JP2005172649A - 欠陥検査装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 本発明は、高速および簡易に印刷物などの色差および欠点を検査できる欠陥検査装置を提供することにある。
【解決手段】 本発明に係る欠陥検査装置１０は、被写体（印刷物）１２を撮影し、コンピュータ１６によって欠陥を検査する。コンピュータ１６は、印刷物１２の色差および欠点の欠陥を検出するための基準となる基準データを記憶する手段、欠点を検出する手段、色差を検査する手段、および、印刷物１２の位置ずれを補正する手段として機能する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、欠陥を検査する検査装置に関するものであり、特に、印刷物などの色差検査と欠点検査を同時に行うことができる欠陥検査装置に関するものである。

従来の色差ΔＥを判断する手法は、分光光度計を用いて行っている。分光光度計は数種類の波長の光源を試料に照射し、その反射光を積分球で取り込んでいる。積分球に取り込まれた反射光をＣＩＥＬ^＊ａ^＊ｂ^＊表色系に変換し、試料と原本との座標の違いを色差ΔＥとして表現している。この積分球は試料に接触させて使用している。したがって、凹凸のある試料において厳密に色差を測定することは困難である。また、分光光度計は決められた面積（例えば１０ミリ四方）の色を測定することしかできない。よって、広い面積の色差を測定することは困難であった。さらに、分光光度計での測定は、原本と試料とで厳密に接触させる必要があるが、複数の試料において、測定する位置を同一にして色差を測定することは困難であった。

そこで、上記の問題を解決することを目的とした発明が出願されている（特許文献１参照）。特許文献１の発明は、印刷物の位置決めを行う当て部材を原稿台に設け、原稿台に取り付けられた上下左右方向に自在に移動可能なＸ−Ｙアームに色差計（分光光度計）を取り付けてある。予め基準印刷物に印刷してある２個の基準点と検査印刷物の基準点の座標を色差計で測定し比較することで、基準印刷物に基づいて検査印刷物の測定位置補正を行っている。

しかしながら、特許文献１の発明においては、色差計に分光光度計を用いているため、大きい面積の色差を判定することは困難である。

また、上述の発明における技術的思想では、色差については数値で差異を表現している。この場合、色を補足するための微妙な調整はＲＧＢ表色系やＬａｂ表色系で表現された数字を見て行うため、感覚的にどのように補色を行えば基準となる色に近づくのかが分かりづらい。よって、基準となる色に近づけることは熟練度を必要としていた。しかしながら、近年は熟練者の退職によりこの熟練度を要する作業を的確に行える人材が不足している。これにより印刷物の品質が安定しない問題が発生している。

シート状物に印刷された印刷物の検査をする場合には、幅方向（左右）の色ムラなども考えられる。よって、上述の出願では、左右の色をセンサで取得し、幅方向中央に配置されたセンサとの比較を行うことで、幅方向の色差を監視することを可能にしている。しかしながら、複数のセンサを使用することが前提であるため、センサの個体ごとに異なる特性を補正する必要があるという問題がある。この問題を解決するために、カメラを幅方向に移動させて撮影することにより課題を解決している。

帯状のシートに印刷された印刷物を検査するためには、高速で検査を実行させるため、シートを検査装置に搬送するための搬送装置の位置精度を高めている。一般的な印刷物検査装置の画像取込装置は高速処理を施すことが求められているためラインセンサを用いている。ラインセンサで取得したシートの画像の位置補正することは、そのセンサから得られるデータの構造上困難であった。よって、シートを画像取込装置に流す搬送装置においてシートの位置を厳密に制御することで、得られた画像の位置補正の処理を低減させている。なお、一般的にエリアセンサーは文字認識に有効であるが、画像の逐次処理を高速でできないため、流れるシートの検査には不向きである。

しかし、この搬送装置におけるシート位置の厳密な制御は、高速に搬送させるほどその制御が難しくなり、制御が複雑になるほど搬送装置の設備費用が高くなる。

また、分光光度計は接触式であり、ラインセンサは非接触式であるため、印刷物の色差と欠点とを同時に検査することは困難であり、別々に検査する必要がある。

特許文献１の発明は色差を監視する装置であって、原稿台に基準印刷物を置き、測定点における色を色測計で測定する。次に、被検査印刷物を原稿台に置き、基準印刷物の測定点に相当する位置の被検査印刷物の色を測定する。この両者の色の差をコンピュータで演算してＬａｂ座標系で表し、予め設定されている合否判定の基準値に照らし合わせて自動的に判別させている。

特許文献１の発明における技術的思想では、印刷物を抜き取って原稿台の上に置く作業が必要である。よってすべての印刷物を検査することは困難である。また特許文献１の色測計は、測定できる面積が固定されていることより、広い面積の色差の判定が出来ないため適用できる印刷物の種類が限られることになる。

特許文献２の発明はシート状の印刷物の色差を監視する装置であって、シート状物の長手方向の一定間隔毎に、カラーセンサで少なくとも３回以上測色を行い、Ｎ組の三刺激値を求める。そのＮ組の三刺激値のうち、最大値と最小値の２組を除く組について平均値を求めることで色差を監視している。また、シート状物面の測色を、シート状物の幅方向中央部と両端部に配置された３個のカラーセンサで連続して行い、得られた中央部とその両端部の色彩値を相互比較して中稀色差を検出している。さらに、シート状物長手方向一端部における中央部の代表色彩値を基準として、この代表色彩値と、一端部以外の中央部及び両端部の色彩値を比較してシート状物長手方向（走行方向）の色差を検出している。特許文献２の発明では、シート状物の上下振動、小さなシワ、付着物などの影響を小さくして、より高い信頼性の測色データを得ることを目的としている。

特許文献２の発明における技術的思想では、カラーセンサを複数使用するので、各カラーセンサの個体差を補正したとしても測定値にバラツキが生じ、色差監視の精度には限界があった。また、特許文献２の発明における技術的思想では、カラーセンサの種類によって測色できる面積に限度があり、汎用性の高い欠陥監視装置を提供することは困難であった。

特許文献３の発明は、カラー印刷物の自動色調判定方法の発明である。この特許文献３の発明は、目視検査員による多段階の総合評価判定結果を入力すると共に、印刷面内の複数の色領域についての色差値を測定する。そして、各色領域に対する重みを算出し、それと色差計測値とを用いて各多段階評価に対する定量値を算出する。検査時には、重要視する箇所と重要視の度合に関する情報を用いて、検査対象印刷物としての色調の評価値を算出する。その結果について、多段階評価に対する定量値に応じて定められたしきい値と比較することにより印刷物の良否を判定している。

特許文献３の発明における技術的思想では、検査員による目視による評価を入力する工程が存在する。よって、人間の検査員による目視判定に近い判定を行うことができるが、検査員による目視判定が困難な差異の色差については監視することはできない。

特許文献４の発明は、印刷物の周期性連続欠陥（欠点）検出方法及び装置の発明である。この特許文献４の発明は、シート状印刷物に連続して形成された同一の絵柄を印刷してなるフレームを分割し、分割された小面積を検査領域として、検査領域画像と基準画像とを比較し差分画像を求め、これをフィルタ処理して判別画像を求め、フレーム上に印刷された欠点を検出している。

特許文献４の発明における技術的思想では、フレーム全体を一単位の検査画像とする代わりに分割した小領域を一単位とし、分割した領域の個数分の検査を１サイクル行えば欠陥を検出するところに特徴を有する。しかしながら、特許文献４の発明は、周期性を有する連続した欠点を検出することは可能であるが、突発的に発生した欠点を検出することは困難である。

特許文献５の発明は、色差と欠点（欠陥）を監視する検査装置の発明である。特許文献５の発明は、画像欠陥の無い基準画像と判別対象の被検査画像を記憶し、基準画像を基に複数の比較画像を生成する。また、基準画像と被検査画像から検査する範囲の画像を抽出する。基準画像における検査範囲の画像を１画素毎に所定の特性に対応した情報に置換し情報画像を生成する。生成された情報画像に基づいて比較画像を決定し、その比較画像と被検査画像を比較して画素毎の相違度を求め、任意に設定したしきい値と比較することにより、被検査画像の画像欠陥を判別している。

特許文献５の発明における技術的思想では、比較画像と情報画像とを比較する手段を採用することにより、欠陥を高精度に判別している。詳しくは、エッジ強調処理した画像を画素毎に比較することにより欠陥を判別し、ＣＩＥ表色系に変換後の画像も画素毎に比較することにより色度の一致度を判別している。しかしながら、色差の監視、及び欠点の監視には問題があった。

特開平１０−３１５４３６号公報 特開平０９−０３３３５０号公報 特許３１４０２２６号公報 特開平０８−２０７２５８号公報 特開平０８―１７０９４７号公報

本発明の目的は、高速および簡易に印刷物などの色差および欠点を検査できる欠陥検査装置を提供することにある。

本発明に係る欠陥検査装置は、複数の被写体を連続して検査する欠陥検査装置であって、前記被写体を撮影し、撮影データを取得する手段と、前記被写体の色差および欠点を検出するための基準となる基準データを記憶する手段と、前記撮影データを取得する手段で撮影された複数の被写体の撮影データの平均値を算出する手段と、前記基準データと平均値とを比較する手段と、前記基準データと平均値との比較値から被写体の色差を検出する手段と、前記撮影データと基準データとを比較する手段と、前記撮影データと基準データとの比較値から被写体の欠点を検出する手段と、を備えたことを特徴とする。

前記撮影データを取得する手段は、被写体とは非接触であり、３ＣＣＤを使用したエリアセンサである。

前記算出する手段は、複数の被写体を１つずつずらしながら、それぞれの平均値を算出する。

本発明は、前記基準データを使用して、色差および欠点を検査する範囲を任意に決定する手段を含む。

本発明は、前記撮影データを取得するときの被写体の位置ずれを補正する手段を含む。

本発明は、撮影データと基準データとを比較することによって欠点を検査することができ、撮影データの移動平均によって色差を検査できる。複数の被写体の平均値と基準データとを比較することによって、ある撮影データにノイズが入ってもノイズが小さくなり、検査時の誤認が少なくなる。３ＣＣＤを使用することによって、撮影データの品質を向上させ、検査のレベルを上げる。非接触での検査であるため、従来困難であった壁紙などの色差の検査も可能である。

本発明の実施の形態に係る欠陥検査装置を図面に用いて説明する。本発明で検査する被写体の欠陥は色差および欠点である。被写体は、印刷物やタイルなどである。なお、本明細書において、符号１２は符号１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄ，１２ｅ，１２ｆ，１２ｈ，１２ｉを総括的に示す。

図１に示すように、本発明の欠陥検査装置１０は、移動中の印刷物１２を撮影するカメラ１４と、撮影データを使用して欠陥を検出するコンピュータ１６とを備える。

印刷物１２は、シールラベルなどである。図１において印刷物１２は１枚であるが、実際は印刷物１２が連続しており、各印刷物１２は矢印の方向に移動する。したがって、本発明は、印刷物１２を移動させるための手段（搬送装置）を含め、移動途中に検査をおこなう。

また、印刷物１２は連続していなく、１枚ずつカメラの前に移動させる構成であってもよい。

カメラ１４は、撮影後に印刷物１２の撮影データを得ることができる。したがって、ディジタル処理を行えるＣＣＤ（charge coupled device）を利用したカメラ（またはセンサ）であるが、特に３ＣＣＤを利用したカメラを使用する。３ＣＣＤであれば通常のＣＣＤよりも撮影データの品質がよい。また、撮影はラインではなくエリアを撮影する。すなわち、カメラはエリアセンサーであり、グラデーションなどの色の変化が激しい印刷物１２の検査に対して有効である。

欠陥検査装置１０は、一定の光源の下で撮影するために、印刷物１２への照明装置１８を備える。例えば、昼白色の光を発光するリングライトを用いる。リングライトの中心部は発光しないため、カメラ１４のレンズの中心軸とリングライトの中心点とを一致するようにして印刷物１２を撮影する。

カメラ１４とコンピュータ１６が接続され、カメラ１４で撮影された撮影データをコンピュータ１６で受信する。コンピュータ１６は、カメラ１４が撮影して得た撮影データを使用して欠陥を検出する。コンピュータ１６は、印刷物１２の色差および欠点の欠陥を検出するための基準となる基準データ（マスターデータ）を記憶する手段、欠点を検出する手段、色差を検査する手段、および、印刷物１２の位置ずれを補正する手段として機能する。

基準データや撮影データは、ＣＩＥＬ^＊ａ^＊ｂ^＊表色系を用いる。基準データは、図２から図５に示すように、各種設定をおこなうときに、モニターに画像として表示される。したがって、コンピュータには基準データを画像として表示する手段を含む。

一般にＣＣＤが取得する撮影データはＲＧＢ表色系である。しかし、ＲＧＢ表色系はモニター２０の特性に依存する。そこで、上述したように、Ｌ^＊ａ^＊ｂ^＊表色系を使用する。Ｌ^＊ａ^＊ｂ^＊表色系はモニター２０などの特性に依存しないカラーモードである。コンピュータ１６にＲＧＢ表色系からＸＹＺ表色系に変換し、さらにＬ^＊ａ^＊ｂ^＊表色系に変換する手段を設ける。変換は、表色系の分野で用いられる周知の変換式を用いる。

コンピュータ２０は、周知のコンピュータと同様に、各種データの入出力のために、キーボード、マウス、モニター２０、プリンターなどの装置を備える。これらの装置で、基準データを変更したり、撮影データの平均値を取るための印刷物１２の枚数を変更したりすることができる。

色差を検査する手段は、カメラ１４で撮影された複数の印刷物１４の撮影データの平均値を算出する手段、基準データと平均値とを比較する手段、および、基準データと平均値との比較値から印刷物１４の欠陥を検出する手段を含む。

また、色差を検査する手段は、図２に示すように、検査する範囲２８を設定する手段を含む。モニターに基準データを画像２４として表示し、検査したい範囲をマウスなどの入力装置で決定する。検査する範囲２８は、丸や矩形など任意であり、自由に大きさを変更できるように構成する。検査が必要と思われるところのみを検査するため、印刷物１２の全体を検査する場合と比較して短時間で検査できる。

色差は、複数の印刷物１２の撮影データの平均値と基準データを比較して検出する。比較は、設定された範囲のＬ^＊ａ^＊ｂ^＊表色系における基準データと平均値との差を取る、いわゆる移動平均によっておこなう。この差がある値を超えた場合に色差の欠陥と認定する。平均値を使用するのは、撮影時のノイズの影響を小さくし、ノイズによって微妙な色差の変化を発生させないためである。設定範囲ごとに色差の欠陥と認識するレベルを変更できる構成であってもよい。すなわち、検査精度を高くしなければならない範囲は、上記差を小さくする。

欠陥を検出する手段は、撮影データと基準データとを比較する手段と、撮影データと基準データとの比較値から被写体の欠点を検出する手段を含む。

また、欠点を検出する手段は、図３に示すように、検査する範囲３０を設定する手段を含む。色差と同様に、モニターに基準データを画像２４として表示して、任意に検査範囲を設定する。なお、図３においては、円や矩形の図形と同じ範囲を検査する範囲３０として設定している。

欠点は、色差とは異なり、各印刷物１２の撮影データと基準データとを比較して、欠点の欠陥を検出する。比較は、いわゆるパターンマッチングであり、両データの差分を取って差が出れば欠点と判定する。欠点と判定するための差分を変更できるようにしてもよく（レベルの変更）、欠点の欠陥と認識するレベルを設定範囲ごとに変更できる構成であってもよい。検査精度を高くしなければならない範囲は、欠陥と認定するための差分を小さくする。

色差および欠点の欠陥が検出された場合に、モニターに警告表示またはスピーカから警告音を発する手段を設ける。欠陥が検出されたことが確認できる。また、色差や欠点の検査結果を、グラフや表などで表示してもよい。

印刷物１２の位置ずれを補正する手段は、撮影範囲内で撮影された印刷物１２の位置を所定の位置に補正する手段である。図４に示すように、矩形枠の画像登録枠で画像を登録する手段と、登録された画像を検索する手段と、登録された画像と検索された画像との位置および角度の差を求める手段と、を含める。位置および角度の差が補正量となり、撮影データにおける色差および欠点を検査する範囲を補正する。従来のような印刷物１２を正確に移動させるための高価な装置は必要ない。画像登録枠３２は任意の位置と大きさにできるようにして、印刷物１２の内容によって変えられるようにする。また、画像登録枠３２の外側に画像検索枠を設け、画像検索枠内において画像登録枠３２の画像と同じ画像を検索するようにしてもよい。画像の検索が早くなる。

画像登録枠３２の数は１つではなく、２つであってもよい。２つの画像登録枠３２で画像を検索することによって、印刷物１２が１８０度回転してしまっていても、補正が可能である。

本発明は、検査しない範囲をマスク範囲として設定する手段を含めてもよい。撮影範囲よりも印刷物１２の画像２６が小さい場合に、印刷物１２以外の範囲をマスク３４として設定する。取り扱うデータ量を小さくすることができる。

図２〜図５に示した各種の設定画面は、１つの画面ですべてをおこなうようにしてもよい。

Ｌ^＊の値、ａ^＊の値、ｂ^＊の値の最大値および最小値を設定できる手段を設けてもよい。各値が、最大値および最小値からずれた場合、全く異なった印刷状態となっていることが確認できる。

さらに、コンピュータ１６は、カメラ１４から入力される撮影データのホワイトバランスを設定する手段を備えてもよい。これによって、入力される撮影データのＲＧＢの基準を設定することができる。

上述したコンピュータ１６の各手段は、コンピュータ１６に備えられたＣＰＵ、ＤＳＰ（Digital Signal Processor）、画像データの入力のための入力ボード、高速で画像データの演算をおこなう演算ボード、作業用メモリ、および、ハードディスクなどの記憶媒体に記憶されたプログラムやデータによって構成される。

欠陥の検出方法について説明する。まず、基準となる印刷物１２の撮影データをカメラ１４より取り込む。モニター２０にカメラ１４で取り込まれた画像２２を表示し、色差や欠点の検索する範囲２８，３０を設定し、この設定された範囲２８，３０の基準データが検査する基準となる。また、位置補正をおこなうための画像を設定する。さらには、検査しない範囲をマスク３４として設定する。

複数の印刷物１２を移動させながら、移動させる途中にカメラ１４で印刷物１２を撮影する。したがって、カメラ１４は複数の印刷物１２を連続して撮影することとなる。撮影された印刷物１２の撮影データは、次々とコンピュータ１６に転送される。

位置ずれを補正する手段によって、印刷物１２ごとに検査する範囲２８，３０の位置を補正する。したがって、従来であれば欠点の検査をおこなうために印刷物１２の搬送精度が高く、高価な巻き取り機を使用していたが、本発明はそのような精度と高価な装置を必要としない。

色差を検査するために、コンピュータ１６は、所定枚数の印刷物１２において、設定された領域の撮影データの平均値を算出する。１枚ずつ印刷物１２の撮影データをずらしながら、つぎつぎと上述した平均値を算出していく。例えば、図６において５枚ずつ平均値を算出するのであれば、印刷物１２ａ〜１２ｅの平均値を算出し、次に印刷物１２ｂ〜１２ｆの平均値を算出する。したがって、所定の枚数の撮影データがコンピュータに入るまでは、平均値は算出されない。コンピュータ１６は、算出された各平均値と基準データとを比較する。比較の方法は、各値の差分を取ることによっておこなう。このように複数枚の撮影データの平均値を算出することによって、ある１枚の撮影データの中にノイズが入っていてもノイズの値が小さくなり、欠陥の誤認を防ぐことができる。

また、欠点を検査するために、コンピュータ１６は、設定された領域の各撮影データと基準データとを比較する。比較の結果、所定の差分以上の値となった場合に、欠陥と判定する。

色差と欠点の検査は、コンピュータ１６内で並列的に検査をおこなう。したがって、少なくともいずれかの欠陥が検出された場合に、警告表示したり、警告音を発したりする。

本発明は、非接触で色差を検査することができ、従来とは異なり、壁紙などの凹凸のあるものも色差を検査することができる。また、非接触での欠陥検査であるため、色差と同時に欠点も検査することができ、検査の精度を上げるように互いに補完しあうことができる。基準データをコンピュータ１６のハードディスクなどに保存することによって、ディジタルデータで基準データを保存できるため、基準データの劣化がおこらない。したがって、基準となる印刷物１２の色あせなどがおこっても、正確な検査が行える。

次に、異なる被写体を連続して検査するための方法について説明する。被写体としてはタイルであり、特にＰタイルである。タイルは、原料を混ぜながら作るため、全く同一の模様のタイルはできない。また、原料の濃度によって色の濃いところや薄いところなどができる。タイルを床に張りつめたときに、色の濃度が異なるタイルがあると顧客からクレームが発生する。したがって、タイルの模様が異なっても、タイルの色の濃度は一定にする必要がある。

この場合、上述した実施形態と同様の装置で欠陥を検査すると、すべて異なる模様になっているため、すべて欠陥と判定されてしまう。したがって、コンピュータ１６には、検査するために設定された範囲の色のヒストグラム計算をおこない、検査する手段を設ける。基準データも所定範囲の色のヒストグラムである。撮影データのヒストグラムの値と基準データのヒストグラムの値とを比較することによって、所望の色の濃淡の差がわかり、色差と同じように検査することができる。比較する撮影データのヒストグラムは、上述した実施形態と同様に、複数のヒストグラムの平均値である。

上述した実施形態と同様の方法で、被写体であるタイルを連続して撮影する。撮影データは、コンピュータに送られ、所定領域のヒストグラム計算をおこなう。複数のヒストグラムの平均値を基準データのヒストグラムの値とを比較し、異なる場合であれば、欠陥として認識する。

また、所望の色を検査者が設定する以外に、ＲＧＢすべてのヒストグラムを計算して、一番多い色のヒストグラムの値を用いて検査する構成であってもよい。

上述した実施形態では、印刷物１２やタイルが移動するときに検査をおこなったが、他の方法で検査をおこなってもよい。印刷物１２やタイルを配置する台を設け、手作業やロボットアームによって、その台に置かれた印刷物１２やタイルを検査する。

コンピュータに、撮影データのＬ^＊の値、ａ^＊の値、ｂ^＊の値をグラフで表示する手段を設けてもよい。図７に示すように、Ｌ^＊軸３６、ａ^＊軸３８、ｂ^＊軸４０を用いて、基準データと撮影データとの差を認識することができ、初心者の色彩教育に利用できる。

以上、本発明について説明したが、本発明はその趣旨を逸脱しない範囲で当業者の知識に基づき種々なる改良、修正、変形を加えた態様で実施できるものである。

本発明の欠陥検査装置の構成を示す図である。 色差を検査する範囲を設定するための画面である。 欠点を検査する範囲を設定するための画面である。 位置補正を設定するための画面である。 検査をおこなわない範囲であるマスクを設定するための画面である。 印刷物の流れを示す図である。 画像データのＬ^＊の値、ａ^＊の値、ｂ^＊の値をグラフで表示した図である。

符号の説明

１０：欠陥検査装置
１２：印刷物（被写体）
１４：カメラ（撮影装置）
１６：コンピュータ
１８：照明装置
２０：モニター

Claims (5)

1. 複数の被写体を連続して検査する欠陥検査装置であって、
   前記被写体を撮影し、撮影データを取得する手段と、
   前記被写体の色差および欠点を検出するための基準となる基準データを記憶する手段と、
   前記撮影データを取得する手段で撮影された複数の被写体の撮影データの平均値を算出する手段と、
   前記基準データと平均値とを比較する手段と、
   前記基準データと平均値との比較値から被写体の色差を検出する手段と、
   前記撮影データと基準データとを比較する手段と、
   前記撮影データと基準データとの比較値から被写体の欠点を検出する手段と、
   を備えた欠陥検査装置。
2. 前記撮影データを取得する手段が、被写体とは非接触であり、３ＣＣＤを使用したエリアセンサである請求項１に記載の欠陥検査装置。
3. 前記算出する手段が、複数の被写体を１つずつずらしながら、それぞれの平均値を算出する請求項１または２に記載の欠陥検査装置。
4. 前記基準データを使用して、色差および欠点を検査する範囲を任意に決定する手段を含む請求項１乃至３に記載の欠陥検査装置。
5. 前記撮影データを取得するときの被写体の位置ずれを補正する手段を含む請求項１乃至４に記載の欠陥検査装置。

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