专利名称：表面检查装置及其方法
技术领域：
本发明，其涉及使用具有图像传感器的摄像机对模制品、其他的各种检查对象物的损伤或污垢等的缺陷进行表面检查的表面检查装置及其方法。
背景技术：
以往，例如，对挤压模制品、拉拔模制品或滚轧模制品等的检查对象物的表面缺陷检查中，其使用具有把光电转换元件一维排列所构成的行图像传感器(ラィンィメ一ジセンサ)的CCD摄像机等的摄像机。摄像机在检查对象物上进行一维扫描，并对由此获得的图像数据实施运算处理并检查。
在被使用于录像摄像机等的二维图像传感器上，通常，其拍摄像素在视野宽度方向只有数百像素，对此，由于行图像传感器能在视野宽度方向把数千像素的拍摄像素集成化，所以用行图像传感器能对用二维图像传感器不可能检查的宽度大的钢铁、纸张、薄膜等的检查对象物的表面进行检查。
在如此的摄像机上，其因光电转换元件而在由图像传感器的亮度的精度上产生偏差。该偏差是因构成图像传感器的各个光电转换元件的灵敏度的差等的原因引起的，并被称为元件偏差，其值通常为3％左右。用上述以往的表面检查装置，若没有超过该元件偏差范围的亮度变化，则不能进行细微缺陷等的检测。由于用目视的明暗检测精度是1/1500～1/2000，而使用行图像传感器的表面检查装置只有目视的1/60的精度，所以其不可能代替目视检查。
因此，有各种补偿图像传感器偏差的方法的方案。例如，众所周知的是，把用行图像传感器获得的图像数据列中在主扫描方向上由连续的多个像素构成的数据块的图像数据相加，并进行相邻的数据块的相加数据的相关运算的技术。
但是，该方法能检查出在一个主扫描线上跨越相邻的像素的缺陷，但却不能检查出跨越相邻的主扫描线的缺陷，或在主扫描线上跨越相邻的像素、且跨越相邻的主扫描线的缺陷。因此，其检查精度的提高受到限制。
本发明的目的在于，提供一种表面检查装置及其方法，其能检查出跨越相邻的主扫描线的检查对象物上的缺陷和在主扫描线上跨越相邻的像素、且跨越相邻的主扫描线的缺陷，并进行更高精度的表面状态的检查。
发明内容
本发明的表面检查装置，其具有具备沿主扫描方向扫描检查对象物的行传感器、且能获得图像数据的摄像机、在与上述主扫描方向垂直的副扫描方向上使上述摄像机与检查对象物相对移动的副扫描装置、对从上述摄像机输出的图像数据进行运算处理并检查上述检查对象物的表面状态的运算处理装置，上述运算处理装置，其还具有在上述副扫描方向上把相邻的两个主扫描线的图像数据相加并生成图像数据列的图像数据列生成装置、用该图像数据列检查上述检查对象物的表面状态的判断装置。
图1是本发明第1实施例的表面检查装置的结构方块图。
图2是把第1实施例中的在副扫描方向上相邻的两个主扫描线的图像数据相加并生成图像数据列的动作说明图。
图3是构成第1实施例的运算处理器的方块图。
图4是说明图3所示的运算处理器的动作说明图。
图5A、图5B、图5C是检查对象物上各种缺陷的说明图。
图6A、图6B是只存在于一条主扫描线内的缺陷及与其对应的图像数据及数据块内相加计算数据的关系表示图。
图7A、图7B是跨越相邻的两条主扫描线存在的缺陷和与其对应的数据块内相加计算数据的关系表示图。
图8A、图8B是在主扫描线上跨越相邻的像素、且跨越相邻的两条主扫描线的缺陷和与其对应的图像数据及数据块内相加计算数据的关系表示图。
图9是把本发明第2实施例的沿副扫描方向相邻的两条主扫描线的图像数据相加并生成图像数据列的动作说明图。
图10A、图10B、图10C是把第3实施例的沿副扫描方向相邻的两条主扫描线的图像数据相加并生成图像数据列的变形例说明图。
图11是第3实施例的图像处理装置的结构方块图。
本发明的实施例以下，参照
本发明的实施例。
第1实施例图1是本发明第1实施例的表面检查装置的结构图。检查对象物10例如是挤出模制品、拉拔模制品或滚轧模制品等，并在表面检查时用无图示的主扫描装置使其向箭头Y所示的方向(副扫描方向)移动。此外，在模制品成形时检查的场合，成形机的搬运装置就是副扫描装置，所以不必另设置副扫描装置。面对该检查对象物10，其设置了数字摄像机11。
数字摄像机11，其由成像镜头12、如CCD行图像传感器这样的行图像传感器13、放大器14及A/D转换器15构成，检查对象物10的图像通过成像镜头12在行图像传感器13上成像。若由行图像传感器13读取的检查对象物10上的宽度为W，则在成像镜头12为标准镜头时，从摄像机11到检查对象物10的距离(物距)被设定为约1.5W。
行图像传感器13，其由沿箭头X所示的方向(主扫描方向)排列的多个(例如，5120个)的光电转换元件构成，其由无图示的副扫描装置对与主扫描方向垂直的方向(副扫描方向)Y相对移动的检查对象物10进行扫描，并读取检查对象物10的表面状态、且输出图像信号。
副扫描装置，其是把行图像传感器13及成像于行图像传感器13上的检查对象物10的像相对于主扫描方向垂直的副扫描方向移动的装置，其除了如上所述的(a)使检查对象物10相对于行图像传感器13向副扫描方向相对移动的结构以外，也可以是(b)使行图像传感器13相对于检查对象物10向副扫描方向相对移动、(c)使成像镜头12相对于行图像传感器13向副扫描方向相对移动、(d)使行图像传感器13及成像镜头12相对于检查对象物10向副扫描方向相对移动的结构。在此，特别是在(b)、(c)、(d)的情况下，也可以用例如积层式压电螺线管、或静电螺线管这样能微小驱动的微型促动器来移动(振动)行图像传感器13或成像镜头12。
从行图像传感器13输出的图像信号，其被放大器14放大后，再用A/D转换器15被转换为例如8位比特并行的数字数据，并作为图像数据从数字摄像机11输出。
从数字摄像机11输出的图像数据，其被输入图像处理装置16。图像处理装置16，其是对输入的图像数据进行规定的图像处理并输出检查对象物10的表面状态的检查结果的装置，在该例中其由行存储器17、加法器18、运算处理器19及判断器20构成。
行存储器17，其是至少储存从数字摄像机11输入的一个主扫描线部分的图像数据的存储器，其由与行图像传感器13上的光电转换元件数量(例如，5120个)同等数量的移位寄存器或FIFO(先进先出)存储器构成。
从数字摄像机11输出的图像数据，其被供给到加法器18的第1输入端，并且被供给到行存储器17。行存储器17的输出被供给到加法器18的第2输入端。加法器18其把行存储器17的输出入的图像数据A、B相加。
此时，加法器18的第1、第2输入A、B上分别输入的图像数据，其与从行图像传感器13的同一元件获得的图像信号相对应。即，相对于加法器18的输入A其输入B因行存储器17而迟一条主扫描线份的时间。例如，输入A上把对应于行图像传感器13的第i号(i＝1、2、…)元件的图像数据输入时，对应于同一第i号元件的一条主扫描线前的图像数据从行存储器17被输入到输入B。因此，在加法器18上把如图2所示的两条主扫描线(第N线与第N+1线、第N+1线与第N+2线、…)的图像数据21进行加法运算，并生成图像数据列22。
如此用由行存储器17及加法器18构成的图像数据列生成器生成的图像数据列22，其被输入运算处理器19。运算处理器19，其把从加法器18来的图像数据列上在与主扫描方向X连续的多个像素构成的数据块的图像数据相加(累计)并生成数据块内相加数据，将其作为数据块内的最初像素的像素数据，并把数据块的位置沿主扫描方向移位反复进行在主扫描方向相互邻接的数据块内相加数据的相关值的运算处理。
具体的是，运算处理器19如图3所示，其由能把加法器18输出的图像数据列22(参照图2)向第1段输入的相连接的M段的移位寄存器31及2M段的移位寄存器32、把移位寄存器31的各段的输出相加的加法器33、把移位寄存器32的后段的M段的输出相加的加法器34、供给加法器33、34的输出的相关器35构成。在此，在把一条主扫描线的图像数据的像素分割成沿主扫描方向由连续的多个像素构成的数据块时，M是构成1个数据块的像素数。该M的数值，其最好是能任意改变的，例如1～111的数值。
图4是运算处理器19的动作说明图。在加法器33上，从加法器18输出的图像数据列22之中沿主扫描方向连续的由M像素构成的一个数据块的图像数据被相加。在加法器34上，相对于图像数据列22之中用加法器33相加了图像数据的数据块沿主扫描方向相邻的下一个数据块的图像数据被相加。此时，把从加法器33、34输出的数据块内相加数据设为b1、b2时，在相关器35上，其求出两者之差b1-b2作为相关值36。
每当图像数据列22的新的像素数据被输入到移位寄存器31、32，其如图4所示用加法器33、34把图像数据相加的数据块的位置依次沿主扫描方向移位，并进行同样的动作。根据如此的动作，从加法器33、34依次输出数据块内相加数据c1、c2；d1、d2；e1、e2；…，并从相关器35依次求出c1-c2、d1-d2、e1-e2作为相关值36。
此时，相关器25其求出相邻的数据块内相加数据的差作为相关值36，但也可以求出相邻的数据块内相加数据的比(b1/b2、…)作为相关值36。从相关器25输出的相关值36，其被输入图1中的判断器20中。判断器20，例如其由比较器所构成，其把从相关器26输出的相关值36与临界值适当地比较，并以此判断检查对象物10的表面有无缺陷，并把该判断结果作为表面状态的检查结果输出。
即，一旦检查对象物10上有缺陷，则在该缺陷的附近对应于行图像传感器13的同一元件的图像数据的大小随着副扫描，即随着检查对象物的相对移动而有时间上的变化，并因此使用相关器35获得的相关值36变大，超过判断器20上的临界值，所以可以用判断器20认定该缺陷。判断器20的判断结果，其例如被个人运算机处理并用无图示的显示装置显示出来。
根据上述构成的本实施例的表面检查装置，首先其具有在运算处理器19进行数据块内相加的累计功能、在主扫描方向提取相邻的数据块内相加数据的相关的自身相关功能，并以此可以消除行图像传感器13的元件偏差的影响，并且使用相关器35获得的相关值36变大、提高了缺陷的检查灵敏度。
此外，根据本实施例，特别是使用行存储器17及加法器18把沿副扫描方向相邻的两个主扫描线的图像数据相加，并把以此获得的图像数据列输入到运算处理器19，其用以能检查出如图5A所示的当检查对象物10上的缺陷51只存在一条主扫描线(图上的第N号线)内时当然能检查出，并且还能检查出包括如图5B所示的跨越相邻两条主扫描线(图上的第N号线和N+1号线)的缺陷52、如图5C所示的在主扫描线上跨越相邻两个像素且跨越相邻两条主扫描线的缺陷53，并能作更高精度的检查。
以下，详细说明其原理。
首先，当如图5A所示的检查对象物10上的缺陷51只存在于一条主扫描线内时，其与对应于如图6A所示的存在于一个像素内的缺陷50的图像数据(摄像机11输出)比较，则对应于跨越两个像素且存在的缺陷51的图像数据的输出较小。由于一个像素的数据被分配给两个像素，所以输出能级为一半。由于在下一条线上没有缺陷，所以输出为0，且把沿副扫描线相邻的两条线的图像数据相加的加法器18的输出(图像数据列22)与N线的图像信号相同。该图像数据列22其用运算处理器19的累计功能把主扫描方向的数据块内的图像数据累计，并作为该数据块内规定的、例如最初的一个像素的像素数据。此时，为了便于说明，若数据块其由两个像素构成，则加法器33如图6B所示，其把错开一个像素的两个图像数据列相加。因此，由于在各像素数据上被加上了下一个像素数据，并使对应于缺陷51的像素c6’的图像数据的能级与对应于缺陷50的像素c2’的图像数据相同(能级变大)，所以缺陷50自不必说、也可以容易地检测出缺陷51。
然后，如图5B所示，在存在跨越相邻的两条主扫描线的缺陷52时，其与对应于如图7A所示的存在于一条主扫描线内的一个像素内的缺陷50的图像数据相比较，其对应于缺陷52的图像数据的输出较小。并且，在N线上在(N+1)线上也都相同。但是，用把沿副扫描方向相邻的两条线的图像数据相加的加法器18，能使对应于缺陷52的图像数据列22的输出与对应于缺陷51的图像数据列22的输出相同。因此，即使存在跨越两条主扫描线的缺陷52，其也可以容易地检测出来。
此外，图7B表示的是数据块内相加数据，但在该例的场合下，由于不存在跨越沿主扫描方向的两个像素的缺陷，所以不需要数据块内相加。并且，如图5C所示，当存在跨越主扫描线上相邻的像素、且跨越相邻的两条主扫描线的缺陷53时，如图8A所示，与对应于存在于一条主扫描线内的一个像素内的缺陷50的图像数据比较，对应于缺陷53的图像数据的输出较小。由于一个像素的数据被分配给4个像素，所以N线、(N+1)线对应于缺陷53的图像数据输出能级也都是1/4。但是，用沿副扫描方向把相邻的两条线的图像数据相加的加法器18，其使对应于缺陷53的图像数据列22的输出能级放大到1/2。该图像数据列22其由运算处理器19的在主扫描方向上的累计功能产生的效果，成为该数据块内规定的、例如最初的一个像素的像素数据。此时，为了便于说明，若数据块由两个像素构成，则加法器33如图8B所示，其把错开一个像素的两个图像数据列相加。因此，在各像素数据上加上了下一个像素数据，并使对应于缺陷53的像素c6’的图像数据能级与对应于缺陷50的像素c2’的图像数据相同(能级变大)，所以缺陷50自不必说、也可以容易地检测出缺陷53。
第2实施例下面，参照图9说明本发明的第2实施例。第2实施例的表面检查装置的结构与图1所示的第1实施例相同。
在第1实施例中，对从数字摄像机11输出的图像数据21，其在用行存储器17及加法器18沿副扫描方向Y把相邻的两条主扫描线的图像数据相加并生成图像数据列22时，沿这两条主扫描线的副扫描方向Y把相邻的两个像素(主扫描方向位置相同的像素)的图像数据相加。
但是，沿副扫描方向把相邻的两条主扫描线的图像数据相加并生成图像数据列的方法，并不局限于此，例如也可以用如图9所示的方法生成图像数据列。在该方法中，其沿副扫描方向Y对相邻的两条主扫描线的图像数据21，进行把沿副扫描方向相邻且沿主扫描方向相邻的4个像素的图像数据相加的处理并把该4个像素的位置以一个像素单位向主扫描方向移位，并以此生成图像数据列22A。
根据该方法，由于图像数据列的各数据的大小变大，所以能进一步提高检查精度，并且对检测出例如用图5C及图8所说明的存在于跨越主扫描线上相邻的像素、且跨越相邻的主扫描线的缺陷53特别有效。
第3实施例第2实施例的表面检查装置的整体结构也与图1所示的第1实施例相同。与第2实施例一样，第3实施例其也与图像数据列的生成方法的变形有关。
在第3实施例中，其在沿副扫描方向把相邻的两条主扫描线的图像数据相加并生成图像数据列时，其与第1实施例同样地如图10A所示在进行沿两条主扫描线的副扫描方向把相邻的两个像素(主扫描方向的位置相同的像素)的图像数据相加并生成图像数据列的处理之上，其兼用了图10B、图10C的处理。图10B，是在相对于副扫描方向的右斜上方(第1方向)把相邻的像素的图像数据相加并生成图像数据列的处理。图10C，是在相对于副扫描方向的左斜上方(第2方向)把相邻的像素的图像数据相加并生成图像数据列的处理。
图11是第3实施例的图像处理装置16A的结构图，行存储器17A由一条主扫描线份的像素数(此例中，为5120像素)+1＝5121段的移位寄存器构成。该移位寄存器的输入，其分别用加法器18A、18B、18C与第5120段的输出、第5121段的输出、第5119段的输出相加。据此，从加法器18A输出如图10A所示的沿主扫描线的副扫描方向把相邻的两个像素的图像数据相加的图像数据列，从加法器18B输出如图10B所示的沿相对于副扫描方向向右斜上方向把相邻的像素的图像数据相加的图像数据列，从加法器18C输出如图10C所示的沿相对于副扫描方向向左斜上方向把相邻的像素的图像数据相加的图像数据列。
这些图像数据列，其分别经过与第1实施例中说明的同样的运算处理器19A、19B、19C并被输入到判断器20A、20B、20C中，并进行临界值判断。从这些判断器20A、20B、20C出来的结果，其被例如用个人运算机处理并显示在无图示的显示装置上。此时，也可以把判断器20A、20B、20C的结果添加用于相互区别的不同颜色。
根据本实施例，即使有例如存在于检查对象物10上的如线状的非常细微的缺陷、如斜向横穿图像传感器13的缺陷，其也可以容易地检测出来。即，由于如此的缺陷在两条主扫描线上，如图10B或图10C所示，在相对于副扫描方向倾斜的方向表现为跨越相邻的像素，所以在把这些像素的图像数据相加以后用运算处理器处理的方法，就可以容易地检测出来。
本发明，其能实施其他种种变形。例如，在上述实施例中所述的是使用行扫描传感器的情况，但在使用把光电转换元件排列成矩阵状的二维图像传感器(也称为面传感器)时也很有效。
在行扫描传感器上，对于把像素(光电转换元件)无间隙地排列，在二维图像传感器上因在像素与像素之间纵横地配线而存在盲区。但是，根据本发明，由于具备沿副扫描方向把相邻的两条主扫描线的图像数据相加的功能、主扫描方向上的累计功能，所以能补偿因如此的盲区而检测感应度的降低。
此外，在实施例中使用行存储器和加法器并沿副扫描方向把相邻的两条主扫描线的图像数据相加的图像数据列通过运算处理器进行数据块内相加以后，并输入到判断器中，但也可以是不通过运算处理器输入到判断器中的结构。在如此的结构中，也能达到本发明预期的目的。
人的眼睛，其进行被称为凝视微动的微小震动。即，与眼球向上下左右看时的运动不同，其被认为以进行凝视微动，通过使视网膜不习惯于刺激的动作可以提高精度。凝视微动的主要的运动成分，是上下方向。
在本发明中把相邻的两条主扫描线的图像数据相加的处理，其相当于如此的人眼球的凝视微动。即，在本发明中之所以不作电子的处理而一边用机械的处理进行副扫描方向的移动(微动)、一边处理把相邻的两条主扫描线的图像数据相加的图像数据列并进行表面检查，就是因为能提高检查精度。
如上述所说明，根据本发明可以检测出包括检查对象物上的跨越主扫描线的缺陷、在主扫描线上跨越相邻的像素、且跨越相邻的主扫描线的缺陷，并可以进行高精度的表面状态的检查。
权利要求
1.一种表面检查装置，其具有具备沿主扫描方向扫描检查对象物的行传感器、且能获得图像数据的摄像机；在与所述主扫描方向垂直的副扫描方向上使所述摄像机与检查对象物相对移动的副扫描装置；对从所述摄像机输出的图像数据进行运算处理并检查所述检查对象物的表面状态的运算处理装置；所述运算处理装置，其还具有把在所述副扫描方向上相邻的两个主扫描线的图像数据相加并生成图像数据列的图像数据列生成装置、用该图像数据列检查所述检查对象物的表面状态的判断装置。
2.根据权利要求1所述的表面检查装置，其特征在于所述图像数据列生成装置，其把在所述副扫描方向相邻的两条主扫描线的图象数据之中在所述主扫描方向上的同一位置的像素的图象数据相加。
3.根据权利要求2所述的表面检查装置，其特征在于所述图像数据列生成装置，其在所述副扫描方向相邻的两条主扫描线的图象数据之中，把在所述副扫描方向相邻、且在所述主扫描方向相邻的4个像素的图像数据相加得出所述图像数据。
4.根据权利要求1至3的任何一项所述的表面检查装置，其特征在于所述图像数据列生成装置，其具有至少储存从所述摄像机输出的图像数据中的一条主扫描线的行存储器、把该行存储器输入输出的图像数据相加并得出所述图像数据列的加法器。
5.根据权利要求1所述的表面检查装置，其特征在于所述图像数据列生成装置，其在所述副扫描方向把相邻的两条主扫描线的图象数据之中，与所述副扫描方向相邻、且在所述主扫描方向相邻的4个像素的图像数据相加并生成第1图像数据列；把在所述副扫描方向相邻的两条主扫描线的图象数据之中、在相对于副扫描方向倾斜的第1方向上相邻的2个像素的图像数据相加生成第2图像数据列；把在所述副扫描方向上相邻的两条主扫描线的图像数据之中，在相对于副扫描方向倾斜的第2方向上相邻的2个像素的图像数据相加并生成第3图像数据列。
6.根据权利要求5所述的表面检查装置，其特征在于所述图像数据列生成装置，其具有至少储存从所述摄像机输出的图像数据中的一条主扫描线的行存储器、把该行存储器的输入的图像数据与前一条主扫描线的图像数据相加的第1加法器、把该行存储器的输入的图像数据与(一条主扫描线+一个像素)前一个图像数据相加的第2加法器、把该行存储器的输入的图像数据与(一条主扫描线-一个像素)前一个图像数据相加的第3加法器。
7.根据权利要求1至根据权利要求6的任何一项所述的表面检查装置，其特征在于所述判断装置，其具有把所述图像数据列之中在所述主扫描方向连续的多个像素构成的数据块内的图像数据相加并运算出数据块内相加数据的累计装置、运算出在所述主扫描方向相邻的数据块的数据块内相加数据的相关值的相关装置、把所述相关值作临界值判断的装置。
8.根据权利要求7所述的表面检查装置，其特征在于所述判断装置，其反复进行把所述数据块在所述主扫描方向一个像素一个像素地移位反复进行与所述数据块内相加相关的运算。
9.根据权利要求1至根据权利要求8的任何一项所述的表面检查装置，其特征在于所述副扫描装置，其把所述检查对象物相对于所述摄像机向副扫描方向移动。
10.根据权利要求1至根据权利要求8的任何一项所述的表面检查装置，其特征在于所述副扫描装置，其把所述摄像机相对于所述检查对象物向副扫描方向移动。
11.根据权利要求1至根据权利要求8的任何一项所述的表面检查装置，其特征在于所述副扫描装置，其把所述摄像机的镜头相对于所述行传感器向所述副扫描方向移动。
12.根据权利要求1至根据权利要求8的任何一项所述的表面检查装置，其特征在于所述副扫描装置，其把所述摄像机的镜头及图像传感器相对于所述检查对象物向所述副扫描方向移动。
13.一种表面检查方法，其是使用具有沿主扫描方向扫描对象物的行传感器、并获得图像数据的摄像机的表面检查方法，其特征在于其具有在与所述主扫描方向垂直的副扫描方向使所述摄像机与检查对象物相对移动的步骤；在从所述摄像机输出的图像数据中，其在所述副扫描方向上把相邻的两条主扫描线的图像数据相加并生成图像数据列的步骤；用该图像数据列检查所述检查对象物的表面状态的步骤。
14.根据权利要求13所述的表面检查方法，其特征在于所述检查步骤，其具有把在所述图像数据列之中沿所述主扫描方向连续的多个像素构成的数据块内的图像数据相加并运算出数据块内相加数据的累计步骤、运算出在所述主扫描方向相邻的数据块的数据块内相加数据的相关值的相关步骤、对所述相关值作临界值判断的步骤。
全文摘要
本发明提供一种表面检查装置，其用具有行图像传感器(13)的摄像机(11)扫描检查对象物(10)并把所得到的图像数据输入到运算处理装置(16)中，并用行存储器(17)及加法器(18)、把相邻的两条主扫描线的图像数据相加并生成图像数据列，并用运算处理器(19)把由沿主扫描方向连续的多个像素构成的数据块内的图像数据相加并生成数据块内相加数据，运算出在主扫描方向相互相邻的数据块内相加数据的相关值，并用判断装置(20)对相关值作临界值判断，以此求得检查对象物(10)的表面状态。
文档编号G01N21/89GK1464975SQ02802338
公开日2003年12月31日 申请日期2002年7月5日 优先权日2001年7月9日
发明者山田吉郎 申请人:山田吉郎