(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
帯状または板状の被検査材の表面に線状の照射パターンを形成する疵検査用照明装置において、
多数の光ファイバが光ファイバの光軸に対して垂直方向にかつ被検査材の幅方向に整列する複数の光ファイバ束からなり、光ファイバ束が前記整列方向に沿って並ぶように接合された光ファイバユニットと、
円柱レンズからなる複数の集光レンズが前記光ファイバの整列方向に沿って並ぶように接合された集光ユニットとを備え、
前記集光ユニットが前記光ファイバユニットの出射側に配置され、
前記光ファイバユニットの、光軸に対して垂直方向かつ光ファイバユニットの整列方向に対して垂直方向の撓みに合わせて、前記集光ユニットを、前記光ファイバ束からの光線を平行に整列する様に撓わませていることを特徴とする疵検査用照明装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は疵検査用照明装置、特に帯状または板状の被検査材の表面を照明して疵を光学的に検査する疵検査用照明装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
帯状または板材の疵検査装置の一つとして、光学式疵検査装置がある。光学式疵検査装置は、被検査材の表面に線状の照明パターンを形成する照明装置を備えている。例えば、鋼板を長手方向に送りながら鋼板表面に線状の照明パターンを形成して、検査作業者が鋼板表面を直接目視して、またはモニタ画面上で疵を検査する。
【０００３】
従来、蛍光灯を代表とする照明装置の棒状光源は、光量、集光性においてきわめて不十分であった。その上、被検査材との距離が取れないばかりか、温度変化に弱く、指向性がなく、長尺（例えば２m）の棒状光源を構成することは困難であり、高速ラインへの適用や、撮像分解能を上げることができなかった。このような問題を解決する照明装置として、光ファイバ照明が期待され、様々な光ファイバ照明装置が開発されている。
【０００４】
光ファイバ照明装置は、光源と、多数の光ファイバ整列するシート状の光ファイバ束と、帯状または板状の被検査材の表面に線状の照射パターンを形成する集光レンズとからなっている。従来の光ファイバ照明装置は、市販の光ファイバ束と集光レンズ（円柱レンズ）とを組み合わせたものであるが、次のような問題があった。
【０００５】
被検査材の幅に合わせて幅方向（光ファイバ光軸に垂直方向）に長く整列する光ファイバ束を必要とするため、幅５００ｍｍ程度の光ファイバ束２４の数個を幅方向に接合していた。光ファイバ束では光ファイバが複数段積み重ねられているが、図６および図７に示すように光ファイバユニット２１保持する上板５５および下板５６が撓むため１００μｍ程度のオーダーで光ファイバ束２２の中央部が凹んだり、膨れ上がったりする。これら凹みや膨れのために、照明光の光線が不揃いとなる。集光レンズ４０と被検査材との距離は数ｍ程度になると、図８に示すように被検査材では数ｍｍ程度のオーダーで不揃いとなる。この結果、被検査材表面での照度が不均一となり、疵検出能が低下していた。
【０００６】
なお、棒状光源を用いた照明装置として、例えば特開２０００−６５７５５号公報で開示された表面検査装置がある。光ファイバ束と集光レンズとを備えた照明装置として、例えば特開２０００−１４９６０７号公報で開示された照明装置がある。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
この発明の課題は、照明光の光線が不揃いとなることなく被検査材表面を照射し、高い疵検出能により疵を検出することができる疵検査用照明装置を提供することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明の疵検査用照明装置は、帯状または板状の被検査材の表面に線状の照射パターンを形成する疵検査用照明装置において、多数の光ファイバが光ファイバの光軸に対して垂直方向に整列する複数の光ファイバ束からなり、光ファイバ束が前記整列方向に沿って並ぶように接合された光ファイバユニットと、円柱レンズからなる複数の集光レンズが前記光ファイバの整列方向に沿って並ぶように接合された集光ユニットとを備えている。
【０００９】
また、本発明において、前記光ファイバユニットの撓みに合わせて前記集光ユニットを撓ませるようにしてもよい。集光レンズの撓みを調整することにより、光ファイバ束からの不揃いの光線を平行に整列することができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
図１、図２および図３は、本発明の照明装置を模式的に示している。照明装置は、主として光源、ライトガイド部、および集光部からなっている。
【００１１】
光源１０は、高輝度点光源１２と凹面鏡１４とを備えている。高輝度点光源１２として例えばメタルハライドランプ、ハロゲンランプ、キセノンランプなどが用いられる。凹面鏡１４として楕円面鏡、または放物面鏡が適している。
【００１２】
ライトガイド部２０は、光源１０から光ファイバユニット２１まで延びる光ファイバケーブル２９を備えている。光ファイバケーブル２９は、多数の光ファイバ２６が束ねられ、プラスチックシースで被覆されている。光ファイバユニット２１の内部において、光ファイバ２６は光ファイバケーブル２９の先端部から分岐整列して光ファイバ束２２（図３に示す）を構成する。光ファイバ束２２は多数の光ファイバ２６を光軸に対し垂直方向（横方向）に整列し、複数段積み重ねられて構成されている。横方向に隣り合う光ファイバ束２２どうしは、側端部が被検査材１の幅に合わせて接着剤でつなぎ合わされ、横方向に延びる帯状となっている。光ファイバユニット２１は、上板３１と下板３２との間に挟まれて光ファイバ保持フレーム３０に保持されている。
【００１３】
集光部４０は、複数の集光レンズ４２からなる集光ユニット４１を備えている。集光レンズ４２として円柱レンズが用いられる。横方向に隣り合う集光レンズ４２どうしは、側端部が光ファイバ束２２と同様に接着剤でつなぎ合わされて横方向に細長となっている。集光レンズ４２の接合部４３は、光ファイバ束２２の接合部２３に対し横方向にずれるように位置している。このずれは、各光ファイバの中間部にレンズの接合部が位置するようにする。したがって、光ファイバ束２２の接合部２３と集光レンズ４２の接合部４３との重なりによる照度低下は生じない。
【００１４】
上記のように構成された装置において、高輝度点光源１２からの照明光は凹面鏡１４で光ファイバケーブル２９の入射端に集光される。照明光は、光ファイバケーブル２９を介して光ファイバユニット２１に導かれる。光ファイバユニット２１を通って出射した照明光は、集光レンズ４２で集光されて被検査体表面１に線状の照明パターン５を形成する。被検査体１はこれの長手方向Sに移動しており、疵Ｆはリニアアレイカメラ６０で撮像される。疵Ｆはモニタ(図示しない)の画面で目視により、または映像信号を画像処理して検出される。光ファイバ束２２の接合部２３と集光レンズ４２の接合部４３との重なりによる照度低下は生じない。このために、被検査材表面を均一に照射し、高い疵検出能により疵を検出することができる
【００１５】
図４は、本発明の照明装置の実施の形態を示している。図４（ａ）に示すように、集光ユニット４９はレンズ保持フレーム５０に保持されている。レンズ保持フレーム５０に取り付けられたナット５１に調節ねじ５２がはめ合っている。調節ねじ５２の先端部は集光レンズ４９に押し当てられており、調節ねじ５２により集光レンズ４９の撓みを光ファイバ束の撓みに合わせる。集光レンズの撓みを調整することにより、光ファイバ束からの不揃いの光線を平行に整列することができる。図４（ｂ）は被検査材表面上の照明パターンを示しており、集光レンズ４９の撓みを調節することにより湾曲した光線軌跡８を規範直線７に修正することができる。
【００１６】
【発明の効果】
本発明の疵検査用照明装置では、集光ユニットはレンズ保持フレームに保持されており、調節ねじにより集光レンズの撓みを光ファイバ束の撓みに合わせることができる。このように集光レンズの撓みを調整することにより、光ファイバ束からの不揃いの光線を平行に整列することができ、湾曲した光線軌跡を規範直線に修正することができる。その結果、照明光の光線が不揃いとなることなく被検査材表面が照射され、高い疵検出能により疵を検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の実施の形態である疵検査用照明装置を模式的に示す斜視図である。
【図２】  図１に示す照明装置の光学系を模式的に示す側面図である。
【図３】  図３（ａ）は図１に示す装置の正面図であり、（ｂ）は平面図である。
【図４】  本発明の照明装置の実施の形態を示しており、（ａ）は正面図であり、（ｂ）は照明パターンの模式図である。
【図５】  光ファイバ束の側端部における光ファイバの不揃いを模式的に示す平面図である。
【図６】  従来の疵検査用照明装置の１例を模式的に示す正面図である。
【図７】  図６に示す光ファイバ束の拡大図である。
【図８】  照明の光線の不揃いを説明する図面である。
【符号の説明】
１  被検査材
５  照明パターン
７  規範直線
８  光線軌跡
１０  光源
１２  高輝度点光源
１４  凹面鏡
２０  ライトガイド部
２１  光ファイバユニット
２２  光ファイバ束
２３  接合部
２６  光ファイバ
３０  光ファイバ保持フレーム
３１  上板
３２  下板
４０  集光部
４１  集光ユニット
４２  集光レンズ
４３  接合部
４９  集光レンズ
５０  集光レンズ保持フレーム
５１  ナット
５２  調節ねじ
５６  上板
Ｆ    疵
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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