JP4723894B2 - ガラスびんのねじ部検査装置及び検査方法 - Google Patents

Description

本発明は、ガラスびん製造工程におけるガラスびんのねじ部検査装置及び検査方法に関する。

一般に、ガラスびんには、石・金属等の異物包含、泡、汚れ付着、びり（ガラスのひび）、欠け、シワなど多種多様な欠点が発生する可能性があり、ガラスびんはその安全性・美観を保証するため、全数検査を行っている。しかし、ガラスびんのねじ部はその複雑な構造ゆえに他の部位に比べてそれら欠点の光学的検査が困難であり、いきおい検査機の対応も遅れている。

ガラスびん検査工程において、検査は、ガラスびんを回転させるハンドリングマシン上にて行っている。ハンドリングマシンは、びんを回転させながら検査する検査ステーションを複数個もち、各検査ステーションには、各部位毎、欠点種毎に分けられる検査機を搭載する（例えば、特許文献１参照）。

従来、ねじ部の検査には、口部異物・汚れ検査機や、口部びり検査機を同時に別々の検査ステーションに搭載して使用していた。また、これら検査機では対応の難しい欠点（シワ等）が存在するため、検査最終工程の目視検査においてもねじ部の検査を行っていた。
特開２０００−１９３６０５

しかし、目視検査においても、ねじ部はその複雑な構造ゆえに、シワをはじめとする欠点の視覚的な検査は非常に困難であった。

これら欠点の対応のために、人手で定期的なびんのサンプリングを行い、各びんのねじ部の詳細な観察によって、欠点を発見した場合には、ロットの再検査や型番別の製品破棄を行っていた。

そこで、本発明の目的は、上述した従来技術が有する課題を解消し、目視検査に頼らず、ねじ部欠点を精度よく検出することができるガラスびんのねじ部検査装置及び検査方法を提供することにある。

請求項１記載の発明は、光源と、この光源からの光の内、ガラスびんのねじ部を透過した光をびん口上方に所定の俯角を持って配置されてびん口内側より撮像するラインセンサとを備え、前記光源はねじ部の略鉛直領域に相当する画像の明るい部分を明るく保つための像の範囲ｈ以上の縦幅Ｈと、ねじ部の略水平領域に相当する画像の影の太さに影響する上側幅ｔ１および下側幅ｔ２を持ち、このラインセンサで撮像した明るい部分と影の部分とからなる画像を処理し、影の部分に現れる明るい部分を検出して、ねじ部の下側あるいは上側に周方向に延びる欠点のシワを判別する判別処理手段を備え、２次元展開した原画像を求め、所定のライン上の明るさに所定のしきい値を設けて２値化し、影の部分と明るい部分を求め、影の部分の長さは影の長さしきい値と比較し、明るい部分の長さは白部分の長さしきい値と比較し、影の部分の長さが影の長さしきい値よりも短いときに不良影と判定し、不良影の両隣の白い部分の長さと白部分の長さしきい値とを比較し、白部分の長さしきい値よりも短い場合、当該ラインを不良ラインと判定することにより、前記シワを判別することを特徴とする。

請求項２記載の発明は、ガラスびんのねじ部の略鉛直領域に相当する画像の明るい部分を明るく保つための像の範囲ｈ以上の縦幅Ｈと、ねじ部の略水平領域に相当する画像の影の太さに影響する上側幅ｔ１および下側幅ｔ２を持つ光源を用いて、ガラスびんのねじ部に投光し、このねじ部を透過した光をびん口上方に所定の俯角を持って配置されるラインセンサによりびん口内側より撮像し、この撮像した明るい部分と影の部分とからなる画像を処理し、２次元展開した原画像を求め、所定のライン上の明るさに所定のしきい値を設けて２値化し、影の部分と明るい部分を求め、影の部分の長さは影の長さしきい値と比較し、明るい部分の長さは白部分の長さしきい値と比較し、影の部分の長さが影の長さしきい値よりも短いときに不良影と判定し、不良影の両隣の白い部分の長さと白部分の長さしきい値とを比較し、白部分の長さしきい値よりも短い場合、当該ラインを不良ラインと判定することにより、ねじ部の下側あるいは上側に周方向に延びる欠点のシワを判別することを特徴とする。

本発明では、複数の検査機を使用しても対応の難しい欠点（シワ等）の検出をきわめて精度よく行うことができる。

以下、本発明によるガラスびんのねじ部検査装置及び検査方法の一実施形態を添付した図面を参照して説明する。

図１Ａ、Ｂにおいて、１は拡散面光源を示す。この光源１からの光はガラスびん３の口部のねじ部５に投光され、このガラスびん３のねじ部５を透過した光は、ガラスびん３を挟んで光源１と反対側に俯角３０°で設置されたラインセンサカメラ（撮像手段）７によって撮像される。

この際、ラインセンサカメラ７のレンズには、接写リングを取り付けて、ガラスびん３のねじ部を拡大し、びん口内側よりねじ部を撮像する。このラインセンサカメラ７を俯角３０°で設置したため、びん口内側よりねじ部を、ぴんとぼけのない状態で撮像することができる。

この撮像時に、ガラスびん３は回転装置９によって常時回転される。この回転装置９は、ガラスびん３の胴部に回転部材９Ａの外周部を当接させ、この回転部材９Ａを軸９Ｂ回りに回転させてガラスびん３を周方向に回転させる。この構成では、既存のハンドリングマシンで、他の検査機で使用している、既存の拡散面光源１を有する検査ステーションを利用できる。

１１はラインセンサカメラ７から送られる画像を処理し、後述のように、良品、不良品の判定を行う判別処理手段である。

図２Ａは、ガラスびん３の口部におけるねじ部５の縦断面図である。このガラスびん３のねじ部５は、その断面形状を見た場合、天面５Ａ側から、例えば略鉛直領域ａ、略水平領域ｂ、略鉛直領域ｃ、略水平領域ｄ、略鉛直領域ｅ、略水平領域ｆ、略鉛直領域ｇを順次繰り返す。

ラインセンサカメラ７は、びん１本の検査開始から終了までの時間中に、あるスキャンレートで画像を取り込み続ける。

拡散面光源１からの光がねじ部５に投光された場合、水平面に近い角度を持って略水平領域ｂ，ｄ，ｆに入った光は、その面で屈折して、図３に示すように、上方に大きくそれるため、ラインセンサカメラ７に光が入らず、画像処理した場合、図２Ｂの２次元展開画像に示すように、暗い影の部分（斜線部分）となって現れる。これに対し、略鉛直領域ａ，ｃ，ｅ，ｇに入った光は、大きく屈折せずに、ほとんどラインセンサカメラ７に入るため、画像処理した場合、図２Ｂに示すように、明るい部分（白い部分）となって現れる。

すなわち、図２Ｂでは、図で左側がびん天面５Ａ方向、右側がねじ部５の下部方向であって、ねじの輪郭が影の部分となって現れる。

図４は、ねじ部５の欠点を示す図である。拡散面光源１の光がびんねじ部５の微小な凹凸、シワなどを黒または白く浮き立たせる。異物・汚れ・びり・ねじ欠け・泡は、その影が黒く現れる。ｋは、異物・汚れ・泡を示し、ｌは、シワなどを示し、ｍは、びり・ねじ欠けを示し、ｎは、シワなどを示す。具体的には、影の部分に入った欠点ｎは、その欠点の凹凸により、屈折が変わり、その部分だけ明るくなる。明るい部分に入った欠点ｌは、その欠点の凹凸により、屈折が変わり、その部分だけ暗くなる。また、明るい部分に入った欠点ｋ，ｍが、光を遮る異物等であった場合、その部分だけ暗くなる。これら欠点のない良品は、図２Ｂに示すように、ｋ〜ｎのない画像になる。

本実施形態では、判別処理手段１１が２次元展開画像にて黒い太線をなす部分の太さが、良品ではほぼ一定であること、白い部分の横方向の長さが、良品ではある一定以上短くならないこと、その複合関係、を利用して判別を行う。以下に欠点検出・不良判定のアルゴリズムを説明する。

ここで説明する検出アルゴリズムは、黒い影の部分に白く浮き立つ欠点が入った場合を例にして説明する。

「アルゴリズム１．」
図５Ａは、２次元展開した原画像を示し、図５Ｂは、図５Ａ中の所定のラインＬ上における明るさグラフを示す。図５Ｂのグラフの明るさに、所定のしきい値Ｋを設けて２値化すると、図５Ｃ、Ｄに示すように、処理された画像は、（１）影の部分、（２）白の部分のいずれかに分類される。

このラインＬ上で、影の部分（明るさ０の範囲）の長さには、所定長さ（←→）の「（１）影の長さしきい値」を設ける。また、このラインＬ上で、白い部分、つまり明るい部分（明るさ最大の範囲）の長さには、所定長さ（←→）の「（２）白部分の長さしきい値」を設ける。

「アルゴリズム２．」
ラインＬ上を２値化後、図５Ｄに示すように、影の長さ、を左から「（１）影の長さしきい値」と比較していくと、ある影の長さ（ここでは左から数えて５番目の影の長さ）が、影の中に欠点ｎ（明るい部分）を含むことにより、短くなって「（１）影の長さしきい値」を下回ることになる。この場合、図５Ｄ中で、左から数えて５番目の影が「不良影」と判定される。この「不良影」は、上記欠点ｎ（明るい部分）の両側に、「（１）影の長さしきい値」よりも、かなり長さの短い影の部分Ｓ１，Ｓ２を持って存在する。

つぎに、影の部分Ｓ１，Ｓ２の両隣の白い部分の長さが「（２）白部分の長さしきい値」と比較され、これが「（２）白部分の長さしきい値」よりも短い場合、ラインＬは「不良ライン」と判定される。

「アルゴリズム３．」
ガラスびん３の、検査開始から検査終了までの間に取り込んだ全てのラインについて、「アルゴリズム１．」と「アルゴリズム２．」が繰り返され、そのびん３の「不良ライン」の数が演算される。

「アルゴリズム４．」
びんの「不良ライン」数にも「不良ライン数しきい値」が設けられ、そのびん３の「不良ライン」数が「不良ライン数しきい値」を超えた場合、そのびん３を最終的に不良と判断し、判別処理手段１１から、例えばハンドリングマシンにびんの排除信号が出力される。

以上、黒い影の中に欠点ｎが入った場合の画像を例にして説明したが、この検出アルゴリズムによって、白い部分に黒い欠点（ｋ〜ｍ）が入ったびんも不良として検出可能である。

例えば、明るい部分に影の部分（ｋ〜ｍ）を含み、明るい部分の長さが「（２）白部分の長さしきい値」よりも短くなって、この明るい部分が不良部分と判定された場合、この不良部分中の影の部分の両側に存在する明るい部分の両隣の影の部分の長さを、「（１）影の長さしきい値」と比較し、これが「（１）影の長さしきい値」よりも短い場合、当該ラインを不良ラインと判定し、上記のように、この不良ラインを計算し、不良ライン数が「不良ライン数しきい値」を超えた場合、そのびん３を最終的に不良と判断し、判別処理手段１１から、例えばハンドリングマシンにびんの排除信号を出力する。

本実施形態では、カメラ７により取り込まれた全てのラインの、２値化後のラインにおいて、「（１）影の長さしきい値」と「（２）白部分の長さしきい値」との両方が採用され、比較されるため、原画像内に現れる、欠点ｋ〜ｎの光学的、画像的乱れが精度よく検出される。

従って、その乱れの大きさを評価し、不良判定を行うことによって、ねじ先端、ねじ終端などの画像上不規則な部分の影響が排斥され、不良品との識別が精度よく行われる等の効果が得られる。

本実施形態では、欠点検出・不良判定アルゴリズムを備えることによって、複数の検査機を使用しても対応の難しい欠点（シワ等）の検出をきわめて精度よく行うことができる。

本検査装置によって、ガラスびんの全数検査が可能になるため、ねじ部検査のために行っているサンプリング・詳細な外観検査など、人手を要し、コストが大きな仕事を削減できると共に、全数検査が可能になるため、欠点をハンドリングマシン上で排除でき、ロットの再検査や破棄という多大なロスの発生を防げる という効果が得られる。

図１Ｂにおいて、拡散面光源１の横幅Ｗは、ラインセンサカメラ７のレンズを通した視野と同等以上の幅があればよいが、この横幅Ｗは、大きければ大きいほど画面が明るくなる。また、図１Ａにおいて、光源１の縦幅Ｈは、画像の明るい部分（例えば、図２Ｂの略鉛直領域ａ，ｃ，ｅ，ｇに相当する。）を明るく保つため、少なくとも、像の範囲ｈ以上の縦幅が必要になる。

拡散面光源１の上側幅ｔ１及び下側幅ｔ２は、画像の影の太さ（例えば、図２Ｂの略水平領域ｂ，ｄ，ｆに相当する。）に関係する。

上側幅ｔ１が大きいほど、ねじの下側の影等、下に凸の部分（例えば、図２Ｂの略水平領域ｆに相当する。）の幅が小さくなる。これに対し、下側幅ｔ２が大きいほど、ねじの上側の影等、上に凸の部分（例えば、図２Ｂの略水平領域ｂ，ｄに相当する。）の幅が小さくなる。

これら拡散面光源１の横幅Ｗ、縦幅Ｈ、上側幅ｔ１及び下側幅ｔ２を適宜調整することにより、びん表面の微少な凹凸を特徴とする様々なびん欠点や、びん内部の光を遮る欠点を検出することが可能になる。

以上、一実施形態に基づき、本発明を説明したが、本発明は、これに限定されるものでないことは明らかである。

例えば、ラインセンサカメラ７は鉛直方向に配置したが、これに限定されず、拡散面光源１の横幅Ｗ、縦幅Ｈの条件を満たせば、それを斜めに配置することは可能である。

Ａは、本発明の一実施形態を示す配置構成図であり、Ｂは、それらを上方から見た図である。 Ａは、ガラスびんの口部の縦断面図であり、Ｂは、画像処理した後の２次元展開画像図である。 ガラスびんの口部を透過した光を、ラインセンサカメラに取り込む状態を示す図である。 欠点を含む場合の２次元展開画像図である。 Ａは、原画像図であり、Ｂは、その明るさグラフであり、Ｃは、二値化後の画像図であり、Ｄは、その明るさグラフである。

符号の説明

１ 拡散面光源
３ ガラスびん
５ ねじ部
５Ａ 天面
７ ラインセンサカメラ（撮像手段）
ａ，ｃ，ｅ，ｇ 略鉛直領域
ｂ，ｄ，ｆ 略水平領域

Claims (2)

1. 光源と、この光源からの光の内、ガラスびんのねじ部を透過した光をびん口上方に所定の俯角を持って配置されてびん口内側より撮像するラインセンサとを備え、前記光源はねじ部の略鉛直領域に相当する画像の明るい部分を明るく保つための像の範囲ｈ以上の縦幅Ｈと、ねじ部の略水平領域に相当する画像の影の太さに影響する上側幅ｔ１および下側幅ｔ２を持ち、このラインセンサで撮像した明るい部分と影の部分とからなる画像を処理し、影の部分に現れる明るい部分を検出して、ねじ部の下側あるいは上側に周方向に延びる欠点のシワを判別する判別処理手段を備え、前記判別処理手段は、２次元展開した原画像を求め、所定のライン上の明るさに所定のしきい値を設けて２値化し、影の部分と明るい部分を求め、影の部分の長さは影の長さしきい値と比較し、明るい部分の長さは白部分の長さしきい値と比較し、影の部分の長さが影の長さしきい値よりも短いときに不良影と判定し、不良影の両隣の白い部分の長さと白部分の長さしきい値とを比較し、白部分の長さしきい値よりも短い場合、当該ラインを不良ラインと判定することにより、前記シワを判別することを特徴とするガラスびんのねじ部検査装置。
2. ガラスびんのねじ部の略鉛直領域に相当する画像の明るい部分を明るく保つための像の範囲ｈ以上の縦幅Ｈと、ねじ部の略水平領域に相当する画像の影の太さに影響する上側幅ｔ１および下側幅ｔ２を持つ光源を用いて、ガラスびんのねじ部に投光し、このねじ部を透過した光をびん口上方に所定の俯角を持って配置されるラインセンサによりびん口内側より撮像し、この撮像した明るい部分と影の部分とからなる画像を処理し、２次元展開した原画像を求め、所定のライン上の明るさに所定のしきい値を設けて２値化し、影の部分と明るい部分を求め、影の部分の長さは影の長さしきい値と比較し、明るい部分の長さは白部分の長さしきい値と比較し、影の部分の長さが影の長さしきい値よりも短いときに不良影と判定し、不良影の両隣の白い部分の長さと白部分の長さしきい値とを比較し、白部分の長さしきい値よりも短い場合、当該ラインを不良ラインと判定することにより、ねじ部の下側あるいは上側に周方向に延びる欠点のシワを判別することを特徴とするガラスびんのねじ部検査方法。

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