JP6310372B2 - 検査装置 - Google Patents

Description

本発明は、円筒状または円柱状の本体部を有する被検査物の外周面を検査する検査装置に関する。

下記特許文献１には、円筒体の外周面を照明して反射光を撮影し、撮影した画像に基づいて欠陥部位を検出する検査装置が記載されている。この検査装置では、照明装置からの光のうち、被検査物の表面で正反射した光（正反射光）に埋もれて欠陥部位からの光 （異常反射光）が検出できないとった問題を防止するために、正反射光を遮る遮光板を設けている。

特開２００５−２５７６８１号公報

しかしながら、上記特許文献１の検査装置では、膨らみ部（他の部分より大径な部分）を有する被検査物を検査することが難しいといった問題があった。つまり、上記特許文献１の検査装置は、被検査物の表面が平面、または、円筒体の外周面のように長手方向 （中心軸）に対して傾きの無い面であり、欠陥部位が存在しない場合には、被検査物の長手方向の各位置を等しい光量で照明すると、これら各位置から等しい光量の反射光が得られる（撮影装置に入射する）ことを前提としている。

しかし、膨らみ部を有する被検査物は、膨らみ部からの反射光と、膨らみ部以外からの反射光とが異なる方向に向かう（反射される）ので、長手方向の各位置を等しい光量で照明しただけでは、各位置から等しい光量の反射光を得ることはできない。このため、膨らみ部については、他の部分と同等に扱うこと（検査をすること）ができず、他の部分とは別に検査を行うなどする必要があり、手間がかかってしまうなどの問題があった。

本発明は、上記背景を鑑みてなされたものであり、膨らみ部を有する被検査物の検査が容易な検査装置を提供することを目的としている。

上記目的を達成するために、本発明の検査装置は、円筒状または円柱状の本体部と、本体部の外径Ｄ１よりも大きい外径Ｄ２を持つ膨らみ部とを有する被検査物の外周面を検査する検査装置において、被検査物を支持して本体部の軸を中心に回転させる回転機構と、平面状の発光部を有するエリア型照明装置であり、発光部から、被検査物の本体部の軸と平行な長手方向に拡散する拡散光、及び、被検査物の本体部の軸と直交する幅方向に拡散する拡散光を被検査物の外周面へ向けて照射する照明装置と、被検査物の外周面からの反射光を受光するライン状の受光部を有するラインセンサであり、反射光のうちの正反射光の光軸が、ライン状の受光部に直交する撮影光軸とは一致せず、正反射光がライン状の受光部に入射しない暗視野領域内の母線領域を撮影するラインセンサと、ラインセンサによって撮影された画像を解析し、解析結果に基づいて被検査物の外周面の欠陥部位を検出するライン画像処理部と、を備え、発光部は、その平面全体に渡り、光透過性を有し、ラインセンサと被検査物との間に配置され、ラインセンサは、発光部を介して撮影を行うことを特徴としている。
ここで、母線領域とは、被検査物の本体部の軸と平行な長手方向の被検査物の外周表面の線状領域である。

本発明では、円筒体の長手方向に拡散する拡散光を円筒体に照射することにより、膨らみ部のように長手方向に対して傾斜している部分が存在していても、他の部分と同程度の反射光が撮影装置へ向かうので、膨らみ部を他の部分と同等に扱って容易に検査することができる。

検査装置の外観図である。 円筒体の外観図である。 円筒体の平面図である。 回転機構の外観図である。 回転機構の主要部の外観図である。 回転シャフトの拡大図である。 回転シャフトの各部の外径と、円筒体の各部の外径との関係を示す説明図である。 第１検査機構の外観図である。 第１カメラの撮影範囲を示す説明図である。 円筒体の幅方向における明視野領域と暗視野領域との位置関係を示す説明図である。 円筒体の長手方向における明視野領域と暗視野領域との位置関係を示す説明図である。 第１画像処理部の構成を示すブロック図である。 第２検査機構の外観図である。 円筒体の幅方向における第２カメラの撮影光軸と正反射光の光軸との関係を示す説明図である。 円筒体の長手方向における第２カメラの撮影範囲を示す説明図である。 規制部材を示す説明図である。 複数の回転体を同時に検査する例を示す説明図である。 プリズムを介して明視野領域を撮影する構成を示す説明図である。 プリズムを介して暗視野領域を撮影する構成を示す説明図である。 第１、第２カメラで同時に撮影を行う構成を示す説明図である。 第２照明装置を第１、第２のライン照明装置から構成した第２検査機構における円筒体の幅方向の平面図である。 第２照明装置を第１、第２のライン照明装置から構成した第２検査機構における円筒体の長手方向の平面図である。

図１に、本発明の検査装置１０を示す。検査装置１０は、回転機構１２、第１検査機構１４、第２検査機構１６とから構成され、被検査物である円筒体２０の外周表面（外周面）のキズや打痕、バリなどの欠陥部位を検出するために用いられる。

図２、図３に示すように、被検査物である円筒体２０は、例えば、機械装置においてオイルや冷却水などの液体を循環させる循環ラインに用いられるものである。円筒体２０は、軸と平行な長手方向Ａの長さが約５０ｍｍの金属製パイプであり、本体部２０ａと、本体部２０ａの先端に形成されたバルジ部（膨らみ部）２０ｂとを有している。本体部２０ａは、外径Ｄ１が約１５ｍｍ、長さが約４０ｍｍに形成されている。他方、バルジ部２０ｂは、外径Ｄ２が、本体部２０ａの先端（本体部２０ａとの接続部分）から先端側（前方）へ向かうにつれて徐々に拡大され、外径Ｄ２が約２０ｍｍとなった後は徐々に縮小され、先端の外径Ｄ２は本体部と同程度となっている。

図１及び図４に示すように、回転機構１２は、円筒体２０を支持して回転させるために設けられ、２本の回転シャフト３０、位置規制機構３２、駆動力供給機構３４を備えている。これら、回転機構１２の各部は、スライドテーブル３６上に配置されている。スライドテーブル３６は、ベース板３８（図１参照）の上面に設けられた２本のスライドレール３８ａ、３８ｂ（図１参照）により水平方向にスライド自在に設けられ、回転機構１２や回転機構１２により支持された円筒体２０とともに第１位置と第２位置との間で移動される。第１位置は、円筒体２０が第１検査機構１４の下方に配置される位置であり、第２位置は、円筒体２０が第２検査機構１６の下方に配置される位置である。

スライドテーブル３６には、グリップ４０、及び、位置決めピン４２が挿通されるピンホルダ４４が設けられている。また、ベース板３８には、ストッパ４６、４８、位置決め孔５０、５２が設けられている（図１参照）。スライドテーブル３６は、検査装置１０のオペレータがグリップ４０を水平方向へ移動させることによって移動され、スライドテーブル３６が第１位置に到達すると、スライドテーブル３６がストッパ４６に当接し、位置決めピン４２が位置決め孔５０と対面する。そして、この状態で位置決め孔５０に位置決めピン４２が挿通されることによって第１位置に固定される。また、スライドテーブル３６が第２位置に到達すると、スライドテーブル３６がストッパ４８に当接し、位置決めピン４２が位置決め孔５２と対面する。そして、この状態で、位置決め孔５２に位置決めピン４２が挿通されることによって第２位置に固定される。

図５、図６、図７に示すように、回転シャフト３０は、２本で一対となって機能し、円筒体２０を支持するものである。これら２本の回転シャフト３０は、互いの軸が平行となるように、特定の間隔を開けて水平に配置されている。そして、円筒体２０は、２本の回転シャフト３０の中間に、軸を回転シャフト３０と平行にした状態で水平に載置される（２本の回転シャフト３０が協働して円筒体２０を下方から支持する）。

図６に示すように、回転シャフト３０は、棒状のシャフト本体６０と、シャフト本体６０に装着される２つのフランジ筒６２とからなり、２つのフランジ筒６２を貫通するようにシャフト本体６０が挿通されたものである。

図７に示すように、フランジ筒６２は、シャフト本体６０が挿通される筒部６２ａと、筒部６２ａの外周の一部に立設されたフランジ（大径部）６２ｂとを備えている。フランジ６２ｂは、シャフト本体６０の外径Ｄ３や筒部６２ａの外径Ｄ３′よりも外径Ｄ４が大きく形成されており、円筒体２０が２本の回転シャフト３０上に載置されると、フランジ６２ｂの外周面が円筒体２０の本体部２０ａの外周面に当接する。すなわち、２本の回転シャフト３０上に円筒体２０が載置されると、円筒体２０は、その本体部２０ａの外周面が、片側２つずつ、合計４つのフランジ６２ｂの外周面により下方から支持される。

また、図７に示すように、フランジ６２ｂは、円筒体２０のバルジ部２０ｂがシャフト本体６０や筒部６２ａに接触しないようにするとともに、回転シャフト３０上に載置された円筒体２０の軸が回転中であっても水平方向に維持されるように、筒部６２ａからの高さＨ１が、バルジ部２０ｂの高さＨ２よりも高く形成されている。ここで、高さＨ１は、フランジ６２ｂが筒部６２ａの外周面から外側に突出した長さであり、「（Ｄ４−Ｄ３′）／２」である。また、高さＨ２は、円筒体２０の本体部２０ａの外周面からバルジ部２０ｂが外側に突出した長さであり、「（Ｄ２−Ｄ１）／２」である。なお、上述のように筒部６２ａの外周からのフランジ６２ｂの高さＨ１が、バルジ部２０ｂの高さＨ２よりも高いので、当然ながら、シャフト本体６０からのフランジ６２ｂの高さＨ３（すなわち、「（Ｄ４−Ｄ３）／２」）も、バルジ部２０ｂの高さＨ２よりも高い。

図６に示すように筒部６２ａには、固定ネジ６４と螺合するネジ穴が形成されている。ネジ穴は、筒部６２ａの側壁を貫通するように形成され、フランジ筒６２は、筒部６２ａにシャフト本体６０が挿通された後、固定ネジ６４によってシャフト本体６０に固定される。また、フランジ筒６２は、固定ネジ６４を緩めることでシャフト本体６０への固定を解除し、シャフト本体６０の軸方向にスライドさせた後、再び固定ネジ６４を締めることによって固定位置（フランジ６２ｂの位置）を変更（調節）できる。

このように、円筒体２０の長さやバルジ部２０ｂの位置が変わったとしても、その回転体の長さやバルジ部の位置に応じてフランジ６２ｂの位置を調節することができるため、様々なタイプのバルジ付き円筒体をも回転させることが可能である。例えば、円筒体２０の長さが短い場合には、フランジ６２ｂの間隔を狭めたり、円筒体２０の長さが長い場合には、フランジ６２ｂの間角を広げたることができる。また、フランジ６２ｂの位置を調節することによって、例えば、バルジ部が長手方向Ａの中央部に設けられた円筒体であっても水平に支持して回転させることができる。

図５、図６において、位置規制機構３２は、棒状に形成された２本の規制部材６６を備えており、一方の規制部材６６は、円筒体２０の先端部近傍に配置され、円筒体２０の先端側への移動を規制する。また、他方の規制部材６６は、円筒体２０の後端部近傍に配置され、円筒体２０の後端側への移動を規制する。図５に示すように、これら規制部材６６は、支持台６８に立設されている。支持台６８は、円筒体２０の軸と平行なレール７０に沿ってスライド自在に設けられ、規制部材６６は、円筒体２０の長さに応じて支持台６８ごと回転シャフト３０の軸方向に移動される。

このように、規制部材６６により円筒体２０の位置を規制することで、円筒体２０が回転シャフト３０上から落下したり、円筒体２０が軸方向に移動して後述する撮影範囲外へ移動してしまうなどの問題を防止できる。また、規制部材６６のスライド自在に設けたので、円筒体２０の長さによらず、適切な位置で支持できる。

図４において、駆動力供給機構３４は、モータ７２や、プーリー、ベルト、歯車などからなりモータ７２の回転力を２本の回転シャフト３０に伝達する伝達機構が、ケース７４内に納められたものである。駆動力供給機構３４は、モータ７２の回転力を２本の回転シャフト３０に伝達し、２本の回転シャフト３０を同じ速度で同じ方向に回転させる。そして、この２本の回転シャフト３０の回転により、２本の回転シャフト３０上に載置された円筒体２０が、２本の回転シャフト３０とは反対の方向へ円筒体２０の軸を中心に回転する。

このように、円筒体２０は、回転機構１２によって回転される。また、円筒体２０は、回転機構１２とともに、第１検査機構１４の下方の第１位置と第２検査機構１６の下方の第２位置へと移動し、第１位置では第１検査機構１４の下方で回転し、第２位置では第２検査機構１６の下方で回転する。そして、第１位置では、第１検査機構１４による欠陥検査が行われ、第２位置では、第２検査機構１６による欠陥検査が行われる。

図８に示すように、第１検査機構１４は、第１照明装置８０、第１カメラ８２、第１撮影制御部８４、第１画像処理部（エリア画像処理部）８６を備えている。第１照明装置８０は、枠部８０ａと発光部８０ｂとを備え、枠部８０ａに発光部８０ｂが嵌め込まれたエリア照明装置である。発光部８０ｂは、平板状に形成されており、枠部８０ａには、発光部８０ｂの側面へ向けて光を照射する複数の光源が設けられている。発光部８０ｂは、表面に複数のドットパターンが設けられた導光拡散板を備えており、発光部８０ｂの側面から入射した光は、ドットパターンにより拡散され、円筒体２０の軸と平行な長手方向Ａや、円筒体２０の軸と垂直は幅方向Ｂ、並びに、四方八方の方向Ｃへ照射される（図９、図１０、図１１参照）。これにより、発光部８０ｂ全体が拡散光を発光する面光源として機能する。そして、この発光部８０ｂからの拡散光が円筒体２０に照射される。

また、発光部８０ｂは、導光拡散板（ドットパターンを含む）が光透過性を有する材料から形成されており、その平面全体に渡り光透過性を有している。これにより、発光部８０ｂを介して後述する第１カメラ８２による撮影を可能としている。なお、発光部８０ｂの内部に、拡散光を発光する点状の光源を配列するとともに、光源や光源が配置される基板や、光源に電力を供給する電極や配線などを光透過性を有する材料から形成することによって、発光部８０ｂがその平面全体に渡って光透過性を有するように構成することも可能である。

第１カメラ８２は、受光量に応じた電荷を蓄積する複数の光電変換素子が縦横に配列（２次元配列）された平面状の受光部を有し、受光部に入射した光を光電変換して画像信号を取得するエリアセンサである。第１カメラ８２は、第１照明装置８０の上方に配置され、第１照明装置８０の発光部８０ｂを介して円筒体２０を撮影（画像信号を取得）する。

図９、図１０、図１１に示すように、第１カメラ８２の撮影範囲Ｗ１は、円筒体２０の外周面のうち、少なくとも後述する明視野領域Ｌと暗視野領域Ｄとの境界領域ＬＤを含むように設定されている。なお、境界領域ＬＤは、明視野領域Ｌと暗視野領域Ｄとの境界（境界線）を含む特定の幅を有する範囲を示している。また、本実施形態では、撮影範囲Ｗ１内に、中央の明視野領域Ｌ、左側の境界領域ＬＤ、右側の境界領域ＬＤ、左側の境界領域の近傍の暗視野領域Ｄ、及び右側の境界領域の近傍の暗視野領域Ｄが含まれている。なお、第１カメラ８２の撮影範囲Ｗ１は、第１照明装置８０、円筒体２０、第１カメラ８２の位置関係や、第１カメラ８２の設置角度、撮影方向などによって定められる。

ここで、明視野領域Ｌは、円筒体２０の外周面のうち、第１照明装置８０から照射された拡散光のうち、円筒体２０の外周面で正反射された光（正反射光）が、第１カメラ８２の受光部へ向かう領域を示している。これに対して、暗視野領域Ｄは明視野領域Ｌの外側にあり、円筒体２０の外周面のうち、第１照明装置８０からの照明光は到達するものの、第１照明装置８０からの正反射光が第１カメラ８２の受光部へは入射しない（すなわち、第１照明装置８０からの正反射光は撮影されない）領域を示している。なお、本明細書では、平滑、すなわち、キズなどの欠陥部位が存在しない反射面で反射された光のみを正反射光と称し、キズなどの欠陥部位において反射された光は異常反射光と称する。

明視野領域Ｌは、第１照明装置８０からの正反射光が第１カメラ８２に入射するので、円筒体２０の外周面にキズなどの欠陥部位が存在しない場合、暗視野領域Ｄと比較して、輝度の高い（明るい）画像が撮影される。一方、欠陥部位が存在する場合、この欠陥部位では第１照明装置８０からの照明光が正反射光とは異なる方向へ異常反射する。よって、明視野領域Ｌ内にキズなどの欠陥部位が存在する場合、この欠陥部位は、撮影された明視野領域Ｌの画像（明るい画像）内に輝度の低い（暗い）影として再現される（図９参照）。この明視野領域Ｌでは、欠陥部位の形状や範囲を明瞭に再現できる。ただし、欠陥部位の中でも微細なキズなどサイズが小さい欠陥部位に関しては、明瞭に再現することが難しい場合がある。

暗視野領域Ｄは、第１照明装置８０からの正反射光が第１カメラ８２に入射しないので、円筒体２０の外周面にキズなどの欠陥部位が存在しない場合、明視野領域Ｌと比較して、輝度の低い（暗い）画像が撮影される。一方、欠陥部位が存在する場合、この欠陥部位では第１照明装置８０からの照明光が正反射せずに異常反射するので、異常反射された光（異常反射光）のうち、第１カメラ８２に向かったものが第１カメラ８２によって撮影される（図９参照）。よって、暗視野領域Ｄ内に、キズなどの欠陥部位が存在する場合、この欠陥部位は、撮影された暗視野領域Ｄの画像（暗い画像）内に輝度の高い（明るい）状態で再現される。この暗視野領域Ｄでは、欠陥部位の中でも微細なキズなどサイズが小さい欠陥部位を明瞭に再現できる。

一方、明視野領域Ｌと暗視野領域Ｄの境界領域ＬＤは、欠陥部位の形状や範囲を明瞭に再現することができるとともに、欠陥部位の中でも微細なキズなどサイズが小さい欠陥部位に関しても明瞭に再現することが可能である。したがって、この境界領域ＬＤを第１カメラ８２の撮影範囲Ｗ１に少なくとも含めておくことで、様々なサイズ、形、範囲を持つ欠陥部位を漏れなく検出することができる。

また、本実施形態では、円筒体２０に対して、円筒体２０の幅方向Ｂに拡散する拡散光が照射されている（図１０参照）。このため、円筒体２０の幅方向Ｂに対して、十分な広さを持つ明視野領域Ｌを確保できる。そして、本実施形態では、明視野領域Ｌが、円筒体２０の外周面のうち、円筒体２０の中心から５°以上の幅としている（具体的には、円筒体２０の中心から６０°程度となっている）。なお、円筒体２０の幅方向Ｂに拡散しない平行光などの指向性を有する光を照射した場合、明視野領域Ｌは狭幅（円筒体２０の中心から５°未満程度）の母線上領域のみになる。ここで、母線上領域とは、円筒体２０の外周表面の領域であり、かつ、円筒体２０の本体部２０ａの軸と平行な線状の領域である。

さらに、本実施形態では、円筒体２０に対して、円筒体２０の長手方向Ａに拡散する拡散光が照射されている（図１１参照）。このため、円筒体２０の長手方向Ａ全域に渡る明視野領域Ｌを得ることができる。すなわち、円筒体２０は、バルジ部２０ｂを有しており、このバルジ部２０ｂは、円筒状の本体部２０ａとは異なり、円筒体２０の軸と直交する方向に対して傾斜している。このため、円筒体２０の長手方向Ａに拡散しない平行光などの指向性を有する光を照射した場合、バルジ部２０ｂからの正反射光は、本体部２０ａからの正反射光とは異なる方向へ向かう。よって、バルジ部２０ｂについては、明視野領域Ｌとして撮影することができない。これに対し、本実施形態では、長手方向Ａに拡散する拡散光を照射しているので、本体部２０ａとバルジ部２０ｂとの両方からの正反射光が第１カメラ８２に入射する（円筒体２０の長手方向Ａ全域に渡る明視野領域Ｌを得ることができる）。

図８に戻り、第１撮影制御部８４は、第１カメラ８２を駆動制御して、撮影を実行させるものであり、円筒体２０の外周面全周が撮影されるように、円筒体２０の回転速度に応じた一定サイクルで連続して撮影を実行させる。

また、第１撮影制御部８４は、第１カメラ８２のフォーカスレンズの位置を制御するなどにより、撮影時のピント位置（撮影範囲のうち、ピントを合わせる位置）を制御する。そして、本実施形態において、第１撮影制御部８４は、明視野領域Ｌと暗視野領域Ｄとの境界領域ＬＤにピントが合うようにピント位置を決定している。前述のように、明視野領域Ｌでは、欠陥部位の形状や範囲を明瞭に再現でき、暗視野領域Ｄでは、微細なキズなどサイズが小さい欠陥部位を明瞭に再現できる。したがって、これらの境界領域ＬＤにピントを合わせて撮影を行うことで、明視野領域Ｌと暗視野領域Ｄとの両者の特性を有効に活用して欠陥部位を効率良く検出できる。

図１２に示すように、第１画像処理部８６には、第１カメラ８２によって撮影された画像が入力される。第１画像処理部８６は、対象領域設定部８６ａと、欠陥検出処理部８６ｂと、輪郭抽出部８６ｃと、外観寸法検査部８６ｄとを備え、これら各部が入力された画像に対して各種処理を行う。

対象領域設定部８６ａは、第１カメラ８２によって撮影された画像内に、欠陥検出処理を行う領域（欠陥検出領域）を設定するものである。本実施形態において、対象領域設定部８６ａは、明視野領域Ｌと暗視野領域Ｄとの境界領域ＬＤを欠陥検出領域として設定する。

欠陥検出処理部８６ｂは、対象領域設定部８６ａにより設定された欠陥検出領域の画像を解析し、欠陥部位を検出する。前述のように、欠陥部位は、明視野領域Ｌでは低輝度で再現され、暗視野領域Ｄでは高輝度で再現される。そして、欠陥検出領域として設定された境界領域ＬＤには、明視野領域Ｌと暗視野領域Ｄとの両方が含まれる。よって、欠陥検出処理部８６ｂは、周辺とは輝度状態が異なる部分（明視野領域Ｌの低輝度部分や暗視野領域Ｄの高輝度部分）を欠陥部位として検出する。

輪郭抽出部８６ｃは、第１カメラ８２によって撮影された画像を解析して輪郭を抽出する。外観寸法検査部８６ｄは、輪郭抽出部８６ｃにより抽出された画像の輪郭に基づいて円筒体２０の外観寸法を算出し、外観寸法の欠陥を検査する。

第１カメラ８２による撮影範囲Ｗ１は予め定められており、第１カメラ８２と円筒体２０との相対的な位置関係も変化しないので、第１カメラ８２により撮影された画像内に占める円筒体２０の幅や長さの割合が判れば、円筒体２０の外観寸法（幅や長さ）を算出できる。第１画像処理部８６は、この原理を利用し、輪郭抽出部８６ｃにより抽出された円筒体２０の輪郭部分に基づいて、円筒体２０の外観寸法を算出する。そして、算出した外観の寸法が、予め設定された許容寸法範囲外であった場合に、円筒体２０の外観寸法に欠陥が存在すると検出する。

なお、上述のように、本実施形態では、輪郭抽出部８６ｃにより抽出された画像の輪郭に基づき円筒体２０の外観寸法を算出しているが、欠陥部位の大きさや形状、幅や長さなどについても同様の原理で算出できるので、輪郭抽出部８６ｃにより抽出された画像の輪郭に基づき、欠陥部位の形状や大きさなどを算出してもよい。

図１３に示すように、第２検査機構１６は、第２照明装置９０、第２カメラ９２、第２撮影制御部９４、第２画像処理部（ライン画像処理部）９６を備えている。図１４、図１５に示すように、第２照明装置９０は、円筒体２０の長手方向Ａに長い発光部９０ｂを有する第１のライン照明装置である。発光部９０ｂは、長手方向Ａについては拡散し（図１５参照）、円筒体２０の幅方向Ｂについては平行な平行光（図１４参照）を、円筒体２０へ向けて照射する。

第２カメラ９２は、受光量に応じた電荷を蓄積する複数の光電変換素子が円筒体２０の長手方向Ａに沿って並べられた（１次元配列された）ライン状の受光部を有し、受光部に入射した光を光電変換して画像信号を取得するラインセンサである。

第２カメラ９２の撮影範囲Ｗ２は、円筒体２０の長手方向Ａについては円筒体２０の全体を含む範囲に設定され（図１５参照）、円筒体２０の幅方向Ｂについては、円筒体２０の幅よりも狭いライン状の範囲に設定されている。

また、図１４に示すように、第２カメラ９２と第２照明装置９０は、第２カメラ９２が暗視野領域として撮影を行うように（第２カメラ９２が撮影した画像が暗視野領域を撮影した画像となるように）、円筒体２０に対する位置関係（配置位置）や配置角度、撮影方向などが決定されている。

具体的には、第２照明装置９０から照射され、円筒体２０の外周面で正反射された正反射光が第２カメラ９２の受光部へ向かわない、すなわち、正反射光の光軸Ｓが第２カメラ９２の撮影光軸Ｆ（受光部に直交する光軸）と一致しないように、第２カメラ９２や第２照明装置９０の配置位置や配置角度、円筒体２０との位置関係などが定められている。これにより、第２カメラ９２によって撮影された画像が暗視野領域を撮影したものとなる。なお、正反射光の光軸Ｓが第２カメラ９２の撮影光軸Ｆと一致する場合、第２カメラ９２によって撮影された画像は明視野領域を撮影したものとなる。

前述のように、暗視野領域を撮影した画像は、円筒体２０の外周面にキズなどの欠陥部位が存在しない部分については低輝度の暗い画像として再現され、欠陥部位が存在する部分については欠陥が無い部分よりも高輝度の明るい画像として再現される。なお、明視野領域を撮影した画像は、円筒体の外周面にキズなどの欠陥部位が存在しない部分については高輝度の明るい画像として再現され、欠陥部位が存在する部分については欠陥が無い部分よりも明るさが低くなる暗い画像として再現される。

なお、本実施形態では、円筒体の長手方向に拡散する拡散光を円筒体に照射していることから、バルジ部のように傾斜を持っている場合であっても、本体部と実質同等の輝度で照明することができる。このように拡散光を照明することで、バルジ部の欠陥においては、本体部の欠陥と同程度に、光が散乱するようになる。したがって、バルジ部においても本体部と同等の欠陥検出を行うことができる。

図１３に戻り、第２撮影制御部９４は、第２カメラ９２を駆動制御して、撮影を実行させるものであり、円筒体２０の外周面全周が撮影されるように、円筒体２０の回転速度に応じた一定サイクルで連続して撮影を実行させる。

また、第２撮影制御部９４は、第２カメラ９２のフォーカスレンズのレンズの位置を制御するなどにより、撮影時のピント位置を制御する。そして、本実施形態において、第２撮影制御部９４は、第２カメラ９２の撮影範囲の幅方向Ｂの中央部にピントが合うようにピント位置を決定している。前述のように、第２カメラ９２はラインセンサであり、第１カメラ８２と比較して撮影範囲が狭く、また、撮影範囲は円筒体２０の母線上の暗視野領域である。よって、第２カメラ９２が撮影した画像は、第２カメラ９２の撮影光軸と円筒体２０の外周面とが交差する暗視野領域にピントが合わせられた画像となる。ここで、円筒体２０の母線上の暗視野領域とは、円筒体２０の外周表面の暗視野領域であり、かつ、円筒体２０の本体部２０ａの軸と平行な線状の暗視野領域である。

第２画像処理部９６には、第２カメラ９２によって撮影された画像が入力される。第２画像処理部９６は、入力された画像を解析することによって、円筒体２０の外周面の欠陥部位の検出を行う。具体的には、第２画像処理部９６は、第２カメラ９２が撮影した１ライン毎の画像内の高輝度領域の存在の有無を調べ、高輝度領域が存在する場合、この部位を欠陥部位として検出する。

なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、細部の構成については適宜変更できる。例えば、上記実施形態では、第１検査機構と第２検査機構との２種類の検査機構により円筒体の検査を行う例で説明をしたが、第１検査機構と第２検査機構とのいずれか一方のみにより検査を行ってもよい（第１検査機構と第２検査機構とのいずれか一方を廃止してもよい）。

また、上記実施形態では、断面が曲線状のバルジ部を有する円筒体の外周面の検査を行う検査装置を例に説明をしたが、バルジ部の形状により、本発明が限定されるものではない。例えば、断面がコ字形状のバルジ部を有する円筒体の外周面の検査を行う検査装置に本発明を適用してもよい。さらに、バルジ部を有する円筒体の検査を行う検査装置を例に説明をしたが、バルジ部の無い円筒体の外周面を検査する検査装置に対して本発明を適用してもよい。また、円筒体に限定されず、円柱状の被検査物を検査する検査装置に対して本発明を適用してもよい。もちろん、被検査物の材質や各部の寸法により本発明が限定されるものではなく、各種の材質及び様々な寸法の被検査物を検査する検査装置に対して本発明を適用できる。

また、上記実施形態では、回転機構において、スライドテーブルを手動でスライドさせる例で説明をしたが、モータやアクチュエータなどの駆動機構を設け、スライドテーブルを自動でスライドさせてもよい。さらに、回転体の自動供給・排出装置を組み合わせて、回転機構に回転体を自動的に供給（回転シャフト上に自動的に回転体を載置）したり、検査終了後に回転体を回転機構から自動的に排出（回転シャフト上から取り外し）してもよい。

また、上記実施形態では、１本の回転シャフトにつき２つのフランジ部を設け、合計４つのフランジ部により被検査物を支持して回転させる例で説明をしたが、フランジ部は、１本の回転シャフトにつき１つであってもよいし、３つ以上であってもよい。さらに、一方の回転シャフトには２つのフランジ部を設け、他方の回転シャフトには３つのフランジ部を設けるといったように、２本の回転シャフトに設けるフランジ部の数が一致していなくてもよい。さらに、バルジ部の無い被検査物を検査する場合、フランジ部を廃止してもよい。

また、上記実施形態では、回転シャフトが回転しているにも関わらず被検査物が滑るなどして回転しない恐れがある。このため、被検査物の回転状態を検出する回転状態検出器と、回転状態検出器により検出された被検査物の回転状態に基づき正常な検査が実行されたか否かを判定する判定部とを回転機構に設けてもよい。なお、回転状態検出器としては、例えば、被検査物に対して回転方向上流側と下流側とからレーザー光を照射し、被検査物の表面で拡散したレーザー光に基づいて被検査物の回転速度を検出するレーザードップラー速度計（流速計）を用いたり、被検査物の外周面に当接し、被検査物の回転に伴って回転するローラなどの回転体を備え、この回転体の回転状態を検出する回転状態検出器を用いるといったことが考えられる。そして、判定部は、例えば、回転シャフトが回転しているにも関わらず、被検査物が回転していない場合、または、回転シャフトの回転量（回転速度）に対して、被検査物の回転量（回転速度）が不足している場合に、正常な検査が実行されていないと判定する。

なお、上述のように、回転状態検出器を設けた場合、回転状態検出器により検出した被検査物の回転速度などを用いてエリアセンサやラインセンサにより撮影タイミングを決定することが好ましい。

また、上記実施形態では、回転機構において、被検査物の長手方向Ａへの移動を規制するために棒状の移動規制部材を設ける例で説明をしたが、移動規制部材の構成はこれに限定されるものではない。例えば、図１６に示す規制部材１００を用いてもよい。図１６において、規制部材１００は、棒状の本体１００ａの上端にローラ（回転体）１００ｂが設けられている。ローラ１００ｂは、水平面内で回転自在に設けられ、被検査物である円筒体２０の下部に当接し、円筒体２０の回転に伴って水平面内で回転する。この移動規制部材１００によれば、円筒体２０の回転抵抗を低減でき、回転シャフト３０が回転しているにも関わらず円筒体２０が滑るなどの問題を防止できる。なお、図１６以降の図面を用いた説明では、上述した実施形態と同様の部材については、同様の符号を付して説明を省略している。

また、上記実施形態では、第１カメラが明視野領域と暗視野領域との境界領域にピントを合わせて撮影する例で説明をしたが、ピントを合わせる位置は適宜変更できるので、例えば、暗視野領域にピントを合わせて撮影したり、明視野領域にピントを合わせて撮影してもよい。

また、上記実施形態では、第１カメラにより、明視野領域と暗視野領域との境界領域を含む画像を撮影し、境界領域を欠陥検出領域として欠陥部位を検出する例で説明をしたが、明視野領域を欠陥検出領域として欠陥部位を検出してもよい。また、暗視野領域を欠陥検出領域として欠陥部位を検出してもよい。

なお、明視野領域を欠陥検出領域とする場合、被検査物の外周面全周を明視野領域として撮影するように、回転体の回転速度に基づいて第１カメラの撮影サイクルを制御してもよい。さらに、このような撮影サイクル（明視野領域として被検査物の外周全周を撮影する撮影サイクル）で連続して撮影された画像の共通部分を重ね合わせるように、連続して撮影された複数の画像を合成した合成画像を生成し、この合成画像に基づいて欠陥部位を検出してもよい。

同様に、暗視野領域を欠陥検出領域とする場合、被検査物の外周全周を暗視野領域として撮影するように、第１カメラの撮影サイクルを制御してもよい。さらに、このような撮影サイクルで連続して撮影された画像の共通部分を重ね合わせで合成画像を生成し、この合成画像に基づいて欠陥部位を検出してもよい。

また、上記実施形態では、第２カメラにより、暗視野領域を撮影して欠陥部位を検出する例で説明をしたが、第２カメラにより、明視野領域を撮影して欠陥部位を検出してもよい。また、第２カメラにより、明視野領域と暗視野領域との境界領域を撮影して欠陥部位を検出してもよい。さらに、第２カメラにより連続して撮影された画像を連結した合成画像を生成し、この合成画像に基づいて欠陥部位を検出してもよい。

また、上記実施形態では、第１カメラにより撮影された画像に基づいて、被検査物の外観の寸法を検出する例で説明をしたが、第２カメラにより撮影された画像に基づいて、被検査物の外観の寸法を検出してもよい。もちろん、第２カメラにより撮影された画像に基づいて、欠陥部位の位置や大きさ、並びに形状、幅や長さなどを検出してもよい。

また、上記実施形態では、１つのカメラで１つの被検査物を検査する例で説明をしたが、図１７に示すように、１つのカメラで同時に２つの被検査物を検査してもよい。図１７の例では、２本の回転シャフト３０をさらに１組追加して、２つの円筒体２０を１台の第１カメラ８２の下方で回転させ、同時に検査を行っている。また、図１７の例では、同時に検査する一方の円筒体２０の外周面で反射された正反射光が、他方の円筒体２０の外周面に入射することを防止するための遮光板１１０を、２つの円筒体２０の間に配置している。

なお、図１７では、円筒体２０の幅方向Ｂに複数の円筒体２０を並べて同時に検査する例で説明したが、円筒体２０の長手方向Ａに複数の円筒体２０を並べて同時に検査してもよい。この場合、前述した遮光板１１０を廃止できる。また、この場合、第２カメラ９２であっても、２つの円筒体２０を同時に検査できる。もちろん、円筒体２０を幅方向Ｂと長手方向Ａの縦横に並べて同時に検査してもよい。

また、上記実施形態では、第２検査機構を、第２カメラと第２照明装置とから構成する例で説明をしたが、第２検査機構を、第２カメラと第１照明装置とから構成し、光透過性を有する第１照明装置の発光部を介して第２カメラ（すなわち、ラインセンサ）により撮影を行ってもよい。

また、上記実施形態では、第１照明装置として、光透過性を有する発光部を備えた照明装置を用い、発光部を介して撮影を行う例で説明をしたが、発光部（照明装置）とは異なる方向から発光部を介さずに撮影を行ってもよい。この場合、発光部が光透過性を有している必要が無くなり、安価な材料で発光部を構成することが可能となるので、製造コストを抑えることができる。

また、上記実施形態では、第２照明装置の発光部からの光を円筒体に直接照射する例で説明をしたが、例えば、図１８に示すように、プリズム１２０を設け、発光部９０ｂからの光を、プリズム１２０を介して円筒体２０に照射してもよい。図１８において、プリズム１２０には、水平方向に対して約４５°傾けられたミラー面１２０ａが形成されている。そして、本例では、発光部９０ｂからの光をミラー面１２０ａへ向けて照射する。照射された光は、ミラー面１２０ａにより下方へ向けて反射され、円筒体２０に照射される。一方、円筒体２０からミラー面１２０ａへ入射した光は、ミラー面１２０ａを透過して第２カメラ９２へと向かう。

なお、図１８においては、ミラー面１２０ａから円筒体２０へ照射され、円筒体２０の外周面で反射された正反射光の光軸Ｓが、第２カメラ９２の撮影光軸Ｆと一致している例、すなわち、第２カメラ９２が明視野領域の撮影を行う構成としているが、図１９に示すように、第２カメラ９２の位置及び撮影角度を変更することで、プリズム１２０を用いた場合であっても第２カメラ９２により暗視野領域の撮影が可能である。

また、上記実施形態では、第１カメラと第２カメラとでそれぞれ別途に撮影する例で説明をしたが、図２０に示す検査機構１３０のように、第１カメラ８２と第２カメラ９２とで同時に撮影を行ってもよい。図２０において、検査機構１３０は、第１カメラ８２と、第２カメラ９２と、発光部８０ｂを有する第１照明装置８０とを備え、第１カメラ８２によって明視野領域と暗視野領域とを撮影し、第２カメラによって暗視野領域を撮影している。こうすることで、検査装置を小型化できる。また、第１カメラ８２で得られた画像のうち明視野領域を欠陥検出領域として設定した場合には、第１カメラ８２で欠陥のサイズ、形、範囲を検出する一方、第１カメラ８２で検出することが難しい微細な欠陥を第２カメラ９２で検出することができる。もちろん、第１照明装置８０を介さずに撮影を行ってもよいし、第１照明装置８０に変えて、第２照明装置９０を用いてもよい。また、３台以上のカメラで同時に撮影を行ってもよい。

また、上記実施形態では、第２検査機構に設けられた第２照明装置が、円筒体２０の長手方向Ａに長い発光部を有する第１のライン照明装置から構成される例で説明をしたが、本発明はこれに限定されるものではない。図２１、図２２に示すように、第２照明装置２００を、第１のライン照明装置２０２と、第２のライン照明装置２０４とから構成してもよい。

図２１、図２２において、第１のライン照明装置２０２は、前述した実施形態で説明した発光部９０ｂ、すなわち、円筒体２０の長手方向Ａに長い発光部９０ｂを有し、この発光部９０ｂから円筒体２０の長手方向Ａに拡散する拡散光を円筒体２０へ向けて照射する。また、第２のライン照明装置２０４は、円筒体２０の幅方向Ｂに長い発光部２０４ｂを有し、この発光部２０４ｂから円筒体２０の長手方向Ａに拡散する拡散光を円筒体２０へ向けて照射する。なお、本例では、第２のライン照明装置２０４を、円筒体２０の長手方向Ａの先端側に１つと後端側と１つの合計２つ設けている（図２２参照）が、いずれか一方のみを残して他方を廃止してもよい。

これら、第１、第２のライン照明装置２０２、２０４は、発光制御部２０６により点灯及び消灯が制御される。発光制御部２０６は、第２カメラ９２による撮影を制御する第２撮影制御部２０８の制御のもと、第１、第２のライン照明装置２０２、２０４を点灯または消灯させる。そして、本例において、第２撮影制御部２０８は、第１のライン照明装置２０２を点灯し第２のライン照明装置２０４を消灯した第１状態と、第１のライン照明装置２０２を消灯し第２のライン照明装置２０４を点灯した第２状態とを高速で切り替えながら、第２カメラ９２を制御し、第１、第２の各状態で円筒体２０の撮影を実行させる。

本例において、第２カメラ９２と第２照明装置（すなわち、第１、第２のライン照明装置２０２、２０４）は、第１のライン照明装置２０２を点灯させて撮影を実行した場合、及び、第２のライン照明装置２０４を点灯させて撮影を実行した場合のいずれの場合も第２カメラ９２が暗視野領域として撮影を行うように（第２カメラ９２が撮影した画像が暗視野領域を撮影した画像となるように）、円筒体２０に対する位置関係（配置位置）や配置角度、撮影方向などが決定されている。

なお、第１、第２状態の切り替えサイクル、すなわち、第２カメラ９２の撮影サイクルについては適宜変更できるが、円筒体２０の外周の同じ位置を第１、第２の各状態で撮影、すなわち、同じ位置について状態を変えて２回撮影するように、第１、第２状態の切り替えサイクル（第２カメラ９２の撮影サイクル）を決定することが好ましい。

第１状態では、円筒体２０の長手方向Ａに長い発光部９０ｂからの照明光により円筒体２０が照明される。このため、第１状態で撮影された画像は、円筒体２０の長手方向Ａに沿ったキズなどの欠陥部位（縦キズ）が明瞭に再現されたものとなる。他方、第２状態では、円筒体２０の幅方向Ｂに長い発光部２０４ｂからの照明光により円筒体２０が照明される。このため、第２状態で撮影された画像は、円筒体２０の幅方向Ｂに沿ったキズなどの欠陥部位（横キズ）が明瞭に再現されたものとなる。そして、本例では、第１状態と第２状態とで交互に撮影を行うようにしたので、前述した縦キズや横キズを漏れなく検出できる。

なお、本例では、第１状態と第２状態とを切り替えながら撮影を繰り返す例、すなわち、第１のライン照明装置２０２のみを点灯させて１回目の撮影を行った後に、第２のライン照明装置２０４のみを点灯させて２回目の撮影を行うといった動作を繰り返す例で説明をしたが、第１、第２のライン照明装置２０２、２０４の両方を同時に点灯させた第３状態で撮影を繰り返してもよい。

ただし、第１状態では、第２のライン照明装置２０４を消灯することにより、第２のライン照明装置２０４からの照明光の影響により縦キズが不明瞭となってしまうといった問題を防止でき、また、第２状態では、第１のライン照明装置２０２を消灯することにより、第１のライン照明装置２０２からの照明光の影響により横キズが不明瞭となってしまうといった問題を防止できる。このため、第１状態と第２状態とを切り替えながら撮影を繰り返すことが好ましい。

１０ 検査装置
１２ 回転機構
１４ 第１検査機構
１６ 第２検査機構
２０ 円筒体
２０ａ 本体部
２０ｂ バルジ部（膨らみ部）
３０ 回転シャフト
３２ 位置規制機構
６２ フランジ筒
６２ｂ フランジ
６６、１００ 規制部材
８０ 第１照明装置
８０ｂ 発光部
８２ 第１カメラ（エリアセンサ）
８４ 第１撮影制御部
８６ 第１画像処理部（エリア画像処理部）
８６ａ 対象領域設定部
８６ｂ 欠陥検出処理部
８６ｃ 輪郭抽出部
８６ｄ 外観寸法検査部
９０ 第２照明装置（第１のライン照明装置）
９０ｂ 発光部
９２ 第２カメラ（ラインセンサ）
９４、２０８ 第２撮影制御部
９６ 第２画像処理部（ライン画像処理部）
１１０ 遮光板
２００ 第２照明装置
２０２ 第１のライン照明装置
２０４ 第２のライン照明装置
２０４ｂ 発光部
２０６ 発光制御部

Claims (1)

1. 円筒状または円柱状の本体部と、前記本体部の外径Ｄ１よりも大きい外径Ｄ２を持つ膨らみ部とを有する被検査物の外周面を検査する検査装置において、
   前記被検査物を支持して前記本体部の軸を中心に回転させる回転機構と、
   平面状の発光部を有するエリア型照明装置であり、前記発光部から、前記被検査物の本体部の軸と平行な長手方向に拡散する拡散光、及び、前記被検査物の本体部の軸と直交する幅方向に拡散する拡散光を前記被検査物の外周面へ向けて照射する照明装置と、
   前記被検査物の外周面からの反射光を受光するライン状の受光部を有するラインセンサであり、前記反射光のうちの正反射光の光軸が、前記ライン状の受光部に直交する撮影光軸とは一致せず、前記正反射光が前記ライン状の受光部に入射しない暗視野領域内の母線領域を撮影するラインセンサと、
   前記ラインセンサによって撮影された画像を解析し、解析結果に基づいて前記被検査物の外周面の欠陥部位を検出するライン画像処理部と、
   を備え、
   前記発光部は、その平面全体に渡り、光透過性を有し、前記ラインセンサと前記被検査物との間に配置され、
   前記ラインセンサは、前記発光部を介して前記撮影を行うことを特徴とする検査装置。

Images