JP6089600B2 - 照射ユニット - Google Patents

Description

本発明は、検査対象の表面の欠陥を目視にて検査するための照射ユニットに関する。

プラスチックやゴム等の樹脂成形品は、自動車部品、家庭電器部品、住宅建材部品などの幅広い用途に使用されている。また樹脂の成形に射出成形を用いた場合、樹脂成形品の表面にヒケ等の欠陥（不良）が発生することが知られている。射出成形では、不良品が１つ発生した場合、その不良品と同じロットを構成する他の成形品についても不良が発生し得ることから、このロットの全ての成形品の出荷を停止し、或いは、このロットの全ての成形品について再度、検査をする等の処置がとられている（例えば、特許文献１参照）。

成形品表面の欠陥検査には、画像処理を使用する手法が知られている（例えば、特許文献２参照）。しかしながら、ヒケ等の欠陥の凹凸形状は金型や材料、製作条件等によって異なることから予めパターン化することが難しく、更には、表面に検出された凹凸が設計された形状なのか、或いは欠陥による形状なのかを画像処理により区別することが困難である。
このため、成形品表面の欠陥検査は、検査担当者が目視による検査が一般に行われている。目視検査においては、検査担当者が蛍光灯の下に検査対象を配設し、検査対象の表面に当たる光の角度を変えることにより、その表面に存在する欠陥を目視で検査している（例えば、特許文献３参照）。

特開平１１−２９２０３４号公報 特開２００８−２１５８７５号公報 特開平８−１７８８６０号公報

しかしながら、目視検査では、被検査対象に蛍光灯の光を全体的に照射した場合、欠陥によってできる陰影が蛍光灯の光と重なってしまい判別が困難になる。このため微細な欠陥を発見しようとすると非常に熟練した技能が必要となり、未熟者では微細な欠陥を見落としたり、発見に時間を要する、といった問題があった。
なお、この問題は、樹脂成形品に限らず、例えば金属を鋳造した成形品を目視検査する際にも同様に生じる課題である。
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、検査対象の表面の欠陥を視認し易くできる照明ユニットを提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明は、検査対象の表面の欠陥を目視検査するために用いられ、光源の光を検査対象に照射する照射ユニットにおいて、前記光源の光が入射し導光する導光ロッドを備え、前記導光ロッドの外側面に光拡散面を設け、前記光拡散面から放射された拡散光を前記表面に局所的に照射し、当該局所的な照射によって生じる照射野の近傍に存在する欠陥を陰影により視認可能にすることを特徴とする。

また本発明は、上記照射ユニットにおいて、前記光源の光を導光ロッドに導入し、当該導光ロッドの表面から放射される光を拡散させて前記拡散光を生じさせ、前記照射野の近傍において、前記欠陥の凹凸により生じる反射光と、前記欠陥の凹凸が無い箇所での反射光との光量の差によって前記陰影を可視化させることを特徴とする。

また本発明は、上記照射ユニットにおいて、前記導光ロッドと前記光源の間を屈曲自在なファイバで接続したことを特徴とする。

また本発明は、上記照射ユニットにおいて、前記拡散光の波長を選択する波長選択フィルタを交換自在に備えることを特徴とする。

また上記目的を達成するために、本発明は、光を検査対象に照射して当該検査対象の表面の欠陥を目視検査する目視検査方法において、前記光を拡散させた拡散光を前記表面に局所的に照射し、当該局所的な照射によって生じる照射野の近傍に存在する欠陥を陰影により視認可能にすることを特徴とすることもできる。

本発明によれば、拡散光を検査対象の表面に局所的に照射し、当該局所的な照射によって生じる照射野の近傍に存在する欠陥を陰影により視認可能にする構成としたため、従来の蛍光灯による目視検査に比べて、より微細な欠陥でも陰影が視認し易くなる。

本発明の実施形態に係る照射ユニットの概略構成図である。 照射装置の構成を模式的に示す図である。 導光ロッドの構成を模式的に示す図であり、（Ａ）は全体斜視図、（Ｂ）は長手方向に沿った断面図、（Ｃ）は外側面から放射される放射光の長手方向の光量分布の一例を模式的に示す図である。 検査対象の表面に光を照射した様子を示す図であり、（Ａ）は本実施形態の照射ユニットの検査光を照射した場合を示し、（Ｂ）は蛍光灯の光を照射した場合を示し、また（Ｃ）は点光源からの発散光を照射した場合を示す。 蛍光灯の光を欠陥箇所に照射した場合の反射の様子を示す模式図である。 点光源の光を欠陥箇所に照射した場合の反射の様子を示す模式図である。 照射ユニットの検査光を欠陥箇所に照射した場合の反射の様子を示す模式図である。 検査対象の表面の輝度分布を示す模式図であり、（Ａ）は検査光の光源が蛍光灯である場合、（Ｂ）は検査光の光源が点光源である場合、（Ｃ）は検査光の光源が照射ユニットである場合を示す。

以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。
図１は本実施形態に係る照射ユニット１の概略構成図である。
照射ユニット１は、例えば自動車の内装用の樹脂成形品を検査対象２とし、当該検査対象２の表面２Ａに検査光３を照射して、表面２Ａにおける欠陥の有無を目視検査する際に用いられるユニットである。この照射ユニット１は、図１に示すように、光を発する照射装置４と、照射装置４の光を導く所定長のフレキシブルなバンドルファイバ５と、バンドルファイバ５で導かれた光を検査光３として発する導光ロッド６とを備えている。

図２は照射装置４の構成を模式的に示す図である。
照射装置４は、同図に示すように、光源の一例たる集光型放電ランプユニット７と、球レンズ８とを備え、集光型放電ランプユニット７の光をバンドルファイバ５に球レンズ８を通じて入射する。
集光型放電ランプユニット７は、放電ランプ１０と、第１焦点ｆ１、及び第２焦点ｆ２を有する回転楕円反射鏡１１とを備えている。放電ランプ１０は、電極間距離が１〜１.５ｍｍに形成され、陰極側を回転楕円反射鏡１１の開口端１１Ａに向け、陽極側を回転楕円反射鏡１１の底部１１Ｂの側に向けて取り付けられている。また、放電ランプ１０は、その電極間に生ずるアークの発光点１０Ａが回転楕円反射鏡１１の第１焦点ｆ１に位置するように配されており、この放電ランプ１０の光が回転楕円反射鏡１１によって第２焦点ｆ２で集光されるようになっている。

回転楕円反射鏡１１は、内表面に誘電体多層膜を蒸着して可視光を反射し赤外波長域の光を透過する、いわゆるコールドミラーとして構成されており、反射光に赤外波長域の光が含まれないようにしている。
照射装置４の正面には、回転楕円反射鏡１１の光軸Ｋと同軸に筒体１２が出射端として設けられており、この筒体１２の中に上記球レンズ８が配設され、また、この筒体１２の先端に上記バンドルファイバ５が接続されている。
バンドルファイバ５は、多数本の光ファイバを結束し、その両端に端末金具１３Ａ、１３Ｂ（図１参照）を取り付けて構成したものである。この照射装置４では、バンドルファイバ５における光ファイバの結束径に合わせて光を広げて入射する構成としている。すなわち、この照射装置４では、図２に示すように、上記回転楕円反射鏡１１の第２焦点ｆ２が筒体１２の手前に設定されており、球レンズ８には第２焦点ｆ２で集光した光が入射し、この球レンズ８が光束をバンドルファイバ５の結束径に合わせて広げて当該バンドルファイバ５に入射する。

バンドルファイバ５は、所定の長さを有し、屈曲自在（フレキシブル）に構成されたものであり、その端部の端末金具１３Ｂに導光ロッド６が接続されており、照射装置４からバンドルファイバ５に入射した光が当該バンドルファイバ５を導光して導光ロッド６に入射される。導光ロッド６は、棒状（ロッド状）の導光体であり、その外側面６Ａから検査光３を放射する。
検査担当者が検査対象２の表面２Ａに検査光３を照射して、表面２Ａにおける欠陥の有無を目視検査する際には、バンドルファイバ５の端末金具１３Ｂの辺りを把持し、図１に示すように、表面２Ａに対して導光ロッド６を平行に移動させる。このとき、導光ロッド６が屈曲自在なバンドルファイバ５で照射装置４に接続されているので、表面２Ａが曲面等であっても、その表面２Ａの形状に合わせて導光ロッド６の姿勢を任意に変えて検査光３を照射できる。

この照射装置４の放電ランプ１０には、紫外波長域から赤外波長域に亘る広い波長帯域の光を放射するランプが用いられている。そして、この照射ユニット１では、放電ランプ１０の波長帯域から所定帯域を選択して検査光３に利用可能にするために、波長選択フィルタ１４がバンドルファイバ５の入射端面に交換自在に設けられている。検査光３の照射野１５（図１）での発色は、波長選択フィルタ１４が選択する波長帯域によって変わることから、検査担当者は、上記波長選択フィルタ１４を適宜に交換することで、検査対象２の表面２Ａの地の色と照射野１５の検査光３の発色との対比において、欠陥の陰影が鮮明に視認できる発色を自在に選定できる。

図３は導光ロッド６の構成を模式的に示す図であり、図３（Ａ）は全体斜視図、図３（Ｂ）は長手方向に沿った断面図、図３（Ｃ）は外側面から放射される放射光の長手方向の光量分布の一例を模式的に示す図である。
この導光ロッド６は、図３（Ａ）に示すように、樹脂、或いはガラス製の四角柱であり、図３（Ｂ）に示すように、一端面２０Ａから入射した光Ｐｉｎが内側面（外側面６Ａの内側の面）で反射を繰り返しながら他端面２０Ｂに導光する光学部材である。また、この導光ロッド６の外側面６Ａは、その全面にフロスト加工が施されることで光拡散面２１として形成されている。このため、導光ロッド６の内側面での光の反射も光拡散面２１での反射となるから、この反射の際に光拡散面２１から漏れ出る光成分Ｐｍが生じ、この光成分が光拡散面２１を透過する際に更に拡散されて検査光３として導光ロッド６の外側面６Ａから周方向に放射される。また、図示を省略するが、入射した光Ｐｉｎが内面の光拡散面２１で反射する際には、全反射条件を満たさない反射角で反射する光成分も発生する。これらの結果、導光ロッド６の外側面６Ａから放射される長手方向の光量分布は、図３（Ｃ）に示すように、長手方向において不均一な状態、すなわち、長手方向において照度の明暗を生じた状態で、外側面６Ａの略全面から拡散光が検査光３として放射されることとなる。長手方向における不均一性、及び光量が最大となる位置は、導光ロッド６に入射させる光Ｐｉｎの入射角を可変することで制御される。
検査対象２の表面２Ａに対して導光ロッド６を平行に配置すると、図１に示すように、導光ロッド６の形状、及び寸法に応じた箇所（この実施形態では棒状に延びた箇所）が検査光３によって局所的に照らされる。なお、この明細書において、局所的な照射とは、検査対象２の表面２Ａにおいて検査光３の照射野１５の近傍に照射野１５に比べて暗い暗部が生じる照射を言う。この照射野１５の中においても、上述の通り、導光ロッド６の長手方向の検査光３の光量分布に応じた明暗が生じている。

発明者は、実験等を通じて、検査光３の局所的な照射によって生じる照射野１５の近傍に、欠陥を含んだ欠陥箇所Ｘが存在する場合には、その欠陥箇所Ｘに欠陥に応じた陰影が視認可能に生じるとの知見を得た。すなわち、この実施形態では、検査対象２の表面２Ａで、導光ロッド６の長手方向に延びる照射野１５を当該長手方向に略垂直に移動させながら、その移動方向の照射野１５の近傍であって、この照射野１５よりも暗い暗部において、陰影の有無を目視で確認することで、目視検査が可能となる。

図４は検査対象２の表面２Ａに光を照射した様子を示す図であり、図４（Ａ）は本実施形態の照射ユニット１の検査光３を照射した場合を示し、図４（Ｂ）は蛍光灯の光を照射した場合を示し、また図４（Ｃ）は点光源からの発散光を照射した場合を示す。なお、これらの図では、ヒケによる欠陥が存在する箇所を欠陥箇所Ｘで示している。
図４（Ａ）から明らかなように、照射ユニット１の検査光３を検査対象２に照射した場合、その照射野１５の移動方向の近傍であって照射野１５よりも暗い暗部に存在する欠陥箇所Ｘに、欠陥に起因した陰影が明瞭に生じて視認できることが分かる。
一方、図４（Ｂ）に示すように、同じ欠陥箇所Ｘを蛍光灯の光で照らすと、表面２Ａが欠陥箇所Ｘも含めて一様に照らされてしまうため、欠陥による陰影に蛍光灯の光が重なり、この欠陥箇所Ｘの欠陥が視認不能になっていることが分かる。また、点光源からの発散光を表面２Ａに照射した場合も、蛍光灯の場合と同様に、欠陥による陰影に発散光が重なってしまい、この欠陥箇所Ｘの欠陥が視認不能になっている。
すなわち、照射ユニット１の検査光３を目視検査に用いることで、同じ欠陥箇所Ｘであっても、従来の蛍光灯の光では視認が困難な微細な欠陥でも視認可能になることが分かる。

図５は蛍光灯５０の光を欠陥箇所Ｘに照射した場合の反射の様子を示す模式図、図６は点光源５１の光を欠陥箇所Ｘに照射した場合の反射の様子を示す模式図、及び、図７は照射ユニット１の検査光３を欠陥箇所Ｘに照射した場合の反射の様子を示す模式図である。
また図８は表面２Ａの輝度分布を示す模式図であり、図８（Ａ）は検査光の光源が蛍光灯である場合、図８（Ｂ）は検査光の光源が点光源である場合、図８（Ｃ）は検査光の光源が照射ユニット１である場合を示す。
蛍光灯５０の光を照射した場合、図５に示すように、表面２Ａに対して蛍光灯５０の拡散光は略平行光に近くなり、また、この平行光が欠陥箇所Ｘを含む表面２Ａの全体に照射される。このため、図５、及び図８（Ａ）に示すように、表面２Ａでは照射面全体の輝度が平坦になる。したがって、欠陥箇所Ｘの微細な欠陥Ｘａにおいては、その欠陥Ｘａ、及び欠陥Ｘａの境界部ａ、ｂと、他の箇所（欠陥Ｘａが無い箇所）との間での輝度差が生じ難く陰影が生じにくいため、目視による欠陥Ｘａの有無の判別が困難である。
また、図８（Ａ）に示すように、蛍光灯５０の光量（光束）を変え、欠陥Ｘａの陰影の明るさを明るさの差Ｌだけ変えても欠陥Ｘａの輝度はあまり変化しない。すなわち、蛍光灯５０の明るさを変えても欠陥Ｘａの陰影が顕著にはならず、陰影の目視には効果が無い。

点光源５１の発散光を照射した場合、図６に示すように、点光源５１の照射位置を表面２Ａに対して移動させて欠陥Ｘａを検査することとなる。この場合、欠陥箇所Ｘが点光源５１の直下ｄから外れた照射位置に点光源５１が移動すると、図８（ｂ）に示すように、直下ｄの最大輝度に欠陥Ｘａの輝度が埋もれることがない。しかしながら、点光源５１の場合でも、上述の通り、欠陥Ｘａによる輝度に発散光が重なることから、微細な欠陥Ｘａが視認し難くなる。点光源５１の光量を変え、欠陥Ｘａの陰影の明るさを明るさの差Ｌだけ変えても、蛍光灯５０の場合と同様に、欠陥Ｘａの輝度はあまり変化しないため、陰影の目視には効果が無い。

これらの光源に対して、照射ユニット１を光源に用いた場合、図７、及び図８（Ｃ）に示すように、拡散光の照射野１５の近傍に欠陥箇所Ｘが位置したときに、この欠陥箇所Ｘに欠陥Ｘａの陰影が生じることから、欠陥Ｘａの陰影が光源の光に埋もれることなく明瞭に顕現化し目視可能となる。
このとき、欠陥Ｘａの陰影は、照射野１５の近傍における欠陥Ｘａの凹凸での反射光の光量と、同じく照射野１５の近傍における欠陥Ｘａの凹凸が無い箇所での反射光の光量の各々の光量の差によって生じて可視化される。すなわち、図８（Ｃ）に示すように、拡散光の光量を変えると、欠陥Ｘａの凹凸が無い箇所での反射光の光量が大きく変わることから、欠陥Ｘａの凹凸での反射光の光量との光量差が大きくなり、陰影が更に明瞭になることがある。
この照射ユニット１においては、上述の通り、導光ロッド６の長手方向においても光量分布を有していることから、この長手方向に導光ロッド６を移動させることで、簡単に陰影をより明瞭に顕在化させることができ、熟練者でなくとも微細な欠陥Ｘａを陰影により見つけだすことが容易となる。

このように本実施形態によれば、拡散光たる検査光３を検査対象２の表面２Ａに局所的に照射し、当該局所的な照射によって生じる照射野１５の近傍に存在する欠陥を陰影により視認可能にする構成とした。これにより、照射野１５の近傍の陰影に検査光３が重なって陰影が薄れることがないため、従来の蛍光灯を用いた検査に比べ、より微細な欠陥でも陰影が視認し易くなる。

また本実施形態によれば、導光ロッド６の外側面６Ａに光拡散面２１を設け、この光拡散面２１から放射された拡散光を検査光３として、検査対象２の表面２Ａに照射する構成とした。
これにより、局所的な拡散光の照射を簡単な構成で行うことができる。
特に、本実施形態によれば、導光ロッド６と照射装置４との間を屈曲自在なバンドルファイバ５で接続したため、検査対象２の表面２Ａの上で導光ロッド６を簡単に移動させて検査光３を照射でき、また表面２Ａが曲面等であっても、その表面２Ａの形状に合わせて導光ロッド６の姿勢を任意に変えて検査光３を照射できる。
これにより、検査対象２の大きさや形状に制限されることなく、目視検査を簡単に行うことができる。

また本実施形態によれば、拡散光として使う放電ランプ１０の光の波長を選択する波長選択フィルタ１４を交換自在に備える構成とした。これにより、検査担当者は、波長選択フィルタ１４を適宜に交換することで、検査対象２の表面２Ａの地の色と照射野１５の検査光３の発色との対比において、欠陥の陰影が鮮明に視認できる発色を自在に選定できる。

なお、上述した実施形態は、あくまでも本発明の一態様を例示したものであって、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で任意に変形、及び応用が可能である。

例えば、導光ロッド６として、四角柱状の導光体を例示したが、これに限らない。すなわち、断面形状は四角形以外の多角形、或いは円形であっても良い。また柱状や棒状のように直線状に延びる形状に限らず、線状に延びる形状であれば、湾曲線状に延びた形状であっても良い。
また、導光ロッド６に入射する光Ｐｉｎの入射角を敢えて全反射角からずらすことで、検査光３を放射する箇所を導光ロッド６の入射側の端面２０Ａに近い箇所に限定しても良い。

また、上述した実施形態では、バンドルファイバ５の結束径に応じて入射光を広げる光学系の一例として、球レンズ８を例示したが、これに限らず、同様の光学的機能を有するものであれば、他の光学素子から成る光学系を用いることもできる。

また、上述した実施形態では、光源の一例として放電ランプ１０を備えた集光型放電ランプユニット７を例示したが、これに限らず、例えばＬＥＤ等の発光素子といった任意の光源を用いることができる。

１ 照射ユニット
２ 検査対象
２Ａ 表面
３ 検査光（拡散光）
４ 照射装置
５ バンドルファイバ（ファイバ）
６ 導光ロッド
６Ａ 外側面
７ 集光型放電ランプユニット
８ 球レンズ
１０ 放電ランプ（光源）
１４ 波長選択フィルタ
１５ 照射野
２１ 光拡散面
Ｋ 光軸
Ｘ 欠陥箇所

Claims (4)

1. 検査対象の表面の欠陥を目視検査するために用いられ、光源の光を検査対象に照射する照射ユニットにおいて、
   前記光源の光が入射し導光する導光ロッドを備え、
   前記導光ロッドの外側面に光拡散面を設け、
   前記光拡散面から放射された拡散光を前記表面に局所的に照射し、当該局所的な照射によって生じる照射野の近傍に存在する欠陥を陰影により視認可能にすることを特徴とする照射ユニット。
2. 前記光源の光を導光ロッドに導入し、当該導光ロッドの表面から放射される光を拡散させて前記拡散光を生じさせ、前記照射野の近傍において、前記欠陥の凹凸により生じる反射光と、前記欠陥の凹凸が無い箇所での反射光との光量の差によって前記陰影を可視化させることを特徴とする請求項１に記載の照射ユニット。
3. 前記導光ロッドと前記光源の間を屈曲自在なファイバで接続したことを特徴とする請求項１又は２に記載の照射ユニット。
4. 前記拡散光の波長を選択する波長選択フィルタを交換自在に備えることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の照射ユニット。