照明装置およびこの装置を用いた欠陥検査装置
【課題】リング状光源と光出射部との間に十分な距離を確保しつつ、非正反射領域の発生を防止する。
【解決手段】カメラ１の光軸１２に沿って光を照射する第１照明部２Ａの下方に設ける第２照明部２Ｂの光通過部を、下端部に向かうほど径が小さくなるすり鉢状に形成された中空体２３と短筒部２５とにより形成する。中空体２３の周囲には、ＬＥＤ２６によるリング状光源が配備され、短筒部２５は、拡散剤を含む樹脂によりドーム状部２４と一体に形成される。第１照明部２Ａからの照明光は、中空体２３から短筒部２５を通過してワークＷに照射されるが、短筒部２５の上端の開口端面に達したときに、その開口に対応する大きさになるように調整される。ＬＥＤ２６からの光は、ドーム状部２４の傾斜面で拡散して短筒部２３にまで伝搬され、その上端部からもワークＷに向かう光が照射される。
【解決手段】カメラ１の光軸１２に沿って光を照射する第１照明部２Ａの下方に設ける第２照明部２Ｂの光通過部を、下端部に向かうほど径が小さくなるすり鉢状に形成された中空体２３と短筒部２５とにより形成する。中空体２３の周囲には、ＬＥＤ２６によるリング状光源が配備され、短筒部２５は、拡散剤を含む樹脂によりドーム状部２４と一体に形成される。第１照明部２Ａからの照明光は、中空体２３から短筒部２５を通過してワークＷに照射されるが、短筒部２５の上端の開口端面に達したときに、その開口に対応する大きさになるように調整される。ＬＥＤ２６からの光は、ドーム状部２４の傾斜面で拡散して短筒部２３にまで伝搬され、その上端部からもワークＷに向かう光が照射される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、所定形状の対象物を、観察、計測、検査等の目的で撮像する場合に、撮像装置の視野が合わせられる領域を照明するための照明装置、およびこの種の照明装置が用いられた欠陥検査装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
カラー塗装や樹脂コーティングなどが施された成形品を生産する現場では、成形品の表面に、キズ、ブツ、毛ゴミなどの凹凸欠陥、塗料のくもりや微細なキズの集合などによる汚れ欠陥、塗料の付着による色欠陥が生じていないかどうかを検査するようにしている。また、この種の検査を光学的に実施する検査装置も、種々開発されている。
【０００３】
凹凸欠陥（以下、汚れにより生じた凹凸も含むものとする。）の検査では、一般に、成形品の鏡面反射性が高い点を利用して、検査対象物（ワーク）を照明して、その照明光に対する正反射光を撮像し、生成された画像上で周囲より暗い領域を欠陥として検出する。一方、色欠陥の検査では、ワークからの拡散反射光を撮像し、画像上で周囲より暗い領域または明るい領域を色欠陥として検出する（明暗いずれの領域を検出するかは、成形品本体や欠陥の色彩によって決まる。）。
【０００４】
出願人は、先般、凹凸欠陥など、ワークの鏡面反射性を利用して検出される欠陥について、検出精度を高めることを目的とした欠陥検査装置を開発した（特許文献１，２参照。）。
【０００５】
【特許文献１】特開２００７−２４０４３１号公報
【特許文献２】特開２００７−２４０４３２号公報
【０００６】
これらの文献には、互いに異なる色彩の光を発する２種類の光源とカラーカメラとを具備し、各光源を同時に点灯して撮像を行う検査装置が開示されている。
一方の光源（以下、「第１の光源」という。）からは、カメラの光軸に沿って進む光（同軸照明光）が照射され、これによりカメラの視野に対応する領域の中央部が照明される。他方の光源（以下、「第２の光源」という。）はリング状光源であって、その中心を第１の光源およびカメラの光軸に合わせた状態で配備される。この第２の光源による照明光は、第１の光源による照明範囲よりも外側の領域を照明し、かつその照射範囲からの正反射光をカメラに入射させることができるように、カメラの光軸に対してやや斜めになる方向に向けて照射される。
【０００７】
さらに、特許文献１には、第２の光源より外側に、この光源より入射角度の大きい光を照射する第３の光源を配備し、この第３の光源からの光に対する拡散反射光をカメラに導いて、色彩欠陥を検出することが記載されている（段落００８２〜００８４，図１０参照。）。また、特許文献２には、第１および第２の光源の照射範囲に重複が生じるようにすることによって、欠陥検査の精度を向上することが記載されている（段落００２９，００５２〜００５３，図１参照。）。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
特許文献１，２に記載されているように、第１の光源からの光は、ハーフミラーによって、カメラの光軸に沿って進む光となる。また、各文献には明示されていないが、第２の光源は、中央部に円筒状の光通過部が形成された筐体内に収容され、光通過部の下端部には、光拡散剤を含む光出射部が設けられる。この光出射部は、内側より外側の方が低くなるように傾斜する傾斜面を具備するもので、第２の光源からの光の入射角度はこの傾斜面の傾斜角度によって決まる。
【０００９】
以下では、第１の光源およびハーフミラーを含む構成を「第１照明部」といい、第２の光源、光通過部、光出射部を含む構成を「第２照明部」という。
図６は、各照明部からの照明下での撮像を模式的に示す。図中、１０はカメラのレンズであり、１２はカメラの光軸である。また、２Ａは第１照明部、２Ｂは第２照明部、Ｗは照明対象のワークである。
【００１０】
また第１照明部２Ａについては、構成要素である光源およびハーフミラーを、それぞれ符号２１，２２で示す。一方、第２照明部２Ｂについては、内部のリング状光源の図示を省略し、中央の光通過部および光出射部を、それぞれ符号２００，２０１で示す。
【００１１】
さらに、図６では、各照明光によってワークＷの表面に生じる正反射領域（照射された光によってカメラレンズ１０に十分な強度の正反射光を入射させることのできる領域をいう。）１０１，１０２を、それぞれ異なるパターンにより示すとともに、これらの正反射領域１０１，１０２の境界に対応する照明光の光路を示している。正反射領域１０１は、光通過部２００の上部開口の位置およびその開口部の大きさ、レンズ１０の位置などにより決定される。正反射領域１０２は、光出射部２０１の高さ、大きさ、傾き、ならびにレンズ１０の位置などにより決定される。
【００１２】
第１照明部２Ａからの光は、光通過部２００を介してワークＷに照射される。また、この例では、正反射領域１０１，１０２が連続するように光通過部２００の長さが調整されている。
【００１３】
ところが、第２照明部２Ｂのリング状光源は、通常、複数のＬＥＤを用いて構成されるため、リング状光源から光出射部２０１までの距離が短いと、各ＬＥＤからの光が十分に拡散されずにワークＷに照射され、その結果、輝度むらのある画像が生成される可能性がある。輝度むらが生じると、明暗の差による欠陥の検出に誤りが生じるおそれがあるので、リング状光源と光出射部２０１との間の距離を十分にあける必要がある。
【００１４】
また、特許文献１に記載された色欠陥検出用の第３の光源も、リング状光源として第２照明部２Ｂ内に組み込むのが望ましい。しかし、ＬＥＤの数が増えると、配線回路の構成や光源の収容空間等の都合上、１枚の基板で対応するのが困難になり、複数の基板を上下に配置せざるを得なくなる。
【００１５】
リング状光源と光出射部２０１との間に相応の距離をあけたり、複数枚の基板を上下に配置するには、図７に示すように、第２照明部２Ｂの高さ幅を大きくする必要がある。しかし、このようにすると必然的に光通過部２００が長くなり、それによって第１照明部２Ａの光路が長くなって、第１照明部２Ａの正反射領域１０１の範囲が縮小する。一方、第２照明部２Ｂの光出射面２０１の高さや傾斜状態は図６の例と同様であり、レンズ１０との関係も維持されているので、正反射領域１０２の範囲は図６の例とは変わらず、正反射領域１０１の境界位置に第２照明部からの光を届けるのが困難になる。この結果、各照明部２Ａ，２Ｂの正反射領域１０１，１０２の間に、十分な強度の正反射光をカメラに導くことができない領域１０３（以下、「非正反射領域」という。）が生じる可能性がある。ワークＷの表面が曲面である場合には、上記の現象はさらに顕著になる。
【００１６】
図８は、カメラの視野に対応する領域における各正反射領域１０１，１０２の関係を示す模式図である。図中の（１）は、図６に示した照明による理想的な関係を示し、（２）は、図７に示した照明状態によって非正反射領域１０３が生じている例を示す。
図８（１）のように、第１照明部２Ａの正反射領域１０１の周囲に、第２照明部２Ｂの正反射領域１０２が切れ目なく続き、これらの領域間に非正反射領域が生じていない場合には、図示されている範囲のいずれの場所に欠陥があっても、その欠陥を周囲より暗い領域として検出することができる。
【００１７】
これに対し、図８（２）に示したように、２つの正反射領域１０１，１０２の間に暗い非正反射領域１０３が発生すると、この領域１０３での欠陥検出は困難になる。よって、第２照明部２Ｂの高さ幅を拡張できる範囲には限界がある。
【００１８】
この発明は上記の問題に着目し、第２照明部のリング状光源と光出射部との間に十分な距離を確保しつつ、非正反射光領域の発生を防止できる構成の照明装置を提供すること、およびその照明装置によって、精度の高い検査を実行することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
上記目的を達成するための基本構成を備えた照明装置は、対象物の上方に配備される第１照明部と、第１照明部と対象物との間に配備される第２照明部とを具備する。第２照明部は、第１照明部から出射された光を対象物に導き、かつ各照明部からの光に対する対象物からの反射光を上方に導くための光通過部と、この光通過部を取り囲むように配置されたリング状光源と、リング状光源の下方で内側より外側の方が低くなるように傾斜する傾斜面を具備する光出射部とを備える。第１照明部は、その光軸を光通過部の長さ方向に合わせて配備され、第２照明部から出射された光によって第１照明部の光照射範囲より外側の領域が照明される。
【００２０】
さらに、第２照明部の光通過部は、下端部に向かうほど径が小さくなるすり鉢状の第１通過部と、第１通過部の下端部に連続形成される短筒状の第２通過部とにより構成され、第１照明部からの光は、第２通過部の上端部の開口端面を通過するときに、その開口に対応する大きさをもって通過するように調整される。またリング状光源は第１通過部の周囲に配置され、光出射部は光拡散剤を含む材料により形成されるとともに、第２通過部の下端部に一体に設けられる。
【００２１】
なお、上記の構成に関する記載においては、対象物の照明される面を基準に上下の関係を表している（照明される面に近づく方向が下方であり、遠ざかる方向が上方である。）。以下の記載でも同様である。
【００２２】
上記の照明装置では、第２照明部の光通過部のうち、上方の第１通過部の周囲にリング状光源が配置され、下方の第２通過部の下端部に光出射部が一体に設けられるので、第１通過部の長さを調整することによって、リング状発光部と光出射部との間に十分な距離を確保することができる。
【００２３】
第１照明部からの光（以下、「第１照明光」という。）は、第１通過部を通過して第２通過部の上端部の開口端面に達したときに、この端面の開口に対応する大きさになり、さらに下方に進行するので、この開口部分を、第１照明光の出射面とみなすことができる。また、第１通過部を設けることによって第２通過部の長さを短くすることができるので、第２通過部の上部開口端面からの第１照明光による正反射領域を広くして、第２通過部の下端部に連続する光出射部から出射される光（以下、「第２照明光」という。）による正反射領域と連続させることができる。
【００２４】
上記の照明装置の第１の態様では、第２照明部の第２通過部および光出射部が、光拡散剤を含む材料により一体に形成される。この構成によれば、光出射部で拡散された第２照明光が第２通過部にも伝搬するので、第２通過部の周面も第２照明光の出射面として機能させることができる。よって、第２通過部の上端部において、第１照明光の出射範囲と第２照明光の出射範囲とが接近した状態になり、また各照明光の照射角度の差もごく小さくなるから、各照明光の正反射領域間の境界付近の輝度を高めることができ、非正反射領域の発生を防止するのが容易になる。
【００２５】
上記の照明装置の第２の態様では、第２照明部には、光通過部を全周囲にわたって囲む壁部が設けられ、この壁部と光通過部および光出射部により囲まれた空間内にリング状発光部が設けられる。さらに壁部は、リング状光源に対応する高さ位置からそれより下の所定の高さ位置までの範囲が下方に向かうほど第１通過部に近づくように傾斜した形状に構成される。さらに壁部の内面および第１通過部の外周面が鏡面加工される。
【００２６】
上記の構成によれば、リング状光源から出た光を壁部の傾斜面や第１通過部の外周面で反射させながら光出射面に導くことができる。また壁部の上部を傾斜させることによって、光出射部の実際に光が出射される範囲より広い範囲にリング状光源を構成する発光体を配置することができるので、発光体の数を増やし、上記の反射によって発光輝度を高めることができる。
【００２７】
上記の照明装置の第３の態様では、第２照明部の壁部より外側に、第１照明部および壁部内のリング状光源とは波長範囲が異なる光を出射する第２のリング状光源が、少なくとも１つ、壁部内のリング状光源より低い位置に配備される。また、光出射部の傾斜面は、最も外側のリング状発光部に対向する位置まで連続する。
【００２８】
上記の構成によれば、第１および第２の通過部を連続させた構成の光通過部によって確保された空間を利用して、色彩欠陥等の拡散反射性の高い欠陥の検出に用いられる第２のリング状光源が設けられた照明装置を提供することが可能になる。
【００２９】
さらに、この発明では、基本構成または第１〜３の態様による照明装置と、この照明装置より上方に、第２照明部の光通過部に光軸を合わせた状態で配置された撮像装置と、照明装置の各照明部による照明下での撮像により生成された検査対象物の画像を処理して、当該検査対象物の表面における凹凸欠陥の有無を判別する判別手段とを具備する欠陥検査装置を提供する。この欠陥検査装置によれば、非正反射領域が発生しないような照明を行いつつ撮像を行って、検査のための画像を生成することができるので、凹凸欠陥を精度良く検出することができる。
【００３０】
またこの発明では、第３の態様による照明装置と、この照明部より上方に、第２照明部の光通過部に光軸を合わせた状態で配置された撮像装置と、照明装置の各照明部による照明下での撮像により生成された検査対象物の画像を処理して、当該検査対象物の表面における凹凸欠陥ならびに色彩欠陥の有無を判別する判別手段とを具備する欠陥検査装置を提供することもできる。この欠陥検査装置によれば、凹凸欠陥および色彩欠陥の双方を、１回の撮像で精度良く検出することができるから、検査装置の付加価値を高めることができる。
【発明の効果】
【００３１】
上記構成の照明装置によれば、リング状光源と光出射部との間に十分な距離を確保することが可能になり、また２つの照明部からの光による正反射領域間に非正反射領域が生じるのを防止することができる。よって、欠陥の検出が困難な暗領域や輝度むらのない画像を生成することが可能になり、広い範囲内で欠陥を精度良く検出することができる。また、色欠陥の検出のために、リング状光源より下方に、この光源より径の大きい第２のリング状光源を配備することも容易になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３２】
以下、表面に塗装面が形成された樹脂成形品（携帯電話等の機器の本体を構成するもの）を「ワークＷ」として、このワークＷに凹凸欠陥や色欠陥が生じていないかどうかを光学的に検査する欠陥検査装置、およびこの装置に用いられる照明装置の具体例を、詳細に説明する。なお、以下では、便宜上、ワークＷの表面を水平方向に沿う平面として、この面を基準に上下の関係を表すが、ワークＷの表面は、水平面に限らず、垂直方向に沿う面、または斜め方向に沿う面となる場合もある。また、ワークＷの表面は平面に限らず、所定の曲率を持つ曲面となる場合もある。また、凹凸欠陥には汚れによる凹凸が含まれる場合があり、色彩欠陥にも、塗料の付着による欠陥以外に、汚れによる色彩異常が含まれる場合がある。
【００３３】
図１は、上記検査装置の光学系の構成を示す。
この光学系は、カラー撮影用の撮像素子１１およびレンズ１０が組み込まれたカメラ１と、照明装置２とにより構成される。カメラ１は、受光面をワークＷ側に向け、かつ光軸１２をワークＷの表面の法線に対応する方向（この図では鉛直方向に相当する。）に合わせて配備される。
【００３４】
照明装置２には、カメラ１の光軸１２に沿って光を照射する第１照明部２Ａと、カメラ１の光軸１２に対して斜めになる方向から光を照射する第２照明部２Ｂとが設けられる。
これらのうち、第１照明部２Ａは、カメラ１の光軸１２上に配備されたハーフミラー２２と、その側方に配備された光源２１（第１の光源）とにより構成される。
【００３５】
第２照明部２Ｂは、上面の中央部に円形状の開口部（図示せず。）が形成された筐体２０を本体とする。開口部には、上下が開放された中空体２３を介してドーム状部２４が連結される。中空体２３の内外の周面は、下端部に向かうほど径が小さなすり鉢状に形成され、また外周面は鏡面加工されている。ドーム状部２４の中空体２３に連結される中央部は短筒部２５として形成される。また、この短筒部２５を含むドーム状部２４全体が、拡散剤を含む樹脂により一体に形成されている。
【００３６】
また、筐体２０内には、中央部に円形穴が形成された３枚の円状基板２０１，２０２，２０３がそれぞれ所定距離を隔てて上下に配備される。一番上の基板２０１の円形穴は、中空体２３の上部位置の外径に対応する大きさに形成され、以下、下方の基板になるほど円形穴の径が大きくなる。中空体２３およびドーム部２４の短筒部２５は、これらの基板２０１〜２０３の円形穴内に配備される。
【００３７】
各基板２０１〜２０３の下面には、複数のチップ型ＬＥＤ２６（以下、単に「ＬＥＤ２６」という。）が円形穴を取り囲むように同心円状に配置され、配線される。また、この実施例のＬＥＤ２６には、複数の色に対応する発光素子が設けられる。
一番上の基板２０１（以下、「上段基板２０１」という。）は、その円形穴によって中空体２３の上部に係合した状態で配備される。上段基板２０１とドーム状部２４との間には、上段基板２０１のＬＥＤ２６の配置範囲を囲うように、全周囲にわたって壁部２７が設けられる。この壁部２７は、円筒状の第１壁部２７ａの上端にすり鉢状の第２壁部２７ｂを一体化した構成のもので、その内面は、中空体２３の外周面と同様に鏡面加工されている。
【００３８】
上段基板２０１の次に高い位置に配置される基板２０２（以下、「中段基板２０２」という。）は、その円形穴によって、第２壁部２７ｂの下端部に係合した状態で配備される。さらに、中段基板２０２とドーム状部２４との間にも、中段基板２０２のＬＥＤ２７の配置範囲を囲うように円筒状の壁部２８が設けられる。一番下の基板２０３（以下、「下段基板２０３」という。）は、その円形穴によって、壁部２８に係合した状態で配備される。
【００３９】
さらに、各基板２０１〜２０３は、位置や姿勢を安定させるために、それぞれ周縁部の複数箇所で筐体２０にネジ止めされる。各箇所のネジ止めは、ボルト部材２１１，２１２，２１３および上下一対のネジ部材２１４，２１５により行われる。いずれの箇所でも、各基板２０１，２０２，２０３は、一連に連結されたボルト部材２１１，２１２，２１３およびネジ部材２１４によって連結され、さらに、１番上のボルト部材２１１をネジ部材２１５により筐体２０の上面に固定することによって、各基板２０１，２０２，２０３毎に所定の高さ位置に固定される。これにより、基板２０１，２０２，２０３はそれぞれ水平な状態で支持され、いずれの基板でも、その基板に配置されているＬＥＤ２６とドーム状部２４との距離がほぼ一定になるので、ドーム状部２４に対する光の照射強度を均一にすることができる。
【００４０】
上記構成の第２照明部２Ｂは、中空体２３およびこれに連通する短筒部２５の中心をカメラ１の光軸１２に合わせた状態で配備される。これにより、中空体２３および短筒部２５は、第１照明部２Ａからの照明光（第１照明光）を下方のワークＷに導き、かつ各照明部２Ａ，２Ｂからの光に対するワークＷからの反射光を上方のカメラ１に導くための光通過部として機能する（中空体２３が第１通過部に相当し、短筒部２５が第２通過部に相当する。）。また、上段基板２０１の各ＬＥＤ２６により、中空体２３（第１通過部）の周囲を囲むリング状光源が形成される。さらに、中段基板２０２および下段基板２０３の各ＬＥＤ２６により、より径の大きいリング状光源（第２のリング状光源）が形成される。
【００４１】
ドーム状部２４は、各リング状光源からの光をカメラ１の光軸に対して斜め方向に進む光にして出射する光出射部として機能し、ドーム状部２４の傾斜面は、外側に向かうほど傾斜が急になる。また、ドーム状部２４は、光拡散剤を含む材料により形成されているので、各リング状光源からの光を拡散させて、照明光の輝度ムラを低減させることができる。
【００４２】
この実施例では、第１照明部２Ａの光源２１および第２照明部２Ｂの上段基板２０１のＬＥＤ２６によるリング状光源に同じ色彩の光（たとえば赤色光）を点灯させ、これらの光を凹凸欠陥の検出のための第１照明光ならびに第２照明光として使用する。一方、中段基板２０２および下段基板２０３の各リング状光源には、赤以外の色彩光（たとえば青色光）を点灯し、この色彩光を色欠陥の検出用の照明光として使用するようにしている（基板２０２，２０３毎に異なる色彩光を点灯してもよい。）。
撮像の際には、後記するように、すべての光源を点灯することによって、凹凸欠陥および色欠陥を一括で検出する。
【００４３】
つぎに、図２は、上記の照明光のうち、凹凸欠陥の検出に用いられる第１照明光および第２照明光の関係、およびそれぞれの照明光の正反射領域の関係を示す。
【００４４】
この実施例の第１照明部２Ａからは、第１照明光として、断面が矩形で、発散する光が出射される。この第１照明光は、中空体２３内を通過した後に短筒部２５の上端部に達し、この上端部の開口端面の大きさに応じた範囲の光が短筒部２５に入射する。したがって、第１照明光は、短筒部２５のほぼ全域を十分な強度をもって通過した後にワークＷに照射され、ワークＷの表面で正反射した光がレンズ１０を介して受光素子１１に入射する。
【００４５】
第１照明光による正反射領域１０１の大きさは、短筒部２５の上端部およびレンズ１０の位置によって決定されるため、レンズ１０の位置が固定されているならば、短筒部２５の長さが短いほど、正反射領域１０１を広げることが可能になる。したがって、短筒部２５の長さを短くして正反射領域１０１を広げることによって、第２照明光による正反射領域１０２との間に、非正反射領域１０３が生じるのを防止することができる。
【００４６】
また、第２照明部２Ａのリング状光源から出射された光は、ドーム状部２４の傾斜面に照射されて拡散し、短筒部２５にまで伝搬する。また、上段基板２０１のＬＥＤ２６のうち第１壁部２７ａより外側にあるＬＥＤ２６からの光も、第２壁部２７ｂや中空体２３などの鏡面で反射しながらドーム状部２４の傾斜面に到達するので、傾斜面の発光輝度が高められ、これが短筒部２５に伝搬して、短筒部２５も明るく発光した状態となる。この結果、短筒部２５の周面も第２照明光の光出射部として機能するので、短筒部２５の上端縁からは、その付近を通過する第１照明光と殆ど同じ角度で第２照明光が出射されるようになる。このように第１照明光と第２照明光との光出射部を接近させることによって、ワークＷの表面においても、第１照明部２Ａの正反射領域１０１の境界またはそれより内側にまで輝度の高い第２照明光を照射することが可能になり、非正反射領域１０３の発生をより確実に防止することができる。このような照明により、２種類の照明光による正反射領域１０１，１０２を切れ目なく連続させることができるから、外側の正反射領域１０２の境界線より内側の全範囲において、凹凸欠陥の検出精度を確保することができる。
【００４７】
また、図２には図示していないが、中段基板２０２および下段基板２０３の各ＬＥＤ２６からの光が照射される範囲は、正反射領域１０１，１０２を合わせた範囲に重なるように設定される。基板２０２，２０３からの光は、第２照明光より入射角度が大きい方向から照射されるので、欠陥のない状態下では、正反射光は、カメラ１には殆ど入射しない。しかし、色欠陥の存在によって、拡散反射光が強められたり、または弱められたりすると、その反射強度の変化が生じた部位が周囲より明るい領域または暗い領域として画像に現れるので、色欠陥も精度良く検出することができる。
【００４８】
つぎに、上記のカメラ１および照明装置２は、図３に示すようなロボット４により、位置および姿勢を変更可能な状態で支持される。
【００４９】
このロボット４は、基台部４１に４個のアーム部４２，４３，４４，４５を、それぞれ駆動軸ｃ１，ｃ２，ｃ３，ｃ４を介して順に連結した構成のもので、所定の高さ位置に吊り下げ固定される。先端アーム４５には、カメラ１および照明装置２を指示するホルダ部４６が取り付けられている。なお、照明装置２内には、第１および第２照明部２Ａ，２Ｂが図１に示した位置関係をもって配備されている。
【００５０】
この図３には示していないが、ホルダ部４６は、図の矢印方向に回転する軸により先端アーム４５に回動可能に取り付けられている。また、先端アーム４５は伸縮可能に構成されている。
【００５１】
上記の構成によれば、各アーム部間の軸ｃ１〜ｃ４の回転制御および先端アーム４５の長さの調整、ならびにホルダ部４６の回転を制御することにより、Ｘ軸（図の左右方向）、Ｙ軸（図の紙面に直交する方向）、およびＸ軸（図の上下方向）の各軸により表される３次元空間内の任意の位置に、任意の方向を向けて、カメラ１および照明装置２を配置することができる。よって、ワークＷの表面が種々の曲率の面により構成される場合でも、それぞれの面に対し、カメラ１および照明装置２を図１および図２に示したような関係をもって配置して、欠陥の検出に適した照明下で撮像を行うことが可能になる。
【００５２】
なお、カメラ１および照明装置２とワークＷとの位置合わせは、上記の例に限らず、ワークＷの位置や姿勢を変更するようにしてもよい。また、ワークＷの一面のみを検査対象とするような場合には、ＸＹステージを用いて位置合わせを行ってもよい。
【００５３】
図４は、欠陥検査装置のブロック図である。
この実施例の欠陥検査装置は、上記のカメラ１、照明装置２、ロボット４のほかに、制御処理装置３を具備する。制御処理装置３には、ＣＰＵ３０１、メモリ３０２、入力部３０３、出力部３０４、光源制御部３０５、ロボット制御部３０６、カメラ制御部３０７、検査画像メモリ３０８、基準画像メモリ３０９、パラメータ保存用メモリ３１０などが設けられる。
【００５４】
メモリ３０２には、ＣＰＵ３０１に検査やティーチング処理を実行させるためのプログラムが格納される。
光源制御部３０５は、各照明部２Ａ，２Ｂ内の光源のオン／オフや照明光量を制御する。カメラ制御部３０７は、カメラ１の撮像動作を、ロボット制御部３０６は、図３に示した位置合わせ用のロボット４の動作を、それぞれ制御する。
【００５５】
検査画像メモリ３０８には、検査対象のワークＷを撮像することにより生成されたカラー画像（以下、「検査画像」という。）が保存される。基準画像メモリ３０９には、検査に先立ち、ワークＷの良品モデルを検査時と同じ条件で撮像することにより生成されたカラー画像（以下、「基準画像」という。）が保存される。これら検査画像および基準画像は、検査領域毎に生成される。
【００５６】
パラメータ保存用メモリ３１０には、検査に必要な各種パラメータが保存される。たとえば、ロボット４の動作制御に必要な設定データ、光源の点灯制御用のデータ、後記する２値化処理や判定処理に用いられる複数種のしきい値などが保存される。これらのパラメータはいずれも、検査に先立つティーチングモードにおいて、ワークＷの良品モデルに対する計測結果やユーザの設定操作などに基づき設定される。
【００５７】
入力部３０３は、上記のティーチングの際に、各種データを入力したり、確定操作を行うために使用される。出力部３０４は、この設定結果や検査結果を出力するためのもので、図示しない外部機器やモニタへのインターフェース回路として構成される。
【００５８】
以下、図５を用いて、検査に関する処理の流れを説明する。なお、ここでは、照明装置２内の各光源は、処理の開始に先立ち、すべて点灯し、検査が終了するまで、その点灯状態が維持されるものとする。
【００５９】
まず、位置合わせ用のロボット４の動作を制御することにより、ワークＷの登録された検査領域にカメラ１および各照明部２Ａ，２Ｂを位置合わせし、撮像を行う（ステップ１，２）。ここで生成された画像は、検査画像メモリ３０８に格納される。
【００６０】
つぎに、基準画像メモリ３０９から処理中の検査領域に対応する基準画像を読み出し、先のステップで生成された検査画像と基準画像との差分濃淡画像を生成する（ステップ３）。具体的には、Ｒ，Ｇ，Ｂの各色データ毎に、画像間で対応関係にある画素間の濃度差を求め、これらの濃度差の平均値を算出する。これにより、検査画像につき、基準画像に対する色彩または明るさの差の度合いを表す濃淡画像データが生成されることになる。
【００６１】
この後は、生成された差分濃淡画像を、登録されたしきい値により２値化することにより、色彩または明るさの差がしきい値を上回る画素を白画素、その他の画素を黒画素として切り分ける（ステップ４）。さらに、２値化後の画像に含まれる白画素を、連結した関係にあるもの毎に切り分けて、それぞれの白画素領域に異なるラベルを付けるラベリング処理を実行し、ラベル付けされた領域毎に、その領域の面積や位置を計測する（ステップ５）。
【００６２】
この後は、上記の計測結果に基づき、面積が所定値以上の領域を欠陥として認識する（ステップ６）。さらに、欠陥が認識された場合には、該当する領域の位置や面積を欠陥の位置および大きさとして認識する。
【００６３】
以下、同様に、登録されている検査領域毎に上記のステップ１〜６を繰り返す。すべての検査領域に対する処理が終了すると（ステップ７が「ＹＥＳ」）、各検査領域の検査結果に基づきワークＷ全体に対する良否を判定する（ステップ８）。この後、最後のステップ９で判定結果をモニタや外部機器に出力し（ステップ９）、処理を終了する。
【図面の簡単な説明】
【００６４】
【図１】欠陥検査装置の光学系の構成例を示す図である。
【図２】凹凸欠陥の検出に用いられる２種類の照明光の照射状態および反射状態を示す図である。
【図３】位置合わせ処理用のロボットの構成例を示す図である。
【図４】欠陥検査装置のブロック図である。
【図５】検査における処理手順を示すフローチャートである。
【図６】従来の光学系の構成例を示す図である。
【図７】図６の光学系の光通路を長くした場合の問題点を示す図である。
【図８】図６，７に示した照明状態下で生じる正反射領域の関係を示す図である。
【符号の説明】
【００６５】
１ カメラ
２ 照明装置
３ 制御処理装置
２Ａ 第１照明部
２Ｂ 第２照明部
２１ 光源
２２ ハーフミラー
２３ 中空体
２４ ドーム状部
２５ 短筒部
２６ ＬＥＤ
２７ 壁部
１０１，１０２ 正反射領域
【技術分野】
【０００１】
この発明は、所定形状の対象物を、観察、計測、検査等の目的で撮像する場合に、撮像装置の視野が合わせられる領域を照明するための照明装置、およびこの種の照明装置が用いられた欠陥検査装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
カラー塗装や樹脂コーティングなどが施された成形品を生産する現場では、成形品の表面に、キズ、ブツ、毛ゴミなどの凹凸欠陥、塗料のくもりや微細なキズの集合などによる汚れ欠陥、塗料の付着による色欠陥が生じていないかどうかを検査するようにしている。また、この種の検査を光学的に実施する検査装置も、種々開発されている。
【０００３】
凹凸欠陥（以下、汚れにより生じた凹凸も含むものとする。）の検査では、一般に、成形品の鏡面反射性が高い点を利用して、検査対象物（ワーク）を照明して、その照明光に対する正反射光を撮像し、生成された画像上で周囲より暗い領域を欠陥として検出する。一方、色欠陥の検査では、ワークからの拡散反射光を撮像し、画像上で周囲より暗い領域または明るい領域を色欠陥として検出する（明暗いずれの領域を検出するかは、成形品本体や欠陥の色彩によって決まる。）。
【０００４】
出願人は、先般、凹凸欠陥など、ワークの鏡面反射性を利用して検出される欠陥について、検出精度を高めることを目的とした欠陥検査装置を開発した（特許文献１，２参照。）。
【０００５】
【特許文献１】特開２００７−２４０４３１号公報
【特許文献２】特開２００７−２４０４３２号公報
【０００６】
これらの文献には、互いに異なる色彩の光を発する２種類の光源とカラーカメラとを具備し、各光源を同時に点灯して撮像を行う検査装置が開示されている。
一方の光源（以下、「第１の光源」という。）からは、カメラの光軸に沿って進む光（同軸照明光）が照射され、これによりカメラの視野に対応する領域の中央部が照明される。他方の光源（以下、「第２の光源」という。）はリング状光源であって、その中心を第１の光源およびカメラの光軸に合わせた状態で配備される。この第２の光源による照明光は、第１の光源による照明範囲よりも外側の領域を照明し、かつその照射範囲からの正反射光をカメラに入射させることができるように、カメラの光軸に対してやや斜めになる方向に向けて照射される。
【０００７】
さらに、特許文献１には、第２の光源より外側に、この光源より入射角度の大きい光を照射する第３の光源を配備し、この第３の光源からの光に対する拡散反射光をカメラに導いて、色彩欠陥を検出することが記載されている（段落００８２〜００８４，図１０参照。）。また、特許文献２には、第１および第２の光源の照射範囲に重複が生じるようにすることによって、欠陥検査の精度を向上することが記載されている（段落００２９，００５２〜００５３，図１参照。）。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
特許文献１，２に記載されているように、第１の光源からの光は、ハーフミラーによって、カメラの光軸に沿って進む光となる。また、各文献には明示されていないが、第２の光源は、中央部に円筒状の光通過部が形成された筐体内に収容され、光通過部の下端部には、光拡散剤を含む光出射部が設けられる。この光出射部は、内側より外側の方が低くなるように傾斜する傾斜面を具備するもので、第２の光源からの光の入射角度はこの傾斜面の傾斜角度によって決まる。
【０００９】
以下では、第１の光源およびハーフミラーを含む構成を「第１照明部」といい、第２の光源、光通過部、光出射部を含む構成を「第２照明部」という。
図６は、各照明部からの照明下での撮像を模式的に示す。図中、１０はカメラのレンズであり、１２はカメラの光軸である。また、２Ａは第１照明部、２Ｂは第２照明部、Ｗは照明対象のワークである。
【００１０】
また第１照明部２Ａについては、構成要素である光源およびハーフミラーを、それぞれ符号２１，２２で示す。一方、第２照明部２Ｂについては、内部のリング状光源の図示を省略し、中央の光通過部および光出射部を、それぞれ符号２００，２０１で示す。
【００１１】
さらに、図６では、各照明光によってワークＷの表面に生じる正反射領域（照射された光によってカメラレンズ１０に十分な強度の正反射光を入射させることのできる領域をいう。）１０１，１０２を、それぞれ異なるパターンにより示すとともに、これらの正反射領域１０１，１０２の境界に対応する照明光の光路を示している。正反射領域１０１は、光通過部２００の上部開口の位置およびその開口部の大きさ、レンズ１０の位置などにより決定される。正反射領域１０２は、光出射部２０１の高さ、大きさ、傾き、ならびにレンズ１０の位置などにより決定される。
【００１２】
第１照明部２Ａからの光は、光通過部２００を介してワークＷに照射される。また、この例では、正反射領域１０１，１０２が連続するように光通過部２００の長さが調整されている。
【００１３】
ところが、第２照明部２Ｂのリング状光源は、通常、複数のＬＥＤを用いて構成されるため、リング状光源から光出射部２０１までの距離が短いと、各ＬＥＤからの光が十分に拡散されずにワークＷに照射され、その結果、輝度むらのある画像が生成される可能性がある。輝度むらが生じると、明暗の差による欠陥の検出に誤りが生じるおそれがあるので、リング状光源と光出射部２０１との間の距離を十分にあける必要がある。
【００１４】
また、特許文献１に記載された色欠陥検出用の第３の光源も、リング状光源として第２照明部２Ｂ内に組み込むのが望ましい。しかし、ＬＥＤの数が増えると、配線回路の構成や光源の収容空間等の都合上、１枚の基板で対応するのが困難になり、複数の基板を上下に配置せざるを得なくなる。
【００１５】
リング状光源と光出射部２０１との間に相応の距離をあけたり、複数枚の基板を上下に配置するには、図７に示すように、第２照明部２Ｂの高さ幅を大きくする必要がある。しかし、このようにすると必然的に光通過部２００が長くなり、それによって第１照明部２Ａの光路が長くなって、第１照明部２Ａの正反射領域１０１の範囲が縮小する。一方、第２照明部２Ｂの光出射面２０１の高さや傾斜状態は図６の例と同様であり、レンズ１０との関係も維持されているので、正反射領域１０２の範囲は図６の例とは変わらず、正反射領域１０１の境界位置に第２照明部からの光を届けるのが困難になる。この結果、各照明部２Ａ，２Ｂの正反射領域１０１，１０２の間に、十分な強度の正反射光をカメラに導くことができない領域１０３（以下、「非正反射領域」という。）が生じる可能性がある。ワークＷの表面が曲面である場合には、上記の現象はさらに顕著になる。
【００１６】
図８は、カメラの視野に対応する領域における各正反射領域１０１，１０２の関係を示す模式図である。図中の（１）は、図６に示した照明による理想的な関係を示し、（２）は、図７に示した照明状態によって非正反射領域１０３が生じている例を示す。
図８（１）のように、第１照明部２Ａの正反射領域１０１の周囲に、第２照明部２Ｂの正反射領域１０２が切れ目なく続き、これらの領域間に非正反射領域が生じていない場合には、図示されている範囲のいずれの場所に欠陥があっても、その欠陥を周囲より暗い領域として検出することができる。
【００１７】
これに対し、図８（２）に示したように、２つの正反射領域１０１，１０２の間に暗い非正反射領域１０３が発生すると、この領域１０３での欠陥検出は困難になる。よって、第２照明部２Ｂの高さ幅を拡張できる範囲には限界がある。
【００１８】
この発明は上記の問題に着目し、第２照明部のリング状光源と光出射部との間に十分な距離を確保しつつ、非正反射光領域の発生を防止できる構成の照明装置を提供すること、およびその照明装置によって、精度の高い検査を実行することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
上記目的を達成するための基本構成を備えた照明装置は、対象物の上方に配備される第１照明部と、第１照明部と対象物との間に配備される第２照明部とを具備する。第２照明部は、第１照明部から出射された光を対象物に導き、かつ各照明部からの光に対する対象物からの反射光を上方に導くための光通過部と、この光通過部を取り囲むように配置されたリング状光源と、リング状光源の下方で内側より外側の方が低くなるように傾斜する傾斜面を具備する光出射部とを備える。第１照明部は、その光軸を光通過部の長さ方向に合わせて配備され、第２照明部から出射された光によって第１照明部の光照射範囲より外側の領域が照明される。
【００２０】
さらに、第２照明部の光通過部は、下端部に向かうほど径が小さくなるすり鉢状の第１通過部と、第１通過部の下端部に連続形成される短筒状の第２通過部とにより構成され、第１照明部からの光は、第２通過部の上端部の開口端面を通過するときに、その開口に対応する大きさをもって通過するように調整される。またリング状光源は第１通過部の周囲に配置され、光出射部は光拡散剤を含む材料により形成されるとともに、第２通過部の下端部に一体に設けられる。
【００２１】
なお、上記の構成に関する記載においては、対象物の照明される面を基準に上下の関係を表している（照明される面に近づく方向が下方であり、遠ざかる方向が上方である。）。以下の記載でも同様である。
【００２２】
上記の照明装置では、第２照明部の光通過部のうち、上方の第１通過部の周囲にリング状光源が配置され、下方の第２通過部の下端部に光出射部が一体に設けられるので、第１通過部の長さを調整することによって、リング状発光部と光出射部との間に十分な距離を確保することができる。
【００２３】
第１照明部からの光（以下、「第１照明光」という。）は、第１通過部を通過して第２通過部の上端部の開口端面に達したときに、この端面の開口に対応する大きさになり、さらに下方に進行するので、この開口部分を、第１照明光の出射面とみなすことができる。また、第１通過部を設けることによって第２通過部の長さを短くすることができるので、第２通過部の上部開口端面からの第１照明光による正反射領域を広くして、第２通過部の下端部に連続する光出射部から出射される光（以下、「第２照明光」という。）による正反射領域と連続させることができる。
【００２４】
上記の照明装置の第１の態様では、第２照明部の第２通過部および光出射部が、光拡散剤を含む材料により一体に形成される。この構成によれば、光出射部で拡散された第２照明光が第２通過部にも伝搬するので、第２通過部の周面も第２照明光の出射面として機能させることができる。よって、第２通過部の上端部において、第１照明光の出射範囲と第２照明光の出射範囲とが接近した状態になり、また各照明光の照射角度の差もごく小さくなるから、各照明光の正反射領域間の境界付近の輝度を高めることができ、非正反射領域の発生を防止するのが容易になる。
【００２５】
上記の照明装置の第２の態様では、第２照明部には、光通過部を全周囲にわたって囲む壁部が設けられ、この壁部と光通過部および光出射部により囲まれた空間内にリング状発光部が設けられる。さらに壁部は、リング状光源に対応する高さ位置からそれより下の所定の高さ位置までの範囲が下方に向かうほど第１通過部に近づくように傾斜した形状に構成される。さらに壁部の内面および第１通過部の外周面が鏡面加工される。
【００２６】
上記の構成によれば、リング状光源から出た光を壁部の傾斜面や第１通過部の外周面で反射させながら光出射面に導くことができる。また壁部の上部を傾斜させることによって、光出射部の実際に光が出射される範囲より広い範囲にリング状光源を構成する発光体を配置することができるので、発光体の数を増やし、上記の反射によって発光輝度を高めることができる。
【００２７】
上記の照明装置の第３の態様では、第２照明部の壁部より外側に、第１照明部および壁部内のリング状光源とは波長範囲が異なる光を出射する第２のリング状光源が、少なくとも１つ、壁部内のリング状光源より低い位置に配備される。また、光出射部の傾斜面は、最も外側のリング状発光部に対向する位置まで連続する。
【００２８】
上記の構成によれば、第１および第２の通過部を連続させた構成の光通過部によって確保された空間を利用して、色彩欠陥等の拡散反射性の高い欠陥の検出に用いられる第２のリング状光源が設けられた照明装置を提供することが可能になる。
【００２９】
さらに、この発明では、基本構成または第１〜３の態様による照明装置と、この照明装置より上方に、第２照明部の光通過部に光軸を合わせた状態で配置された撮像装置と、照明装置の各照明部による照明下での撮像により生成された検査対象物の画像を処理して、当該検査対象物の表面における凹凸欠陥の有無を判別する判別手段とを具備する欠陥検査装置を提供する。この欠陥検査装置によれば、非正反射領域が発生しないような照明を行いつつ撮像を行って、検査のための画像を生成することができるので、凹凸欠陥を精度良く検出することができる。
【００３０】
またこの発明では、第３の態様による照明装置と、この照明部より上方に、第２照明部の光通過部に光軸を合わせた状態で配置された撮像装置と、照明装置の各照明部による照明下での撮像により生成された検査対象物の画像を処理して、当該検査対象物の表面における凹凸欠陥ならびに色彩欠陥の有無を判別する判別手段とを具備する欠陥検査装置を提供することもできる。この欠陥検査装置によれば、凹凸欠陥および色彩欠陥の双方を、１回の撮像で精度良く検出することができるから、検査装置の付加価値を高めることができる。
【発明の効果】
【００３１】
上記構成の照明装置によれば、リング状光源と光出射部との間に十分な距離を確保することが可能になり、また２つの照明部からの光による正反射領域間に非正反射領域が生じるのを防止することができる。よって、欠陥の検出が困難な暗領域や輝度むらのない画像を生成することが可能になり、広い範囲内で欠陥を精度良く検出することができる。また、色欠陥の検出のために、リング状光源より下方に、この光源より径の大きい第２のリング状光源を配備することも容易になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３２】
以下、表面に塗装面が形成された樹脂成形品（携帯電話等の機器の本体を構成するもの）を「ワークＷ」として、このワークＷに凹凸欠陥や色欠陥が生じていないかどうかを光学的に検査する欠陥検査装置、およびこの装置に用いられる照明装置の具体例を、詳細に説明する。なお、以下では、便宜上、ワークＷの表面を水平方向に沿う平面として、この面を基準に上下の関係を表すが、ワークＷの表面は、水平面に限らず、垂直方向に沿う面、または斜め方向に沿う面となる場合もある。また、ワークＷの表面は平面に限らず、所定の曲率を持つ曲面となる場合もある。また、凹凸欠陥には汚れによる凹凸が含まれる場合があり、色彩欠陥にも、塗料の付着による欠陥以外に、汚れによる色彩異常が含まれる場合がある。
【００３３】
図１は、上記検査装置の光学系の構成を示す。
この光学系は、カラー撮影用の撮像素子１１およびレンズ１０が組み込まれたカメラ１と、照明装置２とにより構成される。カメラ１は、受光面をワークＷ側に向け、かつ光軸１２をワークＷの表面の法線に対応する方向（この図では鉛直方向に相当する。）に合わせて配備される。
【００３４】
照明装置２には、カメラ１の光軸１２に沿って光を照射する第１照明部２Ａと、カメラ１の光軸１２に対して斜めになる方向から光を照射する第２照明部２Ｂとが設けられる。
これらのうち、第１照明部２Ａは、カメラ１の光軸１２上に配備されたハーフミラー２２と、その側方に配備された光源２１（第１の光源）とにより構成される。
【００３５】
第２照明部２Ｂは、上面の中央部に円形状の開口部（図示せず。）が形成された筐体２０を本体とする。開口部には、上下が開放された中空体２３を介してドーム状部２４が連結される。中空体２３の内外の周面は、下端部に向かうほど径が小さなすり鉢状に形成され、また外周面は鏡面加工されている。ドーム状部２４の中空体２３に連結される中央部は短筒部２５として形成される。また、この短筒部２５を含むドーム状部２４全体が、拡散剤を含む樹脂により一体に形成されている。
【００３６】
また、筐体２０内には、中央部に円形穴が形成された３枚の円状基板２０１，２０２，２０３がそれぞれ所定距離を隔てて上下に配備される。一番上の基板２０１の円形穴は、中空体２３の上部位置の外径に対応する大きさに形成され、以下、下方の基板になるほど円形穴の径が大きくなる。中空体２３およびドーム部２４の短筒部２５は、これらの基板２０１〜２０３の円形穴内に配備される。
【００３７】
各基板２０１〜２０３の下面には、複数のチップ型ＬＥＤ２６（以下、単に「ＬＥＤ２６」という。）が円形穴を取り囲むように同心円状に配置され、配線される。また、この実施例のＬＥＤ２６には、複数の色に対応する発光素子が設けられる。
一番上の基板２０１（以下、「上段基板２０１」という。）は、その円形穴によって中空体２３の上部に係合した状態で配備される。上段基板２０１とドーム状部２４との間には、上段基板２０１のＬＥＤ２６の配置範囲を囲うように、全周囲にわたって壁部２７が設けられる。この壁部２７は、円筒状の第１壁部２７ａの上端にすり鉢状の第２壁部２７ｂを一体化した構成のもので、その内面は、中空体２３の外周面と同様に鏡面加工されている。
【００３８】
上段基板２０１の次に高い位置に配置される基板２０２（以下、「中段基板２０２」という。）は、その円形穴によって、第２壁部２７ｂの下端部に係合した状態で配備される。さらに、中段基板２０２とドーム状部２４との間にも、中段基板２０２のＬＥＤ２７の配置範囲を囲うように円筒状の壁部２８が設けられる。一番下の基板２０３（以下、「下段基板２０３」という。）は、その円形穴によって、壁部２８に係合した状態で配備される。
【００３９】
さらに、各基板２０１〜２０３は、位置や姿勢を安定させるために、それぞれ周縁部の複数箇所で筐体２０にネジ止めされる。各箇所のネジ止めは、ボルト部材２１１，２１２，２１３および上下一対のネジ部材２１４，２１５により行われる。いずれの箇所でも、各基板２０１，２０２，２０３は、一連に連結されたボルト部材２１１，２１２，２１３およびネジ部材２１４によって連結され、さらに、１番上のボルト部材２１１をネジ部材２１５により筐体２０の上面に固定することによって、各基板２０１，２０２，２０３毎に所定の高さ位置に固定される。これにより、基板２０１，２０２，２０３はそれぞれ水平な状態で支持され、いずれの基板でも、その基板に配置されているＬＥＤ２６とドーム状部２４との距離がほぼ一定になるので、ドーム状部２４に対する光の照射強度を均一にすることができる。
【００４０】
上記構成の第２照明部２Ｂは、中空体２３およびこれに連通する短筒部２５の中心をカメラ１の光軸１２に合わせた状態で配備される。これにより、中空体２３および短筒部２５は、第１照明部２Ａからの照明光（第１照明光）を下方のワークＷに導き、かつ各照明部２Ａ，２Ｂからの光に対するワークＷからの反射光を上方のカメラ１に導くための光通過部として機能する（中空体２３が第１通過部に相当し、短筒部２５が第２通過部に相当する。）。また、上段基板２０１の各ＬＥＤ２６により、中空体２３（第１通過部）の周囲を囲むリング状光源が形成される。さらに、中段基板２０２および下段基板２０３の各ＬＥＤ２６により、より径の大きいリング状光源（第２のリング状光源）が形成される。
【００４１】
ドーム状部２４は、各リング状光源からの光をカメラ１の光軸に対して斜め方向に進む光にして出射する光出射部として機能し、ドーム状部２４の傾斜面は、外側に向かうほど傾斜が急になる。また、ドーム状部２４は、光拡散剤を含む材料により形成されているので、各リング状光源からの光を拡散させて、照明光の輝度ムラを低減させることができる。
【００４２】
この実施例では、第１照明部２Ａの光源２１および第２照明部２Ｂの上段基板２０１のＬＥＤ２６によるリング状光源に同じ色彩の光（たとえば赤色光）を点灯させ、これらの光を凹凸欠陥の検出のための第１照明光ならびに第２照明光として使用する。一方、中段基板２０２および下段基板２０３の各リング状光源には、赤以外の色彩光（たとえば青色光）を点灯し、この色彩光を色欠陥の検出用の照明光として使用するようにしている（基板２０２，２０３毎に異なる色彩光を点灯してもよい。）。
撮像の際には、後記するように、すべての光源を点灯することによって、凹凸欠陥および色欠陥を一括で検出する。
【００４３】
つぎに、図２は、上記の照明光のうち、凹凸欠陥の検出に用いられる第１照明光および第２照明光の関係、およびそれぞれの照明光の正反射領域の関係を示す。
【００４４】
この実施例の第１照明部２Ａからは、第１照明光として、断面が矩形で、発散する光が出射される。この第１照明光は、中空体２３内を通過した後に短筒部２５の上端部に達し、この上端部の開口端面の大きさに応じた範囲の光が短筒部２５に入射する。したがって、第１照明光は、短筒部２５のほぼ全域を十分な強度をもって通過した後にワークＷに照射され、ワークＷの表面で正反射した光がレンズ１０を介して受光素子１１に入射する。
【００４５】
第１照明光による正反射領域１０１の大きさは、短筒部２５の上端部およびレンズ１０の位置によって決定されるため、レンズ１０の位置が固定されているならば、短筒部２５の長さが短いほど、正反射領域１０１を広げることが可能になる。したがって、短筒部２５の長さを短くして正反射領域１０１を広げることによって、第２照明光による正反射領域１０２との間に、非正反射領域１０３が生じるのを防止することができる。
【００４６】
また、第２照明部２Ａのリング状光源から出射された光は、ドーム状部２４の傾斜面に照射されて拡散し、短筒部２５にまで伝搬する。また、上段基板２０１のＬＥＤ２６のうち第１壁部２７ａより外側にあるＬＥＤ２６からの光も、第２壁部２７ｂや中空体２３などの鏡面で反射しながらドーム状部２４の傾斜面に到達するので、傾斜面の発光輝度が高められ、これが短筒部２５に伝搬して、短筒部２５も明るく発光した状態となる。この結果、短筒部２５の周面も第２照明光の光出射部として機能するので、短筒部２５の上端縁からは、その付近を通過する第１照明光と殆ど同じ角度で第２照明光が出射されるようになる。このように第１照明光と第２照明光との光出射部を接近させることによって、ワークＷの表面においても、第１照明部２Ａの正反射領域１０１の境界またはそれより内側にまで輝度の高い第２照明光を照射することが可能になり、非正反射領域１０３の発生をより確実に防止することができる。このような照明により、２種類の照明光による正反射領域１０１，１０２を切れ目なく連続させることができるから、外側の正反射領域１０２の境界線より内側の全範囲において、凹凸欠陥の検出精度を確保することができる。
【００４７】
また、図２には図示していないが、中段基板２０２および下段基板２０３の各ＬＥＤ２６からの光が照射される範囲は、正反射領域１０１，１０２を合わせた範囲に重なるように設定される。基板２０２，２０３からの光は、第２照明光より入射角度が大きい方向から照射されるので、欠陥のない状態下では、正反射光は、カメラ１には殆ど入射しない。しかし、色欠陥の存在によって、拡散反射光が強められたり、または弱められたりすると、その反射強度の変化が生じた部位が周囲より明るい領域または暗い領域として画像に現れるので、色欠陥も精度良く検出することができる。
【００４８】
つぎに、上記のカメラ１および照明装置２は、図３に示すようなロボット４により、位置および姿勢を変更可能な状態で支持される。
【００４９】
このロボット４は、基台部４１に４個のアーム部４２，４３，４４，４５を、それぞれ駆動軸ｃ１，ｃ２，ｃ３，ｃ４を介して順に連結した構成のもので、所定の高さ位置に吊り下げ固定される。先端アーム４５には、カメラ１および照明装置２を指示するホルダ部４６が取り付けられている。なお、照明装置２内には、第１および第２照明部２Ａ，２Ｂが図１に示した位置関係をもって配備されている。
【００５０】
この図３には示していないが、ホルダ部４６は、図の矢印方向に回転する軸により先端アーム４５に回動可能に取り付けられている。また、先端アーム４５は伸縮可能に構成されている。
【００５１】
上記の構成によれば、各アーム部間の軸ｃ１〜ｃ４の回転制御および先端アーム４５の長さの調整、ならびにホルダ部４６の回転を制御することにより、Ｘ軸（図の左右方向）、Ｙ軸（図の紙面に直交する方向）、およびＸ軸（図の上下方向）の各軸により表される３次元空間内の任意の位置に、任意の方向を向けて、カメラ１および照明装置２を配置することができる。よって、ワークＷの表面が種々の曲率の面により構成される場合でも、それぞれの面に対し、カメラ１および照明装置２を図１および図２に示したような関係をもって配置して、欠陥の検出に適した照明下で撮像を行うことが可能になる。
【００５２】
なお、カメラ１および照明装置２とワークＷとの位置合わせは、上記の例に限らず、ワークＷの位置や姿勢を変更するようにしてもよい。また、ワークＷの一面のみを検査対象とするような場合には、ＸＹステージを用いて位置合わせを行ってもよい。
【００５３】
図４は、欠陥検査装置のブロック図である。
この実施例の欠陥検査装置は、上記のカメラ１、照明装置２、ロボット４のほかに、制御処理装置３を具備する。制御処理装置３には、ＣＰＵ３０１、メモリ３０２、入力部３０３、出力部３０４、光源制御部３０５、ロボット制御部３０６、カメラ制御部３０７、検査画像メモリ３０８、基準画像メモリ３０９、パラメータ保存用メモリ３１０などが設けられる。
【００５４】
メモリ３０２には、ＣＰＵ３０１に検査やティーチング処理を実行させるためのプログラムが格納される。
光源制御部３０５は、各照明部２Ａ，２Ｂ内の光源のオン／オフや照明光量を制御する。カメラ制御部３０７は、カメラ１の撮像動作を、ロボット制御部３０６は、図３に示した位置合わせ用のロボット４の動作を、それぞれ制御する。
【００５５】
検査画像メモリ３０８には、検査対象のワークＷを撮像することにより生成されたカラー画像（以下、「検査画像」という。）が保存される。基準画像メモリ３０９には、検査に先立ち、ワークＷの良品モデルを検査時と同じ条件で撮像することにより生成されたカラー画像（以下、「基準画像」という。）が保存される。これら検査画像および基準画像は、検査領域毎に生成される。
【００５６】
パラメータ保存用メモリ３１０には、検査に必要な各種パラメータが保存される。たとえば、ロボット４の動作制御に必要な設定データ、光源の点灯制御用のデータ、後記する２値化処理や判定処理に用いられる複数種のしきい値などが保存される。これらのパラメータはいずれも、検査に先立つティーチングモードにおいて、ワークＷの良品モデルに対する計測結果やユーザの設定操作などに基づき設定される。
【００５７】
入力部３０３は、上記のティーチングの際に、各種データを入力したり、確定操作を行うために使用される。出力部３０４は、この設定結果や検査結果を出力するためのもので、図示しない外部機器やモニタへのインターフェース回路として構成される。
【００５８】
以下、図５を用いて、検査に関する処理の流れを説明する。なお、ここでは、照明装置２内の各光源は、処理の開始に先立ち、すべて点灯し、検査が終了するまで、その点灯状態が維持されるものとする。
【００５９】
まず、位置合わせ用のロボット４の動作を制御することにより、ワークＷの登録された検査領域にカメラ１および各照明部２Ａ，２Ｂを位置合わせし、撮像を行う（ステップ１，２）。ここで生成された画像は、検査画像メモリ３０８に格納される。
【００６０】
つぎに、基準画像メモリ３０９から処理中の検査領域に対応する基準画像を読み出し、先のステップで生成された検査画像と基準画像との差分濃淡画像を生成する（ステップ３）。具体的には、Ｒ，Ｇ，Ｂの各色データ毎に、画像間で対応関係にある画素間の濃度差を求め、これらの濃度差の平均値を算出する。これにより、検査画像につき、基準画像に対する色彩または明るさの差の度合いを表す濃淡画像データが生成されることになる。
【００６１】
この後は、生成された差分濃淡画像を、登録されたしきい値により２値化することにより、色彩または明るさの差がしきい値を上回る画素を白画素、その他の画素を黒画素として切り分ける（ステップ４）。さらに、２値化後の画像に含まれる白画素を、連結した関係にあるもの毎に切り分けて、それぞれの白画素領域に異なるラベルを付けるラベリング処理を実行し、ラベル付けされた領域毎に、その領域の面積や位置を計測する（ステップ５）。
【００６２】
この後は、上記の計測結果に基づき、面積が所定値以上の領域を欠陥として認識する（ステップ６）。さらに、欠陥が認識された場合には、該当する領域の位置や面積を欠陥の位置および大きさとして認識する。
【００６３】
以下、同様に、登録されている検査領域毎に上記のステップ１〜６を繰り返す。すべての検査領域に対する処理が終了すると（ステップ７が「ＹＥＳ」）、各検査領域の検査結果に基づきワークＷ全体に対する良否を判定する（ステップ８）。この後、最後のステップ９で判定結果をモニタや外部機器に出力し（ステップ９）、処理を終了する。
【図面の簡単な説明】
【００６４】
【図１】欠陥検査装置の光学系の構成例を示す図である。
【図２】凹凸欠陥の検出に用いられる２種類の照明光の照射状態および反射状態を示す図である。
【図３】位置合わせ処理用のロボットの構成例を示す図である。
【図４】欠陥検査装置のブロック図である。
【図５】検査における処理手順を示すフローチャートである。
【図６】従来の光学系の構成例を示す図である。
【図７】図６の光学系の光通路を長くした場合の問題点を示す図である。
【図８】図６，７に示した照明状態下で生じる正反射領域の関係を示す図である。
【符号の説明】
【００６５】
１ カメラ
２ 照明装置
３ 制御処理装置
２Ａ 第１照明部
２Ｂ 第２照明部
２１ 光源
２２ ハーフミラー
２３ 中空体
２４ ドーム状部
２５ 短筒部
２６ ＬＥＤ
２７ 壁部
１０１，１０２ 正反射領域
【特許請求の範囲】
【請求項１】
対象物の上方に配備される第１照明部と、第１照明部と前記対象物との間に配備される第２照明部とを具備し、
前記第２照明部は、第１照明部から出射された光を対象物に導き、かつ各照明部からの光に対する対象物からの反射光を上方に導くための光通過部と、この光通過部を取り囲むように配置されたリング状光源と、リング状光源の下方で内側より外側の方が低くなるように傾斜する傾斜面を具備する光出射部とを備え、前記第１照明部がその光軸を光通過部の長さ方向に合わせて配備され、第２照明部から出射された光によって第１照明部の光照射範囲より外側の領域を照明する照明装置において、
前記第２照明部の光通過部は、下端部に向かうほど径が小さくなるすり鉢状の第１通過部と、第１通過部の下端部に連続形成される短筒状の第２通過部とにより構成され、
前記第１照明部からの光は、前記第２通過部の上端部の開口端面を通過するときに、その開口に対応する大きさをもって通過するように調整され、
前記リング状光源は第１通過部の周囲に配置され、
前記光出射部は光拡散剤を含む材料により形成されるとともに、第２通過部の下端部に一体に設けられる、照明装置。
【請求項２】
前記第２照明部の第２通過部および光出射部は、光拡散剤を含む材料により一体に形成される、請求項１に記載された照明装置。
【請求項３】
前記第２照明部には、光通過部を全周囲にわたって囲む壁部が設けられ、この壁部と光通過部および光出射部により囲まれた空間内に前記リング状光源が設けられ、
前記壁部は、リング状光源に対応する高さ位置からそれより下の所定の高さ位置までの範囲が下方に向かうほど前記第１通過部に近づくように傾斜した形状に構成され、壁部の内面および第１通過部の外周面が鏡面加工されている、
請求項１または２に記載された照明装置。
【請求項４】
前記第２照明部の前記壁部より外側には、第１照明部および壁部内のリング状光源とは波長範囲が異なる光を出射する第２のリング状光源が、少なくとも１つ、壁部内のリング状光源より低い位置に配備され、
前記光出射部の傾斜面は、最も外側のリング状光源に対向する位置まで連続する、請求項３に記載された照明装置。
【請求項５】
請求項１〜３のいずれかに記載された照明装置と、この照明装置より上方に、前記第２照明部の光通過部に光軸を合わせた状態で配置された撮像装置と、前記照明装置の各照明部による照明下での撮像により生成された検査対象物の画像を処理して、当該検査対象物の表面における凹凸欠陥の有無を判別する判別手段とを具備する、欠陥検査装置。
【請求項６】
請求項４に記載された照明装置と、この照明装置より上方に、前記第２照明部の光通過部に光軸を合わせた状態で配置された撮像装置と、前記照明装置の各照明部による照明下での撮像により生成された検査対象物の画像を処理して、当該検査対象物の表面における凹凸欠陥ならびに色彩欠陥の有無を判別する判別手段とを具備する、欠陥検査装置。
【請求項１】
対象物の上方に配備される第１照明部と、第１照明部と前記対象物との間に配備される第２照明部とを具備し、
前記第２照明部は、第１照明部から出射された光を対象物に導き、かつ各照明部からの光に対する対象物からの反射光を上方に導くための光通過部と、この光通過部を取り囲むように配置されたリング状光源と、リング状光源の下方で内側より外側の方が低くなるように傾斜する傾斜面を具備する光出射部とを備え、前記第１照明部がその光軸を光通過部の長さ方向に合わせて配備され、第２照明部から出射された光によって第１照明部の光照射範囲より外側の領域を照明する照明装置において、
前記第２照明部の光通過部は、下端部に向かうほど径が小さくなるすり鉢状の第１通過部と、第１通過部の下端部に連続形成される短筒状の第２通過部とにより構成され、
前記第１照明部からの光は、前記第２通過部の上端部の開口端面を通過するときに、その開口に対応する大きさをもって通過するように調整され、
前記リング状光源は第１通過部の周囲に配置され、
前記光出射部は光拡散剤を含む材料により形成されるとともに、第２通過部の下端部に一体に設けられる、照明装置。
【請求項２】
前記第２照明部の第２通過部および光出射部は、光拡散剤を含む材料により一体に形成される、請求項１に記載された照明装置。
【請求項３】
前記第２照明部には、光通過部を全周囲にわたって囲む壁部が設けられ、この壁部と光通過部および光出射部により囲まれた空間内に前記リング状光源が設けられ、
前記壁部は、リング状光源に対応する高さ位置からそれより下の所定の高さ位置までの範囲が下方に向かうほど前記第１通過部に近づくように傾斜した形状に構成され、壁部の内面および第１通過部の外周面が鏡面加工されている、
請求項１または２に記載された照明装置。
【請求項４】
前記第２照明部の前記壁部より外側には、第１照明部および壁部内のリング状光源とは波長範囲が異なる光を出射する第２のリング状光源が、少なくとも１つ、壁部内のリング状光源より低い位置に配備され、
前記光出射部の傾斜面は、最も外側のリング状光源に対向する位置まで連続する、請求項３に記載された照明装置。
【請求項５】
請求項１〜３のいずれかに記載された照明装置と、この照明装置より上方に、前記第２照明部の光通過部に光軸を合わせた状態で配置された撮像装置と、前記照明装置の各照明部による照明下での撮像により生成された検査対象物の画像を処理して、当該検査対象物の表面における凹凸欠陥の有無を判別する判別手段とを具備する、欠陥検査装置。
【請求項６】
請求項４に記載された照明装置と、この照明装置より上方に、前記第２照明部の光通過部に光軸を合わせた状態で配置された撮像装置と、前記照明装置の各照明部による照明下での撮像により生成された検査対象物の画像を処理して、当該検査対象物の表面における凹凸欠陥ならびに色彩欠陥の有無を判別する判別手段とを具備する、欠陥検査装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２００９−１７４８５７（Ｐ２００９−１７４８５７Ａ）
【公開日】平成２１年８月６日（２００９．８．６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−１０５６０（Ｐ２００８−１０５６０）
【出願日】平成２０年１月２１日（２００８．１．２１）
【出願人】（０００００２９４５）オムロン株式会社 (3,542)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年８月６日（２００９．８．６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年１月２１日（２００８．１．２１）
【出願人】（０００００２９４５）オムロン株式会社 (3,542)
【Ｆターム（参考）】
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