JP2013022838A - 気泡検査システム、および気泡検査方法 - Google Patents

Abstract

【課題】インクタンクにインクとともに収容された複数の気泡が壁面に接触するとともに互いに接触した状態であっても高精度かつ迅速に気泡を検出検査することが可能な気泡検査システムを提供する。
【解決手段】インクタンク３０２の壁面３６０に光を照射する照明装置３５３と、壁面３６０に対向する位置で壁面３６０への光の照射に対する反射光を受光することによって複数の気泡の２次元画像を撮像するカメラ３５２と、カメラ３５２に接続されている画像処理装置３５４と、を有し、画像処理装置３５４が、カメラ３５２から転送された２次元画像を、複数の気泡を個々に分離した２次元の気泡分離画像に変換する気泡抽出部３５５と、２次元画像および気泡分離画像を用いて壁面３６０から見た各気泡の面積を算出し、算出した各気泡の面積を各気泡の体積に換算し、換算した各気泡の体積の合計値が規定値以下であるか否か検査する検査部３５６と、を有する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、インク吐出による記録を行うインクジェット記録装置に搭載されるインクタンクにインクとともに収容された気泡を検査する気泡検査システム、および気泡検査方法に関する。

記録装置には、インク吐出による記録を行うインクジェット記録装置がある。インクジェット記録装置には、一般的に、インクを収容可能なインクタンクが搭載されている。図８は、一般的なインクジェット記録装置に搭載されるインクタンクの外観を示す斜視図である。図９は、図８に示すインクタンクの内部構造を示す断面図である。図７（ａ）に示す４つのインクタンク３０２は、インクジェットヘッドカートリッジ３０１のタンクホルダ３０３に着脱可能に取り付けられる（図８（ｂ）参照）。各インクタンク３０２は、共通の構造を有するので、以下、任意の１つを例にとってその内部構造を説明する。図９に示すように、インクタンク３０２は、中空の箱部材３１０と、隔壁３１３と、蓋部材３１４と、インク吸収体収容室３１１内に収容されたインク吸収体３１５とを有する。隔壁３１３は、箱部材３１０の内部空間を、インク吸収体収容室３１１とインク収容室３１２とに二分する。蓋部材３１４は、インク吸収体収容室３１１及びインク収容室３１２を閉塞する。インク吸収体収容室３１１の底面には、インク吸収体収容室３１１の内外に連通するインク供給口３２１が形成されている。インク供給口３２１の周囲にはインク供給筒３２０が形成されている。隔壁３１３の下部には、インク吸収体収容室３１１とインク収容室３１２とを連通させる連通口３２３が形成されている。インク収容室３１２内に収容されているインクは、インク吸収体収容室３１１へ移動し、インク吸収体３１５に吸収される。インク吸収体３１５に吸収されたインクは、インク吸収筒３２０の内側に挿入されているジョイント部材３２４を介してインク供給口３２１からインクジェットヘッド３０４（図８参照）へ供給される。インクジェットヘッド３０４は、供給されたインクを記録媒体に向かって吐出する。

上述したインクタンク３０２において、製造直後のインク収容室３１２には注入条件等により気泡がインクとともに収容される可能性がある。この気泡が大きい場合、減圧環境でインクタンク３０２の開封を行ったときに気泡が膨張してインクが大気連通口３５１から漏れる可能性がある。そのため、インク漏れの可能性があるインクタンク製品を市場に流出させないためにも気泡の大きさを測定することが重要となる。インクタンクに収容された気泡の大きさを測定する方法として、目視により壁面に接触した気泡径を測定する方法がある。また、特許文献１には、インクタンクに対し斜め上方向から光を照射し、気泡部分からの反射光を１つのカメラで受光して気泡の２次元画像を撮像する気泡検査装置が開示されている。この気泡検査装置は、その２次元画像から抽出した気泡を理想的な球とみなして気泡の大きさを測定している。

特開平４−３５９１０６号公報

しかし、インクタンクに複数の気泡が存在する場合、上述した従来の気泡検出方法では気泡の大きさを正確に測定することは困難である。なぜなら、同一体積の気泡でも、気泡の個数および各気泡の大きさによって、壁面に接触する部分の気泡面積は異なるからである。そのため、上述した目視による気泡径測定方法のように壁面に接触した気泡径を測定する場合、１個の気泡の場合なら正確に気泡径を測定することは可能だが、複数の気泡が存在すると誤差を生む。そのため、複数の気泡がインクタンクに存在する場合に高精度に気泡の大きさを測定するためには、各気泡の面積（径）を体積に換算することが望ましい。複数の気泡がインクタンクに存在する場合、複数の気泡が合体して１個の気泡に戻るのを待ってから気泡径を測定することも可能だが、それでは測定に多くの時間を要する。

また、図１０に示すように、互いに接触した複数の気泡３５０がインクタンク３０２の壁面３６０に接触した場合、特許文献１に開示された装置で気泡３５０の大きさを測定すると、複数の気泡３５０が１つの塊（気泡）として捉えられてしまう可能性がある。この場合、上述した体積換算を行うときに誤差の発生が懸念される。

本発明は、インクタンクにインクとともに収容された複数の気泡が壁面に接触するとともに互いに接触した状態であっても、高精度かつ迅速に気泡を検査することが可能な気泡検査システム、および気泡検査方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明の気泡検査システムは、インクタンクの壁面に接触するとともに互いに接触した状態で前記インクタンクにインクとともに収容された複数の気泡を検査する気泡検査システムにおいて、前記壁面に光を照射する照明装置と、前記壁面に対向する位置で前記壁面への前記光の照射に対する反射光を受光することによって前記複数の気泡の２次元画像を撮像するカメラと、前記カメラに接続されている画像処理装置と、を有し、前記画像処理装置が、前記カメラから転送された前記２次元画像を、前記複数の気泡を個々に分離した気泡分離画像に変換する気泡抽出部と、前記２次元画像および前記気泡分離画像を用いて前記壁面から見た各気泡の面積を算出し、算出した各気泡の面積を各気泡の体積に換算し、換算した各気泡の体積の合計値が予め設定された規定値以下であるか否か検査する検査部と、を有する。

上記目的を達成するため、本発明の気泡検査方法は、インクタンクの壁面に接触するとともに互いに接触した状態で前記インクタンクにインクとともに収容された複数の気泡を検査する気泡検査方法において、前記壁面に光を照射し、前記壁面に対向する位置で前記光の照射に対する反射光を受光することによって前記複数の気泡の２次元画像を撮像する第１のステップと、前記第１のステップで撮像した２次元画像を、前記複数の気泡を個々に分離した気泡分離画像に変換し、前記２次元画像および前記気泡分離画像を用いて前記壁面から見た各気泡の面積を算出し、算出した各気泡の面積を各気泡の体積に換算し、換算した各気泡の体積の合計値が予め設定された規定値を超えているか否か検査する第２のステップと、を有する。

本発明によれば、インクタンクにインクとともに収容された複数の気泡が壁面に接触するとともに互いに接触した状態であっても、高精度かつ迅速に気泡を検査することが可能となる。

本発明の気泡検査システムの一実施形態を示す図である。 実施形態１の画像処理の内容を説明するための図である 実施形態１の気泡検査の手順を示すフローチャートである。 実施形態２の画像処理の内容を説明するための図である 収縮処理の内容を説明するための図である。 実施形態３の気泡検査システムの電気的な構成を示すブロック図である。 実施形態３の気泡検査システムにおいて、画像処理装置に転送される画像を示す図である。 一般的なインクジェット記録装置に搭載されるインクタンクの外観を示す斜視図である。 図８に示すインクタンクの内部構造を示す断面図である。 図８に示すインクタンクに複数の気泡がインクとともに収容されている状態を示す断面図である。

（実施形態１）
図１は、本発明の気泡検査システムの一実施形態を示す図である。図１に示す気泡検査システム３００は、照明装置３５３と、カメラ３５２と、画像処理装置３５４と、を有する。照明装置３５３は、インクタンク３０２のインク収容室３１２の壁面３６０（上面）に光を照射する。壁面３６０には、互いに接触した２つの気泡３５０Ａ、３５０Ｂが接触している。カメラ３５２は、壁面３６０への光の照射に対する反射光を受光することによって気泡３５０Ａ、３５０Ｂの２次元画像を撮像する。画像処理装置３５４は、カメラ３５２に接続されている。

本実施形態では、照明装置３５３には、カメラ３５２が気泡３５０の輪郭を正確に捉えるために高輝度ＬＥＤを光源とするスポットタイプ照明が選定されている。照明装置３５３の照明色には、様々なインク色に対応できるように白色照明が選定されている。照明装置３５３の照射方向は、カメラ３５２が明度不足かつハレーションを起こさずに気泡３５０を撮像できるようにするため、斜め下方向に設定されている。カメラ３５２には、気泡３６０を高精度且つ高速に撮像するために、２００万画素１／８型デジタルＣＣＤカラーカメラが選定されている。なお、壁面３６０の乱反射対策として、照明装置３５３及びカメラ３５２の前面に偏光板を使用することが有効である。

カメラ３５２に撮像された２次元画像が、画像処理装置３５４に転送されると、画像処理装置３５４は、検査エリア抽出、インク―気泡抽出（色抽出）、気泡面積測定（ブロブ処理）等の画像処理を行う。本実施形態では、画像処理の高速化を図るため、画像処理専用ＤＳＰ（Digital Signal Processing）を搭載したパッケージシステムが選定されている。

図２は、本実施形態の画像処理の内容を説明するための図である。

図２（ａ）は、インク収容室３１２の壁面３６０に垂直な断面を示す断面図である。図２（ａ）に示すように、本実施形態では、互いに接触している２つの気泡３５０Ａ、３５０Ｂが、壁面３６０に接触した状態でインクとともにインク収容室３１２に収容されている。壁面３６０が半透明または透明の材質であれば可視光照明画像処理装置により上述した状態を観察可能である。壁面３６０が不透明な材質であれば、Ｘ線透過画像検査装置を用いることで観察可能である。図２（ａ）に示すような状態で、カメラ３５２がインク収容室３１２の壁面３６０（上面）に対向する位置で２次元画像を撮像すると、２次元画像における各画素の階調値は、図２（ｂ）に示すようになる。従来は、画素の階調値がしきい値ａ（第１のしきい値）よりも大きい気泡領域３６３の面積を測定することによって気泡の体積を捉えていた。しかし、本実施形態のようにインク収容室３１２内に気泡同士が接触していた場合、しきい値ａに設定した面積測定では気泡３５０Ａと気泡３５０Ｂが一つの塊として捉えられてしまう。これでは気泡の体積を算出する場合に大きな誤差が生じる可能性がある。そこで、本実施形態では、画像処理装３５４の気泡抽出部３５５が、気泡領域３６３から、画素の階調値がしきい値ａよりも大きいしきい値ｂ（第２のしきい値）を超えている壁面接触領域３６４、３６５を抽出する（図２（ｄ）参照）。壁面接触領域３６４、３６５は、気泡３５０Ａ、３５０Ｂが壁面３６０に接触している部分である。

以下、本実施形態の気泡検査方法について説明する。図３は、本実施形態の気泡検査の手順を示すフローチャートである。

図３に示すフローチャートにおいて、まず、画像処理装３５４の検査部３５６は、カメラ３５２が撮像した２次元画像から気泡領域３６３を検査領域として設定する（ステップＳ６０１）。次に、検査部３５６は、気泡領域３６３の面積Ｓ０（図２（ｃ）参照）を測定する（ステップＳ６０２）。次に、気泡抽出部３５５が、上述したしきい値ｂによって、図２（ｃ）に示す２次元画像を、図２（ｄ）に示すように気泡３５０Ａ、３５０Ｂが個々に分離された気泡分離画像に変換する。その後、検査部３５６は、その気泡分離画像に示された壁面接触領域３６４、３６５の面積Ｓ１１、Ｓ１２を測定する（ステップＳ６０３）。本実施形態では、ステップＳ６０２、Ｓ６０３において、ブロブ処理（各領域に該当する画素数をカウントする処理）を用いて面積を測定するとともに気泡個数を測定する。次に、検査部３５６は、壁面３６０から見た気泡３５０Ａ、３５０Ｂ各々の実際の面積Ｓ１、Ｓ２を計算する（ステップＳ６０４）。ステップ６０３で測定した面積Ｓ１１、Ｓ１２は、壁面３６０に接触している部分の面積であり実際の面積とは異なるからである。具体的な計算方法としては下記の数式１に示すように、気泡領域３６３の面積Ｓ０に対する壁面接触領域３６４、３６５の面積Ｓ１１、Ｓ１２の比率を用いる。

次に、検査部３５６は、ステップＳ６０４で算出した各気泡の面積Ｓ１、Ｓ２を各気泡の体積Ｖｎに換算する（ステップＳ６０５）。本実施形態では、気泡３５０Ａ、３５０Ｂの体積を、各気泡の面積Ｓ１、Ｓ２を底面とする半球体の体積に換算している。具体的には、検査部３５６は、円の面積を示す面積Ｓ１、Ｓ２から半径を算出し、算出した半径に基づいて半球体の体積を計算する。次に、検査部３５６は、ステップＳ６０４で換算した体積Ｖｎを合算し、合計値Ｖを計算する（ステップＳ６０６）。次に、検査部３５６は、合計値Ｖが、予め設定された規定値以下であるか否か判定する（ステップＳ６０７）。

合計値Ｖが規定値以下である場合に検査部３５６は良品フラグを立て（ステップＳ６０８）、合計値Ｖが規定値を超えている場合に検査部３５６は不良品フラグを立てる（ステップＳ６０９）ことによって、オペレータに検査結果を報知する。

本実施形態では、カメラ３５２が撮像した２次元画像から気泡領域３６３を抽出するためのしきい値ａと、気泡領域３６３から壁面接触領域３６４，３６５を抽出するためのしきい値ｂとを設定することによって気泡分離画像を形成している。そのため、インクタンク３０２にインクとともに収容された複数の気泡が壁面３６０に接触するとともに互いに接触した状態であっても、高精度かつ迅速に気泡を検査することが可能となる。

（実施形態２）
以下、本実施形態の気泡検査システムについて、実施形態１の気泡検査システム３００（図１参照）と相違する点を中心に説明する。図４は、本実施形態の画像処理装置３５４の画像処理の内容を説明するための図である。

図４（ａ）は、インク収容室３１２の壁面３６０に垂直な断面を示す断面図である。図４（ａ）に示すように、本実施形態でも実施形態１と同様に、互いに接触している気泡３５０Ａ及び気泡３５０Ｂが、壁面３６０に接触した状態でインクとともにインク収容室３１２に収容されている。図４（ａ）に示すような状態でカメラ３５２が壁面３６０に対向する位置で２次元画像を撮像する。すると、本実施形態では、気泡抽出部３５５が、その２次元画像を、予め設定されたしきい値ａ（図２（ｂ）参照）によって白色の気泡領域３６３と黒色のインク領域３７３とに２値化する（図４（ｂ）参照）。その後、検査部３５６が、気泡領域の面積Ｓ０を測定する。次に、気泡抽出部３５５は、図４（ｂ）に示す２次元画像に対し、収縮処理を行う。以下、図５を参照して収縮処理について説明する。

本実施形態では、図５に示すように３×３画素のマスク５０を使用する。マスク５０の注目画素５０ａを囲む８つの画素に一つでも黒があれば、その注目画素５０ａを白から黒に変換する。本実施形態では、気泡抽出部３５５は、このような収縮処理を９回行うことによって、図４（ｂ）に示す２次元画像を図４（ｄ）に示す気泡分離画像に変換する。その後、検査部３５６が、図４（ｄ）に示す気泡分離画像に示された各気泡の面積Ｓ１１、Ｓ１２を測定する。面積Ｓ１１、Ｓ１２は、収縮処理されているため、実際の気泡３５０Ａ、３５０Ｂの面積よりも小さく測定される。そのため、実施形態１と同様に上述した数式１を用いて実際の面積Ｓ１、Ｓ２を計算する。その後、検査部３５６は、実施形態１で説明したステップＳ６０５〜ステップＳ６０９の動作を行うことによって、気泡３５０Ａ、気泡３５０Ｂを検査する。

本実施形態では、カメラ３５２が撮像した２次元画像に対し、予め設定された回数の収縮処理を行うことによって、気泡分離画像を形成している。これによりインクタンク３０２にインクとともに収容された複数の気泡が壁面３６０に接触するとともに互いに接触した状態であっても、高精度かつ迅速に気泡を検査することが可能となる。

特に、本実施形態では、壁面３６０に凹凸があり、その凹凸の影響により実施形態１のように２つのしきい値によって気泡の分離が正常に行えない（気泡領域３６３から壁面接触領域３６４を抽出できない）場合に有効である。

本実施形態において、マスク５０のサイズ及び収縮処理の回数は、気泡の大きさ、カメラ３５２の性能に基づいて予め設定されている。本実施形態ではインク領域３７３を黒色、気泡領域３６３を白色とし２値化を行っているが、逆の場合（インク領域３７３を白色、気泡領域３６３を黒色）には、収縮処理を膨張処理に置き換えることで対応可能である。

（実施形態３）
実施形態１及び実施形態２では、気泡の形状を半球体とみなしてその体積を計算している。しかし、インク及びインク収容室３１２の物性（接触角・表面張力等）によっては、気泡の形状は、半球体以外の形状になる場合が想定される。

そこで、本実施形態の気泡検査システムは、図６に示すように、撮影装置３５７をさらに有する。撮影装置３５７は、インクタンク３１２の壁面３６０に垂直な断面を示す断面画像を撮影して画像処理装置３５４に転送する。図７は、画像処理装置３５４に転送された画像を示す図である。図７（ａ）は、カメラ３５２が撮像した２次元画像である。すなわち、インクタンクを壁面３６０側から撮像した２次元画像である。一方、図７（ｂ）は、上述した撮影装置３５７が撮影した断面画像である。図７（ａ）に示すように、気泡３５０を壁面３６０から観察すると真円に見える。一方、気泡３５０を壁面３６０に垂直な断面で観察すると、図７（ｂ）に示すように楕円が潰れた形に見える。本実施形態では、気泡の形状を一部が欠けた楕円体とみなし、以下に示す手順により気泡の体積を算出する。

まず、図７（ｂ）に示す断面画像において、図７（ａ）に示す２次元画像における円の中心に対応する点を原点とし、壁面３６０に平行な方向に延びる直線をｘ軸と、壁面３６０に垂直な方向に延びる直線をｙ軸とする２次元直交座標系を定義する。この２次元直交座標系において、原点０が長軸と短軸の交点となる楕円の方程式は、楕円の頂点を（±ａ，０）、（０，±ｂ）と定義すると、下記の数式２に示すように定義される。

次に、図６（ｂ）に示すように楕円上のある座標を（ｔ₁，ｔ₂）と定義し、図７（ａ）に示す気泡３５０の面積Ｓを求める。面積Ｓの半径ｔ₁は数式１のｘ、ｙにｔ₁，ｔ₂を代入することで下記の数式３のように表される。

図７（ａ）に示す気泡３５０は真円なので、面積Ｓは、円の面積の公式および数式３を用いて下記の数式４のように表される。

最後に、図６（ｂ）に示すように原点０から壁面３６０までの気泡高さをｈと定義すると、気泡３５０の体積Ｖは、数式４を−ｂからｈまでの範囲で積分する下記の数式５で表わされる。

数式５において、ｂの値、ｈの値は、図７（ｂ）に示す断面画像から検査部３５６によって求められる。具体的には、検査部３５６は、図７（ｂ）に示す断面画像の気泡領域の中で最も下方に位置する点と、この点とｘ軸に対して線対称となる点を抽出し、これら２点間の距離の半分の値をｂの値としている。また、検査部３５６は、上述した気泡領域においてｙ軸上で最も上方に位置する点（壁面３６０に接触している点）を抽出し、この点から原点０までの距離をｈの値としている。

上記のように検査部３５６が気泡３５０の体積Ｖを計算した後は、実施形態１及び実施形態２と同様に上述したステップＳ６０６〜ステップＳ６０９の動作が実行される。

本実施形態では撮影装置３５７としてＸ線ＣＴを利用した。これは、インクタンク３０２がインクとの接液性や接合する際の接合性等の条件により不透明で構成される場合を想定したためである。

本実施形態では、気泡３５０を検査する前に、インクタンク３０２の壁面３６０に垂直な断面画像を撮影することによって、気泡３５０の形状が、一部が欠けた楕円体であることを把握している。そのため、気泡３５０の形状が半球体以外であっても、高精度かつ迅速に検査することが可能である。

３０２ インクタンク
３５２ カメラ
３５３ 照明装置
３５４ 画像処理装置
３５５ 気泡抽出部
３５６ 検査部
３６０ 壁面

Claims (6)

1. インクタンクの壁面に接触するとともに互いに接触した状態で前記インクタンクにインクとともに収容された複数の気泡を検査する気泡検査システムにおいて、
   前記壁面に光を照射する照明装置と、
   前記壁面に対向する位置で前記壁面への前記光の照射に対する反射光を受光することによって前記複数の気泡の２次元画像を撮像するカメラと、
   前記カメラに接続されている画像処理装置と、を有し、
   前記画像処理装置が、前記カメラから転送された前記２次元画像を、前記複数の気泡を個々に分離した気泡分離画像に変換する気泡抽出部と、前記２次元画像および前記気泡分離画像を用いて前記壁面から見た各気泡の面積を算出し、算出した各気泡の面積を各気泡の体積に換算し、換算した各気泡の体積の合計値が予め設定された規定値以下であるか否か検査する検査部と、を有することを特徴とする気泡検査システム。
2. 前記気泡抽出部は、前記２次元画像から、画素の階調値が予め設定された第１のしきい値を超える気泡領域を抽出し、前記気泡領域から、前記画素の前記階調値が前記第１のしきい値よりも大きい第２のしきい値を超えた複数の壁面接触領域を抽出することによって前記気泡分離画像を形成し、前記気泡領域の面積と前記複数の壁面接触領域の面積とを用いて前記各気泡の面積を算出する、請求項１に記載の気泡検査システム。
3. 前記気泡抽出部は、前記２次元画像を、予め設定されたしきい値によって気泡領域とインク領域とに２値化し、２値化した２次元画像に対し、予め設定された回数の収縮処理または膨張処理を行うことによって前記気泡分離画像を形成する、請求項１に記載の気泡検査システム。
4. 前記検査部は、前記各気泡の体積を、前記壁面に接触している部分を底面とする半球体の体積に換算する、請求項１から３のいずれか１項に記載の気泡検査システム。
5. 前記インクタンクの前記壁面に垂直な断面を示す断面画像を撮影して前記画像処理装置に転送する撮影装置をさらに有し、
   前記検査部は、前記断面画像を用いて前記各気泡の面積を前記各気泡の体積に換算する、請求項１から３のいずれか１項に記載の気泡検査システム。
6. インクタンクの壁面に接触するとともに互いに接触した状態で前記インクタンクにインクとともに収容された複数の気泡を検査する気泡検査方法において、
   前記壁面に光を照射し、前記壁面に対向する位置で前記光の照射に対する反射光を受光することによって前記複数の気泡の２次元画像を撮像する第１のステップと、
   前記第１のステップで撮像した２次元画像を、前記複数の気泡を個々に分離した気泡分離画像に変換し、前記２次元画像および前記気泡分離画像を用いて前記壁面から見た各気泡の面積を算出し、算出した各気泡の面積を各気泡の体積に換算し、換算した各気泡の体積の合計値が予め設定された規定値を超えているか否か検査する第２のステップと、
   を有することを特徴とする気泡検査方法。

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