(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
面発光体と、その前方位置を向くように面発光体に並置されたイメージセンサとを備えた撮像装置と、面発光体の照射光の塗面での正反射光がイメージセンサに入射するように、車両外面の車両塗面に対する撮像装置の三次元位置及び姿勢を制御しつつ車両塗面を走査する塗面走査装置と、面発光体で光照射された車両塗面を撮像するイメージセンサから出力された画像信号をメモリに格納し、所定の画像処理範囲にわたり読出し走査することにより読み出された画像信号の信号レベルが低下するのを検出して車両塗面に生じている微小欠陥を自動的に検知する画像処理装置とを備えた車両塗面の微小欠陥検査装置において、
画像処理装置が、画像処理範囲を一方向に順に直交方向へシフトしつつ読出し走査することにより、画像信号の信号レベルが所定レベルを上回って低下する画像信号領域のエッヂを微分処理により検出するエッヂ検出手段と、エッヂから一方向に標準的な微小欠陥の画像信号の幅に相当する程度の画素数分だけ膨張処理をした２値化の膨張画像信号を作成する膨張画像作成手段と、前記画像処理範囲を前記一方向の正反対方向に順に直交方向へシフトしつつ読出し走査することにより、画像信号の信号レベルが前記所定レベルを上回って低下する画像信号領域のエッヂを微分処理により検出するエッヂ検出手段と、前記正反対方向のエッヂから前記正反対方向に標準的な微小欠陥の画像信号の幅に相当する程度の画素数分だけ膨張処理をした２値化の膨張画像信号を作成する膨張画像作成手段と、同一読み出し走査ラインの前記一方向及び前記正反対方向の前記膨張画像信号の時間軸を揃えた論理積信号を作成する論理積手段と、前記論理積信号をラベリング処理し、画像信号中の微小欠陥候補となる画像信号の車両塗面上の位置を設定するラベリング手段と、ラベリングされた画像信号のうち信号領域の面形状の大きさが所定の大きさを下回る画像信号を抽出する形状判断手段と、この形状判断手段で抽出された画像信号について信号領域の周辺部と中央部との信号レベルの差が所定値よりも大きな画像信号を抽出するレベル差判断手段とを備えたことを特徴とする車両塗面の微小欠陥検査装置。
【請求項２】
画像処理範囲について想定される最大微小欠陥数を上回る個数の論理積信号がラベリング処理されたか否かを判断するラベル数判定手段を備えたことを特徴とする請求項１記載の車両塗面の微小欠陥検査装置。
【請求項３】
面発光体が、直管形蛍光灯の前方に配置され、かつこの直管形蛍光灯に沿った縦長のスリットと、このスリットの前方に配置され、かつ前記直管形蛍光灯の横幅よりも広い横幅を有し、前記スリットを通して入射する照射光を前記横幅方向の拡散が抑制された平行光に変換する縦長のフレネルレンズとを有することを特徴とする請求項１又は請求項２記載の車両塗面の微小欠陥検査装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、面発光体及びその前方位置を向くように配向されたイメージセンサを備えた撮像装置と、面発光体の照射光の塗面での正反射光がイメージセンサに入射するように、塗面に対する前記撮像装置の三次元位置及び姿勢を制御しつつ塗面を走査する塗面走査装置と、面発光体で光照射された車両塗面をイメージセンサで撮像して、イメージセンサから出力される画像信号レベルが低下するのを検出して車両塗面に生じている微小欠陥を自動的に検知する画像処理装置とを備えた車両塗面の微小欠陥検査装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
この種の車両塗面の微小欠陥検査装置によれば、レーザ光によらずに面発光体の拡散光を利用する簡単な構成の光学系により、反射角の緩やかな肌荒れ、所謂ゆずに対しては反射光レベルを低下させることなく、反射角の急変化による反射光レベルの低下を基にゴミに起因するブツ、傷等の凹凸状の微小欠陥を画像処理により検出することができる。
【０００３】
しかしながら、塗装面の光照射範囲を広く映し込み部分にすると、その側方領域ではゆず肌も検知されるようになり、また光照射範囲の境界部分が画像処理範囲に含まれると、ゆず肌が誤検知され易くなるだけでなく、画像処理自体も難しくなる。
【０００４】
したがって、このような塗面検査方法においては、画像処理範囲の周辺領域をマスク画面処理を行うのが通常であり、さらに車両ボデーの加工により穴或いは突出部が在る場合にも、予めのマスク画面処理により画像処理対象外としている。
【０００５】
本発明は、このような点に鑑みて、画像信号処理面に対してマスク処理を行うことなく画像処理を行って微小欠陥を検知し得る車両塗面の微小欠陥検査装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、この目的を達成するために、請求項１により、面発光体と、その前方位置を向くように面発光体に並置されたイメージセンサとを備えた撮像装置と、面発光体の照射光の塗面での正反射光がイメージセンサに入射するように、車両外面の車両塗面に対する撮像装置の三次元位置及び姿勢を制御しつつ車両塗面を走査する塗面走査装置と、面発光体で光照射された車両塗面を撮像するイメージセンサから出力された画像信号をメモリに格納し、所定の画像処理範囲にわたり読出し走査することにより読み出された画像信号の信号レベルが低下するのを検出して車両塗面に生じている微小欠陥を自動的に検知する画像処理装置とを備えた車両塗面の微小欠陥検査装置において、画像処理装置が、画像処理範囲を一方向に順に直交方向へシフトしつつ読出し走査することにより、画像信号の信号レベルが所定レベルを上回って低下する画像信号領域のエッヂを微分処理により検出するエッヂ検出手段と、エッヂから一方向に標準的な微小欠陥の画像信号の幅に相当する程度の画素数分だけ膨張処理をした２値化の膨張画像信号を作成する膨張画像作成手段と、画像処理範囲を一方向の正反対方向に順に直交方向へシフトしつつ読出し走査することにより、画像信号の信号レベルが所定レベルを上回って低下する画像信号領域のエッヂを微分処理により検出するエッヂ検出手段と、正反対方向のエッヂから正反対方向に標準的な微小欠陥の画像信号の幅に相当する程度の画素数分だけ膨張処理をした２値化の膨張画像信号を作成する膨張画像作成手段と、同一読み出し走査ラインの一方向及び正反対方向の膨張画像信号の時間軸を揃えた論理積信号を作成する論理積手段と、論理積信号をラベリング処理し、画像信号中の微小欠陥候補となる画像信号の車両塗面上の位置を設定するラベリング手段と、ラベリングされた画像信号のうち信号領域の面形状の大きさが所定の大きさを下回る画像信号を抽出する形状判断手段と、この形状判断手段で抽出された画像信号について信号領域の周辺部と中央部との信号レベルの差が所定値よりも大きな画像信号を抽出するレベル差判断手段とを備えたことを特徴とする。
【０００７】
論理積処理により、微小欠陥でない幅の広い変化画像信号は、処理対象から排除される。同様に、画像処理範囲に照射光の明暗境界部分が含まれる場合、その不安定な変化画像信号も幅広により処理対象から排除される。排除された残りのラベリングされている微小欠陥候補となる画像信号について、車両塗面の構造等に起因している可能性のある大きな信号領域形状を伴う画像信号及びゆず肌である可能性のある信号領域の周辺部と中央部との信号レベルの差が所定値よりも小さな画像信号もさらに排除されて、残りのラベリングされている画像信号の車両塗面上の位置が、微小欠陥として検知される。
【０００８】
【発明の実施の形態】
図１乃至図９を基に本発明の実施の形態による車両用塗面検査装置を説明する。図８に示すように、車両１の搬送路の両側にロボット３９、３９ａが配置され、それぞれのロボットアーム９、９ａの先端部に取付けられた基部２９には、面発光体１０及びイメージセンサとしてのＣＣＤカメラ２１よりなる撮像装置２０が取付けられている。ロボット３９、３９ａは、撮像装置２０を順にシフトさせるように車両外板の車両塗面上を走査し、かつ各走査位置での撮像装置２０の塗面に対面する３次元位置及び３軸方向の角度を任意に制御可能になっている。
【０００９】
撮像装置２０は、図６に示すように、直管形蛍光灯１１、その前方に配置され、かつ直管形蛍光灯１１の照射光の横幅を制限する縦長のスリットを有するスリット板１２及びその前方に配置されてスリットを通して入射する照射光を直管形蛍光灯１１の横幅方向に拡散させないように平行光に変換する縦長のフレネルレンズ１３を有して、遮光板１６で包囲された面発光体１０（図７参照）と、この面発光体の縦幅方向の中間位置で横幅方向に間隔を置いた位置で、面発光体１０の所定の前方位置の照明領域を撮像するように配向されたＣＣＤカメラ２１とが共通の基部２９に取付けられて構成されている。
【００１０】
撮像装置２０には、ＣＣＤカメラ２１から出力される画像信号レベルがブツに起因して通常の高い信号レベルから低下するのを検出する画像処理装置３０が付属している。各ロボット３９、３９ａは、それぞれの分担する車両１の両側の側面及び上面の半分の走査領域について、搬送速度よりも走査速度が大巾に速いことを前提に、図９に示すように、ロボット３９、３９ａを双方が干渉しないように半分をさらに分割した走査領域について前後方向へ車幅方向に僅かづつシフトして折返しながら連続的に移動させ、その途中で逐次画像処理範囲Ｓに対応する塗面領域に距離を置いて所定の姿勢で対面するように、３次元位置及び３軸方向の角度を制御するティーチングが行われている。逆に、車両１の幅の狭い後部は、折返しながら車幅方向に連続的に移動させる。
【００１１】
面発光体１０のスリットの開口幅は、直管形蛍光灯１１の直前に位置してその横幅と同程度もしくは狭い例えば５ｍｍで、縦長は直管形蛍光灯１１の長さに対応している。フレネルレンズ１３はその焦点距離に対応してスリットの例えば１５ｃｍ程度前方に位置して、横幅は直管形蛍光灯１１の横幅よりも広い約５ｃｍに設定され、対応した縦長を有する。ＣＣＤカメラ２１はフレネルレンズ１３の例えば５０ｃｍの前方位置の塗面での照射領域よりも充分広い横幅で、２００ｍｍ程度の縦幅の範囲の正反射光が入射するように配向されている。即ち、面発光体１０の縦横の中心位置を通る中心光軸Ａ１と、ＣＣＤカメラ２１の中心光軸Ａ２とがそれぞれの例えば前方５０ｃｍで交差するように設定されている。
【００１２】
画像処理装置３０は、例えばパソコンを利用して構成され、図１に示すように、所定の走査位置に停止したＣＣＤカメラ２１の映し込み部分（図３Ａ参照）の画像信号を逐次更新しつつメモリに格納して処理を行う。この画像処理装置は、その両側に光照射の境界部分を含んだ縦長領域Ｑを４分割した画像処理範囲Ｓの画像信号を例えば直管形蛍光灯１１の横幅方向Ｘに沿った一方向に順にその直交方向の縦方向Ｙへシフトしつつ読出し走査して、信号レベルが所定のレベルを上回って低下する変化画像領域のエッヂを微分処理により検出するエッヂ検出手段３１と、エッヂ画素について一方向に標準的な微小欠陥に相当する５画素数分よりも僅かに広く、例えば７画素だけ膨張させた２値化の膨張画像信号を作成する膨張画像作成手段３２と、正反対方向の横幅方向Ｘに画像信号を順に縦方向Ｙへシフトしつつ読出し走査して、信号レベルが所定のレベルを上回って低下する画像領域のエッヂを微分処理により検出するエッヂ検出手段３１ａと、そのエッヂ画素について正反対方向に同様な膨張画像信号を作成する膨張画像作成手段３２ａと、同一読み出し走査ラインの一方向及び正反対方向の膨張画像信号の時間軸を揃えた論理積信号を作成する論理積手段３３と、論理積信号をラベリング処理し、画像信号中の微小欠陥候補となる画像信号の車両塗面上の位置を設定するラベリング手段３４と、微小欠陥候補となる画像信号のうち信号領域の面形状の大きさが所定の大きさを下回ることにより微小欠陥と想定される大きさの画像信号を抽出する形状判断手段３５と、形状判断手段で抽出された画像信号についてこの画像信号領域の周辺部と中央部の信号レベルの積算値の差が所定値よりも大きな画像信号を抽出するレベル差判断手段３６と、画像処理範囲Ｓについて通常想定される最大微小欠陥数を上回る、例えば５個以上のラベル数に達した場合に、その画像処理範囲Ｓの車両塗面上の位置を設定するラベリングを行うラベル数判定手段３７とを備えている。
【００１３】
形状判断手段３５は、ラベリングされた実際の画像信号の信号領域の横幅方向（走査方向）及びその直交方向（縦幅方向）の最大幅、即ち最大画素数が所定の幅（数）を下回るか否かを判断する。塗面の加工構造等に起因して信号領域の面積が大きい画像信号、或いは縦横幅の一方が長過ぎる筋状の画像信号は微小欠陥候補から排除する。これにより、０．５ｍｍの幅もしくはこの数倍程度の微小欠陥の画像信号を抽出する。また、雑音とみなされる縦横幅が共に極端に小さな画像信号も排除する。
【００１４】
レベル差判断手段３６は、形状判断手段３５で抽出された微小欠陥である可能性のある大きさの画像信号について、図２に示すように、横幅方向Ｘの中央１／３領域及び縦幅方向Ｙの中央１／３領域が重なる中央領域のドットで示す９個の画素の信号レベルの積算値が、残りの周辺部における積算値に対して所定値以上であるか否か画素当りの平均信号レベル値として判断して、下回る場合は微小欠陥候補から排除する。即ち、特に画像処理範囲Ｓの横幅方向Ｘの周辺領域Ｐ（図３参照）で検出される可能性のある傾斜が緩やかな画像信号は、ゆず肌と判断して排除する。このレベル差判断手段は、処理の複雑さを甘受するならば、双方の領域の面積をさらに高精度に算出したり、互いの比を基にする等種々の方法が考えられる。
【００１５】
図４及び図５を基に画像処理装置３０の動作を画像信号の具体例を基に説明する。図４Ａに示すように、画像処理範囲Ｓの横幅方向Ｘの読み出し走査による画像信号について微小欠陥の画像信号が検出されたとする（図４Ａ及び図５Ａで微小欠陥のパルス幅は拡大して図示してある）。横幅方向Ｘの図で見て右方向へ信号レベルの低下を走査することにより、微小欠陥によるパルス状の変化画像領域Ａの立下りの画素位置であるエッヂデータＤ及び光照射領域Ｂが立ち下がるエッヂデータＥを作成する。次いで、これらのエッヂの画素から７画素分だけ右方向へ膨張処理を行って２値化された点線で示す膨張画像信号を作成する（図４Ｂ及び図５Ｂ）。
【００１６】
同様に同一読み出し走査ラインを右から左へ走査し、変化画像領域ａ、Ｃのレベル低下のエッヂデータＦ、Ｇの膨張画像信号を作成する（図４Ｃ及び図５Ｃ）。続いて、これらの双方向の膨張画像信号を時間軸を揃えて論理積処理を行うことにより、論理積信号Ｈを作成する（図４Ｄ及び図５Ｄ）。この論理積信号を微小欠陥候補としてラベリング処理し、車両外板上の位置を特定して格納しておく。
【００１７】
ラベリングされた微小欠陥候補となる画像信号の信号領域面の大きさ、即ち画素数の多少で判断して所定の大きさよりも小さい画像信号が、微小欠陥候補として残される。この大きさ判断により、例えばボデー面の加工によるライン状の隆起もしくは凹部に起因する画像信号は排除される。尚、ボデー面の加工により生じる微小欠陥よりも幅広いパルスは、論理積処理の段階で排除される。
【００１８】
さらに、処理領域の照明の境界領域で、ラベリングされた微小欠陥候補の画像信号が、図３Ｂに示すように、実線の微小欠陥に対して点線で示す頂部の変化が緩やかな場合、信号レベルの中央領域の積算値の画素当たりの平均値が両側の積算値の画素当たりの平均値に対する差が小さくなるためにゆず肌と判断して排除する。
【００１９】
全塗面の検査終了後、微小欠陥データをラベリングに従い画面に表示させたり或はプリントアウトでき、目視による確認のために車両塗面の微小欠陥位置が指示される。その際、車両外板に、例えばウオッシャノズル孔が在り、連続する長い１個の画像信号としてラベリングされることなく、不連続に検出されて通常考えられる微小欠陥の最大数を越えて多数のラベルが発生された場合、その画像処理範囲Ｓの車両外板上の位置が別の方法で指示される。このような塗面領域については、目視により微小欠陥の有無を検査する。
【００２０】
【発明の効果】
請求項１の発明によれば、光照射部分の境界領域或いは特異な塗面構造部分に対してマスク画像処理を行うことなく、車両塗面の微小欠陥がゆず肌を誤認せずに効率良く検査できる。その際、請求項２によれば、車両塗面上の特異な構造に起因して通常想定される最大微小欠陥数を上回るラベリングが行われた場合、マスキング処理を行わなくても、自動検査の対象外である旨が指示されて目視検査が促される。請求項３によれば、画像処理範囲を平行光線で広く照射できるために、中央領域の検出精度を向上させると共に、処理範囲を広げて検査効率を一層高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態による車両塗面の微小欠陥検査装置の画像処理装置の構成を示す図である。
【図２】同画像処理装置のレベル差判断の処理動作を説明する図である。
【図３】同画像処理装置の画像信号の読出し及びレベル差判断の処理画像を説明する図である。
【図４】同画像処理装置の微小欠陥候補の検出動作を説明する図である。
【図５】同画像処理装置の同微小欠陥候補の検出動作を画像領域を基に説明する図である。
【図６】同微小欠陥検査装置の撮像装置を説明する図である。
【図７】同撮像装置の面発光体の光照射状態を説明する図である。
【図８】同微小欠陥検査装置の全体構成を説明する図である。
【図９】同微小欠陥検査装置の塗面走査状態を説明する図である。
【符号の説明】
１  車両
１０  面発光体
１１  直管形蛍光灯
１２  スリット板
１３  フレネルレンズ
２０  撮像装置
２１  ＣＣＤカメラ
３９、３９ａ  ロボット
【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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