JP5294081B2

JP5294081B2 - 光沢円筒面形状検査装置

Info

Publication number: JP5294081B2
Application number: JP2009174207A
Authority: JP
Inventors: 田代克
Original assignee: オプトウエア株式会社
Priority date: 2009-07-27
Filing date: 2009-07-27
Publication date: 2013-09-18
Anticipated expiration: 2029-07-27
Also published as: JP2011027577A

Description

本発明は、外側に光沢面あるいは鏡面をもつ円筒状物体の形状を検査する光沢円筒面形状検査装置に関するものである。

今日では、金属、プラスチック、ガラス等から構成される表面が光沢性の円筒状の物体、例えば紙やフィルムを搬送するロール、あるいはコピー等に使われる感光ロール等が存在し、これらの表面形状は、円筒面の軸方向に走査あるいは線像を作って切断面を測定する方法、たとえば特許文献１、あるいは円筒面の軸方向に円錐状ミラー等を動かして測定する方法、たとえば特許文献２等の方法で表面形状検査がされている。

特許３４２９９６６特許３０９９４６２

円筒面の軸方向に走査あるいは線像を作って切断面を測定する方法では円筒面を回転することが前提となっているので、回転できない物体、たとえば連続成型品の表面等は検査できなかった。同様に回転対称でない物体、たとえば板上のものの端部が円筒状になっているようなものの円筒面部は測ることができなかった。また、円筒面の軸方向に円錐状ミラー等を動かして測定する方法では、円筒面の軸方向に非常に長いかあるいは連続した物体、たとえば連続成型樹脂パイプなどを測定することができなかった。そこで、本発明は円筒部が回転できなくても、また、円筒部が非常に長いか連続体であっても、なおかつ表面が光沢性あるいは鏡面であっても表面形状が測定できる光沢円筒面形状検査装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、円弧状光源、集光レンズ、門型ミラーを備えた照明系と、門型ミラー、結像レンズ、２次元画像センサを備えた検出系を設け、集光レンズ及び結像レンズの光軸と測定対象円筒面の中心軸が門型ミラーを介してほぼ同一となるよう門型ミラーを配置することを特徴とする光沢円筒面形状検査装置とした。

また、２次元画像センサの画像について円弧中心からの距離で数値化する画像処理を行い、その数値に基づき良不良判定を行うことを特徴とする光沢円筒面形状検査装置とした。

また、円弧状光源は半導体レーザ、コリメーションレンズ、ふたつのアキシコンレンズを備えることを特徴とする光沢円筒面形状検査装置とした。

上記のように構成することにより、回転が不可能でも、またどんなに長い円筒物体であっても、また表面が完全な光沢面や鏡面であっても、表面の形状計測が可能な光沢円筒面形状検査装置を提供できる。

本発明の実施例１における光沢円筒面形状検査装置の構成図である。本発明の実施例１における光沢円筒面形状検査装置のミラー折り返しを省略した光学系の断面図である。本発明の実施例１における結像画像および処理を説明した図である。本発明の実施例２における光沢円筒面形状検査装置の構成図である。

図１に、本発明の実施例１における光沢円筒面形状検査装置の構成図を示す。１は半導体レーザ、２はコリメータレンズ、３、４は円錐形状のアキシコンレンズ、５は遮光板、６は集光レンズ、７は門型ミラー、８は測定対象円筒面、９は門型ミラー、１０、１１は結像レンズ、１２は２次元画像センサである。

半導体レーザ１からでた光はコリメータレンズ２でほぼ平行な光に変換され、アキシコンレンズ３に入射する。アキシコンレンズは円錐形状のレンズであり、出射した光は円弧状に広がる。これをアキシコンレンズ４にいれて再度ほぼ平行な円弧状の光に変換する。

ここで遮光板５により、門型ミラー７で反射できない部分の光を遮光する。遮光されなかった円弧状の光は集光レンズ６で集光される。集光途中で門型ミラー７により折り返され、測定対象円筒面８の表面上に円弧状に集光される。門型ミラーは通常のミラーであるが、測定対象物と機械的に干渉する部分を切り欠いたものである。

ここで集光レンズの光軸は門型ミラー７で折り返されたとき、測定対象円筒面８の円筒軸と一致するよう構成される。光軸に垂直な面で切った断面上で考えると、集光レンズを出た光は光軸方向に集光するため同じ軸をもつ円筒面に対しては常に垂直に入射することになる。

測定対象円筒面を反射した光は門型ミラー９で折り返され、結像レンズ１０、１１により２次元画像センサ１２に入射する。ここでも門型ミラー９で折り返されたとき、結像レンズ１０、１１の光軸が測定対象円筒面８の円筒軸と一致するよう構成される。２次元画像センサ１２は測定対象円筒面８の反射点と結像レンズ１０、１１に対し共役な位置に置かれるので２次元画像センサ上には測定対象円筒面８の反射円弧光と共役な円弧像があらわれることになる。

図２に本発明の実施例における光沢円筒面形状検査装置のミラー折り返しを省略した光学系の図を示す。ここでは折り返しミラーを省き、光学系の光軸と測定対象円筒面の軸を実際に一致させて図示している。各部品の機能は図１で説明したとおりであり、門型ミラーで反射できない部分以外は光軸を含むどの断面でも本図のとおり光が進むことになる。

ここで測定対象円筒面が８ａのように変動した場合、その反射光は破線のように進み、２次元画像センサ上で１２ａの部分に到達することになり、変動を検知することができる。光軸を含むどの断面の変動でもこのように検知できるので光沢円筒面の形状を測定することができる。

図３は本発明の実施例における結像画像および処理を説明する図である。１２は２次元画像センサであり、その面に測定対象円筒面８の反射点と共役な結像光Ｉが投影されている。図２で説明したように、本光学系は光軸に対して回転対称であるので、円筒面が完全であれば２次元画像センサ１２上にも光軸と交わる中心座標Ｏを中心とした回転対称な円弧状結像光Ｉが形成される。

もし測定対象円筒面に変動があれば、その変動は図２で説明したように結像光の変動に変換されるが、その変動は２次元画像センサ１２上では中心座標Ｏを含む直線上で変動することになる。よって本画像から測定対象円筒面８の凹凸を読み取る場合には中心座標Ｏから任意の角度θの直線を考え、その直線と結像光Ｉとの交点を求め、中心座標Ｏからの距離Ｒを求めることになる。つまり点Ｏを中心とした極座標系（θ、Ｒ）のデータを算出していくという画像処理を行うことになる。そして算出された（θ、Ｒ）座標が予定した範囲に入らない場合は形状不良と判定することになる。

図４に、本発明の実施例２における光沢円筒面形状検査装置の構成図を示す。２１はランプ光源、２２は円弧状スリットを切った遮光板、２３はコリメーションレンズ、５Ｂは円弧状光を通す遮光板、６以下は実施例１と同様である。

ランプ光源２１からでた光は遮光板２２で遮光されるが、円弧上スリットが切られているのでその部分のみ通過する。円弧上スリットを通過した光はコリメーションレンズ２３でほぼ平行な光に変換される。

ここで遮光板５Ｂにより、門型ミラー７で反射できない部分の光を遮光する。実施例１ではもともとのビームが中心部分のないものだったが、実施例２では
中心部分も光としてあるので中心部分も遮光する。遮光されなかった円弧状の光は集光レンズ６で集光される。集光途中で門型ミラー７により折り返され、測定対象円筒面８の表面上に円弧状に集光される。以降の機能は実施例１と同様である。

以上説明したようにいずれの実施例においても、円筒面が完全な鏡面反射面であっても、また、円筒面を回転することができなくても、また、円筒面が連続物体であってもその表面形状を測定することができる。いずれの実施例においてもこれを２セット用いれば、３６０度範囲の円筒物体の検査も可能になる。また、対象物は円筒面が最適であるがこれに限らず、球体や多角柱状の鏡面反射体の検査も本方法で可能である。なお遮光板５、５Ｂは省略して同様な機能を門型ミラーに持たすことも可能である。

以上説明したように本実施例によれば円筒面が完全な鏡面反射面であっても、また、円筒面を回転することができなくても、また、円筒面が連続物体であってもその表面形状を測定することができるため、これまで検査が難しかった表面が鏡面反射性の連続円筒体の検査が可能となり、ライン上での測定に利用できる。また、平面の端部等回転検査が不可能な物体にも適用できる。このようにこれまで困難であった円筒体の検査が可能となるので産業上非常に有用である。

１半導体レーザ
２コリメータレンズ
３、４アキシコンレンズ
５遮光板
６集光レンズ
７門型ミラー
８測定対象円筒面
９門型ミラー
１０、１１結像レンズ
１２２次元画像センサ
２１ランプ光源
２２円弧状スリット付き遮光板
２３コリメーションレンズ
Ｏ中心座標
Ｉ結像光像

Claims

円弧状光源、集光レンズ、門型ミラーを備えた照明系と、門型ミラー、結像レンズ、２次元カメラを備えた検出系を設け、集光レンズ及び結像レンズの光軸と測定対象円筒面の中心軸が門型ミラーを介して同一となるよう門型ミラーを配置することを特徴とする光沢円筒面形状検査装置。
２次元カメラの画像について光軸光点座標からの距離で数値化する画像処理を行い、その数値に基づき良不良判定を行うことを特徴とする請求項１の光沢円筒面形状検査装置。
円弧状光源は半導体レーザ、コリメーションレンズ、ふたつのアキシコンレンズを備えることを特徴とする請求項１乃至２の光沢円筒面形状検査装置。