JP2009538420A - 望ましくない物体または欠陥を検出するための方法および装置 - Google Patents

Abstract

バックグラウンドに対して望ましくない物体または欠陥を検出するための方法であって、第１の特性を有する放射が、バックグラウンドおよび望ましくない物体または欠陥があると予想される場所の上および近傍に第１の放射源によって投げかけられ、放射源によって発生され、望ましくない物体によって反射、分散、回折または透過される放射は、１つ以上の放射センサによって検知され、第２の特性を有する第２の放射源によって場所の上に放射が投げかけられ、第２の放射源は、センサによって検知される画像信号から、明らかな欠陥が比較的容易に除去され得るように配置され、および／または除去され得るような第２の放射特性を有する方法を提供する。

Description

多くの分野で自動光学検査が利用されている。多数の例は、コンベアベルト上のクロワッサンなどのロールパンの位置の検出、空港のコンベアベルト上のスーツケース、リュックサック、家庭用ペットなどの識別に関する。この光学検査は、パッケージの品質および製品の完全性を監視する目的で、食料品が入った瓶および缶などの製品運搬物の場合に特に利用される。ビール瓶に加えて、これはまた、たとえば粉末および他の食品が入った缶にも関する。特に瓶およびパッケージが丸くなかったり、またはそうでなければ角のある場合には、それらの形状も通常検出する必要がある。

欠陥のある製品運搬物を製造プロセス時に除去することは、食品業界において特に重要である。効率も向上させつつ消費者の苦情を回避するためには、人手による検査よりも自動検査のほうがより適切である。

光学検出では、候補欠陥、すなわち「本当の」および「偽の」欠陥が、製品運搬物の画像もしくは一連の画像、または画素で通常見えるようにされる。光学検出には１つ以上の光源およびカメラが一般に利用される。

光学検出の後、候補欠陥はフィルタにかけられる。異なる設定およびフィルタリング動作に基づいて、候補欠陥がいわゆる「本当の」欠陥であるか、または「偽の」欠陥であるかが判断される。フィルタリング動作においてシステムからの最終拒絶が確定され、これは、本当の欠陥に加えて、偽の欠陥も依然として含み得る。フィルタリング動作はソフトウェアおよびコンピュータを通常使用する。

光学検出の感度を上げると、より多くの偽の欠陥も一般に発生することになる。フィルタリング動作において、本当の欠陥を次にできる限り選択しなければならない。

望ましくない拒絶を回避するために選択物から偽の欠陥を除去する際、設定は、本当の欠陥も拒絶されないように感度がよくなければならないであろう。

近年、ビール工場の製造環境に検査システムが組込まれている。これらは、充填されたまたは充填されていない瓶の中の汚染またはガラス粒子を検出する。この汚染およびこれらのガラス粒子は通常瓶の中で、瓶の底または側壁の内側に位置している。これらの粒子を見えるようにするため、瓶の外部に位置している照明およびカメラを使用する。瓶の上、瓶のガラスの上もしくは中、またはラベル付けのエンボシング、装飾およびコード化など、ならびに瓶の外側の水滴および泡、ならびにベルト、案内子などによる反射のため、さらなる偽の候補欠陥が生じることになる。場合によっては、これはすべての拒絶のうち最大５０％の望ましくない拒絶をもたらし得る。ビール瓶の中に望ましくない粒子がある場合、通過する製品の誤拒絶は実際には０．０５％が最大許容百分率であるのに対して、誤認は通過する製品の０．５％以下であり得る。

望ましくない拒絶を減らすために光学システムの感度をより低く設定する、またはフィルタリングシステムの感度をより高く設定すると、誤認、すなわち欠陥のある瓶または他の物体の見逃しが増えることになる。

この発明の目的は、特に誤拒絶および誤認に関して先行技術を向上させることである。

この発明は、バックグラウンドに対して望ましくない物体または欠陥を検出するための方法であって、第１の特性を有する放射が、バックグラウンドおよび望ましくない物体または欠陥があると予想される場所の上および近傍に第１の放射源によって投げかけられ、放射源によって発生され、望ましくない物体によって反射、分散、回折または透過される放射は、１つ以上の放射センサによって検知され、第２の特性を有する第２の放射源によって場所の上に放射が投げかけられ、第２の放射源は、センサによって検知される画像信号から、明らかな欠陥が比較的容易に除去され得るように配置され、および／または除去され得るような第２の放射特性を有する方法を提供する。

たとえば、放射の入射角、放射の偏光方向、バックグラウンド物体と放射との相互作用、および／または第２の特性を有する放射の色を通じてバックグラウンド物体と欠陥とを区別することによって、偽の欠陥を生成するバックグラウンドが本当の欠陥とは異なって照らされ得、光学システムおよび／またはその後のシステムに基づいたフィルタリングにおいて偽の欠陥が区別され得る。

ここで提案される実施例は、たとえば緑または茶色のガラス製の瓶の光学検査に赤色光を用いることに関するのに対して、青色光は、（ネット）カーテンの一種として瓶に沿って放射され、一つにはその色および方向が原因でガラスへの貫通がより少ないため、その１つ以上にたとえばカラーフィルタまたは偏光フィルタなどの光学フィルタも任意で設けられるカメラが異なる画像を受け、これらは総合してよりよい結果を生成する。

この発明は、缶の隆起上の反射またはコンベアベルト上のバックグラウンド放射をフィルタにかけて取除くのに非常に容易に利用可能であるが、好ましい実施例は、瓶の中のガラス破片などの望ましくない粒子の検出に関する。

この発明はさらに、バックグラウンドに対して望ましくない物体または欠陥を検出するための装置であって、第１の特性を有する放射が、バックグラウンドおよび望ましくない物体または欠陥があると予想される場所の上および近傍に第１の放射源によって投げかけられ、放射源によって発生され、望ましくない物体によって反射、分散、回折または透過される放射は、１つ以上の放射センサによって検知され、第２の特性を有する第２の放射源によって場所の上に放射が投げかけられ、第２の放射源は、センサによって検知される画像信号から、明らかな欠陥が比較的容易に除去され得るように配置され、および／または除去され得るような第２の放射特性を有する装置を提供し、この装置において、本発明の好ましい実施例が実現される。

この発明のさらなる利点、特徴および詳細が、添付の図面を参照する以下の説明に基づいて示される。

この発明に係る装置の第１の好ましい実施例の概略図である。 第２の好ましい実施例の概略断面図である。 図１および図２の実施例からのあり得る画像の概略図である。 この発明に係る装置のさらなる好ましい実施例の概略上面図である。 この発明に係る方法が利用可能な別の好ましい実施例の概略上面図である。 この発明に係る方法が利用可能なさらなる好ましい実施例の概略上面図である。 図４に示される好ましい実施例を説明する概略図である。 図５に示される好ましい実施例を説明する概略図である。 図６に示される好ましい実施例を説明する概略図である。 この発明のさらに別の好ましい実施例の概略図である。 この発明に係る実施例のデータフロー図である。

ビール瓶Ｂ（図１）には、外側にエンボシング、すなわち銘柄などを示す目的の浮彫り、および多少透明の貼付けられたラベルまたは印刷ラベルが設けられ得る。瓶Ｂの中のあり得るガラス破片を検出するため、カメラ１１がその底の近傍に配置されるのに対して、１つ以上の光源１２が反対側に配置される。これらの光源は好ましくは、光が瓶を通してよく光るように、波長範囲が５５０〜７８０μｍの赤色を有する。実質的に瓶に沿って青色の光を放射する第２の光源１３を追加するので、偽の欠陥も照らされる。このいわゆる光カーテンは、その異なる角度および／または色および／または第２の放射の低い瓶透過度のせいで、瓶の中の検出されるべき粒子を照らさない（またはほとんど照らさない）。

瓶Ｂ^I（図２）の中には、カメラ２１によって検出されなければならないガラス粒子Ｇが位置している。赤色の主照明２２は、瓶の中のガラス粒子および瓶の外側の不規則なエンボシングの両方を照らし、これは望ましくない。青色の第２の照明２３を利用することによって、実質的に瓶の外側が青色に照らされ、これによってエンボシングなどの瓶の外側の不規則なものが容易に見えるようになる。カメラに向けられる赤色ビームの約９０％が各通過時に瓶によって透過されるのに対して、青色は、瓶の透過性質のために約１０％しか透過されないことになる。

瓶の色に依存して、色ごとに異なる透過を最適化するために他の波長ももちろん選択可能である。

図３において、カメラ画像３１内のガラス粒子に３２が付されるのに対して、エンボシングなどの不要な欠陥には３３が付されている。粒子３２は、（完全反射で）赤色光の８１％の当初の強度、および青色光のわずか１％の強度を有することになるのに対して、エンボシングは、青色光の側で約８０から９０％の反射値、および瓶の壁を結局２回透過されなければならない赤色の８１％またはそれ未満の反射値を有する。

これらの色によって、特に瓶の中のガラス粒子に関して、青色光と赤色光との間に大きな差異が生じ、それによって本当の欠陥と偽の欠陥とを良好に区別できることが明らかであろう。

画像は、二次的な青色ライティングを用いても用いなくても記録可能であり、それによってさらなるフィルタリング選択肢が可能となる。

図４に係る回転式コンベア４１では、瓶Ｂ^IIが送込み回転式コンベア４２を介して検出回転式コンベア４３に運ばれ、そこで瓶は第１の区分Ｉにおいて自身の長手方向軸を中心に回転されて次に停止され、その後、第２の区分においてカメラおよび照明を用いてガラス粒子があるか検査され、送出し回転式ベルトコンベア４３を介して製造ラインに戻され、それによって「欠陥」を有する可能性のある瓶が、示されない態様で拒絶され得る。そのようなシステムは特許文献にさらに説明されている。

特許出願ＰＣＴ／ＮＬ２００５／０００５６５に説明されている図５に係る実施例では、瓶Ｂ^IIIが送込み回転式コンベア５１を介して検査回転式コンベア５２に移動させられ、そこで回転時に検査され、その後、送り出し回転式コンベア５３を介して製造ラインに送り戻される。図６のいわゆるインライン検査では、瓶Ｂ^IVがライン６２の周りの複数のカメラ６１によって検査され、この照明はいわゆる仮想回転を提供する。

（青色）光カーテンを用いる方法および装置は、すべての上述のおよび同様のシステムに利用可能である。ここでは好ましくは、青色光および赤色光用にＬＥＤ、非同期でリセットする毎秒８０フレーム以上のファイアワイア（商標）カラーカメラを使用する。ＬＥＤは高い光出力を得るために好ましくは閃光を発し、カメラおよびＬＥＤは好ましくは１つの信号によってトリガされる。装置にはさらに、所望のハードウェアおよびソフトウェア認識を実行するための画像記憶、ネットワーク、インターフェイスなどのための必要なハードウェアおよびソフトウェアが備え付けられる。

上述の光カーテンはまた、Krones社などのいわゆるSpin検査およびRotoCheckシステムおよび他の検査システムにも利用可能であり、これらは、上述のシステムと同様、この発明によってよりよい性能を取得することになる。

インライン検査（図６）では、瓶は多数の方法に従って、たとえば
１） 横からの照明を用いて（図７）、
２） 下からの照明を用いて（図８）、および
３） 下からのカメラを用いて（図９）
照らされ得、検査され得る。

方法２）は、スピン検査方法と組合せた使用の選択肢を与える。特許ＦＲ２７２６６５１に説明されているこの方法は、瓶を直立位置から傾け、その後、瓶をその長手方向軸を中心に高速で回転させる。この回転の間に、瓶の中の液体中に静止しているかまたはゆっくり回転する望ましくない物体があるか、瓶の内容物を監視する。

図１０に係る実施例は、たとえば、コンベアベルト１０１上の箱、スーツケース、家庭用ペットまたは他の移動物体などの物体の検出に関する。カメラ１０２および概略的に示される主照明源１０３を用いて、物体を既に区別することができる。この主要ないわゆる正面照明に、たとえば、主要な照明がたとえば赤色を有するのに対して青色を有する、第２の光源１０４からの二次的な斜めに当る照明を利用することによって、本当のおよび偽の候補もよりよく区別することができる。

図１１はこの発明の好ましい実施例のデータフロー図を示す。単一のカメラから順次得られたか、または２つ以上のカメラから順次もしくは並行して得られたかのいずれかである、カメラからの画像（１１００Ａ、１１００Ｂ〜１１００Ｎ）または複数の画像の組合せが、互いに独立して光学検出システムに提示される。各別個のカメラ画像（１１００Ａ、１１００Ｂ〜１１００Ｎ）は処理後に分析され、候補欠陥が選択される（１１０２Ａ、１１０２Ｂ〜１１０２Ｎ）。これにより、各カメラ画像（１１００Ａ、１１００Ｂ〜１１００Ｎ）について、候補欠陥のセット（１１０４Ａ、１１０４Ｂ〜１１０４Ｎ）が生成される。１１０４Ａの候補欠陥は、他のカメラ画像（１１００Ｂ〜１１００Ｎ）の候補欠陥（１１０４Ｂ〜１１０４Ｎ）と２つ１組で組合される。候補欠陥の組合せが本当の欠陥を示す確率は、候補欠陥の検出された性質に基づいて確定される。あり得そうにない候補の組合せは、この確率に基づいてフィルタにかけられ取除かれる。可能性のある候補欠陥の対応する組合せ（１１０８Ａ）の各々について、その候補欠陥の三次元の位置が互いの場所に基づいて定められ得る（１１１０Ａ）。このステップによって、関連の三次元の位置を有する候補欠陥のセットがもたらされる（１１１２Ａ）。候補欠陥のセット（１１１２Ａ）は、その三次元の位置が予め規定された領域（たとえば瓶の内部）にない候補欠陥を除去することによってフィルタにかけられる。これによって最終的に、候補欠陥のセットが空になる可能性がある（１１６０Ａ）。セット１１６０Ａが空である、すなわち欠陥が１つも確認されなかった場合、瓶はプロセスから除去されない。逆に、候補欠陥のセット１１６０Ａが空でない場合は、瓶は製造ラインから除去される。

この発明の好ましい実施例では、放射特性が異なる第２の放射源の使用によって入手可能となる付加的な情報は、３通りに用いられる。

第１に、誤拒絶割合を向上させることができる、すなわち、色チャンネルの線形結合に基づいて光学検出（１１０２Ａ）時にカラー画像を濃淡値画像に変換することによって、偽の候補欠陥の数を減らすことができる。

第２に、第２の照明源からの放射を用いて記録されるカメラ画像において、偽の候補欠陥が本当の候補欠陥と明らかに区別される。この情報によって、１１０６Ａ内の複数のカメラ画像の候補欠陥を組合せる際に偽の候補欠陥をフィルタにかけて取除くことが向上する。

第３に、この付加的な情報は、候補欠陥の分類に良好な影響を与える。分類システム（１１８０Ａ）は、一方では（１１４０Ａ）光学システムにおける候補欠陥の選択（１１０２Ａ）を助け、他方では（１１４２Ａ）可能性のある候補欠陥の対応する組合せのフィルタリング（１１１０Ａ）を助ける。第１の放射源とは対照的に、第２の放射源の特性は、偽の候補欠陥をできるだけ検出することができ、本当の候補欠陥をそれより少ない程度に検出するように選択される。これにより、偽の候補欠陥を分類する目的の強力な区別能力がもたらされる。これらの３つの方法の各々は、誤拒絶割合および誤拒絶割合の両方に良好な影響を与える。

Claims (7)

1. バックグラウンドに対して望ましくない物体または欠陥を検出するための方法であって、
   第１の特性を有する放射が、前記バックグラウンドおよび前記望ましくない物体または欠陥があると予想される場所の上および近傍に第１の放射源によって投げかけられ、
   前記放射源によって発生され、前記望ましくない物体によって反射、分散、回折または透過される放射は、１つ以上の放射センサによって検知され、
   第２の特性を有する第２の放射源によって前記場所の上に放射が投げかけられ、前記第２の放射源は、前記センサによって検知される画像信号から、明らかな欠陥が比較的容易に除去され得るように配置され、および／または除去され得るような第２の放射特性を有する、方法。
2. 第１の放射は、好ましくは波長範囲が５５０〜７８０ｎｍの、またはより好ましくは約６５０ｎｍの赤色可視光を備え、
   第２の放射は、波長範囲が好ましくは２５０〜４５０ｎｍの青色可視光である、請求項１に記載の方法。
3. 前記望ましくない物体は、ビール瓶の中のガラス破片または同様の物体であり、
   前記ビール瓶の底および／または壁は、好ましくは緑または茶色のガラスで形成される、請求項１または２に記載の方法。
4. 前記第２の放射特性を有する照明は、検出されるべき前記場所に沿って（ネット）カーテンのように放射される一方で、前記第１の放射源は、反射後に任意で、１つ以上の前記センサに方向付けられる、請求項１、２または３に記載の方法。
5. バックグラウンドに対して望ましくない物体または欠陥を検出するための装置であって、
   前記バックグラウンドおよび前記望ましくない物体または欠陥があると予想される場所の上および近傍に、第１の特性を有する放射を投げかけるための第１の放射源と、
   前記第１の放射源によって発生され、前記望ましくない物体によって反射、分散、回折、および／または透過される前記放射を検知するための１つ以上の放射センサと、
   第２の特性を有する第２の放射源とを備え、前記第２の特性は、前記放射センサが実際は前記バックグラウンドの２つの画像を受けるように前記第１の特性とは異なる、装置。
6. 前記第１の放射源は赤色光のＬＥＤを備え、
   前記第２の放射源は青色光のＬＥＤを備える、請求項５に記載の装置。
7. 前記バックグラウンドはコンベアを備え、
   前記第１の放射源は前記コンベアの正面照明を与える一方で、前記第２の放射源は斜めに当る照明を与える、請求項５または６に記載の装置。

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