JP3667348B2 - 多次元画像を使用したコンテナ充填レベル及び与圧検査 - Google Patents

Description

発明の背景
缶詰めのようなコンテナ充填プロセスや瓶詰めラインでは、充填されるコンテナの特性のモニタは、多くの場合有効である。例えば、コンテナが充填されるレベルは、品質管理目的のためにモニタされる。
放射線源及び検出器を使用してコンテナの充填レベルを測定することは周知である。例えばスキエセル（Ｓｃｈｉｅｓｓｌ）らの米国特許第４，４８１，５９５号は、コンテナを、ビーム源から検出器まで放射されるガンマ線ビームを通過させるシステムを記載する。コンテナがビームを通過するとき、システムは、検出器によって受信された放射線パルスを数える。コンテナ全体がビームを通り抜けると、システムは、放射線パルスが検出器によって受信された平均速度を測定して、この速度を基準速度と比較する。この比較に基づいて、システムは、コンテナの材料がビームを減衰せしめるために十分に高いレベルにあるか否かを示す信号を生成する。システムは、検出パルスが予測充填レベル以下のレベルでコンテナを通過するように、線源及び検出器の向きを決めることによって、充填不足状態を検知するように構成される。同時に、システムは、検出パルスが予測充填レベルよりも上のレベルでコンテナを通過するように、線源及び検出器の向きを決めることによって、充填過剰状態を検知するように構成されている。
発明の概要
本発明は、検査される各コンテナの多次元画像を生成するコンテナ検査システムを含む。次に、システムは、画像を分析して、コンテナ充填プロセスのコンベヤの上を典型的なプロセス速度で移動するコンテナに対する製品充填レベルと、蓋の存在及び適切な配置と、コンテナ圧力と、頭隙泡密度と、漏洩と等の特性をモニタする実時間を提供する。なお、本発明において、「コンテナ」とは、目的の内容物が通常分かっている缶やびん、他のパッケージを指すものである。
システムは、毎分２４００個のオーダのコンテナの搬送速度で正確な測定を行い、金属、プラスチック、ガラス及びフォイルを含む様々な材料から作られたコンテナを検査できる。コンテナが不適切に充填されたり、不適切に加圧されたりまたは不良品であることをシステムが判別する場合、システムは、充填物ラインからのコンテナの除去や充填機操作の調節等の、適切な動作を自動で開始する。システムは、すべての除去とそれらの原因との完全な記録を維持し、システムオペレータは、プロセス効率を維持したり改善する時に、この診断データを使用する。
本発明のシステムには、単に「ｇｏ／ｎｏ ｇｏ」あるいは単なる「充填不足／過剰充填」の表示をなす従来のシステムを越える効果をもたらす。例えば、システムは、コンテナについての多次元情報を使用して、検査速度に対して０．５ｍｍ以内の精度を有する充填レベル測定値を提供する。この高レベルの精度によって、よりきつい充填レベルのしきい値が可能となり、間違った排除の数を減らすことができる。これによって、検査プロセスの効率が改善される。
システムは、多重素子線形検出器を備えた低電力Ｘ線源等の放射線源を使用して、コンベヤ・ラインを移動する充填コンテナを検査する。コンテナは、コンベヤライン上を移動するとき、放射線源によって生成された放射が検出器アレイにて検知される前にコンテナを通過するように、コンテナは放射線源と検出器アレイとの間を通過する。
パスの長さ及び放射線吸収係数の差により、放射線は、コンテナ、コンテナの蓋、コンテナの内容物、コンテナの内容物の上の空気や他の材料によって吸収が異なる。吸収の差は、検出器アレイに入力される放射線強度の変化として測定される。
水平方向へコンテナを移動させるようにコンベヤが向けられる場合、放射線源及び検出器アレイは、線源と検出器との間に垂直面を定義するように配置され、さらに、かかる平面がコンベヤの移動方向に垂直となるように、向きが定められる。従って、任意の時刻において、検出器アレイに入力される放射線は、コンテナの垂直スライスに相当する。コンベヤがコンテナを移動させるときに、検出器アレイからのデータの入力と保存とを繰り返すことによって、システムは、コンテナの多次元画像を生成する。この場合、画像の分解能は、検出器アレイにおける素子の数と、データが入力されて記憶される周波数とによって制御される。次に、システムは、画像データを処理して、充填レベルや加圧等の特性をモニタして、充填不足、充填過剰、低圧、高圧、蓋の紛失や破損、ならびにコンテナの膨張等の状態を検知する。充填レベルを測定する際、システムは、泡に帰属する液体レベル（量）と泡密度とを測定し、明らかな充填レベル（量）にその量を加算することによって、泡の存在を考慮する。システムは、さらにコンテナの壁厚の等の状態もモニタする。
システムには、先行技術に優る効果が存在する。特に、システムは、充填過剰、充填不足、実際の充填レベル、低圧コンテナ、蓋の紛失、コンテナの膨張、コンテナの壁厚、泡特性をモニタする。重要なことは、システムは、単一のセンサを使用して、同時にこれらの操作をすべて実行することである。システムは、コンテナの内容物にかなりの振動がある検査領域であっても、充填レベルや他の特性を正確に測定する（すなわち、システム性能は、コンテナ内容物の運動に影響されない）。システムは、コンテナの比較的大きな領域の液体の存在に関する情報を集めその情報を組み合わせて充填レベルを判別することによって、かかる動きを補償する。これによって、システムを、例えば、コンベヤのカーブ直後や、コンテナがひっくり返された直後に配置することができる。
システムは、コンテナを操作せずに、低圧（漏れ）コンテナをモニタする。対照的に、先行技術では、リークしているコンテナは、液体が流出できるようにしながらコンテナを反転させ、次に充填不足検出器を使用して低圧コンテナを検知することによって検知してきた。これは、コンテナを反転する手段を必要とし、さらに検査行程において相当量の液体のコンテナからの流出を可能とする十分な量の漏出を必要としていた。
システムは、標準ゲージまたはコンテナをシステムに通過せしめて、検査すべきコンテナの所望の特性に関する適切な情報をすべて含む基準画像を生成することによって、容易に較正される。システムは、コンテナの高さに対して自動で調節され、生産中のコンテナサイズの変化に、再校正をせずに適応させることができる。例えば、システムは、予め設定された検査点に自動的にユニットを配置せしめる電動スタンドを含む。
システムは、コンベヤの摩耗や他の要因によるコンテナ位置の変化に対して比較的感度が無い。例えば、コンベヤの摩耗によって、他のコンテナより低く位置するコンテナがいくつか存在する。システムが、かかる不完全に配置されたコンテナを検知した場合、システムは、自動的に検査領域を調節して、コンテナ位置の変化を考慮する。
受け入れ不能なコンテナを除去するために、システムは、インテリジェント除外器システムを使用する。センサは、除去器の性能をモニタして、適切な排除を確認するとともに、摩耗や他の要因に関する情報を収集する。この情報が使用されて、摩耗の影響を補償するとともに、問題の初期の分析及び補正が許容される。２つの除外器が使用されて、２つの連続するコンテナを除去し、１つの除外器が失敗する場合の冗長性を提供する。
正確に充填レベルを測定するシステムの能力が使用されて、充填物操作をモニタして調節する。絶えず充填機バルブを調節することによって、システムは、充填物性能を最適化し、無駄を最小限にする。
本発明の他の特徴及び効果は、以下の好ましい実施例の記載及び請求項から明らかになる。
【図面の簡単な説明】
図１は、コンテナ検査システムの構成図である。
図２は、図１のコンテナ検査システムの実施例の正面図である。
図３は、図２のコンテナ検査システムの背面図である。
図４は、コンテナがコンテナ検査システムに入る側を示す、図２のコンテナ検査システムの側面図である。
図５は、コンテナがコンテナ検査システムを出る側を示す、図２のコンテナ検査システムの側面図である。
図６は、コンテナに対する図２のコンテナ検査システムのＸ線源及びＸ線検出器の向きを示す平面図である。
図７は、図２のコンテナ検査システムの制御装置及び検出器の構成図である。
図８乃至図１２は、図２のコンテナ検査システムの制御装置によって実行される手順のフローチャートである。
図１３は、図２のコンテナ検査システムによって生成される画像データを示す図である。
図１４乃至図１６は、コンテナ検査システムの配置を示す構成図である。
好ましい実施例の記載
図１を参照すると、コンテナ検査システム１００は、Ｘ線源１０２と、多重素子線形ダイオード検出器アレイ１０４と、制御装置１０６と、除外器（rejector）１０８とを含む。Ｘ線源１０２は、検出器アレイ１０４によって受信される垂直平面Ｘ線ビーム１１０を生成するように構成されている。ビーム１１０は、コンベヤ１１４の移動方向１１２に垂直である。検出器アレイ１０４は、３２のダイオード素子を含み、その各々は、制御装置１０６に、ダイオードに入射するＸ線放射に対応するアナログ信号を供給する。
コンテナ１１６（例えば飲料缶）がＸ線ビーム１１０に接近するにつれて、コンテナは、光源１２０と光コンテナトリガ１２２との間の光ビーム１１８を遮断し、これによって、コンテナトリガ１２２は制御装置１０６へ信号を送る。制御装置１０６は、検出器アレイ１０４から受信したアナログ信号を周期的に記憶することによって反応する。任意の時刻において、検出器アレイ１０４によって生成された信号のスキャンは、アレイの前に通過するときの、コンテナ１１６の１次元（垂直）エックス線画像に相当する。コンベヤ１１４の移動によって、コンテナ１１６が水平方向に検出器アレイ１０４の面を横断するので、連続スキャンが行われる。
制御装置１０６は、コンベヤ１２４と機械的にリンクされるエンコーダ１２４の出力を同時にモニタすることによって、コンテナ１１６の移動に検出器アレイの連続スキャンを同期せしめる。エンコーダ１２４は、各々がコンベヤ１１４の駆動軸の回転の一部に相当する一連のパルスを生成する。制御装置１０６は、これらのパルスを数えて、コンテナ１１６の位置をモニタする。これによって、制御装置１０６は、コンテナの瞬間の速度に基づいた水平走査速度を制御することができ、故に、各垂直走査がコンテナの前縁部に対して一定の水平距離（速度とは無関係）で始められる。この方法では、制御装置１０６が、コンテナ１１６が検出器アレイ１０４の前を通過する時に、コンテナ１１６のＸ線吸収特性の正確な２次元画像をメモリに記憶する。
一旦コンテナ１１６が完全にＸ線ビーム１１０を通り抜けると、制御装置１０６は、画像データを処理して、コンテナ１１６の充填が不適当か否かまたはコンテナが不良品かどうかを判別する。そうであれば、制御装置１０６は、除外器１０８を起動し、除外器１０８は、コンベヤ１１４から不良コンテナ１１６を取り除く。
コンテナトリガ１２２に加えて、システムは、光源１３０によって生成された光ビーム１２８の遮断に応じて信号を生成する除外器トリガ１２６を含んでいる。除外器トリガ１２６は、コンテナ１１６を除去する前にコンテナ１１６の位置を確認するために使用される。システム操作は、摺動（すなわち、コンベヤでのコンテナの位置は不変である）が無いという仮定に基づいている。コンテナが、コンテナトリガ１２２の位置と除外器トリガ１２６との間で、コンテナ全体の位置の分だけ（すなわちコンテナの直径の分だけ）スリップしない限り、除外器トリガ１２６の使用によって、ある程度のコンテナの摺動は許容される。必要に応じて、システムは、例えばコンテナ１１６が通過する排除シュート１３２の入口をモニタする落ちたコンテナのセンサ（図示せず）及び光センサ（図示せず）を含む、他の光センサを含むことがある。
図２乃至図５を参照すると、検査システム１００は、調整自在スタンド２０２に取り付けられたキャビネット２００を含む。キャビネット２００は、Ｘ線源１０２と、制御装置１０６と、サポート用電子回路を含んでいる。検出器アレイ１０４は、キャビネット２００に接続されている調整自在トンネル・アセンブリ２０４に取り付けられている。調整自在トンネル・アセンブリも、光コンテナトリガ１２２を保持する。従って、システムは、トンネル・アセンブリ２０４の垂直方向の位置を調節することによって、コンテナ・サイズの変化に応じて調節される。トンネル・アセンブリ２０４の位置は、制御装置１０６によって制御されるとともにモニタされる。一般に、制御装置１０６は、１０インチ（２５．４ｃｍ）の範囲でトンネル・アセンブリの高さを調節でき、これによって、コンテナのサイズを、例えば７オンス（１９８．４５ｇ）の缶と４０オンス（１．１３４ｋｇ）のびんの間で変えることができる。さらに、システムは、スタンド２０２の垂直方向の位置を自動的にあるいは機械的に調節することによって、調節される。
ビデオディスプレイ２０８及び入力キー２１０を含むユーザインターフェース２０６が、キャビネット２００の正面に設けられる。警告光２１２は、システムが使用可能であることを示す。線源と検出器と電子回路とユーザインターフェースに対するサポートの提供に加えて、キャビネット２００には、シールドが設けられてシステムオペレータのＸ線放射に対する被爆を保護している。
サポート電子回路は、検出器アレイ１０４によって生成されたアナログ信号を増幅する増幅器と、システム及びＸ線源用の電源とを含んでいる。システムは、さらに、Ｘ線源１０２によって生成されたＸ線ビームを平行にするスリットアセンブリ４０２（図４参照）を含む。
線源１０２とビーム１１０と検出器１０４とのアラインメントは、線源１０２及び検出器１０４の両方をキャビネット２００に接続することによって維持される。従って、図４に良く示すように、システムは、トンネル・アセンブリ２０４がコンベヤ１１４をまたがるとともにコンベヤ１１４と水平方向にアライメントされるように、システムの位置を決めることによって、容易に取り付けられる。システムは、単に垂直方向に簡単にアライメントするだけで良い。何となれば、後述するように、トンネル・アセンブリの垂直位置は、初期化手順の間に自動的に調節され、これによって、１つのコンテナ・サイズから別のコンテナ・サイズへの迅速な切替が可能になる。
図３に示すように、除外器１０８は、１対の圧縮空気駆動ラム（ram）３０２を含む。各ラム３０２は、ソレノイドと気圧シリンダとを含み、制御装置１０５によって別々に制御される。２つの除外器の使用は、システム排除条件によって要求されるように各ラム３０２のデューティサイクルを交互にすることによって、最高毎分コンテナ２４００個までの搬送速度でコンテナ１１６を排除することができる。各ラム３０２に関連したセンサ（図示せず）は、ラムが静止位置を出る時間と戻る時間との表示をなすことによって、ラムの状態をモニタする。排除シュート１３２（図１）にまたがる光センサ（図示せず）は、所望のコンテナ１１６が実際に排除されたことを確認し、不要な排除を検知する。除外器１０８の動作は、完全に自動である。システムは、除去すべきコンテナ１１６の位置を追跡し、不良なコンテナを除去し、かかる除去を確認し、除外器ラム３０２の状態をモニタする。
Ｘ線源１０２は、４０−７０ｋＶ且つ０．０１〜０．０８ｍＡ（すなわち０．４−５．６Ｗ）でＸ線ビームを連続して提供する。電力レベルは、キャビネット２００の制御盤のジャンパーによって、異なる種類のコンテナ（例えば鋼に対するアルミニウム）に対して調整可能である。電力レベルも、制御装置１０６によって調節される。一般に、電力レベルは、検査されるコンテナの種類に基づいて粗く調節され、その後で適切な対比を提供するために微調整される。制御装置１０６は、Ｘ線源の動作電力をモニタする。本実施例では、Ｘ線源は、コネチカット州ダンベリーのサーモトレックス株式会社（ＴｈｅｒｍｏＴｒｅｘ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ）、ローラドディビジョン（Ｌｏｒａｄ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ）、によって供給される。連続線源の使用によって、パルス線源に関係するタイミング問題が除去される。
図６に示すように、Ｘ線源は、スリットアセンブリ４０２によって平行にされてＸ線ビーム１１０を生成する１ミリメートルのスポット線源６００である。スリットアセンブリ４０２のスリット６０２は、幅が１ミリメートルであり、高さが１５ミリメートルである。システム分解能を増大させるために、より小さなスポット線源を有するＸ線源が使用される。図６にも示すように、Ｘ線ビーム１１０は、コンテナ１１６の上部６０６のみを通過するように向きが決められている。以下に記載するように、コンテナのこの領域でのＸ線吸収特性は、コンテナが不良品かどうかを判別するのに必要な情報のすべてを含んでいる。もちろん、必要に応じて、Ｘ線ビーム１１０を、コンテナ１１６全体の画像を生成するように向けることもできる。
図７に示すように、検出器アレイ１０４は、２つの１６素子アレイ７００を含む。アレイの各ダイオード７０２の感光面は、幅が２ミリメートルであり、高さが１ミリメートルである。ダイオード７０２は、紫外線照射に対する感度のために強化されている。各ダイオードは高さが１ミリメートルであるが、検出器アレイは、０．５ミリメートルのオーダで垂直分解能を形成する。分解能の増加は、次に示す理由によって生じる。何となれば、ビームがコンテナを介してある角度で投影されるとともに、隣接した２つのダイオード７０２の垂直中心の間に位置するコンテナの一部が両方のダイオードに作用して２つのダイオードによって生成された信号の変化によって識別できるからである。入射放射Ｘ線を紫外線放射に変換するセグメント化されたセシウム／沃化物結晶シンチレータ７０４が、各アレイ７００に重ねられている。本実施例では、アレイ７００は、フォトニクス株式会社（Ｐｈｏｔｏｎｉｃｓ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ）によって提供される。
蛍光スクリーンを、結晶シンチレータ７０４に置換できる。しかしながら、シンチレータが好ましい。何となれば、シンチレータはより高速な応答をなすからであり、蛍光スクリーンを使用すると画像がぼけることがあるからである。さらに、セグメント化されていない蛍光スクリーンは、ダイオード間のクロストークを増加させる傾向がある。
各ダイオード７０２によって生成されたアナログ信号は、増幅基盤７０６の専用の増幅器によって増幅される。次に、増幅された信号は、制御装置１０６からの信号によって制御される３２−１６マルチプレクサ（32-to-16 multiplexer）７０８に供給される。マルチプレクサによって生成された信号は、制御装置１０６の１６ビットアナログ入力チャネル７１０に供給される。アナログ入力チャネルの各ビットは、１２ビットの分解能でディジタル値に変換される。一般に、制御装置１０６は、インテルから入手可能な８０４８６プロセッサを使用して実行される。
図８を参照すると、制御装置１０６は、手順８００に従ってシステム１００を制御する。システム動作を開始するために、ユーザは、ユーザインターフェース２０６のキーパッド２１０を使用して初期化を選択する（図１参照）。反応して、制御装置１０６は、初期化及び較正ルーチン８０２を実行する。初期化の後に、制御装置は、コンテナ１１６を検知してコンテナ１１６毎のデータを獲得する検出及び獲得ルーチン８０４に応じてシステムを動作する。かかるルーチンの終了時に、制御装置１０６は、分析ルーチン８０６によってシステムを動作して、コンテナが不良か否かを判別する。制御装置１０６が、コンテナ１１６が不良であることを判別する場合、制御装置は、除去ルーチン８０８に従ってシステムを動作する。検出、獲得及び除去ルーチンによってシステムが同時に作動できることは、重要である。例えば、システムは、第１コンテナを除去し、同時に、第２コンテナ用のデータを分析するとともに第３コンテナ用のデータを獲得できる。本実施例では、制御装置１０６は、１のコンテナのデータの完全分析に十分に高速でありながらも、別のコンテナのデータを獲得しているのである。従って、制御装置１０６は、２つのデータバッファを含み、各データバッファは、１のコンテナのデータを記憶するには十分なサイズを有する。
図９を参照すると、制御装置１０６は、検出器アレイ１０４の各ダイオード７０２の利得及びオフセットを測定することによって、初期化及び較正ルーチン８０２を開始する（ステップ９００）。周知のように、ダイオード７０２によって生成された電圧は、ダイオードに入射するＸ線放射とダイオードの利得との積にダイオードのオフセット電圧を加算したものに相当する。
Ｖ＝（利得）×（入射）＋（オフセット）
従って、ダイオードの利得及びオフセットが分かっている場合、ダイオードに入射するＸ線放射は、ダイオードによって生成された電圧から判別できる。利得及びオフセットはダイオード毎に変わるので、制御装置１０６は、ダイオード毎に利得及びオフセットを判別して記憶し、ダイオードによって生成された信号を処理する場合にこれらの値を使用する。制御装置１０６は、Ｘ線放射がダイオードに入射しないようにＸ線源１０２が無効になるときに、各ダイオードによって生成された電圧を測定することによって各ダイオードのオフセットを測定する。
Ｖ＝（利得）×０＋（オフセット）＝（オフセット）
一旦オフセットが分かると、プロセッサは、Ｘ線源１０２がオンになってコンテナがＸ線ビーム１１０を遮断しないとき、ダイオードによって生成された電圧からダイオードのオフセットを引くことによって、各ダイオードの利得を測定する。
Ｖ−（オフセット）＝（利得）×１＝（利得）
但し、値「１」が遮断されないビームに相当するとともに、値「０」が入射放射線に相当しないように、入射放射Ｘ線は規格化される。
次に、制御装置１０６は、調整自在スタンド２０２を制御してシステムをスタンドの最も高い垂直位置へ上げて（ステップ９０２）、システムオペレータに（ユーザインターフェース２０６を介して）促してコンベヤ１１４にテストコンテナを置く。その後、制御装置１０６は、検出器アレイ１０４によって生成された信号をモニタして、システムの垂直方向の位置が適切か否かを判別する（ステップ９０４）。本実施例では、適切な垂直方向の位置は、検出器アレイ１０４の上部から５番めのダイオード７０２に入射するＸ線放射が完全ビームの７０％以下となる（すなわち、テスト・コンテナがそのダイオードに向けられたＸ線放射の少なくとも３０％を遮断する）位置として、定義される。垂直の位置が適切でない場合、制御装置１０６は、調整自在スタンド２０２に指示して１の目盛り分だけシステムを下げ（ステップ９０６）、位置を再びチェックする。
システムの垂直方向の位置が適切であれば、制御装置は、オペレータに、テスト・コンテナをコンベヤに置くように促し、テスト・コンテナの直径を測定する（ステップ９０８）。本実施例では、制御装置１０６が、テスト・コンテナが光ビーム１１８を遮断してコンテナトリガ１２２を起動せしめた時から光ビーム１１８を出るまでに、エンコーダ１２４によって生成されたパルスの数を数えることによって、コンベヤ１１４の速度に対するコンテナの直径を測定し、コンテナトリガ１２２を停止させる。同時に、制御装置１０６は、テスト・コンテナによるコンテナトリガ１２２の起動とテスト・コンテナによる排除回路トリガ１２６の起動との間に生じるエンコーダ・パルスの数を数えることによって、エンコーダ・パルスと水平距離との間の関係を測定する。これらのトリガの間の距離が分かっているので、１エンコーダ・パルス当たりの距離は、周知の距離をパルス・カウントで割ることによって判別される。
次に、制御装置１０６は、テスト・コンテナの端部及び中心を特定する（ステップ９１０）。テスト・コンテナが光ビーム１１８を遮断すると、制御装置１０６は、連続する水平方向の増分の間に各ダイオード７０２によって生成される信号の値を（大抵はその他全てのエンコーダ・パルスの命令で）記憶する。これらの値に基づいて、制御装置１０６は、テスト・コンテナの端部を、ダイオード・アレイの上から５番めのダイオード７０２に入射するＸ線放射の一部がテスト・コンテナによって遮断される第１セットの信号に対応するものとして、特定する。テスト・コンテナの端部を識別した後に、制御装置１０６は、テスト・コンテナの中心を、コンテナの直径に相当するエンコーダ・パルス数の２分の１だけ端部から離間された１セットの信号に対応するものとして、特定する。
テスト・コンテナの端部及び中心が特定されると、制御装置１０６は、特別な対象である画像領域に対応する値を特定する。図１３に示すように、コンテナが飲料缶である本実施例において、画像データは、６４列のデータを含み、各々が、３２の入力（ダイオード・アレイの３２のダイオードに対応する）を含む。缶の前縁部は、第１２列で生じ、缶の中心は第３８列で生じる。２つの対象領域が存在する。第１領域１３００は、缶の上部に相当し、缶が適切に加圧されているか否かを判別する時に使用され、第２４−２７行の第３５−４１列を含む。第２領域１３０２は、缶の液面を測定する時に使用され、第１２−２３行の第２３−５６列を含む。
最終的に、対象領域に対応する値を使用して、制御装置１０６は、各対象領域毎のしきい値を生成する（ステップ９１４）。第１領域１３００に対して、缶上部のタブが、領域の中心に位置することが予測される。従って、制御装置１０６は、正の重み付き因数を第２６及び２７行に対応する値に乗算し、負の重み付き因数を第２４及び２５行に対応する値に乗算し、この全ての値を加算してしきい値を生成する。
第２領域１３０２については、制御装置１０６は、全ての値を加算してしきい値を生成する。全ての値を加算することによって、制御装置１０６は、第２領域１３０２全体のＸ線吸収特性の基準を生成する。これは非常に重要である。何となれば、これがコンテナの内容物の振動に感度のない充填レベルを測定するシステムの能力となるからである。先行技術では、分析前にコンテナの内容物を落ち着かせるために、充填レベル・センサを、コンベヤ・カーブやガソリンスタンド等の振動源の少なくとも１５−３０フィート（４．５７ｍ−９．１４ｍ）下流に置く必要があった。対照的に、コンテナ検査システム１００は、カーブに、あるいは有害な結果の無い振動源の直後に置くことができる。
図１０を参照すると、制御装置１０６は、コンテナトリガ１２２がコンテナを検知したか否かを判別することによって、検出及び獲得ルーチン８０４を開始する（ステップ１０００）。そうであれば、制御装置１０６は、コンテナの前縁部が適切に配置される前に生じることが予測されるエンコーダ・パルスの数に相当する値に遅延／タイマを初期化し、次に、測定カウントを「０」に初期化する（ステップ１００２）。その後、制御装置は、遅延／タイマーが終了するまで、エンコーダ・パルスをモニタする（ステップ１００４）。
遅延／タイマーが終了した後、制御装置１０６は、ダイオード・アレイからの測定値を記憶し、測定カウントを増やす（ステップ１００６）。上述のように、測定値は、各ダイオードの電圧に対応する数を、そのダイオードのオフセット及び利得だけ修正することによって生成される。６４の測定値が得られていない場合（ステップ１００８）、制御装置は、適切な数のエンコーダ・パルスの発生を待ち、記憶及び増加行程を繰り返す（ステップ１００６）。６４の測定値が得られると、制御装置１０６は、分析ルーチン８０６を開始し、同時に次のコンテナ１１６に対する検出及び獲得ルーチンを開始する。
図１１を参照すると、制御装置１０６は、測定データにおいてコンテナの上部の位置を特定することによって分析ルーチン８０６を始める（ステップ１１００）。コンテナの上部の位置を変更できるようにすることによって、例えば、制御装置１０６は、コンベヤで不均一に摩耗した部品から生じるコンベヤの高さの変化を考慮する。
コンテナの上部が特定されると、制御装置は、コンテナの対象領域を判別する（ステップ１１０２）。上述のように、テスト・コンテナの上部は、第２８行（すなわち、上から４番目のダイオード）に位置し、第１領域１３００は、第２４−２７行に画定される。従って、コンテナの上部が第２９行で特定される場合、第１領域１３００は第２５−２８行で画定される。
対象領域を特定した後に、制御装置１０６は、上記手順を使用して対象領域毎の数を生成して、しきい値を生成する（ステップ１１０４）。次に、これらの数をしきい値と比較する（ステップ１１０６）。数のうちの１つが所定％だけ対応するしきい値から変化している場合、制御装置１０６は、コンテナを排除すべきことを判別する（ステップ１１０８）。制御装置１０６がコンテナの排除を判別した場合、制御装置は排除ルーチン８０８を実行する。
図１２を参照すると、制御装置１０６は、コンテナが除外器トリガ１２６の光ビーム１２８を遮断することを待つことによって、排除ルーチン８０８を開始する（ステップ１２００）。これが発生した時、制御装置１０６は、コンテナの正確な位置を知り、エンコーダ１２４からのパルスを数えるカウンタの初期化によって反応する（ステップ１２０２）。次に、制御装置１０６は、除外器ラム３０２が起動されるようにコンテナが配置されることをカウントが示すまで、パルスを数える（１２０４）。その後、制御装置は、除外器ラム３０２を起動する。上述のように、制御装置１０６は、交互に除外器ラム３０２を起動する。このように、適切なコンテナ位置を示すパルス・カウントは、どの除外器ラム３０２が起動されることになっているかによって変化する。除外器ラム３０２の速度に関するコンベヤ１０４の速度により、コンテナが除外器ラムの前に位置する前に、除外器ラム３０２は大抵起動され、また、コンテナがラムに達する前に、除外器ラムを休止位置に戻す信号が出されることも、重要である。制御装置１０６は、除外器ラムから入力されるフィード・バック信号に基づいて、適切なコンテナ位置に相当するパルス・カウントを修正する。これによって、制御装置１０６は、時間に対する除外器ラムの動作特性の変化を考慮できる。
図１４に示すように、２つ以上の検査システム１００が使用されてフェールセーフ操作を提供する。２つの検査システム１００が使用される場合、システムは、コンベヤ１１４に沿って連続して配置され、コンベヤの移動方向１１２に対してシステムに下流に位置する除外器１４００を共有する。この構成で、各システム１００は、すべてのコンテナを検査し、不良であることが分かったコンテナを除去する。各システム１００は、他のシステム１００によって排除器１４００に送られた信号をモニタし、適切なシステム動作を立証するとともにシステム故障を検知するためにそれが発したものに、信号を比較する。
図１５に示すように、コンテナ検査システム１００は、大抵、コンベヤ１１４の移動方向１１２に対して、コンテナを充填する充填機１５００とコンテナを密閉する縫合機１５０２との下流に位置する。システム１００から充填機１５００及び縫合機１５０２までのフィードバックパス１５０４は、これらの部品の自動調節を許容する。例えば、充填機１５００は、充填バルブが適切に作動していないことを示すシステム１００からの情報に反応して充填バルブを調節する。同様に、縫合機１５０２は、密閉が不適切なコンテナを示す情報に反応して調節される。
最終的に、図１６に示すように、コンテナ検査システム１００が正確にコンテナ充填レベルを判別する能力によって、システムを、コンベヤ１１４のカーブ１６００近傍の下流に配置させることができる。
他の実施例は、次の請求項に含まれる。例えば、分解能を改善するために、Ｘ線ビーム１１０は、例えばタングステンハニカム構造体を使用して集束せしめたり、あるいは、検出器アレイの素子の数を増加させても良い。同様に、特定の対象領域において素子密度がより高い検出器アレイを使用しても良い。さらに、Ｘ線源を、ガンマ線源に置換することもできる。しかしながら、Ｘ線放射は、ガンマ線放射よりも望ましい。何となれば、特定の電力レベルに対して、Ｘ線放射はより多くの情報を提供するからである。
上記システムは、主にほぼ同一の特性を有していると予測される缶を検査するように構成されたが、コンテナの壁厚が、コンテナ毎に、あるいは１のコンテナにおいても変化する瓶や他のコンテナを検査するためにも使用できる。かかる可変コンテナを検査する場合、システムは、各コンテナの壁厚を測定し、その厚さにおける変化の影響を考慮する。さらに、缶と異なり、充填瓶の多くは、泡のレベル変化を形成する大きな頭隙を含む。びんが適切に充填されたか否かを判別するために、システムは、瓶の泡のレベルを検出し、泡の密度に基づいて、測定された液面を修正する。
泡を分析する１つの方法において、制御装置１０６は、画像データの対象領域の水平方向の行の間でＸ線減衰における正の勾配を探索する。制御装置は、これらの勾配の位置を使用して、泡と液体との界面の相対位置を判別する。界面が探索されると、制御装置は、コンテナの周知の形状に基づき、泡が泡と液体との境界を越えてコンテナの全容量を充填すると仮定して、泡の体積を測定する。制御装置は、界面の上下近傍での検出素子からの吸収測定値を比較することによって、泡の密度を測定する。但し、界面の下方からの測定値は液体による吸収に相当し、界面の上方からの測定値は泡による吸収に相当する。次に、制御装置は、泡の体積に泡の密度を乗算することによって、泡の液量を測定する。最終的に、制御装置は、この量に応じて、測定された充填レベルを調節する。
空気と泡との界面が適切に検知されると、その位置は、コンテナの泡の体積を測定するために使用される。
ガラスコンテナを検査する場合、制御装置は、コンテナの垂直方向の縁部に沿った減衰勾配を測定することによって、コンテナの壁の厚みを評価する。制御装置は、充填レベルと泡との両方の測定値におけるコンテナの体積に対する１次補正として、ガラスの厚みを使用する。
画像データを分析する別の方法において、多数（例えば１００乃至１０００）のコンテナに対する対象領域の画像データを使用して、ニューラルネットワークを訓練する。次に、ニューラルネットワークにそれらの画像データを適用することによって、コンテナを検査できる。

Claims (38)

1. 移動コンテナを検査するシステムであって、
   前記移動コンテナに放射線を向けるように配置された放射線源と、
   前記移動コンテナによって吸収されたり遮断されたりしない放射線源からの放射線の一部を受け取って、この放射線の一部に応じて電気信号を生成するように配置された放射線検出器と、
   処理回路と、からなり、
   前記処理回路は、前記放射線検出器によって生成された電気信号に基づいて前記移動コンテナに対する画像データを生成し、
   前記多次元画像データの第１部分を基準コンテナの多次元画像データの対応部分と比較し、
   前記比較の結果に基づいて、前記コンテナの充填レベルの判別と、前記コンテナの充填が過剰や否やの判別と、前記コンテナの充填が不足や否やの判別と、前記コンテナの適切に加圧されているや否やの判別と、前記コンテナが密閉されているや否やの判別と、を行うことを
   特徴とするシステム。
2. 前記処理回路は、前記移動コンテナの多次元画素画像データの第１部分が前記基準コンテナの多次元画像データの一部と所定量以上異なるとき、前記移動コンテナが前記基準コンテナとは異なることを判別することを特徴とする請求の範囲第１項記載のシステム。
3. 前記第１部分と前記対応部分との各々は、複数の素子を含み、
   前記処理回路は、前記第１部分の複数の素子の各々に関連した値を組み合わせて第１合成値を生成し、前記対応部分の複数の素子の各々に関連した値を組み合わせて第２合成値を生成し、第１及び第２合成値を比較して前記コンテナの特性を測定することを特徴とする請求の範囲第２項記載のシステム。
4. 前記第１部分は、前記移動コンテナの予測充填レベルの上方及び下方に対応する多次元画像データを含み、
   前記処理回路は、前記コンテナの特性として前記コンテナの実際の充填レベルを測定することを特徴とする請求の範囲第３項記載のシステム。
5. 除去機をさらに有し、
   前記処理回路は、前記コンテナの充填レベルと前記基準コンテナの充填レベルとの差が所定量以上となるときに前記除去機を起動することを特徴とする請求の範囲第４項記載のシステム。
6. 前記第１部分は、前記コンテナの上面を含む領域に相当する多次元画像データを含み、
   前記処理回路は、前記移動コンテナが前記コンテナの特性として適切に与圧されたか否かを判別することを特徴とする請求の範囲第３項記載のシステム。
7. 前記放射線検出器は、前記移動コンテナの１次元セグメントに相当する電気信号を生成する１次元線形検出器アレイからなり、
   前記処理回路は、前記移動コンテナの１次元セグメントに相当する電気信号を合成することによって多次元画像データを生成することを特徴とする請求の範囲第１項記載のシステム。
8. 前記移動コンテナは水平方向に移動し、前記放射線検出器は１次元垂直線形検出器アレイからなり、
   前記放射線検出器は、前記コンテナが前記検出器アレイを通過するときに電気信号のセットを生成することを特徴とする請求の範囲第７項記載のシステム。
9. 前記放射線源は、前記移動コンテナの上部にのみ放射線を当てることを特徴とする請求の範囲第１項記載のシステム。
10. 前記移動コンテナは内容物が密閉された缶からなり、
    前記多次元画像データの第１部分は前記缶の上部の領域に相当し、
    前記処理回路は、前記缶の前記上方領域の多次元画像データが前記基準コンテナの上方領域の多次元画像データと異なるときに、前記移動コンテナは適切に加圧されていないことを判別することを特徴とする請求の範囲第１項記載のシステム。
11. 前記放射線源は連続Ｘ線源であることを特徴とする請求の範囲第１項記載のシステム。
12. 前記移動コンテナの高さに基づいて前記放射線源及び前記放射線検出器の垂直方向の位置を自動調節する機構をさらに有することを特徴とする請求の範囲第１項記載のシステム。
13. 前記移動コンテナはコンベアに位置し、
    前記システムは、前記移動コンテナが前記基準コンテナと異なることを前記処理回路が判別するときに前記コンベアから前記移動コンテナを除去する除去機をさらに有することを特徴とする請求の範囲第１項記載のシステム。
14. 前記除去機は圧縮空気駆動ラムであることを特徴とする請求の範囲第１３項記載のシステム。
15. 前記除去機は交互に動作可能な１対の圧縮空気駆動手段からなることを特徴とする請求の範囲第１４項記載のシステム。
16. 前記除去機は圧縮空気駆動ラムの運動に関する情報を処理回路に提供することを特徴とする請求の範囲第１４項記載のシステム。
17. 前記放射線検出器は、フォトダイオードのアレイからなることを特徴とする請求の範囲第７項記載のシステム。
18. 移動コンテナを検査する方法であって、
    前記移動コンテナに放射線を照射する行程と、
    前記移動コンテナによって吸収されたり遮断されたりしない放射線の一部を受信する行程と、
    前記移動コンテナによって吸収されたり遮断されたりせずに受信された放射線に基づいて前記移動コンテナの多次元画像データを生成する行程と、
    前記多次元画像データの第１部分を基準コンテナの多次元画像データの対応する部分と比較する行程と、
    前記比較行程の結果に基づいて、前記移動コンテナの充填レベルの判別と、前記移動コンテナの充填が過剰や否やの判別と、前記移動コンテナの充填が不足や否やの判別と、前記コンテナの適切に加圧されているや否やと、前記コンテナが密閉されているや否やの判別と、を行う行程とからなることを特徴とする方法。
19. 前記移動コンテナの多次元画像データの一部が前記基準コンテナの多次元画像データの一部と所定量以上異なるときに前記移動コンテナが前記基準コンテナと異なることを判別する行程をさらに有することを特徴とする請求の範囲第１８項記載の方法。
20. 放射線の一部が前記基準コンテナによって吸収されたり遮断されたりするとともに前記放射線の一部が前記基準コンテナによって吸収されたり遮断されたりしないように前記放射線を前記基準コンテナに照射する行程と、
    前記放射線のうちの前記基準コンテナによって吸収されたり遮断されたりしなかった部分を受け取る行程と、
    前記基準コンテナによって吸収されたり遮断されたりせずに受け取られた放射線に基づいて前記基準コンテナの多次元画像データを生成する行程とをさらに有することを特徴とする請求の範囲第１８項記載の方法。
21. 放射線を受信する行程は、一連の１次元セグメントとして放射線を受信し、
    多次元画像データを生成する行程は、受信放射線の１次元セグメントの各々の１次元画像データのセットを生成する行程と、１次元画像データのセットを組み合わせて多次元画像データを生成する行程と、からなることを特徴とする請求の範囲第１８項記載の方法。
22. 前記移動コンテナを水平方向に移動せしめる行程をさらに有し、
    放射線を受信する行程は、前記移動コンテナが垂直検出器を通過するときに一連の１次元垂直セグメントとして放射線を受信する行程からなることを特徴とする請求の範囲第２１項記載の方法。
23. 放射線を照射する行程は、前記移動コンテナの上部にのみ放射線を照射する行程からなることを特徴とする請求の範囲第１８項記載の方法。
24. 前記移動コンテナは缶からなり、
    多次元画像データの第１部分は前記缶の上方領域に相当し、
    前記判別行程は、前記缶の上方領域の多次元画像データが基準コンテナの上方領域の多次元画像データと異なる場合に前記移動コンテナが適切に加圧されていないことを判別する行程からなることを特徴とする請求の範囲第１８項記載の方法。
25. 前記放射線は、Ｘ線放射の連続ビームからなることを特徴とする請求の範囲第１８項記載の方法。
26. 前記処理回路は、コンテナの実際の充填レベルを測定するときに前記コンテナ内の泡を考慮して動作することを特徴とする請求の範囲第４項記載のシステム。
27. 前記処理回路は、前記コンテナの見かけの充填レベルを測定し、前記コンテナの泡に帰属する液面を測定し、泡に帰属するレベル及び見かけの充填レベルを合成して実際の充填レベルを測定することを特徴とする請求の範囲第２６項記載のシステム。
28. 前記処理回路は、前記コンテナの泡の量を測定し、前記コンテナの泡の密度を測定し、泡の量及び泡の密度に基づいて泡に帰属する液面を測定することを特徴とする請求の範囲第２７項記載のシステム。
29. 前記処理回路は、泡及び液体界面を特定し、泡及び液体界面及びコンテナの形状に基づいてコンテナの泡の量を測定することを特徴とする請求の範囲第２８項記載のシステム。
30. 前記処理回路は、気体・泡界面を特定し、泡・液体界面と気体・泡界面とコンテナの形状とに基づいてコンテナの泡の量を測定することを特徴とする請求の範囲第２９項記載のシステム。
31. 前記処理回路は、コンテナの壁の厚みを測定し、コンテナの壁の厚みに基づいてコンテナの泡の量を測定することを特徴とする請求の範囲第２８項記載のシステム。
32. 前記処理回路は、コンテナの壁の厚みを測定し、コンテナの実際の充填レベルを測定するときにコンテナの壁の厚みを考慮して動作することを特徴とする請求の範囲第４項記載のシステム。
33. 前記処理回路は、コンテナの壁の厚みによるコンテナの体積変化を考慮して動作することを特徴とする請求の範囲第３２項記載のシステム。
34. 前記処理回路は、コンテナの実際の充填ベルを測定するときに、コンテナ内容物の運動を考慮して動作することを特徴とする請求の範囲第４項記載のシステム。
35. 前記処理回路は、コンテナの壁の厚みを測定することを特徴とする請求の範囲第１項記載のシステム。
36. 前記処理回路は、コンテナの壁の厚みによるコンテナの体積変化を考慮して動作することを特徴とする請求の範囲第３５項記載のシステム。
37. 前記処理回路は、コンテナの１つ以上の特性を測定するときにコンテナの内容物の運動を考慮して動作することを特徴とする請求の範囲第１項記載のシステム。
38. 前記処理回路は、移動コンテナが非反転状態にある時に移動コンテナが適切に与圧されているか否かを判別することを特徴とする請求の範囲第６項記載のシステム。

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