JP2011058822A - Mirror unit, and device for borehole inspection with the same - Google Patents
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本発明は、撮像カメラに周設したリング照明の照射光を、撮像カメラの光軸上における所定の深度範囲に集光するミラーユニットおよびこれを備えた孔内検査装置に関する。 The present invention relates to a mirror unit that collects irradiation light of ring illumination provided around an imaging camera in a predetermined depth range on an optical axis of the imaging camera, and an in-hole inspection apparatus including the mirror unit.
検査対象物に形成した孔の内周面に付着した異物を検査する孔内検査にリング照明を使用する場合、孔内を充分に照明するため、リング照明の照射光を集光し、この集光点の位置が撮像カメラの光軸上に来るよう調節する必要がある。当該関連技術として、孔に対する良好な照明が可能な深度範囲を広げるために、リング照明を構成するアレイ状の複数の光源を、これを保持する基板を傾動調整することで、それぞれの照射角度(集光点)を可変させるリング照明装置が提案されている(特許文献1参照)。 When ring illumination is used for in-hole inspection for inspecting foreign matter adhering to the inner peripheral surface of the hole formed in the inspection object, the illumination light of the ring illumination is condensed to sufficiently illuminate the inside of the hole. It is necessary to adjust so that the position of the light spot is on the optical axis of the imaging camera. As the related art, in order to widen the depth range in which good illumination can be performed on the hole, the plurality of array-shaped light sources constituting the ring illumination are adjusted by tilting the substrate holding the respective illumination angles ( A ring illumination device that varies a condensing point has been proposed (see Patent Document 1).
しかしながら、上記のリング照明装置は、常に一点に集光点を定めるもので、異なる深度に照明するには、光源基板を所定の範囲に渡って複数回、傾動調整する必要があり、一括して所定の深度範囲を照明することはできない。さらに、上記のリング照明装置は、光源基板を傾動させるため、照明部の構造が複雑になるという問題もある。 However, the ring illumination device described above always determines a condensing point at one point, and in order to illuminate at different depths, it is necessary to tilt the light source substrate a plurality of times over a predetermined range. The predetermined depth range cannot be illuminated. Furthermore, since the above-described ring illumination device tilts the light source substrate, there is a problem that the structure of the illumination unit becomes complicated.
本発明は、簡単な構造で、所定の深度範囲を一括して照明可能なミラーユニットおよびこれを備えた孔内検査装置を提供することを課題とする。 An object of the present invention is to provide a mirror unit that can illuminate a predetermined depth range collectively with a simple structure, and an in-hole inspection apparatus including the mirror unit.
本発明のミラーユニットは、撮像カメラに周設したリング照明の照射光を、撮像カメラの光軸上に所定の深度範囲を存して集光するミラーユニットであって、光軸と同軸上に配設され、照射光を反射するコーン状のミラー部を備え、ミラー部は、周方向において照射光の反射角度が段階的に変化するように並べた扇状の複数のミラー片部を有していることを特徴とする。 The mirror unit of the present invention is a mirror unit that collects irradiation light of ring illumination provided around the imaging camera in a predetermined depth range on the optical axis of the imaging camera, and is coaxial with the optical axis. It is provided with a cone-shaped mirror part that reflects the irradiation light, and the mirror part has a plurality of fan-shaped mirror pieces arranged so that the reflection angle of the irradiation light changes stepwise in the circumferential direction. It is characterized by being.
上記の構成によれば、コーン状のミラー部を構成する複数のミラー片部において、照射光の角度が段階的に変化するように周方向に並べられているため、各ミラー片部から反射した照射光を、光軸上に所定の深度範囲に渡って集光することができる。このため、ミラー部を可動させることなく、すなわち簡単な構造で、光軸上の所定の深度範囲を一括して照明することができる。なお、複数のミラー片部は、ミラー部の表面を研削し鏡面仕上げとして形成してもよいし、表面を鏡面とした複数のミラー片を周方向に並べて形成してもよい。 According to the above configuration, the plurality of mirror pieces constituting the cone-shaped mirror part are arranged in the circumferential direction so that the angle of the irradiation light changes stepwise, and thus reflected from each mirror piece part. Irradiation light can be collected over a predetermined depth range on the optical axis. For this reason, it is possible to collectively illuminate a predetermined depth range on the optical axis without moving the mirror portion, that is, with a simple structure. The plurality of mirror piece portions may be formed by polishing the surface of the mirror portion to give a mirror finish, or may be formed by arranging a plurality of mirror pieces having the surface as a mirror finish in the circumferential direction.
この場合、複数のミラー片部のうち、180°点対称位置に配設された任意の2つのミラー片部の反射角度が、同角度となるように配設されていることが好ましい。 In this case, it is preferable that the reflection angles of any two mirror pieces disposed at a 180 ° point symmetrical position among the plurality of mirror pieces are the same angle.
上記の構成によれば、対向する照射光が同じ反射角度で照射されるため、撮像カメラの光軸上の任意の1の深度に対してより光量の多い安定した照明を行うことができる。 According to said structure, since the irradiation light which opposes is irradiated with the same reflection angle, the stable illumination with much light quantity can be performed with respect to arbitrary 1 depth on the optical axis of an imaging camera.
本発明の他のミラーユニットは、撮像カメラに周設したリング照明の照射光を、撮像カメラの光軸上に所定の深度範囲を存して集光するミラーユニットであって、光軸と同軸上に配設され、照射光を反射するコーン状のミラー部を備え、ミラー部は、周方向において照明光の反射角度が連続的に変化するように形成されていることを特徴とする。 Another mirror unit of the present invention is a mirror unit that collects the irradiation light of the ring illumination provided around the imaging camera in a predetermined depth range on the optical axis of the imaging camera, and is coaxial with the optical axis. It has a cone-shaped mirror part that is disposed above and reflects irradiated light, and the mirror part is formed so that the reflection angle of illumination light continuously changes in the circumferential direction.
上記の構成によれば、コーン状のミラー部において、照明光の反射角度が周方向に連続的に変化するように形成されているため、ミラー部から反射した照射光を、光軸上に所定の深度範囲に渡って集光することができる。この場合、連続的に変化する反射角度により、リング照明の照射光の全を所定の深度範囲に集光することができ、高効率で集光を行うことができる。このため、ミラー部を可動させることなく、すなわち簡単な構造で、光軸上の所定の深度範囲を一括して且つ効率良く照明することができる。 According to the above configuration, since the reflection angle of the illumination light is continuously changed in the circumferential direction in the cone-shaped mirror portion, the irradiation light reflected from the mirror portion is predetermined on the optical axis. Can be collected over a range of depths. In this case, all of the irradiation light of the ring illumination can be condensed in a predetermined depth range by the reflection angle that continuously changes, and the light can be condensed with high efficiency. For this reason, it is possible to illuminate a predetermined depth range on the optical axis collectively and efficiently without moving the mirror portion, that is, with a simple structure.
この場合、ミラー部は、180°点対称位置における反射角度が同角度となるように形成されていることが好ましい。 In this case, the mirror part is preferably formed so that the reflection angle at the 180 ° point-symmetrical position is the same angle.
上記の構成によれば、対向する照射光が同じ反射角度で照射されるため、撮像カメラの光軸上の任意の1の深度に対してより光量の多い安定した照明を行うことができる。 According to said structure, since the irradiation light which opposes is irradiated with the same reflection angle, the stable illumination with much light quantity can be performed with respect to arbitrary 1 depth on the optical axis of an imaging camera.
本発明の孔内検査装置は、検査対象物に形成した孔の内周面に付着した異物を検査する孔内検査装置であって、検査対象物の表面位置にフォーカスした状態で、孔を画像認識する撮像カメラと、撮像カメラに周設され、孔を照明するリング照明と、上記のミラーユニットと、を備えたことを特徴とする。 The in-hole inspection apparatus according to the present invention is an in-hole inspection apparatus that inspects foreign matter adhering to the inner peripheral surface of a hole formed in an inspection object, and images a hole in a state where the surface position of the inspection object is focused. An imaging camera to be recognized, a ring illumination provided around the imaging camera to illuminate the hole, and the mirror unit described above are provided.
上記の構成によれば、撮像カメラを検査対象物の表面位置にフォーカスした状態のまま、十分な光量の照明光により深度の異なった複数の孔内の画像を撮像することで、深さ方向において異物が孔内のどの位置にあっても、孔と異物とを比較的鮮明に撮像することができる。 According to the above configuration, in the depth direction, by capturing images in a plurality of holes having different depths with a sufficient amount of illumination light while the imaging camera is focused on the surface position of the inspection object. Regardless of the position of the foreign matter in the hole, the hole and the foreign matter can be imaged relatively clearly.
この場合、検査対象物がインクジェットヘッドのノズルプレートであり、孔が、ノズルプレートに形成したノズル孔であることが好ましい。 In this case, it is preferable that the inspection object is a nozzle plate of the ink jet head and the hole is a nozzle hole formed in the nozzle plate.
上記の構成によれば、インクジェットヘッドのノズルプレートに形成したノズル孔内に付着した異物の有無やその大きさを精度よく検査することができる。 According to said structure, the presence or absence and the magnitude | size of the foreign material adhering in the nozzle hole formed in the nozzle plate of an inkjet head can be test | inspected accurately.
以下、添付した図面を参照して、本発明の一実施形態に係るミラーユニットおよびこれを備えた孔内検査装置について説明する。なお、本実施形態の孔内検査装置は、インクジェットヘッドのノズル面に形成された多数のノズル孔を検査対象とするものであり、ヘッド組立ての最終段階でノズル孔内に付着した異物を検査するものである。したがって、ノズル面からの照明とノズル面からの画像認識とにより、孔内検査が実施される。 Hereinafter, a mirror unit and an in-hole inspection apparatus including the mirror unit according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. Note that the in-hole inspection apparatus of this embodiment is intended for inspection of a large number of nozzle holes formed on the nozzle surface of an ink jet head, and inspects foreign matter adhering to the nozzle holes at the final stage of head assembly. Is. Therefore, the in-hole inspection is performed by illumination from the nozzle surface and image recognition from the nozzle surface.
検査対象となるインクジェットヘッド1のノズルプレート2(ノズル面5)には、2列のノズル列が平行に2組形成されており、各ノズル列は、等ピッチで並べた複数個のノズル孔3で構成されている。図1に示すように、ノズル孔3は、ノズルプレート2に対して垂直に形成されており、表面から所定の深さまで入り込んだ位置(メニスカス形成位置6)から裏面にかけてテーパー状に孔開けされている。後述する孔内検査は、ノズルプレート2をノズル面5側から撮像し、メニスカス形成位置6を中心にノズル孔3の内周面4を所定の深さ範囲(深度範囲)に亘って、付着した異物の有無を検査する。
Two nozzle rows are formed in parallel on the nozzle plate 2 (nozzle surface 5) of the inkjet head 1 to be inspected, and each nozzle row has a plurality of
図2に示すように、孔内検査装置10は、インクジェットヘッド1が上下反転状態でセットされるセットステージ11と、セットステージ11をノズル列方向(X軸方向)およびこれに直交するY軸方向に移動させる移動テーブル12と、インクジェットヘッド1に上側から臨み、インクジェットヘッド1のノズル孔3をノズル面5側から撮像する撮像カメラ13と、撮像カメラ13の先端部に周設されノズル孔3をノズル面5側から照明するリング照明14と、リング照明14の下方に配設され、リング照明14の照射光を撮像カメラ13の光軸上に集光させるミラーユニット16Aと、撮像カメラ13と共に、リング照明14およびミラーユニット16AをZ軸方向に昇降させるZ軸テーブル15と、これらの装置を支持するフレームおよび全体を収容する収容ケース(いずれも不図示)を備えている。また、孔内検査装置10は、移動テーブル12、撮像カメラ13、リング照明14、Z軸テーブル15の駆動を制御する制御装置19を備えている。
As shown in FIG. 2, the in-
セットステージ11は、移動テーブル12に搭載されており、図示省略の位置決め機構により、インクジェットヘッド1を上下反転状態した状態で、そのノズル面5が水平になるように保持している。移動テーブル12は、セットステージ11を介して、インクジェットヘッド1をX軸方向に移動させるモータ駆動のX軸テーブル22と、X軸テーブル22を介して、インクジェットヘッド1をY軸方向に移動させるモータ駆動のY軸テーブル23と、を有している。そして、X軸テーブル22およびY軸テーブル23は、それぞれ制御装置19に接続されている。孔内検査に際し、X軸テーブル22およびY軸テーブル23によりインクジェットヘッド1を移動させ、検査対象となるノズル孔3の中心軸を撮像カメラの13の光軸に合致させる。
The set stage 11 is mounted on the moving table 12 and holds the
撮像カメラ13は、セットステージ11に対し上側から臨むように対向配置されており、上部においてZ軸テーブル15によって昇降自在に支持されている。この場合、Z軸テーブル15は、インクジェットヘッド1の搬入・搬出において撮像カメラ13を上昇させ、また孔内検査に先立ち撮像カメラ13を基準のフォーカス位置に下降させる。撮像カメラ13は、CCDやCMOS等の撮像素子24とレンズユニット25と、を鏡筒内に有し、Z軸テーブル15の駆動によってフォーカシング距離を決定し、ノズル孔3を撮像する。撮像カメラ13およびZ軸テーブル15は、それぞれ制御装置19に接続されている。なお、撮像カメラ13として落射照明付きのものを用いるようにしてもよい。
The
リング照明14は、撮像カメラ13の先端部に周設され、ノズルプレート2に臨む面にリング状に複数のLED(不図示)が内蔵して構成されている。複数のLEDは、リング状のLEDアレイを構成しており、面発光光源として機能する。この複数のLEDからの照射光によって、周縁部を含むノズル孔3の表面および内周面4が照明されるようになっている。なお、リング照明14は、ミラーユニット16Aを介して、撮像カメラ13の光軸上で照射光を適切に集光できるように所望の角度に一様に傾斜させて装着されている。そして、リング照明14は制御装置19に接続され、撮像カメラ13の撮像に際しノズル孔3を照明する。なお、リング照明14は、照射光の照射角度が撮像カメラ13の光軸と平行になるものを用いてもよい。
The
ミラーユニット16Aは、撮像カメラ13およびリング照明14と同軸上に配設され、リング照明14の照射光をノズル孔3に向って反射するミラー部20と、ミラー部20を支持する支持フレーム(図示省略)と、を有している。図3に示すように、ミラー部20は、細長代形状或いは細長扇状に形成され、表面を鏡面加工された複数のミラー片部30を有しており、複数のミラー片部30は、撮像カメラ13の光軸を中心に周方向にコーン状に並べられ、セットステージ11に対する傾斜角度が周方向180度の間で段階的に変化するように構成されている。さらに、対向するミラー片部30の傾斜角度が同角度となるように、複数のミラー片部30は180度対向配置されている。
The mirror unit 16 </ b> A is disposed coaxially with the
この場合、複数のミラー片部30は、ミラー部20を構成する金属ブロックを研削し、鏡面仕上げすることにより形成され、隣接する任意の2つのミラー片部30の角度差は、一定となっている。もちろん、ミラー片部30と金属ブロックとを別体とし、金属ブロックの表面にミラー片部30を所定の角度で取り付ける構成としてもよい。
In this case, the plurality of
上記の通り、本実施形態のミラーユニット16Aは、複数のミラー片部30の傾斜角度が周方向180度の間で段階的に変化するように構成されているため、リング照明14の照射光の反射角度も同様に段階的に変化する。すなわち、ミラー部20が反射した照射光は、撮像カメラ13の光軸上に一定の深度範囲をもって照射する。さらに、ミラーユニット16Aは、180度対向配置されているため、光軸上の任意の1点を対向する照射光が同じ深度位置を照射し、光量の多い安定した照明を行うことができる。
As described above, the
次に図5を参照し、リング照明14の照射光の集光について説明する。リング照明14から照射された照射光Xは、ミラー部20(ミラー片部30)に対する入射角と同角度でミラー部20に反射され、ノズル孔3を照射する。同図に示すように、ミラー片部30aは、ノズルプレート2に対する傾斜角度aが小さいため、照射光Xの反射角が大きくなり、撮像カメラ13の光軸上の深度の浅い位置Aを照射する。一方、ミラー片部30bは、ノズルプレート2に対する傾斜角度bが大きいため、照射光Xの反射角が小さくなり、撮像カメラ13の光軸上の深度の深い位置Bを照射する。ミラー部20の複数のミラー片部30は、反射角度を角度aから角度bまでの範囲内で段階的に変化するように構成されているため、ミラー部20は、光軸上のAからBまでの深度範囲を一括して照射することができる。
Next, the collection of irradiation light from the
ここで、ミラーユニット16Aを備えた孔内検査装置10による孔内検査について説明する。本孔内検査は、ノズルプレート2に形成されている全ノズル孔3に対して順次行い、各ノズル孔3をノズル面5側から照明および撮像して、メニスカス形成位置6を中心にノズル孔3の内周面4を所定の深さ範囲(深度範囲)に亘って、異物50の有無を検査するようにしている。
Here, the in-hole inspection by the in-
先ず、制御装置19により各種装置を駆動させ、X軸テーブル22およびY軸テーブル23により検査対象となるノズル孔3の中心軸が撮像カメラ13の光軸と一致するように調節し、Z軸テーブル15により撮像カメラ13を昇降させ、ノズル孔3の表面位置にフォーカスする。フォーカス位置をノズル孔3の表面位置に固定した状態で、リング照明14およびミラーユニット16Aにより光軸上の所定の深度範囲を一括して照明しながらノズル孔3を撮像する。
First, various devices are driven by the
本実施形態の孔内検査装置10は、ノズル孔3を反射照明して撮像しているため、上記の撮像工程にて撮像された撮像画像は、ノズル孔3の表面(ノズル面5)および内周面4に付着した異物が明るく、ノズル孔3の内部が暗く表示される。また、リング照明14の光量が多く照射された部分ほどより明るく表される。上記の通り孔内検査装置10は、光軸上の所定の深度範囲を一括して照明しながらノズル孔3を撮像するため、深度方向に付着位置の異なる異物に対して略均一に照明することができ、ノズル孔3の撮像画像には、深度方向に付着位置の異なる複数の異物が、同時に比較的鮮明に映し出される。さらに、ノズル孔3の撮像画像を二値処理化して、ノズル孔3の輪郭および内周面4に付着した異物の輪郭をより強調させる。二値化処理された検体画像は、ノズル孔3の表面(ノズル面5)および異物が白く、ノズル孔3の内部が黒く処理される。
Since the in-
1つのノズル孔3に対して、検体画像が生成されると、制御装置は、検体画像を取り込んで異物の有無を認識する。実際の認識では、処理画像に基づいて異物の大きさを測定し、所定の大きさ(閾値)を越える大きさの異物(インク吐出に影響する大きさ)が認識された場合、「異物有り」の判定を行う。
When a specimen image is generated for one
以上の工程が終了すると、孔内検査装置10は、Z軸テーブル15によって撮像カメラ13およびリング照明14を上昇させインクジェットヘッド1のノズルプレート2から離し、X軸テーブル22およびY軸テーブル23によりインクジェットヘッド1を移動させ、次の検査対象となるノズル孔3が撮像カメラ13の真下に配置する。上記の工程を繰り返して、インクジェットヘッド1の全ノズル孔3に対して孔内検査が行われる。
When the above steps are completed, the in-
上記のように孔内検査装置10によれば、撮像カメラ13をノズル孔3の表面位置にフォーカスした状態のまま、光軸上に深度範囲を存した十分な光量の照明光によりノズル孔3孔内の画像を撮像することで、深さ方向において異物がノズル孔3内のどの位置にあっても、ノズル孔3孔と異物とを比較的鮮明に撮像することができ、ノズル孔3内に付着した異物の有無やその大きさを精度よく検査することができる。
As described above, according to the in-
(第2実施形態)
続いて、図4を参照し、本発明の第2実施形態に係るミラーユニット16Bについて説明する。上記のミラーユニット16Aは、セットステージ11に対するミラー部20の傾斜角度が周方向に段階的に変化するように構成されたものとしたが、本実施形態に係るミラーユニット16Bは、セットステージ11に対するミラー部20の傾斜角度が周方向に連続的に変化するように構成された点で異なる。なお、本実施形態において、第1実施形態と同様の構成部分については同様の符号を付し、詳細な説明を省略する。また、第1実施形態と同様の構成部分について適用される変形例は、本実施形態についても同様に適用される。
(Second Embodiment)
Subsequently, a
図4に示すように、ミラーユニット16Bは、撮像カメラ13およびリング照明14と同軸上に配設され、リング照明14の照射光をノズル孔3に向って反射するミラー部20と、ミラー部20を支持する支持フレーム(図示省略)と、を有している。ミラー部20は、表面を鏡面加工され、撮像カメラ13の光軸を中心に周方向にコーン状に形成されており、リング照明14の照射光を撮像カメラ13の光軸上に集光する。この場合、ミラー部20は、セットステージ11に対する傾斜角度が周方向に連続的に変化するように構成されており、対向する傾斜角度が同角度となるように、180度対向配置されている。
As shown in FIG. 4, the mirror unit 16 </ b> B is disposed coaxially with the
上記の通り、本実施形態のミラーユニット16Bは、ミラー部20の傾斜角度が周方向180度の間で連続的に変化し、且つ180度対向配置するように構成されているため、ミラー部20が反射した照射光は、撮像カメラ13の光軸上に一定の深度範囲をもって照射する。さらに、ミラーユニット16Aは、照射光の反射角度を連続的に変化させているため、リング照明の照射光の全を所定の深度範囲に集光することができ、高効率で集光を行うことができる。
As described above, the
さらに、ミラーユニット16Bを備えた孔内検査装置10によれば、光軸上に深度範囲を存したより十分な光量の照明光によりノズル孔3孔内の画像を撮像することができるので、ノズル孔3内に付着した異物の有無やその大きさを精度よく検査することができる。
Furthermore, according to the in-
1:インクジェットヘッド 2:ノズルプレート 3:ノズル孔 13:撮像カメラ 14:リング照明 16A,16B:ミラーユニット 20:ミラー部 30:ミラー片部
1: Inkjet head 2: Nozzle plate 3: Nozzle hole 13: Imaging camera 14:
Claims (6)
前記光軸と同軸上に配設され、前記照射光を反射するコーン状のミラー部を備え、
前記ミラー部は、周方向において前記照射光の反射角度が段階的に変化するように並べた扇状の複数のミラー片部を有していることを特徴とするミラーユニット。 A mirror unit that collects the irradiation light of the ring illumination provided around the imaging camera in a predetermined depth range on the optical axis of the imaging camera,
It is arranged coaxially with the optical axis, and comprises a cone-shaped mirror part that reflects the irradiation light,
The mirror unit has a plurality of fan-shaped mirror pieces arranged so that the reflection angle of the irradiation light changes stepwise in the circumferential direction.
前記光軸と同軸上に配設され、前記照射光を反射するコーン状のミラー部を備え、
前記ミラー部は、周方向において前記照明光の反射角度が連続的に変化するように形成されていることを特徴とするミラーユニット。 A mirror unit that collects the irradiation light of the ring illumination provided around the imaging camera in a predetermined depth range on the optical axis of the imaging camera,
It is arranged coaxially with the optical axis, and comprises a cone-shaped mirror part that reflects the irradiation light,
The mirror unit is formed so that a reflection angle of the illumination light continuously changes in a circumferential direction.
前記検査対象物の表面位置にフォーカスした状態で、前記孔を画像認識する撮像カメラと、
撮像カメラに周設され、前記孔を照明するリング照明と、
請求項1ないし4のいずれかに記載のミラーユニットと、を備えたことを特徴とする孔内検査装置。 An in-hole inspection device for inspecting foreign matter adhering to the inner peripheral surface of a hole formed in an inspection object,
An imaging camera that recognizes the hole in an image in a state where the surface is focused on the inspection object
A ring illumination provided around the imaging camera to illuminate the hole;
An in-hole inspection apparatus comprising: the mirror unit according to claim 1.
前記孔が、前記ノズルプレートに形成したノズル孔であることを特徴とする請求項5に記載の孔内検査装置。 The inspection object is a nozzle plate of an inkjet head;
The in-hole inspection apparatus according to claim 5, wherein the hole is a nozzle hole formed in the nozzle plate.
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