(57)【要約】【課題】陶器製品、タイルに代表される不透明物体を自動検査することにより、検査精度を飛躍的に向上させるとともに、全数検査を短時間に行うことができるようにすることを目的としている。【解決手段】不透明物体を検査する装置であって、一定速度で動く搬送装置と、該搬送装置上に載せられた不透明物体である検査対象物と、検査対象物の上方に位置し検査対象物に向かってレーザー光を照射するレーザー照射手段と、該レーザー照射手段の対向位置にありレーザー光の反射光を受光する３次元位置の点計測手段を備え画像分解能が１００万画素以上であるＣＣＤカメラと、点計測したデータを画像情報に変換する画像処理装置と、予め入力される標準形状情報のデータと比較する判定手段と、標準形状情報のデータの寸法精度から外れるものを排除する排出手段とを設けたことを特徴とするもの。【選択図】　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光を反射する物体を検査する方法であって、搬送装置上に載せられた検査対象物である該物体を特定位置において、該物体に向かってレーザー照射手段によりレーザーが照射され、該レーザー照射手段の対向位置にある３次元位置の点計測手段を備えたＣＣＤカメラによりレーザーの反射光を受光し、該物体の形状に応じた反射光の変化を捉えることにより点計測を行い、それを点情報にデータ変換し、別途備えられた画像処理装置に送ることにより３次元情報を得ることを特徴とする３次元計測検査方法。
【請求項２】
予め入力されている標準形状情報のデータと比較して寸法精度から外れたものを不良品として排出することを特徴とする請求項１に記載の３次元計測検査方法。
【請求項３】
複数組のレーザー照射手段及びＣＣＤカメラにより点計測を行うことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の３次元計測検査方法。
【請求項４】
少なくとも２つのレーザー照射手段のレーザー光が互いに異なるレーザー波長を用いて点計測を行うことを特徴とする請求項３に記載の３次元計測検査方法。
【請求項５】
異なるレーザー波長が可視光及び赤外線波長であることを特徴とする請求項４に記載の３次元計測検査方法。
【請求項６】
異なるレーザー波長が赤色系と緑色系のレーザー光であることを特徴とする請求項４に記載の３次元計測検査方法。
【請求項７】
レーザー照射手段のうち少なくとも２つが斜め上方と横方向の２つのレーザ照射手段により点計測を行うことを特徴とする請求項３乃至請求項６に記載の３次元計測検査方法。
【請求項８】
レーザー照射手段のうち少なくとも２つが時間をずらしてレーザー光の照射を行うことを特徴とする請求項３乃至請求項７に記載の３次元計測検査方法。
【請求項９】
検査対象物を垂直方向に対して傾けて点計測を行うことを特徴とする請求項１乃至請求項８に記載の３次元計測検査方法。
【請求項１０】
帯状のレーザーを用いて点計測を行うことを特徴とする請求項１乃至請求項９に記載の３次元計測検査方法。
【請求項１１】
光を反射する物体を検査する装置であって、一定速度で動く搬送装置と、該搬送装置上に載せられた光を反射する物体である検査対象物と、検査対象物の上方に位置し検査対象物に向かってレーザー光を照射するレーザー照射手段と、該レーザー照射手段の対向位置にありレーザー光の反射光を受光する３次元位置の点計測手段を備え画像分解能が１００万画素以上であるＣＣＤカメラと、点計測したデータを画像情報に変換する画像処理装置とを有することを特徴とする３次元計測検査装置。
【請求項１２】
予め入力される標準形状情報のデータと比較する判定手段と、標準形状情報のデータの寸法精度から外れるものを排除する排出手段とを有することを特徴とする請求項１１に記載の３次元計測検査装置。
【請求項１３】
複数組のレーザー照射手段及びＣＣＤカメラを備えることを特徴とする請求項１２に記載の３次元計測検査装置。
【請求項１４】
異なるレーザー波長を有することを特徴とする請求項１３に記載の３次元計測検査装置。
【請求項１５】
異なるレーザー照射手段のうち少なくとも２つが可視光及び赤外線波長を用いることを特徴とする請求項１４に記載の３次元計測検査装置。
【請求項１６】
異なるレーザー照射手段のうち少なくとも２つが赤色系と緑色系のレーザー光であることを特徴とする請求項１４に記載の３次元計測検査装置。
【請求項１７】
レーザー照射手段のうち少なくとも２つが斜め上方と横方向の２つのレーザ照射手段を有することを特徴とする請求項１３乃至請求項１６に記載の３次元計測検査装置。
【請求項１８】
レーザー照射手段のうち少なくとも２つが時間をずらしてレーザー光の照射を行うことを特徴とする請求項１３乃至請求項１７に記載の３次元計測検査装置。
【請求項１９】
検査対象物を垂直方向に対して傾けることを特徴とする請求項１１乃至請求項１８に記載の３次元計測検査装置。
【請求項２０】
帯状のレーザーを用いることを特徴とする請求項１１乃至請求項１９に記載の３次元計測検査装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光を反射する物体の３次元による寸法測定検査装置およびその方法に関するものである。
【０００２】
【従来技術】
本発明の検査対象物は、光を反射する物体であれば、計測可能であるが、その中でも特に有利な不透明物体の場合を中心に説明する。一般に、陶器製品、タイルに代表される不透明物体の寸法精度は、あまり重要視されておらず、寸法の部分的な修正は経験に負うところが大きかった。必要に応じて、抜き取り検査や、直接製造担当者が測定したりしていた。しかしながら、これらの方法では、測定者によって、誤差が生じることがあり、精度があまりよくなかった。
これ以外にも不透明物体であるセラミックス、金属材料、不透明樹脂等不透明物体全体について製造工程管理としての有効手段がなく、寸法精度を加味した生産管理が不足する一面を持っていた。
【０００３】
一方で、近年、たとえば、学校給食用の食器などにおいて、陶器製品が多く使用されるようになってきた。それらの食器は、使用後に自動洗浄機にかけられるが、その際に、特定の寸法範囲内にないと、装置内に食器を入れる工程あるいは、次工程へ搬送する工程で、食器がつまる等の問題が発生していた。そのため、場合によっては±２０μｍ程度の寸法精度が求められている。
しかしながら、前記したように、製造者によって、個々に測定するのみで、自動に検査する方法および装置が陶器などの不透明物体に応用された例はなく、時間が非常にかかることもあり、よりよい検査方法および装置の開発が望まれていた。また、触れると変形が生じてしまうような物体は、寸法を正確に測定するのは難しいとされてきた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記のような従来の欠点を解消して、光を反射する物体であればガラス製品などでもよいが、特には陶器製品、タイル、セラミックス、金属材料、不透明樹脂に代表される不透明物体を自動検査することにより、検査精度を飛躍的に向上させるとともに、全数検査を短時間に行うことができるようにすることを目的としている。これにより、焼成前後の寸法測定を実施し、生産管理への適用も可能にするものである。また、本発明では、検査対象が光を反射する物体であればよいので、触れると変形が生じてしまうような物体でも検査可能となる。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するためになされた本発明は、光を反射する物体の３次元検査方法に関するものであって、搬送装置上に載せられた検査対象物である物体を特定位置において、検査対象物に向かってレーザー照射手段によりレーザーが照射され、該レーザー照射手段の対向位置にある３次元位置の点計測手段を備えたＣＣＤカメラによりレーザーの反射光を受光し、検査対象物の形状に応じた反射光の変化を捉えることにより点計測を行い、それを点情報にデータ変換し、別途備えられた画像処理装置に送り、３次元情報を得るものである。さらに、追加構成としてそのデータと予め入力されている標準形状情報のデータと比較して寸法精度から外れたものを不良品として排出することを特徴とするものである。好ましくは、複数組のレーザー照射手段及びＣＣＤカメラにより点計測を行うものである。また、そのうち少なくとも２つのレーザー照射手段のレーザー光が互いに異なるレーザー波長を用いて点計測を行い、さらには、異なるレーザー波長が可視光及び赤外線波長である方がよい。別の好ましい構成として異なるレーザー波長が赤色系と緑色系のレーザー光であることを特徴とするものである。一方で、複数組のレーザー照射手段とＣＣＤカメラは斜め上方と横方向から照射するのがよい。レーザー照射手段のうち少なくとも２つが時間をずらしてレーザー光の照射を行えばよりよい。検査対象物を垂直方向に対して傾けて点計測を行うことも有効である。帯状のレーザーを用いることが望まれる。
【０００６】
別発明として、本発明の３次元検査装置は、光を反射する物体を検査する装置であって、一定速度で動く搬送装置と、該搬送装置上に載せられた光を反射する物体である検査対象物と、検査対象物の上方に位置し検査対象物に向かってレーザー光を照射するレーザー照射手段と、該レーザー照射手段の対向位置にありレーザー光の反射光を受光する３次元位置の点計測手段を備え画像分解能が１００万画素以上であるＣＣＤカメラと、点計測したデータを画像情報に変換する画像処理装置と、予め入力される標準形状情報のデータと比較する判定手段と、標準形状情報のデータの寸法精度から外れるものを排除する排出手段とを有することを特徴とするものである。同様に、好ましい構成要件として、複数組のレーザー照射手段及びＣＣＤカメラを備えること、異なるレーザー波長を有すること、異なるレーザー照射手段のうち少なくとも２つが可視光及び赤外線波長を用いること、あるいは異なるレーザー照射手段のうち少なくとも２つが赤色系と緑色系のレーザー光であること、レーザー照射手段のうち少なくとも２つが斜め上方と横方向の２つのレーザー照射手段を有すること、レーザー照射手段のうち少なくとも２つが時間をずらしてレーザー光の照射を行うこと、検査対象物を垂直方向に対して傾けること、帯状のレーザーを用いることが挙げられる。
【０００７】
本発明の構成の一例について以下に説明する。
本発明の原理は、光切断法にある。光切断法は、物体の形状を非接触かつ工学的に計測する方法の一種である。基本原理は、三角測量の原理に基づいて薄いシート状の光を投影することで３次元位置を得る方法のことをいう。図面により手順を追って説明する。
１）コンベアーなどの搬送手段１０によりその上部に載せられた光を反射する物体（検査対象物１−光を反射すれば、形状、材質にとらわれることなく検査が可能である。ガラスなどでもよいが、特には、陶器製品、タイル、セラミックス、金属材料、不透明樹脂等の不透明物体が検査精度がよい。）が一定の速度で送られてくる。ここで、モータードライバー９を通じて搬送装置に取り付けられたモーター８の速度が制御されている。
２）一方で検査対象物１の斜め上方から検査対象物に向かってレーザー電源７により電源供給されたレーザー照射手段２により赤外線レーザー光が照射されている。図示していないが、横方向からも可視光レーザーが検査対象物に向かって照射されている。斜め方向からレーザーを照射するのは、単位時間当たりの変位が大きく、検査精度が上がるため有利である。そのため、検査対象物自体、即ち搬送装置を傾けることも有効である。従って、より傾けたほうが、精度が上がるが、検査対象物、検査精度によっても異なるので、適宜変更事項である。なお、懐の深い容器などが検査対象物の場合には、真上からレーザーを照射しなければ深い位置の３次元情報が得にくいが、但し単位時間当たりの変位が少なく、検査精度は落ちる。従って、検査対象物の形状によって、変更しなければならない構成事項である。
３）それぞれ対向位置にＣＣＤカメラ３が設けられており、レーザーの反射光を受光している。ここで用いられる画像分解能は２組とも１００万画素以上を利用するのが好ましい。それ以下では、十分な寸法検査精度が得られず、特には１３０万画素以上が望まれる。画素数は、１３０万画素，１５０万画素，２００万画素，４００万画素まで試験的に行い精度の向上が見られた。１６００万画素まで可能であるが、費用が高くなることがあり、あまり実用的ではない。
なお、ここでは、レーザー光の種類を変えたが同じでもよい。検査精度を上げるためには異なる波長のレーザーを用いることが望まれる。また、２組のレーザー・受光装置を用いているが１組あるいは２組以上あってもよい。一般には、数が多いほうが検査精度は上がるが、装置の費用がかかること、レーザー光の波長の選択によっては近いものの影響を受けかえって検査精度が上がらない場合もある。それらを避けるために、複数のレーザー照射手段をそれぞれ僅かに時間差をおいて照射することにより、影響を受けないようにすることもできる。一番好ましい波長の異なる組み合わせとしては、可視光および赤外線波長が、挙げられる。これは、互いの波長の干渉防止のためである。また、検査対象物の模様、図柄の色彩などによって単色の波長では検査精度が十分でない場合がある。その代表例としては、赤色系と緑色系の波長のレーザー光を用いる場合が挙げられる。即ち、同一系色の模様は同じ波長のレーザー光では反射光が受光しにくく、その結果、点計測が行いにくい。そこで、赤色系の波長のレーザー光により緑色系の模様を、一方で緑色系の波長レーザー光により赤色系の模様の点計測を補い合うことにより、精度よく３次元情報が得ることができる。また、ここでも、互いの波長が異なるため干渉防止に対して有利である。また、レーザーの照射位置としては、斜め上方と横方向から照射したほうが点情報の正確性が上がり、その結果検査精度が上がる。異なる波長のレーザー光を用いる他の利点として、それぞれのレーザー光による検査位置を得る構成にすれば、互いのレーザー光を干渉しないようにすることも可能である。その他のレーザー光の種類としては青色半導体レーザー、青紫半導体レーザー、マイクロ可視光半導体レーザー等が挙げられるが、特にこれらに限ったものではない。
レーザー光はスリットあるいはシリンドリカルレンズ、投影レンズ、ポリゴンミラー、ライン状ＬＥＤにより帯状にしてもよい。帯状の方が検査範囲も広がり、有利であるが、選択するレンズの種類によっては、光量が弱まり、精度が低くなることがあるので、検査対象物などによって適したものを選ぶ必要がある。
４）ＣＣＤカメラにはそれぞれ３次元位置の点計測手段を備えており、その点情報は、データとして別途備えられた画像処理装置４に送られる。必要に応じて備えられたＰＣなどのモニター装置５、出力装置６に情報が送られるようになっている。この点計測の集合により３次元による物体の形状を求めることができる。点計測の量を増やすことにより、測定精度は上がる。画素数、検査スピードに関連するので、求められる検査精度により適宜変更事項である。また、位置検査能力は５０μｍ／１ドット以上であることが望まれる。本発明の方法によれば、検査位置範囲上を搬送装置によって流れてくる検査対象物が通る間にほぼリアルタイムに３次元情報、形状認識が可能である。
５）画像処理装置４にはさらに、予め入力されている標準形状情報のデータと比較され、特定範囲内から外れるものを寸法欠点として抽出し、その情報がさらに搬送装置に備えられた既存の排出装置に送られ寸法欠点を有する検査対象物が排出される機構となっている。
６）この欠点の情報は必要に応じて製造の前工程へフィードバックされ、今後の製造管理に利用することができる。詳しい欠点位置情報など出力することも可能である。なお、３次元情報は、今後の同種製品の生産、金型作成、石膏型の製作のために、データを蓄積しておくこともできる。
【０００８】
【実施例】
（実施例１）
コンベアー上を５０μｍ／１ステップの速度で流れてくる陶磁器製のコーヒーカップ（検査対象物）に対し、検査位置にて、斜め上方から検査対象物に向かって赤外線レーザー光が照射され、横方向からは可視光レーザー光を検査対象物に向かって照射し、それぞれ対向する位置のＣＣＤカメラでレーザー光の反射光を受光した。ＣＣＤカメラの分解能はそれぞれ１３０万画素を用い、レーザー光はスリットにより帯状にして用いた。
そして、ＣＣＤカメラに備えられている３次元位置の点計測手段により、それぞれの位置での点情報としてとらえられ、それら点情報は、データとして別途備えられた画像処理装置に送られ、さらにその情報は、モニター装置、出力装置に情報が送られるようになっている。この点計測の集合により３次元による物体の形状を求めることができた。処理スピードは、１．５ｓｅｃ／個で行った。一部、陶磁器の表面凹凸を感知した。それにより、寸法精度として設定した±１００μｍの範囲外の不良品を排出することができた。また、その情報を前工程へフィードバックすることができた。
生産に有効な統計処理も可能となり、工程改善も円滑にできた。
【０００９】
（実施例２）
学校給食用の食器製造最終工程のライン上に本装置を設置し、検査を行ったが、寸法による欠点製品を適宜排出することができ、寸法精度が向上できたことが確認できた。それにより洗浄工程で寸法欠点による装置の停止回数を格段に減らすことができた。
【００１０】
（実施例３）
コンベアー上を６０μｍ／１ステップの速度で流れてくる表面上に色彩のある図柄を有するタイル（検査対象物）を用いて、それぞれ斜め上方から検査対象物に向かって赤色半導体レーザー光および緑色半導体レーザー光を照射して図柄情報を得た。それぞれ対向する位置のＣＣＤカメラの分解能はそれぞれ１５０万画素を用い、レーザー光はシリンドリカルレンズにより帯状にして用いた。これにより、図柄のずれを検知することができ、前工程へフィードバックして条件を変更して成形した。これにより、ずれが生じなくなり、継続して生産管理をすることができた。
【００１１】
【発明の効果】
上の説明からも明らかなように、本発明は、従来行われてこなかった、光を反射する物体、特には陶器を代表する不透明物体の寸法検査を自動で行えるようにしたものである。それにより、寸法精度の飛躍的な向上及び検査時間の短縮を図ることができた。また、簡便な検査装置で従来の製造ラインに容易に組み込むことができるという利点も有する。さらには、検査情報をフィードバックすることにより、今後の製造工程に役立てることができる。この方法及び装置によれば、検査形状にとらわれることなく、しかも検査精度が高い。（彫刻等細かな凹凸部分が多いものでも検査が可能である。）非接触検査法などで、触れると変形が生じやすい物体でも検査が可能であり、移動が可能なので、必要に応じて各種ラインでの使用も可能となる。求められる検査精度に応じて解像度を向上させることにより、更に精度アップが可能となる。付随的な効果としてモデル型の計測及び３次元データの把握が可能であるので、数値データとして保管が可能となる。またこのデータを使用することにより、石膏型の製作も容易となる。
また光を反射する物体であれば、前述の材料に限らず対応が可能である。
よって本発明は従来の問題点を一掃した３次元計測検査方法及びその装置として、産業の発展に寄与するところは極めて大である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の１実施形態を示す図である。
【符号の説明】
１　検査対象物
２　レーザー照射手段
３　ＣＣＤカメラ
４　画像処理装置
５　モニター装置
６　出力装置
８　モーター
９　モータードライバー
１０　搬送装置
【図１】
2004061349.tif 000003