研究開発された技術紹介

コンピュータビジョンは製造業の様々な場面で活用されているが、光沢面など鏡面反射体の外観検査への適用例は少ない。本研究開発では、計測原理が従来と異なる革新的な自動外観検査システムを開発する。開発システムでは、対象の表面角度変化を色変化に変換して簡便な外観検査を達成する。本機能における重要部品のホログラフィック光学素子(HOE)を量産できる基盤技術を確立するとともに、自動検査システムを開発する。

ホログラフィック光学素子(HOE)の開発
‐検査対象の面が凹凸している場合に、HOE照明ユニットから対象面に照射される光は、回折現象により光の角度がかわり、角度変化に応じて検査カメラからみた色が異なる。色変化を使って凹凸を検知できる。
・大面積HOE製造装置の開発
-検査有効範囲が広いHOEを製造できるHOEプリンタを開発する。
・大面積HOEの高速製造技術の開発
‐HOE製造コストを下げるため、HOEを高速に製造できる技術開発を行う。
・画像解析技術の開発
‐大面積外観検査での凹凸不良検出に適した画像解析ライブラリの開発及び実装。
・複雑R形状に適した画像解析技術の開発
‐複雑R形状に対しても安定して不良部位だけを検出できる画像解析ライブラリの開発及び実装
・自動キャリブレーション技術の開発

・大面積HOEの製造技術の開発
‐レーザー光源、光学ヘッド、ステージそれぞれについて、評価、製作、組立を行い、技術目標である300㎜角の大面積HOEの製造を可能とするHOEプリンタを構築した。
・大面積HOEの高速製造技術の開発
‐ホログラムプリンタの機能改善を実施し、高速、高精細なホログラムの製造技術を確立した。
・大面積外観検査に適した画像解析技術の開発
‐色相ギャップ補正、色相エッジ抽出など目標値である10を超える13の関数をライブラリ化した。この結果、面積0.0027平方mm程度の微小な不良も検出した。
・自動キャリブレーション技術の開発
‐HOE光源の特性を明らかにした。その結果、キャリブレーションシステム並びに処理フローを検討し、自動キャリブレーション技術を確立した。
・自由曲面に対するトレース技術の開発
‐ロボットに搭載可能な小型照明を開発し、エッジ部などに沿ってトレースを行うことを可能とした。

特願2016-236374
特願2017-223498
特願2020-029113

本研究開発システムを用いれば、従来目視検査を行っている工程が、自動画像検査の工程とできる。
デジタルデータとできるため、生産管理が容易となる。

開発完了後の初年度中にHOE照明ユニットを活用した外観検査システムの試作機を製作し、出荷する予定。
自動車メーカーからは、自動外観検査が可能であるならすぐに導入したいとのニーズがある。

本研究開発システムを導入すれば、自動画像検査工程を実現でき、目視検査員を省人化できるため、費用対効果が高い。
従来の、技術製品は価格が2,000万円を超えるわりには検査時間が長い。本研究開発製品は1,000万円を想定しており、競争力が高い。

今後、販売先は、画像解析メーカー、商社、自動車関連メーカー、家電や情報機器の製品メーカー、システムインテグレータ企業を見込んでいる。
令和2年度、3年度にサンプルの出荷、評価を実施する。
令和3年度からは検査機として販売を開始する予定である。

多彩なHOEレイアウトを実現可能な開発の実施。
面積0.027平方mm程度の微小な不良を検出できている一方で、未検出や過検出も存在し精度向上が課題。閾値処理などの処理が入るため、機械学習による最適化が今後必要となる。光源レイアウト、HOEレイアウトのさらなる検討が必要。