JP4235800B2 - 缶外面の検査方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、缶外面の外観、印刷等の表面状態を検査する缶外面の検査方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、ジュースやビール等の飲料用缶、食品缶詰め用の缶等の製缶ライン、又は充填ラインにおいては、缶の外観や印刷等の表面状態を検査し、不良品の缶を排除して良品の缶のみを利用することが行われている。円筒状の缶の表面には、商品の宣伝、マーク等の印刷が施されているが、これらの印刷は曲面印刷であるために、すべての缶を厳密な意味で同じに印刷することは困難である。従って、缶表面の印刷が適正に印刷がなされているか否かを検査し、許容幅内にある缶を良品として充填に供しているのが実情である。図柄や模様のような印刷状態に代表される缶外面の表面状態の良否は、例えば、検査の対象となる缶の外面をカメラによって撮影し、撮影して得られた画像データを画像処理し、検査すべき画像と記憶されている正規の缶の標準画像データとを比較検査して、自動的に判定されるようになってきている。
【０００３】
そのような缶の自動的な検査の一例として、検査テーブルに缶を回転させる回転台を設け、缶搬送手段によって検査テーブルに缶を供給し、検査テーブルに対向して設けられた外観検査用の複数（５台）のカメラで、回転台で回転中の缶を周方向に分割して撮影し、カメラによる分割像のために回転台の回転を駆動手段によって制御し、マーク検出センサで缶に予め印刷されている基準点マークを検出し、この基準点マークを検出したタイミングとエンコーダを使用してカメラの撮像及び駆動手段の駆動を制御し、カメラにより缶を基準点マークから７２°ずつ１周を５分割して撮像し、周方向分割毎に予め撮影した良品の画像を基準画像として記憶し、画像処理比較手段によって検査画像と基準画像とを比較して缶の内外を検査する缶内外面検査装置が提案されている（特許文献１参照）。
【０００４】
また、最初に規格標準缶について外観を走査してその標準模様を記憶し、次いで、実質的に同一模様を施してあって生産ラインを流れる被検査缶について順次外観を走査し、その都度、規格標準缶と被検査缶の外観とを画素単位に比較して、その相違から缶の外観模様上の欠陥を発見する円筒缶の外表面検査方法及び装置が提案されている。この円筒缶の外表面検査方法及び装置によれば、ラインセンサカメラを用いて得られた画像による第１の画像処理において、規格標準缶と被検査缶については、缶を定速回転させるときに伴ってバーコードリーダーがバーコードを検知すると、読取りタイミング信号が制御用コンピュータに送られ、読取りタイミング信号の受信時点からパルスモータコントローラに一定角度、所定のパルス数をカウントさせ、撮影開始時点から缶の筒長方向を全幅に渡り周期的に線走査することで缶の筒長方向の主走査が行われ、缶の定速回転する缶の回転方向に副走査が行われる（特許文献２参照）。
【０００５】
上記の各文献に記載の検査方法は、製缶の高速化を目指すものであるが、最近の製缶ラインや缶充填ラインにおいてはシステム全体が高速化しており、こうした高速化に対応するため、缶外面の検査においても応分の高速化が求められている。また、高度なカメラや画像処理は、高精細な機器を導入すればそれに応じた結果は得られるが、システム構築が高コストになる。また、缶の外面印刷については必ずしもすべてが１周を認識できる状態に施されてはいない。例えば、ベタ印刷の幅が広い缶、無地の部分が広い缶、あるいは印刷模様に特徴のない缶等については１周分の見分けが付かず、１周位置の検出ができない。そのため、このような缶については従来の外面検査の適用が困難であり、缶に基準位置設定のための専用の基準点マークを印刷する必要があった。また、基準点マークを印刷しても、その基準点マークを検出するのに缶を最大１回転させ、基準点マークの検出後に缶の１周を撮像するのに缶を更に１回転させるので、缶１周の撮像データを得るのに缶を最大で２周回転させる必要があり、缶当たりの検査時間が長くなるという問題があった。更に、缶の１周の分割撮像には、通常、エリアカメラが用いられており、エリアカメラは、高価であると共に、正面以外の横方向両側の画像には曲面に起因する歪みが回避できず、且つ照明が缶の面で反射する反射光量も一様ではないことが缶表面の良否の判定に障害となるという問題もあった。
【０００６】
【特許文献１】
特開平６−１７４６４９号公報（［００１２］〜［００１９］、［００３１］〜［００３５］、図１〜図４）
【特許文献２】
特開平５−１２０４１２号公報（［００１７］〜［００２７］、図１〜図２）
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、缶を把持するチャックに缶の１周についての情報を持たせることができることに着目して、缶外面が缶の１周を認識困難であるような缶であっても、どの位置からでも１周の画像データを高速に歪みなく取り込むことを可能にする点で解決すべき課題がある。
【０００８】
この発明の目的は、べた印刷されている場合のように缶外面が缶の１周を識別困難であるような状態であっても、缶を把持するチャックに備わる缶１周についての情報を利用して、缶検査に必要な回転量を少なくしつつ高速に且つ正確に１周の画像データを取り込むことで、缶の検査時間を短縮して、製缶の高速化に対応することができる缶外面の検査方法を提供することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するため、この発明による缶外面の検査方法は、チャックに把持されて回転する缶について基準マークを含む外面を前記チャックに付された目盛と共に１周に余裕角度を加えた角度範囲に渡って撮像し、撮像した得られた撮像画像データから前記目盛と前記基準マークとに基づいて前記基準マークのマーク位置を基準とした前記缶の１周画像データを作成し、前記１周画像データに基づいて前記缶の前記外面を検査することから成っている。
【００１０】
この缶外面の検査方法によれば、チャックに把持されて回転する缶の外面を１周に余裕角度を加えた角度範囲に渡って撮像し、その角度範囲に渡る缶外面の画像データを得る。この画像には、基準マークとチャックに付された目盛のデータが含まれているが、余裕角度の範囲に相当するデータがオーバーラップしている。この画像データにおいて缶の基準マークを撮像したマーク位置を検出し、チャックに付されている目盛の画像を利用することにより、検出したマーク位置を基準としてチャックに付されている目盛に基づいて缶の１周画像データが作成される。缶外面がベタ印刷のように１周を定める特徴がない場合であっても、缶の１周画像データを作成することができる。このようにして作成された缶の１周画像データに基づいて、例えば、予め得られている標準１周画像データと比較することにより、缶の外面を検査することができる。
【００１１】
この缶外面の検査方法において、前記撮像画像データから前記目盛に基づいて前記缶の仮１周画像データを作成し、前記仮１周画像データから前記マーク位置を基準とした前記１周画像データを作成することができる。先にチャックに付された目盛に基づいて缶の仮１周画像データを作成することによって、余裕角度の範囲に相当するデータを処理の対象から外して、データ処理の負荷を軽減し、高速な処理に寄与することが可能である。マーク位置を基準とした場合、仮１周画像データは必ずしも連続した一つの角度範囲に納まらず分割される場合もあるが、画像データをデジタル化すれば、二つの角度範囲に分割されている画像をつなぎ合わせて一つの角度範囲に渡る１周画像データを編集することができる。
【００１２】
この缶外面の検査方法において、前記基準マークは、前記缶又は前記缶の内容物に関する情報を表すバーコードとすることができる。流通・販売される缶包装体の場合、殆ど例外なく、内容物を含む製造等に関する情報が缶の表面にバーコードで表示されている。バーコードは、全体としては缶外面の展開面において缶周方向と缶外面の母線方向とに辺を揃えた長方形に描かれており、バーコードの缶外面母線方向に沿った長方形の辺の位置を１周の基準位置として利用することができる。このようにバーコードを基準マークとし、バーコードの辺の位置をマーク位置と定めることにより、そのマーク位置から缶の１周の範囲が容易に定めることができる。そうして得られた１周の範囲の画像データが、缶の１周画像データとなる。
【００１３】
この缶外面の検査方法において、前記缶の前記外面の検査は、前記１周画像データを前記マーク位置を基準とした前記缶の標準１周画像データと比較することにより行われる。缶の標準１周画像データは予め作成しておいたものでもよく、また、後述するように、充填ラインでの検査の開始に先立って作成することもできる。データ比較の手法については、従来のものを採用することができる。１周画像データを缶の標準１周画像データと比較して、データ上の差が許容範囲外であれば、不良品としてライン外へ排出する等の処置が取られる。
【００１４】
この缶外面の検査方法において、前記缶の前記標準１周画像データは、前記１周画像データの作成方法を適用して作成することができる。即ち、缶の標準１周画像データそれ自体を、この缶外面の検査方法における缶の１周画像データの作成手法を適用して作成することができる。標準１周画像データのためだけに、別途の装置を製作する必要がなく、同じ検査装置を利用して安価で且つ短い作業時間で標準１周画像データを得ることができる。
【００１５】
標準１周画像データを作成するこの缶外面の検査方法において、前記缶の前記標準１周画像データは、複数個の正常な前記缶について作成された前記１周画像データの各画素が持つ画素データにおいて、同じ画素位置について前記缶の良否を判定するための許容範囲を定める最大値と最小値のデータとすることができる。標準１周画像データの作成のために１個の缶外面のデータにのみ依存するのは、間違ったデータを作成してしまうリスクを伴う。本来あるべき缶外面の画像データとの誤差を可及的に少なくすることが必要である。従って、正常な外面を持つ複数個の缶について作成された１周画像データに最大・最小化処理を施すことによって、外面の良否の判断基準を与える標準１周画像データを作成することができる。
【００１６】
この缶外面の検査方法において、前記缶の前記外面は、前記外面の母線方向に延びる態様に配置されたラインカメラによって撮像することができる。ラインカメラは缶の回転に伴って撮影するので１台で済む。また、缶の外面を照らす照明もラインカメラの配置に合わせた外面の母線方向に広がるライン状の照明でよい。照明による明るさが一様となり、反射光を撮影する画像データの信頼性が高くなる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、添付した図面に基づいて、この発明による缶外面の検査方法の実施例を説明する。図１はこの発明による缶外面の検査方法における標準１周画像データの作成手順の一例を示すフローチャート、図２は図１で作成した標準１周画像データに基づいた缶外面の検査手順の一例を示すフローチャート、図３は図１に示す標準１周画像データの作成及び図２に示す缶外面の検査において用いられる缶の１周画像データの作成の概要を示す説明図である。
【００１８】
缶外面の検査方法における標準画像データが、図１のフローチャートに示す作成手順に従って作成される。即ち、標準画像の作成開始が設定される（ステップ０、以下「Ｓ０」と略す。以下、各ステップについて同様）と、予め外面が正常と判定されている缶について、１周＋余裕角度αの角度の範囲の画像データが取り込まれる（Ｓ１）。図３に示すように、缶１は、例えば、充填ラインにおいて、充填前の検査において缶１の外面２に施された印刷や加工３（図示の例では、単色系の背景色にＣＡＮの印刷）が適正なものが採用される。缶１は個々にチャック１０に把持された状態で縦軸回りに回転されるので、撮像手段によって缶１の外面を縦方向に主走査しながら周方向に副走査することにより、１周と余裕角度αの範囲に渡って撮影する。撮像手段としては、１台の一次元カメラ（ラインカメラ）を缶１の外面２の母線方向（主走査方向）に平行に延びる態様に配置することが好ましく、缶１の回転に伴って外面２を副走査方向に走査して撮影することができる。
【００１９】
次に、取り込まれた画像データに基づいて１周画像作成処理（Ｓ２〜Ｓ４）が施されて、バーコード基準による１周画像データが作成される。即ち、図３に示すように、商品として製造・流通される缶１には、殆ど例外なく、商品の製造や内容物に関する情報を表す表示としてバーコード４が印刷されており、図３（ａ）に示すような１周＋余裕角度αの角度の範囲の画像データには、必ず１つのバーコード４についての画像データが含まれる。バーコード４は、全体として、缶外面２の展開面において缶周方向と缶外面の母線方向とに辺を揃えた長方形に描かれており、バーコード４の缶外面母線方向に沿った辺の位置を１周を測る際の基準となるマーク位置として利用することができる。この考えに基づいて、図３（ｂ）に示すようにバーコードの長方形の右側の辺の縦ラインがマーク位置５として検出される（Ｓ２）。一方、缶１を把持するチャック１０には、周方向に目盛１１が付されており、目盛１１も撮像されて画像データに含まれている。従って、１周＋余裕角度αの角度の範囲の画像データにおいて、マーク位置５を１周画像の基準とし、目盛１１とに基づいて、例えば、取込み画像の右端６から左側に向かって１周位置７を取得することができる（Ｓ３）。
【００２０】
マーク位置５からＳ３で求められた１周位置７までの範囲によって、以後の画像処理において採用される仮１周画像データが定められる。図３（ａ）に示されている余裕角度αに相当する画像領域分８の画像データは、採用されない。採用した仮１周画像データを、Ｓ２で求められた１周画像のマーク位置が右端となるように画像処理を施して、図３（ｃ）に画像として示すようなバーコード基準による１周画像データが得られる（Ｓ４）。１周画像データは、例えば、５１２×約４８０の数の画素から作成することができる。こうした手法によって、ベタ刷りや模様に特徴がない外面印刷が施されていて缶外面２の１周が認識し難い場合でも、バーコードの縦ラインをマーク位置とした缶外面２の１周画像データを得ることができる。
【００２１】
上記の１周画像作成処理（Ｓ２〜Ｓ４）を８缶について繰り返して行う。８つの缶についての１周画像データについて画素毎に濃淡値の最大・最小化処理を施し、各画素毎に許容可能な濃淡値の幅が設定された標準１周画像データが作成される（Ｓ５）。図４は、画素毎の濃淡値の最大・最小化処理を説明する説明図である（図４では、１周＋αの取込み画像（５１２×５１２画素）について最大・最小化処理をする例を示す）。即ち、ラインカメラで外面が良品と判定された８個の缶１を撮影して、図４（ａ）に示す８缶分の画像データを収録する。この画像データから、対応する位置の各画素について濃淡値の最大値と最小値とを求める。図示の例では、マトリックスで（３，３）位置の画素の濃淡値は、１番目の缶についての画像１では１５０であり、３番目の缶についての画像３では１２０、４番目の缶についての画像４では５０であり、その他の画像では１００である。マトリックスで（５１１，５１１）位置の画素の濃淡値は、画像５では２００であるが、その他の画像ではすべて１００である。また、マトリックスで（３，５１１）位置の画素の濃淡値は、画像７では３０であるが、その他の画像ではすべて１００である。各画素位置について最大・最小値の標準１周画像データを作成すると、図４（ｂ）に示す最小値の標準１周画像データと、図４（ｃ）に示す最大値の標準１周画像データとが得られる。最小値の標準１周画像データでは、（３，３）位置の濃淡値データが５０であり、（３，５１１）位置の濃淡値データが３０であり、その他の位置のデータは１００である。最大値の標準１周画像データでは、（３，３）位置の濃淡値データが１５０であり、（５１１，５１１）位置の濃淡値データが２００であり、その他の位置のデータは１００である。
【００２２】
標準画像作成処理によって得られた標準１周画像データに基づいて、各缶の外面検査が図２に一例を示すフローチャートに示す手順に従って行われる。各缶の検査開始（ステップＳ１０、以下、単に「Ｓ１０」と略す。以下、各ステップについて同様）により、各缶の１周＋余裕角度αの角度範囲の画像が取り込まれる（Ｓ１１）。画像の取込みには標準１周画像作成と同じ作成方法及びシステムをそのまま利用することができる。缶の１周＋余裕角度αの角度の範囲の画像は、標準１周画像データの作成の場合と同じく、５１２×５１２画素とする。
【００２３】
次に、取り込まれた画像に基づいて１周画像作成処理（Ｓ１２〜Ｓ１４）が施されて、バーコード基準による１周画像データが作成される。１周画像作成処理は、標準１周画像データの作成における画像作成処理（Ｓ２〜Ｓ４）と同様であり、Ｓ１２、Ｓ１３、Ｓ１４の各ステップは、それぞれ、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４に対応しているので、再度の説明を省略する。各缶の１周画像データは、標準１周画像データと同じ画素数から作成される。
【００２４】
このようにして得られた、検査対象となる各缶について得られたバーコード基準による１周画像データが、既にＳ５によって作成されている標準１周画像データと比較判定される（Ｓ１５）。画像の比較判定の手法には、カラー画像の処理である場合には、色の三原色画像をＨＳＩ（色相、彩度、明度）変換する手法、或いは両画像データの差データについて評価する手法等、既知の手法が適用可能であるが、ここでは詳細な説明を省略する。いずれにしても、１周画像データの各画素の値が、８個の缶を対象として測定され且つ各画素毎に設定されている最大値と最小値との両標準１周画像データの範囲内の値であるか否かが判断され、１周画像データの各画素の値が上記の範囲内の値であれば缶の外面は正常と判断され、範囲外の値であれば缶の外面は不良であると判断され、製缶又は充填ラインからの取り除きの対象となる。
【００２５】
上記の缶外面の検査方法の説明においては、先ず、チャックの目盛に基づいて１周を決めてから基準マークを基準とした１周画像を編集する例を説明した。この場合、画像処理量が少なくて済む。しかしながら、基準マークによって基準位置を決めた画像データを先に編集して、その後、チャックの目盛に基づいて１周を区切っても良い。また、ラインカメラを用いているので、缶１の外面２に光を当てる照明は、ラインカメラの撮影領域に応じてライン状に当てれば良い。エリアカメラを用いると、缶１の曲面の両サイドは歪んで撮影されると共に、照明の反射光にも分布が出るが、ラインカメラとライン状の照明とによってこのような不具合が未然に防止される。
【００２６】
【発明の効果】
この発明による缶外面の検査方法は、上記のように、チャックに把持されて回転する缶について基準マークを含む外面を前記チャックに付された目盛と共に１周に余裕角度を加えた角度範囲に渡って撮像し、撮像した得られた撮像画像データから前記目盛と前記基準マークとに基づいて前記基準マークのマーク位置を基準とした前記缶の１周画像データを作成し、前記１周画像データに基づいて前記缶の前記外面を検査することから成っているので、撮影画像データにおいて缶の基準マークを撮像したマーク位置とチャックに付されている目盛とに基づいて、缶の１周画像データが作成される。チャックに付されている目盛を利用することにより、缶外面がベタ印刷のように１周を定める特徴がない場合であっても、専用の基準点マークを印刷することなく缶の１周画像データを作成することができる。また、缶の１周画像データを作成するには、従来、撮像のために最大で２周回転させる必要があった缶の回転を、１周に余裕角度を加えた角度範囲という少ない回転角度に抑えることができ、検査期間を短縮することができる。更に、ラインカメラを用いることにより、１台のカメラでありながら、缶の外面を歪みなく且つ一様な照明の下で撮像することができ、正確な撮像画像データを得ることができる。このように、発明による缶外面の検査方法によれば、缶外面印刷模様に影響されない検査を行うことができ、１周画像データ及び標準１周画像データを短時間で且つ正確に取得することができるので、画像処理の短縮化を図ることができ、検査時間を短縮して製缶或いは缶充填等の缶に関する処理の高速化に寄与することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明による缶外面の検査方法における標準画像データの作成手順の一例を示すフローチャートである。
【図２】図１で作成した標準画像データに基づいた缶外面の検査手順の一例を示すフローチャートである。
【図３】図１に示す標準画像データの作成及び図２に示す缶外面の検査において用いられる缶の１周画像データ作成の概要を示す説明図である。
【図４】標準１周画像データの作成において、画素毎の濃淡値の最大・最小化処理を説明する説明図である。
【符号の説明】
１ 缶 ２ 外面
３ 印刷 ４ バーコード
５ マーク位置 ６ 画像右端
７ 右端基準の１周位置
１０ チャック １１ 目盛

Claims (6)

1. チャックに把持されて回転する缶について基準マークを含む外面を前記チャックに付された目盛と共に１周に余裕角度（α°）を加えた角度範囲（１周＋α°）に渡って撮像し、得られた前記缶の母線方向を縦とし同周方向を横とする前記角度範囲（１周＋α°）に渡る撮像画像データから、前記基準マークの前記母線方向に沿った辺の位置を検出し、前記目盛に基づいて前記辺の位置を「１周を測る際の」基準位置とした前記缶の１周分に相当する仮１周画像データを作成し、該仮１周画像データ中の前記基準マークを所定の位置に揃えて前記缶の１周画像データを作成し、前記１周画像データに基づいて前記缶の前記外面を検査することから成る缶外面の検査方法。
2. 前記基準マークは、前記缶又は前記缶の内容物に関する情報を表すバーコードであることから成る請求項１に記載の缶外面の検査方法。
3. 前記缶の前記外面の検査は、前記１周画像データを、前記マーク位置を基準とした前記缶の標準１周画像データと比較することにより行われることから成る請求項１に記載の缶外面の検査方法。
4. 前記缶の前記標準１周画像データは、前記１周画像データを作成する工程を適用して作成されることから成る請求項３に記載の缶外面の検査方法。
5. 前記缶の前記標準１周画像データは、複数個の正常な前記缶について作成された前記１周画像データの各画素が持つ画素データにおいて、同じ画素位置について前記缶の良否を判定するための許容範囲を定める最大値と最小値のデータであることから成る請求項４に記載の缶外面の検査方法。
6. 前記缶の前記外面は、前記外面の母線方向に延びる態様に配置されたラインカメラによって撮像されることから成る請求項１に記載の缶外面の検査方法。

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