JP4564225B2

JP4564225B2 - 光学的検査装置及び方法

Info

Publication number: JP4564225B2
Application number: JP2002242254A
Authority: JP
Inventors: 茂樹吉田
Original assignee: Kurashiki Spinning Co Ltd
Current assignee: Kurashiki Spinning Co Ltd
Priority date: 2002-08-22
Filing date: 2002-08-22
Publication date: 2010-10-20
Anticipated expiration: 2022-08-22
Also published as: JP2004085205A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、検査対象物の外形状の光学的検出に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来から検査対象物に光を照射してその外形を検出し変形の有無を判断する様々な手法が知られている。たとえばレーザー光線などを対象物に照射し、対象物からの反射光が正常であるか異常であるかにより、対象物が変形しているか否かを判断する。たとえば、図１に示すように、非常に指向性が強い光（スリット状レーザー光）を対象物に照射し、対象物からの反射光をカメラで撮像する。撮影した画像から、たとえば直線的な画像が観察されるべき場合に、曲線などが観察されると、対象物が変形していると判断できる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
この光学的検査システムにおいて、カメラで撮像されるのは、検査対象物から反射された拡散反射光である。拡散反射光は、物体の色成分を多く含む光であるため、対象物に柄や模様がない場合は良好な結果が得られる。しかし、対象物に色柄がある場合、色柄の影響を強く受け、検査が困難になる。たとえば、直線的な画像が観察されるべき場合に、正常であるにもかかわらず、間欠的な線が観察されたりする。
【０００４】
この発明の目的は、検査対象物に柄や模様がある場合にも、物体の反射光から対象物の変形を光学的に検査できるようにすることである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る光学的検査装置は、色の異なる複数のライン状の光源と、物体を撮像する２次元撮像装置とからなる。ここで、複数の光源と２次元撮像装置は、複数の光源により照射された物体の検査対象面からの鏡面反射光が撮像装置に入射する位置に配置されている。検査対象の物体としては、ライン状の照明光によりライン状の鏡面反射光を生じるものが望ましい。
【０００６】
また、好ましくは、前記の光学的検査装置は、さらに、撮像装置から受け取った画像データを処理して物体の変形の検出を可能にする画像処理装置を備える。
【０００７】
本発明に係る光学的検査方法では、色の異なる複数のライン状の光源と、と、物体からの反射光を撮像する２次元撮像装置とを、前記の物体が所定位置に位置したときに、その物体の検査対象面からの鏡面反射光が前記の撮像装置に入射するように配置する。そして、前記の物体が前記の所定位置に搬送されてきたときに、物体からの鏡面反射光を前記の撮像装置により撮影する。
【０００８】
また、前記の光学的検査方法で、好ましくは、さらに、撮像装置から受け取った画像データを基に物体の変形を検出する。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、添付の図面を参照して発明の実施の形態を説明する。
発明の１つの実施の形態では、検査対象物に光を照射し、その反射光から対象物の変形を検査する光学装置において、物体からの鏡面反射光をカメラで撮像して、検査を行う。いま検査対象物は円筒状であるとする。図２に示す鏡面反射光方式において、ライン状のモノクロの拡散照明光を発生する複数の光源２０を用いる。光源２０としては、ライン状の蛍光灯、ＬＥＤ、ライン状の光ファイバなどを用いる。この例では光源２０の数は３である。この例では光源２０は１列に並べているが、たとえば、円弧状に配置してもよい。光源２０から拡散照明光２２を対象物２４に広く照射すると、光源２０、カメラ２８および検査対象物２４との幾何学的位置関係で定まる位置から鏡面反射光２６がカメラ２８に入射する。対象物２４の表面形状の広い範囲を検査するため、複数の光源２０を、カメラ２８および検査対象物２４との幾何学的位置関係を考慮して、適当な位置に配置する。撮影した画像は画像処理装置３０に読み込まれる。画像処理装置３０は、コンピュータであり、公知の画像分析手法で入力画像をもとに検査を行う。ここでは、画像処理装置３０については詳細な説明は省略する。図２に示す構成の装置を複数用いることで、検査対象物の全周を検査できる。また、図示しない回転装置により検査対象物を回転させてもよい。カメラ２８で撮像した画像は、対象物２４からの鏡面反射光２６による画像であり、鏡面反射光は光源２０の光そのものであるので、対象物２４自体の色（物体の表面に形成した色柄など）の影響を受けにくい。したがって、対象物２４が色柄印刷物であっても原理的に有効に変形を検出できる。
【００１０】
図３では、（ａ）にカメラ２８の映像を模式的に示し、（ｂ）に輝度レベルを垂直方向の１つのラインにそって模式的に示す。ここでは、５個のライン状の光源２０を用いている。理想的な鏡面であれば、（ｂ）で破線により示すように、鏡面反射光のみによる５本のシャープな輝線が得られ、輝線と輝線の間はゼロレベルまで落ち込む。
【００１１】
なお、検査対象物の表面は実際には鏡のような完全に平滑な面ではないので、鏡面反射光の他に色柄の影響を含む拡散反射光もカメラに入射する。実際には拡散反射光の影響を受けるので、（ｂ）で実線により示すように、輝線と輝線の間のレベルが持ち上がってしまう。したがって、たとえば、黒色などの反射率の低い部分の輝線の信号レベルが、金色や銀色の反射率の高い部分の輝線の間の信号レベルより小さくなると、明瞭な線状の画像が得られず、変形の検出が困難になる。したがって、輝線と輝線の間の間隔は、拡散反射光の影響を受けない程度の広さが必要になる。なお、静止物体であれば、複数の光源を順次発光させて時間的にずらして鏡面反射光を撮像することも可能である。しかし、この時分割方式では検査に時間がかかってしまう。したがって、複数の光源を同時に発光させて鏡面反射光を撮像することが望ましい。
【００１２】
発明の別の実施の形態では、カラー拡散反射光方式を用いる。図４は、カラー拡散反射光方式を用いた光学系を模式的に示す。ライン状照明に赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）のカラー光源４０ｒ、４０ｇ、４０ｂを用い、撮像装置としてカラーカメラ４８を用いる。ライン状のカラー光源４０ｒ、４０ｇ、４０ｂから拡散照明光４２ｒ、４２ｇ、４２ｂを対象物４４に照射し、光源４０、カメラ４８および検査対象物４４との幾何学的位置関係で定まる鏡面反射光４６ｒ、４６ｇ、４６ｂをカラーカメラ４８で撮像する。
【００１３】
図５では、図３と同様に、（ａ）にカラーカメラ４８の映像を模式的に示し、（ｂ）に輝度レベルを模式的に示す。映像では、赤、緑、青の輝線が順番に並んである。この場合、各色（Ｒ、Ｇ、Ｂ)ごとに見ると、たとえばＲのみを見ると、輝線の間の間隔が広くなるため、輝線の間の信号レベルの持ち上がりが少なくなる。すなわち、Ｒの輝線の間にＧとＢの輝線が存在するが、光の周波数が異なるため、影響を受けない。したがって、モノクロ色の場合（図２、図３）の輝線間隔の問題が解消される。
【００１４】
なお、以上に説明した実施の形態では、検査対象物は円筒状であった。しかし、ライン状の照明光が当ると、正常な形であれば、物体からライン状の鏡面反射光を反射するものであれば、この発明が適用できる。たとえば、ライン反射をする平面状、曲面状、円錐状の物体も検査できる。
【００１５】
【発明の効果】
物体からの鏡面反射光を撮影するので、物体の色成分の影響を受けずに検査ができる。
色の異なる複数のカラー光源を用いるので、拡散反射光の影響を小さくできる。
さらに、撮像装置に画像処理装置を接続することにより、画像データを処理して物体の変形を検出できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】拡散反射光を用いた光学的検査システムの図
【図２】鏡面反射光を用いた光学的検査システムの図
【図３】カメラの映像（ａ）とその映像における輝度レベル（ｂ）を模式的に示す図
【図４】カラー鏡面反射光を用いた光学的検査システムの図
【図５】カラーカメラの映像（ａ）とその映像における輝度レベル（ｂ）を模式的に示す図
【符号の説明】
２０光源、２２拡散照明光、２４対象物、２６鏡面反射光、２８カラーカメラ、４０ｒ、４０ｇ、４０ｂカラー光源、４２ｒ、４２ｇ、４２ｂ拡散照明光、４４対象物、４６ｒ、４６ｇ、４６ｂ鏡面反射光、４８カラーカメラ。

Claims

物体の検査対象の外形状の変形を光学的に検査する光学的検査装置であって、
互いに離れて並列に位置され、色の異なる拡散照明光を発生する複数のライン状の光源と、
物体の前記の検査対象の表面からの反射光を撮像する２次元撮像装置とからなり、
前記の検査対象の表面は、鏡面反射光を反射する表面であり、前記の複数の光源と２次元撮像装置は、所定位置に位置した前記の物体に対して、前記の複数の光源により前記の物体を検査対象の表面に照射すると、検査対象の外形状が正常な形であれば、照射された物体の検査対象の表面からの複数のライン状の鏡面反射光が互いに離れて同時に２次元撮像装置に入射する位置に配置されていて、
前記の２次元撮像装置は、前記の物体が前記の所定位置にきたときに、複数のライン状鏡面反射光を同時に含む２次元画像を撮像し、線状の画像の変形を検出する
光学的検査装置。
さらに、前記の２次元撮像装置から受け取った画像データを処理して物体の変形の検出を可能にする画像処理装置を備えることを特徴とする請求項１に記載された光学的検査装置。
物体の検査対象の外形状の変形を光学的に検査する光学的検査方法であって、
互いに離れて並列に位置され、色の異なる拡散照明光を発生する複数のライン状の光源と、鏡面反射光を反射する表面である前記の検査対象の表面からの反射光を撮像する２次元撮像装置とを、前記の物体が所定位置に位置したときに、複数の光源により前記の物体を検査対象の表面に照射すると、検査対象の外形状が正常な形であれば、照射された物体の検査対象の表面からの複数のライン状の鏡面反射光が互いに離れて同時に２次元撮像装置に入射するように配置し、
前記の物体が前記の所定位置に搬送されてきたときに、物体からの前記の複数のライン状の鏡面反射光を同時に含む２次元画像を前記の２次元撮像装置により撮影し、線状の画像の変形を検出する
光学的検査方法。