JP2012026858A - 円筒容器の内周面検査装置 - Google Patents

Abstract

【課題】細長い円筒容器、すなわち、その深さに比較して、開口径が小さい円筒容器の内周面の欠陥（微少な凹凸、キズ、汚れ等）を精度よく検出できる検査手法を提供する。
【解決手段】検査システム１００は、照明部１１０と、撮像部１２０と、画像処理部１３０とを備える。撮像部１２０は、カメラレンズ部１２１と、カメラ部１２２とから構成され、カメラレンズ部１２１の光軸が、円筒容器１０１の長手方向（深さ方向）に対し、一定の角度α（例えば、５〜１５度）だけ傾いた状態で設置される。更に、カメラ部１２２の内部において、撮像素子１２３の撮像面が、カメラレンズ部１２１のレンズ主面と平行ではなく、レンズ主面に対して一定の角度βだけ傾くように、撮像素子１２３が設置される。そして、撮像素子１２３の傾きは、シャインプルーフの条件の満足するように、設定される。
【選択図】図１

Description

本発明は、円筒容器（例えば、電池缶）の内周面の欠陥（微少な凹凸、キズ、汚れ等）を検査する技術に関する。

従来、上端に開口部を有する円筒容器の内周面（内側面）の外観異常を検査する手法として、円筒容器の真上からリング状等の照明を照射すると共に、ＣＣＤカメラ等のカメラで撮像し、画像処理技術により、キズや汚れなどの欠陥を検出する技術が知られている。

しかしながら、この従来手法を利用して、電池缶等の細長い円筒容器、すなわち、円筒容器の開口径（Ｄ）に対する深さ（Ｈ）の比（Ｈ／Ｄ）が大きい容器を検査しようとすると、開口径が小さいことから、円筒容器内部に充分な量の光を入れることが困難となり、内周面を照射する光強度が減少することになる。その結果、そのままでは、カメラで撮像される画像が、暗い画像となってしまい、欠陥の検出が困難となる。これに対して、レンズ絞りを大きく開いて撮像することが考えられるが、そうすると、被写界深度が浅くなってしまい、円筒容器の内周面の上端から下端までの全域を合焦点で撮像することが困難となる。これに対して、カメラと円筒容器との撮像距離を大きくとれば、被写界深度が大きくなるので、内周面全域を合焦点で撮像することも可能となるが、この場合、撮像される円筒容器の画像サイズが非常に小さくなってしまい、その結果、分解能が足りなくなって、欠陥検出が困難となる。

なお、特開平８−４３３２３号公報には、缶の軸の周りから内部を照射するリング光源および缶の軸上から内部を照射する同軸落射光源と、上記缶の軸方向から当該缶の内部を撮影して画像を生成するカメラと、このカメラによって撮影した画像をもとに、上記缶の内部の部品の装着状態および異物の付着を検査する画像処理手段とを備えるように構成された缶の画像処理装置が開示されている。

特開平８−４３３２３号公報

本発明の目的は、細長い円筒容器、すなわち、その深さに比較して、開口径が小さい円筒容器の内周面の欠陥（微少な凹凸、キズ、汚れ等）を精度よく検出できる検査手法を提供することにある。

本発明に係る検査装置は、円筒容器の内周面を検査する検査装置であって、前記円筒容器の深さ方向に対して、第一の傾き角度をなすように設置されるレンズと、前記レンズの主面に対して、第二の傾き角度をなすように設置される撮像素子とを備え、前記円筒容器の内周面上の被写体面と、前記レンズの主面と、前記撮像素子の撮像面とが、シャインプルーフの条件を満足することを特徴とする。

この場合において、前記円筒容器の内周面を照射する照明部を更に備えるようにしてもよいし、前記撮像素子によって撮像された画像データに基づいて、前記円筒容器の内周面の欠陥を検出する画像処理部を更に備えるようにしてもよい。

また、以上の場合において、前記円筒容器を自転させる回転機構を更に備えるようにしてもよい。この場合、前記撮像素子は、前記円筒容器が一回自転している間に、複数回の撮像を行うようにしてもよい。

また、以上の場合において、前記円筒容器を、検査位置まで搬送する搬送機構を更に備えるようにしてもよい。

本発明によれば、細長い円筒容器の内周面の欠陥を精度よく検出することが可能となる。

本発明による円筒容器検査システムの構成を説明するための図である。 シャインプルーフの条件を説明するための図である。 円筒容器検査システム１００において、撮像部１２０が撮像した画像を説明するための図である。 本発明による方式における円筒容器の撮像結果を示す図面代用写真である。 従来方式における円筒容器の撮像結果を示す図面代用写真である。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しつつ詳細に説明する。

図１は、本発明による円筒容器検査システム（以下、単に検査システムという）の構成を説明するための図である。本検査システムでは、例えば、１分あたり３００個という高速で円筒容器（例えば、電池缶）の検査が行われる。

同図に示すように、本発明による検査システム１００は、照明部１１０と、撮像部１２０と、画像処理部１３０とを備える。

図１に示した検査システム１００は、検査対象である円筒容器１０１の検査を行うものである。検査対象となる円筒容器１０１は、上端に開口部、下端に底部を有した円筒状の容器であって、不図示の搬送機構によって、所定の検査位置まで順次搬送され、検査終了後に、当該検査位置から順次移動させられる。更に、検査位置には、円筒容器１０１の下端部を把持し、所定の速度（例えば、６００ｒｐｍ以上）で自転させる回転機構（不図示）が設けられている。

照明部１１０は、検査位置において、円筒容器１０１の上方に配置されて、円筒容器１０１の内周面を照射するものであって、例えば、リング状のＬＥＤ照明器によって構成される。

撮像部１２０は、円筒容器１０１を撮像するものであって、カメラレンズ部１２１と、カメラ部１２２とから構成される。カメラレンズ部１２１は、被写体の光学像を結像させるものであって、例えば、複数のレンズを組み合わせた光学系によって構成されている。また、カメラ部１２２は、カメラレンズ部１２１によって結像された被写体の光学像を電気信号に変換し、更に、アナログ・デジタル（Ａ／Ｄ）変換をして、画像データ（例えば、濃淡データ）として出力するものであって、その内部に、例えば、ＣＣＤイメージセンサやＣＭＯＳイメージセンサで構成される撮像素子１２３を備えている。

同図に示すように、撮像部１２０は、検査位置において、円筒容器１０１の真上ではなく、円筒容器１０１の長手方向（深さ方向）に対して、一定の角度αだけ傾けた状態で設置される。すなわち、カメラレンズ部１２１の光軸を、円筒容器１０１の長手方向（深さ方向）に対し、α度（例えば、５〜１５度）傾けた状態で設置される。撮像部１２０の更なる詳細については後述する。

画像処理部１３０は、撮像部１２０と適宜接続されて、撮像部１２０から出力される画像データに対して、所定の画像処理を行って、円筒容器１０１の外観欠陥（内周面の凹凸、キズ、汚れ等）を検出するものである。

次に、撮像部１２０の詳細について説明する。

前述したように、撮像部１２０は、検査位置において、カメラレンズ部１２１の光軸が、円筒容器１０１の長手方向（深さ方向）に対し、α度（例えば、５〜１５度）傾いた状態で設置される。更に、本実施形態においては、カメラ部１２２の内部において、撮像素子１２３の撮像面が、カメラレンズ部１２１のレンズ主面と平行ではなく、レンズ主面に対して一定の角度βだけ傾くように、撮像素子１２３を設置している。そして、撮像素子１２３の傾きは、シャインプルーフの条件の満足するように、設定される。

図２は、シャインプルーフの条件を説明するための図である。

同図に示すように、レンズ２１０の主面２１１と、撮像面（結像面）２２０と、物体面（被写体面）２３０とが、これら３つの面をそれぞれ延長した面が一箇所（一直線上）２４０で交差するような位置関係にあるとき、シャインプルーフの条件を満足しているという。シャインプルーフの条件が満足されている場合、すなわち、レンズ主面２１１と、撮像面２２０と、物体面２３０とが、図２に示したような位置関係にある場合、シャインプルーフの原理により、物体面２３０の全域の画像が合焦点で撮像面２２０上に結像することになる。

検査システム１００においては、カメラレンズ部１２１の光軸を、検査位置にある円筒容器１０１の中心鉛直線上とするのではなく、鉛直線（円筒容器の長手方向）に対し所定の傾き角度αをなすように設定し、カメラレンズ部１２１のレンズ主面と、円筒容器１０１の内周面上の被写体面（撮像範囲中心部）の交差する軸を、撮像素子１２３の撮像面が通過するように、カメラレンズ部１２１のレンズ主面に対して撮像素子１２３を、所定の角度βだけ傾けて配置する。その結果、シャインプルーフの条件が満足されることとなり、レンズ絞値に関係なく、円筒容器１０１の内周面の上端から下端までの全域で合焦点の撮像が可能となる。つまり、カメラレンズ部１２１の絞りを開いた状態においても、円筒容器１０１の内周面の上端から下端までの全域で合焦点の撮像が可能となる。

図３は、検査システム１００において、撮像部１２０が撮像した画像を説明するための図である。

同図に示すように、撮像部１２０が撮像した画像は、円筒容器１０１を斜め上から見た画像となっている。そして、一回の撮像で検査対象となる内周面上の検査対象領域３１０の全域が画像内に収まるようになっている。本実施形態では、円筒容器１０１の中心から見て６５度の範囲内にある内周面を、検査対象領域３１０としている。検査システム１００においては、円筒容器１０１が検査位置に搬送された際に、検査対象領域３１０の全域が画像内に収まるように、撮像部１２０の傾き角度α、位置（撮像距離）その他条件が設定されている。そして、前述したように、シャインプルーフの条件を満足するように、撮像素子１２３の撮像面が、カメラレンズ部１２１のレンズ主面に対して、所定の角度βだけ傾くように設置されたカメラ部１２２で撮像することで、検査対象領域３１０の中心部３１１については、上端から下端までの全域が合焦点で撮像されることになる。また、撮像部１２０は一定の焦点深度を有していることから、検査対象領域３１０の中心部３１１のみならず、その両側の一定の範囲（本実施形態では、円筒容器１０１の中心から見て６５度の範囲）についても、上端から下端までの全域が合焦点で撮像されることになる。つまり、検査対象領域３１０の全域が合焦点で撮像されることになる。その全域が合焦点で撮像された検査対象領域３１０の画像データは、画像処理部１３０に送られて、欠陥の有無が判定されることになる。

検査システム１００においては、検査対象となる円筒容器１０１を自転させながら、撮像部１２０による撮像を複数回（例えば、前述した検査対象領域３１０の場合、一自転あたり６回以上）行い、各撮像画像について、画像処理部１３０による検査を行うことで、円筒容器１０１の内周面の全周検査を行うことになる。

検査システム１００においては、以上のような構成を有しているので、カメラレンズ部１２１の絞りを大きく開くことができ、細長い円筒容器、すなわち、その深さに比較して、開口径が小さい円筒容器についても、その内周面を充分な露光量で撮像することが可能となり、内周面の欠陥を精度よく検出することが可能となる。

更に、検査システム１００においては、カメラレンズ部１２１の絞りを大きく開くことができるので、高速シャッターを使って撮像する場合であっても、充分な露光量を確保することが可能となる。例えば、円筒容器の内周面の全周検査を１個あたり１００ミリ秒程度の時間で行うことを考えた場合、円筒容器を自転させたまま、複数回撮像することが必要となるが、その場合、カメラのシャッター時間は、例えば、１／１００００秒程度が要求されることになる。このような高速シャッターで撮像する場合には、一般に、カメラの露光量が極めて少なくなるが、検査システム１００においては、レンズ絞りを充分に開く（絞値Ｆを小さく）することができるので、撮像に必要な露光量を確保することが可能となる。

更に、検査システム１００においては、円筒容器１０１の内周面を斜め上から撮像するようにしてので、真上から撮像する場合と比較して、内周面上の欠陥の見かけ上のサイズ（撮像面に投影されるサイズ）が大きくなる。すなわち、従来方式と比較して、内周面上の欠陥の深さ方向（円筒容器の長手方向）のサイズを大きく撮像することが可能となる。その結果、内周面上の欠陥の検出分解能が大きく向上することにもなる。

図４は、本発明による検査システムにおける円筒容器の撮像結果を示す図面代用写真である。一方、図５は、従来方式、すなわち、真上から撮像した円筒容器の撮像結果を示す図面代用写真である。

図４及び図５は共に、内周面に多数のドットが描かれた同じ円筒容器を撮像した結果を示している。この例では、開口径（Ｄ）＝１８ｍｍ、深さ（Ｈ）＝６５ｍｍの円筒容器の内周面に、０．５ｍｍ径のドットが、周方向に２０°間隔、深さ方向に１０ｍｍ間隔で描かれている。

また、撮像に使用したＣＣＤイメージセンサは、サイズ＝１／３インチ（４．８×３．６ｍｍ）、解像度＝６４０×４８０、許容錯乱円＝０．０１１ｍｍである。また、撮像に使用したレンズは、焦点距離＝１２ｍｍ、最低被写体距離１００ｍｍである。

そして、レンズ絞りは、図４では、Ｆ＝１．４（全開）で、図５では、Ｆ＝１１となっている。前述したように、本発明による方式では、レンズの絞りを開いた状態においても、容器内周面の上端から下端までの全域で合焦点の撮像が可能なので、図４の撮像時には、レンズの絞りを全開にしている。一方、従来方式では、レンズを絞らないと合焦点の撮像ができないので、ドットの観測ができる程度まで、レンズを絞っている。

図４に示すように、本発明による方式では、明るさが均一となっており、画像処理が容易になっている。また、下端付近のドットも大きく記録されており、下端付近の欠陥の検出も容易になっている。なお、図４に示した撮像結果では、図５に示した撮像結果と比較して、深さ方向のドット間隔が大きく記録されており、高分解能になっていることがよくわかる。

一方、図５に示すように、従来方式では、全体を一様な明るさに調整することが困難になっている。また、下端付近のドットは非常に小さく記録されており、下端付近の欠陥の検出が難しくなっている。

以上、本発明の実施形態について説明してきたが、当然のことながら、本発明の実施形態は上記のものに限られない。例えば、上述した実施形態においては、円筒容器１０１を自転させることで、１つの撮像部１２０で、全周検査を行っていたが、円筒容器１０１を自転させるのではなく、円筒容器１０１（の検査位置）の周囲に、複数（例えば、６つ）の撮像部１２０を設けて、当該複数の撮像部１２０で複数の検査対象領域を同時に撮像することで、複数の検査対象領域の全体で全周検査を行うようにすることも考えられる。

また、上述した実施形態においては、照明部１１０を、リング状のＬＥＤ照明器によって構成していたが、照明部１１０を、面状の拡散照明器や、スポット照明器で構成することも考えられる。照明部１１０を構成する照明器としては、円筒容器１０１の内周面の性質やＨ／Ｄ比等の実装条件に応じて最適なものが選択される。

１００ 円筒容器検査システム
１０１ 円筒容器
１１０ 照明部
１２０ 撮像部
１２１ カメラレンズ部
１２２ カメラ部
１２３ 撮像素子
１３０ 画像処理部
２１０ レンズ
２１１ 主面
２２０ 撮像面（結像面）
２３０ 物体面（被写体面）
２４０ 交差線
３１０ 検査対象領域
３１１ 検査対象領域中心部

Claims (6)

1. 円筒容器の内周面を検査する検査装置であって、
   前記円筒容器の深さ方向に対して、第一の傾き角度をなすように設置されるレンズと、
   前記レンズの主面に対して、第二の傾き角度をなすように設置される撮像素子と
   を備え、
   前記円筒容器の内周面上の被写体面と、前記レンズの主面と、前記撮像素子の撮像面とが、シャインプルーフの条件を満足する
   ことを特徴とする検査装置。
2. 前記円筒容器の内周面を照射する照明部を更に備える
   ことを特徴とする請求項１に記載の検査装置。
3. 前記撮像素子によって撮像された画像データに基づいて、前記円筒容器の内周面の欠陥を検出する画像処理部を更に備える
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載の検査装置。
4. 前記円筒容器を自転させる回転機構を更に備える
   ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の検査装置。
5. 前記撮像素子は、前記円筒容器が一回自転している間に、複数回の撮像を行う
   ことを特徴とする請求項４に記載の検査装置。
6. 前記円筒容器を、検査位置まで搬送する搬送機構を更に備える
   ことを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の検査装置。