JPH02171607A - 照明方法および照明装置ならびに対象物体外観検査方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、対象物体、特に主表面に凹凸部を有する対象
物体の無陰影照明方法およびそのための装置ならびにこ
れらを使用する対象物体の外観検査方法および装置に関
する。

［従来の技術］ 対象物体を照明するに際し、対象物体の主表面に凸部が
あり、対象物体に入射した光が主表面で反射される場合
、この主表面が光を正反射する構造・材質の場合は勿論
のこと、乱反射する場合であっても、入射する光の方向
が主表面の法線方向でない場合には、凸部の陰影（陰）
がすぐ近傍の主表面に映り、その陰影部分は十分に照明
されないことになる。

また、対象物体の主表面の一部に凹部が存在する場合、
凹部の周囲の主表面の陰影がこの凹部に映り、凹部が十
分に照明されないことになる。

対象物体を照明して、これらの陰影のない画像を得るに
は、主表面に存在する凹部や凸部により陰影が生じない
ような方向、即ち、主表面の法線方向から光を照射する
ことが必要である。従って、対象物体を照明する場合、
凸部や凹部の端面が対象物体の主表面に対して急峻に（
例えば直角に近い角度で）立ち上がったり、または切り
立っている場合には、これらの凹凸部が存在する主表面
を真正面から照明しなければならない。凹凸部を有する
主表面が複数存在する場合、それぞれの主表面に対して
上記の条件を満足する必要がある。

一般に、対象物体の１つの平坦な主表面のみを照明する
必要がある場合であれば、主表面に対して平行な単一の
面光源から光を照射することにより上記の条件を満足で
き、陰影の発生を防止できる。

しかしながら、対象物体が複数の主表面を有する立体で
ある場合、上述のように単一の面光源を使用して同時に
各主表面に対して法線方向から光を照射することは困難
である。

このような問題点を解決する方法として、複数の光源を
使用して多方向からの光により対象物体を照明する方法
が考えられる。例えば、手術などで使用される無影灯を
この方法の具体例として挙げることができる。無影灯は
、複数の光源を使用して対象物体に対して多方向から光
を照射するようになっている。無影灯を使用する場合、
医師の手などにより患部に陰影が映ることはない。しか
しながら、このような無影灯を使する場合であっても、
対象物体を光源に近付けて可能な限り多方向から光が当
ｔこるようにしても、あらゆる方向からの光が対象物体
に当たるようにしない限り、対象物体の裏側部分までも
陰影を生じることなく均等に照明するのは実用的には困
難である。

従って、例えば表面に凹凸部を有する立体、例えば球状
構造物の表面を照明してこれを撮像することによりその
外観上の異常を検出する外観検査装置の開発において、
陰影を生じることなく対象物体を均等に照明する方法を
提供することが期待されている。

［発明が解決しようとする課題］ 本発明の課題は、上述の問題点を克服して、主表面に凹
凸部を有する物体、特にそれほど長くない塊状の対象物
体、特に球状物体を照明す・るに際し、対象物体の各主
表面に対してあらゆる方向から光を照射することにより
、立体の上下、表裏などの相対する面をも含む主表面に
陰影を生じることがなく均等（または等照度）に照明す
る方法およびそのための装置を提供することである。

更に、上記方法および装置を使用することにより、対象
物体の表面状況を精度よく観察または撮像することが可
能となるので、これらを使用する対象物体の外観検査方
法およびそのための装置を提供することも本発明の課題
である。

即ち、対象物体の主表面に対してあらゆる方向からの光
により凸部の陰影や凹部に周囲部の陰影を生じ得る対象
物体を、陰影を生じることなく照明して対象物体の表面
を撮像し、撮像画像を用いて対象物体の外観上の異常を
検出する外観検査装置および方法、例えば塊状の対象物
体、特に球状の対象物体の表面上の異常を検出する検査
装置および方法を提供することである。

［課題を解決するための手段］ 上記課題は、内面が乱反射面である球形容器内に照明す
べき対象物体を配置し、該対象物体を乱反射光または拡
散反射光（以後、これらを単に「反射光」と略す。）に
より照明することを含んで成る対象物体の照明方法によ
り解決されることが見出された。

本明細書において「内面が乱反射面である球形容器（以
後、単に「球形容器」と略す。）」なる語は、光学的測
定に使用されるいわゆる積分球に代表される球形容器を
包含するが、本発明の球形容器はこれに限定されるもの
ではなく、目的および要求の程度に応じて正反射率が２
０％以下、好ましくは１０％以下、より好ましくは５％
以下の乱反射面を有して成る球形容器も包含し、乱反射
面は、通常白色に着色されているが、場合により白色以
外に着色されていてもよい。

しかしながら、本明細書では、「球形容器」なる語は、
後述する本発明の一態様である球形容器自体が面光源で
もある場合またはそれに相当する容器である場合には、
球形容器内面の正反射率の上述の制限は必ずしも必要で
はない。

球形容器は、一体物である必要はなく、複数の要素、例
えば２個の半球体から球形容器を構成することも可能で
ある。

従って、球形容器を例えばガラス、セラミック、プラス
チックまたは金属などにより作る場合は、型成形により
球形容器を作ることができる。その場合、球形容器の内
面が乱反射面になるように成形することもできるが、更
に、例えば球形容器の内側表面に酸化マグネシウム、酸
化カルシウムまたは硫酸バリウムの粉末を付着させたり
、それらを含有する塗料を内側表面にコーティングする
ことなどにより乱反射面を形成することができる。

また、目的に応じて着色した内面に仕上げてもよい。

別法では、光拡散剤として使用されるシリカ微粉末また
はリン酸カルシウムなどを付着させても乱反射面を形成
できる。

本発明の方法において、球形容器の外部に光源を配置し
、球形容器に設けた開口部を介して光を球形容器内に導
入するのが好ましい。球形容器の寸法に応じて開口部の
寸法を適当に選択する。対象物体が光源からの直射光に
より直接照射されると、対象物体の当該部分は他の部分
より相対的に明るくなり、均等な照明が困難となるので
、光源の位置および開口部の形態などを適当に選択また
は組み合わせることにより光源からの光が直接対象物体
に当たらないようにするのが好ましい。

例えば、光源として指向性を有するものを使用したり、
ある程度の長さを有する（即ち、筒状の）開口部とした
り、開口部が対象物体に直面しないようにすることなど
により、光が対象物体に直接当たらないようにすること
ができる。このようにすることにより、対象物体は、光
源からの直射光により照射されるのではなく、球形容器
の内側表面により乱反射された光により照射され、より
均等な照明が確保される。

別法では、球形容器に開口部を設ける代わりに部分的に
光を透過する部分を設けてもよい。この場合も、上述の
ように対象物体が直射光により照射されるのを避けるの
が好ましい。

更に、光源からの光が直接対象物体に照射されないなら
、光源を対象物体に直接取り付けてもよい。また、光源
の対象物体側に適当な光遮断手段を配置して対象物体を
直接照射し得る光を遮断でき、この態様を採用するなら
、光源を球形球審器の内部に配置することも可能である
。例えば球形容器内部に光源を配置し、光源と対象物体
との間に光を遮断する部材を設けることができる。

光源の数は、特に限定されるものではなく、少なくとも
１つ、例えば２つまたはそれ以上使用してよい。また、
光源の数を増やすことにより、例えば球形容器全体にわ
たり光源を設ける、即ち、球面光源とすることも可能で
ある。この場合、各光源に対して開口部を設けるのは不
可能であり、光源からの光が内部に透過する材料により
球形容器を構成する必要がある。

上述のように球面光源を使用する場合、第５図に関連し
て後で説明するように、光源として拡散光源を使用する
のが適当である。この場合、球形容器の内面全体から対
象物体を照明することになり、光源からの光の一部分は
対象物体に直接当たることは避けられないが、大部分の
光は対象物体に直接当たらず、球形容器内面で反射した
後に対象物体に当り、また、全体としては球形容器全内
面から均等に光が照射されるので、上述のように対象物
体の表面照度が相対的に異なるという問題は生じない。

従って、本発明の方法において、球面光源を使用する場
合は、少しの直射光に加えて反射光により対象物体を照
明する。

光源からの光は、球形容器に設けた開口部から球形内部
に照射され、球形容器の内部表面で乱反射されて対象物
体の各種表面に種々の方向から光が照射されることにな
る。

内側表面に乱反射面を有する本発明の態様では、光源か
らの光は反射面で乱反射されてそれぞれ異なる方向に向
かう。乱反射に方向性がなければ、最終的には大部分の
光が対象物体の各主表面をあらゆる方向から照射するこ
とになり、極めてマイルドな光により対象物体を周囲か
ら照明することが可能となり、全体としては陰影の存在
しない照明となる。

従って、本発明の方法により陰影を生じることなく、は
ぼ均等に対象物体を照明できるので、これを撮像すると
良質の原始画像が得られる。この原始画像を使用すると
画像処理が簡単になり、更に、これを用いる外観検査装
置の設計も極めて容易となり、産業上大きな効果を発揮
することとなる。

本発明の方法では、照明すべき対象物体を球形容器内に
配置する。本発明の方法により照明できる対象物体は、
特に限定されるものではないが、塊状物体、軸対称物体
、特にそれほど長くない軸対称物体、例えば球状物体、
回転楕円体状物体および直方体状物体を照明する場合に
本発明を有効に適用できる。

球形容器は乱反射面を内面として有するので、対象物体
を配置する位置は特に限定されるものではないが、通常
、球形容器の中心付近に対象物体を配置するのが好まし
いが、偏心させて配置することも可能である。また、当
業者であれば、球形容器内で対象物体の位置を適当に変
える試行錯誤を行うことにより、対象物体の表面に陰影
が生じないで均等に照明される適当な配置を容易に選択
できるであろう。

本発明の方法に使用する球形容器の寸法は対象物体に応
じて選択できるので特に限定されるものではない。また
、本発明の目的からして球形容器は完全球形である必ず
しも必要はなく、歪を有する球形であってもよい。例え
ば目的に応じて卵形形状の容器を球形容器として使用す
ることも実用上問題はない。また、多数の微小な平面要
素を使用して実用上は球形容器と児なし得る容器、例え
ば多面体容器を球形容器として使用することも目的およ
び要求される照明のレベルにより可能である。

対象物体と球形容器との相対的な寸法に関しては、光源
から照射される光が球形容器の表面で反射される回数が
多いほど対象物体の全表面を均一にあらゆる方向から照
射できることになるので、原理的には球形容器が大きい
ほど、即ち、両者の相対的な関係において対象物体が点
に近付くほど、光が対象物体の表面に到達するまで反射
される回数が増加するので好ましい。必要以上に大きい
球形容器を使用すると空間ロスが大きくなり、経済性に
問題があるので、一般的には目的および要求される照明
のレベルに応じて適当に選択する必要がある。

本発明の球形容器に使用する材料は、上述のように内側
表面を乱反射面にできればいずれの材料または構造であ
ってもよく、材料が不透明である場合は、球形容器に相
対的に小さい開口部を設けて目視により観察したり、あ
るいは開口部分にセンサーを取り付けて対象物体を撮像
することも可能である。また、センサ一部分に透明な材
料を使用するなら、ある程度光を透過する材料を使用す
ると、球形容器に開口部を設ける必要がなく、特に球面
光源を使用して照明する場合、適度に光を透過する材料
を使用して球形容器を構成する必要がある。

本発明は、凹凸部が主表面に存在する対象物体の主表面
に陰影を生じることなく同時に全主表面を均等に照明す
る上記の本発明の方法を実施するための対象物体の照明
装置を更に提供する。

本発明の照明装置は、球形容器、該球形容器の内側また
は外側に配置された光源および該対象物体を該球形容器
内に配置して支持する手段を有して成り、該球形容器の
内面からの反射光により該対象物体を照明するようにな
っている。

本発明の装置に使用する光源は特に限定されるものでは
なく、可視光線は勿論のこと、球形容器内面の乱反射面
を構成する物質やセンサーの種類、観察しようとする対
象物体の汚れやキズや外観欠陥の種類によっては肉眼で
感知できない波長を有するもの、例えば赤外線および紫
外線などを放射するものも光源に包含される。

従って、本明細書で使用する「照明」なる語は、照射さ
れていることを肉眼で認識できるいわゆる「照明」は勿
論のこと、肉眼では検知できないが特殊なセンサーによ
り検知できる対象物体が照射される状態をもたらす概念
をも包含する。

本発明の装置については、上述の本発明の照明方法の場
合と同様の説明が当てはまる。例えば、球面光源の場合
を除いて、光源は球形容器内の対象物体を直接照射しな
いようになっていれば十分である。光源の数は特に限定
されるものではない。

対象物体への直射光を避けるためには先と同様の方法を
適用でき、また、いずれの光源を使用してもよい。例え
ば点光源、線光源または球面光源、具体的には、蛍光灯
、タングステンランプ、紫外線ランプ、赤外線ランプな
どを使用できる。

対象物体を支持する手段は特に限定されるものではない
が、対象物体を光源に対して最適位置に配置して支持で
きる、好ましくは球形容器内で対象物体の位置を所望の
ように変えることができるようになってのが好ましい。

例えば、対象物体に応じて球形容器の内面から細い糸に
より対象物体を吊下げたり、ロンドにより下方から支持
することにより対象物体を支持できる。

更に、本発明は上記の本発明の照明方法および照明装置
を使用する対象物体外観検査方法を提供する。

本発明の対象物体外観検査方法は、上記照明装置を使用
して光源および外観を検査すべき対象物体を球形容器内
に配置し、上記照明方法により対象物体を照明すること
を含んで成る。

外観検査は、球形容器に設けた開口部から直接目視によ
り、あるいは上述のようにセンサーにより撮像した画像
を適当な画像処理装置を使用して処理することにより検
査物体の表面の異常の有無を検出することにより行う。

従って、本発明の対象物体の外観検査方法は、照明装置
にセンサー、例えばＣＣＤカメラ、光学カメラ、ビデオ
カメラ、撮像管などを取り付けて対象物体の表面を撮像
することを更に含んで成るのが好ましい。

また、本発明は、上記対象物体の外観検査方法に使用す
る外観検査装置を提供する。本発明の外観検査装置は、
上記照明装置および照明された対象物体を観察または撮
像する手段、例えばセンサーを有して成る。

更に、本発明の対象物体の外観検査装置は、撮像した原
始画像を処理する適当なコンピューター画像処理装置を
含むのが好ましい。

次に、添付図面を参照して本発明を更に詳細に説明する
（図面中、代表的な光線を矢印で示している）。

第１図に本発明の方法の原理図である、球形容器ｌの斜
視透視図を、第２図に本発明の装置の一例を示す。第２
図では、球形容器ｌは２つの要素から成り、これらの要
素は相互に例えば蝶番付けされ、矢印で示すように球形
容器を構成できる。

従って、要素の一部を取り外して対象物体３を配置する
ことが可能である。

球形容器の内側表面は、光源２から放射された光を乱反
射するように形成されている。球形容器の内部に例えば
球状対象物体３、例えばゴルフポールが支持手段５によ
り支持されて配置されている。

第１図の場合、光源２は球形容器ｌの外部に配置されて
いるので、光源からある一定方向に放射された光のみが
、開口部６から球形容器内に入り、第１図に示すように
多数の反射を繰り返して最終的に対象物体に照射される
。

球形容器の内側表面は乱反射面であるので、照明すべき
対象物体が球状であれば、光が照射される条件に関して
は、対象物体の表面上のいずれの点も他の表面上の点と
同じであり、従って、同じ確率であらゆる方向から光が
対象物体の表面から照射されることになる（第１図参照
）。

対象物体が球状でない場合、上述の説明は厳密には当て
はまらないが、極端な場合を除いて、球形容器と対象物
体の大きさとの相対的関係により対象物体は点または球
に近づき、球形容器内の光密度はいずれの点でも実質的
に同等と見なし得るので、実際問題としては本発明の照
明方法を適用することにより対象物体が球状である場合
と同様、いずれの面でも等照度に近いあらゆる方向から
の光の照射を受ける。

例えば第２図に示すように、球形容器１にセンサー（例
えばＣＯＤカメラ）４を設置して外観を検査しようとす
る場合、陰影が存在せずに、明度の差が少ない条件下で
効率よく表面異常を検出できる。所望によりセンサーを
複数設けて対象物体の表裏、上下などを同時に検査して
しまうことも可能である。

更に、第３図に示すように、例えば球形容器１の壁面の
２箇所に開口部７を設けて、例えばベルトコンベヤーに
対象物体を載せて連続的に球形容器を通過するようにし
て対象物体を球形容器内に供給することにより対象物体
の外観検査を連続的に行うことも可能である。従って、
例えば無限長の対象物体、例えばテープやワイヤーなど
の検査に応用することも可能である。

また、容器内部が実質上等照度と見なし得る条件であれ
ば、第４図に概略透視図で示すように、対象物体３を球
形容器ｌの中心に配置しない、即ち、偏心して配置する
ことも可能である。

第５図は、光源が球面光源２である場合の本発明の照明
装置の概略透視図である。この場合、拡散光源（例えば
ガラス製の球形容器の外側表面に蛍光体を塗布し、その
外側に発光源を配置することにより球形容器の内部に放
射される拡散光を得ることができる。）であれば、あら
ゆる方向から球形容器内に光が照射されるので、球形容
器の内面が乱反射面である場合と同様の効果を示す。従
って、この態様の場合、先に説明したように球形容器の
内面の正反射率の限定は不必要であり、例えば平滑なガ
ラス面であってもよいし、また、面光源の場合に限り、
光源からの光が直接対象物体を照射することも許される
。一般的に球形容器の周囲に複数の光源を配置すること
により球面光源を構成できるが、多数の発光ダイオード
などを球状に配列することにより構成してもよい。

第６図は、光源が球形容器の内部に配置されている態様
を示す概略透視図である。この場合、光源から放射され
る光の中で対象物体に直接光たり得るものは遮断部材８
により遮断された後に球形容器の内面で反射され、その
後、対象物体に当たることになる。

非常に複雑な形状の対象物体の場合は、その形状によっ
ては光が照射されない陰影部分が生じる場合もあり得る
が、このような場合であっても少なくとも最も重要な外
側になる部分を正確に観察できるので産業上の利用価値
は非常に大きい。

［発明の効果］ 本発明は、凹凸部を有する主表面を有する、立体、特に
球状の対象物体の表面を陰影が生じない様に均等に照明
できるので、目視観察は勿論のこと、対象物体を撮像し
て原始画像を処理する検査装置を使用する対象物体の外
観検査が容易となり、異常検出効率が向上する。

また、本発明の方法および装置は、陰影が生じないよう
に物品を照明する必要がある場合、例えば商品などを展
示する場合に使用するデイスプレィ装置および方法とし
て適用することにより、商品のいずれの面にも陰影が生
じないように照明することも可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の照明方法の原理図、第２図は本発明の
照明装置の一具体例を示す概略透視図、第３図は連続的
に対象物体の外観検査を行う方法を示す概略図、第４図
は対象物体を球形容器に偏心して配置する照明方法を示
す概略透視図、第５図は光源が球面光源である本発明の
照明装置の概略図、第６図は、光源が球形容器内部に配
置された態様の概略透視図である。 １・・・積分球容器、２・・・光源、３・・・対象物体
、４・・・センサー、５・・・支持手段、６．７・・・
開口部、８・・・遮断部材。 特許出願人鐘淵化学工業株式会社

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、内面が乱反射面である球形容器内に照明すべき対象
   物体を配置し、該対象物体を乱反射光または拡散反射光
   により照明することを含んで成る対象物体の照明方法。 ２、内面が乱反射面である球形容器、該球形容器の内側
   または外側に配置された光源および該対象物体を該球形
   容器内に配置して支持する手段を有して成る対象物体の
   照明装置であって、該球形容器の内面からの乱反射光ま
   たは拡散反射光により該対象物体を照明するようになっ
   ている照明装置。 ３、請求項１記載の方法および請求項２記載の装置を使
   用して照明することを含んで成る対象物体の外観検査方
   法。