JP2014163771A

JP2014163771A - 外観検査装置

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Publication number: JP2014163771A
Application number: JP2013034349A
Authority: JP
Inventors: Akio Kurosawa; 昭夫黒澤; Taisuke Konishi; 泰輔小西; Satoyuki Mizuno; 智行水野
Original assignee: Kurabo Industries Ltd; Kurashiki Spinning Co Ltd
Current assignee: Kurabo Industries Ltd; Kurashiki Spinning Co Ltd
Priority date: 2013-02-25
Filing date: 2013-02-25
Publication date: 2014-09-08
Anticipated expiration: 2033-02-25
Also published as: JP6073704B2

Abstract

【課題】被検査対象の搬送方向に発生した傷であっても、欠陥として検出可能とすることができる外観検査装置を提供する。
【解決手段】搬送装置１１により搬送されるシート状の被検査物１００の表面を撮像した画像を用いて、前記被検査物の欠陥を検査する外観検査装置である。前記被検査物１００の搬送方向９１に交差する方向にセル列が配置されるリニア撮像素子２ａと、前記リニア撮像素子のセル列に沿った方向に配列されそれぞれ独立して点灯可能な複数の発光領域３ａ，３ｂ，３ｃを有する線状の照明装置３と、前記複数の発光領域３ａ，３ｂ，３ｃの点灯のタイミングを前記リニア撮像素子２ａのデータ転送動作ごとに行うように制御する照明制御部６と、前記リニア撮像素子２ａで撮像された発光領域３ａ，３ｂ，３ｃが異なる複数の画像に基づいて前記被検査物の欠陥を検査する画像判定部１０とを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、フィルムなどのシート状被検査物を搬送しながら撮像して得られた画像に基づいて、被検査物表面の傷や異物混入の有無などの欠陥を検査する外観検査装置に関する。

フィルム、紙、樹脂板、不織布、金属箔、セラミックなど連続的に生産、又はガラス板、回路基板、光ディスクなど枚葉で生産されるシート状被検査物の欠陥検査には、高解像度の高速な検査が求められている。このような欠陥検査では、連続的に若しくは間欠的に搬送される被検査対象に対して、通常、被検査対象を横断する方向に配置されたライン状照明と、被検査対象からの反射光若しくは透過光を受光するラインカメラとが用いられる。

フィルムや回路基板などの上記被検査対象に見られる欠陥としては、表面付着異物、内包異物、フィッシュアイなどの泡、打痕等の凹凸、表面傷、汚れ、シワなどがあり、また、コーティングや蒸着を行うものであれば、ピンホール、コーティングスジ、塗膜ムラ等がある。

図１７は、従来のシート状被検査物の検査装置の構成例を示す図である。図１７に示す外観検査装置１００は、矢印９０で示す被検査物１０１の搬送方向に対して交差する方向、具体的には、ラインカメラ１０４の視野直線に平行となるように配置された２つの照明装置１０２，１０３が設けられている。これらの照明装置１０２，１０３はそれぞれラインカメラ１０４の撮像軸に対して直透過及び拡散透過となるように配置されており、それぞれ一般的に明視野、暗視野と呼ばれる画像を撮像し、これらの画像に基づいて欠陥検出を行う。

シート状被検査対象に対する欠陥検出において、非常に浅い傷、細いシワやスジなど、特に被検査対象の搬送方向に発生した傷は、従来のライン照明で欠陥として検出することが難しい。これは、これらの浅い傷が光の散乱などに方向性があるからである。

すなわち、図１８に示すように、図１８の（ａ）や（ｂ）に示すような傷は、照明装置１０２から照射される光と角度が異なるため、傷により乱反射されラインカメラにより撮像されて検出が可能である。しかし、（ｃ）に示すように搬送方向９０に沿った方向の傷は、光との方向性が同じであるため、撮像されにくく検出しにくいという問題があった。

このような傷の検査に有効な光源として特許文献１（特開平７−１０４１３１号公報）に開示されているものが知られている。この光源は、光ファイバを用いたライン状ライトガイドであって、ライトガイドの射出端面に対して光ファイバの光出射端部分に角度をもたせ、搬送・走行する被検査対象の表面にある傷、特に走行方向に発生した傷などに対しても角度をもって斜めから照射するため、傷による光の散乱を強くして撮像しやすくするものである。

特開平７−１０４１３１号公報

しかし、特許文献１に記載のライトガイドは、被検査対象の幅方向に対して斜めから光を照射するものであるため、被検査対象の幅方向に対して真っ直ぐに光を照射する従来の光源では見えにくい傷が撮像されやすくなるが、当該斜め方向からの照射では見えにくい傷も存在する。すなわち、被検査対象に存在する欠陥は、被検査対象に対して照射する光の方向性を有することにより、斜め方向から照射された光では撮像しにくい傷も存在し、全体として検査の精度を向上させるには至らないものであった。

したがって、本発明が解決しようとする技術的課題は、非常に浅い傷、細いシワやスジなどの欠陥であって、被検査対象の搬送方向に発生したこれらのものであっても、欠陥として検出可能とすることができる外観検査装置を提供することである。

本発明は、上記技術的課題を解決するために、以下の構成の外観検査装置を提供する。

本発明の第１態様によれば、搬送装置により搬送されるシート状の被検査物の表面を撮像した画像を用いて、前記被検査物の欠陥を検査する外観検査装置であって、
前記被検査物の搬送方向に交差する方向にセル列が配置されるリニア撮像素子と、
前記リニア撮像素子のセル列に沿った方向に配列されそれぞれ独立して点灯可能な複数の発光領域を有する線状の照明装置と、
前記複数の発光領域の点灯のタイミングを前記リニア撮像素子のデータ転送動作ごとに行うように制御する照明制御部と、
前記リニア撮像素子で撮像された発光領域が異なる複数の画像に基づいて前記被検査物の欠陥を検査する画像判定部とを備えることを特徴とする、外観検査装置を提供する。

本発明の第２態様によれば、前記照明装置は、発光面から前記被検査物までの距離と前記発光領域の幅方向長さの比が１：１〜１：４になるように配置されていることを特徴とする、第１態様の外観検査装置を提供する。

本発明の第３態様によれば、前記照明装置は、発光面から前記被検査物までの距離を変更可能に配置されていることを特徴とする、第１又は第２態様の外観検査装置を提供する。

本発明の第４態様によれば、前記搬送装置により搬送される被検査物の所定の領域が前記リニア撮像素子の撮像領域内にある時間内に、前記リニア撮像素子から複数回のデータ転送が可能となるように、前記搬送装置の搬送速度又は前記リニア撮像素子の転送速度を制御する撮像制御部と、
前記リニア撮像素子から転送された複数の画像データを同じ前記発光領域が点灯した画像データごとに集積して集積画像データを作成する画像処理部と、をさらに備えることを特徴とする、第１から第３態様のいずれか１つの外観検査装置を提供する。

本発明の第５態様によれば、さらに、前記画像処理部により作成された集積画像データを合成し、合成画像データを作成する画像合成部と、を備えることを特徴とする、第４態様の外観検査装置を提供する。

本発明の第６態様によれば、前記画像合成部は、複数の集積画像データの各画素の値を加算して１つの合成画像データとすることを特徴とする、第５態様の外観検査装置を提供する。

本発明の第７態様によれば、前記画像合成部は、異なる発光領域が点灯している状態の複数の集積画像データのうち、リニア撮像素子の特定の領域に存在する一部の画素のみの情報を切り出して１つの合成画像データとすることを特徴とする、第５又は第６態様の外観検査装置を提供する。

本発明の第８態様によれば、前記画像合成部が切り出すリニア撮像素子の特定の領域に存在する一部の画素は、前記点灯していない発光領域に対応する画素であることを特徴とする、第７態様の外観検査装置を提供する。

本発明の第９態様によれば、前記照明装置は、前記被検査物を挟んで前記リニア撮像素子と対向する位置に、前記リニア撮像素子の光軸方向に光を照射するように配置されていることを特徴とする、第１から第８態様のいずれか１つの外観検査装置を提供する。

本発明の第１０態様によれば、さらに、前記被検査物を挟んで前記リニア撮像素子と対向する位置に、前記リニア撮像素子の光軸方向に対して斜め方向から光を照射するように配置されている第２照明装置を有することを特徴とする、第１から第９態様のいずれか１つの外観検査装置を提供する。

本発明によれば、略平行に配置されるリニア撮像素子と線状の照明装置を用いた外観検査装置において、照明装置の発光領域を異ならせることによって、リニア撮像素子の各画素に入射する光の角度を変更させることができる。したがって、異なる角度からの光により撮像された画像によって被検査対象に存在する欠陥の方向性によらずに判定することが可能である。よって、非常に浅い傷、細いシワやスジなどの欠陥であって、被検査対象の搬送方向に発生したこれらのものであっても、欠陥として検出可能とすることができる

また、照明装置と被検査物までの距離が異なると、被検査物に照射される光の角度画異なるため、発光面から前記被検査物までの距離と前記発光領域の幅方向長さの比は所定の範囲内にすることが好ましい。発光面から前記被検査物までの距離が近くなると視野が明るくなる一方で、距離が遠くなると照射される光の傾斜角度が大きくなるため光学的に敏感な検査が可能となる。よって、被検査物までの距離を変更できるように照明装置を配置することで被検査物に応じた光学特性で外観検査を行なうことができる。

本発明の第１実施形態にかかる外観検査装置の構成を示す模式図である。図１の外観検査装置の光学系の例を模式的に示す図であり、（ａ）は側面方向から見た図、（ｂ）は搬送方向から見た図である。図１の外観検査装置の第１照明装置の発光領域を模式的に示す図である。図１の外観検査装置の機能ブロック図である。図１の外観検査装置の動作フローを示す図である。図１の外観検査装置の撮像状態を示す模式図である。時分割撮像動作のサブフローチャートである。時分割撮像動作中の照明装置と一次元ＣＣＤのデータ転送のタイミングを示すタイミングチャートである。集積画像データの作成を模式的に説明する図である。第１合成画像データの作成を模式的に説明する図である。第２合成画像データの作成を模式的に説明する図である。本発明の第２実施形態にかかる外観検査装置の光学系の例を示す模式図である。図１３の外観検査装置の機能ブロック図である。図１３の外観検査装置の第１照明装置の発光領域を模式的に示す図である。図１３の外観検査装置の時分割撮像動作中の照明装置と一次元ＣＣＤのデータ転送のタイミングを示すタイミングチャートである。図１の外観検査装置の変形例を示す図である。従来のシート状被検査物の検査装置の構成例を示す図である。被検査物に存在する傷の方向性を説明する図である。

以下、本発明の一実施形態に係る外観検査装置について、図面を参照しながら説明する。

（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態にかかる外観検査装置の構成を示す模式図である。図２は、図１の外観検査装置の光学系の例を示す模式図である。

本実施形態にかかる外観検査装置１は、搬送装置（図４符号１１参照）によって搬送される被検査物１００の搬送経路の途中に配置されたリニア撮像素子の一例としてのＣＣＤラインセンサカメラ２によって被検査物を撮像し、撮像された画像データに基づいて被検査物１００の傷や異物混入などを判断するための装置である。

ＣＣＤラインセンサカメラ２による被検査物１００の撮影用照明として、第１照明装置３及び第２照明装置４が設けられている。第１照明装置３及び第２照明装置４は、共にＬＥＤを直線的に配列した線状光源であり、被検査物１００を挟んでＣＣＤラインセンサカメラ２と対向する位置に配置されている。第１照明装置３及び第２照明装置４から被検査物１００に対して照射された光は、被検査物１００を透過し、ＣＣＤラインセンサカメラ２に到達する。

図２に示すように、第１照明装置３は、ＣＣＤラインセンサカメラ２の光軸Ｌ方向に沿って光を照射し、第２照明装置４は、ＣＣＤラインセンサカメラ２の光軸Ｌ方向に対して斜め方向から光を照射するように配置されている。すなわち、第１照明装置３は、ＣＣＤラインセンサカメラ２の撮像視野に対し、直接的に光を照射する明視野としての光源であり、第２照明装置４は、ＣＣＤラインセンサカメラ２に、被検査物１００の投射拡散光を照射する暗視野としての光源として機能する。

第１照明装置３は、例えば、ＬＥＤ発光素子を一列に配列して構成されており、それぞれのＬＥＤ発光素子を区画に分割することで、図３に示すように、延在方向に沿っての第１から第３の発光領域３ａ，３ｂ，３ｃが順番に配置されるように構成されている。それぞれの発光領域３ａ，３ｂ，３ｃは後述するように、照明制御部６により、それぞれ独立して点灯及び消灯が可能に構成されている。なお、各発光領域３ａ，３ｂ，３ｃの幅寸法Ｗは、被検査物１００の大きさや被検査物と第１照明装置３の発光面との距離などに応じて適宜決定すればよく、一定幅に固定されていてもよいし、変更可能に構成されていてもよい。

図４は、本実施形態にかかる外観検査装置の機能ブロック図である。外観検査装置１は機能ブロックとして、制御演算部５、照明制御部６，撮像制御部７を備えている。制御演算部５は、外観検査装置１全体の動作処理を制御するものであり、後述する個別の動作を行なうために画像処理部８，画像合成部９，画像判定部１０を内包する。

照明制御部６は、制御演算部５からの指示を受けて、第１の照明装置３及び第２の照明装置４の点灯制御をする。第１の照明装置３は、上記のように、複数の発光領域３ａ，３ｂ，３ｃを備えているため、当該発光領域ごとに点灯制御が行われる。

撮像制御部７は、制御演算部５からの指示を受けて、搬送装置１１の被検査物１００の搬送速度又はＣＣＤラインセンサカメラ２のデータ転送速度を制御する。

図２に示す光学系について詳細に説明する。ＣＣＤラインセンサカメラ２は、１次元ＣＣＤ撮像素子２ａ（図４参照）を搭載したスチルカメラである。ＣＣＤラインセンサカメラ２は、所定の画角で被検査物１００を撮影可能であり、その光軸Ｌの撮影方向は、図２（ａ）に示すように被検査物１００の法線に等しくなるように配置されている。
ＣＣＤラインセンサカメラ２の光軸Ｌの方向は、被検査物１００に対して若干傾斜するように構成されていてもよいが、あまりに大きくなると第１照明装置３の明視野を確保しにくくなることから、３０度程度までにすることが好ましい。本実施形態のＣＣＤラインセンサカメラ２に使用されているＣＣＤ撮像素子２ａは、カラーＣＣＤである必要はなく、カラーフィルタが設けられていないものが使用されている。

本実施形態にかかる１次元ＣＣＤ２ａ（以下、端にＣＣＤという場合がある。）は、撮像制御部７からの制御により、スキャンレートが変更可能に構成されている。すなわち、被検査物から発せられた光の露光による電荷の蓄積と１次元ＣＣＤ２ａの各セルに蓄積された電荷の転送までに要する時間を変更することができる。なお、スキャンレートが変更になった場合でも、光の露光時間は一定であることが好ましい。ただし、画像全体の明度の調整などを行なうために、特定の光源に対する撮像処理では、他の光源との比較において、露光時間を調整してもよい。

搬送装置１１は、被検査物１００をＣＣＤラインセンサカメラ２の１次元ＣＣＤ２ａのセル列に対して直交する方向（矢印９１）に移動させるものであり、例えばベルトコンベアなどが挙げられる。ＣＣＤラインセンサカメラ２による撮像を行なっている間に、搬送装置１１により被検査物１００が移動することで、ＣＣＤラインセンサカメラ２の撮像領域が逐次変更され、結果的に被検査物の平面画像を撮像することができる。

搬送装置１１は、図４に示すように、撮像制御部７によってその搬送速度を変更可能に構成されており、後述のように制御演算部５からの制御により所定の搬送速度に変更可能に構成されている。

第１照明装置３及び第２の照明装置４は、被検査物１００の搬送方向９１に対して直交するように、すなわち、ＣＣＤラインセンサカメラ２の１次元ＣＣＤ２ａのセル列に対して直交するように設けられる線状光源であり、照明制御部６によって点灯のタイミングが制御されている。照明制御部６は、第１照明装置３については発光領域ごとに、第２照明装置４については全体として点灯のタイミング制御を行う。

第１照明装置３及び第２の照明装置４から照射される光は、単一波長のものでもよいし、白色光であってもよい。また、照明装置ごとに波長帯異なるものが用いられていてもよい。ＬＥＤ照明を用いることで、点灯消灯の応答性がよく、また、ごく短時間の点灯消灯の切り替えをすることができる。また、発光に指向性を強く持たせており、一定方向に向けてスポット的に光を照射することができる。

なお、第１照明装置３は、図示しないリフト機構によって、被検査物１００との距離が変更可能に配置されていてもよい。被検査物１００との距離を異ならせることで発光面から前記被検査物までの距離が近くなると視野が明るくなり、傷による光の散乱が判別しにくくなる一方で、照射される光の傾斜角度の差が各発光領域間で大きくなるため、光学的に敏感な検査が可能となる。すなわち、距離が遠くなると各発光領域からの光の幅方向の傾斜角度が小さくなり、方向性を有する傷の判別を行いにくくなる。なお、これらの観点から、第１照明装置３の発光面から被検査物１００までの距離は、発光領域の幅方向長さとの比が１：１〜１：４になるようにすることが好ましい。

第２照明装置４は、図２（ａ）に示すように共に照射された光が被検査物１００の表面に反射してＣＣＤラインセンサカメラ２に拡散反射光として入力されるように配置される。被検査物１００に対する光の入射角は、第２照明装置４の入射角θ_２は、例えば、入射角θ_２が３０〜６０°程度とすることができる。

第１照明装置３は上記のように幅方向に異なる発光領域３ａ，３ｂ，３ｃが順番に点灯するため、図２（ｂ）に示すように、被検査物１００の特定部位１００ａについては、点灯する発光部位によって光の幅方向の入射角度が異なる。すなわち、特定部位１００ａの直下に位置するある任意の発光領域３ｄが点灯しているときは、第１照明装置３から照射された光Ｌｄは、ほぼ法線方向に特定部位１００ａに入射する。一方で、特定部位１００ａから幅方向にずれた位置に存在する発光領域３ｅが点灯しているときは、第１照明装置３から照射された光Ｌｅは、幅方向に傾斜角θeをもつように傾斜して当該特定部位１００ａに入射する。このため、光Ｌｅは、法線方向から入る光Ｌｄに対して方向性が悪く撮像されにくい傷などについても光を散乱させてＣＣＤラインセンサカメラ２で撮像されやすくすることができる。

次に本実施形態にかかる外観検査装置の動作について説明する。図５は、本実施形態にかかる外観検査装置の動作フローを示す図である。

本実施形態にかかる外観検査装置は、図５に示すように、まず、被検査物１００を時分割で撮像し（＃１）、撮像した画像データを集積してそれぞれの集積画像データを作成し（＃２）、それぞれの集積画像データを合成し、合成画像データを作成し（＃３）、合成画像データに基づいて、異物の混入や表面の傷などの判定処理（＃４）を行なう。

上記の構成を有する本実施形態にかかる外観検査装置では、図６に示すように、搬送装置１１によって被検査物１００をＣＣＤラインセンサカメラ２のＣＣＤ２ａに対して垂直方向９１に移動させる構造となっている。被検査物１００が搬送方向９１に移動することにより、ＣＣＤ２ａにより撮像される撮影領域１０２が移動し、複数の撮影領域１０２における撮像データを組み合わせることにより被検査物１００を平面的に撮像した２次元画像を得ることができる。

また、被検査物１００の移動中のある撮影領域１０２を撮像するタイミングにおいて、第１照明装置の各発光領域及び第２の照明装置の点灯のタイミングをずらすことで、それぞれ光学特性が異なった画像を時分割で撮像することができ、それぞれの画像の撮影角度及び画像中の被検査物の大きさが画素レベルで完全に同一の画像を得ることができる。

したがって、画像の画素と被検査物の特定領域の対応関係が画像間で完全に一致した複数の画像を用いて合成画像を作成するため、簡単かつ高精度に画像の合成処理を行なうことができる。なお、以下の説明では、第１照明装置及び第２の照明装置の点灯を４つの発光タイミングに分けて点灯する例について説明する。ただし、例えば、第１照明装置３の発光領域は３つに限定されるものではなく、２つ又は４つ以上とした場合も同様に処理することができる。

図７は、図５に示す時分割撮像動作のサブフローチャートである。図８は、時分割撮像動作中の照明装置と一次元ＣＣＤ２ａのデータ転送のタイミングを示すタイミングチャートである。

時分割撮像処理動作（＃１）においては、まず、搬送装置１１により被検査物１００の搬送を開始する（＃１０１）。時分割撮像処理の動作中は、搬送装置１１によって被検査物１００を移動させながらＣＣＤラインセンサカメラ２で撮影することで被検査物１００の２次元画像データを撮像することができる。

被検査物１００全体をＣＣＤラインセンサカメラ２で撮像する場合、実際には搬送装置１１が連続的に動作しているため、被検査物１００の撮像領域が漸次変化するが、本実施形態では理解のため、仮想的にその撮像領域を搬送方向に連続する列として分割し、当該列ごとに撮像動作が行なわれるものとして説明する。

被検査物１００がＣＣＤラインセンサカメラ２の撮像領域に搬送された瞬間から１列目の撮像が開始する（＃１０２）。１列目の撮像が行なわれる期間中は、２つの照明装置３，４の各発光領域、すなわち、第１照明装置３の発光領域３ａ，３ｂ，３ｃ及び第２発光装置４の全体点灯が行われ、ＣＣＤラインセンサカメラ２中のＣＣＤ２ａのデータ転送が点灯のタイミングと同期するように４回行なわれる。これにより、１列あたり第１照明装置３の３つの発光領域３ａ，３ｂ，３ｃ及び第２発光装置４の照射に応じた撮像データを得ることができる。

具体的には、ｎ列目（初期値１〜最大値ｎ_max）の撮像（＃１０２）の期間中にｍ番目（初期値１〜最大値ｍ_max）の装置（第１照明装置３の発光領域３ａ，３ｂ，３ｃ及び第２発光装置４）が順番に点灯する（＃１０３）。本実施形態では上記の通り、１列あたりの発光回数は４つであり、１から４番目の発光領域及び照明装置（以下端に発光領域等と略記する。）は、それぞれ第１照明装置３の発光領域３ａ，３ｂ，３ｃ及び第２発光装置４に相当する。

ｍ番目の照明装置が点灯することにより、ＣＣＤラインセンサカメラ２のＣＣＤ２ａが露光し、所定の電荷蓄積時間が経過するとデータ転送を行なう（＃１０４）。データ転送が終了したタイミングでｍ番目の照明装置を消灯させ（＃１０５）、ｍ＋１番目の照明装置を点灯させる（＃１０７）。

この動作を図８のタイミングチャートを用いてより具体的に説明する。上記の通り、搬送装置の搬送速度は一定で、被検査物１００は連続的に移動しているため、微少時間でも経過すると撮像領域１０２は順次変化する。この撮像領域１０２の変化量がＣＣＤ２ａの１画素分の撮像範囲を超えないうちに、４回のＣＣＤ２ａからのデータ転送を行なう。

例えば、あるタイミングｔ_０で特定の撮像領域１０２を撮像したものとする。なお、ｔ_０はどのようなタイミングでもよいが、理解の容易のため、当該撮像の対象となっている撮像領域１０２の前の列の撮像において第２照明装置４が消灯したタイミングとする。

ｔ_０で第１照明装置３の第１発光領域３ａが点灯を開始する。これにより、ＣＣＤ２ａが露光され、ＣＣＤ２ａに電荷が蓄積される。所定時間が経過すると露光が終了し、受光した光量に応じた情報がＣＣＤからデータ転送される（ｔ_１）。そのタイミングで、第１発光領域３ａが消灯し、第２発光領域３ｂが点灯する。

以下、同様にｔ_２で２回目のデータ転送、ｔ_３で第３発光領域３ｃからの光により露光された画像情報が３回目のデータ転送、ｔ_４で第２照明装置からの光により露光された４回目のデータ転送が完了する。なお、各発光領域等の点灯切り替えのタイミングをＣＣＤのデータ転送の終了時にしているのは、発光領域等の応答性を考慮したものであり、複数の照明が点灯した状態でそれぞれの撮像期間（ｔ_０〜ｔ_１、ｔ_１〜ｔ_２、ｔ_２〜ｔ_３、ｔ_３〜ｔ_４）中に露光が行なわれないようにしたものである。すなわち、発光領域等の消灯はデータ転送の開始時、照明装置の消灯はデータ転送の終了時とすることで、２重露光の問題を解消することができる。

以上のように、４つの発光領域等の切り替え及びＣＣＤのデータ転送のタイミングによって、搬送装置の搬送速度を制御することができる。すなわち、例えば、点灯させる発光領域等の数を少なくしたり、ＣＣＤのスキャンレートを短くすれば、１つの列に対して必要なデータ転送を完了させるまでの時間を短くすることができるため、被検査物の搬送速度を早くすることができる。

一方、点灯させる発光領域等を少なくした場合であっても、搬送速度を一定に保ち、１つの列に対してそれぞれの領域の切り替えを複数回ずつ行ない、領域ごとのデータ転送を複数回にわたって確保するようにしてもよい。

すなわち、点灯させる発光領域等の数と同数又は好ましくは整数倍の回数のデータ転送が１つの列に対して行なわれるように搬送速度を制御すればよく、このデータ転送を確保可能な搬送速度に搬送装置１１を制御することができる。

上記の動作をｍ_max番目の発光領域等まで行なうことで、ｎ列目の撮像が終了する。その後、ｍを初期値１にリセット（＃１０９）し、ｎ＋１列目の撮像動作を繰り返し（＃１１０）、最終列であるｎ_max列目まで同様の処理を行なう。なお、最終列であるｎ_max列目は、必ずしも被検査物の搬送方向終端の撮像領域を意味するものではなく、被検査物の特定領域であってもよい。例えば、長尺物のフィルムなど、例えば、特定の長さに区切って撮像を行ない、当該区切られた領域ごとに時分割撮像処理を終了させるようにしてもよい。

ｎ_max列目の撮像が終了すると時分割撮像処理が終了し、集積画像データ作成処理を行なう（＃２）。集積画像データの作成は、画像処理部８がその処理を司る。図９に示すように、時分割撮像処理では、ｋ_１番目、ｋ_２番目などの１つの画素の撮像に時分割撮影された４つの画像データが出力される。また、被検査物１００を撮像するために複数列の撮像処理が行なわれ、それぞれが４つに時分割されたデータ転送を行なうため、各列の同じタイミングの画像を抜き出して集積することにより、集積画像データを作成する。

具体的には、ｎ_１列目のｋ_１番目の画素（Ｄ_ｎ１ｋと表記する）からの出力には、１から４番の発光領域等に対応する転送データ（Ｄ_n1k1-1、Ｄ_n1k1-2、Ｄ_n1k1-3、Ｄ_n1k1-4）が蓄積されている。このように、すべての画素について、照明に対応するデータが存在するため、これらの情報を各照明に応じた画素データとして集積し、集積画像データを作成する。

このようにして作成された集積画像データは、各照明の光学特性に応じた画像となっている。例えば、第１照明装置３の第１の発光領域３ａに対応する画像は、上記のように、明視野の関係にある光源のうち、一部分のみが光った状態で露光された画像データであるため、被検査物表面が平滑である場合は、点灯している発光領域３ａの直状の部分については、幅方向に垂直な光により明るく撮像され、点灯していない発光領域の部分は幅方向に傾斜した光により撮像されて暗くなるような画像となる。点灯していない発光領域の部分は，幅方向に傾斜した光により撮像されるため、幅方向に方向性を有する傷について撮像されやすくなっている。

また、第２照明装置４に対応する画像は、被検査物の幅方向全体が搬送方向に傾斜した方向に照射された光によって露光された画像データであるため、被検査物表面が平滑である場合は、正常な部分が暗く、異物などにより光の正反射が妨げられた部分が明るくなるような画像となる。また、光の入射角度が第１照明装置３と搬送方向に異なることで搬送方向に方向性を有する傷についても撮像されやすくなる。

次に複数の集積画像データを用いて合成画像データを作成する（＃３）。合成画像データの作成は、画像合成部９がその処理を司る。合成画像データを作成するための集積画像データは任意のものを組み合わせて作成することができるが、異物が存在する部分の撮像結果が異なるような特徴を持つ集積画像データ同士を用いて作成することが好ましい。

作成する合成画像データの数は特に制限されるものではなく、必要に応じて複数作成してもよいし、また、一次的に作成された第１次合成画像データ同士あるいは第１次合成画像データと集積画像データを用いて第２次合成画像データを作成してもよい。

本実施形態では、合成画像データとして、第１から第３の発光領域がそれぞれ発光した状態で撮像された３つの集積画像データを加算合成した第１合成画像、及び、異なる発光領域が点灯している状態の複数の集積画像データのうち、ＣＣＤラインセンサカメラ２のＣＣＤ２ａの特定の領域に存在する一部の画素のみの情報を切り出して１つに合成した第２合成画像を作成する。

まず、第１合成画像の作成について説明する。第１合成画像データの作成においては、使用する複数の集積画像データのそれぞれ対応する各画素の数値（例えば明度）を加算し、当該各画素の加算値に応じて画像を作成することができる。

図１０に第１合成画像データの作成の処理の模式図を示す。第１から第３の発光領域がそれぞれ発光した状態で撮像された３つの集積画像データを加算合成した者であり、図１０の例では、集積画像データに鮮明にｎ_２列Ｋ_２番及びｎ_３列Ｋ_３番の部分に傷が存在するものとする。上記の通り、第１の集積画像データでは、当該傷は方向性により撮像されにくく傷が判別しにくいが、第２の集積画像データでは、幅方向に斜めから照射される光により、当該部分に傷が撮像されている。高くなる。

したがって、各集積画像データの各部分の対応する明度の加算値を取ると異物が撮像されている部分の画素の明度の幅が増幅され、周囲の正常な部分との際が際だつこととなる。

次に第２合成画像の作成について説明する。図１１は第２合成画像データの作成を模式的に示す図である。上記のように第２合成画像は、異なる発光領域が点灯している状態の複数の集積画像データのうち、ＣＣＤラインセンサカメラ２のＣＣＤ２ａの特定の領域に存在する一部の画素のみの情報を切り出して１つに合成したものである。

本実施形態においては、切り出される画素は、点灯していない発光領域３ａ，３ｂ，３ｃに対応する画素であり、具体的には、第１から第３の集積画像データから、幅方向に斜めに照射された光により撮像された部分に相当する画素のみを切り出した画像を合成し手作成している。すなわち、図１１に示す第１照明装置３の発光領域３ａ，３ｂ，３ｃのうち、○印を付した点灯している発光領域の周囲を除いた部分２ｐを撮像した画素の画像データのみを各集積画像データから集めて１つの画像として合成したものが第２合成画像である。

なお、合成画像データの作成に用いる集積画像データの組み合わせ及び作成する合成画像データの数は、特に制限されるものではなく、検査する被検査物１００の性状に応じて適宜自由に選択することができる。このように合成画像データを作成することで、被検査物の性状により適応した画像の作成ができ、後述の判定処理における判定を確実にすることができる。

このようにして作成された合成画像データは、幅方向に照射方向が異なる複数の集積画像データを用いて作成されているため、方向性により撮像されにくい傷がより明確に視認できるようになる。

その後、合成画像に基づいて、画像判定部１０が判定処理を行なう。本実施形態では、上記のように画像合成部９により作成された第１及び第２の合成画像データ及び第２発光装置４の点灯時に撮像された集積画像データの３つの撮像データを用いて欠陥判定を行う。

本実施形態にかかる外観検査装置によれば、単一のカメラを用いて幅方向及び搬送方向に照射角度が異なる光を照射された被検査物を一度の搬送で画素レベルの精細度を持って時分割撮像するため、異なる光学特性を有する複数の画像データの画角及び撮像領域を画素レベルで同じにできる。したがって、合成画像の作成が容易であり、それぞれの画像では十分に判別できないような細かな傷を検査することができる。

（第２実施形態）
図１２は、本発明の第２実施形態にかかる外観検査装置の光学系の例を示す模式図である。図１３は、第２実施形態にかかる外観検査装置の機能ブロック図である。

本実施形態にかかる外観検査装置２０は、搬送装置２１によって搬送される被検査物１００の搬送経路の途中に配置されたＣＣＤラインセンサカメラ２２によって被検査物を撮像し、撮像された画像データに基づいて被検査物１００の傷や異物混入などを判断するための装置である。

第２実施形態にかかる外観検査装置２０は、おおむね第２実施形態にかかる外観検査装置１と処理内容については共通するが、設置されている光学系が異なる。以下、異なる光学系について中心に説明する。

ＣＣＤラインセンサカメラ２２による被検査物１００の撮影用照明として、第１照明装置２３及び第２照明装置２４が設けられている。

第１照明装置２３及び第２照明装置２４は、被検査物に到達してＣＣＤラインセンサカメラ２２に入射する光の光学特性を異ならせるために、照射する光の射出方向が異なるように配置されている。

第１照明装置２３は、例えば、異なる波長域をピークとする３つの波長の光を照射することができるＬＥＤ発光素子をブロックに区分して一列に配列して構成されており、各色のＬＥＤ発光素子を区画に分割することで、図１４に示すように、延在方向に沿って３つの発光領域２３Ｒ，２３Ｂ，２３Ｇが順番に配置されるように構成されている。それぞれの発光領域２３Ｒ，２３Ｂ，２３Ｇは後述するように、照明制御部６により、それぞれ独立して点灯及び消灯が可能に構成されている。

図１２に示す光学系について詳細に説明する。ＣＣＤラインセンサカメラ２２は、１次元ＣＣＤ撮像素子３ａ（図１３参照）を搭載したスチルカメラである。ＣＣＤラインセンサカメラ３は、所定の画角で被検査物１００を撮影可能であり、その撮影方向は、被検査物１００の法線に対して角度θ_１となるように配置されている。角度θ_１はごく小さく構成され、５〜１５度程度であることが好ましい。本実施形態のＣＣＤラインセンサカメラ２２に使用されているＣＣＤ撮像素子２２ａは、カラーＣＣＤである必要であり、それぞれの画素に第１照明装置２３の各色の波長域の光のみを透過する、カラーフィルタ２２ｂが設けられている。

第１照明装置２３及び第２照明装置２４は、被検査物１００の搬送方向に対して直交するように設けられる線状光源であり、照明制御部９によって点灯のタイミングが制御されている。第１照明装置２４から照射される光は、上記の通り、異なる３つの波長域をピークとする光であり、照明制御部９による制御によって、それぞれの波長の光を切り替えて照射することができるようになっている。第２照明装置２４から照射される光は、白色光が用いられている。

第１照明装置２３は、図１２に示すように、照射された光が被検査物１００の表面に反射してＣＣＤラインセンサカメラ２２に正反射光として入力されるように配置される。被検査物１００に対する光の入射角θ_１は、カメラの撮影方向と同じに構成されている。

なお、第１照明装置２３は、図示しないリフト機構によって、被検査物１００との距離が変更可能に配置されていてもよい。被検査物１００との距離を異ならせることで発光面から前記被検査物までの距離が近くなると視野が明るくなる一方で、距離が遠くなると照射される光の傾斜角度が大きくなるため光学的に敏感な検査が可能となる。なお、第１照明装置２３の発光面から被検査物１００までの距離は、発光領域の幅方向長さとの比が１：１〜１：４になるようにすることが好ましい。

第２照明装置２４は、図１２に示すように共に照射された光が被検査物１００の表面に反射してＣＣＤラインセンサカメラ２３に拡散反射光として入力されるように配置される。第２照明装置２４の入射角θ_２は、例えば、３０〜６０°程度とすることができる。

次に本実施形態にかかる外観検査装置の動作について説明する。第２実施形態にかかる外観検査装置の動作は、光を照射する第１照明装置２３及びＣＣＤラインセンサカメラ２２のデータ転送のタイミングの切り替えが異なり、他の処理動作はおおむね第１実施形態にかかる外観検査装置の動作と共通である。

本実施形態にかかる外観検査装置２０においても被検査物１００の移動中のある撮影領域１０２を撮像するタイミングにおいて、第１照明装置２３の各発光領域２３Ｒ，２３Ｇ，２３Ｂ及び第２の照明装置２４の点灯のタイミングをずらすことで、それぞれ光学特性が異なった画像を時分割で撮像することができ、それぞれの画像の撮影角度及び画像中の被検査物の大きさがほぼ同一の画像を得ることができる。

本実施形態にかかる外観検査装置においては、第１照明装置２３のすべての発光領域の点灯及び第２の照明装置２４の点灯を２つの発光タイミングに分けて点灯する。

図１５は、時分割撮像動作中の照明装置と一次元ＣＣＤ２２ａのデータ転送のタイミングを示すタイミングチャートである。搬送装置２１の搬送速度は一定で、被検査物１００は連続的に移動しているため、微少時間でも経過すると撮像領域１０２は順次変化する。本実施形態においては、この撮像領域１０２の変化量がＣＣＤ２２ａの１画素分の撮像範囲を超えないうちに、２回のＣＣＤ２２ａからのデータ転送を行なう。

例えば、あるタイミングｔ_０で特定の撮像領域１０２を撮像したものとする。なお、ｔ_０はどのようなタイミングでもよいが、理解の容易のため、当該撮像の対象となっている撮像領域１０２の前の列の撮像において第２照明装置２４が消灯したタイミングとする。

ｔ_０で第１照明装置２３の３つの発光領域２３Ｒ，２３Ｇ，２３Ｂが同時に点灯を開始する。上記のように、本実施形態においては、ＣＣＤの各画素にカラーフィルタ２２ｂが設けられているため、ＣＣＤ２２ａの各画素は、それぞれの発光領域からの各色の波長域のみを判別してＣＣＤ２２ａの各画素で撮像する。各発光領域からの光の光量に応じた情報がＣＣＤからデータ転送される（ｔ_１）。そのタイミングで、３つの発光領域２３Ｒ，２３Ｇ，２３Ｂが消灯し、第２発光領域２４が点灯する。以下、同様にｔ_２で２回目のデータ転送し、２回目のデータ転送が完了する。

以上のように、４つの発光領域等の切り替え及びＣＣＤのデータ転送のタイミングを同期させることにより、搬送装置の搬送速度を制御することができる。また、１つの画素に対するデータ転送のタイミングを２つにすることにより、１画素あたりの露光時間を短くし高速に搬送させることが可能になる。

一方、１つの列に対してそれぞれの領域の切り替えを複数回ずつ行ない、領域ごとのデータ転送を複数回にわたって確保するようにしてもよい。また、３つの発光領域を１度に点灯させる場合の他、光領域の点灯のタイミングを、ＣＣＤ２２ａのデータ転送動作ごとに行うように制御すれば点灯のタイミングは特に問わない。たとえば、１つの発光領域ごとに点灯させてもよいし、２つと１つの発光領域に分けて点灯させてもよい。

以下、被検査物１００に対するすべての列の撮像が終了すると時分割撮像処理が終了し、集積画像データ作成処理及び判定処理を行なう。

以上説明したように、本実施形態にかかる外観検査装置によれば、単一のカメラを用いて幅方向及び搬送方向に照射角度が異なる光を照射された被検査物を一度の搬送で高度の精細度を持って時分割撮像することができる。また、第1照明装置２３の各発光領域からの光は、ＣＣＤ２２ａの各画素に付されたカラーフィルタ２２ｂにより判別して撮像されるため、３つの発光領域を同時に点灯することにより、１画素あたりの撮像時間を短くすることができる。

なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、その他種々の態様で実施可能である。例えば、図１６に示すように、第１実施形態において、第１照明装置３を一体的に発光するように構成し、第２照明装置４を複数の発光領域４ａ，４ｂ，４ｃに分割して、照明制御部により、それぞれ独立して点灯及び消灯が可能に構成してもよい。

また、例えば、本実施形態では、いずれも集積画像データに基づいて合成画像データを作成し、当該合成作成データにより欠陥を判定しているが、撮像条件によっては、修正画像データを用いて欠陥判定を行うようにしてもよい。

１，１ａ，２０外観検査装置
２，２２ＣＣＤラインセンサカメラ
２ａ，２２ａＣＣＤ
３，２３第１照明装置
３ａ第１発光領域
３ｂ第２発光領域
３ｃ第３発光領域
４，２４第２照明装置
５制御演算部
６照明制御部
７撮像制御部
８画像処理部
９画像合成部
１０画像判定部
１１，２１搬送装置
２３ＲＲ発光領域
２３ＧＧ発光領域
２３ＢＢ発光領域
２２ｂカラーフィルタ

Claims

搬送装置により搬送されるシート状の被検査物の表面を撮像した画像を用いて、前記被検査物の欠陥を検査する外観検査装置であって、
前記被検査物の搬送方向に交差する方向にセル列が配置されるリニア撮像素子と、
前記リニア撮像素子のセル列に沿った方向に配列されそれぞれ独立して点灯可能な複数の発光領域を有する線状の照明装置と、
前記複数の発光領域の点灯のタイミングを前記リニア撮像素子のデータ転送動作ごとに行うように制御する照明制御部と、
前記リニア撮像素子で撮像された発光領域が異なる複数の画像に基づいて前記被検査物の欠陥を検査する画像判定部とを備えることを特徴とする、外観検査装置。
前記照明装置は、発光面から前記被検査物までの距離と前記発光領域の幅方向長さの比が１：１〜１：４になるように配置されていることを特徴とする、請求項１に記載の外観検査装置。
前記照明装置は、発光面から前記被検査物までの距離を変更可能に配置されていることを特徴とする、請求項１又は２に記載の外観検査装置。
前記搬送装置により搬送される被検査物の所定の領域が前記リニア撮像素子の撮像領域内にある時間内に、前記リニア撮像素子から複数回のデータ転送が可能となるように、前記搬送装置の搬送速度又は前記リニア撮像素子の転送速度を制御する撮像制御部と、
前記リニア撮像素子から転送された複数の画像データを同じ前記発光領域が点灯した画像データごとに集積して集積画像データを作成する画像処理部と、をさらに備えることを特徴とする、請求項１から３のいずれか１つに記載の外観検査装置。
さらに、前記画像処理部により作成された集積画像データを合成し、合成画像データを作成する画像合成部と、を備えることを特徴とする、請求項４に記載の外観検査装置。
前記画像合成部は、複数の集積画像データの各画素の値を加算して１つの合成画像データとすることを特徴とする、請求項５に記載の外観検査装置。
前記画像合成部は、異なる発光領域が点灯している状態の複数の集積画像データのうち、リニア撮像素子の特定の領域に存在する一部の画素のみの情報を切り出して１つの合成画像データとすることを特徴とする、請求項５又は６に記載の外観検査装置。
前記画像合成部が切り出すリニア撮像素子の特定の領域に存在する一部の画素は、前記点灯していない発光領域に対応する画素であることを特徴とする、請求項７に記載の外観検査装置。
前記照明装置は、前記被検査物を挟んで前記リニア撮像素子と対向する位置に、前記リニア撮像素子の光軸方向に光を照射するように配置されていることを特徴とする、請求項１から８のいずれか１つに記載の外観検査装置。
さらに、前記被検査物を挟んで前記リニア撮像素子と対向する位置に、前記リニア撮像素子の光軸方向に対して斜め方向から光を照射するように配置されている第２照明装置を有することを特徴とする、請求項１から９のいずれか１つに記載の外観検査装置。