JP4328333B2 - ガラス瓶検査装置 - Google Patents

Description

本発明は、ガラス瓶の瓶口の検査技術に係り、特に、ガラス瓶の瓶口形状に関する各種検査を高速に行うための技術に関する。

一般に、ガラス瓶の製造工程においては、製瓶機で製造されたガラス瓶がガラス瓶検査装置に導かれ、当該ガラス瓶検査装置にて欠陥の有無が検査され、所定の欠陥を有するガラス瓶が不良品として排除される。この種のガラス瓶検査装置としては、瓶口の天面の傾斜（以下、「天傾斜」と言う）を検査する天面検査装置が知られており、ガラス瓶検査装置にて天傾斜が大きいガラス瓶を排除することで、内容物の液漏れやキャッピング時のトラブルが未然に防止される（例えば、特許文献１参照）。
特開昭６４−４９９０６号公報

しかしながら、従来のガラス瓶検査装置は、瓶口の天面に板材を当接させ、その板材の傾きを板材上の複数の点と測定子や電極との距離から検出するなど、複数の測定子やセンサが必要であり、検査装置の構成が複雑であると共に、測定に時間を要するといった問題があった。
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、ガラス瓶の瓶口の不良を簡単に、かつ、高速に検査することができるガラス瓶検査装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明は、ガラス瓶の瓶口に光を照射する光照射手段と、前記光照射手段により光が照射されている瓶口を撮影する撮影手段と、前記撮影手段による撮影画像に基づいて前記ガラス瓶の良否を判定する処理装置と、を有するガラス瓶検査装置であって、前記撮影手段は、前記瓶口の奥側の縁が撮影画像に写らないように前記瓶口の手前の縁を下側から撮影する姿勢で配置され、前記瓶口の天面及びスカート部を同じ撮影画像に収めるエリアセンサカメラであり、前記処理装置は、前記撮影画像に基づいて、前記瓶口の天面上の２点を検出し、当該２点間の垂直方向の差を算出して、天傾斜を検出するとともに、前記スカート部の下端部の形状を検出してスカート出不良を検出することを特徴とする。

また本発明は、上記発明において、前記ガラス瓶を瓶軸を中心に回転させる回転手段を更に備え、前記回転手段により回転されているガラス瓶の瓶口を前記撮影手段が撮影して複数の静止画の撮影画像を出力し、前記処理装置は、前記撮影画像ごとに、前記瓶口の天面上の２点を検出して当該２点間の垂直方向の差の絶対値ΔＹを算出し、当該ΔＹを用いて次式により天傾斜を算出することを特徴とするガラス瓶検査装置。
天傾斜＝ΣΔＹ×（Ｎ／ｎ）×Ｃａ
ただし、ｎは前記瓶口の検査時に撮影された画像枚数、Ｎは瓶口の検査時に撮影し得る最大撮影画像枚数、Ｃａは定数

また本発明は、上記発明において、前記スカート部の側面上を延びる第１直線及び下面上を延びる第２直線を検出し、前記第１及び第２直線の交点を頂点とし、かつ、当該頂点から前記第２直線に沿って延びる底辺を有する矩形の検出窓を形成し、前記ガラス瓶のスカート部以外の領域が前記検出窓の領域に占める割合に基づいて、前記スカート出不良を検出することを特徴とする。

本発明によれば、ガラス瓶の瓶口の撮影画像に基づいて、瓶口の天面上の２点を検出し、当該２点間の垂直方向の差を算出して天傾斜を検出するため、複数の測定子やセンサが必要がなく、簡単かつ高速に天傾斜を検出することができる。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。
図１は、本実施形態に係るガラス瓶検査装置１の概略構成を示す図である。この図において、スライドプレート２は、ガラス瓶３の瓶底３ａを案内し、このスライドプレート２の案内面２ａには穴５があけられ、この穴５には下方から一対のローラ７が臨み、このローラ７によりガラス瓶３の瓶底３ａが回転自在に支持されている。スライドプレート２の案内面２ａ上（測定ステーションＳ）にガラス瓶３が案内されると、このガラス瓶３は一対のフリーローラ９とドライブホイール１１間に保持されて、このドライブホイール１１の駆動力によりガラス瓶３が回転される。これにより、ガラス瓶３が瓶軸Ｇを回転軸として回転される。

測定ステーションＳでは、ガラス瓶３の瓶口３ｃを挟んで光源１３と、像倍率が変化しないテレセントリックレンズ１５が装着された高速エリアセンサカメラ（以下、単に「カメラ」と言う）１７とが略同一直線上に対向配置され、光源１３からの光に照らされた瓶口３ｃの像がカメラ１７により撮影される。このとき、カメラ１７（テレセントリックレンズ１５）の光軸Ｋは水平軸Ｈよりも角度αだけ上方に傾けられており、瓶口３ｃをやや下側から撮影するようになっている。これにより、カメラ１７からみて奥側の瓶口３ｃの縁がカメラ１７に撮影されてしまうのを防止する。また、上記光源１３は、青色光を照射する青色ＬＥＤがマトリクス状に配列されて構成されている。

制御回路１００には、モータ２３が接続され、このモータ２３が制御回路１００の制御の下、上記ドライブホイール１１を駆動する。このドライブホイール１１の回転角はエンコーダ２７により検出され制御回路１００に出力される。更に、制御回路１００には、磁気式変位センサ２９が接続されており、この磁気式変位センサ２９は、ガラス瓶３の瓶底３ａを支持するローラ７の上下位置を検出する。検査回路１０１には、制御回路１００とカメラコントローラ２１とが接続され、瓶３が回転している間には、カメラ１７からの撮影信号が入力され、所定の時間間隔で静止画の撮影画像を生成し、パーソナルコンピュータ（以下、「パソコン」と言う）ＰＣに出力する。パソコンＰＣは、ディスプレイ１１０Ａを有し、撮影画像に基づいて瓶口３ｃの複数部位の形状の良否を同時に判定するものであり、本実施形態では、瓶口３ｃの天傾斜及びスカート部の出不良（以下、「スカート出不良」と言う）を判定する。

つぎに、ガラス瓶検査装置の検査動作を説明する。
ガラス瓶３が測定ステーションＳに入ると、このガラス瓶３は、ドライブホイール１１に駆動されて瓶軸Ｇ回りに回転する。この回転はガラス瓶３の胴部３ｆが基準（＝保持）となるので、仮に、ガラス瓶３の瓶底３ａに傾斜があれば、瓶底３ａの低くなった部分に当たるローラ７が押し下げられて、このローラ７は鉛直方向下方に変位する。
ガラス瓶３が瓶軸Ｇ回りに回転する間に、カメラ１７は、ガラス瓶３の瓶口３ｃを常に撮影し、この瓶口３ｃの撮影画像はカメラコントローラ２１及び検査回路１０１を介してパソコンＰＣに順次取り込まれる。そして、当該パソコンＰＣが各撮影画像に対して画像処理を施し、天傾斜及びスカート出不良を判定する。

図２はガラス瓶の瓶口を模式的に示す図である。この図に示すように、ガラス瓶３の瓶口３ｃは胴部３ｆよりも縮径し、その外周には、図示せぬキャップをねじ込むためのねじ部３ｄが形成され、その下方には封緘用のスカート部３ｄが形成されている。瓶口３ｃの天面３ｅは、良品にあっては、実線で示すように略水平に延びるものの、不良品にあっては、仮想線で示すように傾斜する。また、スカート部３ｄは、良品にあっては、その下端部５０が角張った形状となり、不良品にあっては、仮想線で示すように、角が取れて丸みを帯びた形状となる。本ガラス瓶検査装置１は、撮影画像に基づいて、天面３ｅの傾斜及びスカート部３ｄの丸みのそれぞれの度合いを検出しガラス瓶３の不良品を選別する。

天傾斜の検出について詳述すると、パソコンＰＣは、瓶口３ｃについて１枚の撮影画像を取り込む毎に次のような画像処理を実行する。すなわち、図３に示すように、パソコンＰＣは１枚の撮影画像を取り込むと、瓶軸Ｇと瓶口３ｃの天面３ｅとの交点である中心天面エッジ位置Ｐ１のＹ軸座標値Ｙｐ１を検出する。次いで、パソコンＰＣは、中心天面エッジ位置Ｐ１から下方にＹ軸に沿って所定距離Ｙｃ１だけずらした点Ｐ１ＡのＹ軸座標値Ｙｐ１Ａを決定し、この点Ｐ１Ａを通る水平線Ｌ１と瓶口３ｃの両端の交点から側面位置Ｐ２ａ、Ｐ２ｂのＸ軸座標値Ｘｐ２ａ、Ｘｐ２ｂを求める。なお、上記所定距離Ｙｃ１は天面３ｅからねじ部３ｂまでの最短距離Ｃａよりも小さい値とされており、側面位置Ｐ２ａ、Ｐ２ｂがねじ部３ｂに位置するのが防止されている。また、瓶口３ｃの側面位置Ｐ２ａ、Ｐ２ｂを求めるために、瓶軸Ｇと天面３ｅとの交点である中心天面エッジ位置Ｐ１を最初に求めたが、必ずしも天面３ｅの中心でなくとも天面３ｅのいずれかの位置が最初に特定されれば十分である。すなわち、撮影画像の略中央に瓶口３ｃが位置する場合には、撮影画像の略中央の点を通る垂直線と、瓶口３ｃの上端が交差する点を中心天面エッジ位置Ｐ１とすれば良い。

次いで、天面３ｅの２点の測定ポイントＰ３ａ、Ｐ３ｂを決定すべく、パソコンＰＣは、側面位置Ｐ２ａ、Ｐ２ｂから瓶口３ｃの中心に向けてＸ軸に沿って所定距離Ｘｃ１だけずらした点Ｐ４Ａ、Ｐ４ＢのＸ軸座標値Ｘｐ４Ａ、Ｘｐ４Ｂを決定し、点Ｐ４Ａを通る垂直線Ｌ２Ａと天面３ｅの交点、及び、点Ｐ４Ｂを通る垂直線Ｌ２Ｂと天面３ｅの交点を測定ポイントＰ３ａ、Ｐ３ｂとして求める。このように、側面位置Ｐ２ａ、Ｐ２ｂを基準とし、瓶口３ｃの中心に向けて所定距離Ｘｃ１だけずらした点Ｐ３ａ、Ｐ３ｂを測定ポイントＰ３ａ、Ｐ３ｂとすることで、瓶軸Ｇ（瓶口３ｃの中心）が正確に検出されなくとも、測定ポイントＰ３ａ、Ｐ３ｂを常に同じ位置にすることができる。

次いで、パソコンＰＣは、測定ポイントＰ３ａ、Ｐ３ｂのＹ軸座標値Ｙｐ３ａ、Ｙｐ３ｂの差分の絶対値であるΔＹ＝｜Ｙｐ３ａ−Ｙｐ３ｂ｜を算出し、これにより当該撮影画像における天傾斜が求められる。なお、このときのΔＹの値は画素数である。パソコンＰＣは、１つのガラス瓶３について撮影画像が取り込まれるごとに、各撮影画像におけるΔＹを算出し、撮影画像の取り込みが終了した場合に、各撮影画像におけるΔＹを用いて次式（１）に基づいて当該ガラス瓶３の天傾斜を算出する。

天傾斜＝ΣΔＹ×（Ｎ／ｎ）×Ｃａ （１）
ただし、ｎは今回の撮影画像枚数、Ｎは検査中の最大撮影画像枚数、Ｃａは変換定数である。

上式（１）においては、ΣΔＹによって撮影画像ごとのΔＹが加算され、変換定数Ｃａによって、ΣΔＹの値が画素数から距離の単位に変換される。このとき、ガラス瓶３の回転速度や、カメラ１７による撮影タイミングの変動等に起因して、１つのガラス瓶３に対する検査ごとに撮影画像枚数が変動した場合には、ガラス瓶ごとにΣΔＹの値が大きくずれてしまう。そこで、１つのガラス瓶３に対する撮影画像枚数（測定サンプリング回数）の変動によるΣΔＹのばらつきを吸収すべく、ΣΔＹに対して、（撮影画像枚数ｎ／最大の撮影画像枚数Ｎ）を乗ずることとしている。
以上の処理により、ガラス瓶３の天傾斜が検出され、この天傾斜が所定値以上の場合には、排除決定されることとなる。

さて、パソコンＰＣは、上記天傾斜の検出と共に、スカート出不良も検出している。このスカート出不良について詳細には、パソコンＰＣは、瓶口３ｃについて１枚の撮影画像を取り込む毎に次のような画像処理を実行する。すなわち、図４に示すように、パソコンＰＣは１枚の撮影画像を取り込むと、スカート部３ｄの側面５２上の２点であるスカート側面位置Ｐ１０Ａ、Ｐ１０Ｂを検出する。これら２点のスカート側面位置Ｐ１０Ａ、Ｐ１０Ｂを結ぶ直線Ｌ１０がスカート部３ｄの側面５２となる。なお、これらのスカート側面位置Ｐ１０Ａ、Ｐ１０Ｂとしては、スカート部５１の上方（スカート部５１の高さ寸法の上半分）を検出するのが望ましい。

次いで、パソコンＰＣは、各スカート側面位置Ｐ１０Ａ、Ｐ１０Ｂを瓶口３ｃの中心に向かってＸ軸に沿って所定距離Ｘｃ２だけずらした点Ｐ１１Ａ、Ｐ１１Ｂを求め、これらの点Ｐ１１Ａ、Ｐ１１Ｂを通過する直線Ｌ１１と、スカート部３ｄの下面５１との交点であるスカート下面位置Ｐ１２を求める。このスカート下面位置Ｐ１２を通る水平線Ｌ１２がスカート部３ｄの下面５１上を延びる線となる。次に、パソコンＰＣは、この水平線Ｌ１２（スカート部３ｄの下面５１上を延びる線）と、上記直線Ｌ１０（スカート部３ｄの側面５２上を延びる線）との交点からスカート下端部位置Ｐ１３を求める。そして、パソコンＰＣは、スカート下面位置Ｐ１２及びスカート下端部位置Ｐ１３を底辺とし、所定の高さＹｃ２を有する矩形の検出窓Ｗを生成し、この検出窓Ｗの中の画像を２値化（例えば白黒化）し、ガラス瓶３の画素数（例えば黒色の画素数）と背景の画素数（例えば白色の画素数）の比率を算出する。

詳述すると、検出窓Ｗにおいては、図５に示すように、スカート部３ｄの下端部５０が全く丸みを帯びていない場合、スカート部３ｄの側面５２が実線にて示すようにスカート下端部位置Ｐ１３まで延び、当該検出窓Ｗにおけるガラス瓶画素部分６０Ａと、背景画素部分６０Ｂとが図示のようになる。これに対して、スカート部３ｄの下端部５０が仮想線にて示すように丸みを帯びるほど、ガラス瓶画素部分６０Ａに含まれていた領域が背景画素部分６０Ｂに含まれるようになり、当該検出窓Ｗにおいて背景画素部分６０Ｂが増大する。そこで、パソコンＰＣは、検出窓Ｗに占める背景画素部分６０Ｂの画素数の割合である背景比率を算出し、背景比率が所定値以上である場合には、スカート出不良として排除決定する。なお、パソコンＰＣは、１つのガラス瓶３について撮影画像が取り込まれるごとに各撮影画像に対して上記背景比率を算出し、この背景比率が一度でも所定値以上となった場合には排除決定する。なお、各撮影画像ごとに得られた背景比率の平均値に基づいて排除決定しても良いことは勿論である。

さて、上記天傾斜検出及びスカート出不良検出の過程は、図６に示すように、パソコンＰＣのディスプレイに検査画面２００として表示される。この検査画面２００には、天傾斜として排除する閾値や、スカート出不良として排除する背景比率の閾値といった各種設定値を入力設定するための検査パラメータ設定ボタン２００Ａが設けられ、また、検査したガラス瓶の本数及び検査結果に関する情報を表示するためのインフォメーション窓２００Ｂが設けられている。このインフォメーション窓２００Ｂには、現時点までに検査したガラス瓶３の総検査本数、排除決定したガラス瓶３の総排除本数、排除率、天傾斜不良によって排除した天傾斜排除本数、スカート出不良によって排除したスカート排除本数等が表示され、ガラス瓶３がどういった欠陥によってどの程度排除されたかを認識できるようになっている。

さらに、検査画面２００には、現在の検査対象となっているガラス瓶３の撮影画像２１０が順次切り替え表示され、その下方には、各撮影画像２１０に対する検査結果として上記ΔＹ及び上記背景比率が履歴表示される。また、撮影画像２１０の隣には、最後に排除したガラス瓶３の撮影画像２１０Ａが表示される。さらに、この撮影画像２１０Ａには、排除の理由となった箇所が枠２１２で囲まれて表示されており、例えば天傾斜によって排除決定された場合には、天面３ｅが枠２１２で囲まれ、また、スカート出不良によって排除決定された場合には、スカート部３ｄの下端部５０が枠２１２で囲まれる。そして、この撮影画像２１０Ａの下方には、天傾斜及び背景比率が表示され、これにより、どの程度の欠陥がガラス瓶３の瓶口３ｃのどこに生じたかが視覚的に速やかに認識できるようになっている。

以上のように、本実施形態によれば、ガラス瓶３の瓶口３ｃの撮影画像に基づいて、瓶口３の天面３ｅ上の測定ポイントＰ３ａ、Ｐ３ｂを検出し、これらの測定ポイントＰ３ａ、Ｐ３ｂ間のＹ軸方向（垂直方向）の差であるΔＹを算出して天傾斜を検出するため、複数の測定子やセンサが必要なく、簡単かつ高速に天傾斜を検出することができる。
特に、本実施形態によれば、ガラス瓶３を回転させながら瓶口３ｃを撮影して複数の静止画の撮影画像を取得し、これらの撮影画像ごとに、瓶口３ｃの測定ポイントＰ３ａ、Ｐ３ｂ間の差であるΔＹを算出し、各ΔＹの平均値を算出して天傾斜を検出するため、回転や振動、天面３ｅの凹凸などに起因して各撮影画像のΔＹに含まれる誤差を打ち消すことができる。
なお、ガラス瓶３に対して複数枚の撮影画像を撮影する場合には、検査対象のガラス瓶３ごとの撮影画像枚数の変動による誤差を打ち消すべく、今回の撮影画像枚数と、１回の検査で撮影可能な最大撮影画像枚数とに基づいて上記天傾斜の検出値を補正することが望ましい。

また、本実施形態によれば、ガラス瓶３の瓶口３ｃの撮影画像に基づいて、瓶口３ｃに形成されたスカート部３ｄの下端部５０の形状を検出して、スカート出不良を検出するため、複数の測定子やセンサを用いることなく、簡単な装置構成により高速にスカート出不良を検出することができる。
特に、本実施形態によれば、スカート部３ｄの側面５２上を延びる直線Ｌ１０及び下面５１上を延びる直線Ｌ１２の交点を頂点（スカート下端部位置Ｐ１３）とし、当該頂点から上記直線Ｌ１２に沿って延びる底辺を有する矩形の検出窓Ｗを形成し、ガラス瓶３のスカート部３ｄ以外の領域（背景画素部分）が検出窓Ｗの領域に占める割合に基づいて、スカート出不良を検出するため、スカート部３ｄの下端部５０の形状（特に角度）を正確に検出せずとも、簡単にスカート出不良を判定することができる。

また、本実施形態によれば、カメラ１７によって瓶口３ｃを撮影し、撮影画像に基づいて、瓶口３ｃの天傾斜及びスカート出不良といった複数部位の良否を同時に判定するため、ガラス瓶３の検査が高速化され、製造スループットを向上させることができる。さらに、ガラス瓶検査装置１が複数部位を同時に検査するため、各部位ごとに検査装置を設置する必要がなく、コストを抑えることができる。

なお、上述した実施の形態は、あくまでも本発明の一態様を示すものであり、本発明の範囲内で任意に変形および応用が可能であることは勿論である。

本発明の実施形態に係るガラス瓶検査装置の構成図。 ガラス瓶の瓶口の構成図。 天面の傾斜の検出を説明するための図。 スカート部の出不良検出を説明するための図。 スカート部の出不良を説明するための図。 検査画面の一態様を模式的に示す図。

符号の説明

１ ガラス瓶検査装置
３ ガラス瓶
３ｂ ねじ部
３ｃ 瓶口
３ｄ スカート部
３ｅ 天面
３ｆ 胴部
１１ ドライブホイール
１３ 光源
１７ カメラ
Ｇ 瓶軸
ＰＣ パーソナルコンピュータ（パソコン）
Ｗ 検出窓

Claims (3)

1. ガラス瓶の瓶口に光を照射する光照射手段と、前記光照射手段により光が照射されている瓶口を撮影する撮影手段と、前記撮影手段による撮影画像に基づいて前記ガラス瓶の良否を判定する処理装置と、を有するガラス瓶検査装置であって、
   前記撮影手段は、前記瓶口の奥側の縁が撮影画像に写らないように前記瓶口の手前の縁を下側から撮影する姿勢で配置され、前記瓶口の天面及びスカート部を同じ撮影画像に収めるエリアセンサカメラであり、
   前記処理装置は、
   前記撮影画像に基づいて、前記瓶口の天面上の２点を検出し、当該２点間の垂直方向の差を算出して、天傾斜を検出するとともに、前記スカート部の下端部の形状を検出してスカート出不良を検出する
   ことを特徴とするガラス瓶検査装置。
2. 請求項１に記載のガラス瓶検査装置において、
   前記ガラス瓶を瓶軸を中心に回転させる回転手段を更に備え、
   前記回転手段により回転されているガラス瓶の瓶口を前記撮影手段が撮影して複数の静止画の撮影画像を出力し、
   前記処理装置は、
   前記撮影画像ごとに、前記瓶口の天面上の２点を検出して当該２点間の垂直方向の差の絶対値ΔＹを算出し、当該ΔＹを用いて次式により天傾斜を算出することを特徴とするガラス瓶検査装置。
   天傾斜＝ΣΔＹ×（Ｎ／ｎ）×Ｃａ
   ただし、ｎは前記瓶口の検査時に撮影された画像枚数、Ｎは瓶口の検査時に撮影し得る最大撮影画像枚数、Ｃａは定数
3. 請求項１又は２に記載のガラス瓶検査装置において、
   前記スカート部の側面上を延びる第１直線及び下面上を延びる第２直線を検出し、
   前記第１及び第２直線の交点を頂点とし、かつ、当該頂点から前記第２直線に沿って延びる底辺を有する矩形の検出窓を形成し、
   前記ガラス瓶のスカート部以外の領域が前記検出窓の領域に占める割合に基づいて、前記スカート出不良を検出することを特徴とするガラス瓶検査装置。

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