JP4707511B2 - 光透過性容器充填液体中の異物検査装置 - Google Patents

Description

本発明は、ガラス容器やプラスチック容器などの光透過性の容器に充填された飲料や栄養剤あるいは薬剤などの液体中への異物の混入を検査する技術に関する。

光透過性容器充填液体中の異物検査については、例えば特許文献１〜４に開示の検査画像解析法が代表的なものとして知られている。検査画像解析法では、液体充填の容器をその外部から撮像して得られる検査画像を解析することで異物の混入の有無を検査する。この場合、容器表面の付着物も検査画像に写り、それを異物としてしまう可能性がある。そこで容器表面の付着物と液体混入の異物を判別できるようにする必要がある。そのために充填液体だけに回転を与えた状態で検査画像を得るようにしている。具体的には、容器を回転（容器の軸を回転中心にした自転）させた後急停止させることで、容器は停止し充填液体には慣性回転が残る状態とし、この状態で複数枚の検査画像を一定時間間隔で撮像する。こうして得られる複数枚の検査画像では、付着物の像と異物の像が異なった特性を持つ、すなわち異物は充填液体の回転に連れられて回転していることから、その像は各検査画像において出現位置が異なることになり、一方、付着物は容器が停止していることから、その像は各検査画像において出現位置が同一になるというようにそれぞれの特性に違いを示すことから、この像特性の違いを利用して付着物と異物を判別することができる。

こうした異物検査では、検査画像の撮像に際しての照明の方式を変えることで、より有効的な検査が可能となる。例えば特許文献１〜３には、透過照明方式（明視野照明方式）と反射照明方式（暗視野照明方式）を選択的に使い分けることができるようにし、透過照明による検査画像と反射照明による検査画像を共に撮像できるようにしている。これは、充填液体に混入する種々の異物における光学特性の違いを利用したものである。すなわち充填液体に混入する異物には、例えば容器の加工時などに容器内部に付着した金属の砕片や粉末、容器材料（ガラス材やプラスチック材）の砕片や粉末、さらに白濁状態（懸濁状態）の充填液体から白濁成分（固形成分）が凝集して生じる凝集塊など種々のものがあり、これらの異物は、例えば金属系の異物であれば遮光性が大きいが反射率はそれほど高くなく、ガラスやプラスチック系の異物であれば遮光性が小さく反射率は高い、凝集塊であれば、遮光性はそれほど大きくないが反射率は高い、また、異物色によっても、遮光性、反射率は異なってくる。このように、それぞれ特有な光学的特性を持っており、これらの光学特性を利用することで、種々の異物を漏れなく検出することが可能となる。

特開２００１−２６７６１３号公報 特開２００４−１２２１９号公報 特開２００３−１０７０１０号公報 特開２００３−１０７０１１号公報

上述のように、透過照明方式と反射照明方式を選択的に使い分ける手法は、検査できる異物の範囲を広げることができるという点で有効性が高い。しかしこの手法にも一つの限界があることが見出されてきた。それは、白濁状の充填液体でその白濁成分から通常的に生じる凝集塊を異物とする必要のない充填液体の場合に、そこに混入している異物が通常的な凝集塊よりも小さいような微小異物であると、その微小異物と凝集塊を判別するのが困難になるという問題である。これは、凝集塊にもある程度の遮光性があることに起因している。すなわち、透過照明検査画像には、凝集塊の遮光性に応じて凝集塊の像も生じ、この凝集塊の像を異物の像と誤判定して本来は不良でない製品までも不良としてしまうか、または微小な異物について検査をできないことになってしまうことになる。

本発明は、こうした問題に鑑みてなされたものであり、特に白濁状充填液体の異物検査について、白濁状充填液体で通常的に生じる凝集塊よりも小さな異物までも精度よく検査することを可能とするようにすることを目的としている。

上記目的のために本発明では、光透過性容器に液体を充填した製品について前記充填液体への異物の混入の有無を検査するために、照明部により照明した状態で前記製品を撮像して検査画像を取得するとともに、前記検査画像の解析により前記異物の混入の有無を判定するようにされている、光透過性容器充填液体中の異物検査装置において、前記照明部は、透過照明用の透過照明部と反射照明用の反射照明部を備え、透過照明と反射照明を同時に用いた前記製品の撮像により前記検査画像として混合照明検査画像を取得し、この混合照明検査画像の解析による混合照明検査を行えるようにされていることを特徴としている。

また本発明では上記のような異物検査装置について、前記透過照明部による照明光の光量と前記反射照明部による照明光の光量の関係を調整できるようにしている。

また本発明では上記のような異物検査装置について、前記透過照明部による透過照明だけを用いた前記製品の撮像により前記検査画像として透過照明検査画像を取得し、この透過照明検査画像の解析による透過照明検査も行えるようにしている。

本発明では、照明部に透過照明部と反射照明部を設け、これらによる透過照明と反射照明を同時に用いての製品の撮像により混合照明検査画像を取得し、この混合照明検査画像の解析による混合照明検査を行えるようにしている。この混合照明検査における混合照明検査画像では、透過照明と反射照明を同時に用いた混合照明で撮像されたものであることから、白濁状充填液体について異物検査をする場合に、白濁状充填液体にある程度の遮光性のある凝集塊（白色）が生じていても、その凝集塊の遮光性で遮られて透過照明光が減じられる分を凝集塊の反射照明光の散乱により補うことができ、その結果、凝集塊については混合照明検査画像中にその像を生じさせないようにすることができる。そしてその一方で、黒色系の異物については、混合照明検査画像中にその像を高い確度で生じさせることができる。このため異物が通常的な凝集塊よりも小さな微小異物であっても精度よく検査することが可能となる。

以下、本発明を実施するための形態について説明する。図１に一実施形態による異物検査装置の全体的なシステム構成を模式化して示す。異物検査装置は、光透過性の容器に液体を充填した製品を製造するラインに組み込んで用いられるものであり、検査用搬送ライン系１と異物検査系２からなる。

検査用搬送ライン系１は、搬入コンベア３、検査ロータ４、および搬出コンベア５を備えている。搬入コンベア３は、製造ラインの上流から次々に搬送されてくる液体充填の容器（光透過性容器に液体を充填した製品）６を受け入れて検査ロータ４上に移載する。検査ロータ４は、円周上に一定の間隔で配置した回転ユニット（モータユニット）７をその円周に沿って回転移動（公転）できるように構成されている。回転ユニット７は、容器６に充填の液体に上述のような回転状態、すなわち容器６をその軸回りで回転（自転）させた後急停止させることで容器６は停止し充填液体は慣性で回転する状態とするための機能要素である。搬入コンベア３から検査ロータ４上への容器６の移載は、回転で順次移動して来る回転ユニット７に搬入コンベア３から容器６を渡すことでなされる。搬出コンベア５は、容器つまり製品６を選別する機能も兼ね備えており、異物検査系２による検査で異物なしとされ製品は良品として下流に送り出し、異物ありとされた製品は不良品としてラインから排出するようにされている。

異物検査系２は、撮像部１１、検査モード設定部１２、モータ制御部１３、スリップリング部１４、および画像処理部１５を備えている。撮像部１１は、カメラ部１６と照明部１７からなり、図示を省略してある追従機構により回転ユニット７の公転に追従できるようにされ、その追従状態で容器６を外部から撮像して複数の検査画像を一定時間間隔で取得する。検査モード設定部１２は、検査モード（検査項目）の設定に用いられ、設定された検査モードに応じた回転ユニット７の回転パターンをモータ制御部１３に指示する。モータ制御部１３は、回転パターン情報や角度情報（これは検査ロータ４における各回転ユニット７の回転角度を角度検出器２０で検出して得られる情報である）などに基づいて回転ユニット７の回転制御を行い、また撮像部１１による検査画像の撮像タイミングを制御する。その回転制御はスリップリング部１４を介して行われ、撮像タイミング制御は画像処理部１５を通じてなされる。画像処理部１５は、撮像部１１で得られる検査画像を画像処理的に解析するなどして充填液体への異物の混入の有無を判定する。

以上は異物検査装置における一般的な構成である。以下では、本発明に特徴的な構成に重点をおいて説明する。本発明の特徴の一つは、撮像部１１での照明光の使い方にある。図２に撮像部１１の構成を模式化して示す。本例の撮像部１１におけるカメラ部１６は、第１のカメラ２１と第２のカメラ２２として２台のカメラを有している。第１のカメラ２１は、透過照明だけによる検査（透過照明検査）での検査画像の撮像に用いられる透過照明検査画像撮像用である。一方、第２のカメラ２２は、本発明における特徴の一つである透過照明と反射照明を混合した照明による検査（混合照明検査）での検査画像の撮像に用いられる混合照明検査画像撮像用である。

照明部１７は、図３に示すように、透過照明部１８と反射照明部１９を含んでおり、これら両照明部は並列的に配置されている。透過照明部１８は、円筒状である容器６（これはカメラ部１６と照明部１７の間の光軸上に中心軸を置くように位置させられている）に充填の液体が発揮するレンズ効果で照明光を明視野照明のために効率的にカメラに入射させることができるように構成されている。すなわち透過照明部１８は、図３に示すように、縦方向に細長い発光面を有するようにされ、その発光面の中心線が上記レンズ効果における焦点に位置するように配置して構成されている（図４参照）。一方、反射照明部１９は、上記レンズ効果により照明光をカメラの視野から外れる方向に照射して効果的な暗視野照明を形成できるように構成されている。すなわち反射照明部１９は、図３に示すように、透過照明部１８と同様に縦方向に細長い発光面を有するようにされ、その発光面の中心線が上記レンズ効果における焦点から適当に外れた位置に位置するように配置して構成されている（図４参照）。

第１、第２の両カメラ２１、２２による各検査画像の撮像は、反射照明部１９と透過照明部１８による照明を同時に行う状態でなされる。この場合、第１のカメラ２１には透過照明光だけが入射し第２のカメラ２２には透過照明光と反射照明光が共に入射するようにする必要がある。こうした照明光の入射制御には、例えば青色光と赤色光といように照明光の波長域を反射照明部１９と透過照明部１８で異ならせ、第１のカメラ２１には青色光だけを入射させ、第２のカメラ２２には赤色光を入射させるようにする手法を用いることができる。また例えば縦偏光と横偏光といように照明光の偏光状態を反射照明部１９と透過照明部１８で異ならせ、第１のカメラ２１には例えば縦偏光だけを入射させ、第２のカメラ２２には横偏光を入射させるようにする手法を用いることができる。またこれらの制御法で必要となるカメラ２１や２２への入射光の波長域の選択（像光の選択）については、色分離ミラー方式やハーフミラー方式を用いることができる。色分離ミラー方式は、図２の例で用いている方式であり、カメラ部１６と照明部１７の間に色分離ミラー２３を配置し、この色分離ミラー２３にて像光から各波長域の照明光を分離させ、その分離光を第１、第２の各カメラ２１、２２に選択的に入射させる方式である。この際、照明１８をフィルタなし（青色光、赤色光を照明）、照明１９に赤色フィルタを付けることで、カメラ２１に透過照明検査画像（照明１８による青色光）を、カメラ２２に混合照明検査画像（照明１８、１９からの赤色光）を得ることが出来る。また、ハーフミラー方式は、カメラ部１６と照明部１７の間にハーフミラーを配置するとともに、第１のカメラ２１の前に色フィルタ（透過照明の照明光が青色光であれば青色光だけを通すフィルタ）を配置し、ハーフミラーにて２つの光路に分割されて第１、第２の各カメラ２１、２２に入射する像光を第１のカメラ２１については色フィルタの通過光のみとする方式である。こうした像光選択法の原理は、照明光を偏光で区別する場合についてもほぼ同様にして適用できる。

ここで、透過照明部１８と反射照明部１９で照明光の波長域や偏光状態を異ならせる方式については、フィルタ（色フィルタまたは偏光フィルタ）２４（図２）を反射照明部１９又は透過照明部１８に設けるようにするのが通常である。

図４に透過照明検査画像と混合照明検査画像の撮像原理を比較して示す。図４の（ａ）は透過照明検査画像の撮像原理を示し、（ｂ）は混合照明検査画像の撮像原理を示している。これらの撮像原理は、容器６の充填液体に混入している異物３１は一般に大きい遮光性と低い反射率を持ち、充填液体中に生じている凝集塊３２は高い反射率を持つとともに小さい遮光性を持つ場合があるという光学的特性の違いのあることを利用しているものである。

このような異物と凝集塊の光学特性の下で、透過照明検査のための透過照明検査画像３３の撮像は、透過照明光だけが第１のカメラ２１に入射する状態でなされる。したがって容器６の充填液体中に異物と凝集塊があった場合に、その凝集塊がある程度の遮光性を持っていると、異物の像である像３４と凝集塊の像である像３５が現れる。

一方、混合照明検査のための混合照明検査画像３６の撮像は、透過照明光と反射照明光の両方が第２のカメラ２２に入射し得る状態でなされる。したがって容器６の充填液体中に異物と凝集塊があっても、異物の像である像３４だけが現れる。すなわち混合照明検査では、不良の原因となることのない凝集塊は検出せずに異物だけを検出できる。このため異物が通常的な凝集塊よりも小さな微小凝集塊であっても精度よく検査することが可能となる。

ここで、混合照明検査画像に透過照明検査画像における凝集塊像３３のような像が現れないようにするには１つの条件を整えるようにするのが好ましい。それは、凝集塊による遮光で凝集塊部分について第２のカメラ２２に入射する光が減光する分を凝集塊による反射照明光の反射で補って「凝集塊の影」が実質的に生じない状態（図４の（ｂ）に示す状態）にすることで、透過照明光で生成される背景（充填液体の像）の明るさと凝集塊部分の明るさが同じ程度になるようにすることである。そのためには透過照明光と反射照明光の明るさの関係を適切に調整する。そのような照明光の明るさ調整には、照明光の光源を電圧や電流で調整する方式や適切な減光フィルタを反射照明部１９または透過照明部１８の発光面に配置する方式を用いることができる。

以下では、上述のような異物検査装置でなされる異物検査について説明する。上述のように搬入コンベア３は製造ラインの上流から流れて来る容器６を検査ロータ４の回転ユニット７に受け渡す。容器６を受け取った回転ユニット７が検査ロータ４の回転により撮像部１１の位置まで移動すると、適切なタイミングで検査画像の撮像が開始される。検査画像の撮像は、回転ユニット７とともに移動する容器６に撮像部１１が一定範囲まで追従するようにして行われ、その間に一定の時間間隔で複数枚の検査画像が第１、第２の各カメラ２１、２２それぞれで撮像される。以上が検査画像撮像処理である。

検査画像撮像処理に続いて判定処理が画像処理部１５で行われる。判定処理では、まず容器の付着物を異物や凝集塊から判別する。この判別は、上述のようにして行われる。すなわち異物や凝集塊は充填液体の回転に連れられて回転していることから、それらの像は各検査画像において出現位置が異なることになり、一方、付着物は容器が停止していることから、その像は各検査画像において出現位置が同一になるという特性の違いを利用して付着物と異物を判別する。このようにして付着物を異物や凝集塊から判別することで検査画像から付着物像を消去して異物候補像（透過照明検査画像では異物像と凝集塊像、混合照明検査画像では異物像）を抽出することができる。

異物候補像を抽出したら、これについて異物の混入の有無を判定する。この判定は、一つとして混合照明検査で行う。すなわち混合照明検査画像を解析し、そこに異物候補像があれば、それは上述のような混合照明検査画像の特性から実際の異物の像であり、異物の混入有りと判定できる。こうして異物の混入有りと判定されたらその容器は不良品とされ、搬出コンベア５における選別機能によりラインから排出される。

このような混合照明検査は、遮光性がそれほど大きくなく反射率が高い異物（例えば白色系の異物）の場合にはそれを検出できない可能性が考えられる。すなわち遮光性が小さくて反射率が高い異物は、凝集塊と同様に、混合照明検査画像に像をもたらさない可能性があり、そうなった場合には混合照明検査だけであると異物を見逃すことになる。そこで、これを補うために透過照明検査も併せて行うようにしている。透過照明検査における透過照明検査画像では、ある程度以上の遮光性のある異物であれば、その像が必ず現れる。ただ、充填液体中に凝集塊があると、異物の像とともに凝集塊の像も現れてしまう。このためこれらの異物候補像を判別して異物の混入の有無を判定するする必要がある。その異物候補像の判別は、像の大きさに基づいて行うことができる。すなわち異物候補像について大きさの閾値を予め設定しておき、この閾値よりも大きな異物候補像が検出された場合には異物の混入有りと判定する。こうして異物の混入有りと判定されたらその容器は、混合照明検査の場合と同様に不良品とされ、搬出コンベア５における選別機能によりラインから排出される。

以上の実施形態では、カメラを２台用いて混合照明検査画像と透過照明検査画像それぞれの撮像を同時的に行えるようにしていた。このような形態は、より高速な検査を可能とするという点で優れている。しかしこのような形態である必要は必ずしもなく、１台のカメラで混合照明検査画像と透過照明検査画像を交互に撮像する形態とすることもできる。なおこの形態の場合には、透過照明部１８と反射照明部１９それぞれによる照明光の照射タイミングを混合照明検査画像と透過照明検査画像それぞれの撮像タイミングに応じて調節することになる。

本発明は、白濁状充填液体の異物検査について、白濁状充填液体で通常的に生じる凝集塊よりも小さな異物までも精度よく検査することを可能とするものであり、光透過性容器充填液体中の異物検査の分野において広く利用することができる。

一実施形態による異物検査装置の全体的なシステム構成を模式化して示す図である。 撮像部の構成を模式化して示す図である。 照明部における発光面の構成を模式化して示す図である。 透過照明検査画像と混合照明検査画像の撮像原理を比較して示す図である。

符号の説明

６ 容器（製品）
１１ 撮像部
１７ 照明部
１８ 透過照明部
１９ 反射照明部
３１ 異物
３４ 透過照明検査画像
３６ 混合照明検査画像

Claims (2)

1. 光透過性容器に白濁状充填液体を充填した製品について前記充填液体への異物の混入の有無を検査するために、照明部により照明した状態で前記製品をカメラで撮像して得た検査画像を取得するとともに、画像処理手段による前記検査画像の解析により前記異物の混入の有無を判定する、光透過性容器充填液体中の異物検査装置において、
   前記照明部は、並列的に配置された透過照明光用の透過照明部と反射照明光用の反射照明部を備え、
   前記透過照明部はその発光中心線が上記充填液が発揮するレンズ効果における焦点に位置するように配置され、前記反射照明部はその発光中心線が上記充填液が発揮するレンズ効果における焦点から外れた位置に配置され、且つ前記透過照明部の透過照明光と前記反射照明部の反射照明光とが同時に前記製品に照射するようにされていると共に、
   前記カメラは、前記製品を挟んで前記照明部と反対側に配置され、この同時照射されて該製品から得られる透過照明光と反射照明光との混合照明光が入射し撮像するカメラと、を備え、
   前記透過照明部と前記反射照明部とは、前記透過照明光が前記白濁状充填液体の凝集塊で遮光されて該凝集塊の部分に生じる前記透過照明光についての減光分を前記反射照明光により該凝集塊で生じる反射光により前記混合照明光から撮像で得た画像上で補うことができる状態に相互に照明光の明るさ調整を行うものとする光透過性容器充填液体中の異物検査装置。
2. 前記カメラの他に、上記同時照射されて前記製品から得られる透過照明光が入射し撮像するカメラを設けて、透過照明検査も行えるようにされていることを特徴とする請求項１に記載の異物検査装置。

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