JP2016513263A - 複数のチャンネル素子からなる光学チャンネルを有した検査装置 - Google Patents

Abstract

本発明は、容器を検査するための検査装置に関する。光学チャンネル１４を通って、第１の撮像装置と容器との間の第１の光学経路及び第２の撮像装置と容器との間の第２の光学経路が延在する。異なる使用目的のために光学チャンネル１４を柔軟に構成することができるように、光学チャンネルは、少なくとも二つの同じチャンネル素子２０を備えている。チャンネル素子２０には、開口部２４が設けられ、この開口部を通して光学経路が延在する。少なくとも一つのチャンネル素子２０には、ビーム分割素子１８のための受容部３８が設けられており、このビーム分割素子１８で第１の光学経路が第２の光学経路が分離される。

Description

本発明は、容器、特にボトルを検査・管理するための検査装置に関する。この装置では、光学的に撮像装置によって容器の少なくとも一部を検査・管理することが行われる。

飲料ボトルのこのような光学検査が公知である。この場合、空のボトルや同類の容器が検査装置の前に持来され、例えば上から光学的な検査が行われ、その間下側には照明装置が配置されている。ボトルやその他の容器のいろいろな部位（例えば、ボトルの底や瓶口部分）を点検することができる。このとき、容器の各部を複数の撮像装置を用いて撮影することが公知である。

例えば、独国特許出願公開第１０２００８０２９６６１号明細書には、ボトル又は同類の容器を検査するための検査装置が開示されており、この検査装置によれば、避けたい異物、汚れ及び／又は傷について洗浄後にボトルの内部を検査・管理することができる。一例では、五つの撮像装置が一つの光学チャンネルに配設されている。光学チャンネル内には、ビーム・スプリッターやレンズといった光学素子が設けられ、これにより、各撮像装置が対応する部位を観察することができるようになっている。このとき、互いに上下に連なったビーム・スプリッターは、それぞれ異なる透過値ないし反射値を有している。

独国特許出願公開第１０２００８０２９６６１号明細書

本発明の課題は、可変に使用可能な検査装置を提供することにある。

本発明の課題は、請求項１に係る検査装置及び検査装置のために設けられる請求項１３に係るチャンネル素子によって解決される。従属請求項は、本発明の好ましい態様に関する。

以下の点について考察することが本願発明の原点である。すなわち、様々な使用目的に対し（例えば、異なる数の撮像装置により各部が点検されなければならないような異なるタイプの容器に対し）検査装置を簡単に適応させることができるように、検査装置を組み立てる際の変更が簡易化されなければならないという点である。

本発明による検査装置は、光学チャンネルを備え、当該光学チャンネルには、少なくとも二つの撮像装置が配設されている。このとき、光学経路は、それぞれ撮像装置と容器の間の光学チャンネルを通って走る（延在する）。ビーム分割素子によって第１の光学経路が第２の光学経路から分離されることで、両方の撮像装置が上記光学チャンネルを通して上記容器、それも特には飲料ボトルを検査することができる。

本発明によれば、光学チャンネル、つまり内部を光学経路が貫くように走る（延在する）構造体は、少なくとも二つの同じチャンネル素子を備えている。好ましい実施形態に基づき以下に詳細に説明されるように、光学チャンネルは、斯かる複数の同じチャンネル素子からモジュール式に組み立てられていて、複数のチャンネル素子が互いに当接状態で固定されているようにできる。このとき、チャンネル素子は、それぞれ開口部を備え、その開口部を通って上記光学経路が走る（延在する）。

少なくとも二つの、しかし好ましくはさらに追加の同じチャンネル素子を用いることで、光学チャンネルをモジュール式に組み立てることができる。これにより、異なる使用目的に合わせた複数の光学チャンネルを、上記複数のチャンネル素子から組み上げることが簡単に可能となり、この場合には、複数の同じ素子を使用することで、節約につながる。また、既存のシステムは、チャンネル素子の配置を変更することで簡単に組み立て直すことができる。

本発明の他の構成によれば、チャンネル素子は、一つの壁部が内部空間を取り囲んでいる中空素子としてそれぞれが形成されている。ここで、壁部には、複数の光学経路のための複数の開口部が設けられている。内部空間は、光学素子、すなわち、例えば反射素子、レンズ、カラーフィルタ又はビーム・スプリッターを受容するのに用いることができる。壁部は、例えば金属（例えばアルミニウムや特殊鋼等）からなる。好ましくは、壁部面は、一体形成されているか、又は、分離不能に互いに接合され、これにより、所望の高い安定性と正確な調整が保証されている。中空素子は、少なくとも一面、好ましくは互いに対向する二面で、取り外し可能な閉鎖蓋体により閉鎖することができる。このようにして、内部に挿入された光学素子は、位置決めすることができるとともに、好ましくは、少なくとも一つの閉鎖蓋体と接続することで固定することもできる。

好ましい実施形態において、チャンネル素子は、それぞれ直方体状に形成され、光学経路のための開口部は、側面に形成されている。これにより、光学チャンネルは、モジュール式に組み立てることができ、そのときに、光学経路がそれぞれ平行ないし垂直に延在する。特に好ましいのは、このとき、直方体状のチャンネル素子が回転対称の構造とされ、特には立方体とされていることである。

チャンネル素子が回転対称の構造とされていることで、光学経路が異なる方向に常に同じ長さを有しているような様々な構造において極めて変更自在にチャンネル素子を用いることができる。この立方体状のチャンネル素子の長所は、特に光学経路の長さが好都合にも常に標準長さの整数倍であるときに発揮される。これに対応して、他の光学的な構造、例えばレンズ系なども対応する光路長に合わせることができる。

本発明の好ましい他の実施形態によれば、チャンネル素子は、それぞれ少なくとも三つの開口部を備え、その開口部を通して光学経路が延在できる。このとき、さらに好ましくは、第１及び第２の開口部が一列に並べて配設されかつ第３の開口部がこれに対して角度をなして配設され、それも好ましくは直角に配設されている。そうすれば、ビーム分割素子用のホルダ又は反射素子用のホルダは、光学経路が第１の開口部からビーム分割素子／反射素子を介して第３の開口部に延在するように設けることができる。ビーム分割素子の場合にはそれに加えて、第２の光学経路が、第１の開口部から、一列に並べて配設された第２の開口部に向けて延在する。

例えばビーム分割素子、反射素子、光学フィルタ、又はレンズエレメント等の光学素子をチャンネル素子に取り付けるには、チャンネル素子に固定式のホルダや受容部を設けることができる。これに反して本発明の他の態様によれば、そのような受容部ないしホルダとして、チャンネル素子用の挿入体を設けることができる。また、これにより、光学チャンネルのモジュール式の組み立てが補助される。

好ましくは、このような挿入体は、チャンネル素子に可換に組み込み可能である。例えば、直方体状ないし立方体状に形成されたチャンネル素子は、少なくとも四つの側面に、それぞれ中央に配設された光学経路用の開口部を有する一方、一つ又は二つの側面に、光学素子用のホルダとしての挿入体を組み込むための開口部を有することができる。特に、挿入体がチャンネル素子内に挿入可能とされるとともに、その際に、チャンネル素子にそのまま沿って案内されてそれにより同時に相応に正確な位置決めがされることが好ましい。側面内の開口部は、閉鎖蓋体により閉鎖することができ、この閉鎖蓋体に、挿入体がやはり好ましい方法にて固定可能とされている。

例えば、ビーム分割素子、反射素子、光学フィルター素子又はレンズエレメント等の光学素子用のホルダとしての挿入体は、好ましい実施形態によれば、光学経路が貫通するための少なくとも一つの開口部を備えている。好ましい実施形態では、挿入体には、互いに角度をなした、それも好ましくは直角をなした二つの開口部が設けられている。挿入体は、三角形状のホルダ本体が設けられていてもよく、その結果、反射素子ないしビーム・スプリッター素子が、入射する光学経路に対して斜めに配設され、好ましくは約４５°で配置されている。代替的な実施形態では、ホルダ本体は、それから外れた断面形状、例えば台形形状を備え、その結果、光学経路が二回または多数回分割可能とされる。

チャンネル素子には、各側面に複数の固定穴を設けることができる。このような方法で、例えば、光学チャンネルを作るべくチャンネル素子を互いに直につなげたり、他の取付部材により（例えばネジやボルト等により）つなげたりすることができる。撮像装置もまたそのようにして光学チャンネルに固定することができる。このとき好ましくは、チャンネル素子に対するこのような固定穴の配置、つまり、いわゆるホールパターンは、それぞれ同じにして設けられている。これにより、固定穴を使用する際に、自動的に位置の合った配置が保証される。

撮像装置に各監視部位を結像するためには、様々な光学素子を設けることができる。特に、光学チャンネルと容器との間にレンズエレメントを設けることができる。特に好ましくは、複数のレンズエレメントを有したレンズ系が設けられている。

以下に、本発明の実施形態を図に基づいて詳細に説明する。

光学チャンネルの素子の分解斜視図である。 図１の光学チャンネル用の挿入体の側面図である。 図２の線Ａ−Ａに沿った断面図である。 検査装置の第１の実施形態を示す図である。 検査装置の第２の実施形態を示す図である。

図３には、一例として検査装置１０の第１の実施形態が示されており、この例では、別々の（図示例では三つの）撮像装置１２が、光学チャンネル１４を通って延在する光学経路を介して、検査対象の容器１６（図示例では飲料ボトル）を検査する。

このとき、照明装置（不図示）は、それ自体はよく知られた方法で、例えばガラスやプラスチックといった透明又は半透明の物質からなるボトル１６の例えば下側に配置されている。ボトルはこうして照明され、上側からその瓶口部を通して観察される。

このために、検査装置１０は、レンズ系の形態の入射光学系２２を備えている。光学経路（図３に破線で示されている）は、撮像装置１２とボトル１６との間を光学チャンネル１４及びレンズ系２２を通して延在している。

光学チャンネル１４の内部には、この場合、二つのビーム・スプリッター１８、つまりは、部分的に透過しかつ部分的に反射する光学特性を有する光学素子が設けられている。これにより、容器１６の像は、撮像装置１２に向かう三つの分離された光学経路に分割され、その結果、各撮像装置が、ボトル１６における各対応部分を検査することができる。

このとき、光学チャンネル１４は、図示された例では、二つの立方体状のチャンネル素子２０から形成されている。これらチャンネル素子は、図示された例では、直接上下に配設されかつそれぞれがビーム・スプリッター１８の配設されている挿入体を備えている。

図１は、光学チャネル１４が、立方体状のチャンネル素子２０からどのようにしてモジュラー式に組み立てられ得ているのかを斜視図で示している。図示されているように、各チャンネル素子２０は、四つの側面を形成する一体の壁部を有した立方体状の中空体として形成されている。これらの壁部は、内部領域を取り囲んでおり、実質的に長方形（つまり、角が丸くなったものも含む。）の断面を有している。チャンネル素子２０の壁部は、この図示例では、アルミニウム鋳造材料からなる。

各チャンネル素子２０は、この場合、回転対称に構成され、四つの同じ側面を有し、そこにそれぞれ中央の開口部２４が設けられている。開口部２４は、光学経路が貫通するのに用いられる。開口部２４は、それぞれ対となって一列に配設されている。

残りの側面ではチャンネル素子２０はあいており、それにより、図１に概略的に示すように、挿入体２６がチャンネル素子２２の内側に挿入可能とされている。これらの側面では、チャンネル素子２０は蓋体（不図示）で閉鎖することができる。

挿入体２６は、挿入時にンネル素子２０内へ案内されかつ同時に正確に位置決めされるようにちょうど合った寸法を有している。挿入体２６は、基板２８及び図示された実施形態では断面略三角形状のホルダ本体３０を備えており、その中に互いに直角な二つの穴３２が形成されている。ホルダ本体３０には、平らな反射素子ないしはビーム・スプリッター素子１８のためのホルダ３８が形成されている。

挿入体２６は、チャンネル素子２０内側においてそれぞれ相互に９０°ずつ回転された四つの姿勢で挿入することができる。いずれの姿勢でも、基板２８は、角が丸みを帯びた正方形としてのその外側輪郭形状が正確に各チャンネル素子２０の内側部分にはまり、壁部にあたって案内されかつそれにより正確に位置決めされる。チャンネル素子２０に両側において配設された蓋体（不図示）によって、挿入体２６は、その位置と姿勢のまま固定され、このとき、挿入体２６は、図１に示された固定穴で蓋体に例えばネジ止めすることができる。

許容誤差は、チャンネル素子２０同志の配置とチャンネル素子２０の内側の挿入体２６の配置とにおいて、全体で０．１〜０．２ｍｍ内に保たれ、その結果、取扱いが容易であるにもかかわらず、非常に正確な光学的な組み立てが実現される。

チャンネル素子２０の内側に挿入体２６が配設されている状態で、チャンネル素子２０の側面における互いに対向位置する開口部２４間で穴３２が光を通過させる。反射素子／ビーム・スプリッター素子１８用のホルダ３８は、図示された実施形態においては、４５°で配設されていることで、素子における反射により、互いに隣り合って境を接している側面における開口部２４間に光学経路が形成され、そのため光学経路が９０°で偏向されるようになっている。そのために、図１に示されているように、平らな光学素子１８は、ホルダ本体３０における相応のホルダ３８内に装着される。

代替的な実施形態において、ホルダ本体３０は、違った断面形状を有し、例えば、違った角度を有した三角形を有し、その結果、４５°の反射素子／ビーム・スプリッター素子による好適な直角の偏向の替りに、他の角度での偏向も可能とされ、また、特に台形形状、例えば４５°の反射面を二つ有した台形形状とされ、それらの反射面により例えばそれぞれ９０°で偏向する光学経路を二つの異なる方向に分割することが可能となる。

光学チャンネル１４を作り上げるために、チャンネル素子２０は、互いに隣同志が当接するように固定されている。このために、固定穴３６が用いられるが、この固定穴は、各チャンネル素子２０において四つの側面にそれぞれ同じホールパターンで設けられている。この固定穴３６にネジ止めすることにより、撮像装置１２（図１において不図示）もまた固定されている。

チャンネル素子２０から、モジュール式の組み立て方法により、様々な光学チャンネルを簡単に組み立てることができる。同様に、既存の光学チャンネルを解体することもできる。

例えば、図４は、検査装置１０の第２の実施形態（この例では、四つの撮像装置１２を有している。）を示す。ここで、光学チャンネル１４は、四つのチャンネル素子２０から組み立てられている。

当業者であれば容易に理解できるように、立方体状のチャンネル素子２０と挿入体２６上の光学素子とを用いることで、多数の異なる光学チャンネルが多くの使用目的に合わせて組み立てられ得る。このとき、光路長は、チャンネル素子２０からモジュール式に組み立てられた系のそれぞれについて個別に測る必要はなく、各光学経路がチャンネル素子を真っ直ぐ通り抜けるように導かれるのか、それとも、反射素子ないしビーム・スプリッター素子１８で反射されるのかどうかといった点に光路長全体が依存することなく、立方体状のチャンネル素子２０のエッジ長さ（辺の長さ）の整数倍となる。これに合わせて、入射光学系２２のレンズを適切に設けることができ、これにより、それぞれ既知の光路長に関して、関心のある部位が、対応配置された撮像装置１２に適切に結像することが保証される。

ここで、当業者に明らかなように、開示された実施形態に対する変更が可能である。例えば、チャンネル素子２０内でも光学素子用のホルダは異なる姿勢で設けられていてよい。また、本発明は、常に同一面内にあるような、例示において選択されたチャンネル素子の配置に制限されず、むしろ、チャンネル素子は、複数の面内に前後にも隣り合うように配置することができる。

１２ 撮像装置
１４ 光学チャンネル
１６ 容器
１８ ビーム・スプリッター素子（ビーム分割素子）
２０ チャンネル素子
２２ 入射光学系（レンズエレメント）
２４ 開口部
２６ 挿入体
２８ 基板
３０ ホルダ本体
３２ 穴（開口部）
３６ 固定穴
３８ ホルダ

Claims (13)

1. 容器を検査するための検査装置であって、
   容器（１６）の少なくとも一つの領域を光学的に検査するための少なくとも二つの撮像装置（１２）と、
   第１の撮像装置（１２）と前記容器（１６）との間の少なくとも一つの光学経路及び第２の撮像装置（１２）と前記容器（１６）との間の第２の光学経路を通って延在する少なくとも一つの光学チャンネル（１４）とを備え、
   前記光学チャンネル（１４）は、少なくとも二つの同一のチャンネル素子（２０）を備え、当該チャンネル素子がそれぞれ開口部（２４）を備え、当該開口部を通って前記光学経路が延在し、
   前記チャンネル素子（２０）の少なくとも一つがビーム分割素子（３４）のための受容部（３８）を備え、前記ビーム分割素子において前記第１の光学経路が前記第２の光学経路から分離される検査装置。
2. 請求項１に記載の検査装置において、前記チャンネル素子（２０）は、それぞれ中空素子として形成されており、当該中空素子において壁部が内部空間を取り囲んでいることを特徴とする検査装置。
3. 請求項１又は２に記載の検査装置において、前記チャンネル素子（２０）は、それぞれ直方体状に形成されており、少なくとも三つの開口部（２４）が直方体の側面に形成され、当該開口部を通って光学経路が延在可能とされていることを特徴とする検査装置。
4. 請求項３に記載の検査装置において、前記チャンネル素子（２０）は、回転対称の構造を備えていることを特徴とする検査装置。
5. 請求項３又は４に記載の検査装置において、前記チャンネル素子（２０）は、立方体状に形成されていることを特徴とする検査装置。
6. 請求項１乃至５のいずれか１項に記載の検査装置において、
   前記チャンネル素子（２０）は、それぞれ少なくとも三つの開口部（２４）を備え、当該開口部を通って、光学経路が延在可能とされ、
   前記開口部のうち、少なくとも第１及び第２の開口部（２４）が一列に並べて配設されているとともに、第３の開口部（２４）がこれに対して角度を持って配設されており、
   光学経路が前記第１の開口部（２４）から前記ビーム分割素子（１８）での反射又は反射素子での反射を介して前記第３の開口部（２４）へと延在するように、ビーム分割素子（１８）又は反射素子のための少なくとも一つのホルダ（３８）が設けられていることを特徴とする検査装置。
7. 請求項１乃至６のいずれか１項に記載の検査装置において、
   チャンネル素子（２０）内に受容するための少なくとも一つの挿入体（２６）が設けられており、
   前記挿入体（２６）は、少なくとも一つの光学素子のためのホルダ（３８）を備えていることを特徴とする検査装置。
8. 請求項７に記載の検査装置において、
   前記挿入体（２６）は、チャンネル素子（２０）内に案内部に沿って挿入可能とされていることを特徴とする検査装置。
9. 請求項７又は８に記載の検査装置において、前記挿入体（２６）は、光学経路を通過させるための少なくとも一つの開口部（３２）を備えていることを特徴とする検査装置。
10. 請求項９に記載の検査装置において、
    前記挿入体（２６）は、光学経路を通過させるための二つの開口部（３２）を備え、
    前記開口部（３２）は、互いに角度をなした穴として形成されていることを特徴とする検査装置。
11. 請求項１乃至１０のいずれか１項に記載の検査装置において、前記チャンネル素子（２０）は、複数の固定穴（３６）が同じ配置とされた側面をそれぞれ備えていることを特徴とする検査装置。
12. 請求項１乃至１１のいずれか１項に記載の検査装置において、少なくとも一つのレンズエレメント（２２）が、前記光学チャンネル（１４）と前記容器（１６）との間の前記光学経路に配設されていることを特徴とする検査装置。
13. 請求項１乃至１２のいずれか１項に記載の検査装置に用いるためのチャンネル素子。

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