WO2018062154A1 - 検査装置及び検査対象物の撮像制御方法 - Google Patents

検査装置及び検査対象物の撮像制御方法 Download PDF

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孝徳 羽月
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Definitions

  • the present invention relates to an apparatus for imaging an inspection object such as a container being transported and inspecting the inspection object based on the obtained image.
  • a movable mirror is disposed in the optical path between the container of the inspection object and a camera for imaging the inspection object.
  • An inspection apparatus is known in which an image of a container being conveyed is continuously guided to a camera by rotating a mirror in synchronization with the conveyance (see, for example, Patent Document 1). Inspection that inspects the presence or absence of foreign matter through image processing such as composition and comparison of images obtained each time while the container of the object to be inspected moves within the field of view of the camera.
  • An apparatus is also known (for example, refer to Patent Document 2).
  • An inspection device that captures multiple images over the entire field of view of a camera and combines and compares the images does not require mechanical moving parts such as mirrors, but is advantageous for speeding up, but the field of view Since the image signals of all the pixels are read out and processed, the amount of data processing and calculation increases, and there is a possibility that restrictions may be imposed on the increase in the conveyance speed.
  • an object of the present invention is to provide an inspection apparatus and the like having an increased ability to cope with an increase in the conveyance speed of an inspection object.
  • An inspection apparatus includes: a transport unit that transports an inspection target along a predetermined transport path; and two inspection target areas of the inspection target that moves in an inspection section set on the transport path.
  • An inspection unit that inspects the inspection object based on an image captured by the imaging unit, the position of the inspection object on the transport path.
  • a position signal output means for outputting a signal correlated with the image signal, and an image pickup area is set on a part of the image pickup surface of the two-dimensional solid-state image pickup device so that an image signal is read out only in pixels included in the image pickup area.
  • the imaging control means Based on the output signal of the imaging control means for controlling the imaging operation of the imaging means and the position signal output means, the imaging control means to be set by the imaging control means so that the image of the inspection target area is positioned in the imaging area.
  • An imaging region discriminating unit that discriminates the position of the region, and the imaging control unit determines the position of the imaging region from the imaging region discriminating unit a plurality of times while the inspection object moves in the inspection section.
  • an imaging control method for an inspection object includes a conveyance unit that conveys an inspection object along a predetermined conveyance path, and an inspection object that moves in an inspection section set on the conveyance path.
  • An imaging means capable of imaging an inspection object region of an object using a two-dimensional solid-state imaging device, a position signal output means for outputting a signal correlated with the position of the inspection object on the transport path, and the two-dimensional solid-state imaging
  • An imaging control unit configured to set an imaging region in a part of the imaging surface of the element and control an imaging operation of the imaging unit so that an image signal is read out only to pixels included in the imaging region,
  • An imaging area is set at the position determined by the procedure for determining the position of the imaging area to be set by the imaging control means so that the image of the elephant area is positioned, and
  • a procedure for causing the imaging control means to function so that an image signal is read out only for the included pixels, and the procedure for determining the position while the inspection object moves within the inspection section a plurality of times Repeatedly performing the procedure for causing the imaging control means to function so that the imaging region is repeatedly set and the imaging operation is controlled according to the determination result of each time of the procedure for determining the position. The control of the imaging operation is repeated while changing the position of the imaging region so as to follow the movement of the object.
  • the imaging region is set on a part of the imaging surface, and the imaging operation is repeated while changing the position of the imaging region so as to follow the movement of the image accompanying the movement of the inspection object being conveyed. Therefore, it is possible to image the inspection target area of the moving inspection target without using a mechanical movable part such as a mirror.
  • the image signal is not read from all the pixels on the imaging surface, but is read only for pixels included in a part of the imaging region where the inspection target region is located. The amount of data processing and the amount of calculation when performing image processing and the like can be reduced. Thereby, the capability to cope with the increase in the conveyance speed can be sufficiently enhanced.
  • the inspection apparatus further includes a rotation driving unit that drives the inspection object to be conveyed so as to rotate about its axis, and the imaging control unit has a predetermined length in the rotation direction of the inspection object region.
  • the control of the imaging operation may be repeated while changing the position of the imaging region so that the range is captured in multiple times. According to this, by rotating the inspection object and imaging it in a plurality of times along the rotation direction, even if the inspection object is being conveyed at high speed, it can be obtained by one imaging. An image over a range that cannot be obtained can be acquired.
  • the imaging control means is configured such that the images of the inspection object imaged corresponding to each of the imaging regions set each time the imaging operation is performed are in a cycle such that the images of the inspection object are continuous with each other in the rotation direction.
  • the imaging operation may be repeated by repeatedly setting the imaging area. According to this, it is possible to acquire an image obtained by continuously capturing the inspection target region in the rotation direction.
  • the two-dimensional solid-state imaging device transmits the image signal extracted from the pixel in a direction along one side of the imaging surface and the primary transmission unit. And a secondary transmission unit that transmits the image signal in a direction along the other side of the imaging surface, and the imaging region is set to have a longitudinal direction in a direction along the other side. Also good.
  • extraction of image signals from the pixels to the primary transmission unit is sequentially performed for each pixel row arranged in the direction of the secondary transmission unit.
  • the longitudinal direction of the imaging region is directed in the direction in which the secondary transmission unit extends, the extraction of the image signal from the pixel to the primary transmission unit is made efficient, and the time required for reading the image signal is shortened. It is possible to further increase the ability to cope with higher transfer speeds.
  • the top view in the principal part of the inspection apparatus which concerns on one form of this invention.
  • the block diagram which shows the structure of the principal part of the control system of the inspection apparatus of FIG.
  • the figure which shows the correspondence of the imaging surface and imaging area of the two-dimensional solid-state image sensor in a camera.
  • the flowchart which shows the procedure of imaging control.
  • the inspection apparatus 1 in FIG. 1 inspects the appearance of the body of a glass jar BT as an example of an inspection object.
  • the inspection device 1 is provided with a star wheel transfer device 2 as a transfer means for the bag BT.
  • the star wheel transport device 2 carries in the outer periphery of the star wheel 3 while turning the disk-shaped star wheel 3 having pockets 3a provided at equal intervals on the outer periphery around its center line CL by a drive mechanism (not shown).
  • the bag BT While the bag BT is taken into the pocket 3a at the position P1, the bag BT is taken out from the pocket 3a at the carry-out position P2, so that the bag between the carry-in position P1 and the carry-out position P2 as indicated by an arrow Ra in the figure.
  • This is a well-known transport device that transports BT along an arc-shaped transport path CP (a center line is indicated by a one-dot chain line). That is, the star wheel transport device 2 is an example of a transport unit that is set so that the entire transport path CP is curved in an arc.
  • An inspection section SC is set at an intermediate position between the carry-in position P1 and the carry-out position P2 as an example in the middle of the transport route CP.
  • a spin device 5 is provided as an example of a rotation driving means for rotating the kite BT around its axis.
  • the spin device 5 runs the belt 6 provided so as to come into contact with the trunk portion of the heel BT accommodated in the pocket 3a, and drives the heel BT to rotate around the axis in the pocket 3a.
  • Each pocket 3a is provided with a plurality (two in the figure) of rollers 3b for allowing rotation within the pocket 3a of the bag BT.
  • the kite BT moves along the transport path CP while rotating in the inspection section SC by driving the spin device 5.
  • the inspection section SC is set so as to rotate more than one rotation while the heel BT moves in the inspection section SC.
  • the inspection device 1 illuminates the heel BT moving while rotating in the inspection section SC with an illuminating device (not shown), and takes an image of a region to be inspected set in the heel BT, for example, a trunk portion of the heel BT.
  • An image is taken from the outer peripheral side with the camera 10 as an example of the imaging means to perform, and the quality of the appearance of the trunk is inspected based on the obtained image.
  • the belt 6 is provided so as to be in contact with the heel BT at a position that does not interfere with the photographing of the body of the heel BT.
  • the camera 10 replaces the optical image of the body imaged on the imaging surface of the two-dimensional solid-state image sensor with an electronic image using a photoelectric conversion element, and stores an image as a charge in pixels constituting the electronic image.
  • the signals are sequentially read out, and the image signals are amplified and AD converted before being output.
  • the two-dimensional solid-state imaging device uses a type in which an imaging region is set in a part of all pixels included in the imaging surface and only image signals of pixels included in the imaging region can be selectively read out. .
  • a CMOS image sensor is used as a two-dimensional solid-state image sensor. When a CMOS image sensor is used, the charge of each pixel is converted into a voltage and read.
  • the two-dimensional solid-state imaging device is sufficient if it can control to read out an image signal limited to a partial region of the imaging surface, and as long as it is not limited to a CMOS image sensor, various image sensors can be two-dimensional. You may utilize as a solid-state image sensor.
  • a rotary encoder 11 is connected to the turning shaft 3a of the star wheel 3 as an example of a position signal output unit that outputs a signal correlated with the position of the ridge B on the transport path CP.
  • the rotary encoder 11 is a so-called incremental rotary encoder that outputs a pulse signal each time the star wheel 3 rotates by a predetermined unit angle.
  • the output signal of the rotary encoder 11 is guided to the rotation angle indexing unit 12.
  • the rotation angle indexing unit 12 calculates the rotation angle of the star wheel 3 from the predetermined origin position set on the star wheel 3 based on the output signal of the rotary encoder 11.
  • the rotation angle indexing unit 12 integrates the number of pulses output from the rotary encoder 11 with the star wheel 3 being at the origin position as a reference, and multiplies the accumulated value by the unit angle described above from the origin position. Determine the rotation angle.
  • the origin position may be set as appropriate.
  • the rotation angle indexing unit 12 resets the integrated value of the number of pulses to the initial value 0 every time the rotation angle reaches 360 °.
  • a so-called absolute type rotary encoder that outputs a code corresponding to a rotation angle from a preset origin position may be used. In that case, processing such as integration of the number of pulses and resetting to the initial value is unnecessary.
  • the rotation angle determined by the rotation angle indexing unit 12 is provided to the imaging area determination unit 13 and the camera control unit 14.
  • the imaging area determination unit 13 determines the position of the imaging area to be set on the imaging surface of the camera 10 based on the rotation angle determined by the rotation angle indexing unit 12.
  • the imaging region is a set of pixels that are set on a part of the imaging surface of the camera 10 and to which an image signal should be read. Hereinafter, the setting of the imaging region will be described with reference to FIG.
  • the camera 10 is arranged such that its imaging surface 10a is vertically long.
  • a vertical transmission unit that transmits an image signal extracted from each pixel in a short side direction (column direction) of the imaging surface 10a with a horizontally placed state as a reference, and vertical transmission A horizontal transmission unit that transmits the image signal transmitted through the unit in the long side direction (row direction) of the imaging surface 10a.
  • the long side direction and the short side direction of the imaging surface 10a are interchanged, so that the vertical transmission unit extends in the left-right direction of the paper surface and the horizontal transmission unit extends in the vertical direction of the paper surface. become.
  • the vertical transmission unit is referred to as a primary transmission unit
  • the left-right direction of the imaging surface 10a in which the primary transmission unit extends is defined as a Y-axis direction
  • the horizontal transmission unit is referred to as a secondary transmission unit.
  • the up-down direction of the imaging surface 10a where the transmission unit extends is defined as the X-axis direction.
  • the whole image Bi of the heel BT is formed in an inverted state on the imaging surface 10a.
  • ⁇ BT moves in the inspection section SC
  • the entire image Bi moves from the left to the right on the imaging surface 10a.
  • imaging starts at time T1 when the eyelid BT reaches the inspection section SC and the image Bi is captured on the imaging surface 10a, the left and right sides of the trunk, which is the inspection target area, of the entire image Bi of the eyelid BT.
  • the imaging area IA is set so as to coincide with the center of the direction (Y-axis direction).
  • the imaging area IA has a vertically long rectangular shape, and the longitudinal direction thereof is directed to the X-axis direction on the imaging surface 10a, that is, the direction in which the secondary transmission unit extends.
  • the position of the imaging area IA is gradually changed in the Y-axis direction so as to follow the movement of the whole image Bi until the time T2 when the heel BT makes one rotation after the start of imaging. That is, while the eyelid BT moves in the inspection section SC, the imaging area IA sequentially moves on the imaging surface 10a as indicated by the arrow F so that the central portion of the trunk can be captured in the entire image Bi. With the rotation of the eyelid BT, different regions of the body portion sequentially appear in the central portion of the whole image Bi. Therefore, the imaging area IA is repeatedly set at a period ⁇ T such that the body areas included in the imaging area IA are continuous with each other in the rotation direction of the heel BT (the Y-axis direction in FIG.
  • the period ⁇ T is set so that a part of the body part is imaged in duplicate, that is, the region of the body part included in the image acquired at each imaging time. It is set so that both ends in the rotation direction overlap. The reason is to avoid the occurrence of an area that is not photographed in the body due to the rotation of the heel BT.
  • the imaging area determination unit 13 When the imaging area determination unit 13 acquires the rotation angle from the rotation angle indexing unit 12, the imaging area determination unit 13 refers to the address data D1 to determine the position on the imaging surface 10a where the imaging area IA should be set.
  • the address data D1 is data recorded by associating the rotation angle of the star wheel 3 with the position on the imaging surface 10a where the imaging area IA is to be set, and is stored in the EEPROM or other nonvolatile storage medium of the inspection apparatus 1 Is retained. There is a correlation between the rotation angle of the star wheel 3 and the position of the heel BT held in each pocket 3a in the inspection section SC. If the rotation angle is known, the position of the heel BT in the inspection section SC can be determined in advance. Is possible.
  • the position of the eyelid BT in the inspection section SC is known, it can be specified in advance which position on the imaging surface 10a the imaging area IA can be set to capture the image of the central portion of the trunk.
  • the address data D1 is created by specifying the position on the imaging surface 10a where the imaging area IA should be set in association with the rotation angle, and describing the correspondence.
  • the position on the imaging surface 10a is specified by the coordinate values of the imaging area IA in the X-axis direction and the Y-axis direction.
  • the imaging area IA is defined as X
  • the imaging area IA is set to the ranges of X axis coordinates X21 to X22 and Y axis coordinates Y21 to Y22.
  • the relationship between the rotation angle and the position of the imaging area IA is described as set.
  • the position of the imaging area IA determined by the imaging area determination unit 13 is provided to the camera control unit 14.
  • the camera control unit 14 discriminates the imaging start time T1 and the imaging end time T2 for the kite BT every time the kite BT is transferred to the inspection section SC based on the rotation angle determined by the rotation angle indexing unit 12.
  • the corresponding X coordinate value and Y coordinate value are acquired.
  • the camera control unit 14 sets the imaging area IA on the imaging surface 10a of the camera 10 according to the information on the position of the imaging area IA, and the camera so that the image signal is read out only for the pixels included in the imaging area IA. 10 imaging operations are controlled.
  • the image signal output with the imaging operation of the camera 10 is guided to the image processing unit 15.
  • the image processing unit 15 appropriately performs image processing necessary for inspection on the image signal output from the camera 10.
  • the image processed by the image processing unit 15 is provided to the inspection unit 16.
  • the inspection unit 16 inspects the image acquired from the image processing unit 15 in accordance with a predetermined algorithm, and determines whether the appearance of the body of the heel BT is good, for example, the presence or absence of abnormal parts such as scratches, defects, and dirt.
  • the inspection unit 16 may perform an inspection every time an image signal is output from the image processing unit 15, or an image output from the image processing unit 15 from the imaging start time T1 to the imaging end time T2.
  • the inspection may be performed after temporarily storing the signals and connecting the obtained images to generate an image obtained by capturing the entire body of the body.
  • FIG. 4 shows an imaging control procedure executed by the control system of the inspection apparatus 1.
  • the process of FIG. 4 is continuously executed while the bag BT is being transported by the star wheel transport device 2 of the inspection device 1.
  • the camera control unit 14 determines whether or not the imaging start time T1 of the heel BT has arrived based on the rotation angle determined by the rotation angle indexing unit 12 (step S1). If not, the determination is repeated.
  • the imaging area determination unit 13 determines the position of the imaging area IA based on the rotation angle determined by the rotation angle indexing unit 12 (step S2).
  • the imaging area IA is set on the imaging surface 10a of the camera 10 by the camera control unit 14, and the image signal is read only for the pixel group included in the imaging area IA.
  • the setting of the imaging area IA is, for example, a process of setting a set of pixels from which an image signal is to be read.
  • a CMOS image sensor When a CMOS image sensor is used, a process of sequentially turning on a switch between a pixel group to be read and a corresponding primary transmission unit and secondary transmission unit and keeping other switches off is performed. By doing so, the pixel group to be read can be limited to the pixel group included in the imaging area IA.
  • the image signal obtained by the processing in step S3 is output to the image processing unit 15.
  • the camera control unit 14 determines whether the imaging end time T2 of the heel BT has arrived based on the rotation angle determined by the rotation angle indexing unit 12 (step S4). If not, the camera control unit 14 determines whether or not the next imaging time has arrived, that is, whether or not the period ⁇ T has elapsed after the imaging in step S3 (step S5). If the period ⁇ T has not elapsed, the determination is repeated. When the period ⁇ T elapses, the processes after step S2 are executed again. If it is determined in step S4 that the imaging end time T2 is reached, the imaging of one bag BT ends, and the process returns to step S1 in preparation for the imaging of the next bag BT.
  • the position of the imaging region IA is changed so as to follow the movement of the entire image Bi of the heel BT on the imaging surface 10a of the two-dimensional solid-state imaging device when imaging the heel BT being conveyed. Therefore, it is not necessary to operate a mechanical movable part such as a mirror, and it is possible to cope with an increase in the conveyance speed beyond the limitation of such a movable part.
  • the image signal is not read for all the pixels on the imaging surface 10a of the camera 10, but is limited to the pixels included in the imaging area IA set in alignment with the inspection target area of the ⁇ BT. Since reading is performed, the processing time required for reading the image signal can be shortened, and the amount of calculation required for processing the image signal can be reduced. Thereby, the capability to cope with the increase in the conveyance speed can be sufficiently enhanced.
  • each pixel It is possible to further speed up the process of reading the image signal from. That is, the process of extracting the image signal from each pixel to the primary transmission unit is sequentially performed for each pixel row arranged in the direction orthogonal to the transmission direction of the primary transmission unit, that is, along the X-axis direction in FIG.
  • the imaging area IA is set to be vertically long in the axial direction, the number of times of extracting the image signal to the primary transmission unit is reduced, thereby shortening the time required for reading the image signal. Processing speed can be increased.
  • the two-dimensional solid-state imaging device may be arranged in a direction in which the imaging surface is horizontally long, and a vertically long imaging region may be set on the imaging surface.
  • the imaging region determination unit 13 functions as an example of the imaging region determination unit by executing the process of step S2 in FIG. 4, and the camera control unit 14 executes the process of step S3 in FIG. It functions as an example of imaging control means.
  • this invention is not limited to said form, You may implement with a various form.
  • the conveying means is not limited to the star wheel conveying device 2, and the conveying path is not limited to an arc shape.
  • a belt conveyor device or the like that conveys the inspection object along a linear conveyance path may be provided as the conveyance means.
  • the inspection section on the conveyance path may also be set to an appropriate position and length.
  • the position signal output means is not limited to the rotary encoder, and an appropriate detection device may be used as the position signal output means as long as a signal correlated with the position of the inspection object in the inspection section can be output.
  • the inspection object is not limited to the bag BT, and various containers may be the inspection object, and the present invention may be applied to an inspection apparatus that targets an inspection object other than the container.
  • the inspection target area is not limited to the body portion of the heel BT, and the entire inspection target or each part may be set as the inspection target area.
  • the inspection apparatus is not limited to the one for the purpose of visual inspection, but may be an inspection apparatus for other purposes such as mixing of foreign substances.
  • the bag BT as an example of the inspection object is conveyed while rotating, but the inspection apparatus of the present invention is not necessarily limited to the configuration for imaging while rotating the inspection object.
  • the present invention can be applied to a case where the inspection object being conveyed is imaged a plurality of times while the inspection object is conveyed without rotating, and the inspection is performed through synthesis and comparison of the obtained images.

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Abstract

搬送経路上における検査対象物（ＢＴ）の位置に相関する信号を出力するロータリエンコーダ（１１）と、カメラ（１０）の撮像面の一部に撮像領域を設定し、その撮像領域に含まれる画素に限定して画像信号が読み出されるようにカメラの撮像動作を制御するカメラ制御部（１４）とを備えた検査装置において、ロータリーエンコーダ（１１）の出力信号に基づいて、撮像領域に検査対象物の検査対象領域の像が位置するように撮像領域の位置を判別する撮像領域判別部（１３）を設け、カメラ制御部（１４）は、搬送経路の検査区間内を検査対象物（ＢＴ）が移動する間に撮像領域判別部（１３）から撮像領域の位置を複数回繰り返し取得し、各回の判別結果に従って撮像領域を繰り返し設定することにより、検査対象物（ＢＴ）の移動に追従するように撮像領域の位置を変化させつつ撮像動作を繰り返し制御する。

Description

検査装置及び検査対象物の撮像制御方法
　本発明は、搬送中の容器等の検査対象物を撮像し、得られた画像に基づいて検査対象物を検査する装置等に関する。
　生産ラインに組み込まれる検査装置として、検査対象物を停止させることなく検査するために、検査対象物の容器とこれを撮像するカメラとの間の光路中に可動式のミラーを配置し、容器の搬送に同期してミラーを回転させることにより、搬送中の容器の像をカメラに継続的に導くようにした検査装置が知られている（例えば特許文献１参照）。カメラの視野内を検査対象物の容器が移動する間にその視野内の画像を複数回繰り返し撮像し、毎回の撮像で得られた画像の合成や比較といった画像処理を通じて異物の有無を検査する検査装置も知られている（例えば特許文献２参照）。
特開２００４－２７９２２２号公報 特開２０１１－９５１０７号公報
　移動する検査対象物に追従してミラーを駆動する検査装置では、ミラーの動作速度の制約から生産ラインの高速化、すなわち検査対象物の搬送速度の高速化に十分に対応できないおそれがある。カメラの全視野に亘る複数枚の画像を撮像して画像の合成や比較を行う検査装置では、ミラーのような機械的な可動部品を必要としないために高速化には有利であるものの、視野内の全画素の画像信号を読み出して処理することから、データの処理量や演算量が嵩み、搬送速度の高速化への対応に制約が生じるおそれがある。
　そこで、本発明は検査対象物の搬送速度の高速化への対応能力を高めた検査装置等を提供することを目的とする。
　本発明の一態様に係る検査装置は、所定の搬送経路に沿って検査対象物を搬送する搬送手段と、前記搬送経路上に設定された検査区間を移動する検査対象物の検査対象領域を２次元固体撮像素子を用いて撮像可能な撮像手段とを備え、前記撮像手段が撮像した画像に基づいて前記検査対象物を検査する検査装置であって、前記搬送経路上における前記検査対象物の位置に相関する信号を出力する位置信号出力手段と、前記２次元固体撮像素子の撮像面の一部に撮像領域を設定し、当該撮像領域に含まれる画素に限定して画像信号が読み出されるように前記撮像手段の撮像動作を制御する撮像制御手段と、前記位置信号出力手段の出力信号に基づいて、前記撮像領域に前記検査対象領域の像が位置するように前記撮像制御手段が設定すべき撮像領域の位置を判別する撮像領域判別手段と、を具備し、前記撮像制御手段は、前記検査区間内を前記検査対象物が移動する間に前記撮像領域判別手段から前記撮像領域の位置を複数回繰り返し取得し、各回の判別結果に従って前記撮像領域を繰り返し設定することにより、前記検査対象物の移動に追従するように前記撮像領域の位置を変化させつつ前記撮像動作の制御を繰り返すようにしたものである。
　また、本発明の一態様に係る検査対象物の撮像制御方法は、所定の搬送経路に沿って検査対象物を搬送する搬送手段と、前記搬送経路上に設定された検査区間を移動する検査対象物の検査対象領域を２次元固体撮像素子を用いて撮像可能な撮像手段と、前記搬送経路上における前記検査対象物の位置に相関する信号を出力する位置信号出力手段と、前記２次元固体撮像素子の撮像面の一部に撮像領域を設定し、当該撮像領域に含まれる画素に限定して画像信号が読み出されるように前記撮像手段の撮像動作を制御する撮像制御手段とを備え、前記撮像手段が撮像した画像に基づいて前記検査対象物を検査する検査装置に適用される検査対象物の撮像制御方法であって、前記位置信号出力手段の出力信号に基づいて、前記撮像領域に前記検査対象領域の像が位置するように前記撮像制御手段が設定すべき撮像領域の位置を判別する手順と、前記位置を判別する手順にて判別された位置に撮像領域が設定され、当該撮像領域に含まれる画素に限定して画像信号が読み出されるように前記撮像制御手段を機能させる手順と、を含み、前記検査区間内を前記検査対象物が移動する間に前記位置を判別する手順を複数回繰り返し実施し、前記位置を判別する手順の各回の判別結果に従って前記撮像領域が繰り返し設定されて前記撮像動作が制御されるように前記撮像制御手段を機能させる手順を繰り返し実施することにより、前記検査対象物の移動に追従するように前記撮像領域の位置を変化させつつ前記撮像動作の制御を繰り返すようにしたものである。
　上記態様によれば、撮像面上の一部に撮像領域を設定し、搬送中の検査対象物の移動に伴う像の移動に追従するように撮像領域の位置を変化させつつ撮像動作を繰り返すようにしたので、ミラーのような機械的な可動部品を用いなくとも移動中の検査対象物の検査対象領域を撮像することができる。しかも、撮像面の全画素から画像信号を読み出すのではなく、検査対象領域が位置する一部の撮像領域に含まれる画素に限定して画像信号を読み出すようにしたので、読み出し処理に要する時間を短縮し、かつ画像処理等を行う際のデータ処理量や演算量も削減することができる。これにより、搬送速度の高速化への対応能力を十分に高めることができる。
　上記態様の検査装置においては、搬送される検査対象物をその軸線の回りに自転するように駆動する回転駆動手段をさらに具備し、前記撮像制御手段は、前記検査対象領域の自転方向における所定長の範囲が複数回に分けて撮像されるように前記撮像領域の位置を変化させつつ前記撮像動作の制御を繰り返すようにしてもよい。これによれば、検査対象物を自転させつつその自転方向に沿って複数回に分けて撮像することにより、検査対象物が高速で搬送されている状態であっても、一回の撮像では得られない範囲に亘る画像を取得することができる。
　さらに、前記撮像制御手段は、前記撮像動作が行われるごとに設定される撮像領域のそれぞれに対応して撮像される前記検査対象物の像が前記自転方向に互いに連続するような周期にて前記撮像領域を繰り返し設定して前記撮像動作を繰り返すものとしてもよい。これによれば、検査対象領域を自転方向に連続的に撮像した画像を取得することができる。
　上記態様の検査装置において、前記２次元固体撮像素子には、前記画素から取り出された画像信号を前記撮像面の一辺に沿った方向に伝送する１次伝送部と、前記１次伝送部を伝送された画像信号を前記撮像面の他の一辺に沿った方向に伝送する２次伝送部とが設けられ、前記撮像領域は前記他の一辺に沿った方向に長手方向を向けるように設定されてもよい。２次元固体撮像素子においては、画素から１次伝送部への画像信号の取り出しが２次伝送部の方向に並んだ画素列ごとに順次行われる。そのため、撮像領域の長手方向を２次伝送部が延びる方向に向けた場合には、画素から１次伝送部への画像信号の取り出しを効率化し、画像信号の読み出しに必要な時間を短縮して搬送速度の高速化への対応能力をさらに高め得る。
本発明の一形態に係る検査装置の要部における平面図。 図１の検査装置の制御系の要部の構成を示すブロック図。 カメラ内の２次元固体撮像素子の撮像面と撮像領域との対応関係を示す図。 撮像制御の手順を示すフローチャート。
　以下、図面を参照して本発明の一形態に係る検査装置及びそれを用いた撮像制御方法を説明する。図１の検査装置１は、検査対象物の一例としてのガラス製の壜ＢＴの胴部の外観を検査するものである。検査装置１には壜ＢＴの搬送手段としてスターホイール搬送装置２が設けられている。スターホイール搬送装置２は、外周に等間隔でポケット３ａが設けられた円盤状のスターホイール３を不図示の駆動機構にてその中心線ＣＬの回りに旋回させつつ、スターホイール３の外周の搬入位置Ｐ１にて壜ＢＴをポケット３ａに取り込む一方で、搬出位置Ｐ２にて壜ＢＴをポケット３ａから取り出すことにより、図中に矢印Ｒａで示したように搬入位置Ｐ１から搬出位置Ｐ２の間で壜ＢＴを円弧状の搬送経路ＣＰ（中心線を一点鎖線で示す。）に沿って搬送する周知の搬送装置である。つまり、スターホイール搬送装置２は、その搬送経路ＣＰの全体が弧状に湾曲するように設定された搬送手段の一例である。搬送経路ＣＰの途中、一例として搬入位置Ｐ１と搬出位置Ｐ２との中間位置には検査区間ＳＣが設定されている。
　検査区間ＳＣには、図中に矢印Ｒｂで示したように、壜ＢＴをその軸線の回りに回転させる回転駆動手段の一例として、スピン装置５が設けられている。スピン装置５は、ポケット３ａに収容された壜ＢＴの胴部と接触するように設けられたベルト６を走行させて壜ＢＴをポケット３ａ内で軸線の回りに回転駆動する。各ポケット３ａには壜ＢＴのポケット３ａ内における回転を許容するための複数（図では２個）のローラ３ｂが設けられている。壜ＢＴは、スピン装置５の駆動により検査区間ＳＣを自転しつつ搬送経路ＣＰに沿って移動する。検査区間ＳＣは、その中を壜ＢＴが移動する間に一回転以上自転するように設定される。検査装置１は、検査区間ＳＣを自転しつつ移動する壜ＢＴを不図示の照明装置にて照明しつつ、その壜ＢＴに設定された検査対象領域、一例として壜ＢＴの胴部の画像を撮像する撮像手段の一例としてのカメラ１０にて外周側から撮像し、得られた画像に基づいて胴部の外観の良否を検査する。なお、ベルト６は壜ＢＴの胴部の撮影に邪魔にならない位置にて壜ＢＴと接するように設けられている。
　カメラ１０は２次元固体撮像素子の撮像面に結像した胴部の光学像を光電変換素子にて電子的な画像に置き換え、その電子的な画像を構成する画素に電荷として蓄えられている画像信号を順次読み出し、それらの画像信号を増幅、ＡＤ変換等した上で出力する。２次元固体撮像素子は、その撮像面に含まれる全画素の一部に撮像領域を設定し、その撮像領域に含まれる画素の画像信号のみを選択的に読み出すことが可能なタイプが使用される。一例として、ＣＭＯＳイメージセンサが２次元固体撮像素子として用いられる。ＣＭＯＳイメージセンサを利用した場合、各画素の電荷は電圧に変換されて読み出される。ただし、２次元固体撮像素子は、撮像面の一部の領域に限定して画像信号を読み出す制御が可能であれば足り、その限りにおいて、ＣＭＯＳイメージセンサに限らず、各種のイメージセンサが２次元固体撮像素子として利用されてよい。
　次に、図２を参照して検査装置１の制御系の要部を説明する。スターホイール３の旋回軸３ａには、搬送経路ＣＰ上の壜Ｂの位置に相関した信号を出力する位置信号出力手段の一例としてロータリーエンコーダ１１が連結されている。ロータリーエンコーダ１１は、一例として、スターホイール３が所定の単位角度回転するごとにパルス信号を出力する、いわゆるインクリメンタル方式のロータリーエンコーダである。ロータリーエンコーダ１１の出力信号は回転角割出部１２に導かれる。回転角割出部１２は、ロータリーエンコーダ１１の出力信号に基づいて、スターホイール３上に設定された所定の原点位置からのスターホイール３の回転角を割り出す。すなわち、回転角割出部１２は、スターホイール３が原点位置にあるときを基準としてロータリーエンコーダ１１から出力されるパルス数を積算し、その積算値と上述した単位角度とを乗算して原点位置からの回転角を割り出す。原点位置は適宜に設定されてよい。なお、回転角割出部１２は、回転角が３６０°に達する毎にパルス数の積算値を初期値０にリセットする。ただし、ロータリーエンコーダ１１として、予め設定された原点位置からの回転角に応じたコードを出力する、いわゆるアブソリュート方式のロータリーエンコーダが用いられてもよい。その場合、パルス数の積算や初期値へのリセットといった処理は不要である。
　回転角割出部１２が割り出した回転角は撮像領域判別部１３及びカメラ制御部１４に提供される。撮像領域判別部１３は、回転角割出部１２が割り出した回転角に基づいてカメラ１０の撮像面上に設定されるべき撮像領域の位置を判別する。撮像領域はカメラ１０の撮像面の一部に設定され、画像信号の読み出しが行われるべき対象となる画素の集合である。以下、図３を参照して撮像領域の設定を説明する。
　図３に示したように、カメラ１０はその撮像面１０ａが縦長となるように配置されている。一般に、２次元固体撮像素子には、横長に置かれた状態を基準として、各画素から取り出された画像信号を撮像面１０ａの短辺方向（列方向）に伝送する垂直伝送部と、垂直伝送部を伝送された画像信号を撮像面１０ａの長辺方向（行方向）に伝送する水平伝送部とが設けられる。図３に示した縦長配置の場合には、撮像面１０ａの長辺方向及び短辺方向が入れ替わるため、垂直伝送部が紙面の左右方向に、水平伝送部が紙面の上下方向に沿って延びることになる。以下では、垂直伝送部を１次伝送部と呼び、その１次伝送部が延びる撮像面１０ａの左右方向をＹ軸方向と定義するとともに、水平伝送部を２次伝送部と呼び、その２次伝送部が延びる撮像面１０ａの上下方向をＸ軸方向と定義するものとする。
　撮像面１０ａには壜ＢＴの全体像Ｂｉが倒立状態で結像する。検査区間ＳＣを壜ＢＴが移動するに従ってその全体像Ｂｉは撮像面１０ａを左から右へと移動する。検査区間ＳＣに壜ＢＴが到達して撮像面１０ａに像Ｂｉが捉えられる時刻Ｔ１に撮像が開始されるものとすれば、壜ＢＴの全体像Ｂｉのうち、検査対象領域である胴部の左右方向（Ｙ軸方向）の中央部と一致するように撮像領域ＩＡが設定される。撮像領域ＩＡは縦長の矩形状であり、その長手方向は撮像面１０ａにおけるＸ軸方向、すなわち２次伝送部が延びる方向に向けられている。
　撮像領域ＩＡの位置は、撮像開始後、壜ＢＴが一回転する時刻Ｔ２に至るまでの間、全体像Ｂｉの移動に追従するようにＹ軸方向に漸次変更される。つまり、検査区間ＳＣを壜ＢＴが移動する間、撮像領域ＩＡは、全体像Ｂｉのうち胴部の中央部を捕捉できるようにその撮像面１０ａ上を矢印Ｆで示したように逐次移動する。壜ＢＴの自転に伴って全体像Ｂｉの中央部には胴部の互いに異なる領域が順次出現する。したがって、撮像領域ＩＡに含まれる胴部の領域が壜ＢＴの自転方向（図３のＹ軸方向）に互いに連続するような周期△Ｔで撮像領域ＩＡを繰り返し設定して撮像領域ＩＡの画像を繰り返し取得することにより、搬送中の壜ＢＴの胴部を全周に亘って撮像することができる。なお、図３から明らかなように、周期△Ｔは、胴部の一部の領域が重複して撮像されるように、つまり各撮像時刻にて取得される画像に含まれる胴部の領域の自転方向における両端部が重複するように設定される。その理由は、壜ＢＴの自転により胴部内に撮影されない領域が生じることを回避するためである。
　撮像領域判別部１３は、回転角割出部１２から回転角を取得すると、アドレスデータＤ１を参照して撮像領域ＩＡを設定すべき撮像面１０ａ上の位置を判別する。アドレスデータＤ１は、スターホイール３の回転角と、撮像領域ＩＡを設定すべき撮像面１０ａ上の位置とを対応付けて記録されたデータであり、検査装置１のＥＥＰＲＯＭその他の不揮発性記憶媒体に保持されている。スターホイール３の回転角と各ポケット３ａに保持された壜ＢＴの検査区間ＳＣにおける位置との間には相関関係があり、回転角が判れば検査区間ＳＣにおける壜ＢＴの位置を予め割り出すことが可能である。そして、検査区間ＳＣにおける壜ＢＴの位置が判れば、撮像領域ＩＡを撮像面１０ａのどの位置に設定すれば胴部の中央部の画像が撮像できるかを予め特定することができる。アドレスデータＤ１はこのような相関関係を利用して、撮像領域ＩＡが設定されるべき撮像面１０ａ上の位置を回転角と対応付けて特定し、その対応関係を記述することにより作成される。一例として、撮像面１０ａ上の位置はＸ軸方向及びＹ軸方向における撮像領域ＩＡの座標値によって特定され、アドレスデータＤ１では、回転角がθ１１～θ１２の間にあるときは撮像領域ＩＡをＸ軸座標Ｘ１１～Ｘ１２、Ｙ軸座標Ｙ１１～Ｙ１２の範囲に設定し、回転角がθ２１～θ２２の間にあるときは撮像領域ＩＡをＸ軸座標Ｘ２１～Ｘ２２、Ｙ軸座標Ｙ２１～Ｙ２２の範囲に設定するといったようにして回転角と撮像領域ＩＡの位置との関係が記述される。
　撮像領域判別部１３によって判別された撮像領域ＩＡの位置はカメラ制御部１４に提供される。カメラ制御部１４は、回転角割出部１２が割り出した回転角に基づいて、検査区間ＳＣに壜ＢＴが移送されるごとにその壜ＢＴに対する撮像開始時刻Ｔ１及び撮像終了時刻Ｔ２を判別し、撮像開始時刻Ｔ１から撮像終了時刻Ｔ２までの間、周期△Ｔが到来するごとに撮像領域判別部１３から撮像領域ＩＡの位置を指定する情報、図示の例ではアドレスデータＤ１に従って特定された回転角に対応するＸ座標値及びＹ座標値を取得する。そして、カメラ制御部１４は、撮像領域ＩＡの位置の情報に従ってカメラ１０の撮像面１０ａ上に撮像領域ＩＡを設定し、その撮像領域ＩＡに含まれる画素に限って画像信号が読み出されるようにカメラ１０の撮像動作を制御する。
　カメラ１０の撮像動作に伴って出力される画像信号は画像処理部１５に導かれる。画像処理部１５は、カメラ１０から出力された画像信号に対して、検査のために必要な画像処理を適宜に施す。画像処理部１５で処理された画像は検査部１６に提供される。検査部１６は画像処理部１５から取得した画像を所定のアルゴリズムに従って検査し、壜ＢＴの胴部の外観の良否、例えば傷、欠陥、汚れといった異常箇所の有無等を判別する。なお、検査部１６は、画像処理部１５から画像信号が出力されるごとに検査を行ってもよいし、撮像開始時刻Ｔ１から撮像終了時刻Ｔ２に至るまでに画像処理部１５から出力される画像信号を一時保存し、得られた画像を繋ぎ合わせて胴部をその全周に亘って撮像した画像を生成した上で検査を行ってもよい。
　図４は、検査装置１の制御系が実行する撮像制御の手順を示している。図４の処理は、検査装置１のスターホイール搬送装置２により壜ＢＴが搬送されている間、継続的に実行される。図４の撮像制御処理が開始されると、カメラ制御部１４により、回転角割出部１２が割り出す回転角に基づいて壜ＢＴの撮像開始時刻Ｔ１が到来したか否かが判別され（ステップＳ１）、到来していなければその判別が繰り返される。撮像開始時刻Ｔ１が到来すると、撮像領域判別部１３により、回転角割出部１２が割り出す回転角に基づいて撮像領域ＩＡの位置が判別される（ステップＳ２）。続いて、ステップＳ２の判別結果に基づいて、カメラ制御部１４によりカメラ１０の撮像面１０ａ上に撮像領域ＩＡが設定され、その撮像領域ＩＡに含まれる画素群に限定して画像信号が読み出されるようにカメラ１０の撮像動作が制御される（ステップＳ３）。撮像領域ＩＡの設定は、一例として、画像信号を読み出すべき対象となる画素の集合を設定する処理である。ＣＭＯＳイメージセンサを用いる場合には、読み出し対象となる画素群とこれに対応する１次伝送部及び２次伝送部との間のスイッチを順次オンし、それ以外のスイッチをオフに保持する処理を行うことにより読み出し対象の画素群を撮像領域ＩＡに包含される画素群に限定することができる。
　ステップＳ３の処理で得られた画像信号は画像処理部１５に出力される。画像信号の読み出し後、カメラ制御部１４により、回転角割出部１２が割り出す回転角に基づいて壜ＢＴの撮像終了時刻Ｔ２が到来したか否かが判別され（ステップＳ４）。到来していなければ、カメラ制御部１４により、次の撮像時刻が到来したか否か、つまりステップＳ３の撮像後、周期△Ｔが経過したか否かが判別される（ステップＳ５）。周期△Ｔが経過していなければその判別が繰り返される。周期△Ｔが経過すると、ステップＳ２以下の処理が再び実行される。ステップＳ４にて撮像終了時刻Ｔ２と判断されると１本の壜ＢＴの撮像が終了し、次の壜ＢＴの撮像に備えてステップＳ１へと処理が戻される。
　以上の検査装置１によれば、搬送中の壜ＢＴを撮像するにあたって、２次元固体撮像素子の撮像面１０ａ上における壜ＢＴの全体像Ｂｉの移動に追従するように撮像領域ＩＡの位置を変化させているので、ミラーのような機械的可動部品を動作させる必要がなく、その種の可動部品の制約を超えて搬送速度の高速化に対応することができる。しかも、カメラ１０の撮像面１０ａの全画素を対象として画像信号を読み出すのではなく、壜ＢＴの検査対象領域に位置を合わせて設定された撮像領域ＩＡに含まれる画素に限定して画像信号を読み出すものとしているため、画像信号の読み出しに要する処理時間を短縮し、かつ画像信号の処理に必要な演算量等も削減することができる。これにより、搬送速度の高速化への対応能力を十分に高めることができる。
　カメラ１０をその２次元固体撮像素子の撮像面１０ａが縦長となるように配置して、撮像領域ＩＡの長手方向を撮像面１０ａ上の２次伝送部の方向と一致させているため、各画素から画像信号を読み出す処理をさらに高速化することができる。つまり、各画素から１次伝送部に画像信号を取り出す処理は、１次伝送部の伝送方向と直交する方向、つまり図３におけるＸ軸方向に沿って並ぶ画素列ごとに順次行われるため、Ｘ軸方向に縦長となるように撮像領域ＩＡが設定されている場合には、１次伝送部に画像信号を取り出す処理の回数を減少させ、それにより画像信号の読み出しに必要な時間を短縮して処理の高速化を図ることができる。ただし、このような構成は必須ではなく、２次元固体撮像素子をその撮像面が横長となる向きで配置し、その撮像面上に縦長の撮像領域を設定するようにしてもよい。
　以上の形態では、撮像領域判別部１３が図４のステップＳ２の処理を実行することにより撮像領域判別手段の一例として機能し、カメラ制御部１４が図４のステップＳ３の処理を実行することにより撮像制御手段の一例として機能する。ただし、本発明は上記の形態に限定されることなく、種々の形態にて実施されてよい。例えば、搬送手段はスターホイール搬送装置２に限らず、その搬送経路も円弧状に限定されるものではない。検査対象物を直線状の搬送経路に沿って搬送するベルトコンベア装置等が搬送手段として設けられてもよい。搬送経路上の検査区間も適宜の位置及び長さに設定されてよい。位置信号出力手段はロータリーエンコーダに限らず、検査区間における検査対象物の位置と相関する信号を出力できる限り、適宜の検出装置が位置信号出力手段として用いられてよい。検査対象物は壜ＢＴに限らず、各種の容器が検査対象物とされてもよいし、容器以外の検査対象物を対象とする検査装置に本発明が適用されてもよい。検査対象領域も壜ＢＴの胴部に限らず、検査対象物の全体又は各部が検査対象領域として設定されてよい。検査装置は外観検査を目的とするものに限らず、異物の混入といった他の目的の検査装置であってもよい。
　上記の形態では、検査対象物の一例としての壜ＢＴを自転させつつ搬送したが、本発明の検査装置は検査対象物を自転させつつ撮像する構成に必ずしも限定されない。例えば、検査対象物を自転させることなく搬送しつつ、その搬送中の検査対象物を複数回撮像し、得られた画像の合成や比較を通じて検査を行う場合にも本発明は適用可能である。

Claims (5)

  1. 　所定の搬送経路に沿って検査対象物を搬送する搬送手段と、前記搬送経路上に設定された検査区間を移動する検査対象物の検査対象領域を２次元固体撮像素子を用いて撮像可能な撮像手段とを備え、前記撮像手段が撮像した画像に基づいて前記検査対象物を検査する検査装置であって、
    　前記搬送経路上における前記検査対象物の位置に相関する信号を出力する位置信号出力手段と、
    　前記２次元固体撮像素子の撮像面の一部に撮像領域を設定し、当該撮像領域に含まれる画素に限定して画像信号が読み出されるように前記撮像手段の撮像動作を制御する撮像制御手段と、
    　前記位置信号出力手段の出力信号に基づいて、前記撮像領域に前記検査対象領域の像が位置するように前記撮像制御手段が設定すべき撮像領域の位置を判別する撮像領域判別手段と、を具備し、
    　前記撮像制御手段は、前記検査区間内を前記検査対象物が移動する間に前記撮像領域判別手段から前記撮像領域の位置を複数回繰り返し取得し、各回の判別結果に従って前記撮像領域を繰り返し設定することにより、前記検査対象物の移動に追従するように前記撮像領域の位置を変化させつつ前記撮像動作の制御を繰り返す検査装置。
  2. 　搬送される検査対象物をその軸線の回りに自転するように駆動する回転駆動手段をさらに具備し、
    　前記撮像制御手段は、前記検査対象領域の自転方向における所定長の範囲が複数回に分けて撮像されるように前記撮像領域に位置を変化させつつ前記撮像動作の制御を繰り返す請求項１に記載の検査装置。
  3. 　前記撮像制御手段は、前記撮像動作が行われるごとに設定される撮像領域のそれぞれに対応して撮像される前記検査対象物の像が前記自転方向に互いに連続するような周期にて前記撮像領域を繰り返し設定して前記撮像動作を繰り返す請求項２に記載の検査装置。
  4. 　前記２次元固体撮像素子には、前記画素から取り出された画像信号を前記撮像面の一辺に沿った方向に伝送する１次伝送部と、前記１次伝送部を伝送された画像信号を前記撮像面の他の一辺に沿った方向に伝送する２次伝送部とが設けられ、
    　前記撮像領域は前記他の一辺に沿った方向に長手方向を向けるように設定されている請求項１～３のいずれか一項に記載の検査装置。
  5. 　所定の搬送経路に沿って検査対象物を搬送する搬送手段と、前記搬送経路上に設定された検査区間を移動する検査対象物の検査対象領域を２次元固体撮像素子を用いて撮像可能な撮像手段と、前記搬送経路上における前記検査対象物の位置に相関する信号を出力する位置信号出力手段と、前記２次元固体撮像素子の撮像面の一部に撮像領域を設定し、当該撮像領域に含まれる画素に限定して画像信号が読み出されるように前記撮像手段の撮像動作を制御する撮像制御手段とを備え、前記撮像手段が撮像した画像に基づいて前記検査対象物を検査する検査装置に適用される検査対象物の撮像制御方法であって、
    　前記位置信号出力手段の出力信号に基づいて、前記撮像領域に前記検査対象領域の像が位置するように前記撮像制御手段が設定すべき撮像領域の位置を判別する手順と、
    　前記位置を判別する手順にて判別された位置に撮像領域が設定され、当該撮像領域に含まれる画素に限定して画像信号が読み出されるように前記撮像制御手段を機能させる手順と、を含み、
    　前記検査区間内を前記検査対象物が移動する間に前記位置を判別する手順を複数回繰り返し実施し、
    　前記位置を判別する手順の各回の判別結果に従って前記撮像領域が繰り返し設定されて前記撮像動作が制御されるように前記撮像制御手段を機能させる手順を繰り返し実施することにより、前記検査対象物の移動に追従するように前記撮像領域の位置を変化させつつ前記撮像動作の制御を繰り返す検査対象物の撮像制御方法。
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