JP2007057421A

JP2007057421A - リング照明装置

Info

Publication number: JP2007057421A
Application number: JP2005244113A
Authority: JP
Inventors: Yoshiaki Okawa; 吉彰大川; Toshikatsu Ishida; 俊勝石田; Kunio Kuroda; 邦夫黒田
Original assignee: Ikegami Tsushinki Co Ltd; Kyoto Denkiki Co Ltd
Current assignee: Ikegami Tsushinki Co Ltd; Kyoto Denkiki Co Ltd
Priority date: 2005-08-25
Filing date: 2005-08-25
Publication date: 2007-03-08

Abstract

【課題】容器などのように極端な段差のある被検査物を照明し、被検査物の微小な欠陥を検出可能とするリング状照明装置を提供することを目的とするものである。
【解決手段】保持枠１３の上部に水平状に取着したドーナツ状基板１１に、リング状に複数列配置された複数の発光ダイオードを光源２として備え、被検査物を照明するリング照明装置１０において、前記発光ダイオードを、その光軸を基板１１に直交させて取付るとともに、発光ダイオードの内周側発光ダイオード群２ａと外周側発光ダイオード群２ｂとの間に、内側を反射鏡にした第１反射板１４を、発光ダイオードの光軸に対して所定角度傾斜して配置し、前記外周側の所定列の外側には、前記第１反射板１４の傾斜角度より小さい傾斜角度を有し、内側を反射鏡にした第２反射板１５を配置し、かつ保持枠１３の下部に中央に撮影用の円形開口部１２ａを有し、光源２による光を拡散させる拡散板１６を設けたものである。
【選択図】図１

Description

本発明は、画像処理型測定機等により容器などの被検査物の傷や汚れ等の有無を検査する際に使用するリング照明装置に関し、詳しくは複数の発光ダイオード（以下ＬＥＤという）をリング状に複数列配列して照明とするリング照明装置に関するものである。

従来のリング照明装置は、ＬＥＤをリング状に複数列配列したものであり、半導体チップ等の電子部品や飲用缶、その他の工業製造品の検査工程で照明装置として多く利用されている。一つの用途としては、被検査物の上方にリング照明装置を配置してＬＥＤからの光を直接被検査物に照射し、リング状照明装置の上方に配置したＣＣＤカメラを用いて被検査物を撮像し、画像処理型測定機で画像処理し、被検査物の表面に傷等の有無を検査するものがある。（特許文献１参照）

また、他のリング状照明装置には、被検査物の検査部位に集中して照明するようにＬＥＤを切頭円錐状に立体加工したプリント基板の内面にリング状に配列し、かつＬＥＤ個々の光軸が被検査物に向かうように整列して取り付けてあり、切頭円錐状のプリント基板の傾斜角度により光の放出角度を変えることができる。（特許文献２参照）

また、他のリング状照明装置では、容器のような検査対象部が２箇所以上ある被検査物の傷などを検出するのに適した照明装置であり、容器の内側面と底面を被検査対象とする場合、切頭円錐状の反射板の傾斜角度をその検査部位に適合するように複数設定して、一台のリング状照明装置で複数の検査対象箇所を照明するようにしたリング照明装置がある。（例えば、特許文献３参照）

特開平１０−５４９４０号公報（明細書段落〔００２６〕，図１参照）特開平１０−２１７２９号公報（明細書段落〔００１０〕，図１，図３参照）実用新案登録第３１０９８２５号公報（明細書段落〔００１７〕，図１参照）

従来、容器の検査は目視による検査が行われていたが、近年では自動検査機が使用されており、特許文献１，２のリング状照明装置では、ＬＥＤの光軸が被検査物に向くようにＬＥＤを傾斜させたり、プリント基板を傾斜させて照射しており、被検査物に２箇所以上の検査部位が存在する場合には、検査部位毎に照明装置を取り替えて検査を行っており、非効率的な検査作業になっていた。２箇所以上の検査部位が存在する被検査物としては、例えば容器の内側面や底面の汚れや異物等を検査する場合であり、異なった照明装置を用意する必要があった。

近年、容器の自動検査機は非常に高速（３００個／分以上）に安定した検査が可能な高速自動検査機が主流になっており、このような検査機に対応する照明装置としては、特許文献３のリング状照明装置がある。この照明装置は、同時に２つの検査部位に光を照射可能なものである。このリング状照明装置は、プリント基板に垂直にＬＥＤが実装され、これらのＬＥＤの光を、異なる傾斜角度の反射板を用いて反射させて、反射光を２つの異なる検査部位に照射するようにしている。

しかしながら、特許文献３のリング状照明装置では、図７（ａ）に示したように、容器Ａの直上にリング状照明装置１が設けられ、リング状照明装置１の中央の円形開口部にＣＣＤカメラ３が配置されている。リング状照明装置１は、リング状基板１ａにＬＥＤがプリント基板１ａに垂直に実装され、内周側ＬＥＤ群２ａと外周側ＬＥＤ群２ｂとに分かれて配置されている。内周側ＬＥＤ群２ａの外周には内面側を反射鏡とする反射板１ｃが設けられ、外周側ＬＥＤ群２ｂの外周には内面側を反射鏡とする反射板１ｄが設けられている。反射板１ｃは、内周側ＬＥＤ群２ａの放射光軸がＣＣＤカメラ３の光軸に対して６０°となるように傾斜し、反射板１ｄは、外周側ＬＥＤ群２ｂの放射光軸がＣＣＤカメラ３の入射光軸に対して３０°となるように傾斜している。

図７（ｂ）は、このリング状照明装置１で容器Ａを照明し、ＣＣＤカメラ３で容器Ａを撮影して得られた容器画像とその容器画像の輝度分布を示している。なお、この検査では、図７（ａ）のように容器の照明の状態が最良となるように、反射板１ｃの傾斜を、内周側ＬＥＤ群２ａの放射光軸がＣＣＤカメラ３の光軸に対して６０°となるように設定し、また、反射板１ｄの傾斜を、外周側ＬＥＤ群２ｂの放射光軸がＣＣＤカメラ３の光軸に対して３０°となるように設定した。

その測定結果は、図７（ｂ）の輝度分布から明らかなように、容器Ａの内側面と底面との輝度差が大きく、容器Ａのフランジ部では輝度が最大値に達しており、このような輝度分布の容器画像を２値化処理したとしても、目視で明らかな欠陥は検出できるものの薄汚れた微小な欠陥を検出することは困難であることが判明した。

因みに、光源としてハロゲン光源や蛍光管を用いたリング状照明装置がある。このような照明装置は、図８に示したように、容器の内側面と底面とにシェーディングの差があって、容器の内側面と底面との輝度差が大きく、フランジ部では輝度が最大値となっており、輝度分布が均一にならない。このため、このような照明装置は、比較的大きな欠陥を検出するのには支障がないが、微小な薄汚れた欠陥を検出するのは困難である。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、容器などのように極端な段差のある被検査物を照明し、被検査物の微小な欠陥を検出可能とするリング状照明装置を提供することを目的とするものである。

本発明は、上記課題を達成したものであり、請求項１の発明は、保持枠の上部に水平状に取着したドーナツ状の基板に、リング状に複数列配置された複数の発光ダイオードを光源として備え、被検査物を照明するリング照明装置において、
前記発光ダイオードを、その光軸を前記基板に直交させて取付けるとともに、該発光ダイオードの内周側発光ダイオード群と外周側発光ダイオード群との間に、内側を反射鏡にした第１反射板を、発光ダイオードの光軸に対して所定角度傾斜して配置し、前記外周側発光ダイオード群の外側には、前記第１反射鏡の傾斜角度より小さい傾斜角度を有し、内側を反射鏡にした第２反射板を配置し、かつ前記保持枠の下部に中央に撮影用開口部を有し、前記光源からの光を拡散する拡散板を設けたことを特徴とするリング照明装置である。

また、請求項２の発明は、前記拡散板が、前記撮影用開口部を設けたリング状拡散板と該リング状拡散板の内周円に沿って立設した円筒状反射板とからなることを特徴とする請求項１に記載のリング照明装置である。

また、請求項３の発明は、前記筒状拡散板が、前記内周側発光ダイオード群の直接光を遮って被検査物を照射しない高さとしたことを特徴とする請求項１又は２に記載のリング照明装置である。

また、請求項４の発明は、前記発光ダイオードが、青色発光ダイオードであることを特徴とする請求項１，２又は３に記載のリング照明装置である。

請求項１の発明によれば、保持枠の上部に水平状に取着したドーナツ状の基板に、リング状に複数列配置された複数の発光ダイオードを光源として備え、被検査物を照明するリング照明装置において、
前記発光ダイオードを、その光軸を前記基板に直交させて取付けるとともに、該発光ダイオードの内周側発光ダイオード群と外周側発光ダイオード群との間に、内側を反射鏡にした第１反射板を、発光ダイオードの光軸に対して所定角度傾斜して配置し、前記外周側の所定列の外側には、前記第１反射鏡の傾斜角度より小さい傾斜角度を有し、内側を反射鏡にした第２反射板を配置し、かつ前記保持枠の下部に中央に撮影用開口部を有し、前記光源からの光を拡散する拡散板を設けたことを特徴とするリング照明装置であるので、容器のように極端な段差のある被検査物であっても、発光ダイオードの光軸を基板面に対して傾斜させることなく、直交するように設け、第１反射板と第２反射板との反射角度を調整することによって、被検査物の検出対象面の角度に応じ反射板の角度を調整して最適な反射角度に設定し、さらに拡散板により反射光を散乱させることによって、輝度が最大値となる部分を解消し、容器画像の輝度分布を均一にし、その画像を二値化処理して目視でも検出し難い薄汚れた微小な欠陥を容易に検出することができる利点がある。

また、請求項２の発明によれば、前記拡散板が、前記撮影用開口部を設けたリング状拡散板と該リング状拡散板の内周円に沿って立設した筒状拡散板とからなることを特徴とする請求項１に記載のリング照明装置であるので、筒状拡散板により、内周側のＬＥＤの直接光が容器のフランジ部に照射されて、最大輝度となるのを防止することができるし、筒状拡散板とリング状拡散板とにより光を散乱させることができ、異なった被検査対象面を有する容器からの反射光の輝度分布を略均一に設定することができる利点がある。

また、請求項３の発明によれば、前記筒状拡散板が、前記内周側発光ダイオード群の直接光を遮って被検査物を照射しない高さとしたことを特徴とする請求項１又は２に記載のリング照明装置であるので、容器のフランジ部の反射光の輝度が最高値となるのを避けることができ、拡散光により容器が照明され、容器からの反射光の輝度分布が均一になり、容器の微小な欠陥の検出が容易になる利点がある。

また、請求項４の発明によれば、前記発光ダイオードが、青色発光ダイオードであることを特徴とする請求項１，２又は３に記載のリング照明装置であるので、容器をＣＣＤカメラで撮影して得られる容器画像を２値化処理した２値化画像の分解能が向上し、微小な薄汚れた欠陥を検出できる利点がある。

以下、本発明に係るリング照明装置の実施の形態について図面を参照し説明する。図１は、本発明のリング照明装置の実施形態を示す断面図であり、図２は第１と第２の反射板と拡散板の概略組立斜視図であり、図３は本実施形態による照射光を説明する説明図である。図４が拡散板を用いた場合の容器画像と輝度分布図であり、図５（ａ）は微小な汚れを検出した例を示す容器画像であり、同図（ｂ）は二値化画像を示す図である。図６は画像処理型測定機の概略ブロック図である。

本発明の一実施形態について、図１，２を参照して説明する。本実施形態のリング照明装置１０は、円筒状の保持枠１３と、保持枠１３の内側の上部に水平状に取着したドーナツ状基板１１と、基板１１にリング状に複数列配列されたＬＥＤ２_１〜２_５による内周側ＬＥＤ群２ａと外周側ＬＥＤ群２ｂからなる光源２と、内周側に配列した内周側ＬＥＤ群２ａと外周側に配列した外周側ＬＥＤ群２ｂとの間に配置したラッパ状（切頭円錐状）の第１反射板１４と、外周側のＬＥＤ群２ｂの外側に配置したラッパ状の第２反射板１５と、保持枠１３の底部に設けられた拡散板１６とから構成されている。

また、円筒状の保持枠１３の上部には、基板１１裏面を覆うように、アルミ又は合成樹脂で構成したドーナツ状天板１２が設けられている。ドーナツ状天板１２の中央には、円形開口部１２ａが設けられ、この円形開口部１２ａからＣＣＤカメラが挿入される。ドーナツ状天板１２内には凹部が形成され、この凹部内に光源２の給電ケーブル等が設けられている（図示無し）。さらに、拡散板１６は、リング状拡散板１６ａと筒状拡散板１６ｂとから構成され、リング状拡散板１６ａの中央には撮影用開口部１６ｃが設けられている。また、拡散板１６は、例えば、アクリル樹脂等が用いられ、その板厚は２ｍｍ程度のものである。

光源２は、基板１１に複数のＬＥＤ２_１〜２_５をリング状に５列配置して構成してあり、各ＬＥＤは基板１１に対し直交して取り付けられている。５列のＬＥＤ群のうち内周側の３列が内周側ＬＥＤ群２ａであり、外周側の２列が外周側ＬＥＤ群２ｂである。これらのＬＥＤ群２ａ，２ｂ間には、ＬＥＤが存在しないリング状帯状域２ｃが設けられ、ここに第１反射板１４が固定されている。また、リング状に配列した各ＬＥＤ２_１〜２_５は、それらの端子を基板１１に貫通させて基板裏面に設けたプリント配線に半田付けされて配線が施され、給電ケーブルを介して電力が各ＬＥＤ２_１〜２_５に供給されている。

ラッパ状の第１反射板１４は、その上端部分に基板１１に取り付けるための取付孔を有するリング状鍔１４ａが設けられている。この反射板１４はアルミ又は鉄板であり、その内面をメッキ等を施して鏡面とする。第１反射板１４は、基板１１のリング状帯状域２ｃにリング状鍔１４ａをネジで基板２裏面に取り付けられる。すなわち、第１反射板１４は、内周側ＬＥＤ群２ａと外周側ＬＥＤ群２ｂとの間に配設され、第１反射板１４の傾斜角度がＬＥＤの光軸に対し約３０度の傾斜角度になるように保持枠１３の内面に設置されている。

第２反射板１５は、第１反射板１４と同様な材質であり、かつ同様な手段にて構成されており、その下端縁に取付孔を有するリング状取付部１５ａが設けられている。第２反射板１５は、拡散板１６とともにリング状取付部１５ａの取付穴にネジ１７を挿通して保持枠１３の底部に螺着し、第２反射板１５が外周側ＬＥＤ群２ｂの外側の保持枠１３の内面に設置されている。第２反射板１５は、傾斜角度がＬＥＤの光軸に対し約１５度となるように配置されている。

拡散板１６は、リング状拡散板１６ａと拡散板１６の内周円に沿って設けた筒状拡散板１６ｂとから構成され、保持枠１３の底部に第２反射板１５とともにネジ１７などで固定されている。筒状拡散板１６ｂは、内周側ＬＥＤ群２ａのＬＥＤからの直接光が被検査物に照射されない高さに設定されている。また、筒状拡散板１６の撮影用開口部１６ｃは、ＣＣＤカメラにより被検査物の撮影に支障のない直径を有している。

本実施形態では、ＬＥＤから照射された光が、図３に示したように、第１反射板１４及び第２反射板１５により反射して拡散板１６で拡散されて、リング照明装置１０の下方に載置した被検査物の容器Ａを照明する。内周側ＬＥＤ群２ａからの光は、第１反射板１４で反射し、拡散板１６で拡散した拡散光Ｌ_１が容器Ａの上方の検査部位（側面）を主に照明する。外周側ＬＥＤ群２ｂからの光は、第２反射板１５で反射し、反射板１６で拡散した拡散光Ｌ_２が容器Ａの下方の検査部位（底部）を主に照明することになり、１台のリング照明装置１０によって、異なる容器Ａの検査部位を照明することができる。また、内周側ＬＥＤ群２ａからの直接光Ｌａは、筒状拡散板１６ｂにより遮られ、容器Ａのフランジ部を照明して輝度が最大値になるのを防止し、筒状拡散板１６ｂで拡散される。

また、第２反射板１５の下端は、リング状拡散板１６ａの内面に接し、第１反射板１４の下端も同様に概ねリング状拡散板１６ａの内面に接している。このように外周側ＬＥＤ群２ｂからの光は、第２反射板１５で反射するとともに第１反射板１４の裏面で乱反射し、リング状拡散板１６ａにより拡散した拡散光Ｌ_２が、主に容器Ａの底面を照明する。また、内周側ＬＥＤ群２ａの光は、第１反射板１４で反射し、筒状拡散板１６ｂで拡散して容器Ａの側面を主に照明する。このような照明であるので、容器からの反射光の輝度分布が均一になり、容器画像の２値化画像から微小な欠陥を検出することができる。

本実施形態では、図６の画像処理型測定機に使用される照明装置であり、図６の画像処理型測定機では、容器Ａの表面に汚れや傷等の欠陥の有無を検査するに際し、照明電源Ｄよりリング照明装置１０に電力を供給して容器Ａを照明し、ＣＣＤカメラＢで容器Ａを撮影する。ＣＣＤカメラＢの容器画像は、画像処理装置Ｃに取り込まれて二値化処理される。二値化画像には、容器Ａの傷や汚れ等の欠陥が明らかな明度の差として現れる。このように、本実施形態のリング状照明装置１０を使用することによって、容器Ａの微小な薄汚れを容易に検出することができる。

また、微小な傷や薄汚れた欠陥を検出可能とする光源には、高分解能が得られる青色発光ダイオードが最も好ましく、リング照明装置１０の光源には、ピーク波長が４７０ｎｍの青色発光ダイオードが使用された。また、光源２には２２５個のＬＥＤが使用された。

本実施形態のリング状照明装置を使用した際の画像処理型測定機では、図４の容器画像と輝度分布から明らかなように容器の側面と底面とでの輝度差が無くなり、輝度分布が概ね平坦なものとなり、容器のフランジ部周辺の輝度差も緩和され、微小欠陥を検出可能な照明とすることができる。このリング状照明装置を使用した画像処理型測定機の容器画像が図５（ａ）であり、この容器画像を画像処理装置Ｃで二値化処理した二値化画像が図５（ｂ）である。容器Ａの微小欠陥のある容器画像から二値化処理した二値化画像により薄汚れた微小欠陥を特徴画像として検出することができる。

上記実施形態は、本発明の一例に過ぎず、各構成部材を適宜変形や修正を加えても、ＣＣＤカメラで撮影した画像の輝度分布が概ね均一な照明装置であれば、本願の請求の範囲に包含されることは明らかである。例えば、第１、第２反射板を鏡面性のあるアルミ板をプレス加工により作ってもよいし、また合成樹脂の成形加工し内面を化学メッキを施しても良い。さらに傾斜角度を変えた反射板を用いれば照射位置が変えられるので、他種類の被検査物の検査を行うことが可能となる。

また、第１反射板で区画された外周側ＬＥＤ群の発光色を変えることにより、検査部位に合致した色で照明することもできる。例えば、青色の汚れは青色発光ダイオードの光では検出が困難であるが、このような欠陥の色彩に応じて適宜発光色を選択することによって、微小な青系の汚れを検出することが可能である。

本発明の活用例としては、容器などのように側面と底面とで検査対象面が極端な段差を有する検査対象物の傷や汚れを検出する際の照明装置として利用することができ、製缶業界の容器検査に利用することができる。

本発明のリング状照明装置の一実施形態を示す概略断面図である。本実施形態の要部分解斜視図である。本実施形態の照明を説明する説明図である。本実施形態の照明による容器画像とその輝度分布図である。（ａ）は本実施形態の照明により撮影された容器画像を示す図であり、（ｂ）はその二値化画像を示す図である。画像処理型測定機の概略ブロック図である。（ａ）は従来のリング状照明装置の照射を説明するための概略図、（ｂ）はその容器画像と輝度分布を示す図である。蛍光管による照明装置を光源とした容器画像と輝度分布を示す図である。

符号の説明

２光源
２_１〜２_５発光ダイオード（ＬＥＤ）
２ａ内周側ＬＥＤ群
２ｂ外周側ＬＥＤ群
２ｃリング状帯状域
１０リング状照明装置
１１ドーナツ状基板
１２ドーナツ状天板
１２ａ円形開口部
１３保持枠
１４第１反射板
１４ａ取り付け穴を有するリング状鍔
１５第２反射板
１５ａリング状取付部
１６拡散板
１６ａリング状拡散板
１６ｂ筒状拡散板
１６ｃ撮影用開口部
１７ネジ
Ａ容器（被検査物）
ＢＣＣＤカメラ

Claims

保持枠の上部に水平状に取着したドーナツ状の基板に、リング状に複数列配置された複数の発光ダイオードを光源として備え、被検査物を照明するリング照明装置において、
前記発光ダイオードを、その光軸を前記基板に直交させて取付けるとともに、該発光ダイオードの内周側発光ダイオード群と外周側発光ダイオード群との間に、内側を反射鏡にした第１反射板を、発光ダイオードの光軸に対して所定角度傾斜して配置し、前記外周側発光ダイオード群の外側には、前記第１反射鏡の傾斜角度より小さい傾斜角度を有し、内側を反射鏡にした第２反射板を配置し、かつ前記保持枠の下部に中央に撮影用開口部を有し、前記光源からの光を拡散する拡散板を設けたことを特徴とするリング照明装置。
前記拡散板が、前記撮影用開口部を設けたリング状拡散板と該リング状拡散板の内周円に沿って立設した筒状拡散板とからなることを特徴とする請求項１に記載のリング照明装置。
前記筒状拡散板が、前記内周側発光ダイオード群の直接光を遮って被検査物を照射しない高さとしたことを特徴とする請求項１又は２に記載のリング照明装置。
前記発光ダイオードが、青色発光ダイオードであることを特徴とする請求項１，２又は３に記載のリング照明装置。