JP6216591B2 - シート材の外観検査装置 - Google Patents

Description

本発明は、シーツや包布などのシート材の裏面を光学的に検査するシート材の外観検査装置に関し、さらに詳しくは洗濯、乾燥済みのシート材に汚れや破れなどの欠陥がないかを検査するシート材の外観検査装置に関する。

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た後、次の設備であるベルトコンベアで運ばれる途中で照明器具によりその表面が照らされ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。

このシート材の外観検査に用いられる検査装置としては、特開２００８−１２８８２２号公報（特許文献１）や特開２０１１−２４２３３０号公報（特許文献２）等が知られている。

特許文献１に開示された外観検査装置は、被検査物であるシート材と同系色の白色と異なる色の２つの背景を応用して被検査物を検査することにより、多様な欠陥を高精度に検査可能としたものである。

また、特許文献２に記載された外観検査装置は、暗色部と透光部を有する検査台に対して、暗色部における布片の反射光を撮影する第１カメラと透光部を通過する布片の透過光を撮影する第２カメラとを備え、両カメラの画像に基づいて汚れと破れを高精度で判別可能としたものである。

特開２００８−１２８８２２号公報 特開２０１１−２４２３３０号公報

しかし、上記２件の検査装置はいずれもシート材の片面について、破れや汚れなどの欠陥を検査するものである。最近では袋状に構成された布団カバー（包布）などが用いられることも多く、片面からでは十分な検査が困難であることから、シート材の表面、裏面両方の検査を行いたいというニーズが出てきている。

シート材の裏面側を検査するために、検査台を透明にしてカメラを検査台の下側に配置することで検査することができそうであるが、実際には下記の問題が生じていた。

まず、検査対象物であるシート材の一例としてのシーツの幅は約３ｍ程度であるため、検査対象物とカメラの距離は１．５ｍ程度必要である。シート材は、他の既存設備の関係より、床から１ｍ程度の高さを搬送されており、表面に関しては天井高さとの関係はあるものの問題なく高い位置にカメラを設置することが可能である。しかし、裏面の検査のためにシート材の下側(裏面側)にカメラを設置することは、装置の構成上、カメラとシート材との被写体間距離を確保することができず、現実には不可能である。

また、シート材の裏面側にカメラを配置する場合、光軸を曲げるためにミラーなどを利用することも考えられるが、実ラインでは装置の振動が多く、カメラの撮像画像がぶれるため実質的に不可能である。

このため、現在では、シート材の上側に配置されたカメラによって検査せざるを得ず、このために裏面の検査のためにシート材を裏返しているが、この方法ではシート材を裏返すために別の設備が必要となり、ライン全体が長くなってしまう。

さらに、シート材の裏側を透明な検査板の下側から撮影し、また、検査の精度を高めるための背景板を用いる場合、カメラの反対側に位置するシート材の表面側に背景板を配置することが必要となる。この場合、シート材を検査板と背景板との狭い隙間を搬送することとなり、シートの搬送が困難となるという問題があった。

したがって、本発明が解決しようとする技術的課題は、既存の設備に用いやすくシート材の裏面を高精度に検査することができるシート材の外観検査装置を提供することである。

本発明は、上記技術的課題を解決するために、以下の構成のシート材の外観検査装置を提供する。

本発明の第１態様によれば、
検査対象であるシート材が通過する搬送経路の下方に前記シート材の幅方向に対して複数配置され、前記シート材からの反射光を、観察するカメラと、
前記カメラにより撮像された前記シート材の画像から、被検査物の外観の欠陥を検査する画像処理装置、を有することを特徴とする、シート材の検査装置を提供する。

本発明の第１態様によれば、検査対象であるシート材が通過する搬送経路の下方に前記シート材の幅方向に対して複数配置され、前記シート材からの反射光を、観察するカメラと、
前記カメラにより撮像された前記シート材の画像から、被検査物の外観の欠陥を検査する画像処理装置と、
前記シート材が上面を通過するように搬送経路中に配置され、複数枚の透明板材が前記シート材の搬送方向に交差する方向に配列されて構成された検査板とを有し、
前記カメラは前記板材の接続部分の法線上に光軸が設けられており、前記シート材の前記検査板との対向面からの反射光を、前記検査板を通して観察することを特徴とする、シート材の検査装置を提供する。

本発明の第２態様によれば、前記シート材が通過する搬送経路を挟んで前記カメラに相対する位置に黒背景形成手段が設けられていることを特徴とする、第１態様のシート材の検査装置を提供する。

本発明の第３態様によれば、黒背景形成手段は、前記カメラによる前記シート材の撮影範囲位置における視野内に、前記カメラに到達可能な外部からの反射光や拡散光が入射しないようにする箱状に構成されていることを特徴とする、第２態様のシート材の検査装置を提供する。

本発明の第４態様によれば、前記黒背景形成手段は、前記カメラの撮影範囲内に内面を向けて配置された、前記内面が黒色塗布された有底容器として構成された黒色箱部材で構成されている、第２又は第３態様のシート材の検査装置を提供する。

また、シート材を安定して搬送させることができる検査板を用いた場合には、検査板を構成する板材の接続部分の法線上にカメラの光軸を配置することにより、当該接続部分の撮像を小さくすることができ、撮影ノイズを小さくすることができる。

さらに、搬送経路の上方に黒背景を形成することで、シート材の欠陥を判別しやすくすることができる。特に検査板を用いた場合には、黒背景形成手段と透明な検査板との距離を離して配置することができるため、シート材の搬送時につまりなどの問題を防止することができる。

洗濯ラインの全体構成を示す図である。 本発明の実施形態にかかる外観検査装置の構成を模式的に示す図である。 図２の外観検査装置の検査板近傍の構成を模式的に示す斜視図である。 図２の外観検査装置において継ぎ目線の撮像ノイズを小さくすることの説明図である。 搬送方向に沿った方向のカメラの画角範囲と黒色箱部材の構成及び配置位置を説明するための模式図である。 変形例にかかる外観検査装置の検査板近傍の構成を模式的に示す斜視図である。

以下、本発明の一実施形態に係るシート材の外観検査装置について、図面を参照しながら説明する。本実施形態にかかるシート材の外観検査装置は、透光性を有するシート材を被検査物とし、具体的には、洗濯機で洗濯されたシーツなどの被洗濯物の欠陥を検査するための外観検査装置である。

図１は、洗濯ラインの全体構成の一例を示す。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１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２によって、最終的に折り畳み機３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。アイロナ１や搬送装置２は、たとえば３ｍ程度の幅を有している。なお、このような広い幅を有効に利用するため、搬送装置２では、多数の被洗濯物が並列に搬送される。

外観検査装置１０は、搬送装置２により移動していく被洗濯物を撮像し、撮像画像を基に画像処理装置１８（図２参照）によって外観の異常（破れ、汚れなど）を検出する。折り畳み機３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。

図２は本発明の実施形態にかかる外観検査装置の構成を模式的に示す図である。本実施形態に係るシート材の外観検査装置１０は、搬送装置２の搬送経路の途中に設けられている。アイロナ１よりアイロン掛けされて出てきた被洗濯物は、上流側のベルトコンベア１１により搬送されて、ガイド１２により案内され搬送経路中に設けられた検査板１３上を移動し、下流側のベルトコンベア１５により装置外へ排出される。

検査板１３は、厚み１０ｍｍ程度の透明なアクリル板で構成されており、ベルトコンベア１１の搬送幅に合わせて３ｍ程度の幅を有している。検査板１３は、図３に示すように、３ｍ程度の幅広に構成されているため、複数枚のアクリル板１３ａ（本実施形態では３枚）を被洗濯物の搬送方向に対して交差する方向に配列して構成されている。アクリル板１３ａの接続部分には、複数のアクリル板１３ａの側面を付き合わせた継ぎ目線１３ｂが存在することとなる。検査板１３の上流側には白色の背景ブロック１４が配置されており、その上を被洗濯物が通過するようになっている。背景ブロック１４は、例えば、白色校正に用いることができる。

アイロナ１よりアイロン掛けされて出てきた被洗濯物は検査板１３及び背景ブロック１４の上を通過して搬送され、検査板１３の下方に設けられたカメラ１７により被洗濯物の裏面側が検査板１３を透過して撮像される。

白色の光源１６は、検査板１３の上の被検査物である被洗濯物を照明する位置に、搬送方向に対して前方と後方側に設置され、被検査物を照明する。さらに、検査板１３の下方には、複数台のカメラ１７（本実施例ではエリアカメラ）が搬送方向に直交する向きに配列設置されている。上記のように被洗濯物は幅が約３ｍあるため、これを撮像するために複数台のカメラで分割して撮像することで、被検査物とカメラ１７との距離を小さくすることができる。すなわち、上流側ベルトコンベア１１の位置は、他の既存設備との関係で所定の高さ（約１ｍ程度）にする必要がある。このため、本実施形態では、複数台のカメラを用いることで、床面との設置高との関係でカメラが配置できなくなるという問題を解消する。

カメラ１７は、その撮影範囲が白色の背景ブロック１４及び検査板１３上の被洗濯物を撮像するように調整されている。すなわち、後述するように、撮影範囲のうち、白色校正のために背景ブロック上の領域のみをスキャンすれば、背景ブロック部分の画像を得ることができるし、背景ブロックが設けられていない部分のみをスキャンすれば、検査板１３上の被洗濯物の画像を得ることができる。

カメラ１７は、検査板１３上を通過する被洗濯物を検査板１３を透して撮影する。カメラ１７と光源１６との位置関係は、撮像画像に光源の光が直接写りこまないように、光源からの照射光の正反射光がカメラ１７の光軸と一致しないように構成される。すなわち、被洗濯物のための照明は、光源１６からの照射光が検査板１３を透過し、被洗濯物に到達して表面で拡散した拡散光としてカメラ１７に到達する。

このため、カメラ１７により撮像された画像は、検査板１３の表面に傷や汚れが存在した場合は、撮像画像にこれらの傷が写り込み、撮像ノイズが生じることになる。ただし、本実施形態では、これらの撮像ノイズを後述するように最小化するように構成されている。

カメラ１７の光軸Ｌは、図３に示すように、上記検査板１３を構成するアクリル板１３ａの継ぎ目線１３ｂの法線方向に伸びるように調整されている。このようにカメラの光軸Ｌを調整することにより、検査板１３の継ぎ目線１３ｂの厚み方向の写り込み幅を小さくして、検査板１３を透して撮像される被洗濯物の撮像ノイズを小さくすることができる。

図４は、本実施形態にかかる検査装置において継ぎ目線の撮像ノイズを小さくすることの説明図である。図４（ａ）は、本実施形態のように継ぎ目線１３ｂの法線上にカメラの光軸Ｌが配置されている状態、図４（ｂ）は、継ぎ目線１３ｂに対して、斜めにカメラの光軸Ｌが配置されている状態を示している。図４（ｃ）は図４（ａ）における撮像の模式図、図４（ｄ）は図４（ｂ）における撮像の模式図を示している。

図４（ａ）（ｂ）ともに、矢印９０で示すように、被洗濯物５０が図面の紙面奥から手前側に搬送される状態を示している。図４（ａ）の継ぎ目線１３ｂの法線上にカメラの光軸Ｌが配置されている状態では、所定の厚みを有するアクリル板１３ａの継ぎ目線１３ｂに対し、アクリル板１３ａの上端及び下端に対応する光軸が重なるため、撮像画像Ｐ１において継ぎ目線の幅Ｄ１を最小にすることができる。

一方、図４（ｂ）に示すように、継ぎ目線１７ｂに対して、斜めにカメラの光軸Ｌが配置されている場合は、所定の厚みを有するアクリル板１３ａの継ぎ目線１３ｂに対し、アクリル板１３ａの上端に対応する光軸Ｌｕ及び下端に対応する光軸Ｌｂが被洗濯物の幅方向にズレを持つこととなるため、撮像画像Ｐ２において、継ぎ目線の幅Ｄ２が大きくなる。

このように本実施形態にかかる外観検査装置では、幅広の検査板１３を用いた場合に複数枚の板を継ぎ合わせて構成したとしても継ぎ目線１３ｂの影響を最小化させることができる。すなわち、継ぎ目線１３ｂ上に被洗濯物の欠陥が存在したとしても、継ぎ目線１３ｂの写り込みを最小にすることができるので撮像ノイズを小さくすることができる。

なお、本実施形態にかかる外観検査装置では、上記のようにカメラ１７は２台使用しており、それぞれが継ぎ目線１３ｂ上に光軸が配置されるようにするために、少なくとも、検査板は３枚の同寸法のアクリル板１３ａを用いることができる。

なお、複数のカメラ１７は、すべてのカメラについてその光軸Ｌが継ぎ目線１３ｂの法線方向に設けられている必要はない。すなわちカメラ１７の配置箇所は、カメラの台数及びアクリル板１３ａの設置枚数に応じて設置すればよい。例えば、図６に示す例では、検査板１３は２枚のアクリル板１３ａで構成され中央部分に１本の継ぎ目線１３ｂが存在し、カメラは３台設けられている。この変形例では、中央のカメラ１７ｃのみがその光軸Ｌｃが継ぎ目線１３ｂ上に位置するように配置され、両端のカメラ１７は継ぎ目線１３ｂ上に光軸Ｌが位置しないように配置されている。

それぞれのカメラ１７は、内蔵の撮像素子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、デジタル信号を出力する。出力されたデジタル信号は、画像処理装置１８に送信され、後述する処理が行われて被洗濯物の欠陥が判断される。

検査板１３の上方位置のカメラ１７の光軸Ｌの延長線上には、黒背景形成手段の一例としての黒色箱部材２２が設けられている。黒色箱部材２２は、内側２２ａが黒く塗りつぶされた有底の細長い容器状に構成されており、カメラの光軸Ｌが箱の内部に到達する向きに配置されている。

黒色箱部材２２は、カメラ１７による被洗濯物の撮影時に、黒背景視野を形成するためのものであり、カメラの画角内、具体的には、被洗濯物５０の撮影範囲Ｒ位置における視野内に、カメラに到達可能な外部からの反射光や拡散光が入射しないようにする。具体的には、図５に示すように、内部をカメラの光軸側に向けることで、内部２２ａに入射したあらゆる光が内壁２２ｂで反射及び拡散することを抑え、図５中のＬｆ及びＬｒの範囲内で示されるカメラの撮影視野を限りなく黒色にする。

カメラ１７により撮像された画像は、画像処理装置１８に送られる。画像処理装置１８は、汎用のコンピュータを用いることができる。画像処理装置１８には、画像作成部１９、欠陥検出部２０，良否判定部２１がそれぞれ設けられている。

画像作成部１９は、カメラ１７によって撮影された撮影画像を画像処理する。上記の通り、本実施形態におけるカメラ１７は、エリアカメラが用いられており、撮像された画像のうち、部分的にスキャンするとともに、それぞれのカメラのスキャンされた部分を合成して被洗濯物５０の搬送方向及び幅方向の全範囲の画像を作成する。

欠陥検出部２０は、画像作成部１９によって画像処理した結果に基づいて被洗濯物５０の欠陥を検出する。さらに、良否判定部２１は、欠陥検出部２０による欠陥の検出結果に基づいて被洗濯物５０の良否を判定する。

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２において、外観検査装置１０に送り込まれた被洗濯物５０は、ベルトコンベア１１により検査板１３の上を通過する。検査板１３には上記の通り白色の背景ブロック１４が設けられており、白色ブロック１４の上を通り、次に背景ブロックが設けられていない領域を通る。背景ブロックが設けられていない部分は上記の通り、黒背景視野に構成されている。

被洗濯物５０は白色の光源１６により照射されており、画像作成部１９によってカメラ１７の撮影視野のうち、黒背景視野の部分をスキャンし、黒背景視野の上の画像を作成する。欠陥検出部２０は作成された画像に基づいて下記の通り、欠陥の有無を判別する。

被洗濯物５０に破れがあった場合、破れた部分は黒背景視野が露出して見えているので、被洗濯物５０は、黒背景視野上で、破れが黒くカメラに撮像される。なお、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、実際は黒背景視野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、包布のような複数枚が重なっているような被洗濯物の場合は、黒背景視野とならず、白背景となる場合がある。この場合、白背景上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。また、被洗濯物５０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。

良否判定部２１は、欠陥検出部２０により欠陥が発見された場合は、当該被洗濯物を良品ではないと判定し、ベルトコンベア１５により装置外へ排出されたあと、下流側の搬送装置によって取り出し場所を変えて排出する。

以上説明したように、本実施形態にかかるシート材の外観検査装置によれば、シート材の裏面を高精度に検査することができ、また、既存の設備にも好適に用いることができる。

なお、いうまでもなく、本発明のシート材の外観検査装置は、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同様に適用できる。

なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、その他種々の態様で実施可能である。例えば、黒背景形成手段の構成としては、箱状部材に限定されるものではなく、被洗濯物５０の撮影範囲Ｒ位置における視野内に、カメラに到達可能な外部からの反射光や拡散光が入射しないように構成されるものであればどのようなものであってもよく、例えば、ドーム状に構成されていてもよい。

また、検査板１３については、搬送経路中にシート材を安定して搬送させるために設けられるものであり、シート材の安定した搬送が可能であれば、検査板１３を省略することも可能である。例えば、上流側及び下流側のベルトコンベアによりシート材に張力をかける構成を有していたり、検査対象であるシート材自体が撓みにくいものである場合などは、黒背景形成手段の下方に検査板１３を省略して、直接カメラを配置することが可能である。

また、カメラはエリアカメラではなく、ラインカメラを用いることも可能である。

１ アイロナ
２ 搬送装置
３ 折り畳み機
１０ 外観検査装置
１１ 上流側ベルトコンベア
１２ ガイド
１３ 検査板
１４ 白色ブロック
１５ 下流側ベルトコンベア
１６ 光源
１７，１７ｃ カメラ
１８ 画像処理装置
１９ 画像作成部
２０ 欠陥検出部
２１ 良否判定部
２２ 黒色箱部材

Claims (4)

1. 検査対象であるシート材が通過する搬送経路の下方に前記シート材の幅方向に対して複数配置され、前記シート材からの反射光を、観察するカメラと、
   前記カメラにより撮像された前記シート材の画像から、被検査物の外観の欠陥を検査する画像処理装置と、
   前記シート材が上面を通過するように搬送経路中に配置され、複数枚の透明板材が前記シート材の搬送方向に交差する方向に配列されて構成された検査板とを有し、
   前記カメラは前記板材の接続部分の法線上に光軸が設けられており、前記シート材の前記検査板との対向面からの反射光を、前記検査板を通して観察することを特徴とする、シート材の検査装置。
2. 前記シート材が通過する搬送経路を挟んで前記カメラに相対する位置に黒背景形成手段が設けられていることを特徴とする、請求項１に記載のシート材の検査装置。
3. 前記黒背景形成手段は、前記カメラによる前記シート材の撮影範囲位置における視野内に、前記カメラに到達可能な外部からの反射光や拡散光が入射しないようにする箱状に構成されていることを特徴とする、請求項２に記載のシート材の検査装置。
4. 前記黒背景形成手段は、前記カメラの撮影範囲内に内面を向けて配置された、前記内面が黒色塗布された有底容器として構成された黒色箱部材で構成されている、請求項２又は３に記載のシート材の検査装置。

Images