JPH0587782B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 発明の目的 ［産業上の利用分野］ 本発明は、物体の表面形態等の欠陥を検査する
装置に関する。

［従来の技術］ 従来より物体表面における凹凸等の有無の検査
は、検査員により視覚あるいは触覚に基づいて行
なわれている。この検査員の視覚あるいは触覚に
よる検査は、検査員の主観または熟練度が介在し
易く、検査の均一性に関して問題があり、また検
査に必要な手間や時間が多くかかり能率が悪くな
るといつた問題があつた。これらの問題を解決す
るものとして、例えば、特開昭52−90988号に示
される「物体の表面欠陥検査方法」や特開昭52−
71289号に示される「表面検査装置」、あるいは特
開昭58−97608号に示される「表面性状測定方法
および装置」等の発明や提案等がなされている。
これらの発明や提案等は、検査される物体表面に
縞状の明暗模様等を写し出し、物体表面に凹凸等
の欠陥があれば、写し出された縞模様等が歪み・
乱れることを利用して物体表面の欠陥検査を行な
うものである。

［発明が解決しようとする問題点］ 上記発明や提案等は、検査される物体表面に写
し出される縞模様の歪み・乱れにより物体表面の
欠陥の有無を判定することができるで、検査の均
一性を向上させ、作業の能率化を図ることができ
るという優れた効果を有するものの、猶、次のよ
うな問題が考えられた。

(a) 即ち、上記発明や提案等は、縞模様等の歪
み・乱れの程度を検査員が判断することによつ
て物体表面の欠陥の有無を判定しているので、
未だ検査結果の均一性に欠けるといつた問題が
考えられた。

(b) また、上記特開昭58−97608号に示される発
明のように、被測定表面から反射された矩形波
パターンを結像光学系により結像面上に投影結
像し、該結像面上の空間的光強度分布をフーリ
エ変換する等して被測定表面の表面性状を定量
化して検出しようとする提案等も為されている
が、複雑な操作が必要とされ物体表面の欠陥の
有無を自動的に検出するものではないといつた
問題や、あるいは装置がかなり複雑なものにな
るといつた問題が考えられた。

上記問題等により、物体表面の欠陥検査の省力
化やロボツト等を用いての無人化は妨げられてい
る。

本発明の表面欠陥検査装置は、上記問題点を解
決するためになされたものであり、物体表面の欠
陥の有無を客観的・定量的かつ自動的に検査する
ことを目的としている。

発明の構成 ［問題点を解決するための手段］ 本発明の表面欠陥検査装置は、次のように構成
されている。即ち、第１図にその基本構成を例示
する如く、 本発明の表面欠陥検査装置は、 予め定められた明暗縞模様を被検査表面に写し
出す明暗模様投影手段Ｍ１と、 該明暗模様投影手段Ｍ１により上記被検査表面
に写し出された明暗縞模様の像を、該縞模様に交
差する方向に走査して光の強弱レベル信号として
撮像する撮像手段Ｍ２と、 該撮像手段Ｍ２により撮像された上記レベル信
号を微分しレベルの変化度信号とする変化度検出
手段Ｍ３と、 該変化度信号を所定の基準値と比較することに
より変化度信号の不規則部分を下記被検査表面の
欠陥部として抽出する欠陥部抽出手段Ｍ４と、 を備えて構成されている。

変化度検出手段Ｍ３とは、撮像手段Ｍ２により
撮像された光の強弱レベル信号を微分しレベルの
変化度信号とする手段であればよく、コンデンサ
と抵抗器とを用いた所謂CR微分回路等のデイス
クリートな回路として構成することや、撮像され
た光の強弱レベル信号を一旦デジタル画像信号に
変換し、該変換されたデジタル画像信号をマイク
ロコンピユータ等を用いた論理演算回路を用いて
微分する構成とすること等が考えられる。

［作用］ 上記構成を有する本発明の表面欠陥検査装置は
次の如く作用する。

本発明の表面欠陥検査装置は、 明暗模様投影手段Ｍ１により被検査表面に写し
出された明暗縞模様の像を撮像手段Ｍ２により該
縞模様に交差する方向に走査して光の強弱レベル
信号として撮像し、該撮像された光の強弱レベル
信号を変化度検出手段Ｍ３により微分してレベル
の変化度信号とした後、欠陥部抽出手段Ｍ４を用
いて上記変化度信号を所定の基準値と比較するこ
とにより変化度信号の不規則部分を被検査表面の
欠陥部として抽出するよう働く。

一般に、被検査表面に写し出された明暗縞模様
の像を撮像手段Ｍ２により光の強弱レベル信号と
して検出すると、明部のハイレベルと暗部のロウ
レベルとを一定の間隔で繰り返す信号となる。こ
の撮像手段による光の強弱レベル信号を変化度検
出手段Ｍ３を用いて微分すれば、レベル信号の変
化の度合いの大きいところ、換言すれば明部のハ
イレベルと暗部のロウレベルとの境界部を他のレ
ベル部と区別して検出することができる。一方、
被検査表面に凹凸等の欠陥部があれば、この欠陥
部により、歪み・乱された欠陥部のレベルは、明
部のハイレベルおよび暗部のロウレベルのどちら
にも属しない所謂中間レベルの信号として検出さ
れ、この部分を微分した変化度信号は、上記明部
のハイレベルと暗部のロウレベルとの境界部を有
しない信号として検出される。欠陥抽出手段は、
変化度信号を所定の基準値と比較することによ
り、この境界部を有しない部分、即ち変化度信号
の不規則部分を欠陥部として抽出する。尚、欠陥
部の光の強弱レベルが中間レベルとして検出され
ない場合でも、明部のハイレベルと暗部のロウレ
ベルとの境界部を有しない部分を欠陥部として検
出することができる。本発明は、この現象を応用
して表面欠陥の検出を行なう装置を提供しようと
するものである。

［実施例］ 次に本発明の表面欠陥検査装置の構成を一層明
らかにするために好適な実施例を図面と共に説明
する。

第２図は本発明一実施例の表面欠陥検査装置の
構成を示すブロツク図である。

本実施例の表面欠陥検査装置は、大きくは、凹
凸等の欠陥の有無が検査される被検査物OBの表
面に縞状の明暗模様を投影する明暗模様投影手段
としての縞模様投影装置１と、被検査物OBの表
面に投影された縞模様の虚像を撮影し光の強弱レ
ベル信号を出力する撮像手段としての撮像装置２
と、撮像装置２が出力する光の強弱レベル信号を
微分しレベルの変化度信号とする変化度検出手段
としての変化度検出回路３と、変化度検出回路３
の出力するレベルの変化度信号を所定の基準値と
比較する等して被検査物OB表面の欠陥部を抽出
する欠陥部抽出手段としての欠陥部抽出回路４
と、から構成されている。

縞模様投影装置１は、多数の等間隔のスリツト
を有する平板１０と散乱光を射出する光源１１と
から構成されていて、被検査物OBの表面に所定
ピツチの縞模様（本実施例では、明部・暗部共に
その間隔1.5mmとしている）を写し出す。尚、本
実施例では、被検査物OBは光沢を有する鉄板で
あつて、縞模様は虚像として写し出される。

撮像装置２は、被検査物OBの表面に写る縞模
様を撮影する撮像管（以下、単にTVカメラとい
う）２０から構成されている。

変化度検出回路３は、分配器３０、微分回路３
１および絶対値回路３２等から構成されている。

欠陥部抽出回路４は、ロウパスフイルタ回路４
０、比較器４１、混合器４２、画像収縮回路４３
および欠陥部判定回路４４等から構成されてい
る。

尚、CRTデイスプレイDP１はTVカメラ２０
により撮影された縞模様を表示するものであり、
CRTデイスプレイDP２は混合器４２より出力さ
れる画像信号（ビデオ信号）を表示するものであ
る。CRTデイスプレイDP３は画像収縮回路４３
より出力されるビデオ信号を表示するものであ
る。また、欠陥部抽出回路４の画像収縮回路４３
と欠陥部判定回路４４とは、第３図に示すよう
に、周知のCPU５０，ROM５１およびRAM５
２等を中心に、これらと外部入力回路５３および
外部出力回路５４とをバス５５により相互に接続
した論理演算回路として一体に構成されている。

次に本実施例の表面欠陥検査装置の作用を、第
４図に示すタイミングチヤートを適宜用いて説明
する。

縞模様投影装置１により被検査物OB上に写さ
れる縞模様の虚像は、TVカメラ２０によりビデ
オ信号VD1（第４図タイミングチヤート ビデオ
信号VD1）に変換されて変化度検出回路３の分
配器３０に出力される。また、このビデオ信号
VD1は、CRTデイスプレイDP１にも出力され、
TVカメラ２０により撮影された画像はCRTデイ
スプレイDP１の画面上に再生される。TVカメ
ラ２０から出力されるビデオ信号VD1は、被検
査物OBの表面が滑らかな状態の時には、本来縞
模様が持つ明部のハイレベルと暗部のロウレベル
とを規則正しい状態で有する正弦波的な信号とな
るが、凹凸等の欠陥部を有している時には、その
欠陥部により縞模様は歪み・乱されて明部のハイ
レベルあるいは暗部のロウレベルのどちらにも属
しないレベル所謂中間レベルの信号を有すること
になる（第４図タイミングチヤート ビデオ信号
VD1区間bad）。この欠陥部により歪み・乱され
た中間レベル部badは、第２図に絵画的に示した
ようにCRTデイスプレイDP１の画面上おいても
観察することができる。尚、TVカメラ２０によ
るビデオ信号VD1は、被検査物OB上の縞模様に
直交するスキヤン走査による映像信号である。従
つて、第４図に示されるタイミングチヤートは時
間ｔをパラメータとしている。

変化度検出回路３の分配器３０に入力されたビ
デオ信号VD1は、ここで、画像のビデオ信号
VD2と同期信号SSとに分離される（第４図タイ
ミングチヤート ビデオ信号VD2、同期信号
SS）。ビデオ信号VD1の有するビデオ信号VD2は
正のレベル、同期信号SSは負のレベルなので、
分配器３０は整流器等を用いて簡易に構成するこ
とができる。

分配器３０から出力されるビデオ信号VD2は、
微分回路３１に入力される。

コンデンサおよび抵抗器等から構成された微分
回路３１は、正弦波的な上記ビデオ信号VD2の
明部のハイレベルから暗部のロウレベルへの境界
部、あるいは暗部のロウレベルから明部のハイレ
ベルの境界部を急激な信号の立ち下がり、あるい
は立ち上がりとして検出する（第４図タイミング
チヤート 変化度信号DD1）。即ち、微分回路３
１は、光の強弱レベル信号としてのビデオ信号
VD2のレベルの変化の度合いの大きい部分を検
出するのである。ここで、欠陥部により歪み・乱
された中間レベル部badには、レベルの変化の度
合いの大きい部分は検出されない。従つて、欠陥
部を示す中間レベル部badは、縞模様の明部およ
び暗部と同様、零レベルとして出力される（第４
図タイミングチヤート 変化度信号DD1区間
bad）。

微分回路３１の出力する変化度信号DD1は、
絶対値回路３２に入力される。絶対値回路３２に
入力された変化度信号DD1の暗部等の負のレベ
ル信号は、ここで正レベルの信号に変換される
（第４図タイミングチヤート 変化度信号DD2）。
換言すれば、絶対値回路３２に入力された変化度
信号DD１は、ここで全波整流された変化度信号
DD2となる。

絶対値回路３２より出力される変化度信号
DD2は、そのままの形で欠陥部抽出回路４の比
較器４１のプラス側に入力されると共に、欠陥部
抽出回路４のロウパスフイルタ回路４０を介して
比較器４１のマイナス側にも入力される。

ロウパスフイルタ回路４０は所謂積分回路とし
て構成されていて、入力された変化度信号DD2
に基づいて浮動しきい値信号SLを作る（第４図
タイミングチヤート 浮動しきい値信号SL）。こ
の浮動しきい値信号SLは、第４図のタイミング
チヤートに示すように、変化度信号DD2の立り
上がり信号より小さく、零レベルより大きい信号
とされている。

浮動しきい値信号SLを比較の基準値とする比
較器４１は、縞模様の明部と暗部との境界部をハ
イレベル、それ以外の部分をロウレベルとする２
値信号のビデオ信号VD3を混合器４２に出力す
る（第４図タイミングチヤート ビデオ信号
VD3）。

ビデオ信号VD3は混合器４２に入力されるが、
この混合器４２には、CRTデイスプレイDP２に
映像出力するために、上述した分配器３０により
分離された同期信号SSも入力され、ビデオ信号
VD３は同期信号SSを含んだビデオ信号VD4とさ
れる（第４図タイミングチヤート ビデオ信号
VD4）。同期信号SSを含んだビデオ信号VD４は、
論理演算回路として構成された画像収縮回路４３
に出力される。尚、ビデオ信号VD4は、CRTデ
イスプレイDP２にも出力されるが、CRTデイス
プレイDP２の画面上には、ビデオ信号VD4のハ
イレベル信号が明部として表示される。即ち、上
述したCRTデイスプレイDP１に表示された明部
と暗部との境界部が画面上に明部として表示さ
れ、明部と暗部および欠陥部を示す中間レベル部
badとが暗部として表示される。

画像収縮回路４３に入力されるビデオ信号
VD4は、周知のごとく、第５図に示す走査線に
従つた信号である。つまり、中間レベル部badが
表われる走査線rnにおいては、ビデオ信号VD4
の縞模様となる暗部の画素数は少なく、中間レベ
ル部badの画素数は多数である。これにより、画
像収縮回路４３は、暗部となる画素数が所定数以
下の場合には、暗部となる画素を明部の画素とす
る所謂画像収縮作業を行なう。この画像収縮作業
は、縞模様の暗部が消えるまで行なわれる（第４
図タイミングチヤート ビデオ信号VD５）。こ
こで、CRTデイスプレイDP１，DP２，DP３の
画面サイズは100mm×100mmであり、走査線の横・
縦の１ラインの画素数は各々512とされている。
従つて、１画素の面積は約0.2×0.2mm² である。
また、画像収縮作業は以下のようにして行なわれ
る。即ち、１ラインの走査線において、暗部とな
る画素数が所定数以上続いている場合のみに暗部
とし、この作業を所定間隔毎の縦縞が消えるまで
行なうのである。

縞模様の暗部が消去されたビデオ信号VD5は、
欠陥部判定回路４４に出力される。尚、このビデ
オ信号VD５は、CRTデイスプレイDP３にも出
力され、中間レベル部badは画面上に表示され
る。この時の中間レベル部badは、、画像収縮回
路４３により若干収縮された画像となつている。

欠陥部判定回路４４では、中間レベル部badの
面積の大きさが判定される。本実施例では、中間
レベル部badの大きさが直径１mm程度の円に相当
する大きさ以上の時、即ち、中間レベル部badの
画素数が25画素以上の時に中間レベル部badを欠
陥部とし、NG信号を出力する。

尚、第６図に示すフローチヤートは、論理演算
回路として構成された画像収縮回路４３および欠
陥部判定回路４４の処理を示すフローチヤートで
ある。画像収縮回路４３および欠陥部判定回路４
４は、この「欠陥部抽出・判定処理」に従つて中
間レベル部badを抽出し（ステツプ100）、中間レ
ベル部badの面積の大きさを判定し所定面積以上
のとき欠陥部有りとしてNG信号を出力する（ス
テツプ110ないし120）。

本実施例の表面欠陥検査装置によると、被検査
物OB上の凹凸等の欠陥部を、簡易な構成によ
り、明暗縞模様の明部と暗部との境界部を含まな
い部分として正確かつ自動的に検出することがで
きる。従つて、被検査物OBの表面塗装色等が検
査する毎に異なつたとしても、欠陥部には縞模様
の明部と暗部との境界部が存在しないことによ
り、表面塗装色の持つ光の強弱レベルにとらわれ
ず欠陥部を検出することができるという優れた効
果を有する。

これにより、ロボツト等の産業機器を用いて物
体の表面検査を無人化することができ、著しく作
業効率を高めることができるという優れた効果を
有する。また、被検査物OB上の中間レベル部
badの大きさは数値化することができ、定量値
（本実施例では25画素以上）と比較されて欠陥部
と判定されるので、検査結果に客観性を有し極め
て信頼性の高い検査結果を自動的に得ることがで
きるという効果も奏している。更に、凹凸等の欠
陥部を明部と暗部との境界部が存在しない中間レ
ベル部badとして検出することができるので、被
検査物OBの表面が曲面等の場合に、明暗の縞模
様の間隔が狭くなつても、欠陥部により歪み・乱
れる縞の面積は一定となり正確な検査結果を得る
ことができるという優れた効果を有している。ま
た、本実施例においては、明暗模様の明部および
暗部の間隔を各々1.5mmとしたが、検出したい欠
陥部の大きさよりも縞間隔を狭くしていけば、欠
陥部検出の精度を向上させることができるという
効果も奏する。更に、本実施例においては、
CRTデイスプレイを３台用いて、検査処理の各
段階の状態を見ることができるので、欠陥部判定
回路４４の出力結果と合わせて用いることにより
誤検出を防ぐことができると共に、欠陥部の位置
確認をできるという効果も有している。

また、被検査物OB上の欠陥部が中間レベル部
として検出されなく、明部のハイレベルあるいは
暗部のロウレベルと同じレベルとして検出されて
も、欠陥部には上記境界部が存在しないので欠陥
部を検出することができるという効果も奏する。
更に、光の強弱レベル信号を微分した後絶対値化
して変化度信号DD２を得ているため、「bad」の
区域のノイズがビデオ信号VD３のピークとして
現れるおそれが少ない。このため、Ｓ／Ｎが高い
という効果を有している。

また、絶対値化することにより、所定の基準値
としての浮動しきい値信号SLと比較するデータ
数を多くすることができるため、欠陥部を抽出す
る精度が高くなるという効果も有している。

以上、本発明の表面欠陥検査装置の一実施例に
ついて詳細に説明したが、本発明の表面欠陥検査
装置は上記実施例に何等限定されるものではな
く、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々
の態様で実施可能である。例えば、本実施例の変
化度検出回路３と欠陥部抽出回路４とを、マイク
ロコンピユータ等を用いた論理演算回路として、
以下のように、一体に構成することも考えられ
る。即ち、第７図のブロツク図および第８図のフ
ローチヤートに示すように、TVカメラ２０の出
力する光の強弱レベルとしてのビデオ信号を（ス
テツプ200）、アナログ／デジタルコンバータ１５
０を用いて一旦デジタル信号のビデオ信号に変換
した後（ステツプ210）メモリ１５１に取り込む
（ステツプ220）。この後、微分演算回路１５２で
明部と暗部との境界部を検出し（ステツプ230）、
画像収縮回路１５３により上記境界部を有しない
中間レベル部を抽出して（ステツプ240）欠陥部
判定回路１５４でその面積の大きさを判定する
（ステツプ250）。このとき、面積の大きさが所定
面積以上であればＩ／Ｏポート１５５からNG信
号を出力する（ステツプ260）。

発明の効果 本発明の表面欠陥検査装置によると、簡易な構
成により、被検査物上の凹凸等の欠陥部と自動的
に検出することができるという優れた効果を有し
ている。これにより、ロボツト等の産業機器を用
いて物体の表面検査を無人化することができ、著
しく作業効率を高めることができるという優れた
効果を有する。また、被検査表面上にて縞模様の
明部と暗部との境界部が存在しない部分を欠陥部
として抽出するため、欠陥部が凹凸である場合の
みならず、光の強弱が異なる箇所、例えば部分的
に材質が変化した箇所や部分的に塗装が劣化した
箇所等も、欠陥部として抽出することができると
いう優れた効果を有する。また、被検査物上の縞
模様の明部と暗部との境界部が存在しない部分の
大きさは数値化することができ、定量値と比較さ
れて欠陥部と判定されるので、検査結果に客観性
を有し極めて信頼性の高い検査結果を自動的に得
ることができるという効果も奏している。更に、
凹凸等の欠陥部を縞模様の明部と暗部との境界部
が存在しない部分として検出することができるの
で、被検査物の表面が曲面等の場合に、明暗の縞
模様の間隔が狭くなつても、欠陥部により歪み・
乱れる縞の面積は一定となり正確な検査結果を得
ることができるという優れた効果を有している。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の表面欠陥検査装置の基本構成
を例示するブロツク図、第２図は本発明一実施例
の表面欠陥検査装置の構成を示すブロツク図、第
３図は画像収縮回路４３および欠陥部判定回路４
４を示すブロツク図、第４図は各部の出力信号を
示すタイミングチヤート、第５図はCRTデイス
プレイDP２の走査線を示す説明図、第６図は論
理演算回路としての画像収縮回路４３および欠陥
部判定回路４４の行なう「欠陥部抽出・判定処
理」を示すフローチヤート、第７図は変化度検出
回路３および欠陥部抽出回路４を論理演算回路と
して一体に構成した様子を示すブロツク図、第８
図はその論理演算回路の行なう処理を示すフロー
チヤート、である。 １……縞模様投影装置、２……撮像装置、３…
…変化度検出回路、４……欠陥部抽出回路、bad
……中間レベル部、DP１，DP２，DP３……
CRTデイスプレイ、OB……被検査物。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 予め定められた明暗縞模様を被検査表面に写
   し出す明暗模様投影手段と、 該明暗模様投影手段により上記被検査表面に写
   し出された明暗縞模様の像を、該縞模様に交差す
   る方向に走査して光の強弱レベル信号として撮像
   する撮像手段と、 該撮像手段により撮像された上記レベル信号を
   微分しレベルの変化度信号とする変化度検出手段
   と、 該変化度信号を所定の基準値と比較することに
   より変化度信号の不規則部分を下記被検査表面の
   欠陥部として抽出する欠陥部抽出手段と、 を備えて構成された表面欠陥検査装置。