JP4324022B2

JP4324022B2 - 容器検査装置

Info

Publication number: JP4324022B2
Application number: JP2004168581A
Authority: JP
Inventors: 博彦井上; 博久鈴木; 誠関根; 新治畑澤; 康之結城; 修平川
Original assignee: Asahi Breweries Ltd; Panasonic Corp; Matsushita Electric Works Ltd
Current assignee: Asahi Breweries Ltd; Panasonic Corp; Panasonic Electric Works Co Ltd
Priority date: 2004-06-07
Filing date: 2004-06-07
Publication date: 2009-09-02
Anticipated expiration: 2024-06-07
Also published as: JP2005345423A

Description

本発明は、びんや缶のような容器に飲料や薬剤を充填した後に容器を検査する容器検査装置に関するものである。

従来から、飲料や薬剤をびんや缶のような容器に充填し、打栓するなどして密封した後に容器を検査する技術が提案されている。容器の検査には、容器の外観の欠陥（傷やラベルの位置ずれなど）の検査のほか、容器および内容物が透光性を有する場合には容器内への異物の混入の有無の検査なども含まれる。この種の検査では、コンベアのような搬送手段で容器を搬送している間にＴＶカメラのような撮像手段で容器を撮像し、撮像手段で得られた画像から検査内容の情報を読み取ることが考えられている。

ところで、搬送中の容器を検査する場合には搬送手段の側方から容器を検査することになるから、搬送手段の両側方から検査を行うとしても、容器において搬送方向の前後になる部位は検査が困難である。とくに、撮像手段により得られる画像を用いて検査を行う場合には、撮像手段の視野内では搬送方向の前後になる部位は死角になるから、検査が困難になる。また、びんや缶のような容器は断面円形のものが多いから、容器を搬送手段の側方から撮像したとすると、容器において搬送方向の前後の中間付近では撮像手段の光軸に略直交することになり容器の単位面積が画像内に占める面積は大きくなるが、搬送方向の前後の両端付近では撮像手段の光軸に略平行になり容器の単位面積が画像内に占める面積が小さくなる。すなわち、画像内における解像度が低下することになり、欠陥や異物の発見が困難になる。

この種の問題を解決するために、搬送中の容器を回転させる回転手段を設け、回転手段の前後において容器の検査を行うことが考えられている（たとえば、特許文献１、特許文献２参照）。回転手段は、外面が弾性スポンジゴムのカバーである歯付きの２本の無端ベルトを備え、容器を搬送するコンベアのような搬送手段の両側から各無端ベルトを容器の側面に接触させるように構成されている。また、各無端ベルトは容器と接触する部位では、搬送手段が容器を搬送する向きに送られており、両無端ベルトの送り速度は異ならせてある。したがって、無端ベルトの外側面と容器との間に作用する摩擦力により搬送手段による搬送方向に容器が送られ、かつ両無端ベルトの送り速度の差によって容器が回転するようになっている。回転手段による容器の回転角度は、容器が無端ベルトに接触する区間の長さおよび両無端ベルトの送り速度の差によって決まる。回転手段は、回転手段による回転前には検査の死角であった部位を回転後に検査可能にすることであるから、回転手段による容器の回転角度は、たとえば９０度に設定される。
特許第３１５３２５０号公報（第３頁左欄第２９行−右欄第３６行、図２）特開２００４−４３０８８号公報（第００３６−００４４段落、図１）

ところで、上述した特許文献１に記載の技術では、無端ベルトと容器との摩擦力によって容器に回転力を作用させるものであるから、無端ベルトの摩耗や無端ベルトの伸びなどによる接触圧の低下で、回転手段の通過前と通過後との角度差が変化することがある。しかしながら、特許文献１に記載の構成では、回転手段の通過前と通過後とにおいて容器が回転したか否かを確認していないから、容器の全周に亘って検査したことを保証できないという問題がある。場合によっては、容器が回転していないことに気付かず、回転手段の通過前と通過後とで容器の同じ位置を検査してしまう可能性もある。

たとえば、透明な容器に液体を充填し打栓した後に、撮像装置により撮像した画像を用いて容器の外観および内容物を検査する場合に、撮像装置の視野内では容器の一部が死角になり、容器の全方位の画像を得ることはできない。また、撮像装置は容器を搬送している搬送装置の側方に配置することになるから、複数台の撮像装置を用いたとしても容器の全方位の画像を得ることはできず、容器の全方位の画像を得るには容器を自転させて複数の画像を撮像しなければならない。容器を自転させる技術として特許文献１に記載の技術を採用できるものの、容器が所望角度で回転したことを確認することができないものであるから、結局は容器の全方位について検査したことを保証できず、検査漏れの生じる可能性が残される。

本発明は上記事由に鑑みて為されたものであり、その目的は、搬送中の容器を規定角度だけ回転させる回転手段を用い回転前と回転後との両方で容器を検査することにより容器の全方位の情報を得ることができるようにし、しかも、容器が回転手段で規定した角度だけ回転したことを保証して検査漏れを防止した容器検査装置を提供することにある。

請求項１の発明は、容器を搬送する搬送手段と、搬送手段による搬送中の容器の側面に両側から接触し摩擦力によって容器を送るとともに容器の両側で送り速度を異ならせることにより容器を規定した角度だけ回転させる回転手段と、回転手段による容器の回転前と回転後とにおいて容器を検査する検査手段とを備える容器検査装置において、容器の外観を撮像する撮像手段と、撮像手段により得られる画像から回転手段による容器の回転前と回転後との角度差を求める画像処理手段とを設け、容器において撮像手段により撮像される部位は回転手段が接触する側面に直交し文字・図形が表記された一面であって、画像処理手段は、当該一面の中心を中心とする直径の異なる２個の円周を設定し、両円周内の領域の画像を長方形状に展開し、展開後の画像に含まれる特定の文字・図形を特徴形状に用い、撮像手段により得られた回転手段による容器の回転前と回転後との画像からそれぞれ特徴形状を抽出し、容器の回転に伴って位置が移動した特徴形状間の距離を角度差に換算することを特徴とする。

この構成によれば、搬送手段による搬送中の容器を回転させる回転手段を用い、回転手段による回転前と回転後とにおいて容器を検査するから、容器の全方位について検査することができ、検査漏れを防止することができる。

しかも、撮像手段により撮像した容器の画像に含まれる情報を画像処理手段で抽出することにより容器の回転前と回転後との角度差を求めるから、容器が規定の角度だけ回転したか否かを非接触で検出することができる。

その上、画像処理手段において容器の画像に含まれる特徴形状を抽出し、回転手段による回転前と回転後との２つの画像から抽出した特徴形状の位置関係によって回転手段の通過前と通過後との容器の角度差を検出するから、画像内において他形状と混同の生じない特徴形状を抽出すれば、角度差を容易に検出することができる。

また、一般に、回転手段が接触する側面に直交する一面は、容器における栓、蓋、底などであり、この面の中心に容器の回転中心が通るから、上記構成によって設定した２個の円周の間の領域は容器の回転中心を中心とした円環状の領域になる。したがって、容器における栓、蓋、底などにおいて文字・図形が表記されている面を撮像し、文字・図形を特徴形状に用いることによって容器に特徴形状として用いる構成を付加することなく、既存の情報を用いることができる。しかも、円環状の領域を長方形状に展開することによって、回転手段の通過前と通過後との容器の角度差を長方形状の領域における距離に換算することができ、角度差を画像内の画素数などを用いて表すことができ、角度差が許容範囲内か否かを判断する処理が簡単になる。

請求項２の発明では、請求項１の発明において、前記画像処理手段が求めた前記角度差の時間経過に伴う変化傾向を求め、角度差の変化傾向を用いて角度差が規定した許容範囲を逸脱しないように前記回転手段から前記容器に作用する摩擦力を調節させる調節要求手段を備えることを特徴とする。

この構成によれば、角度差について時間経過に伴う変化傾向を求めており、角度差の変化傾向によって回転手段の動作を知ることができる。たとえば、回転手段は容器との接触部位が時間経過に伴って摩耗すると容器との間の摩擦力が小さくなり、角度差が時間経過とともに低下するから、時間経過に伴う角度差の変化傾向が減少傾向であって角度差が規定した閾値以下になるときには、回転手段から容器に作用する摩擦力を大きくするように調節すれば、角度差が規定した許容範囲を逸脱するのを防止することができる。摩擦力を調節する作業は、人による手作業とフィードバック制御による自動作業とのどちらを採用してもよい。つまり、角度差の変化傾向を求めて回転手段と容器との摩擦力を調節させることにより、回転手段での回転不良を未然に防止して容器の検査漏れを防止することができる。また、角度差の変化傾向によって、回転手段の性能劣化や回転手段の補修時期などを定量的に管理することが可能になる。

請求項３の発明では、請求項１の発明において、前記容器は透光性を有するびんであって、前記検査手段は、前記搬送手段の側方から容器を撮像する少なくとも１台の中央部撮像手段および複数台の周部撮像手段を有し、中央部撮像手段の光軸は容器の底面に平行かつ容器の底部を透視する位置に設定され、周部撮像手段の光軸は容器の底面に交差しかつ容器の底部側面から容器内を透視する位置に設定されていることを特徴とする。

この構成によれば、検査手段として、中央部撮像手段と周部撮像手段とを設けることによって、びんの底部における中央部と周部との検査が可能になり、中央部撮像手段と周部撮像手段との一方のみでは死角が生じるような場合でも両者を組み合わせることによって、びんの底部を死角なく検査することが可能になり、びんの内外の不良を見逃すことなく検出することが可能になる。

本発明の構成によれば、搬送手段による搬送中の容器を回転させる回転手段を用い、回転手段による回転前と回転後とにおいて容器を検査するから、容器の全方位について検査することができ、検査漏れを防止することができるという効果を奏する。また、容器において文字・図形が表記されている面を撮像し、文字・図形を特徴形状に用いることによって容器に特徴形状として用いる構成を付加することなく、既存の情報を用いることができる。しかも、円環状の領域を長方形状に展開することによって、回転手段の通過前と通過後との容器の角度差を長方形状の領域における距離に換算することができ、角度差を画像内の画素数などを用いて表すことができ、角度差が許容範囲内か否かを判断する処理が簡単になる。

以下に説明する実施形態では、透光性を有したガラス製のびん１を容器として飲料を充填し、びん１の口にキャップないし王冠を打栓した状態で、びん１の内部への異物の混入の有無を検査する場合を例として説明する。びん１は、ビールびんのように、底面の中心を通り底面に直交する仮想軸を中心とした回転体であって、仮想軸に直交する断面における外周縁が円形になっているものを想定する。検査内容は、びん１の内部への異物の混入や沈殿物の有無に限定されるものではなく、びん１の傷や汚れのようなびん１の外観上の欠陥などであっても同様の技術を適用することができる。

本実施形態では、図１に示すように、搬送手段としてのコンベア２の上に容器であるびん１を立て、びん１を一方向に次々に搬送する。びん１の搬送経路には、上述したような検査内容でびん１を検査する２つの検査ステージ３ａ，３ｂが設けられ、両検査ステージ３ａ，３ｂの間にはびん１を回転させる回転ステージ４が設けられる。また、搬送経路に沿って回転ステージ４の前後であって、各検査ステージ３ａ，３ｂと回転ステージ４との間には、それぞれ位置確認ステージ５ａ，５ｂが配置される。

回転ステージ４の前段である一方の検査ステージ３ａは、検査手段として、びん１の底部のうちの中央部を撮像する中央部撮像手段と、びん１の底部のうちの周部を撮像する周部撮像手段とを２個備える。中央部撮像手段および周部撮像手段は、コンベア２の側方に配置された面発光する照明装置３１と、照明装置３１に対してコンベア２を挟んで配置された３台のＴＶカメラ３２ａ，３２ｂ，３２ｃとからなる。したがって、検査ステージ３ａには、照明装置３１と３台のＴＶカメラ３２ａ，３２ｂ，３２ｃとの組が２組設けられる。ただし、両組ではコンベア２に対する照明装置３１の左右位置が逆になっている。つまり、一方の組ではコンベア２の進行方向に向かって左手に照明装置３１が配置され、右手にＴＶカメラ３２ａ，３２ｂ，３２ｃが配置されるのに対して、他方の組ではコンベア２の進行方向に向かって右手に照明装置３１が配置され、左手にＴＶカメラ３２ａ，３２ｂ，３２ｃが配置される。

ＴＶカメラ３２ａ，３２ｂ，３２ｃのうちの１台であるＴＶカメラ３２ｂは、照明装置３１とともに中央部撮像手段を構成し、びん１の底面に平行かつびん１の底部を透視する位置に光軸が設定されている。また、残りの２台のＴＶカメラ３２ａ，３２ｃは、照明装置３１とともに周部撮像手段を構成し、びん１の底面に交差しかつびん１の底部側面からびん１内を透視する位置に光軸が設定されている。つまり、ＴＶカメラ３２ｂはびん１の底部を水平方向から撮像し、ＴＶカメラ３２ａ，３２ｃはびん１の底部を斜め下から撮像するように配置され、しかも、ＴＶカメラ３２ａ，３２ｃはびん１の搬送方向においてＴＶカメラ３２ｂの前後に配置される。ここに、図１の左端に表記した矢印の向きを前方とする。したがって、ＴＶカメラ３２ａは、びん１の底部を下から前方上向きに撮像するように配置され、ＴＶカメラ３２ｃは、びん１の底部を下から後方上向きに撮像するように配置される。いずれのＴＶカメラ３２ａ，３２ｂ，３２ｃにおいても、照明装置３１からびん１に照射され、びん１を通過した光が入射するのであって、びん１の内部に異物や沈殿物が存在していると、当該部位の光量変化によって異物や沈殿物（以下では、異物と沈殿物とをとくに区別せず、まとめて異物と記載する）を検出することができるのである。

本実施形態の対象であるびん１の底壁１ａは、図２に示すように、びん１の内部において、中央部が周部よりも上方に盛り上がる形状に形成されている。一方、中央部撮像手段を構成するＴＶカメラ３２ｂの光軸Ａｘ１は、図２（ａ）のように、びん１の側壁１ｂに略直交しているから、照明装置３１から出射した後、びん１の底壁１ａの周部を通過する光は、底壁１ａの中央部を通過することになり、底壁１ａの中央部を通過することによる光量の低下と、底壁１ａの周部に異物Ｏｂ２が存在することによる光量の低下とを区別することができない。つまり、ＴＶカメラ３２ｂで撮像した画像を用いてもびん１の底壁１ａの周部に存在する異物Ｏｂ２を検出するのは困難である。逆に言えば、ＴＶカメラ３２ｂにより得られる画像では、びん１の底壁１ａの中央部に存在する異物Ｏｂ１のみを検出するから、ＴＶカメラ３２ｂが１台だけであても死角はほぼ生じない。

そこで、びん１の底壁１ａの周部に存在する異物Ｏｂ２を検出するために、周部撮像手段を構成する２台のＴＶカメラ３２ａ，３２ｃを配置しているのであって、各ＴＶカメラ３２ａ，３２ｃは、びん１に対して、それぞれ図２（ｂ）に示すような位置関係に配置されている。びん１の内部を通りＴＶカメラ３２ａ，３２ｃに入射する光線はびん１の内側面および外側面において屈折し、びん１の底面（水平面）に対してＴＶカメラ３２ａ，３２ｃの光軸Ａｘ２がなす角度θ１よりも、びん１の内部を通る光線がびん１の底面に対してなす角度θ２のほうが小さくなる。したがって、光軸Ａｘ２がびん１の底面に対してなす角度θ１が小さくなると、ＴＶカメラ３２ｂと同様にびん１の底壁１ａの周部に存在する異物Ｏｂ２を検出するのが困難になる。角度θ１を比較的大きく設定すれば、びん１の底壁１ａの周部に存在する異物Ｏｂ２を通る光線はびん１の底壁１ｂを通らないから、底壁１ａの周部に存在する異物Ｏｂ２を検出することが可能になる。

ただし、角度θ１が大きくなるほど角度θ２も大きくなるから、底壁１ａの周部に存在する異物Ｏｂ２を検出しようとすれば、底壁１ａの中央部に存在する異物Ｏｂ１は検出できなくなる。また、光軸Ａｘ２の上にコンベア２が重なる程度まで角度θ１が大きくなると、びん１の底部のうちの所望部位の画像を得ることができなくなり、とくに、びん１の搬送方向における前後の部位はコンベア２の幅方向の中央付近に位置しており、角度θ１を大きくするとこの部位を撮像することができなくなるから、角度θ１の選択範囲は比較的狭くなる。したがって、びん１の底壁１の周部に存在する異物Ｏｂ２の画像をＴＶカメラ３２ａ，３２ｃによって得ることができる範囲（視野角）は、１台のＴＶカメラ３２ａ，３２ｃについては１８０°よりも狭くなる。仮に、各ＴＶカメラ３２ａ，３２ｃの視野角を１４０°とし、水平面内において各ＴＶカメラ３２ａ，３２ｃの光軸Ａｘ２がＴＶカメラ３２ｂの光軸Ａｘ１に対してなす角度をそれぞれ２０°とすれば、理論上は、２台のＴＶカメラ３２ａ，３２ｃによって略１８０°の視野を得ることが可能であるが、光軸Ａｘ１と光軸Ａｘ２との角度が大きくなれば、１台のＴＶカメラ３２ａ，３２ｃの視野内にコンベア２が重なり視野が狭くなるから、１８０°の視野を得ることは困難である。

結局、びん１の底壁１ａの周部に存在する異物をＴＶカメラ３２ａ，３２ｃで得られる画像に基づいて検出するには、２組の周部撮像手段を用いるだけでは不足であって、検査ステージ３ａによる検査後に、回転ステージ４でびん１を回転させ、回転後のびん１を検査ステージ３ｂで検査することが必要になる。回転ステージ４については後述する。

回転ステージ４の後段である他方の検査ステージ３ｂは、検査手段として、びん１の底部のうちの周部を撮像する周部撮像手段を２個備えるが、検査ステージ３ａとは異なり中央部撮像手段は設けていない。これは、上述の説明で明らかなように、中央部撮像手段では死角がほとんど生じないからである。ただし、検査の確実性を向上させるために、検査ステージ３ｂに中央部撮像手段を設けてもよい。

ところで、回転ステージ４は、図３に示すように、びん１を底面の中心（上述した仮想軸）の回りに９０°回転させる機能を有している。つまり、回転ステージ４の通過前と通過後とのびん１の角度差を９０°とすることによって、検査ステージ３ａではＴＶカメラ３２ａ，３２ｃの視野内で死角になっていた部位が、検査ステージ３ｂではＴＶカメラ３２ａ，３２ｃの視野内で中央付近に位置することになり、死角のない検査が可能になるのである。

びん１を回転させる回転手段は、びん１を両側から挟むとともにびん１の側面に接触する２本の無端ベルト４１ａ，４１ｂを備え、各無端ベルト４１ａ，４１ｂをそれぞれプーリ４２ａ，４２ｂに掛け回した構成を有している。図３では各無端ベルト４１ａ，４１ｂをそれぞれ２個ずつのプーリ４２ａ，４２ｂに掛け回すとともに、びん１の側面に接触する部位において無端ベルト４１ａ，４１ｂが平行になるように配置しているが、図３は動作原理を示す模式図であるから、必ずしもこれらの条件を満たす必要はなく、必要に応じて他のプーリを設けたり、無端ベルト４１ａ，４１ｂの相対位置を変更したりすることが可能である。

無端ベルト４１ａ，４１ｂの内側面には外周面が歯車状であるプーリ４２ａ，４２ｂと噛合する歯が形成され、無端ベルト４１ａ，４１ｂはプーリ４２ａ，４２ｂに対して滑らずに駆動される。無端ベルト４１ａ，４１ｂの外側面には弾性スポンジゴムのカバーが設けられ、無端ベルト４１ａ，４１ｂとびん１の側面との間に大きな摩擦力が生じるようにしてある。また、図４に示すように、各無端ベルト４１ａ，４１ｂが掛け回されている２個のプーリ４２ａ，４２ｂのうちの少なくとも１個ずつはモータ４３ａ，４３ｂにより回転駆動される。各モータ４３ａ，４３ｂは回転速度を独立して調節することができ、したがって、各無端ベルト４１ａ，４１ｂの送り速度は独立して調節される。

各無端ベルト４１ａ，４１ｂが掛け回されている２個のプーリ４２ａ，４２ｂの間隔を調節するために、両プーリ４２ａ，４２ｂにはそれぞれねじ受け台４４ａ，４４ｂが結合され、ねじ受け台４４ａ，４４ｂにはコンベア２の幅方向（両プーリ４２ａ，４２ｂを結ぶ方向）に沿って配置されたボールねじ４５が螺合する。各ねじ受け台４４ａ，４４ｂには、コンベア２の幅方向に貫通しボールねじ４５に螺合するねじ溝を内周に有した貫通孔が形成され、各ねじ受け台４４ａ，４４ｂに形成されるねじ溝は互いに逆ねじになっている。したがって、ボールねじ４５を回転させると、ねじ受け台４４ａ，４４ｂの距離が変化し、プーリ４２ａ，４２ｂの間隔が変化するのであって、結果的にびん１に対する無端ベルト４１ａ，４１ｂの接触圧も変化する。ボールねじ４５は、調節用モータ４６により正逆に回転駆動される。

図示例では、ねじ受け台４４ａ，４４ｂをモータ４３ａ，４３ｂに結合しているが、プーリ４２ａ，４２ｂの軸受にねじ受け台４４ａ，４４ｂを結合したり、２個の架台を設けて各架台にねじ受け台４４ａ，４４ｂを設け、一方の架台にプーリ４２ａとモータ４３ａとを取り付けるとともに、他方の架台にプーリ４２ｂとモータ４３ｂとを取り付ける構成を採用することもできる。

回転手段は、従来構成と同様に、びん１の両側に接触する無端ベルト４１ａ，４１ｂの送り速度を異ならせることによって、びん１に回転力を作用させる構成を採用している。本実施形態では、両無端ベルト４１ａ，４１ｂを、びん１との接触部位において、コンベア２がびん１を搬送する向きと同じ向きに送るとともに、コンベア２の送り速度を基準速度として、一方の無端ベルト４１ａの送り速度を基準速度よりも速くし、他方の無端ベルト４１ｂの送り速度を基準速度よりも遅くする構成を採用している。また、各無端ベルト４１ａ，４１ｂの送り速度と基準速度との差は等しくしている。つまり、基準速度をＶ０とするときに、一方の無端ベルト４１ａの送り速度をＶ０＋αとし、他方の無端ベルト４１ｂの送り速度をＶ０−αとするのである。ここに、αは回転ステージ４の通過前と通過後とで所望の角度差が得られるように、びん１の直径に応じて設定される。言い換えると、異なる直径のびん１に対して同じ角度差を得る場合にはαを変更する。

回転ステージ４の通過前と通過後とにおけるびん１の回転による角度差は、無端ベルト４１ａ，４１ｂの送り速度だけではなく、びん１に対する無端ベルト４１ａ，４１ｂの接触圧、および回転ステージ４において無端ベルト４１ａ，４１ｂがびん１に接触している距離にも関係している。びん１に対する無端ベルト４１ａ，４１ｂの接触圧は、無端ベルト４１ａ，４１ｂの摩耗や伸びによって経時的に変化し、またびん１の表面状態によっても変化するから、同じ直径のびん１であっても角度差は一定にはならない。さらに、同規格のびん１であっても直径にはばらつきがあり、びん１の直径のばらつきによっても接触圧が変化し角度差にはばらつきが生じる。また、回転ステージ４においてびん１を回転させることができない場合もある。

そこで、本実施形態では、回転ステージ４の通過前と通過後とのびん１の角度差を検出し、適正な角度差が得られているか否かを検証する構成を採用している。すなわち、回転ステージ４と各検査ステージ３ａ，３ｂとの間に、上述した仮想軸の回りでのびん１の回転位置を求めるための位置確認ステージ５ａ，５ｂをそれぞれ設け、２つの位置確認ステージ５ａ，５ｂにより検出した回転位置からびん１の回転による角度差を求めている。

各位置確認ステージ５ａ，５ｂでは、位置確認手段として、びん１の上面の外観を撮像する撮像手段と、２台の撮像手段により得られる画像から回転ステージ４でのびん１の回転による角度差を求める画像処理手段とを備える。撮像手段は、回転ステージ４の通過前と通過後とにおいてそれぞれびん１の上面の無影照明を行う照明装置５１ａ，５１ｂと、各照明装置５１ａ，５１ｂと組み合わされびん１の上面を撮像するＴＶカメラ５２ａ，５２ｂとを備える。各照明装置５１ａ，５１ｂは、円環状の発光面を有したリングライトであって、びん１の上面に装着した王冠（またはキャップ）に全周に亘って斜め上方から光を照射する。このような照明装置５１ａ，５１ｂを用いることにより、びん１の上面を影ができないように照明することができる。各ＴＶカメラ５２ａ，５２ｂは、それぞれ照明装置５１ａ，５１ｂの中央に形成された貫通孔を通してびん１の上面を撮像するように配置され、したがってＴＶカメラ５２ａ，５２ｂではびん１の上面を無影で撮像する。また、両ＴＶカメラ５２ａ，５２ｂは、撮像した画像の垂直方向および水平方向がそれぞれ平行になるように配置される。もっとも、両ＴＶカメラ５２ａ，５２ｂの位置ずれ量が既知であるときには、撮像した画像の垂直方向および水平方向をそれぞれ平行にしなくとも、既知の情報を用いて画像の位置を修正すること可能である。

各ＴＶカメラ５２ａ，５２ｂにより撮像した画像には、びん１の上面に装着した王冠（キャップの場合もあるが、以下では王冠と記載する）が含まれており、王冠には文字あるいは図形が表記されているから、画像内にも文字あるいは図形（以下では、文字を用いる例を説明するが、図形を用いる場合も同様である）が含まれる。したがって、各ＴＶカメラ５２ａ，５２ｂで撮像した画像は、たとえば図５（ａ）（ｂ）のように王冠ＣＲの外観と王冠ＣＲに表記された文字ＣＨとを含む画像になる（図では王冠ＣＲの外周部および文字ＣＨを黒で表しているが、図５における黒部分は実際には白画素になるように２値化する）。この画像において、王冠ＣＲの周囲には凹凸が存在するが略円形であり、王冠ＣＲの中心は上述した仮想軸上に位置しているとみなせる。びん１の回転による角度差を求めるには、王冠ＣＲの中心を抽出し、王冠ＣＲの中心の回りでのびん１の回転位置を検出する必要がある。

本実施形態では、図６に示すように、各ＴＶカメラ５２ａ，５２ｂで撮像した濃淡画像を、マイクロコンピュータからなる画像処理装置５３ａ，５３ｂにそれぞれ入力し、画像処理装置５３ａ，５３ｂにおいて以下の処理を行うことにより、回転ステージ４の通過前と通過後とのびん１の回転による角度差を求める。画像処理装置５３ａ，５３ｂでは、まずＴＶカメラ５２ａ，５２ｂにより撮像された濃淡画像を適宜の閾値で２値化することにより２値画像を生成し（図５参照）、２値画像から王冠ＣＲの中心を求める処理を行う。王冠ＣＲの中心を求める方法としては、以下に説明する２種類の方法のいずれかを用いる。

第１の方法では、図７に示すように、２値画像において水平方向と垂直方向との直線Ｌｈ，Ｌｖをそれぞれ設定し、水平方向の直線Ｌｈを上下方向に移動させ、また垂直方向の直線Ｌｖを左右方向に移動させ、各直線Ｌｈ，Ｌｖが王冠ＣＲと接触する位置を求める（図７において矢印は直線Ｌｈ，Ｌｖの移動方向を示す）。王冠ＣＲと２本の直線Ｌｈ，Ｌｖとの各接点位置が求まれば、王冠ＣＲの中心位置を知ることができる。

第２の方法では、２値画像において王冠ＣＲの重心を求め、重心位置を王冠ＣＲの中心位置とみなす。王冠ＣＲには文字ＣＨが含まれているが、大抵の場合には重心位置を王冠ＣＲの中心位置とみなしても大きな誤差が生じることはない。ただし、文字ＣＨの配列によっては、王冠ＣＲの重心位置と王冠ＣＲの中心位置とのずれが大きくなる場合もあるから、重心位置を求めることによって王冠ＣＲのおよその中心位置を求めた後に、第１の方法を実施して中心を求めるのが望ましい。王冠ＣＲの直径は既知であるから、王冠ＣＲのおよその中心位置を求めた後に第１の方法を実施する場合には、直線Ｌｈ，Ｌｖを移動させる領域を狭くすることができ、背景に含まれるノイズの影響を受けにくくなる上に、領域が制限されることによって短時間での処理が期待できる。

上述のように、王冠ＣＲの中心を求めた後には、画像処理装置５３ａ，５３ｂにおいて、図８（ａ）に示すように、王冠ＣＲの中心Ｐｃを中心とし直径の異なる２個の円周Ｃ１，Ｃ２を設定する。各円周Ｃ１，Ｃ２の直径は王冠ＣＲに表記されたいずれかの文字ＣＨが両円周Ｃ１，Ｃ２の間の領域に含まれるように設定する。画像処理装置５３ａ，５３ｂでは、２個の円周Ｃ１，Ｃ２の間の円環状の領域Ｄｃを、図８（ｂ）（ｃ）のように長方形状の領域Ｄｄに展開する。図８（ａ）に示す円環状の領域Ｄｃを図８（ｃ）のような長方形状の領域Ｄｄに展開すると、円環状の領域Ｄｃの内側ほど大きく拡大されるから、文字ＣＨは歪むことになる。ただし、びん１の回転位置にかかわらず文字ＣＨの歪み方は同じであって、円環状の領域Ｄｃのどの位置を端縁として展開するかにかかわらず長方形状の領域Ｄｄに展開した後の文字ＣＨの形状は略同じになる。

円環状の領域Ｄｃは、たとえば王冠ＣＲの中心から上方に延長された直線Ｌｃを一方の端縁として長方形状の領域Ｄｄに展開されるから、びん１の回転位置によっては直線Ｌｃにより文字ＣＨが分断されることがある。そこで、本実施形態では、長方形状の領域Ｄｄの他方の端縁を直線Ｌｃとは異なる位置に設定した直線Ｌｄとし、直線Ｌｃと直線Ｌｄとの角度を、たとえば４５°に設定することで、円環状の領域Ｄｃにおける両直線Ｌｃ，Ｌｄの間の範囲が、長方形状の領域Ｄｄの両端部に重複して現れるようにしている。つまり、円環状の領域Ｄｃの４０５°分が長方形状の領域Ｄｄに展開されたことになる。このように長方形状の領域Ｄｄの両端部において同じ文字ＣＨが重複して現れるようにしているから、円環状の領域Ｄｃに含まれるすべての文字ＣＨは、少なくとも１回は分断されることなく長方形状の領域Ｄｄの中に出現することになる。

上述したように、円環状の領域Ｄｃを長方形状の領域Ｄｄに展開すると、円環状の領域Ｄｃにおける角度は長方形状の領域Ｄｄにおける長さ寸法に対応することになる。２台のＴＶカメラ５２ａ，５２ｂを用いて得られる画像からびん１の回転による角度差を求めるには、長方形状の領域Ｄｄにおいて基準となる特徴形状の位置を比較することが必要である。王冠ＣＲには文字ＣＨが表記されているから、文字ＣＨのうち王冠ＣＲに１回だけ使用され、かつ他との混同が生じない文字ＣＨを特徴形状に用いることによって、びん１の回転による角度差を求めることが可能になる。

画像処理装置５３ａ，５３ｂでの文字ＣＨの位置の検出には、テンプレートマッチングの技術を用いる。すなわち、特徴形状に用いる文字ＣＨを長方形状の領域Ｄｄに展開したときの形をテンプレートに用い、長方形状の領域Ｄｄの中でテンプレートとの類似度が最大になる位置を求める。テンプレートは、汚れ、凹み、欠けのような欠陥のない良品についてＴＶカメラ５２ａ，５２ｂで実際に撮像した画像を用いて作成する。なお、特徴形状に用いる文字ＣＨは１個だけではなく、複数個を用いるようにしてもよく、複数個の文字ＣＨを特徴形状に用いる場合には、後述のようにして各文字ＣＨから得られる角度差の平均値をびん１の回転による角度差として採用すればよい。

各画像処理装置５３ａ，５３ｂにおいて、各ＴＶカメラ５２ａ，５２ｂで得られた画像から特徴形状の位置が抽出されると、長方形状の領域Ｄｄの一方の端縁から特徴形状までの距離（画素数）ｎ１と、長方形状の領域Ｄｄにおける３６０°分の距離（画素数）ｎ０との比を用いることにより、円環状の領域Ｄｃを長方形状の領域Ｄｄに展開する際に設定した直線Ｌｃを基準線としたときの特徴形状の位置までの角度θを求めることができる。すなわち、θ＝（ｎ１／ｎ０）×３６０°になる。

各画像処理装置５３ａ，５３ｂにおいてそれぞれ角度θを求めると、両角度θの差分を求めることによって、角度差Δθを知ることができる。いま、各画像処理装置５３ａ，５３ｂでそれぞれ角度θ１，θ２が得られたとすると、角度差ΔθはΔθ＝θ２−θ１であるから、両画像処理装置５３ａ，５３ｂで求めた角度θ１，θ２をＰＬＣ（プログラマブルロジックコントローラ）を用いて構成された演算処理ユニット５０に与え、演算処理ユニット５０において角度差Δθを求める演算を行う。つまり、画像処理手段は、画像処理装置５３ａ，５３ｂおよび演算処理ユニット５０の一部によって構成される。ただし、画像処理装置５３ａ，５３ｂに代えて２台のＴＶカメラ５２ａ，５２ｂで共用する画像処理装置を設け、画像処理装置において角度差Δθを求める演算も行うようにしてもよい。

演算処理ユニット５０は、撮像手段と画像処理手段とで構成される位置確認手段で検出された角度差Δθが規定した許容範囲を逸脱すると通知信号を発生する機能も備える。すなわち、演算処理ユニット５０では、角度差Δθを求めた後、角度差Δθが規定した許容範囲９０°±ψであるか否かを判断する。ここに、角度ψは、両検査ステージ３ａ，３ｂに設けたＴＶカメラ３２ａ，３２ｃで死角のない検査が可能になるように設定される。本実施形態では、角度差Δθが許容範囲９０°±ψを逸脱した場合には、演算処理ユニット５０は、びん１の検査において死角が生じると判断し、排出装置６に対して通知信号を発生する。

排出装置６は、図３に示すように、コンベア２の側方に配置されており、びん１をコンベア２から外に突き出すプランジャ６１を備える。排出装置６では演算処理ユニット５０から通知信号を受け取ると、当該通知信号を発生したびん１をコンベア２から側方に突き出して排出させる。なお、通知信号は排出装置６への指示に用いるだけではなく、視覚的ないし聴覚的な報知手段を通知信号により駆動するために用いてもよい。

ところで、上述したように回転ステージ４においては、稼働時間の経過とともに無端ベルト４１ａ，４１ｂに摩耗や伸びが生じてびん１との接触圧が低下する。したがって、回転ステージ４においてびん１を回転させたときの角度差Δθは稼働時間の経過に伴って徐々に減少する。そこで、演算処理ユニット５０には、角度差Δθの履歴を保存する記憶手段を設けてあり、記憶手段に格納した履歴を用いて角度差Δθの時間経過に伴う変化傾向の監視機能を持たせてある。実際には角度差Δθは、すべてのびん１について求めているから、所定本数のびん１について角度差Δθを求めるたびに角度差Δθの平均値（つまり、移動平均値）を求め、初期値と比較して規定した閾値以上の変化が生じたときには、角度差Δθが上述した許容範囲９０°±ψを逸脱する可能性があると判断し、びん１に対する摩擦力を調節するようにしてある。すなわち、上述した調節用モータ４６を駆動することによりびん１を挟んでいる無端ベルト４１ａ，４１ｂの間隔を狭めたり、無端ベルト４１ａ，４１ｂの送り速度を高めたりする。したがって、演算処理ユニット５０は、無端ベルト４１ａ，４１ｂからびん１に作用する摩擦力を調節させる調節要求手段としても機能する。このような調節を行うことによって、経時変化によって角度差Δθが許容範囲９０°±ψを逸脱するのを抑制することができる。

なお、上述のように無端ベルト４１ａ，４１ｂの間隔を調節用モータ４６で自動的に調節するもののほか、角度差Δθが許容範囲９０°±ψを逸脱したことを通知信号を用いて使用者に報知し、使用者の作業により無端ベルト４１ａ，４１ｂの間隔を調節する構成を採用してもよい。また、履歴によって角度差Δθの経時的な変化を知ることができるから、無端ベルト４１ａ，４１ｂの交換時期を判断して使用者に通知する構成とすることも可能である。

上述の構成例では、容器としてガラス製のびん１を用いたが、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）を用いた容器などでもよく、容器の形状についてもとくに制限はない。また、上述の構成例では、ＴＶカメラ４２ａ，４２ｂ，４２ｃ，５２ａ，５２ｂにより撮像して得られる画像として、モノクロの濃淡画像を想定しているが、カラー画像であってもよい。さらに、演算処理ユニット５０にＰＬＣを用いる例を示したが、マイクロコンピュータを備える他の装置によって実現してもよい。

本発明の実施形態を示す平面図である。同上における検査ステージの原理説明図である。同上の要部平面図である。同上の要部断面図である。同上の動作説明図である。同上のブロック図である。同上の動作説明図である。同上の動作説明図である。

符号の説明

１びん
２コンベア
３ａ，３ｂ検査ステージ
４回転ステージ
５位置確認ステージ
６排出装置
３１照明装置
３２ａ，３２ｂ，３２ｃＴＶカメラ
４１ａ，４１ｂ無端ベルト
４２ａ，４２ｂプーリ
４６調節用モータ
５０演算処理ユニット
５１ａ，５１ｂ照明装置
５２ａ，５２ｂＴＶカメラ
５３ａ，５３ｂ画像処理装置

Claims

容器を搬送する搬送手段と、搬送手段による搬送中の容器の側面に両側から接触し摩擦力によって容器を送るとともに容器の両側で送り速度を異ならせることにより容器を規定した角度だけ回転させる回転手段と、回転手段による容器の回転前と回転後とにおいて容器を検査する検査手段とを備える容器検査装置において、容器の外観を撮像する撮像手段と、撮像手段により得られる画像から回転手段による容器の回転前と回転後との角度差を求める画像処理手段とを設け、容器において撮像手段により撮像される部位は回転手段が接触する側面に直交し文字・図形が表記された一面であって、画像処理手段は、当該一面の中心を中心とする直径の異なる２個の円周を設定し、両円周内の領域の画像を長方形状に展開し、展開後の画像に含まれる特定の文字・図形を特徴形状に用い、撮像手段により得られた回転手段による容器の回転前と回転後との画像からそれぞれ特徴形状を抽出し、容器の回転に伴って位置が移動した特徴形状間の距離を角度差に換算することを特徴とする容器検査装置。
前記画像処理手段が求めた前記角度差の時間経過に伴う変化傾向を求め、角度差の変化傾向を用いて角度差が規定した許容範囲を逸脱しないように前記回転手段から前記容器に作用する摩擦力を調節させる調節要求手段を備えることを特徴とする請求項１記載の容器検査装置。
前記容器は透光性を有するびんであって、前記検査手段は、前記搬送手段の側方から容器を撮像する少なくとも１台の中央部撮像手段および複数台の周部撮像手段を有し、中央部撮像手段の光軸は容器の底面に平行かつ容器の底部を透視する位置に設定され、周部撮像手段の光軸は容器の底面に交差しかつ容器の底部側面から容器内を透視する位置に設定されていることを特徴とする請求項１記載の容器検査装置。