JP2006071392A - 容器内異物検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 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、撮像手段１５で得た容器の映像から容器内の異物を検出する容器内異物検出装置であり、容器１に近赤外光を含む照明光を照射する照明手段を配置した。さらに照明光としては紫外光を含まないものを用いるようにした。
【選択図】 図１

Description

本発明は、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に混入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。

薬品や飲料などを封止した容器内へ混入する異物の主なものは、容器をブロー成形で製作する段階での容器材料の破片や、内容物の液体を充填する装置の部品破片である。容器内に異物が混入する事態はたまにしか発生しないが、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確実に除去することが求められている。

従来の検査としては人の目視に頼ったものであるが、このとき特に検出が難しくかつ存在形態が最も多いのが沈澱異物である。これは、容器成形の都合から底部では厚みが変化し段差もあることから、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ためである。

下記特許文献１に示すように、人の目視に代る従来技術として、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に混入した異物を検出するものがある。

特開平７−１８１１４５号公報

上記従来技術では、光源の種類としては例えば一般的に使われる蛍光灯のような白色光を想定している。白色光光源は、さまざまな波長の光を集めたものであり、その波長は約３８０（ｎｍ）〜約７８０（ｎｍ）の可視光の範囲が主成分となっている。

透過式で異物検出を行なう場合、この可視光から成る照明光は容器を通過して撮像カメラに到達する。異物が存在すれば、異物は照明光の通過を遮るので、撮像カメラの映像では異物を黒くあるいは暗く写す。

容器内に液体状の内容物が存在すれば、照明光はこの内容物も通過する必要がある。しかしながら、特に内容物が存在する場合において、内容物の吸光度を波長ごとに測定してみると、約１２００（ｎｍ）の近赤外光領域以上の波長を持つ照明光や約６００（ｎｍ）以下の波長を持つ照明光では吸光度が高くなっていることがわかった。

即ち、これは、約１２００（ｎｍ）以上の波長を持つ照明光や約６００（ｎｍ）以下の波長を持つ照明光を用いると、内容物に照明光が吸収されてしまい、撮像カメラに到達せず、撮像カメラでは異物がある場合と同様黒くあるいは暗い映像となり、異物ありと誤検知してしまう。

近年、所謂、ＰＥＴボトルは２リットルもの液体を収容した巨大なものがあり、内容物も無色透明なものから有色透明、さらには混濁したものなど多岐に渡っており、照明光が撮像カメラに到達しないことがある。照明光量を増やし明るさを強くすると、撮像カメラに到達するとしても、照明光に含まれる熱線が内容物を加熱して変質させる問題がある。

また、照明光に紫外光が含まれる場合、紫外光は容器表面で乱反射し、照明手段と撮像カメラを直線的に結ぶ経路以外の経路を辿って異物を迂回するように撮像カメラに到達し異物が存在する個所では映像（影）が黒くあるいは暗くなるべきところを明るくしたり、異物の映像（影）大きさを小さくしてしまい、異物検出を困難にしていることが分った。

そして、屈折率は紫外光領域において可視光などに較べて大きくなる性状があり、容器を透過する際に、大きく屈折して異物の映像（影）大きさを小さくしてしまい、異物検出を困難にしていることも分った。そのうえ、波長が５００（ｎｍ）以下である可視光や紫外光は容器を透過する間に内容物を酸化し、内容物を変質させる問題もある。

それゆえ本発明の目的は、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。

さらに、本発明の目的は、容器内の内容物を変質させることな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異物を検出する容器内異物検出装置において、容器に近赤外光を含む照明光を照射する照明手段を配置したことにある。

また、上記の目的を達成する本発明の特徴とするところは、容器に紫外光もしくは波長５００（ｎｍ）以下の可視光から紫外光までを含まない照明光を照射する照明手段を配置したことにある。

上記本発明によれば、照明光は容器に封入された内容物に吸収されることなく透過し、撮像カメラに到達するので、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。

また、上記本発明によれば、容器において屈折したり乱反射をした照明光が撮像カメラに到達したりすることを防いでいるので、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。

さらに、上記本発明によれば、照明光は容器に封入された内容物を変質させることな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。

以下、図に示す実施形態に基づいて、本発明を説明する。

図１乃至図３は第一の実施形態を示しており、透明なＰＥＴ製の多数の容器１は、所望の間隔を持って各容器１の側面胴部を搬送コンベア５により挟持される形で図１において右側から左側に向けて順次連続して搬送される。容器１には主に薬品や飲料である液体の内容物が既に充填されており、さらに容器蓋２で封止してある。

本実施形態で対象とする容器１と内容物（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。

異物の検出においては容器の下側からの映像を捉えるので、搬送コンベア１１の容器挟持部は透明アクリル材料を使用している。他に、塩化ビニールやガラス等の透明で化学的機械的に強い材料でも良い。また透明アクリル材料は磨耗により傷つき、画像内に光学的ノイズとなって現れる場合もあるので、図２に示すように、容器１の側面胴部をゴム状部品などの比較的軟らかい容器保持部材６で挟み込んで保持している。

異物検出は、容器１に内容物を収容し、容器蓋２で封止した直後に実施する。通常、異物検出を実施する工程では容器表面に光学的障害となる印刷ラベルなどは存在せず、異物検出において良品となった容器に対してのみ、後工程でラベルを施す場合が多い。また、異物混入が確認された容器１は容器搬送コンベア１１上から即時または後工程で取り除くか、後工程において排出するように容器３に目印となる不良識別マークや不良識別情報を付加しておく。

搬送コンベア１１における搬送経路上の異物検出位置Ｐｄでは、近赤外線照明光源１１の光をライトガイド１２を介して照明光照射手段１３から容器１の上部に照射する。近赤外線照明光源１１では、近赤外線成分も含めて反射するアルミ蒸着反射面を持つハロゲンランプを使い、熱線吸収フィルターを中間に介在させていない。近赤外線照明光源１１としてはハロゲンランプの他にＬＥＤ、レーザ光、などを使ってもよい。

ライトガイド１２の内部は数百本から数千本の光ファイバを束ねて製作する。ライトガイド１２の一端は、全て直線状のままで近赤外線照明光源１１のランプからの集光位置に取り付けてある。照明光照射手段１３は、ライトガイド１２の他端を光ファイバをばらして、各光ファイバの先端を直下に向けてリング状に固定して構成したものである。光ファイバの先端では光が一定の広がり角度を持つため、図２に示すごとく照明光照射手段１３から離れる距離が大きくなるに従い、リング状から徐々に円状の透過照明光Ｌとなる。

照明光照射手段１３では光ファイバの先端がリング状配置であり、その直径は容器蓋２より大きくしている。このため、不透明な材料の場合もある容器蓋２が透過照明光Ｌを遮ることがなく、容器１に対し効率よく照射する。

近赤外線照明光源１１から発せられる光線は熱線を含むので、ライトガイド１２を構成する各光ファイバとしてガラス製のものを用いれば、耐熱性があって好ましい。また、各光ファイバを束ねるための接着材も、耐熱性があるものを用いることが好ましい。

容器３の下方には、容器３を撮像するための撮像カメラ２を配置している。

近赤外線照明光源１１から発せられる光線は僅かに拡がるものの、直進するので、照明光照射手段１３と容器蓋２の間に光拡散板を設けて（図示は省略）、面発光光源のように容器１に平均的に光が照射されるようにすることが好ましい。

照明光照射手段１３と容器蓋２の間には、波長が５００（ｎｍ）以下の可視光と紫外線カット用のフィルター１４を設けてあり、搬送コンベア５の異物検出位置Ｐｄでは、容器１の下方に撮像カメラ１５を設けてある。なお、本発明では、近赤外線照明光源１１からフィルター１４までの構成が、広い意味で照明手段に相当する。

搬送コンベア１１の上では対象とする容器１が異物検出位置Ｐｄに到達したことは容器有無検知センサ１６で知する。容器有無検知センサ１６としては、反射光式のほかにも透過光式や超音波式のものを用いても良い。

異物検査位置Ｐｄやその周囲は遮光カバー７で囲み、容器１および撮像カメラ１５へ光学的外乱となる周囲からの光が到達することを防ぎ、安定した異物の検出が行なえるようにしている。

図３は、撮像カメラ１５で得た映像データや容器有無検知センサ１６で容器有無検知をした結果が送られて、容器１における異物検出を行なう検出装置制御部２０のブロック構成を示している。

容器有無検知センサ１６における容器１の検知結果は、図３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１５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１５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，エラーなどは操作スイッチ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に表示するようになっている。

次に、照明光の波長の違いに対する内容物中での透過性について説明する。

図４は、内容物中における照明光の透過割合を実際に測定した結果示しており、液種としては、ミネラルウォーター，お茶，オレンジジュース，コーラ，コーヒーの５種である。
グラフの横軸は波長であり、縦軸は吸光度である。縦軸の吸光度は、値が低いほど光の吸収が小さく、つまり照明光を透過しやすいことを意味している。

どの液種においても６００（ｎｍ）程度の可視光領域から１２００（ｎｍ）程度の近赤外光領域までの範囲において非常に光を透過しやすくなっている。従って、照明光としては熱線を多く含む波長１５００（ｎｍ）を超える赤外光や４５００（ｎｍ）を超える遠赤外光の範囲までは必要とせず、可視光領域を越えて１２００（ｎｍ）程度までの近赤外光または６００（ｎｍ）程度からの１２００（ｎｍ）程度までの近赤外光寄りの可視光を加えた近赤外光の領域で取り扱うことで、対象物やその周辺を加熱することなく充分な透過性が得られ、殆どの照明光は撮像カメラ１５に到達することがわかる。

このことは、対象物の品質管理の面、さらにエネルギーをできるだけ光として用いることで効率の面からも有効である。また、近赤外光を使った検出においては、他に撮像カメラ１５も近赤外光の波長に感度が高いものを使うようにする、言い換えれば、次に説明するように、紫外光に対する感度の低いものを使うようにすることで、さらに明るい画像を得ることができるようになり異物検出の安定性は向上する。

次に、照明光の波長の違いに対する屈折率について説明する。
図６において、横軸は波長（ｎｍ）、縦軸は内容物中での屈折率で、内容物として空気，ミネラルウォーター，石英ガラスの３種について測定した結果を示した。

図６によれば、空気を除いて、可視光や近赤外の領域においては屈折率に内容物による差はあっても、波長の差において変動はないが、紫外光以下の領域において、屈折率は高くなる傾向を示し、照明光の直進性が低下することが分る。

そこで、照明光の透過性と屈折による弊害を異物検出の面から説明する。

図６は、容器１に異物が混入した状態を示しており、Ｄ１は沈澱異物、Ｄ２は浮遊異物である。一点鎖線の楕円個所にある沈澱異物Ｄ１に照明光Ｌを照射し、撮像カメラ１５で異物検出する状況を図６の右側に拡大して示した。

点線は撮像カメラ１５における撮像素子１５ａの位置を示し、この撮像素子１５ａに入射される照明光の進入状況を矢印で示している。

Ｌ１は直進する近赤外光のうち撮像素子１５ａに到達するもの，Ｌ２は直進する近赤外光のうち異物Ｄ１で遮断され撮像素子１５ａに到達しないもの、Ｌ３は容器１で屈折して撮像素子１５ａに到達する紫外光、Ｌ４は容器１で乱反射し撮像素子１５ａに到達する紫外光である。

撮像素子１５ａにおいては、照明光照射手段１３から撮像素子１５ａに直進する照明光Ｌ１，Ｌ２で異物を検出しようとしており、近赤外光Ｌ２は異物Ｄ１で遮断され、撮像素子１５ａに到達した近赤外光Ｌ１の個所では明るくなることをもって沈澱異物Ｄ１を検出する。この場合、撮像素子１５ａに到達しない近赤外光Ｌ２の領域をＲ１とすると、紫外光Ｌ３，Ｌ４は沈澱異物Ｄ１を迂回する経路で撮像素子１５ａに到達して明るくしてしまうので、領域Ｒ１より狭い領域Ｒ２が撮像素子１５ａにおいて暗くなって、撮像素子１５ａでは狭い領域Ｒ２を沈澱異物Ｄ１の影と認識する。屈折や反射が極端に起こると、領域Ｒ２は消えてしまうことすら起こり、異物を検出できない事態さえ起こり得る。

従って、撮像素子１５ａに入射される照明光のうち紫外光を排除しなければ、近赤外光を用いる意味がない。フィルター１４は、この観点から配置したものである。また、波長５００（ｎｍ）以下の可視光や紫外光は、内容物を酸化し変質させる問題も含んでいる。従って、変質する可能性のある内容物を収容した容器について異物検出を行なう場合は、照明光照射手段１３から容器１の間にフィルター１４を設けることが好ましい。

以下、実際に近赤外光を使った沈澱異物８ａの検出について説明する。異物の認識は、図３に示した画像処理部２６において、画像処理により行なう。

画像処理の第一の方法は、撮像カメラ１５で撮像した濃淡画像（映像）において各画素の輝度に対して設定した輝度閾値よりも大きい場合を白，設定した輝度閾値よりも小さい場合を黒として、これを全面にわたって計算することによって得られる白黒のみから成る二値化処理によって白い背景中の黒い物体数を求める方法である。

第二の方法は、撮像カメラ１５で撮像した濃淡画像によるパターンマッチング処理を行ない、濃度分布の配置状態から黒い物体を求める方法である。

いずれの方法も画像処理で行うが、光学的なノイズの有無が異物の検出率の値に大きく影響する。光学的なノイズが有ると、本来の異物画像以外の暗部も異物と認識したり、逆に異物画像の部分を明るくして、いずれも誤った検出結果となる。発明者らが見出し図６で説明した紫外光の挙動は、後者の事例に当たる。

次に、上記第一の方法での二値化処理によって画像処理を行なった事例を示す。

図７及び図８は、液種としてお茶を使い沈澱異物を撮像カメラ１５で捉えた画像の一例を示している。図７は近赤外光と可視光を併せた照明光源を使い、紫外光に対する感度が低く近赤外光に対応した感度の撮像カメラで撮像した画像Ｆ１、図８は比較のために示す通常の可視光を用いるとともに紫外光に対する配慮をしていない場合の撮像画像Ｆ２の例である。

図７，図８において、白地の大きな円形は容器１の輪郭を示し、その輪郭内において点線円で囲んだ黒点ｄは沈澱異物の影であり、その他の薄墨の個所は容器１の形状に由来して照射光が散乱し光量が低下した暗部領域（画像）である。なお、引出線の個所は分りやすくするため白抜きとした。

図７の近赤外光に対応させた画像Ｆ１では、光がよく透過しているだけでなく、光学的ノイズの問題も回避して不要となる容器模様の黒点を少なくできていることが判る。この画像を処理し明暗を逆転させた二値化画像Ｆ３を図９に示した。なお、図９においては、分りやすくするために、引出線の一部を白抜きの線で示した。

本事例では光学的なノイズを低減して、沈澱異物Ｄ１のみを映像ｄとして捉えることができている。

この時に設定する輝度閾値は、容器形状，液体種類，異物種類などによって、事前に適切な値を導き出しておく。異物以外の輝度値に多少の大小があっても、閾値以上となるように設定することができれば、容器１における底部の形状に由来する暗部の影響を見かけ上無くし、沈澱異物Ｄ１を確実に検出することができる。

図１０は、図１に実施形態で照明光照射手段１３と容器１の間に設けた紫外線カット用のフィルター１４を容器１と撮像カメラ１５の間に設けた実施形態である。図１０において、図１に示し説明したものは、同一符号を付けて重複した説明は省略する。

容器１に収容した内容物が紫外光などで酸化されず変質することがない場合や、紫外光の殺菌効果を利用したい場合などに有効である。

照明光源１１として近赤外光もしくは近赤外光よりの可視光から近赤外光だけを含み紫外光領域を全く含まない光線を発する光源を用いるときは、図１で照明光照射手段１３と容器１の間や図１０で容器１と撮像カメラ１５の間に設けたフィルター１４は省略することができる。また、上記事例のように、紫外光に対し感度が低い撮像カメラ１５を用いる場合も、フィルター１４は省略することができる。

次に、図６の容器１で液中に浮遊する異物Ｄ２を検出する第三の実施形態を図１１で説明する。

図１１において、５Ａは容器１を載置して搬送するコンベア、１３Ａ，１３Ｂはライトガイド１２における光ファイバの端を縦配置とした照明光照射手段で２列に配置している。なお、図１１において、図１に示し説明したものについては、同一符号を付けて重複した説明は省略する。

容器１の中間に浮遊する異物Ｄ２（図６参照）は、異物Ｄ２から撮像カメラ１５までの距離が大きくなりすぎる。また中間部の容器側壁内面に付着する状態の異物は図１の配置構成における撮像カメラ１５では検出できず、図１に示した撮像カメラ１５を使って沈殿異物Ｄ１と同様の方法で撮像し捉えるのは困難である。

この第三の実施形態では、沈殿異物Ｄ１用の照明光照射手段１３と撮像カメラ１５のほかに、近赤外線照明光源からの光をライトガイド１２を経由して照明光照射部（照明光照射手段）１３Ａ，１３Ｂから容器１の側面に照射する。容器１が太くて照明光照射手段１３Ａ，１３Ｂでは容器１の幅を充分照射できない場合は、容器１が太さに応じてさらに照明光照射手段１３Ａ，１３Ｂを適宜本数増設する。

撮像カメラ１５は、照明光照射部手段１３Ａ，１３Ｂとで容器１を挟む形に側面に配置し、容器１と照明光照射部手段１３Ａ，１３Ｂの間に波長５００（ｎｍ）以下の可視光や紫外線をカットするフィルター１４を設けてある。容器１の側面形状が画像処理上の光学的ノイズの原因となる場合には、照明光照射部手段１３Ａ，１３Ｂと容器１との間に図示しない拡散板を設置しても良い。

これにより、透過特性のよい明るい画像内から浮遊異物Ｄ２を捉え、容器１内の中間部に浮遊する異物を安定して検出することができる。

この実施形態においても、上記フィルター１４を容器１と撮像カメラ１５の間に配置してもよいし、照明光源として紫外光を含まない光源を用いたり、撮像カメラ１５として紫外光に対する感度の低いものを用いたりすることができる。

フィルター１４は、異物検出を主とした紫外光だけをカットするものと、異物検出のほかに内容物の変質も回避するために波長５００（ｎｍ）以下の可視光から紫外光までをカットするものを、機能別に採用してもよい。

上記各容器内異物検出装置は、容器の外観を検査する総合的な検査システムと組み合せて実施することができる。

本発明の第一の実施形態になる容器内異物検出装置を示す概略図である。 図１の実施形態における照明光の照射状況を示す図である。 図１の実施形態における検出装置制御部のブロック構成を示す図である。 容器に収容される内容物における光透過性を波長との関係示す図である。 照明光の波長と屈折率の関係を示す図である。 容器内における異物の存在状況を示す図である。 図１の実施形態における撮像カメラで得た容器の映像を示す図である。 通常の照明光を使って撮像カメラで得た容器の映像を示す図である。 図７に示した映像を図３に示した検出装置制御部で処理した結果の画像を示す図である。 本発明の第二の実施形態になる容器内異物検出装置を示す概略図である。 本発明の第三の実施形態である容器内異物検出装置における照明光照射部の構成を示す図である。

符号の説明

１…容器
２…容器蓋
５…搬送コンベア
７…遮光カバー
１１…近赤外線照明用光源
１２…ライトガイド
１３…照明光照射手段
１４…紫外線カット用フィルター
１５…撮像カメラ
１６…容器有無検知センサ
Ｌ…照明光

Claims (9)

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異物を検出する容器内異物検出装置において、
   該容器に近赤外光を含む照明光を照射する照明手段を配置した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、該照明手段は波長６００（ｎｍ）の可視光から波長１２００（ｎｍ）までの近赤外光を照射するもので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、該照明手段と該撮像手段の間に紫外光もしくは波長５００（ｎｍ）以下の可視光から紫外光までを遮断するフィルター手段を配置した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、該フィルター手段は該照明手段と該容器の間に配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１に記載の容器内異物検出装置において、該撮像手段における撮像素子は近赤外光に高い感度を持つものもしくは紫外光に低い感度を持つものであ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、該照明手段は該容器の蓋側に配置してあり、該撮像手段は該容器の底側に配置してあることを特徴とする容器内異物検出装置。
7. 上記請求項１に記載の容器内異物検出装置において、該照明手段と該撮像手段は該容器の側方で該容器を挟む形に配置してあることを特徴とする容器内異物検出装置。
8. 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異物を検出する容器内異物検出装置において、
   該容器に紫外光を含まない照明光を照射する照明手段を配置したことを特徴とする容器内異物検出装置。
9. 上記請求項８に記載の容器内異物検出装置において、該照明手段はさらに波長５００（ｎｍ）以下の可視光を含まない照明光を照射するものであることを特徴とする容器内異物検出装置。

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