異物の検査は、製品の品質や精度にかかわる重要な検査項目で、食品・医薬品・製造業などさまざまな業界で異物検査が行われています。

異物の検出でもっともポピュラーな方法は、人による目視検査です。ひとつひとつを目視で確認し異物を検出するのですが、個人の判断の差やミスにより品質にバラつきが生まれやすいです。

そこで異物検査にカメラを使用し、画像処理を駆使することで人が行うより速く・正確に異物を検出することができます。

この記事では、異物の検査をカメラで行うために選定のコツや注意点などを解説します。カメラを使用した異物検査の仕組みは何かを理解し、どのカメラや照明を選べば良いかの参考に、ぜひご活用ください。

もし、異物検査にカメラを導入して、

• 省力化、省人化してコストダウンしたい
• 生産性アップして売上を上げたい
• 人的ミスを減らして品質価値を高めたい
• どのメーカーの自動化設備を使えば効率的かわからない

という場合は、お気軽にFAプロダクツまでお問い合わせください。関東最大級のロボットSIerとして、最適化のご提案をさせていただきます。

また、外観検査などの自動化をご検討の際は、ルール型の画像処理からＡＩによる画像処理までワンストップで対応する「画処ラボ」もご活用ください。

1．異物を検出する画像検査の仕組み

異物検出でカメラを使用する場合、カメラ以外に以下の3つの機器が必要です。

• 照明
• レンズ
• 画像処理装置

これらの機器を使用して異物検出を行います。
図1はカメラを使用して異物検出を行う構成イメージです。

照明で照射した検査体をカメラで撮影し、得られた撮像を用いて検査を行っていきます。そのプロセスは主に下記３つに分類することができます。

• 前処理
• 計測処理
• 判定と出力

前処理とは、撮影した画像を検査に適した形に加工するプロセスを言います。画像内のノイズを除去したり、エッジ（輪郭）や色調などを強調するといった処理がこれに該当します。

計測処理は、前処理によって加工された画像を元に計測を行う工程です。判定の基準となる画像と比較したり、画像の色や濃さなどを計測したりといった工程がこれにあたります。

判定と出力は、その名の通り、計測の結果を出力する工程です。設定した数値や基準画像と計測処理された結果を比較し、異物の有無を判定します。

2．カメラの種類と選定ポイント

カメラの種類は大きくわけて「モノクロカメラ」と「カラーカメラ」の2種類あり、その他に選定には、以下のポイントがあります。

• モノクロカメラとカラーカメラの選定
• 画素数

適切な選定を行うことで、検査導入コストを抑えることができます。
それぞれの選定ポイントを次章で解説していきます。

（1）モノクロカメラとカラーカメラの特徴と選定ポイント

まず、モノクロカメラとカラーカメラの特徴は以下の通りです。

	長所	短所
モノクロカメラ	画像容量が小さい エッジも綺麗に撮影できる	色ムラや色違いの判別が苦手 曲面や光沢のある判別が苦手
カラーカメラ	色ムラや色違いの判別が得意 曲面や光沢あるの判別が得意	画像容量が大きい エッジが綺麗に撮影できない

モノクロカメラは、カメラ単体では検査体とよく似た色の異物の検出が苦手です。よく似た色の判別はカラーカメラのほうが得意です。

曲面で光沢がある場合も、明るさが均一にならないのでモノクロカメラは判別が苦手です。カラーカメラは、色が撮影できれば明るさに影響を受けにくいです。

（2）画素数

画素数は数値が大きいほど1画素の面積が小さくなり、より小さな異物を検出できます。これは1画素の面積が小さいと、画像が鮮明に映し出されるからです。

図2は、2種類の画素数を同じ大きさで撮影したときのイメージ図です。

図中左の30万画素は、1画素あたりの面積が大きいため、1画素以下の異物は検出できません。
図中右の500万画素にすることで、1画素あたりの面積が小さくなります。これにより微細な異物も検出することが可能です。

3．レンズの種類と選定ポイント

レンズの選定のポイントは以下の2つのポイントがあります。

• 通常レンズ
• テレセントリックレンズ

それぞれの特徴は以下の通りです。

	長所	短所
通常レンズ	製造コストが安価 小型化が容易	撮像サイズが変動する 画像の歪みが発生しやすい
テレセントリックレンズ	撮像サイズが同じ 画像の歪みが少ない	製造コストが高価 小型化が困難

図3は「通常レンズ」「テレセントリックレンズ」の仕組みを表した図です。

（1）通常レンズ

「通常レンズ」は検査体の大きさが上下すると像の大きさが変化することが特徴です。レンズ中心が焦点となり、斜めに入光した光軸が像になるからです。

検査体の高さがあると、通常レンズで撮影した画像は歪んでしまします。検査体に高さがある場合は注意が必要です。

（2）テレセントリックレンズ

「テレセントリックレンズ」は、査体の大きさが上下しても、像の大きさが変化しないことが特徴です。焦点部に絞りがあり、平行な光軸のみが像になるからです。検査体に高さがあっても歪みの少ない画像を撮影できます。

4．照明の種類と選定ポイント

照明の選定には、以下の2つのポイントがあります。

• 照明の種類
• 照明の発光色

順に解説していきます。

（1）照明の当て方と種類

照明の種類は大きく以下の3種類あり、それぞれに特徴があります。

1. 正反射(バー型、同軸落射型)
2. 拡散反射(リング型、ドーム型)
3. 透過(バックライト型)

図4は照明の種類を表した図です。
以下より詳しく解説していきます。

①正反射(バー型、同軸落射型)

正反射とは、検査体に光を当てて跳ね返った強い反射光にカメラを設置する方法です。
光沢のある部分は反射光が強くなり、光沢が無い部分は反射光が弱くなるのでコントラストの良い写像なることが特徴です。

②拡散反射(リング型、ドーム型)

拡散反射とは、検査体に光を当てて拡散した弱い反射光にカメラを設置する方法です。やわらかい光で写像のハレーションを抑えることが出来るのが特徴です。

③透過(バックライト型)

透過とは、検査体の背面に照明を設置し、検査体をはさんで照明の反対側にカメラを設置する方法です。複雑な形状でもエッジが綺麗になることが特徴です。

（2）照明の発行色

照明の選定には2つのポイントがあります。

• 異物の色を補色
• 発光色の波長

それぞれの特徴を理解し、上手く利用することが重要です。
以下より詳しく解説していきます。

①検査体の色を補色

検査体の色と反対色の照明を使用することで、検査体のコントラストを綺麗に撮影することが可能です。

図5は光の補色を表した図です。

異物と同じ色の照明を使用すると、異物と照明の光が同化して判別しにくい写像になります。照明を反対色にすることで、赤色の異物がはっきり判別できる写像にすることが可能です。

②発行色の波長

LED照明を使用する場合、発行色の錯乱率を利用してコントラストの良い写像にすることが可能です。波長が短い色(青や紫)は錯乱率が高く、波長が長い色(赤や橙)は錯乱率が低くて透過率が高くなる特徴があります。

図6は光の色と波長を表した図です。

錯乱率が高くなると、微細な傷にも錯乱反射を起こして傷を浮き上がらせてしまいます。逆に錯乱率が低いと微細な傷は浮き上がってきません。とくに金属加工の面肌上で異物検査するときは、ヘアライン傷の影響を受けやすいので注意が必要です。

5．異物検査におすすめのカメラ販売メーカー3選

①株式会社FAプロダクツ

【特徴】
FAプロダクツは年間200台もの実績がある関東最大級のロボットシステムインテグレーターです。一貫生産体制をとっており、設計から製造までをワンストップで対応。費用・時間にムダなく最適化を行うことができます。

また、お打ち合わせから原則1週間以内に「お見積りとポンチ絵」をご送付。

【ポンチ絵とお見積りのサンプル】

テキストやお電話だけでは伝わりづらいゴールイメージを共有し、スピード感を持った対応を心がけています。

また、同社の「画処ラボ」では、画像処理を用いた外観検査装置の導入に特化し、ご相談を受け付けています。従来は目視での官能検査に頼らざるを得なかった工程の自動化をご検討の際などにご活用ください。

【所在地】
茨城県土浦市卸町2丁目13-3
TEL.050-1743-0310(代表)
FAX.050-3156-2692（代表）
https://jss1.jp/

【営業品目】

• 産業用ロボット
• 生産設備合理化・省力化の設計及び製作
• 基板電気チェッカーや貼合・折曲など
• 治具の設計・製作

【実績】
ＮＭ社（電子部品の製造販売）、ＨＳ製作所（情報通信・社会産業・電子装置・建設機械・高機能材料・生活の各システム製造販売）、ＴＴ社（ショッピングセンターなどリテール事業）、ＳＭ社（自動制御機器の製造・販売）、ＯＲ社（自動車安全システムの製造販売）

②ヴィスコ・テクノロジーズ株式会社

【特徴】
画像処理装置の製作を得意としたメーカーです。光学機器の選定からアドバイス、アフターフォローまで生産現場に寄り添った提案ができる会社です。
電子部品・医療品・自動車関連など様々な業界で活躍し、豊富な知識を持っていることが特徴です。

【所在地】
東京都港区海岸1-11-1　ニューピア竹芝ノースタワー20階
TEL：03-6402-4500
https://www.visco-tech.com/

【営業品目】
画像処理システムの開発・製造・販売・保守サービス

③株式会社キーエンス

【特徴】
センサを始めとするFA機器の販売を行っているメーカーです。国内はもちろん海外にも多くの拠点があり、海外でも製品の当日出荷に対応するなど手厚いサポートができる会社です。
自社の製品に深い知識をもち、専門スタッフによる企画提案力があることが特徴です。

【所在地】
大阪市東淀川区東中島1-3-14
TEL：06-6379-1111

【営業品目】

• センサ、測定器
• 画像処理機器
• 制御・計測機器
• 研究・開発用 解析機器
• ビジネス情報機器

6．カメラを使用した異物検査導入に関するご相談はFAプロダクツへ

異物検査をカメラでの検査を行うには、照明の種類などからどれを選定するかが重要です。選定を間違えてしまうと、異物検出できない・スペックが無駄に高すぎてコストが合わないなどさまざまな問題が発生します。

各種検査装置の導入をご検討の際は、お気軽にFAプロダクツまでご相談ください。

 

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