JP2017009542A - 撮像システム - Google Patents

Abstract

【課題】簡易な構造で、長尺の被撮像物であっても、その体軸の直角方向の全周を高解像度で撮像する。
【解決手段】撮像システム１は、反射面１１２、２１２によって一端側が狭空間に他端側が広空間を形成する反射手段１１０、２１０を有する反射機構１０と、反射手段１１０、２１０の内側に形成される撮像空間１２０、２２０と、被撮像体６を、反射機構１０内において変位させる変位手段３０と、反射機構１０内で、第一の姿勢で位置決めされる被撮像体６の第一部分像６Ｐが欠落した第一反射像と、第一の姿勢で位置決めされる被撮像体６の第二部分像６Ｑが欠落した第二反射像とを撮像する撮像手段１６０、２６０とを備えるようにした。
【選択図】図１

Description

本発明は、被撮像体の全周を撮像するための撮像システムに関する。

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。例えば特許文献１の撮像システムでは、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の内側に雄ねじを保持し、撮像手段によって、軸方向から雄ねじの反射像を撮像する。結果、一枚の画像中に、雄ねじの全周の状態を映し出すことができる。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。

この種の撮像システムは極めて幅広い分野で利用され得るものであり、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２０１４−１６３９１６

特許文献１の撮像システムを用いて、例えば長尺の線材に対して全周の状態を撮影しようとすると、線材自体が邪魔となって、撮像手段を、線材の軸方向の延長線上に配置することができないという問題があった。

また、この撮像システムでは、錐形筒状を成す反射面の内側に被撮像体を位置決めする必要があるため、被撮像体の搬送機構が複雑化しやすく、既存の搬送機構を用いることが難しいという問題があった。

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、高精度に被撮像体の全周を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、互いに非平行状態で対向して設けられる反射面により一端側が狭空間且つ他端側が広空間を画成する反射手段を、一つ以上有する反射機構と、上記反射面間に設けられ、被撮像体を位置及び／又は通過させ得、上記被撮像体のほぼ中心を通る体軸に対して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、上記反射機構の系内で、第一の姿勢において前記被撮像体の第一部分像が欠落した状態の第一反射像を撮像すると共に、第二の姿勢において該被撮像体の該第一部分像と相異なる第二部分像が欠落した状態の第二反射像を撮像する、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。

前記撮像システムに関連して、前記反射面は、前記体軸に対する所定の直交方向における部分範囲が欠落しており、該欠落した部分範囲を、前記被撮像体が通過可能に構成されることを特徴とする撮像システムである。

前記撮像システムに関連して、前記被撮像体の姿勢を、前記反射機構内において変位させる変位手段を有し、前記変位手段は、前記体軸を中心として前記被撮像体を適宜角度回転させることで、前記第一の姿勢から前記第二の姿勢へと変位させることを特徴とする撮像システムである。

前記撮像システムに関連して、前記反射機構は、複数の前記反射手段を有しており、複数の前記反射手段の前記反射面は、それぞれ、前記被撮像体の前記体軸に対する所定の直交方向における部分範囲が欠落しており、上記欠落した部分を、前記被撮像体が通過可能に構成されることを特徴とする撮像システムである。

前記撮像システムに関連して、前記被撮像体の姿勢を、前記反射機構内において変位させる変位手段を有し、第一の前記反射手段の前記反射面は、前記被撮像体の前記体軸に対する所定の直交方向における第一部分範囲が欠落しており、第二の前記反射手段の前記反射面は、前記被撮像体の前記体軸に対する所定の直交方向における前記第一部分範囲と相異なる第二部分範囲が欠落しており、前記変位手段は、前記第一の反射手段と前記第二の反射手段の間で前記被撮像体を変位させることを特徴とする撮像システムである。

前記撮像システムに関連して、前記反射機構は、前記体軸方向に離間して配置される第一の前記反射手段と第二の前記反射手段とを有しており、前記反射機構は、第一の前記反射手段の前記反射像を更に第一方向に反射させて、前記被撮像体の存在による第一死角像を含む前記第一反射像を前記撮像手段に案内する第一補助反射手段と、第二の前記反射手段の前記反射像を更に前記第一方向と相異なる第二方向に反射させて、該被撮像体の存在による上記第一死角像と相異なる第二死角像を含む前記第二反射像を前記撮像手段に案内する第二補助反射手段と、を有することを特徴とする撮像システムである。

前記撮像システムに関連して、前記反射機構は、前記反射手段の前記体軸に対して傾斜配置される一つ以上の補助反射面を有する補助反射手段を有し、前記補助反射面は、前記被撮像体が通過可能な開口が形成されることを特徴とする撮像システムである。

前記撮像システムに関連して、前記開口は、前記補助反射面の面方向から視た場合に、第一方向が長く且つ該第一方向に対して直角となる第二方向に短い長孔であることを特徴とする撮像システムである。

前記撮像システムに関連して、前記開口は、前記補助反射面の反射方向から視た場合に、正円形又は正多角形であることを特徴とする撮像システムである。

また、本発明の撮像システムは、前記第一反射像を撮像する第一の前記撮像手段と、前記第二反射像を撮像する第二の前記撮像手段を備えることを特徴としている。

また、本発明の撮像システムは、前記撮像システムに関連して、前記第一反射像と前記第二反射像を撮像して得られた複数の撮像画像と、マスター画像とを比較して画像分析することを特徴としている。

また、本発明の撮像システムは、前記第一反射像と前記第二反射像を撮像して得られた複数の撮像画像と、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している。

また、本発明の撮像システムは、前記被撮像体の姿勢を、前記反射機構内において変位させ得る変位手段を備え、該変位手段が、該被撮像体を、前記体軸方向に変位さるか、前記体軸直角方向に変位させるか、前記体軸を中心とした回転によって位相を変位させるか、の何れかに該当するものであることを特徴としている。

本発明によれば、簡潔な構造でありながらも、被撮像体が長尺或いは無端状を成すループ構造体であっても、体軸直角方向の全周を撮像することを可能とする。

本発明の第一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。 （Ａ）及び（Ｂ）は同撮像システムによる撮像画像を模式的に示す図である。 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。 同撮像システムの変形例を示す斜視図である。 本発明の第二実施形態に係る撮像システムの全体構成を示す平面図である。 同撮像システムを（Ａ）搬送方向から視た側面図、（Ｂ）搬送幅方向から視た側面図である。 （Ａ）及び（Ｂ）は同撮像システムによる撮像画像を模式的に示す図である。 （Ａ）乃至（Ｃ）は同撮像システムにおける反射面の他の構成態様を示す平面図及び側面断面図である。 （Ａ）及び（Ｂ）は同撮像システムの変形例を示す平面図である。 本発明の実施形態に係る撮像システムの補助反射手段を示す展開図である。 （Ａ）乃至（Ｄ）は本発明の実施形態に係る撮像システムの変形例を示す側面図である。

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、第一実施形態では、被撮像物として長尺の横断面形状が円形の線状体を選定し、この線状体の外観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、被撮像物としては横断面形状が円形の物に限定されるものでも、線状体に限定されるものでもない。

図１は、第一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、反射機構１０と、反射機構１０内において被撮像物（以下、線状体６）の姿勢を変化させ、また、線状体６を移動させる変位手段３０と、線状体６の反射像を撮像する撮像手段１６０、２６０と、画像一致度算出手段７０と、合否判定手段７５と、照明手段９０を備える。

反射機構１０は、線状体６の体軸方向に沿って配置される複数の反射手段（第一反射手段１１０、第二反射手段２１０）と、これらの反射手段の反射像を更に反射させる複数の補助反射手段（第一補助反射手段１９７、第二補助反射手段２９７）を有する。第一反射手段１１０及び第二反射手段２１０は、それぞれ、内側に設けられる撮像空間１２０、２２０を有する。また、反射手段としては、表裏面に反射面を有する反射手段を一つ以上用いる構成とすることも可能である。

第一及び第二反射手段１１０、２１０は、一端側が小径となる狭空間１１６Ａ、２１６Ａで、他端側が大径となる広空間１１６Ｂ、２１６Ｂに開口した錐形筒状を成しており、その内周を反射面１１２、２１２としている。従って、反射面１１２、２１２は、軸方向を基準にして互いに非平行状態で対向配置される。本実施形態では、特に、第一及び第二反射手段１１０、２１０が円錐となっており、その反射面１１２、２１２の角度は、錐軸１４に対して略４５°となっている。

反射面１１２、２１２は、所謂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。他にも、図１の反射面１１２の領域Ｘに拡大して示されるように、スパッタリングミラーとも呼ばれる、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を採用できる。従って、反射面１１２、２１２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１１２、２１２に線状体６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。

次に、反射機構１０における第一反射手段１１０と第二反射手段２１０の配置態様について説明する。配置態様には、反射面開放型配置態様と反射面対向型配置態様、並びに、錐軸が非同軸化（これは互いに平行でオフセットされる場合、互いに角度を有する場合の双方を含む）された反射面開放型配置態様と反射面対向型配置態様との四通りがあり、第一実施形態は反射面対向型配置態様を採用している。具体的に、第一反射手段１１０の狭空間１１６Ａと第二反射手段２１０の狭空間２１６Ａが互いに近く、かつ、第一反射手段１１０の広空間１１６Ｂと第二反射手段２１０の広空間２１６Ｂが互いに離れた状態となる。また、第一反射手段１１０と第二反射手段２１０の錐軸１４は互いに一致しており、所謂同軸状態となっている。結果、互いの反射面１１２、２１２が対向状態となる。

また、第一反射手段１１０は、小径の開口となる狭空間１１６Ａが鉛直上方となり、大径の開口となる広空間１１６Ｂが鉛直下方となる。第二反射手段２１０は、小径の開口となる狭空間２１６Ａが鉛直下方となり、大径の開口となる広空間２１６Ｂが鉛直上方となる。錐軸１４は鉛直方向と平行となる。

撮像空間１２０、２２０は、第一及び第二反射手段１１０、２１０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線状体６を位置させると、線状体６の周囲を取り囲む反射手段１１０、２１０により、線状体６の中心を通る体軸６Ａの直角方向の全方位の反射像を同時に得ることができる。

なお、本撮像システム１のように、反射手段１１０、２１０の円錐形状の錐軸１４からの傾斜角を略４５°とすると次の利点が得られる。撮像空間１２０、２２０内の錐軸１４に沿った様々な箇所を始点とし、反射面１１２、２１２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１６０Ａ、２６０Ａ）中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。結果、各部の至る所で、撮像手段１６０、２６０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（ここでは線状体６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、従来のように反射手段１１０、２１０を用いずに、錐軸１４を側面から撮像した状態の尺度と一致させることもできる。

第一及び第二反射手段１１０、２１０に向かって入射する光を発する照明手段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、第一及び第二反射手段１１０、２１０の大径となる広空間１１６Ｂ、２１６Ｂにおいて、これらと撮像手段１６０、２６０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１１２、２１２と略同軸状に配置される。発光面９０の軸方向の長さは、線状体６の軸方向長さ（撮像長さ）又は撮像空間１２０、２２０の軸方向寸法と比較して、同等又は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、線状体６に対して軸方向にずらしつつ、発光面の角度も線状体６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線状体６を照らす。この結果、撮像手段１６０、２６０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上、被撮像物自信の影を消失させることが出来る。因みに、照明手段の発光面を線状体６側に向けて直接的に照らすと、撮像手段１６０、２６０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。また、上述のように照明手段を構成することによれば、被撮像体自身の影を消す消影効果を発揮し、自身の影の撮像画像への写り込みを防止することができる。勿論、照明手段９０の構成や配置は、これに限定されるものではなく、撮像空間１２０，２２０内に配置された被撮像物を所望の解像度で撮像することが出来るように構成されていればよく、構成や配置は特に限定されない。

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複数の部分、ここでは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、線状体６の複数の映像を撮像すると、発光領域と光量の調整により、表面の凹凸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、影の変動や色調等の差異から、表面の凹凸や深さ、見え難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。また、発光面を適宜にカラー発光させて、特定色の発光に対する被撮像物の反応や反射の具合を捉えることができるように構成してもよい。

第一及び第二補助反射手段１９７、２９７は、第一及び第二反射手段１１０、２１０の間に配置される。第一補助反射手段１９７の第一補助反射面１９７Ｂは、錐軸１４の延長線上において、第一反射手段１１０の光路に対して４５°で傾斜する状態で配置される。従って、この第一補助反射面１９７Ｂが、第一反射手段１１０の反射光の光路を、錐軸１４の直角方向に変更して、その先に配置される撮像装置１６０に案内する。第二補助反射手段２９７の第二補助反射面２９７Ｂは、錐軸１４の延長線上において、第二反射手段２１０の光路に対して４５°で傾斜する状態で配置される。従って、この第二補助反射面２９７Ｂが、第二反射手段２１０の反射光の光路を、錐軸１４の直角方向に変更して、その先に配置される撮像装置２６０に案内する。

特に本実施形態では、共通のプレートの両表面を利用して、第一及び第二補助反射手段１９７、２９７が形成されており、換言すると、単一の補助反射手段が、第一補助反射面１９７Ｂと第二補助反射面２９７Ｂを有することになる。結果として、第一補助反射面１９７Ｂと第二補助反射面２９７Ｂの反射方向は互いに正反対となる。第一補助反射面１９７Ｂと第二補助反射面２９７Ｂは、表面反射鏡であることが好ましい。なお、ここでは第一及び第二補助反射手段１９７、２９７の反射方向が正反対となる場合を例示したが、本発明はこれに限定されない。具体的には後述すが、互いの反射像の欠落部分を補い合うことができる程度に、第一及び第二補助反射手段１９７、２９７の反射方向が相異なっていれば良い。

また。第一及び第二補助反射手段１９７、２９７は、中央に雄ねじ体５が通過可能な開口１９７Ａ、２９７Ａが形成されている。この開口１９７Ａ、２９７Ａは、線状体６が通過可能に構成され且つ極力小さい貫通孔とすることが好ましく、例えば、被撮像物が円柱状を成す物体である場合には、図１０に示すように、第一補助反射手段１９７及び／又は第二補助反射手段２９７のそれぞれの面方向視において楕円形で且つ錐軸１４に沿った視点からは正円形として捉えられる形状の、楕円形に設定することが好ましい。なお、楕円形でなくても、第一方向（ここでは傾斜方向）が長く且つ該第一方向に対して直角となる第二方向（ここでは傾斜幅方向）に短い長孔であれば、他の形状であってもよい。この場合、錐軸１４に沿った視点では正多角形等になるようにしても良い。

変位手段３０は、反射機構１０における錐軸１４と線状体６の体軸５Ａを同軸化しつつ、線状体６を保持して、線状体６を体軸５Ａの方向に変位させ、各撮像空間内１２０、２２０の所定位置に線状体６を位置決めする。なお、本実施形態では、反射機構１０の錐軸１４が鉛直方向に平行となっているので、線状体６の体軸５Ａも鉛直方向に平行となる。

変位手段３０は、線状体６を挟持する一対の搬送ローラ３１、３１を備える。この搬送ローラ３１を特に図示しない駆動手段によって間欠的に回転させることで、線状体６を体軸方向に搬送し、所望の位置で位置決めする。ここでは、図１の上から下に向かって、即ち、第一反射手段１１０から第二反射手段２１０に向かって線状体６を搬送する。勿論、変位手段３０による線状体６の変位は、必ずしも間欠的である必要はなく、連続して繰り送るものであってもよい。この場合、線状体６を変位させる変位速度に応じて撮像手段による撮像速度を高速化するのが好ましい。

線状体６の特定領域を６Ｘと定義すると、変位手段３０は、図１に示すように、第一反射手段１１０の狭空間１１６Ａから線状体６の特定領域６Ｘを内部に挿入して、第一反射手段１１０の撮像空間１２０内に、特定領域６Ｘを位置決めする（これを第一の姿勢と定義する）。第一反射手段１１０に反射した反射像は、特定領域６Ｘの体軸６Ａの直角方向の全方位像（環状の像）となるが、この反射像が、第一補助反射手段１９７で更に反射すると、その反射光の一部が線状体６と干渉する。結果、図２（Ａ）に示すように、撮像装置１６０の撮像面１６０Ａに到達する第一反射像は、前面側に線状体６が映り込んでしまい、第一の姿勢で位置決めされる特定領域６Ｘの第一部分像６Ｐが欠落した状態（第一死角像を有する状態）となる。

その後、変位手段３０は、特定領域６Ｘを、第一反射手段１１０から、開口１９７Ａ、２９７Ａを通過して、第二反射手段２１０側へ移動させて、第二反射手段２２０の広空間２１６Ｂから特定領域６Ｘを内部に挿入し、第二反射手段２１０の撮像空間２２０内に位置決めする（これを第二の姿勢と定義する）。第二反射手段２１０に反射した反射像は、特定領域６Ｘの体軸６Ａの直角方向の全方位像（環状の像）となるが、この反射像が、第二補助反射手段２９７で更に反射すると、その反射光の一部が線状体６と干渉する。結果、図２（Ｂ）に示すように、撮像装置２６０の撮像面２６０Ａに到達する第一反射像は、前面側に線状体６が映り込んでしまい、第二の姿勢で位置決めされる特定領域６Ｘの第二部分像６Ｑが欠落した状態（第二死角像を有する状態）となる。第一補助反射手段１９７と第二補助反射手段２９７の反射方向が互いに異なっていることから、第一反射像で欠落している第一部分像６Ｐと、第二反射像で欠落している第二部分像６Ｑは、互いに異なる位置となる。結果、図２（Ａ）及び（Ｂ）の二枚の撮像データを組み合わせれば、互いの欠落部分を補い合う結果となり、実質的に、特定領域６Ｘの全周の反射像が得られることになる。

撮像手段１６０、２６０は、反射機構１０の錐軸１４に対して直角方向に配置されるカメラであり、補助反射手段１９７、２９７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１６０、２６０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１６０Ａ、２６０Ａを有し、反射機構１０の各反射面１１２、２１２で反射した反射像、具体的には線状体６の軸部の全方位像を撮像する。なお、この撮像手段１６０、２６０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。

撮像手段１６０、２６０によって撮像された図２（Ａ）及び（Ｂ）の画像データは、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、所謂演算装置であり、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環状のマスター画像を備えており、これらと、撮像手段１６０、２６０で実際の線状体６（特定領域６Ｘ）を撮像して得られた二つの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。この際、図２（Ａ）の画像データでは、欠落している第一部分像６Ｐを無視して画像マッチングを行う。また、図２（Ｂ）の画像データでは、欠落している第二部分像６ＱＡを無視して画像マッチングを行う。この二度のマッチング作業により、結果として、特定領域６Ｘの全周の画像マッチングを高精度に行うことと同義になる。それぞれ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。或いは、図２（Ａ）の画像データから欠落している第一部分像６Ｐを含む位相領域を除去し、且つ、図２（Ｂ）の画像データから欠落している第二部分像６ＱＡを含む位相領域を除去して、これら二つの除去画像データを合成して、一つの全周画像データを得て、この合成画像データをマスター画像と比較することで合否判定するように構成してもよい。

合否判定手段７５は、画像一致度等に応じて合否判定を行う。具体例としては、二枚の画像データの一方でも、画像一致度が所定の閾値を逸脱して、不一致と判断される場合は、線状体６の外観品質が悪いと判定する。二枚の画像データの双方において、マスター画像との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、線状体６の外観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１６０、２６０によって撮像された複数の画像データ、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。

以上、本実施形態の撮像システム１によれば、変位手段３０によって、反射機構１０内で線状体６を体軸６Ａ方向に変位させ、第一及び第二の姿勢に位置決めされる線状体６（特定領域６Ｘ）のそれぞれの反射像を、撮像装置１６０、２６０で撮像する。結果、反射像の光路と線状体６の干渉によって、第一部分像６Ｐが欠落した撮像データと、第一部分像６Ｐと異なる第二部分像６Ｑが欠落した撮像データを得ることが可能になる。これらの複数の撮像データを組み合わせて、線状体６の外観検査を行えば、被撮像体の所望の外観の全体像を高解像度の撮像データとして得られ、その高解像度の撮像データを用いて外観検査を行うことが可能となり、高精度な合否判定を実現する。

特に第一実施形態の撮像システム１では、反射機構１０が複数の反射手段１１０、２１０を軸方向に備えており、これらの間を線状体６が体軸方向に変位しながら、複数の画像データを得るようにしている。従って、線状体６を直線的に搬送することが可能となる。

また、本実施形態の撮像システム１によれば、第一及び第二反射手段１１０、２１０が円錐形の筒状となることから、両端の開口を介して、線状体６を撮像空間１２０，２２０内外に亘って搬入・搬出させ、位置させたり、通過させたりすることができる。従って、極めて長い線状体６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。

なお、ここでは反射面１１２、２１２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３（Ａ）に示されるように、被撮像物が略円柱状であれば反射面１１２、２１２を円錐にし、図３（Ｂ）に示されるように、被撮像物が略三角柱状であれば反射面１１２、２１２を略三角錐状とし、図３（Ｃ）に示されるように、被撮像物が略四角柱状であれ反射面１１２、２１２を略四角錐状とすることで、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、略三角筒状や略四角筒状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１１２、２１２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°を高めることができる。

因みに、反射面１１２、２１２の傾斜角を略４５°に設定すると以下の利点が得られる。線状体６の軸部の軸方向に沿った様々な箇所を始点とし、反射面１１２、２１２及び第二補助反射手段１９７、２９７でそれぞれ反射されて、撮像面１６０Ａ、２６０Ａ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、線状体６（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１１２、２１２の錐軸直角方向の断面形状を相似させているので、線状体６の軸部の周方向に沿った様々な箇所を始点とし、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、線状体６の軸部のあらゆる表面の至る所で、その表面自体の凹凸の差異を除けば、全ての光路長が等しくなるので、全方位の全長について同時に撮像手段１６０、２６０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（ここでは線状体６の軸部）を撮像する場合に、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、線状体６の体軸６Ａ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、上記第一実施形態では、第一及び第二反射手段１１０、２１０の反射面１１２、２１２及び第一及び第二補助反射手段１９７、２９７が環状となっている場合を示したが、本発明はこれに限定されない。例えば図４に示すように、第一及び第二反射手段１１０、２１０の反射面１１２、２１２は、体軸に対する直行方向における（周方向の）部分範囲１１２Ｅ、２１２Ｅが欠落するようになっており、第一及び第二補助反射手段１９７、２９７も、体軸に対する直行方向における（周方向の）補助部分範囲１９７Ｅ、２９７Ｅが欠落する。これらの欠落した部分範囲１１２Ｅ、２１２Ｅ、１９７Ｅ、２９７Ｅを、線状体６が通過可能に構成する。このようにすると、検査開始前に、線状体６を撮像システム１にセッティングする際、部分範囲１１２Ｅ、２１２Ｅ、１９７Ｅ、２９７Ｅから線状体６を挿入することができるので、特に線状体６が長尺となる場合のメンテナンスや被撮像体に対する撮像システムの設置が容易となる。

より具体的に、第一反射手段１１０の反射面１１２が欠落している第一部分範囲１１２Ｅと、第二反射手段２１０の反射面２１２が欠落している第二部分範囲２１２Ｅは、周方向の位相が相対的に１８０°ずれている（勿論、この位相ずれ角度は１８０°に限定されるものではなく、像の欠落部分同士が干渉しない位相差に設定されていればよく、例えば、９０°などとすることも可能である）。第一部分範囲１１２Ｅは、何れにしろ、線状体６との干渉によって撮像されない第一部分像６Ｐを構成する領域と一致させる。同様に、第二部分範囲２１２Ｅは、何れにしろ、線状体６との干渉によって撮像されない第二部分像６Ｑを構成する領域と一致させる。

第一補助反射手段１９７の反射面が欠落している第一補助部分範囲１９７Ｅと、第二補助反射手段２９７の反射面が欠落している第二補助部分範囲２９７Ｅとは、周方向の位相が互いに１８０°ずれている。また、第一補助部分範囲１９７Ｅは、何れにしろ、線状体６との干渉によって撮像されない第一部分像６Ｐを構成する領域と一致させる。同様に、第二補助部分範囲２９７Ｅは、何れにしろ、線状体６との干渉によって撮像されない第二部分像６Ｑを構成する領域と一致させる。結果として、部分範囲１１２Ｅ、２１２Ｅ、１９７Ｅ、２９７Ｅを欠落させたとしても、得られる撮像データは、図２と略同じにすることができる。

次に、図５乃至図７を参照して、第二実施形態の撮像システム１を説明する。第二実施形態では、被撮像体として雄ねじ体５を採用する場合を例示する。なお、第一実施形態と同一又は類似する部品又は部材については、図中及び文中の符号を一致させることで説明を省略し、ここでは第一実施形態と異なる点について説明する。

図５に示す撮像システム１は、反射機構１０における第一反射手段１１０と第二反射手段２１０が、水平面内において異なる場所に配置される（勿論、配置面は、水平面と平行に設定しなければならないというものではなく、例えば、水平面から傾斜させたり、円直面に対して平行となるように設定したりすることできる。）。また、コンベアとなる変位手段３０は、第一反射手段１１０から第二反射手段２１０まで、雄ねじ体５を水平面内で搬送する。なお、変位手段３０による搬送路は、第一反射手段１１０と第二反射手段２１０の途中で９０°曲がっている。即ち、第一反射手段１１０を雄ねじ体５が通過する搬送方向と、第二反射手段２１０を雄ねじ体５が通過する搬送方向は互いに直角となる。

第一反射手段１１０と第二反射手段２１０は錐軸が鉛直方向となっており、各反射面１１２、２１２は、それぞれ、反射面が欠落した一対の第一及び第二部分範囲１１２Ｅ、２１２Ｅを有する。第一反射手段１１０の反射面１１２の一対の第一部分範囲１１２Ｅは、互いに１８０°位相差で対向する。従って、雄ねじ体５は、変位手段３０によって一方（図５の上方）の第一部分範囲１１２Ｅから第一反射手段１１０内に搬入されて、他方（図５の下方）の第一部分範囲１１２Ｅから搬出される。第二反射手段２１０の反射面２１２の一対の第二部分範囲２１２Ｅは、互いに１８０°位相差で対向する。従って、雄ねじ体５は、変位手段３０によって一方（図５の左方）の第二部分範囲２１２Ｅから第二反射手段２１０内に搬入されて、他方（図５の右方）の第二部分範囲２１２Ｅから搬出される。勿論、錐軸１４は必ずしも鉛直に設定しなければならないと言うものではなく、錐軸１４が鉛直から傾斜していたり、或いは直交していたりしてもよい。また、反射機構の内部で搬送方向が変化できる構成であれば、一対の第一部分範囲１１２Ｅ、一対の第二部分範囲１１２Ｅの位相差は１８０°でなくても良い。

図６（Ａ）及び（Ｂ）に示すように、第一反射手段１１０と第二反射手段２１０は、鉛直下側が狭空間となり、鉛直上側が広空間となる。第一反射手段１１０と第二反射手段２１０内の撮像空間１２０、２２０に位置決めされる雄ねじ体５は、撮像装置１６０、２６０によって撮像される。

図７（Ａ）に示すように、第一反射手段１１０によって反射されて、撮像装置１６０の撮像面１６０Ａに到達する雄ねじ体５の第一反射像は、雄ねじ体５の第一部分像６Ｐが欠落した状態となる。図７（Ｂ）に示すように、第二反射手段２１０によって反射されて、撮像装置２６０の撮像面２６０Ａに到達する雄ねじ体５の第一反射像は、雄ねじ体５の第二部分像６Ｑが欠落した状態となる。第一部分像６Ｐと第二部分像６Ｑは、互いに異なる位置となる。結果、図７（Ａ）及び（Ｂ）の二枚の撮像データを組み合わせれば、互いの欠落部分を補い合う結果となり、実質的に、雄ねじ体５の軸部全周の反射像が得られることになる。

なお、ここでは反射面１１２、２１２を、一部欠落した略円錐形状としたが、略多角錐状にすることも可能である。例えば、図８（Ａ）に示すように、被撮像物が略円柱状であれば反射面１１２、２１２を略円錐状にし、図８（Ｂ）に示すように、被撮像物が略四角柱状であれ反射面１１２、２１２を略四角錐状とすることで、適切な撮像が可能となる。また例えば、被撮像物が略円柱状であっても、図８（Ｃ）に示すように、反射面１１２、２１２を一対の傾斜平面とすることができる。得られた画像データを補正すれば、反射面１１２、２１２が略円錐状となる場合と同じ画像データを生成することができるからである。

また、上記第二実施形態の撮像システム１では、搬送手段３０による搬送路を途中で直角に曲げる場合を例示したが、本発明はこれに限定されない。例えば図９（Ａ）に示す撮像システム１では、第一反射手段１１０の反射面１１２の一対の第一部分範囲１１２Ｅと、第二反射手段２１０の反射面２１２の一対の第二部分範囲２１２Ｅとが、搬送路に沿って直線状態に配置される。コンベアとなる変位手段３０は、雄ねじ体５を、第一反射手段１１０から第二反射手段２１０に向かって直線上に搬送するが、第一反射手段１１０と第二反射手段２１０の途中において、特に図示しないターンテーブルによって雄ねじ体５を適宜角度、例えば、９０°回転させる。このようにしても、図７（Ａ）及び（Ｂ）と同等の撮像データを得ることができる。

また更に図９（Ｂ）に示す撮像システム１のように、反射機構１０が単一の反射手段３１０を備えており、反射面３１２に、一対の部分範囲３１２Ｅを有することができる。この場合、変位手段３０が、雄ねじ体５を、反射面３１２の内部で適宜角度、例えば、９０°回転させて、第一の姿勢と第二の姿勢で位置決めし、それぞれの撮像データを得るようにする。このようにしても、図７（Ａ）及び（Ｂ）と同等の撮像データを得ることができる。

また、上記第一実施形態では、第一の補助反射手段１９７と第二の補助反射手段２９７が一体化した単一の補助反射手段の両面に、第一補助反射面１９７Ｂと第二補助反射面２９７Ｂが形成される場合を例示したが、本発明はこれに限定されない。例えば図１１（Ａ）に示すように、第一の補助反射手段１９７と、第二の補助反射手段２９７が別々に配置されており、第一補助反射面１９７Ｂの反射方向と、第二補助反射面２９７Ｂの反射方向が、錐軸１４に対して直角且つ互いに反対となるようにしても良い。また、同反射方向が平行となる場合を除き、互いに角度を有する関係に設定することも可能であり、例えば、第一補助反射面１９７Ｂの反射方向と、第二補助反射面２９７Ｂの反射方向が、錐軸１４に対して直角且つ互いに角度を有する（例えば直角）ようにしても良い。

更に、上記第一実施形態では、反射機構１０における第一反射手段１１０と第二反射手段２１０が反射面対向型配置態様となる場合を例示したが、例えば図１１（Ｂ）に示すように、反射面開放型配置態様としても良い。この場合、第一反射手段１１０と第二反射手段２１０の錐軸１４の延長線上に、それぞれ、第一の補助反射手段１９７と第二の補助反射手段２９７を別々に配置し、第一補助反射面１９７Ｂと第二補助反射面２９７Ｂによって更に反射させることもできる。

なお、上記第二実施形態では、補助反射手段を配置しない場合を例示したが、本発明はこれに限定されない。特に図示しないが、第一反射手段１１０と第二反射手段２１０の錐軸１４の延長線上に、それぞれ、第一の補助反射手段１９７と第二の補助反射手段２９７を別々に配置し、第一補助反射面１９７Ｂと第二補助反射面２９７Ｂによって更に反射させることもできる。

更にまた、上記第一実施形態では、第一反射手段１１０と第二反射手段２１０の錐軸が同軸となる場合を例示したが、本発明はこれに限定されない。例えば図１１（Ｃ）に示すように、第一反射手段１１０の錐軸１４Ａと第二反射手段２１０の錐軸１４Ｂが、非同軸且つ互いに平行となるようにしても良く、また、図１１（Ｄ）に示すように、第一反射手段１１０の錐軸１４Ａと第二反射手段２１０の錐軸１４Ｂが、角度を有する（例えば直角）ようにしても良い。この場合、例えば、柔軟性を有する長尺の被撮像体の場合は、プーリー等によって途中で屈曲させながら搬送すれば良い。

なお、本実施形態では、被撮像体として、線状体６又は雄ねじ体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。

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。

１ 撮像システム
５ 雄ねじ体
６ 線状体
５Ａ、６Ａ 体軸
１０ 反射機構
１４ 錐軸
３０ 変位手段
７５ 合否判定手段
９０ 照明手段
９４ 発光面
９５Ａ〜９５Ｄ 部分発光領域
１１０ 第一反射手段
１１２ 反射面
１１２Ｅ 部分範囲
１１６Ａ 狭空間
１１６Ｂ 広空間
１２０ 撮像空間
２１０ 第二反射手段
２１２ 反射面
２１２Ｅ 部分範囲
２１６Ａ 狭空間
２１６Ｂ 広空間
２２０ 撮像空間
３１０ 反射手段
３１２ 反射面

Claims (13)

1. 互いに非平行状態で対向して設けられる反射面により一端側が狭空間且つ他端側が広空間を画成する反射手段を、一つ以上有する反射機構と、
   上記反射面間に設けられ、被撮像体を位置及び／又は通過させ得、上記被撮像体のほぼ中心を通る体軸に対して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、
   上記反射機構の系内で、第一の姿勢において前記被撮像体の第一部分像が欠落した状態の第一反射像を撮像すると共に、第二の姿勢において該被撮像体の該第一部分像と相異なる第二部分像が欠落した状態の第二反射像を撮像する、撮像手段と、
   を備えることを特徴とする撮像システム。
2. 前記反射面は、前記体軸に対する所定の直交方向における部分範囲が欠落しており、該欠落した部分範囲を、前記被撮像体が通過可能に構成されることを特徴とする、
   請求項１に記載の撮像システム。
3. 前記被撮像体の姿勢を、前記反射機構内において変位させる変位手段を有し、
   前記変位手段は、前記体軸を中心として前記被撮像体を適宜角度回転させることで、前記第一の姿勢から前記第二の姿勢へと変位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. 前記反射機構は、複数の前記反射手段を有しており、
   複数の前記反射手段の前記反射面は、それぞれ、前記被撮像体の前記体軸に対する所定の直交方向における部分範囲が欠落しており、
   上記欠落した部分を、前記被撮像体が通過可能に構成されることを特徴とする、
   請求項１に記載の撮像システム。
5. 前記被撮像体の姿勢を、前記反射機構内において変位させる変位手段を有し、
   第一の前記反射手段の前記反射面は、前記被撮像体の前記体軸に対する所定の直交方向における第一部分範囲が欠落しており、
   第二の前記反射手段の前記反射面は、前記被撮像体の前記体軸に対する所定の直交方向における前記第一部分範囲と相異なる第二部分範囲が欠落しており、
   前記変位手段は、前記第一の反射手段と前記第二の反射手段の間で前記被撮像体を変位させることを特徴とする、
   請求項４に記載の撮像システム。
6. 前記反射機構は、前記体軸方向に離間して配置される第一の前記反射手段と第二の前記反射手段とを有しており、
   前記反射機構は、
   第一の前記反射手段の前記反射像を更に第一方向に反射させて、前記被撮像体の存在による第一死角像を含む前記第一反射像を前記撮像手段に案内する第一補助反射手段と、
   第二の前記反射手段の前記反射像を更に前記第一方向と相異なる第二方向に反射させて、該被撮像体の存在による上記第一死角像と相異なる第二死角像を含む前記第二反射像を前記撮像手段に案内する第二補助反射手段と、
   を有することを特徴とする、
   請求項１に記載の撮像システム。
7. 前記反射機構は、前記反射手段の前記体軸に対して傾斜配置される一つ以上の補助反射面を有する補助反射手段を有し、
   前記補助反射面は、前記被撮像体が通過可能な開口が形成され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. 前記開口は、前記補助反射面の面方向から視た場合に、第一方向が長く且つ該第一方向に対して直角となる第二方向に短い長孔であることを特徴とする、
   請求項７に記載の撮像システム。
9. 前記開口は、前記補助反射面の反射方向から視た場合に、正円形又は正多角形であることを特徴とする、
   請求項７又は８に記載の撮像システム。
10. 前記第一反射像を撮像する第一の前記撮像手段と、前記第二反射像を撮像する第二の前記撮像手段を備えることを特徴とする請求項１乃至９の何れかに記載の撮像システム。
11. 前記第一反射像と前記第二反射像を撮像して得られた複数の撮像画像と、マスター画像とを比較して画像分析することを特徴とする請求項１乃至１０の何れかに記載の撮像システム。
12. 前記第一反射像と前記第二反射像を撮像して得られた複数の撮像画像と、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１１の何れかに記載の撮像システム。
13. 前記被撮像体の姿勢を、前記反射機構内において変位させ得る変位手段を備え、
    該変位手段が、該被撮像体を
    前記体軸方向に変位さる、
    前記体軸直角方向に変位させる、
    前記体軸を中心とした回転によって位相を変位させる、
    の何れかに該当するものであることを特徴とする請求項１乃至１２の何れかに記載の撮像システム。

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