JPH1194528A - 外観検査装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】被検査体を回転することなく端面全てと外周面
全ての映像とを得ることができ検査に必要な時間を短縮
してかつ低コストな外観検査装置を提供する。 【解決手段】外観検査装置１は裁頭円錐状、円筒状及び
円環状等に形成されかつ平坦な端面３とこの端面３に隣
接する外周面４とを有する被検査体２の外観を検査する
装置であって箱状部材６と反射部材７とカメラ９等を備
えている。箱状部材６は照明装置５とハーフミラー１５
とを備えている。反射部材７は被検査体２を載置する底
部１７と底部１７の縁からカメラ９に向かって徐々に径
が拡大するように延びたすりばち部１８とを一体に備え
ている。すりばち部１８の内面１８ａは鏡面状に形成さ
れている。反射部材７は外周面４の映像を内面１８ａで
反射してカメラ９まで導く。カメラ９はレンズ部２７と
エリアセンサ８を備えている。エリアセンサ８は端面３
全ての映像と外周面４全ての映像とを撮像する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、裁頭円錐状、円筒
状及び円環状などに形成された被検査体の外観を検査す
る外観検査装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、裁頭円錐状、円筒状及び円環状の
うちいずれかに形成され、かつ平坦に形成された端面と
この端面と隣接する外周面とを備えた被検査体の外観を
検査するために、図７に示すような外観検査装置５１が
用いられている。

【０００３】図７に例示された外観検査装置５１は、前
述した端面５３と外周面５４とを備えて形成された被検
査体５２の外観を検査する装置であって、端面５３と相
対して配置された第１の撮像手段５５と第１の光源５６
と、外周面５４と相対して配置された第２の撮像手段５
７と第２の光源５８と、画像処理装置５９などを備えて
いる。

【０００４】前記第１の撮像手段５５は、第１の光源５
６が放射しかつ端面５３によって反射された光によっ
て、この端面５３の映像を得るようになっている。第２
の撮像手段５７は、第２の光源５８が放射しかつ外周面
５４によって反射された光によって、この外周面５４の
映像を得るようになっている。

【０００５】撮像手段５５，５７は、それぞれ、光電変
換素子をライン状に配列したラインセンサを備えたカメ
ラ（以下ラインセンサカメラと呼ぶ）または、光電変換
素子をマトリックス状に配列したエリアセンサを備えた
カメラ（以下エリアセンサカメラと呼ぶ）が用いられて
いる。

【０００６】ラインセンサカメラが用いられた場合に
は、前記外観検査装置５１は、被検査体５２を図示しな
い回転駆動装置などによって、図７に示す矢印Ｋに沿っ
て回転させて、端面５３全ての映像及び外周面５４全て
の映像を得ている。

【０００７】また、エリアセンサカメラが用いられた場
合には、前記外観検査装置５１は、端面５３を検査する
場合には被検査体５２を回転させる必要は無い。しか
し、外周面５４を検査する際には、被検査体５２を図示
中の矢印Ｋに沿って回転させて、外周面５４全ての映像
を得ている。

【０００８】そして、前述したラインセンサカメラ及び
エリアセンサカメラいずれが用いられた場合において
も、画像処理装置５９において、前述したように得られ
た端面５３全て及び外周面５４全ての映像に所定の画像
処理などを施して、被検査体５２の外観の検査を行って
いる。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】上述したように、従来
の外観検査装置５１は、被検査体５２の外観の映像、特
に外周面５４全ての映像を得るためには、回転駆動装置
などを用いて、この被検査体５２を少なくとも１回転す
る必要がある。さらに、端面５３全ての映像を得る撮像
手段５５と外周面５４全ての映像を得る撮像手段５７と
をそれぞれ設ける必要がある。

【００１０】このため、この装置５１自体のコストが高
騰する傾向となるとともに、被検査体５２を少なくとも
１回転するので、検査に必要とされる時間が長くなっ
て、単位時間あたりに検査できる被検査体の個数が少な
くなる。

【００１１】本発明は前記事情に着目してなされたもの
で、その目的とするところは、被検査体を回転すること
なく、前記被検査体の端面全てと外周面全ての映像を得
ることができ、かつ装置自体のコストを抑制するととも
に検査に必要とされる時間を短縮できる外観検査装置を
提供することにある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】前記課題を解決し目的を
達成するために、本発明の外観検査装置は、裁頭円錐
状、円筒状及び円環状のうちいずれかに形成され、かつ
平坦に形成された端面とこの端面と隣接する外周面とを
備えた被検査体の外観を検査する装置であって、前記被
検査体の外観の映像を撮像する撮像手段と、前記被検査
体の端面に撮像手段を相対して配置し、前記撮像手段に
よって前記被検査体の端面の映像を撮像する際に、前記
被検査体の外周面の映像を前記撮像手段に導く光路変更
手段と、を備えたことを特徴としている。

【００１３】本発明の外観検査装置は、被検査体の端面
が撮像手段に相対して配置され、その端面の映像が撮像
される際に、光路変更手段が被検査体の外周面の映像を
撮像手段に導く。このため、被検査体を回転することな
く、前記被検査体の端面全て及び外周面全ての映像を同
時に得ることができる。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施形態につい
て、図１から図６を参照して説明する。外観検査装置１
は、裁頭円錐状、円筒状及び円環状のうちいずれかに形
成された被検査体２の外観を検査する装置である。被検
査体２は、平坦に形成された端面３とこの端面３と隣接
する外周面４などを備えて形成されている。被検査体２
は、端面３と外周面４とを検査されるようになってい
る。

【００１５】被検査体２として、例えば組み立て前、組
み立て中または組み立て後の裁頭円錐状、円筒状または
円環状に形成された各種軸受けや、これら軸受けなどに
用いられる軌道輪や円筒ころ及び円錐ころなどを対象と
している。

【００１６】外観検査装置１は、内部に照明装置５など
備えた箱状部材６と、前記被検査体２を載置する光路変
更手段としての反射部材７と、固体撮像素子（ＣＣＤ）
などの光電変換素子からなる撮像手段としてのエリアセ
ンサ８を備えたカメラ９と、画像処理装置１０などを備
えている。

【００１７】箱状部材６は、箱状に形成されているとと
もに、カメラ９が反射部材７に載置された被検査体２の
映像を得ることができるように、互いに相対する面１
１，１２に、開口部１３，１４を形成している。

【００１８】箱状部材６の内部には、前記照明装置５と
ハーフミラー１５とが設けられており、照明装置５から
放射された光がハーフミラー１５によって反射されて、
一方の開口部１４から反射部材７とこの反射部材７に載
置された被検査体２まで導かれるようになっている。

【００１９】図示例では、照明装置５としてハロゲンラ
ンプを用いているが、発光ダイオードなどをマトリック
ス状に配置したものや、蛍光灯などを用いてもよい。ハ
ーフミラー１５は、前記照明装置５から放射された光を
反射して一方の開口部１４から反射部材７に導くととも
に、この反射部材７からの光をカメラ９まで透過するよ
うになっている。

【００２０】反射部材７は、図４に示すように、円板状
に形成されかつ被検査体２の底面１６と当接して被検査
体２を載置する底部１７と、この底部１７の縁からカメ
ラ９に向かって徐々に開口径が拡大するように延びて形
成されたすりばち部１８とを一体に備えている。底部１
７に被検査体２が載置されると、端面３の映像はカメラ
９に導かれるようになっている。

【００２１】反射部材７は、例えば金属やガラスなどか
ら構成されるとともに、前記すりばち部１８の内面１８
ａつまり載置される被検査体２の外周面４と相対する面
は、アルミニウムなどを蒸着して鏡面状に形成されてい
る。

【００２２】このように構成されることによって、すり
ばち部１８は、底部１７に、被検査体２が端面３をカメ
ラ９に相対して載置された際に、この被検査体２の外周
面４の映像をカメラ９に導くことができる。

【００２３】なお、被検査体２の外周面４の映像は、図
２に示すように、被検査体２の底面１６とほぼ平行な虚
像Ｇ２として形成されるのが望ましい。虚像Ｇ２が底面
１６とほぼ平行に形成されるときには、被検査体２の底
面１６と外周面４とのなす角をΘとし、かつ底面１６を
外周方向に延長して得られる延長面１６ｃとすりばち部
１８の内面１８ａとのなす角をΘ２とすると、以下に示
す式１が成立する。

【００２４】 Θ２（度）＝（１８０−Θ）／２・・・・・式１ また、前記ΘとΘ２との間に式１に示す関係を満たして
いるのであれば、外周面４の虚像Ｇ２が底面１６と平行
に形成されて、外周面４の映像がカメラ９に導かれるこ
ととなる。そして、図３に示すように、カメラ９のエリ
アセンサ８に、端面３の映像Ｕ１と、外周面４の映像Ｇ
１とが、ほぼ同心円上に結像される。なお、図３に示す
ように端面３全ての映像Ｕ１と外周面４全ての映像Ｇ１
とが互いに重なり合わずにエリアセンサ８に結像する範
囲であれば、前記ΘとΘ２とは互いに前記式１の関係を
満たさなくてもよい。

【００２５】また、前記光路変更手段は、図５及び図６
に示すように、断面が三角形をなす円環状に形成された
反射部材１９，２０としてもよい。なお、図５及び図６
に示された反射部材１９，２０は、共に円筒状に形成さ
れた被検査体２ａの端面３ａ及び外周面４ａなどの外観
を検査する場合を示している。図５（Ａ）及び図６
（Ａ）は、それぞれ反射部材１９，２０の斜視図を示
し、図５（Ｂ）及び図６（Ｂ）は、それぞれ図５（Ａ）
及び図６（Ａ）に示されたｂ−ｂ線に沿う断面図を示し
ている。

【００２６】図５に示された反射部材１９は、円環状に
形成された内側空間２１に被検査体２ａを載置するよう
になっており、内側空間２１を形成する内周面２２が前
記カメラ９に向う方向に沿って形成されている。また、
反射部材１９は、その外周面２３がカメラ９に向かうに
したがって徐々に径が拡大するように形成されており、
前記内周面２２と外周面２３との間が中実材となってい
る。

【００２７】反射部材１９は、ガラスなどの透明でかつ
大気より屈折率の大きな材質からなり、かつ前記内周面
２２及び外周面２３などの表面に研磨などが施されて滑
らかに形成されている。反射部材１９は、被検査体２ａ
の外周面４ａの映像を、大気との屈折率の違いなどによ
って前記外周面２３で反射して、カメラ９に導くように
なっている。

【００２８】また、前記外周面２３と被検査体２ａの底
面１６ａが外周方向に延長されて形成された延長面１６
ｂとのなす角Θ２と、被検査体２ａの底面１６ａとその
外周面４ａとのなす角Θとは、互いに前記式１に示され
た関係を満たすのが望ましく、被検査体２ａの端面３ａ
全ての映像Ｕ１と外周面４ａ全ての映像Ｇ１とが互いに
重なり合わずにエリアセンサ８に結像されるのであれ
ば、前記式１を満たさなくてもよい。

【００２９】図６に示された反射部材２０は、円環状に
形成された内側空間２４に被検査体２ａを載置するよう
になっており、内側空間２４を形成する内周面２５が前
記カメラ９に向かうにしたがって徐々に径が拡大するよ
うに形成されている。また、反射部材２０は、その外周
面２６が前記カメラ９に向う方向に沿って形成されてお
り、前記内周面２５と外周面２６との間が中実材となっ
ている。

【００３０】反射部材２０は、ガラスなどの透明でかつ
大気より屈折率の大きな材質からなり、かつ前記内周面
２５及び外周面２６などの表面に研磨などが施されて滑
らかに形成されている。反射部材２０は、被検査体２ａ
の外周面４ａの映像を、大気との屈折率の違いなどによ
って前記内周面２５で反射して、カメラ９に導くように
なっている。なお、この形状の場合、反射部材２０をガ
ラスに代え金属製とし、テーパ面つまり前記内周面２５
を鏡面とするか、あるいはガラス製として、テーパ面つ
まり前記内周面２５にアルミ等を蒸着するようにしても
よい。

【００３１】また、前記内周面２５と被検査体２ａの底
面１６ａが外周方向に延長されて形成された延長面１６
ｂとのなす角Θ２と、被検査体２ａの底面１６ａとその
外周面４ａとのなす角Θとは、互いに前記式１に示され
た関係を満たすのが望ましく、被検査体２ａの端面３ａ
全ての映像Ｕ１と外周面４ａ全ての映像Ｇ１とが互いに
重なり合わずにエリアセンサ８に結像されるのであれ
ば、前記式１を満たさなくてもよい。

【００３２】前記カメラ９は、レンズ部２７と、前記エ
リアセンサ８などを備え、前記画像処理装置１０と接続
している。レンズ部２７は、図２に示すようにレンズ２
８を備え、被検査体２ａからの映像をエリアセンサ８に
結像する焦点調節機構を有している。図示例においてレ
ンズ部２７は、被検査体２の端面３の映像に焦点を合わ
せるようになっている。エリアセンサ８はＣＣＤなどの
光電変換素子をマトリックス状に配列されて構成されて
いる。

【００３３】前記被検査体２の端面３からエリアセンサ
８までの光路長と、外周面４からエリアセンサ８までの
光路長とは、被検査体２の大きさや形状などによって若
干の差が生じている。

【００３４】このため、前述した若干の光路長の差によ
って後述する焦点ずれΔＧが生じる。しかし、この焦点
ずれΔＧは、被検査体２の端面３及び外周面４から検出
されるべき傷等より非常に小さいので、前記レンズ部２
７が端面３の映像に焦点を合わせても、エリアセンサ８
が撮像し画像処理装置１０が所定の画像処理を行う際に
必要とされる分解能を確保でき、被検査体２の外観を検
査できる。

【００３５】また、画像処理装置１０が所定の画像処理
を行う際に必要とされる分解能を確保できるのであれ
ば、前記レンズ部２７は被検査体２の外周面４の映像に
焦点を合わせるようにしてもよい。

【００３６】被検査体２の外観を検査して検出しなけれ
ばならない傷等がさらに小さく、前述した焦点合わせ方
法では、必要な分解能が得られない場合には、端面３の
映像と外周面４の映像の中間付近に焦点を合わせるよう
にしてもよい。この場合、端面３及び外周面４のどちら
か一方に焦点を合わせる場合に比較して、端面３の映像
の焦点ずれと外周面４の映像の焦点ずれとが小さくなっ
て、必要な分解能を確保でき、より詳細な傷等を検出で
きるようになる。

【００３７】また、前記レンズ部２７の焦点調節機構を
用いずに、図示しない別体の駆動装置などを用いて、箱
状部材６と被検査体２を載置した反射部材７とを一体に
カメラ９に対し接離する方向に移動自在として、被検査
体２の端面３の映像または外周面４の映像のどちらか一
方または端面３の映像と外周面４の映像との中間付近に
焦点を合わせるようにしてもよい。

【００３８】カメラ９のレンズ部２７に前述した焦点調
節機構を備えることなしに、レンズ部２７を予め、被検
査体２の端面３の映像または外周面４の映像のどちらか
一方または端面３の映像と外周面４の映像との中間付近
に焦点が合うように調節しておき、被検査体２を検査す
る度に、焦点を合わせ直すことなくしてもよい。この場
合、検査が高速化して、単位時間当りにより多くの被検
査体２の外観を検査できる。

【００３９】さらに、より詳細な傷等を検出するために
より細かな分解能が必要な場合には、以下に示すように
焦点を合せるようにしてもよい。端面３の映像に焦点が
合う位置と、外周面４の映像に焦点が合う位置とは、被
検査体２の大きさ及び形状などによって予め知ることが
できる。

【００４０】そして、被検査体２と反射部材７とがセッ
トされると、まず、被検査体２の端面３の映像と外周面
４の映像のうちどちらか一方に焦点を合せて検査を行
う。そののち、他方の映像に焦点を合せて検査を行う。
焦点を調節する装置としては、前述したレンズ部２７の
焦点調節機構や、箱状部材６と反射部材７とを一体にカ
メラ９に対し接離する方向に移動自在とする駆動装置な
どを用いてもよい。

【００４１】この場合、被検査体２の端面３の映像及び
外周面４の映像とにおのおの焦点を合せるので、エリア
センサ８が撮像する映像の分解能がより細かくなって、
より詳細な欠陥を検出することができる。

【００４２】また、図示しない制御装置などによって、
焦点を調節する機能、つまりレンズ部２７の焦点調節機
構や箱状部材６と反射部材７とを一体にカメラ９に対し
接離する方向に移動自在とする駆動装置などを自動化し
てもよい。

【００４３】前述した焦点調節機構及び駆動装置などを
自動化した場合においても、被検査体２の端面３の映像
または外周面４のどちらか一方または、端面３の映像と
外周面４の映像との中間付近または、端面３の映像と外
周面４の映像と別々に、焦点を合せるようになってい
る。

【００４４】また、レンズ部２７などに開口径の小さい
ピンホールを設けて、照明装置が放射する光量を多くし
かつ被写界深度を深くして、被検査体２の端面３の映像
と外周面４の映像とに同時に焦点が合うようにしてもよ
い。

【００４５】この場合、ピンホールが被写界深度を深く
して同時に端面３の映像と外周面４の映像とに焦点が合
うので、確実により詳細な傷等を検出できるとともに、
検査が高速化して単位時間あたりにより多くの被検査体
２を検査することができる。

【００４６】画像処理装置１０は、公知のＣＰＵ、ＲＯ
Ｍ及びＲＡＭなどを有した演算装置であって、前記カメ
ラ９と接続して、このカメラ９のエリアセンサ８が撮像
した画像データに、所定の画像処理を施して、被検査体
２の端面３及び外周面４などの外観を検査する機能を有
している。

【００４７】前述した構成によれば、被検査体２の外観
の検査を行う際には、まず、被検査体２と反射部材７と
をセットする。そして、照明装置５を作動させる。する
と、照明装置５が放射した光は、ハーフミラー１５によ
って反射され、反射部材７に載置された被検査体２に導
かれることとなる。

【００４８】被検査体２に導かれた光によって、その端
面３の映像Ｕ１は図２に示す二点鎖線Ｐに示すように、
ハーフミラー１５を透過して、エリアセンサ８に結像す
る。なお、図示例では、端面３の映像に焦点を合せた場
合を示している。そして、図３に示すように、エリアセ
ンサ８の略中央に端面３の映像Ｕ１が撮像されることと
なる。

【００４９】一方、外周面４の映像は、前述した被検査
体２まで導かれた光によって、反射部材７のすりばち部
１８の内面１８ａによって反射される。このとき、被検
査体２の底面１６と外周面４とのなす角Θと、底面１６
の延長面１６ｃとすりばち部１８の内面１８ａとのなす
角Θ２とが、前記式１に示された関係を満足する場合に
は、外周面４の虚像Ｇ２は、図２に示すように、被検査
体２の底面１６とほぼ平行に形成される。

【００５０】そして、外周面４の映像は、図２に示す一
点鎖線Ｑ１，Ｑ２に示すように、ハーフミラー１５を透
過して、エリアセンサ８に導かれる。なお、図示例で
は、端面３の映像に焦点を合せているので、前述した光
路長の差によって、外周面４の映像は、図２に示すＧ３
のように、エリアセンサ８より、若干被検査体２よりの
位置に結像している。

【００５１】エリアセンサ８では、図示中の一点鎖線Ｑ
１，Ｑ２の互いの間に焦点ずれΔＧが生じている。しか
し、前記光路長の差が微小であるため、焦点ずれΔＧが
生じても、エリアセンサ８は、必要とされる分解能を確
保でき、確実に外周面４を検査することができる。そし
て、図３に示すように、外周面４の映像Ｇ１は、エリア
センサ８の周辺部でかつ前記端面３の映像Ｕ１とほぼ同
心円となる位置に撮像されることとなる。

【００５２】その後、エリアセンサ８に撮像された被検
査体２の端面３と外周面４との映像Ｕ１，Ｇ１は、画像
データとして、画像処理装置１０において、所定の画像
処理が施される。そして、被検査体２の外観の検査が行
われる。

【００５３】本実施形態によれば、被検査体２がその端
面３をカメラ９に相対して反射部材７に載置されて撮像
される際に、反射部材７が外周面４の映像をすりばち部
１８の内周面１８ａで反射してカメラ９に導く。このた
め、被検査体２を回転することなく、一つのカメラ９で
前記被検査体２の端面３全てと外周面４全ての映像を同
時に得ることができるとともに、端面３の映像を撮像す
るカメラと外周面４の映像を撮像するカメラとをそれぞ
れ設ける必要がない。

【００５４】したがって、被検査体２を回転させる回転
駆動装置などを用いる必要がなくかつカメラ９の数を抑
制できるので装置１自体のコストを抑制できる。さらに
検査時に被検査体２を回転する必要が無いので検査に必
要とされる時間を短縮することができ、単位時間あたり
により多くの被検査体２を検査することができる。

【００５５】また、本実施形態においては、照明装置５
から放射されかつハーフミラー１５によって反射されて
被検査体２まで導かれる光の光軸と、被検査体２の端面
３の映像の光軸と、反射部材７によってエリアセンサ８
へ導かれる外周面４の映像の光軸と、レンズ２８の光軸
と、エリアセンサ８の中心とが略同一線上に位置して、
図２に示すように、あたかも一つの光軸Ｏを形成してい
る。

【００５６】このため、被検査体２の底面１６と外周面
４とのなす角Θと、反射部材７の内面１８ａと延長面１
６ｃとのなす角Θ２とが、前記式１の関係を満たすこと
により、端面３全てと外周面４全ての映像が同時にエリ
アセンサ８に撮像される。

【００５７】したがって、端面３がカメラ９に相対して
配置されて撮像される際に、外周面４の映像が確実にカ
メラ９に導かれることとなり、確実に被検査体２の外観
の検査を行うことができる。

【００５８】

【発明の効果】本発明によれば、被検査体の端面に撮像
手段を相対して配置して端面の映像が撮像される際に、
光路変更手段によって被検査体の外周面の映像を撮像手
段に導くことができる。このため、被検査体を回転する
ことなく、前記被検査物の端面全てと外周面全ての映像
を同時に得ることができる。

【００５９】このため、被検査体を回転させる回転駆動
装置などが必要なく、かつ端面の映像を撮像する撮像手
段と外周面を撮像する撮像手段とをそれぞれ設ける必要
がなく撮像手段の数を減らすことができる。

【００６０】したがって、装置自体のコストを抑制する
ことができるとともに、検査時に被検査体を回転する必
要が無いので検査に必要とされる時間を短縮することが
でき、単位時間あたりにより多くの被検査体を検査する
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の外観検査装置の構成を示
す説明図。

【図２】同実施形態の被検査体からエリアセンサに至る
光路を示す図。

【図３】同実施形態のエリアセンサが撮像する被検査体
の映像を示す図。

【図４】同実施形態の反射部材の断面図。

【図５】図４に示された反射部材の変形例を示す図。

【図６】図４に示された反射部材の変形例を示す図。

【図７】従来の外観検査装置の構成を示す説明図。

【符号の説明】

１…外観検査装置 ２…被検査体 ３…端面 ４…外周面 ７…反射部材（光路変更手段） ８…エリアセンサ（撮像手段） １９…反射部材（光路変更手段） ２０…反射部材（光路変更手段）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】裁頭円錐状、円筒状及び円環状のうちいず
   れかに形成され、かつ平坦に形成された端面とこの端面
   と隣接する外周面とを備えた被検査体の外観を検査する
   装置であって、 前記被検査体の外観の映像を撮像する撮像手段と、 前記被検査体の端面に前記撮像手段を相対して配置し、
   前記撮像手段によって前記被検査体の端面の映像を撮像
   する際に、前記被検査体の外周面の映像を前記撮像手段
   に導く光路変更手段と、を備えたことを特徴とする外観
   検査装置。