JP2017122621A - 布表面検査装置及び布表面検査装置用の照明装置 - Google Patents

Abstract

【課題】工業用の織布や不織布等の微細な欠陥を高速で検出することが可能な布表面検査装置、及び該布表面検査装置用の照明装置を提供する。
【解決手段】検査対象布１９０の検査対象領域１９１に対向して配置された撮影装置１２０と、前記検査対象領域１９１の周囲に配置され、該検査対象領域１９１に一方向に光を照射する、複数の光源１１５ａ〜ｄと、前記複数の光源１１５ａ〜ｄを互いに異なるタイミングで点灯させる光源制御部１４２とを備える布表面検査装置１００により、検査対象布１９０を検査することで、欠陥による影又は陰により欠陥の存在を明確に認識する。
【選択図】図２

Description

本発明は、撮影装置による織物の欠陥を検出する布表面検査装置と、布表面検査装置において用いられる照明装置に関する。

製造物の部品の配置ずれや傷、異物の付着といった欠陥の有無や、製造物の状態を確認する方法のひとつに、外観検査がある。外観検査では、例えばエリア照明装置と撮影装置を備えた外観検査装置が用いられる。この外観検査装置では、エリア照明装置により検査対象物の所定の領域に光を照射し、そのとき撮影装置で撮影された所定領域の画像から検査が行われる。

特許文献１は、半導体パッケージ用の外観検査装置を開示している。この装置では半導体パッケージの上方に、4つの蛍光灯等の光源を該半導体パッケージを四方から取り囲むように配置した照明装置と、半導体パッケージを上方から撮影する撮影装置を有する。この照明装置では、4方向から同時に光を照射する。半導体パッケージは立体的な形状を有するため、4方向から光を照射することで影が発生しないようにしている。

特開2003-232750号公報

フィルター等に用いられる工業用の織布や不織布のほつれや糸切れ等の欠陥を検出しようとした場合、検査対象である織布や不織布自体のコントラストが低い他、前記欠陥が検査対象領域に比して小さいため、欠陥を発見しにくいという問題がある。時間をかけて綿密な検査を行えば微細な欠陥を検出することも可能であるが、それでは検査の効率が悪い。

本発明が解決しようとする課題は、工業用の織布や不織布等の微細な欠陥を高速で検出することが可能な布表面検査装置、及び該布表面検査装置用の照明装置を提供することである。

上記課題を解決するために成された本発明に係る布表面検査装置は、
a) 検査対象布の検査対象領域に対向して配置された撮影装置と、
b) 前記検査対象領域の周囲に配置され、該検査対象領域に一方向に光を照射する、複数の光源と、
c) 前記複数の光源を互いに異なるタイミングで点灯させる光源制御部と
を備えることを特徴とする。

また、上記課題を解決するために成された本発明に係る布表面検査装置用の照明装置は、
a) 検査対象布の検査対象領域の周囲に配置され、該検査対象領域に一方向に光を照射する、複数の光源と、
b) 前記複数の光源を互いに異なるタイミングで点灯させる光源制御部と
を備えることを特徴とする。

ここで、検査対象領域に一方向に光を照射する光源は、平行な光を発するレーザー光源であってもよいし、広角度で発光するLED(Light Emitting Diode)等の光源の前面に平行な遮蔽板を複数設けることにより、発光方向を一方向とするようにしてもよい。

本発明に係る布表面検査装置では、各光源が検査対象領域に一方向から光を照射するため、検査対象布に欠陥が存在する場合、その欠陥には一方向のみから光が照射される。例えば、その欠陥が、ほつれた糸が突出しているような凸状の欠陥である場合、ほつれた糸の繊維に光が反射して周囲よりも輝度が高くなり、さらに照射方向とは反対の方向に影が生じる。この高輝度の部分と影の部分により、織布や不織布というコントラストの低い検査対象布について、小さい欠陥であっても、該欠陥の存在を明確に認識することができ、その位置も決定することができる。そして、照射光が一方向からの光であるため、その影は欠陥の形状（射影形状）をそのまま反映したものとなっている。検査対象布に対する光源の位置（照射角度）が予め分かっている場合（通常はそうである）、影の長さから該凸状欠陥の高さも決定することができる。このような光源からの照射を少なくとも2方向から行い、その際、それらを異なるタイミングで点灯させることにより、それぞれの方向からの照射による影の形状に基づき、該凸状欠陥の立体形状をほぼ再現することができる。また、１本ないし数本の繊維が突出しただけの非常に小さい欠陥であって、その突出方向が様々であっても、複数の方向から光を照射するため、いずれかの方向から光を照射したときにその光が繊維に反射して輝度が高くなる。このため、欠陥の大きさに関係なく、より明確に欠陥の存在を認識することができる。また、欠陥が、例えば糸切れのような布表面の凹形状の欠陥である場合も、一方向からの光の照射により生じる糸のほつれによる高輝度の部分と陰に基づき、該欠陥の存在及び位置を明確に決定することができる。

本発明に係る布表面検査装置において、光源の光の照射方向は検査対象布の布目に対して（経糸・緯糸の方向に対して）斜めにしておくことが望ましい。これにより、より小さい欠陥も明瞭に検出することができるようになる。

本発明に係る布表面検査装置及び布表面検査装置用の照明装置では、検査対象布に一方向のみから光を照射し、タイミングを変えて別方向からも同様に一方向からのみ光を照射するため、織布や不織布というコントラストの低い検査対象布について、小さい欠陥であっても、その欠陥による高輝度な部分と影又は陰により欠陥の存在を明確に認識することができ、その位置も決定することができる。また、欠陥が凸形状の場合には、その影の形状により、該凸状欠陥の立体形状をほぼ再現することができる。

本発明の一実施形態に係る布表面検査装置を設けた織機の概略構成図。(a)は織機の側面図。(b)は織機の上面図。 本発明の一実施形態に係る布表面検査装置用の照明装置の構成図。 織布の照射光による影の位置を説明する上面図。 織布の照射光による影の位置を説明する側面図。 布表面検査装置により取得した画像の例を示す図。(a)は本発明の実施例に係る布表面検査装置により取得した画像。(b)は比較例に係る布表面検査装置により取得した画像。 本発明の別の実施形態に係る布表面検査装置用の照明装置の構成図。

本発明に係る布表面検査装置の実施形態について図面を参照しつつ説明する。図１は本発明の一実施形態に係る布表面検査装置を設けた織機の概略構成図である。織機１０は、織成装置１６０と、布表面検査装置１００を有する。織成装置１６０は、織布１９０を製造する織布製造部１６１と、織布１９０を移動させる送りローラ１６２と、織布１９０を巻き取る巻き取りローラ１６３を有する。布表面検査装置１００は、検査対象である織布１９０に光を照射する照明装置１１０と、撮影装置１２０と、撮影装置１２０を織布１９０の幅方向に移動させる駆動部１３０と、照明装置１１０と撮影装置１２０と駆動部１３０を制御する制御部１４０と、画像解析部１５０とを有する。

撮影装置１２０は織布１９０の上方に配置された、織布１９０を撮影可能な、レンズや2次元に配列された受光素子等からなるカメラであり、本実施形態では可視光の波長帯を受光するものとする。撮影装置１２０は駆動部１３０のモータ部１３１を介してレール１３２に取り付けられており、レール１３２に沿って織布１９０の幅方向に移動可能に構成されている。なお、撮影装置１２０はカメラ以外にも、所定の範囲内を走査するラインセンサ等を用いてもよい。

照明装置１１０は撮影装置１２０に取り付けられており、織布１９０の上方に配置されている。駆動部１３０が動作することで、撮影装置１２０と共に移動する。図２に照明装置１１０の詳細な構造を示す。照明装置１１０は、織布１９０上の撮影装置１２０が撮影する領域１９１を4方向から取り囲む様に配置された4つの光源部１１５ａ〜１１５ｄを有し、それぞれの光源部１１５ａ〜１１５ｄは複数の発光部１１１と、隣接する発光部１１１の間に設けられた複数の遮蔽板１１２と、発光部１１１と遮蔽板１１２が固定された基台１１３を備えている（図２(a)）。この撮影領域１９１が本発明の検査対象領域に相当する。

基台１１３は細長い平板状であり、複数の発光部１１１がこれら基台１１３の長手方向に直線状に並べて配置される。遮蔽板１１２は各発光部１１１の間にそれぞれ遮蔽板１１２と基台１１３の成す角θ1が70°に傾斜して設けられる。また、1つの光源部１１５の遮蔽板１１２は互いに平行に配置される。遮蔽板１１２は、発光部１１１から出射した光を反射しないように、例えば、その表面に可視光の波長帯における光の吸収率が高い塗料が塗布されている。なお、遮蔽板１１２と基台の成す角θ1は0°以外の角度であれば、70°以外でも適宜設定可能である。

光源部１１５ａ及び光源部１１５ｃの基台１１３は、その長手方向が緯糸と平行に設けられ、光源部１１５ｂ及び光源部１１５ｄの基台１１３は、その長手方向が経糸と平行に設けられる。図２(b)は図２(a)の矢視断面図であり、各光源部１１５ａ〜１１５ｄは全て織布１９０の表面と各光源部の光軸の成す角θ2が45°となるように傾斜して配置されている。なお、この角度θ2は45°に限らず、0°より大きく90°より小さい範囲であれば適宜の角度に設定可能である。

制御部１４０は撮影制御部１４１と、光源制御部１４２と、駆動制御部１４３を有し、それぞれ撮影装置１２０、照明装置１１０及び駆動部１３０の制御を行う。

画像解析部１５０は、撮影装置１２０と制御部１４０に接続され、撮影装置１２０が取得した画像データを適宜の画像処理手法を用いて解析することで、検査対象である織布１９０に発生した糸の切れや穴等の欠陥を検出する。

制御部１４０及び画像解析部１５０は、撮影装置１２０、照明装置１１０及び駆動部１３０からなる1つのユニットに対して、1つずつ設ける構成としてもよいが、1組の制御部１４０及び画像解析部１５０で、複数の前記ユニットの制御及び画像解析を行う構成としてもよい。

次に布表面検査装置１００の動作について説明する。織布製造部１６１で製造された織布１９０は巻き取りローラ１６３により連続的に巻き取られることで長さ方向（経糸と平行な方向）に移動している。この状態で布表面検査装置１００は、撮影装置１２０をレール１３２に沿って織布１９０の幅方向に往復移動させつつ織布１９０の表面を撮影することで該織布１９０の検査を行う。具体的には、撮影装置１２０の撮影領域１９１が織布１９０の幅方向の一端部から他端部まで隙間なく並ぶように撮影装置１２０の移動、停止を繰り返す。また、撮影装置１２０により織布１９０を撮影する際は、光源制御部１４２が光源部１１５ａ〜１１５ｄを1つずつ点灯させ、各光源部が点灯する度に撮影装置１２０が織布１９０の撮影領域１９１を撮影し、撮影した画像データを画像解析部１５０に送信して、各画像データについて欠陥の検出処理を行う。つまり、本実施形態の布表面検査装置１００は、4つの光源部を備えるため、1つの撮影領域１９１につき、4つの画像データを取得して欠陥の検出処理を行う。

撮影領域１９１の撮影と、取得した画像データの解析の動作について、図１から図４を参照しつつ詳細に説明する。まず、駆動制御部１４３がモータ部１３１を動作させ、織布１９０を撮影する位置に撮影装置１２０を移動させる。次に、光源制御部１４２は光源部１１５ａの発光部１１１を全て点灯させる。このとき発光部１１１から放射された光のうち、遮蔽板１１２に入射した光は遮蔽板１１２に塗布された塗料により吸収される。このため、遮蔽板１１２に当たらない光、すなわち遮蔽板１１２と略平行な光のみが光源部１１５ａから出射される。

光源部１１５ａから出射された光は一方向から織布１９０の撮影範囲、すなわち撮影領域１９１の全体に照射される。光源部１１５ａの遮蔽板１１２は、緯糸と平行な基台１１３に対してθ1だけ傾斜しているため、図３に示すように、経糸１９２及び緯糸１９３のそれぞれの糸に対して斜め方向から入射し、両糸に照射されて照射方向とは反対側に影ができる。この織布１９０の撮影領域１９１を撮影装置１２０により上方から撮影し、得られた画像データを画像解析部１５０に送信する。

光源部１１５ａの点灯時における画像データを取得した後、光源制御部１４２は光源部１１５ａの発光部１１１を全て消灯する。そして、光源部１１５ｂの各発光部１１１を全て点灯させ、光源部１１５ａの点灯時と同様にして織布１９０の撮影領域１９１を撮影して画像データを取得し、画像解析部１５０に送信する。その後、光源部１１５ｃ、１１５ｄについても同様に画像データを取得し、画像解析部１５０に送信する。

正常に織られた織布１９０を撮影すると、規則的な格子模様の影が映った画像データが得られる。画像解析部１５０は、予めこのような規則的な格子模様を撮影して得られた画像データを基準データとして保存しており、取得した画像データと該基準データを比較することで欠陥の有無を判定する。なお、各光源部の位置や光の照射方向により画像データに現れる影の位置も異なるため、光源部毎に基準データを用意し、対応した画像データと基準データで比較を行う。

織布１９０の表面に糸の切れ等の欠陥がある場合には取得した画像データ中に不規則な部分が発生する。例えば、ほつれた糸が突出しているような凸状の欠陥（欠陥Ａ）が生じた場合、凸状の欠陥に当たった光の反射光による、正常に織られた部分には見られない、輝度が高い部分が発生する（図３、図４）。また、凸状の欠陥の大きさによっては、その影による輝度が低い部分が発生する。画像解析部１５０は、このような凸状の欠陥による高輝度の部分、もしくは高輝度の部分と低輝度の部分を含む画像データと前記基準データを比較することで、欠陥を検出する。さらに、画像解析部１５０は、制御部１４０から撮影装置１２０の現在位置の情報を取得し、該位置情報と撮影した画像データの欠陥の位置座標情報から欠陥の位置を求める。また、織布１９０の糸が切れて凹状の欠陥（欠陥Ｂ）が発生している場合も該凹状の孔が陰となり、ばらけた繊維が高輝度になる。このような画像データと前記基準データを比較することで欠陥を検出するとともに、撮影装置１２０の位置情報と画像データの座標情報から欠陥の位置を求める。また、糸のほつれた部分が突出する方向が様々であっても、いずれかの方向から照射される光によって周囲よりも輝度が高い部分が発生する。従って、光の照射方向の異なる複数の画像データを取得し、それぞれについて欠陥検出を行うことで確実に欠陥を検出することができる。さらに、光の照射方向の異なる複数の画像データを重ね合わせて（各画素の乗算、加算等）、基準データと比較することで欠陥検出を行うこともできる。糸のほつれた部分の突出部分は、様々な光の照射方向において高輝度になることが多いため、光の入射方向が異なる複数の画像データを重ね合わせて凸状欠陥の輝度を周囲よりも相対的に高くすることで、より高い確度で凸状欠陥を検出することが可能となる。

凸状の欠陥の場合、該凸状の欠陥により生じる影の長さは、光の照射角度と凸状の欠陥の高さにより決まる。画像解析部１５０は、画像データ中の欠陥の影の長さと光の照射角度の関係から該凸状の欠陥のおおよその高さを算出する。さらに、凸状の欠陥では、光の照射方向毎に影の生じる方向や形状が変化するため、画像解析部１５０は、2つの画像データの影の形状を基に射影変換等の処理により該凸状の欠陥の立体形状を推定する。

画像解析部１５０における画像データの解析において、織布１９０に欠陥が有ると判定された場合には、その織布１９０を製造している織機を停止させるとともに、警報やモニタへの表示などの方法によりユーザに通知する。欠陥が無いと判定された場合には、駆動部１３０により撮影装置１２０を織布１９０の幅方向に移動し、上記と同様に織布１９０上の撮影領域１９１の検査を行う。

次に本発明に係る布表面検査装置の実施例について説明する。本実施例の布表面検査装置は上記実施形態と同じ構成であり、撮影領域に凸状の欠陥を有する織布を配置して、該織布を撮影した。織布を撮影して取得した画像を図５(a)に示す。この画像は、該画像の右下方向に光を照射して撮影したものである。また、比較例として、照明装置を遮蔽板が無く発光部の光軸を撮影領域に対して垂直になるよう配置した布表面検査装置により撮影した画像を図５(b)に示す。なお、図５(a)及び図５(b)では、織布の凸状の欠陥の周辺を白い円で囲んで表示している。

撮影領域（織布）に垂直な方向から遮蔽板なしで光を照射した比較例では、欠陥部分と正常に織られた部分の輝度差がほとんどない。このような画像データを基準データと比較しても、欠陥部分にはほとんど輝度差がでないため、欠陥の検出を行うことは困難である。これに対し、本実施例の布表面検査装置により撮影した画像では、欠陥部分が正常に織られた部分よりも、高い輝度となっている。従って、基準データとこの画像データを比較し、両データの各画素の輝度差が所定の閾値よりも大きいか否かを判定するなどして、容易に欠陥を検出することができる。

なお、上記実施形態は一例であって、本発明の趣旨に沿って適宜変形や修正を行えることは明らかである。例えば、上記実施形態では、4つの光源部を設けたが、1つ以上の光源部を設ける構成であればよい。光源部を少数の構成とすることでコストを低減できるとともに、取得する画像データの数が少なくなり、撮影時間や画像解析に必要な時間が短縮でき、検査時間を短縮することができる。また、多数の光源部を設ける構成とした場合、複数の角度から撮影領域に光を照射し、各画像データにおける欠陥検出を行うことでより確度の高い検査を行うことが可能となる。

上記実施形態では、複数の発光部を基台に固定したが、棒状の蛍光灯等を基台に固定し、蛍光灯の長さ方向に複数の遮蔽板を設けて光源部を構成してもよい。また、遮蔽板を発光部の基台に対して垂直に設けても良い。また、このような遮蔽板で検査対象である織布の経糸と緯糸に対して斜めに光を照射するときは、図６に示すように各発光部の配置を撮影領域を中心に90°回転させて配置することで、4つの光源部の全てが織布の布目に対して斜めに光を照射することができる。

また、発光部をレーザーダイオードなどのレーザー光源としてもよい。このような光源を用いることで、遮蔽板がなくても撮影領域に一方向から光を照射することができる。

上記実施例では、撮影装置として可視光の波長帯に感度を有するカメラを用いたが、赤外等の他の波長帯に感度を有するカメラを用いても良い。この場合、発光部を使用する撮影装置の波長帯の光を放射するものに変更し、遮光部の材質または塗料を波長帯における吸収率が高いものに変更する。

光源部毎に取得した画像データで欠陥検出を行ったあと、これらのデータを比較して欠陥の有無を判定することも可能である。例えば、1つの画像データで欠陥が検出された場合、その位置における他の画像データでの欠陥の有無を確認し、その他の画像データのうちの1つ以上の画像データで同一の位置に欠陥が検出された場合にのみ欠陥があると判定し、他の画像データで欠陥が検出されなかった場合には、誤検出として扱い、欠陥が無いと判断することができる。このように同一の撮影領域について複数の画像データを用いた欠陥の判定を行うことで、より確度の高い欠陥検出を行うことができる。

画像データに規則的な格子模様が映る織布について説明したが、織布の形状によっては、緯糸と経糸による織布表面の起伏が非常に小さく、一方向から光を照射してもほとんど模様が発生しない場合もある。このような場合は、前記基準データと取得した画像データの比較を行わず、基準データ全体の平均値に基づいて閾値を設定し、画像データ中の該閾値を超えている（又は下回っている）箇所を欠陥として検出することができる。

１０…織機
１００…布表面検査装置
１１０…照明装置
１１１…発光部
１１２…遮蔽板
１１３…基台
１１５…光源部
１２０…撮影装置
１３０…駆動部
１３１…モータ部
１３２…レール
１４０…制御部
１４１…撮影制御部
１４２…光源制御部
１４３…駆動制御部
１５０…画像解析部
１６０…織成装置
１６１…織布製造部
１６２…送りローラ
１６３…巻き取りローラ
１９０…織布
１９１…撮影領域
１９２…経糸
１９３…緯糸

Claims (4)

1. a) 検査対象布の検査対象領域の周囲に配置され、該検査対象領域に一方向に光を照射する、複数の光源と、
   b) 前記複数の光源を互いに異なるタイミングで点灯させる光源制御部と
   を備えることを特徴とする布表面検査装置用の照明装置。
2. 前記光源は光の照射方向が前記検査対象布の布目に対して斜めとなるように配置されていることを特徴とする請求項１に記載の布表面検査装置用の照明装置。
3. 前記複数の光源のそれぞれに、複数の遮蔽板が平行に設けられていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の布表面検査装置用の照明装置。
4. a) 請求項１から請求項３のいずれかに記載の照明装置と、
   b) 検査対象布の検査対象領域に対向して配置された撮影装置と
   を備えることを特徴とする布表面検査装置。