JP2016217764A - 容器検査方法及び装置 - Google Patents

Abstract

【課題】容器の口部の外周部、内周部及び天面部に存在する欠陥を容易に検出することができる容器検査方法及びその方法を実現する容器検査装置を提供する。
【解決手段】本発明の容器検査方法は、牛乳壜１００の口部１０３を検査する方法であって、牛乳壜１００の側方かつ斜め上方から、牛乳壜１００の中心部Ｃｐを跨いだ側方の反対側に位置し口部１０３に設定された照射部ＩＰに向かって光ＩＬを照射する照明工程と、牛乳壜１００を上方から見た場合に現れる口部１０３の像が含まれる撮像範囲内で、照明工程によって照射部ＩＰに検査光ＩＬが照射された口部１０３を撮像する撮像工程とを含む。
【選択図】図１

Description

本発明は、容器の口部を検査する容器検査方法及び装置に関する。

容器の口部を検査する方法として、容器の上方からリング照明により容器の口部を照明し、その反射光を容器の上方から撮像することによって、口部の欠けやキズ等の欠陥の有無を検査する方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１２−１２７７３０号公報

特許文献１の方法は、容器の口部を上方から照明してその反射光を容器の上方から撮像するものであるので、口部の外周部及び内周部に存在する欠陥の検出が困難であった。また、特許文献１の方法は、リング照明にて照明される口部の天面部に存在する欠陥であっても、スプーンで掬ったような形状の欠陥の場合は撮像した画像から正常な天面部との区別が難しいため、こうした形状の欠陥の検出が困難であった。

そこで、本発明は、容器の口部の外周部、内周部及び天面部に存在する欠陥を容易に検出することができる容器検査方法及びその方法を実現する容器検査装置を提供することを目的とする。

本発明の容器検査方法は、容器（１００）の口部（１０３）を検査する容器検査方法において、前記容器の側方かつ斜め上方から、前記容器の中心部を跨いだ前記側方の反対側に位置し前記口部に設定された照射部（ＩＰ）に向かって光（ＩＬ）を照射する照明工程と、前記容器を上方から見た場合に現れる前記口部の像（Ｉｍ）が含まれる撮像範囲（ＩＲ）内で、前記照明工程によって前記照射部に前記光が照射された前記口部を撮像する撮像工程と、を含むものである。

この容器検査方法によれば、照明工程によって照射部に照射された光は口部内に入射するとともに天面部及び内周部で反射する。光の照射範囲内に欠陥がなければ、口部に入射した光は屈折しながら口部の外周部と外部空間との界面で反射して上方に向かって口部から出るとともに、口部の天面部及び内周部で反射した光も上方に向かう。そのため、光の照射範囲内に欠陥がなければこれらの光は容器の上方から見た口部の像が収まる撮像範囲内に向かう。一方、光の照射範囲内に欠陥があると、口部内に入射した光は欠陥が存在する外周部や内周部で反射しなかったり、あるいは欠陥が存在する外周部、内周部及び天面部で反射、屈折又は散乱して光の進行方向が正常時と異なったりする。これにより、光の照射範囲内に欠陥がある場合には、反射光等が口部の像が収まる撮像範囲内から外れて暗部になったり、仮に欠陥での反射光等が撮像範囲内に入る場合でも正常時よりも暗くなったり、逆に明るくなったりするなど正常時の明るさと比べて変化が生じる。したがって、撮像工程で撮像した口部の像の各部の明るさを調べることにより欠陥の有無を検出することが可能となる。

本発明の容器検査方法の一態様において、前記照明工程では、前記口部の天面部（１０３ｃ）と平行な方向（Ｄ０）に対して１０度以上３０度以下の角度範囲（α）内で前記光を照射してもよい。この態様によれば、この角度範囲内で光を照射することによって、口部の欠陥の検出に適した角度となり、欠陥の検出漏れが少なくなる。

本発明の容器検査方法の一態様において、前記照明工程では、前記光が前記容器の下方に広がることを防止する遮蔽手段（１０ａ）を配置した状態で前記光を照射してもよい。この態様によれば、遮蔽手段によって照明工程で照射される光が容器の下方に広がることが抑制されるので、容器の下方に広がった光が手前側つまり側方側の口部に照射されることを抑制できる。これにより、口部の手前側で反射した光が撮像範囲内に入ることを原因とした誤検出の発生を抑制できる。また、遮蔽手段が配置されることにより、検査精度の向上のために口部の手前側に光が当ることを回避可能なスポット径を持つ光源を使用する必要がなくなる。つまり光源の選択幅が広がるので安価な光源を選択して検査コストを削減する余地が生まれる。

以上説明した容器検査方法及びその各態様は、以下の容器検査装置及びその各態様にて実施できる。すなわち、本発明の容器検査装置（１Ａ、１Ｂ）は、容器（１００）の口部（１０３）を検査する容器検査装置において、前記容器の側方かつ斜め上方から、前記容器の中心部を跨いだ前記側方の反対側に位置し前記口部に設定された照射部（ＩＰ）に向かって光を照射する照明手段（１０）と、前記容器を上方から見た場合に現れる前記口部の像（Ｉｍ）が収まる撮像範囲（ＩＲ）内で、前記照明手段によって前記照射部に前記光が照射された前記口部を撮像する撮像手段（１１）と、を備えるものである。

本発明の容器検査装置の一態様において、前記照明手段は、前記口部の天面部（１０３ｃ）と平行な方向（Ｄ０）に対して１０度以上３０度以下の角度範囲（α）内で前記光を照射してもよい。また、本発明の容器検査装置の一態様において、前記照明手段が照射する前記光が前記容器の下方に広がることを防止する遮蔽手段（１０ａ）を更に備えてもよい。

なお、本発明において「上方」や「側方」との語は、検査対象となる容器の上方又は側方を意味する相対的なものであって、必ずしも水平方向や鉛直方向を基準とした絶対的な方向を意味するものではない。また、本発明における「中心部」は数学的な一点ではなく、中心からある程度の範囲まで広がる領域を意味する。以上の説明では、本発明の理解を容易にするために添付図面の参照符号を括弧書きにて付記したが、それにより本発明が図示の形態に限定されるものではない。

以上に説明したように、本発明の容器検査方法及び装置によれば、口部の欠陥で反射、屈折、散乱等した光が口部の像が収まる撮像範囲内から外れて暗部になったり、仮に欠陥での反射光等が撮像範囲内に入る場合でも正常時よりも暗くなったり、逆に明るくなったりするなどの正常時と比べて変化が生じる。したがって、撮像工程で撮像した口部の像の各部の明るさを調べることにより欠陥の有無を検出することが可能となる。

本発明の一形態に係る容器検査方法の概要を説明する図。 図１のII-IIに関する断面図。 図１の矢印IIIの方向から見た状態を示した図。 本発明の一形態に係る容器検査装置の概略構成を示した図。 口部に存在し得る各種の欠陥を模式的に示した図。 口部の外周部の欠陥に対応する欠陥像が表示された画像の一例を示した図。 口部の外周部及び天面部の欠陥に対応する欠陥像が表示された画像の一例を示した図。 口部の天面部の欠陥に対応する欠陥像が表示された画像の一例を示した図。 図６Ａの画像を処理して得た検査結果画像の一例を示した図。 図６Ｂの画像を処理して得た検査結果画像の一例を示した図。 図６Ｃの画像を処理して得た検査結果画像の一例を示した図。 本発明の他の形態に係る容器検査方法及び装置の概略構成を示した図。

図１〜図３に示すように、本形態の検査方法は、容器である牛乳壜１００を検査対象としている。牛乳壜１００は水平方向に設置されたコンベア１０５に載せられており、本形態の検査方法はコンベア１０５で搬送中の牛乳壜１００に対して実施される。周知のように、牛乳壜１００は透光性を有するガラスを材料として構成されていて、円板状の底部１０１と、底部１０１から略直角に立ち上がり上端部に向かって絞り込まれた円筒状の胴部１０２と、胴部１０２の上端部に繋がる口部１０３とを有している。口部１０３は外周部１０３ａ、内周部１０３ｂ及び天面部１０３ｃを有する。本形態の検査方法は、牛乳壜１００の口部１０３の各部に存在する欠けやキズ等の欠陥の有無を検出するために実施される。

本形態の検査方法は、光としての検査光ＩＬを口部１０３に照射する照明工程と、その照明工程で検査光ＩＬが照射された口部１０３を撮像する撮像工程とを含む。照明工程では、照明手段であるＬＥＤ照明器１０によって検査光ＩＬを所定の照射部ＩＰに向かって照射する。図１及び図２に示すように、照射部ＩＰは牛乳壜１００の側方（図１の右側）から見て、牛乳壜１００の中心線ＣＬを含む中心部Ｃｐを跨いだ当該側方の反対側に位置し口部１０３に設定されている。

照明工程では、その側方（図２の紙面に対向する側）かつ斜め上方から検査光ＩＬを照射部ＩＰに向かって照射する（図１も参照）。口部１０３の天面部１０３ｃが平面かつ水平である場合には、図１に示すように、検査光ＩＬの照射方向Ｄ１は水平方向Ｄ０に対して１０度以上３０度以下の角度範囲α内に設定されることが好ましい。この角度範囲α内で検査光ＩＬを照射することによって、口部１０３の欠陥の検出に適した角度となり、欠陥の検出漏れが少なくなるためである。なお、平面視で口部１０３が真円であると仮定した場合には、検査光ＩＬの照射方向Ｄ１は口部１０３の法線方向に対して上向きに傾いた方向と幾何学的に定義できる。なお、口部には天面部が平面でなく中央が盛り上がったものや傾斜がついたものもある。このような口部の場合は天面部の頂点が周方向に集められた閉曲線を含む平面が基準となる。この平面と平行な方向が天面部と平行な方向に相当する。この平面が水平な場合には図示の形態と同様に上記角度範囲α内で検査光ＩＬを照射することが好ましい。

なお、照明工程で使用するＬＥＤ照明器１０には遮蔽手段としての遮蔽パイプ１０ａが設けられている。遮蔽パイプ１０ａは内部を検査光ＩＬが通ることができるように筒状に形成されており、その先端部が上部よりも下部が長くなるように斜めにカットされている。そのため、遮蔽パイプ１０ａの先端部の下部によって検査光ＩＬが下方に広がることが抑制され、下方に広がった光が手前側（図１の右側）の口部１０３に照射されることを抑制できる。これにより、口部１０３の手前側で反射した光が後述する撮像範囲ＩＲ内に入ることを原因とした誤検出の発生を抑制できる。また、遮蔽パイプ１０ａが配置されることにより、検査精度の向上のために口部１０３の手前側に光が当ることを回避可能なスポット径を持つ光源を使用する必要がなくなる。そのため、光源の選択幅が広がるので、ＬＥＤ照明器１０等の安価な光源を選択できる。これにより検査コストを削減できる。

撮像工程では、牛乳壜１００の中心線ＣＬと光軸が一致するように設置された撮像手段としてのカメラ１１によって、照射部ＩＰに検査光ＩＬが照射された口部１０３を撮像する。図３に示すように、カメラ１１の撮像範囲ＩＲは牛乳壜１００を上方から見た場合に現れる口部１０３の像Ｉｍが収まる範囲として設定されている。なお、像Ｉｍが収まる範囲であれば、必ずしもカメラ１１の光軸が中心線ＣＬに一致していなくてもよい。また、反射鏡等の光路を変更する手段を牛乳壜１００とカメラ１１との間に介在させて、カメラ１１を任意の位置に設置することも可能である。

図１に示すように、照明工程で照射された検査光ＩＬはその一部が口部１０３の内周部１０３ｂ及び天面部１０３から入射し、検査光ＩＬの残りの一部は内周部１０３ｂ及び天面部１０３ｃの各表面で反射する。検査光ＩＬの照射範囲内に欠陥がなければ、口部１０３に入射した検査光ＩＬは、外周部１０３ａと外部空間との界面で反射して破線で示すように上方に向かって口部１０３から出る。また、内周部１０３ｂ及び天面部１０３ｃで反射した光も破線で示すように上方に向かう。そのため、これらの反射光が撮像範囲ＩＲに収まり、検査光ＩＬの照射範囲内に存在する外周部１０３ｂ、内周部１０３ｂ及び天面部１０３ｃが光った状態の口部１０３が撮像される。

一方、口部１０３に欠陥Ｘが存在する場合、検査光ＩＬ又は口部１０３への入射光はその欠陥Ｘの箇所で反射、屈折又は散乱して欠陥Ｘが存在しない正常時と比べて光の進行方向が変化する。欠陥Ｘによって進行方向が変化した光は、例えば、欠陥Ｘが外周部１０３ｂに存在する場合、口部１０３に入射した光は外周部１０３ｂと外部空間との界面で十分に反射せずに、その界面で屈折して図１の２点鎖線で示すように撮像範囲ＩＲから外れて口部１０３の半径方向外側に進む場合がある。そのため、この例では正常時に光るべき外周部１０３ａの一部が暗部になったり、かりに破線で示す方向に進む反射光が存在しても、その光量が正常時よりも少なくなり正常時の明るさと比べて暗くなったりする。また、天面部１０３ｃに欠陥Ｘが存在した場合、その欠陥Ｘの箇所での反射光の光量が正常時よりも増加して正常時の明るさよりも明るくなる場合もあるし、逆に光量が正常時よりも減少して正常時の明るさよりも暗くなる場合もある。

したがって、本形態の検査方法によれば、カメラ１１で撮像した口部１０３の像Ｉｍの各部の明るさを調べることにより口部１０３の欠陥の有無を検出することが可能となる。そして、照射部ＩＰの位置が上述のように設定されているため、口部１０３の外周部１０３ａ、内周部１０３ｂ及び天面部１０３ｃのいずれに欠陥が存在した場合でも、欠陥を容易に検出できる。

次に、本形態の検査方法を実現する容器検査装置の一例を、図４を参照しながら説明する。図４に示すように、容器検査装置１は、検査対象の容器である牛乳壜１００の口部１０３の検査領域を８分割する。そして、各検査領域に検査光ＩＬを照射できるように、８台のＬＥＤ照明器１０が配置されている。具体的には、８台のＬＥＤ照明器１０は、牛乳壜１００の周囲を取り囲むように周方向に等間隔で配置されている。各ＬＥＤ照明器１０の配置は図１及び図３に示した通りである。各ＬＥＤ照明器１０は、各光軸Ｌｘが牛乳壜１００の中心線ＣＬと交差する基準線Ｌｓと平行で、かつ基準線Ｌｓから一方向に所定量Δだけオフセットされている。これにより、互いに対向する２台のＬＥＤ照明器１０の検査光ＩＬの干渉が回避される。各ＬＥＤ照明器１０が検査光ＩＬを照射する照射部ＩＰも検査領域毎に、図１〜図３に示した通りに設定されている。検査領域の分割数は検査対象に応じて適宜定められる。

カメラ１１は、図１に示した通り、牛乳壜１００の中心線ＣＬに光軸が一致するように配置されている。各ＬＥＤ照明器１０及びカメラ１１は、コンピュータである不図示の制御装置に接続されていて、その制御装置によって動作制御される。具体的には、制御装置は、各ＬＥＤ照明器１０が検査光ＩＬを照射するように各ＬＥＤ照明器１０を制御するとともに、照明された状態の口部１０３がワンショットで撮像されるようにカメラ１１を制御する。そして、制御装置はカメラ１１にて撮像された画像データを記憶する。

画像に対する処理及び欠陥の有無の判別処理は次のように制御装置が実施してもよい。例えば、欠陥のない正常時の画像に基づいて輝度等の明るさに関する各部の正常範囲を予め設定し、設定した正常範囲を画像の各部に関連付けて制御装置に記憶させておく。そして、制御装置は撮像工程で得た画像データの各部の明るさが正常範囲内にあるか否かを調べて各部の正常及び異常を判別する。制御装置は、画像データに異常箇所がマーキングされた検査結果画像（図７Ａ〜図７Ｃ参照）を生成し、その検査結果画像をディスプレイ等の出力装置から出力させる。

牛乳壜１００の口部１０３に存在し得る欠陥には、図５に模式的に示したように、外周部１０３ａの欠陥Ｘ１、内周部１０３ｂの欠陥Ｘ２、及び天面部１０３ｃの欠陥Ｘ３などがある。これらの欠陥Ｘ１〜Ｘ３のいずれも「欠け」に相当するものである。これらの欠陥Ｘ１〜Ｘ３が存在する場合に撮像工程で得た画像の例を図６Ａ〜図６Ｃに、それらの画像に対して上記処理を実施した検査結果画像の例を図７Ａ〜図７Ｃにそれぞれ示す。

図６Ａの画像には、外周部１０３ａの欠陥Ｘ１に対応する欠陥像ｘ１が暗部として表示される。このケースでは、欠陥Ｘ１が形成された反対側にも欠陥像ｘ１が暗部として表示されている。欠陥像ｘ１の存在により外周部１０３ａの像として現れるリングＲの一部が欠けた画像が得られる。この画像を基礎とした検査結果画像が図７Ａに示されている。これにより、図６Ａの画像に存在した欠陥像ｘ１の位置に検出マークＭが重ね合わされて強調されている。

図６Ｂの画像には、外周部１０３ａの欠陥Ｘ１と天面部１０３ｃの欠陥Ｘ３とが連なった状態の欠陥に対応する欠陥像ｘ１、ｘ３が表示される。欠陥Ｘ１と欠陥Ｘ３とが連なった欠陥により、その欠陥で反射した反射光の光量が正常時よりも増える箇所と減る箇所が混在する画像が得られる。この画像を基礎とした検査結果画像が図７Ｂに示されている。図７Ｂには、図６Ｂの画像に存在した欠陥像ｘ１、ｘ３のうち、暗部に相当する箇所に検出マークＭが重ね合わされて強調されている。

図６Ｃの画像には、内周部１０３ｂの欠陥Ｘ２に対応する欠陥像ｘ２が暗部として表示される。この画像を基礎とした検査結果画像が図７Ｃに示されている。これにより、図６Ｃの画像に存在した欠陥像ｘ２の位置に検出マークＭが重ね合わされて強調されている。

このように、図６Ａ〜図６Ｃの画像又は図７Ａ〜図７Ｃの画像を観察することにより、口部１０３の外周部１０３ａ、内周部１０３ｂ及び天面部１０３ｃの欠陥の有無を検出することができる。特に、図７Ａ〜図７Ｃの検査結果画像には欠陥箇所に検出マークＭが重ねて表示されて強調されているので、検出マークＭの存在により検査結果画像の観察が容易になり欠陥を見落としにくくなる利点がある。

本発明は、上記形態に限定されず、種々の形態にて実施できる。上記各形態では、検査対象の容器である牛乳壜１００を動かさずに複数のＬＥＤ照明器１０を用いて口部１０３を照明して口部１０３の検査範囲を広げているが本発明は上述した各形態の検査方法及び装置に限定されない。

例えば、図８に示すように、検査対象の容器である牛乳壜１００を鉛直方向に延びる回転軸線Ａｘの回りに回転可能なターンテーブル３０の上に載せて、そのターンテーブル３０を回転させながら、検査光ＩＬを図１の照射方向Ｄ１で照射して所定の回転角度毎にカメラ１１で撮像する形態で本発明を実施できる。この場合には、ＬＥＤ照明器１０の個数は一つで十分であるので、ＬＥＤ照明器１０の個数を削減できる。

上記形態では、検査光ＩＬの光源としてＬＥＤ照明器１０を用いているが、光源及びその光の波長に特に制限はない。検査対象となる容器の性質に合わせて適当な光源を選択して構わない。スポット径をある程度小さくできる光源であれば、上記形態で使用した遮蔽手段としての遮蔽パイプ１０ａは必ずしも必要ない。上記形態では牛乳壜を検査対象としているが、本発明の検査方法及び装置の検査対象となり得る容器としては、口部を有しかつ投光性を有する材料で構成される容器である限り特段の制限はない。また、口部の形状にも制限はない。例えば、平面視で多角形状等の非円形状の口部を有する容器を、本発明の検査方法及び装置の検査対象とすることも可能である。

１ 容器検査装置
１０ ＬＥＤ照明器（照明手段）
１０ａ 遮蔽パイプ（遮蔽手段）
１１ カメラ（撮像手段）
１００ 牛乳壜（容器）
１０３ 口部
ＩＬ 検査光（光）
ＩＲ 撮像範囲
ＩＰ 照射部
Ｄ０ 水平方向（天面部と平行な方向）
α 角度範囲

Claims (6)

1. 容器の口部を検査する容器検査方法において、
   前記容器の側方かつ斜め上方から、前記容器の中心部を跨いだ前記側方の反対側に位置し前記口部に設定された照射部に向かって光を照射する照明工程と、
   前記容器を上方から見た場合に現れる前記口部の像が含まれる撮像範囲内で、前記照明工程によって前記照射部に前記光が照射された前記口部を撮像する撮像工程と、
   を含むことを特徴とする容器検査方法。
2. 前記照明工程では、前記口部の天面部と平行な方向に対して１０度以上３０度以下の角度範囲内で前記光を照射する請求項１に記載の容器検査方法。
3. 前記照明工程では、前記光が前記容器の下方に広がることを防止する遮蔽手段を配置した状態で前記光を照射する請求項１又は２に記載の容器検査方法。
4. 容器の口部を検査する容器検査装置において、
   前記容器の側方かつ斜め上方から、前記容器の中心部を跨いだ前記側方の反対側に位置し前記口部に設定された照射部に向かって光を照射する照明手段と、
   前記容器を上方から見た場合に現れる前記口部の像が含まれる撮像範囲内で、前記照明工程によって前記照射部に前記光が照射された前記口部を撮像する撮像手段と、
   を備えることを特徴とする容器検査装置。
5. 前記照明手段は、前記口部の天面部と平行な方向に対して１０度以上３０度以下の角度範囲内で前記光を照射する請求項４に記載の容器検査装置。
6. 前記照明手段が照射する前記光が前記容器の下方に広がることを防止する遮蔽手段を更に備える請求項４又は５に記載の容器検査装置。