JPH04130246A - 対象物体の照明方法ならびに検査方法およびそのための検査装置 - 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、対象物体の照明方法ならびに検査方法および
そのための検査装置に関する。

［従来め技術］ 従来、透明な円筒形状対象物体の中心軸に対して垂直な
面（例えば円筒形対象物体の底面、頂面または仮想的な
切口）もしくはそれとある程度の角度を成す類似の面ま
たはそのような面を含む空間部分に存在し得る異物、切
り傷、擦り傷、破損箇所、また、対象物体が充填容器で
ある場合はその充填斑などの有無を検査する場合、それ
ぞれの目的に応じた適当な方法が用いられてきた。

例えば、透明なガラスｔたはプラスチック族の瓶のよう
な対象物体の表面の傷の有無について検査をする場合、
瓶を回転させながら、瓶の表面に光を照射して瓶の表面
で反射する光を例えばカメラを用いて撮影したり、ある
いは目視により観察することにより検査を行っている。

この場合、瓶の表面が単純な円筒形であることは少なく
、通常瓶の表面には凹凸がある場合が多い。従って、瓶
の表面の凹凸に応じて瓶に照射される光の角度を変える
ことが必要となる。即ち、日常生活において物体の表面
に傷があるかどうかを調べる場合に、物体の角度を種々
変えて（従って、光と物体の角度を変えて）表面を観察
するのと同じ操作をすることが必要となる。

同様に透明容器の内部に混入・付着した異物の有無など
は、容器の構造が複雑なものほど判別が難しくなり、手
間暇のかかるものである。

このような作業を自動化・機械化して行うには、複数の
照明装置およびカメラが必要であったり、また、対象物
体の角度を変えるための装置が必要であったり、装置が
非常に複雑かつ高価となり、また、操作が非常に煩雑と
なるという問題点がある。

［発明が解決しようとする課題］ 上述のような従来の対象物体を照明して検査する方法に
付随する問題点を解決し、簡素化された照明方法および
装置ならびに検査方法を提供することが本発明の課題で
ある。

［課題を解決するための手段］ 上述の課題は、 光透過性部材を有して成る軸対称の対象物体の少なくと
も一部分の該光透過性部材の肩囲に対象物体に対して略
同心円状に近接配置された光源から軸に向かって軸に沿
った微小幅で光を照射することを含んで成る照明方法 により解決されることが見出された。

本発明は特に軸対称の対象物体、特に円錐台形状や円筒
形状の対象物体を照明して検査するのに有用であるが、
実用的には多少の凹凸を有する軸対称の対象物体や他の
形状の対象物体、例えば楕円筒形状や角柱形状の対象物
体にも有用である。

本発明の特に好ましい態様では、対象物体の軸に沿った
微小幅にわたり大部分が軸に向かう光、即ち、指向性の
強い光を対象物体に放射する。

本明細書において「大部分」なる語は、必ずしも全ての
光が軸に対して垂直に軸に向かって進むのではないが、
実用的には光が軸に対して垂直に軸に向かって進むと見
なし得るという意味で使用している。

また、光源から放射される光は対象物体に向かって光源
から均等に放射され、更に、対象物体表面においても均
等であるのが好ましいが、実用的に問題が起こらない程
度であれば若干のばらつきは許容される。

本明細書において対象物体の「軸方向」なる語は、対象
物体の照明または検査すべき面または仮想断面に垂直な
方向またはその方向と若干の角度を成す方向を意味する
。また、「軸」なる語は、そのような面、好ましくはそ
のような面の中心を垂直に通過する（場合により仮想的
な）直線を意味する。

例えば、円筒形状対象物体の頂面、底面およびこれらに
平行な仮想断面について検査をする場合は、軸は対称軸
となる。

より特に好ましい態様では、対象物体の軸方向の微小幅
にわたって放射する光は、対象物体の軸を中心とする周
方向の少なくとも一部分、好ましくは３分の１周、より
好ましくは半周、特に全周から軸に向かって放射される
。

本明細書において「光透過性の対象物体」なる語は、照
射した光の少なくとも一部分は対象物体に入射して対象
物体内を通過してそれから出射するような性質を有する
対象物体を意味する。

従って、完全に不透明な対象物体は、本発明の対象から
除かれるが、不透明な物質が対象物体の一部分として含
まれている場合であっても、残りの部分が上述のように
光を透過・出射する性質を有する場合は本発明の対象物
体の範囲内に包含される。

本発明は更に、上記照明方法を利用した対象物体の検査
方法を提供する。即ち、本発明の照明方法により対象物
体を照明し、対象物体から出て来る光の相対的な差を適
当な方法により例えば画像として観察することにより対
象物体を検査できる。

本発明の照明方法により光源から放射されて対象物体に
照射された光は、対象物体中を通過する途中、容器の材
料、容器内の充填物などのような対象物体を構成する種
々の媒体に衝突して散乱を繰り返しながら進行し、最終
的には容器から出て行く。このようにして容器から出て
くる光の量の差異を光を照射した方向とは異なる方向か
ら対象物体を目視により観察したり、またはＶＴＲやＣ
ＣＴカメラなどにより撮影した画像により判断する。

観察または撮影する方向は光の照射方向と異なれば特に
限定されるものではないが、仮想断面と平行な面、即ち
、対象物体の軸に垂直な面において目視または撮影など
により観察するのが好ましい。即ち、対象物体の軸方向
で対象物体からある程度離れた位置から対象物体を観察
する。

このような照明工程を対象物体の軸方向に適当な幅ずつ
、好ましくは微小幅ずつ断続的に順次ずらして実施し、
あるいは連続的に軸方向にトラバースして光源の照射位
置に応じた画像を撮影または目視により観察し、観察さ
れる画像の明暗等を中心とする状態の変化により対象物
体中の異物の存在の有無などを検知する。

次に、円筒形状対象物体を検査する場合を例として添付
図面を参照して本発明を具体的に説明する。

例として円筒形状対象物体の一部分を第１図に断面図で
示す。第１図は、中央に（例えばゲル含有）懸濁物を充
填する空間ｌ（未充填空隙部１６が上部に存在）があり
、その右側に例えば水が充填された空間２（液面１７が
存在し、上部に空隙部が存在）を有し、両端を透明なプ
ラスチック族の蓋３で閉じた透明なプラスチック製容器
５（例えばいずれもポリカーボネート族）である。空間
ｌと２とは懸濁物は通過しない程度の孔寸法を有する適
当なフィルター４（例えばポリエチレン族）により隔て
られている。図示していないが、空間２の出口は適当な
手段により閉じられて水は封止されている。

いかなる理論によっても拘束されるものではないが、本
発明は以下の原理に基づくであろうと推測される。

第１図において、例えば点Ａにおいて対象物体であるプ
ラスチック製容器５の肩囲に微小幅の光源を近接して配
置し、対象物体の軸６に向かって軸に沿った微小幅で光
を放射して容器５を照明する。光源Ａから放射される光
の一部分は、容器５の外側表面で反射するが、残りの光
は容器壁を介して容器内に入る。この光は、容器壁を通
過中に光は一部散乱されるが、残りの光は容器内部、即
ち、空隙部１６および懸濁物ｌに入る。

空隙部１６を通過する光の一部分は懸濁物液面で反射さ
れた後、再度容器内壁面で反射され、このような反射を
繰り返して容器から出る。このような光は後述するよう
な懸濁物中を通過する光とは散乱される程度が異って容
器から出る。

残りの光は懸濁物中に入り、懸濁物中のゲル粒子や容器
壁などに衝突して散乱しながら種々の方向に進行し、最
終的には容器５から出て行く。懸濁物はマクロ的には均
質であり、いずれの光も懸濁物表面付近で同じ確率でラ
ンダムに散乱されると見なすことができる。

また、光が衝突・通過する媒体に応じて一部分の光が吸
収される場合があり、この場合も媒体に応じて吸収され
る程度が異なる。

光が媒体中を通過する間に散乱や吸収される程度は、光
が通過する媒体に依存する。第１図の対象物体の場合、
容器５に入る光は、大別してプラスチック容器を通過す
る光、空隙部を通過する光およびゲル懸濁物を通過する
光に区別される。これらの光はそれぞれの媒体中を媒体
の性質に応じた程度で散乱や吸収されて容器から出て行
く。

従って、容器から出て行く光の内、一方向、例えば軸方
向から出る光の量を観測すると通過する媒体の性質に応
じた光量となっているはずである。

即ち、上記３種の光の内、軸方向に出る光量には相対的
な差が生じ、軸方向から観察すると、これを明暗差（コ
ントラスト）として観測できる。

従って、第１図において容器５の右側方向から容器、特
にその蓋部分３を目視により観察するか、その部分をカ
メラで撮影すると、光が媒体を通過する過程が異なり、
それにより光量が異なるので容器壁面に対応する環状部
分およびその内側の円形部分から成る同心円の画像が得
られる。円形部分は、空隙部１６に対応する弓形部分と
懸濁物に対応するそれ以外の部分に更に区別される。

このように３つに区分された画像は、それぞれの部分に
おいては画像には明るさの斑は実質的にはないが、それ
ぞれの部分の境界はコントラストの差が明確となってい
る。対象物体やゲル懸濁物などの固有の光透過率や光散
乱率などにより影響されるが、例えば、空隙部に対応す
る部分が最も明るく、懸濁物に対応する部分が最も暗く
観察される。これは、光が入射した後に散乱・吸収など
を繰り返して容器から出るまでの過程の差に対応する明
るさとなるからである。

しかしながら、このような光の進行の過程で、ゲル粒子
とは別の物、例えば異物（または傷）等が容器中に存在
したり、蓋３に傷がある場合、そのような異物等に衝突
したり、またはそのような異物の中を通過する光につい
ては異物の周囲を通過する他の光と異なる挙動をとる。

このような光の挙動の差は、上述の例えばプラスチック
壁部と懸濁物中を通過する光の場合と同様に最終的に撮
影される画像の相対的な明るさに影響を与えることにな
る。

従って、対象物体に光を入射させて、その中を通過して
出てくる種々の光を何等かの手段で検知して例えば光量
などによって相対的に比較することにより、対象物体中
に於けるバルク物質とは異なる物または変化の存在、例
えばゴミや混入異物、プラスチック材料中の傷、気泡、
部材の境界などの存在を検知できることになる。

本発明の特に好ましい態様では、対象物体の軸方向の微
小幅にわたり対象物体の軸に向けて対象物体の周囲から
好ましくは均等に光を照射する。

このような照射に使用する光源として特に好ましいのは
、環状のスリット光源である。この環状のスリット光源
７の斜視図を例として模式的に第２図に示している。

このようなスリット光源は、スリット状の開口８を有す
る容器内に例えば蛍光灯、ネオン灯のような光源を配置
して構成できるが、特に好ましい態様では、光ファイバ
の光の出口９を放射状に環の中心に向けて環の周囲に列
状に配置したもの（光ファイバを一列で周囲に配置した
ものを部分的に図示）を光源として使用する。このよう
な光源では、真の光源ｌＯから光ファイバ１１（束とし
て図示）により光が出口９まで伝達される。

対象物体の全体を照明して検査するには、図示するよう
な環状の光源が特に好ましいが、必ずしも環状である必
要はなく、目的に応じて例えば半周状、３分の１周状で
あってもよく、場合によっては、スポット的なものであ
ってもよい。例えば対象物体の軸に対して片側だけを検
査する必要がある場合であれば、半円の光源とすること
も可能である。また、軸を中心に対象物体を回転するこ
とにより、環状光源を使用しない態様を採用することも
可能である。

光源のスリット８の幅も目的に応じて適宜選択されるが
、幅が大きい場合、光源から対象物体に放射される光線
の条件が一定とならず、即ち、スリットの両端から放射
されている光線は、進行すべき距離が少なくともスリッ
トの幅に相当する距離だけ異なることになる。従って、
光源を軸方向にトラバースすることによる画像の変化が
顕著にならず、小さい異物等の検知が困難となるので、
可能な限り細いスリットを有する光源を使用してシャー
プな像を得るのが好ましい。

スリット８の幅は、対象物体との距離や検査の目的にも
よるが、通常５ｍ＋ａ以下であれば十分であり、好まし
くは３順以下、より好ましくは２＋ａ＋＋＋以下である
。

対象物体と光源との距離は目的に応じて適当に選択でき
るが、両者が離れ過ぎると、対象物体に有効に進入する
光量が減り、また、−光源からの全ての光が軸に向かう
わけではないので、照射幅がスリット幅より広くなって
上述と同様の不都合が生じ得る。従って、光源と対象物
体は可能な限り接近しているのが好ましい。光源と対象
物体との距離は、実用的には例えばｌｏｎ＋ｍ以下、好
ましくは５ｍｍ以下である。

本発明の照明または検査方法を実施する場合、余分な光
が対象物体に照射されないようにするのが好ましい。例
えば実施する室内に別の光源が存在すると、不要な反射
光などが表れて対象物体を通過する光により得られる画
像が不鮮明になる。

従って、本発明の方法を暗箱や暗室などで行うのが望ま
しい。

第３図に本発明の方法を模式的に斜視図で示している。

対象物体５を適当な治具１２に固定する。

また、環状スリット光源７は、移動機構１４（例えばラ
ック＆ビニオン）を備えた治具１３により対象物体の軸
方向に対象物体が光源７の環を通過して移動可能となる
ように配置されている。このように配置して対象物体５
に光源７から光を照射して対象物体の端面１５を（第３
図の場合では左手前から）適当な方法により観察する。

本発明の方法において、対象物体の端面１５から観察方
向に出てくる光の相対的な光量の差異、即ち、明るさの
差異の観皺は上述のように、目視によって、あるいはＶ
ＴＲカメラやＣＣＴカメラのような適当な撮影装置を使
用して、第１図の右方から蓋２を見るように観察・撮影
するのが特に好ましい。

このようにして第１図に示した対象物体に第２図の光源
を使用して光を照射することにより、対象物体から軸方
向に出て来る光量の相対的な差異について撮影または目
視により観察された画像を第４図に模式的に示す。この
場合において、光源として出力８３Ｗのハロゲンランプ
を用い、外径ｏ、ｏｓｍｍの光ファイバーを３列に並べ
て埋設したものを使用し、環の内径は６５ｍｍ、スリッ
トの幅は１．５ｍｍであった。対象物体であるプラスチ
ック容器の寸法は直径約６０關、長さ約８５ｍｍであり
、懸濁物はポリスチレンより成る多孔質ビーズの水分散
液であった。

第１図の上方の矢印に付したアルファベットは光源の位
置であり、その位置に光源がある場合に観察される画像
を対応するアルファベットで第４図に示している。

本発明の方法を確認する意味で、プラスチック製容器の
空間１には空隙部１６を存在させ、フィルターの一部分
を破損して水の下部には懸濁物が堆積させ（第１図に図
示せず）、また、蓋の表面（側・面および底面部）には
傷を付けている。

尚、上述のようにプラスチック容器５の（比較的薄い）
肉厚に対応して画像の最外部に細い幅を持つ環状部分が
形成されるが、簡単の為、これについては開面に示して
いない。

第４図（ａ）は、画像の上方部分が相対的に明るく、逆
に下方部分が相対的に暗くなっている。これは、上述し
た如く対象物体の空間ｌにはゲル懸濁物が完全に充填さ
れていない空隙部分１６が存在することに対応する画像
である。

第４図（ｂ）は、光源がプラスチック容器５の蓋３と本
体との重なり部分に対して光を照射している場合に観察
される画像である。この場合、蓋３と容器５との境界面
においても光が反射する。この為か、プラスチック容器
に付けた傷に対応して画像中に暗い部分が認められる。

また、この場合において、２重の同心円の画像が観察さ
れたが、これは、蓋３の対象物体の軸に対する角度が点
Ｂにおいて変わっていることに対応するものであると考
えられる。

第４図（ｃ）は、（ｂ）の場合とは異なり、ゲル懸濁物
が存在しないし、フィルター４で反射される光量が多く
なり、カメラに向かう光量は全体として増えるので画像
全体としては明るくなる。この場合、水の液面は観察さ
れず、点Ｃ傷の部分を透過してカメラに向かって行く光
量は減るのでそれに対応して一部分が暗くなっている。

また、（ｂ）の場合には観察された同心円は観察されな
い。

第４図（ｄ）は、空間２のほぼ中央付近に光源を位置さ
せた場合である。この部分では、空間ｌから漏れ出たゲ
ルが水の下方の堆積し、また、ゲルと水との界面を目視
ではっきり確認できるような状態である。このような場
合の画像は、第４図（ｄ）の如く、画像下方部分でゲル
と水との界面に対応して相対的な明るさに差異が認めら
れる。更に、水と空気との界面も画像中の明るさの差異
により明確に形成されている。（ｃ）で観察されなかっ
た液面が（ｄ）で観察されたのは光の反射・散乱等の具
合によるものと考えられる。

第４図（ｅ）は、蓋の面が斜めになり始める位置（点Ｂ
の上方）付近で光を照射した場合の画像である。

この場合、照射された光は蓋の傾斜面で反射されるもの
が相当量あると考えられ、これらの光は軸方向において
は観察されにくいと考えられる。結果的に傷が白く光る
ように見える。図面では、白色部分との違いを明確にす
るために、それ以外の部分を濃くしている。

第４図（ｆ）の場合では、蓋の気相部分には気相中の水
が凝縮して液滴となって蓋内側に付着したものが存在す
るが、この液滴に対応する画像が認められる。これも、
光が複雑に反射・散乱・透過等を繰り返した結果として
の画像であろう。

上述の説明から理解されるように、第４図（ｅ）および
（ｆ）においては対象物体を通過した光だけではなく、
対象物体で反射した光も検知に有効に寄与しているこは
明らかである。

上述のように、光源により照射された部分近傍の対象物
体中に異物や媒体に変化がある場合、それに応じて撮影
される画像が種々異なり、または蓋において目視により
観察される画像が変化するので、それらの存在の有無を
検知するために本発明の方法を使用できる。例えば、上
述の例では、空隙の有無、傷の有無、フィルターの破れ
によるゲルの漏れなどを本発明の方法により検知できる
。

照明位置と画像の変化との対応は完全に一義的に決定さ
れるとは限らないが、照射された部分に存在する異物ま
たは媒体の変化の存在により光が最も影響を受けるのは
当然であり、画像の変化は、照明位置における対象物体
の状態変化等に対応するものと考えられる。また、場合
によっては、予め傷等を付けたモデルの対象物体に本発
明の方法を適用し、傷の位置と画像の関係を求めること
も可能である。

より確実に対象物体を検査するには、所定の規格を満足
する対象物体を同じ条件で照射してその時の画像の変化
の様子を予め求めておき、その後、検査すべき対象物体
を同じ条件で照明して画像を撮影し、これらの画像を、
好ましくはオンラインで、比較することにより対象物体
の異常の有無を確認できる。

更に、本発明は、上述のような検査方法を実施するため
の検査装置を提供する。

即ち、本発明の検査装置は、光透過性の対象物体の一部
分に対して光を照射する光源および対象物体中を通過し
て出てくる光の量の相対的な差を光の照射方向とは異な
る方向から観察する装置を有して成る。

より好ましい態様では、本発明の検査装置は、軸対称の
対象物体の軸の周囲の少なくとも一部分から軸方向に沿
った微小幅で対象物体の軸に向かって光を照射する光源
および対象物体を通過して出てくる光量の相対的な差を
観察する装置を有して成る。

本発明の最も好ましい態様では、軸対称形状の対象物体
を検査する装置は、第２図に示すような環状のスリット
状光源を有して成る。

本発明の方法および装置では、対象物体と光源を相対的
に移動させて画像をカメラを使用して撮影するのが最も
適当である。この場合、光源を固定して対象物体を移動
する方法および逆に光源を移動して対象物体を固定する
方法の双方が考えられる。

カメラの焦点を合わせる手間を考えると、カメラと対象
物体との相対的な位置関係を固定し、光源を対象物体に
沿って移動させるが、光源を固定し、カメラと対象物体
とを一体に移動させ、必要に応じて撮影する面に焦点を
微調整する後者の態様が特に好ましい。

［発明の効果］ 本発明によると、光源およびカメラをそれぞれ１台使用
するだけで対象物体の任意の箇所の検査をすることが可
能となり、極めて簡単かつ安価に対象物体の照明や検査
が可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の方法を使用して検査する対象物体の一
例としての断面図、第２図は本発明の方法に使用できる
光源の一例としての斜視図、第３図は本発明の方法を模
式的に示す斜視図、第４図（ａ）〜（ｆ）は本発明の方
法により撮影された画像の模式図である。 １．２・・・空間部、３・・・蓋、４・・・フィルター
５・・・プラスチック容器、６・・・軸、７・・・光源
、８・・・スリット、９・・・光７アイバ出口、ｌＯ・
・・真の光源、ｌｌ・・・光ファイバ、１２．１３・・
・固定治具、１４・・・移動機構、１５・・・端面、１
６・・・空隙部、１７・・・水面。 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、光透過性部材を有して成る軸対称の対象物体の少な
   くとも一部分の該光透過性部材の周囲に対象物体に対し
   て略同心円状に近接配置された光源から軸に向かって軸
   に沿った微小幅で光を照射することを含んで成る照明方
   法。 ２、軸対称の対象物体が円筒形状であり、対象物体の全
   周から軸方向に微小幅のスリット光を照射する請求項１
   記載の照明方法。 ３、請求項１または２記載の照明方法により対象物体を
   照明し、対象物体を通過して出て来る光量の相対的な差
   を観察することを含んで成る対象物体の検査方法。 ４、軸方向から対象物体を目視または対象物体を撮影す
   ることにより光量の相対的な差を観察する請求項３記載
   の検査方法。 ５、軸対称の対象物体の周囲の少なくとも一部分に対し
   て略同心円状に近接して配置され、軸に沿った微小幅で
   軸に向かって光を放射する光源および対象物体を通過し
   て出て来る光の相対的な差を観察する手段を有して成る
   請求項３または４の検査方法を実施するための検査装置
   。