JP2005098832A

JP2005098832A - 被検体検査装置

Info

Publication number: JP2005098832A
Application number: JP2003332801A
Authority: JP
Inventors: Tadahiro Katane; 忠弘片根; Hiromi Yamazaki; 浩美山崎; Hirohisa Fukuda; 裕久福田
Original assignee: Hitachi Engineering Co Ltd
Current assignee: Hitachi Engineering Co Ltd
Priority date: 2003-09-25
Filing date: 2003-09-25
Publication date: 2005-04-14

Abstract

【課題】本発明は、液体充填容器（プラスチックボトルやアンプル瓶）の検査装置を、回転する検査ロータ上で検査する際に、検査に適する向きに容器の方向制御を行わせたい。
【解決手段】検査ロータ１には、規則的に多数のモータＭを配置する。このモータＭは、検査ロータ１の回転とは独立して回転可能である。検査対象の容器２０を次々にモータＭの載置台２９上に投入し、拘束する。ある位置でモータＭを回転させて、その回転中の容器側面をカメラ２で撮影する。これを画像処理して、容器２０の向きを見つける。モータ制御部１６は、検査部８での検査に適する向きに、容器２０を回転させて最適検査角度に設定する。この後で検査部８は、内部液体を含む容器映像を撮映し、画像処理部１７は、この画像を処理することで液体内異物を検出する。
【選択図】図１

Description

本発明は、大量生産される透明容器等の被検体の検査装置、特にカメラによる撮影画像に基づく検査を行う検査装置に関する。

薬や栄養剤、清涼飲料水等の液体を充填した瓶やプラスチックボトル（被検体）等は、大量生産工程で次々に大量に得られる。充填液体中に異物が混入することがあり、その異物検査装置として、本件出願人の出願になる特許文献１がある。
この特許文献１は、検査のためのライン（これを検査ロータと呼ぶ）を持ち、この検査ラインには、順次規則的に複数の載置台がそのラインに沿って固定配置されラインの移動に従って載置台も動く。検査ラインは、例えば円周形ラインであり、このライン自体は定速走行するように制御を受ける。検査ラインへの容器の搬入は搬入ラインから検査ラインのある所定個所へ次々に容器を送り込み載置台へ載置することで行う。更に、搬出は、良品、不良品を選別して搬出ラインへと送り出す。
載置台は、検査ラインと共に動き、且つ搬入した容器を拘束すると共に、検査ラインの走行と独立して回転・停止が可能である。回転は回転パターンによって行う。この回転パターンは、例えば検査目的によって定まる。回転は載置台毎に設置されたモータによって行う。
載置台上で、容器を拘束して回転・停止を行う目的は、液体中に存在する異物が小さく、カメラでの撮影でも見つけにくく、それ故に容器を強制的に回転させて異物を強制的に動かして、画像処理で異物の有無やサイズ等を効果的に判定できるようにするためである。
検査目的としては、液体の液面、液中、液底などを区別して３項目とする例もあれば、それらを区別せずに単なる液体内異物検査の１項目の例もある。液体の種類や要求される検査精度やどの程度のサイズのものを異物とするかやどんな内容物を異物とするか等によって検査目的が定まる。
検査ラインに対する検査系は、カメラ及びその画像を取り込んでの画像処理を行う装置（パソコン等）等の検査手段を有する。検査目的が複数であれば、複数の検査手段を有する。

特開平６−２７３３５１号公報

検査ラインでのカメラによって検査対象を正しく撮影するには、検査対象となる容器がその視野角に入り、且つこの容器の向きが検査すべき向き（検査可能な向き）になることが不可欠である。視野角にはいることはカメラ撮影にとって当然であるが、検査すべき向きにあるか否かは従来はそれ程、問題でなかった。例えば、商品ラベルがはりつけられていなかったり、表面印刷がされていなかったりする例にあっては、容器の向きはそれ程、検査精度に悪影響はない。視野角に入れば撮影も正確に行われる。しかし、容器に商品ラベルがはりつけられていたり、容器表面にカラーや白黒を含む印刷がされていたりすると、即ち、商品ラベルや印刷物をはりつけた後に検査を行おうとする場合そのはりつけられている面や印刷面は、液体内の撮影の障害となることがある。これは、異物検査を製品製造の最終工程で行う如き事例である。また、容器自体のある側面にある種の加工が施されているような加工容器にあっては、その加工した側面が撮影の障害になることもある。異物検査の他にも、形状検査や内容量検査等の各種の検査でも同様の問題がある。
本発明の目的は、カメラでの撮影が正しい撮影の方向になるように、載置台の容器の向きを制御可能な検査装置を提供するものである。

本発明は、載置台を持ち、この載置台に検査対象の被検体を次々に載置し移送する移送手段と、
載置台の被検体を回転可能な回転手段と、
移送手段による移送中の所定の検査位置よりも前の位置で被検体の向きを計測し、上記所定の検査位置での検査時点で予め定めた検査用の向きになるように上記回転手段を制御する制御手段と、
上記所定の検査位置に被検体が到達したときにその被検体の検査を行う検査手段と、
を備えた被検体検査装置を開示する。

本発明は、載置台を持ち、この載置台に検査対象の液体充填の透明容器を次々に載置し移送する検査用の移送手段と、
各載置台に取り付けられその台上の透明容器の拘束及び回転可能な回転手段と、
移送手段による移送中の所定の検査位置よりも前の位置で回転手段を駆動して透明容器を回転し、停止させる制御手段と、
この回転中に透明容器の向きの計測をカメラにより撮像しその画像から向きを判定する第１の画像手段と、
この判定した向きから検査用の向きになるような回転パターンを与えて回転手段を駆動する駆動手段と、
上記所定の検査位置に透明容器が到達したときにその透明容器の充填液体中の異物の検査を行う検査手段と、
を備えた液体充填容器の液体内異物検査装置を開示する。

本発明によれば、ラベル、印刷等のある容器であっても、被検体の方向を制御
して検査を行うことで、高性能な検査が可能となった。

図１は異物検査搬送ライン系Ａとその異物検査系Ｂとを示す図である。異物検査搬送ライン系Ａは、搬送ライン１０、１３、円形の搬入ロ一タ１１、円形の搬出ロータ１２、円形の検査ロ一タ１とより成る。搬送ライン１０から、容器２０（液体が内部に充填されている透明瓶やペットボトル等）を次々に搬入して回転する搬入ロータ１１上に載せ、これを次々に回転する検査ロータ１が受け取り、所定の検査を行う。回転する搬出ロータ１２は検査後の容器２０を受取り、搬送ライン１３へ送り出す。

検査ロータ１は、その円周上に順次規則的に多数のモータＭ及び各モータＭの回転軸に連結する容器載置台（載置台が回転軸の一部をなす例を含む。以下同じ）を固定配置した回転ラインであり、この検査ロータ１は、ある開始位置（ロータ原角度０°）を基準に一方向への連続回転を繰り返す。この開始位置を基準にして検査ロータの回転角度を検出しているのが角度検出器７である。検査ロータ１の上方空間（図１の紙面の手前側）には、載置台上の容器２０の側面方向から撮影可能な所定の第１、第２の固定位置にカメラ２、３を配置し、対向する照明５、６を利用して、照明とカメラとの間を通過する載置台上の容器２０の撮影を行う。ここで、カメラ２は、その設置位置からみた載置台上の容器２０の向きを検出するためのもの、カメラ３はその設置位置からみた載置台上の容器２０の液体内異物検出するためのもの、である。全モータ、載置台に対応して、モータＭの回転軸に連結する容器載置台上に容器２０を押圧拘束するための機械系を持つ。全モータＭはそれぞれ独立して回転制御が図られる。ここで独立とは、全モータが別個に回転制御を受けること、検査ロータ１の回転と無関係に各モータＭを回転可能であること、を意味する。全モータＭは回転パターンに従った回転制御を受ける。角度検出器９で得た検査ロータ１の検出回転角度は、モータＭの回転制御及び異物検査に利用される。モータＭと載置台等の構成は後述の図２に示す。

異物検査系Ｂは、検査モード設定部１５、モータ制御部１６、画像処理部１７、及びモータ制御の電気信号の中継を行うスリップリング１４、より成る。
検査モード設定部１５は、検査目的（項目）を設定し、この検査目的に対応する、モータＭの回転パターンを所定のタイミングで与える。
検査目的は、説明を簡単にするため、液体内異物検出のみとする。そこで本願では、カメラ３と照明６とを液体内異物検出用に用いる。
全モータＭへは、検査ロータ１の角度検出器９の検出角度情報が常に配信されており、各モータＭ自身が検査ロータ上のどの位置（角度と同義）にいるかがわかる。各モータＭは、検査ロータ１上であらかじめ定めた回転パターンで容器を回転（自転）する。モータＭは載置台に直結しており、モータＭが回転（正確にはモータＭの回転体であるロータ部が回転。以下、同じ）することで載置台も回転し、モータＭがある回転位置で停止すれば載置台もその位置で停止する。載置台は容器を拘束しており、従って、モータ−載置台−容器という三者一体の形で回転・停止が行われる。
各モータＭは駆動回路で駆動され、この駆動回路は制御回路の制御信号によって制御を受ける。駆動回路と制御回路と本来のモータ本体を含めて、本願ではモータと称した。駆動回路と制御回路とモータとの関係等は後述する図２に示した。制御回路にはメモリ機能を持たせておき、モータの検査ロータ上での位置やモータ自体の角度（正確にはモータＭの回転体であるロータ部の向き）、更に回転パターンデータ等を記憶させておく。この制御回路は、モータ制御部１６からの回転パターンを含む回転制御指令を受信し、またモータ制御部１６へモータ（載置台及び容器）の角度データを送る。
モータ制御部１６は、これを取り込むことで、全モータＭの角度（即ち向き）を把握する。そして、モータ制御部１６は、検査モード設定部１５の設定で定まる回転パターン情報と上記角度情報とに基づいてモータＭの回転制御を、モータ対応に行う。

モータ制御部１６からの上記回転制御指令について述べる。回転制御指令には、検出部７での容器の最適異物検査角度検出のためのもの、検出部７から検査部８での検査直前までの間の任意の位置、または任意の区間で与えられる上記最適角度に容器角度を設定させるためのもの等がある。
容器の角度（向き）や角度制御について説明する。
検査時に容器の向けるべき角度が予めわかっている場合、即ち搬入ロータ１１から検査ロータ１に移って載置台に拘束された時点の容器の角度が予め定めた所定の角度になるように制御や管理を受ける検査システム（第１の検査システム）であれば、検査ロータ上での容器の角度管理、及び異物検査管理に便利である。これを実現するには、載置台に拘束時に、容器角度を予め定めた所定の角度になるように制御できる手段を持たせるやり方、搬入ロータ１１から載置台への移し替え時に予め定めた所定の角度になるように容器角度が固定されていること、等を採用すればよい。また、載置台上に拘束されている状態で、容器角度を検出できる検出手段を設けた検査システム（第２の検査システム）にすることも可能である。かかる検出手段があれば、載置台上に拘束した容器を回転させて停止した時に、その停止時の容器角度を自動的に認識できる。更にこの認識結果に基づき容器角度を目的とする角度に制御することも可能となる。
一方、検査時に容器の向けるべき角度が予めわかっていない場合、こうしたやり方を採用できないため、別の検査システム（第３の検査システム）とする必要がある。

本願の特徴の１つは、異物検査の段階で、異物検査に適した角度に容器を載置台上で位置決めすることである。このためには、上記第１、第２の検査システムにあっては、載置台上での容器拘束角度はデータとしてわかっているため、最適な検査角度を目標値として設定し、この目標値になるように、モータＭの回転制御を行えばよい。
ここで、最適な検査角度は、事前にわかっていれば、それをデータとして利用する。事前にわかっていなければ、最適検査角度を後述する図５に示す如き画像処理によって自動検出する。この自動検出は、上記第１検査システムにあっては、標準的な１個の容器のみで行えばよく、他の容器での抽出は不要である。上記第２検査システムにあっては、容器毎に角度（向き）が異なるため、全容器について図４の如きやり方で最適検査角度を抽出し、対応する容器毎にこの目標値になるような角度制御をはかる。

さて、この第３の検査システムにあっては最適角度抽出との連係が不可欠である。その最適角度抽出は後述する図５のやり方をとる。図５での最適角度抽出のために、どれだけの角度分回転させるかを事前に定めておく。例えば１回転とか、半回転とかである。１回転であれば、不定角度θ_ｘから、３６０°回転して再び角度θ_ｘの位置でモータは停止する。半回転であれば（θ_ｘ＋１８０°）の位置でモータは停止する。そして、図５に示す画像処理により最適角度θ_ｊを見つけ、次の異物検査時に容器を向けるべき上記最適角度を検出し、停止したときの角度θ_ｘや（θ_ｘ＋１８０°）を基準にして目標値θ_ｊだけ更に容器を回転させる。これによって、次の異物検査時点で最適な角度に位置決めされ、カメラ３によって異物検査のための撮影が行われる。

検出部７から検査部８に至る中間での、検査ロータ１上での容器の様相について述べる。最適角度への角度制御を、上記中間で行うやり方がある。検出部７で最適角度が抽出できれば、それ以降の検査部８でも検査直前までの間のどこの時点であっても最適角度制御は可能である。一方、上記中間で別の目的で容器を回転させる例もある。この回転により、回転の停止後に容器がどの角度で停止しているかが重要である。それは高速回転後に検査部８で異物検査を行うために容器の回転が必要であり、この異物検査のための最適角度への位置決め制御が必要なためである。
容器の回転制御を行っている段階で、当然に検査ロータ１も回転し移動する。検出部７ではカメラ２によって最適角度がみつかるに必要なだけの回転制御を行うが、この時の回転は、検査ロータ１の移動速度に比してカメラ視野内に容器の姿が充分に残っているだけの回転速度であることが必要である。一方、最適角度にするための容器位置決めの回転も同様に、少なくとも検査部８での検査視野に入る前に完了させることが必要である。

図２は、モータＭに関する構成図を示す。モータＭの回転軸に連結する載置台２９上に容器２０を載せ、容器２０の上部（例えば蓋）をカップ３１で軽く拘束する。このカップ３１は、上下動可能で、モータの回転軸上に容器２０が載るとカップ３１が降りてきて上部を軽く拘束する。検査ロータ１に載置してある状態では、この拘束を維持する。そして、搬出ロータ１２に搬出するときには、カップ３１は上に上がり、拘束をとく。
カップ３１での軽い拘束中に、モータＭは回転を行い、容器２０を回転させ、停止させる。このために利用するのがモータＭを含むモータユニット３０である。モータユニット３０は、エンコータ３１、ドライバ部（駆動回路）３２、コントロール部（制御回路）３３とより成る。エンコーダ３１はモータＭの回転角度の検出を行い、帰還させてモータの回転が正しい回転かを検証するために用いる。コントロール部３３は、スリップリング１４を介して電源の提供、角度情報、及び回転パターン情報の提供を受け、ドライバ部３２を介してモータＭの回転制御を行う。

モータユニット３０は、モータＭに一対一に対応している。従って個別に制御するとモータユニットを実装した分だけ情報の伝達本数が増えることとなる。そこで例えばユニット３０へは、予めモータ制御部１６より回転パターンを送っておき、搬送中は、全モータユニットへ、角度検出器９で検出した検査ロータの位置情報を検出の度に与えることで、モータユニットが自律で各モータの制御を行う構成とする。
図３は回転パターン例を示す。横軸が検査ロータ１の回転角度（時刻ｔに相当）、縦軸が回転数Ｎである。回転パターンＰは、加速を行う立ち上がり部ｑ_１と定速回転する定速部ｑ_２と減速部ｑ_３とより成る。ｑ_１、ｑ_２、ｑ_３、をどのようにするかまたどのような組み合わせにするか、即ち振幅と時間との組み合わせからなるパターン形状の状態によって種々の回転パターンを作ることができる。
図４は、回転パターンと２つの異物検査例（液中、液底）との関係の一例を示す図である。モータ＃１、＃２、＃３は検査ロータ１上での３つの連続配置したモータを示す。パターンＰ_１は、容器２０の向き（角度）を検出するための回転パターンを示し。この回転パターンに従って容器を回転させて複数の撮像画像を得、向き検出を行う（図５）。回転パターンＰ_２は容器の向きを最適角度に設定する回転パターンであり、これによって容器毎に回転（θ_ｉ１、θ_ｉ２、θ_ｉ３、…）制御をはかり最適角度の設定を行う。その後で液中異物検査を行う。これは、図１でみるに、検査部８での検査に相当する。更に第２の検査部をその下流（例えば２７０°位置）に設けておき、その直前の位置で回転パターンＰ_３で回転を行い、液体内部撹拌を行い、第２の検査部で液底検査を画像処理にて行う。カメラ２と照明５を持つ容器の向き検出部７は、検査に最適な容器の向きを検出するための撮影手段である。そのために、カメラ２と照明５との間に搬入した載置台上のモータに対してモータ制御部１６から１回転パターンを送り、モータを回転させる。この１回転中の定速部ｑ_２での定速回転中に、カメラ２の視野内で容器側面が充分に撮影できるように１回転パターンは設定されている。そして、１回転中の間に複数の回転角度で複数回の容器の側面撮影を行う。例えば、６０°の回転角度ピッチを採用すれば、６０°、１２０°、１８０°、２４０°、３００°の５個の回転角度毎の画像を得る。
上記１回転パターンとは、モータユニット３０が内部にデータとして持つ例もあれば、検査モード設定部１５が、検査モードのための回転パターンの他に別パターンとして持つ例もあり、後者ではカメラ２による撮影前にモータユニットに送っておき、それを使用する。また、回転パターンとしては、パルスモータの如き例であれば、パルスの数を回転パターンとして与える。
検出部７のカメラ２で撮影した複数の画像は、その時の回転角度をデータとして付加して画像処理部１７に送り、画像処理部１７は画像処理によって検査のための最適回転角度を自動的に見つける。
図５には、カメラ２の撮影視野と不透明なラベルのついた容器２０（アンプル瓶の例）の向きとの関係、及び輝度分布の例を示す。図５は、５つの容器回転角度θ_１、θ_２、θ_３、θ_４、θ_５での撮像例であり、（ａ）に示すように、回転角度θ_１は容器２０のラベルがカメラの視野角に９０°直交する側にある例、回転角度θ_２は、カメラの視野角内に完全にラベルが存在する例、回転角度θ_３は、ラベルの一部が視野角に入っている例、回転角度θ_４、θ_５は、ラベルが視野角から完全に消えている例を示す。各回転角度毎の映像例は、図５（ｂ）に示す例であり、斜線部がラベル画像である。図５（ｃ）には、図５（ｃ）の画像を一軸方向に投影して得た輝度分布データを示す。この輝度分布データから、異物検査に適した回転角度を求める。図５の例では、回転角度θ_１が最適回転角度であるとの決定がなされる。この理由は輝度値がほぼ一定の高い値であり、容器内部の撮影にラベルが障害となっていないとみれるためである。（ｂ）の映像の取り込み及び（ｃ）の輝度分布の計算及び角度θ_１の決定は画像処理部１７が自動的に行う。
この最適回転角度θ_１は、画像処理部１７からモータ制御部１６に送られ、カメラ３での撮影時点に容器２０の向きがこの最適回転角度θ_１になるようにモータＭの回転制御に利用する。
モータ制御部１６は、異物検査部８で映像を撮影する際にモータＭが停止する角度として、この検出角度θ_１を対応するモータＭに渡す。モータＭはあらかじめ設定された所定のパターンにより回転を行うが、異物検査部８の検査前回転の際の回転には上記検出角度θ_１から定まるモータが停止する際の方向を指定するパラメータ（角度θ_１そのものである例も含む）があり、この値は、モ一タ制御部１６から回転の前に設定する。このパラメータによって検査前に容器を最適撮影視野になるように向き制御を行う。
例えば、１回転前の静止状態にある容器の向き（角度）がθ_ｉとし、最適回転角度がθ_１と判明できれば、検査部８での検査に際しては、θ_１が絶対角度であればθ_１−θ_ｉの角度分だけ容器を回転させることで、最適撮影視野が得られる。θ_ｉが相対角度であれば、θ_１の角度分だけ容器を回転させればよい。これらの回転制御はモータ制御部１６が対応するモータＭに対して行う。
ここで、対応するモータＭとは、検出部７と検査部８とでの対象容器が同一である所のその容器対応のモータを指す。
カメラ３と照明６を持つ異物検査部８では、モータＭが設定された指定角度で停止した後撮影を行い、この撮影映像を用いて画像処理部１７で検査処理を行う。
検査処理は、異物検査であれば容器の方向制御を行う前に容器を回転させて内部の液体を回転させた状態で、容器の方向を制御しながら停止させた後、複数枚の映像を撮影し、この映像間の差により液剤中を動いている異物がないかどうかを画像処理部１７で画像処理を行って検査する。または、映像間の差をとらずに映像内の異物の映像から、異物の有無を検査する。また、検査前に容器を回転させる必要のない外観検査であれば、そのまま撮影し、画像処理部１７で画像処理を行い検査する。
検査結果は、搬出ロータ１２により選別され、それぞれの容器毎に、検査結果に従い搬送ラインＡ１３、搬送ラインＢ１４に選別搬送される。
本発明の変形例、適用例を以下述べる。
（１）、ラベル、印刷等のない容器に対しても、本方法で容器方向を制御して検査することにより、容器キズ、汚れ等、容器の形状からくる死角の最も少ない方向から検査を行うことが出来、検査性能が向上する。
（２）、前述の容器方向検出部１７での容器方向検出は、ラベル、印刷の映らない方向を検出したが、反対に合計輝度の最も小さい方向を検出することによりラベル、印刷部分を必ず撮影する方向を検出することが出来る。
（３）、異物検査部８で、この方向に容器を制御し、ラベル、印刷検査等、異物以外の他の検査例もある。
（４）、回転する検査ロータとしたが、直線的なライン上での検査にも適用できる。

本発明は、大量生産される瓶やプラスチックボトルの形状や内容物の検査を、各容器単位に正確に行う。

本発明の検査装置の構成例を示す図である。本発明のモータユニットの構成例を示す図である。本発明の回転パターン例を示す図である。本発明の具体的な回転パターン例を示す図である。本発明の容器の向きの検出例を説明する図である。

符号の説明

Ａ搬送ライン系
Ｂ検査系
１検査ロータ
７容器方向検出部
８異物検査部
１７画像処理部
Ｍモータ

Claims

載置台を持ち、この載置台に検査対象の被検体を次々に載置し移送する移送手段と、
載置台の被検体を回転可能な回転手段と、
移送手段による移送中の所定の検査位置よりも前の位置で被検体の向きを計測し、上記所定の検査位置での検査時点で予め定めた検査用の向きになるように上記回転手段を制御する制御手段と、
上記所定の検査位置に被検体が到達したときにその被検体の検査を行う検査手段と、
を備えた被検体検査装置。
載置台を持ち、この載置台に検査対象の液体充填の透明容器を次々に載置し移送する検査用の移送手段と、
各載置台に取り付けられその台上の透明容器の拘束及び回転可能な回転手段と、
移送手段による移送中の所定の検査位置よりも前の位置で回転手段を駆動して透明容器を回転し、停止させる制御手段と、
この回転中に透明容器の向きの計測をカメラにより撮像しその画像から向きを判定する第１の画像手段と、
この判定した向きから検査用の向きになるような回転パターンを与えて回転手段を駆動する駆動手段と、
上記所定の検査位置に透明容器が到達したときにその透明容器の充填液体中の異物の検査を行う検査手段と、
を備えた液体充填容器の液体内異物検査装置。
上記検査手段は、透明容器への光の透過又は反射像をカメラにより撮像する撮像手段と、その画像から充填液体中の異物の有無を判定する判定手段を備えるものとした請求項１又は２の液体内異物検査装置。