JPH02192609A - 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便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
たるようにしても、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、対象物体の側面や裏側部分ま
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、例えば柱状
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、特に長尺の対象物体、例えば円柱状
物体または角柱状物体のような柱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、対象物体の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、例えば長尺の対象物
体、特に柱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円筒状容器内に照明
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円筒状容器（
以後、単に「円筒状容器」と略す。）」なる語は、目的
および要求の程度に応じて正反射率が２０％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
を内面として有して成る円筒状容器を意味し、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、「円筒状容器」なる語は
、後述する本発明の一態様である円筒状容器自体が面光
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、円筒状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。

円筒状容器は、一体物である必要はなく、複数の要素、
例えば２Ｍの半円筒状要素から円筒状容器を構成するこ
とも可能である。

従って、円筒状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
り円筒状容器を作ることができる。

その場合、円筒状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、例えば円筒状容器の内側
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、円筒状容器の外部に光源を配置
し、円筒状容器に設けた開口部、例えば円筒状容器の軸
と平行なスリット状の開口部を介して光を円筒状容器内
に導入するのが好ましい。

円筒状容器および対象物体の寸法に応じて開口部の寸法
を適当に選択でき、開口部は、例えば円筒状容器の全長
または一部分にわたって延びていてよい。

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ｒ
：１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、
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、円筒状容器の
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、円筒状容器に開口部を設ける代わりに部分的
に光を透過する材料を使用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（こ、光源からの光が直接対象物体に照射されないな
ら、光源を円筒状容器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、光源を円筒状容器の内部に配置することも可能で
ある。例えば円筒状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。光源の
態様としては、例えば点光源まＩ；は線光源を使用でき
、点光源を線状に配置することにより実質的に線光源と
することも可能である。

また、光源の数を増やして例えば円筒状容器全体にわた
り光源を設ける、即ち、円筒状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
り円筒状容器を構成する必要がある。

上述のように円筒状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、円筒状容器の内面全体
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、こ
の光は円筒状容器の内面全体から均一に放射されるので
、対象物体の一部分のみが相対的に明るくなることはな
く、また、大部分の光は対象物体に直接当たらず、円筒
状容器内面で反射した後に対象物体に当り、全体として
は円筒状容器全内面から均等に光が照射されることにな
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、円筒状面光源を使用す
る場合は、少しの直射光に加えて反射光により対象物体
を照明することになる。

光源からの光は、円筒状容器に設けた開口部から円筒状
容器内部に照射され、円筒状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、全体としては陰影が存在
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円筒状容器内
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、特に長尺の軸対称物体、例えば角柱状物体、円柱状
物体および楕円柱状物体などを照明する場合に本発明を
有効に適用できる。

円筒状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、円筒状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。長尺
の対象物体の場合、所望の照明部分が円筒状容器の中心
に配置されるようにし、その後、対象物体を移動させて
別の所望の照明部分が円筒状容器の中心に配置されるよ
うに対象物体または円筒状容器を相対的に移動すること
により長尺の対象物体を連続的に照明することも可能で
ある。また、当業者であれば、円筒状容器内で対象物体
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円筒状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円筒状容器の軸に垂直な方向
の断面が完全な円形である必要は必ずしもなく、歪を有
する円形であって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円筒状容器と見なし得
る容器、例えば多角柱状容器を円筒状容器として使用す
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。

対象物体と円筒状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円筒状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、原理的には円筒状容器の
断面の直径が大きいほど、即ち、両者の相対的な関係に
おいて対象物体が点（塊状対象物体の場合）または線（
柱状対象物体の場合）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。円筒状容器の長さに関しては、−度に対象物体全体
を均等に照明する必要がある場合は、円筒状容器の長さ
は対象物体と少なくとも同じ、好ましくは対象物体の少
なくとも３倍の長さが必要であるが、上述のように対象
物体を部分的に照明した後に移動する方法を採用するな
ら、このような長さの限定は必要ではない。しかしなが
ら、必要以上に大きい円筒状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。

本発明の円筒状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、円筒状容器
に相対的に小さいまＩ；は細長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、円筒状容器に開口部を設ける
必要がなく、特に円筒状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円筒状容器を構成
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、円筒状容器、該円筒状容器の内側
または外側に配置された光源および該対象物体を該円筒
状容器内に配置して支持する手段を有して成り、該円筒
状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。

また、外部に支持する手段を設ける場合は、影になる部
分が生じない。但し、上述のように円筒状面光源を使用
する態様では、一部分の直射光および大部分の反射光に
より対象物体を照明する。

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、円筒状容器内面の乱反射
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、円筒状面光源の
場合を除いて、光源は円筒状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ｔ；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
円筒状面光源、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して種々の
光源を構成できる。点光源を複数個線状番こ近接して配
置することにより実質的に線光源を構成でき、点光源を
二次元方向で近接して配置するか、あるいは線光源を近
接して配置することにより面光源を構成することが可能
である。

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、好ましくは円筒状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、対象物体に応じて円筒状容器の頂部方向から
細い糸により対象物体を吊下げたり、円筒状容器の底部
から延びたロンドに対象物体を配置することにより対象
物体を支持できる。また、対象物体が長尺物体である場
合は、適当な手段により円筒状容器内部を対象物体が通
過するように、対象物体または円筒状容器のいずれかを
円筒状容器の軸方向に相対的に移動させるのが好ましい
。

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円筒状容器
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、円筒状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ＣＯＤ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付した実線で示している
）。

第１図に本発明の方法の原理図を円筒状容器１の軸に垂
直な方向の概略断面図で示し、第２図に本発明の装置の
一例を示す。

円筒状容器ｌの内側表面は、光源２から放射されて開口
部（または開口スリット）６を通過してくる光を乱反射
するように形成されている。円筒状容器ｌの内部に例え
ば柱状対象物体３が支持手段５により支持されて配置さ
れている。第２図では線光源２を使用する態様を図示し
ているが、点光源を軸方向に複数個配置してよい。また
、開口部６はスリットとなっているが、場合により円形
または矩形の開口部を複数個軸方向に設けることも可能
である。

第１図から明らかなように、光源２は円筒状容＠ｌの外
部に配置されているので、光源から一定方向に放射され
た光のみが、開口部６を通過して円筒状容器ｌ内に入り
、少なくとも１回反射して最終的に対象物体に照射され
る。

円筒状容器の内側表面は乱反射面であるので、照明すべ
き対象物体が円柱状であれば、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表面上の他の
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を照射することになる（第１図参照
）。

対象物体が円柱状でない場合、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、円筒状容器と対
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
は線に近づき、円筒状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円柱状で
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、円筒状容器ｌにセンサー（
例えばＣＣＤ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図の概略斜視図に示すように、例えば長尺の
対象物体が連続的に円筒状容器ｌを通過するようにして
長尺の対象物体を連続的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。この場合
、円筒状容器および／または対象物体を軸方向に移動さ
せる。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図に円筒状容器の軸に垂直方向の概略断面図で
示すように、対象物体３を円筒状容器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、光源が円筒状面光源２である場合の本発明の
照明装置の円筒状容器の軸に垂直方向の概略断面図であ
る。この場合、拡散光源（例えばガラス製の円筒状容器
の外側表面に蛍光体を塗布し、その外側に発光源を配置
することにより円筒状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、あらゆる方向から円筒
状容器内に光が照射されるので、円筒状容器の内面が乱
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円筒状容器の内面の正反
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
円筒状容器の周囲に複数の光源を配置することにより円
筒状面光源を構成できるが、多数の発光ダイオードなど
を円筒状に配列することにより構成してもよい。

第６図は、光源が円筒状容器の内部に配置されている態
様を示す円筒状容器の軸に垂直方向の模式断面図である
。この場合、光源から放射される光の中で対象物体に直
接当たり得るものは遮断部材７により遮断された後に円
筒状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
柱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図は長尺の
対象物体の外観検査を連続的に行う方法を示す概略斜視
図、第４図は対象物体を円筒状容器に偏心して配置する
照明方法を示す概略断面図、第５図は光源が円筒状面光
源である本発明の照明装置の概略断面図、第６図は、光
源が円筒状容器内部に配置された態様の概略断面図であ
る。 ■・・・円筒状容器、２・・・光源、３・・・対象物体
、４・・・センサー、５・・・支持手段、６・・・開口
部、７・・・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円筒状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円筒状容器、該円筒状容器の
   内側または外側に配置された光源および対象物体を該円
   筒状容器内に配置して支持する手段を有して成る該対象
   物体の照明装置であって、該円筒状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。