JP2015161566A - 撮像システム、照明手段 - Google Patents

Abstract

【課題】簡易な構造で、被撮像物の体軸の直角方向の全周を同時に撮像する。
【解決手段】撮像システム１では、一端側が小径に他端側が大径に開口した錐形筒状を成す反射面１２を内側に有する反射手段１０を用い、その内側の錐状台形空間に被撮像体５を位置させる撮像空間２０を確保する。反射手段１０の大径の開口側には、反射面１２と同軸となる筒形の発光面９４を有する照明手段９０を配置する。照明手段１０によって撮像空間２０内に光を照射しながら、撮像手段６０を用いて、反射手段１０の反射面１２で反射した被撮像体５の反射像を撮像する。
【選択図】図１

Description

本発明は、被撮像体の全周を同時に撮像するための撮像システム及び照明手段に関する。

従来、様々な部品、部材に対して、カメラによって周囲を撮像して検査することが行われている。例えば、雄ねじに関していえば、螺旋溝が正しく形成されているか否か、検査しなければならない。この場合、撮像システムでは、雄ねじを保持しながら、９０度ずつ回転させて、カメラによって、四方向の側面画像を撮像し、これらによって、螺旋溝の形成状態を画像解析によって判定する。

これら撮像システムは極めて幅広い分野で利用されており、被撮像体としては、雄ねじ以外に、ボールスプラインのスプライン軸や、鉛筆等の筆記具、飲料ボトル、各種線材や棒材など多岐にわたる。その材料も、金属、樹脂、繊維など多岐にわたる。撮像システムによる撮像目的も、傷等の外観検査、形状測定、異物検知、Ｘ線等を用いた内部検査など多岐にわたる。

特開２０１０−５４２３１

しかしながら、これらの撮像システムでは、被撮像体を回転させる必要があり、その回転精度に誤差が生じると、正しい映像を取得できなくなる。一方、被撮像体を固定し、カメラ側を回転させることも考えられるが、その場合、撮像システムの構造が複雑化する。

また、被撮像体が大量生産品の場合は、それぞれの被撮像体を高速に撮像する必要があるが、一つずつ被撮像体を回転させていると、撮像に時間を要し、量産ラインに導入することが困難になるという問題がある。

また、特許文献１に開示されている技術の場合、被撮像体を回転させずとも被撮像体の全周相当分の撮影像を得ることが可能である反面、撮像手段に最も近い被撮像体の部位である真正面部と両脇部とでは、各部位から撮像手段を構成する受光面までの距離差が被撮像体の半径相当程あって、光路長差が非常に大きくなる。そのため、被撮像体の各部を高精度に撮像しようとする場合、極めて深い被写界深度の撮像手段を用いても被撮像体の全体に亘ってピントを合わせた像を得ることが出来ないという問題がある。

本発明は、上記問題点に鑑みて本発明者の鋭意研究により成されたものであり、簡易な構造によって、高精度且つ高速に被撮像体の全周を、全体にピントを合わせつつも同時に撮像可能とする撮像システムを提供することを目的とする。

即ち、上記目的を達成する本発明は、一端側が小径に他端側が大径に開口した錐形筒状を成す内周を反射面とする反射手段と、前記反射手段の内側の錐状台形空間に、被撮像体を位置させて前記被撮像体の中心を通る体軸直角方向の多方位からの像を撮像可能とする撮像空間と、前記反射手段の前記大径の前記開口側において前記反射面と略同軸状に配置され、内側に向かって光を放射する略筒形の発光面を有する照明手段と、前記被撮像体を前記撮像空間内に保持させた状態で、前記照明手段によって前記撮像空間内に光を照射して、前記反射手段の前記反射面で反射した前記被撮像体の反射像を撮像する撮像手段と、を備えることを特徴とする撮像システムである。

上記撮像システムに関連して、前記照明手段は、前記発光面内において部分的に光を放射する部分発光領域を有し、前記部分発光領域を経時的に軸方向及び／又は周方向に推移させることを特徴とする。

上記撮像システムに関連して、前記照明手段は、前記部分発光領域を軸方向及び／又は周方向に複数有してなり、複数の前記部分発光領域を点灯させることで、前記部分発光領域を軸方向に推移させることを特徴とする。

上記撮像システムに関連して、前記部分発光領域が、円筒形であることを特徴とする。

上記撮像システムに関連して、前記反射手段の前記反射面は、円錐状であることを特徴とする。

上記撮像システムに関連して、前記反射手段は、表面反射鏡であることを特徴とする。

上記撮像システムに関連して、前記反射面において反射された前記被撮像体の反射像を撮像して得られた撮像画像と、予め登録したマスター画像とを比較して、これら該撮像画像と該マスター画像との一致度を算出する画像一致度算出手段を有することを特徴とする。

上記撮像システムに関連して、前記画像一致度に応じて合否判定を行う合否判定手段を有することを特徴とする。
上記目的を達成する本発明の照明手段は、内側に向かって光を放射する筒形の発光面を有することを特徴とする。

また、上記照明手段に関連して、照明手段は有機ＥＬによって構成される発光面を内面側に向けて筒状に構成されることを特徴とする。

また、上記照明手段に関連して、照明手段は、自発光する発光素子の発光面より内側に導光機能及び／又は光拡散機能を有する筒面状発光化手段を有することを特徴とする。

本発明によれば、簡潔な構造でありながらも、被撮像体の体軸直角方向の全周を高速かつ高精度に撮像することが出来るようになる。

本発明の実施形態に係る撮像システムの全体構成を示す側面図である。 同撮像システムの同軸化繰送手段の構成を拡大して示す、（Ａ）上面図、（Ｂ）Ｂ−Ｂ矢視上面図、（Ｃ）Ｃ−Ｃ矢視上面図である。 同撮像システムによる合格部品の振り分け態様を示す側面図である。 同撮像システムによる不合格部品の振り分け態様を示す側面図である。 同撮像システムにおける反射面の他の構成態様を示す底面図である。 同撮像システムにおける振分手段の他の構成態様を示す側面図である。 同撮像システムにおける撮像手段の他の配置態様を示す側面図である。 同撮像システムにおける開放保持機構の他の構成例を示す（Ａ）側面図、（Ｂ）上面部分断面図である。 同撮像システムにおける開放保持機構の他の構成例の動作状態を示す上面部分断面図である。 従来の撮像システムの撮像状態を示す図である。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。なお、本実施形態では、被撮像物として雄ねじ体を選定し、この雄ねじの螺旋溝の形成状態を検査するために、撮像システムを用いる場合について例示するが、被撮像物としては雄ねじ体に限定されるものではない。

図１は、本実施形態に係る撮像システム１を示す。この撮像システム１は、反射手段１０と、反射手段１０の内側に設けられる撮像空間２０と、撮像空間２０内に被撮像物（以下、雄ねじ体５）を位置させる同軸化繰送手段３０と、雄ねじ体５の反射像を撮像する撮像手段６０と、画像一致度算出手段７０と、合否判定手段７５と、振分手段８０と、照明手段９０を備える。

反射手段１０は、一端側が小径で他端側が大径に開口した錐形筒状を成しており、その内周を反射面１２としている。また反射手段１０は、小径となる一端側の開口１６Ａが鉛直上方となり、大径となる他端側の開口１６Ｂが鉛直下方となる状態で、錐軸１４が鉛直方向と平行とすることが好ましい。更に本実施形態では、反射手段１０が円錐となっており、その反射面１２の角度は、錐軸１４に対して略４５度となっている。一端側の開口１６Ａを介して雄ねじ体５が内部に挿入され、他端側の開口１６Ｂを介して雄ねじ体５が外部に放出される。

反射面１２は、いわゆる表面反射鏡とすることが好ましい。この表面反射鏡は金属表面に鏡面仕上げ加工等を施して得ることが出来る他、スパッタリングミラーとも呼ばれる、図１の領域Ｘに拡大して示されるように、例えば、ガラス等の基材１２Ａの表面に鏡面材料を付着させて金属膜１２Ｂを形成し、この金属膜１２Ｂの反ガラス側面を鏡面処理した構造が代表的である。従って、反射面１２は、金属膜１２Ｂの反ガラス側に形成され、ガラスを介することなく、直接、反射面１２に雄ねじ体５を映り込ませる。結果、ガラスの厚さの影響（屈折や多重反射等の影響）を受けることなく映像を反射することができるので、反射像の形状の乱れが大幅に抑制される。勿論、通常の光透過性材料の背面に金属膜が形成される一般的な鏡を用いることもできる。

なお、本撮像システム１のように、円錐形筒状を成す反射手段１０の円錐形状の錐軸１４からの傾斜角を略４５度とすると次の利点が得られる。撮像空間２０内の錐軸１４に沿った様々な箇所を始点とし、反射面１２でそれぞれ反射され錐軸１４に対して直交する直交面（ここでは撮像面６０Ａ）中に対応する各点を終点とした場合、視点から終点まで光路長が至る所で等しくなる。結果、各部の至る所で、撮像手段６０のピントを合わせることが可能となる。従って、この錐軸１４に対して同心となる棒状材料（ここでは雄ねじ体５の軸部）を撮像する場合に、表面の凹凸相当距離を除けば、上述と同様の結果を得ることが出来る。勿論、ここで、被写界深度の深い光学系を採用した撮像手段を用いる場合には、被撮像物の表面に多少の凹凸があっても全周に亘って高解像度にピントを合わせることが可能となる。また、撮像される映像の縮尺が、反射手段１０を用いずに、錐軸１４を側面から撮像した状態と一致させることもできる。

撮像空間２０は、この反射手段１０の内側に形成される円錐台形空間となる。この円錐台形空間内に雄ねじ体５を位置させる。結果、撮像手段６０は、雄ねじ体５の周囲を取り囲む反射手段１０を介して、雄ねじ体５の中心を通る体軸５Ａの直角方向の全方位から同時撮像可能とする。

同軸化繰送手段３０は、反射手段１０の錐状台形の中心を通る錐軸１４と、雄ねじ体５の体軸５Ａを同軸化しつつ、雄ねじ体５を保持して、撮像空間内２０の所定位置に雄ねじ体５を配置する。なお、本実施形態では、反射手段１０の錐軸１４が鉛直方向に平行となっているので、雄ねじ体５の体軸５Ａも鉛直方向に平行となる。

同軸化繰送手段３０は、鉛直方向に配置される筒状部３２と、この筒状部３２の下端側に配置される開放保持機構４０を備える。筒状部３２は、自身の筒軸が、反射手段１０の錐軸１４の延長線上に沿って配置され、一端となる上方の開口は、雄ねじ体５が投入される投入口３２Ａとなり、他端となる下方の開口は、雄ねじ体５を放出する放出口３２Ａとなる。この放出口３２は、小径側の開口１６Ａの近傍に位置する。筒状部３２の内径は、雄ねじ体５の頭部外形と比較して、少しだけ大きく設定されており、一つ以上、好ましくは複数の雄ねじ体５を内部に収容し、且つ鉛直方向に整列させる。具体的に筒状部３２の内周断面形状は、上方の投入口３２Ａ側は、雄ねじ体５の頭部の最大径よりも大きな円形に設定されているが、下端の放出口３２Ａに進むにつれて、雄ねじ体５の頭部の六角形状と略同形状となっている。結果、筒状部３２は、雄ねじ体５の周方向の整列も行う。この際、筒状部３２は、振動装置によって微細振動させてもよい。但し、撮像時には当該微細振動を停止させることが好ましい。

図２に拡大して示されるように、開放保持機構４０は、筒状部３２の放出口３２Ｂの外側に連続するように配置される保持部４２と、この保持部４２を、放出口３２Ｂの半径方向に進退させる駆動部４４と、保持部４２全体を、反射手段１０に対して錐軸１４の直角方向全方位に移動させる位置決め手段５０を備える。保持部４２は、放出口３２Ｂの内径よりも半径方向内側に突出可能な複数の係合突起４２Ａを備える。駆動部４４によって、複数の係合突起４２Ａを放出口３２Ｂ（図２では図示省略）の内側に進入させると、係合突起４２Ａが雄ねじ体５の頭部の段差と係合して、雄ねじ体５を保持することが可能となる。一方、係合突起４２Ａを放出口３２Ｂの外側に退避させると、雄ねじ体５との係合状態が開放され、雄ねじ体５が鉛直下方に落下する。更に保持部４２は、係合突起４２Ａに連続するようにして、雄ねじ体５の頭部の側面、より好ましくは雄ねじ体５の軸部の付け根を挟み込む複数の押圧面４２Ｂを有する。従って、駆動部４４によって、複数の押圧面４２Ｂを放出口３２Ｂの内側に進入させると、押圧面４２Ｂが雄ねじ体５の頭部の側面を両側から挟み込んで、若しくは雄ねじ体５の軸部の付け根を複数方位（好ましくは多方位）から挟み込んで、雄ねじ体５の姿勢を固定する。これにより、雄ねじ体５の体軸５Ａが、鉛直方向と強制的に平行となる。

位置決め手段５０は、反射手段１０の錐軸１４に対して直角方向に移動するいわゆるＸ−Ｙステージであり、Ｘステージ５２とＹステージ５４を備えて構成される。これにより、保持部４２の中心（雄ねじ体５の体軸５Ａ）をＸ−Ｙ平面内で自在に移動させることができ、体軸５Ａと錐軸１４を同軸化できる。この同軸制御は、後述する撮像手段６０によって雄ねじ体５の下端面を撮像し、画像解析することによって行う事が好ましい。なお、ここでは開放保持機構４０が位置決め手段５０を有する場合を例示しているが、保持部４２の形状のみによって雄ねじ体５の体軸５Ａの同軸化が達成される場合は、この位置決め手段５０を省略できる。また、ここでは特に図示しないが、位置決め手段５０は、必要に応じて、保持部４２をＺ方向に移動させる移動手段を備えることも可能である。

筒状部３２の下端側には、雄ねじ体５の通過を検知するセンサ５８が設けられる。このセンサ５８は近接センサであり、筒状部３２の最下端近傍において、次の撮像用として待機する雄ねじ体５の通過状態を検知する。具体的にセンサ５８は、待機中の雄ねじ体５の軸部の途中に配置されており、その雄ねじ体５の頭部がセンサ５８に接近すると通過信号を発する。従って、駆動部４４が保持部４２を退避させることによって、撮像が完了した雄ねじ体５を開放して落下させると、筒状部３２の下端で待機中の雄ねじ体５がこれに追従して筒状部３２内を落下し、センサ５８が通過信号を発する。駆動部４４がこの通過信号を受信すると、保持部４２を再び進入させて、係合突起４２Ａによって雄ねじ体５の頭部を受け止める。その後、駆動部４４は更に保持部４２を進入させて、押圧面４２Ｂによって頭部の側面若しくは雄ねじ体５の軸部の付け根部位を挟み込んで、雄ねじ体５の保持位置を固定させる。

以上の動作を繰り返すことにより、開放保持機構４０は、筒状部３２の内部に収容される雄ねじ体５について、筒状部３２の通過の可否を規定することで、順番に雄ねじ体５を繰送できる。具体的には、通過可能状態と通過不可状態とを切り替え、通過可能状態では雄ねじ体５を開放し、通過不可状態では雄ねじ体５を保持する。この開放保持機構４０は、通過不可状態では雄ねじ体の体軸５Ａと錐軸１４を同軸化しつつ、雄ねじ体５の軸部を撮像空間２０に位置させる。

図１に戻って、撮像手段６０は、反射手段１０の錐軸１４と同軸状態で鉛直下方に配置されるカメラであり、反射面１２から得られる反射光の光軸（進行方向）と、自身の光軸（撮像方向）が一致する。この撮像手段６０は、本実施形態ではＣＣＤカメラ又はＣＭＯＳカメラ等の受光素子からなる平坦な受光面を有し、反射手段１０の反射面１２で反射した反射像、具体的には雄ねじ体５の軸部の全方位像を撮像する。なお、この撮像手段６０は、できる限り被写界深度が大きい状態、又は焦点深度が大きい状態で用いることが望ましい。

照明手段９０は、内側に向かって光を放射する円筒形状の発光面９４を有している。この照明手段９０は、反射手段１０の大径となる他端側の開口１６Ｂにおいて、反射手段１０と撮像手段６０の間を結ぶ反射光の光路の周辺を取り囲むように、反射面１２と略同軸状に配置される。発光面９０の軸方向の長さは、雄ねじ体５の軸方向長さ（撮像長さ）と比較して大きい方が好ましい。発光面９４は、例えば有機ＥＬのように、積層材料自体が拡散光として直接発光するものが好ましいが、この他にも、ＬＥＤ等の光を円筒面内に導く筒面状発光化手段を用いることも出来る。この筒面状発光化手段は、ＬＥＤ等の光を導く導光機能と、光拡散機能を有し、これらの機能によって発光面９４をほぼ均等に発光させることが出来るように構成するようにしても良い。この際、導光機能を有する導光板は、ＬＥＤ等の自発光光源の半径方向内側又は軸方向内側に配置して光を拡散板（光拡散機能）まで案内する。このように、照明手段９０の円筒状の発光面９４を、雄ねじ体５に対して軸方向にずらしつつ、発光面の角度も雄ねじ体５と対向しない状態で配置し、発光面９４から軸心方向に拡散的に光を照射して間接的に雄ねじ体５を照らす。この結果、撮像手段６０によって撮像される映像のハレーション（局所的に白くぼやける現象）を著しく抑制できる。ちなみに、照明手段の発光面を雄ねじ体５側に向けて直接的に照らすと、撮像手段６０によって撮像される映像にハレーションが生じやすいことが、本発明者の検証で明らかとなっている。

更にこの照明手段９０は、発光面９４内において部分的に光を放射できる四つの部分発光領域９５Ａ〜９５Ｄを有する。部分発光領域９５Ａ〜９５Ｄは円筒形状となっていて、これらが軸方向に連なって発光面９４を構成する。

各部分発光領域９５Ａ〜９５Ｄは、互いに独立した有機ＥＬ層で構成されており、個別に電圧を印加することで互いに独立して発光する。一つの部分発光領域が発光している間は、残りの部分発光領域が消灯するように制御すれば、各部分発光領域９５Ａ〜９５Ｄが、部分的に光を照射することになる。四つの部分発光領域９５Ａ〜９５Ｄを適宜点灯させれば、結果として、部分発光領域が軸方向に推移する状態を作り出すことができる。

このように、部分発光領域９５Ａ〜９５Ｄを経時的に軸方向に推移（移動）させながら、雄ねじ体５の複数の映像を撮像すると、ねじ山の影の状態が異なる複数の映像を取得できる。これらの映像を比較することで、影の変動から、ねじ山の形状や深さ、見えにくい欠陥等を推測できる。

なお、ここでは各部分発光領域９５Ａ〜９５Ｄは、互いに独立した有機ＥＬ層とする場合を例示したが、発光面９４全体を、ドット状又はマトリクス状上の有機ＥＬ層とすることで、任意の領域を自在に部分発光領域にすることもできる。また、発光面の表面に液晶層を配置して、任意の領域の光を液晶で遮ることによって、残りの範囲を部分発光領域にすることもできる。

撮像手段６０によって撮像された画像データは、ケーブルや無線等を含む情報伝達手段を介して画像一致度算出手段７０に出力される。画像一致度算出手段７０は、いわゆる演算装置であり、画像データに基づいて各種画像処理や演算処理を実行する。具体的には、予めシミュレーションで作成された、或いは理想的な雄ねじ体を用いて撮像されたマスター画像と、実際の雄ねじ体５を撮像して得られた撮像画像を比較して、画像マッチングによりこれらの一致度を算出する。この一致度に関するデータは、合否判定手段７５に提供される。

合否判定手段７５は、画像一致度に応じて合否判定を行う。画像一致度が所定の閾値を超えて、不一致と判断される場合は、雄ねじ体５の螺旋溝の品質が悪いと判定する。画像一致度が所定の閾値内に収まることで、一致と判断される場合は、雄ねじ体５の螺旋溝の品質が良好と判定する。

なお、画像一致度算出手段７０及び合否判定手段７５は、コンピュータにおいてプログラムが実行されることで実現される。この演算処理の詳細については説明を省略するが、各種の既知の手法を採用することができる。マスター画像、撮像手段６０によって撮像された画像データ、画像一致度算出手段７０や合否判定手段７５によって導出された測定データは、図示を省略したハードディスク等の記憶媒体に記憶されると共に、必要であれば図示を省略した表示装置やプリンタ等に出力する。

図３及び図４に示されるように、振分手段８０は、合否判定手段７５による合否判定結果に基づいて、雄ねじ体５を、二種類以上のグループに機械的に振り分ける。具体的に振分手段８０は、反射手段１０の鉛直下方側且つ撮像手段６０の上方に配置されており、互いに異なる方向に傾斜する合格傾斜面８２Ａ及び不合格傾斜面８２Ｂと、合格傾斜面８２Ａ及び不合格傾斜面８２Ｂを雄ねじ体５の落下位置に進退させる移動装置８４を備える。例えば、開放保持機構４０が、撮像後の雄ねじ体５を開放する際に、落下位置に合格側傾斜面８２Ａを進入させると、雄ねじ体５は合格側回収箱８６Ａに回収される。一方、落下位置に不合格側傾斜面８２Ｂを進入させると、雄ねじ体５は不合格側回収箱８６Ｂに回収される。撮像手段６０による撮像中は、合格傾斜面８２Ａ及び不合格傾斜面８２Ｂを光路から対比させる。なお、ここでは、振分手段８０が合格傾斜面８２Ａと不合格傾斜面８２Ｂを別々に備える場合を例示したが、一つの面の傾斜方向を切り替えることで、雄ねじ体５を二つの方向に振り分けることができる。また、図６に示されるように、合格傾斜面８２Ａと不合格傾斜面８２Ｂの間に撮影干渉回避領域８２Ｃを設けたスライダを用意し、このスライダをガイドレール８５に沿って移動させることで、合格傾斜面８２Ａと不合格傾斜面８２Ｂを切り替えることもできる。撮像手段６０は、この撮影干渉回避領域８２Ｃを介して画像を撮影する。なお、この図６の照明手段９０は、二つの部分発光領域９５Ａ、９５Ｂを有しており、この部分発光領域９５Ａ、９５Ｂが連なって発光面９４を構成している。

なお、本発明は、上述のように傾斜面を用いて合否判定する場合に限られず、複数のカップを用いて合否判定したものを振り分けたり、空圧を用いて雄ねじ体５を動かしたり、プッシャによって雄ねじ体５を押すようにして振り分けたり等、様々な方法を用いることが出来る。

以上、本実施形態の撮像システム１によれば、簡潔な構成で、雄ねじ体５の体軸５Ａに対する直角方向の全方位を、まとめて撮像することが可能となり、撮像時間を大幅に短縮することができる。また、反射手段１０が円錐形の筒状となることから、両端の開口１６Ａ、１６Ｂを介して、一方の開口１６Ａから雄ねじ体５を搬入し、他方の開口１６Ｂから雄ねじ体５を搬出することができる。従って、パーツフィーダ等の自動供給装置と組みあわせることで大量の雄ねじ体５を連続的に撮像することができ、量産ラインに適したシステム構成とすることが出来る。

とりわけ本実施形態では、反射手段１０と同軸状態、かつ、雄ねじ体５から軸方向にずらした状態で、筒形状の発光面９４を有する照明手段９０を配置している。結果、撮像手段６０によって撮像される映像のハレーションを極端に抑制でき、雄ねじ体５の表面欠陥などを高精度に検知することが可能となる。また、発光面９４における部分発光領域９５Ａ〜９５Ｄを軸方向及び／又は周方向に推移させながら、複数の映像を撮像して、映像の変化等を分析すれば、表面の凹凸形状やその深さ、さらには見つかりにくい表面欠陥等を検知することが可能となる。

なお、ここでは反射面１２を円錐形状としたが、多角錐にすることも可能である。例えば、図５（Ａ）に示されるように、被撮像物が円柱であれば反射面１２を円錐にし、図５（Ｂ）に示されるように、被撮像物が三角柱であれば反射面１２を三角錐とし、図５（Ｃ）に示されるように、被撮像物が四角柱であれ反射面１２を四角錐とすることで、適切な撮像が可能となる。この場合は、照明手段９０の発光面９４も、三角筒や四角筒にすることが好ましい。勿論、この他の錐体形状を選定することもできる。

更に、本撮像システム１では、反射面１２が表面反射鏡で構成されるので、一般的な鏡と比較してガラスの屈折や多重反射等の影響を受けないため、撮像結果の形状精度を高めることができる。

反射面１２の傾斜角が略４５度に設定する場合、雄ねじ体５の軸部の軸方向に沿った様々な箇所を始点とし、反射面１２でそれぞれ反射されて、錐軸１４に対して直交する撮像面６０Ａに対応する各点を終点とした場合、始点から終点まで光路長が至る所で等しくなる。更に、雄ねじ体５（被撮像体）の軸部（測定対象表面）の体軸直角方向の断面形状と、反射面１２の錐軸直角方向の断面形状を相似させているので、雄ねじ体５の軸部の周方向に沿った様々な箇所を始点とし、反射面１２でそれぞれ反射されて、錐軸１４に対して直交する撮像面６０Ａに対応する各点を終点とした場合、同様に始点から終点まで光路長が至る所で等しくなる。結果、雄ねじ体５の軸部のあらゆる表面の至る所で、その表面自体の凹凸（螺旋溝）の差異を除けば、全ての光路長が等しくなるので、全方位について同時に光撮像手段６０のピントを合わせることが可能となる。結果、この錐軸１４に対して同心となる棒状材料（ここでは雄ねじ体５の軸部）を撮像する場合に、螺旋溝の凹凸相当距離を除けば、ピントを容易に合わせが極めて容易となる。また、雄ねじ体５の体軸５Ａの軸方向の実寸と、同心円状となる撮像結果の半径方向の実寸が、ほぼ一致するので、高精度の形状判定に適している。なお、図１０に示されるように、雄ねじ体５の軸部側面を、撮像手段６０によって直接撮像する場合は、撮像手段に接近する正面位置Ｒと、撮像手段から最も離れた両脇位置Ｑとの間で光路長が大きく異なるので、被写界深度を大きくしても、同時に双方にピントを合わせることが極めて困難となる。この傾向は、呼び径の大きさに比例して顕著となる。

更に本撮像システム１では、反射手段１０の錐軸１４及び雄ねじ体５の体軸５Ａを鉛直方向にしているので、自然落下を用いて雄ねじ体５を反射手段１０内から搬出できる。従って、雄ねじ体５の搬送機構を簡略化することが可能となる。具体的には、シュータ又はフィーダとなる筒状部３２を用いて、自重落下方式によって雄ねじ体５を搬送し、同軸化繰送手段３０が、この最も下端の雄ねじ体５を保持して、雄ねじ体５の軸部を撮像空間２０内に固定する。撮像完了後は、同軸化繰送手段３０が、雄ねじ体５を開放して落下させるだけで、搬出が完了する。従って、高コストとなるロボットハンド等を用いず、同軸化繰送手段３０の構成も簡潔化できる上、高速処理が可能となる。

この際、雄ねじ体５を、反射手段１０の小径の開口１６Ａ側から搬入するため、同軸化繰送手段３０が、反射手段１０における、大径側の開口１６Ｂを通過する反射光の光路と干渉しないで済む。結果、撮像手段６０の配置構成も簡略化できる。

更に、本撮像システム１では、撮像画像とマスター画像の一致度から合否判定をおこない、振分手段８０を用いて、落下する雄ねじ体５の搬出先を振り分けるので、極めて簡素な構成で、不良品の排除が可能となる。

なお、本実施形態では、反射手段１０の錐軸１４の延長線上に、撮像手段６０を配置したが、本発明はこれに限定されない。例えば、図７に示されるように、錐軸１４の延長線上に、光路に対して４５度で傾斜する第二反射手段９５を配置し、この第二反射手段９５が、反射光の光路を変更しつつも、錐軸から撮像手段まで至る光路長を至る点でほぼ等しく保つようにすることもできる上、撮像手段を鉛直上向きに配置した場合に起こり得る、例えば、塵埃等の降積や被撮像物の落下時における振り分けミスによるレンズへの衝突等を事前に回避することが出来る。このようにすると、撮像手段６０の配置場所に柔軟性を持たせることが可能となる。勿論、第二反射手段９５は、表面反射鏡であることが好ましい。

また本撮像システム１の開放保持機構４０においては、位置決め手段５０が、保持部４２をＸ−Ｙ平面内で移動させる構造を例示したが、本発明はこれに限定されない。例えば図８（Ａ）に示される開放保持機構１４０のように、雄ねじ体５の軸部の付け根を３方向から保持する保持部１４２と、この保持部１４２を、雄ねじ体５の体軸を中心とした半径方向にスライドさせるスライダ１４４と、保持部１４２を半径方向内側に付勢するばね１４６と、保持部１４２に設けられるカム受け１４８と、このカム受け１４８と係合して、ばね１４６の力に抗して保持部１４２を半径方向外側に移動させる板カム１５０と、板カム１５０をベルト駆動するモータ１５２を備えることも好ましい。

図８（Ｂ）に示されるように、板カム１５０は、筒状部３２に対して、特に図示しないベアリングを介して回転自在に配置される。板カム１５０の外寸（半径方向寸法）は、周方向に沿って少なくとも二段階以上（ここでは三段階）に変化しており、もっとも大きい「雄ねじ体解放領域１５０Ａ」と、中間の「雄ねじ体受け止め領域１５０Ｂ」と、最も小さい「雄ねじ体固定領域１５０Ｃ」が周方向にこの順番に形成される。各領域１５０Ａ〜１５０Ｃは、それぞれ１２０度間隔で三カ所に設けられることによって、一つの板カム１５０で三つの保持部１４２を同時に移動させる。

因みに、図８（Ｂ）は、板カム１５０の雄ねじ体固定領域１５０Ｃにカム受け１４９が係合している状態を示しており、この状態では、三本の保持部１４２の突端が最も半径方向内側に突出することによって、雄ねじ体５の軸部を挟み込んで固定する。結果、雄ねじ体５の体軸５Ａと錐軸１４を同軸化できるので、撮像が実行される。また、図９（Ａ）は、板カム１５０の雄ねじ体開放領域１５０Ａに、カム受け１４９が係合している状態を示しており、三本の保持部１４２が、雄ねじ体５の頭部よりも半径方向外側に退避することによって雄ねじ体５を開放する。これにより雄ねじ体５が落下する。図９（Ｂ）は、板カム１５０の雄ねじ体受け止め領域１５０Ｂに、カム受け１４９が係合している状態を示しており、三本の保持部１４２の突端が、雄ねじ体５の頭部よりも半径方向内側、且つ軸部外形よりも半径方向外側に待機することによって、上方から落下してくる雄ねじ体５の軸部を通過させつつ、頭部を受け止める。

板カム１５０をモータ１５２によって一方向に等速回転させることで、雄ねじ体５の解放、雄ねじ体５の受け止め、雄ねじ体の固定が繰り返されることになり、連続的に雄ねじ体５を繰り出して順番に撮像できる。なお、図８及び図９では、筒状部３２内の最下端の雄ねじ体５に対して、その一つ上で待機している雄ねじ体５を保持する予備保持部１６０を備えており、共通の板カム１５０の動作で、保持部１４２と同じ動作を行う。この予備保持部１６０により、撮像中の雄ねじ体の上の雄ねじ体５を保持できるので、上の雄ねじ体が、撮像中の雄ねじ体に衝突する状況を回避できるので、撮像中の雄ねじ体５の保持姿勢に誤差が発生することを抑制できる。なお、図８及び図９では、板カム１５０の外寸が階段状に変位する場合を例示したが、滑らかに変位するように設計することも勿論可能である。

以上、本実施形態では、被撮像体として、軸部に螺旋溝又は螺旋突起を有する雄ねじ体５を撮像する場合を例示したが、本発明はこれに限定されず、様々な部品、部材を撮像することができる。一方、本撮像システムでは、被撮像体が棒状部位を有しており、その棒状部位の全周を撮像する際に好適である。

また、本発明の実施例は、上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。

本発明によれば、簡便な構造によって、被撮像体を高速に撮像することが可能となる。

１ 撮像システム
５ 雄ねじ体
５Ａ 体軸
１０ 反射手段
１２ 反射面
１４ 錐軸
１６Ａ、１６Ｂ 開口
２０ 撮像空間
３０ 同軸化繰送手段
３２ 筒状部
３２Ａ 投入口
３２Ｂ 放出口
４０ 開放保持機構
４２ 保持部
４２Ａ 係合突起
４２Ｂ 押圧面
４４ 駆動部
５０ 位置決め手段
５２ Ｘステージ
５４ Ｙステージ
５８ センサ
７０ 画像一致度算出手段
７５ 合否判定手段
８０ 振分手段
９０ 照明手段
９４ 発光面
９５Ａ〜９５Ｄ 部分発光領域

Claims (11)

1. 一端側が小径に他端側が大径に開口した錐形筒状を成す内周を反射面とする反射手段と、
   前記反射手段の内側の錐状台形空間に、被撮像体を位置させて前記被撮像体の中心を通る体軸直角方向の多方位からの像を撮像可能とする撮像空間と、
   前記反射手段の前記大径の前記開口側において前記反射面と略同軸状に配置され、内側に向かって光を放射する略筒形の発光面を有する照明手段と、
   前記被撮像体を前記撮像空間内に保持させた状態で、前記照明手段によって前記撮像空間内に光を照射して、前記反射手段の前記反射面で反射した前記被撮像体の反射像を撮像する撮像手段と、
   を備えることを特徴とする撮像システム。
2. 前記照明手段は、前記発光面内において部分的に光を放射する部分発光領域を有し、前記部分発光領域を経時的に軸方向及び／又は周方向に推移させ得ることを特徴とする、
   請求項１に記載の撮像システム。
3. 前記照明手段は、前記部分発光領域を軸方向及び／又は周方向に複数有してなり、複数の前記部分発光領域を点灯させることで、前記部分発光領域を軸方向及び／又は周方向に推移させることを特徴とする、
   請求項２に記載の撮像システム。
4. 前記部分発光領域が、略円筒形であることを特徴とする、
   請求項２又は３に記載の撮像システム。
5. 前記反射手段の前記反射面は、円錐状であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の撮像システム。
6. 前記反射手段は、表面反射鏡であることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の撮像システム。
7. 前記反射面において反射された前記被撮像体の反射像を撮像して得られた撮像画像と、予め登録したマスター画像とを比較して、これら該撮像画像と該マスター画像との一致度を算出する画像一致度算出手段を有することを特徴とする請求項１乃至６の何れかに記載の撮像システム。
8. 前記画像一致度に応じて合否判定を行う合否判定手段を有することを特徴とする請求項７に記載の撮像システム。
9. 内側に向かって光を放射する筒形の発光面を有することを特徴とする照明手段。
10. 有機ＥＬによって構成される発光面を内面側に向けて筒状に構成されることを特徴とする請求項９に記載の照明手段。
11. 自発光する発光素子の発光面より内側に導光機能及び／又は光拡散機能を有する筒面状発光化手段を有することを特徴とする請求項９又は１０に記載の照明手段。

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