JPH09243573A

JPH09243573A - 表面検査装置

Info

Publication number: JPH09243573A
Application number: JP5508596A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Maruki; 浩丸喜; Motohiro Yamane; 基宏山根; Hajime Abe; 肇阿部
Original assignee: Furukawa Electric Co Ltd
Current assignee: Furukawa Electric Co Ltd
Priority date: 1996-03-12
Filing date: 1996-03-12
Publication date: 1997-09-19

Abstract

(57)【要約】【課題】簡易な制御の下でＣＣＤカメラをＣＶケーブ
ルの表面形状の変化に倣わせて、その全面を自動走査可
能な簡易な構成の表面検査装置を提供する。【解決手段】ＣＶケーブルの長手方向に沿って移動可
能に設けたステージに支持され、ＣＣＤカメラをＣＶケ
ーブルに対向配置する検査ユニットを、フォーカスステ
ージと、フォーカスステージを支持してＣＣＤカメラを
ＣＶケーブルの外周に沿って回転させる回転ステージ
と、この回転ステージをＣＶケーブルの軸芯に位置合わ
せする芯出しステージと、ＣＣＤカメラのＣＶケーブル
に対する対向角度を調整可能とするスロープ方向回転ス
テージとにより構成し、前記フォーカスステージにＣＶ
ケーブルとの離間距離を計測する複数のセンサを設け
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、超高圧電力ケーブ
ルの接続部位等の断面円形をなす長尺形状の被検査物の
表面における傷や異物の付着等の欠陥の有無を検査する
に好適な表面検査装置に関する。

【０００２】

【関連する背景技術】架橋ポリエチレンを絶縁体とした
所謂ＣＶケーブルは、超高圧大電力送電線路（超高圧電
力ケーブル）としての適用が拡大されつつあり、電力供
給の根幹をなすものとして注目されている。この種のＣ
Ｖケーブルを相互に連結する中間接続手段には、主とし
て押出しモールド型接続部（ＥＭＪ）が採用され、その
表面は平滑に仕上げられる。ところがＥＭＪの絶縁体加
工表面に微細な傷や異物付着等の欠陥があると、その電
気的性能が著しく低下すると言う問題がある。これ故、
その表面状態を検査し、これらの欠陥を検出除去するこ
とが重要な課題となっている。

【０００３】従来、この種の表面検査は専ら熟練者によ
る目視検査に委ねられていた。しかし近年では、３０〜
１００μｍ程度の微細な欠陥までも検出除去してその電
気的性能・信頼性を高めるべく、例えば特開平３−２０
６９５０号公報や特開平６−２５８２２８号公報に示さ
れるように、画像処理技術を利用して検出（検査）精度
の向上を図ることが試みられている。更にはＣＣＤ（電
荷結合素子）を撮像デバイスとして用いた所謂ＣＣＤカ
メラを用い、その小型・軽量で、しかも数十倍の拡大撮
影が容易であると言う特徴を活かして該ＣＣＤカメラを
移動させながらＣＶケーブルの表面全域を走査するよう
に検査装置を構成することで、上記表面検査の自動化を
図ることも種々試みられている。本出願人もその一方式
を特願平７−６６８３号として提唱している。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところでＣＶケーブル
の中間連結部であるＥＭＪの両端部は、通常、ＣＶケー
ブル本体に滑らかに連なるよう、円錐面をなすテーパ形
状に加工される。このようなＥＭＪのテーパ部を含むＣ
Ｖケーブルの表面全域をＣＣＤカメラにて自動走査する
場合、特にＥＭＪの絶縁体加工表面における傷や異物の
付着等の欠陥を検査する場合、ＣＣＤカメラをＣＶケー
ブルの表面に倣わせて、その周方向および軸方向に移動
させて、その表面画像を解像度良く撮像することが重要
となる。

【０００５】ところがＣＶケーブルの表面形状の変化に
合わせて、例えばＣＶケーブルの表面とＣＣＤカメラと
の距離とその対向位置関係を一定に保ちながら該ＣＶケ
ーブルの外周面に沿わせてＣＣＤカメラを回転させ、そ
の回転走査位置をＣＶケーブルの軸方向に沿って移動さ
せるには複雑な機構が必要となる。しかもその制御も相
当複雑化する等の問題があった。

【０００６】本発明はこのような事情を考慮してなされ
たもので、その目的は、簡易な制御の下でＣＣＤカメラ
をＣＶケーブルの表面形状の変化に倣わせて、その全面
を効率的に自動走査することのできる簡易な構成の表面
検査装置を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上述した目的を達成する
べく本発明は、断面円形をなす長尺形状の被検査物であ
る、例えば超高圧電力ケーブルの長手方向に沿って移動
可能に設けられた長手方向移動ステージと、この長手方
向移動ステージに支持されて前記被検査物の表面状態を
画像入力するための撮像手段である、例えばＣＣＤカメ
ラを前記被検査物に対向配置する検査ユニットとを備
え、その入力画像に従って前記被検査物の表面状態を検
査する表面検査装置に係り、特に前記検査ユニットを、
前記撮像手段を前記被検査物に向けて進退可能としたフ
ォーカスステージと、このフォーカスステージを支持
し、前記撮像手段を前記被検査物の外周に沿って回転可
能とした回転ステージと、この回転ステージの回転軸を
前記被検査物の軸心に位置合わせする芯出しステージ
と、前記撮像手段の前記被検査物に対する対向角度を調
整可能としたスロープ方向回転ステージとを具備した構
成とし、更に前記フォーカスステージに、前記被検査物
の長手方向に離反した位置にて該フォーカスステージの
前記被検査物に対する離間距離をそれぞれ計測する複数
のセンサを設けたことを特徴としている。

【０００８】そしてこのような構成を採用することで、
前記複数のセンサから求められる離間距離に従って前記
各ステージの被検査物に対する位置を相互に関連付けて
それぞれ最適調整することを可能とし、これによって前
記被検査物（超高圧電力ケーブル）の表面形状の変化に
応じて撮像手段（ＣＣＤカメラ）の位置・姿勢を制御し
ながら、その表面全域を簡易にして効率的に走査し得る
ようにしたことを特徴とするものである。

【０００９】また請求項２に記載の発明は、前記スロー
プ方向回転ステージを前記フォーカスステージと撮像手
段との間に設け、撮像手段のフォーカスステージに対す
る取り付け角度を調整可能とすることで、該撮像手段の
前記被検査物との対向角度を該被検査物の長手方向に調
整可能に設けた構成としたことを特徴としている。また
請求項３に記載の発明は、前記スロープ方向回転ステー
ジを撮像手段を固定的に支持するフォーカスステージと
回転ステージとの間に設け、回転ステージに対するフォ
ーカスステージの支持角度を、該フォーカスステージの
移動方向と前記回転ステージの回転軸とを含む面内にお
いて角度調整可能とすることで、前記フォーカスステー
ジに支持された撮像手段の前記被検査物との対向角度を
該被検査物の長手方向に調整可能としたことを特徴とし
ている。

【００１０】更に請求項４に記載の発明は、前記回転ス
テージを、少なくとも２分割されてその回転中心から離
反する向きに移動可能で、且つ回転時にはその回転中心
部に被検査物が挿通される空間部を形成する構成とする
ことで、被検査物に対する検査ユニットの位置付けを容
易なものとし、更に撮像手段を支持し、且つセンサを備
えたフォーカスステージを該回転ステージの回転方向に
沿う複数の部位にそれぞれ設けることで、前記各ステー
ジの位置調整をより簡易なものとし、且つ回転ステージ
による回転走査も簡単に行い得るようにしたことを特徴
としている。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明に係
る表面検査装置の一実施形態について説明する。図１は
実施例装置の全体的な概略構成を示すもので、１は表面
検査の対象である断面円形の長尺形状をなす被検査物、
具体的には超高圧電力ケーブルとして用いられるＣＶケ
ーブルである。このＣＶケーブル１の、図中中央部に示
される大径部は、２本のＣＶケーブル単体を相互に連結
した中間接続部としてのＥＭＪである。このＥＭＪの両
端は円錐状のテーパ面とされ、ＣＶケーブル単体にそれ
ぞれ滑らかに連なる形状に加工されてその電気的ストレ
スが緩和されている。

【００１２】さて上記ＣＶケーブル１の表面状態を検査
する検査装置は、大略的には図１に示すように所定の距
離を隔てて該ＣＶケーブル１に取り付けられる一対のク
ランパ２と、これらのクランパ２により吊り下げられて
該ＣＶケーブル１の長手方向に沿ってほぼ並行に配置さ
れるレール３と、このレール３上に支持されて前記ＣＶ
ケーブル１の長手方向（軸方向）に沿って移動可能に設
けられた長手方向移動ステージ４と、この長手方向移動
ステージ４上に設けられた検査ユニット５とからなる。
検査ユニット５は、前記ＣＶケーブル１の表面状態を画
像として取り込む為の撮像手段としての、例えばＣＣＤ
カメラ６を備えたもので、該ＣＣＤカメラ６をＣＶケー
ブル１の表面に所定距離を隔てて対向配置している。
尚、撮像手段は後述するように上記ＣＣＤカメラ６を主
体とし、このＣＣＤカメラ６によるＣＶケーブル表面の
撮像領域を照明する照明光源を備えたカメラユニットと
して構成される。

【００１３】さて前記レール３上に移動自在に設けられ
た長手方向移動ステージ４上に設けられる検査ユニット
５は、図２にその基本的な構成を模式的に示すように、
芯出しステージ１１、円環状の回転ステージ１２、フォ
ーカスステージ１３、およびスロープ方向回転ステージ
１４からなる。上記回転ステージ１２は、前記レール３
の長手方向を大略的な回転軸として芯出しステージ１１
上に回転可能に支持されており、前記フォーカスステー
ジ１３は上記回転ステージ１２にその径方向に向けて進
退自在に支持されている。またスロープ方向回転ステー
ジ１４は、例えば前記フォーカスステージ１３上に設け
られ、該スロープ方向回転ステージ１４上に支持したカ
メラユニットの前記回転ステージ１２の軸芯に対する向
き（対向角度）を調整可能としている。尚、図２に示す
例ではスロープ方向回転ステージ１４上にカメラユニッ
トを取り付けた構造となっているが、後述するように回
転ステージ１２に対してスロープ方向回転ステージ１４
を介してフォーカスステージ１３を設けるようにし、こ
のフォーカスステージ１３上にカメラユニットを固定的
に取り付けるような構成とし、フォーカスステージ１３
の向き自体を前記回転ステージ１３の軸芯に対して調整
可能とすることも可能である。

【００１４】さて前記回転ステージ１２は、その内側空
間部にＣＶケーブル１を挿通可能な円環状をなし、その
軸芯を回転中心として所定角度範囲に亘って回転可能に
設けられている。即ち、芯出しステージ１１上に回転自
在に設けられた回転ステージ１２は、例えば互いに対向
して円環状をなす半円弧形状の２つのブロック体からな
る。そしてこれらのブロック体を互いに離反する向きに
移動させることで、その内側空間部を開放させて２分割
される構成となっている。これらのブロック体を離反さ
せ、その内側空間部を開放した状態で該空間部にＣＶケ
ーブル１を配置した後、互いに近接させることで該ＣＶ
ケーブル１の周囲を囲む円環状の結合体が構成される。
回転ステージ１２はこの状態で、その内側空間部に位置
付けたＣＶケーブル１の外周に沿って所定角度に亘って
回転される。

【００１５】前記スロープ方向回転ステージ１４を介し
てカメラユニットを支持したフォーカスステージ１３
は、上述した構成の回転ステージ１２の各ブロック体に
それぞれ移動自在に取り付けられるもので、その移動方
向は回転ステージ１２の軸芯に向かう向き、つまり回転
ステージの１２の径方向とされている。このフォーカス
ステージ１３の移動により、上記カメラユニットのＣＣ
Ｄカメラ６が前記回転ステージ１２の内側空間部に位置
付けられるＣＶケーブル１に対して接離され、その表面
に対するＣＣＤカメラ６の焦点調整がなされる。

【００１６】尚、上述した如く回転ステージ１２のブロ
ック体にそれぞれ設けられる２つのフォーカスステージ
１３は、各フォーカスステージ１３にそれぞれ支持され
るカメラユニットがＣＶケーブル１を挟んで互いに対向
するように、回転ステージ１２の周方向に１８０°位置
を異ならせて対向配置される。ところで前述した芯出し
ステージ１１は、上記フォーカスステージ１３を移動自
在に支持した回転ステージ１２の前記レール３に対する
位置と支持角度とを調整し、前記回転ステージ１２の軸
芯（回転中心）をＣＶケーブル１の中心軸に一致させる
役割を果たす。この為、長手方向移動ステージ４上に設
けられる芯出しステージ１１は、基本的にはＸＹテーブ
ル，Ｚテーブル、および回転テーブルによって構成され
る。

【００１７】ＸＹテーブルは前記レール３に沿った水平
面において前記回転ステージ１２の支持位置を調節する
もので、またＺテーブルは前記レール３に対する前記回
転ステージの１２の高さ位置を調節するものである。こ
れらのＸＹテーブルとＺテーブルとにより、前記回転ス
テージ１２の回転中心位置が、その内側空間部に位置付
けられるＣＶケーブル１の中心軸に位置合わせされる。
また回転テーブルは前記回転ステージ１２の回転軸方向
の前記レール３の長手方向に対する変位角度θを調整す
るもので、この回転テーブルによる変位角度の調整によ
り、前記回転ステージ１２の回転中心軸の方向と、その
内側空間部に位置付けられるＣＶケーブル１の中心軸の
向きとが合わせられる。

【００１８】このような構造の芯出しステージ１１の各
テーブルの調節により、前記回転ステージ１２の回転中
心軸がＣＶケーブル１の中心軸に一致し、且つその回転
面がＣＶケーブル１の中心軸に対して直交するように位
置決めされる。一方、前記フォーカスステージ１３に
は、例えばフォーカスステージ１３と前記回転ステージ
１２の内側空間部に配置されるＣＶケーブル１との離間
距離を計測する為の複数のセンサ１５が設けられてい
る。これらの複数のセンサ１５は、前記ＣＶケーブル１
の長手方向に離反した位置において該フォーカスステー
ジ１３とＣＶケーブル１との離間距離をそれぞれ計測す
ることで、該フォーカスステージ１３の前記ＣＶケーブ
ル１に対する傾きを検出する役割も担っている。

【００１９】即ち、フォーカスステージ１３は、回転ス
テージ１２による支持部から該回転ステージ１２の軸方
向に延びるアーム部１３ａを備えており、前記各センサ
１５はこのアーム部１３ａの基端部と先端部とにそれぞ
れ設けられている。そしてアーム部１３ａの両端位置に
て該フォーカスステージ１３のＣＶケーブル１の表面に
対する離間距離をそれぞれ計測することで、フォーカス
ステージ１２に前記スロープ方向傾斜ステージ１４を介
して支持されるカメラユニットの前記ＣＶケーブル１に
対する距離、およびその傾きを求めるものとなってい
る。

【００２０】尚、カメラユニットはフォーカスステージ
１３における上記アーム部１３ａの中央位置、つまり前
記各センサ１５の取付位置間を２等分する位置に前記ス
ロープ方向傾斜ステージ１４を介して角度調整可能に設
けられる。ところで上記センサ１５は、例えばその両端
部を内側に向けてそれぞれ突出させたコ字形状をなすセ
ンサホルダ１５ａの先端部（突出端部）に取り付けられ
るもので、発光器としてのＬＤ（レーザ・ダイオード）
と受光器としてのＰＴ（フォト・トランジスタ）とを対
向配置して実現されるフォトセンサからなる。そしてセ
ンサ１５は前記フォーカスステージ１３の移動に伴って
前記ＣＶケーブル１に近付けられ、該ＣＶケーブル１が
前記ＬＤとＰＴとの間に進入した状態となることで該Ｃ
Ｖケーブル１により前記ＬＤからＰＴに向けて照射され
た光が部分的に遮られたとき、これによって変化する上
記ＰＴよる受光量から該ＣＶケーブル１の前記ＬＤとＰ
Ｔとの間に対する進入量を計測するものである。この進
入量の計測により前記フォーカスステージ１３の前記ア
ーム部１３ａの両端位置におけるＣＶケーブル１の表面
との離間距離がそれぞれ求められる。このようなセンサ
１５により前記アーム部１３ａの両端位置においてそれ
ぞれ計測される前記ＣＶケーブル１に対する離間距離か
ら、該アーム部１３ａの中央位置に支持されたカメラユ
ニット（ＣＣＤカメラ６）とＣＶケーブル１の表面との
距離、更にはＣＶケーブル１の表面に対するフォーカス
ステージ１３（アーム部１３ａ）の対向角度（対向姿
勢）が求められる。

【００２１】尚、ここではセンサ１５として上述した構
成のフォトセンサを用いるものとするが、ＣＶケーブル
１の表面に向けてレーザ光を照射し、その反射光を受光
してＣＶケーブル１の表面との距離を計測するレーザ測
長器や、超音波の反射所要時間から上記距離を測定する
超音波センサ等を前記センサ１５として用いることも勿
論可能である。

【００２２】またセンサ１５はカメラユニットのＣＶケ
ーブル１の表面に対する距離と、その対向姿勢を調節す
る為に用いられるものであるから、上述したようにフォ
ーカスステージ１３に設けるのではなく、後述するよう
にカメラユニットを固定的に支持し、且つ上記フォーカ
スステージ１３に角度調整可能に設けられるスロープ方
向回転ステージ１４に設けることも勿論可能である。

【００２３】以上の如く構成された検査ユニット５にお
ける各ステージ１１,１２,１３,１４は、それぞれ専用
の駆動モータにより移動・回転されて位置決めされる。
そしてその位置決めは上記各センサ１５により計測され
る前記ＣＶケーブル１の表面に対する距離に従って制御
される。ちなみにこれらの制御は、例えばマイクロプロ
セッサ等からなる制御装置により実行される。

【００２４】これらのステージ１１,１２,１３,１４の
互いに関連した位置調整により、具体的には前記芯出し
ステージ１１によって前記回転ステージ１２のＣＶケー
ブル１に対する芯出し補正処理が施され、またフォーカ
スステージ１３によってＣＶケーブル１の表面に対する
カメラユニットの位置調整が行われ、更にスロープ方向
回転ステージ１４によってＣＶケーブル１の表面に対す
るカメラユニットの対向姿勢調整が行われる。これらの
各調整を施した後、前記回転ステージ１２を所定の角度
に亘って回転させることで、前記カメラユニットのＣＣ
Ｄカメラ６によるＣＶケーブル１の外周面に沿った走査
が行われ、その周方向全域に亘る表面画像が撮像入力さ
れる。

【００２５】このＣＣＤカメラ６によるＣＶケーブル１
の外周面の回転走査は、前記長手方向移動ステージ４を
前記レール３に沿って移動させることでＣＶケーブル１
に対する検査ユニット５の位置を順次変え、当該位置に
おける前記回転ステージ１２のＣＶケーブル１に対する
芯出し補正とカメラユニットの位置調整・姿勢調整とを
行いながら実行される。これによってＣＶケーブル１の
表面全域に亘ってＣＣＤカメラ６による表面画像の取り
込み走査が高精度になされる。

【００２６】次に前記検査ユニット５に組み込まれるカ
メラユニットとその支持機構について今少し具体的に説
明する。カメラユニットはＣＶケーブル１の表面に対す
る距離と、その対向角度（姿勢）とをそれぞれ調節可能
に、例えば図３に示すようにフォーカスステージ１３と
スロープ方向回転ステージ１４とを介して回転ステージ
１２に支持される。図３はカメラユニットとその周辺部
の構成を示すもので、(ａ)はＣＶケーブル１の軸方向か
ら見た状態、(ｂ)はＣＶケーブル１の径方向から見た状
態をそれぞれ示している。またこの図３は、カメラユニ
ットを固定的に支持したスロープ方向回転ステージ１４
に前述したセンサ１５を設けた構造を示している。

【００２７】図３において２１は回転ステージ１２に取
り付けられたレールであり、フォーカスステージ１３は
このレール２１上を移動自在に、図３(ｂ)において紙面
の表裏の方向に移動自在に取り付けられている。このフ
ォーカスステージ１３は、その移動方向と直交する向き
の上下端部を前記レール２１による支持部とは反対側に
折り曲げたコ字形状をなす。このフォーカスステージ１
３の上記コ字形状をなして対向する端部間には、その内
側に位置してスロープ方向回転ステージ１４が配置され
ている。このスロープ方向回転ステージ１４は、軸受２
２を介して前記フォーカスステージ１３の両端部に回転
自在に支持されている。つまりスロープ方向回転ステー
ジ１４は、フォーカスステージ１３の移動方向と直交す
る上下方向を回転軸として回転自在に支持され、ＣＶケ
ーブル１の長手方向に対する対向角度を調整可能とされ
ている。

【００２８】ちなみに前記スロープ方向回転ステージ１
４は、ＣＶケーブル１に対向する前面側を開放した箱体
をなし、その両側板１４ａには開放された前面側に連続
する半円状の窪み１４ｂが形成されている。この窪み１
４ｂを利用することで前記スロープ方向回転ステージ１
４はＣＶケーブル１に接触することなく、その前面側か
らＣＶケーブル１に接近して配置可能な構成となってい
る。

【００２９】しかして箱体をなすスロープ方向回転ステ
ージ１４の内部には、その奥部内面に沿って前述したカ
メラユニットをなすＣＣＤカメラ６と２つの照明光源２
３,２４が配置固定されている。第１の照明光源２３は
スロープ方向回転ステージ１４が前記ＣＶケーブル１に
対して所定の対向距離に位置付けられたとき、該ＣＶケ
ーブル１の表面を該表面と直角な方向（ＣＶケーブル１
の径方向）より照明する如く設けられている。また第２
の照明光源２４は、上記第１の照明光源２３による照明
部位を、その上方４５°の角度より照明する如く設けら
れている。そして前記ＣＣＤカメラ６は、ＣＶケーブル
１の表面の上記各照明光源２３,２４による照明部位
を、下方４５°の角度から撮像するように設けられてい
る。

【００３０】このようなＣＣＤカメラ６と照明光源２
３,２４との配置関係により、ＣＶケーブル１の表面の
第１の照明光源２３による乱反射像がＣＣＤカメラ６に
より撮像され、また第２の照明光源２４による正反射像
がＣＣＤカメラ６により撮像される。ちなみにＣＶケー
ブル１の表面における正反射像は、その表面の欠陥が暗
点として検出される。従って表面が半透明なケーブル絶
縁体上の傷や、その他の凹凸形状をなす異物を感度良く
検出することが可能となる。これに対して上記ＣＶケー
ブル１の表面の乱反射像にあっては、その欠陥部が輝点
として検出されるので、ケーブル表面に密着している凹
凸の少ない異物や、ケーブルの保護色となるような異物
を感度良く検出することが可能となる。つまり正反射像
と乱反射像とから、ケーブル表面の微細な傷や、その表
面に付着した微細な異物をそれぞれ高感度に検出するこ
とが可能となる。

【００３１】尚、この図３に示す構造例にあっては、前
記各側板１４ａの窪み１４ｂを挟んで対向する位置に前
述したセンサ１５をなすＬＤとＰＴとがそれぞれ対向し
て取り付けられている。これらのフォトセンサ１５によ
り、前記フォーカスステージ１３の移動によって該スロ
ープ方向回転ステージ１４がＣＶケーブル１に近付けら
れ、該ＣＶケーブル１が窪み１４ｂ内に進入した状態と
なったとき、前述したようにＬＤからＰＴに向けて照射
される光の該ＣＶケーブル１によって遮られる光量の変
化から前記スロープ方向回転ステージ１４の両側板１４
ａ位置でのＣＶケーブル１の表面との距離がそれぞれ求
められる。

【００３２】ちなみに各フォトセンサ１５のＰＴによる
受光量が予め設定された量となったとき、当該フォトセ
ンサ１５がＣＶケーブル１に対して所定の距離に位置付
けられたことが検出される。また受光量が上記設定量よ
りも多い場合には、ＣＶケーブル１による光の遮り量が
少なく、フォトセンサ１５の位置がＣＶケーブル１から
離れ過ぎていることが示される。逆に受光量が設定量よ
りも少ない場合には、ＣＶケーブル１による光の遮り量
が多く、フォトセンサ１５をＣＶケーブル１に接近させ
過ぎていることが示される。

【００３３】従って上記フォトセンサ１５の出力（受光
量）に応じて前記フォーカスステージ１３を移動調整
し、その受光量が所定の設定量となるように位置決めす
れば、これによってスロープ方向回転ステージ１４を、
ひいては該スロープ方向回転ステージ１４に組み込まれ
たカメラユニットをＣＶケーブル１に対して所定の位置
に設定することが可能となる。

【００３４】尚、スロープ方向回転ステージ１４に対し
てＣＶケーブル１が相対的に傾いている場合、或いはＣ
Ｖケーブル１自体に傾きがなくても、その表面が前述し
たＥＭＪのテーパ部のように傾いている場合には、スロ
ープ方向回転ステージ１４の両側におけるフォトセンサ
１５での検出出力に違いが生じる。この場合には、スロ
ープ方向回転ステージ１４をＣＶケーブル１の軸方向の
向きに回転させ、両フォトセンサ１５による検出出力が
互いに等しくなるようにその角度位置を調節すること
で、スロープ方向回転ステージ１４をＣＶケーブル１の
表面に対して平行に、つまりＣＶケーブル１の表面に対
してカメラユニットを、その正面から対峙させることが
可能となる。

【００３５】従って前記フォトセンサ１５による検出出
力に基づいてフォーカスステージ１３とスロープ方向回
転ステージ１４とをそれぞれ調節すれば、ＣＶケーブル
１の表面から所定距離を隔てた位置に、しかもＣＶケー
ブル１の表面と平行にカメラユニットを位置付けること
が可能となるので、これによってＣＣＤカメラ６の焦点
位置にＣＶケーブル１の表面を一致させ、その像（正反
射像および乱反射像）をそれぞれ鮮明に、且つ解像度良
く撮像入力することが可能となる。

【００３６】ところで上述した装置において、例えば５
０μｍ程度の微小異物を検出しようとする場合、一般に
洞道内で使用されるこの種の検査装置、特に検査ユニッ
ト５を大きくすることができないので、前記ＣＣＤカメ
ラ６の焦点距離を短くしてできる限りＣＶケーブル１に
近接配置した状態で該ＣＶケーブル１の表面を拡大撮影
するようにすることが望ましい。

【００３７】しかし、例えば焦点距離が１００mmで、且
つ画素数が４０万個の安価なＣＣＤを用いたＣＣＤカメ
ラ６を用いた場合、その被写界深度（焦点深度）は±３
mm程度である。特に前述した如くＣＶケーブル１の表面
を下方４５゜の向きからＣＣＤカメラ６を用いて撮像す
るものとすると、その実質的な被写界深度としては±
２.１２mm程度しか確保することができない。従ってＣ
ＣＤカメラ６の焦点合わせを高精度に行う必要がある。
しかも前記ＥＭＪにおけるスロープの開始部分において
も鮮明な表面画像を得ようとする場合、当該部分におけ
るＣＶケーブル１の表面の傾きが滑らかに変化すると雖
も、その傾きの変化に伴ってＣＣＤカメラ６の視野内に
おけるＣＶケーブル１の表面との距離が部分的に変化す
るので、ＣＣＤカメラ１としては更に広い被写界深度が
要求される。

【００３８】そこで本装置にあっては、ＣＣＤカメラ６
によるＣＶケーブル１の表面の撮像領域（画面幅）に対
して、その中心から約２０〜８０％の範囲においてＣＶ
ケーブル１の軸方向に離れた位置にて前述したセンサ１
５により該ＣＶケーブル１の表面に対する距離をそれぞ
れ計測するものとしている。このようにセンサ１５を近
接配置すれば、該センサ１５の出力に従って前述したよ
うにＣＶケーブル１の表面に対するＣＣＤカメラ６の対
向姿勢を、その表面の傾きに倣って平行に制御すること
ができることのみならず、該ＣＣＤカメラ６とＣＶケー
ブル１の表面との距離を上記該ＣＣＤカメラ６の被写界
深度の範囲において高精度に制御することが可能となる
ので、常に鮮明な表面画像を得ることが可能となる。

【００３９】しかも上述したようにＣＣＤカメラ６自体
の姿勢とＣＶケーブル１に対する距離を調節するので、
ＣＣＤカメラ６の焦点距離を一定に保ったままＣＶケー
ブル１の表面像を得ることができる。換言すればＣＶケ
ーブル１との距離に応じてＣＣＤカメラ６の焦点距離を
調整することがないので、焦点距離の変化に伴う撮影倍
率の変化がなく、ＣＶケーブル１の表面における異物を
常に一定の尺度で精度良く検出することができる。

【００４０】尚、センサ１５間の離間距離を更に狭めれ
ば、これによって上記ＣＶケーブル１の表面に対する距
離調整（ＣＣＤカメラ６に対する焦点位置調整）の精度
を高めることができるが、その反面、ＣＶケーブル１の
表面に対する姿勢制御の精度が劣化し、また該ＣＶケー
ブル１の表面の微小な凹凸に対しても過敏に反応するこ
とになるので、実際にはＣＣＤカメラ６による撮像領域
において、その中心から画面幅の１／４程度の位置を測
定点として前記センサ１５にて距離検出するようにすれ
ば良い。

【００４１】かくして上述した如くセンサの配置関係を
設定すれば、そのセンサ１５の出力を利用してカメラユ
ニットをＣＶケーブル１の表面のスロープ方向の変化に
精度良く倣わせて姿勢制御することができる。しかもＣ
ＣＤカメラ６のＣＶケーブル１の表面に対する距離を、
その焦点距離に応じて高精度に位置制御することができ
るので、常に鮮明な表面画像を求めることが可能とな
る。従ってＣＶケーブル１の表面画像に基づく微小欠陥
検査の精度を、簡易にして容易に高めのことが可能とな
る。しかも安価で、それ自体のリニアリティが高くない
上述した構成のフォトセンサ１５を用いた場合であって
も、その検査精度を効果的に高めることができる。

【００４２】尚、ＣＣＤカメラ６の被写界深度ｆが±
１.１２mmであって、ＣＶケーブル１の最大スロープ角
度θが２１°であるような場合、スロープ変化点を含む
ＣＶケーブル１の表面を上記被写界深度の範囲内に捕ら
えるには、例えば平行に配置されるセンサの間隔ｘをｘ＝（２×ｆ）／tan(θ／２) ＝２×（１.１２mm）／tan(２１°／２) ＝１２mm とすれば良い。またセンサの配置スペースに制約を受け
るような場合には、例えばその発光器（ＬＤ）と受光器
（ＰＴ）とを、図６に示すようにＣＶケーブル１の円周
方向にずらして配置するようにすれば良い。この場合、
そのずれに伴う焦点ずれをできるだけ少なく抑えるべ
く、例えばＬＤとＰＴとの離間距離ａ１２０mmに対し
て、２０mmのずれｂを与えるようにすれば良い。

【００４３】このようにすればＣＶケーブル１の半径ｒ
に対する焦点ずれ量ｚ1はｚ1 ＝ｒ−ｒcosα ， α＝tan^-1［(ｂ／２)／ａ］＝
４.８となり、その径が最大となるＥＭＪにおいても、例えば
その半径が８４mmである部分での焦点ずれ量ｚ1を高々
＋０.２９mmと、ＣＣＤカメラ６の焦点深度範囲内に納
めることができる。従ってＣＶケーブル１表面のスロー
プ方向が変化する部位においても、その表面像を精度良
く得ることが可能となる。

【００４４】次に上述した構成の表面検査装置によるＣ
Ｖケーブル１の表面検査の手順について説明する。図４
はその検査手順の一例を概略的に示すものであり、図５
は検査工程における検査ユニット５とＣＶケーブル１と
の関係を模式的に示したものである。尚、図５における
添字(１)は検査ユニット５をＣＶケーブル１の軸方向か
ら見た状態を示しており、添字(２)は検査ユニット５を
ＣＶケーブル１に沿って横方向から見た状態を示してい
る。

【００４５】この検査処理は、先ず装置をＣＶケーブル
１に装着し、該ＣＶケーブル１を回転ステージ１２の内
側にセットした状態から開始される。ＣＶケーブル１へ
の装着は、前記クランパ２によりＣＶケーブル１をクラ
ンプすることによりなされ、回転ステージ１２の内側へ
のＣＶケーブル１のセットは、回転ステージ１２を前述
した２つのブロック体に半割りにして行われる。この状
態で、前記レール３に沿って芯出しステージ１１を移動
し、検査ユニット５を所定の検査開始位置に位置付けて
装置を初期設定する（ステップＳ１）。

【００４６】しかる後、原点復帰処理を実行する（ステ
ップＳ２）。この原点復帰処理は前述した各ステージ１
１,１２,１３,１４をそれぞれ所定の原点位置に戻すも
のであり、例えば各ステージに対する駆動モータ（図示
せず）を始動させ、各ステージにそれぞれ組み込まれた
基準位置センサによりそのステージが所定の原点位置に
戻ったことが確認されたとき、上記駆動モータをそれぞ
れ停止させることによりなされる。この原点復帰処理に
より、検査ユニット５のＣＶケーブル１を挟んで対峙す
る２組のカメラユニットが、図５(ａ１)(ａ２)に示すよ
うに位置付けられる。

【００４７】その後、芯出し処理を実行する（ステップ
Ｓ３）。この芯出し処理は、検査ユニット５の各ステー
ジ１１,１２,１３,１４が、ＣＶケーブル１の軸芯に対
して必ずしも所定の位置関係にあるとは限らないことに
鑑みてなされる。具体的にはフォーカスステージ１３を
移動させて図５(ｂ１)(ｂ２)に示すようにフォトセンサ
１５の光路の一部がＣＶケーブル１によって遮られるよ
うにし、この状態でフォーカスステージ１３を微調整
し、またスロープ方向回転ステージ１４を調整して各フ
ォトセンサ１５による受光量がそれぞれ所定の設定量と
なるようにする。この調整によって図５(ｃ１)(ｃ２)に
示すように、ＣＶケーブル１の傾き方向に応じてカメラ
ユニットの姿勢が調整され、且つＣＶケーブル１の表面
がＣＣＤカメラ６の焦点位置となる距離にカメラユニッ
トが位置付けられる。そこでこの状態に至ったときの前
記フォーカスステージ１３、およびスロープ方向回転ス
テージ１４の前記原点位置からの移動量を読み取り、そ
のときの回転ステージ１２の回転角度の情報と共に記憶
する。その後、上記各ステージ１３,１４を一旦原点位
置に復帰させる。

【００４８】しかる後、上記芯出し処理がＣＶケーブル
１に対して複数の方向から行われた否かを判定し（ステ
ップＳ４）、一方向に対してだけ行われた場合には、例
えば前記回転ステージ１２を９０°回転させた後（ステ
ップＳ５）、前述した芯出し処理を繰り返し実行する。
この芯出し処理は、理論的には前記回転ステージ１２を
回転させて前記フォーカスステージ１３の移動方向を異
ならせることで、少なくとも２回実行される。このよう
にすれば、検査ユニット５とＣＶケーブル１とのずれ量
を３次元的に求めることができる。尚、より効率的に、
且つ精度良く上記ずれ量を３次元的に求める場合には、
回転ステージ１２を９０°回転させ、フォーカスステー
ジ１２の移動方向が直行するようにすることが望まし
い。また３方向以上の向きにてそれぞれ上述したずれ量
を求めて、芯出し処理の高精度化を図ることも勿論可能
である。

【００４９】以上のようにして各方向についてのずれ量
が求められたならば、これらのずれ量に従って検査ユニ
ット５とＣＶケーブル１との３次元的なずれ量を計算
し、その計算結果に従って前記芯出しステージ１１を調
節する（ステップＳ６）。この調節により、ＣＶケーブ
ル１に対して検査ユニット５が芯出し補正され、回転テ
ーブル１２の回転中心がＣＶケーブル１の軸芯に位置合
わせされる。

【００５０】しかる後、表面検査処理を実行する（ステ
ップＳ７）。この表面検査処理は上述した芯出し補正処
理が行われた時点で、再度、前記フォーカスステージ１
３とスロープ方向回転ステージ１４とを調節し、カメラ
ユニットをＣＶケーブル１に対して所定の位置・姿勢と
なるように位置付けて、その表面の像をＣＣＤカメラ６
にて撮像することによりなされる。このＣＣＤカメラ６
によるＣＶケーブル１の表面画像の入力は、図５(ｄ１)
(ｄ２)に示すように回転テーブル１２を所定角度ずつ回
転させ、或いは連続的に回転させ、ＣＶケーブル１の全
周に亘ってその表面画像が入力されるまで繰り返し実行
される（ステップＳ８,Ｓ９）。

【００５１】このようにしてＣＶケーブル１の長手方向
の或る位置において、その外周面全域の表面画像が入力
されたならば、ＣＶケーブル１の長手方向全域において
その表面検査が終了したか否かを判定し（ステップＳ１
０）、検査終了前であるならば検査ユニット５を前記レ
ール３に沿って所定量移動し（ステップＳ１１）、その
移動位置にて前述した芯出し処理からの処理手続きを繰
り返し実行する。

【００５２】かくしてこのような処理手続きに従ってＣ
Ｖケーブル１の表面状態を画像入力し、その入力画像に
従ってＣＶケーブル１の表面に付着した異物や傷の有無
を検査する本装置によれば、ＣＶケーブル１に対して検
査ユニット５が軸芯のずれを伴って装着されるような場
合や、その軸自体が傾いて装着されるような場合であっ
ても、その軸ずれを補正した上でカメラユニットをＣＶ
ケーブル１に対して所定の位置に位置付け、且つその表
面と平行になるようにカメラユニットの向きが調整され
る。この状態で回転ステージ１２を回転させながら、カ
メラユニットにてＣＶケーブル１の表面の画像を入力す
るので、ＣＶケーブル１の外周面全域に亘って鮮明で、
解像度の高い表面画像を得ることが可能となる。

【００５３】しかもＥＭＪの両端部におけるテーパ状を
なす表面の画像を入力する場合であっても、そのテーパ
面の傾きに応じてカメラユニットの向きが変えられ、そ
の表面との平行関係が保たれるので、上記テーパ面の表
面画像についても鮮明に、且つ解像度良く得ることがで
きる。しかも前述したようにセンサ１５により計測され
るＣＶケーブル表面との離間距離に応じて各ステージの
位置・角度を調整するだけなので、その制御が簡単であ
る。特にスロープ方向回転ステージ１４によってカメラ
ユニットとＣＶケーブル１の表面との距離を変えること
なくその姿勢を変え、カメラユニットをＣＶケーブル１
の表面と平行に位置付けることができるので、ＣＣＤカ
メラ６における焦点ずれの問題を招くことがない。従っ
てＣＣＤカメラ６に対するオートフォーカス機構をわざ
わざ組み込む必要がない等の効果が奏せられる。

【００５４】尚、本発明は上述した実施例に限定される
ものではない。例えばセンサ１５を備えたフォーカスス
テージ１３に対して、カメラユニットだけを単独でその
向きを変え得るように構成しても良い。この場合には、
フォーカスステージ１３の両端においてセンサ１５によ
り検出されるＣＶケーブル１の表面との距離差（受光量
の差）に従ってＣＶケーブル１の表面の傾きを求め、そ
の傾きに応じてカメラユニットの向きを変えるようにす
れば良い。また検査の処理手順についても、例えばＣＶ
ケーブル１の長手方向全域において予めずれ量を計測し
ておき、検査ユニット５の移動位置に応じて逐次ずれ量
を補正しながら表面検査処理を連続して実行するように
することも可能である。その他、本発明はその要旨を逸
脱しない範囲で種々変形して実施することができる。

【００５５】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、検
査ユニットの構成を、撮像手段を被検査物に向けて進退
可能としたフォーカスステージと、このフォーカスステ
ージを支持し、撮像手段を被検査物の外周に沿って回転
可能とした回転ステージと、この回転ステージの回転軸
を被検査物の軸心に位置合わせする芯出しステージと、
撮像手段の被検査物に対する対向角度を調整可能とした
スロープ方向回転ステージとを具備したものとし、前記
フォーカスステージに、前記被検査物の長手方向に離反
した位置にて該フォーカスステージの前記被検査物に対
する離間距離をそれぞれ計測する複数のセンサを設けた
ことを特徴としている。

【００５６】従って複数のセンサから求められる離間距
離に従って前記各ステージの被検査物に対する位置を相
互に関連付けてそれぞれ最適調整することが可能で有
り、しかも被検査物の表面形状の変化に応じて撮像手段
の位置・姿勢を制御しながら、その表面全域を簡易にし
て効率的に走査し、その表面画像から微細な欠陥の有無
を検査することができる。

【００５７】また請求項２に記載の発明によれば、スロ
ープ方向回転ステージをフォーカスステージと撮像手段
との間に設けるので、撮像手段の被検査物との対向角度
を該被検査物の長手方向に効果的に調整可能とし得る。
また請求項３に記載の発明によれば、スロープ方向回転
ステージをフォーカスステージと回転ステージとの間に
設けるので、撮像手段を取り付けたフォーカスステージ
の回転ステージに対する支持角度を調整するだけで、撮
像手段の被検査物との対向角度を該被検査物の長手方向
に調整可能とし得る。

【００５８】更に請求項４に記載の発明によれば、回転
ステージを、少なくとも２分割されてその回転中心から
離反する向きに移動可能で、且つ回転時にはその回転中
心部に被検査物が挿通される空間部を形成する構成とし
ているので、被検査物に対する検査ユニットの位置付け
を容易なものとすることができる。更には撮像手段を支
持し、且つセンサを備えたフォーカスステージを該回転
ステージの回転方向に沿う複数の部位にそれぞれ設けて
いるので、前記各ステージの位置調整をより簡易なもの
とし、且つ回転ステージによる回転走査も簡単に行い得
る構造を実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態に係る表面検査装置の全体
的な概略構成図。

【図２】図１に示す表面検査装置における検査ユニット
の基本構成を概略的に示す図。

【図３】カメラユニットとその周辺部の構成を示す図。

【図４】実施例装置による表面検査手順の一例を示す
図。

【図５】検査工程における検査ユニットとＣＶケーブル
との関係を模式的に示す図。

【図６】センサをＣＶケーブルの円周方向にずらして配
置した場合の検出作用を説明する為の図。

【符号の説明】

１ＣＶケーブル（被検査物）３レール５検査ユニット６ＣＣＤカメラ１１芯出しステージ１２回転ステージ１３フォーカスステージ１４スロープ方向回転ステージ１５センサ（フォトセンサ）

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】断面円形をなす長尺形状の被検査物の表
面状態を検査する表面検査装置であって、前記被検査物
の長手方向に沿って移動可能に設けられた長手方向移動
ステージと、この長手方向移動ステージに支持されて前
記被検査物の表面状態を画像入力するための撮像手段を
前記被検査物に対向配置する検査ユニットとを備えてな
り、この検査ユニットは、前記撮像手段を前記被検査物に向
けて進退可能なフォーカスステージと、このフォーカス
ステージを支持し、前記撮像手段を前記被検査物の外周
に沿って回転可能な回転ステージと、この回転ステージ
の回転軸を前記被検査物の軸心に位置合わせする芯出し
ステージと、前記撮像手段の前記被検査物に対する対向
角度を調整可能なスロープ方向回転ステージとを具備
し、前記フォーカスステージは前記被検査物の長手方向に離
反した位置にて該フォーカスステージの前記被検査物と
の離間距離をそれぞれ計測する複数のセンサを備えてい
ることを特徴とする表面検査装置。
【請求項２】前記スロープ方向回転ステージは、前記
フォーカスステージに対して前記撮像手段を、該撮像手
段の前記被検査物との対向角度を該被検査物の長手方向
に調整可能に設けたものである請求項１に記載の表面検
査装置。
【請求項３】前記スロープ方向回転ステージは、前記
回転ステージに対して前記フォーカスステージを、該フ
ォーカスステージの移動方向と前記回転ステージの回転
軸とを含む面内において角度調整可能に設けてなり、前
記フォーカスステージに支持された前記撮像手段の前記
被検査物との対向角度を該被検査物の長手方向に調整可
能としたものである請求項１に記載の表面検査装置。
【請求項４】前記回転ステージは、少なくとも２分割
されてその回転中心から離反する向きに移動可能で、且
つ回転時にはその回転中心部に被検査物が挿通される空
間部を形成する構成を有するものであって、前記撮像手段を支持し、且つ前記センサを備えたフォー
カスステージは、該回転ステージの回転方向に沿う複数
の部位にそれぞれ設けられることを特徴とする請求項１
に記載の表面検査装置。