JPH11295228A - 円筒形状物体の欠陥検査装置及び方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 円筒状物体の外壁の穴や凹凸を精度よく検出
する。 【解決手段】 円筒形状物体の欠陥検査装置において、
ラインセンサ４は、受光ライン１４ａおよび読み取りラ
イン１２ａの双方を含む平面４０と円筒状物体１の中心
軸Ｏとが所定の距離ｄをおいて離隔されて配置されてい
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は円筒形状物体の欠陥
検査装置に関し、特に円筒状物体の外壁に生じた穴や、
円筒状物体又は円柱状物体の外壁表面に生じた凹凸を検
出する欠陥検査装置に関する。本明細書における円筒形
状物体とは、円筒状物体、円柱状物体、及び先端部が切
断時にテーパ状に形成されたもの等、変形された円筒状
物体及び円柱状物体を含む。円筒形状物体は、通常は樹
脂や金属等を円筒又は円柱に成型されて形成されるが、
これらの成型時には、端面部に欠けやバリが形成された
り、表面に凹凸が形成されたりする可能性がある。

【０００２】そこで、円筒形状物体の製造中にこれらの
欠陥の有無を検査する必要がある。

【０００３】

【従来の技術】添付図面の全図を通じて、同一参照符号
を同一のものを示す。円筒形状物体の従来の外観検査方
法は、例えば、特開昭６２−３９７４５号公報に開示さ
れている。図１は上記公報に記載の従来の欠陥検査装置
を示すシステム構成図である。図１において、１は円筒
状物体、３はライン状照明装置、４はラインセンサ、５
は画像処理装置、１２は円筒状物体１上の読み取り位
置、１４はラインセンサ４の受光位置、４１は受光素子
列である。

【０００４】円筒状物体１の長手方向は図１の紙面に垂
直な方向である。円筒状物体１上の読み取り位置１２を
含む円筒状物体１の長手方向のラインを、本明細書にお
いては読み取りラインと称する。ラインセンサ４は、そ
れに含まれる受光素子列４１が円筒状物体１の長手方向
に平行になるように配置されている。本明細書におい
て、受光素子列４１の受光部を受光ラインと称する。図
においては、受光ライン上の一点である受光位置１４が
示されている。

【０００５】図１からわかるように、従来は、ラインセ
ンサ４は、円筒状物体１上の読み取りラインおよびライ
ンセンサ４の受光ラインの双方を含む（図１の紙面に垂
直な）平面が、円筒状物体１の中心軸Ｏを通るように配
置されている。次に動作を説明する。円筒状物体１を中
心軸Ｏを中心に回転させながら、ライン状照明装置３か
らの光を円筒状物体１に照射する。円筒状物体１上の読
み取り位置１２に照射された光は読み取り位置１２にお
いて反射され、反射光の一部がラインセンサ４の受光素
子列４１に受光される。

【０００６】円筒状物体１がその中心軸Ｏを中心に１回
転する間にラインセンサ４は複数個の画像を取り込み順
次１ライン毎に画像データを画像処理装置５に送り、画
像処理装置５により円筒状物体１の側面全周の展開画像
を作成する。そして、側面全周の展開画像が作成された
時点で、画像処理装置５により、円筒状物体１の欠陥の
有無や大きさ等を求め、それに基づいて円筒状物体１の
合否の判定を行う。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】上記の従来の装置によ
れば、円筒状物体１の先端部の切断によって生じたバリ
は検出できるが、円筒状物体１の表面の欠けや表面の凹
凸を精度よく検出することができないという問題があ
る。その理由を図２により説明する。図２は従来の円筒
状物体の欠陥検査装置において円筒状物体の表面の欠陥
を検出できないことを説明する図である。

【０００８】図２において、円筒状物体１の表面に欠け
１０があるとする。この場合、蛍光灯等のライン状照明
装置３により円筒状物体１を照射すると、この欠け部１
０を光が通過して、円筒状物体１の欠け部１０の反対側
の内側の壁部１１により乱反射され、その一部の光が欠
け部１０を通ってラインセンサ４により受光される。一
方、欠け部１０が存在しない場合は、照明装置３からの
光は円筒状物体１のラインセンサ４に近い表面で反射し
てラインセンサ４に入射する。円筒状物体１の直径は通
常、例えば、２．５ｍｍと小さいので、円筒状物体１の
内部を往復する間の光の強度の減衰は無視できる。した
がって、画像処理装置５はラインセンサ４に入射した光
が、円筒状物体１のラインセンサ４に近い表面からの反
射光か、その反対側の内側の壁部１１からの反射光かを
区別することは困難である。これは、欠け部１０を精度
よく検出することができないということを意味してい
る。

【０００９】欠け部１０の替わりに凹凸がある場合も、
その部分での反射光と、凹凸がないとした場合の反射光
とを画像処理装置５が区別することは困難であり、した
がって円筒状物体１の表面の凹凸を精度よく検出するこ
とができない。本発明の目的は、円筒状物体の外壁に生
じた穴や、円筒状物体又は円柱状物体の外壁表面に生じ
た凹凸を精度よく検出できる欠陥検査装置を提供するこ
とにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明により提供される円筒形状物体の欠陥検査
装置においては、その長手方向と円筒形状物体の中心軸
方向が平行に配置されたライン状照明装置と、円筒形状
物体上の長手方向に平行な読み取りラインからの反射光
を受光ラインにて受光するラインセンサと、円筒形状物
体をその中心軸を軸として回転させる回転装置と、ライ
ンセンサからの読み取り信号を処理して欠陥を検出する
画像処理装置とを備えた円筒形状物体の欠陥検査装置に
おいて、ラインセンサは、受光ラインおよび読み取りラ
インの双方を含む平面と円筒形状物体の中心軸とが所定
の距離をおいて離隔するように、配置されている。

【００１１】より詳細には、ラインセンサは、その長手
方向が円筒形状物体の中心軸と平行になるように配置さ
れ、且つ、円筒形状物体の中心軸に対して直交する平面
上において、読み取りラインと円筒形状物体の中心軸と
を結ぶ直線とラインセンサの受光方向とのなすオフセッ
ト角度（θ）が誤差範囲を越える所定有限角度となるよ
うに配置されている。

【００１２】上記オフセット角度（θ）は２０度以上で
７０度以下であることが好ましい。本発明により、上記
の欠陥検査装置を用いて円筒形状物体の欠陥を検査する
欠陥検査方法も提供される。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
によって説明する。図３は本発明の実施の形態による円
筒形状物体の欠陥検査装置を示すシステム構成図であ
る。図３において、１は検査対象である円筒状物体、２
は円筒状物体をその中心軸Ｏを中心に回転させる回転機
構、３はライン状照明装置、４はラインセンサ、５は画
像処理装置、１２は円筒状物体１の表面の読み取り位
置、１３はラインセンサ４の受光方向に沿う光の経路、
１４はラインセンサ４の受光位置、１５はライン状照明
装置３から読み取り位置１２に向かう光照射方向の光の
経路、４１はラインセンサ４が有する受光素子列であ
る。

【００１４】円筒状物体１、回転機構２、ライン状照明
装置３、およびラインセンサ４は、円筒状物体１の中心
軸Ｏに対して直交する平面上で図示されている。回転機
構２は、例えば、円筒状物体１の中心軸Ｏの両端部をモ
ータの軸（図示省略）に結合させて円筒状物体１を回転
させるといった、旋盤に類似の機構である。

【００１５】ライン状照明装置３としては、例えば、蛍
光灯、ロッド照明装置、光ファイバライン状照明装置等
がある。ライン状照明装置３の長手方向（図３において
紙面に垂直な方向）は、円筒状物体１の中心軸Ｏに平行
である。ライン状照明装置３からの出射光は指向性があ
ってもなくてもよい。指向性がある場合は、ライン状照
明装置３からの光は読み取り位置１２に向かわせる。指
向性のない場合はライン状照明装置３から全方向に出射
される光の１部が読み取り位置１２に向かう。本実施の
形態においては、ライン状照明装置３から読み取り位置
１２に向かう光の方向を光照射方向という。

【００１６】ラインセンサ４としては、例えば、ライン
ＣＣＤカメラが使用される。また、ライン状照明装置３
も、その長手方向が円筒状物体１の中心軸Ｏに対して平
行になるように配置されている。円筒状物体１の中心軸
Ｏに対して直交する平面上において、読み取り位置１２
とラインセンサ４の受光位置１４とを結ぶ光の経路１３
の方向がラインセンサ４の受光方向である。

【００１７】図４は図３に示した、円筒状物体１、ライ
ン状照明装置３、およびラインセンサ４の相互の位置関
係を示す概略的な斜視図である。図４において、１２ａ
は円筒状物体１の現在の回転位置における読み取りライ
ンであり、１４ａは読み取りライン１２ａからの反射光
を受光するラインセンサ４の受光ラインである。尚、読
み取りライン１２ａは円筒状物体１上の固定位置にある
のではなくて、回転機構２による円筒状物体１の回転中
に読み取りライン１２ａからの反射光が常に同じ方向で
受光ライン１４ａに受光されるように、円筒状物体１の
回転運動とともに円筒状物体１上をその回転方向と反対
の方向に同じ回転速度で移動することに注意すべきであ
る。

【００１８】ラインセンサ４が有する受光素子列４１は
図４においては図示を省略してある。当然のことなが
ら、読み取りライン１２ａは図３に示した読み取り位置
１２を含んでおり、受光ライン１４ａは図３に示した受
光位置１４を含んでいる。本発明の実施の形態により、
ラインセンサ４は、図４に示されるように、受光ライン
１４ａと読み取りライン１２ａとを含む平面４０と、円
筒状物体１の中心軸Ｏとが、所定の距離ｄをおいて離隔
されるように、配置されている。

【００１９】より詳細には、図３および図４からわかる
ように、ラインセンサ４は、円筒状物体１の中心軸Ｏに
直交する平面上において、読み取り位置１２と円筒状物
体１の中心軸Ｏとを結ぶ直線Ｒとラインセンサ４の受光
方向の光の経路１３とが読み取り位置１２においてなす
オフセット角度θが誤差範囲を越える所定有限角度とな
るように配置されている。上記オフセット角度θは２０
度以上で７０度以下であることが好ましい。

【００２０】また、ライン状照明装置３は、読み取り位
置１２からの反射光を妨げない位置に配置されている。
より詳細には、ライン状照明装置３は、円筒状物体１の
中心軸Ｏと直交する平面上において、ライン状照明装置
３の光照射方向１５とラインセンサの受光方向の光の経
路１３とが読み取り位置１２においてなす照射角度φ
が、０≦φ＜θであるように配置されている。φ＝０を
含めたのは、ライン状照明装置３が光ファイバライン状
照明装置である場合は、φ＝０で且つラインセンサ４に
よる受光を妨げない位置に光ファイバを配置することは
容易であるからである。

【００２１】次に動作を説明する。回転機構２は円筒状
物体１を所定の回転速度で回転させる。この回転中に、
ライン状照明装置３は円筒状物体１を照射する。照射さ
れた光のうち円筒状物体１上の読み取りライン１２ａに
照射された光はその位置で乱反射する。乱反射された光
のうち、平面４０内の受光方向に向かう光はラインセン
サ４により受光される。このようにして、ラインサンサ
４は、ライン状照明装置３により照明された円筒状物体
１の長手方向を１次元的に撮像して円筒状物体１から受
光した光を電気信号に変換し、画像処理装置５に送出す
る。

【００２２】画像処理装置５は、ラインセンサ４からの
画像信号に基づいて、円筒状物体１の正常部と欠陥部を
判別する。次に本発明の実施例により円筒状物体１の外
壁の欠け、外壁表面の凹凸が検出可能であることを図５
から図７により説明する。図５は円筒状物体１の外壁に
欠け部が存在する場合の図３の一部拡大図である。図５
に示すように、円筒状物体１が回転して読み取り位置１
２の位置に欠け部５０が存在するようになった場合、ラ
イン状照明装置３からこの読み取り位置１２に入射した
光は、欠け部５０を通過して円筒状物体１の内側の壁で
乱反射する。欠け部を通過してラインセンサ４により受
光される乱反射後の光は極めて少ないので、この欠け部
５０はラインセンサ４には暗部として検出される。これ
により、欠け部５０が検出される。

【００２３】図６は円筒状物体１の外壁に凸部が存在す
る場合の図３の一部拡大図である。図示のように、円筒
状物体１が回転して読み取り位置１２の光照射方向側に
凸部６０が現れると、ライン状照明装置３からの光がそ
の凸部６０により遮られて読み取り位置１２に到達しな
い。したがって、読み取り位置１２はラインセンサ４に
より暗部として検出される。これにより、凸部６０が検
出される。

【００２４】図７は円筒状物体１の外壁に凹部が存在す
る場合の図３の一部拡大図である。図示のように、円筒
状物体１が回転して読み取り位置１２に凹部７０が現れ
ると、ライン状照明装置３からの光はこの凹部に入射さ
れ、凹部７０の壁において乱反射される。その結果、読
み取り位置１２に相当する位置からは光は反射しない。
ラインセンサ４に入射する光は凹部７０の壁において乱
反射した光のうちの僅かな一部であり、実質的に読み取
り位置１２は暗部として検出される。これにより、凹部
７０が検出される。

【００２５】バリは、ラインセンサ４の出力波形の端面
部を示す座標の変化が所定範囲から外れていることによ
り、検出可能である。以上の実施の形態では円筒状物体
の欠陥検査を説明したが、本発明はこれに限らず、内部
が中空でない円柱状物体等の他の任意の円筒形状物体の
表面の欠陥も上記と同様に検査できる。

【００２６】

【実施例】次に本発明の実施例を具体例によりさらに詳
述する。検査対象である円筒状物体１としては、直径
２．５ｍｍ、長さ１５０ｍｍにカットされた円筒状物体
を使用した。端面から長手方向２０ｍｍの範囲を検査領
域とした。

【００２７】ライン状照明装置３としては、８Ｗの蛍光
灯を用い、照射角度φ＝１５°で円筒状物体１から５０
ｍｍ離した位置に配置した。円筒状物体１は回転装置２
により回転させられるが、その回転速度は、２秒／１回
転とした。ラインセンサ４としては、ラインＣＣＤカメ
ラ（例えば、三菱レイヨン（株）製の２０４８画素ライ
ンＣＣＤカメラ：ＳＣＤ−２０４８）を使用し、オフセ
ット角度θ＝３０°で１画素の分解能が１５μｍ／画素
となる位置に配置した。

【００２８】画像処理装置５としては、例えば、三菱レ
イヨン（株）製のＬＳＣ−３００を使用した。図８及び
図９はそれぞれ、上記具体例により検査したときの、円
筒状物体１の表面に欠陥がない場合及び欠陥がある場合
のラインセンサ４による１ラインの撮像の結果の出力波
形を示すグラフである。欠陥がない場合は、図８のよう
に、検査領域である２０ｍｍの長さの全体にわたって、
ラインセンサ４はほぼ一定の出力（約６００ｍＶ）を示
す。ところが、欠陥がある場合は、図９のように、端面
から約３ｍｍの部分のラインセンサ４の出力波形が２０
０ｍＶ近くまで落ち込んでいる。これにより、その部分
が欠陥であると判定できる。

【００２９】

【発明の効果】以上詳述したように、本発明によれば、
円筒状及び円柱状の物体の外観検査において、欠け、バ
リ、表面凹凸を精度良く検出することが可能になり、円
筒状物体の品質向上に大きく役立つ。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来の欠陥検査装置を示すシステム構成図であ
る。

【図２】従来の欠陥検査装置において円筒状物体の表面
の欠けを検出できないことを説明する図である。

【図３】本発明の実施例による円筒状物体の欠陥検査装
置を示すシステム構成図である。

【図４】図３に示した、円筒状物体１、ライン状照明装
置３、およびラインセンサ４の相互の位置関係を示す概
略斜視図である。

【図５】円筒状物体の外壁に欠け部が存在する場合の図
３の一部拡大図である。

【図６】円筒状物体の外壁に凸部が存在する場合の図３
の一部拡大図である。

【図７】円筒状物体の外壁に凹部が存在する場合の図３
の一部拡大図である。

【図８】本発明の実施例により検査したときの、円筒状
物体の表面に欠陥がない場合のラインセンサによる１ラ
インの撮像の結果の出力波形を示す図である。

【図９】本発明の実施例により検査したときの、円筒状
物体の表面に欠陥がある場合のラインセンサによる１ラ
インの撮像の結果の出力波形を示す図である。

【符号の説明】

１…円筒状物体 ２…回転装置 ３…ライン状照明装置 ４…ラインセンサ ５…画像処理装置 １２…読み取り位置 １２ａ…読み取りライン １３…読み取り位置と受光位置との間の光の経路 １４…ラインセンサ４の受光位置 １４ａ…受光ライン １５…ライン状照明装置３から読み取り位置１２に向か
う光の経路 Ｏ…中心軸 θ…オフセット角度 φ…照射角度

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 その長手方向と円筒形状物体の中心軸方
   向が平行に配置されたライン状照明装置（３）と、円筒
   形状物体上の長手方向に平行な読み取りラインからの反
   射光を受光ラインにて受光するラインセンサ（４）と、
   円筒形状物体をその中心軸を軸として回転させる回転装
   置（２）と、ラインセンサ（４）からの読み取り信号を
   処理して欠陥を検出する画像処理装置（５）とを備えた
   円筒形状物体の欠陥検査装置において、 ラインセンサ（４）は、受光ラインおよび前記読み取り
   ラインの双方を含む平面と円筒形状物体の中心軸とが所
   定の距離をおいて離隔するように、配置されていること
   を特徴とする円筒形状物体の欠陥検査装置。
2. 【請求項２】 円筒形状物体の中心軸に対して直交する
   平面上において、読み取りラインと円筒形状物体の中心
   軸とを結ぶ直線とラインセンサの受光方向とのなすオフ
   セット角度（θ）が２０度以上で７０度以下となるよう
   に配置されている請求項１に記載の欠陥検査装置。
3. 【請求項３】 請求項１又は請求項２に記載の装置を用
   いて円筒形状物体の欠陥を検査する欠陥検査方法。