(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
縞状明パターンと縞状暗パターンとが交互に配列された明暗パターンの照射光を、１回の露光時間内に前記明暗パターンの反転切り替えと、前記明暗パターンの照射時間と照射輝度の少なくとも一方の変調を行って検査対象物の塗装表面に照射する工程と、
前記塗装表面からの反射光を撮像装置で１回の露光時間につき１枚の画像として取得する工程と、
前記取得した１枚の画像における輝度情報から前記塗装表面の内部の異物や混入物の影響と前記塗装表面の凹凸欠陥とを区別する画像処理工程と
を有することを特徴とする塗装表面欠陥検査方法。
【請求項２】
前記１回の露光時間内に前記明暗パターンの反転切り替えと、前記明暗パターンの照射時間と照射輝度の少なくとも一方の変調を行って検査対象物の塗装表面に照射する工程において、
前記１回の露光時間内に反転切り替える明暗パターンの照射時間と照射輝度を、前記切り替え前の明暗パターンと切り替え後の明暗パターンとの間で前記撮像装置により撮像した積算輝度の比がそれぞれ異なるように前記明暗パターンの照射時間と照射輝度の少なくとも一方を変調させることを特徴とする請求項１に記載の塗装表面欠陥検査方法。
【請求項３】
前記１回の露光時間内に前記明暗パターンの反転切り替えと、前記明暗パターンの照射時間と照射輝度の少なくとも一方の変調を行って検査対象物の塗装表面に照射する工程において、
前記１回の露光時間内に切り替える明暗パターンの照射時間を同じにして、明暗パターンの照射輝度が異なるように変調させることを特徴とする請求項２に記載の塗装表面欠陥検査方法。
【請求項４】
前記１回の露光時間内に前記明暗パターンの反転切り替えと、前記明暗パターンの照射時間と照射輝度の少なくとも一方の変調を行って検査対象物の塗装表面に照射する工程において、
前記１回の露光時間内に切り替える明暗パターンの照射輝度を同じにして、明暗パターンの照射時間が異なるように変調させることを特徴とする請求項２に記載の塗装表面欠陥検査方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、塗装表面欠陥検査方法に関するものであり、例えば、携帯電話等の射出成形により作成された樹脂部品の表面塗装状態の検査を簡便に行うための手段に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
携帯電話等の射出成形により作成された樹脂成型品の塗装面は、主に顔料等を含んだベース層と艶を出すためのクリア層からなる。クリア層上の凹凸欠陥は、透明であるために通常の明視野照明では検出が難しく、例えば、白黒、あるいは色相の異なるパターン照明で対象を照射し、撮影画像において凹凸欠陥部を顕在化する方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
図１０は、従来の塗装表面欠陥検査方法の概念的構成図であり、明暗パターン照明光源５１により検査対象物６０を照射して、その反射光をＣＣＤカメラ５４で撮像し、その撮像画像から欠陥を検査する。例えば、ベース層６１上にクリア層６２を設けた検査対象物６０に異物６３が含まれていた場合、異物６３に対応する凸欠陥６４がクリア層６２の表面に形成される。
【０００４】
明暗パターン照明光源５１からの明照射光５２と暗照射光５３とは正反射してＣＣＤカメラ５４に入射して明暗縞パターンとして撮像される。この時、図に示すように、明照射光５２が凸欠陥６４に入射する凸面鏡での反射と同様に反射して、平坦面における正反射方向とは異なった方向に反射し、例えば、本来、暗縞パターン部の反射位置に反射する。
【０００５】
図１１は、撮像した明暗縞パターンの模式図であり、パターン明部５６とパターン暗部５７とが交互に並んだ明暗縞パターン５５のパターン暗部５７の一つに輝点５８が現れる。この輝点５８が凸欠陥６４からの反射光を現わしている。
【０００６】
或いは、左右反対方向から明照明光と暗照明光とを同時に照射して、ライン状の明暗パターンを撮像して、欠陥部の形状に応じた輝度情報から凹凸を判定することも提案されている（例えば、特許文献２参照）。また、明暗パターン光源からの明暗パターン光を照射し、ラインカメラで撮像して欠陥を判定することも提案されている（例えば、特許文献３参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平０４−２３１８５３号公報
【特許文献２】特開平０５−２０９７３３号公報
【特許文献３】特開２００９−２６４８００号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、メタリック系の塗装の場合、ベース層には顔料の他にアルミフレーク、マイカフレークなど燐片状の光輝材を含む。この光輝材は、配向状態によってパターン照明からの光を反射するため、上述の各提案では、パターン暗部において光輝材と凹凸欠陥との区別がつかない場合があるので、この事情を図１２及び図１３を参照して説明する。
【０００９】
図１２は反射状況の説明図であり、図１２（ａ）に示すように、凸欠陥６４と光輝材６５からの反射光は、平坦面における正反射方向とは異なった方向に反射される。図１２（ｂ）は撮像画像の模式図であり、凸欠陥６４からの反射光は、パターン暗部５７では輝点５８となり、パターン明部５６では、反射光の欠損した暗点５９となる。
【００１０】
一方、光輝材６５からの反射光は、パターン暗部５７及びパターン明部５６のいずれにおいても輝点６６になる。したがって、輝点に関しては、凸欠陥６４か光輝材６５かは区別できなくなる。なお、パターン明部５６においてはパターン明部５６の明度が高いので光輝材からの反射光は輝点として認識できなくなる。
【００１１】
この様な問題を解決するためには、明暗が反転したパターンをそれぞれ撮影し、検出部の変化の様子から凹凸欠陥と区別させる方法が考えられる。図１２（ｃ）は反転パターンでの撮像画像の模式図であり、図１２（ｂ）の撮像画像と対比すると、凹凸欠陥による輝点及び暗点は輝度階調が反転して現れるが、光輝材による輝点は反転せず、一方の画像のみに現れる。
【００１２】
しかしながら、明暗パターンとその反転パターンによる２回の撮影が必要になるため、撮影時間や画像取り込み時間を考えると、検査時間が長くなり効率が悪いという問題がある。
【００１３】
なお、上述の特許文献２と特許文献３を組み合わせて、明暗パターン照明における明部の輝度を中間照射光６７を含む３段階に周期的に変調することが考えられる。図１３（ａ）は装置構成を示す概念図である。しかしながら、この構成では、図１３（ｂ）及び図１３（ｃ）に示すように、パターンと検査面の位置に応じて正反射光の輝度が変化するだけであり、パターン暗部において凹凸欠陥と光輝材は同じ挙動を示すため、輝度情報からこれらを区別することはできない。なお、図１３（ｂ）は撮影画像例であり、図１３（ｃ）は輝度プロファイルである。
【００１４】
したがって、本発明は、表面塗装状態の検査を１回の画像撮像により簡便に且つ高効率に行うことを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
開示する一観点からは、縞状明パターンと縞状暗パターンとが交互に配列された明暗パターンの照射光を、１回の露光時間内に前記明暗パターンの反転切り替えと、前記明暗パターンの照射時間と照射輝度の少なくとも一方の変調を行って検査対象物の塗装表面に照射する工程と、前記塗装表面からの反射光を撮像装置１回の露光時間につき１枚の画像として取得する工程と、前記取得した１枚の画像における輝度情報から前記塗装表面の内部の異物や混入物の影響と前記塗装表面の凹凸欠陥とを区別する画像処理工程とを有することを特徴とする塗装表面欠陥検査方法が提供される。
【発明の効果】
【００１７】
開示の塗装表面欠陥検査方法によれば、表面塗装状態の検査を１回の画像撮像により簡便に且つ高効率に行うことが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の実施の形態の塗装表面欠陥検査方法の概念的構成図である。
【図２】撮像画像の模式図である。
【図３】本発明の実施の形態による撮像画像及び輝度プロファイルの説明図である。
【図４】本発明の実施例１の塗装表面欠陥検査方法のフローチャートである。
【図５】本発明の実施例１における明暗パターン照明光源による一回の露光における照射パターンと照射タイミングの説明図である。
【図６】撮像画像と輝度プロファイルの説明図である。
【図７】輝度閾値処理の説明図である。
【図８】基準パターン画像、差分処理画像及びＸＯＲ処理画像の模式図である。
【図９】本発明の実施例２における明暗パターン照明光源による一回の露光における照射パターンと照射タイミングの説明図である。
【図１０】従来の塗装表面欠陥検査方法の概念的構成図である。
【図１１】撮像した明暗縞パターンの模式図である。
【図１２】反射状況の説明図である。
【図１３】従来技術を組み合わせた場合の構成説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
ここで、図１乃至図３を参照して、本発明の実施の形態の塗装表面欠陥検査方法を説明する。図１は、本発明の実施の形態の塗装表面欠陥検査方法の概念的構成図であり、縞状の明照射部２と縞状の暗照射部３を交互に配列した明暗パターン照明光源１、撮像装置４、露光時間制御装置５、輝度変調装置６、照射パターン制御装置７及びパーソナルコンピュータ８を備えている。
【００２０】
明暗パターン照明光源１は、例えば、液晶表示装置、ＬＥＤアレイ、或いは、周期的な縞状光透過パターンを有する遮光部材を備えた白色光源からなる。明暗パターン照明光源１のサイズは、検査対象物１０のサイズにより異なるが、例えば、検査対象物１は携帯電話である場合には、３０ｃｍ×３０ｃｍ程度のサイズとし、縞状の明照射部２と縞状の暗照射部３の幅は、１ｃｍ〜３ｃｍ程度とする。なお、パターン暗部の輝度は０、即ち、無発光でも良い。また、ＬＥＤアレイの場合には白色ＬＥＤを用いることが望ましいが、白色に限られるものではない。
【００２１】
明暗パターン照明光源１は、輝度変調装置６により１回の露光時間中で照射輝度が変調されるとともに、照射パターン制御装置７により明暗縞パターンの明暗が反転される。撮像装置４は、例えば、ＣＣＤカメラ或いはＣＭＯＳカメラなどの固体撮像装置からなり、露光制御装置により露光時間が制御される。
【００２２】
明暗パターン照明光源１により、１回の照射時間内に明暗縞パターンの切り替えと照射輝度の変調を行って検査対象物１０の塗装表面を照射して、その反射光を撮像装置４で多重露光して撮像し、その撮像画像から欠陥を検査する。この時、アルミフレーク、マイカフレーク等の光輝材１２を含むベース層１１上に塗装によりクリア層１３を設けた検査対象物１０に異物１４が含まれていた場合、異物１４に対応する凸欠陥１５がクリア層１３の表面に形成される。
【００２３】
明暗パターン照明光源１からの明照射光と暗照射光とを撮像装置４で撮像して明暗縞パターン画像を取得する。この時、明照射光が凸欠陥１５に入射する凸面鏡での反射と同様に反射して、平坦面における正反射方向とは異なった方向に反射する。また、光輝材１２に入射した光も反射されて輝点として観察される。
【００２４】
図２は撮像画像の模式図であり、図２（ｂ）は図２（ａ）の反転パターンの撮像画像である。図２（ａ）に示すように、凸欠陥１５からの反射光は、パターン暗部２２では輝点２４となり、パターン明部２１では、反射光の欠損した暗点２３となる。光輝材１２からの反射光は、パターン暗部２２及びパターン明部２１のいずれにおいても輝点２５になる。なお、パターン明部２１においてはパターン明部２１の明度により光輝材１２からの反射光は輝点として認識できなくなる。
【００２５】
図２（ｂ）に示す反転パターンでの撮像画像は、図２（ａ）の撮像画像と対比すると、凹凸欠陥による輝点及び暗点は輝度階調が反転して現れるが、光輝材による輝点は反転せず、各画像のパターン暗部にのみに現れる。
【００２６】
図２（ｃ）は、図２（ａ）と図２（ｂ）とを同じ照射時間で且つ同じ照射輝度とした場合の重ね合わせ画像、即ち、多重露光画像であり、凸欠陥１５に起因する輝点２４と暗点２３とは互いに打ち消しあって消失する。一方、光輝材１２に起因する輝点２５は打ち消しあわないので多重露光画像に現れる。なお、図２（ｄ）は撮像画像の輝度プロファイルである。
【００２７】
したがって、凸欠陥１５に起因する輝点２４と暗点２３とが打ち消しあって消失しないように、１回の露光時間内で各パターン間で撮像装置で撮像した積算輝度の比がそれぞれ異なるように照射時間と照射輝度の少なくとも一方を変調させる必要がある。
【００２８】
例えば、１回の露光時間内に切り替えるパターンの照射時間を同じにして、照射輝度が異なるように変調させても良いし、逆に、１回の露光時間内に切り替えるパターンの照射輝度を同じにして、照射時間が異なるように変調させても良い。或いは、照射時間と照射輝度の両方を変調させても良い。
【００２９】
図３は、本発明の実施の形態による撮像画像及び輝度プロファイルである。図３（ａ）に示すように、凸欠陥に起因する輝点及び暗点は互いに相殺されるが、撮像装置で撮像した積算輝度の比が異なるので、輝度は低下するものの、輝点２６及び暗点２７として現れる。
【００３０】
一方、光輝材１２に起因する輝点２８,２９は輝度は低下するものの、凸欠陥に起因する輝点２６及び暗点２７に比べて輝度値が大きくなり、撮影画像上で強調される。したがって、撮像画像における輝点及び暗点の輝度の比較から凸欠陥１５の存在を光輝材と区別して目視的に検出することができる。
【００３１】
図３（ｂ）が撮像画像の輝度プロファイルであり、パターン明部の輝度値をスライスレベルに設定して閾値処理を施すと、光輝材１２に起因する輝点２８,２９のみを自動的に選択的に取り出すことができる。
【００３２】
このように、本発明の実施の形態においては、照射輝度もしくは照射時間をパターン切り替え前後で変調させた多重露光画像を用いているので、一回の撮像により、撮像画像における輝度情報から光輝材と凹凸欠陥とを区別することが可能となる。
【実施例１】
【００３３】
以上を前提として、次に、図４乃至図８を参照して、本発明の実施例１の塗装表面欠陥検査方法を説明する。図４は、本発明の実施例１の塗装表面欠陥検査方法のフローチャートであり、まず、検査対象物の表面の画像を取得する。
【００３４】
図５は、明暗パターン照明光源による一回の露光における照射パターンと照射タイミングの説明図である。図５（ａ）は露光タイミングと照射タイミングの説明図であり、１回の露光時間をｔとして、この一回の露光時間ｔ内で、第１照射パターンをｔ１だけ照射したのち、第２照射パターンに切り替えてｔ２だけ露光する。例えば、ここでは、ｔ＝３０ミリ秒とし、ｔ１＝ｔ２＝ｔ／２とする。
【００３５】
図５（ｂ）は、第１照射パターンのパターン図と照明輝度Ｌ１の説明図であり、図５（ｃ）は、第２照射パターンのパターン図と照明輝度Ｌ２の説明図である。ここでは、パターン暗部とパターン明部のそれぞれのパターンの幅ｄを１ｃｍとし、Ｌ１＝１０００〔ｃｄ／ｍ２〕、Ｌ２＝２０００〔ｃｄ／ｍ２〕とする。
【００３６】
図６は、撮像画像と輝度プロファイルの説明図であり、図６（ａ）は取得した撮像画像であり、図６（ｂ）は、撮像画像の水平方向の中心部の輝度プロファイルである。
【００３７】
次いで、撮像画像に対して光輝材を取り出すための輝度閾値処理を施す。図７は、輝度閾値処理の説明図であり、図７（ａ）はパターン明部の輝度値Ｌより若干大きな値、例えば、１．１Ｌを閾値とした輝度閾値処理の説明図であり、閾値より高輝度の部分を白表示し、低輝度の部分を黒表示する。図７（ｂ）は輝度閾値処理画像であり、光輝材に起因する輝点のみが取り出された画像となる。
【００３８】
一方、事前に凹凸のない標準試料を用いて、図５に示した一回の露光における照射パターンと照射タイミングで標準試料を照射して、撮像カメラで基準パターン画像を取得する。図８（ａ）は、基準パターン画像である。
【００３９】
次いで、図６（ａ）に示した撮像画像と図８（ａ）に示す基準パターン画像の差分処理を行って欠陥候補を抽出する。図８（ｂ）は、差分処理後の画像であり、凹欠陥に起因する輝点と光輝材に起因する輝点とが欠陥候補として表わされる。
【００４０】
次いで、図７（ｂ）に示した輝度閾値処理画像と図８（ａ）に示した差分処理画像にＸＯＲ（排他的論理和）処理を施すことによって、欠陥候補から光輝材に起因する輝点を除去して、凸欠陥に起因する輝点のみを取り出す。図８（ｃ）はＸＯＲ処理画像である。
【００４１】
次いで、図８（ｃ）に示したＸＯＲ処理画像を用いて欠陥部判定を行い、ＸＯＲ処理画像に輝点がある場合には、ＮＧとし、輝点が見られない場合にはＯＫとする。なお、図８（ｃ）のＸＯＲ処理画像は欠陥部がある場合を示している。
【００４２】
このように、本発明の実施例１においては、第１照射パターンのパターン明部の輝度と第２照射パターンのパターン明部の輝度が互いに異なるように設定して、照射時間を等しくして、１回の露光で多重露光した画像を取得している。この場合、第１照射パターンと第２照射パターンとの間で撮像装置で撮像した積算輝度の比がそれぞれ異なるので、１回の露光のみで、凸欠陥と光輝材に区別が可能になり、表面塗装状態の検査をより簡便に且つ高効率に行うことが可能になる。
【実施例２】
【００４３】
次に、図９を参照して、本発明の実施例２の塗装表面欠陥検査方法を説明するが、明暗パターン照明光源による一回の露光における照射パターンと照射タイミングが異なるだけで、フローチャートは実施例１と同様である。したがって、明暗パターン照明光源による一回の露光における照射パターンと照射タイミングのみを説明する。
【００４４】
図９は、明暗パターン照明光源による一回の露光における照射パターンと照射タイミングの説明図である。図９（ａ）は露光タイミングと照射タイミングの説明図であり、１回の露光時間をｔとして、この一回の露光時間ｔ内で、第１照射パターンをｔ１だけ照射したのち、第２照射パターンに切り替えてｔ２だけ露光する。例えば、ここでは、ｔ＝３０ミリ秒とし、ｔ１＋ｔ２＝ｔ、且つ、ｔ１＜ｔ２とする。
【００４５】
図９（ｂ）は、第１照射パターンのパターン図と照明輝度Ｌ１の説明図であり、図９（ｃ）は、第２照射パターンのパターン図と照明輝度Ｌ２の説明図である。ここでは、パターン暗部とパターン明部のそれぞれのパターンの幅ｄを１ｃｍとし、Ｌ１＝Ｌ２＝１５００〔ｃｄ／ｍ２〕とする。
【００４６】
このような明暗パターン照明光源による一回の露光における照射パターンと照射タイミングで照射を行って、図６（ａ）と同様の画像を取得する。以降は、上記の実施例１と同様に、撮像画像と基準パターン画像の差分処理を行って欠陥候補を抽出する。
【００４７】
次いで、輝度閾値処理画像と差分処理画像にＸＯＲ（排他的論理和）処理を施すことによって、欠陥候補から光輝材に起因する輝点を除去して、凸欠陥に起因する輝点のみを取り出す。このＸＯＲ処理画像を用いて欠陥部判定を行い、ＸＯＲ処理画像に輝点がある場合には、ＮＧとし、輝点が見られない場合にはＯＫとする。
【００４８】
このように、本発明の実施例２においては、第１照射パターンと第２照射パターンのパターン明部の輝度が同じになるように設定して、照射時間が互いに異なるように設定して１回の露光で多重露光した画像を取得している。この場合も、第１照射パターンと第２照射パターンとの間で撮像装置で撮像した積算輝度の比がそれぞれ異なるので、１回の露光のみで、凸欠陥と光輝材に区別が可能になり、表面塗装状態の検査をより簡便に且つ高効率に行うことが可能になる。
【００４９】
ここで、実施例１及び実施例２を含む本発明の実施の形態に関して、以下の付記を付す。
（付記１）
縞状明パターンと縞状暗パターンとが交互に配列された明暗パターンの照射光を、１回の露光時間内に前記明暗パターンの反転切り替えと、前記明暗パターンの照射時間と照射輝度の少なくとも一方の変調を行って検査対象物の塗装表面に照射する工程と、
前記塗装表面からの反射光を撮像装置で１回の露光時間につき１枚の画像として取得する工程と、
前記取得した１枚の画像における輝度情報から前記塗装表面の内部の異物や混入物の影響と前記塗装表面の凹凸欠陥とを区別する画像処理工程と
を有することを特徴とする塗装表面欠陥検査方法。
（付記２）
前記１回の露光時間内に前記明暗パターンの反転切り替えと、前記明暗パターンの照射時間と照射輝度の少なくとも一方の変調を行って検査対象物の塗装表面に照射する工程において、
前記１回の露光時間内に反転切り替える明暗パターンの照射時間と照射輝度を、前記切り替え前の明暗パターンと切り替え後の明暗パターンとの間で前記撮像装置により撮像した積算輝度の比がそれぞれ異なるように前記明暗パターンの照射時間と照射輝度の少なくとも一方を変調させることを特徴とする付記１に記載の塗装表面欠陥検査方法。
（付記３）
前記１回の露光時間内に前記明暗パターンの反転切り替えと、前記明暗パターンの照射時間と照射輝度の少なくとも一方の変調を行って検査対象物の塗装表面に照射する工程において、
前記１回の露光時間内に切り替える明暗パターンの照射時間を同じにして、明暗パターンの照射輝度が異なるように変調させることを特徴とする付記２に記載の塗装表面欠陥検査方法。
（付記４）
前記１回の露光時間内に前記明暗パターンの反転切り替えと、前記明暗パターンの照射時間と照射輝度の少なくとも一方の変調を行って検査対象物の塗装表面に照射する工程において、
前記１回の露光時間内に切り替える明暗パターンの照射輝度を同じにして、明暗パターンの照射時間が異なるように変調させることを特徴とする付記２に記載の塗装表面欠陥検査方法。
（付記５）
前記取得した画像における輝度情報から前記塗装表面の内部の異物や混入物の影響と前記塗装表面の凹凸欠陥とを区別する画像処理工程において、
前記画像の輝度情報に閾値処理を施して前記塗装表面の内部の異物や混入物の情報のみを取り出して混入物情報を取得する工程と、
前記画像の輝度情報から前記塗装表面の内部の異物や混入物の影響と前記塗装表面の凹凸欠陥の情報を取り出して欠陥候補情報を取得する工程と、
前記混入物情報と前記欠陥候補情報とを差分処理して欠陥情報を取得する工程と
を有することを特徴とする付記１乃至付記４のいずれか１に記載の塗装表面欠陥検査方法。
【符号の説明】
【００５０】
１  明暗パターン照明光源
２  明照射部
３  暗照射部
４  撮像装置
５  露光時間制御装置
６  輝度変調装置
７  照射パターン制御装置
８  パーソナルコンピュータ
１０  検査対象物
１１  ベース層
１２  光輝材
１３  クリア層
１４  異物
１５  凸欠陥
２１  パターン明部
２２  パターン暗部
２３，２７  暗点
２４，２５，２６，２８，２９  輝点
５１  明暗パターン照明光源
５２  明照射光
５３  暗照射光
５４  ＣＣＤカメラ
５５  明暗縞パターン
５６  パターン明部
５７  パターン暗部
５８，６６  輝点
５９  暗点
６０  検査対象物
６１  ベース層
６２  クリア層
６３  異物
６４  凸欠陥
６５  光輝材
６７  中間照射光
【図１】
0005760371.tif 000002
【図２】
0005760371.tif 000003
【図３】
0005760371.tif 000004
【図４】
0005760371.tif 000005
【図５】
0005760371.tif 000006
【図６】
0005760371.tif 000007
【図７】
0005760371.tif 000008
【図８】
0005760371.tif 000009
【図９】
0005760371.tif 000010
【図１０】
0005760371.tif 000011
【図１１】
0005760371.tif 000012
【図１２】
0005760371.tif 000013
【図１３】
0005760371.tif 000014