仲 井 賞 受 賞 論 文'The Nakai Award'-Winner's Article

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
─光切断法による錠剤表面の高速・高精度 3D 測定 ─The High-Resolution 3D Light Section Method — High Accuracy Technology toRecognize the Tablet Surface Appearance —松田 晋也
Shinya MATSUDA

第一実業ビスウィル株式会社

開発部

Development Department, Daiichi Jitsugyo Viswill Co.,LTD

要旨
錠剤などの医薬品の製造工程では、一定の品質を保証するために画像処理を応用した自動外観検査装置が使用されている。これまでの検査では 2 次元画像を用いていたため、錠剤の欠けや刻印不良など立体形状に起因する不良品が安定して検出できないという課題があった。本案件は、従来検出が困難であった立体形状欠陥を容易かつ高速に検出できる、光切断法による 3 次元計測システムを高速処理に対応可能な錠剤外観検査システムに搭載できるようにするため、新たに 3 次元カメラの開発と、死角の課題を解決する光学系および信号処理技術の開発を行った。その結果、時間あたり 60 万錠を処理できる 3D 搭載錠剤外観検査装置に搭載できる 3 次元計測システムが完成した。

Abstract
During the manufacturing process of pharmaceutical products such as tablets, automatic visual inspection
system installed image processing function has commonly been used to assure their definite quality. Twodimension image which has been used for the testing until now, however, leaves a subject of difficulty inconsistent detection of defects resulting from three dimensional shapes such as chipping tablets and poor
carved markings. Now our novel machine makes it possible to conduct prompt detection of those three
dimensional defects. In order to solve the blind spot issues, we have developed a novel three dimension
camera, and optical unit and signal processing technology. Thus we succeeded to install a 3D measurement
unit for tablet surface based on the light section method to automatic visual inspection system. As aresult, we have accomplished a 3D visual inspection system equipped with high accuracy 3D measurement
unit which can inspect 600,000 tablets per hour.

り、 3 次元計測機能を搭載した錠剤外観検査システム

1 はじめには既に 2 世代目に入った。その結果、医薬品外観検査
錠剤外観検査装置に 3 次元形状検査システムを搭

システム市場では 3 次元検査は標準的な機能となり載し 4 年が経過した。従来の照明光で陰影を発生させつつある。今回、精度・速度要求に応えるべく開発し表面の明暗変化を 2 次元カメラで撮影し検査していた高速・高精度錠剤 3 次元外観システムについて紹介たシステムに比べ、錠剤表面の形状変化を正確に捉えする。

ることができるようになったため、これまで検出が困難であった形状的な欠陥を安定して検出できるよう

2 開発背景になった。例えば、陰影に埋もれ区別がつきにくかっ
た微少な形状欠陥、錠剤表面の印刷文字と判別が困難

医薬品錠剤では誤飲、誤投与などの医療事故防止のな欠け、漢方などのまだら模様の錠剤に発生する欠けため、印刷や刻印などの識別表示の重要性が高まって不良などがそれに相当する。ユーザーの 3 次元検査にいる。刻印については面積の小さな錠剤の表面に、錠対する精度・速度の要求レベルも年々高くなってお剤の区別ができるように様々な文字やマークが刻印■ Keywords ■ 3D, tablet surface, light section method（318） Vol.23 No.4（2014）10

されているが、錠剤検査機ではいずれの条件でも安定く、 3 次元技術による計測を錠剤検査機に適用できなした刻印の検査が求められる。錠剤検査機での刻印検いか取り組みを開始した。

査はこれまで、文字数や面積計測のみの検査でユー

3 次元計測技術は、電子回路基板検査、はんだ印刷ザーの要求を満たしていたが、各刻印の文字認識検査などの外観検査においてすでに広く普及してい（OCR）や、刻印文字 1 文字毎の微少な文字欠け、文る。 3 次元計測の手法としては、「ステレオ画像法」、字面積の管理などがユーザーの要求項目として加「パターン投影法」、「位相シフト法」、「光切断法」なわってきている。素錠、特に口腔内崩壊錠（OD 錠）

どの手法が知られているが、当社の錠剤検査機では移では、刻印の崩れや錠剤そのものの欠け / 割れが発生動する物体に対し追従性が高く、 1 回の撮影でのデーしやすく、特に現場からの要求が高い。したがって、タ量が比較的少ない光切断法を採用し、システム化により高精度にそれらの形状欠陥を検査する技術が求取組んだ 1）（Fig. 2 ）。

められていた。
（2）錠剤外観検査機への適用

33 次元計測技術が錠剤検査機搭載時に求められる要従来の表面形状検査方法

件としては 2 つの項目があげられる。 1 つはカメラのこれまでの錠剤外観検査機では大きく分けて、 2 種スキャン速度の高速化が必須となることである。これ類の照明が搭載されている。 1 つは、錠剤表面の明るは錠剤の搬送方向の分解能を確保するためであり、少さを均一化して、表面に発生する濃淡変化のある不良なくとも 1 秒間に 5,000 回以上のスキャン速度が必要を検出する均質照明と、もう一つは割線・刻印などのになる。

形状的な特徴をとらえるために、低角度から照明を照またもう一つは、光切断法では錠剤映像取得時に斜射し、表面に発生する陰影により形状欠陥の検出を行

め覗きによる死角が発生するという課題があり、この。
う強調照明である（Fig. 1 ）課題解決も必須要件となる（Table 1 ）。

ところがこれまでの強調照明では低角度からの照明を錠剤に照射し、表面に発生する陰影に頼る検査で（3）要素技術開発あったため、錠剤の種類や、搬送状態の姿勢・わずか選定した光切断法であれば、必要なデータはスリッな傾きなどの影響を受けやすく、安定した形状特徴のト光周辺のみだけで良く、高速化に適した手法であ抽出に課題があった。そのために照明調整や検査パラる。しかし市場で入手できるカメラは画像全体を転送メータの調整に時間を要していた。

するため、要求仕様のスキャン速度に追いつかないス
スリット光源4 改善手法としての 3 次元計測技術

カメラ（1）3 次元計測技術の応用
そこでこれまでの陰影に頼る刻印形状検査ではな

基準面
測定対象

均質照明

Fig. 1

強調照明

均質照明と強調照明

11Fig. 2

光切断 3 次元計測方式の構成

Table 1

錠剤外観検査機への 3 次元計測実装要件

カメラスキャン速度5,000 フレーム / 秒以上

処理速度

100 錠 / 秒以上

検査精度

高さ計測精度 10 μ m

画像取得

死角のない錠剤表面画像が得られること

製剤機械技術学会誌 (319)ペックか、スペックを満たしていても高コストの製品

詰まりなどに起因する刻印不良の検出が可能になるがほとんどのため、検査機に標準搭載する事が困難で（Fig. 7 ）。

あった。このため錠剤検査機の搭載に向けて、コスト

二つ目は、錠剤の素地の色とコーティング色が同色パフォーマンスに優れたカメラの独自開発を行った。の錠剤で一部のコーティングが剥がれているような上述した高速なスキャン速度を実現するために、カメ不良の検出である。3 次元計測ではコーティングの厚ラ内部にプロセッサ（FPGA）を組込み、スリット光みを計測することができるため、検出することが可能周辺のみのデータを抽出することで、フレームレートになる（Fig. 8 ）。

を向上させた（Fig. 3 ）。

三つ目は、表面の色、模様、印刷などの影響を受けまた、光切断では斜め 1 方向からの画像取得では死ずに形状の変化のみを検出することが可能になる。例

角が発生するため、相対する 2 方向から見たスリット

えば漢方成分が含まれているまだら模様の錠剤など

光の映像を 1 台のカメラで同時に取得可能な光学系

では、欠けが発生していたとしても、これまでは陰影を開発することで、死角の問題を解消した（Fig. 4 ）。

による濃淡であるか、欠けによる濃淡であるか区別が2 方向からの独立した画像を撮像し、画像処理装置つけられなかったが、 3 次元計測においては表面の濃で 2 つの画像を合成する。この時互いの画像欠落部

淡の影響なく、欠けなどの形状変化を捉えることが可（死角）を補うために画像合成処理（マージ処理）を能である（Fig. 9 ）。

行 い、 完 全 な 一 つ の 3 次 元 画 像 を 生 成 し て い る（Fig. 5 ）。

6 高精度化への挑戦

これらの開発により、 1 秒間に 5,000 フレームのス①キャン速度を実現し、錠剤の搬送速度に追従できる分さらなる高速・高精度検査のために解能を達成した。また死角の課題も解消しその結果 1

第 1 世代として開発した 3 次元システムは光学分秒間に 100 錠の外観検査ができる装置に対し、適用可解能については精度要求を満たしていたが、高さ（深。
能な第 1 世代 3 次元計測システムが完成した（Fig. 6 ）さ）測定範囲と搬送方向の分解能については改善・改スリット光

5 3 次元計測の効果

エリアカメラ3 次元計測の導入により、搬送姿勢などに影響されず安定して錠剤表面の形状検査および刻印・割線検査が可能になった。また加えて従来困難であった以下の3 つの検査が可能となった。
一つは刻印 / 割線の深さ計測である。これまでの陰光学ミラー影を利用した 2 次元計測の場合は困難であった、刻印自体の深さも計測可能となるため、打錠時の杵臼の目

片側 2 画像片側 1 画像対象物

Fig. 42 方向同時撮像光学系
死角エリア

死角エリア

片側 2 画像片側 1 画像合成画像
Fig. 3

スリット部のみデータ取り出し（データ軽量化）（320） Vol.23 No.4（2014）

Fig. 512

画像合成処理（マージ処理）

Fig. 6

3 次元計測システム構成図㘄๣⾲㠃 3㻟ḟඖ䝕䞊䝍
錠剤表面次元データ

Fig. 7้༳῝䛥 抽出データ
ᢳฟ䝕䞊䝍
刻印深さ

まだら錠

刻印深さデータ抽出

Fig. 9

まだら錠の表面欠け

まだら錠の欠けした（Table 2 ）。
②カメラの高速化
高速版に採用した 3 次元カメラ用のセンサは、3Mピクセル CMOS センサで、従来のセンサに比べ、 2同色コートハガレ倍以上のフレーム速度がある。CMOS センサの仕様
コートハガレFig. 83 次元表示として、画像領域（ROI）を小さく設定すると、読出同色コートハガレし時間も短くできるため、更に高速なスキャンが可能になる。

良の余地があった。市場からも「さらに深く」、「さら③に細かく」見たいという要望があり、計測深さの拡張

従来の方式では 2 方向からの画像をセンサ面の上下と搬送方向分解能向上を同時に満たす 3 次元システ

2 つの領域（ROI）に分割して結像していた。しかしムの開発を開始した。

採用した CMOS センサの仕様により上下並びのレイ

新しい第 2 世代高速 3 次元システムの開発にあたっては、NEDO（独立行政法人

光学系レイアウトの変更

アウトでは十分な速度が得られないため、 2 つの領域新エネルギー・産業技術総合開発機構）の支援事業に採択された。

（ROI）を左右横一列に密着して並べるレイアウトと第 2 世代の 3 次元システム開発仕様目標としては、し、ミラー画像合成光学系のレイアウトも ROI 領域

高さ計測可能な範囲を現行の 2.4mm → 4.8mm に拡大を横一列に構成する設計に変更することで、読み出ししつつ、カメラのスキャン速度を現行品の 2 倍に設定時間の短縮を行い、センサの高速性能を引き出すこと

13

製剤機械技術学会誌 (321)Table 2第 2 世代 3 次元システムの開発目標仕様
第 1 世代

第 2 世代

光学分解能

35 μm

35 μm

高さ分解能

50 μm

50 μm

サブピクセル高さ分解能

10 μm

10 μm

2.4 mm

4.8 mm

高さ測定範囲スキャン速度

5,000フレーム / 秒（200 μsec）10,000フレーム / 秒（100 μsec）に成功した（特許取得済）（Fig.10、11）。
これらの結果、高さ測定範囲が従来の 2 倍の領域に拡大し、カメラのスキャン速度が 2 倍速となり、合わせて従来に比べ 4 倍速の高速版 3 次元計測システムを開発することができた。
④高速型検査機へ搭載
本開発成果は、時間あたり最大 60 万錠を処理可能な当社の最新機種 TVIS-NS 型に搭載し、錠剤表面形。
状検査の精度向上に寄与している（Fig.12）
本装置に搭載している 3 次元ユニットは、粉じんへの対応強化ため、ユニット全体を密閉構造としたうえで、さらに陽圧化することでわずかな隙間からの粉侵入を防ぎ、長時間安定した稼働を実現している。

Fig.12 高速処理対応 3 次元システムを搭載した
錠剤外観検査装置

また 3 次元ユニットはモジュール化構造としているため、脱着が容易となり、装置の洗浄性・メンテナンス性が大幅に向上している。

ン速度が向上し、飛躍的に 3 次元検査精度と安定性が向上した。今後は、更なる精度向上を目指したブラッシュアップ開発を継続することで、錠剤の品質維持の7 まとめために貢献したい。
高速版 3 次元システムの開発により、カメラスキャ

引用文献

高速版カメラ従来カメラ1 ）松田晋也, 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, PHARM TECH JAPAN Vol.26
No.10, 1915-1919（2010）

Fig.10

ROI 配置変更による高速化

高速化対応レイアウト
従来レイアウトFig.11 高速化対応ミラーレイアウト変更（322） Vol.23 No.4（2014）14