JP6413811B2

JP6413811B2 - 円筒製品検査装置および円筒製品検査方法

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Publication number: JP6413811B2
Application number: JP2015017516A
Authority: JP
Inventors: 信之伊東
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 2015-01-30
Filing date: 2015-01-30
Publication date: 2018-10-31
Anticipated expiration: 2035-01-30
Also published as: JP2016142592A

Description

本件は、円筒製品検査装置および円筒製品検査方法に関する。

円筒形の検査対象を回転させ、当該検査対象をカメラで撮影し、カメラの出力を平面展開することで外観検査を行う検査手法が開示されている（例えば、特許文献１参照）。

特開平７−４５６７８号公報

しかしながら、得られた画像から円筒側面を合成するために所定の時間間隔で円筒側面を順次撮像しようとすると、制御装置の負荷などに起因して、撮像のタイミングが目標タイミングからずれることがある。この場合、得られた画像から円筒側面を高精度で合成できない場合がある。その結果、検査精度が低下することになる。

本件は上記課題に鑑みなされたものであり、検査精度低下を抑制することができる円筒製品検査装置および円筒製品検査方法を提供することを目的とする。

１つの態様では、円筒製品検査装置は、円筒軸を回転軸として回転する円筒製品の側面を順次撮像する撮像装置と、前記撮像装置が取得した複数の画像のうち経時的に連続する２枚の画像を比較することによって得られる前記２枚画像間の移動量がしきい値以上であるか判定する判定部と、前記複数の画像のそれぞれから所定の幅部分を切り出して前記側面の画像を合成する合成部と、前記しきい値以上であると判定された場合に、前記２枚の画像のうち後の画像の回転方向後側の切り出し幅を大きくする補正部と、を備える。

１つの態様では、円筒製品検査方法は、円筒軸を回転軸として円筒製品を回転させつつ、前記円筒製品の側面を順次撮像し、得られた複数の画像のそれぞれから所定の幅部分を切り出して前記側面の画像を合成する場合において、経時的に連続する２枚の画像を比較することによって得られる当該２枚の画像間の移動量がしきい値以上であるか判定し、前記しきい値以上である場合に、当該２枚の画像のうち後の画像の回転方向後側の切り出し幅を大きくする。

検査精度低下を抑制することができる。

（ａ）および（ｂ）は円筒製品の検査を例示する図である。（ａ）は円筒製品検査装置の上面図であり、（ｂ）は円筒製品検査装置の側面図である。（ａ）は背面照明が無い場合に得られた画像を例示する図であり、（ｂ）は背面照明で円筒製品の背面に光を照射した状態で得られた画像を例示する図である。（ａ）は制御装置のハードウェア構成を説明するためのブロック図であり、（ｂ）は制御装置の機能ブロック図である。切り出し部分を例示する図である。（ａ）〜（ｃ）は移動量判定部による判定について説明するための図である。切り出し幅の補正について例示する図である。円筒製品検査装置が円筒製品を検査する際に実行するフローチャートの一例である。

実施例の説明に先立って、円筒製品の検査の概略について説明する。

図１（ａ）および図１（ｂ）は、円筒製品の検査を例示する図である。例えば、円筒製品の検査においては、図１（ａ）で例示するように、円筒軸を回転軸として円筒製品を回転させながら、ラインカメラで円筒製品を撮像する。撮像によって得られたライン画像をつなぎ合わせることによって、円筒側面の画像を合成することができる。しかしながら、この方法では、検査対象の本数分のカメラと照明が必要となり、設備投資が大きくなる。それにより、コスト抑制のニーズに合わなくなる。

そこで、エリアカメラ等を用いて検査することが考えられる。例えば図１（ｂ）で例示するように、エリアカメラを用い、円筒軸を回転軸として円筒製品を回転させながら円筒側面を含むエリアを順次撮像し、得られた画像の所定の幅部分（例えば所定幅の頂上部分）を短冊状に切り出し、切り出した短冊状の部分画像をつなぎ合わせる手法が考えられる。この場合においても、円筒側面の画像を合成することができる。

しかしながら、例えばＰＣ（パーソナルコンピュータ）などの汎用の制御装置を用いて順次撮像する場合、制御装置の負荷状況に応じて撮影タイミングが目標のタイミングからずれる場合がある。例えば、負荷が大きいと撮像の間隔が大きくなることがある。この場合、短冊状に切り出した画像に絵柄の欠落などが発生し、つなぎ合わせた画像が実際の円筒側面の絵柄と異なり、検査精度が低下するおそれがある。画像専用の取り込み装置を用いることも考えられるが、コストがかかる。以下の実施例では、検査精度を向上させることができる円筒製品検査装置および円筒製品検査方法について説明する。

図２（ａ）および図２（ｂ）は、実施例１に係る円筒製品検査装置１００の全体構成を例示する図である。図２（ａ）は、円筒製品検査装置１００の上面図である。図２（ｂ）は、円筒製品検査装置１００の側面図である。

図２（ａ）で例示するように、円筒製品検査装置１００は、固定部１０、回転装置２０、背面照明３０、撮像用照明４０、撮像装置５０、制御装置６０などを備える。固定部１０には、検査対象の円筒製品７０のいずれかの底面が固定されている。円筒製品７０として金属製品を用いる場合には、固定部１０として磁石などを用いることができる。円筒製品７０は、円筒状のものであれば特に限定されるものではない。本実施例においては、円筒製品７０は、一例として乾電池である。

回転装置２０は、モータなどであり、制御装置６０の指示に従って固定部１０を回転させる。それにより、円筒製品７０は、円筒軸を回転軸として回転する。背面照明３０は、円筒製品７０を挟んで撮像装置５０と反対側に配置され、円筒製品７０に対して光を照射する。本実施例においては、背面照明３０は、円筒製品７０の背面（側面の底部）に対して光が照射されるように配置されている。撮像用照明４０は、例えば円筒製品７０を挟んで回転装置２０と反対側に配置され、円筒製品７０に対する撮像装置５０の撮像範囲に対して光を照射する。本実施例においては、撮像用照明４０は、円筒製品７０の側面の頂上部に対して光が照射されるように配置されている。

撮像用照明４０が円筒製品７０の側面の頂上部に対して光を照射することから、撮像装置５０は、円筒製品７０の側面頂上部を精度良く撮像することができる。また、背面照明３０が円筒製品７０の背面側から光を照射することから、撮像装置５０から見た円筒製品７０の側面と背景との境界にコントラストが現れる。それにより、撮像装置５０の撮像によって得られた画像において、円筒製品７０の外形の認識が容易となる。すなわち、背面照明３０と撮像用照明４０とを用いることで、撮像装置５０は、円筒製品７０の外形を精度良く認識しつつ、円筒製品７０の側面頂上部を精度良く撮像することができる。

図３（ａ）は、背面照明３０が備わっていない場合に撮像装置５０の撮像によって得られた画像を例示する図である。図３（ａ）で例示するように、背面照明３０が備わっていないと円筒製品７０の側面と背景との境界にコントラストが現れにくくなる。これに対して、図３（ｂ）は、背面照明３０で円筒製品７０の背面に光を照射した状態で撮像装置５０の撮像によって得られた画像を例示する図である。図３（ｂ）で例示するように、背面照明３０を用いると円筒製品７０の側面と背景との境界にコントラストが現れるため、円筒製品７０の外形の認識が容易となる。なお、図３（ａ）および図３（ｂ）では、画像に影となって現れる部分に網掛け等の模様を付してある。

撮像装置５０は、円筒製品７０を挟んで背面照明３０と反対側に配置されており、円筒製品７０の側面頂上部と対向している。撮像装置５０は、例えばＣＭＯＳ（ＣｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙＭｅｔａｌＯｘｉｄｅＳｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）カメラ、ＣＣＤ（ＣｈａｒｇｅＣｏｕｐｌｅｄＤｅｖｉｃｅ）カメラなどである。撮像装置５０は、エリアカメラとして用いられる。撮像装置５０は、制御装置６０の指示に従って、円筒製品７０の側面を頂上側から経時的に順次撮像する。

撮像装置５０によって得られた画像は、制御装置６０に送られる。制御装置６０は、撮像装置５０によって得られた複数の画像を合成し、得られた合成画像を用いて検査を行う。図４（ａ）は、制御装置６０のハードウェア構成を説明するためのブロック図である。図４（ａ）で例示するように、制御装置６０は、ＣＰＵ１０１、ＲＡＭ１０２、記憶装置１０３、インタフェース１０４などを備える。これらの各機器は、バスなどによって接続されている。ＣＰＵ（ＣｅｎｔｒａｌＰｒｏｃｅｓｓｉｎｇＵｎｉｔ）１０１は、中央演算処理装置である。ＣＰＵ１０１は、１以上のコアを含む。ＲＡＭ（ＲａｎｄｏｍＡｃｃｅｓｓＭｅｍｏｒｙ）１０２は、ＣＰＵ１０１が実行するプログラム、ＣＰＵ１０１が処理するデータなどを一時的に記憶する揮発性メモリである。記憶装置１０３は、不揮発性記憶装置である。記憶装置１０３として、例えば、ＲＯＭ（ＲｅａｄＯｎｌｙＭｅｍｏｒｙ）、フラッシュメモリなどのソリッド・ステート・ドライブ（ＳＳＤ）、ハードディスクドライブに駆動されるハードディスクなどを用いることができる。

図４（ｂ）は、制御装置６０の機能ブロック図である。ＣＰＵ１０１が記憶装置１０３に記憶されているプログラムを実行することによって、図４（ｂ）で例示するように、制御装置６０に、保存部６１、切り出し部６２、移動量判定部６３、補正部６４、合成部６５、検査部６６などが実現される。なお、制御装置６０の各部は、専用の回路などのハードウェアであってもよい。

保存部６１は、撮像装置５０が所定の撮像間隔（標準フレームレートから求まる撮像間隔）で順次取得する画像（フレーム）を受け取り、円筒製品７０の側面全周に相当する枚数の画像を時刻データと関連付けて保存する。この側面全周に相当する枚数は、回転装置２０の回転速度と撮像装置５０の撮像間隔とから算出することができる。本実施例においては、一例として、３０枚の画像（フレーム０〜フレーム２９）が保存部６１に保存される。

切り出し部６２は、保存部６１に保存された画像のそれぞれから所定の幅部分を短冊状に切り出す。図５で例示するように、円筒製品７０が円筒の形状を有しているため、反射光量を均一にすることは困難である。例えば、円筒側面のいずれかの箇所にピントを合わせると、円筒製品７０の高低差に起因してピントが合わなくなる箇所が現れる。そこで、本実施例においては、切り出し部６２は、画像における高低差を抑制するために、円筒側面の頂上付近の所定幅部分を切り出す。

保存部６１には３０枚の画像が保存されているため、図５で例示するように、切り出し部６２は、円筒製品７０の側面の頂上から回転方向前側に６度、回転方向後側に６度の合計１２度の領域を切り出す。この１２度の回転角度に相当する幅は、回転装置２０の回転角度、撮像装置５０の解像度などから算出することができる。なお、切り出し部６２は、保存部６１に保存された画像から、短冊状の画像の他に、円筒製品７０の外形に沿って画像を切り出す。この外形画像については、移動量判定部６３の判定に用いられる。また、外形画像の切り出しについては、輝度値などに基づいて行うことができる。

移動量判定部６３は、保存部６１に保存された経時的に連続する各２枚の画像を比較することによって得られる当該２枚の画像の移動量がしきい値以上であるか否かを判定する。図６（ａ）〜図６（ｃ）は、移動量判定部６３による判定について説明するための図である。図６（ａ）は、経時的に連続する前後２枚のフレームの外形画像を例示する図である。一例として、図６（ａ）の左図はフレーム０の外形画像であり、右図はフレーム１の外形画像である。なお、本実施例においては、円筒製品７０のマイナス極側（底面側）から見て左回りに回転する。また、フレーム０とフレーム１との重なりの比較を容易とするためにフレーム１では文字を白抜きで表しているが、実際にはフレーム０とフレーム１とで、文字の書体は同じである。

移動量判定部６３は、フレーム０の外形画像をテンプレート画像として用いる。この場合において、図６（ａ）で例示するように、移動量判定部６３は、回転方向側端の所定幅をカットする。図６（ｂ）の左図は、カット後のテンプレート画像である。所定幅をカットするのは、フレーム１の外形画像において比較対象が無いからである。次に、移動量判定部６３は、フレーム１の外形画像をマッチング対象の画像（マッチング画像）として用い、テンプレートマッチングによりテンプレート画像とマッチング画像との類似度が最大となる位置を探す。次に、図６（ｃ）で例示するように、移動量判定部６３は、マッチング画像において類似度が最大となる位置から、テンプレート画像の初期位置を差し引いた値を移動量ａとして抽出する。

ここで、目標の移動量ｂは、例えばｂ＝Δｔ×Ａで表すことができる。係数Ａは、予め、撮像装置５０の解像度、回転装置２０の回転速度等から求めた係数（ピクセル／ｍｓ）である。Δｔは、標準フレームレートから求まる撮像間隔時間（ｍｓ）である。移動量ａが目標の移動量ｂよりも大きいと、フレーム１の撮像タイミングが遅れていることになる。そこで、移動量判定部６３は、移動量ａがしきい値以上であるか否かを判定する。この場合のしきい値として、目標移動量ｂより大きい値を用いることができる。

移動量ａがしきい値以上であると判定された場合、補正部６４は、切り出し部６２による切り出し幅を目標の切り出し幅（設定値）よりも大きくする。例えば、図７で例示するように、補正部６４は、円筒製品７０の中心より左側（回転方向前側）の切り出し位置については補正せず、円筒製品７０の中心より右側（回転方向後側）の切り出し位置については、（ａ―ｂ）だけ右側（回転方向後側）に補正する。それにより、切り出し幅は、目標移動量ｂから実際の移動量ａに広がることになる。

合成部６５は、各フレームに対して切り出し部６２が切り出した画像を時系列に沿ってつなぎ合わせることによって、円筒製品７０の側面の画像を合成する。例えば、合成部６５は、円筒製品７０の側面全体の画像を合成する。次に、検査部６６は、合成画像に対して検査を行う。例えば、検査部６６は、合成画像と予め作成された基準画像とを照合し、両者の類似度がしきい値以上となっていれば当該円筒製品７０の検査を合格と判定する。

図８は、円筒製品検査装置１００が円筒製品７０を検査する際に実行するフローチャートの一例である。図８で例示するように、保存部６１は、撮像装置５０が順次取得する画像を受け取り、円筒製品７０の側面全周に相当する枚数（一例として３０枚）の画像を時刻データと関連付けて保存する（ステップＳ１）。次に、合成部６５は、合成画像を生成するための合成画像領域を確保する（ステップＳ２）。具体的には、合成部６５は、円筒製品７０の側面全周に相当する枚数の画像（フレーム０〜フレーム２９）を得るために経過した時間に、回転装置２０の回転の時間あたりの撮像装置５０におけるピクセル数を掛け合わせる。

次に、切り出し部６２は、保存部６１に保存されたそれぞれの画像における目標の切り出し位置（設定値）を計算する（ステップＳ３）。次に、移動量判定部６３は、所定枚数（円筒製品７０の側面全周に相当する枚数）分の処理が完了しているか否かを判定する（ステップＳ４）。ステップＳ４の実行によって、画像の切り出しが完了したか判定することができる。

ステップＳ４で「Ｎｏ」と判定された場合、移動量判定部６３は、１フレーム前の画像（例えばフレーム０）の外形画像から得られたテンプレート画像と、次のフレームの画像（例えばフレーム１）の外形画像（マッチング画像）とのマッチング処理を行う。それにより、フレーム０からのフレーム１の移動量を抽出する（ステップＳ５）。次に、移動量判定部６３は、ステップＳ５で抽出された移動量がしきい値以上であるか否かを判定する（ステップＳ６）。この場合のしきい値として、目標移動量の所定倍などの、目標移動量よりも大きい値を用いることができる。なお、フレーム０については１つ前のフレームが存在しないため、移動量はしきい値未満となる。

ステップＳ６で「Ｎｏ」と判定された場合、補正部６４は、切り出し幅を補正しない。それにより、切り出し部６２は、フレーム１において、目標の切り出し位置で、目標の切り出し幅の部分を切り出す（ステップＳ７）。ステップＳ６で「Ｙｅｓ」と判定された場合、補正部６４は、切り出し幅を大きくする補正を行う。それにより、切り出し部６２は、フレーム１において目標の切り出し幅よりも広い幅の部分を切り出す（ステップＳ８）。ステップＳ７またはステップＳ８の実行後、合成部６５は、切り出した部分（短冊）を合成画像領域に貼り付ける（ステップＳ９）。その後、ステップＳ４から再度実行される。なお、この場合、前回よりも経時的に次の２枚のフレームを用いて、マッチング処理が行われることになる。また、ステップＳ９では、経時的に連続する切り出し部分が順に貼り付けられることになる。

ステップＳ４で「Ｙｅｓ」と判定された場合、合成部６５は合成画像を完成させることになる（ステップＳ１０）。次に、検査部６６は、合成画像と基準画像とを比較する（ステップＳ１１）。例えば、検査部６６は、両画像の類似度を算出する。次に、検査部６６は、両者に差異があるか否かを判定する（ステップＳ１２）。例えば、両画像の類似度がしきい値以下であるか否かを判定する。ステップＳ１２で「Ｙｅｓ」と判定された場合、検査部６６は、検査不合格であると判定する。ステップＳ１２で「Ｎｏ」と判定された場合、検査部６６は、検査合格であると判定する。

本実施例によれば、経時的に連続する２枚の画像間の移動量がしきい値以上である場合に当該２枚の画像のうち後の画像の切り出し幅が大きくなることから、円筒製品の側面の欠落が抑制される。それにより、制御装置６０の負荷等に起因して撮像装置５０の撮像タイミングにズレが生じても、円筒製品の検査精度の低下が抑制される。

また、背面照明３０が円筒製品７０を挟んで撮像装置５０と反対側から円筒製品７０に光を照射することから、撮像装置５０が取得する画像において円筒製品７０の外形の切り出しが容易となる。それにより、経時的に連続する２枚の画像間の移動量の判定精度が向上する。さらに、撮像用照明４０が、撮像装置５０の撮像範囲に対して光を照射することから、撮像装置５０による円筒製品７０の撮像精度が向上する。また、経時的に連続する２枚の画像間の類似度を算出する際に、前の画像において円筒製品７０の回転方向側端の所定幅がカットされることから、当該類似度の算出精度が向上する。

なお、上記実施例においては、撮像装置５０は１本の円筒製品７０を撮像しているが、同期して回転する複数の円筒製品７０を同時に撮像してもよい。この場合、撮像装置５０の台数を抑制することができることから、コストを低減することができる。

また、上記実施例においては、経時的に連続する２枚の画像間の移動量がしきい値以上の場合に当該移動量に相当する幅の画像が切り出されているが、設定値よりも大きい幅の画像が切り出されればよい。この場合においても、合成画像において円筒側面の欠落が抑制される。

以上、本発明の実施例について詳述したが、本発明は係る特定の実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。

１０固定部
２０回転装置
３０背面照明
４０撮像用照明
５０撮像装置
６０制御装置
６１保存部
６２切り出し部
６３移動量判定部
６４補正部
６５合成部
６６検査部
７０円筒製品
１００円筒製品検査装置

Claims

円筒軸を回転軸として回転する円筒製品の側面を順次撮像する撮像装置と、
前記撮像装置が取得した複数の画像のうち経時的に連続する２枚の画像を比較することによって得られる前記２枚の画像間の移動量がしきい値以上であるか判定する判定部と、
前記複数の画像のそれぞれから所定の幅部分を切り出して前記側面の画像を合成する合成部と、
前記しきい値以上であると判定された場合に、前記２枚の画像のうち後の画像の回転方向後側の切り出し幅を大きくする補正部と、を備えることを特徴とする円筒製品検査装置。
前記円筒製品を挟んで前記撮像装置と反対側から前記円筒製品に光を照射する照明をさらに備えることを特徴とする請求項１記載の円筒製品検査装置。
前記判定部は、前記２枚の画像を比較する際に、前の画像のうち回転方向の前側端の所定幅をカットした上で比較することを特徴とする請求項１または２記載の円筒製品検査装置。
円筒軸を回転軸として円筒製品を回転させつつ、前記円筒製品の側面を順次撮像し、
得られた複数の画像のそれぞれから所定の幅部分を切り出して前記側面の画像を合成する場合において、経時的に連続する２枚の画像を比較することによって得られる当該２枚の画像間の移動量がしきい値以上であるか判定し、前記しきい値以上である場合に、当該２枚の画像のうち後の画像の回転方向後側の切り出し幅を大きくする、ことを特徴とする円筒製品検査方法。