JP2022134358A - 異物検出装置及び異物検出方法 - Google Patents

Abstract

【課題】異物位置を特定する新規な手法を提供する。【解決手段】本発明は、点光源から電磁波を発する電磁波発生部と、検査対象物を保持し、回転軸の周りで回転させる回転保持部と、前記検査対象物を透過した電磁波を検出する検出部と、前記検査対象物を前記回転軸の周りで回転させた状態で前記検査対象物を透過した電磁波を検出することにより生成された前記検査対象物の回転画像データにおいて、前記検査対象物の異物の軌跡を抽出し、前記軌跡が含まれる円の中心（Ｃ２）の座標を算出する軌跡抽出部と、前記中心（Ｃ２）の座標に基づき、前記異物の前記回転軸方向の位置を特定する異物位置特定部とを備える異物検出装置を提供する。【選択図】図１

Description

本発明は、検査対象物中の異物の位置を特定する異物検出装置及び異物検出方法に関する。

特許文献１は、セパレータ捲回体の内部の欠陥の有無を検査する欠陥検査装置を開示する。当該欠陥検出装置は、電池に使用されるセパレータが筒状のコアに捲回されたセパレータ捲回体に対し、セパレータ捲回体を透過する電磁波を照射する線源部と、線源部が照射し、セパレータ捲回体を透過した電磁波を検出するセンサ部とを有する。

特許文献２は、感度ムラを低減し且つ検出器に形成される像の大きさを拡大して異物を検出できる放射線透過検査方法を開示する。放射線透過検査方法は、フィルムリールの側端部Ａから入射し、リール中を透過し、側端部Ｂから出射する放射線を、第１の検出器で検出し、異物についての情報を得る第１の異物検知工程と、第２の放射線源から照射され、前記フィルムリールの側端部Ｂから入射し、リール中を透過し、側端部Ａから出射する放射線を、第２の検出器で検出し、異物についての情報を得る第２の異物検知工程とを含む。

特開２０１８－０９１８２５号公報 国際公開第２０２０／００４４３５号

特許文献１の技術は、セパレータ捲回体の内部の欠陥の有無を判定するものであるが、欠陥のセパレータ捲回体奥行き方向位置を判定できない。特許文献２の技術は、放射線源と検出器の両方を検査対象物の周囲に１８０度回転させる構成が必要となり、装置構成が比較的複雑で大掛かりなものとなってしまう。

このような事情に鑑み、本発明は、検査対象物中の異物の位置を特定する新たな手法を用いた異物検出装置及び異物検出方法を提供することを目的とする。

本発明には、以下の態様が含まれる。
〔１〕
点光源から電磁波を発する電磁波発生部と、
検査対象物を保持し、回転軸の周りで回転させる回転保持部と、
前記検査対象物を透過した電磁波を検出する検出部と、
前記検査対象物を前記回転軸の周りで回転させた状態で前記検査対象物を透過した電磁波を検出することにより生成された前記検査対象物の回転画像データに基づき、前記検査対象物の異物の軌跡を抽出し、前記軌跡が含まれる円の中心（Ｃ２）の座標を算出する軌跡抽出部と、
前記中心（Ｃ２）の座標に基づき、前記異物の前記回転軸方向の位置を特定する異物位置特定部と
を備える異物検出装置。
〔２〕
前記回転軸に沿った方向をｚ軸とし、ｚ軸に垂直な平面をｘｙ面とすると、前記検出部の検出面がｘｙ面に平行に位置する、〔１〕に記載の異物検出装置。
〔３〕
前記点光源と前記回転軸とを含む断面において、前記検出面を含むｘｙ面と前記点光源から下ろした直線との交点（Ｐ１）と、前記中心（Ｃ２）との間の距離をＤ２とし、前記点光源から下ろした直線と前記回転軸との間の距離をＤ１とし、前記点光源と前記異物との間のｚ軸方向の距離をＺ１とし、前記点光源と前記検出面との間のｚ軸方向の距離をＺ２とすると、以下の式１：
Ｚ１／Ｚ２＝Ｄ１／Ｄ２ （式１）
が成立し、
前記異物位置特定部は、前記中心（Ｃ２）の座標及び前記交点（Ｐ１）の座標に基づき、Ｄ２を算出し、
前記異物位置特定部は、算出したＤ２、Ｄ１、及びＺ２に基づき、Ｚ１を算出することで、前記異物のｚ軸方向の位置を特定する、〔２〕に記載の異物検出装置。
〔４〕
回転軸の周りで回転する検査対象物に点光源から電磁波を照射し、前記検査対象物を透過した電磁波を検出部の検出面にて検出して、前記検査対象物の回転画像データを生成する工程と、
前記回転画像データにおいて、前記検査対象物の異物の軌跡を抽出し、前記軌跡が含まれる円の中心（Ｃ２）の座標を処理装置の軌跡抽出部により算出する工程と、
前記処理装置の異物位置特定部により、前記中心（Ｃ２）の座標に基づき前記異物の前記回転軸方向の位置を特定する工程と
を備えた異物検出方法。
〔５〕
コンピュータを、
検査対象物を回転軸の周りで回転させた状態で、点光源から出て前記検査対象物を透過した電磁波を検出することにより生成された前記検査対象物の回転画像データにおいて、前記検査対象物の異物の軌跡を抽出し、前記軌跡が含まれる円の中心（Ｃ２）の座標を算出する軌跡抽出部と、
前記中心（Ｃ２）の座標に基づき、前記異物の回転軸方向の位置を特定する異物位置特定部と
して機能させるためのプログラム。

第１実施形態に係る異物検出装置の概略構成図である。 回転保持部の一例の概略構成図である。 検査対象物と検出部との位置関係についての説明図である。 回転する検査対象物中の異物の軌跡についての説明図である。 回転画像についての説明図である。 異物の位置の特定についての説明図である。 異物の位置の特定についての説明図である。 円の中心と半径の計算範囲についての説明図である。 異物検出方法のフローチャートである。 第２実施形態に係る異物検出装置の検出部の概略構成図である。 第３実施形態における異物の位置の特定についての説明図である。

〔第１実施形態〕
図１は、本発明の第１実施形態に係る異物検出装置１０の概略構成図である。本実施形態の異物検出装置１０は、回転軸３２ａの周囲に検査対象物６０を回転させながら取得した電磁波画像データ（回転画像データ）に基づき、検査対象物６０中の異物の回転軸３２ａ方向の位置（ｚ）を特定するものである。また、異物検出装置１０は、当該回転画像データに基づき、異物の回転軸３２ａ方向の位置（ｚ）を特定するとともに、異物の回転軸３２ａからの半径方向距離（Ｒ１）を特定するものである。さらに、異物検出装置１０は、当該回転画像データと、検査対象物６０を静止させた状態で取得した電磁波画像データ（静止画像データ）とに基づき、検査対象物６０中の異物の３次元位置（ｘ,ｙ,ｚ）を特定できる。

本発明における検査対象物６０には人体は含まれない。検査対象物中の異物には、検査対象物の欠陥、又は検査対象物中の見たい部位なども含まれる。また、検査対象物の形状は捲回状のもの、扇状のもの、板状のもの等どのようなものであってもよいし、検査対象物は固体状、粉体状、又は液体状のものであってもよい。

異物検出装置１０は、点光源２２ａ（焦点）から電磁波を発する電磁波発生部２０と、検査対象物６０を保持し回転軸３２ａの周囲で回転させる回転保持部３０と、検査対象物６０を透過した電磁波を検出する検出部４０と、検出部４０が生成する検査対象物６０の電磁波画像データ（回転画像データ、又は、回転画像データ及び静止画像データ）に基づき検査対象物６０の異物（特徴点）の位置を特定する処理部５０（処理装置５０ともいう。）とを備える。ここで、検出面４０ａに平行な面内にそれぞれ直交するｘ軸、ｙ軸をとり、検出面４０ａに垂直な方向をｚ軸とする。検出面４０ａの位置をｚ軸のゼロ点（ｚ＝０）としてもよいし、点光源２２ａの位置をｚ軸のゼロ点としてもよい。

電磁波発生部２０は、点光源２２ａから電磁波を発する線源２２と、線源２２を制御して電磁波の線量、エネルギー及び照射時間等を制御する線源制御部２４とを備える。電磁波は、Ｘ線、放射線、紫外線、可視光線、又は赤外線であり、検査対象物６０の種類に応じて採用される。例えば、検査対象物６０がＸ線を透過させるが、Ｘ線よりも波長の長い紫外線や可視光線等を透過させないものである場合、電磁波としてＸ線を用いるとよい。検査対象物６０が赤外線を透過させるが、可視光線等を透過させないものである場合、電磁波は赤外線を用いるとよい。なお、電磁波は、検査対象物６０中の異物と、異物ではない他の部分とを識別できる程度にコントラストが生じるよう選択してもよい。

回転保持部３０は、検査対象物６０を保持し、検査対象物６０を回転軸３２ａの周囲で回転させる回転保持機構３２と、回転保持機構３２の回転方向、回転速度及び回転量等を制御する回転制御部３４とを備える。本実施形態において、検査対象物６０の回転速度は一定である必要はなく、電磁波画像データ上で異物の軌跡が円弧（円を含む）を描ければよいので、変速的なものであってもよい。また、回転は、３６０度一回転及び複数回転に限らず、一回転未満（例えば、～４５度、～９０度、～１８０度、又は２７０度など）であってもよい。

回転軸３２ａは、検出部４０の検出面４０ａに対して垂直である。ただし、異物の検出精度の許容量（検出誤差の許容量）を考慮すると、回転軸３２ａは、検出面４０ａに対して少し傾斜していてもよい。傾斜してよい角度は、±１０度、±９度、±８度、±７度、±６度、±５度、±４度、±３度、±２度、又は±１度である。

即ち、本発明における「垂直」の意義としては、回転軸３２ａと検出面４０ａとの間の角度が９０度である場合（垂直の場合）と、回転軸３２ａが検出面４０ａに対して、異物の位置の特定精度の許容量に応じて少し傾斜している場合（略垂直の場合）とが含まれる。後者の場合（略垂直の場合）、回転軸３２ａと検出面４０ａとの間の角度は、８０～１００度、８１～９９度、８２～９８度、８３～９７度、８４～９６度、８５～９５度、８６～９４度、８７～９３度、８８～９２度、又は８９～９１度である。好ましくは、当該角度は、８７～９３度、８８～９２度、８９～９１度、又は９０度である。

回転保持機構３２は、例えば図２に示すような、検査対象物６０の片側を把持する機構３６、電磁波を透過する材料で形成され、検査対象物６０が載置されるステージ３７、又は、検査対象物６０に設けられた孔部６２内から検査対象物６０を保持する機構３８であってもよい。回転保持機構３２はこれらの例に限定されるものではない。

検出部４０は、検出面４０ａにおいて電磁波を検出して電気信号に変換するセンサ素子（検出画素）のアレイを備え、検査対象物６０を透過してきた電磁波を検出し、検査対象物６０の電磁波画像データを処理部５０に出力する。電磁波を検出するセンサ素子は、電磁波の種類に応じて選択される。例えば、電磁波がＸ線の場合は、検出部４０は、例えば、フォトダイオードアレイ、ＣＣＤエリアイメージセンサ、ＣＭＯＳエリアイメージセンサ、半導体検出器、又はフラットパネルセンサである。

本実施形態の検出部４０は、検出面４０ａ（ｘｙ面）において、センサ素子が二次元的に配列された二次元検出器である。

検出部４０と検査対象物６０との位置関係について、図３（ａ）に示すように、検査対象物６０の一部を透過する電磁波を検出できるように配置されてよい。また、回転する検査対象物６０中の異物の軌跡が検出されればよいので、検出部４０は、回転角全て（３６０度）を捕捉できるサイズのものでなくてもよい。なお、図３（ｂ）に示すように、検査対象物６０の全部を透過する電磁波を検出でき、且つ、回転する検査対象物６０の回転角全体を捕捉できるものであってもよい。

回転する検査対象物６０とともに、検査対象物６０中の異物６２は、検査対象物６０の他の部分と識別できるかたちで検出部４０により撮像され、その軌跡６２ａは円弧を描く（図４）。

図５（ａ）に、回転する検査対象物６０が検出部４０上を通過している間露光を続けた場合の電磁波画像データ（回転画像データ）の例を示し、異物６２の軌跡６２ａは連続的となる。図５（ｂ）に、回転する検査対象物６０が検出部４０上を通過している間、所定の時間間隔で静止画像データを複数枚取得し、それらを重ね合わせて一枚の電磁波画像データ（回転画像データ）とした例を示し、異物６２の軌跡６２ａは、離散的である。検査対象物６０中の異物のｚ軸位置を特定するためには、連続的な軌跡及び離散的な軌跡のいずれであってもよく、軌跡６２ａからその中心座標及び半径が求まればよい。

図１に記載の構成を備えた異物検出装置１０は、検査対象物６０中の異物のｘｙ面上の位置（ｘ,ｙ）を特定するために、検査対象物６０を静止させた状態で電磁波画像データをさらに取得する。検出部４０は、検査対象物６０を静止させた状態での電磁波画像データ（静止画像データ）を生成し、処理部５０へ出力する。

処理部５０は、検出部４０から電磁波画像データを入力し、各種画像処理を行うコンピュータである。処理部５０は、ハードウェアとソフトウェアとの協働により実現される機能部として、軌跡抽出部５２及び異物位置特定部５４を備える。処理部５０には、コンピュータを軌跡抽出部５２及び異物位置特定部５４として機能させるためのプログラムがインストールされている。

軌跡抽出部５２は、回転画像データに公知の特徴抽出処理を行い、検査対象物６０の異物６２の軌跡を抽出し、円弧状の軌跡が含まれる円の中心の座標及び半径を算出する。軌跡抽出部５２は、検出部４０から取得した検査対象物６０の回転画像データに対して、必要に応じて、補正処理（コントラスト補正、明るさ補正等）、平滑化処理、ノイズ除去処理、エッジ強調処理、拡大・縮小処理、又は二値化処理などの前処理を行うようにしてもよい。軌跡抽出部５２は、ハフ（Hough）変換、Random sample consensus (RANSAC)、遺伝的アルゴリズム（電子情報通信学会論文誌D, Vol.J81-D2, No.6 pp.1233-1241参考）、又は最小外接円探索などの特徴抽出処理を行い、円弧状の軌跡を含む円の中心（画像データ上の回転中心）の座標（ｘ,ｙ,ｚ）及び半径Ｒを算出する。ここで、検出面４０ａをｚ軸のゼロ点（ｚ＝０）に設定しておくと、円の中心の座標は（ｘ,ｙ,０）となる。

異物位置特定部５４は、検査対象物６０の回転画像データにおける、軌跡抽出部５２で算出した異物６２の軌跡が含まれる円の中心の座標（ｘ,ｙ,ｚ）及び半径Ｒの情報に基づき、検査対象物６０の異物６２のｚ軸方向の位置（ｚ）を特定する。また、異物位置特定部５４は、異物６２のｚ軸方向の位置（ｚ）とともに、異物６２の回転軸３２ａからの半径方向距離（Ｒ１）を特定する。さらに、異物位置特定部５４は、当該回転画像データと検査対象物６０の静止画像データとに基づき、検査対象物６０の異物６２のｘ軸及びｙ軸方向の位置（ｘ,ｙ）を特定する。このように異物位置特定部５４は、回転画像データに基づき、検査対象物６０中の異物のｚ軸方向の位置（ｚ）及び回転軸３２ａからの半径方向距離（Ｒ１）を特定し、さらに回転画像データ及び静止画像データに基づき、異物の３次元位置（ｘ,ｙ,ｚ）を特定する。図６を用いて異物の位置の特定についてさらに説明する。

まず、上述したように軌跡抽出部５２は、回転画像データにおける円弧状の軌跡が含まれる円の中心Ｃ２の座標（ｘ２,ｙ２,ｚ２）と半径Ｒ２を算出する（ｚ２は既知の値）（図６（ａ））。

図６（ｂ）は、点光源２２ａと回転軸３２ａとを通るｘｙ面に垂直な断面図である（図６（ａ）のＡＡ線断面図）。円の中心Ｃ２は、異物６２が位置するｘｙ面と回転軸３２ａとの交点Ｃ１と、点光源２２ａとを通る直線が、検出面４０ａを含むｘｙ面と交わる点である。点光源２２ａと異物６２との間のｚ軸方向の距離をＺ１、点光源２２ａと検出面４０ａとの間のｚ軸方向の距離をＺ２とする。交点Ｃ１と異物６２との間のｘｙ面における距離をＲ１とし、点光源２２ａと回転軸３２ａとの間のｘｙ面における距離をＤ１とする。また、点光源２２ａから下ろした直線（ｚ軸方向）と検出面４０ａを含むｘｙ面との交点Ｐ１と、円の中心Ｃ２との間のｘｙ面における距離をＤ２とする。

距離Ｚ１、Ｚ２、Ｄ１、Ｄ２、Ｒ１及びＲ２について、幾何の関係から以下の式１及び式２が成立する。
Ｚ１／Ｚ２＝Ｄ１／Ｄ２ （式１）
Ｒ１／Ｒ２＝Ｚ１／Ｚ２ （式２）

Ｚ２及びＤ１の値及び交点Ｐ１の座標は、点光源２２ａ、回転軸３２ａ、及び検出面４０ａの位置関係によるので、異物検出装置１０の構成から既知である。また、円の中心Ｃ２の座標及びＲ２は軌跡抽出部５２により算出される。

異物位置特定部５４は、円の中心Ｃ２と交点Ｐ１との間の距離Ｄ２を、円の中心Ｃ２の座標と交点Ｐ１の座標から算出する。そして、異物位置特定部５４は、式１からＺ１を算出し、式２からＲ１を算出する。Ｚ２が既知であるから、異物位置特定部５４が算出したＺ１から、異物６２のｚ軸方向の座標が求まる。例えば、検出面４０ａをｚ軸のゼロ点とすると、異物６２のｚ軸位置はｚ＝Ｚ２－Ｚ１である。そして、検査対象物６０の上面（若しくは下面）のｚ軸位置は既知であり、撮像時に指定するパラメータであるから、上記ｚ（＝Ｚ２－Ｚ１）と検査対象物上面（若しくは下面）のｚ軸位置より検査対象物６０の表面から異物６２までの深さ方向の距離を計算することができる。

また、異物位置特定部５４は、算出したＲ１から、異物６２の、回転軸３２ａからの半径方向距離を特定できる。異物６２の、回転軸３２ａからの半径方向距離Ｒ１を特定することは、検査対象物６０が例えば巻回体の場合に特に有効である。検査対象物６０が芯に巻かれた巻回体である場合、撮像時に巻回体の芯を回転軸３２ａと平行に設置して回転及び撮像を行うことで、回転軸３２ａと芯との間の距離は既知であるから、算出したＲ１から回転軸３２ａと芯との間の距離を差し引くことで、巻回体における異物の、回転軸３２ａの半径方向の位置を特定できる。

さらに、異物位置特定部５４は、異物６２のｘｙ面における位置を静止画像データから特定できる。静止画像データ上の異物６２ａの座標（Ｘ,Ｙ）と、その静止した状態での検査対象物６０中の実際の異物６２の座標（ｘ,ｙ）との間には、以下の関係から求めることができる。
（ｘ,ｙ）＝（（Ｚ１／Ｚ２）Ｘ,（Ｚ１／Ｚ２）Ｙ）

なお、異物６２の位置が回転軸３２ａから見て点光源２２ａのＸ軸奥側（図面向かって右側）にある場合であっても、上記と同様に、異物位置特定部５４は、異物６２の位置（ｚ軸位置Ｚ１、回転軸３２ａからの半径方向距離Ｒ１、及び３次元座標（ｘ,ｙ,ｚ））を特定できる（図７）。また、回転軸３２ａが検出面４０ａのｘｙ面に対して少し傾斜しており、軌跡６２ａが厳密には楕円の円弧を描くものであるとして、その弧を円の一部として近似し、その中心を求めることでＺ１及びＲ１の値を求めるようにするとよい。なお、分解能が足りない場合は、楕円でパターンマッチングを行い、検出面４０ａに対する回転軸３２ａの傾き角度を求めて後述する第３の実施形態を行う。

本実施形態による検査対象物６０中の異物の位置の特定手法は、画像処理の計算量を比較的低減できる。例えば、図８（ａ）に示すように、回転画像データ上における回転中心（円の中心）の位置する範囲は、点光源２２ａと回転軸３２ａとの位置関係及び検査対象物６０の大きさ（特にＺ軸方向の高さ）に応じて所定の範囲に収まる。また、図８（ｂ）に示すように、円の中心から異物６２の軌跡６２ａまでの最小半径及び最大半径は、検出部４０の検出面４０ａのサイズ（ＸＹ面の面積）に応じて所定の範囲に収まる。

即ち、回転画像データ上における回転中心の位置と半径の値がとりうる範囲は、それぞれ既知である、点光源２２ａと回転軸３２ａとの位置関係、検査対象物６０のサイズ（特にＺ軸方向の高さ）、及び検出面４０ａのサイズ（ＸＹ面の面積）に従い予め予測できる。従って、軌跡抽出部５２は、円の中心が位置する領域及び半径の値の計算範囲を所定の範囲に絞って行うことができ、画像処理にともなう計算量を低減できる。

図９は、本実施形態の異物検出装置１０による異物検出方法のフローチャートである。まず、検査対象物６０を回転保持部３０に装着する（ステップＳ１）。検査対象物６０を回転軸３２ａの周囲で回転させながら、電磁波発生部２０の点光源２２ａから電磁波を検査対象物６０に照射し、検出部４０は、検査対象物６０を透過した電磁波を検出して回転画像データを生成し、処理部５０に出力する（ステップＳ２）。また、ステップＳ２において、検査対象物６０を静止させたまま、電磁波発生部２０の点光源２２ａから電磁波を検査対象物６０に照射し、検出部４０は、検査対象物６０を透過した電磁波を検出して静止画像データを生成し、処理部５０に出力するプロセスを、回転移動を挟みつつ繰り返す方法をとることもできる。

処理部５０（又はオペレータ）は、静止画像データ（又は回転画像データ）中において、異物（特徴点）の有無を判定する（ステップＳ３）。異物の有無の判定は、ステップＳ２で生成した静止画像データと、異物に関する特徴点が存在しない基準画像データとの比較により判定するものであってもよいし、他の公知の特徴点抽出処理による判定手法によるものであってもよい。又は、オペレータによる目視判定であってもよい。異物がないと判定されると（ステップＳ３のＮｏ）、異物検査は終了となる。

異物が有ると判定される場合（ステップＳ３のＹｅｓ）、軌跡抽出部５２は、回転画像データにおける異物の円弧状の軌跡が含まれる円の中心の座標及び半径を算出する（ステップＳ４）。異物位置特定部５４は、軌跡抽出部５２が算出した円の中心の座標及び半径、並びに既知のパラメータ（Ｚ２、Ｄ１）に基づき、上記式１及び式２から異物のｚ軸方向の位置（Ｚ１）及び回転軸３２ａからの半径方向距離（Ｒ１）を算出する。また、異物位置特定部５４は、静止画像データより異物のｘ軸及びｙ軸位置を特定することで、異物の３次元位置（ｘ,ｙ,ｚ）を特定する（ステップＳ５）。

このように、本実施形態に係る異物特定装置及び異物特定方法は、検査対象物中の異物の位置を特定する新たな手法を提供する。

〔第２実施形態〕
本発明の第２実施形態の異物検出装置１０は、検出部４０に、二次元検出器ではなく、一次元検出器４２ａ～４２ｃを複数用いた構成を有する。また、本実施形態の処理部５０は、ハードウェアとソフトウェアとの協働により実現される機能部として画像生成部５６をさらに備える。画像生成部５６は、一次元検出器４２ａ～４２ｃから出力される電磁波画像データに基づき、回転画像データ及び静止画像データを生成する。その他は第１実施形態と同様であり説明を省略する。

図１０は、３つの一次元検出器４２ａ～４２ｃを備えた検出部４０の概略構成を示す。なお、一次元検出器の数はこれに限定されず、軌跡抽出部５２が円弧を認識できるように回転画像データを生成できる程度に十分な数であればよい。一次元検出器４２ａ～４２ｃそれぞれの検出面は同一のｘｙ平面上にある。

処理部５０の画像生成部５６は、一次元検出器４２ａ～４２ｃからそれぞれ一次元の検出データを取得する。画像生成部５６は、一次元検出器４２ａ～４２ｃの実際の配置位置構成を保ったままあたかも二次元検出器により電磁波画像データが生成されるように、一次元検出器４２ａ～４２ｃからのデータが存在しない部分については仮のデータを有する電磁波画像データ（回転画像データ）を生成する（図１０（ｃ））。仮のデータは、例えば、異物を黒色とすると白色のデータとするものである。そして、軌跡抽出部５２は、画像生成部５６により生成された回転画像データに基づき、前述の軌跡抽出処理を行う。

また、画像生成部５６は、一次元検出器４２ａ～４２ｃにより生成された電磁波画像データと、回転制御部３４から取得した検査対象物６０の回転角度情報とを関連付けて内部メモリ等に記憶させておく。例えば、一次元検出器４２ａ～４２ｃのいずれかで異物が検出される回転角度にて、検査対象物６０の静止画像データが生成される。

そして、前述のように、異物位置特定部５４は、軌跡抽出部５２による算出結果に基づき異物のｚ軸位置を特定し、回転角度に関連した静止画像データに基づき異物のｘ軸位置及びｙ軸位置を特定する。

〔第３実施形態〕
本発明の第３実施形態の異物検出装置は、回転軸３２ａが検出面４０ａに対して垂直に構成されたものではなく、回転軸３２ａが検出面４０ａに対して既知の方向に既知の角度（例えば１０度超）傾いた構成を備える。なお、本実施形態では、検出部４０は二次元検出器である。

第１実施形態では、検出部４０により生成された回転画像データ及び静止画像データに基づき異物の位置を特定するものである。他方、本実施形態では、検出面４０ａから離れて回転軸３２ａに垂直な射影面を仮定し、検出面４０ａで検出された電磁波画像データを射影面に投影し、射影面上の疑似画素の回転画像データ及び静止画像データに基づき、処理部５０において異物の特定が行われる。以下詳述する。

図１１は、点光源２２ａと回転軸３２ａを通るｚｘ面の断面図であり、回転軸３２ａが所定の角度（例えば１０度超）傾いた構成を表す。そのような撮像が成された場合における事前の画像処理方法の例を示す。回転軸３２ａに垂直な面を射影面とする。回転軸３２ａと射影面との交点をＰ１０とし、点光源２２ａから射影面に下ろした直線（ｚ’方向）と射影面との交点をＰ１１とする。計算を容易にするために、ｘｙｚ軸の実空間（ｘ,ｙ,ｚ）の原点及びｘ’ｙ’ｚ’軸の射影空間（ｘ’,ｙ’,ｚ’）の原点を点光源２２ａの位置にとる。射影空間のｚ’軸は回転軸３２ａと平行であり、射影空間のｘ’ｙ’面は回転軸３２ａと垂直である。

回転軸３２ａの傾きとその方向は既知であるので、実空間（ｘ,ｙ,ｚ）と射影空間（ｘ’,ｙ’,ｚ’）との間の変換行列は、Ｒ（φ,θ,ψ）であり、以下のようになる（φ、θ、ψは二つの座標系を変換するオイラー角である）。

射影面上に、検出部４０と同じ大きさ及び数の疑似画素があると仮定する。疑似画素の座標を、射影前の空間（ｘｙｚ空間）で表現したものを（ｘ_ｉ,ｙ_ｉ,ｚ_ｉ）とし、同じ座標を射影後の空間（ｘ’ｙ’ｚ’空間）で表現したものを（ｘ_ｉ’,ｙ_ｉ’,ｚ_ｉ’）とすると、以下の座標変換が成り立つ。ここで、インデックスｉはｉ番目の画素を表し、ｉ＝１～全画素数の整数である。
（ｘ_ｉ,ｙ_ｉ,ｚ_ｉ）＝（ｘ_ｉ’,ｙ_ｉ’,ｚ_ｉ’）Ｒ（φ,θ,ψ） （式３）

点光源２２ａと検出面４０ａとの間の距離をｔとすると、ｉ番目の疑似画素と、点光源２２ａを結んだ直線が検出面４０ａに交わる点（本項にて「交点」と呼ぶ）は、（ｘ_ｉｔ／ｚ_ｉ，ｙ_ｉｔ／ｚ_ｉ，ｔ）となる。検出器上の各画素に対し、その近傍にある交点（例えば４つ）を探索する。ｋ番目の検出画素（ｘ_ｋ，ｙ_ｋ，ｔ）近傍にある当該交点（ｘ_ｉｔ／ｚ_ｉ，ｙ_ｉｔ／ｚ_ｉ，ｔ）を探索する。各画素のサイズをΔｘ、Δｙとして、ｘ_ｋ－Δｘ＜ｘ＜ｘ_ｋ＋Δｘ、ｙ_ｋ－Δｙ＜ｙ＜ｙ_ｋ＋Δｙの範囲にある交点（ｘ_ｉｔ／ｚ_ｉ，ｙ_ｉｔ／ｚ_ｉ，ｔ）を探索し、見つかった交点とｋ番目の検出画素とを紐づけする。

各ｉ番目の疑似画素に対し、紐づけした検出画素の画素値を重みを掛けて足し合わせ、その値に傾きと拡大率変化分を補正したものを疑似画素の画素値とする。重みのかけ方の例として、それぞれの画素（ｘ_ｋ,ｙ_ｋ）の実測画素値ｖ（ｘ_ｋ,ｙ_ｋ）を、近傍の点（ｘ_ｉｔ／ｚ_ｉ,ｙ_ｉｔ／ｚ_ｉ,ｔ）の距離ｄ_ｋｉに応じて配分する。例えば、点（ｘ_ｉｔ／ｚ_ｉ,ｙ_ｉｔ／ｚ_ｉ,ｔ）には、画素（ｘ_ｋ,ｙ_ｋ）から、以下の式４の寄与が足し合わされる：
ｖ（ｘ_ｋ,ｙ_ｋ）×（ｄ_ｋｉ／Σ^ｎ _ｊｄ_ｋｊ） （式４）

ｉ番目疑似画素の画素値に対する傾きと拡大率変化分の補正は、以下のとおりとなる（疑似画素と測定画素を同じサイズにした場合）。
（ｔ／ｚｉ）^２cosα （式５）
ここで、αは回転軸３２ａと検出面４０ａの垂線とのなす角度である。

この疑似画素が、第１実施形態の検出面４０ａ上の画素と同じ役割を持つため、第１実施形態と同じ計算により、検査対象物６０の回転画像データと静止画像データから検査対象物６０中の異物６２の位置（ｘ‘,ｙ’,ｚ‘）が特定される。撮像の座標系（ｘｙｚ）で表現するには、式３に示すように回転行列Ｒ（φ,θ,ψ）を右から作用させればよい。

〔第４実施形態〕
本発明の第４実施形態は、検査対象物６０を回転軸３２ａの周囲に回転させる第１実施形態とは異なり、電磁波発生部２０と検出部４０との相対的な位置関係を固定させたまま、電磁波発生部２０と検出部４０を回転軸３２ａの周囲に回転させる構成である。即ち、検査対象物６０は回転保持部３０に固定されたまま静止している状態で、電磁波発生部２０と検出部４０とを回転軸３２ａの周囲で回転させるものである。

本実施形態の構成により取得される電磁波画像データ（回転画像データ及び静止画像データ）は、第１実施形態において取得される電磁波画像データと同じであるから、第１実施形態と同じ手法により、異物の位置が特定される。検査対象物６０が例えば粉体や液体を内容物とするものであって回転させると当該内容物の配置が変化するようなものを測定する場合に、本実施形態の構成は有利に用いることができる。

１０ 異物検出装置
２０ 電磁波発生部
２２ 線源
２２ａ 点光源
２４ 線源制御部
３０ 回転保持部
３２ 回転保持機構
３２ａ 回転軸
３４ 回転制御部
４０ 検出部
４０ａ 検出面
５０ 処理部（処理装置）
５２ 軌跡抽出部
５４ 異物位置特定部
５６ 画像生成部
６０ 検査対象物
６２ 異物
６２ａ 異物の軌跡

Claims (5)

1. 点光源から電磁波を発する電磁波発生部と、
   検査対象物を保持し、回転軸の周りで回転させる回転保持部と、
   前記検査対象物を透過した電磁波を検出する検出部と、
   前記検査対象物を前記回転軸の周りで回転させた状態で前記検査対象物を透過した電磁波を検出することにより生成された前記検査対象物の回転画像データに基づき、前記検査対象物の異物の軌跡を抽出し、前記軌跡が含まれる円の中心（Ｃ２）の座標を算出する軌跡抽出部と、
   前記中心（Ｃ２）の座標に基づき、前記異物の前記回転軸方向の位置を特定する異物位置特定部と
   を備える異物検出装置。
2. 前記回転軸に沿った方向をｚ軸とし、ｚ軸に垂直な平面をｘｙ面とすると、前記検出部の検出面がｘｙ面に平行に位置する、請求項１に記載の異物検出装置。
3. 前記点光源と前記回転軸とを含む断面において、前記検出面を含むｘｙ面と前記点光源から下ろした直線との交点（Ｐ１）と、前記中心（Ｃ２）との間の距離をＤ２とし、前記点光源から下ろした直線と前記回転軸との間の距離をＤ１とし、前記点光源と前記異物との間のｚ軸方向の距離をＺ１とし、前記点光源と前記検出面との間のｚ軸方向の距離をＺ２とすると、以下の式１：
   Ｚ１／Ｚ２＝Ｄ１／Ｄ２ （式１）
   が成立し、
   前記異物位置特定部は、前記中心（Ｃ２）の座標及び前記交点（Ｐ１）の座標に基づき、Ｄ２を算出し、
   前記異物位置特定部は、算出したＤ２、Ｄ１、及びＺ２に基づき、Ｚ１を算出することで、前記異物のｚ軸方向の位置を特定する、請求項２に記載の異物検出装置。
4. 回転軸の周りで回転する検査対象物に点光源から電磁波を照射し、前記検査対象物を透過した電磁波を検出部の検出面にて検出して、前記検査対象物の回転画像データを生成する工程と、
   前記回転画像データにおいて、前記検査対象物の異物の軌跡を抽出し、前記軌跡が含まれる円の中心（Ｃ２）の座標を処理装置の軌跡抽出部により算出する工程と、
   前記処理装置の異物位置特定部により、前記中心（Ｃ２）の座標に基づき前記異物の前記回転軸方向の位置を特定する工程と
   を備えた異物検出方法。
5. コンピュータを、
   検査対象物を回転軸の周りで回転させた状態で、点光源から出て前記検査対象物を透過した電磁波を検出することにより生成された前記検査対象物の回転画像データにおいて、前記検査対象物の異物の軌跡を抽出し、前記軌跡が含まれる円の中心（Ｃ２）の座標を算出する軌跡抽出部と、
   前記中心（Ｃ２）の座標に基づき、前記異物の回転軸方向の位置を特定する異物位置特定部と
   として機能させるためのプログラム。
   

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