JP2005257492A - 容器内異物検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】
内容物と異物との色が近い場合も含め、種類を問わず、内容物の画像に対する異物の画像の濃度差を大きくした画像を形成し、容器内部に混入した異物を安定的に正しく検出することができるようにしたい。
【解決手段】
液体が封入された透明な容器１に照明光を照射し、内容物中の微粒子９の表面で照明光を乱反射させ、内容物から容器底面を通過して撮像カメラ３に至る照明光の進行方向をあらゆる方向に分散させる。この分散光によって、容器底面の起伏による照明光の光量分布を均一化させる。
容器内底面にある沈殿異物ＳＤで照明光は遮られ、画像における沈殿異物箇所の輝度が低下し、一様な大きめの輝度となる液体と小さめの輝度となる異物の画像となり、濃淡値の差が大きくなって、異物ＳＤを検出できる。
【選択図】 図２

Description

本発明は、液体が封入された容器に照明光を照射して撮像手段で得た容器の映像から容器内に沈殿した異物を検出する容器内異物検出装置に関するものである。

飲料水などを封止した容器内へ混入する異物の主たるものは、容器を成形製作する段階での容器材料の破片とか内容物の液体を充填する装置の部品や部品破片である。容器内に異物が混入することは殆ど発生しないが、人体への悪影響の可能性があることから、発生頻度に関わらず異物の混入した容器を生産ラインから確実に除去することが求められ、全数検査をしている。

従来の全数検査としては人の目視に頼ったものであるが、特に検出が難しく存在状態が最も多いのが沈澱異物であり、見逃しが時折発生する。

見逃しの理由は、容器成形の都合から底部では厚みが変化し段差もあり、容器底部自体が複雑な形状のレンズのごとくなっていること、内容物と異物との色が近い場合には異物と周囲の内容物との輝度差がつきにくく、判別が困難になるためである。

そこで人の目視に代えて、図９に示すように、液体が封入された透明な容器１の底部に照明装置２で照明光を照射し、撮像素子を内蔵した撮像カメラ３で容器底部の映像を得て、容器内に混入した異物を検出する技術がある。

この従来技術は光反射法で映像を得るもので、背景として利用する容器内の内容物からの反射光の光量と、背景中の異物表面からの反射光の光量を撮像素子３による濃淡値の差と判別する。

この技術の原理は、撮像素子３による濃淡値に関して、一方が他方に対して濃淡値の差が大きければ、判定の基準とするしきい値との差もそれぞれ大きくでき、異物と背景を安定して判別しやすいことにある。

なお、上記従来技術を示すものとして、下記の特許文献１がある。

特開２００１−２０１４５７号公報

上記従来技術においては、内容物と異物との色が近い状態で光反射法で映像を得た場合、内容物と異物の反射光の輝度が等しくなり、撮像素子によって検出できる内容物と異物との濃淡値の差は小さくなり判別しにくくなる。

また、沈澱している異物は粒状で平面状ではなく、しかも一部が容器底部に接触し他の多くの部分は容器壁面から離れた状態で容器壁面に完全に密着していることは殆ど無い。

内容物が懸濁液であれば、異物の容器底部から離れた部分は見えにくくなり、容器底部に接している異物の部分のみが点状に小さく見えてしまい、異物として特定することが困難になってしまう。

従って、本発明の目的は、内容物と異物との色が近い場合も含め、種類を問わず、容器内部に混入した異物を安定的に正しく検出することができる容器内異物検出装置を提供することにある。

上記の目的を達成する本発明装置の特徴とするところは、液体が封入された透明な容器に照明光を照射し、撮像手段で得た容器の映像から容器内の沈殿異物を検出する容器内異物検出装置において、撮像手段は容器の底部側に配置してあり、該容器に照明光を照射する照明装置は容器の側部に配置してあることにある。

そして、照明装置としては、光源が発する照明光を容器の側部に照射する反射板や光拡散板を含む。

本発明によれば、容器の形状に基づく光の屈折や反射などによって発生する光量の不均一な分布による映像内明暗差は抑制され、内容物や異物の色には関係無く、容器内部に混入した異物を安定的に正しく検出することができる。

本発明によれば、容器側方から照射した照明光は内容物中の微粒子表面で乱反射し、内容物から容器底面を通過して撮像手段に至る照明光の進行方向をあらゆる方向に分散し、その分散光によって容器底面の起伏による照明光の光量分布を均一化させると同時に、容器内底面にある沈殿異物は通過しようとする照明光を遮るので、撮像手段が得る沈殿異物箇所の輝度は低下し、沈澱異物以外の個所における照明光の輝度は一様な大きさを維持したものとなる。従って沈澱異物の個所とそれ以外の個所における画像の濃淡値の差は大きくて、沈澱異物を判別しやすい。

以下、図に示す実施形態に基づいて、本発明を説明する。容器として透明なＰＥＴ製を使った例で示す。

図１乃至図３は第一の実施形態を示しており、ＰＥＴ製の透明な容器１は図１に示すように、搬入側の搬送コンベア１１Ａ上を順次連続して搬送されてくる。容器１には、主に薬品や飲料である液体の内容物ＬＱが既に充填されており、さらに容器蓋４で封止されている。

沈殿異物検出はこの容器蓋４で封止された直後に実施する。通常、異物検出を実施する工程では容器１の外面に光学的障害となる印刷物などは存在せず、異物検出において良品となった容器１に対してのみ印刷物などを貼る場合が多い。また、本実施形態で対象とする容器１と内容物ＬＱ（容器内に封入してある液体）はともに透明なものであるが、無色透明に限らず、有色透明、また一般の環境光では不透明とされる場合であっても、光透過の度合いに応じて異物検出の対象とすることができる。

異物混入が確認された容器１は搬出側の搬送コンベア１１Ｂ上から取り除くか、後工程において排出するように容器１の目立つ位置に目印となる不良識別マークを付加しておく。
なお、不良識別マークを付加する手段の説明は、省略する。

搬入側の搬送コンベア１１Ａと搬出側の搬送コンベア１１Ｂに掛けて、容器１の両側面１ａを挟み込む１対のグリップコンベア５Ａ，５Ｂを設けてあり、搬入側の搬送コンベア１１Ａは沈殿異物の検査位置ＤＰの直前近傍まで容器１を搭載し、容器１の両側面１ａを挟み込むグリップコンベア５Ａ，５Ｂに受け渡す。容器１の受け渡しのために、１００（ｍｍ）乃至５００（ｍｍ）の併設領域を設けている。

容器１はグリップコンベア５Ａ，５Ｂのグリッパ５ａ，５ｂで両側面を挟み込まれ、上部の蓋側と下部の底側は開放された状態である。

グリップコンベア５Ａ，５Ｂは、チェーンでゴムまたは樹脂製のグリッパ５ａ，５ｂを支え、チェーンの長さだけグリッパ５ａ，５ｂを複数並べたものである。図示しないがチェーンはスプロケットを介してモータで速度を管理しながら駆動する。

内側となるグリッパ５ａ，５ｂが容器１の側面１ａを挟み込んで、搬出側の搬送コンベア１１Ｂに受け渡すために、このグリップコンベア５Ａ，５Ｂは同期を取って駆動している。容器１と接触する箇所では容器１の形状になじむようにグリッパ５ａ，５ｂが多少変形し、容器１は接触部の摩擦抵抗により落下することなく姿勢を保持しながら搬送されていく。

沈殿異物の検査位置ＤＰでは、ハロゲンランプを持つ照明光源６からの光をライトガイド７を経由して、図２（ａ）に示すように、グリップコンベア５Ａ，５Ｂの下側に設置した照明光照射部（照明光照射手段）２から拡散板１２を通過して、容器１の斜め上の側方から容器１内部の底部方向に照射する。

斜め上の側方からの照射では、当然容器１の搬送を妨げないようにライトガイド７を設置する。その数は、２方向または４方向にする。図２では２方向で説明しているが、片方をさらに２分割し計４方向としてもよい。

照明光源６としてはハロゲンランプの他に蛍光燈，ＬＥＤ，ＥＬ，白熱灯，メタルハライドランプ，赤外光ランプ，紫外光ランプなどの中から選択して使う。

ライトガイド７の内部は数百本程度の光ファイバを束ねた状態であり、照明光照射部２で光ファイバを分け、各光ファイバの先端を直線状にして固定している。容器１の大きさに応じて直線の長さを決めておく。光ファイバの先端では光は一定の広がり角度を持ちながら照射され、拡散板１２でその進行方向をさらに広げ、容器側面１ａで一旦屈折し、容器１内部を通過して、容器底部１ｂで再度屈折しながら容器１の下方に進行する。

沈殿異物の検査位置ＤＰの下方には、容器１を撮像する撮像カメラ（撮像手段）３を配置してあり、撮像カメラ（撮像手段）３は撮像素子を内蔵している。

グリップコンベア５Ａ，５Ｂに挟み込まれた検査対象となる容器１が検出位置ＤＰに到着したことを容器有無検知センサ１３で検知する。容器有無検知センサ１３の種類としては反射光式のほかにも、透過光式，超音波式のものを用いても良い。

沈殿異物の検査位置ＤＰやその周囲は図示していない遮光カバーで囲み、容器１および撮像カメラ３への光学的外乱となる周囲からの光を遮断し、安定した異物の検出を行なうようにしている。

容器有無検知センサ１３における検知結果は、図３の検出装置制御部２０に示すＩ／Ｏインタフェース２１を介して主演算器２２で把握し、シャッタ信号制御部２３及び撮像カメラコントローラ２４により撮像カメラ３のシャッタ信号に反映する。シャッタ信号に基づいて撮像カメラ３で容器１の映像を撮像し、撮像カメラコントローラ２４からカメラインターフェース２５を介して画像処理を行なう画像情報処理部２６の記憶装置に一旦蓄積し、プログラム上で異物を抽出する処理を行なう。

撮像画像や撮像画像に対して既に処理を施した映像は、画像処理モニタ２７に表示する。また、装置の起動、停止、エラーは操作スイッチ２８や表示ランプ２９で管理し、これらの管理や映像の画像処理を含めた装置全体の稼動状況管理を主演算器２２と主記憶部３０で担っている。この装置全体の稼動状況はモニタ３１に表示する。

以下、図２で沈澱異物の検出について説明する。

図２（ｂ）は図２（ａ）の楕円部分を拡大して示した断面図で、飲料などの液体内容物ＬＱは完全に透明なものもあるが、微小な粒子９を含んでいる場合が多く、その含有割合はさまざまである。

これらの微小な粒子９を含む液体内容物（懸濁液）ＬＱでは、撮像カメラ３の光軸に対し光を横方向から照射する、即ち、照明光照射部（照明光照射手段）２の光軸と交差するようにすると、照明光は粒子９の表面であらゆる方向に乱反射し、光を多方向から照射すれば粒子表面ではさらに多くの方向に乱反射し、液体内容物（懸濁液）ＬＱは均一な輝度を持つ。

容器１の斜め上方向から照明光を照射し、拡散板１２でその進行方向を広げた上で、容器内の微粒子表面で反射した光を撮像カメラ３で捉えると、容器１を通過する光があらゆる方向に分かれることから表面の起伏模様が不明になる。つまり容器１の底部１ｂの全体が均一な明るさになる。

このような状況において、容器１内の底部１ｂに沈殿した異物ＳＤが存在すると、異物ＳＤの箇所のみで光が遮断され、撮像カメラ３では暗点として小さな輝度の部分となって捉えられる。光の進行方向は主に拡散板１２と粒子９表面で多方向に広がるのであって、沈殿異物ＳＤから撮像カメラ３の間では、光の進行方向が多方向に変えられることはない。

従って、沈殿異物ＳＤの輪郭はそのまま捉えられ、撮像カメラ３の焦点を容器１の底部１ｂに合わせておけば、沈殿異物ＳＤの鮮明な画像を得ることができる。

照明光照射部（照明装置）２と撮像カメラ３の光軸を一致させると、照明光照射部（照明装置）２の中心付近の輝度だけが上昇する一方で、周辺の輝度は低下して異物ＳＤと判別しづらくなるだけでなく、容器１の表面における起伏模様が明瞭に現れて、異物ＳＤの検出が困難となる。

従って、撮像カメラ３の光軸に対し光を横方向から照射し、照明光照射部（照明装置）２の光軸と交差していることが良い。

撮像カメラ３の周囲に別の照明光照射部（照明装置）を付加すると、異物ＳＤでの反射光が撮像カメラ３に捉えられるようになり、異物ＳＤの輝度が上昇し、異物ＳＤを判別しづらくなるので、撮像カメラ３が異物ＳＤから反射光を取り込むことになるような別の照明光照射部（照明装置）は付加しないことがよい。

図４に示すごとく、画像ＩＭでは異物がない領域は明るい一様な背景ＢＳのみであるが、異物ＳＤが存在すると、明るい一様な背景ＢＳの中に異物ＳＤの画像ＳＤａの黒点がある状態となる。

図９に示す反射法を使った従来技術では、内容液と異物が同じ色をしている場合など反射率が近いと判別が困難であったのに対して、本発明では異物が不透明でありさえすれば異物の色には関係無く検出することができる。

画像処理による異物ＳＤの抽出は、明るい背景となる容器１の底部範囲を特定し、背景の輝度値と暗点となる異物ＳＤ箇所の輝度値の中間値をしきい値として、その値以上の輝度値を持つ点を全て最も明るい白に置き換え、しきい値未満の輝度値を持つ点を全て最も暗い黒に置き換えことで、二つの輝度値のみの二値画像として表現できる。

その二値画像内で白点に取り囲まれた黒点の数を算出し、黒点がなければ異物を含まない容器と判定でき、１個以上あれば異物を含んだ容器と判定できる。

なお、容器１の起伏模様が少なく、表面が平滑な容器１の場合は図５に示すように拡散板を無くして、微粒子９による散乱だけを利用し、全体の平均輝度を上げた照射でもよい。

撮像による露光時間は数１０００分の１秒程度で良いことから、グリップコンベア５Ａ，５Ｂで搬送しながら、移動状態のまま容器１の底部１ｂを撮像する。撮像された容器１は、そのまま搬送され、グリップコンベア５Ａ，５Ｂから別の搬出側の搬送コンベア１１Ｂに受け渡す。

受け渡しのために、沈殿異物の検査位置ＤＰに近づく時と同様に１００（ｍｍ）乃至５００（ｍｍ）の併設領域を設けており、ここを通過して検査位置ＤＰから離れていく。検査位置ＤＰには次の容器１が搬送されて近づいてくるが、次の容器１が検査位置ＤＰに到達する前に、先の容器１の画像処理は終わらせる。

処理結果から、異物ＳＤを検出した容器は搬送コンベア１１Ｂ上を通過中に即刻生産ラインから除去するか、マーキングを施しておいて、後工程で除去する。

図６は第二の実施形態を示しており、第一の実施形態における照明光照射部２における照明光の照射経路の改良例である。

沈殿異物の検査位置ＤＰでは、容器１の側面１ａはグリッパ５ａ，５ｂで押さえており、これと干渉しないように照明光照射部２を上向きに配置し、照明光を平板状の反射ミラー（反射板）３３で反射させて容器１の側面１ａに照射する。拡散板１２は照明光照射部２と反射ミラー３３の中間に設けている。

図６に示すように拡散板１２を反射ミラー３３の手前にある場合は、照明光はより多く照射方向を変えることで、容器起伏模様が複雑な場合でも一様な輝度分布にすることができる。

図７は、拡散板１２を反射ミラー３３と容器１の間に配置した変形例を示している。

このように、拡散板１２が反射ミラー３３の後にある場合は、容器起伏模様は中程度で照射方向は中程度に変え、むしろ液種に応じて全体をより明るくしたい場合に用い、全体の平均輝度を上げて、さらに一様な輝度分布にすることができる。

反射ミラー３３の形状を板状でなく湾曲状にして、ライトガイド７からの照射光を容器１のみに照射できるように集中させても良い。

このように反射ミラー３３を介することで、グリッパ５ａ，５ｂと容器１との接触面積を大きくとることができ、容器１に対する保持力が大きくなり、安定した容器搬送が可能になる。

これらの実施形態では、反射ミラー３３や光拡散板１２の光軸を撮像カメラ３の光軸と交差するようにしており、反射ミラー３３や光拡散板１２は図１，図２に示した実施形態における照明光照射部２を代行する光源となっている。

図８は、容器の搬送形態を変えた第三の実施形態を示している。

装置の全長を小さくするために、回転式の搬送にしている。下側に容器搭載テーブル４１を持つ搬入側スターホイール４２で容器１の姿勢を整え、メインスターホイール４３では下側のテーブルを無くし下側開放としている。その上で、外周には進行方向に沿った容器１の側面１ａを支える搬送ガイド４４があり、容器蓋４真下の容器首下部をガイド４５ａ，４５ｂによって吊り下げて、容器全体を支えている。メインスターホイール４３部に沈殿異物の検出位置ＤＰを設けており、図示を省略した容器有無検知センサによって沈殿異物の検査位置ＤＰへの容器１の到達を検出する。

照明光源からの照射光はライトガイド７を経由して、メインスターホイール４３の内側からと外側から拡散板を通過して、図２のように容器１の斜め上の側方から容器１内部の底部方向に複数方向から照射する。沈殿異物の検査位置ＤＰの下方には、容器１を撮像する撮像カメラ３を配置してあり（図示省略）、第一の実施形態と同様の図３に示す検出装置制御部２０により画像処理によって異物有無の判定を行い、判定結果に応じて容器を排出するか否かを決める。

その後、ガイド４５ａ，４５ｂから下側に容器搭載テーブル４６を持つ搬出側スターホイール４７で容器１を受け、姿勢を整えてから搬出側搬送コンベア１１Ｂに渡す。

この実施形態では、容器側面に自由空間が多く、多方向から照射光を当てることができる。

以上説明したように本発明によれば、容器の形状からくる光の屈折や反射などによって発生する光量の不均一な分布による画像内明暗差を抑制し、異物の色には関係無く、容器内部に混入した異物を安定的に正しく検出することができる。

本発明の第一の実施形態である容器内異物検出装置の概略を示す図である。 図１の容器内異物検出装置で沈殿異物を検出する状況を示す図である。 図１の容器内異物検出装置における電気系統を示す概略図である。 図１の容器内異物検出装置で検出した異物の状況を示した図である。 図１の容器内異物検出装置の変形例を示す図である。 本発明の第二の実施形態である容器内異物検出装置の概略を示す図である。 図６に示した第二の実施形態の変形例を示す図である。 本発明の第三の実施形態である容器内異物検出装置の概略を示す図である。 従来技術を説明するための図である。

符号の説明

１…容器
３ａ…容器側面
３ｂ…容器底部
２…照明光照射部
３…撮像カメラ
４…容器蓋
５Ａ，５Ｂ…グリップコンベア
５ａ，５ｂ…グリッパ
６…照明光源
７…グリップコンベア
ＳＤ…異物
ＳＤａ…異物画像
９…微粒子
ＬＱ…内容物
１１Ａ…搬入側搬送コンベア
１１Ｂ…搬出側搬送コンベア
ＤＰ…沈殿異物の検査位置
１３…容器有無検知センサ
１２…拡散板
２０…検出装置制御部
３３…反射ミラー（反射板）

Claims (6)

1. 液体が封入された透明な容器に照明光を照射し、撮像手段で得た容器の映像から容器内の沈殿異物を検出する容器内異物検出装置において、
   撮像手段は容器の底部側に配置してあり、該容器に照明光を照射する照明装置は容器の側部に配置してあることを特徴とする容器内異物検出装置。
2. 上記請求項１に記載の容器内異物検出装置において、照明装置と容器側面との間に光拡散板を設置してあることを特徴とする容器内異物検出装置。
3. 上記請求項１に記載の容器内異物検出装置において、照明装置は光源の光を反射させて該容器の側部に照明光を照射する反射板であることを特徴とする容器内異物検出装置。
4. 上記請求項３に記載の容器内異物検出装置において、反射板と該容器の側部の間に光拡散板を設置してあることを特徴とする容器内異物検出装置。
5. 上記請求項３に記載の容器内異物検出装置において、湾曲した光反射板によって照明光を該容器に集中して照射することを特徴とする容器内異物検出装置。
6. 上記請求項１に記載の容器内異物検出装置において、撮像手段と照明装置はそれらの光軸が交差するように設置してあることを特徴とする容器内異物検出装置。
   

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