JP2007114133A - 容器内異物検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】容器蓋の影が撮像手段に投影されることが無いようにし、内部に混入した異物を安定的に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１６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、撮像手段１６は容器の底部側に配置してあり、容器に照明光を照射する照明装置は容器の蓋側に設置した第1の照明手段１５Ａと容器の底部側に設置した第２の照明手段１５Ｂからなり、第２の照明手段１５Ｂにおける照明光は容器１の側面を照射するものとした。
【選択図】図２

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て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関するものである。

飲料水などを封止したＰＥＴ製やガラス製などの透明な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は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、下記特許文献１に示すように、液体が封入された透明な容器に照明装置で照明光を照射し、撮像素子を内蔵した撮像カメラで容器の映像を得て、容器内に混入した異物を検出する技術がある。

この従来技術の原理は、撮像素子の映像における画素の濃淡値に関して、異物の映像における画素が異物以外の部分の映像における画素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、異物と異物以外の部分を安定して判別しやすいことにある。

特開２００４−２７９２１８号公報

上記従来技術においては、撮像カメラは容器の底部側に配置してあり、容器に照明光を照射する照明装置として円環状のものを用い容器の蓋と底部側の双方に配置している。容器蓋の径が大きく蓋側の照明装置から蓋に照明光が当たる状態では容器蓋の影が撮像カメラに取り込まれ、映像において異物以外のもので濃淡差が発生する。

容器蓋の影を消すべく底部側の照明装置から照明光が蓋に当たるようにすると、異物からの反射光が撮像カメラに取り込まれ、濃淡差は小さくなり、あるいは異物が小さく写り、異物として識別が困難になる。そこで、異物を検出できるように、底部側の照明装置の照明を調整する。また、濃淡差は、異物が同じ大きさであっても、色によって変わってくる。

容器は搬送ラインを検査位置に連続して搬送されてくるから、異物が含まれているようであれば、異物を検出できるように底部側の照明装置の照明を調整する時間の余裕はなく、安定的な異物検出が困難になる。

従って本発明の目的は、容器蓋の影が撮像手段に投影されることが無いようにし、内部に混入した異物を安定的に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該容器の蓋側に設置した第1の照明手段と該容器の底部側に設置した第２の照明手段からなり、該第２の照明手段における照明光は該容器の側面を照射するものとしたことにある。

本発明によれば、第２の照明手段から照射する照明光が容器の側面をへて容器蓋に至り、容器蓋の内部において反射しその反射光を撮像手段で捉えることにより、容器蓋は映像に映り込まず、第１の照明手段から照射する照明光により異物が影として撮像手段で捉えられ、容器蓋の径に依らず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、図１は異物の検査位置ＤＰ前後における搬送ラインを上方から見た図、図２は異物の検査位置ＤＰにおける搬送ラインの横断面図、図３は容器内異物検出装置における検出装置制御部の電気的ブロック図である。

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２で封止されている。

異物検出は容器１が容器蓋２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、異物有無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３の混入が確認された容器１は搬入側の搬送コンベア１１Ａから離して設置してある搬出側の搬送コンベア１１Ｂ上から取り除く。

搬入側の搬送コンベア１１Ａの終端と搬出側の搬送コンベア１１Ｂの先端にわたって、容器１の両側面１ａを挟み込む１対のグリップコンベア１２Ａ，１２Ｂを設けてあり、搬入側の搬送コンベア１１Ａは異物の検査位置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１２Ａ，１２Ｂに受け渡す。容器１の受け渡しのために、搬送コンベア１１Ａとグリップコンベア１２Ａ，１２Ｂとの間および搬送コンベア１１Ｂとグリップコンベア１２Ａ，１２Ｂとの間にそれぞれ１００（ｍｍ）乃至５００（ｍｍ）の併設領域を設けている。

容器１は、両搬送コンベア１１Ａ，１１Ｂの間では無端のグリップコンベア１２Ａ，１２Ｂのグリッパ１２ａ，１２ｂで両側面１ａを挟み込まれ、上部の蓋側と下部の底部側は開放された状態である。

グリップコンベア１２Ａ，１２Ｂは、チェーンでゴムまたは樹脂製のグリッパ１２ａ，１２ｂを支え、チェーンの長さだけグリッパ１２ａ，１２ｂ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。

対向する内側のグリッパ１２ａ，１２ｂ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１２Ａ，１２Ｂは同期を取って駆動されている。容器１と接触する箇所では容器１の凹凸形状に従ってグリッパ１２ａ，１２ｂの可撓性をもつ先端部が変形し、容器１は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。

異物検査位置ＤＰでは、ハロゲンランプを持つ照明光源１３からの光はライトガイド１４Ａを経由して、図２に示すように、グリップコンベア１２Ａ，１２Ｂ及び、容器１の上部に設置した上部照明装置（第１の照射手段）１５Ａから容器1の外周面に対して下方に向けて斜めに入射し、容器１を照射する。

さらに異物検査位置ＤＰでは、照明光源１３からの光はライトガイド１４Ｂを経由して、グリップコンベア１２Ａ，１２Ｂ及び、容器１の下部に設置した下部照明装置（第2の照射手段）１５Ｂから容器1の外周面に対して上方に向けて斜めに入射し、容器１を照射する。

照明光源１３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。

上下各照明装置１５Ａ，１５Ｂは光ファイバーの端部を垂直にして円環状に配列してなるものであり、各光ファイバーの端部から放射された光は広がりを持ち、上部照明装置（第１の照射手段）１５Ａは容器１の蓋２も照射するが、下部照明装置（第2の照射手段）１５Ｂは容器１の底部は照射しないが容器１の側壁部（側面）を照射するようにしてある。

異物の検査位置ＤＰにおける下部照明装置１５Ｂの下方には、下部照明装置１５Ｂの円状空間を通して容器１を撮像する撮像カメラ（撮像手段）１６を配置してあり、撮像カメラ（撮像手段）１６は撮像素子を内蔵している。撮像カメラ（撮像手段）１６として、デジタルカメラを用いている。

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に到着しつつあることを容器有無検知センサ１７で検知する。容器有無検知センサ１７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。

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等で囲み、容器１および撮像カメラ１６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１７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１６のシャッタ信号に反映する。容器１が異物の検査位置ＤＰに到達する時に、シャッタ信号に基づいて撮像カメラ１６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、画像情報処理部２６における画像処理のソフトプログラム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画像情報処理部２６において画像処理を施して得た映像は、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。

画像処理による異物の抽出は、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し、１個以上あれば異物を含んだ容器と判定する。

図４は、図１，図2に示す装置における撮像カメラ１６で容器１を撮影し、図３に示す検出装置制御部２０で画像処理を施した映像の一例ＩＭ１を示している。

図4において、ＢＳは明るく映った容器１の底部、ＳＤは暗く映った容器１の底部に沈澱した異物３の影である。

図５は、比較のために従来技術により図４の映像を得た底部に沈澱した異物を持つ容器１について得た映像で、ＢＣはリング状となっている容器１の蓋２の影である。

蓋２の影BCは暗点となる輝度値と持ち、二値画像内で最も暗い黒として置き換えられてしまい異物抽出の妨げとなっている。また、図５では図４において映っていた異物の影ＳＤが消えてしまっている。

図６により、撮像カメラ１６で容器１の底部に沈澱した異物３を撮影できる状況を説明する。

下部照明装置１５Ｂの照明光は、容器１の側壁を照射し該容器１の底部を照射しない配置となっている。容器１の側壁を通過した下部照明装置１５Ｂの照明光は、容器蓋２の内部を照射し、下方に反射し反射光が発生し容器１下側に設置された撮像カメラ１６で取り込まれ、容器蓋２の内部は映像の濃淡差が抑制される。下部照明装置１５Ｂの照明光は異物３を照射していないので、その反射光が撮像カメラ１６に取り込まれることはなく、容器蓋２の内部での反射光は異物３においてさらに反射し、撮像カメラ１６に取り込まれることもないので、異物３を照射する容器蓋２の内部での反射光は異物３を影ＳＤとして撮像カメラ１６に映す。異物３が白色のものであっても、異物３を光が透過しないかぎり、容器蓋２の内部での反射光は異物３を影ＳＤとして撮像カメラ１６に映すので、異物３が如何なる色のものであっても、内部に混入した異物は安定的に検出される。

従って、異物検出のための照明の調節は不要であり、搬送ライン上を高速で容器１を連続的に流しつつ、異物を検出することができる。また、検出装置制御部２０では照明の調整を行なう手段が不要である。

図７は下部照明装置１５Ｂにより容器１の底部を照射する従来技術で撮像する状況であり、照射光は容器１の底部を通過し検出対象である異物３に照明光が照射され反射光が発生する。その結果、撮像カメラ１６に反射光が撮像され、異物３自体の映像内濃淡差が小さくなり、画像処理において、しきい値以上の輝度値を持つ点となり、最も明るい白に置き換えられて、異物３は存在しないものとなり、図５では異物３の影が消えている。

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１２Ａ，１２Ｂで搬送しながら、移動状態のまま容器１の底部を撮像する。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１２Ａ，１２Ｂ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、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。

異物検出処理で異物３が検出された容器１は、搬送コンベア１１Ｂ上を通過中にエアシリンダーによるプッシャーで生産ラインより排斥する。

以上説明したように本発明装置によれば、容器蓋の影が撮像手段に投影されることはなく、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１は底部の外径が同じものが常に搬送されることはなく、生産のロットによって変化する。その変化の度に容器１の側壁のみ照明する下部照明装置１５Ｂに交換をすることは面倒であるので、以下、下部照明装置１５Ｂを変えずに簡単に底部外径の変化に合わせることができる実施形態について説明する。

第二の実施形態では、図８に示すように下部照明装置１５Ｂ上に内壁面を光反射面とした補助部材４１を着脱自在に設置している。細い容器１である場合、下部照明装置１５Ｂの照明光が側壁の立上部を照明しない恐れがあるので、補助部材４１の反射面で下部照明装置１５Ｂからの照明光を反射させ、側壁の立上部にも届くようにしている。補助部材４１は、各種容器の径および幅に対応するように取り外し可能である。

第三の実施形態では、図９に示すように下部照明装置１５Ｂ上に下部照明装置１５Ｂの照明光が底部を照明しないようにし側壁の立上部から上部を照明するように照明光を遮蔽する補助部材４２を着脱自在に設置している。太い容器の場合に、底部に沈澱している異物３を照明しないようにしている。

以下の実施形態は、異物３の影以外のものが異物と判断されないようにする手段を着脱自在に設置・付加するものである。

第四の実施形態では、図１０に示すように容器１の外周部の凹凸や容器蓋２が画像処理上の光学的ノイズとなる場合には、より散乱光を多くし濃淡差を小さくするために、下部照明装置１５Ｂと容器１の底部の間に光拡散板４３を設置している。

光拡散板４３において光は散乱するので撮像カメラ１６における映像の濃淡差がやや小さくなり、異物３の影は異物として把握されるに十分な濃淡差を維持しているが、異物以外のものは濃淡差が小さくなる結果、検出装置制御部２０での画像処理により暗点となる輝度値と持ち得ず、二値画像内で明るい白として置き換えられて、異物とされない。

第五の実施形態では、図１１に示すように下部照明装置１５Ｂと容器１の底部の間に凹レンズ４４を設置している。下部照明装置１５Ｂから意図しない方向に漏れた光は凹レンズ４４を通過して容器１を照明しないで何処かに行ってしまったり、凹レンズ４４で反射して何処かに行ってしまったりして、撮像カメラ１６にとって光学的ノイズにならない。

第二の実施形態から第五の実施形態でそれぞれ設置・付加した各部材は適宜に組み合わせて使用することができ、また下部照明装置１５Ｂと接触した状態や適宜な距離をもって分離した状態で設置して差し支えない。

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異物の検査位置ＤＰ前後における搬送ラインを上方から見た図である。 図１に示した容器内異物検出装置異物の検査位置ＤＰにおける搬送ラインの横断面図である。 図１に示した容器内異物検出装置における検出装置制御部の電気的ブロック図である。 図１に示した容器内異物検出装置で得た映像の一例を示した図である。 従来技術の容器内異物検出装置で得た映像の一例を示した図である。 図１に示した容器内異物検出装置における照明の状況を示した図である。 従来技術の容器内異物検出装置における照明の状況を示した図である。 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。 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。 本発明の第四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。 本発明の第五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。

符号の説明

１…容器
２…容器蓋
３…異物
１２Ａ，１２Ｂ…グリップコンベア
１３…照明光源
１４Ａ，１４Ｂ…ライトガイド
１５Ａ…上部照明装置
１５Ｂ…下部照明装置
１６…撮像カメラ
ＬＱ…内容物

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該容器の蓋側に設置した第1の照明手段と該容器の底部側に設置した第２の照明手段からなり、該第２の照明手段における照明光は該容器の側面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。
2. 上記請求項１の容器内異物検出装置において、該第２の照明手段は該容器における側面の全周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、照明装置は光を反射させて該容器の側壁部に照明光を照射する補助部材を着脱自在に設け得るもの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１に記載の容器内異物検出装置において、照明装置は光を遮蔽して該容器の側壁部に照明光を照射する補助部材を着脱自在に設け得るもので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、さらに該容器の底部と該撮像手段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。
6. 上記請求項１に記載の容器内異物検出装置において、さらに該容器の底部と該撮像手段の間に凹レンズを設置してあることを特徴とする容器内異物検出装置。
   

Images