(57)【要約】【課題】円筒状の発泡体ローラーの表面欠陥を高精度で検出する。【解決手段】発泡体ローラー１は、軸となる芯金上に発泡ウレタン層を有し、その表面には表層部の発泡セルの一部が開口している。発泡セルの開口形状および寸法の異常を検出するために、投光手段２３よりの光を発泡体ローラー１に照射し、その反射光を撮像手段２１によって撮像して、得られた画像の画像処理を行う。投光手段２３の光源として、紫外領域（短波長領域）の光を発生するＬＥＤなどを用いることで、発泡体ローラー１の欠陥検出を効率的かつ高精度に行う。【選択図】図２
2008275496.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
投光手段の光源から短波長領域の光を発生する工程と、
前記短波長領域の光を発泡体ローラーの表面に照射し、その反射光による画像を撮像手段によって撮像する工程と、
反射光を撮像して得られた画像のデジタル処理を行うことで前記発泡体ローラーの表面欠陥を検出する工程と、を有することを特徴とする発泡体ローラーの欠陥検出方法。
【請求項２】
前記短波長領域が２００［ｎｍ］以上、４５０［ｎｍ］以下であることを特徴とする請求項１記載の発泡体ローラーの欠陥検出方法。
【請求項３】
前記光源の出力が５［ｗ］以上、６００［ｗ］以下であることを特徴とする請求項１または２記載の発泡体ローラーの欠陥検出方法。
【請求項４】
前記投光手段の光軸と前記撮像手段の光軸とのなす角度が６０［度］以上、１５０［度］以下であることを特徴とする請求項１ないし３いずれか１項記載の発泡体ローラーの欠陥検出方法。
【請求項５】
発泡体ローラーの表面に光を照射する投光手段と、前記発泡体ローラーからの反射光による画像を撮像する撮像手段と、前記画像のデジタル処理を行う画像処理手段と、を有し、前記画像のデジタル処理を行うことで前記発泡体ローラーの表面欠陥を検出する発泡体ローラーの欠陥検出装置において、前記投光手段が、紫外領域の光を発生する紫外光源を有することを特徴とする発泡体ローラーの欠陥検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ローラー表面に発泡セルの開口を有する発泡体ローラーに光を照射して、表面欠陥を検出する発泡体ローラーの欠陥検出方法および装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
発泡体ローラーの表面欠陥を判別する方法として、従来では人手で行う方法と、検査装置を用いて行う方法があった。人手で行う方法では、製品の高精度化に伴い、従来よりも微小な欠陥を発見する必要があり、そのために長時間集中しなければならない根気のいる作業となり、精神的な負担も大きくなり疲労も倍増する。また、視覚による検査は、検査員の主観的な検査判定であって、検査員の判断に依存し、検査員が異なる場合や、極端な場合は、同じ検査員であっても、検査時間の推移によって基準が変化する可能性がある。
【０００３】
上記検査員に代わる方法として、ＣＣＤカメラを用いた電子撮像装置による外観検査手法も明らかにされている（特許文献１参照）。これは、発泡体表面に対し、単色光からなる蛍光灯に青色セロハンを貼ることで光源波長を変更して照射することにより、表面状態を見易くするというものである。
【０００４】
しかしながら、青色セロハンを貼ることで波長を変更した光によって発泡ウレタン層を観察する場合は、観察条件の違いによる蛍光波長のムラおよび光源の発光ムラなどがある。そのため、発泡体ローラーの製造条件により、ローラー表面の凹凸量の差あるいは発泡セルの大きさの違いなどがある場合に、発泡セルの開口が見えづらいという問題があった。
【特許文献１】特開２００５−２７４１４０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、発泡体ローラーの製造条件の違いによる表面の凹凸量の差や、発泡セルの大きさの違いなどがある場合でも、高精度な外観検査を可能にする発泡体ローラーの欠陥検出方法および装置を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の発泡体ローラーの欠陥検出方法は、投光手段の光源から短波長領域の光を発生する工程と、前記短波長領域の光を発泡体ローラーの表面に照射し、その反射光による画像を撮像手段によって撮像する工程と、反射光を撮像して得られた画像のデジタル処理を行うことで前記発泡体ローラーの表面欠陥を検出する工程と、を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
発泡体ローラーの製造条件の違いによる表面の凹凸量の差や、発泡セルの大きさの違いなどがある場合でも、短波長領域の光を発生する光源を用いることで、安定した反射光による高精度な外観検査を行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
本発明を実施するための最良の形態を図面に基づいて説明する。
【０００９】
図１の（ａ）に示すように、発泡体ローラー１は、棒状の芯金２と、芯金２の外周部に一体成型により設けられた発泡ウレタン層３を有する。図１の（ｂ）は、発泡ウレタン層３の表面４を拡大し、ウレタンのスキン層４ａと、発泡セルの開口５を示す。
【００１０】
図２は、欠陥検出装置を示すもので、検査ステージ１１、芯金回転機構１２、芯金把持機構１３、把持機構１４、コネクタボックス１５、把持・駆動制御装置１６、画像処理手段である処理・記憶装置１７および表示装置１８を有する。さらに、撮像手段２１、カメラレンズ２２および投光手段２３を備える。
【００１１】
投光手段２３よりの光を被検査物である発泡体ローラー１に照射し、その反射光を撮像して得られた画像の画像処理を行うことで発泡体ローラー１の表面欠陥を検出する。この装置において、投光手段２３の光源として、短波長領域の光を発する紫外光源等の光源を用いる。
【００１２】
本実施形態においては、撮影手段としてＣＣＤカメラを使用し、その撮影範囲を発泡体ローラー１の表面全域を検査対象範囲内に設定できるよう配置する。
【００１３】
撮像手段として用いたＣＣＤカメラは、カメラの画素配置が１次元平面のものとなっている１次元撮影用のＣＣＤカメラを用いる。このカメラは、例えば約５１５０画素で１画像となるように構成されているのもので、画素はデジタル階調となっており２５６段階の光量を分割可能なものを選択する。しかしながら、表面に開口する発泡セルを有する発泡体ローラーの表面欠陥を検出可能な撮像手段であれば、このカメラ仕様に限定するものではない。
【００１４】
検査時には、発泡体ローラーを回転させることにより、撮像手段によって発泡体ローラー表面の検査対象範囲に対して逐次撮影を行い、検査対象範囲全域を撮影する。取り込んだ画像の画像処理を行い、欠陥が発見された画像における画像内部での位置情報を算出し、また、取込開始位置を回転装置内のトリガと同期させ、これらを組み合わせることによって発泡体ローラーの不良箇所の位置情報を得る。
【００１５】
同時に、不良箇所の表面欠陥の大きさ、１回の検査における表面欠陥の数等も記憶して表示しておく。
【００１６】
ウレタンの透過率特性において短波長を透過しづらいという性質を利用し、投光手段の光源波長を短波長領域とする。例えば、紫外領域の光を発生する紫外光源からの紫外光を発泡体ローラー表面に照射し、反射させることにより発泡体ローラー表面における発泡セルの開口を精度よく観察し、開口形状や大きさの違い等を識別する。
【００１７】
発泡セルの開口を有するウレタン表面を持つ製品としての公差の観点から、撮像した画像において被写界深度から外れることの無いような撮像手段および投光手段の配置を行う。また、発泡体ローラー表面の特徴的な欠陥画像を取込めるよう、レンズ倍率、レンズ光量絞り、投光手段の光量、光源の周波数、光源の照射範囲等の合体構成に苦慮した。
【００１８】
すなわち、単に、１つの投光手段からの光が撮像手段に結像する際に、発泡セルの開口を有する発泡体ローラー表面で反射するように配置したり、反射光が撮像手段へ入射するように配置すればよいのではなく適合配置があった。また、投光手段の設置位置は、撮影した画像範囲において、光が十分に撮像手段に入る必要がある。
【００１９】
投光手段と発泡体ローラー表面との距離や、投光手段と発泡体ローラー表面との配置角度については、実験的に最適値を得る。
【００２０】
また、投光手段の位置については、反射した光を均一に撮像手段に入力させるという観点から、発泡体ローラー表面からの距離が２０［ｍｍ］以上、２００［ｍｍ］以下の範囲が好ましい。発泡体ローラー表面を撮像する撮像手段と投光手段の光軸のなす角度は、６０［度］以上、１５０［度］以下の範囲に設定することが好ましい。
【００２１】
投光手段の光源の周波数については、発泡体ローラー表面を反射した光が全吸収されることなく、かつ発泡体ローラー表面にある欠陥にて十分に吸収され光量差が生じるような周波数にする必要がある。そこで、発泡体ローラーの表面欠陥の抽出が容易となるような周波数にすると言う観点から、２００［ｎｍ］以上、４５０［ｎｍ］以下の短波長領域の光源を使用する。
【００２２】
撮像手段の撮像可能範囲について、撮像手段の撮像位置は、発泡体ローラー表面の平坦部が撮像可能範囲内に入るような位置に設定する必要があり、被検査物の公差などによって変化が生じる場合においても撮像可能範囲内に入ることを要する。
【００２３】
本実施形態では、撮像手段から被検査物である発泡体ローラーまでの焦点距離を変更することで、焦点距離によりレンズ倍率が０．０５［倍］〜４．０［倍］まで調節可能なレンズを用いた。例えば、後述する実施例において、レンズ倍率を３．０［倍］としたが、発泡体ローラー表面の撮影が可能であれば、この数値に限定するものではない。
【００２４】
撮像手段の被写界深度について、撮像手段に撮影される発泡体ローラー表面の平坦部が撮像手段の被写界深度内に入る位置に設定する必要がある。同時に、発泡体ローラーの歪みなどによって高さ方向に変化が生じる場合においても被写界深度内に入ることを要する。
【００２５】
本実施形態では、被写界深度の調節が可能で、その被写界深度が０．３［ｍｍ］〜１．０［ｍｍ］まで調節可能なレンズを用いた。このことにより、発泡体ローラー表面を公差に関わり無く撮像し、欠陥を画像データとして取り込むことが可能になった。例えば、後述する実施例において、被写界深度を０．３［ｍｍ］としたが、被検査物の撮影が可能であれば、この数値に限定するものではない。
【実施例】
【００２６】
図１および図２は、一実施例を示すもので、図１の（ａ）に示すように、発泡体ローラー１は、芯金２および発泡ウレタン層３を有する。
【００２７】
図１の（ｂ）は、発泡ウレタン層３の表面４の一部を２次元的に展開して示す平面図であり、ウレタンのスキン層４ａと、発泡ウレタンの表層部の発泡セルの一部が表面４に開口することによって形成される開口５と、を有する。
【００２８】
図２の（ａ）は、欠陥検出装置全体を示すもので、検査ステージ１１、芯金回転機構１２、芯金把持機構１３、把持機構１４、コネクタボックス１５、把持・駆動制御装置１６、処理・記憶装置１７および表示装置１８を有する。さらに、撮像手段（１次元ＣＣＤカメラ）２１、カメラレンズ２２および投光手段２３を備える。
【００２９】
図２の（ｂ）に示すように、投光手段２３よりの光が、発泡体ローラー表面において反射し、カメラレンズ２２を通り結像し、撮像手段２１によって撮影される。撮影された画像は処理・記憶装置１７に転送され、転送された画像の番号を処理・記憶装置１７に記憶するようにしておく。
【００３０】
図２の（ｂ）に示すように、撮像手段２１の設置位置については、撮像した画像において、発泡体ローラー１の表面全域が撮影できる範囲にする必要がある。
【００３１】
投光手段２３については、発泡体ローラー表面を反射し撮像手段２１に十分に光量が届くような位置に配置する必要がある。
【００３２】
投光手段２３と撮像手段２１と検査対象物である発泡体ローラー１との位置関係については、本装置を製作する際、図面上にて位置関係について指示し、製作加工したブラケット等を使用している。
【００３３】
撮像手段２１および投光手段２３の位置および配置角度θ1 、θ2 については、これらを固定する各ブラケット部と、撮像手段２１および投光手段２３を検査ステージ１１に固定するブラケット部との間に市販の微動ステージを介在させる。これによって、θ角、３次元の各軸方向への微動を可能としている。
【００３４】
投光手段２３の配置角度θ2 については、投光手段２３を固定しているブラケットと微動ステージを駆動することにより０［度］〜９０［度］に設定することができる。しかし、投光手段２３は、発泡体ローラー表面を反射し撮像手段２１に十分に光量が届くような位置に配置する必要があるという観点から、１５〔度〕以上、６０〔度〕以下の範囲が望ましい。
【００３５】
また、撮像手段２１と投光手段２３の光軸のなす角度は、発泡体ローラー表面のウレタンのスキン層４ａと開口５とを容易に判別できる角度に設置すると言う観点より、６０［度］以上、１５０［度］以下にすることが好ましい。
【００３６】
また、撮像可能範囲の位置は、撮像される画像において、発泡体ローラー表面の平坦部が映る範囲でよいが、本実施例では、カメラレンズ２２の被写界深度が発泡体ローラー表面の平坦部を十分にカバーできる幅に設定した。
【００３７】
投光手段２３の光源波長は、発泡体ローラー１の表面欠陥の抽出が容易となるような周波数にすると言う観点から、短波長領域である２００［ｎｍ］以上、４５０［ｎｍ］以下の光源を使用した。
【００３８】
また、光源出力は、２５０［ｗ］出力のものを使用した。検査タクトを短くする目的で、芯金回転機構１２を高速に回転させた場合には、発泡体ローラー表面の像をボケることなく撮影するために撮像手段２１のシャッター速度を短くする。このとき、発泡体ローラー１の表面欠陥の抽出が容易となるような光量を得るには６００［ｗ］以下が好ましい。もしくは、光源のコストダウンのためにＬＥＤなどの光源を用いる場合は、撮像手段２１のシャッター速度を長くした場合においても、発泡体ローラー表面を観察可能な光量とするために５［ｗ］以上の光源出力に設定する。
【００３９】
次に動作について説明する。
【００４０】
投光手段２３は図示しない電源装置および制御部によって電源を供給されている。
【００４１】
電源供給を受け、投光手段２３から均一化された光量の光を発光する。光源の幅は発泡体ローラー１の表面を均一に照射する必要があることより、長手方向に２６０［ｍｍ］、短手方向に１０［ｍｍ］程度とした。
【００４２】
この光は、発泡体ローラー１の表面欠陥として認識される大きな穴、もしくは開口せずにウレタン部となる欠陥等がある場合に、その反射光がカメラレンズ２２を通過して撮像手段２１によって撮影され、処理・記憶装置１７に画像データとして取り込まれる。
【００４３】
撮像された画像は、撮像手段２１から処理・記憶装置１７に電気信号で転送され、処理・記憶装置１７の記憶装置に画像データとして収納する。
【００４４】
その後画像データは、画像処理用の集積回路へと転送される。
【００４５】
撮影装置２１にて撮影した画像データは、１次元カメラを用いたため、芯金回転機構１２を用いて、被検査物を回転させながら画像を形成させるものである。
【００４６】
駆動部動作としては、処理・記憶装置１７より動作開始信号が発信されると、芯金回転機構１２に載せられた発泡体ローラー１の芯金２を芯金把持機構１３が把持する。その後、芯金回転機構１２は処理・記憶装置１７より設定された回転数により回転を開始する。回転が安定すると同時に処理・記憶装置１７より、撮像手段２１である１次元ＣＣＤカメラへ取込開始トリガが発信され、そのトリガを基に画像の取込を開始すると同時に画像を形成する。周動部全域における発泡体ローラー表面の画像を形成するに十分な時間撮影をした後、芯金回転機構１２は停止し、その後芯金把持機構１３は把持していた芯金２を放す。
【００４７】
形成した画像は約１５００万画素で構成されているが、発泡体ローラー１の表面欠陥を検出可能であればこのカメラ仕様に限定されるものではない。
【００４８】
取り込んだ画像は、まず初めにノイズ等を取り除くため、画像フィルター処理を行っている。これは１つの画素が突発的に周囲の隣合う画素と大きく異なる光量のときなどはその画素を周囲の画素光量と等しくさせるというような処理であり、画素の突発的なノイズを除去する効果をもつ。
【００４９】
処理・記憶装置１７に転送された画像データは、各々の画素の２５５段階の一定設定値以下の画素を“１”とみなし、また同時に一定設定値以上の画素を“０”とみなす二値化処理を施し、画像内の画素をデジタル化させる。その後、“１”とみなされた画素同士の距離が設定距離以下の場合、その画素同士を結ぶ。これらのデジタル処理をそれぞれの画素で行っていき、１つの塊として纏めることにより、１つの島とする。その際、島と定義した内部において中空となっている際には、内部を“１”となるよう埋める処理を行う。この島を１つの画像処理開口部と定義させる。
【００５０】
また、別処理として二値化のように画素をデジタル化せずに２５５階調のままとし、この状態で、画像内の隣合う画素同士の光量の変化量の多い部分（設定可能）を“１”として認識させる。その後、“１”とみなされた画素同士の距離が設定距離以下の場合、その画素同士を結ぶ。これらの処理をそれぞれの画素で行っていき、１つの塊として纏めることにより、１つの島とする。その際、島と定義した内部において中空となっている際には、内部を“１”となるよう埋める処理を行う。この島を前記処理と同様に画像処理開口部と定義させる。以上の処理を行うことにより、画像処理開口部を発泡体ローラー１の表面の開口５として認識させる。この処理を、処理・記憶装置１７の処理装置にさせている。
【００５１】
次に認識させた画像処理開口部を実際の開口５として特徴化させ確定させる処理を行う。認識させた開口部に対し、開口部を埋めて構成されている画素の画素数（面積）、開口部の一番遠い画素同士の距離、開口部を結んだ稜線の真円度、開口部を結んだ稜線の縦横比、開口部を結んだ稜線の長さを求め数値化する。これらの条件から、予め設定した条件式に当てはめていくことによって、前記開口部と定義させた部分と画像処理によって判別した画像処理開口部との類似率、開口部の存在比率より、検出させるべき欠陥である開口を認識させる。
【００５２】
これらの処理を行うことによって、欠陥を有する開口を認識させ検出することが可能となる。
【００５３】
これらの画像処理加工を行う際、カメラレンズ２２の倍率、撮像装置２１の設置角度、撮像可能範囲の位置などの設定はあらかじめ処理装置のほうへ登録しておく。前記情報を基に、欠陥の位置情報、大きさを処理・記憶装置１７上で算出し、記録を行い、表示装置１８へ出力する。
【００５４】
処理・記憶装置１７は、把持・駆動制御装置１６と連動させ、設定した計測分解能に従い把持・駆動制御装置１６を制御し、検査位置を順次変えていくことで、被検査物全体を検査することが可能である。
【００５５】
（比較例）
比較のために、図２の装置において、撮像手段２１および投光手段２３においてはθ1 ＝３８［度］、θ2 ＝３０［度］に設定し、投光手段２３は、光源波長３８０［ｎｍ］〜６００［ｎｍ］程度の可視光のハロゲン光源を用いた。光源の出力は、発泡体ローラー表面の欠陥の抽出が容易となるような出力を得るという観点から、１５０［ｗ］を使用して、実施例と同様の欠陥検査を行った。
【００５６】
サンプルは、目視にて確認可能な、製品表面部に発泡セルの開口がありその開口の一部が大きくつながった形状を持つ外観欠陥物で、欠陥部の大きさはデジタルマイクロスコープの測定より約０．５［ｍｍ］〜１．０［ｍｍ］程度のものを２０本選択した。ハロゲン光源による欠陥検査によって、２０本中８本のサンプルの欠陥箇所の検出が可能であった。
【００５７】
これに対して、上記実施例においては、比較例と同一のサンプル、同一の検出アルゴリズムを用いた検査により、２０本中１８本のサンプルの欠陥箇所の検出が可能であった。
【００５８】
このことから、本実施例による欠陥検出方法は比較例による方法により正確に検査が可能であるということがいえる。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
【図１】発泡体ローラーを示すもので、（ａ）はその全体を示す斜視図、（ｂ）は発泡体ローラー表面の一部分を拡大し、２次元的に展開して示す平面図である。
【図２】一実施例による欠陥検出装置の構成を示すもので、（ａ）は装置全体を示す模式立面図、（ｂ）は（ａ）の投光手段と撮像手段と発泡体ローラーのみを示す斜視図である。
【符号の説明】
【００６０】
１    発泡体ローラー
２    芯金
３    発泡ウレタン層
５    開口
１１    検査ステージ
１２    芯金回転機構
１６    把持・駆動制御装置
１７    処理・記憶装置
１８    表示装置
２１    撮像手段
２２    カメラレンズ
２３    投光手段
【図１】
2008275496.tif 000003
【図２】
2008275496.tif 000004