3D画像検査とは
「3D画像検査」は、工場の自動化を行う上で品質を保証するための検査手法として用いられている技術です。こちらの技術では、検査対象物の3次元データと画像処理を用いることによって、非接触で形状やサイズなどの計測や打痕、突起・異物など対象物の表面にある欠陥を検出できます。
3D画像検査の仕組み
3D画像検査を行う場合、対象物の3次元データから「高さ画像」を取得します。この「高さ画像」とは、対象物の高さの度合いを輝度値で表した画像となっており、傷や打痕といった凹み部分については周りよりも暗く取得されます。さらに突起や異物などの凸部分については周りよりも明るく取得されます。
このように、画像検査を行う際に高さ画像を活用することで品質検査を行えるほか、寸法の計測や組み立て確認といったように、多彩な用途へ活用できます。
3D画像検査の利点と欠点
割れ |
欠け |
ヒビ |
凹み |
面積 |
体積 |
色（汚れ・ムラ） |
|
| 2D | 〇 | △ | × | × | 〇 | × | 〇 |
| 3D | 〇 | 〇 | 〇 | 〇 | 〇 | 〇 | △ |
外観検査を行う場合の検査項目はさまざまな項目が設定されることが多く、さらに指定された項目全てをパスする必要があります。多彩な項目について検査を行う中で、2D画像検査では汚れや変色などの検出を得意としていますが、3D画像検査の場合には、打痕・異物といったように高さや深さに違いが見られる欠陥や形状の変形といった部分の検出などを得意としています。
特に2D画像検査では難しい、ゆるやかな凹みの検出を行いたい場合や周囲の模様やノイズの映り込みがある場合、欠陥の度合いに応じて良品なのか不良なのかを定量的に判別することが必要となるケースについては、3D画像検査の活用が可能です。逆に変色や汚れといったように、高さには現れない明暗で確認できるような欠陥を検出したいケースにおいては、2D画像検査が適しています。
このような点から、2D画像検査と3D画像検査を組み合わせることによって難しい外観検査もスピーディーに行えるようになります。
3D画像検査の手法
光切断法(アクティブステレオ法)
細いライン状のレーザー光を検査対象物に照射し、その反射光をカメラで撮影・画像処理を行って3次元データを取得する方法です。照射したレーザー光は検査対象物の表面の高さに応じて変化しますが、この変化量をもとにして距離・高さを計算することが可能です。
こちらの方法では、1回の計測で1ライン分の検査のみを行うことから全体の検査結果を得られるまでには時間がかかる傾向がありますが、複雑な形状を持つ物体について高い精度で計測できるといった点が特徴です。
ToF法(光レーダー法)
ToF法は、検査対象物に対して光や電波、超音波を当て、それが戻ってくるまでの経過時間や位相の変化を測定することによって、対象物までの距離を計測します。この時、経過時間を利用する方法を「直接ToF法」、位相の変化を利用する方法を「間接ToF法」と呼びます。
ToF法の場合、計算処理が簡単であるためリアルタイムな測定が可能となる点が特徴として挙げられます。
白色干渉法(光干渉法)
光の干渉を利用した測定方法を「白色干渉法」と呼びます。この方法では、光源から出た光を2つに分割して片方の光を検査対象物に照射します。その後、2つの光をひとつに戻すことによってあらわれる干渉縞を観測して物体の形状計測を行えます。
こちらの方法では、その名の通り白色光を使用します。そのため光が干渉する範囲が狭く、凸凹が大きいものを測定するといったケースには向いておらず、平坦な表面の粗さを計測する際に活用されています。
