特開 2024-6415 外観検査装置、及び外観検査方法

(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】P2024006415

(43)【公開日】2024-01-17

(54)【発明の名称】外観検査装置、及び外観検査方法

(51)【国際特許分類】

   G01N 21/85 20060101AFI20240110BHJP

【ＦＩ】

G01N21/85 A

【審査請求】未請求

【請求項の数】6

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022107246

(22)【出願日】2022-07-01

(71)【出願人】

【識別番号】391065356

【氏名又は名称】ワイエムシステムズ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100117260

【弁理士】

【氏名又は名称】福永 正也

(72)【発明者】

【氏名】池田 豊

【テーマコード（参考）】

2G051

【Ｆターム（参考）】

2G051AA04

2G051AB20

2G051BA02

2G051BC01

2G051CA03

2G051CA08

2G051CB02

2G051CD06

2G051DA06

(57)【要約】

【課題】反射光による影響が生じることを確実に回避して対象物の画像を正しく撮像することができ、高い精度で外観を検査することが可能な外観検査装置及び外観検査方法を提供する。
【解決手段】撮像手段は、一対の撮像部と光照射部とで構成されている。一の撮像手段と他の撮像手段とで交互に対象物を撮像するようにしてあり、一の撮像手段で撮像するタイミングには、一の光照射部で光を照射して一の撮像部で撮像し、一又は複数の他の撮像手段で撮像するタイミングには、撮像する他の撮像手段の他の光照射部のみで光を照射して撮像する。
【選択図】図４

【特許請求の範囲】

【請求項1】

外観検査の対象物を撮像空間へ放出する放出手段と、
該放出手段から放出された対象物を撮像する複数の撮像手段と、
前記複数の撮像手段で撮像された画像に基づいて対象物ごとに良否判定する良否判定手段と
を有し、
検査対象となる対象物ごとの画像を取得し、取得した画像に基づいて対象物ごとに良品と不良品とを区別する外観検査装置において、
前記撮像手段は、一対の撮像部と光照射部とで構成されており、
一の撮像手段と他の撮像手段とで交互に対象物を撮像するようにしてあり、
前記一の撮像手段で撮像するタイミングには、一の光照射部で光を照射して一の撮像部で撮像し、一又は複数の前記他の撮像手段で撮像するタイミングには、撮像する前記他の撮像手段の前記他の光照射部のみで光を照射して撮像することを特徴とする外観検査装置。

【請求項2】

前記撮像部はラインセンサカメラであり、
前記搬送手段により定まる対象物の移動速度と撮像する画素サイズとで定まるサイクル時間内で、稼働する撮像手段を切り替える切替手段を備えることを特徴とする請求項１に記載の外観検査装置。

【請求項3】

前記切替手段は、一の撮像部の露光時間中は一の光照射部をオン状態とし、他の光照射部をオフ状態にするよう調整することを特徴とする請求項２に記載の外観検査装置。

【請求項4】

外観検査の対象物を撮像空間へ放出する放出手段と、
該放出手段から放出された対象物を撮像する複数の撮像手段と、
前記複数の撮像手段で撮像された画像に基づいて対象物ごとに良否判定する良否判定手段と
を有し、
検査対象となる対象物ごとの画像を取得し、取得した画像に基づいて対象物ごとに良品と不良品とを区別する外観検査装置で実行することが可能な外観検査方法であって、
前記外観検査装置は、
前記撮像手段が、一対の撮像部と光照射部とで構成されており、
一の撮像手段と他の撮像手段とで交互に対象物を撮像するようにしてあり、
前記一の撮像手段で撮像するタイミングには、一の光照射部で光を照射して一の撮像部で撮像し、一又は複数の前記他の撮像手段で撮像するタイミングには、撮像する前記他の撮像手段の前記他の光照射部のみで光を照射して撮像することを特徴とする外観検査方法。

【請求項5】

前記撮像部はラインセンサカメラであり、
前記外観検査装置は、
前記搬送手段により定まる対象物の移動速度と撮像する画素サイズとで定まるサイクル時間内で、稼働する撮像手段を切り替えることを特徴とする請求項４に記載の外観検査方法。

【請求項6】

前記外観検査装置は、一の撮像部の露光時間中は一の光照射部をオン状態とし、他の光照射部をオフ状態にするよう調整することを特徴とする請求項５に記載の外観検査方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、対象物の外観を高い精度で検査することが可能な外観検査装置及び外観検査方法に関する。

【背景技術】

【0002】

昨今、ＣＣＤカメラ等で撮像された画像データを用いて、対象物の外観検査等を行う装置が多々開発されている。例えば特許文献１では、上下二方向から光を照射して、上下二方向から撮像された画像データに基づいて対象物である海苔の外形や欠けを検出する外観検査装置が開示されている。

【0003】

特許文献１では、二方向からの撮影条件をできるだけ同等にするために、照明装置を撮像装置と一対として備えている。これにより、異なる二方向から撮像した場合であっても同等の明るさで撮像することが可能となる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２００９－００２７６４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

しかし、一の方向から撮像するカメラに対応付けられた照明装置から照射された光が、立体的形状をもつ対象物の面のうち他の方向から撮像するカメラ光軸に平行に近い面に入射し、その面からの反射光がそのカメラに入射することがあり、その面即ち対象物の輪郭線の近傍の状態を正しく観察することが困難になることが多発する問題点があった。以下、斯かる反射光のことを単に反射光と称する。

【0006】

また、対象物によっては周縁部に欠損や切り欠きが生じやすい物品も存在するので、この場合には欠損、切り欠き等を検出することが出来ず、不良品を良品と誤判定するおそれもあった。さらに、反射光の入射角度によっては不明確に撮像される領域が広がり、対象物の表面の状態を観察しにくくなる現象も生じやすい。

【0007】

本発明は斯かる事情に鑑みてなされたものであり、反射光による影響が生じることを
確実に回避して対象物の画像を正しく撮像することができ、高い精度で外観を検査することが可能な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。

【課題を解決するための手段】

【0008】

上記目的を達成するために第１発明に係る外観検査装置は、外観検査の対象物を撮像空間へ放出する放出手段と、該放出手段から放出された対象物を撮像する複数の撮像手段と、前記複数の撮像手段で撮像された画像に基づいて対象物ごとに良否判定する良否判定手段とを有し、検査対象となる対象物ごとの画像を取得し、取得した画像に基づいて対象物ごとに良品と不良品とを区別する外観検査装置において、前記撮像手段は、一対の撮像部と光照射部とで構成されており、一の撮像手段と他の撮像手段とで交互に対象物を撮像するようにしてあり、前記一の撮像手段で撮像するタイミングには、一の光照射部で光を照射して一の撮像部で撮像し、一又は複数の前記他の撮像手段で撮像するタイミングには、撮像する前記他の撮像手段の前記他の光照射部のみで光を照射して撮像することを特徴とする。

【0009】

また、第２発明に係る外観検査装置は、第１発明において、前記撮像部はラインセンサカメラであり、前記搬送手段により定まる対象物の移動速度と撮像する画素サイズとで定まるサイクル時間内で、稼働する撮像手段を切り替える切替手段を備えることが好ましい。

【0010】

また、第３発明に係る外観検査装置は、第２発明において、前記切替手段は、一の撮像部の露光時間中は一の光照射部をオン状態とし、他の光照射部をオフ状態にするよう調整することが好ましい。

【0011】

次に、上記目的を達成するために第４発明に係る外観検査方法は、外観検査の対象物を撮像空間へ放出する放出手段と、該放出手段から放出された対象物を撮像する複数の撮像手段と、前記複数の撮像手段で撮像された画像に基づいて対象物ごとに良否判定する良否判定手段とを有し、検査対象となる対象物ごとの画像を取得し、取得した画像に基づいて対象物ごとに良品と不良品とを区別する外観検査装置で実行することが可能な外観検査方法であって、前記外観検査装置は、前記撮像手段が、一対の撮像部と光照射部とで構成されており、一の撮像手段と他の撮像手段とで交互に対象物を撮像するようにしてあり、前記一の撮像手段で撮像するタイミングには、一の光照射部で光を照射して一の撮像部で撮像し、一又は複数の前記他の撮像手段で撮像するタイミングには、撮像する前記他の撮像手段の前記他の光照射部のみで光を照射して撮像することを特徴とする。

【0012】

また、第２発明に係る外観検査方法は、第１発明において、前記撮像部はラインセンサカメラであり、前記外観検査装置は、前記搬送手段により定まる対象物の移動速度と撮像する画素サイズとで定まるサイクル時間内で、稼働する撮像手段を切り替えることが好ましい。

【0013】

また、第３発明に係る外観検査方法は、第２発明において、前記外観検査装置は、一の撮像部の露光時間中は一の光照射部をオン状態とし、他の光照射部をオフ状態にするよう調整することが好ましい。

【0014】

第１発明及び第４発明では、前記撮像手段が、一対の撮像部と光照射部とで構成されており、一の撮像手段と他の撮像手段とで交互に対象物を撮像するようにしてあり、前記一の撮像手段で撮像するタイミングには、一の光照射部で光を照射して一の撮像部で撮像し、一又は複数の前記他の撮像手段で撮像するタイミングには、撮像する前記他の撮像手段の前記他の光照射部のみで光を照射して撮像する。これにより、一の撮像部で撮像するときには、他の光照射部からの光が照射されず、また他の撮像部で撮像するときには、それ以外の光照射部からの光が照射されないので、いずれかの撮像部で撮像されているときには、当該撮像部と対応付けられている光照射部から照射された光のみで撮像することができ、反射光が入射することがなく、対象物の輪郭、表面等の外観を明確に把握することが可能な画像を撮像することができ、高い精度で外観を検査することが可能となる。

【0015】

第２発明及び第５発明では、撮像部はラインセンサカメラであり、前記外観検査装置は、前記搬送手段により定まる対象物の移動速度と撮像する画素サイズとで定まるサイクル時間内で、稼働する撮像手段を切り替える。これにより、対象物が移動する一サイクル時間内にすべての撮像装置において対象物の輪郭、表面等の外観を明確に把握することが可能な画像を撮像することが可能となる。

【0016】

第３発明及び第６発明では、一の撮像部の露光時間中は一の光照射部をオン状態とし、他の光照射部をオフ状態にするよう調整する。これにより、確実に露光が完了した時点で他の撮像部での撮像を開始することができ、他の光照射部からの光による反射光が入射することがない。

【発明の効果】

【0017】

本発明によれば、一の撮像部で撮像するときには、他の光照射部からの光が照射されず、また他の撮像部で撮像するときには、それ以外の光照射部からの光が照射されないので、いずれかの撮像部で撮像されているときには、当該撮像部と対応付けられている光照射部から照射された光のみで撮像することができ、反射光が入射することがなく、対象物の輪郭、表面等の外観を明確に把握することが可能な画像を撮像することができ、高い精度で外観を検査することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【0018】

【図1】本発明の実施の形態１に係る外観検査装置の外観構成を示す正面図である。

【図2】本発明の実施の形態１に係る外観検査装置の撮影方法を説明するために模式的に示した部分斜視図である。

【図3】本発明の実施の形態１に係る外観検査装置の制御回路の例示図である。

【図4】本発明の実施の形態１に係る外観検査装置の撮像手段のオンオフのタイミングチャートの例示図である。

【図5】従来の外観検査装置における撮像手段のオンオフのタイミング調整を行わない場合に撮像された画像の例示図である。

【図6】本発明の実施の形態１に係る外観検査装置で撮像された画像の例示図である。

【図7】本発明の実施の形態２に係る外観検査装置１の撮影方法を説明するために模式的に示した部分斜視図である。

【発明を実施するための形態】

【0019】

以下、本発明の実施の形態に係る外観検査装置及び外観検査方法について、図面に基づいて具体的に説明する。以下の実施の形態は、特許請求の範囲に記載された発明を限定するものではなく、実施の形態の中で説明されている特徴的事項の組み合わせの全てが解決手段の必須事項であるとは限らないことは言うまでもない。

【0020】

また、本発明は多くの異なる態様にて実施することが可能であり、実施の形態の記載内容に限定して解釈されるべきものではない。実施の形態を通じて同じ要素には同一の符号を付している。

【0021】

（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１に係る外観検査装置の外観構成を示す正面図である。本発明の実施の形態１に係る外観検査装置１は、外観検査の対象物として、供給装置２５の供給口２５ａから供給された各種の豆類を、ベルト（放出手段）２０の上面に搭載する。なお、本実施の形態１における豆類とは、黒豆、大豆、金時豆等の豆全般を意味しており、以下、「豆」と記載する。もちろん、外観検査の対象物は豆に限定されるものではない。

【0022】

ベルト２０は、図１には図示してしないローラの回転により矢印方向に移動する。それに伴い、上面に搭載された豆も矢印方向に移動する。

【0023】

図２は、本発明の実施の形態１に係る外観検査装置の撮影方法を説明するために模式的に示した部分斜視図である。本発明の実施の形態１に係る外観検査装置１において、豆は、ローラ２１の頂部まで、すなわちベルト２０の終端にまで運ばれ、そこから放出されて自由落下する。自由落下する途中で、カメラ（撮像部）３０ａ、３０ｂにより豆表面の画像を撮像する。カメラ３０ａ、３０ｂは、それぞれラインセンサカメラであり、それぞれ豆が自由落下する放物線上におけるほぼ同じ位置での対象物を撮像する。例えば、０．１ｍｓ経過して豆が０．１ｍｍ移動する都度１ラインの一次元画像データを取得し、順次一次元画像データを集積することにより二次元画像を得ることができる。撮像された画像を解析することにより、対象物である豆の外観を確認することができる。

【0024】

カメラ３０ａ、３０ｂそれぞれで撮像される画像を明瞭にするべく、カメラ３０ａについては、主照明４０ａ及び副照明（バックライト）４１ａ（光照射部）を、カメラ３０ｂについては、主照明４０ｂ及び副照明（バックライト）４１ｂ（光照射部）を、それぞれ備えている。カメラ３０ａ、３０ｂによる撮像（露光）、光照射部である主照明４０ａ、４１ａ及び副照明（バックライト）４１ａ、４１ｂの光の照射を切り替えるタイミングは、制御回路１０（切替手段）により制御される。

【0025】

図３は、本発明の実施の形態１に係る外観検査装置１の制御回路１０の例示図である。本実施の形態１では、撮像部を比較的短い時間間隔でオンオフを繰り返す必要がある。そこで、本実施の形態１では、図３に示すように５Ａ～８Ａ程度の大電流を高速にスイッチングするために、低オン抵抗のパワーＦＥＴ素子を採用している。これにより、０．０５ｍｓ単位でカメラ３０ａ、カメラ３０ｂ、主照明４０ａ、主照明４１ａ、副照明４１ａ、及び副照明４１ｂのオンオフを制御することが可能となる。

【0026】

図４は、本発明の実施の形態１に係る外観検査装置１の撮像手段のオンオフのタイミングチャートの例示図である。図４では、対象物である豆の移動速度を１ｍ／ｓとし、撮像される画素サイズを０．１ｍｍとしているので、撮像するサイクル時間は０．１ｍｓとなる。図４は、撮像装置が上下２個の場合を例示している。

【0027】

図４に示すようにカメラ３１ａ（カメラ１）がオン状態、すなわちシャッターが開いて露光状態であるときには、カメラ３１ｂ（カメラ２）及びカメラ３１ｂ（カメラ２）の光照射部４１ｂ（主照明及び副照明）はオフ状態となり、カメラ３１ａ（カメラ１）の光照射部４１ａ（主照明及び副照明）のみがオン状態となる。そして、サイクル時間０．１ｍｓの半ばで撮像するカメラを切り替える。

【0028】

すなわち、カメラ３１ｂ（カメラ２）がオン状態、すなわちシャッターが開いて露光状態となり、カメラ３１ａ（カメラ１）及びカメラ３１ａ（カメラ１）の光照射部４１ａ（主照明及び副照明）はオフ状態となり、カメラ３１ｂ（カメラ２）の光照射部４１ｂ（主照明及び副照明）のみがオン状態となる。露光時間は、サイクル時間の半分である０．０５ｍｓ内であれば自由に調整することができる。

【0029】

このようにすることで、カメラ３１ａ（カメラ１）が露光状態であるときには、カメラ３１ａ（カメラ１）の光照射部４１ａ（主照明及び副照明）からの光のみが照射されるので、他の照射光による反射光が生じない。また、カメラ３１ｂ（カメラ２）が露光状態であるときも同様である。

【0030】

図５は、従来の外観検査装置１における撮像手段のオンオフのタイミング調整を行わない場合に撮像された画像の例示図である。図５に示すように、特に対象物である豆の輪郭部分に反射光が入射しているため、輪郭を正確に認識することが困難になっている。しかも、豆の表面の状態も認識しにくい。

【0031】

図６は、本発明の実施の形態１に係る外観検査装置１で撮像された画像の例示図である。図６に示すように、対象物である豆の輪郭部分に反射光が入射していないので、輪郭線が明確になり、外形をはっきりと認識することができる。しかも、例えば図６の真ん中の豆の画像からも明らかなように、豆の端部に生じた皮の剥離部分の存在も認識することができるので、良品・不良品判定の精度も高くすることが可能となる。

【0032】

本実施の形態１に係る外観検査装置１は、例えば豆の選別装置に適用することができる。図２において、外観検査結果により良品であると判定された場合には、エアガン５０から噴射される圧縮空気により選別仕切板６０の下方へと放出軌跡を変更させる。これにより、良品と不良品とを高い精度で選別することができる。

【0033】

以上のように本実施の形態１によれば、カメラ３１ａ（カメラ１）がオン状態であるときには、カメラ３１ａ（カメラ１）の光照射部４１ａ（主照明及び副照明）からの光のみが照射され、カメラ３１ｂ（カメラ２）がオン状態であるときには、カメラ３１ｂ（カメラ２）の光照射部４１ｂ（主照明及び副照明）からの光のみが照射されるので、他の照射光による反射光が入射することがなく、対象物の輪郭、表面等の外観を明確に把握することが可能な画像を撮像することができ、高い精度で外観を検査することが可能となる。

【0034】

（実施の形態２）
本発明の実施の形態２に係る外観検査装置１の外観構成は、実施の形態１とは異なり、供給装置自体が放出手段として機能する。すなわち、供給装置から鉛直方向に豆を自由落下させ、自由落下中に豆を撮像して外観を判断する。

【0035】

図７は、本発明の実施の形態２に係る外観検査装置１の撮影方法を説明するために模式的に示した部分斜視図である。本発明の実施の形態２に係る外観検査装置１において、豆は、供給装置２５から放出されて自由落下する。自由落下する途中で、カメラ（撮像部）３０ａ、３０ｂにより豆表面の画像を撮像する。

【0036】

カメラ３０ａ、３０ｂは、それぞれラインセンサカメラであり、それぞれ豆が自由落下する途上で撮像する。例えば、０．１ｍｓ経過して豆が０．１ｍｍ移動する都度１ラインの一次元画像データを取得し、順次一次元画像データを集積することにより二次元画像を得ることができる。撮像された画像を解析することにより、対象物である豆の外観を確認することができる。

【0037】

カメラ３０ａ、３０ｂそれぞれで撮像される画像を明瞭にするべく、カメラ３０ａについては、主照明４０ａ及び副照明（バックライト）４１ａ（光照射部）を、カメラ３０ｂについては、主照明４０ｂ及び副照明（バックライト）４１ｂ（光照射部）を、それぞれ備えている。カメラ３０ａ、３０ｂの撮像タイミング、光照射部である主照明４０ａ、４１ａ及び副照明（バックライト）４１ａ、４１ｂの光の照射タイミングは、制御回路１０により制御される。

【0038】

撮像手段のオンオフのタイミングチャートは、図４と同様であるので詳細な説明は省略する。重要なのは、いずれかの撮像部がオン状態である場合には、オン状態である撮像部に対応付けられた光照射部のみがオン状態であり、他の光照射部がオフ状態であること、そしてオン状態である撮像部が常に１基であるということである。

【0039】

図７に示すようにカメラ（撮像部）が２基である場合、カメラ３１ａ（カメラ１）がオン状態、すなわちシャッターが開いて露光状態であるときには、カメラ３１ｂ（カメラ２）及びカメラ３１ｂ（カメラ２）の光照射部４１ｂ（主照明及び副照明）はオフ状態となり、カメラ３１ａ（カメラ１）の光照射部４１ａ（主照明及び副照明）のみがオン状態となる。そして、サイクル時間０．１ｍｓの半ばで撮像するカメラを切り替える。

【0040】

すなわち、カメラ３１ｂ（カメラ２）がオン状態、すなわちシャッターが開いて露光状態となり、カメラ３１ａ（カメラ１）及びカメラ３１ａ（カメラ１）の光照射部４１ａ（主照明及び副照明）はオフ状態となり、カメラ３１ｂ（カメラ２）の光照射部４１ｂ（主照明及び副照明）のみがオン状態となる。露光時間は、サイクル時間の半分である０．０５ｍｓ内であれば自由に調整することができる。

【0041】

このようにすることで、カメラ３１ａ（カメラ１）が露光状態であるときには、カメラ３１ａ（カメラ１）の光照射部４１ａ（主照明及び副照明）からの光のみが照射されるので、他の照射光による反射光が入射しない。また、カメラ３１ｂ（カメラ２）が露光状態であるときも同様である。

【0042】

本実施の形態２に係る外観検査装置１も、例えば豆の選別装置に適用することができる。図２において、外観検査結果により良品であると判定された場合には、エアガン５０から噴射される圧縮空気により選別仕切板６０の左方へと放出軌跡を変更させる。これにより、良品と不良品とを高い精度で選別することができる。

【0043】

以上のように本実施の形態２によれば、カメラ３１ａ（カメラ１）がオン状態であるときには、カメラ３１ａ（カメラ１）の光照射部４１ａ（主照明及び副照明）からの光のみが照射され、カメラ３１ｂ（カメラ２）がオン状態であるときには、カメラ３１ｂ（カメラ２）の光照射部４１ｂ（主照明及び副照明）からの光のみが照射されるので、他の照射光による反射光が入射することがなく、対象物の輪郭、表面等の外観を明確に把握することが可能な画像を撮像することができ、高い精度で外観を検査することが可能となる。

【0044】

なお、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、本発明の趣旨の範囲内であれば多種の変更、改良等が可能である。例えば、カメラ３１ａ、３１ｂは、ラインセンサカメラを採用しているが、対象物の表面を撮像することができるカメラであれば特に限定されるものではない。また、上記実施例ではカメラを２基備えているが、対象物である豆の表面をあらゆる角度から正確に撮像するため、３基以上のカメラを備えていても構わない。この場合、カメラの基数分だけサイクル時間を分割して、図４と同様のタイムチャートで撮像すれば良い。

【符号の説明】

【0045】

１ 豆類選別装置
１０ 制御回路
２０ ベルト（搬送手段）
２１ ローラ（搬送手段）
２５ 供給装置（放出手段）
３１ａ、３１ｂ カメラ（撮像部）
４０ａ、４０ｂ 主照明（光照射部）
４１ａ、４１ｂ 副照明（光照射部）

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】