JP6419101B2 - 段成形検査方法 - Google Patents

Description

本発明は、段ボールシートの製造ラインにおいて、中芯が適正な波形に成形されているか否かを検査するための段成形検査方法に関するものである。

段ボールシートの製造においては、中芯原紙が波形に成形されてから裏ライナと貼合されるまでの過程で、波形の山がつぶれて低くなる「段つぶれ」や、中芯が部分的にライナから剥がれる等により山が突出して高くなる「段とび」等の不良が生じることがある。本出願人は過去に、製造ラインを走行している途中の段ボールシートについて、このような段成形の不良を検出する方法及び装置を提案している（特許文献１，２参照）。

この特許文献１，２の技術の基本的な原理は、製造ラインを走行している段ボールシートに対して、シートの走行方向、つまり波形が連続する方向に平行で、且つ、シート面に対して傾斜させた光を投射し、波形における山の部分で反射された光のうち、高さが許容範囲にある山から反射された光のみを受光器で受光するように、光の投射条件または受光条件を調整するというものである。許容範囲から外れて高い山、或いは、許容範囲から外れて低い山によって反射された光は、受光器には入光しない。従って、受光器が光を検知したか否か、換言すれば「光の有無」によって、段成形の不良を簡易に検出することができる。そして、特許文献２の技術は更に、受光器で受ける光の範囲をシフトすることにより、波形における山の高さの許容範囲を変更することができる。

しかしながら、特許文献１，２の技術では、波形における「頂部」の高さが許容範囲にあるか否かを検出することはできたが、波形における「谷部」の高さが適正な範囲にあるか否かを検出することはできなかった。そのため、例えば、波形に成形された中芯の裏ライナに対する接着が不良で浮き上がっていたとしても、山の頂部の高さが許容範囲にあれば、段成形が適正であると判定されてしまうものであった。

特許第２５７１５２０号公報 特許第４８５７３８２号公報

そこで、本発明は、上記の実情に鑑み、製造ラインを走行している途中の段ボールシートについて、中芯が適正な波形に成形されているか否かを、波形における谷部の高さも含めて検査することができる段成形検査方法の提供を、課題とするものである。

上記の課題を解決するため、本発明にかかる段成形検査方法は、
「中芯が波形に成形された後で、前記波形が連続する方向を走行方向に一致させて製造ラインを走行している途中の段ボールシートに、
ラインレーザ光を前記走行方向に略一致させて投射し、
前記ラインレーザ光の投射方向とは異なる方向から撮影するカメラにより前記段ボールシートの画像を取得し、
取得された前記画像の画像処理により、前記中芯の形状を反映している前記ラインレーザ光の反射光像を抽出し、抽出された前記反射光像に基づいて、前記中芯が適正に成形されているか否かの判定を行うものであり、
前記カメラは、前記段ボールシートの幅方向に一次元画像を取得するラインセンサカメラであり、前記段ボールシートの走行に伴い順次取得された一次元画像データを連続させた二次元画像から前記反射光像が抽出される」ものである。

中芯が波形に成形された段ボールシートに、ラインレーザ光のラインの方向を、波形が連続する方向に一致させて投射した状態で段ボールシートをカメラで撮影すると、レーザ光の反射光像を含む画像が得られる。このとき、カメラによる撮影方向を、ラインレーザ光の投射方向と異なる方向とすると、反射光像は中芯の形状を反映した波形となる。これにより、画像処理によって画像から反射光像を抽出すれば、波形の中芯の全体形状を取得することができる。

従って、画像処理によって抽出された波形の反射光像に基づき、波形の形状が適正であるか否かに関する種々の解析を行うことができる。例えば、波形における頂部の高さが許容範囲であるか否か、波形における谷部の高さが許容範囲であるか否か、谷部から頂部までの距離（段高）が許容範囲であるか否か、波形の形状における時系列的な変動が許容範囲であるか否か、等の種々の判定基準によって、中芯が適正な波形に成形されているか否かを検査することができる。なお、画像処理及び判定処理は、処理単位となる小領域を画像内に設定し、小領域をシフトさせながら行うことができる。

ここで、ラインレーザ光の「レーザ」は、可視光レーザに限定されない。カメラがその波長域に対応していれば、赤外線レーザや紫外線レーザも使用可能である。

本発明にかかる段成形検査方法は、上記構成において、
「前記カメラは、前記段ボールシートのシート面に垂直な方向から前記段ボールシートを撮影し、
前記ラインレーザ光の光源は、前記段ボールシートの幅方向に沿って複数が配置される」ものとすることができる。ここで、段ボールシートの幅方向とは、段ボールシートの走行方向に直交する方向を指している。

本構成では、シート面に垂直な方向からカメラで撮影する。従って、カメラと異なる方向から投射されるラインレーザ光は、シート面に対して垂直より小さい角度で傾斜した方向から投射されることとなる。段ボールシートの幅方向の複数箇所でラインレーザ光を投射する場合、仮にラインレーザ光それぞれをシート面に垂直な方向から投射し、シート面に対して垂直より小さい角度で傾斜した方向からカメラで撮影する構成とすると、ラインレーザ光ごとにカメラを設置する必要がある。一つのカメラで撮影すると、シート面上においてラインレーザ光が投射される複数の位置からカメラまでの距離及び角度がそれぞれ異なり、中芯の波形が同一形状であっても、それを反映した複数の反射光像の形状が異なってしまうからである。これに対し、本構成では、シート面に垂直な方向からカメラで撮影するため、複数箇所でラインレーザ光を投射することによって複数の反射光像を有することとなる画像を、一つのカメラで取得することができる。

従って、段成形が適正であるか否かの検査は、段ボールシートの幅方向に離隔した複数箇所で行うのが一般的であるところ、本構成によれば、レーザ光の光源を検査箇所の数だけ設置すれば、カメラ及び画像処理を行う装置は一つで足りるため、全体の構成を簡易なものとすることができる。上記の特許文献１，２の技術では、段ボールシートの幅方向に離隔した複数箇所で検査を行う場合、投光器、受光器、及び判定を行う制御装置のセットが、検査箇所の数だけ必要であった。そのため、カメラ及び画像処理を行う装置が一つでも足りる本構成の利点は大きい。

以上のように、本発明の効果として、製製造ラインを走行している途中の段ボールシートについて、中芯が適正な波形に成形されているか否かを、波形における谷の高さも含めて検査することができる段成形検査方法を、提供することができる。

本発明の一実施形態である段成形検査方法におけるレーザ光源とカメラの配置を示す斜視図である。 （ａ）図１のレーザ光源とカメラの配置を、段ボールシートに対する側面視で示す図であり、（ｂ）レーザ光源を複数設ける場合の配置を、段ボールシートの走行方向を視野として示す図であり、（ｃ）ラインレーザ光の投射角度の説明図である。 （ａ）二次元画像、（ｂ）小領域、及び（ｃ）抽出された反射光像を、模式的に示す図である。 （ａ）〜（ｃ）判定処理の説明図である。 他の判定処理の説明図である。 本発明の一実施形態である段成形検査方法に使用する段成形検査装置の構成図である。

以下、本発明の具体的な実施形態である段成形検査方法、及び、その段成形検査方法に使用する検査装置１について、図１乃至図６を用いて説明する。

まず、段成形検査装置１の構成について説明する。段成形検査装置１は、中芯Ｓ１が波形に成形された後で、波形が連続する方向を走行方向Ｙに一致させて製造ラインを走行している途中の段ボールシートＳに、ラインレーザ光を投射するレーザ光源１０と、ラインレーザ光の投射方向とは異なる方向から段ボールシートＳを撮影するカメラ２０と、カメラ２０により取得された画像を画像処理し、中芯Ｓ１の形状を反映しているラインレーザ光の反射光像３５を抽出し、抽出された反射光像３５に基づいて、中芯Ｓ１が適正に成形されているか否かの判定を行うコンピュータ４０とを、具備している。

段ボールシートＳは、成形された中芯Ｓ１に裏ライナＳ２が貼合された後の片面段ボールシートである。ここでは、段ボールシートＳが中芯Ｓ１を上方に向けた状態で製造ラインを走行する場合を例示する。

レーザ光源１０は、直進して対象物に点状に投射されるレーザ光を、ロッドレンズやシリンドリカルレンズで拡げ、対象物上に線状に投射させる光源である。レーザ光源１０は、図１及び図２（ｂ），（ｃ）に示すように、段ボールシートＳのシート面に対して垂直より小さな角度θで傾斜した方向からラインレーザ光を投射する。ラインレーザ光は、中芯Ｓ１の波形が連続する方向、すなわち段ボールシートＳの走行方向Ｙにラインの向きを略一致させて投射されるため、レーザ光源１０は段ボールシートＳの走行方向Ｙに略直交する方向から、ラインレーザ光を投射する。つまり、走行方向Ｙに平行にレーザ光を投射していた特許文献１，２の技術とは、レーザ光を投射する方向においても、レーザ光がラインレーザ光である点においても相違している。

本実施形態では、レーザ光源１０は複数が設けられている。複数のレーザ光源１０は、図２（ｂ）に示すように、段ボールシートＳの上方で、段ボールシートＳの幅方向に沿って一定の間隔で配置されており、それぞれのレーザ光源１０は、シート面に対して同一の角度θでラインレーザ光を投射する。

カメラ２０は、段ボールシートＳのシート面に垂直な方向から段ボールシートＳを撮影する。本実施形態のカメラ２０は、段ボールシートＳの幅方向における一次元画像を取得するラインセンサカメラであり、段ボールシートＳの走行に伴い連続的に撮影した一次元画像をコンピュータ４０に送信する。なお、カメラ２０は、複数のレーザ光源１０が視野に入らない位置に設定される。なお、ラインセンサカメラとしては、製造する段ボールシートＳの種類の変更によって幅長さが変更されても、段ボールシートＳの全幅に亘り一次元画像を撮影するのに十分な長さで撮像を取得できるものを使用する。

製造ラインの機械的な構成において駆動部と同期している箇所、例えば、段ボールシートＳを送るロールの回転機構部に、エンコーダ７０が取り付けられている。エンコーダ７０からの電気信号は、コンピュータ４０に送出される。

コンピュータ４０は、ハード構成として主記憶装置と、主記憶装置に記憶されたプログラムに従って処理を行う中央処理装置（ＣＰＵ）と、ハードディスク等の補助記憶装置５３とを具備している。

ここで、主記憶装置には、段成形検査手段５０としてコンピュータ４０を機能させる段形成検査プログラムが記憶されている。段成形検査手段５０は、カメラ２０から送信された一次元画像から二次元画像３０を生成し、生成された二次元画像３０からレーザ光の反射光像３５を抽出すると共に、エンコーダ７０から送出される電気信号、及び、カメラ２０による撮影箇所とエンコーダ７０との位置関係により、二次元画像３０における画素の座標と、実際の段ボールシートＳにおける位置とを対応付ける画像処理手段５１と、抽出された反射光像３５に基づいて、中芯Ｓ１が適正な波形に成形されているか否かの判定処理を行う判定手段５２とを備えている。

なお、補助記憶装置５３には、カメラ２０から送信された一次元画像のデータ、画像処理後の二次元画像３０のデータ、画像処理のために必要な段ボールシートＳの段種やピッチ等の段ボール情報、画像処理や判定処理における基準値、中芯Ｓ１が適正な波形に成形されているか否かの判定結果等を、記憶させることができる。

また、段成形検査装置１は、コンピュータ４０に対して上記の段ボール情報や基準値等の入力を行うキーボードやポインティングデバイス等の入力装置６１、コンピュータ４０により画像処理された二次元画像３０や反射光像３５、判定処理の過程や判定の結果を表示するモニタやプリンタ等の出力装置６２、コンピュータ４０による処理の結果として、中芯Ｓ１が適正な波形に成形されていないと判定された場合に、警報灯や警報音により報知を行う警報装置６５を備えている。

更に、コンピュータ４０は、段ボールシートＳの製造事業者の事務所コンピュータ６７や、製造ラインの生産管理装置６８と、有線通信または無線通信で接続されている。事務所コンピュータ６７からコンピュータ４０に、上記の段ボール情報や基準値を入力することができ、コンピュータ４０による処理の過程や処理の結果を、コンピュータ４０から事務所コンピュータ６７に送信することができる。或いは、段ボール情報や基準値が事務所コンピュータ６７から生産管理装置６８に送信され、生産管理装置６８において記憶されると共に、生産管理装置６８からコンピュータ４０に送信される構成とすることもできる。

次に、上記構成の段成形検査装置１を使用して行われる段成形検査方法について説明する。まず、検査を開始するに当たり、コンピュータ４０で段成形検査プログラムを立ち上げると、複数のレーザ光源１０の電源が同時にオンとされる。レーザ光源１０は、中芯Ｓ１が波形に成形された後で、波形が連続する方向を走行方向Ｙに一致させて製造ラインを走行している途中の段ボールシートＳに、ラインレーザ光を投射する。その際、ラインレーザ光のラインの方向は、図１に示すように、中芯Ｓ１において波形が連続している方向である段ボールシートＳの走行方向Ｙに略一致させる。

このように、走行している段ボールシートＳにラインレーザ光を投射している状態で、ラインレーザ光が投射されている部分の段ボールシートＳを、カメラ２０によって撮影する。カメラ２０は、シート面に垂直な方向から、段ボールシートＳの幅方向の一次元画像を取得する。段ボールシートＳの走行に伴って順次取得された一次元画像データは、コンピュータ４０の補助記憶装置５３に記憶されると共に、画像処理手段５１によって二次元画像３０が作成される。一次元画像には、レーザ光が中芯Ｓ１の表面に当たって反射した反射光像が含まれており、その一次元画像を連続させた二次元画像３０には、図３（ａ）に示すように、中芯Ｓ１の形状を反映している波形の反射光像３５が含まれる。

ここで、ラインセンサカメラは、走査周期（一ライン分の信号を蓄える時間）がエリアカメラ２０に比べて非常に短いため、非常に高速で走行する段ボールシートＳの画像の撮影に適している。一方、カメラ２０がラインセンサカメラであるため、仮にレーザ光がスポット光として投射される場合、換言すれば、レーザ光源から一直線に対象物にレーザ光が投射される場合は、レーザ光の光軸とカメラ２０の光軸とが正確に一致していなければ、反射光像を取得することができない。これに対し、本実施形態ではレーザ光源１０から投射されるレーザ光がライン状であるため、カメラ２０の光軸との関係を厳密に調整する必要なく、反射光像を取得することができる。

二次元画像３０が作成されると、反射光像３５の抽出が行われる。本実施形態では、反射光像３５の抽出は小領域３１を単位として行われ（図３（ｂ）参照）、小領域３１を走行方向Ｙにシフトさせながら反射光像３５の抽出が行われる（図３（ｃ）参照）。小領域３１の寸法は、段ボールシートＳの走行方向Ｙでは、波形のピッチ（隣接する山部の頂点間の距離）の整数倍とすると好適である。図３では、小領域３１のＹ方向の長さが３ピッチ分である場合を例示している。

反射光像３５が抽出されると、これに基づいて、中芯Ｓ１が適正な波形に成形されているか否かの判定が行われる。この判定の方法としては、種々の方法が可能である。例えば、図４（ａ）に示すように、抽出された反射光像３５において、まず波形における谷部を抽出する。通常、中芯Ｓ１における大部分は適正に成形されているため、裏ライナＳ２に接着されている谷部の多くの高さは共通である。そこで、共通している谷部からベース線Ｂを設定する。そして、製造目的の段種に応じて、ベース線Ｂからの高さとして頂部の正常高さＮを設定する。この正常高さＮを基準として、頂部の高さとして許容できる上限高さＨ及び下限高さＬを設定する。これにより、上限高さＨと下限高さＬとの間の範囲内に頂部がない山部の有無を検出すれば、中芯Ｓ１が適正な波形に成形されているか否かの判定をすることができる。図４（ａ）の例では、左から三番目の頂部が、上限高さＨを超えているため、中芯Ｓ１は適正な波形に成形されていないと判定される。

同様に、図４（ｂ）の例では、左から三番目の頂部が、下限高さＬに満たないため、中芯Ｓ１は適正な波形に成形されていないと判定される。

一方、図４（ｃ）は、谷部の高さが不適正な場合を検出する例である。この場合は、上記のように設定したベース線Ｂが正常高さＮでもあり、この正常高さＮを基準として谷部の高さとして許容できる上限高さＨが設定される。ここでは、左から三番目の谷部の高さが上限高さＨを超えているため、中芯Ｓ１は適正な波形に成形されていないと判定される。図示の例では、何れの山部の頂部の高さも適正な範囲である。したがって、図４（ｃ）の例は、頂部の高さが許容範囲にあれば段成形が適正であると判定されていた従来技術では、検出ができなかった不良の態様である。

そして、中芯Ｓ１が適正な波形に形成されていないと判定された場合は、コンピュータ４０から警報装置６５に不良検知信号が送出され、警報装置６５によって報知がなされる。これと共に、段ボールシートＳにおける不良の発生位置に関する情報が、出力装置６２に出力される。

ここで、上限値及び下限値を定めるときに使用される正常高さＮからの差の数値（閾値）は、予め定めて補助記憶装置５３に記憶させる固定値、または、作業者が入力装置６１を介して随時入力する固定値とすることができる。

或いは、判定処理の進行に伴って、コンピュータ４０が閾値を変動させる構成とすることができる。例えば、頂部、谷部など波形における所定位置の高さの検出値の時系列的な変動に基づき、移動平均値（過去Ｎ回分の平均値）や、移動中央値（過去Ｎ回分の中央値）に基づき閾値を設定することができる。このように、実際に検出される値をもとに閾値を変動させれば、変動が大きければ閾値を大きく、変動が小さければ閾値を小さく設定することが可能であり、製造ラインの設備等の実情に沿った検査を行うことができる。加えて、製造ラインを走行する段ボールシートＳの段種が変更された場合であっても、新たな閾値を外部から入力して設定する手間を要することなく、閾値を適切な値に速やかに修正することができる。

また或いは、正常高さＮを設定することなく、実際に検出される高さの時系列的な変動に基づいて、その変動が所定範囲にあるか否かによって、段成形が適正であるか否かの判定をすることもできる。

その他、図５に示すように、反射光像３５における波形の谷部と頂部との距離ｈに基づいて、中芯Ｓ１の波形における谷部と頂部との距離Ｔ（段高Ｔ）を算出し、段高Ｔが所定範囲にあるか否かによって、段成形が適正であるか否かの判定をすることもできる。この方法では、同一の波形形状のまま上下方向にシフトした場合、検出される段高Ｔは同じである。例えば、製造ラインの装置の振動などに起因して、段ボールシートＳが上下方向に振動した場合、波形自体は正常に成形されていたとしても、頂部の高さに基づく判定、或いは、谷部の高さに基づく判定によれば、段成形が不適正であると判定されることがある。これに対し、段高Ｔに基づく判定は、段ボールシートＳの上下方向の振動の影響を排除して、段成形が適正であるか否かの判定をすることができる。従って、何を判定の基準として段成形の適否を判定するかにより、波形形状が上下にシフトして検出された場合を不適正と判断するか否かを、段ボールシートＳの製造業者が選択することができる。

なお、シート面に対してラインレーザ光が投射される角度がθのとき（図２（ｃ）参照）、段高Ｔは「距離ｈ×tanθ」によって算出される。また、角度θが小さくなるほど、中芯Ｓ１の形状における変化が反射光像３５における変化に大きくあらわれる。そのため、角度θによって、段成形が適正であるか否かの検査における感度を調整することができる。

上記のように、本実施形態の段成形検査方法によれば、頂部の高さのみによって段成形が適正であるか否かを判定していた従来とは異なり、谷部の高さ、段高、時系列的な形状変動など種々の判定基準に基づいて判定を行うことができるため、段成形が適正であるか否かをより正確に判定することができる。

また、段ボールシートＳの幅方向に沿って検査箇所を増やす場合であっても、レーザ光源１０の数を検査箇所の数だけ設ければ、カメラ２０、及び画像処理及び判定処理を行うコンピュータ４０は一つで足りる。そのため、全体として簡易な構成でコストを抑えて、検査箇所を増設し、段成形が適正であるか否かの検査をより精密に行うことができる。

以上、本発明について好適な実施形態を挙げて説明したが、本発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、以下に示すように、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、種々の改良及び設計の変更が可能である。

例えば、上記では、小領域３１を単位として反射光像３５を抽出した後、小領域３１の複数分の反射光像３５を用いて判定を行う場合を図示（図３）により例示したが、小領域３１を単位として判定処理を行っても良い。また、上記では、小領域３１が３ピッチである場合を例示したが、小領域３１を１ピッチとするなど、処理単位をより小さく設定することもできる。

１０ レーザ光源
２０ カメラ
３０ 二次元画像
３５ 反射光像
４０ コンピュータ
Ｓ 段ボールシート
Ｓ１ 中芯
Ｙ 走行方向

Claims (2)

1. 中芯が波形に成形された後で、前記波形が連続する方向を走行方向に一致させて製造ラインを走行している途中の段ボールシートに、
   ラインレーザ光を前記走行方向に略一致させて投射し、
   前記ラインレーザ光の投射方向とは異なる方向から撮影するカメラにより前記段ボールシートの画像を取得し、
   取得された前記画像の画像処理により、前記中芯の形状を反映している前記ラインレーザ光の反射光像を抽出し、抽出された前記反射光像に基づいて、前記中芯が適正に成形されているか否かの判定を行うものであり、
   前記カメラは、前記段ボールシートの幅方向に一次元画像を取得するラインセンサカメラであり、前記段ボールシートの走行に伴い順次取得された一次元画像データを連続させた二次元画像から前記反射光像が抽出される
   ことを特徴とする段成形検査方法。
2. 前記判定は、前記反射光像の波形における頂部及び谷部の高さの検出値と閾値との関係に基づいて行われるものであり、
   該閾値は、過去の複数回の判定における前記検出値の平均値である移動平均値、または、過去の複数回の判定における前記検出値の中央値である移動中央値に基づいて設定される
   ことを特徴とする請求項１に記載の段成形検査方法。

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