JP4214137B2

JP4214137B2 - 容器の外形検査装置

Info

Publication number: JP4214137B2
Application number: JP2005210189A
Authority: JP
Inventors: 直広田中; 浩章満田; 実中野
Original assignee: Nihon Yamamura Glass Co Ltd
Current assignee: Nihon Yamamura Glass Co Ltd
Priority date: 2005-07-20
Filing date: 2005-07-20
Publication date: 2009-01-28
Anticipated expiration: 2025-07-20
Also published as: WO2007010635A1; JP2007024775A

Description

この発明は、ガラスびん、プラスチックボトル、金属缶などの種々の容器（以下、単に「容器」という。）について、口部や胴部などの寸法を非接触で光学的に測定するなどして容器の外形を検査する容器の外形検査装置に関する。

例えば、ガラスびんのような容器を製造するとき、その検査工程において、容器の胴部や口部の外径が適正かどうかの外形検査が行われる。例えば、容器の胴部について、へたりや伸びなどによって胴径が規定値より大きくまたは小さくなっていないかどうかを検査したり、口部について、口径が規定値から外れていないか、ネジ山の高さが規定値どおりに製造されているかどうかなどを検査したりするもので、従来は接触式の検査装置を用いてその種の検査が一般に行われていた。

前記の接触式検査装置は、ローラなどの接触子を容器の検査部位に押し付けるようにして接触させ、容器を軸回転させて接触子の変位を計測するものであるため、測定誤差が生じ易く、測定精度に劣り、接触子の摩耗などで測定精度を長く維持できないという問題があった。

上記した問題を解決するために、容器に接触子などを接触させることなく、容器の口部や胴部の寸法を非接触で光学的に測定する測定装置が提案された（例えば、特許文献１参照）。この特許文献１に記載の測定装置は、テーブル上に支持された検査対象の容器に向けてその周囲の異なる方向から照明を施す２台の照明装置と、容器を中間に挟んで各照明装置とそれぞれ対向位置させる口部撮像用および胴部撮像用の２台のカメラとを備えたものである。各カメラで容器を撮像して容器のシルエットが現れた画像をそれぞれ取得し、それぞれの画像を画像処理装置に取り込む。画像処理装置では各画像の輪郭線を抽出し、その輪郭線の位置から容器の各部の寸法を測定する。
上記した測定装置によれば、ローラなどの接触子を用いないから、高精度の測定が可能であり、しかも、長期にわたって測定精度を維持することができる。

特開２００３−２５４７２０号公報

ところで、容器には、胴径の大きいものや小さいものがあり、また、口部についても細口もあれば広口もある。そのような多種多様の容器の外形を１台のカメラで検査しようとすれば、最大径の容器が視野範囲に入るような格別大きな撮像光学系が必要となり、撮像光学系の大型化とコスト高を招く。また、そのような大型の撮像光学系を用いずに、例えば撮像光学系とテーブルの少なくとも一方を上下、左右に動かして外形を検査することも可能であるが、そのような検査装置では、検査に時間がかかるだけでなく、移動機構が複雑化かつ大型化し、外径測定の演算も著しく複雑となるとともに、検査精度も低下する。

この発明は、上記した問題に着目してなされたもので、撮像光学系が大型化することなく、また、撮像装置やテーブルを上下、左右に複雑に動かすこともなく、多種多様な容器を効率良く検査できる安価な容器の外形検査装置を提供することを目的とする。

この発明による容器の外形検査装置は、検査対象の容器を支持するテーブルと、前記テーブル上に支持された容器へ光を照射する面光源と、容器を中間に挟んで前記面光源と対向位置させる撮像装置と、前記撮像装置の視野範囲に容器の検査部位が入るように前記テーブルと前記撮像装置の少なくとも一方を昇降動作させる昇降機構とから成る。前記撮像装置は、上下複数段に配置される複数個の撮像光学系を有し、少なくとも２段目以降の各段は段毎に異なる間隔で配置される左右一対の撮像光学系によりそれぞれ構成されるとともに、各段の左右の各撮像光学系は、水平方向の視野範囲が内端部と外端部の少なくとも一方において他の段の撮像光学系の水平方向の視野範囲と重なるように位置決めされる。

この発明の上記した構成において、検査対象の容器をテーブル上に定位させるために、例えば、バキューム装置による吸引力をテーブル上の容器に作用させるとよい。また、容器の外径を周囲の複数の方向から測定するために、望ましくは、テーブルを軸回転可能に構成する。

前記面光源として、例えば、多数個のＬＥＤをマトリクス状に密に配列したものが用いられるが、ＬＥＤに代えて蛍光灯や電球を用いることも可能である。そのような面光源では、発光部の前面に拡散板が配置されて発光面が形成され、その発光面より拡散光を放射させる。なお、面光源は必ずしも拡散光を放射するものである必要はなく、指向性のある平行光を放射するものであってもよい。

上記撮像装置を構成する複数個の撮像光学系には、例えば、レンズの焦点距離などの光学特性が共通しかつ撮像素子の画素数なども一致するＣＣＤカメラが用いられる。なお、最上段は１個の撮像光学系により構成してもよく、２段目以降と同様、左右一対の撮像光学系により構成してもよい。

前記昇降機構は、典型的にはテーブルを昇降させるもので、ボールネジ機構などを用いて容易に構成できる。なお、テーブルに代えて撮像装置の方を昇降させたり、テーブルと撮像装置の両方を昇降させたりすることも可能である。

上記した構成の外形検査装置により例えば容器の外径を測定するには、まず、テーブル上に検査対象の容器を導入して支持する。つぎに、容器の検査部位の外径に応じて、複数個の撮像光学系のうち、いずれかの段の撮像光学系を選定し、その選定された撮像光学系の視野範囲に容器の検査部位が入るように昇降機構によりテーブルまたは撮像装置を昇降動作させる。
面光源からの光がテーブル上の容器に照射されると、前記撮像光学系は容器のシルエットが現れた画像を取得する。その画像の両側端部の輪郭から容器の外径が測定される。もし、前記輪郭が撮像光学系の視野範囲の内端部または外端部よりはみ出した場合、他の段の撮像光学系の視野範囲に容器の検査部位を入れ、同様の撮像および測定を行う。
各段の各撮像光学系は、水平方向の視野範囲がその内端部と外端部の少なくとも一方において他の段の撮像光学系の水平方向の視野範囲と重なっているので、検査部位の凹凸や傾きに起因して検査部位が他の段の撮像光学系の視野範囲にまたがっても、いずれかの撮像光学系によって検査部位の画像を確実に取得できる。

典型的な実施態様の撮像装置は、上下３段に配置される５個の撮像光学系を有している。最上段に位置する１個の撮像光学系に対して２段目および３段目は左右一対の撮像光学系によりそれぞれ構成されるとともに、２段目の左右の各撮像光学系は、水平方向の視野範囲がその内端部において最上段の撮像光学系の視野範囲と重なりかつその外端部において３段目の撮像光学系の視野範囲と重なるように位置決めされている。
この実施態様の構成によれば、例えばびんの検査では、大抵のびんについて検査が可能である。

この発明の好ましい実施態様の外形検査装置は、前記昇降機構の動作を制御する制御装置をさらに備えている。前記制御装置は、容器の検査部位の外径に応じていずれかの撮像光学系を選定し、その選定された撮像光学系の視野範囲に容器の検査部位が入るように前記昇降機構により前記テーブルを昇降動作させる。

また、この発明の好ましい実施態様の外形検査装置は、いずれかの撮像光学系で得られた画像を取り込んで所定の画像処理を実行する画像処理装置をさらに備えている。前記画像処理装置は、前記画像の両側端縁上の点を求め、各点の座標位置から容器の外径を算出する。

さらに、この発明の好ましい実施態様の外形検査装置は、検査対象の容器を前記テーブル上に順次導入する導入機構と、前記容器を前記テーブル上から導出する導出機構とをさらに備えている。
この実施態様によれば、検査対象の容器は導入機構によってテーブル上に次々と導入されて検査され、検査後は導出機構によってテーブル上から導出される。これにより容器の外形検査が自動化され、検査の効率化がはかられる。

この発明によると、撮像光学系が大型化することなく、また、撮像装置やテーブルを上下、左右に複雑に動かすこともなく、多種多様な容器を効率良く検査することができるとともに、安価な外形検査装置を提供することができる。

図１および図２は、この発明の一実施例である外形検査装置の全体構成を示している。
図示例の外形検査装置は、製びん工場の検査工程に導入されているもので、びん製造ラインよりランダムに抜き取られた所定本数のびんについて、その良否を判別するために、びんの口部や胴部の外径を測定している。なお、この発明の外形検査装置は、ガラスびんのみならず、プラスチックボトルや金属缶など、種々の容器の検査に適用できる。

図示例の外形検査装置は、検査対象のびんＧを直立姿勢で支持する水平な円板状のテーブル１と、前記テーブル１上へ検査対象のびんＧを１本づつ順次導入するびん導入機構３と、検査済のびんＧを前記テーブル１上より導出するびん導出機構５と、テーブル１上のびんＧについて口部および胴部の外径を測定する測定機構６とを含んでいる。同図に示されているびんＧは、図３に示すような取手付きの細口びんであり、口部１０１と胴部１０２の外径が測定される。この外形検査装置は、後述するような、他種類のびんＧ（図５〜図７）について同様の検査を行う。

前記びん導入機構３は、複数本のびんＧを整列状態で待機させかつ先頭のびんＧ１を所定のびん搬入位置Ｐまで搬入する搬入コンベヤ３０と、前記びん搬入位置ＰにあるびんＧを掴んでテーブル１上まで運ぶびん搬送機構４とを含んでいる。前記びん搬送機構４は前記びん導出機構５も兼ねており、テーブル１上の検査済のびんＧを掴んで搬出コンベヤ５０上の所定のびん搬出位置Ｑまで運ぶ。前記搬出コンベヤ５０はびん搬出位置ＱにあるびんＧを搬出するもので、この搬出コンベヤ５０と前記びん搬送機構４とでびん搬出機構５が構成されている。なお、図１において、１０，１１は搬入コンベヤ３０とテーブル１との間およびテーブル１と搬出コンベヤ５０との間にそれぞれ設けられる水平な固定テーブルである。

前記搬入コンベヤ３０の両側にはガイド板３１，３１が設けてあり、このガイド板３１に沿って複数のびんＧが一列に移動する。この搬入コンベヤ３０の下流端の手前には、先頭のびんＧ１を拘束するシャッター３２と、２番目のびんＧ２を拘束するストッパー３３とが設けられている。搬入コンベヤ３０を駆動し、ストッパー３３により２番目のびんＧ２を拘束した状態でシャッター３２を開くと、先頭位置のびんＧ１だけがびん搬入位置Ｐに向けて搬送される。前記びんＧ１がびん搬入位置Ｐに達すると、搬入コンベヤ３０が駆動を一時停止する。

前記びん搬送機構４は、一対のアーム４１，４１を開閉動作させるアーム開閉機構４０と、アーム開閉機構４０をびん搬入位置Ｐとびん搬出位置Ｑとの間で往復動させる往復動機構４５とから成る。各アーム４１の先端にはＶ字形状の把持部４４をもつハンド４３がそれぞれ取り付けられている。アーム開閉機構４０により一対のアーム４１，４１を互いに近づけることにより各ハンド４３，４３の把持部４４，４４間でびんＧが把持される。また、一対のアーム４１，４１を遠ざけることにより各ハンド４３，４３で把持されていたびんＧが解放される。

前記アーム開閉機構４０はシリンダ機構４２を駆動源とするもので、シリンダ機構４２の往復運動をラックとピニオン（図示せず。）によってアーム４１，４１の開閉運動に変換する。また、前記往復動機構４５は、モータ（図示せず。）を駆動源とするもので、モータの正逆回転をボールネジ機構４６により往復直線運動に変換してアーム開閉機構４０に伝達し、これによりアーム開閉機構４０を往復動させる。

前記テーブル１は、軸回転が可能でありかつ昇降が可能であり、中空の回転軸１２の上端に水平に取り付けられている。前記回転軸１２はフレーム１３と一体の支持筒１４の内部に軸受１５，１５を介して回転自由に支持されている。回転軸１２はモータ１６により回転駆動されるもので、回転軸１２の下端部に装着されたホイール１７とモータ１６のモータ軸に装着されたホイール１８との間にベルト１９が巻かれている。
前記フレーム１３は昇降機構２に昇降可能に支持されている。前記昇降機構２はサーボモータ２０を駆動源とし、サーボモータ２０の正逆回転をボールネジ機構２１により上下方向の直線往復運動に変換してフレーム１３に伝達し、これによりフレーム１３を昇降動作させる。

前記テーブル１の回転中心には吸気孔２６が開設されている。前記吸気孔２６は回転軸１２の内孔を通じてバキューム装置２５に連通している。前記バキューム装置２５によりテーブル１上に置かれたびんＧの底面に吸引力を作用させることによりびんＧはテーブル１上の回転中心に定位させる。

テーブル１上のびんＧを中間に挟んで測定機構６を構成する面光源７と撮像装置６０とが対向配置されている。前記面光源７によりびんＧの背後より拡散光が照射される。前記撮像装置６０はびんＧの検査部位（例えば、口部や胴部）の全体または一部分のシルエットが現れた画像を生成する。

前記撮像装置６０は、上下３段に配置された５台の撮像光学系６１Ａ〜６１Ｅによって構成されている。この５台の撮像光学系６１Ａ〜６１Ｅは、固定機台６５上に前後の支持フレーム６６，６７によって向きを揃えかつ互いに平行な状態で保持されている。前記撮像光学系６１Ａ〜６１Ｅとして、レンズの光学特性やＣＣＤの画素数が一致する同性能のＣＣＤカメラが５台用いられている。最上段には第１の撮像光学系６１Ａが位置している。２段目は左右対称位置に左右一対の第２，第３の撮像光学系６１Ｂ，６１Ｃが位置している。３段目は左右対称位置に左右一対の第４，第５の撮像光学系６１Ｄ，６１Ｅが位置している。

図４は、５台の撮像光学系６１Ａ〜６１Ｅの配置を示している。最上段の第１の撮像光学系６１Ａに対して２段目の第２、第３の各撮像光学系６１Ｂ，６１Ｃは左右に等距離だけ位置ずれさせてある。３段目の第４、第５の各撮像光学系６１Ｄ，６１Ｅはさらに左右に等距離だけ位置ずれさせてある。第１〜第５の撮像光学系６１Ａ〜６１Ｅの配置はちょうど逆Ｖ字状になっている。

同図中、６２Ａ〜６２Ｅは各撮像光学系６１Ａ〜６１Ｅの撮像領域をそれぞれ示す。各撮像領域６２Ａ〜６２Ｅは撮像素子（この実施例ではＣＣＤ）の大きさに対応している。同図において、ＶＡ〜ＶＥは各撮像光学系６１Ａ〜６１Ｅの垂直方向の視野範囲を示し、ＨＡ〜ＨＥは水平方向の視野範囲を示している。

撮像光学系の段数は、検査対象とする複数種のびんＧについて、測定すべき外径の範囲に応じて決められる。図示例の３段構成の撮像光学系６１Ａ〜６１Ｅでは、最小径の検査部位はその外形の全体が最上段の撮像光学系６１Ａの視野範囲ＨＡに収まり、その撮像光学系６１Ａによる画像から外径を測定する。最大径の検査部位はその両側端部が３段目の撮像光学系６１Ｄ，６１Ｅの視野範囲ＨＤ，ＨＥにそれぞれ収まり、その２個の撮像光学系６１Ｄ，６１Ｅによる画像から外径を測定する。
このように、びんＧの検査部位に応じて、３段の撮像光学系のうち、いずれかの段の撮像光学系を選定し、その選定された撮像光学系の視野範囲にびんＧの検査部位が入るように前記昇降機構２によりテーブル１を昇降させ、該当部位の画像を得る。

図５〜図７は、各種のびんＧについて、口部１０１および胴部１０２の外径を測定するときの撮像光学系の選定例を示している。
図５は細口の小型びんＧであり、口部１０１の全体が第１の撮像光学系６１Ａの視野範囲に、胴部１０２の両側端部が第２、第３の各撮像光学系６１Ｂ，６１Ｃの視野範囲に、それぞれ入るので、口部１０１の外径は第１の撮像光学系６１Ａの撮像領域６２Ａにおいて得られた口部１０１の全体画像から測定し、胴部１０２の外径は第２、第３の各撮像光学系６１Ｂ，６１Ｃの撮像領域６２Ｂ，６２Ｃにおいて得られた胴部１０２の部分画像から測定する。

図６は広口の中型びんＧであり、口部１０１の両側端部が第２、第３の各撮像光学系６１Ｂ，６１Ｃの視野範囲に入り、胴部１０２の両側端部も第２、第３の各撮像光学系６１Ｂ，６１Ｃの視野範囲に入るので、口部１０１および胴部１０２の外径は第２、第３の各撮像光学系６１Ｂ，６１Ｃの各撮像領域６２Ｂ，６２Ｃにおいて得られた口部１０１および胴部１０２の部分画像から測定する。

図７は広口の大型びんＧであり、口部１０１の両側端縁が第２、第３の各撮像光学系６１Ｂ，６１Ｃの視野範囲に入り、胴部１０２の両側端縁は第４、第５の各撮像光学系６１Ｄ，６１Ｅの視野範囲に入るので、口部１０１の外径は第２、第３の各撮像光学系６１Ｂ，６１Ｃの撮像領域６２Ｂ，６２Ｃにおいて得られた口部１０１の部分画像から測定し、胴部１０２の外径は第４、第５の各撮像光学系６１Ｄ，６１Ｅの撮像領域６２Ｄ，６２Ｅにおいて得られた胴部１０２の部分画像から測定する。

図４に戻って、各撮像光学系６１Ａ〜６１Ｅの垂直方向の視野範囲ＶＡ〜ＶＥは相互に離れている。一方、水平方向の視野範囲ＨＡ〜ＨＥは、１段目の撮像光学系６１Ａの視野範囲ＨＡの外端部と２段目の撮像光学系６１Ｂ，６１Ｃの視野範囲ＨＢ，ＨＣの内端部とが一定幅Ｄだけ重なり、２段目の各撮像光学系６１Ｂ，６１Ｃの視野範囲ＨＢ，ＨＣの外端部と３段目の撮像光学系６１Ｄ，６１Ｅの視野範囲ＨＤ，ＨＥの内端部とが一定幅Ｄだけ重なっている。
このように、各段の各撮像光学系は、水平方向の視野範囲がその内端部または外端部においてその上段および下段の撮像光学系の水平方向の視野範囲と重なっているので、検査部位の凹凸や傾きに起因して検査部位が上下段の撮像光学系の視野範囲にまたがっているような場合でも、いずれかの撮像光学系によって検査部位の画像を確実に取得できる。

なお、同図中、Ｈ，Ｖは撮像装置６０の水平方向および垂直方向の全視野である。検査に先立ち、キャリブレーションが実行され、全視野に対して２次元のＸＹ座標系が設定されるので、各撮像領域６２Ａ〜６２Ｅ内の点は前記ＸＹ座標によって座標（Ｘ，Ｙ）が与えられ、２点Ｓ１，Ｓ２の座標（Ｘ_１，Ｙ_１）（Ｘ_２，Ｙ_２）からは２点Ｓ１，Ｓ２間の距離Ｌを次式により算出できる。

前記面光源７は、発光部７０の前面に拡散板７５を配置して構成されており、前記拡散板７５の前面が発光面７６となっている。前記発光部７０は、図８に示すように、多数個のＬＥＤ７１をマトリクス状に整列配置して成るものである。この面光源７は、その横幅Ｌｘが少なくとも前記撮像装置６０の水平方向の全視野Ｈに、その縦幅Ｌｙが少なくとも撮像装置６０の垂直方向の全視野Ｖに、それぞれ対応させてある。

前記発光面７６は、横方向に並ぶ複数列のブロックＢＬ１〜ＢＬ１３に区分されている。図中、７２はＬＥＤ７１を実装するためのブロック毎のプリント基板であり、各プリント基板上のＬＥＤ７１はプリント基板毎に点灯または消灯のいずれかの状態に設定される。
この面光源７は、前記撮像装置６０で観測されるびんＧの画像について、そのコントラストを高め、かつ拡散光が回り込んで画像の輪郭が不明瞭となるのを防ぐために、びんＧの両側端部に対応するブロックのＬＥＤ７１が点灯し、それ以外のブロックのＬＥＤ７１が消灯する。

図９〜図１３は、検査対象のびんＧの外径に応じた面光源７の点灯状態を示す。なお、図９〜図１１に示されるびんＧは円柱状のびんであり、図１２，１３に示されるびんＧは角柱状のびんである。また、各図において、消灯するＬＥＤ７１は黒塗りで、点灯するＬＥＤ７１は白抜きで、それぞれ示してある。

図９に示す面光源７は、びんＧの面光源７との対向面の両側端縁１０３，１０４に当たる位置のブロックＢＬ４，ＢＬ５およびＢＬ９，ＢＬ１０が点灯し、その間のブロックＢＬ６〜ＢＬ８と両側のブロックＢＬ１〜ＢＬ３およびＢＬ１１〜ＢＬ１３が消灯している。すなわち、びんＧの両側端縁１０３，１０４に当たる位置を含む一定幅の領域Ｗ１，Ｗ２のみが点灯している。

図１０に示す面光源７は、びんＧの面光源７との対向面の両側端縁１０３，１０４に当たる位置のブロックＢＬ３，ＢＬ４およびＢＬ１０，ＢＬ１１が点灯し、その間のブロックＢＬ５〜ＢＬ９と両側のブロックＢＬ１，ＢＬ２およびＢＬ１２，ＢＬ１３が消灯している。

図１１に示す面光源７は、びんＧの面光源７との対向面の両側端縁１０３，１０４に当たる位置のブロックＢＬ２，ＢＬ３およびＢＬ１１，ＢＬ１２が点灯し、その間のブロックＢＬ４〜ＢＬ１０と両側のブロックＢＬ１およびＢＬ１３が消灯している。

角柱状のびんＧや楕円柱状のびんなど、びんの向きによって外径が異なるびんについては、その向きに応じて面光源７の点灯状態を変えている。すなわち、図１２に示す向きでは、びんＧの面光源７との対向面の両側端縁１０３，１０４（フラット面）に当たる位置のブロックＢＬ６〜ＢＬ８が点灯し、その両側のブロックＢＬ１〜ＢＬ５およびＢＬ９〜ＢＬ１３が消灯している。図１３に示す向きでは、びんＧの面光源７との対向面の両側端縁１０３，１０４（角部）に当たる位置のブロックＢＬ５，ＢＬ６およびＢＬ８，ＢＬ９が点灯し、その間のブロックＢＬ７と両側のブロックＢＬ１〜ＢＬ４およびＢＬ１０〜ＢＬ１３が消灯している。

この実施例では、面光源７を構成するＬＥＤ７１をブロック単位で点灯または消灯させることにより不要な拡散光が対象物のびんＧに当たらないようにしているが、面光源７の点灯・消灯を制御することに代えて、或いは、面光源７の点灯・消灯の制御と組み合わせて、図１４および図１５に示すような左右一対の２枚のシャッター８０Ｌ，８０Ｒを面光源７とテーブル１との間に配置することにより、特に、外方から無用な拡散光がびんＧに当たらないようにして、光の回り込みを防止することもできる。なお、図１４はシャッター８０Ｌ，８０Ｒを全面開放した状態を、図１５はシャッター８０Ｌ，８０Ｒを部分開放した状態を、それぞれ示している。
この実施例の場合、面光源７の全てのＬＥＤ７１を点灯状態に設定するので、前記した実施例のように発光面７６を複数のブロックに分ける必要はない。なお、図１４および図１５は、説明の都合上、発光部７０が露出した状態で示しているが、実際は一点鎖線で示す拡散板７５によって発光部７０の前面は塞がれている。

左右一対のシャッター８０Ｒ，８０Ｌの開閉動作は、ボールネジ機構を用いたシャッター開閉機構８により制御されるもので、シャッター８０Ｒ，８０Ｌ間の開放部分の開放幅ｔが自在に設定可能となっている。この実施例では、右半分のネジと左半分のネジが反対方向に切られているボールネジ８１を用いており、右半分のネジ部８１Ｒ上と左半分のネジ部８１Ｌ上にそれぞれスライダー８２Ｒ，８２Ｌをネジ送り可能に配備してある。各スライダー８２Ｒ，８２Ｌには左右のシャッター８０Ｒ，８０Ｌが一体に支持されている。モータ８３を駆動してボールネジ８１を一方向へ軸回転させると、スライダー８２Ｒ，８２Ｌが接近する方向へネジ送りされてシャッター８０Ｒ，８０Ｌが閉じる。また、ボールネジ８１を逆方向へ軸回転させると、スライダー８２Ｒ，８２Ｌが離れる方向へネジ送りされてシャッター８０Ｒ，８０Ｌが開く。

図１６は、面光源７を部分点灯して不要な拡散光が対象物のびんＧに当たらないようにした場合のびんの一側端部の画像１０５とＸ軸方向に沿う濃度分布１０６とを示している。同図において、ａがびんＧのシルエットの部分であり、ｂが面光源７の点灯部分、ｃが面光源７の消灯部分に当たる。
図１７は、面光源７を全面点灯した場合のびんの一側端部の画像１０７とＸ軸方向に沿う濃度分布１０８とを示している。同図において、ａはびんＧのシルエットの部分であり、ｂが面光源７の点灯部分に当たる。

前記画像１０５，１０７の輪郭（エッジ）について、図１６に示す濃度分布１０６と図１７に示す濃度分布１０８と対比すると、図１６に示す濃度分布１０６の方が図１７に示す濃度分布１０８より急峻であり、濃度差が顕著である。

図１８は、上記した構成の外形検査装置の制御システムの概略を示している。同図中、９は各撮像光学系６１Ａ〜６１Ｅで得られた画像を取り込み、外径測定に関わる所定の画像処理を実行する画像処理装置である。また、９０はプログラマブル・ロジック・コントローラなどから成る制御装置であり、テーブル１の回転用および昇降用の各モータ１６，２０、びん導入機構３、びん導出機構５、面光源７、シャッター開閉機構８、および前記画像処理装置９の動作を一連に制御する。

図１９は、前記制御装置９０による制御の流れを示している。同図中、「ＳＴ」はステップ（ＳＴＥＰ）の略であり、制御の流れにおける各手順を示している。
同図のＳＴ１では、検査対象のびんＧについて、外径の測定位置、各位置の外径の規格値、およびびんの検査本数が制御装置９０に取り込まれる。図２０に例示したびんＧでは、口部１０１の３カ所の外径φ１〜φ３と胴部１０２の２カ所の外径φ４，φ５が天面１０９から高さｈ１〜ｈ５の各位置で測定される。

つぎのＳＴ２では、５カ所の外径φ１〜φ５を測定するためのグループ化処理（グルーピング）が行われる。口部１０１の外径φ１，φ２の測定位置は接近し、撮像光学系６１Ａの垂直方向の視野範囲ＶＡに入るので、ひとつの画像によって測定するものとし、これを第１グループとする。他の外径φ３〜φ５の測定位置は互いに離れているので、個別の画像によって測定するものとし、第２〜第４のグループとする。

上記の準備が完了した後、びん導入機構３によって最初のびんＧがテーブル１上に搬入される（ＳＴ３）。次に、第１グループの測定処理を実行するための撮像光学系が選択され、昇降機構２が駆動して撮像光学系６１Ａの位置にびんＧの口部１０１が対応位置するようにテーブル１の高さが設定される（ＳＴ４）。

つぎに、測定部位の外径の規格値に基づき、面光源７における１３個のブロックＢＬ１〜ＢＬ１３を、ＬＥＤ７１を点灯させるブロック（以下「点灯ブロック」という。）と、ＬＥＤ７１を消灯させるブロック（以下「消灯ブロック」という。）とに分けて面光源７の点灯状態を設定し、点灯ブロックのＬＥＤ７１を全て点灯させる（ＳＴ５）。また、シャッター８０Ｌ，８０Ｒが設けられている外形検査装置では、シャッター開閉機構８を駆動してシャッター８０Ｌ，８０Ｒ間の開放幅を設定する。その後、テーブル１を回転させ、初期位置で画像処理装置９が前記撮像光学系６１Ａより画像を取り込み、所定の画像処理を実行して外径φ１，φ２が求められる（ＳＴ６〜ＳＴ８）。

図２１は、外径φの測定方法を示している。まずびんの画像において、天面のエッジ１１０を抽出し、そのエッジ１１０の傾きに沿う直線Ｌ_１を求める。なお、直線Ｌ_１の算出は、１個のびんについて、最初に１回行えばよい。次に、この直線Ｌ_１と高さｈに相当する距離だけ離れた直線Ｌ_２を求めた後、直線Ｌ_２に沿う画像の濃度分布からびんの両側端縁の点（エッジ点）Ｓ１，Ｓ２の座標（Ｘ_１，Ｙ_１）（Ｘ_２，Ｙ_２）を求める。この２個のエッジ点Ｓ１，Ｓ２の座標（Ｘ_１，Ｙ_１）（Ｘ_２，Ｙ_２）から前記した式（１）による演算を実行し、エッジ点Ｓ１，Ｓ２間の距離を外径φとして算出する。

上記した画像の取込み（ＳＴ７）および外径測定処理（ＳＴ８）は所定の回転角度（例えば５度）毎に実行され、びんの向きや外径の測定結果などに応じて面光源７の点灯ブロックと消灯ブロックとを変更する（図１２，１３参照）。ＳＴ１０では、ＳＴ８で得られた外径の測定結果から面光源７のどのブロックを点灯させ、どのブロックを消灯させるかを算出し、変更が必要であればＳＴ１１からＳＴ１２へ進み、点灯ブロックと消灯ブロックとを変更する（ＳＴ１２）。この場合、シャッター８０Ｌ，８０Ｒが設けられている外形検査装置については、ＳＴ１０，１２において、シャッター８０Ｌ，８０Ｒ間の開放幅を算出して変更することになる。なお、びんの向きによって外径が異ならない円柱状のびんについては（図９〜図１１参照）、面光源７の点灯ブロックと消灯ブロックの再設定は必要ない。

かくして、半周分の測定処理が完了すると、ＳＴ９の判定が「ＹＥＳ」となる。この時点で、半周分の５度毎の測定データを全て取得できていれば、ＳＴ１３の判定が「ＹＥＳ」となってＳＴ１５へ進む。もし、測定処理すべき次のグループが存在していれば、ＳＴ１５からＳＴ４へ戻って次ぎのグループの測定処理へ移行する。
ＳＴ１３において、半周分の測定データに欠落があると判断されたとき、すなわち、びんの画像の輪郭が水平方向の視野範囲から外れてエッジ点の座標が取得できなかったとき、外径測定処理が可能な撮像光学系（この場合、２段目の撮像光学系６１Ｂ，６１Ｃ）が選択され、昇降機構２が駆動して第２、第３の各撮像光学系６１Ｂ，６１Ｃの位置にびんＧの口部１０１が対応位置するようにテーブル１の高さが変更される（ＳＴ１４）。以下、同様の画像取込み（ＳＴ７）および外径測定処理（ＳＴ８）が、測定データが欠落した回転角度位置について実行され、全ての回転角度位置の外径測定データを得る。

全てのグループについて、同様の手順を実行して１本のびんＧの測定処理が完了すると、ＳＴ１５の判定が「ＮＯ」となり、昇降機構２によりテーブル１を下降させて元の位置に復帰させ、びん搬出機構５を駆動して検査済のびんＧをテーブル１上より搬出させる（ＳＴ１６）。
全てのびんＧについて同様の手順による外径測定処理が実行され、それが完了すると、ＳＴ１７の判定が「ＹＥＳ」となる。

なお、この実施例では、各びんＧの検査結果として、びんＧの口部１０１および胴部１０２の複数部位の外径φ１〜φ５について、半周分の取得データの最大値と最小値とを出力しているが、取得データの最大値や最小値、さらには平均値を規定値と比較し、びんの良否判別を行うようにしてもよい。

この発明の一実施例である外形検査装置の全体構成を示す平面図である。図１の外形検査装置の側面図である。検査対象のびんの一例を示す正面図である。撮像装置を構成する５台の撮像光学系の配置と各撮像光学系の撮像範囲とを示す正面図である。細口の小型びんに対する撮像光学系の選定例を示す説明図である。広口の中型びんに対する撮像光学系の選定例を示す説明図である。広口の大型びんに対する撮像光学系の選定例を示す説明図である。面光源の発光部の構成を示す正面図である。面光源におけるブロック別の点灯・消灯状態の具体例を示す説明図である。面光源の点灯・消灯状態の具体例を示す説明図である。面光源の点灯・消灯状態の他の具体例を示す説明図である。面光源の点灯・消灯状態の他の具体例を示す説明図である。面光源の点灯・消灯状態の他の具体例を示す説明図である。シャッター開閉機構の構成を示すシャッター全開状態の正面図である。シャッター開閉機構の構成を示すシャッター半開状態の正面図である。面光源の照明を制御した状態下でのびんの一側端部の画像と濃度分布とを示す説明図である。面光源の照明を制御しない状態下でのびんの一側端部の画像と濃度分布とを示す説明図である。外形検査装置の制御システムの概略を示すブロック図である。制御装置による制御の流れを示すフローチャートである。びんの外径の測定位置を示す正面図である。びんの画像よりびんの外径を測定する方法を示す説明図である。

符号の説明

１テーブル
２昇降機構
３びん導入機構
５びん導出機構
７面光源
９画像処理装置
６０撮像装置
６１Ａ〜６１Ｅ撮像光学系
９０制御装置
Ｇびん
ＨＡ〜ＨＥ水平方向の視野範囲

Claims

検査対象の容器を支持するテーブルと、前記テーブル上に支持された容器へ光を照射する面光源と、容器を中間に挟んで前記面光源と対向位置させる撮像装置と、前記撮像装置の視野範囲に容器の検査部位が入るように前記テーブルと前記撮像装置の少なくとも一方を昇降動作させる昇降機構とから成り、前記撮像装置は、上下複数段に配置される複数個の撮像光学系を有し、少なくとも２段目以降の各段は段毎に異なる間隔で配置される左右一対の撮像光学系によりそれぞれ構成されるとともに、各段の左右の各撮像光学系は、水平方向の視野範囲が内端部と外端部の少なくとも一方において他の段の撮像光学系の水平方向の視野範囲と重なるように位置決めされて成る容器の外形検査装置。
前記撮像装置は、上下３段に配置される５個の撮像光学系を有し、最上段に位置する１個の撮像光学系に対して２段目および３段目は左右一対の撮像光学系によりそれぞれ構成されるとともに、２段目の左右の各撮像光学系は、水平方向の視野範囲がその内端部において最上段の撮像光学系の視野範囲と重なりかつその外端部において３段目の撮像光学系の視野範囲と重なるように位置決めされている請求項１に記載された容器の外形検査装置。
請求項１または２に記載された容器の外形検査装置であって、前記昇降機構の動作を制御する制御装置をさらに備え、前記制御装置は、容器の検査部位の外径に応じていずれかの撮像光学系を選定し、その選定された撮像光学系の視野範囲に容器の検査部位が入るように前記昇降機構により前記テーブルを昇降動作させる容器の外形検査装置。
請求項１〜３のいずれかに記載された容器の外形検査装置であって、いずれかの撮像光学系で得られた画像を取り込んで所定の画像処理を実行する画像処理装置をさらに備え、前記画像処理装置は、前記画像の両側端縁上の点を求め、各点の座標位置から容器の外径を算出する容器の外形検査装置。
請求項１〜請求項４のいずれかに記載された容器の外形検査装置であって、検査対象の容器を前記テーブル上に順次導入する導入機構と、前記容器を前記テーブル上から導出する導出機構とをさらに備えている容器の外形検査装置。