JPH10509238A - 表面検査照明装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 反射面（３）の検査人（２）による表面欠陥（６）のための視覚検査に使用する表面検査照明装置（１）である。この装置を使用している時、この装置は光を発生する区域を有する。この区域から発生する光の強さは、この区域を横切る仮想線（Ａ−Ｂ）に沿う距離のほぼ正弦波関数の指数関数として徐々に変化する。平坦な、欠陥のない反射試験面における上記区域からの光の鏡面反射がほぼ正弦波の強さの分布を有するように検査人によって知覚される。

Description

【発明の詳細な説明】 表面検査照明装置 技術分野 本発明は反射面の欠陥を視覚で検査するための照明装置に関するものである。 背景 製作される広範囲の製品は表面欠陥を見つけてその程度を判断するため、検査 者によって視覚で検査される。有効な検査を行うため、重要な欠陥を容易に見つ け、欠陥以外のものと区別できるように、表面を明るくすることが必要である。 光の強さ、及び方向のような光の特性は検査の遂行に大きく影響する。 この分野の従来技術の例はMazda Motor Corporationに譲渡された米国特許第5 237404号（マツダの特許）である。このマツダの特許は光放射手段と、映像手段 と、識別手段とから成る自動検査システムに関する。この光放射手段からの光は 「所定の変化パターン」を有する。この所定の変化パターンとは、随意に光度が 所定方向に沿って、高いレベルから低いレベルまで徐々に変化するような光学的 なパターンである。 本発明は専ら人の視覚による検査に関するものであり、自動検査ではない点で マツダの特許と相違している。本発明装置から発生する光の分布は人の視覚によ る検査に特有のものであり、従って本発明は自動検査に不適当である。 このようにして、従来は、例えば垢のような修理しなければならない欠陥を発 見するため、車体の塗装を検査する時、照明システムとして蛍光灯の群を通常使 用している。欠陥を発見するため、検査者は塗装での蛍光灯の反射を観察する。 しかし、この技術は多数の欠点がある。欠陥に対する視感度は視野内での種々の 位置で相違するから、欠陥の重要度を判断することは困難であり、修理を要する 重要な欠陥を、オレンジピールのような軽微な表面欠陥から区別することは困難 である。 本発明はこのような欠点が少ない装置を提供することを追求している。 必須の技術的要旨 本発明装置は、反射面の検査人による表面欠陥のための視覚検査に使用し、使 用中に光を発生する区域を有する表面検査照明装置において、前記区域を横切る 仮想線に沿う距離のほぼ正弦波関数の指数関数として前記区域から発生する光の 強さを徐々に変化させ、平坦な、欠陥のない反射試験面における前記区域からの 光の鏡面反射がほぼ正弦波の強さの分布を有するように検査人によって知覚され ることを特徴とする。 好適な他の要旨は添付の請求項２〜１０に記載されている。 検査者は試験面での装置の鏡面反射を見る。試験面が反射性で、平滑で、欠陥 が無ければ、試験面は鏡として作用し、検査者は平滑な正弦波の強さ分布を知覚 し、表面が良品質であることを判断することができる。 反射面上の表面欠陥は通常、表面のレベルを歪ませる。従って、欠陥によって 鏡面反射した光は、この欠陥を包囲している良品質の表面によって反射する光の 方向と異なる方向に反射する。検査者が欠陥の位置での試験面の反射を見る時、 欠陥を包囲している良品質の表面によって検査者に向け光が反射する装置上の位 置から離れている装置上の位置から反射する光を検査者が見る。装置から発生す る光の強さは装置を横切って徐々に変化するから、欠陥を包囲する区域の光の強 さと異なる光の強さを有するように欠陥が知覚される。欠陥の重要性と寸法とが 十分なものであると、検査者は欠陥の位置に強さの鋭い変化が見え、これにより 装置の空間的なパターンに起因する強さの徐々の変化と区別することができる。 光の強さの分布に対して正弦波関数の指数関数が適合する理由は次のとおりで ある。 第１に、上述したように、見ることが可能な欠陥について、光の強さが装置を 横切って変化することは必須のことである。 第２に、人の視覚知覚系は視野内の光の強さの段歩的な変化に敏感であり、ま た光の強さの勾配の段歩的な変化にも敏感である。従って、人は視覚によるこの 種の特徴を容易に知覚することができる。一方、視覚知覚系は強さ、又は強さの 勾配の遅い徐々の変化に対しては比較的鈍い。従って、人は遅い徐々の変化の特 徴を容易に知覚できない。信号処理に関しては、人の眼球頭脳系は高い空間的な 周波数の特徴を通過させて知覚する自動的な濾過作用を行うけれども、低い空間 的な周波数の特徴を除去してしまい、その特徴を知覚しないことが明らかである 。 強さの正弦波分布を有する光のパターンは強さの鋭い変化も無く、強さの勾配 の鋭い変化も無い（実際に、一層高いオーダの微分における鋭い変化も無い）。 従って、正弦波の十分長い波長を有するこのようなパターンは人の知覚系によっ て有効に濾過され、表面の欠陥に相当する小さな特徴に容易に注意が向けられる 。 第３に、人によって感知される光の強さは実際の光の強さのほぼ対数関数であ ることを研究が示した。例えば、人は光が強い場合の大きな変化に類似する大き さとして光が弱い場合の小さな変化を判断する。従って、正弦波として知覚され る光の分布については、実際の光の分布は正弦波の指数関数であり、指数関数は 対数知覚力の逆として作用する。 上述の理想的な分布によく近似する光の分布は拡散パネルで覆われた１個又は それ以上の光源によって発生させることができる。拡散パネルから生ずる光は、 計算機で得られたプリントパターンであって、光源から反対方向に向く装置の側 に加えたプリントパターンでマスクすることによって必要な光の分布に適合させ ることができる。 光の強さの空間的パターンは多数の形をとることができる。このパターンは暗 いバンドと明るいバンドとが交互の直線状の平行なバンドが好適である。代案と して、分布を三角形、方形、又は六角形のようなタイル張り状の、又は碁盤目模 様のパターンにすることができる。しかし、いずれの場合でも、バンド、または タイル張り状の部分を横切る光の強さの分布は上記区域を横切る距離の正弦波関 数の指数関数である。 この装置は塗装した車体の塗装、及びその他の欠陥の視覚検査に有利に使用す ることができる。この用途では、多数のこの装置を平坦な１群としての形態にす ることができる。垂直な１群は壁を形成し、ほぼ水平な１群は天井を形成する。 車体の塗装検査ライン上で、車輌全体を覆うように２個の壁を構成する装置群 を使用するのが好適である。これ等の壁は通常、検査を受ける車体の両側に、相 互に向き合って位置する。 このようにしても車体を覆うのが不十分な場合には、水平な天井となる装置群 を加え、アーチを形成するようにするか、又は天井となる装置群を別個に独立す る群として位置させてもよい。 用途に応じ、これ等の群を独立した壁になる形態にすることもでき、または天 井の群と組み合わせる単一の壁にすることができる。一般に水平面のみを検査す る場合に、天井の群のみを採用することができる。 実施例 検査者によって車輌の塗装面を視覚で検査する形態を有し、本発明を採用する 装置の実施例を添付図面を参照して次に説明する。 図１は本発明装置と、塗装面と、検査者との一般配置を示す線図である。 図２は図１の線Ａ−Ｂの位置で装置を水平に切断して示す装置の簡単化した横 断面である。 図３は装置の中心を横切る仮想線Ａ−Ｂに沿う距離に対する装置から発生する 光の強さを示すグラフである。 図４は欠陥を通って塗装面を横切る仮想線Ｃ−Ｄに沿い、塗装面で反射した後 の装置からの光の強さのグラフである。 図５は検査者によって知覚できるような欠陥を通って塗装面を横切る仮想線Ｃ −Ｄに沿い、塗装面で反射した後の装置からの光の強さのグラフである。 図６は直線状で平行な光の強さのバンドのパターンを有する装置の前面を示す 図である。 図７は方形の碁盤目模様の光の強さのパターンを有する装置の前面を示す図で ある。 図８は車の前面と光箱の側面とを示し、車体の塗装を検査している状態の多数 の光箱の図面である。 この装置は前部を覆う拡散パネルと、この拡散パネルの前部に加えたプリント パターンとを有する光箱である。図１に示すように、検査者の眼２が塗装面３内 に光箱の鏡面反射が見えるように光箱１を位置させる。この塗装面は、例えば塗 装した車体のボンネットの一部である。光箱から塗装面の良質の区域を経て検査 者まで達する光路４の１つを実線として示す。光箱から欠陥部６を経て検査者ま で達する光路５を破線で示す。これは光が欠陥部によってどのように偏向するか を示している。欠陥部のところでは、この欠陥部に隣接している良質の表面で反 射していて検査者によって観察されている光が発生している光線パターンの部分 から離れている光線パターンの部分からの反射光線を検査者は見ている。。光箱 の前部を横切って仮想線Ａ−Ｂを示し、塗装面を横切り、欠陥部を通って第２仮 想線Ｃ−Ｄを示す。 図２は仮想線Ａ−Ｂを通る光箱の水平横断面を示す。この光箱は前側が開いた 箱７から成り、この箱の中に１個又はそれ以上の上下に平行な白色蛍光灯８を取 り付ける。白いアクリル拡散パネル９をこの箱の前部に固着し、コンピュータで 得られたパターンをプリントした例えばポリエステルのような透明プラスチック 材料のシート１０の形状のマスクを拡散パネルの前に設ける。このパターンはプ リントされていない地の上にある種々の寸法の無数の黒点から成り、又はプリン トされていないところに種々の寸法の無数の点から成る。これは黒色にプリント された写実的な新聞の映像のようである。プリントの密度は拡散パネルを通るラ ンプからの光の自然な分布に原因して増大しており、正弦波分布の指数に類似し ている。 ランプに最も近い拡散パネルのその部分では発生する光の強さは大きい。装置 の前部を横切る他の部分では、ランプからの距離が大きくなることと、マスクパ ターンの作用とにより、光の強さは減少する。 これにより平行なバンドのパターンを生じ、これ等バンドを横切る光の強さは 暗から明に、明から暗に徐々に変化する。 適切な構成部分、プリントパターン、及び光箱の幾何学形状を選択することに よって、図３に示すように線Ａ−Ｂに沿う距離の正弦波関数の指数関数である光 の強さの分布を生ずる。 線Ａ−Ｂに沿う距離Ｘの関数としての光の強さＩに関する式は次の（１）式の ように表される。 ここに、expは指数関数（〜の累乗まで立ち上がるｅ）、 Ｉ＝光の強さ、 ｂ＝光の強さに対する人の視覚系の反応から生ずる常数（この例では0.5に等 しい）、 Ｒ＝塗装の反射率（鏡面反射する入射光線の比率）（この例では0.1に等しい ）、 Ｉｍ＝（図３に示すような）光の最大強さ、 ＰＩ＝円周の直径の長さに対する比、 Ｌ＝波長（図４に示すように、隣接する明るいバンドの中心と中心との間の距 離）、及び これを達成するプリントパターンのプリントの密度に関する式は次の（３）式 のように表される。この密度は線Ａ−Ｂに沿う距離ｘの関数でもあり、ランプか ら出て、マスクされていない拡散部を通る光の自然な分布のため適切に増大して いる。 ここに、Ｄ＝プリントパターンのプリントの密度（この密度は所定の区域を１ ００％覆っている場合には１の値を有し、所定の区域に全く無い場合には零の値 を有する）、 Ｉ＝式（１）による希望する光の強さの分布、 Ｉｎ＝マスクされていない拡散部に通る光源の自然な光の分布（マスクされて いない拡散部の前面を横切って照度計を走査させることによって経験的に測定さ れる） 線Ａ−Ｂに沿う距離ｘの関数としての光の強さＩは波状の分布であり、光の強 さは暗と明との間に平滑に変化している。この分布は暗に向け加重する。即ち分 布の幅の大半は最大強さの半分より小さい。分布の最も暗い部分の光の強さは実 質的に零である。隣接する明るいバンドの中心と暗いバンドの中心との間の中間 の点における光の強さは最大強さの約１２％である。 検査者が塗装面を横切る線Ｃ−Ｄで反射した線Ｃ−Ｄを見ている時、検査者の 眼は図４に示す強さの分布を有する光を受ける。欠陥による光の偏光に起因し、 欠陥の位置での光の強さに急激な変化が存在する。 上述したように、人の視覚脳系によって知覚される光の強さは、眼に達する光 の実際の強さの対数関数である。図５に示すように線Ｃ−Ｄに沿って検査者によ って知覚された光の分布は対数関数によって実際の分布から変化している。従っ て、検査者は、明るさが急激に変化して見える欠陥の位置を除き、光の強さが穏 やかに変化する正弦波の光の分布を知覚する。従って、検査者は欠陥部を容易に 確認することができる。 特定の形の欠陥を見ることができるから、希望する結果を与えるため、図３に 示すパターンの変形を使用することができる。特に、パターンの波長Ｌ（明るい バンドの中心から、隣接するバンドの中心までの距離）が塗装面からの光箱の距 離に対して短ければ、軽微な欠陥でも見ることができる。 塗装の検査のために一層代表的な場合として、オレンジピールのような軽い欠 陥は見えないようにすると共に、垢のような一層厳しい欠陥は明瞭に見えるよう にするため、一層長いパターンの波長を使用する。このことは、補修することが できる欠陥、及び補修しなければならない欠陥のみを見得るようにし、視覚情報 の量を減らし、検査者がその仕事を一層効率よく行うことができることを意味す る。 欠陥の重要度の或る範囲内（塗装面からの装置の片寄りに対するパターンの波 長の比による）では、一層重要な欠陥は一層大きなコントラストを有するように 見え、従ってより重要でない欠陥と区別することができる。これにより、欠陥が 修理を必要とする程、重要なものか、否かの検査者の決定を容易になる。 図６に示すような光箱の前面の直線状のバンドの代わりとして、図７に示すよ うに、方形碁盤目模様のパターンを使用することができる。両方の図面において 、 図形の斜線を引いた部分は暗く見える区域を示しており、斜線を引いてない部分 は明るく見える区域である。斜線自身はパターンの一部ではない。図１、図６、 及び図７のそれぞれに示す仮想線Ａ−Ｂに沿う光の分布は図３に示す通りである 。 塗装された車体の検査のための装置の形態の一例を図８に示す。多数の光箱１ を積み重ねて、それぞれ３個の光箱を高さの方向に積み重ねて成る垂直な２列の 光箱群を形成する。この光箱群を車体の側部に平行に水平方向に延長し、車体の 長さ方向に沿って付加的測定を行うことができる。 検査すべき車体１１の両側にそれぞれ光箱群を位置させ、光を発生する表面を 互いに向き合わせる。検査者は光箱の壁と車体との間に立ち、塗装された車体の 表面における反射を見る。

【手続補正書】 【提出日】１９９７年５月２２日 【補正内容】 １．請求の範囲を以下のように訂正する。 「 請求の範囲 １．反射面の検査人による表面欠陥のための視覚検査に使用し、使用中に光を 発生する区域を有する表面検査照明装置において、前記区域を横切る仮想線に沿 う距離のほぼ正弦波関数の指数関数として前記区域から発生する光の強さを徐々 に変化させ、平坦な、欠陥のない反射試験面における前記区域からの光の鏡面反 射がほぼ正弦波の強さの分布を有するように検査人によって知覚されることを特 徴とする表面検査照明装置。 ２．前記区域を横切る仮想線に沿う距離の関数としての前記区域から発生する 光の強さが次の式で与えられ、 ここに、expは指数関数、 Ｉ＝光の強さ、 ｂ＝光の強さに対する人の視覚系の反応から生ずる常数、 Ｒ＝塗装の反射率即ち、鏡面反射する入射光線の比率、 Ｉｍ＝光の最大強さ、 ＰＩ＝円周の直径の長さに対する比、 Ｌ＝波長即ち、隣接する明るいバンドの中心間の距離、 ｘ＝前記区域を横切る仮想線に沿う装置の端縁からの距離、及び である請求項１に記載の装置。 ３．前記区域から発生する光の強さの変化が、直線状の平行な交互の明るいバ ンド、及び暗いバンドの形状の空間的なパターンを有する請求項１、又は２に記 載の装置。 ４．前記区域から発生する光の強さの変化が、碁盤目模様の多角形である空間的 なパターンを有する 請求項１、又は２に記載の装置。 ５．１個、又はそれ以上の光源によって光を発生させ、この光を拡散パネルによ って拡散させ、次にこの光をプリントパターンによって部分的にマスクするよう 構成した前記請求項のいずれか１項に記載の装置。 ６．前記区域を横切る仮想線に沿う距離の関数として前記プリントパターンのプ リントの密度が次の式で与えられ、 ここに、Ｄ＝プリントパターンのプリントの密度 Ｉ＝請求項２に記載する光の強さの分布 Ｉｎ＝マスクされていない拡散部に通る光源の自然な光の強さの分布（マス クされていない拡散部の前面を横切って照度計を走査させることによって経験的 に測定される）である請求項５に記載の装置。 ７．単一の壁、単一の壁と天井、天井のみ、両側の互いに向き合う２個の壁、上 方に天井があり両側の互いに向き合う２個の壁のような種々の形態のうちのいず れか１つの形態の１個又はそれ以上の平坦な群を形成するように集合させた前記 請求項のいずれか１項に記載の装置。 ８．塗装した車体、又はパネルの視覚による検査に使用する前記請求項のいずれ か１項に記載の装置。 ９．マスクを使用している時、このような区域から発生する光の強さを、この区 域を横切る仮想線に沿う距離のほぼ正弦波関数の指数関数として徐々に変化させ るようなプリントパターンのプリントであって請求項５に記載の装置に適するプ リントパターンを支持するマスク。 １０．前記プリントパターンのプリントの強さが請求項６に記載のプリントの強 さである請求項９に記載のマスク。」 ２．明細書第５頁最終行の「（〜の累乗まで立ち上がるｅ）」を削除する。 ３．同第６頁第４行の「（鏡面反射する入射光線の比率）」を「即ち、鏡面反射 する入射光線の比率」に訂正し、 同頁第８行の「（図４に」を「即ち、図４に」に訂正し、 同頁第９行の「離）」の「）」を削除する。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ， ＤＫ，ＥＳ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，ＬＵ，Ｍ Ｃ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ，ＣＧ ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ， ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＫＥ，ＬＳ，ＭＷ，ＳＤ，ＳＺ，Ｕ Ｇ)，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，Ｂ Ｙ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＥ，ＥＳ ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＥ，ＨＵ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ， ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，Ｌ Ｖ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ， ＳＫ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＴ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＳ，ＵＺ，Ｖ Ｎ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．反射面の検査人による表面欠陥のための視覚検査に使用し、使用中に光を発 生する区域を有する表面検査照明装置において、前記区域を横切る仮想線に沿う 距離のほぼ正弦波関数の指数関数として前記区域から発生する光の強さを徐々に 変化させ、平坦な、欠陥のない反射試験面における前記区域からの光の鏡面反射 がほぼ正弦波の強さの分布を有するように検査人によって知覚されることを特徴 とする表面検査照明装置。 ２．前記区域を横切る仮想線に沿う距離の関数としての前記区域から発生する光 の強さが次の式で与えられ、 ここに、expは指数関数（〜の累乗まで立ち上がるｅ）、 Ｉ＝光の強さ、 ｂ＝光の強さに対する人の視覚系の反応から生ずる常数、 Ｒ＝塗装の反射率（鏡面反射する入射光線の比率）、 Ｉｍ＝光の最大強さ、 ＰＩ＝円周の直径の長さに対する比、 Ｌ＝波長（隣接する明るいバンドの中心間の距離）、 ｘ＝前記区域を横切る仮想線に沿う装置の端縁からの距離、及び である請求項１に記載の装置。 ３．空間的な前記パターンが直線状の平行な交互の明るいバンド、及び暗いバン ドの形状である請求項１、又は２に記載の装置。 ４．空間的な前記パターンが碁盤目模様の多角形である請求項１、又は２に記載 の装置。 ５．１個、又はそれ以上の光源によって光を発生させ、この光を拡散パネルによ って拡散させ、次にこの光をプリントパターンによって部分的にマスクするよう 構成した前記請求項のいずれか１項に記載の装置。 ６．前記区域を横切る仮想線に沿う距離の関数として前記プリントパターンのプ リントの密度が次の式で与えられ、 ここに、Ｄ＝プリントパターンのプリントの密度 Ｉ＝請求項２に記載する光の強さの分布 Ｉｎ＝マスクされていない拡散部に通る光源の自然な光の強さの分布（マス クされていない拡散部の前面を横切って照度計を走査させることによって経験的 に測定される）である請求項５に記載の装置。 ７．単一の壁、単一の壁と天井、天井のみ、両側の互いに向き合う２個の壁、上 方に天井があり両側の互いに向き合う２個の壁のような種々の形態のうちのいず れか１つの形態の１個又はそれ以上の平坦な群を形成するように集合させた前記 請求項のいずれか１項に記載の装置。 ８．塗装した車体、又はパネルの視覚による検査に使用する前記請求項のいずれ か１項に記載の装置。 ９．マスクを使用している時、このような区域から発生する光の強さを、この区 域を横切る仮想線に沿う距離のほぼ正弦波関数の指数関数として徐々に変化させ るようなプリントパターンのプリントであって請求項５に記載の装置に適するプ リントパターンを支持するマスク。 １０．前記プリントパターンのプリントの強さが請求項６に記載のプリントの強 さである請求項９に記載のマスク。