JPS62203048A - 形状検査装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は形状検査装置に係わり、例えばストリップなど
の板材あるいはレールなどの条材等、の疵、クラックな
どの欠陥や表面凹凸の有無等を、走行中に検査する装置
に関する。

（従来の技術） 板材の形状測定手段としては、レーザー光を被検材に投
光して、その反射光を受光して行なうものがある。例え
ば特開昭５２−３１４６２号公報では、レーザー光を被
検材に所定角度で投光して、その板面を巾方向に走査し
、そのレーザー光のスボッ１〜の位置をビデオカメラと
ＸＹトラッカーで計開し、これを電圧に変換し、その電
圧から巾方向の形状を計測する。また、長手方向の形状
の計測は、巾方向に走査して得た電圧信号を次の走査ま
で保持して行なうことが提案されている。これによると
、被検材の巾方向および長手方向の形状が同時に計測さ
れ、それなりの作用効果がある。

（発明が解決しようとする問題点） ところで、例えばス１−リップの製造ラインにおいては
、その通板速度は生産性を高めるために速く、またレー
ルなどの条材の製造ラインにおいても通板は高速である
。

従来の形状検査に一般に用いられているレーザー光が連
続光であるので、被検材が通板時振動等により動くと、
光切断像もずれる。ＩＴＣの撮像管（ビジコン等）は蓄
積型であり、例えば、　１／３０ｓｅｃに１口金画面を
走査して、電荷像を読み出すが、その間に被検材が動い
た場合は、ぼやけた画像となり、またその間に形状が変
った場合は正しい形状は求められない。また３　０Ｈｚ
程度の計測では低速の物体の計測しかできない。

本発明は例えば、ストリップ、レールなどの被検材がそ
れらの製造ライン、あるいは検査ライン等で高速通板さ
れているときでも、それらの形状の検査を精度よく行な
うことを目的とし、疵、クラック、表面の凹凸などを検
出し、被検材の検査がオンラインにて行える装置を提供
するものである。

（問題点を解決するための手段） 本発明の技術的骨子は、レーザー光を被検材に投射しそ
の反射光を撮像し形状検査を行う装置において、パルス
光源からレーザー光をパルス状に発し、被検材にスリッ
ト光として投射し光切断像を形成する投光手段と、電荷
リセッ１−機能と部分的水平ラインの読出し機能を有し
光切断像を撮像する半導体イメージセンサ−と、投光手
段にパルス状の発光を指示する信号を発生するタイミン
グ発生器からの信号に同期をとって、半導体イメージセ
ンサ−の電荷を電圧信号に変換するカメラコントローラ
ーと、カメラコントローラーからの電圧信号を入力し２
値画像信号を出力する２値化手段と、２値化手段からの
２値画像信号の水平ライン毎のカウント値の最大となる
水平ライン位置を中心としその上下所定数の水平ライン
までを次回の読出し範囲とする部分読出制御手段とを備
えて、高速移動被検材にパルス状のスリット光を投射し
て、晴間的に被検材の光切断像をイメージセンサ−に電
荷像として焼付け、前回の測定より、像の存在すると予
測される近傍のみを高速に読み出し、処理することによ
って高速に物体の形状を計測する装置にある。

以下に１本発明について、実施例に基き、図面を参照し
て詳細に説明する。

本発明の一実施例の投／受光器の配置概要を示す第１図
において、１はパルス光源で例えば半導体レーザーであ
り、パルス変調されて、パルス的にレーザー光を放射す
る。レーザー光は楕円推状に拡がるように放射されるが
、これをシリンドリカルレンズ２、レンズ３、シリンド
リカルレンズ４の３枚のレンズで、被検材６の表面近傍
にて例えば０．１＋ａｍ巾程度の半値巾のスリン１−光
５に成形する。スリット光５は被検材表面に光切断像を
形成する。

本実施例では、被検材６の表面に凹状の欠陥７が存在し
ているのを検査している。８は干渉フィルターであり、
レーザー光の波長のみを選択的に透過させることによっ
て、外来光の影響を少くしている。

９は撮像レンズであり、半導体イメージセンサ−１０上
に、光切断像を実像として投影する。半導体イメージセ
ンサ−１０は多数個、例えば水平方向１２８個×垂直方
向１２８個、の面配列のフォトダイオード（１個が１画
素に対応する）と各フォトダイオードの受光レベル対応
の電荷を形成する電荷蓄積部よりなり、光学像に対応す
る電荷を蓄積部に形成する。

信号処理装置の構成概要を第２図に示す。第２図におい
て１１はイメージセンサ−カメラで、前記半導体イメー
ジセンサ−１０が内蔵されている。

１２はカメラコントローラーである。コントローラー１
２は半導体イメージセンサ−１０の電荷蓄積部の電荷を
読み出す制御を行うもので、タイミング発生器１９から
入力されたクロックに同期して、部分読み出し演算制御
部１７の信号により指定される領域のフォトダイオード
の電荷を電圧信号に変換して出力する。

１３は自動２値化部であり、比較器１３−１と２値レベ
ルコントローラー１３−２よりなっている。

比較器１３−１は、変換された電圧信号と基準電圧を比
較して電圧信号が大きければ高レベルＨの出力を、電圧
信号が小さければ低レベルＬの２値信号を発生する。２
値レベルコントローラー１３−２は、１画面内の高レベ
ル（光反射あり）となった画素（ピクセル）の数をカウ
ントし、設定領域（設定上限値と設定下限値）との大小
により、基準電圧バッファの値を−１（カウント値が設
定領域の下限値より小さい場合）、または＋１（カウン
ト値が設定領域の上限値より大きい場合）として、その
値をＤ／Ａ変換して前記２値化の基準電圧とすることに
より、読み出したエリア内の高レベルＨの画素数、すな
わちカウント値が所定の領域内に入るように制御する。

このようにして、２値レベルコントローラー１３−２が
、読取領域中の高レベルＨの画素数が設定領域内に収ま
るように２値化用基準電圧を自動設定する。上記設定領
域を被検材の表面の光反射特性に合せて設定することに
より、実質上スリット光５の反射光のみを高レベルＨに
処理するレベルに基準電圧が自動調整される。

１４は、形状演算部であり、上述のように設定された基
準電圧で２値化された画像信号で表わされる画像中のス
リット光５の反射光（垂直方向に幅がある）の中心を演
算して、スリット光５の反射光を細線化した画像データ
をディジタル値の系列で出力する。

１５は、Ｄ／Ａ変換部であり該画像データをビデオ信号
に変換してＣＲＴ表示器１６に与える。

ＣＲＴ表示器であり、細線化した画像を表示する。

１８は寸法演算器であり、スリット光５の反射光を細線
化した画像データに基づいて、疵深さを算出して、所定
の深さより深ければ警報を出力する。

１７は、部分読み出し、演算制御部であり、今回読み出
された２値画像の各水平ライン毎のカウント値（高レベ
ルＨの画素数）の最大となる水平ライン（の垂直方向位
置：すなわちラインＮｏ、ｉ）をもとに、その上下洛々
、次回の読み出し範囲（水平ラインＮｏ、ｉ−＾〜ｉ＋
Ａ）を演算する。しかして演算により得た領域データ（
水平ラインＮｏ、ｉ−Ａ〜ｉ＋Ａ）をカメラコントロー
ラ１２に与えるＱカメラコントローラ１２は、この領域
データを受けて読出し領域を設定する。これにより次の
撮影フレームの画像読出しは水平ラインＮｏ、１−Ａ−
ｉ＋Ａとなる。

２０は変調器であり、タイミング発生器１９の発光指示
パルスに同期してレーザーダイオード２１に例えば０．
１μｓｅｃ程度のパルス電圧を印加する。

タイミング発生器１９は、カメラコントローラ１２にク
ロックを与えて読出しを指示するのに同期して、前記発
光指示パルスを変調器２０に与える。発光指示パルスの
印加のタイミングは、該クロックに応答したカメラコン
トローラの部分読み出しが完了後イメージセンサ−カメ
ラ１１の全電荷が１度リセットされた直後である。

構成は以上のようになされており、次に検査方法につい
て述べる。

第１図において被検材６、例えば、ストリップは矢印方
向に高速に通板される。ところでパルス光源１例えば半
導体レーザーからパルス的にレーザー光を発し、被検材
６に０．１ｍｍ巾程度のスリット光として投射し光切断
像を形成する。これを半導体イメージセンサ１０が撮像
し、光学像に対応した電荷をその電荷蓄積部に水平ライ
ン区分で形成する。

その電荷は電圧信号に変換されて、カメラコントローラ
１１を介して自動２値化部１３に出力される。

半導体イメージセンサ１０に撮像された全画面の出力信
号を第３図のＡに示す。この全画面Ａにおいて、太実線
２２を付しているのがスリン１−光（２値信号で高レベ
ルＨ）である。

ところで、被検材６は高速にて通板されるが、全画面の
全部分のすべてについて信号処理を行うとすればその処
理時間のために、どうしても通板速度を低下させなけれ
°ばならない。

これを防ぐために、本発明では前記パルス光源ｌにより
被検材６の走査部に瞬間的に光切断像を形成するととも
に、信号処理において撮影画像の部分読み出しを行なう
。

即ち、部分読み出し演算制御部Ｉ７で、自動２値化部１
３から出力される信号の高レベルＨについて、水平ライ
ン毎に、高レベル１１の画素数をカウントし、各水平ラ
イン毎の第３図のＢで示すような２値化ヒストグラム（
水平ライン毎の高レベルＨの画素数の分布）を求め、ヒ
ストグラムが最大となる水平ラインの位置（ライン番号
）を検知する。この最大位置の水平ラインを中心として
、上下所定数Ａの水平ラインまでを１次回の全画面の読
み出し範囲とする。この読み出し範囲内について自動２
値化部１３で、次回の撮影画面の画像読取信号が、２値
化される。

この２値化信号１ま形状演算部１４に入力され形状演算
が行なわれ形状がディジタル値として出力される。また
、自動２値化部１３からの信号は部分読み出し演算制御
部１７に出力され、該制御部１７で水平ライン毎の２値
画像のカウント値が計数され、次回の読み出し範囲が求
められる。

このようにして、検査が必要な個所を選択的に読み出し
て検査し、他は読み飛ばすので被検材Ｓの通板速度が高
速であってもその形状検査が行われる。

なお、第３図のＣは読み出しされた走査変換メモリであ
り、これを細線化したものが第３図のＤである。

また、読み出された信号はＤＡ変換され、ＣＲＴ表面器
１６に表示される。

（作用） 本発明によると、半導体レーザー等のパルス光源による
スリット光を投射するため、被検材が通板時に動いても
、瞬間的に電荷像として、蓄積されるため、ボケが生じ
ない。

また、半導体イメージセンサ−の２次元アレイの中から
、必要な部分のみを読み出し処理したのちに、リセット
を全素子にかけることが可能なため、フレームレートを
高くでき、例えば、１２８　Ｘ　１２８素子タイプの場
合で、フレームレートを１００倍以上に高くできる。

このため、移動する物体の表面を密に開定することがで
きるため、全面形状検査及び欠陥検出が可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例における走査部とその受光部
の配置関係を示す斜視図、第２図１該実施例の信号処理
部の構成を示すブロック図、第３図は第２図に示す信号
処理部で得られる画像情報を示す平面図である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. レーザー光を被検材に投射しその反射光を撮像し形状検
   査を行う装置において、パルス光源からレーザー光をパ
   ルス状に発し、被検材にスリット光として投射し光切断
   像を形成する投光手段と、電荷リセット機能と部分的水
   平ラインの読出し機能を有し光切断像を撮像する半導体
   イメージセンサーと、投光手段にパルス状の発光を指示
   する信号を発生するタイミング発生器からの信号に同期
   をとって、半導体イメージセンサーの電荷を電圧信号に
   変換するカメラコントローラーと、カメラコントローラ
   ーからの電圧信号を入力し２値画像信号を出力する２値
   化手段と、２値化手段からの２値画像信号の水平ライン
   毎のカウント値の最大となる水平ライン位置を中心とし
   その上下所定数の水平ラインまでを次回の読出し範囲と
   する部分読出制御手段とを設けたことを特徴とする形状
   検査装置。