JP6054205B2

JP6054205B2 - 表面検査装置

Info

Publication number: JP6054205B2
Application number: JP2013041359A
Authority: JP
Inventors: 匡男嶋本
Original assignee: SHIMATEC CO.,LTD.
Current assignee: SHIMATEC CO.,LTD.
Priority date: 2012-03-06
Filing date: 2013-03-04
Publication date: 2016-12-27
Anticipated expiration: 2033-03-04
Also published as: JP2013213813A

Description

本発明は、表面検査装置に関するものであり、特に、錠剤などの表面検査等に好適な表面検査装置に関するものである。

従来、錠剤等の被検査物の全ての表面を撮影し、画像から良否を判定して不良品を排除する表面検査装置が各種提案されている。下記の特許文献１には、錠剤を直立姿勢で安定的に自転させながら側面画像の取り込みを行う錠剤の側面検査装置、及び大きな負荷や衝撃を与えることなく、錠剤の姿勢を平伏姿勢に制御して表裏面検査を行う錠剤の表裏面検査装置が開示されている。

この外観検査装置は、外筒体の保持ポケット内に収容した錠剤ｔを連続移転する内筒体上を転がしながら自転させ、側面画像の取り込みを行うように構成した側面検査装置、及び、錠剤収容部内の錠剤ｔを振動板の錠剤供給路内に導入して該振動板の一端部へと移動させ、この錠剤ｔを該振動板の一端部から表面検査ドラム４上に供給するように構成されている。

特開特開２００１−３３３９２号公報

上記した従来の表面検査装置においては、錠剤を吸着によって保持して撮影するため、同時に全ての表面の撮影を行うことができず、錠剤を吸着しながら回転あるいは反転させて一部分づつを撮影していた。従って、機構が複雑となり、かつ回転あるいは反転が不完全で全面を完全に撮影できない恐れがあり、検査の歩留まりが低いという問題点があった。

本発明は、上記した課題を解決し、単純な構成で錠剤等の被検査物の表面全部を確実に撮影可能な表面検査装置を提供することを目的とする。

本発明の表面検査装置は、モーターによって回転する回転板と、前記回転板の表面と僅かな隙間を空けて前記回転板に対して垂直に配置されており、一端が前記回転板の周囲近傍まで延びているガイドレールと、前記ガイドレールの他端の近傍内側に被検査物を所定の向きで連続的に供給する傾斜したダクトと、前記ガイドレールの一端の延長線上の空中を通過する被検査物を検出する光電センサーと、前記光電センサーの出力に基づいて空中を飛翔している被検査物を撮影する静止画カメラと、前記静止画カメラから読み出された被検査物の表面画像データに基づいて表面検査を行い、被検査物の良否を判定する良否判定手段と、前記静止画カメラの撮影領域の後に設けられ、前記良否判定手段によって不良品と判定された被検査物のみを排除する不良品排除手段とを備えたことを主要な特徴とする。

また、前記した表面検査装置において、前記回転板および前記ガイドレールは所定の方向に傾斜している点にも特徴がある。また、前記した表面検査装置において、前記ガイドレールは前記回転板と並行な断面が円弧状である点にも特徴がある。また、前記した表面検査装置において、前記モーターの回転数および前記回転板の傾斜角度、傾斜方向が調整可能に構成されている点にも特徴がある。

また、前記した表面検査装置において、前記静止画カメラは、撮影位置を取り囲むように配置された、前記回転板と並行な面内に配置された４台の静止画カメラと、前記回転板と垂直な面内に配置された２台の静止画カメラからなる点にも特徴がある。また、前記した表面検査装置において、更に、前記撮影位置を取り囲むように対向して配置された２つのリング状の照明装置を備えた点にも特徴がある。

本発明の表面検査装置は上記したような特徴によって、以下のような効果がある。
（１）被検査物が回転しながら空中に放出されるので、姿勢が安定し、被検査物を所望の姿勢にて撮影可能である。
（２）空中で被検査物の表面全体を同時に撮影するので、被検査物の全面を確実に撮影可能であり、歩留まりが向上する。
（３）被検査物に接触する部品は回転板、ガイドレール、ワークシューターの３点しかなく、かつ、これらの洗浄は容易であるので衛生的である。
（４）被検査物を保持しないので構成が簡単で小型化が可能である。

図１は本発明の表面検査装置の実施例の構成を示す平面図である。図２は本発明の表面検査装置の実施例の構成を示す側面図である。図３は本発明の表面検査装置の照明装置の構成を示す平面図および断面図である。図４は本発明の表面検査装置のワークフィーダーの構成を示す平面図である。図５は本発明の表面検査装置の第２実施例の構成を示す平面図である。図６は本発明の表面検査装置の第２実施例の構成を示す側面図である。図７は本発明の表面検査装置の第２実施例の変形例の構成を示す平面図である。

以下実施例について図面を参照して説明する。なお、実施例においては検査対象物（被検査物、ワークとも記す）が偏平な円筒形の錠剤である例について説明する。

図１は本発明の表面検査装置の実施例の構成を示す平面図である。また、図２は本発明の表面検査装置の実施例の構成を示す側面図である。なお、図１においては上面撮影カメラ２６、下面撮影カメラ２７、照明装置４０は描画せず、省いてある。また、図２は図１の右側から装置を見た場合の側面図であり、側面撮影カメラ２５ａ〜ｄ、照明装置４０およびその後の装置は描画せず、省いてある。

本発明の表面検査装置は、支持台１８に固着されたモーター１９によって回転する回転板２１、支持台に固着され、回転板２１の上に配置されたガイドレール２０、回転板２１上に検査対象物（被検査物、ワーク）である錠剤１０を連続的に供給するワークフィーダー２２およびワークシューター（ダクト）２３を備える。

表面検査装置は更に、ガイドレール２０の一端の延長線上に第１ワークセンサー２４、４台の側面撮影カメラ２５ａ〜ｄ、上面撮影カメラ２６、下面撮影カメラ２７、図示されていない照明装置４０を備え、その後方に第２ワークセンサー３０、電磁弁３１を備えたエアーノズル３２、良品の受け皿３４、不良品回収箱３３を備えている。

支持台１８は、モーター１９、ガイドレール２０、複数のカメラなどが固着されており、水平に対して任意の傾斜方向に任意の傾斜角度（例えば０度〜２０度程度）を付けて固定することができるように構成されている。支持台１８に固着されたモーター１９によって被検査物の移動方向と同じ向きに回転する回転板２１は例えばステンレス製の円板であり、コントローラー１５の制御によって所望の回転数に調整可能に構成されている。回転板２１の回転数は例えば毎秒数回転〜１０回転程度の範囲であってもよい。

ワークシューター２３は、内側断面が錠剤１０の形状よりも僅かに大きい傾斜したダクトであり、錠剤１０を連続的に供給するワークフィーダー２２から供給された円筒形の錠剤１０の軸が回転板２１とほぼ垂直になるような姿勢で錠剤１０を回転板２１上に供給する。錠剤１０はワークシューター２３内を滑りながら下へ移動し、ワークシューター２３の下端から回転板２１上に移動すると、ガイドレール２０に当接して方向を変えると共に、重力および回転する回転板２１の表面との摩擦力によってガイドレール２０に沿って加速される。

ワークシューター２３の下端は回転板２１とは僅かな間隔を空けて離れており、ワークシューター２３の下端の錠剤１０の送出方向とは反対側の端部はガイドレール２０の一端近傍に固着されている。そしてワークシューター２３の下端の錠剤１０の送出方向側の端部はガイドレール２０との間にちょうど錠剤１０が通過できるだけの隙間が開いている。

ワークシューターは錠剤１０が滑らかに移動するために振動を与えてもよい。ワークシューター２３の傾斜角度は回転板２１の傾斜角度との差がなるべく小さくなるように配置する。これは、錠剤１０がワークシューター２３から回転板２１に移動する際に跳ねたりしないようにするためである。

ガイドレール２０は例えばステンレス製の細長い帯状の板であり、回転板２１の中心側が凹むように円弧状に湾曲している。ガイドレール２０は支持台１８に固着され、ガイドレール２０の板の一方の長辺と回転板２１との間に僅かな間隔が生じるように、回転板２１の上に配置されている。

従って、円筒形の錠剤１０は、円形の底面（下面）が、あるいは底面が凸面である場合には円形の底面の中心部近傍が回転板２１と接し、また断面が円形である錠剤１０の側面がガイドレール２０と接しながら、重力および回転板２１から受ける摩擦力によってガイドレール２０に沿って加速される。この際ガイドレール２０との摩擦によって錠剤１０は円筒形の中心軸を軸として回転する。

ガイドレール２０の他端は、ほぼ回転板２１の端部と同じ位置まで延びており、加速された錠剤１０はガイドレール２０および回転板２１の端部からほぼ水平に空中に放出され、飛翔（自由落下）する。空中に放出された錠剤１０は回転板２１の軸と同じ向きの軸を中心に回転しているので、回転軸の方向が変化せず、錠剤１０の円形の上面および下面の向きがほぼ一定の向きとなる。

第１ワークセンサー２４は発光素子と受光素子を使用した光電センサーであり、光路を錠剤１０が横切って光を遮断することによって錠剤１０を検出する。第１ワークセンサー２４は、ガイドレール２０の一端の長辺の延長線方向であり、空中に飛び出した錠剤１０の飛翔経路とセンサー２４の光路が交叉する第１検出位置に配置される。第１ワークセンサー２４の出力はコントローラー１５に入力される。

４台の側面撮影カメラ２５ａ〜ｄは上記第１検出位置より少し後方の飛翔経路上の撮影点に焦点が合うように、回転板２１と並行な同一面内に、それぞれ９０度ずつ角度が異なる４方向から錠剤１０の側面を撮影できるように配置される。上面撮影カメラ２６、下面撮影カメラ２７は、やはり上記撮影点に焦点が合うように、撮影点を通り、回転板２１と垂直な軸上に撮影点を挟んで対向して配置される。

４台の側面撮影カメラ２５ａ〜ｄ、上面撮影カメラ２６、下面撮影カメラ２７はそれぞれコントローラー１５による制御に基づき、第１ワークセンサー２４によって検出された錠剤１０を撮影点においてそれぞれ直交する６方向から同時に撮影し、カラー静止画データをコントローラー１５に出力する。

従来の錠剤を保持して回転させたり反転させて順次撮影を行う方式では錠剤の変形や異物の付着などで意図するように回転あるいは反転せず、全方向が撮影できない恐れがあったが、本発明の装置においては撮影は同時に行われるので、錠剤の形状が異常であったり、表面に異物が付着していても必ず全方向の画像を撮影することが出来、異常を確実に検出することができる。

また、錠剤の形状が異常であったり、表面に異物が付着している場合にはガイドレール端部からの飛び出し方向や飛び出し速度が正常なものと異なる場合もある。このような場合には、撮影された画像における錠剤１０の位置が正常のものとは異なるので、画像における錠剤１０の位置によっても良否を判定することができる。

コントローラー１５は例えば周知のパソコンに本発明の機能を実行するプログラムをインストールしたものであってもよい。コントローラー１５は、モーター１９の回転数の制御処理、第１ワークセンサー２４から検出情報を入力し、４台の側面撮影カメラ２５ａ〜ｄ、上面撮影カメラ２６、下面撮影カメラ２７において画像を撮影し、読み込む撮影制御処理、公知の画像解析手法を使用して読み込んだ画像を解析して形状、色、印刷図形などの良否を判定することによって錠剤１０の良否を判定する良否判定処理、不良と判定された錠剤を排除するためのエアーブロー制御処理などを行う。

第２ワークセンサー３０は、第１ワークセンサー２４と同一構成の光電センサーであり、錠剤１０の飛翔経路上の上記撮影点の後方のセンサー３０の光路が交叉する第２検出位置に配置される。第２ワークセンサー３０の出力はコントローラー１５に入力される。

電磁弁３１を備えたエアーノズル３２は、第２検出位置の後方の飛翔経路脇に配置され、コントローラー１５からの制御に基づいて飛翔経路に対して垂直方向に高圧空気を噴射（エアブロー）し、不良品と判定された錠剤１１を不良品回収箱３３の方向に吹き飛ばす。なお、良品１２は良品の受け皿３４の中に落下し、回収される。また、第２ワークセンサー３０を省略して、第１ワークセンサー２４の検出情報から電磁弁３１の制御信号を生成してもよい。

本発明の表面検査装置においては、不良品１１をエアブローによって吹き飛ばしているが、錠剤１０の飛翔速度や方向、前後の錠剤１０との間隔は一定ではなく、所定のばらつきがある。そして、ガイドレール２０の端部からの距離が遠くなるほど位置のずれが大きくなるので、エアブローはガイドレール２０の端部から所定の距離以内で行う必要がある。また、エアブローは所定の領域全体を所定の時間だけ行う必要があり、前後の良品１２の進路に影響を与えないようにするためには、錠剤１０の間隔を所定の距離以上離す必要がある。このためには、錠剤１０の単位時間当たりの供給量を制御する必要がある。

錠剤１０の単位時間当たりの供給量は主にワークシューター２３の出口の隙間の形状および回転板２１の回転数で決まる。供給量を決定するその他のパラメーターとしては、ワークシューター２３の長さおよび傾斜角度、錠剤１０の表面の摩擦係数などがある。

コントローラー１５は、モーター１９の回転数の制御処理において、第１ワークセンサー２４から検出情報に基づいて錠剤１０の単位時間当たりの通過個数を検出し、この値が予め設定されている目標値に近づくように、モーター１９の回転数を制御する。即ち通過個数が目標値よりも少ない場合にはモーター１９の回転数を上げ、通過個数が目標値よりも多い場合にはモーター１９の回転数を下げる。

なお、錠剤１０が回転板２１から受ける摩擦力は後半においては錠剤１０をガイドレール２０から引き離す成分が含まれるが、錠剤１０にかかる重力のガイドレール２０に押し付ける方向の成分、および錠剤１０が前半で加速されることによって直進しようとする慣性に基づいて生じる湾曲するガイドレールに押し付ける力の合成力の方が大きい場合には錠剤１０はガイドレール２０に沿って移動する。

図３は本発明の表面検査装置の照明装置の構成を示す平面図および断面図である。図１、２には図示されていないが、図３に示すように本発明の表面検査装置はＬＥＤ（発光ダイオード）を使用した照明装置４０を備えている。照明装置４０は２個のドーナツ状（リング状）の照明装置４０ａ、４０ｂからなり、照明装置４０ａ、４０ｂの外形は円筒形であり、中心部分は撮影用の開口部となっている。照明装置４０ａ、４０ｂは円筒形の中心軸が上面撮影カメラ２６、撮影点、下面撮影カメラ２７を結ぶ軸と一致し、かつそれぞれ撮影点から所定の距離だけ離れるように撮影点の両側に対向して配置される。

照明装置４０ａ、４０ｂの内側は例えば楕円球の内面形状のような凹面鏡となっており、凹面鏡の内側にＬＥＤがリング状に２つの方向に向けて配置されている。１つ目の方向のＬＥＤは発光軸が中心軸方向に向いたＬＥＤ４１ａであり、２つ目の方向のＬＥＤは発光軸が中心軸と並行に撮影点方向とは逆方向の凹面鏡方向に向いたＬＥＤ４１ｂである。中心軸方向に向けたＬＥＤ４１ａは斜め方向から錠剤１０を直接照明するが、凹面鏡方向に向けたＬＥＤ４１ｂから出た光は凹面鏡で反射し、斜め方向から錠剤１０を照明する。なお、凹面鏡方向に向けたＬＥＤ４１ｂを省いて中心軸方向に向けたＬＥＤ４１ａのみとしてもよい。

図４は本発明の表面検査装置のワークフィーダーの構成を示す平面図である。ワークフィーダー２２は、例えばホッパー５０、直進フィーダー５１、ボウルフィーダー５２からなる。ホッパー５０はじょうご状の器であり、内部に投入された錠剤１０は下部の開口部から直進フィーダー５１上に落下する。直進フィーダー５１はコントローラー１５の制御に基づいてホッパー５０からボウルフィーダー５２に錠剤１０を供給する移動装置である。

ボウルフィーダーはボウル状の容器の内側に傾斜した渦巻き状の供給路を備え、ボウル全体に回転振動を与えることによって錠剤１０を容器外周部の供給口からワークシューター２３に供給する装置である。ワークシューター２３が錠剤１０で満たされている場合には溢れた錠剤１０はボウルの内部に戻る。

従って、ボウルフィーダー５２内の錠剤１０の量を計測し、所定量以下になったら直進フィーダー５１によって錠剤１０を所定量供給するようにすれば、ワークフィーダー２２によってワークシューター２３が常に錠剤１０で満たされている状態を維持することができる。なお、ホッパー５０、直進フィーダー５１、ボウルフィーダー５２は周知であり、市販されている。

図５は本発明の表面検査装置の実施例２の構成を示す平面図である。また、図６は本発明の表面検査装置の実施例２の構成を示す側面図である。前記した実施例１においては、錠剤１０が回転板２１およびガイドレール２０に接触しながら摺動し、放出されるものであるが、錠剤の形状によっては放出後の姿勢が安定せず、ばらつくという課題があった。実施例２はこの課題を解決するために、実施例１の構成の錠剤１０の放出位置の近傍にガイド回転板４１を追加したものである。このため、実施例１では放出位置まであったガイドレール４０は回転板２１上の所定位置まで短くなっている。

ガイド回転板４１は、直径が回転板２１よりもわずかに大きく、薄い円盤（円筒形）状であり、ガイドレール２０の先端とガイド回転板４１の円筒側面の間に僅かに隙間が空くように、また、回転板２１の上面の一部とガイド回転板４１の下面の一部が平行であり、僅かに隙間を空けて重なるように、回転板２１と異なる高さ位置に配置され、支持台１８に固着されたモーター４２によって被検査物の移動方向と同じ向き（回転板２１とは逆向き）に回転する。錠剤１０は、ガイドレール２０の先端からガイド回転板４１の円筒側面に乗り移り、回転板２１の上面およびガイド回転板４１の円筒側面に接触しながら摺動し、放出される。

ガイド回転板４１は例えばステンレス製の円板であり、コントローラー１５の制御によって所望の回転数に調整可能に構成されている。ガイド回転板４１の回転数は例えば毎秒数回転〜１０回転程度の範囲であってもよい。なお、実験の結果、ガイド回転板４１の回転数を回転板２１の回転数よりも大きくする、あるいは錠剤１０の移動経路における回転板２１表面の線速度よりもガイド回転板４１の円筒側面の線速度を速くした方が、錠剤１０の飛翔姿勢がより安定した。

図７は本発明の表面検査装置の第２実施例の変形例の構成を示す平面図である。図７に示す変形例は、図５に示した実施例２のガイド回転板４１の位置を錠剤１０の移動方向とは反対側に移動し、かつガイド回転板４１の直径をより大きくすることによって、錠剤１０がガイド回転板４１に接触する距離を長くしたものである。ガイド回転板４１の位置や直径、回転数については、被検査物の形状、重さ、表面の摩擦係数、支持台１８の傾斜角度などによって姿勢が安定する最適値が異なるので、実験によって決定すればよい。なお、この変形例において、更にガイドレール４０を省いて、錠剤１０をワークシューター２３から直接回転板２１の上面およびガイド回転板４１の円筒側面によって形成される断面がＬ字状の溝に投入するようにしてもよい。

以上、実施例を開示したが、本発明には以下に示すような変形例も考えられる。実施例においては回転板２１およびガイドレール２０はステンレス製である例を開示したが、被検査物の表面の動摩擦係数が小さい場合には回転板２１の表面の動摩擦係数を大きくすることによって供給量の制御をし易くすることができる。また、ガイドレール２０の動摩擦係数を大きくすることによって被検査物をより多く回転させることができる。

そこで、回転板２１あるいはガイドレール２０の材質はステンレス製とするが、エンボス加工などを施すことにより表面に細かい凹凸を設けてもよい、また、表面にステンレスよりも動摩擦係数の大きな樹脂塗料などを塗布するか、あるいは樹脂シートを貼ってもよい。更に、材質そのものを動摩擦係数の大きな樹脂製としてもよい。

実施例においては被検査物の形状が略円筒形の錠剤の例について開示したが、本発明は球形、楕円球形などの被検査対象物についても適用可能である。

本発明の表面検査装置は錠剤等の表面検査に適用可能である。

１０…検査対象物（錠剤、ワーク）
１１…不良品（錠剤）
１２…良品（錠剤）
１５…コントローラー
１８…支持台
１９…モーター
２０…ガイドレール
２１…回転板
２２…ホッパー
２３…ワークシューター
２４…第１ワークセンサー
２５…側面撮影カメラ
２６…上面撮影カメラ
２７…下面撮影カメラ
３０…第２ワークセンサー
３１…電磁弁
３２…ノズル

Claims

被検査物の移動方向と同じ向きにモーターによって回転する回転板と、
前記回転板の表面と僅かな隙間を空けて前記回転板に対して垂直に配置されており、一端が前記回転板の周囲近傍まで延びているガイドレールと、
前記ガイドレールの他端の近傍内側に被検査物を所定の向きで連続的に供給する傾斜したダクトと、
前記ガイドレールの一端の延長線上の空中を通過する被検査物を検出する光電センサーと、
前記光電センサーの出力に基づいて空中を飛翔している被検査物を撮影する静止画カメラと、
前記静止画カメラから読み出された被検査物の表面画像データに基づいて表面検査を行い、被検査物の良否を判定する良否判定手段と、
前記静止画カメラの撮影領域の後に設けられ、前記良否判定手段によって不良品と判定された被検査物のみを排除する不良品排除手段と
を備えたことを特徴とする表面検査装置。
前記回転板および前記ガイドレールは所定の方向に傾斜していることを特徴とする請求項１に記載の表面検査装置。
前記ガイドレールは前記回転板と並行な断面が円弧状であることを特徴とする請求項１に記載の表面検査装置。
前記モーターの回転数および前記回転板の傾斜角度、傾斜方向が調整可能に構成されていることを特徴とする請求項１に記載の表面検査装置。
前記静止画カメラは、撮影位置を取り囲むように配置された、前記回転板と並行な面内に配置された４台の静止画カメラと、前記回転板と垂直な面内に配置された２台の静止画カメラからなることを特徴とする請求項１に記載の表面検査装置。
更に、前記撮影位置を取り囲むように対向して配置された２つのリング状の照明装置を備えたことを特徴とする請求項５に記載の表面検査装置。
更に、薄い円筒形状であり、前記ガイドレールの先端と円筒側面の間に僅かに隙間が空くように、また、前記回転板の上面の一部と下面の一部が平行であり僅かに隙間を空けて重なるように、前記回転板と異なる高さ位置に配置され、被検査物の移動方向と同じ向きに回転するガイド回転板を備えたことを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の表面検査装置。
前記ガイド回転板の円筒側面の線速度を被検査物の移動経路における前記回転板表面の線速度よりも速くしたことを特徴とする請求項７に記載の表面検査装置。