JP2004198358A - 検査装置用照明装置および欠陥検査装置 - Google Patents

Abstract

【課題】原反が走行中にバタツキを生じた場合であっても、正反射光を撮像手段に十分に入射させることが可能な照明装置および検査装置を提供する。
【解決手段】直管蛍光灯等の光源３１と原反の間にリニアフレネルレンズ３２および光拡散板３３を設けた面照明ユニット３０を用いる。光源３１から照射された光は、リニアフレネルレンズ３２によりその範囲を拡大され、さらに光拡散板３３により拡散される。その結果、走行中の原反７０にバタツキが生じても、その正反射光はカメラ２０に入射される。
【選択図】 図４

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、光を正反射しやすい無地原反上の欠陥の有無を検査する技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
光を正反射しやすい無地原反上における、汚れ等の欠陥の有無を検査する方法として、従来は、ラインスキャンＣＣＤカメラに原反表面で正反射した光が入射するように照明を設け、走行している原反の表面の画像をラインスキャンＣＣＤカメラで撮像し、撮像した画像を画像処理装置で処理することによって欠陥の有無を判定していた。
【０００３】
ここで、従来の検査装置による検査対象の原反、カメラ、光源の関係を図５に示す。図５において、２０はラインスキャン型のカメラ、３１は光源、７０は原反である。図中、原反７０は３つ示されているが、実線で囲まれて網掛けを施してある真中のものが正常な位置を走行している場合の原反であり、点線で囲まれた上下のものが、バタツキが生じた場合の原反である。また、図中の一点鎖線は、光源３１からの照射光および原反７０からの正反射光を示している。カメラ２０はラインスキャン型であり、原反の幅方向には、多数の画素を撮影可能であるが、走行方向については、１度に１画素分しか撮影できない。また、光源３１は、原反の幅方向に長く延びた直管蛍光灯であり、幅方向には、ほぼ一様に照らすことが可能であるが、走行方向にはわずかな範囲しか照らすことができない。
【０００４】
原反７０の正常な走行位置に合わせてカメラ２０および光源３１を設置した状態で、走行する原反を撮影する。すると、原反７０が正常な位置を走行している場合には、真中の一点鎖線で示すように、正反射光がカメラ２０に正しく入射されることになる。ところが、原反７０の走行にバタツキが生じ、原反７０の位置が上下に変動すると、両側の一点鎖線に示すように、正反射光はカメラ２０に正しく入射されないことになる。この結果、入力画像が不安定となり、誤検出が発生する。
【０００５】
このような問題を解決するためには、光源から光を照射する範囲を広げて、バタツキが生じても正反射光がラインセンサカメラに入射されるようにしてやれば良い。このような光の照射範囲を広げるために、光源と原反の間に乳白色のガラス板を設ける工夫も行われている（例えば、特許文献１参照）。
【０００６】
【特許文献１】
特開平９−３００５９６号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記特許文献１に記載の手法では、光の方向の拡散を行うことにより多少は照射範囲が広がるが、ガラス板全体に渡って均一に広がるわけではなく、実用上は使用できるものとはなっていない。
【０００８】
上記のような点に鑑み、本発明は、被写体である原反が走行中にバタツキを生じた場合であっても、正反射光を撮像手段に十分に入射させることが可能な検査装置用照明装置、およびこのような照明装置を利用した欠陥検査装置を提供することを課題とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明では、光を反射しやすい無地原反表面を撮像した画像を用いて原反表面の欠陥の有無を検査する装置において、前記原反を照射するために用いる照明装置として、原反の幅方向に延びるライン型光源と、前記ライン光源と原反の間に、照射する光の方向は変化させずに、照射する光の範囲を原反走行方向に渡って広げるリニアフレネルレンズを有する構成としたことを特徴とする。
【００１０】
また、本発明では、光を反射しやすい無地原反表面の欠陥の有無を検査する装置として、原反を搬送する原反搬送手段と、搬送されている原反表面の画像を撮像するラインスキャン型撮像手段と、前記ラインスキャン型撮像手段に、原反表面で正反射した光が入射するように設けられた面照明ユニットと、前記ラインスキャン型撮像手段で入力された画像を処理することによって欠陥の有無を判定する画像処理手段を有する構成としたことを特徴とする。
【００１１】
本発明によれば、無地原反表面をラインスキャン型カメラで撮像するにあたって、原反の幅方向に延びるライン型光源と原反の間に、リニアフレネルレンズを設けて光の照射範囲を広げるようにしたので、被写体である原反が走行中にバタツキを生じた場合であっても、正反射光を撮像手段に十分に入射させることが可能となる。そのため、検査装置においては、入力画像が安定するようになり、誤検出が減少する。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について図面を参照して詳細に説明する。
図１は、本発明に係る欠陥検査装置の一実施形態を示す構成図である。図１において、１０は処理部、２０はカメラ、３０は面照明ユニット、４０はラベラ、５０はローラエンコーダ、６０は搬送ローラ、７０は原反である。
【００１３】
図１において、処理部１０は、カメラ２０が撮像した画像を取得して、その画像に所定の処理を行うことにより、撮像対象となった原反が欠陥を有するかどうかを判断する機能、欠陥であると判断された原反に対して、それが欠陥であることを示す情報をラベラ４０に伝える機能、ローラエンコーダ５０が発生するパルスを受け取る機能を有している。
【００１４】
カメラ２０は、欠陥検査の対象である原反を撮像するための手段であり、本実施形態では、ラインスキャン型モノクロＣＣＤカメラを用いている。面照明ユニット３０は、カメラ２０に対して正反射光を入射させるために、原反７０を照射するためのものであり、照射光を面状に拡散できることを特徴としている。カメラ２０および面照明ユニット３０は、原反排紙部の搬送ローラ６０間に設置されている。カメラ２０と面照明ユニット３０の位置関係は、面照明ユニット３０から照射された光が原反７０表面で正反射してカメラ２０に入射するような位置関係になっている。ラベラ４０は、処理部１０において欠陥があると判断された原反７０に、欠陥であることを識別するためのラベルを付与するためのものである。ラベラ４０は、原反７０が欠陥であると識別できるようなものであれば、どのようなものであっても良い。ラベラ４０の代わりに、欠陥である原反を搬送ラインから除外するためのリジェクタ等であっても良い。
【００１５】
ローラエンコーダ５０は、原反の流れる速度に応じてパルスを発生する機能を有しており、従来周知のローラエンコーダを適用することができる。ローラエンコーダ５０は、搬送ローラ６０と同期して回転するようになっている。搬送ローラ６０は、原反７０を搬送するためのものである。原反７０は、欠陥検査の対象とするものであり、本発明に係る装置を利用して有効なのは、光を正反射し易い性質をもつものであり、かつ無地のものである。光を正反射し易い性質をもつ無地原反の例としては、金属箔、金属蒸着フィルム、金属箔や金属蒸着フィルムが表面にラミネートされた紙などが挙げられる。
【００１６】
次に、本発明における大きな特徴である面照明ユニット３０の詳細について説明する。図２に面照明ユニット３０の断面図を示す。図２において、３１は光源、３２はリニアフレネルレンズ、３３は光拡散板である。光源３１は、直管型の蛍光灯であり、原反の幅方向（図面垂直方向）が長手方向となるように配置されている。リニアフレネルレンズ３２は、原反の流れ方向については、狭い範囲にしか照射されない光を、広い範囲に拡大するためのものであり、従来周知のリニアフレネルレンズを適用することができる。光拡散板３３は、１方向に照射されている光を拡散するためのものであり、従来周知の種々ものを適用することができるが、本実施形態では乳白色のアクリル板を用いている。
【００１７】
ここで、リニアフレネルレンズ３２、光拡散板３３による照射光の変化の様子を図３を用いて説明する。図３（ａ）は、リニアフレネルレンズ３２による照射光の変化の様子を示す図である。図３（ａ）において、矢印は照射光の照射範囲およびその照射方向を示している。光源３１により照射された光は、原反走行方向においては、図３（ａ）に矢印１本で示すように狭い範囲を照射する。この照射光がリニアフレネルレンズ３２に届くと、図３（ａ）に多数の矢印で示すように、光の照射方向を変化させずに、原反走行方向に広げられることになる。また、図３（ｂ）は、光拡散板３３による照射光の変化の様子を示す図である。この場合、図３（ｂ）に矢印１本で示すように狭い範囲の光が光源３１から照射されると、図３（ｂ）に方向の異なる複数の矢印で示すように、光の照射範囲は大きく広がらずに、光が拡散されることになる。これは、上記特許文献１において用いられている光源の原理とほぼ同じである。図３（ｃ）は、リニアフレネルレンズ３２と光拡散板３３を組み合わせた場合の照射光の変化の様子を示す図である。リニアフレネルレンズ３２と光拡散板３３を組み合わせると、光源３１から照射された光は、原反走行方向に広げられた後、拡散されることになる。本実施形態における面照明ユニット３０を用いた場合には、図３（ｃ）に示すように光が拡散されることになる。
【００１８】
面照明ユニット３０から原反７０への照射光、原反７０からカメラ２０への正反射光の関係を図４に示す。図４において、原反７０は、上下方向に３つ示してあるが、中央の網掛けで示したものが正常な走行位置であり、点線で示した２つがそれぞれ走行位置が最大に変動した場合を示すものである。図４に示すように、面照明ユニット３０は、その中央からの光が、正常な走行位置にある原反７０に照射された場合に、その正反射光がカメラ２０に入射される位置に設置されている。図４の例では、照射角（照射光と原反が形成する角）αで原反７０に照射が行われた場合、反射角（反射光と原反が形成する角）αでカメラ２０に正反射光が入射されるような角度に設定されている。
【００１９】
図４に示した面照明ユニット３０を用いると、原反７０の走行にバタツキが生じた場合であっても、原反７０からの正反射光がカメラ２０に入射されることになる。具体的には、原反７０の走行が最大Ｌ（正常な位置からＬ／２ずつ）変動する場合には、リニアフレネルレンズ３２と光拡散板３３の走行方向の幅をｃｏｓαにＬを乗じたものを２倍した値以上、すなわち２Ｌｃｏｓα以上に設定しておけば、面照明ユニット３０からの照射光が正反射してカメラ２０に入射される。
【００２０】
カメラ２０に入射されることにより、撮影画像の取り込みが可能となる。取り込まれたライン画像は、１つの原反に相当するライン分だけ取り込まれて、処理部１０において１つの原反に相当する画像が構成される。この画像は、正反射光を取り込むことにより得られたものであるため、欠陥の無い通常の部分は、輝度レベルが高い状態になっている。例えば、１画素に８ビットが割り当てられている場合、その輝度値は0から２５５の値をとることになるが、通常の部分は２５５に近い値、欠陥がある部分は０に近い値をとることになる。本発明において検査する原反は無地であり、印刷された内容等の細かいものは検査する必要がなく、目的としているのは、原反上に付着した汚れである。このような汚れは、正反射光を入射できる場合でも、撮像して得た画素の値は０に近い。そのため、例えば、閾値を１５０程度に設定しておいて、閾値以下の箇所を汚れと判断すれば、欠陥の検出が行えることになる。
【００２１】
以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されず、種々の変形が可能である。例えば、上記実施形態では、光拡散手段として、リニアフレネルレンズと光拡散板の２枚を重ねて用いるようにしたが、リニアフレネルレンズのみとした構成にすることも可能である。この場合、散乱する光は少なくなり、全て正反射光となるが、リニアフレネルレンズの印刷方向の長さを十分にとっておけば、カメラには正反射光が入射されることになる。また、上記実施形態では、光拡散板として乳白色のアクリル板を用いているが、乳白色でなくても、マット加工が施されていれば、光拡散板として用いることができる。
【００２２】
【発明の効果】
以上、説明したように本発明によれば、光を反射しやすい無地原反表面を撮像した画像を用いて原反表面の欠陥の有無を検査する装置において、前記原反を照射するために用いる照明装置として、原反の幅方向に延びるライン型光源と、前記ライン光源と原反の間に、照射する光の方向は変化させずに、照射する光の範囲を原反走行方向に渡って広げるリニアフレネルレンズを有する構成としたので、被写体である原反が走行中にバタツキを生じた場合であっても、正反射光を撮像手段に十分に入射させることが可能となり、検査装置において、入力画像が安定するようになり、誤検出が減少するという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による欠陥検査装置の外観斜視図である。
【図２】面照明ユニット３０の断面図である。
【図３】リニアフレネルレンズ、光拡散板による光の変化の様子を示す図である。
【図４】本発明による照明装置を用いた場合の正反射光とカメラの関係を示す図である。
【図５】従来の照明装置を用いた場合の正反射光とカメラの関係を示す図である。
【符号の説明】
１０・・・処理部
２０・・・カメラ
３０・・・面照明ユニット
３１・・・光源
３２・・・リニアフレネルレンズ
３３・・・光拡散板
４０・・・ラベラ
５０・・・ローラエンコーダ
６０・・・搬送ローラ
７０・・・原反

Claims (7)

1. 光を反射しやすい無地原反表面を撮像した画像を用いて原反表面の欠陥の有無を検査する装置において、前記原反を照射するために用いる照明装置であって、
   原反の幅方向に延びるライン型光源と、
   前記ライン光源と原反の間に、照射する光の方向は変化させずに、照射する光の範囲を原反走行方向に渡って広げるリニアフレネルレンズと、
   を有することを特徴とする検査装置用照明装置。
2. 前記リニアフレネルレンズにより広げられた光の照射方向を拡散させる光拡散板を、前記原反と前記リニアフレネルレンズの間に設けたことを特徴とする請求項１に記載の検査装置用照明装置。
3. 前記リニアフレネルレンズもしくは光拡散板の、前記ライン型光源長手方向に直交する方向の幅Ｗは、入射角がα、原反垂直方向の最大変化量がＬの場合、Ｗ≧２Ｌｃｏｓαを満たすように形成されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の検査装置用照明装置。
4. 光を反射しやすい無地原反表面の欠陥の有無を検査する装置であって、
   原反を搬送する原反搬送手段と、
   搬送されている原反表面の画像を撮像するラインスキャン型撮像手段と、
   前記ラインスキャン型撮像手段に、原反表面で正反射した光が入射するように設けられた面照明ユニットと、
   前記ラインスキャン型撮像手段で入力された画像を処理することによって欠陥の有無を判定する画像処理手段と、
   を有することを特徴とする欠陥検査装置。
5. ライン状の光源と原反との間に光拡散手段を設けることによって、前記面照明ユニットを構成することを特徴とする請求項４に記載の欠陥検査装置。
6. 前記光拡散手段は、リニアフレネルレンズ、および光拡散板を重ね合わせた構成であることを特徴とする請求項５に記載の欠陥検査装置。
7. 原反に照射される光の入射角がα、原反垂直方向の最大変化量がＬの場合、前記面照明ユニットの照射面の幅ＷがＷ≧２Ｌｃｏｓαを満たすように形成されていることを特徴とする請求項４から請求項６のいずれかに記載の欠陥検査装置。

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