JP2015190856A - Imaging device and imaging method - Google Patents

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JP2015190856A JP2014068403A JP2014068403A JP2015190856A JP 2015190856 A JP2015190856 A JP 2015190856A JP 2014068403 A JP2014068403 A JP 2014068403A JP 2014068403 A JP2014068403 A JP 2014068403A JP 2015190856 A JP2015190856 A JP 2015190856A
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an imaging device that can provide uniform and high-contrast images even when an object to be imaged is a mixture of glossy and uneven surface such as metal and non-glossy surface such as resin and the amount of light is required not to have much influence on imaging.SOLUTION: The imaging device includes: dome-type lighting means; a line camera; a conveying mechanism conveying the imaging target to a direction intersecting at right angles with a direction in which the line camera extends; and opening amount adjusting means at the opening of the dome-type lighting means in an optical system with the line camera installed having an imaging angle inclination from a direction perpendicular to an imaging target.

Description

本発明は、カメラと照明を備える画像撮像装置に関する。   The present invention relates to an image capturing apparatus including a camera and illumination.

製造現場ではオートメーションを目的として、CCDカメラなどで撮像した画像を元に、装置自体が製品など物体の識別や、それを元に動作などの判断を行うマシンビジョンが用いられている。   At the manufacturing site, for the purpose of automation, machine vision is used in which an apparatus itself identifies an object such as a product based on an image picked up by a CCD camera or the like, and determines operation based on the image.

製造現場でのマシンビジョンは主に画像を取得するカメラと光源、取得した画像を処理するハードウェアとソフトウェア、及び付随するセンサーなどの入出力装置やステージなどの動作機構から構成されることが一般である。   Machine vision at the manufacturing site generally consists of a camera and light source for acquiring images, hardware and software for processing the acquired images, and operating mechanisms such as input / output devices such as sensors and stages. It is.

マシンビジョンの性能は取得する画像の鮮明さなど、光学系による影響が大きい。画像がノイズなどにより不鮮明である場合などは、その画像を認識するための前処理などが必要となり、ソフトウェアのコストが大きくなる。また、そのソフトウェアを動作させるハードウェアも高性能なものが要求される。   The performance of machine vision is greatly influenced by the optical system, such as the sharpness of the acquired image. When an image is unclear due to noise or the like, preprocessing for recognizing the image is necessary, and the cost of software increases. In addition, hardware for operating the software is required to have high performance.

製品の自動検査にマシンビジョンを用いる場合、製品と欠陥部分など識別対象とのコントラストを確保できる光学系が求められる。   When machine vision is used for automatic inspection of products, an optical system that can ensure the contrast between the product and an identification target such as a defective portion is required.

更に、識別対象を正確に認識するためには、それ以外の部分を均一な輝度で安定して撮像できる事が望ましい。   Furthermore, in order to accurately recognize the identification target, it is desirable that other portions can be stably imaged with uniform luminance.

安定した撮像のために様々な照明が用いられているが、大きくは透過照明と反射照明の2種類がある。   Various illuminations are used for stable imaging, and there are mainly two types of illuminations: transmitted illumination and reflected illumination.

形状を検査する場合には、対象物を挟みカメラと対になる位置から照射する透過照明がコントラストを得やすく、安定した撮像を行う事ができる。   In the case of inspecting the shape, the transmitted illumination that irradiates from a position that is paired with the camera with the object interposed therebetween can easily obtain contrast, and stable imaging can be performed.

また、異物の検査など検査対象の表面状態を確認したい場合も多い。その場合、対象物が照明を透過しない性質であれば、対象物に対してカメラと同一側から照明をあてる反射照明を用いる事が一般的である。   In addition, there are many cases where it is desired to check the surface condition of an inspection object such as inspection of foreign matter. In this case, if the object does not transmit illumination, it is common to use reflected illumination that illuminates the object from the same side as the camera.

ただし、反射照明では対象物からの反射光が不均一となる事が安定した撮像を妨げる場合があり、照明の種類や位置などを考慮する必要がある。   However, in the reflected illumination, non-uniform reflected light from the object may hinder stable imaging, and the type and position of the illumination must be considered.

特に対象物が金属等の反射率の高い材料である場合に、更に表面に湾曲や凹凸があったり角度にバラつきがあったりする場合には、均一な反射光を得る事が難しく、安定した撮像に影響を及ぼす。   In particular, when the object is a highly reflective material such as a metal, it is difficult to obtain uniform reflected light when the surface is further curved or uneven, or the angle varies. Affects.

例えば、カメラの光軸と平行な照明を、ハーフミラーを用いてレンズの正面等から対象物に照射する同軸落射照明を用いた場合、対象物がカメラの光軸に対して垂直な場合には照射した光が反射して帰ってくることから明るく映り、角度がある場合には撮像対象表面で正反射した光はカメラへ帰ってこないことから暗く映る。   For example, when coaxial illumination that irradiates an object parallel to the optical axis of the camera from the front of the lens using a half mirror is used, and when the object is perpendicular to the optical axis of the camera The reflected light reflects and returns brightly, and when there is an angle, the light that is regularly reflected on the surface of the imaging object does not return to the camera and appears dark.

この問題に対して、様々な角度から光を照射する事で、撮像対象が角度を持つ場合にも均一な撮像を行う事を試みる方法としてドーム照明の使用が知られている。   In order to solve this problem, the use of dome illumination is known as a method of trying to perform uniform imaging even when the imaging target has an angle by irradiating light from various angles.

ドーム照明は、レンズ周囲から概略半球状の反射板が撮像対象にかけて広がる方向に設置される構造であり、半球の頂点部分にはレンズが撮像対象を覗き込むためのスリットが設けられている。   The dome illumination has a structure in which a substantially hemispherical reflecting plate extends from the periphery of the lens to the imaging target, and a slit for the lens to look into the imaging target is provided at the apex portion of the hemisphere.

ドーム照明を用いた場合、撮像対象が垂直である場合にはスリット(レンズ)部分の光を反射し、角度を持つ場合には半球状の反射板部分を反射する状態となり、両者には輝度差があることから、やはり不均一となる場合がある。   When dome illumination is used, when the object to be imaged is vertical, it reflects light from the slit (lens) part, and when it has an angle, it reflects the hemispherical reflector part. As a result, it may be non-uniform.

そこで、特許文献1や特許文献2では、ドーム照明と同軸落射照明の両方を使用した光学系が用いられている。   Therefore, in Patent Document 1 and Patent Document 2, an optical system using both dome illumination and coaxial epi-illumination is used.

ただし、これらの方法を用いても、同軸落射による光量と、ドーム照明の反射板による光量には差があることから、また、両者の境界に発生する光を発しない部分との差が不均一の原因となる。   However, even if these methods are used, there is a difference between the amount of light due to the coaxial incident light and the amount of light due to the reflector of the dome illumination, and the difference between the part that does not emit light at the boundary between the two is uneven. Cause.

さらに、撮像範囲に対して十分に大きなドーム照明を用いなければ端部の輝度が下がる傾向があり、装置が大型化したり設置が困難となったりする問題がある。   Furthermore, if a sufficiently large dome illumination is not used for the imaging range, the brightness of the end tends to decrease, and there is a problem that the apparatus becomes large or difficult to install.

他方、撮像の方法は大きく2種類、撮像対象を含む任意の範囲を一度に撮像するエリアカメラを用いる方法と、撮像対象の移動に合わせて一直線上に撮像を繰り返していくラインカメラを用いる方法がある。   On the other hand, there are two main types of imaging methods: a method using an area camera that captures an arbitrary range including an imaging target at once, and a method using a line camera that repeats imaging on a straight line in accordance with the movement of the imaging target. is there.

エリアカメラを用いる場合、撮像範囲を広く均一化する必要があるが、ラインカメラを用いる場合は撮像する一直線上のみが均一化されていればよい。   When an area camera is used, it is necessary to make the imaging range wide and uniform. However, when a line camera is used, it is sufficient that only the straight line to be imaged is made uniform.

そのため、均一な画像を得るためにはラインカメラを用いた方が有利となる事がある。   Therefore, in order to obtain a uniform image, it may be advantageous to use a line camera.

ラインカメラとドーム照明等の間接照明を組み合わせた撮像方法として、特許文献3ではリードフレーム等の検査用途として、ベースとなる銅や鉄などの金属とめっきされた部分を安定して識別する方法が試されている。   As an imaging method combining a line camera and indirect illumination such as a dome illumination, Patent Document 3 discloses a method for stably identifying a plated portion with a base metal such as copper or iron as an inspection application for a lead frame or the like. Has been tried.

ただし、この方法は金属とめっきの2種類を識別するためのコントラスト向上や、金属表面の圧延傷を撮像しないようにする点では有効であったが、均一な輝度で画像を取得する点では不足があった。   However, this method was effective in improving the contrast for distinguishing between two types of metal and plating, and avoiding imaging of rolling flaws on the metal surface, but is insufficient in obtaining images with uniform brightness. was there.

特に近年、金属とめっきの他、樹脂等も組み合わされるような3種類以上が組み合わされた撮像対象もあり、それぞれの安定した識別にはより厳しい均一性が求められ、それに対応する十分な均一性を持った画像を取得する事が求められる。   In particular, in recent years, there are imaging objects that combine three or more types, such as a combination of metal and plating, as well as resin, etc., and more stable uniformity is required for each stable identification. It is required to acquire an image with

特許文献3の方法では、製品に照射された照明がドーム等間接照明に反射され、それによって製品撮像開始時と終了時及び製品通過中に輝度が変動する問題が発生する。   In the method of Patent Document 3, the illumination applied to the product is reflected by indirect illumination such as a dome, thereby causing a problem that the luminance varies at the start and end of product imaging and during product passage.

特開2006−153580JP 2006-153580 A 特開2009−174857JP2009-174857 特開2009−204311JP2009-204311

本発明は上記の問題に鑑みなされたものであって、均一でコントラストを得る事ができる画像を撮像する撮像方法に関する。   The present invention has been made in view of the above-described problems, and relates to an imaging method for imaging an image capable of obtaining uniform and contrast.

本発明は、ドーム型照明手段と、ラインカメラと、撮像対象を該ラインカメラの延長方向と直交方向へ搬送する搬送機構を有し、該ラインカメラが該撮像対象に対して垂直方向から撮像角度の傾きを持って設置されている光学系において、該ドーム型照明手段の開口部に開口量調整手段を有する撮像装置を提供する。   The present invention has a dome-shaped illumination means, a line camera, and a transport mechanism that transports an imaging target in a direction orthogonal to the extension direction of the line camera, and the line camera captures an imaging angle from a direction perpendicular to the imaging target. In an optical system installed with an inclination of (2), an imaging apparatus having an opening amount adjusting means at the opening of the dome-shaped illumination means is provided.

ドーム型照明手段から照射された光は間接光照明となり、例えばドーム照明であればドーム状の反射板により様々な角度から撮像対象に対して照明が照射され、撮像対象表面が凹凸など角度を持つ状態であっても、その面に対応する反射板面からの光が入射し、均一な画像を得る事ができる。   The light emitted from the dome type illumination means becomes indirect light illumination. For example, in the case of dome illumination, the imaging target is illuminated from various angles by a dome-shaped reflector, and the imaging target surface has an angle such as unevenness. Even in the state, light from the reflecting plate surface corresponding to the surface is incident, and a uniform image can be obtained.

特に、斜光照明であれば、比較的エッジ変化を強調することが可能になり、キズや欠けの検出において威力を発揮する。   In particular, oblique illumination makes it possible to relatively emphasize edge changes, and is effective in detecting scratches and chips.

ただし、照明真下に撮像対象がある状態では撮像対象に照射された光がドーム型照明手段内へ反射され、これがさらに照明の反射板で反射されるが、撮像対象が照明を半分のみ覆う状態であれば、撮像対象から照明内へ反射される光も減るため、撮像される画像には撮像対象の両端と中央で輝度が異なる現象が起きる。   However, in the state where the imaging target is directly under the illumination, the light irradiated to the imaging target is reflected into the dome-shaped illumination means, and this is further reflected by the reflector of the illumination, but the imaging target covers only half of the illumination. If there is, light reflected from the imaging target into the illumination is also reduced, so that a phenomenon in which brightness is different between the both ends and the center of the imaging target occurs in the captured image.

さらに、カメラの光軸を傾ける場合、撮像対象の撮像開始、撮像終了の位置は照明の中心真下ではなく、カメラの傾きにより前方、若しくは後方へシフトする位置となる。   Further, when the optical axis of the camera is tilted, the imaging start and imaging end positions of the imaging target are not directly under the center of the illumination, but are positions shifted forward or backward depending on the tilt of the camera.

従い、例えばカメラの傾きが照明中心真下よりも撮像対象の進行方向側を撮像するものであれば、撮像終了時に撮像対象は照明真下よりも進行方向へシフトした位置となり、撮像対象から照明へ反射される光量はさらに減ることになる。   Therefore, for example, if the camera tilt captures the traveling direction side of the imaging target from directly below the illumination center, the imaging target is shifted to the traveling direction from directly below the illumination at the end of imaging, and reflected from the imaging target to the illumination. The amount of light emitted will be further reduced.

そこで、カメラの傾きにより照明中心から撮像する位置がシフトされる方向と反対方向の照明開口部を塞ぐこと等により開口量調整ができる機構を設ける事で、撮像対象通過時の輝度の変化を抑える事ができる。さらに、開口部の制限などにより開口量調整を行うことにより、撮像部分の光量を増加させる効果もある。   Therefore, by providing a mechanism that can adjust the aperture by closing the illumination opening in the direction opposite to the direction in which the imaging position is shifted from the illumination center due to the tilt of the camera, the change in luminance when passing through the imaging target is suppressed. I can do things. Further, by adjusting the opening amount by limiting the opening, there is an effect of increasing the amount of light in the imaging portion.

また、撮像対象に対して、正反射する金属等の光沢面と、乱反射する樹脂等の非光沢面のコントラストを得たい場合、カメラの傾きにより照明中心部から撮像する位置がシフトされる方向と同一方向の照明開口部を塞ぐことができる開口量調整手段を設ける事で開口量を適宜調整でき、均一な画像でかつ高コントラストな画像を得る事ができる。   In addition, when it is desired to obtain a contrast between a glossy surface such as a regularly reflecting metal and a non-glossy surface such as a resin that is irregularly reflected with respect to an imaging target, the image capturing position is shifted from the center of the illumination due to the tilt of the camera. By providing an opening amount adjusting means capable of closing the illumination opening in the same direction, the opening amount can be appropriately adjusted, and a uniform image and a high-contrast image can be obtained.

光沢面では正反射方向の反射板からの光を撮像しており、開口部の制限等の開口量調整により照射される角度が減っても光量の変化が少ない。   On the glossy surface, light from the reflection plate in the regular reflection direction is imaged, and even if the angle of irradiation is reduced by adjusting the amount of opening such as limiting the opening, the amount of light changes little.

一方、非光沢面は様々な角度からの光が乱反射された成分を撮像している。従って、照射される角度が制限されるとカメラへ入射する光量が減じる。   On the other hand, the non-glossy surface captures a component in which light from various angles is irregularly reflected. Therefore, when the irradiation angle is limited, the amount of light incident on the camera is reduced.

なお、前記開口量調整手段が、遮蔽板である事を特徴とする撮像装置が特に好ましい。   It is particularly preferable that the image pickup apparatus is characterized in that the opening amount adjusting means is a shielding plate.

また、遮蔽板のラインカメラ側表面が鏡面であり、撮像対象側表面が照射する照明波長を吸収する事を特徴とする撮像装置が好ましい。   Moreover, the line camera side surface of a shielding board is a mirror surface, and the imaging device characterized by absorbing the illumination wavelength which the imaging object side surface irradiates is preferable.

また、遮蔽板が、ラインカメラの撮像角度が傾いている方向と逆方向から延びる傾斜元側遮蔽板からなることを特徴とする撮像装置が好ましい。   In addition, it is preferable that the shielding plate be a tilting-side shielding plate extending from a direction opposite to the direction in which the imaging angle of the line camera is tilted.

また、遮蔽板が、前記傾斜元側遮蔽板に加え、ラインカメラの撮像角度が傾いている方向から延びる傾斜先側遮蔽板からなる撮像装置が好ましい。   In addition to the tilt source side shield plate, the image pickup apparatus is preferably formed of an inclined tip side shield plate extending from a direction in which the imaging angle of the line camera is tilted.

また、遮蔽板が、移動可能である撮像装置が好ましい。   In addition, an imaging device in which the shielding plate is movable is preferable.

撮像角度が10度以内で、しかも完全な0度ではない撮像装置が好ましい。   An imaging device having an imaging angle within 10 degrees and not completely 0 degrees is preferable.

また、このような撮像装置を用いて、該ドーム型照明手段の開口部の開口量を調整して、ラインカメラの延長方向と直交方向へ搬送する撮像対象を撮像することを特徴とする撮像方法を提供する。   An imaging method characterized in that, using such an imaging apparatus, an aperture amount of the opening of the dome-shaped illuminating means is adjusted to image an imaging target conveyed in a direction orthogonal to the extension direction of the line camera. I will provide a.

本発明によれば、撮像対象が表面に凹凸等角度の変化のある金属等光沢面であっても均一な輝度での撮像が可能であり、光沢面と非光沢面とでの高いコントラストを得る事ができるため、マシンビジョンの分野において有意な撮像が可能となる。   According to the present invention, even if the object to be imaged is a glossy surface such as a metal having unevenness on the surface, the image can be captured with uniform brightness, and high contrast is obtained between the glossy surface and the non-glossy surface. This enables significant imaging in the field of machine vision.

本発明の実施形態に関係する従来の光学系を示す模式断面図であり、(A)は撮像開始時、(B)は撮像中間時、(C)は撮像終了時を示す。It is a schematic cross-sectional view showing a conventional optical system related to an embodiment of the present invention, (A) at the start of imaging, (B) at the middle of imaging, and (C) at the end of imaging. 本発明の実施形態の一例を示す光学系を示す模式断面図であり、(A)は撮像開始時、(B)は撮像中間時、(C)は撮像終了時を示す。It is a schematic cross section showing an optical system showing an example of an embodiment of the present invention, where (A) shows the start of imaging, (B) shows the middle of imaging, and (C) shows the end of imaging. 本発明を説明するための模式断面図であり、(A)は光沢面へ、撮像される光となる間接光の説明図であり、(B)は非光沢面へ、撮像される光となる間接光の説明図であり、(C)は樹脂面へ、撮像される光となるビーム光の説明図である。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS It is a schematic cross section for demonstrating this invention, (A) is explanatory drawing of the indirect light used as the light imaged on a glossy surface, (B) becomes the light imaged on a non-glossy surface. It is explanatory drawing of indirect light, (C) is explanatory drawing of the beam light used as the light imaged to a resin surface. 本発明の実施形態の一例を示す光学系を示す模式断面図であり、(A)は傾斜元側遮光板だけから遮光板がなる場合、(B)は傾斜元側遮光板も備えた遮光板からなる場合を示す。It is a schematic cross section which shows the optical system which shows an example of embodiment of this invention, (A) is a light shielding board also provided with the inclination origin side light shielding board, when (A) becomes a light shielding board only from the inclination origin side light shielding board. The case consisting of 本発明を説明する模式断面図であり、スリットの必要な幅を説明するための図である。It is a schematic cross section explaining the present invention, and is a figure for explaining the required width of a slit.

本発明の撮像装置は、ドーム型照明手段と、ラインカメラと、撮像対象をそのラインカメラの延長方向と直交方向へ搬送する搬送機構を有している。   The imaging apparatus of the present invention includes a dome-shaped illumination unit, a line camera, and a transport mechanism that transports an imaging target in a direction orthogonal to the extension direction of the line camera.

そして、ラインカメラが撮像対象に対して垂直方向から撮像角度の傾きを持って設置されている光学系であり、また、ドーム型照明手段の開口部に開口量の調整を行う手段を有している。   The line camera is an optical system installed with an inclination of the imaging angle from the vertical direction with respect to the imaging target, and has means for adjusting the opening amount at the opening of the dome-shaped illumination means Yes.

ドーム型照明手段は、半球状のドームであり、その頂上付近に後述のラインカメラが撮像可能な形状のスリットが設けられている。スリットの方向は、ラインカメラの方向と同一であり、後述の搬送機構の搬送方向と垂直方向のスリットとなっている。また、スリットの形や大きさは、ラインカメラの視野の形や大きさに合わせて設定されている。   The dome-shaped illuminating means is a hemispherical dome, and a slit having a shape that can be imaged by a later-described line camera is provided near the top. The direction of the slit is the same as the direction of the line camera, and is a slit perpendicular to the transport direction of the transport mechanism described later. Further, the shape and size of the slit are set in accordance with the shape and size of the visual field of the line camera.

その形状は、半球状のドーム照明の他、ハーフパイプ型のラインドーム照明を用いる事もできる。設置スペースの節約をする上ではラインドーム照明の使用が有効である。   In addition to the hemispherical dome illumination, a half-pipe type line dome illumination can be used. The use of line dome lighting is effective in saving installation space.

また、このような半球状、ラインドームは、厳密に半球状やラインドームである必要はなく、均一な照明が求められればどのような形状でも構わない。   Further, such a hemispherical line dome need not be strictly a hemispherical shape or a line dome, and may have any shape as long as uniform illumination is required.

また、このドーム型照明手段は、撮像対象に対して立体角2πの照射によって、同軸方向を含む多くの角度成分の照射が可能であるため、側面テーパー部に生じた欠陥の顕在化に効果的である。このようなドーム型照明手段は、ドーム内面に光の出射口を形成し被検査対象に対して立体角2πの方向から光を照射するタイプと、ドーム内側面に光の出射口を形成しドーム内面で反射させた光を撮像対象に照射するタイプがあるが、同様の効果を生むことをできればどちらのタイプを使用しても構わない。   In addition, this dome-shaped illumination means can irradiate many angular components including the coaxial direction by irradiating the object to be imaged with a solid angle of 2π, so that it is effective for revealing defects generated in the side tapered portion. It is. Such a dome-shaped illuminating means includes a type in which a light exit is formed on the inner surface of the dome and light is irradiated from the direction of the solid angle 2π to the object to be inspected, and a light exit is formed on the inner surface of the dome. There is a type that irradiates the object to be imaged with light reflected by the inner surface, but either type may be used as long as the same effect can be produced.

またシェーディングの影響を少しでも軽減するために、撮像対象の幅に対して、ドーム型照明手段の内径を2倍以上としておき、1回の撮像にて撮像対象の全面を撮像できるようにするのが好ましい。光源は、撮像に必要な光量を考慮してメタルハライド光源やハロゲン光源、LED光源等を選択使用する。   In order to reduce the influence of shading as much as possible, the inner diameter of the dome-shaped illuminating means is set to at least twice the width of the imaging target so that the entire surface of the imaging target can be imaged with one imaging. Is preferred. As the light source, a metal halide light source, a halogen light source, an LED light source, or the like is selected and used in consideration of the amount of light necessary for imaging.

さらにその開口部に、開口量調整手段を有している。従来から半球の縁端には、乱反射を抑えるために縁端から内部へ向かう環状板が取り付けられていたが、このような環状板は乱反射を抑えるためだけのものであり、内面のラインカメラ側表面が鏡面であったが、極めて幅の狭い環状板であったために、実質的に開口部の開口量を調節できるようなものではなかった。   Further, an opening amount adjusting means is provided at the opening. Conventionally, an annular plate from the edge to the inside was attached to the edge of the hemisphere in order to suppress irregular reflection, but such an annular plate is only for suppressing irregular reflection, and the inner side of the line camera side Although the surface was a mirror surface, since it was an extremely narrow annular plate, the opening amount of the opening was not substantially adjustable.

今回は、このような環状板に代わり、もしくはこの環状板に加えて、開口量調整を設ける。このような開口量調整手段は、液晶シャッターにより透過部と反射部を調整することによっても実現可能であるが、液晶シャッターによる場合は、透過部でもガラス面による反射等があり、完全な開口部の調整は容易でないし、反射部も液晶シャッターによる制御では反射性能が劣り気味であるので、遮蔽板による調整が好ましい。   This time, instead of or in addition to such an annular plate, an opening amount adjustment is provided. Such an opening amount adjusting means can be realized by adjusting the transmissive part and the reflective part with a liquid crystal shutter, but in the case of using a liquid crystal shutter, the transmissive part is also reflected by the glass surface, and so on. It is not easy to make adjustments, and the reflection part is also inferior in reflection performance when controlled by a liquid crystal shutter. Therefore, adjustment using a shielding plate is preferable.

遮蔽板は、材質は問わないが、ラインカメラ側の表面が鏡面することにより照明効率を上げるとともに不要な入射光を抑え、その反対側である撮像対象側は照明波長を吸収することにより、ラインカメラへのノイズの原因になるに不要な入射光を抑えるので好ましい。   The shielding plate can be made of any material, but the surface on the line camera side is mirrored to increase the illumination efficiency and suppress unnecessary incident light, and the opposite imaging target side absorbs the illumination wavelength. This is preferable because it suppresses unnecessary incident light that causes noise to the camera.

遮蔽板は、後述のラインカメラの撮像角度が傾いている方向、すなわち、撮像方向と逆方向から延びる傾斜元側遮蔽板からなっている方が好ましい。これは、ラインカメラが撮像するのは、開口部のラインカメラの撮像角度が傾いている方向の開口部であり、その逆方向は撮像対象にならないからである。さらに、ラインカメラはその特性上その撮像範囲が直線状であり、さらに撮像に必要な部分だけ開口する様に、傾斜先側遮蔽板も設けると、開口部がスリット状となり、効率よくかく均一に照明可能になり、所望する画像を得られることができる。   The shielding plate is preferably composed of a tilting-side shielding plate extending in a direction in which an imaging angle of a line camera described later is inclined, that is, in a direction opposite to the imaging direction. This is because the line camera captures an image of the opening in the direction in which the imaging angle of the line camera in the opening is inclined, and the opposite direction is not an imaging target. In addition, the line camera has a linear imaging range due to its characteristics, and if an inclined tip side shielding plate is provided so that only the part necessary for imaging is opened, the opening becomes slit-like and efficient and uniform. Illumination is possible, and a desired image can be obtained.

もし、撮像角度が一定でなく変更される場合があれば、撮像エリアが変わるので、それに応じて遮蔽板の位置も変更できることが望ましく、その変更の仕組みも、手動移動、自動移動、嵌め替え等各種の手段が用いられる。   If the imaging angle is not constant and is changed, the imaging area changes, so it is desirable that the position of the shielding plate can be changed accordingly. The mechanism of the change is also manual movement, automatic movement, refit, etc. Various means are used.

ラインカメラは、撮像対象や用途により、モノクロ、カラー、特定の色、紫外線等、適宜選択される。また、階調も用途により256階調、もっと粗い画像、もっと精密な画像等から適宜選択される。   The line camera is appropriately selected from monochrome, color, specific color, ultraviolet light, and the like depending on the imaging target and application. Also, the gradation is appropriately selected from 256 gradations, a coarser image, a more precise image, etc. depending on the application.

ラインカメラの角度は、撮像対象と求める画像の種類が一定であれば固定でも良いが、品質変動なども考慮して可変であるのが好ましい。このときの調整は、自動であっても手
動であっても構わない。角度としては、ラインカメラの光軸が撮像対象に正反射した際にドーム型照明の反射板に入る範囲であれば自由に選択できるが、ドームの大きさや撮像対象と照明距離によりその角度の取りうる範囲は変わってしまうが、理論上1度から70度程度まで可能だが、概ね3度から5度程度が無難で望ましい場合が多い。
The angle of the line camera may be fixed as long as the type of image to be captured and the image to be obtained is constant, but is preferably variable in consideration of quality fluctuations. The adjustment at this time may be automatic or manual. The angle can be selected freely as long as the optical axis of the line camera is within the range of the reflector of the dome illumination when it is regularly reflected on the object to be imaged. Although the range that can be obtained changes, it is theoretically possible from about 1 degree to 70 degrees, but about 3 degrees to about 5 degrees is generally safe and desirable.

撮像対象は、平板上の構造のものがより好ましいが、他の形状でも構わない。   The object to be imaged is more preferably a structure on a flat plate, but may have another shape.

搬送機構は、そのラインカメラの延長方向と直交方向へ搬送する機能を有しているものであり、その流れは連続でも間歇でも構わず、また、ベルト搬送や他の搬送でも構わない。   The transport mechanism has a function of transporting in the direction orthogonal to the extension direction of the line camera, and the flow may be continuous or intermittent, and may be belt transport or other transport.

以下、本発明の光学系ついて説明する。   Hereinafter, the optical system of the present invention will be described.

図1は、遮蔽板を使用していない状態を示す概念側面断面図であり、(A)は撮像開始時、(B)は撮像中間時、(C)は撮像終了時における各々の光学系を示す。   FIG. 1 is a conceptual side cross-sectional view showing a state in which a shielding plate is not used. (A) shows the respective optical systems at the start of imaging, (B) at the middle of imaging, and (C) at the end of imaging. Show.

撮像対象の垂直方向に対して4度の角度を持って設置するラインカメラ10とドーム照明11による光学系に対して、撮像対象20が流れてくる。   The imaging target 20 flows to the optical system by the line camera 10 and the dome illumination 11 installed at an angle of 4 degrees with respect to the vertical direction of the imaging target.

遮光板1が無いので、撮像開始A時には前方からの照明光33は撮像対象20で反射して反射光32となりドーム内へ戻る。しかし、後方からの照明光34は、当たる部分に撮像対象20が存在しないので、そのまま透過してしまう。中間時Bでは、前方からの照明光33だけでなく後方からの照明光34も撮像対象20で反射して反射光35となりドーム内へ戻る。撮像終了時Cでは、後方からの照明光34は撮像対象20で反射して反射光35となりドーム内へ戻る。しかし、前方からの照明光33は、当たる部分に撮像対象20が存在しないので、そのまま透過してしまう。   Since there is no light-shielding plate 1, the illumination light 33 from the front is reflected by the imaging object 20 to be reflected light 32 and returns into the dome at the start of imaging A. However, the illumination light 34 from behind is transmitted as it is because the imaging target 20 does not exist in the hit portion. At an intermediate time B, not only the illumination light 33 from the front but also the illumination light 34 from the rear is reflected by the imaging object 20 to become reflected light 35 and return into the dome. At the end of imaging C, the illumination light 34 from behind is reflected by the imaging target 20 and becomes reflected light 35, which returns to the inside of the dome. However, the illumination light 33 from the front is transmitted as it is because the imaging target 20 does not exist in the hit portion.

つまり、撮像開始(A)、撮像中間時(B)、撮像終了時(C)における各々の光量が異なっており、撮像された画像が異なってしまい、目的を果たすことができない。   That is, the amounts of light at the start of imaging (A), at the middle of imaging (B), and at the end of imaging (C) are different, and the captured images are different, and the purpose cannot be achieved.

対して本願は、遮光板1が存在することにより、図2のように、撮像開始A時でも、中間時Bでも、撮像終了時Cでも、前方からの照明光だけでなく後方からの照明光も撮像部分以外は遮光板1で反射して反射光となりドーム内へ戻る。   On the other hand, in the present application, since the light shielding plate 1 is present, as shown in FIG. 2, not only the illumination light from the front but also the illumination light from the rear at the start of imaging A, at the intermediate time B, or at the end of imaging C. Also, except for the imaging part, the light is reflected by the light shielding plate 1 and returned to the dome as reflected light.

このように、均一な画像を取得するためにドーム照明の照射口を一部塞ぐことにより均一な画像を取得できるようにした例である。   As described above, in order to acquire a uniform image, a uniform image can be acquired by partially blocking the irradiation port of the dome illumination.

つまり、遮光板1が無い場合では、先頭及び中央の撮像時には前方半分からの光が製品に反射しドーム内へ戻る。対して、遮光板1を設けた場合では反射光のドーム内への進入を防ぐとともに、後ろ半分の光を遮光板1によって内部へ反射させてドーム内へ戻すことにより、カメラの視野付近へ集中的に照射することができる。   That is, when there is no light-shielding plate 1, the light from the front half is reflected on the product and returns into the dome when imaging the head and center. On the other hand, when the light shielding plate 1 is provided, the reflected light is prevented from entering the dome, and the back half of the light is reflected by the light shielding plate 1 to return to the inside of the dome, thereby concentrating near the visual field of the camera. Can be irradiated.

特に撮像対象の撮像終了時(C)付近においての、遮光板1の有無が撮像結果に影響を及ぼす問題点を相当程度解消する。   In particular, the problem that the presence or absence of the light shielding plate 1 near the end of imaging (C) of the imaging target affects the imaging result is substantially eliminated.

以上の様に、遮光板は、照明内面は反射率が高いものを選択できれば光量増加の点で有利である。また、撮像対象側の外面は反射率の低いものであれば製品からの反射の影響を抑える事ができる。   As described above, it is advantageous in terms of an increase in the amount of light if the light shielding plate can be selected so that the illumination inner surface has a high reflectance. Further, if the outer surface on the imaging target side has a low reflectance, the influence of reflection from the product can be suppressed.

金属等の光沢面と、樹脂等の非光沢面のコントラストを得る事ができる実施例を説明する。   An embodiment capable of obtaining a contrast between a glossy surface such as metal and a non-glossy surface such as resin will be described.

光沢面と非光沢面のコントラストを得るために、それぞれの面が照明からの光をどのように反射しているかに注目する。   In order to obtain a contrast between the glossy surface and the non-glossy surface, attention is paid to how each surface reflects light from the illumination.

図3(A)へ示すように、ラインカメラへ入射する光は、光沢部分では正反射によるものであるため、特定の角度からの光を強く反射し、それ以外の角度からの光は輝度へあまり影響しない。   As shown in FIG. 3 (A), the light incident on the line camera is due to regular reflection at the glossy portion, so that light from a specific angle is strongly reflected, and light from other angles is reflected in luminance. Does not affect much.

対し、図3(B)へ示すように樹脂面は乱反射によるものであるため、様々な角度から入射する光が樹脂面の輝度へ影響を与えていると考えられる。   On the other hand, as shown in FIG. 3B, since the resin surface is due to irregular reflection, it is considered that light incident from various angles affects the luminance of the resin surface.

仮に、図3(C)の様にラインカメラへ正反射する角度のみからビーム光を入射すれば、めっき面では正反射による反射が入射することで比較的明るく、樹脂面は乱反射により減衰するため比較的暗くなり、最もコントラストを得られると考えられる。   As shown in FIG. 3C, if the light beam is incident only from the angle at which the regular reflection is performed on the line camera, the reflection due to the regular reflection is relatively bright on the plating surface, and the resin surface is attenuated by the irregular reflection. It will be relatively dark and the most contrast can be obtained.

ただし、ビーム光では前述のごとく均一な撮像の点では問題が発生してしまう。   However, the beam light causes a problem in terms of uniform imaging as described above.

そこで、図4へ示すように照射角度を制限する遮光板2を追加し、光が入射する方向に制限を設け、ある程度の範囲の角度から照射する。   Therefore, as shown in FIG. 4, a light shielding plate 2 for limiting the irradiation angle is added to limit the direction in which the light is incident, and irradiation is performed from a certain range of angles.

遮光板2により、光沢面の輝度を維持しながら、非光沢面を暗く撮像でき、コントラストを引き出すことができる。   The light shielding plate 2 can darken the non-glossy surface while maintaining the luminance of the glossy surface, and can extract the contrast.

遮光板1と遮光板2は同時に用いる事が可能である。その取り付け位置はカメラの設置角度と撮像対象、照明の位置により異なる。図5へは取り付け位置を示した。   The light shielding plate 1 and the light shielding plate 2 can be used simultaneously. The mounting position differs depending on the installation angle of the camera, the object to be imaged, and the position of illumination. FIG. 5 shows the mounting position.

このように、ラインカメラの撮像幅だけのスリットでは、入射光から反射した光の反射光を受光することができないため、図5の様に、撮像角度(π−θ)の反対方向からの入射角度(π−θ)の光も入射できる幅のスリットを持たせる必要がある。   In this way, since the slit having only the imaging width of the line camera cannot receive the reflected light of the light reflected from the incident light, the incident from the opposite direction of the imaging angle (π−θ) as shown in FIG. It is necessary to provide a slit having a width that allows light of an angle (π−θ) to enter.

本発明による光学系を用いれば、例えば、凹凸面を有する光沢材料と樹脂が混在した撮像対象のような各種撮像対象を、均一に、高コントラストなどの各種条件で撮像する事が可能となる。これにより、従来より高度な精度の高いマシンビジョンを提供することができる。   By using the optical system according to the present invention, for example, various imaging objects such as an imaging object in which a glossy material having an uneven surface and a resin are mixed can be uniformly imaged under various conditions such as high contrast. As a result, it is possible to provide a machine vision with a higher degree of accuracy than before.

1・・・・遮光板(傾斜元側遮光板)
2・・・・遮光板(傾斜元側遮光板)
10・・・ラインカメラ
11・・・ドーム型照明
20・・・撮像対象
31・・・撮像光
32、35・・・反射光
33、34・・・照明光
1 ... Shading plate (tilting side shading plate)
2 ... Shading plate (tilt side shading plate)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Line camera 11 ... Dome type illumination 20 ... Imaging object 31 ... Imaging light 32, 35 ... Reflected light 33, 34 ... Illumination light

Claims (8)

ドーム型照明手段と、ラインカメラと、撮像対象を該ラインカメラの延長方向と直交方向へ搬送する搬送機構を有し、該ラインカメラが該撮像対象に対して垂直方向から撮像角度の傾きを持って設置されている光学系において、該ドーム型照明手段の開口部に開口量調整手段を有する撮像装置。   A dome-shaped illumination means, a line camera, and a transport mechanism for transporting the imaging target in a direction orthogonal to the extension direction of the line camera, and the line camera has an imaging angle inclination from the vertical direction with respect to the imaging target An image pickup apparatus having an opening amount adjusting means at an opening of the dome-shaped illumination means. 前記開口量調整手段が、遮蔽板である事を特徴とする請求項1記載の撮像装置。   The imaging apparatus according to claim 1, wherein the opening amount adjusting means is a shielding plate. 遮蔽板のラインカメラ側表面が鏡面であり、撮像対象側表面が照射する照明波長を吸収する事を特徴とする請求項2記載の撮像装置。   The imaging apparatus according to claim 2, wherein the line camera side surface of the shielding plate is a mirror surface and absorbs the illumination wavelength irradiated by the imaging target side surface. 遮蔽板が、ラインカメラの撮像角度が傾いている方向と逆方向から延びる傾斜元側遮蔽板からなることを特徴とする請求項2または3記載の撮像装置。   The imaging apparatus according to claim 2, wherein the shielding plate is a tilting-side shielding plate extending from a direction opposite to a direction in which an imaging angle of the line camera is tilted. 遮蔽板が、前記傾斜元側遮蔽板に加え、ラインカメラの撮像角度が傾いている方向から延びる傾斜先側遮蔽板からなることを特徴とする請求項4記載の撮像装置。   The imaging apparatus according to claim 4, wherein the shielding plate is an inclined tip-side shielding plate extending from a direction in which an imaging angle of the line camera is inclined in addition to the tilting-source shielding plate. 遮蔽板が、移動可能であることを特徴とする請求項2から5何れか記載の撮像装置。   The imaging apparatus according to claim 2, wherein the shielding plate is movable. 撮像角度が10度以内で、しかも完全な0度ではないことを特徴とする請求項1ないし6何れか記載の撮像装置。   The imaging apparatus according to any one of claims 1 to 6, wherein the imaging angle is within 10 degrees and is not completely 0 degrees. 請求項1から7記載の撮像装置を用いて、該ドーム型照明手段の開口部の開口量を調整して、ラインカメラの延長方向と直交方向へ搬送する撮像対象を撮像することを特徴とする撮像方法。   The imaging apparatus according to claim 1, wherein an opening amount of the opening portion of the dome-shaped illumination unit is adjusted, and an imaging target conveyed in a direction orthogonal to the extending direction of the line camera is imaged. Imaging method.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2017207380A (en) * 2016-05-19 2017-11-24 Nok株式会社 Surface defect inspection device
CN110530796A (en) * 2019-09-25 2019-12-03 北京博兴远志科技有限公司 A kind of method and system structure of line-scan digital camera multiple light courcess exposure composograph

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