JPH04315951A - 逆反射スクリーンによる表面検査装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は，自動車外板，プラスチ
ック面などの表面検査方法に関し，詳しくは，逆反射ス
クリーンを用いて検査対象物表面の欠陥部分を明暗画像
として強調することで，欠陥部分を発見する表面検査方
法に関する。

【０００２】

【従来の技術】逆反射スクリーンを利用した表面検査方
法として，特開昭６２−５０２３５８号に示されるもの
があり，その要旨は次の通りである。この検査方法に用
いる検査装置は，図８に示すように逆反射スクリーン３
０，カメラ３１，光源３２の基本要素により構成される
。検査対象物３３の表面を，逆反射スクリーン３０と光
源３２の間に置き，光源３２の光が検査対象物３３の表
面に当り，反射して逆反射スクリーン３０に向かうよう
な相対的位置に配置する。検査対象物３３で反射し逆反
射スクリーン３０に入ってきた光は，入射光軸とほぼ同
じ方向に反射し，再び検査対象物３３の表面で反射して
，光源３２のやや上方に配置されたカメラ３１に捕えら
れる。これによって検査対象物３３の表面の凹凸変化が
光学的に強調された画像をカメラ３１に捕えることがで
き，平滑であるべき表面の欠陥場所を容易に発見するこ
とができる。

【０００３】この検出原理を図９及び図１０を用いて説
明する。図９は検査対象物３３の表面に欠陥のない場合
を示し，図１０は欠陥のある場合を示している。逆反射
スクリーン３０は，その表面にビーズ状の反射球３４が
密設されており，各反射球３４は入射光に対し図示する
ような指向性の反射パターンを有している。図９に示す
ように，表面に欠陥がない場合，光源方向から来た光は
，検査対象物３３の表面で逆反射スクリーン３０の方向
に反射する。光源近傍の光源よりやや上に設置されたカ
メラ３１は，図中のカメラビューイング方向から，検査
対象物３３表面に向いており，逆反射スクリーン３０か
らの反射光が，検査対象物３３で再反射する光を捕えて
いる。いま検査対象物３３表面のＡ，Ｂ，Ｃの各点をカ
メラ３１から見るとき，欠陥のない平面では，逆反射ス
クリーン３０の各反射球３４の角度αで反射される同じ
強さの光を見ていることになり，カメラ３１は濃淡変化
のない中間的な明るさをもった面として捕える。

【０００４】一方，図１０のように検査対象物３３の表
面に欠陥がある場合，カメラ３１は欠陥のないＡ点では
前記と同様に逆反射スクリーン３０の反射球の角度αか
らの光を捕えるが，Ｂ点（カメラ側から見て下り坂）で
は，反射角γの強い光を捕え，またＣ点（カメラ側から
見て上り坂）では，角度βの弱い光を捕えることになる
。従って，Ｂ点の下り坂では明るく，Ｃ点の上り坂では
暗く見えることになる。逆反射スクリーン３０の反射球
３４の反射パターンの指向性の幅は，約±１度と鋭いた
め，欠陥の微妙な傾きでも，明暗の変化量が激しく，欠
陥の凹凸が強調されて観測されることになる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上記従来例装置を検査
対象物３３の表面欠陥の発見だけを目的とするならば，
その要求は満たされるが，欠陥部分の形状を定量化しよ
うとする場合には，次のような問題点が生じる。まず，
光源３２からの光が直接，欠陥部分に当たる光路を考え
ると，欠陥部分が凹部である場合には，その凹部からの
反射光が逆反射スクリーン３０から反射されて検査対象
物３３に戻り，再反射した光をカメラ３１が捕えるとき
，凹部が凹面鏡的な役割りをする結果，欠陥部の明暗像
の先に，欠陥凹部の影響による明るい疑似像が生じる。 また，欠陥部分が凸部であるときは，凸部が凸面鏡的な
役割をするため，同じ位置に暗い疑似像が生じる。 疑似像は欠陥のない場所に，あたかもそこに欠陥がある
がごときに現れるので，欠陥検査上において，疑似像が
生じる位置にも欠陥が有るように誤認することになる。

【０００６】このような欠陥部分による疑似像の発生は
，欠陥部分が少ない場合であれば欠陥像と疑似像を識別
することができるが，プラスチック板などのように表面
全体に微小なうねりが分布しているような検査対象物で
あるとき，多数の疑似像が欠陥像にオーバラップして除
去できないノイズとなってしまい，欠陥形状の定量化は
不可能となる。また，上記従来例装置において，光源３
２とカメラ３１の位置が同一位置にないことに起因する
検査不能領域が発生する問題点がある。これは図７に光
路図として示すように，光源３２からの光が検査対象物
３３の表面で反射して逆反射スクリーン３０に向かい，
反射されて再び検査対象物３３に当る，その再反射光を
カメラ３１で捕えるとき，検査対象物３３のカメラ３１
側の端部は逆反射スクリーン３０からの反射光が当らな
いダークバンド部分Ｈを生ずる。例えば，図１１に示す
ような自動車ドア３６の表面検査をするにおいて，図中
手前（下）をカメラ３１及び光源３２の側とし，奥（上
）を逆反射スクリーン３０の側とすると，図示するよう
に手前の端辺３７と開口部３８，３９から奥方向の，検
査対象物３３の表面以外の反射が混入する部分は検査で
きないことになる。これは，光源３２がカメラ３１の下
方に設置されることによる影響である。光源３２をカメ
ラ３１の上方に設置すると，前記と逆の端にダークバン
ドＨが発生し，検査できない領域となる。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
の本発明は，表面にビーズ状の反射球を密設した逆反射
スクリーンと，光源と，検査対象物とを，前記光源から
の光が逆反射スクリーンで反射され検査対象物の表面で
再反射した後，光源の近傍に配置したカメラで捕える逆
反射スクリーンによる表面検査装置において，前記光源
と，前記逆反射スクリーンと，前記検査対象物との間の
光路に前記検査対象物に平行なハーフミラーを配置し，
光源からの光が前記ハーフミラーに当って反射し，逆反
射スクリーンに向かい反射してハーフミラーに戻り，ハ
ーフミラーを透過して検査対象物に当るように配置した
ことを特徴とする逆反射スクリーンによる表面検査装置
として構成されている。

【０００８】

【作用】上記構成によれば，光源からの光はハーフミラ
ーに当って反射し逆反射スクリーンに向かうので，ハー
フミラーの表面が充分に平坦であれば，光源からの光の
ビームパターンは一様に逆反射スクリーンで反射され，
ハーフミラーを透過して検査対象物に照射されることに
なる。従って，カメラで検査対象物からの反射光を捕え
るときには，検査対象物表面の傾きにのみ影響を受けた
明暗像を捕えることになり，疑似像の発生がなくなる。 また，ハーフミラーの面積を検査対象物に透過光のみを
与えるに充分な大きさのものにすれば，検査対象物から
の反射光を捕えるカメラはハーフミラーの透過光だけで
照射された画像を捕えることになるので，検査不能領域
の発生はなくなる。

【０００９】

【実施例】次に，具体的に逆反射スクリーンによる表面
検査装置の一実施例を示す。図１は実施例の構成を示す
説明図である。図１に示すように，検査対象物５とハー
フミラー１５は平行に配置され，光源３，逆反射スクリ
ーン１は，逆反射スクリーン１への入射光と反射光の角
度αが約１度となるように配置される。このときカメラ
２は，光源３の下方に配されている。この逆反射スクリ
ーン１，カメラ２，光源３の相対的位置の決定は次のよ
うになされる。

【００１０】図２の光路図に示すように，カメラ２と逆
反射スクリーン１の位置を固定しておき，光源３を上下
移動させたとき，カメラ２で撮像した画像が最大輝度と
なる光源３の位置は，逆反射スクリーン１の入射光と反
射光の角度がα＝０°となる位置（図１に破線で示す位
置）である。この位置から幾何学的に計算した距離だけ
光源の位置を下げれば，逆反射スクリーン１の入射光と
反射光の角度αは１度となる。上記のように配置したと
き，検査対象物５は，光源３からの光がハーフミラー１
５の表面で反射して逆反射スクリーン１に向かい反射し
て，ハーフミラー１５を透過した光を受けることになる
。従って，ハーフミラー１５の反射表面が充分に平坦で
あれば，検査対象物５は一様な明るさで照射される。 ハーフミラー１５が配置されない従来構成にしたときの
光路を図４に示し，欠陥部分による疑似像が発生する状
況を説明し，本実施例により前記乱れた疑似像の発生が
なくなる訳を以下に説明する。

【００１１】図４において，光源からの光は検査対象物
５で反射されて逆反射スクリーン１に向かい，その光は
逆反射スクリーン１の表面に密設された反射球７で反射
されて再び検査対象物５に戻り再反射するので，その再
反射光をカメラ２で捕える。このときのカメラ２が捕え
る検査対象物５からの再反射光は，図示するような光路
となる。逆反射スクリーン１の反射球７は，入射光線に
対し図示するような指向性をもった反射パターンである
ので，カメラ２が捕える画像は，検査対象物５の表面に
欠陥がないときは，明暗変化のない中間的な明るさをも
った面として捕える。検査対象物５の表面に凹の欠陥が
あるときには，図４に示すように，欠陥のないＡ点の再
反射光が反射球７の角度αでの反射光であるのを基準に
すると，欠陥部分のＣ点（カメラ側から見て下り坂）で
は，反射球７の角度γの強い光を受けてＡ点より明るく
なり，同じく欠陥部分のＢ点（カメラ側から見て上り坂
）では，反射球７の角度βの弱い光を受けてＡ点より暗
くなるので，欠陥部分が検出しやすくなる。このとき光
源３からの光を欠陥部分が凹面鏡的な役割をして反射す
る集中光は，図４に示すように逆反射スクリーン１のＸ
点の反射球７で反射され，カメラ２から見ると検査対象
物５のＹ点にＡ点より明るい画像として現れ，あたかも
Ｙ点にも欠陥があるがごとき疑似像を出現させる。以上
の状態をカメラ２で捕えた画像は，図５に示すようにな
り，中央部に明暗変化した欠陥像Ｄと，その上方に疑似
像Ｑが表示される。このとき，欠陥部分が凹部でなく凸
部であったときは，欠陥部分は凸面鏡的な役割をするの
で，図６に示すように疑似像Ｑ´は，光が戻ってこない
ので丸形の暗部として現れる。

【００１２】上記のように，疑似像は検査対象物５の表
面で反射した光を逆反射スクリーン１によって再び検査
対象物に戻して照射する光路をとることにより発生する
ものであるが，本実施例装置によれば，光源３からの光
はハーフミラー１５によって反射される光で検査対象物
５は照射されるので，カメラ２が捕える検査対象物５の
表面反射光は欠陥像は捕えても，疑似像を発生させるこ
とはない。

【００１３】次に，検査不能領域をなくす構成について
説明する。図３に示すようにハーフミラー１５の面積を
，検査対象物５をその透過光で照射するに充分な大きさ
にすると，従来装置の欠点であった検査表面の検査不能
領域の発生をなくすことができる。検査不能領域である
ダークバンドの発生は，先に説明したように，カメラ２
と光源３の位置が同一位置にできないことに起因するも
ので，検査対象物５の表面で反射した光を逆反射スクリ
ーン１で反射して検査対象物５を照射し，検査対象物５
の表面からの再反射光をカメラ２で捕えると，光路のず
れにより再反射光を捕えられない部分，即ちダークバン
ドが発生したが，図３に示す実施例装置によれば，この
ダークバンドの発生をなくすことができる。

【００１４】従来装置の配置とは異なり，光源からの光
路の途中にハーフミラー１５が配置されているので，光
源からの光はハーフミラー１５によって反射され逆反射
スクリーン１に向かい，逆反射スクリーン１によって反
射され，ハーフミラー１５を透過した光で検査対象物５
は照射される。ハーフミラー１５の面積が検査対象物５
の表面を一様に照射できる大きさであれば，検査対象物
５からの反射光を捕えるカメラ２は，検査表面をあます
ところなく捕えることができる。これは，従来装置にお
いて，検査対象物５の反射光を逆反射スクリーン１で戻
して照射することによる光路のずれとは関係なく，検査
対象物５の照射はハーフミラー１５の反射光に依存させ
ているため，ハーフミラー１５の面積さえ充分に大きな
ものとすればよいことになる。

【００１５】

【発明の効果】本発明によれば，光源からの光はハーフ
ミラーに当って反射し逆反射スクリーンに向かうので，
ハーフミラーの表面が充分に平坦であれば，光源からの
光のビームパターンは一様に逆反射スクリーンで反射さ
れ，ハーフミラーを透過して検査対象物に照射されるこ
とになる。従って，カメラで検査対象物からの反射光を
捕えるときには，検査対象物表面の傾きにのみ影響を受
けた明暗像を捕えることになり，疑似像の発生はなくな
る。また，ハーフミラーの面積を検査対象物に透過光の
みを与えるに充分な大きさのものにすれば，検査対象物
からの反射光を捕えるカメラはハーフミラーの透過光だ
けで照射された画像を捕えることになるので，検査不能
領域の発生はなくなる。よって本発明は，従来例の課題
であった欠陥部分の影響による疑似像の発生と，光源と
カメラとの位置が同一でないことに起因する検査不能領
域とをなくし，逆反射スクリーンによる表面検査をより
完璧なものにする効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】　　本発明に関る一実施例の逆反射スクリーン
による検査装置の構成を示す説明図。

【図２】　　実施例装置の配置関係を示す説明図。

【図３】　　検査不能領域をなくす実施態様の説明図。

【図４】　　ハーフミラーがないときの光路図

【図５】
　　欠陥部分が凹部であるときの疑似像発生の画像図。

【図６】　　欠陥部分が凸部であるときの疑似像発生の
画像図。

【図７】　　検査不能領域の発生を説明する光路図。

【図８】　　従来例装置の構成図。

【図９】　　従来例装置における欠陥部分のない場合の
光路図。

【図１０】　　従来例装置における欠陥部分のある場合
の光路図。

【図１１】　　従来例装置における検査不能領域を示す
説明図。

【符号の説明】

１…逆反射スクリーン ２…カメラ ３…光源 ５…検査対象物 ７…反射球 １５…ハーフミラー

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　表面にビーズ状の反射球を密設した逆
   反射スクリーンと，光源と，検査対象物とを，前記光源
   からの光が逆反射スクリーンで反射され検査対象物の表
   面で再反射した後，光源の近傍に配置したカメラで捕え
   る逆反射スクリーンによる表面検査装置において，前記
   光源と，前記逆反射スクリーンと，前記検査対象物との
   間の光路に前記検査対象物に平行なハーフミラーを配置
   し，光源からの光が前記ハーフミラーに当って反射し，
   逆反射スクリーンに向かい反射してハーフミラーに戻り
   ，ハーフミラーを透過して検査対象物に当るように配置
   したことを特徴とする逆反射スクリーンによる表面検査
   装置。