JP5633005B2 - 異物検査装置 - Google Patents

Description

本発明は、異物検査装置に係り、特に飲料等の液体が充填されたガラス壜の底部又は底部付近に異物が沈殿しているか否かを光学的に検査する異物検査装置に関するものである。

従来から、ガラス壜に飲料等の液体を充填した後に壜の底部又は底部付近に異物が沈殿しているか否かの検査を行っている。一般に、壜底異物検査装置においては、ガラス壜の上方からガラス壜内を照明し、ガラス壜の下方からＣＣＤカメラによりガラス壜の底部を透過した透過光を撮影し、得られた画像を画像処理装置により処理して壜の底部又は底部付近に存在する異物を検出している。この場合、ＣＣＤカメラによる画像中では壜底部に沈殿した異物は明るい背景の中に暗い影となって映り、この暗い影を判別することにより異物を検出している。

特開２００３−２０２３００号公報

図５は、ガラス壜の底部又は底部付近に異物が沈殿しているか否かを光学的に検査するために、ガラス壜の上方からガラス壜内を照明し、ガラス壜の底部をＣＣＤカメラにより撮影した画像を示す図である。図５に示すように、ＣＣＤカメラによる画像中には、壜のキャップに対応した中央部の円形の暗い画像部分と、中央部の円形の暗い画像部分の周囲にある円輪状の明るい画像部分と、この円輪状の明るい画像部分の外側にあって暗い画像部分と明るい画像部分とがまだら模様になった円輪状のまだら状画像部分と、このまだら状画像部分の外側にあって壜底外周のナーリングに沿ってできるギザギザ模様の画像部分を含む円輪状の明るい画像部分とが形成されている。

図５に示す画像中、壜底外周のナーリングに沿ってできるギザギザ模様の画像部分の外側にある円形の太い実線（矢印で指す）は、検査領域を示すためのものであって、この円形の太い実線の内側の領域が検査領域である。図５に示すような画像について、画像処理装置により処理して壜の底部又は底部付近に存在する異物を検出する場合に、壜底外周のナーリングに沿ってできるギザギザ模様の画像部分を含む円輪状の明るい画像部分の中に異物がある場合には、明るい背景の中に暗い影となって映るので、この暗い影を判別することにより異物を検出できる。
しかしながら、前記ギザギザ模様の画像部分を含む円輪状の明るい画像部分の内側にある円輪状のまだら状画像部分に異物がある場合には、異物による暗い画像部分なのか、まだら模様による暗い画像部分なのかを峻別することができない。この円輪状のまだら状画像部分は、画像中、比較的広い範囲に亘っているために、壜底部に沈殿した異物を検出することができない場合が多くあった。
なお、壜のキャップに対応した中央部の円形の暗い画像部分の中に異物がある場合も異物を検出することはできない。

本発明者らは、このまだら状画像部分が形成される原因を究明するために種々の実験を行うとともに実験結果の解析を進めた結果、以下の知見を得たものである。
図６は、照明からの光がガラス壜内に入射し、ガラス壜を透過した光がＣＣＤカメラにより撮影される場合の光路を示す図である。図６においては、図５に示す画像中のまだら状画像部分が形成される光路を示している。すなわち、照明２からの光の一部はガラス壜１の肩部１ｓを透過してガラス壜内に入射し、ガラス壜内に入射した光の一部はガラス壜の底部１ａを透過しＣＣＤカメラ３に入射する。ガラス壜の肩部は曲面になっているため、肩部の肉厚は不均一になりがちであり、さらにガラス壜の肩部がなだらかな曲線を描いて傾斜しているためガラス壜の曲面によるレンズ効果によって、ＣＣＤカメラ３によって撮影された画像（図５）には、円輪状のまだら状画像が広範囲にわたって写し出されている。

本発明は、上述の事情に鑑みなされたもので、背景の画像部分と異物の画像部分との明暗が明瞭な画像を得ることができ、かつ異物が壜底部のどの部分にある場合であっても、異物を確実に検出することができる異物検査装置を提供することを目的とする。

上述の目的を達成するため、本発明の異物検査装置は、液体が充填されたガラス壜の底部に異物があるか否かを検査する装置において、ガラス壜の上方に配置されガラス壜の上方からガラス壜内を照明し、かつガラス壜より半径方向外側からガラス壜の肩部を斜め下方に照明する照明と、ガラス壜の下方に配置されガラス壜の底部を透過した透過光を撮影する撮像手段とを備え、前記ガラス壜の底部と前記撮像手段との間に、半径方向内側と半径方向外側にそれぞれ逆円錐面を有し、前記半径方向内側の逆円錐面の下端に環状の開口部を形成した逆円錐状レンズを設け、前記照明からガラス壜の肩部を介してガラス壜内に入射した光をガラス壜の内壁面で複数回反射させた後にガラス壜の底部を透過させ、ガラス壜の底部を透過した光の一部を前記逆円錐状レンズの半径方向内側および外側の２つの逆円錐面を介して前記撮像手段に入射させるようにしたことを特徴とする。

本発明によれば、照明からの光はガラス壜の肩部を透過してガラス壜内に入射する。ガラス壜内に入射した光の一部は、ガラス壜の内壁面で反射を繰り返した後にガラス壜の底部を透過する。ガラス壜の底部を透過した光の一部は、逆円錐状レンズの半径方向内側および外側の２つの逆円錐面を透過および反射をして撮像手段に入射する。本発明によれば、半径方向内側および外側の２つの逆円錐面を有した逆円錐状レンズを用いることにより、ガラス壜の壜底部を撮像手段により斜め下方から撮像する撮像系となり、そのため、撮像手段は、ガラス壜の肩部から入射してガラス壜の内壁面で反射を繰り返して斜め下方に進行し、壜底部を斜め下方に透過した光を撮像することになる。この場合、照明からの光がガラス壜の肩部を透過する際には、肩部の肉厚の不均一性や肩部の斜めに傾斜した複雑な曲面等の影響を受けて透過光の強度は均一でなくむらがあるが、この透過光がガラス壜の内壁面で反射を繰り返す間に反射光の強度が徐々に均一化されるようになる。そのため、この反射光を撮像手段により撮像すると、一様な明るさの画像部分になる。したがって、壜底部に異物がある場合には、異物は一様な明るさの背景の中に暗い影となって映り、異物を明瞭に識別することができる。

本発明の好ましい態様は、前記逆円錐状レンズは、ガラス壜底部の全面を透過した光を受光して前記撮像手段に導くように構成されていることを特徴とする。
本発明によれば、逆円錐状レンズの半径方向内側の逆円錐面に、ガラス壜底部の全面からの透過光を入射させることができるため、ガラス壜底部の異物を確実に検出することができる。

本発明の好ましい態様は、前記撮像手段は、前記ガラス壜の底部を透過した光は、前記半径方向内側の逆円錐面を透過して前記半径方向外側の逆円錐面で反射し、前記半径方向外側の逆円錐面からの反射光は前記半径方向内側の逆円錐面の内面側で反射し、前記半径方向内側の逆円錐面からの反射光が前記撮像手段に入射することを特徴とする。

本発明の好ましい態様は、前記撮像手段は、前記逆円錐状レンズの環状の開口部を通過した光を撮像した内側の画像部分と前記逆円錐状レンズの半径方向内側の逆円錐面に入射した光を撮像した外側の画像部分とを１つの画像中に形成し、前記外側の画像部分のみを検査領域とすることを特徴とする。
本発明によれば、逆円錐状レンズを介して結像させた均一な明るさの画像部分を検査領域とすることができる。

本発明の好ましい態様は、前記撮像手段の光軸と前記逆円錐状レンズの半径方向内側の逆円錐面上の母線に対する垂線とのなす角度は３０°から６０°であることを特徴とする。
本発明によれば、所定角度の逆円錐面を有した逆円錐状レンズを用いることにより、照明からガラス壜の肩部を透過した透過光がガラス壜の内壁面で反射を繰り返しガラス壜の底部に到達し、ガラス壜の底部を透過した透過光を逆円錐状レンズにより撮像手段に導くことができる。

本発明は、以下に列挙する効果を奏する。
（１）本発明によれば、半径方向内側および外側の２つの逆円錐面を有した逆円錐状レンズを用いることにより、ガラス壜の壜底部を撮像手段により斜め下方から撮像する撮像系となり、照明からの光がガラス壜の肩部を透過し、この透過光がガラス壜の内壁面で反射を繰り返す間に反射光の強度が徐々に均一化されるようになるため、この反射光を撮像手段により撮像すると、一様な明るさの画像部分になり、壜底部に異物がある場合には異物は一様な明るさの背景の中に暗い影となって映り、壜底部に存在する異物を明瞭に識別することができる。
（２）本発明によれば、ガラス壜の壜底部の全面から透過した透過光を逆円錐状レンズにより撮像手段に導くことができるため、異物が壜底部のどこにあっても、例えば、中央部にあっても異物を確実に検出することができる。
（３）本発明によれば、ガラス壜を回転させたり、カメラを多数設置しなくても、１つの撮像手段（カメラ）で壜底部全体の検査が可能になる。したがって、ガラス壜を搬送するための構成を簡素化することが可能になる。

図１は本発明の異物検査装置の基本構成を示す模式図である。 図２は、図１の要部拡大図であり、ガラス壜の壜底部を透過した透過光とコーンレンズとの関係を示す図である。 図３は、図１に示す照明撮像系を用いて撮影した画像である。 図４は、ガラス壜を直線搬送しながら異物検査を行うことができる異物検査装置の具体的構成を示す図であり、異物検査装置の正面図である。 図５は、ガラス壜の上方からガラス壜内を照明し、ガラス壜の底部をＣＣＤカメラにより撮影した画像を示す図である。 図６は、照明からの光がガラス壜内に入射し、ガラス壜を透過した光がＣＣＤカメラにより撮影される場合の光路を示す図である。

以下、本発明に係る異物検査装置の実施形態を図１乃至図４を参照して説明する。図１乃至図４において、同一または相当する構成要素には、同一の符号を付して重複した説明を省略する。
図１は本発明の異物検査装置の基本構成を示す模式図である。図１において、符号１は飲料等の液体が充填されたガラス壜である。ガラス壜１にはキャップ（又は王冠）１ｃが打栓されている。ガラス壜１は、円形断面を有し、底部外周に凹凸部からなるナーリングを有している。ガラス壜１の上方には、ガラス壜１の上方からガラス壜内を照明する照明２が配置されている。照明２は多数のＬＥＤを配列することにより構成されている。ガラス壜１の下方には、ガラス壜１の底部を透過した透過光を撮影するＣＣＤカメラ３が配置されている。また、ガラス壜１の壜底部１ａとＣＣＤカメラ３との間には、コーンレンズ４が配置されている。コーンレンズ４は、半径方向内側にある逆円錐面である内側逆円錐面４ａと半径方向外側にある逆円錐面である外側逆円錐面４ｂとを有した逆円錐状レンズからなり、内側逆円錐面４ａの半径方向内側に環状の開口部４ｃが形成されている。

ガラス壜１の中心とコーンレンズ４の中心は、ＣＣＤカメラ３の光軸３ｘ上に位置している。ＣＣＤカメラ３は、ＣＣＤカメラで得られた画像を処理する画像処理装置（図示せず）に接続されている。ここで、ＣＣＤカメラ３は撮像手段を構成している。

次に、図１に示すように構成された異物検査装置の作用を説明する。
照明２からの光はガラス壜１の肩部１ｓを透過してガラス壜１内に入射し、ガラス壜１の内側から壜底部１ａを透過する。コーンレンズ４の内側逆円錐面４ａの最外端部は、ガラス壜１の底部外周部と半径方向に概略同一か半径方向外側まで延びており、コーンレンズ４の内側逆円錐面４ａの傾きはガラス壜１の底部を透過した光を入射させることができるようになっている。図１における角度θ、すなわちＣＣＤカメラ３の光軸３ｘとコーンレンズ４の内側逆円錐面４ａの母線に対する垂線とのなす角度θは、約３０°から６０°になるように設定されている。このように設定することにより、ガラス壜１の肩部１ｓを透過し、ガラス壜の内壁面で反射を繰り返して壜底部を透過した透過光をコーンレンズ４の内側逆円錐面４ａに入射させるようにすることができる。また、コーンレンズ４の環状の開口部４ｃは、後述するように所定範囲内に制限されている。図１に示すように、照明２からガラス壜１の肩部１ｓに入射した光の一部は、ガラス壜１の内壁面で反射を繰り返して壜底部１ａに到達し、壜底部１ａを透過した光の一部はコーンレンズ４の内側逆円錐面４ａに入射する。そして、コーンレンズ４の内側逆円錐面４ａに入射した光は、コーンレンズ４の内側逆円錐面４ａを透過してレンズ内に入射し、その後外側逆円錐面４ｂで反射する。外側逆円錐面４ｂからの反射光は内側逆円錐面４ａの内面側で反射し、内側逆円錐面４ａからの反射光はＣＣＤカメラ３に入射して撮影される。なお、光路Ｌ０のようにガラス壜１の肩部１ｓから壜底部１ａを透過して直接ＣＣＤカメラ３に入射する光もある。

図２は、図１の要部拡大図であり、ガラス壜１の壜底部１ａを透過した透過光Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３，Ｌ４とコーンレンズ４との関係を示す断面図である。以下の説明において、図２に示す断面図を基準に右側、左側などを用いて説明する。
ガラス壜１の壜底部１ａを透過した透過光のうちＬ１，Ｌ２について述べると、左側の最外端部からの透過光Ｌ１はコーンレンズ４の右側の内側逆円錐面４ａに入射して内側逆円錐面４ａを透過し、外側逆円錐面４ｂで反射しその反射光が内側逆円錐面４ａの内面側下端部で反射し、この反射光はＣＣＤカメラ３に入射して撮影される。また、壜底部１ａを透過した透過光のうち、透過光Ｌ２はコーンレンズ４の右側の内側逆円錐面４ａの上部に入射して内側逆円錐面４ａを透過し、外側逆円錐面４ｂで反射しその反射光が内側逆円錐面４ａの内面側で反射し、この反射光はコーンレンズ４内を進みコーンレンズの外側逆円錐面４ｂの下端部からＣＣＤカメラ３に入射して撮影される。
透過光のＬ３，Ｌ４についても同様であり、右側の最外端部からの透過光Ｌ３はコーンレンズ４の左側の内側逆円錐面４ａに入射して内側逆円錐面４ａを透過し、外側逆円錐面４ｂの下端部で反射しその反射光が内側逆円錐面４ａの内面側下端部で反射し、この反射光はＣＣＤカメラ３に入射して撮影される。また、透過光Ｌ４はコーンレンズ４の左側の内側逆円錐面４ａの上部に入射して内側逆円錐面４ａを透過し、外側逆円錐面４ｂで反射しその反射光が内側逆円錐面４ａの内面側で反射し、この反射光はコーンレンズ４内を進みコーンレンズの外側逆円錐面４ｂの下端部からＣＣＤカメラ３に入射して撮影される。

コーンレンズ４の内側逆円錐面４ａ及び外側逆円錐面４ｂによって、ガラス壜１の最外端部から透過した透過光Ｌ１，Ｌ３がそれぞれコーンレンズ４の内側逆円錐面４ａに入射して内側逆円錐面４ａを透過し、外側逆円錐面４ｂで反射しその反射光が内側逆円錐面４ａの内面側で反射して、これらの反射光がＣＣＤカメラ３に入射するようにしている。この条件を満たすようにコーンレンズ４の環状の開口部４ｃは、所定の大きさになるように決められる。さらに壜底部の最外端から内側に向かって半径以上の範囲からの透過光をコーンレンズ４の内側逆円錐面４ａで受光できるようにコーンレンズ４の形状が決められている。このように、壜底部の最外端から内側に向かって半径以上の範囲からの透過光をコーンレンズ４の内側逆円錐面４ａで受光できるようになっているため、壜底部の全域を透過した光をコーンレンズ４を介してＣＣＤカメラ３に導くことができる。したがって、ガラス壜１の壜底部１ａに存在する異物は、異物がどこにあってもＣＣＤカメラ３の画像中に映る。

壜底部１ａに遮光性異物が存在する場合には、壜底部１ａを透過した光の一部は、異物により遮光されるので、この異物に対応した位置からＣＣＤカメラ３に入射する光は存在しない。そのため、ＣＣＤカメラ３で得られた画像中では所定の明るさの背景の中に暗い点（または領域）となって映る。一方、異物がガラス片等の透光性異物であっても、異物に入射した光は異物を透過する間に光が減衰されるので、ＣＣＤカメラ３で得られた画像中では、異物に対応した部分は、所定の明るさの背景の中にこの背景よりも薄ぼんやりと暗い点（または領域）となって映る。

図３は、図１に示す照明撮像系を用いて撮影した画像である。図３に示すように、ＣＣＤカメラ３による画像中には、壜のキャップに対応した中央部の円形の暗い画像部分と、中央部の円形の暗い画像部分の周囲にある円輪状の明るい画像部分と、この円輪状の明るい画像部分の外側にあって暗い画像部分と明るい画像部分とがまだら模様になった円輪状のまだら状画像部分と、この円輪状のまだら状画像部分の外側にあって壜底外周のナーリングに沿ってできるギザギザ模様の画像部分と、このギザギザ模様の画像部分の外側にあって一様な明るさの円輪状の明るい画像部分とが形成されている。図３に示す画像中、壜底外周のナーリングに沿ってできるギザギザ模様の画像部分の内側にある円形の太い実線と、ギザギザ模様の画像部分の外側にあって一様な明るさの円輪状の明るい画像部分の外側にある円形の太い実線とにより囲まれた環状の領域は検査領域を示している。

前記内外の円形の太い実線で囲まれた検査領域においては、壜底部の外側と内側が逆に写っている。すなわち、図２で示された光路から明らかなように、壜底外周に沿ったナーリングは円の内部に写り、このナーリング部から検査領域の外周部に向かっている部分が壜底部の半径方向外側から内側に向かった部分に該当している。画像中の最外周縁の画像部分は、壜の中心付近の画像部分である。このように検査領域において内側と外側が逆に写った画像をそのまま画像処理してもよいし、反転するように画像処理してもよい。
図３に示す画像中、環状の検査領域の内側にある画像部分は、コーンレンズ４を介さずＣＣＤカメラ３により直接壜底部１ａを撮影した画像部分である（図１の光路Ｌ０を参照）。この画像部分は、暗い画像部分と明るい画像部分とが混在したまだら状画像部分を含んでいるが、検査領域外であるため異物検査には支障はない。

次に、図１乃至図３に示す基本概念を具体化した装置であって、ガラス壜１を直線搬送しながら異物検査を行うことができる異物検査装置について説明する。
図４は、ガラス壜１を直線搬送しながら異物検査を行うことができる異物検査装置の具体的構成を示す図であり、異物検査装置の正面図である。図４に示すように、異物検査装置は、ガラス壜１を直線搬送する左右一対の搬送装置１０，１０を備えており、ガラス壜１は、１対の搬送装置１０，１０の搬送ベルト１１，１１により胴部が挟持された状態で紙面と直交する方向に搬送されるようになっている。搬送ベルト１１，１１は、搬送方向の前後に設けられた一対のプーリ（図示せず）にそれぞれ巻回されており、プーリが回転することにより、搬送ベルト１１，１１はガラス壜１を挟持した状態で同一速度で走行するようになっている。

ガラス壜１の搬送経路の上方には、ガラス壜１の上方からガラス壜内を照明する照明２が配置されている。ガラス壜１の下方には、ガラス壜１の壜底部１ａを透過した透過光を撮影するＣＣＤカメラ３が配置されている。また、ガラス壜１の壜底部１ａとＣＣＤカメラ３との間には、コーンレンズ４が配置されている。

図４に示す装置において、液体が充填されたガラス壜１は、一対の搬送ベルト１１，１１により挟持されて搬送されている間に、照明２の下方およびＣＣＤカメラ３の上方を通過する。ガラス壜１が照明２の下方およびＣＣＤカメラ３の上方を通過する間に、ガラス壜１内が照明され、壜底部１ａがＣＣＤカメラ３により撮影される。この撮影時の光路は図２と同様であり、画像は図３と同様である。

これまで本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されず、その技術思想の範囲内において、種々の異なる形態で実施されてよいことは勿論である。

１ ガラス壜
１ａ 壜底部
１ｓ 肩部
２ 照明
３ ＣＣＤカメラ
４ コーンレンズ
４ａ 内側逆円錐面
４ｂ 外側逆円錐面
４ｃ 開口部
１０ 搬送装置
１１ 搬送ベルト

Claims (5)

1. 液体が充填されたガラス壜の底部に異物があるか否かを検査する装置において、
   ガラス壜の上方に配置されガラス壜の上方からガラス壜内を照明し、かつガラス壜より半径方向外側からガラス壜の肩部を斜め下方に照明する照明と、
   ガラス壜の下方に配置されガラス壜の底部を透過した透過光を撮影する撮像手段とを備え、
   前記ガラス壜の底部と前記撮像手段との間に、半径方向内側と半径方向外側にそれぞれ逆円錐面を有し、前記半径方向内側の逆円錐面の下端に環状の開口部を形成した逆円錐状レンズを設け、
   前記照明からガラス壜の肩部を介してガラス壜内に入射した光をガラス壜の内壁面で複数回反射させた後にガラス壜の底部を透過させ、ガラス壜の底部を透過した光の一部を前記逆円錐状レンズの半径方向内側および外側の２つの逆円錐面を介して前記撮像手段に入射させるようにしたことを特徴とする異物検査装置。
2. 前記逆円錐状レンズは、ガラス壜底部の全面を透過した光を受光して前記撮像手段に導くように構成されていることを特徴とする請求項１記載の異物検査装置。
3. 前記撮像手段は、前記ガラス壜の底部を透過した光は、前記半径方向内側の逆円錐面を透過して前記半径方向外側の逆円錐面で反射し、前記半径方向外側の逆円錐面からの反射光は前記半径方向内側の逆円錐面の内面側で反射し、前記半径方向内側の逆円錐面からの反射光が前記撮像手段に入射することを特徴とする請求項１又は２に記載の異物検査装置。
4. 前記撮像手段は、前記逆円錐状レンズの環状の開口部を通過した光を撮像した内側の画像部分と前記逆円錐状レンズの半径方向内側の逆円錐面に入射した光を撮像した外側の画像部分とを１つの画像中に形成し、前記外側の画像部分のみを検査領域とすることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の異物検査装置。
5. 前記撮像手段の光軸と前記逆円錐状レンズの半径方向内側の逆円錐面上の母線に対する垂線とのなす角度は３０°から６０°であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の異物検査装置。

Images