(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
斜光照明下にある金属の表面を垂直上方から撮像して得られる画像に基づいて金属の表面状態を検査する金属表面の検査方法において、
画像上でキズ欠陥のみが正反射による明部として識別できる第１照明光量に調整して第１画像を撮像し、
画像上でキズ欠陥とシミ欠陥とがそれぞれ正反射と乱反射による明部として識別できる、前記第１照明光量より大きい第２照明光量に調整して第２画像を撮像し、
撮像された第１画像と第２画像とに基づいて金属の表面状態を検査することを特徴とする金属表面の検査方法。
【請求項２】
金属の表面を斜光照明する照明手段と、斜光照明下にある金属の表面を垂直上方から撮像する撮像手段と、該表面を撮像して得られる画像を処理して金属の表面状態を検査する画像処理手段とを備えている金属表面の検査装置において、
画像上でキズ欠陥のみが正反射による明部として識別できる第１照明光量と、画像上でキズ欠陥とシミ欠陥とがそれぞれ正反射と乱反射による明部として識別できる、前記第１照明光量より大きい第２照明光量とに、それぞれ前記照明手段を調整する照明調整手段を備えていると共に、
前記画像処理手段が、前記第１照明光量下と第２照明光量下で、前記撮像手段により撮像された第１画像と第２画像をそれぞれ画像処理し、金属の表面状態を検査することを特徴とする金属表面の検査装置。
【請求項３】
請求項２において、
前記照明手段が、前記照明手段による照明光量を２段階に切り換える切換手段であることを特徴とする金属表面の検査装置。
【請求項４】
請求項２において、
前記画像処理手段が、前記第１画像及び第２画像を同一の閾値で２値化して２値画像を作成し、両２値画像を基に表面状態を検査することを特徴とする金属表面の検査装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明が属する技術分野】
本発明は、金属表面の検査方法及び装置、特に金属薄板等の表面状態を検査する際に適用して好適な、金属表面の検査方法及び装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、ウェットエッチングにより製造されるリードフレームやシャドウマスク等の金属薄板からなる金属製品の表面にはキズやシミのような表面欠陥が生じていることがある。ここで、キズ欠陥は、他の製品のエッジや異物等との接触により製品（金属）表面に生じる鏡面に近い欠陥を意味し、シミ欠陥は、製造過程で発生するわずかなシミ、変色、錆、製品の面同士の接触による表面上のざらつき等を含む、キズ欠陥に比べると光の反射が小さい欠陥を意味する。そこで、このような金属製品に対して、表面欠陥がある製品を除くために、表面状態の検査が行われている。
【０００３】
図１０は、カメラにより金属製品Ｗの表面を、該表面に対して垂直上方に配置したＣＣＤカメラ１０により撮像している状態を示し、この場合の照明方法としては、照明装置１２により金属製品Ｗの撮像面に対して斜め方向から照明する、いわゆる斜光照明が一般に採用されている。
【０００４】
図１１は、このような斜光照明に用いられる照明装置１２を斜視図により拡大して示したもので、これはライン型光ファイバガイド１２Ａにより、ライン状に配列された光ファイバの先端を保持した発光部１２Ｂから、図示しないＬＥＤやハロゲンランプ等の光源から光ファイバケーブル１２Ｃを介して導いた照明光を、対象の金属表面に照射することができるようになっている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記図１０に示したような斜光照明の下で、照明光量をキズ欠陥の検出に最適なるように調節して、前述した特徴があるキズ欠陥とシミ欠陥の両方が存在する金属製品Ｗの表面を前記カメラ１０により撮像すると、図１２（Ａ）にイメージを示したような、斜線部で示した暗い金属表面Ｍの中に、符号Ｋを付したキズ欠陥が明部として表われる画像が得られる。この画像では、図中一点鎖線で示したラインＬ上の輝度のプロファイルは、同図（Ｂ）に示すように、金属表面に比べキズ欠陥Ｋの部分の輝度が高く（明るく）なるため、この欠陥は検出することができるが、シミ欠陥は輝度が低いため検出することができない。
【０００６】
そこで、シミ欠陥をも検出できるように、照明光量を上げていくと、図１３（Ａ）にイメージを示したようなキズ欠陥Ｋと共にシミ欠陥Ｓも識別できる画像が得られるが、ラインＬ上の輝度のプロファイルは、同図（Ｂ）に示したように、キズ欠陥Ｋの輝度は飽和してしまっているものの、シミ欠陥Ｓも検出できる輝度にすることができる。ところが、この場合には両者を明確に識別して検出することができないという別な問題がある。
【０００７】
本発明は、前記従来の問題点を解決するべくなされたもので、反射光量の大きなキズ欠陥とそれが小さいシミ欠陥とを明確に識別して検出することができる金属表面の検査方法及び装置を提供することを課題とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、斜光照明下にある金属の表面を垂直上方から撮像して得られる画像に基づいて金属の表面状態を検査する金属表面の検査方法において、画像上でキズ欠陥のみが正反射による明部として識別できる第１照明光量に調整して第１画像を撮像し、画像上でキズ欠陥とシミ欠陥とがそれぞれ正反射と乱反射による明部として識別できる、前記第１照明光量より大きい第２照明光量に調整して第２画像を撮像し、撮像された第１画像と第２画像とに基づいて金属の表面状態を検査することにより、前記課題を解決したものである。
【０００９】
本発明は又、金属の表面を斜光照明する照明手段と、斜光照明下にある金属の表面を垂直上方から撮像する撮像手段と、該表面を撮像して得られる画像を処理して金属の表面状態を検査する画像処理手段とを備えている金属表面の検査装置において、画像上でキズ欠陥のみが正反射による明部として識別できる第１照明光量と、画像上でキズ欠陥とシミ欠陥とがそれぞれ正反射と乱反射による明部として識別できる、前記第１照明光量より大きい第２照明光量とに、それぞれ前記照明手段を調整する照明調整手段を備えていると共に、前記画像処理手段が、前記第１照明光量下と第２照明光量下で、前記撮像手段により撮像された第１画像と第２画像をそれぞれ画像処理し、金属の表面状態を検査することにより、同様に前記課題を解決したものである。
【００１０】
即ち、本発明においては、照明条件を調整して金属表面からキズ欠陥のみを識別できる第１画像と、キズ欠陥とシミ欠陥の両方を識別できる第２画像とを、それぞれ撮像し、両者を対比させて表面状態を検査するようにしたので、キズ欠陥とシミ欠陥とを明確に区別して検査することができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
【００１２】
図１は、本発明に係る一実施形態の金属表面の検査装置の要部構成を示す、ブロック図を含む概略正面図、図２は該検査装置の制御系の概略を示すブロック図である。
【００１３】
本実施形態の検査装置は、前記図１０に要部を示した従来の装置と同様に、金属製品Ｗの表面状態を、その垂直上方から撮像して画像入力する入力部であるＣＣＤカメラ（撮像手段）１０と、該金属製品Ｗの表面を斜光照明する照明装置１２と、該照明装置１２に照明光を供給する光源１４と、斜光照明下で、前記カメラ１０で撮像した金属表面の画像を画像処理して表面状態を検査する画像処理部１６と、検査装置全体を制御する制御部１８とを備えている。
【００１４】
又、本実施形態では、金属製品Ｗを撮像する検査部が、該金属製品Ｗを搬送するベルトコンベア（搬送部）２０で構成され、該製品Ｗは、上流側のベルトコンベア２０Ａにより検査部に搬入されると、ベルトコンベア２０により矢印方向に移動され、カメラ１０の下方の二点鎖線で示した位置に停止されて、その表面が撮像され、この撮像が終了すると、再び移動されて、下流側のベルトコンベア２０Ｂにより搬出されるようになっている。これらコンベア２０、２０Ａ、２０Ｂからなる搬送部の各動作は、図２にも示したように、カメラ１０からなる入力部、画像処理装置（画像処理部）１６、照明装置１２及び光源１４等からなる照明部から、操作結果、処理結果等の信号が制御部１８に入力されると、該制御部１８により適切にタイミング制御されるようになっている。
【００１５】
又、本実施形態では、照明装置１２としては前記図１１に示したライン型光ファイバガイドを使用しているが、上記照明部では金属製品Ｗの表面を該照明装置１２により斜光照明する際の光量を切り換えることが可能になっている。図３には、この照明部の特徴を示し、ＬＥＤやハロゲンランプからなる光源１４には、光ファイバケーブル１２Ｃの受光端部の手前に、機械的な絞り（照明調整手段、切換手段）２２を設置し、該絞り２２の開閉を前記制御部１８により制御することにより、照明装置１２から照射される光量を調整できるようになっている。
【００１６】
本実施形態においては、金属製品Ｗの表面に対して、例えば４５°以下の低い角度で、前記照明装置１２により斜光照明し、その照明下で該製品Ｗの表面を前記ＣＣＤカメラ１０により撮像して得られる画像に基づいて金属製品Ｗの表面状態を検査する。その際、画像上でキズ欠陥のみが識別できる第１照明光量に調整して第１画像を撮像し、該第１照明光量より大きな第２照明光量に調整して第２画像を撮像し、こうして撮像された第１画像と第２画像とを、前記画像処理部１６により画像処理することにより、金属の表面状態を検査する。
【００１７】
即ち、一般に、金属製品Ｗの表面は鏡面に近いため、斜光照明下では図４に示すように、入射光Ｉの殆どが正反射して反射光Ｒとなるため、該表面に対して垂直方向に配された前記カメラ１０には入力されない。ところが、その表面に図５に示すようなキズ欠陥Ｋがあると、通常、キズの表面は金属表面に対して傾斜を持っており、しかも鏡面に近いため、反射光Ｒの正反射成分の多くは、カメラ１０に入力されることになり、比較的小さい第１照明光量でも、前記図１２に示したと同様に、画像上で該キズ欠陥Ｋを明部として認識することができる。
【００１８】
ところが、錆や変色等のシミ欠陥Ｓでは、その表面は金属表面に比べて粗いため、該シミ欠陥に照射された光は乱反射する。この様子を図６に示したように、反射光Ｒの一部には、垂直方向に向かってカメラ１０に入射される成分もあるものの、キズ欠陥Ｋからの反射光に比べると弱いため、上記第１照明光では前記図１２に示したように、シミ欠陥が明部として認識されない第１画像が得られることになる。
【００１９】
そこで、照明光量を上げていくと、当然シミ欠陥Ｓからの乱反射光Ｒも増加するため、該シミ欠陥Ｓをも画像上で明部として認識できるようになる。図７には、同一の照明装置を使い、照明光量のみを変化させて金属製品Ｗの表面を撮像した場合に得られる画像上のキズ欠陥Ｋとシミ欠陥Ｓにおける輝度の相対的な変化を示した。
【００２０】
この図から分かるように、キズ欠陥Ｋの場合の輝度は光量が▲１▼の段階でほぼ飽和してしまうが、シミ欠陥Ｓの場合は▲２▼の段階で飽和し、それまでは徐々に増加するカーブを描く。従って、▲２▼の光量に調整して金属製品Ｗを撮像すると、キズ欠陥Ｋとシミ欠陥Ｓの両方が明部として認識され、前記図１３と同様の第２画像が得られることになる。
【００２１】
その結果、前記絞り２２を使って、照明光量を▲１▼と▲２▼にそれぞれ切換え、第１画像と第２画像を撮像し、両者の同一箇所の輝度を対比させることにより、図８に対応関係を示したように、両画像で明部であればキズ欠陥Ｋ、第２画像のみ明部であればシミ欠陥Ｓというように、両者を区別して検査することが可能となる。  本実施形態では、前記画像処理装置１６で、カメラ１０を介して入力される第１、第２の両画像を、図７にＴｈと併記した輝度を閾値として、２値化し、２値画像を作成し、この２つの２値画像を使うことにより、キズ欠陥Ｋとシミ欠陥Ｓを区別する検査を自動化することも可能となる。
【００２２】
その際、第１、第２の両画像を対比させ、キズ欠陥Ｋ、シミ欠陥Ｓを識別する処理は、画素毎に行ってもよいが、両画像で同一の明部を構成する画素領域にはそれぞれ同一番号を付してラベリングし、検出されたオブジェクト（明部）を対比させるようにしてもよい。又、識別後は、各オブジェクトの面積やフィレ径等を算出して、その結果を予め作成してある判定基準と比較し、最終的に欠陥とするか否かの良否判定を行うようにしてもよい。その際に使用する判定基準は、キズ欠陥とシミ欠陥で異なる基準を採用するようにしてもよい。
【００２３】
次に、本発明に係る第２実施形態について図９を参照して説明する。
【００２４】
図９には、本実施形態の検査装置が有する照明部の特徴を示してあり、ライン型光ファイバガイドからなる照明装置１２に、２台の光源１４Ａ、１４Ｂからそれぞれ別個の光ファイバケーブル１２Ｃを介して照明光が供給されるようになっており、光源１４Ａの方を常にＯＮに（点灯）しておき、照明部１４Ｂの方を制御部１８によりメカニカルシャッタ２４を開閉して、照明光の供給をＯＮ／ＯＦＦすることにより、照明光量を切り換えることができるようにしてある。それ以外は、実質的に前記第１実施形態の場合と同一である。
【００２５】
以上、本発明について具体的に説明したが、本発明は、前記実施形態に示したものに限られるものでなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。
【００２６】
例えば、前記実施形態では、光源としてＬＥＤやハロゲンランプを使用し、その光を光ファイバでライン型光ファイバガイドの発光部に導いて照射する場合を示したが、光源はこれに限定されるものでなく、又発光部の形状等もこれに制限されない。
【００２７】
又、第１画像、第２画像をそれぞれ入力する２回の撮像は、前記実施形態のように光量を切り換えて同じ場所で撮像する場合に限らず、カメラを２台使用して異なる場所で、異なる照明条件の下で撮像するようにしてもよい。
【００２８】
【発明の効果】
以上説明したとおり、本発明によれば、反射光量の大きなキズ欠陥とそれが小さいシミ欠陥とを明確に区別して検査することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る第１実施形態の検査装置の要部構成を示す概略正面図
【図２】上記検査装置の制御系の概略を示すブロック図
【図３】上記検査装置が有する照明部の特徴を示す説明図
【図４】金属表面と照明との関係を示す説明図
【図５】キズ欠陥と照明との関係を示す説明図
【図６】シミ欠陥と照明との関係を示す説明図
【図７】照明光量と画像上のキズ欠陥及びシミ欠陥の輝度との関係を示す線図
【図８】画像上の明暗と表面欠陥との対応関係を示した図表
【図９】第２実施形態の要部を示す説明図
【図１０】斜光照明下で金属表面を撮像する検査装置の要部を示す概略正面図
【図１１】照明装置を拡大して示す斜視図
【図１２】金属の表面状態を撮像した画像と、画像上の輝度との関係を示す説明図
【図１３】金属の表面状態を撮像した画像と、画像上の輝度との関係を示す他の説明図
【符号の説明】
１０…カメラ
１２…照明装置
１４…光源
１６…画像処理装置
１８…制御部
２０…ベルトコンベア
２２…絞り
２４…シャッタ
【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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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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