JP2012027810A

JP2012027810A - 機能性検査装置

Info

Publication number: JP2012027810A
Application number: JP2010167823A
Authority: JP
Inventors: Yoshinori Ota; 喜則太田; Yuichiro Suzuki; 雄一郎鈴木
Original assignee: National Printing Bureau
Current assignee: National Printing Bureau
Priority date: 2010-07-27
Filing date: 2010-07-27
Publication date: 2012-02-09

Abstract

【課題】本発明は、高速用紙搬送を前提とした印刷物の検査方法又は品質管理の方法に関するものであり、特に可視光以外の波長で発光する印刷物の製造工程において、形状検査及び強度管理等をするための機上検査装置とその検査方法に関する。
【解決手段】本発明は、高速搬送された用紙上に付与された機能性要素を精度良く入力する画像入力部と、入力された入力画像を基準画像と比較判定して機能性要素を検査する検査部からなる機能性検査装置である。
【選択図】図３

Description

本発明は、高速用紙搬送を前提とした印刷物の検査方法又は品質管理の方法に関するものであり、可視光以外の波長で励起し、発光する印刷物の製造工程において、形状検査及び強度管理等をするための機上用機能性検査装置とその検査方法に関する。

銀行券、旅券、有価証券等の貴重印刷物には、偽造や改ざんをされにくいことが要求される。これら偽造、改ざんへの防止対策としては、赤外線透過吸収特性や蛍光発光特性を印刷物の一部に備えて、ブラックライトのような判別器具を使用して真偽判別をする等の対策がとられることもある。これらの真偽判別用の特殊な特性は、インキ材料に混入した材料の特性によるところが大きく、これらは機能性材料と呼ばれる。

ところで、これら貴重印刷物の製造工程においては、印刷という手段によって特殊な機能性材料を混合した印刷インキを印刷物の基材に付与するのであるが、インキの転移量による機能性の特性のばらつき、多色刷り印刷における刷色位置ずれ、いわゆる見当ずれ等により、機能性の位置があばれる等の現象がある。そのため、製造工程においては、サンプリングによる目視検査や、判別器具を用いた点検などによって、機能性の品質管理を行うことが通例である。

サンプリング検査では、蛍光発光印刷物に対してブラックライト等の簡易的な光源を用いて励起光を照射し、蛍光状態を目視で確認している。また、蛍光検出用のポイントセンサを具備した装置により、蛍光発光印刷物の一部から１次元データを取得し、そのデータを波形処理することで正損判定が行われている。

また、すべての貴重印刷物の機能性を検査し、製品として保証しようとするとき、全数検査が行われることがあるが、この全数検査においては、検査時間を最小にしようとするために印刷用紙を高速搬送しながら検査する方法が採られることが多く、このような場合では、ポイントセンサを用いて機能性印刷要素を検知し、その検知波形を信号処理することによって、機能性印刷要素の付与状態を強度として捉え、それによって印刷物の品質管理を行うという正損判定を行うこともある。一方、ＣＣＤセンサカメラを用いた二次元画像による機能性印刷要素の有無検査というものも行われている。この方法の検査によれば、機能性を付与した機能性印刷要素の形状及び面積が所望の基準を満たしているか否かが判り、より精密な品質管理が行えるのである。装置の中でも、ポイントセンサではなく、二次元画像を取り込んで基準画像を比較判定するような検査では、二次元画像入力用のカメラの受光感度や印刷物を照明するランプの照度が画像検出に適した照度として得られないため、機能性印刷要素の形状検査や強度管理は行えずに、それら要素の有無の判定だけに終わってしまっている場合もあった。

さらに、検査対象印刷物が貴重印刷物である場合、対象印刷物の印刷面を大判用紙に縦横に複数配列して構成し、一度に大量の印刷を行うことが一般的である。この場合小切れ面を検査するのと大判を検査するのでは、検査の難易度が異なる。例えば、小切れ面の検査では、撮像範囲が狭く、カメラとの距離が短くて済むため、明るい画像をカメラに入力することが容易である。一方、大判の検査では、撮像範囲が広く、カメラとの距離を長くする必要があるため、明るい画像をカメラに入力することが難しいという課題があった。

また、蛍光印刷以外の部分は、励起光がないため、黒化した画像となり、蛍光印刷以外の一般的な印刷模様を同時に検出することができないため、蛍光印刷と通常の印刷の相対的な位置関係を検出することができず、蛍光印刷と、通常印刷の模様が版ずれして印刷された場合であっても、この印刷不良を検出できないという問題があった。

その一例として、一定の印刷監視位置で、継続して走行する印刷物の印刷面に紫外光を照射し、あるタイミングでビデオカメラにより撮影を行い、上記紫外光の照射によって可視光を生じた印刷面の映像信号を得、上記タイミングとしては、印刷物の一定の印刷単位の印刷面が印刷監視位置を通過する際であって、サンプリングした上記映像信号を記憶手段に保持し、保持された映像信号をモニタ用ディスプレイ装置に入力して映像化し、得られた静止画像を目視することによって、視覚では認識困難な不可視印刷物を監視する方法が開示されている（例えば、特許文献１参照）。

また、蛍光材料で形成された複数のバーコードや二次元コード等のコードを、１回の読み取り操作で読み取ることのできるコードリーダを提供することを目的とする画像識別装置が開示されている。真偽判定には、あらかじめ登録されている各種蛍光材料の蛍光輝度比（Ｄ２／Ｄ１）の値と比較し、その結果として合致する蛍光材料があれば、蛍光材料名を出力し、なければ該当材料なしを出力する。この機能によれば、コードの形状のみを模した偽印刷物等の真偽判定が可能になる（例えば、特許文献２参照）。

また、印刷不良を検査する方法としては、紙葉類の読取面に紫外線と可視光線を照射し、蛍光材の励起発光された蛍光画像データを検知する蛍光検知手段と、紙葉類の通常印刷からの反射光による可視画像データを検知する可視光検知手段とを備え、蛍光検知手段と可視光検知手段により紙葉類の同一箇所を読み取って記憶し、記憶された蛍光画像データと可視画像データから蛍光印刷のずれを検査することを特徴とする印刷品質検査装置が開示されている（例えば、特許文献３参照）。

特開平４−２４７４５７号公報特開２００７−３２３２００号公報特開２００９−４７５６８号公報

しかしながら、先行技術文献においては、高速用紙搬送を前提とした、蛍光発光印刷物の検査で、かつ、機能性要素の形状及び蛍光強度の検査についての記載は無く、被検査対象の機能性要素を含む印刷面の二次元画像を撮像し、基準画像と比較判定するような検査において、これまでは高速搬送による印刷面の照度不足から、欠陥検出に適した十分な明るい画像が得られないため、機能性印刷要素の形状検査や強度管理は行えずに、それら要素の有無の判定のみの検査であるという問題があった。

本発明は、前述の目的を達成するためのものであり、高速搬送された用紙上に付与された機能性要素を精度良く入力する画像入力部と、入力された入力画像を基準画像と比較判定して機能性要素を検査する検査部からなる機能性検査装置である。

本発明は、蛍光インキにより印刷されている印刷物を毎秒２ｍ以上の高速搬送中に検査を行う検査装置であって、照射距離２０ｍｍにおける紫外線照度が１５ｍＷ／ｃｍ^２以上の紫外線を照射し、蛍光インキ中の蛍光材料を励起する励起光照射部と、励起光照射部により励起された印刷物の印刷面の蛍光を受光し、二次元画像として取り込む画像入力部と、蛍光インキにより正規に印刷された印刷物に、励起光照射部によって励起された印刷面からの蛍光を受光して得た二次元画像から作成した基準画像と、基準画像又は入力画像にマスク処理を行うことにより作成されたマスク画像と、基準画像の各画素の輝度から設定した閾値をあらかじめ記憶しておき、画像入力部により取り込まれた品質検査対象印刷物の二次元画像の各画素の輝度と、あらかじめ記憶した基準画像の各画素の輝度の差を示す差分画像を作成し、差分画像をあらかじめ記憶したマスク画像によりマスク処理を行い、マスク処理後の差分画像の輝度があらかじめ記憶した閾値との比較により判定する画像処理部を少なくとも有することを特徴とする機能性検査装置である。

本発明は、画像入力部が、４００ＤＮ（ｎＪ／ｃｍ^２）以上の感度を有することを特徴とする機能性検査装置である。

本発明は、励起光照射部は、ＬＥＤであり、画像入力部は、ＣＣＤラインセンサカメラ又はＣＣＤエリアセンサカメラであることを特徴とする機能性検査装置である。

高感度な画像入力機器及び高輝度な照明装置等を組み合わせることで、高精細な二次元画像が入力可能となり、従来では実現できなかった高速搬送下での高精度な蛍光発光印刷物の形状について全数検査が可能になるとともに、信頼性の高い蛍光強度の検査が可能となる。そのことから機能性要素を含む貴重印刷物に対して高い水準の品質検査が可能となる。

本発明の機能性検査装置の一例を示すブロック図。本発明の機能性検査装置の処理を示す流れ図。機能性検査装置Ａ１の一例を示す概略図機能性検査装置Ａ１の動作を示す概略図機能性検査装置Ａ１が入力した蛍光画像のラインプロファイル。比較例の検査装置が入力した蛍光画像のラインプロファイル。

本発明の実施形態について図面を用いて説明する。しかしながら、本発明は以下に述べる実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載される技術的思想の範囲内であれば、その他いろいろな形態が実施可能である。

図１は、本発明の機能性検査装置の一例を示すブロック図である。本発明の機能性検査装置は、印刷物に光を照射する励起光照射部（１）と、蛍光画像を入力する画像入力部（２）と、入力した蛍光画像と、あらかじめ記録した蛍光画像の基準画像とを比較し、あらかじめ設定した閾値以内であるか否かの良否判定を行う画像処理部（３）と、判定結果と検査対象物の蛍光画像をモニタ等に出力する出力部（４）から成る。

励起光照射部（１）は、蛍光インキに含まれている発光体を励起する紫外線を照射する。励起光照射部（１）の光源は、印刷物の作製に使用された蛍光インキを励起することができる紫外線照射量が、被検査対象からの距離２０ｍｍにおいて１５ｍＷ／ｃｍ^２程度の少なくとも一つの光源あれば特に限定されず、ＵＶ−ＬＥＤ、紫外線ランプ、水銀キセノンランプ等を使用することができる。１５ｍＷ／ｃｍ^２以下では、蛍光強度が低くなり、良好な検出ができないからである。なお、励起光照射部には、シリンドリカルレンズ、ロッドレンズ、反射鏡等の集光器を設けることもできる。印刷物に対し、効率よく励起光を照射するためである。

画像入力部（２）は、前述した励起光照射部の紫外線により励起された印刷物の印刷面から発光した蛍光画像を入力する。画像入力部（２）の感度は、紫外線照射量が１５ｍＷ／ｃｍ^２程度の場合に、４００ＤＮ（ｎＪ／ｃｍ^２）程度の感度を有すれば特に限定されず、ＣＣＤラインセンサカメラ又はＣＣＤエリアセンサカメラを使用することができる。感度が４００ＤＮ（ｎＪ／ｃｍ^２）以下では、搬送速度が２ｍ／ｓｅｃ以上の蛍光画像を検出することが困難だからである。なお、画像入力部の感度は、紫外線照射量により影響されるため、高い紫外線照射量の光源を使用した場合は、現時点よりも低い４００ＤＮ（ｎＪ／ｃｍ^２）以下の感度でも検出することができる。よって、画像入力部（２）の感度は、励起光照射部の紫外線照射量に応じて、適宜設定することができる。また、画像入力部（２）には、印刷物の蛍光特性に適した光学フィルタを備えることが望ましい。前述した励起光照射部の照射光を除去し、印刷物の蛍光のみを適切に検出するためである。

画像処理部（３）は、演算部（３ａ）と記憶部（３ｂ）、判定部（３ｃ）から成る。演算部（３ａ）は、画像入力部（２）により蛍光画像を入力する。記憶部（３ｂ）は、蛍光インキにより正規に印刷された印刷物の蛍光画像を基準画像としてあらかじめ記録し、演算部（３ａ）により演算処理された蛍光画像を記録する。また、演算部（３ａ）は、基準画像の各画素の輝度値により閾値をあらかじめ設定して記録する。さらに、演算部（３ａ）は、基準画像又は入力画像にマスク処理（膨張及び収縮処理）を行い、検査対象印刷物の蛍光画像の誤判別を防止するためのマスク画像を作成し、記憶部（３ｂ）にあらかじめ記録する。判定部（３ｃ）は、検査対象蛍光画像と、基準画像の各画素の輝度の差を示す差分画像を作成し、差分画像に対してマスク画像によるマスク処理を行う。次に、判定部（３ｃ）は、マスク処理を行った検査対象蛍光画像の各画素の輝度値と、あらかじめ記憶部（３ｂ）に記憶した閾値と比較し、あらかじめ設定した閾値以内であるか否かの良否を判定する。なお、良否の判定を行う手段としては、各種フィルタ処理、特徴点抽出及びパターンマッチング等の公知の画像処理手段を使用する。

出力部（４）は、コンピュータ等が用いられ、画像処理部（３）の判定結果と検査対象物の蛍光画像をモニタ等に出力する。制御部（Ｈ）は、励起光照射部、画像入力部、画像処理部、出力部のそれぞれの制御を行う。

次に、一例として、本発明の機能性検査装置の動作について説明する。

（基準画像の作成）
図２は、前述した機能性検査装置を用いて実行される動作例の一例を示す。図２（ａ）に示すように、蛍光画像入力手段（Ｓ１）においては、励起光照射部により印刷物に紫外線を照射し、印刷物の蛍光インキに含まれている発光体を励起させて蛍光画像を入力する。なお、蛍光画像の入力は、複数の印刷物からＮ個（Ｎは、５０以上の整数）の蛍光画像を入力する。基準画像作成手段（Ｓ２）においては、入力されたＮ個の蛍光画像を画像処理部の演算部によって、Ｎ個の蛍光画像データの各画素ごとに輝度値を加算し、当該輝度積分値から輝度平均値を算出して基準画像を作成してあらかじめ記憶する。なお、５０以上としたのは、蛍光画像の輝度を平均させて、安定した検出を行うためである。

（マスク画像の作成）
次に、マスク画像作成手段（Ｓ３）は、画像処理部の演算部によって、作成した基準画像又は入力画像を、膨張及び収縮処理等の画像処理を行うことにより輪郭線を強調し、蛍光画像の形状に合ったマスク画像を作成してあらかじめ記憶する。検査対象印刷物の蛍光画像の発光による蛍光画像の輪郭の周囲に光が回り込むことを防止し、欠陥信号として誤判別することを防止するためである。

（検査対象物の判定）
図２（ｂ）に示すように、検査対象蛍光画像入力手段（Ｓ４）においては、励起光照射部において検査対象印刷物に紫外線を照射し、画像入力部により蛍光画像を入力する。差分画像作成手段（Ｓ５）は、入力された検査対象蛍光画像は、画像処理部の演算部によって、検査対象蛍光画像と、基準画像の各画素の輝度の差を示す差分画像を作成する。差分画像と閾値の比較手段（Ｓ６）は、画像処理部の判定部によって、作成した差分画像に対してマスク画像によりマスク処理を行い、あらかじめ記録した閾値と差分画像の画素の輝度値を比較し、閾値より小さいときは異常なし、閾値より大きいときは異常ありと判定する。

図３（ａ）は、機能性検査装置Ａ１の一例を示す概略図である。機能性検査装置Ａ１の励起光照射部（１’）は、紫外線照度２０ｍＷ／ｃｍ^２（被検査対象からの距離２０ｍｍでの測定値）のＵＶ−ＬＥＤ（ライン型）照明（波長３６５ｎｍ）を二つ使用し、照射距離５０ｍｍの位置に設置した。また、ＵＶ−ＬＥＤ（ライン型）照明と搬送ドラム（５）の間には、シリンドリカルレンズ（図示せず。）を用いた集光器を設置して、搬送ドラム（５）の回転軸方向に沿うライン状に照射光が品質検査対象印刷物に集光するようにした。画像入力部（２’）には、フィルタ（２’ａ）として照射光により励起された蛍光の波長のみ通過させる金属蒸着型広帯域バンドパスフィルタを備えた１０２４画素のＣＣＤラインセンサカメラ（２’ｂ）（感度：４０８ＤＮ（ｎＪ／ｃｍ^２））を使用した。なお、ＣＣＤラインセンサカメラ（２’ｂ）は、品質検査対象印刷物から２４０ｍｍの距離に設置し、検査に必要な解像度を得るためカメラのラインレートを２９.４ｋＨｚに設定した。また、画像処理部（３’）では、画像入力部（２’）で入力された蛍光画像のラインプロファイルを形成することとした。出力部（４’）では、コンピュータによって、画像処理部（３’）の判定結果と検査対象物の蛍光画像をモニタに出力することとした。

図３（ｂ）は、本実施例における品質検査対象印刷物（６）の概略図であり、紫外線により蛍光発光するインキより印刷された印刷画像（７）を有している。

図４に示すように、搬送ドラム（５）が、毎秒３.５ｍの高速で用紙を搬送しながら、搬送ドラム上に品質検査対象印刷物（６）があるとき、励起光照射部（１’）により品質検査対象印刷物（６）に紫外線（Ｒ）を照射し、画像入力部（２’）により蛍光発光（Ｔ）した品質検査対象印刷物（６）の蛍光画像を入力した。

図５は、入力した蛍光画像のラインプロファイルである。縦軸は、画素値（発光強度）であり、横軸は、印刷物上の位置（座標）を示している。図５に示すように、画素値（発光強度）の範囲は、４０〜２２０と広い範囲で検出することができた。また、画素値（発光強度）のピーク値は、１５０〜１７０と高輝度であるためＳ／Ｎ比が大きく、精度の良い検出が可能であった。

次に、本実施例の機能性検査装置Ａ１において５０枚の正規な印刷物を搬送し、画像入力部により５０個の蛍光画像を入力し、画像処理部によって、５０個の蛍光画像データの各画素ごとに輝度値を加算し、当該輝度積分値から輝度平均値を算出して基準画像を作成した。基準画像の作成後、品質検査対象印刷物を当該検査装置に搬送させて蛍光画像を入力したところ、閾値より小さいときは良品と判定し、閾値より大きいときは不良品として判定することができた。

（比較例）

次に、比較例として、機能性検査装置Ａ１の照射部を従来使用されている紫外線照度が１／６程度の低い照射装置と、画像入力部を感度が１／３程度低いＣＣＤラインセンサカメラに置換えた場合における蛍光発光のピーク値の測定結果について説明する。なお、前述した機能性検査装置Ａ１と同様な構成については説明を省略し、異なる部分のみ説明するものとする。

照射部には、紫外線照度３ｍＷ／ｃｍ^２（被検査対象からの距離２０ｍｍでの測定値）のＵＶ−ＬＥＤ（ライン型）照明（波長３６５ｎｍ）を使用し、照射距離５０ｍｍの位置に設置した。画像入力部には、フィルタとして照射光により励起された蛍光の波長のみ通過し、紫外線を遮光する光学フィルタを備えた１０２４画素のＣＣＤラインセンサカメラ（感度：１３６ＤＮ（ｎＪ／ｃｍ^２））を使用した。

図６は、比較例の入力した蛍光画像のラインプロファイルである。比較例における画素値（発光強度）の範囲は、３０から６０であり、画素値（発光強度）のピーク値は、３０から４０と低く、Ｓ／Ｎ比が小さいため、精度の良い検出が困難であった。

Ａ１機能性検査装置
１、１’ 励起光照射部
２、２’ 画像入力部
３、３’ 画像処理部
４、４’ 出力部
５搬送ドラム
６品質検査対象印刷物
７印刷画像
Ｒ紫外線
Ｔ蛍光発光

Claims

蛍光インキにより印刷されている印刷物を毎秒２ｍ以上の高速搬送中に検査を行う検査装置であって、
照射距離２０ｍｍにおける紫外線照度が１５ｍＷ／ｃｍ^２以上の紫外線を照射し、前記蛍光インキ中の蛍光材料を励起する励起光照射部と、
前記励起光照射部により励起された前記印刷物の印刷面の蛍光を受光し、二次元画像として取り込む画像入力部と、
前記蛍光インキにより印刷された前記印刷物に、前記励起光照射部によって励起された印刷面からの蛍光を受光して得た二次元画像から作成した基準画像と、前記基準画像又は入力画像に画像処理を行うことにより作成されたマスク画像と、前記基準画像の各画素の輝度から設定した閾値をあらかじめ記憶しておき、前記画像入力部により取り込まれた品質検査対象印刷物の二次元画像の各画素の輝度と、あらかじめ記憶した前記基準画像の各画素の輝度の差を示す差分画像を作成し、前記差分画像をあらかじめ記憶した前記マスク画像によりマスク処理を行い、マスク処理後の前記差分画像の輝度があらかじめ記憶した前記閾値との比較により判定する画像処理部を有することを特徴とする機能性検査装置。
前記画像入力部が、４００ＤＮ（ｎＪ／ｃｍ^２）以上の感度を有することを特徴とする請求項１記載の機能性検査装置
前記励起光照射部は、ＬＥＤであり、前記画像入力部は、ＣＣＤラインセンサカメラ又はＣＣＤエリアセンサカメラであることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の機能性検査装置。