JP2013134099A - 異物検査装置 - Google Patents

Abstract

【課題】スピン装置やロータリー式搬送装置等の大掛かりな装置を用いたり、ガラス壜を持ち上げる必要がなく、直立状態のガラス壜をコンベアで搬送している間に壜胴部の斜め上方からカメラで撮像することによりガラス壜の底部又は底部付近にある異物を検出できる異物検査装置を提供する。
【解決手段】コンベア２の一側部に配置され、コンベア２の搬送方向に沿った照明面３ａを有し、コンベア２により搬送されるガラス壜１に側方から照明光を投光する照明３と、コンベア２の他側部に配置され、コンベア２によって搬送されるガラス壜１の壜底部１ｂを斜め上方から撮像するカメラ４と、カメラ４で得られた画像を処理する画像処理装置とを備え、画像処理装置は、画像中から、実際に壜底部１ｂにある物によって形成された実体像と、物が壜底裏面１ｂ−ＢＳに映った裏面側の像のペアがあるか否かを判定する画像処理を行う。
【選択図】図２

Description

本発明は、異物検査装置に係り、特に飲料等の液体が充填されたガラス壜の底部又は底部付近に異物が沈殿しているか否かを光学的に検査する異物検査装置に関するものである。

近年、食品衛生管理上の観点から、清涼飲料、アルコール飲料、栄養ドリンク等の飲料を充填したガラス壜について、飲料に混入した異物を作業員の目視によらず自動的に検出することができる検査装置の需要が増加している。この場合、異物は壜の底部に沈殿しがちであるため、ガラス壜に飲料等の液体を充填した後、壜の底部又は底部付近に異物があるか否かの検査を行っている。

ガラス壜の底部に沈んだ異物を検査する方法として、ロータリー式搬送装置によってガラス壜を高速で円形軌道に沿って搬送したり、スピン装置によってガラス壜を高速で回転させることにより、異物を浮き上がらせて異物を検出する方法が広く知られている。
また、スターホイールや搬送ベルトでガラス壜を保持することによりガラス壜を持ち上げて、ガラス壜の下方からカメラにより壜底部を撮像する方法もあるが、壜底周縁部しか検査できなかったり、白色異物しか検出できない等の制約がある。

特開２００３−２０２３００号公報 特開平９−２７４０００号公報

上述したように、ガラス壜の底部に沈殿した異物を検査する方法としては、ガラス壜を回転させたり、ガラス壜を持ち上げて搬送している間に下からカメラで撮像する等の、ガラス壜に何らかのアクションを加える方法が一般的であるが、この方法は装置構造を複雑化し、装置が高価格になってしまうという問題点がある。
ガラス壜を搬送している間に異物検査を行う場合、搬送コンベアに載せられて搬送されているガラス壜を、あたかも人間が検査するように壜胴部の斜め上方から壜底を覗きこむように検査するのが最も自然で合理的な検査方法である。

しかしながら、この方法では、壜底に刻印されたモールドナンバー（金型番号）もはっきりと見えてしまい、モールドナンバーと異物との判別が難しく、モールドナンバーよりも大きな異物しか検査できないという問題がある。モールドナンバー（金型番号）とは、ガラス壜等の壜底外面に形成された複数の突起物からなるバーコード等で示されたものである。

本発明は、上述の事情に鑑みなされたもので、スピン装置やロータリー式搬送装置等の大掛かりな装置を用いたり、ガラス壜を持ち上げる必要がなく、直立状態のガラス壜をコンベアで搬送している間に壜胴部の斜め上方からカメラで撮像することによりガラス壜の底部又は底部付近にある異物を検出できる異物検査装置を提供することを目的とする。

上述の目的を達成するため、本発明の異物検査装置は、液体が充填されるとともに壜底表面にモールドナンバーが刻印されたガラス壜を直立状態でコンベアにより搬送している間に、ガラス壜の壜底部を撮像し、得られた画像から壜底部にある異物を検出する異物検査装置であって、前記コンベアの一側部に配置され、前記コンベアの搬送方向に沿った照明面を有し、前記コンベアにより搬送されるガラス壜に側方から照明光を投光する照明と、前記コンベアの他側部に配置され、前記コンベアによって搬送されるガラス壜の壜底部を斜め上方から撮像するカメラと、前記カメラで得られた画像を処理する画像処理装置とを備え、前記画像処理装置は、前記画像中から、実際に壜底部にある物によって形成された実体像と、前記物が壜底裏面に映った裏面側の像のペアがあるか否かを判定する画像処理を行うことを特徴とする。

本発明によれば、コンベアによって搬送されるガラス壜が照明の前方を通過する際に、照明によって照明され、照明光は、ガラス壜の胴部を透過してガラス壜内に入射して液体中を進行し、ガラス壜の内側から壜底部を照明する。このとき、カメラは、ガラス壜の壜胴部の斜め上方から壜底部を覗き込むように撮像する。照明光が壜底部を照明することにより、壜底上面を明るく照らすとともに壜底部の肉厚内に入射して壜底裏面を明るく照らす。そのため、壜底上面からの反射光および壜底裏面からの反射光がガラス壜の壜胴部を透過してカメラに入射する。壜底部に沈殿した異物がある場合、斜め上方から見下ろすことで異物の実体像と壜底裏面からの裏面反射による像の２つが必ず現れる。裏面反射による像とは、異物の裏面が壜底裏面に写った像である。一方、壜底表面に刻印されたモールドナンバーは実体像しか現れない。本発明は、この光学的性質の差を利用して、画像中から、実際に壜底部にある物によって形成された実体像と、前記物が壜底裏面に映った裏面側の像のペアがあるか否かを判定する画像処理を行う。

本発明の好ましい態様によれば、前記カメラの光軸は、水平面に対して２０°〜６０°の角度だけ傾いていることを特徴とする。
本発明によれば、壜胴部の斜め上方から壜底部を覗き込むように撮像することにより、壜底部に沈殿した異物がある場合、斜め上方から見下ろすことで異物の実体像と壜底裏面からの裏面反射による像の２つが必ず現れる。

本発明の好ましい態様によれば、前記カメラは、前記コンベアの搬送方向に沿って複数台配置されていることを特徴とする。
本発明によれば、前記カメラは、背面照明により壜底部の奥側半分が一様に照らされる位置を撮像するように配置されている。液体が充填されたガラス壜ではカメラにより壜胴部の斜め上方から壜底部を覗き込んだ場合、壜底部の奥側は光の屈折により約６０°程度しか検査できない。そこで、コンベアの一側に約６０°ずつ角度を持たせて３台のカメラを並べ、片側１８０°の検査範囲を確保する。そして、コンベアに対して照明とカメラの位置を入れかえた検査ユニットをコンベアの下流側に配置し、壜底全面の検査を行うようにする。

本発明の好ましい態様によれば、前記画像処理装置は、前記画像中の全ての像に対して、前記裏面側の像が形成されるべき位置を探索して、この位置に像がある場合に前記実体像と前記裏面側の像のペアがあると判定することを特徴とする。
本発明の好ましい態様によれば、前記画像処理装置は、前記実体像と前記裏面側の像のペアがある場合に、壜底部に異物があると判定することを特徴とする。

本発明の好ましい態様によれば、前記画像処理装置は、前記全ての像の位置と前記裏面側の像が形成されるべき位置との距離を設定して前記裏面側の像の探索エリアとしてマークすることを特徴とする。
本発明の好ましい態様によれば、前記画像処理装置は、前記モールドナンバーの刻印の少なくとも２個の刻印の画像の位置関係が前記距離だけ離間している場合に、予め刻印同士のペアが発生する可能性がある領域としてこの領域をマスクし、検査対象領域から除外することを特徴とする。
本発明の好ましい態様によれば、前記画像処理装置は、前記距離を設定した場合のカメラの角度を変化させ、カメラ角度変化の前後の前記距離の変化により、前記実体像と前記裏面側の像のペアであるか否かを判定することを特徴とする。
本発明の好ましい態様によれば、前記照明は、前記コンベア上のガラス壜に拡散光を投光する拡散照明であることを特徴とする。

本発明は、以下に列挙する効果を奏する。
（１）ロータリー式搬送装置やスピン装置等の大掛かりな装置を用いて異物を浮き上がらせる等の操作をする必要がなく、またスターホイール等でガラス壜を持ち上げてガラス壜の下方から撮像する必要がなく、直立状態のガラス壜をコンベアで搬送している間に壜胴部の斜め上方からカメラで撮像することによりガラス壜の底部又は底部付近にある異物を検出できる。
（２）ガラス壜を回転させても浮き上がらない重い異物や、壜底部の上面に貼り付いた異物を検出することができる。
（３）ガラス壜の壜底に刻印されたモールドナンバーと異物とを正確に判別することができる。

図１は、本発明に係る異物検査装置の基本構成を示す立面図である。 図２は、ＣＣＤカメラによりガラス壜の壜底部を撮像する際の光線の状態を示す模式図である。 図３（ａ），（ｂ）は検査対象のガラス壜を示す写真であり、図３（ａ）はガラス壜の外観を写した写真であり、図３（ｂ）はガラス壜の壜底部を写した写真である。 図４は、図３に示すガラス壜について図１に示す照明撮像系によって壜底部を撮影した検査画像である。 図５は、図３に示すガラス壜について図１に示す照明撮像系によって壜底部を撮影した検査画像である。 図６は、図３に示すガラス壜について図１に示す照明撮像系によって壜底部を撮影した検査画像である。 図７（ａ）は、異物の実体像とその壜底裏面からの裏面反射による裏面像がモールドナンバーの刻印の画像と全く重ならない場合の壜底部の画像を示す図であり、図７（ｂ）は、異物の実体像がモールドナンバーの刻印の画像と重なっている場合の壜底部の画像を示す図であり、図７（ｃ）は、裏面反射による裏面像がモールドナンバーの刻印の画像と重なっている場合の壜底部の画像を示す図である。 図８（ａ）〜（ｃ）は、少なくとも２つの刻印の画像が、異物の実体像の位置と裏面反射による裏面像の位置との関係を満足する位置にある場合を示す図である。

以下、本発明に係る異物検査装置の実施形態を図１乃至図８を参照して説明する。図１乃至図８において、同一または相当する構成要素には、同一の符号を付して重複した説明を省略する。
図１は、本発明に係る異物検査装置の基本構成を示す立面図である。図１に示すように、検査対象となるガラス壜１は直立状態でコンベア２に載せられて搬送されるようになっている。ガラス壜には飲料等の液体が充填されている。コンベア２によって搬送されるガラス壜１の側方には、薄型のボックス状（略直方体状）の拡散照明３が配置されている。拡散照明３は、コンベア２の搬送方向に沿った平面状の照明面３ａを有しており、ガラス壜１に側方から照明光（拡散光）を投光するようになっている。拡散照明３は、コンベア２により搬送されているガラス壜１にできるだけ接近するようにしてガラス壜１の背面側を照明するようになっている。この場合、ガラス壜１の径や肉厚により壜底部１ｂの見え方が変わるため、拡散照明３は充分に大きい拡散照明面を有している。コンベア２を挟んで拡散照明３の反対側には、ＣＣＤカメラ４が配置されている。ＣＣＤカメラ４はガラス壜１の壜直胴部１ａの斜め上方に配置されており、ＣＣＤカメラ４は壜直胴部１ａの斜め上方から壜底部１ｂを覗き込むように撮像するようになっている。ＣＣＤカメラ４の光軸４ｘは、水平面に対して角度（θ）傾いており、この角度（θ）は２０°〜６０°に設定されている。ＣＣＤカメラ４は画像処理装置（図示せず）に接続されている。

前記ＣＣＤカメラ４は、背面照明により壜底部１ｂの奥側半分が一様に照らされる位置を撮像するように配置されている。これは、モールド成形のガラス壜は、底中央部が盛り上がっているためである。内容液が充填されたガラス壜１ではＣＣＤカメラ４により壜直胴部１ａの斜め上方から壜底部１ｂを覗き込んだ場合、壜底部１ｂの奥側は光の屈折により約６０°程度しか検査できない。そこで、コンベア２の一側に約６０°ずつ角度を持たせて３台のＣＣＤカメラ４を並べ、片側１８０°の検査範囲を確保する。すなわち、図１に示すＣＣＤカメラ４の前後にそれぞれ約６０°位相をずらしたＣＣＤカメラ４を配置する。そして、コンベア２に対して拡散照明３とＣＣＤカメラ４の位置を入れかえた検査ユニットをコンベア２の下流側に配置し、壜底全面の検査を行うようにする。

図１に示された異物検査装置において、コンベア２によって搬送されるガラス壜１が拡散照明３の前方を通過する際に、拡散照明３によって照明される。そして、拡散照明３からの拡散光は、ガラス壜１の胴部を透過してガラス壜１内に入射して液体中を進行し、ガラス壜１の内側から壜底部１ｂを照明する。このとき、ＣＣＤカメラ４は、ガラス壜１の壜直胴部１ａの斜め上方から壜底部１ｂを覗き込むように撮像する。

図２は、ＣＣＤカメラ４によりガラス壜１の壜底部１ｂを撮像する際の光線の状態を示す模式図である。以下の説明においては、壜底部１ｂの各部を以下のように定義する。すなわち、壜底部１ｂにおいて、中高に盛り上がった上面を壜底上面１ｂ−ＵＳ、モールドナンバーが刻印された外面を壜底表面１ｂ−ＦＳ、壜底表面１ｂ−ＦＳの裏面側を壜底裏面１ｂ−ＢＳと定義する。
図２において、拡散照明３からの拡散光がガラス壜１内に入射して壜底部１ｂが照明されるため、拡散光は壜底上面１ｂ−ＵＳを明るく照らすとともに壜底部１ｂの肉厚内に入射して壜底裏面１ｂ−ＢＳを明るく照らす。そのため、壜底上面１ｂ−ＵＳからの反射光および壜底裏面１ｂ−ＢＳからの反射光がガラス壜１の壜直胴部１ａを透過してＣＣＤカメラ４に入射する。壜底部１ｂに沈殿した異物は、斜め上方から見下ろすことで異物の実体像と壜底裏面１ｂ−ＢＳからの裏面反射による像の２つが必ず現れる。裏面反射による像とは、異物の裏面が壜底裏面１ｂ−ＢＳに写った像である。一方、壜底表面１ｂ−ＦＳに刻印されたモールドナンバーは実体像しか現れない。本発明は、この光学的性質の差を利用して異物のみを検出する画像処理を行う（後述する）。

図３（ａ），（ｂ）は検査対象のガラス壜を示す写真であり、図３（ａ）はガラス壜の外観を写した写真であり、図３（ｂ）はガラス壜の壜底部を写した写真である。
図３（ａ）に示すように、ガラス壜内には首部まで液体が充填されている。図３（ｂ）に示すように、ガラス壜の壜底部にはモールドナンバーが刻印されている。また、壜底部には沈殿した異物の実体像が写っているが、裏面反射による裏面像も写っている。

図４乃至図６は、図３に示すガラス壜について図１に示す照明撮像系によって壜底部を撮影した検査画像である。図４乃至図６に示す検査画像には、ガラス壜の壜底部にモールドナンバーの刻印が写っている。また、壜底部には沈殿した異物の実体像が写っているが、裏面反射による裏面像も写っている。そして、図４に示す検査画像においては異物とモールドナンバーの刻印が重ならない場合が示され、図５に示す検査画像においては異物とモールドナンバーの刻印が重なっている場合が示され、図６に示す検査画像においては異物の裏面反射による裏面像とモールドナンバーの刻印が重なっている場合が示されている。

図４乃至図６に示すように、壜底部に沈殿した異物は、ＣＣＤカメラ４（図１参照）により壜直胴部の斜め上方から見下ろすように撮像することで異物の実体像と壜底裏面からの裏面反射による裏面像の２つが現れている。一方、壜底表面のモールドナンバーの刻印は実体像しか現れない。本発明は、この光学的性質の差を利用して異物のみを検出する画像処理を行う。
具体的には、以下の方法で画像処理を行い、異物のみを検出する。
１）壜底画像上でモールドナンバーの刻印を含めて異物の可能性がある特徴点をリストアップしていく。
２）それらの特徴点のそれぞれで壜底裏面からの裏面反射の有無を調べる。裏面反射の無いものはモールドナンバーの刻印としてキャンセルする。
３）異物が壜底の手前側に来すぎると裏面反射による裏面像が見えなくなるが、コンベアの反対側のカメラでは検査できるため死角はない。

図７及び図８は、上記１）〜３）に基づいた検査画像の画像処理方法を示す図である。
図７（ａ）は、異物の実体像とその壜底裏面からの裏面反射による裏面像がモールドナンバーの刻印の画像と全く重ならない場合の壜底部の画像を示す図である。図７及び図８）中、ｆ１〜ｆ７は異物候補すなわち異物の実体像又は裏面反射による裏面像又はモールドナンバーの刻印の画像を示し、異物の実体像と裏面反射による裏面像のペアをｐａｉｒで表す。異物候補の位置から壜底裏面で裏面反射する位置までの距離をｄで示し、裏面反射の探索エリアをｓで示す。
異物候補（ｆ１〜ｆ７）のそれぞれに対し裏面反射までの距離（ｄ）を設定し、異物候補（ｆ１〜ｆ７）のそれぞれに対し裏面反射位置を探索し、裏面反射の探索エリア（ｓ）をマークする。そして、この探索エリアに像があるか否かを判定する。図７（ａ）において、異物候補（ｆ３）のみが裏面反射による裏面像を持つため、異物条件に該当し、異物であると判断できる。

図７（ｂ）は、異物の実体像がモールドナンバーの刻印の画像と重なっている場合の壜底部の画像を示す図であり、図７（ｃ）は、裏面反射による裏面像がモールドナンバーの刻印の画像と重なっている場合の壜底部の画像を示す図である。刻印の画像が、異物の実体像の位置と裏面反射による裏面像の位置の両方に重なることがない壜であれば、異物の実体像か裏面反射による裏面像のどちらかがそれぞれ刻印の上に重なっている場合でも、実体像と裏面反射による裏面像のペアが成立する場合は、異物があると判断することができる。

図８（ａ）〜（ｃ）は、少なくとも２つの刻印の画像が、異物の実体像の位置と裏面反射による裏面像の位置との関係を満足する位置にある場合を示す図である。図８（ａ）に示すように、２つの刻印の画像（ｆ２とｆ６）が異物の実体像と裏面像の位置関係にある場合（左側の丸で示す）には、画像のペアができるため、刻印の画像を異物であると誤検出する。刻印は壜底の中心のまわりに同心円を描くように作られている場合が多い。その同心円の径は壜種によりまちまちであるため、壜の向き次第では刻印の画像同士の位置関係が異物の実体像と裏面像の位置関係と殆ど同じになってしまい、刻印の画像を異物が存在することによる画像であると誤検出してしまう場合が起こりうる。
このような場合には、図８（ｂ）に示すように、刻印の画像同士のペアが発生する可能性がある場所を予め登録しておき、そのエリアをマスクすることで誤検出の発生を抑えることが出来る。そのマスクエリア（mask area）に異物が入った場合は検出できないが、６台のカメラを使用して検査することで検出ミスを防ぐことが出来る。

刻印の画像が正六角形の位置に配置された場合は理論的に見逃しが発生する場合が起こり得るが、その場合はカメラの角度（図１における角度θ）を変え、図８（ｃ）中、左側の丸で示すように、刻印の画像ｆ２と刻印の画像ｆ６との間の見かけの距離を変えることで異物の実体像と刻印の画像との判別を行なうことが出来る。図８（ｃ）に示すように、カメラの角度を変えることで異物の実体像と裏面反射による裏面像のペアと、刻印の画像と刻印の画像とのペアの見え方が変わる。すなわち、カメラの角度を大きくすると、刻印の画像間の距離は広がり、一方、異物の実体像と裏面像とのペア間の距離は狭くなるため、異物の検出が可能となる。

これまで本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されず、その技術思想の範囲内において、種々の異なる形態で実施されてよいことは勿論である。

１ ガラス壜
１ａ 壜直胴部
１ｂ 壜底部
１ｂ−ＵＳ 壜底上面
１ｂ−ＦＳ 壜底表面
１ｂ−ＢＳ 壜底裏面
２ コンベア
３ 拡散照明
３ａ 照明面
４ ＣＣＤカメラ
４ｘ 光軸
ｆ１〜ｆ７ 異物候補

Claims (9)

1. 液体が充填されるとともに壜底表面にモールドナンバーが刻印されたガラス壜を直立状態でコンベアにより搬送している間に、ガラス壜の壜底部を撮像し、得られた画像から壜底部にある異物を検出する異物検査装置であって、
   前記コンベアの一側部に配置され、前記コンベアの搬送方向に沿った照明面を有し、前記コンベアにより搬送されるガラス壜に側方から照明光を投光する照明と、
   前記コンベアの他側部に配置され、前記コンベアによって搬送されるガラス壜の壜底部を斜め上方から撮像するカメラと、
   前記カメラで得られた画像を処理する画像処理装置とを備え、
   前記画像処理装置は、前記画像中から、実際に壜底部にある物によって形成された実体像と、前記物が壜底裏面に映った裏面側の像のペアがあるか否かを判定する画像処理を行うことを特徴とする異物検査装置。
2. 前記カメラの光軸は、水平面に対して２０°〜６０°の角度だけ傾いていることを特徴とする請求項１記載の異物検査装置。
3. 前記カメラは、前記コンベアの搬送方向に沿って複数台配置されていることを特徴とする請求項１又は２記載の異物検査装置。
4. 前記画像処理装置は、前記画像中の全ての像に対して、前記裏面側の像が形成されるべき位置を探索して、この位置に像がある場合に前記実体像と前記裏面側の像のペアがあると判定することを特徴とする請求項１記載の異物検査装置。
5. 前記画像処理装置は、前記実体像と前記裏面側の像のペアがある場合に、壜底部に異物があると判定することを特徴とする請求項４に記載の異物検査装置。
6. 前記画像処理装置は、前記全ての像の位置と前記裏面側の像が形成されるべき位置との距離を設定して前記裏面側の像の探索エリアとしてマークすることを特徴とする請求項４記載の異物検査装置。
7. 前記画像処理装置は、前記モールドナンバーの刻印の少なくとも２個の刻印の画像の位置関係が前記距離だけ離間している場合に、予め刻印同士のペアが発生する可能性がある領域としてこの領域をマスクし、検査対象領域から除外することを特徴とする請求項６に記載の異物検査装置。
8. 前記画像処理装置は、前記距離を設定した場合のカメラの角度を変化させ、カメラ角度変化の前後の前記距離の変化により、前記実体像と前記裏面側の像のペアであるか否かを判定することを特徴とする請求項６記載の異物検査装置。
9. 前記照明は、前記コンベア上のガラス壜に拡散光を投光する拡散照明であることを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載の異物検査装置。

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