JP2008224634A - 被検体充填液中の異物検出装置および被検体充填液の検査方法 - Google Patents

Abstract

【課題】照射された照射光をより有効に効率的に使用し、以って小形された被検体についても充分採用可能であって充填液中の異物を検出する。
【解決手段】被検体に向けられた照明光が透過するように設けた照明光屈折手段と、検査用のセンサを備え、照明光屈折手段を通過した検査用センサに向かう照明光路上の照明光の透過光による撮映および照明光屈折手段を通過した検査用センサから外れた照明光路上の照明光の反射光による撮映を行う撮像手段と、撮像手段による撮像画像に基づいて充填液中の異物を検出する検出手段と、を備える。
【選択図】図７

Description

本発明は、被検体充填液中の異物、特に透明容器充填液中の異物の検出装置およびこの装置による充填液の検査方法に関する。

透明容器（例えばガラス瓶やプラスチック容器）等の充填液としては、飲料水や清涼飲料水等の食品、注射液や栄養剤などの医療関連液体等がある。こうした透明溶液は、搬送ライン上で、形状や品質の自動検査、合格品に対する液体注入及び注入液の容量の自動検査の検査以外に、液体内に異物が混入していないか否かの異物自動検査がある。
異物には、有害なものや、有害ではないが混入していては困るものや、混入していてもよくそのまま合格品として扱えるもの等、種々である。

こうした異物は、撮像カメラで撮像して画像処理により高速で自動検査で検出するやり方を取ることが多い。

異物には黒色系の異物が多いが白色系の異物もある。黒色系の異物は光の透過を利用して撮像化しやすく、白色系の異物は、光の反射を利用して撮像化しやすいという特徴がある。しかし、充填液中には、どのような異物が混入しているかわからず、透過光のみ又は反射光のみを利用した撮像ではこれらすべての異物を検出することができないことから、すべての異物を同時に検出可能な検出機の要求が大きい。また、充填液中に混入した異物の種類を特定したいという要求が大きい。

そこで、出願人は、特許文献１、２、３、４に示す内容の透過と反射との両者を利用する異物検出装置を出願した。この出願は、検査対象とする透明容器の後方に第１の照射源を設け、容器の手前斜め方向に第２の照射源を設け、第１の照射源から透過光と第２の照射源からの反射光とを撮影するようにしたものである。更には、第１、第２の光源設置の簡素化をはかる異物検出装置を記載している。

特許第３６６８４４９号公報 特開２００２−２６７６１２号公報 特開２００３−１０７０１０号公報 特開２００４−１２２１９号公報

第1、第２の光源装置の簡素化が図られるようになったが、顧客の要望（ニーズ）によれば、最近被検体、すなわち透明容器がより小型化しており、小形の透明容器の充填液について異物検出することが求められるようになってきた。従来の装置のままでは照射光の光量が不足するおそれが生じてきている。

本発明は、かかる点に鑑みて照射された照射光をより有効に効率的に使用し、以って小形された被検体についても充分採用可能であって充填液中の異物を検出することを目的とする。

本発明は、被検体に充填された充填液の中の異物を検出する異物検出装置において、
前記被検体の後方に設けられ、照明光を前記被検体に向けて照明する照明手段と、
前記被検体に向けられた照明光が透過するように設けた照明光屈折手段と、
検査用センサを備え、前記照明光屈折手段を通過した、前記検査用センサに向う照明光路上の照明光の透過光による撮映および前記照明光屈折手段を通過した、前記検査用センサから外れた照明光路上の照明光の反射光による撮映を行う撮像手段と、
前記撮像手段による撮像画像に基づいて充填液中の異物を検出する検出手段と、を備えたこと
を特徴とする被検体充填液中の異物検出装置を提供する。

また本発明は、被検体の後方に設けられ、照明光を前記被検体に向けて照明する照明手段と、
前記被検体に向けられた照明光が透過するように設けた照明光屈折手段と、
検査用センサを備え、前記照明光屈折手段を通過した、前記検査用センサに向う照明光路光路上の照明光の透過光による撮映および前記照明光屈折手段を通過した、前記検査用センサから外れた照明光路上の照明光の反射光による撮映を行う撮像手段と、
前記撮像手段による撮像画像に基づいて充填液中の異物を検出する検出手段と、を備えた被検体充填液中の異物検出装置を使用した被検体充填液の検査方法において、
前記照明検査用センサに向う照明光路の中心方向に向けて屈折された照明光の透過光によって異物の撮映を行って撮像し、被検体充填液中異物の検出を行うこと
を特徴とする被検体充填液の検査方法を提供する。

本発明によれば、上述のように照射手段から照射された光を屈折させる屈折手段を設けているために、照射された光をより有効に、すなわち効率的に使用することができ、以って小形された被検体についても充分に適用可能な異物検出装置および被検体充填液の検査方法を提供することができる。

本実施例は、被検体に充填された充填液の中の異物を検出する異物検出装置において、
前記被検体の後方に設けられ、照明光を前記被検体に向けて照明する照明手段と、
前記被検体に向けられた照明光が透過するように設けた照明光屈折手段と、
検査用センサを備え、前記照明光屈折手段を通過した、前記検査用センサに向う照明光路上の照明光の透過光による撮映および前記照明光屈折手段を通過した、前記検査用センサから外れた照明光路上の照明光の反射光による撮映を行う撮像手段と、
前記撮像手段による撮像画像に基づいて充填液中の異物を検出する検出手段と、を備え、
前記透過光屈折手段は、断面三角形状のプリズムまたは台形状のプリズムの組み合わせで構成されることを特徴とする被検体充填液中の異物検出装置として構成される。

あるいは、前記透過光屈折手段は、断面三角形状または台形状のプリズムで透過する面にシリンドリカル形状を有するレンズで構成されることを特徴とする被検体充填液中の異物検出装置として構成され得る。

以下、本発明の実施例を説明する。

本発明の異物検査装置１００は、例えば、アンプル瓶やバイアル瓶等のガラス容器やペットボトル等の被検体を次々に搬送する衛生管理された搬送ラインに設置され、次々に高速で異物検査を行う。図１−図６は、本発明の異物検査装置による異物検出の原理および課題を示す図である。図１において、異物検査装置は、搬送ライン上を次々に通る被検体２の内部液体２Ｘ中の異物を自動検査するものであって、検査用センサ１、照明３、画像処理装置４より成る。被検体２は、内部に栄養剤液体や注射液や清涼飲料水などの液体を充填した円筒状透明容器であり、具体的にはアンプル瓶やバイアル瓶、プラスチックボトル等である。内部液体２Ｘ中の異物としては、容器加工中の加工粉や液体製造中に混入する粉末等であり、黒色や白色状のものなど多様である。

なお、被検体の典型的な例は、透明容器であり、被検体についても照射光が通過するものが対象になる。これらの容器についてここでは被検体と称することとする。

検査用センサ１は、例えばＣＣＤカメラ部１Ａとその結像レンズ部１Ｂとから成る。照明３は、同一色の、第１の照明３Ａと第２の照明３Ｂ、３Ｃとから成る。その形状は例えば円筒容器長手方向の長さを照射視としてカバーできるような線状光源とする。第１の照明３Ａは、被検体２を挟んでカメラ１のレンズ撮像面中心が対向するような位置関係であって且つレンズ効果による焦点位置に配置する。これによって、第１の照明３Ａからの第１の光は、被検体２を透過してそのまま撮像面に入射する。第２の照明３Ｂ、３Ｃは、上記撮像面と対向関係にないような配置位置であって且つレンズ効果による焦点位置をとる。従って、この第２の光は、被検体２を透過して、撮像面以外の方向に突き抜ける。第２の照明３Ｂ、３Ｃはどちらか一方のみでもよい。以下では照明３Ｂのみを機能させる例で説明する。

第１の光は撮像面に入射するが、液体中に異物があれば、その異物のシルエット（影）もそのまま入射する。一方、第２の光にあっては透過光は入射しないため異物のシルエットも入射しない。第２の光の場合には、異物で乱反射が起こり、この乱反射光が撮像面に入射するだけとなる。かくして、第１の照明３ＡをあるタイミングでＯＮしてレンズ部１Ｂを通して透過光を撮像し、第２の照明３Ｂ、３Ｃを別タイミングでＯＮしてレンズ部１Ｂを通して乱反射光を撮像する。かかるそれぞれの撮像画像を、画像処理装置４が受け取り、別々に処理して異物の検査を行う。検査には、異物の有無、大きさ、種別等があり、それぞれの異物検出プログラムによって実現する。このように第１の照明３ＡのＯＮと第２の照明３ＢのＯＮとは別時刻タイミングで行って、別々に撮像し、別々に処理する。

第１の照明３Ａと第２の照明３Ｂとを同一色の例としたが、別色にする例もある。例えば第１の照明３Ａの光を赤色光、第２の照明３Ｂ（３Ｃも同じ）の光を青色光とする如き例である。この場合、１つのセンサ１のみの例にあっては、カラーカメラを使用し、同時撮像するが色成分により分離した２つの映像を得る。また、センサカメラ３を２つ設けて、一方を赤色用、他方を青色用として同時撮像を行う例もある。

図２（ａ）は、照明３の具体例を示す。照明３はライトガイドと称せられるものを使用した。ライトガイドとは、光源の光を光ファイバで引回し、検査個所に自在に持ってゆき、照明として利用するものであり、使い勝手が良いものである。かかる照明３はライトガイドヘッド３０、照明光源３２、照明ヘッド３３、光ファイバ３４、から成る。照明光源３２は、ストロボ、ハロゲンライト又はレーザ等の光源であり、この発生光を光ファイバ３４でライトガイドヘッド３０まで導く。ライトガイドヘッド３０は照明ヘッド３３で支持固定する。照明ヘッド３３の全面には光シャッタ３１を設けた。

ライトガイド部３０の前面は、図２（ｂ）に示すように３つの縦形線状光放出面３０Ａ、３０Ｂ（３０Ｃ）を持つ。放射面３０Ａは図１の照明３Ａに相当し、放出面３０Ｂ（３０Ｃ）は図１の照明３Ｂ（３Ｃ）に相当する。これによって、この光放出面３０Ａ、３０Ｂ（３０Ｃ）から縦形線状光が放出される。

光シャッタ３１は、光放出面３０Ａ、３０Ｂ（３０Ｃ）の放出光の選択に使う。面３０Ａを選択する時には、その光進行方向の面を開き、面３０Ｂ（３０Ｃ）を選択する時にはその光進行方向の面を開くように制御を受ける。シャッタ切り替えは機械式であってもよく、電子的な切り替えであってもよい。

図２の照明３にあって、シャッタ３１の代わりに色つきフィルタ３５を設ける例もある。これを図２（ｂ）に示す。３つの色つきフィルタ３５Ａ、３５Ｂ、３５Ｃを線状放出面３０Ａ、３０Ｂ（３０Ｃ）に対応するようにシャッタ３１の代わりに設けておく。色付きフィルタ３５Ａは例えば赤色、色付きフィルタ３５Ｂ（３５Ｃ）は青色である。従って、線状放出面３０Ａからの光は、色付きフィルタ３５Ａを通ることで赤色光となり、線状放出面３０Ｂ（３０Ｃ）からの光は、色付きフィルタ３５Ｂ（３５Ｃ）を通ることで青色光となる。

この赤色光、青色光を同時放出する場合、色つきフィルタ３５Ａ、３５Ｂ（３５Ｃ）の選択的使用は不要である。

図３に示す例は、図２に示す例が単一光源であるのに対し、３個の光源４０、４１、４２である場合を示す。そして、それに対応して、照明ヘッド４３、４４、４５を持たせた。図２の単一光源では３つの光放出面からは必ず同時に光を放出するが、３個の光源では、別々に放出制御ができる。従って、例えば、４０をＯＮ→４１（及び又は４２）をＯＮ→……のように制御し、そして検査を行う。

図４、図５により異物の撮映を説明する。図４が透過光撮映例、図５が反射光撮映例を示す。図４、図５にあって、照明３は、円筒状容器（被検体）２のレンズ効果による焦点位置に配置してある。レンズ効果とは、平行光を円筒状容器２に照射した場合、円筒状容器２そのものがあたかもレンズの如き作用をし、焦点を結ぶ現象を指す。その焦点位置に照明３を配置したのである。

図４（ａ）で、照明３Ａからの放出光は、図の矢印の如き光路を通り検査用センサ１に向かう。被検体２の充填液体中は異物５が存在し、これが黒色又は光非透過異物であればこの異物はシルエットとなり、黒色映像として結像する。これを図４（ｂ）に示す。図３（ｂ）で、２Ｘは蓋、２Ｙは液体の充填されていれない非液体空間である。更に、２Ｚは線状放出面３Ａの映像である。

図５（ａ）は、照明３Ｂを光源とする例である。照明３Ｂはその平行光が検査センサ１に向かわないように配置されているため、図５（ａ）の如くなる。

ここで、被検体２を通過した照明光が検査用センサ１に向う平行光あるいは後述する屈折した光であるか検査用センサ１に向う照射光を検査用センサからの照射光路上の照射光と称し、検査用センサ１に向かわない照射光を検査センサからはずれた照射光線上にある照射光と称することとする。ミラーを使用した場合においても上述した概念は変わらない。

液体中に反射性の例えば白色の異物５があれば、光はこの異物５で乱反射を起こし、検査用センサ１に向かう乱反射光は、このセンサ１で撮影できる。図５（ｂ）がその映像であり、５が異物映像、２Ｂが非液体空間、２Ｄが照明３Ｂの線状放出面の映像である。

図６は、上述した図１−図５に示す異物検出装置の実機に採用した場合の課題を説明する図である。図６において、３Ｂからでた照明光は、従来の被検体すなわち大型の被検体２Ａの場合には、被検体２Ａを通過後に検査センサ１に向かわない光線上の配置にある。

また、３Ｂからでた照明光は、被検体が小型である小型被検体２Ｂも同様に通過後に検査センサ１に向かわない光線上の配置にある。

３Ｂ照明は、被検体２に向かう光線ではなく、図６の左水平に向かう。対策としては拡散板等を用いた方法で、適度に広がりをもつ光線とし、小型被検体２Ｂにも向かうようにするが、径が小さい分、はみ出た状態となり照明光のロス（損失）が大きくなる為に、小型被検体２Ｂに入る光量が不十分となる。

図７は、本発明の実施例の構成を示す図である。
図７（ａ）は、図２および図４に示す例において、照明３Ａと小形被検体２Ｂとの間にホルダ１１に支持された照明光屈折手段１２を配設している。ホルダ１１は照明Ａ、Ｂ、Ｃからの照明光を通過させる。図７（ｂ）に照明光屈折手段１２の詳細を示す。照明光屈折手段１２は、中央部に配設された断面四角形状のプリズム（ガラス体）１３および両側に配設した断面三角形状のプリズム１４、１５から構成してあり、両側配置の断面三角形状のプリズムは外側に薄く、中央側に厚くなるように配置され、最厚さは断面四角形状のプリズム１３の厚さと同等とされる。他の手段による屈折手段としてもよい。

このように、構成された照明光屈折手段には、支持体１６によってホルダ１１に支持される。

以上のような構成によって、図７（ａ）に示すように、照明３Ｂと３Ｃから照射された照射光は、側方側の照明光がプリズム１４、１５によって中央側に屈折して被検体２Ｂに入射する。屈折によって中央側に屈折して被検体２Ｂに入射する。屈折によってプリズム１４、１５がなければ被検体２Ｂに入射することのなかった照射光が被検体２Ｂに入射し、照明光の効率が向上する。

また、これによって、上述したように小形の被検体２Ｂについても従来方式による大形の被検体２Ａと同様に充填液体中の異物を検出することができることになる。従って、照明光路（図７（ａ））の中心方向に向けて屈折させた照明光の透過光によって異物の撮映を行って撮像し、画像処理して被検体充填液中の異物５の検出を行う被検体充填液の検査方法が構成される。

図８は、本発明の第２の実施例の構成を示す図である。先の実施例と同一の構成については同一の番号が付してあり、先の実施例の説明を援用する。他の実施例についても同様である。

本実施例の場合には、図７に示す照明光屈折手段とは異なった形状の照明光屈折手段１２としている（図８（ａ））。図８（ｂ）に照明光屈折手段１２の詳細を示す。照明光屈折手段１２は、両側に配設した断面三角形状で透過面に凹型のシリンドリカルを有するレンズ１８、１９から構成してあり、両側配置の断面三角形状のレンズ１８、１９は外側に薄く、中央側に厚くなるように配置され、最厚さは断面四角形状のレンズ１３の厚さと同等とされる。他のプリズム手段による屈折手段としてもよい。

このように、構成された照明光屈折手段は１２は、支持体２０によってホルダ１１に支持される。

照明３Ｂによる照明光についても、図４に示す例であれば検査用センサ１から外れた照明光路の照明光についても反射光を強めることができる。

照明３Ｂから照射された照明光は、照明光がレンズ１８の屈折によって被検体２方向へ屈折しつつ、且つ凹型のシリンドリカル形状により適度な広がりをもつように屈折して進み、被検体２である大形被検体２Ａもしくは小形被検体２Ｂに入射し、多くの照明光が大形被検体２Ａあるいは小形被検体２Ｂに入射する、大形被検体２Ａより更に大形にした被検体にも適用可能である。

これによって、上述したように小形の被検体２Ｂについても従来方式による大形の被検体２Ａと同様に充填液中の異物を検出することができることになる。また、上述したように、大形被検体２Ａよりも大形の被検体についても充填液中の異物を検出できることになる。従って、照明光路（図８（ａ））の中心方向に向けて、あるいは外方に向けて屈折させた照明光の透過光によって異物の撮映を行って撮像し、画像処理して、被検体充填液中の異物５の検出を行う被検体充填液の検査方法が構成される。

図９は第３の実施例を示し、先の２つの実施例と同様に照明光屈折手段１２を備える。図９は、色分離による同時透過・反射による異物検査装置の実施態様を示す図である。この異物検査装置は、２つの検査用センサ１，１Ａ、色分離ミラー５２を持ち、赤色照明３Ａと青色照明３Ｂとを同時ＯＮにするやり方を採用する。色分離ミラー５２は、赤色分離光を検査用センサ１に送り、青色分離光を検査用センサ１に送る。

かかる構成によれば、照明３Ａ、３Ｂとが同時ＯＮとなることで赤色光は検査用センサ１へと入射し、青色光は検査用センサ１Ａへと入射し、シルエットとなる黒色の異物５があれば検査用センサ１で映像化され、乱反射性の白色の異物５であれば、検査用センサ１Ａで映像化される。この場合、乱反射性の異物映像も検査用センサ１に入射しそうであるが、色分離フィルタで青色は阻止されるため、検査用センサ１への入射はなく映像化されない。照明光屈折手段１２の機能は前述した通りである。

また、他の例を図１０に示す。図で４０Ａがハーフミラー、４１Ａが赤フィルタ、４２Ａが青フィルタである。この例にあっても照明光屈折手段１２の機能は前述した通りである。

異物検査は、通常、特別に設けた検査ライン上で行う。検査ライン上には、異なる複数の位置毎にセンサ（カメラ）をそれぞれ設置しておき、各センサで自己の視野内に入ってくる被検体を撮像する。被検体の撮映前に、被検体の回転・停止を行わせて、液体だけを回転させておき、これを撮映するやり方をとることが多い。検査ライン上には次々に被検体が搬入してくるので、センサでは高速撮映が必要となる。高速撮映には、照明３Ａ、３Ｂの同時照射、そして同時撮映が好ましい。これが図９、図１０の例である。

ここで、黒色異物、白色異物を説明する。黒色異物としては、例えばガラス成形時の金型や加工機械の粉末等である。一方、白色異物は例えば容器や液体の中の有効成分であって液体内部に充分にとけ込まない固形成分等である。またグレー色異物は黒色異物と白色異物との中間色としての異物である。これらの異物の中でどれが排除すべきか（有害を含む）を事前に定めておく。例えば黒色異物は排除すべきであり、白色異物は排除すべきでなく、中間色異物は黒色異物の一種と見なして排除すべきであるとかの定めや、全異物は排除の対象とするとかの定めである。排除とは、容器毎に行うものとし、不良品としてガラス容器自体を選別し、ライン外に排除する。

画像処理装置４は、２つのカメラの撮像画像を取り込み、それぞれ毎に閾値を利用して異物検出を行う。

本実施例によれば、照明光屈折手段１２を設置したことで、乱反射光と透過光とを利用して同時又は別々に、特に小形の被検体、例えば透明容器内充填液の異物を検出でき、また異物の区分までも可能になる。

本発明の原理を説明する図。 本発明の原理を説明する図。 本発明の原理を説明する図。 本発明の原理を説明する図。 本発明の原理を説明する図。 実機構成上の課題を説明する図。 本発明の実施例の構成を示す図。 本発明の他の実施例の構成を示す図。 本発明の他の実施例の構成を示す図。 本発明の他の実施例の構成を示す図。

符号の説明

１…検査用センサ、２…被検体、２Ａ…大形被検体、２Ｂ…小形被検体、３，３Ａ，３Ｂ，３Ｃ…照明、４…画像処理装置、５…異物、１１…ホルダ、１２…照明光屈折手段（装置）、１３，１４，１５…プリズム、１６…支持体、１７，１８，１９…レンズ、２０…支持体、９０…光軸、１００…異物検出装置。

Claims (4)

1. 被検体に充填された充填液の中の異物を検出する異物検出装置において、
   前記被検体の後方に設けられ、照明光を前記被検体に向けて照明する照明手段と、
   前記被検体に向けられた照明光が透過するように設けた照明光屈折手段と、
   検査用センサを備え、前記照明光屈折手段を通過した、前記検査用センサに向う照明光路上の照明光の透過光による撮映および前記照明光屈折手段を通過した、前記検査用センサから外れた照明光路上の照明光の反射光による撮映を行う撮像手段と、
   前記撮像手段による撮像画像に基づいて充填液中の異物を検出する検出手段と、を備えたことを特徴とする被検体充填液中の異物検出装置。
2. 請求項１において、前記透過光屈折手段は、断面三角形状のプリズムまたは台形状のプリズムの組み合わせで構成されることを特徴とする被検体充填液中の異物検出装置。
3. 請求項１において、前記透過光屈折手段は、断面三角形状または台形状のプリズムで透過する面にシリンドリカル形状を有するレンズで構成されることを特徴とする被検体充填液中の異物検出装置。
4. 被検体の後方に設けられ、照明光を前記被検体に向けて照明する照明手段と、
   前記被検体に向けられた照明光が透過するように設けた照明光屈折手段と、
   検査用センサを備え、前記照明光屈折手段を通過した、前記検査用センサに向う照明光路光路上の照明光の透過光による撮映および前記照明光屈折手段を通過した、前記検査用センサから外れた照明光路上の照明光の反射光による撮映を行う撮像手段と、
   前記撮像手段による撮像画像に基づいて充填液中の異物を検出する検出手段と、を備えた被検体充填液中の異物検出装置を使用した被検体充填液の検査方法において、
   前記照明検査用センサに向う照明光路の中心方向に向けて屈折された照明光の透過光によって異物の撮映を行って撮像し、被検体充填液中異物の検出を行うこと
   を特徴とする被検体充填液の検査方法。

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