JP6741173B2 - 形状検査装置及び形状検査方法 - Google Patents
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Description
[1−1.形状検査装置の概要]
まず、図1〜図4に基づいて、本発明の第1の実施形態に係る帯状体Sの形状検査装置(以下、単に「形状検査装置」ともいう。)10の概要を説明する。図1は、本実施形態に係る形状検査装置10の一構成例を示す説明図である。なお、以下の説明において、帯状体Sは、搬送ライン(図示せず。)上を所定の搬送方向に向かって搬送されているものとし、帯状体Sの搬送方向は帯状体Sの長手方向に対応するものとする。図2は、帯状体Sの表面が水平であるときの、ラインセンサカメラ101により取得される照明光の反射光の輝度の大きさを説明する説明図である。図3及び図4は、帯状体Sの表面に水平面に対して傾斜した凹凸があるときの、ラインセンサカメラ101により取得される照明光の反射光の輝度の大きさを説明する説明図である。
(a)測定装置
まず、図5〜図8を参照しながら、本実施形態に係る測定装置100について、詳細に説明する。なお、図5は、本実施形態に係る形状検査装置10を構成する測定装置100の一構成例を模式的に示す説明図であって、帯状体Sを側面から見た状態を示す。図6は、図5の平面図である。図7は、本実施形態に係る測定装置100の他の構成例を模式的に示す説明図である。図8は、本実施形態に係る測定装置100の他の構成例を模式的に示す説明図であって、帯状体Sを側面から見た状態を示す。
ラインセンサカメラ101は、1次元のライン単位で画像を撮像する撮像装置である。ラインセンサカメラ101としては、例えば、モノクロラインセンサカメラであってもよく、3CCD方式等の、公知のカラーラインセンサカメラであってもよい。カラーラインセンサカメラを用いる場合には、検査対象の帯状体Sの表面の色も把握することが可能である。
本実施形態に係る測定装置100は、第1の照明光源103及び第2の照明光源105の、2つの照明光源を備える。第1の照明光源103は、帯状体Sの表面に対して第1の照明光を照射し、第2の照明光源105は、帯状体Sの表面に対して第2の照明光を照射する。本実施形態において、第1の照明光源103の第1の照射光と第2の照明光源105の第2の照射光とは、同一色とすることが望ましい。例えば、第1の照明光源103の第1の照射光が白色光であるときには、第2の照明光源105の第2の照射光も白色光とする。第1の照明光及び第2の照明光の色は、特に限定されるものではなく、検査対象に応じて決定すればよい。また、第1の照明光及び第2の照明光は、可視光でなくともよく、赤外光や紫外光であってもよい。すなわち、第1の照明光源103及び第2の照明光源105は、波長、出力強度、光源の種類等の照射条件が略同一の光源を用いるのがよい。
次に、図9〜図17に基づいて、本実施形態に係る形状検査装置10が備える演算処理装置200の構成について、詳細に説明する。なお、図9は、本実施形態に係る演算処理装置200の全体構成の一例を示すブロック図である。図10は、本実施形態に係るデータ処理部205の構成の一例を示すブロック図である。図11は、本実施形態に係るラインセンサカメラ101の撮像タイミングと、第1の照明光源103及び第2の照明光源105の点灯タイミングとを示すタイミングチャートである。図12は、本実施形態に係るデータ処理部205による、撮像画像から分離画像、混合解消画像及び差分画像の生成処理を説明する説明図である。図13〜図15は、本実施形態に係るデータ処理部205による差分画像生成処理の一変形例を示す説明図である。図16は、本実施形態に係る測定装置100における照明光の反射角と表面の傾き角との関係を模式的に示した説明図である。図17は、帯状体の表面の傾きと輝度差との位置関係例を示すグラフである。
データ取得部201は、例えば、CPU(Central Processing Unit)、ROM(Read Only Memory)、RAM(Random Access Memory)、通信装置等により実現される。データ取得部201は、測定装置100のラインセンサカメラ101によって撮像された撮像画像を取得し、後述するデータ処理部205へと伝送する。また、データ取得部201は、取得した撮像画像に、当該撮像画像を撮像した日時等に関する時刻情報を紐づけて、履歴情報として後述する記憶部209に格納してもよい。
測定制御部203は、CPU、ROM、RAM、通信装置等により実現される。測定制御部203は、本実施形態に係る測定装置100による帯状体Sの測定を制御する。より詳細には、測定制御部203は、帯状体Sの測定を開始する場合に、第1の照明光源103及び第2の照明光源105に対して、照明光の照射を開始させるための制御信号を送出する。
データ処理部205は、例えば、CPU、ROM、RAM、通信装置等により実現される。データ処理部205は、測定装置100により取得されたライン画像を処理し、帯状体Sの表面の傾きを算出する。本実施形態に係るデータ処理部205は、例えば図10に示すように、分離画像生成部211と、混合解消処理部213と、差分画像生成部215と、傾き算出部217と、高さ算出部219と、を備える。
図9の説明に戻り、表示制御部207は、例えば、CPU、ROM、RAM、出力装置等により実現される。表示制御部207は、データ処理部205から伝送された、帯状体Sの表面形状に関する検査用情報の算出結果を含む各種の処理結果を、演算処理装置200が備えるディスプレイ等の出力装置や演算処理装置200の外部に設けられた出力装置等に表示する際の表示制御を行う。これにより、形状検査装置10の利用者は、帯状体Sの表面の傾きや高さ等といった各種の処理結果を、その場で把握することが可能となる。
記憶部209は、例えば本実施形態に係る演算処理装置200が備えるRAMやストレージ装置等により実現される。記憶部209には、本実施形態に係る演算処理装置200が、何らかの処理を行う際に保存する必要が生じた様々なパラメータや処理の途中経過等、又は、各種のデータベースやプログラム等が、適宜記録される。この記憶部209に対し、データ取得部201、測定制御部203、データ処理部205、表示制御部207等は、自由にデータのリード/ライト処理を行うことが可能である。
図18に基づいて、本実施形態に係る形状検査装置10で実施される形状検査方法の一例について説明する。なお、図18は、本実施形態に係る形状検査方法の一例を示すフローチャートである。
以上、本発明の第1の実施形態に係る形状検査装置10の構成と、これによる帯状体Sの形状検査方法について説明した。本実施形態によれば、第1の照明光源103と第2の照明光源105とを、ラインセンサカメラ101の光軸の帯状体Sの表面での正反射方向に、ラインセンサカメラ101の光軸に対して対称となるようにそれぞれ配置する。そして、第1の照明光源103を常時点灯させ、かつ、第2の照明光源105をラインセンサカメラ101のスキャンレートの周期の1/2の周期で点灯させて、ラインセンサカメラ101により複数のライン画像を取得する。そして、演算処理装置200は、第1の照明光源103のみの点灯タイミングで取得されたライン画像(第1のライン画像)から第1の照明光源以外の照明成分を除去し、第1の照明光源及び第2の照明光源105の点灯タイミングで取得されたライン画像(第2のライン画像)から第2の照明光源以外の照明成分を除去する。そして、混合解消処理が行われた第1のライン画像と第2のライン画像との差分に基づいて、帯状体Sの表面の傾きを算出する。
次に、図21〜図23に基づいて、本発明の第2の実施形態に係る形状検査装置の構成とその作用について説明する。図21は、本実施形態に係る形状検査装置を構成する測定装置の一構成例を模式的に示す説明図であって、帯状体Sを側面から見た状態を示す。図22は、本実施形態に係るラインセンサカメラ101の撮像タイミングと、第1の照明光源103、第2の照明光源105及び第3の照明光源107の点灯タイミングの一例を示すタイミングチャートである。図23は、本実施形態にかかる混合解消処理により照明光の混合を解消できない場合の第1の照明光源103、第2の照明光源105及び第3の照明光源107の点灯タイミングの一例を示すタイミングチャートである。
図24を参照しながら、本発明の上記実施形態に係る演算処理装置200のハードウェア構成について、詳細に説明する。図24は、本発明の各実施形態に係る演算処理装置200のハードウェア構成を示すブロック図である。
100 測定装置
101 ラインセンサカメラ
103 第1の照明光源
105 第2の照明光源
107 付加照明光源
200 演算処理装置
201 データ取得部
203 測定制御部
205 データ処理部
207 表示制御部
209 記憶部
211 分離画像生成部
213 混合解消処理部
215 差分画像生成部
217 傾き算出部
219 高さ算出部
S 帯状体
Claims (16)
- 帯状体の表面形状を検出する形状検査装置であって、
前記帯状体に対してそれぞれ帯状の照明光を照射するN個の照明光源と、
前記帯状体の表面を撮像するラインセンサカメラと、
各前記照明光源の点灯タイミングと前記ラインセンサカメラの撮像タイミングを制御する測定制御部と、
前記ラインセンサカメラにより取得された複数のライン画像を処理し、前記帯状体の表面の傾きを算出するデータ処理部と、
を有し、
前記N個の照明光源は、少なくとも第1の照明光源と第2の照明光源とを含み、
前記第1の照明光源と前記第2の照明光源とは、それぞれの光軸が、前記ラインセンサカメラの光軸の前記帯状体の表面での正反射方向を中心に対称となるように配置されており、
前記測定制御部は、前記N個の照明光源を、前記ラインセンサカメラのスキャンレートの周波数の1/Nの周波数で発光強度を変調させ、少なくとも複数の前記照明光源の点灯が重複するパターンを含んだ、相違するNパターンの照明強度比を順次繰り返して点灯するように制御し、
前記データ処理部は、前記第1の照明光源が点灯する第1のパターンで取得された第1のライン画像及び前記第2の照明光源が点灯する第2のパターンで取得された第2のライン画像に基づいて、前記帯状体の表面の傾きを算出する、形状検査装置。 - 前記データ処理部は、
前記第1のライン画像から前記第1の照明光源以外の照明成分を除去した第1の混合解消画像と、前記第2のライン画像から前記第2の照明光源以外の照明成分を除去した第2の混合解消画像との差分に基づいて、前記帯状体の表面の傾きを算出する、請求項1記載の形状検査装置。 - 前記測定制御部は、前記第1の照明光源を常時点灯させる、請求項1または2に記載の形状検査装置。
- 前記照明光源の発光強度の変調波形は矩形波である、請求項1または2に記載の形状検査装置。
- 前記照明光源の発光強度の変調波形は正弦波である、請求項1または2に記載の形状検査装置。
- 前記第1の照明光源の光軸が前記ラインセンサカメラの光軸の前記帯状体の表面での正反射方向となす角と、前記第2の照明光源の光軸が、前記ラインセンサカメラの光軸の前記帯状体の表面での正反射方向となす角との差が5°以下であり、
前記第1の照明光源及び前記第2の照明光源の各光軸が、前記ラインセンサカメラの光軸の前記帯状体の表面での正反射方向となす角が、30°以上である、請求項1〜5のいずれか1項に記載の形状検査装置。 - 前記データ処理部は、前記帯状体の表面の傾きを長手方向に積分して前記帯状体の表面の高さを算出する、請求項1〜6のいずれか1項に記載の形状検査装置。
- 前記N個の照明光源のうち、前記第1の照明光源及び前記第2の照明光源以外の照明光源が、付加照明光源であり、
前記データ処理部は、
前記付加照明光源の前記点灯タイミングで取得された第3のライン画像から前記付加照明光源以外の照明成分を除去し、
前記付加照明光源以外の照明成分が除去された前記第3のライン画像に基づいて、前記帯状体の表面状態を特定する、請求項1〜7のいずれか1項に記載の形状検査装置。 - 帯状体の表面形状を検出する形状検査方法であって、
N個の照明光源を用い、前記帯状体に対してそれぞれ帯状の照明光を照射する照射ステップと、
ラインセンサカメラを用い、前記帯状体の表面を撮像する撮像ステップと、
前記照明光源の点灯タイミングと前記ラインセンサカメラの撮像タイミングを制御する測定制御ステップと、
前記ラインセンサカメラにより取得されたライン画像を処理し、前記帯状体の表面の傾きを算出するデータ処理ステップと、
を有し、
前記N個の照明光源は、少なくとも第1の照明光源と第2の照明光源とを含み、
前記第1の照明光源と前記第2の照明光源とは、それぞれの光軸が、前記ラインセンサカメラの光軸の前記帯状体の表面での正反射方向を中心に対称となるように配置されており、
前記測定制御ステップは、前記N個の照明光源を、前記ラインセンサカメラのスキャンレートの周波数の1/Nの周波数で発光強度を変調させ、少なくとも複数の照明光源の点灯が重複するパターンを含んだ、相違するNパターンの照明強度比を順次繰り返して点灯するように制御し、
前記データ処理ステップは、前記第1の照明光源が点灯する第1のパターンで取得された第1のライン画像及び前記第2の照明光源が点灯する第2のパターンで取得された第2のライン画像に基づいて、前記帯状体の表面の傾きを算出する、形状検査方法。 - 前記データ処理ステップでは、
前記第1のライン画像から前記第1の照明光源以外の照明成分を除去した第1の混合解消画像と、前記第2のライン画像から前記第2の照明光源以外の照明成分を除去した第2の混合解消画像との差分に基づいて、前記帯状体の表面の傾きを算出する、請求項9記載の形状検査方法。 - 前記第1の照明光源は、常時点灯される、請求項9または10に記載の形状検査方法。
- 前記照明光源の発光強度の変調波形は矩形波である、請求項9または10に記載の形状検査方法。
- 前記照明光源の発光強度の変調波形は正弦波である、請求項9または10に記載の形状検査方法。
- 前記第1の照明光源の光軸が、前記ラインセンサカメラの光軸の前記帯状体の表面での正反射方向となす角と、前記第2の照明光源の光軸が、前記ラインセンサカメラの光軸の前記帯状体の表面での正反射方向となす角との差が5°以下であり、
前記第1の照明光源及び前記第2の照明光源の各光軸が、前記ラインセンサカメラの光軸の前記帯状体の表面での正反射方向となす角が、30°以上である、請求項9〜13のいずれか1項に記載の形状検査方法。 - 前記データ処理ステップは、前記帯状体の表面の傾きを長手方向に積分して前記帯状体の表面の高さをさらに算出する、請求項9〜14のいずれか1項に記載の形状検査方法。
- 前記N個の照明光源のうち、前記第1の照明光源及び前記第2の照明光源以外の照明光源が、付加照明光源であり、
前記付加照明光源の前記点灯タイミングで取得された第3のライン画像から前記付加照明光源以外の照明成分を除去し、
前記付加照明光源以外の照明成分が除去された前記第3のライン画像に基づいて、前記帯状体の表面状態を特定する、請求項9〜15のいずれか1項に記載の形状検査方法。
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