JPH0933442A

JPH0933442A - 筋状欠陥検出装置

Info

Publication number: JPH0933442A
Application number: JP18187095A
Authority: JP
Inventors: Hiroyuki Goto; 洋之後藤; Osamu Masuda; 修増田; Tomio Nakamura; 富夫中村; Motoharu Maeda; 元治前田
Original assignee: Konica Minolta Inc
Current assignee: Konica Minolta Inc
Priority date: 1995-07-18
Filing date: 1995-07-18
Publication date: 1997-02-07

Abstract

(57)【要約】【課題】一定方向に移動する物体の表面に光を照射し、
物体からの反射光の変化に基づいて物体表面の微細な筋
状欠陥を検出する。【解決手段】複数の投光部及び複数の受光部を交互に層
状に配置した光学センサ２を、走査手段３によって、シ
ート状物１の移動方向に対して略直角方向に走査する。
各受光部でシート状物１表面からの反射光を受光し、対
応させた受光部の差動出力の変化を基に欠陥判別回路４
によってシート状物１表面の筋状欠陥を検出する。また
同時に、シート状物１の蛇行を蛇行検出器51で検出し、
蛇行量に応じてパルス発生器52の出力を蛇行補正回路53
によって補正し筋状欠陥の検出位置を補正する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、一定方向に搬送さ
れる物体表面の筋状欠陥を検出する装置に関するもので
ある。

【０００２】

【従来の技術】写真感光材料や磁気テープあるいは金属
等のような物体は、製造工程でその表面に傷がついた
り、ゴミや塵が付着したりすることがあり、製品の品質
に悪影響を与える。そのなかでも、写真感光材料や磁気
テープのようなシート状物の場合は搬送方向に長い筋状
欠陥ができることがある。そこで従来これらの欠陥を検
出する装置として、特に物体に光を照射し、反射光の変
化量に基づいて物体表面に付いた欠陥を検出する装置が
種々提案されている。

【０００３】例えば、特公平4-10583 号公報において
は、光ファイバーで構成した投受光一体のセンサヘッド
２個を用い、それぞれが受光する正反射光と傾斜反射光
との変化の割合から物体表面の欠陥を検出する方法が開
示されている。また、特開平5-203585号公報において
は、物体の移動方向とほぼ直角方向に光学ヘッドを往復
運動させながら物体表面に光を照射し、物体からの反射
光または透過光を前記光学ヘッドで受光して、該受光信
号が所定のレベルを越えている時間の長さが所定時間を
越えたとき筋状欠陥ありと判定する方法及び装置が開示
されている。

【０００４】このような方法によれば、物体表面に付い
た筋状欠陥を検出することができ、加えて、筋状欠陥と
ゴミや塵などのスポット状物とを区別して検出すること
ができる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかし、さらに微細な
筋状欠陥を検出する場合には、僅かな反射光の変化を確
実に受光し、その変化が筋状欠陥によるものかノイズ等
によるものかを正確に判別しなければならず、従来の方
法ではさらに微細な筋状欠陥を検出し難いという問題が
あった。

【０００６】そこで本発明は上記問題点に着目してなさ
れたもので、請求項１〜５に記載の発明は、微細な筋状
欠陥による反射光の僅かな変化を検出し、その変化をノ
イズ等による受光出力の変化と明確に区別することが可
能な筋状欠陥検出装置を提供することを目的としたもの
である。また請求項６及び７に記載の発明は、上記の目
的に加えて、検査対象となる物体の蛇行を考慮し、蛇行
量及び蛇行方向に基づいて欠陥検出位置を補正して、正
確に筋状欠陥の存在及び位置を検出する筋状欠陥検出装
置を提供することを目的としたものである。

【０００７】尚、実開昭63-58739号公報において、光フ
ァイバーを介して反射光を受光する３個の受光素子を正
三角形に配置し、その３個の内１個を共通として、共通
の１個と他の１個との差動出力をとり、傷等を検出する
装置が開示されている。しかし、この装置では、ノイズ
あるいは表面突起等のようなスポット的に差動出力の変
化を発生させるものがあったときに、そのノイズあるい
は表面突起等を物体表面の傷として誤検出してしまうこ
とがあり、このノイズあるいは表面突起等の影響を避け
るため、差動出力の変化から傷を判別するときの検出レ
ベルを下げたりしなければならないという問題がある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】このため本発明のうちで
請求項１に記載の発明は、一定方向に移動する物体の表
面に光を照射し、該物体からの反射光の変化量に基づい
て前記物体の表面に付いた筋状欠陥を検出する装置であ
って、複数本の光ファイバーの一端から前記物体表面に
光を照射する投光部と、複数本の光ファイバーの一端か
ら前記物体表面での反射光を受光する受光部とをそれぞ
れ複数有し、複数の前記投光部と受光部とを交互に層状
に配置したセンサ手段と、前記投光部及び前記受光部の
層状配置方向が走査方向と略平行で前記物体と対面する
位置に配置した前記センサ手段を、前記物体の移動方向
と略直角方向に往復運動させて走査する走査手段と、対
応させた前記受光部間の差動出力が、所定の閾値範囲外
となり、且つこの閾値範囲外の差動出力が所定の時間以
内で連続して発生したとき、筋状欠陥信号を出力する欠
陥判別手段とを備えて構成したことを特徴とする。

【０００９】かかる構成とすれば、複数の投光部及び受
光部を交互に層状に配置したセンサ手段が、走査手段に
よって、投光部及び受光部の層状配置方向が走査方向に
略平行で、物体の移動方向と略直角方向に往復運動し、
物体表面からの反射光を複数の受光部で受光して、対応
させた受光部の差動出力を発生する。その出力の変化量
に基づいて、欠陥判別手段は、物体表面の筋状欠陥によ
る出力の変化とノイズ等による出力の変化とを判別し
て、物体表面に筋状欠陥が存在するとき、筋状欠陥の存
在を示す検出信号を出力する。

【００１０】また請求項２に記載の発明は、請求項１に
記載の発明の構成において、前記対応させた受光部の各
受光出力が互いに逆位相となるように前記センサ手段の
受光部間距離を設定することを特徴とする。かかる構成
とすれば、請求項１に記載の発明に対して、対応させた
受光部の各受光出力が逆位相となるようにセンサ手段の
受光部間距離を設定することにより、対応させた受光部
間の差動出力が、筋状欠陥による反射光の変化を顕著に
示す信号となる。

【００１１】また請求項３に記載の発明は、請求項１又
は２に記載の発明の構成において、前記センサ手段の各
受光部は、前記物体表面の拡散性に基づいて定まる前記
受光部の受光範囲（Ｒ）と、前記走査方向に対する前記
受光部の幅（ａ）と、前記センサ手段の受光面と前記物
体表面との間の検出距離（Ｌ）とによって求まる下記の
式の関係、 θ≦ｔａｎ^-1〔（Ｒ−ａ）／（２×Ｌ）〕を満たす開口角（θ）を有することを特徴とする。

【００１２】かかる構成によれば、請求項１又は２に記
載の発明に対して、物体表面の拡散性に応じた開口角
（θ）を有する受光部で形成されたセンサ手段を用いる
ことによって、反射光に対するセンサ手段の受光効率を
向上させることができる。また請求項４に記載の発明
は、請求項１〜３のいずれか１つに記載の発明の構成に
おいて、前記欠陥判別手段を、前記対応させた受光部間
の差動出力が前記所定の閾値範囲外か否かを判定する第
１レベル判定部と、該第１レベル判定部の閾値範囲外判
定出力が前記所定の時間以内で連続して発生したとき筋
状欠陥信号を出力する欠陥判別部とで構成したことを特
徴とする。

【００１３】かかる構成とすれば、請求項１〜３に記載
の発明に対して、欠陥判別手段の第１レベル判定部で、
対応させた受光部間の差動出力が所定の閾値範囲外か否
かを判定し、欠陥判別部で、第１レベル判定部の閾値範
囲外判定出力が所定の時間以内で連続して発生したかを
判別することによって、閾値範囲外判定出力が所定の時
間以内で連続して発生したとき筋状欠陥信号を出力する
ようになる。

【００１４】また請求項５に記載の発明は、請求項４に
記載の発明の構成に加えて、前記欠陥判別手段が、前記
対応させた受光部間の差動出力の変化が前記第１レベル
判定部の閾値範囲を含む広い閾値範囲外か否かを判定す
る第２レベル判定部と、前記欠陥判別部の出力と前記第
２レベル判定部の出力との論理和演算を行う第１論理和
演算手段を設けて、該第１論理和演算手段の出力を筋状
欠陥信号として出力する構成としたことを特徴とする。

【００１５】かかる構成とすれば、請求項４に記載の発
明の欠陥判別手段において、対応させた受光部間の差動
出力の変化の内、小さな筋状欠陥やノイズ等によって起
こる変化は第１レベル判定部でレベル判定され、また、
大きな筋状欠陥によって起こる変化は第２レベル判定部
でレベル判定されるようになり、第１論理和演算手段で
第１及び第２レベル判定部の出力の論理和演算を行い筋
状欠陥信号を出力することによって、筋状欠陥の形状に
よって差動出力が広範囲に変化する場合に、素早く正確
に筋状欠陥を検出するようになる。

【００１６】また請求項６に記載の発明は、請求項１〜
５のいずれか１つに記載の発明の構成に加えて、前記物
体の移動方向に垂直な方向の蛇行量及び蛇行方向を検出
する蛇行検出手段と、前記センサ手段の移動位置を検出
する位置検出手段と、前記物体に対する前記センサ手段
の実際の位置を求めるべく前記検出された蛇行量及び蛇
行方向に基づいて前記検出されたセンサ手段の位置を補
正する蛇行補正手段を備え、前記蛇行量及び蛇行方向に
応じて前記筋状欠陥信号が発生した位置を補正する構成
としたことを特徴とする。

【００１７】かかる構成とすれば、請求項１〜５のいず
れか１つに記載の発明に対して、蛇行検出手段で物体の
蛇行量を検出し、蛇行補正手段でその蛇行量を基に位置
検出手段の出力を補正することによって、物体が蛇行し
て搬送されても物体表面の筋状欠陥が存在する位置を正
確に検出するようになる。また請求項７に記載の発明
は、請求項６に記載の発明の構成において、前記位置検
出手段が、前記センサ手段が所定の距離を移動する毎に
パルス信号を出力する位置パルス発生部を有し、前記蛇
行補正手段が、前記蛇行検出手段で前記物体の蛇行が検
出されたとき蛇行方向に応じて加算指令及び減算指令の
いずれかを出力する蛇行判別部と、前記減算指令によっ
て蛇行量に応じた数だけ前記パルス信号をマスクした信
号を発生するマスク発生部と、前記加算指令によって蛇
行量に応じた数だけ前記パルス信号にパルスを加算した
信号を発生する加算パルス発生部と、前記マスク発生部
及び前記加算パルス発生部の出力のパルス数をカウント
するカウンター部とで構成したことを特徴とする。

【００１８】かかる構成とすれば、請求項６に記載の発
明の位置検出手段が、センサ手段の移動量を示すパルス
を出力する位置パルス発生部を有し、また蛇行補正手段
が、蛇行判別部で物体がセンサ手段の移動方向と同方向
に蛇行したとき減算指令を出力し、逆方向に蛇行したと
き加算指令を出力し、そして、減算指令が出力されたと
きマスク発生部で蛇行量に応じて位置パルス発生部のパ
ルス出力をマスク補正し、加算指令が出力されたとき加
算パルス発生部で蛇行量に応じて位置パルス発生部のパ
ルス出力に短パルスを加算補正するようになる。

【００１９】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
に基づいて説明する。本発明の一実施の形態のブロック
図を示す図１において、センサ手段としての光学センサ
２は、センサヘッド21とセンサ本体22とを有する。セン
サヘッド21は、図２に示すように、樹脂製円筒部材21A
の表面を非磁性金属筒21B で覆い、樹脂製円筒部材21A
の中心部に、複数本の投光用光ファイバーＦ_Cの一端を
層状に束ねた投光用光ファイバー束21C₁,21C₂,21C₃と、
複数本の受光用光ファイバーＦ _Dの一端を層状に束ねた
受光用光ファイバー束21D₁,21D₂ とを、交互に層状に形
成して構成する。受光用光ファイバーＦ_Dは、一端が後
述する開口角θを有するものを使用する。また、受光用
光ファイバー束21D₁,21D₂ は、後述する受光部間距離ｄ
だけ離して配置する。センサ本体22は、図示されていな
い発光素子としてのＬＥＤと、受光素子としてのＰＤ
と、受光出力演算回路を有する。ＬＥＤは投光用光ファ
イバー束21C₁,21C₂,21C₃それぞれに光学結合がとられ、
ＰＤは受光用光ファイバー束21D₁,21D₂ それぞれに光学
結合がとられている。投光用光ファイバー束21C₁,21C₂,
21C₃とそれぞれに光学結合する３個のＬＥＤとで３つの
投光部を構成し、受光用光ファイバー束21D₁,21D₂ とそ
れぞれに光学結合する２個のＰＤとで２つの受光部を構
成している。また受光出力演算回路では、２つの受光部
の出力の差を演算し、その演算結果を光学センサ２の出
力とする。尚、投光部及び受光部は上記個数に限るもの
ではない。また、受光部間に配置した投光部は、投光部
として使用せず、点灯させずに単に受光部間距離ｄを保
持するためのスペーサーとして使用してもよい。

【００２０】走査手段３は、ステージコントローラ31と
走査用ステージ32とで構成する。走査用ステージ32には
センサヘッド21が取り付けられており、センサヘッド21
が被測定物体であるシート状物１に対して検出距離Ｌだ
け上方に位置し、投光部及び受光部の層状配置方向をセ
ンサヘッド21の走査方向に略平行に向けて配置される。
ステージコントローラ31から出力される制御信号によっ
て、走査用ステージ32はセンサヘッド21をシート状物１
の移動方向に対して略直角方向に往復運動させる。

【００２１】欠陥判別手段である欠陥判別回路４は、光
学センサ２の出力を増幅する増幅器41と、増幅器41に接
続するフィルタ回路42と、フィルタ回路42の出力のレベ
ル判定を行う第２レベル判定部としてのコンパレータ43
A,43B 及びＯＲゲート44A と、第１レベル判定部として
のコンパレータ43C,43D 、ＯＲゲート44B 及びインバー
タ45A と、インバータ45A の出力より筋状欠陥を判別す
る欠陥判別部としてのモノマルチバイブレータ46,47 、
インバータ45B 及びＡＮＤゲート48と、ＡＮＤゲート48
の出力とＯＲゲート44A の出力の論理和演算を行う第１
論理和演算部としてのＯＲゲート44C とで構成される。
コンパレータ43A,43B は、大きな筋状欠陥によって起こ
る各受光部の差動出力の変化をレベル判定するように後
述する基準レベル R_A,R_Bがそれぞれ設定されている。
ＯＲゲート44A はコンパレータ43A,43B の出力の論理和
演算を行う。コンパレータ43C,43D は、小さな筋状欠陥
やノイズ等によって起こる各受光部の差動出力の変化を
レベル判定するように後述する基準レベル R_C,R_Dがそ
れぞれ設定されている。ＯＲゲート44B は、コンパレー
タ43C,43D の出力の論理和演算を行う。インバータ45A
は、ＯＲゲート44Bの出力を反転する。モノマルチバイ
ブレータ46,47 は、インバータ45A の出力が高レベルか
ら低レベルに変化すると後述する設定時間の間、出力が
高レベルから低レベルに切り換わる。また、モノマルチ
バイブレータ46には、リトリガブル型モノマルチバイブ
レータを使用する。インバータ45B は、モノマルチバイ
ブレータ46の出力を反転し、ＡＮＤゲート48は、モノマ
ルチバイブレータ47の出力とインバータ45B の出力の論
理積演算を行う。ＯＲゲート44C は、ＡＮＤゲート48の
出力とＯＲゲート44A の出力の論理和演算を行う。

【００２２】蛇行検出手段としての蛇行検出器51は、シ
ート状物１の移動方向に対して直角方向の蛇行量及び蛇
行方向を検出するため、例えば、後述する投光器51A 及
び受光器51B を備えた光学式センサを用いる。位置検出
手段の位置パルス発生部としてのパルス発生器52は、ス
テージコントローラ31に接続され、センサヘッド21が所
定の距離を移動する毎にパルス信号を出力する。蛇行検
出器51及びパルス発生器52の出力を演算処理する蛇行補
正手段としての蛇行補正回路53は、蛇行検出器51で検出
した蛇行方向に基づいて加算指令または減算指令を発生
する蛇行判別部としての蛇行判別器61と、蛇行判別器61
から出力される減算指令を入力とするマスク発生回路62
と、パルス発生器52の出力とマスク発生回路62の出力の
論理積演算を行うＡＮＤゲート64A と、蛇行判別器61か
ら出力される加算指令を入力とする加算パルス発生回路
63と、ＡＮＤゲート64A の出力を反転するインバータ65
と、加算パルス発生回路63の出力とインバータ65の出力
の論理積演算を行うＡＮＤゲート64B と、ＡＮＤゲート
64A,64B の出力の論理和演算を行うＯＲゲート66と、Ｏ
Ｒゲート66に接続するカウンター部としてのダウンカウ
ンター67A,67B とで構成される。また、マスク発生回路
62及びＡＮＤゲート64A でマスク発生部を構成し、加算
パルス発生回路63、インバータ65、ＡＮＤゲート64B 及
びＯＲゲート66で加算パルス発生部を構成する。ダウン
カウンター67A は、蛇行補正をパルス発生器52の何パル
ス毎に行うかによって設定し、例えば、10進カウンター
に設定する。また、ダウンカウンター67B は、蛇行検出
器51に測定開始の信号を出力するため、蛇行検出に要す
る時間を考慮してダウンカウンター67A より少ない設
定、例えば、８進カウンターに設定する。

【００２３】ここで、シート状物１、センサヘッド21及
び蛇行検出器51の位置関係について、これらの位置関係
の正面図を示す図３、及び断面図を示す図４を用いて説
明する。図３において、シート状物１は、一定方向Ａに
移動し、例えば、方向Ａと平行に筋状欠陥Ｓが存在する
ものとする。センサヘッド21は、方向Ａと略直角方向Ｂ
で、且つ、図４に示すようにシート状物１の上方で検出
距離Ｌを保ちながら往復運動する。前述の蛇行検出器51
は、図４に示すように、シート状物１のエッジ部下方及
び上方にそれぞれ投光器51A 及び受光器51B を固定し、
投光器51A の照射光をシート状物１が遮ることによる受
光器51B の受光量の変化に基づいてシート状物１の蛇行
量及び蛇行方向を検出する。即ち、蛇行していないとき
の受光器51B の受光量に対する、受光量の増減によって
蛇行方向を検出し、受光量の変化量によって蛇行量を検
出する。

【００２４】次に、前述の受光部間距離ｄの設定方法に
ついて説明する。ただしセンサヘッド21の走査速度ｖを
一定としたときについて述べる。予め用意しておいたセ
ンサヘッド21と同様の構造及び機能を有する基準センサ
ヘッドと、検査対象とするシート状物１のサンプルとを
使用して、センサヘッド21の受光部間距離ｄを決定する
ために、凹凸のある欠陥をもつサンプルに対して、基準
センサヘッドの２つの受光部Ａ，Ｂの受光出力を測定す
る。この測定は、欠陥の形状によって受光出力の変化が
異なるため、検出しようとする欠陥に対して最適な受光
部間距離ｄを決定するために行う。

【００２５】例えば、凹凸のある欠陥をもつサンプルに
対する受光部Ａ，Ｂの出力は、図５の(a)(b)のようにな
る。受光部Ｂの出力は受光部Ａの出力に対して、基準セ
ンサヘッドの走査速度ｖと受光部間距離dsに応じて一定
時間遅れた波形となる。従って、両出力の差をとると図
５の(a-b) となる。ここで、受光部Ａの出力の負側ピー
ク P_-と、受光部Ｂの出力の第１の正側ピーク P₊とが
発生する時間差をΔTとする。欠陥の検出をより正確に
行うためには、受光部Ａ，Ｂの出力の差を大きくする必
要がある。そこで、ΔT ＝０となるように、即ち、受光
部Ａ，Ｂの出力が逆位相となるように受光部間距離ｄを
調整すると、受光部Ａ，Ｂの出力は図６の(a')(b') の
ようになり、両出力の差は(a'-b') のように振幅が大き
くなって、欠陥検出の精度が向上する。従って、受光部
間距離ｄは、ΔT ＝０となる受光部間距離、即ち、基準
センサヘッドの受光部間距離dsに調整距離Δd ＝ｖ・Δ
Tを加え、受光部間距離をｄ＝ds＋Δｄとする。

【００２６】次に、上述した受光用光ファイバーＦ_Dの
開口角θの設定方法について説明する。前記基準センサ
ヘッドと、検査対象とするシート状物１のサンプルとを
使用して、サンプル表面の拡散性に対する基準センサヘ
ッドの２つの受光部Ａ，Ｂの受光範囲を測定する。ただ
し、受光範囲とは、受光部がサンプル面上において反射
光を受光できる範囲である。この測定は、サンプル表面
の拡散性によって受光部の受光範囲が変化するため、シ
ート状物１の拡散性に応じて最適な受光用光ファイバー
Ｆ_Dの開口角θを決定し受光効率を向上させるために行
う。

【００２７】例えば、基準センサヘッドの断面図を示す
図７において、受光部Ａの最大受光範囲 R_maxは、受光
用光ファイバーの開口角θ’、受光部の幅ａ及び検出距
離Ｌで決まり、（ａ＋２Ｌ tanθ’）となる。図示され
ていない受光部Ｂの最大受光範囲も、受光部Ａの最大受
光範囲と同様に、開口角θ’、光部の幅ｂとして、（ｂ
＋２Ｌ tanθ’）となる。しかし、実際の基準センサヘ
ッドの受光部の受光範囲はサンプル面の拡散性により異
なるため、基準センサヘッドとサンプルとを使用して、
検出距離Ｌを変化させたときの基準センサヘッドの受光
部Ａ，Ｂそれぞれの受光範囲を測定し、上記の計算式で
求めた最大受光範囲に対する測定した受光範囲の変化率
を確認する。基準センサヘッドの受光部Ａにおける受光
範囲の測定結果の一例を図８の実線に示す。また図の破
線は開口角θ’のときの最大受光範囲を示す。

【００２８】図８において、斜線部は、最大受光範囲に
対して、受光部Ａが実際には反射光を受光できない範囲
を示している。ここで図８より、検出距離をＬとしたと
きの最大受光範囲 R_max及び測定した受光範囲 R_Lを求
め、R _maxと R_Lの変化率を確認する。この変化率、即
ち、受光効率を向上させるために、実際にシート状物１
の筋状欠陥検出に使用するセンサヘッド21受光部の開口
角θを、受光範囲 R_L、検出距離Ｌ及び受光部の幅ａを
用いて、下記の（１）式の関係 θ≦ｔａｎ^-1〔（Ｒ−ａ）／（２×Ｌ）〕（１）を満たすように設定する。このように設定した開口角θ
のときの最大受光範囲（ａ＋２Ｌ tanθ）は図８の二点
鎖線に示すように、また、開口角θのセンサヘッド21を
用いて測定した受光範囲は図８の一点鎖線に示すように
なる。例えば、このサンプルに対する開口角θ’での変
化率が80％であったときに、（１）式を満たす開口角θ
に設定すると、最大受光範囲に対する測定した受光範囲
の変化率は80％以上となって、受光効率が向上するよう
になる。尚、受光部Ｂについても、受光部Ａの開口角θ
の設定方法と同様にして、受光用光ファイバーＦ_Dの開
口角θを設定する。

【００２９】次に、欠陥判別回路４の動作について説明
する。図９は、欠陥判別回路４の各部における信号のタ
イミングチャートである。図９(a) は、光学センサ２か
ら出力される信号が増幅器41により増幅され、フィルタ
回路42によりノイズを低減された信号を示している。こ
の信号には、筋状欠陥Ｓによる出力レベル変動部ｓと、
例えば、ゴミによる出力レベル変動部ｎとが含まれてい
るものとする。フィルタ回路42の出力信号はコンパレー
タ43A,43B,43C,43D に入力する。所定の閾値範囲を定め
る前述のコンパレータ43A,43B,43C,43D の基準レベルは
それぞれ図９(a) に点線で示した基準レベル R_A,R_B,R
_C,R _Dに設定されている。基準レベル R_A,R_Bは、図９
(a) の信号に対して出力レベルの変化の比較的大きい信
号（大きな筋状欠陥の場合）を識別するための上限値及
び下限値を設定する。また、基準レベル R_C,R_Dは、出
力レベルの変化の比較的小さい信号（小さな筋状欠陥や
ノイズ等の場合）を識別するための上限値及び下限値を
設定する。コンパレータ43A,43B の出力は、この例にお
いて、図９(a)の信号が基準レベル R_A,R_Bの範囲内に
あるため低レベルとなり、ＯＲゲート44A の出力も低レ
ベルで一定となる。一方、コンパレータ43C,43D の出力
は、入力が基準レベル R_C,R_Dの範囲外となったとき高
レベル信号を出力し、図９(b) 及び(b')に示すようにな
る。コンパレータ43C,43D の出力をＯＲゲート44B で論
理和演算し、演算出力をインバータ45A で反転した出力
を図９(c) に示す。インバータ45A の出力は、モノマル
チバイブレータ46,47 に入力する。モノマルチバイブレ
ータ46,47 の出力を図９(d),(f) にそれぞれ示す。モノ
マルチバイブレータ46は、リトリガブル型で通常は高レ
ベル信号を出力し、入力信号が高レベルから低レベルに
変化した時に、予め設定した前述の設定時間、例えば、
１ミリ秒の間連続して低レベル信号を出力する。低レベ
ル信号発生中に入力信号が高レベルから低レベルに変化
した時には、その時点で設定時間がリセットされ再度１
ミリ秒連続して低レベル信号が発生する。またモノマル
チバイブレータ47は、入力信号が高レベルから低レベル
に変化した時に、予め設定した設定時間、例えば、２ミ
リ秒の間連続して低レベル信号を出力し、低レベル信号
を発生中に入力信号が高レベルから低レベルに変化して
も設定時間はリセットされない。モノマルチバイブレー
タ46の出力はインバータ45B で反転され、図９(e) とな
る。モノマルチバイブレータ47とインバータ45B の出力
の論理積をＡＮＤゲート48で演算する。このＡＮＤゲー
ト48の出力を図９(g) に示す。そして、ＯＲゲート44A
及びＡＮＤゲート48の出力をＯＲゲート44C に入力し、
論理和演算結果を欠陥判別回路４の出力とする。このよ
うに、小さな筋状欠陥による差動出力の変化に対して
は、その出力がコンパレータ43C,43D の基準レベル
R_C,R_Dで定める閾値範囲外となり、且つモノマルチバ
イブレータ46の設定時間１ミリ秒以内で連続して発生し
たときＡＮＤゲート48は高レベル信号を出力し、ＯＲゲ
ート44C を介して欠陥判別回路４は筋状欠陥の検出を示
す高レベル信号を出力する。また、大きな筋状欠陥によ
る差動出力の変化に対しては、その出力がコンパレータ
43A,43B の基準レベルR_A,R_Bで定める閾値範囲外とな
るときＯＲゲート44A は高レベル信号を出力し、欠陥判
別部を介すことなく素早く欠陥判別回路４は筋状欠陥の
検出を示す高レベル信号を出力する。

【００３０】尚、モノマルチバイブレータ46の設定時間
は、筋状欠陥によって起こるインバータ45A の出力変化
のうちの１つの低レベル信号が持続する時間より長く、
且つ筋状欠陥によって起こるインバータ45A の出力変化
が継続する時間より短く設定し、モノマルチバイブレー
タ47の設定時間は、モノマルチバイブレータ46の設定時
間より長く、且つ筋状欠陥によって起こるインバータ45
A の出力変化が継続する時間より短く設定する。

【００３１】かかる構成とすることによって、シート状
物１表面の微細な筋状欠陥による反射光の変化を確実に
受光し、筋状欠陥による差動出力の変化とノイズ等によ
る差動出力の変化を正確に判別して、シート状物１表面
の筋状欠陥の存在を検出することができる。また、２つ
の受光部の受光出力の差が最も顕著となるように受光部
間距離ｄを設定することによって、シート状物１表面の
さらに微細な筋状欠陥を検出することが可能となる。

【００３２】次に、蛇行補正回路53の動作について説明
する。図10は、パルス発生器52及び蛇行補正回路53の各
部における信号のタイミングチャートである。図10(h)
は、ステージコントローラ31に接続するパルス発生器52
の出力を示す。パルス発生器52は、例えば、センサヘッ
ド21が方向Ｂに１ｍｍ移動する毎に矩形パルスを発生す
る。尚、パルス間隔の設定は、必要とする欠陥検出位置
の精度によって任意に設定可能である。図10(i) に示す
ようにパルス発生器52の出力の第２カウントが発生する
と、８進のダウンカウンター67B の出力が切り換わり、
ダウンカウンター67B の出力変化により蛇行検出器51が
シート状物１の蛇行量及び蛇行方向を測定する。蛇行検
出器51で測定した蛇行量及び蛇行方向が蛇行判別器61に
入力されると、蛇行判別器61では蛇行量及び蛇行方向に
基づいて、シート状物１がセンサヘッド移動方向と同方
向に一定量以上蛇行している場合は、図10(j) に示す減
算指令を出力し、シート状物１がセンサヘッド移動方向
と逆方向に一定量以上蛇行している場合は、図10(n) に
示す加算指令を出力する。

【００３３】まず、例えば、蛇行量がセンサヘッド移動
方向と同方向に１ｍｍである場合について考える。蛇行
判別器61からの減算指令がマスク発生回路62に入力され
ると、図10(k) に示すように、マスク発生回路62の出力
は、パルス発生器52の出力の第２カウント発生後から第
０カウント発生前まで、低レベル信号を発生する。そし
て、パルス発生器52の出力とマスク発生回路62の出力と
の論理積をＡＮＤゲート64A で演算する。図10(l) に示
すように、ＡＮＤゲート64A は、パルス発生器52の出力
の第１カウントをマスクした出力信号を発生する。この
出力信号がＯＲゲート66を介してダウンカウンタ67A,67
B に入力される。ダウンカウンタ67A は図10(m) に示す
ように、入力信号が10カウントを数えると出力が高レベ
ルから低レベルに切り換わり、パルス発生器52の11カウ
ント分を10カウントとして出力する。即ち、実際にはセ
ンサヘッド21が11ｍｍ移動した距離を、10ｍｍ移動した
距離に補正する蛇行補正出力を発生する。この蛇行補正
出力と欠陥判別回路４の出力とによって、欠陥の検出位
置を演算する。

【００３４】次に、例えば、蛇行量がセンサヘッド移動
方向と逆方向に１ｍｍである場合について考える。蛇行
判別器61からの加算指令が加算パルス発生回路63に入力
されると、図10(p) に示すように、加算パルス発生回路
63の出力は、加算指令の立ち上がり後、蛇行量に対応し
た数の高レベルの短パルス信号を一定周期で発生する。
蛇行量が１ｍｍである場合には、パルス発生器52の出力
の第２カウント発生中に２個の高レベルの短パルスを出
力し、第２カウントと第１カウントの間に１個の高レベ
ルの短パルスを出力するように設定されている。一方、
パルス発生器52の出力は、ＡＮＤゲート64A 及びインバ
ータ65を介して反転され、図10(o) となる。加算パルス
発生回路63の出力とインバータ65の出力との論理積をＡ
ＮＤゲート64B で演算する。ＡＮＤゲート64B では、イ
ンバータ65の出力がゲートの役割をして、加算パルス発
生回路63の出力の、パルス発生器52の出力の第２カウン
ト発生中に出力される高レベルの短パルスが削除され
る。このＡＮＤゲート64B の出力とＡＮＤゲート64A の
出力の論理和をＯＲゲート66で演算すると、図10(q)に
示すように、パルス発生器52の出力の第２カウントと第
１カウントの間に１カウント追加した出力信号を発生す
る。そして、この出力信号がダウンカウンタ67A,67B に
入力される。ダウンカウンタ67A は図10(m')に示すよう
に、入力信号が10カウントを数えると出力が高レベルか
ら低レベルに切り換わり、パルス発生器52の９カウント
分を10カウントとして出力する。即ち、実際にはセンサ
ヘッド21が９ｍｍ移動した距離を、10ｍｍ移動した距離
に補正する蛇行補正出力を発生する。この蛇行補正出力
と欠陥判別出力とによって、欠陥の検出位置を演算す
る。

【００３５】このように、蛇行量及び蛇行方向に応じて
パルス発生器52のパルスのマスク数や追加する短パルス
数を決定することで、シート状物１に対する実際のセン
サヘッド21の位置を検出できる。上記の構成によると、
蛇行検出器51でシート状物１の蛇行量及び方向を検出
し、その蛇行状態を基に蛇行補正回路53を介してセンサ
ヘッド21の欠陥検出位置を補正することによって、シー
ト状物１表面の欠陥が存在する位置を正確に検出するこ
とができる。

【００３６】尚、検出距離Ｌをシート状物１の表面状態
によって適正に設定することによって、さらに筋状欠陥
の検出精度を向上させることができる。そこで、検出距
離Ｌの設定方法の一例について説明する。ただし、ここ
では検出距離Ｌに制約がある場合、例えば、シート状物
１に凸状の継ぎ目があり、センサヘッド21をシート状物
１から最低でも距離L₁以上離さなければならず、また万
一、センサヘッド21の位置やシート状物１の搬送位置が
変動した場合でも、センサヘッド21とシート状物１が接
触することがないように、できるだけ検出距離Ｌを大き
くしたい場合を考える。

【００３７】まず、予め用意しておいた前述の基準セン
サヘッドと、検査対象とするシート状物１のサンプルと
を使用して、以下の測定を行う。基準センサヘッドから
照射される光の、サンプル面からの反射光による受光出
力レベルを測定する。測定は、検出距離Ｌを変化させた
ときの受光出力レベルを観測する。測定結果の一例を図
11に示す。受光出力レベルは、検出距離Ｌ＝Lpにおいて
最大となる。欠陥の検出にあたっては、サンプル面が変
動したとき、即ち、検出距離が多少変動したときでも受
光出力レベルの変動が小さい、ピーク位置(Lp)付近に検
出距離Ｌを設定するのが好ましい。例えば、検出距離の
制約がL₁≧Lpのときに、検出距離をＬ≧L₁とすると、で
きるだけ検出距離Ｌを大きくするという制約を考慮し
て、検出距離Ｌは、検出距離の変動に対する受光出力レ
ベルの変動が欠陥検出の許容範囲にあるときに、許容範
囲内で検出距離Ｌが最大となる位置L₂（L₂≧L₁）に設定
する。ただし、許容範囲とは、受光出力レベルの変動量
が、欠陥を検出するのに影響の無いレベル、即ち、欠陥
による受光出力の変化と、検出距離の変動による受光出
力の変化とを明確に区別することが可能な、受光出力レ
ベルの変動範囲を表す。このように設定することによっ
て、受光出力レベル変動の許容範囲内で、最も検出距離
Ｌを大きくとることができ、センサヘッド21とシート状
物１が接触することなく、筋状欠陥を確実に検出するこ
とが可能となる。

【００３８】尚、上述したセンサヘッド21の開口角θを
シート状物１の拡散性に応じて設定する他に、シート状
物１表面の筋状欠陥の特徴、ここでは特に、色あいの異
なる筋状欠陥に対して開口角θを適正に設定することに
よって、筋状欠陥の検出精度を一層向上させることもで
きる。そこで、以下にその設定方法の一例について述べ
る。

【００３９】色あいが異なる筋状欠陥をもつシート状物
１のサンプルに対して、前記基準センサヘッドの２つの
受光部Ａ，Ｂの受光出力を測定する。この測定は、筋状
欠陥の色あいによって受光出力の変化が異なるため、検
出しようとする欠陥に対して最適な開口角θを決定する
ために行う。例えば、色あいが異なる欠陥をもつサンプ
ルに対する受光部Ａ，Ｂの出力及び両出力の差は、図12
の(a),(b) 及び(a-b) のようになる。受光部Ａ，Ｂの出
力の変化は、欠陥部分表面の光の反射率が異なるために
起こり、出力の変化の立ち上がり及び立ち下がりは、欠
陥部分に受光範囲が位置する割合によって変化する。即
ち、立ち上がりの変化は、欠陥部分に受光範囲がさしか
かった時に発生し、受光範囲が全て欠陥部分に到達する
と受光出力は一定となる。また立ち下がりは、立ち上が
りの逆の変化をする。受光部Ａ，Ｂの出力の差を大きく
するためには、受光出力の変化の立ち上がり、立ち下が
りが急峻に起こるようにする必要がある。そこで、受光
範囲が狭くなるように、受光用ファイバーの開口角θを
小さくするすると、受光部Ａ，Ｂの出力は図13の(a)'
(b)'のようになり両出力の差は(a-b)'のように振幅が大
きくなって欠陥検出の精度が一層向上するようになる。

【００４０】尚、本実施の形態では、シート状物１表面
の筋状欠陥を検出する場合について例示したが、本発明
はシート状物に限らず、例えば、ブロック状物表面の筋
状欠陥検出等にも応用することができる。さらに、透明
な物体に対しては、物体を透過する透過光を検出できる
ように、センサヘッドを物体に対して対向する位置にそ
れぞれ配置することによって筋状欠陥検出が可能とな
る。

【００４１】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の請求項１
及び４に記載の発明は、複数の投光部及び受光部を交互
に層状に配置したセンサ手段によって物体表面での反射
光の変化を検出し、対応させた受光部の差動出力の変化
が、所定の閾値範囲外となり且つその閾値範囲外の出力
が所定の時間以内で連続して発生したかを欠陥判別手段
で判別することによって、物体表面の微細な筋状欠陥に
よって起こる反射光の変化を確実に受光し、ノイズ等に
よる受光出力の変化を筋状欠陥と誤ることなく、正確に
筋状欠陥を検出することができる。

【００４２】また請求項２に記載の発明は、請求項１に
記載の発明の効果に加えて、各受光部の受光出力が逆位
相となるように受光部間距離または走査速度を設定する
ことによって、受光出力の変化を精度良く検出し、物体
表面のさらに微細な筋状欠陥を検出することが可能とな
る。また請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記
載の発明の効果に加えて、物体表面の拡散性に応じた開
口角θを有する受光部で形成されたセンサ手段を用いる
ことによって、反射光に対するセンサ手段の受光効率を
向上させることができる。

【００４３】また請求項５に記載の発明は、請求項４に
記載の発明の効果に加えて、大きな筋状欠陥による差動
出力の変化は第２レベル判定部で検出され、小さな筋状
欠陥による差動出力の変化は、第１レベル判定部及び欠
陥判別部で検出されるようになり、筋状欠陥の形状によ
って差動出力が広範囲に変化するような場合に、素早く
正確に筋状欠陥を検出することができる。

【００４４】また請求項６及び７に記載の発明は、請求
項１〜５に記載の発明の効果に加え、蛇行検出手段で物
体の蛇行量及び蛇行方向を検出し、その蛇行状態に応じ
てセンサ手段の欠陥検出位置を補正することによって、
物体が蛇行して搬送されても物体表面の欠陥が存在する
位置を正確に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ブロック図

【図２】同上実施の形態のセンサヘッドの構造図

【図３】同上実施の形態のシート状物、センサヘッド及
び蛇行検出器の位置関係を示す正面図

【図４】同上実施の形態のシート状物、センサヘッド及
び蛇行検出器の位置関係を示す断面図

【図５】同上実施の形態の凹凸のある欠陥による受光出
力を示す図

【図６】同上実施の形態の凹凸のある欠陥による受光出
力を逆位相にした図

【図７】同上実施の形態の基準センサヘッドの受光範囲
を説明する図

【図８】同上実施の形態の基準センサヘッドによる受光
範囲を示す図

【図９】同上実施の形態の欠陥判別回路のタイミングチ
ャート図

【図１０】同上実施の形態の蛇行補正回路のタイミング
チャート図

【図１１】同上実施の形態の基準センサヘッドによる受
光出力レベルを示す図

【図１２】同上実施の形態の色あいの異なる欠陥による
受光出力を示す図

【図１３】同上実施の形態の色あいの異なる欠陥による
受光出力の立ち上がり及び立ち下がりを急峻にした図

【符号の説明】

１シート状物２光学センサ３走査手段４欠陥判別回路２１センサヘッド２２センサ本体５１蛇行検出器５２パルス発生器５３蛇行補正回路Ｆ_C 投光用光ファイバーＦ_D 受光用光ファイバーｄ受光部間距離Ｒ_L 受光範囲Ｌ検出距離 θ 開口角

フロントページの続き (72)発明者前田元治東京都日野市さくら町１番地コニカ株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】一定方向に移動する物体の表面に光を照射
し、該物体からの反射光の変化量に基づいて前記物体の
表面に付いた筋状欠陥を検出する装置であって、複数本の光ファイバーの一端から前記物体表面に光を照
射する投光部と、複数本の光ファイバーの一端から前記
物体表面での反射光を受光する受光部とをそれぞれ複数
有し、複数の前記投光部と受光部とを交互に層状に配置
したセンサ手段と、前記投光部及び前記受光部の層状配置方向が走査方向と
略平行で前記物体と対面する位置に配置した前記センサ
手段を、前記物体の移動方向と略直角方向に往復運動さ
せて走査する走査手段と、対応させた前記受光部間の差動出力が、所定の閾値範囲
外となり、且つこの閾値範囲外の差動出力が所定の時間
以内で連続して発生したとき、筋状欠陥信号を出力する
欠陥判別手段とを備えて構成したことを特徴とする筋状
欠陥検出装置。
【請求項２】前記対応させた受光部の各受光出力が互い
に逆位相となるように前記センサ手段の受光部間距離を
設定することを特徴とする請求項１記載の筋状欠陥検出
装置。
【請求項３】前記センサ手段の各受光部は、前記物体表
面の拡散性に基づいて定まる前記受光部の受光範囲
（Ｒ）と、前記走査方向に対する前記受光部の幅（ａ）
と、前記センサ手段の受光面と前記物体表面との間の検
出距離（Ｌ）とによって求まる下記の式の関係、 θ≦ｔａｎ^-1〔（Ｒ−ａ）／（２×Ｌ）〕を満たす開口角（θ）を有することを特徴とする請求項
１又は２記載の筋状欠陥検出装置。
【請求項４】前記欠陥判別手段は、前記対応させた受光
部間の差動出力が前記所定の閾値範囲外か否かを判定す
る第１レベル判定部と、該第１レベル判定部の閾値範囲
外判定出力が前記所定の時間以内で連続して発生したと
き筋状欠陥信号を出力する欠陥判別部とで構成したこと
を特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の筋状
欠陥検出装置。
【請求項５】前記欠陥判別手段は、前記対応させた受光
部間の差動出力の変化が前記第１レベル判定部の閾値範
囲を含む広い閾値範囲外か否かを判定する第２レベル判
定部と、前記欠陥判別部の出力と前記第２レベル判定部
の出力との論理和演算を行う第１論理和演算手段を設け
て、該第１論理和演算手段の出力を筋状欠陥信号として
出力する構成としたことを特徴とする請求項４記載の筋
状欠陥検出装置。
【請求項６】前記物体の移動方向に垂直な方向の蛇行量
及び蛇行方向を検出する蛇行検出手段と、前記センサ手
段の移動位置を検出する位置検出手段と、前記物体に対
する前記センサ手段の実際の位置を求めるべく前記検出
された蛇行量及び蛇行方向に基づいて前記検出されたセ
ンサ手段の位置を補正する蛇行補正手段を備え、前記蛇
行量及び蛇行方向に応じて前記筋状欠陥信号が発生した
位置を補正する構成としたことを特徴とする請求項１〜
５のいずれか１つに記載の筋状欠陥検出装置。
【請求項７】前記位置検出手段は、前記センサ手段が所
定の距離を移動する毎にパルス信号を出力する位置パル
ス発生部を有し、前記蛇行補正手段は、前記蛇行検出手
段で前記物体の蛇行が検出されたとき蛇行方向に応じて
加算指令及び減算指令のいずれかを出力する蛇行判別部
と、前記減算指令によって蛇行量に応じた数だけ前記パ
ルス信号をマスクした信号を発生するマスク発生部と、
前記加算指令によって蛇行量に応じた数だけ前記パルス
信号にパルスを加算した信号を発生する加算パルス発生
部と、前記マスク発生部及び前記加算パルス発生部の出
力のパルス数をカウントするカウンター部とで構成した
ことを特徴とする請求項６に記載の筋状欠陥検出装置。