JP3236441U - カメラユニット及びそれを用いた外観検査装置 - Google Patents

Abstract

【課題】立体的製品（ワーク）の外観の良否を判定する検査装置にかかり、数種のカメラを複合的に用いて、立体的製品の形状にかかわらず安定して画像を得ることができるカメラユニットを用いた外観検査装置を提供する。【解決手段】カメラユニット１は、内部面がトンネル形状に形成されるハウジング１００と、ハウジングの内部には、拡散板１１０を介して光を反射させて検査対象に間接的に光を照射するＬＥＤ光源２０と、そして撮影孔部１３０が配置されてその内に少なくとも一つのラインカメラ３０およびエリアカメラ３１とが設置される。カメラユニット１を用いて、円筒状のワークに対してはラインカメラ３０が、非円筒状のワークにはエリアカメラ３１がワークを撮影するように構成する外観検査装置である。【選択図】図１

Description

本考案は、立体的製品の外観の良否を判定する検査装置にかかる。特に、表面に施された印刷（スクリーン、オフセットなど）、ホットスタンプ、ラベルその他の加飾がある容器の外観を検査するに適する考案である。

従来の外観検査装置は、古くはＩＣ等の平面形状の製品、部品の面検査を対象としていた。また、立体的形状の欠陥を検出するものであっても、ワーク形状に合わせてカメラ交換または複数の検査ステーションを用いる必要があった。

特許文献１の発明においては、一方向からの検査だけではなく、側面あるいは裏面にある欠損を検出するために、イメージセンサとラインセンサを用いて、回転ステージにマウントされた被測定物に対して表裏の方向から光を照射して、複合的に映像を撮影して検査する技術が示されている。

特許文献２の発明では、検査対象の検査面全体に均一に光を照射して映像を獲得することができる照明モジュールを提供する。ドーム型に形成されるハウジングの内部に検査対象に間接的に光を照射する照明部を含み、上記照明部は紫外線領域又は赤外線領域の波長を有する光源を少なくとも一つ備える。こうして、検査対象である電子部品の表面に光を均一に照射することができる照明モジュール及びこれを用いる外観検査システムにかかる技術が示されている。

特公平４－２３７４３号公報 特開２０１５－１４５８６９号公報

特許文献1では構成要素は各々独立でスペース的にも大がかりなものであった。また、特許文献２においては、照明モジュールと外付けのカメラモジュールに連結されて前記照明モジュールと前記カメラモジュールの機能を制御する制御部を装備する技術も述べられているが、カメラモジュールの具体的構成についての開示まではされていない。

本考案が解決しようとする課題は、立体的製品（ワーク）の外観の良否を判定する検査装置にかかり、数種のカメラを複合的に用いて、安定して検査のための画像を得ることである。そして技術進歩に合わせたコンパクトな構成を実現することが求められる。

本考案は、各々少なくとも1つのラインカメラ、エリアカメラ、および照明を内部に配置したカメラユニットであって、被検査対象であるワークに対して、
前記カメラユニット内に位置して、後方に位置したトンネル形状の拡散板を用いて前方のワークに向けて光線を照射する前記照明と、
前記拡散板の頂部中央に設けた撮影孔部を介してラインスキャン画像を撮影する前記ラインカメラと、
前記撮影孔部を介してエリアスキャン画像を撮影する前記エリアカメラと、
前記の２種のカメラが外部からの指令で撮影動作を行った撮影結果の画像データを記憶して外部に通信する外部通信部と、を備えるカメラユニットである。
並びに、そのカメラユニットを用いた外観検査装置である。

本考案のカメラユニットは、立体的製品（ワーク）の外観の良否を判定する検査装置に使用して、極めてコンパクトな構成で製造検査現場の省スペース化を図ることで、生産現場の効率化に資する効果がある。

本考案にかかるカメラユニットの内部構成を示すトンネル断面図である。 本考案にかかるカメラユニットを用いた外観検査装置の動作を示す概要図である。 本考案にかかるカメラユニット内の制御部を示す機能ブロック図である。 本考案にかかる外観検査装置の実施例を示す図である。 本考案のカメラユニットの照明部について実施例を示すトンネル断面図である。

図１は本考案にかかるカメラユニット１の内部構成を断面図的に示すものであり、図1に基づいて説明をする。まず、カメラユニット１は、ハウジング１００の内に、トンネル形状すなわちカマボコ型に形成されたところの拡散板１１０が埋設される。

拡散板１１０は、トンネル頂部中央に光が透過する撮影孔部１３０を備える。撮影孔部１３０は光が透過する材質でカバーされるか又は光が貫通する空隙でよい。その形状は、ラインカメラ３０用にはスリットに、エリアカメラ３１，３２用にはホール（丸穴）になる。

拡散板１１０の内部面は、入射された光が反射する特性を有する。光が均一に入射及び反射されるように半円形断面のトンネル形状に形成される。これにより、光を反射、拡散した略平行光線がワーク１０に照射される。

拡散板１１０とワーク１０との間に長尺のLED光源２０が配置される。LED光源２０から照射された光は拡散板１１０内面で反射されて検査対象に照射する。LED光源２０は拡散板１１０のトンネル長手方向に沿って配置される。

LED光源２０は一つでも良いがLED光源２１のように複数設置することも可能である。それぞれの反射光線は、ワーク１０の法線の光線となる。図中の下向きの矢印で示される。

以降は、カメラについて説明する。ラインスキャンカメラを簡単のため本明細書ではラインカメラと称する。ラインカメラは細密な撮影に適するが全体観察には不向きであるといわれる。エリアカメラは通常のイメージカメラであってCCDマトリックスカメラのことである。エリアカメラは人間の視覚そのもので全体観察に適する反面、画面全体の光量が均一とはならないときに不備がある。そのような両者の欠点を補いあう必要がある。

本考案では、それぞれ少なくとも一つのラインカメラ３０とエリアカメラ３１で構成する。検査対象に対向した場合にその面を細密にとらえるラインカメラ３０を、検査対象を全体で輪郭まで判断する場合にエリアカメラ３１を用いる。それぞれカメラはワーク１０に視角が向くようにする。そして撮影孔部１３０の内部に挿入されて、検査対象を逐次撮影する。

図1に掲げた例では、ラインカメラ３０，エリアカメラ３１，３２をトンネル周方向に配列したが、これらをトンネル長手方向に配列することもできる。ただし、どちらの場合もトンネルの頂部中央に配置することは同じであり、また、ラインカメラ３０のスキャン光のラインはトンネル長手方向に延びる向きに配置される。

それでは、次に図２に基づいて、本考案のカメラユニット１を用いた外観検査装置の動作について説明する。図２の左側Aは円筒形状の対象ワーク１０の場合である。一方右側Bは非円筒形状のワーク１０の例として扁平形状の対象の場合を例示する。

まず、図２Aではワーク１０が直立ボトルであって、回転台１１にマウントされている。回転台１１はカメラユニット１と同様に（図外）外観検査装置からの指令で動作する。回転台１１は適当なスピードでワーク１０を伴い回転する。口部には振動防止のために押圧キャップ（ここでは図示しない）が置かれる。

ここでワーク１０の表面の加飾について検査するために、ラインカメラ３０のラインがボトルの縦方向に向けられて撮影されて、ボトルの汚れや傷、ラベル加飾の場合は剥がれ、位置ずれ、印刷の場合は文字かけ、汚れ、かすれ、位置ずれなどの欠陥が検査される。ワーク１０の全周を３６０度撮影した結果の画像が外観検査装置に送信されてワーク外観の検査がされる。

次に、図２Bでのワーク１０は扁平形状のボトルである。上述したような円筒形状対象と同じくラインカメラの動作とすると、回転時に斜めに対することになり又ボトルの角部が対向することもあるので、角部の湾曲による陰影が出てラインカメラの画像にノイズが出て好ましくない。もし、ラインカメラで検査するなら、この問題解決のためカメラとボトル間距離を保つための動作および制御機構が必要となり、検査装置が複雑となる。

この問題を解決するため、本例では、図Bの上図に示すように表面（又は裏面）についてはエリアカメラ３１で撮影し、９０度回転をして、図Bの下図の左側面（又は右側面）についてはエリアカメラ３２で撮影するようにする。対向した面の撮影にはエリアカメラが適しており、所定の角度ずつ回転させ繰り返し全体画像で外観を検査する。所定の角度は本例では９０度だが、六角形ボトル対象の場合には６０度となる。

なお、対向する面ごとにエリアカメラ３１と３２を切り替える理由は、当該カメラの被写界深度の問題からである。図Bの上下部で当該カメラと被写体の距離が異なってくるから、焦点距離の異なるエリアカメラを用意してそれを随時切り替えるのである。なお被写界深度が深い場合には一台で済む。

図３で、本考案にかかるカメラユニット１内の制御を行う機能ブロック図を示す。中心にMPU（MicroProcessingUnit）２がありすべての動作をつかさどる。カメラユニット１に収められたLED光源２０等をドライブする照明ドライバ３、ラインカメラ３０を制御するラインカメラ制御部４、およびエリアカメラ３１等を制御するエリアカメラ制御部５、さらに記憶部６と外部通信部７がそれぞれMPU２とI／Oバス８およびメモリバス９で接続される。

照明ドライバ３はLED光源２０を撮影時に開始するようI/Oバス９で指示される。同様に、外部の回転台１１の動きと同期してカメラ制御部４，５は撮影タイミングを指示される。照明ドライバ３、カメラ制御部４，５は、MPU２が外部からの指令を外部通信部７で受信したら、それをMPU２から指示されて実行するのである。

ラインカメラ３０またはエリアカメラ３１等で撮影された画像はメモリバス９を通じてDMA（DirectMemoryAccess）で高速に記憶部６に格納される。外部通信部７はやはりメモリバス９を通じて撮影結果ファイルを外部の外観検査装置５０と通信する。なお通信線はWで示すが有線無線を問わない。

［他の実施例］
次に、図４に外観検査装置５０の実施例を示す。ここでは、ワーク１０が水平に配置されたときの外観検査装置５０を示している。搬送機構によりワーク１が水平にローディングされて送られてくる場合がある。そして、回転機構では横向きの回転台１１がワーク１０の底部に装備されてその口部には押圧キャップ１２がつく。これでワークが安定して回転する。

図４ではカメラユニット１はラインカメラ３０、エリアカメラ３１，３２をトンネル長手方向に配列の例を示している。エリアカメラは複数にすれば一度に複数の箇所を撮影することもできる。

さて、カメラユニット１の外部に離隔して又は近接して外部光源４０を設置することも可能である。正面光での検査だけならカメラユニット１内からのLED光源２０で十分であるが、カメラユニット１から離れて、ワーク１０の背面または側面などからの光をワーク１に当てて影部をなくすことが必要な場合がある。外部光源４０はワーク１０の周囲３６０度の任意の角度をもった場所に設置できる。なお、外観検査装置５０からの指令で外部光源４０は起動される。

さて、上述したように外観検査装置で所定の画像データがカメラユニットから送られてくるので、それを予め求めておいた基準画像と比較照合してワーク外観の良否を判定する。画像は外観検査装置用モニタ５１で適宜確認できる。

次に別の実施例を説明する。これは図５に示すところ、本考案のカメラユニット１の照明部についての実施例である。基本的には特許文献２にあるハウジング形態を本考案に適用した形になる。ただし、特許文献２では内部面はドーム型であるが本考案ではトンネル型の違いはある。

本考案では、トンネルの基底部に光源配置部１２０を設け、LED光源２０等を配置してトンネルの上部へ向けて光線を照射する。拡散板１１０でその光線を反射、拡散させて、図示の光線のとおり、ワーク１０へ向けて所定の入射角で光線を照射することができる。

なお、LED光源からエリアカメラ３１等に直接光を照射しないようにするには、エリアカメラ３１の作動の時は図示左側のLED光源２１を使用し、またエリアカメラ３２の作動時は右側のLED光源２０を使用するように切り替えをすればよい。

このように、ハウジング１００およびその内部面の形態は種々考えられる。すなわちトンネル断面形状を半円形、馬蹄形のみならず、多角形などにする設計も、本考案の範囲に含まれるものである。

光信号を用いて、ガラス容器、プラスチック樹脂等でできた飲食物、化粧品の容器等の立体的形状、さらに半導体の表面等も確実に検査することが可能な外観検査装置を提供する。

１ カメラユニット
１０ ワーク
１１ 回転台
１２ 押圧キャップ
２０、２１ LED光源
３０ ラインカメラ
３１、３２ エリアカメラ
４０ 外部光源
５０ 外観検査装置
５１ 外観検査装置用モニタ
１００ ハウジング
１１０ 拡散板
１２０ 光源配置部
１３０ 撮影孔部

Claims (4)

1. 各々少なくとも1つのラインカメラ、エリアカメラ、および照明を内部に配置したカメラユニットであって、被検査対象であるワークに対して、
   前記カメラユニット内に位置して、トンネル形状の拡散板を用いて前記ワークに向けて光線を照射する前記照明と、
   前記拡散板の頂部中央に設けた撮影孔部を介してラインスキャン画像を撮影する前記ラインカメラと、
   前記撮影孔部を介してエリアスキャン画像を撮影する前記エリアカメラと、
   前記の二つのカメラが外部からの指令で撮影動作を行った撮影結果の画像データを記憶して外部に通信する外部通信部と、を備えるカメラユニット
2. 請求項1に記載したカメラユニットを用いた外観検査装置であって、
   前記ワークの形状に応じて前記カメラユニットのラインカメラまたはエリアカメラを選択する手段と、
   前記ワークを回転台に載置して回転させる手段と、
   前記２種のカメラの選択された方に対して前記回転台に連動して撮影するように撮影信号を指令する手段と、
   前記画像データを受信して前記ワークの外観の良否を判断する手段と、
   を有することを特徴とする外観検査装置
3. 請求項１に記載したカメラユニットにおいて、
   前記ラインカメラと前記エリアカメラを前記トンネル形状の前記拡散板の頂部中央において、トンネル周方向またはトンネル長手方向のいずれかで配列する構成を特徴とするカメラユニット
4. 請求項２に記載した外観検査装置において、
   前記カメラユニット内の照明に加えて前記カメラユニットの外に装備した外部光源を用いる外観検査装置
   

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