錠剤外観検査における錠剤外観検査における錠剤表面形状認識の高精度化技術
錠剤表面形状認識の高精度化技術
光切断法による３次元計測
光切断法による３次元計測
High−Accuracy 3−D Measurement of Tablet Surface Using Light−Section Method

第一実業ビスウィル株式会社

松田晋也
SHINYA MATSUDA
Daiichi Jitsugyo Viswill Co., Ltd.

はじめに

１. ３次元形状判定

錠剤外観検査機の利用が始まってから30年が経過するが，その間の急速な普及に伴い，ユーザからの要求機能も年々高度化・多様化している。

（1）
表面形状判定の重要性
近年の錠剤外観検査においては，誤飲・誤投与防止の面から，錠剤に付される識別表示（印刷や刻印）に関する初期の検査要求としては従来，錠剤表面の100μm程検査，また薬効への影響の面から，表面欠け・コート剥度の黒色または暗赤色異物検出が中心であった。その後，がれ等の不良に関する検査に対する要求が厳しくなって画像処理技術の進歩により検出精度が50μmとなり，検きている。一方，製剤技術の向上により口腔内崩壊錠査機が製剤現場の精度要求を満たすことが可能になった（OD錠）の生産量が増加しており，打錠および打錠後の現在，ユーザからは従来とは異なった検査機能が求めら工程中で欠けが発生しやすくなっている。また，打錠のれるようになってきた（表１）。

高速化に伴い，キャッピングやスティッキングといった当社はこれらの要求変化に対応するため，高分解能化，高次元アルゴリズム処理，特殊色空間による色判定処理などを検査機に実装し，機能向上対応を進めてきた。し打錠不良の発生率も高くなっている。
上記のような背景から，錠剤外観検査機における表面形状認識の高精度化が望まれている。

かし錠剤表面の刻印・欠けに対する認識性能については，要求精度を満足する明確な解決手段がない状態であった。

（2）
従来技術
錠剤検査機には，大きく分けて異物などの濃淡（コン表１ 錠剤外観検査機へのユーザ要求の変化

トラスト）変化のある不良の検出機能と，欠け・スティ要求の変化

対応技術

ッキングなど形状的な不良の検出機能が求められる。そ50μm異物検出→毛髪検出

高分解能のため，検査機には濃淡不良を検出する照明と形状不良

印刷面積判定→印刷品質判定

２次元形状判定

黒色異物検出→色彩判別

色判定処理
３次元形状判定

刻印・欠け検出→表面形状判定を検出する照明を別々に設置し，それぞれで役割を分担している。すなわち，表面の形状特徴を消し濃淡変化を（2010） 111（1915）
Vol.26 No . 10錠剤外観検査における錠剤表面形状認識の高精度化技術
光切断法による３次元計測

強調する均質照明と，表面の形状特徴を陰影により浮か影響されやすく，錠剤の姿勢による映像の変動が大きい。

び上がらせるための強調照明を併用している。

これらの変動要因が，リング照明による従来技術の大き均質照明では錠剤表面に光を全方向から照射する「ドな制約事項となっている。また，生産現場ではリング照ーム照明」，強調照明では全周から低い角度で光を照射

明の高さ・光量調整が難しく，最適な条件を設定するたする「リング照明」が用いられるのが一般的であり，現めに多大な時間を要しているのも現状である。

在の錠剤外観検査機での標準的な構成となっている。

２. ３次元計測技術（3）
従来技術の限界
従来は，錠剤表面の凹凸形状を特徴化するため，より（1）
外観検査における３次元計測の応用特徴の出やすい照明環境を作ってきた。多くは，錠剤の３次元計測技術は，電子回路基板検査，ハンダ印刷検

水平面に近い低角度から光を照射し凹凸形状による陰影査などの外観検査においてすでに広く普及している。３の特徴を強調する方法が採用されており（図１），陰影に次元計測の手法としては，「ステレオ画像法」，「パターよる輝度値変化から凹部の存在を認識している。しかし，ン投影法」，「位相シフト法」，「光切断法」などの手法がこの方法で得られる情報は２次元平面上の位置情報のみ知られているが，当社の錠剤検査機では光切断法を選択であり，高さ（深さ）情報を得ることはできない。また，した。光切断法は，高速移動する測定対象に対して適用

錠剤に対し直接光を照射するため表面輝度ムラが発生し可能な計測方法である。また，細いスリット光の映像をやすく，凹部と輝度ムラ部分の識別が困難である（図２）。

用いるため１回の撮像で利用するデータ量が少なく，高さらに，反射光は錠剤表面の水平・垂直方向の傾きにも速画像処理に最も適しているためである。

（2）
光切断法の原理／特徴
カメラ

光切断法では測定対象面にスリット光を照射し，スリット光に対し30〜45°の角度をもつ方向から検査面に映るスリット光の形をエリアカメラで撮影する。検査面の２次元平面座標上の各点に対応するスリット光の基準面からの変位量を幾何学的に解析して，各点の高さデータを取得することができる（図３）。

図１ リング照明

カメラ映像

スリット光源

刻印面

割線面
波形

256256192192

輝度 128値

輝度 128値

646400基準面
測定対象

図２ リング照明取得画像（1916）
112

図３ 光切断法による計測系（2010）
Vol.26 No .10

カメラ

表２ 錠剤外観検査機への３次元計測実装要件処理速度
検査精度
光学系サイズ
画像取得
信号処理
コスト

100錠/秒以上
高さ計測精度10μm
コンパクトな光学系（底面寸法90mm×150mm以内）
１スキャンで死角のない錠剤表面画像が得られること
現行画像処理系への接続可能なこと（ハード／ソフト）
リング照明系と同等のコスト

図４ 錠剤へのスリット光照射イメージ

図５ 錠剤の３次元取得データイメージ

図６ 錠剤外観検査機「TVIS−EX3」

主要構成機器は，スリット光源とカメラのみであり，比較的簡易に３次元計測系を実現することができる。

４. 開発技術

計測に必要なデータはスリット光の基準面からの変位量のみであるため，錠剤表面の色・模様の影響を完全に排除して３次元データを取得することが可能である。よって印刷錠，斑錠であっても表面の形状計測を正確に行うことができる（図４，５）。

（1）
要素技術開発前記の要件を満たし，錠剤外観検査機に実装可能な３次元検査システムを開発した。
３次元計測では一般的にデータ処理量が膨大になり画像処理システムへの負荷も大きくなるが，カメラ内部に３. 錠剤外観検査機への応用専用ロジックデバイス（FPGA）を組み込み，高度なデータ圧縮を行い処理を分散することで解決した。また，対３次元計測技術を錠剤外観検査機に適用する場合，現象物に対し相対する２方向から見たスリット光の像を１行システムの処理速度を保証することが要求される。現台のカメラで同時に取得可能な光学系を用いて，斜め覗

行 の 錠 剤 検 査 機（ 当 社 製 品 T V I S − E X 3 ）で は 錠 剤 をきにより発生する死角の問題を完全に解消している。さ1,000mm/secの速さで搬送し，１秒に100錠の検査が可らに，３次元データに対しサブピクセル処理を行うこと能である。３次元計測もそれ以上の処理速度で実行するによってカメラ光学分解能の５倍の解像度を得ることをことが必須条件である。

可能とした。

表２の要件を満たす技術を完成し，当社錠剤外観検査３次元計測で得た高さ計測データは，従来のリング照（図６）。
機TVIS−EX3に実装して市場への供給を開始した

明下での映像を用いた検査アルゴリズムに適用できるように加工し，開発済みのソフトウエア資産をそのまま活用することを可能にしている。

（2010） 113（1917）
Vol.26 No . 10

錠剤外観検査における錠剤表面形状認識の高精度化技術
光切断法による３次元計測

３次元計測系

均質照明系

図７ ３次元計測ユニットの組み込み

256256192
輝度 128値
64192
輝度 128値6400

図８ ３次元計測取得画像（2）
錠剤外観検査機への３次元計測系の組み込み
３次元計測の光学系をこれまでのリング照明光学系のスペース内に組み込むために，光学系の短焦点化設計と構成部材レイアウトの最適化などを行うことにより，コンパクト化した（図７）。

５. ３次元計測による
５. 錠剤表面形状検査の評価

試料錠剤

（1）
３次元計測による取得画像
図２に示した試料錠剤を３次元計測系で撮像したときの取得映像を図８に示す。錠剤表面の凹凸（高さ情報）
が忠実に得られる。なお，波形グラフの縦軸は基準面からの高さを０〜255の８ビット輝度値に換算したものであ

リング照明画像

３次元計測画像

り，255が約2.4mmに相当する。したがって高さ計測精図９ 刻印検査画像

度は約10μm（2,400μm/255）となる。

であると良品と判定する。文字数が「２」以下であると（2）
計測値のばらつき文字の欠損，「４」以上であれば刻印部以外に不良やノ３次元計測の効果の１つに，「安定した特徴抽出」がイズが発生していることを意味する（図10）。

あげられる。計測データが安定すれば，良品定義の許容

強調
（リング）
照明では，表面輝度ムラの発生によりノ範囲を狭く設定することができ，その結果，不良検出精

イズ成分を文字と誤認識する場合があり，文字数の最大度と良品受付率（＝１−誤検知率）が同時に向上する。以

値が「４」となる場合があった。それに対し３次元計測

下に刻印検査を例にとり，リング照明と３次元計測の比ではサンプリングした100錠の良品錠剤で文字数が「３」較データを示す。図９はリング照明と３次元計測画像での刻印文字＜文字数＞認識画像例である。

ラベリング−マーク大面：文字数①刻印文字数検査

エリア

最大

最小平均値

CV値

標準偏差 上限値

下限値

強調照明

表面２４３３８０.

０２４３新カメラ

表面２３３３００.

００.

３３

検査項目の１つに錠剤表面の刻印文字数を検査する項目がある。
例えば「678」という文字が刻印されている場合，文字数は「３」（1918）
114

図10 文字数判定結果（2010）
Vol.26 No .10

＜文字面積＞
ラベリング−マーク大面：文字２面積
エリア

最大

最小平均値

CV値

標準偏差 上限値

下限値

強調照明

表面２７４０５０５６０７８２.

４９７.

７５０３５０新カメラ

表面２１４, ２２１３, ０８１３, ５２２４.

３２５.

１６, ００１１, ００

図11 文字面積判定結果

物の搬送姿勢変動による出力情報の変動や，表面輝度ムラの影響についても排除することができ，誤判定率の小さい高精度な不良判定が可能となった。また，これまでの濃淡情報のみでは実現が困難であった「錠剤厚み検査」・「キャッピング検出」などが，「高さ情報」を得ることで可能となり，将来に向けて検査の可能性が飛躍的に拡大した。
図12 同色コート剥がれ計測イメージ

７. 課題と認識され，安定した結果が得られていることを示している。
②刻印文字面積検査（1）
高精度化
今回当社錠剤外観検査機に搭載したカメラは，３次元次に，刻印各文字の文字面積に関する測定結果を示す

計測用に専用設計を行い，高速で搬送される錠剤に対し（図11）。良品錠剤100個をサンプリングし，文字面積を追従できる計測性能を備えている。しかし市場の要求変測定して最大値・最小値・平均値・CV値（変動係数）
を化は速く，高精度化，高機能化の課題を常に追求してい求めている。CV値は測定値のばらつきを表しており，く必要がある。

値が小さいほどばらつきが小さい。強調照明でのCV値

現行の３次元カメラでは光学分解能に比べて水平スキが｢8.2｣であるのに対し３次元計測では｢2.4｣になり，面ャン方向の分解能がやや低い設定となっている。高さ方

積測定の安定性が大幅に向上している。

向計測深さを確保するために，スキャン周期に制限をか③コーティング剥がれの評価けていることの結果である。水平スキャン方向の分解能

フィルムコート錠でのコーティング剥がれは薬効への影響が大きいことから致命不良とされる。強調照明光学向上と，高さ計測深さの拡張を同時に図るにはカメラの高速化が必要となる。

系においては，コーティングの一部が剥がれたとしても，剥がれ部分に生ずる段差（膜厚：数10〜数100μm）
で生（2）
高機能化

ずる陰影がノイズと同レベルであるため検出が困難であ

当社の錠剤外観検査機では，表面濃淡検査のための２った。３次元計測では高さ方向計測精度10μm以上の膜次元カメラと表面形状検査のための３次元カメラを搭載

厚があれば検出が可能となる。特に，素錠と同色またはし，各系で独立した検査を行っている。これら２次元画コントラスト差の小さい色のコーティングで，濃淡検査像と３次元画像を照合して総合的に検査判定を行うことでは検出困難な場合には有効である（図12）。

で，より高度な検査判定を行うことが可能である。また，検査機で取得した３次元データを打錠機用杵臼のCAD

６. 効果と課題データと照合し３次元マッチング検査を行うことも視野に入った。これらの実現のため，さらに高速な画像処理３次元計測では，濃淡画像による情報取得とは違い，系を「実用的コスト」で構築すべく開発を進めていく。

対象物の表面形状を正確にトレースすることができるた
め，安定した形状情報取得が可能となった。また被検査（2010） 115（1919）
Vol.26 No . 10