JP2021167845A

JP2021167845A - 表面異物検出装置およびそれを用いた表面異物検出方法

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Publication number: JP2021167845A
Application number: JP2021121398A
Authority: JP
Inventors: 祥希大野; Yoshiki Ono
Original assignee: Tokyo Seimitsu Co Ltd
Current assignee: Tokyo Seimitsu Co Ltd
Priority date: 2017-03-28
Filing date: 2021-07-26
Publication date: 2021-10-21
Anticipated expiration: 2037-03-28
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Abstract

【課題】連続的または間欠的に測定位置に供給される測定対象品を高精度で測定可能な検査測定装置の異物による誤測定を防止可能な、表面異物検出装置およびそれを用いた表面異物検出方法を提供する。【解決手段】異物検出装置２０は、測定対象物１４に直行する方向から平行光を投光する測定光投光部４０と、測定対象物１４をはさんで反対側に配置された測定光受光部４２とを有する外形測定装置４８に付設される。測定光投光部と測定光受光部を結ぶ線に対して斜めの位置であって、測定対象物よりも測定光投光部と測定光受光部のいずれか一方の側に、パターン投影部３０、３４とパターン撮像部３２、３６を、パターン投影部と測定対象物とパターン撮像部がＶ字配置を形成するよう配設する。パターン投影部が測定対象物に投影光を投影して測定対象物の表面に形成したパターンを、パターン撮像部が撮像する。【選択図】図１

Description

本発明は、被測定物の表面に付着した異物を検出する表面異物検出装置および表面異物検出方法に係り、特に連続した被測定物または間欠的に同一形状の被測定物が検出位置に供給される場合に好適な、表面異物検出装置およびそれを用いた表面異物検出方法に関する。

各種の量産部品や延伸された線材等の外形形状の測定や検査を、容易にかつ効率的に自動で実施することが生産部門で望まれている。そのため、例えば外形形状を非接触で測定可能な光学式の測定方法も用いられている。このように被測定物を光学的に外形測定する例が、特許文献１に記載されている。

特許文献１に記載の形状測定器では、測定対象物を高精度で測定可能なように、筐体内に投光部および受光部を設けている。そして、投光部は発光ダイオード、拡散板、円形の開口部を有する絞り、投光レンズ及び投光ミラーを含み、受光部は第１のレンズ、受光ミラー、円形の開口部を有する絞り、第２のレンズ及びＣＣＤを含んでいる。投光部と受光部の間にステージにより測定台が配置され、測定台の支持面は受光部の第１のレンズの光軸に対して垂直になっている。

特許第４１３２３０８号公報

上記従来の光学式の検査器または測定器を用いた外形測定では、撮像手段により撮像された画像を、画像処理装置を用いて画像処理して高精度な測定を可能にしている。しかしながら、測定対象物の表面に水分のような異物が付着している可能性については十分には考慮されていなかった。一般に、製造現場での測定においては、測定対象物の外周部に微小な水滴等が残っている場合がある。水滴等が付着した状態で撮像すると実際の大きさよりも大きく判断することになり、測定誤差を生じて測定精度が低下するとともに、無用な規格外品を生み出す元となる。このような不具合を防止するためには、測定対象物の外形測定前に測定対象物の外周を綿密に洗浄又はふき取る必要があり、加工ラインに近いあるいは加工ライン内に測定部を設けることが困難となる。その結果、連続加工等を行う場合には、測定工程のみ他場所で実施する必要があった。

特許文献１に記載の形状測定器では、発光ダイオードを光源に用いて光源と受光部における場所的、時間的な照明強度の安定化を図っている。そのため、測定対象物を通過した照射光には場所や時間経過による検出強度の劣化が無く、高精度な測定が可能になることが示されている。

しかしながら、この公報に記載の形状測定器でも、測定対象物自体が計測の誤差要因を含むことについては、何ら考慮されていない。上述したように、大量生産品や連続生産品においては、時々刻々に部品の各部の形状を自動かつ高精度に検出して次工程へ回す必要がある。この公報に記載の計測器は確かに高精度な測定が可能と思われるが、測定のためには測定場所への移動や加工ラインへの戻し等、準備に要する工程等も多大になる恐れがある。

本発明は上記従来の発明の不具合に鑑みなされたものであり、その目的は連続的または間欠的に測定位置に供給される測定対象品を高精度で測定する外形測定装置や形状測定装置などのような検査測定装置が、異物により誤測定するのを防止可能な、表面異物検出装置およびそれを用いた表面異物検出方法を提供することにある。本発明の他の目的は上記目的に加え、表面異物の検査または測定位置を、加工ラインの近くまたは加工ラインの中に置けることを可能にする表面異物検出装置およびそれを用いた表面異物検出方法を提供することにある。

上記目的を達成する本発明の態様は、測定対象物を挟んで配設した測定光投光部と測定光受光部を有する測定装置に付設される異物検出装置において、前記測定光投光部と前記測定光受光部を結ぶ線に対して斜めの位置であって、前記測定対象物よりも前記測定光投光部および前記測定光受光部のいずれか一方の側に、パターン投影部とパターン撮像部を配設し、前記パターン投影部が前記測定対象物に投影して前記測定対象物表面に形成されたパターンを前記パターン撮像部が撮像することにある。

そしてこの態様において、複数のスリットが形成された遮蔽パターンまたは格子状の遮蔽パターンが形成されているマスクを前記パターン投影部が含んでもよく、前記パターン投影部が前記測定対象物に投影するパターンは、レーザ光を走査して形成されてもよい。また、前記パターン投影部から投影され前記パターン撮像部が撮像した前記測定対象物の撮像光画像におけるパターンが基準となるパターンより予め定めた量以上歪んでいれば異物が付着していると判断する制御手段を設けるのが好ましい。さらに、前記パターン投影部と前記パターン撮像部は複数個配置されており、パターン投影部と対応するパターン撮像部は、前記測定光投光部と前記測定光受光部を結ぶ線を含む前記測定対象物の軸線に直交する面を挟んで、互いに反対側に配設されていてもよい。

上記目的を達成する本発明の他の態様は、測定光を測定対象物に照射し、前記測定対象物で遮蔽されて形成された影の大きさから前記測定対象物の外径を測定する際に、前記測定対象物の外表面に付着した異物を検出する異物検出方法において、前記測定対象物にパターンが形成された投影光を斜めに投影し、この投影光を前記測定対象物に投影して前記測定対象物の表面に形成されたパターンを撮像した撮像画面を予め準備した基準画面と比較し、撮像した前記パターンが所定大きさ以上歪んでいたら異物が付着していると制御手段が判断することにある。

そしてこの態様において、前記測定対象物が、外形が円形である連続する線材または間欠的に測定部に供給される外形が円形の軸部材であることが望ましい。

上記目的を達成する本発明の態様は、以下のとおりである。

［１］測定対象物に直交する方向から平行光を投光する測定光投光部と上記測定対象物をはさんで上記測定光投光部とは反対側に配置された測定光受光部とを有する測定装置に付設される異物検出装置において、上記測定光投光部と上記測定光受光部とを結ぶ線に対して斜めの位置であって、上記測定対象物よりも上記測定光投光部および上記測定光受光部のいずれか一方の側に、パターン投影部とパターン撮像部を配設し、上記パターン投影部と上記測定対象物と上記パターン撮像部はＶ字配置を形成し、上記パターン投影部が上記測定対象物に投影して上記測定対象物表面に形成されたパターンを上記パターン撮像部が撮像することを特徴とする異物検出装置。

［２］複数のスリットが形成された遮蔽パターンまたは格子状の遮蔽パターンが形成されているマスクを上記パターン投影部が含むことを特徴とする［１］に記載の異物検出装置。

［３］上記複数のスリットの間隔を、検出しようとする異物の最小大きさの１／２以下としたこと特徴とする［２］に記載の異物検出装置。

［４］上記測定対象物が外形円形状の軸状部材であるときに、上記遮蔽パターンにより上記測定対象物に形成される投影像が２次曲線の縞模様となるように上記パターン投影部を配置したことを特徴とする［２］または［３］に記載の異物検出装置。

［５］上記パターン投影部と上記パターン撮像部は複数個配置されていることを特徴とする請求項［１］ないし［４」のいずれかに記載の異物検出装置。

［６］測定対象物に直交する方向から平行光を投光する測定光投光部と上記測定対象物をはさんで上記測定光投光部とは反対側に配置された測定光受光部とを有する測定装置に付設される異物検出装置を用いて、上記測定対象物で遮蔽されて形成された影の大きさから上記測定対象物の外径を測定する際に、上記測定対象物の外表面に付着した異物を検出する異物検出方法において、上記測定光投光部と上記測定光受光部とを結ぶ線に対して斜めの位置であって、上記測定対象物よりも上記測定光投光部および上記測定光受光部のいずれか一方の側に、パターン投影部とパターン撮像部を配設し、上記パターン投影部と上記測定対象物と上記パターン撮像部はＶ字配置を形成し、上記パターン投影部が上記測定対象物に投影して上記測定対象物表面に形成されたパターンを上記パターン撮像部が撮像し、撮像された撮像画面を予め準備した基準画面と比較し、撮像した上記パターンが所定大きさ以上歪んでいたら異物が付着していると制御手段が判断する、ことを特徴とする異物検出方法。

［７］上記測定対象物が、外形が円形である連続する線材または間欠的に測定部に供給される外形が円形の軸部材であるときに、上記パターン投影部が投影して上記測定対象物に形成された上記パターンが２次曲線の縞模様となるように上記パターン投影部を配置したことを特徴とする［６］に記載の異物検出方法。

本発明によれば、被測定物の外形を測定可能な測定装置に、測定対象物の測定断面に対して平行や垂直になる位置とは異なる位置からパターン付きの光を投射し、測定対象物の影を受光するようにしたので、連続的または間欠的に測定位置に供給される測定対象品の測定時に、非接触かつ自動で測定に影響する異物を受光パターンのゆがみから検出できる。したがって、信頼性の高い測定データを得ることができる。また測定対象物の表面に水滴等の異物が付着していても、付着した異物が測定に影響するものでない場合には、測定データをそのまま使用することが可能になるので測定の実用性が高まり、水滴等が付着する可能性のある加工ラインの近くまたは加工ラインの中に異物検出装置を配置することが可能になる。

本発明に係る異物検出装置の一実施例の図であり、図１（ａ）は異物検出装置を含む装置の模式図、同図（ｂ）は斜視図である。図１（ｂ）に示した異物検出装置における投影光及び撮像光の関係を説明する図であり、同図（ａ）は上面図、同図（ｂ）は正面図である。図１に示した異物検出装置のパターン投影部に備えられた遮光パターンの例を示す図である。図１に示した異物検出装置のパターン投影部からの投影光と影の関係を説明する図である。パターン撮像部の受光画像における異物の検出を説明する図である。図１に示した異物検出装置の平行光投光部からの平行光と平行光受光部の受光の関係（同図（ａ））およびパターン投影部からの投影光とパターン撮像部の受光の関係（同図（ｂ））を説明する図である。異物判断基準を説明する図である。パターン撮像部の受光画像における異物の検出を説明する図である。本発明に係る異物検出装置の異物検出処理工程を示すフローチャートである。

以下、本発明に係る異物検出装置のいくつかの実施例を、図面を用いて説明する。なお以下の説明では測定対象物として連続供給される線材を例に取り説明しているが、測定対象物は線材に限るものではなく、例えばベルトコンベアで運ばれる軸部材や、間欠的に測定部に供給される外形が円形の軸部材等であってもよい。その場合、測定部をベルトコンベアの近傍に設けハンドリング装置や回転テーブル等を用いて測定部へ測定対象物を移載し、測定部のコレットチャック等で軸部材の両センタを保持するようにすれば、線材の場合と同様の測定及び異物検出が可能になる。

図１は、本発明に係る異物検出装置２０が付設された外形測定装置４８を示す図であり、図１（ａ）は、測定対象物１４が連続する線材の場合を示す模式図であり、図１（ｂ）は外形測定装置４８と異物検出装置２０を模式的に示す斜視図である。図１（ａ）において、連続する線材１４は繰出しリール１０に巻回されており、図示しない駆動装置により繰出しリール１０が回動されると、線材１４は外形測定装置４８が配置された測定部へ繰り出される。測定部での測定が終了すると線材１４は巻取りリール１２に図示しない駆動装置を駆動して巻回される。この図１（ａ）では、線材１４の軸心は水平方向（ｚ方向）に整列しており、線材１４は−ｚ方向に繰り出し及び巻取りされる。一方、詳細を後述する外形測定装置４８はｘ方向に軸線が合わせられている。これらｘ、ｚ方向に互いに直交する方向としてｙ方向が設定されており、ｙ方向は鉛直上向き方向が正方向になっている。

図１（ｂ）に示すように、外形測定装置４８は、平行光を発生し投光する平行光投光部（測定光投光部とも称する）４０と、この平行光投光部４０から投光された平行光４５（図２参照）を受光するために線材１４を挟んで配設された平行光受光部（測定光受光部とも称する）４２を有している。ここで測定光投光部４０は、平行光を発生し投光する構成が好ましく、測定光受光部４２は、平行光を受光する構成が好ましいが、いずれも平行光でなくても例えば、レーザ光を投光し、レーザ光でスキャンして受光する構成であっても本発明の効果を奏することができる。よって、本発明の測定光投光部、測定光受光部は、平行光以外も含めるものとする。平行光投光部４０が投光する平行光の向きは線材１４の軸線に直交する方向である。したがって、平行光投光部４０の投光面の中心と平行光受光部４２の受光面の中心を結ぶ線は、線材１４に直交し、これがｘ方向である。

ところで、平行光を使用して測定対象物の外形を測定する場合、一般的にはＣＣＤなどの撮像素子を使用する。ここで、測定対象物の表面に異物が付着しているか否かは異物が付着していない他の部分と比較することによってしか実現できないが、撮像素子にラインセンサのような細い１次元センサを用いると、他の部分の情報を得ることができないので、異物検出が困難である。一方、ＣＣＤなどの広い範囲の情報を得ることができる撮像素子を用いると、特定個所に異物が付着しているのを検出できるが、外形測定用に平行光を使用しているために撮像素子の検出範囲が限られ、この範囲より広い範囲に対しては異物検出ができない。このような事情で、外形測定の撮像素子にかかわらず使用することが可能な、異物検出装置を測定装置に付設している。

外形測定装置４８に付設される異物検出装置２０は、本実施例では第１、第２のパターン投影部３０、３４と第１、第２のパターン撮像部３２、３６の２組を有するが、一組だけであってもよい。第１のパターン投影部３０と第１のパターン撮像部３２が対応し、第２のパターン投影部３４と第２のパターン撮像部３６が対応する。

図２に異物検出装置２０と外形測定装置４８の上面図（図２（ａ））及び正面図（図２（ｂ））を示す。図１（ｂ）も参照しながら、異物検出装置２０の具体的な配置を説明する。線材１４は、水平に配置されており、これに直交して平行光４５が平行光投光部４０から投光される。平行光投光部４０からの平行光４５は、線材１４で光路を遮られ、線材の背面側に影６０を形成する。外形測定装置４８は、この影６０の大きさを平行光受光部４２で受光し、図示しない制御装置で画像処理して精密に影６０の大きさ、すなわち線材１４の外径を測定する。

平行光４５が照射された線材１４の照射部分１４ｂの上面に投影光５３が照射されるように、ｘ方向には線材１４よりも平行光投光部４０側に、ｙ方向には平行光投光部４０よりも上側に、ｚ方向には平行光投光部４０から離して、斜めに第１のパターン投影部３０が配設される。第１のパターン投影部３０からの投影光５３が線材１４の上面に投影されたパターンを撮像するため、第１のパターン撮像部３２が、線材１４に対して斜め上方であって、第１のパターン投影部３０と同じ側に配設される。そして第１のパターン投影部３０と同様にｙ方向には線材１４よりも上方に、ｚ方向には平行光投光部４０を挟んで反対側に配置されている。これにより、第１のパターン投影部３０と線材１４と第１のパターン撮像部３２はＶ字配置を形成し、線材１４の上面側の状態を観察できるようになっている。

一方、第２のパターン投影部３４および第２のパターン撮像部３６は、第１のパターン撮像部３２および第１のパターン投影部３０の下側に斜めに配置されている。より具体的には、第２のパターン投影部３４は第１のパターン撮像部３２のほぼ真下に配置されており、線材１４の平行光照射部分１４ｂの下面側を斜めに照射するように線材１４よりも低い位置に配置されている。なおこの図２では煩雑さを避けるために第２のパターン投影部３４からの投影光５３の図示を省略しているが、第１のパターン投影部３０同様に投影光５３が線材１４に投影されている。第２のパターン撮像部３６は第１のパターン投影部３０のほぼ真下にあり、線材１４よりも下方に配置されている。この第２のパターン投影部３４と第２のパターン撮像部３６と線材１４もＶ字配置を形成しており、第２のパターン投影部３４からの投影光により線材１４の下側外表面に形成される投影パターンを撮像できるようになっている。

第１、第２のパターン投影部３０、３４の投影側には、詳細を後述するパターン形成のためのマスク３８が取り付けられている。また、第１、第２のパターン投影部３０、３４の投影光を制御するため、および第１、第２のパターン撮像部３２、３６が撮像した画像を処理し後述する異物の判定をするために、制御手段７０が設けられている。異物検出装置２０を構成する第１、第２のパターン投影部３０、３４及び第１、第２のパターン撮像部３２、３６と制御手段７０の間は、信号ケーブル１２１〜１２４で接続されている。制御手段７０には外形測定装置４８との通信のために信号ケーブル１１０が接続されている。

図３に、第１、第２のパターン投影部３０、３４に取り付けるマスクの例を示す。図３（ａ）は、複数のスリット３８２が形成されたマスク（遮光部）３８の例であり、スリット３８２間には投影光５３を遮蔽する遮蔽部３８１が形成されている。スリット３８２の間隔や幅は、測定対象である線材１４の表面に投影光５３を投影した場合に、スリット３８２を通り抜けた投影光５３が形成する縞の間隔に応じて決定される。すなわち、線材１４の表面でのスリット間隔が検出しようとする異物の最小大きさの１／２以下であるようにする。例えば検出可能な異物の最小値を１０μｍとするのであれば、線材１４の表面に投影される縞の間隔が５μｍになるように設定される。なお、この図３（ａ）では遮蔽部３８１の幅がスリット３８２より広くなっているが、遮蔽部３８１とスリット３８２の幅の比は、使用目的等に応じて自由に設定できる。

図３（ｂ）は、格子パターンのマスク（遮光部）３８ｂの例である。複数の直交する遮蔽格子３８３間に透過部３８４が形成されている。この格子パターンのマスク３８ｂの場合も、その格子のピッチや幅は検出しようとする異物の大きさに依存する。つまり、スリット３８２の場合と同様に、検出可能な異物の大きさの半分以下の格子間ピッチで線材１４の外表面に投影されるようにするのがよい。

図４に、第１、第２のパターン投影部３０、３４の配置の幾何学的関係を示す。図４では、第１のパターン投影部３０を例に取説明するが、第２のパターン投影部３４の場合も同様である。第１のパターン投影部３０が測定対象である線材１４に対して、角度θを持って斜めに取り付けられている。したがって、第１のパターン投影部３０から投影される投影光５３は、半径ｒの線材１４の左側では、上面側の点Ｐ_３まで線材１４に照射するが、それよりも左側では線材１４に照射することなく通り抜ける。一方線材１４の右側では最大半径位置のｒまで線材１４に投影光５３が照射されるので、投影光５３による線材１４の上面側のパターン投影範囲ＲｅはＲｅ＝ｒ+ｒ・ｓｉｎθで表される。ここで０°＜θ＜９０°である。θが９０°に近づくと投影光５３は外形測定用の平行光４５に直交する方向に近づく。この場合最高位置Ｐ_１を含む背面側のパターン投影範囲は広くなるが、高さ方向の変化を検出しにくくなり、異物によるスリット３８２や遮蔽格子３８３のゆがみが減少し、異物の検出が困難になる。一方、θが０°に近づくと平行光４５に近づく。この場合、線材１４の最高位置Ｐ_１を含む背面側のパターン投影範囲Ｒｅが減少し、背面側に高さが最高位置Ｐ_１を超える異物があっても検出されなくなる恐れが生じる。したがって線材の背面側の領域も確保できるθ＝４５°を中心として、±３０°程度の範囲にθを設定するのが好ましい。

この理由を、図５、６を用いて説明する。図５は、測定対象物である外形が円形である線材１４に付着する異物９３〜９６のパターンを示す。また、図６は平行光投光部４０と第１のパターン投影部３０により影６０、６１および表面縞が発生する様子を説明する図である。

外形測定装置４８は、線材１４により平行光４５が遮られて形成される影６０の大きさで、線材１４の外径φＤを決定する。したがって、もし水滴のような異物９３が図５（ａ）に示すように、線材１４の上下方向最高位置Ｐ_１を含む部分にあると、異物９３により、影６０が高さ方向に増大して、線材１４の真の外径φＤｃより大きな見かけの外径φＤｖを線材１４の外径とする。

また、図５（ｂ）に示すように、異物９４が線材１４の上下方向最低位置Ｐ_２よりも背面側であってもＰ_２位置よりも下方まで延びていると、外形測定装置４８が平行光４５の影６０から判断する線材１４の外径は、異物９４により真の外径φＤｃではなく見かけの外径φＤｖとなり、その差分だけ誤差が生じる。

一方、図５（ｃ）や図５（ｄ）に示すように、異物９５、９６が測定対象である線材１４の前面側または背面側に付着していても、それらが線材１４の最高位置Ｐ_１と最低位置Ｐ_２範囲内にある場合には、平行光４５による測定には影響を及ぼさず、真の外径φＤｃが測定される。したがってこれらの異物９５、９６は、本外形測定装置４８では無視され、異物検出装置２０はこれらの異物を検出する必要がなくなる。

図６（ａ）に、平行光投光部４０から平行光４５を線材１４に投光し、第１、第２のパターン投影部３０、３４からの投影をしない場合に形成される、平行光受光部４２の受光画面６５と第１のパターン撮像部３２が撮像した画面の例を示す。線材１４の表面には何ら異物が付着していない状態である。平行光４５だけが線材１４に投光されているので、線材１４の背面側には線材１４の外径φＤ幅だけの影６０が連続的に形成される。そして、平行光受光部４２の受光画面６５には、高さφＤに対応した帯が影６１として形成される。この受光画面６５の影６１の外側には、線材１４に遮られなかった平行光４５が表示される。

このとき、第１のパターン撮像部３２では、平行光４５により線材１４の背面側に形成された影６０が暗部として、線材１４の前側に照射された平行光４５が明部として撮像画面８０上に線材１４の最高位置Ｐ_１に対応する位置を境に形成される。図示しないが同様に、第２のパターン撮像部３６では、最低位置Ｐ_２を境にして明部と暗部に分かれた撮像画像が形成される。

図６（ｂ）に、第１のパターン投影部３０から測定対象である線材１４に投影光５３を投影したときに、線材１４の表面に形成されるパターンを第１のパターン撮像部３２で撮像した撮像画面８０の例を示す。この例では、パターン投影部３０は水平位置から約３０°斜め上方に配設されており、使用するマスク３８は、図３（ａ）に示したようなスリットのパターンを有している。円筒面に直線状のスリットを投影するので、形成される遮蔽体の影パターン８２とスリット透過光８４は、２次曲線（楕円曲線）の縞模様となっている。このように測定対象に投影されて形成されるパターンを直線、すなわち真上から投射しないようにすることにより、測定対象物の半径方向の歪が見やすくなる。

また、パターン投影部３０を傾けたことにより、図４により説明したように、線材１４の異物観察面が、水平方向から投射する場合には最高位置のＰ_１までであったのに対し、背面側のＰ_３まで背面側（平行光受光部側）に延びる。点Ｐ_３を超えた背面側は影６１の部分となり、線材１４への異物検出には寄与しない。この時、パターン投影部３０から投影される縞状の投影光５３ｂ自体は、線材に投影されると背面側に影６１を形成するが、線材に触れなかった投影光はそのまま背面側に進む投影光５３ｂを形成する。したがって、この投影光５３ｂが平行光４５を用いた測定の障害となる場合には、測定対象物１４の外形測定と異物検出を、時間を変えて行うようにすればよい。

次に、測定対象物である線材１４の表面に異物が付着した例を図７により説明する。図７は、図６（ｂ）と同様に第１のパターン投影部３０を上方に傾けて配置して、スリットパターンを線材１４に投影した場合を示している。線材１４の最高位置Ｐ_１近傍に微小な水滴が異物として付着している。第１のパターン撮像部３２が撮像した撮像画面８０には、図６（ｂ）と同様にスリットによるパターンが線材１４に投影されて撮像されている。この時、パターン投影部３０から投影される縞状の投影光５３ｂ自体は、線材に投影されると背面側に影６２を形成することは、図６と同様である。

図中の上から３番目の遮蔽体の影パターン８２が、最高位置Ｐ１に対応する位置付近で上方にわずかに膨らんでいる。これは水滴のような異物の屈折率や厚さに起因して影パターン８２が歪められた、異物による歪み８６である。これにより異物の有無を検出できる。この歪みの検出のために、予め異物が付着していない測定対象物にパターンを投影して形成された測定対象物の外表面の撮像画像を準備する。そして撮像された異物が付着していると思われる撮像画面８０との間で差分をとる画像処理をする。これにより有意な差があれば、異物が付着していると判断する。

異物が検出されれば、外形測定装置４８による平行光４５を用いた測定対象物１４の外形測定値が誤差を含むので、異物検出装置２０の制御手段７０は、信号ケーブル１１０を介して外形測定装置４８に測定が終了していれば無効であることを通知する。測定前であれば、外形測定装置４８はこの通知に従い、測定対象物１４の他の場所を測定するか、作業者を呼び出すか、不良品として排除するか等の措置をとる。これにより、測定位置に連続供給される測定対象品や間欠的にではあるが大量に供給される部品の測定を自動で効率よくかつ高精度に実施できる。

図８に、マスク３８に形成する遮光パターンの違いによるパターン撮像部３２、３６が撮像した撮像画面８０、８０ｂの違いを示す。図８（ａ）は、図３（ａ）に対応するマスク３８の遮光パターンであり、図８（ｂ）は図３（ｂ）に対応するマスク３８の遮光パターンである。上述したように、スリット上のパターンだけが形成されている場合には、図８（ａ）に示すように測定対象物１４の軸方向に複数の楕円曲線がマスクの影パターン８２として形成される。そして異物９１が、影パターン８２間にある細長い異物で、隣り合う影パターン８２間に収まる程度の幅しか有していないと、パターン撮像部３２、３６が撮像する撮像画面８０上では何らの変化が認められない。

一方、マスク３８の影パターンが格子状であれば、図８（ｂ）に示すように、測定対象物１４の軸線に直交する方向に近い楕円曲線の影パターン８２ａ（図８（ａ）と同じもの）と測定対象物１４の軸線に平行に延びる直線に近似した影パターン８２ｂが測定対象物１４の表面に投影される。したがって、異物９１が細長くて、楕円曲線型の影パターン８２ａでは検出されていなくとも、直線状の影パターン８２ｂでは異物９１を確実に検出することが可能になる。

なお、この図８（ｂ）では一方が楕円曲線の影パターンで他方が直線に近似した影パターンを有する場合を示しているが、パターン投影部３０、３４が測定対象物１４の軸線に対して、直交する方向ではなく斜めに配置されているのであれば、影パターン８２ａ、８２ｂはともに測定対象物の曲率に応じて曲がりの程度が変化する楕円曲線となり、直交する方向に近づけば直線に近づく。本発明ではパターン投影部３０、３４を測定対象物１４に対して斜めに配設しているので、影パターン８２ａ、８２ｂの歪みをより検出しやすくなっている。

図９に、上記異物検出装置２０を用いた異物検出処理の一例のフローチャートを示す。初めに、平行光投光部４０から測定対象物１４に平行光４５を投光する（ステップＳ９１０）。これにより、測定対象物１４のエッジ部分、すなわち最高位置Ｐ_１と最低位置Ｐ_２を検出する。次に、第１のパターン投影部３０を用いて縞模様のパターンを測定対象物１４の上側表面に斜めから投影する（ステップＳ９２０）。この場合、縞模様のパターンを、マスク３８を用いるかレーザ照射光を走査して形成する。第１のパターン撮像部３２が撮像した測定対象物１４の上側表面の撮像画像８０を予め準備した基準画像と比較して、測定対象物１４の上側に異物が付着しているか否かを制御手段７０が判断する。

次に同様に、第２のパターン投影部３４を用いて縞模様のパターンを測定対象物１４の下側表面に斜めから投影する（ステップＳ９３０）。縞模様のパターンは、マスク３８を用いて若しくはレーザ照射光を走査して、形成する。第２のパターン撮像部３６が撮像した測定対象物１４の下側表面の撮像画面８０を予め準備した基準画像と比較して、測定対象物の下側に異物が付着しているか否かを制御手段７０が判断する。第１、第２のパターン投影部３２、３６が撮像した撮像画面８０からは異物が検出されていないと制御手段７０が判断したら、平行光４５を測定対象物に投光する（ステップＳ９４０）。外形測定装置４８の制御装置は、平行光受光部４２の受光画像から測定対象物１４の外形を画像処理して求める（ステップ９４０）。

以上説明したように本発明の実施例によれば、測定対象物の斜め方向から、スリット状のパターンや格子状のパターンを測定対象物の表面に投影して表面に形成されるパターンを撮像しているので、測定対象物表面の水滴等の異物の付着を容易に検出できる。したがって、外形円形状の測定対象物を自動で計測する際に、測定に影響する異物の付着の判定を容易に実行でき、作業効率が向上する。

上記実施例では異物の検出のために上下に２組の異物検出用パターン投影部とパターン撮像部を設けているが、測定対象物を反転するまたは異物検出装置を反転することを可能にすれば、１組だけでも可能である。さらに３組以上設けてよいことは言うまでもない。また上記実施例では測定対象物の外表面に形成される影パターンを、マスクにより形成しているが、上述したとおりレーザ光を走査して同様の影パターンを形成することも可能である。この場合、測定対象物に応じてレーザ光の焦点の大きさや周期を変えることができ、より測定対象物に応じた異物の検出が可能になる。さらに上記実施例によれば、外形測定に用いる撮像素子にかかわらず異物検出装置を使用することが可能であり、またパターン投影部、パターン撮像部の位置を変化させることで異物判定範囲を任意に定めることができる。

なお上記実施例では、導線や光ファイバ等の線材やハードディスクのスピンドル等の精密部品クランクシャフト等の自動車部品に含まれる軸部材の外形円形形状の測定対象物に対する外径測定時の異物検出について記載しているが、測定時に測定対象物を基準姿勢で保持することが可能であれば、測定対象物が外形円形でなくとも外形を測定可能である。

１０…繰出しリール、１２…巻取りリール、１４…線材（測定対象物）、２０…異物検出装置、３０…（第１の）パターン投影部、３２…（第１の）パターン撮像部、３４…（第２の）パターン投影部、３６…（第２の）パターン撮像部、３８、３８ｂ…遮光部（マスク）、４０…平行光投光部、４２…平行光受光部、４５…平行光、４８…外形測定装置、５３…投影光、５３ａ…（前側）投影光、５３ｂ…（後ろ側）投影光、６０…（平行光による）影、６１、６２…（投影光による）影、６５…（平行光受光部の）受光画面、７０…制御手段、８０、８０ｂ…（パターン撮像部の）撮像画面、８２、８２ａ、８２ｂ…遮蔽体の影パターン、８４…スリット透過光、８６…（異物による）歪み、９０、９１、９３〜９６…異物、１１０、１２１〜１２４…信号ケーブル、３８１…遮蔽部、３８２…スリット、３８３…遮蔽格子、３８４…透過部、Ｐ_１…（投光面の上側）端部、Ｐ_２…（投光面の下側）端部、Ｐ_３…（投影光の上側）端部、Ｄｃ…真の直径、Ｄｖ…見かけの直径、Ｒｃ…パターン投影範囲、θ…傾き角

Claims

測定対象物に直交する方向から平行光を投光する測定光投光部と前記測定対象物をはさんで前記測定光投光部とは反対側に配置された測定光受光部とを有する測定装置に付設される異物検出装置において、
前記測定光投光部と前記測定光受光部とを結ぶ線に対して斜めの位置であって、前記測定対象物よりも前記測定光投光部および前記測定光受光部のいずれか一方の側に、パターン投影部とパターン撮像部を配設し、前記パターン投影部と前記測定対象物と前記パターン撮像部はＶ字配置を形成し、前記パターン投影部が前記測定対象物に投影して前記測定対象物表面に形成されたパターンを前記パターン撮像部が撮像することを特徴とする異物検出装置。
複数のスリットが形成された遮蔽パターンまたは格子状の遮蔽パターンが形成されているマスクを前記パターン投影部が含むことを特徴とする請求項１に記載の異物検出装置。
前記複数のスリットの間隔を、検出しようとする異物の最小大きさの１／２以下としたこと特徴とする請求項２に記載の異物検出装置。
前記測定対象物が外形円形状の軸状部材であるときに、前記遮蔽パターンにより前記測定対象物に形成される投影像が２次曲線の縞模様となるように前記パターン投影部を配置したことを特徴とする請求項２または３に記載の異物検出装置。
前記パターン投影部と前記パターン撮像部は複数個配置されていることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項に記載の異物検出装置。
測定対象物に直交する方向から平行光を投光する測定光投光部と前記測定対象物をはさんで前記測定光投光部とは反対側に配置された測定光受光部とを有する測定装置に付設される異物検出装置を用いて、前記測定対象物で遮蔽されて形成された影の大きさから前記測定対象物の外径を測定する際に、前記測定対象物の外表面に付着した異物を検出する異物検出方法において、
前記測定光投光部と前記測定光受光部とを結ぶ線に対して斜めの位置であって、前記測定対象物よりも前記測定光投光部および前記測定光受光部のいずれか一方の側に、パターン投影部とパターン撮像部を配設し、
前記パターン投影部と前記測定対象物と前記パターン撮像部はＶ字配置を形成し、
前記パターン投影部が前記測定対象物に投影して前記測定対象物表面に形成されたパターンを前記パターン撮像部が撮像し、
撮像された撮像画面を予め準備した基準画面と比較し、
撮像した前記パターンが所定大きさ以上歪んでいたら異物が付着していると制御手段が判断する、ことを特徴とする異物検出方法。
前記測定対象物が、外形が円形である連続する線材または間欠的に測定部に供給される外形が円形の軸部材であるときに、前記パターン投影部が投影して前記測定対象物に形成された前記パターンが２次曲線の縞模様となるように前記パターン投影部を配置したことを特徴とする請求項６に記載の異物検出方法。