JP4783590B2 - 光沢円筒面検査装置 - Google Patents

Description

本発明は、光沢円筒面検査装置に関し、詳細には光沢円筒面を有する被検査物の表面欠陥の有無を検査する光沢円筒面検査装置に関するものである。

今日では、金属、プラスチック、ガラス等から構成される円筒状の容器又は筐体に収納されている多種の製品、例えば乾電池、各種家電機器、飲料等が存在する。これらの乾電池等は、光沢円筒面を有しており、一般的に大量生産されている。

上記乾電池等の円筒状製品の表面欠陥の検査は、これらの製品が大量生産されている関係上、生産工程のオンライン上で行う必要があり、従来は検査員の目視により行われている。

一方、金属表面の非破壊探傷方法としては、例えば蛍光磁粉探傷法（特開平１０−２８２０６３号公報等参照）、液体浸透探傷法、超音波探傷法（特開２００２−１３９４７９公報等参照）、放射線探傷法（特開平５−１７７３５１号公報等参照）、磁気探傷法（特開平６−２０１６５４号公報等参照）等が開発されている。
特開平１０−２８２０６３号公報 特開２００２−１３９４７９公報 特開平５−１７７３５１号公報 特開平６−２０１６５４号公報

上記従来の光沢円筒面の検査方法では、検査員の技能に頼っているため、目視に起因する誤差及び誤認を根本的課題として有しており、検査の精度及び速度の向上には一定の制限がある。加えて、上記従来の光沢円筒面の検査方法では、光沢円筒面におけるハレーション、照明の写り込み等により目視による表面欠陥の判別は容易ではない。また、光沢円筒面を有する製品の表面欠陥としては、例えばキズ、凹み、欠け、汚れ、曇り、濁り、ムラ、シミ等の種々の種類があるが、上記従来の目視による検査方法では表面欠陥の種類及び程度の判別は容易ではない。

なお、上記金属表面の非破壊探傷方法は、検査レベルが高くなるが、基本的に長大物に対しオフラインで比較的時間をかけて検査するものであるため、上記乾電池等の小物品の大量生産工程において、オンライン上で行う検査に適用することができない。

本発明はこれらの不都合に鑑みてなされたものであり、光沢円筒面を有する製品の表面欠陥の自動的な検査が可能であり、検査精度及び検査速度が格段に高く、大量生産工程のオンライン上で行うことができる光沢円筒面検査装置の提供を目的とするものである。

上記課題を解決するためになされた発明は、
（ａ）光沢円筒面を有する被検査物を直立状態で載置し、この被検査物を軸中心に回転可能に構成されるテーブルと、
（ｂ）被検査物の側方であって、被検査物の中心軸と平行な一平面内に位置し、被検査物の中心軸に対して傾斜して配設される１本の棒状の投光部と、
（ｃ）この投光部の近傍に配設され、被検査物を撮影するカメラと、
（ｄ）このカメラで撮影した画像データから投光部が照射した光線の正反射領域を抽出する画像処理手段と、
（ｅ）この画像処理手段で取得した正反射領域に基づき被検査物の表面欠陥を検出する判定手段とを備え、
（ｆ）上記カメラの光軸が投光部の直下又は直上に位置している光沢円筒面検査装置である。

当該光沢円筒面検査装置は、原理的には光沢円筒面のキズ、凹み、欠け、汚れ、曇り、濁り、ムラ、シミ等の種々の欠陥がある部分で照明光線の正反射領域が変形することを利用し、表面欠陥の有無、欠陥の種類及び欠陥の程度を自動的に検査するものである。具体的には、当該光沢円筒面検査装置は、投光部によって光沢円筒面に照明光線を照射し、カメラによって光沢円筒面からの照明光線の反射光を撮影し、画像処理手段によって撮影した画像データから正反射領域を抽出し、判定手段によって正反射領域に基づき光沢円筒面の表面欠陥を検出する。当該光沢円筒面検査装置は、棒状の投光部が被検査物の側方に位置し、被検査物の中心軸に対して傾斜して配設されており、かつカメラが投光部の近傍に配設されているため、凹み等の表面欠陥が画像データの正反射領域の形状に現れ、検査精度が格段に向上する。従って、当該光沢円筒面検査装置は、従来の目視による表面欠陥検査と比較して検査の精度及び速度を飛躍的に向上することができる。また、当該光沢円筒面検査装置は、画像処理手段で取得した正反射領域の幅、形状、濃淡等のデータ比較によって表面欠陥の種別及び程度の判別が可能となる。

上記被検査物の中心軸に対する投光部の傾斜角としては３０°以上６０°以下が好ましい。このように投光部の当該傾斜角を上記範囲とすることで、凹み等の表面欠陥が画像データの正反射領域の形状に顕著に現れ、検査精度が飛躍的に向上する。

上記投光部の下端が被検査物の下端より低くかつ投光部の上端が被検査物の上端より高く位置しており、棒状の投光部の高さが被検査物の高さの２倍以上にするとよい。かかる手段によれば、一度の撮影で被検査物の対向面の上端から下端までの全領域を検査することができる。

上記カメラの光軸は投光部の直下又は直上に位置する。このようにカメラの光軸を棒状の投光部の直下又は直上に位置することで、上述のように棒状の投光部が被検査物の側方に傾斜して配設されている関係上、凹み等の表面欠陥が画像データの正反射領域の形状により顕著に現れ、検査精度が飛躍的に向上する。

上記画像処理手段としては、
（ｆ）画像データから被検査物部分のうち正反射領域を含む範囲を大まかに抽出する概略抽出処理手段と、
（ｇ）この概略抽出処理手段で取得した概略抽出画像データに対して２値化処理を施す２値化処理手段と、
（ｈ）この２値化処理手段で取得した２値化画像データから正反射領域の境界を抽出する抽出処理手段と
を有するとよい。このように画像処理手段として概略抽出処理手段、２値化処理手段及び抽出処理手段を有することで、カメラで撮影した画像データから正反射領域のみを効果的に抽出することができ、その結果、光沢円筒面の検査の精度及び効率を向上することができる。

上記判定手段としては、
（ｉ）上記抽出処理手段で取得した正反射領域の境界に外接する最小矩形枠を導出する矩形枠導出処理手段と、
（ｊ）この矩形枠導出処理手段で取得した最小矩形枠の幅を基準として表面欠陥の有無を判定する欠陥認識手段と
を有するとよい。このように判定手段として矩形枠導出処理手段及び欠陥認識手段を有することで、比較的簡易かつ迅速に凹み、キズ等の表面欠陥を検出することができる。

ここで、「光沢円筒面」とは、文字通り光沢を有する円筒面を意味する。「正反射領域」とは、画像データにおいて、投光部が照射した光線が正反射（鏡面反射）している領域を意味する。「被検査物の中心軸に対する投光部の傾斜角」とは、投光部の中心軸を通る被検査物の中心軸と平行な線を基準とした投光部の中心軸の傾斜角を意味する。

以上説明したように、本発明の光沢円筒面検査装置によれば、オートメーション化が可能であり、検査レベル及び速度が格段に高くなることから、大量生産工程のオンライン上に組み込み、生産性を飛躍的に向上することができる。

以下、適宜図面を参照しつつ本発明の実施の形態を詳説する。図１は本発明の一実施形態に係る光沢円筒面検査装置を示す概略斜視構成図、図２は図１の光沢円筒面検査装置における投光部、カメラ、テーブル及び被検査物の位置関係を説明する模式的正面図、図３（ａ）は正常な被検査物を撮影した画像データから抽出した概略抽出画像データ、正反射領域境界及び最小矩形枠を示す図、図３（ｂ）は凹みがある被検査物を撮影した画像データから抽出した概略抽出画像データ、正反射領域境界及び最小矩形枠を示す図である。

図１の光沢円筒面検査装置は、外面が光沢円筒面からなる被検査物Ｘの表面欠陥を検査する装置である。当該光沢円筒面検査装置は、具体的には、テーブル１、投光部２、カメラ３、画像処理手段４及び判定手段５を備えている。

この画像処理手段４及び判定手段５は、システム的にはＣＰＵなどからなる制御部、ＲＯＭ、ＲＡＭ、ハードディスク、モニター、キーボードなどを備えるコンピューター６により構成されており、ＲＯＭ、ハードディスクに記憶されているコンピュータプログラムに基づいて制御部が各部を制御することで上記画像処理手段４及び判定手段５として機能するよう構成されている。

テーブル１は、円筒状の被検査物Ｘを直立状態で載置可能に構成されている。また、テーブル１は、図示していないが駆動モータ等が連結されており、載置した被検査物Ｘを軸中心に回転可能に構成されている。かかるテーブル１の回転機構により被検査物Ｘを軸中心に１回転することで、被検査物Ｘの外面である光沢円筒面の全面の撮影が可能となる。

投光部２は、棒状のものであり、被検査物Ｘの側方に配設され、テーブル１上に載置した被検査物Ｘの光沢円筒面に対して照明光線を照射するものである。この投光部２は、特に限定されるものではなく、例えば光源、その他必要に応じて光ファイバー、ライトガイド、拡散板等が備えられる。この投光部２の光源としては、特に限定されず、例えば直管蛍光灯等が用いられる。

投光部２は、図２に示すように、被検査物Ｘの中心軸Ｙと平行な一平面内に位置し、被検査物Ｘの中心軸Ｙに対して傾斜して配設されている。このように棒状の投光部２が被検査物Ｘの側方に傾斜して配設され、かつカメラ３が投光部２の近傍に配設されることで、被検査物Ｘの凹み等の表面欠陥が画像データの正反射領域の形状に現れ、表面欠陥の有無を検査することができる。

被検査物Ｘの中心軸Ｙに対する投光部２の傾斜角αとしては、３０°以上６０°以下が好ましく、４０°以上５０°以下が特に好ましい。このように投光部２の当該傾斜角αを４５°を中心とする上記範囲とすることで、被検査物Ｘの凹み等の表面欠陥が画像データの正反射領域の形状に顕著に現れ、検査精度が飛躍的に向上する。

投光部２の下端７は被検査物Ｘの下端９より低く位置し、投光部２の上端８は被検査物Ｘの上端１０より高く位置している。また、投光部２の高さＨは被検査物Ｘの高さｈの２倍以上が好ましい。このように投光部２の高さ範囲に被検査物Ｘが入るように位置することで、一度の撮影で被検査物Ｘの対向面における上端１０から下端９までの領域を検査することができる。

カメラ３は、投光部２の近傍、具体的には投光部２の直下（直上でもよい）に配設されており、被検査物Ｘの光沢円筒面からの照明光線の反射光を撮影するものである。カメラ３としては、照明光線の反射光が撮影することができれば特に限定されるものではなく、公知の種々のカメラを使用することができる。但し、カメラ３としては、装置自体が比較的簡易であり、画像処理に使用されるデジタル画像データが直接取得される２次元ＣＣＤカメラが特に好ましい。

画像処理手段４は、カメラ３で撮影した画像データから投光部２が照射した光線の正反射領域を抽出するものであり、具体的には概略抽出処理手段１１、２値化処理手段１２及び抽出処理手段１３を有している。かかる概略抽出処理手段１１、２値化処理手段１２及び抽出処理手段１３により、カメラ３で撮影した画像データから投光部２の照射光線の正反射領域を効果的に抽出することができる。

概略抽出処理手段１１は、画像データから被検査物Ｘ部分のうち正反射領域を含む範囲を大まかに抽出するものである。この概略抽出処理手段１１により、処理データ量が軽くなり、正反射領域を抽出するためのコンピューター６による画像処理の容易化及び迅速化が促進される。

２値化処理手段１２は、概略抽出処理手段１１で取得した概略抽出画像データに対して２値化処理を施すものである。この２値化処理手段１２により、概略抽出画像データにおける正反射領域の鮮明化及び顕在化が図られ、正反射領域の抽出の容易化及び確実化が促進される。また２値化処理手段１２によって、処理データ量の軽減化が図られ、正反射領域を抽出するためのコンピューター６による画像処理の容易化及び迅速化も促進される。

抽出処理手段１３は、２値化処理手段１２で取得した２値化画像データから正反射領域境界を抽出するものである。この抽出処理手段１３において、正反射領域境界は２値化画像データにおける所定の明度を基準として抽出することができる。なお、正反射領域境界の決定のための所定の明度は、具体的な装置で実際に撮影した画像データの正反射領域の明度等に応じて適宜選定するとよい。

判定手段５は、画像処理手段４で取得した正反射領域に基づき被検査物Ｘの表面欠陥を検出するものであり、矩形枠導出処理手段１４と欠陥認識手段１５とを有している。矩形枠導出処理手段１４は、抽出処理手段１３で取得した正反射領域境界に外接する最小矩形枠を導出するものである。欠陥認識手段１５は、矩形枠導出処理手段１４で取得した最小矩形枠の幅を基準として表面欠陥の有無を判定するものである。被検査物Ｘの光沢円筒面に凹み等の欠陥が存在する場合、その欠陥部分で乱反射等が生じ、正反射領域が変形することから、この正反射領域の最小矩形枠の幅が欠陥がない場合と比較して拡大する。そのため、かかる矩形枠導出処理手段１４及び欠陥認識手段１５により、比較的簡易かつ迅速に凹み等の表面欠陥の有無及びその程度を検出することができる。

当該光沢円筒面検査装置は、投光部２によって被検査物Ｘの表面（光沢円筒面）に照明光線を照射し、カメラ３によって被検査物Ｘの表面からの照明光線の反射光を撮影し、画像処理手段４によって撮影した画像データから正反射領域を抽出し、判定手段５によって正反射領域の最小矩形枠幅に基づき被検査物Ｘの表面欠陥を検出することができる。つまり、当該光沢円筒面検査装置は、被検査物Ｘの表面（光沢円筒面）に凹み等の欠陥がない場合、反射光の正反射領域が長方形状に形成され、凹み等の欠陥がある場合、正反射領域の形状が変形し、正反射領域の最小矩形枠幅が大きくなることを利用し、この正反射領域の最小矩形枠幅が閾値を超えると欠陥があると認定するものである。また、当該光沢円筒面検査装置は、テーブル１により被検査物Ｘを軸中心に１回転することで、被検査物Ｘの光沢円筒面の全面の検査が可能となる。従って、当該光沢円筒面検査装置によれば、オートメーション化が可能であり、従来の目視による検査と比較して検査の精度及び速度を飛躍的に向上することができる。なお、当該光沢円筒面検査装置は、生産工程のオンライン上での表面欠陥検査に好適に使用されるが、同様にオフライン上でも好適に使用される。

なお、本発明の光沢円筒面検査装置は、上記実施形態に限定されるものではない。例えば、判定手段５は、矩形枠導出処理手段１４及び欠陥認識手段１５に限定されず、画像処理手段４で取得した正反射領域の形状、高さ、濃淡等を基準にして表面欠陥の種別及び程度を判定することも可能である。

以下、実施例に基づき本発明を詳述するが、この実施例の記載に基づいて本発明が限定的に解釈されるものではない。

［実施例１］
被検査物として表面欠陥のない光沢円筒面を有する乾電池を用いた。図１に示すような光沢円筒面検査装置を用い、投光部によって被検査物の表面に照明光線を照射し、カメラによって被検査物の表面からの反射光を撮影し、画像処理手段によって撮影した画像データから正反射領域境界を抽出し、判定手段の矩形枠導出処理手段によって正反射領域境界に外接する最小矩形枠を導出した。

［実施例２］
被検査物として凹みがある光沢円筒面を有する乾電池を用いた以外は上記実施例１と同様にした。

［特性の評価］
上記実施例１で取得した概略抽出画像データ、正反射領域境界及び最小矩形枠を図３（ａ）に示し、実施例２で取得した概略抽出画像データ、正反射領域境界及び最小矩形枠を図３（ｂ）に示す。図中、正反射領域境界は黒色実線で表示し、最小矩形枠は白色実線で表示した。

図３（ａ）に示すように、表面欠陥のない光沢円筒面の場合は、正反射領域が細長い棒状になり、最小矩形枠の幅は小さくなる。一方、図３（ｂ）に示すように、凹みがある光沢円筒面の場合は、凹み部分で正反射領域が変形し、最小矩形枠の幅は大きくなる。従って、当該光沢円筒面検査装置によれば、矩形枠導出処理手段で取得した最小矩形枠の幅の大小によって被検査物の表面欠陥の有無を効果的に検出することができることがわかる。

以上のように、本発明の光沢円筒面検査装置は、光沢円筒面を有する乾電池等の表面欠陥の自動的な検査に有用であり、特に大量生産工程のオンライン上での表面欠陥検査に好適に使用される。

本発明の一実施形態に係る光沢円筒面検査装置を示す概略斜視構成図 図１の光沢円筒面検査装置における投光部、カメラ、テーブル及び被検査物の位置関係を説明する模式的正面図 （ａ）；正常な被検査物を撮影した画像データから抽出した概略抽出画像データ、正反射領域境界及び最小矩形枠を示す図、（ｂ）；凹みがある被検査物を撮影した画像データから抽出した概略抽出画像データ、正反射領域境界及び最小矩形枠を示す図

符号の説明

１ テーブル
２ 投光部
３ カメラ
４ 画像処理手段
５ 判定手段
６ コンピューター
７ 投光部２の下端
８ 投光部２の上端
９ 被検査物Ｘの下端
１０ 被検査物Ｘの上端
１１ 概略抽出処理手段
１２ ２値化処理手段
１３ 抽出処理手段
１４ 矩形枠導出処理手段
１５ 欠陥認識手段
α 傾斜角
Ｘ 被検査物
Ｙ 被検査物Ｘの中心軸
Ｈ 投光部２の高さ
ｈ 被検査物Ｘの高さ

Claims (4)

1. 光沢円筒面を有する被検査物を直立状態で載置し、この被検査物を軸中心に回転可能に構成されるテーブルと、
   被検査物の側方であって、被検査物の中心軸と平行な一平面内に位置し、被検査物の中心軸に対して傾斜して配設される１本の棒状の投光部と、
   この投光部の近傍に配設され、被検査物を撮影するカメラと、
   このカメラで撮影した画像データから投光部が照射した光線の正反射領域を抽出する画像処理手段と、
   この画像処理手段で取得した正反射領域の形状を基準にして被検査物の表面欠陥の種別及び程度を判定する判定手段とを備え、
   上記カメラの光軸が投光部の直下又は直上に位置しており、
   上記投光部の下端が被検査物の下端より低くかつ投光部の上端が被検査物の上端より高く位置しており、
   投光部の高さが被検査物の高さの２倍以上である光沢円筒面検査装置。
2. 上記被検査物の中心軸に対する投光部の傾斜角が３０°以上６０°以下である請求項１に記載の光沢円筒面検査装置。
3. 上記画像処理手段が、
   画像データから被検査物部分のうち正反射領域を含む範囲を大まかに抽出する概略抽出処理手段と、
   この概略抽出処理手段で取得した概略抽出画像データに対して２値化処理を施す２値化処理手段と、
   この２値化処理手段で取得した２値化画像データから正反射領域の境界を抽出する抽出処理手段と
   を有する請求項１又は請求項２に記載の光沢円筒面検査装置。
4. 上記判定手段が、
   上記画像処理手段で取得した正反射領域の境界に外接する最小矩形枠を導出する矩形枠導出処理手段と、
   この矩形枠導出処理手段で取得した最小矩形枠の幅を基準として表面欠陥の有無を判定する欠陥認識手段と
   を有する請求項１、請求項２又は請求項３に記載の光沢円筒面検査装置。

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