(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
相対的に移動する被検査体の被検査面に対して一方側斜め上方から被検査面の法線を基準とする所定の照射角度で照明光を照射する照明手段と、
被検査面の他方側斜め上方において被検査面の法線を基準とする照明光の照射角度よりも小さい撮像角度に配置されて被検査面からの反射光に基づいて受光画像を形成する撮像手段と、
撮像手段からの受光画像に基づいて被検査面上の表面欠陥を検出する画像処理手段と、
照明手段と被検査面の相対的な位置を検出する位置検出手段と、
被検査面の種類データを出力する被検査面種出力手段と、
被検査面種出力手段からの種類データに対応する曲面形状データを選定する曲面形状選定手段と、
位置検出手段からの位置データおよび曲面形状選定手段からの曲面形状データに基づいて被検査面に対する照射角度および撮像角度が所定の値になるように照明手段の角度および高さならびに撮像手段の角度および高さを制御する照明／撮像制御手段を備え、
照明／撮像制御手段が、
位置検出手段からの位置データおよび曲面形状選定手段からの曲面形状データに基づいて照明手段および撮像手段の基本的な制御特性を決定する基本制御特性決定手段と、
位置検出手段からの位置データおよび曲面形状選定手段からの曲面形状データに基づいて被検査面の所定の位置変化に対する面の角度変化量として湾曲度を算出し、湾曲度に対応する照射角度の最適角度データに基づいて基本制御特性決定手段からの基本制御特性を補正する湾曲対応角度補正手段を備えたことを特徴とする表面欠陥検査装置。
【請求項２】
照明／撮像制御手段における基本制御特性決定手段が、
位置検出手段からの位置データおよび曲面形状選定手段からの曲面形状データに基づいて照明手段の基本的な照射制御特性を決定する基本照射制御特性決定手段と、
位置検出手段からの位置データおよび曲面形状選定手段からの曲面形状データに基づいて撮像手段の基本的な撮像制御特性を決定する基本撮像制御特性決定手段を備えると共に、
照明／撮像制御手段における湾曲対応角度補正手段が、
位置検出手段からの位置データおよび曲面形状選定手段からの曲面形状データに基づいて被検査面の所定の位置変化に対する面の角度変化量として湾曲度を算出する湾曲度算出手段と、
湾曲度毎の照射角度の最適角度データを出力する最適角度出力手段と、
湾曲度算出手段からの湾曲度および最適角度出力手段からの最適角度データに基づいて湾曲度に対応した照明光の照射角度を選定する湾曲対応照射角度選定手段と、
湾曲対応照射角度選定手段からの湾曲対応照射角度に基づいて基本照射制御特性決定手段からの基本照射制御特性を補正する湾曲対応照射角度補正手段と、
湾曲対応照射角度補正手段からの湾曲対応照射角度に基づいて基本撮像制御特性決定手段からの基本撮像制御特性を補正する湾曲対応撮像角度補正手段を備えた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】
照明／撮像制御手段が、被検査面の高さを検出する高さ検出手段と、高さ検出手段からの高さデータに基づいて照明手段および撮像手段を制御するためのデータを補正する高さ補正手段を備えたことを特徴とする請求項１または２に記載の表面欠陥検査装置。
【請求項４】
照明／撮像制御手段における高さ補正手段が、曲面形状選定手段からの曲面形状データを補正する手段であることを特徴とする請求項３に記載の表面欠陥検査装置。
【請求項５】
照明／撮像制御手段における高さ補正手段が、基本制御特性決定手段からの基本制御特性を補正する手段であることを特徴とする請求項３に記載の表面欠陥検査装置。
【請求項６】
照明／撮像制御手段における最適角度出力手段が、被検査面上において照明光の光量が所定範囲となる照射エリアの最遠部に対する照射角度に基づいて最適角度データを算出して出力する手段であることを特徴とする請求項２〜５のいずれかに記載の表面欠陥検査装置。
【請求項７】
照明／撮像制御手段における高さ検出手段が、相対的に移動する被検査体の被検査面に当接する接触子を有する接触式センサを備えていることを特徴とする請求項３〜６のいずれかに記載の表面欠陥検査装置。
【請求項８】
照明／撮像制御手段における高さ検出手段が、相対的に移動する被検査体の被検査面との距離を非接触状態で測定する非接触式センサを備えていることを特徴とする請求項３〜６のいずれかに記載の表面欠陥検査装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えばプレス成形された自動車の車体パネルの表面における凹凸等の表面欠陥を検査するのに用いられる表面欠陥検査装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
この種の表面欠陥検査装置としては、例えば特開平８−５５７３号公報に開示されたものがある。
【０００３】
同公報に開示された装置は、被検査体の一方側斜め上方に位置して被検査体の表面に面状の照明光を照射する光源と、被検査体の他方側斜め上方に位置して被検査体の表面を撮像するエリアセンサカメラを備えており、カメラにより撮像した受光画像を画像処理して被検査体の表面に存在する凹凸等の表面欠陥を検出するものである。このとき、照明光の照射角度およびカメラによる撮像角度は、被検査体の表面を基準として１０度以下の低角度であると共に、いずれもほぼ同一の角度になっている。したがって、カメラにより撮像した受光画像としては、照明光の正反射光を捕らえることになり、被検査体の表面欠陥を影すなわち明部中の暗点として撮像したものとなる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記したような従来の表面欠陥検査装置にあっては、被検査体の被検査面が平坦である場合には良好な表面欠陥検出を行うことができるが、自動車の車体パネルのように被検査体の被検査面が曲面状を成している場合には、照明光の照射角度を一定にすると、とくに湾曲の大きい部分において照明光の照射エリアが照射ポイントよりも先の部分で落ち込み、照射エリアの限界ラインが照射ポイントに近付いて結果的に照射エリアが狭くなるため、表面欠陥を検出し得る領域が狭くなって欠陥検出の性能が低下する恐れがあるという問題点があり、このような問題点を解決することが課題であった。
【０００５】
【発明の目的】
本発明は、上記従来の課題に着目して成されたもので、被検査体の被検査面が曲面状を成すものであっても、その曲面の湾曲度に応じて照明光の照射角度および撮像角度を制御することで、平坦な被検査面と同様の照明光の照射エリアを確保することができ、良好な欠陥検出の性能を得ることができる表面欠陥検査装置を提供することを目的としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明に係わる表面欠陥検出装置は、請求項１として、相対的に移動する被検査体の被検査面に対して一方側斜め上方から被検査面の法線を基準とする所定の照射角度で照明光を照射する照明手段と、被検査面の他方側斜め上方において被検査面の法線を基準とする照明光の照射角度よりも小さい撮像角度に配置されて被検査面からの反射光に基づいて受光画像を形成する撮像手段と、撮像手段からの受光画像に基づいて被検査面上の表面欠陥を検出する画像処理手段と、照明手段と被検査面の相対的な位置を検出する位置検出手段と、被検査面の種類データを出力する被検査面種出力手段と、被検査面種出力手段からの種類データに対応する曲面形状データを選定する曲面形状選定手段と、位置検出手段からの位置データおよび曲面形状選定手段からの曲面形状データに基づいて被検査面に対する照射角度および撮像角度が所定の値になるように照明手段の角度および高さならびに撮像手段の角度および高さを制御する照明／撮像制御手段を備え、照明／撮像制御手段が、位置検出手段からの位置データおよび曲面形状選定手段からの曲面形状データに基づいて照明手段および撮像手段の基本的な制御特性を決定する基本制御特性決定手段と、位置検出手段からの位置データおよび曲面形状選定手段からの曲面形状データに基づいて被検査面の所定の位置変化に対する面の角度変化量として湾曲度を算出し、湾曲度に対応する照射角度の最適角度データに基づいて基本制御特性決定手段からの基本制御特性を補正する湾曲対応角度補正手段を備えた構成とし、請求項２として、照明／撮像制御手段における基本制御特性決定手段が、位置検出手段からの位置データおよび曲面形状選定手段からの曲面形状データに基づいて照明手段の基本的な照射制御特性を決定する基本照射制御特性決定手段と、位置検出手段からの位置データおよび曲面形状選定手段からの曲面形状データに基づいて撮像手段の基本的な撮像制御特性を決定する基本撮像制御特性決定手段を備えると共に、照明／撮像制御手段における湾曲対応角度補正手段が、位置検出手段からの位置データおよび曲面形状選定手段からの曲面形状データに基づいて被検査面の所定の位置変化に対する面の角度変化量として湾曲度を算出する湾曲度算出手段と、湾曲度毎の照射角度の最適角度データを出力する最適角度出力手段と、湾曲度算出手段からの湾曲度および最適角度出力手段からの最適角度データに基づいて湾曲度に対応した照明光の照射角度を選定する湾曲対応照射角度選定手段と、湾曲対応照射角度選定手段からの湾曲対応照射角度に基づいて基本照射制御特性決定手段からの基本照射制御特性を補正する湾曲対応照射角度補正手段と、湾曲対応照射角度補正手段からの湾曲対応照射角度に基づいて基本撮像制御特性決定手段からの基本撮像制御特性を補正する湾曲対応撮像角度補正手段を備えた構成としており、上記の構成をもって従来の課題を解決するための手段としている。なお、上記構成において、照明手段の照射角度は、被検査面に対する法線を基準にして８０〜９０度の範囲とするのが望ましく、撮像手段の撮像角度は、被検査面に対する法線を基準にして６０〜８０度の範囲とするのが望ましい。
【０００７】
また、本発明に係わる表面欠陥検査装置は、請求項３として、照明／撮像制御手段が、被検査面の高さを検出する高さ検出手段と、高さ検出手段からの高さデータに基づいて照明手段および撮像手段を制御するためのデータを補正する高さ補正手段を備えた構成とし、請求項４として、照明／撮像制御手段における高さ補正手段が、曲面形状選定手段からの曲面形状データを補正する手段である構成とし、請求項５として、照明／撮像制御手段における高さ補正手段が、基本制御特性決定手段からの基本制御特性を補正する手段である構成とし、請求項６として、照明／撮像制御手段における最適角度出力手段が、被検査面上において照明光の光量が所定範囲となる照射エリアの最遠部に対する照射角度に基づいて最適角度データを算出して出力する手段である構成とし、請求項７として、照明／撮像制御手段における高さ検出手段が、相対的に移動する被検査体の被検査面に当接する接触子を有する接触式センサを備えている構成とし、請求項８として、照明／撮像制御手段における高さ検出手段が、相対的に移動する被検査体の被検査面との距離を非接触状態で測定する非接触式センサを備えている構成としており、上記の構成をもって従来の課題を解決するための手段としている。なお、請求項７における接触式センサとしては、例えばローラ接触子やニードル接触子を有するセンサを用いることができ、請求項８における非接触式センサとしては、例えばレーザ式、超音波式、ＣＣＤカメラ式、および渦電流式などのセンサを用いることができる。
【０００８】
【発明の作用】
本発明の請求項１に係わる表面欠陥検査装置では、例えばベルトコンベアなどの搬送手段によって被検査体を一定速度で搬送すると共に、搬送手段の上位側の固定部位において、照明手段および撮像手段を角度調整可能に且つ高さ調整可能に配置し、照明手段により、相対的に移動する被検査体の被検査面に対してその移動方向一方側の斜め上方から被検査面の法線を基準とする所定の照射角度で照明光を照射すると共に、撮像手段により、移動する被検査面に対してその移動方向他方側の斜め上方から照明光の照射角度よりも小さい撮像角度で被検査面からの反射光を受光する。このとき、照明手段による照射角度は、被検査面に対する法線を基準にして８０〜９０度の範囲とし、撮像手段による撮像角度は、被検査面に対する法線を基準にして６０〜８０度の範囲とする。したがって、所定の照射角度で照射された照明光のうち、表面欠陥の無い部分に当たった光は、照射角度と同じ角度で正反射するので撮像手段に受光されず、表面欠陥に当たって照射角度よりも小さい角度で乱反射した光のみが撮像手段に受光される。これにより、撮像手段では、表面欠陥を高輝度で捕らえた受光画像が形成される。
【０００９】
このようにして得られた受光画像は、画像処理手段に取り込まれ、画像処理手段において、エッジ抽出のための微分処理、ノイズ除去のための平滑化処理、および表面欠陥を孤立点として検出するための二値化処理などを行って表面欠陥を検出する。なお、表面欠陥の検出結果は、ＣＲＴやプリンタなどの表示手段に表示することが可能である。
【００１０】
また、表面欠陥検査装置では、上記のように受光画像から被検査面上の表面欠陥を検出するに際し、湾曲状を成す被検査面に対して照明手段の照射角度および撮像手段の撮像角度が常に所定の値となるように制御を行う。
【００１１】
すなわち、当該表面欠陥検査装置では、例えば搬送手段の固定部位に設けた位置検出手段によって被検査面の位置を検出する一方で、被検査面種出力手段によって被検査面の種類データを出力し、曲面形状選定手段によって種類データに対応する曲面形状データを選定する。このとき、被検査面種出力手段は、例えば被検査体が自動車の車体パネルである場合、フェンダパネル、ドアパネル、ルーフパネルおよびフードパネル等の部位別の車体パネルならびに車種別の車体パネルについて各々の諸寸法を種類データとして有するものであり、具体的には車体パネルの設計に用いたＣＡＤデータ等を利用することができる。曲面形状選定手段では、例えば被検査体が自動車の車体パネルである場合、これから検査を受ける車体パネルの種類データに対応した曲面形状データを選定する。
【００１２】
そして、照明／撮像制御手段において、位置検出手段からの位置データおよび曲面形状選定手段からの曲面形状データに基づいて、被検査面に対する照射角度および撮像角度が常に所定の値に維持されるように照明手段の角度および高さならびに撮像手段の角度および高さを制御する。このとき、照明／撮像制御手段では、基本制御特性決定手段において、位置データおよび曲面形状データに基づいて照明手段および撮像手段の基本的な制御特性を決定し、湾曲対応角度補正手段において、位置データおよび曲面形状データに基づいて被検査面の所定の位置変化に対する面の角度変化量として湾曲度を算出し、湾曲度に対応する照射角度の最適角度データに基づいて基本制御特性決定手段からの基本制御特性を補正する。なお、湾曲対応角度補正手段において、被検査面の湾曲度は、被検査面の移動方向に所定のピッチで設定した多数の部位を対象として、各部位での被検査面の移動方向の角度変化量であり、最適角度データは、予め実験的に求めたデータ等を用いることができる。
【００１３】
ここで、位置データおよび曲面形状データに基づいて照明手段および撮像手段の基本制御特性を決定し、その基本制御特性だけで制御を行うと、湾曲状の被検査面に対する法線あるいは接線を基準にした照射角度および撮像角度を得る制御が行われるため、とくに湾曲の大きい部分では照明光の照射エリアが照射ポイントよりも先の部分で落ち込むことがあり、この場合照明光の照射エリアが狭くなる。そこで、当該表面欠陥検査装置では、位置データおよび曲面形状データに基づいて被検査面の所定の位置変化に対する面の角度変化量として湾曲度を算出し、その湾曲度に対応する照射角度の最適角度データに基づいて上記の基本制御特性を補正することにより、照明手段の照射角度を被検査面の湾曲に対して最適なものにし、照明光の照射エリアを充分に確保すると共に、撮像手段の撮像角度も最適なものにする。
【００１４】
本発明の請求項２に係わる表面欠陥検査装置では、照明／撮像制御手段の基本制御特性決定手段において、照明手段および撮像手段の基本的な制御特性を決定するに際し、基本照射制御特性決定手段により、位置検出手段からの位置データおよび曲面形状選定手段からの曲面形状データに基づいて照明手段の基本的な照射制御特性を決定し、基本撮像制御特性決定手段により、同位置データおよび同曲面形状データに基づいて撮像手段の基本的な撮像制御特性を決定する。
【００１５】
また、照明／撮像制御手段の湾曲対応角度補正手段において、基本制御特性決定手段からの基本制御特性を補正するに際し、湾曲度算出手段により、位置検出手段からの位置データおよび曲面形状選定手段からの曲面形状データに基づいて被検査面の所定の位置変化に対する面の角度変化量として湾曲度を算出し、最適角度出力手段により、湾曲度毎の照射角度の最適角度データを出力し、湾曲対応照射角度選定手段により、湾曲度および最適角度データに基づいて湾曲度に対応した照明光の照射角度を選定する。このとき、最適角度出力手段における最適角度データは、予め実験的に求めたデータを表あるいはグラフの形式にしたプログラムとしておくことができる。
【００１６】
そして、湾曲対応照射角度補正手段により、湾曲対応照射角度選定手段からの湾曲対応照射角度に基づいて基本照射制御特性決定手段からの基本照射制御特性を補正し、湾曲対応撮像角度補正手段により、湾曲対応照射角度補正手段からの湾曲対応照射角度に基づいて基本撮像制御特性決定手段からの基本撮像制御特性を補正する。このとき、湾曲対応撮像角度補正手段は、照射角度の補正に用いる湾曲対応照射角度を撮像角度の補正に用いているので、撮像角度の補正に用いる専用のデータを別途選定する必要がなく、データ処理が容易なものとなる。
【００１７】
本発明の請求項３に係わる表面欠陥検査装置では、照明／撮像制御手段において、高さ検出手段により、これから検査を受ける被検査面の高さを検出し、高さ補正手段により、高さ検出手段からの高さデータに基づいて照明手段および撮像手段を制御するためのデータ中の高さデータを補正する。つまり、実際に測定した被検査面の高さデータを制御データの補正に用いることで照明手段および撮像手段の制御がより正確なものとなる。
【００１８】
本発明の請求項４に係わる表面欠陥検査装置では、照明／撮像制御手段の高さ補正手段において、曲面形状選定手段からの曲面形状データ中の高さデータを補正するので、基本制御特性決定手段（基本照明制御特性決定手段および基本撮像制御特性決定手段）や湾曲対応角度補正手段（湾曲度算出手段）に入力する曲面形状データが実際の被検査面に対応した正確なものとなる。
【００１９】
本発明の請求項５に係わる表面欠陥検査装置では、照明／撮像制御手段の高さ補正手段において、基本制御特性決定手段からの基本制御特性中の高さデータを補正するので、湾曲対応角度補正手段（湾曲対応照射角度補正手段および湾曲対応撮像角度補正手段）に入力する基本制御特性が実際の被検査面に対応した正確なものとなる。
【００２０】
本発明の請求項６に係わる表面欠陥検査装置では、照明／撮像制御手段の最適角度出力手段が、被検査面上において照明光の光量が所定範囲となる照射エリアの最遠部に対する照射角度に基づいて最適角度データを算出して出力する。つまり、最適角度出力手段は、湾曲度毎の照射角度の最適角度データを出力するのであるが、この最適角度データは単に湾曲度に対応したものではなく、湾曲度毎の照射ポイントでの照射角度を変化させ、照明光の照射エリアにおいて、表面欠陥を検出し得る最低の光量が確保できる照射エリアの最遠部に対する照射角度が所定の値（好ましくは８７．５〜９０度の範囲で、例えば８７．５度）となるように照射ポイントに対する照射角度を算出して、これを最適角度データとする。これにより、湾曲の大きい部分に対しても充分な大きさの照射エリアが得られることとなる。
【００２１】
本発明の請求項７に係わる表面欠陥検査装置では、照明／撮像制御手段における高さ検出手段が接触式センサであって、例えば被検査体を搬送する搬送手段の載置面を基準にして、相対的に移動する被検査体の被検査面に接触子を当接させて被検査面の高さを検出する。
【００２２】
本発明の請求項８に係わる表面欠陥検査装置では、照明／撮像制御手段における高さ検出手段が非接触式センサであって、例えば被検査体を搬送する搬送手段の載置面を基準にして、相対的に移動する被検査体の被検査面との距離すなわち被検査面の高さを非接触状態で測定する。
【００２３】
【発明の効果】
本発明の請求項１に係わる表面欠陥検査装置によれば、照明手段と、撮像手段と、画像処理手段と、位置検出手段と、被検査面種出力手段と、曲面形状選定手段と、照明／撮像制御手段を備えると共に、照明／撮像制御手段が、基本制御特性決定手段と、湾曲対応角度補正手段を備えた構成を採用したことにより、被検査体の被検査面が曲面状を成すものであっても、また湾曲が大きい場合であっても、その曲面の湾曲度に応じて照明光の照射角度および撮像角度の制御特性を補正することで、平坦な被検査面と同様の照明光の照射エリアを充分に確保することができるので、表面欠陥を検出し得る領域を充分に確保することができ、平坦な被検査面と同様の高精度な欠陥検出を行うことができる。
【００２４】
本発明の請求項２に係わる表面欠陥検査装置によれば、照明／撮像制御手段における基本制御特性決定手段が、基本照射制御特性決定手段と、基本撮像制御特性決定手段を備えると共に、照明／撮像制御手段における湾曲対応角度補正手段が、湾曲度算出手段と、最適角度出力手段と、湾曲対応照射角度選定手段と、湾曲対応照射角度補正手段と、湾曲対応撮像角度補正手段を備えた構成を採用したことにより、請求項１と同様に、被検査体の被検査面が曲面状を成すものであっても、また湾曲が大きい場合であっても、その曲面の湾曲度に応じて照明光の照射角度および撮像角度の制御特性を補正して、平坦な被検査面と同様の照明光の照射エリアを充分に確保することができるので、表面欠陥を検出し得る領域を充分に確保することができると共に、平坦な被検査面と同様の高精度な欠陥検出を行うことができ、とくに、照明手段の基本照射制御特性の補正に用いる湾曲対応照射角度を用いて撮像手段の基本撮像制御特性の補正をも行うことから、被検査面に対する法線を基準にして湾曲に対応した撮像角度を別途選定する必要がなく、湾曲対応照射角度に基づいて湾曲に対応した撮像角度が決定されるので、撮像角度を補正する際のデータ処理を容易に行うことができる。
【００２５】
本発明の請求項３に係わる表面欠陥検査装置によれば、請求項１および２と同様の効果を得ることができるうえに、高さ検出手段および高さ補正手段を採用したことから、実際に測定した被検査面の高さデータを制御データの補正に用いることで照明手段および撮像手段の制御がより正確に行うことができる。
【００２６】
本発明の請求項４に係わる表面欠陥検査装置によれば、請求項３と同様の効果を得ることができるうえに、とくに、曲面形状選定手段からの曲面形状データ中の高さデータを補正する高さ補正手段を採用したことにより、基本制御特性決定手段や湾曲対応角度補正手段に入力する曲面形状データを実際の被検査面に対応した正確なものにすることができ、湾曲度に対する照射角度および撮像角度の制御のさらなる高精度化、ならびに表面欠陥の検出精度の向上に貢献することができる。
【００２７】
本発明の請求項５に係わる表面欠陥検査装置によれば、請求項３と同様の効果を得ることができるうえに、とくに、基本制御特性決定手段からの基本制御特性中の高さデータを補正する高さ補正手段を採用したことにより、湾曲対応角度補正手段に入力する基本制御特性が実際の被検査面に対応した正確なものにすることができ、湾曲度に対する照射角度および撮像角度の制御のさらなる高精度化、ならびに表面欠陥の検出精度の向上に貢献することができる。
【００２８】
本発明の請求項６に係わる表面欠陥検査装置によれば、請求項２〜５と同様の効果を得ることができるうえに、照明／撮像制御手段の最適角度出力手段として、被検査面上において照明光の光量が所定範囲となる照射エリアの最遠部に対する照射角度に基づいて最適角度データを算出して出力する手段を採用したことにより、とくに湾曲の大きい部分に対しても充分な大きさの照射エリアを得ることができると共に、表面欠陥が検出可能な領域に充分に得ることができ、湾曲度に対する照射角度および撮像角度の制御のさらなる高精度化、表面欠陥の検出精度のさらなる向上に貢献することができる。
【００２９】
本発明の請求項７に係わる表面欠陥検査装置によれば、請求項３〜６と同様の効果を得ることができるうえに、照明／撮像制御手段における高さ検出手段として接触式センサを採用したことにより、簡単で且つ比較的安価なセンサを用いて被検査面の高さを正確に検出することができる。
【００３０】
本発明の請求項８に係わる表面欠陥検査装置によれば、請求項３〜６と同様の効果を得ることができるうえに、照明／撮像制御手段における高さ検出手段として非接触式センサを採用したことにより、被検査面に撓み等の影響を与える心配が皆無となり、被検査面の高さをより一層正確に検出することができる。
【００３１】
【実施例】
図１〜図６は、本発明に係わる表面欠陥検査装置の一実施例を説明する図である。この実施例では、被検査体として自動車の車体パネルを例に挙げており、プレス成形された車体パネルの表面欠陥（プレス欠陥）を検出する場合について説明する。
【００３２】
図１に示す表面欠陥検査装置は、被検査体Ｐを図中矢印Ｌで示す水平方向に一定速度で搬送するベルトコンベア等の搬送手段１と、被検査体Ｐの移動方向上流側において被検査面（搬送姿勢で上面）に対して斜め上方から所定の照射角度αで照明光を照射する照明手段２と、被検査体Ｐの移動方向下流側において照明光の照射角度αよりも小さい撮像角度βに配置されて被検査面からの反射光に基づいて受光画像を形成する撮像手段３と、撮像手段３からの受光画像に基づいて被検査面上の表面欠陥を検出する画像処理手段４と、移動する被検査体Ｐの位置を検出することにより照明手段２と被検査面の相対的な位置を検出する位置検出手段５と、被検査面の種類データを出力する被検査面種出力手段６と、被検査面種出力手段６からの種類データに対応する曲面形状データを選定する曲面形状選定手段７と、位置検出手段５からの位置データおよび曲面形状選定手段７からの曲面形状データに基づいて被検査面に対する照射角度αおよび撮像角度βが所定の値になるように照明手段２の角度および高さならびに撮像手段３の角度および高さを制御する照明／撮像制御手段８を備えている。
【００３３】
照明手段２は、図示を省略したが、被検査面に対して線状の照明光を照射する光照射部、光照射部に光ファイバ等を介して光を送る光源、光照射部を昇降させるアクチュエータ、および光照射部を上下方向に揺動させるアクチュエータなどで構成してある。光源としては、ハロゲンランプ、メタルハライドランプあるいはキセノンメタルハライドランプなどを使用することができる。他方、撮像手段３は、図示を省略したが、被検査面を撮像する撮像部、撮像部を昇降させるアクチュエータ、および撮像部を上下方向に揺動させるアクチュエータなどで構成してある。撮像部としては、例えばＣＣＤカメラを用いることができる。なお、照明手段２および撮像手段３の各アクチュエータに、その駆動量から角度および高さを検出する手段を設け、これらの検出手段による検出信号を照明／撮像制御手段８にフィードバックするように構成することも可能である。
【００３４】
ここで、照明手段２による照射角度αおよび撮像手段３による撮像角度βは、被検査面に対する法線を基準とする値であり、具体的には、照射角度αは８０〜９０度の範囲であると共に、撮像角度βは６０〜８０度の範囲である。したがって、所定の照射角度α（入射角度θｓ）で照射された照明光のうち、表面欠陥の無い部分に当たった光は、照射角度αと同じ角度で正反射するので撮像手段３に受光されず、凹凸等の表面欠陥に当たって照射角度αよりも小さい角度（入射角度θｓよりも大きい反射角度θｃ）で乱反射した光のみが撮像手段３に受光される。これにより、撮像手段３は、被検査面上の表面欠陥を高輝度で捕らえた受光画像を形成する。
【００３５】
画像処理手段４は、撮像手段３からの受光画像を取り込んだのち、エッジ抽出のための微分処理、ノイズ除去のための平滑化処理、および表面欠陥を孤立点として検出するための二値化処理などを行って表面欠陥を検出する。また、表面欠陥の検出結果は、表面欠陥の有無に応じて被検査体Ｐを仕分ける手段に入力することが可能であると共に、ＣＲＴやプリンタなどの表示手段９に入力されて検査員による認識を可能にする。
【００３６】
被検査面種出力手段６は、この実施例では被検査体Ｐが自動車の車体パネルであるから、フェンダパネル、ドアパネル、ルーフパネルおよびフードパネルなどの部位別の車体パネルならびに車種別の車体パネルについて各々の諸寸法を種類データとして有するものであり、具体的には車体パネルの設計に用いたＣＡＤデータを利用することができる。曲面形状選定手段７は、これから検査を受ける車体パネルの種類データを被検査面種出力手段６から取り込んで、その種類データに対応した被検査面全体の曲面形状データを選定する。なお、曲面形状選定手段７や照明／撮像制御手段８は、ホストコンピュータに組み込むことができる。
【００３７】
照明／撮像制御手段８は、位置検出手段５からの位置データおよび曲面形状選定手段７からの曲面形状データに基づいて照明手段２および撮像手段３の基本的な制御特性を決定する基本制御特性決定手段１０と、位置検出手段５からの位置データおよび曲面形状選定手段７からの曲面形状データに基づいて被検査面の所定の位置変化に対する面の角度変化量として湾曲度を算出し、湾曲度に対応する照射角度の最適角度データに基づいて基本制御特性決定手段１０からの基本制御特性を補正する湾曲対応角度補正手段１１を備えている。
【００３８】
さらに、後に詳述するが、照明／撮像制御手段８は、基本制御特性決定手段１０において、基本照射制御特性決定手段１２と、基本撮像制御特性決定手段１３を備えていると共に、湾曲対応角度補正手段１１において、湾曲度算出手段１４と、最適角度出力手段１５と、湾曲対応照射角度選定手段１６と、湾曲対応照射角度補正手段１７と、湾曲対応撮像角度補正手段１８を備えており、また、湾曲対応照射制御特性決定手段１９と、湾曲対応撮像制御特性決定手段２０と、駆動手段２１を備えていると共に、被検査面の高さを検出する高さ検出手段２２と、高さ検出手段２２からの高さデータに基づいて照明手段２および撮像手段３を制御するためのデータを補正する高さ補正手段２３を備えている。
【００３９】
なお、この実施例における高さ検出手段２２は、搬送手段１の載置面を基準にして被検査面との間の距離を測定する非接触式センサであって、要求される測定精度や使用環境等に応じてレーザ式、超音波式、ＣＣＤカメラ式あるいは渦電流式などから選択して用いることができる。このように、高さ検出手段２２に非接触式センサを採用すれば、被検査体Ｐに何ら影響を与えることなく、被検査面の高さが正確に検出される。また、この実施例における高さ補正手段２３は、曲面形状選定手段７からの曲面形状データを補正するものとなっている。
【００４０】
次に、上記構成を備えた表面欠陥検査装置の作用とともに照明／撮像制御手段８における処理手順を詳細に説明する。
【００４１】
表面欠陥検査装置は、搬送手段１により被検査体Ｐを一定速度で搬送し、検査位置よりも上流側において高さ検出手段２２により被検査面の高さを検出し、被検査面種出力手段６からの種類データに基づいて曲面形状選定手段７により被検査面の曲面形状を選定する。また、位置検出手段５で被検査面の位置を検出し、被検査体Ｐが所定の検査位置に到達した時点で、照明手段２による照明光の照射および撮像手段３による被検査面の撮像を開始する。
【００４２】
そして、撮像手段３からの受光画像を画像処理手段４で処理して表面欠陥を検出し、その表面欠陥を表示手段９で表示する一方で、照明／撮像制御手段８において、移動する被検査面に対する照射角度αおよび撮像角度βが常に所定の値となるように照明手段２および撮像手段３を制御する。
【００４３】
すなわち、照明／撮像制御手段８では、高さ補正手段２３において、高さ検出手段２２で測定した実際の高さデータに基づいて曲面形状選定手段７からの曲面形状データを補正し、補正した曲面形状データと位置検出手段５からの位置データを基本照射制御特性決定手段１２、基本撮像制御特性決定手段１３、および湾曲度算出手段１４に入力する。
【００４４】
基本照射制御特性決定手段１２では、上記の曲面形状データおよび位置データに基づいて、被検査面の搬送方向全体に対して、照明手段２の角度や高さを段階的あるいは連続的に変化させる基本的な照射制御特性を決定する。また、基本撮像制御特性決定手段１３では、同じく上記の曲面形状データおよび位置データに基づいて、被検査面の搬送方向全体に対して、撮像手段３の角度や高さを段階的あるいは連続的に変化させる基本的な撮像制御特性を決定する。
【００４５】
湾曲度算出手段１４では、被検査面の移動方向に所定のピッチで設定した多数の部位を対象とし、曲面形状データの角度データおよび位置データに基づいて、被検査面の移動方向前後の角度変化量から各部位での所定の位置変化に対する面の角度変化量として湾曲度を算出する。なお、被検査面上に設定するピッチは、細かいほど湾曲度の分解能が高まるが、実際には、搬送手段１の搬送速度、位置や高さの検出速度および計算速度に応じて決定される。
【００４６】
ここで、最適角度出力手段１５は、湾曲度毎の照射角度の最適角度データとして、予め実験的に求た最適角度データを表あるいは図２中の実験値（太線）として示すグラフの形式にしたプログラムを備えている。このプログラムを設定する要領については後述する。そして、湾曲対応照射角度選定手段１６において、湾曲度算出手段１４で算出した湾曲度および最適角度出力手段１５からの湾曲度毎の最適角度データに基づいて、算出した湾曲度に対応する照明光の湾曲対応照射角度を選定する。
【００４７】
次に、湾曲対応照射角度補正手段１７では、先の基本照射制御特性決定手段１２からの基本照射制御特性を上記の湾曲対応照射角度で補正し、さらに、湾曲対応撮像角度補正手段１８では、先の基本撮像制御特性決定手段１３からの基本撮像制御特性を同じく上記の湾曲対応照射角度で補正する。ここで、湾曲対応撮像角度補正手段１８では、予め被検査面の湾曲に対応した撮像角度を選定しておくのではなく、湾曲に対応した照射角度に基づいて補正を行う。つまり、撮像角度の補正は、被検査面に対する法線を基準にして行うのではなく、湾曲対応照射角度と一定照射角度との差に基づいて行うようにしている。これにより、撮像角度の補正に用いる専用のデータを別途選定する必要がなく、データ処理を容易なものにしている。
【００４８】
そして、湾曲対応照射制御特性決定手段１９において、照明手段２の最終的な照射制御特性を決定し、湾曲対応撮像制御特性決定手段２０において、撮像手段３の最終的な撮像制御特性を決定し、これらの制御特性を駆動手段２１に入力する。駆動手段２１では、照射制御特性および撮像制御特性に基づいて、照明手段２の各アクチュエータに対して角度ＬＡや高さＬＨの駆動信号を出力し、撮像手段３各アクチュエータに対して角度ＣＡや高さＣＨの駆動信号を出力する。これにより、被検査面に対する照射角度αおよび撮像角度βが所定の値となるように照明手段２および撮像手段３の各々の角度や高さが制御される。
【００４９】
ここで、最適角度出力手段１５における最適データは、図２に示す湾曲度（Δθ）と最適な照射角度との関係（太線の実験値）に基づくものである。最適な照射角度は、被検査体Ｐが水平に搬送される場合、湾曲度毎に表面欠陥の検出が可能な下限角度と、物理的に照射可能な上限角度（９０度）との間の範囲であり、このほか、制御のし易さや制御速度の限界値および制御範囲等を考慮して決定される。
【００５０】
また、湾曲度毎の最適照射角度は、基本的には湾曲度の増大に伴って減少する傾向にあるが、とくに湾曲度が大きい部分では、照射ポイントに対して最適な照射角度を設定すると、照射ポイントよりも先の部分で照射光が落ち込むので、結果的に照射エリアが狭くなる。つまり、位置データおよび曲面形状データに基づいて照明手段２および撮像手段３の基本制御特性を決定し、その基本制御特性だけで制御を行うと、湾曲状の被検査面に対する法線あるいは接線を基準にした照射角度αおよび撮像角度βを得るように制御が行われるため、とくに湾曲の大きい部分では照明光の照射エリアが照射ポイントよりも先の部分で落ち込むことになり、図５に示すように照明光の照射エリアが狭くなる。
【００５１】
そこで、当該表面欠陥検査装置では、湾曲度が大きい部分に対しては、照射ポイントよりも先の部分で最適な照射角度が得られるように、すなわち照射角度が小さくなるように補正を行う。このときの照射角度は、最も遠くを照射し得る角度を実験的に求めれば良いのであるが、照明光の光量は遠いほど減衰することから、表面欠陥を検出し得る最低の光量を確保することができる範囲を照射エリアとするのが良い。したがって、様々な条件を考慮すると、上限角度は、表面欠陥を検出し得る最低の光量を確保することができる範囲の最遠部に対して８０度とするのが望ましい。他方、下限角度は、９０度が物理的に照射が可能な限界値である。なお、下限角度は、被検査体Ｐと照明手段２との干渉や周辺機器類などの都合により、８９〜８９．５度の範囲の余裕をもたせることがより望ましい。そして、実際の照射角度は、図３に示すように検出感度が高い８７．５〜９０度の範囲が好ましく、被検査体Ｐとの干渉等を考慮すれば角度はより小さくするのが良いため、８７．５度付近で制御するのがより望ましい。
【００５２】
また、撮像角度については、図４に示すように７５度のときが最も検出感度が高くなるが、被検査体Ｐと撮像手段３との干渉や視野の長大化による焦点距離のぼけ等を考慮して７０度付近で制御するのがより望ましい。
【００５３】
つまり、当該表面欠陥検査装置では、位置データおよび曲面形状データに基づいて被検査面の湾曲度を算出し、その湾曲度に対応する照射角度の最適角度データに基づいて上記の基本制御特性を補正することにより、一定の照射角度で照明光を照射した場合の図５に対して図６に示すように、照明手段２の照射角度αを被検査面の湾曲に対応して最適なものにし、照明光の照射エリアを充分に確保すると共に、撮像手段３の撮像角度も最適なものにする。
【００５４】
このようにして、上記実施例の表面欠陥検査装置では、被検査体Ｐの被検査面が曲面状を成すものであっても、また湾曲が大きい場合であっても、被検査面の高さを実際に測定してその高さデータで照射角度αおよび撮像角度βの制御データを補正すると共に、被検査面の曲面に対応して照明光の照射角度αおよび撮像角度βの制御特性を補正することで、平坦な被検査面と同様の照明光の照射エリアを充分に確保することができ、表面欠陥を検出し得る領域を充分に確保して高精度な欠陥検出が行われることとなる。
【００５５】
なお、上記実施例では、最適角度出力手段１５が、湾曲度毎の照射角度の最適角度データとして予め実験的に求た最適角度データを有し、その最適角度データを出力する手段としたが、被検査面上において照明光の光量が所定範囲となる照射エリアの最遠部に対する照射角度に基づいて最適角度データを算出して出力する手段とすることもできる。
【００５６】
この場合、最適角度出力手段１５は、湾曲度毎の照射角度の最適角度データを出力するのであるが、最適角度データは単に湾曲度に対応したものではなく、湾曲度毎の照射ポイントでの照射角度を変化させ、照明光の照射エリアにおいて、表面欠陥を検出し得る最低の光量が確保できる照射エリアの最遠部に対する照射角度が所定の値（好ましくは８７．５〜９０度の範囲で、例えば８７．５度）となるように照射ポイントに対する照射角度を算出して、これを最適角度データとする。
【００５７】
例えば、上記照射エリアの最遠部が照射ポイントから１２０ｍｍである場合、湾曲度に対する最適な照射角度は、図２中の算出値（細線）として示すように先の実施例の実験値（太線）に近い値となる。また、最遠部までの距離は、照明手段２自体の光量によって異なり、その光量に応じて決定される。具体的には、例えば照明手段２にハロゲンランプを用いた場合、照射ポイントから最遠部までの距離を約５０ｍｍとすると、照明手段２にハロゲンランプよりも強力なメタルハライドランプを用いた場合では、照射ポイントから最遠部までの距離が２〜３倍の約１００〜１５０ｍｍとなる。そして、最適角度出力手段１５では、上記の如く距離が異なる最遠部に対する照射角度が所定の値となるように照射ポイントに対する照射角度を算出する。なお、最適な照射角度は、湾曲度によって変化するため、最遠部までの距離が０ｍｍであるとして照射ポイントのみでの湾曲度から最適な値を求めることもあり得る。
【００５８】
このように、被検査面上において照明光の光量が所定範囲となる照射エリアの最遠部に対する照射角度に基づいて最適角度データを算出して出力する最適角度出力手段５を用いても、上記実施例と同様に、湾曲の大きい部分に対しても充分な大きさの照射エリアを得ることができる。
【００５９】
図７は本発明に係わる表面欠陥検査装置の他の実施例を説明する図である。
【００６０】
この実施例の表面欠陥検査装置は、基本的な構成は図１に示す実施例と同様であるが、照明／撮像制御手段８における高さ検出手段３２が、被検査面に当接するローラ式あるいはニードル式の接触子３２ａを備えた接触式センサである。この実施例の場合には、先の実施例と同様の作用および効果を得ることができるうえに、構造が簡単で且つ比較的安価な高さ検出手段３２によって被検査面の高さを正確に検出することができる。
【００６１】
図８は本発明に係わる表面欠陥検査装置のさらに他の実施例を説明する図である。
【００６２】
この実施例の表面欠陥検査装置は、基本的な構成は図１に示す実施例と同様であるが、照明／撮像制御手段８における高さ補正手段２３が、基本制御特性決定手段１０からの基本制御特性における高さデータ、すなわち基本照射制御特性決定手段１２からの基本照射制御特性における高さデータ、および基本撮像制御特性決定手段１３からの基本撮像制御特性における高さデータを補正する手段である。
【００６３】
したがって、この実施例の場合には、先の実施例と同様の作用および効果を得ることができるうえに、湾曲対応角度補正手段１１に入力する基本制御特性、すなわち湾曲対応照射角度補正手段１７に入力する基本照射制御特性、および湾曲対応撮像角度補正手段１８に入力する基本撮像制御特性が実際の被検査面に対応した正確なものとなる。
【００６４】
図９は本発明に係わる表面欠陥検査装置のさらに他の実施例を説明する図である。
【００６５】
この実施例の表面欠陥検査装置は、基本的な構成は図８に示す実施例と同様であるが、照明／撮像制御手段８における高さ検出手段３２が、被検査面に当接するローラ式あるいはニードル式の接触子３２ａを備えた接触式センサであると共に、高さ補正手段２３が、基本制御特性決定手段１０からの基本制御特性における高さデータ、すなわち基本照射制御特性決定手段１２からの基本照射制御特性における高さデータ、および基本撮像制御特性決定手段１３からの基本撮像制御特性における高さデータを補正する手段である。
【００６６】
したがって、この実施例の場合には、先の実施例と同様の作用および効果を得ることができるうえに、構造が簡単で且つ比較的安価な高さ検出手段３２によって被検査面の高さを正確に検出することができ、しかも、湾曲対応角度補正手段１１に入力する基本制御特性、すなわち湾曲対応照射角度補正手段１７に入力する基本照射制御特性、および湾曲対応撮像角度補正手段１８に入力する基本撮像制御特性が実際の被検査面に対応した正確なものとなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係わる表面欠陥検査装置の一実施例を説明するブロック図である。
【図２】被検査面の湾曲度に対する最適な照射角度の変化を示すグラフである。
【図３】照明手段の照射角度に対する検出レベルの変化を示すグラフである。
【図４】撮像手段の撮像角度に対する検出レベルの変化を示すグラフである。
【図５】被検査面に対して一定の照射角度で照明光を照射した場合の照射エリアを示す説明図である。
【図６】被検査面に対して補正した照射角度で照明光を照射した場合の照射エリアを示す説明図である。
【図７】本発明に係わる表面欠陥検査装置の一実施例を説明するブロック図である。
【図８】本発明に係わる表面欠陥検査装置の他の実施例を説明するブロック図である。
【図９】本発明に係わる表面欠陥検査装置のさらに他の実施例を説明するブロック図である。
【符号の説明】
Ｐ        被検査体
２        照明手段
α        照射角度
３        撮像手段
β        撮像角度
４        画像処理手段
５        位置検出手段
６        被検査面種出力手段
７        曲面形状選定手段
８        照明／撮像制御手段
１０      基本制御特性決定手段
１１      湾曲対応角度補正手段
１２      基本照射制御特性決定手段
１３      基本撮像制御特性決定手段
１４      湾曲度算出手段
１５      最適角度出力手段
１６      湾曲対応照射角度選定手段
１７      湾曲対応照射角度補正手段
１８      湾曲対応撮像角度補正手段
２２      高さ検出手段（非接触式センサ）
２３      高さ補正手段
３２      高さ検出手段（接触式センサ）
３２ａ    接触子
【図１】
0003637589.tif 000002
【図２】
0003637589.tif 000003
【図３】
0003637589.tif 000004
【図４】
0003637589.tif 000005
【図５】
0003637589.tif 000006
【図６】
0003637589.tif 000007
【図７】
0003637589.tif 000008
【図８】
0003637589.tif 000009
【図９】
0003637589.tif 000010