JP2017166865A - 外観検査装置及び外観検査方法 - Google Patents

Abstract

【課題】軟包材を検査対象物とし、検査対象物に生じた欠陥等を高い精度で検出する。
【解決手段】軟包材フィルム１０１を搬送する駆動ローラ１０２、搬送中の軟包材フィルム１０１の高さを計測して高さ情報を取得する高さ計測部１０３、軟包材フィルム１０１に光を照射する透過光照射部１０５及び反射光照射部１０６、光が照射された軟包材フィルム１０１を撮像して画像情報を取得する撮像部１０４、高さ情報と画像情報とに基づいて、軟包材フィルム１０１の外観の良否を判定するデータ処理部１０７によって外観検査装置を構成する。
【選択図】図１

Description

本発明は、光学センサを用いた外観検査装置及び外観検査方法に関するものである。

従来から、プラスチックフィルム等軟包材の外観検査は、ラインセンサを軟包材の搬送方向に対して直交方向に配置し、透過照明もしくは反射照明等をラインセンサ近傍に配置して行われる。このような外観検査は、検出したい欠陥に合わせた最適光学系を構築することによって精度の向上を図っている。しかし、検査対象物である軟包材は剛性がないため撓みやたれ、シワ等が発生しやすい。撓み等は、入力画像において周囲と異なる濃淡差を生じてしまうことがある。欠陥以外に起因した濃淡差の発生は、検査判定の誤りにつながる場合もある。このため、高い精度で外観検査を実施するためには、検査領域の全体に渡って均質な光学条件となるようにワークの把持方式や搬送方式等を工夫する必要がある。

公知の外観検査装置としては、例えば、特許文献１に記載のフィルムの検査装置がある。特許文献１には、フィルム下部にサポートロールを設置し、取り込んだ画像の明度情報を評価しながら、サポートロールの位置を調整することで、均質な画像を取得することが記載されている。

特開２０１５−１２９７５４号公報

しかしながら、検査の対象物が多層フィルム、あるいは四方がシールされたプラスチックフィルム袋の連続体で構成された軟包材である場合、シワの発生形態がフィルムよりも複雑になる。このため、このような検査対象物の外観検査では、サポートロールの位置調整のみでは均質な画像を得られず、シワによる誤判定が発生する可能性がある。
本発明は、上述した従来技術の課題を解決するために提案するものであり、軟包材を検査対象物とし、検査対象物に生じた欠陥等を高い精度で検出できる外観検査装置及び外観検査方法を提供することを目的とする。

上記した本発明の一態様の外観検査装置は、フィルム部材の外観を検査するための外観検査装置であって、前記フィルム部材を搬送するフィルム部材搬送部と、搬送中の前記フィルム部材の高さを計測して該高さに関する高さ情報を取得する高さ情報取得部と、前記フィルム部材に光を照射する光照射部と、前記光照射部によって光を照射された前記フィルム部材を撮像して画像情報を取得する画像情報取得部と、前記高さ情報と前記画像情報とに基づいて、前記フィルム部材の外観の良否を判定する良否判定部と、を有する。

上記した本発明の一態様の外観検査方法は、フィルム部材の外観を検査するための外観検査方法であって、前記フィルム部材を搬送するフィルム部材搬送工程と、搬送中の前記フィルム部材の高さを計測して該高さに関する高さ情報を取得する高さ情報取得工程と、搬送中の前記フィルム部材に光を照射する光照射工程と、光が照射された前記フィルム部材を撮像して画像情報を取得する画像情報取得工程と、前記高さ情報と前記画像情報とに基づいて、前記フィルム部材の外観の良否を判定する良否判定工程と、を含む。

上記した本発明の外観検査装置及び外観検査方法によれば、軟包材を検査対象物とし、検査対象物に生じた欠陥等を高い精度で検出できる外観検査装置及び外観検査方法を提供することができる。

本発明の一実施形態の外観検査装置を模式的に表す模式図である。 本発明の一実施形態のプラスチックフィルム袋の加工工程を模式的に示す図である。 本発明の一実施形態の外観検査方法を説明するためのフローチャートである。 本発明の一実施形態の高さ計測部によって取得された高さ情報の一例を示した図である。 本発明のシワ検査領域と通常検査領域を設定する処理を説明するための模式図である。

（外観検査装置）
図１は、本発明の一実施形態の外観検査装置を模式的に表す模式図である。以下、外観検査装置の概略を説明する。
本実施形態の外観検査装置は、フィルム部材の外観を検査するための外観検査装置である。外観検査装置は、フィルム部材としての軟包材フィルム１０１を搬送する駆動ローラ１０２、駆動ローラ１０２によって搬送中の軟包材フィルム１０１の高さを計測し、この高さに関する高さ情報を取得する高さ計測部１０３、軟包材フィルム１０１に光を照射する透過光照射部１０５及び反射光照射部１０６、透過光照射部１０５及び反射光照射部１０６によって光が照射された軟包材フィルム１０１を撮像して画像情報を取得する撮像部１０４、高さ情報と画像情報とに基づいて、軟包材フィルム１０１の外観の良否を判定するデータ処理部１０７を備えている。

なお、上記した構成のうち、軟包材フィルム１０１がフィルム部材、駆動ローラ１０２がフィルム部材搬送部、高さ計測部１０３が高さ情報取得部、透過光照射部１０５及び反射光照射部１０６が光照射部、画像情報取得部が撮像部１０４、データ処理部１０７が良否判定部としてそれぞれ機能する。また、高さ計測部１０３は、フィルム部材の搬送方向と直交する方向に延びるラインレーザ光を照射するラインレーザ照射部１０３ａ及び３次元カメラ１０３ｂを備えている。

軟包材フィルム１０１は、駆動ローラ１０２によって搬送される。高さ計測部１０３は、搬送中の軟包材フィルム１０１の高さを計測する。ここでいう高さは、搬送中の軟包材フィルム１０１のフィルム搬送面を基準にした垂直方向の高さである。高さ計測部１０３によって計測された高さに関する情報は、高さ情報としてデータ処理部１０７へ送信される。また、撮像時、軟包材フィルム１０１は透過光照射部１０５及び反射光照射部１０６によって光照射される。光照射された軟包材フィルム１０１の反射光及び透過光が撮像部１０４にて撮像される。撮像部１０４の撮像によって得られた画像情報は、データ処理部１０７に送信される。データ処理部１０７は、高さ情報及び画像情報に基づいて、軟包材フィルム１０１の外観の良否を判定する。

以下、上記各構成について詳細に説明する。
（軟包材フィルム）
本実施形態では、軟包材フィルム１０１を以降プラスチックフィルム袋２０１として説明を行う。プラスチックフィルム袋２０１は、プラスチックフィルムを加工して得られる多層の袋体であって、主に液体充填に使用される。
図２は、プラスチックフィルム袋２０１の加工工程を模式的に示す図である。プラスチックフィルム袋２０１は、２層から４層で構成されており、層構成は、袋内に充填される内容物の仕様に合わせて変化する。プラスチックフィルム袋２０１の材料となるプラスチックフィルムとしては、ポリエチレンフィルム（ＰＥフィルム）やＰＥフィルム等に対してアルミ蒸着したアルミ蒸着フィルム（ＶＭフィルム）等が用いられる。

プラスチックフィルム袋２０１の製造工程は、主に、プラスチックフィルム袋２０１を間欠的に搬送しながら口栓２０２を取り付ける工程、プラスチックフィルムの四方をシールしてプラスチックフィルム袋２０１とする（縦シール２０３、横シール２０４）工程、及びプラスチックフィルム袋２０１の連続体が後工程で切り離し容易なように、プラスチックフィルム袋２０１間にミシン目２０５を入れる工程から成る。

上記工程においては、多層構造のプラスチックフィルムを各所に設けられた駆動ローラのニップ圧のみで把持、搬送する際に蛇行が生じやすいこと、四方をシールする際の圧力でプラスチックフィルム袋２０１のフィルム平坦性が損なわれること、プラスチックフィルムの繰り出しから巻取りまでのパス長が長く精密な搬送が難しいこと等の課題がある。このようなことにより、プラスチックフィルム袋の製造では、プラスチックフィルム袋２０１にシワ２０６が入りやすい。また、シワの入り方（方向、層）もフィルム材質やシール仕様によって様々である。

（高さ測定部）
本実施形態の高さ計測部１０３には、光切断法によって高さ情報を得るラインレーザ照射部１０３ａ及び３次元カメラ１０３ｂが用いられる。ラインレーザ照射部１０３ａは、プラスチックフィルム袋２０１に対して搬送方向に対して直交し、かつ一次元のラインレーザ光を照射する。高さ計測部１０３は、ラインレーザ照射部１０３ａによって光が照射されたプラスチックフィルム袋２０１で生じた散乱光の位置や強度を計測する。このことにより、ラインレーザ光が照射された位置におけるプラスチックフィルム袋２０１の高さ情報（ラインプロファイル）が取得される。本実施形態は、プラスチックフィルム袋２０１の搬送と同期してラインプロファイルを取得、蓄積することにより、プラスチックフィルム袋２０１全体の高さ情報を得ることができる。

（撮像部）
撮像部１０４は、撮像素子が搬送方向に対して直交する方向に一次元配置された光学ラインセンサを用いている。撮像素子には電荷結合素子（CCD;Charge Coupled Device）が用いられる。このような光学ラインセンサを用いることにより、本実施形態は、プラスチックフィルム袋２０１全体で均質な光学条件を実現することが容易となり、また、画像処理の効率化を図ることも可能となる。

（透過光照射部）
透過光照射部１０５には、発光ダイオード素子（LED;Light Emitting Diode）をプラスチックフィルム袋２０１の搬送方向に対して直交し、かつ一次元の方向に配置したラインレーザ光が用いられる。

（反射光照射部）
反射光照射部１０６には、発光ダイオード素子と光拡散板を組み合わせたラインドーム照明装置が用いられる。このような照明を用いることにより、本実施形態は、上記透過光照射部１０５及び反射光照射部１０６によってプラスチックフィルム袋２０１に光を照射することによってプラスチックフィルム袋２０１全体の撓みや局所的に発生するシワ２０６が画像に表れる影響を最小限にすることができる。

（データ処理部）
データ処理部１０７は、パーソナルコンピュータのハードウェア及びソフトウェアによって構成される。

（外観検査方法）
次に、上記したデータ処理部１０７で行われる外観の検査方法を説明する。
図３は、本実施形態の外観検査方法を説明するためのフローチャートである。本実施形態の外観検査方法は、主に、高さ情報をもとにした形状評価（Ｓｔｅｐ１）、Ｓｔｅｐ１の形状評価の結果によって決定される検査条件設定（Ｓｔｅｐ２）、決定された検査条件をもとに実施される検査判定（Ｓｔｅｐ３）からなる。図３に示したフローチャートが示す処理は、データ処理部１０７によって実行される。

＜形状評価＞
以下、Ｓｔｅｐ１で行われる形状評価について説明する。
図４（ａ）から図４（ｃ）は、高さ計測部１０３によって取得された高さ情報の一例を示した図である。図４（ａ）は、軟包材フィルムにおいて高さ情報をプロットする位置と方向を矢線４０１、矢線４０２によって示している。矢線４０１が示す位置で取得した高さ情報のプロットは、シワのない軟包材フィルムの領域で取得されたものとなる。また、矢線４０２が示す位置で取得した高さ情報のプロットは、シワ２０６がある軟包材フィルムの領域で取得されたものとなる。

図４（ｂ）は、矢線４０１が示す位置で取得したプロットの模式図である。図４（ｂ）に示したプロットは、測定位置によって高さの変動はあるものの、変動が一定の範囲内に収まっている。
図４（ｃ）は、矢線４０２が示す位置で取得したプロットの模式図である。図４（ｃ）に示したプロットでは、プロファイル中にパターン４０３のような特徴的なパターンが出現している。パターン４０３は、図４（ａ）に示したシワ２０６上でプロットを行った場合に出現する。
本実施形態では、例えば図４（ｂ）及び図４（ｃ）に示したプロットのデータが高さ情報に含まれる。

本実施形態は、高さ情報からパターン４０３を検出することにより、プラスチックフィルム袋２０１上においてシワが発生している領域を精度よく評価することができる。パターン４０３の探索については、シワのサイズや探索方向等を検討する必要がある。この検討にあたっては、シワの発生しやすい方向やシワのサイズ等の情報から探索に係る条件を決定すればよい。

＜検査条件設定＞
次に、Ｓｔｅｐ２で行われる検査条件設定について説明する。Ｓｔｅｐ２の検査条件設定では、Ｓｔｅｐ１のパターン４０３の検出によってパターン４０３が検出されたプラスチックフィルム袋２０１の領域と、パターン４０３が検出されなかったプラスチックフィルム袋２０１の領域とを区別する。そして、パターン４０３が検出されたプラスチックフィルム袋２０１の領域をシワ検査領域、パターン４０３が検出されなかったプラスチックフィルム袋２０１の領域を通常検査領域に設定する。
本実施形態は、シワ検査領域及び通常検査領域に対し、各領域に対応した検査条件が割り当てられる。

図５（ａ）、図５（ｂ）は、シワ検査領域と通常検査領域を設定する処理を説明するための模式図である。図５（ａ）は、プラスチックフィルムを加工して得られるプラスチックフィルム袋２０１と、プラスチックフィルム袋２０１に発生したシワ２０６との位置関係を示している。シワ２０６の位置は、Ｓｔｅｐ１で行った高さ計測により特定される。本実施形態は、通常検査をすべき通常検査領域、シワが発生しているため特別検査をすべき特別検査領域の設定を行うことができる。
図５（ｂ）は、特定されたシワの発生位置２０６を基にして決定された通常検査領域５０１とシワ検査領域５０２とを示した模式図である。シワ検査領域５０２にて設定すべき検査パラメータは、検出ターゲットとなっている欠陥の濃淡パターンとシワ２０６により発生する濃淡パターンとが切り分け可能なように適切に設定すればよい。

また、本実施形態では、撮像部１０４は、透過光照射部１０５及び反射光照射部１０６によって光が照射されたプラスチック袋２０１を撮像する。撮像により、撮像部１０４は画像情報を取得することができる。撮像部によって取得された画像情報は、データ処理部１０７に送られる。

＜検査判定＞
次に、Ｓｔｅｐ３で行われる検査判定について説明する。Ｓｔｅｐ３は、Ｓｔｅｐ２において設定された通常検査領域５０１とシワ検査領域５０２の各々について検査を行う。データ処理部１０７は、画像情報をＳｔｅｐ２で設定された検査パラメータにしたがって評価し、欠陥とシワ２０６とを区別して抽出する。さらに、抽出された欠陥候補について、あらかじめ設定された良否判定基準を適用することによってプラスチックフィルム袋２０１の外観の良否判定を行う。

本発明の外観検査装置は、形状に由来したシワ等の外乱成分が発生し得る被検査対象物の外観検査に好適であり、外乱成分に影響を受けることなく、高精度な検査を実施することが可能である。

１０１ 軟包材フィルム
１０２ 駆動ローラ
１０３ 高さ計測部
１０３ａ ラインレーザ照射部
１０３ｂ ３次元カメラ
１０４ 撮像部
１０５ 透過光照射部
１０６ 反射光照射部
１０７ データ処理部
２０１ プラスチックフィルム袋
２０６ シワ
４０３ パターン
５０１ 通常検査領域
５０２ シワ検査領域

Claims (6)

1. フィルム部材の外観を検査するための外観検査装置であって、
   前記フィルム部材を搬送するフィルム部材搬送部と、
   搬送中の前記フィルム部材の高さを計測して該高さに関する高さ情報を取得する高さ情報取得部と、
   前記フィルム部材に光を照射する光照射部と、
   前記光照射部によって光を照射された前記フィルム部材を撮像して画像情報を取得する画像情報取得部と、
   前記高さ情報と前記画像情報とに基づいて、前記フィルム部材の外観の良否を判定する良否判定部と、を有することを特徴とする外観検査装置。
2. 前記高さ情報取得部は、前記フィルム部材の搬送方向と直交する方向に延びるラインレーザ光を照射するラインレーザ照射部及び３次元カメラを含むことを特徴とする請求項１に記載の外観検査装置。
3. 前記良否判定部は、前記高さ情報から予め規定された高さ変化のパターンを検出し、該高さ変化のパターンが検出された前記フィルム部材の第１領域と、前記高さ変化のパターンが検出されなかった前記フィルム部材の第２領域とを区別して設定し、該設定にしたがって前記第１領域と前記第２領域とを検査することを特徴とする請求項１または２に記載の外観検査装置。
4. フィルム部材の外観を検査するための外観検査方法であって、
   前記フィルム部材を搬送するフィルム部材搬送工程と、
   搬送中の前記フィルム部材の高さを計測して該高さに関する高さ情報を取得する高さ情報取得工程と、
   搬送中の前記フィルム部材に光を照射する光照射工程と、
   光が照射された前記フィルム部材を撮像して画像情報を取得する画像情報取得工程と、
   前記高さ情報と前記画像情報とに基づいて、前記フィルム部材の外観の良否を判定する良否判定工程と、を含むことを特徴とする外観検査方法。
5. 前記高さ情報取得工程は、前記フィルム部材の搬送方向と直交する方向に延びるラインレーザ光を照射するラインレーザ照射部及び３次元カメラを用いた光切断法によって前記高さ情報を得ることを特徴とする請求項４に記載の外観検査方法。
6. 前記良否判定工程は、前記高さ情報から予め規定された高さ変化のパターンを検出する工程と、該高さ変化のパターンが検出された前記フィルム部材の第１領域と、前記高さ変化のパターンが検出されなかった前記フィルム部材の第２領域とを区別して設定し、該設定にしたがって前記第１領域と前記第２領域とを検査する工程と、を含むことを特徴とする請求項４または５に記載の外観検査方法。

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