特許 7087458 画像検査装置、画像検査方法及び画像検査プログラム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2022-06-13

(45)【発行日】2022-06-21

(54)【発明の名称】画像検査装置、画像検査方法及び画像検査プログラム

(51)【国際特許分類】

   G01N 21/88 20060101AFI20220614BHJP

【ＦＩ】

G01N21/88 Z

【請求項の数】 7

(21)【出願番号】P 2018039347

(22)【出願日】2018-03-06

(65)【公開番号】P2019152591

(43)【公開日】2019-09-12

【審査請求日】2020-03-05

(73)【特許権者】

【識別番号】000002945

【氏名又は名称】オムロン株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100123319

【弁理士】

【氏名又は名称】関根 武彦

(74)【代理人】

【識別番号】100125357

【弁理士】

【氏名又は名称】中村 剛

(74)【代理人】

【識別番号】100123098

【弁理士】

【氏名又は名称】今堀 克彦

(74)【代理人】

【識別番号】100106622

【弁理士】

【氏名又は名称】和久田 純一

(74)【代理人】

【識別番号】100138357

【弁理士】

【氏名又は名称】矢澤 広伸

(72)【発明者】

【氏名】加藤 豊

【審査官】赤木 貴則

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１６－１０９４６２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００５－３３７８５７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０８－２８５５５９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０００－００９４５４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１４－０８５１７３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００９－１６８４５４（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１６／０３７９３７９（ＵＳ，Ａ１）

【文献】米国特許出願公開第２０１５／０３５５４７０（ＵＳ，Ａ１）

【文献】米国特許出願公開第２０１５／０１３０９２７（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０１Ｎ ２１／８４－Ｇ０１Ｎ ２１／９５８

Ｇ０１Ｂ １１／００－Ｇ０１Ｂ １１／３０

ＪＳＴＰｌｕｓ／ＪＭＥＤＰｌｕｓ／ＪＳＴ７５８０（ＪＤｒｅａｍＩＩＩ）

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

検査対象物を画像で検査する画像検査装置であって、
前記検査対象物に光を照射する照明手段と、
前記検査対象物を撮像する撮像手段と、
前記照明手段と前記撮像手段との位置関係及び前記検査対象物の形状データを基に作成される、前記照明手段が照射した場合に、前記撮像手段が撮像する画像に写る前記検査対象物からの前記照明手段の反射光の形状が規定のパターンと一致することになる形状のパターン光を、前記照明手段に平らな発光面で発光させる制御手段と、を備え、
前記パターン光は、前記照明手段が前記検査対象物の曲面部分に前記パターン光を照射した場合に、前記反射光の形状が直線状の帯の縞からなる規定のパターンと一致することになる、太さが変化した帯が並ぶ縞パターンの光である、
画像検査装置。

【請求項2】

前記制御手段は、
前記撮像手段の撮像面内の特定の位置にある仮想点と、前記撮像面に写る前記検査対象物において前記仮想点に対応する実際の位置である反射点とを結ぶ第１の仮想線に対し、前記検査対象物の前記反射点における法線を中心にして前記第１の仮想線と線対称の線である第２の仮想線が、前記照明手段の発光面に交わることになる位置である対応点を、前記撮像面内の各位置について特定し、
前記仮想点と前記対応点との対応関係に基づき、前記撮像面に前記規定のパターンの形状のパターン光が入射するように、前記発光面のパターン光の形状を作成する、
請求項１に記載の画像検査装置。

【請求項3】

前記制御手段は、前記照明手段が照射した場合に、前記撮像手段が撮像する画像に写る前記照明手段の光の形状が直線状或いは縞状の光のパターンと一致することになる形状のパターン光を、前記照明手段に照射させる、
請求項１または２に記載の画像検査装置。

【請求項4】

前記撮像手段が撮像した前記検査対象物の画像に写る前記照明手段の光の形状と前記規定のパターンとの差分に基づいて前記検査対象物の欠陥の有無を判定する判定手段を更に備える、
請求項１から３の何れか一項に記載の画像検査装置。

【請求項5】

前記制御手段は、前記照明手段が前記検査対象物の曲面部分に照射した場合に、前記反射光の形状が縞の位相が変化する複数の前記規定のパターンと一致することになる複数の前記縞パターンの光を、前記パターン光として前記照明手段に照射させる、
請求項３または４に記載の画像検査装置。

【請求項6】

検査対象物を画像で検査する画像検査方法であって、
前記検査対象物に照明手段で光を照射する照明工程と、
前記検査対象物を撮像手段で撮像する撮像工程と、
前記照明手段と前記撮像手段との位置関係及び前記検査対象物の形状データを基に作成される、前記照明手段が照射した場合に、前記撮像手段が撮像する画像に写る前記検査対象物からの前記照明手段の反射光の形状が規定のパターンと一致することになる形状のパターン光を、前記照明手段に平らな発光面で発光させる制御工程と、を有し、
前記パターン光は、前記照明手段が前記検査対象物の曲面部分に前記パターン光を照射した場合に、前記反射光の形状が直線状の帯の縞からなる規定のパターンと一致することになる、太さが変化した帯が並ぶ縞パターンの光である、
画像検査方法。

【請求項7】

検査対象物を画像で検査する画像検査プログラムであって、
コンピュータに、
前記検査対象物に照明手段で光を照射する照明工程と、
前記検査対象物を撮像手段で撮像する撮像工程と、
前記照明手段と前記撮像手段との位置関係及び前記検査対象物の形状データを基に作成される、前記照明手段が照射した場合に、前記撮像手段が撮像する画像に写る前記検査対象物からの前記照明手段の反射光の形状が規定のパターンと一致することになる形状のパターン光を、前記照明手段に平らな発光面で発光させる制御工程と、を実行させ、
前記パターン光は、前記照明手段が前記検査対象物の曲面部分に前記パターン光を照射した場合に、前記反射光の形状が直線状の帯の縞からなる規定のパターンと一致することになる、太さが変化した帯が並ぶ縞パターンの光である、
画像検査プログラム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、画像検査装置、画像検査方法及び画像検査プログラムに関する。

【背景技術】

【0002】

近年、生産ラインでは検査の自動化や省力化のために、画像による製品の外観検査を行う画像検査装置が広く利用されている（例えば、特許文献１を参照）。外観検査の種類や手法には様々なものが存在するが、基本的な構成は、画像センサを内蔵した撮像装置で検査対象物を撮像し、得られた画像から検査領域となる部分を抽出し、その検査領域の部分の画像の特徴を解析・評価することで、目的の検査（例えば、良／不良の判定、仕分け、情報取得など）を行うというものである。

【0003】

この種の画像検査装置において、検査対象物を検査する手法としては、例えば、検査対象物に縞状のパターン光を投影し、その検査対象物を写した画像を解析することにより、物体表面の状態に関する情報を得るものがある。また、近年では、多品種少量生産に対応するべく、例えば、検査対象物と画像検査装置との相対的な位置関係を産業用ロボットで適宜調整し、検査対象物を様々な角度から検査する試みもなされている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特開２０１３－１９１０６４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

検査対象物に一本の直線状或いは縞状のパターン光を照射し、その検査対象物を写した画像を解析する検査手法を、光沢のある平面の検査に用いる場合、当該パターン光が照射された平面を写した画像には、当該平面に照射されたパターン光と同等の形状のパターンが写ることになる。一方、この手法を自動車用のミラーやボディといった光沢のある曲面の検査に用いる場合、縞状のパターン光が照射された曲面を写した画像には、曲面によって変形された縞状のパターンが写ることになる。

【0006】

検査対象物の画像検査において、一本の直線状或いは縞状のパターンが写る画像から検査対象物の欠陥を検出する方法としては、例えば、予め登録されたパターンと画像に写るパターンとを比較し、両パターンの差分に基づいて検出するものがある。この方法は、欠陥を比較的容易に検出可能であるが、例えば、パターン光の照射箇所が曲面の場合、照射箇所を写した画像には曲面によって変形されたパターンが写ることになる。よって、欠陥を検出するには、パターンの歪みによる影響を除去するためのフィルタ処理を用いるなど、複雑な処理が必要となる。

【0007】

また、例えば、検査対象物に縞状のパターン光を位相変化させながら照射し、画像に写る縞状のパターンの位相変化の特異点から欠陥を検出する方法では、通常、均一な縞模様のパターン光が検査対象物に照射される。そして、検査対象物に照射されるパターン光の縞は、検出したい欠陥のサイズに見合った幅に調整される。しかし、パターン光の照射箇所が曲面の場合、照射箇所を写した画像では縞の幅が増減し得るため、縞の幅の変動により欠陥の検出精度が低下する。そこで、パターン光の照射箇所が曲面の場合には、検査対象物に様々な幅の縞のパターン光を照射することも考えられるが、検査対象物に照射するパターン光の種類の増加により、撮像に多大な時間を要することになる。

【0008】

そこで、本願は、検査対象物に照射するパターン光の照射箇所が曲面の場合における検査時間の増加や検出精度の低下を可及的に抑制する技術を開示する。

【課題を解決するための手段】

【0009】

上記課題を解決するため、本発明では、画像に写る光の形状が規定のパターンとなるように、検査対象物に照射するパターン光の形状を、検査対象物の形状データに基づいて作成することにした。

【0010】

詳細には、本発明は、検査対象物を画像で検査する画像検査装置であって、前記検査対象物に光を照射する照明手段と、前記検査対象物を撮像する撮像手段と、前記照明手段と前記撮像手段との位置関係及び前記検査対象物の形状データを基に作成される、前記照明手段が照射した場合に、前記撮像手段が撮像する画像に写る前記照明手段の光の形状が規定のパターンと一致することになる形状のパターン光を、前記照明手段に照射させる制御手段と、を備える。

【0011】

ここで、検査対象物とは、画像検査装置による画像検査の対象となり得る物体であり、例えば、生産ラインを流れる工業製品やその部品、市場から回収される工業製品やその部品、収穫された農産物や漁獲された水産物、その他の各種物体が挙げられる。

【0012】

また、規定のパターンとは、検査対象物の画像検査において、検査の画像処理で用いる光のパターンであり、例えば、検査における画像処理が容易な均一な縞模様が挙げられる。

【0013】

また、形状データとは、検査対象物の形状に関するデータであり、例えば、検査対象物の設計図のデータ、或いは、検査対象物と同種の良品を３次元測定して得られる形状のデータが挙げられる。

【0014】

上記の画像検査装置では、照明手段と撮像手段との位置関係及び検査対象物の形状データを基にして作成された、画像に規定のパターンが写り込むことになる形状のパターン光が検査対象物に照射される。このパターン光の形状は、予め作成されたものであってもよいし、或いは、撮像手段の撮像時に作成されたものであってもよい。上記の画像検査装置では、このようなパターン光が照射された検査対象物が撮像されるので、検査対象物が正常な場合、取得される画像には、基本的に上記規定のパターンが写り込むことになる。すなわち、検査の画像処理で用いる画像では、検査対象物の形状に起因するパターン光への影響が、当該検査対象物の形状データに基づいて除去されたパターン光が写り込む。よって、当該検査対象物の形状に起因する検査時間の増加や検出精度の低下が抑制できる。

【0015】

なお、前記制御手段は、前記撮像手段の撮像面内の特定の位置にある仮想点と、前記撮像面に写る前記検査対象物において前記仮想点に対応する実際の位置である反射点とを結ぶ第１の仮想線に対し、前記検査対象物の前記反射点における法線を中心にして前記第１の仮想線と線対称の線である第２の仮想線が、前記照明手段の発光面に交わることになる位置である対応点を、前記撮像面内の各位置について特定し、前記仮想点と前記対応点との対応関係に基づき、前記撮像面に前記規定のパターンの形状のパターン光が入射するように、前記発光面のパターン光の形状を作成するものであってもよい。

【0016】

照明手段から放たれた光は、正反射の法則に従って検査対象物を反射し、撮像手段へ入射することになる。よって、検査対象物の反射点における法線を中心にして線対称の２つの仮想線を用いることで、撮像手段の撮像面内にある仮想点と照明手段の発光面内にある対応点との対応関係が特定され、これにより、発光手段に発光させるべき発光面のパターン光の形状を作成することが可能となる。

【0017】

また、前記制御手段は、前記照明手段が照射した場合に、前記撮像手段が撮像する画像に写る前記照明手段の光の形状が直線状或いは縞状の光のパターンと一致することになる形状のパターン光を、前記照明手段に照射させるものであってもよい。直線状或いは縞状の光のパターンが写り込んだ画像であれば、検査における画像処理が容易になる。

【0018】

また、上記の画像検査装置は、前記撮像手段が撮像した前記検査対象物の画像に写る前記照明手段の光の形状と前記規定のパターンとの差分に基づいて前記検査対象物の欠陥の有無を判定する判定手段を更に備えるものであってもよい。上記の画像検査装置においては、検査対象物の形状に起因するパターン光への影響が、当該検査対象物の形状データに基づいて除去されたパターン光が写り込むので、判定手段は、基準のパターンを複数用いなくても欠陥の有無の判定を行うことができる。

【0019】

また、前記制御手段は、前記照明手段が照射した場合に、前記撮像手段が撮像する画像に写る前記照明手段の光の形状が縞状の光のパターンであり、縞の位相が変化する複数のパターン光と一致することになる複数の形状のパターン光を、前記照明手段に照射させるものであってもよい。上記の画像検査装置においては、検査対象物の形状に起因するパターン光への影響が、当該検査対象物の形状データに基づいて除去されるため、位相変化するパターン光であっても、縞の幅にバリエーションが現れるような照明パターンを用意することなく、欠陥の検出精度を維持することが可能である。

【0020】

また、本発明は、方法及びプログラムの側面から捉えることもできる。例えば、本発明は、検査対象物を画像で検査する画像検査方法であって、前記検査対象物に照明手段で光を照射する照明工程と、前記検査対象物を撮像手段で撮像する撮像工程と、前記照明手段と前記撮像手段との位置関係及び前記検査対象物の形状データを基に作成される、前記照明手段が照射した場合に、前記撮像手段が撮像する画像に写る前記照明手段の光の形状が規定のパターンと一致することになる形状のパターン光を、前記照明手段に照射させる制御工程と、を有するものであってもよい。

【発明の効果】

【0021】

上記の画像検査装置、画像検査方法及び画像検査プログラムであれば、検査対象物に照射するパターン光の照射箇所が曲面の場合における検査時間の増加や検出精度の低下を可及的に抑制可能である。

【図面の簡単な説明】

【0022】

【図1】実施形態に係る画像検査装置によって実現される処理の一例を示した概要図である。

【図2】画像検査装置の全体構成の一例を示した図である。

【図3】帯状の照明パターンをワークに照射した場合に、カメラに写り込む画像を例示した図である。

【図4】画像検査装置で行われる照明の照明パターンの作成方法の第１例を示した図である。

【図5】ワークの形状と作成される照明パターンとの対応関係の一例を示した図である。

【図6】画像処理ユニットで行われる画像処理の一例を示した図である。

【図7】画像検査装置で行われる照明の照明パターンの作成方法の第２例を示した図である。

【発明を実施するための形態】

【0023】

＜適用例＞
図１は、実施形態に係る画像検査装置１によって実現される処理の一例を示した概要図である。画像検査装置１は、主な構成として、例えば、図１に示すように、カメラ２（本願でいう「撮像手段」の一例である）と照明２Ｌ（本願でいう「照明手段」の一例である）とを備える。カメラ２は、検査対象物４の検査に用いる画像を取得する。照明２Ｌは、検査対象物４に所定の照明パターンの光を照射する。

【0024】

照明２Ｌによって照明された検査対象物４をカメラ２で撮像して得た画像のデータは、画像検査装置１に設けられた図示しない画像処理ユニットへ送られる。画像処理ユニットでは、カメラ２から送られた画像のデータを使った検査対象物４の外観検査が行われる。画像処理ユニットによって欠陥の有無の確認が行われた検査対象物４は、次工程へ送られる。画像処理ユニットによって有無の確認が行われる欠陥としては、例えば、検査対象物４への物品類の衝突によって生じる打痕といった凹凸状の欠陥、塗装等の表面処理における不具合によって生じる色彩の欠陥、異物の付着、その他各種の欠陥が挙げられる。これらの欠陥には、処置が容易なものもあれば、修復不能なものもある。例えば、画像を使った検査対象物４の外観検査で検出された欠陥が単なる異物の付着であれば、欠陥は、当該異物の除去によって容易に解消できる。よって、画像検査装置１で検査された検査対象物４の送り先は、画像検査装置１の画像検査で欠陥が発見された場合に、画像検査装置１における欠陥の種類の画像判別の結果に応じて切り替わってもよい。

【0025】

このように構成される画像検査装置１では、検査対象物４を撮像するカメラ２で得られる画像に、直線状の帯が等間隔で並ぶ縞模様の照明パターンが写るように、検査対象物４に光を照射する照明２Ｌの照明パターンを、形状が既知である検査対象物４の３次元形状の情報を用いて作成する。そして、画像検査装置１では、３次元形状の情報を用いて作成された所定の形状の照明パターンが照射された検査対象物４を写した画像で画像検査装置１の検査が行われ、欠陥の有無の判定が行われる。

【0026】

画像検査装置１では、例えば、位相シフト法やその他各種の３次元計測法を用いることができる。そして、画像検査装置１は、例えば、自動車やその他各種の工業製品を生産する生産ラインで用いられるＦＡ機器の一つとして用いることができる。

【0027】

例えば、位相シフト法では、所定の形状の照明パターンを検査対象物に照射したときのパターンの歪みを解析することにより、当該検査対象物の３次元形状の情報が計測される。具体的には、例えば、照明を用いて所定の形状の照明パターン（例えば輝度が正弦波状に変化する縞状パターン）を検査対象物に照射した状態で、当該検査対象物の撮像を行う。そうすると、検査対象物には、その凹凸に応じたパターンの歪みが現れる。この処理を、照明パターンの輝度変化の位相を変化させながら複数回繰り返すことで、輝度の特徴が相異なる複数枚の画像が得られる。各画像の同一画素の明るさ（輝度）は、検査対象物に照射した照明パターンの変化と同一の周期で変化するはずであるから、各画素の明るさの変化に対して正弦波を当てはめることで、各画素の位相が分かる。そして、所定の基準点における位相に対する位相差を求めることで、その基準点における法線方向を算出することができる。

【0028】

検査対象物の平面部分における欠陥の検出を位相シフト法で行う場合、直線状の帯が等間隔で並ぶ縞模様の照明パターンを当該平面部分に照射しても、当該平面部分を写した画像には、基本的に、直線状の帯が等間隔で並ぶ縞模様の照明パターンが写る。一方、例えば、検査対象物の曲面部分といった非平面部分における欠陥の検出を位相シフト法で行う場合、直線状の帯が等間隔で並ぶ縞模様の照明パターンを当該非平面部分に照射すると、当該非平面部分を写した画像には、当該非平面部分の形状によって変形された照明パターンが写ることになる。よって、直線状の帯が等間隔で並ぶ縞模様の照明パターンを非平面部分に照射して欠陥の有無を検査する場合、非平面部分の形状による変形で帯の太さが変
化した縞模様の画像を解析することになるため、欠陥の検出精度が低下する。

【0029】

この点、上記の画像検査装置１では、検査対象物４の曲面部分４Ｃを撮像するカメラ２で得られた画像であっても、当該画像に直線状の帯が等間隔で並ぶ縞模様の照明パターンが写るように、検査対象物４に光を照射する照明２Ｌの照明パターンを、形状が既知である検査対象物４の３次元形状の情報を用いて作成している。よって、検査対象物４に欠陥が無い場合、カメラ２で得られる画像には、基本的に、直線状の帯が等間隔で並ぶ縞模様の照明パターンが写ることになる。したがって、カメラ２の画像を処理する画像処理ユニットでは、直線状の帯が等間隔で並ぶ縞模様の画像を解析することになるため、欠陥の検出精度は低下しない。

【0030】

＜実施形態＞
以下、画像検査装置１について詳細に説明する。図２は、画像検査装置１の全体構成の一例を示した図である。画像検査装置１は、上述したカメラ２と照明２Ｌの他、カメラ２と照明２Ｌを先端に設けたロボットアーム３、カメラ２から送られた画像データの処理等を司る画像処理ユニット８（本願でいう「判定手段」の一例である）、ロボットアーム３を制御するロボットコントローラ１０、カメラ２や照明２Ｌやロボットコントローラ１０の制御を司るＰＬＣ９（本願でいう「制御手段」の一例である）を備える（ＰＬＣ：Programmable Logic Controller）。画像処理ユニット８としては、例えば、ＣＰＵ（中央演
算処理装置）、メモリ、補助記憶装置（ハードディスクドライブやソリッドステートドライブなど）、入力装置（キーボード、マウス、タッチパネルなど）を有する汎用のコンピュータ、或いは、画像処理専用の装置を適用できる。ＰＬＣ９も同様である。

【0031】

カメラ２は、ｍ×ｎ個の受光素子をマトリクス状に配列した撮像素子を有し、カラー又はモノクロの静止画像あるいは動画像を画像処理ユニット８に取り込むデバイスである。ただし、可視光像以外の特殊な画像（Ｘ線画像、サーモ画像など）を検査に利用する場合には、その画像に合わせたセンサを用いればよい。

【0032】

カメラ２には、照明２Ｌが併設される。照明２Ｌは、検査対象物４を照らす照明手段である。照明２Ｌは、例えば、単一の光源を有する照明手段であってもよいし、或いは、相異なる波長の照明光（赤色光，緑色光，青色光）をそれぞれ任意の強度で発光可能な複数の光源を有する照明手段であってもよい。照明２Ｌは、様々な形状の照明パターンの光を照らす照明手段である。照明２Ｌとしては、例えば、液晶ディスプレイ等の画像表示装置を適用できる。

【0033】

ロボットアーム３は、いわゆる多関節ロボットであり、第１関節３Ｋ１を介してベース３Ｂに連結される第１アーム３Ａ１と、第２関節３Ｋ２を介して第１アーム３Ａ１の先端部に連結される第２アーム３Ａ２とを備える。ロボットアーム３は、第３関節３Ｋ３を介して第２アーム３Ａ２の先端に設けられる。ロボットアーム３には、各関節の軸を中心に各アームを回動させるためのモータ等の駆動機構が内蔵されており、画像処理ユニット８から送られる命令に従って動作する。

【0034】

画像処理ユニット８は、メモリに展開されたコンピュータプログラムをＣＰＵが実行することにより、カメラ２が撮像した検査対象物４の画像の各種処理を司る。また、ＰＬＣ９は、メモリに展開されたコンピュータプログラムをＣＰＵが実行することにより、画像検査装置１の各部の制御を司る。

【0035】

なお、画像検査装置１には、操作ユニット１１と表示ユニット１２が設けられている。操作ユニット１１は、画像検査装置１を取り扱うオペレータが操作しやすい適当な箇所に配置される入力装置であり、オペレータが画像検査装置１に対して行う各種操作を受け付
ける。操作ユニット１１は、表示ユニット１２と一体のタッチパネルであってもよいし、汎用のコンピュータに一般利用されるキーボードであってもよいし、或いは、専用に設計された入力装置であってもよい。また、表示ユニット１２は、画像検査装置１を取り扱うオペレータから見えやすい適当な箇所に配置される表示装置であり、画像検査装置１の各部の状態表示や、カメラ２で取得された画像の表示を行う。

【0036】

画像検査装置１で画像検査が開始されると、ＰＬＣ９は、カメラ２に検査対象物４が写るようにロボットコントローラ１０へ命令を行い、カメラ２と照明２Ｌが適当な位置へ移動するようにロボットアーム３を作動させる。そして、ＰＬＣ９は、この位置で照明２Ｌが検査対象物４を照らした場合に、曲面部分４Ｃにより照明２Ｌの照明パターンが変形されても、カメラ２の画像に直線状の帯が等間隔で並ぶ縞模様の照明パターンが写るように、照明２Ｌに照明パターンを変形させる。

【0037】

照明２Ｌの照明パターンは、以下のように変形される。図３は、帯状の照明パターンをワークに照射した場合に、カメラに写り込む画像を例示した図である。図３に示されるように、帯状の照明パターンをワークの平面部分に照射した場合、当該平面部分を写す画像には所定の太さの帯が写り込む。また、帯状の照明パターンをワークの凸面部分に照射した場合、当該凸面部分を写す画像には、曲がった帯や、所定の太さよりも細い帯が写り込む。また、帯状の照明パターンをワークの凹面部分に照射した場合、当該凹面部分を写す画像には、所定の太さよりも太い帯が写り込む。

【0038】

そこで、画像検査装置１では、照明２Ｌの照明パターンを以下のようにして作成する。図４は、画像検査装置１で行われる照明２Ｌの照明パターンの作成方法の第１例を示した図である。

【0039】

＜照明パターンの作成＞
照明２Ｌの照明パターンを作成する際は、まず、画像の各点と照明の各点との対応関係が特定される。画像の各点と照明の各点との対応関係は、次のようにして特定することができる。例えば、カメラ２の位置を視点とし、画像に写る検査対象物４の任意の点Ｃ（Ｘｃ，Ｙｃ，Ｚｃ）（本願でいう「仮想点」の一例である）を結ぶ仮想直線を視線ｖとする。検査対象物４の形状は、検査対象物４の設計図のデータ、或いは、検査対象物４と同種の良品を３次元測定して得たデータから既知である。また、カメラ２の位置もロボットアーム３を制御するロボットコントローラ１０から既知である。検査対象物４の形状とカメラ２の位置が既知であれば、視線ｖと検査対象物４の表面の交点Ａ（本願でいう「反射点」の一例である）の座標（Ｘａ，Ｙａ，Ｚａ）は一意に求まる。

【0040】

次に、交点Ａにおける検査対象物４の表面の法線ベクトルをｎとする。正反射の法則から、法線ベクトルｎは、視線ｖと正反射直線ｒを二分するベクトルとなる。この関係を利用すると、視線ｖと法線ベクトルｎから正反射直線ｒを求めることができる。

【0041】

また、照明２Ｌの位置は、ロボットアーム３を制御するロボットコントローラ１０から既知である。照明２Ｌの位置が既知であれば、正反射直線ｒと照明２Ｌの発光面との交点である点Ｂ（本願でいう「対応点」の一例である）の座標（Ｘｂ，Ｙｂ，Ｚｂ）を求めることができる。

【0042】

以上により、画像に写る検査対象物４の任意の点Ｃ（Ｘｃ，Ｙｃ，Ｚｃ）と、照明２Ｌの発光面にある点Ｂの座標（Ｘｂ，Ｙｂ，Ｚｂ）との対応関係が特定される。これにより、画像上の任意の点Ｃの座標（ｘｃ，ｙｃ）とそれに対応する照明２Ｌの発光面の任意の点Ｂの座標（ｘｂ，ｙｂ）との対応付けが完了する。

【0043】

画像の各点と照明の各点との対応関係が特定された後は、照明２Ｌの発光面における各点の発光強度の決定が行われる。例えば、カメラ２に縞模様が写り込むようにする場合、画像に所定の形状の縞模様が描画されることになる画像上の各点Ｃの濃度Ｌ（白または黒）を決定する。そして、画像上の各点Ｃに対応する発光面の各点Ｂ（ｘｂ，ｙｂ）の発光強度を濃度Ｌに比例させる。濃度Ｌに中間調を用いれば、例えば、位相シフト法で用いられるような正弦波で変化する縞模様にも対応できる。

【0044】

照明２Ｌの照明パターンは、例えば、画像検査装置１の画像処理ユニット８で作成されてもよいし、或いは、画像検査装置１以外の装置を使って作成されてもよい。上記のような方法で作成された照明２Ｌの照明パターンは、画像検査装置１において、例えば、以下のようにして用いられる。

【0045】

すなわち、画像検査装置１で画像検査が開始されると、ＰＬＣ９は、照明２Ｌの発光面が、上記の方法で作成された照明パターンで発光するように、画像処理ユニット８に照明２Ｌを制御させる。照明２Ｌが液晶ディスプレイ等の画像表示装置であれば、ＰＬＣ９は、上記の方法で作成された照明パターンの画像の信号を画像処理ユニット８に生成させ、照明２Ｌに表示させる。

【0046】

図５は、ワークの形状と作成される照明パターンとの対応関係の一例を示した図である。

【0047】

例えば、検査対象物４の平面部分を画像検査装置１で画像検査する場合、当該平面部分の範囲内においては、上述した視線ｖと検査対象物４の表面とが交差する点Ａが何れの箇所であっても、点Ａにおける検査対象物４の表面の法線ベクトルｎが一定の方向となるため、画像上の任意の点Ｃの座標（ｘｃ，ｙｃ）とそれに対応する照明２Ｌの発光面の任意の点Ｂの座標（ｘｂ，ｙｂ）との対応関係は、Ｘ軸方向とＹ軸方向の何れにおいても線形となる。よって、例えば、所定の太さの帯が並ぶ帯状の照明パターンが画像に写るようにする場合、作成される照明パターンは、図５のＡ欄に示されるように、所定の太さの帯が並ぶ帯状の照明パターンとなる。

【0048】

また、例えば、検査対象物４の凸面部分を画像検査装置１で画像検査する場合、当該凸面部分の範囲内においては、上述した視線ｖと検査対象物４の表面とが交差する点Ａの位置に応じて、点Ａにおける検査対象物４の表面の法線ベクトルｎが変化する。よって、画像上の任意の点Ｃの座標（ｘｃ，ｙｃ）とそれに対応する照明２Ｌの発光面の任意の点Ｂの座標（ｘｂ，ｙｂ）との対応関係は非線形となる。そして、法線ベクトルｎの方向は、基本的にカメラ２や照明２Ｌが存在する方向から離れる方向となるため、例えば、所定の太さの帯が並ぶ帯状の照明パターンが画像に写るようにする場合、作成される照明パターンは、図５のＢ欄に示されるように、所定の太さの帯よりも幅の広まった帯が並ぶ帯状の照明パターンとなる。

【0049】

また、例えば、検査対象物４の凹面部分を画像検査装置１で画像検査する場合、当該凹面部分の範囲内においては、上述した視線ｖと検査対象物４の表面とが交差する点Ａの位置に応じて、点Ａにおける検査対象物４の表面の法線ベクトルｎが変化する。よって、画像上の任意の点Ｃの座標（ｘｃ，ｙｃ）とそれに対応する照明２Ｌの発光面の任意の点Ｂの座標（ｘｂ，ｙｂ）との対応関係は非線形となる。そして、法線ベクトルｎの方向は、基本的にカメラ２や照明２Ｌが存在する方向へ向かう方向となるため、例えば、所定の太さの帯が並ぶ帯状の照明パターンが画像に写るようにする場合、作成される照明パターンは、図５のＣ欄に示されるように、所定の太さの帯よりも幅の狭まった帯が並ぶ帯状の照明パターンとなる。

【0050】

画像検査装置１では、上記のようにして作成される照明パターンの光が照明２Ｌから検査対象物４へ照射され、その状態でカメラ２による検査対象物４の撮影が行われる。そして、カメラ２によって取得される検査対象物４の画像は、画像処理ユニット８において、例えば、以下のように処理される。

【0051】

図６は、画像処理ユニット８で行われる画像処理の一例を示した図である。ＰＬＣ９の制御によって検査対象物４がカメラ２に撮像されると、画像処理ユニット８は、カメラ２によって取得された画像のデータを解析する。そして、画像処理ユニット８は、検査対象物４が写る画像から欠陥の有無を判定する。画像処理ユニット８は、欠陥の有無の判定を、例えば、以下のような方法で実行する。

【0052】

例えば、カメラ２で取得された画像に写る検査対象物４に欠陥が無い場合、欠陥の無い良品の検査対象物４を写した基準画像とカメラ２の画像とを比較しても差分は生じない。一方、カメラ２で取得された画像に写る検査対象物４に欠陥がある場合、欠陥の無い良品の検査対象物４を写した基準画像とカメラ２の画像とを比較すると差分が生じる。そこで、画像処理ユニット８は、欠陥の有無の判定を行うにあたり、基準画像と検査対象物４を写したカメラ２の画像との差分を求める。画像検査装置１では、所定の形状の縞模様が画像に描画されるように照明パターンを作成しているため、基準画像として用いられる基準画像としては、カメラ２が撮像する検査対象物４の形状に依存しない一種類のモデルだけ有ればよい。直線状の帯が等間隔で並ぶ縞模様の照明パターンで検査対象物４を照明した場合に写る画像では、検査対象物４の形状によって変形された照明パターンが写り込むことになるため、このような画像から欠陥を検出するには、変形された照明パターンの影響を除去するための複雑なフィルタ処理、或いは、検査対象物４の形状毎に基準画像を容易する必要がある。この点、上記の画像検査装置１であれば、一種類のモデルの基準画像で欠陥の有無を判定することが可能であるため、パターン光の照射箇所が曲面の場合における検査時間の増加や検出精度の低下を可及的に抑制することができる。

【0053】

また、上記の画像検査装置１を位相シフト法に適用する場合、以下のような効果がある。位相シフト法を画像検査装置１に適用した場合、上述したように、正弦波状に位相が変化する縞状パターンの照明パターンを用いて検査対象物４の表面の法線方向を推定し、その特異点（周囲と比較して位相が異なるような点）を見つけることで、欠陥を検出することになる。通常の位相シフト法では、照明パターンとして均一な縞模様が用いられるため、曲面部分４Ｃを有する検査対象物４を撮像すると、曲面部分４Ｃの形状により、カメラで観測される縞が変形し、縞の幅が狭くなったり広くなったりする。

【0054】

縞の幅は、検出したい欠陥のサイズに見合った適度の幅に設定されると、当該サイズの欠陥の検出精度が最も高まる。縞の幅が、検出したい欠陥のサイズに見合った適度の幅より小さすぎても大きすぎても検出精度が低下する。よって、例えば、検査対象物４のように曲面部分を有するワークを位相シフト法で画像検査する場合に、縞の幅にバリエーションをもたせた照明パターンを用意する方法も考えられるが、照明パターン数が増えると撮像に要する時間が長くなる。

【0055】

この点、上記画像検査装置１であれば、所定の幅の縞が並ぶ縞模様の照明パターンが画像に写るように照明パターンが作成される。上述した照明パターンの作成においては、正弦波状に位相が変化する縞状パターンがカメラ２に写り込むようにするため、画像上の各点Ｃの濃度Ｌが正弦波状に位相変化するように、画像上の各点Ｃに対応する発光面の各点Ｂ（ｘｂ，ｙｂ）の発光強度が決定される。この発光強度は、動的な値となる。このようして作成される照明パターンが照明２Ｌから照射され、その際に検査対象物４がカメラ２に撮像されることで、画像上の各点Ｃの濃度Ｌが正弦波状に０度から３６０度まで位相変化する位相画像が取得される。そして、画像処理ユニット８は、この位相画像の処理に際
し、検査対象物４の形状に依存しない一種類の位相画像（基準画像）との差分を求め、この差分に基づいて容易に欠陥の検出を行うことができる。したがって、画像検査装置１に位相シフト法を適用しても、カメラ２に写る検査対象物４の縞模様に幅のバリエーションが現れるような照明パターンを用意することなく、欠陥の検出精度を維持することが可能である。

【0056】

なお、上記においては、縞模様の照明パターンを例示していたが、照明２Ｌが照射する照明パターンは、例えば、１本の帯であってもよい。また、上記においては、縦方向に延在する帯が横に複数並ぶ縞模様の照明パターンが図示されていたが、照明２Ｌが照射する照明パターンは、例えば、横方向に延在する帯が縦に複数並ぶ縞模様の照明パターンであってもよい。

【0057】

また、照明２Ｌは、平らな発光面を有するものに限定されない。照明２Ｌは、例えば、曲面状の発光面を有するものであってもよい。図７は、画像検査装置１で行われる照明２Ｌの照明パターンの作成方法の第２例を示した図である。

【0058】

照明２Ｌの発光面の形状が既知であれば、照明２Ｌの発光面が曲面であっても平面と同様、正反射直線ｒと照明２Ｌの発光面との交点である点Ｂの座標（Ｘｂ，Ｙｂ，Ｚｂ）を求めることができる。よって、照明２Ｌの発光面が曲面であっても、画像に写る検査対象物４の任意の点Ｃ（Ｘｃ，Ｙｃ，Ｚｃ）と、照明２Ｌの発光面にある点Ｂの座標（Ｘｂ，Ｙｂ，Ｚｂ）との対応関係が特定可能であり、これにより、画像上の任意の点Ｃの座標（ｘｃ，ｙｃ）とそれに対応する照明２Ｌの発光面の任意の点Ｂの座標（ｘｂ，ｙｂ）との対応付けができる。したがって、画像上の各点Ｃに対応する発光面の各点Ｂ（ｘｂ，ｙｂ）の発光強度を決定することができる。

【0059】

図７に示されるように、検査対象物４を取り囲むような凹状の曲面を発光面とする照明２Ｌであれば、正反射直線ｒを捕捉できる範囲が広がるため、検査対象物４の形状のバリエーションの対応範囲が、発光面が平面の場合よりも広い。

【0060】

＜コンピュータが読み取り可能な記録媒体＞
コンピュータその他の機械、装置（以下、コンピュータ等）に上記いずれかの処理を実現させるプログラムをコンピュータ等が読み取り可能な記録媒体に記録することができる。そして、コンピュータ等に、この記録媒体のプログラムを読み込ませて実行させることにより、その機能を提供させることができる。

【0061】

ここで、コンピュータ等が読み取り可能な記録媒体とは、データやプログラム等の情報を電気的、磁気的、光学的、機械的、または化学的作用によって蓄積し、コンピュータ等から読み取ることができる記録媒体をいう。このような記録媒体のうちコンピュータ等から取り外し可能なものとしては、例えばフレキシブルディスク、光磁気ディスク、ＣＤ－ＲＯＭ、ＣＤ－Ｒ／Ｗ、ＤＶＤ、ブルーレイディスク（ブルーレイは登録商標）、ＤＡＴ、８ｍｍテープ、フラッシュメモリなどのメモリカード等がある。また、コンピュータ等に固定された記録媒体としてハードディスクやＳＳＤ、ＲＯＭ（リードオンリーメモリ）等がある。

【0062】

なお、上記実施形態及び変形例は、本発明の実施形態の一例であり、本願で開示する発明の技術的範囲を上記実施形態及び変形例に限定するものではない。

【符号の説明】

【0063】

１・・画像検査装置：２・・カメラ：２Ｌ・・照明：３・・ロボットアーム：３Ｋ１・・第１関節：３Ｋ２・・第２関節：３Ｋ３・・第３関節：３Ｂ・・ベース：３Ａ１・・第１
アーム：３Ａ２・・第２アーム：４・・検査対象物：４Ｃ・・曲面部分：８・・画像処理ユニット：９・・ＰＬＣ：１０・・ロボットコントローラ：１１・・操作ユニット：１２・・表示ユニット

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】