JP2017009542A - 撮像システム - Google Patents

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裕 道脇
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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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