JP2016024975A - ライン状照明装置、その製造方法および検査方法 - Google Patents
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Abstract
Description
さらに言えば、上記ライン状照明装置ではLEDからロッドレンズまでの距離M1が数mmであることが多く、場合によっては1mm以下であることもあるので、わずかな蛇行やうねりであっても、LEDからの光のレンズ入射角度の分布に与える影響が大きい。一方、ロッドレンズから照射位置までの距離M2は数十mmであることが多く、M2/M1が大きいので、上記の入射角分布のずれが照射位置で増幅される。
本発明の第1の態様に係るライン状照明装置は、それぞれ複数の光源素子がX方向に直線状に並ぶように実装された複数の基板付きブロックと、前記複数の光源素子が前記X方向に一直線状に並ぶように、前記複数の基板付きブロックをそれぞれ照明装置本体に締結する複数の締結手段と、前記X方向に延びるように前記照明装置本体に取付けられた長尺状の集光レンズとを備え、前記光源素子の光軸方向および前記X方向と直交する方向をY方向とした時、前記各光源素子が、少なくとも1つの第1の発光部と、該第1の発光部に対し前記Y方向に離れた位置に配置された少なくとも1つの第2の発光部とを有し、前記集光レンズが、前記複数の光源素子の前記第1の発光部の光を第1の集光位置にライン状に集光し、前記複数の光源素子の前記第2の発光部の光を前記第1の集光位置に対して前記Y方向に離れた第2の集光位置にライン状に集光する。
ここで、LED等の光源素子を高精度で製造する技術は確立されてきており、例えば、1つの光源素子の中における第1の発光部と第2の発光部との距離の誤差を極めて小さくすることも可能になってきている。また、光源素子を基板上に実装する技術も確立されてきており、例えば基板上における光源素子アレイの蛇行の幅を極めて小さくすることも可能になってきている。
このため、ライン状の照射位置の精度に影響を与えるのは長尺状の集光レンズの中心線のうねり、中心線の曲がり等である。しかし、各発光素子について、第1の発光部と第2の発光部とのY方向の距離の誤差はわずかである。このため、集光レンズの図面上の許容公差範囲のうねりにより、第1の発光部の光が照射される第1の集光位置に蛇行が発生しても、第2の発光部の光が照射される第2の集光位置もほぼ同じ形状で蛇行するので、ライン状の集光位置同士の間隔をライン状照明装置の長手方向に亘って一定又はほぼ一定とすることができる。
さらに、第1の集光位置と第2の集光位置の蛇行が大きい部分の基板付きブロックのY方向位置を調整することにより、ライン状の照明位置の精度を向上することもできる。
このため、あるX1方向の位置において、第1の集光位置の撮像データと第2の集光位置の撮像データとの差を求めて検査の対象物の表面の欠陥等の有無やその程度や傾斜等を判断する際に、その判断を正確に行うことが可能となる。
このライン状照明装置は、ラインセンサカメラ等の検査用センサの検出位置をライン状(線状)に照明するものであり、照明装置本体10と、それぞれ複数のLED(光源素子)1が直線状に並ぶように実装された複数の基板付きのブロック20と、複数のLED1が一直線状に並ぶように各ブロック20をそれぞれ照明装置本体10に締結する複数のボルト(締結手段)30と、複数のLED1の並設方向に延びるように照明装置本体10に取付けられ、複数のLED1の光をライン状に集光するロッドレンズ(集光レンズ)40と、ロッドレンズ40から出た光を主にLED1の並設方向に拡散する拡散レンズ41とを備えている。以下の説明において、LED1の並設方向をX方向とし、各LED1の光軸およびX方向に直交する方向(各LEDの中心およびライン状の集光位置を含む仮想面に直交する方向)をY方向とし、X方向およびY方向に直交する方向をZ方向(光軸方向)とする。
各LED1は、図4に示すように、X方向に並んだ2つの第1の発光部1aとX方向に並んだ2つの第2の発光部1bとを有し、第1の発光部1aと第2の発光部1bとはY方向に所定距離(例えば数mm)だけ離れている。そして、図2に示すように、ロッドレンズ40は、複数のLED1の第1の発光部1aの光を第1の集光位置L1にライン状に集光し、複数のLED1の第2の発光部1bの光を第2の集光位置L2にライン状に集光する。各LEDとして、PHILIPS社製のLUXEON M(製品番号LXR7−SW57)や、紫外線光を用いる場合はナイトライド・セミコンダクター株式会社製の製品番号NS365L−6SMGやNS385L−6SMGを用いることが可能である。集光位置の光の幅は数mm程度であっても良く、十数mmであっても良く、場合によっては数十mmであっても良く、何れの場合もライン状である。集光レンズの幅(本実施形態の場合はロッドレンズの直径)が30mm以上の場合は、集光位置の光の幅が20mm以上になることもある。
本実施形態では前記隙間GAの設定により各ブロック20の回転方向の移動を許容しているが、他の方向で回転方向の移動を許容することも可能である。例えば、各ブロック20のX方向の両端部のY方向の中央部を当該X方向の両端部の他の部分よりもX方向に突出させ、隣り合うブロック20同士を当該突出しているY方向の中央部のみで接触させることも可能である。この場合前記隙間GAが無くなるが、前記突出部の分だけ、ブロック20のX方向の両端部における前記他の部分ではブロック20同士の間に隙間ができ、前記回転方向の移動が許容される。前記突出部は、ブロック20のX方向の端部におけるY方向の中央部に1mm程度のフエルト生地を貼り付けることでも設けられ、ブロック20のX方向の端部をX方向に突出する円弧状に形成することでも設けられる。
先ず、支持部110に支持されたライン状照明装置の集光位置において、X方向に延びる第1の仮想線上の複数位置で微小点照度を測定する。このために、センサホルダ122が微小点照度センサ123をY方向の所定位置(Y1)に保持した状態でセンサホルダ122をX方向に移動させ、微小点照度センサ123がX方向に数mm移動する毎に微小点照度を測定する。この測定は、X方向における各レーザー光源2による照射位置の範囲まで行う。
続いて、前記第1の仮想線と平行に延び前記第1の仮想線に対してY方向に所定距離(例えば1mm)だけ離れた第2の仮想線上(Y2の位置)の複数位置で微小点照度を測定する。このために、センサY方向移動手段122aが微小点照度センサ123をY方向に前記所定距離(1mm)移動させ、微小点照度センサ123がX方向に数mm移動する毎に微小点照度を測定する。
このように、第1の仮想線上で測定を行った後、nを1ずつ増やしながら、第n−1(nは2以上の整数)の仮想線と平行に延び前記n−1の仮想線に対してY方向に所定距離だけ離れた第nの仮想線上の複数位置で微小点照度を測定する。本実施形態ではnが9になるまで(Y1〜Y9の位置で)上記の測定を行う。本実施形態ではnが9になるまで測定するが、nは2以上であれば良い。また、nが数十〜100になるまで測定を行うと、より正確な測定を行うことができる。
なお、押しねじ15および引きねじ16の代わりに、ブロック20のY方向の位置を調整するための調整装置(図示せず)を支持部110に取付け、当該調整装置によって前記調整を行っても良い。この場合、例えば両方の側面板12に孔12bおよび12cを設ける。また、調整装置は、各孔12b,12cに挿通するブロック移動部材としてのブロック押しロッドと、ブロック押しロッドをその軸方向に進退させるアクチュエータとを備える。
前記印刷される照度の等高線図には前記製造シリアル番号も記載されている。上記の1回目の照度の等高線図を参照し、照度が所定値以上の範囲のY方向へのずれ(蛇行)が基準範囲内であれば、前記ブロック20のY方向位置の調整をせずに、処理装置124がプリンター126によって照度の等高線図を印刷し、作業者がライン状照明装置を支持部110から取外し、他の所定の検査や、完成品とするための工程を行った後、所定の梱包容器に梱包する。そして、梱包したライン状照明装置を前記印刷した照度の等高線図と共に納入先に送る。なお、照度の等高線図を電子データで納入先に送ることも可能である。納入先に送る測定結果データは、照度の等高線図ではなく、上記グラフであっても良く、測定した微小点照度測定値をX方向およびY方向の測定位置と対応させた数値データであっても良い。
ここで、上記調整が終わった後、照度が所定値以上の範囲のY方向のずれが完全に修正しきれない場合や、照度が所定値以上の範囲が真っ直ぐではあるが全体的にY方向にずれている場合に、レーザー光源2の照射方向を、側面板12に螺合し先端がレーザー光源2に当接するネジ等の照射方向調整手段により、Y方向に調整することも可能である。例えば、図8では2つのレーザー光源2の照射位置2aがY5の付近にあらわれているが、各レーザー光源2の照射方向をY方向に調整し、各照射位置2aがY4の位置等にあらわれるようにしても良い。
なお、上記では、拡散レンズ41を取付けた状態で上記測定を行ったが、拡散レンズ41を取付ける前に上記測定を行うことも可能である。
ここで、LEDを高精度で製造する技術は確立されてきており、例えば、1つのLED1の中における第1の発光部1aと第2の発光部1bとの距離の誤差を極めて小さくすることも可能になってきている。また、LEDを基板上に実装する技術も確立されてきており、例えば基板上におけるLEDアレイの蛇行の幅を極めて小さくすることも可能になってきている。
このため、ライン状の照射位置L1,L2の精度に影響を与えるのは長尺状のロッドレンズ40の中心線のうねり、中心線の曲がり等である。しかし、各LED1について、第1の発光部1aと第2の発光部1bとのY方向の距離の誤差はわずかである。このため、ロッドレンズ40の図面上の許容公差範囲のうねりにより、第1の発光部1aの光が照射される第1の集光位置L1に蛇行が発生しても、第2の発光部1bの光が照射される第2の集光位置L2もほぼ同じ形状で蛇行するので、ライン状の集光位置同士の間隔をライン状照明装置の長手方向に亘って一定又はほぼ一定とすることができる。
また、測定結果データから、第1の集光位置L1と第2の集光位置L2とのY方向の実際の距離を知ることができるので、納入先ではそのY方向の実際の距離を考慮しながらライン状照明装置の設置作業を行うことができ、この点でも設置作業の作業効率が大幅に向上する。
また、納入先でライン状照明装置の設置作業を行う時に、例えばレーザー光源2の照射位置を基準にラインセンサカメラを仮止めし、レーザー光源2の照射位置が示されたマップデータ又はグラフデータを参照しながらライン状照明装置又はラインセンサカメラの位置を微調整することができる。すなわち、レーザー光源2の照射位置を目印に設置作業を行うことができるので、作業効率がより向上する。
また、レーザー光源2の光はロッドレンズ40を介さずに集光位置に照射されるので、ロッドレンズ40のわずかなうねり等により乱されることが無く、設置作業を行う際の目印としてより信頼することができる。
また、照射位置の最も照度が高いラインの中に斜めになっている部分がある場合、当該部分に対応する基板付きブロック20をZ方向軸まわりに回転移動させて、前記斜めになっている部分の傾斜を低減又は解消することができ、照射位置の精度をより向上することができる。
第2の実施形態では、第1の実施形態に対し、レーザー光源2を設けずに、ライン状照明装置のX方向の一端および他端のブロック20に実装された複数のLED1を基準光源として活用する点が異なり、その他のライン状照明装置の構成は同様である。
第2の実施形態では、先ず、X方向の一端および他端のブロック20に実装された複数のLED1のみを点灯させた状態で、第1の実施形態のように複数の仮想線上の複数位置で微小点照度を測定し、この測定結果に基づき、図9のように、X方向の一端および他端のブロック20に実装された複数のLED1の照射位置の所定照度以上の範囲AR1,AR2又はその中心位置C1,C2を測定結果データ上に示す。続いて、全てのLED1を点灯させて、第1の実施形態と同様の測定および測定結果データの作成を行い、前記AR1,AR2又は中心位置C1,C2も示された測定結果データの作成を行う。これに基づき、ブロック20のY方向位置の調整を行うと、その調整作業を容易になる。また、当該測定結果データを納入先に納入すると、納入先での設置作業が容易になる。
第3の実施形態では、複数のブロック20ではなく、単一のブロック上の基板に複数のLED1がX方向に並ぶように実装されている。つまり、複数のブロック20を単一のブロックに置き換えた点が異なっており、その他は第1の実施形態と同様である。
この場合でも、各LED1及び各レーザー光源2を点灯し、第1の実施形態と同様に複数の仮想線上の複数位置で微小点照度を測定し、この測定結果に基づき、レーザー光源2の照射位置が示された測定結果データの作成を行うことできる。また、測定結果データを納入先に納入することにより、納入先での設置作業が容易になる。
また、ロッドレンズ40の図面上の許容公差範囲のうねりにより、第1の発光部1aの光が照射される第1の集光位置L1に蛇行が発生しても、第2の発光部1bの光が照射される第2の集光位置L2もほぼ同じ形状で蛇行するので、ライン状の集光位置同士の間隔をライン状照明装置の長手方向に亘って一定又はほぼ一定とすることができる。
第4の実施形態のライン状照明装置は、各ブロック20のZ方向の位置を調整するZ方向位置調整手段をさらに有し、その他の構成は第1の実施形態と同様である。
前記Z方向位置調整手段は、複数のブロック20のうち少なくとも一部を照明装置本体10に対してZ方向に移動させること、又は、集光レンズであるロッドレンズ40のX方向の一部を照明装置本体10に対してZ方向に移動させることにより、複数のLED1のうち少なくとも一部とロッドレンズ40とのZ方向の距離を調整する。
具体的には、図10に示すように、ヒートシンク11と各ブロック20との間にそれぞれ調整ブロック50を配置し、調整ブロック50のY方向の位置を調整可能なブロックY方向位置調整手段としての押しボルト17を設ける。各調整ブロック50のZ方向一方の面がヒートシンク11の上面に接触すると共にZ方向他方の面が各ブロック20の底面に接触している。また、Z方向一方の面は他方の面に対してY方向に傾斜している。
このため、ボルト30を緩めることで対応するブロック20を移動可能状態とし、各調整ブロック50のY方向の位置を押しボルト17等で調整することにより、当該ブロック20のLED1とロッドレンズ40とのZ方向の距離を調整することができる。
他の例としては、一対の側面板12のうち例えば一方の側面板12のレンズ支持部を側面板12に対しZ方向に移動可能に設けることができる。具体的には、図11のように、一方の側面板12の他方に対する対向面に凹部12gを設け、当該凹部12g内に複数のレンズ支持部12fを設ける。各レンズ支持部12fはX方向に並ぶように凹部12g内に配置されている。また、各レンズ支持部12fに対応するように複数の支持部位置調整部材12h,12iを照明装置本体10に設ける。各支持部位置調整部材12h,12iはZ方向の延びる円柱状部材であり、それぞれ一端が対応するレンズ支持部12fにZ方向に当接し、それぞれの他端には各支持部位置調整部材12h,12iを回転させるため六角穴等の工具係合部(図示せず)が設けられている。そして、各支持部位置調整部材12h,12iは照明装置本体10に螺合している。また、第1の実施形態で説明したように一対の側面板12の間にロッドレンズ40が配置されるように各側面板12のボルト13を締付けると、レンズ支持部材12fがロッドレンズ40と側面耐12との間に挟まれた状態になる。この状態で、各支持部位置調整部材12h,12iを回転させると、対応するレンズ支持部材12fが上下方向に移動し、これにより、複数のLED1の一部とロッドレンズ40とのZ方向の距離を調整することができる。なお、両方の側面板12のレンズ支持部を側面板12に対しZ方向に移動可能に設けることも可能である。
また、集光レンズとしてロッドレンズ40を用いたが、断面蒲鉾型のシリンドリカルレンズや、リニアフレネルレンズや、複数のLED1の光をY方向に集光可能なその他の集光レンズを用いることも可能である。集光レンズは1つでなく2つ以上設けてもよい。
また、照度センサ123dの代わりに、光量(光度、光束、輝度等の光の量)を測定する他のセンサを用いても良い。
また、レール121、センサホルダ122、および微小点照度センサ123の代わりに、ラインセンサカメラを設け、先ず、第1の仮想線上で集光位置の照度や輝度を測定し、続いて第nの仮想線上で集光位置の照度や輝度を測定し、この測定結果に基づいて測定結果データの作成を行っても良い。ラインセンサカメラを用いる場合、ラインセンサカメラ自体の撓みの問題が発生するので、レール121、センサホルダ122、および微小点照度センサ123を用いた測定の方が正確且つ安価な測定が可能である。
なお、納入先で上記測定を行う場合、納入先でライン状照明装置を実際に取付ける取付部を本願発明の支持部として使用することができる。この場合、支持部に支持した状態で納入先に納入することが可能である。これにより、実際の使用条件に近い状態で上記測定、測定結果データの作成、測定結果データに基づくブロック20のY方向位置の調整、再測定、再測定データの測定結果データの作成を行うことができるので、より実機に則したライン状照明装置を製造し納入することができる。
つまり、第1〜第4の実施形態とあわせると、納入とは、記支持部に支持した状態で、又は、前記支持部から前記照明装置本体を取外し、又は、前記ライン状照明装置を取外すと共に所定の工程を行うことにより完成品として納入先に納入することを意味し、出荷も納入に含まれる。
なお、ライン状照明装置の寸法や仕様は、検査対象や納入先の要望に応じて変化し、完全に同一の製品を複数の納入先に収めることは少ない。このような製品では、上記のように納入先で製造の最終工程を行うことが好ましい場合が多い。
この検査では、集光位置L1,L2の長手方向をX1方向とした時、第1のラインセンサカメラは、対象物上においてX1方向に並んだ複数の検査位置を撮像し、第2のラインセンサカメラは、対象物上において前記複数の検査位置にX1方向に位置が対応した複数の検査位置を第1のラインセンサカメラと同時に撮像する。そして、第1の集光位置L1における撮像データと、当該撮像データとX1方向に位置が対応した第2の集光位置L2における撮像データとの差に基づき、X1方向の各位置における対象物の傷、欠陥等の有無やその程度や凹凸等の状態を判断する。
このため、対象物の状態を判断するために、X1方向の各位置の撮像データに微分処理等を行う必要がなく、検査の高速化を図る上で極めて有利である。
2台のラインセンサカメラでそれぞれ第1の集光位置L1と第2の集光位置L2を撮像せずに、1台のラインセンサカメラで第1の集光位置L1と第2の集光位置L2を同時に撮像して画像処理を行い、上記の検査を行うことも可能である。
Claims (7)
- それぞれ複数の光源素子がX方向に直線状に並ぶように実装された複数の基板付きブロックと、
前記複数の光源素子が前記X方向に一直線状に並ぶように、前記複数の基板付きブロックをそれぞれ照明装置本体に締結する複数の締結手段と、
前記X方向に延びるように前記照明装置本体に取付けられた長尺状の集光レンズとを備え、
前記光源素子の光軸方向および前記X方向と直交する方向をY方向とした時、前記各光源素子が、少なくとも1つの第1の発光部と、該第1の発光部に対し前記Y方向に離れた位置に配置された少なくとも1つの第2の発光部とを有し、
前記集光レンズが、前記複数の光源素子の前記第1の発光部の光を第1の集光位置にライン状に集光し、前記複数の光源素子の前記第2の発光部の光を前記第1の集光位置と前記Y方向に離れた第2の集光位置にライン状に集光するライン状照明装置。 - 前記各締結手段は、対応する基板付きブロックを、前記照明装置本体に押付け固定される締結状態と、前記締結状態よりも押付け力が弱められて前記対応する基板付きブロックの前記照明装置本体に対する移動が可能になる移動可能状態にすることができるものである請求項1に記載のライン状照明装置。
- 前記照明装置本体には複数の孔又はねじ孔が設けられており、
前記各孔又はねじ孔が、前記移動可能状態の際に対応する基板付きブロックを前記Y方向に押すおよび/又は引くブロック移動部材が挿通するものである請求項2に記載のライン状照明装置。 - 複数の光源素子がX方向に直線状に並ぶように実装されると共に照明装置本体に直接又は他の部材を介して取付けられた基板と、前記X方向に延びるように前記照明装置本体に取付けられた長尺状の集光レンズとを備え、
前記光源素子の光軸方向および前記X方向と直交する方向をY方向とした時、前記各光源素子が、少なくとも1つの第1の発光部と、該第1の発光部に対し前記Y方向に離れた位置に配置された少なくとも1つの第2の発光部とを有し、
前記集光レンズが、前記複数の光源素子の前記第1の発光部の光を第1の集光位置にライン状に集光し、前記複数の光源素子の前記第2の発光部の光を前記第1の集光位置と前記Y方向に離れた第2の集光位置にライン状に集光するライン状照明装置。 - 前記X方向における両端側のそれぞれに、前記ライン状の集光位置またはその近傍に向けて光を照射する基準光源をさらに備える請求項1〜4の何れかに記載のライン状照明装置。
- それぞれ複数の光源素子がX方向に直線状に並ぶように実装された複数の基板付きブロックを該X方向に並ぶように照明装置本体に組付けると共に、前記X方向に延びるように設けられ前記複数の光源の光をライン状に集光する長尺状の集光レンズを前記照明装置本体に組付け、ライン状照明装置とする組付工程と、
前記ライン状照明装置を支持部で支持する支持工程と、
前記支持工程で支持された状態で、前記各光源の光軸および前記X方向と直交する方向をY方向とした時、前記ライン状の集光位置において、互いに前記Y方向に離れ各々前記X方向に延びる複数の仮想線上でそれぞれ複数の微小点照度又は微小点光量を測定する測定工程と、
コンピュータが、前記測定工程で測定された前記複数の微小点照度又は微小点光量のデータをそのX方向およびY方向の測定位置と対応させた測定結果データを作成する測定結果データ作成工程と、
前記測定結果データに基づき、基板付きブロックの前記Y方向の位置の調整の要否を判断する判断工程と、
前記判断工程で調整要と判断された場合、前記測定結果データに基づき前記複数の基板付きブロックの少なくとも1つの前記Y方向の位置を調整する調整工程とを有し、
前記各光源素子が、少なくとも1つの第1の発光部と、該第1の発光部に対し前記Y方向に離れた位置に配置された少なくとも1つの第2の発光部とを有するものであり、
前記集光レンズが、前記複数の光源素子の前記第1の発光部の光を第1の位置にライン状に集光し、前記複数の光源素子の前記第2の発光部の光を前記第1の位置と前記Y方向に離れた第2の位置にライン状に集光するものであり、
前記測定工程では、前記第1および第2のライン状の集光位置の両方が含まれる範囲において前記測定を行うライン状照明装置の製造方法。 - 請求項1〜5の何れかに記載のライン状照明装置により、ライン状である前記第1の集光位置と前記第2の集光位置で検査の対象物を照明するステップと、
前記ライン状の集光位置の長手方向をX1方向とした時、前記第1の集光位置で照明される前記対象物上において前記X1方向に並んだ複数の検査位置と、前記第2の集光位置で照明される前記対象物上において前記複数の検査位置に前記X1方向の位置が対応した複数の検査位置を、少なくとも1つのラインセンサカメラで同時に撮像するステップと、
前記第1の集光位置における撮像データと、当該撮像データと前記X1方向の位置が対応した前記第2の集光位置の撮像データとの差に基づき、該X1方向の位置における前記対象物の状態を判断する判断ステップとを有する検査方法。
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