JP2005147817A - 表面検査用面光源装置 - Google Patents

Abstract

【課題】発光ダイオードを用いて広い範囲に高精度の平行光を照射し得る表面検査用面光源装置を提供する。
【解決手段】それぞれの光軸が円弧中心点に一致するように、円弧状に配列された複数個の発光ダイオード１１ａを奥行き方向へ配列した発光ダイオード群による光源１１と、この光源に円弧中心点の前方で対面し、かつこの円弧中心点を焦点とするフレネルレンズ１５とを備え、このフレネルレンズが、円弧状配列の複数個の発光ダイオード１１ａのそれぞれの光軸を含む光軸面に沿って焦点を通過する各発光ダイオード１１ａの照射光を光軸面に沿って平行に出射させる。これにより、検査対象となる表面に平行光を照射して、その反射光により表面の微小欠陥の検査を行わせる。
【選択図】図１

Description

本発明は、検査対象となる表面に平行光を照射して、その反射光により表面の微小欠陥の検査を行わせるための表面検査用面光源装置に関するものである。

特許文献１により、搬送されてくる車両の表面を照明する面発光体としての直管形蛍光灯と、照明領域を撮像するＣＣＤカメラとを車両搬送ラインに配置した車両用塗面検査装置が周知となっている。これにより、レーザ光に依らずに面光源の拡散光を利用する簡単な構成の光学系により、反射角の緩やかなゆず肌に対しては反射光レベルは低下させることなく、ゆず肌と弁別して反射角の変化による反射光レベルの低下を基にゴミに起因するブツ、傷等の凹凸状の微小欠陥を画像処理により検出することができる。

しかしながら、この塗面検査装置は拡散光の塗面での反射光の撮像を前提にするために、直管形蛍光灯の横幅方向の塗面に対する光照射範囲もある程度広げることができるが、所定の照射光量に対する検出感度の点で改良の余地が残される。そこで、特許文献２により、面発光体が、直管形蛍光灯の前方に配置され、かつその横幅と同程度もしくは狭い横幅を有する縦長のスリットと、このスリットの前方に配置され、かつ直管形蛍光灯の横幅よりも広い横幅を有し、スリットを通して入射する横幅方向の照射光を平行光に変換する縦長のフレネルレンズとを備え、イメージセンサから出力される画像信号レベルが、正常塗面に対応する高信号レベルから低下するのを検出して車両外面の塗面に生じている微小欠陥を検知する車両用塗面検査装置が開示されている。

一方、面状に配列した発光ダイオード群を光源としたテールランプ、ストップランプ等の車両用灯具は周知であり、特許文献３によりアウタレンズに沿って面状に配列された発光ダイオードの前面にフレネルレンズをそれぞれ配置して配光を制御するようにした車両用灯具も開示されている。このように発光ダイオードを利用すると、蛍光灯のように点灯時点から照度が一定になるまで時間を要することなく、しかも長寿命のメインテナンスフリーの光源が実現される。
特開平３−１０１５０号公報 特開２０００−２５０６２５号公報 特開２０００−１２３６１０号公報

前述の直管形蛍光灯の前方に、スリット及びフレネルレンズを配置した面光源の場合、横幅方向の拡散を抑制されて、反射角を変化させるブツ等の微小欠陥からの正反射光の入射が高感度に低減して検知精度を向上させ得るが、横幅方向の平行光への変換範囲は直管形蛍光灯の形状により制限される。また、蛍光灯を前提にする以上、輝度の安定度或は保守性の点で発光ダイオード群の光源には及ばない。

本発明は、このような点に鑑みて、発光ダイオードを用いて広い範囲に高精度の平行光を照射し得る表面検査用面光源装置を提供することを目的とする。

本発明は、この目的を達成するために、請求項１により、検査対象となる表面に平行光を照射して、その反射光により表面の微小欠陥の検査を行わせるための表面検査用面光源装置において、それぞれの光軸が円弧中心点に一致するように、円弧状に配列された複数個の発光ダイオードを奥行き方向へ配列した発光ダイオード群による光源と、この光源に円弧中心点の前方で対面し、かつこの円弧中心点を焦点とするフレネルレンズとを備え、このフレネルレンズが、円弧状配列の複数個の発光ダイオードのそれぞれの光軸を含む光軸面に沿って焦点を通過する各発光ダイオードの照射光を光軸面に沿って平行に出射させることを特徴とする。

これにより、円弧状配列の各発光ダイオードの円弧中心点であるフレネルレンズの焦点を通過する照射光が、フレネルレンズに入射して平行光として出射される。出射光の平行度を高めるには、請求項２の発明により、焦点位置に、奥行き方向に沿ってスリットが形成される。各発光ダイオード間の出射光量を平滑するには、請求項３の発明により、発光ダイオード群及び焦点位置のいずれか一方に、発光ダイオードの出射光の指向角を広くする拡散板が配置される。

請求項１の発明によれば、円弧面状に配列された発光ダイオード群により、フレネルレンズを介して広い範囲に安定した輝度の平行光を照射でき、したがって円弧配列方向の拡散が抑制された正反射光の撮像画像を処理することにより、円弧配列方向に広い範囲の表面のブツ或は微小な傷等の微小欠陥がその反射光の変化で高感度に効率良く検査できる。発光ダイオード群の円弧配列により、任意の形状の面光源が製作可能になる。請求項２の発明によれば、発光ダイオードの拡散する照射光を遮光することにより、平行度が一層向上する。請求項３の発明によれば、多少の平行度の低下を甘受して発光ダイオード群の輝度を均一化できる。

図１乃至図３を基に本発明の実施の形態による表面検査用面光源装置を説明する。図１及び図２は車両用塗面を検査するための面光源装置１０を示すもので、それぞれの光軸が円弧中心点に一致するように、円弧状に配列した複数個の発光ダイオード１１ａを基面１２に奥行き方向へさらに配列した発光ダイオード群で構成される光源１１と、この光源にその円弧中心点の前方で対面し、かつこの円弧中心点を焦点Ｆとするフレネルレンズ１５と、焦点Ｆの位置で奥行き方向へ縦長のスリット１６を形成するスリット板１７とを備えて、それぞれケース１３に収納されている。

フレネルレンズ１５は、半径が８ｃｍ程度の円弧状配列の複数個の発光ダイオード１１ａの横幅よりも広く設定され、焦点Ｆを通って光源１１を奥行き方向へ２分割する対称面に対して対称に配置され、複数個の円弧状発光ダイオード１１ａの各光軸を含む光軸面、即ち前述の対称面の直交面に沿って焦点Ｆを通過する入射光を前述の光軸面に沿って平行に偏向する。また、フレネルレンズ１５の横幅は１０ｃｍ、奥行き幅は直管形蛍光灯に対応して３０ｃｍ程度であり、前述の光軸面に沿って横幅が１ｃｍ程度のスリット１６を通過する各発光ダイオード１１ａの照射光を平行に出射させるように、横幅方向へ発光ダイオードの個数よりも大幅に多い個数のフレネル面が形成されている。発光ダイオード１１ａは青色の発光を行い、その光軸に対して横幅方向へ約±１０°、奥行き方向へ±２０°程度の出射光量の指向角で光照射を行う。

図３は面光源装置１０を用いた車両用塗面検査装置を示すもので、車両１の搬送路の両側にロボット３９、３９ａが配置され、それぞれのロボットアーム９、９ａの先端部に取付けられた基部２９には、面光源装置１０及びイメージセンサとしてのＣＣＤカメラ２１よりなる撮像装置２０が取付けられている。ロボット３９、３９ａは、撮像装置２０を順にシフトさせるように塗面上を走査し、かつ各走査位置で塗面に対面する３次元位置及び３軸方向の角度を任意に制御可能になっている。ＣＣＤカメラ２１はフレネルレンズ１５の例えば５０ｃｍの前方位置の塗面での照射領域よりも広い横幅で、２００ｍｍ程度の縦幅の範囲の正反射光が入射するように配向されている。

撮像装置２０には、ＣＣＤカメラ２１から出力される画像信号レベルが微小欠陥に起因して通常の高い信号レベルから低下するのを検出する画像処理装置３０が付属している。この画像処理装置は、パソコンを利用して構成され、所定の走査位置に停止したＣＣＤカメラ２１の１画面分の画像信号を逐次更新しつつ格納し、その画素ごとの画像信号を横幅方向に読出し走査することにより、明るい塗面に対応して立上っている高画像レベルからの立下がり振幅が基準値を上廻るのを検知する。

このように構成された面光源装置１０の動作は次の通りである。発光ダイオード１１ａの円弧配列及びスリット１６の絞りにより、フレネルレンズ１５にその焦点もしくはその近辺を通過する照射光が入射し、平行光もしくは略平行光で塗面が照射される。撮像装置２０は、その反射光をＣＣＤカメラ２１の撮像範囲で撮像して、その画像信号を画像処理装置３０に一旦格納させる。そして、フレネルレンズ１５の横幅よりも僅かに狭い横幅約８ｃｍ、奥行き方向２０ｃｍ範囲の画像信号を横幅方向へ読出し走査した画像データを実際の処理範囲として、図４に示すように読出す。そして、明るい塗面に対応して立上っている高画像レベルからの立下がり点Ｔｆ及び立上り点Ｔｒを検出し、これらの差が基準値を上廻ると、その画素ラインデータを微小欠陥候補として判定する。さらに、順に隣合う微小欠陥候補の画素ラインデータで形成される微小欠陥候補領域が外接する方形Ｒを作成し、その縦横の長さをそれぞれ算出して、いずれかが所定の長さを上廻ると微小欠陥と判定する。

したがって、円弧配列方向の拡散が抑制された正反射光の撮像画像を処理することにより、塗面のブツ或は微小な傷等がその反射光で高感度に検知され、円弧配列の発光ダイオード１１ａの光軸面に沿った横幅方向の読出し走査により広い範囲を高精度に効率良く検査できる。しかも波長の短い青色光により一層敏感な振幅変化で検知される。

尚、前述の実施の形態による焦点位置のスリットは廃止しても、全ての発光ダイオードの光軸がフレネルレンズの焦点を指向していることにより、多少の平行度の低下を甘受して広範囲の平行変換が可能である。さらに、図５に示すように、図１において、スリット１６に各発光ダイオード１１ａの光軸に対して横幅方向の指向角を広げる拡散板１９を配置することにより、多少の平行度の低下を甘受して光源１１の横幅方向の輝度を均一化できる。同様に、同図に示すように光源１１に沿って拡散板１９ａを拡散板１９に代えて配置することも考えられる。

本発明の実施の形態による表面検査用面光源装置の断面図である。 同表面検査用面光源装置の斜視図である。 同表面検査用面光源装置を用いた車両用塗面検査装置の概略正面図である。 同車両用塗面検査装置の動作を説明する図である。 別の実施の形態による表面検査用面光源装置の概略断面図である。

符号の説明

１ 車両
１０ 面光源装置
１１ 光源
１１ａ 発光ダイオード
１５ フレネルレンズ
１６ スリット
１９，１９ａ 拡散板
２０ 撮像装置
２１ ＣＣＤカメラ

Claims (3)

1. 検査対象となる表面に平行光を照射して、その反射光により表面の微小欠陥の検査を行わせるための表面検査用面光源装置において、
   それぞれの光軸が円弧中心点に一致するように、円弧状に配列された複数個の発光ダイオードを奥行き方向へ配列した前記発光ダイオード群による光源と、この光源に前記円弧中心点の前方で対面し、かつこの円弧中心点を焦点とするフレネルレンズとを備え、
   このフレネルレンズが、円弧状配列の複数個の前記発光ダイオードのそれぞれの前記光軸を含む光軸面に沿って前記焦点を通過する各前記発光ダイオードの照射光を前記光軸面に沿って平行に出射させることを特徴とする表面検査用面光源装置。
2. 焦点位置に、奥行き方向に沿ってスリットが形成されていることを特徴とする請求項１記載の表面検査用面光源装置。
3. 発光ダイオード群及び焦点位置のいずれか一方に、発光ダイオードの出射光の指向角を広くする拡散板が配置されたことを特徴とする請求項１又は請求項２記載の表面検査用面光源装置。

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