(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
エリアカメラと、
平面状に形成されたワークの表面に、うねりを撮像するために前記ワークに応じた入射角度で線状光を当てる照光手段と、
前記ワークの表面で反射した前記線状光の反射光を前記エリアカメラに導く導光手段と、
前記ワークの表面に沿って、前記ワーク、又は、前記照光手段、前記導光手段及び前記エリアカメラを移動させる第１移動手段と、
前記導光手段により前記エリアカメラに向かう前記反射光の光軸を横切るように、前記エリアカメラの撮像面を移動させる第２移動手段と、
前記第１移動手段による移動に同期させて前記第２移動手段により前記エリアカメラを移動することにより、前記ワークの表面を二次元的に撮像する撮像制御手段と、
を備えることを特徴とする撮像装置。
【請求項２】
請求項１に記載の撮像装置において、
前記ワークがセラミック材料で形成されるものの場合、前記ワークに対する入射角及び反射角が７５°〜８５°となる位置に、前記照光手段、前記導光手段を配置したことを特徴とする撮像装置。
【請求項３】
請求項１，２のいずれか１項に記載の撮像装置において、
前記照光手段により前記ワークに前記線状光を当てる前記照射位置の近傍であって、前記照射位置または前記照射位置よりも前記導光手段側に、前記線状光の幅に比べ幅広なスリットを備えることを特徴とする撮像装置。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載の撮像装置において、
前記照射手段は、
光源と、
光源から照射された光を前記線状光に変換する変換手段と、
前記変換手段が配置された位置から、前記線状光を前記ワークに当てる前記照射位置の近傍まで、前記線状光の光路を覆うとともに、前記照射位置に向かって先細形状に形成された絞状部を備え、前記光源及び前記変換手段を覆う筐体と
を備えることを特徴とする撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、平面上に形成されたワーク表面に生じたうねりを発見する目的で、ワークの表面を撮像する撮像装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
平面上に形成されたセラミック板などのワークの表面には、人間の通常の感覚では察知できない微少な凹凸、いわゆるうねりが形成されていることがある。
このうねりは、一方の側からワーク表面に対して浅い角度（入射角８０°前後）で検査用の光を入射させ、他方の側でその反射光を観察すると、うねりの部分が他の部分とは異なる反射をして他の部分より暗く見える。
【０００３】
そのため、ワークにうねりがないか検査する場合、このような方法で、人間が一つ一つのワークに対して行っている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、上述したうねりを検出する方法として、反射光を受光できる位置にＣＣＤラインセンサカメラ（以下「ラインカメラ」という）等を配置し、うねりを撮像する方法も考えることができる。
【０００５】
しかし、ラインカメラの撮像幅は極めて狭いため（幅は４μｍ〜７μｍ）、反射光がラインカメラに入射するように、光源やラインカメラを配置することが困難であり、しかも、ピント合わせの際にラインカメラで撮像しても線しか移らないので、ピント合わせが困難であるという問題があった。
【０００６】
また、従来の撮像装置は、反射光がラインカメラに入射するように光源やラインカメラを設置しても、ワークまたはラインカメラの移動に伴う振動によりこれらの位置が少しずれても反射光の光軸がラインカメラからはずれて、いわゆるハイライト部分がラインカメラに入力しなくなるので、反射光の受光量が小さくなり光量むらとなって、うねりをはっきり撮像できないという問題もあった。
【０００７】
そこで、本発明は、上記問題点に鑑み、ピントが合わせやすく、しかも、ワークやラインカメラの移動に伴う振動があってもうねりをはっきり撮像できる撮像装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
請求項１に記載された発明である撮像装置は、エリアカメラと、平面状に形成されたワークの表面に、うねりを撮像するために前記ワークに応じた入射角度で線状光を当てる照光手段と、前記ワークの表面で反射した前記線状光の反射光を前記エリアカメラに導く導光手段と、前記ワークの表面に沿って、前記ワーク、又は、前記照光手段、前記導光手段及び前記エリアカメラを移動させる第１移動手段と、前記導光手段により前記エリアカメラに向かう前記反射光の光軸を横切るように、前記エリアカメラの撮像面を移動させる第２移動手段と、前記第１移動手段による移動に同期させて前記第２移動手段により前記エリアカメラを移動することにより、前記ワークの表面を二次元的に撮像する撮像制御手段と、を備えることを特徴とする。
【０００９】
この撮像装置は、ワークの表面のうねりが撮像できるように、所定の角度で入射光及び反射光を入射及び反射するよう、照光手段、導光手段等を配置し、第１移動手段及び第２移動手段を用いてエリアカメラをワーク等の移動に同期させて移動している。
【００１０】
そのため、この撮像装置を用いると、同期によって、線状光が当たった部分から順にエリアカメラに画像が撮像されるので、撮像が終了すると、うねりがある部分が暗くなったワーク表面の二次元画像を撮像することができる。
【００１１】
また、この撮像装置は、ラインカメラのように線ではなく、エリアカメラの撮像面により面で反射光を捉えている。そのため、この撮像装置はピントが合わせやすく、しかも、エリアカメラの場合、一定の幅で画像を取り込むことで、ハイライト部分が若干移動しても確実にハイライト部分を受光できるので、明るさが一定した均質な画像が得られる。
【００１２】
従って、本発明の撮像装置を用いると、ラインカメラを用いた場合の撮像装置に比べて、ピントが合わせやすく、しかも、光量むらを発生させずにワーク表面のうねりがはっきり撮像された画像を撮像することができる。
【００１３】
尚、うねりを撮像するためのワークに応じた入射角度とは、請求項２に記載したように、ワークがセラミック材料で形成されるものの場合、ワークに対する入射角及び反射角が７５°〜８５°としたり、さらには８０°とする場合が考えられる。
【００１４】
また、金属など、セラミック材料より反射率の高い物は入射角及び反射角を４５°前後とすることなどが考えられる。
次に、請求項３に記載した撮像装置は、請求項１，２のいずれか１項に記載の撮像装置において、前記照光手段により前記ワークに前記線状光を当てる前記照射位置の近傍であって、前記照射位置または前記照射位置よりも前記導光手段側に、前記線状光の幅に比べ幅広なスリットを備えることを特徴とする。
【００１５】
このようにするとスリットを通した光のみが導光手段を介してエリアカメラに入光するので、ワークを撮影するための光以外の余分な光がエリアカメラに入光することを防止することができる。
【００１６】
従って、この撮像装置を用いると、うねりが明確に分かるワークの鮮明な画像を撮像することができる。
次に、請求項４に記載した撮像装置は、請求項１〜３のいずれか１項に記載の撮像装置において、前記照射手段が、光源と、光源から照射された光を前記線状光に変換する変換手段と、前記変換手段が配置された位置から、前記線状光を前記ワークに当てる前記照射位置の近傍まで、前記線状光の光路を覆うとともに、前記照射位置に向かって先細形状に形成された絞状部を備え、前記光源及び前記変換手段を覆う筐体とを備えることを特徴とする。
【００１７】
この撮像装置を用いると、光が筐体の外に漏れないので、光源から照射された光を、線状光として効率よく出光することができる。
また、この撮像装置の筐体は絞状部を備え、この絞状部を介して線状光を出光しているので、照射位置を正確に狙って線状光を出向することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】第１実施形態の撮像装置の説明図で、（ａ）は、撮像装置の全体構成図で、制御装置５０以外の構成については側面図で示し、（ｂ）は、制御装置５０以外の構成を平面図で示している。尚、（ａ）（ｂ）では、各構成の筐体を断面図で示し、（ａ）では、ワークが移動する様子を点線で示している。
【図２】第１実施形態の撮像装置で実施される処理の概念図である。
【図３】第１実施形態で実行される撮像の概念図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下に本発明の実施形態を図面と共に説明する。
［全体構造］
本実施形態は、板状に形成されたワークを、このワークの表面に沿って移動させてワークの表面を撮像する撮像装置１である。
【００２０】
この撮像装置１は、図１（ａ）に示すように、ワークαを一方向に水平移動させるスライド機構１０と、スライド機構１０によって移動するワークαの表面に線状光を当てる光源装置２０と、ワークαで反射した線状光β（図１（ｂ）参照）の反射光に基づいてワークαの表面を撮像するカメラユニット３０と、スライド機構１０、光源装置２０、カメラユニット３０を制御する制御装置５０を備えている。
【００２１】
尚、図１では、光源装置２０から照射された光の光軸を二点鎖線で示し、光路全体を一点鎖線で示している。
［各部構造］
スライド機構１０は、水平に設置された２本のレール１１ａ（図１（ｂ）参照）の上を図１の紙面上でみたとき、紙面の左右方向（以下「Ｘ軸方向」という）に水平移動可能なスライドテーブル１１と、軸を回転させると、その回転量に従った距離だけスライドテーブル１１をＸ軸方向に水平移動させることができる送りネジ１２とを備えている。
【００２２】
また、スライド機構１０は、送りネジ１２の軸を回転可能なステッピングモータ１３とを備えている。制御装置５０は、ステッピングモータ１３の回転を制御することで、その回転数に従った距離だけスライドテーブル１１を水平移動させることができる。
【００２３】
ワークαは、スライドテーブル１１上に載せられ、スライドテーブル１１の移動に伴ってＸ軸方向に水平移動する。
光源装置２０は、図１（ｂ）に示すように、１個のＬＥＤ２１と、２本の細長いレンズ２２ａ、２２ｂと、ＬＥＤ２１とレンズ２２ａ、２２ｂを覆う筐体２３とを備えている。
【００２４】
光源装置２０は、レンズ２２ａ、２２ｂが、Ｘ軸方向に沿って出光するとともに、ワークαに出向された光が当たったとき、Ｘ軸に対して垂直かつ水平な線状光βとなる光を出光するよう配置されている。
【００２５】
また、光源装置２０は、図１（ａ）に示すように、スライドテーブル１１がその移動可能な範囲の中央に位置しているとき、スライドテーブル１１に載せられたワークαのＸ軸方向に沿った長さ方向の中央位置に線状光βが当たるよう、配置されている。
【００２６】
また、光源装置２０は、ワークαに当たった線状光βの反射光が、後述するレンズ３２で結ばれるよう、配置されている。
さらに、光源装置２０は、本実施形態で撮像を行うワークαがセラミック材料によって形成されるものであるので、この光源装置２０から照射される光がワークαに対し、８０°の入射角で入射し、８０°の反射角で反射するよう、配置されている。
【００２７】
筐体２３は、レンズ２２ａ、２２ｂからワークαに向かう部分が先細形状に形成された絞り２３ａを有し、この絞り２３ａの先端であってワークαに対向する部分には、Ｘ軸方向に対して垂直で水平方向に沿って細長い穴部が形成されている。そのため、ワークαには、この穴部を介して筐体２３の絞り２３ａで絞られた線状光βが当たることとなる。
【００２８】
カメラユニット３０は、ＣＣＤカメラからなるエリアカメラ３１と、レンズ３２と、軸を回転させると、その回転量に従った距離だけエリアカメラ３１をＸ軸方向に水平移動させることができる送りネジ３３とを備えている。エリアカメラ３１は、レンズ３２の光軸を横切る位置を通過するように水平移動可能にカメラユニット３０内に配置されている。
【００２９】
また、カメラユニット３０は、送りネジ３３の軸を回転可能なステッピングモータ３４をさらに備え、制御装置５０は、このステッピングモータ３４の回転を制御することで、その回転数に従った距離だけエリアカメラ３１を水平移動させることができる。
【００３０】
このカメラユニット３０は、レンズ３２の光軸と反射光の光軸とが一致するよう設置される。
また、本実施形態の撮像装置１は、ワークαに線状光βの当たるセンター位置（スライドテーブル１１の移動可能な範囲の中央）の上方に、線状光の幅よりも幅広のスリットを形成するスリット板４０が設置されている。
【００３１】
制御装置５０は、モータドライバ５１，５２と、画像取込ボード５３、パルス発生ボード５４を備えたパーソナルコンピュータ５５（以下「パソコン５５」と、モニタ５６とを備えている。
【００３２】
モータドライバ５１，５２は、それぞれステッピングモータ３４，１３のドライバで、パソコン５５で行われる処理によりパルス発生ボード５４から発生される制御用のパルスを各ステッピングモータ３４，１３の制御用の信号として、各ステッピングモータ３４，１３に送信するための装置である。
【００３３】
画像取込ボード５３は、エリアカメラ３１を制御するとともに、エリアカメラ３１で撮像した画像をパソコン５５に取り込むためのボードである。
尚、図示していないが、制御装置５０は、光源装置２０とも接続されていて光源装置２０の点灯制御を行っている。
【００３４】
［撮像制御］
次に、撮像制御について図２に基づいて説明する。
この撮像制御は制御装置５０において実施される。
【００３５】
尚、図２では、光源装置２０から出光され、ワークαで反射した線状光βの反射光の光軸を２点鎖線で示している。
本実施形態の撮像装置１では、エリアカメラ３１及びワークαは、撮像制御が始まる前に、加速に必要な距離分移動した待機位置に待機している。
【００３６】
（１）撮像制御が開始されると、制御装置５０はまず、ステッピングモータ１３，３４を制御し、待機位置に移動しているワークα及びエリアカメラ３１を加速する。
（２）次に、制御装置５０は、ワークαのＸ軸方向の一端が、線状光βの当たるセンター位置に達し、エリアカメラ３１の撮像面のＸ軸方向の一端が反射光の光軸に達したら、エリアカメラ３１を制御して撮像を開始させる（シャッターを開く）。
【００３７】
（３）その後、制御装置５０は、ワークαとエリアカメラ３１が等速で移動するようステッピングモータ１３，３４を制御する。
本実施形態の撮像装置１では、ワークαがセンター位置を通過する時間と、エリアカメラ３１の撮像面が、反射光の光軸を横切る時間と、エリアカメラ３１のシャッター時間がほぼ等しくなるように設定されている。
【００３８】
制御装置５０は、この設定に従って、ワークαとエリアカメラ３１が移動するよう、ステッピングモータ１３，３４を制御する。
（４）次に、制御装置５０は、ワークαのＸ軸方向の他端、及び、エリアカメラ３１のＸ軸方向の他端がセンター位置及び反射光の光軸に達したら、エリアカメラ３１を制御して撮像を停止させる（シャッターを閉じる）。
【００３９】
（５）また、制御装置５０は、ステッピングモータ１３，３４を制御し、ワークαとエリアカメラ３１を減速して停止させる。
そして、この撮像制御が終了すると、制御装置５０は、エリアカメラ３１から画像情報を取得して、その画像情報を図示しないＨＤＤ（ハードディスクドライブ）等に記憶するとともに、この画像情報に基づいた画像をモニタ５６に表示する。
【００４０】
［本実施形態の撮像装置１の特徴的な作用効果］
以上説明した本実施形態の撮像装置１を用いると、以下のような作用効果がある。
この撮像装置１では、ワークαの表面のうねりが撮像できるように、線状光βをワークαに対して入射及び反射させるとともに、エリアカメラ３１とワークαを同期して移動させて撮像を行っている。
【００４１】
そのため、この撮像装置１を用いると、ワークαに線状光βが当たった部分から順にうねりが反映された画像がエリアカメラ３１に撮像されるので、撮像が終了すると、うねりがある部分が暗くなったワークα表面の二次元画像を撮像することができる。
【００４２】
また、撮像装置１は、ラインカメラのように線ではなく、エリアカメラ３１の撮像面で面により反射光を捉えている。
そのため、この撮像装置１を用いると、ピントが合わせやすく、しかも、エリアカメラ３１を用いることで、一定の幅で画像を取り込むことができ、その結果、ハイライト部分が若干移動しても確実にハイライト部分を受光できるので、明るさが一定した均質な画像が得られる。
【００４３】
また、この撮像装置１は、エリアカメラ３１の撮像面で、線状光を線ではなく、一定の幅のある光として捉えることができる。
そのため、この撮像装置１を用いると、図３に示すように、その幅のある線状光１〜４
の一部を重ねながら、撮像することができるので、ラインカメラを用いた撮像装置に比べて、光量むらを発生させずにワークαの外部表面を二次元的に撮像することができる。
【００４４】
また、この撮像装置１は、スリット板４０を備え、スリット板４０とワークαとの間に、線状光βの幅に比べ幅広なスリットを形成している。
そのため、この撮像装置１では、このスリットを通した光のみがエリアカメラ３１に入光するので、ワークαを撮影するための光以外の余分な光がエリアカメラ３１に入光することを防止することができる。
【００４５】
従って、この撮像装置１を用いると、うねりが明確に現れたワークαの表面の鮮明な画像を撮像することができる。
また、本実施形態の撮像装置１は、光源装置２０の筐体２３が、レンズ２２ａ，２２ｂが配置された位置から、線状光をワークαに当てる照射位置の近傍まで、線状光の光路を覆うとともに、照射位置に向かって先細形状に形成された絞状部２３ａを備えている。
【００４６】
そのため、この撮像装置では、絞状部２３ａを介して線状光を出光しているので、照射位置を正確に狙って線状光を出向することができる。
（他の実施形態）
上記実施形態では、線状光がワークαに８０°で入射又は反射するようにしたが、７５°〜８５°の範囲としてもよい。また、金属など、セラミック材料より反射率の高い物は入射角及び反射角を４５°前後とするなど、入射角及び反射角を材料の性質に応じて変更してもよい。
【００４７】
また、上記実施形態では、ワークαを移動させてワークαの表面を撮像するようにしたが、光源装置２０、カメラユニット３０をワークの表面に沿って移動するよう構成してもよい。
（対応関係）
特許請求の範囲に記載された照光手段は、上述の実施形態に示された光源装置２０に相当する。また、導光手段は、上述の実施形態に示されたレンズ３２に相当する。
【００４８】
請求項１に記載された第１移動手段は、スライド機構１０に相当する。第２移動手段は、送りネジ３３、ステッピングモータ３４に相当する。撮像制御手段は制御装置５０に相当する。
【００４９】
請求項４に記載された光源はＬＥＤ２１に相当し、変換手段はレンズ２２ａ、２２ｂに相当する。
尚、本発明は、特許請求の範囲に記載された発明の趣旨に合致するものであればよく、上述の実施形態に限定されるものではない。
【符号の説明】
【００５０】
１…撮像装置、１０…スライド機構、１１…スライドテーブル、１１ａ…レール、１２…送りネジ、１３…ステッピングモータ、２０…光源装置、２２ａ…レンズ、２２ａ…細長いレンズ、２３…筐体、２３ａ…絞状部、３０…カメラユニット、３１…エリアカメラ、３２…レンズ、３３…送りネジ、３４…ステッピングモータ、４０…スリット板、５０…制御装置、５１…モータドライバ、５３…画像取込ボード、５４…パルス発生ボード、５５…パーソナルコンピュータ、５６…モニタ。
【図１】
0005457283.tif 000002
【図２】
0005457283.tif 000003
【図３】
0005457283.tif 000004