JP5017617B2 - ボトルの残液検査方法 - Google Patents

Description

本発明は、ボトル内における残液の有無を判別する方法に関する。

飲料容器等として使用されるボトルに内容物を充填する場合、ボトル内に液体が残っていると充填後の液量が増え、あるいは内容物の品質が変化する不都合がある。そこで、内容物の充填に先立って、ボトル内に液体が残っていないか否かを判別する残液検査が行われることがある。従来の残液検査としては、高周波あるいはレーザ光を利用して水分を検知するセンサにて残液（ボトル内に残された液体）の有無を判別している。なお、液中に沈降している異物の有無を検査する装置としては、ボトルの側方からレーザ光を照射して底部を撮像し、得られた画像から異物の有無を判別する装置が知られている（例えば特許文献１参照）。
特開平５−７９９９９号公報

水検知用のセンサは用途が限られた特殊なセンサであり、その設置に際しては特別なガイド、ハンドリングが必要となる。検出対象の液種、ボトルの変更等に応じて位置調整、あるいは感度調整が必要不可欠で取り扱いにも手間がかかる。さらに油分等は検出できないことがある。

そこで、本発明は、特殊な水検知センサに依存することなく、ボトル内の残液の有無を判別することが可能な残液検査方法を提供することを目的とする。

本発明の残液検査方法は、ボトル（２）を加振手段（４、１４）にて揺する工程と、前記加振手段にて揺すられたボトルの底部（２ａ）を口部（２ｂ）から覗き込むようにして撮像手段（２１）により撮像する工程と、取得された前記底部の像内における明暗の分布に基づいて、前記揺する工程にて生じた泡の分布に対応した明暗の分布を検査することにより、前記ボトルの残液の有無を判別手段（２３）にて判別する工程と、を備えることにより、上述した課題を解決する。

本発明の残液検査方法によれば、加振手段でボトルを揺すっているので、ボトル内に液体が残っている場合にはその残液も揺すられて液面が泡立つ。泡が生じているボトルの底部を口部から覗き込むように撮像した場合、得られた底部の画像には泡の影響で明度が変化した箇所が出現する。残液の泡は、底部内において適度な広がりをもった範囲内で多数発生するから、泡の影響で明度が変化する箇所の分布状況もその泡の分布に対応した特徴を呈する。一方、ボトルの底部に異物、傷といった欠陥が存在する場合にもその欠陥箇所で画像内に明度の変化が生じるが、欠陥は底部の特定箇所に偏って出現することが通例であって、その個数も少ない。つまり、液体が残っているボトルを揺すってからその底部を撮像した場合、その画像には泡の分布に対応した特徴的な明暗の分布が現れる。その特徴の有無を判別手段にて検査することにより、残液の有無を判別することが可能となる。ボトル検査において多用されている画像処理装置の技術を利用して残液検査を実施することにより、水検知用の特殊なセンサを必須とせず、また、油分等であっても、ボトルを揺すって泡立てることができる液体である限り、その存在を検出することができる。

本発明の残液検査方法の一形態において、前記判別手段は、正常な底部を撮像したときの基準明度とは異なる異常明度を示す箇所を前記底部の像内にて検出し、その異常明度を示す箇所の前記像内における分布状況に基づいて、前記残液の有無を判別してもよい。この形態によれば、異常明度の箇所が検出された場合に、これを残液の泡に対応する箇所と仮定し、その異常明度の箇所が泡の分布に対応する分布を示しているか否かを判断することにより、残液の有無を判別することができる。

上記の形態において、前記判別手段は、前記底部の像を複数の領域（Ａ１〜Ａ３）に区分し、前記異常明度を示す箇所が所定数以上検出された領域が少なくとも一つ存在する場合に前記残液が存在すると判別してもよい。異常明度の箇所が泡に対応するものであれば、その泡が存在する領域においてある程度まとまった個数の異常明度箇所が検出され、異物等の欠陥であれば、異常明度の箇所が検出されてもその個数は泡の場合よりも十分に少ない蓋然性が高い。よって、本形態によれば、残液の存在を、欠陥が存在する場合とは区別して比較的高精度に判別することができる。

さらに、前記判別手段は、前記複数の領域の全てにおいて前記異常明度を示す箇所の検出数が前記所定数未満であり、かつ前記箇所が前記所定数未満の範囲内で検出された領域が少なくとも一つ存在する場合に、前記底部に欠陥が存在すると判別してもよい。この形態によれば、同一の撮像手段を利用してボトルの残液の有無と、異物、傷等の欠陥とを区別して検出することができる。これにより、残液検査方法を欠陥検査方法としても兼用させることができる。言い換えれば、残液存在時に固有の明暗分布の有無を判別する機能を既存の欠陥検査装置に追加することにより、本発明の残液検査方法を実現することができる。

本発明の残液検査方法では、前記ボトルを揺すりつつ搬送する搬送手段（４、１４）を前記加振手段として利用してもよい。これにより、加振手段を容易に実現することができる。

前記搬送手段は、順次搬入される複数のボトルのピッチを拡大させつつ送り出すピッチ割り装置（４）を含んでいてもよい。ピッチ割り装置は、ボトルを検査に適したピッチで整列させて搬入する手段として検査装置の搬入側に付帯設備として設置されることが多い。そのピッチ割り装置では、ボトルが加速されてピッチが強制的に整えられ、その過程でボトルが比較的強く揺すられる。その揺れを利用してボトル内の残液を十分に泡立たせることにより、残液の検査精度をさらに高めるとともに、検査装置の付帯設備であるピッチ割り装置を加振手段の少なくとも一部として有効に活用することができる。

前記搬送手段は、ボトルの胴部を挟み込んで支持し、かつボトルの底部側及び口部側は開放した状態で前記ボトルを搬送する胴部支持搬送機構（１４）を含んでおり、前記胴部支持搬送機構の下方には、前記ボトルを底部側から照明する照明手段（２０）が設けられ、前記撮像手段は、前記照明手段にて照明されたボトルの底部をその口部側から覗き込むようにして撮像してもよい。ボトルを底部側から照明しつつ口部側から覗き込むようにして底部を撮像する構成は、底部の欠陥検査等を目的とする検査装置にて採用されている構成である。その構成を流用することにより、本発明の残液検査方法をより容易に実現することができる。

なお、以上の説明では本発明の理解を容易にするために添付図面の参照符号を括弧書きにて付記したが、それにより本発明が図示の形態に限定されるものではない。

以上に説明したように、本発明によれば、ボトルを揺すった上でその底部を口部から覗き込むように撮像し、得られた画像内の明暗の分布に基づいて、泡の分布に対応した明暗の分布の有無を検査することにより、残液の有無を判別するようにしたので、水検知用の特殊なセンサを必須とすることなく、ボトル検査において多用されている画像処理装置の技術を利用して残液の有無を判別することが可能となる。また、油分等であっても、ボトルを揺すって泡立てることができる液体である限り、その存在を検出することができる利点もある。

図１は本発明の一形態に係る残液検査方法にて使用されるボトル検査機を示している。ボトル検査機１は、ボトル２の検査を実行する検査機本体３と、その検査機本体３に対して検査対象のボトル２を適切なピッチで１本ずつ送り出すピッチ割り装置４とを備えている。検査対象のボトル２は、不図示の洗浄機で洗浄され、かつ飲料物等の内容物が充填される前の状態であり、その口部は王冠等の栓によって封印されることなく開封されている。

ピッチ割り装置４は、第１コンベア５と、第２コンベア６と、それらのコンベア５、６の間でボトル２を移送する移送機構７とを備えている。コンベア５、６は、ボトル２を水平な搬送面に乗せて直線的に搬送するトップチェーン式のコンベアであって、それらの搬送方向は互いに一致している。洗浄済のボトル２は、その口部を上方に向けた状態で第１コンベア５に対して図中の矢印Ｆ方向に１本ずつ順次搬入される。第２コンベア６の搬送速度は、第１コンベア５のそれよりも高く設定されている。移送機構７は、コンベア５、６によるボトル２の搬送経路を左右から挟むように配置された一対のベルト７ａ、７ｂを有している。ベルト７ａ、７ｂはコンベア５、６の搬送方向（矢印Ｆ方向）と同一方向に走行駆動される。第１コンベア５の終端部まで搬送されたボトル２の胴部がベルト７ａ、７ｂ間に挟み込まれ、そのボトル２がベルト７ａ、７ｂの走行に伴って第２コンベア６へと移送されることにより、ボトル２が加速されてボトル２間のピッチ（搬送方向の間隔）が検査に適した値まで広げられる。第２コンベア６に移送されたボトル２はその第２コンベア６によって検査機本体３に搬入される。なお、第２コンベア６は検査機本体３の内部に幾らか入り込んでいる。

検査機本体３には、第１の胴検査部１１と、底検査部１２と、第２の胴検査部１３と、本体内搬送機構１４とが設けられている。第１の胴検査部１１は、第２コンベア６によって搬送されるボトル２の胴部の半周を側方から撮影して、異物付着等の欠陥の有無を判別する。底検査部１２は、本体内搬送機構１４にて搬送されるボトル２の底部の画像を取得して底部に関する所定の検査を実行する。底検査部１２の詳細は後述する。第２の胴検査部１３は、第３コンベア１５によって搬送されるボトル２の胴部の残りの半周を側方から撮影して欠陥の有無を判別する。第３コンベア１５は、第１コンベア５及び第２コンベア６と同一方向にボトル２を直線的に搬送するように設けられている。第３コンベア１５の搬送速度は第２コンベア６のそれと等しい。第３コンベア１５は検査機本体３の下流側まで延ばされて不図示のアキューム装置までボトル２を搬送する。アキューム装置のさらに下流には、ボトル２に内容物（飲料）を充填する内容物充填装置が配置される。

本体内搬送機構１４は、第２コンベア６から第３コンベア１５へとボトル２を搬送する。その本体内搬送機構１４は、コンベア６、１５によるボトル２の搬送経路を左右から挟むように配置された一対のベルト１４ａ、１４ｂを有している。ベルト１４ａ、１４ｂは、コンベア６、１５によるボトル２の搬送方向と同一方向にコンベア６、１５と同一速度で走行駆動される。第２コンベア６の終端部まで搬送されたボトル２の胴部がベルト１４ａ、１４ｂ間に挟み込まれ、そのボトル２がベルト１４ａ、１４ｂの走行に伴って第３コンベア１５へと移送される。ベルト１４ａ、１４ｂによる搬送区間においては、ボトル２の底部側及び口部側には支持手段が設けられていない。つまり、第２コンベア６と第３コンベア１５との間において、ボトル２はその胴部２ｃ（図２参照）がベルト１４ａ、１４ｂ間に挟み込まれて支持された状態で搬送され、底部側の下方及び口部の上方は開放されたオープンスペースとなっている。これにより、本体内搬送機構１４は胴部支持搬送機構として機能する。

図２は底検査部１２の構成を示している。一般に、底検査部１２は、ボトル２の底部２ａにおける異物の付着、傷といった欠陥の有無を検査する目的で設けられているが、本形態ではその底検査部１２にてボトル２内の残液の有無も検査する。底検査部１２は、ボトル２の下方に配置されてボトル２を底部２ａ側から上方に向かって照明する照明手段としての照明器２０と、ボトル２の底部２ａを口部２ｂから覗き込むようにして撮像する撮像手段としてのカメラ２１と、カメラ２１で撮像された画像信号を、検査に適したデジタル画像信号へと変換する画像処理部２２と、画像処理部２２で得られた画像を解析する判別手段としての演算部２３とを備えている。

照明器２０はボトル２に対して所定周期でパルス光を照射する。照明器２０は、一例として、多数のＬＥＤを光源として使用するＬＥＤ照明器である。パルス光が照射されたボトル２を口部２ｂ側からカメラ２１にて撮影することにより、照明されたボトル２の底部２ａの静止画像を取得することができる。カメラ２１は、固体撮像素子を利用してボトル２の底部２ａの画像を光電変換してアナログ画像信号を出力する。画像処理部２２は、カメラ２１から出力される画像信号をＡＤ変換してボトル２の底部２ａの画像を所定階調（例えば２５６階調）のデジタル画像へと変換する。

演算部２３は、マイクロコンピュータとその動作に必要な主記憶装置等を組み合わせたコンピュータユニットとして構成され、画像処理部２２から出力された画像を所定のアルゴリズムに従って検査することにより、底部２ａにおける欠陥の有無、及び残液の有無を判別する。演算部２３には、検査に必要な情報等をオペレータが入力するための入力部２４と、撮影された画像や検査結果等をオペレータに出力するための出力部２５とが接続されている。なお、照明器２０からカメラ２１に至る光路には偏向フィルタ等の光学要素を必要に応じて設けてもよい。ボトル２がベルト１４ａ、１４ｂから誤って落下した場合でも照明器２０とベルト１４ａ、１４ｂの間にボトル２が詰まることがないように、照明器２０はボトル２の底部２ａから下方に十分に離して設置することが望ましい。

次に、図３及び図４を参照して、演算部２３における検査の原理を説明する。図３は、内部に液体が残っているボトル（以下、これを残液ボトルと呼ぶことがある。）２をカメラ２１にて撮影した画像の一例を示している。ボトル検査機１では、ピッチ割り装置４、あるいは、本体内搬送機構１４によってボトル２が搬送される間にボトル２が揺すられる。特に、ピッチ割り装置４では、移送機構７による移送過程でボトル２が加速されるため、ボトル２が比較的強く揺すられる。このため、ボトル２内に液体が残されている場合、その残液も揺すられて液面が泡立ち、その泡立った液面の画像がカメラ２１にて撮影される。図３に示す画像においては、白色部分が液面であり、その液面中に点在する粒状部分が泡の像である。なお、白色部分よりも外側はボトル２の胴部２ｃ又はそれよりも外側の領域に相当する。

一方、図４はボトル２の内部に残液がなく、かつ底部（但し、内面側）２ａに異物３０が付着しているときの画像を模式的に示している。この場合、ボトル２の底部２ａはほぼ一様な明度で撮影され、異物３０の明度は周囲の明度を基準明度としたときに、その基準明度と比して明確に相違する。異物３０に代えて底部２ａに傷等が存在する場合も同様である。なお、基準明度とは、欠陥も残液もない正常なボトル２の底部２ａを撮像したときの底部２ａの像の明るさを代表する明度である。画像中の泡と欠陥とは、いずれも周囲の基準明度と比較して明るさが明確に異なる箇所（以下、その箇所を異常明度箇所と呼ぶ。
）として検出することが可能であるが、そのような検出ロジックだけでは欠陥と泡との区別が困難となるおそれがある。ところが、図３と図４との比較から明らかなように、残液ボトル２の画像では、異常明度箇所（つまり泡）が適度な広がりを有する範囲内にて満遍なく散らばっているのに対して、欠陥に関しては底部２ａ内の多くても数ヶ所程度にとどまる。そこで、異常明度箇所の分布状況を参照すれば残液又は欠陥を区別することができる。本形態では、図４に示したように、ボトル２の底部の画像を半径方向に関して複数の領域Ａ１〜Ａｎ（図示例ではｎ＝３）に区分し、いずれかの領域で異常明度箇所がある程度まとまった個数以上検出された場合にボトル２に液体が残っていると判別し、一部の領域で異常明度箇所が検出されていても、その検出数が少ない場合にはボトル２に欠陥が存在すると判別する。なお、図４から明らかなように、本形態では、底部の画像上において円形のライトゲートＬＧを設定して、検査に適しないボトル２を識別するための補充的な検査を併せて実施するが、この点は後述する。

図５は、演算部２３が上述した原理に基づいてボトル２を検査するために実施するボトル検査ルーチンを示している。このボトル検査ルーチンは、ボトル２の画像が演算部２３に取り込まれる毎に実施される。図５のボトル検査ルーチンにおいて、演算部２３は、まずステップＳ１で画像に対して円形のライトゲートＬＧを設定し、そのライトゲートＬＧを円周方向に等分する複数（一例として３２個）の検出点のそれぞれにおける画素の明度（階調値）Ｂ１〜Ｂｎが取得される。ライトゲートＬＧは、ボトル２の底部２ａが、異物等の欠陥が存在しない正常な状態のときに、照明光に対する透過率が周方向に概ね均一となるような領域に設定すればよい。一例として底部２ａの直径の１／３程度の位置に設定される。

続いて、演算部２３はステップＳ２で明度Ｂ１〜Ｂｎの平均値Ｂｍを算出し、次のステップＳ３で明度平均値Ｂｍが所定の下限値Ｂｍｉｎと上限値Ｂｍａｘとの間にあるか否か判断する。下限値Ｂｍｉｎ及び上限値Ｂｍａｘは、ボトル２の内部にセメント等の異物が全面的に詰まっている等の理由により底部２ａの画像の全体が暗い場合、及び、ボトル２の底部２ａが抜けていて画像の全体が明るい場合に、それらのボトル２を検出対象から除外する目的で設定される閾値である。例えば底部２ａの画像において、算出された明度平均値Ｂｍが下限値Ｂｍｉｎより小さい場合には異物が全面的に詰まっていると識別し、一方、明度平均値Ｂｍが上限値Ｂｍａｘより大きい場合には底部２ａが抜けているボトルとして識別することができる。

ステップＳ３で明度平均値Ｂｍが下限値Ｂｍｉｎよりも低い、又は上限値Ｂｍａｘよりも高い場合、演算部２３はステップＳ４に進み、撮影されたボトル２が検出対象外のボトルであると識別して検査ルーチンを終える。一方、ステップＳ３にて明度平均値Ｂｍが下限値Ｂｍｉｎと上限値Ｂｍａｘとの間にあった場合、演算部２３はステップＳ５に進み、ボトル２の底部２ａの画像に設定される領域Ａ１〜Ａｎ（図４参照）から、検査対象の一つの領域Ａｘを選択する。続くステップＳ６で、演算部２３は、検査対象の領域Ａｘの画素の明度を検査して、欠陥又は泡に相当する異常明度箇所の検出数を記憶する。異常明度箇所を検出するためのロジックは、底部の異物、傷等の欠陥を検出するために使用される公知の検査装置と同様でよい。次のステップＳ７において、演算部２３は、全ての領域Ａ１〜Ａｎに関してステップＳ６の検査が終了したか否か判断する。まだ検査していない領域が存在する場合、演算部２３はステップＳ５へ戻って未検査の領域を新たに検査対象の領域Ａｘとして選択して以降の処理を繰り返す。

ステップＳ７で全ての領域Ａ１〜Ａｎの検査が終了したと判断された場合、演算部２３はステップＳ８へ進み、いずれかの領域にて異常明度箇所が所定数Ｘ以上検出されたか否か判断する。検出数Ｘは、異常明度箇所が泡に相当する場合と、欠陥に相当する場合とを区別できる閾値として設定される。ステップＳ８が肯定判断された場合、演算部２３はステップＳ９に進み、検査対象のボトル２が残液ボトルであると判別して検査ルーチンを終える。一方、ステップＳ８が否定判断された場合、すなわち全ての領域で異常明度箇所の検出数がＸ未満と判断された場合、演算部２３はステップＳ１０へ進み、全領域で異常明度箇所が検出されていない（つまり検出数＝０）か否か判断する。ステップＳ１０が肯定判断された場合、演算部２３はステップＳ１１に進み、検査対象のボトル２が残液も欠陥もない正常なボトルであると判別して検査ルーチンを終える。一方、ステップＳ１０が否定判断された場合、すなわち、少なくとも一つの領域で異常明度箇所がＸ未満の個数だけ検出されている場合、演算部２３はステップＳ１２へ進み、底部２ａに異物３０の付着といった欠陥が存在すると判別して検査ルーチンを終える。

ステップＳ４で検出対象外として判別され、ステップＳ９で残液ボトルと判別され、あるいはステップＳ１２で底部２ａに欠陥があると判別されたボトル２は、第３コンベア１５によって検査機本体３から搬出された後、正常なボトル２の搬送経路から排除される。第１胴検査部１１、又は第２胴検査部１３にて胴部２ｃに欠陥が存在すると判別されたボトル２も同様である。各検査部１１〜１３にて正常と判別されたボトル２は検査機１を通過して後続する内容物充填工程へと送り出される。ボトル２の検査結果と、検査機１から搬出されるボトル２との対応関係は、ボトル２の搬出速度と検査時からの経過時間とから特定すればよい。

本発明は上述した形態に限定されることなく、種々の形態にて実施してよい。例えば、本発明は、欠陥の有無を判別せず、残液の有無のみを判別する残液検査方法として構成されてもよい。図４では底部を３つの領域に区分する例を示したが、その区分数は適宜に変更してもよい。本発明は、底部を複数領域に区別することを必ずしも要しない。底部の画像における明暗の分布に基づいて残液の有無を判別する限りにおいて、本発明は、適宜の変更が可能である。例えば、泡が底部に適度な密度で存在することから、泡に相当する可能性のある明度変化箇所（上記の形態では異常明度箇所）の密度、重心位置等を特定し、それらを手掛かりとして残液の有無を判別してもよい。上記の形態では、搬送手段としてのピッチ割り装置４及び本体内搬送機構（胴部支持搬送機構）１４を加振手段として利用しているが、これに限らず、ボトル２内の残液を泡立てることができる程度にボトル２を揺することができるものであれば、加振手段として適宜に利用してよい。例えば、ボトル２の搬送経路の途中に加振器を設置してボトル２を揺すってもよい。

本発明の一形態に係る残液検査方法にて使用されるボトル検査機を示す平面図。 底検査部の構成を示す図。 内部に液体が残っているボトルをカメラにて撮影した画像の一例を示す図。 ボトルの底部に異物が付着しているときの画像を模式的に示した図。 画像解析部がボトルを検査するために実施するボトル検査ルーチンを示すフローチャート。

１ ボトル検査機（残液検査装置）
２ ボトル
２ａ ボトルの底部
２ｂ ボトルの口部
２ｃ ボトルの胴部
３ 検査機本体
４ ピッチ割り装置（搬送手段、加振手段）
１１ 第１胴検査部
１２ 底検査部
１３ 第２胴検査部
１４ 本体内搬送機構（搬送手段、胴部支持搬送機構）
２０ 照明器（照明手段）
２１ カメラ（撮像手段）
２３ 演算部（判別手段）

Claims (7)

1. ボトルを加振手段にて揺する工程と、
   前記加振手段にて揺すられたボトルの底部を口部から覗き込むようにして撮像手段により撮像する工程と、
   取得された前記底部の像内における明暗の分布に基づいて、前記揺する工程にて生じた泡の分布に対応した明暗の分布の有無を検査することにより、前記ボトルの残液の有無を判別手段にて判別する工程と、
   を備えたことを特徴とするボトルの残液検査方法。
2. 前記判別手段は、正常な底部を撮像したときの基準明度とは異なる異常明度を示す箇所を前記底部の像内にて検出し、その異常明度を示す箇所の前記像内における分布状況に基づいて、前記残液の有無を判別することを特徴とする請求項１に記載の残液検査方法。
3. 前記判別手段は、前記底部の像を複数の領域に区分し、前記異常明度を示す箇所が所定数以上検出された領域が少なくとも一つ存在する場合に前記残液が存在すると判別することを特徴とする請求項２に記載の残液検査方法。
4. 前記判別手段は、前記複数の領域の全てにおいて前記異常明度を示す箇所の検出数が前記所定数未満であり、かつ前記箇所が前記所定数未満の範囲内で検出された領域が少なくとも一つ存在する場合に、前記底部に欠陥が存在すると判別することを特徴とする請求項３に記載の残液検査方法。
5. 前記ボトルを揺すりつつ搬送する搬送手段を前記加振手段として利用することを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の残液検査方法。
6. 前記搬送手段は、順次搬入される複数のボトルのピッチを拡大させつつ送り出すピッチ割り装置を含んでいることを特徴とする請求項５に記載の残液検査方法。
7. 前記搬送手段は、ボトルの胴部を挟み込んで支持し、かつボトルの底部側及び口部側は開放した状態で前記ボトルを搬送する胴部支持搬送機構を含んでおり、前記胴部支持搬送機構の下方には、前記ボトルを底部側から照明する照明手段が設けられ、前記撮像手段は、前記照明手段にて照明されたボトルの底部をその口部側から覗き込むようにして撮像する、ことを特徴とする請求項５又は６に記載の残液検査方法。