JP5359705B2 - ミラーユニットおよびこれを備えた孔内検査装置 - Google Patents

Description

本発明は、撮像カメラに周設したリング照明の照射光を、撮像カメラの光軸上における所定の深度範囲に集光するミラーユニットおよびこれを備えた孔内検査装置に関する。

検査対象物に形成した孔の内周面に付着した異物を検査する孔内検査にリング照明を使用する場合、孔内を充分に照明するため、リング照明の照射光を集光し、この集光点の位置が撮像カメラの光軸上に来るよう調節する必要がある。当該関連技術として、孔に対する良好な照明が可能な深度範囲を広げるために、リング照明を構成するアレイ状の複数の光源を、これを保持する基板を傾動調整することで、それぞれの照射角度（集光点）を可変させるリング照明装置が提案されている（特許文献１参照）。

特開２００７−２８７４５６号公報

しかしながら、上記のリング照明装置は、常に一点に集光点を定めるもので、異なる深度に照明するには、光源基板を所定の範囲に渡って複数回、傾動調整する必要があり、一括して所定の深度範囲を照明することはできない。さらに、上記のリング照明装置は、光源基板を傾動させるため、照明部の構造が複雑になるという問題もある。

本発明は、簡単な構造で、所定の深度範囲を一括して照明可能なミラーユニットおよびこれを備えた孔内検査装置を提供することを課題とする。

本発明のミラーユニットは、撮像カメラに周設したリング照明の照射光を、撮像カメラの光軸上に所定の深度範囲を存して集光するミラーユニットであって、光軸と同軸上に配設され、照射光を反射するコーン状のミラー部を備え、ミラー部は、周方向において照射光の反射角度が段階的に変化するように並べた扇状の複数のミラー片部を有していることを特徴とする。

上記の構成によれば、コーン状のミラー部を構成する複数のミラー片部において、照射光の角度が段階的に変化するように周方向に並べられているため、各ミラー片部から反射した照射光を、光軸上に所定の深度範囲に渡って集光することができる。このため、ミラー部を可動させることなく、すなわち簡単な構造で、光軸上の所定の深度範囲を一括して照明することができる。なお、複数のミラー片部は、ミラー部の表面を研削し鏡面仕上げとして形成してもよいし、表面を鏡面とした複数のミラー片を周方向に並べて形成してもよい。

この場合、複数のミラー片部のうち、１８０°点対称位置に配設された任意の２つのミラー片部の反射角度が、同角度となるように配設されていることが好ましい。

上記の構成によれば、対向する照射光が同じ反射角度で照射されるため、撮像カメラの光軸上の任意の１の深度に対してより光量の多い安定した照明を行うことができる。

本発明の他のミラーユニットは、撮像カメラに周設したリング照明の照射光を、撮像カメラの光軸上に所定の深度範囲を存して集光するミラーユニットであって、光軸と同軸上に配設され、照射光を反射するコーン状のミラー部を備え、ミラー部は、周方向において照明光の反射角度が連続的に変化するように形成されていることを特徴とする。

上記の構成によれば、コーン状のミラー部において、照明光の反射角度が周方向に連続的に変化するように形成されているため、ミラー部から反射した照射光を、光軸上に所定の深度範囲に渡って集光することができる。この場合、連続的に変化する反射角度により、リング照明の照射光の全を所定の深度範囲に集光することができ、高効率で集光を行うことができる。このため、ミラー部を可動させることなく、すなわち簡単な構造で、光軸上の所定の深度範囲を一括して且つ効率良く照明することができる。

この場合、ミラー部は、１８０°点対称位置における反射角度が同角度となるように形成されていることが好ましい。

上記の構成によれば、対向する照射光が同じ反射角度で照射されるため、撮像カメラの光軸上の任意の１の深度に対してより光量の多い安定した照明を行うことができる。

本発明の孔内検査装置は、検査対象物に形成した孔の内周面に付着した異物を検査する孔内検査装置であって、検査対象物の表面位置にフォーカスした状態で、孔を画像認識する撮像カメラと、撮像カメラに周設され、孔を照明するリング照明と、上記のミラーユニットと、を備えたことを特徴とする。

上記の構成によれば、撮像カメラを検査対象物の表面位置にフォーカスした状態のまま、十分な光量の照明光により深度の異なった複数の孔内の画像を撮像することで、深さ方向において異物が孔内のどの位置にあっても、孔と異物とを比較的鮮明に撮像することができる。

この場合、検査対象物がインクジェットヘッドのノズルプレートであり、孔が、ノズルプレートに形成したノズル孔であることが好ましい。

上記の構成によれば、インクジェットヘッドのノズルプレートに形成したノズル孔内に付着した異物の有無やその大きさを精度よく検査することができる。

インクジェットヘッドを模式的に表した断面図である。 孔内検査装置を模式的に表した図である。 第１実施形態に係るミラーユニットの平面図および断面図である。 第２実施形態に係るミラーユニットの平面図および断面図である。 リング照明の照射光が集光される様子を模式的に表した図である。

以下、添付した図面を参照して、本発明の一実施形態に係るミラーユニットおよびこれを備えた孔内検査装置について説明する。なお、本実施形態の孔内検査装置は、インクジェットヘッドのノズル面に形成された多数のノズル孔を検査対象とするものであり、ヘッド組立ての最終段階でノズル孔内に付着した異物を検査するものである。したがって、ノズル面からの照明とノズル面からの画像認識とにより、孔内検査が実施される。

検査対象となるインクジェットヘッド１のノズルプレート２（ノズル面５）には、２列のノズル列が平行に２組形成されており、各ノズル列は、等ピッチで並べた複数個のノズル孔３で構成されている。図１に示すように、ノズル孔３は、ノズルプレート２に対して垂直に形成されており、表面から所定の深さまで入り込んだ位置（メニスカス形成位置６）から裏面にかけてテーパー状に孔開けされている。後述する孔内検査は、ノズルプレート２をノズル面５側から撮像し、メニスカス形成位置６を中心にノズル孔３の内周面４を所定の深さ範囲（深度範囲）に亘って、付着した異物の有無を検査する。

図２に示すように、孔内検査装置１０は、インクジェットヘッド１が上下反転状態でセットされるセットステージ１１と、セットステージ１１をノズル列方向（Ｘ軸方向）およびこれに直交するＹ軸方向に移動させる移動テーブル１２と、インクジェットヘッド１に上側から臨み、インクジェットヘッド１のノズル孔３をノズル面５側から撮像する撮像カメラ１３と、撮像カメラ１３の先端部に周設されノズル孔３をノズル面５側から照明するリング照明１４と、リング照明１４の下方に配設され、リング照明１４の照射光を撮像カメラ１３の光軸上に集光させるミラーユニット１６Ａと、撮像カメラ１３と共に、リング照明１４およびミラーユニット１６ＡをＺ軸方向に昇降させるＺ軸テーブル１５と、これらの装置を支持するフレームおよび全体を収容する収容ケース（いずれも不図示）を備えている。また、孔内検査装置１０は、移動テーブル１２、撮像カメラ１３、リング照明１４、Ｚ軸テーブル１５の駆動を制御する制御装置１９を備えている。

セットステージ１１は、移動テーブル１２に搭載されており、図示省略の位置決め機構により、インクジェットヘッド１を上下反転状態した状態で、そのノズル面５が水平になるように保持している。移動テーブル１２は、セットステージ１１を介して、インクジェットヘッド１をＸ軸方向に移動させるモータ駆動のＸ軸テーブル２２と、Ｘ軸テーブル２２を介して、インクジェットヘッド１をＹ軸方向に移動させるモータ駆動のＹ軸テーブル２３と、を有している。そして、Ｘ軸テーブル２２およびＹ軸テーブル２３は、それぞれ制御装置１９に接続されている。孔内検査に際し、Ｘ軸テーブル２２およびＹ軸テーブル２３によりインクジェットヘッド１を移動させ、検査対象となるノズル孔３の中心軸を撮像カメラの１３の光軸に合致させる。

撮像カメラ１３は、セットステージ１１に対し上側から臨むように対向配置されており、上部においてＺ軸テーブル１５によって昇降自在に支持されている。この場合、Ｚ軸テーブル１５は、インクジェットヘッド１の搬入・搬出において撮像カメラ１３を上昇させ、また孔内検査に先立ち撮像カメラ１３を基準のフォーカス位置に下降させる。撮像カメラ１３は、ＣＣＤやＣＭＯＳ等の撮像素子２４とレンズユニット２５と、を鏡筒内に有し、Ｚ軸テーブル１５の駆動によってフォーカシング距離を決定し、ノズル孔３を撮像する。撮像カメラ１３およびＺ軸テーブル１５は、それぞれ制御装置１９に接続されている。なお、撮像カメラ１３として落射照明付きのものを用いるようにしてもよい。

リング照明１４は、撮像カメラ１３の先端部に周設され、ノズルプレート２に臨む面にリング状に複数のＬＥＤ（不図示）が内蔵して構成されている。複数のＬＥＤは、リング状のＬＥＤアレイを構成しており、面発光光源として機能する。この複数のＬＥＤからの照射光によって、周縁部を含むノズル孔３の表面および内周面４が照明されるようになっている。なお、リング照明１４は、ミラーユニット１６Ａを介して、撮像カメラ１３の光軸上で照射光を適切に集光できるように所望の角度に一様に傾斜させて装着されている。そして、リング照明１４は制御装置１９に接続され、撮像カメラ１３の撮像に際しノズル孔３を照明する。なお、リング照明１４は、照射光の照射角度が撮像カメラ１３の光軸と平行になるものを用いてもよい。

ミラーユニット１６Ａは、撮像カメラ１３およびリング照明１４と同軸上に配設され、リング照明１４の照射光をノズル孔３に向って反射するミラー部２０と、ミラー部２０を支持する支持フレーム（図示省略）と、を有している。図３に示すように、ミラー部２０は、細長代形状或いは細長扇状に形成され、表面を鏡面加工された複数のミラー片部３０を有しており、複数のミラー片部３０は、撮像カメラ１３の光軸を中心に周方向にコーン状に並べられ、セットステージ１１に対する傾斜角度が周方向１８０度の間で段階的に変化するように構成されている。さらに、対向するミラー片部３０の傾斜角度が同角度となるように、複数のミラー片部３０は１８０度対向配置されている。

この場合、複数のミラー片部３０は、ミラー部２０を構成する金属ブロックを研削し、鏡面仕上げすることにより形成され、隣接する任意の２つのミラー片部３０の角度差は、一定となっている。もちろん、ミラー片部３０と金属ブロックとを別体とし、金属ブロックの表面にミラー片部３０を所定の角度で取り付ける構成としてもよい。

上記の通り、本実施形態のミラーユニット１６Ａは、複数のミラー片部３０の傾斜角度が周方向１８０度の間で段階的に変化するように構成されているため、リング照明１４の照射光の反射角度も同様に段階的に変化する。すなわち、ミラー部２０が反射した照射光は、撮像カメラ１３の光軸上に一定の深度範囲をもって照射する。さらに、ミラーユニット１６Ａは、１８０度対向配置されているため、光軸上の任意の１点を対向する照射光が同じ深度位置を照射し、光量の多い安定した照明を行うことができる。

次に図５を参照し、リング照明１４の照射光の集光について説明する。リング照明１４から照射された照射光Ｘは、ミラー部２０（ミラー片部３０）に対する入射角と同角度でミラー部２０に反射され、ノズル孔３を照射する。同図に示すように、ミラー片部３０ａは、ノズルプレート２に対する傾斜角度ａが小さいため、照射光Ｘの反射角が大きくなり、撮像カメラ１３の光軸上の深度の浅い位置Ａを照射する。一方、ミラー片部３０ｂは、ノズルプレート２に対する傾斜角度ｂが大きいため、照射光Ｘの反射角が小さくなり、撮像カメラ１３の光軸上の深度の深い位置Ｂを照射する。ミラー部２０の複数のミラー片部３０は、反射角度を角度ａから角度ｂまでの範囲内で段階的に変化するように構成されているため、ミラー部２０は、光軸上のＡからＢまでの深度範囲を一括して照射することができる。

ここで、ミラーユニット１６Ａを備えた孔内検査装置１０による孔内検査について説明する。本孔内検査は、ノズルプレート２に形成されている全ノズル孔３に対して順次行い、各ノズル孔３をノズル面５側から照明および撮像して、メニスカス形成位置６を中心にノズル孔３の内周面４を所定の深さ範囲（深度範囲）に亘って、異物５０の有無を検査するようにしている。

先ず、制御装置１９により各種装置を駆動させ、Ｘ軸テーブル２２およびＹ軸テーブル２３により検査対象となるノズル孔３の中心軸が撮像カメラ１３の光軸と一致するように調節し、Ｚ軸テーブル１５により撮像カメラ１３を昇降させ、ノズル孔３の表面位置にフォーカスする。フォーカス位置をノズル孔３の表面位置に固定した状態で、リング照明１４およびミラーユニット１６Ａにより光軸上の所定の深度範囲を一括して照明しながらノズル孔３を撮像する。

本実施形態の孔内検査装置１０は、ノズル孔３を反射照明して撮像しているため、上記の撮像工程にて撮像された撮像画像は、ノズル孔３の表面（ノズル面５）および内周面４に付着した異物が明るく、ノズル孔３の内部が暗く表示される。また、リング照明１４の光量が多く照射された部分ほどより明るく表される。上記の通り孔内検査装置１０は、光軸上の所定の深度範囲を一括して照明しながらノズル孔３を撮像するため、深度方向に付着位置の異なる異物に対して略均一に照明することができ、ノズル孔３の撮像画像には、深度方向に付着位置の異なる複数の異物が、同時に比較的鮮明に映し出される。さらに、ノズル孔３の撮像画像を二値処理化して、ノズル孔３の輪郭および内周面４に付着した異物の輪郭をより強調させる。二値化処理された検体画像は、ノズル孔３の表面（ノズル面５）および異物が白く、ノズル孔３の内部が黒く処理される。

１つのノズル孔３に対して、検体画像が生成されると、制御装置は、検体画像を取り込んで異物の有無を認識する。実際の認識では、処理画像に基づいて異物の大きさを測定し、所定の大きさ（閾値）を越える大きさの異物（インク吐出に影響する大きさ）が認識された場合、「異物有り」の判定を行う。

以上の工程が終了すると、孔内検査装置１０は、Ｚ軸テーブル１５によって撮像カメラ１３およびリング照明１４を上昇させインクジェットヘッド１のノズルプレート２から離し、Ｘ軸テーブル２２およびＹ軸テーブル２３によりインクジェットヘッド１を移動させ、次の検査対象となるノズル孔３が撮像カメラ１３の真下に配置する。上記の工程を繰り返して、インクジェットヘッド１の全ノズル孔３に対して孔内検査が行われる。

上記のように孔内検査装置１０によれば、撮像カメラ１３をノズル孔３の表面位置にフォーカスした状態のまま、光軸上に深度範囲を存した十分な光量の照明光によりノズル孔３孔内の画像を撮像することで、深さ方向において異物がノズル孔３内のどの位置にあっても、ノズル孔３孔と異物とを比較的鮮明に撮像することができ、ノズル孔３内に付着した異物の有無やその大きさを精度よく検査することができる。

（第２実施形態）
続いて、図４を参照し、本発明の第２実施形態に係るミラーユニット１６Ｂについて説明する。上記のミラーユニット１６Ａは、セットステージ１１に対するミラー部２０の傾斜角度が周方向に段階的に変化するように構成されたものとしたが、本実施形態に係るミラーユニット１６Ｂは、セットステージ１１に対するミラー部２０の傾斜角度が周方向に連続的に変化するように構成された点で異なる。なお、本実施形態において、第１実施形態と同様の構成部分については同様の符号を付し、詳細な説明を省略する。また、第１実施形態と同様の構成部分について適用される変形例は、本実施形態についても同様に適用される。

図４に示すように、ミラーユニット１６Ｂは、撮像カメラ１３およびリング照明１４と同軸上に配設され、リング照明１４の照射光をノズル孔３に向って反射するミラー部２０と、ミラー部２０を支持する支持フレーム（図示省略）と、を有している。ミラー部２０は、表面を鏡面加工され、撮像カメラ１３の光軸を中心に周方向にコーン状に形成されており、リング照明１４の照射光を撮像カメラ１３の光軸上に集光する。この場合、ミラー部２０は、セットステージ１１に対する傾斜角度が周方向に連続的に変化するように構成されており、対向する傾斜角度が同角度となるように、１８０度対向配置されている。

上記の通り、本実施形態のミラーユニット１６Ｂは、ミラー部２０の傾斜角度が周方向１８０度の間で連続的に変化し、且つ１８０度対向配置するように構成されているため、ミラー部２０が反射した照射光は、撮像カメラ１３の光軸上に一定の深度範囲をもって照射する。さらに、ミラーユニット１６Ａは、照射光の反射角度を連続的に変化させているため、リング照明の照射光の全を所定の深度範囲に集光することができ、高効率で集光を行うことができる。

さらに、ミラーユニット１６Ｂを備えた孔内検査装置１０によれば、光軸上に深度範囲を存したより十分な光量の照明光によりノズル孔３孔内の画像を撮像することができるので、ノズル孔３内に付着した異物の有無やその大きさを精度よく検査することができる。

１：インクジェットヘッド ２：ノズルプレート ３：ノズル孔 １３：撮像カメラ １４：リング照明 １６Ａ，１６Ｂ：ミラーユニット ２０：ミラー部 ３０：ミラー片部

Claims (6)

1. 撮像カメラに周設したリング照明の照射光を、前記撮像カメラの光軸上に所定の深度範囲を存して集光するミラーユニットであって、
   前記光軸と同軸上に配設され、前記照射光を反射するコーン状のミラー部を備え、
   前記ミラー部は、周方向において前記照射光の反射角度が段階的に変化するように並べた扇状の複数のミラー片部を有していることを特徴とするミラーユニット。
2. 前記複数のミラー片部のうち、１８０°点対称位置に配設された任意の２つの前記ミラー片部の前記反射角度が、同角度となるように配設されていることを特徴とする請求項１に記載のミラーユニット。
3. 撮像カメラに周設したリング照明の照射光を、前記撮像カメラの光軸上に所定の深度範囲を存して集光するミラーユニットであって、
   前記光軸と同軸上に配設され、前記照射光を反射するコーン状のミラー部を備え、
   前記ミラー部は、周方向において前記照明光の反射角度が連続的に変化するように形成されていることを特徴とするミラーユニット。
4. 前記ミラー部は、１８０°点対称位置における前記反射角度が同角度となるように形成されていることを特徴とする請求項３に記載のミラーユニット。
5. 検査対象物に形成した孔の内周面に付着した異物を検査する孔内検査装置であって、
   前記検査対象物の表面位置にフォーカスした状態で、前記孔を画像認識する撮像カメラと、
   撮像カメラに周設され、前記孔を照明するリング照明と、
   請求項１ないし４のいずれかに記載のミラーユニットと、を備えたことを特徴とする孔内検査装置。
6. 前記検査対象物がインクジェットヘッドのノズルプレートであり、
   前記孔が、前記ノズルプレートに形成したノズル孔であることを特徴とする請求項５に記載の孔内検査装置。

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