JP4117789B2 - Surface light source device for surface inspection - Google Patents
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Description
本発明は、検査対象となる表面に平行光を照射して、その反射光により表面の微小欠陥の検査を行わせるための表面検査用面光源装置に関するものである。 The present invention relates to a surface light source device for surface inspection for irradiating a surface to be inspected with parallel light and inspecting the surface for micro-defects by the reflected light.
特許文献1により、搬送されてくる車両の表面を照明する面発光体としての直管形蛍光灯と、照明領域を撮像するCCDカメラとを車両搬送ラインに配置した車両用塗面検査装置が周知となっている。これにより、レーザ光に依らずに面光源の拡散光を利用する簡単な構成の光学系により、反射角の緩やかなゆず肌に対しては反射光レベルは低下させることなく、ゆず肌と弁別して反射角の変化による反射光レベルの低下を基にゴミに起因するブツ、傷等の凹凸状の微小欠陥を画像処理により検出することができる。 Patent Document 1 discloses a veneer coating surface inspection apparatus in which a straight tube fluorescent lamp as a surface light emitter that illuminates the surface of a vehicle being conveyed and a CCD camera that images an illumination area are arranged on a vehicle conveyance line. It has become. This makes it possible to discriminate from the yuzu skin without reducing the reflected light level for the yuzu skin with a gentle reflection angle by an optical system with a simple configuration that uses the diffused light of the surface light source without depending on the laser light. Based on the decrease in the reflected light level due to the change in the reflection angle, irregular micro-defects such as burrs and scratches caused by dust can be detected by image processing.
しかしながら、この塗面検査装置は拡散光の塗面での反射光の撮像を前提にするために、直管形蛍光灯の横幅方向の塗面に対する光照射範囲もある程度広げることができるが、所定の照射光量に対する検出感度の点で改良の余地が残される。そこで、特許文献2により、面発光体が、直管形蛍光灯の前方に配置され、かつその横幅と同程度もしくは狭い横幅を有する縦長のスリットと、このスリットの前方に配置され、かつ直管形蛍光灯の横幅よりも広い横幅を有し、スリットを通して入射する横幅方向の照射光を平行光に変換する縦長のフレネルレンズとを備え、イメージセンサから出力される画像信号レベルが、正常塗面に対応する高信号レベルから低下するのを検出して車両外面の塗面に生じている微小欠陥を検知する車両用塗面検査装置が開示されている。 However, since this coating surface inspection device is premised on imaging reflected light on the coating surface of diffused light, the light irradiation range for the coating surface in the horizontal width direction of the straight tube fluorescent lamp can be expanded to some extent. There remains room for improvement in terms of detection sensitivity with respect to the amount of irradiation light. Therefore, according to Patent Document 2, a surface light emitter is disposed in front of a straight tube fluorescent lamp, and has a vertically long slit having a width approximately the same as or narrower than the width thereof, and is disposed in front of the slit, and a straight tube. A vertical fresnel lens that converts the irradiation light in the width direction incident through the slit into parallel light, and the image signal level output from the image sensor is normal coating surface. There is disclosed a coating surface inspection apparatus for a vehicle which detects a minute defect occurring on a coating surface of a vehicle outer surface by detecting a decrease from a high signal level corresponding to the above.
一方、面状に配列した発光ダイオード群を光源としたテールランプ、ストップランプ等の車両用灯具は周知であり、特許文献3によりアウタレンズに沿って面状に配列された発光ダイオードの前面にフレネルレンズをそれぞれ配置して配光を制御するようにした車両用灯具も開示されている。このように発光ダイオードを利用すると、蛍光灯のように点灯時点から照度が一定になるまで時間を要することなく、しかも長寿命のメインテナンスフリーの光源が実現される。
前述の直管形蛍光灯の前方に、スリット及びフレネルレンズを配置した面光源の場合、横幅方向の拡散を抑制されて、反射角を変化させるブツ等の微小欠陥からの正反射光の入射が高感度に低減して検知精度を向上させ得るが、横幅方向の平行光への変換範囲は直管形蛍光灯の形状により制限される。また、蛍光灯を前提にする以上、輝度の安定度或は保守性の点で発光ダイオード群の光源には及ばない。 In the case of a surface light source in which a slit and a Fresnel lens are arranged in front of the above-mentioned straight tube fluorescent lamp, regular reflection light from a microdefect such as a flaw that changes the reflection angle is suppressed by suppressing diffusion in the lateral width direction. Although the detection accuracy can be improved by reducing the sensitivity to high sensitivity, the range of conversion to parallel light in the width direction is limited by the shape of the straight tube fluorescent lamp. In addition, as long as a fluorescent lamp is used, it does not reach the light source of the light emitting diode group in terms of luminance stability or maintainability.
本発明は、このような点に鑑みて、発光ダイオードを用いて広い範囲に高精度の平行光を照射し得る表面検査用面光源装置を提供することを目的とする。 In view of the above, an object of the present invention is to provide a surface light source device for surface inspection capable of irradiating parallel light with high accuracy over a wide range using a light emitting diode.
本発明は、この目的を達成するために、請求項1により、検査対象となる表面に平行光を照射して、その反射光により表面の微小欠陥の検査を行わせるための表面検査用面光源装置において、それぞれの光軸が円弧中心点に一致するように、円弧状に配列された複数個の発光ダイオード(11a)を奥行き方向へ配列した発光ダイオード群による光源(11)と、この光源に円弧中心点の前方で対面し、かつこの円弧中心点を焦点とするフレネルレンズ(15)とを備えると共に、焦点位置に、各発光ダイオード(11a)の出射光のフレネルレンズ(15)への横幅方向の入射角を絞るように、奥行き方向へ縦長にスリット(16)が形成され、さらに発光ダイオード群又は焦点位置に、各発光ダイオード(11a)間の出射光量を平滑するように、各出射光の指向角を横幅方向へ広くする拡散板(19;19a)が設けられ、フレネルレンズ(15)が、スリット(16)を通過し、かつ指向角を広くされた各出射光を、円弧状に配列の発光ダイオード(11a)のそれぞれの光軸を含む光軸面に沿って平行に出射させることを特徴とする。 In order to achieve this object, according to the present invention, a surface light source for surface inspection for irradiating a surface to be inspected with parallel light and inspecting the surface for minute defects by the reflected light. In the apparatus, a light source (11) by a light emitting diode group in which a plurality of light emitting diodes (11a) arranged in an arc shape are arranged in the depth direction so that each optical axis coincides with the arc center point, and the light source A Fresnel lens (15) facing in front of the arc center point and having the arc center point as a focal point, and a lateral width of the emitted light of each light emitting diode (11a) to the Fresnel lens (15) at the focal position A slit (16) is formed vertically in the depth direction so as to reduce the incident angle in the direction, and the emitted light quantity between each light emitting diode (11a) is smoothed at the light emitting diode group or the focal position. Thus, a diffusion plate (19; 19a) is provided to widen the directivity angle of each outgoing light in the lateral width direction, and the Fresnel lens (15) passes through the slit (16) and has a wide directivity angle. The incident light is emitted in parallel along the optical axis plane including each optical axis of the light emitting diodes (11a) arranged in an arc shape .
これにより、円弧状配列の各発光ダイオード(11a)の円弧中心点であるフレネルレンズ(15)の焦点を通過する照射光が、フレネルレンズ(15)に入射して平行光として出射される。その際、スリット(16)による絞りによりフレネルレンズ(15)の平行変換度が高められ、また各発光ダイオード(11a)の出射光の拡散板(19;19a)による拡散により、平行な照射光の輝度が各発光ダイオード(11a)間で均一化される。 Thereby, the irradiation light which passes the focus of the Fresnel lens (15) which is the circular arc center point of each light emitting diode (11a) of circular arc arrangement enters into the Fresnel lens (15), and is emitted as parallel light. At that time, the degree of parallel conversion of the Fresnel lens (15) is increased by the diaphragm by the slit (16), and the diffusion light (19; 19a) of the light emitted from each light emitting diode (11a) is diffused by the diffusion plate (19; 19a). The brightness is made uniform among the light emitting diodes (11a).
本発明によれば、円弧面状に配列された発光ダイオード群により、フレネルレンズを介して広い範囲に安定した輝度の平行光を照射でき、したがって円弧配列方向の拡散が抑制された正反射光の撮像画像を処理することにより、円弧配列方向に広い範囲の表面のブツ或は微小な傷等の微小欠陥がその反射光の変化で高感度に効率良く検査できる。発光ダイオード群の円弧配列により、任意の形状の面光源が製作可能になる。スリットにより発光ダイオードの拡散する照射光が絞られて平行度が向上すると共に、多少の平行度の低下を甘受した横方向の拡散により輝度が各発光ダイオード間で均一化される。 According to the present invention, a group of light-emitting diodes arranged in a circular arc shape can irradiate parallel light having a stable luminance over a wide range via a Fresnel lens, and thus the regular reflection light in which diffusion in the arc arrangement direction is suppressed. By processing the picked-up image, it is possible to efficiently inspect high-sensitivity, with high sensitivity, by changing the reflected light of a large range of surface defects or minute flaws in the arc arrangement direction. A surface light source having an arbitrary shape can be manufactured by the arc arrangement of the light emitting diode group. Irradiation light diffused by the light emitting diodes is narrowed by the slits to improve the parallelism, and the luminance is made uniform among the light emitting diodes by the lateral diffusion that accepts a slight decrease in parallelism.
図1乃至図5を基に本発明の実施の形態による表面検査用面光源装置を説明する。図1及び図2は車両用塗面を検査するための面光源装置10の基本構成を示すもので、それぞれの光軸が円弧中心点に一致するように、円弧状に配列した複数個の発光ダイオード11aを基面12に奥行き方向へさらに配列した発光ダイオード群で構成される光源11と、この光源にその円弧中心点の前方で対面し、かつこの円弧中心点を焦点Fとするフレネルレンズ15と、焦点Fの位置で奥行き方向へ縦長のスリット16を形成するスリット板17とを備えて、それぞれケース13に収納されている。
Figure 1 on the basis of FIG. 5 will be described a test surface light source device surface according to an embodiment of the present invention. 1 and 2 show a basic configuration of a surface
フレネルレンズ15は、半径が8cm程度の円弧状配列の複数個の発光ダイオード11aの横幅よりも広く設定され、焦点Fを通って光源11を奥行き方向へ2分割する対称面に対して対称に配置され、複数個の円弧状発光ダイオード11aの各光軸を含む光軸面、即ち前述の対称面の直交面に沿って焦点Fを通過する入射光を前述の光軸面に沿って平行に偏向する。また、フレネルレンズ15の横幅は10cm、奥行き幅は直管形蛍光灯に対応して30cm程度であり、前述の光軸面に沿って横幅が1cm程度のスリット16を通過する各発光ダイオード11aの照射光を平行に出射させるように、横幅方向へ発光ダイオードの個数よりも大幅に多い個数のフレネル面が形成されている。発光ダイオード11aは青色の発光を行い、その光軸に対して横幅方向へ約±10°、奥行き方向へ±20°程度の出射光量の指向角で光照射を行う。
The Fresnel
図3は面光源装置10を用いた車両用塗面検査装置を示すもので、車両1の搬送路の両側にロボット39、39aが配置され、それぞれのロボットアーム9、9aの先端部に取付けられた基部29には、面光源装置10及びイメージセンサとしてのCCDカメラ21よりなる撮像装置20が取付けられている。ロボット39、39aは、撮像装置20を順にシフトさせるように塗面上を走査し、かつ各走査位置で塗面に対面する3次元位置及び3軸方向の角度を任意に制御可能になっている。CCDカメラ21はフレネルレンズ15の例えば50cmの前方位置の塗面での照射領域よりも広い横幅で、200mm程度の縦幅の範囲の正反射光が入射するように配向されている。
FIG. 3 shows a coating surface inspection apparatus for a vehicle using the surface
撮像装置20には、CCDカメラ21から出力される画像信号レベルが微小欠陥に起因して通常の高い信号レベルから低下するのを検出する画像処理装置30が付属している。この画像処理装置は、パソコンを利用して構成され、所定の走査位置に停止したCCDカメラ21の1画面分の画像信号を逐次更新しつつ格納し、その画素ごとの画像信号を横幅方向に読出し走査することにより、明るい塗面に対応して立上っている高画像レベルからの立下がり振幅が基準値を上廻るのを検知する。
The
さらに、このような面光源の基本構成を前提に、図5に示すように、図1におけるスリット16には、各発光ダイオード11aの光軸に対して横幅方向の指向角を広げる拡散板19が配置される。尚、この拡散板19に代えて、同図に示すように、発光ダイオード群に同様な機能を奏するように拡散板19aを配置することもできる。Further, on the premise of such a basic configuration of the surface light source, as shown in FIG. 5, the
このように構成された面光源装置10の動作は次の通りである。発光ダイオード11aの円弧配列及びスリット16の絞りにより、フレネルレンズ15にその焦点もしくはその近辺を通過する照射光が入射し、平行光もしくは略平行光で塗面が照射される。その際、スリット16に絞られる範囲で、拡散板19は光源11の各発光ダイオード11aの指向角を横幅方向へ拡散させることにより、多少の平行度の低下を甘受して、各発光ダイオード11aの光軸間で横幅方向の輝度を均一化させる。撮像装置20は、その反射光をCCDカメラ21の撮像範囲で撮像して、その画像信号を画像処理装置30に一旦格納させる。そして、フレネルレンズ15の横幅よりも僅かに狭い横幅約8cm、奥行き方向20cm範囲の画像信号を横幅方向へ読出し走査した画像データを実際の処理範囲として、図4に示すように読出す。そして、明るい塗面に対応して立上っている高画像レベルからの立下がり点Tf及び立上り点Trを検出し、これらの差が基準値を上廻ると、その画素ラインデータを微小欠陥候補として判定する。さらに、順に隣合う微小欠陥候補の画素ラインデータで形成される微小欠陥候補領域が外接する方形Rを作成し、その縦横の長さをそれぞれ算出して、いずれかが所定の長さを上廻ると微小欠陥と判定する。
The operation of the surface
したがって、円弧配列方向の拡散が抑制され、かつ輝度の均一化された正反射光の撮像画像を処理することにより、塗面のブツ或は微小な傷等がその反射光で高感度に検知され、円弧配列の発光ダイオード11aの光軸面に沿った横幅方向の読出し走査により広い範囲を高精度に効率良く検査できる。しかも波長の短い青色光により一層敏感な振幅変化で検知される。
Therefore, by processing the captured image of specularly reflected light with reduced diffusion in the arc arrangement direction and uniform brightness , coating surface flaws or minute scratches are detected with high sensitivity by the reflected light. A wide range can be efficiently inspected with high accuracy by reading scanning in the horizontal direction along the optical axis surface of the
1 車両
10 面光源装置
11 光源
11a 発光ダイオード
15 フレネルレンズ
16 スリット
19,19a 拡散板
20 撮像装置
21 CCDカメラ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
Claims (1)
それぞれの光軸が円弧中心点に一致するように、円弧状に配列された複数個の発光ダイオードを奥行き方向へ配列した前記発光ダイオード群による光源と、この光源に前記円弧中心点の前方で対面し、かつこの円弧中心点を焦点とするフレネルレンズとを備えると共に、前記焦点位置に、各前記発光ダイオードの出射光のフレネルレンズへの横幅方向の入射角を絞るように、前記奥行き方向へ縦長にスリットが形成され、さらに前記発光ダイオード群又は前記焦点位置に、各前記発光ダイオード間の出射光量を平滑するように、各前記出射光の指向角を横幅方向へ広くする拡散板が設けられ、
前記フレネルレンズが、前記スリットを通過し、かつ前記指向角を広くされた各前記出射光を、前記円弧状に配列の前記光軸を含む光軸面に沿って平行に出射させることを特徴とする表面検査用面光源装置。 In the surface light source device for surface inspection for irradiating the surface to be inspected with parallel light and inspecting the surface for micro defects by the reflected light,
A light source by the light emitting diode group in which a plurality of light emitting diodes arranged in an arc shape are arranged in the depth direction so that each optical axis coincides with the arc center point, and the light source faces the light source in front of the arc center point. And a Fresnel lens having the center point of the arc as a focal point, and vertically long in the depth direction so as to narrow the incident angle of the light emitted from each light emitting diode to the Fresnel lens in the focal position at the focal position. In addition, a diffusion plate that widens the directivity angle of each of the emitted light in the lateral width direction is provided at the light emitting diode group or the focal position so as to smooth the amount of emitted light between the light emitting diodes.
The Fresnel lens emits the emitted light having passed through the slit and having a wide directivity angle in parallel along an optical axis plane including the optical axes arranged in an arc shape. Surface light source device for surface inspection.
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