JP2014167456A - 布地の欠陥検査方法と装置 - Google Patents

Abstract

【課題】自動的に布地の欠陥を良好に高精度に検査することが出来る布地の欠陥検査方法と装置を提供する。
【解決手段】編み機１２の布地送出部１８の上方に配置され編み地１６に対して平行に往復動可能に設けられた撮影装置１４を有する。布地送出部１８から編み出される編み地１６に対して斜めに照明を照射する照明装置１５を備える。撮影された画像を透視変換し、複数のブロックに分割する画像分割手段と、その分割したブロックの画像データの平均値を求め、各ブロック毎に前記平均値について所定のフィルタによる画像処理を行うフィルタ処理手段と、この画像処理により得られた値の絶対値が所定の閾値を超えた場合に、その撮影画像の編み地に欠陥箇所があると判断する欠陥判断手段とを備える。
【選択図】図３

Description

この発明は、自動織機や自動編み機等で自動的に製造される布地に発生する糸切れ等による欠陥を、非接触で検査する布地の欠陥検査方法と装置に関する。

織物や編み物の布地について、製造時に織機や編み機に取り込まれる糸が切れることがあり、糸が足りない状態のまま布地が製造されることにより布地に欠陥が発生する。この欠陥は、織機や編み機等の機械を停止させて人の手で糸の状態を元に戻さない限り連続して発生し続けるため、布地の製造とともにリアルタイムで検査を行う必要がある。

従来、織物の布地の欠陥を非接触で検査する方法として、特許文献１，２に開示されているように、発光素子から照射された光により織布表面を走査し、その反射光を検知して、織布の欠陥を検知する検反装置がある。この検反装置の検査方法は、織布からの反射光を、空間フィルタを介して受光し、その受光信号を基に織布の異常を検知するものである。

その他、織物製品の検査方法として、撮影画像を周波数変換して尤度比検定を行うことにより欠陥を見つける方法、レーザ光によるスペックルパターンもしくは撮影画像のパワースペクトルから欠陥を見つける方法、撮影画像をウェーブレット変換後に処理を行い織物のテクスチャを除去することで欠陥を見つける方法がある。

一方、図１８、図１９に示すような編み物の布地１６の傷等を検査する方法としては、特許文献３に開示されているように、発光手段と受光手段を設けて、編み地からの反射光を受光した受光手段の出力信号を処理して編み地の傷を検知するものも提案されている。この検知方法は、受光手段からの出力信号を所定の帯域フィルタにかけて必要な情報を抽出し、編み地の傷を検知するものである。

その他、編み地の傷を検査方法として、特許文献４に開示されているように、編み地表面の画像を撮影し、その映像信号を空間的に微分して、編み地の傷を検知するものも提案されている。

特開平５−１８０７８４号公報 特開平６−１８０２１９８号公報 特開平５−２５７６１号公報 特開昭６２−２４２８４４号公報

従来の光学的に検知する方法や撮影画像を用いた方法は、織物や編み物の欠陥検査において、受光素子やカメラで撮影した画像の全体を使用し、あらかじめ記録した欠陥が無い画像との差分や数フレーム前の画像との差分をとっていた。そのため、明確な濃淡差が生じるような模様が存在する布地で検査を行うと、２枚の画像の間で模様の位置にずれが生じたときに全体の差分が大きくなり、布地が薄い場所が広がる欠陥のような差分の小さい欠陥の検査が難しいものであった。

さらに、欠陥が発生した場合に連続で欠陥が生じるのを最小限に抑えるために、布地を製造した直後に検査を行うことが望ましいことから、検査機器を設置する場合には、織機や編み機によって布地が製造された直後の位置に設置する必要がある。しかし、リアルタイムの撮影画像を使用する場合、機械に直接に検査機器を設置すると、機械の振動によって撮影画像にぶれが生じる可能性がある。また、検査機器を製造機械に接続せずに設置した場合でも、布地を製造した際に機械の振動によって布地が振動するため、同様にぶれが生じるという問題があった。

また、製造された直後の布地を上から撮影すると、布地の厚さが薄い部分から装置の機器や部品が見えるため、図２１に示すように、布地１６の裏にある編み機等のボルトの頭ｈや、ローラーの境目ｉなどが撮影画像に写り込むという現象があった。このため、実際には正常部分でありながら欠陥として検査するという過検査を起こす可能性があった。

従って、いずれの検査方法も製造された直後の、移動している布地の検査には十分に対応していないという問題があった。しかも、織物の布地の欠陥を光学的に検知する検知方法は、布地表面の織りパターンが比較的一定の場合に有効であるが、編み物の布地の場合、表面の編み目パターンの種類が極めて多く、透孔や厚さの変化等があり、反射光による受光信号のフィルタ処理では、編み目の柄と欠陥部分との区別がつかず、欠陥の検査ができないものであった。

また、上記従来のレーザ光のスペックルパターンによる検査方法は、撮影範囲が狭いのに対して検査装置が大掛かりであり、幅の広い織物全体を検査することが困難であった。ウェーブレット変換による方法は検査時間が長いため、動いている布地に対して検査のための処理を間に合わせることが困難であり、リアルタイムの検査ができないものであった。

特許文献３，４に開示された編み物の傷を検知する方法では、編み地に生じた明らかな傷は検査可能であるが、小さい傷や編糸の編成欠陥によるコントラストの低い欠陥部分は明確な信号として検査することが出来ないという問題があった。さらに、不明瞭な欠陥を検査するために、検査感度を上げると、誤検査も多くなって検査精度が低下するという問題があり、検査感度と検査精度の向上は互いに相反するものであった。

特に、スポーツのユニホーム等で多用される経編ニットという布を傷検査の対象とした場合、図１９に示す布地１６のように、汗の蒸散作用等を狙った複雑な立体構造を持つため、糸切れによる傷が発生しても正確に欠陥を検出できないものであった。破れ、模様ズレ等の欠陥は、比較的大きな欠陥に属し、現状の編み機に付いているセンサでも容易に検出され、発生頻度も年に数回程度と低いものであるので大きな問題ではなかった。しかし、糸切れによる欠陥は、１台の編み機において、週に数度の発生頻繁であり、従来のセンサでは検出不能であった。しかも、糸切れにより編成された編み物の布地１６は、一様の模様を有した布地１６の糸が切れて、糸切れのまま出来上がった布地は、図２０（ａ）に示すように、布地１６に穴が開くような大きな欠陥１６ａが現れる。一方、模様を構成するレイヤーの糸が切れると、図２０（ｂ）に示すように、布地の厚さが薄い部分が広がるような欠陥１６ｂとなる。これらの欠陥を有する布地１６は、一見して欠陥品とわからないことも多く、編み物製造業者にとっては、早急に解決したい深刻な問題であった。

その他、レーザを照射して織物の布地から反射した光または布地の隙間を通過した光の有無で欠陥を調べる方法も用いられているが、織りパターンが一定の布の場合は有効であるものの、汗の蒸散作用等を狙った複雑な立体構造を持つ経編ニットのような編み物の布地では、正確な欠陥検査ができないという問題があった。これらの理由により、従来の検査方法では、様々な織りパターンの織物や、図１８、図１９等に示すような編み物の布地１６での正確で迅速な欠陥検査は困難であった。

この発明は、上記背景技術に鑑みてなされたものであり、自動的に製造される布地の欠陥を、高速で高精度に検査することが出来る布地の欠陥検査方法と装置を提供することを目的とする。

この発明の欠陥検査方法は、織物や編み物の布地を製造して送り出す布地製造装置の布地送出部に撮影装置を配置し、前記布地送出部から送り出される布地に対して斜め方向に前記布地表面を撮影し、斜めに撮影された画像を透視変換して斜め撮影の歪みを補正し、前記歪みが補正された補正画像を複数のブロックに分割し、前記補正画像が分割された前記ブロックの輝度値の平均である平均輝度値を求める。次に、複数の前記ブロックのうちの検査対象となる一つのブロックである検査対象ブロック毎に、前記検査対象ブロックに隣接する前記ブロックである処理対象ブロックについて、前記各平均輝度値に各々所定の係数を乗じて、それらのブロックの前記平均輝度値の差分を取るフィルタによる画像処理を行うものであって、前記画像処理は異なる性質の複数の前記フィルタにより前記画像処理を行う。そして、複数の前記フィルタによる前記画像処理により得られた前記各検査対象ブロックの各演算値の何れもが所定の閾値を超えた場合に、その検査対象ブロックの前記布地部分に欠陥があると判断する布地の欠陥検査方法である。

前記ブロックは、前記布地の進行方向に沿った方向であって等間隔に分割を行い、前記布地の模様の繰り返し周期に合わせた区画で前記画像を分割するものである。

前記フィルタは、前記検査対象ブロックに隣接した前記処理対象ブロックについての、数が異なる複数の１次元フィルタであって、処理結果に逆の性質を有する複数種類のフィルタである。

さらに、前記フィルタは、前記検査対象ブロックの両側に隣接した前記処理対象ブロックの数が異なる複数種類のフィルタであって、前記差分を取るための前記処理対象ブロックが、前記検査対象ブロックに近接している第一のフィルタと、前記差分を取る前記検査対象ブロックが前記処理対象ブロックに対して相対的に離れている第二のフィルタから成るものである。

またこの発明は、布地を製造して送り出す織機や編み機等の布地製造装置の布地送出部に配置され、前記布地表面に対して平行に往復動可能に設けられた撮影装置と、前記撮影装置により撮影された前記布地の画像を処理する画像処理手段を備える布地の欠陥検査装置である。前記画像処理手段は、前記布地の画像を複数のブロックに分割する画像分割手段と、分割された前記ブロックの輝度値の平均を求める平均輝度値算出手段と、複数の前記ブロックのうちの検査対象となる一つのブロックである検査対象ブロック毎に、前記検査対象ブロックに隣接する前記ブロックである処理対象ブロックについて、前記各平均輝度値に各々所定の係数を乗じて、それらのブロックの前記平均輝度値の差分を取るフィルタによる画像処理を行うものであって、複数の異なる前記フィルタによる画像処理を行う画像フィルタ処理手段と、複数の前記フィルタによる前記画像フィルタ処理手段により得られた前記各検査対象ブロックの各演算値の何れもが所定の閾値を超えた場合に、その検査対象ブロックの前記布地部分に欠陥があると判断する欠陥判断手段とを備えたものである。

前記撮影装置の光軸は、前記布地表面に立てた法線に対して、前記布地の送出方向に傾斜して配置され、前記画像処理手段は、前記撮影装置で斜めに撮影された画像を透視変換して斜め撮影の歪みを補正する補正手段を備えたものである。

前記撮影装置の光軸は、前記布地表面に立てた法線に対して、前記布地の幅方向に傾斜して配置され、前記画像処理手段は、前記撮影装置で斜めに撮影された画像を透視変換して斜め撮影の歪みを補正する補正手段を備えたものである。

前記画像分割手段は、前記布地の進行方向に沿った方向であって等間隔に前記画像の分割を行うものであって、前記布地の模様の繰り返し周期に合わせた区画で前記画像を分割するものである。

前記画像フィルタ処理手段は、前記検査対象ブロックの両側に隣接した前記処理対象ブロックの数が異なる複数種類の１次元フィルタであって、前記差分を取るための前記処理対象ブロックが、前記検査対象ブロックに近接している第一のフィルタと、前記差分を取る前記検査対象ブロックが前記処理対象ブロックに対して相対的に離れている第二のフィルタとを備えたものである。

前記撮影装置に設けられた照明装置の光軸も、前記布地表面に立てた法線に対して斜めに配置されているものでも良い。

この発明の布地の欠陥検査方法と装置によれば、種々のパターンの布地においても、欠陥箇所を高感度で、高精度に検査可能である。これにより、自動的に早期に織物編み物の布地の欠陥を検知して製造機械を早期に停止させたりすることが出来、布地の欠陥率を大幅に低減することが出来る。複雑な立体構造を持つ経編ニットに発生する傷を正確に検査することが可能である。

特に、この発明の布地の欠陥検査方法と装置は、布地の特徴に着目して、進行方向に合わせたブロック分割を行い後の画像処理を容易且つ正確なものとすることができる。ブロック分割したブロック内の平均輝度値を用いて検査することにより、編み機等の振動による画像のぶれの影響を抑えることができる。さらに、布地の模様に合わせた幅でブロック分割を行い、１つのブロック内に収まる欠陥によるブロック内画像の平均輝度値の変化を顕著にしているので、欠陥検査をより容易且つ正確に行うことができる。

互いに逆の性質の２種類のフィルタを用いて画像処理を行うようにしたので、ノイズや機器の写り込みによる誤検知を防止することができる。また、布地の構造的特徴に基づく光透過特性を利用して、撮影装置の斜め配置により、糸が抜けた時の光通過割合を増加させ、欠陥の識別をより正確に行うことができるものである。

この発明の一実施形態の布地の欠陥検査方法の撮影方法による効果を比較する概略説明図である。 この実施形態の布地の欠陥検査装置の撮影方法を説明する概略図である。 この実施形態の布地の欠陥検査装置の概略ブロック図である。 この実施形態の布地の欠陥検査装置を示す概略斜視図である。 この実施形態の布地の欠陥検査方法を示すフローチャートである。 この実施形態の布地の欠陥検査方法における布地撮影画像のブロック分割を示す概略図である。 この実施形態の布地の欠陥検査方法に用いる３ブロックフィルタ（ａ）と、５ブロックフィルタ（ｂ）の２種類のフィルタとその係数の例を説明する図である。 この実施形態の検査対象の編み地を斜めに撮影した画像（ａ）と、透視変換した画像をフィルタ処理して欠陥検出した結果を示す画像（ｂ）（ｃ）（ｄ）である。 この実施形態の検査対象の他の編み地を斜めに撮影した画像（ａ）と、透視変換した画像をフィルタ処理して欠陥検出した結果を示す画像（ｂ）（ｃ）（ｄ）である。 この実施形態の布地撮影画像を分割したブロックの相対的位置と画像処理した出力値の相対的な値による欠陥検査結果を示すグラフである。 この実施形態の他の布地撮影画像を分割したブロックの相対的位置と画像処理した出力値の相対的な値による欠陥検査結果を示すグラフである。 この実施形態の編み地を斜めに撮影する場合において、布地の送り方向に撮影装置の光軸を傾斜させた場合の傾斜角度の違いによる検査結果を示す画像である。 この実施形態の編み地を斜めに撮影する場合において、布地の幅方向に撮影装置の光軸を傾斜させた場合の傾斜角度の違いによる検査結果を示す画像である。 この実施形態の布地の欠陥検査方法により検出した値であって、傾斜角度別に、欠陥が存在するブロックとその隣接ブロックとの差分値の絶対値について、撮像装置の光軸を布地の送り方向に傾斜させた場合の傾斜角度と出力値を示すグラフである。 この実施形態の布地の欠陥検査方法により検出した値であって、傾斜角度別に、欠陥が存在するブロックとその隣接ブロックとの差分値の絶対値について、撮像装置の光軸を布地の幅方向に傾斜させた場合の傾斜角度と出力値を示すグラフである。 この実施形態の布地の欠陥検査方法による検出結果を示す画像である。 この実施形態の布地の欠陥検査方法による検出結果を示す画像である。 この発明の布地の欠陥検査方法が適用される編み地の例を示す画像である。 この発明の布地の欠陥検査方法が適用される編み地の例を示す画像である。 この発明の布地の欠陥検査方法が適用される編み地の欠陥例を示す画像である。 この発明の布地の欠陥検査方法が適用される編み地に映る背景の影響を示す画像である。

以下、この発明の実施形態について図面に基づいて説明する。図１〜図１９はこの発明の一実施形態を示すもので、検査対象となる布地は図１８、図１９示すような編み物である。この布地１６には等間隔に四角形の模様が存在し、四角形の内部は布の生地が薄くなっている。布地１６の欠陥には糸抜け、破れ、模様のずれ、毛玉の発生などの欠陥があるが、この実施形態では、スポーツのユニホーム等で多用される経編ニットの糸切れの欠陥を対象とする。発生した欠陥の例は、図２０に示すように、欠陥１６ａ，１６ｂが、布地１６が送り出される方向に一直線に発生する。ここで、欠陥１６ａ，１６ｂが一度発生すると、編み機を止めて抜けた糸を元の状態に修復するまでは連続して欠陥が発生し続ける。また、欠陥が一定長さ以上発生したまま編まれたニット製品は、それまでの正常に編まれた部位を含めて全て破棄しなければならない。そのため、欠陥が現れた際には直ちに編み機を止めて糸の状態を復旧させる必要がある。また、欠陥の現れ方は２種類存在し、切れた糸の場所によって欠陥の現れ方が変化する。例えば、図１９に示す検査対象の布地１６は３つのレイヤーによって構成されており、一様の模様となる布地の上に模様を構成するレイヤーが２つ重なっている。

一様の模様となる布地１６の糸が切れると、図２０（ａ）に示すように、布地１６に穴が開くような大きな欠陥が現れ、模様を構成するレイヤーの糸が切れると、図２０（ｂ）に示すように、布地の厚さが薄い部分が広がるような欠陥となる。同じレイヤーの糸であれば、どの位置の糸が切れても同じ傾向の欠陥が現れるため、欠陥を検査する際には図２０に示す２種類の欠陥が検査できればよい。

布地１６の厚さが薄い部分が広がる場合の欠陥は、布地１６を正面から撮影すると欠陥部分が明瞭に写らないことがある。そのため、この発明の実施形態では、カメラを布地に対して斜めの方向から撮影する。カメラを斜めにして撮影した場合の効果について、その原理を図１（ａ）、（ｂ）に示す。ここでは布地１６の移動方向に対して平行な糸１７についてのみ考え、布地１６の移動方向に対して垂直な糸１７がない部分の断面について考える。また、照明装置１５からの光Ｌはカメラ等の撮影装置１４と同一の方向から照射しているものとする。糸１７の幅をｙ、布地１６に対して撮影装置１４を正面から撮影した場合の糸１７同士の隙間をｉ_１、撮影装置１４を布地１６の表面に垂直な線である法線に対して角度θだけ傾けたときの糸１７同士の隙間をｉ_２とする。このときｉ_２の長さは
ｉ_２＝ｉ_１ｃｏｓθ （１）
となることから、０＜θ＜π／２の場合、ｉ_１＞ｉ_２が成り立つ。このことから、布地１６を撮影装置１４の光軸に対して傾けた場合は、図１（ｂ）に示すように、糸１７が占める面積に対して隙間の面積が狭くなる。一方、糸１７が１本抜けた場合の隙間の増加量はいずれの場合もｙとなる。このことから、糸１７が抜けた場合に光が糸１７に反射せずに通過する割合が相対的に増加することになるため、欠陥部分とそれ以外の部分で輝度の差が明確になる。よって、布地に対して撮影装置１４を傾けることにより欠陥の識別が容易になる.

この実施形態の検査対象の布地１６は、ベースとなる布地１６のレイヤーと、模様を構成するレイヤー２つ、計３つのレイヤーからなるため、糸１７が抜けると幅方向にも隙間が生じることから、実際に検査を行う際には、図２（ａ）、（ｂ）に示すように、撮影装置１４を布地１６の面に垂直な線から布地１６の進行方向に角度θ_αだけ傾け、布地１６の幅方向には角度θ_βだけ傾けた状態で撮影を行う。

この実施形態で用いる布地の欠陥検査装置１０は、図３、図４に示すように、自動的に編成作業を行う編み機１２にビデオカメラ等の動画の撮影装置１４が水平方向に往復動自在に取り付けられている。撮影装置１４は、編み機１２の上部に、アーム１３を介して図示しない駆動装置に取り付けられ、編み機１２の編み針が設けられた布地送出部１８の上方に、それより僅かに広い範囲に亘り往復運動可能に設けられている。

編み機１２は、所定の編み目模様の編み物の布地１６を形成するための制御装置２０に接続され、制御装置２０は、モニタ２２を有したコンピュータ２４に接続されている。撮影装置１４もコンピュータ２４に接続され、撮影画像は、Ａ／Ｄ変換されて、コンピュータ２４内の記憶装置に記録され、コンピュータ２４の画像処理手段である画像処理回路やプログラムの画像処理手段により、後述する所定の画像処理が行われる。

撮影装置１４の光軸は、図２に示すように、布地１６の表面に対する法線に対して布地１６の送り方向に所定の角度θ_αだけ傾斜させて配置されている。さらに、布地１６の幅方向に対してθ_βだけ傾斜させて配置されている。撮影装置１４の対物レンズの周辺には、リング状に照明装置１５が取り付けられ、照明装置１５の中心軸も編み地１６に対して上記角度θ_α、θ_βだけ傾斜している。

次に、この発明の一実施形態の布地の欠陥検査方法について説明する。先ず、撮影装置１４は、編み地１６の表面に対して平行であって、編まれて送り出される方向に対して直角方向に往復動し、例えば撮影装置１４がビデオカメラの場合毎秒３０枚の画像を撮影する。このとき、編み地１６の照明状態は、照明光Ｌの中心方向が対物レンズの光軸と同軸に、斜め方向に照射する照明装置１５により、編み地１６の欠陥１６ａが陰になって、検査しやすくなる。

以下、この実施形態の欠陥検査方法について詳しく説明する。まず、位置のずれや機器の写り込みおよび画像のぶれに対応するために、この実施形態では、撮影画像を布地１６の模様の繰り返し周期に合わせた幅の一定ブロック毎に分割し、そのブロック内部の輝度情報を利用して欠陥の検査を行う。この欠陥検査の処理の流れを図５に示す。

まず、編み機１２の稼働開始とともに、欠陥検査を開始し、撮影装置１４により製造される編み物の布地１６の画像を取り込む（ｓ１１）。ここでは、輝度値を利用するため、撮影装置１４のカメラは、モノクロカメラを使用する。また、撮影画像は、撮影装置１４が傾斜して配置されているので、図８（ａ）、図９（ａ）に示すように、遠近感のある透視画像で撮影される。斜めから撮影した画像をそのまま使用すると、布地１６の模様が変化して、ブロック分割の範囲設定が困難になることから、この画像を公知の変換処理方法により透視変換し、図８（ｂ）、図９（ｂ）に示すように、正面から撮影した画像と同様の画像にする（ｓ１２）。これにより、後の画像処理を容易に行うことができる。透視変換を行う際の４つの基準点の決定は、編み機１２へカメラを設置した後に画像を撮影し、布地１６の模様を基準に、例えば目視で４点の座標を設定する。

ブロックの形状については、布地の欠陥が布の進行方向に一直線に現れることから、図６に示すように、布地１６の進行方向に沿った方向に長くなるように等間隔でのブロック分割を行う。ブロック分割の間隔は模様の配置が２列で１つの周期を繰り返しており、欠陥の幅もその周期の幅に近い大きさで発生することが多いことから、この実施形態では布地１６の模様の周期と同じ幅とした（ｓ１３）。

明確な濃淡差が存在する布地１６で画像間の差分を取った際の位置のずれや編み機の振動による画像のぶれに対応するため、この実施形態ではブロック内の輝度値の平均値を算出する（ｓ１４）。ブロックの大きさを布の模様の周期に合わせていることから、欠陥がない場合は隣接しているブロック同士で平均値に大きな差は発生しない。しかし、欠陥がある場合は、欠陥があるブロックのみ平均輝度値が低くなる。この平均輝度値が低いブロックを、画像処理用のフィルタによって処理し検査する。

フィルタは図７に示すように、特性が異なる２種類の１次元フィルタを用いる。これらのフィルタの幅と係数は、この実施形態では、例えば欠陥の存在する画像２１枚と欠陥の存在しない画像５３枚の計７４枚の画像を使用して実験的に得た。

図７（ａ）に示す３ブロックのフィルタによる処理は、直近の前後のブロックを調べるため、布地１６の後ろに存在する機器の写り込みが発生しても過剰に反応せず、欠陥が存在する場合は絶対値が大きな負の値が出力される（ｓ１５）。しかし、綿埃の付着のようなノイズなどによる局所的な輝度変化が発生した場合にも反応する。一方、図７（ｂ）に示す５ブロックのフィルタによる処理は、広い範囲を調べ、係数の値を欠陥がある場合の平均値の傾向を基に設定しているため、ノイズが存在する場合でも過剰に反応せず、欠陥が存在すると絶対値が大きな負の値が出力される（ｓ１６）。しかし、機器の写り込みのように輝度の変化が広範囲にわたって連続で発生する現象が起きた場合にも反応するという特徴がある。

このように、２種類のフィルタに逆の性質を持たせて、これら２つのフィルタをブロック内の平均輝度値に対して適用し、両方のフィルタが反応した場合に、そのブロックに欠陥が存在すると判定する（ｓ１７）。

具体的には、図８（ａ）、図９（ａ）に示す透視変換前の画像を透視変換して斜め撮影の影響を無くした後、フィルタにより処理する。図８（ｂ）、図９（ｂ）では、３ブロックのフィルタを用いて画像処理し検査した結果を示し、図８（ｃ）、図９（ｃ）では、５ブロックのフィルタを用いて画像処理し検査した結果を示す。図８（ｂ）、図９（ｃ）に示すように、各３ブロックのフィルタ及び５ブロックのフィルタによる画像処理で、各々欠陥であるとする判定が得られたが、図８（ｄ）、図９（ｄ）に示すように、両方のフィルタによる判定では、同じ箇所で欠陥であるとする判定は出ていない。このときの布地１６の位置と平均輝度値を画像処理した出力値は、図１０に示すように、３ブロックのフィルタを用いて画像処理した出力値の絶対値が閾値を超えている箇所において、５ブロックのフィルタにより画像処理した出力値の絶対値は、閾値を超えていない。同様に、図１１に示すように、５ブロックのフィルタを用いて画像処理した出力値の絶対値が閾値を超えている箇所において、３ブロックのフィルタにより画像処理した出力値の絶対値は、閾値を超えていない。このように、両方のフィルタを編み機の上から撮影した画像に適用すると、ノイズや機器の写り込みに片方のフィルタが反応してももう片方のフィルタで過検査を防ぐことができる。これにより、ノイズや機器の写り込みを誤検出しにくい欠陥検査が可能となる。

この実施形態の画像処理では、いずれのフィルタも欠陥部分に対して適用すると、絶対値が大きな負の値を出力することから、閾値は負の値のみを設け、フィルタの出力値が閾値を下回った場合にそのブロックに欠陥が存在すると判定する。フィルタの閾値Ｔｈは、フィルタの出力値の絶対値の平均値をＡｖｅ、フィルタの出力値の絶対値の標準偏差をＳＤ、補正倍率をαとすると、
Ｔｈ＝−（Ａｖｅ＋ＳＤ×α） （２）
となる。αは実験より得られた経験値である。閾値Ｔｈはフィルタごとに個別に設定する。しかし、欠陥部分が存在する画像を用いて閾値を計算すると標準偏差の値が極めて大きくなり、閾値が過度に大きくなり、欠陥の検査が困難になる。従って、欠陥部分のデータが含まれたフィルタ出力値を閾値計算の対象から外すために、閾値算出の際にフィルタの出力値の絶対値が大きい値を上から数個除外した上で平均値と標準偏差を計算する。

具体的には、まず、それぞれのブロックのフィルタ出力値を計算した後に、すべてのブロックの出力値の絶対値を求める。次に、絶対値が大きい値を大きい方から順にあらかじめ設定した規定の数だけ探し出し、同時にその値が算出されたブロックの位置を記録する。そして、ブロック全体のフィルタ出力値の平均値を計算する際に絶対値が大きな値の位置の記録を参照し、計算対象から絶対値が大きい値を計算から除外する。あらかじめ設定した規定数と実験ですべての欠陥パターンを含むサンプルを使用し、０から順に１つずつ除外個数を増やしていき、どの欠陥サンプルに対しても欠陥の検査漏れが無くなった時の値を閾値Ｔｈとする。

これらの方法により欠陥の検査が可能であるが、蛍光灯のちらつきのような撮影画像全体に及ぶ輝度変化やノイズが発生した場合に、欠陥でない部分を検査することがある。そこで、現在のフレームから数フレーム前までの検査結果を参照し、複数のフレームで欠陥が検査された場合、その布に欠陥が存在すると判断する（ｓ１８）。結果を参照するフレーム数と欠陥の存在を判断する閾値は、撮影装置１４の移動速度やフレーム数およびブロックの幅を基に定めた一定値とする。

この実施形態の布地の欠陥検査方法と装置によれば、編み地１６の細かな欠陥を容易に検査することが出来、編み物の欠陥の発生を抑え、編み機１２の稼働率の向上につながる。

なお、この発明の布地の欠陥検査方法と装置は、上記実施形態に限定されず、画像処理は、他の方法を加えても良く、適宜の処理方法と合わせて、より精度の高い検査を可能にしても良い。また、編み物以外に、織物にも適用することが可能であり、織機に取り付けて織布の欠陥検査に用いることも可能である。

次に、この発明の一実施例について以下に説明する。この実施例の動作の流れは次のようになる。図３に示す欠陥検査装置１０の制御装置２０から編み機１２へ動作開始の信号が送られると、編み機１２と撮影装置１４を保持したアーム１３及び図示しない駆動装置が動作する。検査プログラムはコンピュータ２４上で動作し、制御装置２０を介して編み機１２の動作を検知して検査を開始する。撮影装置１４は検査開始とともに動作を開始し、撮影装置１４で撮影した画像はコンピュータ２４に直接送られる。検査プログラムが欠陥を検査した場合、制御装置２０を介して編み機１２へ停止信号を送り、編み機１２とアーム１３の動作を停止させる。

この実施例では、欠陥が存在する布地のサンプルを使用し、撮影装置のカメラを布地に対して傾けたときに欠陥が明確に見えるようになるかどうかを検証した。サンプルは布地の厚みが薄くなる場合の欠陥が存在するものを使用し、サンプルの正面の位置からカメラを布地の進行方向と幅方向にそれぞれ５度ずつ角度を傾けて撮影を行い、欠陥部分の濃淡差が明確になるかどうかを調べた。実験では傾ける方向は１方向のみとし、布地の進行方向に傾けた場合と、布地の幅方向に傾けた場合の実験は別々に行った。濃淡差の評価については、画像をブロックに分け、ブロック内の輝度値の合計値について欠陥が存在するブロックとその隣接ブロックとの差分をとり、その大きさについて角度ごとに比較を行った。すべての角度で同一の場所の輝度データを使用するために、布地にマーカーを設置し、透視投影の座標をマーカーの中心に設定して変換を行い、輝度値の合計値を算出した。

布地の進行方向に、カメラを０度から５度刻みに５０度まで傾けた場合の撮影画像を図１２に示す。同様に、布地の幅方向にカメラを０度から５度刻みに５０度まで傾けた場合の撮影画像を図１３に示す。

また、角度別の欠陥が存在するブロックと、その隣接ブロックとの差分値の絶対値について、布地の進行方向にカメラを０度から５度刻みに５０度まで傾けた場合の結果を図１４、布地の幅方向にカメラを０度から５度刻みに５０度まで傾けた場合の結果を図１５に示す。いずれも０度から２５度までの間は値に大きな差は見られないが、布地の進行方向について傾けた場合は、３０度以上傾けた場合に差分値が大きくなっている。布の幅方向について傾けた場合は、３０度で、０度よりも大きな値が算出されている。以上より、カメラを傾けて布地を撮影した場合の方が、より明確に欠陥を撮影できていることが確認された。

次に、工場で使用されている編み機を使用して、実験的にブロックの大きさと閾値を求めた。まず上記実施例の結果を基にして、さらにカメラ傾きは小さいほど射影歪みが少なく、ピクセル解像度の違いも小さくなることを考慮し、θ_αとθ_βはともに３０度に設定した。

次に、編み機で編まれた直後の欠陥のない布をカメラで撮影し、布地の模様を基に透視変換の４点の座標を調べる。このとき、布地の端の方は編む部分と巻き取りのローラーとの間による張力によりゆがみが発生しているため、布地の中央付近を撮影する。そして、４点の座標を使用して透視変換を行った画像から、ブロックの大きさを設定する。この結果から、この実施例では、ブロックの幅は、画像上の１８pixelに設定した。

最後に、設定した透視変換座標とブロックの幅を使用し、上記２種類のフィルタの閾値の補正倍率と参照するフレームの数と閾値を調べた。生産現場の照明条件下で撮影した多数の欠陥サンプルの画像を使用して閾値や参照フレーム数を調整しながら繰り返し実験を行い、欠陥が検査できる値を調べた。得られた結果は、３ブロックフィルタの補正倍率αは７．０、５ブロックフィルタの補正倍率αは７．０、フィルタの閾値算出の際にデータを除外する数は上位７つ、参照フレーム数は５フレーム、欠陥が存在すると判断するフレーム数の閾値は４フレームであった。

これらのパラメータにより、穴が開く欠陥と布地の厚さが薄い部分が広がるような欠陥の両方を検査することができるかどうかを、欠陥のサンプルを使用して実験で確認した。その結果、図１６に示すように２種類の欠陥についていずれも検査できていることが確認された。

次に、この実施例の検査方法の検査精度と有効性を確認するために、生産現場にある２種類の布を使用して欠陥の検査実験を行った。２種類の布地は、図１８と図１９に示すように、これらの布地は模様の傾向は似ているが、模様の大きさや太さが異なる。画像は工場で使用されている編み機と試作したこの発明の検査システムを使用し、それぞれの布地について1000枚の連続して撮影されたフレーム画像を使用した。図１９の布地の画像では欠陥を１３回通過し、図１８の布の画像では欠陥を９回通過した様子が撮影された。図１９の布地のパラメータは、先に求めたものを使用した。図１８の布地のパラメータは、３ブロックフィルタの補正倍率αは5.0、５ブロックフィルタの補正倍率αは6.0とし、その他は図１９の布地と同様のパラメータとした。

実験の結果、いずれの布地についても撮影された欠陥をすべて認識することができ、欠陥部分を正常と判定する誤検査も、正常部分を欠陥と判定する過検査も発生しなかった。このことから、この発明による検査方法は、正確な欠陥認識を行うことができることを確認した。

この発明の欠陥検査装置の実用性を確認するため、試作システムを編み機に設置し、実際の生産時に編み機とともに試作システムを稼動させ、長時間の検査を行った。実験は３日間にわたって夜間を含めて布織り機が稼働している間に行い、その間に欠陥が検出された場合に正しく検査を行うことができるかどうか調べた。パラメータは先に求めたものを用いた。

実験の結果、３日間で３回欠陥を発生し、いずれについても図１７に示すように、欠陥の部分のみを確実に抽出することができた。また、欠陥がない場所についてもノイズを検査せずに正確に判定することができた。

この発明の欠陥検査方法により、これまで困難であった明確な濃淡模様が存在する布製品の自動検査を可能にした。また、生産現場で実際に使用されている編み機を使用し、実際の布製品を用いて検査方法のブロックサイズを決定し、欠陥のサンプルを用いて閾値を実験的に求めたところ、実用的なシステムを構築することができた。編み機に試作システムを取り付け、工場が稼動している間に検査を行った結果、欠陥の有無を正確に識別することができた。

１０ 欠陥検査装置
１２ 編み機
１４ 撮影装置
１５ 照明装置
１６ 編み地
１６ａ，１６ｂ 欠陥
１７ 糸
１８ 布地送出部
２０ 制御装置

Claims (12)

1. 布地を製造して送り出す布地製造装置の布地送出部に撮影装置を配置し、前記布地送出部から送り出される布地に対して斜め方向に前記布地表面を撮影し、
   斜めに撮影された画像を透視変換して斜め撮影の歪みを補正し、
   前記歪みが補正された補正画像を複数のブロックに分割し、
   前記補正画像が分割された前記ブロックの輝度値の平均である平均輝度値を求め、
   複数の前記ブロックのうちの検査対象となる一つのブロックである検査対象ブロック毎に、前記検査対象ブロックに隣接する前記ブロックである処理対象ブロックについて、前記各平均輝度値に各々所定の係数を乗じて、それらのブロックの前記平均輝度値の差分を取るフィルタによる画像処理を行うものであって、前記画像処理は異なる性質の複数の前記フィルタにより行い、
   複数の前記フィルタによる前記画像処理により得られた前記各検査対象ブロックの各演算値の何れもが所定の閾値を超えた場合に、その検査対象ブロックの前記布地部分に欠陥があると判断することを特徴とする布地の欠陥検査方法。
2. 前記ブロックは、前記布地の進行方向に沿った方向であって等間隔に分割を行い、前記布地の模様の繰り返し周期に合わせた区画で前記画像を分割する請求項１記載の布地の欠陥検査方法。
3. 前記フィルタは、前記検査対象ブロックに隣接した前記処理対象ブロックについての、数が異なる複数の１次元フィルタであって、処理結果に逆の性質を有する複数種類のフィルタである請求項２記載の布地の欠陥検査方法。
4. 前記フィルタは、前記検査対象ブロックの両側に隣接した前記処理対象ブロックの数が異なる複数種類のフィルタであって、前記差分を取るための前記処理対象ブロックが、前記検査対象ブロックに近接している第一のフィルタと、前記差分を取る前記検査対象ブロックが前記処理対象ブロックに対して相対的に離れている第二のフィルタから成る請求項３記載の布地の欠陥検査方法。
5. 前記布地は編み地である請求項４記載の布地の欠陥検査方法。
6. 布地を製造して送り出す布地製造装置の布地送出部に配置され前記布地表面に対して平行に往復動可能に設けられた撮影装置と、
   前記撮影装置により撮影された前記布地の画像を処理する画像処理手段を備え、
   前記画像処理手段は、
   前記布地の画像を複数のブロックに分割する画像分割手段と、
   分割された前記ブロックの輝度値の平均を求める平均輝度値算出手段と、
   複数の前記ブロックのうちの検査対象となる一つのブロックである検査対象ブロック毎に、前記検査対象ブロックに隣接する前記ブロックである処理対象ブロックについて、前記各平均輝度値に各々所定の係数を乗じて、それらのブロックの前記平均輝度値の差分を取るフィルタによる画像処理を行うものであって、複数の異なる前記フィルタによる画像処理を行う画像フィルタ処理手段と、
   複数の前記フィルタによる前記画像フィルタ処理手段により得られた前記各検査対象ブロックの各演算値の何れもが所定の閾値を超えた場合に、その検査対象ブロックの前記布地部分に欠陥があると判断する欠陥判断手段とを備えたことを特徴とする布地の欠陥検査装置。
7. 前記撮影装置の光軸は、前記布地表面に立てた法線に対して、前記布地の送出方向に傾斜して配置され、前記画像処理手段は、前記撮影装置で斜めに撮影された画像を透視変換して斜め撮影の歪みを補正する補正手段を備えた請求項６記載の布地の欠陥検査装置。
8. 前記撮影装置の光軸は、前記布地表面に立てた法線に対して、前記布地の幅方向に傾斜して配置され、前記画像処理手段は、前記撮影装置で斜めに撮影された画像を透視変換して斜め撮影の歪みを補正する補正手段を備えた請求項６記載の布地の欠陥検査装置。
9. 前記画像分割手段は、前記布地の進行方向に沿った方向であって等間隔に前記画像の分割を行うものであって、前記布地の模様の繰り返し周期に合わせた区画で前記画像を分割する請求項６記載の布地の欠陥検査装置。
10. 前記画像フィルタ処理手段は、前記検査対象ブロックの両側に隣接した前記処理対象ブロックの数が異なる複数種類の１次元フィルタであって、前記差分を取るための前記処理対象ブロックが、前記検査対象ブロックに近接している第一のフィルタと、前記差分を取る前記検査対象ブロックが前記処理対象ブロックに対して相対的に離れている第二のフィルタとを備えた請求項６記載の布地の欠陥検査装置。
11. 前記撮影装置に設けられた照明装置の光軸も、前記布地表面に立てた法線に対して斜めに配置されている請求項７または８記載の布地の欠陥検査装置。
12. 前記布地製造装置は編み機である請求項６記載の布地の欠陥検査装置。