JP2013181784A

JP2013181784A - 物品検査装置と物品検査方法

Info

Publication number: JP2013181784A
Application number: JP2012044393A
Authority: JP
Inventors: Takayuki Matsumura; 貴之松村
Original assignee: Shibuya Kogyo Co Ltd
Current assignee: Shibuya Corp
Priority date: 2012-02-29
Filing date: 2012-02-29
Publication date: 2013-09-12

Abstract

【解決手段】物品検査装置１は、円筒缶２の外面２Ａを撮影する複数の撮像ユニットＵ１〜Ｕ４を備えている。撮像ユニットＵ１は、円筒缶２の外面２Ａに横方向の複数のスリット光Ｌを一度に照射する投光器１１と、円筒缶２の外面２Ａを撮影するカメラ５からなる。外面２Ａに照射された複数のスリット光はカメラ５によって撮影され、その画像は画像処理手段６に送られる。すると、画像処理手段６は、曲線である各スリット光の白い画素を認識して、それをＸＹ座標上で特定し、次に各スリット光について４次と２次の近似式を求める。その後、各スリット光の曲線と４次近似式若しくは２次近似式の曲線とを比較して、それらに所定値以上の差があれば外面２Ａに凹凸があると判定する。
【効果】事前に基準となる良品のデータを画像処理手段６に登録することなく円筒缶２の外面２Ａの凹凸を判定できる。
【選択図】図２

Description

本発明は物品検査装置と物品検査方法に関し、より詳しくは、例えば円筒缶の外面の凹凸を検査する場合に好適な物品検査装置と物品検査方法に関する。

従来、管状部材の溶接箇所にスリット光を照射して、溶接箇所の良否を検査する物品検査装置が提案されている（例えば特許文献１）。この特許文献１の装置においては、移動される管状部材の溶接箇所に斜め上方からスリット光を照射すると同時に撮影手段によって管状部材を撮影し、撮影手段が撮影した溶接箇所の光切断線の画像を基にして溶接箇所の良否を検査するようになっている。

特開２０００−２７１７４３号公報

ところで、近年、多数の円筒缶（例えばミルク缶）をコンベヤで搬送しながら該円筒缶に光を照射して、円筒缶の外面の凹凸を検査可能な物品検査装置が要望されている。
しかしながら、検査対象物である円筒缶に光を照射し、その状態をカメラで撮影して外面の良否を検査しようとすると、円筒缶の周囲に複数の撮像ユニットを配置する必要がある。しかも、円筒缶を一旦停止させてスリット光を円筒缶の外面の全域にわたって走査させながら照射する必要があり、作業効率が悪くなる。
他方、円筒缶に向けて縦方向若しくは横方向の複数のスリット光を照射する複数の投光器を配置すれば、一度に複数箇所のスリット光を得ることができる。しかしながら、この場合には複数の投光器が必要となるので、その分だけ設備費が高くなる。さらに、複数のスリット光を円筒缶に照射して外面の良否を判定する場合には、予め比較対照となる良品の基準データを記憶しておき、撮像ユニットによって得られたスリット光の形状と上記良品の基準データとを比較して良否を判定することになる。このような構成においては、検査対象となる円筒缶の種類に応じて良品の基準データが必要となり、しかも事前に基準データを画像処理手段に記憶しておく必要があるので、装置の汎用性が低くなるとともに事前の準備作業が煩雑になる。

上述した事情に鑑み、請求項１に記載した本発明は、円筒面の外面を有する物品を外面が鉛直方向に立った正立状態で搬送するコンベヤと、コンベヤ上の物品の外面に向けて複数のスリット光を照射する投光器と、投光器から複数のスリット光が照射された物品の外面を撮影する撮影手段と、上記撮影手段が撮影した画像を基にして物品の外面に凹凸があるか否かを判定する画像処理手段とを備え、
上記画像処理手段は、上記撮影手段が撮影した物品の外面に照射された各スリット光をＸＹ座標上に特定するとともに、ＸＹ座標上に特定した各スリット光の線と対応する近似式の線を算出し、さらに、各スリット光の線と上記近似式の線とをＸＹ座標上で比較して、それらに所定値以上の違いがあった場合には、撮影手段が撮影した物品は外面に凹凸があると判定するようにしたものである。
また、請求項５に記載した本発明は、円筒面である外面を立てた正立状態で円筒缶を搬送しながら、円筒缶の外面に向けて複数の横方向のスリット光を照射するとともにスリット光が照射された円筒缶の外面を撮影手段によって撮影し、上記撮影手段が撮影した物品の外面の各スリット光をＸＹ座標上に特定し、次に各スリット光の曲線について２次と４次の近似式による曲線を求めて、上記撮影手段が撮影した各スリット光の曲線と上記両近似式の曲線の少なくとも一方をＸＹ座標上で比較して、それらに所定値以上の差がある場合には、撮影手段で撮影された円筒缶の外面に凹凸があると判定するようにしたものである。

上述した構成によれば、事前に良品の基準データを準備する必要がないので、汎用性が高い物品検査装置と物品検査方法を提供できる。しかも、複数のスリット光を物品の外面に照射するので、スリット光を走査させる必要がなく、作業効率が良好な物品検査装置と物品検査方法を提供できる。

本発明の一実施例を示す平面図。図１の要部の斜視図。図２に示すカメラと投光器の配置関係を示す図。図２に示す円筒缶に照射された各スリット光の状態を例示した斜視図。図４の要部のスリット光とそれに近似する高次曲線とを示した図であり、図５（ａ）は両者を上下に並べた図、図５（ｂ）は両者を比較した際の差を示す図である。図２に示す円筒缶の外面に照射されたスリット光をカメラで撮影した実際の画像を示す図。図１の画像処理手段による処理工程を示す図であり、図７（ａ）は良品の場合、図７（ｂ）および図７（ｃ）はともに不良品の場合を示している。本発明の第２実施例を示す斜視図。図８の平面図。

以下、図示実施例について本発明を説明すると、図１ないし図２において、１は円筒缶２の外面２Ａ（外周面）に凹凸があるか否かを検査する物品検査装置である。この物品検査装置１の検査対象となる円筒缶２は、外面２Ａが円筒面となるミルク缶であって、外面２Ａの軸方向の両端となる開口部は円板又は蓋で閉鎖された端面２Ｂとなっている。
物品検査装置１は、外面２Ａが鉛直方向となる正立状態で円筒缶２を搬送するコンベヤ３と、コンベヤ３の搬送過程となる検査領域Ａに配置された合計４個の撮像ユニットＵ１〜Ｕ４と、検査領域Ａに設けられてコンベヤ３上の円筒缶２が検査領域Ａ内に搬入されたことを検出する検出センサ４と、各撮像ユニットＵ１〜Ｕ４のカメラ５が撮影した円筒缶２の外面２Ａの画像を基にして、円筒缶２の外面２Ａに凹凸があるか否かを判定する画像処理手段６とを備えている。

検査対象物となる円筒缶２はコンベヤ３上に縦一列で所定間隔を維持して、かつ正立状態で載置される。そして、円筒缶２は正立状態においてコンベヤ３により検査領域Ａ内に搬入されて通過するようになっている。
円筒缶２が検査領域Ａ内に搬入されると、検出センサ４によって検査対象となる円筒缶２が検出されるようになっている。すると、円筒缶２が検査領域Ａを通過するのに伴って、各々の撮像ユニットＵ１〜Ｕ４の投光器１１によって順次円筒缶２の外面２Ａに複数のスリット光Ｌが照射されるとともに、各撮像ユニットＵ１〜Ｕ４のカメラ５によって円筒缶２の外面２Ａが撮影されるようになっている。撮像ユニットＵ１〜Ｕ４は、検査領域Ａ内の円筒缶２を囲繞する９０°毎に配置されている。そのため、４箇所の撮像ユニットＵ１〜Ｕ４のカメラ５によって円筒缶２の外面２Ａを順次タイミングをずらして撮影することにより、検査対象となる円筒缶２の外面２Ａの全周を洩れなく４台のカメラ５で撮影できるようになっている。

図２ないし図３に示すように、撮像ユニットＵ１は、コンベヤ３上の円筒缶２に向けて複数の横方向のスリット光Ｌを一度に照射する投光器１１と、複数のスリット光Ｌが照射された円筒缶２の外面２Ａを撮影する撮影手段としてのカメラ５とを備えている。図２ないし図３に示すように、各撮像ユニットＵ１〜Ｕ４のカメラ５は投光器１１の上方位置に配置されている。
各撮像ユニットＵ１〜Ｕ４は同一構成となっており、各撮像ユニットＵ１〜Ｕ４のうち第１と第２の撮像ユニットＵ１、Ｕ２はコンベヤ３の一側に配置されている。他方、第３、第４の撮像ユニットＵ３、Ｕ４はコンベヤ３の他側に配置されている。そして、各撮像ユニットＵ１〜Ｕ４の投光器１１及カメラ５は、検査領域Ａを通過するコンベヤ３上の円筒缶２の軸心を向くように配置されている。

図２ないし図４に示すように、投光器１１はマルチスリット投光器（マルチレーザ発光器）であって、検査領域Ａを移動する円筒缶２の外面２Ａに向けて横方向（水平方向）の複数のスリット光Ｌを同時に照射できるようになっている。そして、図６に実際のカメラ５による画像で示すように、投光器１１は、円筒缶２の外面２Ａの全域にわたって上下方向に等ピッチで合計１２本のスリット光Ｌを照射できるようになっている。この図６に示すように、円筒缶２の外面２Ａに照射された各スリット光Ｌ’は円筒面である外面２Ａの形状に倣った円弧状の曲線となる。
なお、スリット光Ｌは１２本に限るものではなく、検査する物品の大きさに応じて１２本以上若しくは１２本未満であっても良い。

コンベヤ３上に円筒缶２が載置されてから検査領域Ａ内に円筒缶２が搬入されると、検出センサ４により検出される。すると、各撮像ユニットＵ１〜Ｕ４によって検査領域Ａ内を通過する円筒缶２の外面２Ａの上下方向全域に向けてそれぞれ合計１２本のスリット光Ｌがタイミングを少しずらして照射されるとともに、円筒缶２の外面２Ａに照射された各スリット光Ｌ’がカメラ５によって撮影される。そして、各撮像ユニットＵ１〜Ｕ４のカメラ５によって撮影された円筒缶２の外面２Ａとそこに照射されたスリット光Ｌ’の画像は画像処理手段６に送信されるようになっている。
このように、投光器１１により外面２Ａの上下方向の全域にわたって合計１２本のスリット光Ｌが照射され、その外面Ａに照射されたスリット光Ｌ’をカメラ５で撮影すると、仮に円筒缶２の外面２Ａの中央部に凹部が生じている場合には、その位置のスリット光Ｌ’が歪んだ状態で撮影される（図４の上から第４番目の曲線ｌ’参照）。他方、凹凸が生じていない場合には、外面２Ａに照射されたスリット光Ｌ’は歪みのない円弧状の曲線として撮影される（図４の上から第４番目以外の曲線参照）。
そこで、本実施例の画像処理手段６は、カメラ５で撮影した外面２Ａに照射されたスリット光Ｌ’の曲線の画像を基にして外面２Ａに凹凸があるか否かを判定するようになっている。

すなわち、円筒缶２の外面２Ａに横方向の複数のスリット光Ｌを照射すると、外面２Ａに照射されたスリット光Ｌ’は、円弧面である外面２Ａの形状に倣って円弧状の曲線となる。ところで、図３に例示したように、円筒缶２の外面２Ａに照射された各スリット光Ｌ’は、高さの違いに応じてカメラ５による撮影角度θ１〜θ３は異なる。そのため、カメラ５が撮影した複数のスリット光Ｌ’の曲線はそれぞれ少し曲率が異なっている。

そこで、本実施例の画像処理手段６は、カメラ５が撮影した各スリット光Ｌ’の曲線をＸＹ座標上で特定し、それに近似する高次曲線Ｙを求めて、それらを比較することで外面２Ａの凹凸の有無を判定するようになっている（図５、図７参照）。
すなわち、先ず、画像処理手段６は、第１の撮像ユニットＵ１のカメラ５から送信された複数のスリット光Ｌ’について、白い画素を基にしてＸＹ座標上に曲線として特定する（図７（ａ）〜（ｃ）、図７の処理Ｉ参照）。
次に、画像処理手段６は、ＸＹ座標上に特定した各スリット光Ｌ’の曲線について、各々に近似する４次近似式Ｙおよび２次近似式Ｙとを算出する。つまり、２次式Ｙ＝ａＸ^２＋ｂＸ＋ｃ、および４次式Y＝ａＸ^４＋ｂＸ^３＋ｃＸ^２＋ｄＸ＋ｅに各スリット光Ｌ’のＸＹ座標上の数値を代入して、２次近似式および４次近似式を求める。

次に、画像処理手段６は、ＸＹ座標上において各スリット光Ｌ’とそれについて求めた４次近似式Ｙとを比較する（図７の処理ＩＩ参照）。そして、それらの間に所定値以上の差がある場合には、外面２Ａに凹凸がある不良品と判定する（図７（ｂ）参照）。
他方、各スリット光Ｌ’とそれについての４次近似式Ｙとを比較して予め定めた所定値以内の差であれば、画像処理手段６はとりあえず良品と判定する（図７（ａ）、処理ＩＩ参照）。さらに、その後、画像処理手段６がスリット光Ｌ’とそれについての２次近似式Ｙとを比較して、それらの差が所定値以内だと画像処理手段６は、検査対象となった円筒缶２は外面２Ａに凹凸が無く、良品であると判定する（図７（ａ）、処理ＩＩＩ参照）。
一方、各スリット光Ｌ’とそれについての４次近似式Ｙとを比較して予め定めた所定値以内の差であれば、画像処理手段６はとりあえず良品と判定するが（図７（ｃ）、処理ＩＩ参照）、その後、画像処理手段６がスリット光Ｌ’とそれについての２次近似式Ｙとを比較して予め定めた所定値以上の差がある場合には、画像処理手段６は調査対象となった円筒缶２の外面２Ａに凹凸があり、不良品であると判定する（図７（ｃ）、処理ＩＩＩ参照）。
なお、上述した実施例における処理ＩＩと処理ＩＩＩは処理順序を逆にしても良い。つまり、画像処理手段６は、先ずスリット光Ｌ’とそれについての２次近似式Ｙとを比較して外面２Ａの良否を判定し、その後にスリット光Ｌ’と４次近似式Ｙとを比較して外面２Ａの良否を判定しても良い。

以上のようにして、画像処理手段６は、第１の撮像ユニットＵ１のカメラ５によるスリット光Ｌ’の画像に基づいて円筒缶２の外面２Ａに凹凸があるが否かを判定し、以下同様に第２〜第４の撮像ユニットＵ２〜Ｕ４のカメラ５から送信されたスリット光Ｌ’の画像に基づいて、円筒缶２の外面２Ａに凹凸があるか否かを判定する。それにより、検査対象となった円筒缶２の外面２Ａの全周について、凹凸があるか否かの判定を行なわれる。以上のようにして画像処理手段６は、検査対象となった円筒缶２の外面２Ａに凹凸があるか否かを判定する。
そして、画像処理手段６によって不良品と判定された円筒缶２は、検査領域Ａを通過した後に、検査領域Ａの下流側側に配置された図示しないリジェクト手段によってコンベヤ３上から強制的に排除されるようになっている。

上述した本実施例の物品検査装置１によれば、検査開始前において良否判定の基準となる良品のデータを作成して画像処理手段６に登録する必要がない。そのため、汎用性が高い物品検査装置１を提供することができ、現場のオペレータの作業を簡略化することができる。
また、本実施例においては、複数の横方向のスリット光Ｌを一斉に円筒缶２の外面２Ａに向けて照射することで外面２Ａの凹凸の有無を判定することができる。換言すると、円筒缶２の外面２Ａの全域にわたってスリット光Ｌを走査させる必要がなく、しかも検査領域Ａにおいて円筒缶２を停止させる必要がない。そのため、円筒缶２の外面２Ａの検査を短時間で行うことができ、効率的な物品検査装置１を提供することができる。
さらに、本実施例においては、横方向の複数のスリット光Ｌを円筒缶２に照射しているため、撮像ユニットＵ１〜Ｕ４を４セット配置すればよい。そのため、撮像ユニットを多数設けることなく、円筒缶２の外面２Ａの全周を正確に検査することができる。
なお、本実施例では円筒缶２を囲むように複数箇所に撮像ユニットＵ１〜Ｕ４を配置して円筒缶２を停止させずに検査しているが、搬送コンベヤに円筒缶２を回転させる回転機構を備え、円筒缶２を停止させて９０度ずつ回転させるように構成することで１つの撮像ユニットで円筒缶２の全周を検査することが可能である。また、回転機構を搬送コンベヤの移動経路に沿って４箇所配置して円筒缶２を９０度ずつ回転させるとともに、撮像ユニットを搬送コンベヤの１側面に４箇所配置して検査することも可能である。さらに、搬送コンベヤは直線状に限るものではなく、曲線状やロータリ状であっても良い。

次に、図８ないし図９は本発明の第２実施例を示したものである。前述した第１実施例においては、複数の横方向のスリット光Ｌを円筒缶２の外面２Ａに照射していたが、この第２実施例においては、各撮像ユニットＵ１〜Ｕ４から円筒缶２の外面２Ａに対して複数の縦方向（鉛直方向）のスリット光Ｌを一斉に照射して、外面２Ａをカメラ５で撮影することで円筒缶２の外面２Ａの凹凸を検査するようにしている。
この第２実施例においては、正立状態の円筒缶２に縦方向の複数のスリット光Ｌを照射するので、円筒缶２の外面２Ａに凹凸がない場合には外面２Ａに照射されたスリット光Ｌ’は直線となる（図８参照）。そのため、この第２実施例においては、正常な外面２Ａに照射されたスリット光Ｌ’は直線としてカメラ５に撮影される。そのため、カメラ５の画像におけるスリット光Ｌ’の近似式は１次式（ｙ＝ａｘ＋ｂ）で算出することができる。
そして、円筒缶２の外面２Ａに凹凸がある場合には、スリット光Ｌ’の一部に歪みが生じるので、画像処理手段６は、スリット光Ｌ’の直線と一次の近似式の直線とを座標上で比較し、それらの間に所定値以上の差が有る場合には、円筒缶２の外面２Ａに凹凸がある判定する。このような構成の第２実施例の物品検査装置１であっても、上述した第１実施例と同等の作用・効果を得ることが可能である。なお、この第２実施例においては、各撮像ユニットＵ１〜Ｕ４は、カメラ５とスリット光Ｌを照射する投光器１１とを離隔させて配置する必要がある。そのため、スリット光Ｌ’の一部がカメラ５に撮影されにくくなり、単一の撮像ユニットのカメラ５では円筒缶２の外面２Ａを撮影可能な範囲が狭くなる。そのため、この第２実施例においては、上記第１実施例よりも撮像ユニットの数を増やす必要がある。

１‥物品検査装置２‥円筒缶（物品）
２Ａ‥外面３‥コンベヤ
４‥検出センサ（検出手段）５‥カメラ（撮影手段）
６‥画像処理手段１１‥投光器
Ｌ‥スリット光Ｕ１〜Ｕ４‥撮像ユニット
Ｌ’‥外面に照射されたスリット光Ｙ‥近似式の曲線

Claims

円筒面の外面を有する物品を外面が鉛直方向に立った正立状態で搬送するコンベヤと、コンベヤ上の物品の外面に向けて複数のスリット光を照射する投光器と、投光器から複数のスリット光が照射された物品の外面を撮影する撮影手段と、上記撮影手段が撮影した画像を基にして物品の外面に凹凸があるか否かを判定する画像処理手段とを備え、
上記画像処理手段は、上記撮影手段が撮影した物品の外面に照射された各スリット光をＸＹ座標上に特定するとともに、ＸＹ座標上に特定した各スリット光の線と対応する近似式の線を算出し、さらに、各スリット光の線と上記近似式の線とをＸＹ座標上で比較して、それらに所定値以上の違いがあった場合には、撮影手段が撮影した物品は外面に凹凸があると判定することを特徴とする物品検査装置。
上記投光器は、横方向の複数のスリット光を物品の外面に向けて照射するようになっており、上記画像処理手段は、物品の外面に照射された各スリット光に対応する２次と４次の近似式とをそれぞれ算出するとともに、ＸＹ座標上において物品の外面に照射された各スリット光の曲線と上記２次と４次の各近似式とを比較し、これらの近似式の少なくとも一方とスリット光の曲線とに所定値以上の違いがあった場合には、物品の外面に凹凸があると判定することを特徴とする請求項１に記載の物品検査装置。
上記投光器は、縦方向の複数のスリット光を物品の外面に向けて照射するようになっており、上記画像処理手段は、物品の外面に照射されたスリット光に対応する１次の近似式を算出するとともに、ＸＹ座標上において各スリット光の直線と上記１次の近似式の直線とを比較して、それらの間に所定値以上の違いがあった場合には、物品の外面に凹凸があると判定することを特徴とする請求項１に記載の物品検査装置。
上記投光器と撮影手段とで１つの撮像ユニットが構成されており、該撮像ユニットは、コンベヤ上の物品を囲繞する少なくとも４箇所に配置されており、また、コンベヤ上の物品を検出する検出手段を設けて、
上記検出手段がコンベヤ上の物品を検出すると、上記各撮像ユニットは、順次タイミングをずらして投光器から複数のスリット光を物品に照射すると同時に該物品の外面を撮影することを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の物品検査装置。
円筒面である外面を立てた正立状態で円筒缶を搬送しながら、円筒缶の外面に向けて複数の横方向のスリット光を照射するとともにスリット光が照射された円筒缶の外面を撮影手段によって撮影し、
上記撮影手段が撮影した物品の外面の各スリット光をＸＹ座標上に特定し、次に各スリット光の曲線について２次と４次の近似式による曲線を求めて、
上記撮影手段が撮影した各スリット光の曲線と上記両近似式の曲線の少なくとも一方をＸＹ座標上で比較して、それらに所定値以上の差がある場合には、撮影手段で撮影された円筒缶の外面に凹凸があると判定することを特徴とする物品検査方法。