JP5476824B2 - Illuminance stabilization mechanism for surface defect inspection equipment - Google Patents
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Description
本発明は、例えば薄鋼板や厚鋼板などの金属板の製造、あるいは紙やロール等の製造に際し、これら金属板、紙、ロール等の検査対象の表面を画像処理によって検査するための光学式の表面欠陥検査装置に好適に用いることのできる表面欠陥検査装置の照度安定機構に関する。 The present invention is an optical type for inspecting the surface of an inspection object such as a metal plate, paper, roll or the like by image processing in the manufacture of a metal plate such as a thin steel plate or a thick steel plate, or in the manufacture of paper or a roll. The present invention relates to an illuminance stabilization mechanism of a surface defect inspection apparatus that can be suitably used for a surface defect inspection apparatus.
検査対象の表面の傷を、光学式の表面欠陥検査装置を用いて画像処理によって検査する場合に、その照明は均一な照明が好ましい。均一な照明を得るための照度安定機構としては、例えば光ファイバ方式によるものがある。
図5に例示するように、この照度安定機構101は、必要な台数の光源部102を有し、各光源部102内には、反射板104およびランプ103が設けられている。そして、このランプ103からの光をレンズ105で集光し、その集光された光を複数の光ファイバ106の束の一端面に均等に入光するようになっている。複数の光ファイバ106は、その他端が配光部107に接続されており、この配光部107では、各々の光ファイバ106が照射面近傍で均一に分散するように照明の必要な部分に配置されている。
When the surface of the inspection target is inspected by image processing using an optical surface defect inspection apparatus, the illumination is preferably uniform. As an illuminance stabilization mechanism for obtaining uniform illumination, there is an optical fiber system, for example.
As illustrated in FIG. 5, the
なお、この照度安定機構101では、光ファイバ106のバラツキや入光時のバラツキを少なくするために、光ファイバ106を細くして多数の光ファイバで均一化を図るとともに、光ファイバ106の出口でのバラツキを均一化するために、配光部107に棒状レンズ108を設けることで更に均一化しており、光ファイバ106の光路での減光がほぼ同じならば均一な照明が得られるようになっている。
In this
ここで、従来、金属板等の、帯状の検査対象表面の傷を画像処理によって検査する場合、図6に示すように、光学式の表面欠陥検査装置は、受光器として一次元のCCDカメラ10を用いている。そして、図7に図6でのX矢視を示すように、帯状の金属板のように検査対象Kが長尺である場合、CCDカメラ10を複数台(符号A,B)配置するとともに、これらCCDカメラ10のスキャン方向に対して、上記照度安定機構101の配光部107を配置することで均一な照明を得ている。そして、検査対象Kの表面を均一に照明しつつ、複数台のCCDカメラ10のスキャン方向に対して90度の角度で検査対象Kを移動させ、連続して検査対象Kの表面の傷等の検査を行っている。
Here, conventionally, when inspecting a flaw on a strip-shaped inspection target surface such as a metal plate by image processing, as shown in FIG. 6, the optical surface defect inspection apparatus is a one-
ここで、図8に、上記図5〜図7に示す照度安定機構101を用いた場合の、複数台の一次元CCDカメラ10の受光強度(ゲイン)を示す。
同図(a)に示すように、上述した光ファイバ方式の照明は、二台のカメラ10(符号A,B)のCCDのスキャン方向に照明が一様になるように配光される。しかし、通常、一次元CCDカメラのCCDは、自身中央の受光特性が自身周囲の受光特性よりも明るい。そのため、この一様な配光の反射を二台の一次元CCDカメラ10で受光した場合、同図(b)に示すように、CCDの中央部と周辺部とで異なる受光光量強度として受光されることになる。そのため、従来から、この種の表面欠陥検査装置に用いる照度安定機構はゲイン調整器(不図示)を備えており、このゲイン調整器によって、各一次元CCDカメラ10で受光した光を電気信号に変え、同図(c)に示すように、個々のポイントでゲインを正規化により調整して同じ出力になるように補正を行っている。なお、カメラ10のエッジ部分は異常値となるので消去する(検査を行わない)。
Here, FIG. 8 shows the received light intensity (gain) of a plurality of one-
As shown in FIG. 2A, the above-described optical fiber illumination is distributed so that the illumination is uniform in the CCD scanning direction of the two cameras 10 (reference numerals A and B). However, the CCD of a one-dimensional CCD camera usually has a light receiving characteristic at its center that is brighter than its surrounding light receiving characteristics. Therefore, when the reflection of this uniform light distribution is received by the two one-
そして、この種の光学式の表面欠陥検査装置では、例えば上記ゲイン調整器で正規化された状態の受光光量強度を基準となる受光光量強度としてこれを監視する。傷部分(不良部)が通過したときは、基準となる受光光量強度に対して、傷部分が反射異常を起こす。そのため、この傷部分では出力が一様とはならない。したがって、一様な出力に補正した上記基準となる受光光量強度の上下に閾値を設けておいて、これら閾値を越えるものを異常(傷あり)として検出することができる(例えば特許文献1ないし3参照)。
In this type of optical surface defect inspection apparatus, for example, the received light amount intensity in a state normalized by the gain adjuster is monitored as a reference received light amount intensity. When the scratched portion (defective portion) passes, the scratched portion causes an abnormal reflection with respect to the reference received light intensity. Therefore, the output is not uniform at this scratched part. Therefore, threshold values are provided above and below the reference received light intensity that has been corrected to a uniform output, and those exceeding these threshold values can be detected as abnormal (having scratches) (for example,
ところで、この種の光学式の表面欠陥検査装置では、良質な画像を得る上で、あるいは高速で表面欠陥の検査を行う上では、相当な明るさが必要となる。そのため、上記光ファイバ方式の照度安定機構では、検査対象の背面や側面の光を、光ファイバやレンズ等の機器を利用して検査対象前面に集光させ、明るさを確保しつつ均一な照明が検査対象にあたるようにしていた。 By the way, in this type of optical surface defect inspection apparatus, considerable brightness is required to obtain a high-quality image or to inspect a surface defect at a high speed. Therefore, the above-mentioned optical fiber type illuminance stabilization mechanism concentrates the light on the back and side surfaces of the inspection object on the front surface of the inspection object using equipment such as optical fibers and lenses, and ensures uniform illumination while ensuring brightness. Was to be tested.
しかし、このような集光用の機器は、検査対象の近傍に設置する必要がある。また、均一な配光を行う目的で上述したような光ファイバやレンズ等の集光用の機器を用いていたのでは、必要な明るさを得つつ、投光器と検査対象の距離を離すことができない。例えば、上記例示した照度安定機構101では、図6に示すように、検査対象KとCCDカメラ10との距離bについては確保できても(例えば700〜2000mm)、検査対象Kと配光部107との距離aについては十分に離すことが難しかった(例えば100〜200mm)。そのため、上記例示した照度安定機構101では、集光用の機器が設置構成(設計)の障害となっていた。
However, such a condensing device needs to be installed in the vicinity of the inspection target. In addition, in the case of using a condensing device such as an optical fiber or a lens as described above for the purpose of uniform light distribution, the distance between the light projector and the inspection object can be increased while obtaining the necessary brightness. Can not. For example, in the
これに対し、強力な光源を得るために、光ファイバ方式の照明でなく、ランプと簡単な反射鏡等とを備える複数の投光器を、CCDのスキャン方向に沿って並べ、これら複数の投光器と検査対象との距離を十分確保する構成も考えられる。しかし、このような複数の投光器であると、受光器側に対する複数の投光器からの配光が一様とはならない。そのため、投光器と検査対象の距離を離しつつ強力な光源を得ることはできるものの、光量にムラが生じてしまう。 On the other hand, in order to obtain a powerful light source, a plurality of projectors equipped with a lamp and a simple reflecting mirror are arranged along the CCD scanning direction instead of an optical fiber illumination, and the plurality of projectors are inspected. A configuration that secures a sufficient distance from the target may be considered. However, with such a plurality of projectors, the light distribution from the plurality of projectors on the light receiver side is not uniform. Therefore, although a powerful light source can be obtained while separating the distance between the projector and the inspection object, the light quantity becomes uneven.
ここで、この光量ムラは、例えば上記ゲイン調整器で補正し得るものの、補正の程度が光ファイバ方式の照明の例に比べて大きいため、ゲインを上げている部分において、上げたゲインに相当するS/N比の劣化も大きくなる。つまり、ゲインを大きくすると周囲の外来ノイズやCCDカメラ固有のノイズを大きくしてしまうことがあり、検査対象の傷のない部分においてもノイズによる閾値越え信号が発生して誤動作(誤検出)するおそれが増す。 Here, the unevenness in the amount of light can be corrected by, for example, the gain adjuster. However, since the degree of correction is larger than in the example of the optical fiber type illumination, the gain is increased in the portion where the gain is increased. The deterioration of the S / N ratio is also increased. In other words, when the gain is increased, ambient external noise and noise inherent to the CCD camera may be increased, and a signal exceeding the threshold value due to noise may be generated even in an uninspected part to be inspected, resulting in malfunction (false detection). Increase.
そこで、本発明は、このような問題点に着目してなされたものであって、強力な光源を得つつも、投光器に対する検査対象の距離を十分確保し且つ光量のムラを抑制し得る照度安定機構を提供することを目的としている。 Therefore, the present invention has been made paying attention to such problems, and it is possible to obtain a strong light source, while ensuring a sufficient distance of the inspection target with respect to the projector and suppressing unevenness in the amount of light. The purpose is to provide a mechanism.
上記課題を解決するために、本発明は、検査対象の表面を画像処理によって検査するための光学式の表面欠陥検査装置に用いられる照度安定機構において、ランプと該ランプの光を検査対象側に反射させる反射板とをそれぞれに有して自身中央の投光特性が自身周囲のそれよりも明るい複数の投光器と、該複数の投光器から投光されて前記検査対象の表面で反射した反射光を受光するように配置されるとともに、一次元CCDカメラであって自身中央の受光特性が自身周囲のそれよりも明るいCCDを有する複数の受光器と、該複数の受光器のゲインを正規化によって均一化するゲイン調整器とを備える照度安定機構であって、前記複数の投光器は、一の方向に沿って相互に離間して前記複数の受光器の台数よりも一台多く配設されるとともに、前記一の方向とは直交する方向から見て前記複数の受光器と互い違いに且つ隣り合う受光器同士の中間位置に投光器の中央位置を合わせて配置され、自身中央が自身周囲よりも明るい前記投光器の投光特性と、自身中央が自身周囲よりも明るい前記一次元CCDカメラの受光特性とが相補的にはたらくようにして、光量のムラを照度安定機構全体として抑制させることを特徴としている。 In order to solve the above problems, the present invention, the surface of the test object in the illumination stable mechanism used in an optical surface defect inspection apparatus for inspecting the image processing, the light of the lamp and the lamp in the test object side A plurality of projectors each having a reflecting plate to be reflected and having a light projecting characteristic in the center that is brighter than that of the surroundings, and reflected light that has been projected from the plurality of projectors and reflected from the surface of the inspection object It is arranged to receive light, and is a one-dimensional CCD camera with a plurality of light receivers having a light receiving characteristic in the center of itself that is brighter than that of its surroundings, and gains of the plurality of light receivers are normalized by normalization An illuminance stabilizing mechanism including a gain adjuster, wherein the plurality of light projectors are spaced apart from each other along one direction and more than the number of the plurality of light receivers. , Wherein the the one direction is arranged to fit a central position of the projector in the middle position of the light receiver adjacent alternately and a plurality of light receivers when seen from a direction perpendicular to its own central brighter than said own surroundings The light emitting characteristic of the light projector and the light receiving characteristic of the one-dimensional CCD camera whose center is brighter than its surroundings work in a complementary manner to suppress unevenness in the amount of light as a whole illuminance stabilization mechanism .
本発明に係る照度安定機構によれば、光ファイバやレンズ等の機器を用いるものでなく、複数の投光器を備える構成なので、投光器に対する検査対象の距離を十分確保しつつ強力な光源を得ることができる。
そして、これら複数の投光器は、自身中央の投光特性が自身周囲のそれよりも明るいものであり、これに対し、複数の受光器は、自身中央の受光特性が自身周囲のそれよりも明るいCCDを有するものであり、さらに、複数の投光器が、複数の受光器の台数よりも一台多く配設されるとともに、前記複数の受光器と互い違いに且つ隣り合う受光器同士の中間位置に投光器の中央位置を合わせて配置されているので、複数の投光器からの配光が一様ではない場合であっても、複数の受光器に対する複数の投光器の配置により、投光器の投光特性とCCDの受光特性との互い違いの配置の組み合わせによって光量のムラが補完される。そのため、光量のムラを抑制することができる。
According to the illuminance stabilization mechanism according to the present invention, since a configuration including a plurality of projectors is used instead of using devices such as optical fibers and lenses, it is possible to obtain a powerful light source while sufficiently securing a distance to be inspected with respect to the projectors. it can.
The plurality of projectors have a light projection characteristic in the center that is brighter than that in the surrounding area. On the other hand, the plurality of light receivers have a light reception characteristic in the center that is brighter than that in the surrounding area. Furthermore, the plurality of light projectors is disposed more than the number of the plurality of light receivers, and the light projectors are arranged in an intermediate position between the light receivers alternately and adjacent to the plurality of light receivers. Since the central positions are aligned, even if the light distribution from multiple projectors is not uniform, the projector's light projection characteristics and CCD light reception can be achieved by arranging multiple projectors for multiple receivers. The unevenness in the amount of light is complemented by the combination of the alternating arrangement with the characteristics. Therefore, unevenness in the amount of light can be suppressed.
そして、ゲイン調整器は、この光量のムラが抑制された複数の受光器のゲインを正規化によって均一化するから、補正の程度が少なくなり、周囲の外来ノイズやCCDカメラ固有のノイズの影響を受けにくくなる。したがって、本発明に係る照度安定機構を用いた表面欠陥検査装置によれば、良質な画像を得る上で、あるいは高速での検査を行う上で好適である。 Since the gain adjuster normalizes the gains of the plurality of light receivers in which the unevenness of the light amount is suppressed by normalization, the degree of correction is reduced and the influence of ambient external noise and noise specific to the CCD camera is reduced. It becomes difficult to receive. Therefore, the surface defect inspection apparatus using the illuminance stabilization mechanism according to the present invention is suitable for obtaining a high-quality image or performing high-speed inspection.
ここで、本発明に係る照度安定機構において、例えば、前記複数の投光器と前記複数の受光器との光路間に、前記投光器からの光を散乱させる散乱板を有し、前記投光器の中心に対向する位置に配置された遮光板を投光方向に対して傾斜させる構成とすれば、光量のムラを抑制する上でより好適である。 Here, the illuminance stabilization mechanism according to the present invention, for example, the optical path between said plurality of light receivers and the plurality of projectors, have a scattering plate for scattering light from the projector, facing the center of the projector If the light shielding plate arranged at the position to be inclined is inclined with respect to the light projecting direction, it is more preferable in suppressing unevenness in the amount of light.
上述のように、本発明に係る照度安定機構によれば、強力な光源を得つつも、投光器に対する検査対象の距離を十分確保し且つ光量のムラを抑制することができる。 As described above, according to the illuminance stabilization mechanism according to the present invention, it is possible to secure a sufficient distance of the inspection target with respect to the projector and suppress unevenness in the amount of light while obtaining a powerful light source.
以下、本発明の一実施形態について、図面を適宜参照しつつ説明する。
図1に、本発明に係る表面欠陥検査装置の照度安定機構の模式図を示す。
この照度安定機構1は、検査対象kの表面を画像処理によって検査するための光学式の表面欠陥検査装置に用いられた例であり、同図に示すように、投光器2と、一次元CCDカメラ10とを備えている。
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings as appropriate.
In FIG. 1, the schematic diagram of the illumination intensity stabilization mechanism of the surface defect inspection apparatus which concerns on this invention is shown.
This
投光器2は、図2に示すように、複数(この例では3台)配置されており、各投光器2は、ランプ3と、このランプ3の光を検査対象K側に反射させる反射板4とを有する。ここで、この投光器2は、自身中央の投光特性が自身周囲のそれよりも明るいものである。
一次元CCDカメラ10は、図1に示すように、上記複数の投光器2から投光されて検査対象Kの表面で反射した反射光を受光する受光器として配置されている。そして、図2に示すように、この一次元CCDカメラ10も複数(この例では2台)配置されている。この一次元CCDカメラ10は、自身中央の受光特性が自身周囲のそれよりも明るいCCDを有するものである。この一次元CCDカメラ10のCCDを通して取得された配光量の強度は、不図示のゲイン調整器に送られる。そして、ゲイン調整器では、複数配置されている一次元CCDカメラ10のゲインを正規化によって均一化するようになっている。
As shown in FIG. 2, a plurality of (three in this example)
As shown in FIG. 1, the one-
ここで、図2に示すように、本実施形態の照度安定機構1では、複数の投光器2は、検査対象Kの幅方向を一の方向とし、この一の方向に沿って離間して(相互に距離L1を隔てて)2台の一次元CCDカメラ10の台数よりも一台多い3台の投光器2が配設されている。さらに、複数の投光器2は、図2に示すように(図1のX矢視方向で)、2台の一次元CCDカメラ10と互い違いに且つ隣り合うCCDカメラ10同士の中間位置(離間距離L2の1/2)に投光器2の中央位置を合わせて配置されている。
Here, as shown in FIG. 2, in the
次に、この照度安定機構の作用・効果について説明する。
この照度安定機構1は、2台の一次元CCDカメラ10と、2台のCCDカメラ10のゲインを正規化によって均一化するゲイン調整器と、3台の投光器2とを備えるので、3台の投光器2に対する検査対象Kの距離を十分確保しつつ強力な光源を得ることができる。具体的には、図1に示すように、検査対象KとCCDカメラ10との距離b(例えば700〜2000mm)を従来同様に確保し、さらに、検査対象Kと投光器2との距離aについても、例えば1000〜5000mm程度まで十分に離すことが可能となった。
Next, the operation and effect of this illuminance stabilization mechanism will be described.
The
そして、これら3台の投光器2は、2台の一次元CCDカメラ10の台数よりも一台多く配設されるとともに、2台の一次元CCDカメラ10と互い違いに且つ隣り合うカメラ10同士の中間位置に投光器2の中央位置を合わせて配置されているので、この配置により、光量のムラを照度安定機構1全体として抑制することもできる。
すなわち、図3(a)に示すように、上述した3台の投光器2の照明では、自身中央の投光特性が自身周囲のそれよりも明るいため、カメラ10のCCDのスキャン方向に照明が3つの「山」になるように配光される。一方、2台のカメラ10のCCDは、自身中央の受光特性が自身周囲の受光特性よりも明るい。そのため、この一様な配光の反射を、2台の一次元CCDカメラ10で受光した場合、同図(b)に示すように、中央部と周辺部とで異なる受光光量強度が、投光器2の照明に対して相補的にはたらくのである。
These three
That is, as shown in FIG. 3A, in the illumination of the three
つまり、上記3つの「山」の高い部分(周囲よりも明るい部分)がCCD周囲の受光特性により緩和される一方、「山」と「山」との間の「谷」の部分(周囲よりも暗い部分)もCCD中央の受光特性により補われるため、その結果、2台の一次元CCDカメラ10全体として「ならされた」受光光量として受光されることになる。そのため、同図(c)に示すように、この「ならされた」光を、ゲイン調整器によって電気信号に変え、個々のポイントでゲインを正規化により調整して同じ出力になるように補正を行うことがわずかな調整により可能となる。なお、カメラ10のエッジ部分は異常値となるので消去する(検査を行わない)。
In other words, the high part of the above three “mountains” (the part brighter than the surroundings) is alleviated by the light receiving characteristics around the CCD, while the “valley” part between the “mountains” and the “mountains” (more than the surroundings). The dark portion) is also compensated by the light receiving characteristic at the center of the CCD, and as a result, the two one-
これにより、本実施形態の照度安定機構1によれば、ゲインの調整が微調整で済むため、周囲の外来ノイズやCCDカメラ固有のノイズの影響が緩和される。したがって、この照度安定機構1を備える表面欠陥検査装置によれば、良質な画像を得つつ高速での検査を行うことができる。そして、検査対象表面の傷のない部分において、ノイズによる閾値越え信号が発生して誤動作(誤検出)するような問題もない。
As a result, according to the
以上説明したように、この照度安定機構1によれば、強力な光源を得るとともに、光量のムラを抑制しつつも、投光器2に対する検査対象Kの距離を十分確保することができる。特に、光学式の表面欠陥検査装置の投光器を離した装置において、微小な傷を検査する場合に有利になる。
なお、本発明に係る表面欠陥検査装置の照度安定機構は、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しなければ種々の変形が可能である。
As described above, according to the
The illuminance stabilization mechanism of the surface defect inspection apparatus according to the present invention is not limited to the above embodiment, and various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention.
例えば、上記複数の投光器2を互い違いにした配置によってもなお光量の差があり、検査対象Kの幅方向にゲインが凹凸するようなことがあれば、図4に示すような、複数の遮光板(ないし散乱板)6を用いる構成とすれば、光量のムラを抑制する上でより好適である。
同図の例では、複数の遮光板6のうち、中央の投光器2の中心に対向する位置に配置された一の遮光板6aを、投光方向に対して傾斜させており、これにより、3つの「山」のうち、中央の「山」の頂上部分(同図での符号Y部分)を低く(暗く)するようにしている。つまり、このような複数の遮光板6を、複数の投光器2と複数の一次元CCDカメラ10との間に適宜配置し、状況に応じて個別に調整すれば、ゲイン調整器でのゲインの均一化の前に、物理的(光学的)に光量を均一化することが可能となり、ゲインの凹凸を一層確実に防止することができる。この結果、ゲイン調整器でのゲインの均一化の前における、CCDのゲインのバラツキを可及的に少なくでき、ゲイン調整器でのゲイン補正によるノイズの低下を図ることができる。
For example, if there is still a difference in light amount even when the plurality of
In the example of the figure, among the plurality of light shielding plates 6, one
1 照度安定機構
2 投光器
3 ランプ
4 反射板
6 遮光板
10 CCDカメラ
11 レンズ
K 検査対象
DESCRIPTION OF
Claims (2)
ランプと該ランプの光を検査対象側に反射させる反射板とをそれぞれに有して自身中央の投光特性が自身周囲のそれよりも明るい複数の投光器と、該複数の投光器から投光されて前記検査対象の表面で反射した反射光を受光するように配置されるとともに、一次元CCDカメラであって自身中央の受光特性が自身周囲のそれよりも明るいCCDを有する複数の受光器と、該複数の受光器のゲインを正規化によって均一化するゲイン調整器とを備える照度安定機構であって、
前記複数の投光器は、一の方向に沿って相互に離間して前記複数の受光器の台数よりも一台多く配設されるとともに、前記一の方向とは直交する方向から見て前記複数の受光器と互い違いに且つ隣り合う受光器同士の中間位置に投光器の中央位置を合わせて配置され、自身中央が自身周囲よりも明るい前記投光器の投光特性と、自身中央が自身周囲よりも明るい前記一次元CCDカメラの受光特性とが相補的にはたらくようにして、光量のムラを照度安定機構全体として抑制させることを特徴とする表面欠陥検査装置の照度安定機構。 In the illuminance stabilization mechanism used in the optical surface defect inspection apparatus for inspecting the surface of the inspection object by image processing,
A plurality of projectors each having a lamp and a reflector for reflecting the light of the lamp to the inspection object side, and having a light projecting characteristic at the center that is brighter than that of the surroundings, and light projected from the plurality of projectors A plurality of light receivers arranged so as to receive reflected light reflected by the surface of the inspection object, and having a CCD having a light receiving characteristic in the center of the one-dimensional CCD camera that is brighter than that of its surroundings; An illuminance stabilization mechanism including a gain adjuster that equalizes gains of a plurality of light receivers by normalization,
The plurality of light projectors are spaced apart from each other along one direction and disposed more than the number of the plurality of light receivers, and the plurality of light projectors are viewed from a direction orthogonal to the one direction . The light emitting device is arranged in the middle position between the light receiving devices alternately and adjacent to each other, and the light emitting characteristics of the light emitting device whose center is brighter than its surroundings, and whose center is brighter than its surroundings. An illuminance stabilization mechanism for a surface defect inspection apparatus, wherein the light reception characteristics of a one-dimensional CCD camera work in a complementary manner to suppress unevenness in the amount of light as the entire illuminance stabilization mechanism.
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