JP2000503401A - びん等の検査装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 少なくとも１つの光源（３），画像評価装置（２′）を備えた１つの撮像装置（２）および少なくとも１つの部分において全体画像を形成するビーム通路が現れるように設計された光学手段（４）を含むびん等の検査装置が開示されている。画像評価装置は撮像装置上に投影された画像からびん等の任意の容積位置を特徴づける許容できない偏差を検出する。光学手段は透明材料の組立体からなり，複数回の全反射により前記ビーム通路を組立体の内部を通過させるように設計された輪郭を形成している。

Description

【発明の詳細な説明】 びん等の検査装置 本発明は，光源と，付属の画像評価装置を備えた撮像要素と，および透光性材 料からなる単体の光学本体とを備えたびん等の検査装置に関するものである。こ のような装置は欧州特許公開第０６５７７３２号から既知である。この資料の図 １１ないし１４に種々の変更態様で示されている装置はビーム通路のための入射 面および射出面を備えたリング形状光学本体を有している。この本体の内側およ び外側リング面は鏡反射面として形成され，これにより，びんからくるビーム通 路が光学本体内に入射した後，鏡面反射により撮像要素の方向に転向される。鏡 面反射のために設けられた面において必要な本体のコーティングはそれほどコス トを必要としない。組立中または使用中にコーティングに引っ掻き傷が入った場 合，光学本体は使用不可能となり，したがって交換されなければならない。この 検査装置の他の欠点は，相互に上下に重なる鏡面が同じ高さに配置され，これに より撮像すべきびん口部側壁と撮像体との間に比較的大きな間隔が必要となるこ とである。さらに，検査すべき口部側壁領域が好ましくない角度でのみ検出され ，これにより撮像品質が制限される。さらに，光学撮像体内に到達した光が迷走 光をも含めてすべてが鏡面反射される。この装置はびん胴部に付着されているラ ベル等を検査するためにラベル検査等を実行するようには設計されていない。 したがって，このようなびん等の検査装置を改善することが本発明の課題であ る。 この課題は，透光性材料からなる単体の光学本体が，照明された検査すべきび んからくる全周範囲のビーム通路が撮像要素に至る途中で光学本体内を通過する ときに複数回光学本体内の全反射により転向されるように形成された輪郭を有す ることにより解決される。ビーム通路の複数回の全反射のために必要な本体の輪 郭形状は不透光性鏡面を必要としないので，製作費は低減される。本発明の代替 態様により，全反射を行う光学本体の面は，少なくとも３回の全反射の場合，び んの全周範囲にわたり検査すべき部分が好ましい角度で検出可能なように相互に 配置させることができる。この方法はとくにねじ山検査において有利である。 既知の従来技術のように反射鏡面が設ける必要がないので，一方で検査すべき びんの周囲領域を上方から光学本体内を通過して照明することができ，これによ りリング照明を問題なく行うことができるという利点があり，他方で全反射のた めに必要な限界角を超えたときに発生する検査のために好ましくない迷走光ビー ムは撮像要素の方向に反射されないで，光学本体から外に射出することができる 。 以下に好ましい実施態様を図面により説明する。ここで， 図１ａはとくにねじ山を設けたびんの口部側壁検査のための光学本体の縦断面 図を示し， 図１ｂはそれによりさらに透明なびんにおける内部側壁検査，底部検査および 口部シール面検査が可能な光学本体の第２の実施態様を示し， 図１ｃないし１ｅは同軸の２つの光学本体を備えた図１ａに対応する３つの異 なる実施態様における光学本体を示し，および 図２ａないしｄはびん側壁を撮像するための光学本体の縦断面図を示す。 図１ａに示した回転対称本体４は下向きに設けられたＣＣＤカメラ２の下方に 共軸に配置されている。撮像は，検査すべき空のびん１が連続的に行われる搬送 の間にその垂直軸１′をカメラ２の光軸および本体４の対称軸と一致させたとき に短時間に行われる。画像評価のために電子式評価装置２′が使用され，電子式 評価装置２′により次に撮像されたびんの「良否」の判定が行われる。 透明材料からなる上が開いた空のびん１の照明は，びん底部の下側に配置され た光源３ａにより行われるかまたは検査すべきびん側壁部分に隣接して横に位置 決めされた光源３ｃにより行われる。さらに，対応するびん側壁部分は，びん口 部の下側に配置された光源３ｂにより下から上へ斜めに照明してもよく，または 逆にびん口部の上側に配置された光源３ｄにより上から下へ斜めに照明してもよ い。光学本体４は反射鏡面を有していないので，上からの照明のために必要な光 学３ｄは光学本体の上側に配置してもよく，この場合光学本体はたとえば直線の びんコンベヤベルトの外側に存在するので，光源３ｄは理想的には円環本体の形 にリング状に形成することができる。したがって，全周に均等な照明とくにシー ル面検査における口部面の照明を行うことができる。 照明に関する上記の種々の変更態様はそれぞれ単独で使用されるばかりでなく ，びんの性状（輪郭等）および検査すべき領域に応じて適切な組合せで使用して もよい。びんを透過して照明可能でない場合，光源３ｂないし３ｄによる垂直照 明法による照明が行われ，一方このとき底部光源は必要ではない。 図１ａに示したビーム通路ｓは光学本体４の選択された輪郭により決定され， 光学本体４は傾斜された３つの面部分Ｂ，Ｃ，Ｄを有し，３つの面部分Ｂ，Ｃ， Ｄは，びん１の口部側壁からきて，下から上へ斜めに，ガラスまたはプラスチッ クたとえばアクリルガラスからなる本体４に向けて入射するビーム通路Ｓが面Ｂ ，Ｃ，Ｄにおける全反射により合計３回転向されかつ最終的に本体４から上方に 射出されてカメラ２で収斂するように傾斜されている。前記３つの面Ｂ，Ｃ，Ｄ の傾斜は，入射するビーム通路Ｓに関して，全反射のために必要な材料固有の限 界角を超えないように選択されていることがわかる。口部に入射するビーム通路 部分の中心軸の水平な口部平面に対する傾斜角が１５ないし３０゜の範囲内で変 動するとき，とくにこの傾斜部分が２７゜であるときにとくに有効な撮像を行う ことが可能である。 第１の面部分Ｂが同様に外面に存在する第２の面部分Ｃより低い位置に配置さ れることにより，中空円錐台形状の回転対称ディスク本体４の下端縁は検査すべ きびん１の口部のすぐ近くに到達し，これによりねじ山を有する口部側壁面の横 側の十分な撮像が可能となり，すなわち全周範囲で口部から放出するビーム通路 Ｓは水平面に対し鋭角を形成している。本体４の下側範囲に存在するビーム通路 入射面Ａおよび外面部分Ｂの傾斜により，本体４は断面図において刃形状の下端 縁を有している。 符号Ａで示した本体の下端縁における内面はびん口部側壁からくるビーム通路 Ｓの中心軸に対し直角方向に向けられ，すなわち入射面Ａの垂線はビーム通路軸 と一致している。このようにして光学的に密度の小さい媒体から密度の大きい媒 体へ移行するときの屈折が回避される。同じ理由から，本体４の上側に存在しカ メラの方向を向く射出面Ｅもまた同様に，射出するビーム通路が射出面Ｅをカメ ラの方向に上方に垂直に通過するように傾斜されている。 さらに，光学本体４はその外側輪郭および内側輪郭に平行に傾斜された相互に 対面する２つの面部分ＧおよびＦを有し，面部分ＧおよびＦは，びん口部に対し ，口部を本体４の上方に配置された光源３ｄにより照明した場合に射出された光 の一部が面部分ＧおよびＦに垂直にびん口部の方向にほとんど屈折なしに本体４ を通過可能なように配置されている。 底部光源３ａが使用されているが，びん底部検査が必要ではないかないしはび ん底部検査が口部側壁検査との組合せで行われないとき，本体４の中空空間内で 面部分Ｇの上方に不透光性ディスク５を設けてもよく，これによりびん底部から 垂直にきてびん内側断面内を通過して上方に射出する光はカメラ対物レンズに到 達することはない。 図１ｂに示した本体４の変更態様はこの最後に記載した点において異なり，こ の変更態様においては，底部照明により内部側壁検査，底部検査および口部シー ル面検査がねじ山検査と同時に行われ，この場合，口部側壁の全周範囲の撮像が 図１に示した実施態様と同様に行われる。図１ｂに示した変更態様においては本 体の中心に不透光性ディスクが存在せず，したがってびん口部およびびんシール 面から垂直方向上方に射出する光束ＳＺは遮蔽されることなく本体４を通過して カメラ２に到達する。図１ｂに示した本体４は図１ａにおける実施態様とは異な り，その上部中心部分の外側および内側に平行な２つの水平面ＨおよびＩを有し ，平行な水平面ＨおよびＩにより口部およびびん底部を撮像する垂直な光束ＳＺ はほとんど屈折なしに通過することができる。図からわかるように，周方向に円 形状に形成された曲面部分Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，ＦおよびＧは直線の母線を有してい る。 図１ｃないし１ｄに示した変更態様は，図１ａおよび１ｂに示した実施態様と は，本体４の内部空間内にたとえば接着剤により同軸に固定された追加本体４′ により異なっている。図１ｃにおいては，底部光源３ａからきてびん口部から上 方に射出する光が，同様に透光性材料からなる本体４′により，２つの円錐形状 本体面ＫおよびＬにおける２回の全反射で転向され，これにより光は上方から口 部シール面に斜めに入射しかつ口部シール面を最適に照明する。 図１ｄにおける本体４′は，びん口部およびそのシール面から上方に射出する 光が３つの本体面Ｋ，ＬおよびＭにおいてそれぞれ全反射によりカメラに向かっ て上方に転向される。図１ｅに本体４′が示され，本体４′は口部の下側領域内 の支持リング１０の検査のために使用される。２回の全反射により形成された全 周範囲のビーム通路ＳＴは支持リングにおける割れ，欠損または記号を検出する ための最適射出角を有している。リングディスク形状のミラー１１により，ビー ム通路は横方向のカメラに向けて転向され，これにより上方からミラー中心内の 穴を通過してびんの照明を行うことができる。 図２ａに光学本体１４が示され，光学本体１４の形状ないし内側および外側輪 郭は，びん側壁がその全高さに対し全周範囲にわたり撮像されるように形成され ている。同時に，図１ｂに示す実施態様と同様に，対応する照明においてびん底 部および口部シール面もまた損傷または汚れに関して検査することができる。こ のために，中央に形成された垂直方向に走行するビーム通路ＳＺは本体１４の中 心を通過してカメラ２に導かれる。光学本体は図１ｂに示す実施態様と同様に中 心にびん口部から垂直方向にくるビーム通路ＳＺのための平行な平面ＨおよびＩ を備えた水平部分を有し，ビーム通路ＳＺはカメラ２内で口部シール面およびビ ーム底部を撮像する。この場合もまた，ビーム通路が平行な平面ＨおよびＩ内を 通過するときほとんど屈折を行わない。 図２ａに示す光学本体１４においては，前記の実施態様と同様に，ビーム入射 面Ａおよびビーム射出面Ｅは，びん側壁を含むビーム通路Ｓがこれらの面を垂直 にすなわちほとんど屈折なく通過するように配置されている。光学本体１４内を 通過するとき，ビーム通路Ｓの２回の転向は本体の外側および内側の非鏡面にお ける全反射により行われ，この場合，びん外壁から斜め上方に走行するビームＳ は光学本体１４に入射した後まず外面Ｃにより半径方向内方に内側に存在する第 ２の面Ｄの方向に反射され，この第２の面Ｄから再び上方にＣＣＤカメラ２の方 向に反射される。びんの照明は底部および／または側部から行うことができる。 両方の面ＣおよびＤは周方向に円形状に曲面として形成されているが，直線の母 線を有している。本体１４によりびんの全外面は全周範囲にわたりカメラ２に投 影され，カメラ２において円形面として撮像することができる。次に撮像は通常 のように損傷または汚れの検出のために評価される。 代替態様として，光学本体１４を角錐台形状に形成する方法も存在し，これに より全反射を行う面は円周方向に複数に分割された部分平面から構成される。こ のような輪郭ないし形状を用いることにより，曲面の場合には必ずしも完全に防 止することができないひずみによる撮像エラーを低減することができる。この実 施態様は図１ａおよび１ｂに示す光学本体４にも適用可能である。 図２ｂは本体１４のとくに有利な実施態様を示し，この本体１４を用いて最も 安い費用によるびん外面の全周範囲の撮像に基づき，任意の周囲位置に存在する びん外面における任意の品質特性の存在を特定可能であり，このとき，従来たと えばクリップロックびんのロックの検査のために行われているような撮像前のび んの位置決めを行う必要はない（欧州特許第０５１２５３９号参照）。本体１４ は開かれたクリップロックびんの肩部面全体をカメラ２に投影し，カメラ２に付 属の画像評価装置が次に円形状画像からまずロック本体２０の位置を求め，次に 最終的にロックシールゴム２１の存在を検査する。図１ａ，１ｂに関して既に説 明したように，照明は適切な発光体３ｃ，３ｄにより横側からまたは上方から行 われる。検査すべきびんは任意の回転位置において単にプレートコンベヤベルト 等により本体１４の下側に連続的に供給される。 同様に，ラベルの剥離，斜めに貼られたラベルまたは誤ったラベル，すなわち 逆さの商標マークまたはバーコードを有するラベルを検出するために，ラベル検 査も行うことができる（図２ｃ）。この場合もまた，まず外面全体が全周範囲に わたり撮像され，次に円形画像からラベルの位置を求めることができる。この課 題に対しては，画像評価装置に，ラベルの正確な高さ位置，形状，びん垂直軸に 対する方向，商標マークおよびバーコードを与えることができる。照明は同様に 発光体３ｃ，３ｄ，３ｅ，３ｇにより横側または上方から行うことができる。 図２ｄに示すように，本体１４により，透明材料からなる充填びんの場合に充 填レベル３０の高さ位置もまた検査することができ，充填レベル３０は画像にお いて異なる明るさを有する２つの円形リング３１，３２の間の円形線として表わ すことができる。この充填レベル検査は，充填レベルの高さ範囲内においてびん の周囲を部分的にのみ被覆するラベルが存在するときにおいても可能であり，こ の場合，ラベルのない円周範囲が画像評価のために利用される。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ， ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，Ｌ Ｕ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＢＲ，ＪＰ，ＵＳ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．びんを照明するための少なくとも１つの光源（３）と、付属の画像評価装 置を備えた撮像要素（２）と、照明されるびん（１）を少なくとも領域ごとに全 周範囲にわたり撮像する少なくとも１つのビーム通路（Ｓ）が発生するようにそ の輪郭が形成されている透光性材料からなる単体の光学本体（４，１４）であっ て，ビーム通路（Ｓ）の光が光学本体（４，１４）を通過するときに複数回全反 射により転向される前記単体の光学本体（４，１４）と、を備えたびん等の検査 装置。 ２．光学本体（４，１４）の入射面および／または射出面（Ａ，Ｅ）が，撮像 すべきびん領域からくるビーム通路（Ｓ）の断面の軸に対し直角に，ないし撮像 要素（２）に導くビーム通路（Ｓ）の断面の軸に対し直角に向けられていること を特徴とする請求項１の装置。 ３．とくにねじ部検査および／または口部側壁検査のために使用可能な光学本 体（４）は２つの外面部分（Ｂ，Ｃ）および１つの内面部分（Ｄ）を有し，これ らの部分においてそれぞれビーム通路（Ｓ）の全反射が行われるようにこれらの 部分が相互に傾斜して配置されていることを特徴とする請求項１または２の装置 。 ４．２つの外面部分（Ｂ，Ｃ）が高さ方向に相互にオフセットされ，実質的に 反対方向に傾斜して配置されていることを特徴とする請求項３の装置。 ５．照明されたびん（１）からくるビーム通路（Ｓ）がその軸を口部平面ない し水平面に対し１５ないし３０゜の範囲とくに２７゜の鋭角（α）をなして傾斜 走行させ，まず下側に存在する第１の外面部分（Ｂ）に衝当させ，そこでビーム 通路（Ｓ）は上側に存在する第２の外面部分（Ｃ）に向けて反射されかつ外面部 分（Ｃ）から内面部分（Ｄ）に反射され，一方内面部分（Ｄ）は撮像要素（２） に向けた全反射を行うことを特徴とする請求項３又は４の装置。 ６．びんを少なくとも領域ごとに全周範囲にわたり撮像するビーム通路が撮像 要素（２）に収斂するように内面部分（Ｄ）の傾斜が選択されていることを特徴 とする請求項５の装置。 ７．光学本体（４，１４）が，撮像すべきびんからくるビーム通路（Ｓ）に対 してびん（１）に向けられた光入射面（Ａ）を有し，この光入射面（Ａ）が第１ の全反射を行わせる第１の外面部分（Ｂ）と共に光学本体（４，１４）における 刃形状の下端縁を形成することを特徴とする請求項１ないし６のいずれかに記載 の装置。 ８．本体（４，１４）がびん口部の上方に配置された下端縁を有することを特 徴とする請求項１ないし７のいずれかに記載の装置。 ９．光学本体（４，１４）がキャップ状の垂直断面を有するほぼディスク状の 閉じた本体として形成されていることを特徴とする請求項１ないし８のいずれか に記載の装置。 １０．光学本体（４，１４）が下側から上側に向かう方向に狭くなる中空空間 を有し，中空空間の中心領域が，とくにびん（１）がびん底部から照明されると きに，びん口部からその上方に共軸に配置されている撮像要素（２）に向かう軸 方向光路に対する遮蔽体（５）を有することを特徴とする請求項１ないし９のい ずれかに記載の装置。 １１．光源（３ａ）とくにストロボランプがびん（１）の下方に配置されかつ びん底部を照明することを特徴とする請求項１ないし１０のいずれかに記載の装 置。 １２．光源（３ｂ）が検査すべきびん周囲部分の横側下方に配置されかつこの びん周囲部分を外側から斜め上方にびん口部の方向に向けて照明することを特徴 とする請求項１ないし１０のいずれかに記載の装置。 １３．光源（３ｃ）が検査すべきびん周囲部分に隣接して横側に配置されかつ このびん周囲部分を外側から照明することを特徴とする請求項１ないし１０のい ずれかに記載の装置。 １４．光源（３ｄ）がびん口部の上方に配置されかつ検査すべきびん周囲部分 を斜め上方から照明することを特徴とする請求項１ないし１０のいずれかに記載 の装置。 １５．光源（３ｄ）が光源本体（４）の上方に配置されかつ光学本体（４）を 貫通して検査すべきびん周囲部分を照明し，この場合，好ましくは光源（３ｄ） がリング状に形成されていることを特徴とする請求項１４の装置。 １６．光学本体（４）における光源（３ｄ）に対する入射面部分（Ｆ）および 射出面部分（Ｇ）が，光源（３ｄ）からくる光ビームが面部分（Ｆ，Ｇ）をほぼ 垂直に通過するように形成されていることを特徴とする請求項１５の装置。 １７．光源が光学本体（４）の中空空間内に配置されていることを特徴とする 請求項１０の装置。 １８．光学本体（４，１４）が撮像要素（２）の光軸と共軸に配置されかつび んの垂直軸が撮像要素（２）の光軸とほぼ一致したときに撮像が行われることを 特徴とする請求項１ないし１７のいずれかに記載の装置。 １９．撮像要素が対物レンズとくにテレセントリック光学系を備えたＣＣＤカ メラであることを特徴とする請求項１ないし１８のいずれかに記載の装置。 ２０．びん（１）の口部側壁領域が，とくにこの領域内に存在するねじ山もま た検出されるように光学本体（４）の輪郭が形成されていることを特徴とする請 求項１ないし１９のいずれかに記載の装置。 ２１．びん側壁がその全高さに対し全周範囲にわたり検出されるように光学本 体（１４）の輪郭が形成されていることを特徴とする請求項１ないし１９のいず れかに記載の装置。 ２２．光学本体（４，１４）が内部側壁検査および／または底部検査および／ または口部シール面検査のために中央に２つの平行な平面（Ｈ，Ｉ）または１つ の開口を有することを特徴とする請求項１ないし２１のいずれかに記載の装置。 ２３．光学本体（４，１４）が回転対称に形成されていることを特徴とする請 求項１ないし２２のいずれかに記載の装置。 ２４．光学本体が角錐台とくに中空角錐台の輪郭を有することを特徴とする請 求項１ないし２２のいずれかに記載の装置。 ２５．ビーム通路（Ｓ）を全反射させる光学本体（４，１４）の面部分（Ｂ， Ｃ，Ｄ）が直線の母線を有することを特徴とする請求項１ないし２４のいずれか に記載の装置。 ２６．びんの垂直軸に対し傾斜している少なくとも２つの異なるビーム通路が 形成されるように光学本体が形成されていることを特徴とする請求項１ないし２ ５のいずれかに記載の装置。 ２７．びんを撮像するために第１のビーム通路が使用され，およびびんを照明 するために第２のビーム通路が使用されることを特徴とする請求項２６の装置。 ２８．開いたびんの口部がビーム通路により撮像され，この場合，びんは底部 で照明されることを特徴とする請求項２７の装置。 ２９．１つのビーム通路がびんの頭部面および／または首部を撮像し，１つま たは複数の他のビーム通路がびん自体の外面の全周範囲を領域ごとにまたは全面 で，とくに口部側壁領域を撮像することを特徴とする請求項２６の装置。 ３０．光学本体が同軸に配置された複数の個別本体から構成されていることを 特徴とする請求項２６ないし２９のいずれかに記載の装置。 ３１．びんの外面が，少なくとも品質特性を有する高さ方向部分において，外 面からくる少なくとも１つのビーム通路を撮像装置に投影する光学手段により全 周範囲にわたり検出され，撮像装置上に撮像されかつ画像評価装置により処理さ れる，外面の照明とくに垂直照明と，および付属の画像評価装置を備えた撮像装 置とによるびん等の外面領域内の少なくとも１つの品質特性を検査するためのび ん等の検査装置。 ３２．外面が光学手段によりその全高さに対し全周範囲にわたり検出されかつ 撮像されることを特徴とする請求項３１の装置。 ３３．画像評価装置が全周範囲の撮像からまずびん外面の任意の周囲位置また は高さ位置に存在する品質特性の位置を決定し，この品質特性を所定の目標値ま たは基準見本と比較し，許容できない偏差がある場合に信号を出力することを特 徴とする請求項３１または３２の装置。 ３４．検査すべき品質特性が，開かれたクリップロックびんのロックシール面 および／またはびん等の外面上のラベル，とくにラベルの形状および／または位 置および／または色および／または商標マークおよび／またはバーコードおよび ／または印刷であることを特徴とする請求項３１ないし３３のいずれかに記載の 装置。 ３５．検査すべき品質特性が透明材料からなるびんの充填レベルであることを 特徴とする請求項３１ないし３４のいずれかに記載の装置 ３６．光学手段が搬送手段によりその位置に連続的に供給可能なびん等の上方 に固定配置され，および光学手段が透光性材料からなる，好ましくはとくに少な くとも請求項１ないし３０のいずれかにより形成された光学本体として形成され ていることを特徴とする請求項３１ないし３５のいずれかに記載の装置。