最小検出体の考え方

欠陥の最小検出サイズの考え方

お客様から「どれくらい小さな異物や黒点が検査できるの?」という質問がよくあります。
以下に、画像センサにおける最小検出サイズの考え方の一例をご紹介します。最小検出サイズは、以下の要素から概算値を算出できます。

A=カメラのCCDのY方向画素数
B=撮像視野(Y方向)(mm)
C=CCD上の最小検出画素サイズ(画素)

最小検出サイズ= B×C÷A

欠陥の最小検出サイズの考え方

考え方

対象物を撮像する視野は、使用するレンズによって変更することができます。
つまり、撮像する範囲を10mmにしたり、100mmにすることは、自由に変更できます。
次に、使用するカメラによってCCDの画素数が異なります。
標準サイズの24万画素タイプのCCDは縦の画素数が480画素ですが、メガピクセルタイプの200万画素タイプは1200画素あります。
また、CCDの最小サイズは1画素ですが、検出可能な最小画素数は、2画素角は見ておく必要があります。
条件によっては、4画素角くらいで考えるべき場合もあります。
ここで、例えば、視野60mmで、メガピクセルカメラを使った場合で考えてみます。
最小検出画素数は、最も理想的な2画素角とします。
この場合の最小検出サイズは、前述の式にA=1200画素、B=60mm、C=2画素を代入すると

最小検出サイズ= 60 × 2 ÷ 1200 = 0.1mm

となります。

考え方

連続送りワークの検査時設定

シャッター速度について

例えば、連続シートの上の異物を検査する場合、シートは連続的に流れていきます。
これをカメラで撮像した場合、シャッター速度(露光時間)がライン速度に対して十分速くないと撮像した映像にブレが生じてしまいます。

シャッター速度について

そこで、このブレを十分に抑えるためには、検出異物の最小サイズの1/5程度の距離を移動する時間をシャッター速度の目安と考えます。

シャッター速度=希望最小検出異物サイズ÷5÷ライン速度

例)希望最小検出異物サイズ=1mm ライン速度=1m/秒
シャッター速度=1mm÷5÷1000mm/秒=1/5000より、シャッター速度は、1/5000が理想的と考えられます。

最大ライン速度について

次に、希望最小検出サイズから検出可能なライン速度を求める方法を解説します。
検出したい最小の異物サイズが決まれば、前頁の考え方より必要な視野が決まります。
視野が決まれば、その視野を画像処理時間内に移動するライン速度が、漏れなく検出できるライン速度となります。

最大ライン速度=撮像視野÷画像処理時間

ここで、画像処理時間は、画像センサの能力と設定内容によって変わりますので、テストにより実測します。
たとえば、希望検出最小サイズ=0.2mm、前頁の表より、200万画素カメラを使用した場合、
撮像視野は、最大100mmまで可能になります。
画像処理時間=50msとすると

最大ライン速度 = 100mm÷0.05秒=2000mm/秒

より、2m/秒までなら、検出漏れがないことになります。

最小検出サイズ

CCD の最小サイズは1 画素ですが、検出可能な最小画素数はコントラストのはっきりした画像でも2 画素角は見ておく必要があります。 条件によっては、4 画素角くらいで考える場合もあります。
逆に、最小検出サイズから視野を求める場合もあります。このときの計算式を、最小検出サイズ0.1mm、縦方向画素数120 0 画素で考えるなら、視野 =0.1(mm)÷2(画素)×1200(画素)、これより視野(Y 方向)は60mmとなります。

対応可能なラインスピード

[間欠送りの場合]

  • ・1分間の最大検査回数=60(秒)÷画像センサの処理時間(秒)
  • ・画像センサに求められる処理速度(ms)=1(秒)÷希望検査回数(回/秒)×1000

[連続送りの場合]

  • ・シャッター速度=希望最小検出異物サイズ÷5÷ライン速度
  • ・最大ライン速度=撮像視野÷画像処理時間

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