JP4904871B2 - 多層透明体の検査方法 - Google Patents

Description

この発明は、プリフォームに代表される多層透明体を検査する装置および方法に関し、更に詳しくは、多層透明体の中間層を検査する装置および方法に関する

ＰＥＴボトル（ＰＥＴ：polyethylene terephthalateポリエチレンテレフタレート）は、飲料水をはじめとし様々な用途に利用されている。ＰＥＴボトルは一見すると単層透明体に見受けられるが、酸素や水蒸気の透過を防止するために、中間層としてナイロン樹脂をベースとしたバリア層が設られた多層透明体である。

ＰＥＴボトルの所定範囲にこのバリア層が存在しないと、わずかな酸素や水蒸気の透過によって、ＰＥＴボトルの内容物の性質が変化してしまう恐れがあるため、ＰＥＴボトルの予備成型品であるプリフォームの段階で、このバリア層が所定範囲にあるか検査される。

多層透明体であるプリフォームのバリア層を検査する発明として、特許文献１および特許文献２では、レーザ光を用いた検査装置が開示されている。この発明では、プリフォームの斜めからレーザ光を照射し、プリフォームの外周面、バリア層および内周面からの反射光を利用してバリア層を検査する。
特開２００５−４９２５８号公報 特開２００５−４９２５９号公報

しかしながら、上述した発明では、レーザ光の反射光を用いてバリア層を検査するため、高い検査精度を得るために必要なレーザ光源も高価になってしまう問題がある。更に、プリフォームの位置決め精度の要求精度が高く、プリフォームの位置決め精度が低いプリフォームの製造ラインには実施できない問題もあった。

そこで、本発明は、プリフォームに代表される多層透明体を検査する装置および方法において、検査に利用する光源を安価にすることができ、更には、多層透明体の高度精度な位置決め精度を必要としない検査装置および方法を提供することを目的とする。

上述した課題を解決する第１の発明は、多層透明体の端面に光を入射したときに、前記多層透明体の端面に照射された光によって生じる前記多層透明体の内部の現象を撮像し、撮像した現象から前記多層透明体を検査する多層透明体の検査方法であって、前記多層透明体はＰＥＴボトルの予備成型品であるプリフォームであって、前記プリフォームは中間層としてバリア層を備え、前記光は、前記プリフォームの端面に照射面の形状が合致したリング光源の光であり、前記リング光源は前記プリフォームの端面から内部に入射する光量を増加させる指向性の強い光を前記プリフォームの端面から照射し、前記プリフォームの端面に照射された光がバリア層で乱反射する状態を撮像し、この乱反射の状態から前記バリア層の有無を検査することを特徴とする。

上述した本発明によれば、多層透明体であるＰＥＴボトルの予備成型品であるプリフォームにおけるバリア層の境界面の乱反射で生じる発光は鮮明であり、バリア層の有無を好適に検査することができる。また、多層透明体の端面に入射された光によって生じる多層透明体の内部の現象から多層透明体を検査するため、リング光源など安価な光源を利用することができる。更に、ＬＥＤ光を照射する光源を利用することで、プリフォームの端面から内部に入射する光量を増加させることができ、前記多層透明体の内部の現象をより鮮明にすることができる。

ここから、本発明に係る多層透明体であるプリフォーム１を検査する検査装置について、図を参照しながら詳細に説明する。図１は、検査対象となるプリフォーム１を説明する図である。図１で示したプリフォーム１はＰＥＴボトルの予備成形品であり、このプリフォーム１を射出ブロー成型することでＰＥＴボトルが製造される。

ＰＥＴボトルのプリフォーム１は、プリフォーム１の母体となる円筒状の胴部１０と、端面１５を備えＰＥＴボトルの飲み口となる口部１２と、胴部１０と口部１２の間に存在し外方に突出するように形成された鍔部１３と、胴部１０の底面を閉鎖するように湾曲しＰＥＴボトルの底になる底部１４とが一体的に形成されている。

プリフォーム１の設計上では、胴部１０の全長かつ全周囲に中間層として、ナイロンなどをベースとしたバリア層１１（酸素バリア層，水蒸気バリア層など）が設けられている。なお、バリア層１１は口部１２および底部１４には設けられていない。

プリフォーム１の胴部１０の全長かつ全周囲にバリア層１１が存在しないと、当然のことながらＰＥＴボトルに成型した後も、プリフォーム１の胴部１０の全長かつ全周囲にバリア層１１が存在しなくなり内容物が変質してしまう恐れがある。このため、プリフォーム１の段階でバリア層１１の欠陥が検査される。

図２は本発明に係るプリフォームの検査装置の構成図である。射出成形で成形されたプリフォーム１は、特許文献１の図２で示されるようなスターホイール５（搬送装置）に鍔部１３が掛かった状態で垂直に保持され搬送される。

特許文献１または特許文献２では、プリフォーム１の胴部１０の外側からレーザ光を照射するが、本発明に係るプリフォームの検査装置は、図２に示したように、リング光源４を用いて、垂直に保持され搬送されるプリフォーム１の口部１２の端面１５に光を照射する。

ＰＥＴボトルの母体となる材質とバリア層１１とには屈折率が異なるため、プリフォーム１の口部１２の端面１５から入射された光はバリア層１１の境界面で乱反射を起し発光する。この発光の状態を外部に設けられたカメラ３で撮像し、カメラ３が撮像した画像を画像処理装置２は解析しバリア層１１を検査する。

図３は、プリフォームの検査装置のブロック図である。図３に示したように、プリフォームの検査装置は、検査対象であるプリフォーム１の口部１２の端面１５に指向性のある光を照射するリング光源４と、リング光源４から口部１２の端面１５に照射された光によって生じる胴部１０の現象（ここでは、乱反射による発光）を撮像するカメラ３と、カメラ３が撮像した画像を用いてバリア層１１を検査する画像処理装置２とから、少なくとも構成される。

まず、プリフォームの検査装置に備えられたリング光源４について説明する。図４はリング光源４を説明する図で、図５はリング光源４とプリフォーム１の相対位置を説明する図である。

本実施の形態では、プリフォーム１の口部１２の端面１５に光を照射するため、図４に示したように、光源をリング光源４としている。図５に示したように、垂直に搬送されるプリフォーム１が検査位置で停止したときに、プリフォーム１の口部１２の中心点とリング光源４の中心点の位置がほぼ一致するように、リング光源４は配置される。光源としてリング光源４を用いることで、光源の価格を安価にできる。

リング光源４は発光素子として複数のＬＥＤ４０を備え、各々のＬＥＤ４０は円状に配置され、プリフォーム１の口部１２の端面１５に均一に光が照射される。なお、リング光源４の直径は、プリフォーム１の口部１２の直径とほぼ同じ径としている。

本実施の形態において、複数のＬＥＤ４０が円状に配置されたリング光源４を用いるのは、プリフォーム１の口部１２の端面１５に照射される光に指向性を持たせるためである。蛍光灯などの拡散性が強い光を用いると、バリア層１１の境界面の乱反射で生じる発光が不鮮明になってしまう。これに対し、ＬＥＤ４０から照射される指向性の強い光を用いることで、プリフォーム１の口部１２の端面１５から内部に入射する光量を増加させることができ、バリア層１１の境界面の乱反射で生じる発光は鮮明になる。

なお、本発明に係るプリフォーム１の検査装置で用いられる光源は、複数のＬＥＤ４０が配置されたリング光源４でなくとも、指向性の強い光を端面１５の全面に照射できれば、どのような光源を用いても良く、光源の色についても言及はしない。

多層透明体の検査装置に備えられ、バリア層１１の境界面の乱反射で生じる発光を撮像するカメラ３はＣＣＤカメラである。なお、バリア層１１の境界面の乱反射で生じる発光をコントラストよく撮像するためのフィルターなどをカメラ３は備えていてもよい。

プリフォーム１のの検査装置の画像処理装置２は、ＣＰＵやメモリを備えたコンピュータで実現され、画像処理装置２は、カメラ３が撮像した画像を解析する手段である画像処理手段２１と、画像を表示するモニター２２と、検査を開始するトリガーを発生させるトリガー発生手段２３と、画像処理手段２１が処理した画像からバリア層１１を検査する機能を有し、画像処理装置２を制御する制御手段２０とを備える。

画像処理装置２に備えられた画像処理手段２１は、カメラ３が撮像したプリフォーム１の画像を多階調（例えば、２５６階調）の白黒画像に変換する手段で、画像処理ボードや画像処理装置２にインストールされる画像処理ソフトなどで実現することができる。

画像処理装置２のトリガ発生手段２３は、画像処理装置２が１本のプリフォーム１を検査開始するトリガーを発生させるための手段で、スターホイール５の駆動装置の電力を監視するトランスデューサや、検査位置に至ったプリフォーム１を検出する光電検出装置等で実現され、プリフォーム１が検査位置に到達すると、トリガ発生手段３２はプリフォーム１を検査開始するトリガーを制御手段２０に入力する。

画像処理装置２の制御手段２０は、コンピュータのＣＰＵを動作させるためのコンピュータプログラムで実現され、この制御手段２０は、画像処理手段２１が処理した画像からバリア層１１を検査する機能を有する。

ここから制御手段２０の動作手順について説明する。図６は、画像処理装置２の動作手順を示したフロー図である。この手順の最初のステップＳ１は、トリガ発生手段２３からトリガーを受信するステップである。トリガ発生手段２３からトリガーを受信することで、制御手段２０はプリフォーム１が検査位置に至ったことを認識し、検査位置に至ったプリフォーム１のバリア層１１の検査を開始する。

次のステップＳ２は、プリフォーム１の画像を処理するステップである。トリガ発生手段２３からトリガーを制御手段２３が受信したときには、プリフォーム１は検査位置に至っており、プリフォーム１の口部１２の端面１５にはリング光源４によって光が照射されている。

この状態で制御手段２０は画像処理手段２１を作動させ、カメラ３が撮像しているプリフォーム１の画像を取り込み、プリフォーム１の画像（ここでは、多階調の白黒画像）を処理する。また、制御手段２０は、カメラ３が撮像した画像、または、画像処理手段２１が処理した画像をモニター２２に表示する。

次のステップＳ３は、プリフォーム１のバリア層１１の正常／異常を判定するステップである。制御手段２０には、バリア層１１を正常とみなす閾値（ここではある階調）が予め設定されている。画像処理手段２１から得られる多階調のプリフォーム１の画像において、プリフォーム１の胴部１０に対応する画像の画素の階調と閾値とを、制御手段２０は比較する。

一般的に、光源色を白色とした場合、バリア層１１の境界面の乱反射で生じる発光は白色となる。よって、制御手段２０は、閾値以下の階調の画素、すなわち白色に近い画素に対応する箇所にはバリア層１１が存在するものとし、閾値を超えている階調の画素、すなわち黒色に近い画素に対応する箇所にはバリア層１１が存在しないと判断する。

図７は、画像処理されたプリフォーム１の画像の一例である。図７に示したように、プリフォーム１の胴部１０の下方にはバリア層１１が存在しないことを示す黒領域が広がっている。制御手段２０は、この黒領域からこのプリフォーム１のバリア層１１には欠陥があると検査し、プリフォーム１をリジェクトする。

次のステップＳ４は、検査を終了するか確認するステップである。予定数量のプリフォーム１を検査したときや、検査終了ボタンが押されたときに、制御手段２０は検査終了とし、この手順を終了する。なお、検査を終了しないときは次のプリフォーム１を検査するために、ステップＳ１に戻る。

なお、本実施の形態においては、本発明を分かり易くするためにカメラ３を１台とした。プリフォーム１は円筒状をしているため、実際には、プリフォーム１のすべての周面を撮像するために複数のカメラ３を必要とする。複数のカメラ３を設置したときは、それぞれのカメラ３が撮像したプリフォーム１の画像が検査に使用され、すべてのプリフォーム１の画像でバリア層１１の欠陥が発見されなかったときそのプリフォーム１は正常と判定される。

加えて、本実施の形態においては光源をリング光源としているが、プリフォーム１の位置決め精度が悪い製造ラインの場合は、光源を超高輝度のＬＥＤ面光源とするとよい。プリフォーム１の位置決め精度が悪い場合でも、プリフォーム１の位置決め精度をカバーするだけの発光面積を有するＬＥＤ面光源を用いれば、プリフォーム１の位置決め精度が悪い場合でも、プリフォーム１の口部１２の端面１５から内部に光を入射し検査できる。

検査対象となるプリフォームを説明する図。 プリフォームの検査装置の構成図。 プリフォームの検査装置のブロック図。 リング光源を説明する図。 リング光源とプリフォームの相対位置を説明する図。 画像処理装置の動作手順を示したフロー図。 画像処理されたプリフォーム１の画像の一例を示した図。

符号の説明

１ プリフォーム
１０ プリフォームの胴部
１１ プリフォームのバリア層
１２ プリフォームの口部
１５ プリフォームの端面
２ 画像処理装置
２０ 制御手段
２１ 画像処理手段
２２ モニタ
２３ トリガー発生手段
３ カメラ
４ リング光源
４０ ＬＥＤ

Claims (1)

1. 多層透明体の端面に光を入射したときに、前記多層透明体の端面に照射された光によって生じる前記多層透明体の内部の現象を撮像し、撮像した現象から前記多層透明体を検査する多層透明体の検査方法であって、
   前記多層透明体はＰＥＴボトルの予備成型品であるプリフォームであって、前記プリフォームは中間層としてバリア層を備え、
   前記光は、前記プリフォームの端面に照射面の形状が合致したリング光源の光であり、前記リング光源は前記プリフォームの端面から内部に入射する光量を増加させる指向性の強い光を前記プリフォームの端面から照射し、
   前記プリフォームの端面に照射された光がバリア層で乱反射する状態を撮像し、
   この乱反射の状態から前記バリア層の有無を検査する、
   ことを特徴とする多層透明体の検査方法。

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