JP2004294097A

JP2004294097A - Mouth part inspection device of vessel

Info

Publication number: JP2004294097A
Application number: JP2003083247A
Authority: JP
Inventors: Tsukasa Watanabe; 司渡辺
Original assignee: Nihon Yamamura Glass Co Ltd
Current assignee: Nihon Yamamura Glass Co Ltd
Priority date: 2003-03-25
Filing date: 2003-03-25
Publication date: 2004-10-21
Anticipated expiration: 2023-03-25
Also published as: JP4286569B2

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To acquire the optimum optical image capable of acquiring surely information on the inner surface shape of the mouth part of a vessel, to measure the mouth part inner diameter or the like accurately and quickly, and to inspect a wide-mouthed vessel without using a lens having a large effective diameter. <P>SOLUTION: This device includes a light source 2 for irradiating diffused light to a bottom part 99b of the vessel 99, a pair of optical systems 1A, 1B positioned on diagonal positions with respect to the center line 9 of the mouth part over the mouth part 99a of the vessel 99, and imaging faces 7A, 7B for imaging thereon optical images 12A, 12B of the diagonal parts of the mouth part 99a by each optical system 1A, 1B. In each optical system 1A, 1B, when positioned over the mouth part 99a, each position relation between lenses 10a, 10b and aperture diaphragms 11A, 11B is set respectively so that the main beam of light relative to imaging of the optical image of the mouth part 99a is tilted in the separating direction from the center line 9 of the mouth part 99a. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
この発明は、ガラスびん、ペットボトルなどの口部のある容器について、口部の内径や内面形状などを非接触で光学的に検査するための容器の口部検査装置に関し、特にこの発明は、口部の内径が大きな「広口」と呼ばれる容器についても検査の対象となし得る容器の口部検査装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
口部のある容器を製造するとき、その検査工程において、口部の外径、内径、天傾斜などが検査される。この口部の検査のうち、口部の内径は、所定の径を有する栓体を口部内へ挿入するという方法の検査が従来より行われている。この検査において、口部内へ栓体が挿入できれば、その容器は「良品」であると判断される。一方、口部内へ栓体が挿入できなければ、その容器は「不良品」であると判断される。
ところが、特に、飲食物が充填される容器については、口部の内面に栓体を接触させるようなこの種の検査方法は歓迎されず、例えば、光学装置を用いた非接触の検査方法が採用される傾向にある。
【０００３】
図１３は、光学装置を用いた一般的な検査装置を示している。同図中、１０１は拡散光を発生する光源である。この光源１０１を発した光の一部は絞り板１０２の円形の開口部１０３を通って容器９９の底部９９ｂへ照射される。光軸１０４は容器９９の口部９９ａの中心を通っており、容器９９の上方の光軸１０４上に光学装置１００が配置されている。光学装置１００は、複数枚のレンズとその中間に配置された絞りとが一体にマウントされた光学系１０５を含み、結像面１０６に口部９９ａの光学像１０７を結像させる。なお、図中、結像面１０６に至る実線は光学像１０７の明るく見える部分の光路である。また、点線は暗く見える部分の仮想光路であって実際には光の通過はない。
【０００４】
前記光学像１０７は、図１４に示すように、中央に口部の内孔を透過した光によって生成される円形の明部１０８と、その外周に生成される口部の天面９９ｄを示すリング状の暗部１０９とを含む。円形の明部１０８とリング状の暗部１０９との間には、口部９９ａの内周面での反射光（図１３において、Ｌ_ｐで示す。）によって生成される複数のリング状の明部１１０が存在する。従って、この光学像１０７からは明確に口部の天面９９ｄや開口部分９９ｃの形状に関わる情報は取得できず、また、内周面が最も突き出た部分Ｐの内面形状に関わる情報も取得できず、図１３に示す構成の検査装置では口部内の検査は困難である。
【０００５】
先般、提案された光学的検査装置（特許文献１参照）は、容器の口部の内面形状に関わる情報を取得し得る光学像を得ることが可能なものであって、光学装置として、図１５に示すようなテレセントリック光学系１１１が用いてある。
【０００６】
【特許文献１】
特開平８−５４２１３号公報
【０００７】
図１５において、２は拡散光を発生する光源であり、この光源２からの光は絞り板３の円形の開口部４で絞られて容器９９の底部９９ｂへ照射される。容器９９の口部９９ａの中心を通る光軸５上にテレセントリック光学系１１１を含む光学装置６が配置されており、容器９９の口部９９ａの光学像がＣＣＤより成る結像面７に結像される。この光学像は、画像処理装置８に取り込まれて口部９９ａの内径計測のための画像処理が行われる。なお、図中、ディスプレイ８０は、光学像や入出力データなどを表示するためのものである。
【０００８】
前記テレセントリック光学系１１１は、光軸５上に複数枚のレンズの集合体であるピント調整が可能なレンズマウント（以下単に「レンズ」という。）１０と絞り１１とを、絞り１１の開口１１ａがレンズ１０の焦点位置Ｆに位置するように配置したものである。この光学系１１１では、図１６に示すように、光軸５と平行な光のみがレンズ１０を屈折して通過した後、絞り１１の開口１１ａを通って結像面７に集光される。光軸５に平行でない光、例えば口部９９ａの内周面などで反射した光は、レンズ１０を屈折して通過するものの、絞り１１の開口部１１ａへは至らずに遮断される。
なお、図１６では、前記光学像１２で明るく見える部分の光路は実線で示し、暗く見える部分の仮想光路（実際には光の通過はない）は点線で示してある。
【０００９】
前記レンズ１０は、口部９９ａの内周面が最も突き出る部分Ｐにピントが合わされており、この光学系１によって容器９９の口部９９ａの内面形状、すなわち、口部９９ａの内周面が最も突き出た部分Ｐの内面形状に関わる情報を取得し得る光学像１２が得られる。
【００１０】
この光学像１２は、図１７に示すように、中央部に口部の内孔を通過した光によって生成される円形の明部１３を含み、その周囲に口部９９ａの最も突き出た部分Ｐで光が遮断されることにより現れたリング状の第１の暗部１４と、さらにその周囲に生成される口部の天面９９ｄを示すリング状の第２の暗部１５とを含むものである。
【００１１】
この光学像１２は画像処理装置８に取り込まれ、その濃淡画像が２値画像に変換された後、前記第１の暗部１４に内接する円のうち最大径の内接円１６が求められる。この最大内接円１６の直径が口部９９ａの内径（有効径）であり、口部９９ａの内径の上限値および下限値をＲ１，Ｒ２とすると、前記内径の計測値ｒが所定の範囲内にないとき、すなわち、ｒ＞Ｒ１またはｒ＜Ｒ２のとき、その容器は不良品であると判断される。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、前記光学像１２の結像に関わる光軸５と平行な主光線は、実際には、図１８に示すように、主光線Ｌ（図中、実線で示す。）を中心として外周方向へ最大αの開き角度をもつ光成分（図中、一点鎖線で示す。）を有している。これは絞り１１の開口１１ａを計測に必要な光量を確保するために相応の大きさの口径に設定したことによるものである。なお、図中、Ａ，Ｂ，Ｃは容器９９上のピントが合った点、すなわち、口部９９ａの内周面が最も突き出る部分Ｐの近傍位置の点である。
口部９９ａの内周面が最も突き出た部分Ｐの近傍で光が反射するとき、その一部の反射光（図１６において、Ｌ_ｐで示す。）が特に主光線Ｌに対して内方へ向く光成分Ｌ′と重なるとき、前記光学像１２の第１の暗部１４の内周縁沿いに前記反射光Ｌ_ｐによる影部１８（図１７参照）を出現させる。
【００１３】
その影部１８は中間の明るさをもっており、影部１８が光学像１２に現れると、第１の暗部１４の内周縁が不明瞭となるため、これが前記最大内接円１６の直径の計測誤差を発生させる要因となる。また、画像処理装置では、光学像１２の濃淡画像を２値化処理するが、その２値化しきい値の設定が容易でないという問題もある。
【００１４】
この問題を解決するために、前記絞り板３によって容器９９の口部９９ａの内周面が最も突き出た部分Ｐの近傍で反射する反射光Ｌ_ｐの光路を制限することにより前記光成分Ｌ′との重なりを制限することも考えられるが、このような方式だと容器９９の底部９９ｂでの光の屈折による影響が現れて好ましくない。
すなわち、光源２として拡散光源を用いたのは、容器９９の底部９９ｂの形状、肉厚の不均一さ、型番などの彫刻などに起因して光が屈折したとき、他の角度成分の光の屈折により光軸５と平行な主光線を補填するためであるが、前記反射光Ｌ_ｐの光路を制限するために絞り板３の開口部４を小さくすると、底部９９ｂの形状などに起因する光の屈折に対して、他の角度成分の光の屈折により主光線を補填することができなくなり、その結果、光学像１２に容器９９の底部９９ｂの画像が出現するという問題が生じるからである。
【００１５】
従って、容器９９の底部９９ｂの形状などに起因する光の屈折に対して、他の角度成分の光の屈折により光軸５と平行な主光線を補填するのに、絞り板３の開口部４の径を容器９９の口部９９ａの内径に対してかなり大きく設定する必要がある。口部の内径と底部の径との差が小さい容器について、他の角度成分の光の屈折により主光線を補填するために、絞り板３の開口部４の径を底部の径より大きく設定したとすると、容器を絞り板３上に載置して検査できないという問題が生じる。絞り板３は、容器を支持するためのものでもあるので、絞り板３上に容器を載置できなければ、容器を宙づりにして検査するより他はない。一方、容器を絞り板３上に載置して検査するために、絞り板３の開口部４の径を小さくしたとすると、上記したように、他の角度成分の光の屈折により光軸５と平行な主光線の補填を十分に行うことができない。
【００１６】
また、容器には口部の内径が大きな「広口」と呼ばれる容器（以下、「広口容器」という。）が存在するが、この広口容器を検査の対象とする場合、前記テレセントリック光学系１１１のレンズ１０は口部の内径に対応する有効径のものを用いることが必要となる。例えば、口部の内径が２８ｍｍの容器では、有効径が４７ｍｍ程度の大きなレンズを用いる必要があり、その結果、容器とレンズとの距離がきわめて大きくなるため、口部検査装置の大型化とコスト高とを招き、これでは実用化は到底困難である。
【００１７】
この発明は、上記問題に着目してなされたもので、容器の口部の内面形状に関わる情報が確実に取得できる最適な光学像を得ることができ、しかも、口部内径などの計測を正確かつ迅速に行える容器の口部検査装置を提供することを目的とする。
【００１８】
この発明がさらに目的とするところは、有効径の大きなレンズを用いることなく、広口容器を検査することができる安価で小型の容器の口部検査装置を提供することにある。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
この発明による容器の口部検査装置は、口部のある容器の底部に向けて拡散光を照射する光源と、容器の口部の上方に口部の中心線に対して対角位置に位置決めされる一対の光学系と、各光学系により口部の対角部分の光学像を結像させる結像面とを含んでいる。各光学系は、口部の上方に位置決めされたとき、口部の光学像の結像に関わる前記光源からの光の主光線が口部の中心線から離れる方向へ傾斜するようにレンズと絞りとの位置関係がそれぞれ設定されて成る。
【００２０】
また、この発明による容器の口部検査装置は、上記した構成に加えて、前記口部の対角部分の光学像を結像面より取り込んで口部内径を計測するための画像処理を実行する画像処理装置をさらに備えたものである。
【００２１】
この発明の好ましい実施態様においては、各光学系として、口部の中心線と光軸が平行となるようにレンズが配置されるとともに、前記レンズの後方側の焦点位置から所定の距離だけ光軸に沿って前方へずらせた位置に絞りが位置決めされたものを用いるが、必ずしもそのような光学系に限られるものではない。
【００２２】
この発明の好ましい実施態様においては、前記レンズは、口部の内周面が最も突き出る位置にピントが合わせてある。ここで、「口部の内周面が最も突き出る位置」とは、換言すれば、口部の内径が最も絞られている部分のことであり、その絞られた部分がくびれた形状になっている場合のみならず、所定の長さにわたって連続している場合も含むものである。
【００２３】
【作用】
一対の光学系を例えば広口容器の口部の上方に口部の中心線に対して対角位置に位置決めした後、拡散光を容器の底部へ照射すると、各光学系による口部の対角部分の光学像が結像面に結像される。各光学像には、口部の内孔を通過する光による明部の周囲に口部の内周面が最も突き出た部分で光が遮断されることにより現れる暗部が生成されるので、この暗部により容器の口部の内面形状に関わる情報を取得し得る。
【００２４】
絞りがレンズの焦点位置にあるテレセントリック光学系では、暗部の内周縁に沿って口部の内周面が最も突き出た部分の近傍での反射光による影部が出現するが、この発明による光学系では、口部の光学像の結像に関わる光源からの光の主光線が口部の中心線から離れる方向へ傾斜するようにレンズと絞りとの位置関係が設定されているので、口部の内周面での前記反射光は主光線を中心とする光成分と重ならなくなり、絞りの開口を通過せず、光学像に前記影部が発生しない。
また、光源が小さくても、主光線が容器の口部に対して底部の中心に向かって収束するので、容器の底部の形状などに起因する光の屈折に対して、他の角度成分の光の屈折により前記主光線が補填されるので、前記光学像に容器の底部の画像が出現することもない。
【００２５】
【発明の実施の形態】
図１および図２は、この発明の一実施例である容器の口部検査装置の構成を示している。図示例の口部検査装置は、広口でない容器のみならず、広口の容器９９′も検査対象とすることができるものであるが、広口でない容器９９を専ら検査対象とする図３に図示した口部検査装置と基本原理において共通している。従って、ここでは、図３の口部検査装置によって原理を説明しつつ、図１，２に示した実施例の構成に言及する。
【００２６】
図３の口部検査装置は、容器９９へ投光する投光装置として、拡散光を発生する光源２と、中央に円形の開口部４を有する絞り板３とを含んでいる。光源２からの光は絞り板３の開口部４で絞られて容器９９の底部９９ｂへ照射される。容器９９の口部９９ａの中心を通る中心線上に光学系１の光軸５が設定されている。この光学系１による前記口部９９ａの光学像１２は結像面７に結像される。
なお、図１，２に示されるこの発明の実施例は、容器９９′の口部９９ａを一対の光学装置６Ａ，６Ｂによって観測するもので、各光学装置６Ａ，６Ｂにおける光学系１Ａ，１Ｂの光軸５Ａ，５Ｂは、口部９９ａの中心線９と平行でありかつ各光学系１Ａ，１Ｂのレンズ１０Ａ，１０Ｂの半径に相当する距離だけ位置がずれている。
【００２７】
図３の光学系１は、光軸５上のレンズ１０と、レンズ１０の後方に位置決めされる絞り１１とを含んでいる。前記レンズ１０のピントは、容器９９の口部９９ａにおいて、開口部分９９ｃより所定の距離ｔ（例えば１５ｍｍ）だけ奥まった位置、すなわち、口部９９ａの内周面が最も突き出る部分Ｐに合わせてある。
【００２８】
前記絞り１１は中央に開口１１ａを有している。図１５，１６に示したテレセントリック光学系１１１では、絞りの開口１１ａがレンズ１０の焦点位置Ｆにあるので、光軸５と平行な光のみが絞り１１の開口１１ａを通過して結像面７に集光され、光軸５に平行でない光は絞り１１の開口１１ａを通過せずに絞り１１の位置で除かれる。これに対して、図３の光学系１では、絞り１１はレンズ１０の後方側の焦点位置Ｆから光軸５沿いに所定の距離ｄだけ後方（レンズ１０から離れる方向）へずらせて位置決めしてある。
この光学系１によると、主光線Ｌ１〜Ｌ３が光軸５に対して外方（光軸５から離れる方向）へ傾くことになるので、口部９９ａの内周面が最も突き出た部分Ｐでの反射光は、テレセントリック光学系１１１では絞り１１の開口１１ａを通過していたのが、この光学系１では、絞り１１の開口１１ａを通過せずに絞り１１の位置で遮断されることになる。
【００２９】
図３では、結像面７に結像した光学像１２の明るく見える部分の光路は実線で、暗く見える部分の仮想光路（実際には光の通過はない）は点線で、それぞれ示してある。
光軸５に対して傾きをもつ３本の主光線Ｌ１〜Ｌ３のうち、主光線Ｌ１は容器９９の口部９９ａの内孔を通るものであり、その光路は絞り１１の開口１１ａを通って結像面７に達している。主光線Ｌ２は口部９９ａの内周面が最も突き出たＰに当たるものであり、その仮想光路は絞り１１の開口１１ａを通って結像面７に至っている。主光線Ｌ３は容器９９の肩部９９ｅを透過したものであり、レンズ１０外の位置に到達し、その仮想光路は絞り１１の開口１１ａを通って結像面７に至っている。
なお、光線Ｌ４は口部９９ａの内周面が最も突き出た部分Ｐに当たって反射した光であり、レンズ１０を経た後、絞り１１の開口１１ａに至らずに絞り１１で遮断されている。
【００３０】
図１５，１６に示したテレセントリック光学系１１１では、前記光学像１２の結像に関わる光軸５と平行な主光線は、図１８で説明したように、主光線Ｌ（図中、実線で示す。）を中心に最大αの開き角度をもつ光成分（図中、一点鎖線で示す。）を有している。
図３に示した光学系１では、絞り１１の位置を焦点位置Ｆの後方（レンズ１０から離れる方向）へ光軸５に沿ってずらせることによって、主光線を光軸５に対して光軸５から離れる方向へ傾けているので、図４に示すように、主光線Ｌを中心として最大αの開き角度をもつ光成分（図中、一点鎖線で示す。）も主光線Ｌと同様に傾くことになる。
【００３１】
図３の光学系１では、図４における最も内向きの光成分Ｌ′が光軸５と平行となるように主光線Ｌを傾けており、これにより、口部９９ａの内周面が最も突き出た部分Ｐでの反射光が、テレセントリック光学系１１１では主光線Ｌに対して内向きの光成分Ｌ′と重なって絞り１１の開口１１ａを通過していたのが、この光学系１では、絞り１１の開口１１ａには至らずに絞り１１の位置で遮断されるようにしている。
【００３２】
図５および図６は、図３の光学系１によって結像面７に結像させた光学像１２を示している。この光学像１２は、中央に口部の内孔を通過した光によって生成される円形の明部１３を含み、その周囲に口部９９ａの内周面が最も突き出た部分Ｐで光が遮断されることにより現れるリング状の第１の暗部１４と、さらにその周囲に生成される口部の天面９９ｄを示すリング状の第２の暗部１５とを含むものである。第２の暗部１５は第１の暗部１４に吸収されて一体となっており、第１の暗部１４の内周縁（エッジ）には口部９９ａの内面反射による影部は発生していない。
図５に示す光学像１２は「良品」であるのに対し、図６に示す光学像１２は口部の内周面が最も突き出る部分Ｐに突起が発生した「不良品」である。なお、図６において、１７は前記突起の画像部分である。
【００３３】
図１５，１６に示したテレセントリック光学系１１１では、主光線が光軸５に対して平行であるので、主光線に対して外方へ向く光成分は口部９９ａの内周面によって遮断され、その結果、光量が減少して明瞭なエッジの光学像が得られないが、この光学系１では、主光線を光軸５に対して傾けているので、最も突き出る部分Ｐがある程度の長さにわたる形態であっても、主光線に対して外方へ向く光成分はびん口の内周面により遮断されないので、第１の暗部１４のエッジが明瞭な光学像１２が得られる。
【００３４】
図１，２に示されるこの発明の実施例の口部検査装置は、一対の光学系１Ａ，１Ｂによって口部９９ａの対角部分の光学像１２Ａ，１２Ｂを各結像面７Ａ，７Ｂに結像させ、各光学像１２Ａ，１２Ｂを画像処理により結合したうえで、その合成画像によって口部９９ａの内径や内部形状を検査するもので、図５には、各光学系１Ａ，１Ｂにより得られる光学像の領域を太い実線ａ，ｂで示してある。
【００３５】
また、図３の光学系１では、図７に示すように、最も突き出る部分Ｐ以外の部分、例えば開口部分９９ｃより所定の寸法（例えば５ｍｍ）だけ内側の部分９９ｆについても、主光線Ｌ（図中、矢印で示す。）を光軸５に対して傾けているので、最も突き出る部分Ｐ以外では遮光されず、多少ぼけて精度は落ちるが、検査が可能である。
【００３６】
また、光学像１２の生成に関わる主光線は容器９９の口部９９ａに対して底部９９ｂの中心に向かって収束しているので、絞り板３の開口部４が小さくても、容器９９の底部９９ｂの形状などに起因する光の屈折に対して、他の角度成分の光の屈折により前記主光線が補填されるので、光学像１２に容器９９の底部９９ｂの画像が出現することはない。従って、口部の内径と底部の径との差が小さい容器についても、容器９９の底部９９ｂの形状などに起因する光の屈折に対して、他の角度成分の光の屈折により前記主光線を補填するために、絞り板３の開口部４の径を底部の径より大きく設定しなくても、主光線の補填を十分に行える。その結果、容器９９を絞り板３上に載置して検査できるとともに、底部９９ｂの径が小さな容器９９についても検査できる。
【００３７】
この発明の一実施例である図１，２の口部検査装置は、主として広口容器９９′を検査対象とするために、図３の単一の光学装置６に代えて、一対の光学装置６Ａ，６Ｂが用いられている。
図示例の口部検査装置は、投光装置２０と、一対の光学装置６Ａ，６Ｂと、ディスプレイ８０を有する画像処理装置８とで構成されている。前記投光装置２０は、拡散光を発生する光源２と、中央に円形の開口部４を有する絞り板３とを含んでいる。光源２からの光は絞り板３の開口部４で絞られて容器９９′の底部９９ｂへ照射される。
【００３８】
前記絞り板３は検査テーブルを兼ねており、検査対象の容器９９′は図示しない搬出入機構によって絞り板３上に導入されて検査される。そして、検査終了後は前記搬出入機構によって絞り板３上より導出される。検査の実施に際しては、絞り板３は所定の角度づつ間欠的に回転させるもので、図示しない回転機構に接続されている。
【００３９】
各光学装置６Ａ，６Ｂは、容器９９′の口部９９ａの上方に、口部９９ａの中心を通る中心線９に対して対角位置にそれぞれ位置決めされる光学系１Ａ，１Ｂと、各光学系１Ａ，１Ｂによって容器９９′の口部９９ａの対角部分の光学像１２Ａ，１２Ｂを結像させる結像面７Ａ，７Ｂとを含んでいる。各結像面７Ａ，７ＢはＣＣＤをもって構成されている。各結像面７Ａ，７Ｂに結像された各光学系１Ａ，１Ｂによる光学像１２Ａ，１２Ｂは、画像処理装置８に取り込まれて口部９９ａの内径計測のための画像処理が行われる。
【００４０】
各光学系１Ａ，１Ｂは、遮光板１９Ａ，１９Ｂとレンズ１０Ａ，１０Ｂと絞り１１Ａ，１１Ｂとをそれぞれ含んでいる。各レンズ１０Ａ，１０Ｂは、それぞれの光軸５Ａ，５Ｂが口部９９ａの中心線９と平行でありかつ等距離だけ離れて位置している。各光軸５Ａ，５Ｂ上にレンズ１０Ａ，１０Ｂがそれぞれ位置し、各レンズ１０Ａ，１０Ｂの後方に絞り１１Ａ，１１Ｂが、各絞り１１Ａ，１１Ｂの後方に結像面７Ａ，７Ｂが、それぞれ位置決めされる。
【００４１】
各レンズ１０Ａ，１０Ｂは複数枚のレンズの集合体であり、ピントの調整が可能である。各レンズ１０Ａ，１０Ｂのピントは、容器９９′の口部９９ａにおいて、開口部分９９ｃより所定の距離ｔ（例えば１５ｍｍ）だけ奥まった位置、すなわち、口部９９ａの内周面が最も突き出る部分Ｐに合わされている。なお、口部９９ａの内周面が最も突き出る部分Ｐは、図示例の位置に限らず、例えば、口部９９ａの開口部分９９ｃに位置することもあり、その場合は開口部分９９ｃの付近にレンズ１０Ａ，１０Ｂのピントを合わせることになる。
【００４２】
各絞り１１Ａ，１１Ｂは中央に開口１１ａ，１１ｂを有しており、絞り値の調整によって開口面積を変えて、各結像面７Ａ，７Ｂに当たる光量を調整する。この絞り値は、ある程度の焦点深度が得られかつ計測に必要な光量が十分に確保できる最適な値に設定される。
【００４３】
各絞り１１Ａ，１１Ｂは、レンズ１０Ａ，１０Ｂの後方側の焦点位置Ｆから光軸５Ａ，５Ｂ沿いに所定の距離ｄだけ前方（各レンズ１０Ａ，１０Ｂに近づく方向）へずらせて位置決めされている。これによって、光学像１２Ａ，１２Ｂの結像に関わる主光線Ｌ_Ａ，Ｌ_Ｂは、口部９９ａの中心線９に対しては外方（中心線９から離れる方向）へ、光軸５Ａ，５Ｂに対しては内方（光軸５Ａ，５Ｂに近づく方向）へ、傾いている。その結果、口部９９ａの内周面が最も突き出た部分Ｐでの反射光は、図１５，１６のテレセントリック光学系１１１では、絞り１１の開口１１ａを通過していたのが、この光学系１Ａ，１Ｂでは、各絞り１１Ａ，１１Ｂの開口１１ａ，１１ｂを通過せずに絞り１１Ａ，１１Ｂの位置で遮断されることになる。
【００４４】
図２には、光学像１２Ａ，１２Ｂの結像に関わる主光線Ｌ_Ａ，Ｌ_Ｂが実線で、各主光線Ｌ_Ａ，Ｌ_Ｂを中心として最大αの開き角度をもつ光成分が一点鎖線で、それぞれ示してある。各主光線Ｌ_Ａ，Ｌ_Ｂは、容器９９′の口部９９ａの内孔を通るものであって、各光軸５Ａ，５Ｂに対して傾きをもち、その光路は絞り１１Ａ，１１Ｂの開口１１ａ，１１ｂを通って結像面７Ａ，７Ｂに達している。この実施例では、最も外向きの光成分Ｌ_Ａ′，Ｌ_Ｂ′が光軸５Ａ，５Ｂと平行となるように主光線Ｌ_Ａ，Ｌ_Ｂを傾けることにより、口部９９ａの内周面が最も突き出る部分Ｐに当たって反射した光が絞り１１Ａ，１１Ｂの開口１１ａ，１１ｂに至らずに絞り１１Ａ，１１Ｂの位置で遮断されるようにしている。
なお、主光線Ｌ_Ａ，Ｌ_Ｂの光軸５Ａ，５Ｂに対する傾きは、光学像１２Ａ，１２Ｂについて適正な２値画像（詳細は後述）が得られるのであれば、必ずしも光成分Ｌ_Ａ′，Ｌ_Ｂ′が光軸５Ａ，５Ｂと平行となるように設定する必要はない。
主光線Ｌ_Ａ，Ｌ_Ｂを中心に最大αの開き角度をもつ光成分のうち、光軸５Ａ，５Ｂと平行な光路よりも内側になる光成分が１／３程度であれば、主光線Ｌ_Ａ，Ｌ_Ｂを光軸５Ａ，５Ｂに対して傾ければ、光学像１２Ａ，１２Ｂについて適正な２値画像が得られる。
【００４５】
図８（１）（２）は、各結像面７Ａ，７Ｂに結像した口部９９ａの対角部分の光学像１２Ａ，１２Ｂを示している。各光学像１２Ａ，１２Ｂは、口部９９ａの一部分の像であるが、図５で説明した光学像１２と同様、口部９９ａの内面反射による影部は発生せず、また、最も突き出る部分Ｐがある程度の長さにわたる形態であっても暗部のエッジ１４Ａ，１４Ｂも明瞭であり、さらに、最も突き出る部分Ｐ以外の部分についても多少ぼけて精度は落ちるが、検査が可能である。図中、１３Ａ，１３Ｂは、口部９９ａの内孔を通過した光によって生成される明部である。
【００４６】
なお、上記の実施例では、各光学系１Ａ，１Ｂは、図１２（１）に示すように、レンズ１０Ａ，１０Ｂの後方側の焦点位置Ｆから光軸５Ａ，５Ｂに沿って前方へずらせた位置に絞り１１Ａ，１１Ｂを位置決めしたものであるが、これに限らず、例えば図１２（２）〜（５）に示すような構成のものであってもよい。なお、各図には、光学像の結像に関わる主光線Ｌを実線で、主光線Ｌを中心として最大αの開き角度をもつ光成分Ｌ′を一点鎖線で、それぞれ示してある。
【００４７】
図１２（２）は、絞り１１Ａ，１１Ｂを図１２（１）の位置よりさらに後方に位置決めしたものである。
図１２（３）は、絞り１１Ａ，１１Ｂを図１２（１）の位置よりさらに前方に位置決めしたものである。
図１２（４）は、レンズ１０Ａ，１０Ｂおよびその光軸５Ａ，５Ｂを光学像の結像に関わる主光線Ｌの傾きに合わせて傾けたもので、絞り１１Ａ，１１Ｂはレンズ１０Ａ，１０Ｂのレンズ群と一体にマウントされている。
図１２（５）は、レンズ１０Ａ，１０Ｂとしてシフトレンズを用いたもので、絞り１１Ａ，１１Ｂはレンズ１０Ａ，１０Ｂのレンズ群と一体にマウントされている。
【００４８】
図１に示される画像処理装置８は、各結像面７Ａ，７Ｂより光学像１２Ａ，１２Ｂを取り込んで口部９９ａの内径計測のための所定の画像処理を実行するもので、図９に示すように、一対の画像入力部２１Ａ，２１Ｂ、一対の画像メモリ２２Ａ，２２Ｂ、画像出力部２３、および制御部２４などで構成されている。
各画像入力部２１Ａ，２１Ｂは各光学像１２Ａ，１２Ｂの濃淡画像信号を取り込んでデジタル量の濃淡画像データに変換し、さらに、所定の２値化しきい値で２値化処理して２値画像を生成する。各画像メモリ２２Ａ，２２Ｂは濃淡画像データやその２値画像データを記憶するためのものである。画像出力部２３は画像データをアナログ量の画像データに変換してディスプレイ８０へ出力し、画面上に画像を表示させる。
【００４９】
前記制御部２４は、各光学像１２Ａ，１２Ｂの２値画像を結合して図１０に示すような合成画像１２Ｃを生成した後、その合成画像１２Ｃによって口部９９ａの内径ｒを算出する。まず制御部２４は、２個の光学像１２Ａ，１２Ｂのエッジ間距離（画素数）ｘ１を画像の一方の端縁から一方の光学像１２Ｂのエッジまでの画素数ｘ３と前記端縁から他方の光学像１２Ａのエッジまでの画素数ｘ２との差（ｘ１＝ｘ３−ｘ２）から求める。つぎに、エッジ間距離ｘ１に画像の結合によって生じる結合誤差Δｘを加えることにより口部９９ａの内径ｒに相当する画素数Ｒを求める（Ｒ＝ｘ１＋Δｘ）。つぎに、前記画素数Ｒを画素数と実寸法との換算率βで割って口部９９ａの内径ｒを算出する（ｒ＝Ｒ／β）。
【００５０】
前記換算率βは、図１の口部検査装置における一方の光学装置（例えば６Ａ）を用いて基準物体（例えば広口でない容器）の光学像１２Ｄ（図１１に示す）を生成することによって求めることができる。
例えば、光軸５Ａが基準物体としての容器の口部の中心線９に一致するように一方の光学装置６Ａを位置決めし、その光学装置６Ａによって得られた前記光学像１２Ｄについて、エッジ間距離（画素数）Ｄ１を画像の一方の端縁から一方の光学像１２Ｄのエッジまでの画素数Ｄ３と前記端縁から他方の光学像１２Ｄのエッジまでの画素数Ｄ２との差（Ｄ１＝Ｄ３−Ｄ２）から求めた後、エッジ間距離Ｄ１を基準物体の実寸法ｄで割って前記換算率βを算出する（β＝Ｄ１／ｄ）。
【００５１】
また、前記結合誤差Δｘは、図１の口部検査装置における両方の光学装置６Ａ，６Ｂを用いて基準物体としての広口容器の光学像１２Ｅ（図１０に示す。）を生成することによって求めることができる。
すなわち、各光学装置６Ａ，６Ｂによる光学像１２Ａ，１２Ｂの２値画像を結合して合成画像１２Ｅを生成し、その合成画像１２Ｅについて、まず、２個の光学像１２Ａ，１２Ｂのエッジ間距離（画素数）Ｅ１を画像の一方の端縁から一方の光学像１２Ｂのエッジまでの画素数Ｅ３と前記端縁から他方の光学像１２Ａのエッジまでの画素数Ｅ２との差（Ｅ１＝Ｅ３−Ｅ２）から求めた後、基準物体のの実寸法ｅに前記換算値βを掛けて実寸法ｅを画素数に換算した換算値Ｅを求め、前記エッジ間距離Ｅ１と換算値Ｅとの差から前記結合誤差Δｘを算出する（Δｘ＝Ｅ１−Ｅ）。
【００５２】
検査対象である広口容器９９′が検査テーブルを兼ねる絞り板３上に導入されると、絞り板３を所定の角度づつ間欠的に回転させつつ口部９９ａの光学像１２Ａ，１２Ｂを生成して、上記した画像処理によって口部９９ａの内径ｒを設定個数だけ算出する。前記制御部２４は、設定個数の内径ｒの算出値から最大値、最小値、および最大値と最小値との偏差とを求め、最大値は最大値のしきい値と、最小値は最小値のしきい値と、偏差は偏差のしきい値と、それぞれ比較し、そのいずれもがしきい値を越えなければ、「良品」と判断される。しかし、いずれかがしきい値を越えれば、「不良品」の判断がなされる。
【００５３】
なお、上記の良否判別は、この実施例のように、口部９９ａの内径ｒを設定個数だけ算出してその算出値の最大値、最小値、および偏差をそれぞれのしきい値と比較することにより行ってもよいが、画素数から実寸法への換算を行わずに、口部９９ａの内径ｒに相当する画素数Ｒを設定個数だけ算出してその算出値の最大値、最小値、および偏差をそれぞれのしきい値（画素数）と比較することにより行ってもよい。
【００５４】
【発明の効果】
この発明によれば、容器の口部の内面形状に関わる情報を確実に取得し得る最適な光学像を得ることができ、口部の内径などの計測を正確かつ迅速に行うことができる。また、有効径の大きな高価なレンズを用いることなく、広口容器についても検査できるもので、装置の大型化とコスト高とを招くおそれもない。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の一実施例である容器の口部検査装置の構成を示す正面図である。
【図２】光学装置の構成と光路とを示す説明図である。
【図３】この発明の原理説明図である。
【図４】主光線とその成分を示す説明図である。
【図５】良品の光学像を示す説明図である。
【図６】不良品の光学像を示す説明図である。
【図７】容器の口部を拡大して示す断面図である。
【図８】一対の光学装置による各光学像を示す説明図である。
【図９】画像処理装置の構成を示すブロック図である。
【図１０】２個の光学像を結合して得られた合成画像を示す説明図である。
【図１１】基準物体の光学像を示す説明図である。
【図１２】光学系の種々の実施態様を示す説明図である。
【図１３】一般的な光学的検査装置の構成と光路とを示す説明図である。
【図１４】図１３の装置により得た光学像を示す説明図である。
【図１５】テレセントリック光学系が用いられた光学的検査装置の構成を示す正面図である。
【図１６】図１５の光学装置の構成と光路とを示す説明図である。
【図１７】図１５の装置により得た光学像を示す説明図である。
【図１８】主光線とその成分を示す説明図である。
【符号の説明】
１Ａ，１Ｂ光学系
２光源
５Ａ，５Ｂ光軸
７Ａ，７Ｂ結像面
８画像処理装置
９中心線
１０Ａ，１０Ｂレンズ
１１Ａ，１１Ｂ絞り
９９容器
９９ａ口部[0001]
[Industrial applications]
The present invention relates to a mouth inspection apparatus for a container for optically inspecting the inner diameter and inner surface shape of the mouth in a non-contact manner with respect to a container having a mouth such as a glass bottle and a plastic bottle. The present invention relates to an apparatus for inspecting the mouth of a container which can be inspected even for a container called “wide mouth” having a large inner diameter of the mouth.
[0002]
[Prior art]
When manufacturing a container having a mouth, an outer diameter, an inner diameter, a top inclination, and the like of the mouth are inspected in an inspection process. In the inspection of the mouth, an inspection of a method of inserting a plug having a predetermined diameter into the mouth has been conventionally performed. In this inspection, if the plug can be inserted into the mouth, the container is determined to be “good”. On the other hand, if the plug cannot be inserted into the mouth, the container is determined to be “defective”.
However, especially for containers filled with food and beverages, this type of inspection method in which a plug is brought into contact with the inner surface of the mouth is not welcomed. For example, a non-contact inspection method using an optical device is adopted. Tend to be.
[0003]
FIG. 13 shows a general inspection device using an optical device. In FIG. 1, reference numeral 101 denotes a light source that generates diffused light. A part of the light emitted from the light source 101 is applied to the bottom 99b of the container 99 through the circular opening 103 of the diaphragm plate 102. The optical axis 104 passes through the center of the opening 99 a of the container 99, and the optical device 100 is disposed on the optical axis 104 above the container 99. The optical device 100 includes an optical system 105 in which a plurality of lenses and a stop disposed therebetween are integrally mounted, and forms an optical image 107 of the opening 99a on an image forming surface 106. In the drawing, a solid line reaching the image forming plane 106 is an optical path of a portion of the optical image 107 that looks bright. Further, the dotted line is a virtual optical path of a portion that looks dark and does not actually pass light.
[0004]
As shown in FIG. 14, the optical image 107 has a circular bright portion 108 generated by light transmitted through the inner hole of the mouth at the center and a ring top surface 99d formed at the outer periphery thereof. And a dark portion 109 in the shape of a circle. Between the circular bright portion 108 and the ring-shaped dark portion 109, the light reflected on the inner peripheral surface of the mouth 99a (L in FIG. 13). _p Indicated by ) Are present. Therefore, information relating to the shape of the top surface 99d of the mouth and the shape of the opening 99c cannot be clearly obtained from the optical image 107, and information relating to the inner surface shape of the portion P where the inner peripheral surface protrudes most can also be obtained. However, it is difficult to inspect the inside of the mouth with the inspection device having the configuration shown in FIG.
[0005]
A recently proposed optical inspection apparatus (see Patent Document 1) is capable of obtaining an optical image from which information relating to the inner surface shape of the mouth of a container can be obtained. The telecentric optical system 111 shown in FIG.
[0006]
[Patent Document 1]
JP-A-8-54213
[0007]
In FIG. 15, reference numeral 2 denotes a light source for generating diffused light. The light from the light source 2 is converged by the circular opening 4 of the diaphragm plate 3 and irradiated to the bottom 99b of the container 99. An optical device 6 including a telecentric optical system 111 is arranged on the optical axis 5 passing through the center of the opening 99a of the container 99, and an optical image of the opening 99a of the container 99 is formed on an image forming surface 7 made of a CCD. Is done. This optical image is captured by the image processing device 8 and subjected to image processing for measuring the inner diameter of the mouth 99a. In the drawing, a display 80 is for displaying an optical image, input / output data, and the like.
[0008]
The telecentric optical system 111 includes a lens mount (hereinafter, simply referred to as a “lens”) 10 which is an aggregate of a plurality of lenses on the optical axis 5 and which can be adjusted in focus, and an aperture 11. It is arranged so as to be located at the focal position F of the lens 10. In this optical system 111, as shown in FIG. 16, only light parallel to the optical axis 5 is refracted by the lens 10 and passes therethrough, and then condensed on the image plane 7 through the opening 11a of the stop 11. Light that is not parallel to the optical axis 5, for example, light reflected on the inner peripheral surface of the opening 99a, is refracted by the lens 10 and passes therethrough, but is blocked without reaching the opening 11a of the diaphragm 11.
In FIG. 16, the optical path of a portion that looks bright in the optical image 12 is indicated by a solid line, and the virtual optical path of a portion that appears dark (actually no light passes) is indicated by a dotted line.
[0009]
The lens 10 is focused on a portion P where the inner peripheral surface of the mouth portion 99a protrudes most. The optical system 1 allows the inner surface shape of the mouth portion 99a of the container 99, that is, the inner peripheral surface of the mouth portion 99a to be most focused. An optical image 12 from which information relating to the inner surface shape of the protruding portion P can be obtained is obtained.
[0010]
As shown in FIG. 17, the optical image 12 includes a circular bright portion 13 generated by light passing through the inner hole of the mouth at the center, and a portion P of the mouth 99a most protruding therearound. It includes a ring-shaped first dark portion 14 that appears when light is blocked, and a ring-shaped second dark portion 15 that is formed around the first dark portion 14 and that indicates the top surface 99d of the mouth.
[0011]
The optical image 12 is taken into the image processing device 8, and after converting the grayscale image into a binary image, an inscribed circle 16 having the largest diameter among circles inscribed in the first dark portion 14 is obtained. If the diameter of the maximum inscribed circle 16 is the inner diameter (effective diameter) of the mouth 99a, and the upper and lower limits of the inner diameter of the mouth 99a are R1 and R2, the measured value r of the inner diameter is within a predetermined range. , That is, when r> R1 or r <R2, the container is determined to be defective.
[0012]
[Problems to be solved by the invention]
Incidentally, the principal ray parallel to the optical axis 5 relating to the formation of the optical image 12 is, as shown in FIG. 18, actually, in the outer peripheral direction around the principal ray L (indicated by a solid line in the figure). It has a light component having an opening angle of the maximum α (indicated by a dashed line in the figure). This is because the aperture 11a of the aperture 11 is set to a correspondingly large diameter in order to secure a light amount necessary for measurement. In the drawing, A, B, and C are points on the container 99 where focus is achieved, that is, points near the portion P where the inner peripheral surface of the mouth portion 99a protrudes most.
When light is reflected in the vicinity of the portion P where the inner peripheral surface of the mouth 99a protrudes most, a part of the reflected light (L in FIG. _p Indicated by ) Overlaps with the light component L ′ directed inward with respect to the principal ray L, the reflected light L along the inner peripheral edge of the first dark portion 14 of the optical image 12. _p Is caused to appear (see FIG. 17).
[0013]
The shadow portion 18 has an intermediate brightness, and when the shadow portion 18 appears in the optical image 12, the inner peripheral edge of the first dark portion 14 becomes unclear. This is a measurement error of the diameter of the maximum inscribed circle 16. Is a factor that causes Further, in the image processing apparatus, the grayscale image of the optical image 12 is binarized, but there is a problem that setting of the binarization threshold is not easy.
[0014]
In order to solve this problem, the reflected light L reflected near the portion P where the inner peripheral surface of the mouth portion 99a of the container 99 projects most by the diaphragm plate 3 is described. _p It is also conceivable to restrict the overlap with the light component L 'by restricting the optical path of the container 99. However, such a method is not preferable because the influence of light refraction at the bottom 99b of the container 99 appears.
That is, the use of the diffusion light source as the light source 2 is such that when the light is refracted due to the shape of the bottom 99b of the container 99, the unevenness of the thickness, the engraving of the model number, etc., the light of other angle components This is to compensate for the principal ray parallel to the optical axis 5 by refraction. _p When the aperture 4 of the diaphragm plate 3 is made small in order to restrict the optical path of the light, the principal ray can be compensated by refraction of light of another angle component against refraction of light due to the shape of the bottom 99b. This causes a problem that an image of the bottom 99b of the container 99 appears in the optical image 12 as a result.
[0015]
Accordingly, in order to compensate for the refraction of light caused by the shape of the bottom 99b of the container 99 and the like, the principal ray parallel to the optical axis 5 is compensated by refraction of light of another angle component. Must be set to be considerably larger than the inner diameter of the mouth 99a of the container 99. For a container having a small difference between the inner diameter of the mouth and the diameter of the bottom, the diameter of the opening 4 of the diaphragm plate 3 is set to be larger than the diameter of the bottom in order to compensate for the principal ray by refraction of light of another angle component. Then, there arises a problem that the container cannot be placed on the aperture plate 3 and inspected. Since the diaphragm plate 3 is also for supporting the container, if the container cannot be placed on the diaphragm plate 3, there is no other choice but to suspend the container and perform the inspection. On the other hand, assuming that the diameter of the opening 4 of the diaphragm plate 3 is reduced in order to place the container on the diaphragm plate 3 for inspection, as described above, the optical axis 5 is refracted by refraction of light of another angle component. Cannot be sufficiently compensated for for the principal ray parallel to.
[0016]
Further, the container includes a container called “wide mouth” having a large inner diameter of the mouth (hereinafter, referred to as “wide mouth container”). When the wide mouth container is to be inspected, the lens of the telecentric optical system 111 is used. It is necessary to use 10 having an effective diameter corresponding to the inner diameter of the mouth. For example, in a container having an inner diameter of 28 mm in the mouth, it is necessary to use a large lens having an effective diameter of about 47 mm. As a result, the distance between the container and the lens becomes extremely large. This makes it difficult to put it to practical use at all.
[0017]
The present invention has been made in view of the above problem, and can obtain an optimum optical image that can reliably obtain information on the inner surface shape of the mouth of the container, and can accurately measure the inner diameter of the mouth. It is an object of the present invention to provide an apparatus for inspecting the mouth of a container which can be performed quickly.
[0018]
It is a further object of the present invention to provide an inexpensive and small-sized container mouth inspection apparatus capable of inspecting a wide-mouthed container without using a lens having a large effective diameter.
[0019]
[Means for Solving the Problems]
The mouth inspection apparatus for a container according to the present invention is positioned at a diagonal position with respect to a center line of the mouth above a mouth of the container with a light source for irradiating diffused light toward the bottom of the container having the mouth. The optical system includes a pair of optical systems, and an imaging surface on which an optical image of a diagonal portion of the mouth is formed by each optical system. Each optical system, when positioned above the mouth, a lens and an aperture so that the principal ray of light from the light source relating to the formation of an optical image of the mouth is inclined in a direction away from the center line of the mouth. Are set respectively.
[0020]
Further, in addition to the above-described configuration, the container mouth inspection device according to the present invention executes an image process for measuring an inside diameter of a mouth by capturing an optical image of a diagonal portion of the mouth from an imaging surface. The image processing apparatus further includes an image processing device.
[0021]
In a preferred embodiment of the present invention, as each optical system, a lens is arranged so that the center line of the opening is parallel to the optical axis, and the optical axis is a predetermined distance from the focal position on the rear side of the lens. Is used in which the stop is positioned at a position shifted forward along the arrow, but the invention is not necessarily limited to such an optical system.
[0022]
In a preferred embodiment of the present invention, the lens is focused on a position where the inner peripheral surface of the mouth projects most. Here, the “position where the inner peripheral surface of the mouth protrudes most” is, in other words, a portion where the inner diameter of the mouth is narrowed most, and the narrowed portion has a constricted shape. This includes not only the case where there is a continuation but also the case where it is continuous over a predetermined length.
[0023]
[Action]
After positioning a pair of optical systems at a diagonal position with respect to the center line of the mouth, for example, above the mouth of the wide-mouthed container, irradiating the bottom of the container with diffused light, the diagonal portion of the mouth by each optical system Is formed on the image plane. In each optical image, a dark portion appears because light is blocked at a portion where the inner peripheral surface of the mouth protrudes most around a bright portion due to light passing through the inner hole of the mouth. Thus, information relating to the inner surface shape of the mouth of the container can be obtained.
[0024]
In a telecentric optical system in which the stop is located at the focal position of the lens, a shadow portion appears due to reflected light near the portion where the inner peripheral surface of the mouth projects most along the inner peripheral edge of the dark portion. In, the positional relationship between the lens and the aperture is set so that the principal ray of light from the light source related to the formation of the optical image of the mouth is inclined in a direction away from the center line of the mouth. The reflected light on the inner peripheral surface does not overlap with the light component centered on the principal ray, does not pass through the aperture of the stop, and does not have the shadow portion in the optical image.
In addition, even if the light source is small, the chief ray converges toward the center of the bottom with respect to the mouth of the container. The chief ray is compensated for by the refraction, so that the image of the bottom of the container does not appear in the optical image.
[0025]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
1 and 2 show the configuration of a container mouth inspection apparatus according to an embodiment of the present invention. Although the mouth inspection apparatus of the illustrated example can inspect not only a wide-mouthed container but also a wide-mouthed container 99 ′, the mouth illustrated in FIG. It is common in the basic principle with the part inspection device. Therefore, here, the configuration of the embodiment shown in FIGS. 1 and 2 will be referred to while explaining the principle by the mouth inspection apparatus of FIG.
[0026]
The mouth inspection apparatus shown in FIG. 3 includes a light source 2 that emits diffused light and an aperture plate 3 having a circular opening 4 in the center, as a light emitting device that emits light to the container 99. Light from the light source 2 is squeezed by the opening 4 of the diaphragm plate 3 and applied to the bottom 99b of the container 99. The optical axis 5 of the optical system 1 is set on a center line passing through the center of the opening 99a of the container 99. The optical image 12 of the opening 99a by the optical system 1 is formed on the image plane 7.
In the embodiment of the present invention shown in FIGS. 1 and 2, the mouth 99a of the container 99 'is observed by a pair of optical devices 6A and 6B, and the optical systems 1A and 1B in each of the optical devices 6A and 6B are observed. The optical axes 5A and 5B are parallel to the center line 9 of the opening 99a and are displaced by a distance corresponding to the radius of the lenses 10A and 10B of the optical systems 1A and 1B.
[0027]
The optical system 1 of FIG. 3 includes a lens 10 on the optical axis 5 and a stop 11 positioned behind the lens 10. The focus of the lens 10 is set at a position in the mouth 99a of the container 99 that is deeper than the opening 99c by a predetermined distance t (for example, 15 mm), that is, a portion P where the inner peripheral surface of the mouth 99a protrudes most. .
[0028]
The diaphragm 11 has an opening 11a at the center. In the telecentric optical system 111 shown in FIGS. 15 and 16, only the light parallel to the optical axis 5 passes through the aperture 11 a of the aperture 11 and the image plane 7 because the aperture 11 a of the aperture is located at the focal position F of the lens 10. The light that is not parallel to the optical axis 5 is removed at the position of the stop 11 without passing through the opening 11 a of the stop 11. On the other hand, in the optical system 1 shown in FIG. 3, the diaphragm 11 is positioned so as to be shifted rearward (in a direction away from the lens 10) by a predetermined distance d from the focal position F on the rear side of the lens 10 along the optical axis 5. is there.
According to the optical system 1, the principal rays L1 to L3 are inclined outward (in a direction away from the optical axis 5) with respect to the optical axis 5, so that the inner peripheral surface of the opening 99a protrudes most at the portion P. In the telecentric optical system 111, the reflected light has passed through the opening 11a of the stop 11, but in this optical system 1, the reflected light is blocked at the position of the stop 11 without passing through the opening 11a of the stop 11. .
[0029]
In FIG. 3, the optical path of a bright portion of the optical image 12 formed on the image plane 7 is indicated by a solid line, and the virtual optical path of a dark portion (actually, no light passes) is indicated by a dotted line.
Of the three principal rays L1 to L3 inclined with respect to the optical axis 5, the principal ray L1 passes through the inner hole of the opening 99a of the container 99, and its optical path passes through the opening 11a of the stop 11. The imaging plane 7 has been reached. The principal ray L <b> 2 hits P where the inner peripheral surface of the opening 99 a protrudes most, and its virtual optical path reaches the image plane 7 through the opening 11 a of the stop 11. The principal ray L3 is transmitted through the shoulder 99e of the container 99, reaches a position outside the lens 10, and its virtual optical path reaches the image plane 7 through the opening 11a of the stop 11.
The light ray L4 is light that is reflected by hitting the portion P where the inner peripheral surface of the mouth portion 99a protrudes most. After passing through the lens 10, the light ray L4 is blocked by the stop 11 without reaching the opening 11a of the stop 11.
[0030]
In the telecentric optical system 111 shown in FIGS. 15 and 16, the principal ray parallel to the optical axis 5 relating to the formation of the optical image 12 is the principal ray L (shown by a solid line in the figure) as described with reference to FIG. ), And has a light component (indicated by a dashed line in the figure) having a maximum opening angle α.
In the optical system 1 shown in FIG. 3, the position of the stop 11 is shifted along the optical axis 5 behind the focal position F (in a direction away from the lens 10), so that the principal ray is shifted from the optical axis 5 to the optical axis. 5, the light component having the maximum opening angle α with respect to the principal ray L (indicated by a dashed line in the figure) is also inclined in the same manner as the principal ray L, as shown in FIG. Will be.
[0031]
In the optical system 1 of FIG. 3, the principal ray L is inclined so that the most inward light component L ′ in FIG. 4 is parallel to the optical axis 5, whereby the inner peripheral surface of the mouth 99a projects most. In the telecentric optical system 111, the reflected light at the portion P overlaps with the light component L ′ directed inward with respect to the principal ray L and passes through the opening 11 a of the diaphragm 11. The shutter 11 is blocked at the position of the stop 11 without reaching the opening 11a.
[0032]
5 and 6 show an optical image 12 formed on the image plane 7 by the optical system 1 of FIG. The optical image 12 includes a circular bright portion 13 generated at the center by light passing through the inner hole of the mouth, and light is blocked at a portion P around which the inner peripheral surface of the mouth 99a protrudes most. And a ring-shaped second dark portion 15 which is formed around the ring-shaped first dark portion 14 and indicates a top surface 99d of the mouth. The second dark portion 15 is absorbed by the first dark portion 14 and is integrated therewith, and no shadow portion is generated on the inner peripheral edge (edge) of the first dark portion 14 due to the internal reflection of the mouth 99a.
The optical image 12 shown in FIG. 5 is a “defective product”, whereas the optical image 12 shown in FIG. 6 is a “defective product” in which a projection is generated at a portion P where the inner peripheral surface of the mouth projects most. In FIG. 6, reference numeral 17 denotes an image portion of the protrusion.
[0033]
In the telecentric optical system 111 shown in FIGS. 15 and 16, since the principal ray is parallel to the optical axis 5, a light component directed outward with respect to the principal ray is blocked by the inner peripheral surface of the opening 99a. As a result, the amount of light is reduced and a clear edge optical image cannot be obtained. However, in this optical system 1, since the principal ray is inclined with respect to the optical axis 5, the protruding portion P extends over a certain length. Even in the form, the light component directed outward with respect to the principal ray is not blocked by the inner peripheral surface of the bottle opening, so that the optical image 12 in which the edge of the first dark portion 14 is clear is obtained.
[0034]
In the mouth inspection apparatus according to the embodiment of the present invention shown in FIGS. 1 and 2, the pair of optical systems 1A and 1B form the optical images 12A and 12B of the diagonal portion of the mouth 99a on the respective imaging surfaces 7A and 7B. After the optical images 12A and 12B are combined by image processing, the combined image is used to inspect the inner diameter and the internal shape of the mouth 99a. FIG. 5 shows the results obtained by the optical systems 1A and 1B. The regions of the optical image are indicated by thick solid lines a and b.
[0035]
In addition, in the optical system 1 shown in FIG. 3, as shown in FIG. 7, the chief ray L (see FIG. (Indicated by an arrow in the middle) is inclined with respect to the optical axis 5, so that light is not shielded except at the protruding portion P, and the inspection is possible although the accuracy is slightly lowered and the accuracy is lowered.
[0036]
In addition, since the chief ray relating to the generation of the optical image 12 converges toward the center of the bottom 99b with respect to the opening 99a of the container 99, even if the opening 4 of the diaphragm plate 3 is small, the bottom of the container 99 Since the chief ray is compensated for by the refraction of light of another angle component with respect to the refraction of light caused by the shape of 99b, the image of the bottom 99b of the container 99 does not appear in the optical image 12. Therefore, even for a container having a small difference between the inner diameter of the mouth and the diameter of the bottom, the chief ray is refracted by refraction of light of another angle component with respect to refraction of light caused by the shape of the bottom 99b of the container 99. Even if the diameter of the opening 4 of the diaphragm plate 3 is not set to be larger than the diameter of the bottom portion, the principal ray can be sufficiently compensated. As a result, the container 99 can be placed on the aperture plate 3 and inspected, and the container 99 having a small bottom portion 99b can be inspected.
[0037]
The mouth inspection apparatus shown in FIGS. 1 and 2 according to an embodiment of the present invention mainly has a pair of optical devices 6A instead of the single optical device 6 shown in FIG. , 6B are used.
The illustrated mouth inspection device includes a light projecting device 20, a pair of optical devices 6A and 6B, and an image processing device 8 having a display 80. The light projecting device 20 includes a light source 2 for generating diffused light, and an aperture plate 3 having a circular opening 4 in the center. The light from the light source 2 is narrowed down by the opening 4 of the diaphragm plate 3 and irradiated to the bottom 99b of the container 99 '.
[0038]
The diaphragm plate 3 also serves as an inspection table, and the container 99 'to be inspected is introduced onto the diaphragm plate 3 by a carrying-in / out mechanism (not shown) and inspected. After the inspection is completed, the sheet is taken out of the aperture plate 3 by the carrying-in / out mechanism. When performing the inspection, the aperture plate 3 is intermittently rotated by a predetermined angle and is connected to a rotation mechanism (not shown).
[0039]
Each of the optical devices 6A and 6B includes an optical system 1A and 1B positioned above a mouth 99a of the container 99 'at a diagonal position with respect to a center line 9 passing through the center of the mouth 99a. 1A and 1B include imaging surfaces 7A and 7B for forming optical images 12A and 12B of diagonal portions of the opening 99a of the container 99 '. Each of the imaging surfaces 7A and 7B is constituted by a CCD. The optical images 12A and 12B formed by the optical systems 1A and 1B formed on the image forming surfaces 7A and 7B are taken into the image processing device 8 and subjected to image processing for measuring the inner diameter of the opening 99a.
[0040]
Each of the optical systems 1A and 1B includes light shielding plates 19A and 19B, lenses 10A and 10B, and apertures 11A and 11B, respectively. The optical axes 5A and 5B of the lenses 10A and 10B are parallel to the center line 9 of the opening 99a and are separated by the same distance. The lenses 10A and 10B are respectively positioned on the optical axes 5A and 5B. You.
[0041]
Each of the lenses 10A and 10B is an aggregate of a plurality of lenses, and the focus can be adjusted. The focus of each of the lenses 10A and 10B is located at a position in the mouth 99a of the container 99 ', which is deeper than the opening 99c by a predetermined distance t (for example, 15 mm), that is, at a portion P where the inner peripheral surface of the mouth 99a projects most. Have been combined. The portion P where the inner peripheral surface of the mouth portion 99a protrudes most is not limited to the position shown in the illustrated example, and may be located, for example, at the opening portion 99c of the mouth portion 99a. 10A and 10B will be focused.
[0042]
Each of the apertures 11A and 11B has openings 11a and 11b at the center, and the aperture area is changed by adjusting the aperture value to adjust the amount of light impinging on each of the imaging surfaces 7A and 7B. The aperture value is set to an optimum value that can obtain a certain depth of focus and sufficiently secure the light amount necessary for measurement.
[0043]
The diaphragms 11A and 11B are positioned so as to be shifted from the focal point F on the rear side of the lenses 10A and 10B by a predetermined distance d along the optical axes 5A and 5B (in a direction approaching the lenses 10A and 10B). Thereby, the principal ray L relating to the imaging of the optical images 12A and 12B is formed. _A , L _B Is inclined outward (in a direction away from the center line 9) with respect to the center line 9 of the mouth 99a, and inward (in a direction approaching the optical axes 5A, 5B) with respect to the optical axes 5A, 5B. I have. As a result, in the telecentric optical system 111 shown in FIGS. 15 and 16, the reflected light at the portion P where the inner peripheral surface of the mouth portion 99a protrudes most has passed through the opening 11a of the stop 11, but this optical system 1A , 1B, the light is blocked at the positions of the apertures 11A, 11B without passing through the openings 11a, 11b of the apertures 11A, 11B.
[0044]
FIG. 2 shows a principal ray L related to the formation of the optical images 12A and 12B. _A , L _B Is a solid line, and each chief ray L _A , L _B The light components having the maximum opening angle of α with respect to are shown by dashed lines. Each chief ray L _A , L _B Passes through the inner hole of the opening 99a of the container 99 ', has an inclination with respect to each of the optical axes 5A and 5B, and its optical path passes through the apertures 11a and 11b of the apertures 11A and 11B and forms an image plane. 7A and 7B have been reached. In this embodiment, the most outward light component L _A ', L _B ′ Are parallel to the optical axes 5A and 5B. _A , L _B Is tilted so that the light reflected on the portion P where the inner peripheral surface of the mouth portion 99a projects most does not reach the apertures 11a and 11b of the apertures 11A and 11B and is blocked at the positions of the apertures 11A and 11B.
Note that the principal ray L _A , L _B Of the optical components 5A and 5B is not necessarily equal to the light component L if an appropriate binary image (details will be described later) is obtained for the optical images 12A and 12B. _A ', L _B 'Need not be set so as to be parallel to the optical axes 5A and 5B.
Chief ray L _A , L _B If the light component having an opening angle of the maximum α centered on the light path and located inside the optical path parallel to the optical axes 5A and 5B is about 1/3, the principal ray L _A , L _B Is inclined with respect to the optical axes 5A and 5B, an appropriate binary image can be obtained for the optical images 12A and 12B.
[0045]
FIGS. 8A and 8B show optical images 12A and 12B of the diagonal portion of the opening 99a formed on the image forming surfaces 7A and 7B. Although each of the optical images 12A and 12B is an image of a part of the mouth 99a, similar to the optical image 12 described with reference to FIG. 5, no shadow is generated due to the internal reflection of the mouth 99a, and the most protruding portion P However, the edges 14A and 14B of the dark portion are clear even if the shape extends over a certain length, and the portion other than the most protruding portion P is slightly blurred and the accuracy is lowered, but inspection is possible. In the drawing, 13A and 13B are bright portions generated by light passing through the inner hole of the mouth 99a.
[0046]
In the above embodiment, as shown in FIG. 12A, the optical systems 1A and 1B are shifted forward from the focal point F on the rear side of the lenses 10A and 10B along the optical axes 5A and 5B. Although the apertures 11A and 11B are positioned at the positions, the configuration is not limited to this, and for example, a configuration as shown in FIGS. In each of the drawings, the principal ray L involved in the formation of the optical image is indicated by a solid line, and the light component L 'having an opening angle of a maximum α around the principal ray L is indicated by a dashed line.
[0047]
FIG. 12B shows the diaphragms 11A and 11B positioned further back than the position shown in FIG.
FIG. 12 (3) shows the diaphragms 11A and 11B positioned further forward than the position of FIG. 12 (1).
FIG. 12D shows the lenses 10A and 10B and their optical axes 5A and 5B tilted in accordance with the tilt of the principal ray L relating to the formation of an optical image. The apertures 11A and 11B are the lenses of the lenses 10A and 10B. Mounted together with the group.
FIG. 12 (5) uses a shift lens as the lenses 10A and 10B, and the apertures 11A and 11B are mounted integrally with the lens groups of the lenses 10A and 10B.
[0048]
The image processing apparatus 8 shown in FIG. 1 captures the optical images 12A and 12B from the respective imaging planes 7A and 7B and executes predetermined image processing for measuring the inner diameter of the mouth 99a, as shown in FIG. As described above, it includes a pair of image input units 21A and 21B, a pair of image memories 22A and 22B, an image output unit 23, a control unit 24, and the like.
Each of the image input units 21A and 21B takes in the grayscale image signals of the optical images 12A and 12B, converts them into digital grayscale image data, and further binarizes the binary image with a predetermined binarization threshold value. Generate Each of the image memories 22A and 22B is for storing grayscale image data and its binary image data. The image output section 23 converts the image data into image data of an analog amount, outputs the image data to the display 80, and displays the image on the screen.
[0049]
The control unit 24 combines the binary images of the optical images 12A and 12B to generate a composite image 12C as shown in FIG. 10, and then calculates the inner diameter r of the mouth 99a using the composite image 12C. First, the control unit 24 determines the distance between the edges (number of pixels) x1 of the two optical images 12A and 12B by the number of pixels x3 from one edge of the image to the edge of one optical image 12B and the other from the edge. It is determined from the difference (x1 = x3-x2) from the number of pixels x2 up to the edge of the optical image 12A. Next, the number of pixels R corresponding to the inner diameter r of the mouth 99a is obtained by adding the coupling error Δx caused by the coupling of the images to the distance between edges x1 (R = x1 + Δx). Next, the inner diameter r of the mouth portion 99a is calculated by dividing the number of pixels R by the conversion ratio β between the number of pixels and the actual size (r = R / β).
[0050]
The conversion factor β is obtained by generating an optical image 12D (shown in FIG. 11) of a reference object (for example, a non-wide-mouthed container) using one optical device (for example, 6A) in the mouth inspection apparatus of FIG. Can be.
For example, one optical device 6A is positioned so that the optical axis 5A coincides with the center line 9 of the mouth of the container as the reference object, and the distance between edges is determined for the optical image 12D obtained by the optical device 6A. The number of pixels D1 is the difference between the number of pixels D3 from one edge of the image to the edge of one optical image 12D and the number of pixels D2 from the edge to the edge of the other optical image 12D (D1 = D3-D2). ), The conversion ratio β is calculated by dividing the distance D1 between edges by the actual dimension d of the reference object (β = D1 / d).
[0051]
Further, the coupling error Δx is obtained by generating an optical image 12E (shown in FIG. 10) of a wide-mouthed container as a reference object using both optical devices 6A and 6B in the mouth inspection apparatus of FIG. Can be.
That is, the binary images of the optical images 12A and 12B by the optical devices 6A and 6B are combined to generate a composite image 12E, and for the composite image 12E, first, the distance between the edges of the two optical images 12A and 12B ( The number of pixels E1 is the difference between the number of pixels E3 from one edge of the image to the edge of one optical image 12B and the number of pixels E2 from the edge to the edge of the other optical image 12A (E1 = E3-E2). ), The actual size e of the reference object is multiplied by the conversion value β to obtain a conversion value E obtained by converting the actual size e to the number of pixels. The conversion value E is obtained from the difference between the distance E1 between edges and the conversion value E. The coupling error Δx is calculated (Δx = E1−E).
[0052]
When the wide-mouthed container 99 'to be inspected is introduced onto the aperture plate 3 also serving as an inspection table, the aperture plates 3 are intermittently rotated by a predetermined angle to generate optical images 12A and 12B of the mouth 99a. By the above-described image processing, the inner diameter r of the mouth portion 99a is calculated by the set number. The control unit 24 calculates the maximum value, the minimum value, and the deviation between the maximum value and the minimum value from the calculated number of the inner diameters r. The maximum value is a threshold value of the maximum value, and the minimum value is a minimum value. And the deviation are compared with the deviation threshold, respectively, and if none of them exceeds the threshold, it is determined to be “good”. However, if any of them exceeds the threshold value, a "defective" judgment is made.
[0053]
In this case, as described in this embodiment, the pass / fail determination is performed by calculating the set number of inner diameters r of the mouth portion 99a and comparing the maximum value, the minimum value, and the deviation of the calculated values with respective threshold values. However, without performing the conversion from the number of pixels to the actual dimensions, the number of pixels R corresponding to the inner diameter r of the mouth portion 99a is calculated by the set number, and the maximum value, the minimum value, and It may be performed by comparing the deviation with each threshold value (the number of pixels).
[0054]
【The invention's effect】
ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the optimal optical image which can acquire the information regarding the inner surface shape of the mouth part of a container reliably can be obtained, and the measurement of the inside diameter of a mouth part etc. can be performed accurately and quickly. Further, the inspection can be performed on a wide-mouthed container without using an expensive lens having a large effective diameter, and there is no danger of increasing the size and cost of the apparatus.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a front view showing a configuration of a container mouth inspection apparatus according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is an explanatory diagram showing a configuration and an optical path of an optical device.
FIG. 3 is a diagram illustrating the principle of the present invention.
FIG. 4 is an explanatory diagram showing principal rays and their components.
FIG. 5 is an explanatory view showing an optical image of a non-defective product.
FIG. 6 is an explanatory diagram showing an optical image of a defective product.
FIG. 7 is an enlarged sectional view showing a mouth of the container.
FIG. 8 is an explanatory diagram showing each optical image by a pair of optical devices.
FIG. 9 is a block diagram illustrating a configuration of an image processing apparatus.
FIG. 10 is an explanatory diagram showing a composite image obtained by combining two optical images.
FIG. 11 is an explanatory diagram showing an optical image of a reference object.
FIG. 12 is an explanatory view showing various embodiments of an optical system.
FIG. 13 is an explanatory diagram showing a configuration and an optical path of a general optical inspection device.
FIG. 14 is an explanatory diagram showing an optical image obtained by the device of FIG.
FIG. 15 is a front view showing a configuration of an optical inspection device using a telecentric optical system.
16 is an explanatory diagram showing a configuration and an optical path of the optical device in FIG.
FIG. 17 is an explanatory diagram showing an optical image obtained by the device of FIG.
FIG. 18 is an explanatory diagram showing principal rays and their components.
[Explanation of symbols]
1A, 1B optical system
2 Light source
5A, 5B Optical axis
7A, 7B imaging surface
8 Image processing device
9 center line
10A, 10B lens
11A, 11B Aperture
99 containers
99a mouth

Claims

A light source that irradiates diffused light toward the bottom of the container with a mouth, a pair of optical systems positioned diagonally with respect to the center line of the mouth above the mouth of the container, and each optical system An image forming surface for forming an optical image of a diagonal portion of the mouth, wherein each optical system is positioned above the mouth, and the light from the light source related to the formation of the optical image of the mouth. The mouth inspection apparatus for a container, wherein the positional relationship between the lens and the aperture is set so that the principal ray of the lens is inclined away from the center line of the mouth.

In each optical system, a lens is arranged so that the center line of the mouth and the optical axis are parallel to each other, and at a position shifted forward along the optical axis by a predetermined distance from a focal position on the rear side of the lens. The mouth inspection apparatus for a container according to claim 1, wherein the aperture is positioned.

The container mouth inspection apparatus according to claim 1, wherein the lens of each optical system is focused on a position where an inner peripheral surface of the mouth protrudes most.

The mouth inspection apparatus for a container according to any one of claims 1 to 3, wherein an image processing for measuring an inside diameter of the mouth by capturing an optical image of a diagonal portion of the mouth from an imaging surface. A container mouth inspection device further comprising an image processing device to be executed.