(57)【要約】【課題】  複雑な画像処理を経ることなく、塗装面の状態を精確に反映した検出値により信頼性の高い平滑性検査を安定的に行なうことができる塗装状態検査装置および検査方法を提供する。【解決手段】  塗装面４上の被検査面４０に、全面的な暗部（２０ｂ）と該暗部中に配置された細線状の明部（２０ａ）で構成された明暗画像（２０）を投影する画像投影手段２と、被検査面４０の投影画像（５０）を撮像する撮像手段３と、得られた多階調画像５０を所定の閾値（ＶＴ）で２値化し、その２値画像における明暗境界線（５２ｃ）を抽出する画像処理手段５と、前記明暗境界線の波形を解析して塗装面の平滑性を判定する判定手段とを備えた。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
塗装面の仕上り状態を検査する塗装状態検査装置であって、
前記塗装面上の被検査面に、全面的な暗部と該暗部中に配置された細線状の明部で構成された明暗画像を投影する画像投影手段と、
前記被検査面の投影画像を撮像する撮像手段と、
前記撮像手段により得られる多階調画像を所定の閾値で２値化し、その２値画像における明暗境界線を抽出する画像処理手段と、
前記明暗境界線の波形を解析して塗装面の平滑性を判定する判定手段と、
を備えた、塗装状態検査装置。
【請求項２】
前記明暗画像の前記細線状明部が、前記暗部中に等ピッチで複数配置されている、請求項１に記載の塗装状態検査装置。
【請求項３】
前記細線状明部の幅が０．７ｍｍ以下でありかつピッチの１／１６以下である、請求項２に記載の塗装状態検査装置。
【請求項４】
塗装面の仕上り状態を検査する塗装状態検査方法であって、
前記塗装面上の被検査面に、全面的な暗部と該暗部中に配置された細線状の明部で構成された明暗画像を投影し、
前記被検査面の投影画像を撮像手段で撮像し、
前記撮像手段により得られる多階調画像を所定の閾値で２値化し、その２値画像における明暗境界線を抽出し、
前記明暗境界線の波形曲線を解析して塗装面の平滑性を判定することを含む、塗装状態検査方法。
【請求項５】
前記波形曲線の解析が、前記明暗境界線の所定区間における最大振幅を求め、基準値と比較することを含む、請求項４に記載の塗装状態検査方法。
【請求項６】
前記波形曲線の解析が、前記明暗境界線の中心線を求め、該中心線と前記明暗境界線とで囲まれた面積を区間長で除算して平均振幅を求め、基準値と比較することを含む、請求項４に記載の塗装状態検査方法。
【請求項７】
前記２値化の過程で、前記多階調画像の各画素をその輝度に基づいてソートし、最低輝度から１／３の位置にある輝度を暗部平均輝度と仮定してそれ以下の輝度の標準偏差を求め、該標準偏差に３を乗算した値を前記暗部平均輝度に加算した第１の値と、前記暗部平均輝度に所定のオフセット値を加算した第２の値とを求め、それらのうちの大きい方を前記閾値として用いることを含む、請求項４〜６のいずれか１項に記載の塗装状態検査方法。
【請求項８】
前記２値化の過程で、前記多階調画像を線形変換して、前記多階調画像の輝度分布が画像フォーマットでの最大輝度と最小輝度との間に分布するように標準化し、所定の中間輝度値を前記閾値として用いることを含む、請求項４〜６のいずれか１項に記載の塗装状態検査方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、塗装面の仕上り状態を検査する装置および検査方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、自動車や鉄道車両などの塗装面の仕上り状態を検査する方法としては、例えば、白黒縦縞格子を塗装面に投影し、反射像における明部の幅の乱れから塗装面の平滑性を判定する方法（特許文献１）や、明部と暗部の境界領域（中間階調）の幅や面積の乱れから塗装面の平滑性を判定する方法（特許文献２、３）が提案されている。
【０００３】
しかし、これらの検査方法に採用されている白黒縦縞格子の明暗パターンは、いずれも明部の割合が多いため、明部における拡散反射成分によって全体の輝度が高くなり、明部と暗部に充分なコントラストが得られない問題がある（図３（ｂ）参照）。特に、白色など明系色の塗装面では、この傾向が顕著になり、検査結果に塗装状態の良否が反映されない虞がある。
【０００４】
加えて、特許文献１の方法は、明部の両側が同位相で変動するような部分では、幅に変動が無い場合と区別できないという根本的な問題を有している。また、特許文献２、３の方法では、明部から暗部に移行する輝度勾配が大きい部分を境界領域として抽出しているが、特許文献２では、境界領域の単位長における面積つまり幅の変動を検出しているため上記特許文献１と同様の問題に帰着し、特許文献３では、膨張収縮処理によってノイズ除去したデータとの排他的論理和をとるため、膨張収縮処理のアルゴリズムに起因したファクターが検査結果に影響することは否めない。
【０００５】
【特許文献１】特公平６−１９２６２号公報
【特許文献２】特許第２５０８１７６号公報
【特許文献３】特許第３４１２３６６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は従来技術のこのような実状に鑑みてなされたものであって、その目的は、複雑な画像処理を経ることなく、塗装面の状態を精確に反映した検出値により信頼性の高い平滑性検査を安定的に行なうことができる塗装状態検査装置および検査方法を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記従来技術の有する課題を解決するため、本発明は、
塗装面の仕上り状態を検査する塗装状態検査装置であって、
前記塗装面上の被検査面に、全面的な暗部と該暗部中に配置された細線状の明部で構成された明暗画像を投影する画像投影手段と、
前記被検査面の投影画像を撮像する撮像手段と、
前記撮像手段により得られる多階調画像を所定の閾値で２値化し、その２値画像における明暗境界線を抽出する画像処理手段と、
前記明暗境界線の波形を解析して塗装面の平滑性を判定する判定手段と、
を備えた、塗装状態検査装置にある。
【０００８】
本発明において、前記明暗画像の前記細線状明部が、前記暗部中に等ピッチで複数配置されていることが好適である。さらに、前記細線状明部の幅が０．７ｍｍ以下でありかつピッチの１／１６以下であることが好ましい。
【０００９】
また、本発明は、
塗装面の仕上り状態を検査する塗装状態検査方法であって、
前記塗装面上の被検査面に、全面的な暗部と該暗部中に配置された細線状の明部で構成された明暗画像を投影し、
前記被検査面の投影画像を撮像手段で撮像し、
前記撮像手段により得られる多階調画像を所定の閾値で２値化し、その２値画像における明暗境界線を抽出し、
前記明暗境界線の波形曲線を解析して塗装面の平滑性を判定することを含む、塗装状態検査方法にある。
【００１０】
本発明において、前記波形曲線の解析が、前記明暗境界線の所定区間における最大振幅を求め、基準値と比較することを含むことが好適である。また、前記波形曲線の解析が、前記明暗境界線の中心線を求め、該中心線と前記明暗境界線とで囲まれた面積を区間長で除算して平均振幅を求め、基準値と比較することを含んでいても良い。
【００１１】
また、本発明において、前記２値化の過程で、前記多階調画像の各画素をその輝度に基づいてソートし、最低輝度から１／３の位置にある輝度を暗部平均輝度と仮定してそれ以下の輝度の標準偏差を求め、該標準偏差に３を乗算した値を前記暗部平均輝度に加算した第１の値と、前記暗部平均輝度に所定のオフセット値を加算した第２の値とを求め、それらのうちの大きい方を前記閾値として用いることを含むことが好適である。
【００１２】
前記２値化の過程で、前記多階調画像を線形変換して、前記多階調画像の輝度分布が画像フォーマットでの最大輝度と最小輝度との間に分布するように標準化し、所定の中間輝度値を前記閾値として用いることを含んでいても良い。
【発明の効果】
【００１３】
本発明に係る塗装状態検査装置および検査方法は、上述のように構成されているので、以下に記載されるような効果を有する。
【００１４】
第１に、検査パターンとして、全面的な暗部と該暗部中に配置された細線状の明部で構成された明暗画像を用いることによって、明暗画像中における明部の割合が少なくなり、投影画像全体の輝度上昇が抑えられ、全面的な暗部に対して明部に高いコントラストが得られるようになるので、細線状明部の両側に現れる拡散光の乱れ、すなわち、塗装面の表面性状に起因した乱反射を高精度に検出可能となる（図３（ａ）参照）。これにより、白色など明系色の塗装面においても、塗装色に起因した画像全体の輝度上昇が抑制され、明部と暗部とに高いコントラストが得られ、高精度の検査が可能となる。
【００１５】
第２に、投影画像を撮像して得られる多階調画像を所定の閾値で２値化し、その２値画像における明暗境界線を抽出することにより、複雑な画像処理を経ることなく、塗装面の乱反射のみを容易かつ高精度に検出可能となり、画像処理のアルゴリズムに起因したファクターが検査結果に混入するのを回避できる。
【００１６】
第３に、塗装面の表面性状に起因した乱反射は、明暗境界線（波形曲線）の振幅や振動数およびそれらの変動となって現れるので、振幅や振動数が少なく平滑で直線的な明暗境界線を呈する良好な塗装面に対して、振幅が大きく振動数が多い不良塗装面を容易かつ確実に検出でき、しかも、単位長当たりの最大振幅値、振動数、あるいは、波形曲線の中心線の両側に現れる部分の面積など、種々の方式で塗装面の平滑度もしくは塗装不良の程度を判定することが可能となる。
【００１７】
第４に、細線状明部の両側に現れる明暗境界線を個別に抽出することにより、それらが同位相で振動する部分でも振幅および振動方向として確実に検出できる。そもそも、乱反射は、暗部には輝度増加となって現れるが、明部における更なる輝度増分は検出が困難である。逆に、本発明においては、細線状明部により投影画像全体の輝度を抑えたことで、明部における輝度の減少を検出可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明を図示の実施の形態に基づいて詳細に説明する。
図１は、本発明実施形態に係る塗装状態検査装置の概要を示す側断面図である。図において、検査装置１は、塗装面４の被検査面４０に所定の明暗パターンを投影する画像投影手段２、被検査面４０に投影された投影画像を撮像する撮像手段３、および、撮像手段３により得られる画像を処理して平滑性を判定する判定手段を兼ねた画像処理手段５から主に構成されている。
【００１９】
画像投影手段２は、スクリーン２０（明暗パターン）の背後に、偏光板２３、拡散板２２を介して光源２１（バックライト）を配置し、それらをケースで覆ってなるものであり、光源２１の照明光を拡散板２２で拡散させて画面全体の輝度分布を一様にし、さらに偏光板２３で照明光の直進成分のみをスクリーン２０に透過させ、スクリーン２０の明暗パターンを被検査面４０に投影可能である。
【００２０】
撮像手段３は、投影画像を２次元配列のデジタル画像データとして取り込めるＣＣＤカメラが好適である。この撮像手段３は、画像投影手段２と共に、ケース１１（フード）内に配設され、開口１０を設けたケース１１の底部を、塗装面４に対して接触または非接触で位置決めすれば、画像投影手段２のスクリーン２０（明暗パターン）が、開口１０内に臨む被検査面４０に投影され、その正反射を撮像手段３で撮像可能となる。
【００２１】
画像処理手段５は、図示しない中央演算処理装置（ＣＰＵ）、記憶装置、画面表示装置（モニタ）、入力装置（キーボード、ポインティング・デバイスなど）などを備え、後述する各画像処理プログラムを実行可能であり、専用のマイクロコンピュータで構成するか、または、汎用のオペレーティング・システムで動作するＰＣ（パーソナルコンピュータ）を利用することもできる。これらは、画像投影手段２と撮像手段３とを制御する制御手段を兼ねていても良い。
【００２２】
図２は、スクリーン２０の明暗パターンを示している。図において、スクリーン２０は、全面的な暗部２０ｂに、複数の細線状の明部２０ａを等ピッチで平行に配置してなるものであり、例えば、偏光板２３またはその表面を覆うガラス板に、各暗部２０ｂを構成する帯状の被覆を接着、貼付、あるいは塗布するか、あるいは遮光性シート材に各明部２０ａに相当するスリットを設けることにより形成可能である。
【００２３】
スクリーン２０による投影画像全体の輝度を低く抑えるために、明部２０ａの幅Ｗをできるだけ小さくし、かつ、明部２０ａのピッチＰは幅Ｗに対して充分に大きくする必要がある。図３（ａ）（ｂ）は、それぞれ明部の幅、ピッチが異なる明暗パターンによって得られる画像５０、５０′と、それらの輝度分布を模式的に示した図であり、図３（ｂ）に示す、明部５０ａ′と暗部との幅がほぼ等しい従来の明暗パターン５０′では、明部５０ａ′における拡散反射や乱反射によって画像全体の輝度が高くなり、明部５０ａ′と暗部との間のコントラストＣ′が小さくなる。
【００２４】
これに対して、図３（ａ）に示す、明部５０ａの幅が狭い本発明の明暗パターン５０では、画像全体の輝度が低く抑えられるため、明部５０ａと暗部との間に高いコントラストＣが得られ、明部５０ａの境界付近での拡散反射の乱れを後述する２値画像に確実に反映させることが可能となる。
【００２５】
以上のような理由で、検査対象とする塗装面４の色調や処理面積、スクリーン２０との距離などにもよるが、明部２０ａの幅Ｗは、好適には１ｍｍ以下、さらに好適には０．７ｍｍ以下であり、かつ、ピッチＰの１／１６以下であることが好ましい。検出領域となる明部２０ａを、限られたスクリーン２０内に効率良く配置するために、スクリーン２０の周辺部では、暗部の幅がピッチＰに満たない場合もあり得る。その場合でも、明部２０ａの総面積がスクリーン全体の７％以下であることが好ましい。
【００２６】
次に、上記実施形態に基づく塗装面の平滑性検査方法について図面と共に説明する。
【００２７】
画像投影手段２によって塗装面４上の被検査面４０に投影されたスクリーン２０の明暗パターンは、撮像手段３により多階調画像５０（実施例では２５６階調のグレースケール画像）として撮像される。図４（ａ）は、実際に撮像された画像５０に検出された塗装不良部分を拡大したものである。図面では便宜上ディザにより２値画像としてあるが、全体の輝度が低く抑えられていること、低輝度ながらも細線状の明部（５０ａ）の輪郭に乱れを生じていることが確認できる。
【００２８】
この多階調画像５０を後述する所定の閾値（ＶＴ）で２値化すると図４（ｂ）の２値画像５１が得られる。この２値画像５１にエッジ検出処理を行なうことにより、２値画像５１の明暗境界線のみを波形曲線５２（５２ｃ）として抽出できる。この波形曲線５２と塗装面４の微小凹凸との関係について、以下のように考察することができる。
【００２９】
図１の検査装置１において、被検査面４０に斜めに入射された入射光は、その入射角と同じ反射角で正反射されるが、塗装面４は完全な鏡面ではなく、拡散物体として性格を有しているため、反射光には拡散成分が含まれている。とはいえ、良好な塗装面であれば拡散反射もある程度一様に生じるため、波形曲線５２は乱れの少ない、したがって振幅の小さい曲線となる。
【００３０】
ここで、理解を容易にするために、図１と直交する方向から見ると、図５（ａ）に示すスクリーン２０の細線状明部２０ａ（部分）が微小な凹凸を含む被検査面４０に投影されると、凹凸の程度に応じて乱反射の性質を帯びるようになる。つまり、拡散反射による明部２０ａの両幅方向への拡張が、乱反射に応じて変動するので、この変動の程度が塗装面４の良否を反映する指標となる。
【００３１】
次に、多階調画像５０を２値化する閾値（ＶＴ）を決定する処理について述べる。多階調画像５０を２値化する閾値（ＶＴ）は、塗装面４の色調などによって異なる。そこで、以下のような処理により、多階調画像５０から最適な閾値（ＶＴ）を決定する。
【００３２】
先ず、多階調画像５０の各画素を輝度に基づいてソートし、最低輝度から１／３の位置にある輝度（ＶＢ）を暗部の平均輝度と仮定し、その輝度（ＶＢ）以下の輝度の標準偏差（ＶＤ）を求める。次いで、その標準偏差σに３を乗算した値を前記１／３の位置にある輝度（ＶＢ）に加算した値を第１閾値（ＶＢ＋３・ＶＤ）とする。
【００３３】
上記第１閾値は、暗部（５１ｂ）の平均輝度（ＶＢ）と仮定した値に、それまでの輝度のばらつきを考慮して明暗部境界を低輝度側から設定した値ということができる。しかし、輝度のばらつきが極端に小さい場合には、上記第１閾値（ＶＢ＋３・ＶＤ）が明暗境界部を外れる可能性がある。そこで、前記１／３の位置にある輝度値（ＶＢ）に、所定のオフセット値（ＶＳ）を加算した値を第２閾値（ＶＢ＋ＶＳ）とし、上記第１閾値（ＶＢ＋３・ＶＤ）と第２閾値（ＶＢ＋ＶＳ）の大きい方を閾値として用いる。したがって、閾値（ＶＴ）は次式で設定される。
ＶＴ＝ｍａｘ（ＶＢ＋３・ＶＤ，ＶＢ＋ＶＳ）
【００３４】
図５（ｃ）は、多階調画像５０の明部５０ａ付近の輝度分布を示しており、上記のような閾値（ＶＴ）の設定により、２値画像５１が、乱反射の影響により輝度が上昇に転じる明暗境界部を反映したものとなる。図５（ｄ）は、上記閾値（ＶＴ）によって２値化した同部分の２値画像５１を示している。
【００３５】
さらに、図５（ｅ）は、エッジ検出処理によって抽出された同部分の明暗境界線５２を示しており、明暗境界線５２は、明部５１ａの両側に沿って延在する２本の幅のない（１画素分の幅を有する）波形曲線５２ｃとなっており、それぞれの波形曲線５２ｃの乱れが大きい区間は、明部での乱反射の影響が大きく、塗装面４の平滑性に問題がある部分であると言える。したがって、波形曲線５２ｃの振幅が大きい区間や、比較的大きい振幅の振動数が多い区間を検出することで、塗装面４（被検査面４０）の平滑性を判定できる。
【００３６】
例えば、図５（ｅ）に示すように、波形曲線５２ｃの延在方向の所定区間における最大振幅Ｒを求めて基準値と比較し、基準値以上となった場合に、その区間に不良箇所があると判定することができる。実際の処理では、１つのスクリーン２０に対して複数本の細線状明部２０ａが設定されており、各明部２０ａの両側の波形曲線５２ｃについて、図中縦軸方向に所定の区間長をオーバーラップさせながら順次適用して各区間における最大振幅Ｒを算出し、基準値との比較を行なうことになる。
【００３７】
あるいは、波形曲線５２ｃの中心線を求め、その中心線と波形曲線５２ｃとで囲まれた面積を区間長で除算して平均振幅を求め、基準値と比較するようにしても良い。その場合に、中心線を直線として検出することもできが、曲率に下限値を設定して曲線として検出することもでき、後者の場合には、被検査面４０内に曲面を含む場合にも対応できる。
【００３８】
なお、上述した実施例では、多階調画像５０を２値化する閾値（ＶＴ）を、暗部の平均輝度を仮定する方法により決定する場合を示したが、閾値（ＶＴ）の設定に先立ち、多階調画像５０を線形変換し、輝度分布が画像フォーマットでの最大輝度と最小輝度との間に分布するように標準化する処理を行なっても良い。多階調画像５０が２５６階調のグレースケール画像である場合は、最小輝度が０、最大輝度が２５５となる。このような標準化処理行なうことで、固定の閾値を用いることもできるし、その閾値に前述のような標準偏差を考慮して校正を加えた値を閾値として用いることもできる。
【００３９】
以上、本発明の実施の形態につき述べたが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想に基づいて各種の変形および変更が可能である。
例えば、上記実施形態では、画像投影手段２および撮像手段３がケース１１に配設された場合を示したが、被検査面４０への写り込みを防止できれば、部分的なフードやバックスクリーンで代用することもでき、あるいは検査室自体で被検査面４０への写り込みを防止して検査することもできる。また、ケース１１の開口１０の周囲に可撓性の遮光部材を設けて外乱光を完全に遮断することもできる。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明実施形態に係る塗装状態検査装置の概略を示す側断面図である。
【図２】本発明実施形態に係るスクリーン（明暗パターン）を示す図である。
【図３】（ａ）は本発明に係る明暗パターンおよびその輝度分布を示す模式図、（ｂ）は従来の明暗パターンおよびその輝度分布方法を示す模式図である。
【図４】本発明に係る塗装状態検査における画像処理の流れを示し、（ａ）は多階調画像、（ｂ）は２値画像、（ｃ）は明暗境界線を示す要部拡大図である。
【図５】本発明に係る塗装状態検査における画像処理の各段階を示す模式図である。
【符号の説明】
【００４１】
１  検査装置
２  画像投影手段
３  撮像手段
４  塗装面
５  画像処理手段
１０  開口
１１  ケース
２０  スクリーン（明暗パターン）
２０ａ，５０ａ，５１ａ  明部
２０ｂ，５０ｂ，５１ｂ  暗部
４０  被検査面
５０  多階調画像
５１  ２値画像
５２  明暗境界線
５２ｃ  波形曲線
ＶＴ  閾値
ＶＢ  暗部平均輝度
Ｒ  最大振幅
【図１】
2009204473.tif 000003
【図２】
2009204473.tif 000004
【図３】
2009204473.tif 000005
【図５】
2009204473.tif 000006
【図４】
2009204473.tif 000007