JP2013068507A

JP2013068507A - 欠陥検査装置

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Publication number: JP2013068507A
Application number: JP2011207077A
Authority: JP
Inventors: Yuichiro Yasuda; 裕一郎安田
Original assignee: Toppan Printing Co Ltd
Current assignee: Toppan Inc
Priority date: 2011-09-22
Filing date: 2011-09-22
Publication date: 2013-04-18
Anticipated expiration: 2031-09-22
Also published as: JP5776467B2

Abstract

【課題】製造ラインを連続して搬送される開口を塞ぐシール部を有する被検査物に対して、特殊領域特定のために準備工程を必要とせず、検査時間の大幅な短縮が可能な、効率の良い検査性能に優れた検査装置を提供する。
【解決手段】容器を搬送する手段と、第一の光学手段と、第一の光学手段の容器搬送方向の下流に設けられた第二光学手段と、第一の特殊領域特定手段と、第一の特殊領域に基づいてシール部の液漏れ欠陥を検出する第一の検査手段と、前記エッジ座標と、第一の撮像手段と第二の撮像手段の取り付け角度の角度差と、第一の撮像手段と第二の撮像手段から得られた撮像画像における検査領域の中心座標から、第二の撮像手段によって得られた画像の第二の特殊領域を特定する第二の特殊領域特定手段と、第二の撮像手段によって撮像した画像の第二の特殊領域に基づいて容器の異物欠陥を検出する第二の検査手段と、を備えたことを特徴とする欠陥検査装置。
【選択図】図７

Description

本発明は、開口を塞ぐシール部を有する容器の欠陥を検査する検査装置に関するものである。

被検査物を撮像した画像上で特定の領域のみ検出し、検出した領域に適した検査手段や検査パラメータを使用することは検査精度の向上や誤検出の低下といった利点が考えられる。図１（ａ）は開口を塞ぐシール部を有する容器の上面を撮像した画像を模式的に表した図で、図１（ｂ）は開口を塞ぐシール部を有する容器の断面を示す図である。図１（ａ）に示すように撮像した画像１０の被検査物１１の上に存在する包装容器のシール部１２において、シールエッジ部１３は内容物の漏れを検出するために検査閾値を厳しく設定する必要がある。尚、符号１３ａで示される破線で囲んだ領域は、シールエッジ部１３の周辺領域であり、撮像した画像に表れるものではない。

この場合のシールエッジ部１３や包装容器壁面シール貼り付け部１５を特殊領域として設定することはシールの位置が既知であれば容易である。しかし、製造ラインを連続して搬送される被検査物１１のような円形状のものは搬送過程で各搬送装置間の乗り移り時や前工程の影響により微小な回転が発生し、特殊領域の位置は各被検査物において異なるため、各被検査物毎に特殊領域を検査領域から特定する必要がある。

また、特に飲料用の包装容器の場合、飲み口部の衛生状態が重要であり、包装容器の壁面が汚れていないかを検査する必要がある。しかし、包装容器の壁面１４には包装容器壁面シール貼り付け部（シールが貼り付けられている箇所）１５があり、画像の輝度情報からはシールと汚れとの判別が困難であることが多く、また、画像の色情報からはシールの色と汚れの色が同一な場合は判別が出来なくなってしまう。よって、包装容器壁面に貼り付けられているシール部を特殊領域として特定し、非検査領域とする必要がある。

従来、特殊領域特定の問題の対策として特許文献１及び特許文献２が知られている。特許文献１の手段はあらかじめ基準画像を用意しておき、対象画像と基準画像とを比較することによって特殊領域を特定する手段となっている。また、特許文献２の手段は特定したい特殊領域の回転に対応するため回転角度毎の基準画像を用意し、各画像との比較から回転に対応した特殊領域の特定と判定を行う手段となっている。いずれにせよ、両手段とも基準画像の準備工程を必要とする。また、基準画像との比較処理といった画像処理としては比較的時間を要する処理であり、短時間で連続して検査を行う必要のある製造ラインに適用するためにはマルチコアを用いた並列処理やハードウェアを用いた処理を考慮する必要がある。また、シール部は同一品種においても印字されている文字や模様がシール製作時の切断位置によって異なり、基準画像を用いた比較処理という手法が使用できない場合がある。

特開２００６−００５８１３号公報特開２００４−０３７４１５号公報

本発明は上記の問題を鑑みてなされたもので、製造ラインを連続して搬送される開口を
塞ぐシール部を有する被検査物に対して、特殊領域特定のために準備工程を必要とせず、検査時間の大幅な短縮が可能な、検査性能に優れた検査装置を提供することを目的とする。

本発明の請求項１に係る発明は、開口を塞ぐシール部を有する容器の欠陥を検査する検査装置であって、
容器を搬送する手段と、
容器を照明する第一の照明手段と、容器を撮像する第一の撮像手段と、容器を検出する第一の容器検出手段と、を有する第一の光学手段と、
第一の光学手段の容器搬送方向の下流に設けられ、容器を照明する第二の照明手段と、容器を撮像する第二の撮像手段と、容器を検出する第二の容器検出手段と、を有する第二の光学手段と、
第一の撮像手段によって撮像した画像からシール部のエッジ座標を求め、シール部のエッジ座標から第一の特殊領域を特定する第一の特殊領域特定手段と、
第一の撮像手段によって撮像した画像の第一の特殊領域に基づいてシール部の液漏れ欠陥を検出する第一の検査手段と、
前記エッジ座標と、第一の撮像手段の取り付け角度と第二の撮像手段の取り付け角度の角度差と、第一の撮像手段から得られた撮像画像における検査領域の中心座標と第二の撮像手段から得られた撮像画像における検査領域の中心座標から、第二の撮像手段によって得られた画像の第二の特殊領域を特定する第二の特殊領域特定手段と、
第二の撮像手段によって撮像した画像の第二の特殊領域に基づいて容器の異物欠陥を検出する第二の検査手段と、を備えたことを特徴とする欠陥検査装置である。

本発明の請求項２に係る発明は、前記第一の特殊領域特定手段は、輝度を読み出すべき円周上の１次元輝度分布の輝度段差から第一の特殊領域を特定することを特徴とする請求項１に記載の欠陥検査装置である。

本発明の請求項３に係る発明は、前記第二の検査手段は第二の特殊領域をマスキングして検査することを特徴とする請求項１または２に記載の欠陥検査装置である。

本発明の請求項４に係る発明は、前記第一の撮像手段は赤外線カメラであることを特徴とする請求項１に記載の欠陥検査装置である。

本発明の検査装置によれば、搬送装置によって連続して搬送される被検査物に対して、欠陥検出のために複雑な処理を必要とせず、誤検査の発生を抑制することが可能となる。

（ａ）は開口を塞ぐシール部を有する容器の上面を撮像した画像の模式図。（ｂ）は開口を塞ぐシール部を有する容器の断面を示す図。本発明に係る欠陥検査装置の概略構成を示す図。本発明に係る撮像部２２１によって撮像した画像の一例を示す図。第一の特殊領域のシール部１２を特定する際に使用する画像データ上で輝度を読み出すべき円周（上の点の集まり）の取得を示した図。（ａ）は取得した輝度を読み出すべき円周の輝度分布を示す図。（ｂ）は輝度を読み出すべき円周から得られる輝度分布上の輝度段差を示す図。特定されたシールエッジ部１１３から、被検査物内のシール部の位置及び向きを判断することを示す図。本発明に係る第一の光学手段によって得られた画像の画像処理と、第一の光学手段で得られた特定したシールエッジ部情報を用いて第二の光学手段における画像処理の流れを示した図。本発明に係る第一の光学手段から取得したシールエッジ部の座標点から第二の光学手段のシールエッジ部の座標点を求める方法を説明するための図。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照して具体的に説明する。

図２は、本発明に係る欠陥検査装置の概略構成を示す図である。欠陥検査装置は、容器２０を搬送する手段である搬送部２５と、容器を照明する第一の照明手段である反射光源部２３１と、容器を撮像する第一の撮像手段であるの撮像部２２１と、容器を検出する第一の容器検出手段である容器検出部２４１と、を有する第一の光学手段と、第一の光学手段の容器搬送方向の下流に設けられ、容器を照明する第二の照明手段である反射光源部２３２と、容器を撮像する第二の撮像手段である撮像部２２２と、容器を検出する第二の容器検出手段である容器検出部２４２と、を有する第二の光学手段と、第一の撮像手段によって撮像した画像からシール部のエッジ座標を求め、シール部のエッジ座標から第一の特殊領域を特定する第一の特殊領域特定手段である画像処理部２６−１と、第一の撮像手段によって撮像した画像の第一の特殊領域に基づいてシール部の液漏れ欠陥を検出する第一の検査手段である検査部２７−１と、前記エッジ座標と、第一の撮像手段の取り付け角度と第二の撮像手段の取り付け角度の角度差と、第一の撮像手段から得られた撮像画像における検査領域の中心座標と第二の撮像手段から得られた撮像画像における検査領域の中心座標から、第二の撮像手段によって得られた画像の第二の特殊領域を特定する第二の特殊領域特定手段である画像処理部２６−２と、撮像部２２１によって撮像した画像の第二の特殊領域に基づいて容器の異物欠陥を検出する第二の検査手段である検査部２７−２と、を備えている。
尚、画像処理部２６−１と画像処理部２６−２は画像処理部２６として一体となっている。また検査部２７−１と検査部２７−２は検査部２７として一体となっている

上記したように、撮像部、反射光源部、容器検出部はそれぞれ２組ある。１組目は第一の特殊領域を特定するための画像を撮像するもので、撮像部２２１、反射光源部２３１、容器検出部２４１からなる第一の光学手段と、特定された第一の特殊領域から座標情報を反映させて求められた第二の特殊領域をマスキングして包装容器壁面部を検査するための画像を撮像するもので、撮像部２２２、反射光源部２３２、容器検出部２４２からなる第二の光学手段から構成される。

第一の光学手段の役割は第一の特殊領域を特定するための画像を撮像するものであり、そのためにはシール部の色や模様などに影響されにくい撮像部である必要があり、ＩｎＧａＡｓなどの吸収波長の違いを捉える受光素子を利用した赤外線カメラが適している。吸収波長の違いで画像を形成するため、シール部に印字された文字や模様などの影響を受けにくく安定して特殊領域を特定することが可能となる。また、吸収波長の違いを利用するため容器天面に付着した内容物の漏れを検出することに適している。

第二の光学手段の役割は上記特定された特殊領域情報を反映させて包装容器壁面部を検査するための画像を撮像するものである。つまり撮像部２２２はシール部の容器壁面部に付着した異物（汚れ）を検出するためのものであり、そのためには可視光領域で撮像可能なカメラを使用する。しかしながら、可視光領域で撮像すると、シール部に何らかの模様が入っていた場合にシールエッジ部を特定できない。また、撮像部２２２は検出の容器壁面部を撮像するために魚眼レンズや広角レンズなどの画角の大きなレンズを使用する必要がある。いずれのレンズを使うにしろ、壁面部を撮像するためには被検査物に近接しなければならないことから壁面部と天面部を均一に照明することは困難であり第一の光学手段
と役割を分離する必要がある。

反射光源部２３１、２３２は、例えばＬＥＤやハロゲンランプやキセノンランプ等の光源が用いられ、さらには水の吸収波長に合った赤外照明を使用すると赤外線カメラにおいてより効果的に液体を検出することが可能となる。撮像部２２１は、被検査物上の文字や模様に影響されにくい赤外線カメラを用いることが望ましく、撮像部２２２では画像の輝度情報や色情報から汚れを検出できれば被検査物が視野に収まるＣＣＤ、ＣＭＯＳ等の受光素子を利用したエリアカメラやラインカメラなどが用いられる。

撮像部２２１と撮像部２２２の取り付け角度は取り付け場所のスペース等の制約や調整誤差から角度差があり、また撮像した画像における検査領域の中心座標も異なってしまう。

撮像された画像は画像データ処理部（図示せず）で２５６階調や４０９６階調などのデジタルデータに変換される。画像データ処理部で変換されたデジタルデータに基づいて画像処理部２６で第一の光学手段で撮像した画像データから特殊領域を特定し、その特殊領域情報を第二の光学手段で撮像した画像データに反映させ、容器壁面部にオーバーラップしているシール部の位置を特定し、シール部にマスキングを施し検査部２７で容器壁面部の検査および第一の光学手段で撮像した画像データでは容器天面部の検査を行う。

また、搬送装置によって移動する被検査物を対象としているため、被検査物の動きを検知してタイミング良くシャッターを切るための外部トリガー信号を発生させる容器検出部２４１、２４２が備えられる。容器検出部には光学センサを用いることが出来る。

図３は撮像部２２１によって撮像した画像の一例を模式的に示した図である。画像１１０において被検査物１１１上に各被検査物毎で位置が異なるシール部１１２が備わっている。そして、シール部１１２のエッジ部１１３及び包装容器壁面部１１４にオーバーラップしているシール貼り付け部１１５は検査精度を向上させるために検査閾値を厳しくしたい部分、緩くしたい部分といった特殊領域となる。尚、符号１１３ａで示される破線で囲んだ領域は、シールエッジ部１１３の周辺領域であり、撮像した画像には表れない。

図４は第一の特殊領域のシール部１２を特定する際に使用する画像データ上で輝度を読み出すべき円周（上の点の集まり）３０の取得を示した図である。シール部１１２の位置検出には被検査物１１１の外周から指定の距離だけ内側の円周上の１次元輝度分布を作成する。この輝度を読み出すべき円周３０からシールエッジ部に相当する３１、３２を検出しシール部の位置を特定する。

図５（ａ）は取得した輝度を読み出すべき円周の輝度分布を示している。シール部は被検査物の他の領域とは異なる材質をしていることから、輝度を読み出すべき円周３０から得られる輝度分布上にシールエッジ部３１、３２の位置に相当する輝度段差４０、４１が発生する。

更に、この輝度分布に対して微分処理を施すと図５（ｂ）のような最大、最小側の輝度段差にピーク４２、４３を示す分布を取得することが可能となる。よって、図５（ｂ）に示す最大、最小側の輝度段差のピーク４２、４３を検出すれば、各被検査物で異なるシール位置を検出することが可能となり、特殊領域（シールエッジ部１１３及び包装容器壁面シール貼り付け部１１５）を特定することが可能となる。

図６は上記特定されたシールエッジ部１１３から、被検査物内のシール部の位置及び向きを判断することを示す図である。座標５０_ｍａｘから被検査物上の内側へＬ１の長さの
エッジと、座標５０_ｍｉｎから被検査物上の内側へＬ２の長さのエッジと、これら２つのエッジの点を結ぶ既知の長さＬ３のエッジを求めることによってシールエッジ部１１３が特定される。第一の検査手段である検査部２７−１では、上記特定されたシールエッジ部１１３では内容物の漏れを検出するために検査閾値を厳しく設定して検査を行う。

次に第一の光学手段で撮像した画像を用い、上記特定されたシールエッジ部情報を第二の光学手段で撮像した画像データの画像処理に使用するため、第二の光学手段用の検査部へシールエッジ部情報を伝達する。第一の光学手段の検査と第２光学手段の検査を同一のソフトウェアで実施することは可能であるため、シールエッジ部情報は容易に共有することが出来る。

図７は第一の光学手段における処理と、第一の光学手段にて特定したシールエッジ部情報を用いた第二の光学手段における処理の流れを示した図である。

まず、上記第一の光学手段で取得した画像を用いて第一の特殊領域としてシールエッジを特定する。そして、特定したシールエッジ部情報を第二の光学手段で撮像した画像に伝達し、この情報をもとに第二の特殊領域として壁面シール貼り付け部を特定し、特定した壁面シール貼り付け部をマスキングして誤検出抑制のため検査を行わない特殊領域として設定する。このようにして壁面シール貼り付け部に印刷された文字やパターンを欠陥と判定することなく性能の良い検査を行うことが出来る。

図６に示された第一の光学手段で得られた画像の画像処理部から取得したシールエッジ部情報である座標５０_ｍａｘと座標５０_ｍｉｎを以下の式を用いて第二の光学手段で得られた画像データへ反映する。取得したシールエッジ部の座標点を（Ｘ５０_ｍａｘ１，Ｙ５０_ｍａｘ１）及び（Ｘ５０_ｍｉｎ１，Ｙ５０_ｍｉｎ１）とする。そして、第二の光学手段で得られたシールエッジ部の座標点（Ｘ５０_ｍａｘ２，Ｙ５０_ｍａｘ２）及び（Ｘ５０_ｍｉｎ２，Ｙ５０_ｍｉｎ２）を算出する。

図８は第一の光学手段から取得した画像のシールエッジ部の座標点（（Ｘ_ｍａｘ１，Ｙ_ｍａｘ１）及び（Ｘ_ｍｉｎ１，Ｙ_ｍｉｎ１））から第二の光学手段で得られた画像のシールエッジ部の座標点（（Ｘ_ｍａｘ２，Ｙ_ｍａｘ２）及び（Ｘ_ｍｉｎ２，Ｙ_ｍｉｎ２））を求める方法を説明するための図である。
先ず、回転中心を原点として（Ｘ_{ｍａｘ１、}Ｙ_ｍａｘ１）から（Ｘ_{ｍａｘ２、}Ｙ_ｍａｘ２）に座標を角度Ｄだけ回転させる（Ｓ１）。この場合の角度Ｄは撮像部２２１と撮像部２２２の設置角度の差によるもので、予め撮像した画像から角度Ｄは既知のものとされる。次に第二の光学手段の倍率に合わせる（図示せず）。
この場合、
幅方向の倍率ＰＷ＝（第二の光学手段の撮像画像のＸ方向の解像度）／（第一の光学手段の撮像画像のＸ方向の解像度）
高さ方向の倍率ＰＨ＝（第二の光学手段の撮像画像のＹ方向の解像度）／（第一の光学手段の撮像画像のＹ方向の解像度）とする。
更に第二の光学手段の画像を中心に平行移動する（図示せず）（この場合、第一、第二の光学手段ともに回転中心が画像中心であれば移動する必要はない）。
以上の結果から次の式が求められる。
Ｘ_ｍａｘ２＝ＰＷ（ＣＸ_ｍａｘ１・ｃｏｓＤ−ＣＹ_ｍａｘ１・ｓｉｎＤ）＋ＣＸ_２
Ｙ_ｍａｘ２＝ＰＨ（ＣＸ_ｍａｘ１・ｓｉｎＤ＋ＣＹ_ｍａｘ１・ｃｏｓＤ）＋ＣＹ_２
ここで、
ＣＸ_ｍａｘ１＝Ｘ_ｍａｘ１−ＣＸ_１
ＣＹ_ｍａｘ１＝Ｙ_ｍａｘ１−ＣＹ_１
であり、ＣＸ_１及びＣＹ_１は第一の光学手段における画像の検査領域の中心を回転中心と
したときの座標である。また、ＣＸ_２及びＣＹ_２は第二の光学手段における画像の検査領域の中心を回転中心としたときの座標である。回転を考慮している理由は第一の光学手段の撮像部２２１と第二の光学手段の撮像部２２２が設置上の制約などで向きが異なって設置される場合があるためである。例えば撮像部２２１に対して撮像部２２２が１８０度反転して設置された場合、回転角度Ｄは１８０度となる。

即ち、図６に示される第一の光学手段によって撮像され、求められたシールエッジ５０_ｍａｘ１から第二の光学手段のシールエッジ５０_ｍａｘ２の座標は次の式から求められる。
Ｘ５０_ｍａｘ２＝ＰＷ｛（Ｘ５０_ｍａｘ１−ＣＸ_１）・ｃｏｓＤ
−（Ｙ５０_ｍａｘ１−ＣＹ_１）・ｓｉｎＤ｝＋ＣＸ_２
Ｙ５０_ｍａｘ２＝ＰＨ｛（Ｘ５０_ｍａｘ１−ＣＸ_１）・ｓｉｎＤ
＋（Ｙ５０_ｍａｘ１−ＣＹ_１）・ｃｏｓＤ｝＋ＣＹ_２

同様にして、座標点（Ｘ５０_ｍｉｎ２，Ｙ５０_ｍｉｎ２）を算出すると次式が求められる。
Ｘ５０_ｍｉｎ２＝ＰＷ｛（Ｘ５０_ｍｉｎ１−ＣＸ_１）・ｃｏｓＤ
−（Ｙ５０_ｍｉｎ１−ＣＹ_１）・ｓｉｎＤ｝＋ＣＸ_２
Ｙ５０_ｍｉｎ２＝ＰＨ｛（Ｘ５０_ｍｉｎ１−ＣＸ_１）・ｓｉｎＤ
＋（Ｙ５０_ｍｉｎ１−ＣＹ_１）・ｃｏｓＤ｝＋ＣＸ_２
但し、レンズの違いなどによって撮像部２２１と撮像部２２２で取得した画像では映り方が多少異なることがあるため、使用する撮像部において位置の微調整を行うことが望ましい。

第二の検査手段によって第二の光学手段に反映されたシールエッジ部情報を用いて、シールエッジ部から被検査物の外側の向きに対して既知の距離および範囲にある包装容器壁面シール貼り付け部１５を特定し、この領域を検査しない領域としてマスキングを施す。

第二の検査手段である検査部２７−２では、上記の手段によって特定された特殊領域から包装容器天面の検査、第二の光学手段では包装容器壁面の検査を行う。

このように本発明の欠陥検査装置によれば、搬送装置によって連続して搬送される被検査物に対して、欠陥検出のために複雑な処理を必要とせず、誤検出の発生を抑制することが可能となる。

１０・・・撮像した画像
１１・・・被検査物
１２・・・シール部
１３・・・シールエッジ部
１３ａ・・・シールエッジ部の周辺領域
１４・・・包装容器壁面部
１５・・・包装容器壁面シール貼り付け部
２０・・・容器
２１・・・容器を搬送する方向を示す矢印
２５・・・搬送部
２６・・・画像処理部
２７・・・検査部
３０・・・円周輝度分布
３１、３２・・・シール検出位置
４０、４１・・・輝度段差
４２、４３・・・輝度段差ピーク
５０・・・シールエッジ部検出位置
１１０・・・撮像した画像
１１１・・・被検査物
１１２・・・シール部
１１３・・・シールエッジ部
１１３ａ・・・シールエッジ部の周辺領域
１１４・・・包装容器壁面部
１１５・・・包装容器壁面シール貼り付け部
２２１・・・撮像部
２２２・・・撮像部
２３１・・・反射光源部
２３２・・・反射光源部
２４１・・・容器検出部
２４２・・・容器検出部

Claims

開口を塞ぐシール部を有する容器の欠陥を検査する検査装置であって、
容器を搬送する手段と、
容器を照明する第一の照明手段と、容器を撮像する第一の撮像手段と、容器を検出する第一の容器検出手段と、を有する第一の光学手段と、
第一の光学手段の容器搬送方向の下流に設けられ、容器を照明する第二の照明手段と、容器を撮像する第二の撮像手段と、容器を検出する第二の容器検出手段と、を有する第二光学手段と、
第一の撮像手段によって撮像した画像からシール部のエッジ座標を求め、シール部のエッジ座標から第一の特殊領域を特定する第一の特殊領域特定手段と、
第一の撮像手段によって撮像した画像の第一の特殊領域に基づいてシール部の液漏れ欠陥を検出する第一の検査手段と、
前記エッジ座標と、第一の撮像手段の取り付け角度と第二の撮像手段の取り付け角度の角度差と、第一の撮像手段から得られた撮像画像における検査領域の中心座標と第二の撮像手段から得られた撮像画像における検査領域の中心座標から、第二の撮像手段によって得られた画像の第二の特殊領域を特定する第二の特殊領域特定手段と、
第二の撮像手段によって撮像した画像の第二の特殊領域に基づいて容器の異物欠陥を検出する第二の検査手段と、を備えたことを特徴とする欠陥検査装置。
前記第一の特殊領域特定手段は、輝度を読み出すべき円周上の１次元輝度分布の輝度段差から第一の特殊領域を特定することを特徴とする請求項１に記載の欠陥検査装置。
前記第二の検査手段は第二の特殊領域をマスキングして検査することを特徴とする請求項１または２に記載の欠陥検査装置。
前記第一の撮像手段は赤外線カメラであることを特徴とする請求項１に記載の欠陥検査装置。