特開 2024-2563 表面検査支援装置及び表面検査支援方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024002563

(43)【公開日】2024-01-11

(54)【発明の名称】表面検査支援装置及び表面検査支援方法

(51)【国際特許分類】

   G01N 21/47 20060101AFI20231228BHJP

   G01N 21/88 20060101ALI20231228BHJP

【ＦＩ】

G01N21/47 Z

G01N21/88 Z

【審査請求】未請求

【請求項の数】9

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022101825

(22)【出願日】2022-06-24

(71)【出願人】

【識別番号】515086908

【氏名又は名称】株式会社トヨタプロダクションエンジニアリング

(74)【代理人】

【識別番号】100114306

【弁理士】

【氏名又は名称】中辻 史郎

(74)【代理人】

【識別番号】100148655

【弁理士】

【氏名又は名称】諏訪 淳一

(72)【発明者】

【氏名】石田 雄貴

(72)【発明者】

【氏名】藤崎 琴音

【テーマコード（参考）】

2G051

2G059

【Ｆターム（参考）】

2G051AA90

2G051AB07

2G051AB20

2G051BA01

2G051CA04

2G051CB08

2G051EA16

2G051EA17

2G051EC10

2G059AA02

2G059AA05

2G059BB08

2G059EE02

2G059FF01

2G059GG03

2G059HH02

2G059KK04

2G059MM01

(57)【要約】

【課題】部品の表面や塗装面が複雑な面形状であっても光学異方性を効率よく検査することを課題とする。
【解決手段】表面検査支援装置１０は、表面検査支援装置１０は、一部の欠けた球殻の内殻に対して複数の光源が配設された球殻光源体１５の光源を制御し、検査対象物１００に照射した光の正反射光及び拡散光を、物体側テレセントリック光学系が形成された撮像カメラ１６により撮像し、撮像した複数の画像に基づいて検査画像Ｄ１を合成し、合成された検査画像Ｄ１の赤成分及び青成分に基づいて連結画像Ｄ３を生成し、生成した連結画像Ｄ３を表示制御する。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

部品の表面の光学異方性の検査を支援する表面検査支援装置であって、
一部が欠けた球殻の内殻に対して、前記部品の表面に光を照射する複数の光源を配設した球殻光源体と、
前記球殻光源体に配設された複数の光源の点灯制御を行う光源制御部と、
前記複数の光源のうちの一つから照射された光が前記部品の表面で反射した正反射光及び複数の拡散光が入射する第１の凸レンズと、
円周上の一点及び中心点を通る領域に形成され、前記複数の拡散光の一部をなす第１の拡散光を通過させる第１のカラーフィルタと、前記第１のカラーフィルタと直交する領域に形成され、前記複数の拡散光の他の一部をなす第２の拡散光を通過させる第２のカラーフィルタとを少なくとも含む十字構造のカラーフィルタ部と、
前記第１のカラーフィルタを通過した第１の拡散光と前記第２のカラーフィルタを通過した第２の拡散光とが入射する第２の凸レンズと、
前記複数の光源の個々の点灯制御に伴って前記第２の凸レンズを通過した前記第１の拡散光及び前記第２の拡散光に基づいて形成された複数の画像を合成して検査画像を取得する検査画像取得部と、
前記検査画像取得部により取得された検査画像に基づいて、前記部品の表面の光学異方性に係る情報を所定の表示部に表示制御する表示制御部と
を備える表面検査支援装置。

【請求項2】

前記光源制御部は、
前記球殻光源体に配置された前記複数の光源を所定の順序で一つずつ点灯制御する請求項１に記載の表面検査支援装置。

【請求項3】

前記カラーフィルタ部は、
前記第１のカラーフィルタと前記第２のカラーフィルタとが直交する領域に形成され、前記第３の色の正反射光を通過させる第３のカラーフィルタをさらに含む請求項１又は２に記載の表面検査支援装置。

【請求項4】

前記第１のカラーフィルタは、赤色の拡散光を通過させるカラーフィルタであり、
前記第２のカラーフィルタは、青色の拡散光を通過させるカラーフィルタであり、
前記第３のカラーフィルタは、緑色の正反射光を通過させるカラーフィルタであり、
前記検査画像は、赤成分、青成分、緑成分を画素ごとに持つカラー画像である請求項３に記載の表面検査支援装置。

【請求項5】

前記検査画像取得部は、
前記複数の画像のそれぞれ対応する位置に所在する対応画素のうち、前記緑成分が最大となる画像の赤成分及び青成分を前記検査画像の対応画素の赤成分及び青成分とした検査画像を取得する請求項４に記載の表面検査支援装置。

【請求項6】

前記表示制御部は、
前記検査画像を形成する画素ごとに、前記赤成分及び青成分に基づいて算出されたベクトル方向を画素値としたベクトル画像を生成して前記所定の表示部に表示制御する請求項５に記載の表面検査支援装置。

【請求項7】

前記表示制御部は、
前記検査画像を形成する画素ごとに、前記赤成分と前記青成分を用いた逆正接関数により前記ベクトル画像を生成する請求項６に記載の表面検査支援装置。

【請求項8】

前記表示制御部は、
前記ベクトル画像を形成する画素の画素値が示すベクトル方向に基づいて連結した連結画像を生成して前記所定の表示部に表示制御する請求項７に記載の表面検査支援装置。

【請求項9】

一部が欠けた球殻の内殻に対して、部品の表面に光を照射する複数の光源を配設した球殻光源体と、前記複数の光源のうちの一つから照射された光が前記部品の表面で反射した正反射光及び複数の拡散光が入射する第１の凸レンズと、円周上の一点及び中心点を通る領域に形成され、前記複数の拡散光の一部をなす第１の拡散光を通過させる第１のカラーフィルタと、前記第１のカラーフィルタと直交する領域に形成され、前記複数の拡散光の他の一部をなす第２の拡散光を通過させる第２のカラーフィルタとを少なくとも含む十字構造のカラーフィルタ部と、前記第１のカラーフィルタを通過した第１の拡散光と前記第２のカラーフィルタを通過した第２の拡散光とが入射する第２の凸レンズとを有する表面検査支援装置における表面検査支援方法であって、
前記球殻光源体に配設された複数の光源の点灯制御を行う光源制御工程と、
前記複数の光源の個々の点灯制御に伴って前記第２の凸レンズを通過した前記第１の拡散光及び前記第２の拡散光に基づいて形成された複数の画像を合成して検査画像を取得する検査画像取得工程と、
前記検査画像取得工程により取得された検査画像に基づいて、前記部品の表面の光学異方性に係る情報を所定の表示部に表示制御する表示制御工程と
を含む表面検査支援方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、部品の表面や塗装面が複雑な面形状であっても光学異方性を効率よく検査することができる表面検査支援装置及び表面検査支援方法に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、射出成形部品の表面や車両の塗装面に光学異方性が生じる場合がある。例えば、金型内で溶融樹脂の合流部分が線状の跡となるウェルドラインという成型不良が発生した場合には、見る角度によって射出成形部品等の色合いが異なる結果となる。

【0003】

このため、射出成型部品等の成型不良を検査する従来技術が知られている。例えば、テレセントリック性を有する光学系を用いて取得した画像に基づいて物体に関する情報を取得する技術が知られている。例えば、特許文献１には、同心円状のカラーフィルタを介して画像を取得し、撮像された光線の色を特定し、散乱角を算出する技術が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２０１９－２０３７９６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

しかしながら、上記の特許文献１によれば、光学異方性を検査する場合に正反射光が得られることが必須条件となる。このため、正反射光が得られない複雑な面形状を持つ検査対象物の場合には、光学異方性を検査することが難しいという問題がある。

【0006】

本発明は、上記従来技術による問題点（課題）を解決するためになされたものであって、部品の表面や塗装面が複雑な面形状であっても光学異方性を効率よく検査することができる表面検査支援装置及び表面検査支援方法を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

上述した課題を解決し、目的を達成するため、部品の表面の光学異方性の検査を支援する表面検査支援装置であって、一部が欠けた球殻の内殻に対して、前記部品の表面に光を照射する複数の光源を配設した球殻光源体と、前記球殻光源体に配設された複数の光源の点灯制御を行う光源制御部と、前記複数の光源のうちの一つから照射された光が前記部品の表面で反射した正反射光及び複数の拡散光が入射する第１の凸レンズと、円周上の一点及び中心点を通る領域に形成され、前記複数の拡散光の一部をなす第１の拡散光を通過させる第１のカラーフィルタと、前記第１のカラーフィルタと直交する領域に形成され、前記複数の拡散光の他の一部をなす第２の拡散光を通過させる第２のカラーフィルタとを少なくとも含む十字構造のカラーフィルタ部と、前記第１のカラーフィルタを通過した第１の拡散光と前記第２のカラーフィルタを通過した第２の拡散光とが入射する第２の凸レンズと、前記複数の光源の個々の点灯制御に伴って前記第２の凸レンズを通過した前記第１の拡散光及び前記第２の拡散光に基づいて形成された複数の画像を合成して検査画像を取得する検査画像取得部と、前記検査画像取得部により取得された検査画像に基づいて、前記部品の表面の光学異方性に係る情報を所定の表示部に表示制御する表示制御部とを備える。

【0008】

また、本発明は、上記発明において、前記光源制御部は、前記球殻光源体に配置された前記複数の光源を所定の順序で一つずつ点灯制御する。

【0009】

また、本発明は、上記発明において、前記カラーフィルタ部は、前記第１のカラーフィルタと前記第２のカラーフィルタとが直交する領域に形成され、前記第３の色の正反射光を通過させる第３のカラーフィルタをさらに含む。

【0010】

また、本発明は、上記発明において、前記第１のカラーフィルタは、赤色の拡散光を通過させるカラーフィルタであり、前記第２のカラーフィルタは、青色の拡散光を通過させるカラーフィルタであり、前記第３のカラーフィルタは、緑色の正反射光を通過させるカラーフィルタであり、前記検査画像は、赤成分、青成分、緑成分を画素ごとに持つカラー画像である。

【0011】

また、本発明は、上記発明において、前記検査画像取得部は、前記複数の画像のそれぞれ対応する位置に所在する対応画素のうち、前記緑成分が最大となる画像の赤成分及び青成分を前記検査画像の対応画素の赤成分及び青成分とした検査画像を取得する。

【0012】

また、本発明は、上記発明において、前記表示制御部は、前記検査画像を形成する画素ごとに、前記赤成分及び青成分に基づいて算出されたベクトル方向を画素値としたベクトル画像を生成して前記所定の表示部に表示制御する。

【0013】

また、本発明は、上記発明において、前記表示制御部は、前記検査画像を形成する画素ごとに、前記赤成分と前記青成分を用いた逆正接関数により前記ベクトル画像を生成する。

【0014】

また、本発明は、上記発明において、前記表示制御部は、前記ベクトル画像を形成する画素の画素値が示すベクトル方向に基づいて連結した連結画像を生成して前記所定の表示部に表示制御する。

【0015】

また、本発明は、一部が欠けた球殻の内殻に対して、部品の表面に光を照射する複数の光源を配設した球殻光源体と、前記複数の光源のうちの一つから照射された光が前記部品の表面で反射した正反射光及び複数の拡散光が入射する第１の凸レンズと、円周上の一点及び中心点を通る領域に形成され、前記複数の拡散光の一部をなす第１の拡散光を通過させる第１のカラーフィルタと、前記第１のカラーフィルタと直交する領域に形成され、前記複数の拡散光の他の一部をなす第２の拡散光を通過させる第２のカラーフィルタとを少なくとも含む十字構造のカラーフィルタ部と、前記第１のカラーフィルタを通過した第１の拡散光と前記第２のカラーフィルタを通過した第２の拡散光とが入射する第２の凸レンズとを有する表面検査支援装置における表面検査支援方法であって、前記球殻光源体に配設された複数の光源の点灯制御を行う光源制御工程と、前記複数の光源の個々の点灯制御に伴って前記第２の凸レンズを通過した前記第１の拡散光及び前記第２の拡散光に基づいて形成された複数の画像を合成して検査画像を取得する検査画像取得工程と、前記検査画像取得工程により取得された検査画像に基づいて、前記部品の表面の光学異方性に係る情報を所定の表示部に表示制御する表示制御工程とを含む。

【発明の効果】

【0016】

本発明によれば、部品の表面や塗装面が複雑な面形状であっても光学異方性を効率よく検査することができる。

【図面の簡単な説明】

【0017】

【図1】図１は、実施形態１に係る表面検査支援装置の構成を示す機能ブロック図である。

【図2】図２は、図１に示す球殻光源体の構造の一例を示す図である。

【図3】図３は、図１に示したカラーフィルタ部の構成の一例を示す図である。

【図4】図４は、検査画像の生成を説明するための説明図である。

【図5】図５は、検査画像からベクトル画像の生成を説明するための説明図である。

【図6】図６は、ベクトル画像から連結画像の生成を説明するための説明図である。

【図7】図７は、撮像カメラの構成と正反射光の一例を示す図である。

【図8】図８は、拡散光の一例を示す図である。

【図9】図９は、検査対象物の表面の画像の撮像を説明するための説明図である。

【図10】図１０は、検査画像及び連結画像の一例を示す図である。

【図11】図１１は、ウェルドラインが存在する場合の検査画像及び連結画像の一例を示す図である。

【図12】図１２は、表面検査支援装置の処理手順を示すフローチャート（その１）である。

【図13】図１３は、表面検査支援装置の処理手順を示すフローチャート（その２）である。

【図14】図１４は、実施形態２に係る表面検査支援装置の光学系を示す概要図である。

【発明を実施するための形態】

【0018】

以下に、本発明に係る表面検査支援装置及び表面検査支援方法の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。

【0019】

［実施形態１］
＜表面検査支援装置の構成＞
まず、本実施形態１に係る表面検査支援装置の構成について説明する。図１は、実施形態１に係る表面検査支援装置の構成を示す機能ブロック図である。図１に示すように、表面検査支援装置１０には、一部の欠けた球殻の内殻に対して複数の光源が配設された球殻光源体１５が設けられている。

【0020】

この球殻光源体１５から照射された光は、検査対象物１００の表面Ｓにて正反射光及び拡散光として反射され、反射された正反射光及び拡散光が物体側テレセントリック光学系に入射する。物体側テレセントリック光学系に入射された正反射光及び拡散光は、撮像カメラ１６の受光素子である撮像センサ２３により受光し、画像を取得する。ここで検査対象物１００は、樹脂で形成された樹脂形成部品である。なお、検査対象物１００は、樹脂形成部品に限定されることはなく、他の物質で形成された部品であってもよい。

【0021】

ここで、検査対象物１００の位置Ｐにおいて反射された正反射光について説明する。球殻光源体１５に配設された光源Ｋ_iから照射された光は、検査対象物１００の位置Ｐにて正反射し、図中に実線で示した反射光Ｌ_iのように撮像カメラ１６の大口径凸レンズ２０に入射される。一方、球殻光源体１５に配設された光源Ｋ_i-1から照射された光は、検査対象物１００の位置Ｐにて正反射し、図中に点線で示した反射光Ｌ_i-1のように撮像カメラ１６の大口径凸レンズ２０に入射しない。

【0022】

また、球殻光源体１５に配設された光源Ｋ_i+1から照射された光は、検査対象物１００の位置Ｐにて正反射し、図中に一点鎖線で示した反射光Ｌ_i+1のように撮像カメラ１６の大口径凸レンズ２０に入射しない。

【0023】

このように、検査対象物１００の表面の形状にしたがって、正反射光が大口径凸レンズ２０に入射する光源を特定することが可能であり、これにより、表面検査支援装置１０は、検査対象物１００の表面の面形状が複雑な形状であっても光源を変えることにより光学異方性を検査することができる。

【0024】

表面検査支援装置１０は、入力部１１、表示部１２、記憶部１３及び制御部１４を有する。また、表面検査支援装置１０は、球殻光源体１５及び撮像カメラ１６が接続されている。入力部１１は、マウスやキーボードなどの入力デバイスである。表示部１２は、各種情報を表示する液晶ディスプレイなどの表示デバイスである。記憶部１３は、ハードディスク装置や不揮発性メモリなどの記憶デバイスである。

【0025】

制御部１４は、表面検査支援装置１０の全体を制御する制御部であり、光源制御部１４ａ、画像取得処理部１４ｂ及び表示制御部１４ｃを有する。実際には、これらのプログラムをＣＰＵにロードして実行することにより、光源制御部１４ａ、画像取得処理部１４ｂ及び表示制御部１４ｃのそれぞれに対応するプロセスを実行させることになる。

【0026】

光源制御部１４ａは、さまざまな角度で検査対象物１００に平行光を照射するように、球殻光源体１５に複数配設された光源Ｋ_iを制御する制御部である。具体的には、球殻光源体１５に配設された複数の光源Ｋ_iのうち、１つの光源を選択して点灯制御する。例えば、図２に示す球殻光源体１５は、一部の欠けた球殻の内殻に光源Ｋ_iを複数配設した光源体である。各光源Ｋ_iは、検査対象物１００に向けて異なる照射角を持つ平行光を照射する。

【0027】

画像取得処理部１４ｂは、球殻光源体１５及び撮像カメラ１６を操作して検査対象物１００の表面Ｓの画像を取得する処理部である。具体的には、球殻光源体１５から平行光を照射し、検査対象物１００の表面Ｓで反射した正反射光及び拡散光が物体側テレセントリック光学系に入射したならば、大口径凸レンズ２０及びカラーフィルタ部２１を介して撮像センサ２３により受光し、画像を取得する。

【0028】

図３に示すカラーフィルタ部２１は、円周上の一点及び中心点を通る領域（Ｘ軸）に形成され、第１の色（赤成分）の拡散光を通過させる第１カラーフィルタ２１ａと、該第１カラーフィルタ２１ａと直交する領域（Ｙ軸）に形成され、第２の色（青成分）の拡散光を通過させる第２カラーフィルタ２１ｂと、該第１カラーフィルタ２１ａと該第２カラーフィルタ２１ｂが直交する領域に形成され、第３の色（緑成分）の正反射光を通過させる第３カラーフィルタ２１ｃが形成されている。

【0029】

そして、第１カラーフィルタ２１ａ、第２カラーフィルタ２１ｂ及び第３カラーフィルタ２１ｃ以外の部分には、正反射光及び拡散光を遮光する遮光フィルタ２１ｄが形成されている。

【0030】

また、画像取得処理部１４ｂは、球殻光源体１５の光源Ｋ_iの１つが点灯制御された場合に、１枚の画像を取得する処理部である。例えば、球殻光源体１５の球殻内に光源Ｋ_iが１００個設けられている場合には、１００枚の画像を取得する。そして、画像取得処理部１４ｂは、複数の光源の個々の点灯制御にともなって撮像した複数の画像を合成して検査画像Ｄ１を取得する。

【0031】

図４に示す表面検査支援装置１０は、光源Ｋ_i+1を点灯制御し、検査対象物１００の位置Ｐに光を照射し、光源Ｋ_i+1から照射された光の反射光（正反射光及び拡散光）を撮像する。撮像した画像１は、画素位置Ｐ１において赤成分「Ｒ１」、緑成分「Ｇ１」及び青成分「Ｂ１」の画素値を有する。

【0032】

また、表面検査支援装置１０は光源Ｋ_iを点灯制御し、検査対象物１００の位置Ｐに光を照射し、光源Ｋ_iから照射された光の反射光（正反射光及び拡散光）を撮像する。撮像した画像２では、画素位置Ｐ１において赤成分「Ｒ２」、緑成分「Ｇ２」及び青成分「Ｂ２」を有する。

【0033】

また、表面検査支援装置１０は、光源Ｋ_i-1を点灯制御し、検査対象物１００の位置Ｐに光を照射し、光源Ｋ_i-1から照射された光のその反射光を撮像する。撮像した画像３は、画素位置Ｐ１において赤成分「Ｒ３」、緑成分「Ｇ３」及び青成分「Ｂ３」を有する。

【0034】

そして、表面検査支援装置１０は、画像１、画像２及び画像３の画素位置Ｐ１における緑成分を比較する。ここで、画像２のＧ２は、画像１のＧ１より大きく、また、画像２のＧ２は、画像３のＧ３よりも大きいため、表面検査支援装置１０は、画像２の画素位置Ｐ１における画素値（Ｒ２、Ｇ２、Ｂ２）を検査画像Ｄ１の画素位置Ｐ１における画素値として特定する。

【0035】

表示制御部１４ｃは、画像取得処理部１４ｂで取得した検査画像Ｄ１を形成する画素ごとに、第１カラーフィルタ２１ａを通過した第１の拡散光の赤成分及び第２カラーフィルタ２１ｂを通過した第２の拡散光の青成分を用いた逆正接関数によりベクトル方向を画素値としたベクトル画像Ｄ２を生成する。

【0036】

図５に示すように、検査画像Ｄ１の画素位置Ｐ１の画素値がＲ２、Ｇ２、Ｂ２である場合は、第１カラーフィルタを通過した拡散光の赤成分「Ｒ２」と第２カラーフィルタを通過した拡散光の青成分「Ｂ２」に基づいて、赤成分に対する青成分の比を算出し、その算出された比の逆正接関数を算出する。算出された逆正接関数がθ２の場合は、その値をベクトル画像Ｄ２の画素位置Ｐ１における画素値とする。

【0037】

そして、表示制御部１４ｃは、ベクトル画像Ｄ２を形成する画素の画素値が示すベクトル方向に基づいてベクトルが連結した連結画像Ｄ３を生成し、生成された連結画像Ｄ３を所定の表示部１２に表示制御する処理を行う。

【0038】

具体的には、図６に示すように、ベクトル画像Ｄ２の各画素値は、ベクトル方向を画素値として有しており、その隣接する画素の画素値に相関がある場合には、その画素値を連結する。また、隣接する画素の画素値に相関が無い場合には、その画素値は削除し、連結画像Ｄ３を生成する。

【0039】

撮像カメラ１６は、物体側テレセントリック光学系を形成し、大口径凸レンズ２０と、カラーフィルタ部２１と、撮像センサ２３とを有する。大口径凸レンズ２０は、球殻光源体１５からの平行光の正反射光に平行な光軸をもち検査対象物１００の表面Ｓからの反射光が入射される。カラーフィルタ部２１は、大口径凸レンズ２０の像側焦点位置に、光軸に対して垂直に配置される。撮像センサ２３は、正反射光及び拡散光を受光し、画像を取得する。

【0040】

＜撮像カメラの構成＞
次に、撮像カメラ１６の構成及び正反射光の一例について説明する。図７は、撮像カメラ１６の構成と正反射光Ｌの一例を示す図である。

【0041】

図７に示すように、撮像カメラ１６には、光軸Ｃに平行な検査対象物１００の表面Ｓからの正反射光をすべて入力できる大口径の入力領域を有して物体側テレセントリック光学系を形成する大口径凸レンズ２０が検査対象物１００側に設けられる。大口径凸レンズ２０は、大口径であるため、光軸Ｃ方向の厚みが大きくなるため、フレネルレンズとすることが好ましい。

【0042】

大口径凸レンズ２０の像側の焦点には、カラーフィルタ部２１が配置される。カラーフィルタ部２１は、大口径凸レンズ２０の光軸Ｃに対して垂直に配置され、円周上の一点及び中心点（像側焦点位置）を通る領域（Ｘ軸）に形成され該第１の色（赤成分）を通過させる第１カラーフィルタ２１ａと、第１カラーフィルタ２１ａに直交し該第１の色とは異なる第２の色（青成分）を通過させる図示しない第２カラーフィルタ２１ｂとが形成される。また、該第１カラーフィルタ２１ａ及び該第２カラーフィルタ２１ｂが直交する領域に該第３の色（緑成分）の正反射光を通過させる第３カラーフィルタ２１ｃが形成され、該第１カラーフィルタ２１ａ、該第２カラーフィルタ２１ｂ及び第３カラーフィルタ２１ｃ以外の部分に光を遮光する遮光フィルタ２１ｄを有する。

【0043】

絞り凸レンズ２２は、カラーフィルタ部２１を通過した光を撮像センサ２３に結像させる。撮像センサ２３は、拡散光（第１の色及び第２の色）と正反射光（第３の色）の光量を計測する。

【0044】

次に正反射光Ｌの光路について説明する。図７に示すように、球殻光源体１５から照射された照射光は、検査対象物１００の表面Ｓにおいて正反射し、光軸Ｃに平行な光として大口径凸レンズ２０に入射される。そして、正反射光Ｌは、大口径凸レンズ２０の像側焦点に配置されているカラーフィルタ部２１の第３カラーフィルタ２１ｃを通過して絞り凸レンズ２２に入射される。その後、正反射光Ｌは、絞り凸レンズ２２で光軸Ｃに平行な光となり撮像センサ２３に到達する。

【0045】

次に拡散光Ｌ１、Ｌ２の光路について説明する。ここでは、拡散光Ｌ１、Ｌ２は、Ｘ軸方向に拡散することとする。図８は、拡散光の一例を示す図である。図８に示すように、球殻光源体１５から検査対象物１００の表面Ｓの位置Ｐに照射された光は、表面Ｓにおいて、Ｘ軸方向に拡散光Ｌ１、Ｌ２のように拡散する。その後、拡散光Ｌ１、Ｌ２は、大口径凸レンズ２０を介して、カラーフィルタ部２１のＸ軸方向に配置された第１カラーフィルタ２１ａを通過し、絞り凸レンズ２２にて撮像センサ２３の画素位置Ｐ２に結像される。

【0046】

＜画像の撮像について＞
次に、検査対象物１００の表面Ｓの画像の撮像について説明する。図９は、検査対象物１００の表面Ｓの画像の撮像を説明するための説明図である。ここでは、検査対象物１００は、Ｘ軸方向に曲面を持ったものとし、正反射光Ｌについて説明する。図９に示すように、光源Ｋ₅₀によって照射された平行光が検査対象物１００で反射された正反射光Ｌ３は、大口径凸レンズ２０、カラーフィルタ部２１、絞り凸レンズ２２を介して、撮像センサ２３の表面Ｓ１の領域に結像する。

【0047】

次に、光源Ｋ₃₀によって照射された平行光が検査対象物１００で反射された正反射光Ｌ４は、大口径凸レンズ２０、カラーフィルタ部２１、絞り凸レンズ２２を介して、撮像センサ２３の表面Ｓ２の領域に結像する。また、光源Ｋ₁₀によって照射された平行光が検査対象物１００で反射された正反射光Ｌ５は、大口径凸レンズ２０、カラーフィルタ部２１、絞り凸レンズ２２を介して、撮像センサ２３の表面Ｓ３の領域に結像する。

【0048】

また、光源Ｋ₂₀によって照射された平行光が検査対象物１００で反射された正反射光Ｌ６は、大口径凸レンズ２０、カラーフィルタ部２１、絞り凸レンズ２２を介して、撮像センサ２３の表面Ｓ４の領域に結像する。光源Ｋ₄₀によって照射された平行光が検査対象物１００で反射された正反射光Ｌ５は、大口径凸レンズ２０、カラーフィルタ部２１、絞り凸レンズ２２を介して、撮像センサ２３の表面Ｓ５の領域に結像する。そして、光源Ｋ₆₀によって照射された平行光が検査対象物１００で反射された正反射光Ｌ６は、大口径凸レンズ２０、カラーフィルタ部２１、絞り凸レンズ２２を介して、撮像センサ２３の表面Ｓ６の領域に結像する。

【0049】

実際には、光源Ｋ_i（ｉ＝１０、２０、３０、４０、５０、６０）がそれぞれ点灯制御された複数の画像を撮像し、複数の画像のそれぞれ対応する画素位置に所在する画素のうち、緑成分が最大となる画像の赤成分及び青成分を検査画像の対応画素の赤成分及び青成分とし、検査画像Ｄ１を生成する。

【0050】

＜連結画像Ｄ３の生成＞
次に連結画像Ｄ３の生成について説明する。図１０は、検査画像Ｄ１及び連結画像Ｄ３の一例を示す図である。図１０に示すように、検査画像Ｄ１の第１カラーフィルタ２１ａ及び第２カラーフィルタ２１ｂを通過した拡散光の赤成分及び青成分からなる検査画像Ｄ１は、赤色及び青色とその中間色で構成されるカラー画像である。そして検査画像Ｄ１のすべての画素での赤成分及び青成分の比の逆正接関数を算出し、ベクトル画像Ｄ２を生成する。そして、生成されたベクトル画像Ｄ２の画素を連結処理することによって連結画像Ｄ３を生成する。

【0051】

次にウェルドラインが存在する場合の連結画像Ｄ３について説明する。図１１は、ウェルドラインが存在する場合の検査画像Ｄ１及び連結画像Ｄ３の一例を示す図である。図１１に示すように、第１カラーフィルタ２１ａ及び第２カラーフィルタ２１ｂを通過した拡散光からなる検査画像Ｄ１は、ウェルドラインＷが存在する位置で不連続なカラー画像となる。

【0052】

そして、検査画像Ｄ１のすべての画素で赤成分及び青成分の比の逆正接関数を算出し、ベクトル画像Ｄ２を生成する。そして、生成されたベクトル画像Ｄ２の画素を連結処理することによって連結画像Ｄ３を生成する。表面検査支援装置１０は、生成された連結画像Ｄ３を表示部１２に表示することによって、検査対象物１００の表面の状況を表示することができる。

【0053】

＜表面検査支援装置１０の処理手順＞
次に、表面検査支援装置１０の処理手順について説明する。図１２及び図１３は、表面検査支援装置１０の処理手順を示すフローチャートである。図１２に示すように、表面検査支援装置１０は、球殻光源体１５の照射を行う光源Ｋ_iを選択する（ステップＳ１０１）。そして、表面検査支援装置１０は、選択された光源Ｋｉを点灯制御し検査対象物１００に平行光を照射する（ステップＳ１０２）。その後、表面検査支援装置１０は、撮像センサ２３により検査対象物１００の表面Ｓの画像を取得する（ステップＳ１０３）。

【0054】

表面検査支援装置１０は、球殻光源体１５のすべての光源Ｋ_iから照射が完了したか否かを判定する（ステップＳ１０４）。球殻光源体１５のすべての光源Ｋ_iから照射が完了していない場合は（ステップＳ１０４；Ｎｏ）、次の光源Ｋ_iの選択を行い（ステップＳ１０５）、ステップＳ１０２に移行する。

【0055】

一方、球殻光源体１５のすべての光源Ｋｉからの照射が完了した場合は（ステップＳ１０４；Ｙｅｓ）、検査画像Ｄ１を生成するため、撮像した複数の画像の対応する画素位置を特定する（ステップＳ１０６）。その後、表面検査支援装置１０は、特定した画素位置の緑成分が最大の画像を選択する（ステップＳ１０７）。

【0056】

そして、表面検査支援装置１０は、選択した画像の画素位置における赤成分及び青成分を検査画像Ｄ１の画素位置における赤成分及び青成分とする（ステップＳ１０８）。その後、表面検査支援装置１０は、未処理の画素位置が存在するか否かを判定する（ステップＳ１０９）。未処理の画素位置が存在する場合は（ステップＳ１０９；Ｙｅｓ）、次の画素位置を特定し（ステップＳ１１０）、ステップＳ１０７に移行する。

【0057】

一方、未処理の画素位置が存在しない場合は、表面検査支援装置１０は、検査画像の所定の画素を特定する（ステップＳ１１１）。そして、所定の画素における赤成分及び青成分の比の逆正接関数を算出し、所定の画素の画素値とする（ステップＳ１１２）。そして、表面検査支援装置１０は、未処理の画素が存在するか否かを判定する（ステップＳ１１３）。

【0058】

表面検査支援装置１０は、未処理の画素が存在する場合は（ステップＳ１１３；Ｙｅｓ）、次の画素を特定し（ステップＳ１１４）、ステップＳ１１２に移行する。一方、未処理の画素が存在しない場合は（ステップＳ１１３；Ｎｏ）、ベクトル画像Ｄ２に基づいて連結画像Ｄ３を生成し（ステップＳ１１５）、生成した連結画像を所定の表示部１２に表示制御し（ステップＳ１１６）、一連の処理を終了する。

【0059】

上述してきたように、本実施形態１では、表面検査支援装置１０は、一部の欠けた球殻の内殻に対して複数の光源が配設された球殻光源体１５の光源を制御し、検査対象物１００に照射した光の正反射光及び拡散光を、物体側テレセントリック光学系が形成された撮像カメラ１６により撮像し、撮像した複数の画像に基づいて検査画像Ｄ１を合成し、合成された検査画像Ｄ１の赤成分及び青成分に基づいて連結画像Ｄ３を生成し、生成した連結画像Ｄ３を表示制御するようにしたので、部品の表面や塗装面が複雑な面形状であっても光学異方性を効率よく検査することができる。

【0060】

［実施形態２］
ところで、上記実施形態１では、球殻光源体１５に配設された光源Ｋｉは、平行光を照射する場合について説明したが、実施形態２では、球殻光源体１５に配設された光源Ｋｉが照射する光が平行光でない場合について説明する。なお、実施形態１と同様の部位については、同一の符号を付すこととして、その詳細な説明は省略する。

【0061】

＜光学系の構成＞
図１４は、実施形態２に係る表面検査支援装置１０の光学系を示す概要図である。図１４に示すように、表面検査支援装置１０の光学系は、球殻光源体１５、検査対象物１０１、大口径凸レンズ２０、カラーフィルタ部２１及び撮像部２４から構成されている。ここで、検査対象物１０１は、樹脂で形成された樹脂形成部品である。なお、検査対象物１０１は、樹脂形成部品に限定されることはなく、他の材質で形成された部品でもよい。また、球殻光源体１５の光源Ｋ_Jと検査対象物１０１の距離をＮ、大口径凸レンズ２０の焦点距離をｆ、大口径凸レンズ２０から正反射光が集束する位置までの距離をＭとする。

【0062】

球殻光源体１５には、放射光を照射する光源Ｋ_Jが配設されている。そして、カラーフィルタ部２１及び撮像部２４をＭ＝（ｆ²／Ｎ）＋ｆを満たす位置に配設したならば、球殻光源体１５の光源Ｋ_Jから照射された放射光は検査対象物１０１で反射し、その正反射光Ｌ１０、Ｌ１１、Ｌ１２は、大口径凸レンズ２０を介してカラーフィルタ部２１で集束する。

【0063】

ここでは正反射光について説明したが、拡散光においても正反射光と同様にカラーフィルタ部２１の第１カラーフィルタ２１ａ及び第２カラーフィルタ２１ｂを通過して撮像部２４にて撮像される。

【0064】

上述してきたように、本実施形態２では、表面検査支援装置１０の光学系を球殻光源体１５の光源Ｋ_Jと検査対象物１０１の距離をＮ、大口径凸レンズ２０の焦点距離をｆとし、大口径凸レンズ２０とカラーフィルタ部２１及び撮像部２４との距離ＭをＭ＝（ｆ²／Ｎ）＋ｆを満たす位置に配設することにより、球殻光源体１５に配設する光源Ｋ_Jは、放射光を照射する光源を用いることが可能になり、平行光を照射する光源Ｋ_iを用いる光学系の大きさより小さな光学系で構成することができる。

【0065】

なお、上記実施形態１及び実施形態２では、カラーフィルタ部２１の円周上の一点及び中心点（像側焦点位置）を通る領域（Ｘ軸）に形成された第１の色（赤成分）の第１カラーフィルタ２１ａと、第１カラーフィルタ２１ａに直交する第２の色（青成分）の第２カラーフィルタ２１ｂと、該第１カラーフィルタ２１ａ及び該第２カラーフィルタ２１ｂが直交する領域に形成された第３の色（緑成分）の第３カラーフィルタ２１ｃを配したが、本発明はこれに限定されるものではなく、各フィルタの色は入れ替えてもよい。また、各色のフィルタをシャッタや局所的な絞り羽を配して正反射光Ｌ及び拡散光Ｌ１、Ｌ２の光量を計測するようにしてもよい。

【0066】

また、各色のカラーフィルタの代わりに透明で透過率が制御可能な液晶を利用し、不透過・透過の部位を順次高速に入れ替える構成にしてもよい。

【0067】

また、上記実施形態１及び実施形態２では、球殻光源体１５は、球形である場合について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、一部を欠いた回転楕円体でもよい。

【0068】

上記の各実施形態で図示した各構成は機能概略的なものであり、必ずしも物理的に図示の構成をされていることを要しない。すなわち、各装置の分散・統合の形態は図示のものに限られず、その全部又は一部を各種の負荷や使用状況などに応じて、任意の単位で機能的又は物理的に分散・統合して構成することができる。

【産業上の利用可能性】

【0069】

本発明に係る表面検査支援装置及び表面検査支援方法は、部品の表面や塗装面が複雑な面形状であっても光学異方性を効率よく検査する場合に適している。

【符号の説明】

【0070】

１０ 表面検査支援装置
１１ 入力部
１２ 表示部
１３ 記憶部
１４ 制御部
１４ａ 光源制御部
１４ｂ 画像取得処理部
１４ｃ 表示制御部
１５ 球殻光源体
１６ 撮像カメラ
２０ 大口径凸レンズ
２１ カラーフィルタ部
２１ａ 第１カラーフィルタ
２１ｂ 第２カラーフィルタ
２１ｃ 第３カラーフィルタ
２１ｄ 遮光フィルタ
２２ 絞り凸レンズ
２３ 撮像センサ
２４ 撮像部
１００、１０１ 検査対象物
Ｃ 光軸
Ｄ１ 検査画像
Ｄ２ ベクトル画像
Ｄ３ 連結画像
Ｋ_i、Ｋ_J、Ｋ_i-1、Ｋ_i+1 光源
Ｋ１０、Ｋ２０、Ｋ３０、Ｋ４０、Ｋ５０、Ｋ６０ 光源
Ｌ 正反射光
Ｌ_i、Ｌ_i-1、Ｌ_i+1 反射光
Ｌ３、Ｌ４、Ｌ５、Ｌ６ 正反射光
Ｌ１０、Ｌ１１、Ｌ１２ 正反射光
Ｌ１、Ｌ２ 拡散光
Ｐ 位置
Ｐ１、Ｐ２ 画素位置
Ｓ、Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４、Ｓ５、Ｓ６ 表面
Ｗ ウェルドライン

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】