JP2009180597A - 欠陥検出装置および欠陥検出方法 - Google Patents

Abstract

【課題】緩やかに湾曲する面に含まれる検査領域の欠陥を精度よくかつ容易に検出する。
【解決手段】欠陥検出装置１は、対象物９を移動する移動機構１１、検査領域において移動方向に垂直な方向に帯状に伸びるとともに移動方向に沿って並ぶ複数の照射領域に平行光を照射する複数の光照射部２、および、複数の照射領域からの乱反射光を受光して複数の照射領域を同時に撮像する撮像部３を備える。複数の照射領域の各位置における法線の方向を平均した方向を示す平均法線を含み、かつ、移動方向に平行な参照面に複数の光照射部２の光軸Ａ１〜Ａ３を投影した場合に、検査時において、投影された複数の線が平均法線に対して同じ側に傾斜し、複数の線と平均法線とのなす角が互いに異なるように光照射部２が設定され、対象物９が複数の照射領域の幅の最小値以下の距離だけ移動する毎に撮像動作が行われる。これにより、検査領域の欠陥が精度よくかつ容易に検出される。
【選択図】図５

Description

本発明は、入射光を散乱する性質を有する面において、周囲に対して凸状または凹状となる欠陥を検出する技術に関する。

家電製品や自動車等に用いられる金属の様々な板状部品は、多くの場合、プレス加工により表面が滑らかな平面または曲面とされる。これらの部品をプレスする際に微小な異物が挟まってしまうと、部品の表面に微小な傷や凹凸（例えば、幅が２〜３ミリメートル（ｍｍ）であり、高さまたは深さが数ｍｍである凹凸）が生じてしまう。部品の表面が最終的に鏡面に塗装または研磨される場合、凹部や凸部は非常に微細あるいは高さが低いものであっても人の目に認識される欠陥となってしまう。そこで、このような欠陥の検出に関連する様々な技術が提案されている。

例えば、特許文献１では、車体パネルの被検査面の斜め上方（移動方向の一方側斜め上方）から被検査面に対して８０度〜９０度の入射角度で照明光を照射し、被検査面の他方側斜め上方の位置にて、当該入射角度よりも小さい反射角度で反射される照明光の乱反射光を受光して画像を取得し、当該画像中の影（陰影）の存在により被検査面における凹凸を検出する手法が開示されている。また、特許文献２では、このような表面検査装置において、搬送される被検査体の搬送方向の前方側および後方側の双方に照明光の照射が可能である照明手段を設けるとともに、照明手段を間にして前方側および後方側の双方に撮像手段を配置することにより、搬送方向の前方側および後方側で被検査面の傾斜方向が逆向きとなる被検査体を検査する手法が開示されている。

なお、特許文献３および４では、測定領域に照明光を照射する照明部と、照明光の測定領域からの正反射光を受光するカメラとを有し、三角測量法を利用して物体の三次元形状を光学的に測定する形状測定装置が開示されている。
特開平１１−７２４３９号公報 特開２０００−２４１１４７号公報 特開昭６１−７５２１０号公報 特開２００３−４４２５号公報

ところで、特許文献１および２の手法のように、対象物上の面に対して浅い角度にて光を照射しつつ散乱光を受光して画像を取得し、当該画像中の影の存在により周囲に対して凸状または凹状となる欠陥を検出する際には、検出すべき欠陥の高さ（または深さ）の最小値が小さくなるほど、照明光の入射角度の許容範囲が狭くなる。上記手法を利用する一般的な欠陥検出装置において、例えば、高さ０．１ｍｍ以上の欠陥を検出する場合には対象物上の面の法線に対する照明光の入射角度を６０度±１０度の範囲に設定すればよいが、高さ０．１ｍｍ未満の欠陥を検出する場合には、照明光の入射角度を、例えば７０度±５度の範囲に設定する必要がある。このような微小な欠陥を検出する場合に、対象物上の面が緩やかに湾曲しているときには、対象物の移動に従って順次検査の対象とされる検査領域中の複数の位置における傾斜方向（法線の方向）が相違するため、当該複数の位置の全てにおいて照明光の入射角度を上記のような狭い範囲に設定することは困難である。

本発明は上記課題に鑑みなされたものであり、緩やかに湾曲する面に含まれる検査領域の欠陥を精度よくかつ容易に検出することを目的としている。

請求項１に記載の発明は、入射光を散乱する性質を有するとともに緩やかに湾曲する面に含まれる検査領域において、周囲に対して凸状または凹状となる欠陥を検出する欠陥検出装置であって、前記検査領域において所定の移動方向に垂直な方向に帯状に伸びるとともに前記移動方向に沿って並ぶ複数の照射領域に平行光を照射する複数の光照射部と、前記複数の照射領域を同時に撮像する１つの撮像部と、前記湾曲する面を有する対象物を前記移動方向に前記複数の光照射部および前記撮像部に対して相対的に移動させる移動機構と、前記対象物が前記複数の照射領域の幅の最小値以下の距離だけ前記移動方向に相対移動する毎に前記撮像部による撮像動作を繰り返す制御部とを備え、前記複数の照射領域の各位置における法線の方向を平均した方向を示す平均法線を含み、かつ、前記移動方向に平行な参照面に前記複数の光照射部の光軸を投影した場合に、投影された複数の線が前記平均法線に対して同じ側に傾斜し、かつ、前記複数の線と前記平均法線とのなす角が互いに異なるとともに４５度以上９０度未満とされ、前記撮像部の光軸と前記平均法線とのなす角が、前記参照面上の前記複数の線と前記平均法線とのなす角の最小値よりも小さい。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の欠陥検出装置であって、前記撮像部の光軸と前記平均法線とのなす角が０度以上４２度以下である。

請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載の欠陥検出装置であって、前記参照面上の前記複数の線のそれぞれと他の線とのなす角の最小値が５度以上１５度以下である。

請求項４に記載の発明は、請求項１ないし３のいずれかに記載の欠陥検出装置であって、前記対象物の相対移動中に前記複数の光照射部を前記対象物に対して相対的に回動することにより、前記参照面上における前記複数の線と前記平均法線とのなす角の平均値の変動を低減する回動機構をさらに備える。

請求項５に記載の発明は、請求項４に記載の欠陥検出装置であって、前記回動機構が、前記複数の光照射部と共に前記撮像部を回動する。

請求項６に記載の発明は、請求項４または５に記載の欠陥検出装置であって、前記平均法線の方向を検出する法線検出部をさらに備え、前記回動機構が、前記法線検出部の出力に基づいて制御される。

請求項７に記載の発明は、請求項１ないし６のいずれかに記載の欠陥検出装置であって、前記複数の光照射部とは異なる方向から前記検査領域上の複数の照射領域に平行光を照射する他の複数の光照射部をさらに備え、前記他の複数の光照射部の光軸を前記参照面に投影した複数の線と、前記複数の光照射部の光軸を前記参照面に投影した前記複数の線とが前記平均法線に対して互いに反対側に傾斜しており、前記検査領域の検査の際に、前記平均法線の向きに応じて前記複数の光照射部および前記他の複数の光照射部の一方が能動化される。

請求項８に記載の発明は、請求項１ないし７のいずれかに記載の欠陥検出装置であって、前記撮像部と前記対象物との間の距離を変更する撮像距離変更部をさらに備える。

請求項９に記載の発明は、請求項１ないし８のいずれかに記載の欠陥検出装置であって、前記移動機構が、前記対象物を前記移動方向に連続的に相対移動させる。

請求項１０に記載の発明は、入射光を散乱する性質を有するとともに緩やかに湾曲する面に含まれる検査領域において、周囲に対して凸状または凹状となる欠陥を検出する欠陥検出方法であって、ａ）前記検査領域において所定の移動方向に垂直な方向に帯状に伸びるとともに前記移動方向に沿って並ぶ複数の照射領域に複数の光照射部により平行光を照射しつつ、１つの撮像部により前記複数の照射領域を同時に撮像する工程と、ｂ）前記湾曲する面を有する対象物を前記移動方向に前記複数の光照射部および前記撮像部に対して相対的に移動させるとともに、前記対象物が前記複数の照射領域の幅の最小値以下の距離だけ前記移動方向に相対移動する毎に前記ａ）工程を繰り返す工程とを備え、前記複数の照射領域の各位置における法線の方向を平均した方向を示す平均法線を含み、かつ、前記移動方向に平行な参照面に前記複数の光照射部の光軸を投影した場合に、投影された複数の線が前記平均法線に対して同じ側に傾斜し、かつ、前記複数の線と前記平均法線とのなす角が互いに異なるとともに４５度以上９０度未満とされ、前記撮像部の光軸と前記平均法線とのなす角が、前記参照面上の前記複数の線と前記平均法線とのなす角の最小値よりも小さい。

請求項１１に記載の発明は、請求項１０に記載の欠陥検出方法であって、前記ｂ）工程における前記対象物の相対移動中に、前記複数の光照射部を前記対象物に対して相対的に回動することにより、前記参照面上における前記複数の線と前記平均法線とのなす角の平均値の変動が低減される。

請求項１２に記載の発明は、請求項１０または１１に記載の欠陥検出方法であって、前記ｂ）工程において、前記対象物を前記移動方向に連続的に相対移動させる。

本発明によれば、緩やかに湾曲する面に含まれる検査領域の欠陥を精度よくかつ容易に検出することができる。

また、請求項４および１１の発明では、様々な傾斜方向の部位を含む検査領域における欠陥を精度よく検出することができ、請求項５の発明では、撮像部における撮像方向を複数の光照射部の照射方向に対して一定にし、検査領域上の欠陥を一定の撮像条件にて安定して検出することができる。

また、請求項６の発明では、複数の光照射部の検査領域に対する光の照射方向を精度よく調整することができ、これにより、検査領域上の欠陥をより精度よく検出することができ、請求項７の発明では、検査領域において平均法線が相対移動方向の前側および後側のいずれの向きに傾く場合であっても、検査領域の欠陥を容易にかつ精度よく検出することができる。

また、請求項８の発明では、対象物の移動方向への相対移動に伴って、撮像部の光軸におよそ沿う方向に関して検査領域上の撮像領域の位置が大きく変動する場合であっても、検査領域の欠陥を精度よく検出することができ、請求項９および１２の発明では、検査領域の検査を高速に行うことができる。

まず、対象物上の面に対して光を照射し、散乱光を受光することにより取得される画像から凸状または凹状となる欠陥を検出する手法について説明する。図１は、後述する図５の欠陥検出装置１に対する比較例の欠陥検出装置９９の一部を示す図である。なお、図１に示す対象物上の検査の対象面９１ａは、図１中のＸＹ平面に平行な平面（すなわち、法線が図１中のＺ方向に平行な平面）となっている。

欠陥検出装置９９は、２次元の撮像デバイスを有する撮像部９９１、および、平行光を出射する光照射部を備え、図１では光照射部の光軸を符号９９２を付す一点鎖線にて示し、撮像部９９１の光軸を符号９９３を付す一点鎖線にて示している。また、撮像部９９１の光軸９９３はＺ方向と平行となっており（すなわち、光軸９９３と対象面９１ａの法線とのなす角が０度となる。）、Ｚ方向と光照射部の光軸９９２とのなす角θは例えば７０度とされる。

図２は、凸状の欠陥９２が光照射部により照明されることにより生じる影９２２を例示する図である。欠陥検出装置９９では、欠陥９２を含む照射領域の各位置に照射される光により、平行光の入射方向（図２中にて符号７１を付す矢印にて示す。）におよそ沿って明瞭な影９２２が形成される。

図３は、欠陥検出装置９９において欠陥９２に平行光が照射される様子を示す断面図であり、対象面９１ａに垂直、かつ、光照射部の光軸９９２に平行な断面を示している。また、欠陥９２の影の長さに符号Ｌ、対象面９１ａと光軸９９２（図３では、光軸９９２に平行な方向を符号７２を付す矢印にて示している。後述の図４において同様。）とのなす角に符号ψ、欠陥９２の高さに符号Ｈを付している。

欠陥９２の検出は、撮像部９９１が取得する画像中に周囲に対して暗い画素が存在するか否かにより行われ、撮像部９９１の１つの受光素子に対応する対象面９１ａ上の領域に存在する影の割合により欠陥検出の限界が決まる。ここで、影の長さＬは、欠陥９２の高さＨおよび対象面９１ａと光照射部の光軸９９２とのなす角ψに対して数１の関係を有することから、検出可能な欠陥の高さＨは、角ψと撮像部９９１の空間分解能とに依存することとなる。

例えば、図３における欠陥９２の高さＨを検出する際に、１画素当たり１０％光量が減少すると欠陥が存在すると判定される場合、空間分解能（１画素に対応する対象面９１ａ上の長さ）が５００μｍの撮像デバイスでは、通常、影の長さＬが５０μｍ以上であると欠陥として検出されることとなる。さらに、角ψが１０度の場合は、検出可能な欠陥の高さＨは８．８μｍ（＝５０μｍ×ｔａｎ（１０度））以上となり、２０度の場合は１８．２μｍ以上となる。すなわち、角ψが２０度以下であれば、高さが１０〜２０μｍ程度の欠陥であっても検出可能となる。実際には、角ψが小さくなるに従って画像中における欠陥９２の影の周囲の領域に対するコントラストが小さくなる（影が薄くなる）ため、角ψには下限がある。

図４は、凹状の欠陥９３に平行光が照射される様子を示す断面図である。欠陥９３を検出する場合、図４に示すように影の長さＬが欠陥９３の幅Ｗ（紙面において左右方向の幅）よりも小さい場合は上述した凸状の欠陥９２の高さＨに深さＤを当てはめることにより同様に検出可能な欠陥の最小深さＤが定められる。ただし、幅Ｗが検出可能な影の長さの下限よりも小さい場合は本来検出可能な深さの欠陥であっても影の長さがＷとなることから、検出可能な凹状の欠陥が制限されることとなる。もちろん、撮像部９９１の倍率により空間分解能は変更可能であることから、検出精度をさらに高めることは容易に可能である。

以上のように、図１の欠陥検出装置９９では、対象物上の対象面９１ａに対して浅い角度にて平行光を照射しつつ散乱光を受光して画像を取得し、当該画像中の影の存否を確認することより周囲に対して凸状または凹状となる欠陥を検出することが可能となっている。

次に、上記手法を応用して緩やかに湾曲する対象面上の欠陥を検出する手法について説明する。図５は本発明の第１の実施の形態に係る欠陥検出装置１を示す図である。欠陥検出装置１は、自動車のルーフ部等の板金加工物において、緩やかに凸状に湾曲する表面に存在する傷や凹凸等の周囲に対して凸状または凹状となる欠陥を検出する装置である。以下の説明では、検査対象となる板金加工物を対象物９と呼び、その表面を対象面９１と呼ぶ。対象面９１は板金加工後の表面であり、入射光を散乱する性質を有する粗面となっている。本実施の形態では、図５中のＺＸ平面（Ｙ方向に垂直な平面）に平行な対象面９１の断面形状は図５中のＸ方向に平行な線分となり、対象面９１上の一部が検査領域となっているものとする。

欠陥検出装置１は、それぞれが対象面９１に平行光を照射する複数の（本実施の形態では３個の）光照射部２、対象面９１を撮像する１つの撮像部３、対象物９（対象面９１）を複数の光照射部２および撮像部３に対して図５中のＹ方向（以下、「移動方向」ともいう。）に移動させる移動機構１１、欠陥検出装置１の各構成要素を制御する制御部５１、並びに、制御部５１および撮像部３に接続されるコンピュータ５２を備える。コンピュータ５２は、ＬＡＮ（Local Area Network）等のネットワークを介して他のコンピュータ等に接続されている。

各光照射部２は、点光源である発光ダイオード（以下、「ＬＥＤ」という。）２２およびレンズ２３を備え、ＬＥＤ２２は基板２１上に実装されている（ただし、図５では、１つの光照射部２の基板２１、ＬＥＤ２２およびレンズ２３にのみ符号を付している。）。基板２１は図示省略の電源に接続されており、基板２１に電力が供給されることによりＬＥＤ２２が数マイクロ秒（μ秒）〜１００μ秒間だけ発光し、ＬＥＤ２２からのフラッシュ光がレンズ２３により平行光となって光軸Ａ１，Ａ２，Ａ３に沿って対象面９１上に導かれる。なお、図５（および後述の図１４および図１５）では光照射部２の構造を簡略化して示しており、通常、レンズ２３は複数のレンズを組み合わせて構成される。

後述するように、各光照射部２からの平行光が照射される対象面９１上の領域（以下、「照射領域」という。）は、移動方向に垂直な図５中のＸ方向に帯状（ストライプ状）に伸びており、複数の光照射部２にそれぞれ対応する複数の照射領域は移動方向に沿って並んでいる。以下、複数の光照射部２を照明部２０と総称する。

撮像部３は、ＣＣＤ等の２次元の撮像デバイスおよび光学系を内部に有し、撮像デバイスの各受光素子は、対象面９１上において、所定の大きさの領域に対応する。撮像部３の光軸Ｃ１は対象面９１上の複数の照射領域の集合のほぼ中央を通り、複数の光照射部２のうち中央の光照射部２の光軸Ａ２と光軸Ｃ１とは対象面９１上にて交差する。既述のように、複数の光照射部２および撮像部３は制御部５１に接続されており、複数の光照射部２からのフラッシュ光の照射と撮像部３における撮像動作とが同期可能とされる。また、撮像部３により取得された画像信号はコンピュータ５２に転送され、撮像ボード５２１にてＡＤ変換（アナログ−デジタル変換）された後、画像処理ボード５２２にて所定の画像処理が施される。

複数の光照射部２および撮像部３はＹＺ平面に平行な１つの支持板４１に固定される。また、欠陥検出装置１には、移動機構１１を跨ぐようにして設けられる門型の支持部１２が設けられており（図５では、支持部１２の上部のみを図示している。）、支持部１２にはモータ、ボールねじおよびガイドレールを有する昇降機構４４が取り付けられる。ボールねじのナットは支持板４１に固定されており、昇降機構４４により支持板４１が移動方向に垂直な方向（図５中のＺ方向）に移動（昇降）可能とされる。

本実施の形態では、複数の光照射部２、撮像部３、支持板４１および昇降機構４４の集合が１つの撮像ユニット４となっており、欠陥検出装置１の外観を示す図６のように（ただし、図６では各撮像ユニット４における１つの光照射部２および撮像部３のみを図示し、他の構成要素の図示を省略している。）、同様の構成の複数の撮像ユニット４がＸ方向に配列される。図６では各撮像部３の撮像領域Ｒ１を破線にて囲んでおり、欠陥検出装置１では複数の撮像領域Ｒ１が対象物９のＸ方向の幅の全体に亘って隙間なく並んでいる。これにより、対象物９が移動方向に一回移動するのみで、検査領域に対する検査（欠陥を検出するための動作）が完了する。

図５に示す移動機構１１は、図５中のＸ方向に長い複数のローラ１１１を移動方向に配列して有し、一部のローラ１１１が回転することにより、複数のローラ１１１に当接する環状のベルト１１２（ただし、図５では、ベルト１１２の一部のみを図示している。）が時計回りに回転する。これにより、ベルト１１２上の支持台１１３に載置された対象物９が（＋Ｙ）方向に一定の速度にて連続的に移動する。

次に、複数の光照射部２からの平行光の照射方向（すなわち、光軸Ａ１〜Ａ３の方向）と対象面９１上の検査領域の各位置における傾斜方向（法線の方向）との関係について述べる。図７は複数の光照射部２からの平行光の照射方向を説明するための図である。図７の上段は、Ｘ方向に沿って見た対象面９１近傍を示し、図７の下段はＺ方向に沿って見た対象面９１を示している。

図７の下段に示すように、対象面９１上の各照射領域８１はＸ方向に長い帯状となっており、複数の光照射部２にそれぞれ対応する複数の（本実施の形態では３個の）照射領域８１はＹ方向に並んでいる。照射領域８１のＸ方向の幅は、図６中の１つの撮像領域Ｒ１の同方向の幅にほぼ一致し、複数の照射領域８１の集合が撮像領域Ｒ１に含まれる。また、図５に示す各光照射部２の光軸Ａ１〜Ａ３は対応する照射領域８１の中央にて当該照射領域８１を通過する。既述のように、複数の光照射部２はＹＺ平面に平行な支持板４１上に固定されており、複数の光照射部２の光軸Ａ１〜Ａ３もＹＺ平面に平行な面に含まれるものとなっている。当該面上における複数の光軸Ａ１〜Ａ３とＺ方向とのなす角（以下、単に「光軸とＺ方向とのなす角」という。）ＡＺ１，ＡＺ２，ＡＺ３（図５参照）は互いに異なる角度に設定されており、角ＡＺ３が最大となり、角ＡＺ１が最小となる。なお、欠陥検出装置１では、光照射部２の位置および向きを変更することにより、角ＡＺ１，ＡＺ２，ＡＺ３の大きさが調整可能とされる（後述の角ＣＮ１において同様）。

ここで、対象面９１上の複数の照射領域８１における代表的な傾斜方向を示すものとして、複数の照射領域８１の各位置における法線の方向を平均した方向（正確には、複数の照射領域８１の各位置における法線を法線要素として、複数の照射領域８１の全体における複数の法線要素の方向を平均した方向）を示す平均法線を定義する。本実施の形態における対象物９では、ＹＺ平面に平行な対象面９１の断面曲線（断面形状）における曲率の変化は緩やかであるため、当該断面曲線において複数の照射領域８１の範囲内では曲率はほぼ一定であり、３個の照射領域８１のうちの中央の照射領域８１の中心Ｐ１における法線が平均法線（図７の上段にて符号Ｎを付す矢印にて示す。）と等価であるとみなすことができる。平均法線Ｎを含み、かつ、移動方向（Ｙ方向）に平行な参照面を想定すると、図５中の複数の光軸Ａ１〜Ａ３を参照面に投影した複数の線は図７の上段にて符号Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３を付すものとなる。なお、本実施の形態では、撮像部３の光軸Ｃ１も参照面上に位置する。

図７の上段に示すように、複数の線Ｂ１〜Ｂ３は平均法線Ｎに対して同じ側に傾斜しており、複数の線Ｂ１〜Ｂ３と平均法線Ｎとのなす角（すなわち、対象面９１から光照射部２側における線Ｂ１〜Ｂ３の部分と平均法線Ｎとの間の角）ＢＮ１，ＢＮ２，ＢＮ３は互いに異なっている。実際には、角ＢＮ３が最大となり、角ＢＮ１が最小となる。また、角ＢＮ３と角ＢＮ２との角度の差は角ＡＺ３と角ＡＺ２との角度の差に等しくなり（図５参照）、角ＢＮ２と角ＢＮ１との角度の差は角ＡＺ２と角ＡＺ１との角度の差に等しくなり、好ましくは、角ＢＮ３と角ＢＮ２との角度の差、および、角ＢＮ２と角ＢＮ１との角度の差が共に５度以上１５度未満とされる。

後述する検査領域の検査時には、対象物９がＹ方向に平行移動することにより複数の照射領域８１が対象面９１上を相対的に移動するが、複数の照射領域８１が対象面９１の検査領域内のいずれの位置に配置される場合でも、角ＢＮ１〜ＢＮ３がいずれも４５度以上９０度未満となり、撮像部３の光軸Ｃ１と平均法線Ｎとのなす角（すなわち、撮像部３側における光軸Ｃ１と平均法線Ｎとの間の角）ＣＮ１が、参照面上の複数の線Ｂ１〜Ｂ３と平均法線Ｎとのなす角ＢＮ１〜ＢＮ３の最小値ＢＮ１よりも小さくなるように、対象物９上の検査領域の傾斜方向に合わせて支持板４１上の複数の光照射部２および撮像部３の位置が調整される（または、対象物９がベルト１１２上にて傾けて載置される。）。このように、角ＣＮ１が角ＢＮ１よりも小さくされることにより、光照射部２からの光の対象面９１における正反射光が撮像部３に入射してしまうことが防止され、光照射部２からの光の照射領域８１における乱反射光が撮像部３にて受光される。好ましくは、角ＣＮ１は０度以上４２度以下となるように調整され、これにより、画像中に欠陥の影が容易に映し出される。より好ましくは、角ＣＮ１は０度以上２０度以下とされ、この場合、撮像部３により取得される画像の歪みやぼけが抑えられる。

なお、図７に示す状態では、複数の照射領域８１においてＹ方向の幅Ｖが等しくなるとともに、複数の照射領域８１が隙間なくＹ方向に並んでいるが、平均法線Ｎの方向によっては、複数の照射領域８１においてＹ方向の幅が僅かに相違するとともに、互いに隣接する照射領域８１において一部が僅かに重なる、あるいは、互いに隣接する照射領域８１間に僅かに隙間が生じる。

図８は、対象面９１上の凸状の欠陥９２上の一点９２１に一の光照射部２からの光８１１（平行光の一部）が入射する様子を示す図である。もちろん、実際には、複数の照射領域８１の各位置（ただし、欠陥により影となる部分を除く）に同様に光が入射する。欠陥検出装置１では、光８１１の入射方向の範囲である広がり角の半角φ、換言すれば、点９２１に向かって入射する光８１１が形成する点９２１を頂点とする円錐の中心軸と母線とのなす角が好ましくは０度以上３度以下とされ、このような光８１１の集合は少なくとも平行光であるとみなすことができる。この半角φは点光源の大きさに依存し、例えば、ＬＥＤ２２の発光領域の直径をＤ、レンズ２３の焦点距離（すなわち、図５に示すＬＥＤ２２とレンズ２３との間の距離）をｆとすると、これらの値は数２に示す関係を満たす。

半角φを０度以上（事実上０度を超える。）３度以下とするためには、発光領域の直径Ｄは数３を満たす必要がある。

より好ましくは、半角φは０°以上１°以下とされ、この場合、発光領域の直径Ｄは数４の範囲とされる。

図９は、欠陥検出装置１の動作の流れを示す図である。図５の欠陥検出装置１では、まず、支持台１１３上に対象物９が載置され、移動機構１１により対象物９のＹ方向への移動が開始される（ステップＳ１）。次に、対象物９が連続的に移動している間に、照明部２０に含まれる複数の光照射部２のＬＥＤ２２が同時に極短時間だけ発光し、各ＬＥＤ２２から導かれる平行光が対象面９１上の対応する照射領域８１に照射される。また、制御部５１の制御により、光の照射に同期して撮像部３が複数の照射領域８１を同時に撮像する（すなわち、一度の撮像動作にて複数の照射領域８１を含む領域を撮像する。）（ステップＳ２）。光照射部２による光の照射では、電源によりＬＥＤ２２に定格電流よりも大きな電流が微小時間だけ与えられ、これにより、十分な光量であって数μ〜１００μ秒のフラッシュ光である平行光が照射領域８１に照射される。その結果、例えば、対象物９が毎秒１ｍにて移動する場合、光が照射される間に対象物９の移動する距離は０．１ｍｍ以下とされ、撮像部３にて取得される画像のぶれが十分に防止され、欠陥の検出精度の低下が防止される。

その後、次の撮像を行うか否かが確認され（ステップＳ３）、次の撮像を行う場合には、対象物９が直前の撮像時における位置から、複数の照射領域８１のＹ方向の幅の最小値以下の距離（すなわち、検査時において検査領域の傾斜方向に従って変動する各照射領域８１のＹ方向の幅のうち最も小さくなる幅を最小幅として、複数の照射領域８１の最小幅のうちの最小値以下の距離であり、以下、「繰り返し距離」という。）だけ移動方向に移動した後に、ステップＳ２の処理が行われる。実際には、制御部５１では対象面９１のＹＺ平面に平行な断面形状が記憶されており、対象物９の相対移動に同期して昇降機構４４を駆動することにより、撮像部３と対象面９１上の照射領域８１との間の距離が一定に保たれた状態で撮像が行われる。

以上のようにして、検査領域の検査では、対象物９が移動方向に繰り返し距離だけ移動する毎に、複数の光照射部２による光の照射および撮像部３による撮像動作が繰り返される。既述のように、欠陥検出装置１では、複数の撮像ユニット４がＸ方向に配列されており、対象物９の（＋Ｙ）方向への連続的な移動に伴って複数の撮像ユニット４により検査領域の全体の検査が行われると、光の照射および撮像動作の繰り返しが停止され（ステップＳ３）、対象物９の移動も停止されて欠陥検出動作が完了する（ステップＳ４）。

ところで、図１０の上段に示すように、Ｚ方向と光照射部の光軸９９２とのなす角θが８０度とされる比較例の欠陥検出装置９９において、緩やかに湾曲した（例えば、平均的な曲率半径が１０００ｍｍの）対象面９１上の検査を行う場合、図１０の下段に示すように、撮像部９９１にて取得される画像では対象面９１のＹ方向の各位置における傾斜方向（法線の方向）に応じた濃淡が生じる。詳細には、光照射部の光軸９９２と法線とのなす角が大きい対象面９１上の位置では光の照射量（単位面積当たりの照射量）が比較的少なくなることにより、画像中の当該位置を示す領域は暗くなり（図１０の下段の画像において右側の領域が黒くなり）、光照射部の光軸９９２と法線とのなす角が小さい対象面９１上の位置では光の照射量が比較的多くなることにより、画像中の当該位置を示す領域は明るくなる（図１０の下段の画像において左側の領域が白くなる。）。なお、図１０の下段では画像中の濃淡を強調して図示している。

この場合に、例えば高さが０．１ｍｍ以下の欠陥の検出を行う際には、検査領域において光照射部の光軸９９２とのなす角が７０度±５度の範囲外となる法線の位置では、画像中における欠陥の影の周囲の領域に対するコントラストが小さくなる（影が薄くなる）、あるいは、検出すべき最小高さ（または深さ）の欠陥の影の長さが、画像中にて検出可能な影の長さの下限未満となるため、欠陥が検出できなくなる。実際には、図１０の対象面９１では（−Ｙ）側の位置ほど法線と光軸９９２とのなす角は小さくなり、（＋Ｙ）側の位置ほど法線と光軸９９２とのなす角は大きくなり、欠陥検出装置９９では、光軸９９２とのなす角が７０度±５度の範囲内の法線を有する位置（すなわち、ＹＺ平面に平行な対象面９１の断面曲線において、光照射部の光軸９９２とのなす角が２０度±５度の範囲内となる接線が得られる位置であり、図１０にて符号７３を付す矢印にて示すＹ方向の範囲内の位置）においてのみ、高さが０．１ｍｍ以下の欠陥の検出が可能となる。

図１１に示すように対象面９１が法線Ｎ１１，Ｎ１２，Ｎ１３の方向が異なる３つの領域９１１，９１２，９１３を有し、各法線Ｎ１１〜Ｎ１３（対象面９１から撮像部３側（図１１中の上側）の部分を意味する。以下同様。）の対象面９１上の位置を中心に時計回りを正として、領域９１１の法線Ｎ１１がＺ方向に対して０度の角度位置（Ｚ方向に平行）となり、領域９１２の法線Ｎ１２がＺ方向に対して（−１０）度の角度位置（図１１中にて符号γ１を付す矢印にて示す角度位置）となり、領域９１３の法線Ｎ１３がＺ方向に対して（−２０）度の角度位置（図１１中にて符号γ２を付す矢印にて示す角度位置）となると仮定すると、図１０の上段に示すようにＺ方向とのなす角θが８０度に設定された光軸９９２（すなわち、領域９１２の法線Ｎ１２とのなす角が７０度となる光軸９９２であり、図１１中の光軸Ａ２に平行となる。）を有する光照射部からの光の照射により領域９１１，９１３の画像を取得しても、当該領域９１１，９１３では光照射部の光軸９９２と法線Ｎ１１，Ｎ１３とのなす角が７０度±５度の範囲外となるため、欠陥が検出不能となる。

図１０の比較例の欠陥検出装置９９において、光照射部をＸ方向に平行な軸を中心として対象物９に対して回動する機構を設けることにより、検査領域上の各位置において光軸９９２のＺ方向に対する角度を複数通りに変更しつつ撮像を繰り返すことも考えられるが、この場合、検査に要する時間が長くなってしまう。また、光照射部と撮像部との複数の組合せをＹ方向に配列し、複数の組合せにおいて光照射部の光軸のＺ方向に対する角度を相違させることにより検査を行うことも考えられるが、この場合、複数の撮像部が必要となり、欠陥検出装置の製造コストが増大してしまうとともに、検査を行うために対象物を移動させる距離が長くなってしまう（すなわち、検査ラインが長くなる。）。

これに対し、図５の欠陥検出装置１にて高さが０．１ｍｍ以下（ただし、所定の大きさ以上）の欠陥の検出を行う際には、図１１に示すように、光軸Ａ１〜Ａ３とＺ方向とのなす角ＡＺ１〜ＡＺ３がそれぞれ７０度、８０度、９０度に設定される（すなわち、複数の光軸Ａ１〜Ａ３とＸＹ平面とのなす角はそれぞれ２０度、１０度、０度とされる。）。したがって、領域９１１では光軸Ａ１と法線Ｎ１１とのなす角θ１が７０度となり、領域９１２では光軸Ａ２と法線Ｎ１２とのなす角θ２が７０度となり、領域９１３では光軸Ａ３と法線Ｎ１３とのなす角θ３が７０度となる。

実際には、曲面である対象面９１上の法線の方向は連続的に変化するが、Ｚ方向とのなす角ＡＺ１が７０度となる光軸Ａ１に対応する照射領域８１を示す画像（撮像部３にて取得される画像）の部分では、法線のＺ方向に対する角度位置が（−５）度以上（＋５）度以下となる対象面９１上の領域の欠陥が検出可能となり、Ｚ方向とのなす角ＡＺ２が８０度となる光軸Ａ２に対応する照射領域８１を示す画像の部分では、法線のＺ方向に対する角度位置が（−１５）度以上（−５）度以下となる対象面９１上の領域の欠陥が検出可能となり、Ｚ方向とのなす角ＡＺ３が９０度となる光軸Ａ３に対応する照射領域８１を示す画像の部分では、法線のＺ方向に対する角度位置が（−２５）度以上（−１５）度以下となる対象面９１上の領域の欠陥が検出可能となる。なお、表１では最上段に「ＡＺ」と記す列に光軸Ａ１〜Ａ３とＺ方向とのなす角ＡＺ１〜ＡＺ３の角度を示し、最上段に「検出可能角度範囲」と記す列に、欠陥の検出が可能となる領域の法線のＺ方向に対する角度位置の範囲（以下、「検出可能角度範囲」という。）を示している。

既述のように、欠陥検出装置１では、照射領域８１の幅の最小値以下の繰り返し距離だけ照射領域８１が対象物９に対して移動方向に相対的に移動する毎に、複数の光照射部２による光の照射および撮像部３による撮像動作が繰り返される。したがって、対象面９１上の検査領域の各位置を全ての照射領域８１に順次含ませて画像が取得される（繰り返し距離によっては、連続する複数回の撮像動作において、対象面９１上のある位置が同じ照射領域８１内に配置されることもある。）。その結果、対象面９１上の検査領域の各位置に対して、検出可能角度範囲を（−２５）度以上（＋５）度以下として欠陥の検出が可能となる。このように、欠陥検出装置１では、緩やかに湾曲する面に含まれる検査領域の欠陥を精度よくかつ容易に検出することが実現される。

なお、対象面９１の傾斜方向によっては複数の照射領域８１が僅かに部分的に重なるが、部分的に重なった領域に欠陥が位置する場合でも、撮像部３にて取得される画像ではある程度のコントラストが得られるため欠陥の検出が可能である。また、対象面９１の傾斜方向によっては複数の照射領域８１が隙間を空けて配置されるが、この場合でも、繰り返し距離が照射領域８１の幅の最小値以下とされることにより、全ての照射領域８１のそれぞれに検査領域の各位置を確実に含ませて画像が取得されるため、欠陥検出装置１では、欠陥の検出を精度よく行うことが可能である。

図１２は、本発明の第２の実施の形態に係る欠陥検出装置１の撮像ユニット４ａを示す図である。図１２の撮像ユニット４ａは、図５の撮像ユニット４と比較して、支持板４１がＸ方向に平行な軸を中心として回動可能となっているとともに、支持板４１に２つの距離センサ３１が設けられる点で相違している。他の構成は、図５と同様であり、同符号を付している。

図１２の撮像ユニット４ａでは、図５の撮像ユニット４と同様に、照明部２０の複数の光照射部２および撮像部３はＹＺ平面に平行な１つの支持板４１に固定されており、支持板４１の（−Ｘ）側には支持板４１に平行な補助支持板４２が設けられる。補助支持板４２には、モータおよび減速機を有する回動機構４３が取り付けられており、回動機構４３によりＸ方向に平行な回動軸Ｊ１を中心として支持板４１が補助支持板４２に対して、例えば半時計回りに０度から３０度の範囲内にて回動可能とされる。また、撮像ユニット４ａでは、昇降機構４４により補助支持板４２が図１２中のＺ方向に移動（昇降）可能とされる。

また、支持板４１上において撮像部３の（＋Ｙ）側および（−Ｙ）側には２つの距離センサ３１がそれぞれ設けられる。２つの距離センサ３１は、撮像部３の光軸Ｃ１を含むとともにＹ方向に垂直な面に関して面対称に配置されており、２つの距離センサ３１により、対象面９１上において光軸Ｃ１の（＋Ｙ）側および（−Ｙ）側の位置のそれぞれにて、撮像部３との間の光軸Ｃ１に平行な方向の距離が検出可能とされる。本実施の形態では、複数の光照射部２、撮像部３、２つの距離センサ３１、支持板４１、補助支持板４２、回動機構４３および昇降機構４４が１つの撮像ユニット４ａとなっている。

図１２の撮像ユニット４ａを有する欠陥検出装置１における欠陥検出動作では、複数の光照射部２による光の照射および撮像部３による撮像を繰り返す際に（図９：ステップＳ２，Ｓ３）、対象面９１上において光軸Ｃ１の（＋Ｙ）側および（−Ｙ）側の位置のそれぞれにて、撮像部３との間の光軸Ｃ１に平行な方向の距離が２つの距離センサ３１により検出されることにより、中央の照射領域８１の中心Ｐ１近傍における法線（すなわち、平均法線Ｎ）の光軸Ｃ１に対する角度が検出される（図７参照）。後述するように、回動機構４３により光軸Ｃ１は対象面９１の傾斜方向に応じてＺ方向に対して傾斜した状態となるが、平均法線Ｎの光軸Ｃ１に対する角度に回動機構４３による支持板４１の回動角を考慮すれば、平均法線Ｎの絶対的な方向が検出可能となる。

そして、第１の実施の形態と同様に、高さが０．１ｍｍ以下の欠陥の検出を行う場合には、平均法線Ｎの方向と中央の照射領域８１を通過する光軸Ａ２とのなす角、すなわち、参照面上の線Ｂ２と平均法線Ｎとのなす角ＢＮ２（図７参照）が理想的には７０度となるように、回動機構４３が制御されることにより、参照面上の複数の線Ｂ１〜Ｂ３と平均法線Ｎとのなす角ＢＮ１〜ＢＮ３がそれぞれ６０度、７０度および８０度近傍にて維持される。このようにして、対象物９の相対移動中に、回動機構４３が照明部２０の複数の光照射部２を対象物９に対して回動することにより、参照面上における複数の線Ｂ１〜Ｂ３と平均法線Ｎとのなす角ＢＮ１〜ＢＮ３の平均値の変動（各撮像動作時における角ＢＮ１〜ＢＮ３の平均値のばらつき）を低減しつつステップＳ２の処理が繰り返される（ステップＳ３）。その後、対象物９の移動が停止され、欠陥検出動作が完了する（ステップＳ４）。

以上に説明したように、図１２の撮像ユニット４ａを有する欠陥検出装置１では、２つの距離センサ３１が平均法線Ｎの方向を検出する法線検出部となっており、回動機構４３が法線検出部の出力に基づいて制御されることにより、複数の光照射部２の検査領域に対する光の照射方向（すなわち、参照面上における複数の線と平均法線とのなす角）を精度よく調整することができる。その結果、多くの場合は中央の照射領域８１に対応する画像中の領域にて欠陥を検出することが可能となり、仮に、当該領域にて欠陥を検出することができない場合でも、中央の照射領域８１とは光の照射方向が異なる（−Ｙ）側の照射領域８１または（＋Ｙ）側の照射領域８１に対応する画像中の領域にて欠陥を検出することができ、様々な傾斜方向の部位を含む検査領域における欠陥をより精度よく検出することができる。

また、欠陥検出装置１では、回動機構４３が、複数の光照射部２と共に撮像部３を回動することにより、撮像部３における撮像方向（光軸Ｃ１の方向）を複数の光照射部２の照射方向（光軸Ａ１〜Ａ３の方向）に対して一定に保つことができ、検査領域上の欠陥を一定の撮像条件にて安定して検出することができる。

図１３は、本発明の第３の実施の形態に係る欠陥検出装置１の撮像ユニット４ｂを示す図である。図１３の撮像ユニット４ｂは、撮像部３の光軸Ｃ１を含むとともに支持板４１に垂直な面に関して、照明部２０の複数の光照射部２（すなわち、（−Ｙ）側の複数の光照射部２）とほぼ面対称となるように、他の複数の光照射部２（すなわち、（＋Ｙ）側の複数の光照射部２）を有する照明部２０ａが設けられる点、および、図１２の撮像ユニット４ａと同様の２つの距離センサ３１が支持板４１に取り付けられる点で、図５の撮像ユニット４と相違している。他の構成は、図５と同様であり、同符号を付している。

図１３の撮像ユニット４ｂでは、（＋Ｙ）側の照明部２０ａの複数の光照射部２により、（−Ｙ）側の照明部２０の複数の光照射部２とは異なる方向から検査領域上に平行光を照射することが可能とされている。具体的には、図７の場合と同様に平均法線Ｎを想定した場合に、（＋Ｙ）側の複数の光照射部２の光軸Ａ４〜Ａ６を参照面に投影した複数の線と、（−Ｙ）側の複数の光照射部２の光軸Ａ１〜Ａ３を参照面に投影した複数の線とが平均法線Ｎに対して互いに反対側に傾斜する。また、光軸Ａ１および光軸Ａ４はＺ方向とのなす角ＡＺ１，ＡＺ４が同じ角度τ１とされ、光軸Ａ２および光軸Ａ５はＺ方向とのなす角ＡＺ２，ＡＺ５が同じ角度τ２とされ、光軸Ａ３および光軸Ａ６はＺ方向とのなす角ＡＺ３，ＡＺ６が同じ角度τ３とされる（ただし、（τ１＜τ２＜τ３））。

（＋Ｙ）側の照明部２０ａの複数の光照射部２も、検査領域において移動方向に垂直なＸ方向に伸びるとともに移動方向に沿って並ぶ複数の照射領域に平行光を照射することが可能となっている。欠陥検出装置１では、撮像部３と対象面９１上の照射領域との間が対象面９１からの光が撮像部３の撮像面上にて結像される距離とされ、かつ、対象面９１上の平均法線ＮがＺ方向に平行となる場合において、（＋Ｙ）側の複数の光照射部２の複数の照射領域が（−Ｙ）側の複数の光照射部２の複数の照射領域とほぼ一致する。

図１３の撮像ユニット４ｂを有する欠陥検出装置１における欠陥検出動作では、図１３に示すように、ＹＺ平面に平行な断面形状が（＋Ｚ）方向に凸となる椀型の対象面９１を有する対象物９がベルト１１２上に載置され（図５参照）、移動機構１１により対象物９の（＋Ｙ）方向への移動が開始されると（ステップＳ１）、２つの距離センサ３１にて検出される平均法線Ｎの向きに応じて（−Ｙ）側の照明部２０の複数の光照射部２、および、（＋Ｙ）側の照明部２０ａの複数の光照射部２の一方が能動化され、対象面９１上の複数の照射領域に光が照射される。例えば、平均法線Ｎ（ただし、対象面９１から撮像部３側の部分）がＺ方向に対して（−Ｙ）側に傾斜している場合（図１３の対象物９の（−Ｙ）側の部分に対する検査時）には（−Ｙ）側の複数の光照射部２が能動化され、平均法線ＮがＺ方向に対して（＋Ｙ）側に傾斜している場合（図１３の対象物９の（＋Ｙ）側の部分に対する検査時）には（＋Ｙ）側の複数の光照射部２が能動化される。そして、光の照射に同期して撮像部３により複数の照射領域を含む領域が撮像される（ステップＳ２）。

欠陥検出装置１では、対象物９が移動方向に繰り返し距離だけ移動する毎に、能動化された複数の光照射部２による光の照射および撮像部３による撮像動作が繰り返され（ステップＳ２，Ｓ３）、検査領域の全体が検査されると、対象物９の移動が停止され、欠陥検出動作が完了する（ステップＳ４）。

以上に説明したように、図１３の撮像ユニット４ｂを有する欠陥検出装置１では、平均法線ＮがＺ方向に対して（−Ｙ）側に傾斜している場合に能動化される照明部２０、および、平均法線ＮがＺ方向に対して（＋Ｙ）側に傾斜している場合に能動化される照明部２０ａが設けられる。これにより、検査領域において平均法線Ｎが相対移動方向の前側および後側のいずれの向きに（比較的大きく）傾く場合であっても、検査領域の欠陥を容易にかつ精度よく検出することが実現される。なお、撮像ユニット４ｂに図１２の回動機構４３が追加され、より精度よく欠陥の検出が行われてもよい。

図１４は光照射部の他の例を示す図である。図１４に示す光照射部２ａでは、光源２２ａとしてハロゲンランプ等のある程度の大きさを有するものが利用される。なお、図１４では光照射部２ａの光軸に符号Ａを付している。

光照射部２ａは、光源２２ａ、レンズ２４、ピンホール板２５およびレンズ２３を備え、レンズ２４により光源２２ａの像がピンホール板２５の開口２５１上に形成され、開口２５１を通過した光がレンズ２３により平行光とされる。また、ピンホール板２５近傍にはシャッタ２６が配置され、短時間の光の出射が可能とされる。光照射部２ａでは、光源２２ａ、レンズ２４およびピンホール板２５が点光源としての役割を果たし、レンズ２３の焦点距離ｆに対して開口２５１の直径Ｄが数３を満たすことにより、既述のように、照射領域の各位置に入射する光の入射方向の範囲の半角が０度以上３度以下とされる。これにより、欠陥検出装置１における対象物９の検査に適した好ましい平行光を対象面９１上に照射することが可能となる。なお、実際には、シリンドリカルレンズ等がさらに設けられて対象面９１上の帯状の照射領域への光の照射が可能とされる。

図１５は光照射部のさらに他の例を示す図である。図１５に示す光照射部２ｂは、基板２１上に配列されるようにして実装された複数のＬＥＤ２２および複数のレンズ２３を備え、各ＬＥＤ２２に１つのレンズ２３が対応し、複数のレンズ２３からの平行光は同方向に導かれる。なお、光照射部２ｂでは、複数のレンズ２３のうち中央のレンズ２３ａの光軸Ａが光照射部の光軸であるとみなすことができる。

複数のＬＥＤ２２および複数のレンズ２３はＸ方向に等間隔にて配置され、各ＬＥＤ２２から導かれる平行光が互いに接して１つの照射領域へと照射される。これにより、対象面９１上のＸ方向の広い範囲に隙間なく十分な光量の光を照射することができる。なお、図１５では図示を省略しているが、実際には複数のＬＥＤ２２にそれぞれ対応する対象面９１上の複数の照射範囲を隣接させるために、ＬＥＤ２２とレンズ２３との間に矩形の絞りが配置され、レンズ２３も外形が矩形のものが使用される。また、照射範囲同士は実質的に接しているのであれば、僅かに重なり合っていてもよい。

以上、本発明の実施の形態について説明してきたが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、様々な変形が可能である。

欠陥検出装置１では、複数の光軸Ａ１〜Ａ６の傾斜角は様々な値とすることができ、また、照明部に含まれる光照射部の個数も２、あるいは、４以上であってもよい。ただし、撮像部３により同時に撮像される２以上の照射領域８１に光を確実に照射して、高精度な欠陥検出を実現するには、検査時において照明部の複数の光照射部の光軸を参照面上に投影した複数の線のうちの２以上の線と平均法線Ｎとのなす角が９０度未満（より好ましくは８５度以下）とされる必要がある。また、欠陥により形成される影の長さを十分に長くするという観点では、当該２以上の線と平均法線Ｎとのなす角が４５度以上（より好ましくは７５度以上）とされる。

また、緩やかに湾曲する面に含まれる検査領域上の一定の大きさの欠陥を確実に（漏れなく）検出するには、一の照明部に含まれる複数の光照射部の光軸を参照面上に投影した複数の線のそれぞれと他の線とのなす角の最小値が１５度以下とされることが好ましく、光照射部の個数を少なくするには、当該複数の線のそれぞれと他の線とのなす角の最小値が５度以上とされることが好ましい。

上記実施の形態では、撮像部３にて一の撮像動作が行われた後、次の撮像動作が行われるまでの対象物９の移動方向への移動距離（すなわち、繰り返し距離）は、複数の照射領域８１の幅の最小値以下の距離とされるが、検査領域上の検査を高速に行うという観点では、繰り返し距離は照射領域８１の幅の最小値の１／２以上であることが好ましい。

また、上記実施の形態では、ＺＸ平面に平行な対象面９１の断面形状がＸ方向に平行な線分となる対象物９に対して検査が行われるが、当該断面形状が曲線となる対象物が検査対象とされてもよい。この場合でも、対象面上の各位置にて、Ｘ方向およびＹ方向の曲率半径が一定値以上（例えば、５００ｍｍ以上であり、曲率半径が無限大となる平面を含む。）となって、緩やかに湾曲しておれば、欠陥検出装置１では、周囲に対して凸状または凹状となる欠陥を検出することが可能である。なお、このような対象面上では、各照射領域の移動方向のエッジは緩やかな曲線となるが、既述のように、対象面上の各位置では曲率半径が一定値以上とされるため、照射領域は移動方向に垂直な方向に帯状に伸びているとみなすことができる。

照明部２０，２０ａでは、複数の光軸Ａ１〜Ａ３（または、光軸Ａ４〜Ａ６）が同一面に含まれるように複数の光照射部がＸ方向の同位置に配置されるが、検査時において、照明部の複数の光照射部（ただし、撮像部３の光軸Ｃ１の（−Ｙ）側および（＋Ｙ）側の双方に照明部が設けられる場合には、（−Ｙ）側および（＋Ｙ）側のうち能動化されている照明部の複数の光照射部）の光軸を参照面に投影した場合に、投影された複数の線が平均法線に対して同じ側に傾斜し、かつ、当該複数の線と平均法線とのなす角が互いに異なるとともに４５度以上９０度未満とされるのであるならば、複数の光照射部が、Ｘ方向に関して異なる位置に配置されてもよい。撮像部３も、その光軸と平均法線とのなす角が、参照面上の当該複数の線と平均法線とのなす角の最小値よりも小さくされるのであるならば、Ｘ方向に関して光照射部とは異なる位置に配置されてもよい。

また、平行光を対象面９１上に照射する光照射部の構成は、図５、図１４および図１５に示すもの以外に様々に変更可能であり、例えば、凹面鏡等が設けられて平行光が生成されてもよい。また、光照射部から出射される光は必ずしもフラッシュ光である必要はない。

図５の撮像ユニット４において、図１２の距離センサ３１と同様のものが設けられ、距離センサの出力に基づいて昇降機構４４が制御されてもよい。また、図１２の撮像ユニット４ａにて距離センサ３１が省略され、対象面９１のＹＺ平面に平行な断面形状に基づいて検査領域上の各位置に複数の照射領域が配置される際の平均法線の方向が予め取得されることにより、回動機構４３が制御されてもよい。ただし、回動機構４３を有する欠陥検出装置にて欠陥検出を精度よくかつ効率よく行うには、撮像ユニットに平均法線の方向を検出する法線検出部が設けられることが好ましい。もちろん、法線検出部は２つの距離センサ３１以外にて実現されてもよい。

欠陥検出装置１では、昇降機構４４が撮像距離変更部として撮像部３と対象物９との間の距離を変更することにより、対象物９の移動方向への相対移動に伴って、撮像部３の光軸Ｃ１におよそ沿う方向に関して検査領域上の撮像領域の位置が大きく変動する場合であっても、検査領域の欠陥を精度よく検出することが実現されるが、撮像距離変更部は、対象物９を撮像部３に対して進退させる機構により実現されてもよい。同様に、複数の光照射部の対象物９に対する相対的な回動は、Ｘ方向に平行な軸を中心として対象物９を回動する機構により実現されてもよい。

上記実施の形態では、移動機構１１が対象物９を移動方向に連続的に移動させることにより、検査領域の検査を高速に行うことが実現されるが、例えば、対象物９が移動方向に繰り返し距離だけ移動する毎に対象物９の移動が停止され、対象物９が静止した状態で撮像部３の撮像動作が行われてもよい。また、複数の光照射部および撮像部に対する対象物９の移動方向への相対移動は、複数の光照射部および撮像部を対象物９に対して移動させる移動機構により実現されてもよい。

欠陥検出装置１は、微小な、あるいは、高さ（または深さ）の小さい欠陥が生じやすい板金加工物の欠陥検出に適しているが、対象面が入射光を散乱する性質を有するのであれば、研削面、放電加工面、粗面となる塗装面等を有する様々な他の部材の欠陥検出に利用されてもよい。また、欠陥検出装置１の設計によっては、緩やかに凹状に湾曲する対象面を有する部材が欠陥検出の対象物とされてもよい。

比較例の欠陥検出装置の一部を示す図である。 対象面上に生じる影を示す図である。 凸状の欠陥に平行光が照射される様子を示す断面図である。 凹状の欠陥に平行光が照射される様子を示す断面図である。 第１の実施の形態に係る欠陥検出装置を示す図である。 撮像ユニットの配置を示す図である。 複数の光照射部からの平行光の照射方向を説明するための図である。 対象面の一点に入射する光を示す図である。 欠陥検出装置の動作の流れを示す図である。 比較例の欠陥検出装置における平行光の照射方向を説明するための図である。 対象面の各位置の法線と光軸との関係を示す図である。 第２の実施の形態に係る撮像ユニットを示す図である。 第３の実施の形態に係る撮像ユニットを示す図である。 光照射部の他の例を示す図である。 光照射部のさらに他の例を示す図である。

符号の説明

１ 欠陥検出装置
２，２ａ，２ｂ 光照射部
３ 撮像部
９ 対象物
１１ 移動機構
３１ 距離センサ
４３ 回動機構
４４ 昇降機構
５１ 制御部
８１ 照射領域
９１ 対象面
９２，９３ 欠陥
Ａ，Ａ１〜Ａ６ （光照射部の）光軸
Ｂ１〜Ｂ３ 線
ＢＮ１〜ＢＮ３，ＣＮ１ 角
Ｃ１ （撮像部の）光軸
Ｎ 平均法線
Ｓ１〜Ｓ４ ステップ
Ｖ 幅

Claims (12)

1. 入射光を散乱する性質を有するとともに緩やかに湾曲する面に含まれる検査領域において、周囲に対して凸状または凹状となる欠陥を検出する欠陥検出装置であって、
   前記検査領域において所定の移動方向に垂直な方向に帯状に伸びるとともに前記移動方向に沿って並ぶ複数の照射領域に平行光を照射する複数の光照射部と、
   前記複数の照射領域を同時に撮像する１つの撮像部と、
   前記湾曲する面を有する対象物を前記移動方向に前記複数の光照射部および前記撮像部に対して相対的に移動させる移動機構と、
   前記対象物が前記複数の照射領域の幅の最小値以下の距離だけ前記移動方向に相対移動する毎に前記撮像部による撮像動作を繰り返す制御部と、
   を備え、
   前記複数の照射領域の各位置における法線の方向を平均した方向を示す平均法線を含み、かつ、前記移動方向に平行な参照面に前記複数の光照射部の光軸を投影した場合に、投影された複数の線が前記平均法線に対して同じ側に傾斜し、かつ、前記複数の線と前記平均法線とのなす角が互いに異なるとともに４５度以上９０度未満とされ、
   前記撮像部の光軸と前記平均法線とのなす角が、前記参照面上の前記複数の線と前記平均法線とのなす角の最小値よりも小さいことを特徴とする欠陥検出装置。
2. 請求項１に記載の欠陥検出装置であって、
   前記撮像部の光軸と前記平均法線とのなす角が０度以上４２度以下であることを特徴とする欠陥検出装置。
3. 請求項１または２に記載の欠陥検出装置であって、
   前記参照面上の前記複数の線のそれぞれと他の線とのなす角の最小値が５度以上１５度以下であることを特徴とする欠陥検出装置。
4. 請求項１ないし３のいずれかに記載の欠陥検出装置であって、
   前記対象物の相対移動中に前記複数の光照射部を前記対象物に対して相対的に回動することにより、前記参照面上における前記複数の線と前記平均法線とのなす角の平均値の変動を低減する回動機構をさらに備えることを特徴とする欠陥検出装置。
5. 請求項４に記載の欠陥検出装置であって、
   前記回動機構が、前記複数の光照射部と共に前記撮像部を回動することを特徴とする欠陥検出装置。
6. 請求項４または５に記載の欠陥検出装置であって、
   前記平均法線の方向を検出する法線検出部をさらに備え、
   前記回動機構が、前記法線検出部の出力に基づいて制御されることを特徴とする欠陥検出装置。
7. 請求項１ないし６のいずれかに記載の欠陥検出装置であって、
   前記複数の光照射部とは異なる方向から前記検査領域上の複数の照射領域に平行光を照射する他の複数の光照射部をさらに備え、
   前記他の複数の光照射部の光軸を前記参照面に投影した複数の線と、前記複数の光照射部の光軸を前記参照面に投影した前記複数の線とが前記平均法線に対して互いに反対側に傾斜しており、
   前記検査領域の検査の際に、前記平均法線の向きに応じて前記複数の光照射部および前記他の複数の光照射部の一方が能動化されることを特徴とする欠陥検出装置。
8. 請求項１ないし７のいずれかに記載の欠陥検出装置であって、
   前記撮像部と前記対象物との間の距離を変更する撮像距離変更部をさらに備えることを特徴とする欠陥検出装置。
9. 請求項１ないし８のいずれかに記載の欠陥検出装置であって、
   前記移動機構が、前記対象物を前記移動方向に連続的に相対移動させることを特徴とする欠陥検出装置。
10. 入射光を散乱する性質を有するとともに緩やかに湾曲する面に含まれる検査領域において、周囲に対して凸状または凹状となる欠陥を検出する欠陥検出方法であって、
    ａ）前記検査領域において所定の移動方向に垂直な方向に帯状に伸びるとともに前記移動方向に沿って並ぶ複数の照射領域に複数の光照射部により平行光を照射しつつ、１つの撮像部により前記複数の照射領域を同時に撮像する工程と、
    ｂ）前記湾曲する面を有する対象物を前記移動方向に前記複数の光照射部および前記撮像部に対して相対的に移動させるとともに、前記対象物が前記複数の照射領域の幅の最小値以下の距離だけ前記移動方向に相対移動する毎に前記ａ）工程を繰り返す工程と、
    を備え、
    前記複数の照射領域の各位置における法線の方向を平均した方向を示す平均法線を含み、かつ、前記移動方向に平行な参照面に前記複数の光照射部の光軸を投影した場合に、投影された複数の線が前記平均法線に対して同じ側に傾斜し、かつ、前記複数の線と前記平均法線とのなす角が互いに異なるとともに４５度以上９０度未満とされ、
    前記撮像部の光軸と前記平均法線とのなす角が、前記参照面上の前記複数の線と前記平均法線とのなす角の最小値よりも小さいことを特徴とする欠陥検出方法。
11. 請求項１０に記載の欠陥検出方法であって、
    前記ｂ）工程における前記対象物の相対移動中に、前記複数の光照射部を前記対象物に対して相対的に回動することにより、前記参照面上における前記複数の線と前記平均法線とのなす角の平均値の変動が低減されることを特徴とする欠陥検出方法。
12. 請求項１０または１１に記載の欠陥検出方法であって、
    前記ｂ）工程において、前記対象物を前記移動方向に連続的に相対移動させることを特徴とする欠陥検出方法。

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