JP2010256087A - 検査システム - Google Patents

Abstract

【課題】ワーク表面全体にムラなく光を照射して精度の高い撮像を行うことが可能な検査システムを提供する。
【解決手段】撮像素子が面状に敷設されたエリアセンサを有する撮像装置と、前記撮像装置が撮像する領域に光を照射する発光装置と、前記撮像装置が前記検査対象の流れ方向に直交する水平方向に往復移動可能であるように、前記撮像装置を支持するカメラ移動機構と、前記発光装置が前記検査対象の流れ方向に直交する水平方向に往復移動可能であるように、前記発光装置を支持する照明移動機構と、前記撮像装置と前記発光装置とが同期して移動可能であるように、前記カメラ移動機構と前記照明移動機構とを制御する移動制御部と、前記撮像装置の撮像タイミングと前記発光装置の発光タイミングとが同期するように、前記撮像装置と前記発光装置とを制御する撮像制御部と、を備えているようにした。
【選択図】図１

Description

本発明は、製品の表面検査やマーク検出等に好適に用いられる検査システムに関するものである。

従来、検査対象物（ワーク）であるＷＥＢ（連続物：例えば、フィルム・紙・金属板等）やＢＡＴＣＨ（枚葉品、個別品：例えば、カットフィルム・カット硝子・ドラム等）のインライン高速検査を行う場合、図４に示すように、ラインセンサカメラ１２を用い、流れていくワークＷの表面の画像情報を次々と連続的に取り込み、図示しない画像情報処理装置において明るさの違う部位を検出する等して表面欠陥等を検出するようにしている。そしてその際に用いる照明装置（光照射装置）として、代表的には、ハロゲンランプや蛍光灯を利用したものが知られているが、近時では、特許文献１に示すように、速応性や光度安定性、寿命等に優れたＬＥＤを１列に複数並べた長尺な光照射装置１３も開発されている。

ところで、ワークＷの表面欠陥等を精度よく検出するためには、カメラによる撮像対象領域をむらなく一様に一定の照度で照明することが必要で、特にラインセンサカメラ１２に用いられる光照射装置では、光照射面での光量のばらつきを数％以下にするといった要求もある。

特開２００１−２１５１１５公報

しかしながら、ＬＥＤは点光源であり、ライン状の光を得るべく一列に複数並べたとしても、全体としては不連続な光源となり、照度ムラができるという不具合がある。特に、図５に示すような長尺な光照射装置１３では、その両端部での照度ムラが著しく、ラインセンサカメラ１２でワークＷ表面の照射領域を撮像すると、端の部分が暗く撮像されがちである。

このため、照度ムラの影響を回避するためには、ワークＷに応じて異なる長さの光照射装置１３を使用する必要が生じるが、これでは著しく柔軟性に欠けることとなる。

本発明はかかる問題点に鑑みなされたものであって、ワーク表面全体にムラなく光を照射しながら精度の高い撮像を行うことが可能な検査システムを提供することをその主たる所期課題としたものである。

すなわち本発明に係る検査システムは、一定方向に流れていく検査対象に光を照射してその表面検査又はマーク検出を行うためのものであって、撮像素子が面状に敷設されたエリアセンサを有する撮像装置と、前記撮像装置が撮像する領域に光を照射する発光装置と、前記撮像装置が前記検査対象の流れ方向に直交する水平方向に往復移動可能であるように、前記撮像装置を支持するカメラ移動機構と、前記発光装置が前記検査対象の流れ方向に直交する水平方向に往復移動可能であるように、前記発光装置を支持する照明移動機構と、前記撮像装置と前記発光装置とが同期して移動可能であるように、前記カメラ移動機構と前記照明移動機構とを制御する移動制御部と、前記撮像装置の撮像タイミングと前記発光装置の発光タイミングとが同期するように、前記撮像装置と前記発光装置とを制御する撮像制御部と、を備えていることを特徴とする。なお、前記撮像装置と前記発光装置とが相互に固定されていて、前記カメラ移動機構と前記照明移動機構とが一体となっていてもよい。

このようなものであれば、前記撮像装置（以下、エリアセンサカメラという。）と前記発光装置とが同期して移動可能であり、かつ、撮像タイミングと発光タイミング（パルス発光のタイミング）とが同期していることより、エリアセンサカメラと発光装置とを止めることなく連続的に動かしながら、発光装置を極短いパルスで発光させ、エリアセンサカメラでの画像取り込みを発光に同期させることができる。このため、撮像対象領域に光を照射した状態を保ちながら、撮像対象領域を連続的に変えて撮像を行うことができるので、ワークの端部であってもムラなく光を照射して撮像を行うことができ、ワーク表面全体について鮮明な画像を取得して精度の高い検査を行うことができる。

漏れのない検査を行うためには、前記検査対象が流れる速度に従って、前記撮像装置が前記検査対象を撮像した画像が前記検査対象の全表面を網羅するように、前記移動制御部が、前記カメラ移動機構と前記照明移動機構とを制御し、前記撮像制御部が、前記撮像装置と前記発光装置とを制御することが好ましい。

前記撮像装置と前記発光装置とが、前記検査対象の両端部でスムーズに折り返して往復移動できるように、前記移動制御部が、前記撮像装置と前記発光装置とが前記検査対象の両端部を超えてその外側まで移動するよう前記カメラ移動機構と前記照明移動機構とを制御してもよい。

前記発光装置が、照射光の光質を変更可能なものであると、画像によって照射光の光質を変えることができるので、複数の画像が重なる部分で得られる情報量が増し、検査の自由度が増し、より多面的な解析が可能となる。

なお、前記撮像装置が取得した画像情報のうち、複数の画像が重なる部分については、重複した転送を避けることにより、画像情報の転送速度を速めることが可能である。

前記撮像装置の撮像素子としては特に限定されないが、例えばＣＭＯＳイメージセンサであれば、取り込んだ画像情報の画像情報処理装置への出力（転送）を高速で行うことができるので、移動しながら多数の画像を連続に取り込むのに適している。

このような構成の本発明によれば、ワークの端部であってもムラなく光を照射して精度の高い撮像を行うことができる。

本発明の一実施形態に係る検査システムの模式的斜視図である。 同実施形態における撮像状況を示す模式図である。 同実施形態における表面検査の手順を示すフローチャートである。 従来の検査システムの模式的斜視図である。 従来のライン照明の模式的平面図である。

以下に本発明の一実施形態について図面を参照して説明する。

本実施形態に係る検査システム１は、流れていく透明なワークＷの表面を次々と連続的に画像情報として取り込み、表面欠陥等を検出するためのものであり、図１に示すように、ワークＷの上方に設けられたエリアセンサカメラ２と、ワークＷを挟んでエリアセンサカメラ２と対向するようワークＷの下方に設けられた発光装置３と、エリアセンサカメラ２をワークＷの流れ方向に直交する水平方向に往復移動可能であるように支持するカメラ移動機構（図示しない。）と、発光装置３をワークＷの流れ方向に直交する水平方向に往復移動可能であるように支持する照明移動機構（図示しない。）と、これらの移動機構等を制御する情報処理装置４を備えたものである。

各部を詳述する。
エリアセンサカメラ２は、ＣＭＯＳイメージセンサが平面状に敷設されたエリアセンサを有しており、所定の広さを有する領域を一度に撮像することが可能なものである。エリアセンサカメラ２には、図示しない画像情報処理装置が接続されており、各ＣＭＯＳイメージセンサが取り込んだ画像情報に係る信号は、当該画像情報処理装置に出力される。

発光装置３は、エリアセンサカメラ２が撮像する領域に一様に光を照射するものであり、例えば、矩形状をなす導光拡散板のワーク対向面に拡散シートを設け、他方の面（反ワーク対向面）に反射シートを設け、導光拡散板の側周端面からＬＥＤ光を導入するようにした面発光装置である。発光装置３には異なる波長の光を射出する複数種類のＬＥＤが設けられており、スペクトル、光度、照射角度等の照射光の光質が変更可能に構成されている。本実施形態において発光装置３は、ワークＷを挟んでエリアセンサカメラ２の反対側であって、かつ、エリアセンサカメラ２の撮像軸上に直交して配置されている。

カメラ移動機構と照明移動機構とは、それぞれ、エリアセンサカメラ２と発光装置３とがワークＷの流れ方向に直交して反復した水平移動が可能であるように、エリアセンサカメラ２と発光装置３とを支持するためのものであり、例えば、ねじ送り機構等の公知の機構を利用したものである。

情報処理装置４は、ＣＰＵの他に、メモリ、キーボード等の入力手段、ディスプレイ等の出力手段等を備えた汎用乃至専用のものであり、メモリに所定のプログラムを格納し、当該プログラムに従ってＣＰＵやその周辺機器を協働動作させることによって、移動制御部４１、撮像制御部４２、ワーク判別部４３等としての機能を発揮するように構成してある。

移動制御部４１は、エリアセンサカメラ２と発光装置３とが同期して移動するように、すなわち、エリアセンサカメラ２の撮像対象領域に常に発光装置３から均一な光が照射されているように、エリアセンサカメラ２と発光装置３との移動のタイミングが合致するよう、カメラ移動機構と照明移動機構とを制御するものである。

撮像制御部４２は、エリアセンサカメラ２の撮像タイミングと発光装置３の発光タイミングとが同期するように、エリアセンサカメラ２と発光装置３とを制御するものである。

ワーク判別部４３は、例えば、オペレータによる入力により、ワークＷの種類を判別し、点灯するＬＥＤの種類が切り替わるよう発光装置３を制御するものである。

次に、検査システム１を用いて、流れていくワークＷの表面検査を行う手順を図３のフローチャートを参照して説明する。

ます、オペレータが検査システム１を起動させて、情報処理装置４にワークＷの種類を示す識別子を入力する（ステップＳ１）。

すると、ワーク判別部４３がワークＷの種類を判別し、発光装置３に制御信号を送信し、当該制御信号を受信した発光装置３はワークＷに応じたＬＥＤを点灯させる（ステップＳ２）。

次いで、移動制御部４１がカメラ移動機構と照明移動機構とに制御信号を送信し、当該制御信号を受信したカメラ移動機構と照明移動機構とがエリアセンサカメラ２と発光装置３とを検査開始位置（ワークＷの一端部の上方及び下方）まで移動させる（ステップＳ３）。

エリアセンサカメラ２と発光装置３とが検査開始位置に移動すると、更に移動制御部４１がカメラ移動機構及び照明移動機構に制御信号を送信し、当該制御信号を受信したカメラ移動機構及び照明移動機構が同期してエリアセンサカメラ２と発光装置３とをワークＷの他端部に向けて水平移動させる（ステップＳ４）。

図２は流れていくワークＷがエリアセンサカメラ２に対して相対的に静止しているとした視点での撮像状況を示す図であるが、水平移動の間、エリアセンサカメラ２は流れていくワークＷの表面の画像情報（画像Ｐ_１、Ｐ_２、Ｐ_３・・・）を次々と連続的に取り込み、取り込んだ画像情報に係る信号を画像情報処理装置に出力する（ステップＳ５）。一方、発光装置３はワーク判別部４３から制御信号を受信して、必要に応じて画像Ｐ_１、Ｐ_２、Ｐ_３・・・により点灯させるＬＥＤの種類を変更する（ステップＳ６）。そして、エリアセンサカメラ２の撮像タイミングと発光装置３の発光タイミングとは、撮像制御部４２により同期するように制御されている。

そして、移動制御部４１及び撮像制御部４２は、ワークＷが流れる速度を感知して、移動制御部４１が、前記カメラ移動機構と前記照明移動機構とを制御し、撮像制御部４２が、エリアセンサカメラ２と発光装置３とを制御して、エリアセンサカメラ２がワークＷを撮像した画像Ｐ_１、Ｐ_２、Ｐ_３・・・がワークＷの全表面を網羅するようにしている。

この際、例えば、画像Ｐ_２と画像Ｐ_３とで照射光のスペクトルがそれぞれ異なる（スペクトルＷ_１及びスペクトルＷ_２）場合、画像Ｐ_２と画像Ｐ_３とが重なり合う領域ＸではスペクトルＷ_１の光を照射した画像情報とスペクトルＷ_２の光を照射した画像情報との２種類の画像情報が得られるので、得られる情報の種類が増えて、より多面的な解析が可能となる。

エリアセンサカメラ２と発光装置３とがワークＷの他端部の外側までオーバーランして移動すると、エリアセンサカメラ２と発光装置３とは折り返して、今度はワークＷの一端部に向けて水平移動する（ステップＳ７）。

折り返し移動中も、エリアセンサカメラ２は流れていくワークＷの表面の画像情報（画像Ｐ_１１、Ｐ_１２・・・）を次々と連続的に取り込み、取り込んだ画像情報に係る信号を画像情報処理装置に出力する（ステップＳ８）。一方、発光装置３はワーク判別部４３から制御信号を受信して、必要に応じて画像Ｐ_１１、Ｐ_１２・・・により点灯させるＬＥＤの種類を変更する（ステップＳ９）。この場合も、エリアセンサカメラ２の撮像タイミングと発光装置３の発光タイミングとは、撮像制御部４２により同期するように制御されている。

そして、検査終了位置に達するまで、ステップＳ４〜Ｓ９を繰り返し、ワークＷの撮像を行う。その後、取り込んだ画像情報に係る信号を画像処理装置で解析して、明るさの違う部位を検出する等して表面欠陥等を検出する。

このような実施形態に係る検査システム１であれば、エリアセンサカメラ２と発光装置３とが同期して移動可能であり、かつ、撮像タイミングと発光タイミングとが同期していることより、撮像対象領域に略均一な照度の光を一様に照射した状態を保ちながら、撮像対象領域を連続的に変えて撮像を行うことができるので、ワークＷの端部であってもムラなく光を照射して鮮明な画像を得ることができ、ワーク表面全体について精度の高い検査を行うことができる。

エリアセンサカメラ２がワークＷを撮像した画像Ｐ_１、Ｐ_２、Ｐ_３・・・がワークＷの全表面を網羅するように、移動制御部４１が、前記カメラ移動機構と前記照明移動機構とを制御し、撮像制御部４２が、エリアセンサカメラ２と発光装置３とを制御しているので、漏れのない検査を行うことができる。

また、移動制御部４１が、エリアセンサカメラ２と発光装置３とがワークＷの両端部を超えてその外側までオーバーランして移動するよう前記カメラ移動機構と前記照明移動機構とを制御しているので、エリアセンサカメラ２と発光装置３とが、ワークＷの両端部でスムーズに折り返して往復移動できる。

また、発光装置３は、照射光の光質（スペクトル、光度、照射角度等）を変更することが可能なものであるので、画像Ｐ_１、Ｐ_２、Ｐ_３・・・によって照射光の光質を変えることにより、画像Ｐ_１、Ｐ_２、Ｐ_３・・・が重なる部分で得られる情報量が増し、検査の自由度が増し、より多角的な解析が可能となる。

更に、本実施形態では、エリアセンサカメラ２の画像素子がＣＭＯＳイメージセンサであるので、取り込んだ画像情報の画像情報処理装置への出力を高速で行うことができ、移動しながら多数の画像Ｐ_１、Ｐ_２、Ｐ_３・・・を連続的に取り込むことができる。

なお、本発明は前記実施形態に限られるものではない。

例えば、発光装置３は、観測孔を有するリング状の導光拡散板の側周端面からＬＥＤ光を導入するようにしたものであってもよい。このようなものであれば、エリアセンサカメラ２とワークＷとの間に発光装置３を配置し、ワークＷの観測面側に光を照射しつつ、導光拡散板の中央に設けられた観測孔からエリアセンサカメラ２によりワークＷの表面を撮像することができる。また、導光拡散板が矩形状をなす発光装置３であっても、反ワーク対向面に反射シートの代わりに多数の微細な反射部材を敷設することにより、エリアセンサカメラ２とワークＷとの間に発光装置３を配置して、発光装置３の上方からエリアセンサカメラ２によりワークＷの表面を撮像することが可能である。なお、これらの場合のワークＷは、例えば、ソーラーセル等のその表面で光を反射するタイプのものである。

また、発光装置３の照射角度や設置位置は特に限定されず、発光装置３の特性に従い適宜決定すればよい。

更に、エリアセンサカメラ２が取得した画像情報のうち、複数の画像が重なる部分については、重複した転送を避けることにより、画像情報の転送速度を速めることが可能である。

前記実施形態では、検査途中で照射光の光質を変える態様を説明したが、検査の間一貫して同じ光質の光をワークＷの表面に照射してもよい。

その他、本発明は上記の各実施形態に限られず、本発明の趣旨を逸脱しない限り、前述した種々の構成の一部又は全部を適宜組み合わせて構成してもよい。

１・・・検査システム
２・・・エリアセンサカメラ（撮像装置）
３・・・発光装置
４１・・・移動制御部
４２・・・撮像制御部

Claims (6)

1. 一定方向に流れていく検査対象に光を照射してその表面検査又はマーク検出を行うためのものであって、
   撮像素子が面状に敷設されたエリアセンサを有する撮像装置と、
   前記撮像装置が撮像する領域に光を照射する発光装置と、
   前記撮像装置が前記検査対象の流れ方向に直交する水平方向に往復移動可能であるように、前記撮像装置を支持するカメラ移動機構と、
   前記発光装置が前記検査対象の流れ方向に直交する水平方向に往復移動可能であるように、前記発光装置を支持する照明移動機構と、
   前記撮像装置と前記発光装置とが同期して移動可能であるように、前記カメラ移動機構と前記照明移動機構とを制御する移動制御部と、
   前記撮像装置の撮像タイミングと前記発光装置の発光タイミングとが同期するように、前記撮像装置と前記発光装置とを制御する撮像制御部と、を備えていることを特徴とする検査システム。
2. 前記検査対象が流れる速度に従って、前記撮像装置が前記検査対象を撮像した画像が前記検査対象の全表面を網羅するように、前記移動制御部が、前記カメラ移動機構と前記照明移動機構とを制御し、前記撮像制御部が、前記撮像装置と前記発光装置とを制御する請求項１記載の検査システム。
3. 前記移動制御部が、前記撮像装置と前記発光装置とが前記検査対象の両端部を超えてその外側まで移動するよう前記カメラ移動機構と前記照明移動機構とを制御するものである請求項１又は２記載の検査システム。
4. 前記発光装置が、照射光の光質を変更可能なものである請求項１、２又は３記載の検査システム。
5. 前記撮像装置が、取得した画像情報のうち、複数の画像が重なる部分については、重複した転送を避けている請求項１、２、３又は４記載の検査システム。
6. 前記撮像素子が、ＣＭＯＳイメージセンサである請求項１、２、３、４又は５記載の検査システム。