JP4444838B2 - 光量調整システム - Google Patents
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Description
【技術分野】
本発明は、ワークの対象領域を撮像して外観や傷の検査等を行う際に照射する光量を調整するための光量調整システムに関する。
【背景技術】
従来、検査対象物であるWEB（連続物：フィルム・紙・金属板）やBATCH（枚葉品、個別品：カットフィルム・カット硝子・ドラム）のインライン高速検査を行う場合、ラインセンサカメラを用い、流れていくワークの表面を次々と連続的に画像情報として取り込み、画像情報処理装置において明るさの違う部位を検出するなどして表面欠陥等を検出するようにしている。
その際、表面欠陥を精度よく検出するためには、前記カメラによる撮像対象領域をむらなく一様に一定の光度で照明することが必要であると考えられており、そのための光照射装置として従来はハロゲンランプや蛍光灯が用いられてきた。また近時ではそれに代わり、速応性や光度安定性、寿命等に優れたLEDを利用したものも開発されてきている。
ところが、撮像対象領域をむらなく一様に照明したとしても、レンズの収差（歪）やカメラと撮像対象領域各部との距離の違い又は画角の違いから、撮像された画像における明るさレベルは、中心部が高く周縁部にいくほど低くなる。特にレンズに広角のものを用いる場合には、その傾向が顕著なものとなる。具体的に、カメラからの出力であるVIDEO信号（カメラ（CCD）によって受光された信号を電気信号に変換したもの）を見ると、第１５図に示すようになっている。
そこで従来は、画像処理装置側で、カメラからの画像信号を取り込んだ後、各信号レベルに例えばデジタル的に補正を施すなどして、それらの明るさを調整（シェーディング補正）し、その後に検査処理を行うようにしている。代表的には、取り込んだ画像を一定の明るさレベルにすべく暗い部分には足りない分の明るさを加算し、明るすぎる部分にはその分の明るさを差し引くようにしている加減算によるものと、各部の明るさをゲインコントロール（積算）によって一定のレベルに補正するものとがある。さらにこれらを基本として、その補正方法について、特許文献（特開平１０−１１１２５１号公報）に代表されるような種々の方法が考えられている。
しかしながら、画像処理装置側でシェーディング補正等を行うと、デジタル信号に変換したときの画像劣化や補正時の演算方法の違いにより、欠陥等の検出精度に悪影響が及ぶおそれがある。これを具体例を挙げて説明する。
第２４図に示すように、例えば幅方向中央部と端部とにそれぞれ同じ欠陥があったとする。しかしながら信号として入ってくる欠陥の明るさレベルは、端部の方が暗いために小さくなる。
これを例えば画像処理装置側で前記加減算によるシェーディング補正を行い、全体の明るさレベルを同一にすると、第２５図に示すように、バックグラウンドのみに補正がなされ、欠陥のバックグラウンドからの相対レベルには何ら変化が生じないため、中央部と端部との欠陥が同一であるにも拘わらず、その明るさレベルに違いが生じ、特に端部欠陥の検出に齟齬を来すおそれがある。例えば欠陥検出のスレッシホールドレベルが同図点線のように設定されていると、端部欠陥は検出されないことになる。
一方、画像処理装置側で前記ゲインコントロール（積算）によるシェーディング補正を行い、全体の明るさレベルを同一にすると、第２６図に示すように、バックグラウンド及び欠陥レベルの双方に補正がなされるため、中央部と端部との欠陥レベルは同一になる。ところが、ゲインコントロールにより端部近傍のノイズも増幅されてしまい、そのノイズによって間違って欠陥を検出するおそれが生じる。例えば欠陥検出のスレッシホールドレベルが同図点線のように設定されていると、ノイズを欠陥として検出してしまうことになる。
さらに、画像処理装置側での負荷が大きくなるため、画像処理時間の短縮を図れず、結果的に検査時間を短縮できないといった不具合が生じたり、画像処理装置が大規模なものとなりコスト的に不利になるといった不具合が生じたりする。また、撮像装置側で同様のシェーディング補正を行うものもあるが、やはり同様の画像劣化等が生じ得る。
【発明の開示】
そこで本発明は、発想を転換し、カメラに画像を取り込んだときに、その画像における対象領域の明るさが、例えば均一になるように、あるいは積極的にむらが生じるように、光照射装置を制御できるようにしたものであって、画像処理装置側での画像補正処理を不要又は可及的に減少させることにより、その画像補正処理の際に生じ得る誤検出を防止して検査精度を向上させるとともに、検査時間を短縮できるようにすることをその主たる所期課題としたものである。
すなわち本発明は、ワークに設定された所定対象領域に光を照射する光照射装置と、その対象領域を撮像し、得られた対象領域画像を、表面検査の目的で画像処理装置に出力する撮像装置と、前記光照射装置が、独立して光量調整可能な複数の光照射部を有するものであるとともに、前記撮像装置が出力した対象領域画像における各部の明るさが所定の目標値に近づくように、前記光照射部の光量をそれぞれ制御する光量制御部と、を備え、複数の撮像装置を備え、それら撮像装置によって前記対象領域を分割して撮像するようにしたものであって、いずれか隣り合う撮像装置が前記対象領域の一部を重合して撮像する場合においては、重合する対象領域について、優先順位の高い方の撮像装置で得られた画像に基づいて対応する前記光照射部の光量を制御するとともに、優先順位の低い方の撮像装置が撮像する対象領域について、前記重合する対象領域の画像を基準としてその他の領域に対応する光照射部の光量を制御するようにしていることを特徴とする。
このようなものであれば、画像処理装置側におけるシェーディング補正等の画像補正を不要又は可及的に減少させることができるため、その補正の際の画像劣化等に起因する検査精度の悪化を防止できる。また画像処理装置が本来の検査に必要な画像処理に集中できるため、検査時間の短縮や検査精度の向上を大幅に促進させることができるようになる。また、複数の撮像装置によって前記対象領域を分割して撮像するようにした場合には、隣り合う撮像装置が前記対象領域の一部を重合して撮像する場合が生じ、重合した領域についてどちらの撮像装置で得られた画像に基づいて光量制御するのかが問題となる。本発明によってこの問題を好適に解決することができる。
ここで各光照射部は、１又は複数のLED等の発光体であってもよいし、１又は複数の、光ファイバ等のライトガイドの光射出端であってもよい。ライトガイドを用いる場合には、別に発光体が必要となる。
欠陥の検査に用いるには前記対象領域画像各部の明るさが均一になる向きに各光照射部の光量を制御するようにしておくことが好ましい。
光照射部には、製品の品質のばらつきや取付誤差等により各々光量や照射角度に違いが若干生じ得る。これに対し、各光照射部を同様に制御したのでは、制御速度や制御誤差等の点から不十分なものになるおそれがある。この問題を好適に解消するには、個々の光照射部からの光照射による前記対象領域上での光照射態様を、個別光照射態様データとして予め前記対象領域画像から取得し記憶する個別光照射態様データ記憶部をさらに備え、前記光量制御部が、前記個別光照射態様データに基づいて前記光照射部の光量を制御するように構成しておくことが望ましい。
具体的な前記個別光照射態様データの内容としては、所定電力を供給された各光照射部による対象領域上での光照射範囲及び明るさ分布を少なくとも示すものを挙げることができる。
制御の容易化を図るには、前記対象領域を複数の単位領域に区成するとともに、単位領域毎に、当該単位領域を主として照射する光照射部を１つ対応付け、その光照射部を当該単位領域の主光照射部とするようにしているものが好ましい。このようにして一の単位領域の明るさをその主光照射部によってのみ制御するようにすれば、光量制御が容易になるからである。
具体的には、前記単位領域と光照射部とを１対１に対応付けるようにしているものが好ましい。
単位領域への区成方法としては、前記個別光照射態様データが示す各光照射部による光照射範囲に基づき、各単位領域に光を照射している光照射部の数又は種類がそれぞれ異なるように、前記対象領域を複数の単位領域に区成するようにしたものを挙げることができる。またその場合は、前記個別光照射態様データが示す各光照射部による明るさ分布に基づき、各単位領域に最も光量を与えている光照射部を当該単位領域の主光照射部とするようにしておけばよい。
実現のうえで好ましい具体的態様としては、前記光量制御部が、前記対象領域画像を前記各単位領域の画像に分割する画像分割部と、各単位領域画像の明るさの代表値を算出する代表値算出部と、あらかじめ定められている明るさの目標値と前記各単位領域画像の代表値とを比較する比較部と、前記比較部での比較結果に基づいて各代表値が前記目標値に近づくように、当該単位領域に対応する主光照射部の光量を制御する単位光量制御部とを備えたものを挙げることができる。
その場合の代表値としては、単位領域画像の平均の明るさであることが望ましい。
検査物がWEBである場合には、光照射部をライン状に並べ設けた光照射装置が好ましいが、BATCHである場合等に対応すべく、光照射部を面状に並べ設けた光照射装置としても構わない。ここで面とは平面に限られず曲面をも含む意味である。
好ましくは、光照射装置が隣り合う光照射部の間隙に依存する光量むらを緩和する光量むら緩和部材を備えているものがよい。この光量むら緩和部材としてはライン照明においては一定方向にのみ光を拡散するレンチキュラーレンズを、また面照明においては光拡散板を挙げることができる。
また、本発明に係る光量調整システムは、独立して光量調整可能な複数の光照射部を有し、所定の対象領域に向かって光を照射する光照射装置と、前記対象領域をレンズを介して撮像し、撮像した画像である対象領域画像を出力する撮像装置と、前記撮像装置が出力した対象領域画像における各部の明るさが所定の目標値に近づくように、前記光照射部の光量をそれぞれ制御する光量制御部とを備え、複数の撮像装置を備え、それら撮像装置によって前記対象領域を分割して撮像するようにしたものであって、いずれか隣り合う撮像装置が前記対象領域の一部を重合して撮像する場合においては、重合する対象領域について、優先順位の高い方の撮像装置で得られた画像に基づいて対応する前記光照射部の光量を制御するとともに、優先順位の低い方の撮像装置が撮像する対象領域について、前記重合する対象領域の画像を基準としてその他の領域に対応する光照射部の光量を制御するようにしていることを特徴とする。
【図面の簡単な説明】
第１図は、本発明の第１実施形態における光量調整システムの全体概略構成図である。
第２図は、同実施形態における光照射装置の一部破断させた斜視図である。
第３図は、同実施形態におけるホルダを示す斜視図である。
第４図は、同実施形態における光量制御部の機能ブロック図である。
第５図は、同実施形態における光量制御部の動作を示すフローチャートである。
第６図は、同実施形態における光量補正前の画像信号を示す信号図である。
第７図は、同実施形態における光量補正目標を示す信号図である。
第８図は、本発明の第２実施形態における光量制御部の機能ブロック図である。
第９図は、同実施形態における明るさ分布データをグラフで示したデータ分布図である。
第１０図は、同実施形態における光照射部の中心位置の設定過程をグラフで説明した示した説明図である。
第１１図は、同実施形態における光照射部の照射範囲の設定過程をグラフで説明した示した説明図である。
第１２図は、同実施形態における明るさ比分布データを柱状グラフで示したデータ分布図である。
第１３図は、同実施形態における単位領域の設定方法を示す模式図である。
第１４図は、同実施形態における光量制御部の動作を示すフローチャートである。
第１５図は、同実施形態における光量制御部の動作を示すフローチャートである。
第１６図は、同実施形態における個別光照射態様データの構造を示す模式的データ構造図である。
第１７図は、本発明の他の実施形態における撮像装置を示す模式図である。
第１８図は、同実施形態における光量制御を説明するための制御説明図である。
第１９図は、同実施形態における別の光量制御を説明するための制御説明図である。
第２０図は、本発明のさらに他の実施形態における光照射装置を示す模式図である。
第２１図は、本発明のさらに他の実施形態における対象領域の区成態様を示す対象領域図である。
第２２図は、本発明のさらに他の実施形態における対象領域の区成態様を示す対象領域図である。
第２３図は、本発明のさらに他の実施形態における光照射装置の一部破断させた斜視図である。
第２４図は従来の画像信号を示す信号図である。
第２５図は、従来の画像信号に画像処理を加えた場合の信号図である。
第２６図は、従来の画像信号に画像処理を加えた場合の信号図である。
【発明を実施するための最良の形態】
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
＜第１実施形態＞
第１図は、本実施形態に係る光量制御システムの全体概要を示している。この光量制御システムは、例えば製品等の表面検査に用いられるもので、本実施形態における検査物（ワーク）Ｗは、例えば透光性を有する紙やフィルム等の連続物であり、所定方向に一定速度で流れていくように設定されている。
しかしてこの光量制御システムは、同図に示すように、独立して光量調整可能な複数の光照射部１１を有し前記ワークＷの裏面所定領域に向かって光を照射する光照射装置１と、光の照射されている所定対象領域Ａを表面から図示しないレンズを介して撮像し、撮像した画像である対象領域画像を出力する撮像装置２と、前記撮像装置２が出力した対象領域画像における各部の明るさが所定の目標値に近づくように、前記光照射部１１の光量をそれぞれ制御する光量制御部３とを備えたものである。
各部を詳述する。
光照射装置１は、第２図、第３図に示すように、発光体たる複数のパワーLED５と、各パワーLED５から射出される光を導くフレキシブルライトガイドたる光ファイバ６と、その光ファイバ６の光射出端部を保持するケーシング７とを備えたものである。
各パワーLED５にはそれぞれ複数の光ファイバ６が接続されており、前記ケーシング７は、これら各パワーLED５に接続されている一群の光ファイバ６の光射出端を保持する複数のホルダ７１と、これらホルダ７１を前記ワークＷの流れ方向と直交するように一列に保持するケーシング本体７２とを備えてなるものである。前記一群の光ファイバ６の光射出端は、一のホルダ７１によってそれらの並びと同一の向きに一列に保持され、ライン状をなす一の光照射部１１を構成している。なお、光ファイバ６はホルダ７１に挟み込まれ、例えば接着剤により固定されている。
そして各光照射部１１から発せられた光は、前記対象領域Ａを複数に区成してなる単位領域ＵＡにほぼ1対１に対応して照射され、全体として連続する所定幅のライン照明がなされるようにしてある。また、前記ケーシング７には、前記光照射部１１からでたライン状の光を幅が狭まるように屈折させる屈折レンズ（フレネルレンズ）７３が一対装着してあるとともに、ホルダ７１をケーシング本体７２に対してねじＮの締緩により位置変更可能に構成してあり、光照射部１１とレンズ７３との距離を変更して射出される光の相寄る角度を変えられるようにしてある。なおパワーLED５とは単体で連続して約２００ｍＡの電流を流せる超高輝度タイプのLEDのことである。
撮像装置２は、例えばラインセンサカメラと称されるものであり、一列に並んだCCD素子を有してなる。そして前記所定領域からでた光を、この撮像装置２に設けられた例えば図示しない広角レンズを介して、それらCCD素子の受光面で結像し、電気信号に変換して、画像として処理可能な画像信号として出力する。この画像信号は、第４図に示すように、表面検査のための画像処理装置に送信されるとともにこれとは並列に、後述する光量制御部３にも送信されるようにしている。
光量制御部３は、各パワーLED５に電流ケーブルＣＡを介して接続され、それらへ供給する電流を制御するもので、光照射装置１の電源としての役割をも果たすものである。この光量制御部３は、前記光照射装置１と別体をなすもので、第４図に機能ブロック図を示すように、電源３５と、前記画像信号を各単位領域ＵＡ毎の単位領域画像信号に分割する画像分割部３１と、それら信号から各単位領域画像の明るさ（輝度レベル）の代表値を算出する代表値算出部３２と、あらかじめ定められている明るさの目標値と前記各単位領域画像の代表値とを比較する比較部３３と、前記比較部３３での比較結果に基づいて各代表値が前記目標値に近づくように、対応するパワーLED５への供給電流を制御する単位光量制御部たる電流制御部３４とを備えている。これら各部としての機能は、図示しないメモリに記憶させたプログラムに従ってCPUやその周辺機器を動作させ、或いはアナログ増幅器等のディスクリート回路を動作させることにより発揮される。なお、この実施形態において、前記代表値は前記単位領域画像の明るさの平均値としている。単純に信号強度を積算すればよいからである。
このように構成した本実施形態に係る光量調整システムの動作の一例を第５図〜第７図を参照しつつ以下に説明する。
（１）光量調整動作
まず、対象領域画像における明るさの目標値を設定しておく。ここでは一定値である。次に、ワークの存在しない状態又は、欠陥等のないワークを設置した状態で、光照射装置１、光量制御部３、撮像装置２を動作させる。
するとまず撮像装置２が対象領域Ａを撮像し（第５図ステップＳＴ１）、その対象領域画像を画像信号として光量制御部３に送信する（第５図ステップＳＴ２）。
光量制御部３では、第６図、第７図に示すように、前記画像信号を各単位領域ＵＡ毎の単位領域画像信号に分割し（第５図ステップＳＴ３）、それら信号から各単位領域画像の明るさ（輝度レベル）の代表値を算出する（第５図ステップＳＴ４）。そしてあらかじめ定められている明るさの目標値と前記各単位領域画像の代表値とを比較し、その比較結果に基づいて各代表値が前記目標値に近づくように、対応するパワーLED５への供給電流を制御する（第５図ステップＳＴ６〜ＳＴ８）。このようにしてＦＢループが形成され、最終的に対象領域画像における各部の明るさが目標値に対して許容される範囲内となるまで（第５図ステップＳＴ５）、光照射装置１の光量調整が行われる。
（２）検査照明動作
本実施形態では、このようにして光照射装置１の光量調整が行われた後、すなわちティーチングが終了した後、光照射装置１の光量を固定し、その光量でワークの表面検査を行うようにしている。
したがって、かかる本実施形態によれば、画像処理装置側におけるシェーディング補正等の画像補正を不要又は可及的に減少させることができるため、その補正の際の画像劣化等に起因する検査精度の悪化を防止できる。また画像処理装置が本来の検査に必要な画像処理に集中できるため、検査時間の短縮や検査精度の向上を大幅に促進させることができるようになる。
また、前記対象領域Ａを複数の単位領域ＵＡに区成して各単位領域ＵＡと各光照射部１１とを１対１に対応付け、各光照射部１１の光が対応する単位領域ＵＡにそれぞれ主として照射されるようにしているので、光量制御する際に、どの光照射部１１を制御すれば良いかが明確となり、制御方法の簡単化を図れる。
＜第２実施形態＞
次に本発明の第２実施形態について図面に基づいて説明する。なお、以下の説明において前記第１実施形態に対応する部材には同一の符号を付すこととする。
この第２実施形態における光量照射システムは、機器構成としては前記第１実施形態とほぼ同様である。ただし光量制御部３の機能構成に若干の相違がある。以下では第１実施形態との相違点を中心に説明し、同様の点については説明を省略することとする。
この実施形態における光量制御部３は、各パワーLED５に電流ケーブルＣＡを介して接続され、それらへ供給する電流を制御するもので、第８図に機能ブロック図を示すように、電源３５と、前記画像信号を各単位領域ＵＡ毎の単位領域画像信号に分割する画像分割部３１と、それら信号から各単位領域画像の明るさ（輝度レベル）の代表値を算出する代表値算出部３２と、あらかじめ定められている明るさの目標値と前記各単位領域画像の代表値とを比較する比較部３３と、前記比較部３３での比較結果に基づいて各代表値が前記目標値に近づくように、対応するパワーLED５への供給電流を制御する単位光量制御部たる電流制御部３４とを備えている。これら各部は第１実施形態と同様である。
しかしてこの第２実施形態における光量制御部３は、前記各構成要素に加え、個々の光照射部１１の光照射による前記対象領域Ａ上での光照射態様を、個別光照射態様データとして予め前記対象領域画像から取得する個別光照射態様データ取得部３６と、前記個別光照射態様データが示す各光照射部１１による光照射範囲に基づき、前記対象領域Ａを複数の単位領域ＵＡに区成する単位領域区成部３７と、各単位領域ＵＡ毎に、主として照射する光照射部１１を１つ対応付け、その光照射部１１を当該単位領域ＵＡの主光照射部１１とする対応付け部３８とをさらに備えている。
以下に前記各部の詳細説明を兼ねて、このように構成した光量調整システムの動作例を説明する。
（１）初期調整動作
まず、個別光照射態様データ取得部３６が、光照射部１１からの光照射による前記対象領域A上での光照射態様を、個別光照射態様データとして予め前記対象領域画像から取得する（第１４図ステップＳＴ１１〜ＳＴ１９）。
具体的には、まず、適宜定めた一の光照射部１１から光を照射させる。供給電力レベルは複数段階であり、ここでは例えば３段階である。そして、各段階で光照射部１１を点灯させる都度、撮像装置２で対象領域Ａを撮像させ、その画像情報から前記供給電力レベル毎の、対象領域Ａ上での明るさ分布データ（第９図にグラフで示す）を取り込む。取り込んだ明るさ分布データは、位置情報と明るさ情報とを対にして含むもので、メモリの所定領域に記憶される。これを全ての光照射部１１について順次行う。
次に、第１０図にグラフで示すように、前記明るさ分布データから明るさの最大値及びその位置を特定し、これを当該光照射部１１の照明中心位置とする（第１５図ステップＳＴ２１）。また、第１１図にグラフで示すように、所定の明るさより明るい部分を特定してその範囲を当該光照射部１１の照射範囲とする（第１５図ステップＳＴ２２）。
その一方で、前記最大明るさ値を例えば１００とし、それに対する明るさ比の分布を示す明るさ比分布データを、前記明るさ分布データから各電力レベル毎に生成する（第１５図ステップＳＴ２３）。第１２図にその明るさ比分布データを柱状グラフにして示す。そして、例えば最小二乗法等を用いて演算することにより、位置及び供給電力をパラメータとした明るさ情報を含む前記個別光照射態様データを、第１６図に示すようなテーブルとして生成する（第１５図ステップＳＴ２４）。この個別光照射態様データは、前記第１６図に示すように、各光照射部１１を識別するための光照射部識別子等と対にして、メモリ上に設定した個別光照射態様データ記憶部Ｄ１に記憶格納される。
次に、単位領域区成部３７が前記対象領域Ａを複数の単位領域ＵＡに区成する。
具体的には、第１３図に模式的に示すように、前記個別光照射態様データに基づいて、各単位領域ＵＡに光を照射している光照射部１１の数又は種類がそれぞれ異なるように、すなわちオーバラップの状態が異なる領域毎に前記対象領域Ａを区成し、単位領域ＵＡを設定する（第１５図ステップＳＴ２５）。
その後、対応付け部３８が各単位領域ＵＡについて対応する主光照射部１１を設定する。具体的には、単位領域ＵＡに光を照射している光照射部１１のうち、最も光量を与えているものを、前記個別光照射態様データに基づいて選択し、それを当該単位領域ＵＡに対応する主光照射部１１とする（第１５図ステップＳＴ２６）。
（２）光量調整動作
この光量調整動作に関しては、前記第１実施形態とほぼ同様であるため、フローチャート及び一部説明を省略する。
まず撮像装置２が対象領域Ａを撮像し、その対象領域画像を画像信号として光量制御部３に送信する。
その一方で、画像分割部３１が前記単位領域区成部３７による区成結果に基づいて、前記画像信号を各単位領域ＵＡ毎の単位領域画像信号に分割する。
次に、代表値算出部３２が、それら信号から各単位領域画像の明るさ（輝度レベル）の代表値を算出する。
その後、比較部３３が、あらかじめ定められている明るさの目標値（この実施形態では対象領域Ａ全部を同等の目標値にしている）と前記各単位領域画像の代表値とを比較する。
そして電流制御部３４が、その比較結果に基づいて各代表値が前記目標値に近づくように、対応する主光照射部１１への供給電流を制御する。より具体的に電流制御部３４は、前記個別光照射態様データをパラメータとして、特にはそこから得られる前記中心位置での明るさから、代表値と目標値との差が許容範囲となるように供給電流を算出し出力する。
この電流制御は、例えば一挙にかつ１回のみ行うようにしているが、供給電流の算出にあたって、主光照射部１１による明るさ変化のみを考慮し、オーバラップする近隣の光照射部１１の影響を考慮していないため、代表値と目標値との差が算出した結果のように許容範囲とならないおそれがある。その場合、許容範囲となるまで、繰り返しこれら各ステップを行うようにしてもよい。
（３）検査照明動作
このようにして光照射装置１の光量調整が行われた後、すなわちティーチングが終了した後、光照射装置１の光量を固定し、その光量でワークの表面検査が行われる。
このように本実施形態によれば、光照射部１１に、製品の品質のばらつきや取付誤差等により各々光量や照射角度に違いが若干生じていても、各光照射部１１の対象領域への個別の光照射態様を光量制御に先立って予め計測しておき、その個別光照射態様に応じて各光照射部１１を計算により制御するため、精密な制御ができるうえ、ＦＢ制御のように収束するまで繰り返し制御を行う必要が無く、迅速化も図り得る。
＜その他の実施形態＞
なお、本発明は上記実施形態に限られず、種々の変形が可能である。以下の説明において前記実施形態に対応する部材には同一の符号を付すこととする。
例えば、第１７図に示すように、複数の撮像装置２を用いて広範囲の対象領域Ａを分割して撮像する場合、隣り合う撮像装置２が前記対象領域Ａの一部を重合して撮像する場合が生じる。この場合、重合した領域についてどちらの撮像装置２で得られた画像に基づいて光量制御するのかが問題となる。その場合、予め撮像装置２に優先順位をつけておき、重合する対象領域Ａについて、優先順位の高い方の撮像装置２で得られた画像に基づいて対応する前記光照射部１１の光量を制御するとともに、優先順位の低い方の撮像装置２が撮像する対象領域Ａについて、前記重合する領域の画像を基準としてその他の領域に対応する光照射部１１の光量を制御するようにしておくことが好ましい。
具体的に第１８図、第１９図を参照して説明する。
第１８図は、最も端に位置する撮像装置２に最も高い優先順位をつけた場合を示している。この場合、まず当該撮像装置２で得られた画像に基づいて、対応する光照射部１１（具体的には図中光照射部ＮＯ１、光照射部ＮＯ２、光照射部ＮＯ３）の光量を光量制御部３が行う。この結果、重合部分に対応する光照射部ＮＯ３も制御が行われるため、その光量が確定する。次に優先順位の２番目に高い隣の撮像装置で得られた画像に基づいて対応する光照射部１１（具体的には図中光照射部ＮＯ３、光照射部ＮＯ４、光照射部ＮＯ５）の光量を光量制御部３が行う。このとき、すでに光照射部ＮＯ３の光量は確定しているため、これについての制御は行わず、その光照射部ＮＯ３に対応する画像を基準として、その他の領域に対応する光照射部１１（具体的には図中光照射部ＮＯ４、光照射部ＮＯ５）の光量を制御する。さらに隣に撮像装置２がある場合には、その撮像装置２が次に優先順位の高いものとなり、同様の手順で次々と光照射部１１を制御していく。
第１９図は中間部に位置する撮像装置２に最も高い優先順位をつけた場合を示している。この場合も、まず当該撮像装置２で得られた画像に基づいて、対応する光照射部１１（具体的には図中光照射部ＮＯ３、ＮＯ４、ＮＯ５）の光量を光量制御部３が行う。この結果、重合部分に対応する光照射部ＮＯ３、ＮＯ５も制御が行われるため、その光量が確定する。次に優先順位の２番目に高い両隣の撮像装置２で得られた画像に基づいて対応する光照射部１１（具体的には図中光照射部ＮＯ１、ＮＯ２、ＮＯ３、ＮＯ５、ＮＯ６、ＮＯ７）の光量を光量制御部３が行う。このとき、すでに光照射部ＮＯ３、ＮＯ５の光量は確定しているため、これについての制御は行わず、その光照射部ＮＯ３、ＮＯ５に対応する画像を基準として、その他の領域に対応する光照射部１１（具体的には図中光照射部ＮＯ１、ＮＯ２、ＮＯ６、ＮＯ７）の光量を制御する。また、さらに隣に撮像装置２がある場合には、その撮像装置２が次に優先順位の高いものとなり、同様の手順で次々と対応する光照射部１１を制御していく。
すなわち、最も優先順位の高い撮像装置２を設定しておけば、あとは、隣り合うものから順に優先順位が設定され、その順で光量制御が次々と行われることとなる。
したがってこのようにしておけば、重合する領域について光照射部１１の制御が確実に行えるうえ、各撮像装置２から、互いに明るさの統一化された画像を一挙に得ることができる。
一方、各撮像装置で得られる画像にそれぞれ統一を必要としないのであれば、各撮像装置で得られた画像に基づいて、対応する光照射部をそれぞれ独立して制御するとともに、重合する部分については、予め定めたいずれかの撮像装置での画像にのみ基づいて光量制御し、他方の撮像装置で得られた画像についてその重合部分は未参照とすればよい。
また、光照射装置に、隣り合う光照射部の間隙に依存する光量むらを緩和する光量むら緩和部材を設けてもよい。この光量むら緩和部材としては、例えば前記ライン状の光照射装置であれば、ライン方向と直交する向きに延びる凹溝又は凸条を複数有したレンチキュラーレンズ等が好ましい。
ワークがBATCHである場合などにおいて、ＣＣＤ等の受光素子を面状に配置したエリア撮像装置に対しても、本発明の適用は可能である。この際、光照射部を平面状において縦横に複数並べ設けた光照射装置（図示しない）や、第２０図に示すように光照射部１１を部分凹球面に複数並べ設けた光照射装置１等を利用することができる。前者の場合であれば例えば第２１図、後者の場合であれば例えば第２２図に示すように対象領域Ａを同図の点線で区切るような単位領域ＵＡに区成すればよい。さらにその場合に用いる光量むら緩和部材としては、例えば光拡散板を挙げることができる。
もちろん、ワークに透光性がなく反射照明を利用する検査であっても同様に本発明を適用することができるし、光照射装置が光ファイバを介さず直接ＬＥＤで光を照射するものであっても構わない。
また各ＬＥＤ又は各光ファイバの光射出端それぞれを光照射部とし、よりきめの細かい光量制御をすることも可能である。
さらに、光量制御部を構成する各部の配置は自在に変更可能であり、これらが一体に存在する必要はない。例えば光量制御部のうち、電源及び電流制御部を光照射装置側に設け、前記比較部から電流制御部への比較結果信号を信号ケーブルにより伝達するようにしてもよい。このようにすれば太い電源ケーブルを多数本使用する必要がなくなり、軽量化を図れる。もちろん、この光量制御部の各部を、デジタルやアナログ回路を用いて構成しても良いし、コンピュータを用いてソフトウェアを利用するようにしてもよい。
加えて、光量制御に関して、前記実施形態においては、初期ティーチングにおいてのみ制御を行っていたが、例えば、間欠的に制御を行ってもよいし、検査中においても常に連続的に光量制御するようにしても構わない。このようにすれば、ワークが変わったり、機種が変更されても迅速な対応が可能であるし、照明の劣化を補って安定した照明が可能となる。
さらに単位領域画像の明るさには、対応する光照射部以外の他の光照射部の影響もあるところ、その影響をも考慮し、単位領域画像の明るさ制御に他の光照射部をも加えて制御するようにしても構わない。その場合、あらかじめ１つ１つ光照射部を点灯させて、他の単位領域への光照射影響を測定しておくことが望ましい。
また、第２３図に示すように、光照射装置１におけるLED５をケーシング７に直接取り付けるようにし、光ファイバ６をケーシング内部に配設するようにしてもよい。このようにすれば、多数の光ファイバからなる重いファイバ束を外部にとり回す必要がなくなるため、軽量化や使い勝手の向上に寄与し得る。なお、同図では、各照射部１１毎の境界壁を排除し、より均一な光が得られるように構成している。
各光照射部による光照射範囲の重合部分は、少ない方が制御が容易になるが、これとは逆に光照射部を非常に狭いピッチで並べ設け、重合部分を多くすることにより、例えば明るさ分布の均一性を高めるなど、明るさ分布を非常に滑らかに制御することができる。
さらに第２実施形態において、個別光照射態様データに含まれる明るさ情報を、位置、供給電力、光照射部識別子をパラメータとしたテーブルで記憶するようにしていたが、例えば中心位置での明るさ情報のみを、供給電力、光照射識別子をパラメータとして記憶するようにしておき、光量制御の際に、中心位置から離れた場所での明るさ情報を、明るさ分布データに比例するとして都度算出するようにしてもよい。
その他本発明は、上記図示例に限られず、その趣旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。
【産業上の利用可能性】
以上に詳述したように、本発明によれば、画像処理装置側におけるシェーディング補正等の画像補正を不要又は可及的に減少させることができるため、その補正の際の画像劣化等に起因する検査精度の悪化を防止できる。また画像処理装置が本来の検査に必要な画像処理に集中できるため、検査時間の短縮や検査精度の向上を大幅に促進させることができるようになる。
本発明は、ワークの対象領域を撮像して外観や傷の検査等を行う際に照射する光量を調整するための光量調整システムに関する。
【背景技術】
従来、検査対象物であるWEB（連続物：フィルム・紙・金属板）やBATCH（枚葉品、個別品：カットフィルム・カット硝子・ドラム）のインライン高速検査を行う場合、ラインセンサカメラを用い、流れていくワークの表面を次々と連続的に画像情報として取り込み、画像情報処理装置において明るさの違う部位を検出するなどして表面欠陥等を検出するようにしている。
その際、表面欠陥を精度よく検出するためには、前記カメラによる撮像対象領域をむらなく一様に一定の光度で照明することが必要であると考えられており、そのための光照射装置として従来はハロゲンランプや蛍光灯が用いられてきた。また近時ではそれに代わり、速応性や光度安定性、寿命等に優れたLEDを利用したものも開発されてきている。
ところが、撮像対象領域をむらなく一様に照明したとしても、レンズの収差（歪）やカメラと撮像対象領域各部との距離の違い又は画角の違いから、撮像された画像における明るさレベルは、中心部が高く周縁部にいくほど低くなる。特にレンズに広角のものを用いる場合には、その傾向が顕著なものとなる。具体的に、カメラからの出力であるVIDEO信号（カメラ（CCD）によって受光された信号を電気信号に変換したもの）を見ると、第１５図に示すようになっている。
そこで従来は、画像処理装置側で、カメラからの画像信号を取り込んだ後、各信号レベルに例えばデジタル的に補正を施すなどして、それらの明るさを調整（シェーディング補正）し、その後に検査処理を行うようにしている。代表的には、取り込んだ画像を一定の明るさレベルにすべく暗い部分には足りない分の明るさを加算し、明るすぎる部分にはその分の明るさを差し引くようにしている加減算によるものと、各部の明るさをゲインコントロール（積算）によって一定のレベルに補正するものとがある。さらにこれらを基本として、その補正方法について、特許文献（特開平１０−１１１２５１号公報）に代表されるような種々の方法が考えられている。
しかしながら、画像処理装置側でシェーディング補正等を行うと、デジタル信号に変換したときの画像劣化や補正時の演算方法の違いにより、欠陥等の検出精度に悪影響が及ぶおそれがある。これを具体例を挙げて説明する。
第２４図に示すように、例えば幅方向中央部と端部とにそれぞれ同じ欠陥があったとする。しかしながら信号として入ってくる欠陥の明るさレベルは、端部の方が暗いために小さくなる。
これを例えば画像処理装置側で前記加減算によるシェーディング補正を行い、全体の明るさレベルを同一にすると、第２５図に示すように、バックグラウンドのみに補正がなされ、欠陥のバックグラウンドからの相対レベルには何ら変化が生じないため、中央部と端部との欠陥が同一であるにも拘わらず、その明るさレベルに違いが生じ、特に端部欠陥の検出に齟齬を来すおそれがある。例えば欠陥検出のスレッシホールドレベルが同図点線のように設定されていると、端部欠陥は検出されないことになる。
一方、画像処理装置側で前記ゲインコントロール（積算）によるシェーディング補正を行い、全体の明るさレベルを同一にすると、第２６図に示すように、バックグラウンド及び欠陥レベルの双方に補正がなされるため、中央部と端部との欠陥レベルは同一になる。ところが、ゲインコントロールにより端部近傍のノイズも増幅されてしまい、そのノイズによって間違って欠陥を検出するおそれが生じる。例えば欠陥検出のスレッシホールドレベルが同図点線のように設定されていると、ノイズを欠陥として検出してしまうことになる。
さらに、画像処理装置側での負荷が大きくなるため、画像処理時間の短縮を図れず、結果的に検査時間を短縮できないといった不具合が生じたり、画像処理装置が大規模なものとなりコスト的に不利になるといった不具合が生じたりする。また、撮像装置側で同様のシェーディング補正を行うものもあるが、やはり同様の画像劣化等が生じ得る。
【発明の開示】
そこで本発明は、発想を転換し、カメラに画像を取り込んだときに、その画像における対象領域の明るさが、例えば均一になるように、あるいは積極的にむらが生じるように、光照射装置を制御できるようにしたものであって、画像処理装置側での画像補正処理を不要又は可及的に減少させることにより、その画像補正処理の際に生じ得る誤検出を防止して検査精度を向上させるとともに、検査時間を短縮できるようにすることをその主たる所期課題としたものである。
すなわち本発明は、ワークに設定された所定対象領域に光を照射する光照射装置と、その対象領域を撮像し、得られた対象領域画像を、表面検査の目的で画像処理装置に出力する撮像装置と、前記光照射装置が、独立して光量調整可能な複数の光照射部を有するものであるとともに、前記撮像装置が出力した対象領域画像における各部の明るさが所定の目標値に近づくように、前記光照射部の光量をそれぞれ制御する光量制御部と、を備え、複数の撮像装置を備え、それら撮像装置によって前記対象領域を分割して撮像するようにしたものであって、いずれか隣り合う撮像装置が前記対象領域の一部を重合して撮像する場合においては、重合する対象領域について、優先順位の高い方の撮像装置で得られた画像に基づいて対応する前記光照射部の光量を制御するとともに、優先順位の低い方の撮像装置が撮像する対象領域について、前記重合する対象領域の画像を基準としてその他の領域に対応する光照射部の光量を制御するようにしていることを特徴とする。
このようなものであれば、画像処理装置側におけるシェーディング補正等の画像補正を不要又は可及的に減少させることができるため、その補正の際の画像劣化等に起因する検査精度の悪化を防止できる。また画像処理装置が本来の検査に必要な画像処理に集中できるため、検査時間の短縮や検査精度の向上を大幅に促進させることができるようになる。また、複数の撮像装置によって前記対象領域を分割して撮像するようにした場合には、隣り合う撮像装置が前記対象領域の一部を重合して撮像する場合が生じ、重合した領域についてどちらの撮像装置で得られた画像に基づいて光量制御するのかが問題となる。本発明によってこの問題を好適に解決することができる。
ここで各光照射部は、１又は複数のLED等の発光体であってもよいし、１又は複数の、光ファイバ等のライトガイドの光射出端であってもよい。ライトガイドを用いる場合には、別に発光体が必要となる。
欠陥の検査に用いるには前記対象領域画像各部の明るさが均一になる向きに各光照射部の光量を制御するようにしておくことが好ましい。
光照射部には、製品の品質のばらつきや取付誤差等により各々光量や照射角度に違いが若干生じ得る。これに対し、各光照射部を同様に制御したのでは、制御速度や制御誤差等の点から不十分なものになるおそれがある。この問題を好適に解消するには、個々の光照射部からの光照射による前記対象領域上での光照射態様を、個別光照射態様データとして予め前記対象領域画像から取得し記憶する個別光照射態様データ記憶部をさらに備え、前記光量制御部が、前記個別光照射態様データに基づいて前記光照射部の光量を制御するように構成しておくことが望ましい。
具体的な前記個別光照射態様データの内容としては、所定電力を供給された各光照射部による対象領域上での光照射範囲及び明るさ分布を少なくとも示すものを挙げることができる。
制御の容易化を図るには、前記対象領域を複数の単位領域に区成するとともに、単位領域毎に、当該単位領域を主として照射する光照射部を１つ対応付け、その光照射部を当該単位領域の主光照射部とするようにしているものが好ましい。このようにして一の単位領域の明るさをその主光照射部によってのみ制御するようにすれば、光量制御が容易になるからである。
具体的には、前記単位領域と光照射部とを１対１に対応付けるようにしているものが好ましい。
単位領域への区成方法としては、前記個別光照射態様データが示す各光照射部による光照射範囲に基づき、各単位領域に光を照射している光照射部の数又は種類がそれぞれ異なるように、前記対象領域を複数の単位領域に区成するようにしたものを挙げることができる。またその場合は、前記個別光照射態様データが示す各光照射部による明るさ分布に基づき、各単位領域に最も光量を与えている光照射部を当該単位領域の主光照射部とするようにしておけばよい。
実現のうえで好ましい具体的態様としては、前記光量制御部が、前記対象領域画像を前記各単位領域の画像に分割する画像分割部と、各単位領域画像の明るさの代表値を算出する代表値算出部と、あらかじめ定められている明るさの目標値と前記各単位領域画像の代表値とを比較する比較部と、前記比較部での比較結果に基づいて各代表値が前記目標値に近づくように、当該単位領域に対応する主光照射部の光量を制御する単位光量制御部とを備えたものを挙げることができる。
その場合の代表値としては、単位領域画像の平均の明るさであることが望ましい。
検査物がWEBである場合には、光照射部をライン状に並べ設けた光照射装置が好ましいが、BATCHである場合等に対応すべく、光照射部を面状に並べ設けた光照射装置としても構わない。ここで面とは平面に限られず曲面をも含む意味である。
好ましくは、光照射装置が隣り合う光照射部の間隙に依存する光量むらを緩和する光量むら緩和部材を備えているものがよい。この光量むら緩和部材としてはライン照明においては一定方向にのみ光を拡散するレンチキュラーレンズを、また面照明においては光拡散板を挙げることができる。
また、本発明に係る光量調整システムは、独立して光量調整可能な複数の光照射部を有し、所定の対象領域に向かって光を照射する光照射装置と、前記対象領域をレンズを介して撮像し、撮像した画像である対象領域画像を出力する撮像装置と、前記撮像装置が出力した対象領域画像における各部の明るさが所定の目標値に近づくように、前記光照射部の光量をそれぞれ制御する光量制御部とを備え、複数の撮像装置を備え、それら撮像装置によって前記対象領域を分割して撮像するようにしたものであって、いずれか隣り合う撮像装置が前記対象領域の一部を重合して撮像する場合においては、重合する対象領域について、優先順位の高い方の撮像装置で得られた画像に基づいて対応する前記光照射部の光量を制御するとともに、優先順位の低い方の撮像装置が撮像する対象領域について、前記重合する対象領域の画像を基準としてその他の領域に対応する光照射部の光量を制御するようにしていることを特徴とする。
【図面の簡単な説明】
第１図は、本発明の第１実施形態における光量調整システムの全体概略構成図である。
第２図は、同実施形態における光照射装置の一部破断させた斜視図である。
第３図は、同実施形態におけるホルダを示す斜視図である。
第４図は、同実施形態における光量制御部の機能ブロック図である。
第５図は、同実施形態における光量制御部の動作を示すフローチャートである。
第６図は、同実施形態における光量補正前の画像信号を示す信号図である。
第７図は、同実施形態における光量補正目標を示す信号図である。
第８図は、本発明の第２実施形態における光量制御部の機能ブロック図である。
第９図は、同実施形態における明るさ分布データをグラフで示したデータ分布図である。
第１０図は、同実施形態における光照射部の中心位置の設定過程をグラフで説明した示した説明図である。
第１１図は、同実施形態における光照射部の照射範囲の設定過程をグラフで説明した示した説明図である。
第１２図は、同実施形態における明るさ比分布データを柱状グラフで示したデータ分布図である。
第１３図は、同実施形態における単位領域の設定方法を示す模式図である。
第１４図は、同実施形態における光量制御部の動作を示すフローチャートである。
第１５図は、同実施形態における光量制御部の動作を示すフローチャートである。
第１６図は、同実施形態における個別光照射態様データの構造を示す模式的データ構造図である。
第１７図は、本発明の他の実施形態における撮像装置を示す模式図である。
第１８図は、同実施形態における光量制御を説明するための制御説明図である。
第１９図は、同実施形態における別の光量制御を説明するための制御説明図である。
第２０図は、本発明のさらに他の実施形態における光照射装置を示す模式図である。
第２１図は、本発明のさらに他の実施形態における対象領域の区成態様を示す対象領域図である。
第２２図は、本発明のさらに他の実施形態における対象領域の区成態様を示す対象領域図である。
第２３図は、本発明のさらに他の実施形態における光照射装置の一部破断させた斜視図である。
第２４図は従来の画像信号を示す信号図である。
第２５図は、従来の画像信号に画像処理を加えた場合の信号図である。
第２６図は、従来の画像信号に画像処理を加えた場合の信号図である。
【発明を実施するための最良の形態】
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
＜第１実施形態＞
第１図は、本実施形態に係る光量制御システムの全体概要を示している。この光量制御システムは、例えば製品等の表面検査に用いられるもので、本実施形態における検査物（ワーク）Ｗは、例えば透光性を有する紙やフィルム等の連続物であり、所定方向に一定速度で流れていくように設定されている。
しかしてこの光量制御システムは、同図に示すように、独立して光量調整可能な複数の光照射部１１を有し前記ワークＷの裏面所定領域に向かって光を照射する光照射装置１と、光の照射されている所定対象領域Ａを表面から図示しないレンズを介して撮像し、撮像した画像である対象領域画像を出力する撮像装置２と、前記撮像装置２が出力した対象領域画像における各部の明るさが所定の目標値に近づくように、前記光照射部１１の光量をそれぞれ制御する光量制御部３とを備えたものである。
各部を詳述する。
光照射装置１は、第２図、第３図に示すように、発光体たる複数のパワーLED５と、各パワーLED５から射出される光を導くフレキシブルライトガイドたる光ファイバ６と、その光ファイバ６の光射出端部を保持するケーシング７とを備えたものである。
各パワーLED５にはそれぞれ複数の光ファイバ６が接続されており、前記ケーシング７は、これら各パワーLED５に接続されている一群の光ファイバ６の光射出端を保持する複数のホルダ７１と、これらホルダ７１を前記ワークＷの流れ方向と直交するように一列に保持するケーシング本体７２とを備えてなるものである。前記一群の光ファイバ６の光射出端は、一のホルダ７１によってそれらの並びと同一の向きに一列に保持され、ライン状をなす一の光照射部１１を構成している。なお、光ファイバ６はホルダ７１に挟み込まれ、例えば接着剤により固定されている。
そして各光照射部１１から発せられた光は、前記対象領域Ａを複数に区成してなる単位領域ＵＡにほぼ1対１に対応して照射され、全体として連続する所定幅のライン照明がなされるようにしてある。また、前記ケーシング７には、前記光照射部１１からでたライン状の光を幅が狭まるように屈折させる屈折レンズ（フレネルレンズ）７３が一対装着してあるとともに、ホルダ７１をケーシング本体７２に対してねじＮの締緩により位置変更可能に構成してあり、光照射部１１とレンズ７３との距離を変更して射出される光の相寄る角度を変えられるようにしてある。なおパワーLED５とは単体で連続して約２００ｍＡの電流を流せる超高輝度タイプのLEDのことである。
撮像装置２は、例えばラインセンサカメラと称されるものであり、一列に並んだCCD素子を有してなる。そして前記所定領域からでた光を、この撮像装置２に設けられた例えば図示しない広角レンズを介して、それらCCD素子の受光面で結像し、電気信号に変換して、画像として処理可能な画像信号として出力する。この画像信号は、第４図に示すように、表面検査のための画像処理装置に送信されるとともにこれとは並列に、後述する光量制御部３にも送信されるようにしている。
光量制御部３は、各パワーLED５に電流ケーブルＣＡを介して接続され、それらへ供給する電流を制御するもので、光照射装置１の電源としての役割をも果たすものである。この光量制御部３は、前記光照射装置１と別体をなすもので、第４図に機能ブロック図を示すように、電源３５と、前記画像信号を各単位領域ＵＡ毎の単位領域画像信号に分割する画像分割部３１と、それら信号から各単位領域画像の明るさ（輝度レベル）の代表値を算出する代表値算出部３２と、あらかじめ定められている明るさの目標値と前記各単位領域画像の代表値とを比較する比較部３３と、前記比較部３３での比較結果に基づいて各代表値が前記目標値に近づくように、対応するパワーLED５への供給電流を制御する単位光量制御部たる電流制御部３４とを備えている。これら各部としての機能は、図示しないメモリに記憶させたプログラムに従ってCPUやその周辺機器を動作させ、或いはアナログ増幅器等のディスクリート回路を動作させることにより発揮される。なお、この実施形態において、前記代表値は前記単位領域画像の明るさの平均値としている。単純に信号強度を積算すればよいからである。
このように構成した本実施形態に係る光量調整システムの動作の一例を第５図〜第７図を参照しつつ以下に説明する。
（１）光量調整動作
まず、対象領域画像における明るさの目標値を設定しておく。ここでは一定値である。次に、ワークの存在しない状態又は、欠陥等のないワークを設置した状態で、光照射装置１、光量制御部３、撮像装置２を動作させる。
するとまず撮像装置２が対象領域Ａを撮像し（第５図ステップＳＴ１）、その対象領域画像を画像信号として光量制御部３に送信する（第５図ステップＳＴ２）。
光量制御部３では、第６図、第７図に示すように、前記画像信号を各単位領域ＵＡ毎の単位領域画像信号に分割し（第５図ステップＳＴ３）、それら信号から各単位領域画像の明るさ（輝度レベル）の代表値を算出する（第５図ステップＳＴ４）。そしてあらかじめ定められている明るさの目標値と前記各単位領域画像の代表値とを比較し、その比較結果に基づいて各代表値が前記目標値に近づくように、対応するパワーLED５への供給電流を制御する（第５図ステップＳＴ６〜ＳＴ８）。このようにしてＦＢループが形成され、最終的に対象領域画像における各部の明るさが目標値に対して許容される範囲内となるまで（第５図ステップＳＴ５）、光照射装置１の光量調整が行われる。
（２）検査照明動作
本実施形態では、このようにして光照射装置１の光量調整が行われた後、すなわちティーチングが終了した後、光照射装置１の光量を固定し、その光量でワークの表面検査を行うようにしている。
したがって、かかる本実施形態によれば、画像処理装置側におけるシェーディング補正等の画像補正を不要又は可及的に減少させることができるため、その補正の際の画像劣化等に起因する検査精度の悪化を防止できる。また画像処理装置が本来の検査に必要な画像処理に集中できるため、検査時間の短縮や検査精度の向上を大幅に促進させることができるようになる。
また、前記対象領域Ａを複数の単位領域ＵＡに区成して各単位領域ＵＡと各光照射部１１とを１対１に対応付け、各光照射部１１の光が対応する単位領域ＵＡにそれぞれ主として照射されるようにしているので、光量制御する際に、どの光照射部１１を制御すれば良いかが明確となり、制御方法の簡単化を図れる。
＜第２実施形態＞
次に本発明の第２実施形態について図面に基づいて説明する。なお、以下の説明において前記第１実施形態に対応する部材には同一の符号を付すこととする。
この第２実施形態における光量照射システムは、機器構成としては前記第１実施形態とほぼ同様である。ただし光量制御部３の機能構成に若干の相違がある。以下では第１実施形態との相違点を中心に説明し、同様の点については説明を省略することとする。
この実施形態における光量制御部３は、各パワーLED５に電流ケーブルＣＡを介して接続され、それらへ供給する電流を制御するもので、第８図に機能ブロック図を示すように、電源３５と、前記画像信号を各単位領域ＵＡ毎の単位領域画像信号に分割する画像分割部３１と、それら信号から各単位領域画像の明るさ（輝度レベル）の代表値を算出する代表値算出部３２と、あらかじめ定められている明るさの目標値と前記各単位領域画像の代表値とを比較する比較部３３と、前記比較部３３での比較結果に基づいて各代表値が前記目標値に近づくように、対応するパワーLED５への供給電流を制御する単位光量制御部たる電流制御部３４とを備えている。これら各部は第１実施形態と同様である。
しかしてこの第２実施形態における光量制御部３は、前記各構成要素に加え、個々の光照射部１１の光照射による前記対象領域Ａ上での光照射態様を、個別光照射態様データとして予め前記対象領域画像から取得する個別光照射態様データ取得部３６と、前記個別光照射態様データが示す各光照射部１１による光照射範囲に基づき、前記対象領域Ａを複数の単位領域ＵＡに区成する単位領域区成部３７と、各単位領域ＵＡ毎に、主として照射する光照射部１１を１つ対応付け、その光照射部１１を当該単位領域ＵＡの主光照射部１１とする対応付け部３８とをさらに備えている。
以下に前記各部の詳細説明を兼ねて、このように構成した光量調整システムの動作例を説明する。
（１）初期調整動作
まず、個別光照射態様データ取得部３６が、光照射部１１からの光照射による前記対象領域A上での光照射態様を、個別光照射態様データとして予め前記対象領域画像から取得する（第１４図ステップＳＴ１１〜ＳＴ１９）。
具体的には、まず、適宜定めた一の光照射部１１から光を照射させる。供給電力レベルは複数段階であり、ここでは例えば３段階である。そして、各段階で光照射部１１を点灯させる都度、撮像装置２で対象領域Ａを撮像させ、その画像情報から前記供給電力レベル毎の、対象領域Ａ上での明るさ分布データ（第９図にグラフで示す）を取り込む。取り込んだ明るさ分布データは、位置情報と明るさ情報とを対にして含むもので、メモリの所定領域に記憶される。これを全ての光照射部１１について順次行う。
次に、第１０図にグラフで示すように、前記明るさ分布データから明るさの最大値及びその位置を特定し、これを当該光照射部１１の照明中心位置とする（第１５図ステップＳＴ２１）。また、第１１図にグラフで示すように、所定の明るさより明るい部分を特定してその範囲を当該光照射部１１の照射範囲とする（第１５図ステップＳＴ２２）。
その一方で、前記最大明るさ値を例えば１００とし、それに対する明るさ比の分布を示す明るさ比分布データを、前記明るさ分布データから各電力レベル毎に生成する（第１５図ステップＳＴ２３）。第１２図にその明るさ比分布データを柱状グラフにして示す。そして、例えば最小二乗法等を用いて演算することにより、位置及び供給電力をパラメータとした明るさ情報を含む前記個別光照射態様データを、第１６図に示すようなテーブルとして生成する（第１５図ステップＳＴ２４）。この個別光照射態様データは、前記第１６図に示すように、各光照射部１１を識別するための光照射部識別子等と対にして、メモリ上に設定した個別光照射態様データ記憶部Ｄ１に記憶格納される。
次に、単位領域区成部３７が前記対象領域Ａを複数の単位領域ＵＡに区成する。
具体的には、第１３図に模式的に示すように、前記個別光照射態様データに基づいて、各単位領域ＵＡに光を照射している光照射部１１の数又は種類がそれぞれ異なるように、すなわちオーバラップの状態が異なる領域毎に前記対象領域Ａを区成し、単位領域ＵＡを設定する（第１５図ステップＳＴ２５）。
その後、対応付け部３８が各単位領域ＵＡについて対応する主光照射部１１を設定する。具体的には、単位領域ＵＡに光を照射している光照射部１１のうち、最も光量を与えているものを、前記個別光照射態様データに基づいて選択し、それを当該単位領域ＵＡに対応する主光照射部１１とする（第１５図ステップＳＴ２６）。
（２）光量調整動作
この光量調整動作に関しては、前記第１実施形態とほぼ同様であるため、フローチャート及び一部説明を省略する。
まず撮像装置２が対象領域Ａを撮像し、その対象領域画像を画像信号として光量制御部３に送信する。
その一方で、画像分割部３１が前記単位領域区成部３７による区成結果に基づいて、前記画像信号を各単位領域ＵＡ毎の単位領域画像信号に分割する。
次に、代表値算出部３２が、それら信号から各単位領域画像の明るさ（輝度レベル）の代表値を算出する。
その後、比較部３３が、あらかじめ定められている明るさの目標値（この実施形態では対象領域Ａ全部を同等の目標値にしている）と前記各単位領域画像の代表値とを比較する。
そして電流制御部３４が、その比較結果に基づいて各代表値が前記目標値に近づくように、対応する主光照射部１１への供給電流を制御する。より具体的に電流制御部３４は、前記個別光照射態様データをパラメータとして、特にはそこから得られる前記中心位置での明るさから、代表値と目標値との差が許容範囲となるように供給電流を算出し出力する。
この電流制御は、例えば一挙にかつ１回のみ行うようにしているが、供給電流の算出にあたって、主光照射部１１による明るさ変化のみを考慮し、オーバラップする近隣の光照射部１１の影響を考慮していないため、代表値と目標値との差が算出した結果のように許容範囲とならないおそれがある。その場合、許容範囲となるまで、繰り返しこれら各ステップを行うようにしてもよい。
（３）検査照明動作
このようにして光照射装置１の光量調整が行われた後、すなわちティーチングが終了した後、光照射装置１の光量を固定し、その光量でワークの表面検査が行われる。
このように本実施形態によれば、光照射部１１に、製品の品質のばらつきや取付誤差等により各々光量や照射角度に違いが若干生じていても、各光照射部１１の対象領域への個別の光照射態様を光量制御に先立って予め計測しておき、その個別光照射態様に応じて各光照射部１１を計算により制御するため、精密な制御ができるうえ、ＦＢ制御のように収束するまで繰り返し制御を行う必要が無く、迅速化も図り得る。
＜その他の実施形態＞
なお、本発明は上記実施形態に限られず、種々の変形が可能である。以下の説明において前記実施形態に対応する部材には同一の符号を付すこととする。
例えば、第１７図に示すように、複数の撮像装置２を用いて広範囲の対象領域Ａを分割して撮像する場合、隣り合う撮像装置２が前記対象領域Ａの一部を重合して撮像する場合が生じる。この場合、重合した領域についてどちらの撮像装置２で得られた画像に基づいて光量制御するのかが問題となる。その場合、予め撮像装置２に優先順位をつけておき、重合する対象領域Ａについて、優先順位の高い方の撮像装置２で得られた画像に基づいて対応する前記光照射部１１の光量を制御するとともに、優先順位の低い方の撮像装置２が撮像する対象領域Ａについて、前記重合する領域の画像を基準としてその他の領域に対応する光照射部１１の光量を制御するようにしておくことが好ましい。
具体的に第１８図、第１９図を参照して説明する。
第１８図は、最も端に位置する撮像装置２に最も高い優先順位をつけた場合を示している。この場合、まず当該撮像装置２で得られた画像に基づいて、対応する光照射部１１（具体的には図中光照射部ＮＯ１、光照射部ＮＯ２、光照射部ＮＯ３）の光量を光量制御部３が行う。この結果、重合部分に対応する光照射部ＮＯ３も制御が行われるため、その光量が確定する。次に優先順位の２番目に高い隣の撮像装置で得られた画像に基づいて対応する光照射部１１（具体的には図中光照射部ＮＯ３、光照射部ＮＯ４、光照射部ＮＯ５）の光量を光量制御部３が行う。このとき、すでに光照射部ＮＯ３の光量は確定しているため、これについての制御は行わず、その光照射部ＮＯ３に対応する画像を基準として、その他の領域に対応する光照射部１１（具体的には図中光照射部ＮＯ４、光照射部ＮＯ５）の光量を制御する。さらに隣に撮像装置２がある場合には、その撮像装置２が次に優先順位の高いものとなり、同様の手順で次々と光照射部１１を制御していく。
第１９図は中間部に位置する撮像装置２に最も高い優先順位をつけた場合を示している。この場合も、まず当該撮像装置２で得られた画像に基づいて、対応する光照射部１１（具体的には図中光照射部ＮＯ３、ＮＯ４、ＮＯ５）の光量を光量制御部３が行う。この結果、重合部分に対応する光照射部ＮＯ３、ＮＯ５も制御が行われるため、その光量が確定する。次に優先順位の２番目に高い両隣の撮像装置２で得られた画像に基づいて対応する光照射部１１（具体的には図中光照射部ＮＯ１、ＮＯ２、ＮＯ３、ＮＯ５、ＮＯ６、ＮＯ７）の光量を光量制御部３が行う。このとき、すでに光照射部ＮＯ３、ＮＯ５の光量は確定しているため、これについての制御は行わず、その光照射部ＮＯ３、ＮＯ５に対応する画像を基準として、その他の領域に対応する光照射部１１（具体的には図中光照射部ＮＯ１、ＮＯ２、ＮＯ６、ＮＯ７）の光量を制御する。また、さらに隣に撮像装置２がある場合には、その撮像装置２が次に優先順位の高いものとなり、同様の手順で次々と対応する光照射部１１を制御していく。
すなわち、最も優先順位の高い撮像装置２を設定しておけば、あとは、隣り合うものから順に優先順位が設定され、その順で光量制御が次々と行われることとなる。
したがってこのようにしておけば、重合する領域について光照射部１１の制御が確実に行えるうえ、各撮像装置２から、互いに明るさの統一化された画像を一挙に得ることができる。
一方、各撮像装置で得られる画像にそれぞれ統一を必要としないのであれば、各撮像装置で得られた画像に基づいて、対応する光照射部をそれぞれ独立して制御するとともに、重合する部分については、予め定めたいずれかの撮像装置での画像にのみ基づいて光量制御し、他方の撮像装置で得られた画像についてその重合部分は未参照とすればよい。
また、光照射装置に、隣り合う光照射部の間隙に依存する光量むらを緩和する光量むら緩和部材を設けてもよい。この光量むら緩和部材としては、例えば前記ライン状の光照射装置であれば、ライン方向と直交する向きに延びる凹溝又は凸条を複数有したレンチキュラーレンズ等が好ましい。
ワークがBATCHである場合などにおいて、ＣＣＤ等の受光素子を面状に配置したエリア撮像装置に対しても、本発明の適用は可能である。この際、光照射部を平面状において縦横に複数並べ設けた光照射装置（図示しない）や、第２０図に示すように光照射部１１を部分凹球面に複数並べ設けた光照射装置１等を利用することができる。前者の場合であれば例えば第２１図、後者の場合であれば例えば第２２図に示すように対象領域Ａを同図の点線で区切るような単位領域ＵＡに区成すればよい。さらにその場合に用いる光量むら緩和部材としては、例えば光拡散板を挙げることができる。
もちろん、ワークに透光性がなく反射照明を利用する検査であっても同様に本発明を適用することができるし、光照射装置が光ファイバを介さず直接ＬＥＤで光を照射するものであっても構わない。
また各ＬＥＤ又は各光ファイバの光射出端それぞれを光照射部とし、よりきめの細かい光量制御をすることも可能である。
さらに、光量制御部を構成する各部の配置は自在に変更可能であり、これらが一体に存在する必要はない。例えば光量制御部のうち、電源及び電流制御部を光照射装置側に設け、前記比較部から電流制御部への比較結果信号を信号ケーブルにより伝達するようにしてもよい。このようにすれば太い電源ケーブルを多数本使用する必要がなくなり、軽量化を図れる。もちろん、この光量制御部の各部を、デジタルやアナログ回路を用いて構成しても良いし、コンピュータを用いてソフトウェアを利用するようにしてもよい。
加えて、光量制御に関して、前記実施形態においては、初期ティーチングにおいてのみ制御を行っていたが、例えば、間欠的に制御を行ってもよいし、検査中においても常に連続的に光量制御するようにしても構わない。このようにすれば、ワークが変わったり、機種が変更されても迅速な対応が可能であるし、照明の劣化を補って安定した照明が可能となる。
さらに単位領域画像の明るさには、対応する光照射部以外の他の光照射部の影響もあるところ、その影響をも考慮し、単位領域画像の明るさ制御に他の光照射部をも加えて制御するようにしても構わない。その場合、あらかじめ１つ１つ光照射部を点灯させて、他の単位領域への光照射影響を測定しておくことが望ましい。
また、第２３図に示すように、光照射装置１におけるLED５をケーシング７に直接取り付けるようにし、光ファイバ６をケーシング内部に配設するようにしてもよい。このようにすれば、多数の光ファイバからなる重いファイバ束を外部にとり回す必要がなくなるため、軽量化や使い勝手の向上に寄与し得る。なお、同図では、各照射部１１毎の境界壁を排除し、より均一な光が得られるように構成している。
各光照射部による光照射範囲の重合部分は、少ない方が制御が容易になるが、これとは逆に光照射部を非常に狭いピッチで並べ設け、重合部分を多くすることにより、例えば明るさ分布の均一性を高めるなど、明るさ分布を非常に滑らかに制御することができる。
さらに第２実施形態において、個別光照射態様データに含まれる明るさ情報を、位置、供給電力、光照射部識別子をパラメータとしたテーブルで記憶するようにしていたが、例えば中心位置での明るさ情報のみを、供給電力、光照射識別子をパラメータとして記憶するようにしておき、光量制御の際に、中心位置から離れた場所での明るさ情報を、明るさ分布データに比例するとして都度算出するようにしてもよい。
その他本発明は、上記図示例に限られず、その趣旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。
【産業上の利用可能性】
以上に詳述したように、本発明によれば、画像処理装置側におけるシェーディング補正等の画像補正を不要又は可及的に減少させることができるため、その補正の際の画像劣化等に起因する検査精度の悪化を防止できる。また画像処理装置が本来の検査に必要な画像処理に集中できるため、検査時間の短縮や検査精度の向上を大幅に促進させることができるようになる。
Claims (13)
- ワークに設定された所定対象領域に光を照射する光照射装置と、その対象領域を撮像し、得られた対象領域画像を、表面検査の目的で画像処理装置に出力する撮像装置と、前記光照射装置が、独立して光量調整可能な複数の光照射部を有するものであるとともに、前記撮像装置が出力した対象領域画像における各部の明るさが所定の目標値に近づくように、前記光照射部の光量をそれぞれ制御する光量制御部と、を備え、
複数の撮像装置を備え、それら撮像装置によって前記対象領域を分割して撮像するようにしたものであって、
いずれか隣り合う撮像装置が前記対象領域の一部を重合して撮像する場合においては、重合する対象領域について、優先順位の高い方の撮像装置で得られた画像に基づいて対応する前記光照射部の光量を制御するとともに、優先順位の低い方の撮像装置が撮像する対象領域について、前記重合する対象領域の画像を基準としてその他の領域に対応する光照射部の光量を制御するようにしている光量調整システム。 - 前記光量制御部が、前記対象領域画像各部の明るさを均一にすべく、各光照射部の光量を制御するものである請求項１記載の光量調整システム。
- 個々の光照射部からの光照射による前記対象領域上での光照射態様を、個別光照射態様データとして予め前記対象領域画像から取得し、所定の記憶領域に記憶する個別光照射態様データ取得部をさらに備え、
前記光量制御部が、前記個別光照射態様データに基づいて前記光照射部の光量を制御するものである請求項１又は２記載の光量調整システム。 - 前記個別光照射態様データが、所定電力を供給された各光照射部による対象領域上での光照射範囲及び明るさ分布を少なくとも示すものである請求項３記載の光量調整システム。
- 前記対象領域を複数の単位領域に区成するとともに、各単位領域について、当該単位領域を主として照射する光照射部を１つ対応付け、その光照射部を当該単位領域の主光照射部とするように構成している請求項１、２、３又は４記載の光量調整システム。
- 前記単位領域と光照射部とを１対１に対応付けるように構成している請求項５記載の光量調整システム。
- 前記個別光照射態様データが示す各光照射部による光照射範囲に基づき、各単位領域に光を照射している光照射部の数又は種類がそれぞれ異なるように、前記対象領域を複数の単位領域に区成するようにした請求項５又は６記載の光量調整システム。
- 前記個別光照射態様データが示す各光照射部による明るさ分布に基づき、各単位領域について最も光量を与えている光照射部を当該単位領域の主光照射部とするようにしている請求項７記載の光量調整システム。
- 前記光量制御部が、前記対象領域画像を前記各単位領域の画像に分割する画像分割部と、各単位領域画像の明るさの代表値を算出する代表値算出部と、あらかじめ定められている明るさの目標値と前記各単位領域画像の代表値とを比較する比較部と、前記比較部での比較結果に基づいて各代表値が前記目標値に近づくように、当該単位領域に対応する主光照射部の光量を制御する単位光量制御部とを備えたものである請求項５、６、７又は８記載の光量調整システム。
- 前記代表値算出部が、単位領域画像の平均の明るさを算出し、その値を代表値とするものである請求項９記載の光量調整システム。
- 光照射装置が光照射部をライン状又は面状に並べ設けたものである請求項１、２、３、４、５、６、７、８、９又は１０記載の光量調整システム。
- 光照射装置が隣り合う光照射部の間隙に依存する光量むらを緩和する光量むら緩和部材を備えている請求項１、２、３、４、５、６、７、８、９、１０又は１１記載の光量調整システム。
- 独立して光量調整可能な複数の光照射部を有し、所定の対象領域に向かって光を照射する光照射装置と、前記対象領域をレンズを介して撮像し、撮像した画像である対象領域画像を出力する撮像装置と、前記撮像装置が出力した対象領域画像における各部の明るさが所定の目標値に近づくように、前記光照射部の光量をそれぞれ制御する光量制御部とを備え、
複数の撮像装置を備え、それら撮像装置によって前記対象領域を分割して撮像するようにしたものであって、
いずれか隣り合う撮像装置が前記対象領域の一部を重合して撮像する場合においては、重合する対象領域について、優先順位の高い方の撮像装置で得られた画像に基づいて対応する前記光照射部の光量を制御するとともに、優先順位の低い方の撮像装置が撮像する対象領域について、前記重合する対象領域の画像を基準としてその他の領域に対応する光照射部の光量を制御するようにしている光量調整システム。
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