JPH09199283A - ハロゲン電球の駆動方法およびこれを用いた立体物の形状検査装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 黒化を生じさせずにハロゲン電球のランプ寿
命を延ばすこと。 【解決手段】 ハロゲン電球３０の駆動制御信号に基づ
いて作動し、発光時には定格電圧でハロゲン電球３０を
駆動すると共に待機時には当該定格電圧に対する一定比
率の電圧レベルでハロゲン電球３０を駆動する。この定
格電圧に対する一定比率としては、６０％以上〜１００
未満であることが電球の黒化との関係で望ましい。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ハロゲン電球の駆
動方法に係り、特に、画像処理など一定間隔での照射が
必要とされるハロゲン電球の駆動方法に関する。

【０００２】また、本発明は、立体物の形状検査装置に
係り、特に、ハロゲンランプを用いて画像処理により立
体物の形状検査を行う立体物の形状検査装置に関する。

【０００３】

【従来の技術】従来より、砂型鋳造で鋳物を制作してい
る工程において、金型を抜く際に砂型がうまくはなれず
一部が欠けて砂型に欠陥を生じることがある。この欠陥
が生じている砂型により作成した鋳物は不良品になるた
め、注湯の前に型の不良を判定する必要がある。

【０００４】見かけ上全体が黒く、コントラストがほと
んどない３次元的に複雑な形状を有する砂型の欠陥を検
出するには、従来は目視により行っていた。また、砂形
表面の欠けによる欠陥部を画像処理により検出する事例
は知られていない。そのため、砂型表面に製造過程で生
起する欠陥部を画像処理により自動的に検出する装置を
開発し、一部を既に出願している（特願平６−２６１４
７２号）。

【０００５】この特願平６−２６１４７２号で開示した
技術は、標準データと、サンプルした検査データの３次
元形状データを明暗画像データとして直接比較すること
により欠陥を抽出するものである。

【０００６】このような画像処理用の光源としては、発
光するものであれば良く、どのような形式かは限定して
いないが、光学系で投影するためには、点光源でかつ高
出力が要求される。

【０００７】一般に、光源となるランプは、放電灯、蛍
光灯、白熱灯に分けられ、それぞれ特徴がある。格子
（スリット板）を投影するという目的からすると、小型
でかつ高出力である必要があり、事実上放電灯か白熱灯
に絞られる。放電管は発光効率が高くランプ寿命が長い
が、スタートに時間が必要で、駆動装置が大きく、コス
トが高いため現場向きでない。白熱灯は、寿命が数十時
間から千時間程度と比較的短いという短所があるが、小
型で出力が高く、調光が容易でかつコストが低いという
優れた長所を持っている。特にハロゲンランプは寿命ま
で明るさが変化しないため、工業用途での利用率は高
い。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、画像処
理においてハロゲン電球を使用する場合には、通常の照
明として用いる場合と異なり、撮像時にのみ発光すれば
よい。このため、撮像の待機時にはハロゲン電球をオフ
にするか、又は駆動電圧を低くすることで、ハロゲン電
球の寿命がのびることが予想される。

【０００９】白熱球は一般に、図１２に示すような電圧
−寿命特性を持っており、駆動電圧が低いほど寿命は延
びることが知られている。従って、必要時以外は駆動電
圧を低くすることで寿命がのびることが予想される。し
かし、これは連続定格の結果から類推されることであ
り、駆動電圧に変化が生じるような過度応答を含むよう
な条件下での詳細の特性は明らかになっていない。

【００１０】一方、画像処理の照明では、光束、輝度の
低下があると画像処理の精度に影響を及ぼすため、安定
して一定の輝度を維持する必要がある。

【００１１】

【発明の目的】本発明は、係る従来例の有する不都合を
改善し、特に、ハロゲン電球のランプ寿命を延ばすこと
のできるハロゲン電球の駆動方法および立体物の形状検
査装置を提供することを、その目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】そこで、本発明では、第
１の手段として、ハロゲン電球の駆動制御信号に基づい
て作動し、発光時には定格電圧でハロゲン電球を駆動す
ると共に待機時には当該定格電圧に対する一定比率の電
圧レベルでハロゲン電球を駆動するというハロゲン電球
の駆動方法を採っている。

【００１３】この定格電圧に対する一定比率としては、
６０％以上〜１００未満であることが、後述する電球の
黒化との関係で望ましい。特に、定格電圧の６５％〜７
５％の電圧レベルで駆動すると、ハロゲンランプの寿命
は最大定格の１４倍に及ぶ。

【００１４】さらに、本発明では、第２の手段として、
検査対象の立体物に光切断線を投影する光源部と、この
光源部によって光切断線が投影された立体物の表面を撮
像する撮像部と、この撮像部から出力された光切断線投
影画像データと予め定められた標準モデル画像データと
の不一致部分を抽出する画像処理部とを備えている。し
かも、光源部が、ハロゲン電球と、このハロゲン電球か
ら照射される光を光切断線にするスリット板と、画像処
理部から出力されたハロゲン電球の駆動制御信号に応じ
て発光時には定格電圧で前記ハロゲン電球を駆動すると
共に待機時には当該定格電圧に対する一定比率の電圧レ
ベルで前記ハロゲン電球を駆動する休止制御手段とを備
えた、という構成を採っている。

【００１５】本発明は、これらの各手段により、前述し
た目的を達成しようとするものである。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
を参照して説明する。図１は、本発明によるハロゲン電
球の駆動方法を説明するためのブロック図である。図１
に示す例では、ハロゲン電球３０と、このハロゲン電球
３０の駆動用の電源となる安定化直流電源４０と、この
電源４０から出力される直流電源の電圧レベルを変化さ
せる休止制御部４１とを備えている。

【００１７】休止制御部４１は、ハロゲン電球の駆動制
御信号に基づいて作動し、発光時には定格電圧で前記ハ
ロゲン電球を駆動すると共に待機時には当該定格電圧に
対する一定比率の電圧レベルで前記ハロゲン電球を駆動
する。この定格電圧に対する一定比率としては、６０％
以上〜１００％未満であることが電球の黒化との関係で
望ましい。

【００１８】これを詳細に説明する。

【００１９】本実施形態は、投影機（プロジェクタ）の
光源としてハロゲン電球３０を用い、電流制限を加え、
その定格負荷を検査の必要な時だけ加え、それ以外は定
格以下のある負荷レベルで休止していることによって、
ランプの寿命を延ばすものである。ここでは、立体物の
形状検査装置に用いた場合を例に説明する。

【００２０】白熱球はジュール熱を利用しているため、
休止状態から瞬時に１００％負荷の状態に点灯すること
はできない。そのため、ここでは砂型のラインスピード
が遅く、ハロゲンランプを調光し、休止していられる時
間が十分にあることを前提にしている。

【００２１】図２はハロゲン電球の駆動装置の構成を示
している。ハロゲン電球３０及びその周辺は冷却ファン
３７により冷却され、ハロゲン電球３０は安定化した直
流電源によって駆動される。直流電源はその電流、電圧
を自在に制御できる機能を有し、上位のコントローラ４
５（休止制御部４１）により時間的に変化する駆動電圧
パターンを指示される。コントローラ４５には、負荷電
流信号などのアナログ信号をデジタル信号に変換するＡ
／Ｄ変換器４３と、コントローラ４５から出力された信
号をアナログ信号である駆動電圧指令に変更するＤ／Ａ
変換器４４とを備えている。

【００２２】ここでは、ハロゲン電球の状態をモニタす
るため、電圧、電流とともに、ランプから出力される光
量（輝度）を測定した。

【００２３】図３は典型的な駆動電圧パターンの一例を
示す図である。立体物の形状検査は画像の取り込み時間
に１／３０秒だけ必要とする。そのためランプが発光し
ている時間は最低これ以上あればよい。しかし、電流制
限を加えていない状態で、消灯時から過度応答で定常に
達するまでには、一般におよそ０．１５秒程度の時間が
必要である。

【００２４】この実験条件では、電流制限を加えている
ため安全を見て１００％負荷を加える指令時間は１秒間
とし、実際の現場で使用しているサイクルタイムを利用
して１５秒に２回検査する頻度を与えている。また、過
度応答時に流れる突入電流がハロゲン電球の寿命に大き
な影響を与えることがわかっているため、定格の１１０
％の電流制限を加えた。ここでは、光学機器用のハロゲ
ン電球である「ＪＣ２４Ｖ２５０Ｗ」を用いた。

【００２５】図４は典型的な寿命特性を示すグラフ図で
ある。これは休止の電圧レベルを４０％にしたときの結
果である。図示するように、ハロゲン電球３０の劣化は
電流変化として現れる。劣化が始まると抵抗がわずかに
減少するが、やがて逆転し、電流制限にかかり、次第に
駆動電圧と輝度が落ちていく。

【００２６】電流制限を加えない場合には、電流が増加
し始めると一気にフィラメントが切れ、寿命となる。し
かし、本実施形態では電流制限を加えているため、延々
と切れない。そこで、電流制限にかかったところで寿命
と判断する。このような条件で休止時の電圧レベルだけ
を様々に変化させ、その寿命特性を求めた結果を図５に
示した。

【００２７】図５に示すように、休止時の電圧レベルに
よってその寿命は劇的に変化する。休止時の電圧を１０
０％（連続定格）から下げていくと寿命は増加し、７５
％付近に寿命のピークが見られる。これ以下になると急
激に寿命は減少し、５０％付近では連続定格を大幅に下
回る。これは過度応答時に流れる電流の違いによるもの
と考えられ、条件的に最も悪いのが５０％付近となる。

【００２８】６０％以下の休止電圧ではランプ内面に黒
化現象が発生し、全光束に５％以上の輝度低下が見られ
る。これは温度低下によりハロゲンサイクルがうまく働
かなくなることを示している。画像処理の照明では光束
の低下はあってはならない。そのため、４０％以下での
寿命は逆転してかなり延びる傾向にあるものの、休止用
の電圧レベルとして採用はしない。

【００２９】図６は休止電圧の違いによる５０時間経過
後の黒化の度合いの違いを示している。図６（ａ）乃至
（ｇ）に示すように、電圧レベルが低いほど黒化が進ん
でいることがわかる。また、図７は０％、６０％、１０
０％の条件で寿命を迎えた後の状態を示している。図６
（ｂ）及び図６（ｃ）に示すように、６０％、１００％
では違いが見られず、寿命まで黒化が生じないことが判
明した。

【００３０】このように、黒化による輝度の低下がな
く、寿命を最大に延ばす休止時の電圧レベルは存在し、
それは定格のおよそ６５％から７５％の間のごく狭い範
囲（最適領域Ｓ）である。この場合、寿命は最大定格の
１４倍にも及ぶ。

【００３１】上述したように本実施形態によると、通常
の連続駆動では定格寿命しか得られないが、最適な休止
電圧レベルを維持すると寿命は１４倍にも達する。ま
た、必要時以外休止するため、ランニングコストも下が
る。

【００３２】次に、立体物の形状検査装置について説明
する。この形状検査装置は、図８に示すように、検査対
象の立体物に光切断線（スリット光）を投影する光源部
２２と、この光源部２２によって光切断線が投影された
立体物の表面を撮像する撮像部（ＣＣＤカメラ）１８と
を備えている。

【００３３】図８に示すように、光源部２２は、ランプ
３０と、このランプから照射された光を砂型１方向へ反
射させるミラー３１と、これらランプ３０及びミラー３
１からの光をスリット板３４上に集光するコンデンサレ
ンズ３２と、スリット板３４とを備えている。さらに、
光源部２２は、スリット板３４からの光切断線（スリッ
ト光）の照射範囲を可変とする光源用ズーム機構２４を
備え、この光源用ズーム機構２４は、ズームレンズ３６
を備えている。

【００３４】本実施形態では、ランプ３０として、ハロ
ゲンランプ（ハロゲン電球）を用いている。また、この
ハロゲンランプ３０は、休止中には定格電圧に対する所
定比率の電圧レベルで駆動される。

【００３５】図９は検査画像入力部１０の構成を示す正
面図である。ＣＣＤカメラ１８には、このＣＣＤカメラ
１８から出力された検査対象画像データと予め定められ
た標準モデル画像データとの不一致部分を抽出すると共
に当該不一致部分抽出データに基づいて各不一致部分そ
れぞれの大きさ及び位置を算出する画像処理部１２と、
この画像処理部から出力されたデータを外部表示する表
示部１３とが併設されている。

【００３６】また、本実施形態では、光源部（プロジェ
クタ）２２に光源用ズーム機構２４と、図示しない光量
調節機構２３とを設け、さらにＣＣＤカメラ１８にも撮
像用ズーム機構２０を設けている。

【００３７】図９に示すように、生産工程での砂型１は
ベルトコンベア２で検査位置に搬送される。この検査位
置に搬送される砂型１の大きさには種々のものがあるた
め、砂型の種類によって検査範囲３は変化する。このた
め、検査範囲３の変化に応じて、光源用ズーム機構２４
と撮像用ズーム機構２０とを制御してスリット光の投影
範囲及び撮像範囲を可変としている。

【００３８】また、検査画像入力部１０は、ベルトコン
ベア２による砂型１の位置に応じて、位置決め手段２８
Ｂ及び駆動手段２８Ａによって位置決めされる。

【００３９】この形状検査装置の動作を説明する。

【００４０】光源部２２は、スリット光を検査対象の砂
型表面に垂直に投影する。この画像を光源部２２に対し
て斜めに構えたＣＣＤカメラ１８により観察すると、投
影された光の線は奥行きによって曲がり、表面の３次元
形状を反映する。

【００４１】これをＣＣＤカメラ１８により画像処理装
置に取り込み、図１０（Ａ）に示すような表面形状を表
す光切断線の明暗画像データが得られる。これを欠陥の
ない砂型に対して行い標準モデルデータとして格納して
おく。ＣＣＤカメラ１８による取り込みが終了すると、
ハロゲン電球３０を休止状態とする。これは、定各電圧
に対して６５％〜７５％の電圧レベルでハロゲン電球３
０を駆動する状態である。この休止状態は、次の砂型１
が搬送されるまで継続する。

【００４２】次に、検査する砂型（欠陥として大小の立
方体を表面及び穴底面に配置）を位置決め穴の映像を利
用して位置補正を行い、カメラ及びプロジェクターと砂
型の相対位置を標準モデルのものと一致させる。この状
態で明暗画像を図１０（Ｂ）のように得る。

【００４３】さらに、画像処理部１２は、両者の明るさ
の絶対値の差を取り、適当なしきい値で二値化する。す
ると、図１１（Ａ）に示す如くとなる。連続した欠陥部
分をひとつのかたまりとして認識させるため、ストライ
プ幅以上の膨張と収縮を行うと、欠陥の形状を反映した
候補として図１１（Ｂ）に示したデータを得る。このよ
うに、先に出願した手法では、スリット光投影画像を用
いることにより３次元の形状検査を１つのＣＣＤカメラ
により行うことが可能となる。

【００４４】この欠陥の大きさ、個数に基づき、所定の
しきい値を越えたものを欠陥のある型と判断してＮＧ信
号を出力する。これら一連の画像処理は入力、ノイズ除
去、絶対値減算、二値化、膨張収縮、ラベリング、形状
判別という極めて単純な画像処理のため、パイプライン
型の画像処理プロセッサによりトータルでも数十ミリ秒
以内に終わらせることができる。

【００４５】

【発明の効果】本発明は以上のように構成され機能する
ので、これによると、ハロゲン電球の駆動タイミングに
基づいて当該ハロゲン電球の非駆動時には定格電圧に対
する一定比率の電圧レベルでハロゲン電球を駆動するた
め、ハロゲン電球のランニングコストを減少させること
ができ、しかも、定格電圧に対する一定比率としては、
６０％以上〜１００未満とすると、電球の黒化を生じさ
せることもなく、特に、定格電圧の６５％〜７５％の電
圧レベルで駆動すると、ハロゲンランプの寿命を最大定
格の１４倍とすることができる。このように、黒化を生
じさせることなくハロゲン電球のランプ寿命を延ばすこ
とすることができる従来にない優れたハロゲン電球の駆
動方法を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明によるハロゲン電球の駆動方法を実施す
る一実施形態の構成を示すブロック図である。

【図２】図１に示したハロゲン電球の駆動装置の詳細構
成を示す説明図である。

【図３】ハロゲン電球の駆動を制御する駆動信号の一例
を示す波形図である。

【図４】ハロゲン電球の寿命特性を示すグラフ図であ
る。

【図５】休止電圧レベルの変化による寿命比特性を示す
グラフ図である。

【図６】図６（ａ）〜（ｇ）は休止電圧レベルの違いに
よる５０時間経過後の黒化の違いを示す説明図である。

【図７】図７（ａ）〜（ｃ）は休止電圧レベルの違いに
よる寿命まで駆動した後の黒化の違いを示す説明図であ
る。

【図８】立体物の形状検査装置の構成を示す斜視図であ
る。

【図９】図８に示した形状検査装置の構成を示す正面図
である。

【図１０】画像処理部で扱う画像データの一例を示す説
明図であり、図１０（Ａ）は標準モデル画像データの一
例を示す図で、図１０（Ｂ）は光切断線投影画像データ
の一例を示す図である。

【図１１】画像処理部で扱う画像データの一例を示す説
明図であり、図１１（Ａ）は各画像の不一致部分を抽出
した画像データの一例を示す図で、図１１（Ｂ）は誇張
・収縮処理をした画像データの一例を示す図である。

【図１２】ハロゲン電球の寿命特性の一例を示す説明図
である。

【符号の説明】

３０ ハロゲン電球 ４０ 安定化直流電源 ４１ 休止制御手段（休止制御部）

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ハロゲン電球の駆動制御信号に基づいて
   作動し、発光時には定格電圧で前記ハロゲン電球を駆動
   すると共に待機時には当該定格電圧に対する一定比率の
   電圧レベルで前記ハロゲン電球を駆動することを特徴と
   したハロゲン電球の駆動方法。
2. 【請求項２】 前記定格電圧に対する一定比率が、６０
   ％以上〜１００％未満であることを特徴とする請求項１
   記載のハロゲン電球の駆動方法。
3. 【請求項３】 検査対象の立体物に光切断線を投影する
   光源部と、この光源部によって光切断線が投影された前
   記立体物の表面を撮像する撮像部と、この撮像部から出
   力された光切断線投影画像データと予め定められた標準
   モデル画像データとの不一致部分を抽出する画像処理部
   とを備え、 前記光源部が、ハロゲン電球と、このハロゲン電球から
   照射される光を光切断線にするスリット板と、前記画像
   処理部から出力されたハロゲン電球の駆動制御信号に応
   じて発光時には定格電圧で前記ハロゲン電球を駆動する
   と共に待機時には当該定格電圧に対する一定比率の電圧
   レベルで前記ハロゲン電球を駆動する休止制御手段とを
   備えたことを特徴とする立体物の形状検査装置。