(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
曲面状の被検査物の表面に所定パターンの検査光を照射する照明手段と、前記被検査物からの反射光を受光する受光手段とを備えた表面欠陥検査装置において、
この表面欠陥検査装置は、前記照明手段として少なくとも２組の光源ユニットを装備すると共に、前記曲面状の被検査物の曲率を検出する曲率検出手段を装備し、各光源ユニットの相互間を当該光源ユニットの光軸の方向を可変設定する所定の曲折部材を介して連結する一方、前記曲率検出手段の検出値に基づいて各光源ユニットの角度を変更して被検査物の表面に対する検査光の角度を調整することを特徴とする表面欠陥検査装置。
【請求項２】
曲面状の被検査物の表面に所定パターンの検査光を照射する照明手段と、前記被検査物からの反射光を受光する受光手段とを備えた表面欠陥検査装置において、
この表面欠陥検査装置は、前記照明手段として少なくとも２組の光源ユニットを装備すると共に、前記曲面状の被検査物の曲率を検出する曲率検出手段を装備し、各光源ユニットの相互間を当該光源ユニットの光軸の方向を可変設定する所定の曲折部材を介して連結する一方、前記曲率検出手段の検出値に基づいて各光源ユニットにおいて前記光源ユニットの連結方向と交差して並ぶ各系統毎の発光のオン／オフの調節を可能とすることを特徴とする表面欠陥検査装置。
【請求項３】
曲面状の被検査物の表面に所定パターンの検査光を照射する照明手段と、前記被検査物からの反射光を受光する受光手段とを備えた表面欠陥検査装置において、
この表面欠陥検査装置は、前記照明手段として少なくとも２組の光源ユニットを装備すると共に、前記曲面状の被検査物の曲率を検出する曲率検出手段を装備し、各光源ユニットの相互間を当該光源ユニットの光軸の方向を可変設定する所定の曲折部材を介して連結する一方、前記曲率検出手段の検出値に基づいて各光源ユニットの光度の調節を可能とすることを特徴とする表面欠陥検査装置。
【請求項４】
前記曲折部材に所定の駆動モータを装備したことを特徴とする請求項１，２又は３記載の表面欠陥検査装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、表面欠陥検査装置に係り、特に自動車の生産行程において、ボディ表面の塗装の状態を検査する作業を、光学的に自動で行うことができる表面欠陥検査装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、自動車ボディ等の表面の検査は、塗装工程の後に人間が目視によって表面の欠陥検査を行っていた。しかし、この塗装表面の検査作業を、光学的に自動で検査する表面欠陥検査装置として、種々の方式が提案されている。たとえば、特開平８−０８６６３４号公報（表面欠陥検査装置）に開示されているものがある。当該従来例の表面欠陥検査装置は、光源として直線状に配列された蛍光灯、レーザ、ＬＥＤなどを用い、スリット光やスリットパターン光をつくり出して、これを塗装後のボディ表面に照射して、表面に凸凹があったときに生じる明度差や明度変化を受光画像として検出し、表面の欠陥を検査する装置である。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来例には以下のような不都合が有った。即ち、自動車のボディはそのほとんど全ての面が凹凸曲面となっている。曲面上の欠陥を如何に検出するかという問題に対し、上記従来例では、取り込んだ画像から欠陥を認識するときに、予め所定の画像処理を施すことによって、曲面の欠陥に対処する方法が提案されている。しかし、直線上（又は平面上）に配列された光源で検査光を照射する手法では、曲面に照明をあてて画像を取り込んだ場合、曲面の傾斜のために各部で均一な光度の反射光を得ることができない、という不都合を生じていた。
【０００４】
また、検査光の被検査物上での照明パターンが歪んでしまう、という不都合を生じていた。このため、精度の高い認識が困難である。さらに、従来例に係る表面欠陥検査装置では、複数の光源を有しているために、同時に複数の光源から検査光が照射されてしまい、光軸上の光以外の周囲の光が欠陥にあたり、これを受光手段で受光してしまうので、精度の高い検出ができなくなってしまう、という問題があった。
【０００５】
【発明の目的】
本発明は、かかる従来例の有する不都合を改善し、特に、被検査面に均一な検査光が照射でき、精度の高い表面欠陥の検査が可能な表面欠陥検査装置を提供することを、その目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記した目的を達成するために、請求項１記載の発明では、曲面状の被検査物の表面に所定パターンの検査光を照射する照明手段と、被検査物からの反射光を受光する受光手段とを備えた表面欠陥検査装置において、この表面欠陥検査装置は、前記照明手段として少なくとも２組の光源ユニットを装備すると共に、前記曲面状の被検査物の曲率を検出する曲率検出手段を装備し、これら各光源ユニットの相互間を当該光源ユニットの光軸の方向を可変設定する所定の曲折部材を介して連結する一方、前記曲率検出手段の検出値に基づいて各光源ユニットの角度を変更して被検査物の表面に対する検査光の角度を調整する、という構成を採っている。以上のように構成されたことにより、各光源ユニットの角度を任意に調整することができる。即ち、検査面の各領域に対して適切な光軸で検査光を照射できる。照射された光は正反射して受光手段に受光されるようになっている。
【０００７】
また、請求項２記載の発明では、曲率検出手段の検出値に基づいて各光源ユニットにおいて前記光源ユニットの連結方向と交差して並ぶ各系統毎の発光のオン／オフの調節を可能とすることで周囲の光の影響を除去する。
【０００８】
請求項３記載の発明では、主制御部は各光源ユニットの光度を調節する光度調整機能を有するという構成を採っている。以上のように構成されたことにより、光源ユニットから被検査物の表面までの距離や、被検査物の曲率に応じて光源ユニットの光度を調整する。
【０００９】
更に、請求項４記載の発明では、曲折部材に所定の駆動モータを装備するという構成を採り、その他の構成は請求項１，２又は３記載の発明と同様である。以上のように構成されたことにより、被検査物の曲率に応じて駆動モータが各光源ユニットの角度を調節する。
【００１０】
【発明の実施の形態】
本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。
本発明の表面欠陥検査装置は、図１に示すように、曲面状の被検査物３の表面に所定のパターンの検査光５を照射する照明手段７と、被検査物３からの反射光９を受光する受光手段１１とを備え、照明手段７は少なくとも２組の光源ユニット７ａ，７ｂ…を装備すると共に、これら各光源ユニット７ａ，７ｂの相互間に所定の曲折部材１５が設けられている。この曲折部材１５は各光源ユニット７ａ，７ｂ…の光軸の方向を可変設定する。また、表面欠陥検査装置１には、被検査物３の曲率を測定する曲率検出手段１７が装備されると共に、この曲率検出手段１７の検出値に基づいて曲折部材１５の曲折動作及び光源ユニット７ａ，７ｂ…の発光動作を制御する主制御部１８も装備されている。以下に詳述する。
【００１１】
［照明手段］
先ず、表面欠陥検査装置１に装備される照明手段７は、図２に示すように、各光源ユニット７ａ，７ｂ…に分割されている。そして、各光源ユニット７ａ，７ｂ…は曲折部材１５で連結されている。また、各光源ユニット７ａ，７ｂ…の相互間の曲折部材１５には所定の駆動モータ１９が係合されている。この駆動モータ１９は、後述するように隣接する各光源ユニット７ａ，７ｂ…の角度を変えるためのものである。具体的には、駆動モータ１９の回転軸（図示略）は隣接する２つの光源ユニットの一方側（例えば７ａ）に固定され、駆動モータ１９の本体は他方の光源ユニット（例えば７ｂ）に固定されている。
【００１２】
各光源ユニット７ａ，７ｂ…は、図３に示すように、複数のＬＥＤ２１と、このＬＥＤ２１を担持する基板２３と、ＬＥＤ２１の前面に配設される拡散板２５により構成されている。本発明の光源ユニット７ａ，７ｂ…は、平面形状が長方形となっており、ＬＥＤ２１は図３（Ａ）に示すように幅方向に５個配列され、図３（Ｂ）に示すように、長さ方向には１２個配列されている。従って、一つの光源ユニット７ａには全体で６０個のＬＥＤ２１が装備されている。尚、基板２３に実装するＬＥＤ２１の個数については一例であり、光源ユニット７ａ，７ｂ…の幅方向及び長さ方向とも、ＬＥＤ２１の数を増減することは可能である。
【００１３】
また、光源ユニット７ａ，７ｂ…の各ＬＥＤ２１には、光度調整手段３３からの電力線３１が接続されている。より詳しくは、光源ユニット７ａ，７ｂ…の長さ方向に配列された１２個のＬＥＤ２１は同一系統の電力線３１で接続され、幅方向に隣接するＬＥＤ同士は異なる系統の電力線に接続されている（図２，図３参照）。従って、本発明の表面欠陥検査装置１では、各光源ユニット７ａ，７ｂ…に５系統の電力線がそれぞれ接続されることになる。このため、各系統毎の発光のオン／オフおよび光度の調節が可能となっている。尚、ＬＥＤ２１の数が増えた場合にはこれに合わせて上記電力線３１の数をを増やす必要がある。
【００１４】
ＬＥＤ２１の前面に配設される拡散板２５は、所定の脚部材２７を介して基板２３に取り付けられている。この拡散板２５は、ＬＥＤ２１が発した光を僅かに拡散させて、被検査物３に均一な検査光５を照射するためのものである。各光源ユニット７ａ，７ｂ…のＬＥＤ２１の光度は、光度調整手段３３によって適切に制御され、各光源ユニット毎に異なる光度の検査光５を被検査物３に照射することができる。尚、図２に示すように、本発明の表面欠陥検査装置１では、光源ユニット７ａ，７ｂ…の数は全体で５組であるが、これは一例であって任意の個数とすることができる。
【００１５】
また、照明手段７の各駆動モータ１９にはそれぞれ角度調整回路３５からの制御線３７が接続されている（図２参照）。この制御線３７は、主制御部１８から駆動モータ１９に対して各光源ユニット７ａ，７ｂ…の相互の角度を変更するための制御信号を送信するものである。各駆動モータ１９は主制御部１８からの制御信号に基づいて、それぞれ独立に制御される。従って、相互に連結された各光源ユニット７ａ，７ｂ…は任意の曲折形状を採ることができる。より詳しくは、後述するように被検査物３の曲率に応じて、各光源ユニット７ａ，７ｂ…はその曲折角度が決定される。
【００１６】
［曲率検出手段］
次に、曲率検出手段１７について説明する。この曲率検出手段１７は被検査物３の表面の曲率を検出するためのものである。具体的には、図４に示すように、同一ライン上に３個のセンサ４１，４２，４３が配列されている。このセンサ４１，４２，４３は、レーザ光を用いた距離計であり、被検査物３の表面にレーザ光を照射して、戻るレーザ光の遅れ時間を計測することによって、被検査物表面までの距離を計測している。尚、センサ４１，４２，４３の数は３個に限定されるものではなく、４個以上であってもよい。
【００１７】
図４（Ｂ）は、当該曲率検出手段１７を用いた被検査物３の曲率計測の原理図を示す図である。上記したように、３個のセンサ４１，４２，４３によって被検査物３の表面までの各距離L1,L2,L3をそれぞれ計測する。得られた値から曲率計測部４４で曲率を計算する。このとき、センサ４１とセンサ４２の間隔をH1、センサ４２とセンサ４３の間隔をH2とすると、この領域の曲率半径Ｒは以下の式より求められる。
【００１８】
R=(M1×M2×M3)/{2×H1×(L3-L2)+2×H2×(L1-L2)}
ここで、
M1={H12+(L1-L2)2}1/2
M2={H22+(L3-L2)2}1/2
M3={(H1+H2)2+(L1-L3)2}1/2
【００１９】
［受光手段］
次に、本実施形態にかかる表面欠陥検査装置１に用いられる受光手段１１について説明する。受光手段１１は被検査物３の表面から反射される反射光９を受光して、画像を形成するものである。具体的に、本実施形態ではＣＣＤカメラが用いられている。受光手段１１は、図１に示すように、検査光５の反射光９が反射する方向に位置決めされている。そして、受光手段１１によって得られた画像情報が欠陥認識部４５に伝達されるようになっている。
【００２０】
［欠陥検査の原理］
図５に、円曲面の正反射特性を示す。ここでは、曲面上の２点ａ，ｂについて説明する。即ち、照明手段７のうちの１つの光源ユニットから検査光５ａが点ａに照射されたとする。この検査光５ａは入射角と同じ反射角で点ａで反射する。
反射光５ｂは受光手段１１側に反射する。また、異なる光源ユニットから点ｂに照射された検査光５ｂは、点ｂで正反射して点ａの場合と同様に受光手段１１側に反射したとする。この時、図５中の各角度θ1，θ2及びθ3 の間には、下記の式で表される関係がある。
【００２１】
θ3＝θ1＋θ2
【００２２】
即ち、上式の条件を満たすように点ａ用の光源ユニットと点ｂ用の光源ユニットをそれぞれ位置決めすれば、各光源ユニットから照射された検査光５ａ，５ｂが正反射して共に受光手段１１側に反射する。このため、受光手段１１では異なる点（ここではａ，ｂ）からの反射光９ａ，９ｂは全て正反射光となる。従って、点ａ及び点ｂで反射した各反射光９ａ，９ｂはいずれも同じ光度の反射光となる。
【００２３】
図６は、被検査物３の曲率がＲ＝１００ｍｍのときの正反射特性を示す具体例である。受光手段（ＣＣＤカメラ）の設置角度θ1 （図５参照）を２０度とする。点ａから点ｆは被検査物３表面の反射面を示す。そして、図中の点線は点ａから点ｆまでの各点に対する光源ユニット（図示略）からの光軸を示す。曲面から１００ｍｍおよび２００ｍｍ離れた位置に、光軸に対して直交する直線（以下「照明面」という）４７ａ，４７ｂ…を引いた。ｃ点に対する光軸における照明面４７ｃの延長線を一点鎖線で示す。
【００２４】
平面状の照明手段で曲面を照明しようとする場合、一点鎖線４９上に照明手段を置くとすると、点ａまたは点ｆでは、各光軸と各照明面４７ａ，４７ｆの角度が点ｃに対する照明面４７ｃの場合と比べて狭くなってしまい、均一な照明が得られないという欠点がある。即ち、即ち、各光源ユニットから出力される最も光度の高い検査光は、一点鎖線と直交する方向となる。ここで、点ｃに対する光軸と一点鎖線とは略直交しているため、高光度の検査光が点ｃに照射される。一方、点ａ用の検査光５ａの光軸と一点鎖線とは直交していない。このため、点ａに照射される検査光５ａの光度は、点ｃに比較して低下してしまう。
【００２５】
一方、図６に示すように、各光源ユニットの照明面４７ａ，４７ｂ…を、被検査物への検査光５ａ，５ｂ…の光軸と直交させると、いずれの光源ユニットからの検査光５ａ，５ｂ…も高光度のものとなる。即ち、本発明において使用する照明手段７では、各点ａ，ｂ…への検査光５ａ，５ｂ…の光軸と各照明面４７ａ，４７ｂとが直交するように、各光源ユニットの角度を調整することによって、常に光度の均一な検査光５ａ，５ｂ…を照射することができ、同様に光度の均一な反射光９ａ，９ｂ…を受光手段１１で得ることができる。
【００２６】
ここで、各光源ユニット間相互の角度の求め方について概説する。図５に示すように、曲面上の各点の光軸の角度は下記の数式で求まる。
【００２７】
θ3＝θ1＋θ2
【００２８】
このことから、図６において、点ｃと点ｄに対する光軸５ｃ，５ｄの角度差は、以下の式によって求めることができる。
【００２９】
θ3d−θ3c＝θ1＋θ2d−θ1−θ2c
よって、
θ3d−θ3c＝θ2d−θ2c
θ3d−θ3c＝（ｘd-c）／ｒ    ［ｒ：被検査物の曲率半径］
ここで、ｘd-c は、曲面上の点ｃと点ｄの相互間距離であり、予め所定値に設定されている。具体的には、表面欠陥検査をしたい領域の全長をｘf-a とし、使用する光源ユニットの数を５個とすると、以下の式で求められる。
【００３０】
ｘd-c＝（ｘf-a）／５
【００３１】
以上のことから、照明手段の各光源ユニット間の角度は、計測したｒの値から求めることができ、各光源ユニットの最適な角度を制御することができる。
【００３２】
以上の照明装置で検査光を照射して、被検査物３の表面に欠陥が存在すると、欠陥の部分が黒くなる。これは、欠陥の凹凸によって検査光は正反射しないからである。特に、本発明の照明手段７では、各部に照射される検査光５ａ，５ｂ…の光度が均一であるので、精度良く広い範囲の表面欠陥検査を行うことができる。
【００３３】
図７は、具体的に光源ユニット７ａ，７ｂを用いて検査光５を照射している状態を説明する図である。尚、図７では説明の便宜上２個の光源ユニット７ａ，７ｂを用いた場合を説明する。そして、それぞれの光源ユニット７ａ，７ｂの各ＬＥＤ２１の系統に、Line１〜Line１０と番号を付ける。ここで例えば、Line２のＬＥＤの光によって曲面上の欠陥を検出しようとする場合、他のLineのＬＥＤもすべて点灯していると、Line７やLine８などのＬＥＤの拡散光によって、Line２による検出が妨げられてしまうという欠点がある。即ち、Line７は本来点ｂを照射するためのものであるが、Line７から照射される検査光の一部が点ａにも照射されて、実際に点ａに照射される光の光度が高まってしまうからである。これは、従来提案されている平面の照明手段を使用した場合でも同様である。
【００３４】
そこで、この問題を解決するために、Line２を点灯している間は他のLineはすべてオフにすることによって、周囲の光の影響を除去しする。これは、光源としてＬＥＤを用いることによる効果である。ＬＥＤは他の光源よりも高速にオン／オフの制御ができる、という特性を利用している。尚、実際に表面欠陥の検査を行う場合には、順次隣接するLineを発光させて順に異なる領域の表面欠陥検査を行うが、被検査物３の形状によっては、例えばLine１を発光させた後Line２の発光をせずにLine３を発光させたり、或いはLine２及びLine３を発光させずにLine４を発光させるようにしてもよい。
【００３５】
［表面欠陥検査行程］
次に、本発明の表面欠陥検査装置の方法について、図１に基づいて説明する。
先ず、曲率検出手段１７で被検査物３の表面の曲率を検出する（図３参照）。そして、検出された曲率に基づいて、照明制御部３４で照明手段７の各光源ユニット７ａ，７ｂ…の被検査物の表面に対する検査光５の光軸角度、光度が調整される。調整された検査光５を被検査物３の表面に照射する。被検査物３の表面で反射された反射光９を受光手段１１としてのＣＣＤカメラで撮像して画像を得る。
そして、得られた画像に基づいて、表面欠陥の有無を判定する。
【００３６】
図８に画像の取り込み方法を示す。照明手段７の光源ユニット７ａ，７ｂ…を各Lineごとに順次点灯させ、そのときの画像を上記したようにＣＣＤカメラで撮り、欠陥認識部４５のメモリに取り込む。取り込んだ画像は、Ｍ×Ｎドットの二次元画像で、１ドットあたり２N 階調の濃度値で表される。例えば、Ｎ＝８ならば２５６階調（０〜２５５）となる。ここで、一般的に０が黒で２５５が白である。図９は、被検査物の３箇所の欠陥検査をした場合を示している。
【００３７】
１Lineの画像を取り込み欠陥認識を行ったら、次のLineを点灯させ、画像の取り込みと欠陥認識を行う。以下、順次繰り返す。図９は欠陥の判定のフローチャートを示す。即ち、画像を取り込んだ後（ステップＳ１）に認識ブロックの描出を行う（ステップＳ２）。この認識ブロックの抽出は、１LineのＬＥＤによって検査光が照射され、白くなっている部分のみを認識対象とし、それ以外は認識対象外とする。そして、以下の処理は認識対象部分だけについて行う。
【００３８】
認識ブロックの描出をした後には、ある濃度値を閾値として閾値未満の画素を０（黒）、閾値以上の画素を２５５（白）とする二値化処理を行う（ステップＳ３）。閾値の決定は、画像処理の手法で一般的に用いられている、モード法、Ｐ−タイル法、判別分析法などを用いる。二値化処理の後には、ラベリング処理を行う（ステップＳ４）。ラベリング処理では、濃度値が０の画素が連結している部分を一つの固まりとして、その面積（固まりの画素数）を計算する。
【００３９】
次に、ラベリング処理の結果得られた黒の画素の固まりのうち、面積がある所定値以上のものを、欠陥として描出する（ステップＳ５）。これは、通常被検査物３の表面の欠陥は、僅かな凹凸が形成されており、欠陥に照射された検査光５は正反射せず、異なる方向に反射し、受光手段１１によって反射光９を捉えることができず、欠陥領域が黒くなるからである。図１０は、認識時の原画像（図１０（Ａ））と二値化処理後の画像例（図１０（Ｂ））をそれぞれ示す。尚、図１０は、被検査物３の検査範囲内に２個の欠陥が検出された場合を示している。
【００４０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の表面欠陥検査装置では、曲面状の被検査物の表面に所定のパターンの検査光を照射する照明手段と、被検査物からの反射光を受光する受光手段とを備え、光源として少なくとも２組の光源ユニットを装備すると共に、これら各光源ユニットの相互間を所定の曲折部材を介して連結した。これにより、被検査物の表面に対して任意の角度で検査光を照射することができ、異なる検査面についても、均一な光度の正反射光を得ることができ、被検査物の曲面部分においても、欠陥の認識が可能となり、またその認識の精度を向上させることができる、という優れた効果を生じる。即ち、各領域の反射光による画像の光度は均一であるので、画像処理する場合にも作業が簡略化される。更には、照明手段を一度位置決めすることにより、広い範囲の欠陥の検査を連続的に行うことができる、という優れた効果を生じる。
【００４１】
また、本発明では、表面欠陥検査装置に被検査物の曲率を測定する曲率検出手段を装備すると共に、この曲率検出手段の検出値に基づいて曲折部材の曲折動作及び光源ユニットの発光動作を制御する主制御部を装備した。このため、被検査物の表面の曲率に応じた適切な光源ユニットの光軸方向を求めることができ、欠陥検査の効率化及び迅速化を高めることができる、という優れた効果を生じる。
【００４２】
また、本発明の表面欠陥検査装置の主制御部は、各光源ユニットの光度を調節する光度調整機能を有している。このため、照明手段から被検査物の各検査領域までの距離や表面の曲率に対応して、最適な光源ユニットの光度を調整することができる、という優れた効果を生じる。
【００４３】
更に、曲折部材に所定の駆動モータを装備したので、自動で各光源ユニットの角度を調整することができ、表面欠陥検査ラインの自動化を促進させることができる、という優れた効果を生じる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態を示す概略構成図である。
【図２】図１に開示した表面欠陥検査装置に使用される照明手段を示す斜視図である。
【図３】図２に開示した照明手段の詳細図であり、図３（Ａ）は照明手段の正面図を示し、図３（Ｂ）は側面図を示す。
【図４】図１に開示した表面欠陥検査装置に使用される曲率検出手段を示す図であり、図４（Ａ）は斜視図を示し、図４（Ｂ）は正面図を示す。
【図５】検査光の正反射特性を示す説明図である。
【図６】検査光の光軸と反射光との関係を説明する図である。
【図７】実際の欠陥検査時の検査光の照射方法を説明する図である。
【図８】図１に開示した受光手段によって取り込まれた画像を示す図であり、図８（Ａ）は被検査物の左方に検査光を照射している場合であり、図８（Ｂ）は被検査物の中央に検査光を照射している場合であり、図８（Ｃ）は被検査物の右方に検査光を照射している場合を示す。
【図９】欠陥検査のフローチャートを示す。
【図１０】欠陥検査の画像を示す図であり、図１０（Ａ）は原画像を示し、図１０（Ｂ）は二値化処理後の画像を示す。
【符号の説明】
１  表面欠陥検査装置
３  被検査物
５  検査光
７  照明手段
７ａ，７ｂ，７ｃ，７ｄ，７ｅ  光源ユニット
９  反射光
１１  受光手段
１５  曲折部材
１７  曲率検出手段
１８  主制御部
【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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