建材工場向け、2生産ラインで波形屋根瓦のひび割れを検査するカメラシステム

課題の背景

この事例の課題は、並んで配置された2本の生産ラインの搬送ローラー上を流れる二重波形屋根瓦のひび割れを、カメラで検査することでした。お客様は、グレー、赤、緑からパールまで、複数の色の瓦を製造する建材工場です。

瓦に色の違いがあるため、この課題は単色のワークの検査より難しくなります。ある色の瓦でひび割れをはっきり見せる光が、別の色には適さない場合があります。そのためシステムは、生産中の製品に合わせて照明を調整する必要があります。

要件と制約

システムは、瓦が搬送ローラー上を流れている間に検査する必要があります。対応すべき主な要件と現場条件は次のとおりです。

• 検査機フレームを搬送ローラーをまたぐように設置し、並んで配置された2本の生産ラインの両方を検査できること
• 2サイズの二重波形瓦（50x120 cmおよび50x150 cm）に対応すること
• 12色の瓦に対応すること。色ごとにセンサーの調整と照明レベルの設定を個別に行う必要があります
• プロジェクト仕様では、約0.5 cmのひび割れの検出を目標としています
• キャビネット外からの光が、瓦の検知位置と撮影位置に影響しないこと。現場では、外光が瓦に当たる箇所が一部にあるためです

本システムは複数の色の瓦のひび割れをどのように検査するのですか

本システムは、色ごとに明るさを設定したLED照明を使い、各位置のカメラと画像処理ユニットが画像からひび割れを検出することで、複数の色の瓦のひび割れを検査します。カメラと画像処理ユニット（Processing Unit）はラインごとに4セット、計8セットあり、すべてのセットがLANネットワーク経由で中央機（Center）に接続されています。

当社が全色に単一の照明値を使わず照明を調整する方式を選んだのは、色が異なると表面の光の反射も異なるためです。PWMで明るさを制御するLED照明は、レベルを細かく設定でき、同じ値を呼び出して再利用できます。そのためシステムは、各色の照明レベルを保存し、生産する色を変更する際に再利用できるよう設計しました。

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   通過する瓦を検知

   光センサー（Opto Sensor）が、瓦が検査位置を通過していることを検知します。

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   瓦の色に合わせて照明

   LED照明は、生産中の色に設定された明るさのレベルを使います。中央機は照明レベルの調整指示を画像処理ユニットへ送ります。これについてはラインBでの試験記録があります。

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   撮影とひび割れ検出

   Image Sensorカメラが瓦の表面を撮影し、画像処理ユニットがひび割れ検出プログラムでその画像を検査します。

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   結果の表示とレポートの保存

   プログラム画面では、ユーザーが製品モデル名（Model Name）を選択し、ロット番号（Lot Number）を入力し、レポート（Report）メニューを開いて検査結果を確認します。

納入物

当社は、検査機フレームと回路からプログラムと文書まで、2本の生産ライン向けのひび割れ検査ユニットを納品しました。主な項目は次のとおりです。

• 2本のラインの搬送ローラーをまたぐ検査機フレーム。フレーム、回路、配線のすべてを当社が設計しました
• Image Sensorカメラと画像処理ユニット8セット（ラインごとに4セット）
• 通過する瓦を検知する光センサー（Opto Sensor）
• PWMで明るさを制御するLED照明と、12色の瓦の設定値
• すべてのセットにLANネットワークで接続された中央機（Center）
• ひび割れ検出プログラムと、製品モデルの選択、ロット番号の入力、検査結果レポートの閲覧を行う画面
• マニュアルを含む納品文書と、業務文書一式に含まれる工程能力レポート様式（Cpk）

現地試験で確認できた成果

確認できた成果は次のとおりです。当社はひび割れ検査ユニットを2本の生産ライン全体に設置し、12色の瓦に合わせてセンサーを調整しました。システムは2017年に現地で機器検査、試運転、プログラムマニュアルに沿った試験に合格しました。文書とマニュアルを添えて納品し、プロジェクトは完了しています。

この事例にはビジネス面の測定値がないため、当社は文書で裏付けられた成果のみを報告しています。中央機からの照明調整指示については、ラインBでの試験記録があります。一方、約0.5 cmのひび割れ検出という目標については、この目標に対する試験結果を直接示す文書はまだありません。この事例のシステムは、ひび割れの検出と検査結果レポートの表示を担います。瓦をラインから選別・排出することは、この案件で確認できた成果には含まれません。

私たちが学んだこと

この案件からは、複数の色を生産するラインでカメラによりワーク表面を検査する場合に、次の原則が得られます。

• 照明の設定値は製品ごとの値であり、機械ごとの値ではありません。同じラインで複数の色を生産する場合は、色ごとに照明レベルを保存する必要があり、後から追加した色は使用前に調整と試験をやり直す必要があります。
• ワークの検知位置も、撮影位置と同様に、制御された照明条件下に置く必要があります。この案件では、キャビネット外から瓦に当たる光のために、一部の箇所で光センサーが瓦を検知できませんでした。
• 検査目標には、目標と同じ値を測定する試験方法を併せて定める必要があり、業務範囲が変わった場合は再試験が必要です。この案件では、文書一式のレポート様式は、ひび割れサイズの目標に対する結果を直接示していませんでした。

この手法をお客様の工場に適用する方法

貴社の工場で、搬送ローラー上を流れる板状材料の表面のひび割れや欠陥を検査する必要がある場合は、この事例と同じアプローチを使えます。つまり、ワークを検知し、製品の色に合わせて照明し、撮影し、各位置の画像処理ユニットで欠陥を検出します。ワークや欠陥がこの事例と異なる場合に調整が必要なのは、カメラの距離、照明の設定値、検査方法です。

• 開始前に製品のモデル名と色をすべてリストアップし、工場で実際に使っている名称に揃えてください
• 検出すべき欠陥のサイズと、同じ値を測定する検収試験の方法を、最初に定めてください
• 外光がワークの検知位置と撮影位置の両方に届かないよう対策してください
• キャビネット内の熱、清掃が必要な粉じん、各カメラセットのネットワークケーブルの安定性など、現場環境の管理を準備してください
• ユーザー研修の日程を、最初から納品計画に組み込んでください