JP2014182026A

JP2014182026A - 物品検査装置

Info

Publication number: JP2014182026A
Application number: JP2013057119A
Authority: JP
Inventors: Yoshinori Tarumoto; 祥憲樽本; Akitami Suzuki; 亮民鈴木
Original assignee: Ishida Co Ltd
Current assignee: Ishida Co Ltd
Priority date: 2013-03-19
Filing date: 2013-03-19
Publication date: 2014-09-29
Anticipated expiration: 2033-03-19
Also published as: JP6117580B2

Abstract

【課題】物品を検知するための外部センサを設けることなく、また、高速カメラのような高価なデバイスを用いずに、搬送される物品の検査を行う。
【解決手段】物品を搬送するための搬送手段７と、搬送手段７によって搬送される物品を撮像するための撮像手段１２を備えた物品検査装置１であって、搬送される物品の先端部が最初に映り込む画像上の領域Ｂを常時検査して物品の到達を知らせ、その時点から物品全体が画像上に映り込むまでの時間を算出し、その時間経過時に物品を撮像して、得られた画像に基づいて物品を検査する。
【選択図】図３

Description

本発明は、コンベア等で搬送される物品をカメラで撮像し、得られた画像に基づいて物品の検査を行う物品検査装置に関する。

従来から、コンベア等の搬送装置で搬送される物品をカメラ等の撮像装置によって撮像し、得られた撮像画像を処理することによって、物品を検査する物品検査装置が知られている。このような物品検査装置では、物品全体が撮像装置の視野に入ったタイミングで撮像を行う必要があるため、物品の搬送経路上に物品の通過を検知する光電センサや近接センサ等を設け、これらのセンサで物品が撮像装置の視野内に到達するタイミングを検出して撮像を行っている。

また、特許文献１には、搬送される物品を撮像装置で連続して撮像し、撮像された画像に二値化処理を施し、得られた処理済画像の所定の領域に物品先端部が存在するかどうかを検知し、物品先端部が検知されたときのみ所定の画像処理（検査）を開始する画像処理装置が開示されている。このようにすることで、物品の通過を検知するための外部センサを設けることなく、検査に用いる画像を取得している。

特開昭６２−１１３００２号公報

ところが、外部センサを用いる場合に、物品の厚みが薄いと、コンベアの側方に設置した外部センサで物品を安定的に検知することはかなり難しく、その調整に手間取るという問題がある。この問題を回避するために、コンベア間の隙間、いわゆる、乗り継ぎ部の上方に外部センサを設置し、乗り継ぎ部を通過する物品を検知する方法も考えられるが、乗り継ぎ部では、物品が上下にばたつくため、この場合も誤検知する恐れがある。

また、特許文献１のように、撮像装置で連続して撮像を行う場合には、撮像された画像中の所定の領域に物品先端部が必ず存在している必要がある。しかし、搬送装置の搬送速度が速く、撮像装置のフレームレート（１秒当たりに画像を撮像する回数）が低い場合には、図７に示すように、撮像タイミングがずれて物品先端部が所定の領域からずれてしまう可能性がある。その場合には、検査すべき物品が到達しているにも関わらず、物品の検査が開始されないから、未検査の物品が後工程に混入する不具合が起きる。この不具合を防ぐためには、撮像装置に高速カメラのようなフレームレートの高い高価なデバイスを用いる必要があるが、それでは安価なシステムの構築を阻害する。

本発明の課題は、物品の通過を検知するための外部センサを設けることなく、また、高速カメラのような高価なデバイスを用いずに、搬送される物品の検査を行うことのできる物品検査装置を提供することにある。

本発明の物品検査装置は、搬送手段で搬送される物品を撮像手段で繰り返し撮像しながら、得られた画像に基づいて物品を検査する検査装置であって、搬送される物品の先端部が最初に映り込む画像上の領域を常時検査して物品の到達を知らせる物品検知部と、前記物品の到達を検知した時点から前記物品全体が画像上に映り込むまでの時間を算出する時間算出部と、算出された時間経過時の画像を検査用画像として記憶する記憶部と、記憶された検査用画像に基づいて前記物品を検査する物品検査部とを備えている。

物品検知部は、画像上の特定領域を常時チェックしている。その特定領域とは、搬送される物品の先端部が最初に映り込む狭い領域である。そして、搬送される物品の先端部がその領域で捉えられると、物品検知部が物品の到達を知らせる。時間算出部は、その物品の到達時点から物品全体が画像上に映り込むまでの時間を算出してタイマーを働かせ、検知された物品全体が画像に映るタイミングになると、タイマーがタイムアップして、画像に映った物品全体の画像を検査用画像として記憶させる。物品検査部は、その検査用画像に基づいて物品の検査を行う。これにより、物品の到達を検知する外部センサを設置する必要が無くなる。また、物品の先端部が最初に映り込む特定の狭い領域のみをチェックして物品の到達を検知するので、物品の搬送速度が速くなっても、確実に物品の到達を検知することができる。したがって、高速カメラのような高価なデバイスを用いずに、搬送される物品の検知と検査用画像の生成とを単一の撮像手段にて安価に実現することができる。

また、時間算出部は、物品の搬送方向長さと、搬送手段による物品の搬送速度とに基づいて、搬送される物品が画像上の中央位置に到達する時点を知らせて、検査用画像を撮像させるから、検査対象となった物品を撮像画像の中央位置で捉えた適格な画像を生成することができる。したがって、その後の画像処理が容易となる。

本発明に係る物品検査装置によれば、物品を最適のタイミングで撮像するための外部センサを不要とすることができる。また、画像上の限られた狭い特定領域だけを常時チェックして物品の到達を検知するから、物品の搬送速度が速くなっても、高速カメラのような高価なデバイスを用いずに物品の全体像を映すことができる。したがって、安価にシステムを構築することができる。

本発明に係る物品検査装置の一実施形態の概略側面図。カメラの構成ブロック図。一実施形態に係る物品検査装置の構成ブロック図。一実施形態に係る物品検査装置の動作フローチャート。検査用画像を撮像するタイミングの算出方法の説明図。具体的な数値を元に検査用画像を撮像するタイミングの算出方法の説明図。従来技術の問題点の説明図。

以下、本発明に係る物品検査装置の一実施形態を図面に基づいて説明する。

図１において、物品検査装置１は、下部筐体２と、遮光筐体３と、上部筐体４とを備えている。下部筐体２内には、物品検査装置１の動作を制御するコンピュータ５が収容されている。上部筐体４には、表示部６が設置されている。この表示部６は、タッチパネル機能付き液晶表示装置からなる。物品検査装置１は、物品５０の生産ラインに組み込まれるもので、物品５０を検査し、不具合な物品５０が見つかれば、それをライン外へ排出してその出荷を防止する。

遮光筐体３には、物品搬入口３ａ及び物品搬出口３ｂが設けられている。遮光筐体３内には、物品搬入口３ａから物品搬出口３ｂに向かって物品５０を矢印の方向に搬送する搬送手段としての搬送コンベア７が配置されている。搬送コンベア７の上流端は、物品搬入口３ａから外側に突出しており、下流端は、物品搬出口３ｂから外側に突出している。

遮光筐体３内には、白色光源１１及び撮像手段としてのカメラ１２が配置されている。白色光源１１は、搬送コンベア７の上方に配置され、搬送コンベア７上の物品５０に白色光を照射する。白色光源１１は、白色光を照射する複数のＬＥＤが二次元に配列されたものである。

図２において、カメラ１２は、レンズ１２ａ、複数の撮像素子１２ｂ、及びカメラ制御部１２ｃを有している。カメラ１２は、搬送コンベア７の上方から、搬送コンベア７によって搬送される物品５０を撮像し、画像を生成する。複数の撮像素子１２ｂは、搬送コンベア７の搬送面と平行な面に配列されて、搬送コンベア７によって搬送される物品５０を撮像する。複数の撮像素子１２ｂは、レンズ１２ａから入射した光を検出信号（電気信号）に変換する。カメラ制御部１２ｃは、後述する物品検知部１４及び物品検査部１５からの指令により、各撮像素子１２ｂから信号を読み出し、読み出した信号を二次元に展開することで画像を生成する。本実施形態では、カメラ１２として、撮像素子１２ｂの画素数が６４０画素×４８０画素、フレームレートが３０ｆｐｓである一般的な産業用ＣＣＤ（Charge Coupled Device）カメラを使用している。

図１において、生産ラインに組み込まれた物品検査装置１の上流側には、取込コンベア２０が設置され、下流側には、振分装置３０が設置されている。取込コンベア２０は、物品５０を物品検査装置１の搬送コンベア７に移送する。振分装置３０は、物品検査装置１の搬送コンベア７から出てきた物品５０のうち、物品検査装置１によって不具合が発生していると判定された物品５０を生産ラインから排除する。

図３において、物品検査装置１に搭載されたコンピュータ５は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等から構成され、予めインストールされたプログラムを実行することにより、少なくともモード制御部１３、物品検知部１４、物品検査部１５、時間算出部１６、記憶部１７の各機能を実現する。モード制御部１３は、物品検査装置１を後述する物品検知モードと物品検査モードとに切り替える。物品検知部１４は、物品５０を捉える画像上の特定領域を常時チェックする。その特定領域とは、搬送される物品の先端部が最初に映り込む画像上の狭い領域である。そして、搬送される物品の先端部がその領域で捉えられると、物品検知部１４が物品の到達を知らせる。時間算出部１６は、物品検知部１４が物品５０の到達を検知した時点から、物品５０全体が画像上に映り込むまでの時間を算出する。記憶部１７は、算出された時間経過時の画像を検査用画像として記憶する。物品検査部１５は、記憶部１７に記憶された検査用画像に基づいて物品５０を検査し、その物品５０に不具合があるか否かを判定する。モード制御部１３、物品検知部１４、物品判定部１５、及び時間算出部１６は、記憶されたプログラムを実行することにより実現される。記憶部１７は、不揮発性メモリ或いはハードディスク等で構成され、検査用画像、検査パラメータ、物品検査部１５で検査された物品５０の不具合等の判定結果を記憶する。検査パラメータとしては、少なくとも、物品５０の搬送方向長さＬ、搬送コンベア７の搬送速度Ｖ、画像を構成している正方形の１画素の一辺に対応する実寸法（コンベア上での物理的寸法）Ｐ、搬送方向画素数ＮＸ、及び後述する物品５０の通過を判定する閾値ＴＨが記憶されている。なお、上記各部１３〜１６は、ハードウェアで構成することもできる。

また、図示していないが、コンピュータ５は、表示部６に表示するデータの表示制御回路、表示部６のタッチパネルから入力データを取り込むキー入力回路等を備えている。さらに、コンピュータ５は、搬送コンベア７の搬送速度を設定速度にするための、図示しないモータ制御回路を制御する。

次に、図４に示すフローチャートを用いて、物品５０の通過を検知してから物品５０に不具合があるか否かを判定するまでの流れを説明する。物品検査装置１を稼動すると、搬送コンベア７とその前後の取込コンベア２０、振分装置３０が駆動され、カメラ１２が撮像を開始する。そして、取込コンベア２０が物品５０を搬送コンベア７に送るまでは、モード制御部１３は、物品検査装置１を物品検知モードに設定する。

この物品検知モードにおいて、物品検知部１４は、図５の画像に示すように、カメラ１２で捉えた画像Ａ上の特定領域Ｂ、すなわち、搬送される物品５０の先端部が最初に映り込む領域Ｂを常時検査して、その領域Ｂに物品５０の先端部が映り込んだか否かをチェックする。例えば、カメラ１２で捉えた画像Ａが、図６のように、搬送方向に４８０画素を有し、それと垂直な方向に６４０画素を有する画面Ａを想定すると、物品５０の先端部が最初に映り込む領域は、画像Ａの左端から搬送方向に４８画素の狭い特定領域Ｂである。この領域Ｂについて、繰り返し検査を行って、物品５０の到達を検査する。このように、狭い特定領域Ｂに限定して検査することで、高いフレームレートで物品５０の有無を検査することができる。

カメラ１２は、６４０画素×４８０画素の画像をフレームレート３０ｆｐｓで画像を生成するので、画像データを読み出す範囲を６４０画素×４８画素に限定すれば、フレームレート３００ｆｐｓで画像を生成することが可能となる。これは、画素数が１０分の１になったことから、読み出し時間は、１０分の１になるからである。物品検知モードにおいて、カメラ制御部１２ｃは、定期的（フレームレート３００ｆｐｓ）に、特定領域Ｂ（６４０画素×４８画素）を検査して物品５０の到達を検査する。この動作が、図４のフローチャートに示すステップＳ１〜Ｓ４となる。

すなわち、物品検知部１４は、特定領域Ｂについて画像を生成し（ステップＳ１）、続いて、１フレーム前に生成された領域Ｂの画像と、今回生成された領域Ｂの画像、２枚を比較して、同一位置にある画素の明るさの変化量を算出する（ステップＳ２）。物品検知部１４は、その変化量が、閾値ＴＨを超えていれば、閾値ＴＨを超えている画素の数を計数する（ステップＳ３）。閾値ＴＨを越える画素数が一定数以下であった場合は、カメラ１２が物品５０を捉えていないと判定し、閾値ＴＨを超える画素数が一定数を超えると、カメラ１２が物品５０を捉えたと判定する（ステップＳ４）。さらに、物品検知部１４は、閾値ＴＨを越えた画素のうち、特定領域Ｂを物品５０の先端部の位置ＬＡとして時間算出部１６に送信する。物品検知部１４が物品５０の先端部を検知すると、モード制御部１３は、物品検知モードから物品検査モードに切り替わる。

物品検査モードでは、まず、時間算出部１６が、物品検知部１４によって物品５０の先端部を検知した時点から、物品５０の中心線が画像Ａの中心線ＮＡ（図５参照）に到達するタイミングを算出する。具体的には、時間算出部１６が、物品５０の先端部の位置ＬＡを物品検知部１４から受信すると、物品５０の搬送方向長さＬ、搬送方向画素数ＮＸ、搬送コンベア７の搬送速度Ｖ、及び実寸法Ｐを記憶部１７から読み出す。それらの数値を使って、時間算出部１６は、物品５０の中心線が画像Ａの中心線ＮＡと一致するまでの物品５０の移動距離ＬＢ（＝Ｐ×ＮＸ／２＋Ｌ／２−Ｐ×ＬＡ）を求める（図５参照）。

次に、距離ＬＢと搬送コンベア７の搬送速度Ｖから、物品５０の全体像を撮像するための撮像タイミング（＝ＬＢ／Ｖ）を算出する。ここでは、時間算出部１６は、物品５０の先端部の位置ＬＡを用いて、距離ＬＢを算出したが、搬送速度Ｖに対し、カメラ１２のフレームレートが十分高ければ、上述の式から先端部の位置ＬＡを省略してもよい（ステップＳ５）。

カメラ制御部１２ｃは、算出された撮像タイミングでもって物品５０を撮像し、撮像した画像Ａの全てを検査用画像として記憶部１７に記憶させる（ステップＳ６）。

物品検査部１５は、記憶された検査用画像に対し画像処理を施し、処理の結果に基づいて、物品５０の不具合の有無を判定する（ステップＳ７）。物品の不具合とは、例えば、物品５０に印字されるべき日付の漏れ、印字されている日付の間違い、物品５０表面の傷等である。コンピュータ５は、物品検査部１５によって物品５０に不具合が発生していると判定した場合は、当該物品５０を生産ラインから排除するために、振分装置３０に指令を送るとともに、その判定結果を記憶部１７に記憶させる。また、オペレータの操作等に応じて、判定結果を表示部６に表示させる。

次に、各検査パラメータに具体的な数値を代入して説明する。図６において、搬送コンベア７の幅が１６０ｍｍ、搬送コンベア７の搬送速度Ｖが５００ｍｍ／ｓ、物品５０の搬送方向長さＬが８０ｍｍの場合を考える。搬送コンベア７の幅の全てを画像Ａに収める場合、１画素に対応するコンベア上での実寸法Ｐは０．２５ｍｍ（＝１６０ｍｍ／６４０画素）の正方形になる。図６に示すように、変化量が閾値ＴＨを越えた複数の画素のうち、最も搬送方向下流側にある画素の位置、すなわち、物品５０の先端部の位置ＬＡは、カメラ１２で捉えた画像Ａの左端側から搬送方向に４０画素の位置となる。カメラ１２の搬送方向の画素数ＮＸは４８０画素なので、物品５０の中心線がカメラ１２で捉えた画像Ａの中心線と一致するまでに、物品５０が移動する距離ＬＢは９０ｍｍ（＝Ｐ×ＮＸ／２＋Ｌ／２−Ｐ×ＬＡ）となる。次に搬送速度Ｖで９０ｍｍ移動するには０．１８ｓ（＝ＬＢ／Ｖ）後となるので、物品検知モードにおいて、物品５０の先端部が検知された時点から、０．１８ｓ後にカメラ１２へトリガを入力して撮像すれば、物品５０の画像Ａが、中央に位置する検査用画像を生成することができる。また、物品５０の搬送方向長さＬが短い場合には、搬送方向の読み出し範囲を限定してもよい。

以上のように、本発明では、物品検知部１４によって、撮像範囲を限定して高いフレームレートで物品５０の先端を捉えたか否かを判定する。そして、物品５０の先端部が検知されると、時間算出部１７は、物品５０の全体が画像Ａの中心に到達するタイミングをカメラ制御部１２ｃに知らせ、そのタイミングになると、物品５０を撮像して画像Ａ上に物品５０全体が含まれる検査用画像を生成する。これにより、物品５０を検知するための外部センサを設けることなく、また、高速カメラのような高価なデバイスを用いずに、搬送コンベア７で搬送される物品５０の検知と撮像を単一のカメラ１２にて安価に実現することができる。また、本発明では、物品５０の搬送方向長さＬと搬送コンベア７の搬送速度Ｖに基づいてカメラ１２の撮像タイミングを決めているので、検査用画像において、物品５０をカメラ１２で捉えた画像Ａの中央に映し出すことができる。したがって、安定した画像処理で物品に不具合があるか否かを判定することができる。

以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、光源に白色光源を用いる代わりに、エックス線、近赤外線、赤外線、テラヘルツ波等を物品５０に照射し、カメラ１２の撮像素子１２ｂにそれぞれの光線に対応するセンサを用いて撮像してもよい。この場合、物品５０の透過光を検出することで物品５０の内部の状態を検査することができる。

また、上記実施形態ではカメラ１２にＣＣＤカメラを用いたが、ＣＣＤカメラの代わりにＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）カメラを用いてもよい。ＣＭＯＳカメラであれば、搬送方向に垂直な方向に読み出し範囲を限定した検査用画像を生成することができる。

１物品検査装置
７搬送コンベア（搬送手段）
１２カメラ（撮像手段）
１４物品検知部
１５物品検査部
１６時間計算部
１７記憶部
Ｌ物品の搬送方向長さ
Ｖ搬送コンベアの搬送速度

Claims

搬送手段で搬送される物品を撮像手段で繰り返し撮像しながら、得られた画像に基づいて物品を検査する検査装置であって、
搬送される物品の先端部が最初に映り込む画像上の領域を常時検査して物品の到達を知らせる物品検知部と、
前記物品の到達を検知した時点から前記物品全体が画像上に映り込むまでの時間を算出する時間算出部と、
算出された時間経過時の画像を検査用画像として記憶する記憶部と、
記憶された検査用画像に基づいて前記物品を検査する物品検査部と、
を備える物品検査装置。
前記時間算出部は、物品の搬送方向長さと、搬送手段による物品の搬送速度とに基づいて、搬送される物品が画像上の中央位置に到達する時点を知らせる、
請求項１に記載の物品検査装置。