JP2000329526A - 表面検査装置及び表面検査方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】２分割型により成形されるＯリング等の成形品
の表面における段差あるいは表面のズレ等を、高精度で
かつ迅速に検査できるようにする。 【解決手段】２分割型により成形されるＯリングＷの表
面上における段差（ズレ）を検査するにあたり、所定の
傾斜角度θをなす接触面３４をもつプリズム３０をＯリ
ングＷの表面に接触させ、このプリズム３０を通してＯ
リングＷに対してリング照明４０により環状の照明光を
照射し、ＣＣＤカメラ５０によりプリズム３０を通して
ＯリングＷを撮像する。そして、撮像された画像データ
に基づいて、コンピュータ６０により、ＯリングＷの表
面上における段差（ズレ）の量δが許容範囲内か否かの
判断を行なう。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、被検査体の表面に
おける段差等を検査する表面検査装置及び表面検査方法
に関し、特に、２つの分割型により成形されたゴム成形
品等において、分割型のズレ等により生じた表面上の段
差すなわち表面のズレ量等を検査する表面検査装置及び
表面検査方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】例えば、機械部品等を相互に連結す際
に、その連結部をシールするために用いられるパッキン
の一つとして、Ｏリングが知られている。このＯリング
は、図１４（ａ）に示すように環状をなし、又、径方向
における中実部の断面形状が図１４（ｂ）に示すように
円形形状となるように形成されている。

【０００３】このＯリングＷは、一般に、２分割できる
分割型を用いて成形される。すなわち、ＯリングＷの上
側半分Ｗｕの輪郭をなすキャビティをもつ上側分割型
と、ＯリングＷの下側半分Ｗｄの輪郭をなすキャビティ
をもつ下側分割型とを、お互いのキャビティが対向する
ように分割面Ｓを合わせて保持し、このキャビティの内
部に樹脂材料を注入して成形した成形品として形成され
る。

【０００４】ところで、このような分割型を用いた成形
においては、上側分割型と下側分割型とが合わせ面（分
割面）Ｓの食い違い、あるいは、上側分割型と下側分割
型との寸法のズレ等に起因して、図１４（ｂ）に示すよ
うに、分割型の分割面Ｓを境に、成形されたＯリングの
表面において、段差すなわち表面のズレδが発生する場
合がある。

【０００５】この表面上の段差すなわちズレ量δは、許
容される所定量を超えると、パッキンンとしての本来の
機能を果たさなくなる。そこで、このＯリングの表面を
検査して、段差（ズレ）の量δが許容範囲か否かを検査
する必要がある。この表面の検査にあたり、従来におい
ては、成形されたＯリングの中から適当な数のＯリング
をサンプルとして抜き取り、これらのサンプルを、図１
４（ｂ）に示すような断面が現れるようにスライス（薄
片に切断）し、スライスした薄片を投影機に配置してそ
の断面形状を測定し、段差（ズレ）の量δが許容される
範囲か否かの判断を行なっていた。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の検査手法では、サンプルとして抜き取ったＯリング
をスライスするのに手間がかかり、容易に検査を実施す
ることができず、又、スライスのピッチを狭くするのが
難しくて測定精度にバラツキを生じるという問題があっ
た。また、サンプルとして抜き取ったＯリングは、上述
のようにスライスするため製品として用いることができ
ず、それ故に全品を検査することができないという問題
があった。さらに、上述のようにスライスを行なう検査
手法では、検査の機械化及び自動化が困難であり、検査
の迅速化が図れないという問題があった。

【０００７】本発明は、上記従来技術の問題点に鑑みて
成されたものであり、その目的とするところは、成形品
等の被検査体の表面における段差あるいは表面のズレ等
を、高精度でかつ迅速に検査することができ、又、機械
化により自動的に検査することができる表面検査装置及
び表面検査方法を提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明者は、上記目的を
達成するべく鋭意検討を重ねた結果、以下の如き構成を
なす発明を見出すに至った。すなわち、本発明の表面検
査装置は、凸状に湾曲した表面をもつ被検査体におい
て、この被検査体の表面上における段差を検査する表面
検査装置であって、被検査体の表面に接触させられる接
触面をもつプリズムと、被検査体に接触させられた上記
プリズムを通して被検査体に対して照明光を照射する照
明手段と、上記プリズムに接触させられた被検査体をプ
リズムを通して撮像する撮像手段と、この撮像手段によ
り撮像された画像データに基づいて、被検査体の表面上
における段差が許容範囲内か否かの判断を行なう画像処
理手段と、を有することを特徴としている。

【０００９】上記構成において、被検査体が、断面が円
形をなす分割型により成形された成形体である場合に、
上記プリズムとしては、この成形体の表面に接触し得る
と共に分割型の分割方向に対して所定角度をなすように
形成された傾斜面を有する構成を採用することができ
る。上記構成において、プリズムの傾斜面としては、上
記成形体の表面に対して環状に接触し得るように円錐面
状に形成された構成を採用することができる。上記構成
において、照明手段は、中央領域に開口部をもち環状の
照明光を照射するように形成され、撮像手段は、上記開
口部を通して、プリズムを接触させた被検査体を撮像す
る位置に配置された構成を採用することができる。

【００１０】上記構成において、画像処理手段として
は、撮像された画像データを、その画素の受光量に基づ
いてプリズムと被検査体とが接触した接触領域及び接触
していない非接触領域と被検査体の輪郭を画定する輪郭
領域とに区分けする領域区分部と、この領域区分部によ
り区分けされた接触領域の個数に基づいて、被検査体の
表面上における段差が許容範囲内か否かを判別する段差
判別部とを有する構成、あるいは、撮像された画像デー
タを、その画素の受光量に基づいてプリズムと被検査体
とが接触した接触領域及び接触していない非接触領域と
被検査体の輪郭を画定する輪郭領域とに区分けする領域
区分部と、この領域区分部により区分けされた少なくと
も２つの接触領域に基づいて、被検査体の表面上におけ
る段差を算出する段差算出部と、上記接触領域の個数情
報又は段差算出部の出力情報に基づいて、被検査体の表
面上における段差が許容範囲内か否かを判別する段差判
別部とを有する構成を採用することができる。

【００１１】また、本発明の表面検査方法は、凸状に湾
曲した表面をもつ被検査体の表面上における段差を検査
する表面検査方法であって、接触面をもつプリズムを被
検査体の表面に接触させるように配置するプリズム配置
ステップと、このプリズム配置ステップにより配置され
たプリズムを通して被検査体に対して照明光を照射する
照射ステップと、この照射ステップにより照射された状
態でプリズムを通して被検査体を撮像する撮像ステップ
と、この撮像ステップにより撮像された画像データに基
づいて被検査体の表面上における段差が許容範囲内か否
かの判断を行なう画像処理ステップと、を有することを
特徴としている。

【００１２】上記構成において、画像処理ステップとし
ては、撮像された画像データを、その画素の受光量に基
づいてプリズムと被検査体とが接触した接触領域及び接
触していない非接触領域と被検査体の輪郭を画定する輪
郭領域とに区分けする領域区分ステップと、この領域区
分ステップにより区分けされた接触領域の個数に基づい
て被検査体の表面上における段差が許容範囲内か否かを
判別する段差判別ステップとを有する構成を採用するこ
とができ、又、撮像された画像データを、その画素の受
光量に基づいてプリズムと被検査体とが接触した接触領
域及び接触していない非接触領域と被検査体の輪郭を画
定する輪郭領域とに区分けする領域区分ステップと、こ
の領域区分ステップにより区分けされた少なくとも２つ
の接触領域に基づいて被検査体の表面上における段差を
算出する段差算出ステップと、上記接触領域の個数情報
又は段差算出ステップの出力情報に基づいて被検査体の
表面上における段差が許容範囲内か否かを判別する段差
判別ステップとを有する構成を採用することができる。

【００１３】上記表面検査装置及び方法においては、被
検査体（例えば環状のＯリング）の表面に対してプリズ
ムの接触面が接触させられた後、照明手段により、プリ
ズムを通して被検査体に照明光（例えば環状の照明光）
が照射される。そして、撮像手段により、プリズムを通
して被検査体の表面状態が撮像される。この撮像により
得られた画像データは、画像処理手段により処理されて
被検査体の表面上における段差（ズレ）が許容範囲内か
否かの判断が行なわれる。

【００１４】ここで、画像処理手段においては、先ず領
域区分部により、撮像された画像データが、その画素の
受光量に基づいてプリズムが被検査体に対して接触した
接触領域（例えば、所定の傾斜角をもつ円錐面状のプリ
ズムの接触面と被検査体の表面とが接触状態にある接触
領域）及び接触していない非接触領域と被検査体の輪郭
を画定する輪郭領域とに区分けされ、続いて、区分けさ
れた接触領域の個数がカウントされる。そして、段差判
別部により、所定の撮像範囲内において、このカウント
数が所定個数未満（例えば１個）の場合は段差（ズレ）
の量が許容範囲内にあり、この被検査体は良品であると
判断され、一方、このカウント数が所定個数以上（例え
ば２個）の場合は段差（ズレ）の量が許容範囲を超えて
おり、この被検査体は不良品であると判断される。

【００１５】また、この画像処理手段においては、上記
領域区分部に区分けされた後、区分けされた接触領域の
個数がカウントされる。そして、このカウント数が所定
個数以上（例えば２個）の場合は、さらに、段差算出部
により、区分けされた少なくとも２つの接触領域（隣接
する２つの接触領域）に基づいて、被検査体の表面上に
おける段差（ズレ）の量が算出される。

【００１６】そして、段差判別部により、接触領域の個
数情報又は段差算出部の出力情報に基づいて、被検査体
の表面上における段差（ズレ）が許容範囲内か否かの判
別が行なわれる。すなわち、段差算出不可という情報
（つまり、接触領域のカウント数が所定個数未満（例え
ば１個）の場合は、段差の量を算出できない状態にあ
る）に基づき、段差（ズレ）の量が許容範囲内にあると
してこの被検査体は良品であると判断され、一方、段差
算出情報（算出された段差の量）が、例えば、所定値以
内の場合は被検査体は良品であり、所定値を超える場合
は不良品であると判断される。以上の手順が、自動的に
行なわれて、複数の被検査体の表面が検査される。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て、添付図面を参照しつつ説明する。尚、この実施形態
に係る表面検査装置及び方法を適用する被検査体として
は、図１４に示すように、２分割型（不図示）により成
形されるＯリングＷを対象として説明する。

【００１８】この実施形態に係る表面検査装置は、図１
に示すように、基台１０上に固定されて被検査体として
のＯリングＷを載置する載置台２０と、この載置台２０
上に載置されたＯリングＷの湾曲した表面に接触させら
れるように上下方向に往復動自在に支持されたプリズム
３０と、ＯリングＷに接触させられたプリズム３０を通
してＯリングＷに対して照明光を照射する照明手段とし
てのリング照明４０と、プリズム３０に接触させられた
ＯリングＷをプリズム３０を通してリング照明４０の上
方から撮像する撮像手段としてのＣＣＤカメラ５０と、
ＣＣＤカメラ５０により撮像された画像データに基づい
て、ＯリングＷの表面上における段差（ズレ）Ｗｓの量
δが許容範囲内か否かの判断を行なう画像処理手段とし
てのコンピュータ６０等を、その基本構成として備えて
いる。

【００１９】ここで、プリズム３０は、図１及び図２に
示すように、輪郭が円形をなす平坦な下面３１、この下
面３１と所定間隔をおいて平行に位置付けられかつ輪郭
が円形をなす平坦な上面３２、及び円筒状をなす外周面
３３により、輪郭が略円柱状をなすように画定され、
又、下面３１にて開口し上下方向（載置台２０に載置さ
れたＯリングＷを成形する分割型の分離方向）Ｖに対し
て所定角度θをなす傾斜面すなわち円錐面状の外側接触
面３４及び内側接触面３５により、下側に向けて開口し
かつ断面が台形をなす環状溝Ｇが画定されるように形成
されている。そして、載置台２０上に載置されたＯリン
グＷの上側半分Ｗｕと下側半分Ｗｄの一部とが、この環
状溝Ｇ内に入り込むようになっている。尚、このプリズ
ム３０を形成する材料としては、光を通しかつ比較的高
硬度の透明なアクリル樹脂等が用いられる。このように
形成されたプリズム３０は、図１に示すように、円筒状
の支持枠３６、支持枠３６を保持する伸縮シャフト３
７、伸縮シャフト３７を上下方向Ｖに往復動自在に駆動
する駆動機構３８、駆動機構３８を支持する支柱３９等
を介して、基台１０に対し相対的に往復動自在となるよ
うに支持されている。尚、この駆動機構３８は、プリズ
ム３０とＯリングＷとの接触圧力を所望の値に調節でき
る接触圧調節手段を備えている。

【００２０】上記プリズム３０は、ＯリングＷの上側半
分Ｗｕと下側半分Ｗｄの一部とが入り込むような環状溝
Ｇをもつように形成されているため、ＯリングＷの段差
（ズレ）Ｗｓが周方向のどの向きに有るかに関係なく、
載置台２０上に単にＯリングＷを載置し、このプリズム
３０の外側接触面３４及び内側接触面３５をＯリングＷ
の表面に接触させるだけで、所望のセッティングが行な
える。したがって、検査の際の段取りを容易に行なうこ
とができ、それ故に機械による自動化を容易に行なうこ
とができる。

【００２１】尚、被検査体であるＯリングＷが、比較的
大きくて位置ずれ及び変形を容易に生じないようなもの
である場合は、図３に示すように、下面３１に開口しか
つ接触面として外側接触面３４のみをもつ、すなわち、
円錐台状の凹部Ｃをもつプリズム３０’を採用すること
も可能である。また、周方向における段差（ズレ）Ｗｓ
の位置を予め特定できる場合は、図４に示すように、輪
郭が略半円柱状すなわち図３に示すプリズム３０’を略
半分割あるいは４分割したようなプリズム３０’’を採
用することも可能である。

【００２２】上記プリズム３０を下方に移動させて、載
置台２０上に載置されたＯリングＷに接触させると、図
５に示すように、ＯリングＷの上側半分Ｗｕの凸状に湾
曲した表面に対して、プリズム３０の外側接触面３４及
び内側接触面３５が環状に線接触して、プリズム３０の
上方から見ると、円形の接触線Ｌ１及び円形の接触線Ｌ
３が得られる。また、ＯリングＷの下側半分Ｗｄのうち
分割面Ｓを画定する稜線に対して、プリズム３０の外側
接触面３４及び内側接触面３５が円弧状に線接触して、
プリズム３０の上方から見ると、円弧状の接触線Ｌ２及
び円弧状の接触線Ｌ４が得られる。さらに、ＯリングＷ
の上側半分Ｗｕの外径輪郭を画定する円形の輪郭線Ｌ５
及び上側半分Ｗｕの内径輪郭を画定する円形の輪郭線Ｌ
６が得られる。

【００２３】この接触状態を、図５（ｂ）の直径を通る
縦断面図に基づいてさらに説明すると、上側半分Ｗｕの
表面のうち径方向外側にある表面が、点Ｐ１、Ｐ４の位
置にて外側接触面３４と接触し、上側半分Ｗｕの表面の
うち径方向内側にある表面が、点Ｐ６、Ｐ９の位置にて
内側接触面３５と接触する。また、下側半分Ｗｄのうち
分割面を画定する稜線が、点Ｐ２の位置にて外側接触面
３４と接触し、点Ｐ７の位置にて内側接触面３５と接触
する。尚、ここでのＯリングＷは、傾斜角θをもつ外側
接触面３４及び内側接触面３５に対して、上記のように
点Ｐ１及びＰ２、点Ｐ６及びＰ７にて点接触（３次元的
には線接触）するようなズレ量δをもつものについて説
明したものである。

【００２４】照明手段としてのリング照明４０は、図６
に示すように、その中央領域に開口部４１をもつ環状体
として形成されており、外周壁の一部から突出して形成
された支持部４２の内部を通して導かれた複数の光ファ
イバ（不図示）は、さらに環状に配置されて、それらの
端面が環状をなす下面４３から露出して、この下面４３
から下向きに環状の照明光を照射するようになってい
る。ここで、このリング照明４０の直径（（外径＋内
径）／２）は、ＯリングＷの中実部の中心までの直径
（（外径＋内径）／２）とほぼ同じ寸法が好ましい。こ
れによれば、環状（リング状）の照明光が、被検査体で
あるＯリングＷの全域に対して垂直上方から照射される
ことになり、より均一な照明特性が得られることにな
る。

【００２５】また、中央領域に形成された開口部４１
は、後述する撮像手段としてのＣＣＤカメラ５０のレン
ズ５１が上方から対向するように配置されて、下方に配
置されたＯリングＷを撮像する際の撮像経路としての役
割をなすものである。このように形成されたリング照明
４０は、図１に示すように、基台１０上に設けられた支
柱４４により支持されて、位置調節機構（不図示）によ
り、上下方向Ｖの所定位置にセッティングできるように
なっている。尚、照明手段としては、光ファイバを用い
た上記のリング照明４０に限るものではなく、ハロゲン
ランプ等その他の光源を適用することも可能である。

【００２６】撮像手段としてのＣＣＤカメラ５０は、図
１に示すように、基台１０上に設けられた支柱５２によ
り支持されて、そのレンズ５１がリング照明４０の開口
部４１の上方に位置付けられるように配置され、位置調
節機構（不図示）により、上下方向Ｖの所定位置にセッ
ティングできるようになっている。このＣＣＤカメラ５
０は、信号ケーブル５３を介して画像処理手段であるコ
ンピュータ６０に接続されている。そして、コンピュー
タ６０内の制御信号に基づき、開口部４１を通して、プ
リズム３０を接触させた状態にあるＯリングＷを撮像す
るようになっている。尚、ＣＣＤカメラ５０としては、
ＮＴＳＣ規格のものを使用するのが好ましいが、その他
の撮像手段を適用することも可能である。

【００２７】画像処理手段としてのコンピュータ６０に
は、図７に示すように、ＣＣＤカメラ５０により撮像さ
れた画像データの区分けを行なうと共に区分けされた接
触領域の個数をカウントする領域区分部６１、この領域
区分部６１の出力情報に基づいてＯリングＷの段差（ズ
レ）の量δを算出する段差算出部６２、領域区分部６１
又は段差算出部６２の出力情報に基づいて段差が許容範
囲内か否かの判断を行なう段差判別部６３等の機能が少
なくとも含まれており、これらの機能は全て所定のソフ
トウエアにより実現されるものである。

【００２８】領域区分部６１は、ＣＣＤカメラ４０から
出力される画像データを、その画素の受光量に基づい
て、プリズム３０とＯリングＷとが接触した接触領域と
接触していない非接触領域、さらにはＯリングＷの輪郭
を画定する輪郭領域とに区分けする。この区分けによ
り、画像データは、図５（ａ）に示すように、Ｏリング
Ｗの輪郭線（Ｌ５、Ｌ６）の他に、円環状の接触線（Ｌ
１、Ｌ３）及び円弧状の接触線（Ｌ２、Ｌ４）を含む線
画像（接触線Ｌ２、Ｌ４の線の幅は接触状態によって異
なる）に変換処理される。さらに、この領域区分部６１
は、区分けされた接触領域のうち、外側接触面３４又は
内側接触面３５に沿う斜め上下方向（変換処理された線
画像上で径方向）において隣接する接触領域（接触線）
の個数をカウントする。段差算出部６２は、領域区分部
６１により区分けされた接触領域（接触線）のうち、外
側接触面３４又は内側接触面３５に沿う上下方向（変換
処理された線画像上で径方向）において隣接する少なく
とも２つの接触線（Ｌ１、Ｌ２又はＬ３、Ｌ４））等に
基づいて、ＯリングＷの表面上における段差（ズレ）の
量δを算出する。段差判別部６３は、領域区分部６１か
らの接触領域の個数情報又は段差算出部６２からの算出
値情報（δ値）に基づいて、ＯリングＷの表面における
段差（ズレ）の量δが許容範囲内か否かを判別する。

【００２９】ここで、段差算出の原理について、図８に
基づき説明する。半径Ｒの円形断面をなすＯリングＷ
は、分割型のズレにより、上側半分Ｗｕと下側半分Ｗｄ
との間に、水平方向のズレ量δを生じた状態で形成され
たとする。このＯリングＷに対して、図８に示すよう
に、分割型の分離方向すなわち上下方向Ｖに対して角度
θをなす外側接触面３４をもつプリズム３０が接触させ
られ、この外側接触面３４が、上側半分Ｗｕの表面と点
Ｐ１にて接触し、かつ、下側半分Ｗｄの稜線と点Ｐ２に
て接触しているとする。

【００３０】このとき、上側半分Ｗｕの表面と下側半分
Ｗｄの表面とのズレ量δは、上側半分Ｗｕの中心Ｃｕと
下側半分Ｗｄの中心Ｃｄとのズレ量に等しく、又、上側
半分Ｗｕの中心Ｃｕにおける分割面Ｓから点Ｐ１までの
中心角は、プリズム３０の外側接触面３４の傾斜角度θ
と同じになる。したがって、接触点である点Ｐ１と点Ｐ
２との水平方向における距離をαとすると、段差（ズ
レ）の量δは、次式１で表すことができる。 δ ＝ α ＋ Ｒ・ｃｏｓθ − Ｒ （１）

【００３１】すなわち、プリズム３０の角度θ及びＯリ
ングＷの設定半径Ｒは既知であることから、得られた画
像データに基づいて距離αを求め、これら角度θ、設定
半径Ｒ、及び距離αの値を式１に代入すると、段差（ズ
レ）の量δを求めることができる。尚、ここでは、Ｏリ
ングＷの外側の接触点Ｐ１及びＰ２を用いて段差（ズ
レ）の量δを算出したが、ＯリングＷの内側の接触点Ｐ
６及びＰ７（図５（ｂ）参照）を用いて算出することも
可能である。

【００３２】上記のように、上側半分Ｗｕ及び下側半分
Ｗｄに対して点Ｐ１及び点Ｐ２にて点接触（３次元的に
は線接触）するような接触条件下では、θ、Ｒ、αの値
を設定すると、段差（ズレ）の量δは一義的に定まる。
したがって、上記点Ｐ１及びＰ２の２点にて点接触する
条件下において、式１により求まるδの値を良／不良判
断の基準値Δとし、例えば、この基準値Δ未満の段差
（ズレ）を許容範囲内とし、この基準値Δ以上の段差
（ズレ）を許容範囲外とする判別手法を採ることができ
る。

【００３３】上記判別手法によると、段差（ズレ）の量
δが許容範囲内にある場合、例えば、図９に示すよう
に、プリズム３０の外側接触面３４が、上側半分Ｗｕと
点Ｐ１のみにて接触し、下側半分Ｗｄとは接触しない状
態となる。この状態においては、プリズム３０の外側接
触面３４が下側半分Ｗｄの稜線と接触しないため、図８
に示すような点Ｐ２が存在せず、それ故に接触線の個数
が１個のみとなる。よって、この接触線の個数が１個と
いう情報に基づいて、実際の段差（ズレ）の量δを算出
することなく、段差（ズレ）は許容範囲内にあるものと
判断することができる。

【００３４】一方、段差（ズレ）の量δが許容範囲外に
ある場合、図８に示すように、プリズム３０の外側接触
面３４が上側半分Ｗｕ及び下側半分Ｗｄと点Ｐ１及び点
Ｐ２にて点接触する状態、あるいは、図１０に示すよう
に、プリズム３０の外側接触面３４が、上側半分Ｗｕと
点Ｐ１にて点接触（３次元的には線接触）し、下側半分
Ｗｄと点Ｐ２’を起点に線接触（３次元的には面接触）
した状態となる。この状態においては、点Ｐ１及び点Ｐ
２’にてプリズム３０とＯリングＷとが接触するため、
接触線の個数が２個となる。よって、この接触線の個数
が２個という情報に基づいて、実際の段差（ズレ）の量
δを算出することなく、段差（ズレ）は許容範囲外にあ
るものと判断することができる。上記の判別手法におい
ては、図７に示すように、段差算出部６２を経由するこ
となく、領域区分部６１の出力情報に基づいて、段差判
別部６３により、段差（ズレ）が許容範囲内か否かの判
断が行なわれる。

【００３５】また、他の判別手法として、接触線の個数
のみで判断するのではなく、実際の段差（ズレ）の量δ
をも算出し、この算出値δが、所定の基準値Δ’未満
（あるいは所定の基準値Δ’以下）の場合に段差（ズ
レ）を許容範囲内とし、所定の基準値Δ’以上の（ある
いは所定の基準値Δ’を超える）場合に段差（ズレ）を
許容範囲外とする判別手法を採ることができる。

【００３６】この判別手法においては、図９に示すよう
な接触線の個数が１個の場合には段差（ズレ）の量δを
算出することなく、段差（ズレ）が許容範囲内にあると
判断され、図８に示すような接触状態の場合は式１に基
づいて段差（ズレ）の量δが算出され、この算出値δと
基準値Δ’とを比較することにより、段差（ズレ）が許
容範囲内か否か判断され、又、図１０に示すような接触
状態においては、以下の手法により段差（ズレ）の量δ
が算出され、この算出値δと基準値Δ’とを比較するこ
とにより、段差（ズレ）が許容範囲内か否か判断され
る。

【００３７】すなわち、図１０に示す接触状態において
は、下側半分Ｗｄの縁部領域が押しつぶされた状態とな
り、この押しつぶされた部分の線画像上における線幅γ
は、水平方向における実際のつぶれ幅βと略等しく、β
≒γとみなすことができる。したがって、接触点である
点Ｐ１と点Ｐ２’との水平方向における距離をα、変換
処理された線画像上での線幅γを下側半分Ｗｄの水平方
向における実際のつぶれ幅βとすると、段差（ズレ）の
量δは、次式２で表すことができる。 δ ＝ α ＋ Ｒ・ｃｏｓθ − （Ｒ−β） （２）

【００３８】すなわち、プリズム３０の角度θ及びＯリ
ングＷの設定半径Ｒは既知であることから、得られた画
像データに基づいて距離α及びつぶれ幅βを求め、これ
ら角度θ、設定半径Ｒ、距離α、及びつぶれ幅βの値を
式２に代入すると、段差（ズレ）の量δを求めることが
できる。尚、ここでは、ＯリングＷの外側の接触点Ｐ１
及びＰ２’を用いて段差（ズレ）の量δを算出したが、
ＯリングＷの内側の接触点Ｐ６及びＰ７’（図１０
（ｂ）参照）を用いて算出することも可能である。

【００３９】上記他の判別手法においては、図７に示す
ように、隣接する接触線の個数が１個の場合は段差算出
部６２を経由することなく領域区分部６１の出力情報に
基づいて、一方、隣接する接触線の個数が２個の場合は
段差算出部６２を経由した後その出力情報に基づいて、
段差判別部６３により、段差（ズレ）が許容範囲内か否
かの判断が行なわれる。

【００４０】次に、上記表面検査装置を用いた検査方法
の一実施形態について、図１１に示すフローチャートに
基づき説明する。図１に示すように、先ず、載置台２０
上の所定位置にＯリングＷを配置する（ステップＳ
１）。この際、ＯリングＷの中心とプリズム３０の中心
とが、予め概略一致するように配置する。この芯合わせ
の手法としては、例えば載置台２０をＸＹテーブルと
し、目視あるいは拡大鏡等を用いて載置台２０を微調整
しつつ位置合わせする手法、あるいは、プリズム３０を
支持する機構として水平面内でプリズム３０が抵抗なく
移動できる機構を設け、後のステップにてプリズム３０
を下降させてＯリングＷに接触させる際に、その環状溝
Ｇにより自動的に芯合わせ（自動調芯作用）が行なわれ
るような手法を採ることができる。

【００４１】続いて、駆動機構３８を駆動させてＯリン
グＷを下降させて、その外側接触面３４及び内側接触面
３５に対して、ＯリングＷの上側半分Ｗｕの表面が線接
触するように（ＯリングＷが弾性ゴムの場合、その表面
が押しつぶされない状態で接触するように）プリズム３
０を配置する（プリズム配置ステップＳ２）。続いて、
リング照明４０を所定の位置にセッティングして、プリ
ズム３０の上方から（プリズム３０を通して）Ｏリング
Ｗに向けて環状の照明光を照射する（照射ステップＳ
３）。

【００４２】続いて、上記環状の照明光を照射した状態
で、リング照明４０の上方から開口部４１を通して、Ｃ
ＣＤカメラ５０により、プリズム３０と接触状態にある
ＯリングＷを撮像する（撮像ステップＳ４）。その後、
画像処理手段であるコンピュータ６０により、撮像され
た画像データに基づいて、ＯリングＷの表面上における
段差（ズレ）が許容範囲内か否かの判断を行なう（画像
処理ステップ）。

【００４３】この画像処理ステップでは、以下のような
処理を行なう。先ず、領域区分部６１により、撮像ステ
ップ（Ｓ４）にて撮像された画像データを、その画素の
受光量に基づいて、プリズム３０とＯリングＷとが接触
した接触領域及び接触していない非接触領域と、さらに
ＯリングＷの輪郭を画定する輪郭領域とにそれぞれ区分
けする区分け処理を行なう（領域区分ステップＳ５）。

【００４４】この区分け処理により、ＯリングＷの上側
半分Ｗｕとプリズム３０の外側接触面３４及び内側接触
面３５との接触領域が円形の接触線（例えば、図５中の
Ｌ１，Ｌ３）として表され、ＯリングＷの上側半分Ｗｕ
の外径輪郭及び内径輪郭がそれぞれ円形の輪郭線（例え
ば、図５中のＬ５，Ｌ６）として表され、さらに、Ｏリ
ングＷの下側半分Ｗｄとプリズム３０の外側接触面３４
及び内側接触面３５とが接触する場合、その接触領域が
円弧上の接触線（例えば、図５中のＬ２，Ｌ４、図１０
中のＬ２’，Ｌ４’）として表される。

【００４５】さらに、この領域区分部６１により、上記
区分け処理により得られた接触領域（接触線）の個数を
カウントする（領域区分ステップＳ６）。具体的には、
図５に示すような接触状態にある場合、円形の接触線Ｌ
１と、この接触線Ｌ１に隣接する接触線Ｌ２とが存在す
るため、接触線の個数（Ｎ）を２個とカウントする。
尚、ＯリングＷの内側領域について上記の処理を行なう
場合は、円形の接触線Ｌ３と、この接触線Ｌ３に隣接す
る接触線Ｌ４とが存在するため、接触線の個数（Ｎ）を
２個とカウントする。また、図９に示すような接触状態
にある場合、円形の接触線Ｌ１と、この接触線Ｌ１に隣
接する線として輪郭線Ｌ５は存在するものの、その他に
接触線は存在しないため、接触線の個数（Ｎ）を１個と
カウントする。尚、ＯリングＷの内側領域について上記
の処理を行なう場合は、円形の接触線Ｌ３と、この接触
線Ｌ３に隣接する線として輪郭線Ｌ６は存在するもの
の、その他に接触線は存在しないため、接触線の個数
（Ｎ）を１個とカウントする。

【００４６】続いて、段差判別部６３により、上記ステ
ップＳ６により得られた接触領域（接触線）の個数
（Ｎ）に基づいて、ＯリングＷの表面上における段差
（ズレ）が許容範囲内か否かの判断を行なう（段差判別
ステップＳ７）。具体的には、上記ステップＳ６により
得られた接触領域（接触線）の個数が１個の場合、その
段差（ズレ）は許容範囲内にあると判断し、そのＯリン
グＷを良品として判別し、良品回収容器に向けてそのＯ
リングＷを取り出す。一方、上記ステップＳ６により得
られた接触領域（接触線）の個数が２個の場合、その段
差（ズレ）は許容範囲外にあると判断し、そのＯリング
Ｗを不良品として判別し、不良品回収容器に向けてその
ＯリングＷを取り出す。以上のように、所定の傾斜角度
θをなす外側接触面３４（又は内側接触面３５）をもつ
プリズム３０を接触させるだけで、複数のＯリングＷに
ついて、その段差（ズレ）の程度を自動的かつ迅速に検
査することができる。これにより、作業者が手作業によ
り検査する場合に懸念される検査精度のバラツキ等を解
消して、均一かつ高精度な検査を行なうことができる。

【００４７】次に、上記表面検査装置を用いた検査方法
の他の実施形態について、図１２に示すフローチャート
に基づき説明する。図１に示すように、先ず、載置台２
０上の所定位置にＯリングＷを配置する（ステップＳ１
１）。この際、ＯリングＷの中心とプリズム３０の中心
とが、予め概略一致するように配置する。この芯合わせ
の手法としては、前述と同様の手法を採ることができ
る。

【００４８】続いて、駆動機構３８を駆動させてＯリン
グＷを下降させて、その外側接触面３４及び内側接触面
３５に対して、ＯリングＷの上側半分Ｗｕの表面が線接
触するように（ＯリングＷが弾性ゴムの場合、その表面
が押しつぶされない状態で接触するように）プリズム３
０を配置する（プリズム配置ステップＳ１２）。続い
て、リング照明４０を所定の位置にセッティングして、
プリズム３０の上方から（プリズム３０を通して）Ｏリ
ングＷに向けて環状の照明光を照射する（照射ステップ
Ｓ１３）。

【００４９】続いて、上記環状の照明光を照射した状態
で、リング照明４０の上方から開口部４１を通して、Ｃ
ＣＤカメラ５０により、プリズム３０と接触状態にある
ＯリングＷを撮像する（撮像ステップＳ１４）。その
後、画像処理手段であるコンピュータ６０により、撮像
された画像データに基づいて、ＯリングＷの表面上にお
ける段差（ズレ）が許容範囲内か否かの判断を行なう
（画像処理ステップ）。

【００５０】この画像処理ステップでは、以下のような
処理を行なう。先ず、領域区分部６１により、撮像ステ
ップ（Ｓ１４）にて撮像された画像データを、その画素
の受光量に基づいて、プリズム３０とＯリングＷとが接
触した接触領域及び接触していない非接触領域と、さら
にＯリングＷの輪郭を画定する輪郭領域とにそれぞれ区
分けする区分け処理を行なう（領域区分ステップＳ１
５）。

【００５１】この区分け処理により、ＯリングＷの上側
半分Ｗｕとプリズム３０の外側接触面３４及び内側接触
面３５との接触領域が円形の接触線（例えば、図５中の
Ｌ１，Ｌ３）として表され、ＯリングＷの上側半分Ｗｕ
の外径輪郭及び内径輪郭がそれぞれ円形の輪郭線（例え
ば、図５中のＬ５，Ｌ６）として表され、さらに、Ｏリ
ングＷの下側半分Ｗｄとプリズム３０の外側接触面３４
及び内側接触面３５とが接触する場合、その接触領域が
円弧上の接触線（例えば、図５中のＬ２，Ｌ４、図１０
中のＬ２’，Ｌ４’）として表される。

【００５２】さらに、この領域区分部６１により、上記
区分け処理により得られた接触領域（接触線）の個数を
カウントする（領域区分ステップＳ１６）。具体的に
は、図５に示すような接触状態にある場合、円形の接触
線Ｌ１と、この接触線Ｌ１に隣接する接触線Ｌ２とが存
在するため、接触線の個数（Ｎ）を２個とカウントす
る。尚、ＯリングＷの内側領域について上記の処理を行
なう場合は、円形の接触線Ｌ３と、この接触線Ｌ３に隣
接する接触線Ｌ４とが存在するため、接触線の個数
（Ｎ）を２個とカウントする。また、図９に示すような
接触状態にある場合、円形の接触線Ｌ１と、この接触線
Ｌ１に隣接する線として輪郭線Ｌ５は存在するものの、
その他に接触線は存在しないため、接触線の個数（Ｎ）
を１個とカウントする。尚、ＯリングＷの内側領域につ
いて上記の処理を行なう場合は、円形の接触線Ｌ３と、
この接触線Ｌ３に隣接する線として輪郭線Ｌ６は存在す
るものの、その他に接触線は存在しないため、接触線の
個数（Ｎ）を１個とカウントする。

【００５３】続いて、上記ステップＳ１６にて得られた
接触線の個数（Ｎ）が、２個有るか否かの判断を行なう
（ステップＳ１７）。ここで、接触線の個数（Ｎ）が２
個ないと判断された場合は、そのＯリングＷの段差（ズ
レ）は許容範囲内にあると判断し、そのＯリングＷを良
品として判別し、良品回収容器に向けてそのＯリングＷ
を取り出す。一方、接触線の個数（Ｎ）が２個と判断さ
れた場合は、段差算出部６２により、画像データの変換
処理により得られた円形の接触線Ｌ１又は輪郭線Ｌ５上
の任意の３点を選択して、この３点を通る円の中心点Ｃ
ｕの位置を求める（ステップＳ１８）。

【００５４】そして、算出された中心点Ｃｕを通る直線
Ｍが接触線Ｌ１、Ｌ２と交差する２点間の距離αを所定
のサンプリング角度θ１ごとに算出する。すなわち、図
１３に示すように、中心点Ｃｕを通る複数の直線Ｍ０、
Ｍ１、Ｍ２、・・・Ｍｎと接触線Ｌ１、Ｌ２との交点で
あるＰ０１及びＰ０２、Ｐ１１及びＰ１２、Ｐ２１及び
Ｐ２２、・・・Ｐｎ１及びＰｎ２のそれぞれの間の距離
α０、α１、α２、・・・αｎ（接触線Ｌ２が存在しな
い場合は、距離α＝０と設定する）を算出し（ステップ
１９）、この算出をＯリングＷの周方向において少なく
とも１８０°の範囲にわたって算出する（ステップ２
０）。

【００５５】上記αの算出が終了すると、得られたαの
値の中で最大値α_max が位置するところを特定し、その
位置（図１０中のＰ１，Ｐ２’）における距離をαとす
る（ステップＳ２１）。そして、上記ステップＳ２１に
より得られたαの値を式１又は式２に代入して、段差
（ズレ）の量δを算出する（段差算出ステップＳ２
２）。

【００５６】その後、段差判別部６３により、上記ステ
ップＳ２２により得られたδの値を所定の基準値Δ
（Δ’）と比較して、ＯリングＷの表面上における段差
（ズレ）が許容範囲内か否かの判断を行なう（段差判別
ステップＳ２３）。具体的には、上記ステップＳ２２に
より得られたδの値が、所定の基準値Δ（Δ’）以下あ
るいは所定の基準値Δ（Δ’）より小さい場合、その段
差（ズレ）は許容範囲内にあると判断し、そのＯリング
Ｗを良品として判別し、良品回収容器に向けてそのＯリ
ングＷを取り出す。一方、上記ステップＳ２２により得
られたδの値が、所定の基準値Δ（Δ’）より大きいあ
るいは所定の基準値Δ（Δ’）以上の場合、その段差
（ズレ）は許容範囲外にあると判断し、そのＯリングＷ
を不良品として判別し、不良品回収容器に向けてそのＯ
リングＷを取り出す。尚、上記所定の基準値Δ（Δ’）
としては、例えば、プリズム３０における外側接触面３
４（あるいは内側接触面３５）の傾斜角θが１０°、成
形されるＯリングＷの設定半径Ｒが１．８ｍｍの場合、
段差（ズレ）の量δの値が０．０５ｍｍ（５０μｍ）の
とき、図８に示すような点接触が得られる。したがっ
て、この０．０５ｍｍ（５０μｍ）という値を基準値Δ
（Δ’）とすることもできる。以上のようにして、複数
のＯリングＷについて、その表面にある段差（ズレ）の
程度を、自動的かつ迅速に検査することができる。これ
により、作業者が手作業により検査する場合に懸念され
る検査精度のバラツキ等を解消して、均一かつ高精度な
検査を行なうことができる。

【００５７】上記実施形態においては、被検査体とし
て、Ｏリングを対象として述べたが、これに限定される
ものではなく、２分割型により形成される球状の成形
体、あるいは、円柱状の成形体、その他のものを対象と
することができる。また、成形体であっても、ゴム等の
樹脂材料により形成されたものに限らず、弾性変形を生
じない材料等により形成されたものをも対象とすること
もできる。

【００５８】

【発明の効果】以上述べたように、本発明の表面検査装
置及び方法によれば、成形品等の被検査体の表面におけ
る段差あるいは表面のズレ等を画像データとして処理す
ることで、高精度でかつ迅速に検査することができ、
又、機械化により自動的に検査することができる。これ
により、検査の迅速化、検査の高精度化、省人化等を行
なうことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る表面検査装置の一実施形態を示す
構成図である。

【図２】本発明に係る表面検査装置の一部をなすプリズ
ムを示すものであり、（ａ）はその平面図、（ｂ）は
（ａ）中のＥ１−Ｅ１部における縦断面図である。

【図３】本発明に係る表面検査装置の一部をなすプリズ
ムの他の実施形態を示す縦断面図である。

【図４】本発明に係る表面検査装置の一部をなすプリズ
ムの他の実施形態を示す縦断面図である。

【図５】プリズムとＯリングとが接触した状態を示すも
のであり、（ａ）は接触線及び輪郭線を示す平面図、
（ｂ）は接触状態にあるプリズムとＯリングとの縦断面
図である。

【図６】本発明に係る表面検査装置の一部をなすリング
照明を示す斜視面図である。

【図７】本発明に係る表面検査装置の一部をなす画像処
理手段の構成を示すブロック図である。

【図８】Ｏリングとプリズムとの接触状態から段差（ズ
レ）の量を算出する原理を説明するための縦断面図であ
る。

【図９】Ｏリングとプリズムとの接触状態から段差（ズ
レ）の量を算出する原理を説明するためのものであり、
（ａ）はその縦断面図、（ｂ）は得られる接触線及び輪
郭線を示す平面図である。

【図１０】Ｏリングとプリズムとの接触状態から段差
（ズレ）の量を算出する原理を説明するためのものであ
り、（ａ）はその縦断面図、（ｂ）は得られる接触線及
び輪郭線を示す平面図である。

【図１１】本発明に係る表面検査方法の一実施形態を示
すフローチャートである。

【図１２】本発明に係る表面検査方法の他の実施形態を
示すフローチャートである。

【図１３】段差算出ステップでの一手法を説明するため
の図である。

【図１４】被検査体であるＯリングを示すものであり、
（ａ）は平面図、（ｂ）は縦断面図である。

【符号の説明】

１０…基台 ２０…載置台 ３０…プリズム ３４…外側接触面（傾斜面） ３５…内側接触面（傾斜面） ４０…リング照明（照明手段） ４１…開口部 ５０…ＣＣＤカメラ（撮像手段） ５１…レンズ ６０…コンピュータ（画像処理手段） ６１…領域区分部 ６２…段差算出部 ６３…段差判別部

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 凸状に湾曲した表面をもつ被検査体にお
   いて、前記被検査体の表面上における段差を検査する表
   面検査装置であって、 前記被検査体の表面に接触させられる接触面をもつプリ
   ズムと、 前記被検査体に接触させられた前記プリズムを通して前
   記被検査体に対して照明光を照射する照明手段と、 前記プリズムに接触させられた被検査体を、前記プリズ
   ムを通して撮像する撮像手段と、 前記撮像手段により撮像された画像データに基づいて、
   前記被検査体の表面上における段差が許容範囲内か否か
   の判断を行なう画像処理手段と、を有することを特徴と
   する表面検査装置。
2. 【請求項２】 前記被検査体は、断面が円形をなす分割
   型により成形された成形体であり、 前記プリズムは、前記成形体の表面に接触し得ると共に
   前記分割型の分割方向に対して所定角度をなすように形
   成された傾斜面を有する、ことを特徴とする請求項１記
   載の表面検査装置。
3. 【請求項３】 前記プリズムの傾斜面は、前記成形体の
   表面に対して環状に接触し得るように円錐面状に形成さ
   れている、ことを特徴とする請求項２記載の表面検査装
   置。
4. 【請求項４】 前記照明手段は、中央領域に開口部をも
   ち環状の照明光を照射するように形成されており、 前記撮像手段は、前記開口部を通して、前記プリズムを
   接触させた被検査体を撮像する位置に配置されている、
   ことを特徴とする請求項１ないし３いずれか１つに記載
   の表面検査装置。
5. 【請求項５】 前記画像処理手段は、撮像された画像デ
   ータを、その画素の受光量に基づいて前記プリズムと前
   記被検査体とが接触した接触領域及び接触していない非
   接触領域と前記被検査体の輪郭を画定する輪郭領域とに
   区分けする領域区分部と、 前記領域区分部により区分けされた接触領域の個数に基
   づいて、前記被検査体の表面上における段差が許容範囲
   内か否かを判別する段差判別部とを有する、ことを特徴
   とする請求項１ないし４いずれか１つに記載の表面検査
   装置。
6. 【請求項６】 前記画像処理手段は、撮像された画像デ
   ータを、その画素の受光量に基づいて前記プリズムと前
   記被検査体とが接触した接触領域及び接触していない非
   接触領域と前記被検査体の輪郭を画定する輪郭領域とに
   区分けする領域区分部と、 前記領域区分部により区分けされた少なくとも２つの接
   触領域に基づいて、前記被検査体の表面上における段差
   を算出する段差算出部と、 前記接触領域の個数情報又は段差算出部の出力情報に基
   づいて、前記被検査体の表面上における段差が許容範囲
   内か否かを判別する段差判別部とを有する、ことを特徴
   とする請求項１ないし４いずれか１つに記載の表面検査
   装置。
7. 【請求項７】 凸状に湾曲した表面をもつ被検査体の表
   面上における段差を検査する表面検査方法であって、 接触面をもつプリズムを前記被検査体の表面に接触させ
   るように配置するプリズム配置ステップと、 前記プリズム配置ステップにより配置された前記プリズ
   ムを通して前記被検査体に対して照明光を照射する照射
   ステップと、 前記照射ステップにより照射された状態で、前記プリズ
   ムを通して前記被検査体を撮像する撮像ステップと、 前記撮像ステップにより撮像された画像データに基づい
   て、前記被検査体の表面上における段差が許容範囲内か
   否かの判断を行なう画像処理ステップと、を有すること
   を特徴とする表面検査方法。
8. 【請求項８】 前記画像処理ステップは、撮像された画
   像データを、その画素の受光量に基づいて前記プリズム
   と前記被検査体とが接触した接触領域及び接触していな
   い非接触領域と前記被検査体の輪郭を画定する輪郭領域
   とに区分けする領域区分ステップと、 前記領域区分ステップにより区分けされた接触領域の個
   数に基づいて、前記被検査体の表面上における段差が許
   容範囲内か否かを判別する段差判別ステップとを有す
   る、ことを特徴とする請求項７記載の表面検査方法。
9. 【請求項９】 前記画像処理ステップは、撮像された画
   像データを、その画素の受光量に基づいて前記プリズム
   と前記被検査体とが接触した接触領域及び接触していな
   い非接触領域と前記被検査体の輪郭を画定する輪郭領域
   とに区分けする領域区分ステップと、 前記領域区分ステップにより区分けされた少なくとも２
   つの接触領域に基づいて、前記被検査体の表面上におけ
   る段差を算出する段差算出ステップと、 前記接触領域の個数情報又は段差算出ステップの出力情
   報に基づいて、前記被検査体の表面上における段差が許
   容範囲内か否かを判別する段差判別ステップとを有す
   る、ことを特徴とする請求項７記載の表面検査方法。