JP4094673B2 - 検査装置、特に空き瓶検査装置の信頼性を試験するための方法 - Google Patents

Description

本発明は、多数の同一の物体をある特徴に関して検査し、各物体に対して特徴信号を発生させ、その特徴信号が第１の条件を満たしているかどうかをチェックする検査装置の信頼性を試験するための方法であって、この検査装置には、一定の個数の物体の後ろに試験体が導入され、試験体の特徴信号が第２の条件を満たしているかどうかがチェックされるようにした方法に関するものである。
従来技術によれば、検査装置、例えば、清涼飲料水の空き瓶に対する検査装置、いわゆる空き瓶検査装置に対する信頼性試験は、１列の試験瓶が、それぞれ欠陥認識仕様に準拠して定められた欠陥を有し、すなわち、定められた特徴を満たしていないように準備されることによって実行される。特定の試験瓶が、チェックされるすべての特徴に対して準備される。１組の試験瓶が、一定の時間間隔で、例えば、半時間毎に、あるいは一定の個数の瓶、例えば、５０００本の瓶が送られた後に、瓶の流れの中に組み入れられる。これは、自動的にまたは手動的になされ得る。試験瓶は、それらが直ぐに試験瓶であると認識されるように、しるしを付されている。信頼性試験は、これらの試験瓶が、検査装置、例えば、空き瓶検査装置によって欠陥を有しているものと認識され得るかどうかをチェックすることからなっている。これまでに用いられている方法によれば、第２の条件が、第１の条件を補足するようになっており、すなわち、もし検査装置が、試験瓶に欠陥のあること、すなわち、第１の条件が満たされていないことを認識するならば、第２の条件は、その試験瓶の場合に満たされる。記録が検査装置において保持される。もし信頼性試験が失敗に終わるなら、すなわち、もし１本またはそれ以上の試験瓶が欠陥を有していると認識されないならば、検査は繰り返されなければならない。それとともに、検査装置の作動保証、すなわち、信頼性が回復されねばならない。この信頼性試験は不十分なものである。なぜなら、検査装置がもはや信頼性を伴って作動していないことは事後にしかわからないからである。検査装置の故障の原因は、通常、レンズ系の汚れまたは認識エレクトロニクスの個々のコンポーネントの欠陥にある。
従来技術による方法によれば、例えば、空き瓶検査装置の信頼性試験の場合、多数本の試験瓶が用いられねばならず、このとき、各試験瓶は、単一の欠陥、例えば、不完全な栓のねじ山、または単一の認識領域中の異物を有している。この場合、欠陥の種類毎に、そして認識領域毎に、それ単一の特別に準備された試験瓶が必要とされていた。もし試験瓶が多数の欠陥を有しているならば、この瓶が選び出されたということから、すべての欠陥が認識されたことは保証されない。１組の試験瓶は、それ故、例えば、１０本〜１５本の瓶からなっている。
本発明の課題は、検査装置の動作性能の低下が、できるだけ早く認識され得るような方法を提供することにある。
本発明によれば、この課題は、第２の条件が、試験体の特徴信号が前もって与えられた参照値に一致するということかなっていることによって解決される。
この場合、本発明による方法は、検査装置の正常動作時の特徴信号が非常に正確に知られ、参照値として検査装置に与えられるような試験体によって、検査装置の信頼性が試験されるというアイデアに基づくいている。試験体の検査時の不可避的な不正確さは度外視して、特徴信号は参照値に正確に一致しなければならない。このとき、特徴信号が第１の条件を満たしているかどうか、すなわち、試験体が欠陥を有していないかどうかは重要ではない。
欠陥のない物体の場合、特徴信号は、大きな範囲内にあり、あるいは、しきい値より上または下にある。
本発明による方法は、とりわけ、空き瓶検査装置の信頼性の試験に適している。
空き瓶検査装置は、異物の存在しないことがチェックされるとき、しばしば、物体の像が、例えば、ＣＣＤカメラを用いて一般に互いに直角な２つの方向に沿って点状に走査され、各像点の明るさが確立され、明から暗への、および暗から明への遷移が、隣接する像点の明るさとの比較によって記録されるように作動する。このような遷移は、例えば、もし走査が空き瓶における異物の縁にわたってなされるならば、常に引き起こされる。異物を伴わない空き瓶でさえも、容器の壁または底部の縁における波状の起伏に起因して、一定数の明るさの遷移、例えば、１００個までの明るさの遷移を有している。個々の物体は、１００個までの明るさの遷移を生じるこの場合、異物を伴っていないものとみなされ、すなわち、１００個の特徴信号は依然として第１の条件を満足している。
例えば、空き瓶検査装置の正常動作の間に、圧倒的多数の空き瓶、例えば、９０％の空き瓶に対して特徴信号が得られ、これは、１００個の明から暗への遷移の個数より幾分小さい。もし検査装置の認識装置の感度が汚れまたは別の原因によって低下するならば、これは、空き瓶１本あたりに認識される明から暗への遷移の個数の減少を引き起こす傾向にある。もし試験瓶の参照値が例えば９５であるなら、試験瓶の特徴信号は、認識装置の感度が低下したとき低下する。参照値からのずれが如何に大きいかに依存して、種々の測定が行われる。１０％のずれが生じたとき、例えば、警告信号だけが与えられる一方、２０％またはそれ以上のずれが生じたとき、検査装置および搬送装置全体が運転を停止せしめられる。
本発明による方法の特に好ましい実施例は、明から暗への遷移の個数がカウントされるだけでなく、また、明るさの遷移の明から暗へのコントラストが確立されるような欠陥認識法と結び付いている。見つけられた、バックグラウンドからそれた像点は、このとき、例えば、８つの異なる明るさのクラスに分けられ、または明から暗への遷移は、例えば、８つの異なるコントラストグループに分けられ、この場合、この分類の後にようやく、明から暗への遷移の個数がカウントされ、各クラスの範囲内において、特定のしきい値と比較される。もし、検査装置の認識装置が汚れているならば、光の散乱がレンズ状またはガラス保護板上に現れ、明から暗へのコントラストの低下が引き起こされる。なぜなら、霧状の輪郭のはっきりしない効果によって、その上に認識装置によって走査された像がかぶさるからである。明から暗へのコントラストの低下によって、明から暗への遷移のずれが、コントラストクラス内において、特徴信号がよりしばしばより低いコントラストを伴うクラスに落ちるように生じる。検査装置の信頼性が試験されるとき、明から暗への遷移の個数の比較にみに頼る必要はなく、むしろ、各コントラストクラスにおいて、しきい値との比較がなされ、さらに、個々のコントラストクラスに対して特徴信号の分布が考慮され得る。
試験瓶は、２５０個のグレーシェードのオーダーで１００個の明から暗への遷移を有し、かつ２つのコントラストクラスが用いられるものと仮定すると、第１のコントラストクラスは、１８０個以下のグレーシェードを伴った明から暗への遷移を含み、第２のコントラストクラスは、１８０個以上のグレーシェードを伴った明から暗への遷移を含んでいる。もし認識装置のレンズ系がわずかでも汚れているならば、１００個の明から暗への遷移は、依然として記録されるが、低下したコントラスト、例えば、ただ１５０個のグレーシェードを伴っている。そのとき、確立された特徴信号は、「第２のコントラストクラスにおける１００個の明から暗への遷移」として読まれ、すなわち、「コントラストクラス１における１００個の明から暗への遷移」として読まれる参照値に一致しない。したがって、認識装置による欠陥認識の可能性の低下は、明から暗への遷移をコントラストクラス１からコントラストクラス２へずらすことによって、認識され得るようになる。本発明による方法の実施例によれば、陳述は、特に小さな欠陥または透明な異物の形態の欠陥の認識の信頼性についてなされる。
本発明による方法のこの実施例によれば、特徴信号は、明から暗への遷移の個数に関する記述を含んでいるだけでなく、異なるコントラストクラスにわたる明から暗への遷移の分布に関する記述もまた含んでいる。対応する記述がまた参照値に含まれる。それによって、認識装置の感度の低下の特に初期の認識が可能になる。認識装置の光学系の汚れは、最初は、例えば、明から暗への遷移の量を変化させないが、明から暗への遷移の異なるコントラストクラスへの割当てにおける変化を容易に引き起こす。
検査装置に対する参照値の設定は、例えばキーボードを通じて手動で行われ、あるいは、試験体が検査装置を通って送られる間に試験体それ自体によって行われ、このとき、設定された特徴信号が参照値として記録される。検査装置を通る物体のさらなる搬送によって、参照値の百分率による再現性がまた決定され、それによって、参照値を上下する検査信号の最大の許容し得る変動が決定され、そのとき、第２の条件は依然として満たされているものとみなされる。
本発明による方法は、特に、食品産業において重要である。なぜなら、食品産業においては、検査装置が誤りなく作動していること、および、検査装置の信頼性の低下が、欠陥のある、例えばまだアルカリ残留物を有する空き瓶が認識されることなく検査装置を通過する前に、既に認識されていることが重要だからである。全く同様に、空き瓶内に汚れやセロファンフォイルのような異物が全く存在しないこと、瓶の内部圧力が高すぎることも低すぎることもないこと、そして、瓶の開口部にいかなるひび割れも有していないことが重要であり、また、缶詰の場合には、それが詰め込み前に申し分のない状態にあること、および申し分なくシールされることが重要である。
明から暗への遷移の個数および選択的にコントラストが、決定される認識方法は、特に空き瓶中の異物を認識し、口の開口中のひび割れを認識するのに適している。光吸収性を有する異物、例えば、汚れは、明度場法によって確立される一方、透明な異物、例えば、フィルムは、暗度場法によって検出される（ＥＰ-Ａ-０ ３８７ ９３０）。空き瓶の、特に瓶の底部の個々の領域は、独立に検査される。本発明による方法によれば、検査装置の信頼性は、個々の試験瓶を用いて、欠陥の種類毎に、そして認識領域毎に、独立に試験され、そしてそれは、試験瓶が、欠陥の種類毎および認識領域毎に明確な参照値を有し得る。それによって、試験瓶の個数は著しく減少せしめられる。
試験瓶は、種々の認識領域、すなわち、縁領域、移行部分、縁中央および底中央において、例えば、口の領域に１つの欠陥を有し、例えば瓶内に同心的に立つ棒によって表された、側壁認識の個々の領域毎に１つの欠陥を有し、底領域に１つの欠陥を有している。側壁領域および底領域の欠陥は、この場合、不透明な絶縁帯から形成されることができ、規定された参照値に一致する。さらに、側壁および底に対して、透明な異物、例えばセロハンからなる異物の形態の欠陥を与えられ、透明な異物に関係する検査装置の信頼性が試験され得る。
しかしながら、空き瓶内のアルカリ残留物を検査する検査装置の信頼性を試験するため、通常、独立した試験瓶が使用される。アルカリ残留物は、極性を有する液体であるから、空気より良好な高周波数の電磁的輻射を生じさせる。アルカリ残留物は、従って、高周波数の電磁的輻射の吸収を確認するによって認識され得る。特徴信号は、アルカリ残留物を通過することによって生じる電磁的輻射の、より弱い吸収の尺度となる。もし空き瓶中を通過せしめられた電磁的輻射の強度がしきい値を越えるならば、第１の条件はもはや満たされず、関係する空き瓶は、欠陥を有するものとして次の製造工程から取り除かれる。このとき、試験瓶は、一定量のアルカリ液を有しており、対応する特徴信号は、参照値として検査装置に与えられる。アルカリ残留物検査装置の信頼性が試験されるとき、特徴信号は、わずかなずれを伴って参照値に一致しなければならない。同時に、アルカリ残留物の検査は、本発明による方法が、また如何にしてアナログ的な特徴信号とともに用いられる得るかを示した１つの例である。
さらに別の例は、赤外光の透過を測定することによる瓶の底部における液体残留物の測定である。空き瓶中のアルカリ残留物は、アルカリ残留物に対する前の特別検査においてのみならず、赤外線透過による液体残留物の一般的な測定法においても認識される。物体の一定の特徴が、また、２つの異なる方法において検査され得る。
本発明による方法は、また、特徴信号としての異なる初期の寸法を伴って作動する検査装置の信頼性を試験するために用いられ得る。例は、明るいまたは暗い画素を認識するためのシステム、または明るさの分布（ヒストグラム）を測定するためのシステムからなり、これらは、それら自体考慮され、あるいは数学的アルゴリズムによる評価の後に瓶の品質または他の物体の品質に関する認識された寸法を記述する。
添付図面には、側壁認識の場合だけでなく底認識および口検査の場合にも欠陥を有するものと認識され、すなわち、対応する第１の条件を満足しない試験瓶が記載されている。瓶１０は、普通のガラス製０．７リットル飲料水瓶からなっている。試験瓶１０は、底に、放射状の模様１２を有しており、この模様は、底認識の場合、非常に多数の明から暗への遷移を生じさせる。棒１４が、中心軸方向に配置され、この棒は、試験瓶１０の回転位置には無関係に、常に同一の数の明から暗への遷移を生じさせる。さらに、試験瓶１０は、開口縁に割れ目１６を有している。この割れ目によって、空き瓶の口を画像解析によってモニターする検査装置の信頼性が試験される。画像解析は、この場合、口の外向きに傾斜する領域に対応する外側の環状の認識領域、および、口の水平な領域に対応する、前記外側の環状の認識領域に接続する内側の環状の認識領域を包囲する。割れ目１６は、外側の認識領域において、明から暗への遷移の数を減少させる一方、内側の認識領域において、明から暗への遷移の数を増大させる。
このような試験瓶は、本発明の方法によれば、空き瓶の流れとともに検査装置を通って搬送される。試験瓶が認識され、それによって、検査装置において、第２の条件が満たされているかどうか、したがって、設定されまたは読み取られた参照値と一致するかどうかがチェックされ得る。この目的のため、試験瓶は、しるし、例えば、金属製のリングまたは三重反射フォイルから形成されたリングを有し、したがって、対応する認識装置、例えば金属検知装置または光のバリヤを用いて、検査装置により試験瓶であると認識され得る。しかしながら、試験瓶の識別は、この瓶において生じた多数の欠陥によって、検査装置の制御装置によってソフトウェアを通じて認識され得る。かかる多数の欠陥が通常の１本の空き瓶において生じることは殆どありそうにないことである。したがって、もしすべてのこれらの欠陥の発生が、試験瓶に対して典型的な大きさで単一の空き瓶において認識されるならば、それは試験瓶であると結論付けられ、よって、第２の条件が満たされていることがチェックされ得る。
「閉じた容器中のパラメータ、例えば、充填レベル、圧力またはガス組成を決定するための方法」という標題の同時に出願された特許出願（出願人の参照番号：３１４５７／Ｆｕｅｌｌｓｔａｎｄｓｋ．，ＤＥ １９６ ４６ ６８５．７）には、短い磁気パルスによって励起されることにより、第１の機械的振動を引き起こす栓によってシールされた容器中の液体の充填レベルを測定するための方法が記載されている。容器中において、栓の第１の機械的振動によって励起される第２の振動は、栓と液体との間の空間中において引き起こされ、マイクロフォンによって記録され、分析される。充填レベルは、これらの第２の振動の確立された周波数から決定される。容器の内部圧力は、付加的に第１の機械的振動の分析から推定され得る。本発明による方法はまた、この場合に用いられ得る。この場合、特徴信号は、充填レベルに対する第２の振動の周波数からなっている。第１の条件は、この周波数が、一定の値、例えば、７ｋＨｚ以上であるということからなる。そして、より小さな周波数は、瓶の首部分に大きすぎる空間が存在することを示し、よって、充填レベルがかなり低いことを意味する。第２の条件は、検査装置の正確な作動に関して特徴的なものであり、試験瓶に対して特徴信号が、予め試験瓶に対して与えられた確立された参照値に一致しているということからなる。
検査装置の信頼性試験、そして特に、光学的認識システムが汚れていないことの検査に関する別の可能な方法は、側壁認識の間に、壁のコントラストをチェックするときにもたらされる。瓶の縁のコントラスト差、すなわち、明るさの差は、それを透過する光線の強い屈折に起因して黒色となって現れ、バックグラウンド光線に対して、または瓶の中央の明るさに対して決定される。この明るさの差の平均値からのずれは、認識能力の低下、よって検査装置の信頼性の低下に関する迅速な陳述を可能とする。
上で説明した本発明による方法の実施例によって、検査装置の感度が、一定の領域内において自動的に追跡され得る。特徴信号が、参照値から比較的わずかだけずれる場合、例えば、５％だけずれる場合には、試験の際に決定的な第１の条件となるしきい値または限界値は、対応する割合だけ変動する。このずれが例えば５％より大きくなったときにのみ、警告信号が発せられ、また、ずれに対するさらなるしきい値、例えば２０％が越えられたとき、検査装置は停止せしめられる。なぜなら、特定の欠陥の保証された認識はもはやなされないからである。しかしながら、もし許容し得るずれが確立されるならば、元の記録された参照値がその都度使用される。

Claims (9)

1. 順次搬送される透明材料からなる同種空き瓶が欠陥または異物を有していないかどうかを検査する検査装置の信頼性を試験するための方法であって、
   前記空き瓶それぞれの像を、認識装置によって点状に走査するステップと、
   前記走査により得られた像点の明るさを隣接する像点間で比較することによって記録された明から暗および暗から明への遷移を計数し、その個数に基づいて、前記空き瓶毎に特徴信号を発生させるステップと、
   前記特徴信号をしきい値と比較するステップと、
   前記検査装置に対して、所定数の前記空き瓶を導入した後に続けて試験瓶を導入するステップと、を有していて、さらに、
   前記検査装置に対し、前記検査装置が正常に動作している時の前記試験瓶に関する前記特徴信号を参照値として入力するステップと、
   前記試験瓶にしるしを付けることによって、前記試験瓶が前記検査装置によって試験瓶として認識されるようにするステップと、
   前記試験瓶に関する特徴信号をチェックして、前記試験瓶に関する特徴信号の前記参照値からのずれを決定するステップと、
   前記試験瓶に関する特徴信号の前記参照値からのずれに応じて、前記試験装置の信頼性を示す信号を発生させるステップと、を有していることを特徴とする方法。
2. 前記試験瓶に関する特徴信号が前記参照値からわずかだけずれたときに警告信号が発せられ、より大きくずれたときには、検査過程が中止せしめられることを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. 前記参照値は、前記検査装置が正常に動作している時の試験瓶に関する特徴信号が記録されることによって与えられることを特徴とする請求項１または２に記載の方法。
4. 前記試験瓶に関する特徴信号の前記参照値からの許容し得るずれは、所定数の前記試験瓶が前記検査装置を通過することにより前記特徴信号の再現性が確立されることによって確立され、かつ、前記所定数の試験瓶が前記検査装置を通過する間に得られた前記特徴信号が許容し得るずれの範囲内にあるように設定されることを特徴とする請求項３に記載の方法。
5. 前記特徴信号が、明るさの分布に基づいていると共に、生じた明から暗への遷移の個数に関する記述を含んでいることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の方法。
6. 前記空き瓶中の異物が認識装置によって認識されるようになっており、さらに、
   前記特徴信号および前記参照値は、前記明から暗への遷移のコントラストの分布に関する記述を含み、前記試験瓶に関する特徴信号がチェックされるとき、前記特徴信号に含まれたコントラストの分布に関する記述が、前記参照値に含まれたコントラストの分布に関する記述に一致するかどうかがチェックされることを特徴とする請求項５に記載の方法。
7. 前記検査装置に対して導入される前記試験瓶は、その軸のまわりに回転可能になっていて、その回転位置とは無関係に、常に、同一の個数の明から暗への遷移を生じさせることを特徴とする請求項１に記載の方法。
8. 前記検査装置に導入される前記試験瓶は、半径方向のパターンを備えた底を有していることを特徴とする請求項１に記載の方法。
9. 前記検査装置に導入される前記試験瓶は、その開口縁にひび割れを有していることを特徴とする請求項１に記載の方法。

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