JP5655190B2 - 液面浮遊異物検査方法及び装置 - Google Patents

Description

本発明は、液面浮遊異物検査方法及び装置に係り、特に容器内に充填された液体の液面付近に浮遊した異物を検出する液面浮遊異物検査方法及び装置に関するものである。

ガラス壜に飲料等の液体を充填した製品について液面付近に浮遊した異物をカメラで撮像して検出する異物検査システムが知られている。例えば、特開２００５−１７００４号公報（特許文献１）に開示されたガラス瓶の異物検査システムにおいては、液体が充填されているガラス瓶（実瓶）をロータリー式検査テーブルの載置部によって円環状の経路に沿って高速で搬送することにより、遠心力で液面が斜めにせり上がって来ると共に、液面のせり上がりに遅れて、液面浮遊異物が液面の低い部分から高い部分に移動（及び傾斜前に高い部分に存在した異物が低い方へ移動）する状態となり、投光手段を、検査テーブルの載置部より内側に配置すると共に、撮像手段を、実瓶を介して投光手段の反対側に配置して、高速で搬送されて来る実瓶の傾斜した液面の上方へ移動する液面浮遊異物を捉えるようにしている。

また、特開平７−１２８２５７号公報（特許文献２）においても実壜の液面浮遊異物を検査する検査装置が開示されており、この検査装置は、壜を挟むように照明装置と撮像装置とを配置するとともに壜を傾斜させる傾斜機構を設け、泡と異物とが壜の一方から他方へ移動するように壜を正立状態から徐々に傾斜させて傾斜倒立状態にして、泡が壜の一方から他方へ移動した直後に、壜の胴部を透過照明により撮像し、撮像した画像から異物の有無を判定するようにしている。

特開２００５−１７００４号公報 特開平７−１２８２５７号公報

特許文献１および２に開示されているように、従来の液面浮遊異物検査装置においては、壜を円環状の搬送経路を搬送したり又は壜を傾斜させることにより、液面を移動させるとともに液面浮遊異物を移動させて異物を撮像するようにしている。そのため、ロータリー式検査テーブルや傾斜機構を必須の構成とし、機構が極めて複雑になるという問題がある。

そこで、本発明者らは、ガラス壜等の容器内の液体の液面を移動させることなく、液面付近に浮遊した異物を検出することができる検査方法及び装置について鋭意研究を行ったものである。
まず、本発明者らは、特許文献１および２に開示されているように、液体を充填した容器を挟むように照明装置と撮像装置とを設置し、容器を静止した状態で透過照明により異物が浮遊した液面を撮像する実験を繰り返し行った。この実験の結果、液面付近に浮遊した異物を検査する際、液体の表面張力及び液体と容器壁面との付着力の影響で液面と容器内面が接触する部位で液面が急激に盛り上がり、この盛り上がった箇所が暗い画像になり、この盛り上がった箇所で容器内面に付着した異物をどうしても検出できないという現象を見出したものである。

図６は、容器の側面からの透過照明で液面付近を撮影した画像である。図６に示すように、液面と容器内面が接触して盛り上がった箇所が暗い画像になっている。本発明者らは、この現象を解明した結果、以下の理由であることを見出したものである。
容器１の側面から光を照射した場合には、図７に示すように、光はガラス製の容器壁面を通過し容器内に入射する。容器内に入射した光の一部は、ガラス壁面にせり上がった液体部分に入射し、液体及び液体に接触しているガラス壁面を通過し、容器壁面から空気中へ出る。容器内の空気中から液体に入射するときは入射角（θ１）が屈折角（θ２）より大きいため、光は図７に示すように下方に屈折する。液体及びガラス壁面の屈折率はわずかな差であるので液体及びガラス壁面中では光は直進に近い光路をとる。ガラス壁面から空気中に出るときには、ガラス壁面における入射角（θ３）より空気中に出るときの屈折角（θ４）の方が大きいため、容器１を出た光はさらに下方に進み、カメラ４には入射しない。この結果、液面付近に浮遊した異物を検査する際、液面と容器内面が接触する部位で液面が急激に盛り上がり、この盛り上がった箇所が暗い画像になり、この盛り上がった箇所で容器内面に付着した異物を検出することができない。

本発明は、上述の事情に鑑みなされたもので、容器内に充填された液体の液面を移動させることなく液面が静止した状態において、液面と容器内面が接触して盛り上がった箇所にある異物を検出することができる液面浮遊異物検出方法及び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、本発明の液面浮遊異物検査方法の第１の態様は、容器内に充填された液体の液面又は液面付近に浮遊した異物を検出する検査方法において、容器の下方に配置された照明のみによって容器内を容器底面側から照明し、前記照明から容器内に入射した光を液面に集光させ、前記液面に集光した光の一部を液面と容器内面が接触する部位で液面が盛り上がった箇所に入射させ、この入射光を前記盛り上がった箇所の液面と気体との界面で反射させ、前記盛り上がった箇所に存在する異物を前記界面で反射した反射光とともに容器の側方に配置されたカメラにより撮像することを特徴とするものである。

本発明によれば、容器の下方に配置された照明によって容器内を容器底面側から照明すると、容器内に入射した光は液面に集光し、液面に集光した光の一部は液面と容器内面が接触して盛り上がった箇所に入射し、この入射光が前記盛り上がった箇所の液面と気体との界面で反射し、この反射光がカメラに入射して撮影されるため、盛り上がった箇所が明るい画像部分になり、この盛り上がった箇所に異物が存在する場合には、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、異物を検出することができる。

本発明の好ましい態様は、前記照明から容器内に入射した光を、直接または容器内面で反射させて液面に集光させることを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記異物が遮光性異物である場合には、前記カメラにより得られた画像中では、反射光による画像部分が明るく、異物による画像部分が暗くなることを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記異物が透過性異物である場合には、前記カメラにより得られた画像中では、反射光による画像部分と比べて、異物による画像部分が異物内部の屈折により暗くなるか、または集光効果により周囲よりさらに明るくなることを特徴とする。

本発明の液面浮遊異物検査装置の第１の態様は、容器内に充填された液体の液面又は液面付近に浮遊した異物を検出する検査装置において、容器の下方に配置され、容器内を容器底面側から照明する照明と、容器の側方に配置されたカメラとを備え、前記照明のみによって容器内を容器底面側から照明し、前記照明から容器内に入射した光を液面に集光させ、前記液面に集光した光の一部を液面と容器内面が接触する部位で液面が盛り上がった箇所に入射させ、この入射光を前記盛り上がった箇所の液面と気体との界面で反射させ、前記盛り上がった箇所に存在する異物を前記界面で反射した反射光とともに前記カメラにより撮像することを特徴とするものである。
本発明の好ましい態様は、前記照明から容器内に入射した光を、直接または容器内面で反射させて液面に集光させることを特徴とする。

本発明によれば、容器の下方に配置された照明によって容器内を容器底面側から照明すると、容器内に入射した光は直接または容器内面で反射して液面に集光し、液面に集光した光の一部は液面と容器内面が接触して盛り上がった箇所に入射し、この入射光が前記盛り上がった箇所の液面と気体との界面で反射し、この反射光がカメラに入射して撮影されるため、盛り上がった箇所が明るい画像部分になり、この盛り上がった箇所に異物が存在する場合には、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、異物を検出することができる。
したがって、容器内に充填された液体の液面を移動させることなく液面が静止した状態において、液面と容器内面が接触して盛り上がった箇所にある異物を検出することができる。

図１は、液面浮遊異物検出方法を用いた例を示す正面図である。 図２は、底面照明のみを点灯してＣＣＤカメラにより容器を撮影した画像である。 図３は、底面照明と側面照明を同時に点灯してＣＣＤカメラにより容器を撮像した画像である。 図４は、底面照明からの光が容器に入射して、特に容器内面で反射して液面に集光される状態を示す図である。 図５は、液面と容器内面が接触して盛り上がった箇所に底面照明からの光が入射し、この入射光が盛り上がった箇所の界面で反射してカメラに入射する場合の光路を示す図である。 図６は、容器の側面からの透過照明で液面付近を撮像した画像である。 図７は、容器側面から容器に光を照射した場合の光路を示す図である。

以下、本発明に係る液面浮遊異物検査方法及び装置の実施形態について図１乃至図５を参照して説明する。図１乃至図５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、液面浮遊異物検査方法を実施する装置構成を示す正面図である。図１に示すように、容器１は、無色透明又は有色透明のガラス壜からなっており、飲料等の液体Ｌが充填されている。容器１の下方には、容器１内を容器底面側から照明する底面照明２が配置されている。底面照明２は、容器底面と同程度の面積をもった円板または平板であり、多数のＬＥＤを配列することにより構成されている。底面照明２は、容器１に拡散光を投光し、投光された拡散光は容器１の底面を透過して容器１内を照明するようになっている。

また、容器１の一側には、容器１内を容器側面側から照明する側面照明３が配置されている。側面照明３は、概略矩形の平板状をなし、多数のＬＥＤを縦横に配置することにより構成されている。側面照明３は、容器１の側面に拡散光を投光し、投光された拡散光は容器１の側面を透過して容器１内を照明するようになっている。容器１の他側には、ＣＣＤカメラ４が配置されている。すなわち、容器１を挟むように、側面照明３とＣＣＤカメラ４とが配置されている。ＣＣＤカメラ４の光軸４ｘは、容器１内の液体Ｌの液面Ｌｅと概略一致している。ＣＣＤカメラ４は、容器１を透過した透過光を容器１の側面から撮影するように構成されている。ＣＣＤカメラ４は、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。

次に、図１に示すように構成された液面浮遊異物検査装置の作用を説明する。
まず、底面照明２のみを点灯し、側面照明３を消灯した場合について説明する。
底面照明２からの拡散光は、容器１の底面１ａに入射し、底面１ａを透過して容器１内に入射する。容器１内に入射した光の一部は、容器内面で反射を繰り返し、液面に集光される、また容器１内に入射した光の一部は、直接に液面に到達する。この場合、液体の表面張力および液体と容器壁面との付着力の影響で液面と容器内面が接触する部位で液面が急激に盛り上がるが、この盛り上がった箇所にも集光した光が到達し、到達した光の一部は円弧状の界面（液体と気体の境界の面）で反射し、反射光は容器１を透過してＣＣＤカメラ４に入射する。すなわち、液面と容器内面が接触して盛り上がった箇所に底面照明２からの光が入射し、この盛り上がった箇所で反射した反射光がＣＣＤカメラ４により撮影される。したがって、盛り上がった箇所がほぼ均一に明るい画像部分になる。

図２は、底面照明２のみを点灯してＣＣＤカメラ４により容器１を撮影した画像である。図２に示すように、盛り上がった箇所が明るい画像部分になっている。したがって、この盛り上がった箇所に異物（例えば、黒っぽい異物等の遮光性異物）が存在する場合には、異物は明るい背景の中に暗い影となって映る。図２には、明るい背景の中に小さい暗い影が明瞭に映っている。画像処理装置により、この暗い影を判別することにより、異物を検出することができる。

次に、底面照明２と側面照明３を同時に点灯した場合について説明する。
底面照明２からの光が容器１内の液面に集光し、この集光した光の一部が液面と容器内面が接触して盛り上がった箇所に入射し、この入射光が盛り上がった箇所で反射した反射光がＣＣＤカメラ４に入射して撮像されることは、上述したとおりである。
一方、側面照明３からの拡散光は、容器１の側面１ｂを透過して容器１内に入射する。容器１内に入射した光は、所定の屈折率で、液面上の空気中及び液面中を通過し、容器の外に出る。このため底面照明２だけでは暗かった部分、すなわち液面と容器内面が接触して盛り上がった部分の下側も側面照明３により明るく照らされる。 以上のように、底面照明２と側面照明３を調光することで、液面と容器内面が接触して盛り上がった部分から、その下側の液中部分までを同じように明るくすることができるため、液面とその付近にある異物の画像処理も容易となる。

図３は、底面照明２と側面照明３を同時に点灯してＣＣＤカメラ４により容器１を撮像した画像である。図３に示すように、盛り上がった箇所の明るさは図２のものより減少しているが、他の部分よりは明るくなっている。この盛り上がった箇所に異物（例えば、黒っぽい異物等の遮光性異物）が存在する場合には、異物は明るい背景の中に暗い影となって映る。図３には、明るい背景の中に小さい暗い影が明瞭に映っている。画像処理装置により、この暗い影を判別することにより、異物を検出することができる。

図４は、底面照明２からの光が容器１内に入射して、特に容器内面で反射して液面に集光される状態を示す概略図である。
図４に示すように、底面照明２からの拡散光は、容器１の底面１ａを透過して容器１内に入射する。容器１内の液体に入射した光は、容器内面（容器壁面）で反射を繰り返し、また直進して液面に集光される。

図５は、液面と容器内面が接触して盛り上がった箇所に底面照明２からの光が到達し、この盛り上がった箇所で反射した光がＣＣＤカメラ４により撮影される場合の光路を示す図である。
図５に示すように、液面と容器内面が接触する部位では液面が急激に盛り上がっているが、この盛り上がった箇所にも集光した光が到達し、その光の一部は円弧状の界面（液体と気体の境界の面）で反射し、反射光は容器１を透過してＣＣＤカメラ４に入射する。すなわち、液面と容器内面が接触して盛り上がった箇所に底面照明２からの光が入射し、この盛り上がった箇所で反射した光がＣＣＤカメラ４により撮影され、撮像画面上では、盛り上がった箇所が明るい画像部分になる。

底面照明２および側面照明３は、白色光等の可視光であってもよいし、赤外光であってもよい。
また、図２および図５では、黒い遮光性異物を撮像する場合を例示したが、液面と容器内面が接触して盛り上がった箇所に透過性異物がある場合も撮像することができる、この場合、透過性異物は、盛り上がった箇所が明るくなった画像部分と比べて、異物内部の屈折により暗い画像部分として映るか、または集光効果によりさらに明るい画像部分として映る。
さらに、検出対象の異物によっては、カラーＣＣＤカメラを用いてもよい。異物が薄い黄色などの場合には、コントラストの違いでの判別が困難であるため、白黒カメラよりもカラーカメラが有効である。また、照明の色、明るさを適宜調整することなども背景と異物の間にコントラストをつけるために有効である。

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 容器
１ａ 容器の底面
１ｂ 容器の側面
２ 底面照明
３ 側面照明
４ ＣＣＤカメラ
４ｘ 光軸
Ｌ 液体
Ｌｅ 液面

Claims (6)

1. 容器内に充填された液体の液面又は液面付近に浮遊した異物を検出する検査方法において、
   容器の下方に配置された照明のみによって容器内を容器底面側から照明し、
   前記照明から容器内に入射した光を液面に集光させ、
   前記液面に集光した光の一部を液面と容器内面が接触する部位で液面が盛り上がった箇所に入射させ、この入射光を前記盛り上がった箇所の液面と気体との界面で反射させ、
   前記盛り上がった箇所に存在する異物を前記界面で反射した反射光とともに容器の側方に配置されたカメラにより撮像することを特徴とする液面浮遊異物検査方法。
2. 前記照明から容器内に入射した光を、直接または容器内面で反射させて液面に集光させることを特徴とする請求項１記載の液面浮遊異物検査方法。
3. 前記異物が遮光性異物である場合には、前記カメラにより得られた画像中では、反射光による画像部分が明るく、異物による画像部分が暗くなることを特徴とする請求項１または２記載の液面浮遊異物検査方法。
4. 前記異物が透過性異物である場合には、前記カメラにより得られた画像中では、反射光による画像部分と比べて、異物による画像部分が異物内部の屈折により暗くなるか、または集光効果により周囲よりさらに明るくなることを特徴とする請求項１または２記載の液面浮遊異物検査方法。
5. 容器内に充填された液体の液面又は液面付近に浮遊した異物を検出する検査装置において、
   容器の下方に配置され、容器内を容器底面側から照明する照明と、
   容器の側方に配置されたカメラとを備え、
   前記照明のみによって容器内を容器底面側から照明し、
   前記照明から容器内に入射した光を液面に集光させ、
   前記液面に集光した光の一部を液面と容器内面が接触する部位で液面が盛り上がった箇所に入射させ、この入射光を前記盛り上がった箇所の液面と気体との界面で反射させ、
   前記盛り上がった箇所に存在する異物を前記界面で反射した反射光とともに前記カメラにより撮像することを特徴とする液面浮遊異物検査装置。
6. 前記照明から容器内に入射した光を、直接または容器内面で反射させて液面に集光させることを特徴とする請求項５記載の液面浮遊異物検査装置。

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