(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ライン上を流れるワーク上の所定領域を撮像して得られた画像情報を処理する画像処理装置とともに用いられるものであって、
前記所定領域に対し、撮像方向と略同一方向から照射立体角度を変更可能に光を照射する光照射部と、
撮像方向からみた前記所定領域の明度を検出する光状態検出部と、
前記光照射部を制御して、撮像方向からみた前記所定領域の全部の明度が略最高又は略最低となるように光の照射立体角度を設定する光照射条件制御部と、を備え、
前記光照射部が、面上に敷設した多数の発光要素を備えたものであり、
前記光照射条件制御部が、それら発光要素のうちの一部を選択的に点灯して光の照射立体角度を設定するものである画像処理用光照射装置。
【請求項２】
前記発光要素が、ＬＥＤ又はＬＥＤに基端部を接続された光ファイバの先端部である請求項１記載の画像処理用光照射装置。
【請求項３】
ライン上を流れるワーク上の所定領域を撮像する撮像装置及びその撮像装置で得られた画像情報を処理する画像処理装置を用いた画像処理システムに用いられるものであって、
前記所定領域に対し、撮像方向と略同一方向から照射立体角度を変更可能に光を照射する光照射部を利用してなり、
撮像方向からみた前記所定領域の全部における明度を検出する光照射状態検出ステップと、
前記画像処理に先立って前記光照射部を制御して、前記明度が略最高又は略最低となるように光の照射立体角度を設定する光照射条件設定ステップと、を備え、
前記光照射部が、面上に敷設した多数の発光要素を備えたものであり、
前記光照射条件設定ステップにおいて、それら発光要素のうちの一部を選択的に点灯して光の照射立体角度を設定するものである画像処理用光照射方法。
【請求項４】
前記光照射条件設定ステップにおいて、画像処理が行われる都度、前記明度が略最高又は略最低となるように光の照射立体角度を設定するようにしている請求項３記載の画像処理用光照射方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、製品の表面検査やマーク検出等に好適に用いられる画像処理用光照射装置等に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、製品等（ワーク）の傷検査やマーク検出、記号読み取り等を自動で行う場合、ワークをＣＣＤカメラ等の撮像装置で撮像して画像データを得るとともに、画像処理装置によって前記画像データを２値化（白黒化）するといった画像処理を加え、前記傷や記号を自動で判別するようにしている。そしてその際には、その画像処理目的に応じた光を前記ワークに照射するようにしている。
【０００３】
その一例として、周囲からローアングルで指向性の強い光（以下ローアングル光）を照射し、傷等の欠陥を検出できるようにしたものが知られている（特許文献１図３等）。このような照明によれば、表面が鏡面状をなすものの場合、その表面に対し垂直方向（撮像方向）から観測すると、欠陥のある部分でのみ光が散乱し、その部分のみが光って見えることとなるため、欠陥を検出することができる。
【０００４】
その他にも、例えばワークの略直上から、すなわち撮像方向と略同一方向から平行光又は極めて平行に近い光（以下同軸平行光という）を照射し、マークの検出や記号読み取りを円滑に行えるようにしたものや、照射光の色を変えてワーク表面に記載された特定色の印字のみを浮立たせ読み取れるようにしたもの等が知られている。
【特許文献１】特開平１０−２１７２９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで従来は、この種の光照射において、ワークの明るさや光照射角度等の光照射条件に係る設定を、導入初期時やメンテナンス時やワーク機種変更時、不具合発生時等にのみ、例えば画像処理結果を利用して試行錯誤的に手動で行っているのが実情である。そして、ランニング中における動的かつ自動的な光照射条件制御は、光源の光量を一定に保つＦＢ制御がなされている程度で、現実的には行われていないといっても過言ではない。
【０００６】
しかしながら、例えば図９に示す金属鍛造品のように、表面に細かい筋状の目が一様に入ったワークの検査を行う場合、ローアングル光の照射方向によっては、その目で光が散乱したり、あるいは陰になったりして表面検査やマーク読み取りが行えないことが生じ得る。
【０００７】
もちろん、単品のワークであれば、オペレータが画像処理結果を参照しつつ、ワークの設置位置や光の照射方向を試行錯誤的に適宣設定することで、表面検査やマーク読み取りを行うことも可能ではある。また、例えば文字読取装置においては、画像処理の結果、文字が切り出せなかったり、読みとれなかったりした場合に照射角度を適当に変えて再トライするものも知られている。しかし、そのように試行錯誤的に行われた設定が最適であるという保証は得られない。
【０００８】
さらに、例えばこのようなワークがライン上を搬送されてきて順次連続的に検査する必要がある場合には、上述した方法では時間がかかりすぎ、全く対処できない。よしんば、画像処理の結果を自動判断して光照射条件の設定を自動調整するような構成にしたとしても、その自動調整処理を含めた画像処理にやはり相当の時間（数十ｍｓｅｃ）がかかると考えられるため、迅速な検査ができなくなる。
【０００９】
そこで本発明は、画像処理装置側で画像処理のための種々の補正を行うのではなく、光照射装置側で、画像処理に最適な画像を得られるように、ワークでの光照射状態、すなわちワークからの反射光の態様を参照しつつ、光の照射態様を動的かつ自動的に生成するようにした、いわばインテリジェント光照射装置とでも言うべき画像処理用光照射装置を提供し、上述した不具合を解決すべく図ったものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
すなわち本発明にかかる画像処理用光照射装置は、ライン上を流れるワーク上の所定領域を撮像して得られた画像情報を処理する画像処理装置とともに用いられるものであって、前記所定領域に対し、撮像方向と略同一方向から照射立体角度を変更可能に光を照射する光照射部と、撮像方向からみた前記所定領域の明度を検出する光状態検出部と、前記光照射部を制御して、撮像方向からみた前記所定領域の全部の明度が略最高又は略最低となるように光の照射立体角度を設定する光照射条件制御部と、を備え、前記光照射部が、面上に敷設した多数の発光要素を備えたものであり、前記光照射条件制御部が、それら発光要素のうちの一部を選択的に点灯して光の照射立体角度を設定するものであることを特徴とする。
【００１１】
このようなものであれば、光照射装置側で、画像処理目的に最適な光照射条件を作り出すことが可能であるため、画像処理装置側での補正等の負荷が大幅に軽減される。しかもその光照射条件は、画像処理に先だってその都度設定可能であるため、例えばライン上を流れてくるワークを次々検査する場合などでも、ワーク毎に検査等のうえで最適な画像を得ることができる。また、画像処理に比べると、光照射状態の検出や光照射条件の設定にはそれほど複雑な処理を必要とせず、画像処理時間の１／１０〜１／１００オーダーの時間で済むため、その処理時間がボトルネックとなって迅速な検査等に支障を来すこともない。特に、ライン上のワークが傾斜していたとしても、それに対応して光の照射角度を変え、欠陥検出やマーク検出を好適に行うことができる。
【００１２】
また、前記光照射部が、面上に敷設した多数の発光要素を備えたものであり、前記光照射条件制御部が、それら発光要素のうちの一部を選択的に点灯して光の照射立体角度を設定するものであるので、機械的な動作機構を極力少なくし、簡単な構成で前記照射立体角度の変更を可能にすることができる。
【００１３】
発光要素の具体的な実施の態様としては、前記発光要素が、ＬＥＤ又はＬＥＤに基端部を接続された光ファイバの先端部であることが望ましい。
【００１４】
また、本発明に係る画像処理用光照射方法は、ワーク上の所定領域を撮像する撮像装置及びその撮像装置で得られた画像情報を処理する画像処理装置を用いた画像処理システムに用いられるものであって、前記所定領域に対し、撮像方向と略同一方向から照射立体角度を変更可能に光を照射する光照射部を利用してなり、撮像方向からみた前記所定領域の全部における明度を検出する光照射状態検出ステップと、前記画像処理に先立って前記光照射部を制御して、前記明度が略最高又は略最低となるように光の照射立体角度を自動的に設定する光照射条件設定ステップと、を備え、前記光照射部が、面上に敷設した多数の発光要素を備えたものであり、前記光照射条件設定ステップにおいて、それら発光要素のうちの一部を選択的に点灯して光の照射立体角度を設定するものであることを特徴とする。
【００１５】
例えば、前記光照射条件設定ステップにおいて、画像処理が行われる都度、前記明度が略最高又は略最低となるように光の照射立体角度を設定するようにしていることが望ましい。
【発明の効果】
【００１６】
このように本発明によれば、光照射装置側で、画像処理目的に最適な光照射条件を作り出すことが可能であるため、画像処理装置側での補正等の負荷が大幅に軽減される。しかもその光照射条件は、画像処理に先だってその都度設定されるため、例えばライン上を流れてくるワークを次々検査する場合などでも、ワーク毎に検査等のうえで最適な画像を得ることができる。また、画像処理に比べると、光照射状態の検出や光照射条件の設定にはそれほど複雑な処理を必要とせず、画像処理時間の１／１０〜１／１００オーダーの時間で済むため、その処理時間がボトルネックとなって迅速な検査等に支障を来すこともない。特に、ライン上のワークが傾斜していたとしても、それに対応して光の照射角度を変え、欠陥検出やマーク検出を好適に行うことができる。さらに、機械的な動作機構を極力少なくし、簡単な構成で前記照射立体角度の変更を可能にすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下に本発明の一実施形態について図面を参照して説明する。
【００１８】
本実施形態に係る画像処理用光照射装置Ａ４は、図１に示すように、表面が鏡面状をなすワークＷを保持するワーク保持部Ａ１、ワークＷの表面の所定領域をその対向方向から撮像し画像データとして出力する撮像装置たるＣＣＤカメラＡ２、及び前記画像データを取り込むとともにそれに２値化処理等を施し前記ワークＷの表面に彫り込まれたマーク等を自動検出する画像処理装置Ａ３とともに用いられて表面検査システムを構成するものであり、ワーク保持部Ａ１での設置誤差等から、ワークＷに若干の傾斜が生じている場合に大きな効果を奏し得る。
【００１９】
このシステムの基本的な作用をまず述べておくと、鏡面状をなすワーク表面に略正対する角度で略平行光Ｌ３を照射するとともに、その反射光Ｌ４を観測すると、表面にマーク等が彫られて面精度が荒い部分では、そこで光Ｌ３が散乱し反射光強度が小さくなり暗く認識されるため、その暗い部分を周囲とのコントラストでマークとして検出できるというものである。
【００２０】
しかして本実施形態における画像処理用光照射装置Ａ４は、装置本体１と制御電源装置２と光照射状態検出部６とを備えている。
【００２１】
前記装置本体１は、光照射部４を備えたもので、この光照射部４は、図示しない多数のＬＥＤからなる光源４５と、それら各ＬＥＤに基端部を１本１本接続され、先端部を束にしてまとめた光ファイバ４６と、それら光ファイバ４６の先端部から撮像方向と直交又は略直交する方向に射出される光Ｌ５を平行又は若干収斂する向きに屈折させるレンズ４７（例えばフレネルレンズ）と、このレンズ４７をでた光Ｌ３を撮像方向と同一又は略同一方向からワークに向かわせるハーフミラー４８とを備えている。各光ファイバ４６の先端部は、図２に示すように、例えばマトリクス状に束ねて発光面４９を形成しており、点灯するＬＥＤを変更することで、その発光面４９における発光位置を変えることができるようにしてある。そして、このように発光位置を変えることにより、前記所定領域に対する光Ｌ３の照射立体角度を若干変更できるように構成している。
【００２２】
制御電源装置２は、光照射条件制御部としての機能を担うもので、図１に示すように、前記所定領域が変更される都度、その所定領域の明度を参照しつつ、前記画像処理装置Ａ３による画像処理に先だって前記光照射部を制御し、すなわち発光させるＬＥＤを設定し、明度が前記明度が略最高となる又は略最低となるように光Ｌ３の所定領域に対する照射立体角度を設定するものである。
【００２３】
前記明度とは、撮像方向から前記所定領域をみたときの明度のことであり、所定領域からの反射光Ｌ４の強度を、冒頭に述べた光照射状態検出部６で測定することによって得るようにしている。
【００２４】
この光照射状態検出部６は、受けた光の強度に応じた電流又は電圧を出力するもので、例えばＣＭＯＳカメラやフォトダイオード等の専用のものを用いており、この画像処理用光照射装置Ａ４の構成要素としている。しかして、光照射状態検出部６の出力信号の値から明度を得るようにしている。具体的には、ＣＭＯＳカメラやフォトダイオードなどの出力信号の平均値（所定領域全体の平均値）あるいは積算値（所定領域全体のトータル値）でもよいし、所定領域の一部の平均値又はトータル値でもよい。なお、この光照射状態検出部６に所定領域からの反射光Ｌ４を導くため、反射光Ｌ４の光路上に第２ハーフミラー７を設けている。
【００２５】
次にこのように構成した本システムの作動例を図３、図４を参照して以下に説明する。
【００２６】
ワークＷが所定位置に設置されると、制御電源装置２は、図２に示すように、前記発光面４９における光ファイバ４６を、縦に一列ずつＸ方向に順次点灯する（ＳＴ１０）。このとき光照射状態検出部６からの出力信号を都度受信して、その出力信号値から最も明度が高かった際の光ファイバ４６の位置（Ｘ位置）を記憶する（ＳＴ１１）。次に、前記光ファイバ４６を、横に一列ずつＹ方向に順次点灯し（ＳＴ１２）、同様に最も明度が高かった場合における光ファイバ４６の位置（Ｙ位置）を記憶する（ＳＴ１３）。なお、同図中、グラフは光ファイバ４６をＸ方向及びＹ方向に順次点灯して得られた明度（反射光強度）の推移を例示したものである。
【００２７】
そして、Ｘ位置、Ｙ位置を座標とする位置にある光ファイバ４６（ＯＮ）を点灯し他の光ファイバ４６（ＯＦＦ）を消灯する（ＳＴ１６）。
【００２８】
この光ファイバ４６（ＯＮ）の点灯により、前記明度が略最高となる光Ｌ３の照射立体角度が設定される（ＳＴ１７）。すなわち、図５に示すように、ワークＷに若干の傾斜θがあっても、その傾斜角度θに応じて、光Ｌ３の照射立体角度が設定され、常に撮像装置Ａ２にワークＷからの反射光Ｌ４が最大限入射することとなる（ＳＴ１８）。もちろん、光ファイバ４６を１本１本順次点灯して前記明度が略最高となる光ファイバ４６を設定するなど、他にも種々の方法が考えられる。
【００２９】
したがって例えばライン上を流れてくるワークＷを検査する場合、その一部又は全部が、例えば設置の際に傾斜していたとしても、それに画像処理用光照射装置Ａ４が動的に自動対応して光Ｌ３の照射立体角度を変え、ワークＷからの反射光Ｌ４をずれることなく撮像装置Ａ２に最大限入射させることとなる。このため、たとえワークＷが若干傾斜していても、画像処理装置Ａ３に負担をかけることなく、その所定領域に形成されたマーク等を、十分なコントラストの差として迅速に検出することができる。
【００３０】
なお、図６に示すように、一つの光ファイバ４６（ＯＦＦ）を消灯し、残りの光ファイバ４６（ＯＮ）を全て点灯するようにしてもよい。この場合は、前記と逆で、マーク等がある部分は明るくなり、他の部分は暗くなってそのコントラストでマーク等を検出することができる。もちろん、前記第１実施例同様、いずれの照明態様で照明しているかを示す照明態様識別信号を画像処理装置Ａ３に送信するようにし、その照明態様識別信号の内容から画像処理装置Ａ３に所定閾値より明度が高い部分をマークとして検出するか、低い部分をマークとして検出するかを判断させる必要がある。
【００３１】
また、光ファイバ４６を１本のみを点灯或いは消灯した場合、点光源に近くなってレンズ４７を通過した後の光Ｌ３の散乱度が小さくなるため、ワーク表面のわずかな荒れによる散乱反射でもそれをコントラストとして検出できることとなる。ところが目的によって、若干の荒れはノイズとして検出したくない場合がある。このような場合には、図７、図８に示すように、複数本の光ファイバ４６を点灯或いは消灯し、ある程度の面積を有した光源とすることにより、レンズ４７を通過した後の光Ｌ３の散乱度を若干上げて、検出精度を落とすようにすればよい。
【００３２】
＜その他の実施態様＞
【００３３】
なお、本発明は前記各実施形態に限られるものではない。例えば前記実施形態ではＬＥＤを用いたが、例えば半導体レーザでもよいし、その他の発光体を用いても構わない。
【００３４】
また、光の照射強度、照射範囲等を変えることで光照射条件を最適なものにすることも可能である。
【００３５】
さらに、光照射条件制御部を前記実施形態では制御電源装置内に組み込んでいたが、別の装置に組み込んでも構わないし、将来的には、光照射状態検出部と光照射条件制御部が１つのチップに一体に組み込まれるような態様も考えられる。例えばハードウェアセンサー（例えば複数の光センサー）やイメージセンサチップそのものに論理回路を搭載し、これに光照射条件制御部としての機能を担わせるようにすればよい。
【００３６】
もちろん本発明は、上記図示例に限られず、趣旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】  本発明の一実施形態における全体システムを示す模式的構成図。
【図２】  同実施形態における照射立体角度を変更する方法を説明するための光ファイバの光照射端図。
【図３】  同実施形態におけるシステム作動例を示すフローチャート。
【図４】  同実施形態におけるシステム作動例を示すフローチャート。
【図５】  同実施形態における照射立体角度を変更する方法を説明するための全体システムを示す模式的構成図。
【図６】  同実施形態における光ファイバの発光態様の一例を示す光照射端図。
【図７】  同実施形態における光ファイバの発光態様の他の例を示す光照射端図。
【図８】  同実施形態における光ファイバの発光態様のさらに他の例を示す光照射端図。
【図９】  筋状の目を有するワークを示す画像図。
【符号の説明】
【００３８】
Ａ２…撮像装置（ＣＣＤカメラ）
Ａ３…画像処理装置
Ａ４…画像処理用光照射装置
２…光照射条件制御部（制御電源）
４…光照射部
６…光照射状態検出部
Ｌ３…光
Ｗ…ワーク
【図１】
0004030570.tif 000002
【図２】
0004030570.tif 000003
【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】
0004030570.tif 000008
【図８】
0004030570.tif 000009
【図９】
0004030570.tif 000010