JPH0443813Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 〔考案の利用分野〕 本考案は表面欠陥計測装置に係り、特に円筒形
状の内周面の欠陥を計測するのに好適な表面欠陥
計測装置に関する。

〔考案の背景〕

従来のこの種の表面欠陥計測装置にあつては投
光器からの光線を回転ミラー等で走査し、被測定
物の表面の測定開始点から測定終了点まで順次、
光線を照射し、その反射光をイメージセンサで光
電変換し、該イメージセンサの出力を処理装置で
演算処理し、欠陥の有無の判定を行うようにして
いる。

しかしながら上記従来装置では、被測定物の表
面にごみ等が付着している場合でも、被測定物の
表面に傷等の欠陥が生じたとして判定し、傷等の
ない良品の物でも不良品として廃却されるおそれ
があつた。

そこで従来装置を用いて検査する場合には不良
品になつたものを人手によつて再検査を行うか又
は検査の前工程に洗浄機を設置し、被測定物の表
面を洗浄していた。そのために従来装置を用いた
場合には、被測定物の表面欠陥を計測する際、歩
留りが低下したり、再検査工数が増加したり、あ
るいは全自動化しているライン内で目視検査をす
るためのライン内設備結合用コンベア等の設備投
資額が増大するという問題があつた。

また上記従来装置を構成するスキヤナ、回転ミ
ラーには可動部があり、これらの可動部の摩耗、
あるいは光学系のアライメントのずれから、故
障、動作不良を生じやすいという問題もある。

また上記従来装置では被測定物の測定開始点か
ら測定終了点まで順次、走査し、反射光を光電変
換していくため、被測定物の測定面積が大きくな
ると、表面欠陥計測に要する時間がその面積に比
例して長くなるという問題もあつた。

〔考案の目的〕

本考案の目的は被測定物表面における傷、鋳巣
等の欠陥の有無及び切粉、水滴、油滴等のごみ類
の付着の有無を自動判別することができ且つ信頼
性の向上及び、計測時間の短縮化を図つた表面欠
陥計測装置を提供することにある。

〔考案の概要〕

本考案は、被測定物の画像信号を取り込むため
の光学系を収容する円筒形状の測定ヘツドと、該
測定ヘツドの外周に設けた環状の光源ランプと、
該光源ランプの下側で測定ヘツドの中心軸線上の
端部に設けた集光レンズと、前記測定ヘツドに収
容され該集光レンズの光軸に直交するように各画
素が２次元配列され、光源ランプに照射された被
測定物の反射光を集光レンズ及び光フアイバーを
経由して光電変換し、被測定物の各検査部位に対
応した画像データを出力するイメージセンサと、
該イメージセンサからの画像データと予め設定し
記憶してある欠陥判別用基準データとを比較し欠
陥の有無を判別するとともに、欠陥ありと判定し
たときには、前記欠陥ありと判定された画像デー
タに隣接する画像データを予め設定し記憶してあ
る付着物判別用基準データと比較し、前記隣接す
る画像データが該基準データを超えている場合は
付着物ありと判定し、前記隣接する画像データが
前記付着物判別用基準データを超えていない場合
は傷ありと判定し、該判定結果を画像等により表
示させるための表示信号を出力すると共に、計測
時に測定ヘツドを被測定物の長手方向に直線移動
させ、かつ、１個の被測定物の計測終了毎に順次
他の被測定物の測定位置まで移動させるための制
御信号を出力する制御回路と、該制御回路からの
制御信号に基づいて測定ヘツドを駆動する駆動手
段と、制御回路からの表示信号を受けて被測定物
の計測結果を表示する表示手段とから構成された
ことを特徴とするものである。

〔考案の実施例〕

本考案の実施例を図面に基づいて説明する。第
１図には本考案に係る表面欠陥計測装置の一実施
例の構成が示されており、同図において１は被測
定物８０の内周面８１における欠陥の有無及びご
み等の付着の有無を計測する測定ヘツドであり、
該測定ヘツド１は第２図に示すように測定ヘツド
１の外周に環状に設けた光源ランプ２、光源ラン
プ２の下側で測定ヘツド１の中心軸線上の端部に
設け光源ランプ２より被測定物８０の内周面８１
に照射された反射光を集光する魚眼レンズ３、魚
眼レンズ３により集光された光を伝送する光フア
イバ４及び魚眼レンズ３の光軸に直交するように
各画素が第３図に示すようにマトリクス状に２次
元配列されたイメージセンサ５から構成されてい
る。

測定ヘツド１の側部にはガイド部７Ａ，７Ｂが
形成されており、左右送り台１２に形成されたレ
ール９，９に摺動自在に嵌装されている。またガ
イド部７Ａには上下送りボールナツトが形成され
ており、左右送り台１２に固設された上下送りモ
ータ１０の回転軸に連結されたスクリユーロツド
８が前記上下送りボールナツトに螺合するように
構成されている。更に左右送り台１２は固定壁に
固設されたレール１６，１６に摺動自在に嵌装さ
れ且つ左右送り台１２に固設された左右送りボー
ルナツト１１にはボールスクリユー１３が螺着さ
れている。そしてボールスクリユー１３の両端は
固定壁に固設された軸受１５，１５で支持され、
左右送りモータ１４により回転駆動されるように
構成されている。

１７，１８は上下送りモータ１０、左右送りモ
ータ１４をそれぞれ駆動するための駆動回路であ
る。また２１は被測定物８０の計測結果を文字等
で表示する表示ユニツト、４７は同様に計測結果
を画像表示する画像表示部である。更に２０は測
定ヘツド１より信号ケーブル６を介して送出され
る画像データを取込み、後述する演算処理を行
い、上下送りモータ１０、左右送りモータ１４に
それぞれ駆動回路１７，１８を介して測定ヘツド
１を位置制御するための信号を出力し且つ被測定
物８０の計測結果を表示するための表示信号をそ
れぞれ表示ユニツト２１、画像表示部４７に出力
する。

次に制御回路２０の具体的構成を第４図に示
す。制御回路２０は測定ヘツド１からの画像信号
をフレームメモリ４２の所定のメモリエリアに格
納するための画像信号インターフエイス４１、画
像表示部４７の１画面分の画像データが格納され
るフレームメモリ４２、各種の演算処理を行うマ
イクロコンピユータ４４、測定開始指令を取り込
み、ラインを駆動するための計測結果を示す判定
信号を出力するデイジタル入出力ポート４５、フ
レームメモリ４２に格納された画像データを画像
表示部４７に出力するための画像表示インターフ
エイス４６、被測定物８０の計測結果を画像表示
する画像表示部４７、マイクロコンピユータ４４
の演算処理により得られた被測定物８０の計測結
果を示す判定信号を出力するためのデイジタル出
力ポート４８、上下送りモータ１０、左右送りモ
ータ１４にそれぞれ駆動信号を出力する駆動回路
１７，１８にそれぞれ測定ヘツド１を所定位置ま
で移動させるための制御信号を出力するデイジタ
ル出力ポート４９から構成されている。

次にマイクロコンピユータ４４により実行され
るプログラムの内容を第５図及び第６図に示す。
第５図においてプログラムが起動されると、ステ
ツプ100で計測回数計数カウンタＣ（このカウンタ
はソフトカウンタである。）がリセツトされ次の
ステツプ101で計測開始か否か、換言すれば測定
開始指令がデイジタル入出力ポート４５に入力さ
れたか否かの判定が行われ（第７図Ａ）、ステツ
プ100で測定開始指令が入力されていない場合に
は同じ判定を繰り返し、他方測定開始指令がデイ
ジタル入出力ポート４５に入力された場合には次
のステツプ102に移行する。ステツプ102ではソフ
トカウンタＣの更新がなされ、次のステツプ103
で制御回路２０より駆動回路１７を介して上下送
りモータ１０に下降用駆動信号が出力され（第７
図Ｂ）、測定ヘツド１は測定開始点より被測定物
８０の内周面８１に沿つて降下する。更にステツ
プ104では測定ヘツド１内のイメージセンサ５か
ら被測定物８０の内周面８１に関する画像データ
が取り込まれ（第７図Ｆ）、次のステツプ105では
イメージセンサ５における各画素における画像デ
ータがフレームメモリ４２における所定のメモリ
エリアに格納される。すなわちイメージセンサ５
により撮像される画像は第８図における符号Ｑで
示すようにドーナツ状となり、この画像Ｑを構成
する各画素の位置は極座標で表わされ、これを直
交座標に変換することによりイメージセンサ５の
各画素に対応する所定のメモリエリアに画像デー
タが記憶される。ここで第８図に示す画像Ｑにお
いて半径方向は被測定物の深さ方向を示し、円周
方向は被測定物８０の内周面８１における円周方
向の画像を示している。そして次のステツプ106
ではフレームメモリ４２に格納された画像データ
に基づいて被測定物（ワークと記す。）８０の内
周面８１における欠陥部位の検査が行われる。す
なわちフレームメモリ４２の各アドレスに記憶さ
れている画像データとマイクロコンピユータ４４
内におけるROMに予めフレームメモリ４２の各
アドレスに対応して記憶されている受光量の基準
値を示す基準データと比較する。更にステツプ
107ではステツプ106における比較結果に基づいて
欠陥の有無の判別がなされる。そしてステツプ
107で欠陥が無いと判定された場合にはステツプ
108でデイジタル出力ポート４８より該当するワ
ークが合格品である旨の表示を行うたの表示結果
が表示ユニツト２１に出力される。

他方ステツプ107で欠陥ありと判定された場合
には第６図に示すステツプ114に移行する。ステ
ツプ114乃至116ではステツプ107で欠陥ありと判
定された画像データが格納されているフレームメ
モリ４２における各アドレスに隣接するアドレス
に格納された画像データについても受光量の基準
値を示す基準値データと比較され欠陥の有無及び
ごみ等の付着の有無等の判定がなされる。この判
別処理をアナログ的に説明すると、例えば第１０
図に示すようにワーク８０における高さh2では
内周面８１に付着したごみ８２の影となり、第１
１図に示す高さh2の出力波形が得られ、高さh3
の位置に比較してイメージセンサ５における受光
量を示す出力電圧レベルが低下する。またワーク
８０の内周面８１における高さh2の位置から△
h1だけ距離が離れた光源ランプ２に近い高さh1
の位置、すなわちごみ８２の光反射面の法線と光
の入射光とのなす角度をθ1とし、前記法線と魚眼
レンズ３へ向つて光が反射する光線とのなす角度
をθ2とするとθ1＝θ2となる点Ｐでは第１１図に示
すh1の出力波形が得られる。ここで点Ｐにおけ
る出力電圧レベルが予め設定されたごみ判別のた
めの基準電圧レベルV2より大きければワーク８
０の内周面８１の点Ｐの位置にごみが付着されて
いると判定される。

他方第１０図においてワーク８０の内周面８１
における高さh4の位置では鋳巣８４により光源
ランプ２から照射された反射光量が減少し、第１
２図に示すh4の出力波形が得られ、鋳巣８４の
位置でイメージセンサ５における受光量を示す出
力電圧が低下し欠陥があると判別されるが、高さ
h₄の位置から△h₂だけ離れた高さh₃の位置では受
光量を示す出力電圧レベルがごみ判別のための基
準電圧レベルV₂を超えていないからワーク８０
の内周面８１における高さh4の位置には傷があ
ると判定される。

上記した欠陥判別のための基準電圧V1及びご
み判別のための基準電圧V2を示す基準データは
一定値に固定するのではなく、ワーク８０の内周
面８１、光源ランプ２、魚眼レンズ３のよごれ、
あるいはイメージセンサ５の感度等の状態により
自動的に最適値に設定される。このように上記し
た状態の変化に対応して常に高い精度でワークの
欠陥の有無及びごみ等の付着の有無を計測するこ
とができる。ステツプ116でワーク８０の内周面
８１に傷又は鋳巣があると判定された場合にはス
テツプ117で制御回路２０における画像表示イン
ターフエイス４６より画像表示部４７に傷あるい
は鋳巣の発生箇所を画像表示するための表示信号
が、又、デイジタル出力ポート４８より表示ユニ
ツト２１に文字等でその旨を表示させるための判
定信号がそれぞれ出力される。またステツプ116
でワーク８０の内周面にごみあるいはよごれがあ
ると判定された場合にはステツプ118で同様に画
像表示部４７、表示ユニツト２１にそれぞれ画像
表示インターフエイス４６、デイジタル出力ポー
ト４８より表示信号あるいは判定出力信号が出力
される。ここで画像表示部４７における表示面に
は第１３図に示すような画像が表示される。すな
わち同図に示すようにワーク８０の被測定面（内
周）８１はドーナツ状の画像９０として描出さ
れ、例えば傷または鋳巣等の欠陥が生じている箇
所には赤丸でまたごみ等が付着している箇所には
青色の△印で表示される。ここでドーナツ状の画
像９０の円周方向はワーク８０の内周面８１にお
ける円周方向の位置に対応し、半径方向はワーク
８０の深さ方向に対応している。

ステツプ116で計測対象であるワーク８０が合
格品であると判定された場合にはステツプ108に
移行し、前述と同様に表示ユニツト２１に合格品
である旨表示され、次のステツプ109で該当する
ワーク８０の計測が終了したか否かの判定がなさ
れる。ステツプ109で計測が終了していないと判
定された場合にはステツプ103に戻り、前述と同
様の処理が行われる。一方ステツプ109で計測が
終了したと判定された場合にはステツプ110で制
御回路２０におけるデイジタル出力ポート４９よ
り駆動回路１７を介して上下送りモータ１０に測
定ヘツド１を上昇させるための制御信号が出力さ
れ、測定ヘツドは計測開始位置まで上昇し、その
位置で停止する。更にステツプ111では計測回数
計数カウンタＣの内容が予じめ設定してある計測
回数ｉに達したか否かの判定がなされ、すなわち
計測対象となつているすべてのワークの計測が終
了したか否かの判定がなされる。ステツプ111で
全てのワークの計測が終了していないと判定され
た場合にはステツプ113に移行し、ステツプ113で
制御回路２０におけるデイジタル出力ポート４９
より駆動回路１８を介して左右送りモータ１４に
測定ヘツド位置を右方向に移動させるための制御
信号が出力されステツプ101に戻り前述の処理を
繰返す。

一方ステツプ111で計測対象となつているワー
クのすべての計測が終了したと判定された場合に
はステツプ112で制御回路２０のデイジタル出力
ポート４９より駆動回路１８を介して左右送りモ
ータ１４に測定ヘツド１を頭上、左方向に元の位
置まで移動させるための制御信号が出力され、こ
のプログラムの実行を終了する。

本実施例では、被測定物の表面に光を照射し、
この反射光を各画素が２次元配列されたイメージ
センサ５に入射し、イメージセンサ５の出力レベ
ルを、欠陥判別のための基準電圧とごみ判別のた
めの基準電圧の２つの基準電圧と大小比較するこ
とにより、被測定物の表面にごみ等が付着したか
否か、あるいは被測定物の表面に欠陥が生じたか
否かを判定するように構成したので、被測定物の
表面欠陥を確実に計測することができ、且つ計測
時間の短縮が図れると共に前工程の洗浄機が不要
になるので設備費の低減を図ることができる。

また、測定ヘツドに回転ミラー等の可動部がな
く、かつ、測定ヘツドを回転させる必要がないの
で、装置の構成が簡単であり測定精度を向上させ
ることができる。

〔考案の効果〕

本考案によれば、被測定物表面における傷、鋳
巣等の欠陥の有無及び切粉、水滴、油滴等のごみ
類の付着の有無を自動判別することができ且つ信
頼性の向上及び、計測時間の短縮化が図れる。

【図面の簡単な説明】

第１図は考案に係る表面欠陥計測装置の一実施
例を示す構成図、第２図は第１図における測定ヘ
ツド１の構成図、第３図はイメージセンサ５の各
画素が２次元配列された状態を示す図、第４図は
制御回路２０の具体的構成を示すブロツク図、第
５図及び第６図はマイクロコンピユータ４４によ
り実行されるプログラムの内容を示すフローチヤ
ート、第７図は制御回路２０の各部の動作状態を
示すタイミングチャート、第８図はイメージセン
サ５により撮像される画像Ｑを分担する各画素の
位置関係を示す図、第９図は第８図に示したイメ
ージセンサ５の各画素に対応して直交座標系に表
わされたメモリの格納位置を示す図、第１０図は
ワーク８０の内周面８１における表面欠陥の計測
状態を示す図、第１１図はワーク８０の内周面８
１にごみが付着した場合におけるイメージセンサ
５の出力電圧と基準電圧との関係を示す図、第１
２図はワーク８０の内周面８１に鋳巣、傷等が発
生してる場合におけるイメージセンサ５の出力電
圧と基準電圧レベルとの関係を示す図、第１３図
はワーク８０の内周面８１に鋳巣、傷等の欠陥が
生じている場合あるいはごみ等が付着した場合に
おける画像表示部４７の画面に表示される画像を
示す図である。 １……測定ヘツド、２……光源ランプ、３……
魚眼レンズ、４……光フアイバ、５……イメージ
センサ、１０……上下送りモータ、１２……左右
送り台、１４……左右送りモータ、１７，１８…
…駆動回路、２０……制御回路、２１……表示ユ
ニツト、４７……画像表示部。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 被測定物の画像信号を取り込むための光学系を
   収容する円筒形状の測定ヘツドと、該測定ヘツド
   の外周に設けた環状の光源ランプと、該光源ラン
   プの下側で測定ヘツドの中心軸線上の端部に設け
   た集光レンズと、前記測定ヘツドに収容され該集
   光レンズの光軸に直交するように各画素が２次元
   配列され、光源ランプに照射された被測定物の反
   射光を集光レンズ及び光フアイバーを経由して光
   電変換し、被測定物の各検査部位に対応した画像
   データを出力するイメージセンサーと、該イメー
   ジセンサからの画像データと予め設定し記憶して
   ある欠陥判別用基準データとを比較し欠陥の有無
   を判別するとともに、欠陥ありと判定したときに
   は、前記欠陥ありと判定された画像データに隣接
   する画像データを予め設定し記憶してある付着物
   用判別用基準データと比較し、前記隣接する画像
   データが該基準データを超えている場合は付着物
   ありと判定し、前記隣接する画像データが前記付
   着物判別用基準データを超えていない場合は傷あ
   りと判定し、該判定結果を画像等により表示させ
   るための表示信号を出力すると共に、計測時に測
   定ヘツドを被測定物の長手方向に直線移動させ、
   かつ、１個の被測定物の計測終了毎に順次他の被
   測定物の測定位置まで移動させるための制御信号
   を出力する制御回路と、該制御回路からの制御信
   号に基づいて測定ヘツドを駆動する駆動手段と、
   制御回路からの表示信号を受けて被測定物の計測
   結果を表示する表示手段とから構成されたことを
   特徴とする表面欠陥計測装置。