JP2005091471A - 光学フィルタ装置および光学フィルタリング方法 - Google Patents

Abstract

【要 約】
【課 題】 本発明は、搬送される被検査物の外観検査装置に適用するカメラのレンズ前面に光学フィルタ板を装着し、前記の搬送される被検査物の表面の照明ムラを補正する光学フィルタ装置および光学フィルタリング方法に関する。
【解決手段】 カメラのレンズ前面に１対の透過フィルタを装着し、該１対の透過フィルタ間に、光学濃度が最大となる領域を有してなる光学フィルタ板を挿設し、挿設した該光学フィルタ板を前記照明ムラを補正するために適切な位置に調整した後、光学フィルタリングを行う。
【選択図】 図１

Description

本発明は、搬送される被検査物の外観検査装置に適用するカメラのレンズ前面に装着する光学フィルタ装置および光学フィルタリング方法に関する。

なお、以下では、外観検査装置の検査対象である搬送される被検査物として、代表的な金属板である鋼板を例示して説明する。また、光学フィルタリング技術の外観検査装置への適用としては、熱間圧延ラインで使用されるＣＣＤエリアカメラ式表面疵検査装置を例示して具体的に説明する。

熱間圧延機によって鋼板を製造する熱延ラインと呼ぶプロセスにおいては、製造する鋼板の外観（疵）を検査するため、図５に示す表面疵検査装置が設置されている。

以下、図５に基づき、従来の表面疵検査装置について説明する。

表面疵検査装置は、搬送ロール２上を搬送される鋼板１の下面を検査するに際し、ストロボライト等の照明器４で鋼板１の下面を照射し、その照射面をカメラ５で撮影して疵検査を行う装置である。

ここで、カメラ５や照明器４は架台３に係設して、あらかじめ位置調整がなされている。また、防塵や防熱等のため、検査装置の全体が防塵ガラス７付きの保護ケース６に収納されている。そして、カメラ５で撮影した鋼板下面の映像1aが表示装置８に表示される。表面疵検査にあたっては、この表示装置８の映像を見てオペレータが疵有無の判定を行い、あるいは、画像処理等に基づく自動判定処理が行われる。

一般的に、搬送される被検査物を検査する場合には、その被検査物を全面にわたり外観検査するだけのスペースを取ることができない。

例えば、熱延ラインにおいては、搬送ラインの下側には構造上の種々の制約があり、照明器４から鋼板１までの距離が十分に取れないことがある。そのため、光の特性上どうしても鋼板に照明ムラが生じ、カメラで撮影して表示される鋼板下面の画像に明暗差が発生する。その結果、鋼板下面の欠陥が見え難くなり、誤検出を生じやすいという問題があった。

なお、鋼板の上面側にも同様の検査装置が設置されるが、上面側への設置では、特に設置スペース上の問題も発生しないことから、照明の距離を十分にとることができ、上述のような問題はあまり発生しない。

このような搬送ラインの下側のような狭小スペースに設置する表面疵検査装置における特有の問題を解決し、撮影する画像の照度分布（照明ムラ）を補正して明暗差を均一化するため、光学濃度を異ならせて光の透過率を変化させるようにした光学フィルタ板を利用する手段が、従来から採用されている。例えば、特許文献１では、テレビカメラの撮像管のフェースプレートとレンズとの間に透過率分布の不均一な光学フィルタ板を設けて照度分布を補正することが示されている。
特開昭53-12383号公報

しかしながら、特許文献１の方式では、光学フィルタ板をカメラの内部に設けることから、光学フィルタ板の取付け位置をあらかじめ正確に決定しておく必要がある。そのため、光学レンズを取付けた後の光学フィルタ板の調整や変更は容易ではなく、例えば、メンテナンス等の際にカメラや照明器の調整を行った場合の照明ムラの変化に対応することができない。また、搬送される鋼板の表面性状等が鋼種等に応じて異なることに起因する照明ムラの変化にも対応することができない。

更に、カメラ、撮影対象（鋼板面）、および、光学フィルタ板の位置関係によっても光学フィルタ板の光学濃度部分の面積が異なることになり、光学濃度分布を最適に設計する必要がある。そのため、表面疵検査装置では、そのカメラの取付位置に合わせて専用の光学フィルタ板を設計して製作する必要がある。そのため、誤差が許されない精密な設計を行って製作することから、製作コストが非常に高くなるという問題がある。

本発明は、上記の課題を解決し、さまざまな要因から発生する照明ムラの変化に対応して、現場にて簡便に光学フィルタ板の調整が可能な光学フィルタ装置および光学フィルタリング方法を提供するものである。

本発明は、下記の各項記載の光学フィルタ装置および光学フィルタリング方法を採用することで、上記課題を解決したのである。
(1) 搬送される被検査物の外観検査装置に適用するカメラのレンズ前面に装着する光学フィルタ装置であって、該レンズの光軸方向に交差して配設してなる１対の透過フィルタと、該１対の透過フィルタ間に挿設する光学フィルタ板と、を具備してなり、該光学フィルタ板は、光学濃度が最大となる領域を有してなることを特徴とする光学フィルタ装置。
(2) 前記光学フィルタ板が、その境界が閉じた曲線である複数の異なる透過光吸収レベルの光学濃度帯を有してなることを特徴とする上記(1)に記載の光学フィルタ装置。
(3) 搬送される被検査物の外観検査装置に適用するカメラのレンズ前面に光学フィルタ板を装着し、前記の搬送される被検査物の表面の照明ムラを補正する光学フィルタリング方法であって、前記カメラのレンズ前面に１対の透過フィルタを装着し、該１対の透過フィルタ間に、光学濃度が最大となる領域を有してなる光学フィルタ板を挿設し、挿設した該光学フィルタ板を前記照明ムラを補正するために適切な位置に調整した後、光学フィルタリングを行うことを特徴とする光学フィルタリング方法。

本発明によって、光学フィルタ板を容易に調整できるようになり、照明ムラの補正を簡便に行うことができるようになった。

また、従来の光学フィルタ板では、その設置位置が固定されていたため、光学フィルタ板のサイズやその光学濃度分布に誤差が許されなかったが、本発明では、自在に光学フィルタ板の位置調整ができることから、誤差を大幅に許容することができ、１枚の光学フィルタ板を適用するだけで照明ムラを自在に補正することができるようになり、コスト低減を実現することができた。

本発明は、金属板の表面疵検査装置に適用するカメラのレンズ前面に光学フィルタ板を装着し、前記金属板表面からの照明反射光による影響を補正することを可能とする光学フィルタ装置、および、光学フィルタリング方法である。

本発明では、前記カメラのレンズ前面に、該レンズの光軸方向に交差して配設してなる１対の透過フィルタを装着し、該１対の透過フィルタ間に、光学濃度が最大となる領域を有してなる光学フィルタ板を挿設し、該光学フィルタ板を透過フィルタの面上において位置調整した後、当該１対の透過フィルタに挟み込むことで位置を固定することを特徴とする。

なお、レンズの光軸方向に交差して配設してなる１対の透過フィルタを、その光軸方向（ここでは上下方向）に対して位置調整を行うことは、例えば、透過フィルタを枠体に嵌め込み、その枠体を支柱に通して上下させて固定することで容易に実現できる。

こうすることで、透過フィルタ間に挿設した光学フィルタ板の位置調整を自在に行うことができ、任意の位置で固定できることから、メンテナンス時の照明器の位置調整等による照明ムラの変化を簡単に補正できるのである。

なお、本発明に適用する透過フィルタとしては、ガラスやプラスチック板、あるいは、透明フィルム等を好適に適用することができる。これらの透明の素材を透過フィルタとして適用することで、光が透過した際の減衰をほとんど無視することができる。

一方、光学フィルタ板は、それらの素材に所定の光学濃度分布となるように適宜着色し、あるいは、所定の光学濃度に着色した所要数の素材を重ね合せる等して容易に形成することができる。

ここで、光学濃度とは、光学フィルタ板に入射する光のエネルギに対する、光学フィルタ板を透過する光のエネルギの比率を指す。

また、透過フィルタを枠体に装着する以外にも、強度上問題なければ、透過フィルタ用の素材で透過フィルタと枠体を一体的に形成することもできる。

次に、本発明に適用する光学フィルタ板について説明する。

鋼板を照明することで生じる照明反射光の強度分布は、例えば、図３に模式的に例示する表示画面のようになる。すなわち、照明器（ここでは図示せず。）の中心位置での反射光は、最も明るいレベル１の照明反射部11a を中心として、少し暗くなったレベル２の照明反射部11b 、更に暗くなったレベル３の照明反射部11c 、そして、安定的なレベルとなる通常の照明反射部12の分布を示している。この照明反射光の実際の反射光強度分布を表１に定量的に示す。

表１では、表示装置８の表示画面のＸ−Ｙ方向に対応させて、各画素における反射光強度の数値を示しており、数値が大きいほど反射光強度も大きい、すなわち、明るいことを示している。なお、表１は反射光強度を０（黒）〜２５５（白）の階調に画像処理して表現した数値である。

本発明に適用する光学フィルタ板は、上記の分布にできるだけ正確に対応させて光学濃度分布を決定し、すなわち、光学フィルタに光学濃度が最大となる領域を設けて、該領域から該光学フィルタの外縁に向かって光学濃度が低減するように光学濃度分布を決定し、照明ムラのレベルに合わせて光学濃度レベルを連続的に変化させて加工することを最適とするが、さらにコストを下げるには、例えば図４に示すように、その境界が閉じた曲線、一般には同心円である複数の異なってなる透過光吸収レベルの光学濃度帯16a 〜16c を形成してなる光学フィルタ板15を汎用的に用いることを好適とする。この場合、光学濃度が最大となる領域は光学濃度帯16aとなる。なお、光学フィルタ板15の形状は、円盤状であっても、また、方形であってもよく、特に限定するものではない。

こうすることで、光学フィルタ板15を簡単に、かつ、低コストで作成することができる。なお、光学フィルタ板15に形成する光学濃度帯の区分数は、図示のように３区分程度で十分であるが、さらに高精度の補正を行うためには、区分数を適宜増やせば良いことは言うまでもない。

次に、本発明の光学フィルタ装置の好適な実施の形態を図１に基づいて説明し、更に、その光学フィルタ装置の表面疵検査装置に対する適用例を図２に基づいて説明する。なお、図５において既に説明した従来の表面疵検査装置と同一の部材には同一の番号を付し、ここでの説明を省略する。

また、ここで説明する実施の形態は、本発明の光学フィルタ装置を鋼板の下面、すなわち、被検査物と床面の間の狭小スペースに適用する形態を説明するが、本発明の光学フィルタ装置の有効な実施の形態は、天井や壁面、通路や他の装置等との取り合いに起因するあらゆる狭小スペースへの適用に及ぶことは言うまでも無い。

本発明の光学フィルタ装置20は、図２に示すように、表面疵検査装置のカメラ５のレンズ前面にカメラ接続口21を介して装着される。また、図１に示すように、光学フィルタ装置20のカメラ接続口21には、支柱22を立設し、その支柱に上下１対の枠体23a 、23b を上下方向に自在に位置調整できるように係設する。上下１対の枠体23a 、23b には、それぞれ透過レベルが一様の透過フィルタ24a 、24b が装着されており、その透過フィルタ24a 、24b の間に光学フィルタ板15を挿設する。光学フィルタ板15は、透過フィルタ24a 、24b の面と平行な平面方向の位置調整を自在に行うことができ、その位置調整が完了した後、上下１対の枠体23a 、23b を上下に調整して透過フィルタ24a 、24b で挟み込むことで挟持して必要に応じて固定される。こうすることで、メンテナンス時等に簡単に光学フィルタ板15の位置調整を行うことができ、照明反射光の補正を常に最適状態に維持することができる。

本発明の光学フィルタ装置の平面模式図（ａ）と側面模式図（ｂ）である。 本発明の光学フィルタ装置を適用した表面疵検査装置の一例を示す模式図である。 表面疵検査装置において照度ムラが発生している表示画面を例示する模式図である。 本発明の光学フィルタ装置に適用する光学フィルタ板の一例を示す模式図である。 従来の表面疵検査装置の模式図である。

符号の説明

１ 金属板（鋼板）
1a 鋼板下面の映像
２ 搬送ロール
３ 架台
４ 照明器（ストロボライト）
５ カメラ
６ 保護ケース
７ 防塵ガラス
８ 表示装置
11a レベル１の照明反射部
11b レベル２の照明反射部
11c レベル３の照明反射部
12 通常の照明反射部
15 光学フィルタ板
16a レベル１の照明反射部を補正するための光学濃度帯
16b レベル２の照明反射部を補正するための光学濃度帯
16c レベル３の照明反射部を補正するための光学濃度帯
20 （本発明の）光学フィルタ装置
21 カメラ接続口
21a 開口部
22 支柱
23a 、23b 枠体
24a 、24b 透過フィルタ

Claims (3)

1. 搬送される被検査物の外観検査装置に適用するカメラのレンズ前面に装着する光学フィルタ装置であって、
   該レンズの光軸方向に交差して配設してなる１対の透過フィルタと、
   該１対の透過フィルタ間に挿設する光学フィルタ板と、
   を具備してなり、
   該光学フィルタ板は、光学濃度が最大となる領域を有してなることを特徴とする光学フィルタ装置。
2. 前記光学フィルタ板が、その境界が閉じた曲線である複数の異なる透過光吸収レベルの光学濃度帯を有してなることを特徴とする請求項１に記載の光学フィルタ装置。
3. 搬送される被検査物の外観検査装置に適用するカメラのレンズ前面に光学フィルタ板を装着し、前記の搬送される被検査物の表面の照明ムラを補正する光学フィルタリング方法であって、
   前記カメラのレンズ前面に１対の透過フィルタを装着し、
   該１対の透過フィルタ間に、光学濃度が最大となる領域を有してなる光学フィルタ板を挿設し、
   挿設した該光学フィルタ板を前記照明ムラを補正するために適切な位置に調整した後、光学フィルタリングを行うことを特徴とする光学フィルタリング方法。

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