JPH09304287A - 外観検査装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 高分解能且つ安価であって、しかも短時間で
の外観検査を可能とした。 【解決手段】 照明装置３の光軸を被検査物１の円筒面
に対して直交するように前記照明装置３を配設し、複数
台のラインセンサカメラ４ａ、４ｂを被検査物１の軸芯
方向の長さに応じ照明装置３を挟んで千鳥状に配設す
る。そして、照明装置３からの出射光の内、出射角度θ
が所定範囲内の出射光により照射された部分の円筒面を
ラインセンサカメラ４ａ、４ｂで撮像し、該撮像結果を
画像処理装置５に供給して被検査物１の外観に欠陥が有
るか否かを判定する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は外観検査装置に関
し、より詳しくは、円筒形状に形成された被検査物の外
観、すなわち円筒面を検査する外観検査装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、被検査物として軸芯方向の寸
法が長い円筒形状の転がり軸受用ころをラインセンサカ
メラ等の撮像手段により撮像し、該被検査物の外観検査
をする外観検査装置が知られている。

【０００３】この種の外観検査装置は、照射手段を被検
査物の円筒面に対し斜め上方に配設し、該照射手段から
の線状光源を被検査物の円筒面に照射すると共に、該円
筒面からの反射光が入光する位置に撮像手段を配設し、
該円筒面からの反射光を含む円筒面を前記撮像手段で撮
像している。

【０００４】しかるに、被検査物が転がり軸受の場合
は、「ころ」に微小な傷があっても該転がり軸受の寿命
に大きな影響を及ぼすため、倍率を大きくして高分解能
での検査を行うことが要請されるが、撮像手段の視野内
に円筒面の一次元画像が入るようにすると倍率を小さく
しなければならず、分解能が低下して欠陥検出性能が不
十分となるという欠点があった。

【０００５】そこで、近年では図９〜図１１に示す外観
検査装置を使用して被検査物の外観検査を行なってい
る。

【０００６】図９に示す第１の従来技術では、２台の撮
像手段５１ａ、５１ｂを略密着状に並設し、照射手段５
２からの線状光を被検査物５３に入射する。そして、該
被検査物５３からの反射光を含む円筒面が前記２台の撮
像手段５１ａ、５１ｂにより撮像され、これら撮像手段
５１ａ、５１ｂの夫々の撮像結果が画像処理装置５４で
処理され、被検査物５３の円筒面における欠陥の有無が
判定される。すなわち、該第１の従来技術においては、
被検査物の軸芯方向の寸法が長い場合であっても複数台
の撮像手段５１…を並設することにより、被検査物５３
を矢印ａ方向に１回転させるだけで該被検査物５３の円
筒面全域に亙って外観検査を行うことが可能となる。

【０００７】図１０に示す第２の従来技術は、１台の撮
像手段５５でもって被検査物５３の円筒面を外観検査を
行なおうとするものであり、撮像手段５５の視野範囲に
応じて被検査物５３を矢印ｂ方向に移動させて分割撮像
することにより、被検査物５３の円筒面全域に亙って外
観検査をしている。すなわち、該第２の従来技術におい
ては、被検査物５３を矢印ａ方向に１回転させて検査し
た後、該被検査物５３を矢印ｂ方向に移動させて再度被
検査物５３を矢印ａ方向に１回転させることにより外観
検査を行っている。

【０００８】図１１に示す第３の従来技術は、撮像手段
５６ａ、５６ｂと照射手段５７ａ、５７ｂからなる２組
の光学系５８ａ、５８ｂを軸芯方向に対して異なる位置
に配設し、被検査物５３を矢印ａ方向に１回転させるこ
とにより、被検査物５３の円筒面全域に亙って外観検査
を行うものである。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記第
１の従来技術においては、倍率を上げて分解能を高める
べく、図１２の仮想線に示すように、被検査物５３を撮
像手段５１ａ、５１ｂに近づけて配置した場合、図中ｃ
部の外観検査を行うことができなくなる。すなわち、前
記第１の従来技術においては、高分解能で外観検査を行
うべく被検査物５３を撮像手段５１ａ、５１ｂに近づけ
た場合、撮像手段５１ａ、５１ｂの筐体の厚みが障害と
なって死角ψが形成され、このため図中ｃ部の外観検査
を行うことができなくなる。したがって、倍率を上げて
高分解能で外観検査をするには限界があるという問題点
があった。

【００１０】上記第２の従来技術においては、被検査物
５３を撮像手段５５に近づけても上記第１の従来技術の
ように死角が生じることなく、したがって高倍率に設定
して撮像することができるため高分解能での外観検査が
可能であるが、円筒面全域に亙って検査をするためには
被検査物５３を矢印ｂ方向に移動させる必要があり、こ
のため矢印ａ方向への回転機構の他、別途矢印ｂ方向へ
の移動機構が必要となり、装置が複雑なものになるとい
う問題点があった。さらに、円筒面全域を検査するには
被検査物５３を分割撮像の回数分だけ複数回回転させる
必要がある。このため、検査に長時間を要し、検査時間
の短縮化、生産効率の向上の要請に反するという問題点
があった。

【００１１】上記第３の従来技術においても、被検査物
５３を撮像手段５６ａ、５６ｂに近づけても上記第１の
従来技術のように死角が生じることなく、したがって高
倍率に設定して撮像することができるため高分解能での
外観検査が可能であり、また上述の第２の従来技術のよ
うに被検査物５３を移動させるための移動機構も必要と
しないが、複数の光学系５８ａ、５８ｂを設けて外観検
査を行っているため、装置全体が大型化し、照射手段も
２組必要で装置のコストアップを招来するという問題点
があった。さらに、被検査物５３の外径が異なると光学
系の調整に手間がかかり、外観検査を迅速に行うには限
界があるという問題点があった。

【００１２】本発明はかかる問題点に鑑みなされたもの
であって、高分解能且つ安価であって、しかも短時間で
外観検査を行うことができる外観検査装置を提供するこ
とを目的とする。

【００１３】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明は、円筒形状に形成された被検査物を所定位置
に保持して該被検査物を自転させる被検査物回転手段
と、指向性を有する光を前記被検査物の円筒面に照射す
る照射手段と、前記円筒面からの反射光に相対する位置
に配設されて前記照射手段により照射された前記円筒面
を撮像する撮像手段と、該撮像手段の撮像結果に基づい
て前記被検査物の円筒面を評価する評価手段とを備えた
外観検査装置において、前記照射手段の光軸が前記円筒
面に対して直交するように前記照射手段が配設されると
共に、前記撮像手段が前記被検査物の軸芯方向の長さに
応じ前記照射手段を挟んで千鳥状に複数個配設され、且
つ、前記照射手段からの出射光の内、出射角度θが所定
範囲内の出射光により照射された部分の前記円筒面が前
記撮像手段により撮像され、更に、該撮像結果が前記評
価手段に供給されることを特徴としている。

【００１４】外観検査を光学的に行う場合、線状光源等
指向性を有する光源を出射する照射手段であっても照射
手段からの出射角度θが所定範囲内（例えば、−３０°
≦θ≦＋３０°）の照射領域からは十分な光量を得るこ
とが知られている（例えば、ＦＩＢＥＲ ＯＰＴＩＣＳ
（N.S.Kapany著，Academic Press社出版）。

【００１５】したがって、照射手段を挟んで千鳥状に、
すなわち照射手段を挟んで両側に交互に被検査物の軸芯
方向の長さに応じて複数の撮像手段を配設し、照射手段
からの出射光が入光する円筒面を前記複数の撮像手段で
撮像することにより、被検査物の円筒面に死角が生ずる
こともなく、該被検査物を１回転させるだけで被検査物
の円筒面全域に亙って外観検査を行うことが可能とな
る。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
に基づいて詳説する。

【００１７】図１は本発明に係る外観検査装置の一実施
の形態を示す斜視図であって、円筒形状に形成された被
検査物１を矢印Ａ方向に回転させる回転駆動機構２（被
検査物回転手段）と、円筒面に対して光軸が直交するよ
うに被検査物１の上方に配設された照明装置３（照射手
段）と、該照明装置３を挟んで互いに千鳥状に配設され
た２台のラインセンサカメラ４ａ、４ｂ（撮像手段）
と、これらラインセンサカメラ４ａ、４ｂからの撮像結
果に基づいて被検査物１の欠陥有無を判定評価する画像
処理部５とを備えている。

【００１８】ラインセンサカメラ４ａ、４ｂは、一方方
向に列設された多数（例えば、１０２４個）のＣＣＤ
（電荷結合素子）と、被検査物１を所定倍率に拡大する
レンズとを有している。そして、ＣＣＤは光量に比例し
た電荷を蓄積して、レンズを介して所定倍率に拡大され
た被検査物１の撮像画像を取得する。

【００１９】回転駆動機構２は、矢印Ｂ方向に回転する
一対の回転ローラ６ａ、６ｂと、該回転ローラ６ａ、６
ｂを駆動する駆動モータ（不図示）とを有している。そ
して、一対の回転ローラ６ａ、６ｂの間に被検査物１を
載置し、駆動モータを介して前記一対の回転ローラ６
ａ、６ｂを矢印Ｂ方向に回転させることにより前記被検
査物１は矢印Ａ方向に自転する。

【００２０】照明装置３は、図２に示すように、光を発
する光源部７と、線状光を射出する光射出部８と、該光
射出部８と前記光源部７とを接続するファイバ束からな
る接続ケーブル９とを備えている。

【００２１】光源部７は、具体的には光源としてのハロ
ゲンランプ１０と、該ハロゲンランプ１０が発する赤外
線を吸収する赤外線吸収フィルタ１１と、該赤外線吸収
フィルタ１１と前記ハロゲンランプ１０との間に介在さ
れたレンズとを具備している。

【００２２】また、光射出部８は、図３に示すように、
所定外径（例えば、外径５０μｍ）を有する円形断面形
状の多数の光ファイバ１２…からなり、１個の光ファイ
バ１２からは図２のＤ部に示すように、出射角度θでも
って円錐状の光を射出するので、全体しては略線状の射
出光が得られる。

【００２３】図４は１つの光ファイバ１２から発する線
状光源の光量分布を示す分布図であって、出射角度θが
±３０°の範囲内にあるときは、最大光量（出射角度θ
が０°の場合に相当する）の７０％以上の光量が得られ
る（図中、Ｌで示す）。光射出部８の光出口部分の長手
方向に直交する任意断面での光量分布もこれと略同様と
なる。そして、本実施の形態では後述するようにかかる
光ファイバ１２の光量分布特性を利用することにより、
被検査物３の欠陥の有無を光学的に検査している。

【００２４】また、画像処理部５は、図５に示すよう
に、ラインセンサカメラ４ａからの出力信号が入力され
る第１のコンパレータ１３ａと、ラインセンサカメラ４
ｂからの出力信号が入力される第２のコンパレータ１３
ｂと、該コンパレータ１３ａ、１３ｂからの出力信号が
入力される論理和回路１４と、該論理和回路１４からの
出力信号が入力される判定回路１５と、該判定回路１５
に入力された判定結果を取り込んで欠陥の有無を判定し
且つ欠陥情報を前記判定回路１５に供給する演算処理部
１６とを備えている。

【００２５】このように構成された画像処理部５におい
ては、第１のコンパレータ１３ａでは予め定められた基
準値Ｔ１とラインセンサカメラ４ａからの出力信号とが
比較され、第２のコンパレータ１３ｂでは予め定められ
た基準値Ｔ２とラインセンサカメラ４ｂからの出力信号
とが比較される。そして、ラインセンサカメラ４ａ、４
ｂからの出力信号が基準値Ｔ１、Ｔ２より低い場合は第
１及び／又は第２のコンパレータ４ａ、４ｂはハイレベ
ル信号を出力し、該出力信号が論理和回路１４に入力さ
れる。該論理和回路１４では、第１及び第２のコンパレ
ータ１３ａ、１３ｂからの出力信号に対して論理和演算
を行う。そして、第１及び第２のコンパレータ１３ａ、
１３ｂの内の少なくともいずれか一方の出力信号がハイ
レベル信号のときは該ハイレベル信号を判定回路１５を
介して演算処理部１６に供給し、第１及び第２のコンパ
レータ１３ａ、１３ｂの出力信号が共にローレベル信号
のときは該ローレベル信号を判定回路１５を介して演算
処理部１６に供給する。そして、演算処理部１６では欠
陥信号を出力すべきか否かを判定して被検査物１の欠陥
情報を判定回路１５に供給し、判定回路１５は被検査物
１に欠陥が有るときは欠陥信号を出力する。

【００２６】しかして、図１に示すように、ラインセン
サカメラ４ａは矢印Ｅに示すように、第１の撮像領域１
７を撮像し、ラインセンサカメラ４ｂは矢印Ｆに示すよ
うに、第２の撮像領域１８を撮像する。尚、撮像領域に
死角が生じるのを回避すべく、第１の撮像領域１７と第
２の撮像領域１８との間にはオーバラップ領域１９が形
成されている。

【００２７】図６はラインセンサカメラ４ａ、４ｂの配
設位置を示す本装置の正面図であって、上述したよう
に、照明装置３は、ＸＹ平面においてその光軸Ｇが被検
査物１の中心を通るＹ軸と一致するように被検査物１の
上方適所に配設されている。

【００２８】また、ラインセンサカメラ４ａ、４ｂの配
設位置は以下の如く決定される。すなわち、照明装置３
は出射角度θでもって被検査物の軸線方向に亘って線状
光を出力するが、線状光源の光量は、上述したように光
軸Ｇ上を通過する光のみならず光軸Ｇに対する出射角度
θが所定範囲、すなわち±３０°の範囲内にあるときは
出射角度θが０°のときに対し７０％以上の光量を確保
することができ、したがって、かかる所定範囲の出射角
度θ内では被検査物１の欠陥を光学的に検査する場合に
十分な光量を得ることができる。そして、かかる光量分
布特性を活用すべく、後述のように定められる。ある特
定の出射角度θで入射する入射角φ１に対し反射角φ２
（＝φ１）で反射する反射光の延長線上にラインセンサ
カメラ４ｂが配設されている。被検査物１の半径をｒ、
照明装置３の先端までの高さをｈとすると点Ｐ（ｘ，
ｙ）は数式（１）、（２）で表される。

【００２９】

【数１】 ここで、ｅ＝cot θである。

【００３０】数式（２）を数式（１）に代入して整理す
ると点Ｐ（ｘ，ｙ）は数式（３）のようになる。

【００３１】

【数２】 また、光軸Ｇとラインセンサカメラ４ｂに入光する反射
光との成す角度をθｄ、入射角φ１と反射角φ２との境
界線Ｈと光軸Ｇとの成す角度をθｒとすると、数式
（４）が成立する。

【００３２】φ１＝φ２＝θ＋θｒ …（４） したがって、数式（５）が幾何学的に成立し、該数式
（５）から角度θｄは数式（６）で示される。

【００３３】θ＋θｄ＝２（θ＋θｒ） …（５） θｄ＝２θｒ＋θ …（６） ここで、角度θｒは数式（７）で示される。

【００３４】

【数３】 したがって、ラインセンサカメラ４ｂの傾きθｃを予め
決めておき、上式より角度θｄと傾きθｃが等しくなる
ような出射角度θを求める。この時出射角度θが所定の
範囲内（例えば、−３０°≦θ≦３０°）であれば問題
ない。もし出射角度θが前記所定範囲外ならば、ライン
センサカメラ４ｂの傾きθｃ（角度θｄ）を見直す。出
射角度θが求まることにより、点Ｐ（ｘ，ｙ）を求める
ことができる。よって、ラインセンサカメラ４ｂを図６
のＪ方向に移動させて該ラインセンサカメラ４ｂの光軸
が点Ｐを通るように配置することにより、照明装置３よ
りθなる角度で出射し、被検査物１で正反射した光をラ
インセンサカメラ４ｂで撮像することが可能となる。

【００３５】尚、ラインセンサカメラ４ａについても同
様にして配設位置が決定される。

【００３６】また、本実施の形態ではラインセンサカメ
ラ４ａ、４ｂを保持するカメラ保持機構２０がラインセ
ンサカメラ４ａ、４ｂの背後に設けられている。カメラ
保持機構２０は、具体的にはラインセンサ４ａ、４ｂを
保持して矢印Ｉ方向に可動する支持台２１と、互いに逆
方向に螺刻された雄ねじ部２１と、該雄ねじ部２１の送
りを調整する調整用つまみ２２とを備え矢印Ｊ方向に可
動する水平方向調整機構と、不図示の送りネジを介して
ラインセンサカメラ４ａ、４ｂを矢印Ｋ方向に可動する
ピント調整機構（不図示）とを備えている。

【００３７】上記カメラ保持機構２０においては、調整
用つまみ２２を操作することにより、照明装置３を対称
として同時に互いに反対方向に水平移動するように構成
されている。また、ラインセンサカメラ４ａ、４ｂはピ
ント調整機構を介して、或いは支持台５を上下方向（矢
印Ｉ方向）に移動させることにより、被検査物１との距
離が調整される。

【００３８】このように構成された外観検査装置におい
ては、照明装置３から被検査物１の円筒面に線状光が照
射されると、光軸Ｇに対して角度θｄの方向に配された
ラインカメラセンサ４ａ、４ｂにより被検査物１の円筒
面が撮像され、その撮像結果が画像処理装置５に供給さ
れ、該画像処理装置５で被検査物１の欠陥の有無を判定
する。

【００３９】図７は上記外観検査装置で被検査物１を検
査した場合の検査結果を示した図である。

【００４０】すなわち、図７（ａ）に示すように、ライ
ンセンサカメラ４ａ、４ｂの第１及び第２の撮像領域１
７、１８において、点Ｑ及び点Ｒの２箇所に欠陥（傷）
がある場合を示している。

【００４１】この場合、ラインセンサカメラ４ｂからは
図７（ｂ）に示すような出力波形が第２のコンパレータ
１３ｂに入力され、ラインセンサカメラ４ａからは図７
（ｃ）に示すような出力波形が第１のコンパレータ１３
ａに入力される。

【００４２】そして、第１及び第２のコンパレータ１３
ａ、１３ｂでは夫々の基準値Ｔ１、Ｔ２と比較され、出
力波形が基準値Ｔ１、Ｔ２より低いときに第１及び第２
のコンパレータ１３ａ、１３ｂはハイレベル信号（欠陥
信号Ｋ）を出力し、次いで図７（ｄ）に示すように、論
理和回路１４がハイレベル信号を出力し、被検査物３の
欠陥を検出する。

【００４３】このように本実施の形態によれば、光軸Ｇ
が被検査物１の円筒面に対して直交するように照明装置
３が配設されると共に、２台のラインセンサカメラ４
ａ、４ｂが照明装置３を挟んで千鳥状に配設され、且
つ、照明装置３からの出射光の内、出射角度θが所定範
囲（例えば、±３０°）内の出射光により照射された部
分の円筒面を前記ラインセンサカメラ４ａ、４ｂで撮像
しているので、被検査物を１回転させるだけで死角が生
じることもなく被検査物の円筒面全域に亙って高分解能
でもって撮像することが可能となり、さらに該撮像結果
を画像処理部５で処理して被検査物１の欠陥の有無を判
定しているので、被検査物に対し短時間で且つ高精度に
外観検査を行うことができる。しかも、ラインセンサ４
ａ、４ｂや照明装置は従来から使用されている汎用品を
使用することができ、したがってコストアップを招来す
ることもない。

【００４４】尚、本発明は上記実施の形態に限定される
ものではない。上記実施の形態では２台のラインセンサ
カメラ４ａ、４ｂを使用して外観検査を行っているが、
被検査物３の軸芯方向の寸法が長いときは、図８に示す
ように、軸芯方向の寸法に応じて３台以上のラインセン
サカメラ４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄ…を千鳥状に配設する
ことにより、被検査物１を１回転させるだけで円筒面全
域に亙る外観検査を行うことができる。

【００４５】

【発明の効果】以上詳述したように本発明に係る外観検
査装置は、前記照射手段の光軸が前記円筒面に対して直
交するように前記照射手段が配設されると共に、前記撮
像手段が、前記被検査物の軸芯方向の長さに応じ前記照
射手段を挟んで千鳥状に複数個配設され、且つ、前記照
射手段からの出射光の内、出射角度θが所定範囲内の出
射光により照射された部分の前記円筒面が前記撮像手段
により撮像され、更に、該撮像結果が前記評価手段に供
給されるので、被検査物を１回転させるだけで死角が生
じることもなく被検査物の円筒面全域に亙って高分解能
でもって撮像することができ、かかる撮像結果に基づい
て被検査物の高精度な外観検査を行うことができる。し
かも、撮像手段や照明手段は従来から使用されている汎
用品を使用することができ、したがって安価な外観検査
装置を実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る外観検査装置を模式的に示した斜
視図である。

【図２】照明装置の詳細を模式的に示した図である。

【図３】図２のＺ部拡大図である。

【図４】光ファイバの光量分布図である。

【図５】画像処理装置の詳細を示すブロック構成図であ
る。

【図６】本発明に係る外観検査装置を模式的に示した正
面図である。

【図７】本発明に係る外観検査装置で被検査物の外観検
査を行った場合の検査結果を示す図である。

【図８】ラインセンサカメラを多数配列した場合の状態
を示す平面図である。

【図９】第１の従来技術の斜視図である。

【図１０】第２の従来技術の斜視図である。

【図１１】第３の従来技術の正面図である。

【図１２】第１の従来技術の問題点を説明するための図
である。

【符号の説明】 １ 被検査物 ２ 回転駆動機構（被検査物回転手段） ３ 照明装置（照射手段） ４ａ、４ｂ ラインセンサカメラ（撮像手段） ５ 画像処理装置（評価手段）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 円筒形状に形成された被検査物を所定位
   置に保持して該被検査物を自転させる被検査物回転手段
   と、指向性を有する光を前記被検査物の円筒面に照射す
   る照射手段と、前記円筒面からの反射光に相対する位置
   に配設されて前記照射手段により照射された前記円筒面
   を撮像する撮像手段と、該撮像手段の撮像結果に基づい
   て前記被検査物の円筒面を評価する評価手段とを備えた
   外観検査装置において、 前記照射手段の光軸が前記円筒面に対して直交するよう
   に前記照射手段が配設されると共に、前記撮像手段が前
   記被検査物の軸芯方向の長さに応じ前記照射手段を挟ん
   で千鳥状に複数個配設され、 且つ、前記照射手段からの出射光の内、出射角度θが所
   定範囲内の出射光により照射された部分の前記円筒面が
   前記撮像手段により撮像され、更に、該撮像結果が前記
   評価手段に供給されることを特徴とする外観検査装置。