WO2018079742A1 - 検査装置 - Google Patents

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真也 畑辺
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Definitions

  • the present invention relates to an inspection apparatus that inspects an article by irradiating the article with light and photographing it with a camera.
  • an inspection apparatus that performs inspection (external inspection of defects, scratches, dirt, foreign matter, etc.) by irradiating an article with light and photographing the article with a camera has been used. It was. Among them, light is introduced from the end surface portion of the light guide plate to irradiate the article placed under the light guide plate, and the reflected light from the article enters the camera disposed above the light guide plate. There are those that photograph an article (for example, Patent Document 1 and Patent Document 2). An inspection apparatus using such a light guide plate has an advantage of a small space.
  • the light guide plate is provided on the upper surface thereof by, for example, laser processing or mechanical cutting so as to form a straight line having a substantially V-shaped cross section (a straight line in plan view). Many recessed portions formed are formed. The many recesses reflect the introduced light downward and irradiate the article placed below the light guide plate.
  • the camera is disposed above the light guide plate, and reflects the light reflected from the article to photograph the article.
  • the light guide plate in which a large number of recesses (similar to that in Patent Document 1) is formed has a non-recessed region where no recess is formed, and the light guide plate On the upper side, a reflecting plate having a transmission region that transmits light from the light guide plate at a position overlapping with the non-recessed region, and a periphery of which is a reflection region that reflects light from the light guide plate is disposed.
  • the camera is disposed above the light guide plate and the reflection plate at the position of the non-recessed area and the transmissive area, and the reflected light from the article is incident to photograph the article.
  • the inspection device of Patent Document 2 allows reflected light from the article to be incident on the camera with almost no influence of the concave portion of the light guide plate. Therefore, when the article must be inspected very finely, In comparison, it is possible to improve the sharpness of imaging by the camera.
  • the inspection apparatus of Patent Document 2 requires a reflector in order to irradiate an article with a sufficient amount of light.
  • the present invention has been made in view of the above-mentioned reasons, and its purpose is to irradiate an article placed under the light guide plate with light introduced from the end surface portion of the light guide plate and reflect the light from the article with a camera. It is an object of the present invention to provide an inspection apparatus that can improve the definition of an image captured by a camera without a reflector.
  • an inspection apparatus includes a housing, a light source unit disposed in the housing, and an end surface portion disposed in the housing so as to face the light source unit.
  • the light from the light source unit can be introduced, the light can be reflected downward by a number of transparent hemispherical bodies formed on the upper surface and arranged two-dimensionally, and the light placed on the lower surface can be irradiated with the light.
  • An illuminator including a light guide plate, and a camera that is disposed above the upper surface of the light guide plate and that reflects the light from the article to photograph the article.
  • the illuminator further includes a light transmission plate disposed above the multiple hemispherical bodies with a gap therebetween.
  • the inspection apparatus of the present invention it is possible to improve the definition of the image picked up by the camera even without a reflector.
  • the inspection apparatus 1 includes an illuminator 2 and a camera 3 as shown in FIG.
  • the illuminator 2 includes a housing 4, a light source unit 5, a light guide plate 6, and a light transmission plate 7.
  • the inspection apparatus 1 introduces light (indicated by a solid line with an arrow) from an end surface portion 6 a of the light guide plate 6 of the illuminator 2 to an article M placed below the light guide plate 6.
  • FIG. 1 (and FIG. 3) is a cross-sectional view taken along the line AA in FIG.
  • FIG. 2 shows only the contour shape (surface shape) of an upper wall 4c (and the light transmission plate 7 and the light guide plate 6), which will be described later, of the housing 4 so that the illuminator 2 can be easily understood. And so on.
  • the housing 4 has a light source unit 5 and a light guide plate 6 which will be described in detail later arranged and supported therein.
  • the housing 4 includes a bottom wall 4a, a peripheral wall 4b that is connected to the bottom wall 4a, and an upper wall 4c that is connected to the peripheral wall 4b. Openings 4aa and 4ca are provided in the bottom wall 4a and the upper wall 4c, respectively, so that light can pass therethrough.
  • the housing 4 is made of a metal material such as aluminum or copper or a resin material.
  • the light source unit 5 is disposed in the housing 4.
  • the light source unit 5 includes a plurality of light emitting elements 51 arranged so as to emit light to end surfaces 6 a of each side (each side of a square in plan view) of the light guide plate 6 described in detail later, and the light guide plate 6. It has a plurality of elongated printed boards 52 provided facing the end surface portions 6a of each side, on which these light emitting elements 51 are mounted (for example, about 10 are mounted per side).
  • a light emitting diode or the like is used as the light emitting element 51.
  • the light emitting element 51 can be a surface mount type (chip LED or the like) in addition to a shell type as shown in FIG.
  • the plurality of light emitting elements 51 (and the printed circuit board 52) can be provided only for specific sides of the light guide plate 6.
  • the light guide plate 6 is disposed in the housing 4 so that the end surface portion 6 a faces the light source portion 5.
  • the light guide plate 6 is made of a member having a predetermined refractive index and excellent in light guide properties, and usually a resin material such as transparent acrylic is applied.
  • the light guide plate 6 is square, but is not limited thereto.
  • the size and thickness of the light guide plate 6 are not limited. For example, one having a side length of about 10 to 20 cm and a thickness of about 5 mm can be used.
  • the light guide plate 6 introduces light from the light source unit 5 (light emitting element 51).
  • storage holes 6 aa for storing the light emitting elements 51 are provided at regular intervals in the end surface portion 6 a of the light guide plate 6. It is also possible to flatten the end surface portion 6a of the light guide plate 6 (without providing the storage hole 6aa), and to make the light emitting element 51 approach or adhere to it.
  • hemispherical bodies 6A are formed on the upper surface 6b of the light guide plate 6 and are two-dimensionally arranged. Many hemispherical bodies 6A are transparent.
  • the hemispherical shape means a surface that smoothly falls as the surface moves away from the center (center in plan view), and includes a semi-ellipsoidal shape and the like.
  • transparent refers to a material that is not colored such as white.
  • the hemispherical body 6A can be formed by ink jet printing using an ultraviolet curable ink.
  • the ultraviolet curable ink can be, for example, an acrylic resin-based transparent ink.
  • the size of the hemispherical body 6A is not limited.
  • the diameter D can be about 20 ⁇ m to about 100 ⁇ m
  • the height H can be about 10 ⁇ m to about 40 ⁇ m.
  • the interval (pitch) P between the hemispherical bodies 6A and 6A is determined in relation to the size of the hemispherical body 6A, and can be, for example, about 100 ⁇ m to about 300 ⁇ m.
  • the interval P between the hemispherical bodies 6A and 6A is changed according to the location (for example, shortened from the peripheral part of the light guide plate 6 toward the central part), or the diameter D and the height of the hemispherical bodies 6A and 6A are increased. It is also possible to change the height H according to the location (for example, the height H is increased from the peripheral part to the central part of the light guide plate 6).
  • the light guide plate 6 can reflect the light introduced from the light source unit 5 toward the article M so as to irradiate the article M placed below the lower surface 6c by a large number of hemispherical bodies 6A. Specifically, when light introduced from the light source unit 5 tries to go outside from the light guide plate 6 due to a difference in refractive index between the light guide plate 6 and air, the interface (the upper surface 6b and the lower surface 6c of the light guide plate 6). If the incident angle is smaller than the critical angle (for example, 35 to 40 °), part of the light is transmitted and the rest is reflected. As shown by the broken line with an arrow in FIG. .
  • the light having an incident angle larger than the critical angle is repeatedly reflected and reaches a wide range including the central portion of the light guide plate 6. Then, the light entering the hemispherical body 6A, due to the difference in refractive index between the hemispherical body 6A and the air, as shown by the solid line with an arrow in FIG. If the incident angle to (the surface of the hemispherical body 6A) is smaller than a critical angle (for example, 35 to 40 °), a part is transmitted and the rest is reflected, and if it is larger than the critical angle, the whole is reflected. Since the surface of the hemispherical body 6A is a curved surface, the light reflected by the hemispherical body 6A travels toward the article M from various directions.
  • a critical angle for example, 35 to 40 °
  • the reflected light from the article M enters from the lower surface 6c of the light guide plate 6, passes through the upper surface 6b or the hemispherical body 6A, and most of the light is emitted upward.
  • the light guide plate 6 in which such a large number of hemispherical bodies 6A are formed is more of the light emitted from the light source unit 5 than the light guide plate in which a large number of recesses are formed as described in the background art section.
  • the ratio of those passing through the lower surface 6c of the light guide plate 6 so as to irradiate the article M is large.
  • the light guide plate 6 having a large number of hemispherical bodies 6A is about 90%, and the light guide plate having a large number of concave portions is about 70%.
  • the light guide plate 6 on which a large number of hemispherical bodies 6A are formed emits light emitted from the light source unit 5 from the upper surface 6b of the light guide plate 6 without passing through the lower surface 6c of the light guide plate 6.
  • the ratio is small.
  • the reflected light from the article M is emitted toward the camera 3 through the hemispherical body 6A as well as the portion where the hemispherical body 6A is not formed on the upper surface 6b of the light guide plate 6. Therefore, it is possible to improve the definition of the image picked up by the camera 3. That is, it is possible to improve the definition of the image picked up by the camera 3 without disposing a reflection plate on the upper side of the light guide plate 6 as in Patent Document 2 described above.
  • the proportion of the light emitted from the light source unit 5 that does not pass through the lower surface 6c of the light guide plate 6 but exits from the upper surface 6b of the light guide plate 6 is high. Since there are few, the moire (interference fringe) resulting from arrangement
  • the light transmission plate 7 is disposed above the numerous hemispherical bodies 6A with a gap.
  • a member that transmits light well is used, and usually a transparent resin material such as acrylic is applied.
  • the light transmission plate 7 is fixed to the housing 4 by being directly attached to the housing 4 or, in some cases, attached to the light guide plate 6 or the light source unit 5. This attachment is performed by a member 7A (for example, a double-sided tape or the like) having such a thickness that the gap is formed.
  • Such a light transmission plate 7 is arranged with a large gap from many hemispherical bodies 6A, air exists in the gap, and a large number of hemispherical bodies 6A (and the light guide plate 6) and the air The interface can be protected to ensure the characteristics.
  • the inspection apparatus has been described above, but the present invention is not limited to the one described in the embodiment, and various design changes can be made within the scope of the matters described in the claims. It is.
  • the light transmission plate 7 can be omitted or replaced by other means as long as the properties can be secured by protecting the interface between the plurality of hemispherical bodies 6A (and the light guide plate 6) and air. is there.

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Abstract

導光板の端面部から光を導入して導光板の下方に置かれた物品に光を照射しカメラによって撮像する検査装置において、反射板がなくても、カメラによる撮像の鮮明度を向上させることが可能なものを提供する。この検査装置（１）は、ハウジング（４）と、ハウジング（４）内に配置された光源部（５）と、端面部（６ａ）が光源部（５）に対向するようにハウジング（４）内に配置されて光源部（５）からの光を導入し、上面（６ｂ）に形成され二次元配列した透明な多数の半球状体（６Ａ）によって光を下方に向けて反射し、下面（６ｃ）の下方に置かれた物品（Ｍ）に光を照射し得る導光板（６）と、を具備する照明器（２）と、導光板（６）の上面（６ｂ）の上方に配置されており物品（Ｍ）からの反射光を入射して物品（Ｍ）を撮影するカメラ（３）と、を有する。

Description

検査装置
  本発明は、物品に光を照射しそれをカメラで撮影することにより物品を検査する検査装置に関する。
　従来より、工場で生産された物品（製品）について、物品に光を照射しそれをカメラで撮影することにより検査（欠陥、キズ、汚れ、異物などの外観検査）を行う検査装置が用いられてきた。その中には、導光板の端面部から光を導入して導光板の下方に置かれた物品に光を照射し、その物品からの反射光が導光板の上方に配置されたカメラに入射することによって物品を撮影するものがある（例えば、特許文献１及び特許文献２）。このような導光板を用いた検査装置は、小スペースであるという利点がある。
　特許文献１に開示された検査装置では、導光板は、その上面部に、レーザー加工や機械的な切削加工などによって、例えば、断面略Ｖ形状で直線（平面視で直線）を成すように設けられた多数の凹部が形成されている。その多数の凹部は、導入した光を下方に向けて反射し、導光板の下方に置かれた物品に光を照射する。カメラは、導光板の上方に配置されており、物品からの反射光を入射して物品を撮影する。
　また、特許文献２に記載された検査装置では、多数の凹部（特許文献１と同様なもの）が形成された導光板において凹部が形成されていない無凹部領域を有するようにし、かつ、導光板の上側に、無凹部領域に重なる位置に導光板からの光を透過する透過領域を有し、その周辺を導光板からの光を反射する反射領域とするようにした反射板を配置している。カメラは、導光板と反射板の上方で無凹部領域及び透過領域の位置に配置されており、物品からの反射光を入射して物品を撮影する。
特開２０１０－１１２７３５号公報 特開２０１６－１３６１２４号公報
　特許文献２の検査装置は、物品からの反射光が導光板の凹部の影響をほとんど受けずにカメラに入射できるので、物品を非常に精細に検査しなければならないとき、特許文献１のものに比べて、カメラによる撮像の鮮明度を向上させるができる。しかし、特許文献２の検査装置は、物品に十分な量の光を照射するために反射板が必要である。
　本発明は、係る事由に鑑みてなされたものであり、その目的は、導光板の端面部から導入した光を導光板の下方に置かれた物品に照射し物品からの反射光でもってカメラにより撮像する検査装置において、反射板がなくても、カメラによる撮像の鮮明度を向上させることが可能なものを提供することにある。
　上記目的を達成するために、本発明の実施形態に係る検査装置は、ハウジングと、該ハウジング内に配置された光源部と、端面部が前記光源部に対向するように前記ハウジング内に配置されて前記光源部からの光を導入し、上面に形成され二次元配列した透明な多数の半球状体によって光を下方に向けて反射し、下面の下方に置かれた物品に光を照射し得る導光板と、を具備する照明器と、前記導光板の上面の上方に配置されており前記物品からの反射光を入射して該物品を撮影するカメラと、を有する。
　好ましくは、前記照明器は、前記多数の半球状体の上方に隙間をあけて配置された光透過板を更に具備する。
　本発明の検査装置によれば、反射板がなくても、カメラによる撮像の鮮明度を向上させることが可能になる。
本発明の実施形態に係る検査装置の断面図である。 同上の検査装置の照明器の平面図である。 同上の検査装置における光の様子を断面図で説明する説明図である。 同上の検査装置の導光板の一部の拡大平面図である。 同上の検査装置の導光板の一部の上面近傍の拡大断面図である。 同上の検査装置における光の様子を拡大断面図で説明する説明図である。
　以下、本発明を実施するための形態を説明する。本発明の実施形態に係る検査装置１は、図１に示すように、照明器２とカメラ３とを有している。照明器２は、図１及び図２に示すように、ハウジング４と、光源部５と、導光板６と、光透過板７と、を具備している。この検査装置１は、図３に示すように、照明器２の導光板６の端面部６ａから光（矢印付き実線で示す。）を導入して導光板６の下方に置かれた物品Ｍに光を照射し、その物品Ｍからの反射光（矢印付き破線で示す。）が導光板６の上方に配置されたカメラ３に入射することによって物品Ｍを撮影し検査する。なお、図１（及び図３）は、図２におけるＡ－Ａで示す位置で切断した断面図である。また、図２は、ハウジング４の後述する上壁４ｃ（及び光透過板７、導光板６）については、照明器２を理解し易いように、輪郭形状（表面形状）のみを示し下方の部材などが現われるようにしたものである。
　ハウジング４は、その内部に、後に詳述する光源部５及び導光板６を配置し支持するものである。本実施形態では、ハウジング４は、底壁４ａと、この底壁４ａに連設される周壁４ｂと、この周壁４ｂに連設される上壁４ｃと、を有している。底壁４ａと上壁４ｃにはそれぞれ、光が通過できるように、開口部４ａａ、４ｃａが設けられている。ハウジング４は、アルミニウムや銅などの金属材又は樹脂材などが用いられる。
　光源部５は、ハウジング４内に配置されている。光源部５は、後に詳述する導光板６の各辺（平面視における四角形の各辺）の端面部６ａに光を放射するように配置された複数の発光素子５１、及び、導光板６の各辺の端面部６ａに対向して設けられこれらの発光素子５１が実装される（例えば、一辺につき１０個程度実装される）細長い複数のプリント基板５２、を有している。発光素子５１は、発光ダイオードなどが用いられる。発光素子５１は、図１に示すような砲弾型の他、表面実装型（チップＬＥＤなど）とすることが可能である。なお、複数の発光素子５１（及びプリント基板５２）は、導光板６の特定の辺に対してのみ設けることも可能である。
　導光板６は、端面部６ａが光源部５に対向するようにハウジング４内に配置されている。導光板６は、所定の屈折率を有し導光性に優れた部材が用いられ、通常、透明なアクリルなどの樹脂材が適用される。また、図２に示す例では、導光板６は正方形であるが、これには限られない。また、導光板６の大きさや厚みは、限定されることはないが、例えば、１辺の長さが１０～２０ｃｍ程度、厚みが５ｍｍ程度のものを用いることができる。
　導光板６は、光源部５（発光素子５１）からの光を導入する。図１に示す例では、導光板６の端面部６ａには、発光素子５１を収納する収納穴６ａａが一定の間隔で設けられている。導光板６の端面部６ａを平坦にして（収納穴６ａａを設けずに）、それに発光素子５１を近接又は密着させることも可能である。
　導光板６の上面６ｂには、図４に示すように、多数の半球状体６Ａが形成されており、二次元配列している。多数の半球状体６Ａは、透明である。ここで、半球状とは、図５に示すように、その表面が中心（平面視中心）から離れるに従って滑らかに下がるものを言い、半楕円体形状なども含まれる。また、透明とは、白色などの色付けがされていないものを言う。半球状体６Ａは、紫外線硬化インクを用いたインクジェット印刷により形成することができる。紫外線硬化インクは、例えば、アクリル樹脂系の透明インクとすることができる。
　半球状体６Ａのサイズは、限定されるものではないが、例えば、直径Ｄが約２０μｍ～約１００μｍ、高さＨが約１０μｍ～約４０μｍとすることができる。また、半球状体６Ａ、６Ａの間隔（ピッチ）Ｐは、半球状体６Ａのサイズなどと関係して決められるが、例えば、約１００μｍ～約３００μｍとすることができる。なお、半球状体６Ａ、６Ａの間隔Ｐを場所に応じて変える（例えば、導光板６の周辺部から中央部に向かうにつれて短くする）ようにしたり、半球状体６Ａ、６Ａの直径Ｄ及び高さＨを場所に応じて変える（例えば、導光板６の周辺部から中央部に向かうにつれて大きくする）ようにしたりすることも可能である。
　導光板６は、多数の半球状体６Ａによって、光源部５から導入された光を下面６ｃの下方に置かれた物品Ｍに照射すべく、物品Ｍに向けて反射することができる。詳細には、光源部５から導入された光は、導光板６と空気との屈折率の差異により、導光板６から外部に出ようとすると、界面（導光板６の上面６ｂ及び下面６ｃ）への入射角度が臨界角（例えば、３５～４０°）よりも小さければ一部が透過し残りが反射し、図６の矢印付き破線で示すように、臨界角よりも大きければ全部が反射する。そして、入射角度が臨界角よりも大きい光は、反射を繰り返して、導光板６の中央部分を含めた広い範囲に到達する。そして、半球状体６Ａに入った光は、半球状体６Ａと空気との屈折率の差異により、図６の矢印付き実線で示すように、半球状体６Ａから外部に出ようとすると、界面（半球状体６Ａの表面）への入射角度が臨界角（例えば、３５～４０°）よりも小さければ一部が透過し残りが反射し、臨界角よりも大きければ全部が反射する。半球状体６Ａの表面は曲面であるので、半球状体６Ａにより反射された光は、様々な方向から物品Ｍに向かうことになる。
　また、物品Ｍからの反射光は、導光板６の下面６ｃから入射し、その上面６ｂ又は半球状体６Ａを通過し大部分が上方に出射する。
　このような多数の半球状体６Ａが形成された導光板６は、背景技術の欄で述べたような多数の凹部が形成された導光板に比べて、光源部５から放射された光のうち、物品Ｍを照射するように導光板６の下面６ｃを通過するものの割合が多い。例えば、多数の半球状体６Ａが形成された導光板６が約９０％、多数の凹部が形成された導光板が約７０％である。換言すれば、多数の半球状体６Ａが形成された導光板６は、光源部５から放射された光のうち、導光板６の下面６ｃを通過せず導光板６の上面６ｂから出射するものの割合が少ない。更には、物品Ｍからの反射光は、導光板６の上面６ｂにおいて、半球状体６Ａが形成されていない部分のみならず、半球状体６Ａを通過してカメラ３の方に出射する。従って、カメラ３による撮像の鮮明度を向上させることが可能になる。つまり、上述した特許文献２のように導光板６の上側に反射板を配置する、ことなく、カメラ３による撮像の鮮明度を向上させることが可能になる。
　また、多数の半球状体６Ａが形成された導光板６は、光源部５から放射された光のうち、導光板６の下面６ｃを通過せず導光板６の上面６ｂから出射するものの割合が少ないので、複数の発光素子５１の配置に起因するモアレ（干渉縞）も非常に少なくすることができる。
　光透過板７は、多数の半球状体６Ａの上方に隙間をあけて配置されている。光透過板７は、光を良好に透過させる部材が用いられ、通常、透明なアクリルなどの樹脂材が適用される。光透過板７は、ハウジング４に直接に、或いは場合によっては導光板６又は光源部５に取り付けられることによって、ハウジング４に位置固定されている。この取り付けは、前記隙間があくような厚さの部材７Ａ（例えば、両面テープなど）によって行われる。このような光透過板７は、多数の半球状体６Ａと隙間をあけて配置されているので、その隙間には空気が存在し、多数の半球状体６Ａ（及び導光板６）と空気との界面を保護して特性を確保することができる。
　以上、本発明の実施形態に係る検査装置について説明したが、本発明は、実施形態に記載したものに限られることなく、請求の範囲に記載した事項の範囲内でのさまざまな設計変更が可能である。例えば、光透過板７は、多数の半球状体６Ａ（及び導光板６）と空気との界面を保護して特性を確保することができるのならば、省略又は他の手段による代替が可能である。
　１　　検査装置
　２　　照明器
　３　　カメラ
　４　　ハウジング
　５　　光源部
　５１　発光素子
　６　　導光板
　６ａ　導光板の端面部
　６ｂ　導光板の上面
　６ｃ　導光板の下面
　６Ａ　半球状体
　７　　光透過板
　Ｍ　　物品

Claims (2)

  1. 　ハウジングと、
    　該ハウジング内に配置された光源部と、
    　端面部が前記光源部に対向するように前記ハウジング内に配置されて前記光源部からの光を導入し、上面に形成され二次元配列した透明な多数の半球状体によって光を下方に向けて反射し、下面の下方に置かれた物品に光を照射し得る導光板と、
    を具備する照明器と、
    　前記導光板の上面の上方に配置されており前記物品からの反射光を入射して該物品を撮影するカメラと、
    を有することを特徴とする検査装置。
  2. 　請求項１に記載の検査装置において、
    　前記照明器は、前記多数の半球状体の上方に隙間をあけて配置された光透過板を更に具備することを特徴とする検査装置。
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