(57)【要約】【課題】パターンマッチング処理により求めた類似度に基づいてワークを識別する際に、環境の変動による識別精度の低下を防止する。【解決手段】複数の候補記号を撮像装置２によって撮像して、複数の候補記号パターン画像を作成する工程Ｐ１と、通常の作業環境下におかれたワークの表面を撮像装置によって撮像して、ワークの表面状態を再現した背景画像を作成する工程Ｐ２と、作成した各候補記号パターン画像と背景画像とを合成して、複数の評価画像を生成する工程Ｐ３と、生成した各評価画像についてパターンマッチング処理を行うことによって、各候補記号の、登録パターンに対する類似度を求める工程と、算出した各候補記号の類似度に基づき、その類似度の低い１又は２以上の候補記号を、ワークの表面に付す識別記号として設定する工程と、を含む。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
パターンマッチング処理により求めた類似度に基づいてワークを識別するために、そのワークの表面に付される識別記号を設定する方法であって、
上記識別記号の候補である複数の候補記号を撮像装置によって撮像して、複数の候補記号パターン画像を作成する候補記号パターン画像作成工程と、
通常の作業環境下におかれた上記ワークの上記表面を撮像装置によって撮像して、上記ワークの表面状態を再現した背景画像を作成する背景画像作成工程と、
作成した各候補記号パターン画像と背景画像とを合成して、複数の評価画像を生成する評価画像生成工程と、
生成した各評価画像についてパターンマッチング処理を行うことによって、各候補記号の、登録パターンに対する類似度を求める類似度算出工程と、
算出した各候補記号の類似度に基づき、その類似度の低い１又は２以上の候補記号を識別記号として設定する識別記号設定工程と、を含むワーク識別記号設定方法。
【請求項２】
請求項１に記載のワーク識別記号設定方法において、
上記登録パターンは、上記各候補記号であり、
上記識別記号設定工程は、算出した各候補記号の類似度に基づき、複数の候補記号の中から、相互の類似度が低い２以上の候補記号を抽出して識別記号の組み合わせを設定するワーク識別記号設定方法。
【請求項３】
請求項１に記載のワーク識別記号設定方法において、
上記登録パターンは、予め設定されている既存の識別記号であり、
上記識別記号設定工程は、算出した各候補記号の類似度に基づき、既存の識別記号に対して類似度の低い１又は２以上の候補記号を抽出して既存の識別記号と抽出した候補記号とからなる識別記号の組み合わせを設定するワーク識別記号設定方法。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載のワーク識別記号設定方法において、
上記背景画像作成工程は、表面状態が互いに異なる複数のワークの上記表面を撮像装置によって撮像して複数の背景画像を作成し、
上記評価画像生成工程は、各候補記号パターン画像と複数の背景画像それぞれとを合成して、上記各候補記号について複数の評価画像を作成し、
上記類似度算出工程は、各候補記号について、複数の評価画像それぞれに対し正規化相関法により得られる相関値を算出すると共に、それら相関値の平均値を算出し、
上記識別記号設定工程は、算出した平均値に基づいて、その平均値の低い１又は２以上の候補記号を識別記号として設定するワーク識別記号設定方法。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項に記載のワーク識別記号設定方法において、
上記ワークは、エンジンのピストンであって、上記エンジンの機種毎に組み付けられる種類が異なり、
上記識別記号は、上記エンジンに組み付けられたピストンの種類を識別する記号として該ピストンの頂面に刻印されるワーク識別記号設定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、パターンマッチング処理により求めた類似度に基づいてワークを識別するために、そのワークの表面に付される識別記号を設定する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
画像処理によって記号（文字を含む）を識別する手法は、様々な分野で利用されており、例えば特許文献１には、その一例としてナンバープレートの文字を識別する方法が開示されている。この方法では、ナンバープレートを撮像した画像から、そのナンバープレートの背景を差し引いた上で、文字認識を行っている。
【０００３】
また、生産ラインにおいても画像処理による記号識別は利用されている。例えば複数種類の製品を組み立てる混流ラインにおいては、部品にその種類を識別するための識別記号を予め付しておくと共に、その部品組み付け後に、パターンマッチングにより識別記号を識別することによって、正しい部品が取り付けられているかを自動的に検査するシステムが導入されている。
【０００４】
こうした生産ラインにおけるシステムにおいて、部品に付される識別記号は、従来、製品番号の一部を使用したり、部品に関連する文字を利用したりしていた。
【特許文献１】特開平６−２１５２９３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところが、生産ラインは、画像処理を利用した記号識別にとって最適な環境ではなく、例えば識別記号を付した部品の表面に汚れや傷があったり、部品表面を撮像する際の外光の写り込みが変動したりする。このような環境の変動によって識別精度が低下し、誤識別が生じやすいという問題がある。
【０００６】
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、環境の変動による識別精度の低下を防止することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、環境が変動しても確実に識別し得る識別記号を設定することによって、識別精度の低下を防止することとした。
【０００８】
本発明の方法は、パターンマッチング処理により求めた類似度に基づいてワークを識別するために、そのワークの表面に付される識別記号を設定する方法である。
【０００９】
この方法は、上記識別記号の候補である複数の候補記号を撮像装置によって撮像して、複数の候補記号パターン画像を作成する候補記号パターン画像作成工程と、通常の作業環境下におかれた上記ワークの上記表面を撮像装置によって撮像して、上記ワークの表面状態を再現した背景画像を作成する背景画像作成工程と、作成した各候補記号パターン画像と背景画像とを合成して、複数の評価画像を生成する評価画像生成工程と、生成した各評価画像についてパターンマッチング処理を行うことによって、各候補記号の、登録パターンに対する類似度を求める類似度算出工程と、算出した各候補記号の類似度に基づき、その類似度の低い１又は２以上の候補記号を識別記号として設定する識別記号設定工程と、を含む。
【００１０】
これによると、候補記号のパターン画像を作成すると共に、通常の作業環境下におけるワークの表面状態を再現した背景画像を作成し、それらを合成して評価画像を生成する。従って、評価画像は、通常の作業環境下において識別記号（候補記号）を付したワークを撮像した画像に相当する。
【００１１】
そうして生成した各評価画像についてパターンマッチング処理を行うことによって、各候補記号の、登録パターンに対する類似度が得られる。
【００１２】
ここで、登録パターンを各候補記号としたときには、その複数の候補記号同士の類似度が算出される。そこで、算出した各候補記号の類似度に基づき、複数の候補記号の中から、相互の類似度が低い２以上の候補記号を抽出する。こうすることで、抽出した候補記号同士は相互の類似度が低いため、パターンマッチング処理においてそれらの候補記号同士は異なる、と確実に認識される。
【００１３】
また、登録パターンを予め設定されている既存の識別記号としたときには、その既存の識別記号に対する類似度が算出される。そこで、算出した各候補記号の類似度に基づき、既存の識別記号に対して類似度の低い１又は２以上の候補記号を抽出する。こうすることで、抽出した候補記号は既存の識別記号に対する類似度が低いため、パターンマッチング処理においてそれらの候補記号は既存の識別記号とは異なる、と確実に認識される。
【００１４】
このように、作業環境を加味した上で候補記号のパターンマッチング処理を実際に行って検証し、識別記号を設定することにより、環境の変動によって識別精度が低下することが防止される。
【００１５】
従って、パターンマッチング処理により求めた類似度に基づいてワークの識別を行うときには誤識別が防止されて、識別検査の信頼性が向上する。
【００１６】
尚、登録パターンを各候補記号として識別記号を設定することは、新規に識別記号を設定する場合に有効であり、登録パターンを既存の識別記号として識別記号を設定することは、例えばワークの種類が増えて、既存の識別記号に対して新たな識別記号を追加する場合に有効である。
【００１７】
上記背景画像作成工程は、表面状態が互いに異なる複数のワークの上記表面を撮像装置によって撮像して複数の背景画像を作成し、上記評価画像生成工程は、各候補記号パターン画像と複数の背景画像それぞれとを合成して、上記各候補記号について複数の評価画像を作成し、上記類似度算出工程は、各候補記号について、複数の評価画像それぞれに対し正規化相関法により得られる相関値を算出すると共に、それら相関値の平均値を算出し、上記識別記号設定工程は、算出した平均値に基づいて、その平均値の低い１又は２以上の候補記号を識別記号として設定する、としてもよい。
【００１８】
ワークの表面状態が異なる複数の背景画像を用意することで、識別記号の設定に際し環境の変動を十分に加味することができる。
【００１９】
また、各候補記号について、それら複数の背景画像（評価画像）の相関値の平均値を算出し、その平均値に基づいて識別記号を設定することで、環境の変動に対しロバストな識別記号が設定され、誤識別がさらに防止される。また、平均値を利用することによって、識別記号の設定が容易化する。
【００２０】
尚、平均値を利用して識別記号を設定する他にも、様々な統計的手法を採用して識別記号を設定することが可能である。
【００２１】
上記ワークは、エンジンのピストンであって、上記エンジンの機種毎に組み付けられる種類が異なり、上記識別記号は、上記エンジンに組み付けられたピストンの種類を識別する記号として該ピストンの頂面に刻印される、としてもよい。
【００２２】
つまり、生産ラインにおいて、ピストンの頂面状態はオイルの付着やツールマーク、また撮像時の外光の写り込み等によって、大きく変動するが、本発明の方法による設定される識別記号は環境の変動に対してロバストであるため、エンジンのピストン頂面に刻印される識別記号とすることができ、そのピストンの組み付け検査に有効に利用することができる。
【発明の効果】
【００２３】
以上説明したように、本発明のワーク識別記号設定方法によると、通常の作業環境下におけるワークの状態を加味し、パターンマッチング処理を実際に行った上で識別記号を設定するため、環境の変動によって識別精度が低下することが防止され、パターンマッチング処理を利用した検査等の信頼性を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。
【００２５】
図１は、部品の組み付け検査を画像処理を利用して行う検査システムの構成を示している。この検査システムは、ここではエンジン組立ライン（混流ライン）において、ピストンの組み付け検査を行うシステムとされている。
【００２６】
同図において符号１１，１２はそれぞれ、水平方向及び上下方向に移動する一軸ロボットであり、これらは図示省略のライン上の所定位置に配置されている。
【００２７】
符号２は、例えばＣＣＤを含むカメラ２１とレンズ２２とを備えた撮像装置である。撮像装置２は、上記一軸ロボット１１に支持されて、これら一軸ロボット１１，１２によって水平方向及び上下方向に移動する。符号３は、撮像装置２の撮像時に検査対象物であるピストン５（その頂面）を照らす照明であり、上下方向に延びる撮像装置２の撮像軸と同軸にピストン５の頂面に照明光を照射する。
【００２８】
撮像装置２は画像処理装置４に接続されており、撮像装置２が撮像した濃淡画像は、画像処理装置４に送られる。画像処理装置４は、後述するように、その濃淡画像について正規化相関法によるパターンマッチング処理を行い、ピストン５の頂面に刻印された識別記号の識別を行う。尚、画像処理装置４にはモニタ４１が接続されており、撮像装置２が撮像した画像は、モニタ４１に表示される。
【００２９】
次に、上記検査システムによる組み付け検査について説明する。本検査システムが導入されている生産ラインは、複数種類のエンジンが組み立てられる混流ラインであって、本検査システムの検査対象物はシリンダブロック５１に組み付けられるピストン５である。各ピストン５の頂面には、その種類毎に異なる識別記号が予め刻印されている。
【００３０】
ピストン組み付け後のシリンダブロック５１が検査位置に搬送されてきたときには、一軸ロボット１１，１２が撮像装置２を各ピストン５の上方位置に移動させると共に、撮像装置２がその各頂面を上方から撮像する。撮像装置２の撮像した画像はモニタ４１に表示されると共に、画像処理装置４がその画像についてパターンマッチング処理を行う。
【００３１】
ここで本検査システムは、上述したようにパターンマッチング処理として正規化相関法を採用しており、撮像した画像について、予め登録されている全ての登録パターン（識別記号の数と同数である）に対する相関値をそれぞれ算出する。そして、算出した相関値に基づいて、識別記号の識別を行う。
【００３２】
このときに本検査システムでは、登録パターン毎にしきい値を予め設定しており、算出した相関値の内、対応するしきい値を超えるものが１つであるときに、ピストン５の頂面に刻印された識別記号は、そのしきい値を超えた登録パターンであるとし、それ以外のとき（例えば対応するしきい値を超えるものが２つ以上であるとき等）には、エラーとする。
【００３３】
つまり、「Ａ」「Ｂ」「Ｃ」の３つの文字が登録パターンとして登録されており、それぞれのしきい値がＴA、ＴB，ＴCであるとする。
【００３４】
そして、上記３つの登録パターンそれぞれに対する相関値がＳA，ＳB，ＳCであったときに、ＳA＞ＴA，ＳB＜ＴB，ＳC＜ＴCである場合は、ピストン５の頂面に刻印された識別記号は「Ａ」であるとし、それ以外の場合は、エラーとする。
【００３５】
こうした識別ロジックを採用する場合はエラーを低減するために、算出される相関値の差（つまり、ＳA，ＳB，ＳCの相互の差）が大きくなることが望ましい。そのことは誤識別を低減することにもつながる。
【００３６】
尚、識別ロジックとしては上記のロジックに限らず、例えば算出した相関値の内の最大値を決定し、その最大値が所定のしきい値を超えるときに、ピストン５の頂面に刻印された識別記号はその最大値の登録パターンである、としてもよい。
【００３７】
次に、ピストン５の頂面に付される識別記号の設定手順について説明する。本実施形態に係る設定手順は、識別記号の候補である複数の候補記号を撮像装置によって撮像して、複数の候補記号パターン画像を作成する候補記号パターン画像作成工程と、通常の作業環境下におかれたワークの表面を撮像装置によって撮像して、ワークの表面状態を再現した背景画像を作成する背景画像作成工程と、作成した各候補記号パターン画像と背景画像とを合成して、複数の評価画像を生成する評価画像生成工程と、生成した各評価画像についてパターンマッチング処理を行うことによって、各候補記号の、登録パターンに対する類似度を求める類似度算出工程と、算出した各候補記号の類似度に基づき、その類似度の低い１又は２以上の候補記号を識別記号として設定する識別記号設定工程と、を含む。
【００３８】
ここで、候補記号を「Ａ」〜「Ｆ」の６つの英文字とし、ここから２文字を識別記号として設定する場合を例に、上記の設定手順について、図２を参照しながら具体的に説明する。
【００３９】
先ず、候補記号である「Ａ」〜「Ｆ」の６つの英文字が刻印されたテストピース６を用意し、最良の撮像環境下において、その各候補記号を撮像装置２によって撮像する。
【００４０】
そして、撮像した各候補記号の画像について必要に応じてトリミングを行うと共に、背景部分（文字以外の部分）の輝度が０となるように画像処理を施す。そうして、候補記号パターン画像を作成する（候補記号パターン画像作成工程Ｐ１）。尚、この候補記号パターン画像は、後述するパターンマッチング処理の登録パターンとしても利用する。
【００４１】
一方、刻印を付けていない複数のピストン５を生産ラインに投入することによって、ピストン５を通常の作業環境下におく。そうして、その頂面状態が異なる複数をピストン５を選定する。
【００４２】
ここでは、生産ラインにおいて想定される環境条件毎に、その程度や状態が異なる複数を選定する。環境条件の１つとしてピストン５の頂面へのオイルの付着が挙げられる。また、環境条件の１つとして検査システムにおいて撮像する際の外光の写り込みが挙げられる。さらに、環境条件の１つとしてピストン５の頂面のツールマークが挙げられる。そこで、オイル付着条件（グループ１）、外光の写り込み条件（グループ２）、及びツールマーク条件（グループ３）の３つの条件を設定する。そして、グループ１としては、頂面全体にオイルが付着、オイルスポットが付着、・・・といったその程度や状態が異なる１０個を設定し（１−１〜１−１０）、グループ２としては、反射光の光量が互いに異なる１０個を設定し（２−１〜２−１０）、グループ３としては、ツールマークのパターンの相違や、その向きが異なる１０個を設定する（３−１〜３−１０）。
【００４３】
従って、３グループそれぞれについて１０個が設定されるため、合計３×１０の３０個のピストン５が選定される。
【００４４】
そうして選定した各ピストン５の頂面を撮像装置２によって撮像することによって、通常の作業環境下におかれたピストン５の頂面を再現した背景画像を作成する（背景画像作成工程Ｐ２）。
【００４５】
候補記号パターン画像及び背景画像がそれぞれ作成されれば、各候補記号パターン画像と各背景画像とを合成して評価画像を生成する。ここでは、候補記号パターン画像が６画像、背景画像が３０画像であるため、評価画像は６×３０＝１８０画像が生成される（評価画像生成工程Ｐ３）。
【００４６】
そうして作成した各評価画像について、正規化相関によるパターンマッチングを行い、登録パターンである「Ａ」〜「Ｆ」の６つの英文字それぞれに対する相関値を算出する。それによって表１に示すように、１８０×６＝１０８０個の、登録パターンＰに対する評価画像Ｈの相関値が算出される（類似度算出工程）。
【００４７】
【表１】
2007188221.tif 000003
【００４８】
次に、算出した相関値に基づいて識別記号を設定する。ここでは、候補記号と登録パターンとの組み合わせ毎に、３０の背景画像について相関値の平均を算出し、その平均値に基づいて識別記号を設定する。表２は、登録パターンＰiと候補記号Ｍjとの相関値Ｓi,jを示している。
【００４９】
【表２】
2007188221.tif 000004
【００５０】
さらに、相関値Ｓi,jと相関値Ｓj,iとの平均をさらに算出する（表３参照）。
【００５１】
【表３】
2007188221.tif 000005
【００５２】
ここで、相関値が低い組み合わせは、それらを識別記号として設定した場合に正規化相関法により得られる相関値の差が大きくなることを意味する。従って、識別精度を上げる上で望ましい。表３では、「Ｃ」と「Ｅ」の組み合わせが最も平均値の低い組み合わせであり、ここでは「Ｃ」と「Ｅ」とが識別記号として設定される（識別記号設定工程）。
【００５３】
尚、ここでは候補記号と登録パターンとの組み合わせ毎に、背景画像について相関値の平均を算出し、その平均値が最小の組み合わせを抽出したが、これに限るものではなく種々の手法を採用すればよい。例えば候補記号と登録パターンとの組み合わせ毎に、相関値集合の統計値の最小値に基づいて識別文字を設定してもよい。
【００５４】
また、ここでは識別記号として２文字を設定する場合を例としたが、識別記号として３文字以上を設定する場合には、例えば全通りの組み合わせの相関値合計が最小となる組み合わせを設定してもよい。
【００５５】
次に、既存の識別記号に対して新たな識別記号を追加する場合の設定手順について説明する。これはピストン５の種類が増えた時などに利用可能である。ここでは、既存の識別記号として「Ａ」「Ｍ」「Ｚ」の３つの英文字が設定されており、「Ａ」「Ｍ」「Ｚ」を除く英文字２３字を候補記号として、そこから１文字を新たな識別記号として設定する場合を例に、設定手順を説明する。
【００５６】
候補文字パターン作成工程、背景画像作成工程、及び評価画像生成工程は、上記と同じである。
【００５７】
そうして作成した各評価画像について、正規化相関によるパターンマッチングを行い、登録パターンである「Ａ」「Ｍ」「Ｚ」の３つの英文字それぞれに対する相関値を算出する。
【００５８】
次に、算出した相関値に基づいて識別記号を設定する。ここでは、候補記号毎に複数の背景画像について相関値の平均を算出し、その平均値に基づいて識別記号を設定する。表４は、登録パターンＰiと候補記号Ｍjとの相関値Ｓi,jを示している。
【００５９】
【表４】
2007188221.tif 000006
【００６０】
ここで、候補記号毎に、３つの登録パターンついての相関値の平均値を算出し（表３の「平均」の欄参照）、その平均値が最小の候補記号を新たな識別文字に設定してもよい。また、これとは異なり、候補記号毎に、３つの登録パターンついての相関値の最大値を決定し（表３の「ＭＡＸ」の欄参照）、その最大値が最小となる文字を新たな識別文字に設定してもよい。
【００６１】
表４では「Ｊ」が、平均値及び最大値のそれぞれで最小となっており、ここでは「Ｊ」が新たな識別記号として設定される。
【００６２】
このように、候補記号のパターン画像と、背景画像とを合成して評価画像を作成することによって、評価画像は、通常の作業環境下において識別記号（候補記号）を付したピストン５の頂面を撮像した画像に相当することになる。
【００６３】
そして、その各評価画像についてパターンマッチング処理を実際に行い、その相関値に基づいて識別記号を設定するため、環境の変動を加味した上で識別記号が設定され、環境の変動によって識別精度が低下することを防止することができる。その結果、組み付け検査の信頼性を向上させることができる。
【００６４】
また、背景画像として、ピストン５の頂面状態が異なる複数の背景画像を用意することにより、識別記号の設定に際し環境の変動を十分に加味することができる。つまり、環境の変動に対しロバストな識別記号を設定することができる。
【００６５】
尚、上記実施形態において、候補記号や背景画像の設定は一例であり、これに限定されるものではない。また、類似度に基づいて識別記号として設定する識別記号設定工程においては、様々な統計的手法を採用することができる。
【００６６】
また、パターンマッチングは正規化相関法を採用することに限らず、その他種々の方法を採用することが可能である。
【００６７】
さらに、本発明は、ピストン５の組み付け検査のためだけに利用されるのではなく、生産ライン、その他において実施されている、画像処理を利用した種々の検査等に広く利用することができる。
【産業上の利用可能性】
【００６８】
以上説明したように、本発明は、環境の変動による識別精度の低下を防止して、画像処理による識別精度を上げることができるから、生産ライン等において実施される画像処理を利用した種々の検査等において利用可能な、各種ワークの識別記号を設定する方法として有用である。
【図面の簡単な説明】
【００６９】
【図１】検査システムの構成を示す概略図である。
【図２】本発明に係る識別記号設定方法の一部手順を示す図である。
【符号の説明】
【００７０】
２    撮像装置
５    ピストン（ワーク）
５１  シリンダブロック（エンジン）
【図１】
2007188221.tif 000007
【図２】
2007188221.tif 000008