(57)【要約】【課題】被検査物の表面形状に左右されずに十分な表面検査を行うことができる表面検査装置を提供する。【解決手段】表面検査装置１は、被検査物であるシリンダライナ１００の外周面１０１に対して斜め方向に第１検査光１１を照射するとともに、垂直方向に第２検査光１２を照射し、ターンテーブル５にてシリンダライナ１００を回転させつつ、各検査光１１、１２の照射部位２１、２２をデジタルカメラ４で撮像して外周面１０１を検査するものである。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被検査物の表面を検査する表面検査装置において、
前記表面に対して斜め方向にライン状の第１検査光を照射する第１検査光照射手段と、
前記表面に対して垂直方向にライン状の第２検査光を照射する第２検査光照射手段と、
前記表面に前記第１検査光が照射された第１照射部位及び前記表面に前記第２検査光が照射された第２照射部位の両方が視野に同時に収まり、かつ前記第２検査光の照射方向と同方向に向けられた状態で配置され、前記第１照射部位及び前記第２照射部位を撮像して前記視野に対応した検査画像を取得する撮像手段と、
前記表面に対する前記第１検査光及び前記第２検査光のそれぞれの照射位置を所定方向に変化させる照射位置変更手段と、
前記第１検査光及び前記第２検査光の照射位置を前記照射位置変更手段にて変化させながら、前記検査画像を前記撮像手段にて取得させる動作制御手段と、
前記撮像手段が取得した前記検査画像に基づいて前記表面を検査する検査手段と、
を備えることを特徴とする表面検査装置。
【請求項２】
前記検査手段は、前記検査画像に基づいて前記第１照射部位に対応する第１画像と前記第２照射部位に対応する第２画像とを生成し、前記第１画像及び前記第２画像のそれぞれから得られた輝度情報を利用して前記被検査物の前記表面を検査する請求項１に記載の表面検査装置。
【請求項３】
前記被検査物が、前記表面である外周面に垂直方向に突出する多数の突起部が所定の範囲内に高さが揃えられかつ所定の密度で形成された鋳造品のシリンダライナであり、
前記第１検査光照射手段及び前記第２検査光照射手段は、前記シリンダライナの中心線と同方向に前記外周面上で延びるように前記第１検査光及び前記第２検査光を照射し、
前記照射位置変更手段として、前記シリンダライナを前記中心線の回りに回転させるターンテーブルが設けられている請求項１又は２に記載の表面検査装置。
【請求項４】
前記第１検査光照射手段及び前記第２検査光照射手段は、前記シリンダライナの前記中心線の方向の全長に亘って前記第１検査光及び前記第２検査光を照射し、前記撮像手段は、前記シリンダライナの前記中心線の方向の全長を収めることができる前記視野を有している請求項３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、被検査物の表面を検査する表面検査装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
表面検査装置として、被検査物の表面に斜め方向に線状の検査光を照射し、その反射光の強度分布や反射光を撮像した画像に基づいて表面形状を把握する光切断法を利用して表面に存在する傷や穴等の欠陥を検査するものが知られている（特許文献１及び２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平５−１８０７８２号公報
【特許文献２】特開２０１０−７１７２２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
光切断法は、被検査物の表面に対して斜め方向から検査光を照射する特性上、表面の形状によって検査光が照射されない死角が生じる欠点があるので、死角に存在する欠陥を検出できない場合がある。例えば、鋳込まれるエンジンのシリンダライナのように、その外周面に垂直方向に突出する多数の突起部が形成されている被検査物を検査する場合、その突起部の付け根が光切断法の死角になる場合がある。そのため、上述した光切断法を利用した表面検査装置ではこうした表面形状を持つ被検査物の検査が十分に行えない問題があった。
【０００５】
そこで、本発明は、被検査物の表面形状に左右されずに十分な表面検査を行うことができる表面検査装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の表面検査装置は、被検査物（１００）の表面（１０１）を検査する表面検査装置（１）において、前記表面に対して斜め方向にライン状の第１検査光（１１）を照射する第１検査光照射手段（２）と、前記表面に対して垂直方向にライン状の第２検査光（１２）を照射する第２検査光照射手段（３）と、前記表面に前記第１検査光が照射された第１照射部位（２１）及び前記表面に前記第２検査光が照射された第２照射部位（２２）の両方が視野（１３）に同時に収まり、かつ前記第２検査光の照射方向と同方向に向けられた状態で配置され、前記第１照射部位及び前記第２照射部位を撮像して前記視野に対応した検査画像（Ｇ）を取得する撮像手段（４）と、前記表面に対する前記第１検査光及び前記第２検査光のそれぞれの照射位置を所定方向に変化させる照射位置変更手段（５）と、前記第１検査光及び前記第２検査光の照射位置を前記照射位置変更手段にて変化させながら、前記検査画像を前記撮像手段にて取得させる動作制御手段（６）と、前記撮像手段が取得した前記検査画像に基づいて前記表面を検査する検査手段（３２）と、を備えるものである。
【０００７】
この表面検査装置によれば、被検査物の表面に斜め方向に照射される第１検査光に加えて被検査物の表面に垂直方向に照射される第２検査光を用いている。そして、これらの検査光に照射された照射位置を変化させながら、第１検査光が照射された第１照射部位及び第２検査光が照射された第２照射部位を一つの撮像手段にて撮像し、その撮像手段が取得した検査画像に基づいて被検査物の表面を検査している。従って、被検査物の表面に対して斜め方向に照射される第１検査光が照射されない死角が発生した場合でも、その死角に対しては被検査物の表面に対して垂直に照射される第２検査光で照射されるので、被検査物の表面形状に左右されずに表面を満遍なく検査できる。
【０００８】
本発明の表面検査装置の一態様において、前記検査手段は、前記検査画像に基づいて前記第１照射部位に対応する第１画像（Ｇ１）と前記第２照射部位に対応する第２画像（Ｇ２）とを生成し、前記第１画像及び前記第２画像のそれぞれから得られた輝度情報を利用して前記被検査物の前記表面を検査してもよい。この態様によれば、単一の撮像手段が取得した検査画像から同一の被検査物の表面に対する二種類の画像が生成される。第１画像及び第２画像のそれぞれの輝度情報を利用することにより、第１画像のみからでは検出できない表面の欠陥等を検出することができるようになる。
【０００９】
本発明の表面検査装置の一態様において、前記被検査物が、前記表面である外周面（１０１）に垂直方向に突出する多数の突起部（１０２）が所定の範囲内に高さが揃えられかつ所定の密度で形成された鋳造品のシリンダライナ（１００）であり、前記第１検査光照射手段及び前記第２検査光照射手段は、前記シリンダライナの中心線（ＣＬ）と同方向に前記外周面上で延びるように前記第１検査光及び前記第２検査光を照射し、前記照射位置変更手段として、前記シリンダライナを前記中心線の回りに回転させるターンテーブル（５）が設けられていてもよい。外周面に多数の突起部が形成された鋳造品のシリンダライナには、その外周面に異物の付着、鋳巣、ピンホール等の欠陥が存在する場合がある。また、多数の突起部はその高さが所定の範囲内に揃えられかつ所定の密度で形成されている必要がある。この態様によれば、第１検査光の照射によって得た第１照射部位の画像に基づいて多数の突起部の状態を検査できるとともに、第１検査光が照射されない突起部の付け根等の死角に存在する上記の欠陥関しては第２検査光の照射によって得た第２照射部位の画像に基づいて検査することができる。シリンダライナがターンテーブルにて回転させられることによって、第１検査光及び第２検査光のそれぞれの照射位置がシリンダライナの周方向に変化するので、外周面の全周を検査することが可能になる。
【００１０】
この態様においては、前記第１検査光照射手段及び前記第２検査光照射手段は、前記シリンダライナの前記中心線の方向の全長に亘って前記第１検査光及び前記第２検査光を照射し、前記撮像手段は、前記シリンダライナの前記中心線の方向の全長を収めることができる前記視野を有していてもよい。この場合には、中心線方向に各検査光の照射位置をシフトすることなく、ターンテーブルを回転させるだけでシリンダライナの外周面の全面を検査することが可能になる。
【００１１】
なお、以上の説明では本発明の理解を容易にするために添付図面の参照符号を括弧書きにて付記したが、それにより本発明が図示の形態に限定されるものではない。
【発明の効果】
【００１２】
以上に説明したように、本発明の表面検査装置によれば、被検査物の表面に斜め方向に照射される第１検査光に加えて被検査物の表面に垂直方向に照射される第２検査光を用いているので、被検査物の表面に対して斜め方向に照射される第１検査光が照射されない死角が発生した場合でも、その死角に対しては被検査物の表面に対して垂直に照射される第２検査光で照射される。これにより、被検査物の表面形状に左右されずに表面を満遍なく検査できる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の一形態に係る表面検査装置の全体構成を概略的に示した図。
【図２】図１の表面検査装置をｚ軸方向から見た状態を模式的に示した説明図。
【図３】デジタルカメラにて撮像された画像の一例を示した図。
【図４】画像処理部の処理内容を説明するブロック図。
【図５】輝度ヒストグラムの一例を示した説明図。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
図１に示したように、表面検査装置１は被検査物としてのシリンダライナ１００の外周面１０１（表面）を検査する装置である。シリンダライナ１００は不図示のシリンダブロックに鋳込まれて使用されるエンジン部品であり、いわゆる遠心鋳造法にて製造された鋳造品である。シリンダライナ１００が鋳込まれた際にシリンダブロックに強固に結合されるように、その外周面１０１には垂直方向に突出する多数の突起部１０２が形成されている。突起部１０２の高さ及びその密度に偏りがあるとエンジン性能に影響を与えることから、突起部１０２はシリンダライナ１００がシリンダブロックに均一に結合されるように８００〜９００μｍ程度の範囲内に高さが揃えられかつ所定の密度で形成されている。
【００１５】
表面検査装置１は、第１検査光照射手段としてのレーザラインジェネレータ２と、第２検査光照射手段としてのライン光モジュール３と、撮像手段としてのデジタルカメラ４と、シリンダライナ１００を載せた状態でその中心線ＣＬの回りに回転させるターンテーブル５と、これら各装置を制御するとともにデジタルカメラ４が撮像した画像を処理する制御装置６とを備えている。図１には、シリンダライナ１００の中心線ＣＬと直交する軸をｙ軸とした直交座標系が設定されており、その原点（０，０，０）にデジタルカメラ４が、座標（−ｘ１，ｙ１，ｚ１）にレーザラインジェネレータ２が、座標（０，０，ｚ２）にライン光モジュール３がそれぞれ配置されている。
【００１６】
レーザラインジェネレータ２はライン状のレーザ光を出力できる周知の装置である。レーザラインジェネレータ２が出力するレーザ光の波長は６３０μｍに設定されている。レーザラインジェネレータ２が出力する第１検査光１１は、図２にも示したように、シリンダライナ１００の外周面１０１に対して斜め方向に、具体的には外周面１０１の接線方向に対して４５°の方向に照射される。第１検査光１１の幅は２００μｍ程度に調整されている。なお、後述のサブピクセル処理を行う関係から、第１検査光１１の幅はデジタルカメラ４の画素分解能以上に広く設定されていて、第１検査光１１がカメラ画素の２ピクセル程度にまたがるように設定されている。ライン光モジュール３は、スーパールミネッセントダイオード（ＳＬＤ）を光源とし、ライン状の第２検査光１２を出力できる装置として構成されている。ライン光モジュール３が出力する第２検査光１２は、第１検査光１１と分離できるように、第１検査光１１とは異なる波長、例えば８４０μｍに設定されている。ライン光モジュール３が出力する第２検査光１２は外周面１０１に対して垂直方向（半径方向）に照射される。第２検査光１２の幅は第１検査光１１の幅よりも大きく、５００μｍ程度に調整されている。第１検査光１１及び第２検査光１２のそれぞれは、シリンダライナ１００の中心線ＣＬと同方向に外周面１０１上で平行に延びている。
【００１７】
図２に示したように、表面検査装置１は外周面１０１に対して斜め方向に照射される第１検査光１１とともに垂直方向に照射される第２検査光１２を用いているので、第１検査光１１では届かない突起部１０２の付け根の死角Ｄに対して第２検査光１２を照射できる。そのため、例えば第１検査光１１が届かない突起部１０２の間に形成された小さなピンホールＰ等の欠陥の有無を認識することが可能となる。
【００１８】
デジタルカメラ４は、シリンダライナ１００の外周面１０１に対して垂直方向（半径方向）に向けられた状態で配置されており、シリンダライナ１００の全長を収めることができる縦長の視野１３を持っている。視野１３には第１検査光１１が外周面１０１に照射された第１照射部位２１及び第２検査光１２が外周面１０１に照射された第２照射部位２２の両方を同時に収めることができる。デジタルカメラ４がこのような視野１３を持っているため、中心線ＣＬ方向に各検査光１１、１２の照射位置をシフトすることなく、ターンテーブル５を回転させるだけでシリンダライナ１００の外周面１０１の全面を検査することが可能になる。図３に示したように、視野１３に対応する画素数は縦５１２×横３５画素である。これら画素は第１照射部位２１に対応する第１部分と第２照射部位２２に対応する第２部分とに区分され、第１部分には５１２×２５画素が、第２部分には５１２×１０画素がそれぞれ割り当てられている。
【００１９】
ターンテーブル５は一定回転速度で回転でき、その回転中心と中心線ＣＬとをほぼ一致させた状態でシリンダライナ１００を固定できる不図示の固定手段が設けられている。
【００２０】
制御装置６は各装置を駆動するためのドライバ３１と、そのドライバ３１に入出力インタフェース３３を介して接続されるコンピュータ３２とを有している。コンピュータ３２としては不図示のモニタ等の出力装置、キーボード等の入力装置及びハードディスク等の記憶装置を持つパーソナルコンピュータが用いられている。コンピュータ３２には表面検査装置１による表面検査を行うためのプログラムが記憶されており、そのプログラムに従って各装置の動作が制御されるとともに、デジタルカメラ４が取得した検査画像の画像処理及びその処理結果に基づく検査処理を行う。
【００２１】
以下、表面検査装置１を用いた表面検査の一例を説明する。まず、制御装置６はシリンダライナ１００が設置されたターンテーブル５を一定回転速度（本形態では３秒／１回転）で回転させる。次に、レーザラインジェネレータ２及びライン光モジュール３をそれぞれ駆動して第１検査光１１及び第２検査光１２をそれぞれ出力させつつ、各検査光で照射された第１検査部位２１及び第２検査部位２２をそれぞれデジタルカメラ４で一定時間間隔（本形態では約２ｍｓｅｃ）で撮像させる。この撮像の間隔は外周面１０１のサンプリング分解能がカメラの画素分解能とほぼ等しくなる間隔に相当する。デジタルカメラ４の撮像時のシャッタ時間は、被写体であるシリンダライナ１００が動いているため、被写体ぶれが検査画像に影響しないように、本形態では１／２０００秒に設定される。また、被写界深度を深くするため内蔵の絞りを絞る。
【００２２】
レーザラインジェネレータ２を、その第１検査光１１がデジタルカメラ４のシャッタと同期するように制御する。つまり、制御装置６はデジタルカメラ４のシャッタが開いている時だけ第１検査光１１が出力するようにレーザラインジェネレータ２から第１検査光１１をパルス発光させる。この場合の第１検査光１１の平均強度は１ｍＷ以下に設定している。ライン光モジュール３が出力する第２検査光１２はパルス発光でもよいし、第１検査光１１に影響を与えない範囲で常時発光でもよい。
【００２３】
このように、制御装置６がレーザラインジェネレータ２、ライン光モジュール３、デジタルカメラ４及びターンテーブル５の各動作を制御することによって、各検査光１１、１２の照射位置を変化させながらデジタルカメラ４にて検査画像を取得させることができる。従って、制御装置６は本発明に係る動作制御手段として機能する。
【００２４】
デジタルカメラ４で撮像された検査画像（図３参照）は、図４に示したように、コンピュータ３２内に論理的に形成される画像処理部３５で画像処理されるとともに、その処理結果に基づいて検査処理部３６にて検査結果が出力される。画像処理部３５はデジタルカメラ４が取得した検査画像Ｇを逐次受け取り、画像分離部４１にて第１照射部位２１に対応した第１画像Ｇ１と、第２照射部位２２に対応した第２画像Ｇ２とにそれぞれ分離する。第１画像Ｇ１は、外周面１０１の突起部１０２の状態を検査する場合に基礎となる画像であり、第２画像Ｇ２は欠陥を検査する場合に基礎となる画像である。
【００２５】
第１画像Ｇ１に基づいて第１照射部位２１の直線位置変化を単純に高さ方向に変換しただけでは、検査画像Ｇの画素数を制限したことによって所要の高さ方向の分解能が得られないおそれがある。そのため、サブピクセル処理部４２は高さ方向の分解能を向上させるため第１画像Ｇ１をサブピクセル処理によって約１０倍に拡大して所要の高さ方向の分解能を得ている。第１展開画像生成部４３はサブピクセル処理された第１画像Ｇ１を周方向に結合して、外周面１０１を展開した第１展開画像ＧＯ１を生成する。一方、第２展開画像生成部４４は画像分離部４１にて分離された第２画像Ｇ２を周方向に結合して外周面１１を展開した第２展開画像ＧＯ２を生成する。
【００２６】
画像処理部３５で得られた２種類の展開画像ＧＯ１、ＧＯ２は検査処理部３５に送られる。判定エリア設定部５１は、第１展開画像ＧＯ１に対して判定エリアを設定する。この判定エリアは、検査結果に影響を与えかつ第１展開画像ＧＯ１に含まれる不要情報に影響されないエリアである。この不要情報としては、例えばシリンダライナ１００の中心線ＣＬとターンテーブル５の回転中心線との位置ずれに起因する外周面１０１とデジタルカメラ５と距離の変化情報等がある。
【００２７】
第１輝度情報解析部５２は、判定エリア内の第１展開画像ＧＯ１の輝度ヒストグラムを求める。図５に示すように、この輝度ヒストグラムは輝度を横軸にデータ数を縦軸に設定したものであり、この分布は突起部１０２の先端の集合及び突起部１０２の根元の集合のそれぞれに対応して２極化している。突起部１０２の先端は根元に比べて明るいので、先端の集合は輝度が高い側に、根元の集合は輝度が低い側にそれぞれ位置している。第１輝度情報解析部５２は、各集合の重心ｇ１、ｇ２を求め、これら重心ｇ１、ｇ２の相対値を突起部１０２の高さとして扱う。第１判定部５３は、重心ｇ１、ｇ２及びこれらの相対値で特徴付けられる分布を正常な分布と比較することにより外周面１０１の突起部１０２の状態を正常又は異常のいずれであるかを判定する。そして、その判定結果をディスプレィ等の出力部６０へ出力する。
【００２８】
第２輝度情報解析部５４は第２展開画像ＧＯ２の輝度情報を抽出する。シリンダライナ１００の外周面１０１に存在するピンホール等の欠陥は第２検査光１２の反射率が極めて低く第２展開画像ＧＯ２では輝度値を殆ど持たない画素となる。従って、第２判定部５５は抽出された第２展開画像ＧＯ２の輝度情報から、輝度値が所定値以下（例えば５以下）の集合を求め、その集合のデータ数が閾値を超えた場合に上記欠陥が存在したものと判定し、データ数が閾値以下の場合に上記欠陥が存在しないものと判定する。そして、その判定結果を出力部６０へ出力する。
【００２９】
このように、画像処理部３５によって、デジタルカメラ４が取得した検査画像Ｇから外周面１０１に対する二種類の画像Ｇ１、Ｇ２が生成され、検査処理部３６がこれら第１画像Ｇ１及び第２画像Ｇ２のそれぞれの輝度情報を利用して検査結果を出力しているので、第１画像Ｇ１のみからでは検出できない外周面１０１の欠陥を検出できる。従って、コンピュータ３２の内部に論理的に形成される画像処理部３５及び検査処理部３６は本発明に係る検査手段として機能する。
【００３０】
本発明は以上の形態に限定されず種々の形態にて実施できる。第１検査光及び第２検査光はライン状の光であれば十分であり、その幅や光源は被検査物の性状に応じて適宜設定できる。例えば、第１検査光の光源として、レーザ光源の代わりに、ＬＥＤやＳＬＤ等の光源を用いることができるし、第２検査光の光源として、ＳＬＤ光源の代わりに、レーザやＬＥＤ等の光源を用いることもできる。
【００３１】
本発明の表面検査装置の検査対象としては、シリンダライナ等の円筒状の物品の外周面に限らず、平面状の物品の表面であってもよい。平面状の物品を検査する場合は、物品を直線移動させながら各検査光を照射してもよい。被検査物に対する検査光の照射位置を変化させるためには、上記のように検査光を照射する照射手段及び撮像手段を含む光学系を静止させた状態で被検査物を移動させてもよいし、逆に、静止した被検査物に対して光学系を移動させてもよい。
【００３２】
撮像手段の視野は、第１照射部位及び第２照射部位が同時に収まるものであれば十分である。例えば、上記形態の場合、シリンダライナの全長に満たない大きさの視野に設定して、シリンダライナを回転させつつ中心線方向にシフトさせて外周面の全面を検査するように変更して実施することも可能である。
【符号の説明】
【００３３】
１  表面検査装置
２  レーザラインジェネレータ（第１検査光照射手段）
３  ライン光モジュール（第２検査光照射手段）
４  デジタルカメラ（撮像手段）
５  ターンテーブル（照射位置変更手段）
６  制御装置（動作制御部）
１１  第１検査光
１２  第２検査光
２１  第１照射部位
２２  第２照射部位
３２  コンピュータ（検査手段）
１００  シリンダライナ（被検査物）
１０１  外周面（表面）
１０２  突起部
ＣＬ  シリンダライナの中心線
Ｇ  検査画像
Ｇ１  第１画像
Ｇ２  第２画像
【図１】
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【図２】
2012093139.tif 000004
【図３】
2012093139.tif 000005
【図４】
2012093139.tif 000006
【図５】
2012093139.tif 000007