JP4523518B2 - 巻締め不良検査機の較正用試験片の作成方法および較正用試験片 - Google Patents

Description

本発明は、例えば飲食物の封入用の缶について、その缶胴と缶底あるいは缶胴と缶蓋との間の締結をなしている巻締め部の不良を検査するための巻締め不良検査機の較正に用いる較正用試験片の作成技術に関する。

飲食物用の缶などは、多くの場合、その缶胴と缶底あるいは缶胴と缶蓋との間が巻締め部を介して締結されており、その巻締め部に巻締め不良を発生する場合がある。巻締め不良としては、巻締めが正しく行われずに缶胴の一部が巻締め部の下方において舌状にはみ出す「舌出し不良」が代表的なものとしてある。このような巻締め不良があると缶の気密性が損なわれ、封入飲食物の品質保持に支障を来たす可能性がある。このため製品検査の一つとして巻締め不良の検査が必要となる。

巻締め不良の検査については、主なものとして、Ｘ線により巻締め部の巻締め状態についての透視画像などを取得して検査する手法（例えば特許文献１、２）が知られており、また巻締め部のリング状上端縁（巻締め上端）を中心にした照明の下で缶の端面を撮像して巻締め上端の像を高輝度なリング像として取得し、そのリング像におけるリング幅の計測により検査する手法（例えば特許文献３）が知られ、さらに巻締め部を切断して検査する手法（例えば特許文献４）なども知られている。これらの検査手法のなかでも巻締め上端のリング像による手法は、処理を高速に行えることからインライン検査による全数検査を可能とする点で優れている。

特開平９−２４８６４３号公報 特開２０００−１９９７４７号公報 特開平７−２１８４５３号公報 特開２００２−２００５２１号公報

巻締め上端のリング像による巻締め不良検査法（リング像法）は、可視光にて照明した状態で缶の端面を撮像して巻締め上端の高輝度なリング像を取得し、それからリング像におけるリング幅を適宜な間隔でリング像の全周について計測し、そしてこの計測処理で得られるリング幅データに所定のリング幅閾値あるいはリング幅差閾値よりも大きいものがあるか否かを判定し、あった場合にはその缶を巻締め不良と判定するようにされている。こうしたリング像法は、上記のようにインライン検査を可能とするという点で優れており、缶飲料などの製造分野で広く用いられている。

巻締め不良検査をインラインで行う場合、その検査に用いる巻締め不良検査機については、例えば毎日の製造ラインの本格稼動前に試験動作を行わせて検査性能の較正を行うようにする場合が多い。このようにするのは、製造ラインの本格稼動中に巻締め不良検査機に不具合を発生して巻締め不良缶を製品として流してしまう可能性を排除するためである。

こうした巻締め不良検査機の較正では、較正用試験片を製造ラインに流すことで巻締め不良検査機にラインの本格稼動の場合と同様の状態で検査動作を行わせ、その検査性能を評価することになる。較正用試験片としては、実際の巻締め不良缶を用いる場合と、巻締め不良検査機が巻締め不良として検出できるような模擬的な巻締め不良を実際の缶などに与えて作成される模擬巻締め不良缶を用いる場合がある。いずれにしても所定個数の較正用試験片を整える必要があるが、ここに問題がある。

巻締め不良は製造工程で偶発的に発生するものである。そのため巻締め装置で意図的に巻締め不良缶を得ることは実際上不可能である。このことから、較正用試験片として巻締め不良缶を用いようとする場合には、人手で巻締め不良缶を作成せざるを得ない。しかし人手で巻締め不良缶を作成するには「名人芸」を必要とし、作成の負担が大きくなるという問題がある。また人手で作成した巻締め不良缶は、巻締め不良の状態にばらつきが大きくて再現性に乏しく、検査性能較正の安定性についての問題を伴う。さらに巻締め不良缶は、巻締め不良による気密性の低下で内圧が変化して変形し易いことから、繰返し使用に対する耐久性に乏しいという問題もある。

こうしたことから巻締め不良検査機の較正では較正用試験片として模擬巻締め不良缶を用いるのがより適切ということになる。しかしこれについては、高精度な較正を安定的に可能とする模擬巻締め不良缶をどのように得るかという問題がある。この問題は、リング像法の巻締め不良検査機の場合では、その巻締め不良検査機における缶端面撮像条件の下で、実際の缶での巻締め不良がリング像にもたらすのと同様なリング幅の変化状態をリング像中に生じさせる模擬巻締め不良缶を如何に安定的に得られるようにするかという問題となり、その解決が求められている。

本発明は、以上のような事情を背景になされたものであり、巻締め不良検査機、特にリング像法の巻締め不良検査機について高精度でかつ安定的な較正を可能とする較正用試験片を容易に作成することを可能とする方法の提供を第１の目的とし、またそのような較正用試験片の提供を第２の目的としている。

本発明は、巻締め部を有する缶について前記巻締め部の巻締め不良を検査するために、前記缶の巻締め上端に対して上方から照明光を均一なリング状にして所定の照射角度で照射した状態で撮像手段にて前記缶の端面を撮像することにより前記巻締め上端のリング像を取得し、そのリング像におけるリング幅の変化状態に基づいて前記巻締め不良の有無を検査するようになっている巻締め不良検査機の較正に用いる較正用試験片の作成方法において、
前記巻締め不良部位における前記巻締め上端の反射面で反射されて形成されるリング像のリング幅差を求め、そのリング幅差に基づいて扁平な反射面部を前記巻締め部の巻締め上端の任意部位に形成することで前記較正用試験片を作成するようにしたことを特徴とする較正用試験片の作成方法を開示する。

また本発明では上記第２の目的のために、巻締め部を有する缶について前記巻締め部の巻締め不良を検査するために、前記缶の巻締め上端に対して上方から照明光を均一なリング状にして所定の照射角度で照射した状態で撮像手段にて前記缶の端面を撮像することにより前記巻締め上端のリング像を取得し、そのリング像におけるリング幅の変化状態に基づいて前記巻締め不良の有無を検査するようになっている巻締め不良検査機の較正に用いる較正用試験片において、模擬巻締め不良用の扁平な反射面部が前記巻締め上端に形成されており、前記反射面部は、巻締め正常部位における前記巻締め上端での前記照明光の反射方向と同じ方向ないしほぼ同じ方向に前記照明光を反射するように、かつ前記巻締め正常部位における前記巻締め上端での前記照明光の反射幅よりも広い反射幅で前記照明光を反射するように形成されていることを特徴としている。

本発明では、巻締め不良部位における巻締め上端の照明光に対する反射特性を求め、その反射特性に基づいて扁平な反射面部を巻締め部の巻締め上端の任意部位に形成することで較正用試験片を作成するようにしている。こうした本発明による較正用試験片における反射面部は、巻締め正常部位における巻締め上端での照明光の反射方向と同じ方向ないしほぼ同じ方向に照明光を反射し、しかも巻締め正常位における巻締め上端での照明光の反射幅よりも広い反射幅で照明光を反射し、このことにより巻締め不良に起因するリング幅の拡大を精度よく体現する。このため本発明によれば、高精度でかつ安定的な較正を可能とする較正用試験片を容易に作成することができるようになる。

以下、本発明を実施するための形態について説明する。まず、本発明に係る較正用試験片、具体的には模擬巻締め不良缶を較正に用いるリング像法式の巻締め不良検査機についてその概略を説明する。図１に巻締め不良検査機のシステム構成を示す。この巻締め不良検査機は、例えば缶飲料の製造ラインに組み込むようにして用いられ、コンベアＶで連続的に搬送されて来る缶Ｃ（この缶は、飲料が充填されて缶胴と缶蓋の巻締めを経た状態にある）の全てについて順次巻締め不良を検査し、巻締め不良とされた缶をコンベアＶから排除する。そのために巻締め不良検査機は、撮像手段であるテレビカメラ１、照明装置２、照明装置用電源３、缶検出センサ４、データ処理装置５、および選別装置６を備えている。

テレビカメラ１は、缶Ｃを上方から撮像できるようにして設けられており、缶Ｃの端面画像を取得する。こうしたテレビカメラ１による缶Ｃの撮像は、缶検出センサ４が缶Ｃを検知するのを受けて行われるもので、照明装置２により缶Ｃを上方から照明した状態で行われる。照明装置２は、缶Ｃの巻締め上端に対して上方から照明光を均一に照射できるように構成されている。より具体的に言うと、照明装置２は、リング状の照明光を巻締め上端に対して所定の角度αで照射し、その照明光が巻締め上端で反射されることで効率的にテレビカメラ１に入射するようにされている。こうした照明によりテレビカメラ１は、リング状の巻締め上端の像を高輝度なリング像として缶端面画像に取り込むことができる。

テレビカメラ１が缶Ｃを撮像して缶端面画像を取得すると、その缶端面画像をデータ処理装置５が受け取る。缶端面画像を受け取ったデータ処理装置５は、そのデータを処理して巻締め不良の有無を判定するための一連の処理を行う。すなわちデータ処理装置５は、まずテレビカメラ１からの缶端面画像をデジタル多階調の缶端面画像に変換し、そのデジタル多階調缶端面画像における巻締め上端のリング像のリング幅を計測する。リング幅の計測は、適切な輝度閾値以上の輝度を有するリング像の部分だけについて幅を計測することで行う。つまり輝度閾値に基づいてリング像を抽出しつつそのリング幅を計測する。こうしたリング幅の計測は所定の角度ピッチでリング像の全周について行う。したがって計測角度ピッチｘ度とすると、全周の計測では３６０／ｘ＝ｎ個のリング幅データｄｉが得られることになる。こうしたリング幅の計測を終えたら、これらのリング幅データｄｉと巻締め不良判定用のリング幅閾値Ｓの間で「ｄｉ＞Ｓ」を判定し、それが肯定的である場合には不良品であるとして当該缶を選別装置６によりコンベアＶから排除する。ここでｄｉにリング幅間で取った差分を用い、Ｓを幅差分の閾値としてもよい。この場合は照明の明るさムラや巻締め部の反射ムラを吸収した高精度検査を行うことができる。

次に、模擬巻締め不良缶の作成について説明する。まず巻締め不良について説明する。図２に、テレビカメラ１で得られる缶端面画像の例と巻締め部の断面状態の例を示す。図２（ａ）には缶端面画像が示されている。缶端面画像には巻締め上端のリング像が高輝度のリングとして現れており、そのリング像には巻締め不良に起因してリング幅が広くなっている幅広部１１が現れている。図２の（ｃ）には、この幅広部１１つまり巻締め不良部位における巻締め部のＸ線断面像が示され、図２の（ｂ）には巻締め正常部位１２における巻締め部のＸ線断面像が示されている。図２の（ｃ）に見られるように、巻締め不良部位では缶胴と缶蓋の間の巻締めが正しく行われずに缶胴の一部が巻締め部の下方において舌状にはみ出している。これが「舌出し不良」である。こうした巻締め不良があっても巻締め厚さには変化を生じない。つまり巻締め不良部位における巻締め厚さＴ２は巻締め正常部位における巻締め厚さＴ１と変わらない。しかし巻締め上端については、巻締め正常部位の巻締め上端はほぼ滑らかな凸曲面形状となっているのに対し、巻締め不良部位の巻締め上端は扁平な部分を有する形状となり、両者の間に相違を生じている。なおＸ線断面像では見やすくするために缶材の断面を強調表示してある。

本発明では、以上のような巻締め不良を生じている缶について、照明装置２からの照明光に対する巻締め不良部位における巻締め上端の反射特性を求め、その反射特性に基づいて扁平な反射面部を巻締め上端の任意部位に形成することで模擬巻締め不良缶を作成する。そのために巻締め不良部位巻締め上端の照明光に対する反射特性を解析する。

その解析は、一例として、巻締め不良を最も検出し易くなる照明光の照射角度、つまり巻締め不良に起因するリング幅の拡大を最も明瞭なものとする照明光の照射角度について行う。図３に、解析の考え方を示してある。図３の（ａ）には、図２と同様な巻締め不良部位のＸ線断面像を示し、図３の（ｂ）には、Ｘ線断面像における巻締め上端部分を拡大し、そこにおける照明光に関する光学系を重ねて示してある。また図３の（ｃ）と（ｄ）には、照明光をある照射角度で照射した条件の下での巻締め正常部位と巻締め不良部位それぞれにおける照明反射部位の断面幅ｄ１、ｄ２を示してある。

図３の（ａ）に示すように、図１のテレビカメラ１のレンズに入射する像光Ｌ２（像光Ｌ２は図１の照明装置２から所定の角度で照射される照明光が巻締め上端による反射面Ｆで反射された光である）の進行方向を特定の方向（図の例では垂直方向）とする。そしてこの条件において、サンプル缶（それぞれ所定個数用意した巻締め不良缶と巻締め正常缶）について、図１の巻締め不良検査機で照明光Ｌ１の照射角度α（照明光Ｌ１と水平面Ｈがなす角度）を変えながら照射角度ごとにリング幅についてのデータ、より具体的にはリング幅差についてのデータを取る。ここで、リング幅差とは、リング幅について各リング幅計測ポイント間で差分を取ることで得られるデータである。こうして得られる、ある照明光照射角度でのリング幅差について分布をグラフ化したのが図４である。図４の縦軸はリング幅差平均値（巻締幅差平均値）であり、横軸はデータを得た缶のサンプル番号である。この図に見られるように、巻締め正常缶と巻締め不良缶ではリング幅差に有意な差がある。こうしたデータは、上述のように照明光の照射角度を変えることで照射角度ごとに取得する。さらに、このときの正常缶リング幅差データと正常缶の照明反射部位断面幅ｄ１、及び、不良缶リング幅差データと不良缶の照明反射部位断面幅ｄ２に対する相関を求める。相関は、下記のピアソンの積率相関係数式で相関係数を算出して求めることができる。
相関係数＝（変数Xと変数Yの共分散）／（変数Xの標準偏差×変数Yの標準偏差）

実験によれば、最も高い相関係数は０．９２９となり、高い相関のあることを検証することができた。すなわち照明反射部位断面幅と巻締リング幅差データにおいて強い相関が定量的に証明された。これの物語ることは、巻締厚さ特性Ｔではなく巻締リング幅差特性が、舌だし不良缶の代用特性値として有効であるという定理である。図５に示すのは、その場合の相関の例である。図５における縦軸はリング幅差であり、横軸は照明反射部位断面幅である。

こうした解析から、正常缶と不良缶において巻締リング幅差が最も有意にデータ差をもち、かつ、巻締リング幅差データと照明反射断面部位幅の間に最も高い相関係数を与える照明光の照射角度αを求める。照射角度αが求まると、反射面Ｆが水平面Ｈとなす角度βが求まる。この角度βの反射面Ｆは、巻締め不良を最も検出し易くする反射面である。したがって模擬巻締め不良缶を作成するには、角度βに基づいて扁平な反射面部を巻締め不良模擬用として巻締め正常缶に形成する、つまり水平面Ｈに対して角度βをなす扁平な面を反射面部として巻締め正常缶に形成すればよい。そのような反射面部は、巻締め正常部位における巻締め上端での照明光の反射方向と同じ方向ないしほぼ同じ方向に照明光を反射し、しかも巻締め正常部位における巻締め上端での照明光の反射幅によりも広い反射幅で照明光を反射し、このことにより巻締め不良に起因するリング幅の拡大を精度よく体現する。そのため角度βに基づいて反射面部を形成して作成される模擬巻締め不良缶は、高精度な較正を安定的に可能にするものとなる。ここで、巻締め不良模擬用の反射面部は、例えば巻締め正常缶の巻締め上端の一部を加圧して凹ませたり、あるいは削ったりする方法で容易に形成することができる。なお、反射面部は、一定の長さつまり巻締め上端リングの周方向で一定の広がりも必要であるが、この反射面部の長さいついては、実際の巻締め不良でリング像に発生する幅広部分の長さ程度とするのが好ましい例である。また、本発明の方式で照射角度αを求めるということは、巻締め不良検査機に最も有意な光学系設置を導き出すことは言うまでもない。したがって、巻締機の特性により発生する舌だし不良の断面形状特徴傾向が異なる場合には、本発明の方式で照射角度αを求め直すことにより、不良缶検出に最適な光学系と較正用試験片を容易に作成することが可能である。

本発明は、リング像法式の巻締め不良検査機における較正を高精度でかつ安定的に行えるようにする較正用試験片を容易に作成することを可能とするものであり、缶飲料などの製造分野で有効性の高いものとして広く利用することができる。

本発明による較正用試験片を較正に用いる巻締め不良検査機のシステム構成を示す図である。 缶端面画像の例と巻締め部の断面状態の例を示す図である。 巻締め不良部位巻締め上端の照明光に対する反射特性の解析についての原理を図である。 リング幅差の分布グラフを示す図である。 巻締リング幅差と照明反射断面部位幅の相関を示す図である。

符号の説明

１ テレビカメラ（撮像手段）
２ 照明装置
５ データ処理装置
２２ 画像メモリ
Ｃ 缶

Claims (2)

1. 巻締め部を有する缶について前記巻締め部の巻締め不良を検査するために、前記缶の巻締め上端に対して上方から照明光を均一なリング状にして所定の照射角度で照射した状態で撮像手段にて前記缶の端面を撮像することにより前記巻締め上端のリング像を取得し、そのリング像におけるリング幅の変化状態に基づいて前記巻締め不良の有無を検査するようになっている巻締め不良検査機の較正に用いる較正用試験片の作成方法において、
   前記巻締め不良部位における前記巻締め上端の反射面で反射されて形成されるリング像のリング幅差を求め、そのリング幅差に基づいて扁平な反射面部を前記巻締め部の巻締め上端の任意部位に形成することで前記較正用試験片を作成するようにしたことを特徴とする較正用試験片の作成方法。
2. 巻締め部を有する缶について前記巻締め部の巻締め不良を検査するために、前記缶の巻締め上端に対して上方から照明光を均一なリング状にして所定の照射角度で照射した状態で撮像手段にて前記缶の端面を撮像することにより前記巻締め上端のリング像を取得し、そのリング像におけるリング幅の変化状態に基づいて前記巻締め不良の有無を検査するようになっている巻締め不良検査機の較正に用いる較正用試験片において、
   模擬巻締め不良用の扁平な反射面部が前記巻締め上端に形成されており、前記反射面部は、巻締め正常部位における前記巻締め上端での前記照明光の反射方向と同じ方向ないしほぼ同じ方向に前記照明光を反射するように、かつ前記巻締め正常部位における前記巻締め上端での前記照明光の反射幅よりも広い反射幅で前記照明光を反射するように形成されていることを特徴とする較正用試験片。

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