JP6035205B2 - 撮像装置および座屈検査装置 - Google Patents

Description

本発明は、筒状物の胴部座屈の検査の使用に供する撮像装置および座屈検査装置に関する。

筒状物として、例えばビール、ジュースの各種飲料を充填するための飲料用缶のほか、種々の缶や容器等が知られている。飲料缶の充填ライン上で発生する缶のへこみ不良の検査方法として各種提案されている。

特許文献１には、筒状物を搬送する搬送路と、この搬送路の周囲に離間して設けられ、筒状物の表面に帯状光像を形成する複数の光源と、帯状光像が形成された筒状物の表面を搬送状態で撮像する複数の撮像手段と、これら各撮像手段が撮像した画像中の明度を計測する明度計測手段と、この明度計測手段が計測した明度変化に基づいて欠陥の有無を判定する判定手段とを含んで構成された筒状物の外観検査装置が開示されている。

特開平８−１５１６３号公報

特許文献１では、筒状物が所定の基準点に達すると、この筒状物の周面には、複数の帯状光源が映りこみ、これらの各帯状光源をカメラによって撮像するが、複数の帯状光源を用いることにより照明装置を含めた撮像装置を複雑化しており、実用化には十分に適していない問題点があった。このため、さらに、簡素化した構造の照明装置を用いた撮像装置が望まれていた。

本発明は、前記の課題を解決するための発明であって、被写体に対して均一な照度を与え、被写体の座屈検査の使用に供する鮮明な映像を得ることができる撮像装置および座屈（すじ傷、へこみ、突き傷などを含む）検査装置を提供することを目的とする。

前記目的を達成するため、本発明の撮像装置は、コンベア上を搬送される金属缶などの円筒状の被写体（例えば、缶１）に対し中心軸上に配置され、被写体と同心円上の外郭（例えば、外郭２４）を少なくとも有し、被写体の胴部（例えば、缶胴部１１）に光を照射する円形状照明である照明部（例えば、照明装置２）と、照明部と略対向し、被写体に対し照明部と異なる側に配置され、照射された反射光を撮像する撮像部（例えば、カメラ４）と、を具備し、照明部は、面光源からの照明輝度を均一化する光拡散部を有し、撮像部は、コンベアの両側に配置され、撮像部の光軸を、被写体の円柱面に対する反射角を７０度から８０度に設定されていることを特徴とする。

本発明によれば、被写体に対して均一な照度を与え、被写体の座屈検査の使用に供する鮮明な映像を得ることができる。

本実施形態に係る撮像装置を含む検査装置を示す図である。 図１に示した全体構成のうち撮像装置を説明する図である。 図１に示した照明装置を説明する図である。 カメラを４台配置した場合の構成を示す図である。 製品画像とテストピース画像との関係を示す図である。 製品画像を平面に変換した画像を示す図である。 コンベアの側面からの構成を示す図である。 図７のＢＢ視図を示す図である。 短缶の製品画像を示す図である。

以下、本発明の実施形態について図面を参照して詳細に説明する。
図１は、本実施形態に係る撮像装置を含む検査装置を示す図である。図１は、本実施形態に係る撮像装置１０を、例えば缶１の缶胴部１１の座屈検査装置に適用した場合の全体構成例を示したものである。コンベア３上を搬送される缶１の缶胴部１１の座屈を検査するために、上方に照明装置２（照明部）を配設している。さらに照明装置２からの照射光の全反射状態の反射光を、缶１の斜め下方に配置した複数台のカメラ４（撮像部）で撮像する。カメラ４は、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）カメラなどにレンズ４ａを装着している。なお、撮像装置１０は、カメラ４、レンズ４ａ、照明装置２などを含んで構成される。

缶１は、ビール、発泡酒、ソフトドリンクなどの内容物を充填するのに金属缶、例えばアルミニウム合金製の缶が使用されている。通常は、底部と缶胴部１１とを有する有底円筒状の金属缶本体に内容物を充填し、缶蓋を開口部に巻締めて、金属缶を構成している。

缶１は、円筒状の軸方向に加重が加えられると、缶１に形成されている横溝（図示していない）が座屈して金属缶の外周面が変形する。このような座屈作用は、複数の金属缶を積み重ねたときだけでなく、缶蓋を金属缶本体の開口部に巻締めるときにも生じる場合がある。製品出荷までの製品検査として、座屈検査は重要な工程である。また、本実施形態の座屈検査装置において、座屈作用で発生する傷以外にも、コンベア３の搬送系で発生するすじ傷、へこみ、突き傷などが有するか否か検査することができる。なお、横溝は、デザインの自由度を増すために形成される場合がある。

センサ５は、缶１が照明装置２のほぼ真下を通過する瞬間に検知信号を発生し、この検知信号は画像処理装置６を介して照明電源２ａを起動し、照明装置２を発光させ缶１の缶胴部１１を照射する。画像処理装置６は、同時に前記検知信号に同期して、カメラ４の映像信号を入力する。画像処理装置６では前記映像信号から所定の解析処理を行い、良否判別し、不良品は選別機構７により排除される。

図２は、図１に示した全体構成のうち撮像装置を説明する図である。図３は、図１に示した照明装置を説明する図である。照明装置２と、カメラ４およびレンズ４ａと、缶１とは、図のような配置関係にある。照明装置２の下部に被写体である缶１が配置されている。缶１の斜め下方にカメラ４が配置されている。

照明装置２は、本体枠の照明ケース２１の中に、ＬＥＤ（Light Emitting Diode）などを多数配置した面光源２３が配置されており、面光源２３からの照明輝度を均一化する光拡散部２２を有している。図３は、光拡散部２２を除いた図２のＡＡ視図を示し、面照明は外郭２４を有する円形構成としている。図２に戻り、面光源２３からの照射光２３ａは、光拡散部２２で拡散光２３ｂとなる。光拡散部２２は、光拡散板であり、面光源２３のバックライトを均一な面光源にするために拡散板を使用する。なお、図２においては、図面の記載上、図１との関係において缶１の円周方向に対し、カメラ４と照明装置２との位置関係を４５度ずらして図示している。

面光源２３および光拡散部２２は、正方形の形状とし、光拡散部２２を円形の開口を有する遮光膜でマスクすることにより円形状照明として製作してもよい。この場合、製作の原価低減効果がある。

照明装置２は、缶胴部１１の外周面の周方向および前記外周面の軸方向に略均一に光を照射する。具体的には、拡散光２３ｂは、例えば、缶１の缶胴部１１の照射光２３ｃ，２３ｅ，２３ｇとなる。照射光２３ｃは、缶胴部１１で反射され反射光２３ｄとなり、レンズ４ａを介して撮像素子４ｂに入射する。同様に、照射光２３ｅは、缶胴部１１で反射され反射光２３ｆとなり、レンズ４ａを介して撮像素子４ｂに入射する。また、照射光２３ｇは、缶胴部１１で反射され反射光２３ｈとなり、レンズ４ａを介して撮像素子４ｂに入射する。

カメラ４は、例えば、歪みを検出しやすいなどの理由により、被写体の鉛直円柱面に対して１０度〜２０度程度に全反射角に配置するのがよい。具体的には、図２では、直径６６ｍｍの缶の場合であり、被写体の鉛直円柱面に対し、θ_１は１０度、θ_２は、１３．３度、θ_３は２０度である。カメラ４側からすると、θ_４は８０度、θ_５は、７６．７度、θ_６は７０度である。また、θ_７は７５度である。

すなわち、一般的な反射角で定義すると、カメラ４の光軸は、缶１の円柱面に対する反射角を７０度から８０度に設定することが好ましい。

なお、入射角とは、光の波動が一つの媒質から他の媒質との境界面に達したとき，波動の進行方向をあらわす線が境界面と交わる点を入射点、この線が入射点で境界面に立てた法線となす角をいう。また、反射角は、反射波の進行方向と、反射面に立てた法線とがなす角となり、角度は入射角と等しい。

図２において、缶１は、コンベア３のトップチェーン３５の上に配置され、トップチェーン３５は、フラットバー３３に配設されたプラレール３４の上を摺動する。缶１の落下防止のためにコンベアガイド３８が、缶１の側面に配置されている。配置構成の具体例は、図７および図８を参照して後記する。

図４は、カメラを４台配置した場合の構成を示す図である。図４は、照明装置２の上方からの視図であり、コンベア３の周囲にカメラ４台を配置した場合である。センサ５（図１参照）で缶１を検知すると、カメラ４台により缶胴部１１（図１参照）の撮影画像を取得する。

次に、画像処理装置６の画像処理例について説明する。
図５は、製品画像とテストピース画像との関係を示す図である。図５（ａ）は、不良品の製品の缶１（左側）と、テストピース（右側）の例を示す。図５（ｂ）は、製品の缶１をカメラ４で撮影した入力画像の例であり、図５（ｃ）は、製品と同じ直径のテストピースの画像を示す。テストピースには、図５（ａ）に示すように、面の座標を計測する特徴を持った柄を有している。図２に示した光学系配置において、製品と同じサイズのテストピースについて画像入力し、座標を計測して製品に対応した歪みを予め計測しておく。

本実施形態では、図５（ｂ）に示すように製品の入力画像において、缶胴部１１（図２参照）の座屈の画像が良好に得ることができる。

図６は、製品画像を平面に変換した画像を示す図である。図６は、テストピースの計測画像に従って、図５（ｂ）に示した製品の入力画像の歪み補正（画像の座標変換）および焦点補正などを実施した平面画像である。画像処理装置６は、図６に示す得られた平面画像から不良の特徴（例えば、コントラスト差、大きさ、面積など）を抽出し、合否判定を行う。

この際に、製品の表面に付着した水滴などがノイズとして無駄バネを発生させるため、水滴と不良品の特徴差（大きさ、長さの方向など）を比較して、不良品の検出精度を向上することができる。

図７は、コンベアの側面からの構成を示す図である。図８は、図７のＢＢ視図を示す図である。コンベア３（図１参照）は、既に説明したように、フラットバー３３、プラレール３４、トップチェーン３５などから構成されている。トップチェーン３５の上に缶１が載置されている。フラットバー３３は、支持部３１およびスペーサ３２を介して支持されている。コンベアガイド３８は、コンベアフレーム４０に取り付けられたブラケット３６により支持されている。また、コンベアフレーム４０には、開口部４０ｆを有しており、カメラ４の保守点検のときに利用される。

トップチェーン３５は、基本的に閉ループで構成されており、図７および図８のトップチェーン３５ａは、トップチェーン３５のリターン部分であり、ローラ３７により支持されている。

本実施形態では、図２に示す長缶（ロング缶）を例にして説明したが、これに限定されるものではない。図９は、短缶の製品画像を示す図である。図９に示す製品画像は、スリーピース缶（継ぎ目有り）の製品画像である。継ぎ目および座屈箇所を良好に撮影することができる。

本実施形態の座屈検査装置は、金属円柱面を有する被写体（例えば、缶１）に対し中心軸上に配置され、被写体と同心円上の外郭を少なくとも有し、被写体の胴部（例えば、缶胴部１１）に光を照射する円形状照明である照明部（例えば、照明装置２）と、照明部と略対向し、被写体に対し照明部と異なる側に配置され、照射された反射光を撮像する撮像部（例えば、カメラ４）と、被写体と同じサイズであり座標を計測するためのテストピースの画像を入力し、該座標を計測し、計測された計測画像に従って、被写体の画像を平面画像に座標変換し、平面画像から被写体が不良か否かの合否判定を行う画像処理装置６を具備している。撮像部の光軸を、被写体の円柱面に対する反射角を７０度から８０度に設定することが好ましい。本実施形態によれば、被写体に対して均一な照度を与え、被写体の鮮明な映像から座屈検査が良好にできる。

本実施形態の座屈検査装置は、さらに、被写体を搬送するコンベア３と、コンベア３を支持するコンベアフレーム４０、コンベア３に載置された被写体が落下するのを防止するコンベアガイド３８とを備え、撮像部は、コンベアフレーム４０の内側に配置されており、また、撮像部は、コンベアガイド３８の内側を通過した反射光を撮像することができる。

本実施形態では、照明部は、金属缶などの円筒状の被写体に対し中心軸上に配置され、被写体と同心円上の外郭２４（図３参照）を少なくとも有し、被写体の缶胴部１１に光を照射する円形状照明であるとしているがこれに限定されるものではない。缶胴部１１に対し均一照明できるものであれば、適宜、外郭２４の形状を変更してもよい。

１ 缶
２ 照明装置（照明部）
３ コンベア
４ カメラ（撮像部）
４ａ レンズ
４ｂ 撮像素子
５ センサ
６ 画像処理装置
７ 選別機構
１０ 撮像装置
１１ 缶胴部
２１ 照明ケース
２２ 光拡散板
２３ 面光源
２４ 外郭
３１ 支持部
３２ スペーサ
３３ フラットバー
３４ プラレール
３５ トップチェーン
３７ ローラ
３８ コンベアガイド
４０ コンベアフレーム
４０ｆ 開口部

Claims (5)

1. コンベア上を搬送される金属缶等の円筒状の被写体に対し中心軸上に配置され、前記被写体と同心円上の外郭を少なくとも有し、前記被写体の胴部に光を照射する円形状照明である照明部と、
   前記照明部と略対向し、前記被写体に対し前記照明部と異なる側に配置され、前記照射された反射光を撮像する撮像部と、を具備し、
   前記照明部は、面光源からの照明輝度を均一化する光拡散部を有し、
   前記撮像部は、前記コンベアの両側に配置され、前記撮像部の光軸を、前記被写体の円柱面に対する反射角を７０度から８０度に設定されている
   ことを特徴とする撮像装置。
2. 前記照明部は、前記胴部の外周面の周方向および前記外周面の軸方向に略均一に光を照射する
   ことを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
3. コンベア上を搬送される金属円柱面を有する被写体に対し中心軸上に配置され、前記被写体と同心円上の外郭を少なくとも有し、前記被写体の胴部に光を照射する円形状照明である照明部と、
   前記照明部と略対向し、前記被写体に対し前記照明部と異なる側に配置され、前記照射された反射光を撮像する撮像部と、
   前記被写体と同じサイズであり座標を計測するためのテストピースの画像を入力し、該座標を計測し、前記計測された計測画像に従って、前記被写体の画像を平面画像に座標変換し、前記平面画像から前記被写体が不良か否かの合否判定を行う画像処理装置と、を具備し、
   前記照明部は、面光源からの照明輝度を均一化する光拡散部を有し、
   前記撮像部は、前記コンベアの両側に配置され、前記撮像部の光軸を、前記被写体の円柱面に対する反射角を７０度から８０度に設定されている
   ことを特徴とする座屈検査装置。
4. 前記座屈検査装置は、さらに、
   前記コンベアを支持するコンベアフレームを備え、
   前記撮像部は、前記コンベアフレームの内側に配置されている
   ことを特徴とする請求項３に記載の座屈検査装置。
5. 前記座屈検査装置は、さらに、
   前記被写体を搬送するコンベアと、前記コンベアに載置された前記被写体が落下するのを防止するコンベアガイドとを備え、
   前記撮像部は、前記コンベアガイドの内側を通過した反射光を撮像する
   ことを特徴とする請求項３に記載の座屈検査装置。