(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ローラ表面に光を照射し、ローラ表面からの反射光をカメラで受光してローラ表面の画像を撮像する撮像方法において、ローラ表面の磨耗による変位を検出し、この検出した変位データに基づいてカメラ位置の補正量を演算して出力し、この出力によりカメラ位置を補正することを特徴とする撮像方法。
【請求項２】
請求項１に記載の撮像方法において、検出した変位データに基づいて位置補正テーブルからカメラ位置の補正量を求め出力することを特徴とする撮像方法。
【請求項３】
請求項１に記載の撮像方法において、検出した変位データに基づいて所定の演算式からカメラ位置の補正量を求め出力することを特徴とする撮像方法。
【請求項４】
ローラ表面に光を照射する光源と、ローラ表面からの反射光を受光してローラ表面の画像を撮像するカメラとを具備した撮像装置において、ローラ表面の磨耗による変位を検出する変位検出センサと、変位検出センサからの変位データに基づいてカメラ位置の補正量を演算し出力する制御部と、制御部からの出力によりカメラ位置を補正する位置補正機構とを具備したことを特徴とする撮像装置。
【請求項５】
請求項４に記載の撮像装置において、カメラにより撮像された画像の輝度の変化を輝度データとして抽出する輝度データ抽出手段と、輝度データが予め設定された閾値内か否かを判定し、その閾値外の場合にローラに異物が付着していると判定する判定手段とが設けられたことを特徴とする撮像装置。
【請求項６】
請求項４又は請求項５に記載の撮像装置において、位置補正機構がカメラの傾角補正部を備えていることを特徴とする撮像装置。
【請求項７】
請求項６に記載の撮像装置において、位置補正機構が、さらにカメラピント補正部を備えていることを特徴とする撮像装置。
【請求項８】
請求項４乃至請求項７のいずれかに記載の撮像装置において、光源とカメラとの正反射角度を１０〜４０度の範囲としたことを特徴とする撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えばシート製造装置のローラの表面検査に際してローラ表面を撮像するための撮像方法及び撮像装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、押し出しコーティング，エクストルージョンコーティング（ＥＣ），ウエットラミネーション，ドライラミネーション，ホットメルトラミネーション等によりシートを連続状に製造する場合、特許文献１に開示されるようにシート上の欠陥をＣＣＤカメラにより撮像し検査している。
【０００３】
すなわち、ＣＣＤカメラ、光源等を備えた画像検出部によってシートの表面を検出画像として検出し、特徴量抽出部によって検出画像の複数の特徴量を抽出し、判別処理部によって検出画像の特徴量が欠点種類定義領域におけるどの欠点種類に相当するかを判別するようにしている。
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−１０９０６９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、シート上の異物、汚れ等の欠陥は、良品部と比べコントラストの差が大きいため比較的検出しやすいものの、しわ、凹凸等のラミネート不良は、良品部とのコントラストの差が小さいため検出し難いという問題がある。このしわ等のラミネート不良はもっぱらローラの表面に付着した異物等に起因して発生することから、本発明者はシート製造装置の回転するローラの表面を撮像し、その画像からラミネート不良の発生を検出することに想い至り、ローラの表面の画像に基づいて欠陥の発生を検知することとした。
【０００６】
ところが、ローラの表面を検査しつつシートの製造を行っているうちに、カメラで撮像した画像が不明瞭になり、検査が不正確になるという問題を生じた。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明者は鋭意研究の結果、ローラの表面の画像が不明瞭になるのは、シートの製造を続けるうちにローラ表面が磨耗し、そのため光源光の反射方向がカメラからずれ、撮像に必要な光量を十分に得ることができないためであるということに想い至った。
【０００８】
本発明はこのような知見に基づいてなされたもので、ローラ（３）の表面に光を照射し、ローラ（３）の表面からの反射光をカメラ（８）で受光してローラ（３）の表面の画像を撮像する撮像方法において、ローラ（３）の表面の磨耗による変位を検出し、この検出した変位データに基づいてカメラ（８）の位置の補正量を演算して出力し、この出力によりカメラ（８）の位置を補正することを特徴とし、また、ローラ（３）の表面に光を照射する光源（７）と、ローラ（３）の表面からの反射光を受光してローラ（３）の表面の画像を撮像するカメラ（８）とを具備した撮像装置において、ローラ（３）の表面の磨耗による変位を検出する変位検出センサ（１８）と、変位検出センサ（１８）からの変位データに基づいてカメラ（８）の位置の補正量を演算し出力する制御部（２０）と、制御部（２０）からの出力によりカメラ（８）の位置を調整する位置調整機構（２６，２９）とを具備したことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、シート（９）の製造等に伴いローラ（３）の表面が磨耗しても、ローラ（３）の表面の磨耗による変位を変位検出センサ（１８）で検出し、制御部（２０）で変位検出センサ（１８）からの変位データに基づいてカメラ（８）の位置の補正量を演算し出力、位置補正機構（２６，２９）でカメラ（８）の位置を調整することができ、従ってカメラ（８）は常時十分な光量によってローラ（３）の表面の明確な画像を撮像することができる。これにより、例えば製造するシート（９）の良否を正確に判定することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、図面を参照して本発明を実施するための最良の形態について説明する。
【００１１】
＜実施の形態１＞
図１に示すように、ラミネータ１は、金属製のクーリングローラ２と、このクーリングローラ２に圧接して配置されるゴム製のニップローラ３と、このニップローラ３を支持するバックアップローラ４と、図示しない押出機から押し出された溶融樹脂を薄膜状に押し出すダイヘッド５と、クーリングローラ２とニップローラ３によりラミネートされたシートを送り出すためのガイドローラ６とを備える。
【００１２】
ラミネータ１は、クーリングローラ２側にフィルム、アルミニウム箔等の原反９ａを送り込む一方、ニップローラ３側に紙、フィルム等の原反９ｂを送り込み、これらの原反９ａ，９ｂを、クーリングローラ２とニップローラ３との間においてダイヘッド５から薄膜状に押し出された樹脂９ｃ（図２参照）をバインダーとして貼り合わせ連続状のシート９とする。この連続状のシートは、ガイドローラ６を経て図示しない巻取りローラにより巻き取られる。
【００１３】
このラミネータ１には、ニップローラ３の表面の良否を検出するため、撮像装置が設けられる。すなわち、バックアップローラ４の近傍には、ニップローラ３の表面に軸方向に沿うように光を照射するＬＥＤアレイ等の線状の光源７が配置され、クーリングローラ２の近傍には、ニップローラ３の表面での反射光を受光するモノクロのラインカメラ８が配置される。光源７からニップローラ３の表面に光が照射され、ニップローラ３が回転すると、ニップローラ３の表面がラインカメラ８で撮像される。産業用のラインカメラ８は一般にオートフォーカス機能を有しないので、手作業により撮像ポイントが定められる。
【００１４】
図２に示すようにニップローラ３の表面に異物Ｘが付着すると、しわ、凹凸等のラミネート不良がシート９に発生する。このようなラミネート不良の発生源となるニップローラ３に対して光源７から光を照射し、その反射光をラインカメラ８に入射させてニップローラ３の軸方向全体を撮影する。ニップローラ３は、上述したように材質がゴムであるので、反射率が低い。
【００１５】
ニップローラ３の表面に付着した異物の撮像画像及びその画像の輝度データを図３に示す。付着する異物は、主に熱可塑性樹脂等の樹脂、その樹脂の炭化物や髪の毛等の黒色異物である。また、ニップローラ３の表面は、印刷物等により筋状に汚れることがあるが、これらの汚れは製品不良を招来するものではない。
【００１６】
図３に示すように、ニップローラ３の表面に付着した樹脂や接着剤等の反射率の高い異物は、画像上では白く撮像される。そして、異物が樹脂であって、その樹脂を検出する場合には、正反射を利用して異物を光らせることにより検出する。また、ニップローラ３の表面に付着した黒色異物は、黒い画像として撮像される。なお、樹脂や接着剤等の反射率の高い異物を撮影する場合には、ラインカメラ８と光源７との正反射角度を可及的に小さくすることにより、ニップローラ３の表面の汚れの影響を低減させることができる。実際には、各ローラの配置上の観点から１０〜４０度の角度に設定され、本実施形態では３０度に設定されている。
【００１７】
次に、上記撮像装置の制御系について説明する。
【００１８】
図４に示すように、撮像装置１０は、画像入力部１１と、制御装置１２と、表示部１５と、外部出力部１６とを備える。
【００１９】
画像入力部１１は、図１に示すように上記光源７及びラインカメラ８から構成され、ニップローラ３の軸方向に対して所定間隔をおいて線状に配列された光源７から光を照射し、その反射光を線状のラインカメラ８に入射させてニップローラ３の軸方向全体における撮像画像の取り込みを行う。
【００２０】
制御装置１２は、輝度データ抽出手段としての画像前処理部１３及び判定手段としての判定処理部１４から構成される。画像前処理部１３は、画像入力部１１で取り込まれた撮像画像に対して前処理を行うもので、具体的には画像入力部１１で取り込まれた撮像画像からハイパスフィルタにより輝度が急激に変化する部分を輝度データとして抽出する。
【００２１】
判定処理部１４は、画像前処理部１３により抽出した輝度データが予め設定された閾値内か否かを判定する。その閾値は、撮像画像の明暗部分が所定値以上に急激に変化する値に設定され、明部分の輝度データの閾値を図３に示す第１の２値化レベルとし、暗部分の輝度データの閾値を図３に示す第２の２値化レベルとしている。具体的に、上記閾値は、ニップローラ３の汚れに対する輝度データに基づいて設定されるものではなく、ニップローラ３に付着してラミネートした際のシート上にしわ、凹凸等を発生させる異物に対する輝度データに基づいて設定される。
【００２２】
また、判定処理部１４は、明部分の輝度データが第１の２値化レベルを超えた場合、反射率の高い異物が付着していると判定するとともに、暗部分の輝度データが第２の２値化レベルを超えた場合、黒色異物が付着していると判定する。
【００２３】
表示部１５は、判定処理部１４の判定結果をモニタ表示し、異物と判定された場合、その異物画像を表示する。
【００２４】
外部出力部１６は、判定処理部１４により異物と判定された場合、ブザー等により警報音を放音するとともに、赤色、青色、黄色のランプにおける赤色のランプを点灯させる。
【００２５】
上記制御系は次のように動作する。
【００２６】
図５に示すように、まずステップＳ１では、ニップローラ３の軸方向に対して線状に配列された光源７から光を照射し、その反射光を線状のラインカメラ８に入射させてニップローラ３の軸方向全体における撮像画像の取り込みを行う。
【００２７】
次いで、ステップＳ２では、画像前処理部１３において、画像入力部１１で取り込まれた撮像画像からハイパスフィルタによりニップローラ３の輝度が急激に変化する部分を輝度データとして抽出する。
【００２８】
さらに、ステップＳ３ａでは、判定処理部１４が予め輝度データの閾値を設定する。すなわち、ステップＳ３ａでは、撮像画像の明部分が所定値以上に急激に変化する値を第１の２値化レベルとする閾値に設定する。また、ステップＳ３ｂでは、判定処理部１４は、撮像画像の暗部分が所定値以上に急激に変化する値を第２の２値化レベルとする閾値に設定する。
【００２９】
そして、ステップＳ４ａでは、第１の２値化レベルを超えたか否かを判断し、第１の２値化レベルを超えた場合（ステップＳ４ａ；Ｙｅｓ）、図６（Ａ）に示すようなニップローラ３の表面に反射率の高い異物が付着していると判定し、第１の２値化レベルを超えない場合（ステップＳ４ａ；Ｎｏ）には、ステップＳ１の撮像画像の取り込み処理に戻る。また、ステップＳ４ｂでは、第２の２値化レベル以下であるか否かを判断し、第２の２値化レベル以下の場合（ステップＳ４ｂ；Ｙｅｓ）、図６（Ｂ）に示すようなニップローラ３に黒色異物が付着していると判定し、第２の２値化レベルを超える場合（ステップＳ４ｂ；Ｎｏ）には、ステップＳ１の撮像画像の取り込み処理に戻る。
【００３０】
次いで、ステップＳ５では、判定処理部１４がニップローラ３に付着した反射率の高い異物又は黒色異物を検出する。
【００３１】
さらに、ステップＳ６では、制御装置１２が反射率の高い異物及び黒色異物を１つのブロックの異物とみなすラベリング処理を行う。
【００３２】
そして、ステップＳ７では、制御装置１２は、ラベリング処理された１つのブロックとしてみなされた異物の画素数を算出する。ここで、算出した画素数が多い場合には、ニップローラ３に付着した異物が大きいと判断し、また算出した画素数が少ない場合には、ニップローラ３に付着した異物が小さいと判断される。
【００３３】
次に、ステップＳ８では、制御装置１２は、異物の検査処理が終了するか否か判断し、検査処理が終了する場合（ステップＳ８；Ｙｅｓ）には、全体の処理を終了させる。また、検査処理が終了しない場合（ステップＳ８；Ｎｏ）には、ステップＳ１の撮像画像の取り込み処理に戻り、再び検査処理を実行する。
【００３４】
既述のごとく、上記ラミネータによりシートの製造を続けるうちにニップローラ３の表面が磨耗し、そのためニップローラ３の表面の画像が不明瞭になって上記検査の精度が低下するが、このような不具合を防止するためこの撮像装置は次に述べるカメラ位置補正装置を備える。
【００３５】
図１及び図７に示すように、カメラ位置補正装置１７は、ニップローラ３の表面の磨耗による変位を検出する変位検出センサ１８を有する変位読み取り部１９と、変位読み取り部１９からの変位データに基づいてラインカメラ８の位置の補正量を演算し出力する制御部２０と、補正量を表示する表示部２１と、制御部２０からの出力によりラインカメラ８の位置を補正する位置補正機構を有した外部出力部２２とを具備する。
【００３６】
変位検出センサ１８は、具体的にはレーザ変位センサであり、図１に示すように、ニップローラ３の近傍でニップローラ３の表面に正対するように配置される。この変位検出センサ１８により、ニップローラ３の表面までの距離が測定され、ひいてはニップローラ３の表面の磨耗による径の減少が検出される。
【００３７】
制御部２０は具体的にはコンピュータであり、変位検出センサ１８により読み取られた変位からニップローラ３の半径を算出する演算部２３と、演算部２３で得られた半径をもとにラインカメラ８の位置補正量を割り出して出力する位置補正テーブル２４とを備える。位置補正テーブル２４は、あらかじめニップローラ３の各種半径に応じたラインカメラ８の適正位置をデータとして記憶している。
【００３８】
表示部２１は、例えばモニタであり、必要に応じて設けられる。表示部２１の表示により作業者は例えばニップローラ３の表面の磨耗の程度を知ることができる。
【００３９】
外部出力部２２の位置補正機構は、ラインカメラ８の傾角補正部と、ラインカメラピント補正部とを備えている。
【００４０】
図８に示すように、ラインカメラ８の傾角補正部は、具体的にはラインカメラ８を載置したテーブル２５をテーブル２５ごと傾斜させるためのサーボモータ２６を有する。テーブル２５はラミネータ１のフレーム３０上にニップローラ３の軸と平行な軸（図示せず）により支持され、この軸をテーブル２５と共にサーボモータ２６により回転させてラインカメラ８の仰角を変更するようになっている。
【００４１】
また、ラインカメラピント補正部は、反射光の光路に略平行に伸び、ラインカメラ８のハウジングと螺合するボールネジ２７を備える。ボールネジ２７はテーブル２５に回転自在に支持され、その一端に伝動装置としての歯車２８ａ，２８ｂを介してサーボモータ２９が連結される。サーボモータ２９のハウジングはテーブル２５に保持される。サーボモータ２９の駆動によりボールネジ２７が回転し、ラインカメラ８が光路上を移動する。サーボモータ２９の軸をボールネジ２７にカップリングを介して連結し、歯車２８ａ，２８ｂを省略することも可能である。
【００４２】
なお、望ましくは位置補正機構はラインカメラ８、光源７と共に、ニップローラ３を保持するフレーム３０に一体で保持される。これにより、ニップローラ３がラミネータ１内で移動するような場合においても、適正なカメラ位置の補正を行うことができる。
【００４３】
上記カメラ位置補正装置１７は次のように動作する。
【００４４】
図９に示すように、ステップＳ１１で、変位検出センサ１８から回転しているニップローラ３の表面に対してレーザ光を照射し、その反射光を受光して変位検出センサ１８からニップローラ３の表面までの距離をニップローラ３の径の変化として連続的に検出する。
【００４５】
ステップ１２では、制御部２０の演算部２３が、変位検出センサ１８により読み取られた変位からニップローラ３の半径を算出する。
【００４６】
ステップ１３においては、演算部２３が演算したニップローラ３の半径をもとに、位置補正テーブル２４がラインカメラ８の傾角とピント合わせの補正量を割り出して外部出力部２２に出力する。
【００４７】
ステップ１４では、外部出力部２２の位置補正機構における傾角用サーボモータ２６とピント合わせ用サーボモータ２９とがそれぞれ駆動し、ラインカメラ８を傾斜させ或いは光路上で移動させる。この補正により、ラインカメラ８にはニップローラ３の表面での反射光が十分な光量で到達し、明瞭な画像が撮像されることとなる。
【００４８】
＜実施の形態２＞
この実施の形態２では、実施の形態１における位置補正テーブル２４（図７参照）が省略され、これに代えてあらかじめ定義された演算式が使用される。
【００４９】
この演算式の一例について説明すると次の通りである。
【００５０】
図１１に示すように、ニップローラの半径がΔｒだけ変化したとすると、Δｒは次式(1)で与えられる。
【数１】
0004694923.tif 000002
ただし、ｒ1、ｒ2はレーザ変位センサで測定した値から算出可能である。
【００５１】
点Ａを撮像している場合のラインカメラの仰角θ1は、次式(2)で与えられ、
【数２】
0004694923.tif 000003
同様に点Ｂを撮像している場合のラインカメラの仰角θ2は、次式(3)で与えられる。
【数３】
0004694923.tif 000004
【００５２】
これにより、角度補正量Δθは、次式(4)より求められる。
【数４】
0004694923.tif 000005
【００５３】
線分ＯＡの長さをｚ1、線分ＯＢの長さをｚ2とすると、それぞれ(5)式、(6)式の通りである。
【数５】
0004694923.tif 000006
【数６】
0004694923.tif 000007
【００５４】
よって、ラインカメラの光路方向での位置補正量Δｚは、次式(7)から求めることができる。
【数７】
0004694923.tif 000008
【００５５】
この撮像装置によれば、図１０に示すように、ステップＳ１５で、変位検出センサ１８から回転しているニップローラ３の表面に対してレーザ光を照射し、その反射光を受光して変位検出センサ１８からニップローラ３の表面までの距離をニップローラ３の径の変化として連続的に検出する。
【００５６】
ステップ１６では、制御部２０の演算部２３が、変位検出センサ１８により読み取られた変位からニップローラ３の半径を算出する。また、この半径をもとに、上記演算式よりΔθとΔｚとを求め、ラインカメラ８の傾角の補正量と、ピント合わせの補正量とを外部出力部２２に出力する。
【００５７】
ステップ１７では、外部出力部２２の位置補正機構における傾角用サーボモータ２６とピント合わせ用サーボモータ２９とがそれぞれ駆動し、ラインカメラ８を傾斜させ或いは光路上で移動させる。この補正により、ラインカメラ８にはニップローラ３の表面での反射光が十分な光量で到達し、ニップローラ３の表面の明瞭な画像が撮像されることとなる。
【００５８】
なお、本発明は上記各種の実施の形態１，２に限定されるものではなく、例えば上記実施の形態１，２では撮像対象であるローラをゴム製のニップローラとしたが、他の材質たとえば金属，樹脂，ゴム，木，プラスチック，紙でできたローラにも適用可能である。また、実施の形態１，２では、本発明に係る撮像装置をエクストルージョンコーティングを行うラミネータに適用した例について説明したが、本発明はエクストルージョンコーティング以外の他のラミネータにも適用可能であり、またラミネータに限定されるものではなく、各種印刷装置や描画装置等にも適用可能である。さらに、実施の形態１におけるステップＳ１１〜ステップＳ１４、実施の形態２におけるステップＳ１５〜ステップＳ１７はいずれもオープンループ制御となっているが、センサを所望箇所に設置することによりセミクローズドループ制御、クローズドループ制御に適宜変更することも本発明の範囲内である。さらに、実施の形態２で用いた演算式は一例に過ぎず、他の演算式を用いることも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
【図１】実施の形態１を適用したラミネータの概略構成図である。
【図２】実施の形態１においてニップローラに異物が付着した状態を示す説明図である。
【図３】実施の形態１においてニップローラに付着した異物の撮像画像及びその画像の輝度データを示す説明図である。
【図４】実施の形態１の撮像装置の制御系を示すブロック図である。
【図５】実施の形態１の撮像装置の動作を示すフローチャートである。
【図６】（Ａ）は第１の２値化レベルでの判定結果を示す説明図、（Ｂ）第２の２値化レベルでの判定結果を示す説明図である。
【図７】実施の形態１の撮像装置における補正装置の制御系を示すブロック図である。
【図８】カメラ位置を補正するための位置補正機構の一例を示す概略図である。
【図９】カメラ位置の補正動作を示すフローチャートである。
【図１０】カメラ位置の補正動作の他の態様を示すフローチャートである。
【図１１】図１０のフローチャートで用いる補正量の算出原理を示す説明図である。
【符号の説明】
【００６０】
３…ニップローラ
７…光源
８…ラインカメラ
１８…検出する変位検出センサ
２０…制御部
２６…傾角用サーボモータ
２９…ピント合わせ用サーボモータ
【図１】
0004694923.tif 000009
【図２】
0004694923.tif 000010
【図３】
0004694923.tif 000011
【図４】
0004694923.tif 000012
【図５】
0004694923.tif 000013
【図６】
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【図７】
0004694923.tif 000015
【図８】
0004694923.tif 000016
【図９】
0004694923.tif 000017
【図１０】
0004694923.tif 000018
【図１１】
0004694923.tif 000019