JP2017020790A - 粒状樹脂検査装置ならびに検査方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 粒状樹脂の検査において、酸化劣化あるいは熱分解が進行した欠陥が含まれているかどうかを、粒状樹脂からの蛍光発光現象を利用して精度よく検査する。【解決手段】 粒状樹脂を平面状に配置して紫外光域を含む光線を照射し、前記粒状樹脂をからの反射光を撮像して得られた撮像画像を画像処理することを特徴とする。【選択図】図１

Description

本発明は、繊維や樹脂成形品などの原材料となる粒状樹脂の欠陥検査に関する。

ポリアミド樹脂を用いた繊維や樹脂成形品などは強靭性、耐疲労性などに優れているため、各種の産業資材用途に広く用いられている。これらのポリアミド樹脂やそれよりなる物品は比較的酸化劣化されやすく、とくに高温において酸素と接触するような場合には著しく酸化劣化され、重合度の低下や諸物性の低下を引き起こすことが知られている。

たとえば、ポリアミド樹脂の一部に蛍光発色傾向を有する劣化した物質が含まれていると、紫外光下では白色を呈する傾向があることから、ポリアミド樹脂製の糸を巻き取ったチーズを紫外光下に置き、蛍光発色があるかどうか目視で調べることが行われていた（特許文献１）。

また、ポリアミド樹脂成形品は、光学的な性質が熱分解によって変化し、蛍光反応を示すようになると考えられていることから、表面に紫外光を照射し、その部分で蛍光を発するかどうかを検査者が紫外線フィルタを透過して観察し、白く浮き出たように見える部分があると熱分解が進行している、と判断していた（特許文献２）。

また、成形前の透明または半透明の粒状樹脂の欠陥検査では、着色異物が含まれているかどうかについて、通常の照明に加えて紫外光を照射し、目視によらず、撮像した画像により検査することが提案されていた（特許文献３）。この方法によれば、外部から通常の照明光を当てた場合のように端部に影を生じることがなく、影を欠陥部分（着色異物）と見誤ることがないので、ソフトウェア的な影の除去も必要ではなく、確実に被検査物に含まれる着色部分のみを検出できることが記載されている。

特開平８−３２５３８２号公報 特開平８−６２１４４号公報 特開２００１−２７２３５２号公報

しかしながら、特許文献１はポリアミド樹脂を糸にした後に劣化物があるかどうかを検査するものであり、また特許文献２はポリアミド樹脂を成形した後に熱分解した箇所があるかどうかを検査するものであり、いずれも作業者が目視で検査を行っていた。また、特許文献３は成形前の粒状樹脂に着色異物が含まれているかどうかを検査するというもので、透明または半透明の粒状樹脂を撮像し、黒色に見える斑点などを含む粒状樹脂を不良品と判定する。しかしながら、透明または半透明の粒状樹脂に酸化劣化あるいは熱分解が進行しているものが含まれているかを検査するものではない。

本発明の目的は、粒状樹脂の検査において、酸化劣化あるいは熱分解が進行した欠陥が含まれているかどうかを、粒状樹脂からの蛍光発光現象を利用して自動検査できる検査装置ならびに検査方法を提供することにある。

上記課題を解決するため、本発明の粒状樹脂検査装置は、粒状樹脂を平面状に配置する整列手段と、前記粒状樹脂に紫外光域を含む光線を照射する照明手段と、前記粒状樹脂からの反射光を撮像する撮像手段と、前記撮像手段が取得した撮像画像を処理する画像処理手段と、を備えることを特徴とする。

本発明の粒状樹脂検査装置において、撮像手段が以下の（１）から（３）のいずれかのように構成されているとよい。
（１）単一の受光感度を有する受光素子からなる受光素子群を備える
（２）受光感度の異なる２種以上の受光素子からなる受光素子群を備える
（３）可視光域の一部、または全部に受光感度を有する受光素子からなる受光素子群を備える
上記の（１）あるいは（３）において、撮像手段は、異なる波長領域毎に分離して通過させる、または、特定の波長領域を選択的に通過させる波長分離手段を備え、粒状樹脂からの反射光が前記波長分離手段を通過した光を撮像することが望ましい。

上記の（１）、（２）、および（３）において、樹脂がポリアミドであり、少なくとも１種の受光素子からなる受光素子群の最大受光感度が、蛍光の波長範囲が含まれる４００〜６２０ｎｍの範囲であると好適である。

本発明の粒状樹脂検査装置において、画像処理手段は、撮像画像から粒状樹脂の一つ一つを抽出する抽出手段と、前記抽出手段によって抽出された画像Ｂから粒状樹脂の良否判定の妨げとなる外周部を除去する外周除去手段と、外周除去された画像Ａから粒状樹脂の良否を判定する判定手段とを備えるとよい。判定手段では、前記画像Ａの輝度情報と、前記画像Ａに対して２値化処理を行った後の面積情報と、の２つの情報を用いて、前記粒状樹脂の良否を判定する。

ここで、整列手段が、前記粒状樹脂をあらかじめ設定された位置に配置するようすることで、前記の抽出処理手段を不要とすることもできる。

また、本発明の粒状樹脂検査方法は、粒状樹脂を平面状に配置して紫外光域を含む光線を照射し、前記粒状樹脂をからの反射光を撮像し、取得した撮像画像を画像処理することを特徴とする。

ここで、粒状ポリアミド樹脂からの特定波長領域、好ましくは４００〜６２０ｎｍの範囲の反射光を撮像するとよい。

本発明の粒状樹脂検査装置ならびに粒状樹脂検査方法によれば、平面状に配置した粒状樹脂に紫外光域を含む光線を照射し、粒状樹脂からの反射光を撮像し、撮像画像を画像処理することで、粒状樹脂に酸化劣化あるいは熱分解が進行しているものが含まれているかどうかを精度よく検査することができる。したがって、粒状樹脂の品質の定量化実現や欠陥品見逃し防止という効果が得られる。

本発明の粒状樹脂検査装置の一例を示す概略図である。 本発明に係る画像処理フローの一例を示す図である。 本発明に係る粒状樹脂の配置状態の一例を示す図である。 本発明に係る粒状樹脂撮像画像と粒状樹脂の外周部を示す図である。 本発明に係る粒状樹脂撮像画像から粒状樹脂の外周部のみ抽出した画像を示す図である。 本発明に係る粒状樹脂撮像画像から各粒状樹脂の外周部を除去した画像を示す図である。

本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。

図１は本発明の粒状樹脂検査装置の一例を模式的に示した概略図である。本発明の検査装置１は、被検査物である数ミリメートル程度の大きさの粒状樹脂２を平面状に配置する整列装置（図示しない）と、被検査物に紫外光を含む光線３ａを照射する光源３と、粒状樹脂２からの反射光２ａを撮像する撮像装置４と、撮像装置４が撮像した撮像画像を画像処理する画像処理装置５とで構成されている。熱や酸化などで劣化した透明または半透明の粒状樹脂２は紫外光を含む光線３ａを受けると、蛍光を発する性質がある。したがって、粒状樹脂２が熱や酸化などで劣化している場合、粒状樹脂２からの反射光２ａは蛍光を含んだ光となり、劣化の度合いが大きいと粒状樹脂２からの反射光２ａは強くなる。蛍光発光を含む反射光２ａを撮像することで、粒状樹脂２を検査することができる。

平面状に配置された粒状樹脂２がたとえばコンベアのような搬送装置６で連続的あるいは間欠的に順次搬送され、撮像部に搬送された粒状樹脂２に光源３から紫外光を含む光線３ａを照射する。粒状樹脂２からの反射光２ａをラインセンサカメラあるいはエリアセンサカメラのような撮像装置４で撮像する。画像処理装置５は、撮像装置４で得られた画像を処理することで、良否判定を行なう。

粒状樹脂２は、必ず１列に整列させて配置する必要はなく、たとえば広範囲に分散した状態で平面状に配置してもよい。分散して配置された粒状樹脂２の一部がたとえば重なり合う、あるいは、いくつかの粒状樹脂２が直立して配置されると、それらの粒状樹脂２は平面状に配置されている他の粒状樹脂２よりも光源３との距離が近くなる。光源３との距離が近くなるとそれらの粒状樹脂２表面の照度は平面状に配置されている他の粒状樹脂２よりも高くなり、反射光２ａは強くなる。したがって、一部が重なり合う、あるいは、直立して配置された粒状樹脂２は、たとえそれらの粒状樹脂２が蛍光を発していなくても、平面状に配置されている他の粒状樹脂２より高い階調値で画像化されることになる。これらの現象はのちの良否判定の正確性を損なう可能性があるため、粒状樹脂２を平面状に配置することで、各粒状樹脂２の表面が同程度の高さとなるようにし、各粒状樹脂２の表面と光源３との距離をできるだけ一定となるようにする。

光源３は粒状樹脂２に紫外線光を含む光線３ａを照射し、粒状樹脂２の蛍光発光を促す。光源３は、たとえば紫外線ＬＥＤ光源や紫外線ランプあるいは紫外線光源ＢＯＸとライトガイドの組み合わせなど、紫外光を含む光線３ａを照射可能であれば光源の種類は限定しない。

光線３ａは、配置された粒状樹脂２に対して均一に照射可能であれば、リング型、スポット照射型、四角型、ライン照射型などいかなる形状のものから照射されていてもよい。また、各撮像毎の再現性を得るために、光線３ａの照度は一定の値にしておくことが好適である。

撮像装置４は、備えている受光素子群で、粒状樹脂２からの反射光２ａを受光し、粒状樹脂２の撮像を行う。撮像装置４に備える受光素子群は、たとえば（１）モノクロカメラのように単一の受光感度を有する受光素子からなるもの、あるいは（３）可視光域の一部、または全部に受光感度を有する受光素子からなるものを用いてもよいし、（２）カラーカメラのような受光感度の異なる複数の受光素子からなるものを用いてもよい。

また、粒状樹脂２からの反射光２ａを、光学フィルタなどを用いて特定の波長領域を選択的に通過させる、あるいはプリズムのように異なる波長領域毎に分離して通過させるなどの波長分離手段を用いて、任意の波長成分の光を、単一の受光感度、あるいは可視光域の一部、または全部に受光感度を有する受光素子からなる受光素子群、もしくは受光感度の異なる複数の受光素子からなる受光素子群を備える撮像装置４で撮像してもよい。また、ポリアミド樹脂が発する反射光の波長範囲は青〜緑の範囲に含まれるため、いずれの撮像形態においても、最大受光感度が４００〜６２０ｎｍの波長範囲である受光素子を含むことが好適である。

図２に画像処理フローの一例を示す。撮像装置４で取得した粒状樹脂２の画像は、画像処理装置５において図２に示すフローで処理される。画像処理フローの詳細については、後述する。画像処理装置５は、専用の画像処理ソフトウェアを備えたＰＣ、あるいは画像処理用のハードウェアなどを用いてもよいし、代わって撮像装置４にＣＰＵが備わり撮像と画像処理が一体化して行えるものを用いてもよい。

図３は粒状樹脂２の配置状態の一例である。粒状樹脂２の配置と整列は、図３のように、粒状樹脂２を並べる樹脂配置箇所７（たとえばトレーやコンベアなど）の決められた位置に毎回確実に粒状樹脂２を整列させ、各粒状樹脂２の存在している場所（たとえば粒状樹脂２の重心座標など）をあらかじめ決定しておく。粒状樹脂２の存在している場所をあらかじめ決定しておくことで、蛍光を検査する範囲（画像処理する範囲）を固定して良否判定ができるため、後述する画像処理装置５における外周部除去処理や粒状樹脂２の一つ一つを抽出する処理が不要となる。

図４〜図６は粒状樹脂２の外周部２ｂを除去する際の画像の状態を示している。粒状樹脂２に光線３ａを照射し撮像すると、粒状樹脂２は蛍光発光の有無にかかわらず、図４のように外周部２ｂが明るく見える場合がある。これは粒状樹脂２の外周部２ｂの形状が中心部に比べ極端な曲面形状で、かつ各粒状樹脂２によってその形状が微妙に異なり、粒状樹脂２の外周部２ｂの形状によっては中心部よりも外周部２ｂの反射光のほうが強くなるためである。この明るく見える外周部２ｂを検査の対象に含めると、蛍光を発していない場合でも誤って蛍光を有する粒状樹脂２として検出される場合があり、粒状樹脂２の良否判定する際のノイズ要因となりえるので、図２のＳ１とＳ２の処理により画像上の粒状樹脂２の外周部２ｂを除去する。

前述の図３の実施形態においては、画像上の粒状樹脂２の一つ一つを抽出し、各粒状樹脂２の外周部２ｂを除去する工程は不要であるが、決められた位置に毎回確実に粒状樹脂２を整列させる作業は負荷が大きく、かつ各粒状樹脂２同士が隣接しないように間隔を空けて配置する必要があるため、単位面積当たりに配置できる粒状樹脂２の数（１回の検査量）が制限される。また、作業者の負荷を減らすために、たとえばロボットアームなどを用いて粒状樹脂の整列を自動化してもよいが、この場合装置のコストが大幅に増加するという懸念もある。このため、たとえばトレーなどに粒状樹脂２を投入して手でゆする、あるいは仕切りのようなもので均すなどして決められた範囲にできるだけ多くの粒状樹脂２を広範囲に分散した状態で平面状に配置し、画像処理により画像上の粒状樹脂２の一つ一つを抽出し、各粒状樹脂２の外周部２ｂを除去する方法が好適である。

また、図２のＳ３で粒状樹脂２の一つ一つを抽出することで、後の良否判定処理Ｓ７において、検査対象になった粒状樹脂２の個数や、蛍光を発する粒状樹脂２の個数を一個単位で計測でき、たとえば多くの粒状樹脂２群の中に混入しているたった１個の蛍光発光を有する粒状樹脂２を検出することできる。Ｓ２の外周部を除去する処理には、膨張・収縮処理や、２値化、減算処理などの組み合わせなどが、Ｓ３の粒状樹脂２の一つ一つを抽出する処理には、膨張・収縮処理や領域分割処理などが、用いられる場合が多い。粒状樹脂２の良否判定には、画像処理により画像上の各粒状樹脂２の外周部２ｂを除去し、粒状樹脂２の一つ一つを抽出した画像（図６）を用いることが好適である。

画像上において蛍光を発する粒状樹脂２を構成する画素の階調値（＝輝度）は、蛍光を発しない粒状樹脂２の輝度よりも高くなるので、判定手段にはＳ４で計測した各粒状樹脂２の輝度情報やＳ５やＳ６で２値化処理した際の白画素の残留面積などの情報を用いることができる。良否判定処理Ｓ７では、各粒状樹脂２の輝度情報を用いて判定する場合は、それらの最大輝度や最小輝度あるいは平均輝度などを判定の基準にすることができる。また、２値化処理により白画素の面積などの情報を良否判定に利用する場合は、たとえばその面積を計測しその計測値を基準に検査された粒状樹脂２群の欠陥品判定を行うことができる。

本発明の粒状樹脂検査装置ならびに粒状樹脂検査方法は、ポリアミド樹脂のほかＡＢＳ樹脂やＰＥＴ樹脂の自動検査に利用することができる。

１ 粒状樹脂検査装置
２ 粒状樹脂
３ 光源
４ 撮像装置
５ 画像処理装置
６ 粒状樹脂搬送装置
７ 樹脂配置箇所
８ 撮像画像

Claims (13)

1. 粒状樹脂を平面状に配置する整列手段と、前記粒状樹脂に紫外光域を含む光線を照射する照明手段と、前記粒状樹脂からの反射光を撮像する撮像手段と、前記撮像手段が取得した撮像画像を処理する画像処理手段と、を備えることを特徴とする粒状樹脂検査装置。
2. 撮像手段は、単一の受光感度を有する受光素子からなる受光素子群を備えることを特徴とする請求項１に記載の粒状樹脂検査装置。
3. 撮像手段は、受光感度の異なる２種以上の受光素子からなる受光素子群を備えることを特徴とする請求項１に記載の粒状樹脂検査装置。
4. 撮像手段は、少なくとも可視光域の一部、または全部に受光感度を有する受光素子からなる受光素子群を備えることを特徴とする請求項１に記載の粒状樹脂検査装置。
5. 撮像手段は、異なる波長領域毎に分離して通過させる、または、特定の波長領域を選択的に通過させる波長分離手段を備え、粒状樹脂からの反射光が前記波長分離手段を通過した光を撮像することを特徴とする請求項２または４に記載の粒状樹脂検査装置。
6. 樹脂がポリアミドであり、撮像手段が、最大受光感度が４００〜６２０ｎｍの波長領域である受光素子を含む受光素子群を備えることを特徴とする請求項２〜５のいずれかに記載の粒状樹脂検査装置。
7. 整列手段は、粒状樹脂をあらかじめ設定された位置に配置することを特徴とする請求項１に記載の粒状樹脂検査装置。
8. 画像処理手段は、撮像画像から粒状樹脂の良否判定の妨げになる外周部を除去する外周除去手段と、外周除去された画像Ａから粒状樹脂の良否を判定する判定手段と、を備えることを特徴とする請求項１に記載の粒状樹脂検査装置。
9. 画像処理手段は、撮像画像から粒状樹脂の一つ一つを抽出する抽出手段と、前記抽出手段によって抽出された画像Ｂから粒状樹脂の良否判定の妨げとなる外周部を除去する外周除去手段と、外周部除去された画像Ａから粒状樹脂の良否を判定する判定手段と、を備えることを特徴とする請求項１に記載の粒状樹脂検査装置。
10. 判定手段は、画像Ａの輝度情報と、画像Ａに対して２値化処理を行った後の面積情報との２つの情報を用いて、粒状樹脂の良否を判定することを特徴とする請求項８または９に記載の粒状樹脂検査装置。
11. 粒状樹脂を平面状に配置して紫外光域を含む光線を照射し、前記粒状樹脂をからの反射光を撮像し、取得した撮像画像を画像処理することを特徴とする粒状樹脂検査方法。
12. 前記粒状樹脂からの特定波長領域の反射光を撮像することを特徴とする請求項１１に記載の粒状樹脂検査方法。
13. 樹脂がポリアミドであり、特定波長領域が４００〜６２０ｎｍであることを特徴とする請求項１２に記載の粒状樹脂検査方法。