JP5950004B2 - 長尺物の表面をラインセンサカメラを用いて検査する装置における照明装置 - Google Patents

Description

本発明は、例えば紙、鋼板等の帯状部材を成形する工程において、コンベアによって長手方向に移動する長尺物の表面を検査するラインセンサカメラ用の照明装置に関するものである。

一般に、この種の照明装置としては、所定方向に並設された複数の光源と、各光源の並設方向に延在するように設けられ、各光源からの光を主に各光源の並設方向と直交する方向に集光するロッドレンズとを備え、長尺帯状の検査対象物の上方に配置されるとともに、各光源の光がロッドレンズを通過して検査対象物の所定の位置に線状または帯状に照射されるものが知られている（例えば、特許文献１参照。）。

特開２００７−２２５５９１号公報

ところで、前記照明装置では、図１０に示すように、各光源１００からの光がロッドレンズ１１０によって各光源１００の並設方向と直交する方向に集光されるので、検査対象物Ｗの前記所定の位置Ｌの照度を効率的に上げることができ、前記所定の位置ＡＲをラインセンサカメラ１２０で撮像して検査対象物Ｗの表面の傷の有無を正確に検査する上で有利である。

一方、図１０に示すように、検査対象物Ｗ上には各光源１００の並設方向に細長く延びる傷Ｋ１や各光源１００の並設方向と直交する方向に細長く延びる傷Ｋ２が発生し得る。ここで、図１１に示すように、各光源１００の並設方向に細長く延びる傷Ｋ１にロッドレンズ１１０を通過した光が照射される場合、各光源１００の光はロッドレンズ１１０によって各光源１００の並設方向と直交する方向に集光されるので、傷Ｋ１内に陰となる範囲ＳＡが発生し、ラインセンサカメラ１２０によって傷Ｋ１の有無を検知することが可能である。これに対し、図１２に示すように、各光源１００の光はロッドレンズ１１０によって各光源１００の並設方向には集光されないので、例えば各光源１００が各光源１００の並設方向における所定の角度範囲α（中心からの角度範囲）に光を照射するように構成されている場合は、ロッドレンズ１１０を通過した光も前記角度範囲α内で様々な方向に向かって進み、各光源１００の並設方向と直交する方向に細長く延びる傷Ｋ２内に陰となる範囲が生じ難く、ラインセンサカメラ１２０によって傷Ｋ２の有無の検知精度を向上することが難しいという問題点があった。

本発明は前記問題点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、検査対象物上に形成されるとともに各光源の並設方向と直交する方向に細長く延びる傷の検知精度を向上することのできる照明装置を提供することにある。

本発明は前記目的を達成するために、所定方向に並設された複数の光源と、各光源の並設方向に延在するように設けられ、各光源からの光を主に各光源の並設方向と直交する方向に集光する光源側集光レンズとを備え、各光源の光が前記光源側集光レンズを通過して所定の照射位置に線状または帯状に照射される、長尺物の表面をラインセンサカメラを用いて検査する装置における照明装置において、前記光源側集光レンズと前記所定の照射位置との間に設けられ、光源側集光レンズを通過した光のうち各光源の並設方向における所定の照射角度範囲外の光を前記所定の照射位置に照射されないように遮る遮光手段と、前記遮光手段と前記所定の照射位置との間に該遮光手段を通過した光を各光源の並設方向と直交する方向に集光する照射位置側集光レンズとを備え、前記遮光手段はそれぞれ所定の受入角を有する複数の光ファイバーから構成し、前記所定の照射角度を該所定の受入角とするとともに、該所定の受入角を１５°以下とし、前記複数の光ファイバーの光の入射側である一端が各光源の並設方向に並び、かつ、光源側集光レンズを通過した光の集光位置に並設されるように構成するとともに、光源側集光レンズを通過した光のうち前記受入角内の光が各光ファイバーの一端から光ファイバー内に入り、各光ファイバーの光の出射側である他端から出た光が前記照射位置側集光レンズを通過して前記所定の照射位置に照射されるように構成している。

これにより、光源側集光レンズを通過した光のうち各光源の並設方向における所定の照射角度範囲外の光が遮光手段によって遮られる。ここで、光ファイバーの受入角が照射角度範囲の１５°に設定されているため、各光源が中央から略５０°の光照射範囲に大部分の光を照射するように構成されている場合であっても、光源側集光レンズを通過した光が各光源の並設方向に光源の光照射範囲と同等の角度範囲内の様々な方向に向かって進む場合でも、所定の照射角度範囲である１５°の範囲以外の光が遮光手段によって遮られ、所定の照射位置には照射角度範囲である１５°内の光だけが照射される。また、遮光手段を通過した光は、照射位置側集光レンズにより光源並設方向と直交する方向に集光されるため、照射位置に照射される光は照射位置側集光レンズにより集光され光の広がりが更に小さくなる。

なお、照射位置側集光レンズに代えて、各光源と光源側集光レンズとの間に各光源からの光を各光源の並設方向に集光する並行方向集光レンズとを備えるようにしても良いし（請求項２）、また、照射位置側集光レンズと並行方向集光レンズの両者を備えるようにしても良い（請求項３）。

本発明によれば、遮光手段によって所定の照射角度範囲である１５°の範囲以外の光が遮られ、所定の照射位置には所定の照射角度範囲である１５°内の光だけが照射される。このため、検査対象物上に各光源の並設方向と直交する方向に細長く延びる傷があり、検査対象物上に遮光手段を通過した光が照射される場合に、検査対象物との相対的な配置角度によってその傷内に影となる範囲を確実に発生させることができるので、検査対象物上に形成されるとともに各光源の並設方向と直交する方向に細長く延びる傷の検知精度を向上する上で極めて有利である。

また、請求項１の発明によれば、上記効果に加え、遮光手段を通過した光が照射位置側集光レンズにより集光され、傷の検知精度が更に向上する。

また、請求項２の発明によれば、上記効果に加え、並行方向集光レンズにより各光源から照射された光が各光源の並設方向に集光されるため、傷の検知精度が更に向上する。

更に、請求項３の発明によれば、照射位置側集光レンズ及び並行方向集光レンズの両者の集光効果が発揮され、傷の検知精度は更に向上する。

本発明の前提技術となる照明装置の斜視図 本発明の前提技術となる照明装置の正面断面図 本発明の前提技術となる照明装置の要部正面断面図 本発明の前提技術となる照明装置の側面断面図 本発明の前提技術となる光ファイバーの斜視図 本発明の前提技術となるＬＥＤの指向特性図 第１実施形態に係る照明装置の側面断面図 本発明の前提技術となる照明装置の要部正面断面図 第２実施形態に係る照明装置の正面断面図 従来の照明装置を用いた検査装置の斜視図 従来の照明装置を用いた検査状態を示す図 従来の照明装置を用いた検査状態を示す図

本発明の前提技術となる照明装置を図１乃至図６を参照しながら説明する。

この照明装置は、図１に示すようにＸ方向に延びるように形成された略箱状の照明装置本体１と、Ｘ方向に並設された光源としての複数のＬＥＤ２と、各ＬＥＤ２の並設方向に延在するように設けられた光源側集光レンズとしての第１レンズ１０及び第２レンズ２０と、複数の光ファイバー３０とを備えており、例えば製造工程において鋼板等の長尺帯状の検査対象物Ｗが長手方向に搬送されるコンベアの上方に検査対象物Ｗの幅方向（図１におけるＸ方向）に延在するように設けられ、検査対象物Ｗの上面の所定の照射位置ＡＲに線状または帯状に光を照射するように構成されている。尚、以下の説明において水平方向は図１のＸ方向及びＹ方向が含まれる面とし、上下方向はＸ方向及びＹ方向に直交する方向とする。

各ＬＥＤ２は周知の砲弾型のＬＥＤから成るが、周知のチップ型のＬＥＤや他のタイプのＬＥＤを用いることも可能である。各ＬＥＤ２は互いにＸ方向に等間隔をおいて配置され、それぞれ照明装置本体１内に固定されている。

第１レンズ１０は各ＬＥＤ２の並設方向に延在するように設けられた周知のシリンドリカルレンズから成り、図１及び図４に示すように上面が平面状に形成され、下面が凸状に形成されている。

第２レンズ２０は各ＬＥＤ２の並設方向に延在するように設けられたシリンドリカルレンズであり、図１及び図４に示すように上面及び下面が凸状に形成されている。

各光ファイバー３０は例えば直径０．２５ｍｍで長さが２０ｍｍの周知の光ファイバーから成り、各光ファイバー３０は所定の受入角θ１（θ１＝１５°）を有する。受入角θ１は、図５に示すように、光ファイバー３０の中心軸に対する角度であり、光ファイバー３０内に光が入射可能な最大の角度である。また、図２乃至図４に示すように、各光ファイバー３０の上端及び下端は上下方向に延びるように配置され、各光ファイバー３０の上端及び下端は例えば所定の幅ＷＤ（ＷＤ＝０．５ｍｍ〜１ｍｍ）内、且つ、検査対象物Ｗの幅寸法と略同等の範囲に亘って互いに接するように並設されている。また、各光ファイバー３０の上端及び下端はそれぞれエポキシ樹脂等から成る上部固定ブロック３１及び下部固定ブロック３２によって固定されている。また、各光ファイバー３０の上端のＸ方向位置と下端のＸ方向位置とが互いにずれるように、各光ファイバー３０は上部固定ブロック３１と下部固定ブロック３２との間で互いに交錯している。上部固定ブロック３１と下部固定ブロック３２とは例えばエポキシ樹脂等から成る中間ブロック３３を介して互いに固定されている。

以上のように構成された照明装置において、各ＬＥＤ２によって第１レンズ１０の各ＬＥＤ２側の面に光が照射されると、光は第１レンズ１０内を通過するとともに、第１レンズ１０の各ＬＥＤ２と反対側の面から第２レンズ２０に向かって出る。ここで、第１レンズ１０の各ＬＥＤ２と反対側の面は凸状に形成されているので、各ＬＥＤ２からの光がＹ方向に集光される。また、第１レンズ１０を通過した光は第２レンズ２０の各ＬＥＤ２側の面に照射され、光は第２レンズ２０内を通過するとともに、第２レンズ２０の各ＬＥＤ２と反対側の面から各光ファイバー３０の上端に向かって出る。ここで、第１レンズ１０の各ＬＥＤ２側の面は凸状に形成され、各ＬＥＤ２と反対側の面も凸状に形成されているので、第１レンズ１０からの光がＹ方向に集光される。尚、各光ファイバー３０の上端が配置された範囲に第２レンズ２０からの光が集光されるように構成することが好ましい。

また、各光ファイバー３０の上端に照射された光は、受入角θ１以内の光が各光ファイバー３０の上端から各光ファイバー３０内に入り、各光ファイバー３０の下端から出た光が検査対象物Ｗの上面の所定の照射位置ＡＲに照射される。また、各光ファイバー３０の下端から出る光の角度θ２も受入角θ１とほぼ等しくなる傾向がある。

ここで、例えば各ＬＥＤ２が図６に示すような指向特性を有する場合、つまり、中央部から略２０°の光照射範囲内の照射量が最も照射量の多い中央部の光の照射量の９０％以上となり、中央部から略４０°の光照射範囲内の照射量が最も照射量の多い中央部の光の照射量の７０％以上となり、また、中央部から略５０°の範囲に大部分の光を照射する指向特性を有する場合、図２及び図３に示すように、各ＬＥＤ２からの光は各レンズ１０，２０によってＸ方向に集光されないので、各光ファイバー３０の上端には様々な角度から光が照射される。ここで、各光ファイバー３０は所定の受入角θ１を有しているので、様々な角度から照射される光のうち受入角θ１内の光だけが各光ファイバー３０内に入り、受入角θ１とほぼ等しい角度θ２の範囲内で各光ファイバー３０の他端から光が出る。また、各ＬＥＤ２からの光は各レンズ１０，２０によってＹ方向に集光されるので、集光された光の角度が各光ファイバー３０の受入角θ１内であれば、各レンズ１０，２０によってＹ方向に集光された光の大部分が各光ファイバー３０内に入り、受入角θ１とほぼ等しい角度θ２の範囲内で各光ファイバー３０の他端から光が出る。即ち、検査対象物Ｗの上面には受入角θ１とほぼ等しい角度θ２の範囲内の光だけが照射されることになる。

このように、各レンズ１０，２０を通過した光のうち各ＬＥＤ２の並設方向における所定の照射角度（受入角θ１と等しい１５°）の範囲外の光が各光ファイバー３０に入らず、換言すれば、所定の照射角度範囲外の光が各光ファイバー３０によって遮られるので、各ＬＥＤ２が中央から略５０°の光照射範囲に大部分の光を照射するように構成されており、各レンズ１０，２０を通過した光が各ＬＥＤ２の並設方向にＬＥＤの光照射範囲と同等の角度範囲内の様々な方向に向かって進む場合でも、所定の照射角度範囲である１５°の範囲以外の光が各光ファイバー３０によって遮られ、検査対象物Ｗの上面の所定の照射位置ＡＲに所定の照射角度範囲である１５°内の光だけが照射される。このため、図１に示すように検査対象物Ｗ上に各ＬＥＤ２の並設方向と直交する方向に細長く延びる傷Ｋ２があり、検査対象物Ｗ上に各光ファイバー３０を通過した光が照射される場合に、照明装置と検査対象物Ｗとの相対的な配置角度によってその傷Ｋ２内に影となる範囲を確実に発生させることができるので、検査対象物Ｗ上に形成されるとともに各ＬＥＤ２の並設方向と直交する方向に細長く延びる傷Ｋ２の検知精度を向上する上で極めて有利である。

また、各レンズ１０，２０を通過した段階では、例えば各ＬＥＤ２の真下の部分の照度が最も高くなるとともに、隣り合う２つのＬＥＤ２の中央に対応する部分の照度が最も低くなり、その状態で検査対象物Ｗの上面の所定の照射位置ＡＲに光が照射されると、所定の照射位置ＡＲに照度のむらが発生する場合がある。これに対し、この照明装置は、各光ファイバー３０の上端の位置と下端の位置とが各ＬＥＤ２の並設方向に互いにずれるように、各光ファイバー３０が上端と下端との間で互いに交錯するように構成されているので、各光ファイバー３０によって照度の高い位置と低い位置とが混合され、所定の照射位置ＡＲの照度のむらを防止することができる。

尚、この照明装置の説明では、全ての光ファイバー３０の上端の位置と下端の位置とが各ＬＥＤ２の並設方向に互いにずれるように構成したものを示したが、各光ファイバー３０のうち５０％以上の光ファイバー３０の上端の位置と下端の位置とが各ＬＥＤ２の並設方向に互いにずれるように構成されていれば、各光ファイバー３０によって照度の高い位置と低い位置とが混合され、所定の照射位置ＡＲの照度のむらを防止することができる。

また、この照明装置の説明では、各光ファイバー３０が２０ｍｍの長さを有するものを示したが、各光ファイバー３０として数ｍｍから数ｍの長さのものを使用することが可能である。

以上説明した照明装置では、各光ファイバー３０を通過した光が検査対象物Ｗ上に直接照射されるように構成されている。

これに対して、本発明に係る照明装置の第１実施形態では、図７に示すように、各光ファイバー３０と照射位置ＡＲとの間には、各光ファイバー３０の下端から出た光をＹ方向（各ＬＥＤ２の並設方向と直交する方向）に集光する円柱状のロッドレンズ３５（照射位置側集光レンズ）を設けている。第１実施形態によれば、検査対象物Ｗ上に照射される光のＹ方向への光の広がりをより小さくすることができる。また、ロッドレンズ３５の代わりに単一または複数のシリンドリカルレンズやリニアフレネルレンズを設けることも可能である。

尚、第１実施形態では、光源側集光レンズとして２つのシリンドリカルレンズである第１及び第２レンズ１０，２０を用いるものを示した。これに対し、各レンズ１０，２０を設けずに光源側集光レンズとして単一または複数の円柱形状のロッドレンズやリニアフレネルレンズを設けることも可能である。

尚、照明装置の前提技術として、検査対象物Ｗの上面に対して各光ファイバー３０の下端側のファイバー軸方向が各ＬＥＤ２の並設方向に傾いていないものを示した。

これに対し、図８に示すように、各光ファイバー３０の下端側のファイバー軸方向を前記所定の照射位置ＡＲに対して各ＬＥＤ２の並設方向に所定の角度θ３だけ傾けることも可能である。この場合、図８に示すように、光ファイバー３０からの光の光軸が検査対象物Ｗの上面に対して各ＬＥＤ２の並設方向に角度θ３だけ傾くことになるので、検査対象物Ｗ上に各ＬＥＤ２の並設方向と直交する方向に細長く延びる傷Ｋ２がある場合に、傷Ｋ２内に影となる範囲をより確実に発生させることができ、傷Ｋ２の検知精度を向上する上でより有利である。

尚、図８のように各光ファイバー３０の下端側及び各遮光板４０を傾ける場合、その角度θ３及び角度θ４は５°以上であることが好ましく、１０°以上であることがより好ましい。また、角度θ３及び角度θ４は６０°以下であることが好ましい。出願人はこれらの適した角度を経験により見出したが、他の角度であっても前述と同様の作用効果を達成可能である。

また、各光ファイバー３０が照明装置本体１の外側に配置されているものを示したが、各光ファイバー３０を照明装置本体１内に設けることも可能である。

図９は第２実施形態を示すものである。図９に示すように、各ＬＥＤ２と第１レンズ１０との間に各ＬＥＤ２からの光をＸ方向に集光するための並設方向集光レンズ５０を設けている。この場合、並設方向集光レンズ５０は各ＬＥＤ２のピッチと同一のピッチを有するレンチキュラーレンズである。これにより、各ＬＥＤ２からの光をＸ方向にも集光することができるので、各ＬＥＤ２からの光を有効に利用することができ、高効率化及び高出力化を図る上で好ましい。尚、レンチキュラーレンズの代わりに各ＬＥＤ２の下方に複数の円板状の凸レンズを設けることも可能である。

１…照明装置本体、２…ＬＥＤ、１０…第１レンズ、２０…第２レンズ、３０…光ファイバー、３５…ロッドレンズ、５０…並設方向集光レンズ、θ１…受入角、θ２…光の角度、ＡＲ…所定の照射位置、Ｋ１…傷、Ｋ２…傷、Ｗ…検査対象物。

Claims (7)

1. 所定方向に並設された複数の光源と、各光源の並設方向に延在するように設けられ、各光源からの光を主に各光源の並設方向と直交する方向に集光する光源側集光レンズとを備え、各光源の光が前記光源側集光レンズを通過して所定の照射位置に線状または帯状に照射される、長尺物の表面をラインセンサカメラを用いて検査する装置における照明装置において、
   前記光源側集光レンズと前記所定の照射位置との間に設けられ、光源側集光レンズを通過した光のうち各光源の並設方向における所定の照射角度範囲外の光を前記所定の照射位置に照射されないように遮る遮光手段と、
   前記遮光手段と前記所定の照射位置との間に該遮光手段を通過した光を各光源の並設方向と直交する方向に集光する照射位置側集光レンズとを備え、
   前記遮光手段はそれぞれ所定の受入角を有する複数の光ファイバーから構成し、
   前記所定の照射角度を該所定の受入角とするとともに、該所定の受入角を１５°以下とし、
   前記複数の光ファイバーの光の入射側である一端が各光源の並設方向に並び、かつ、光源側集光レンズを通過した光の集光位置に並設されるように構成するとともに、光源側集光レンズを通過した光のうち前記受入角内の光が各光ファイバーの一端から光ファイバー内に入り、各光ファイバーの光の出射側である他端から出た光が前記照射位置側集光レンズを通過して前記所定の照射位置に照射されるように構成した
   ことを特徴とする長尺物の表面をラインセンサカメラを用いて検査する装置における照明装置。
2. 所定方向に並設された複数の光源と、各光源の並設方向に延在するように設けられ、各光源からの光を主に各光源の並設方向と直交する方向に集光する光源側集光レンズとを備え、各光源の光が前記光源側集光レンズを通過して所定の照射位置に線状または帯状に照射される、長尺物の表面をラインセンサカメラを用いて検査する装置における照明装置において、
   前記光源側集光レンズと前記所定の照射位置との間に設けられ、光源側集光レンズを通過した光のうち各光源の並設方向における所定の照射角度範囲外の光を前記所定の照射位置に照射されないように遮る遮光手段と、
   前記各光源と前記光源側集光レンズとの間に各光源からの光を各光源の並設方向に集光する並行方向集光レンズとを備え、
   前記遮光手段はそれぞれ所定の受入角を有する複数の光ファイバーから構成し、
   前記所定の照射角度を該所定の受入角とするとともに、該所定の受入角を１５°以下とし、
   前記複数の光ファイバーの光の入射側である一端が各光源の並設方向に並び、かつ、光源側集光レンズを通過した光の集光位置に並設されるように構成するとともに、光源側集光レンズを通過した光のうち前記受入角内の光が各光ファイバーの一端から光ファイバー内に入り、各光ファイバーの光の出射側である他端から出た光が前記所定の照射位置に照射されるように構成した
   ことを特徴とする長尺物の表面をラインセンサカメラを用いて検査する装置における照明装置。
3. 所定方向に並設された複数の光源と、各光源の並設方向に延在するように設けられ、各光源からの光を主に各光源の並設方向と直交する方向に集光する光源側集光レンズとを備え、各光源の光が前記光源側集光レンズを通過して所定の照射位置に線状または帯状に照射される、長尺物の表面をラインセンサカメラを用いて検査する装置における照明装置において、
   前記光源側集光レンズと前記所定の照射位置との間に設けられ、光源側集光レンズを通過した光のうち各光源の並設方向における所定の照射角度範囲外の光を前記所定の照射位置に照射されないように遮る遮光手段と、
   前記遮光手段と前記所定の照射位置との間に該遮光手段を通過した光を各光源の並設方向と直交する方向に集光する照射位置側集光レンズと、
   前記各光源と前記光源側集光レンズとの間に各光源からの光を各光源の並設方向に集光する並行方向集光レンズとを備え、
   前記遮光手段はそれぞれ所定の受入角を有する複数の光ファイバーから構成し、
   前記所定の照射角度を該所定の受入角とするとともに、該所定の受入角を１５°以下とし、
   前記複数の光ファイバーの光の入射側である一端が各光源の並設方向に並び、かつ、光源側集光レンズを通過した光の集光位置に並設されるように構成するとともに、光源側集光レンズを通過した光のうち前記受入角内の光が各光ファイバーの一端から光ファイバー内に入り、各光ファイバーの光の出射側である他端から出た光が前記照射位置側集光レンズを通過して前記所定の照射位置に照射されるように構成した
   ことを特徴とする長尺物の表面をラインセンサカメラを用いて検査する装置における照明装置。
4. 前記照明位置側集光レンズはロッドレンズ、シリンドリカルレンズ又はリニアフレネルレンズの何れかからなる
   ことを特徴とする請求項１又は請求項３に記載の長尺物の表面をラインセンサカメラを用いて検査する装置における照明装置。
5. 前記並行方向集光レンズは各光源のピッチと同一のピッチを有するレンチキュウラーレンズからなる
   ことを特徴とする請求項２又は請求項３に記載の長尺物の表面をラインセンサカメラを用いて検査する装置における照明装置。
6. 前記各光ファイバーの一端の位置と他端の位置とが各光源の並設方向に互いにずれるように、各光ファイバーが一端と他端の間で互いに交錯するように構成した
   ことを特徴とする請求項１乃至請求項５の何れか一項に記載の長尺物の表面をラインセンサカメラを用いて検査する装置における照明装置。
7. 前記各光ファイバーの他端側を、ファイバー軸方向が前記所定の照射位置に対して各光源の並設方向に所定の角度だけ傾斜するように配置した
   ことを特徴とする請求項１乃至請求項６の何れか一項に記載の長尺物の表面をラインセンサカメラを用いて検査する装置における照明装置。

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