JP2001147199A - ペットボトルキャップ締付け検査方法とその装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】キャップやネックリング自体の成形ばらつき並
びに温度湿度変動や材質のばらつきがあっても、またコ
ンベアの振動があっても安定にペットボトルのキャップ
締付け状態が検査でき、かつそのための装置構成も簡単
化できるようにする。 【解決手段】ペットボトルのネックリング２３とキャッ
プ２１にマークを設け、光軸の対向面とその面に接する
側面部を撮像可能な光学系４、５により上方から撮像す
る。ＵＶリング３によりペットボトル材を発光させる
と、光学系により得られた画像を二値化してネックリン
グ部を“１”レベル、その外側及び内側（キャップ部）
を“０”レベルとすることができる。この二値化画像上
で前記２つのマークを検出してその位置関係と、ネック
リング部の最大幅とから締付け状態を判定する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ペットボトル充填
ラインにおける内容充填後のペットボトルキャップ締付
け検査方法とその装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】ペットボトルに内容液を充填した後にキ
ャップ締付けを正しく行うことは、ペットボトル内の異
物の混入や,液漏れを防ぐ上で必須の作業である。この
ためのペットボトルのキャップ締付け状態の検査方法と
しては、図２のようにキャップ２１が締め付けられた
時、キャップ２１の内面の上端部とペットボトルキャッ
プ上端部の間隔ａの変わりに、締付け後ペットボトルキ
ャップ装着部であるペットボトルのペットボトルキャッ
プ装着部の下部を形成するネックリング２３の下端部と
装着されたキャップ２１下端部との間隔ｂを、撮像手段
により取得した画像から検出し、この間隔ｂの値を調べ
る方法が一般的である。このために検査箇所の側面に撮
像手段を設置する。

【０００３】また、特開平１０−２０３５１２号公報に
開示された「容器口部の密封状態検査方法では、スクリ
ューキャップが正常に締め付けられたときに容器軸心か
らみた円周方向の位置が一致するように容器外周とスク
リューキャップ外周にそれぞれ標識を付けておく。そし
てこの２つの標識の円周方向のずれ及び軸心方向の距離
が所定の範囲にあれば正常と判定する。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】従来のペットボトルの
ネックリング下部と装着されたキャップ下端部との間隔
を検出して締め付け状態を検査する方法では、キャップ
やネックリング自体の成形ばらつき、並びに温度湿度変
動に伴う寸法変動が発生し検出率が低下するという問題
があった。またペットボトル充填ラインのように、コン
ベア上でインライン検査する場合には、ペットボトルの
側方から撮像することになるがコンベア自体の振動等の
問題も発生するので側面からの撮像では誤認識が発生し
やすく不良品見逃し等の要因となっていた。

【０００５】また、特開平１０−２０３５１２号公報の
技術では、標識を撮像する手段の具体的な記載はない
が、その構成から３〜４以上の複数の側方から撮像する
か撮像時に容器を回転させる機構が必要と考えられる。
しかしこのためには撮像システムが複雑高価になり、画
像の処理量も大きくなる問題がある。また、コンベア上
でのインライン検査に於けるコンベアの振動の影響も避
けられない。

【０００６】さらに、上部いずれの従来技術において
も、容器自体の光透過率の変動のために得られる画像濃
度が変化するが、そのための誤判定が生まれることに対
する対応策が考慮されていない。

【０００７】本発明の目的は、撮像系の構成が簡単で、
かつ対象ペットボトルの上下振動の影響を受けにくいよ
うにし、さらにペットボトル材質の光透過率変動があっ
ても誤判定が少なくなるようにしたペットボトルキャッ
プ締付け検査方法とその装置を提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は、キャップが締
付けられたペットボトルを上方から照射してペットボト
ル材を発光させるＵＶリング照明手段と、その光軸の対
向面と該対向面に接する側面の映像を１枚の画像として
撮像可能な光学系を有する撮像手段と、この手段により
前記ペットボトルを上方から撮像した画像を前記ペット
ボトルのネックリング部が白レベルとなり前記キャップ
部が黒レベルとなるように二値化して二値化画像を生成
する二値化手段と、前記二値化画像上のキャップ部外周
及びネックリング部外周を追跡することによってキャッ
プ及びネックリングに１個づつ設けられたマークの位置
を検出するマーク位置検出手段と、前記二値化画像上の
キャップ部中心からみた前記２つのマーク位置のなす角
度を検出する角度検出手段と、前記二値化画像上のネッ
クリング部の最大幅を検出する幅検出手段と、前記角度
検出手段により検出された角度が所定角度より小さくか
つ前記幅検出手段により検出された最大幅が所定幅より
小さいとき、かつそのときのみキャップ締付けは正常で
あると判定する判定手段と、を備えたことを特徴とする
ペットボトルキャップ締付け検査装置を開示する。

【０００９】更に本発明は、キャップが締付けられたペ
ットボトルを上方から照射してペットボトル材を発光さ
せるＵＶリング照明手段と、その光軸の対向面と該対向
面に接する側面の映像を１枚の画像として撮像可能な光
学系を有する撮像手段と、複数の二値化閾値を記憶する
記憶手段と、この手段から二値化閾値を順次とり出す二
値化閾値設定手段と、前記ペットボトルを前記撮像手段
により上方から撮像した画像をこの手段によりとり出さ
れた二値化閾値を用いて二値化して二値化画像を生成す
る二値化手段と、前記二値化画像上のキャップ部外周及
びネックリング部外周を追跡することによってキャップ
及びネックリングに１個づつ設けられたマークの位置を
検出するマーク位置検出手段と、前記二値化画像上のキ
ャップ部中心からみた前記２つのマーク位置のなす角度
を検出する角度検出手段と、前記二値化画像上のネック
リング部の最大幅を検出する幅検出手段と、前記角度検
出手段により検出された角度が所定角度より小さくかつ
前記幅検出手段により検出された最大幅が所定幅より小
さいとき、かつそのときのみキャップ締付けは正常であ
ると判定する第１の判定手段と、この手段により正常と
判定されなかったときに前記記憶手段に二値化閾値がま
だ残っているかを調べ、残っていれば次の二値化閾値設
定手段によりとり出させて前記二値化画像の生成以下の
処理を繰り返すようにし、残っていなければキャップ締
付けは正常でないと判定する第２の判定手段と、を備え
たことを特徴とするペットボトルキャップ締付け検査装
置を開示する。

【００１０】更に本発明は、ペットボトルにキャップが
正常に締付けられているか歪みかを検査するためのペッ
トボトルキャップ締付け検査方法において、キャップが
正常に締め付けられたときにそのペットボトル外周方向
が所定の角度範囲で一致するようなマークをキャップ及
びペットボトルのネックリングにそれぞれ設けるととも
に、ＵＶリング照明によりキャップが締め付けられたペ
ットボトルを上方から照射してペットボトル材を発光さ
せ、その光軸の対向面と該対向面に接する側面の映像を
１枚の画像として撮像可能な光学系を有する撮像手段を
用いて前記ペットボトルを上方から撮像して得た画像を
二値化することによりペットボトルのネックリング部が
“１”レベル、キャップ及びネックリング外周の外側が
“０”レベルとなる二値化画像を生成し、この二値化画
像上のキャップ部外周及びネックリング部外周を追跡す
ることによってキャップ及びネックリングに１個づつ設
けられた前記マークの位置を検出し、さらに前記二値化
画像上のネックリング部の最大幅を検出し、前記検出さ
れた２つのマーク位置のペットボトル中心位置に対して
なす角度が前記角度範囲内にあり、かつ前記ネックリン
グ部の最大幅が所定の値以下であるときでかつそのとき
のみ、キャップが締付けは正常であると判定するように
したことを特徴とする、ペットボトルキャップ締付け検
査方法を開示する。

【００１１】更に本発明は、ペットボトルキャップ締付
け検査方法において、前記二値化のための二値化閾値を
複数個の記憶手段に用意しておき、この複数個の二値化
閾値のいずれかを用いて生成した二値化画像について前
記検出された２つのマーク位置のペットボトル中心位置
に対してなす角度が前記角度範囲内にあり、かつ前記ネ
ックリング部の最大幅が所定の値以下であるとき、キャ
ップが締付けは正常であると判定するようにしたことを
特徴とする、ペットボトルキャップ締付け検査方法を開
示する。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、本発明をその実施の形態に
沿って説明する。図３は、検査対象品であるペットボト
ル２のキャップ締付け状態を検査するためのマークを説
明した図で、ペットボトルに装着されるキャップ２１の
下部にマークとしての突起部２２が設けられ、キャップ
が装着されるペットボトル胴体部のネックリング２３に
もマークとして加工したネックリングスリット２４が設
けられる。尚、ネックリング部のマークは突起形状とし
ても良い。ここでこの２つのマーク２２、２４の位置は
次のように決めておく。今、ペットボトル中心軸２５に
直交する平面をとり、その平面へ２つのマークを投影し
た２つの点と中心軸２５とを直線で結んだとき、この２
つの直線のなす角度をθとする。そして、キャップ２１
がキャップ装着部に正常に締め付けられたとき、上記の
角度θが０となるように２つのマーク相対位置を定め
る。実際には、正常に締付けるといっても締付け具合に
はばらつきがあるから、正常とみなせる範囲の中間的な
位置でθ＝０となるようにしておけばよい。またキャッ
プ又はキャップ装着部の周辺上のマーク位置は、２つの
マークの相対位置が上記のように定められていればよい
ので、どこであってもよいが、作業上は例えばキャップ
のねじ山の終端部を基準として決められた点とすれば都
合がよい。

【００１３】図１は、本発明になるペットボトルキャッ
プ締付け検査装置の構成例を示すブロック図である。コ
ンベア１に流れる検査対象品であるペットボトル２は、
ＵＶリング３により上方から照明光があてられる。ペッ
トボトルの材質はこのＵＶリング照明により発光する性
質を有しており、このため特にネックリング２３が明る
くなる。単レンズを備えたカメラ５は、アタッチメント
レンズ２４を介してペットボトル２を上部から撮像す
る。このアタッチメントレンズ４を含む光学系は、ペッ
トボトルキャップのカメラ光軸に対向した面（キャップ
上面）の他にキャップ側面部とペットボトル胴体部のネ
ックリング部等が一括して撮像できるもので、先に出願
された特願平１１−２５６７８９号にその詳細が記載さ
れている。カメラ５からの画像信号は画像処理装置６へ
入力され、二値化されたのちキャップ及びネックリング
の各マーク２２、２４の検出、その位置関係からの良否
判定処理が以下のように行われる。

【００１４】図４は、画像処理装置６における処理のフ
ローチャートで、図５、６、７はその処理内容の説明図
である。ペットボトルが検査位置にきたことがセンサー
（図示省略）により検出されると、アタッチメントレン
ズ４を介してカメラ５により撮像された画像が取り込ま
れる（ステップ４０１）。次に、予めメモリに用意して
おいた複数の二値化のための閾値の内の１つをとり出し
てこれを二値化処理用に設定し（ステップ４０２）、こ
の設定した二値化閾値を用いて入力画像を二値化する
（ステップ４０３）。この処理により得られる二値化画
像の例が図５に示されており、中央のハッチを施した部
分がキャップ上面（カメラ対向面）及びキャップ側面
で、その外側の環状の部分がネックリング部分である。
前述のように、ネックリングはＵＶ照明により発光して
明るく、キャップの方はそれよりも暗いから、この両者
の輝度の間に二値化閾値を設定することで、キャップ部
分は暗い“０”レベル、環状のネックリング部分は明る
い“１”レベルになるように二値化される。また、環状
のネックリング部よりも外側のハッチ部もペットボトル
側面であるが、アタッチメントレンズ４を含む光学系
を、ネックリング部より下部は視野外となるように設計
しておけば、この部分も暗い“０”レベルとなる。

【００１５】次に、二値化画像の各画素の輝度を水平、
垂直方向に加算処理することにより得られた図５のよう
な水平投影分布、垂直投影分布の立ち上がり箇所、立下
がり箇所より、ネックリング部の外形水平情報ｘｓ、ｘ
ｅ外形垂直情報ｙｓ、ｙｅに基づいて、二値化画像上の
キャップ中心位置Ｐ（ｘｐ、ｙｐ）を次式により求める
（ステップ４０４）。

【数１】

【００１６】中心位置Ｐが求められると、次に図６
（ａ）に示したように、その中心位置から任意の外側方
向に直線に沿って画素を走査し、黒画素“０”から白画
素“１”に変化する直前の点Ｑ１（黒レベル）と白画素
“１”から黒画素“０”に変化する直前の点Ｑ２（白画
素）とを求める（ステップ４０５）。これらの点はキャ
ップ外周上及びネックリング外周上の点である。次に、
これらの点Ｑ１及びＱ２を起点として、キャップ外周の
輪郭及びネックリング外周の輪郭を追跡することによ
り、キャップ突起部２２及びネックリングスリット部２
４の位置を求める（ステップ４０６）。ここでの追跡の
方法は既知のもので、これをネックリング外部の場合で
説明すると、まず現在点を上記の起点Ｑ２（白レベル）
とし、その現在点をとり囲む８個の画素の内で、起点を
決めるときの直線上の直後の画素（黒レベル）からその
８個の点を右まわり（又は左まわりでもよいが以下、右
まわりとする）に順次たどり、黒レベルから白レベルに
変わった画素（白レベル）を次の現在点とする。このよ
うな点は必ず存在するので、さらにこの新たな現在点の
まわりの８個の画素を、当該現在点を求めたときの直前
の画素（黒レベル）から始めて右まわりにたどり、白レ
ベルへと変わったときの画素を次の現在点とする。この
ような処理をくり返すことにより輪郭の追跡が行える。
そこでこの追跡を１回行うごとに求められた輪郭上の画
素位置を（Ｘｊ、Ｙｊ）とすると、ｋを適当な正整数と
して

【数２】

【数３】 となったとき、その画素位置（Ｘｊ、Ｙｊ）をネックリ
ングスリット２４の位置ＰＮとする。キャップの突起部
２２の位置ＰＣも点Ｑ１から輪郭追跡を行うことで同様
にして求められる。ここで（数２）（数３）によるスリ
ット２４等の検出法の意味は次のようである。（数２）
で求められる変化量Ｖｊはその点の輪郭の二次差分を表
す量で、これが大きいことはその点の輪郭の曲率が大き
いことを表している。従ってネックリングスリット２４
やキャップの突起部２２のように輪郭が急激に曲がると
ころでは変化量Ｖｊが大きくなるので、これと通常の輪
郭の曲率とを（数３）により区別することでスリット及
び突起部の検出が行える。ネックリングスリットが突起
に代わってもこの検出は同様に可能である。

【００１７】マークとしてのネックリングスリット（又
は突起）及びキャップの突起部の二値化画像上の位置Ｐ
Ｎ及びＰＣが求まると、中心点からみたこの２つの位置
の間の角度θを求め（ステップ４０７）、この角度θが
予め定めた基準角θ０より小さいか否かを調べる（ステ
ップ４０８）。これは図３で説明した２つのマーク、即
ちキャップ突起部２２とネックリングスリット２４を設
ける位置の関係から明らかなように、角度θが基準角θ
０より大きいときはキャップが正常に締付けられていな
いことを示す。

【００１８】この判定結果が正常であったときは、次に
二値化画像のネックリングを表す部分の最大幅ｄを検出
する（ステップ４０９）。この検出は、図７（ａ）に示
したように、キャップ中心位置Ｐからネックリング方向
にキャップ突起部及びネックリングスリット部の箇所を
除いて放射状に（例えば８方向に）画素情報を走査して
白色部の連続した長さを計測し、その内の最大値を最大
幅ｄとすればよい。そしてこの最大幅ｄを予め定めた基
準値ｄ０より小さいか否かを調べ（ステップ４１０）、
小さいときは正常と判定し、小さくないときは正常でな
いと判定する。図７はこの判定法の説明図で、キャップ
は、その締付けが一回転以上緩んだとき、キャップ下部
がネックリングに対して上方に位置するので、図１のよ
うな光学系で撮像すると二値化画像上のネックリングの
幅が図７（ｃ）のように広くなりｄ＞ｄ０となってしま
う。またキャップから曲がった状態で締め付けられたと
きは、図７（ｂ）にように、やはりネックリングの二値
化画像の幅の広い部分が生じるのでｄ＞ｄ０となる。こ
うしてステップ４１０の判定で“Ｙｅｓ”のとき、正常
と判定される。

【００１９】ステップ４０８もしくはステップ４１０で
“Ｎｏ”、即ち正常でないと判定されたときは、記憶部
に記憶した二値化閾値でまだ使っていないものがあるか
を調べ（ステップ４１１）、あればステップ４０２へ戻
って二値化閾値を変更して以上の処理を繰り返し、その
繰り返しのうちに正常と判定されたときは処理を終わ
る。また全ての二値化閾値についても正常と判定されな
かったときは（ステップ４１１で“Ｎｏ”）、不良と判
定して処理を終了する。ペットボトルの材質にはばらつ
きがあり、光に対する透過率や発光の程度が変動するの
で、カメラから得られる画像の各部輝度もペットボトル
ごとに変動する。従って図５のような二値化画像を正確
に得るための二値化閾値も変化するので、いくつかの二
値化閾値を実験的に求めておき、これらのいずれかを使
ったときに正常とされれば良品とすることにより、材質
ばらつきのために正常なものが不良と判定されるのを防
止することができる。

【００２０】

【発明の効果】本発明によれば、キャップやネックリン
グ自体の成形ばらつき、並びに温度湿度変動に伴う寸法
変動が発生してもキャップやネックリングにつけられた
マークを検査するので、ペットボトルのキャップ締付け
状態の高精度な検査ができる。しかもコンベア上でイン
ライン検査する場合にも、コンベア自体の振動等の影響
を受けにくいという効果が得られる。しかも従来手法で
あると側面からの検知によるため複数台のカメラ設置が
必要となり、コンベア上でインライン検査に当たっては
検査対象となるペットボトル間を一定以上切り離す等の
制約が必要であったが、本発明によればカメラ一台でし
かもコンベア上でインライン検査に当たってもペットボ
トル間を一定以上切り離す等の制約が不要である。また
マークを実施例のようにキャップ締付け機の影響を受け
ない箇所に設けることが出来、しかもキャップ、並びに
ネックリングの一部加工にて実現ができるため、マーク
用の特別色印刷工程等を増やすことなく、キャップ、ネ
ックリングの成形型の改造のみとなり、コスト面でも安
価に実現可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の検査装置の構成例を示すブロック図で
ある。

【図２】従来の検査方法の説明図である。

【図３】検査用マークの説明図である。

【図４】本発明の処理方法例を示すフローチャートであ
る。

【図５】キャップ中心位置検出方法の説明図である。

【図６】キャップ及びネックリング上のマーク位置検出
方法及び判定法の説明図である。

【図７】二値化画像上のネックリング最大幅の検出法と
その判定法の説明図である。

【符号の説明】

１ コンベア ２ ペットボトル ３ ＵＶリング ４ アタッチメントレンズ ５ カメラ ６ 画像処理装置 ２１ キャップ ２２ キャップマーク ２３ ネックリング ２４ ネックリングマーク

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 布目 勝 茨城県日立市大みか町三丁目18番１号 茨 城日立情報サービス株式会社内 Ｆターム(参考） 2G051 AA13 AB20 BA05 BA20 CA04 CB10 EA11 EA14 EB01 EB02 5B057 AA01 BA02 BA15 BA29 DA03 DA07 DC03 DC08 DC17 DC23

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 キャップが締付けられたペットボトルを
   上方から照射してペットボトル材を発光させるＵＶリン
   グ照明手段と、その光軸の対向面と該対向面に接する側
   面の映像を１枚の画像として撮像可能な光学系を有する
   撮像手段と、 この手段により前記ペットボトルを上方から撮像した画
   像を前記ペットボトルのネックリング部が白レベルとな
   り前記キャップ部が黒レベルとなるように二値化して二
   値化画像を生成する二値化手段と、 前記二値化画像上のキャップ部外周及びネックリング部
   外周を追跡することによってキャップ及びネックリング
   に１個づつ設けられたマークの位置を検出するマーク位
   置検出手段と、前記二値化画像上のキャップ部中心から
   みた前記２つのマーク位置のなす角度を検出する角度検
   出手段と、前記二値化画像上のネックリング部の最大幅
   を検出する幅検出手段と、前記角度検出手段により検出
   された角度が所定角度より小さくかつ前記幅検出手段に
   より検出された最大幅が所定幅より小さいとき、かつそ
   のときのみキャップ締付けは正常であると判定する判定
   手段と、 を備えたことを特徴とするペットボトルキャップ締付け
   検査装置。
2. 【請求項２】 キャップが締付けられたペットボトルを
   上方から照射してペットボトル材を発光させるＵＶリン
   グ照明手段と、その光軸の対向面と該対向面に接する側
   面の映像を１枚の画像として撮像可能な光学系を有する
   撮像手段と、 複数の二値化閾値を記憶する記憶手段と、この手段から
   二値化閾値を順次とり出す二値化閾値設定手段と、前記
   ペットボトルを前記撮像手段により上方から撮像した画
   像をこの手段によりとり出された二値化閾値を用いて二
   値化して二値化画像を生成する二値化手段と、 前記二値化画像上のキャップ部外周及びネックリング部
   外周を追跡することによってキャップ及びネックリング
   に１個づつ設けられたマークの位置を検出するマーク位
   置検出手段と、前記二値化画像上のキャップ部中心から
   みた前記２つのマーク位置のなす角度を検出する角度検
   出手段と、前記二値化画像上のネックリング部の最大幅
   を検出する幅検出手段と、前記角度検出手段により検出
   された角度が所定角度より小さくかつ前記幅検出手段に
   より検出された最大幅が所定幅より小さいとき、かつそ
   のときのみキャップ締付けは正常であると判定する第１
   の判定手段と、この手段により正常と判定されなかった
   ときに前記記憶手段に二値化閾値がまだ残っているかを
   調べ、残っていれば次の二値化閾値設定手段によりとり
   出させて前記二値化画像の生成以下の処理を繰り返すよ
   うにし、残っていなければキャップ締付けは正常でない
   と判定する第２の判定手段と、 を備えたことを特徴とするペットボトルキャップ締付け
   検査装置。
3. 【請求項３】 ペットボトルにキャップが正常に締付け
   られているか歪みかを検査するためのペットボトルキャ
   ップ締付け検査方法において、 キャップが正常に締め付けられたときにそのペットボト
   ル外周方向が所定の角度範囲で一致するようなマークを
   キャップ及びペットボトルのネックリングにそれぞれ設
   けるとともに、 ＵＶリング照明によりキャップが締め付けられたペット
   ボトルを上方から照射してペットボトル材を発光させ、
   その光軸の対向面と該対向面に接する側面の映像を１枚
   の画像として撮像可能な光学系を有する撮像手段を用い
   て前記ペットボトルを上方から撮像して得た画像を二値
   化することによりペットボトルのネックリング部が
   “１”レベル、キャップ及びネックリング外周の外側が
   “０”レベルとなる二値化画像を生成し、 この二値化画像上のキャップ部外周及びネックリング部
   外周を追跡することによってキャップ及びネックリング
   に１個づつ設けられた前記マークの位置を検出し、さら
   に前記二値化画像上のネックリング部の最大幅を検出
   し、 前記検出された２つのマーク位置のペットボトル中心位
   置に対してなす角度が前記角度範囲内にあり、かつ前記
   ネックリング部の最大幅が所定の値以下であるときでか
   つそのときのみ、キャップが締付けは正常であると判定
   するようにしたことを特徴とする、ペットボトルキャッ
   プ締付け検査方法。
4. 【請求項４】請求項３のペットボトルキャップ締付け検
   査方法において、前記二値化のための二値化閾値を複数
   個の記憶手段に用意しておき、この複数個の二値化閾値
   のいずれかを用いて生成した二値化画像について前記検
   出された２つのマーク位置のペットボトル中心位置に対
   してなす角度が前記角度範囲内にあり、かつ前記ネック
   リング部の最大幅が所定の値以下であるとき、キャップ
   が締付けは正常であると判定するようにしたことを特徴
   とする、ペットボトルキャップ締付け検査方法。