JP2018036186A - 欠陥検査用照明装置 - Google Patents

Abstract

【課題】被検査物の表面欠陥の検出精度を向上させることができる欠陥検査用照明装置を提供することを目的としている。
【解決手段】被検査物Ｋ表面に強光Ｌａ・弱光Ｌｂを交互にパターン照射できるように配列された複数の白色ＬＥＤを有してなる。そして、複数の白色ＬＥＤより照射された光を集光し、集光した光を増幅して、その増幅した光が被検査物Ｋ表面に強光Ｌａ・弱光Ｌｂが交互にパターン照射されるように配置された集光部材を有してなる。
【選択図】図２

Description

本発明は、主に、光沢性のある被検査物の表面欠陥を検査する際に用いられる欠陥検査用照明装置に関する。

従来、光沢性のある被検査物の表面欠陥を検査する方法として、被検査物の表面欠陥（例えば、疵）に拡散光を照射し、その被検査物表面からの散乱光を撮像カメラにより受光し、その光量を計測することにより被検査物表面欠陥を検出するという発明が知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００４−１６３１７６号公報

この種の検査方法においては、照射される拡散光によって、被検査物表面欠陥の検出精度が異なってくるため、拡散光を被検査物に対して如何に有効に照射させるかが重要となっている。そこで、照射のムラを均一化するため、乳白色のアクリル樹脂板からなる拡散板を用いる方法が知られている。

しかしながら、このような拡散板を用いて拡散性を高めれば高めるほど、後方散乱も大きくなり、もって、光の透過率が著しく低下し、被検査物の表面欠陥（例えば、疵）における散乱光を撮像カメラにて受光することができず、検出精度が低下するといった問題があった。

そこで、本発明は、上記問題に鑑み、被検査物の表面欠陥の検出精度を向上させることができる欠陥検査用照明装置を提供することを目的としている。

上記本発明の目的は、以下の手段によって達成される。なお、括弧内は、後述する実施形態の参照符号を付したものであるが、本発明はこれに限定されるものではない。

請求項１の欠陥検査用照明装置によれば、被検査物（Ｋ）表面に強光（Ｌａ）・弱光（Ｌｂ）を交互にパターン照射できるように配列された複数の発光素子（白色ＬＥＤ１１）を有してなることを特徴としている。

また、請求項２の発明によれば、上記請求項１に記載の欠陥検査用照明装置において、前記複数の発光素子（白色ＬＥＤ１１）より照射された光を集光し、集光した光を増幅して、その増幅した光（Ｌ）が前記被検査物（Ｋ）表面に強光（Ｌａ）・弱光（Ｌｂ）が交互にパターン照射されるように配置された集光部（集光部材１２）をさらに有してなることを特徴としている。

さらに、請求項３の発明によれば、上記請求項２に記載の欠陥検査用照明装置において、前記集光部（集光部材１２）は、アクリル製の丸棒からなることを特徴としている。

次に、本発明の効果について、図面の参照符号を付して説明する。なお、括弧内は、後述する実施形態の参照符号を付したものであるが、本発明はこれに限定されるものではない。

請求項１の発明によれば、被検査物（Ｋ）の表面に強光（Ｌａ）・弱光（Ｌｂ）が交互にパターン照射されるように配列された複数の発光素子（白色ＬＥＤ１１）を有しているから、被検査物（Ｋ）の表面に強光（Ｌａ），弱光（Ｌｂ）が交互にパターン配列された光（Ｌ）が照射されることとなる。これにより、被検査物（Ｋ）に表面欠陥（例えば、疵（Ｋａ））が存在すれば、光の位相差が生じ、もって、表面欠陥（例えば、疵（Ｋａ））部分に位置する強光（Ｌａ），弱光（Ｌｂ）の境界部分が歪んだ状態として明確に表れることとなる。それゆえ、ラインスキャンカメラ等の撮像カメラ（Ｃ）等で被検査物（Ｋ）の表面欠陥（例えば、疵（Ｋａ））部分を明瞭に捉えることができるから、被検査物の表面欠陥の検出精度を向上させることができる。

また、請求項２の発明によれば、複数の発光素子（白色ＬＥＤ１１）より照射された光を集光し、集光した光を増幅して、その増幅した光（Ｌ）が被検査物（Ｋ）表面に強光（Ｌａ）・弱光（Ｌｂ）が交互にパターン照射されるように配置された集光部（集光部材１２）を有してなるから、従来のように拡散板を用いて拡散光を強める必要がなくなり、もって、光の減衰による撮像カメラ（Ｃ）の撮像への影響を最小限に抑えることができる。また、集光部（集光部材１２）にて、複数の発光素子（白色ＬＥＤ１１）より照射された光を集光し増幅しているから、撮像カメラ（Ｃ）の撮像に十分な光量とすることができ、もって、従来であれば見逃していた被検査物（Ｋ）の表面欠陥（例えば、疵Ｋａ）部分もはっきりと捉える事ができる。

さらに、請求項３の発明によれば、集光部（集光部材１２）は、アクリル製の丸棒からなるから、複数の発光素子（白色ＬＥＤ１１）より照射された光を集光する際の集光面を広くとることができ、強光（Ｌａ）・弱光（Ｌｂ）が交互にパターン照射された光（Ｌ）の幅（Ｗ）を広くすることができ、もって、被検査物（Ｋ）の表面欠陥（例えば、疵Ｋａ）をより捉えやすくなるから、被検査物の表面欠陥の検出精度をより向上させることができる。

本発明の一実施形態に係る欠陥検査用照明装置の概略構成図である。 （ａ）は同実施形態に係る欠陥検査用照明装置より照射された光が被検査物表面に照射された場合の説明図、（ｂ）は同実施形態に係る欠陥検査用照明装置より照射された光が被検査物表面に照射された際、当該被検査物表面に疵があった場合の説明図である。 （ａ）は同実施形態に係る欠陥検査用照明装置より照射された光が正反射している状態を示す説明図、（ｂ）は同実施形態に係る欠陥検査用照明装置より照射された光が被検査物に形成されている疵によって散乱している状態を示す説明図である。 同実施形態に係る欠陥検査用照明装置を用いて被検査物を検査する場合の概略構成図である。

以下、本発明の欠陥検査用照明装置の一実施形態を、図面を参照して具体的に説明する。なお、以下の説明において、上下左右の方向を示す場合は、図示正面から見た場合の上下左右をいうものとする。

本実施形態に係る欠陥検査用照明装置は、主に、光沢性のある被検査物の表面欠陥を検査する際に用いられるもので、図１に示すように、欠陥検査用照明装置１は、長尺状のバー１０と、この長尺状のバー１０に配列されている複数の白色ＬＥＤ１１と、これら白色ＬＥＤ１１の拡散光を集光する集光部材１２とで構成されている。白色ＬＥＤ１１は、白色の拡散光を照射することができるＬＥＤ発光素子からなり、光沢性のある被検査物Ｋの表面に図２（ａ）に示すような、強光Ｌａ・弱光Ｌｂが交互にパターン照射されるように長尺状のバー１０に配列されている（図示では、等間隔に配列されている）。

一方、集光部材１２は、アクリル製の丸棒からなるレンズで形成されており、図１に示すように、複数の白色ＬＥＤ１１より照射された拡散光を集光し、増幅して帯状の光Ｌを被検査物Ｋに照射するものである。これにより、被検査物Ｋの表面には、図２（ａ）に示すように、強光Ｌａ，弱光Ｌｂが交互にパターン配列された帯状の光Ｌが照射されることとなる。

ここで、被検査物Ｋの表面に、強光Ｌａ，弱光Ｌｂが交互にパターン配列された帯状の光Ｌが照射される原理を詳しく説明する。

一般的に、トーマス・ヤングの実験から、光源からの光を平行な二つのスリットに通すと、衝立上に干渉縞が現れることが知られている。この干渉縞は、衝立上の点のスリットまでの光の波長λの整数倍になる時、干渉して強めあい、その中間では弱めあって、縞模様ができるというものである。そして二つのスリットを通した光がスクリーンに投影される時、二つのスリットから等しい距離にある点が最も明るく、その両側に、暗い部分と明るい部分が交互に繰り返し現れるということが知られている。

このような干渉縞が生じる条件として、スリット間の距離をａ、スリットとスクリーンの間の距離をＤ、光源の波長をλとした場合、光が強め合う条件は以下の式で表すことができる。

しかして、ｘは、上記数式１の条件を満たした時に明るい帯ができることとなる。それゆえ、図１に示す白色ＬＥＤ１１間の距離をａとして考えると、白色ＬＥＤ１１間の距離ａは、離れれば離れるほど、図２（ａ）に示す強光Ｌａ，弱光Ｌｂの間隔Ｈが広くなった帯状の光Ｌが照射され、白色ＬＥＤ１１間の距離ａは、近づければ近づけるほど、図２（ａ）に示す強光Ｌａ，弱光Ｌｂの間隔Ｈが狭くなった帯状の光Ｌが照射されることとなる。

しかして、白色ＬＥＤ１１より照射される光は拡散光ではあるものの、長尺状のバー１０に強光Ｌａ・弱光Ｌｂが交互にパターン照射されるように複数の白色ＬＥＤ１１が配列されている（図示では、等間隔）から、トーマス・ヤングの実験と同様の効果を得ることができる。

かくして、このように構成される欠陥検査用照明装置１より照射された帯状の光Ｌは、図１に示すように、被検査物Ｋに照射されることとなる。

ところで、この被検査物Ｋに図２（ｂ）に示すような表面欠陥（例えば、疵Ｋａ）が存在しなければ、欠陥検査用照明装置１より照射された帯状の光Ｌは、図３（ａ）に示すように、正反射し、正反射光Ｌｈが生じることとなる。

一方、被検査物Ｋに図２（ｂ）に示すような表面欠陥（例えば、疵Ｋａ）が存在していれば、欠陥検査用照明装置１より照射された帯状の光Ｌは、図３（ｂ）に示すように、正反射せず、表面欠陥（例えば、疵Ｋａ）により帯状の光Ｌが散乱し、散乱光Ｌｓが生じることとなる。この際、被検査物Ｋに図２（ｂ）に示すような表面欠陥（例えば、疵Ｋａ）が存在すると、図２（ｂ）に示すように、強光Ｌａ，弱光Ｌｂが交互にパターン配列された帯状の光Ｌの一部に歪みが生じることとなる。すなわち、一般的に、光は、一定周期の波形で表されることが知られているが、表面欠陥（例えば、疵Ｋａ）が存在すると、表面欠陥（例えば、疵Ｋａ）部分の波形が乱れ、通常の波形との間で位相差が生じることとなる。それゆえ、被検査物Ｋの表面に強光Ｌａ，弱光Ｌｂが交互にパターン配列された帯状の光Ｌを照射した際、図２（ｂ）に示すように、表面欠陥（例えば、疵Ｋａ）部分に位置する強光Ｌａ，弱光Ｌｂの境界部分が歪んだ状態となる。

それゆえ、このような歪みを図４に示すラインスキャンカメラ等の撮像カメラＣで撮像するようにすれば、図３（ｂ）に示す表面欠陥（例えば、疵Ｋａ）により生じた散乱光Ｌｓを明瞭に捉えることができる。これにより、被検査物Ｋの表面欠陥（例えば、疵Ｋａ）部分を撮像カメラＣで明瞭に撮像することができるから、図４に示す画像解析装置Ｓにてこの撮像した画像を解析処理した際、被検査物Ｋの表面欠陥（例えば、疵Ｋａ）部分を容易に判別することができる。

しかして、以上説明した本実施形態によれば、被検査物Ｋの表面に強光Ｌａ・弱光Ｌｂが交互にパターン照射されるように複数の白色ＬＥＤ１１を長尺状のバー１０に配列しているから、被検査物Ｋの表面に強光Ｌａ，弱光Ｌｂが交互にパターン配列された帯状の光Ｌが照射されることとなる。これにより、被検査物Ｋに表面欠陥（例えば、疵Ｋａ）が存在すれば、上述のように光の位相差が生じ、もって、表面欠陥（例えば、疵Ｋａ）部分に位置する強光Ｌａ，弱光Ｌｂの境界部分が歪んだ状態として明確に表れることとなる。それゆえ、被検査物Ｋの表面欠陥（例えば、疵Ｋａ）部分をラインスキャンカメラ等の撮像カメラＣで明瞭に捉えることができるから、被検査物Ｋの表面欠陥の検出精度を向上させることができる。

ところで、被検査物Ｋの表面欠陥（例えば、疵Ｋａ）部分に位置する強光Ｌａ，弱光Ｌｂの境界部分が歪んだ状態として明確に表れるためには、複数の白色ＬＥＤ１１の配列が重要となる。すなわち、図１に示す白色ＬＥＤ１１間の距離ａを広くすると、図２（ａ）に示す強光Ｌａ，弱光Ｌｂの間隔Ｈが広くなった帯状の光Ｌが照射されることとなるが、広くなりすぎると、強光Ｌａ，弱光Ｌｂの境界部分に、被検査物Ｋの表面欠陥（例えば、疵Ｋａ）部分が位置したり、位置しなかったりすることとなるため、被検査物Ｋの表面欠陥の検出精度が低下することとなる。また、図１に示す白色ＬＥＤ１１間の距離ａを狭くすると、図２（ａ）に示す強光Ｌａ，弱光Ｌｂの間隔Ｈが狭くなった帯状の光Ｌが照射されることとなるが、狭くなりすぎると、光が重なり合って、図２（ａ）に示すような強光Ｌａ，弱光Ｌｂが交互にパターン配列された光Ｌが被検査物Ｋの表面に生じ難くなるため、もって、被検査物Ｋの表面欠陥の検出精度が低下することとなる。それゆえ、被検査物Ｋの表面欠陥（例えば、疵Ｋａ）の一部に強光Ｌａ，弱光Ｌｂの境界部分が重なるように複数の白色ＬＥＤ１１を適切に配列する必要がある。

また、本実施形態においては、集光部材１２を設けているが、設けなくとも良い。しかしながら、設けた方が好ましい。集光部材１２を設けることにより、複数の白色ＬＥＤ１１より照射された拡散光を集光し、増幅して帯状の光Ｌを被検査物Ｋに照射することとなるから、従来のように拡散板を用いて拡散光を強める必要がなくなり、もって、光の減衰による撮像カメラＣの撮像への影響を最小限に抑えることができる。また、集光部材１２にて、複数の白色ＬＥＤ１１より照射された拡散光を集光し増幅しているから、撮像カメラＣの撮像に十分な光量とすることができ、もって、従来であれば見逃していた被検査物Ｋの表面欠陥（例えば、疵Ｋａ）部分もはっきりと捉える事ができる。

一方、本実施形態においては、集光部材１２として、アクリル製の丸棒からなるレンズで形成する例を示したが、それに限らず、凸レンズ等で形成しても良い。しかしながら、アクリル製の丸棒からなるレンズで形成した方が好ましい。複数の白色ＬＥＤ１１より照射された拡散光を集光する際の集光面を広くとることができるため、帯状の光Ｌの幅Ｗ（図２（ａ）参照）を広くすることができるためである。これにより、被検査物Ｋの表面欠陥（例えば、疵Ｋａ）をより捉えやすくなり、もって、被検査物Ｋの表面欠陥の検出精度をより向上させることができる。

なお、被検査物Ｋとしては、鉄板、シート、丸棒等どのようなものでも良いが、光沢性のある物質の表面欠陥を検査する際に特に有効である。光沢性のある物質として、例えば、金属光沢は、一般に、特有な滑らかな表面に見られる光を反射し、金属内部の自由電子と外部から入射した光子とが相互作用して発生する。金属表面に照射された光は一旦、そのエネルギーを電子に与え、電子は光で照射された光と同じ周波数で振動する。そして、その電気振動によって、再び金属表面から光が再放射される。光沢は主として光を反射する程度によって決まるが、実際には、正反射光と散乱反射光の強さの比、正反射像の鮮明さ、表面のざらつき模様などが強く影響する。金属光沢の中でも鉄は、可視域の全ての波長に対して反射率が５０％程度と低く、光のスペクトルは平坦なこともあり、強光Ｌａ，弱光Ｌｂが交互にパターン配列された帯状の光Ｌを照射することで、金属表面の凹凸の変化が捉えやすくなる。このことは、金属だけに限らず、光沢塗料で塗られた塗装面等にも言えることである。

しかして、本実施形態の欠陥検査用照明装置１は、光沢性のある被検査物Ｋの表面欠陥を検査する際に特に有効である。

なお、本実施形態においては、被検査物Ｋの表面欠陥（例えば、疵Ｋａ）を検査する際、撮像カメラＣにて撮像し、その撮像した画像を画像解析装置Ｓで解析処理する例を示したが、それに限らず、目視で被検査物Ｋの表面欠陥（例えば、疵Ｋａ）を検査する際にも利用可能である。

１ 欠陥検査用照明装置
１１ 白色ＬＥＤ
１２ 集光部材（集光部）
Ｌ 光
Ｋ 被検査物
Ｋａ 疵（表面欠陥）
Ｌａ 強光
Ｌｂ 弱光
Ｃ 撮像カメラ
Ｗ 幅

Claims (3)

1. 被検査物表面に強光・弱光を交互にパターン照射できるように配列された複数の発光素子を有してなる欠陥検査用照明装置。
2. 前記複数の発光素子より照射された光を集光し、集光した光を増幅して、その増幅した光が前記被検査物表面に強光・弱光が交互にパターン照射されるように配置された集光部をさらに有してなる請求項１に記載の欠陥検査用照明装置。
3. 前記集光部は、アクリル製の丸棒からなる請求項２に記載の欠陥検査用照明装置。

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