める。ここに、ｍは、径番号（ｍ＝０〜ｎ）である。
【００４５】
Ｔ（ｍ）＝Ｔs −［（Ｃn −Ｃ0 ）／ｎ］（ｎ／２−ｍ）    (c)
この(c) 式によれば、径番号ｍがｎ／２（中央部）の画素のしきい値は、ちょうどＴs に等しくなっている。径番号ｍが０（最外周部）の画素のしきい値は、Ｔs から（Ｃn −Ｃ0 ）／２を引いたものとなっている。径番号ｍがｎ（最内周部）の画素のしきい値は、Ｔs に（Ｃn −Ｃ0 ）／２を加えたものとなっている。
【００４６】
このようにして得られた２値化しきい値Ｔ（ｍ）を使って、径番号ごとに異なるしきい値で２値化を行う。なお、(c) 式中の［（Ｃn −Ｃ0 ）／ｎ］は、径方向に沿った画像濃度の変化を表す。
【００４７】
したがって、内周部のほうが明るく、外周部が暗い濃淡画像であっても、適切な２値化が行える。さらに、外周部のほうが明るく内周部が暗い濃淡画像の場合でも、前記と同様に明るい方のしきい値を暗い方のしきい値より大きくすることにより適切な２値化が行える。要するに、径方向に照度ムラがある場合に、適切な２値化が行える。
【００４８】
また濃淡画像から直接走査するため、上・下限２つのしきい値を設定して３値化計測などができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の外観検査装置の構成を説明するための図である。
【図２】モニター２に映し出される検査面の画像を示すための図である。
【図３】ワークＷの外径面Ｃを検査する場合の外観検査装置の構成図である。
【図４】ワークＷの内径面Ｄを検査する場合の外観検査装置の構成図である。
【図５】照明レベルの補正処理の流れを説明するためのブロックである。
【図６】周方向走査の様子を示す図である。
【図７】２値化処理の概略を示すフローチャートである。
【図８】ワークＷの内径面Ｄを撮像する場合の照度分布を示す図である。
【図９】径方向走査の様子を示す図である。
【図１０】最外周部から最内周部に向かう半径上にあるｎ個の画素に対して、径番号0,1,2,‥‥,nを与える様子を説明するための図である。
【図１１】ワークＷの内径面Ｄの濃淡画像を、径番号0,1,2,‥‥,nごとにプロットしたグラフである。
【符号の説明】
１  画像処理部
２  モニター
３  照明光源
３ａ  拡散板
４  カメラ
５  ホルダー
Ａ  端面
Ｃ  外径面
Ｄ  内径面
Ｗ  ワーク
【図１】
0003665705.tif 000003
【図２】
0003665705.tif 000004
【図３】
0003665705.tif 000005
【図４】
0003665705.tif 000006
【図５】
0003665705.tif 000007
【図６】
0003665705.tif 000008
【図７】
0003665705.tif 000009
【図８】
0003665705.tif 000010
【図９】
0003665705.tif 000011
【図１０】
0003665705.tif 000012
【図１１】
0003665705.tif 000013