(57)【要約】【課題】従来の表面検査装置では、塗装表面が曲面であると表面検査装置の検査視野を非常に小さくする必要があり、塗装表面を広い範囲にわたって検査する場合には多大な時間を要していた。また、表面検査装置における画像処理部の負担が大きく、処理時間が長くなってしまう傾向があった。【解決手段】表面検査装置１は、明暗パターンが形成され、該明暗パターンにおける明部と暗部との境界部に明度のグラデーションを有する拡散光を、塗装表面９０に照射する照射部１２と、前記塗装表面９０で反射した反射光を撮像するカメラ１１と、前記撮像部にて撮像された撮像画像８０を画像処理して前記塗装表面９０のぶつ９１を検出する画像処理装置５０とを備え、前記画像処理装置５０は、前記撮像画像８０を微分処理する微分処理部５２と、微分処理後の撮像画像８０を２値化処理する２値化処理部５３とを備える。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
明暗パターンが形成され、該明暗パターンにおける明部と暗部との境界部に明度のグラデーションを有する拡散光を、検査対象表面に照射する照射部と、
前記検査対象表面で反射した反射光を撮像する撮像部と、
前記撮像部にて撮像された撮像画像を画像処理して前記検査対象表面の欠陥を検出する画像処理装置とを備え、
前記画像処理装置は、前記撮像画像を微分処理する微分処理部と、微分処理後の撮像画像を２値化処理する２値化処理部とを備える、
ことを特徴とする表面検査装置。
【請求項２】
前記照射部は、光を発する光源と、前記光を拡散させる拡散板と、前記拡散板を通過した拡散光にグラデーション付きの明暗パターンを付与するスリットとを備える、
ことを特徴とする請求項１に記載の表面検査装置。
【請求項３】
明暗のパターンが形成される拡散光を、検査対象表面に照射する照射部と、
前記検査対象表面で反射した反射光を撮像する撮像部と、
前記撮像部にて撮像された撮像画像を画像処理して前記検査対象表面の欠陥を検出する画像処理装置とを備え、
前記撮像部は、検査対象表面からの反射光を複数の箇所から撮像可能であり、
前記画像処理装置は、前記撮像画像を微分処理する微分処理部と、微分処理後の撮像画像を２値化処理する２値化処理部とを備える、
ことを特徴とする表面検査装置。
【請求項４】
前記撮像部における複数の撮像位置間の距離は、
少なくとも何れか一つの撮像位置にて撮像した画像に存在する欠陥が、明暗パターンの境界部にかからない場所に位置するように設定する、
ことを特徴とする請求項３に記載の表面検査装置。
【請求項５】
明暗のパターンが形成される拡散光を、検査対象表面に照射する照射部と、
前記検査対象表面で反射した反射光を撮像する撮像部と、
前記撮像部にて撮像された撮像画像を画像処理して前記検査対象表面の欠陥を検出する画像処理装置とを備え、
前記照射部は、前記拡散光をストロボ発光し、
前記撮像部は、前記照射部でのストロボ発光に同期して反射光の撮像を行う、
ことを特徴とする表面検査装置。
【請求項６】
検査対象表面に光を照射する照射部と、
前記検査対象表面で反射した反射光を撮像する撮像部と、
前記撮像部にて撮像された撮像画像を画像処理して前記検査対象表面の欠陥を検出する画像処理装置とを備え、
前記撮像部は、撮像時の焦点位置を調節可能に構成され、前記撮像時の焦点位置を検査対象表面からずらした位置に調節する、
ことを特徴とする表面検査装置。
【請求項７】
前記検査対象表面は、塗料が塗布された塗装表面である、
ことを特徴とする請求項１〜請求項６の何れか一項に記載の表面検査装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、塗装表面に生じるぶつ等、検査対象表面の欠陥を検出するための表面検査装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、自動車のボディの塗装表面に生じる「ぶつ」等の欠陥を検査する装置として、塗装表面に光を照射し、照射した光の反射光を撮像して、撮像画像を画像処理することにより、ぶつ等の欠陥部分に発生する明るさの変化を検出する装置が知られている。
このように、塗装表面に光を照射してぶつ等の欠陥部分を検出する場合、塗装表面に照射する光としては、照射範囲内で一様の明るさを有する拡散光（以降「拡散フラット光」と記載する）が用いられたり、平行光が用いられたりしている。
また、特許文献１に示すように、塗装表面に光を照射してぶつ等の欠陥部分を検出するために、塗装表面に照射する光に明暗のパターンを付与することも行われている。
【特許文献１】特開平１１−６３９５９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
前述のごとく、例えば拡散フラット光を用いて塗装表面のぶつを検出する場合、図１６に示すように、ぶつ１９１が存在する部分の塗装表面１９０に光源１２０から拡散フラット光を照射すると、略半球面に形成されるぶつ１９１の傾斜面に照射された光は、外方へ散乱して上方に配置されるカメラ１１０に戻ってこないため（図１６中に点線で示した軌跡が外方へ散乱する光を表わしている）、ぶつ１９１が存在する部分の塗装表面１９０を前記カメラ１１０により撮像すると、ぶつ１９１の部分が暗部となり、その他の塗装表面１９０が明部となった画像を得ることができる。これにより、
ぶつ１９１を他の塗装表面１９０と区別して検出することが可能となっている。
但し、このように拡散フラット光を塗装表面１９０に照射してぶつ１９１を適切に検出することは、光の照射範囲が狭い（つまり前記光源１２０の幅寸法Ｗａ）場合のみであり、図１７に示すように、光源１２０の幅寸法Ｗａを伸ばして光の照射範囲を大きくすると、ぶつ１９１の検出能力が低下してしまうこととなる。
【０００４】
例えば、図１７に示すように、光源１２０の幅寸法Ｗａ伸ばして光の照射範囲を大きくした場合は、ぶつ１９１に対して離れた位置から照射される光が、ぶつ１９１の斜面で反射されると略垂直に反射して前記カメラ１１０に入射するため、つまりぶつ１９１が存在する部分に全方向から光がまわりこんで、ぶつ１９１の部分を含む塗装表面１９０が全体的に明部として捉えられるため、ぶつ１９１を特徴点として検出することが困難となる。
従って、拡散フラット光を用いて塗装表面のぶつを検出する場合は、光の照射範囲を狭めて表面検査装置の検査視野を非常に小さくする必要があり、例えば自動車のボディの塗装表面ような広い範囲を検査する必要がある場合には、全ての範囲を検査するために多大な時間を要することとなって、製造工程のラインコンベアタクト内で検査を終えることが困難となる。
【０００５】
また、平行光を用いて塗装表面のぶつを検出する場合、ぶつ部分に光がまわりこむことを抑制できるため、前述のフラット光を用いた場合のようにぶつの検出が困難になることはないが、検査対象となる塗装表面が曲面であった場合、表面検査装置の検査視野が非常に小さくなってしまうという問題がある。
つまり、図１８に示すように、光源１２０による光の照射範囲における中心部分では、塗装表面１９０に照射した光が略垂直に反射してカメラ１１０に入射することとなるが、中心部から少し離れた位置で反射した光は外側へ逃げてしまい（塗装表面１９０が凸曲面である場合）、カメラ１１０に入射することがないため、正反射した反射光がカメラ１１０に入射する塗装表面１９０上の範囲（検査視野）が非常に小さくなってしまう。
このように、平行光を用いてぶつを検出する場合は、塗装表面が曲面であると表面検査装置の検査視野を非常に小さくする必要があり、例えば自動車のボディの塗装表面ように、多くの曲面を有している塗装表面を広い範囲にわたって検査する場合には、全ての範囲を検査するために多大な時間を要することとなって、製造工程のラインコンベアタクト内で検査を終えることが困難となる。
【０００６】
また、明暗のパターンを有した光を塗装表面に照射してぶつの検出を行う場合、例えばスリット状の明暗パターンを有する光を塗装表面に照射した場合には、図１９に示すような縞状の撮像画像が得られるため、次のような画像処理を行ってぶつを検出するようにしている。
つまり、図１９に示す場合、明度が高い明部１７０ａと明度が低い暗部１７０ｂとが交互にライン形状に表れており、前記ぶつ１９１が明部１７０ａの領域に存在していて、ぶつ１９１の形状が暗部１７０ｃとして現れている。
この場合、明部１７０ａと暗部１７０ｂおよび暗部１７０ｃとの境界部では明度が急激に変化しており、この明度の変化を利用してぶつ１９１を検出するように画像処理が行われる。
【０００７】
図２０（ａ）に示す画像は、塗装表面１９０に照射した明暗パターンを有する光の反射光をカメラ１１０にて撮像して得られた撮像画像に平滑化処理を施してノイズを減少させた画像であり、明部１７０ａと暗部１７０ｂとでライン形状の明暗パターンが形成され、明部１７０ａにぶつ１９１の形状が暗部１７０ｃとして存在している。
塗装表面１９０での反射光をカメラ１１０にて撮像して図２０（ａ）に示す画像を得た後、その画像を微分処理することにより図２０（ｂ）に示す画像が得られる。
図２０（ｂ）に示す微分処理後の画像は、図２０（ａ）に示す画像で明度変化の小さい箇所ほど明るく（明度が高く）表わされ、明度変化が大きい箇所ほど暗く（明度が低く）表わされている。
具体的にいえば、図２０（ａ）における明部１７０ａ内、暗部１７０ｂ内、および暗部１７０ｃ内では明度の変化がないため、図２０（ｂ）においてこれらの箇所に相当する部分は黒色で表わされている。また、明部１７０ａと暗部１７０ｂとの境界部、および明部１７０ａと暗部１７０ｃとの境界部は明度の変化が急激であるので白色で表わされている。
この明部１７０ａと暗部１７０ｂとの境界部に相当する白色部分はライン状に形成され、明部１７０ａと暗部１７０ｃとの境界部に相当する白色部分は円環状に形成されている。
【０００８】
このように、図２０（ｂ）に示す画像には、光の明暗パターンによるライン状の白色部と、ぶつ１９１の存在による円環状の白色部とが混在しているため、光の明暗パターンによるライン状の白色部を画像処理により除去する。
このライン状の白色部の除去は、ライン状の白色部と円環状の白色部との形状や大きさの違いに基づいて行い、例えば上下方向に長く延びたライン形状の白色部を除去したり、白色部の上下寸法または左右寸法が通常想定できるぶつの大きさの最大範囲を超えている白色部を除去したりするような処理を行う。
その後、ライン状の白色部を除去した画像に対して２値化処理を施して、画像上に残存しているノイズ等を除去して、ぶつ１９１に相当する箇所にのみ白色部分が現れている図２０（ｃ）に示すような画像を得て、この図２０（ｃ）に示す画像に基づいてぶつ１９１の検出を行うようにしている。
【０００９】
このように、従来、明暗パターンを有する光を照射して塗装表面のぶつ等の欠陥を検出する場合は、撮像画像を微分処理した後に、同等の明度を有した光の明暗パターンによるライン状の白色部と、ぶつ１９１の存在による円環状の白色部とが混在することとなるため（図２０（ｂ）に示す状態）、ぶつ１９１の存在を検出するためにはライン状の白色部を除去するための画像処理を行う必要があるため、表面検査装置における画像処理部の負担が大きく、該画像処理部には高い画像処理能力が求められるとともに、処理時間が長くなってしまう傾向があった。
【００１０】
そこで、本発明においては、画像処理部での画像処理の負担を減少しつつ、検査対象表面が曲面であった場合でも広い検査視野で高精度に検査することができ、広い範囲の検査対象面を短時間で検査可能な表面検査装置を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題を解決する表面検査装置は、以下の特徴を有する。
即ち、請求項１記載の如く、明暗パターンが形成され、該明暗パターンにおける明部と暗部との境界部に明度のグラデーションを有する拡散光を、検査対象表面に照射する照射部と、前記検査対象表面で反射した反射光を撮像する撮像部と、前記撮像部にて撮像された撮像画像を画像処理して前記検査対象表面の欠陥を検出する画像処理装置とを備え、前記画像処理装置は、前記撮像画像を微分処理する微分処理部と、微分処理後の撮像画像を２値化処理する２値化処理部とを備える。
このように、明暗のパターンが付与された拡散光を検査対象表面に照射することで、検査対象表面が平面であるか曲面であるかにかかわらず、光の照射範囲（検査視野）を確保しつつ、検査対象表面におけるぶつ等の欠陥の検出を高精度に行うことが可能となる。
また、本表面検査装置においては、微分処理後に現れる明暗パターンの境界部に相当する白色部を、ぶつの存在による円環状の白色部から切り離して除去する処理が必要ではなく、微分処理の直後に２値化処理を行うことでぶつ９１の検出を行うことができる。これにより、従来に比べて画像処理の負担を軽減することができて、画像処理装置の画像処理能力を抑えつつ、検査処理時間を短縮することが可能となる。
【００１２】
また、請求項２記載の如く、前記照射部は、光を発する光源と、前記光を拡散させる拡散板と、前記拡散板を通過した拡散光にグラデーション付きの明暗パターンを付与するスリットとを備える。
これにより、簡単かつ安価な構成でグラデーション付きの明暗パターンを有した拡散光を得ることが可能となる。
【００１３】
また、請求項３記載の如く、明暗のパターンが形成される拡散光を、検査対象表面に照射する照射部と、
前記検査対象表面で反射した反射光を撮像する撮像部と、前記撮像部にて撮像された撮像画像を画像処理して前記検査対象表面の欠陥を検出する画像処理装置とを備え、前記撮像部は、検査対象表面からの反射光を複数の箇所から撮像可能であり、前記画像処理装置は、前記撮像画像を微分処理する微分処理部と、微分処理後の撮像画像を２値化処理する２値化処理部とを備える。
これにより、複数の箇所から撮像した撮像画像のうち、例えば一方の撮像画像において欠陥部分に基づく暗部が明暗パターンの明部と暗部との境界部に位置していたとしても、他の撮像画像における欠陥部分に基づく暗部が明暗パターンの明部（欠陥部分に基づく明部の場合は明暗パターンの暗部）に位置することが期待でき、ぶつ等の欠陥の有無を適切に検出することが可能となる。
【００１４】
また、請求項４記載の如く、前記撮像部における複数の撮像位置間の距離は、少なくとも何れか一つの撮像位置にて撮像した画像に存在する欠陥が、明暗パターンの境界部にかからない場所に位置するように設定する。
これにより、複数の箇所から撮像した撮像画像のうち、少なくとも一つの撮像画像における欠陥部分に基づく暗部が、必ず明暗パターンの明部（欠陥部分に基づく明部の場合は明暗パターンの暗部）に位置することとなり、確実にぶつ等の欠陥の有無を検出することが可能となる。
【００１５】
また、請求項５記載の如く、明暗のパターンが形成される拡散光を、検査対象表面に照射する照射部と、
前記検査対象表面で反射した反射光を撮像する撮像部と、前記撮像部にて撮像された撮像画像を画像処理して前記検査対象表面の欠陥を検出する画像処理装置とを備え、前記照射部は、前記拡散光をストロボ発光し、前記撮像部は、前記照射部でのストロボ発光に同期して反射光の撮像を行う。
このように、照射部が拡散光を瞬間的に発光させるストロボ発光を行って、撮像部による撮像を行うように構成することで、照射部における通電のデューティー比を小さくすることができ、該照射部を発光させる際に大電流を流して発する光を明るくすることが可能となる。照射部からの発光を明るくすることで、撮像部のレンズの絞りを小さくすることができ、被写体深度を深くすることが可能となる。
これにより、撮像部にて、検査対象表面とともに、該検査対象表面と異なるピント位置に位置している明暗パターンをよりはっきりと撮像することが可能となり、撮像画像を画像処理した際に、ぶつ等の欠陥が存在する部分を高精度に検出することが可能となる。
【００１６】
また、請求項６記載の如く、検査対象表面に光を照射する照射部と、前記検査対象表面で反射した反射光を撮像する撮像部と、前記撮像部にて撮像された撮像画像を画像処理して前記検査対象表面の欠陥を検出する画像処理装置とを備え、前記撮像部は、撮像時の焦点位置を調節可能に構成され、前記撮像時の焦点位置を検査対象表面からずらした位置に調節する。
これにより、検査対象表面に付着した埃や、検査対象表面となる塗装表面の塗料内に含まれるメタリックや雲母等といった、大きなコントラストを有したノイズ成分を撮像画像から除去することが可能となる。
【００１７】
また、請求項７記載の如く、前記検査対象表面は、塗料が塗布された塗装表面である。
これにより、前記塗装表面におけるぶつ等の欠陥の有無を検出することができ、塗装表面の検査精度を向上させることができる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、検査対象表面が平面であるか曲面であるかにかかわらず、光の照射範囲（検査視野）を確保しつつ、検査対象表面におけるぶつ等の欠陥の検出を高精度に行うことが可能となっている。
また、従来に比べて画像処理の負担を軽減することができて、画像処理装置の画像処理能力を抑えつつ、検査処理時間を短縮することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
次に、本発明を実施するための形態を、添付の図面を用いて説明する。
【００２０】
図１に示す表面検査装置１は、検査対称表面となる塗装表面９０に対して光を照射し、照射した光の反射光を撮像して、撮像画像を画像処理することにより、ぶつ等の欠陥部分検出する装置であり、該表面検査装置１の検査ヘッド１０は、塗装表面９０に光を照射する照射部１２と、塗装表面９０からの反射光を撮像する撮像部となるカメラ１１と、ハーフミラー１６とを備えている。
前記照射部１２は、ＬＥＤ等の発光手段である光源１３と、前記光源１３で発生した光を拡散光とする拡散板１４と、前記拡散板１４を通過した拡散光にグラデーション付きの明暗パターンを付与するスリット１５とを備えている。
【００２１】
また、前記表面検査装置１は、前記照射部１２の光源１３の発光を制御する光源制御装置２０と、前記カメラ１１の撮像を制御するカメラコントローラー３０と、前記カメラ１１のレンズ１８の絞りを制御するレンズ絞り制御装置４０と、カメラ１１にて撮像した撮像画像の画像処理を行う画像処理装置５０と、前記検査ヘッド１０の移動等を行う移動ロボット６０と前記移動ロボット６０の動き等を制御するロボット制御盤６１とを備えている。
【００２２】
前記照射部１２の光源１３から発せられた光は前記拡散板１４を通過することにより拡散されて拡散光となり、その後前記スリット１５を通過することにより、グラデーション付きの明暗パターンを備えた拡散光となる。
前記照射部１２からは、グラデーション付きの明暗パターンを備えた拡散光となった光が略水平方向に照射され、照射された光は前記ハーフミラー１６にて略垂直下方へ反射して、前記塗装表面９０に照射される。
前記塗装表面９０に照射された光は、該塗装表面９０で略垂直上方に反射して、前記カメラ１１にて撮像される。
【００２３】
図２に示すように、前記塗装表面９０へ照射した光の反射光の前記カメラ１１による撮像画像８０は、ライン状の明部８０ａとライン状の暗部８０ｂとが交互に配置された縦縞状の明暗パターンを有した光であり、前記明部８０ａと暗部８０ｂとの境界部８０ｃは、明部８０ａから暗部８０ｂにかけて（または暗部８０ｂから明部８０ａにかけて）明度が序々に変化していくグラデーションが形成されている。
また、前記撮像画像８０における中央の明部８０ａには、塗装表面９０に存在するぶつ９１に起因する略円形状の欠陥暗部８０ｄが存在している。
【００２４】
前記境界部８０ｃにはグラデーションが形成されているため、該境界部８０ｃの明部８０ａから暗部８０ｂへの方向（または暗部８０ｂから明部８０ａへの方向）においては明度が序々に変化しており、図２に示すグラフでは、暗部８０ｂと明部８０ａとの境界部８０ｃの明度変化を示す曲線が傾斜している。
一方、ぶつ９１に起因する欠陥暗部８０ｄと、その周囲の明部８０ａとの境界部における明度の変化は急激であり、図２に示すグラフでは、欠陥暗部８０ｄと明部８０ａとの境界部の明度変化を示す曲線が略垂直に変化している。
【００２５】
このように、カメラ１１にて撮像された撮像画像８０は、前記画像処理装置５０に入力され、該画像処理装置５０にて画像処理が行われてぶつ９１の有無が検出される。
なお、前記画像処理装置５０は、撮像画像８０を平滑化処理する平滑化処理部５１、撮像画像８０を微分処理する微分処理部５２、および撮像画像８０を２値化処理する２値化処理部５３を備えている。
【００２６】
ここで、図３に示すように、塗装表面９０が曲面であった場合、照射部１２から照射される光は拡散光に構成されているため、表面検査装置１における検査視野を大きく構成することができる。
つまり、例えば拡散光が凸の曲面に照射された場合、光の照射範囲における各照射点には外側から回り込んできた光も含まれるため、光の照射範囲における中心部分に照射された光だけでなく、中心部分から外側に離れた位置に照射される光も直上方に反射することとなって前記カメラ１１にて撮像することが可能となり、検査視野を大きくすることができる。
【００２７】
また、図４に示すように、塗装表面９０に照射される光は、拡散光に構成されるとともに、明暗のパターンが付与されているので、光の照射範囲（検査視野）を大きくしても、ぶつ９１を高精度に検出することが可能となっている。
つまり、例えばぶつ９１が照射光の明部に存在している場合、ぶつ９１の傾斜面に、前記明部の両側に位置する暗部のパターンが写し込まれてカメラ１１に撮像されるとともに、ぶつ９１の周囲の塗装表面９０では照射光が直上方に反射してカメラ１１撮像されるため、前記撮像画像８０においてぶつ９１を特徴的に捉えることが可能となる（本例の場合、明部８０ａの中に存在する欠陥暗部８０ｄとして捉えることができる）。
なお、図４において、直線で示しているのは照射部１２から照射した光の経路であり、点線で示しているのはスリット１５による暗部８０ｂの経路である。
【００２８】
このように、表面検査装置１においては、明暗のパターンが付与された拡散光を塗装表面９０に照射するようにしているので、塗装表面９０が平面であるか曲面であるかにかかわらず、光の照射範囲（検査視野）を確保しつつ、ぶつ９１等の欠陥の検出を高精度に行うことが可能となっている。
【００２９】
以上のように構成される表面検査装置１では、次のようにしてぶつ９１の検出が行われる。
まず、前記照射部１２により塗装表面９０に対してグラデーション付きの明暗パターンを有した拡散光を照射し、塗装表面９０での反射光をカメラ１１にて撮像する。
図５には、まだ画像処理が行われていない撮像画像８０を示している。図５の撮像画像８０には、前記明部８０ａ、暗部８０ｂ、境界部８０ｃ、およびぶつ９１による欠陥暗部８０ｄに加えて、ノイズ８０ｅが存在している。
【００３０】
このノイズ８０ｅは、塗装表面９０に付着した埃や、塗装表面９０に塗布される塗料に含まれるメタリックや雲母等に起因するものであり、撮像画像８０の明部８０ａおよび暗部８０ｂに濃淡を生じさせるため（明部８０ａではノイズ８０ｅは暗部として現れ、暗部８０ｂではノイズ８０ｅは明部として現れる）、ぶつ９０等の欠陥部分と誤認する可能性がある。
そこで、表面検査装置１においては、カメラ１１にて撮像した撮像画像８０を画像処理装置５０に入力し、該画像処理装置５０の平滑化処理部５１により撮像画像８０に対して平滑化処理を施し、ノイズ８０ｅを除去する。
図６には、平滑化処理が行われて、ノイズ８０ｅが除去された撮像画像８０を示している。
【００３１】
次に、図６に示した平滑化処理が行われた撮像画像８０に対して、画像処理装置５０の微分処理部５２により微分処理を施す。
微分処理が行われた撮像画像８０は、微分処理を行う前の撮像画像８０において明度の変化が小さい部分ほど黒く現れ、明度の変化が大きいほど白く現れる。
従って、本例の場合は、微分処理を行う前の前記明部８０ａおよび暗部８０ｂは明度の変化がないため、図７に示すように、微分処理後の撮像画像８０においては、前記明部８０ａおよび暗部８０ｂに相当する箇所は黒色に現れる。
【００３２】
また、前記境界部８０ｃは緩やかな明度変化があるため、該境界部８０ｃに相当する箇所は黒色と白色との中間色（灰色）に現れる。
さらに、ぶつ９１に基づく前記欠陥暗部８０ｄは明度の変化がないため、該欠陥暗部８０ｄに相当する箇所は黒色に現れ、該欠陥暗部８０ｄと明部８０ａとの境界部は急激な明度変化があるため、該境界部に相当する箇所は白色に現れる。
このように、微分処理を行った撮像画像８０は、前記境界部８０ｃに相当する箇所が灰色に現れ、ぶつ９１に基づく欠陥暗部８０ｄと明部８０ａとの境界部に相当する箇所が白色に現れる以外は黒色に現れている。
【００３３】
次に、微分処理した撮像画像８０に対して、画像処理装置５０の２値化処理部５３により、該撮像画像８０の各部を白と黒との何れかで表わす２値化処理を施す。
この場合、白と黒との閾値は、前記境界部８０ｃに相当する箇所（微分処理後の撮像画像８０において灰色の箇所）の明度よりも高い値であり、かつ前記ぶつ９１に基づく欠陥暗部８０ｄと明部８０ａとの境界部に相当する箇所（微分処理後の撮像画像８０において白色の箇所）の明度よりも小さい値となるように設定する。
【００３４】
微分処理が行われた撮像画像８０に対して２値化処理を施すと、図８に示すように、ぶつ９１に基づく欠陥暗部８０ｄと明部８０ａとの境界部に相当する箇所が白色に現れ、他の部分（前記明部８０ａ、暗部８０ｂ、境界部８０ｃ、および暗部８０ｄに相当する部分）は黒色に現れることとなり、白色に現れる前記欠陥暗部８０ｄと明部８０ａとの境界部に相当する箇所により、ぶつ９１の存在を検出することが可能となる。
【００３５】
このように、表面検査装置１においては、塗装表面９０に対してグラデーション付きの明暗パターンを有した拡散光を照射し、カメラ１１にて撮像した塗装表面９０の撮像画像８０に対して微分処理および２値化処理を行うことで、ぶつ９１の検出を行うことが可能となっている。
【００３６】
ここで、従来のように明部と暗部との境界にグラデーションを有さない明暗パターンの光を塗装表面に照射した場合は、明暗パターンの明部と暗部との境界部の明度変化が急激であり、撮像画像を微分処理すると明暗パターンの境界部に相当する部分が白色に現れるので、明暗パターンの境界部による白色部とぶつの存在による円環状の白色部とが混在することとなる。この明暗パターンの境界部による白色部は、ぶつによる白色部と同じ明度であって２値化処理により除去することができないため、２値化処理を行う前に明暗パターンの境界部による白色部を除去する処理が必要となる。
【００３７】
しかし、本表面検査装置１では、前述のように微分処理の直後に２値化処理を行うことでぶつ９１の検出を行うことができ、従来に比べて画像処理の負担を軽減することができて、画像処理装置５０の画像処理能力を抑えつつ、検査処理時間を短縮することが可能となっている。
本表面検査装置１は、自動車における車体の塗装表面を検査対称表面とすることで、塗装表面のぶつ等の欠陥の有無を検出することができ、塗装表面の検査精度を向上させることができる。
【００３８】
また、塗装表面９０に照射される、グラデーション付きの明暗パターンを有した拡散光は、ＬＥＤ等で構成される光源１３と、前記光源１３で発生した光を拡散光とする拡散板１４と、前記拡散板１４を通過した拡散光にグラデーション付きの明暗パターンを付与するスリット１５とを備えた照射部１２にて生成するように構成しているので、簡単かつ安価な構成でグラデーション付きの明暗パターンを有した拡散光を得ることが可能となっている。
【００３９】
なお、本例の表面検査装置１においては、前記スリット１５の明暗パターンはライン状の明部８０ａと暗部８０ｂとが交互に配列されるスリット状のパターンに構成されているが、明部８０ａと暗部８０ｂとが格子状に配置されるパターンや、明部８０ａの地模様に水玉状の暗部８０ｂが分散（または暗部８０ｂの地模様に水玉状の明部８０ａが分散）しているパターン等、他のパターンでもよく、特にパターン形状を限定するものではない。
【００４０】
また、表面検査装置１においては、照射部１２からの光が照射された塗装表面９０をカメラ１１により撮像するときに、次のように構成して被写体深度を深くして、ぶつ９１の検出能力の向上および安定化を図っている。
【００４１】
つまり、表面検査装置１では、前記ハーフミラー１６を用いて照射部１２からの光を塗装表面９０に照射するように構成しており、照射部１２から塗装表面９０を経由してカメラ１１へ至る光の経路（図１において点線にて記載される経路）の方が、カメラ１１と塗装表面９０との間の光の経路（図１において１点鎖線にて記載される経路）よりも長くなっている。
【００４２】
このように、カメラ１１から塗装表面９０までの距離と照射部までの距離とが異なっていて、カメラ１１のピントを塗装表面９０に合わせた場合に、カメラ１１の被写体深度が浅いと、照射部１２のスリット１５にはピントが合わず、該スリット１５の明暗パターンをカメラ１１に写し込むことができない。
このような状態では、拡散反射成分の影響を受けた塗装表面９０の画像しか取り込むことができず、ぶつ９１等の欠陥部分の他の部分に対するコントラストを得ることが困難であるため、ぶつ９１等の欠陥部分を高精度に検出することができない。
これに対し、カメラ１１の被写体深度が深い場合には、塗装表面９０にピントを合わせると、塗装表面９０から前記スリット１５までの間にわたってピントが合っている状態とすることができる。これにより、カメラ１１にスリット１５の明暗パターンがはっきりと写り込むこととなってぶつ９１等の欠陥部分の他の部分に対するコントラストを十分に得ることができ、高精度なぶつ９１等の欠陥部分の検出を行うことが可能となる。
【００４３】
そこで、表面検査装置１においては、被写体深度を深くするために、カメラ１１による撮像を次のように行っている。
ロボット制御盤６１の制御により、移動ロボット６０が検査ヘッド１０を、塗装表面９０における撮像対象となる場所まで移動させる。
移動ロボット６０が撮像対象となる場所に達すると、ロボット制御盤６１は前記光源制御装置２０に対してトリガー信号を出力する。
トリガー信号が入力された光源制御装置２０は、光源１３に対して発光指令を出力し、同時にカメラコントローラー３０にトリガー信号を出力する。
トリガー信号が入力されたカメラコントローラー３０は、カメラ１１に対して撮像指令を出力する。
【００４４】
光源制御装置２０からの発光指令が入力された光源１３は発光し、カメラコントローラー３０からの撮像指令が入力されたカメラ１１はシャッターを作動させて塗装表面９０からの反射光を撮像する。
この場合、光源１３は大きな光量で短時間の発光が行われるストロボ発光をし、カメラ１１は光源１３の発光動作に同期して撮像動作を行う。
また、カメラ１１のレンズ１８は、カメラ１１が撮像動作を開始する前に、カメラレンズ絞り装置４０により、光源１３の発光条件等に応じてレンズ絞りが適宜調節される。
さらに、撮像時におけるカメラ１１の露光時間は、塗装表面９０の色等に応じて前記カメラコントローラー３０により適宜調節される。
カメラ１１にて撮像された撮像画像は画像処理装置５０に転送され、画像処理装置５０にて前述のごとく撮像画像に対する画像処理が行われる。
【００４５】
このように、光源１３を瞬間的に発光させてカメラ１１による撮像を行うように構成することで、光源１３における通電のデューティー比を小さくすることができ、該光源１３を発光させる際に大電流を流して発する光を明るくすることが可能となる。
光源１３からの発光を明るくすることで、カメラ１１のレンズ１８の絞りを小さくすることができ、被写体深度を深くすることが可能となる。
これにより、カメラ１１にて、塗装表面９０とともにスリット１５の明暗パターンをよりはっきりと撮像することが可能となり、撮像画像を画像処理した際に、ぶつ９１が存在する部分を高精度に検出することが可能となる。
【００４６】
なお、本例では、照射部１２からストロボ発光する光を、グラデーション付きの明暗パターンを有した拡散光とした場合について説明したが、該照射部１２から発する光を、グラデーションを有さない明暗パターンの拡散光とした場合でも、照射部１２にてストロボ発光を行うとともに、前記カメラ１１にて前記照射部１２でのストロボ発光に同期して反射光の撮像を行うことで、カメラ１１の被写体深度を深くすることが可能である。
【００４７】
また、本表面検査装置１において、照射部１２からの光が照射された塗装表面９０をカメラ１１により撮像する場合、カメラ１１のピントを塗装表面に合わせると、図５に示すように、撮像画像には、塗装表面９０に付着した埃や、塗料に含まれるメタリックや雲母等に起因するノイズ８０ｅ・８０ｅ・・・が現れる。
撮像画像に前述のようなノイズ８０ｅ・８０ｅ・・・が生じると、撮像画像８０の明部８０ａおよび暗部８０ｂに濃淡が生じて、ぶつ９０等の欠陥部分と誤認する可能性があるため、ノイズ８０ｅは除去することが好ましい。
従って、前述の例では撮像画像を平滑化処理することによりノイズ８０ｅを除去したが、表面検査装置１を次のように構成することで、ノイズ８０ｅをさらに確実に除去することが可能となる。
【００４８】
つまり、図９に示すように、カメラ１１のピントを塗装表面９０からカメラ１１側に所定距離だけずらして、塗装表面９０のカメラ１１による撮像を行うことで、塗装表面９０に付着した埃や塗料内に含まれるメタリックや雲母等の大きなコントラストを有したノイズ８０ｅ成分を撮像画像から除去することが可能となる。
この場合、カメラ１１のピントを塗装表面１１からカメラ１１側へずらす距離は、例えばカメラ１１と塗装表面９０との間の距離の１０％〜２０％程度に設定するように構成している。
【００４９】
また、ピントを塗装表面９０からずらして撮像した撮像画像８０に対して、前記画像処理装置５０の平滑化処理部５１により平滑化処理を行うことで、さらに確実にノイズ８０ｅを除去することができ、ぶつ９１等の欠陥の検出精度を向上させることができる。
【００５０】
なお、カメラ１１のピントを塗装表面９０からずらして撮像することによりノイズ８０ｅを除去することは、グラデーション付きの明暗パターンを有した拡散光の塗装表面９０での反射光を撮像する際に適用することはもちろんのこと、グラデーションを有さない明暗パターンの拡散光や、明暗パターンを有さない拡散光や平行光の塗装表面９０での反射光を撮像する際に適用するも可能である。
【００５１】
また、図１に示した表面検査装置１にて塗装表面９０の画像を撮像した場合、例えば図１０に示すように、ぶつ９１に基づく欠陥暗部８０ｄが、明暗パターンの明部８０ａと暗部８０ｂとの境界部９０ｃ上にかかった状態で存在していた場合、ぶつ９１の存在を検出することは困難である。
そこで、本表面検査装置１においては、明暗パターンの明部８０ａまたは暗部８０ｂ上に存在していて、境界部９０ｃにかかっていない状態の前記欠陥暗部８０ｄを、必ず検出することができるように構成することもできる。
【００５２】
つまり、図１１に示す表面検査装置１には、塗装表面９０の画像を撮像するカメラ１１として、複数の第１カメラ１１ａおよび第２カメラ１１ｂが設けられている。
前記第１カメラ１１ａおよび第２カメラ１１ｂは、塗装表面９０における照射光の明暗パターンの明部８０ａと暗部８０ｂとの繰り返し方向に、所定の間隔を隔てて配置されている。
【００５３】
図１２に示すように、前記第１カメラ１１ａと第２カメラ１１ｂとの間隔Ｗは、各第１・第２カメラ１１ａ・１１ｂにて塗装表面９０のある注目点Ｎを捉えたときに、その注目点Ｎの前記スリット１５上での写り込み位置Ｎ１・Ｎ２の何れか一方が、必ずスリット１５の明部１５ａおよび暗部１５ｂ（すなわち前記撮像画像８０の明部８０ａに相当する位置または暗部８０ｂに相当する位置）に存在するような寸法に設定されている。
【００５４】
例えば、図１３に示すように、前記写り込み位置Ｎ１・Ｎ２の間隔Ｐｏが、交互に配置されるスリット１５の明部１５ａと暗部１５ｂとの繰り返しピッチＰと同じになるように、前記第１カメラ１１ａと第２カメラ１１ｂとの間隔Ｗを設定すると、前記写り込み位置Ｎ１・Ｎ２の両方がスリット１５の明部１５ａと暗部１５ｂとの境界部１５ｃ（すなわち前記撮像画像８０の境界部８０ｃに相当する位置）に位置する場合がある。
【００５５】
また、図１４に示すように、前記写り込み位置Ｎ１・Ｎ２の間隔Ｐｏが、スリット１５における明部１５ａの幅寸法Ｐａまたは暗部１５ｂの幅寸法Ｐｂと同じになるように、前記第１カメラ１１ａと第２カメラ１１ｂとの間隔Ｗを設定すると、前記写り込み位置Ｎ１・Ｎ２の両方がスリット１５の明部１５ａと暗部１５ｂとの境界部１５ｃ（すなわち前記撮像画像８０の境界部８０ｃに相当する位置）に位置する場合がある（図１４には前記間隔Ｐｏが明部１５ａの幅寸法Ｐａと同じ場合を示している）。
なお、スリット１５の明部１５ａの幅寸法Ｐａと暗部１５ｂの幅寸法Ｐｂとが同じに形成されている場合、明部１５ａの幅寸法Ｐａおよび暗部１５ｂの幅寸法Ｐｂは、それぞれ前記繰り返しピッチＰの半分の寸法（１/２Ｐ）となる。
【００５６】
従って、本例の表面検査装置１においては、前述のように、前記写り込み位置Ｎ１・Ｎ２の間隔Ｐｏが、繰り返しピッチＰと同じになったり、明部１５ａの幅寸法Ｐａや暗部１５ｂの幅寸法Ｐｂと同じになったりする間隔Ｗを避けて前記第１カメラ１１ａと第２カメラ１１ｂとを配置している。
なお、前記第１カメラ１１ａと第２カメラ１１ｂとは、前記写り込み位置Ｎ１・Ｎ２の間隔Ｐｏが、繰り返しピッチＰのＫ倍（Ｋは整数）となる間隔Ｗも避けて配置される。
【００５７】
つまり、第１カメラ１１ａおよび第２カメラ１１ｂは、前記写り込み位置Ｎ１・Ｎ２の両方が、前記スリット１５の明部１５ａおよび暗部１５ｂの境界部１５ｃ（すなわち前記撮像画像８０の境界部８０ｃに相当する位置）に存在することとなる間隔Ｗを避けて配置され、該写り込み位置Ｎ１・Ｎ２の何れか一方が、必ずスリット１５の明部１５ａおよび暗部１５ｂ（すなわち前記撮像画像８０の明部８０ａに相当する位置または暗部８０ｂに相当する位置）に存在するように構成されている。
【００５８】
また、前記カメラ１１から塗装表面９０までの距離をＬ１、塗装表面９０からスリット１５までの距離をＬ２とすると、前記間隔Ｐｏは、
Ｐｏ＝（Ｌ２×Ｗ）／Ｌ１
の式により求めることができるが、前記距離Ｌ１、距離Ｌ２、および間隔Ｗは、前記間隔Ｐｏが、前記繰り返しピッチＰおよび繰り返しピッチＰのＫ倍（Ｋは整数）、ならびに明部１５ａの幅寸法Ｐａおよび暗部１５ｂの幅寸法Ｐｂと同じにならないように設定される。
【００５９】
前記間隔Ｗは、明部１５ａの幅寸法Ｐａと暗部１５ｂの幅寸法Ｐｂとが同じに形成されている場合等には、例えば前記写り込み位置Ｎ１・Ｎ２の間隔Ｐｏが、前記繰り返しピッチＰの１／４や３／４の大きさとなるように（つまり、Ｐｏ＝（１／４）ＰやＰｏ＝（３／４）Ｐとなるように）設定される。
このように設定をすることで、前記写り込み位置Ｎ１・Ｎ２の両方がスリット１５の明部１５ａと暗部１５ｂとの境界部１５ｃに位置することがなく、例えば図１５示すように、一方の第１カメラ１１ａの撮像画像８０における明部８０ａと暗部８０ｂとの境界部８０ｃに、ぶつ９１に基づく欠陥暗部８０ｄが位置していたときには、他方の第２カメラ１１ｂの撮像画像８０においては、ぶつ９１に基づく欠陥暗部８０ｄ（または欠陥明部）は明部８０ａ（または暗部８０ｂ）に位置することとなる（ぶつ９１等の欠陥の存在に基づいて撮像画像８０上に生じるコントラストは、暗部８０ｂに位置しているときには明部となる）。
【００６０】
本例の表面検査装置１では、第１カメラ１１ａおよび第２カメラ１１ｂにより同時に撮像された塗装表面９０の撮像画像８０・８０がそれぞれ画像処理装置５０に入力され、該画像処理装置５０では、前記欠陥暗部８０ｄ（または欠陥明部）が明部８０ａ（または暗部８０ｂ）に位置している側の撮像画像８０を適宜選択した上で、前述のような平滑化処理、微分処理、および２値化処理といった画像処理を施して、ぶつ９１等の欠陥の検出が行われる。
【００６１】
なお、本例ではカメラ１１として複数の第１カメラ１１ａおよび第２カメラ１１ｂを用いて、複数の箇所から撮像した撮像画像８０・８０を得るように構成しているが、カメラ１１として１台のカメラのみを用いて、ある箇所から塗装表面９０を撮像した後に、前記移動ロボット６０によりカメラ１１の位置を移動させて、塗装表面９０の同じ場所を、移動後の箇所から撮像することにより、複数の箇所から撮像した撮像画像８０・８０を得ることも可能である。
また、カメラ１１による撮像は２箇所から行うことに限るものではなく、３箇所以上から撮像した塗装表面９０の撮像画像を画像処理装置５０に入力するように構成することもできる。
【００６２】
このように、本例の表面検査装置１においては、塗装表面９０からの反射光を複数の箇所から撮像可能に構成しているので、例えば一方の撮像画像８０において前記欠陥暗部８０ｄが明部８０ａと暗部８０ｂとの境界部８０ｃに位置していたとしても、他の撮像画像８０における欠陥暗部８０ｄが前記明部８０ａ（欠陥明部の場合は暗部８０ｂ）に位置することが期待でき、ぶつ９１等の欠陥の有無を適切に検出することが可能となる。
【００６３】
特に、本表面検査装置１では、少なくとも何れか一つの撮像位置にて撮像した撮像画像に存在する欠陥暗部８０ｄが、明暗パターンの境界部８０ｃにかからない場所に位置するように前記間隔Ｗの値を設定しているので、少なくとも一つの撮像画像８０における欠陥暗部８０ｄが、必ず前記明部８０ａ（欠陥明部の場合は暗部８０ｂ）に位置することとなり、確実にぶつ９１等の欠陥の有無を検出することが可能となっている。
【図面の簡単な説明】
【００６４】
【図１】表面検査装置を示すブロック図である。
【図２】照射部から照射されるグラデーション付きの明暗パターンを有した拡散光の撮像画像を示す図である。
【図３】拡散光を曲面の塗装表面に照射した場合の検査視野を示す側面断面図である。
【図４】明暗のパターンが付与された拡散光を大きな範囲で塗装表面に照射した場合のカメラによる撮像状態を示す側面断面図である。
【図５】まだ画像処理が行われていない撮像画像を示す図である。
【図６】平滑化処理が行われた撮像画像を示す図である。
【図７】微分処理が行われた撮像画像を示す図である。
【図８】微分処理が行われた撮像画像を示す図である。
【図９】カメラのピントを塗装表面からカメラ側に所定距離だけずらした状態の検査ヘッドを示す側面断面図である。
【図１０】ぶつに基づく暗部が明暗パターンの明部と暗部との境界部にかかった状態で存在して撮像画像を示す図である。
【図１１】カメラを複数設けた構成の表面検査装置を示すブロック図である。
【図１２】第１カメラおよび第２カメラの位置関係を示す側面図である。
【図１３】第１・第２カメラの塗装表面における注目点の、スリット上での写り込み位置の間隔が、交互に配置されるスリットの明部と暗部との繰り返しピッチと同じになるように、前記第１カメラと第２カメラとの間隔を設定した状態を示す側面図である。
【図１４】第１・第２カメラの塗装表面における注目点の、スリット上での写り込み位置の間隔が、交互に配置されるスリットの明部の幅寸法と同じになるように、前記第１カメラと第２カメラとの間隔を設定した状態を示す側面図である。
【図１５】第１カメラによる撮像画像と第２カメラによる撮像画像とを示す図である。
【図１６】拡散フラット光を用いて塗装表面のぶつを検出する場合の光の反射経路を示す側面断面図である。
【図１７】照射範囲を大きくした拡散フラット光を用いて塗装表面のぶつを検出する場合の光の反射経路を示す側面断面図である。
【図１８】曲面に構成される塗装表面のぶつを平行光を用いて検出する場合の光の反射経路を示す側面断面図である。
【図１９】スリット状の明暗パターンを有する光を塗装表面に照射した場合の撮像画像を示す図である。
【図２０】（ａ）は塗装表面に照射した明暗パターンを有する光の反射光をカメラにて撮像して得られた撮像画像に平滑化処理を施した状態を示す図、（ｂ）は（ａ）の撮像画像に対して微分処理を行った状態を示す図、（ｃ）は（ｂ）の撮像画像に対してライン状の白色部を除去する画像処理、および２値化処理を施した状態を示す図である。
【符号の説明】
【００６５】
１    表面検査装置
１０    検査ヘッド
１１    カメラ
１１ａ  レンズ
１２    照射部
１３    光源
１４    拡散板
１５    スリット
１６    ハーフミラー
２０    光源制御装置
３０    カメラコントローラー
４０    レンズ絞り制御装置
５０    画像処理装置
５１    平滑化処理部
５２    微分処理部
５３    ２値化処理部
６０    移動ロボット
６１    ロボット制御盤
８０    撮像画像
８０ａ  （明暗パターンの）明部
８０ｂ  （明暗パターンの）暗部
８０ｃ  （明暗パターンの）明部と暗部との境界部
８０ｄ  （ぶつの存在に基づく）暗部
９０    塗装表面
９１    ぶつ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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