JP4508848B2 - 異物検出方法 - Google Patents

Description

本発明は、透明性を有した容器内に充填された液体内に存在する気泡を除去し、当該溶液内の異物の有無を検知・検出するための方法に関するものである。

これまで、光透過性を有した容器内に充填させた液状物質内の異物検査において気泡が混在した場合、気泡を異物と判断するため、一般的には気泡が抜けるまで製品を放置し、気泡が抜けたことを確認した後、カメラにて撮影した画像から異物の有無を判定することが行なわれてきており、大量に生産される中では製品の保管場所が必要になり、充填後、すぐに検査・包装・出荷が行なえないという問題点があった。
そこで、充填された液体中に存在する気泡を、超音波を用いて強制的に消去させる装置が種々開発されてきている（例えば下記の特許文献１〜２等）。
特開平６−１９１５９５号公報 特開平７−２９１３９５号公報

しかしながら、上記特許文献１及び２に記載されている泡消去装置はいずれも、容器を閉栓する前に、容器の開口部の上方に配置させた振動板又は反射板から超音波を容器の開口部に向けて放射して消泡を行なうものであるが、このような装置の場合には、超音波は指向性が非常に強いために、振動板又は反射板の直下でしか泡が消去せず、また、開口部の口径が小さい容器では消泡に必要な超音波が容器の中に入らずに十分な消泡効果が得られないことがあり、更には、未だ閉栓が行なわれていないために異物が混入する恐れがある等の問題点があった。

一方、容器内に密封された液体に混入している異物を検出する装置についても種々提案されてきている（例えば下記の特許文献３〜４等）。
特開平８−２４０５４０号公報 特開平８−１５９９８９号公報

上記特許文献３及び４に記載されている検査装置はどちらも、気泡除去を行なった後の液体容器内の液体中の異物を高速度で検査するのには適しているが、気泡除去工程を行なうための構造部分を有していない。
このように、これまで、液体充填〜閉栓〜気泡除去〜異物検出という一連の工程を行なうのに適した装置及び方法は提案されていないのが現状である。

本発明は、透明容器内に充填された液体内に存在する気泡を効果的に除去することができ、液体充填〜閉栓〜気泡除去〜異物検出という一連の工程の中で、液体充填後、一度容器の上部側を保持してからは異物検出工程まで保持した状態を開放せずに、溶液内の異物検出を行う方法を提供することである。

上記課題を解決可能な本発明の異物検出方法は、透明容器内に充填された液体内に存在する気泡を除去し、当該溶液内の異物検出を行うための方法であって、当該方法が、
工程Ａ：液体が充填された後の前記透明容器の上部側に存在する開口部を閉栓した後、当該透明容器の上部側の位置をチャックにてつかみ、チャックでつかんだ状態のままの前記透明容器を、槽内に液体が入れられた液槽の上面を覆うようにして配置されたフィルムシートの上方から当該フィルムシートを下方側に押さえつけるようにして浸漬させ、前記フィルムシートが当該透明容器に密着した状態とし、前記液槽内に取り付けられた振動板を超音波振動させて、充填された液体内に存在する気泡を除去する工程と、
工程Ｂ：前記工程Ａにより気泡除去を行った後の透明容器を、当該透明容器の上部側の位置を前記チャックでつかんだ状態のまま、前記液槽から取り出した後、ライン状に配列された複数のセンサで画像情報として検知して複数の画像情報信号を出力し、当該複数の画像情報信号を処理する異物検出センサを用いて時間をずらして少なくとも２回撮影し、先に撮影された画像と後で撮影された画像を比較することにより異物の移動の有無を検知する工程とを含むことを特徴とし、この方法の場合には、容器の周囲に付着した液体を除去する乾燥工程が不要である。

更に、本発明は、上記の異物検出方法の前記工程Ａにおいて、前記透明容器を、当該透明容器の中心軸方向の長さの６０〜１００％の長さに相当する部分が液体中に沈むようにして浸漬させることを特徴とするものである。
又、本発明は、前記工程Ｂにおいて、前記透明容器内の液体を流動させた状態にて、当該透明容器の中心軸に対して３０〜９０°の角度で交差する方向から前記異物検出センサにより撮影を行なうことを特徴とするものでもある。

本発明の方法を用いた場合には、液体充填によって液体中に生じた気泡を超音波振動によって短時間でほぼ完全に除去できるので、容器を静置して気泡を除く工程が不要であり、液体充填から異物検出までの時間を短縮することができ、気泡を異物と判断することもなく、高速度で高精度な異物検出が行なえる。又、透明容器内に液体を充填した後、一度容器の上部側を保持してから異物検出を行なうまで、この状態が維持されるために、連続して気泡除去工程と異物検出工程が行なえるという利点もある。

まず、本発明の異物検出方法の各工程について説明する。
図１及び図２は、本発明の異物検出方法の各工程における状態の一例を示す図であり、本発明における工程Ａを行なう前の工程としては、一般に、エア洗滌及び／又は放射線殺菌により内部洗滌された透明容器１の開口部に上方から充填ノズル６を降下させて液体を加圧充填するが、この際に液体中に微細な気泡が生じ、図１及び図２においては液体中に存在する気泡を小さな丸で表している。尚、本発明における透明容器１とは、透明性を有する材質より成るものを広く意味し、その材質が限定されるものではなく、その形状についても、図１及び図２に示されるようなビン状のものに限定されない。
そして、本発明における工程Ａでは、この後、透明容器１の開口部の位置にキャップ２を位置させ、チャック３を用いて閉栓を行なう。この際、透明容器１の閉栓は、キャップ２を回転させて螺子留めすることによってなされても、キャップ２を上方からの押し込むことによってなされても良く、チャック３は、透明容器１の開口部をキャップ２により閉栓するキャップ機能を有し、キャップ２の位置がチャック３により確実につかんだ状態で保持できればよい。但し、本発明では、透明容器１がガラス製アンプルであっても良く、この場合には、キャップ部材を使用せずにアンプル上部側を溶融して閉栓がなされ、チャック３は、透明容器１の上部側を保持可能な構造を有していればよい。

更に、本発明における工程Ａでは、閉栓が完了した透明容器１を、チャック３により容器上部側（キャップ部分）をつかんだ状態のまま、液槽９の上面を覆うようにして配置させたフィルムシート１１を押し下げるようにして液槽９中に浸漬させ、液圧によりフィルムシート１１が透明容器１に密着した状態とし（図３参照）、この状態において、振動板４を超音波振動させることにより透明容器１内の液体に超音波を伝達させ、充填された液体内に存在する気泡を除去する（図３中の透明容器内の小さな丸は気泡を示している）。本発明では、フィルムシート１１を用いることにより、透明容器１への液体の付着を回避することができる。一般的に、透明容器１内の気泡を除去するのに要する時間は１０秒〜２０秒程度で十分である。尚、本発明では、気泡の除去効率を高めるために、透明容器１を振動板４と共に前後左右に揺動させて透明容器１内の液体を動かせながら超音波振動を与えることが好ましい。
本発明では、超音波による気泡除去を行なう際、基板となる板上に振動板４をバネ又はワイヤで浮かした状態で取り付け、この上に透明容器１を載置し、超音波振動させて気泡を除去する構造を有した装置を用いても良く、あるいは、基板となる板上に振動板４をバネ又はワイヤで浮かした状態で取り付け、更にこの振動板４に側面板を取り付け、透明容器１に対し、振動効率を高めて気泡を除去する構造を有した装置を用いても良い。又、基板となる板上にカゴや袋状ケースをバネ又はワイヤで浮かした状態で取り付け、透明容器をカゴ又は袋状ケースに入れ、透明容器全体に超音波振動が伝わり、気泡除去が早くなる構造を有した装置を用いても良い。
本発明の工程Ａにて使用されるフィルムシートの材質等は、透明容器１の外周面にある程度密着可能なものであれば特に限定されないが、一般的には２０μｍ程度の厚みを有したポリエチレン製フィルムが好適である。図３においては、フィルムシート１１は巻取りロールにて供給され、一定時間使用した後に透明容器１との接触部分を移動させて順次一定方向に巻き取る構造となっており、一方向に完全に巻き取った後には逆方向へ巻き取りが開始されるようになっている。図３において、フィルムシート１１を支えるローラー１０は、フィルムシートに傷を付けない材質より成るものであればよいが、透明容器１が液槽９から引き上げられた時点でフィルムシートが巻き戻る際に液体８がフィルムシートに付着しているのを除去する役目も行なうために、吸水性のある材質より成ることが好ましく、例えばスポンジ製のローラーが好適である。
尚、図２及び図３に例示した液槽９では、振動板４が槽の側壁に取り付けられているが、槽の底面に取り付けられた液槽９を用いても良く、本発明では、振動板４を超音波振動させることによって、液体８を介して透明容器１内に充填された液体内の気泡を除去する。この際、透明容器１内の気泡を除去するのに要する時間は一般的に３秒〜１０秒程度で十分である。この際、気泡の除去効率を高めるために、透明容器１を液槽９内で前後左右に揺動させて透明容器１内の液体を動かせながら超音波振動を与えることが好ましい。

本発明の異物検出方法における工程Ｂでは、透明容器１内の異物の有無を検知する異物検出センサ５として、ライン状に配列された複数のセンサで画像情報として検知して複数の画像情報信号を出力し、当該複数の画像情報信号を処理する機能を有するものを使用し、前記工程Ａにより気泡除去を行った後の透明容器１を、キャップ２の位置をチャック３でつかんだ状態のまま、液体の入った部分を、時間的間隔をあけて少なくとも２回撮影し、先に撮影された画像の画像情報信号と、後で撮影された画像の画像情報信号を比較して、溶液中の異物の有無を検知する。即ち、透明容器１の表面又は内部にキズがあった場合には、先に撮影された画像におけるキズの位置と、後で撮影された画像におけるキズの位置は変動せずに同じであるが、充填された液体中に異物が混入していた場合には、重力落下や容器内での液体の流動によって、先に撮影された画像における異物の位置と、後で撮影された画像における異物の位置が変動し、これを検知することによって、異物が存在しているか否かを判断することができる。本発明の工程Ｂで使用するに適した検査システムとしては、立体検査に適した焦点深度が深いカメラシステムが使用され、例えば株式会社テクノスの５０００Ｋが使用できる。

本発明では、このような透明容器１の撮影（撮像）を行なう際、液体内の異物の移動を強制的に生じさせるために、透明容器１を中心軸を回転軸として回転させ、液中心部に渦ができた状態としてから一時回転を停止させて異物が動いている状態としてから、図１に示されるようにして、透明容器１の中心軸に対して３０〜９０°の角度（図中の角度θ）、好ましくは４５°の角度で交差する方向から異物検出センサ５により撮影を行なうことが好ましく、液体内の異物の移動は、チャックを支点として透明容器を揺動させることによってなされても良い。尚、透明容器の回転速度は適宜選択できるが、一般的には６０回転／分程度であり、図１中の符号７は、異物検出精度を高めるために透明容器１内を照らす照明装置である。
このようにして透明容器１を軸回転させるには、透明容器１を保持したチャック３が、Ｘ，Ｙ，Ｚ方向にそれぞれ移動可能な機能を有したロボットアームに取り付けられ、これにより容器の回転及び転倒が行なえることが好ましい。このようなロボットアームによりＸ，Ｙ，Ｚ方向へのそれぞれの移動が可能な場合には、撮像時に被写体（透明容器）の固定ができ、搬送システム構造が容易となってシステムの小型化が可能となり、Ｘ，Ｙ，Ｚ方向への移動時に持ち替えを行なったり方向変更を行なうのに時間がかからず、検査時間を短縮することができる。

尚、本発明の工程Ｂにおいて使用される異物検出センサ５は、画像取り込み可能なＣＣＤカメラ又は同等機能を有し、透明容器中の遠近にかかわらずあらゆる場所にある全ての異物を１台のカメラで検知することができるものであり、回転させるのに適していない形状の透明容器に対しても中心軸又はチャックを支点として９０°〜１８０°の角度で透明容器を左右又は前後に揺動させて異物を移動させ、異物検知ができるものであれば良く、異物判定部においては、カメラ部にて取り込まれた画像から、画像処理及び波形処理にて画素間にまたがる異物の大きさを、画素間にまたがらない異物と同じ合否判定が可能なソフトを有している。

上記の工程Ｂが終了した後、異物の混入が検知された製品を除去するための不良品選別を行い（図１参照）、正常品についてはラベラーを用いてラベル貼付した後、ＣＣＤカメラで外観検査（ラベルが正しく貼付されているかを検査）して包装・梱包される。不良品を取り除く際には、図１に示されるようにして不良品を落下させるのが一般的であるが、不良品選別工程はこれに限定されるものではない。

このような超音波照射により透明容器内の液体の気泡除去をする場合の条件として、液槽の体積は処理要求能力に関係するが、できるだけ発振効率を高めるため、超音波振動板４の有効面積以内で、透明容器の気泡除去処理が可能な大きさにする必要がある。同時に液槽の壁が近すぎても、振動効率が低下することがあるので適正な大きさが必要となり、振動板の大きさの５倍以内が適正である。又、振動板４の取付場所は並列処理したい場合には、液槽の底面に取り付ける必要があるが、直列処理の場合は、液槽の側壁面に取り付けるのが有効である。更に、透明容器１を液体に浸漬させて超音波振動を与える際、気泡の除去効率を高めるには、透明容器１の中心軸方向の長さの６０〜１００％の長さに相当する部分が液体中に沈むようにして浸漬させることが好ましく、液槽９は、透明容器内の液体高さの約６０％〜１００％が液体８中に浸漬されるになるように、透明容器１に対して上下動可能な機構を有することが好ましい。尚、透明容器１の側面（外周面）と液槽９内に設けられた振動板４との適正間隔は、透明容器１の長手方向の寸法の３倍以内とし、液体８の粘性により調整できることが好ましく、又、透明容器１を連続して液槽９内を通過させる場合、気泡の除去効率を高めるために、透明容器１を進行方向に対して左右又は前後に振らすか、あるいは、透明容器１に瞬間的にショックを与えながら振動板４からの振動を受けるようにすることが好ましい。

本発明の異物検出方法では、閉栓した後に透明容器の上部側の位置をつかんだ状態のまま開放することなく強制的に超音波照射によって気泡除去が行なわれ、精度良く異物検査が行なわれ、短時間での検査包装出荷が可能である。
又、上述の本発明の異物検出方法は、各種透明容器内の異物検査に用いることができ、特に各種小型プラスチック容器、アンプルやバイアル瓶などの透明容器内の薬液（例えば目薬など）内に混入した異物を検出するのに好適である。

本発明の異物検出方法（乾式法）の各工程における状態の一例を示す図である。 本発明の異物検出方法（湿式法）の各工程における状態の一例を示す図である。 透明容器１が液体８と直接接触するのを防ぐために、透明容器１の外周面にフィルムシート１１を密着させ、この状態で超音波振動により気泡除去を行なう際の状態の一例を示す図である。

符号の説明

１ 透明容器
２ キャップ
３ チャック
４ 振動板
５ 異物検出センサ
６ 充填ノズル
７ 照明装置
８ 液体
９ 液槽
１０ ローラー
１１ フィルムシート

Claims (3)

1. 透明容器内に充填された液体内に存在する気泡を除去し、当該溶液内の異物検出を行うための方法であって、当該方法が、
   工程Ａ：液体が充填された後の前記透明容器の上部側に存在する開口部を閉栓した後、当該透明容器の上部側の位置をチャックにてつかみ、チャックでつかんだ状態のままの前記透明容器を、槽内に液体が入れられた液槽の上面を覆うようにして配置されたフィルムシートの上方から当該フィルムシートを下方側に押さえつけるようにして浸漬させ、前記フィルムシートが当該透明容器に密着した状態とし、前記液槽内に取り付けられた振動板を超音波振動させて、充填された液体内に存在する気泡を除去する工程と、
   工程Ｂ：前記工程Ａにより気泡除去を行った後の透明容器を、当該透明容器の上部側の位置を前記チャックでつかんだ状態のまま、前記液槽から取り出した後、ライン状に配列された複数のセンサで画像情報として検知して複数の画像情報信号を出力し、当該複数の画像情報信号を処理する異物検出センサを用いて時間をずらして少なくとも２回撮影し、先に撮影された画像と後で撮影された画像を比較することにより異物の移動の有無を検知する工程
   とを含むことを特徴とする異物検出方法。
2. 前記工程Ａにおいて、前記透明容器を、当該透明容器の中心軸方向の長さの６０〜１００％の長さに相当する部分が液体中に沈むようにして浸漬させることを特徴とする請求項１に記載の異物検出方法。
3. 前記工程Ｂにおいて、前記透明容器内の液体を流動させた状態にて、当該透明容器の中心軸に対して３０〜９０°の角度で交差する方向から前記異物検出センサにより撮影を行なうことを特徴とする請求項１又は２に記載の異物検出方法。

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