JP2019148607A - 検査装置 - Google Patents
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Abstract
Description
また、近赤外光を被検査物に照射し、その反射光量に基づいて検査を行う場合は、粒状の被検査物のような、表面が曲面形状の検査物に適用する場合、照射光の入射角や光検出器(カメラ)に入射される受光角が変動するため、光検出器で検出される光量が変化して信頼性のある品質検査ができなくなるという問題があった。
本発明は、上記のような点に着目し、検査の精度の低下を抑制可能な検査装置を提供することを目的とする。
本実施形態は、本発明を、被検査物6の検査を行うための検査装置1に適用したものである。被検査物6の検査としては、例えば、被検査物6の良品と不良品との判定、被検査物6の異常部位の特定、被検査物6の異種判定がある。
なお、本実施形態は、本発明の技術的思想を具体化するための装置や方法を例示するものであって、本発明の技術的思想は、構成部品の形状、構造及び配置等を下記のものに特定するものでない。本発明の技術的思想は、特許請求の範囲に記載された請求項が規定する技術的範囲内において、種々の変更を加えることができる。
図1に示すように、本実施形態の検査装置1は、被検査物搬送部2と、近赤外光ライン照明3(広義には「近赤外光照射部」)と、近赤外三波長ラインセンサカメラ4(広義には「近赤外光検出カメラ」)と、検査用パソコン5(広義には「検査部」)とを備える。
被検査物搬送部2は、被検査物6を特定方向に搬送する。例えば、ベルトコンベア、パレットコンベアを採用できる。図1の例では、被検査物搬送部2として、互いに平行な2つのローラ間に無端ベルト210を掛け渡し、被検査物6を無端ベルト210の上面(広義には、「搬送面」)に置いて搬送するベルトコンベアを用いている。この無端ベルト210の上面(搬送面)上に、被検査物6として、豆類、米、錠剤、樹脂ペレット等の粒状物が面状に広がって搬送される例を示している。
近赤外三波長ラインセンサカメラ4は、図2に示すように、近赤外光ライン照明3で照射した近赤外光のうち、被検査物6で反射された近赤外光を集光するレンズ系410を含んで構成される。即ち、レンズ系410は、被検査物6で反射した近赤外光、つまり無端ベルト210の上面(搬送面)の直線状の領域220上に進入した被検査物6で反射した近赤外光を集光する。また、近赤外三波長ラインセンサカメラ4は、界面がダイクロイックミラーを形成し、レンズ系410で集光した近赤外光を互いに異なる3つの波長域(以下、「第1波長域」、「第2波長域」、「基準波長域」とも呼ぶ)の近赤外光に分割する3つの分光プリズム420を含んで構成される。分光プリズム420の第1ラインセンサ430(後述)に対向する面には、第1波長域の近赤外光のみを選択的に透過する蒸着膜が蒸着されている。これにより、蒸着膜がバンドパスフィルタを形成している。また、バンドパスフィルタの特性により第1ラインセンサ430で受光される近赤外光の半値幅λwが特定される。
また、本発明の発明者は、被検査物6として、種々の有機物を用いて実験を行った結果、第1波長域の中心波長λ1を1180[nm]以上1240[nm]以下とし、第2波長域の中心波長λ2を1400[nm]以上1460[nm]以下とし、基準波長域の中心波長λ0を1560[nm]以上1620[nm]以下とし、第1波長域、第2波長域及び基準波長域の半値幅λwを30[nm]以上200[nm]以下とすることで、検査装置1を多くの有機物(被検査物6)の検査に有効に使用できることを見出した。
各ラインセンサ430、440、450の対応する画素、つまり、互いに対応する位置にある画素のそれぞれには、被検査物6の同じ箇所で反射した近赤外光が結像される。また、互いに対応する位置にある画素同士は、撮像視野が画素サイズの1/4以下の精度で合致するように位置合わせされる。
そして、第1ラインセンサ430、第2ラインセンサ440、及び第3ラインセンサ450のそれぞれは、予め定めた設定時間、つまり、ラインレート(例えば、8[kHz])の逆数で表される時間が経過するたびに、設定時間の間に受光した近赤外光の光量を検出する。この光量検出値はカメラ内部の電気回路部でデジタル信号に変換された後(以下「撮像輝度信号」とも呼ぶ)、検査用パソコン5に出力される。
検査用パソコン5は、画像キャプチャーボード510を介して、第1ラインセンサ430で検出した第1波長域の撮像輝度信号Iλ1、第2ラインセンサ440で検出した第2波長域の撮像輝度信号Iλ2及び第3ラインセンサ450で検出した基準波長域の撮像輝度信号Iλ0を読み込み、これらの信号に基づいて検査処理を実行する。検査処理の詳細については後述する。
なお、被検査物6の搬送速度が一定でない場合には、搬送速度を検出するためのエンコーダを設け、エンコーダが出力するエンコーダパルスを検査用パソコン5に取り込み、第1ラインセンサ430、第2ラインセンサ440、第3ラインセンサ450の各撮像タイミングをエンコーダパルスに同期させ、搬送方向の撮像分解能を一定とする構成としてもよい。この場合、検査用パソコン5には、エンコーダ信号を取り込むためのカウンターボード等を更に備える。
(1)被検査物6の検査に用いる赤外光の波長域の数は、十分な検査精度を得るためには、1つまたは2つでは不十分であり、3つ以上とする必要がある。
(2)適切な3つの波長域を選べば、多くの被検査物6で十分な検査精度が得られる。
上記(1)、(2)より、本発明では、近赤外光の3波長域、つまり、第1波長域、第2波長域及び基準波長域の光量Iλ1、Iλ2、Iλ0を検出する構成とした。
上記(3)より、本実施形態では、検出した第1波長域の光量Iλ1、第2波長域の光量Iλ2のそれぞれを基準波長域の光量Iλ0で規格化し、規格化後の光量Iλ1/Iλ0及びIλ2/Iλ0を解析することにより、被検査物6の検査を行うものとした。
次に、図3を参照し、検査用パソコン5が実行する検査処理について説明する。この検査処理は、近赤外三波長ラインセンサカメラ4のラインレートに同期して実行する。
図3に示すように、まず、検査用パソコン5は、第1ラインセンサ430、第2ラインセンサ440及び第3ラインセンサ450のそれぞれから撮像輝度信号Iλ1、Iλ2、Iλ0、つまり、近赤外光の光量を表す信号を取得する(ステップS101)。
続いて、検査用パソコン5は、ステップS101で取得した第1光量Iλ1を基準光量Iλ0で除算して規格化する。また、検査用パソコン5は、ステップS101で取得した第2光量Iλ2を基準光量Iλ0で除算して規格化する(ステップS102)。このようにして、基準光量Iλ0によって規格化することにより、近赤外光照射光源の光量が変動するような場合でも、その影響はIλ1、Iλ2、Iλ0に同様の変化を及ぼすため、品質検査への影響を抑止することが可能になる。また、粒状の被検査物のように表面が曲面形状の検査物に対して反射配置で検査を行う場合において、照射光の入射角や光検出器(カメラ)に入射される受光角等が変動した場合でも、その影響はIλ1、Iλ2、Iλ0に同様の変化を及ぼすため、品質検査への影響を抑止することが可能になる。
続いて、検査用パソコン5は、ステップS103で行った被検査物6の検査結果をディスプレイ520に表示させる(ステップS104)。
近年では、食品や医薬品等の品質検査に対する要求がますます厳しくなっており、従来の抜き取り検査ではなく、全数検査が強く求められるようになってきた。また、被検査物6の1点における品質だけではなく、被検査物6の2次元的な品質、つまり、面状の品質を検査したいというニーズも高まってきている。それゆえ、生産ライン等において、搬送中の被検査物6の2次元的(面状)な品質を高速且つ高精度で検査する必要がある。
これに対し、本実施形態では、近赤外三波長ラインセンサカメラ4は、分光プリズム420で分割された第1波長域の近赤外光の光量を第1ラインセンサ430で検出する。同様に、分光プリズム420で分割された第2波長域の近赤外光の光量を第2ラインセンサ440で検出し、さらに、分光プリズム420で分割された基準波長域の近赤外光の光量を第3ラインセンサ450で検出する。それゆえ、被検査物6の検査に有効な近赤外領域の3種類の波長成分の光を同時に検出できるので、被検査物6の2次元的な品質をより高速且つ高精度で検査でき、検査をリアルタイムに行うことができる。
また、例えば、ハイパースペクトルカメラでの測定結果を基に、被検査物6を検査する方法では、ハイパースペクトルカメラはエリアカメラであるので、2次元的な分光情報を得ることができるが、検査速度がエリアカメラのフレームレートによって制約されるため、高速の検査には適用できない。また、ハイパースペクトルカメラは高価である。
なお、本実施形態では、被検査物6で反射された近赤外光を近赤外三波長ラインセンサカメラ4で撮像する例を示したが、被検査物6を透過した近赤外光を近赤外三波長ラインセンサカメラ4で撮像する構成を採用することもできる。
本実施形態に係る発明は、次のような効果を奏する。
(1)本実施形態に係る検査装置1は、被検査物6に近赤外光を照射する近赤外光ライン照明3と、予め定めた第1波長域の近赤外光の光量Iλ1を検出する第1ラインセンサ430と、第1波長域と異なる第2波長域の近赤外光の光量Iλ2を検出する第2ラインセンサ440と、被検査物6の品質による吸収率の変化が小さい基準波長域の近赤外光の光量Iλ0を検出する第3ラインセンサ450と、を有し、近赤外光ライン照明3で照射した近赤外光のうち、被検査物6で反射された近赤外光、または被検査物6を透過した近赤外光を第1ラインセンサ430、第2ラインセンサ440、及び第3ラインセンサ450で受光する近赤外三波長ラインセンサカメラ4と、検出した第1波長域の近赤外光の光量Iλ1、及び第2波長域の近赤外光の光量Iλ2のそれぞれを基準波長域の近赤外光の光量Iλ0で除算して規格化し、規格化後の光量Iλ1/Iλ0、Iλ2/Iλ0を解析することにより、被検査物6の検査を行う検査用パソコン5と、を備える。
このような構成によれば、例えば、被検査物6の表面反射率又は透過率が変化し、被検査物6で反射される近赤外光の光量又は透過される近赤外光の光量が変化した場合でも、規格化後の第1波長域の光量Iλ1/Iλ0と第2波長域の光量Iλ2/Iλ0とに基づいて検査を行うことで、検査への影響を抑止でき、高精度の品質検査が可能になる。
このような構成によれば、反射または透過した赤外光を、被検査物6の検査に有効な近赤外領域の3種類の波長成分の光を同時に検出できるので、被検査物6の2次元的な品質を高速に検査でき、検査をリアルタイムに行うことができる。
このような構成によれば、被検査物6の2次元的な品質等を高速に検査できる。
このような構成によれば、被検査物6に対する近赤外光の入射角が変化しやすく、被検査物6の表面反射率が変化しやすい。それゆえ、本実施形態の検査装置1が好適である。
このような構成によれば、例えば、FT−IRやハイパースペクトルカメラを用いた装置に比べ、装置価格を低減できる。
このような構成によれば、多くの有機物の検査に有効に使用できる。それゆえ、被検査物6の種類毎に第1波長域、第2波長域及び基準波長域を調整せずに済み、カメラ及び装置の大量生産に好適である。
このような構成によれば、例えば、被検査物6の表面反射率、または透過率が変化し、被検査物6で反射される近赤外光の光量、または透過される近赤外光の光量が変化した場合でも規格化後の第1波長域の光量Iλ1/Iλ0と第2波長域の光量Iλ2/Iλ0に基づいて検査を行うことで、検査への影響を抑止でき、高精度の品質検査が可能になる。
以下、図4、図5、図6、図7を参照し、上記実施形態の実施例を説明する。
本発明の実施例として、コーヒー豆の品質の検査に適用した例を説明する。装置構成としては、上記実施形態に示したものを採用した。具体的には、近赤外光ライン照明3としては、発光部長さが500[mm]のハロゲンライン照明を採用した。また、各ラインセンサ430、440、450としては、512画素のInGaAsラインセンサを採用した。
また、第1ラインセンサ430が受光する近赤外光の中心波長λ1は1210[nm]、第2ラインセンサ440が受光する近赤外光の中心波長λ2は1410[nm]、第3ラインセンサ450が受光する近赤外光の中心波長λ0は1580[nm]とした。また、検出波長半値幅λwはいずれも50[nm]とした。ラインレートは8[kHz]とした。上記のλ1は脂質の吸収波長に相当し、λ2は水の吸収波長に相当する。また、λ0はコーヒー豆の組成成分で吸収帯がない波長に相当する。
本装置を用いて、被検査物6の品質の検査を行った。被検査物6としては、良品のコーヒー豆20粒、不良品のコーヒー豆19粒を混合したものを採用した。本実施例より、図4に示すように、規格化後の光量Iλ1/Iλ0、及びIλ2/Iλ0を用いることで、図中の判別直線を境界値として、良品と不良品とを100%判別できることがわかる。
比較例1では、図5に示すように、Iλ0で規格化せず、Iλ1/Iλ0とIλ2/Iλ0に代えて、Iλ1とIλ2を用いて、被検査物6の品質の検査を行った。それ以外は、実施例と同様とした。この結果、良品と不良品の判別精度は72%になった。これにより、Iλ0で規格化せず、Iλ1、Iλ2を用いる方法では、コーヒー豆の表面形状(反射率)等の影響等を受け、良品と不良品とを明確に判別できず、判別精度が低くなることがわかる。
実施例で得られた第1波長域の近赤外光の光量Iλ1をIλ0で除算して規格化した、規格化後の光量Iλ1/Iλ0のみの値を測定した被検査物(39個)に対してプロットした(図6)。この結果、Iλ1/Iλ0のみでは良品と不良品の区別はできなかった。
実施例で得られた第2波長域の近赤外光の光量Iλ2をIλ0で除算して規格化した、規格化後の光量Iλ2/Iλ0のみの値を測定した被検査物(39個)に対してプロットした(図7)。この結果、Iλ1/Iλ0のみでは良品と不良品の区別はできなかった。
これらより、Iλ0で規格化しても、Iλ1/Iλ0だけ、またはIλ2/Iλ0だけを用いる方法では、良品と不良品とを明確に判別できないことがわかる。
2 被検査物搬送部
210 無端ベルト
220 検査領域
3 近赤外光ライン照明
4 近赤外三波長ラインセンサカメラ
410 レンズ系
420 分光プリズム
430 第1ラインセンサ
440 第2ラインセンサ
450 第3ラインセンサ
5 検査用パソコン
510 画像キャプチャーボード
520 ディスプレイ
530 品質判定ロジック記憶部
6 被検査物
Claims (1)
- 被検査物に近赤外光を照射する近赤外光照射部と、
予め定めた第1波長域の近赤外光の光量を検出する第1光量検出部と、第1波長域と異なる第2波長域の近赤外光の光量を検出する第2光量検出部と、被検査物の品質による吸収率の変化が小さい基準波長域の近赤外光の光量を検出する第3光量検出部と、を有し、前記近赤外光照射部で照射した近赤外光のうち、被検査物で反射された近赤外光又は被検査物を透過した近赤外光を、該第1光量検出部、該第2光量検出部及び該第3光量検出部に受光させる近赤外光検出カメラと、
前記第1光量検出部で検出した第1波長域の近赤外光の光量及び前記第2光量検出部で検出した第2波長域の近赤外光の光量のそれぞれを前記第3光量検出部で検出した基準波長域の近赤外光の光量で除算して規格化し、規格化後の光量を解析することにより、被検査物の検査を行う検査部とを備えることを特徴とする検査装置。
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