再生紙シートメーカー向けの色調選別・黒点検査カメラシステム

課題の背景

このシステムは、カメラで再生紙シートを色調ごとに選別し、表面の黒点からシートの清浄度を評価するものです。課題は、カメラがこの2つの作業を実際のワークで行えることを投資前に実証することでした。再生紙シートメーカーは、明るさが適切でないシートを良品から分け、紙の表面にある黒点や異物の数とサイズから清浄度を測定することを求めていました。

色と清浄度は、最終顧客がシートを受け取った時点ですぐに目にする点です。選別基準が検査員の目視に左右されると、どのようなシートが合格か不合格かを再現可能な基準として示すことは困難です。そこで当社は、2016年にお客様のサンプルワークを用いた試作の試験から始めました。

要件と制約

試作はお客様の2つの課題に応え、テストキャビネット上でサンプルワークを用いて試験する必要がありました。主な要件と制約は次のとおりです。

• シートの明るさ（色調）を検査し、明るさが適切なシートと適切でないシートを分けます。
• 表面の黒点とプラスチック痕の数とサイズからシートの清浄度を評価します。
• お客様の2グループのサンプルワークを使用します。各グループにはそれぞれの試作見本（Master）があります。
• 照明を制御できるテストキャビネット上で試験します。工場の光環境と設置位置は、設置前に別途調査が必要です。

このシステムはどのように色調を選別し、黒点を検査するのか

この試作では、明るさを制御した照明の下で紙シートをシートごとに撮影し、画像処理（Image Processing）でシートの色調をグループの試作見本（Master）と比較して、表面の黒点とプラスチック痕を数えます。各シートの結果はOK（合格）またはNG（不合格）で表示します。

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   照明の制御

   2本のバーライト（Bar Light）がレンズとワークの両側から照らし、照明制御ユニット（Lighting Control）が設定値に応じて照明の明るさを調整します。

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   紙シートの撮影

   テストキャビネットに取り付けたCube 5MPカメラが、下に置かれた再生紙シートを撮影します。

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   設定と試作見本の選択

   ユーザーはプログラムのSetting画面でシャープネス、カラートーン、明るさを設定し、ワークの各グループのMasterを基準として指定します。

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   色調比較と黒点検査

   Medusa処理ユニットがシートの色調をMasterと比較してOKを緑、NGを赤で表示し、あわせてシート上の黒点とプラスチック痕の数とサイズを検査します。

当社が各グループのMasterと比較する方式を選んだのは、お客様の課題がそのグループの基準シートと異なるシートを分けることだったためです。色調比較では、カメラが捉える明るさは照射する照明にも左右されます。そのためテストセットでは、Lighting Controlユニットでバーライトを制御しました。

当社が構築し検証したもの

当社はテストセットと試作プログラムを構築し、お客様のサンプルワークで試験しました。詳細は次のとおりです。

• テストセット: テストキャビネット上のCube 5MPカメラ、Lighting Controlユニット付きの2本のバーライト、Medusa処理ユニット
• Login、Process、Setting画面を備えた試作プログラム
• お客様のサンプルワークを用いた試験（色調比較と、黒点・プラスチック痕の検査の両方）
• 試験結果レポートとフルシステムの設計: 良品・不良品の選別レポート、ManualモードとAutomaticモード

実際のワークでの試験結果の詳細

お客様の2グループのサンプルワークを用いた試験で、プログラムは1枚の色調がグループのMasterと一致しないという結果を示し、その他のシートはそれぞれのグループのMasterと一致するという結果でした。清浄度検査では、同じグループのシートに多数のプラスチック痕と黒点を検出しました。これは照明を制御したテストキャビネットでの結果です。資料では、そのシートの色調が実際に誤っていたことを別途確認しておらず、生産ラインでの結果は現場の光環境の下で改めて測定する必要があります。

検査時間の設計目標は、Manualモード（ユーザーが検査を操作）でシートあたり約3秒、Automaticモード（システムが自動で検査）でシートあたり約1秒です。どちらの値も実際の生産ラインの速度で再測定する必要があります。

私たちが学んだこと

この案件から、カメラによる平板状ワークの色調・清浄度検査について3つの原則が得られました。

• 色を比較する前に光を制御する。カメラが捉える明るさは照射する照明にも左右されます。色調比較を信頼できるのは照明が安定し、調整できるときであり、高精細なカメラがあるだけでは十分ではありません。
• 合意済みの基準ワークから判定基準を設定する。ワークの各グループにはそれぞれのMasterを設けるべきであり、実運用の前にMasterは顧客が受け入れたシートとするべきです。これによりOKまたはNGの結果が常に同じ意味を持ちます。
• テストキャビネットでの結果は、まだ生産ラインでの結果ではありません。実際に設置する前に、工場の光環境と設置位置を調査し、シートあたりの検査時間を実際のラインの速度と合わせて測定する必要があります。

この手法をお客様の工場に適用する方法

貴社の工場で平板状ワークを色調や明るさで選別する必要がある場合、または目視判定に代えて黒点による清浄度基準を求めている場合は、この試作と同じアプローチを利用できます。照明を制御し、各グループのMasterと比較し、表面の点を数えるという方法です。調整が必要なのは、ワークや現場がこの案件と異なる場合の照明と判定基準です。

• 試験と判定基準の設定に使用するため、良品と不良品の両方のサンプルワークと、各グループのMasterを準備します。
• ユーザーが操作するモードと自動モードのどちらを使うかを選び、シートあたりの検査時間を生産ラインの速度と比較します。
• 選別結果の受け渡し方法を計画します。たとえば、レポートをもとに作業者が取り除く方法や、生産ラインの選別機構に接続する方法です。