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公開番号2025009317
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-01-20
出願番号2023112234
出願日2023-07-07
発明の名称撮像装置、表面検査装置および表面検査方法
出願人株式会社HACARUS
代理人弁理士法人クレイア特許事務所
主分類G01N 21/88 20060101AFI20250110BHJP(測定;試験)
要約【課題】形状が複雑な被検査物の場合においてもより少ない回数の撮像で検査に必要な画像を生成することができる撮像装置、表面検査装置、および表面検査方法を提供することにある。
【解決手段】鏡面部を含む被検査物10の表面状態を検査する表面検査装置300に用いられる撮像装置100であって、被検査物10の周囲を囲むように配置され、被検査物10に縞画像を投射する複数の平面または凹面形状の照明20と、被検査物10に対して所定位置に配置され、縞画像が投射された被検査物を撮像する撮像部30と、を備える。また、表面検査装置300はさらに検査画像生成部200を備え、撮像装置100で撮像された画像を処理して検査画像を生成する。
【選択図】図2

特許請求の範囲【請求項１】
鏡面部を含む被検査物の表面状態を検査する表面検査装置に用いられる撮像装置であって、
前記被検査物の周囲を囲むように配置され、前記被検査物に縞画像を投射する複数の平面または凹面形状の照明と、
前記被検査物に対して所定位置に配置され、縞画像が投射された前記被検査物を撮像する撮像部と、を備える、撮像装置。
続きを表示（約 950 文字）【請求項２】
複数の前記照明によって前記被検査物に投射される縞画像は、前記照明ごとに異なり、
前記撮像部は、複数の前記照明によって投射された複数の縞画像の合成された画像を撮像する、請求項１に記載の撮像装置。
【請求項３】
さらに前記照明の光を反射する１つまたは複数の平面または凹面形状の鏡を備え、
前記鏡で反射した縞画像が前記被検査物に投射され、
前記撮像部は、複数の前記照明および前記鏡によって投射された複数の縞画像の合成された画像を撮像する、請求項１に記載の撮像装置。
【請求項４】
前記鏡のうちの１つが前記撮像部側に配置されている、請求項３に記載の撮像装置。
【請求項５】
前記鏡は放物面鏡からなり、
前記撮像部は、前記鏡の中心に配置されている、請求項４に記載の撮像装置。
【請求項６】
前記被検査物の前記撮像部に対向する面を前面とした場合、前記被検査物の前方向、後方向、右方向、左方向、上方向、下方向のすべての方向に前記照明または前記鏡が配置される、請求項３に記載の撮像装置。
【請求項７】
前記撮像部は、アーム駆動部により保持され、前記アーム駆動部を制御することにより前記被検査物に対する撮像位置を変更して撮像することができる、請求項１から６のいずれか１項に記載の撮像装置。
【請求項８】
請求項１から６のいずれか１項に記載の撮像装置に加えて、前記撮像装置で撮像された画像を処理して検査画像を生成する検査画像生成部を備える表面検査装置。
【請求項９】
鏡面部を含む被検査物の表面状態を検査する表面検査方法であって、
前記被検査物の周囲を囲むように配置された複数の平面または凹面形状の照明、および、前記照明の光を反射する１つまたは複数の平面または凹面形状の鏡から前記被検査物に縞画像を投射する縞画像投射工程と、
前記被検査物に対して所定位置に配置された撮像部により、縞画像が投射された前記被検査物を撮像する撮像工程と、
前記撮像工程で撮像された画像を処理して検査画像を生成する検査画像生成工程と、を備える、表面検査方法。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、表面が鏡面反射の性質を有する被検査物を撮像する撮像装置、撮像装置を用いて被検査物の表面状態を検査する表面検査装置および表面検査方法に関する。
続きを表示（約 3,800 文字）【背景技術】
【０００２】
表面が鏡面反射の性質を有する被検査物に縞画像を投射して撮像し、撮像した縞画像を用いて被検査物の表面状態を検査することができる表面検査装置に関して、以下の特許が開示されている。
特許文献１（特開２０１８－０５９８８３号公報）には、被検査体の表面が鏡面であり、曲がり部を有する立体形状であっても、その曲がり部における表面状態を検査することのできる表面検査装置が開示されている。
特許文献１に記載の表面検査装置は、表面が鏡面であり、曲がり部を有する立体形状の被検査体の表面状態を検査する表面検査装置であって、曲がり部に縞状パターンの光を写り込ませる照明と、曲がり部に対して照明を複数の位置に移動する照明移動部と、曲がり部に対して所定位置に配置され、照明が複数の位置に移動される毎に、縞状パターンが写り込んだ曲がり部を撮像する撮像部と、撮像部に撮像された複数の画像をそれぞれ微分処理して、これら微分処理後の複数の画像を加算する演算部と、演算部による加算後の画像における縞状パターンに基づいて、当該縞状パターンの欠損を検査する検査部と、を備え、照明移動部は、照明を複数の位置に移動するとき、縞状パターンの微分画像の加算により、曲がり部に写り込んだ縞状パターンの欠損部以外の輝度が平均化されるように、照明をそれぞれ配置することを特徴とする。
【０００３】
特許文献２（特開平０８－０８６６３４号公報）には、１画面中で欠陥検出の出来る範囲が広く、かつ“ゆず肌”のような極めて薄い凹凸を欠陥と誤検出することなく、より精密な欠陥検出を行なえる表面欠陥検査装置が開示されている。
特許文献２に記載の表面欠陥検査装置は、被検査面に光を照射し、その被検査面からの反射光に基づいて受光画像を作成し、この受光画像に基づいて被検査面上の欠陥を検出する表面欠陥検査装置において、被検査面に所定の明暗パターンを映し出す照明手段と、上記被検査面を撮像して得られる受光画像を電気信号の画像データに変換する撮像手段と、上記画像データにおける周波数成分のうち低い周波数領域での明部と暗部の境界領域を識別する境界領域識別手段と、上記画像データにおける周波数成分のうち高い周波数領域で、かつレベルが所定値以上の領域のみを抽出する画像強調手段と、上記画像強調手段で抽出した領域のうち上記境界領域識別手段で識別した境界領域でない部分を欠陥として検出する欠陥検出手段と、を備えたことを特徴とする。
【０００４】
特許文献３（特開２０２１－０５６１８３号公報）には、小さな表面欠陥を高精度で安定して検出することができるワークの表面欠陥検出装置が開示されている。
特許文献３に記載の表面欠陥検出装置は、表面欠陥の検出対象であるワークに対し照明装置による明暗パターンを相対的に移動させた状態で、前記ワークの被測定部位についての複数の画像を取得する画像取得手段と、前記画像取得手段により取得された各画像に対する、二値化処理と閾値の適用によって、またはコーナー検出関数の適用によって、画像の特徴点を抽出する特徴点抽出手段と、前記特徴点抽出手段によって抽出された各特徴点に対し多次元の特徴量を求めることにより、仮欠陥候補を抽出する仮欠陥候補抽出手段と、前記仮欠陥候補抽出手段により仮欠陥候補が抽出された複数の画像のうち、仮欠陥候補が対応する画像が予め設定された閾値以上存在すれば、前記仮欠陥候補を欠陥候補として決定する欠陥候補決定手段と、前記欠陥候補決定手段により決定された欠陥候補が含まれている複数の画像を合成して合成画像を作成する画像合成手段と、前記画像合成手段により作成された合成画像に基づいて欠陥検出を行う検出手段と、を備えたことを特徴とする。
【０００５】
特許文献４（特開２０１１－１７９９８２号公報）には、自動車のボディやその部品などの光沢塗装が施されるなどして表面反射の強い計測対象物であっても、簡単な構造により低コストで高精度かつ高速に表面の疵、塗装の剥がれや凹みなどの表面欠陥を検査することが可能な表面検査装置が開示されている。
特許文献４に記載の表面検査装置は、半透明素材により形成された曲面状壁を有する計測空間を構成する計測環境構成装置と、計測空間内の計測対象物に対して、曲面状壁の外部に設けられた光源光であり、曲面状壁を透過して計測対象物に全照射される光源光を、均一に減光して全照射するための照明装置と、パターン光を計測対象物に直接当たらないように曲面状壁に投影して反射させ、この反射されたパターン光（以下、「反射パターン光」と称す。）を計測対象物に投影するためのパターン光投影装置と、計測対象物に対して相対的に静止した状態で計測対象物を撮像する撮像装置であり、照明装置により全照射された計測対象物の全照明画像の撮像および反射パターン光が投影された計測対象物の反射パターン画像の撮像を行う撮像装置と、全照明画像および反射パターン画像から計測対象物の表面欠陥を検出するデータ処理装置とを含む。
【０００６】
特許文献５（特開２０２０－１３４４９１号公報）には、検査に熟練した者でなくても欠陥を精度よく検出可能な検査ユニットが開示されている。
特許文献５に記載の検査ユニットは、対象表面の欠陥を検出するための検査ユニットであって、検査ユニットは、投影装置と、撮影装置とを備えており、投影装置は、投影画像を、シフト方向に沿ってシフトするようにして対象表面に投影可能であり、撮影装置は、対象表面を撮影可能であり、投影画像は、１以上の明部と、明部よりも低い輝度を有する１以上の暗部とを含んでおり、投影画像をシフト方向に沿って１回以上シフトするようにして対象表面に投影することにより、対象表面における全ての位置に明部及び暗部を投影可能であり、検査ユニットは、検査処理と、検査準備処理とを実行可能であり、検査ユニットは、検査処理において、投影装置によって、投影画像をシフト方向に沿って１回以上シフトするようにして対象表面に投影し、撮影装置によって、対象表面を撮影し、これにより欠陥を検出し、検査ユニットは、検査準備処理において、投影装置によって、対象表面における少なくとも１つの所定位置に対して、明部及び暗部の夫々を１回以上投影し、撮影装置によって、２以上の画像を撮影する。
【０００７】
特許文献６（特開２０１０－０８５１６５号公報）には、鏡面性を有する被検査体表面の凹凸欠点の検出に際し、光照射手段と撮像手段に対する被検査面の位置関係が経時的に変化し、撮像画像が逐次変化する際に、凹凸欠点を精度良く検出できないという問題点を解決する表面検査装置が開示されている。
特許文献６に記載の表面検査装置は、被検査体に明暗パターンの光を照射する光照射手段と、被検査体で反射した明暗パターンを撮像する撮像手段と、撮像手段が撮像した明暗パターンを含む撮像画像に基づいて被検査体の表面を検査するデータ処理手段とを備える表面検査装置において、データ処理手段は、撮像画像内における光照射手段から照射した明暗パターンが被検査体表面にて反射した領域から、明暗パターンの明領域と暗領域の境界点を検出する境界検出手段と、境界点から明暗パターンの境界線のマスターを作成する境界マスター作成手段と、撮像画像内の明暗パターンの境界線とマスターの明暗パターンの境界線を比較することにより被検査体の欠点を検出する欠点検出手段を備えることを特徴とする。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
特開２０１８－０５９８８３号公報
特開平０８－０８６６３４号公報
特開２０２１－０５６１８３号公報
特開２０１１－１７９９８２号公報
特開２０２０－１３４４９１号公報
特開２０１０－０８５１６５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
従来、表面が鏡面部を含む被検査物に対しては、鏡面部に縞画像を投射して撮像して検査画像を生成するという方法が用いられていた。しかし、形状が複雑な場合、縞画像が投射される領域が狭く、同一の撮像位置での撮像によって合成できる部分が限られているために、より多くの箇所で個別に縞画像を投射、撮像することが必要になり、撮像回数が増え、結果的に検査により多くの時間がかかるという課題があった。
【００１０】
特許文献１に記載の表面検査装置では、表面が鏡面の曲がり部に縞状パターンの光を写り込ませることによって曲がり部の欠陥を検査している。しかし、特許文献１の表面検査装置の場合、照明が単一の平面であることから縞状パターンの光の写り込む領域が狭いこと、さらに縞状パターンの光の写り込む領域を変更するためには照明を移動させなければならないことから、結果的に検査により多くの時間がかかるという課題があった。
（【００１１】以降は省略されています）

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