JP2007071895A - 異物検査装置 - Google Patents

Abstract

【課題】被検査体の照明領域と撮像領域の死角を無くすと共に、被検査体の容器内の浮遊異物の有無を高精度で且つ生産ラインを止めることなく検査することが可能な異物検査装置を提供する。
【解決手段】乱反射防止用の光学フィルタを兼ねた透光性部材で形成された載置部１０ａが回動軸の周りに周設された検査テーブル１０と、容器の上方及び側方を含む各方向からの全域検査が可能なように、上流の搬送路から連続的に前記検査テーブル上に搬入されて来る容器１の頭部を、乱反射防止用の光学フィルタを兼ねた透光性の部材で形成された天板１５ａにより押さえて、前記載置部１０ａ上に容器を固定するクランプ１５と、前記検査テーブルの回動により搬送されて来る容器を、前記天板１５ａの上方から照明する照明手段１１と、前記照明手段により照明された容器を、前記載置部１０ａの下方から撮像する撮像手段１２とを備える。
【選択図】図３

Description

本発明は、液剤や飲料などの液体製品が封入された壜類やペットボトルなどの透光性の容器を被検査体として、その容器内の混入異物を光学的に検査する異物検査装置及びその検査機構に関し、特に、生産ライン上の搬送速度に同期して高速回転する検査テーブル上の容器内の混入異物をリアルタイムに検査する異物検査装置及びその検査機構に関する。

近年、衛生管理システム手法として国際的に高く評価されているＨＡＣＣＰ（Hazard Analysis Critical Control Point）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、食品や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微生物汚染やその他の異物混入などによる危害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づけられつつある。

従来より、液状の製品（液剤や飲料など）を生産する製造／加工工場では、生産ラインにおいて加熱処理などにより殺菌処理を施すことで微生物汚染を防止したり、サイクロン分離機などにより異物を除去することで異物混入を防止したりしている。そして、缶や壜などの容器に充填した後は、光の透過性や反射性を利用して最終的な検査を実施している。例えば、液剤や飲料等の液体を封入した透明の容器が被検査体の場合には、ＣＣＤカメラで被検査体を撮像し、デジタル化した画像データを画像処理装置によって処理することで、容器内部の液体に混入した異物の有無、容器のキズ等の有無を検査し、最終製品の良否を自動的に判定するようにしている。

例えば、アンプルなど密閉された容器内の液剤や飲料に混入した異物を検出する方法としては、円筒形状の容器を直立姿勢で高速回転（例えば６０００ｒｐｍ程度で回転）させて異物を浮き上がらせた後に回転動作を停止し、異物が落下してくる状態をカメラで撮り、移動する軌跡から異物を検出する方法が知られている。このように、容器が透光性部材で形成されており且つ容器内に封入された液体が透明（半透明を含む）の場合、容器が密閉された後も、ＣＣＤカメラ等で容器を撮像して画像処理することで容器内部を検査することが可能である。

また、容器内の沈殿異物を検査するシステムとしては、例えば、本出願人による特許文献１に記載のものがある。図５は、この公報に記載の異物検査システムの主要部の構成を平面図で示しており、生産ライン上で清涼飲料水やジュース等の飲料が封入されたペットボトルは、スクリュー（ウォームギヤ）２１の回転により直線移動する搬送コンベア２２上を、図５中の矢印Ａ方向から所定間隔で連続的に搬送されて来る。異物検査用の検査機構部３０には、搬送コンベア２２に連結された搬入／搬出用のスターホイール盤３２，３３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３１とが設けられており、検査機構部３０に流れて来る各ペットボトルは、これらの搬送手段によって図５中のＲ１，Ｒ２，Ｒ３の経路に沿って搬送される。そして、この検査機構部３０では、Ｒ２の経路を高速（１２００本／分程度）で搬送中のペットボトル内の沈殿異物をリアルタイムに検査するようになっている。

上記の検査システムでは、回転駆動される検査テーブル３１の円周上には、被検査体を直立姿勢で順次載置するための載置台（検査台）３１ａが周設されており、これらの各載置台３１ａは、樹脂やガラスなどの透光性を有する部材で形成されたフィルタで形成されている。そして、各載置台３１ａには、例えば図６に示すような把持機構３４などから成る被検査体の拘持手段が並設されており、載置台３１ａに載置されたペットボトル１は、その側面部が把持機構３４により把持されて固定され、図５中のＲ２の経路に沿って搬送されるようになっている。図７は、沈殿異物を検査するための照明手段と撮像手段の配置構成の一例を示している。本例では、発光部がリング状に形成された第１の照明手段３５をフィルタ３１ａの上方に配置すると共に、フィルタ３１ａの下方に、第２の照明手段３５の発光部と撮像手段３６の受光部とを配置した構成としている。そして、把持機構３４によって側面の両側が把持され、あるいはベルト等により挟持されて図５中の環状の経路Ｒ２を直立姿勢で連続的に搬送されて来る被検査体１を対象として、複数台の検査カメラ３６からの画像情報を基に容器内の沈殿異物を連続的に検査するようにしている。

特開２００１−２０１４５７号

ところで、密閉された容器内の液中異物を検出する方法としては、上述したように、被検査体を回転させて異物を浮き上がらせた後、その落下する軌跡から異物を検出する方法が知られているが、回転により浮上しない様な比重の大きな異物や落下しない浮遊異物については、検出できないという問題がある。また、撮影した画像データにより落下する軌跡を見て異物を検出する方法は、検査に時間がかかり、高速搬送により大量生産するような製品の検査システムには適用できない可能性があった。

一方、特許文献１に記載のものは、高速搬送中の被検査体を連続的に検査することが可能なため、高速搬送により大量生産するような製品の検査システムにも適用することができる。しかしながら、沈殿異物を主として検査するものであり、沈殿しない浮遊異物などについては他の検査機構で検査する必要があった。仮に、浮遊異物を検査するための撮像カメラや照明装置を配置して、同一の検査機構で検査する形態としても、従来の検査機構では、被検査体の側面全域を撮像しようとすると、検査用のスターホイール上に置かれた被検査体を固定するためのホイール自身の切込みピッチ形状の部分や把持機構の一部が照明光を遮ったり、撮像カメラの視野に入ったりすると言う問題が生じてしまう。また、ホイール自身の切込みピッチ形状の部分や把持機構の部分を避けるように照明手段や撮像手段を配置したとしても、被検査体への照明光の入射角度や容器の形状が起因して乱反射が生じ、その影響により異物の検査精度が低下するなど、１つの検査機構で被検査体の全域を高精度で検査するのは困難であった。さらに、検査テーブル上の被検査体の裏側に配置された照明手段により側面部を照明し、被検査体の表側に配置された撮像手段により側面領域を撮像して液中異物を検査する場合、被検査体の側面底部の照明領域（又は撮像領域）に死角が生じるため、その死角内に存在する異物を検出することができないと言う問題があった。

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、被検査体の照明領域と撮像領域の死角を無くすと共に、被検査体の容器内の液体中に混入した異物の有無を高精度で且つ生産ラインを止めることなく検査することが可能な異物検査装置及びその検査機構を提供することにある。

本発明は、透光性の容器内の液体中に混入した異物を光学的に検査する異物検査装置に関するものであり、本発明の上記目的は、乱反射防止用の光学フィルタを兼ねた透光性の部材で形成された載置部が回動軸の周りに周設された回動制御可能な検査テーブルと、前記容器の上方及び側方を含む各方向からの全域検査が可能なように、上流の搬送路から連続的に前記検査テーブル上に搬入されて来る前記容器の頭部を、乱反射防止用の光学フィルタを兼ねた透光性の部材で形成された天板により押さえて、前記光学フィルタを兼ねた載置部上に前記容器を固定するクランプと、前記検査テーブルの回動により搬送されて来る前記容器を、前記光学フィルタを兼ねた天板の上方から照明する照明手段と、前記照明手段により照明された前記容器を、前記光学フィルタを兼ねた載置部の下方から撮像する撮像手段とを有することによって達成される。さらに、前記クランプは、前記天板と、前記容器の各載置部に並設され前記全域検査の検査視野外から前記天板を上下方向に滑動可能に支持する支持部材と、前記容器の前記載置部への搬入タイミングに同期して前記天板を上下動させる機構とから成ることによって、一層効果的に達成される。

あるいは、本発明の前記目的は、透光性の容器内の液体中に混入した異物を光学的に検査する異物検査装置であって、乱反射防止用の光学フィルタを兼ねた透光性の部材で形成された載置部が回動軸の周りに周設された回動制御可能な検査テーブルと、前記容器の頭部を、乱反射防止用の光学フィルタを兼ねた透光性の部材で形成された天板により押さえて前記載置部上に拘持する拘持手段と、前記検査テーブルの回動により搬送されて来る前記容器の側面全域を照明する第１の照明手段と、前記第１の照明手段により照明された前記容器の側面全域を撮像する第１の撮像手段と、前記検査テーブルの回動により搬送されて来る前記容器を、前記光学フィルタを兼ねた天板の上方から照明する第２の照明手段と、前記第２の照明手段により照明された前記容器を、前記光学フィルタを兼ねた載置部の下方から撮像する第２の撮像手段と、前記第１及び第２の撮像手段からの画像信号に基づいて前記容器内の液体中に混入した浮遊異物及び沈殿異物の両者を含む前記容器内の異物を検査する検査手段とを備えることによって達成される。さらに、前記検査テーブルは、前記載置部が周設された円周部分より内側の円形部分が低い段となるように、前記円周部分と前記内側の部分とで段差が形成された２段構造となっており、前記第１の照明手段は、前記検査テーブルの低い段側に設置される共に、発光面の下方の端部が前記載置部に載置された前記容器の底部より低い位置に設置されていることによって、一層効果的に達成される。

本発明によれば、被検査体の照明領域と撮像領域の死角を無くすことができ、被検査体に混入した異物を高精度で検出することが可能となる。さらに、高速搬送中の被検査体の全品を対象として、生産ラインを止めることなく、１つの検査テーブル上で容器内の浮遊異物を検査すると共に沈殿異物を検査することが可能となるので、検査機構の低コスト化を図ることができると共に、設置スペースの減少化を図ることができる。

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。なお、被検査体としては、液体製品が封入された円筒形状の容器を例として説明するが、瓶やペットボトルなどの容器の形状は円筒形状に限るものではなく、多角形や偏平形状の容器であっても良い。

図１は、本発明に係る異物検査装置の検査機構部の構成の一例を図５に対応させて平面図で示しており、図２は、図１の検査機構部の構成を一部断面側面図で示している。図１において、検査テーブル１０は、生産ラインの搬送コンベア上を流れて来る被検査体の速度に同期して高速回転するスターホイール盤等から構成され、被検査体１に混入した異物（本例では浮遊異物）の有無を１つの検査テーブル１０上で、生産ラインを止めることなく且つリアルタイムに全品検査するようにしている。図２に示すように、本発明に係る検査テーブル１０の内側の部分には照明手段１１ａが設けられ、その光束が少なくとも被検査体１の側面底部を含む側面領域に対して垂直方向に入射可能なように、載置部１０ａが周設された部分とその内側の部分とで段差が形成されている。すなわち、照明手段１１ａの端部の発光面が載置部１０ａの載置面より低い位置に配置できるように、内側の部分が載置部１０ａより低く形成された２段構造のテーブルとなっている。

上記の照明手段（以下、第１の照明手段と言う）１１ａは、検査テーブル１０の回動により搬送されて来る被検査体１の側面全域を、該側面に対して垂直方向から略均一な面状の光を発して照明する照明手段であり、１つ又は複数のフラットライト等から構成される。また、検査テーブル１０の外側の部分には、被検査体１の表側から側面全域に面状の光を発して照明する第２の照明手段１１ｂが設けられており、これらの透過光用の第１の照明手段１１ａと、補助的な照明手段である反射光用の第２の照明手段１１ｂによって、被検査体１の側面全域を照明するようになっている。

そして、検査テーブルの載置部１０ａの外側には、搬送されて来る被検査体１の側面部全域を撮像して液中異物（主に浮遊異物）を検査するための撮像手段１２が設けられている。撮像手段１２は、１つ又は複数のＣＣＤセンサ等から構成され、垂直方向に昇降自在且つ水平方向に回動自在に軸支されると共に、水平方向の角度が調整可能に軸支されている。本例では、上下４段に配置されると共に、図１に示すように水平方向に配置され、８台の撮像カメラ１２によって被検査体１の全域を側方から撮像する構成としている。これらの撮像カメラ１２は、例えば手動操作若しくは外部装置からの制御によって、被検査体の高さや形状に応じてカメラの位置と向きが調整されると共に、使用するカメラ（例えば各列の２段目，４段目のカメラ）が選択されるようになっている。そして、検査テーブル１０の回動による遠心力により被検査体１の側面壁部側に移動させた浮遊異物を撮像手段１２によって撮像することで、被検査体１の液体内に混入した浮遊異物や容器内壁面に密着している異物を高精度で検査できるようにしている。

また、検査テーブルに周設された載置部１０ａの上方には、検査機構部２に搬入されて検査テーブルの載置部１０ａに載置されたタイミングで、図３（Ａ）に示すように、被検査体１の頭部を天板１５ａにより押させて載置部１０ａ上に拘持する拘持手段１５が配設されている。この拘持手段１５の構成要素である天板１５ａは、アクリル等の透明な部材で形成されており、被検査体１の上方，側方，下方などの任意の場所に発光部と受光部を配置して各方向からの光学的な全域検査が可能なように、天板１５ａの端部が検査視野外から支持部材１５ｂによって支持されている。そして、透明な天板１５ａと硬質ガラス等の透明部材で形成されている載置部１０ａとで被検査体１を挟持し、検査テーブル上に固定するようにしている。なお、上記の天板１５ａと載置部１０ａは、角度を成して入射される光を吸収する乱反射防止用の光学フィルタを兼ねた透光性の部材で形成されている。

図３（Ｂ）及び（Ｃ）は、拘持手段として使用されるクランプの機構の一例を模式的に示している。拘持手段の一例であるクランプ１５は、透明部材から成る天板１５ａと、検査視野外から天板１５ａを上下方向に滑動させて昇降自在に支持する支持部材１５ｂと、被検査体１の載置部１０ａへの載置タイミングに同期して天板１５ａを上下動させる機構１５ｃとを備え、透明な天板１５ａと透明な載置部１０ａとで被検査体１を拘持して載置部１０ａ上に固定するようにしている。本例では、天板１５ａ及び支持部材１５ｂは、各載置部１０ａに並設される。天板を上下動させる機構１５ｃは、例えば図３（Ｃ）に示すような偏心カム１５１等で構成され、各支持部材１５に並設される。そして、検査テーブル１０の回動により搬送される被検査体１の速度に同期した偏心カム１５１の回転動作により、載置部１０ａへの搬入タイミングで天板１５ａを自重で落下（若しくはバネ等により下方に移動）させることで、検査機構の上流の搬送路から連続的に検査テーブル１０上に搬入されて来る各被検査体１を各々の天板１５ａでそれぞれ固定し、検査テーブル１０の環状の経路に沿って搬送する。そして、載置部１０ａから搬出用のスターホイール盤により搬出する手前で天板１５ａを上方に移動させるようにしている。なお、天板を上下動させる機構１５ｃは、被検査体の大きさ（高さ）に応じて高さの調整が可能なアーチ状のガイド板で構成するなど、他の機構を用いても良い。例えば、検査テーブル１０の所定の位置にアーチ状のガイド部材（例えば図１中の環状の経路Ｒ２の搬出部から搬入部まで環状経路に沿って水平方向に弧を成すと共に、垂直方向に弧を成す“アーチ状のガイド部材”）を設け、天板１５ａの支持部材の一部をこのガイド部材の垂直方向の曲面に沿って滑動させるなどにより、上記の天板１５ａを上下動させる構成としても良い。

上述のような構成において、本発明に係る異物検査装置の動作例を図４のフローチャートに沿って説明する。

生産ライン上で液体製品が封入されて搬送コンベア上を流れて来た各被検査体は、搬入用スターホイール盤等から成る搬送機構により検査機構部２に搬入され（ステップＳ１）、検査機構２の構成要素である検査テーブル１０の各載置部１０ａに順次載置される。その際、異物検査装置では、被検査体が載置部１０ａへ載置されるタイミングでクランプ機構により天板１５ａを被検査体１の頭部に落下させ、天板１５ａの押圧により被検査体１を載置部１０ａに固定して環状の経路に沿って搬送する（ステップＳ２）。続いて、異物検査装置の制御部では、２段構造の検査テーブルの低い段側に配置された透過光用の照明手段１１ａにより、被検査体１の側面部に対して垂直方向の光を側面全域に照射すると共に、被検査体１の表側（撮像カメラ側）に配置された反射光用の照明手段１１ｂによって被検査体１の側面全域に光を照射して、被検査体１の全域を照明する（ステップＳ３）。そして、被検査体１の全域を側面側から撮像手段１２（本例では各方向から側面部全域を複数の撮像カメラ）によって撮像し（ステップＳ４）、撮像手段１２からの画像信号に基づいて浮遊異物等を検査する。

これらの検査処理は、外部の制御装置若しくは検査装置に内蔵される制御部により、例えば被検査体１の特異な形状が成すエッジ部（画像に模様として現われる部分）を除外したエリアを対象として、輝度の変化等を捉えることにより行われる（ステップＳ５）。そして、ステップＳ６において、検査によって混入異物が無く良品と判定した被検査体１については、天板１５ａを上方に移動させて被検査体１の固定状態を解除すると共に、搬出用スターホイール盤等から成る搬出機構によって搬送コンベア上へと搬出し、次の工程へと進行させる（ステップＳ７）。一方、異物が検出された場合は、搬送コンベア上に搬出した後、ブラシで叩き出す排除機構、若しくはピストンの端部に弾力性を有する部材を設けたシリンダを用いて弾き飛ばす排除機構により、当該被検査体の側面部を瞬間的に突いて排除コンベア上へ出すことで、不良品として排除する（ステップＳ８）。

上記の検査結果（良品／不良の情報，不良品データ等）は、例えば図示されないＦＡ（ファクトリー・オートメーション）サーバーシステムに送信されて、製造情報と関連付けてデータベース化してリアルタイムに記録される。そして、ＬＡＮやインターネット等のネットワークを介して接続される集中監視／管理用コンピュータや端末機側において、各種検査状況の分析や異物混入の原因解明等を即時実行できるようにしている。

なお、上述した実施の形態においては、浮遊異物を検査する場合を例としたが、沈殿異物検査用の照明手段と撮像手段（例えば図７の照明手段３５と撮像手段３６）を図１中の環状の搬送経路の下流側に配置し、同一の検査機構部２で沈殿異物も検査する形態としても良い。

本発明に係る異物検査装置の検査機構部の構成の一例を示す一部断面側面図である。 図１の検査機構部の構成を示す一部断面側面図である。 本発明に係るクランプ機構の一例を模式的に示す側面図である。 本発明に係る異物検査装置の動作例を説明するためのフローチャートである。 従来の異物検査システムの主要部の構成例を示す平面図である。 従来の異物検査システムにおける拘持手段の構成例を示す平面図である。 従来の異物検査システムにおける沈殿異物検査用の照明手段と撮像手段の配置構成の一例を示す一部断面側面図である。

符号の説明

１ 被検査体
２ 検査機構部
１０ 検査テーブル
１０ａ 載置部
１１ 照明手段
１２ 撮像手段
１５ 拘持手段（クランプ）
１５ａ 天板
１５ｂ 支持部材
１５ｃ 天板作動機構

Claims (4)

1. 透光性の容器内の液体中に混入した異物を光学的に検査する異物検査装置であって、
   乱反射防止用の光学フィルタを兼ねた透光性の部材で形成された載置部が回動軸の周りに周設された回動制御可能な検査テーブルと、
   前記容器の上方及び側方を含む各方向からの全域検査が可能なように、上流の搬送路から連続的に前記検査テーブル上に搬入されて来る前記容器の頭部を、乱反射防止用の光学フィルタを兼ねた透光性の部材で形成された天板により押さえて、前記光学フィルタを兼ねた載置部上に前記容器を固定するクランプと、
   前記検査テーブルの回動により搬送されて来る前記容器を、前記光学フィルタを兼ねた天板の上方から照明する照明手段と、前記照明手段により照明された前記容器を、前記光学フィルタを兼ねた載置部の下方から撮像する撮像手段と
   を有することを特徴とする異物検査装置。
2. 前記クランプは、前記天板と、前記容器の各載置部に並設され前記全域検査の検査視野外から前記天板を上下方向に滑動可能に支持する支持部材と、前記容器の前記載置部への搬入タイミングに同期して前記天板を上下動させる機構とから成る請求項１に記載の異物検査装置。
3. 透光性の容器内の液体中に混入した異物を光学的に検査する異物検査装置であって、
   乱反射防止用の光学フィルタを兼ねた透光性の部材で形成された載置部が回動軸の周りに周設された回動制御可能な検査テーブルと、
   前記容器の頭部を、乱反射防止用の光学フィルタを兼ねた透光性の部材で形成された天板により押さえて前記載置部上に拘持する拘持手段と、
   前記検査テーブルの回動により搬送されて来る前記容器の側面全域を照明する第１の照明手段と、
   前記第１の照明手段により照明された前記容器の側面全域を撮像する第１の撮像手段と、
   前記検査テーブルの回動により搬送されて来る前記容器を、前記光学フィルタを兼ねた天板の上方から照明する第２の照明手段と、
   前記第２の照明手段により照明された前記容器を、前記光学フィルタを兼ねた載置部の下方から撮像する第２の撮像手段と、
   前記第１及び第２の撮像手段からの画像信号に基づいて前記容器内の液体中に混入した浮遊異物及び沈殿異物の両者を含む前記容器内の異物を検査する検査手段と
   を備えたことを特徴とする異物検査装置。
4. 前記検査テーブルは、前記載置部が周設された円周部分より内側の円形部分が低い段となるように、前記円周部分と前記内側の部分とで段差が形成された２段構造となっており、
   前記第１の照明手段は、前記検査テーブルの低い段側に設置される共に、発光面の下方の端部が前記載置部に載置された前記容器の底部より低い位置に設置されている請求項３に記載の異物検査装置。

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