JP5964994B2 - 非接触でスクリューキャップのトルクを検査するための方法及び装置 - Google Patents

Description

本発明は、非接触で、ボトル上に締着されたプラスチックのスクリューキャップを開けるために要求されるトルクが所定の値であるかどうかを検査するための方法に関する。さらに本発明の目的は、この方法を実行するため装置に関する。

ボトルのためのプラスチックスクリューキャップがDE 24 39 414 A及びDE 20 2007 009 983 U1から知られている。プラスチックスクリューキャップの一条ねじのリードは、２〜３ｍｍである。キャッピング装置において、プラスチックスクリューキャップは、併走するキャッピングヘッドを通過するボトル上に締着されるが、その際キャッピングヘッドがボトルの口に緩く置かれたキャップを一つ一つ掴み、締め付ける。

プラスチックスクリューキャップがボトル上に締着されるとき、締め付けの間に適用されるトルクは経験的な値に従って設定される。もしこのトルクが低すぎれば、ボトルが緩んでくる危険性がある。一方、トルクが高すぎる場合にはユーザーがプラスチックスクリューキャップを開けるために補助が必要になってしまい、これも望ましくない。

従来技術によれば、プラスチックスクリューキャップを開けるために必要なトルクは、トルク測定装置を用いて手動でボトルを開け、測定値が記録されることによって手動で検査される。この方法はまた、何らかの時間間隔で自動的にボトルを取り出し、僅かに閉止を失わせるために必要なトルクを測定し、その後再び閉めることによって自動化されうる。

DE 10 2008 062 385より公知の方法では、プラスチック容器において、キャップの閉止の間に開封明示機構が損なわれてしまっているかどうかを確認することができる。さらに、開封明示機構のあるキャップは下からの角度で光を当てられ、その反対側から光電子センサーシステムによって検査される。キャップを開けるためのトルクは検査されていない。

EP 1 293 473より公知の方法では、ボトルにおけるキャップの正しい位置が検査される。さらに、様々なパラメーターが測定され、例えばボトルの高さやキャップの直立配置などである。この方法でも、キャップを開けるために必要なトルクは検査されていない。

EP 2 439 488より公知の方法では、プラスチックボトルのブロー成形のプリフォームについて、ねじ部分の回転位置が確認される。回転位置は例えば、口の端部とねじ山の巻きとの間の距離から、又は、複数の保存されたモデルの開口部との比較から、測定される。この方法でも、キャップを開けるために必要なトルクについては検査されていない。

EP 0 572 758から、ボトルのラベルとキャップとを互いに所定の方向に持ってくることが公知である。さらに、各ボトルの方向は、ボトル上の印によって機械的又は光学的に測定され、キャップは当該ボトルの方向に従って取り付けられる。ボトルとキャップとはつまり、予め決められた相対的な回転位置に置かれる。

DE 24 39 414 A DE 20 2007 009 983 U1 DE 10 2008 062 385 EP 1 293 473 EP 2 439 488 EP 0 572 758

本発明の目的は、連続的に稼働中の製造プロセスにおいて、非接触で、あらゆる数のボトル又は各ボトルのそれぞれに、プラスチックスクリューキャップが過剰に締められたり、又は緩すぎる状態でボトルに締着されたりしていないかどうかを確認可能な手段による方法を特定することにある。

この目的は次の発明によって達成される。すなわち、ボトルに対する締着されたプラスチックのスクリューキャップの回転位置が、ボトル上の印及びスクリューキャップ上の印による画像評価によって確認され、前記ボトル又は前記スクリューキャップの回転位置は、ボトル口がボトルの反対側で内部から照らされるようにボトルの一方側に上向きの角度でスクリューキャップの下部に向けられる光線束によって確認され、スクリューキャップの外側がカメラによって撮像され、撮影された画像が評価される。

本発明の方法を実行するための装置は、プラスチックスクリューキャップによって閉められるボトルの連続的な流れの一方側に、少なくとも一つの光源を有し、当該光源は、試験される各ボトルに向かってスクリューキャップの下の点に光線束を向けて、ボトル及びスクリューキャップの内側の前記点と逆側の点が照らされるようになっており、また、前記光源と逆側の、ボトルの流れの他方側にある少なくとも一つの光学撮影装置を有する。前記撮影装置は、照らされた内側の外側の像を光学的に撮影する。さらに装置は、撮影した画像を評価するための装置を有し、ボトルに対するスクリューキャップの相対的な回転位置が確認される。

本発明では、ボトルに対する相対的なスクリューキャップの角度位置と、ボトルを開けるために要求されるトルクとの間の関係が利用される。ボトルに対するプラスチックスクリューキャップの回転位置の最適値は経験的に決定される。同様に、この値からの許容偏差も経験的に決定される。慣用的な飲料ボトルでは、許容範囲は例えば約１５°であり、すなわち、±７．５°、好ましくは約±５°、より好ましくは約±３°である。この上限を超えると開栓が困難になりすぎ、これを下回ると緩い可能性がある。いずれの場合も、該当するボトルはその先の製造工程から除かれる。

光源又は照明ユニットは、プラスチックスクリューキャップの下の、ボトルネックのおよそ半周を照らすように設定される。例えば、光源は複数の光ファイバーを有し、それらの出口が弓型に配置されていてもよい。個々の光ファイバーから放射される光線は、プラスチックキャップ又は慣用的に備えられるエンドリングの下に直接、略半円の領域に向けられる。また光源は、対応するように設定され、配列された多数のＬＥＤを有してもよい。

光源又は照明ユニットによって生成される光線束は、例えば３０°の角度で上に向けられる。光源によって生成された光線束は、スクリューキャップ又はエンドリングの端部の下の領域を通過するので、ボトル口及びスクリューキャップの反対側の半円は、内部から照らされたようになる。ボトルは好ましくは、少なくともボトルネックの領域が透明な材料からなり、その結果として、ボトルネックに向かってスクリューキャップの下に向けられた光源の光線束の吸収が最小限になる。ねじ山や、ボトル口にある印を含むその他の詳細な構造は、光源からの光線束によって、プロジェクションスクリーンのように内部からプラスチックスクリューキャップに投影される。ねじ山の巻きのレンズ作用や、何らかの印の端での光の分散は、光源と反対側にあるプラスチックスクリューキャップの半円に、鮮明な像を生成する。

プラスチックスクリューキャップは慣用的に顔料を含んでいるが、半透明である。スクリューキャップの材料の厚みは、ねじ山の巻きの溝の部分で薄くなっており、これによってねじ山の巻きがキャップの外側に浮き出すようになる。この像が光学撮像装置によって撮像され、画像解析によって評価されうる。同様に、プラスチックキャップの外側に様々な印が浮き出し、画像解析によって評価されうる。

時には非常に低いこともある飲料ボトルのスクリューキャップの透明度を最大限に活用する、白色ＬＥＤ又はスクリューキャップの色のＬＥＤが照明のために適している。有色顔料は通常、赤外線に対しては非常に低い吸収のみを有するため、赤外ＬＥＤが多くの有色顔料の照明のために特に好適である。

このような略半円形の照明ユニットの二つを、ボトルが光源の間で妨げられることなく通過していけるように、流れていくボトルの横方向の隣に、互いに反対側に配置することも可能である。各照明ユニットの反対側で、ボトル口及びスクリューキャップの半円が二つの半円照明ユニットによって照らされる。全体として、ボトル口の全周がプラスチックスクリューキャップの外側に投影されることになる。

カメラの視点からは、スクリューキャップの全周を撮像するためのいくつかの可能性がある。例えば４つのカメラをボトルの上に横方向に配置し、各カメラがスクリューキャップの四分の一を撮像するようにすることができる。ミラーキャビネットを用いることによって、二つの像が一つの画像に結合されるため、二つのカメラでこれを行うことができる。さらに、円筒形のミラーとともに円錐形のミラーを用いて、スクリューキャップの全表面を一つのカメラのみで撮像することもできる。

プラスチックスクリューキャップに対するボトルの位置又は回転位置は、ボトル上の印及びスクリューキャップ上の印によって確認されうる。つまり、ボトル及びスクリューキャップに、簡単に認識され、また、画像解析のカメラ技術（ＣＣＤカメラ）によって評価される印を付けることは、一つの可能な手段である。最も単純な方法は、ボトルの外側に印を付け、また、スクリューキャップの上部にも印を付け、続いて１又は複数のカメラで両方を撮影し、プラスチックスクリューキャップとボトルとの間のオフセット角度を評価することである。これは認識方法の視点からは非常に単純であるが、スクリューキャップ及びボトルのために追加的なコストを要する。

しかしながら、これらのキャップはリサイクルされず、リターナブルボトルであっても再使用のたびに新しいキャップを取り付けられるので、プラスチックスクリューキャップの場合、追加的なコストは比較的少ない。それゆえスクリューキャップは、少なくとも一つの印が常に画像評価のために用いられるカメラの開口アングルの中にあるように、少なくとも一つの印を備えていることが好ましい。

ドイツで頻繁に使用されている、簡単に認識される印を備えていないリターナブルボトルの場合、この単純な解決方法は実用的ではないだろう。なぜならすでにサイクルに入っているボトルが置き換えられねばならず、その切り替えはかなり複雑だからである。しかしながらボトル口の特定の印を認識し、それらを印として使用できる可能性がある。これによって本発明は、既にリサイクルの循環に入っているボトルの場合にも適用可能になる。

ボトルネックにあるねじ山の始端及び／又は終端が、ボトルの回転位置を確認するための印として好ましく使用される。

ボトルの回転位置を確認するために、少なくとも二つの印が評価されることが好ましい。

プラスチックボトルの場合にしばしば存在する、ボトルネックのねじのねじ山の巻きを分断する通気スロット（vent-slots又はventilation slots）が、ボトル口の特定のポイントとして用いられる。

一つの印がボトルネックのねじ山の始端及び／又は終端であり、第二の印はボトルネックのねじのねじ山の巻きを分断する通気スロットであることが好ましい。

プラスチックスクリューキャップの場合も特別の印は必要ではなく、慣用的なスクリューキャップの細部構造が、回転位置を確認するために十分である。例えば、プラスチックキャップの慣用的に存在し、ボトル内容物の悪化に対する安全装置を提供するものであるエンドリングの所定の破断位置も、スクリューキャップの特定のポイントとして用いられる。エンドリングは接続ウェブによって、プラスチックスクリューキャップの下に吊り下げられている。

スクリューキャップのねじ、スクリューキャップの通気スロット、及び／又は、スクリューキャップ周囲の溝にある様々な構造が、スクリューキャップの回転位置を確認するための印として考慮されうる。

スクリューキャップの場合も、回転位置の確認のために、少なくとも二つの印が用いられることが好ましい。

スクリューキャップの回転位置を確認するためのさらなる可能性は、カップ形状をしたスクリューキャップ本体にエンドリングを取り付けるための接続ウェブの非対称的な配置、或いは、スクリューキャップの周囲を非対称的なデザインとすることである。最も単純なケースでは、スクリューキャップの周囲のギザギザの溝の一又は複数を削除することによってなされる。しかしながら、スクリューキャップの周囲にある、あらゆる他の印も同様に好適である。

スクリューキャップの特徴を特別に形成すれば、スクリューキャップの全周の表面が撮像される必要がなく、一つのカメラでスクリューキャップの回転位置を撮像することも可能である。スクリューキャップの周囲の溝は、カメラの視野方向を表す仮想的な参照ラインに関して、観察部分から角度が一義的に決定されるように設計されてもよい。例えば、全周に延在し、大きなリードを有する一条ねじのらせんの巻き線が、ギザギザに加えて、スクリューキャップの周囲に凸状又は凹状に刻まれてもよい。

ねじ山の通気スロットによって確実かつ一義的に決定されうる、ボトルの回転位置に関する情報も、同じ画像の中に含まれうる。これは次のように行われる：周囲の約１５０°の画像領域がミラーキャビネットを用いて検査される。これによって確実に、少なくとも一つの明瞭に認識されるボトル口の通気スロットが、観察される画像領域の中に位置する。続いて、その明瞭に認識される通気スロットが、個々のねじ山の巻きをどの高さで分断しているかを解析する。「高さ」によって、スクリューキャップの上端又は下端からの距離が示される。慣用的な４つの通気スロットの場合、ねじ山の巻きを分断する点の高さは、対応する４組の値しかない。つまりベンチレーション
スロットの像から、４つの通気スロットのどれであるかが一義的に決定されうる。この情報と、公知の通気スロットの相互的な設計（見つかるスロットの数に従ってオフセットを追加する）、画像内の通気スロットの位置を考慮して、参照ラインに対するボトルの角度位置が与えられる。参照ラインはカメラの位置によって固定される。

ここまで説明された方法の場合、まずボトル及びキャップの回転位置が認識装置の光学軸に対して別々に比較され、続いて互いに関連付けられる。発明のより好ましい態様では、ボトルとキャップとの回転位置が認識装置の光学軸に対して別々に比較され、続いて相互に関連付けされるのではなく、スクリューキャップの印が直接にボトルの印と関連付けられる。通気スロットはしばしば、ボトル口のねじ山だけでなく、プラスチックスクリューキャップのねじにもあるという事実が利用されうる。つまり、スクリューキャップの通気スロットは、所定のトルク値において、ボトル口の通気スロットと正確に反対側にくるように設計されうるし、或いは、所定の角度位置を有するように設計されうる。通気スロットの相対的な配置は、特に、通気スロットが正確に反対側にあるときスクリューキャップが緩くなりはじめ、正確に圧を開放するように、選択され得る。ボトルがより強く締められるほど、各通気スロットの間の距離は大きくなる。開栓のために必要なトルクが最適である状態における、相対する通気スロットの距離はわずか数度である。つまり通気スロットの配置は常に一義的であり、このことは、少なくとも一つのこのような通気スロットの組み合わせは、常に１２０°のカメラアングルの視野の中に入り、すなわち画像評価は一つのカメラの一つの像の評価でなされうるということである。

締着が強すぎ又は弱すぎる個々のボトルを認証することに加えて、認証は、キャッピングヘッドによる平均値を算出することによってさらに正確になされうる。このことは、短時間のうちに、どのキャッピングヘッドがどちらの方向に調整されねばならないかについての、有用な証拠をもたらす。

本発明は、スクリューキャップの回転位置がボトルの回転位置から許容できない偏差である場合に、スクリューキャップの回転位置を対応して修正するような方法で用いることもできる。また、スクリューキャップを最初は低すぎるトルクで締め、続いて、本発明の方法の手段によって、さらにどれだけの角度が締められるべきかを確認するのでもよい。その後スクリューキャップはさらに回転され、さらなるキャッピングヘッドでこの角度分だけねじ締めされうる。

プラスチックスクリューキャップはガラスボトル及びプラスチックボトルのいずれにも用いられうる。また本発明の方法は、ガラスボトル及びプラスチックボトルの両方に用いられうる。しかしながら本発明の方法は特にペットボトルについて好ましく用いられる。

照明ユニットとＣＣＤカメラとの間の、スクリューキャップが締着されたボトルネックの配置 スクリューキャップが締着されたボトル口

本発明の実施例が図面を参照して次に説明される。

図１において、ＰＥＴの飲料ボトル１０のネック及び口が示されている。上にスクリューキャップ１４が締着されているねじ１２が、飲料ボトル１０の口に形成されている。ねじ１２の数ミリメートル下に、円形のサポートリング１６がボトルネックにさらに形成されている。スクリューキャップ１４は上部のカップ状部分１８とエンドリング２０とからなり、エンドリング２０は短い接続ウェブ２２によって、カップ状部分１８から約１ｍｍ下に吊られている。

飲料ボトル１０は図示されていないコンベアー上で搬送され、搬送方向は製図面に垂直である。光ファイバー２４の形態である照明ユニットが、飲料ボトル１０のネックの一方側（図１の左側）に配置され、ＣＣＤカメラ２６が反対側に配置される。光ファイバー２４によって放射される光線束２８は、ほぼＣＣＤカメラ２６の光軸の方向に向いている。光ファイバー２４の終端は、サポートリング１６の下に位置し、約３０°上に向いている。光線束２８の開口角もまた約３０°であり、その結果、飲料ボトル１０の口領域の反対側は内側から照らされている。ねじ１２のねじ山の巻きの湾曲によって、光線束２８の対応する部分がスクリューキャップ１４のカップ状部分１８の近接する内側に集中し、そのため、各ねじ山の巻きが鮮明なラインとしてＣＣＤカメラ２６によって捉えられる。

ねじ山の巻きは、横方向に走る通気スロット３０（図２）によって分断されている。通気スロット３０に沿うねじ山の巻きの角のある端部にも、光が集中し、それゆえＣＣＤカメラ２６によってはっきりと認識される。

図１において、一つの光ファイバー２４及び一つのＣＣＤカメラ２６のみが示されているが、実際には二つの光ファイバーと二つのＣＣＤカメラとが、互いに約９０°オフセットして両側にそれぞれ配置されている。このため、スクリューキャップ１４の全周が撮像される。

図２に示されるように、各通気スロット３０は各ねじ山の巻きを異なる高さで分断する。これによって、ＣＣＤカメラ２６の光軸に対する飲料ボトル１０の角度位置又は回転位置が決定される。

図２からさらに認識されるように、エンドリング２０は所定の破断位置３２を有している。所定の破断位置３２によって、ＣＣＤカメラ２６の光軸に対するスクリューキャップ１４の角度位置又は回転位置がさらに決定される。

飲料ボトル１０の角度位置とスクリューキャップ１４の角度位置との比較から、飲料ボトル１０上に、どの程度スクリューキャップ１４が締着されているか、すなわち飲料ボトル１０に対するスクリューキャップ１４の角度位置が決定されうる。この相対的な角度位置が、角度位置の目的値から７°より大きな、好ましくは３°より大きな偏差を有する場合、その飲料ボトル１０はさらなる製造プロセスから除外される。

１０ ボトル
１２ ねじ
１４ スクリューキャップ
１６ サポートリング
１８ カップ状部分
２０ エンドリング
２２ 接続ウェブ
２４ 光ファイバー
２６ ＣＣＤカメラ
２８ 光線束
３０ 通気スロット
３２ 所定の破断位置

Claims (10)

1. ボトル（１０）上に締着されたプラスチックスクリューキャップ（１４）を開けるために要求されるトルクが所定の値であるかどうかを、非接触で検査するための方法であって、前記ボトル（１０）に対する締着された前記プラスチックスクリューキャップ（１４）の回転位置が、前記ボトル（１０）上の印及び前記スクリューキャップ（１４）上の印による画像評価によって確認され、前記ボトル（１０）又は前記スクリューキャップ（１４）の回転位置は、光線束（２８）によって確認され、当該光線束は、前記ボトルの口が前記ボトル（１０）の反対側で内側から照らされるよう、前記スクリューキャップ（１４）の下に、前記ボトルの一方側で上向きの角度に向けられており、前記スクリューキャップ（１４）の外側がカメラ（２６）によって撮像され、撮像された画像が評価され、
   前記光線束（２８）は、前記ボトル（１０）上の印及び前記スクリューキャップ（１４）上の印を、前記スクリューキャップ（１４）に内側からプロジェクションスクリーンのように投影するよう構成されている、
   方法。
2. 前記ボトル（１０）は、前記スクリューキャップ（１４）が締着されたボトルネックを含み、少なくとも前記ボトルネックの領域が透明の材料からなっている、請求項１に記載の方法。
3. 前記ボトル（１０）がさらに、前記ボトルネック上に、前記スクリューキャップ（１４）を前記ボトル（１０）上に締着するためのねじ（１２）を含み、
   前記ボトルネックの前記ねじ（１２）の始端及び／又は終端が、前記ボトルの回転位置を確認するための印として用いられる、請求項２に記載の方法。
4. 前記ボトル（１０）の回転位置を確認するために、少なくとも二つの印が評価される、請求項３に記載の方法。
5. 第一の印がボトルネックの前記ねじ（１２）の始端及び／又は終端であり、かつ、第二の印が前記ボトルネックのねじ（１２）のねじ山の巻きを分断する通気スロット（３０）である、請求項４に記載の方法。
6. 前記スクリューキャップ（１４）の少なくとも二つの印が、前記スクリューキャップ（１４）の回転位置を確認するために用いられる、請求項１〜５のいずれか１項に記載の方法。
7. 前記スクリューキャップ（１４）のエンドリング（２０）の所定の破断位置（３２）、前記スクリューキャップ（１４）のねじ、前記スクリューキャップ（１４）の通気スロット、及び／又は前記スクリューキャップ（１４）の周囲の溝の変化が、前記スクリューキャップ（１４）の回転位置を確認するために用いられる、請求項１〜６のいずれか１項に記載の方法。
8. 前記スクリューキャップ（１４）が、少なくとも一つの印が常に画像評価に用いられるカメラの開口アングルの中に位置する印を少なくとも一つ備えている、請求項７に記載の方法。
9. 前記ボトルネックのねじ（１２）及び前記スクリューキャップ（１４）のねじが、所定のトルク値において、互いに正確に反対側、或いは、互いに所定の角度位置となる通気スロットを備えている、請求項２に記載の方法。
10. 請求項１〜９のいずれか１項に記載の方法を実行するための装置であって、
    プラスチックスクリューキャップ（１４）によって閉められるボトル（１０）の連続的な流れの一方側に、少なくとも一つの光源（２４）があり、
    前記光源（２４）は、試験される各ボトル（１０）に向かって前記スクリューキャップ（１４）の下の点に光線束（２８）を向けて、前記ボトル（１０）及び前記スクリューキャップ（１４）の内側の反対側の点が照射されるようになっており、前記光源（２４）の反対の前記ボトルの流れの他方側に、少なくとも一つの光学撮像装置（２６）があり、当該撮像装置は照らされた内側の外側の像を撮像し、また、前記スクリューキャップ（１４）に対する前記ボトル（１０）の相対的な回転位置を測定するために撮像した像を評価するための装置、を備える装置。

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