JPH095056A - 表面変形検査装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 被検査物の表面の変形を、その大きさと共に
検出する。 【構成】 リニアセンサ５に入射する光の通過する光学
系平面を缶１の稜線７に合わせリニアセンサ５の両側か
ら斜めに照射し、その正反射光がリニアセンサ５に入射
しないように帯状光源６を配置する。回転装置２により
缶１を回転し、エンコーダ３により回転位置を検出す
る。この回転位置とリニアセンサ５の出力から画像プロ
セッサ２４で二次元画像を生成し、この画像を２値化処
理し、変形の検出、その大きさの測定を行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は被検査物の表面の変形を
検査する装置に係わり、特に缶などの表面に生じる変形
を検査する表面変形検査装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】ビールなどを詰めたアルミ缶の場合、内
部にビールなどの液を充填したアルミ缶の口をシーマで
巻き締めて密封するとき、缶の蓋部に回転力が加わるた
め、缶の側面に発生する剪断力によって座屈が発生し、
缶の表面で円周方向に細長い線状の窪みなどの座屈変形
が生じる。このような変形の検査方法が従来いくつか提
案されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】特公平７−３１１３７
号公報には缶の全周を複数個の画像として撮像し、それ
ぞれの画像を予め撮像した正常な画像と比較し、差が生
ずると欠陥とする。ただし、正常な画像と検査用の画像
との撮像位置のずれによる差が発生するので、これを避
けるため、正常な画像を多少太らせたり、痩せさせたり
したものと比較する。このように正常な画像を変更する
処理が必要なこと、および印刷の不良と変形による不良
等の判別が困難であるという問題点ある。

【０００４】特公平３−５２０１５号公報には円筒状の
ものを複数方向から撮像し、印刷マーク、文字などの汚
れや傷などの判別をするが、データ圧縮処理のため、被
測定物の円周方向に領域を分けて領域の組み合わせで正
常パターンと被検出パターンを表し、比較して欠陥を検
出する。しかし、この場合、印刷マークに似た欠陥は判
別できないという問題点があった。

【０００５】特公平４−２９０２１号公報には、凹みの
ある被検査物の表面を斜めから照明し、凹み部の明暗画
像の光量を比較して凹みなどを検出する方法が開示され
ているが、照明も一方向からだけであり、欠陥の大きさ
などはわからないという問題点がある。

【０００６】特公平６−５４２２４号公報にはレーザ光
を用いて被検査物の三次元形状を検出する技術が示され
ているが、被検査物の位置が一定しない場合や、被検査
物の表面が撮像装置に対して距離が変わる場合、レーザ
の反射像の位置が外れやすいという問題点がある。

【０００７】特公平４−１０５８３号公報には光ファイ
バを用いた投受光セットで同一光源から垂直照明と斜照
明をして垂直反射と斜反射の比から物体表面の異常を検
出する方法が示されているが、欠陥の大きさなどわから
ないという問題がある。

【０００８】また、平行なスリット光群を被検査物の表
面に投射して縞模様を撮像して縞の歪みを判定する方法
があるが多数のスリット光を発生するための光学系と縞
模様の歪み検出解析システムが必要となり、複雑な装置
となっていた。

【０００９】本発明は、上述の問題点に鑑みてなされた
もので、被検査物表面の変形を印刷物などと区別し、比
較的容易に検出し、また、その大きさも検出することの
できる表面変形検査装置を提供することを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
請求項１の発明では、被検査物を撮像するリニアセンサ
と、このリニアセンサに入射する光の通過する光学系平
面内で前記被検査物を前記リニアセンサの両側から被検
査物に対し斜めに照明し、変形してない場所からの反射
光が前記リニアセンサに入射しないように配置された帯
状光源と、前記被検査物を前記リニアセンサの光学系平
面とほぼ直交する方向に移動する移動手段と、この移動
手段の移動量を検出する移動量検出手段と、この検出さ
れた移動量と前記リニアセンサの出力とから二次元画像
を生成する画像生成手段と、前記二次元画像を解析し、
前記被検査物表面の変形を検出する変形検出手段とを備
える。

【００１１】請求項２の発明では、前記変形検出手段は
前記二次元画像に表れる近接した点状画像を相互に結合
し、結合した長さが一定値以上となるものを変形と判断
し、その結合した長さを変形の長さとする。

【００１２】請求項３の発明では、前記帯状光源は、発
光光源と、この光源光を導くライトガイドと、このライ
トガイドの光を帯状の分布光とする分布器と、この分布
器からの光を集光するシリンドリカルレンズとから構成
されている。

【００１３】

【作用】請求項１の発明では、リニアセンサの光学系平
面内で被検査物への照明が行われ、この照明された被検
査物表面からの反射光のうち、変形のない部分からの反
射光はリニアセンサに入射されないが、変形のある部分
の反射光については、少なくもその一部の反射光がリニ
アセンサへ入射される。帯状光源は被検査物をリニアセ
ンサの両側から斜めに照射し、照射部分にくぼみまたは
突起状の変形があった場合、この変形からの反射光がリ
ニアセンサに入射される。くぼみや突起の下降する形状
および上昇する形状の両形状から反射光が出されてリニ
アセンサに入射されるようにリニアセンサの両側に帯状
光源が配置されている。被検査物はリニアセンサの光学
系平面とほぼ直交する方向に移動手段により移動され、
リニアセンサに入射される画像は変わってゆく。画像生
成手段はこの移動量とリニアセンサの出力から二次元画
像を生成し、変形検出手段はこの二次元画像を解析して
変形を検出する。これにより変形を印刷物などと区別
し、比較的容易に検出できる。なお、変形が線状に近い
くぼみや突起領域をもつときは、リニアセンサの走査方
向と変形の方向とが直角に近くなるように交差すること
が好ましい。帯状光源はリニアセンサの光学系平面内に
あり、リニアセンサの両側から斜めに帯状に検査領域を
照明するので、リニアセンサと検査表面の距離が変動し
ても、検査領域に照明が正しく行われる。

【００１４】請求項２の発明では、くぼみや突起により
反射される反射光は、くぼみや突起の下降する形状およ
び上昇する形状の角度のうち、ある角度からの反射光は
リニアセンサに入射しないので、変形が連続した形状で
あってもリニアセンサから得られる画像は分離された点
の集まりになる場合が多い。このため近接した点状の画
像を相互に結合し、その長さが一定値以上のものを変形
として、ノイズなどによるものと区別する。またこの結
合した長さを変形の長さとする。

【００１５】請求項３の発明によれば、帯状光源は、発
光光源と、光源光を導く複数の光ファイバ、または１本
の石英ロッドやアクリルなどの透明樹脂よりなるライト
ガイドとによって導かれ、分布器で帯状の分布光とな
り、シリンドリカルレンズにより被検査物に照射され
る。

【００１６】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面を参照して説明
する。図１は本発明の実施例の構成を示し、（Ａ）は側
面図、（Ｂ）は（Ａ）のＸ−Ｘ断面図である。本実施例
はビール缶やジュース缶など円筒形の表面の変形、例え
ば内部にビールなどの液を充填したアルミ缶の口をシー
マで巻き締めて密封したとき、缶の蓋部に回転が加わ
り、缶の側面に発生するせん断力によって座屈変形が発
生し、缶の周方向に生じる細長い窪みを検出する装置で
ある。

【００１７】１は被検査物の缶である。缶の表面には文
字や絵柄が印刷され、変形のない面は光沢があり照射光
は正反射する。２は缶１を回転する回転装置であり、３
はこの回転位置を検出するエンコーダである。４は缶１
を押さえ滑らかに回転するようにする缶押さえ回転板で
ある。５はリニアイメージセンサでカメラ付きのライン
センサであり、缶１の中心軸Ｃと平行にリニアイメージ
センサ５の走査線がなるように配置する。この缶１の中
心線Ｃとリニアイメージセンサ５の撮像素子の並ぶ線を
含む面をリニヤアメージセンサ５の光学系平面と称す
る。６は帯状光源でリニアイメージセンサ５に対し対称
に配置され、帯状の照明光は前述の光学系平面内を通
り、缶１の稜線７を照射し、かつ、正反射光がリニアイ
メージセンサ５に入射しないように缶１の稜線７に対し
斜めに配置されている。かかる構成により缶１の稜線７
が帯状光源６で照射され、この照射された稜線７の線状
検査領域をリニアイメージセンサ５で撮像し、缶１を回
転してゆき、缶１の全周を撮像することができる。

【００１８】図２は帯状光源６の一例を示す図である。
ハロゲンランプ１０を球状の反射ミラー１１で覆い、多
数の光ファイバ１２よりなるファイババンドルに光を入
射する。光ファイバアレイ１３はファイババンドルの各
ファイバを１列に並べ帯状に配列して分布器を構成して
おり、先端にはシリンドリカルレンズ１４が設けられ集
光レンズとして働く。これにより帯状の光を照射するこ
とができる。シリンドリカルレンズを用いる代わりに１
個又は複数組み合わせたスリットを用いてもよい。

【００１９】図３は帯状光源６の他の例を示す図であ
る。（Ａ）は縦断面図を示し、（Ｂ）は分布器の横断面
図である。ハロゲンランプ１０を球状の反射ミラー１１
で覆い発光光源を構成する。反射ミラー１１は石英ロッ
ド１５に接続されハロゲンランプ１０の光を帯状光に分
布させる分布器１６に導光する。分布器１６は（Ｂ）に
示すように頂壁を構成する透過用三角プリズム板１６ａ
と側壁、底壁を構成する反射用三角プリズム板１６ｂ、
端板を構成する鏡板１６ｃおよび石英ロッド１５との接
続部を構成する鏡板１６ｄからなる。プリズムの方向は
透過用三角プリズム板１６ａでは石英ロッド１５からの
照射光に直交する方向であり、反射用三角プリズム板１
６ｂでは照射光と同じ方向となっている。石英ロッド１
５からの照射光の一部は透過用三角プリズム板１６ａに
直接入射し、残りは反射用三角プリズム板１６ａ、鏡板
１６ｃ、１６ｄで反射された後、透過用三角プリズム板
１６ａに入射し、石英ロッド１５からの照射光にほぼ垂
直な光となり、シリンドリカルレンズ１４によって帯状
光となって出射される。なお、石英ロッド１５はアクリ
ルなどの透明樹脂のロッドとしてもよい。

【００２０】図４は画像解析装置の構成を示すブロック
図である。リニアイメージセンサ５のインターフェース
２０はリニアイメージセンサ５に同期信号ｃを出力し、
画像情報を入力する。またエンコーダ３から缶１の回転
位置を表すエンコーダパルスと、スタートパルスを入力
する。入力したアナログ画情報をデジタルデータに変換
すると共にエンコーダ３のパルス信号に同期して出力す
る。入力バッファ２１はこのデジタルデータを一時格納
する。プログラムメモリ２２は本装置の動作を規定する
プログラムを格納し、このプログラムに従い、ＣＰＵ２
３は装置全体の制御を行い、画像プロセッサ２４は入力
した画像データの濃淡処理、２値化処理、画像解析等を
行う。濃淡画像メモリ２５は濃淡画像データを格納し、
２値化メモリ２６は２値化画像データを格納する。出力
バッファ２７は出力するデータを一旦格納し、Ｄ／Ａ変
換器２８はこの出力をデジタルよりアナログデータに変
換し、ＣＲＴ２９はこの出力データを画面に表示する。
キーボード３０よりオペレータが指示やデータを入力す
る。

【００２１】図５はリニアイメージセンサ５のインター
フェース２０のタイムチャートを示す。スタート信号ａ
により動作を開始する。エンコーダパルスｂは缶１の１
回転当たり、例えば、１０００パルス出力するが、ディ
ップスイッチでの設定などにより間引きすることができ
る。インターフェース２０からの同期信号ｃにより水平
走査が行われ、これに同期してアナログビデオ信号ｄが
入力される。ａ〜ｃの信号は非同期信号であり、ｃとｄ
は同期信号である。ａ，ｂ，ｄは入力信号であり、これ
らの信号に基づいてインターフェース２０のデータ処理
が行われる。入力したビデオ信号ｄを８ビットのデジタ
ルデータに変換し、エンコーダパルスｂを入力した直後
の一走査分のビデオ信号を１Ｈビデオ信号ｅとしてイン
ターフェース２０のラインメモリに書き込みする。次に
このｅのデータをアドレス０からのデータに変換し、次
のエンコーダパルスからインターフェース出力ｆとして
出力する。これと共に垂直同期信号ｇと水平同期信号ｈ
を出力する。水平同期信号ｈはエンコーダパルスｂと同
期した信号とする。

【００２２】図６は缶１の窪み部検出方法を説明する図
である。缶１の稜線７に帯状光源６から照射された光の
反射光ｋは正反射してリニアイメージセンサ５に入射し
ないようにリニアイメージセンサ５と帯状光源６は配置
されている。しかし図６で右側の帯状光源６ａからの照
射光で窪み部３２に当たった照射光の内、窪み部３２
の、ある傾斜に当たった照射光の反射光ｍはリニアイメ
ージセンサ５に入射する。同様にして左側の帯状光源６
ｂからの照射光で窪み部３２の、ある傾斜に当たった照
射光の反射光ｎもリニアイメージセンサ５に入射する。
このようにリニアイメージセンサ５の左右から斜めに照
射することによりくぼみ部３２をとらえることができ
る。入射した光は窪み部の傾斜によっては連続した形状
とならず切れ切れの点状になる。突起部がある場合も同
様にしてとらえることができる。

【００２３】次に本実施例の動作について説明する。図
１に示すように被検査物のビール缶１を回転装置３上に
設定し、缶押さえ回転板４で押さえて一定速度で回転す
る。回転装置３の回転軸に直結したエンコーダ３から回
転位置を示すエンコーダパルスが出力される。これと共
に帯状光源６を点灯し、缶１の稜線７を照射する。リニ
アイメージセンサ５には、この稜線７を中心に所定の幅
をもった一次元の映像が入射され、インターフェース２
０から入力される水平同期信号ごとに一走査して図５で
示したアナログのビデオ信号ｄを出力する。このビデオ
信号ｄをデジタル化したインターフェース出力ｆはエン
コーダパルスｂと同期した水平同期信号ｈ毎に出力され
るので、これを垂直方向に移動して表示すれば二次元画
像が得られる。図４に示す画像プロセッサ２４では入力
した画像を２値化処理して２値画像とし、２値化メモリ
２６に格納する。この２値画像では、くぼみ部３２や突
起等の反射により入力した部分の画像は大きさを持った
点の集まりとして表される。この２値画像から窪みや突
起などの変形を検出する動作フローを説明する。

【００２４】図７は図４に示した画像解析装置の動作フ
ロー図である。リニアイメージセンサ５に入力された映
像はビデオ信号としてインターフェース２０に出力さ
れ、インターフェース２０からデジタル画像データとし
て出力される。この画像データを入力バッファ２１を介
して入力し（Ｓ１）、画像プロセッサ２４により、画像
処理が行われる。まず濃淡処理による反射部分の抽出を
行う（Ｓ２）。反射部分とは缶１表面の窪みや突起など
の変形部からの反射による画像で、光った部分よりな
る。この光った部分と暗部の境界付近の濃度を階調変換
により濃度差を増幅して抽出する。次にこの抽出した反
射部分を２値化して２値画像を得る（Ｓ３）。

【００２５】図８は缶１の２値画像の一例を示す。中央
の点の集まりが缶１の窪み部３２を表す。両端の太線は
缶の上部と底部の凹凸を表す。缶の上部、底部は円筒面
でなく凹凸があり、かつ強度もあるので検査対象外と
し、この部分を除いた部分を検査領域として予め定めて
おき、この検査領域を切り出してフレームを設定する
（Ｓ４）。この検査領域の２値画像について隣接した点
を連結する太らせ処理を行う（Ｓ５）。この連結により
１つの欠陥（変形）として表示する。但し変形の長さ
（リニアイメージセンサの走査線に直角方向の２値画像
の長さ）を測定するため、走査線と直角方向には図８で
示した２値画像の長さまで収縮する。図９は図８の２値
画像をこのように太らせ処理と長さ方向に収縮処理した
太らせ画像を示す。等間隔に入った横線は変形の長さを
読み取る目盛りを表す。この太らせ画像の長さを測定し
（Ｓ６）、検査の基準値として予め設定した値Ａと、こ
の長さの比較をする（Ｓ７）。設定値Ａ以下であれば缶
１は良品とし（Ｓ８）、設定値Ａを越えると不良品とし
（Ｓ９）、その結果を画像表示等により出力する（Ｓ１
０）。なお、２値画像上の変形の長さは、缶１表面上の
既知の長さとこの長さが２値画像上で表される長さとの
比を予め測定しておくことにより正確に測定することが
できる。

【００２６】以上により缶のような円筒形表面の変形を
検出し、その長さを測定することができるが、被検査物
１を平面状のものとし、これをリニアイメージセンサ５
の走査線に対して直角方向に移動し、この移動量をエン
コーダのパルス数で検出することにより、平面状の表面
変形も検出することができる。この場合、帯状光源６
は、缶１の場合と同様リニアイメージセンサ５の両側か
ら被検査物１に対し斜めに、リニアイメージセンサ５の
光学系平面内に帯状照射する。線状の凹又は凸の変形を
検出するときには、リニアセンサは線状方向と直角方向
を長手方向とするとよい。

【００２７】また、実施例では２値画像の光った部分を
膨張することにより結合し、さらに走査線と直角方向に
は元の２値画像まで縮小したものであるが、縮小する代
わりに数値減算してもよいし、膨張処理の代わりに設定
値Ａを膨張した画素の２倍長だけ元の２値画像に加算し
た値としてもよい。

【００２８】

【発明の効果】以上の説明より明らかなように、本発明
は、リニアセンサの両側から被検査物に対して斜めに、
リニアセンサの光学系平面内で帯状光源を照射すること
により、くぼみや突起などの変形を検出し、その長さを
測定することができる。被検査物の変形部からの反射光
の画像より変形を測定しているで、被検査物表面の文字
や絵柄などの印刷により測定が影響されることはない。

【図面の簡単な説明】

【図１】本実施例の構成を示す図で、（Ａ）は側面図、
（Ｂ）は（Ａ）のＸ−Ｘ断面図である。

【図２】帯状光源の構成の一例を示す図である。

【図３】帯状光源の構成の他の例を示す図である。

【図４】実施例の画像処理装置の構成を示すブロック図
である。

【図５】画像処理装置のインターフェースのタイミング
チャートである。

【図６】窪み部からの反射を説明する図である。

【図７】画像解析の動作フロー図である。

【図８】窪みの画像を２値化したもので、光点の集まり
として表された図である。

【図９】図８で表された光点の集まりを連結し、膨張処
理して１個の凹みとして表した図である。

【符号の説明】

１ 缶 ２ 回転装置 ３ エンコーダ ４ 缶押さえ回転板 ５ リニアイメージセンサ ６ 線状光源 ７ 稜線 １０ ハロゲンランプ １１ 反射ミラー １２ 光ファイバ １３ 光ファイバアレイ １４ シリンドリカルレンズ １５ 石英ロッド １６ 分配器 １６ａ 透過用三角プリズム板 １６ｂ 反射用三角プリズム板 １６ｃ，１６ｄ 鏡板 ２０ インターフェース ２３ ＣＰＵ ２４ 画像プロセッサ ２５ 濃淡画像メモリ ２６ ２値化メモリ ３２ くぼみ

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 被検査物を撮像するリニアセンサと、こ
   のリニアセンサに入射する光の通過する光学系平面内で
   前記被検査物を前記リニアセンサの両側から被検査物に
   対し斜めに照明し、変形していない場所からの反射光が
   前記リニアセンサに入射しないように配置された帯状光
   源と、前記被検査物を前記リニアセンサの光学系平面と
   ほぼ直交する方向に移動する移動手段と、この移動手段
   の移動量を検出する移動量検出手段と、この検出された
   移動量と前記リニアセンサの出力とから二次元画像を生
   成する画像生成手段と、前記二次元画像を解析し、前記
   被検査物表面の変形を検出する変形検出手段とを備えた
   ことを特徴とする表面変形検査装置。
2. 【請求項２】 前記変形検出手段は前記二次元画像に表
   れる近接した点状画像を相互に結合し、結合した長さが
   一定値以上となるものを変形と判断し、その結合した長
   さを変形の長さとすることを特徴とする請求項１記載の
   表面変形検査装置。
3. 【請求項３】 前記帯状光源は、発光光源と、この光源
   光を導くライトガイドと、このライトガイドの光を帯状
   の分布光とする分布器と、この分布器からの光を集光す
   るシリンドリカルレンズとから構成されていることを特
   徴とする請求項１記載の表面変形検査装置。