JPH0921621A - 外観検査装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 １台のカメラ（撮像手段）により高精度に外
観検査を行えるようにする。 【構成】 検査対象物の外観を撮像する撮像手段を有
し、該撮像手段により得られた撮像信号に基づいて外観
検査を行う外観検査装置において、前記検査対象物の互
いに離間した検査領域から出射された光を前記撮像手段
の視野内に収束させる光偏向手段を設けた。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、被検査物体の表面
をテレビカメラ等により撮像して外観検査を行う外観検
査装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、帯状物体、円環状物体等をテレビ
カメラ等により撮像して外観検査を行う外観検査装置が
知られている。

【０００３】この種の外観検査装置では、移動中の帯状
物体の幅方向を検査する場合は、ラインセンサカメラが
使用されているが、特に幅の広い帯状物体の幅寸法の計
測や両端部の詳細な外観検査を行う場合に、１台のライ
ンセンサカメラにより全幅を撮像すると、ラインセンサ
カメラを構成するＣＣＤセンサの１ビット当たりの撮像
面積が大きくなるため、検査により得られた寸法の精度
や欠陥等の検出精度が所定の仕様を満足できなくなる。
このため、従来は、幅の広い帯状物体の幅寸法を計測す
るような場合には、２台のラインセンサカメラを用い
て、各々、被検査物体の一端を撮像することにより、所
望の精度で計測、検査を行えるようにしている。

【０００４】すなわち、図１２に示したように、帯状物
体１０１の両端部Ｌ，Ｒの上方に、夫々ラインセンサカ
メラ１０２，１０３と、照明器１０４を配置し、各ライ
ンセンサカメラ１０２，１０３にて撮像した帯状物体１
０１の両端部Ｌ，Ｒの各画像信号を夫々信号処理部１０
５，１０６に伝送して両端部Ｌ，Ｒの位置情報、或いは
欠陥情報を生成し、判定処理部１０７では、信号処理部
１０５，１０６からの情報に基づいて両端部Ｌ，Ｒの良
否を判定している。

【０００５】また、大径の円状物体の円環部、或いは大
径の環状物体面をテレビカメラにより撮像して外観検査
を行う場合、テレビカメラの視野内に撮像対象の全景が
入るように倍率を設定すると、欠陥検出性能が劣化す
る。そこで、図１３（ａ）に示したように、撮像対象の
上方に複数のテレビカメラ１０８を配置して、撮像範囲
を分担させて各々低い倍率で撮像して外観検査を行うこ
とが考えられる。また、図１３（ｂ）に示したように、
撮像対象を、その中心を軸として所定の角度単位で回転
して、定位置の１台のテレビカメラ１０９により分割し
て低い倍率で撮像して外観検査を行うことが考えられ
る。さらに、撮像対象を、その中心を軸として連続的に
回転させ、１台のラインセンサカメラにより半径方向の
１次元像を連続的に撮像し、これら連続的に得られた１
次元像を合成して２次元像を構成することにより、外観
検査を行うことも考えられる。

【０００６】また、図１４に示したように、円環状であ
って外周から中心に向かって高さが減少（または増加）
するような斜面を撮像して外観検査を行う場合、撮像対
象物１１０を、その中心を軸として連続的に回転させ、
前記斜面と平行に対向配置されたラインセンサカメラ１
１１により半径方向の１次元像を連続的に撮像し、これ
ら連続的に得られた１次元像を合成して２次元像を構成
することにより、外観検査を行うようにしている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかし、移動中の帯状
物体の両端を２台のラインセンサカメラを用いて各々個
別に撮像する従来方式では、２台のラインセンサカメラ
と、２つの信号処理部が必要となり、高価な装置になる
という問題があった。

【０００８】また、大径の円状物体の円環部、或いは大
径の環状物体面を複数のテレビカメラにより撮像して外
観検査を行う従来方式では、複数のテレビカメラを１台
の画像処理装置に接続して、順次テレビカメラを切替え
ながら複数回検査処理するか、或いは迅速に処理を行う
ために、テレビカメラと１対１に画像処理装置を設ける
必要があり、高価、かつ複雑なシステムとなるという問
題があった。さらに、１台のテレビカメラを用いて、撮
像対象を所定の角度単位で、または連続的に回転させる
従来方式では、１セットのテレビカメラと画像処理装置
で検査可能であるが、撮像対象の被検査物体を把持して
所定の角度単位で、または連続的に回転させる機構が必
要となり、必ずしも安価に実現できるとは言えず、さら
に被検査物体を少なくとも１回転させる時間が必要であ
り、高速に検査を行うことができなかった。

【０００９】また、円環状であって外周から中心に向か
って高さが減少（または増加）するような斜面を有する
被検査物体を連続的に回転させて、１台のラインセンサ
カメラにて得られた１次元像を合成して２次元像を構成
することにより、外観検査を行う方式においても、被検
査物体を把持して連続的に回転させる機構が必要とな
り、必ずしも安価に実現できるとは言えず、さらに被検
査物体を少なくとも１回転させる時間が必要であり、高
速に検査を行うことができなかった。

【００１０】本発明は、このような背景の下になされた
もので、その目的は、１台のカメラ（撮像手段）により
高精度に外観検査を行えるようにすることにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明は、検査対象物の外観を撮像する撮像手段を
有し、該撮像手段により得られた撮像信号に基づいて外
観検査を行う外観検査装置において、前記検査対象物の
互いに離間した検査領域から出射された光を前記撮像手
段の視野内に収束させる光偏向手段を設けているので、
１台のカメラ（撮像手段）により高精度に外観検査を行
えるようになる。

【００１２】詳細には、検査対象物の互いに大きく離間
した検査領域を高精度に検査するために複数台のカメラ
や複数の信号処理部等を設ける必要はなくなり、安価に
高精度な検査を行えるようになる。また、検査対象物を
回転させることなく外観検査を行えるので、回転機構が
不要となって安価な装置にすることができ、さらには高
速に検査を行うとも可能となる。

【００１３】

【発明の実施の形態】次に、本発明の実施の形態例を図
面を参照しながら説明する。

【００１４】図１（ａ）、（ｂ）は、本発明の実施の第
１の形態例に係る外観検査装置のそれぞれ正面図、側面
図であり、本外観検査装置は、移動中の帯状物体の両端
部を検査する装置である。

【００１５】図１において、カメラ基台１上には、カメ
ラ台２が配設されており、このカメラ台２は、Ｘ軸スラ
イダ３と、このＸ軸スライダ３上に傾斜して設けられた
ガイドシャフト４と、ガイドシャフト４を支える支柱５
により構成されている。

【００１６】ガイドシャフト４には、カメラスライダ
５、プリズムスライダ６が取り付けられ、これらスライ
ダには、それぞれラインセンサカメラ７、プリズム８が
固着されている。これらラインセンサカメラ７、プリズ
ム８は、スライド用ネジ９，１０によりカメラスライダ
５、プリズムスライダ６の位置を調節することにより、
位置調節が可能となっている。

【００１７】Ｘ軸スライダ３の耳部には、ネジ孔３ａが
形成され、このネジ孔３ａに嵌合されたＸ軸送りネジ３
ｂをＸ軸調整つまみ３ｃにより回転させることにより、
Ｘ軸スライダ３をＸ軸方向（図１（ａ）では左右方向、
（ｂ）では紙面と直交する方向）に移動可能となってい
る。

【００１８】また、カメラ基台１の前方には、被検査物
体としての帯状物体１１を照明するための照明器１２が
配設されており、帯状物体１１に向けて照射された光の
反射光は、プリズム８を介してラインセンサカメラ７に
入射されるように、照明器１２の姿勢が保たれている。
この場合、プリズム８の作用により、１つのラインセン
サカメラ７にて幅の広い帯状物体１１の両端部を撮像す
ることが可能である。

【００１９】ラインセンサカメラ７からの撮像信号は、
信号処理部１３に入力される。信号処理部１３では、帯
状物体１１の両端部の位置情報、或いは欠陥サイズ情報
等を生成して判定処理部１４に伝送する。判定処理部１
４では、信号処理部１３からの情報に基づいて、帯状物
体１１の両端部の欠落や突出、付着物や欠肉などの欠陥
を判定すると共に、両端の位置情報と内部のデータから
帯状物体１１の幅を算出して評価する。

【００２０】次に、１つのラインセンサカメラにより、
幅の広い帯状物体の両端部を撮像することが可能である
理由を、図２の原理説明図を参照しながら説明する。

【００２１】プリズム８は、屈折率が１．０より大きな
ガラス等の透明材料からなる光学部材であって、ライン
センサカメラ７の光軸に沿った断面のＹ方向の幅が、中
央から外側へ直線的に増大するような形状となっている
（図３（ａ）参照）。帯状物体１１のＬ部からの反射光
線は、プリズム８に入射すると、プリズム８の中を屈折
して進行し、プリズム８を出射すると、再び屈折して上
方のラインセンサカメラ７に入射する。従って、ライン
センサカメラ７への入射光は、帯状物体１１の中央近傍
のＬ´部から出射した光のように進行することになる。
Ｌ部以外の点やＲ部からの反射光も、同様にＬ´部、Ｒ
´部からの出射光のように進行してラインセンサカメラ
７に入射する。このようにして、帯状物体１１の両端部
が屈折により、光軸近傍の屈折像となって、ラインセン
サカメラ７の視野内に入ることになる。実際には、直線
部ＬとＲの屈折像Ｌ´とＲ´は、長さとＹ方向の位置が
ＬとＲのそれらと異なり、また少し傾斜している。さら
に厳密に言えば、Ｌ´，Ｒ´上の各点はＬ，Ｒ上の対応
する点と線形な位置関係にはない。屈折像Ｌ´，Ｒ´の
Ｙ方向の位置に対応してピントが合うように、ラインセ
ンサカメラ７のＹ方向の位置を調整する。

【００２２】長さ、及び対応位置の非線形性は、例えば
目盛り付き定規を撮像して目盛に対応するラインセンサ
カメラ７のＣＣＤ上の位置データを得れば、非線形性を
補正する表を作ることができ、検査時には、この表のデ
ータを参照して補間計算を行うことにより、正確な位置
情報が得られる。

【００２３】傾斜している屈折像は、ラインセンサカメ
ラ７の焦点深度内にあれば、撮像可能である。実際に
は、プリズム８の断面のＹ方向の幅の変化が極端に大き
くなければ、屈折像の傾きは、実用上問題視するほどで
はない。

【００２４】このように、ラインセンサカメラの光軸中
心を帯状物体の中央に一致させて幅方向を撮像するよう
に配置し、ラインセンサカメラと帯状物体との間の所定
位置に、光を屈折透過可能な材料よりなり、その中心線
から両側へ厚さが漸増する形状の断面をもつ光学部材
を、その中心線をラインセンサカメラの光軸と一致さ
せ、その断面をラインセンサカメラの走査方向と平行に
設置することにより、一定の検査精度を維持し得るライ
ンセンサカメラの所定の視野内に入り切れない物体面の
屈折像を前記光学部材によりラインセンサカメラの所定
の視野内に得て撮像するので、１台のラインセンサと１
セットの信号処理部と判定処理部により、安価に所定の
計測精度、或いは検査精度を実現している。

【００２５】なお、プリズム８の形状は、上記の形状に
限定されることなく、例えば図３（ｂ），（ｃ）のよう
な形状であってもよい。すなわち、図３（ｂ）のプリズ
ム８ａの形状は、図２に示したものと、上下を逆転し、
かつＸ方向の途中からＶの字形に切り欠いた形状となっ
ている。また、図３（ｃ）のプリズム８ｂの形状は、上
下の両面において、Ｘ方向の途中からＶの字形に切り欠
いた形状となっている。

【００２６】また、本実施の形態例では、帯状物体を検
査しているが、例えば図４に示したように、同様のプリ
ズム８，８ａ，８ｂ等を用いることにより、大径の回転
中の円環状物体１１ａを１つのラインセンサカメラ７
（図示省略）により撮像して検査することも可能であ
る。

【００２７】この場合、円環状物体１１ａの径がそれほ
ど大きくない場合は、図４（ａ）に示したように、プリ
ズム８，８ａ，８ｂ等を円環状物体１１ａの中心線上に
配置し、円環状物体１１ａの径が非常に大きい場合や円
環状物体１１ａの円環部の幅寸法等を精密に検査する場
合は、図４（ｂ）に示したように、プリズム８，８ａ，
８ｂ等を円環状物体１１ａの円環部の中央部上に配置す
ればよい。なお、図４（ａ）に示したように、プリズム
８，８ａ，８ｂ等を円環状物体１１ａの中心線上に配置
した場合は、図１３（ｂ）に示した従来技術と比べ、円
環状物体１１ａの連続回転量が半回転だけで済む。

【００２８】また、被検査物体からの反射光をラインセ
ンサカメラ７の所定の視野内に収束させるための手段と
しては、プリズム８，８ａ，８ｂに限らず、図５に示し
たような手段であってもよい。すなわち、検査対象部分
である被検査物体１５の両端部分の上方に、それぞれ平
面鏡１６Ｌ、１６Ｒを、被検査物体面に対して４５度の
角度で配置し、平面鏡１６Ｌ、１６Ｒと同一の高さで被
検査物体の中央位置上に三角平面鏡１７を配置し、三角
平面鏡１７の中心線上にラインセンサカメラ７を配置す
る。

【００２９】このようにすれば、被検査物体１５の両端
部Ｌ，Ｒからの反射光は、平面鏡１６Ｌ、１６Ｒにて全
反射されて三角平面鏡１７の方向に進み、この三角平面
鏡１７にて全反射されてラインセンサカメラ７に入射す
るので、ラインセンサカメラ７の視野を広げて検査精度
を落とすことなく、１台のラインセンサカメラ７と１セ
ットの信号処理部１３と判定処理部（図示省略）で安価
に幅の広い物体の両端部を精密に検査することができ
る。

【００３０】図６（ａ），（ｂ），（ｃ）は、本発明の
実施の第２の形態例に係る外観検査装置のそれぞれ正面
図、側面図、平面図であり、本外観検査装置は、円状物
体の円環部、或いは環状物体面を検査する装置である。

【００３１】図６において、カメラ基台２１上に立設さ
れたカメラ台２２には、カメラスライダ２３とプリズム
スライダ２４とをガイドするためのガイドシャフト２５
が設けられている。カメラスライダ２３、プリズムスラ
イダ２４には、それぞれテレビカメラ２６、プリズム２
７が固着されており、これらテレビカメラ２６、プリズ
ム２７は、スライド用ネジ２８，２９によりカメラスラ
イダ２３、プリズムスライダ２４の位置を調節すること
により、位置調節可能となっている。

【００３２】カメラ基台２１の下方には、被検査物とし
ての円状物体、或いは環状物体（ワーク）３０を、それ
ぞれＸ軸方向、Ｙ軸方向に移動可能に載置するための試
料台としてＸＹステージ３１が配置されている。このＸ
Ｙステージ３１は、Ｙ軸スライダ３２、Ｘ軸スライダ３
３を有しており、これらＹ軸スライダ３２、Ｘ軸スライ
ダ３３の耳部には、それぞれネジ孔（図示省略）が形成
され、これらネジ孔に嵌合されたＹ軸送りネジ３２ａ，
Ｘ軸送りネジ３３ａをＹ軸調整つまみ３２ｂ，Ｘ軸調整
つまみ３３ｂにより回転させることにより、Ｙ軸スライ
ダ３２，Ｘ軸スライダ３３をＹ軸方向，Ｘ軸方向に移動
可能となっている。

【００３３】プリズム２７は、光が屈折透過可能なガラ
ス等の材料よりなり、中心から外周向かって厚さが漸増
する上下の少なくとも一方に略円錐形状の内面を持って
おり、このプリズム２７の略円錐形状の軸は、テレビカ
メラ２６の光軸と一致するように構成されており、テレ
ビカメラ２６では、プリズム２７の作用により、屈折し
てその視野内に収縮した像として撮像される。従って、
所望の欠陥検出性能を維持するのに必要な光学倍率では
テレビカメラ２６の視野内に収まらない大径の円環状物
体３０をも、上記光学倍率で撮像することが可能とな
る。

【００３４】テレビカメラ２６からの撮像信号は、信号
処理部３４に入力される。信号処理部３４では、円環状
物体３０の欠陥情報等を生成して判定処理部３５に伝送
する。判定処理部３５では、信号処理部３４からの情報
に基づいて、円環状物体３０の欠陥を判定する。

【００３５】次に、１台のテレビカメラにより、所望の
欠陥検出性能を維持するのに必要な光学倍率で大径の円
環状物体を撮像できる理由を、図７の原理説明図を参照
しながら説明する。

【００３６】プリズム２７は、屈折率が１．０より大き
なガラス等の透明材料からなる光学部材であって、略円
錐形状の内面を有している。この略円錐形状の内面の軸
は、テレビカメラ２６の光軸と一致し、検査対象の円環
状物体３０の中心を通るように構成されている（図８
（ａ）参照）。

【００３７】従って、例えば、図７にハッチングで示し
た断面については、図２に示した第１の形態と全く同様
の光学的な状態となり、この光学的な状態が３６０度の
全ての断面について実現されるので、所望の欠陥検出性
能を維持するのに必要な光学倍率で、大径の円環状物体
を回転させることなく撮像できるようになる。

【００３８】このように、テレビカメラの光軸を円環状
物体面の中心軸に一致させ、テレビカメラと円環状物体
面との間の所定位置に、光を屈折透過可能な材料よりな
り、その中心から外周へ厚さが漸増する略円錐形状の内
面をもつ光学部材を、その円錐の軸をテレビカメラの光
軸と一致させて配置することにより、一定の検査精度を
維持し得る倍率のテレビカメラの視野内に入り切れない
円環状物体面の屈折像を前記光学部材によりテレビカメ
ラの上記視野内に得て撮像するので、半径方向の必要な
分解能を満足する安価な外観検査装置を実現している。

【００３９】なお、プリズム２７の形状は、上記の形状
に限定されることなく、例えば図８（ｂ），（ｃ）のよ
うな形状であってもよい。すなわち、図８（ｂ）のプリ
ズム２７ａの形状は、図８（ａ）に示したものと、上下
を逆転し、かつＸ方向の途中から円錐面が形成されてい
る。また、図８（ｃ）のプリズム２７ｂの形状は、上下
の両面において、Ｘ方向の途中から円錐面が形成されて
いる。

【００４０】また、試料台をＸＹステージとせずに、カ
メラ基台をＸＹステージとしてもよい。

【００４１】図９は、本発明の実施の第３の形態例に係
る外観検査装置の概略構成を示す図であり、本外観検査
装置は、円環状であって外周から中心に向かって高さが
減少するような斜面を検査する装置である。

【００４２】図９において、５１はテレビカメラ、５２
は外観検査の対象物である円環状物体であり、外周から
中心に向かって高さが減少するような斜面を有してい
る。５３は光が屈折透過可能なガラス等の材料よりな
り、中心から外周へ向かって厚さが減少する略円錐形状
のプリズムであり、５４は画像処理装置である。

【００４３】テレビカメラ５１の光軸が円環状物体５２
の中心軸および略円錐形状プリズム５３の円錐形状の軸
に一致するように配置されており、円環状物体５２の面
Ｌ，Ｒは、テレビカメラ５１からは、略円錐形状プリズ
ム５３の作用により、屈折してカメラの視野内に収縮し
た円環像として撮像され、画像処理装置５４にて画像処
理されて、外観検査の判定が行われる。

【００４４】このような構成により、テレビカメラ５１
の視野内に収まらない円環状物体５２を、その斜面方向
の幅をほぼ保った円環状の虚像としてテレビカメラ５１
の視野内で撮像できる理由を、図１０の原理説明図に従
って説明する。

【００４５】図１０において、略円錐形状プリズム５３
は、屈折率が１．０より大きい透明なガラス等により構
成され、その円錐形状の軸がテレビカメラ５１の光軸と
一致し、検査対象の円環状物体５２の中心を通るように
配置されている。

【００４６】円環状物体５２のＬ部およびＲ部からの光
は、略円錐形状プリズム５３の円錐面に入射し、屈折し
てその中を進行し、光軸を対称とした反対側の円錐面で
全反射して更に略円錐形状プリズム５３の中を進行して
出射してテレビカメラ５１に達するので、Ｌ´部および
Ｒ´部は、テレビカメラ５１からは、Ｌ部およびＲ部の
虚像として見ることができる。

【００４７】このように、テレビカメラの光軸を円環状
物体の中心軸に一致させ、テレビカメラと円環状物体と
の間の所定位置に、光を屈折透過または反射可能な材料
よりなり、その中心から外周へ厚さが減少する略円錐形
状の外面をもつ光学部材を、その円錐の軸をテレビカメ
ラの光軸と一致させて配置することにより、一定の検査
精度を維持し得る倍率のテレビカメラの視野内に入り切
れない円環状物体の、外周から中心に向かって高さが減
少する斜面について、この斜面の幅に略等しい円環状の
虚像をテレビカメラの視野内に得て撮像することによ
り、回転機構が不要で、上記斜面の幅方向の必要な分解
能を満足する安価な外観検査装置を実現している。

【００４８】なお、図１１に示したように、略円錐形状
の外面に反射コーディングを施した光学部材５３を上下
逆にして配置しても、同様の作用・効果を得ることがで
きる。

【００４９】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
検査対象物の外観を撮像する撮像手段を有し、該撮像手
段により得られた撮像信号に基づいて外観検査を行う外
観検査装置において、前記検査対象物の互いに離間した
検査領域から出射された光を前記撮像手段の視野内に収
束させる光偏向手段を設けたので、１台のカメラ（撮像
手段）により高精度に外観検査を行えるようになる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の第１の形態例に係る外観検査装
置を示す図である。

【図２】第１の形態例に係る原理説明図である。

【図３】第１の形態例に係る光偏向手段例を示す図であ
る。

【図４】第１の形態例の変形例を説明するための説明図
である。

【図５】第１の形態例の他の変形例を説明するための説
明図である。

【図６】本発明の実施の第２の形態例に係る外観検査装
置を示す図である。

【図７】第２の形態例に係る原理説明図である。

【図８】第２の形態例に係る光偏向手段例を示す図であ
る。

【図９】本発明の実施の第３の形態例に係る外観検査装
置の概略構成を示す図である。

【図１０】第３の形態例に係る原理説明図である。

【図１１】第３の形態例の変形例を説明するための説明
図である。

【図１２】第１の従来例を説明するための説明図であ
る。

【図１３】第２の従来例を説明するための説明図であ
る。

【図１４】第３の従来例を説明するための説明図であ
る。

【符号の説明】

３…Ｘ軸スライダ ４，２５…ガイドシャフト ５，２３…カメラスライダ ６，２４…プリズムスライダ ７…ラインセンサカメラ ８，８ａ，８ｂ…プリズム １１…帯状物体 ２６，５１…テレビカメラ ２７，２７ａ，２７ｂ…略円錐形状の内面をもつプリズ
ム ３０…円環状物体 ５２…内面に傾斜面をもつ円環状物体 ５３…略円錐形状のプリズム

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 検査対象物の外観を撮像する撮像手段を
   有し、該撮像手段により得られた撮像信号に基づいて外
   観検査を行う外観検査装置において、 前記検査対象物の互いに離間した検査領域から出射され
   た光を前記撮像手段の視野内に収束させる光偏向手段を
   設けたことを特徴とする外観検査装置。