JP2012251983A - ラップフィルム皺検査方法及び装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ラップフィルム等の透明あるいは半透明のフィルムをロール状に小巻にしたフィルム・ロールの内部に発生する巻皺を検査する。
【解決手段】搬送コンベアに保持されたラップフィルム等が小巻されたフィルム・ロールを一定速度で搬送する過程で、ラインセンサにより画像を撮像する構成とし、入射した光がフィルム・ロールの内部で発生した巻皺等によって拡散され、正常であれば暗くなっているはずの部分が皺の影響により明るく映っていないか判断する。対象となる検査領域は、入射光がフィルム・ロールの表面で正反射している輝線の部分ではなく、そこから数画素離れた、隣接する暗くなっている領域に設定する。この領域に通常より明るい画素があれば、それは巻皺の存在を示している可能性があるので、予め設定された閾値と比較し、その画素数の総計がある基準を上回ると、巻皺があると判定し、該フィルム・ロールを不良品とする。
【選択図】図３

Description

本発明は、ラップフィルムのような透明フィルムをロール状に小巻する工程において発生する皺不良を検出する方法及び装置に関し、特に不良とは見なされないロール表面の巻き終わり皺や巻芯自体の継ぎ目、巻き始め皺等の撹乱要因を排除し、巻き取られたフィルムのロール内部に発生する巻皺のみを検出し、高速かつ正確に不良を判定できるラップフィルム皺検査方法及び装置に関する。

ラップフィルムなどは、シート状のフィルムを巻芯（紙筒）に巻き取り、ロールにして出荷される。その巻き取り工程において、フィルムの弛みなどに起因して皺が発生し、その皺がそのまま巻き取られてしまう場合がありうる。このようなフィルム・ロールは商品としての基準を満たさないものであり、検査工程においてこのような不良品を検出し、排除することが求められる。一方、ロールの巻き始め及び巻き終わりでは製造装置の動作が定常状態にないため、やはり皺が発生し易いが、これらは例え発生したとしても不良とは見なされない。また、紙筒である巻芯には、その製造上継ぎ目があり、また表面には仄かな紋様が付いていて、透明フィルムのロールの場合透けて見えてしまう場合があるが、当然これらも不良ではない。従って、フィルム・ロール出荷前検査では、巻き始めあるいは巻き終わり皺や巻芯の紋様に惑わされることなく、ロール内部の皺のみを的確に検出して不良を判定する必要がある。

さらに、巻皺の発生は連続するという保証がないので、抜き取りによる出荷前の検査では、不良品を流出させてしまう恐れがある。すなわち、製品の全数検査は必須であり、製造設備のタクトタイムに見合う、高速な検査装置が要求される。

従来、上記のようなフィルム・ロール内部に発生した巻皺を検査する方法に関し、例えば下記特許文献１に開示されているものがある。これは、撮像装置にラインセンサを用い、指向性を有する照明をラインセンサにほぼ対向する位置から角度をもって入射させるようにしている。撮像時には、フィルム・ロールはマテリアル・ハンドリング装置によって１本づつ取り上げられ、ラインセンサの下にチャッキングされ、フィルム・ロールを回転させて全周の画像を撮り込む。フィルム・ロールに入射した上記照明光は、何もなければロール内をすり抜けて射出して行ってしまうが、もし光路上に皺があるとそれによって拡散され、その拡散光はラインセンサへと向かう（暗視野照明）。但し、このような撮像系において明点として映し出される対象は皺による拡散光とは限らないため、撮像された画像の後処理としてブロブ解析を行い、明点群の特徴量の組み合わせから皺と見做せるかどうか判定している。

特許文献２及び３には別の方法も記載されている。この２つの技術における光学系は共通しており、やはりラインセンサである撮像装置に対してほぼその光軸上に光を反射させる照明を備え、反射光を直接観察する構成（明視野照明）となっている。フィルム・ロールを回転させながら、全周の画像を取り込む過程は特許文献１と同様である。特許文献３が特許文献２と異なるのは、撮像された画像からフィルム・ロールの表面に発生する縦皺を検出・判定するという検査対象に関する部分で、この検査対象は本発明が対象としている不良内容に近いものである。この技術は画像処理に特徴があり、良品では縦皺と横皺の数がほぼ同等であるのに対し不良品では縦皺の方が多くなるという傾向に着目し、２次元高速フーリエ変換処理を用いて、そのパワースペクトルの分布から不良を判定するようにしている。

特開平９−１３３６３８号公報 特開２００１−４１７２６号公報 特開２００１−４１７２７号公報

しかしながら、まず上述の特許文献１の技術では、皺の部分のコントラストを背景から高め確実に検出するためには、照明の指向性を高める必要がある。ところが、指向性を高めると照明を入射させる入射角の選定が甚だ厄介であり、ロール内の皺が存在する深さに応じて入射角を調整する必要が発生し、最適な位置を選定することが困難であるという問題が発生する。また、ブロブ解析により本来の欠陥である皺とその他の偽欠陥を分離するという判定方法に関しても、有効に分離できる特徴量を検討・選別し、それぞれのパラメータ範囲を定めるのは非常に煩雑であり、時に専門的な知識を必要とする。また、検査の対象となるフィルム・ロールのサイズや材質が変わる度に、あるいは、光学系の経時変化に伴って、それらの特徴量の再検討やそのパラメータ範囲を調整し直す必要が生じ、運用上の手間が大きな負担となる。

さらに、画像を撮像するために、ラインを流れるフィルム・ロールを１本１本掴み上げ、チャックで固定し、回転させながら画像を取り込み、そしてもう一度ラインへ戻さなくてなならない。このような工程は、複雑なマテリアル・ハンドリング装置を伴い、時間的にも不利であり、ラインのタクトに大きな影響を与える。

特許文献３の技術では、フィルム・ロールに照射された反射光を直接観察するために、表面に発生した皺は検出できても、ロールの内部に発生する皺を検出するのは困難であるという欠点がある。さらに、皺の判定に２次元高速フーリエ変換を採用するのは、周期性のある皺の特性を鑑みて適切とは考えられるが、単純な輝度解析やブロブ解析に比べて処理が複雑で、計算に時間が掛かるという難点がある。また、詳細は記載されていないが、フィルム・ロールを回転させながら全周の画像を撮像するということは、マテリアル・ハンドリングが複雑かつ時間を浪費する過程となるのを避けられないのは、特許文献１の技術と同様である。

本発明の目的は、上記のような課題を解決し、簡素な光学系及び撮像工程を採用しながらもラップフィルムが巻き取られたロールの内部にある皺を確実に捉える画像を撮像でき、さらに、単純な画像処理を施すことで高速性を確保しながらも精度の高い皺判定を実現する、ラップフィルムの検査方法及び装置を提供することにある。

上記のような課題を解決するため、本発明では、まず搬送コンベアに保持されたラップフィルム等が小巻されたフィルム・ロールを一定速度で搬送する過程で、ラインセンサにより画像を撮像する構成とした。こうすることで、マテリアル・ハンドリング装置を用いて生産ラインからフィルム・ロールを掴み上げ、チャックで固定し、回転させながら撮像するという、複雑かつ時間の掛かる作業が不要となる。

さらに、ラインセンサと線状の照明をフィルム・ロールの長手と平行になるように搬送ラインの上方に設置し、照明から発せられた照射光がフィルム・ロールによって反射され、特にその主光軸上の反射光がラインセンサのレンズに入射するようにした。このように構成され固定された光学系の下をフィルム・ロールが通過していくので、撮像されたフィルム・ロール画像上の位置によって、入射光の入射角が相対的に変動していることになる。この性質を利用すると、適切な検査領域を設定することで、所望の入射角度を持った入射光による検査が可能となる。例えば、フィルム・ロール表面で直接正反射した光がラインセンサのレンズに入射している部分は、撮像された画像上では非常に明るい輝線となって現れる。一方、画像のその他の部分暗いのは、入射角がずれて、入射光がラインセンサとは別の方向へ反射あるいは屈折して行っているためである。本発明は、入射した光がフィルム・ロールの内部で発生した巻皺等によって拡散され、その結果一部がラインセンサに届くのを検出しようと意図しており、上記のように正常であれば暗くなっているはずの部分が皺の影響により明るく映っていないか判断する。従って、対象となる検査領域は、入射光がフィルム・ロールの表面で正反射している輝線の部分ではなく、そこから数画素離れた、隣接する暗くなっている領域に設定する。この領域に通常より明るい画素があれば、それは巻皺の存在を示している可能性があるので、予め設定された閾値と比較し、その閾値を超える画素数をカウントする。その画素数の総計がある基準を上回ると、巻皺があると判定し、該フィルム・ロールを不良品とする。

なお、検査対象領域で画素が明るいかどうかを判断する際、考慮すべき画像の特性が幾つかある。例えば、巻皺はフィルム・ロール全体に渡って発生しているとは限らず、その一部だけかもしれない。不良と見做される巻皺以外にも、製造上不可避な細かな皺やその他のノイズが含まれているかもしれない。照明の不均一性や周囲からの迷光によって、また巻芯の継ぎ目・模様などの影響で、暗い部分の平均輝度レベルが場所によって変動しているかもしれない。良否判定の精度や再現性を向上させるには、このような要因を取り除く必要がある。

そのため、画像処理の対象をフィルム・ロールの全体画像とするのではなく、全体を複数のセクションに分けてから、個別に処理するのが望ましい。こうすることで、局所的に発生した不良に対して検出感度を上げられるのみならず、変動する背景の情報をより的確に把握することが出来る。良否判定は、セクション毎に輝度の高い画素の数をカウントして指標を生成し、その指標を集計して良否を判定する。

さらに、上記した検査対象領域を設定する過程は、セクション毎に、まずフィルム・ロールの長軸に沿って帯状に現れる直接正反射による輝線の中心線を求め、その中心線から所定の距離離れて平行する線状領域を検査対象領域とする処理が望ましい。こうすることで、素早く正反射領域を避けて検査対象領域を設定できると共に、フィルム・ロールの表面が畝っている等の原因で輝線が畝っている場合でも、その影響を軽減できる。

また、拡散反射光により輝度が高くなっている画素を閾値との比較でカウントするにあたり、まず背景レベルの趨勢的な輝度を算出し、元画像からこの背景レベルを差し引いた差分を、閾値と比較するようにするのが望ましい。特に、簡便かつ高速に背景レベルの輝度を導出する方法として、元の画像を横に所定の画素数シフトさせた画像を用い、その画像とシフト前の元画像との間で差分を求めるようにしてもよい。こうすることで、背景レベルの変動を相殺する事ができ、閾値の設定で絶対値レベルの変動マージンを考慮する必要が無くなり、よりロバストな判定が可能となる。

以下、本発明の一実施形態について、図面を参照しながら説明する。図１は本発明の撮像系の構成を示している。生産ラインの搬送コンベア３の上方にラインセンサ１と照明２が下向きにフィルム・ロール４の長軸方向に平行に設置され、下方を流れるラップフィルム等のフィルム・ロール４を走査し、撮像する。照明２は、ＬＥＤ照明などの光源で、フィルム・ロール４と同等かそれ以上の長さの直線状射出口を持つものを使用し、その光軸はフィルム・ロール４上で反射した光線が直接ラインセンサ１のレンズに向かうよう角度が調節される。搬送コンベア３上には搬送方向とは直交する方向にＶ字溝が刻まれており、フィルム・ロール４はその溝に納まって安定した静止状態でラインセンサ１下を通過する。ラインセンサ１のライン方向はフィルム・ロール４の長軸方向と正確に一致するように設置・調整されており、近接センサーによる検出やエンコーダ・パルス・カウント等によりフィルム・ロール４がラインセンサ１の直下に達したことを検知すると、ラインセンサ１は走査を開始し、フィルム・ロール４が通り過ぎるまでそれを継続し、フィルム・ロール４全体を捉えた二次元画像を撮像する。この画像は、図示されない画像処理装置へと伝送され、画像処理及び不良判定を実行するソフトウェアに供給される。

図２（ａ）に、上記のように構成された撮像系によって撮像されたフィルム・ロールの画像の例を示す。横に細長い画像となっているが、これは、ラインセンサ１のスキャン・レートと送りピッチ（搬送速度）によって定まる画像縦（Ｙ）方向の解像度と、ラインセンサ１に内蔵されるＣＣＤ等のラインセンサの横方向画素ピッチと光学的倍率によって定まる横方向（Ｘ）解像度とを合わせていないため、横方向に伸びた画像となってしまっているからである。本発明において捉えようとしている巻皺は、主に画面縦方向に走る白い筋となって現れるので、横方向の解像度の確保がより重要であり、このような画像を用いることは検査において支障とならない。

画像の中央付近で、帯状（縦）に他の部分と輝度が変わっている（中間調）部分は、口取テープである。詳細は後述するが、画像処理アルゴリズムはこの口取テープの位置を自動的に判断し、巻皺の検査対象領域から外す。

画像の上から１／３辺りに左右にわたって延びている一本の太い白線は、照明からの直接反射光である。照明２の明るさや照射角度、ラインセンサ１のレンズの絞りや電子回路のゲインなどを調整し、この直接反射光がほぼ飽和（２５６階調の場合、２５５）するように設定されている。従って、この部分ではほとんど意味のある情報は得られない。実際に検査する部分は、この太い白線から数画素下の部分で、反射光が届かなくなる暗い部分である。照明からこの付近に入射した光線は、通常であれば屈折・反射して、ラインセンサ１のレンズとは別の方向へ射出して行くため、画像上では暗くなる。一方、その光線の経路上にもし皺などの拡散要因があると、光はそこで拡散され一部はラインセンサ１のレンズへ向かうことになり、画像上に白い影が映ることになる。画像処理アルゴリズムは、こうした白い影を検出し、その分布パターンから巻皺かどうかを判定できる。

次に、ラインセンサ１により撮像され画像処理装置へと伝送された画像に対する、画像処理および良否判定処理について詳細に説明する。図３は画像処理と良否判定処理の流れを示した図である。図中に示したステップ３０〜４２までのうち、３０〜４０までが画像処理部分に相当し、４１，４２が良否判定処理部分に相当する。

まずラインセンサ１から画像を入力すると、直接反射光による高輝度の輝線を検出する（ステップ３０）。輝線を見付けると、その左右の拡がりを追跡し、輝度が急激に落ち込む両肩の位置を求め、フィルム・ロールの左端及び右端とする（ステップ３１）。次に、中央付近に存在する口取テープに相当する中間階調の領域を検出し、この帯状の領域を以後の処理においてマスクする（ステップ３２）。横長の全体画像を複数のセクション、例えば１０のセクション、に分け（ステップ３３）、以後の処理をセクションの数だけ繰り返す（ステップ３４、４０）。各セクション内では、まず輝線の中心位置を算出する（ステップ３５）。中心線が求まると、この中心線から指定された画素数だけ下に平行した直線を定め、これを検査（対象）ラインとする（ステップ３６）。この様子を良品画像の例で示すと、図４（ａ）のようになる。これらの輝線中心及び検査ラインの輝度プロファイルをグラフにしたのが図４（ｂ）である。この検査ラインのプロファイルと、同プロファイルを指定された画素分横にシフトさせたプロファイルとの差分を求め、差分プロファイルとする（ステップ３７）。ここで、もしこのセクションに口取テープが含まれる場合はその領域を除外領域としてマスクし（ステップ３８）、差分プロファイル各画素の輝度値を与えられた閾値と比較して、閾値より輝度の高い画素数をカウントする。そのカウント数を検査プロファイルの総画素数で割れば、このセクションにおける想定より高い輝度の面積割合を算出できる（ステップ３９）。

ループを終了して全セクションの結果が揃ったら、良否判定処理を行う。各セクションの高輝度画素の面積割合を集計し（ステップ４１）、それが設定されている基準を超えていれば不良と判定する（ステップ４２）。

ここで、実際の画像例を示しながら、画像処理の様子を説明する。上述の通り、図４（ａ）は良品の画像の例である。この画像からも明らかな通り、良品では輝線より下の領域が暗く一様に映っている。これは、図４（ｂ）の検査ラインのプロファイルにも現れており、横シフトした画像との差分プロファイルはほとんど出力がなく、閾値を超える画素は数えるほどしかない状態となっている。一方、図５（ａ）は不良品の画像例である。明らかに良品画像とは異なり、明るい筋が多数映り込んでいる。当然検査プロファイルも激しく暴れたグラフとなっており、これは差分を取った結果にも残っている。従って、閾値を超える画素数は多量であり不良と判定されることになる。

発明の効果

搬送コンベアに保持されたラップフィルム等が小巻されたフィルム・ロールを一定速度で搬送する過程で、ラインセンサにより画像を撮像する構成としたので、マテリアル・ハンドリング装置を用いて生産ラインからフィルム・ロールを掴み上げ、チャックで固定し、回転させながら撮像するという、複雑かつ時間の掛かる作業が不要となる。さらに画像処理において、検査対象領域を正反射光を避けて隣接する暗い領域内の１ラインとし、さらに背景ノイズや輝度の趨勢的な変動を相殺する処理として横にシフトした画像を元の画像から差し引くという方法を用いたので、処理が簡便で高速となる。

本発明の光学系の構成を示す図である。 撮像されたフィルム・ロールの全体画像例である。 本発明の画像処理及び良否判定処理の流れを示す図である。 良品のセクション画像とその輝度プロファイルの例を示す図である。 不良品のセクション画像とその輝度プロファイルの例を示す図である。

１ … ラインセンサ
２ … 照明
３ … 搬送コンベア
４ … フィルム・ロール

Claims (5)

1. 透明あるいは半透明のフィルムをロール状に小巻にしたフィルム・ロールの内部に発生する巻皺等の検出および良否判定を行うフィルム・ロール皺検査方法であって、
   搬送コンベアが、該フィルム・ロールを保持しながら一定速度で搬送し、
   線状光源が、前記搬送コンベアで搬送される該フィルム・ロールによって反射される照射光のうち主光軸上の反射光がラインセンサのレンズに入射するよう配置され、該フィルム・ロールの長軸に沿わせて光を照射し、
   前記ラインセンサが、前記搬送コンベアで搬送される該フィルム・ロールの上方にその長軸に沿うように配置され、該フィルム−ロールの画像を撮像し、
   画像処理部が、撮像された画像を入力し、該フィルム・ロールの表面で反射された直接反射光による高輝度部分を避けそこに隣接する通常であれば暗い領域を抽出して検査対象領域とし、該検査対象領域において指定された閾値より輝度が高くなっている画素数を算出し、
   良否判定部が、前記算出された画素数に基づいて良否を判定する、ことを特徴とするフィルム・ロール皺検査方法。
2. 前記画像処理部が画像処理を開始する場合であって、まず前処理として前記フィルム・ロールの全体画像を複数のセクションに分け、セクション毎に独立して前記検査対象領域を定め、前記指定された閾値より輝度が高い画素数を算出し、
   前記良否判定部は、セクション毎に前記算出された画素数に基づく指標を生成し、さらに該指標を集計して全体の良否を判定する、ことを特徴とする請求項１に記載のフィルム・ロール皺検査方法。
3. 前記画像処理部が前記検査対象領域を抽出する場合であって、前記フィルム・ロールの長軸に沿って帯状に現れる前記直接反射光による高輝度部分の中心線を求め、その中心線から所定の距離離れて該中心線と平行する線状領域を前記検査対象領域とする、ことを特徴とする請求項１または２に記載のフィルム・ロール皺検査方法。
4. 前記画像処理部が前記指定された閾値より輝度が高い画素数を算出する場合であって、前記検査対象領域の画像を横に所定の画素数シフトさせ、シフト後の画像とシフト前の元の画像との間で差分を求め、該差分を前記指定された閾値と比較する、ことを特徴とする請求項１ないし３に記載のフィルム・ロール皺検査方法。
5. 透明あるいは半透明のフィルムをロール状に小巻にしたフィルム・ロールの内部に発生する巻皺等の検出・良否判定を行うフィルム・ロール皺検査装置であって、
   該フィルム・ロールを保持しながら一定速度で搬送する搬送コンベアと、
   前記搬送コンベアで搬送される該フィルム・ロールの上方にその長軸に沿うように配置され、該フィルム・ロールの画像を撮像するラインセンサと、
   前記搬送コンベアで搬送される該フィルム・ロールによって反射される照射光のうち主光軸上の反射光が前記ラインセンサのレンズに入射するよう配置され、該フィルム・ロールの長軸に沿わせて光を照射する線状光源と、
   撮像された画像を入力し、該フィルム・ロールの表面で反射された直接反射光による高輝度部分を避けそこに隣接する通常であれば暗い領域を抽出して検査対象領域とし、該検査対象領域において巻皺等の不良により拡散反射光が発生し指定された閾値より輝度が高い画素数を算出する画像処理部と、
   前記算出された画素数に基づいて良否を判定する良否判定部とを備えた、ことを特徴とするフィルム・ロール皺検査装置。