JP4903031B2 - 透光性を有するシート材の外観検査装置および方法 - Google Patents

Description

本発明は、透光性を有するシート材の外観検査に関するものである。

リネンサプライ業界では、大量の被洗濯物が処理される。たとえば、ホテルなどでは、シーツ、カバーなどが大量に洗濯される。そのような被洗濯物は、たとえば３ｍの幅のアイロナでアイロン掛けされ、次に、ベルトコンベアで運ばれる途中で照明器具でその表面を照らして、外観が検査された後、折り畳み機に送られる。折り畳み機では、外見検査により穴、汚れなどの不良が検出されたか良品であったかの検査結果に基づいて折り畳み方や取り出し場所を変えて排出される。シーツなどの被洗濯物は透光性を有するシート材の例である。同様に、フィルム、ガラスクロス、プリプレグ、プラスチックボード、ペーパーなどの透光性を有するシート材についても、特開平７−２２９８５２号公報に記載された外観検査装置に記載されているように、外観検査が同様に行われ、不良品が検出される。

透光性のあるシート材を検査する場合、被検査物の背後にあるベルトコンベアの表面の色の影響を受ける。そこで、特開平７−２２９８５２号公報に記載された外観検査装置では、透光性を有するシート材の欠陥を高精度に検出するため、複数の単一色でかつ異なる色（たとえば、白色、黒色および赤色）のブロックをシート材の背景となるように配置する。ブロックの色は、披検査物の色に応じて適当に選べばよい。そして、複数のブロックの色を検出する複数のカメラを設ける。これにより、欠陥を色差により鮮明に浮かび上がらせることができ、確実に欠陥を検出することが可能になる。
特開平７−２２９８５２号公報

しかし、特開平７−２２９８５２号公報に記載された外観検査装置ではカメラを複数台設けなければならず、したがって、カメラ、レンズ、ケーブル、画像処理装置はそのブロックの色数分を用意せねばならなかった。

本発明の目的は、透光性を有するシート材の外観を容易に検査できるようにすることである。

透光性を有するシート材の外観を検査する本発明に係る外観検査システムは、（ａ）搬送されてきた被検査物がその上を通過する、複数の互いに色が異なる単一色の背景板であって、被検査物の搬送方向に直交する方向に搬送幅にわたって設けられた、背景板と、（ｂ）複数のリニアカラーセンサを内蔵するカメラであって、前記複数のリニアカラーセンサは、それぞれが前記複数の背景板の１つの上の画像を撮像する位置に設置されているカメラと、（ｃ）被検査物の中の同一箇所が前記複数の背景板の上の被検査物を通るとき前記カメラにより撮像された被検査物の画像から、被検査物の外観の欠陥を検査する画像処理装置とを備える。

前記外観検査システムにおいて、前記複数の背景板は、たとえば、白色の背景板と黒色の背景板である。また、好ましくは、前記画像処理装置は、前記黒色背景板を撮像して被検査物が存在しないと判断したとき、前記白色背景板を撮像して得られた画像データを基に白色の校正データを作成する。

前記外観検査システムにおいて、前記画像処理装置は、前記同一箇所の画像が黒背景ブロック上で黒であって、白背景ブロック上の画像では白であれば、破れが存在すると判定する。また、前記画像処理装置は、前記同一箇所の画像が黒背景ブロックでの上で黒であって、白背景ブロック上で黒であれば、黒の汚れが存在すると判定する。また、前記画像処理装置は、前記同一箇所の画像が黒背景ブロック上で周囲の色より高輝度であって、白背景ブロック上で周囲の色と同じ輝度であれば、被検査物の一部が折られて多重になっていると判定する。

本発明に係る、透光性を有するシート材の外観を検査する第１の外観検査方法では、（ａ）複数の互いに色が異なる単一色の背景板を、被検査物の搬送方向に直交する方向に搬送幅に渡って設置し、また、（ｂ）複数のリニアカラーセンサを内蔵するカメラを、前記複数のリニアカラーセンサがそれぞれ前記複数の背景板の１つの上の被検査物の画像を撮像する位置に設置する。そして、（ｃ）被検査物の中の同一箇所が前記複数の背景板の各々の上を通るときに前記カメラにより被検査物の画像を撮像し、（ｄ）被検査物の前記画像において前記同一部分の画像を比較して、被検査物の外観の欠陥を検出する。

本発明に係る、透光性を有するシート材の外観を検査する第２の外観検査方法では、（ａ）被検査物と異なる色の背景板の上で、被検査物の画像を撮像し、（ｂ）被検査物の画像の中に、シート材の１重部分よりより高輝度の部分が存在すれば、シート材が多重になった部分であると判断する。

複数視野を有する１台のカメラを使用するので、低コストで高精度な外観検査を提供できる。
被検査物と異なる色の背景を応用して、被検査物の折れ不良を検査できる。また、被検査物と異なる色の背景を応用して、額縁包布の欠陥を検出できる。
背景板の一つを白色にする事により、白色の自動校正が可能となる。

以下、添付の図面を参照して発明の実施の形態を説明する。

本発明では、シーツなどの透光性を有する被検査物の外観の欠陥を検出する。

図１は、洗濯ラインの全体構成の１列を示す。洗濯機で洗濯されたシーツ等の被洗濯物は半乾きの状態で広げられてアイロナ１０に投入され、アイロン掛けされると共に乾燥される。乾燥した被洗濯物は、搬送装置１２によって、折り畳み機１４へと搬送される。シーツの場合は、１枚の広げられた布として搬送される。撮像装置１６は、搬送装置１２により搬送ベルト上で移動していく被洗濯物を撮像する。画像処理装置１８は、撮像装置１６から受け取った映像信号を基に外観の異常（破れ、汚れなど）を検出する。折り畳み機１４では、画像処理装置１８の検査結果に基づいて折り畳み方や取り出し場所を変えて排出される。アイロナ１０や搬送装置１２は、たとえば３ｍの幅をもつ。なお、このような広い幅を有効に利用するため、搬送装置１２では、多数の被洗濯物が並列に搬送されていく。

シーツの不良について、さらに詳述すると、シーツ自体の不良としては破れおよび汚れがあり、汚れはさらに色染み、黒汚れなどがある。シーツ自体の不良ではないが、搬送途中で形状が異常になったり、折れてしまったりする場合がある。この場合、折り畳み機で、正常に折り畳めなかったり、途中でシーツが詰まってしまうという問題がある。

破れと汚れは、どちらもシーツの不良であるが、汚れは再洗したり染み抜きしたりするのに対し、破れは廃棄するかもしくは修繕するため、両者は区別して排出されることが望ましい。しかしながら、従来の黒背景板のみの検査装置においては、破れなのか黒い汚れなのかが区別できない問題があった。

図２は外観検査装置の１例を図式的に示す。搬送装置１２の搬送経路の一部に、１色目の背景ブロック２２と２色目の背景ブロック２４が並列に、配置方向と直交する方向に、搬送装置１２の搬送幅（たとえば３ｍ）にわたって、配置される。第１色は黒色であり、第２色は白色である。黒色と白色の背景ブロック２２，２４は、たとえば、鉄板の黒塗装と白塗装により製造される。アイロナ１０よりアイロン掛けされて出てきた被洗濯物２０は２色の背景ブロック２２，２４の上を通過して行く。白色の光源３０ａ、３０ｂは、背景ブロック２２，２４の上の被検査物を照明する位置に、搬送方向に前方と後方に設置され、被検査物を明るく照らす。さらに、２色の背景ブロック２２，２４の上方に、多板式ラインカメラ（今回の例では２板式ラインカメラ３２）が設置される。２板式カメラ３２は、２つの受光素子３４ａ、３４ｂを備える。受光素子３４ａ、３４ｂはＣＣＤのリニアセンサである。受光素子３４ａ、３４ｂの位置は、レンズ３６を介して１色目の背景ブロック２４上の被洗濯物２０を撮像し、受光素子３４ｂはレンズ３６を介して２色目の背景ブロック２２上の被洗濯物２０を撮像するように、調整されている。

多板式ラインカメラについて説明する。通常ラインカメラの視野は１箇所であり、２色の背景ブロック２２，２４を観察する構成を実現するには２台のラインカメラが必要となる。ラインカメラが２台になると、レンズ、ケーブル、画像処理装置も２台必要となってくる。また、３ｍの視野幅を得ようとすると相当高い位置にカメラを設置する必要があり、その高い位置に設置したカメラの位置や向きを調整して２つのカメラの視野の相対位置関係を精度良く合わせることは非常に困難である。

そこで、外観検査のため２板式ラインカメラ３２を作成した。ここで、１台のカメラ３２の中に２つのリニアセンサ（受光素子）３４ａ、３４ｂを平行に配置した。すなわち、１台のカメラ３２が複数視野を有する。なお、３色の背景ブロックを用いる場合は、１台のカメラの中に３つのリニアセンサを平行に配置する。

２板式カメラの場合、予めカメラ製造段階で２つのリニアセンサの相対位置関係は調整済みであるため、一方の背景ブロックにその背景ブロックを撮像する方のリニアセンサの視野が収まる程度にカメラを調整するだけよい。これに対し、２カメラ式の場合、それぞれのカメラの視野をそれぞれの背景ブロックに収まる程度に調整するだけでは不十分で、背景ブロックのどの位置に視野があるかまで合わせる必要があり、Ｘ方向、Ｙ方向およびθ方向の３軸を精密に調整しなければならない。また、レンズ焦点距離に個体差があるため、撮像倍率を合わせるためにカメラの高さ方向（Ｚ方向）も調整する必要がある。

カメラ３２では、増幅回路により、撮像素子３４ａ、３４ｂからのアナログ信号を増幅し、ＡＤ変換器により、増幅信号のＡＤ変換をする。そして、ハードウェアロジック回路が、あらかじめ記憶している白板校正データを用いて、得られたデジタル信号（生データ）の校正演算をし、８ビットデジタル信号を出力する。

背景ブロック２２，２４の色は単一色である。ここでは、背景ブロック２２，２４の色をそれぞれ黒，白とした。また、必要ならば、３つ以上の背景ブロックを用いてもよい。この場合、カメラには、３つ以上のリニアセンサを内蔵する。

画像処理装置は、図３に示すように、通常のコンピュータと同様の構成を備える。全体を制御するＣＰＵ４０は、命令などを入力するキーボードなどの入力装置４２、データなどを表示する表示装置４４、ハードディスクドライブなどの記憶装置４６、カメラ３２との信号入出力のためのインタフェース４８を備える。記憶装置４６は、カメラから入力された画像データ、白色校正データなどや、外観検査のための画像処理プログラムなどを記憶する。

以上に説明した外観検査装置について、その動作を説明する。搬送装置１２において、被洗濯物２０は、黒の背景ブロック２２の上を通り、次に、白の背景ブロック２４の上を通る。被洗濯物２０は白色の光源３０ａ、３０ｂにより照射されている。受光素子３４ａ、３４ｂは一定間隔に配置されているため、被洗濯物２０の移動速度を用いて逆算することにより、黒の背景ブロック２２上にある部分が黒の背景ブロック２４上に到達する時間がわかる。したがって、受光素子３４ａ，３４ｂは、時間差的に、被洗濯物２０の同一箇所を撮像できる。次に、被検査物の同一箇所について、黒背景ブロック２２の上の画像と白背景ブロック２２の上の画像を比較することにより欠陥の有無や種類が判別できる。

この外観検査装置では、透光性を有する被検査物（シーツなど）について、表１に示すような４種の欠陥（破れ、黒の汚れ、色染み、折れ）が検査できる。（破れすなわち穴は最も透光性が高い状態である。）以下にそれぞれの例を説明する。

表１ 欠陥検出

被洗濯物２０に破れがあった場合、破れた部分は背景ブロックが露出して見えているので、被洗濯物２０は、黒の背景ブロック２２の上で、破れが黒く受光素子３４ａに撮像される。次に、その被洗濯物２０が、白の背景ブロック２４の上で、破れが白く受光素子３４ｂに撮像される。受光素子３４ａ、３４ｂにより時間差的に被洗濯物２０の同一箇所を撮像して、被洗濯物２０に破れがあったことを認識できる。（ここでは、画像の色について簡単のため単純に黒、白という表現をしているが、実際は黒背景ブロック上の破れでも半分透けたような破れは暗いだけで真っ黒とはならない場合がある。また、白背景ブロック上の破れでも破れ周囲の影などで部分的に黒く見える場合もある。従って、黒背景ブロックと白背景ブロックでの相対的な差異で破れを検出することになる。）

また、被洗濯物２０に黒色の汚れがあった場合、まず、黒の背景ブロック２２では汚れが黒く受光素子３４ａに撮像される。次に、白の背景ブロック２４でも汚れは黒く撮像される。受光素子３４ａ，３４ｂにより時間差的に被洗濯物の同一箇所を撮像して、同一箇所で黒色と撮像されたものは黒の汚れであることが認識できる。

また、被洗濯物２０に色染みがあった場合、周囲の色とは異なる色であるので色の違いを検出すれば良いが、白背景ブロック２４の方がコントラスト良く撮像できるので、白背景ブロック２４上での画像を用いる方が望ましい。

さらに、この外観検査装置で被洗濯物を検査しているとき、輝度情報からシーツの折れ不良を効果的に検出できることが見出された。図４は、折れ不良の１例を示し、シーツの左下側で１部が折り重ねられている。不良形状が検知できなかったシーツはそのまま折り畳み機に送られるため、正規の折り畳み以外の部分が折れていたり、折り畳み機が詰まったりする。したがって、そのような欠陥も検査できることが望ましい。その観点で従来の技術を検討すると、従来は、搬送装置の幅の中で複数の光電センサを配置し、得られた離散的な位置情報を元にシーツの端の状態を推測することが行われていた。しかし、この方式では不良形状が光電スイッチの検出可能な位置にあるものしか検知できないという問題があった。光電センサではなく被検査物の全体の画像の外形から形状不良を検出する方法も考えられる。この場合は光電センサの離散的な位置に起因する問題はないが、外形の不良は検出できても、折れ不良は検出できない。図５の（ａ）に示すような角が折れたような場合は外形が矩形とは異なることで検出可能であるが、図５の（ｂ）に示すように折れてはいても外形が矩形をしている場合は外形では不良検出ができない。

被洗濯物２０が部分的に重なった場合、黒色の背景ブロック２２上の重なった部分では下側の布が白の背景ブロックの役割を果たし、高輝度な映像が撮像される。一方、重なっていない部分では黒の背景２２の暗色が被洗濯物を透過し、２枚重ねの部分に比べ、低輝度の映像となる。図４の下側に１例を示す。続いてこの被洗濯物２０が白の背景ブロック２４上を通過する際、既に背景ブロック２４が透けて高輝度な映像を作っているため、２枚重ねの部分もそうでない部分もほぼ同輝度の映像となる。これにより、薄い汚れが部分的にある重なりのない被洗濯物であるか、重なり部分のある被洗濯物であるかが識別できる。被洗濯物が１枚物のシーツであれば、折れ不良であることが検知できる。

図６は、画像処理装置１８による白板校正データ生成のフローチャートを示す。白板校正とは、照明ムラ、レンズシェード(周辺が暗<なる)、ＣＣＤ感度バラツキなどに起因する不均一性および主に照明に起因する光量変動(時間的、位置的)を排除するため、安定かつ均一と見なせる白板を撮像して、その撮像データを用いて校正することをいう。

まず、黒背景ブロック２２上の画像をカメラ３２に撮像させて、画像データを取得する（Ｓ１０）。次に、その画像データを基にシーツの有無をチェックする（Ｓ１２）。シーツがなければ、ステップＳ１０に戻る。ここで、黒背景ブロック２２での撮像データに明るい部分があれば、シーツ有りと判定し、なければ、シーツ無しと判定する。実際には、黒背景ブロックの汚れ、埃などを考慮して、設定しきい値以上の画素数が設定画素数以上あるかどうかで判定する方法や、平均値で判定する方法などが考えられる。また、１ラインのデータのみで判定しても良いし、複数ラインのデータを用いて判定してもよい。

シーツが検出されると、次に、白背景ブロック２４上の画像をカメラ３２に撮像させて画像データを取得する（Ｓ１４）。白背景視野と黒背景視野とでは、距離があるため時間遅れが生じる。このため、黒背景ブロックでシーツ無しと判定しても、まだ白背景ブロック２４上にシーツがある場合があるため、空読みなどして白背景視野での撮影まで時間調整をすることも必要である。また、１ラインだけでなく、複数ラインでデータを取得しても良い。

次に、白板校正データを算出する（Ｓ１６）。ここで、複数ラインを取得して平均化することでノイズを除去する。あるいは、画素並び方向(横方向)に平滑化してゴミや汚れ等の影響を軽減するなどしても良い。次に、算出した白板校正データにより白板校正データを更新する（Ｓ１８）。

この白板校正データはカメラ３２に送られ、カメラ３２内に記憶される。図４の右側には、カメラ３２内での撮影データの処理手順を示す。撮像素子３４ａ，３４ｂにより被検査物を撮像し、得られたアナログ信号を増幅器により増幅し、次にＡＤ変換（１２ビット）をして、デジタル信号（生データ）が得られる（Ｓ２０）。この生データに対して、ハードウェアロジック回路で白板校正データを用いて校正演算して８ビットのデジタル信号を出力する（Ｓ２２）。そして、この８ビットデジタル信号を画像処理装置１８に出力する（Ｓ２４）。画像処理装置１８では、これを入力して外観異常の有無と種類を判別する。上述の撮影データ処理は、校正データをカメラ３２に伝送しなければならないという欠点はあるが、画像処理装置１８内で白板データなどが把握できるため、照明の劣化や白板の汚れなどを検出し警報などを出すことが可能である。

なお、他の方式も可能である。たとえば、画像処理装置側ではシーツの有無のみを判定し、白板校正の指令をカメラに与える。そして、カメラ内で、白板校正データ算出を含めてすべての処理を行う。この方式では、画像処理装置の負担は減り、データ転送なども必要ないが、画像処理装置から見てブラックボックス的になり管理ができない。また、カメラ側に複雑な演算処理回路を設ける必要がある。また、別の方式では、カメラからはアナログあるいはデジタルの生データのみを出力し、画像処理装置側でハードウェアまたはソフトウェアですべての処理を行う。この場合の校正後データ出力は、処理ロジック(ハードウェア、ソフトウェア)への出力を意味する。この方式では、カメラからの出力データが生データのため、階調が多<ないと桁落ちでＳＮ比が悪くなる。また、画像処理装置の負担が大きくなる。

透光性を有するシート材（被検査物）の重なりを検出する場合、先に説明したように、被検査物（たとえば白色）とは異なる色（たとえば黒色）の背景板の上で、被検査物の画像を撮像する。そして、被検査物の画像の中に、シート材の１重部分よりより高輝度の部分が存在すれば、シート材が多重になった部分であると判断する。ここで、輝度情報から布が二重になっている部分と一重になっている部分とを被検査画像から分離すると、エリア別に検査が可能となる。たとえば、被洗濯物が図６に示す額縁包布である場合は、額縁の内側エリアと外側エリアとで検査感度などを変更する。１重部分（たとえば上述の内側エリア）については上述の手法で各種の外観異常を判断する。二重部分については、破れ検査が不可能なので汚れ検査のみを行う。

なお、現在のエリアセンサはカメラ３２のための撮像素子として採用できない。しかし、部分的スキャンが可能なエリアセンサが知られていて、そのようなエリアセンサでは部分的スキャンにより速く読み出すことは可能である。したがって、たとえば３ｍ幅を撮像できるエリアセンサが利用できるようになれば、リニアセンサの代わりにそのようなエリアセンサをカメラ３２内に設置できる。被検査物が小さい場合は、エリアセンサを備えたカメラを用いてもよい。また、被検査物の重なりの検出のため全体画像を表示する場合も、被検査物が小さければ、エリアセンサを備えたカメラを使用できる。

なお、いうまでもなく、シーツなどの被洗濯物の他に、フィルム、ガラスクロス、プリプレグ、プラスチックボード、ペーパーなどの透光性を有するシート材の外観検査についても本発明が同様に適用できる。

洗濯ラインの全体構成を示す図 外観検査システムの構成を示す図 画像処理装置の１例の図 折れ不良の１例を示す図 折れ不良検出を説明するための図 額縁包布の１例を示す図 白板校正データ生成のフローチャート

符号の説明

１０ アイロナ、 １２ 搬送装置、 １６ 撮像装置、 １８ 画像処理装置、 ２０ 被洗濯物、 ２２ １色目の背景ブロック、 ２４ ２色目の背景ブロック２４、 ３０ａ、３０ｂ 光源、 ３２ ２板式ラインカメラ、 ３４ａ、３４ｂ 受光素子（リニアセンサ）、 ３６ レンズ。

Claims (8)

1. 被検査物である透光性を有するシート材の外観を検査する外観検査システムであって、
   搬送されてきた前記被検査物がその上を通過する、複数の互いに色が異なる単一色の背景板であって、前記被検査物の搬送方向に直交する方向に搬送幅にわたって設置された、複数の背景板と、
   複数のリニアカラーセンサと、前記複数のリニアカラーセンサについて共通のレンズと、を内蔵する多板式カメラであって、前記複数のリニアカラーセンサは、その相対位置が互いに固定されていると共に、各リニアカラーセンサは、前記共通のレンズを介してそれぞれ前記複数の背景板のうちの互いに異なる１つの背景板の上を通る前記被検査物の画像を撮像可能な位置に設置されている、多板式カメラと、
   前記被検査物の中の同一箇所が前記複数の背景板の上を通るとき、前記多板式カメラの各リニアカラーセンサにより撮像された前記被検査物の前記同一箇所についての画像を比較することにより、前記被検査物の外観の欠陥を検査する画像処理装置と、
   を備えた外観検査システム。
2. 前記複数の背景板が、白色の背景板と黒色の背景板であることを特徴とする請求項１に記載された外観検査システム。
3. 前記画像処理装置は、前記同一箇所の画像が前記黒色の背景板上で黒であって、前記白色の背景板上で白であれば、破れが存在すると判定することを特徴とする請求項２に記載された外観検査システム。
4. 前記画像処理装置は、前記同一箇所の画像が前記黒色の背景板上で黒であって、前記白色の背景板上で黒であれば、黒の汚れが存在すると判定することを特徴とする請求項２に記載された外観検査システム。
5. 前記画像処理装置は、前記同一箇所の画像が前記黒色の背景板上で周囲の色より高輝度であって、前記白色の背景板上で周囲の色と同じ輝度であれば、前記被検査物の一部が重なって多重になっていると判定することを特徴とする請求項２に記載された外観検査システム。
6. 前記画像処理装置は、前記黒色の背景板上を撮像して被検査物が存在しないと判断したとき、前記白色の背景板を撮像して得られた画像データを基に白色のデータを校正することを特徴とする請求項２に記載された外観検査システム。
7. 被検査物である透光性を有するシート材の外観を検査する外観検査方法であって、
   複数の互いに色が異なる単一色の背景板を、前記被検査物の搬送方向に直交する方向に搬送幅に渡って設置し、
   複数のリニアカラーセンサと、前記複数のリニアカラーセンサについて共通のレンズと、を内蔵する多板式カメラを、前記複数のリニアカラーセンサの相対位置を互いに固定すると共に、各リニアカラーセンサが、前記共通のレンズを介してそれぞれ前記複数の背景板のうちの互いに異なる１つの背景板の上を通る前記被検査物の画像を撮像する位置に設置し、
   前記被検査物の中の同一箇所が前記複数の背景板の各々の上を通るとき、前記多板式カメラの各リニアカラーセンサにより前記被検査物の前記同一箇所について画像を撮像し、
   前記被検査物の前記画像において前記同一箇所についての画像を比較して、前記被検査物の外観の欠陥を検出する、
   外観検査方法。
8. 被検査物である透光性を有するシート材の外観を検査する外観検査方法であって、
   白色の背景板と黒色の背景板とを、前記被検査物の搬送方向に直交する方向に搬送幅に渡って設置し、
   ２つのリニアカラーセンサと、前記２つのリニアカラーセンサについて共通のレンズと、を内蔵する２板式カメラを、前記２つのリニアカラーセンサの相対位置を互いに固定すると共に、各リニアカラーセンサが、前記共通のレンズを介してそれぞれ前記白色の背景板と前記黒色の背景板のうちの互いに異なる１つの背景板の上を通る前記被検査物の画像を撮像する位置に設置し、
   前記被検査物の中の同一箇所が前記２つの背景板の各々の上を通るとき、前記２板式カメラの各リニアカラーセンサにより前記被検査物の前記同一箇所について画像を撮像し、
   前記同一箇所の画像が前記黒色の背景板上で周囲の色より高輝度であって、前記白色の背景板上で周囲の色と同じ輝度であれば、前記被検査物の一部が重なって多重になっていると判定する、
   外観検査方法。

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