JP2001281156A - 外観検査装置用照明装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 表面反射率が異なった様々な被検物に対し
て、外観検査可能なコントラストで照明することができ
る外観検査装置用照明装置を提供する。 【解決手段】 被検物１に対して照射された照明光を検
出器４０に導くことにより被検物１の表面性状を検査す
る外観検査装置に用いられる照明装置において、被検物
１の検査領域３表面を照明して、その反射光を検出器４
０に導く直接照明手段３１と、被検物１の検査領域３裏
面を照明して、その透過光を検出器４０に導く間接照明
手段３２とを備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、外観検査装置に用
いられる照明装置に関し、詳しくは、被検物の表面性状
を観察するために被検物の検査領域に対して検査用照明
光を照射する照明装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】被検物の表面性状、例えばボトル等の被
検物の表面にある微小な傷や印刷物の印刷状態等、を検
査するための検査装置においては、被検物の検査領域を
照明するための照明装置が設けられている。この照明装
置には、図１に示すように、反射型のものと透過型のも
のがある。反射型照明装置は、図１（Ａ）に示すよう
に、照明装置１３１からの照明光１１１を被検物１０１
の検査領域に対して直接照射したときに、その表面で反
射してくる反射照明（直接照明）光１１１ｃを検査光と
して検出器１４０に導いている。また、透過型照明装置
は、図１（Ｂ）に示すように、被検物１０１を挟んで検
出器１４０の反対側に設けられた照明装置１３２からの
照明光１１２が、被験物１０１を透過して被験物１０１
を裏面側から照明する透過照明（間接照明）光１１２ａ
を検査光として検出器１４０に導いている。

【０００３】高表面反射率の不透明な被検物の表面に図
２のような背景部２０２と色の抜かれた文字部２０１と
からなる色抜き文字印刷された被検物に対して反射型照
明装置で照明する場合、背景部２０２及び色の抜かれた
文字部２０１のコントラストは、それぞれ、図４（Ｂ）
に示すような、バックグラウンド部３１１とピーク部３
１２とになる。両者のコントラストは検出器１４０で検
出可能な大きさであるので、反射型照明装置は不透明の
被検物１０１に対して有効な照明手段であると言える。
しかしながら、例えば、青色又は無色の透明又は半透明
な被検物１０１の表面に図２のような色抜き文字印刷が
形成された被検物１０１に対して反射型照明装置で照明
する場合、大部分の照明光が被検物１０１を透過するた
めに、被検物表面で反射する反射光が少なくなる。その
結果、被検物表面で反射したあと検出器１４０に入射す
る光の絶対的な光量が少なくなるために、背景部２０２
及び色の抜かれた文字部２０１のコントラストは、図４
（Ａ）に示すような、低ピークのピーク部３０２とバッ
クグラウンド部３０１になる。したがって、両者のコン
トラストが小さいために検出器１４０での検出が困難と
なるので、検査領域を判定評価することができないとい
う問題がある。

【０００４】一方、透過型照明装置は、透明又は半透明
な被検物に対しては有効に照明するが、例えば、白色等
のほとんどの光を反射する不透明な被検物に対して透過
型照明装置で照明した場合、その照明光は不透明な被検
物を透過することがないために、検査領域を判定評価す
ることができない。さらに、図３に示すような、印刷さ
れた下地２１０上に色付き背景部２１１と色付き文字部
２１２からなる色付き文字部が形成された透明又は半透
明な被検物に対して透過型照明装置で照明する場合、ピ
ーク部３０２とバックグラウンド部３０１との間でのコ
ントラストは、図４（Ａ）に示すような低コントラスト
となるために、検査領域を判定評価することができない
という問題がある。

【０００５】このように、従来の外観検査装置用照明装
置で様々な被検物、例えば不透明、半透明又は透明とい
った下地の表面反射率が異なったり、表面反射率の異な
る印刷物が形成されたりした被検物を照明するときに、
照明された被検物の検査領域におけるコントラストが小
さいために被検物の表面性状を観察することができなく
ない被検物があるという問題がある。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】従って、本発明の解決
すべき技術的課題は、表面反射率が異なった様々な被検
物に対して、外観検査可能なコントラストで照明するこ
とができる外観検査装置用照明装置を提供することであ
る。

【０００７】

【課題を解決するための手段・作用・効果】上記技術的
課題を解決するために、本発明に係る外観検査装置用照
明装置は、被検物に対して照射された照明光を検出器に
導くことにより被検物の表面性状を検査する外観検査装
置に用いられる照明装置であって、被検物の検査領域表
面を照明して、その反射光を検出器に導く直接照明手段
と、被検物の検査領域裏面を照明して、その透過光を検
出器に導く間接照明手段とを備えることを特徴としてい
る。つまり、直接照明手段と間接照明手段の両者を備え
るとともに両者が被検物を同時に照明することを基本的
特徴としている。

【０００８】上記構成によれば、高表面反射率でほとん
どの光を反射する不透明な被検物の場合、直接照明手段
から不透明な被検物の検査領域に対して照射された直接
照明光が検査領域表面で反射し、その表面反射光が検出
器に導かれる。また、間接照明手段から照射された間接
照明光の大部分は被検物を透過することなく被検物の表
面で反射するので検査領域の照明にわずかに寄与するの
みである。したがって、両照明手段からの照明光が加算
されるとともに、直接照明手段から照射された直接照明
光が、不透明な被検物の検査領域を主として照明する。
直接照明手段からの照明光により、被検物の検査領域に
おいて十分なコントラストが得られるので、不透明な被
検物の表面性状を判定評価することができる。

【０００９】一方、低表面反射率で透明な被検物の場
合、直接照明手段から照射された直接照明光の大部分が
被検物を透過するために、わずかな照明光が検査領域表
面で反射して、その表面反射光が検出器に取り込まれ
る。また、間接照明手段から照射された間接照明光は被
検物を透過したあと被検物を背後から照明して検査領域
の裏面を照明する。したがって、両照明手段からの照明
光が加算されるとともに、間接照明手段から照射された
間接照明光が、透明な被検物の検査領域を主として照明
する。間接照明手段からの照明光により、被検物の検査
領域において十分なコントラストが得られるので、透明
な被検物の表面性状を判定評価することができる。

【００１０】また、反射及び透過とが略半分ずつである
半透明な被検物の場合、上述した不透明な被検物及び透
明な被検物の中間的な挙動をする。すなわち、直接照明
手段から照射された直接照明光及び間接照明手段から照
射された間接照明光が、検査領域の表面及び裏面をそれ
ぞれ照明する。すなわち、各照明光は、略等しい光強度
で半透明な被検物の検査領域を照明する。直接照明光及
び間接照明光の両照明光により、被検物の検査領域は十
分なコントラストを有することができるので、半透明な
被検物の表面性状を判定評価することができる。

【００１１】以上説明したように、本発明の照明装置
は、不透明、半透明、又は透明といった表面反射率の異
なる様々な被検物に対して、表面性状を検査することが
できる高コントラストで被検物を照明することができ
る。

【００１２】好ましくは、直接照明手段と間接照明手段
との両者が、被検物に対して検出器と同一側に配置され
るとともに、被検物を挟んで間接照明手段の反対側に光
反射手段を配置されてなり、間接照明手段からの照明光
は、被検物が光透過性の場合、被検物を透過した後、光
反射手段で反射して被検物の検査領域裏面を照明すると
ともに該領域を透過して検出器に至るようにする。

【００１３】上記構成によれば、間接照明手段から出射
された照明光は、被検物を透過したあと、被検物を挟ん
で間接照明手段の反対側に配置された光反射手段におい
て反射する。光反射手段で反射した光は、被検物を透過
したあと、被検物を背後から照明して検査領域の裏面を
照明する。そして、裏面側からの照明光は、検査領域を
透過して検出器に至る。したがって、被検物に対して検
出器の反対側に間接照明手段を配置する場合と比較し
て、照明装置とともに外観検査装置をコンパクトにする
ことができる。

【００１４】直接照明手段と間接照明手段とは、上記検
出器の光路を挟んで互いに反対の側に配置することが好
ましい。

【００１５】上記構成にすることにより、例えば直接照
明手段を先に設けたあとに間接照明手段を設けるが、そ
の直接照明手段の反対側には広い開放的な空間が形成さ
れており、この空間に間接照明手段を設ける。したがっ
て、間接照明手段の取り付け作業が簡単になるととも
に、間接照明手段の位置決め調整作業も容易に行なうこ
とができる。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下に、本発明の一実施形態に係
る外観検査装置用照明装置について、図５〜図８に従っ
て詳細に説明する。

【００１７】まず、図５及び６を参照しながら、被検物
としての円筒状ボトル１の表面性状を検査するための外
観検査装置について説明する。

【００１８】図５は、照明装置３０が組み込まれた外観
検査装置を模式的に示す斜視図である。図６は、照明装
置３０から円筒状ボトル１に対して照明光を照射して、
円筒状ボトル１上の検査領域３の像をラインセンサー４
０に取り込む様子を模式的に示す説明図である。

【００１９】外観検査装置は、線状光を出射して円筒状
ボトル１を照明する照明装置３０と、円筒状ボトル１に
おける細長い検査領域３の像を取り込むラインセンサー
４０と、円筒状ボトル１を挟んでラインセンサー４０の
反対側（すなわち図５において円筒状ボトル１の下方）
に配置されて円筒状ボトル１の内部を透過した光をその
表面で反射させる反射台２０と、ラインセンサー４０か
ら取り込まれた画像情報に基づいて円筒状ボトル１の外
観状態を判定評価する画像処理部とを備えている。

【００２０】照明装置３０は、ハロゲンランプ等の光源
５０と、円筒状ボトル１の上方に配置されて円筒状ボト
ル１をそれぞれ直接及び間接的に照明する直接照明装置
３１及び間接照明装置３２と、光源５０から出射された
光を直接照明装置３１及び間接照明装置３２に導く円形
断面をした多数の光ファイバーが束ねられた接続ケーブ
ル５１とを備えている。すなわち、照明装置３０は、直
接照明装置３１及び間接照明装置３２の両者により円筒
状ボトルを同時に照明する。

【００２１】直接照明装置３１及び間接照明装置３２
は、いずれも、板状且つ長尺形状をしており、ラインセ
ンサー４０と円筒状ボトル１との間の空間に配置され
る。すなわち、直接照明装置３１は、図５及び６に図示
されるように、ラインセンサー４０のレンズ４１と円筒
状ボトル１の検査領域３との間を結ぶ光路１０の左側に
配置されるとともに、所望の検査領域３と平行であって
且つ光路１０に対して角度θで傾斜配置されている。こ
の角度θは、直接照明装置３１から出射された光が円筒
状ボトル１の検査領域３を照明し、その表面で反射した
光が検出器４０に導かれるように決定される。一方、間
接照明装置３２は、ラインセンサー４０の光路１０を挟
んで直接照明装置３１の反対側（すなわち図１において
ラインセンサー４０の光路１０の右側）に配置されると
ともに、光路１０及び検査領域３に対して平行配置され
ている。そして、直接照明装置３１及び間接照明装置３
２の両者は、一端が接続ケーブル５１を介して光源５０
に接続されるとともに、円筒状ボトル１に向けられた反
対側の末端は、多数の光ファイバーが検査領域３の方向
に沿って１列に稠密に配列されており、全体として略線
状の照明光を円筒状ボトル１に出射する。

【００２２】なお、間接照明装置３２は、ラインセンサ
ー４０の光路１０を挟んで直接照明装置３１と同一側
や、円筒状ボトル１を挟んでラインセンサー４０の反対
側といった様々な位置にも配置することができるが、好
ましくは、ラインセンサー４０の光路１０を挟んで直接
照明装置３１の反対側に配置される。このような構成に
することにより、直接照明装置３１の反対側において広
く開放的な空間が形成されるために、間接照明装置３２
の取り付け作業が簡単になるとともに、間接照明装置３
２の位置決め調整作業も容易に行なうことができる。

【００２３】ラインセンサー４０は、多数のＣＣＤ（電
荷結合素子）が検査領域３の方向に沿って一列に配列さ
れた検出部（不図示）と、検査領域３の像を所定の倍率
に縮小して検出部上に結像するレンズ４１とを有してい
る。

【００２４】反射台２０は、円筒状ボトル１側の面がＶ
字状に屈折したＶ字ブロック形状をしている。Ｖ字状に
屈折した面は、高い反射率を有する２つの反射面２１か
ら構成されている。２つの反射面２１がなすＶ字の角度
は、間接照明装置３２から出射された直接照明光１１が
円筒状ボトル１を透過してあと反射面２１上で反射した
裏面反射光１２ｂが検査領域３を背後から照明可能なよ
うに、照明装置３０の配置及び円筒状ボトル１等の被験
物の形状に応じて適宜決定される。

【００２５】円筒状ボトル１は、不図示の回転駆動装置
により回動自在に支持されている。円筒状ボトル１は、
反射面２１から少し距離を離した状態で、あるいは、反
射面２１と接した状態で支持することができる。そし
て、不図示の回転駆動装置により回動自在に支持された
円筒状ボトル１が一回転すると、円筒状ボトル１の円周
面の全面にわたって外観検査が行なわれる。

【００２６】次に、このような照明装置及び外観検査装
置を用いて被検物の表面性状を検査する外観検査方法に
ついて、従来技術で説明した色抜き文字印刷（図２参
照）又は色付き文字印刷（図３参照）が形成された、不
透明、半透明及び透明なボトルの３つの場合に分けてそ
れぞれ説明する。

【００２７】まず、高表面反射率で不透明な円筒状ボト
ル１の場合について、図５、図６（Ａ）、図７及び図８
を参照しながら説明する。

【００２８】図２に示すような色抜き文字印刷が形成さ
れた不透明な円筒状ボトル１の円筒面２に対して、図６
（Ａ）に示すように直接照明装置３１及び間接照明装置
３２から線状光を同時に照射する。不透明な円筒状ボト
ル１の検査領域３に対して直接照明装置３１から照射さ
れた直接照明光１１のほとんどが検査領域３における色
抜き文字印刷部分で反射するので、十分な光量を有した
反射光１１ｃがラインセンサー４０に導かれる。また、
間接照明装置３２から照射された間接照明光１２の大部
分は円筒状ボトル１を透過することなく円筒状ボトル１
の表面で反射するために、その表面反射光１２ｃは検査
領域３の照明にわずかに寄与するだけである。したがっ
て、両照明装置によって照明された不透明な円筒状ボト
ル１の検査領域３においては、図８の上段に配置された
模式図のように、各照明装置からの照明光が加算され
る。そして、直接照明装置３１から照射された直接照明
光１１が、主として、不透明な円筒状ボトル１の検査領
域３を照明する。その結果、照明された色抜き文字印刷
は図７に示すような高コントラストを有しているので、
ラインセンサー４０での認識が可能になり、不透明な円
筒状ボトル１の表面に形成された色抜き文字が判定評価
される。

【００２９】また、図３に示すような、不透明な円筒状
ボトル１の円筒面２上に色付き文字印刷の形成された円
筒状ボトル１に対して、直接照明装置３１及び間接照明
装置３２から線状光を同時に照射する。上述した色抜き
文字印刷の場合と同様に、両照明装置からの照明光が加
算されるとともに、直接照明装置３１から照射された直
接照明光１１が、主として、不透明な円筒状ボトル１の
検査領域３を照明する。その結果、照明された色付き文
字印刷は図７に示すような高コントラストを有している
ので、ラインセンサー４０での認識が可能になり、不透
明な円筒状ボトル１の表面に形成された色付き文字が判
定評価される。

【００３０】次に、低表面反射率の透明な円筒状ボトル
の場合について、図５、図６（Ｂ）、図７及び図８を参
照しながら説明する。

【００３１】図２に示すような色抜き文字印刷が形成さ
れている透明な円筒状ボトル１の円筒面２に対して、直
接照明装置３１及び間接照明装置３２から線状光を同時
に照射する。直接照明装置３１から円筒状ボトル１の検
査領域３に対して照射された直接照明光１１が検査領域
３の表面でわずかに反射してラインセンサー４０に取り
込まれるが、その大部分の光すなわち透過光１１ａは透
明な円筒状ボトル１を透過したあと円筒面２の裏面又は
反射台２０の反射面２１で反射する。この裏面反射光１
１ｂは、検査領域３から外れた場所を照射するために、
ラインセンサー４０に導かれることがない。したがっ
て、直接照明装置３１から照射された直接照明光は、検
査領域３の照明にわずかに寄与する。

【００３２】また、間接照明装置３２から照射された間
接照明光１２は、円筒状ボトル１の表面でわずかに反射
するが、その大部分の光すなわち透過光１２ａは、円筒
状ボトル１を透過したあと円筒面２の裏面及び反射台２
０の反射面２１で反射する。この裏面反射光１２ｂは、
検査領域３を背後から照明して、裏面反射光１２ｂがラ
インセンサー４０に導かれる。

【００３３】このように、直接照明装置３１及び間接照
明装置３２から透明な円筒状ボトル１の検査領域３に対
して照明光１１，１２がそれぞれ同時に照射されると、
図８の下段に配置された模式図のように、両照明装置か
らの照明光が加算されるとともに、間接照明装置３２か
ら照射された間接照明光１２が、主として、透明な円筒
状ボトル１の検査領域３を照明する。その結果、照明さ
れた色抜き文字印刷は図７に示すような高コントラスト
を有しているので、ラインセンサー４０での認識が可能
になり、透明な円筒状ボトル１の表面に形成された色抜
き文字が判定評価される。

【００３４】図３に示すような色付き文字印刷が形成さ
れている透明な円筒状ボトル１の円筒面２に対して、直
接照明装置３１及び間接照明装置３２からそれぞれ線状
光を同時に照射する。そのとき、間接照明装置３２から
照射された間接照明光１２が透明な円筒状ボトル１を透
過して裏面側で反射する。この裏面反射光１２ｂは検査
領域３を背後から照明するものの、上述した不透明な円
筒状ボトル１上に色付き文字印刷された場合と同様に、
両照明装置からの照明光が加算されるとともに、直接照
明装置３１から照射された直接照明光１１が、主とし
て、透明な円筒状ボトル１の検査領域３を照明する。そ
の結果、照明された色付き文字印刷は図７に示すような
高コントラストを有しているので、ラインセンサー４０
での認識が可能になり、透明な円筒状ボトル１の表面に
形成された色付き文字が判定評価される。

【００３５】表面反射率が中程度、すなわち半透明な円
筒状ボトル１の場合について、図５、図７及び図８を参
照しながら説明する。

【００３６】半透明な円筒状ボトル１は、上述した不透
明ボトルと透明ボトルとの略中間的な挙動をする。すな
わち、図２に示すような色抜き文字印刷が形成されてい
る円筒状ボトル１の円筒面２に対して、直接照明装置３
１及び間接照明装置３２からそれぞれ線状光を同時に照
射すると、直接照明装置３１から出射した直接照明光１
１が検査領域３で反射して表面反射光１１ｃがラインセ
ンサー４０に導かれる。それとともに、間接照明装置３
２から出射した間接照明光１２は、円筒状ボトル１を透
過したあと、反射台２０の反射面２１で反射する。この
裏面反射光１２ｂは、検査領域３を背後から照明して、
裏面反射光１２ｂがラインセンサー４０に導かれる。す
なわち、図８の中段に表わした模式図のように、両照明
装置からの照明光が加算されるとともに、表面反射光１
１ｃ及び裏面反射光１２ｂは略等しい光量で検査領域３
を照明する。その結果、照明された色抜き文字印刷は図
７に示すような高コントラストを有しているので、ライ
ンセンサー４０での認識が可能になり、半透明な円筒状
ボトル１の表面に形成された色抜き文字が判定評価され
る。

【００３７】図３に示すような、色付き文字印刷が形成
されている半透明な円筒状ボトル１の円筒面２に対し
て、直接照明装置３１及び間接照明装置３２からそれぞ
れ線状光を同時に照射する。間接照明装置３２から照射
された間接照明光１２が半透明な円筒状ボトル１を透過
して裏面側で反射した裏面反射光１２ｂが、検査領域３
を背後からわずかに照明する。両照明装置からの照明光
が加算されるとともに、直接照明装置３１から照射され
た直接照明光１１が、主として、半透明な円筒状ボトル
１の検査領域３を照明する。その結果、照明された色付
き文字印刷は図７に示すような高コントラストを有して
いるので、ラインセンサー４０での認識が可能になり、
半透明な円筒状ボトル１の表面に形成された色付き文字
が判定評価される。

【図面の簡単な説明】

【図１】 従来の照明装置から出射された光の挙動を示
す概念図である。（Ａ）及び（Ｂ）は、それぞれ、反射
型照明装置の場合及び透過型照明装置の場合を示す。

【図２】 ボトルに色抜き文字が印刷された色抜き文字
印刷を示す説明図である。

【図３】 色付き下地上にさらに色付き文字及び色付け
背景部とが印刷された色付け文字印刷を示す説明図であ
る。

【図４】 図２の色抜き文字印刷を図１の照明装置で照
明したときにおけるＡ-Ａ断面でのコントラスト状態を
示す説明図である。（Ａ）及び（Ｂ）は、それぞれ、低
コントラストの場合及び高コントラストの場合を示す。

【図５】 外観検査装置に組み込まれた本発明の実施例
に係る照明装置を模式的に示す斜視図である。

【図６】 図１の照明装置で被検物を照明したときにお
ける照明光の光路を模式的に示す説明図である。（Ａ）
及び（Ｂ）は、被検物が、それぞれ、不透明ボトル及び
透明ボトルである場合を示す。

【図７】 図２の色抜き文字印刷を本発明の照明装置で
照明したときにおけるＡ-Ａ断面でのコントラスト状態
を示す説明図である。

【図８】 反射率の異なった３種類のボトルを、図１の
照明装置により照明したときにおけるＡ-Ａ断面でのコ
ントラスト状態を示す説明グラフである。

【符号の説明】

１ 円筒状ボトル（被検物） ２ 円筒面 ３ 検査領域 １０ 光路 １１ 直接照明光（反射照明光） １１ａ 透過光 １１ｂ 裏面反射光 １１ｃ 表面反射光 １２ 間接照明光（透過照明光） １２ａ 透過光 １２ｂ 裏面反射光 １２ｃ 表面反射光 ２０ 反射台 ２１ 反射面（光反射手段） ３０ 照明装置 ３１ 直接照明手段（反射照明手段） ３２ 間接照明手段（透過照明手段） ４０ ラインセンサー（検出器） ４１ レンズ ５０ 光源 ３１１ バックグラウンド部 ３１２ ピーク部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 梅田 英伸 大阪府大阪市中央区安土町二丁目３番13号 大阪国際ビル ミノルタ株式会社内 Ｆターム(参考） 2G051 AA12 AA16 AB02 AB11 BA01 BB01 BB17 CA03 CB01 CB02 DA08 5B047 AA07 AA11 BB02 BC12

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 被検物に対して照射された照明光を検出
   器に導くことにより被検物の表面性状を検査する外観検
   査装置に用いられる照明装置において、 被検物の検査領域表面を照明して、その反射光を検出器
   に導く直接照明手段と、 被検物の検査領域裏面を照明して、その透過光を検出器
   に導く間接照明手段とを備えることを特徴とする外観検
   査装置用照明装置。
2. 【請求項２】 上記直接照明手段と上記間接照明手段と
   の両者が、上記被検物に対して上記検出器と同一側に配
   置されるとともに、上記被検物を挟んで間接照明手段の
   反対側に光反射手段を配置されてなり、 間接照明手段からの照明光は、被検物が光透過性の場
   合、該被検物を透過した後、光反射手段で反射して被検
   物の検査領域裏面を照明するとともに該領域を透過して
   検出器に至ることを特徴とする請求項１記載の外観検査
   装置用照明装置。
3. 【請求項３】 上記直接照明手段と間接照明手段とは、
   上記検出器の光路を挟んで互いに反対の側に配置されて
   いることを特徴とする請求項２記載の外観検査装置用照
   明装置。