JP4904169B2 - 線条表面検査装置 - Google Patents

Description

本発明は、線材表面の汚れまたは凹凸などの各種欠陥を検査する欠陥検査装置、特に、絶縁層などの被覆層の設けられた線材の表面に存在する欠陥を検査する線条表面検査装置に関する。

携帯電話やゲーム機内のトランス等に使用される多層絶縁電線等の線材の輸出の増加に伴い、これらの線材に対する顧客の目視による外観検査が厳しくなり、近年、細かな汚れや疵についても厳しくチェックすることが求められている。このような線材の表面の凹凸や疵を検査する線条表面検査装置としては、線材の中心軸線に対して斜め方向から照射する投光装置を周囲に複数配置して、線材の周囲の欠陥を検出するものや（特許文献１）、２個のレーザ光源により線材の全周に死角無く検査光を照射するようにしたもの等がある（特許文献２参照）。
実開昭４９−０１３６８８号公報 特開平１０―６８７００号公報

しかし、特許文献１及び特許文献２による表面検査装置では、欠陥検出精度を上げるために、多くの受光素子を必要とするため、検査装置のコストが高くなるという問題があった。また、特許文献１及び２の技術では、光の反射による散乱光により欠陥を検知するものであるため、線材表面の汚れや黒点の検知は難しかった。

本発明はこのような従来技術の問題点に鑑みてなされたものであり、線状に伸びる線材（以下、「線条」と称する）表面の疵（こぶ、削れ、発砲等）や汚れ等の欠陥を正確に検出することのできる線条表面検査装置を提供することを目的とする。

上記の課題を解決するために、被検査線条に照射する検査光を、被検査線条の長手方向の焦点を絞り込み、被検査線条の幅方向は被検査線条の幅よりも大きくして、被検査線条の幅方向に細く伸びる微細なスリット形状にすることにより、上記課題を解決した。

本発明の第１の態様にかかる線条表面検査装置は、被検査線条の表面に照射する検査光を出力する光源と、
前記光源から出力された検査光を、前記被検査線条の幅方向が長軸となり長手方向が短軸となる細長いスリット形状の検査光であって、前記長軸が前記検査線条の線径よりも大きく、かつ長軸方向の強度が均一の検査光に整形して前記被検査線条に照射する光学処理部と、前記被検査線条に照射された前記検査光の反射光を受光する平面状の受光面を備える複数の受光素子を、各受光素子の端部同士を接続させることにより、前記被検査線条の少なくとも半周を死角なく囲むように配置した一組の受光素子を有する受光部と、
を備え、
前記光学処理部及び前記受光部は、前記被検査線条の軸方向の異なる位置において前記被検査線条を中心に同心円状に少なくとも２組配置されており、
前記受光部を構成する一組の受光素子のうち、上記検査線条を挟んで互いに対向する一対の受光素子は、それぞれ前記被検査線条の中心から受光素子の受光面までの距離が等しくなるように配置され、前記各受光素子の平面状の受光面に入射される反射光の集光角θは、受光面の幅をWとし、被検査線条の反射面から受光面までの距離をlとしたときに
θ≦２ｔａｎ ^−１ （W／２l）
となることを特徴とする。
この態様では、光源から出力された検査光を、被検査線状の長手方向の長さが短く細くなるように整形して細いスリット形状にする。このように検査光を細いスリット状にして、スリット状の検査光が被検査線条を横断するように照射することにより、被検査線条の長手方向の解像度をあげることができ、変色や汚れの大きさが小さい、微細な汚れであっても検出可能となる。

本発明の第２の態様は、上記第１の態様にかかる線条表面検査装置おいて、 前記光学処理部が、前記検査光を、前記検査線条の幅方向が長軸であり前記被検査線条の長手方向が短軸となる細長いスリットを通過させることにより、前記検査光を細長いスリット形状に整形して前記被検査線条に照射することを特徴とする。

この態様では、光源から出力された検査光を、細いスリットを通過させることにより細長い検査光に整形する。これにより、容易に細いスリット状検査光に整形することが可能となる。尚、光源はレーザに限定される必要はないが、スリットを通過する検査光は平行光とすることが望ましい。レーザ以外の光源であっても、例えば、光源を放物面反射鏡の焦点に配置することにより、平行光として出力することが可能である。

前記光学処理部は、前記出力部から出力された前記検査光を、前記被検査線条の長手方向が短軸となるように焦点を絞り込むことにより、前記検査光を細長いスリット形状に整形して前記被検査線条に照射することを特徴とする。
この態様では、検査光の被検査線状の長手方向の焦点を絞り込むことにより、検査光を細いスリット状に整形する。このように検査光の短軸を細いスリット状に絞り込むことにより、被検査線条の長手方向の解像度をあげることができ、変色や汚れの大きさが小さい、微細な汚れであっても検出可能となる。

本発明の第４の態様は、上記第３の態様にかかる線条表面検査装置おいて、前記光学処理部が、前記検査光の焦点を前記短軸方向に絞り込むシリンドリカル凸レンズと、該絞り込んだ検査光を平行光に変換するシリンドリカル凹レンズと、前記平行光に変換された検査光を、さらに前記短軸方向に焦点を絞り、スリット状のスポット光として前記被検査線条に照射する集光用レンズを備えることを特徴とする。

このように、平行光か平行光に近い光を照射することにより反射光が広がらず、受光センサの大きさが小さくても反射光をすべて受光することができるので、受光感度を上げることができる。また、一度楕円平行光にしてから絞ることにより、より細いスリット状のビームに絞り込むことができる。すなわち、この態様により、検査光の広がりを抑えつつ、さらに検査光の短軸方向（被検査線条の長手方向）の焦点を絞り込むことが可能となる。最終的には、検査光の短軸方向の長さを数百ミクロン、例えば１００〜１５０ミクロン程度まで絞り込むことができるようになる。このように１００〜１５０ミクロン程度まで絞り込むことにより、１００ミクロン単位の微少な欠陥まで検出することが可能となる。

本発明の第５の態様は、上記第１乃至４の態様のいずれかに係る線条表面検査装置において、前記光学処理部が、前記被検査線条に照射される前記検査光を、長手方向が３乃至６ｍｍ、短軸方向の長さが０．２ｍｍ以下となるように整形することを特徴とする。検査光の短軸方向の長さを０，２ｍｍ以下にすることにより、目視により認識可能なほぼすべての汚れを検知可能となる。また、検査光の長軸方向（被検査線条の幅方向）の長さを５ｍｍ程度とすることにより、幅１ｍｍ前後の被検査線条をボビン等に巻き込みながら表面検査する場合に横揺れ等が発生しても、確実に汚れ等の欠陥を検出することが可能となる。

本発明の第６の態様は、上記第３または第４の態様に係る線条表面検査装置において、前記集光用レンズの焦点距離が１００ｍｍ以上であることを特徴とする。このように、焦点距離を１００ｍｍ以上に伸ばすことにより、反射光が短い距離で広がるのを抑制することができ、検出精度をより向上させることが可能となる。

本発明の第７の態様は、上記第１乃至第６の態様のいずれかに係る線条表面検査装置において、前記光学処理部が、前記集光された前記検査光の前記長軸方向の強度を均一化する回折型光学部品をさらに備えることを特徴とする。これにより、被検査線条の幅方向の端部における欠陥をより正確に検出することが可能となる。

本発明の第８の態様は、上記第１乃至第７の態様のいずれかに係る線条表面検査装置おいて、前記光源と、該光源からの検査光を整形して前記被検査線条に照射する前記光学処理部と、該光学処理部から照射され前記被検査線条により反射された前記検査光を受光する前記受光部とを一組とする検査部が複数組配置されており、前記複数組の検査部が、該各検査部が互いに前記被検査線条の長手方向の位置及び被検査線条の長手方向を中心軸とした場合の角度を変えて配置されており、前記複数組の検査部の前記受光部の組み合わせにより、全体として前記被検査線条の周囲を取り囲むように複数組配置されていることを特徴とする。

この態様では、各検査部の配置位置を被検査線条の長手方向にずらすことにより、一の検査部の検査光が、他の検査部の受光部に影響を与えることを防止している。これにより、より正確に欠陥の検出を行うことが可能となる。また、被検査線条の長手方向の位置はずれているが、被検査線条の軸方向からみて被検査線条を取り囲むように、複数の検査部を配置することにより、被検査線条の周囲を死角無く検査することが可能となる。

本発明の第９の態様は、上記第８の態様にかかる線条表面検査装置において、前記検査部を３組備え、前記各検査部は、それぞれ前記被検査線条の長手方向を軸としてそれぞれ１２０°角度をずらして配置されていることを特徴とする。このように、3組の検査部を設けることにより、被検査線条の幅方向の端部についての検出が各検査部で重複して行われるので、より正確な検出が可能となる。

本発明の第１０の態様は、上記第８に係る線条表面検査置において、前記検査部を４組備え、前記各検査部は、それぞれ前記被検査線条の長手方向を軸としてそれぞれ９０°角度をずらして配置されていることを特徴とする。このように、90°ずらすことにより、さらに正確な検出が可能となる。例えば、欠陥位置が光源（レーザ）の正面の位置から±６０°ずれた対置（センサを１２０°間隔で配置した場合の端部位置）にあると、反射光の変化量が小さくなるため欠陥の検出が難しくなる。しかし、本態様のように、±４５°程度ずれた位置（センサを９０°間隔で配置した場合の端部位置）場合には、反射光の変化量も大きいため、精度よく検出することができる。

本発明の第１１の態様は、上記第８の態様に係る線条表面検査装置において、 前記検査部を６組備え、前記検査部は、それぞれ前記被検査線条の長手方向を軸としてそれぞれ６０°角度をずらして配置されていることを特徴とする。このように軸周りに配置するセンサの数を増やすことにより、各センサの低感度領域を異なるセンサによって重複検出することが可能となり、欠陥をより確実に検出することが可能となる。

本発明の第１２の態様は、上記第１乃至第１１の態様のいずれかに係る線条表面検査装置において、前記検査光が、前記被検査線条への入射角が２０°乃至４０°の範囲内で照射されることを特徴とする。ここに入射角とは、被検査対象の長軸に対する法線と入射光線のなす角をいう。入射角をこの範囲内とすることにより、各検査部の占有範囲を小さくしつつ、受光部の感度を所定範囲に維持することが可能となる。

本発明の第１３の態様は、上記第１２に係る線条表面検査装置において、前記受光部の前記受光素子が、被検査線条から１０ｍｍ乃至３０ｍｍの範囲内の距離に配置されることを特徴とする。受光素子を被検査線条から離れた位置に配置した方が、被検査線条の横振れに対する影響を小さく押させることが可能であるが、受光素子を離すと、被検査線条の周囲すべてをカバーするために必要となる受光素子の数が多くなる。受光素子を被検査線条から１０ｍｍ乃至３０ｍｍ以内に配置することにより、被検査線条の横振れの影響を防止し可能であり、必要な受光素子の数も抑制可能である。

本発明の第１４の態様は、上記第１乃至第１３の態様のいずれかに係る線条表面検査装置において、さらに前記被検査線条に照射された検査光を受光するモニタ用受光素子を備え、前記モニタ用受光素子で受光した受光量に応じて、前記受光部の検知電圧の増幅率を制御することを特徴とする。これにより、現実の受光量に応じた適切な増幅率を算出することができ、光源、受光素子の経年劣化や環境変化に対応増幅率の制御が可能となる。

本発明によれば、被検査対象の線条に対して幅方向にスリット条に焦点を絞り込んだ検査光を照射することにより、微細な汚れや疵を検出することが可能となる。

以下に本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。図１は、本発明の一実施形態にかかる線条表面検査装置の外観を模式的に示す図であり、（ａ）は線状表面検査装置１０の側面図を示し（ｂ）はそのＡ−Ａ’方向の断面図を示す。投光部１１は検査光を発光する光源である。投光部（光源）１１としては、レーザその他の発光装置を使用することができる。投光部１１からの検査光は、光学処理部（光学系）１２を経由して被検査線条８０に照射され、その反射光または散乱光が受光部２０，２１により検知される。光学系１２については後述する。

受光部２０，２１はそれぞれ複数の光学センサ２０ａ〜２０ｆと光学センサ（受光素子）２１ａ〜２１ｆとから構成されており、受光部２０が被検査線条の周囲を上半分を取り巻き、趣向部２１が下半分を取り巻くように配置されている。これにより、線条の裏表部分を死角なく検査することが可能となる。図１（ｂ）では、光学センサ同心円状に被検査線条を取り巻くように表されているが、実際の位置は図１（ａ）に示すように、受光部２０と受光部２１の位置は被検査線条の長手方向にずれた位置に配置されている。これにより、受光部２０に他の投光部１１ｂからの検査光が入射し、受光部２１に他の投光部１１ａからの検査光が入社することを防止することができ、互いの検査光の影響を受けないようにしている。

（検査光の整形処理）
図２は、本発明による検査光の光学系による整形処理の一例を説明するための模式図である。（ａ）は、光学系１２を、被検査対象となる被検査線条８０の横方向からみた模式図である。（ｂ）は、（ａ）に示す光学系１２を被検査線条８０の真上から見た図を示す。図２（ｂ）の左側には、光学系により整形された検査光の外形を示している。

光学系１２には、レーザ発光装置等の投光部１１から検査光３１が入射される。光学系１２は、シリンドリカル凸レンズ１３、シリンドリカル凹レンズ１４、シリンドリカル凸レンズ１５の順で配列されている。シリンドリカル凸レンズは、円又は楕円形状の平行光を一つの軸方向に焦点を絞り込むために使用され、シリンドリカル凹レンズは一つの軸方向に所定の角度で絞り込まれた入射光を平行光に変換するために使用される。

投光部１１により生成されたレーザ光は楕円形状の平行光であり、シリンドリカル凸レンズ１３に入射される。入射された平行光は、シリンドリカル凸レンズ１３により、被検査線条の長軸方向が短くなるように焦点を絞り込まれ、横長の細い楕円形状の光となるように整形される。次に、焦点を絞り込むために角度のついた検査光３２をシリンドリカル凹レンズ１４により平行光に戻す。平行光に戻された検査光３３は、第２のシリンドリカル凸レンズ１５により再び被検査線条８０の長軸方向に絞り込まれて、被検査線条８０に焦点をあわせられる。これにより、被検査線条８０には、幅方向に伸びる細く鋭いスリット形状の検査光３５がスポット照射されることになる。

すなわち、検査光３５は、図２（ａ）、（ｂ）に示すように、被検査線条８０の長手方向に対しては細く鋭くなるように焦点が絞り込まれる。しかし、図２（ｂ）に示すように、被検査線条８０の幅方向に対しては元の長さのまま維持される。従って、検査光３５は、横長の細いスリット状のビームとして被検査線条８０に照射される。

このように、検査光の一軸の焦点を絞り込むことにより細いスリット条のビームとすることにより、被検査線条の汚れ、疵等の検出時Ｓ／Ｎ比を高くすることができ、これにより微細な汚れ等を検出可能となる。例えば、スリット状に整形した検査光３５の短軸方向の幅を１５０μｍ以下に集光することが可能となる。１５０μｍ以下にすることにより、肉眼での検知限界を超える微細な汚れ等も検出することも可能となる。

スリット状に整形した検査光３５の長軸の長さ（検査光の横方向の長さ）は、被検査線条８０の幅（線径）よりも十分大きな幅とすることが望ましい。例えば、被検査線条８０の線径が１ｍｍ前後だとすると、ビーム状の検査光３５の長い方の幅は５ｍｍ程度とすることが好ましい。これにより、被検査線条８０を引き出しながら表面検査する場合等に、被検査線条８０が横ぶれしても汚れ、疵等を確実に検出することが可能となる。

（検査光の照射角度）
投光部１１からの検査光３０の照射角度についても、適正な角度が存在する。図３に検査光の照射角度と信号変化率の関係を示す。図３（ａ）は、検査光３０の照射角度αの変化に伴う受光信号の変化率を示すグラフであり、（ｂ）は（ａ）のグラフの横軸である被検査線条に対する照射角度を示す図である。投光部１１から照射される検査光３０と被検査線条８０の為す角α（入射角＝９０−α）を変化させた場合の、受光信号の変化率を示している。受光信号の変化率とは、被検査線条に汚点（基準黒点）がない場合の受光電圧ｖ１と汚点がある場合の受光電圧ｖ２の変化率（ｖ１−ｖ２）／ｖ１を示している。信号変化率が大きいほど、汚点感知能力が高いことを意味する。光学素子１のグラフは、被検査線条８０の真上の光学センサによる測定結果を示し、光学素子２のグラフは、４５°の角度に被検査線条の真上を基点として４５°の位置に配置された光学センサによる測定結果を示している。

測定結果によると、照射角度αが７０度より大きい角度では急激に変化率が落下する。また、照射角度αが小さくなると投光部１１から受光部２０までの横方向の距離が長くなるため、検査装置全体が大きくなる。装置の小型化の観点からは、照射角度αを大きくする方が望ましいが、欠陥検出能力の観点からは、照射角αは小さい方が望ましい。グラフから照射角αが７０度を超えると、検出能力が低下することがわかる。従って、検査装置の小型化も勘案すると、検査光３０の被検査対象に対する照射角度αは、５０度から７０度（入射角２０度から４０度）の範囲とすることが好ましい。

さらに、図４を用いて、受光センサの位置と光学系１２の集光レンズ１５の焦点距離との関係について説明する。図４は、集光レンズ１５の焦点距離と、反射光の散乱範囲の違いを説明するための図である。図４（ａ）は、集光レンズ１５の焦点距離ａ１が短い場合を示し、図４（ｂ）は焦点距離ａ２が長い場合を示している。図から明らかなように、受光部２０までの距離ｌを同じとする場合には、（ｂ）に示す焦点距離ａ２が長い方が、受光部２０における散乱角度が小さくなることが理解できる。例えば焦点距離５０ｍｍの場合には反射光が短い距離で広がるため、受光センサを近づけないとすべての反射光を受光することができない。これに対して、焦点距離１５０ｍｍの場合には、反射光が広がる距離が長くなるため、受光センサを遠ざけてもすべての反射光を受光できる。

実験の結果、被検査線条８０から受光部２０までの距離を１０ｍｍから２０ｍｍとすると、集光レンズ１５の焦点距離は１００ｍｍ以上であることが望ましく、特に１５０ｍｍ程度が好ましいことが判明した。

図４（ａ）に示す被検査線条８０から受光部２０までの距離（光路）ｌ及び受光面の幅ｗを一定としたときの、反射光の集光角θの最大値は次式で表される。すなわち、次式で示す集光角θ以下であれば、距離ｌに設置された幅ｗの受光センサにより受光可能となる。

また、集光した検査光の光強度Ｐは、図５に破線３６として示すようなガウシアン分布となる。そこで、回折型光学部品を用いることにより、実線３７として示すように検査光３５の長軸方向の強度Ｐを均一化することが望ましい。

（受光部の配置及び構成）
図６に、被検査線条上の円周上における黒点の位置（角度βで表す）と受光電圧の関係を示す。図６（ａ）は、黒点（汚点）の円周上の位置を示す角度βを説明するための概念図である。投光部からみて、被検査線条８０の真上の位置（黒点８１の位置）を基点（β＝０°）として、中心から基点に向かう線分と中心から黒点に向かう線分の為す角βにより、被検査線条８０の円周上の黒点の位置を定義している。左右対象であるので、黒点８２と８３は、同じ位置として扱われる。従って０°≦β≦９０°となる。すなわち、黒点の幅方向（円周上）の位置は、被検査線条８０の真上の位置を基点として、そこからのずれ角βで表される。図６（b）は、黒点の位置とそれに対する受光信号の測定結果を示すグラフである。被検査線条から受光部までの距離（光路）ｌが１１ｍｍ、１７ｍｍの場合の測定結果を示している。黒点の位置を示す角度βは、左右対称であり受光電圧は同じであるので、グラフでは片方しか測定していない。

電圧が低いほど、黒点の認識感度が高いことを示している。尚、グラフにおいて受光信号の電圧の大きさは問題ではなく、黒点位置の違いによる受光信号の変化が重要である。測定結果から、角度０度から２０度までが最も感度がよく、角度３５度位までは黒点の検出が十分可能であることがわかる。角度４０度を超えると電圧の変化が少ない。すなわち、黒点の位置が端の方に偏ると、正確な検知が難しくなるという傾向を示している。従って、１つのセンサとの関係では検知角度の端部に位置することになるため検出精度が低下する欠陥は、隣接する他のセンサにより検出することができるように、検査対象線条の軸の周囲に複数の受光センサを適切な角度間隔で配置することが望ましい。

図７は、被検査線条の横揺れの大きさと受光信号の変化について測定した結果を示す図である。縦軸は横揺れがない場合の受光部の電圧と横揺れがある場合の受光信号の差を信号変動量として示しており、横軸は横揺れの大きさを示している。検査光３５の形状及び大きさは、前述したように５ｘ０．１５ｍｍのスリット状に絞り込んだものを用いている。被検査線条と受光部２０（受光センサ）の距離（光路）ｌ（図４（ａ）参照）が１０ｍｍ、１５ｍｍ、２５ｍｍの場合の３つの距離についての測定結果を示している。

これらの測定結果から、横揺れが少ない方が受光信号の変動量は少ないことがわかる。また、被検査線条８０からの受光センサまでの距離を離した方が、横触れの影響は少ないことがわかる。しかし、距離が離れると、被検査線条８０の全周をカバーするのに多くの受光センサが必要となる。被検査線条から受光装置までの距離を１０ｍｍ、２０ｍｍ、３０ｍｍと変化させた場合の受光センサの数を図８（ａ）、（ｂ）（ｃ）に示す。図８では上半分を示しているが、下半分も同様である。図８（ａ）に示すように距離が１０ｍｍのときに、被検査線条の上半分を死角なくカバーするには４個の受光センサ２０ａ〜２０ｄが必要であり、下半分を含めると合計８個の受光センサが必要になる。距離が２０ｍｍになると、（ｂ）に示すように上半分で６個の受光センサ２０ａ〜２０ｆが必要であり、全体で１２個が必要となる。距離が３０ｍｍのときには、上半分で８個の受光センサ２０ａ〜２０ｈが必要となり、全体で１６個の受光センサが必要となる。このように、被検査線条８０からの距離ｌが離れると多くの受光センサが必要となる。横揺れの影響を抑えつつ、受光センサの数を多く必要としない距離として、被検査線条８０から受光センサまでの距離ｌは、１５ｍｍから２０ｍｍ程度とすることが望ましい。

受光部２０、２１を構成する光学センサ２０ａから２０ｆ、２１ａから２１ｆの配置方法について、図９を用いて説明する。図９（ａ）は、被検査線条８０に対して光学センサ２０ａから２０ｆを垂直に配置した場合を示す図であり、（ｂ）は光学センサ２０ａから２０ｆの受光面を被検査線条８０に対して平行に配置した状態を示す図である。

図９（ａ）からわかるように、光学センサ２０ａから２０ｆを被検査線条８０の長手方向に対して垂直に配置すると、受光センサで感知できない不感帯領域４０ができるが、このように垂直に設置した方が、反射光が受光センサの真ん中を通ることになる。

図１（ａ）に示すように、本発明の線条表面検査装置１０は、投光部１１、光学系１２、受光部２０からなる１組の検査部を、被検査線条の長手方向の位置をずらし、かつ被検査線条の軸方向の角度を互いにずらして、複数組配置している。このように長手方向の位置をずらして配置するのは、異なる組の検査光による反射光が他の組の受光部に入射することによる悪影響を防止するためである。図１の例では、２組の検査部を設けた例を示したが、検査部を、３組、４組、５組又は６組等自由な数を設けることができる。３組の検査部を設ける場合には、各組の長手方向の位置をずらすとともに、配置角度は１２０度ずつずらすことが望ましい。検査部を４組使用する場合の配置角度は９０度ずつ、５組使用する場合には７２度ずつ、６組使用する場合には６０度ずつずらすことが好ましい。

図１０に、４組の検査部５１乃至５４を設けた場合の検査部の配置の一例を示す。図１０に示す例では、各検査部５１〜５４は、それぞれ４個の光学センサを備えており、各検査部５１〜５４は、それぞれ約１５０度の範囲をカバーしている。図１０（ａ）は、４組の検査部５１〜５４を備える線条表面検査装置を側面から見た状態を模式的に示す図であり、（ｂ）はそのＡ−Ａ’線方向の断面図である。各検査部５１乃至５４は、それぞれ４個の光学センサ２２ａ〜２２ｄ、２３ａ〜２３ｄ、２４ａ〜２４ｄ、及び２５ａ〜２５ｄを備えている。図１０（ａ）に示すように、各光学センサの位置は、被検査線条８０の長手方向の位置がずれているが、図１０（ｂ）からわかるように、光学センサ全体として被検査線条８０の周囲を取り巻くように配置されており、被検査線条８０は軸方向に引き込まれ又は送り出されるように移動されるので、被検査線条全体を漏れなく検査することができる。また、各検査部５１乃至５４は、光学センサの端部が重なり合うように配置されて、検査光の端の方の欠陥の検出精度を高めている。隣接する各検査部５１〜５４は、互いの検査光の影響をなくすために、互いに１００ｍｍ〜２００ｍｍ程度離して設置することが好ましい。

図１１に、光学センサの他の配置例を示す。図１１の例では、図９に示すような６個の光学センサ２０ａ乃至２０ｆを、被検査線条の周囲２００°に亘りカバーしている。これにより、被検査線条の反射光をもれなく検出することが可能となる。図１１では、１組の光学センサのみを示しているが、このような配置の光学センサを被検査線条８０の周囲を覆うように、２組、３組、４組と所望の数だけ設けることができる。

図１２は、光学センサの他の配置例を説明するための図である。図１２に示す例でも、図１１と同様に６個の光学センサ２０ａ〜２０ｆを使用するものとして説明する。図１２では、光学センサ２０ａ〜２０ｆの感知部２５を示している。図１２（ａ）は、図１１と同様に配置した状態を示し、図１２（ｂ）は、一部の光学センサ２０ｂと２０ｅの位置をずらして配置した状態を示す図である。

光学センサ２０ａ〜２０ｆの感知部２５は光学センサの外形より少し小さいので、光学センサ２０ａ〜２０ｆを図１２（ａ）に示すように光学センサの前面が接するように配置すると、隣接する光学センサの感知部２５の間に不感帯領域４１が生じる。

不感帯領域４１は、図１２（ｂ）に示すように、一部の光学センサ２０ｂ、２０ｅの位置を被検査線条８０の方向にずらして配置すると減少する。このように、光学センサの位置を被検査線条の方にずらして配置することにより、不感帯領域４１を低減させることが可能となる。また、線材と光学センサの距離が変わることからその感度を調整することもできる。図１２（ｂ）においては、光学センサ２０ｂと２０ｅの位置をずらした例を示しているが、他の光学センサ（例えば２０ｃ、２０ｄ）の位置をずらすことにより、一部の不寒帯領域４１を低減させることもできる。図１２に示す例では、図１２（ｂ）に示すように、光学センサ２０ｂ、２０ｅの位置をずらすのが最も効率的であるが、どの光学センサの位置をずらすかは、装置の構造等に応じて、適宜変更可能な選択事項である。

尚、以上の説明においては、シリンドリカル凸レンズ１３、シリンドリカル凹レンズ１４及び集光レンズ等を用いて、検査光を絞り込みスリット状の検査光に整形する実施形態のみを示しているが、光源からの検査光を細いスリット（幅１００〜数百ミクロン程度のスリット）に照射し、スリットからの透過光により、細いスリット状の検査光に整形するようにしても良い。

光源としては、レーザ光源の他、レーザ以外の光源（例えば、ＬＥＤ等）を使用することも可能である。この場合でも、出力光は平行光とすることが望ましい。例えば、放物面の反射鏡（放物面鏡）の焦点部に光源を配置することにより、放物面鏡の反射光として平行光を出力させることが可能である。

本発明の一実施形態にかかる線条表面検査装置の外観を模式的に示す図である。 本発明による検査光の光学系による整形処理の一例を説明するための模式図である。 検査光の照射角度と信号変化率の関係を説明するための図である。 集光レンズの焦点距離と、反射光の散乱範囲の違いを説明するための図である。 回折型光学部品を用いることにより、検査光の長軸方向の光強度の均一化について説明する図である。 被検査線条上の幅方向の汚点位置（角度βで表す）と受光電圧の関係を示す。 被検査線条の横揺れの大きさと受光信号の変化について測定した結果を示す図である。 被検査線条から受光装置までの距離を１０ｍｍ、２０ｍｍ、３０ｍｍと変化させた場合の受光センサの数を説明するための図である。 光学センサを後方に傾斜させることにより、隣接する光学センサ間の隙間（不感知領域）が減少することを説明するための図である。 ４組の検査部を設けた場合の検査部の配置の一例を示す図である。 光学センサの他の配置例を示す図である。 不感帯領域を低減するための光学センサの他の配置例を示す図である。

符号の説明

１０：線状表面検査装置
１１：投光部１１、光学系
１２：光学系（光学処理部）
１３： シリンドリカル凸レンズ
１４： シリンドリカル凹レンズ
１５： 第２のシリンドリカル凸レンズ
２０〜２５：受光部
２０ａ〜２０ｆ、２１ａ〜２１ｆ、２２ａ〜２２ｄ、２３ａ〜２３ｄ、２４ａ〜２４ｄ、２５ａ〜２５ｆ：光学センサ（光学素子）
２５ 感知部
３０、３１、３２、３３、３４、３５：検査光
４０、４１：不感帯領域
５１〜５４：検査部
８０：被検査線条

Claims (12)

1. 被検査線条の表面に照射する検査光を出力する光源と、
   前記光源から出力された検査光を、前記被検査線条の幅方向が長軸となり長手方向が短軸となる細長いスリット形状の検査光であって、前記長軸が前記検査線条の線径よりも大きく、かつ長軸方向の強度が均一の検査光に整形して前記被検査線条に照射する光学処理部と、
   前記被検査線条に照射された前記検査光の反射光を受光する平面状の受光面を備える複数の受光素子を、各受光素子の端部同士を接続させることにより、前記被検査線条の少なくとも半周を死角なく囲むように配置した一組の受光素子を有する受光部と、
   を備え、
   前記光学処理部及び前記受光部は、前記被検査線条の軸方向の異なる位置において前記被検査線条を中心に同心円状に少なくとも２組配置されており、
   前記受光部を構成する一組の受光素子のうち、前記被検査線条を挟んで互いに対向する一対の受光素子は、それぞれ前記被検査線条の中心から受光素子の受光面までの距離が等しくなるように配置され、
   前記各受光素子の平面状の受光面に入射される反射光の集光角θは、受光面の幅をWとし、被検査線条の反射面から受光面までの距離をlとしたときに、
   θ≦２ｔａｎ ^−１ （W／２l）
   となることを特徴とする線条表面検査装置。
2. 前記光学処理部は、前記出力部から出力された前記検査光を、前記被検査線条の長手方向が短軸となるように焦点を絞り込むことにより、前記検査光を細長いスリット形状に整形して前記被検査線条に照射することを特徴とする請求項１に記載の線条表面検査装置。
3. 前記光学処理部は、前記検査光の焦点を前記短軸方向に絞り込むシリンドリカル凸レンズと、該絞り込んだ検査光を平行光に変換するシリンドリカル凹レンズと、前記平行光に変換された検査光を、さらに前記短軸方向に焦点を絞り、スリット状のスポット光として前記被検査線条に照射する集光用レンズを備えることを特徴とする請求項２に記載の線条表面検査装置。
4. 前記光学処理部は、前記被検査線条に照射される前記検査光を、長手方向が３乃至６ｍｍ、短軸方向の長さが０．２ｍｍ以下となるように整形することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の線条表面検査装置。
5. 前記集光用レンズの焦点距離が１００ｍｍ以上であることを特徴とする請求項２または３に記載の線条表面検査装置。
6. 前記光源と、該光源からの検査光を整形して前記被検査線条に照射する前記光学処理部と、該光学処理部から照射され前記被検査線条により反射された前記検査光を受光する前記受光部とを一組とする検査部が複数組配置されており、
   前記複数組の検査部は、該各検査部が互いに前記被検査線条の長手方向の位置及び被検査線条の長手方向を中心軸とした場合の角度を変えて配置されており、前記複数組の検査部の前記受光部の組み合わせにより、全体として前記被検査線条の周囲を取り囲むように複数組配置されていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の線条表面検査装置。
7. 前記検査部を３組備え、前記各検査部は、それぞれ前記被検査線条の長手方向を軸としてそれぞれ１２０°角度をずらして配置されていることを特徴とする請求項６に記載の線条表面検査装置。
8. 前記検査部を４組備え、前記各検査部は、それぞれ前記被検査線条の長手方向を軸としてそれぞれ９０°角度をずらして配置されていることを特徴とする請求項６に記載の線条表面検査装置。
9. 前記検査部を６組備え、前記検査部は、それぞれ前記被検査線条の長手方向を軸としてそれぞれ６０°角度をずらして配置されていることを特徴とする請求項６に記載の線条表面検査装置。
10. 前記検査光が、前記被検査線条への入射角が２０°乃至４０°の範囲内で照射されることを特徴とする請求項１乃至９のいずれか１項に記載の線条表面検査装置。
11. 前記受光部の前記受光素子は、被検査線条から１０ｍｍ乃至３０ｍｍの範囲内の距離に配置されることを特徴とする請求項１０に記載の線条表面検査装置。
12. さらに前記被検査線条に照射された検査光を受光するモニタ用受光素子を備え、前記モニタ用受光素子で受光した受光量に応じて、前記受光部の検知電圧の増幅率を制御することを特徴とする請求項１乃至１１のいずれか１項に記載の線条表面検査装置。

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