JP5608925B2

JP5608925B2 - ガラスびんの印刷検査装置

Info

Publication number: JP5608925B2
Application number: JP2013010727A
Authority: JP
Inventors: 岳鈴木
Original assignee: Toyo Glass Co Ltd
Current assignee: Toyo Glass Co Ltd
Priority date: 2013-01-24
Filing date: 2013-01-24
Publication date: 2014-10-22
Anticipated expiration: 2033-01-24
Also published as: JP2014142256A

Description

本発明は、ガラスびんの外表面に施した印刷を自動的に検査するガラスびん印刷検査装置に関する。

紙などの一般的な被印刷体に施した印刷を自動的に検査する装置は、下記特許文献に示されるように種々のものが提案されている。

特開２００２−１３７３６９号公報特許第３５７５４６０号公報特許第３７１２６０８号公報特許第４８０８４２２号公報

しかし、ガラスびんに施された印刷は、その特殊性により、自動的な検査は困難であった。
第一に、ガラスびんは透明なものが多く、通常の白色光で撮像すると、印刷の施されていないガラス部分が黒色に撮像され、黒色印刷部分と区別がつかず、黒色印刷部分の検査ができないという問題がある。

第二に、撮像手段に対して反対の側にある印刷がびん内面に写り、撮像されることがあり、正確な検査の妨げになるという問題がある。

第三に、ガラスびんのガラスには厚みがあるため、印刷の影がガラス内表面に写ることで画像が２重になり、正確な検査の妨げになるという問題がある。

第四に、ガラスびんは２つ割りの仕上型で成形されるため、仕上型の合い目に僅かな段差が生じ、この段差部分（合い目）で光が異方向に反射し、正確な検査の妨げになるという問題がある。

本発明は、以上のようなガラスびん印刷検査に特有な問題点を解決し、完成されたものである。

本発明は、ガラスびんを回転させる回転手段と、
ガラスびん表面に、スリット状に集光した白色光を照射するスリット照明と、
ガラスびん表面に、ドーム状反射板の内面で反射した近赤外拡散光を照射するドーム照明と、
回転しているガラスびん表面を撮像する撮像手段と、
撮像した画像の合否判定を行う画像処理手段を有し、
前記撮像手段はびん回転軸方向に走査するラインセンサカメラで、白色光によるＲＧＢ波長光及び近赤外光の検出素子を備え、ガラスびん正面かつ前記ドーム状反射板の背面に設置されてドーム状反射板に設けた貫通孔を通過した光を受光するものであり、
前記画像処理手段は、前記撮像手段により撮像したＲＧＢ画像、及び近赤外光画像に基づいて合否判定を行うものであることを特徴とするガラスびんの印刷検査装置である。

本発明において、前記スリット照明から照射する白色光の光軸と前記撮像手段の光軸の平面視角度は４０°〜７０°が好ましく、さらに好ましくは６０°〜７０°である。平面視角度とは、びんを垂直に置いたと仮定したときの平面視、すなわち、びんの中心（回転）軸と同じ方向から見たときの角度である。

白色光によるＲＧＢ画像はガラスが黒く写り、黒色印刷の検査ができないが、近赤外光画像は白黒のグレースケール画像となり、ガラスは明るい灰色に写るので、黒色印刷の検査ができる。本発明は、白色光によるＲＧＢ画像処理と、近赤外光画像処理を併用したため、黒色を含む印刷の自動検査が可能となる。

白色光によるＲＧＢ画像では、撮像手段と反対側にある印刷がびん内面に写り、撮像されることが問題となるが、白色光をスリット状に集光するスリット照明を用いることで、光が撮像手段と反対側のびん内面にあたらないようにすることができ、反対側の印刷が撮像されるのを回避することができる。スリット光は、その長手方向をびんの回転軸方向に一致させてびんの表面（撮像手段で撮像される位置）に対し、斜め横（ドーム照明の横）から照射する。
スリット照明の光軸と撮像手段の光軸の平面視角度は４０°〜７０°が適当である。これにより、撮像手段と反対側にある印刷の写り込みを防止することが可能となる。

白色光によるＲＧＢ画像では、合い目における反射の乱れも問題となる。すなわち、合い目は段差になっており段差の面で光が一般部分とは異なる方向に反射してカメラに入射し、当該部分が白く撮像されることがあるが、スリット照明の光軸と撮像手段の光軸の平面視角度を６０°〜７０°にすることで、良品レベルの合い目の影響をほぼ完全に防止することができる。また、ドーム照明を避けてスリット照明を配置すると６０°〜７０°になる。したがって、スリット照明の光軸と撮像手段の光軸の平面視角度は６０°〜７０°が最も好ましい。

近赤外光による白黒グレースケール画像では、ガラスの厚みによる印刷の影がガラス内表面に写り画像が２重になることが問題となるが、ドーム照明とすることで、ガラス内表面の影が目立たなくなり、高精度の検査が可能となる。

本発明ガラスびんの印刷検査装置は、近赤外光画像による検査を併用することで黒色印刷部も検査可能であり、近赤外光をドーム照明とすることで印刷の影がガラス内表面に写ることで画像が２重になるのを防止し、白色光をスリット照明とすることで撮像手段と反対側にある印刷がびん内面に写り撮像されることを防止すると共に、合い目の影響が画像に出ることを防止し、ガラスびんの印刷を精度良く検査することができる。

ガラスびんの印刷検査装置の一部切欠平面図である。ガラスびんの印刷検査装置の一部切欠平面図である。スリット照明の横断面図、縦断面図である。印刷図柄の説明図である。ＲＧＢ画像の説明図である。近赤外光画像の説明図である。ＲＧＢ画像の画像処理による判定の説明図である。近赤外光画像の画像処理による判定の説明図である。

図１に示すガラスびんの印刷検査装置は、ガラスびんを回転させる回転手段（図示せず）、ガラスびん表面に、スリット状に集光した白色光を照射するスリット照明２、ガラスびん表面に、ドーム状反射板の内面で反射した近赤外拡散光を照射するドーム照明３、回転しているガラスびん表面を撮像する撮像手段であるラインセンサカメラ４、撮像した画像の合否判定を行う画像処理手段（図示せず）を有する。

ガラスびんを回転させる回転手段は、特に限定されるものではなく、ガラスびんの検査に汎用的に用いられているものを使用できる。

スリット照明は、ガラスびん表面に、スリット状に集光した白色光を照射できるものであればよい。図３はスリット照明２の一例で、上段に横断面、下段に縦断面を示す。これは、背面から光ファイバ２１で本体２０内に入射した白色光を、シリンドリカルレンズ２２で幅方向に集光して本体前面から出射するものである。

図１に示すように、スリット照明２は、照射する細長いスリット光の長手方向がガラスびん１の回転軸方向となるように配置され、斜め横からガラスびんの検査位置に向けて白色光を照射する。図１において、スリット照明２の光軸とラインセンサカメラ４の光軸の平面視角度αは４０°〜７０°が適当で、さらに好ましくは６０°〜７０°である。図２ではスリット照明は省略されている。

ドーム照明は、ドーム状の反射板の内面で反射した近赤外拡散光を照射するもので、ドーム状とは、半球状又は半円筒状である。図１，２に示すドーム照明３は、ラインセンサカメラ用のドーム照明で、反射板３０は半円筒状をなし、その中央に貫通孔３１が形成され、反射板の両端部に内面側に向けて近赤外ＬＥＤ３２を多数並べて配置している。近赤外ＬＥＤ３２から出射された近赤外光は、反射板３０の内面で反射し、拡散光として反射板内面から外側に向かって照射される。近赤外ＬＥＤの波長は、例えば、７００〜１０００ｎｍである。本実施例の場合は、８５０ｎｍにピークがあるＬＥＤ素子を使用している。その他、９５０ｎｍピークの素子等も使用できる。

図１，２に示すように、ドーム照明３は反射板３０の内面がガラスびんに正対するように設けられ、その背面側にラインセンサカメラ４が、ドーム照明３の貫通孔３１を通過した光を受光するように設けられている。ラインセンサカメラ４は、上下方向（ガラスびんの軸方向）に走査してガラスびんの印刷部を撮像する。

ラインセンサカメラは、白色光によるＲ（赤）Ｇ（緑）Ｂ（青）波長光及び近赤外光（例えば、７００〜１０００ｎｍ）の検出素子を備え、ＲＧＢ画像、及び近赤外光画像を撮像可能なもので、例えば、株式会社ジェイエイアイコーポレーション社製ＬＱ−２００ＣＬ（商品名）等を使用できる。

画像処理手段（図示せず）は、コンピュータ及びこれにインストールされた画像処理ソフトウエアで、ラインセンサカメラで取得したラインデータからＲＧＢ画像、及び近赤外光画像を作成し、これに基づいて合否判定を行うものである。合否判定の方法は特に限定されないが、例えば、一般的に広く行われているパターンマッチング法を採用できる。

図４は、透明なガラスびんの胴部に施した印刷パターンの例で、黒色の丸形１０ｂ、白色の長方形１０ｗ、赤色の正方形１０ｒ、緑色の五角形１０ｇが組み合わさったものである。

図５は、ラインセンサカメラのラインデータを並べた展開画像（ＲＧＢ画像）で、印刷のないガラス部分が黒くなっているため、黒色の丸形１０ｂと区別がつかなくなっている。その他の白色の長方形１０ｗ、赤色の正方形１０ｒ、緑色の五角形１０ｇは問題なく撮像されている。
図５のＲＧＢ画像は、印刷欠点がないので、画像処理手段にパターン登録し、良否判定に使用される。

図６は、ラインセンサカメラのラインデータを並べた展開画像（近赤外光画像）で、白黒のグレースケール画像となっている。ガラスは薄い灰色、黒色の丸形１０ｂは黒く写っているので、黒色の印刷部分を識別し検査できる。赤色の正方形１０ｒと緑色の五角形１０ｇは明度がほぼ等しいため、同じ濃さの灰色に写っており、これらを区別することはできない。

このように、ＲＧＢ画像では黒色印刷とガラス部分を区別できず、近赤外光画像では明度がほぼ等しい部分を区別できないが、両画像を併用することで、ほぼ全ての印刷パターンを正確に認識し、精度良い検査を行うことができる。

画像処理手段による合否判定は、例えば、ラインセンサカメラで撮像した被検査体のＲＧＢ画像及び近赤外光画像を、それぞれ登録してある（欠点のない）ＲＧＢパターン及び近赤外パターンと比較し（パターンマッチング）、相違が所定の範囲内であれば合格、所定の範囲を超えた場合は不合格にすることができる。また、合否の境である所定の範囲は、多数の合格品を学習させて作成することができる。

図７は、被検査体のＲＧＢ画像（上段）と登録してあるＲＧＢパターン（下段）を対比した合否判定の説明図である。上段の画像と下段のパターンを対比すると、欠点５ａ、５ｂで相違しており、不合格となる。欠点５ａはいわゆる「汚れ」で、付くべきところでないガラス面にインクが付着したものである。欠点５ｂはいわゆる「欠け」又は「かすれ」で、「欠け」は付くべきところにインクが付いていないもの、「かすれ」はインクの付着量が少ないものである。

図８は、被検査体の近赤外光画像（上段）と登録してある近赤外パターン（下段）を対比した合否判定の説明図である。上段の画像と下段のパターンを対比すると、欠点５ｃで相違しており、不合格となる。欠点５ｃはいわゆる「にじみ」で、色（この場合は黒色）が所定の部分からはみ出ているものである。

１ガラスびん
１０印刷部
１０ｂ黒色の丸形
１０ｗ白色の長方形
１０ｒ赤色の正方形
１０ｇ緑色の五角形
１１ガラス
２スリット照明
２０本体
２１光ファイバ
２２シリンドリカルレンズ
３ドーム照明
３０反射板
３１貫通孔
３２近赤外ＬＥＤ
４ラインセンサカメラ
５ａ、５ｂ、５ｃ欠点

Claims

ガラスびんを回転させる回転手段と、
ガラスびん表面に、スリット状に集光した白色光を照射するスリット照明と、
ガラスびん表面に、ドーム状反射板の内面で反射した近赤外拡散光を照射するドーム照明と、
回転しているガラスびん表面を撮像する撮像手段と、
撮像した画像の合否判定を行う画像処理手段を有し、
前記撮像手段はびん回転軸方向に走査するラインセンサカメラで、白色光によるＲＧＢ波長光及び近赤外光の検出素子を備え、ガラスびん正面かつ前記ドーム状反射板の背面に設置されてドーム状反射板に設けた貫通孔を通過した光を受光するものであり、
前記画像処理手段は、前記撮像手段により撮像したＲＧＢ画像、及び近赤外光画像に基づいて合否判定を行うものであることを特徴とするガラスびんの印刷検査装置。
前記スリット照明から照射する白色光の光軸と前記撮像手段の光軸の平面視角度が４０°〜７０°である請求項１に記載の印刷検査装置。
前記スリット照明から照射する白色光の光軸と前記撮像手段の光軸の平面視角度が６０°〜７０°である請求項１に記載の印刷検査装置。