JPH0921628A - 円筒状被検物の表面凹凸欠陥検出方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 感光体ドラムで例示される円筒状被検物の凹
凸欠陥を光学的に検出するに際し、その高さ（あるいは
深さ）をも測定できる方法の提供。 【解決手段】 一平面内を伝播する平行光又はスリット
光２を光源１から照射し、円筒状被検物３を透過してく
る光２による稜線３₁の像をＣＣＤラインセンサ５上に
結像レンズ４により形成して被検物を撮像し、ＣＣＤラ
インセンサ５の各画素において受光する光量の分布に応
じる出力信号から、稜線３₁の変化として現われる該被
検物の凹凸欠陥を検出する。図（Ｂ）に示すように、光
軸２₁は、光源１の中心，撮像位置３，レンズ４の中
心，ＣＣＤラインセンサ５の中心を通る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、円筒状被検物の表
面欠陥の検出に関し、より詳細には、円筒軸の方向に略
平行な稜線の膨らみや凹凸欠陥の検出に関する。

【０００２】

【従来の技術】感光体ドラムなどの円筒状被検物の従来
の欠陥検査方法として、特開平２−２０１１４２号公報
あるいは特開平４−１６９８４０号公報が例示される。
図４４は、特開平２−２０１１４２号公報の方法を示す
図である。同図において、光源３１からのレーザ光ビー
ム３２を、回転多面鏡３６を介して感光体ドラム３３の
軸方向に走査するように照射させ、走査光は、ドラム３
０の感光層表面にて反射され、正常な表面からの反射光
は、ほぼ受光器３５に進入し、反射光の強度が検出さ
れ、出力は、所定の演算処理部等に入力される。ここで
の処理は、検出値が異常に低下した時に、表面状態の異
常として検出する。

【０００３】一方、図４５は、特開平４−１６９８４０
号公報の方法を示す図である。同図において、ハロゲン
光源等を備えた投光器４１から感光体ドラム４３へ向け
てスリット光４２が投射される。感光体ドラム４３の表
面欠陥によって散乱された散乱光は、レンズ４４によっ
て集光され、ラインセンサ４５で受光される。ラインセ
ンサ４５は、画素列を有し、その受光範囲は、感光体ド
ラム４３表面上の４３₁で示される範囲である。ここで
は、欠陥による散乱光の異常を検出している。いずれの
方法においても、受光量の異常な変化によって表面欠陥
を検出する方法であるので、欠陥の表面積的な大きさは
検出可能であるが、欠陥の高さあるいは深さに関する情
報を得ることができない。

【０００４】ここで、円筒体の例としてとり上げた感光
体ドラムについて、欠陥の高さを求めることの必要性を
説明すると、感光体ドラムをドラムユニットとして組み
立てた場合、ブレードクリーニングという工程におい
て、ある高さ以上の突起欠陥は、ブレードを痛める危険
性があるため、特に有害度が大きい。そのため、欠陥の
面積的大きさだけでなく、凹凸を検出し定量化すること
が必要となってくる。また、感光体の他にも複写機内で
使用されるローラ部品（円筒状被検物）には、欠陥検査
において高さ（あるいは深さ）に対する規格があること
が多い。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記した従
来における円筒状被検物の欠陥検査における問題点に鑑
み、感光体ドラムで例示されるようなこれら円筒状被検
物の凹凸欠陥を光学的に検出するに際し、その高さ（あ
るいは深さ）をも測定できる方法を提供することをその
目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本願請求項１記載の発明は、円筒状被検物を回転さ
せながら、その稜線をラインセンサで撮像し、該ライン
センサの各画素において受光する光量の分布に応じる出
力信号から円筒状被検物の凹凸欠陥を検出することを特
徴とする表面欠陥検出方法をなす。そして、この発明に
おいて、円筒状被検物を透過してくる光による稜線の像
をラインセンサ上に形成することにより被検物を撮像
し、ラインセンサの各画素において受光する光量の分布
に応じる出力信号から、稜線の変化として現われる該被
検物の凹凸欠陥を検出する。

【０００７】また、請求項２記載の発明は、上記請求項
１記載の発明において、前記光量分布信号を微分処理し
た信号から円筒状被検物の凹凸欠陥を検出することを特
徴とする表面欠陥検出方法をなす。そして、この発明に
おいて、稜線の像に応じる前記ラインセンサにおける受
光量の出力信号を微分し、その後に凹凸欠陥の検出を行
う。したがって、より検出感度を向上させることができ
る。

【０００８】また、請求項３記載の発明は、円筒状被検
物を回転させながら、その稜線をラインセンサを複数段
重ねた受光器で撮像し、該受光器における画素からの画
像に応じる出力信号を処理することにより、凹凸欠陥を
検出することを特徴とする表面欠陥検出方法をなす。そ
して、この発明において、円筒状被検物を透過してくる
光による稜線の像をラインセンサを複数段重ねた受光器
で撮像し、各画素において受光する光量に応じる出力信
号から、稜線の変化として現われる該被検物の凹凸欠陥
を検出する。複数段のラインセンサにより種々の欠陥が
検出可能になる。

【０００９】また、請求項４記載の発明は、上記請求項
３記載の発明において、前記画像信号の処理として、画
像のコントラストを強調させるフィルタ演算処理を含む
ことを特徴とする表面欠陥検出方法をなす。そして、こ
の発明において、上記請求項３における画像信号の処理
として、フィルタ演算処理を行ってコントラストを強調
させている。このため、欠陥の検出感度を向上すること
ができる。

【００１０】また、請求項５記載の発明は、上記請求項
３記載の発明において、前記画像信号の処理として、撮
像した画像の２値化処理を行い、画素列ごとに第１段か
ら最終段にかけて画素値が０から１になる変化点の段数
を調べ、その変化点があるスレッショルドレベルを上回
るか、あるいは下回った場合に、欠陥があると判断する
ことを特徴とする表面欠陥検出方法をなす。そして、こ
の発明において、上記請求項３における画像信号の処理
として、画像の２値化処理を行い、画素列毎に０から１
への変化点の段数をとり、その段数を欠陥と認識される
スレッショルドレベルと対比することにより、欠陥の存
在を判定する。

【００１１】また、請求項６記載の発明は、上記請求項
５記載の発明において、変化点があるスレッショルドレ
ベルを上回るか、あるいは下回った場合のみ、その変化
点の位置情報を記憶しておき、円筒状被検物全面の撮像
が終った後、その記憶した情報から欠陥を３次元的に認
識し、その高さ（あるいは深さ）及び表面上の大きさな
どから、円筒状被検物の良，不良を判断することを特徴
とする表面欠陥検出方法をなす。そして、この発明にお
いて、上記請求項５における欠陥の存在を判定した場合
だけ、その欠陥の位置情報を撮像回と画素列の順番とし
て記憶し、欠陥を表面上の大きさ及び高さという量で３
次元的に認識するので、欠陥の種類をより広く判断でき
る。

【００１２】また、請求項７記載の発明は、上記請求項
３記載の発明において、前記受光器により得られた多値
画像を用い、画素列ごとに第１段から最終段にかけて画
素値すなわち光量の階調が０から２５５へ変化するに際
して、その中間値の画素を変化点画素とし、その画素値
から１画素の１／２５６の分解能で変化点を計算し、そ
の変化点がスレッショルドレベルを上回るか、あるいは
下回った場合に、欠陥があると判断することを特徴とす
る表面欠陥検出方法をなす。そして、この発明におい
て、上記請求項３における画像処理として、２５６階調
の多値画像をとり、画素列ごとに変化点を１画素の１／
２５６の分解能で求めるようにし、その変化点をスレッ
ショルドレベルで処理することにより、欠陥を高い分解
能で検出し得る。

【００１３】また、請求項８記載の発明は、上記請求項
７記載の発明において、前記変化点があるスレッショル
ドレベルを上回るか、あるいは下回った場合のみ、その
変化点の位置情報を記憶しておき、円筒状被検物全面の
撮像が終った後、その記憶した情報から欠陥を３次元的
に認識し、その高さ（あるいは深さ）及び表面上の大き
さなどから円筒状被検物の良，不良を判断することを特
徴とする表面欠陥検出方法をなす。そして、この発明に
おいて、上記請求項７において欠陥の存在を判定した場
合だけ、その欠陥の位置情報を記憶し、欠陥を表面上の
大きさ及び１画素の１／２５６の分解能に基づく高さと
いう量で３次元的に認識するので、種々の検査基準に対
応できる。

【００１４】また、請求項９記載の発明は、上記請求項
３記載の発明において、前記受光器により得られた画像
の２値化画像から標準画像を差し引いて得られた差画像
を用い、凹凸欠陥を検出することを特徴とする表面欠陥
検出方法をなす。そして、この発明において、上記請求
項３における受光器からの撮像信号を２値化し、２値表
現された標準画像との差画像を用いて凹凸欠陥を検出す
るので、単純な処理で高速な検出ができる。

【００１５】また、請求項１０記載の発明は、上記請求
項９記載の発明において、前記差画像において、画素値
−１の画素及び＋１の画素の位置情報のみを記憶してお
き、円筒状被検物全面の撮像が終った後、その記憶した
情報から欠陥を３次元的に認識し、その高さ（あるいは
深さ）及び表面上の大きさなどから円筒状被検物の良，
不良を判断することを特徴とする表面欠陥検出方法をな
す。そして、この発明において、上記請求項９における
差画像における差値が−１及び＋１の画素の位置情報の
みを記憶し、欠陥を３次元的に認識するので、種々の検
査基準に対応できる。

【００１６】また、請求項１１記載の発明は、上記請求
項３記載の発明において、前記受光器により得られた画
像を２値化し、前回の撮像によって得られた２値画像か
ら今回の画像を差し引き、差画像の画素値−１の画素及
び＋１の画素の位置情報ならびに１回目の撮像によって
得られた２値画像を記憶しておき、円筒状被検物全面の
撮像が終った後、それらの記憶した情報から欠陥を３次
元的に認識し、その高さ（あるいは深さ）及び表面上の
大きさなどから円筒状被検物の良，不良を判断すること
を特徴とする表面欠陥検出方法をなす。そして、この発
明において、上記請求項３における画像信号を２値化
し、前回から今回の該２値画像の差画像をとって、差値
が−１及び＋１の画素の位置情報並びに１回目の２値画
像を記憶し、それらに基づいて欠陥を３次元的に認識す
るので、被検物の振動の影響を低減させた状態で欠陥を
検出でき、種々の検査基準に対応できる。

【００１７】また、請求項１２記載の発明は、上記請求
項３記載の発明において、前記受光器により得られた今
回の多値画像を、前回の撮像によって得られた多値画像
から差し引くことにより求まる差画像の画素値が、０以
外の画素の位置情報とその画素値、ならびに１回目の撮
像によって得られた多値画像を記憶しておき、円筒状被
検物全面の撮像が終った後、それらの記憶した情報から
欠陥を３次元的に認識し、その高さ（あるいは深さ）及
び表面上の大きさなどから円筒状被検物の良，不良を判
断することを特徴とする表面欠陥検出方法をなす。そし
て、この発明において、上記請求項３における画像信号
を多値画像とし、前回から今回の差画像をとって、差値
が０以外の画素の位置情報と差値並びに１回目の多値画
像を記憶し、それらに基づいて欠陥を３次元的に認識す
るので、被検物の振動の影響を低減させた状態で分解能
高く欠陥を検出でき、種々の検査基準に対応できる。

【００１８】また、請求項１３記載の発明は、上記請求
項１又は３記載の発明において、前記円筒状被検物の撮
像において、円筒状被検物の軸方向と、それと直角な縦
方向の結像倍率を異なるようにしたことを特徴とする表
面欠陥検出方法をなす。そして、この発明において、上
記請求項１又は３における円筒状被検物の撮像におい
て、円筒軸方向とそれに直角な縦方向の結像倍率を異に
して欠陥の高さ方向の撮像分解能を向上させることがで
きる。

【００１９】また、請求項１４記載の発明は、上記請求
項１又は３記載の発明において、柔らかい円筒状被検物
に適用するために、回転駆動用ローラ，テンションロー
ラ及び円筒状被検物の両端部のみで接触する補助ローラ
の各ローラを円筒状被検物内部に配置し、これらのロー
ラを用いて、該円筒状被検物を回転させることを特徴と
する表面欠陥検出方法をなす。そして、この発明におい
て、上記請求項１又は３における円筒状被検物内部に配
置した回転駆動用ローラ，テンションローラ，及び円筒
状被検物の両端のみで接触する補助ローラの作用によっ
て、被検物が柔らかいものであっても、当該方法を適用
することができる。

【００２０】また、請求項１５記載の発明は、円筒状被
検物の稜線及びマスクによって形成された矩形開口を単
一波長の平行光で照射し、該矩形開口を透過あるいは回
折する光をシリンダレンズに作用させ、そのシリンダレ
ンズによる１次元フーリエ変換面に空間フィルタを配置
し、さらに該空間フィルタを透過あるいは回折する光の
フーリエ変換像をスクリーンに結像させることにより、
欠陥部のみを抽出することを特徴とする表面欠陥検出方
法をなす。そして、この発明において、円筒状被検物の
稜線とその稜線上をマスクすることにより、矩形開口を
形成し、その開口を単一波長の平行光で照射し、透過あ
るいは回折する光をシリンダレンズに作用させて１次元
フーリエ変換し、その変換面におかれた標準物による反
転フーリエ変換像の空間フィルタリングにより、スクリ
ーン上に被検物の欠陥部のみが抽出された画像をリアル
タイムで作ることができる。

【００２１】

【発明の実施の形態】図１は、請求項１の本発明の実施
の形態を概要図で示すもので、図（Ａ）は、斜視図、図
（Ｂ）は、側方からみた平面図である。１は、伝送ライ
トや光ファイバなどを用い、一平面内を伝播する平行光
或いはスリット光２を発生させる光源である。また、３
は、円筒状被検物、４は、結像用のレンズ、５は、ＣＣ
Ｄラインセンサである。ここで、円筒状被検物３の稜線
或いは頂点３₁の位置の投影像がレンズ４によってＣＣ
Ｄラインセンサ５上に結像され、光源１の中心，撮像位
置３₁，レンズ４の中心，ＣＣＤラインセンサ５の中心
を通る直線が光軸２₁である。

【００２２】図２は、欠陥が無い場合のＣＣＤラインセ
ンサの各画素における図で、図（Ａ）は、その受光状態
を、図（Ｂ）は、その出力を示し、図３は、欠陥が有る
場合の同様の図を示す。図２におけるように、欠陥が無
い場合は、全画素において受光量が等しくなり、出力値
も一定になる。一方、凸欠陥が存在した場合は、図３の
ように（第ｎ１画素）、欠陥により受光量が減り、出力
値も正常部分より低くなる（図３（Ｂ）第ｎ１画素）。
ここで、凸欠陥検出用のスレッショルドＳＨ２を設けて
おけば、容易に凸欠陥を検出できる。また、凹欠陥の場
合（図３の第ｎ２画素）は、受光量が増し、出力値が高
くなる（図３（Ｂ）第ｎ２画素）。ここで、凹欠陥検出
用のスレッショルドＳＨ１を設けておけば、容易に凹欠
陥を検出できる。

【００２３】次に、受光量の出力から凹凸欠陥の高さあ
るいは深さを推定する方法について説明する。まず、様
々な凹凸欠陥を用意し、その高さ（あるいは深さ）とＣ
ＣＤ出力値との関係を調べる。図４は、その対応図を示
す。そして、凸欠陥を検出した際、その最低出力値Ｖ１
（図３（Ｂ）参照）を記憶しておけば、図４を用いるこ
とにより、欠陥の高さは、Ｔ２であると推定できる。凹
欠陥の場合は、その最高出力値Ｖ２（図３（Ｂ）参照）
を記憶しておけば、図４を用いることにより、欠陥の深
さがＴ１であると推定できる。以上のような検査を円筒
状被検物３を矢印のように回転させながら行えば、被検
物全体の凹凸欠陥を検出することが可能となる。

【００２４】請求項２の発明は、次の形態で実施し得
る。図５は、図３（Ｂ）のＣＣＤ出力を微分したものを
示すが、ＣＣＤ出力を微分することにより、周波数が空
間的に低い回転軸振動などによる光量変化は低減される
が、逆に、微小凹凸欠陥による光量変化は強調されるこ
とになる。この微分した出力に対し、新たなスレッショ
ルドレベルＳＨ１，ＳＨ２を設定して欠陥を検出すれば
（図５）、検出感度を向上させることができる。この微
分処理を、数値計算ではなく、ＣＣＤラインセンサのア
ナログ出力を微分回路を用いて処理していけば、リアル
タイム処理が行える。また、スレッショルドレベルＳＨ
２を先に下回り、その後スレッショルドレベルＳＨ１を
上回った場合は、凸欠陥が存在したと判断できる。凹欠
陥の場合は、先にスレッショルドレベルＳＨ１を先に上
回り、その後スレッショルドレベルＳＨ１を下回ること
になる。

【００２５】請求項３の発明は、次の形態で実施し得
る。図６は、図１のＣＣＤラインセンサ５の代わりに用
いる受光器５′を示す図で、図示のように、ラインセン
サを数段積み重ねて構成した受光器である。検出すべき
欠陥サイズや検査領域によって画素の大きさは異なって
くるが、例えば、図６のように、１０μm×１０μmの受
光素子を横に２０４８個並べ、それを６段備えたような
受光器５′を用意する。一般的に安定した製造工程にお
いて、欠陥の大きさは極微小であると考えられ、その高
さを認識するためには数段で良いと考えられる。この場
合、受光面全体の大きさは２０mm×６０μmとなり、十
分製造可能であると考えられる。この受光器５′で円筒
状被検物３を撮像した場合、図７のようになる。この図
は、第ｎ１画素から第ｎ１＋２画素にかけて凸欠陥が、
第ｎ２画素から第ｎ２＋２画素にかけて凹欠陥が存在し
ていることを示すものである。図７のような状態で撮像
した場合、受光器５′の出力は、図８（Ａ）のようにな
る。この画像をもとに種々の画像処理を行うことにより
凹凸欠陥を検出できる。

【００２６】請求項４の発明は、次の形態で実施し得
る。受光器５′で欠陥画像が得られたら、まず、画像コ
ントラストを強調させる図９のような係数のフィルタ演
算を各画素に対して行い、欠陥部分のコントラストを上
げる。このようなフィルタ演算は、画像処理では一般的
な手法であり、微小凹凸に対する検出感度を向上させる
ことができる。

【００２７】請求項５の発明は、次の形態で実施し得
る。図８（Ａ）は、受光器５′により図７で示される状
態で撮像された受光器出力を示しているが、この図８
（Ａ）の画像をあるスレッショルドレベル（例えば１０
０）で２値化すると、図８（Ｂ）のようになる。欠陥の
無い正常部分では、被検物の存在するところとしないと
ころの境界部分が直線になるが、欠陥があると、境界部
分に凹凸が生じる。この直線からずれている凹凸部分を
抽出できれば、円筒状被検物３の凹凸欠陥を検出するこ
とができる。この画像において、各段の第１画素の第１
段目から第６段目に向かって、画素値が０から１になる
変化点を調べていく。第１画素の場合、変化点は３にな
る。このような処理を画素列の第１画素から最終画素ま
で順次行うと、変化点を画素順に並べた図１０のグラフ
に示すように、変化点の位置を求めることができる。欠
陥のない正常部分では、変化点が一定値（この場合は
３）になる。ここで、図１０のように、スレッショルド
レベルＳＨ１を正常部分での変化点よりも大きな値（こ
の場合は３.５）に設定しておけば、凸欠陥を検出でき
る。逆に、スレッショルドレベルＳＨ２を正常部分での
変化点よりも小さな値（この場合は２.５）に設定して
おけば、凹欠陥を検出できる。

【００２８】請求項６の発明は、次の形態で実施し得
る。請求項５では、あるスレッショルドレベルを越えた
欠陥の有無のみを検出する方法を述べたが、ここでは、
欠陥の表面上の大きさ及び高さ情報を得、欠陥を３次元
的に捕らえる方法について述べる。請求項５の方法によ
り、あるｍ回目の撮像において、図１１のような変化点
グラフを得たとする。ここで、スレッショルドレベルＳ
Ｈ１を上回った画素あるいはスレッショルドレベルＳＨ
２を下回った画素についてのみ求める。図１２にその結
果を示すが、この画素と変化点は記憶される。一般的に
安定した製造ラインにおいては、欠陥があったとしても
少数かつ微小であるため、記憶すべき数値の量も少量で
あると考えられる。次に、円筒状被検物３を所定角度だ
け回転させ、ｍ＋１回目の撮像を行い、同じ処理を行
う。被検物全面の撮像が終った後、各撮像回毎に記憶し
ておいた数値をもとに、図１３のような３次元立体図を
作る。このように、欠陥を３次元立体図で表現できれ
ば、欠陥の表面上の大きさ及び高さに関する情報が得ら
れる。これにより、検査基準が大きさである場合、高さ
である場合、その両方の比など複合的な場合等、様々な
検査基準に対応することができる。

【００２９】請求項７の発明は、次の形態で実施し得
る。図１４のような状態で撮像し、受光器５′の出力が
図１５のようになったとする。ここで、請求項５と同じ
ように、第１画素の第１段目から第６段目に向かって、
画素光出力値が０から２５５になる変化点を調べてい
く。図１５は、２値画像ではないので、欠陥部分などで
は０から２５５の任意の値を取り得る。ここで、第ｎ１
画素を例にとり、変化点の調べ方を説明する。第１段目
から第３段目までは画素値が全て０なので変化点ではな
い。第４段目の画素値は１２８となっているので、変化
点がこの画素内に存在すると判断する。また、第４段目
を変化点画素ということにする。ここで、変化点を以下
のように定義する。

【００３０】

【数１】

【００３１】となる。同じように、最終画素まで変化点
を調べていくと、図１６のようなグラフが得られる。あ
とは、請求項５と同じ方法で欠陥を検出すればよい。欠
陥のない正常部分では、変化点が一定値（この場合は
３）になる。ここで、図１６のように、スレッショルド
レベルＳＨ１を正常部分での変化点よりも大きな値（こ
の場合は３.５）に設定しておけば、凸欠陥を検出でき
る。逆に、スレッショルドレベルＳＨ２を正常部分での
変化点よりも小さな値（この場合は２.５）に設定して
おけば、凹欠陥を検出できる。この方法では、２値化し
た画像からではなく、２５６階調の濃淡画像から変化点
を計算しているので、１画素の２５６分の１の分解能で
欠陥の高さを推定することができる。

【００３２】請求項８の発明は、次の形態で実施し得
る。図１６が得られたら、請求項６と同じ方法で欠陥を
３次元立的に表現する。あるｍ回目の撮像において、図
１６のような多値画像による変化点グラフを得たとす
る。ここで、スレッショルドレベルＳＨ１を上回った画
素あるいはスレッショルドレベルＳＨ２を下回った画素
についてのみ求める。図１７にその結果を示すが、この
画素と変化点は記憶される。一般的に、安定した製造ラ
インにおいては、欠陥があったとしても、少数かつ微小
であるため、記憶すべき数値の量も少量であると考えら
れる。次に、円筒状被検物３を所定角度だけ回転させ、
ｍ＋１回目の撮像を行い、同じ処理を行う。被検物全面
の撮像が終った後、各撮像回毎に記憶しておいた数値を
もとに、図１３のような３次元立体図を作る。このよう
に、欠陥を３次元立体図で表現できれば、欠陥の表面上
の大きさ及び高さに関する情報が得られる。また、この
方法では、欠陥の高さを１画素の２５６分の１の分解能
で推定しているので、検出精度を向上させることができ
る。

【００３３】請求項９の発明は、次の形態で実施し得
る。この方法では、図１８のような標準画像を予め用意
しておく。標準画像は、欠陥の無い良品を撮像して得ら
れた２値画像である。そして、実際の検査のあるｍ回目
の撮像によって、図１９のような２値画像を得たとす
る。ここで、その検査画像から標準画像を差し引くと、
図２０のような２値の差画像が得られる。次に、まず、
−１画像のみに注目してラベリング処理を行うと、図２
１（Ａ）のようになり、凸欠陥の抽出及び個数の判定が
可能となる。さらに、縦方向の画素を数えれば、凸欠陥
の高さを推定することができる。また、＋１画像に注目
してラベリング処理を行うと、図２１（Ｂ）のようにな
り、凹欠陥の抽出及び個数の判定が可能となる。さら
に、縦方向の画素を数えれば、凹欠陥の深さを推定する
ことができる。これら欠陥の高さ方向の情報をもとに、
円筒状被検物３の良否を判定すればよい。一般的に安定
した製造ラインにおいては、欠陥があったとしても、少
数かつ微小であるため、ラベリング処理，高さを計数す
る処理ともに極短時間で終了し得る。

【００３４】請求項１０の発明は、次の形態で実施し得
る。請求項９の方法により、あるｍ回目の撮像におい
て、図２２のような２値の差画像を得たとする。まず、
−１画像（凸欠陥画像）のみに注目してその画素の位置
情報を図２３のように記憶しておく。同じように、＋１
画像（凹欠陥画像）に注目してその画素の位置情報を図
２４のように記憶しておく。一般的に安定した製造ライ
ンにおいては、欠陥があったとしても、少数かつ微小で
あるため、このように、記憶すべき量も少量であると考
えられる。次に、円筒状被検物３を所定角度だけ回転さ
せ、ｍ＋１回目の撮像を行い、同じ処理を行う。被検物
全面の撮像が終った後、各撮像回で記憶しておいた数値
をもとに、図１３のような３次元立体図を作る。このよ
うに、欠陥を３次元立体図で表現できれば、欠陥の表面
上の大きさ及び高さに関する情報が得られる。これによ
り、検査基準が大きさである場合、高さである場合、そ
の両方の比など複合的な場合等、様々な検査基準に対応
することができる。

【００３５】請求項１１の発明は、次の形態で実施し得
る。あるｍ回目の撮像において、図２５（Ａ）のような
２値画像を得たとする。次に、ｍ＋１回目の撮像におい
て、図２５（Ｂ）のような２値画像を得たとする。ここ
で、ｍ回目の画像からｍ＋１回目の画像を差し引くと、
図２５（Ｃ）のような差画像ｍが得られる。このとき、
請求項１０と同じ方法で、＋１画像および−１画像の位
置情報を記憶しておく。こうしておくと、ｍ回目の撮像
画像（図２５（Ａ））から差画像ｍ（図２５（Ｃ）で記
憶した情報により確定できる）を差し引くことにより、
ｍ＋１回目の撮像画像（図２５（Ｂ））を再生すること
ができる。さらに、ｍ＋２回目の撮像から得た図２５
（Ｄ）のような２値画像からｍ＋１回目の２値画像を差
し引いて、図２５（Ｅ）のような差画像ｍを作り、＋１
画像および−１画像の位置情報を記憶しておく。このよ
うにして、順次差画像を求め、＋１画像および−１画像
の位置情報のみを記憶しておく。ここで、もしも、１回
目の撮像画像が解れば、その画像から差画像１を差し引
くことにより、２回目の撮像画像が再生される。また、
その２回目の撮像画像から差画像２を差し引くことによ
り、３回目の撮像画像が再生される。このようにして、
２回目の撮像画像から最終の撮像画像までを再生させる
ことができる。さらに、この２値の再生画像から、請求
項５で述べた方法により変化点を調べれば、図２６のよ
うな３次元表現が可能となる。

【００３６】ところで、円筒状被検物３を回転させなが
ら撮像していった場合、例え、欠陥の無い良品であって
も、回転軸の振れ等により、図２５（Ａ）の境界線が上
下に振動する。その周期は、回転軸の軸周期であり、周
波数は低い。一方、被検物の全領域に対して、欠陥の存
在する割合は極微小であり、振動の周期に対して、空間
的周波数はかなり高いといえる。請求項１１で述べた方
法により、前回の撮像画像との差を求めた場合、欠陥が
存在するわずかな撮像回において、軸振れなどによる境
界線の上下振動は無視できるレベルであり、欠陥部以外
では、差画像が０になる。つまり、振動の影響を低減さ
せた検出方法が可能となる。また、図２６のように、数
１００程度隔たった撮像回で欠陥が存在した場合、軸振
れ等による境界線の上下振動は無視できなくなり、欠陥
が全体的に底上げされたような状態になるので、その分
は減算すればよい。しかし、この２つめの欠陥が表れて
いるｔ回目からｔ＋４回目までの間に限っていえば、境
界線の上下振動は無視できるレベルである。

【００３７】請求項１２の発明は、次の形態で実施し得
る。ｍ回目の撮像状態が図２７で、そのときの撮像画像
（２５６階調）が図２８のようであったとする。また、
ｍ＋１回目の撮像状態が図２９で、そのときの撮像画像
（２５６階調）が図３０のようであったとする。ここ
で、ｍ回目の撮像画像からｍ＋１回目の撮像画像を差し
引いて、図３１のような差画像ｍ（２５６階調）を求め
る。まず、正の値を持つ画像（凸欠陥画像）のみに注目
して、図３２のように位置情報及び画素光出力値を記憶
しておく。さらに、負の値を持つ画像（凹欠陥画像）の
みに注目して、図３３のように位置情報及び画素光出力
値を記憶しておく。こうしておくと、ｍ回目の撮像画像
（図２８）から差画像ｍ（図３１で記憶した情報により
確定できる）を差し引くことにより、ｍ＋１回目の撮像
画像（図３０）を再生することができる。この多値の再
生画像から、請求項７で述べた方法により変化点を計算
し、図２６のような３次元表現が可能となる。

【００３８】請求項１３の発明は、次の形態で実施し得
る。図１の光学系において、焦点距離ｆ＝５０mmのカメ
ラレンズ及び図６で示した受光器５′を用いて、長さ４
００mmの円筒状被検物３の検査を行うことを考える。こ
のとき、結像倍率をｍ、結像される稜線位置３₁とレン
ズ４までの距離をａ、レンズ４から受光器５′までの距
離をｂとすると、次式が成り立つ。

【００３９】

【数２】

【００４０】これを解くと、ａ＝１０５０mm、ｂ＝５
２.５mmになる。図３４は、この条件での光学系を示
す。このとき、受光器５′の１画素（軸方向１０μm×
縦方向１０μm）当りの撮像位置での視野範囲は、結像
倍率ｍより、軸方向２００μm×縦方向２００μmという
ことになる。ここで、横方向と縦方向の結像倍率を変化
させることを考える。まず、円筒状被検物３の軸方向の
結像に、図３５（Ａ）,（Ｂ）に示されるような、第１
シリンダレンズ４′を用いる。この第１シリンダレンズ
４′は、軸方向のみ光を集光する作用を持ち、縦方向に
は集光する作用を持たない。図３５（Ａ）のような位置
に焦点距離５０mmの第１シリンダレンズ４′を置けば、
軸方向に関して図３４と同じ結像倍率（１／２０）で被
検物を撮像できる。次に、縦方向の結像に、図３５
（Ａ）,（Ｂ）のような、第２シリンダレンズ４″を用
いる。このシリンダレンズ４″は、縦方向のみ光を集光
する作用を持ち、軸方向には集光する作用を持たない。
図３５（Ｂ）のような位置に焦点距離２７５.６２５mm
の第２シリンダレンズ４″を置けば、縦方向に関して結
像倍率１で被検物を撮像できる。つまり、受光器５′の
１画素（軸方向１０μm×縦方向１０μm）当りの撮像位
置での視野範囲は、軸方向２００μm×縦方向１０μmと
なり、縦方向の撮像分解能を高くすることが可能とな
り、欠陥の高さをより高精度に判定できる。

【００４１】請求項１４の発明は、次の形態で実施し得
る。図３６は、この実施の形態の概要図である。６-1
は、円筒状被検物３を回転させるための回転ローラで、
回転モータ９に連結されている。６-2は、テンションロ
ーラで、６-3は、撮像位置３₁の内側に配置された補助
ローラである。図３７に補助ローラ６-3の模式図を示
す。補助ローラ６-3が円筒状被検物３と接触するのは両
端部の数cmのみであり、その他の領域では、撮像位置３
₁の内部において接触していない。一般的に、円筒状被
検物３の両端部数cmのところは、非検査領域の場合が多
く、接触する部分の長さは、その非検査領域に合わせて
設定すればよい。このような補助ローラ６-3を用いるこ
とにより、ローラの傷，汚れなどによる凹凸が被検物の
表面に浮き出てしまうこともなく、また、被検物表面の
振動を低減させることができる。さらに、円筒状被検物
３に折り目ができない範囲で、図３６の角度θ及び補助
ローラ６-3の半径を小さくすることにより、撮像位置３
₁において、円筒状被検物３の凹凸をより顕著に検出で
きる。

【００４２】請求項１５の発明は、次の形態で実施し得
る。図３８のような光学系を考える。円筒状被検物３の
撮像位置３₁の上にマスク７を配置し、単一波長の平行
光２′を照射する。軸方向と垂直な方向から見た側面図
を図３９に示す。円筒状被検物３の撮像位置３₁とマス
ク７により、矩形開口が形成されることになる。その矩
形開口を単一波長の平行光２′で照射し、撮像位置３′
からシリンダレンズ４′′′ａの焦点距離ｆの位置に配
置された第３シリンダレンズ４′′′ａを用いて集光す
ると、第３シリンダレンズ４′′′ａからｆの位置に矩
形開口の１次元フーリエ変換像が形成される。さらに、
この１次元フーリエ変換像を第３シリンダレンズ
４′′′ｂを用いてもう一度フーリエ変換してやると、
スクリーン８上にもとの矩形開口が再生される。円筒状
被検物３に欠陥が無い場合、１次元フーリエ変換像は、
図３８の像Ｉ_fのようになり、ｘ方向に変化する光量分
布を示す。ここで、図４０のように、図３８の像Ｉ_fの
光量分布とは全く逆の透過率分布を持った光学フィルタ
を用意して、図３８の像Ｉ_fの位置に配置する。そうす
ると、欠陥が無い場合、図４１に示すように、スクリー
ン８上では全面が暗くなる。一方、図４２のように、欠
陥が存在した場合、スクリーン８上では、図４３のよう
に、欠陥が存在した場所のみ明るくなる。後は、このス
クリーン８上の画像を解析して、欠陥の高さなどを判定
できる。このように、１次元フーリエ変換を用いること
により、リアルタイムで欠陥のみを検出することが可能
となる。

【００４３】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
は、次の効果を奏することになる。 （１）請求項１の発明によると、ＣＣＤラインセンサで
円筒状被検物の稜線を受光しているので、その光量変動
から被検物の凹凸欠陥を検出できる。 （２）請求項２の発明によると、ＣＣＤラインセンサで
円筒状被検物の稜線を受光し、その光量変動を微分した
後に処理を行うことにより、請求項１に比べ、凹凸欠陥
に対する検出感度を向上させることができる。 （３）請求項３の発明によると、ＣＣＤラインセンサを
複数段重ねた受光器で円筒状被検物の稜線を受光し、そ
の画像データを処理することにより、被検物の凹凸欠陥
を検出できる。 （４）請求項４の発明によると、ＣＣＤラインセンサを
複数段重ねた受光器で円筒状被検物の稜線を受光し、そ
の画像データのコントラストを強調させるようなフィル
タ演算を行った後に、欠陥検出処理を行うことにより、
請求項３に比べ、凹凸欠陥に対する検出感度を向上させ
ることができる。 （５）請求項５の発明によると、ＣＣＤラインセンサを
複数段重ねた受光器で円筒状被検物の稜線を受光し、そ
の画像データを２値化した後、画素値の変化点を調べる
ことにより、被検物の凹凸欠陥を検出できる。 （６）請求項６の発明によると、ＣＣＤラインセンサを
複数段重ねた受光器で円筒状被検物の稜線を受光し、そ
の画像データを２値化した後、画素値の変化点を調べ、
あるスレッショルドレベル以上（あるいは以下）のもの
のみを記憶しておき、全面撮像後、その情報から欠陥を
３次元立体的に表現することにより、大きさ及び高さの
情報が得られ、種々の検査基準に対応できる。 （７）請求項７の発明によると、ＣＣＤラインセンサを
複数段重ねた受光器で円筒状被検物の稜線を受光し、そ
の多値画像データから変化点を調べることにより、１画
素の１／２５６の分解能で凹凸欠陥の高さを推定でき
る。 （８）請求項８の発明によると、ＣＣＤラインセンサを
複数段重ねた受光器で円筒状被検物の稜線を受光し、そ
の多値画像データから変化点を調べ、あるスレッショル
ドレベル以上（あるいは以下）のもののみを記憶してお
き、全面撮像後、その情報から欠陥を３次元立体的に表
現することにより、１画素の１／２５６の分解能で凹凸
欠陥の高さを推定でき、さらに、大きさの情報も得られ
るので、種々の検査基準に対応できる。 （９）請求項９の発明によると、ＣＣＤラインセンサを
複数段重ねた受光器で円筒状被検物の稜線を受光して得
られた２値画像から良品による標準画像を差し引き、そ
の差画像を処理することにより、単純な処理により高速
に凹凸欠陥を検出できる。 （１０）請求項１０の発明によると、ＣＣＤラインセン
サを複数段重ねた受光器で円筒状被検物の稜線を受光し
て得られた２値画像から良品による標準画像を差し引
き、その差画像の欠陥部分のみを記憶しておき、全面撮
像後、その情報から欠陥を３次元立体的に表現すること
により、大きさ及び高さの情報が得られ、種々の検査基
準に対応できる。 （１１）請求項１１の発明によると、ＣＣＤラインセン
サを複数段重ねた受光器で円筒状被検物の稜線を受光し
て得られた２値画像から前回の撮像によって得られた２
値画像を差し引き、その差画像の欠陥部分及び最初の撮
像画像のみを記憶しておき、全面撮像後、その情報から
欠陥を３次元立体的に表現することにより、被検物の振
動の影響を低減させた状態で、欠陥の大きさ及び高さの
情報が得られ、種々の検査基準に対応できる。 （１２）請求項１２の発明によると、ＣＣＤラインセン
サを複数段重ねた受光器で円筒状被検物の稜線を受光し
て得られた多値画像から前回の撮像によって得られた多
値画像を差し引き、その差画像の欠陥部分及び最初の撮
像画像のみを記憶しておき、全面撮像後、その情報から
欠陥を３次元立体的に表現することにより、被検物の振
動の影響を低減させた状態で、１画素の１／２５６の分
解能で凹凸欠陥の高さを推定でき、さらに、大きさの情
報も得られるので、種々の検査基準に対応できる。 （１３）請求項１３の発明によると、円筒状被検物の軸
方向と縦方向の結像倍率を変えることにより、欠陥の高
さ方向の撮像分解能を向上させることができる。 （１４）請求項１４の発明によると、柔らかい円筒状被
検物の稜線を受光器で撮像する際、撮像位置の内面に両
端部と中央部とでは、直径の異なるローラでテンション
を張ることにより、ローラの傷，汚れなどによる凹凸が
被検物の表面に浮き出てしまうことなく、また、被検物
表面の振動を低減させ、さらに凹凸欠陥に対する感度を
向上させることができる。 （１５）請求項１５の発明によると、円筒状被検物の稜
線とマスクにより矩形開口を形成し、その１次元フーリ
エ変換を利用することにより、円筒状被検物の欠陥のみ
をリアルタイムで検出することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の実施の形態の概要を示し、（Ａ）は
斜視図、（Ｂ）は側平面図である。

【図２】 無欠陥時のＣＣＤの受光状態（Ａ）とその出
力（Ｂ）を示す図である。

【図３】 欠陥存在時の図２と同様の図である。

【図４】 ＣＣＤ出力と欠陥の高さの関係を示す図であ
る。

【図５】 図２（Ｂ）のＣＣＤ出力を微分した信号を示
す図である。

【図６】 ラインセンサを数段重ねた受光器を示す図で
ある。

【図７】 図６の受光器の撮像状態を示す図である。

【図８】 図７の受光器出力（Ａ）とその２値画像
（Ｂ）を示す図である。

【図９】 画素に適用するフィルタの係数を示す図であ
る。

【図１０】 段の間で画素値が変化する点と画素順位と
の関係を示す図である。

【図１１】 図１０と同様の変化点グラフの一例を示す
図である。

【図１２】 図１１における欠陥の検出値の記憶状態を
示す図である。

【図１３】 欠陥を３次元立体図で表現する図である。

【図１４】 受光器の撮像状態を示す図である。

【図１５】 図１４の出力を示す図である。

【図１６】 画素値の変化点を示す図である。

【図１７】 図１６における欠陥の検出値の記憶状態を
示す図である。

【図１８】 無欠陥の標準画像を示す図である。

【図１９】 実際の検査画像を示す図である。

【図２０】 図１８と図１９の差画像を示す図である。

【図２１】 図２０から凸欠陥のラベリング（Ａ）と凹
欠陥のラベリング（Ｂ）をした画像を示す図である。

【図２２】 ある回における２値の差画像を示す図であ
る。

【図２３】 凸の欠陥画像の位置情報の記憶状態を示す
図である。

【図２４】 凹の欠陥画像の位置情報の記憶状態を示す
図である。

【図２５】 順次撮像される画像とそれらの差画像の状
態を（Ａ）〜（Ｋ）の処理順序に従って示す図である。

【図２６】 欠陥を３次元立体図で表現する図で、数１
００回隔った撮像回の状態を表わす図である。

【図２７】 ｍ回目の受光器の撮像状態を示す図であ
る。

【図２８】 図２７の出力画像を示す図である。

【図２９】 ｍ＋１回目の受光器の撮像状態を示す図で
ある。

【図３０】 図２９の出力画像を示す図である。

【図３１】 図２８と図３０の差画像を示す図である。

【図３２】 図３１の正の差画像の記憶状態を示す図で
ある。

【図３３】 図３１の負の差画像の記憶状態を示す図で
ある。

【図３４】 図１の光学系を具体化した例を示す図であ
る。

【図３５】 光学系において、結像レンズとしてシリン
ダレンズを用いた例を示す図で、（Ａ）は平面、（Ｂ）
は側面を示す図である。

【図３６】 柔軟な円筒状被検物への適用を示す図であ
る。

【図３７】 図３６の部品である補助ローラを示す図で
ある。

【図３８】 本願の他の発明の実施の形態の光学系の概
要を示す図である。

【図３９】 図３８の光学系の要部を示す図である。

【図４０】 図３８に用いる光学フィルタを示す図であ
る。

【図４１】 無欠陥時のスクリーン上の像を示す図であ
る。

【図４２】 欠陥存在時の矩形開口の状態を示す図であ
る。

【図４３】 図４２のスクリーン上の像を示す図であ
る。

【図４４】 光ビーム走査による従来例を示す図であ
る。

【図４５】 スリット光による従来例を示す図である。

【符号の説明】

１，３１，４１…光源、２，４２…スリット光、２′…
単一波長平行光、３２…レーザ光ビーム、３₁…稜線
（撮像位置）、３，３３，４３…円筒状被検物、４，４
４…レンズ、４′，４″，４′′′ａ，４′′′ｂ…シ
リンダレンズ、３５…受光器、５，４５…ＣＣＤライン
センサ、５′…受光器、６-1…回転ローラ、６-2…テン
ションローラ、６-3…補助ローラ、７…マスク、８…ス
クリーン、９，３９…回転モータ、Ｉ_f…１次元フーリ
エ変換像。

Claims (15)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 円筒状被検物を回転させながら、その稜
   線をラインセンサで撮像し、該ラインセンサの各画素に
   おいて受光する光量の分布に応じる出力信号から円筒状
   被検物の凹凸欠陥を検出することを特徴とする表面欠陥
   検出方法。
2. 【請求項２】 前記光量分布信号を微分処理した信号か
   ら円筒状被検物の凹凸欠陥を検出することを特徴とする
   請求項１記載の表面欠陥検出方法。
3. 【請求項３】 円筒状被検物を回転させながら、その稜
   線をラインセンサを複数段重ねた受光器で撮像し、該受
   光器における画素からの画像に応じる出力信号を処理す
   ることにより、凹凸欠陥を検出することを特徴とする表
   面欠陥検出方法。
4. 【請求項４】 前記画像信号の処理として、画像のコン
   トラストを強調させるフィルタ演算処理を含むことを特
   徴とする請求項３記載の表面欠陥検出方法。
5. 【請求項５】 前記画像信号の処理として、撮像した画
   像の２値化処理を行い、画素列ごとに第１段から最終段
   にかけて画素値が０から１になる変化点の段数を調べ、
   その変化点があるスレッショルドレベルを上回るか、あ
   るいは下回った場合に、欠陥があると判断することを特
   徴とする請求項３記載の表面欠陥検出方法。
6. 【請求項６】 変化点があるスレッショルドレベルを上
   回るか、あるいは下回った場合のみ、その変化点の位置
   情報を記憶しておき、円筒状被検物全面の撮像が終った
   後、その記憶した情報から欠陥を３次元的に認識し、そ
   の高さ（あるいは深さ）及び表面上の大きさなどから、
   円筒状被検物の良，不良を判断することを特徴とする請
   求項５記載の表面欠陥検出方法。
7. 【請求項７】 前記受光器により得られた多値画像を用
   い、画素列ごとに第１段から最終段にかけて画素値すな
   わち光量の階調が０から２５５へ変化するに際して、そ
   の中間値の画素を変化点画素とし、その画素値から１画
   素の１／２５６の分解能で変化点を計算し、その変化点
   がスレッショルドレベルを上回るか、あるいは下回った
   場合に、欠陥があると判断することを特徴とする請求項
   ３記載の表面欠陥検出方法。
8. 【請求項８】 前記変化点があるスレッショルドレベル
   を上回るか、あるいは下回った場合のみ、その変化点の
   位置情報を記憶しておき、円筒状被検物全面の撮像が終
   った後、その記憶した情報から欠陥を３次元的に認識
   し、その高さ（あるいは深さ）及び表面上の大きさなど
   から円筒状被検物の良，不良を判断することを特徴とす
   る請求項７記載の表面欠陥検出方法。
9. 【請求項９】 前記受光器により得られた画像の２値化
   画像から標準画像を差し引いて得られた差画像を用い、
   凹凸欠陥を検出することを特徴とする請求項３記載の表
   面欠陥検出方法。
10. 【請求項１０】 前記差画像において、画素値−１の画
    素及び＋１の画素の位置情報のみを記憶しておき、円筒
    状被検物全面の撮像が終った後、その記憶した情報から
    欠陥を３次元的に認識し、その高さ（あるいは深さ）及
    び表面上の大きさなどから円筒状被検物の良，不良を判
    断することを特徴とする請求項９記載の表面欠陥検出方
    法。
11. 【請求項１１】 前記受光器により得られた画像を２値
    化し、前回の撮像によって得られた２値画像から今回の
    画像を差し引き、差画像の画素値−１の画素及び＋１の
    画素の位置情報ならびに１回目の撮像によって得られた
    ２値画像を記憶しておき、円筒状被検物全面の撮像が終
    った後、それらの記憶した情報から欠陥を３次元的に認
    識し、その高さ（あるいは深さ）及び表面上の大きさな
    どから円筒状被検物の良，不良を判断することを特徴と
    する請求項３記載の表面欠陥検出方法。
12. 【請求項１２】 前記受光器により得られた今回の多値
    画像を、前回の撮像によって得られた多値画像から差し
    引くことにより求まる差画像の画素値が、０以外の画素
    の位置情報とその画素値、ならびに１回目の撮像によっ
    て得られた多値画像を記憶しておき、円筒状被検物全面
    の撮像が終った後、それらの記憶した情報から欠陥を３
    次元的に認識し、その高さ（あるいは深さ）及び表面上
    の大きさなどから円筒状被検物の良，不良を判断するこ
    とを特徴とする請求項３記載の表面欠陥検出方法。
13. 【請求項１３】 前記円筒状被検物の撮像において、円
    筒状被検物の軸方向と、それと直角な縦方向の結像倍率
    を異なるようにしたことを特徴とする請求項１又は３記
    載の表面欠陥検出方法。
14. 【請求項１４】 柔らかい円筒状被検物に適用するため
    に、回転駆動用ローラ，テンションローラ及び円筒状被
    検物の両端部のみで接触する補助ローラの各ローラを円
    筒状被検物内部に配置し、これらのローラを用いて、該
    円筒状被検物を回転させることを特徴とする請求項１又
    は３記載の表面欠陥検出方法。
15. 【請求項１５】 円筒状被検物の稜線及びマスクによっ
    て形成された矩形開口を単一波長の平行光で照射し、該
    矩形開口を透過あるいは回折する光をシリンダレンズに
    作用させ、そのシリンダレンズによる１次元フーリエ変
    換面に空間フィルタを配置し、さらに該空間フィルタを
    透過あるいは回折する光のフーリエ変換像をスクリーン
    に結像させることにより、欠陥部のみを抽出することを
    特徴とする表面欠陥検出方法。