JP2005091243A - 空瓶の検査システム - Google Patents

Abstract

【課題】 外面に凹凸が形成されている瓶や印刷が施されている瓶であっても、それらの凹凸や印刷に影響されること無く、空瓶の欠陥を確実に且つ高速に検出できる空瓶の検査システムを提供する。
【解決手段】 透光性部材から成る載置部を有する検査テーブルと、前記空瓶の胴部断面形状に対応するリング形状の発光面を有し、前記載置部の下方に配置された前記発光面から前記リング形状の光線束を照射して前記空瓶の胴部の側壁表面から側壁内面に至る側壁部分全域を照明する胴部照明手段と、暗い背景を形成するための暗視野形成手段と、前記空瓶を挟んで前記暗視野形成手段と対向して撮像部が配置され、前記発光面からの光線束によって前記側壁部分全域が光で満たされている状態で前記空瓶の胴部を含む検査領域を前記空瓶の側方から撮像する撮像手段と、前記撮像手段からの画像信号を処理して前記空瓶の胴部の傷を含む欠陥を検査する胴部検査手段とを備える。
【選択図】 図１

Description

本発明は、空瓶の外面部や内面部の傷、汚れ、及び付着異物などの欠陥を検査する空瓶の検査システムに関し、特に、瓶の胴部に装飾や刻印が形成されたデザインボトルなど、瓶の外面部に凹凸がある瓶、及び絵柄や文字等の印刷が施されている瓶、更に色付きの瓶であっても、それらの空瓶の欠陥を高精度で検出できるようにした空瓶の検査システムに関する。

近年、ＨＡＣＣＰ（Ｈａｚａｒｄ Ａｎａｌｙｓｉｓ Ｃｒｉｔｉｃａｌ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｐｏｉｎｔ Ｓｙｓｔｅｍ）方式の食品衛生法への適用やＰＬ（Ｐｒｏｄｕｃｔ Ｌｉａｂｉｌｉｔｙ：製造物責任）法の施工に伴って、飲料、食品、薬品などの製品の製造／加工、製品の保存／流通を経て最終消費者が摂取するまでのあらゆる段階で発生する恐れのある異物混入や外観不良などが起因する事故発生を未然に防止し、製品の一層の安全保障を図ることが義務付けられつつある。

従来、瓶、缶、ペットボトルなどを対象とする（飲料や医薬品、またはその容器などの）製造工場の大量生産ラインにおいて、容器の外観不良検査や容器内の異物混入検査は目視検査作業員を製造ラインに配備して行なうようにしている。しかし目視による検査の場合は、検査に時間と労力を要するだけでなく、検査員の目視判定能力が追いつかず検査能率が悪く精度が劣って正確性に欠けるという問題点がある。

目視検査以外の方法としては、（照明装置および）撮像装置を用いて容器を撮影し、得られた画像情報に基づいて不良の有無を検出する方法が考えられているが、検査する容器の形状や材質、検査する容器の部位、容器や内容物の色や透明度などの特性に応じてその検査方式も異なる。

内容物が充填される前の容器のうち、主にビールや清涼飲料などに用いられるいわゆる回収再利用瓶（リターナブル瓶）のような使用後に回収されて再利用される容器については、カスレ、欠け、割れといった傷が生じているものや洗浄しきれずに汚れや異物が付着しているような使用が不可能な不良品の発生率も高いため、特に慎重に欠陥の有無を検査する必要がある。

ここで、検査する部位（胴部、底部など）の形状や、検査対象（空瓶の傷、付着異物など）に応じた各種の検査方式について、従来の技術の例を示して説明する。

空瓶の傷を検査する装置としては、例えば特許文献１に記載のものがある。特許文献１に開示されている壜外観検査システム（以下、瓶または壜の用語は「瓶」として統一する）は、瓶の所定の部位、例えば径の太くなった胴上部および胴下部などの一部の領域に対して検査範囲を設定しておき、この検査範囲内の瓶の画像を処理して空瓶の擦り傷の程度を評価し、擦り傷の程度がある基準を超えていれば外観の見栄えが劣る瓶と判定して、その瓶を不良品として選別するようにしたものである。この外観検査システムでは、例えば照明装置２Ａと撮像装置３Ａを図１８に示すように配置し、検査対象となる瓶１Ａに向けて照明を行ないながら瓶１Ａの所定の部位（例えば図１８中の胴下部Ｓｂの一部の領域）を撮像し、この撮像により得られる画像から、瓶１Ａの擦り傷に応じて変動する各画素の光量値を画像処理装置４Ａによって求め、求めた光量値と所定の基準値とを比較して瓶１Ａの外観の良否を判定するようにしている。

一方、空瓶の底部の異物を検査する装置としては、例えば特許文献２に記載のものがある。特許文献２に開示されている検査装置は、図１９に示すように、胴部１ａと底部１ｂとが緩い曲面で形成されている部分（ヒール部）１ｃを有し、そのヒール部１ｃの上部近傍の外周にリング状の凹凸部２Ｂを有する空瓶１Ｂを検査対象として、瓶のヒール部の異物を検査するものである。この検査装置では、同図に示すように、斜下方から瓶のヒール部１ｃに照明をする拡散光源３Ｂと、対向する斜上方（θ＝２３〜３０度）から底面内周部を撮影するカメラ４Ｂと、画像処理装置８Ｂとを備え、瓶１Ｂの底部１ｂの一部を支持板５Ｂによって支持すると共に、回転用ローラ６Ｂ，７Ｂで胴部１ａを支持した状態で、上記拡散光源３Ｂからの斜下方からヒール部１ｃに照明して、光を凹凸部２Ｂで屈折させてぼやけた像（他の部分と明暗の差が無い画像）を結像させることで、ヒール部１ｃの異物（暗い画像）を検出するようにしている。

特開２００１−１５３８１３号公報 特開平１１−１６６９０６号公報

上述した従来の文献には、径の太くなった瓶の胴上部や胴下部など瓶の一部の領域を対象として擦り傷を検査し、擦り傷の程度に応じて外観不良（外観の見栄えが劣る瓶）を判定する技術（特許文献１）、空瓶の底部内面のヒール部を対象としてその部分の異物を検査する技術（特許文献２）が開示されている。これらの検査装置は、空瓶の一部の領域について特定の項目の検査をするものであり、検査領域が限られているという欠点や、検査項目が限られているという欠点がある。さらに、検査可能な瓶の形状も限られている。

例えば、瓶の外面に凹凸を有する瓶を対象とした場合、具体的には、瓶と瓶との接触により生じた細かな擦り傷がある瓶（再使用される瓶）、胴部に装飾や刻印の凹凸が形成された瓶、口部にねじ山等の凹凸が形成された瓶、肩部にダイヤモンドカット状の凹凸が形成された瓶、成型精度が低く継目線のある瓶、低部外面にナーリングや刻印の凹凸が形成された瓶などを対象とした場合、それらの凹凸に起因する輝線や乱反射が起因して瓶の外面や内面の傷、汚れ、付着異物などを見逃す危険性があったり正常な瓶を不良品と判定したりするという問題がある。

このように、従来の検査装置では、上記のような各種の形状の瓶を同一の検査方式で検査すると、凹凸が形成されている部分やその近辺など、欠陥を検出できない部分があるという問題があった。また、特許文献１に記載のものは、検査範囲の各画素の光量値と基準値とを比較して外観不良を検査する方式を採用し、特許文献２に記載のものは、凹凸部で屈折させてぼやけた像を結像させて検査する方式を採用しているが、小さな不良部分については検出できないという欠点がある。さらに、従来の検査装置では、絵柄や文字が表面に印刷されているものは検査不可であり、検査対象外となっていた。

本発明は上述のような事情から成されたものであり、本発明の目的は、瓶の外面に装飾，刻印等を表わす凹凸が形成されている瓶や、絵柄，文字等の印刷が施されている瓶であっても、それらの凹凸や印刷に影響されること無く、空瓶の欠陥（傷、汚れ、付着異物等）を確実に且つ高速に検出することができる空瓶の検査システムを提供することにある。

本発明は、被検査体である空瓶の欠陥を光学的に検査する空瓶の検査システムに関するものであり、本発明の上記目的は、前記空瓶を正立状態で載置する透光性部材から成る載置部を有する検査テーブルと、前記空瓶の胴部断面形状に対応するリング形状の発光面を有し、前記載置部の下方に配置された前記発光面から前記リング形状の光線束を前記空瓶の底面に対して垂直方向に照射して前記空瓶の胴部の側壁表面から側壁内面に至る胴部側壁部分全域を照明する胴部照明手段と、前記空瓶の側方に配置され暗い背景を形成するための暗視野形成手段と、前記空瓶を挟んで前記暗視野形成手段と対向して撮像部が配置され、前記胴部照明手段の発光面からの光線束によって前記胴部側壁部分全域が光で満たされている状態で前記空瓶の胴部を含む検査領域を前記空瓶の側方から撮像する撮像手段と、前記撮像手段からの画像信号を処理して前記空瓶の胴部の傷を含む欠陥を検査する胴部検査手段とを備えることによって達成される。

さらに、前記空瓶の口部断面形状に対応するリング形状の発光面を有し、前記載置部の上方に配置された前記発光面から前記口部断面形状に対応するリング形状の光線束を前記空瓶の口部天面に対して垂直方向に照射して前記空瓶の口部の側壁表面から側壁内面に至る口部側壁部分全域を照明する口部照明手段を更に備え、前記撮像手段は、前記胴部照明手段の発光面からの光線束及び前記口部照明手段の発光面からの光線束によって前記空瓶の口部及び胴部を含む側壁部分全域が光で満たされている状態で前記検査領域を撮像することによって一層効果的に達成される。

また、本発明の上記目的は、被検査体である空瓶の欠陥を光学的に検査する空瓶の検査システムであって、前記空瓶を正立状態で載置する透光性部材から成る載置部を有する検査テーブルと、各光線が平行な光線束を前記載置部の下方から前記空瓶の底面全域に対して略垂直方向に照射して前記空瓶を照明する投光手段と、前記空瓶が照明されている状態で前記空瓶の天面開口部の上方から焦点深度の深い光学レンズを通して前記空瓶の口部内面から底部内面に至る内面部全域を検査領域として撮像する撮像手段と、前記撮像手段からの画像信号を処理して前記空瓶の内面部の汚れを含む前記空瓶の欠陥を検査する検査手段とを備えることによっても達成される。

さらに、前記透光性部材から成る載置部が、乱反射を防止するフィルタ機能を有する硬質の透明板で形成されていること；前記被検査体の照明に用いる光が赤外光であること；前記検査テーブルが、生産ライン上の搬送速度に同期して高速回転し、前記透光性部材から成る載置部が回動軸の周りに周設されたロータリー式の検査テーブルであり、前記載置部に順次搬入されて搬送されて来る各空瓶を前記撮像手段により撮像して前記空瓶の欠陥を連続的に検査すること；によって、それぞれ一層効果的に達成される。

本発明の第１の検査方式（請求項１に係る発明）では、空瓶の断面形状に対応するリング形状の光線束を照射して、側壁の肉厚部分全域が光で満たされている状態、言い替えると容器自体が発光体の様に光っている状態として撮像するようにしている。そのような状態では、瓶の外面に形成されている凹凸（装飾や刻印等）や外面に印刷されている絵柄や文字等が消失する光学現象が発生する。逆に、瓶の外面や内面の欠け，割れ等の像は鮮明に結像されることになる。そのため、本発明によれば、従来の検査装置では検出できず、目視でも認識が困難であった欠陥、例えば、装飾や刻印等の影響で検出できなかった欠けや割れ、印刷面に隠れた瓶内面部の付着異物などを確実に検出することが可能となる。また、第２の検査方式（請求項３に係る発明）では、空瓶が底面側から照明されている状態で、瓶口から瓶底に至る瓶内部の表面の像を焦点深度の深い光学レンズを通して結像させ、口部内面，胴部内面，及び底部内面の全域の像を得るようにしている。そのため、瓶の外面の印刷、装飾や刻印等の凹凸に影響されること無く、空瓶の内面部に付着した汚れや異物を確実に検出することが可能となる。

更に、ロータリー式の検査テーブルを用いて連続的に且つ高速で検査するようにしているので、高速大量生産ラインにおける加工製造後の空瓶や、回収された空瓶の欠陥を全品検査することができ、信頼性及び歩留まりを向上させることができる。更に、所定の赤外光源を使用して、外部から見ることのできない異物や傷を検出できるようにしているので、可視光が透過しない色付きの空瓶や、塗料で絵柄等が印刷された空瓶であっても、異物を確実に検出することができると共に、目視では検査できなかった不良製品を確実に排除することができる。そのため、危害発生を未然に防止し、製品の一層の安全性を図ることができる。

本発明では、生産ライン上の搬送速度に同期して高速で搬送されて来る空瓶の内部の欠陥を高精度で検出し得るように、次の検査方式を採用している。第１の検査方式は、瓶の胴部全域を検査領域として、外面部の欠けや割れ、内面部の付着異物等の欠陥を検査するものであり、瓶の容器自体が発光体となるように光を照射した状態で瓶の胴部全域を撮像し、その画像信号を処理して検査する。例えば胴部が環状の瓶の場合には、環状（リング状）の発光面からリング状の光線束を瓶の下方から底面に対して垂直に当てて胴部の側壁部分全域（外面部と内面部との間の肉厚部分全域）を光で満たした状態とし、その状態で空瓶の胴部を側方から撮像する。このように、容器自体が光ファイバの如く光っている状態で胴部を側方から見ると、外面に形成されている凹凸（装飾や刻印等）や外面に印刷されている絵柄や文字などが消える光学現象が発生する。それに対して、胴部の外面又は内面に付いた傷、即ち、光ファイバ状になっている胴部側壁（肉厚部分）に食い込んだ傷は真白い像として現れる。また、瓶を挟んで撮像カメラの対向側に、被検査体である空瓶１の背景を暗くするための光吸収部材（例えば黒い板状部材）を設置して撮像することで、瓶の背景等に影響されること無く、欠け，割れなどの像が鮮明に現れる。第１の検査方式では、この現象を利用して空瓶の胴部の傷を検査するようにしたもので、胴部表面の絵柄や凹凸、運送中に生じた瓶（再使用される瓶）の表面の支障の無いすり傷等の影響を受けること無く、空瓶の胴部の欠陥（欠けや割れ等の欠陥）の有無を検査することを可能としている。なお、この第１の検査方式を採用した空瓶の検査システムでは、長い口部を有する瓶については、同様の方式で口部の傷についても検査することが可能である。

第２の検査方式は、口部内面から瓶底に至る瓶の内面部の全域を検査領域として、内面部についた汚れを主として検査するものであり、瓶の内面部全域の像を結像させるための特殊なレンズを用いて検査する。この第２の検査方式では、瓶の天面開口部から瓶の内部を覗き込むように、瓶口から瓶底に至る瓶内部の表面の像をレンズ系を介して結像させ、その画像から、瓶の内面部（レンズ系を介して視野に入る口部内面、胴部内面、底部等の瓶の内面部全域）に付着した汚れや異物等を検査する。この検査方式を採用することで、瓶の外面の絵柄や凹凸、すり傷等の影響を受けること無く、空瓶の欠陥（主に瓶の内面部の汚れや異物）を検査することを可能としている。この検査方式に用いるレンズは、焦点深度の深い（焦点距離の長い）レンズであり、瓶口の上方に配置されたレンズを通して瓶口側から瓶底を捉えた際に、瓶口から瓶底に至る内面部全域の像を結像することが可能なレンズである。また、この検査方式では、乱反射を防止するフィルタ機能を有する硬質の透明板の上に瓶を乗せて、底面側からフラットライトで照明した状態で撮像するのが好ましい。

本発明の実施の形態では、上記の第１の検査方式又は第２の検査方式により空瓶の欠陥を検査するようにしているが、両者の検査方式で連続的に検査する形態とするのがより好ましい。さらに、口部天面及びその外周と内周の輪郭部分の微細な欠けや付着異物を含む口部の欠陥を検査項目として、後述する空瓶口部の検査方式により検査することで、空瓶の総合的な検査システムを実現することができる。

以下、図面に基づいて本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。以下、上記第１の検査方式を採用した空瓶の検査システムを「第１の実施形態」、上記第２の検査方式を採用した空瓶の検査システムを「第２の実施形態」、口部天面の傷を含む空瓶の口部の欠陥を検査する検査方式を「第３の実施形態」と称して説明する。なお、本発明で言う「空瓶内部」とは、空瓶の胴部内面、底部内面、口部内面等を言い、「欠陥」とは、傷、汚れ、異物等のことを言う。そして、異物とは、虫、化学変化によって生じた物質、リサイクルで洗浄しきれずに残存した物質など、任意の異物である。また、被検査体としては、ビール瓶やドリンクボトル等の比較的肉厚の空瓶、特に、洗浄，殺菌等をして再利用する回収再利用瓶（リターナブル瓶）に対して適用するのが好適である。また、後述する第２の実施形態（瓶の内面の画像を撮像して瓶内部の汚れや異物を検査する形態）では、肉厚の瓶類に限らず、肉薄の容器に対しても適用することができる。

先ず、本発明の第１の実施形態について説明する。

図１は、本発明に係わる検査装置の第１の実施形態における構成例を示す模式図であり、空瓶の胴部の欠陥（特に容器内面の欠けや割れ等の傷）を検査する検査装置の一例を示している。図１において、空瓶１は、検査テーブルの載置部１１上に正立状態で載置され、載置部１１の下方には第１の投光手段２０（２０ａ）が配置されている。この第１の投光手段２０ａは胴部照明用の投光手段（以下、胴部照明手段と言う）であり、空瓶１の胴部側面に対して各光線が平行な第１の光線束Ｌ１を照射して、空瓶１の側壁部分全域を照明し得るように、空瓶の底面に対して水平方向に胴部（空瓶の胴部表面に形成されている装飾や刻印等の凹凸部を除く部分）１ａを切断したときの断面形状に整合する形状の発光面２１（２１ａ）を有している。載置部１１は、乱反射防止用の光学フィルタを兼ねた透光性部材（硬質ガラスフィルタ等）で形成されており、胴部照明手段２０ａからの光は、この透光性部材から成る載置部１１を介して空瓶１に照射される。

また、空瓶１の口部天面部の上方には、第２の投光手段２０（２０ｂ）が配置されている。この第２の投光手段２０ｂは口部照明用の投光手段（以下、口部照明手段と言う）であり、空瓶１の口部側面に対して各光線が平行なビーム状の第２の光線束Ｌ２を照射して空瓶の口部側壁の肉厚部分全域を照明し得るように、空瓶の天面に対して水平方向に口部１ｂを切断したときの断面形状に整合する発光面２１（２１ｂ）を有している。これらの投光手段２０は、例えば、光源とその光源からの光を発光面に導く光ファイバ等から構成され、胴部断面と口部断面が円筒形状の容器の場合には、図２（Ａ）及び（Ｂ）に示すようなリング形状（環状）の発光面２１ａ，２１ｂから、図１中に示すように環状の光線束Ｌ１，Ｌ２を出射することで、空瓶の胴部１ａ及び口部１ｂを含む側壁部分全域を光で満たすようにしている。上記発光面２１（２１ｂ）の形状は、瓶の断面形状に対応する形状であり、本実施の形態では環状を例としているが、四角形の容器の場合は、その断面形状に合わせた形状であり、環状でないものも本発明に含まれる。

撮像手段３０（３０ａ）は空瓶１の側方に配置され、空瓶１を挟んで撮像手段３０の対向側に暗視野形成手段５０が配置されている。この暗視野形成手段５０は、暗い背景を形成して暗視野状態で空瓶を撮像するための手段であり、例えば光を吸収する黒色の板状部材で構成される。

そして、上記のような環状の光線束を照射して、空瓶の容器自体を光ファイバの如く光らせている状態で、撮像手段３０（３０ａ）によって空瓶の胴部を含む検査領域を側方（胴部側面に対して略垂直方向）から撮像すると、空瓶の容器（表面に形成されている凹凸部を除く側壁部分）自体が発光体となった高輝度の像が撮像され、側壁部分の傷が発光体の傷として画像に現れる。また、暗視野形成手段５０を備えているため、空瓶の明るい像に対して空瓶の背景部分は暗くなり、背景に影響されない画像を得ることができる。

図１中に示す空瓶１の例では、胴部１ａの内面側の傷Ｍ１，Ｍ２や外面側の傷Ｍ２’は、図３に示すように、発光体に傷が付いたように白い像Ｍ１、Ｍ２、Ｍ２’として現れる。なお、図３は、便宜上、図１中の空瓶１を文字「Ａ」の方向から撮像した画面を模式的に示したもので、胴部表面に凸状に形成されている文字「Ａ」が消えて、文字「Ａ」に隠れた傷Ｍ１の部分も現れる。すなわち、瓶の外面の装飾等の凹凸に影響され無い画像を得ることができる。検査手段４０（４０ａ）では、ＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ−Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｄｅｖｉｃｅ）センサ等から成る撮像手段３０ａからの画像信号を処理して空瓶１の胴部の傷や気泡等の欠陥を検査する。

なお、上述した第１の実施形態においては、空瓶の胴部と口部の両方を照明する場合を例として説明したが、少なくとも胴部を照明すれば良く、口部の照明だけでも、光線束が胴部まである程度伝わるため、胴部の欠陥が検査可能である。

次に、本発明の第２の実施形態について説明する。

図４は、本発明に係わる検査装置の第２の実施形態における構成例を示す模式図であり、瓶口から瓶底に至る瓶内部の表面の欠陥（汚れや異物）を検査する検査装置の一例を示している。第２の実施形態では、前述のように、瓶の天面開口部から瓶の内部を覗き込むように、空瓶の口部内面から底部内面に至る内面部（少なくとも胴部内面から底部内面に至る内面部）の像を結像させる光学レンズを備え、この光学レンズを介して瓶内部の表面を撮像して検査する形態としている。図４において、空瓶１は、検査テーブルの載置部１１上に正立状態で載置され、載置部１１の底面部の下方には、投光手段２０ｃ（以下、第３の投光手段と言う）が配置されている。この第３の投光手段２０ｃは、各光線が平行な光線束Ｌ３を載置部１１の下方から空瓶１の底面に対して略垂直に照射して、空瓶１の内面部を含む検査領域を照明する手段であり、本例では、平面状の投光面を有し、各光線が平行な光線束を照射する１つ又は複数のフラットライトから構成される。

載置部１１は、乱反射防止用の光学フィルタを兼ねた透光性の部材（硬質ガラスフィルタ等）で形成されており、第３の投光手段２０ｃからの光は、この透光性の部材を介して空瓶１に照射される。

ここで、本発明に係るレンズ系の特性について説明する。図１中のレンズ系３１は、中心部に比べて周辺の像を伸ばすような性質（正の歪曲収差の性質）を有し、焦点深度の深い（焦点距離が長い）光学レンズを少なくとも組込んだレンズ系であり、その光学レンズを通して例えば図５（Ａ）に示すような正方形の物体を捉えた時に、図５（Ｂ）に示すような糸巻形の像が結像される。撮像した画像は歪みがあるが、汚れや異物を検出する際には影響しない。本実施の形態では、上記のような正の歪曲収差の性質を持ち、空瓶の口部側壁の内面から底部の内面に至る内面部全域の像を結像させるレンズ系３１を備え、レンズ系３１を通して瓶内部の表面を撮像するようにしている。このレンズ系３１は、撮像手段３０（３０ｂ）の構成要素として搭載又は着脱可能な別筐体に搭載される。

上記のようなレンズ系３１を通してＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ−Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｄｅｖｉｃｅ）センサ等から成る撮像手段３０ｂによって空瓶１をその天面部上方から撮像すると、レンズ系３１を通さない図６（Ａ）と比較して、図６（Ｂ）の模式図に示すように、瓶の中心から外側に向けて側壁を展開したような画像が結像され、瓶内部の表面が見える状態となる。すなわち、空瓶の外面の凹凸や印刷等に影響されない容器内面の画像を得ることができ、図６（Ｂ）中に示すように、空瓶１の口部から底部に至る容器内面の一部に付着した汚れＭ３や異物Ｍ４を検出することができる。検査手段４０（４０ｂ）では、撮像手段３０ｂからの画像信号を処理して空瓶１の内面の汚れや異物等の欠陥の有無を検査する。なお、大きさを判定要素として欠陥の有無を判定する場合には、レンズ系４１に負の歪曲収差を有するレンズを組込んで歪みを補正、或いは撮像した画像の信号処理で歪みを補正してから判定する形態とするのが好ましい。

次に、本発明の第３の実施形態（空瓶の口部の検査方式）について説明する。以下に説明する検査装置は、口部天面及びその外周と内周の輪郭部分の微細な欠けや付着異物を含む口部の欠陥を検査項目としている。

図７は、空瓶の口部の欠陥（特に欠け）を検査する検査装置の一例を模式図で示しており、本実施の形態では、空瓶（ドリンクボトル等）の栓に係合する部分（特に口部天面の近辺）を含む口部を検査領域としている。なお、撮像手段３０（３０ｃ）、及び検査手段４０（４０ｃ）のハードウェア構成は、上述した第１及び第２の実施形態における検査装置と同等であり、説明を省略する。

図７において、投光手段２０ｄは、空瓶１の口部１ｂの側方から口部側面に対して光線束を照射して上記検査領域を照明する手段であり、本例では、各光線が平行な光線束を照射する１つ又は複数のフラットライトから構成される。このような各光線が平行な光線束を、口部側面に対する入射角を０度（±１０度）として口部の側面に対して照射することにより、外気、容器を透過する際の光の屈折に伴う多重反射光による干渉を回避することができ、空瓶口部が均一な光で満たされ、鮮明な像を結像させることができる。このような光線束を照射している状態で、空瓶の天面の斜め上方から撮像した像は、口部天面の外周の輪郭部分Ｒ１及び内周の輪郭部分Ｒ２（略線状のエッジ部分）がそれぞれ幅を有する帯状の像（エッジ部の曲率に応じた暗い像）として結像される。

本実施の形態では、撮像手段３０ｃの受光部を、図７中に示すように、口部天面の直径方向の光線Ｌ１１と口部天面の撮像手段側のエッジ部分Ｒ２との交点を受光軸が通るように、空瓶の口部を挟んで投光手段２０ｄの反対側に配置する構成としている。そして、受光軸と空瓶の口部天面とのなす角θを、上記のように各輪郭部分Ｒ１，Ｒ２が幅を有する像（薄暗い像）として結像される角度としている。上記の角度θは、口部天面のエッジ部分の欠けを確実に判別できる輝度と幅でエッジ部分が結像され、且つ、撮像手段側の口部の壁部が検査領域と重ならない角度であれば良い。具体的には、略３０度〜４５度であれば良く、望ましくは４５度近辺である。

図８は、撮像手段３０ｃで撮像した画像を模式的に示しており、空瓶の口部は、図８中の口部天面のエッジ部分Ｒ１、Ｒ２（撮像カメラの視点から見て奥側の略線状の曲面部分Ｒ１と手前の略線状の曲面部分Ｒ２）が帯状の像として結像される。そして、エッジ部分Ｒ１、Ｒ２の点状の欠けは、薄暗い帯状のエッジ部分Ｒ１、Ｒ２の中に白い点状の画像Ｐ１、Ｐ２として結像されるため、それらのエッジ部分の欠けＰ１，Ｐ２、幅広の口部天面の欠けＭ１、口部内面の欠けＭ２を含めて、口部領域の欠けが鮮明に結像され、密封性に影響する部分の欠けや傷を確実に識別することが可能となる。これに対して、受光軸と空瓶の口部天面とのなす角θを０度に近づけて行くと、図９に示すように、口部天面とエッジ部分Ｒ１、Ｒ２とが、黒い線となって結像され、エッジ部分Ｒ１、Ｒ２の点状の欠け（上記Ｐ１，Ｐ２）又は線状の欠けは識別することができず、０度になると、口部天面の小さな欠け（上記Ｍ１）も識別不能となる。

上記の撮像手段３０ｃで撮像した画像信号を入力した検査手段４０ｃでは、例えば、アナログの画像信号を微分して所定の閾値と比較し、微分値の変化量の大きい部分、すなわち信号の出力レベルが急激に変化する部分を強調処理した信号レベルと基準レベル（あるいは検査領域内の各画素を２値化した値の合計値と基準値）とを比較することにより、口部天面とそのエッジ部分の欠けを含む口部の欠陥の有無を検査する。このように、本発明では、空瓶特有の口部の形状に応じた検査方式としており、１フレームの画像から、口部天面の欠けと外周及び内周の略線状のエッジ部分の点状や線状の欠けを含めて、密封性に影響する部分の欠けや傷を高精度で検出することが可能となる。なお、本実施の形態では、高速で且つ高精度で口部を検査するために、被検査体を自転させずに、被検査体（空瓶）を密封する栓と係合する口部の全ての領域を投光及び撮像し得るように投光手段２０ｄと撮像手段３０ｃを所定の位置に配設し、複数の方向から撮像した撮像手段からの画像信号を口部検査手段４０ｃにより処理して、口部の全ての領域を検査するようにしている。

次に、本発明の生産ラインへの応用例を説明する。

空瓶の製造／加工工場、あるいは製品の使用後に空瓶を回収し、その空瓶を再使用する工場に適用される検査システムは、上述した投光手段，撮像手段，及び検査手段から成る検査機と、検査用搬送機と、不良品を排除する排除装置と、操作パネル，監視モニタ，制御装置，及び各検査機本体などを収容し、システム全体の制御や監視をするためのシステム制御盤と、遠隔集中制御，遠隔保守，インタトラネット等の支援機能を有するＦＡ（ファクトリー・オートメーション）サーバ（付加構成）などから構成される。

以下、検査システムの主要部の構成を図に示して説明する。なお、ここでは、図１及び図４に示した検査装置での検査について説明し、その他の検査（口部天面、口部側面の欠陥検査）については説明を省略する。

図１０は、本発明に係る検査システムの検査用搬送機の構成例を平面図で示している。空瓶の欠陥を検査する検査ステージには、図１０に示すようなロータリー式の検査用搬送機１００が設置されている。検査用搬送機１００は、生産ライン上の搬送速度に同期して高速回転し、透光性部材から成る載置部１１が回動軸の周りに周設されたロータリー式の検査テーブル１０を備えている。

図１０において、生産ライン上で洗浄，殺菌処理等が施された空瓶１（又は加工された空瓶）は、液剤や飲料などの製品が充填される工程の前に、スクリュー（ウォームギヤ）１２の回転により直線移動する搬送コンベア１３上を、図１０中の矢印Ａ方向から検査ステージへと、所定間隔で連続的に搬送されて来る。検査ステージに設置されている検査用搬送機１００は、搬送コンベア１３に連結された搬入／搬出用のスターホイール盤１４ａ，１４ｂと検査用の大径スターホイール盤から成る検査テーブル１０とを備えており、検査ステージに流れて来る各空瓶は、これらの搬送手段によって図１０中のＲ１，Ｒ２，Ｒ３の経路に沿って搬送される。そして、この検査ステージでは、Ｒ２の環状の経路を高速（１２００本／分程度）で搬送中の被検査体の欠陥（本例では空瓶１の外面や内面の傷，汚れ，異物等）の有無をリアルタイムに全品検査するようになっている。

上述のような構成において、空瓶の胴部の傷等の欠陥検査に係る胴部照明手段２０ａ（及び口部照明手段２０ｂ）と撮像手段３０ａ、及び、空瓶の容器内面全域の汚れや異物の欠陥検査に係る投光手段２０ｃと撮像手段３０ｂは、検査用搬送機１００の環状の搬送経路Ｒ２の所定位置にそれぞれ、図１及び図４に示した配置構成で配置されている。なお、口部天面の欠陥検査用の装置と、口部側面の欠陥検査用の装置も所定の位置に配置されて、空瓶の総合検査が同一ステージで実施されるようになっている。

上述のようなシステム構成において、その動作例を説明する。検査システムの検査手段４０（４０ａ，４０ｂ）では、搬送されて来る空瓶の該当の検査領域を撮像した撮像手段３０（３０ａ，３０ｂ）からのアナログ映像信号を入力し、例えば、その映像信号を微分して所定の閾値と比較し、微分値の変化量の大きい部分を強調処理した信号レベルと基準レベルとを比較して、リアルタイムに欠陥を検出する。その際、汚れや異物を検出対象とする検査手段４０ｂでは、２つの微分スライス（白色系異物帯域，黒色系異物帯域）を同時にかけて、黒色系、白色系２種類の異物を２つの違った輝度レベルで同時に検出することで、被検査体である空瓶に付着した多種の異物や汚れを検出できるようにしている。そして、検査手段４０ａ，４０ｂでは、傷や異物等の欠陥が存在すると判定した場合は、不良品と判断し、Ａ／Ｄ変換器を介して不良品としての検査結果（不良検査項目に対する数値データ等）を出力するようにしている。本発明に係わる検査システムでは、検査結果がコンピュータ等から成る制御手段に送信されて記録されると共に、制御手段の制御の下に、生産ラインを止めることなく、図示されない排除機構により不良品が自動的に排除される構成となっている。

ここで、上述した検査システムにおいて、図１及び図４に示した各検査装置の撮像カメラ３０ａ、３０ｂによって撮像した実際の画像の例と、その画像を２値化処理した画像の例を示して、空瓶の外面部や内面部の欠け，割れ等の傷、内面部の汚れが画像中にどのように現れるかを説明する。以下、外面に刻印及び印刷が施されている空瓶を被検査体として、従来の検査装置の画像例と、本発明装置の画像例とを対比して説明する。なお、ここで言う「従来の検査装置」とは、照明装置と撮像カメラとが被検査体を挟んで対向設置されている一般的な検査装置のことを言う。

先ず、本発明の第１の実施形態における検査装置の画像例について説明する。
図１１（Ａ）及び（Ｂ）は、従来の検査装置で撮像した画像（生画像）、及び２値化処理後の画像（２値化画像）の一例をそれぞれ示している。また、図１２（Ａ）及び（Ｂ）は、第１の実施形態における検査装置（図１参照）の撮像カメラ３０ａによって撮像した画像（生画像）、及び２値化処理後の画像（２値化画像）の一例をそれぞれ示している。なお、照明手段２０ａによる照明効果を示すため、図１１（Ａ）は、照明していない状態で撮像した画像の例、図１２（Ａ）は、照明している状態で撮像した画像の例を示している。本例の空瓶は、外面に形成された商品名等を示す刻印及び絵柄から離れた位置に「小さな傷」が存在するが、従来の検査装置では、図１１（Ａ）及び（Ｂ）に示すように、刻印や絵柄が画像中に現れるため、傷を検出することができない。

これに対して、本発明では、照明手段２０ａによって照明し、且つ暗視野状態で撮像した画像は、外面に形成されている刻印，印刷されている絵柄や文字，瓶の輪郭部分などの光量が、壁部（肉厚部分）の光量と比較して少ないため、基準光量以上の各画素の信号を処理した２値化画像では、図１１（Ｂ）に示すように、傷Ｍだけの像が鮮明に現れる。そのため、検査手段４０ａの判定部によって傷等の欠陥の判定を確実に行なうことができる。

上記の例は、絵柄や刻印の部分に傷が重なっている場合も同様である。この場合、従来の検査装置では、生画像と２値化画像は、図１３（Ａ）及び（Ｂ）に示すような画像となり、傷Ｍ等の欠陥を検出することができない。これに対して、本発明では、絵柄の部分に重なった傷であっても、図１４（Ｂ）の画像（２値化画像）の例に示すように、絵柄などが消えて傷Ｍだけの像が鮮明に現れるため、微細な傷であっても確実に検出することができる。

次に、本発明の第２の実施形態における検査装置の画像例について説明する。

図１５（Ａ）及び（Ｂ）は、従来の検査装置で撮像した画像（生画像）及び２値化処理後の画像（２値化画像）の一例をそれぞれ示している。また、図１６（Ａ）及び（Ｂ）は、第２の実施形態における検査装置（図４参照）の撮像カメラ３０ｂによって撮像した画像（生画像）、及び２値化処理後の画像（２値化画像）の一例をそれぞれ示している。本例は、内面部に汚れが存在する空瓶の画像例であり、従来の検査装置では、図１５（Ａ）及び（Ｂ）に示すように、空瓶の口部天面Ａ１と底面Ａ４の部分は撮像されるが、口部内面と胴部内面は、ほとんど撮像されないため、口部内面と胴部内面の汚れは検出することができない。また、低部外面に形成されているナーリングＮの部分が画像中に現れるため、底面Ａ４の部分の汚れＭも検出することができない。

これに対して、本発明では、図１６（Ａ）に示すように、口部内面Ａ２，胴部内面Ａ３，及び底部内面Ａ４の全域が撮像されるため、内面部全域を検査することができる。また、瓶の底面部の下方からの照明効果によって、ナーリングの像が消えて汚れＭの部分だけが鮮明に現れるため、図１６（Ｂ）に示すように、小さな汚れＭであっても確実に検出することができる。

なお、本実施の形態では、投光手段の光源としては所定の赤外光を発する赤外光源を使用しており、照射光を所定の赤外光とすることにより、外部から見ることのできない異物や傷を検出できるようにしている。異物検査に所定の赤外光を使用する例は、本出願人による特願２０００−３５７６６５、２００１−１８０５５に説明されている。即ち、波長７５０〜１０００ｎｍの赤外光を赤外光源よりパワー０．７ｍＷ〜１００Ｗの範囲で照射し、被検査体からの透過光を対物レンズで集光してＣＣＤセンサで受光すると、異物を検出することができる。ＣＣＤセンサは青から近赤外まで伸びた広く高い波長感度特性（受光器が反応する範囲の波長と感度）を有しており、光子を捉える量子効率が高い。写真の量子効率はせいぜい２〜３％であるが、ＣＣＤセンサでは９０％にも達する。また、ＣＣＤセンサは同時に測定できる明るさの最低と最高の比（ダイナミックレンジ）が大きく、直線性が良いという特色を持つ。

このような特徴を有する結果、ＣＣＤセンサ上に透過光が当たった時に自由電子が発生する現象（光電効果）を利用して区画の中に電子を貯め、一定の時間の露光の後にその電子を順番に読み出すだけで、水溶液のような光透過率の高い分子の場合には、水溶液が色付きや真っ黒でも水溶液を透明に変えてしまう作用を有することが分った。水溶液が透明で、容器が色付きの場合も同様であり、本実施の形態のように、色付きの空瓶を被検査体としたシステムにおいても、有効である。

また、上述した検査用搬送機の構成例では、１つの環状の搬送経路（ロータリー式の検査テーブル）を有するものを説明したが、検査項目が多いときには、更に大きな径のスターホイール盤を用いて各機器を配置する構成としても良いが、例えば図１７の模式図に示すように、複数の環状の搬送経路を有する構成として、透明板から成る載置部が周設されたロータリー式の検査テーブル１０Ａ、１０Ｂを設け、各検査テーブル１０Ａ、１０Ｂの所定の位置に、各部の検査機を配置するようにしても良い。図１７の例においては、図中のＡ１の検査エリアでは口部天面部の欠陥検査、Ａ２の検査エリアでは口部側面部の欠陥検査、Ａ３の検査エリアでは胴部の欠陥検査、Ａ４の検査エリアでは胴部及び底部の欠陥検査（内面部の汚れ，異物検査）が、それぞれ図１７中に示すように１台若しくは複数台の撮像手段３０（ＣＣＤカメラ等）を用いて連続的に実行される。図１７には、各欠陥検査機の撮像カメラ３０の配置構成が示されているが、その台数、配置構成は本例に限るものではない。

本発明に係わる検査装置の第１の実施形態における構成例を示す模式図である。 第１の実施形態における投光手段の発光面の形状例を示す平面図である。 第１の実施形態における胴部内面及び口部内面の欠陥（傷）検査での撮像画像の一例を示す模式図である。 本発明に係わる検査装置の第２の実施形態における構成例を示す模式図である。 第２の実施形態に用いるレンズ系の特性を示す図である。 第２の実施形態における容器内面の欠陥（汚れ，異物検査）検査での撮像画像の一例を示す模式図である。 第３の実施形態における口部検査装置の一例を模式的に示す一部側面断面図である。 第３の実施形態における口部検査での撮像画像の一例を示す模式図である。 一般的な検査装置における口部検査での撮像画像の一例を示す模式図である。 本発明に係る検査システムの検査用搬送機の構成例を示す平面図である。 一般的な検査装置における撮像画像の第１の例を示す画像図である。 第１の実施形態における撮像画像の第１の例を示す画像図である。 一般的な検査装置における撮像画像の第２の例を示す画像図である。 第１の実施形態における撮像画像の第２の例を示す画像図である。 一般的な検査装置における撮像画像の第３の例を示す画像図である。 第２の実施形態における撮像画像の一例を示す画像図である。 本発明に係る検査システムの検査用搬送機の他の構成例を示す平面図である。 空瓶胴部の一部の擦り傷を検査する従来の検査装置の第１の例を示す模式図である。 空瓶底部の異物を検査する従来の検査装置の第２の例を示す模式図である。

符号の説明

１ 被検査体（空瓶）
１０ 検査テーブル
１１ 載置部（硬質ガラスフィルタ）
１２ スクリュー
１３ 搬送コンベア
１４ａ，１４ｂ スターホイール盤
１５ 拘持手段（クランプ）
１５ａ 天板（透明板）
１５ｂ 支持部材
２０ 投光手段
２０ａ 第１の投光手段（胴部照明手段）
２０ｂ 第２の投光手段（口部照明手段）
２０ｃ 第３の投光手段（内面部検査用投光手段）
２０ｄ 第４の投光手段（口部検査用照明手段）
３０ 撮像手段
３０ａ 胴部検査用撮像手段
３０ｂ 瓶内面部検査用撮像手段
３０ｃ 口部検査用撮像手段
４０ 検査手段
４０ａ 胴部検査手段
４０ｂ 瓶内面部検査手段
４０ｃ 口部検査手段
５０ 暗視野形成手段
１００ 検査用搬送機

Claims (6)

1. 被検査体である空瓶の欠陥を光学的に検査する空瓶の検査システムであって、前記空瓶を正立状態で載置する透光性部材から成る載置部を有する検査テーブルと、前記空瓶の胴部断面形状に対応するリング形状の発光面を有し、前記載置部の下方に配置された前記発光面から前記リング形状の光線束を前記空瓶の底面に対して垂直方向に照射して前記空瓶の胴部の側壁表面から側壁内面に至る胴部側壁部分全域を照明する胴部照明手段と、前記空瓶の側方に配置され暗い背景を形成するための暗視野形成手段と、前記空瓶を挟んで前記暗視野形成手段と対向して撮像部が配置され、前記胴部照明手段の発光面からの光線束によって前記胴部側壁部分全域が光で満たされている状態で前記空瓶の胴部を含む検査領域を前記空瓶の側方から撮像する撮像手段と、前記撮像手段からの画像信号を処理して前記空瓶の胴部の傷を含む欠陥を検査する胴部検査手段とを備えたことを特徴とする空瓶の検査システム。
2. 前記空瓶の口部断面形状に対応するリング形状の発光面を有し、前記載置部の上方に配置された前記発光面から前記口部断面形状に対応するリング形状の光線束を前記空瓶の口部天面に対して垂直方向に照射して前記空瓶の口部の側壁表面から側壁内面に至る口部側壁部分全域を照明する口部照明手段を更に備え、前記撮像手段は、前記胴部照明手段の発光面からの光線束及び前記口部照明手段の発光面からの光線束によって前記空瓶の口部及び胴部を含む側壁部分全域が光で満たされている状態で前記検査領域を撮像するようにしている請求項１に記載の空瓶の検査システム。
3. 被検査体である空瓶の欠陥を光学的に検査する空瓶の検査システムであって、前記空瓶を正立状態で載置する透光性部材から成る載置部を有する検査テーブルと、各光線が平行な光線束を前記載置部の下方から前記空瓶の底面全域に対して略垂直方向に照射して前記空瓶を照明する投光手段と、前記空瓶が照明されている状態で前記空瓶の天面開口部の上方から焦点深度の深い光学レンズを通して前記空瓶の口部内面から底部内面に至る内面部全域を検査領域として撮像する撮像手段と、前記撮像手段からの画像信号を処理して前記空瓶の内面部の汚れを含む前記空瓶の欠陥を検査する検査手段とを備えたことを特徴とする空瓶の検査システム。
4. 前記透光性部材から成る載置部が、乱反射を防止するフィルタ機能を有する硬質の透明板で形成されている請求項１乃至３のいずれかに記載の空瓶の検査システム。
5. 前記被検査体の照明に用いる光が赤外光である請求項１乃至４のいずれかに記載の空瓶の検査システム。
6. 前記検査テーブルが、生産ライン上の搬送速度に同期して高速回転し、前記透光性部材から成る載置部が回動軸の周りに周設されたロータリー式の検査テーブルであり、前記載置部に順次搬入されて搬送されて来る各空瓶を前記撮像手段により撮像して前記空瓶の欠陥を連続的に検査するようにしている請求項１乃至５のいずれかに記載の空瓶の検査システム。

Images