特許 6782449 表面検査方法及びその装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6782449

(24)【登録日】2020年10月22日

(45)【発行日】2020年11月11日

(54)【発明の名称】表面検査方法及びその装置

(51)【国際特許分類】

   G01N 21/898 20060101AFI20201102BHJP

   G01B 11/30 20060101ALI20201102BHJP

【ＦＩ】

   G01N21/898 Z

   G01B11/30 A

【請求項の数】7

【全頁数】17

(21)【出願番号】特願2017-147015(P2017-147015)

(22)【出願日】2017年7月28日

(65)【公開番号】特開2018-163134(P2018-163134A)

(43)【公開日】2018年10月18日

【審査請求日】2019年10月11日

(31)【優先権主張番号】特願2017-60109(P2017-60109)

(32)【優先日】2017年3月24日

(33)【優先権主張国】JP

(73)【特許権者】

【識別番号】314012076

【氏名又は名称】パナソニックＩＰマネジメント株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110002527

【氏名又は名称】特許業務法人北斗特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】三高 良介

【審査官】 小野寺 麻美子

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１５−２００６０４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００９−１４５０７２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１３−３６７９６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１１−２３２０８７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平１０−９８３８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２０１７／０１９１９４６（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０１Ｎ ２１／８４ − Ｇ０１Ｎ ２１／９５８

Ｇ０１Ｂ １１／００ − Ｇ０１Ｂ １１／３０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

検査対象物を照明する線状の出光部を有する照明を検査対象物と検査対象物撮影用の撮像装置との間に配置するとともに、上記照明を上記撮像装置の撮像視野内に配置し、上記撮像装置と上記照明とに対して上記照明の長手方向と直交する方向に相対的に移動する上記検査対象物の上記照明で照らされた部分を上記撮像装置で撮像して、上記検査対象物における同一部分が照明直下を通過する前の画像と照明直下を通過した後の画像とを含む照明方向が異なる複数画像を取得することで、上記撮像装置の撮像視野内を移動する上記検査対象物を上記画像上で追跡し、上記検査対象物上の同一部分における照明方向が異なる複数画像上の輝度情報を元に検査対象物の表面を検査することを特徴とする表面検査方法。

【請求項2】

照明方向が異なる複数の画像において、検査対象物表面の同一部分における輝度変化を上に凸な曲線となる関数に近似して、当該関数のピーク位置をもとに検査対象物の表面の面方向分布を表す画像を取得することを特徴とする請求項１記載の表面検査方法。

【請求項3】

照明方向が異なる複数の画像において、検査対象物表面の同一部分における輝度変化を上に凸な曲線となる関数に近似して、当該関数のピーク位置をもとに検査対象物の表面の反射率分布を表す画像を取得することを特徴とする請求項１記載の表面検査方法。

【請求項4】

照明方向が異なる複数の画像において、照明との距離の変化に伴う輝度変化分を推定して検査対象物表面の同一部分における輝度変化を正規化し、照明方向の変化に伴う輝度の変化量をもとに検査対象物表面の面方向分布を表す画像を取得することを特徴とする請求項１記載の表面検査方法。

【請求項5】

検査対象物の表面を照明する線状の出光部を有する照明と、上記照明によって照明された検査対象物の表面を撮像する撮像装置と、撮像装置で得た画像の処理を行う画像処理装置と、上記検査対象物を上記撮像装置及び上記照明に対して上記照明の長手方向と直交する方向に相対的に移動させる搬送装置とからなり、
上記照明は撮像装置の撮像視野内に配置されており、
上記撮像装置は、上記検査対象物における同一部分が照明直下を通過する前の画像と照明直下を通過した後の画像とを含む照明方向が異なる複数画像を撮像するものであり、
上記画像処理装置は、上記撮像装置の撮像視野内を移動する上記検査対象物を上記画像上で追跡して、上記検査対象物上の同一部分における照明方向が異なる複数画像上の輝度情報を元に検査対象物の表面の検査を行うものであることを特徴とする表面検査装置。

【請求項6】

前記照明は、一側面が線状の前記出光部となる導光部材と、前記導光部材に入射させる光を発する発光部と、を有することを特徴とする請求項５記載の表面検査装置。

【請求項7】

前記導光部材は、前記出光部の長手方向に沿う長手方向を有する別の側面が前記発光部からの光が入射する入光部となり、
発光ダイオードからなる前記発光部が、前記入光部の長手方向に沿って複数配置されることを特徴とする請求項６記載の表面検査装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、検査対象物の表面を検査するための表面検査方法及びその装置に関するものである。

【背景技術】

【0002】

合板材料を加工して製造される木質建材の製造工程においては、木屑などの異物の噛み込みに伴う膨れや異物との圧迫で生じる凹み、木材の割れ、表面材の剥離、引っ掻き傷などの外観不良が生じる。

【0003】

このような検査対象物表面の自動検査技術として、特許文献１には、撮像装置と照明と検査対象物の相対的な位置関係を変化させながら照明の正反射光が入射する位置を特定することにより、検査対象物の面方向を計測する方法が示されている。このものでは、建材などの検査対象物表面に線状の出光部を映りこませた状態で検査対象物を等速で搬送しながら撮像装置で撮影し、検査対象物表面の同一位置での撮像輝度が最大となる位置、すなわち対象物表面で正反射した照明光の成分が最大となる位置を割り出し、撮像装置と照明と検査対象物の相対位置から求められる照明光の入射角と反射角をもとに面方向を推定することで表面の凹凸を計測する。

【0004】

この場合、検査対象物表面に映りこんだ照明像を画像処理で分析するために、表面に光沢のある検査対象物、たとえば金属素材、光沢のある塗装や化粧シート貼りの建材等には適用できる。しかし、表面に光沢のない検査対象物、たとえば無塗装の木材やＭＤＦ（Medium Density Fiber）材、光沢のない塗装や化粧シート貼りの建材では、検査対象物表面に照明が映りこまないので適用することができない。

【0005】

距離を計測することができるもの、例えばレーザー光切断センサなどの専用装置を用いて検査することも考えられる。しかし、上述の建材の表面検査の場合、対象物が最大では短辺数ｍ、長辺は事実上無限長のロール素材であるなど長大であるのに対して、例えば引っ掻き傷などでは深さ10μｍ、幅１ｍｍ未満と極めて小さい。これを明瞭に撮像できる分解能を有する距離計測装置を備える装置は膨大な金額となる問題がある。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【特許文献1】特許第３３１２８４９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

ところで、照明像の写り込みではなく、照明によって対象物表面に形成される陰影の変化を用いて対象物表面の面方向を計測する「Shape from Shading」と呼ばれる公知の技術がある。

【0008】

この「Shape from Shading」法は、代表的には距離を測定するための専用装置を搭載していない探査機において、惑星などの天体を撮影した複数の画像を用いて、天体・太陽・撮像装置の位置関係をもとに当該天体の同一部分での陰影の変化から天体の立体形状を復元する用途などに使われる技術である。

【0009】

引っ掻き傷のような深さが浅く幅も小さい欠陥であっても面の方向は大きく変化するので、こういった欠陥の検査には距離を計測するよりも「Shape from Shading」法のような面の方向を計測する方式のほうが遥かに少ないコストでより信頼性の高い検査が実現できる。

【0010】

一方、上述の特許文献１に記載の物体表面の欠陥検出方法においては、光沢のある表面での正反射成分を利用するために、照明方向（照明角度）の変化は数°程度で良いが、「Shape from Shading」法においては陰影を十分に変化させる必要があるために、数十°レベルで照明方向を変化させねばならない。しかし、上記のような長大な検査対象物の場合、照明を移動させることで照明方向を大きく変化させることは事実上困難である。

【0011】

本発明は上記問題に鑑みてなされたもので、検査対象物表面に対する照明方向を大きく変化させて行う表面検査を容易に行うことができる表面検査方法及びその装置を提供することを課題とする。

【課題を解決するための手段】

【0012】

本発明の一形態にかかる表面検査方法は、検査対象物を照明する線状の出光部を有する照明を検査対象物と検査対象物撮影用の撮像装置との間に配置するとともに、上記照明を上記撮像装置の撮像視野内に配置する。上記撮像装置と上記照明とに対して上記照明の長手方向と直交する方向に相対的に移動する上記検査対象物の上記照明で照らされた部分を上記撮像装置で撮像する。上記検査対象物における同一部分が照明直下を通過する前の画像と照明直下を通過した後の画像とを含む照明方向が異なる複数画像を取得することで、上記撮像装置の撮像視野内を移動する上記検査対象物を上記画像上で追跡する。上記検査対象物上の同一部分における照明方向が異なる複数画像上の輝度情報を元に検査対象物の表面を検査する。

【0013】

そして本発明の一形態に係る表面検査装置は、照明と、撮像装置と、画像処理装置と、搬送装置と、を備える。前記照明は、検査対象物の表面を照明する線状の出光部を有する。前記撮像装置は、上記照明によって照明された検査対象物の表面を撮像する。前記画像処理装置は、撮像装置で得た画像の処理を行う。前記搬送装置は、上記検査対象物を上記撮像装置及び上記照明に対して上記照明の長手方向と直交する方向に相対的に移動させる。上記照明は上記撮像装置の撮像視野内に配置されており、上記撮像装置は、上記検査対象物における同一部分が照明直下を通過する前の画像と照明直下を通過した後の画像とを含む照明方向が異なる複数画像を撮像するものである。上記画像処理装置は、上記撮像装置の撮像視野内を移動する上記検査対象物を上記画像上で追跡して、上記検査対象物上の同一部分における照明方向が異なる複数画像上の輝度情報を元に検査対象物の表面の検査を行うものである。

【発明の効果】

【0014】

本発明の一形態によれば、検査対象物が照明直下を通過する前の画像と通過した後の画像とを含む複数画像から表面検査を行うために、照明方向が大きく異なる画像を容易に得ることができるとともに複数画像からの画像処理も容易となり、少ないコストで信頼性の高い表面検査を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【0015】

【図1】図１は、本発明の第１実施形態に係る装置の概略を示す斜視図である。

【図2】図２は、同上の照明の概略断面図である。

【図3】図３は、同上の装置において検査対象物の移動に伴って撮像装置で得られる撮像画像の変化を示す説明図である。

【図4】図４Ａ〜図４Ｉは同上の撮像画像から生成する追跡画像の説明図である。

【図5】図５は、同上の実施形態において追跡画像ごとの照明方向の違いを示す概略断面図である。

【図6】図６は、同上の実施形態において照明方向が異なる複数の画像から検査対象物の面方向を再構成する点についての説明図である。

【図7】図７は、同上の実施形態において照明直下からの距離と撮像輝度が面方向によって変化する点を示すグラフである。

【図8】図８は、面方向を計測するための校正治具の一例を示す斜視図である。

【図9】図９Ａは同上の実施形態によって生成される面方向の分布を示す画像の一例を示す説明図、図９Ｂは同上の実施形態によって生成される輝度の分布画像の一例を示す説明図である。

【図10】図１０は、本発明の第２実施形態に係る検査方法についてのグラフである。

【図11】図１１は、第１変形例に係る照明の一部透視した斜視図である。

【図12】図１２は、同上照明の断面図である。

【図13】図１３は、第２変形例に係る照明の導光部材の一部斜視図である。

【図14】図１４は、第３変形例に係る照明の導光部材の一部斜視図である。

【図15】図１５は、第４変形例に係る照明の導光部材の一部斜視図である。

【発明を実施するための形態】

【0016】

本発明は、検査対象物の表面を検査するための表面検査方法及びその装置に関し、さらに詳しくは、検査対象物の表面に線状の出光部から光を照射する表面検査方法及びその装置に関するものである。

【0017】

以下図１〜図９に示す第１実施形態に基づいて詳述すると、図１は第１実施形態に係る表面形状検査装置の概略を示しており、図中１１は検査対象物、１２は撮像装置であるカメラ、１３は照明である。カメラ１２および照明１３は架台１５に固定されており、検査対象物１１は搬送装置１６による搬送で照明１３の下を図中矢印の方向に等速直線運動する。

【0018】

照明１３は、図２に示すように、線状の出光部となる棒状の光源２１と、カメラ１２側に光源２１からの光が行かないように上半分が不透明となっているハウジング２２とからなり、下半分の周方向に均一な光量を放射する。ここで、「線状」とは、一方向の長さが一方向と直交する方向の長さ（幅とする）と比べて長い（比率でいうと例えば１０倍以上）ことをいうものであり、幅は０でなくてもよい。光源２１としては、細い冷陰極蛍光管を好適に用いることができるが、これに限定するものではない。

【0019】

線状の出光部を有する光源２１を備える照明１３は、カメラ１２と検査対象物１１との間でカメラ１２の直下（カメラ１２の光軸上）に、かつ検査対象物１１の搬送方向に対して直交するように配置されて、検査対象物１１の表面を照明する。カメラ１２の撮像視野１８の中央を照明１３が横切ることになる。

【0020】

カメラ１２はたとえば工業用のエリアカメラであり、撮像視野１８内で検査対象物１１が画像の上下方向に移動して見えるよう設置されている。カメラ１２で撮影された画像のデータは、CameraLink、USB、Gigabit Ethernetなどの通信インターフェースを介して例えばパーソナルコンピュータである画像処理装置１４に送られる。

【0021】

画像処理装置１４は、上記通信インターフェースを介して送られてきた画像データを画像処理装置１４自体が内蔵するメモリまたはストレージ上に蓄積するとともに、同じく内蔵する演算装置により、蓄積された画像に対して任意の処理を実行できる機能を有する。

【0022】

説明を簡単にするために、平板状の検査対象物１１をカメラ１２の光軸に対して垂直に配置し、搬送装置１６が検査対象物１１をカメラ１２の光軸に対して直角で且つ照明１３の長手方向と直交する方向に等速直線運動させるものとする。

【0023】

検査対象物１１を等速で搬送しながら所定の搬送距離毎に、もしくは所定の時間毎に撮影された画像の例を図３に示す。図中３１はカメラ１２の直下にある照明１３の像であり、３２は検査対象物１１の表面にある凹凸欠陥の像である。検査対象物１１の搬送に伴い、撮影された画像は図３に示すように順次上方へ遷移する。つまり、図３に示す点ｐ１にある像３２は、対象物が一定距離だけ動いた時点で撮影された画像ではｄ画素だけ上方にある点ｐ２の位置に移動している。以下同様にｎ枚目の画像では１枚目の画像より（ｎ−１）ｄ画素だけ上方に移動した点ｐｎの位置に移動し、最後にはカメラ１２の撮像視野１８を外れる。

【0024】

また、照明１３との位置と距離の関係により、検査対象物１１の表面にある凹凸欠陥の陰影が変化する。なお、図３では像３２におけるハッチング部分が「陰」となっているところを示しているが、照明１３との間の距離が短いほど、輝度低下が少なくなる点等は示していない。

【0025】

上記の画像は画像処理装置１４において、たとえば次に説明する手順により処理される。上述のように検査対象物１１が所定の搬送距離毎に撮影された画像上で検査対象物１１上の同一部分は常にｄ画素ずつ移動して見える。従って、図４Ａ〜図４Ｉに示すように、上下方向にｄ画素分の帯状の領域ａ１〜ａ９を単位として、順次カメラ１２から送信されてくる時間的にずれた各画像の領域ａｎを追跡画像ｂｎに上詰めで追加しながら複写する処理を任意回数繰り返し行うことにより、追跡画像ｂ１〜ｂ９を生成する。追跡画像ｂ１〜ｂ９における上詰め追加タイミングの違いから、図４Ｅに示す追跡画像ｂ５では照明１３の像３１が複数写ったものとなり、追跡画像ｂ５を除く各追跡画像ｂ１〜ｂ４，ｂ６〜ｂ９中においては、前記像３２がそれぞれ同じところに位置することになる。なお、図４においても、図３と同様に、照明１３からの距離差による輝度の違いは表示していない。

【0026】

また追跡画像ｂ１〜ｂ９は、検査対象物１１の同じ範囲を写したものであるが、検査対象物１１が図３の領域ａ１〜ａ９の位置にある瞬間に撮像された画像をそれぞれ集積したものであるために、追跡画像ｂ１〜ｂ９は、検査対象物１１を図５に示す照明方向Ｌ１〜Ｌ９の平行光でそれぞれ照明して撮影された画像に相当する。つまり、追跡画像ｂ１は、照明方向Ｌ１の光でのみ上記範囲を照明したもので構成され、追跡画像ｂ２は照明方向Ｌ２の光のみで上記範囲を照明したもので構成される。追跡画像ｂ９は照明方向Ｌ９の光のみで上記範囲を照明したもので構成される。これは照明１３の直下を通過する前と通過した後の画像で追跡画像ｂ１〜ｂ９が構成されることを意味する。

【0027】

長大な対象物を撮影するためには図１に示すようにカメラ１２は高い位置から対象物を撮像する必要があるが、照明１３は検査対象物１１近くに設置することで、照明方向Ｌ１〜Ｌ９の範囲を大きくとることが好ましい。検査対象物１１近くに設置した照明１３が撮像視野１８内のａ５の位置に写ってしまうために、生成された追跡画像ｂ１〜ｂ９のうち照明方向Ｌ５の光で照明された追跡画像ｂ５は照明１３の死角を集めた無効な画像となる。そこで無効な追跡画像ｂ５を除外して、照明方向の変化と陰影の関係から面方向を推定する方法を以下に説明する。

【0028】

図１に示す装置構成を横（照明１３の軸方向）から見た図６において、検査対象物１１が照明１３の下を通過する際、角度とともに距離が変化するので、検査対象物１１を照明する照明強度Ｌは、照明１３から検査対象物１１上の点ｐまでの距離ｒの２乗に応じたものとなるために、定数をαとすると、次の式で求めることができる。

【0029】

【数1】

【0030】

また、照明の正反射方向とカメラの視線がなす角δは、光線入射角をγ、視線角をβとすると、次の式で求めることができる。

【0031】

【数2】

【0032】

カメラ１２方向への反射光量Ｖは、正反射方向と視線のなす角δが大きくなるにつれて余弦のｎ乗に比例して減衰する反射成分と全方向に均一に分散する拡散成分の和であるので、次の式で表される。

【0033】

【数3】

【0034】

上記の式中のρは反射成分の反射率、εは拡散成分の反射率である。この式中の乗数ｎが大きくなるほど正反射方向に強い反射が生じていて、光沢が高いことを表す。

【0035】

面方向がθだけ傾いた点ｐ’における反射光量Ｖ’は、正反射方向が２θだけ変化するので正反射方向と視線のなす角δ’を用いて、次の式で表される。

【0036】

【数4】

【0037】

上記式で求められる反射光量Ｖ’の面方向の傾きθによる変化のグラフを図７に示す。図中イは−２０°、ロは−１０°、ハは０°、ニは１０°、ホは２０°の傾いた面の場合である。反射光量Ｖ’は図７から明らかなように、水平面であれば照明１３直下が最も明るく、照明１３から左右に離れるにつれて均等に輝度が低下するが、傾いた面では面方向が照明と逆向きの間は陰影により平坦面より暗く、照明直下を通過して面方向が照明のほうを向くと平坦面より明るくなる特徴を示す。

【0038】

したがって、各追跡画像ｂ１〜ｂ４，ｂ６〜ｂ９から周囲よりも輝度が高くなっているところの輝度値を夫々求め、各輝度値を図７に示すような上に凸な関数に近似すれば、照明１３に遮蔽されて実際の最大輝度を計測できなくても反射光量Ｖ’が最大となるピーク位置ｄｐやピーク輝度を求めることができる。

【0039】

Ｖ’の変化は「数４」の式に示す通り三角関数を含む非線形な関数であるので、正確に近似するためには表面の光沢度を表す定数ｎ、反射成分と拡散成分の反射率を示すρ、εが既知でなくてはならず、また非線形の回帰近似は反復法を用いる必要があるため処理時間がかかり、実際の検査用途では実用的でない。

【0040】

よって、曲線の形状が似ている線形な式、たとえば次の式を用いることができる。

【0041】

【数5】

【0042】

この式を用いれば、最小自乗法による近似が可能となり、高速に一意な解を得ることができる。なお、Ｉ（ｄ）はカメラ直下位置からの距離ｄにおける追跡画像の輝度である。最小自乗法により式中のパラメータａ，ｂ，ｃが求められれば、反射光量Ｖ’が最大となるピーク位置ｄｐは上記の式の右辺の導関数が０となる位置を求めれば良いので、次の式で表される。

【0043】

【数6】

【0044】

また、別の方法としては次式に示すガウス関数に近似してもよい。

【0045】

【数7】

【0046】

ガウス関数を用いる場合、輝度Ｉ（ｄ）を距離ｄに対する確率密度関数と見なして、次の式により確率密度関数の期待値をピーク位置ｄｐとして求めれば良いので、最小自乗法よりも計算量が少なくなり、精度は劣るが処理を高速に行うことができる。

【0047】

【数8】

【0048】

上記ピーク位置ｄｐから面方向を求める理論上の式は次式で示される。

【0049】

【数9】

【0050】

この場合も表面の光沢度を表す定数ｎ、反射成分と拡散成分の反射率を示すρ、εが既知である必要がある。よって面方向を導出したい場合は、予め検査対象物１１と同じ素材で面方向が既知である複数の面を有する図８に示すような形状の多面体テストピースである校正治具４を用いてｄｐと面方向の関係を求めておけば、高速に面方向情報を取得することができる。

【0051】

なお、平板状の膨れや凹みなどの局所的な面方向の乱れを不良として検出したい場合などは、良品部の面方向分布から大きく乖離した部分を検出すれば良いので、必ずしも面方向を正確に求める必要はない。このような場合には、ｄｐの値そのものを面方向を表す特徴として利用すればよい。図９Ａは光沢のないＭＤＦ板表面の凹み部分を撮像して得られたｄｐの分布を示す画像である。

【0052】

図９Ａでは、面方向が画面に垂直方向であれば中間色、画面下方向に傾いていれば暗く、画面上方向に傾いていれば明るく表示している。凹み部分の形状が明らかに峻別可能であり、表面欠陥の検査に十分実用になることがわかる。

【0053】

さらに、上記近似関数のピーク値は、検査対象物１１を正面から照明した場合の輝度値に相当するので、平坦部では照明１３に遮蔽されて見えない照明１３直下位置での輝度を復元することができる。これは同軸落射照明を用いて撮像された陰影を含まない画像に相当するので、この輝度情報を用いて汚れや傷など検査対象物１１表面の濃淡に伴う不良を検出することもできる。ちなみに、図９Ｂは図９Ａと同時に取得された輝度情報の分布を示す画像である。凹み部分があるにも関わらず、凹み部分と平坦な部分が同じように見えており、陰影を含まない画像が生成できていることがわかる。このために、凹みの影響を受けることなく、検査対象物１１表面の濃淡に伴う不良の検出が可能である。

【0054】

次に、図１０に基いて第２実施形態について説明する。

【0055】

面方向の変化が大きいほど陰影も大きく変動することを利用して、面方向の変化が大きい部分を抽出するようにしてもよい。第２実施形態の装置構成においては、照明１３と検査対象物１１との距離が漸次変化するために、「数１」の式で示される光源光強度に反比例する乗数を撮像輝度に乗じることにより、図１０に示すような輝度変化が得られる。図中イは面方向の傾きθが−２０°、ロは面方向の傾きθが−１０°、ハは面方向の傾きθが０°、ニは面方向の傾きθが１０°、ホは面方向の傾きθが２０°の場合である。

【0056】

図１０において、輝度の最大値と最小値の差を面方向を表す特徴量として用いることで、検査対象物１１表面の凹凸欠陥を検出することができる。第２実施形態の方法によれば、輝度のピークを求めるために関数への近似処理を行う必要がないので、高速な処理が可能となる。

【0057】

なお、第２実施形態では、検査対象物１１が長大なものであるために検査対象物１１を搬送装置１６で移動させているが、検査対象物１１がさほど長いものではない場合、撮像装置１２と照明１３とを検査対象物１１に対して移動させるようにしてもよいのはもちろんである。また、照明１３は、撮像装置１２の光軸から数°程度であればずれた位置にあってもよく、厳密に撮像装置１２の直下におく必要はない。要は、撮像装置１２の撮像視野１８内に照明１３があり、検査対象物１１が照明１３直下を通過する前と通過した後の両方の画像を撮像装置１２で撮影することができればよい。

【0058】

次に、第１変形例として、第１実施形態および第２実施形態において用いられる照明１３の変形例について図１１、図１２に基いて説明する。

【0059】

第１実施形態において説明したように、照明１３は、図３中の像３１に示されるように、撮像装置１２の撮像視野１８内に位置し、撮像された画像において照明１３の像３１は検査に寄与せず無効である。このため、像３１の面積ができるだけ小さくなるように、照明１３の幅を短くすることが好ましい。また、上述した理論式に用いられる距離や角度は、図６に示すように、照明１３のうちの一点（図６では中心）を起点とした直線上の長さやこの直線となす角度として定めている。しかし、現実には照明１３の出光部に幅があるため、現実の値は理論式より求められる理論値と誤差が生じてしまう。この観点からも、照明１３の幅が短い方が好ましい。

【0060】

また、照明１３は、長手方向にわたって光量（照度）のむらがない、すなわち長手方向にわたって光量が均一であることが好ましい。

【0061】

以上のようなことから、第１変形例では、図１１、図１２に示すように、一側面が線状の出光部６２となる導光部材６と、導光部材６に入射させる光を発する発光部５と、を有する照明１３が用いられている。

【0062】

導光部材６は、断面矩形状をした透光性を有する板状をしたものである。導光部材６の材質としては、透光性を有するのはもちろんのこと、導光部材６内を進行する光５００が導光部材６と周囲の空気との界面にて全反射しやすいアクリル等の樹脂が好ましいが、透光性を有していれば特に樹脂に限定されない。

【0063】

導光部材６の長手方向の端部に位置する一側面（端面）が、出光部６２となる。また、導光部材６の長手方向の出光部６２と反対側の端部に位置する側面（端面）が、発光部５からの光が入射する入光部６１となる。

【0064】

発光部５は、発光ダイオードからなるもので、基板５０に実装される。基板５０は、入光部６１の長手方向に沿う方向を長手方向とする長尺状をしたもので、その長手方向に間隔をあけて複数の発光部５が配置されている。

【0065】

発光部５と導光部材６は、ケース７に収納されてユニット化されている。ケース７は、板状をした導光部材６の一方の板面の端縁部を押さえる第１の押さえ片７１と、導光部材６の他方の板面の大部分を押さえる第２の押さえ片７２と、第１の押さえ片７１と第２の押さえ片７２とを連結する連結片７３と、を有する。

【0066】

発光部５を実装する基板５０は、第１の押さえ片７１と第２の押さえ片７２の間の部分に、接着剤、ビス止めまたは嵌合等により第１の押さえ片７１と第２の押さえ片７２と連結片７３の少なくともいずれかに固定される。

【0067】

導光部材６は、第１の押さえ片７１と第２の押さえ片７２の間に挿入されて、第１の押さえ片７１と第２の押さえ片７２とで挟持される。導光部材６の第１の押さえ片７１か第２の押さえ片７２と接する部分には接着剤が塗布されて、導光部材６のケース７からの抜け止めがなされる。

【0068】

このとき、導光部材６の他方の板面の大部分は接着剤により第２の押さえ片７２と接着されるが、接着剤の屈折率は空気の屈折率よりもアクリル等からなる導光部材６の屈折率に近いため、この接着面においては導光部材６内を進行する光５００が全反射せずに出光されやすくなる。そこで、導光部材６の第２の押さえ片７２と接する側の板面に、アルミニウム等の金属を蒸着等により積層した反射膜６３が形成されている。なお、このような反射膜６３は、第１の押さえ片７１と接する側の板面に形成されてもよい。

【0069】

第１変形例においては、照明１３に線状の出光部６２を有する導光部材６が用いられるため、冷陰極蛍光管が用いられる照明１３と比べて照明１３の幅を短く（細く）することが可能となる。これにより、撮像された画像において無駄となる照明１３の像３１の面積をできるだけ小さくすることができる。

【0070】

また、発光ダイオードからなる発光部５が入光部６１の長手方向に沿って複数が配置されているが、発光部５から発して導光部材６の入光部６１に入射した光５００は、板面等で反射しながら出光部６２へ進行する。このとき、導光部材６内を進行する光５００は長手方向に均一化されるため、出光部６２からの光量が長手方向において均一となる。また、発光部５に発光ダイオードが用いられるため、立ち上げ時間が短く、かつ、長期間安定した大きな光量を維持することができる。

【0071】

次に、第１変形例から派生する第２変形例について図１３に基いて説明する。

【0072】

第２変形例は、第１変形例におけるのと同様の導光部材６の出光部６２に、照明１３から出光する光を検査対象物１１の搬送方向（図６における左右方向）に拡散させる拡散部として、凹みからなる傷６４が多数形成されている。傷６４は、深さは１ｍｍ以下のものが半分以上を占めるが、具体的な数値は特に限定されない。また、傷６４は、その長手方向が出光部６２の長手方向に沿うように形成されているが、傷６４の長手方向の向きや傷６４の形状および大きさは限定されない。

【0073】

導光部材６がアクリルからなる場合、周囲の空気との界面における臨界角は４２．２度で、出光部６２から出光される光は最大で光軸を中心として±４７．８度の配光角しか有しない。また、発光部５である発光ダイオード自体も配光は光軸方向に偏りがあるので、出光部６２が滑面であると、導光部材６内を進行中に光５００が撹拌されても光軸付近が明るく、周方向に離れるにつれて減光するような配光となる。出光部６２からの出射光を検査対象物１１の搬送方向にさらに均一化し、広い配光角を与える凹みからなる傷６４からなる拡散部が設けられる。

【0074】

凹みからなる傷６４は、導光部材６の出光部６２にやすりがけを手作業等により行うことで形成される。

【0075】

このような傷６４からなる拡散部が設けられることにより、出光部６２からの出射光を検査対象物１１の搬送方向にさらに均一化し、広い配光角を与えることができる。

【0076】

また、凹みからなる傷６４は、やすりがけ等により簡単に形成可能である。

【0077】

次に、第１変形例から派生する第３変形例について図１４に基いて説明する。

【0078】

第３変形例は、第１変形例におけるのと同様の導光部材６の出光部６２に、拡散部として、溝６５が複数形成されている。溝６５は、深さは１ｍｍ、２ｍｍ等、第２変形例の傷６４より深いことが好ましく、また、２ｍｍを超えたり１ｍｍ未満であってもよく、具体的な数値は特に限定されない。

【0079】

溝６５は、断面がＶ字状をしており、複数本が出光部６２の長手方向に平行に並設されている。この溝６５は、出光部６２からの出射光を検査対象物１１の搬送方向に屈折させて拡げるレンズとして機能する。

【0080】

このような溝６５からなる拡散部が設けられることにより、出光部６２からの出射光を検査対象物１１の搬送方向にさらに均一化し、広い配光角を与えることができる。

【0081】

また、第２変形例と比較すると、第２変形例では傷６４に油などが入り込んで拡散部としての機能が低下しやすいが、溝６５は油が入り込んでも拡散部としての機能は低下しにくい。

【0082】

次に、第１変形例から派生する第４変形例について図１５に基いて説明する。

【0083】

第４変形例は、第１変形例におけるのと同様の導光部材６の出光部６２に、拡散部として、凹シリンドリカルレンズ加工部６６が形成されている。凹シリンドリカルレンズ加工部６６は、出光部６２の長手方向に垂直な断面における形状が出射方向に凹となる凹面であり、出光部６２からの出射光を検査対象物１１の搬送方向に屈折させて拡げるレンズとして機能する。

【0084】

このような凹シリンドリカルレンズ加工部６６からなる拡散部が設けられることにより、出光部６２からの出射光を検査対象物１１の搬送方向にさらに均一化し、広い配光角を与えることができる。

【0085】

また、凹シリンドリカルレンズ加工部６６の曲率を変えることにより、任意の配向角を得ることができる。

【0086】

以上、述べた第１実施形態、第２実施形態およびこれらの第１変形例〜第４変形例から明らかなように、第１の態様の表面検査方法は、検査対象物１１を照明する線状の出光部を有する照明１３を検査対象物１１と検査対象物１１撮影用の撮像装置１２との間に配置するとともに、照明１３を撮像装置１２の撮像視野１８内に配置する。撮像装置１２と照明１３とに対して照明１３の長手方向と直交する方向に相対的に移動する検査対象物１１の照明１３で照らされた部分を撮像装置１２で撮像する。検査対象物１１における同一部分が照明１３直下を通過する前の画像と照明１３直下を通過した後の画像とを含む照明方向が異なる複数画像を取得することで、撮像装置１２の撮像視野内を移動する検査対象物１１を上記画像上で追跡する。検査対象物１１上の同一部分における照明方向が異なる複数画像上の輝度情報を元に検査対象物１１の表面を検査する。

【0087】

第１の態様によれば、検査対象物１１が照明１３直下を通過する前の画像と通過した後の画像とを含む複数画像から表面検査を行うために、照明方向が大きく異なる画像を容易に得ることができるとともに複数画像からの画像処理も容易となり、少ないコストで信頼性の高い表面検査を行うことができる。

【0088】

第２の態様では、第１の態様との組み合わせにより実現される。第２の態様では、照明方向が異なる複数の画像において、検査対象物１１表面の同一部分における輝度変化を上に凸な曲線となる関数に近似して、当該関数のピーク位置をもとに検査対象物１１の表面の面方向分布を表す画像を取得する。

【0089】

第２の態様によれば、当該関数のピーク位置をもとに、検査対象物１１の表面の面方向分布を表す画像を取得して、検査対象物１１の表面を検査することができる。

【0090】

第３の態様では、第１の態様との組み合わせにより実現される。第３の態様では、照明方向が異なる複数の画像において、検査対象物１１表面の同一部分における輝度変化を上に凸な曲線となる関数に近似して、当該関数のピーク位置をもとに検査対象物１１の表面の反射率分布を表す画像を取得する。

【0091】

第３の態様によれば、当該関数のピーク位置をもとに、検査対象物１１の表面の反射率分布を表す画像を取得して、検査対象物１１の表面を検査することができる。

【0092】

第４の態様では、第１の態様との組み合わせにより実現される。第４の態様では、照明方向が異なる複数の画像において、照明１３との距離の変化に伴う輝度変化分を推定して検査対象物１１表面の同一部分における輝度変化を正規化し、照明方向の変化に伴う輝度の変化量をもとに検査対象物１１表面の面方向分布を表す画像を取得する。

【0093】

第４の態様によれば、輝度変化分を推定することで、輝度の変化量をもとに検査対象物１１表面の面方向分布を表す画像を取得して、検査対象物１１の表面を検査することができる。

【0094】

第５の態様の表面検査装置は、照明１３と、撮像装置１２と、画像処理装置１４と、搬送装置１６と、を備える。照明１３は、検査対象物１１の表面を照明する線状の出光部を有する。撮像装置１２は、照明１３によって照明された検査対象物１１の表面を撮像する。画像処理装置１４は、撮像装置１２で得た画像の処理を行う。搬送装置１６は、検査対象物１１を撮像装置１２及び照明１３に対して照明１３の長手方向と直交する方向に相対的に移動させる。照明１３は撮像装置１２の撮像視野１８内に配置されており、撮像装置１２は、検査対象物１１における同一部分が照明１３直下を通過する前の画像と照明１３直下を通過した後の画像とを含む照明方向が異なる複数画像を撮像するものである。画像処理装置１４は、撮像装置１２の撮像視野内を移動する検査対象物１１を上記画像上で追跡して、検査対象物１１上の同一部分における照明方向が異なる複数画像上の輝度情報を元に検査対象物１１の表面の検査を行うものである。

【0095】

第５の態様によれば、検査対象物１１が照明１３直下を通過する前の画像と通過した後の画像とを含む複数画像から表面検査を行うために、照明方向が大きく異なる画像を容易に得ることができるとともに複数画像からの画像処理も容易となり、少ないコストで信頼性の高い表面検査を行うことができる。

【0096】

第６の態様では、第５の態様との組み合わせにより実現される。第６の態様では、照明１３は、一側面が線状の出光部６２となる導光部材６と、導光部材６に入射させる光を発する発光部５と、を有する。

【0097】

第６の態様によれば、導光部材６が用いられるため、導光部材６が用いられない例えば冷陰極蛍光管が用いられるものと比較して、撮像された画像において無駄となる照明１３の像３１の面積を小さくすることができる。

【0098】

第７の態様では、第６の態様との組み合わせにより実現される。第７の態様では、導光部材６は、出光部６２の長手方向に沿う長手方向を有する別の側面が前記発光部からの光が入射する入光部６１となり、発光ダイオードからなる発光部５が、入光部６１の長手方向に沿って複数が配置される。

【0099】

第７の態様によれば、出光部６２からの光量が長手方向において均一となり、また、発光部５の立ち上げ時間が短く、かつ、長期間安定した大きな光量を維持することができる。

【符号の説明】

【0100】

１１ 検査対象物
１２ カメラ(撮像装置）
１３ 照明
１４ 画像処理装置
１６ 搬送装置
１８ 撮像視野
５ 発光部
６ 導光部材
６１ 入光部
６２ 出光部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】