JP6693250B2 - 検査装置及び検査方法 - Google Patents

Description

本発明は、錐状容器を検査する検査装置及び検査方法に関する。

従来、円錐状の容器（錐状容器）の内面を検査する検査装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。円錐状の容器は、所定方向において一端部側の開口部に向かうにしたがって開口面積が大きくなるように傾斜した錐状に形成される。特許文献１に記載の検査装置は、開口部側から円錐状の容器の内面をカメラで撮像した画像に基づいて、容器の内面の異物や汚れなどの欠陥を検査する。

特開平１１−２７１２４０号公報

円錐状の容器の欠陥を検査する場合に、円錐状の容器は立体物であり、所定方向における開口部側の一端部から他端部までの間において、カメラ（撮像部）からの距離が異なる。そのため、同一の大きさの欠陥であっても、検出位置によっては、カメラに撮像される欠陥の画像の大きさに差が生じる。これにより、カメラで撮像した画像の大きさに基づいて欠陥の良否を判定する場合に、同一の大きさの欠陥であっても、欠陥の検出位置によっては欠陥の良否の判定が異なってしまっていた。

本発明の課題は、錐状容器の欠陥の良否判定を高精度に行うことができる検査装置及び検査方法を提供することである。

本発明は、以下のような解決手段により、前記課題を解決する。なお、理解を容易にするために、本発明の実施形態に対応する符号を付して説明するが、これに限定されるものではない。また、符号を付して説明した構成は、適宜改良してもよく、また、少なくとも一部を他の構成物に代替してもよい。

第１の発明は、第１方向（Ｄ１）における開口部（８１）側の第１端部（８０１）と、前記第１方向（Ｄ１）における前記開口部（８１）とは反対側の第２端部（８０２）と、を有し、前記第２端部（８０２）から前記第１端部（８０１）に向かうにしたがって開口面積が大きくなる錐状の錐状容器（８）の欠陥を検出する検査装置（１）であって、前記開口部（８１）側から前記錐状容器（８）を撮像する撮像部（３）と、前記第１端部（８０１）において前記撮像部（３）により基準欠陥が撮像される場合における基準欠陥の画像の大きさの指標となる第１画像基準値（Ｋ１）、前記第２端部（８０２）において前記撮像部（３）により基準欠陥が撮像される場合における基準欠陥の画像の大きさの指標となる第２画像基準値（Ｋ２）、及び前記第１方向（Ｄ１）に直交する第２方向（Ｄ２）における前記第２端部（８０２）から欠陥（Ｆ）までの欠陥距離（ａ）に基づいて、検出位置における欠陥（Ｆ）の画像の大きさの指標となる検出位置画像値（Ｇ）を算出する算出部（１１）と、を備えること、を特徴とする検査装置（１）である。
第２の発明は、第１の発明において、前記錐状容器（８）は、円錐容器であること、を特徴とする検査装置（１）である。
第３の発明は、第２の発明において、前記検出位置画像値をＧとし、前記第１画像基準値をＫ１とし、前記第２画像基準値をＫ２とし、前記開口部（８１）の半径をｒとし、前記欠陥距離をａとした場合に、前記算出部（１１）は、Ｇ＝Ｋ２−（ａ／ｒ）×（Ｋ２−Ｋ１）の計算式により、前記検出位置画像値Ｇを演算すること、を特徴とする検査装置（１）である。
第４の発明は、第１方向（Ｄ１）における開口部（８１）側の第１端部（８０１）と、前記第１方向（Ｄ１）における前記開口部（８１）とは反対側の第２端部（８０２）と、を有し、前記第２端部（８０２）から前記第１端部（８０１）に向かうにしたがって開口面積が大きくなる錐状の錐状容器（８）の欠陥を検出する検査方法であって、前記錐状容器（８）は、前記第１方向（Ｄ１）における前記開口部（８１）側の前記第１端部（８０１）と、前記第１方向（Ｄ１）における前記開口部（８１）とは反対側の第２端部（８０２）と、を有し、前記開口部（８１）側から前記錐状容器（８）を撮像する撮像工程と、前記第１端部（８０１）において前記撮像工程により基準欠陥が撮像される場合における基準欠陥の画像の大きさの指標となる第１画像基準値（Ｋ１）、前記第２端部（８０２）において前記撮像工程により基準欠陥が撮像される場合における基準欠陥の画像の大きさの指標となる第２画像基準値（Ｋ２）、及び前記第１方向（Ｄ１）に直交する第２方向（Ｄ２）における前記第２端部（８０２）から欠陥（Ｆ）までの欠陥距離（ａ）に基づいて、検出位置における欠陥（Ｆ）の画像の大きさの指標となる検出位置画像値（Ｇ）を算出する算出工程と、を備えること、を特徴とする検査方法である。

本発明によれば、錐状容器の欠陥の良否判定を高精度に行うことができる検査装置及び検査方法を提供することができる。

実施形態の欠陥検査装置１の全体構成を示す図である。 円錐容器８の欠陥Ｆの大きさの指標となる検出位置画像値Ｇを算出する方法を説明する図であって、（ａ）は円錐容器８の側面図であり、（ｂ）は円錐容器８を開口部８１側から視た場合の図である。

（実施形態）
以下、図面等を参照して、本発明の実施形態について説明する。
図１は、実施形態の欠陥検査装置１の全体構成を示す図である。図２は、円錐容器８の欠陥Ｆの大きさの指標となる検出位置画像値Ｇを算出する方法を説明する図であって、（ａ）は円錐容器８の側面図であり、（ｂ）は円錐容器８を開口部８１側から視た場合の図である。

本実施形態の検査装置としての欠陥検査装置１は、図１に示すように、円錐容器８の内面の欠陥を検査する装置である。図１に示すように、円錐容器８の一端部には、開口部８１が形成され、円錐容器８の他端部には、頂部８３が形成される。円錐容器８は、頂部８３から開口部８１に向かうにしたがって開口面積が大きくなる錐状に形成される。

円錐容器８は、図２（ａ）及び図２（ｂ）に示すように、第１端部８０１と、第２端部８０２と、を有する。第１端部８０１は、円錐容器８の円錐軸方向Ｄ１（第１方向）における開口部８１側の端部である。第２端部８０２は、円錐容器８の円錐軸方向Ｄ１（第１方向）における開口部８１とは反対側の端部である。円錐容器８は、開口部８１が、円形であり、胴部８２が、開口部８１側の第１端部８０１から頂部８３側の第２端部８０２に向かうにしたがって徐々に開口面積が大きくなるように形成されている。

本実施形態においては、円錐容器８は、例えば、アイスクリームのコーンの外面に沿って配置される円錐状の包装容器などである。円錐容器８は、例えば、紙、フィルムなどで形成される。円錐容器８の内面の欠陥としては、例えば、孔、異物、汚れ、皺などがある。

欠陥検査装置１は、図１に示すように、円錐容器８を搬送する搬送ベルト２と、搬送ベルト２の所定位置の上方に配置される撮像部としてのカメラ３と、第１照明部４と、第２照明部５と、容器検知センサ６と、制御部１０と、を備える。

搬送ベルト２は、図１に示すように、搬送方向Ｐに、円錐容器８を搬送する。搬送ベルト２の上面には、容器規制部材２１が固定されている。容器規制部材２１は、一対の棒状のバー部材２１ａ，２１ａから構成されており、円錐容器８の傾斜側面に沿うように、頂点部分が離間した略Ｖ字に配置されている。円錐容器８は、搬送ベルト２の上面において、一対のバー部材２１ａ，２１ａの間に配置され、搬送ベルト２に対して搬送方向Ｐの位置が規制された状態で、搬送ベルト２の移動とともに搬送方向Ｐに移動される。

カメラ３は、円錐容器８における開口部８１側に配置され、開口部８１側から円錐容器８を撮像する。カメラ３が円錐容器８を撮像する方向は、円錐軸方向Ｄ１に一致する。カメラ３は、ＣＣＤ素子などを縦横方向に配列し、二次元的に画像を撮像するエリアカメラである。カメラ３は、円錐容器８の開口部８１側から円錐容器８の内面の全ての領域を撮像する。

第１照明部４は、カメラ３により撮像される円錐容器８の開口部８１側（第１端部８０１側）に配置され、円錐容器８の内面を円錐容器８の開口部８１側から照射するリング照明である。

第２照明部５は、カメラ３により撮像される円錐容器８の頂部８３側（第２端部８０２側）に配置され、円錐容器８を頂部８３側（第２端部８０２側）から照射する面照明である。本実施形態においては、円錐容器８の頂部８３には、針孔程度の小さな頂部孔８３ａが設けられている。第２照明部５により円錐容器８を照射することで、カメラ３で円錐容器８を撮像した場合に、円錐容器８の頂部８３の頂部孔８３ａを検出することで、円錐容器８の開口部８１における中心８０３（図２（ａ）及び図２（ｂ）参照）を検出できる。

容器検知センサ６は、カメラ３による撮像位置Ａに対して搬送ベルト２の搬送方向Ｐの手前（上流側）に配置される。容器検知センサ６は、制御部１０に接続されており、円錐容器８の先端が到達した場合に、検知信号を制御部１０に出力する。

制御部１０は、カメラ３、第１照明部４及び第２照明部５を制御する。制御部１０は、容器検知センサ６の検知信号を受信すると、円錐容器８が撮像位置Ａを通過する時間に合わせてカメラ３を作動させる。同時に、制御部１０は、第１照明部４及び第２照明部５が円錐容器８を照射するように制御する。

制御部１０は、算出部１１を備える。算出部１１は、第１画像基準値Ｋ１、第２画像基準値Ｋ２及び欠陥距離ａに基づいて、次の計算式（１）により、検出位置における欠陥Ｆの画像の大きさの指標となる検出位置画像値Ｇを算出する。なお、円錐容器８の開口部８１の半径をｒとしている。
Ｇ＝Ｋ２−（ａ／ｒ）×（Ｋ２−Ｋ１） （１）

第１画像基準値Ｋ１は、円錐容器８の第１端部８０１においてカメラ３により基準欠陥が撮像される場合における基準欠陥の画像の大きさの指標となる基準値である。
第２画像基準値Ｋ２は、円錐容器８の第２端部８０２においてカメラ３により基準欠陥が撮像される場合における基準欠陥の画像の大きさの指標となる基準値である。
第１画像基準値Ｋ１及び第２画像基準値Ｋ２は、カメラ３と円錐容器８との距離などの条件によって異なり、実験データなどに基づいて、予め記憶部（図示せず）に記憶されている。

本実施形態においては、第１画像基準値Ｋ１及び第２画像基準値Ｋ２は、例えば、カメラ３により撮像した画像における分解能値である。分解能値は、カメラ３により撮像した画像における最小単位を意味し、カメラ３で撮像した場合における正方形の１画素における一辺の長さである。

第１画像基準値Ｋ１の分解能値は、図２に示すように、円錐容器８の開口部８１側の第１端部８０１における１画素の一辺の長さである。第１端部８０１は、円錐容器８におけるカメラ３から最も近い位置に位置する。本実施形態では、例えば、円錐容器８の第１端部８０１の開口部８１においては、分解能値は、０．０５ｍｍである。

第２画像基準値Ｋ２の分解能値は、図２に示すように、円錐容器８の頂部８３側の第２端部８０２における１画素の一辺の長さである。第２端部８０２は、円錐容器８におけるカメラ３から最も遠い位置に位置する。本実施形態では、例えば、円錐容器８の第２端部８０２の頂部８３においては、分解能値は、０．１ｍｍである。

本実施形態では、円錐容器８において、カメラ３からの距離が最も近い位置（第１端部８０１）の分解能値（第１画像基準値Ｋ１）と、カメラ３からの距離が最も遠い位置（第２端部８０２）の分解能値（第２画像基準値Ｋ２）と、に基づいて、分解能値の差（Ｋ２−Ｋ１）を算出して、カメラ３により撮像した欠陥Ｆの欠陥距離ａにより、円錐容器８の円錐軸方向Ｄ１における第１端部８０１から第２端部８０２までの間に存在する欠陥Ｆの分解能値を算出する。

欠陥距離ａは、開口部８１の径方向Ｄ２（第２方向）（開口部８１側から視た場合）における開口部８１の中心８０３（第２端部８０２）から欠陥Ｆまでの距離である。開口部８１の径方向Ｄ２は、円錐容器８の円錐軸方向Ｄ１に直交する。本実施形態においては、欠陥距離ａは、第２照明部５に照射されてカメラ３に撮像された円錐容器８の頂部孔８３ａ（開口部８１の中心８０３）から欠陥Ｆまでの距離により算出される。なお、円錐容器８に頂部孔８３ａを設けなくてもよく、欠陥距離ａは、例えば、カメラ３に撮像された円錐容器８の開口部８１の直径の中央の位置（中心８０３）からの距離により算出されてもよい。

算出部１１は、欠陥距離ａを用いて、円錐容器８の開口部８１の半径ｒと、円錐容器８の開口部８１の中心８０３から欠陥Ｆまでの欠陥距離ａとの比率（ａ／ｒ）を求めた上で、第２画像基準値Ｋ２と第１画像基準値Ｋ１との差（Ｋ２−Ｋ１）における割合を算出することで、欠陥Ｆの検出位置における第１画像基準値Ｋ１又は第２画像基準値Ｋ２からの相対的な画像値を算出できる。

以上のように、算出部１１は、上述の算出式（１）により、円錐容器８の開口部８１の半径ｒと、円錐容器８の開口部８１の中心８０３から欠陥Ｆまでの欠陥距離ａとの比率（ａ／ｒ）を求め、第２画像基準値Ｋ２と第１画像基準値Ｋ１との差（Ｋ２−Ｋ１）における割合を、第２画像基準値Ｋ２から減算することで、検出位置画像値Ｇを算出する。

次に、実施形態の欠陥検査装置１の動作について説明する。
まず、搬送ベルト２上に載置された円錐容器８が搬送方向Ｐに搬送されると、制御部１０は、搬送される円錐容器８を撮像位置Ａにおいて、第１照明部４及び第２照明部５で円錐容器８を照射すると共に、円錐容器８の開口部８１側からカメラ３で撮像するように制御する。

これにより、カメラ３により、円錐容器８の開口部８１側から円錐容器８の内面が撮像され、円錐容器８の頂部８３の頂部孔８３ａが撮像されると共に、円錐容器８の内面に欠陥Ｆがある場合には、欠陥Ｆが撮像される（撮像工程）。

制御部１０の算出部１１は、第１画像基準値Ｋ１、第２画像基準値Ｋ２及び欠陥距離ａに基づいて、検出位置における欠陥Ｆの画像の大きさの指標となる検出位置画像値Ｇを算出する。算出部１１は、上述の計算式（１）［Ｇ＝Ｋ１−（ａ／ｒ）×（Ｋ２−Ｋ１）］により、欠陥Ｆの検出位置画像値Ｇを算出する（算出工程）。

本実施形態においては、図２（ａ）に示すように、例えば、第１画像基準値Ｋ１の分解能値が０．０５ｍｍであり、第２画像基準値Ｋ２としての分解能値が０．１ｍｍである。また、例えば、欠陥Ｆが円錐容器８における円錐軸方向Ｄ１の中央の側面にある場合には、欠陥距離ａがｒ／２である。
そのため、上述の計算式（１）［Ｇ＝Ｋ２−（ａ／ｒ）×（Ｋ２−Ｋ１）］に、Ｋ１＝０．０５ｍｍ、Ｋ２＝０．１ｍｍ、ａ＝ｒ／２を代入する。
これにより、検出位置画像値Ｇ＝０．１ｍｍ−（ｒ／２）／ｒ×（０．１ｍｍ−０．０５ｍｍ）＝０．０７５ｍｍと算出できる。

この検出位置画像値Ｇに基づいて検出位置の画素（面積値）に乗算すると、次のような検出位置補正演算値となる。ここでは、比較のために、第１端部８０１の開口部８１の位置、検出位置８０４及び第２端部８０２の頂部８３の位置における画素の補正後の演算値を求める。なお、補正の演算を行う前においては、各位置の欠陥Ｆのカメラ３により撮像される画素数は、第１端部８０１では４００画素（２０×２０）であり、検出位置８０４では１７７画素（１３．３×１３．３）であり、第２端部８０２では１００画素（１０×１０）である。

第１端部８０１の開口部８１の位置では、第１端部演算値は、補正後において、４００画素×［０．０５（分解能値）×０．０５（分解能値）］（分解能値）の計算式により、１．０ｍｍ^２となる。
検出位置８０４では、検出位置補正演算値は、補正後において、１７７画素×［０．０７５（分解能値）×０．０７５（分解能値）］の計算式により、１．０ｍｍ^２となる。
第２端部８０２の頂部８３の位置では、第２端部演算値は、補正後において、１００画素×［０．１（分解能値）×０．１（分解能値）］の計算式により、１．０ｍｍ^２となる。
つまり、このように補正することで、円錐容器８の欠陥Ｆの大きさが同じ場合には、円錐容器８の欠陥Ｆの位置に関わらず欠陥Ｆの大きさは同一の演算値となる。

制御部１０は、算出部１１による検出位置画像値Ｇの算出後に、上述のように、検出位置画像値Ｇに基づいて検出位置補正演算値を演算し、検出位置補正演算値が判定閾値（例えば、１．０ｍｍ^２）以上であるかを判定する。判定閾値以上である場合には、制御部１０は、円錐容器８の欠陥を不良と判定する。円錐容器が良品と判定された場合には、搬送ベルト２の下流側において、円錐容器８は、エア噴出ノズルからエアを噴出するエアリジェクト装置（図示せず）により選別されて、搬送ベルト２の外部に良品として収集される。一方、円錐容器が不良品と判定された場合には、搬送ベルト２に搬送された円錐容器８は、エアリジェクト装置によりエアが噴出されずに、搬送ベルト２の下流側において、不良品として収集される。

従来、例えば、一辺が１ｍｍの正方形の欠陥は、円錐容器８において、第１端部８０１の開口部８１と第２端部８０２の頂部８３とにおいて、カメラ３からの距離が異なっており、同じ１ｍｍの正方形の欠陥であっても、カメラ３で撮像される画像の画素数は、第１端部８０１では４００画素（２０×２０）であり、第２端部８０２では１００画素（１０×１０）である。

従来においては、このような場合に、円錐容器８の欠陥の不良となる閾値を１００画素に設定した場合に、第２端部８０２において一辺が１ｍｍの正方形の欠陥は、カメラ３により撮像される画像では１００画素（１０×１０）となり、不良と判定される。一方、第１端部８０１において一辺が０．５ｍｍの正方形の欠陥も、カメラ３に撮像される画像では１００画素（１０×１０）となるため、不良と判定される。そのため、従来は、円錐容器８において、良品と判定される一辺が０．５ｍｍの正方形の欠陥が、不良と判定されていた。

これに対して、本実施形態においては、上述したように、円錐容器８の欠陥Ｆの大きさが同じ場合には、円錐容器８の欠陥Ｆの位置に関わらず欠陥Ｆの大きさは同一の演算値となる。これにより、円錐容器８の欠陥Ｆの位置に関わらず、欠陥Ｆの大きさを判定できる。従って、円錐容器８の欠陥Ｆの良否を同一の閾値で高精度に判定することができる。

以上より、実施形態の発明には、以下のような効果がある。
（１）欠陥検査装置１の算出部１１は、第１画像基準値Ｋ１、第２画像基準値Ｋ２及び欠陥距離ａに基づいて、検出位置における欠陥Ｆの画像の大きさの指標となる検出位置画像値Ｇを算出する。
そのため、円錐容器８の欠陥Ｆの大きさが同じ場合には、算出部１１において算出された検出位置画像値Ｇを用いて欠陥Ｆの画像の大きさの補正を行うことで、円錐容器８の欠陥Ｆの位置に関わらず欠陥Ｆの大きさは同一の画素数となる。これにより、円錐容器８の欠陥Ｆの位置に関わらず、欠陥Ｆの良否判定を高精度に行うことができる。

（２）円錐容器８は、円錐状に形成される。これにより、開口部８１が円形であって胴部８２が一定の傾斜角度で傾斜しており、頂部８３が開口部８１の径方向Ｄ２（第２方向）において欠陥距離ａを精度よく計測できるため、円錐容器８の欠陥Ｆの画像の補正を高精度に行うことができる。

（３）検出位置画像値をＧとし、第１画像基準値をＫ１とし、第２画像基準値をＫ２とし、円錐容器８の開口部８１の半径をｒとし、欠陥距離をａとした場合に、算出部１１は、Ｇ＝Ｋ２−（ａ／ｒ）×（Ｋ２−Ｋ１）の計算式（１）により、検出位置画像値Ｇを算出する。そのため、検出位置画像値Ｇを算出部１１において精度よく算出して、円錐容器８の欠陥Ｆの画像の補正を高精度に行うことができる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は前述した実施形態に限定されるものではなく、後述する変形形態のように種々の変形や変更が可能であって、それらも本発明の技術的範囲内である。また、実施形態に記載した効果は、本発明から生じる最も好適な効果を列挙したに過ぎず、本発明による効果は、実施形態に記載したものに限定されない。なお、前述した実施形態及び後述する変形形態は、適宜組み合わせて用いることもできるが、詳細な説明は省略する。

（変形形態）
（１）上述の実施形態において、錐状の容器として、円錐容器８を例として説明したが、これに限定されない。錐状の容器としては、例えば、開口部が方形状の角錐容器や、円錐容器を開口部に平行な平面で切断して小円錐の部分を取り除いた円錐台容器や、角錐容器を開口部に平行な平面で切断して小角錐の部分を取り除いた角錐台容器であってもよい。例えば、錐状容器としては、開口部に向かうにしたがって開口面積が大きくなる円錐状のコップでもよい。

（２）上述の実施形態において、欠陥検査装置１は、円錐容器８の内面の欠陥Ｆを撮像して検査したが、これに限定されない。欠陥検査装置は、円錐容器が、例えば、透過性を有するフィルムなどの場合には、円錐容器の外面の欠陥を撮像して検査してもよい。

１ 欠陥検査装置（検査装置）
３ カメラ（撮像部）
８ 円錐容器（錐状容器）
８１ 開口部
１１ 算出部
８０１ 第１端部
８０２ 第２端部
８０３ 中心（第２端部）
Ｄ１ 円錐軸方向（第１方向）
Ｄ２ 径方向（第２方向）
Ｆ 欠陥
Ｇ 検出位置画像値
Ｋ１ 第１画像基準値
Ｋ２ 第２画像基準値
ａ 欠陥距離

Claims (4)

1. 第１方向における開口部側の第１端部と、前記第１方向における前記開口部とは反対側の第２端部と、を有し、前記第２端部から前記第１端部に向かうにしたがって開口面積が大きくなる錐状の錐状容器の欠陥を検出する検査装置であって、
   前記開口部側から前記錐状容器を撮像する撮像部と、
   前記第１端部において前記撮像部により基準欠陥が撮像される場合における基準欠陥の画像の大きさの指標となる第１画像基準値、前記第２端部において前記撮像部により基準欠陥が撮像される場合における基準欠陥の画像の大きさの指標となる第２画像基準値、及び前記第１方向に直交する第２方向における前記第２端部から欠陥までの欠陥距離に基づいて、検出位置における欠陥の画像の大きさの指標となる検出位置画像値を算出する算出部と、を備えること、
   を特徴とする検査装置。
2. 請求項１に記載された検査装置において、
   前記錐状容器は、円錐容器であること、
   を特徴とする検査装置。
3. 請求項２に記載された検査装置において、
   前記検出位置画像値をＧとし、前記第１画像基準値をＫ１とし、前記第２画像基準値をＫ２とし、前記開口部の半径をｒとし、前記欠陥距離をａとした場合に、前記算出部は、Ｇ＝Ｋ２−（ａ／ｒ）×（Ｋ２−Ｋ１）の計算式により、前記検出位置画像値Ｇを演算すること、
   を特徴とする検査装置。
4. 第１方向における開口部側の第１端部と、前記第１方向における前記開口部とは反対側の第２端部と、を有し、前記第２端部から前記第１端部に向かうにしたがって開口面積が大きくなる錐状の錐状容器の欠陥を検出する検査方法であって、
   前記開口部側から前記錐状容器を撮像する撮像工程と、
   前記第１端部において前記撮像工程により基準欠陥が撮像される場合における基準欠陥の画像の大きさの指標となる第１画像基準値、前記第２端部において前記撮像工程により基準欠陥が撮像される場合における基準欠陥の画像の大きさの指標となる第２画像基準値、及び前記第１方向に直交する第２方向における前記第２端部から欠陥までの欠陥距離に基づいて、検出位置における欠陥の画像の大きさの指標となる検出位置画像値を算出する算出工程と、を備えること、
   を特徴とする検査方法。

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