(57)【要約】【課題】  物品の表面の少なくとも半分を一画像として観測することができるプリズムおよび形態異常を高速検出できる形態異常検出装置を提供する。【解決手段】  対象（電気部品S）を斜視観測するためのプリズム１であって、たとえば四角錐台側面形状の反射面を持ち、下方からの測定光Ｌを内側に反射する第１ミラー１１と、第１ミラー１１の内側に同軸配置され、円錐側面形状の反射面を持ち、第１ミラー１１により反射された測定光を上方の撮像装置に向けて反射する第２ミラー１２とを備える。【選択図】  図１
2008107420.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
対象を斜視観測するためのプリズムであって、
Ｎ角錐台側面形状の反射面を持ち、下方からの測定光を内側に反射する第１ミラーと、
前記第１ミラーの内側に同軸配置され、Ｎ角錐台側面形状またはＮ角錐側面形状の反射面を持ち、前記第１ミラーにより反射された測定光を上方に反射する第２ミラーと、
を備えたことを特徴とするプリズム。
【請求項２】
前記第１ミラーと前記第２ミラーとの各稜が、平面視したときにそれぞれ同一直線上に配置されていることを特徴とする請求項１に記載のプリズム。
【請求項３】
前記第１ミラーの中心軸に対する傾斜角が（４５／２）°であり、前記第２ミラーの中心軸に対する傾斜角が４５°であることを特徴とする請求項１または２に記載のプリズム。
【請求項４】
接合によりまたは一体に構成されてなるガラスまたは合成樹脂からなるプリズムであって、
前記第１ミラーの下方かつ内側に同軸配置され、前記第１ミラーへの測定光を透過させるＮ角錐台側面形状の入射面と、
前記第２ミラーの上方に形成され、前記第２ミラーからの測定光を出射する出射面と、
を備えたことを特徴とする請求項１から３の何れかに記載のプリズム。
【請求項５】
前記入射面の各稜が、平面視したときにそれぞれ前記第１ミラーと前記第２ミラーの各稜と同一直線上に配置されていることを特徴とする請求項４に記載のプリズム。
【請求項６】
Ｎが３または４であることを特徴とする請求項１から５の何れかに記載のプリズム。
【請求項７】
対象を斜視観測するためのプリズムであって、
円錐側面形状の反射面を持ち、下方からの測定光を内側に反射する第１ミラーと、
前記第１ミラーの内側に同軸配置され、円錐側面形状または角錐側面形状の反射面を持ち、前記第１ミラーにより反射された測定光を上方に反射する第２ミラーと、
を備えたことを特徴とするプリズム。
【請求項８】
前記第１ミラーの中心軸に対する傾斜角が（４５／２）°であり、前記第２ミラーの中心軸に対する傾斜角が４５°であることを特徴とする請求項７に記載のプリズム。
【請求項９】
ガラスまたは合成樹脂により一体に構成されてなるプリズムであって、
前記第１ミラーの下方かつ内側に同軸配置され、前記第１ミラーへの測定光を透過させる円錐側面形状の入射面と、
前記第２ミラーの上方に形成され、前記第２ミラーからの測定光を出射する出射面と、
を備えたことを特徴とする請求項７または８に記載のプリズム。
【請求項１０】
斜視観測の対象である物品の形態異常を検出する形態異常検出装置であって、
前記物品の平面視輪郭の最大長よりも大きい径の第１ミラーを備えた、請求項１から９の何れかに記載のプリズムと、
前記プリズムを介して前記物品を撮影する撮像装置と、
前記撮像装置により撮影した画像から、前記物品に形態異常があるか否かを判別する判別装置と、
を備えたことを特徴とする形態異常検出装置。
【請求項１１】
前記判別装置は、前記物品の画像を当該物品の基準形態と比較することを特徴とする請求項１０に記載の形態異常検出装置。
【請求項１２】
前記物品が電気部品または機械部品であることを特徴とする請求項１１に記載の形態異常検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気部品（抵抗、トランジスタ、コンデンサ、リアクトル等）、機械部品（螺子、ボルト、ナット）等の小さな物品を斜視観測するためのプリズムおよび形態異常検出装置に関し、前記物品の表面の少なくとも半分を一画像として観測することができる前記プリズムおよび形態異常を高速検出できる前記形態異常検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、電気部品や機械部品等の物品の形態異常（射出部分の欠けやヒビ等）の検査においては、物品の周囲を、ひとつずつカメラにより撮影し、画像処理装置により、撮影画像を基準画像と比較して形態異常を発見することが行われている。
【０００３】
このような画像処理による検査は、電気部品や機械部品等の物品の形態異常を人が判断する場合に比べて、信頼性が高いうえ、処理効率の面でも優れている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、これらのカメラにより撮影された画像について別々処理（５種類の画像処理）が必要となるため、検査に時間がかかるという問題がある。
【０００５】
本発明の目的は、電気部品や機械部品等の物品の表面の少なくとも半分を一画像として観測することができるプリズム、および形態異常を高速検出できる形態異常検出装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明のプリズムは（１）〜（１０）を要旨とする。
（１）「  対象を斜視観測するためのプリズムであって、
Ｎ角錐台側面形状（Ｎは３以上の整数）の反射面を持ち、下方からの測定光を内側に反射する第１ミラーと、
前記第１ミラーの内側に同軸配置され、Ｎ角錐台側面形状またはＮ角錐側面形状の反射面を持ち、前記第１ミラーにより反射された測定光を上方に反射する第２ミラーと、
を備えたことを特徴とするプリズム。」
（２）「  前記第１ミラーと前記第２ミラーとの各稜が、平面視したときにそれぞれ同一直線上に配置されていることを特徴とする（１）に記載のプリズム。」
（３）「  前記第１ミラーの中心軸に対する傾斜角が（４５／２）°であり、前記第２ミラーの中心軸に対する傾斜角が４５°であることを特徴とする（２）に記載のプリズム。」
（４）「  接合によりまたは一体に構成されてなるガラスまたは合成樹脂からなるプリズムであって、
前記第１ミラーの下方かつ内側に同軸配置され、前記第１ミラーへの測定光を透過させるＮ角錐台側面形状の入射面と、
前記第２ミラーの上方に形成され、前記第２ミラーからの測定光を出射する出射面と、
を備えたことを特徴とする（１）から（３）の何れかに記載のプリズム。」
（５）「  前記入射面の各稜が、平面視したときにそれぞれ前記第１ミラーと前記第２ミラーの各稜と同一直線上に配置されていることを特徴とする（４）に記載のプリズム。」
（６）「  Ｎが３または４であることを特徴とする（１）から（５）の何れかに記載のプリズム。」
（７）「  対象を斜視観測するためのプリズムであって、
円錐側面形状の反射面を持ち、下方からの測定光を内側に反射する第１ミラーと、
前記第１ミラーの内側に同軸配置され、円錐側面形状または角錐側面形状の反射面を持ち、前記第１ミラーにより反射された測定光を上方に反射する第２ミラーと、
を備えたことを特徴とするプリズム。」
（８）「  前記第１ミラーの中心軸に対する傾斜角が、前記第２ミラーの中心軸に対する傾斜角よりも小さいことを特徴とする（７）に記載のプリズム。」
（９）「  前記第１ミラーの中心軸に対する傾斜角が（４５／２）°であり、前記第２ミラーの中心軸に対する傾斜角が４５°であることを特徴とする（８）に記載のプリズム。」
（１０）「  ガラスまたは合成樹脂により一体に構成されてなるプリズムであって、
前記第１ミラーの下方かつ内側に同軸配置され、前記第１ミラーへの測定光を透過させる円錐側面形状の入射面と、
前記第２ミラーの上方に形成され、前記第２ミラーからの測定光を出射する出射面と、
を備えたことを特徴とする（７）から（９）の何れかに記載のプリズム。」
本発明の形態異常検出装置は（１１）〜（１３）を要旨とする。
（１１）「  斜視観測の対象である物品の形態異常を検出する形態異常検出装置であって、
前記物品の平面視輪郭の最大長よりも大きい径の第１ミラーを備えた、（１）から（１０）の何れかに記載のプリズムと、
前記プリズムを介して前記物品を撮影する撮像装置と、
前記撮像装置により撮影した画像から、前記物品に形態異常があるか否かを判別する判別装置と、
を備えたことを特徴とする形態異常検出装置。」
（１２）「  前記判別装置は、前記物品の画像を当該物品の基準形態と比較することを特徴とする（１１）に記載の形態異常検出装置。」
（１３）「  前記物品が電気部品または機械部品であることを特徴とする（１１）または（１２）に記載の形態異常検出装置。」
【発明の効果】
【０００７】
本発明のプリズムでは、物品の表面の少なくとも半分を一画像として斜視観測することができる。また、本発明の形態異常検出装置では、上記プリズムを使用することで、パターン比較等を短時間で行うことができる。
本発明のプリズムは、２つの反射面を持つので、像の反転を起こさずに斜視観測ができるので、撮像装置を使用しない観察（目視による観察）に好適である。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
図１は本発明のプリズムの第１実施形態を示す説明図であり、（Ａ）はプリズム１の平面図、（Ｂ）は（Ａ）におけるＦ−Ｆ線の断面図である。
図１（Ａ），（Ｂ）においてプリズム１は、ガラスまたは合成樹脂により接合または一体に形成されたもので、第１ミラー１１と第２ミラー１２と入射面１３と出射面１４とを有している。
【０００９】
第１ミラー１１は、四角錐台側面形状の反射面１１１〜１１４を持ち、これらの反射面は外側表面からアルミニウム等の金属膜を蒸着することにより形成されている。第２ミラー１２は、第１ミラー１１の内側に同軸配置されるもので、四角錐台側面形状または四角錐側面形状（図１では四角錐側面形状）の反射面１２１〜１２４を持つ。これらの反射面は、全反射条件を満足するので、アルミニウム等により形成する必要はない。
【００１０】
第１ミラー１１の反射面１１１〜１１４の中心軸に対する傾斜角は、第２ミラー１２の反射面１２１〜１２４の中心軸に対する傾斜角よりも小さくなるように設計されている。第１ミラー１１の反射面１１１〜１１４の中心軸に対する傾斜角は２２．５°であり、第２ミラー１２の反射面１２１〜１２４の中心軸に対する傾斜角は４５°である。すなわち、プリズム１では、電気部品や機械部品等の物品を斜め上４５°方向から斜視観察することで、正面および側面を、同じ縮尺（すなわち、正面から見た長さの１／２1/2倍）で表示することができ、これにより、パターンマッチング等により形態異常を検出する際の画像処理が容易となる。
【００１１】
入射面１３は、四角錐台側面形状の透過面１３１〜１３４からなり、第１ミラー１１の下方かつ内側に同軸配置され、第１ミラー１１の反射面１１１〜１１４への測定光Ｌを透過させることができる。なお、図１のプリズム１では、入射面１３に測定光Ｌが直角に入射するので色分散が生じにくくなる。
【００１２】
なお、図１では、第２ミラー１２の反射面１２１と、透過面１３１とは同一平面上に存在している。同様に第２ミラー１２の反射面１２２，１２３，１２４と、入射面１３の透過面１３２，１３３，１３４とは同一平面上に存在している。
【００１３】
第１ミラー１１の各稜と第２ミラー１２の各稜と入射面１３の各稜とは、平面視したときにそれぞれ同一直線上に配置されるように構成されている。なお、図１では第１ミラー１１の反射面１１１〜１１４の境界には稜が形成されていないが、このときの稜は、反射面１１１〜１１４を側面に含む四角錐における稜である。
【００１４】
これにより、第１ミラー１１の反射面１１１〜１１４は、下方からの測定光Ｌ（Ｓからの光）を内側に反射することができ、第２ミラー１２の反射面１２１〜１２４は、第１ミラー１１の反射面１１１〜１１４により反射された測定光Ｌを受光して上方に反射し、出射面１４から測定光Ｌを図示しない撮像装置に出射することができる。
【００１５】
図２および図３により、プリズム１による電気部品の観察画像を説明する。
図２（Ａ）は斜視観測対象である電気部品Sの斜視図であり、（Ｂ−１），（Ｂ−２），（Ｂ−３），（Ｂ−４）はプリズム１の上方から電気部品Sを見たときの第２ミラー１２の反射面１２１〜１２４に現れる第１画像Ｇ１，第２画像Ｇ２，第３画像Ｇ３，第４画像Ｇ４を示す図、（Ｃ）は、撮像装置により撮影される撮影画像Ｇ０を示す図である。
【００１６】
図２（Ｂ−１），（Ｂ−２），（Ｂ−３），（Ｂ−４）では、第１〜第４画像Ｇ１〜Ｇ４は、互いに重畳部分が生じない位置に電気部品Sが存在している。第１ミラー１１の反射面１１１〜１１４の境界、第２ミラー１２の反射面１２１〜１２４の境界は、プリズム１を接合によりを接合した場合には接着材の影響や、チッピング（角欠け）等の影響で、形態異常を正常に検出できない可能性がある。なお、プリズム１を一体に形成した場合にも境界に現れる線の影響で、やはり形態異常を正常に検出できない場合がある。
【００１７】
このような場合には、図３（Ａ）に示すように、電気部品Sをプリズム１からやや離して配置する。電気部品Sをこのような配置とすることで、図３（Ｂ−１），（Ｂ−２），（Ｂ−３），（Ｂ−４）に示すように、第１〜第４画像Ｇ１〜Ｇ４が互いに重畳部分を持つようになる。なお、図３（Ａ）では、互いに重畳部分が生じない電気部品Sの位置を破線で示してある。図３（Ｃ）は、撮像装置により撮影される撮影画像Ｇ０を示す図である。
【００１８】
図４（Ａ），（Ｂ）、図５（Ａ），（Ｂ）は、図１に示したプリズム１の設計変更例である。
図１（Ａ），（Ｂ）のプリズム１では、第２ミラー１２の各反射面１２１〜１２４と入射面１３の各透過面１３１〜１３４とは同一平面上に形成されているが、図４（Ａ），（Ｂ）のプリズム１では、これらは異なる平面上に形成されている。すなわち、透過面１３１〜１３４を、反射面１２１〜１２４よりも外側に位置させることで、透過面領域を確保しつつ、プリズム１の全体の光軸方向のサイズを小さくすることができる。
【００１９】
図５（Ａ），（Ｂ）のプリズム１は、第１ミラー１１と第２ミラー１２とのミラーセットにより構成されている。図５では、第１ミラー１１の反射面１１１〜１１４と、第２ミラー１２（反射面１２１〜１２４）とは、空中に浮いた状態で示してあるが、実際には各ミラーは適宜の手段で固定される。第１ミラー１１の反射面１１１〜１１４は透明板にアルミニウム等を蒸着することにより構成され、第２ミラー１２は四角推状に組み立てた透明板にアルミニウム等を蒸着することにより構成されている。なお、図５（Ａ），（Ｂ）では、入射面１３および出射面１４は存在しない。
【００２０】
なお、プリズム１として、第１ミラー１１，第２ミラー１２，入射面１３が三角推台形状のものを使用することができる。
図６は本発明のプリズムの第２実施形態を示す説明図であり、（Ａ）はプリズム２の平面図、（Ｂ）は（Ａ）におけるＦ−Ｆ線の断面図である。
【００２１】
図６（Ａ），（Ｂ）においてプリズム２は、ガラスまたは合成樹脂により一体に形成されたもので、第１ミラー２１と第２ミラー２２と入射面２３と出射面２４とを有している。
第１ミラー２１は、円角錐台側面形状の反射面を持ち、この反射面は外側表面からアルミニウム等の金属膜を蒸着することにより形成されている。第２ミラー２２は、第１ミラー２１の内側に同軸配置されるもので、円角錐台側面形状の反射面を持つ。この反射面は、全反射条件を満足するので、アルミニウム等により形成する必要はない。
【００２２】
第１ミラー２１の中心軸に対する傾斜角は、第２ミラー２２の中心軸に対する傾斜角よりも小さくなるように設計されている。第１ミラー２１の中心軸に対する傾斜角は２２．５°であり、第２ミラー２２の中心軸に対する傾斜角は４５°である。
【００２３】
このような構成をとることにより、第１ミラー２１は下方からの測定光Ｌを内側に反射し、第２ミラー２２は、第１ミラー２１により反射された測定光Ｌを上方に反射することができ、接合部分の線がない画像を得ることができる。なお、プリズム２は、図７（Ａ），（Ｂ）に示すように、第１ミラー２１は四角錐台側面形状の反射面を持ち、第２ミラー２２は円錐錐台側面形状の４つの反射面２２１〜２２４を持つように構成することもできる。
【００２４】
図８により、本発明の形態異常検出装置の一実施形態を説明する。図８の形態異常検出装置３は、上述したプリズムを用いて構成されるもので、斜視観測の対象である物品（電気部品や機械部品）の形態異常を検出することができる。第１ミラーの径は、物品の平面視輪郭の最大長よりも大きいものが使用される。
【００２５】
形態異常検出装置３は、プリズム３１１，３１２と、撮像装置（本実施形態では２つの撮像装置３２１，３２２）と、プリズム３１１，３１２と撮像装置３２１，３２２との間に配置されたレンズ系３３１，３３２と、判別装置を含む画像処理装置３４と、物品の形態を記憶した形態記憶装置３５とを備えている。
【００２６】
プリズム３１１，３１２は、本実施形態では図１に示したプリズム１である。
撮像装置３２１，３２２は、プリズム３１１，３１２を介して物品を撮影することができる。図８では落下する物品（ここでは、電気部品S）の形態異常を、２つの撮像装置３２１，３２２により撮影して検出する場合を示すが、たとえば真空吸着マニピュレータにより電気部品Sを吸着して、第１の撮像装置によりある角度から撮影し、次に真空吸着マニピュレータにより吸着箇所を変えて電気部品Sを吸着して、第２の撮像装置により別の角度から撮影するようにしてもよい。
【００２７】
なお、図８では、図示省略してあるが、電気部品Sの落下タイミングが検出されており、このタイミングに合わせて、撮像装置３２１，３２２が駆動（シャッターがオン）される。
レンズ系３３１，３３２は、図８では１つの凸レンズにより示してあるが、実際には焦点調製機能が付属した複数のレンズの組により構成することができる。
【００２８】
判別装置３４は、撮像装置３２１，３２２により撮影した画像から、物品に形態異常があるか否かを判別することができる。典型的には、判別装置３４は、電気部品Sの画像を、形態記憶装置３５に記憶してある電気部品Sの基準形態と比較し、比較結果を出力する。
図９は判別装置３４をより詳しく示した説明図である。判別装置３４は、画像取得手段３４１と、重畳部分カット手段３４２と、パターン比較手段３４３とからなる。画像取得手段３４１は、撮像装置３２１，３２２から撮影画像Ｇ０１，Ｇ０２を取得すると、重畳部分カット手段３４２によりそれぞれの重畳部分をカットする。パターン比較手段３４３は、これらの画像と、予め形態記憶装置３５から呼び出してあるパターンとを比較する。電気部品Sに欠損が生じている場合、電気部品Sにヒビが入っているような場合には、パターンマッチングの結果は「フェイル」となる。
【００２９】
図９では、電気部品Sの表面パターンＰ０１と、重畳部分カット済みの撮像装置３２１の撮影画像Ｇ０１′とを比較するとともに、電気部品Sの裏面パターンＰ０２と、重畳部分カット済みの撮像装置３２２の撮影画像Ｇ０２′とを比較している。
本実施形態では、電気部品Sの表面パターンＰ０１や裏面パターンＰ０２は、それぞれ一画像として扱われるので、パターン照合を短時間で行われる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明のプリズムの第１実施形態を示す説明図であり、（Ａ）はプリズムの平面図、（Ｂ）は（Ａ）におけるＦ−Ｆ線の断面図である。
【図２】（Ａ）は斜視観測対象である電気部品の斜視図であり、（Ｂ−１），（Ｂ−２），（Ｂ−３），（Ｂ−４）は、プリズムの上方から電気部品を見たときの第１ミラーの各反射面に現れる第１〜第４画像を示す図、（Ｃ）は撮像装置により撮影される撮影画像を示す図である。
【図３】（Ａ）は電気部品をプリズムからやや離して配置した状態を示す図、（Ｂ−１），（Ｂ−２），（Ｂ−３），（Ｂ−４）は第１〜第４画像が互いに重畳部分を持った様子を示す図、（Ｃ）は撮像装置により撮影される撮影画像を示す図である。
【図４】第１実施形態の設計変更例を示す図であり、（Ａ）は異なる平面上に第１ミラーと入射面が形成されているプリズムを示す平面図、（Ｂ）は（Ａ）におけるＦ−Ｆ線の断面図である。
【図５】第１実施形態の設計変更例を示す図であり、（Ａ）は第１ミラーと第２ミラーとのミラーセットにより構成されているプリズムを示す図、（Ｂ）は（Ａ）におけるＦ−Ｆ線の断面図である。
【図６】本発明のプリズムの第２実施形態を示す説明図であり、（Ａ）はプリズム２の平面図、（Ｂ）は（Ａ）におけるＦ−Ｆ線の断面図である。
【図７】第１ミラーが四角錐台側面形状の反射面を持ち、第２ミラーが円錐錐台側面形状の４つの反射面を持つプリズムの説明図であり、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は（Ａ）におけるＦ−Ｆ線の断面図である。
【図８】本発明の形態異常検出装置の一実施形態を示す図である。
【図９】判別装置をより詳しく示した説明図である。
【図１０】従来技術の説明図であり、電気部品を検査を行う場合の撮像装置の配置を示す図である。
【符号の説明】
【００３１】
１，２，３１１，３１２  プリズム
３  形態異常検出装置
１１，２１  第１ミラー
１２，２２  第２ミラー
１３，２３  入射面
１４，２４  出射面
３４  画像処理装置
３５  形態記憶装置
１１１〜１１４  第１ミラーの反射面
１２１〜１２４  第２ミラーの反射面
１３１〜１３４  透過面
３２１，３２２  撮像装置
３３１，３３２  レンズ系
Ｓ  電気部品
【図１】
2008107420.tif 000003
【図２】
2008107420.tif 000004
【図３】
2008107420.tif 000005
【図４】
2008107420.tif 000006
【図５】
2008107420.tif 000007
【図６】
2008107420.tif 000008
【図７】
2008107420.tif 000009
【図８】
2008107420.tif 000010
【図９】
2008107420.tif 000011
【図１０】
2008107420.tif 000012