特開 2024-160802 欠陥検出装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024160802

(43)【公開日】2024-11-15

(54)【発明の名称】欠陥検出装置

(51)【国際特許分類】

   G01N 25/72 20060101AFI20241108BHJP

   G01N 21/892 20060101ALI20241108BHJP

   G01J 5/48 20220101ALI20241108BHJP

   D21F 7/00 20060101ALI20241108BHJP

【ＦＩ】

G01N25/72 A

G01N21/892 A

G01J5/48 A

D21F7/00 Z

【審査請求】未請求

【請求項の数】3

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023076181

(22)【出願日】2023-05-02

(71)【出願人】

【識別番号】501137636

【氏名又は名称】株式会社ＴＭＥＩＣ

(74)【代理人】

【識別番号】110004026

【氏名又は名称】弁理士法人ｉＸ

(72)【発明者】

【氏名】上野 裕之

【テーマコード（参考）】

2G040

2G051

2G066

4L055

【Ｆターム（参考）】

2G040AA05

2G040AB08

2G040BA01

2G040BA25

2G040CA02

2G040DA06

2G040GA01

2G040GA07

2G051AA34

2G051AB02

2G051CA04

2G051DA06

2G051EA23

2G066AC16

2G066BB02

2G066CA02

2G066CA04

4L055DA10

4L055DA16

4L055DA17

4L055FA09

(57)【要約】

【課題】光の照射をすることなく紙の表面の欠陥を検出できる欠陥検出装置を提供する。
【解決手段】実施形態は、抄紙機のいずれかのパートに設置されて搬送される紙の表面を撮像するように設けられた赤外線カメラによって取得された赤外線画像データにもとづいて、欠陥の候補を検出する画像処理部と、前記欠陥の候補から欠陥を抽出する欠陥判定部と、前記欠陥を抽出した場合に欠陥検出信号を生成して制御装置に出力する。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

抄紙機のいずれかのパートに設置されて搬送される紙の表面を撮像するように設けられた赤外線カメラによって取得された前記紙の温度分布を表す赤外線画像データにもとづいて、欠陥の候補を検出する画像処理部と、
前記画像処理部によって検出された前記欠陥の候補から外乱を除去して欠陥を抽出する欠陥判定部と、
前記欠陥判定部によって前記欠陥が抽出された場合に、欠陥検出信号を生成して、前記抄紙機を制御する制御装置に出力する出力部と、
を備えた欠陥検出装置。

【請求項2】

前記画像処理部は、前記欠陥の候補を検出した前記赤外線画像データに前記欠陥の候補に関する情報を関連付けて出力し、
前記欠陥の候補に関するデータは、前記赤外線画像データを取得した時刻、前記欠陥の候補の大きさおよび前記欠陥の候補の形状のうち、少なくとも１つを含む請求項１記載の欠陥検出装置。

【請求項3】

前記欠陥判定部は、前記紙の温度分布から人間の体温に相当する温度を除去することによって、外乱を除去する請求項１記載の欠陥検出装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明の実施形態は、抄紙機で搬送される紙の欠陥を検出する欠陥検査装置に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、欠陥検査装置は、ラインセンサを用いて、紙の欠陥の有無を検査する。このような欠陥検査装置では、検査対象に光を照射して、その反射光や透過光の有無をラインセンサでとらえることによって、欠陥の有無を判定する。

【0003】

ラインセンサを用いた欠陥検査装置の具体例として、複数のラインセンサを紙の搬送方向に離して配置し、欠陥の発生工程の特定を容易にする技術が知られている。（たとえば、特許文献１参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２００３－２６２５９３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

近年、エリアセンサを搭載した可視光カメラを産業用途に利用することが容易になり、対象物の２次元画像を撮像し、画像解析することによって、検査対象物の欠陥を検出することが可能になってきている。

【0006】

一方で、可視光カメラの場合には、検査対象物に光を照射して、反射光や透過光を検出する必要があることには変わりがない。このような可視光カメラを紙の欠陥検出に利用しようとする場合には、カメラの設置場所を確保するとともに、欠陥検出専用の照明の設置が必要である。実際の抄紙機では、各工程の機械が入り組んでいるため、カメラや照明の設置場所を確保できる位置には限りがある。

【0007】

本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、光の照射をすることなく紙の表面の欠陥を検出できる欠陥検出装置を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0008】

本発明の実施形態は、抄紙機のいずれかのパートに設置されて搬送される紙の表面を撮像するように設けられた赤外線カメラによって取得された前記紙の温度分布を表す赤外線画像データにもとづいて、欠陥の候補を検出する画像処理部と、前記画像処理部によって検出された前記欠陥の候補から外乱を除去して欠陥を抽出する欠陥判定部と、前記欠陥判定部によって前記欠陥が抽出された場合に、欠陥検出信号を生成して、前記抄紙機を制御する制御装置に出力する出力部と、を備える。

【発明の効果】

【0009】

実施形態によれば、光の照射をすることなく紙の表面の欠陥を検出できる欠陥検出装置が提供される。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】実施形態に係る欠陥検出装置を例示する模式的なブロック線図である。

【図2】実施形態に係る欠陥検出装置の動作を説明するための模式図である。

【図3】実施形態に係る欠陥検出装置の動作を説明するための模式図である。

【図4】実施形態に係る欠陥検出装置の動作を説明するための模式図である。

【図5】実施形態に係る欠陥検出装置の動作を説明するための模式図である。

【図6】実施形態に係る欠陥検出装置の動作を説明するためのフローチャートの例である。

【図7】可視光と赤外線との関係を表す模式図である。

【図8】赤外線カメラをドライパートのフード内に配置した状態を表す模式図である。

【発明を実施するための形態】

【0011】

以下、実施の形態について図面を参照しつつ説明する。
なお、図面は模式的または概念的なものであり、各部分の厚みと幅との関係、部分間の大きさの比率などは、必ずしも現実のものと同一とは限らない。また、同じ部分を表す場合であっても、図面により互いの寸法や比率が異なって表される場合もある。
なお、本願明細書と各図において、既出の図に関して前述したものと同様の要素には同一の符号を付して詳細な説明は適宜省略する。

【0012】

図１は、実施形態に係る欠陥検出装置を例示する模式的なブロック線図である。
図１に示すように、欠陥検出装置８は、抄紙機１００のいずれかのパートに設けられた赤外線カメラ１の出力に接続される。図１の例では、紙５は、紙面の右から左に搬送され、赤外線カメラ１は、ドライパート１０１の出側に設けられている。赤外線カメラ１は、ドライパート１０１から排出された紙５の表面の赤外線画像を撮像し、赤外線画像データに変換して、欠陥検出装置８に出力する。なお、赤外線カメラ１は、図１の例に限らず、抄紙機１００の任意の位置に配置することができる。

【0013】

欠陥検出装置８は、速度制御システム２０に接続されている。速度制御システム２０は、抄紙機１００中の紙５を搬送するための各ロールを駆動するモータの速度を制御する。速度制御システム２０では、各モータの速度を適切に制御することによって、各パート内の紙５を、所望の張力に制御しつつ抄紙機１００内を搬送する。欠陥検出装置８は、紙５の欠陥を検出した場合には、欠陥検出信号を生成して、速度制御システム２０に出力する。欠陥検出信号を受信した速度制御システム２０は、たとえば、欠陥を検出した旨の警告をモニターの画面に表示する。速度制御システム２０を操作するオペレータは、画面を確認して、表示された警告に応じた適切な処置を行うことができる。

【0014】

実施形態に係る欠陥検出装置８の構成について説明する。
欠陥検出装置８は、画像処理部２と、欠陥判定部３と、出力部４と、を備える。画像処理部２は、赤外線カメラ１の出力に接続される。画像処理部２は、赤外線カメラ１によって取得された赤外線画像データを入力し、赤外線画像の画像処理によって、欠陥の候補を検出して欠陥判定部３に出力する。欠陥判定部３は、外乱を除去して欠陥の候補から欠陥を判定し、その欠陥に関する情報を出力部４に出力する。出力部４は、欠陥の情報にもとづいて、欠陥検出信号を生成して、速度制御システム２０に出力する。

【0015】

画像処理部２は、欠陥の候補を検出した場合には、欠陥の候補を含む赤外線画像データの取得時刻を、欠陥の候補の情報として出力する。画像処理部２は、赤外線画像データの取得時刻に、欠陥の候補の位置の情報や、欠陥の候補の大きさ、欠陥の候補の形状の情報を関連付けて、欠陥の候補に関する情報として出力する。

【0016】

欠陥判定部３は、画像処理部２が出力した欠陥の候補に関する情報を入力し、これらの情報があらかじめ設定された条件に適合するか否かを判定する。あらかじめ設定された条件は、図６に関連して後述するように、欠陥の候補の大きさや温度に関する条件であり、そのほか、欠陥の候補の形状や欠陥の候補の位置等を条件としてもよい。欠陥の候補の位置とは、たとえば、紙５の搬送方向に沿った端部か中央部か等である。欠陥判定部３は、欠陥の候補に関する情報が、あらかじめ設定された条件に適合する場合には、欠陥の候補を欠陥であると判定して、欠陥の候補に関する情報を欠陥に関する情報として出力部４に出力する。なお、欠陥の候補に関する情報が、あらかじめ設定された条件に適合しない場合には、欠陥判定部３は、欠陥の候補に関する情報を廃棄してもよいし、たとえば、条件に適合しない欠陥の候補に関する情報である旨のフラグを付して、別途データベースにデータとして蓄積するようにしてもよい。このようなデータは、欠陥判定部３の判定条件をより正確にしたり、より適切にしたりする場合等に利用することが可能である。

【0017】

出力部４は、欠陥判定部３で欠陥に関する情報であると判定された情報を、通信ネットワーク（図示せず）を介して、他の管理システムに送信してもよい。他の管理システムは、たとえば品質管理用サーバや生産管理用サーバ等である。たとえば、欠陥に関する情報を受信したこれらのシステムでは、欠陥を生じた製品の品質管理や生産管理のためのデータとして利用することができる。

【0018】

実施形態に係る欠陥検出装置８の動作について説明する。
まず、画像処理部２の動作について説明する。
図２～図５は、実施形態に係る欠陥検出装置の動作を説明するための模式図である。
図２には、搬送される紙５に対する赤外線カメラ１の位置が示されている。
図２に示すように、赤外線カメラ１は、紙５の表面を撮像するように配置される。図１および図２の例では、赤外線カメラ１は、紙５の表面に対向する位置に配置され、紙５を紙５の上方から撮像する。赤外線カメラ１は、撮像する紙５の幅方向を撮像範囲１１に含むように、紙５の表面から適切な距離を離して配置される。赤外線カメラ１は、紙５の表面の直上で、撮像範囲１１のほぼ中心に配置されている。

【0019】

図２の例では、撮像範囲１１は、頂点１１ａ～１１ｄを有する矩形であり、破線で示されている。撮像範囲１１は、紙５の搬送方向に沿った紙５の一方の端部５ａおよび他方の端部５ｂを含むように設定される。つまり、撮像範囲１１は、紙５の幅方向をすべて含むように設定されている。

【0020】

図３には、赤外線カメラ１で撮像した赤外線画像データＤ１が模式的に示されており、赤外線画像データＤ１にＸＹ座標を適用した場合の具体例が示されている。赤外線画像データＤ１は、実線の矩形で表されている。赤外線画像データＤ１の上端部Ｄ１ａは、図２に示した紙５の一方の端部５ａに対応し、下端部Ｄ１ｂは、紙５の他方の端部５ｂに対応する。

【0021】

図３の例では、ＸＹ座標の原点は、撮像範囲１１の１つの頂点１１ａとしている。紙５の搬送方向はＹ軸の正方向に対応する。Ｙ軸に直交するＸ軸は、紙５の幅方向に対応する。撮像範囲１１の頂点１１ｂは座標（Ｘ３，０）であり、頂点１１ｃは座標（Ｘ３，Ｙ１）であり、頂点１１ｄは座標（０，Ｙ１）である。赤外線画像データＤ１の上端部Ｄ１ａは、座標（Ｘ２，０）から座標（Ｘ２，Ｙ１）にわたり、下端部Ｄ１ｂは、座標（Ｘ１，０）から座標（Ｘ１，Ｙ１）にわたっている。

【0022】

画像処理部２は、このような赤外線画像データＤ１から欠陥データＤ１２を検出する。欠陥データＤ１２は、図２に示した欠陥１２に対応する。赤外線画像データＤ１では、ＸＹ座標ごとに温度データが関連付けられている。たとえば、赤外線画像データＤ１は、紙５の表面の温度のメッシュデータである。なお、言うまでもないが、図２の欠陥１２および図３の欠陥データＤ１２は、画像処理部２においては、欠陥の候補に関する情報の検出のために利用される。

【0023】

図４および図５は、ＸＹ座標に関連付けられた温度データＴの座標依存性を示している。図４は、Ｙ＝Ｙ０とした場合の温度ＴのＸ座標依存性ＣＸであり、図５には、Ｘ＝Ｘ０とした場合の温度ＴのＹ座標依存性ＣＹである。つまり、Ｘ座標依存性ＣＸとＹ座標依存性ＣＹとのＸＹ座標系における交点が欠陥データＤ１２の位置の座標（Ｘ０，Ｙ０）である。

【0024】

図４に示すように、温度ＴのＸ座標依存性ＣＸでは、原点０から下端部Ｄ１ｂの座標Ｘ１までの温度Ｔ２に対して、下端部Ｄ１ｂよりもＸ軸の正方向、つまり図２における紙５の他方の端部５ｂから紙５の内側に向かって、温度Ｔ２よりも高いほぼ一定の温度Ｔ１であり、座標Ｘ０の近傍で温度Ｔは低下をはじめ、座標Ｘ０において、温度Ｔ１よりも低い温度Ｔ０に達する。さらにＸ軸の正方向、つまり、図２における紙５の一方の端部５ａに向かって座標Ｘ０の近傍では、温度Ｔ０よりも高い温度Ｔ１に達し、一方の端部５ａまでほぼ一定の温度が維持される。座標Ｘ２を超えると、図２における一方の端部５ａに達し、温度Ｔ１よりも低い温度Ｔ２に達する。

【0025】

図５に示すように、温度ＴのＹ座標依存性ＣＹでは、原点０からＹ軸の正方向、つまり、図２における紙５の搬送方向に沿って、ほぼ一定の温度Ｔ１であり、座標Ｙ０の近傍で温度が低下をはじめ、座標Ｙ０で温度Ｔ１よりも低い温度Ｔ０に達する。さらにＹ軸の正方向、つまり、図２における紙５の搬送方向に向かって座標Ｙ０の近傍で温度Ｔ１となり、Ｙ軸の正方向に向かってほぼ一定となる。

【0026】

画像処理部２は、たとえば、赤外線画像データＤ１をＸ軸方向およびＹ軸方向にそれぞれ走査して、ＸＹ座標ごとの温度データＴの変化を検出する。欠陥では、紙５の表面の温度よりも低い温度となっている。たとえば、画像処理部２は、ＸＹ座標の全面走査による温度データＴの平均値を算出し、あらかじめ設定された平均値に対する温度差または温度変化の割合を用いて、温度の低い座標を抽出することによって、欠陥を特定することができる。

【0027】

温度の低い座標が領域を形成している場合には、たとえば、Ｘ軸方向の最大長さおよびＹ軸方向の最大長さをその領域で特定される欠陥の大きさと定義することによって、欠陥の候補の判定を行い、また、欠陥の情報として利用することができる。温度が低い座標の領域を形成する外周の座標により、欠陥の候補の形状を、欠陥の情報とすることができる。

【0028】

画像処理部２は、上述のようにして、赤外線画像データＤ１から欠陥データＤ１２を抽出し、欠陥データＤ１２に赤外線画像データＤ１の取得時刻、欠陥の位置、大きさおよび形状等を関連付けて、欠陥判定部３に出力する。

【0029】

なお、紙の幅が広い場合や抄紙機の配置の制約がある場合等により、１台の赤外線カメラ１では、紙の幅方向をすべて含むことができない場合には、複数の赤外線カメラを紙の幅方向に配置して、たとえば同時に画像データを取得すればよい。

【0030】

次に、欠陥判定部３の動作について説明する。
図６は、実施形態に係る欠陥検出装置の動作を説明するためのフローチャートの例である。
このフローチャートは、画像処理部２が出力した欠陥データＤ１２を欠陥の候補に設定し、欠陥データＤ１２が図２に示した欠陥１２であるか否かを判定する欠陥判定部３の動作を説明する。

【0031】

図６に示すように、ステップＳ１において、欠陥判定部３は、画像処理部２から欠陥の候補に関する情報を入力する。

【0032】

ステップＳ２において、欠陥判定部３は、欠陥の候補に関する情報にもとづいて欠陥の大きさを判定する。欠陥判定部３には、欠陥の大きさに関するしきい値があらかじめ設定されている。欠陥判定部３は、欠陥の大きさがあらかじめ設定されたしきい値以上の場合には、処理をステップＳ３に遷移させる。欠陥判定部３は、欠陥の大きさがあらかじめ設定されたしきい値よりも小さい場合には、欠陥データＤ１２は、欠陥１２であると判定し、欠陥の候補に関する情報を欠陥に関する情報であるとして出力部４に出力する。

【0033】

ステップＳ３において、欠陥判定部３は、欠陥の候補に関する情報が含んでいる欠陥の候補の温度を判定する。欠陥判定部３には、温度に関するしきいがあらかじめ設定されている。図６の例では、温度に関するしきい値は、３５℃～３７℃とされている。このしきい値は、赤外線カメラ１の撮像範囲１１の近傍に作業者がいて、この作業者が赤外線画像データＤ１に写りこんだ場合の温度として設定されている。欠陥判定部３は、欠陥の候補の温度が３５℃～３７℃の範囲の場合には、欠陥の候補を欠陥ない（非欠陥）と判定する。欠陥判定部３は、欠陥の候補の温度が３５℃よりも低いか、３７℃よりも高い場合には、欠陥の候補を欠陥であると判定する。

【0034】

このようにして、欠陥判定部３は、外乱を除去して、欠陥の候補から欠陥を判定して、出力部４に出力する。

【0035】

実施形態に係る欠陥検出装置８の効果について説明する。
図７は、可視光と赤外線との関係を表す模式図である。
実施形態に係る欠陥検出装置８は、抄紙機１００を搬送される紙５の表面を赤外線カメラ１によって取得した赤外線画像データＤ１にもとづいて、欠陥の有無を判定し、欠陥を検出する。図７に示すように、赤外線は、可視光よりも長い波長を有している。物体は、温度に応じた波長の電磁波（近赤外線、中赤外線、遠赤外線）を放射しているので、物体が放射する電磁波の波長を検出することによって、その物体の温度を測定することができる。赤外線カメラ１では、温度分布を表す赤外線画像データＤ１を取得するので、可視光によらず、対象の物体の温度分布にもとづいて、欠陥を検出することができる。

【0036】

紙５の温度分布を含む赤外線画像データＤ１を取得する赤外線カメラ１では、物体の温度に応じた波長の赤外線を検出するので、可視光の照明の反射光や透過光を取得する必要がない。そのため、画像データを取得するための照明を準備し、配置する必要がなく、暗所への設置も可能である。

【0037】

図８は、赤外線カメラをドライパートのフード内に配置した状態を表す模式図である。
図８に示すように、赤外線カメラ１が温度分布を表す赤外線画像データＤ１を取得する場合に、照明が不要であるため、ドライパート１０１を外部環境から遮断するフード内に配置した場合であっても、ドライパート１０１を搬送される紙５の表面の温度分布を表す赤外線画像データＤ１を取得することが可能である。

【0038】

欠陥を表す温度分布データを含む赤外線画像データＤ１に欠陥の形状を関連付けることも可能であり、欠陥の形状のデータを品質管理サーバに記録し、品質向上のために活用することができる。

【0039】

実施形態に係る欠陥検出装置８では、画像処理部２は、赤外線画像データＤ１を取得した時刻に、欠陥の位置の座標のデータを関連付けることができる。たとえば、品質管理サーバでは、欠陥の位置の情報およびその取得時刻にもとづいて、どのような条件の場合にどのような位置（端か中央か）に欠陥が生じるのかを統計的に処理することができ、製品の品質向上のための施策立案等に役立てることができる。

【0040】

また、抄紙機では、紙５の搬送速度や、巻取リールに巻き取られた紙の径の時系列データをデータ収集装置等により取得することができるので、欠陥を有する赤外線画像データＤ１の取得時刻、欠陥の位置の座標のデータ、搬送速度のデータおよび紙の径のデータにもとづいて、巻取後の欠陥の位置を算出することができる。巻取後の欠陥の位置を算出することによって、欠陥の位置を特定することができ、巻き直しにより欠陥を除去することが容易になる。

【0041】

このようにして、光の照射をすることなく紙の表面の欠陥を検出できる欠陥検出装置を実現することができる。

【0042】

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他のさまざまな形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

【符号の説明】

【0043】

１…赤外線カメラ、２…画像処理部、３…欠陥判定部、４…出力部、５…紙、８…欠陥検出装置、１１…撮像範囲、１２…欠陥、１００…抄紙機、１０１…ドライパート

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】