JP7079665B2

JP7079665B2 - 光照射装置及びピンホール部材

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Publication number: JP7079665B2
Application number: JP2018104044A
Authority: JP
Inventors: 一乃大八木
Original assignee: CCS Inc
Current assignee: CCS Inc
Priority date: 2018-05-30
Filing date: 2018-05-30
Publication date: 2022-06-02
Anticipated expiration: 2038-05-30
Also published as: JP2019207211A

Description

本発明は、製品検査やマーク検出等に好適に用いられる光照射装置及びピンホール部材に関する。

従来、製品（ワーク）の表面検査をする際に、例えば特許文献１に記載のドーム型の光照射装置を用いてワークの表面に光を照射している。この種の光照射装置では、外部のカメラによりワークの表面を撮影できるように、そのボディに覗き穴が形成されている。このような光照射装置を用いて表面に光沢があるワークを検査する場合には、覗き穴がワークに映り込み、検査に悪影響を与える恐れがある。

ワークへの覗き穴の映り込みを低減するため、例えば特許文献２には、カメラのレンズをピンホールレンズにするとともに、このピンホールレンズで覗き穴を塞ぐようにしてワークを撮影するようにした画像検知ユニットが開示されている。

しかしながら、この画像検知ユニットが備えるカメラは、ピンホールレンズとカメラ本体とが一体になっており、これに代えて汎用品のカメラを適用することができない。そのため、ワークの種類等に応じて仕様が異なるカメラで検査するためには、その検査毎に、ピンホールレンズとカメラ本体とが一体になったカメラを準備する必要があり、コストと手間が掛かる。

特開２００４－１８４２４１号公報特表２００９－５３８７３７号公報

本発明はこのような問題に鑑みてなされたものであり、ワークへの覗き穴の映り込みを低減でき、しかも様々なタイプの汎用の撮像装置を適用することができる光照射装置及び該光照射装置に用いられるピンホール部材を提供することを、その主たる所期課題とするものである。

すなわち本発明に係る光照射装置は、撮像装置とワークの間に設けられて、該ワークに光を照射するものであって、前記ワークに対して光を射出する第１光射出面と、前記第１光射出面に形成された開口とを有する本体と、前記開口を塞ぐように配置され、前記ワークからの反射光を通過させるピンホールが厚み方向に貫通する板状のピンホール部材とを備え、前記ピンホール部材が、その一方の面側又は側周部に、前記撮像装置が取付けられる取付部を有し、前記ピンホール部材の他方の面が、前記ワークに対して光を射出する第２光射出面であることを特徴とする。

このような構成であれば、ピンホール部材が第１光射出面の開口を塞ぐとともに、当該開口に比べて穴径が小さいピンホールを撮像装置のための覗き穴としているので、ワークの表面が光沢を有していても、ワークへの覗き穴の映り込みを低減できる。
さらにこのピンホール部材は、撮像装置が取り付けられる取付部を有するので、当該取付部に取付けられる所定の構造を有する撮像装置であれば、異なる仕様のものであっても取り付けることができる。そのため、検査対象の種類等に応じて、様々なタイプの汎用の撮像装置を適用できる。
また、ピンホール部材の取付部に撮像装置を取り付けるだけで、ピンホールに対する撮像装置のレンズの位置決めを容易に行うことができる。
また、ピンホール部材のワーク側の面は、ワークに対して光を射出する第２光射出面であるので、ワークに対して、裏側を除く略全方向から略均一に光を照射することができる。

前記光照射装置の態様として、前記取付部は、前記撮像装置の鏡筒が係合して取付けられるものを挙げることができる。なお、一例としては、前記取付部が前記ピンホール部材の一方の面側に形成された凹部であり、前記鏡筒が該凹部の内側面又は外側面に係合する。
このようなものであれば、取付部に撮像装置を確りと取り付けることができる。

前記撮像装置が前記取付部に取り付けられた場合に、前記撮像装置の鏡筒の先端が、前記ピンホール部材の一方の面に形成された前記ピンホールの開口よりも前記ワーク側に位置することが好ましい。
このようなものであれば、撮像装置を取付部に取付けた際に、撮像装置のレンズとピンホール部材のピンホールとの距離を近くでき、撮像装置の画角を広くすることができる。これにより、撮像装置への光の取り込み量をより多くでき、より明るい画像を撮影できる。

１つのピンホール部材に対して異なる撮像装置を取付可能にするには、前記取付け部は、前記撮像装置が着脱可能に取り付けられるように構成すればよい。

前記ピンホール部材は、前記本体に着脱可能に取り付けられるものが好ましい。
このような構成であれば、第１光射出面に開口を有するタイプの光照射装置に対して、本発明に係るピンホール部材を取り付けることができるので、ユーザが既に所有している光照射装置や、既製の光照射装置に容易に取り付けることができる。

また前記ピンホール部材は、前記本体に一体的に設けられたものであってもよい。
このようなものであれば、本体の第１光射出面に対するピンホールの位置を予め決定しておくことができるので、ユーザ自らピンホール部材を位置決めする必要がない。

前記光照射装置の態様として、前記第１光射出面及び第２光射出面に対して光を射出する光源を更に具備し、前記第１光射出面及び第２光射出面が、前記光源から射出された光を拡散反射させるものを挙げることができる。

このように構成した本発明によれば、ワークへの覗き穴の映り込みを低減でき、しかも様々なタイプの汎用の撮像装置を適用することができる。

本実施形態の光照射装置の全体構成を模式的に示す断面図。本実施形態の光照射装置の構成を分解した状態を示す断面図。同実施形態のピンホール部材の構成を模式的に示す斜視図及び断面図。他の実施形態のピンホール部材の構成を模式的に示す斜視図及び断面図。他の実施形態のピンホール部材の構成を模式的に示す斜視図及び断面図。ピンホールとレンズとの間の距離を比較する模式図。他の実施形態の光照射装置の全体構成を模式的に示す断面図。他の実施形態のピンホール部材の構成を模式的に示す斜視図及び断面図。

以下に本発明の一実施形態について図面を参照して説明する。なお、各図面が示す部材の大きさや位置関係などは、説明を明確にするため誇張していることがある。

本実施形態に係る光照射装置１００は、工場等において製品等の対象物（ワーク）の表面検査で用いられるものである。図１に示すように、光照射装置１００は、ワークＷと撮像装置Ｍとの間に設けられてワークＷに対して光を照射するドーム型照明である。そして、ワークＷで反射した光が撮像装置Ｍにより捕捉されてワークＷが撮像され、ワークＷの表面検査等が行われる。

具体的に光照射装置１００は、所定位置に配置されたワークＷに対して光を射出する第１光射出面１１ａを有する本体１と、本体１に取り付けられて第１光射出面１１ａに光を射出する光源２と、本体１に着脱可能に取付けられたピンホール部材３と、を備えている。

本体１は外観視して半球状をなすものであり、その底面に開口する半球状の凹部１１が形成されている。本実施形態では、第１光射出面１１ａはこの凹部１１の内面である。凹部１１の内面には白色塗料が塗布されており、第１光射出面１１ａは光源２からの光を拡散反射して、いわゆる二次光源として機能する。

図２に示すように、本体１には、凹部１１の内面の頂部から外面１２にわたって軸方向に貫通する貫通孔１３が形成されている。この貫通孔１３によって、第１光射出面１１ａ及び外面１２の中央部に、円形状の開口１３ａ及び１３ｂがそれぞれ形成されている。

光源２は、凹部１１の開口端近傍において、凹部１１の内周面に沿って１列又は複数列設けられた複数のＬＥＤ２１（発光ダイオード）を具備する。光源２は、第１光射出面１１ａに向かって光を射出するように配置されている。

ピンホール部材３は、ワークＷで反射された光の一部を撮像装置側に通過させるピンホール３１１が厚み方向に貫通した板状体３１を具備し、この板状体３１が貫通孔１３内の所定位置に配置され、第１光射出面１１ａに形成された開口１３ａを塞いでいる。

前記板状体３１は円板状であり、外径が本体１の貫通孔１３の内径とほぼ同じに構成され、貫通孔１３内に隙間なく嵌まるようになっている。なお、ピンホール３１１は、板状体３１の中央部に形成され、板状体３１の一方の面３１２及び他方の面３１３に円形状に開口している。

一方の面３１２におけるピンホール３１１の径ｄ_о（以下、単にピンホール径という）は、撮像装置Ｍが所定の画角を得られるように決定される。具体的にピンホール径ｄ_оは、図１に示すように、板状体３１の厚みをｔ、視野径をＶ、ピンホール３１１（板状体３１の厚み方向の中心位置）とワークＷの観測面との間の距離をＷＤとして、次式（１）の関係を満たすようにしている。

例えば、本体１が汎用仕様（ｔ＝２ｍｍ、ＷＤ＝１００ｍｍ）である場合には、ピンホール径ｄ_оは、次式（２）で示される。

視野径ＶはワークＷや本体１の形状に応じて任意で設定される。本実施形態では、本体１の凹部１１の開口端における直径が視野径Ｖの最大値となる。従って、本体１の凹部１１の開口端における直径が、距離ＷＤの２倍（すなわち２００ｍｍ）である場合、ピンホール径ｄ_оの最大値は２ｍｍとなる。

板状体３１の他方の面３１３は、ワークＷに対して光を射出する第２光射出面である。この第２光射出面３１３は、第１光射出面１１ａと同様、白色塗料が塗布されており、光源２からの光を拡散反射する、いわゆる二次光源として機能する。

板状体３１が貫通孔１３内の所定位置に配置されている状態において、第２光射出面３１３と第１光射出面１１ａとは、隙間なく連続しており、これにより、連続的に光射出面が形成されている。
なお、第１光射出面１１ａと第２光射出面３１３との間には、隙間があってもよい。

ピンホール部材３は、貫通孔１３内における板状体３１の位置を決める位置決め部３２を更に有する。具体的には、ピンホール部材３は、板状体３１の外周面３１４から径方向に向かって延び出るフランジ３２１を有している。位置決め部３２は、このフランジ３２１の裏面３２１ａ（第２光射出面３１３側の面）と、板状体３１の外周面３１４によって形成される。

フランジ３２１の外径は、本体１の外面１２における開口１３ｂの径よりも大きくなっており、板状体３１を貫通孔１３内に挿入すると、裏面３２１ａが外面１２に当接して、貫通孔１３内における板状体３１の軸方向の位置が決定される。また、板状体３１の外周面３１４が、貫通孔１３の内側周面１３ｃにほぼ隙間なく接触して、径方向にずれることなく確りと固定され、貫通孔１３内における板状体３１の径方向の位置が決定される。

しかして、本実施形態のピンホール部材３は、板状体３１の一方の面３１２側に、撮像装置Ｍが着脱可能にガタなく取り付けられる取付部３３を有している。この取付部３３は、板状体３１の一方の面３１２側に形成された凹部であり、この凹部の内側面に、撮像装置Ｍの鏡筒の先端部が係合して取り付けられるようになっている。

本実施形態では、板状体３１の一方の面３１２上に、板状体３１と同軸の凸状の環状部材３３１がピンホール３１１の開口を囲むように設けられている。取付部３３である凹部は、この環状部材３３１の内周面３３１ａと、板状体３１の一方の面３１２とによって形成される。環状部材３３１の内径は、撮像装置Ｍの鏡筒の外径と略同一になっており、撮像装置Ｍの鏡筒を取付部３３に取り付けると、鏡筒の外周面が取付部３３の内周面に係合し、鏡筒の径方向にずれることなく確りと固定される。なお、このとき、鏡筒の先端は、板状体３１の一方の面３１２に接触する。

このように構成された本実施形態の光照射装置１００によれば、ピンホール部材３が第１光射出面１１ａの開口１３ａを塞ぐとともに、当該開口１３ａに比べて穴径が小さいピンホール３１１を撮影のための覗き穴としているので、例えばワークＷの表面が光沢を有していても、ワークＷへの覗き穴の映り込みを低減できる。さらにこのピンホール部材３は、撮像装置Ｍを着脱可能に取り付けられる取付部３３を有するので、異なる仕様のものであっても取付部３３に取り付けることができる。そのため、検査対象の種類等に応じて、様々なタイプの汎用の撮像装置Ｍを適用することができる。また、ピンホール部材３には撮像装置Ｍがガタなく取り付けられることができるので、取付部３３に撮像装置Ｍを取り付けるだけで、ピンホール３１１に対する撮像装置Ｍのレンズの位置決めを容易かつ正確に行うことができる。また、板状体３１のワーク側の面は、ワークＷに対して光を射出するものであり、しかも、板状体３１の第２光射出面３１３と第１光射出面１１ａとが連続的に形成されているので、ワークＷに対して、裏側を除く略全方向から略均一に光を照射することができる。

また、ピンホール部材３は、本体１に着脱可能に取り付けられるタイプのものなので、第１光射出面１１ａに開口を有するタイプの光照射装置１００に対して取り付けることができる。例えば、ユーザが既に所有している光照射装置１００や、既製の光照射装置１００に容易に取り付けることができる。

なお、本発明は前記実施形態に限られるものではない。

他の実施形態では、図４に示すように、取付部３３である凹部は、ピンホール３１１を取り囲むように板状体３１の一方の面３１２に形成された環状溝３３２の内周面又は外周面と、その底面から形成されてもよい。この場合、撮像装置Ｍの鏡筒の先端部が環状溝３３２内に嵌まり込み、その内周面又は外周面に嵌合してガタなく固定される。

なお、一方の面３１２には、同心状に形成された異なる径を有する複数の環状溝（ここでは２つ）３３２１、３３２２を形成してもよい。このようなものであれば、１つのピンホール部材３に対して、異なる径の鏡筒を有する複数種の撮像装置を取り換えて使用することができる。

また、図５に示すように、取付部３３である凹部は、一方の面３１２の外縁に形成された環状のものであってもよい。この場合、取付部３３は、環状凹部３３３の外周面３３３ａとその底面３３３ｂから構成される。このようなものであっても、撮像装置Ｍの鏡筒の先端部が環状凹部３３３の外側に嵌まり込み、その外周面３３３ａに嵌合して取り付けられる。

図４、図５及び図６の右側に示すピンホール部材３では、撮像装置Ｍが取付部３３に取り付けられた場合、撮像装置Ｍの鏡筒の先端が、一方の面３１２に形成されたピンホール３１１の開口よりもワーク側に位置する。このようなものであれば、図６に示すように、取付部３３が、板状体３１の一方の面３１２と、環状部材３３１の内周面３３１ａによって形成されるもの（図６の左側）に比べて、撮像装置Ｍのレンズとピンホール３１１との間の距離を、取付部３３たる凹部の深さ（即ち、一方の面３１２が鏡筒の内部に入り込んだ）分だけ近くすることができる。これにより撮像装置Ｍの画角を広くできるとともに、撮像装置Ｍに取り込まれる光量をより多くすることができ、より明るい画像を撮影できる。

前記実施形態のピンホール３１１は、一方の面３１２側の径と第２光射出面３１３側の径とが略同一になるように形成されていたが、これに限らない。図４に示すように、一方の面３１２側から第２光射出面３１３側に向かって径が大きくなるテーパ状に形成してもよい。この場合、ピンホール３１１の内面には白色塗料を塗布し、光射出面として機能させると好ましい。また図５に示すように、一方の面３１２側から第２光射出面３１３側に向かって径が小さくなるテーパ状に形成してもよい。

前記実施形態では、板状体３１に１つのピンホール３１１が形成されていたが、複数個のピンホール３１１が形成されていてもよい。

前記実施形態において、ピンホール部材３は本体１の貫通孔１３に対して着脱可能であったが、接着剤等によって、本体１に固定されるものであってもよい。また、図７に示すように、本体１に対して一体的に設けられたものであってもよい。

前記実施形態において、板状体３１は貫通孔１３内に配置され、これにより開口１３ａを塞いでいたがこれに限定されず、貫通孔１３を覆うように本体１の外面１２上に配置され、これにより開口１３ａを塞いでもよい。

また、板状体３１を貫通孔１３内に挿入した状態において、板状体３１の外周面３１４と、貫通孔１３の内周面１３ｃとの間に隙間があってもよい。このようなものであっても、貫通孔１３内における板状体３１の径方向の位置を大まかに決定することができる。

取付部３３の内側面（又は外側面）の断面形状は、撮像装置Ｍの鏡筒の外側面（又は内側面）の断面形状と異なっていてもよい。また、前記実施形態のピンホール３１１は、板状体３１の一方の面３１２及び他方の面３１３に円形状の開口を形成していたが、例えば、図８に示すように、スリット状の開口としてもよい。また、開口形状としては、この他、楕円状、長穴状、矩形状、その他の多角形状とすることができる。また、一方の面３１２及び他方の面３１３に異なる形状の開口を形成してもよい。

前記実施形態では、取付部３３は、撮像装置Ｍの鏡筒がガタなく取り付けられるものであったがこれに限定されず、鏡筒との間に隙間を有して取り付けられるように構成されていてもよい。このようなものであっても、ピンホール３１１に対する撮像装置Ｍの位置を大まかに合わせることができる。また、撮像装置Ｍの鏡筒を、取付部に対して所定の方向から押し当てることで、ピンホール３１１に対する撮像装置Ｍのより正確な位置決めを行うことができるようにしてもよい。

他の実施形態では、取付部３３は、ネジ構造を用いて撮像装置Ｍを取付けられるように構成されていてもよい。具体的には、取付部３３である凹部の内側面（又は外側面）に螺旋溝が形成され、この螺旋溝に撮像装置Ｍの鏡筒の外側面（又は内側面）に形成された螺旋溝が嵌まり込む。また、取付部３３に取り付けられた撮像装置Ｍは、例えば、接着剤等により接着固定されるようになっていてもよい。

前記実施形態では、本体の凹部１１の内面及び板状体３１の第２光射出面３１３に白色塗料が塗布されていたが、これに限定されない。例えば、これらの面が、電解研磨等の鏡面加工を施されたものであってもよい。また、本体１が導光部材からなり、光源２からの光を本体１の周囲から導光させて発光させる導光方式のものにしてもよい。

前記実施形態では、本体１の貫通孔１３は、凹部１１の内面の頂部から外面１２にわたって軸方向に貫通するように形成されていたがこれに限定されない。貫通孔１３は、例えば凹部１１の内面における頂部以外の面から、当該面に垂直な方向に沿って本体１を貫通するように形成されていてもよい。また、図７に示すように、本体１に複数（ここでは２つ）の貫通孔１３が形成されていてもよく、このようにすれば、複数の位置からワークＷを撮影することができる。

前記実施形態の光照射装置は、本体１が所謂ドーム型照明であったがこれに限定されない。光照射装置１００は、光照射面１１ａに開口が形成されているものであればよく、例えば、光照射面１１ａが平面かつ環状または矩形状に形成されたものであってもよい。

前記実施形態では、第１光射出面１１ａ及び第２光射出面３１３は、光源２からの光を受けて光を射出する二次光源であったが、これに限定されない。例えば、ＬＥＤを設けて、第１光射出面１１ａ及び第２光射出面３１３が自ら光を射出する一次光源であってもよい。

前記実施形態では板状体３１は円板状であったが、この他、楕円状、矩形状、多角形状、その他の任意の形状を採用することができる。また、前記実施形態では、一方の面３１２と第２光射出面３１３は、互いに平行な平面であったがこれに限らず、互いに平行でなくてもよく、また曲面であってもよい。また厚みが均一でなくてもよく、厚みが大きい部分と薄い部分とを有していてもよい。また、厚み方向の長さが、厚み方向に垂直な方向の長さと同等又はそれ以上のものであってもよい。

その他、本発明は前記実施形態に限られず、その趣旨を逸脱しない範囲で種々の変形が可能であるのは言うまでもない。

１００・・・光照射装置
１・・・本体
１１ａ・・・光射出面
１３ａ・・・開口
３・・・ピンホール部材
３１・・・板状体
３１１・・・ピンホール
３１２・・・一方の面
３１３・・・第２光射出面
３３・・・取付部
Ｍ・・・撮像装置
Ｗ・・・ワーク

Claims

撮像装置とワークの間に設けられて、該ワークに光を照射する光照射装置であって、
前記ワークに対して光を射出する第１光射出面と、前記第１光射出面に形成された開口とを有する本体と、
前記開口を形成する貫通孔に嵌まり込むように前記本体に取付けられ、前記ワークからの反射光を通過させるピンホールが厚み方向に貫通する板状のピンホール部材と、を備え、
前記ピンホール部材が、その一方の面側又は側周部に、前記撮像装置が取付けられる取付部を有し、
前記ピンホール部材の他方の面が、前記ワークに対して光を射出す第２光射出面である、光照射装置。
前記取付部は前記撮像装置の鏡筒が係合して取付けられるものである、請求項１記載の光照射装置。
前記取付部が前記ピンホール部材の一方の面側に形成された凹部であり、前記鏡筒が該凹部の内側面又は外側面に係合する、請求項２記載の光照射装置。
前記撮像装置が前記取付部に取り付けられた場合に、前記撮像装置の鏡筒の先端が、前記ピンホール部材の一方の面に形成された前記ピンホールの開口よりも前記ワーク側に位置する、請求項２又は３記載の光照射装置。
前記取付部は前記撮像装置が着脱可能に取り付けられるように構成されている、請求項１～４のいずれか記載の光照射装置。
前記ピンホール部材が前記本体に着脱可能に取り付けられるものである、請求項１～５のいずれか記載の光照射装置。
前記ピンホール部材が、前記本体に固定して取り付けられたものである、請求項１～５のいずれか記載の光照射装置。
前記第１光射出面及び前記第２光射出面に対して光を射出する光源を更に具備し、
前記第１光射出面及び前記第２光射出面が、前記光源から射出された光を拡散反射させるものである、請求項１～７のいずれか記載の光照射装置。
撮像装置とワークの間に設けられて該ワークに光を照射する光照射装置であって、その本体が、前記ワークに対して光を射出する光射出面と、前記光射出面に形成された開口とを有するものに適用されるものであり、前記開口を形成する貫通孔に嵌まり込むように前記本体に取付けられ、前記ワークからの反射光を通過させるピンホールが厚み方向に貫通する板状のピンホール部材であって、
一方の面側又は側周部に、前記撮像装置が取付けられる取付部を備え、
他方の面が前記ワークに対して光を射出する光射出面である、ピンホール部材。