JP6213981B2 - ワークの外観検査装置およびワークの外観検査方法 - Google Patents

Description

本発明は、電子部品等のワークを搬送しながら、その各面をワーク撮像手段により撮像して外観検査を行うワークの外観検査装置およびワークの外観検査方法に係り、とりわけ検査対象ワークの形状が切り替えられた場合でも、ワーク撮像手段の焦点を容易に調整することができるワークの外観検査装置およびワークの外観検査方法に関する。

従来から、回転する円盤状の透明なガラステーブルの上面に６面体形状の電子部品等のワークを載置し、イオナイザ等の帯電手段によりガラステーブルの下面を帯電させることによって、ワークをガラステーブルの上面に吸着させて搬送し、ワークの各面をワーク撮像手段により撮像して外観検査を行うワークの外観検査装置が知られている（特許文献１参照）。

このようなワークの外観検査装置において、ワークの形状を変化させた場合、例えば検査対象ワークを大きいものから小さいものに変化させた場合、ワーク撮像手段の焦点を調整する必要がある。しかしながらワーク撮像手段の焦点を調整する場合、ワーク撮像手段の構成部品を光軸に沿って移動させたり、精度の高い調整作業が必要となる。

特開２０１１−１３３４５８号公報

本発明はこのような点を考慮してなされたものであり、検査対象ワークの形状が切り替えられた場合でもワーク撮像手段の焦点を容易に調整することができるワークの外観検査装置およびワークの外観検査方法を提供することを目的とする。

本発明は、ワークを保持して搬送するワーク搬送手段と、ワーク搬送手段により搬送されるワークを撮像するワーク撮像手段とを備え、ワーク撮像手段は撮像レンズを含む第１の鏡筒と、第１の鏡筒の前端に取付けられ、両面が平行となる焦点調整用の透明体を含む第２の鏡筒とを有することを特徴とするワークの外観検査装置である。

本発明は、第２の鏡筒は、第１の鏡筒にネジ込んで装着されることを特徴とするワークの外観検査装置である。

本発明は、透明体はガラス板からなることを特徴とするワークの外観検査装置である。

本発明は、ワークをワーク搬送手段により保持して搬送するワーク搬送工程と、搬送されるワークをワーク撮像手段により撮像するワーク撮像工程とを備え、ワーク撮像工程は、撮像レンズを含む第１の鏡筒を有するワーク撮像手段により、第１のワークを撮像する第１のワーク撮像工程と、第１の鏡筒と、第１の鏡筒の先端に取付けられ両面が平行となる焦点調整用の透明体を含む第２の鏡筒とを有するワーク撮像手段により第１のワークと異なる形状の第２のワークを撮像する第２のワーク撮像工程とを有することを特徴とするワークの外観検査方法である。

本発明は、第２の鏡筒は、第１の鏡筒にネジ込んで装着されることを特徴とするワークの外観検査方法である。

本発明は、透明体はガラス板からなることを特徴とするワークの外観検査方法である。

以上のように本発明によれば、検査対象ワークの形状が切り替えられた場合であっても、第１の鏡筒の先端に第２の鏡筒を取付けたり、取外すだけで、容易かつ簡単にワーク撮像手段の焦点を調整することができる。

図１は本発明によるワークの外観検査装置の基本原理を示す説明図。 図２は本発明によるワークの外観検査装置の内面カメラ部の作用例を示す図。 図３は本発明によるワークの外観検査装置の上面カメラ部の作用を示す図。 図４（ａ）（ｂ）（ｃ）は本発明によるワークの外観検査装置の内面カメラ部を示す説明図。 図５（ａ）（ｂ）は本発明によるワークの外観検査装置の内面カメラ部の作用を示す説明図。 図６（ａ）（ｂ）は本発明によるワークの外観検査装置の上面カメラ部の作用を示す説明図。 図７は本発明によるワークの外観検査装置を示す平面図。 図８（ａ）（ｂ）は搬送テーブルの上面に載置されたワークが搬送される様子を示す図。 図９は図７における領域Ｓ１を示す拡大図。 図１０は図７における領域Ｓ２を示す拡大図。 図１１は図７における領域Ｓ３を示す拡大図。

発明の実施の形態

以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。

図１乃至図１１は本発明によるワークの外観検査装置の実施の形態を示す図である。

まず、ワークの外観検査装置の概略を図７により説明する。

図７に示すように、ワークの外観検査装置３０は、６面体形状の電子部品等のワークＷを搬送する透明なガラス製の搬送テーブル２と、搬送テーブル２により搬送されるワークＷの６面を撮像する側面カメラ部８、内面カメラ部９、上面カメラ部１０、下面カメラ部１１、前面カメラ部１２および後面カメラ部１３とを備えている。

このうち搬送テーブル２により搬送手段が構成され、また側面カメラ部８と、内面カメラ部９と、上面カメラ部１０と、下面カメラ部１１と、前面カメラ部１２と、後面カメラ部１３とによりワーク撮像手段が構成される。

またワーク撮像手段のうち、内面カメラ部９はカメラ９１からなり、上面カメラ部１０はカメラ１０１からなる。そして内面カメラ部９のカメラ９１は撮像レンズ９１Ｌを含む第１の鏡筒９１Ｃと、両面が平行となる焦点調整用の透明体であるガラス板９１Ｇを収納する第２の鏡筒９１Ｃａとを有する。さらに上面カメラ部１０のカメラ１０１は撮像レンズ１０１Ｌを含む第１の鏡筒１０１Ｃと、両面が平行となる焦点調整用の透明体であるガラス板１０１Ｇを収納する第２の鏡筒１０１Ｃａと有する。

次に内面カメラ部９のカメラ９１と上面カメラ部１０のカメラ１０１について、図１乃至図６により詳述する。

まず図４（ａ）（ｂ）（ｃ）により内面カメラ９のカメラ９１について説明する。このうち図４（ａ）は内面カメラ部９のカメラ９１を示す側面図である。カメラ９１は上述のように第１の鏡筒９１Ｃと第２の鏡筒９１Ｃａの２つの鏡筒により構成される。

図４（ａ）において、第１の鏡筒９１Ｃと第２の鏡筒９１Ｃａは光軸９１Ｌａ上に中心位置を揃えて配置される。第１の鏡筒９１Ｃは撮像レンズ９１Ｌを収納し、撮像レンズ９１Ｌの近傍かつ第１の鏡筒９１Ｃの内側には、第１の鏡筒９１Ｃの直径９１Ｃｄよりもやや小さい直径９１Ｃｄ１の凹部が形成され、その内面にはメスネジ９１Ｓが形成されている。

第２の鏡筒９１Ｃａは両面が平行な透明体であるガラス板９１Ｇを収納し、ガラス板９１Ｇの近傍であって第２の鏡筒９１Ｃａの外側には、第１の鏡筒９１Ｃの凹部より僅かに小さい直径９１Ｃａｄのオスネジ９１Ｓａが形成されている。

図４（ａ）の第２の鏡筒９１Ｃａを矢印Ｊの方向から見た図を、図４（ｂ）に示す。

図４（ａ）において第２の鏡筒９１Ｃａのオスネジ９１Ｓａを第１の鏡筒９１Ｃの凹部に入れて、図４（ｂ）の矢印Ｋ１の方向に回転すると、オスネジ９１Ｓａとメスネジ９１Ｓの作用により、第２の鏡筒９１Ｃａは第１の鏡筒９１Ｃに取り付けられる。この様子を図４（ｃ）に示す。図４（ｃ）において、撮像対象物は第２の鏡筒９１Ｃａより左側にある。すなわち、ガラス板９１Ｇがない状態が図４（ａ）の第１の鏡筒９１Ｃに相当し、ガラス板９１Ｇがある状態が図４（ｃ）に相当する。

図４（ｃ）の状態から、第２の鏡筒９１Ｃａを図４（ｂ）の矢印Ｋ２の方向に回転すると、オスネジ９１Ｓａとメスネジ９１Ｓの作用により、第２の鏡筒９１Ｃａは第１の鏡筒９１Ｃから離間する。このように、第２の鏡筒９１Ｃａは第１の鏡筒９１Ｃと撮像対象物すなわち図８（ａ）に示すワークＷとの間に着脱自在に配置され、その着脱方法は極めて単純である。このため、この機構を使用することにより、ガラス板を配置した状態と配置しない状態を短時間で簡単に変更することができる。

図４（ａ）に示したカメラ９１を含む内面カメラ部９を図５（ａ）（ｂ）に示す。図５（ａ）は、大きいワークＷ１をカメラ９１により撮像する様子を示す。カメラ９１は第１の鏡筒９１Ｃのみを使用している。また、ワークＷ１は後述する図２におけるワークNo.1〜No.3に相当する。一方、図５（ｂ）は小さいワークＷ２をカメラ９１により撮像する様子を示す。第１の鏡筒９１Ｃに第２の鏡筒９１Ｃａが取り付けられている。また、ワークＷ２は後述する図２におけるワークNo.4〜No.9に相当する。

次に上面カメラ部１０におけるカメラ１０１を図６（ａ）（ｂ）に示す。図６（ａ）は、大きいワークＷ１をカメラ１０１により撮像する様子を示す。カメラ１０１は撮像レンズ１０１Ｌを収納する第１の鏡筒１０１Ｃのみを有する。また、ワークＷ１は後述する図３におけるワークNo.1〜No.4に相当する。一方、図６（ｂ）は小さいワークＷ２をカメラ１０１により撮像する様子を示す。第１の鏡筒１０１Ｃにガラス板１０１Ｇを収納した第２の鏡筒１０１Ｃａが取り付けられている。ワークＷ２は後述する図３におけるワークNo.5〜No.9に相当する。

ここで、図５（ａ）から図５（ｂ）への変更およびその逆の変更ならびに図６（ａ）から図６（ｂ）への変更およびその逆の変更は、いずれも第１の鏡筒９１Ｃあるいは１０１Ｃに第２の鏡筒９１Ｃａあるいは１０１Ｃａを着脱するだけで実行することができる。このためワークの外観検査装置３０（図７参照）において、検査対象ワークが切り替えられた場合にも、簡単な作業で迅速に対応することができるので、検査効率が低下することはなく、作業者の肉体的あるいは心理的負担もない。

図４〜図６において、両面が平行な透明体であるガラス板９１Ｇ、１０１Ｇを設けた例を示したが、これに限らず、ガラス板の代わりに透明体であれば、他の素材からなる透明体を用いてもよい。

また、第２の鏡筒９１Ｃａ、１０１Ｃａを第１の鏡筒９１Ｃ，１０１Ｃに取り付ける機構はオスネジとメスネジからなる例を示したが、これに限らず取り付ける機構はオスネジとメスネジ以外の機構を用いてもよい。

次にこのような構成からなる本実施の形態の作用、すなわちワークの外観検査方法について述べる。

図７に示すワークの外観検査装置３０において、まずワークＷは僅かな傾斜を有して下降する直線状のリニアフィーダ１の振動の作用により一列に整列して矢印Ｎの方向に搬送される。次にワークＷはリニアフィーダ１の下流端において、振動しない無振動部４を経て、リニアフィーダ１の下方に水平に設けられた透明なガラス製の搬送テーブル２の上面に移載される。そして、無振動部４の位置の少し手前かつ搬送テーブル２の直下に設けられたイオナイザ６が搬送テーブル２の下面に向けてプラスイオンを噴出する。このため、搬送テーブル２の下面はプラスに帯電し、それによって生じる静電誘導または誘電分極の作用により、ワークＷは搬送テーブル２の上面に吸着される。

吸着されたワークＷは搬送テーブル２の回転（中心軸３の周囲の矢印Ｘ方向）により搬送され、その後整列ガイド７の作用により搬送テーブル２の上面の外縁部近傍に想定されるワーク搬送円弧５上に整列する。そして、ワークＷはその整列状態で搬送されながら側面カメラ部８、内面カメラ部９、上面カメラ部１０、下面カメラ部１１、前面カメラ部１２、後面カメラ部１３において、各面をそれぞれに対応する撮像手段により撮像され、外観検査が行われる。

外観検査を終了したワークＷは、外観検査の結果に対応して排出部１４によりワーク搬送円弧５上から図示されない収納箱に排出される。

ここで搬送テーブル２の上面に載置されたワークＷが搬送される様子を斜視図として図８（ａ）に示す。ワークＷは６面体形状であり、その各辺の長さは図８（ａ）に示すように、矢印Ｘで示される搬送テーブル２の回転方向に沿った長さ方向の一辺がＷＬ、搬送テーブル２の中心軸３（図７）から外縁部に向かう半径方向に沿った幅方向の一辺がＷｗ、搬送テーブル２の上面から上方に向かう高さ方向の一辺がＷＨである。ここに、各辺の長さＷＬ、Ｗｗ、ＷＨは、いずれも概ね１ｍｍ〜１０ｍｍ程度である。

また、図８（ａ）のワークＷを搬送テーブル２の上面（矢印Ｃの方向）から見た平面図を図８（ｂ）に示す。図８（ｂ）において、ワークＷは搬送テーブル２の外側に向いた側面Ｗｓがワーク搬送円弧５の接線となるように、搬送テーブル２の上面に載置されている。側面Ｗｓに対向する内面Ｗｉは搬送テーブル２の中心軸３（図７）に面している。そして、矢印Ｘで示される搬送テーブル２の回転方向には前面Ｗｆが、また回転方向と逆方向には後面Ｗｒが面している。

図８（ａ）に示すように、長さＷＬはワークＷの長手方向を向く。このように、外観検査装置３０においては、図７におけるリニアフィーダ１および整列ガイド７の作用により、６面体形状のワークＷはその長手方向が搬送テーブル２の回転方向に沿うように、かつ側面Ｗｓが搬送テーブル２の外側を向いてワーク搬送円弧５の接線となるように、搬送テーブル２の上面に載置されている。

ここに、ワークＷの各面とそれらを撮像する各カメラ部との対応関係を以下に記す。まず、図７の側面カメラ部８において、図８（ａ）の矢印Ａ方向から図８（ｂ）の側面Ｗｓを撮像する。次に、図７の内面カメラ部９において、図８（ａ）の矢印Ｂ方向から図８（ｂ）の内面Ｗｉを撮像する。次に、図７の上面カメラ部１０において、図８（ａ）の矢印Ｃ方向から図８（ａ）の上面Ｗｔを撮像する。次に、図７の下面カメラ部１１において、図８（ａ）の矢印Ｄ方向から図８（ａ）の下面Ｗｂを撮像する。次に、図７の前面カメラ部１２において、図８（ａ）の矢印Ｅ方向から図８（ｂ）の前面Ｗｆを撮像する。最後に、図７の後面カメラ部１３において、図８（ａ）の矢印Ｆ方向から図８（ｂ）の後面Ｗｒを撮像する。

ところでワークの外観検査装置３０において外観検査を行うワークＷは多品種にわたる。すなわち、検査対象ワークが切り替えられる場合がある。このとき、ワークの一辺の長さ、すなわち図８（ａ）に示した長さ方向の一辺の長さＷＬ、幅方向の一辺の長さＷｗ、高さ方向の一辺の長さＷＨは、検査対象ワークが切り替えられることによって変化する。このように、検査対象ワークが大きさの異なるワークに切り替えられた場合の模式図として、図７における側面カメラ部８および内面カメラ部９付近の領域Ｓ１の拡大図を図９に示す。

図９において、切り替え前のワークＷ１を実線で、また切り替え後のワークＷ２を破線で示す。すなわち、検査対象ワークが大きいワークＷ１から小さいワークＷ２に切り替えられた場合について、両方のワークＷ１、Ｗ２を同時に示す。

また、ワークＷ１およびＷ２の搬送経路に沿って、時系列でワークの位置を[１]〜[６]の番号で示している。ここで、[１]〜[６]の番号で示される各位置は、搬送テーブル２の上面の特定の位置ではなく、番号順にワークＷ１およびＷ２が搬送されることを示すだけである。上述のように、ワークＷ１およびワークＷ２はいずれも側面Ｗ１ｓおよびＷ２ｓが搬送テーブル２の外側を向いてワーク搬送円弧５の接線となるように、搬送テーブル２の上面に載置されている。すなわち、ワークＷ１およびワークＷ２が位置[１]から側面カメラ部８に対応する位置[２]に搬送されたときには、撮像される側面Ｗ１ｓおよびＷ２ｓは略面一となっている。

ここで、側面カメラ部８において、搬送テーブル２の外側にカメラ８１が配置されている。カメラ８１は鏡筒８１Ｃの内部に撮像レンズ８１Ｌを収納し、ワークＷ１およびワークＷ２の側面Ｗ１ｓおよびＷ２ｓの略中心が光軸８１Ｌａと一致したとき（位置[２]）に、側面Ｗ１ｓおよびＷ２ｓを受光素子８１Ａにより撮像する。

このとき、撮像される側面Ｗ１ｓおよびＷ２ｓと撮像レンズ８１Ｌの中心８１Ｌｃとの距離Ｌｓは、ワークＷ１およびワークＷ２とで略同一である。すなわち、側面カメラ部８の位置[２]においては、側面Ｗ１ｓおよびＷ２ｓはいずれも撮像レンズ８１Ｌの同一のピント位置（焦点位置）に存在している。このため、検査対象ワークが大きいワークＷ１から小さいワークＷ２に切り替えられても、側面カメラ部８における撮像に問題は生じない。

次にワークＷ１およびワークＷ２は、搬送テーブル２の矢印Ｘ方向の回転により位置[３]から位置[４]を経て、内面カメラ部９に対応する位置[５]に搬送される。ここで、内面カメラ部９において、搬送テーブル２の内側にカメラ９１ｘが配置されている。カメラ９１は第１の鏡筒９１Ｃの内部に撮像レンズ９１Ｌが収納され、ワークＷ１およびワークＷ２の内面Ｗ１ｉおよびＷ２ｉの略中心が光軸９１Ｌａと一致したとき（位置[５]）に、内面Ｗ１ｉおよびＷ２ｉを受光素子９１Ａにより撮像する。

ここで、上述のように、側面Ｗ１ｓおよびＷ２ｓは略面一となっている。そして、ワークＷ２の幅方向の一辺の長さＷｗ（図８（ａ））は、ワークＷ１のそれよりも小さい。すなわち、内面カメラ部９においては、検査対象ワークが大きいワークＷ１から小さいワークＷ２に切り替えられると、切り替え後に撮像されるワークＷ２の内面Ｗ２ｉと撮像レンズ９１Ｌの中心９１Ｌｃとの距離Ｌｉ２は、切り替え前に撮像されていたワークＷ１の内面Ｗ１ｉと撮像レンズ９１Ｌの中心９１Ｌｃとの距離Ｌｉ１よりも大きくなる。

そして、位置[５]においてワークＷ１の内面Ｗ１ｉおよびワークＷ２の内面Ｗ２ｉは、いずれもレンズ９１Ｌのピント位置に存在している必要がある。ここで、切り替え前の内面Ｗ１ｉに撮像レンズ９１Ｌのピント位置が合っていた（距離Ｌｉ１）とする。この場合には、切り替え後に撮像される内面Ｗ２ｉと撮像レンズ９１Ｌの中心９１Ｌｃとの距離Ｌｉ２と距離Ｌｉ１との差異、すなわち切り替え前のワークＷ１の幅方向の一辺Ｗｗ（図８（ａ））の長さと、切り替え後のワークＷ２の幅方向の一辺Ｗｗ（図８（ａ））の長さの差異をΔＬｉとすると、ΔＬｉが撮像レンズ９１Ｌの被写界深度の範囲内にあれば、切り替え後にもカメラ９１をそのまま使用して、内面Ｗ２ｉにピントを合わせる（焦点を合わせる）ことが可能である。

ここに、被写界深度とは、あるカメラ用撮像レンズのピント位置すなわちピントが合っている位置に対して、ピント位置の前後であってもピントが合った状態で撮像可能な範囲のことである。

これに対して、上記ΔＬｉが撮像レンズ９１Ｌの被写界深度の範囲を逸脱している場合には、切り替え後にカメラ９１をそのまま使用して、内面Ｗ２ｉにピントを合わせることは不可能となる。よって、切り替え後に距離Ｌｉ２がピント位置になるようにカメラ９１を調整する必要が生じる。具体的には、カメラ９１のピント合わせを行うか、カメラ９１の位置を光軸９１Ｌａ上で動かすことになる。

しかしながら、上述のように、図８（ａ）に示すワークＷの各辺の長さＷＬ、Ｗｗ、ＷＨは、いずれも概ね１ｍｍ〜１０ｍｍ程度である。また、撮像レンズ９１Ｌの被写界深度は高くても３ｍｍ〜５ｍｍ程度である。このため、カメラ９１のピント合わせを行うことや、カメラ９１の位置を光軸９１Ｌａ上で動かすことは、極めて高い精度を要求される作業となる。すなわち、作業に多大な時間を要して検査効率が低下するとともに、作業者の肉体的あるいは心理的負担が極めて大きくなる。

本実施の形態においては、このような場合、カメラ９１の撮像レンズ９１Ｌを収納した第１の鏡筒９１Ｃに対して、ガラス板９１Ｇを含む第２の鏡筒９１Ｃａをネジ止めする。このようにすることにより、カメラ９１のピント調整（焦点調整）を容易に行なうことができる。

検査対象ワークの切り替えによってピント位置が変化する箇所は、他にもある。図７における上面カメラ部１０および下面カメラ部１１付近の領域Ｓ２を矢印Ｙ方向から見た拡大図を図１０に示す。

図１０において、図９と同様に切り替え前のワークＷ１を実線で、また切り替え後のワークＷ２を破線で示す。また、図９と同様にワークＷ１およびＷ２の搬送経路に沿って、時系列でワークの位置を<１>〜<８>の番号で示している。

上述のように、ワークＷ１およびワークＷ２はいずれも下面Ｗ１ｂおよびＷ２ｂが搬送テーブル２の上面に当接している。すなわち、下面Ｗ１ｂおよびＷ２ｂは略面一である。ワークＷ１およびワークＷ２は、搬送テーブル２の矢印Ｘ方向の回転により位置<１>から位置<２>を経て搬送され、上面カメラ部１０に対応する位置<３>に搬送される。

ここで、上面カメラ部１０において、搬送テーブル２の上側にカメラ１０１が配置されている。カメラ１０１は第１の鏡筒１０１Ｃ内部に撮像レンズ１０１Ｌを収納し、ワークＷ１およびワークＷ２の上面Ｗ１ｔおよびＷ２ｔの略中心が光軸１０１Ｌａと一致したとき（位置<３>）に、上面Ｗ１ｔおよびＷ２ｔを受光素子１０１Ａにより撮像する。ここで、上述のように、下面Ｗ１ｂおよびＷ２ｂは略面一となっている。そして、ワークＷ２の高さ方向の一辺の長さＷＨ（図８（ａ））は、ワークＷ１のそれよりも小さい。

すなわち、上面カメラ部１０においては、検査対象ワークが大きいワークＷ１から小さいワークＷ２に切り替えられると、切り替え後に撮像されるワークＷ２の上面Ｗ２ｔと撮像レンズ１０１Ｌの中心１０１Ｌｃとの距離Ｌｔ２は、切り替え前に撮像されていたワークＷ１の上面Ｗ１ｔと撮像レンズ１０１Ｌの中心１０１Ｌｃとの距離Ｌｔ１よりも大きくなる。そして、位置[３]においてワークＷ１の上面Ｗ１ｔおよびワークＷ２の上面Ｗ２ｔは、いずれも撮像レンズ１０１Ｌのピント位置に存在している必要がある。

このことから、上記の図９における内面カメラ部９と同様に、切り替え後に撮像される上面Ｗ２ｔと撮像レンズ１０１Ｌの中心１０１Ｌｃとの距離Ｌｔ２と距離Ｌｔ１との差異、すなわち切り替え前のワークＷ１の高さ方向の一辺ＷＨ（図８（ａ））の長さと、切り替え後のワークＷ２の高さ方向の一辺ＷＨ（図８（ａ））の長さの差異をΔＬｔとすると、ΔＬｔが撮像レンズ１０１Ｌの被写界深度の範囲内にあれば、切り替え後にもカメラ１０１をそのまま使用して、上面Ｗ２ｔにピントを合わせることが可能である。これに対して、上記ΔＬｔが撮像レンズ１０１Ｌの被写界深度の範囲を逸脱している場合には、切り替え後にカメラ１０１をそのまま使用して、上面Ｗ２ｔにピントを合わせることは不可能となる。よって、切り替え後に距離Ｌｔ２が焦点位置になるようにカメラ１０１を調整する必要が生じる。

本実施の形態においては、このような場合、カメラ１０１の撮像レンズ１０１Ｌを収納した第１の鏡筒１０１Ｃに対して、ガラス板１０１Ｇを含む第２の鏡筒１０１Ｃａをネジ止めする。このようにすることにより、カメラ１０１のピント調整（焦点調整）を容易に行なうことができる。

次に内面カメラ部９のカメラ９１および上面カメラ部１０のカメラ１０１におけるピント調整（焦点調整）について説明する。

まず焦点調整の基本原理を図１に示す。図１において、カメラの撮像レンズＬ（撮像レンズ９１Ｌおよび１０１Ｌに対応する）の中心Ｌｃから左方に距離Ｐ１だけ離れた位置に、実線の矢印で第１の物体Ｏｂ１が配置されている。第１の物体Ｏｂ１の先端部Ｏｂ１ｔから出た光は、実線の光Ｒ１１→実線の光Ｒ１２のように撮像レンズＬを通過する前に光軸Ｌａに平行に進むものと、実線の光Ｒ１３→実線の光Ｒ１４のように撮像レンズＬを通過した後に光軸Ｌａに平行に進むものとがある。

そして、その両者により撮像レンズＬの中心Ｌｃから右方に距離Ｑだけ離れて配置されたカメラの撮像素子Ｍの上に先端部Ｉｍｔとなって集まる。第１の物体Ｏｂ１の他の部分から出た光も同様の経路を通るため、第１の物体Ｏｂ１全体が撮像素子Ｍの上に像Ｉｍとして撮像される。

ここで、撮像対象を実線の矢印で示される第１の物体Ｏｂ１から破線の矢印で示される第２の物体Ｏｂ２に切り替えることを考える。簡単のために、第２の物体Ｏｂ２の長さ（破線の矢印の長さ）は第１の物体Ｏｂ１の長さ（実線の矢印の長さ）と同一であるとする。

第２の物体Ｏｂ２は撮像レンズＬの中心Ｌｃからの左方に距離Ｐ２だけ離れた位置に配置され、第１の物体Ｏｂ１と比較すると、Ｐ２−Ｐ１＝ΔＰだけ撮像レンズＬから遠い位置にある。ここで、第１の物体Ｏｂ１を撮像したときの撮像レンズＬの中心Ｌｃと撮像素子Ｍとの距離Ｑを変えずに、第２の物体Ｏｂ２の像を撮像素子Ｍの上に撮像する方法として、撮像レンズＬと第２の物体Ｏｂ２の間に両面が平行な透明体であるガラス板Ｇ（ガラス板９１Ｇおよび１０１Ｇに対応する）を配置する。

ガラスの屈折率ｎは空気の屈折率ｎ０を１とすると約１．５になるので、第２の物体Ｏｂ２の先端部Ｏｂ２ｔから出た光の経路は、以下のようになる。

まず、レンズＬを通過する前に光軸Ｌａに平行に進む破線の光Ｒ２１は、切り替え前に第１の物体Ｏｂ１の先端部Ｏｂ１ｔが存在した位置に到達すると、以後はガラス板Ｇの２つの面Ｇｓ１およびＧｓ２に垂直に入射するので、そのまま直進して、第１の物体Ｏｂ１の場合と同様に実線の光Ｒ１１→実線の光Ｒ１２の経路を進む。

一方、撮像レンズＬを通過した後に光軸Ｌａに平行に進む光は、ガラス板Ｇの面Ｇｓ２から出た後に第１の物体Ｏｂ１の場合の経路である実線の光Ｒ１３に一致するように、破線の光Ｒ２３０→破線の光Ｒ２３１→実線の光Ｒ１３→実線の光Ｒ１４のように進む。ここに、破線の光Ｒ２３０は第２の物体Ｏｂ２の先端部Ｏｂ２ｔとガラス板Ｇの面Ｇｓ１との間、破線の光Ｒ２３１はガラス板Ｇの内部であって面Ｇｓ１とＧｓ２の間である。

破線の光Ｒ２３０→破線の光Ｒ２３１および破線の光Ｒ２３１→実線の光Ｒ１３は、それぞれガラス板Ｇの面Ｇｓ１およびＧｓ２において屈折している。こうして、第２の物体Ｏｂ２の先端部Ｏｂ２ｔは第１の物体Ｏｂ１の先端部Ｏｂ１ｔと同様に、実線の光Ｒ１２およびＲ１４により撮像素子Ｍの上に先端部Ｉｍｔとなって集まる。第２の物体Ｏｂ２の他の部分から出た光も同様の経路を通るため、第２の物体Ｏｂ２全体が撮像素子Ｍの上に像Ｉｍとして撮像される。この撮像結果は、第１の物体Ｏｂ１と同一になる。

ここで、第２の物体Ｏｂ２と第１の物体Ｏｂ１の位置の差異ΔＰと、ガラス板Ｇの厚さＧｔとの関係について考察する。上述のように、ガラスの屈折率ｎは空気の屈折率ｎ０を１とすると約１．５になる。よって、
ΔＰ＝Ｇｔ／ｎ０−Ｇｔ／ｎ
＝Ｇｔ／１−Ｇｔ／１．５
＝Ｇｔ／３ ・・・・・・・・・・・・・・・・・式(1)
となる。

例えば、６ｍｍの厚さのガラス板を使用すると、第１の物体Ｏｂ１の位置Ｐ１よりも２ｍｍだけレンズＬから遠い位置Ｐ２にある第２の物体Ｏｂ２を、カメラを調整することなく（Ｑを変更したり、カメラ全体を光軸Ｌａに沿って動かすことなく）第１の物体と同一の撮像素子上に撮像することが可能となる。

図１に示す基本原理に基づいてワークの外観検査装置３０の内面カメラ部９のカメラ９１および上面カメラ部１０のカメラ１０１のピント調整（焦点調整）をそれぞれ図２および図３に示す。

ただし、図２および図３においては、「撮像レンズ」を「レンズ」と表記し、「ガラス板」を「ガラス」と表記している。また、「撮像レンズの中心までの距離」を「レンズまでの距離」と表記している。よって、図２および図３の説明においても、これらの表記を用いる。図２は、図８（ａ）に示すワークＷの幅方向の一辺の長さＷｗがさまざまな値をとるワークの品種No.1〜No.9について、図７および図９の内面カメラ部９に図１に示す基本原理を適用して撮像した場合を示す。

ここで使用するレンズは、撮像対象面を基準ピント位置すなわち最もピントが合う位置（焦点が合う位置）に置いた場合に、撮像対象面からレンズまでの距離が１１０．０ｍｍとなる。また、被写界深度は３ｍｍである。

図２について以下説明する。図２において、左端の欄はガラスの有無を示す。すなわち、図１においてガラス板Ｇを配置しない状態で撮像する場合が「ガラス無」であり、ガラス板Ｇを配置した状態で撮像する場合が「ガラス有」である。当該欄内の「基準ピント位置」とは、上述のように、使用するレンズのピントが最も合う位置のことであり、このレンズの場合は、「ガラス無」の欄内に記載のように、Ｗｗ＝４．５ｍｍのワークが基準ピント位置に対応する。ここに、「ガラス有」の場合のガラスの厚さは６ｍｍである。よって、上記の式(1)により、ΔＰ＝２ｍｍとなる。すなわち、「ガラス有」の場合の基準ピント位置は、「ガラス無」の場合のＷｗ＝４．５ｍｍから２ｍｍ短くなって、Ｗｗ＝２．５ｍｍとなる。

ここでは、図１に示す基本原理において、第２の物体Ｏｂ２は第１の物体Ｏｂ１よりも撮像レンズＬから左に遠ざかっている。また、図９において、内面カメラ部９におけるワークＷ２の内面Ｗ２ｉと撮像レンズ９１Ｌの中心９１Ｌｃとの距離Ｌｉ２は、ワークＷ１の内面Ｗ１ｉと撮像レンズ９１Ｌの中心９１Ｌｃとの距離Ｌｉ１よりも大きい。図２の左端の欄において、「ガラス有」の場合のＷｗの値が「ガラス無」の場合のＷｗの値よりも小さくなるのは、図１に示す基本原理における位置関係ならびに図９に示されるこの大小関係に対応するものである。

図２において左から２番目の欄は、ワークの品種をＷｗの値により区別して示したものである。各ワークにはNo.1〜No.9の番号が付与されている。

図２において左から３番目の欄は、撮像対象面にピントが合うワークの幅Ｗｗを示す。ワークの品種欄に記載の各ワークのＷｗの値を示しており、これらすべてにピントが合うように、ワークNo.1〜No.3は「ガラス無」に、またNo.4〜No.9は「ガラス有」になっている。

ここではワークNo.2が「ガラス無」の場合の基準ピント位置Ｗｗ＝４．５ｍｍであり、これを示すために、ワークNo.2の欄に網掛けをしてある。同様に、ワークNo.7が「ガラス無」の場合の基準ピント位置Ｗｗ＝２．５ｍｍであり、これを示すために、ワークNo.7の欄にも網掛けをしてある。使用するレンズの被写界深度が３ｍｍなので、基準ピント位置から±１．５ｍｍ以内のワークにはピントが合う。すなわち、「ガラス無」の状態で基準ピント位置（Ｗｗ＝４．５ｍｍ）にピントを合わせた状態では、Ｗｗ＝４．５ｍｍ±１．５ｍｍの範囲内のワークであればピントが合う。

ワークNo.1の場合にはＷｗ＝５．５ｍｍであり、ワークNo.3の場合にはＷｗ＝４．０ｍｍである。これらのＷｗの値は、Ｗｗ＝４．５ｍｍ±１．５ｍｍの範囲内であるため、ワークNo.1およびNo.3はワークNo.2とともに「ガラス無」でピントが合う。同様に、「ガラス有」の状態で基準ピント位置（Ｗｗ＝２．５ｍｍ）にピントを合わせた状態では、Ｗｗ＝２．５ｍｍ±１．５ｍｍの範囲内のワークであればピントが合う。ワークNo.4〜No.6の場合にはそれぞれＷｗ＝３．３ｍｍ、３．２ｍｍ、３．０ｍｍであり、ワークNo.8およびNo.9の場合にはＷｗ＝１．８ｍｍ、１．５ｍｍである。これらのＷｗの値は、Ｗｗ＝２．５ｍｍ±１．５ｍｍの範囲内であるため、ワークNo.4〜No.6とワークNo.8およびNo.9はワークNo.7とともに「ガラス有」でピントが合う。

図２において左から４番目の欄は、撮像対象面からレンズまでの距離Ｌｉを示す。距離Ｌｉは、図９に示す内面カメラ部９におけるワークＷ１およびＷ２の内面Ｗ１ｉおよびＷ２ｉと撮像レンズ９１Ｌの中心９１Ｌｃとの距離Ｌｉ１、Ｌｉ２に対応するものである。「ガラス無」および「ガラス有」の場合のそれぞれの基準ピント位置（ワークNo.2およびNo.7）におけるＬｉは、上述のように１１０．０ｍｍである。これらの欄についても、基準ピント位置を示す網掛けをしてある。ワークNo.1の場合は、幅Ｗｗの値が基準ピント位置に対応するワークNo.2に対して１．０ｍｍ大きくなるので、Ｌｉの値は逆に１．０ｍｍ小さくなる。これは、図９に示す内面カメラ部９において、幅Ｗｗが大きいワークＷ１の内面Ｗ１ｉと撮像レンズ９１Ｌの中心９１Ｌｃとの距離Ｌｉ１が、幅Ｗｗが小さいワークＷ２の内面Ｗ２ｉと撮像レンズ９１Ｌの中心９１Ｌｃとの距離Ｌｉ２よりも小さいことに対応する。

ワークNo.3の場合は、同様の理由により、幅Ｗｗの値が基準ピント位置に対応するワークNo.2に対して０．５ｍｍ小さくなるので、Ｌｉの値は逆に０．５ｍｍ大きくなる。ワークNo.7を基準ピント位置とした場合には、幅ＷｗがワークNo.7よりも大きいワークNo.4〜No.6がそれぞれ幅Ｗｗの差分だけＬｉが小さくなり、幅ＷｗがワークNo.7よりも小さいワークNo.8およびNo.9がそれぞれ幅Ｗｗの差分だけＬｉが大きくなる。

図２において右端の欄は、各ワークの幅Ｗｗと基準ピント位置に対応するワークの幅Ｗｗとの差を示したものである。上述のように、「ガラス無」の場合にはワークNo.2が基準ピント位置に対応し、「ガラス有」の場合にはワークNo.7が基準ピント位置に対応する。これを示すために、ワークNo.2およびNo.7の欄には網掛けがしてある。また、それぞれの欄に記載された数値は±０．０ｍｍである。

ワークNo.1およびNo.3にはワークNo.2との差が記載され、またワークNo.4〜No.6とNo.8およびNo.9にはワークNo.7との差が記載されている。これらの差はすべて、基準ピント位置から±１．５ｍｍの範囲にあり、すなわち全ワークが被写界深度３ｍｍの範囲にあることを示している。

もし「ガラス有」の基準ピント位置を設けることなく、「ガラス無」の基準ピント位置Ｗｗ＝４．５ｍｍだけを用いて撮像しようとすると、ワークNo.7〜No.9はＷｗ＝４．５ｍｍ±１．５ｍｍの範囲を逸脱するので、撮像することができなくなる。すなわち、本発明によって、カメラの調整を行うことなく撮像可能なワークの範囲が大きくなっていることがわかる。

図３は、図８（ａ）に示すワークＷの高さ方向の一辺の長さＷＨがさまざまな値をとるワークの品種No.1〜No.9について、図７および図１０に示す上面カメラ部１０に図１に示す基本原理を適用して撮像した場合を示す。ここで、撮像対象面を基準ピント位置すなわち最もピントが合う位置に置いた場合に、撮像対象面からレンズまでの距離が１１０．０ｍｍになる。また、被写界深度は３ｍｍである。

図３において、ワークの高さＷＨが示されており、撮像対象面からレンズまでの距離がＬｔになっている。このＬｔは、図１０に示す上面カメラ部１０における撮像レンズ１０１Ｌの中心１０１ＬｃとワークＷ１の上面Ｗ１ｔとの距離Ｌｔ１およびワークＷ２の上面Ｗ２ｔとの距離Ｌｔ２に対応するものである。

図３において、他の部分は図２に示す部分と略同一である。図３において、「ガラス無」の基準ピント位置におけるＷＨ＝２．５ｍｍであり、ワークNo.2がそれに対応する。このため、ワークNo.2の欄には網掛けがしてある。また、ワークNo.1〜No.4は、いずれも「ガラス無」で撮像され、基準ピント位置に対応するワークNo.2に対するＷＨの差は被写界深度３ｍｍの範囲内にある。ガラスの厚さは６ｍｍであり、「ガラス有」の場合には基準ピント位置におけるＷＨが「ガラス無」の場合よりも２ｍｍ短い０．５ｍｍとなる。これはワークNo.8に対応する。このため、ワークNo.8の欄には網掛けがしてある。

ワークNo.5〜No.9はいずれも「ガラス有」で撮像され、基準ピント位置に対応するワークNo.8に対するＷＨの差は被写界深度３ｍｍの範囲内にある。もし「ガラス有」の基準ピント位置を設けることなく、「ガラス無」の基準ピント位置Ｗｗ＝２．５ｍｍだけを用いて撮像しようとすると、ワークNo.7〜No.9はＷｗ＝２．５ｍｍ±１．５ｍｍの範囲を逸脱するので、撮像することができなくなる。すなわち、図３においても図２と同様に本発明によって、カメラの調整を行うことなく撮像可能なワークの範囲が大きくなっていることがわかる。

このようにして、上面カメラ部１０によりワークＷ１およびワークＷ２に対する撮像が行なわれる。

次に上面カメラ部１０による撮像が終了したワークＷ１およびワークＷ２は、図１０に示すように、搬送テーブル２の矢印Ｘ方向の回転により位置<４>から位置<５>を経て、下面カメラ部１１に対応する位置<６>に搬送される。このとき、撮像される下面Ｗ１ｂおよびＷ２ｂは略面一となっている。ここで、下面カメラ部１１において、搬送テーブル２の下側にカメラ１１１が配置されている。カメラ１１１は鏡筒１１１Ｃの内部に撮像レンズ１１１Ｌを収納し、ワークＷ１およびワークＷ２の下面Ｗ１ｂおよびＷ２ｂの略中心が光軸１１１Ｌａと一致したとき（位置<６>）に、下面Ｗ１ｂおよびＷ２ｂを受光素子１１１Ａにより撮像する。このとき、撮像される側面Ｗ１ｂおよびＷ２ｂと撮像レンズ１１１Ｌの中心１１１Ｌｃとの距離Ｌｂは、ワークＷ１およびワークＷ２とで略同一である。

すなわち、下面カメラ部１１の位置<６>においては、下面Ｗ１ｂおよびＷ２ｂはいずれも撮像レンズ１１１Ｌの同一のピント位置に存在している。すなわち、検査対象ワークが大きいワークＷ１から小さいワークＷ２に切り替えられても、下面カメラ部１１における撮像に問題は生じない。

また、図７における前面カメラ部１２および後面カメラ部１３付近の領域Ｓ３の拡大図を図１１に示す。図１１において、図９と同様に切り替え前のワークＷ１を実線で、また切り替え後のワークＷ２を破線で示す。また、図９と同様にワークＷ１およびＷ２の搬送経路に沿って、時系列でワークの位置を(１)〜(６)の番号で示している。上述のように、ワークＷ１およびワークＷ２はいずれも側面Ｗ１ｓおよびＷ２ｓが搬送テーブル２の外側を向いてワーク搬送円弧５の接線となるように、搬送テーブル２の上面に載置されている。

ワークＷ１およびＷ２は、搬送テーブル２の矢印Ｘ方向の回転によって、位置(１)から前面カメラ部１２内に搬送され、位置(２)を経て、位置(３)に到達する。そして、位置(１)にて示したワークＷ１の前面Ｗ１ｆおよびワークＷ２の前面Ｗ２ｆが、位置(２)と位置(３)の間にあるピント位置１２Ｐを横切る。

ここで、前面カメラ部１２内には、搬送テーブル２の外部かつピント位置１２Ｐから見て搬送テーブル２の回転方向となる位置にカメラ１２１が配置されている。カメラ１２１は鏡筒１２１Ｃの内部に撮像レンズ１２１Ｌを収納し、ワークＷ１およびワークＷ２の前面Ｗ１ｆおよびＷ２ｆがピント位置１２Ｐを横切るときに、前面Ｗ１ｆおよびＷ２ｆを受光素子１２１Ａにより撮像する。

このとき、撮像される前面Ｗ１ｆおよびＷ２ｆと撮像レンズ１２１Ｌの中心１２１Ｌｃとの距離Ｌｆは、ワークＷ１およびワークＷ２とで略同一である。すなわち、前面カメラ部１２においては、前面Ｗ１ｆおよびＷ２ｆはいずれも撮像レンズ１２１Ｌの同一のピント位置に存在した状態で撮像される。すなわち、検査対象ワークが大きいワークＷ１から小さいワークＷ２に切り替えられても、前面カメラ部１２における撮像に問題は生じない。

次にワークＷ１およびＷ２は、搬送テーブル２の矢印Ｘ方向の回転によって、位置(３)から後面カメラ部１３内に搬送され、位置(４)を経て、位置(５)に到達する。そして、位置(１)にて示したワークＷ１の後面Ｗ１ｒおよびワークＷ２の後面Ｗ２ｒが、位置(４)と位置(５)の間にあるピント位置１３Ｐを横切る。

ここで、後面カメラ部１３内には、搬送テーブル２の外部かつピント位置１３Ｐから見て搬送テーブル２の回転方向と逆方向となる位置にカメラ１３１が配置されている。カメラ１３１は鏡筒１３１Ｃの内部に撮像レンズ１３１Ｌを収納し、ワークＷ１およびワークＷ２の後面Ｗ１ｒおよびＷ２ｒがピント位置１３Ｐを横切るときに、後面Ｗ１ｒおよびＷ２ｒを受光素子１３１Ａにより撮像する。

このとき、撮像される後面Ｗ１ｒおよびＷ２ｒと撮像レンズ１３１Ｌの中心１３１Ｌｃとの距離Ｌｒは、ワークＷ１およびワークＷ２とで略同一である。すなわち、後面カメラ部１３においては、後面Ｗ１ｒよびＷ２ｒはいずれも撮像レンズ１３１Ｌの同一のピント位置に存在した状態で撮像される。このため、検査対象ワークが大きいワークＷ１から小さいワークＷ２に切り替えられても、後面カメラ部１３における撮像に問題は生じない。

以上のように、本実施の形態によるワークの外観検査装置３０においては、検査対象ワークが大きいワークＷ１から小さいワークＷ２に切り替えられた際に、６面のうち２面を撮像する内面カメラ部９のカメラ９１と上面カメラ部１０のカメラ１０１に関し、第１の鏡筒９１Ｃ、１０１Ｃに第２の鏡筒９１Ｃａ、１０１Ｃａを取付けるだけで、容易かつ簡単にこれらカメラ９１、１０１の焦点を調整することができる。このため、カメラ９１、１０１の焦点を調整するために大きな負荷が生じることはなく、ワークの外観検査を効率的に行なうことができる。

１ リニアフィーダ
２ 搬送テーブル
６ イオナイザ
７ 整列ガイド
８ 側面カメラ部
９ 内面カメラ部
１０ 上面カメラ部
１１ 下面カメラ部
１２ 前面カメラ部
１３ 後面カメラ部
３０ ワークの外観検査装置
９１、１０１ カメラ
９１Ａ、１０１Ａ 受光素子
９１Ｃ、１０１Ｃ 第１の鏡筒
９１Ｃａ、１０１Ｃａ 第２の鏡筒
９１Ｇ、１０１Ｇ ガラス板
９１Ｌ、１０１Ｌ 撮像レンズ

Claims (4)

1. 第１ワークと第１ワークと異なる形状の第２ワークとを含むワークを保持して搬送するワーク搬送手段であって、第１ワークと第２ワークの面一となる面は同一平面上にあるか、またはワーク搬送円弧の接線上にあるワーク搬送手段と、
   ワーク搬送手段によって搬送されるワークを撮像するワーク撮像手段とを備え、
   ワーク撮像手段は撮像レンズを含む第１の鏡筒と、
   第１の鏡筒の先端に取付けられる第２の鏡筒とを有し、第１の鏡筒は撮像レンズ側に位置し、第２の鏡筒は両面が平行となる焦点調整用の透明体を含み、検査すべきワークを第１ワークから第２ワークに切り替える際、第２の鏡筒は第１の鏡筒にネジ込んで装着され、
   ワークを切り替えた後の撮像レンズの中心から第２の鏡筒を経た、第２ワークの面一となる面と反対側の第２ワークの撮像面までの距離と、ワークを切り替える前の撮像レンズの中心から第２鏡筒を経ない、第１ワークの面一となる面と反対側の第１ワークの撮像面までの距離との差が撮像レンズの被写界深度の範囲内にあり、
   この被写界深度は撮像レンズのピントが合った状態で撮像可能な範囲であることを特徴とするワークの外観検査装置。
2. 透明体はガラス板からなることを特徴とする請求項１記載のワークの外観検査装置。
3. ワークを保持して搬送するワーク搬送工程と、
   ワーク搬送手段によって搬送されるワークを撮像するワーク撮像工程とを備え、
   ワーク撮像工程は、撮像レンズを含む第１の鏡筒によって第１ワークを撮像する第１のワーク撮像工程と、
   第１ワークと異なる形状の第２ワークを撮像するとともに、第１ワークと第２ワークの面一となる面は同一平面上にあるか、またはワーク搬送円弧の接線上にあり、第１の鏡筒と第１の鏡筒の先端に取付けられる第２の鏡筒とを含むワーク撮像手段により、第２ワークを撮像する第２のワーク撮像工程であって、第１の鏡筒は撮像レンズ側に位置し、第２の鏡筒は両面が平行となる焦点調整用の透明体を含み、検査すべきワークを第１ワークから第２ワークに切り替える際、第２の鏡筒は第１の鏡筒にネジ込んで装着される第２のワーク撮像工程とを有し、
   ワークを切り替えた後の撮像レンズの中心から第２の鏡筒を経た、第２ワークの面一となる面と反対側の第２ワークの撮像面までの距離と、ワークを切り替える前の撮像レンズの中心から第２の鏡筒を経ない、第１ワークの面一となる面と反対側の第１ワークの撮像面までの距離との差が撮像レンズの被写界深度の範囲内にあり、
   この被写界深度は撮像レンズのピントが合った状態で撮像可能な範囲であることを特徴とするワークの外観検査方法。
4. 透明体はガラス板からなることを特徴とする請求項３記載のワークの外観検査方法。

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