JP6064473B2

JP6064473B2 - 検査装置、検査方法及び検査プログラム

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Publication number: JP6064473B2
Application number: JP2012204573A
Authority: JP
Inventors: 純和本岡
Original assignee: Dai Nippon Printing Co Ltd
Current assignee: Dai Nippon Printing Co Ltd
Priority date: 2012-09-18
Filing date: 2012-09-18
Publication date: 2017-01-25
Anticipated expiration: 2032-09-18
Also published as: JP2014059229A

Description

本発明は、被検査物の欠陥を検出する検査装置等の技術分野に関する。

従来、被検査物の欠陥を検出する検査方法として、画像処理を用いる方法がある。例えば、特許文献１には、被検査物の直線状のエッジに発生する欠けや割れ等の欠陥を画像処理により検査する方法が開示されている。この検査方法では、被検査物を撮像した画像において、被検査物の直線状のエッジを含むように走査領域を設定し、当該走査領域内でエッジを表す一次直線式を算出して、当該一次直線式が表す直線上を所定の画素間隔で走査し、欠け部分がないかを検査するものである。

特開昭６１−２３９１４７号公報

しかしながら、特許文献１に記載の技術では、直線状のエッジに欠陥がないか検査することを目的として一次直線（すなわち、線形近似）を用いているため、直線状でないエッジ、すなわち、曲線状のエッジを有する被検査物を検査することが困難という問題がある。

本発明は、このような問題等に鑑みてなされたもので、曲線状のエッジを有する被検査物について当該エッジが適切に加工処理されているか否かを判定することができる検査装置等を提供することを課題とする。

上記課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、シールの直線状のエッジと、シールの光透過性樹脂による曲線状のエッジを撮影して得られた画像における前記直線状のエッジを表す直線を算出する直線算出手段と、前記画像における前記曲線状のエッジが撮影された領域を複数の領域に分割し、当該領域毎に、領域内のエッジを示す複数の画素の座標値からエッジ座標を算出し、当該各エッジ座標に基づき、近似曲線を算出する曲線算出手段と、前記直線と前記近似曲線を比較することにより欠陥の有無を判定する判定手段と、を備えることを特徴とする。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の検査装置であって、前記判定手段は、前記直線と近似曲線により形成される領域の面積が閾値を超えているか否かに基づいて欠陥の有無を判定することを特徴とする。

請求項３に記載の発明は、請求項１に記載の検査装置であって、前記判定手段は、前記近似曲線上の点と、当該点より前記直線に下ろした垂線の足との間の距離が閾値を超えているか否かに基づいて欠陥の有無を判定することを特徴とする。

請求項４に記載の発明は、請求項１乃至３のいずれか一項に記載の検査装置であって、
前記曲線算出手段は、前記領域毎に、前記エッジを示す複数の画素の座標値の平均から当該領域の前記エッジ座標を算出し、次いで、前記領域毎に算出したエッジ座標について最小二乗法を適用することにより前記近似曲線を算出することを特徴とする。
請求項５に記載の発明は、請求項１乃至４のいずれか一項に記載の検査装置であって、前記シールの光透過性樹脂は、第１の物体に接着した状態で撮影されることを特徴とする。

請求項６に記載の発明は、検査装置により実行される検査方法であって、シールの直線状のエッジと、シールの光透過性樹脂による曲線状のエッジを撮影して得られた画像における前記直線状のエッジを表す直線を算出する直線算出工程と、前記画像における前記曲線状のエッジが撮影された領域を複数の領域に分割し、当該領域毎に、領域内のエッジを示す複数の画素の座標値からエッジ座標を算出し、当該各エッジ座標に基づき、近似曲線を算出する曲線算出工程と、前記直線と前記近似曲線を比較することにより欠陥の有無を判定する判定工程と、
を含むことを特徴とする。

請求項７に記載の発明は、コンピュータを、シールの直線状のエッジと、シールの光透過性樹脂による曲線状のエッジを撮影して得られた画像における前記直線状のエッジを表す直線を算出する直線算出手段、前記画像における前記曲線状のエッジが撮影された領域を複数の領域に分割し、当該領域毎に、領域内のエッジを示す複数の画素の座標値からエッジ座標を算出し、当該各エッジ座標に基づき、近似曲線を算出する曲線算出手段、前記直線と前記近似曲線を比較することにより欠陥の有無を判定する判定手段、として機能させることを特徴とする。

本発明によれば、被検査物を撮影した画像における直線状のエッジを表す直線と、曲線状のエッジを表す曲線を比較することにより欠陥の有無を判定するに当たり、当該曲線を、曲線状のエッジが撮影された領域を複数に分割し、領域毎に算出されたエッジ座標に基づいて算出した近似曲線としていることから、曲線状のエッジを有する被検査物について当該エッジが適切に加工処理されているか否かを高精度で判定することができる。

リチウムイオン電池３１の一例を示す図である。電池パック３３の壁面の断面図を示す図である。シール３４が電極３２に圧着される様子を断面方向から示した例図である。シール３４が製造される様子を断面方向から示した例図である。図１のＶ−Ｖ’線における断面図である。シール３４が適切に熱圧着されている電極３２を示す例図である。（Ａ）は電極３２を上方から表した図であり、（Ｂ）は図６（Ａ）のＡ−Ａ’線における断面図である。シール３４が適切に熱圧着されていない電極３２を示す例図である。（Ａ）は電極３２を上方から表した図であり、（Ｂ）は図７（Ａ）のＢ−Ｂ’線における断面図である。被検査物３２を撮影する際のカメラＣや光源Ｌとの位置関係を示す図である。シールエッジ直線７１とＰＰエッジ曲線７２の一例を示す図である。検査装置１の構成の一例を示すブロック図である。（Ａ）被検査物３２を撮影した画像の一例を示す図である。（Ｂ）（Ａ）における領域８０ａ（８０ｂ）を拡大した図である。（Ａ）被検査物３２を撮影した画像の一例を示す図である。（Ｂ）（Ａ）における領域９０を拡大した図である。制御部１１による欠陥判定処理のフローチャートの一例を示す図である。シールエッジ直線７１とＰＰエッジ曲線７２の一例を示す図である。

以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。本実施形態は本願発明を検査装置に適用した場合の実施形態である。

まず、図１〜図７を用いて、本実施形態における検査装置の被検査物について説明する。被検査物はリチウムイオン電池３１の部品である。図１に示すように、リチウムイオン電池３１は、電極３２と電池パック３３を有する。電池パック３３は内部に電解質を保存する容器としての役割を果たし、その壁面は、図２に示すように、アルミニウム５１、ナイロン５２、ポリプロピレン５３を含む３層構造となっている。なお、図２において、上（すなわち、アルミニウム５１）側が容器の外側に対応し、下（すなわち、ポリプロピレン５３）側が容器の内側に対応している。

本実施形態の電極３２は正極に用いられる電極である場合と、負極に用いられる電極である場合がある。正極に用いられる電極３２はアルミニウムを含み、負極に用いられる電極３２は銅を含む。電極３２の表裏には、図３に示すようにシール３４が熱圧着（熱と荷重を加えて接着すること）されている。シール３４は、図４に示すように、不織布６２をポリプロピレン６１で挟み込み、熱を加えながらプレスすることにより製造される。これにより、シール３４は、ポリプロピレン６１の中に不織布が埋もれているような状態になっている。

表裏にシール３４が熱圧着された電極３２は、図５に示すようにシール３４に含まれるポリプロピレン６１と、電池パック３３のポリプロピレン５３が接着するように電池パック３３と熱圧着されて、電池パック３３に取り付けられる。ポリプロピレン６１とポリプロピレン５３が適切に熱圧着することにより、電極３２の近傍から電池パック３３内部の電解質が流れ出ないようになっている。

検査装置は電極３２にシール３４が適切に熱圧着されているかを検査する。つまり、検査装置の被検査物は、シール３４が熱圧着された電極３２である（以下、シール３４が熱圧着された電極３２を「被検査物３２」と表記する。）。図６は、シール３４が電極３２の片面に対して適切に接着されている様子を示す図である。図６（Ａ）に示すように、電極３２に対してシール３４が熱圧着されると、シール３４に含まれるポリプロピレン６１がはみ出る。このとき、ポリプロピレン６１は光透過性であり、不織布６２を視認することができる。また、図６（Ｂ）に示すように、ポリプロピレン６１が不織布６２を覆うように、電極３２に対して接着している。この場合、検査装置は被検査物３２に対して「欠陥なし」と判定する。

一方、図７は、シール３４が電極３２に適切に熱圧着されていない様子を示す図である。図７（Ａ）に示すように、不織布６２の一部がポリプロピレン６１により覆われておらず、図７（Ｂ）に示すように、不織布６２が露出している。この場合、電極３２を電池パック３３と熱圧着する際に不織布６２が露出した部分で接着が不十分となり、製品不良となってしまうことから、検査装置は被検査物３２に対して「欠陥あり」と判定する。

次に、図８及び図９を用いて本実施形態の検査装置１（「検査装置」の一例。）の概要について説明する。検査装置１は、被検査物３２を撮影した画像を取得する。被検査物３２の撮影は、図８に示すように、ベルトコンベアＢにより被検査物３２を移動させながらカメラＣにより行う。撮影時に被検察物３２に対して斜め上方から照明が当たるように（図９は、左上方から光が照射されている場合の例である。）、光源ＬがベルトコンベアＢの上方に設置されている。すなわち、本実施形態は、暗視野光学系による検査を行うものである。検査装置１は、画像を取り込むと、図９に示すシール３４（不織布６２）のエッジを表すシールエッジ直線７１と、はみ出たポリプロピレン６１の外縁を表すＰＰエッジ曲線７２とを算出し、両者を比較することによって「欠陥なし」か、又は、「欠陥あり」かを判定する。具体的には、検査装置１は、シールエッジ直線７１を基準（「０」）に図９における左側をマイナス（負）の領域、右側をプラス（正）の領域として定義し、マイナス領域においてシールエッジ直線７１とＰＰエッジ曲線７２により形成される欠陥領域７３の面積（本実施形態では画素数）が閾値を超えている場合に、「欠陥あり」と判定する。

次に、図１０を用いて検査装置１の構成について説明する。検査装置１は、制御部１１、記憶部１２、インターフェース部１３、表示部１４、及び操作部１５を備えている。

記憶部１２は、例えば、ＨＤＤ（Hard disk drive）等により構成されており、オペレーティングシステムや、アプリケーションプログラム等の各種プログラムを記憶する。特に、本実施形態の記憶部１２は、被検査物３２における欠陥の有無について判定するための欠陥判定プログラム（「検査プログラム」の一例）を記憶する。なお、各種プログラムは、例えば、他のサーバ装置等からネットワークを介して取得されるようにしても良いし、ＣＤ（Compact Disc）、ＤＶＤ（Digital Versatile Disc）、ＵＳＢ（Universal Serial Bus）メモリ等の記録媒体に記録されたものを読み込むようにしても良い。

また、記憶部１２は、カメラＣにより撮影された被検査物３２の画像を記憶する。

インターフェース部１３は他の装置や機器との間で送受信されるデータの窓口の役割を果たす。例えば、インターフェース部１３は、カメラＣにより撮影された画像を受信する際のデータ変換等を行う。

表示部１４は、例えば、液晶ディスプレイ等により構成されており、ユーザが検査装置１を操作する際の操作画面等を表示する。また、操作部１５は、例えば、キーボードやマウス等により構成されており、ユーザの操作を受け付けて、操作内容を示す操作信号を制御部１１に送信する。

制御部１１は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）等により構成されている。そして、コンピュータとしての制御部１１は、記憶部１２に記憶された欠陥判定プログラムを読み出して実行することにより、欠陥判定処理を行う。なお、制御部１１は、直線算出手段、曲線算出手段、判定手段として機能する。

次に、制御部１１が画像からシールエッジ直線７１とＰＰエッジ曲線７２を算出する方法について説明する。

まず、シールエッジ直線７１を算出する方法について説明する。制御部１１は、図１１（Ａ）に示すように電極３２の短辺端部とシール３４のエッジが交わる部分の近傍にそれぞれ領域８０ａ、８０ｂを作成する。図１１（Ｂ）は、領域８０ａ（領域８０ｂ）を拡大した図である。制御部１１は、それぞれの領域８０ａ、８０ｂにおいて、矢印ＡＲの示す方向から一画素ずつサーチしていき、シール３４のエッジに当たるシールエッジ画素８２を検出する。このとき、制御部１１は、シールエッジ画素８２であるか否かを、他の領域との輝度差に基づいて判定する。制御部１１は、このサーチ処理を領域８０ａ（領域８０ｂ）の全体にわたって行うことで、複数（領域８０ａ（領域８０ｂ）の縦方向の画素数分）のシールエッジ画素８２を検出する。次いで、制御部１１は、画素単位で算出した複数のシールエッジ画素８２の位置を各領域８０ａ、８０ｂ内で平均化して代表座標８１ａ、８１ｂとする。次いで、制御部１１は、代表座標８１ａと代表座標８１ｂを通過する直線を結び、シールエッジ直線７１とする。なお、シールエッジ直線７１の算出方法はこの方法に限らず、微分により算出する方法を採用することもできる。

次に、ＰＰエッジ曲線７２を算出する手順について説明する。図１２（Ａ）に示すように、まず、制御部１１は、画像におけるシール３４が写っている部分に連続する複数の領域９０を作成する。図１２（Ｂ）は、領域９０を拡大した図である。制御部１１は、それぞれの領域９０において、矢印ＡＲの示す方向から一画素ずつサーチしていき、シールエッジ画素を検出し、さらにサーチを継続し、ポリプロピレン６１の外縁を示すＰＰエッジ画素９２を検出する。このとき、制御部１１は、ＰＰエッジ画素９２であるか否かを、他の領域との輝度差（矢印ＡＲの示す方向から一画素ずつサーチしていきシールエッジ画素を検出後、さらにサーチを継続することで検出される輝度差）に基づいて判定する。制御部１１は、このサーチ処理を領域９０の全体にわたって行うことで、複数（領域９０の縦方向の画素数分）のＰＰエッジ画素９２を検出する。次いで、制御部１１は、画素単位で算出した複数のＰＰエッジ画素９２の位置を各領域９０内で平均化してエッジ座標９１とする。次いで、制御部１１は、算出した各領域９０のエッジ座標９１を元に最小二乗法により近似曲線を算出する。この近似曲線がＰＰエッジ曲線７２になる。なお、近似曲線を算出する場合には、最小二乗法以外の方式（例えば移動平均法）で算出してもよい。

単に明度が急激に変化する部分における画素を結んでＰＰエッジ曲線７２としてしまうと、画像にノイズが含まれている場合などに、ＰＰエッジ曲線７２が、実際にポリプロピレン６１がはみ出している部分とは異なる部分を表してしまうことがある。このため、上述した手順によりＰＰエッジ曲線７２を算出する。

次に、図１３を用いて、制御部１１による実行される欠陥判定処理について説明する。なお、当該処理が実行される前までに、被検査物３２を撮影した画像が記憶部１２に記憶されているものとする。

まず、制御部１１は、記憶部１２から、被検査物３２を撮影した画像を取り込む（ステップＳ１）。次いで、制御部１１は、取り込んだ画像に対して前処理を施す（ステップＳ２）。具体的には、制御部１１は、例えば、シールエッジ画素８２やＰＰエッジ画素９２の検出をしやすくするために、従来公知のコントラスト強調処理を施す。

次いで、制御部１１は前処理を施した画像において、シールエッジ直線７１を算出するとともに（ステップＳ３）、ＰＰエッジ曲線を算出する（ステップＳ４）。

制御部１１は、マイナス領域においてシールエッジ直線７１とＰＰエッジ曲線７２により欠陥領域７３が形成されているか否かを判定する（ステップＳ５）。このとき、制御部１１は、欠陥領域７３が形成されていないと判定したときには（ステップＳ５：ＮＯ）、「欠陥なし」と判定し（ステップＳ８）、ステップＳ９の処理に移行する。一方、制御部１１は、欠陥領域７３が形成されている判定したときには（ステップＳ５：ＹＥＳ）、次いで、欠陥領域７３の面積が閾値を超えているか否かを判定する（ステップＳ６）。

制御部１１は、ステップＳ６の処理において、欠陥領域７３の面積が閾値を超えていないと判定したときには（ステップＳ６：ＮＯ）、「欠陥なし」と判定し（ステップＳ８）、ステップＳ９の処理に移行する。一方、制御部１１は、欠陥領域７３の面積が閾値を超えている判定したときには（ステップＳ６：ＹＥＳ）、「欠陥あり」と判定し（ステップＳ７）、ステップＳ９の処理に移行する。

制御部１１は、ステップＳ７の処理、又はステップＳ８の処理を終了すると、それぞれの処理で判定した結果を出力し（ステップＳ９）、当該フローチャートにおける処理を終了する。なお、出力の方法としては、従来公知の様々な方法を採用することができ、例えば、判定結果を表示部１４に表示させたり、図示しないスピーカーから音声出力したり、あるいは、他の被検査物の判定結果とともに一覧表として図示しないプリンタからプリントアウトすることとしてもよい。

以上説明したように、本実施形態の検査装置１（「検査装置」の一例）は、制御部１１（「直線算出手段」、「曲線算出手段」、「判定手段」の一例）が、シール３４（不織布６２）のエッジ（「直線状のエッジ」の一例）と、はみ出たポリプロピレン６１の外縁（「曲線状のエッジ」の一例）を有する被検査物３２（「被検査物」の一例）を撮影して得られた画像におけるシール３４（不織布６２）のエッジを表すシールエッジ直線７１（「直線状のエッジを表す直線」の一例）を算出し、画像における、はみ出たポリプロピレン６１の外縁が撮影された領域を複数の領域９０に分割し、当該領域９０毎にエッジ座標９１を算出し、各エッジ座標９１に基づき、ＰＰエッジ曲線７２（「近似曲線」の一例）を算出し、シールエッジ直線７１とＰＰエッジ曲線７２を比較することにより欠陥の有無を判定する。

本実施形態の検査装置１によれば、被検査物３２を撮影した画像におけるシールエッジ直線７１と、ＰＰエッジ曲線７２を比較することにより欠陥の有無を判定するに当たり、ＰＰエッジ曲線７２を、はみ出たポリプロピレン６１の外縁が撮影された領域を複数に分割し、領域９０毎に算出されたエッジ座標９１に基づいて算出した近似曲線としていることから、はみ出たポリプロピレン６１の外縁を有する被検査物３２についてポリプロピレン６１の外縁部分が適切に加工処理されているか否かを高精度で判定することができる。また、各領域９０にて検出したＰＰエッジ画素９２に基づいてエッジ座標９１を算出し、多次元の曲線近似を行うことから、ＰＰエッジ画素９２を誤検出しても判定ミスが起こる可能性を低減することができる。

なお、本発明は本実施形態に限定されるわけではなく、その他種々の変更が可能である。

上記実施形態では、制御部１１は、欠陥領域７３の面積が閾値を超えた場合に「欠陥あり」と判定したが、例えば、図１４に示すように、ＰＰエッジ曲線７２上の点Ｐと、点Ｐからシールエッジ直線７１に下ろした垂線の足Ｑとの間の距離が閾値を超えている場合に「欠陥あり」と判定することとしてもよい。なお、この場合、点Ｐを、ＰＰエッジ曲線７２上を移動させながら点ＰＱ間の距離を算出し、その都度欠陥の有無について判定することとする。また、被検査物の特性や製品規格等に応じて、制御部１１が、欠陥領域７３の面積が閾値を超えていない場合や、点ＰＱ間の距離が閾値を超えていない場合に「欠陥あり」と判定してもよい。

また、直線状のエッジと曲線状のエッジを有し、両者の位置関係に基づいて、欠陥の有無を判定可能なものを本発明の被検査物とすることができる。

１検査装置
１１制御部
１２記憶部
１３インターフェース部
１４表示部
１５操作部
３１リチウムイオン電池
３２電極（被検査物）
３３電池パック
３４シール
５１アルミニウム
５２ナイロン
５３ポリプロピレン
６１ポリプロピレン
６２不織布
７１シールエッジ直線
７２ＰＰエッジ曲線

Claims

シールの直線状のエッジと、シールの光透過性樹脂による曲線状のエッジを撮影して得られた画像における前記直線状のエッジを表す直線を算出する直線算出手段と、
前記画像における前記曲線状のエッジが撮影された領域を複数の領域に分割し、当該領域毎に、領域内のエッジを示す複数の画素の座標値からエッジ座標を算出し、当該各エッジ座標に基づき、近似曲線を算出する曲線算出手段と、
前記直線と前記近似曲線を比較することにより欠陥の有無を判定する判定手段と、
を備えることを特徴とする検査装置。
請求項１に記載の検査装置であって、
前記判定手段は、前記直線と近似曲線により形成される領域の面積が閾値を超えているか否かに基づいて欠陥の有無を判定することを特徴とする検査装置。
請求項１に記載の検査装置であって、
前記判定手段は、前記近似曲線上の点と、当該点より前記直線に下ろした垂線の足との間の距離が閾値を超えているか否かに基づいて欠陥の有無を判定することを特徴とする検査装置。
請求項１乃至３のいずれか一項に記載の検査装置であって、
前記曲線算出手段は、前記領域毎に、前記エッジを示す複数の画素の座標値の平均から当該領域の前記エッジ座標を算出し、次いで、前記領域毎に算出したエッジ座標について最小二乗法を適用することにより前記近似曲線を算出することを特徴とする検査装置。
請求項１乃至４のいずれか一項に記載の検査装置であって、
前記シールの光透過性樹脂は、第１の物体に接着した状態で撮影されることを特徴とする検査装置。
検査装置により実行される検査方法であって、
シールの直線状のエッジと、シールの光透過性樹脂による曲線状のエッジを撮影して得られた画像における前記直線状のエッジを表す直線を算出する直線算出工程と、
前記画像における前記曲線状のエッジが撮影された領域を複数の領域に分割し、当該領域毎に、領域内のエッジを示す複数の画素の座標値からエッジ座標を算出し、当該各エッジ座標に基づき、近似曲線を算出する曲線算出工程と、
前記直線と前記近似曲線を比較することにより欠陥の有無を判定する判定工程と、
を含むことを特徴とする検査方法。
コンピュータを、
シールの直線状のエッジと、シールの光透過性樹脂による曲線状のエッジを撮影して得られた画像における前記直線状のエッジを表す直線を算出する直線算出手段、
前記画像における前記曲線状のエッジが撮影された領域を複数の領域に分割し、当該領域毎に、領域内のエッジを示す複数の画素の座標値からエッジ座標を算出し、当該各エッジ座標に基づき、近似曲線を算出する曲線算出手段、
前記直線と前記近似曲線を比較することにより欠陥の有無を判定する判定手段、
として機能させることを特徴とする検査プログラム。