JP7087533B2 - 表面状態検査装置及び表面状態検査方法 - Google Patents

Description

本発明は、表面状態検査装置及び表面状態検査方法に関するものである。

金属板やタイヤなどの対象物に複数色の光を照射しその反射光の輝度または強度を個別に認識することで、対象物の表面状態を検出する装置が知られている。

例えば、特許文献１では、波長の異なる光を２つの光源から被検査物である金属体に照射し、波長毎に準備した受光カメラで反射光を受光し輝度を検出している。被検査物の凹凸により、２つの波長の光に輝度の差が生ずることを利用して金属体である被検査物の表面状態を検出している。特許文献２では、波長の異なる光を２つの光源からタイヤのサイドウォール部の表面に照射し、反射光の強度を検出している。被検査物の凹凸により２つの波長の光に強度に差が生ずることを利用して金属体の被検査物の表面状態を検出している。

特許第６０６１０５９号公報 特開２０１０－２４９７００号公報

しかしながら、波長の異なる２つの光を被検査物に照射し、その反射光を波長毎に異なるカメラで採取し強度あるいは輝度のデータを取得して演算解析するためには、高額かつ複雑な装置が必要になる。特に、ケーブルなどの長尺物を被検査物とする場合は、長手方向だけでなく周方向の検査が必要となることが多く、平板状のものより高価な装置になることが多い。

例えば特許文献１において、カラーラインセンサカメラではなくモノクロラインセンサカメラを用いることで安価にする例を提示しているが、受光器が波長毎に必要となっている。

例えば特許文献２において、異なる波長の光を同一方向から照射し、反射光をラインセンサカメラで受光した例を提示している。利用できるデータが光源から被検査物の検査位置までの距離だけとなるため、波長毎に強度データを取りその相対関係から表面状態を推定することになる。各波長の強度データはそれぞればらつきをもつため、得られたデータが２つある場合は１つの場合よりデータ処理が複雑になる。

本開示の目的は、簡易な動作原理で、より安価な機器を用いて表面状態を検査する装置を提供することである。

本実施形態の一観点によれば、
第１の色相の光を被検査物表面の検査領域に照射する第１の光源と、
第１の色相とは異なる第２の色相の光を前記検査領域に照射する第２の光源と、
前記被検査物の表面からの反射光を受光するカラーカメラと、
前記カラーカメラから出力される受光信号を入力として、前記検査領域からの前記反射光の色相分布を分析する分析器とを備え、
前記第１の光の照射方向と、前記第２の光の照射方向が異なる方向である、表面状態検査装置を提供する。

本開示によれば、簡易な動作原理で、より安価な機器を用いて表面状態を検査する装置を提供できる。

図１は、本願の検査装置の基本構成を説明する図である。 図２Ａは、本願の検査装置の検出原理を説明する図である。 図２Ｂは、本願の検査装置の検出原理を説明する図である。 図２Ｃは、本願の検査装置の検出原理を説明する図である。 図３は、色相環を模式的に描いた図である。 図４は、本願の検査装置における色相と異常検知の関係を説明する図である。 図５は、線状体を被検査対象とする場合の光源とカラーカメラの配置例を示す図である。 図６は、図５の配置例におけるカラーカメラの配置例を示す図である。 図７は、図５の配置例における光源の光の照射範囲を説明する図である。 図８は、本願の検査装置の代表的な検出ロジックを説明するフロー図である。 図９は、本願の検査装置により異常個所が検出される様子を模式的に示す図である。 図１０Ａは、線状体を被検査物とする場合の、既設の検査装置の光源と受光器の配置例を示す図である。 図１０Ｂは、線状体を被検査物とする場合の、既設の検査装置の光源と受光器の配置例を示す図である。 図１１は、凹凸不良部と凹凸良好部を有する被検査物を、（ａ）既設の検査装置及び（ｂ）本願の検査装置で検査し、凹凸の高さで結果をまとめた図である。 図１２は、既設の検査装置及び本願の検査装置を用い表面の凹凸を検出した実験例であり、凹凸の高さと長さで結果をまとめた図である。

［本開示の実施形態の説明］
最初に本開示の実施態様を列記して説明する。

（１）本開示の一態様に係る表面状態検査装置は、第１の色相の光を被検査物表面の検査領域に照射する第１の光源と、第１の色相とは異なる第２の色相の光を前記検査領域に照射する第２の光源と、前記被検査物の表面からの反射光を受光するカラーカメラと、前記カラーカメラから出力される受光信号を入力として、前記検査領域からの前記反射光の色相分布を分析する分析器とを備え、前記第１の光の照射方向と、前記第２の光の照射方向が異なる方向である表面状態検査装置である。

工業製品では一様な表面として製造された製品であっても、その表面は一様ではなく場所毎に表面形状に差がある。傷や凹凸などの外観不良と認識される表面状態は弁別し排除することが求められる。本発明の発明者らは、異なる位置に配置した２つの光源から同時に異なる色相の光を被検査物に照射すると、反射光は被検査物の表面の形状の違いである表面状態に応じて異なる色相となることを見いだした。そして、かかる反射光をカラーカメラで受光し、カラーカメラから出力される受光信号に基づいて前記表面状態を検知する表面状態検査装置として完成させた。

表面状態が一様な被検査物に、２つの光源から相異なる色相の光を被検査物に照射する場合、被検査物のどの場所でも一定の反射となり、一定の中間色相の反射光が得られる。

一方、表面に傷や膨れなどにより凸部や凹部がある被検査物では、それぞれの光源から照射した光の反射が被検査物の表面状態に応じて変わる。特に陰になるところでは反射がなくなり、表面状態が一様の被検査物の場合とは異なる色相の反射光が得られる。上記２つの光源を被検査物に対して異なる方向から照射するように配置すると、被検査物の表面状態によっては一方の照射光の色相が弱められたり強められたりするため、反射光の色相は一定の中間色相ではなく、光源の色相あるいはその色相に近い色相が得られる。

ここで第一の色相及びその色相に近い色相を合わせた第一の色相群、第二の色相及びその色相に近い色相を合わせた第二の色相群、第一の色相群と第二の色相群の中間にある中間色相群の、３つの色相群を定義する。すると、被検査物の反射光の色相が第一の色相群あるいは第二の色相群にある場合は、被検査物の表面状態に異常があると推定される。一方、中間色相群にあるときは被検査物に異常がないと推定される。ここで、異常とは、主に表面の傷やふくれなどに起因する凹凸であって、当該製品として不良と判断されることをいう。表面の凹凸状態がわかっているサンプルを用いて、第一の色相群、第二の色相群、中間色相群を予め装置に登録し、反射光が第一の色相群あるいは第二の色相群のときは異常、中間色相群のときは異常なしの判断と出力をするようにすれば、表面状態を判断する検査装置ができる。

（２）前記分析器は、前記検査領域に対応する画像の画素毎の色相を検出し、前記第１の色相の画素、または、前記第２の色相の画素が連続した領域が存在する場合に、凹凸が存在すると判断するように構成されている表面状態検査装置であってもよい。

色相の判断を画素毎に行うことで、非常に細かい表面状態の変化を検出することができる。しかし、あまりに細かい分析ではノイズの影響を受けやすい。また対象とする製品における異常の判断基準には凹凸の大きさが含まれることが多い。そこで、色相変化を領域の大きさとして判断することで、ノイズを排除しつつ所定の不良のみを検出することができ、検査装置としての精度を一層高めることができる。

（３）前記被検査物は１つの軸方向に延在する表面を有し、前記軸方向をＺ方向、検査領域の中心を原点として前記表面の法線方向にＸ方向、Ｘ方向およびＺ方向に直交する方向をＹ方向とした場合に、前記第１の光源および前記第２の光源は、それぞれＸ－Ｚ平面内において、前記第１の光源はＺが正の領域に、前記第２の光源はＺが負の領域に配置され、前記カラーカメラはＸ－Ｙ平面上に配置されている記載の表面状態検査装置であってもよい。

２つの光源を、検出器としてのカラーカメラを挟んでそれぞれ逆の方向に置くことで、検査対象とされる表面における反射の程度に顕著な差が生じ易くなり、検出の精度が向上する。

（４）前記被検査物は前記Ｚ方向に中心軸を持つ円筒状の表面を有し、
前記第１の光源および前記第２の光源は円環状に円環の軸方向に光を照射する光源であって、Ｘ－Ｙ平面に平行なそれぞれ異なる面においてＺ軸を中心とするように配置されており、
複数の前記カラーカメラがＸ－Ｙ平面上に前記円筒状の表面を取り囲むように配置されている、表面状態検査装置であってもよい。

被検査物がケーブルやロッドのような線状あるいは棒状の形状を有する場合には、検査対象となる表面が長手方向を軸に全周に亘って存在する。均等に同時に全周の検査を行うために、円環状の光源で全周を同時に照らし、表面からの反射光を同時に検出するために複数のカラーカメラを配置すると良い。

（５）複数の前記第１の光源を有し、複数の前記第１の光源は同一の平面上に同心に配置されており、複数の前記第２の光源を有し、複数の前記第２の光源は同一の平面上に同心に配置されている、表面状態検査装置であってもよい。

このように光源を複数にすることで、均等な照射範囲を増やすことができるため、検査の効率を上げることができる。

（６）また、本開示の一態様は、第１の色相の光と、第１の色相とは異なる第２の色相の光が、被検査物の表面の検査領域に照射され前記検査領域からの反射光の色相が前記検査領域を細分化した画素毎に検出され、前記検査領域における色相の平面分布から、前記被検査物の表面の凹凸が検出される、表面状態検査方法を提供する。

（７）前記被検査物はＺ軸を中心軸として延在する円筒状の表面を有し、
前記Ｚ軸の方向をＺ方向、前記検査領域の法線の内の任意の一方向をＸ方向、Ｘ方向およびＺ方向に直交する方向をＹ方向とした場合に、
前記第１の色相の光と前記第２の色相の光とは、それぞれＸ－Ｚ平面内において、前記第１の光源はＺが正の領域から、前記第２の光源はＺが負の領域から前記表面に照射され、
前記反射光は、Ｘ－Ｙ平面上において検出される、表面状態検査方法であってもよい。

［本開示の実施形態の詳細］
本開示の実施形態（以下「本実施形態」と記す）に係る表面状態検査装置の具体例を、以下に図面を参照しつつ説明する。以下の説明では、同一または対応する要素には同一の符号を付し、それらについて同じ説明は繰り返さない。なお、本発明はこれらの例示に限定されるものではなく、特許の請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。

図１に示すように、本実施形態に係る表面状態検査装置の基本構成は、第１の光源１０、第２の光源２０、カラーカメラ３０、分析器４０、出力装置５０を備えている。第１の光源１０は第１の色相の光１１を、被検査物６０の表面６１に向けて照射する。第２の光源２０は第２の色相の光２１を、被検査物６０の表面６１に向けて照射する。第１の色相の光１１と第２の色相の光２１の両方が照射された表面６１からは、反射光として正常反射光７３、あるいは異常反射光７１、７２が生じ、カラーカメラ３０が当該反射光を受光する。本例では被検査物６０の表面６１に、表面が膨らんだ部分である凸部６２が存在する場合を例示している。

ここで一旦本検査装置内の分析器４０の色相検査について説明する。図３は、色相環を模式的に描いた図である。
図３に示すように、色相は光の３原色赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）を基準に色相環をなす。本発明で用いる分析器は色相環を等分割設定できるものを用いる。更に、分割された色相のうち指定した領域の色相群を異常とし、指定外の領域を正常として設定できるものを用いる。

図４は、本願の検査装置における色相と異常検知の関係を説明する図であり、図３の色相環の一部分を示している。本発明は２つの色相の光源を用いるため、図４に示すように、第１の色相１０１、第１の色相に近い異常色相１０３（両者を合わせて第一の色相群とする）、第２の色相１０２、第２の色相に近い異常色相１０４（両者を合わせて第２の色相群とする）、及び、中間色相である正常色相１０５（中間色相群とする）に分けることができる。予め表面状態がわかっているサンプルを用い、分析器内で第一の色相群、第二の色相群、中間色相群の範囲を予め設定する。第１の色相群及び第２の色相群の色相に相当する反射光を異常と判断し、出力装置５０に出力するように分析器の設定をおこなうことで、色相検査ができる。

図１を用い、表面状態検査装置の処理の説明をする。
第１の色相を有する照射光１１と、照射光１１とは異なる第２の色相を有する照射光２１を被検査物６０の表面６１に同時に照射すると、反射光には、中間色相群を有する正常反射光７３、あるいは、第１の色相群または第２の色相群の色相を有する異常反射光７１、７２が生ずる。反射光をカラーカメラ３０で撮像する。撮像された画素毎のデータは分析器４０へ入力される。分析器４０は画素毎の色相を判別できる機能を含む装置であり、表面状態の良否判断と、異常と判断された結果を含む情報を出力装置５０に出力する。出力装置５０は、ランプ等を備える警報盤、液晶モニター等の表示装置、ブザー等の音声出力装置など、任意の出力装置であって、検査結果を作業者等に伝える。

分析器４０は、専用に構成された装置、あるいは予めプログラムされたコンピュータを含む装置であって、検査領域に対応する画像の画素毎の色相を検出する。また、第１の色相群の画素が連続した領域あるいは第２の色相群の画素が連続した領域が存在する場合に、凹凸が存在すると判断するように構成されていてもよい。

以下、図２Ａから図２Ｃを参照して、表面の凹凸と反射光の色相の関係について説明する。それぞれの図は、被検査物６０の表面状態が異なるものであり、その他の構成は図１と同様である。
図２Ａに示される被検査物６０では、表面６１に異常とされる凹凸がない。この場合、光が照射された表面６１のどの部分でも同じ反射状態であり、中間色相群の色相を有する正常反射光７３のみがカラーカメラで撮像される。撮像された画像が正常反射光７３からなるため、分析器４０では正常と判断される。

図２Ｂに示される被検査物６０は、表面６１に凸部６２を有する。この場合、第１の色相の照射光は凸部６２の右側では反射するが、左側では陰になり反射されない。同様に第２の照射光は凸部６２の右側では陰になり反射されないが、左側では反射する。その結果、凸部６２の右側の反射光は第１の色相群の色相をもつ異常反射光７１となり、左側の反射光は第２の色相群の色相を持つ異常反射光７２となる。正常反射光７３だけでなく、異常反射光７１、７２がカラーカメラで撮像されるため、分析器４０では異常と判断されて、主力装置５０に異常の出力がなされる。

図２Ｃに示される被検査物６０は、表面６１に凹部６３を有する。この場合、第１の色相の照射光は凹部６３の左側では反射するが、右側では陰になり反射されない。同様に第２の照射光は凹部６３の左側では陰になり反射されないが、右側では反射する。その結果、凹部６３の右側の反射光は第２の色相群の色相をもつ異常反射光７２となり、左側の反射光は第１の色相群の色相を持つ異常反射光７１となる。正常反射光７３だけでなく、異常反射光７１、７２がカラーカメラで撮像されるため、分析器４０から主力装置５０に異常の出力がなされる。

色相異常の判断は画素毎に行われるため、画素毎に正常か異常かを判断するだけでは小さな埃、無害の微小な凹凸についても異常と判断される可能性がある。また、電気的なノイズや光学的なノイズの影響も受けやすい。このように微小な無害のものを異常から除外するために、異常画素の連続面積を算出し、あらかじめ設定した閾値以上の面積のもののみ異常出力を行う処理を付加してもよい。

図９は、連続画素の閾値として２画素を設定した場合の、異常個所が検出される様子を模式的に示した図である。被検査物の撮像された領域をａ１、ａ２、ｂ１、ｂ２として示している。領域ａ１、ａ２内の小さな正方形領域は色相判定で異常判定となった画素を表す。画素毎の色相判定では、いずれも異常と判断される。連続面積としての閾値をもとにして、領域ａ１に対して再判定を行った結果が領域ｂ１、領域ａ２に対して再判定を行った結果が領域ｂ２である。この例では、連続した２画素がある場合に連続とする閾値とした。領域ｂ１は連続領域が残るため異常が出力されるが、領域ｂ２は色相異常が解消されたため異常の出力は行われない。連続画素の閾値判定を行うことにより、微小な無害のものの排除を行うことができるようになり、実用的な検査装置にすることが可能となる。なお、連続画素の閾値は、２画素に限られるものではなく、実際の運用の中で適宜調整を行えば良い。さらに被検査物の特性によっては、連続の画素数に加えて、線状に連続するとか、円形状に連続するなどの連続の形態をも異常判断の基準として設定することもできる。

被検査物がＺ軸方向に延在する表面を有し、表面状態検査装置の第１の光源および第２の光源は、それぞれＸ－Ｚ平面内において、前記第１の光源はＺが正の領域に、前記第２の光源はＺが負の領域に配置され、前記カラーカメラはＸ－Ｙ平面上に配置されていてもよい。

板や線をはじめＺ軸方向に延在する表面を有しているものの表面異常を表面状態検査装置で判定するためには、反射光の色相を第１の色相群、第２の色相群、中間色相群に確実に区分できる必要がある。Ｚ方向に沿って光源を並べ、被検査部のＺ方向位置を光源と光源の間にすることにより目的を達成することができる。

被検査物がＺ軸を中心軸とする円筒状の表面を有している場合、表面状態検査装置の第１の光源および第２の光源は、それぞれＸ－Ｙ平面に平行な面上でＺ軸を中心とする円環をなすように配置されており、複数の前記カラーカメラがＸ－Ｙ平面上に前記円筒状の表面を取り囲むように配置されていてもよい。

また、表面状態検査装置は、複数の第１の光源を有し、複数の第１の光源は同一の平面上に同心に配置されており、複数の第２の光源を有し、複数の第２の光源は同一の平面上に同心に配置されてもよい。

以下、被検査物が円筒状をしている場合について記すが、表現を簡素化するため、Ｚ軸方向に延在する表面を有しているものの例として被覆電線やケーブル、金属線、金属や樹脂製のパイプや棒などの長尺の線形状である線状体を用いて説明する。なお、円断面以外の異形断面を含め、断面を有する長尺品であれば適用可能であり、説明が適用される対象物は円筒状に限られるものではない。

線状体の場合、２つの光源とカラーカメラをＺ軸方向に配置しただけでは、照射光の当たらない面が生ずる。全周検査をするためには、光源とカラーカメラを円周状に配置し検査不能領域をなくすことが必要となる。

線状体を全周だけでなく全長に亘り検査する場合、Ｘ－Ｙ平面上に円筒状に配置した光源及び円筒状に配置したカメラの中に線状体を通し、線状体または検査装置をＺ方向に移動させることが好ましい。効率的に検査するためにはこのＺ方向の移動速度をあげることが望まれ、撮像効率を高める必要がある。安価な方法として、１枚の撮像画像面積を大きくすることがよく、移動速度に応じてＺ方向の長さを大きくするとよい。照射光が検査領域全体にわたり安定していることが重要であるため、複数の光源を使用し照射できるＺ方向の長さを大きくすることが好ましい。

以下、図５、図６、図７を用いて、具体的な実施態様の例を示す。

図５は、線状体を被検査対象とする場合の光源とカラーカメラの配置例を示す図である。図５を参照して、被検査物である線状体８０を囲むように環状光源８１、８２、８３、８４が配置されている。環状光源８１と環状光源８２は、第１の光源として用いられ、いずれも第１の色相の光を線状体８０の表面に向けて照射する。環状光源８１と環状光源８２は環状の半径が異なっており、線状体への光の照射範囲が異なるように配置されている。環状光源８３と環状光源８４は、第２の光源として用いられ、いずれも第２の色相の光を線状体８０の表面に向けて照射する。環状光源８３と環状光源８４は環状の半径が異なっており、線状体への光の照射範囲が異なるように配置されている。

カラーカメラ８５はレンズ８６を含み、環状光源８１、８２と環状光源８３、８４の間で検査対象となる表面を撮像するように配置されている。以上の説明において、線状体８０の延在する方向をＺ方向とし、それに直交する平面がＸ－Ｙ平面とする。カラーカメラ８５はＺ＝０とするＸ－Ｙ平面に配置されるとした場合、環状光源８１、８２はＺが正のＸ－Ｙに平行な平面内に配置されており、環状光源８３、８４はＺが負のＸ－Ｙに平行な平面内に配置されている。

図６は、図５の配置例におけるカラーカメラの配置例をＸ－Ｙ平面上に示す図である。
図６を参照して、被検査物である線状体８０を囲むように環状光源８１（８３）、８２（８４）が配置されている。同様に、被検査物である線状体を囲むようにカラーカメラ８５はレンズ８６を内側にした状態で配置されている。光源８１（８３）、８２（８４）及びカラーカメラ８５をこのように環状に配置することにより、被検査物の全周を照射し、全周からの反射光を全て受光することができる。なお、本例示では受光カメラ８６の設置数を８台としているが、検査の状況に応じ変更してもよいものであり、設置数は特に限られるものではない。

図７は、図５の配置例における光源からの光の照射範囲をＸ－Ｚ平面上に示す図である。図７を参照して、Ｗ１はカラーカメラ８６のＺ方向の視野範囲を示している。第１の色相の照射光８１１の照射範囲をＷ１より大きくすることは可能であるが、Ｚ方向の全体に亘り同じ明るさで照射することはできない。照射範囲の中心と端部で明るさの差が生じる。照射光８３１でも同様のことが起きる。その結果、被検査物８０には凹凸等の異常がないにもかかわらず照射範囲の端部からの反射光が第１の色相群の色相、あるいは、第２の色相群の色相となり、分析器は異常と判定する誤動作が起きる場合がある。誤動作を防ぐためには、視野範囲Ｗ１内に検査判定をする検査範囲Ｗ２を設けると良い。

効率的な検査を行うためには、検査範囲Ｗ２はカラーカメラの視野範囲Ｗ１に近い方が好ましい。そこで、第１の色相の光源を環状光源８１、８２と２重にして、第１の色相の照射光の明るさが安定する範囲を広げ、同様に第２の色相の光源を環状光源８３、８４と２重にして、第２の色相の照射光の明るさが安定する範囲を広げている。第１の色相の照射光の明るさ、第２の色相の照射光の明るさ、の安定する範囲が広がるため、検査範囲Ｗ２が大きくなり、より一層実用的な検査ができる。

円筒状に配置した第１の光源８１と第２の光源８３により、線状体８０に光を照射し、カラーカメラ８５を光源間に円筒状に配置して、全周の反射光を漏れなく受光できるようにしてもよい。また、高速移動に対応するため、円筒状に配置した第１の光源８１の内周に円筒状の第１の光源８２を配置するとともに、円筒状に配置した第２の光源８３の外周に円筒状の第２の光源８４を配置することにより、Ｚ方向の照射光が安定する距離をＷ２からＷ１に広げてもよい。光源を２重に円筒状に配置することで照射光が安定し、カメラで撮像できる面積が大きくなり、Ｚ方向の移動が高速になっても安定した検査ができる。

（実施例）
本検査装置を用い、直径８ｍｍのケーブル被覆の表面状態検査を行った実施例について記す。

光源の色相としては赤、青を選択した。分析器は、色相を直接分析できる市販の画像処理装置、にて色相環を２５５色相に等分割する条件で使用し、異常色相の異常判定を実施した。市販の比較的安価でかつ、光の三原色の内の２色である赤と青の光源を使用することにより、反射光を中間色相含め８６の色相に分割して精度の高い判定を行った。カメラとレンズは、視野範囲が４０ｍｍとなるように市販品を組み合わせた。また、赤と青の照明はいずれも円周上に配置されたものを２組ずつ、同一平面上に２重環状に配置し用いた。その結果、カメラの視野範囲に近い３０ｍｍの検査範囲を確保した。

図８は、本願の検査装置の代表的な検出ロジックを説明するフロー図である。実施例の検出について図８を参照しつつ説明する。被検査物の検査範囲を含む範囲をカラーカメラで撮像（Ｓ０１）し、撮像したデータを分析器へ入力（Ｓ０２）する。分析器では、撮像範囲の画素毎に色相を判定（Ｓ０３）し、画素毎に判定した色相が異常色相か否かを予め設定した色相群によって二値化処理（Ｓ０４）を行った。次に異常色相が連続する画素数が予め設定した閾値以上か否かを判定（Ｓ０５）し、閾値以上と判定した領域を異常として出力（Ｓ０６）した。

比較として、光源と受光センサで構成される既設の検査装置を用いた。装置の構成を図１０Ａおよび図１０Ｂに模式図で示す。図１０Ａおよび図１０Ｂを参照して、既設の検査装置を説明する。図１０Ａは検査対象物である線状体９０の長手方向側面から見た配置を説明する図である。図１０Ｂは同じく既設の検査装置を線状体９０の長手方向に直交する方向から見た配置を説明する図である。既設の検査装置は、４つの白色光源９１と４つの受光センサ９２により構成されている。それぞれ４つの光源９１とセンサ９２は線状体９０の周囲に等角度で配置されている。既設の検査装置では、表面状態の違いによって生じる反射の違いを、光の強度の変化として捉え、強度が高い場合に不良と判断する。しかし、凹凸の他に表面の汚れや微小な表面ざらつきなどの表面状態の違いによって生じる反射の違いも光の強度の変化として捉え易いために、不良とすべき凹凸以外でも強度の大きな反射として検出し易い。

（検出試験１）
不良部分となる凹凸を故意につけた検査対象物を準備し、本実施形態による検査装置による検査結果と既設の検査装置による検査結果を比較した。それぞれの装置は、本来の検査工程においては、測定結果から所定の閾値を超える不良部分のみを検出するように用いられるが、今回の比較実験においては、検出されるデータをそのまま出力として記録した。予め不良部として故意に設けた凹凸部の高さと検出データの対比から、検出データを凹凸高さに換算し、その検出頻度をグラフにしたものを図１１に示す。図１１における塗りつぶされた棒グラフによって（ａ）は本実施形態の装置による検出結果、（ｂ）は既設の検査装置による検出結果を示す。検出データの頻度は非常に多いため、不良部として設けた凹凸の頻度がグラフ上では見えない。そこで、図１１では検出データの中で、故意に設けた不良部としての凹凸に該当するものだけを縦軸を２０００倍に拡大してハッチングを変えた棒で示している。

図１１（ａ）より、本実施形態の装置においては、不良部としての凹凸と、それ以外の良好部とが分離して検出できていることがわかる。良好部は０．１ｍｍ高さ未満の凹凸に相当するものとして検出されている。したがって、不良判断の閾値を０．１ｍｍ高さ相当の値に設定することによって、０．１ｍｍ高さ以上の凹凸を不良として検出することができる。すなわち、良好な部分を不良部として過剰に検出することが極めて少ないことが解る。一方、図１１（ｂ）の既設の検査装置のデータを見ると、本来不良とされるような凹凸が無い良好部においても他の要因によって検出される数値が大きくなるために、およそ０．４ｍｍ高さ以下では不良部として故意に設けた凹凸による出力は良好部の中に埋もれて区別がつかない。不良判断の閾値をおよそ０．４ｍｍ高さに設定すれば、それ以上を不良部と判別することが概ね可能であるが、それでも０．６ｍｍ高さ程度までは過剰に不良部として検出してしまうことが解る。以上から、本実施形態の装置においては、従来の装置に比べて、本来良好な部分を不良部として検出してしまう過剰検出が極めて少なく、より小さい凹凸を不良部として検出することができることが確認された。

（検出試験２）
別な検出試験として、凹凸の高さ（最大高低差）と長さ（線状体の軸方向の長さ）を変えて故意に設けた不良部を準備した結果を図１２に示す。本実施形態の装置と既設の検査装置のそれぞれにおいて、良好部との区別が可能なように閾値を設定して検出を試みた。故意に設けた凹凸が不良部として検出されたか否かを図示したものを図１２に示す。このように本実施形態の装置においては、０．２ｍｍ高さ以下の小さな凹凸であっても不良検出が可能であることが確認できた。

本願の表面状態検査装置及び検査方法は、表面検査を必要とする長尺品に対し、特に有利に適用され得る。

１０ 第１の光源
１１ 第１の照射光
２０ 第２の光源
２１ 第２の照射光
３０ カラーカメラ
４０ 分析器
５０ 出力装置
６０ 被検査物
６１ 表面
６２ 凸部
６３ 凹部
７１、７２ 異常反射光
７３ 正常反射光
１０１ 第１の色相
１０２ 第２の色相、
１０３、１０４ 異常色相
１０５ 正常色相
８０ 線状体
８１、８２、８３、８４ 環状光源
８１１、８２１ 第１の色相の照射光
８３１、８４１ 第２の色相の照射光
８５ カラーカメラ
８６ レンズ
Ｗ１ 視野範囲
Ｗ２ 検査範囲
９０ 線状体
９１ 光源
９２ 受光器

Claims (7)

1. 第１の色相の光を被検査物の表面の検査領域に照射する第１の光源と、
   前記第１の色相とは異なる第２の色相の光を前記検査領域に照射する第２の光源と、
   前記被検査物の表面からの反射光を受光するカラーカメラと、
   前記カラーカメラから出力される受光信号を入力として、前記検査領域からの前記反射光の色相分布を分析する分析器とを備え、
   前記第１の色相の光の照射方向と、前記第２の色相の光の照射方向が異なる方向であり、
   前記分析器は、
   前記カラーカメラの画素毎の前記反射光の色相が、第１の色相群、第２の色相群又は中間色相群のいずれかに含まれるかを前記画素毎に判断し、
   前記カラーカメラの前記画素毎の前記反射光の色相が、前記第１の色相群又は前記第２の色相群に含まれる場合を異常と判断し、
   前記カラーカメラの前記画素毎の前記反射光の色相が、前記中間色相群に含まれる場合を異常なしと判断し、
   前記第１の色相群とは、前記第１の色相及びその色相に近い色相を合わせた色相群であり、
   前記第２の色相群とは、前記第２の色相及びその色相に近い色相を合わせた色相群であり、
   前記中間色相群とは、色相環において前記第１の色相群と前記第２の色相群の中間にある色相群である、
   表面状態検査装置。
2. 前記分析器は、前記第１の色相群に含まれる画素が予め設定された個数以上連続した領域が存在する場合、あるいは前記第２の色相群に含まれる画素が予め設定された個数以上連続した領域が存在する場合に、前記検査領域には凹凸が存在すると判断する、
   請求項１に記載の表面状態検査装置。
3. 前記被検査物は１つの軸方向に延在する表面を有し、
   前記軸方向をＺ方向、前記検査領域の中心を原点として前記表面の法線方向にＸ方向、Ｘ方向およびＺ方向に直交する方向をＹ方向とした場合に、
   前記第１の光源および前記第２の光源は、それぞれＸ－Ｚ平面内において、前記第１の光源はＺが正の領域に、前記第２の光源はＺが負の領域に配置され
   前記カラーカメラはＸ－Ｙ平面上に配置されている、
   請求項１または請求項２に記載の表面状態検査装置。
4. 前記被検査物は前記Ｚ方向に中心軸を持つ円筒状の表面を有し、
   前記第１の光源および前記第２の光源は円環状に円環の軸方向に光を照射する光源であって、Ｘ－Ｙ平面に平行なそれぞれ異なる面においてＺ軸を中心とするように配置されており、
   複数の前記カラーカメラがＸ－Ｙ平面上に前記円筒状の表面を取り囲むように配置されている、
   請求項３に記載の表面状態検査装置。
5. 複数の前記第１の光源を有し、複数の前記第１の光源は同一の平面上に同心に配置されており、
   複数の前記第２の光源を有し、複数の前記第２の光源は同一の平面上に同心に配置されている、
   請求項４に記載の表面状態検査装置。
6. 第１の色相の光と、前記第１の色相とは異なる第２の色相の光を、前記第１の色相の光の照射方向と、前記第２の色相の光の照射方向が異なる方向となるように被検査物の表面の検査領域に照射し、
   前記検査領域からの反射光の色相を受光するカラーカメラの画素毎に検出し、
   前記画素毎の前記反射光の色相が、第１の色相群、第２の色相群又は中間色相群のいずれに含まれるかを前記画素毎に判断し、
   前記画素毎の前記反射光の色相が、前記第１の色相群又は前記第２の色相群に含まれる場合を異常と判断し、
   前記画素毎の前記反射光の色相が、前記中間色相群に含まれる場合を異常なしと判断し、
   前記第１の色相群とは、前記第１の色相及びその色相に近い色相を合わせた色相群であり、
   前記第２の色相群とは、前記第２の色相及びその色相に近い色相を合わせた色相群であり、
   前記中間色相群とは、色相環において前記第１の色相群と前記第２の色相群の中間にある色相群である、
   表面状態検査方法。
7. 前記被検査物はＺ軸を中心軸として延在する円筒状の表面を有し、
   前記Ｚ軸の方向をＺ方向、前記検査領域の法線の内の任意の一方向をＸ方向、Ｘ方向およびＺ方向に直交する方向をＹ方向とした場合に、
   前記第１の色相の光と前記第２の色相の光とは、それぞれＸ－Ｚ平面内において、前記第１の光源はＺが正の領域から、前記第２の光源はＺが負の領域から前記表面に照射され、
   前記反射光は、Ｘ－Ｙ平面上において検出される、
   請求項６に記載の表面状態検査方法。

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