JP6172784B1 - 包装体の画像検査システム - Google Patents

Abstract

【課題】製造した包装体の良否を自動で判別することができると共に、充填包装機の生産条件の変更を自動で行うことのできる包装体の画像検査システムを提供すること。【解決手段】プラスチックフィルムからなる包装体の画像検査システムであって、充填包装機と、画像データ判定システムと、記憶装置と、画像データ解析システムとを備え、前記画像データ判定システムが、包装体を撮像する撮像装置と、包装体の良否の判定条件を記憶する記憶部と、包装体の良否を判定する判定部と、撮像装置で撮像した画像データ等を記憶装置へ送信する画像データ送信部とを備え、前記画像データ解析システムが、記憶装置から判定部で不良と判定された画像データ等を取得する画像データ取得部と、画像データ取得部で取得した画像データから充填包装機の生産条件を解析する解析部と、新たな生産条件を充填包装機に送信する送信部とを備えること。【選択図】図１

Description

本発明は、飲食物や調味料、化粧品、医薬品等の液状や粘稠状の被包装物をプラスチックフィルムからなる包装袋内に充填包装した包装体の画像検査システムに関する。

プラスチックフィルムからなる包装袋内に液状や粘稠状の被包装物を自動的に充填包装する充填包装機については、特許文献１および特許文献２に記載されているような自動充填機が知られている。

この自動充填機は、例えばベースフィルム層とシーラント層とを具える積層フィルムからなる長尺の包装用フィルムを、その長手方向に上方から下方へ連続的に走行させながら、前記シーラント層が向い合せになるように幅方向に半折りし、その重なり合うフィルム両側縁どうしを縦方向に連続的にヒートシールして、縦シール部を形成して該フィルムを筒状とし、次いで該筒状の包装用フィルムの底部側となる箇所に、該包装用フィルムの幅方向に沿って横方向へヒートシールして横シール部を形成し、該筒状の包装用フィルム内に被包装物を充填しつつ、該被包装物を押し出しながら袋口側となる箇所に横シール部を形成することで連続的に包装体が製造されるように構成されている。

特開平８−３０１２３７号公報 特開２００６−２４８５７８号公報

この自動充填機は、各種のスイッチやタッチパネルを具える操作パネルを有し、該操作パネルにおいて、包装形態に応じた生産条件（包装用フィルムの移送速度の設定、シールピッチの設定、被包装物の充填量の設定や動作タイミングの設定、縦シール機構、横シール機構のシール圧の設定や動作タイミングの設定などの生産条件等）を項目毎に数値にて入力することで設定できるように構成されている。

しかしながら、上記自動充填機の設定には、経験に基づいた細かい調整が必要とされるため、ユーザー自らが設定を行うことはせず、例えば、シール部の不具合等のトラブルが発生すると、自動充填機のメーカーの作業員がユーザーの元へ出向いて自動充填機の設定変更（調整）を行っていた。このため、運転を再開するまでに時間がかかるという問題点があった。

また、生産条件（設定）が適正でないと、縦シール部や横シール部にシワや発泡が発生することがある。このようなシワや発泡は、数μｍ程度の小さいものであっても被包装物の充填スペースに達する、あるいは近接するようなもの（貫通孔や連続発泡）であれば、被包装物が該シワや発泡を通って徐々に漏れ出す所謂スローリークが発生するおそれがある。このような数μｍのシワ等は、目視による確認が難しいため、従来、製造した包装体を３日間程度一時的に保管しておき、実際の液漏れの有無で包装体の良否を判定していた。しかし、この方法では、大量の包装体を保管する場所を確保する必要がある点、製造後すぐに出荷できない点、液漏れが発生した場合に周囲の包装体を汚損する点など、多くの問題点があった。

本発明は、上記問題を解消し、製造した包装体の良否を自動で判別することができると共に、充填包装機の生産条件の変更を自動で行うことのできる包装体の画像検査システムを提供することを目的とする。

上記目的を解決するため鋭意検討した結果、発明者らは、以下に述べる要旨構成に係る本発明に想到した。
即ち、本発明は、プラスチックフィルムからなる包装体の画像検査システムであって、
充填包装機と、画像データ判定システムと、記憶装置と、画像データ解析システムとを備え、
前記画像データ判定システムは、
前記充填包装機で製造された包装体を撮影する撮像装置と、
前記包装体の良否の判定条件を記憶する記憶部と、
前記撮像装置で撮影した包装体の画像データから、該包装体の良否を判定する判定部と、
前記画像データおよび／またはその画像データに関連する情報を、前記判定部の判定結果および前記充填包装機の生産条件と共に、前記記憶装置へ通信手段を介して送信する画像データ送信部とを備え、
前記画像データ解析システムは、
前記記憶装置から前記判定部により不良と判定された前記画像データおよび／またはその画像データに関連する情報を取得する画像データ取得部と、
前記画像データ取得部で取得した前記画像データおよび／またはその画像データに関連する情報から、その不良原因およびその不良を解決するための新たな生産条件を、前記記憶装置に蓄積された過去の画像データまたはその画像データに関連する情報と、これに関連付けられている前記充填包装機の生産条件に基づいて解析する解析部および前記判定部において不良品と判定された包装体の保管および観察の結果から、該判定部の判定が不正確と判断された場合に、前記判定条件を修正する判定条件修正部からなる演算部と、
通信手段を介して、前記解析部で得られた前記新たな生産条件を前記充填包装機に送信すると共に、前記判定条件修正部で得られた新たな判定条件を前記記憶部に送信する送信部とを備えている、
ことを特徴とする。

なお、本発明においては、前記判定部は、前記画像データおよび／またはその画像データに関連する情報を所定のカテゴリ別に分類する分類部を有し、前記画像データ送信部は、各カテゴリに属する画像データおよび／またはその画像データに関連する情報の数と、前記充填包装機の現状の生産条件と前記判定部の前記判定結果とを関連付けて前記記憶装置へ送信するよう構成されていること、がより好ましい解決手段となる。

本発明の包装体の画像検査システムによれば、製造した包装体の良否が自動で判別されると共に、充填包装機の生産条件が自動で変更されるので、不具合の発生に伴う操業停止から操業再開までの時間を短くすることができる。

また、本発明の画像検査システムによれば、製造される包装体の良否を、画像データを用いて判定するため、目視では確認できないような小さな欠陥も検出することができる。とくに、従来の目視による選別では確認することができなかったヒートシール部上に発生する数μｍ程度の小さなシワや発泡をも検出することができるため、液漏れ検査に要する時間、場所およびコストを削減することができる。

さらに本発明の画像検査システムによれば、包装体の良否判定に使用する判定条件として、過去の画像データや該画像データから抽出した特徴データを、欠陥箇所及び大きさ等とその生産条件（包装体の品種やピッチ、充填包装機の運転条件等）に応じてパターン化したものを利用することができる。なお、判定条件は、画像データや特徴データに限定されるものではない。

本発明の画像検査システムの一実施形態を示すブロック図である。 充填包装機の構成を示す模式図である。 判定部において、「不良品」と判定された画像データ（ａ）と「良品」と判定された画像データ（ｂ）の一例を示す図である。 本発明の画像検査システムの他の実施形態を示すブロック図である。

以下、本発明にかかる画像検査システムを、図面を参照して説明する。
図１は、本発明の一実施形態にかかる画像検査システムのブロック図である。
図１に示すように、本実施形態にかかる画像検査システム１は、検査対象となる充填包装体を製造する充填包装機１０と、充填包装機１０によって製造される包装体の画像データから包装体の良否を判定する画像データ判定システム２０と、該充填包装システム１０から送信された画像データ等を蓄積する記憶装置３０と、該記憶装置３０に蓄積された不良品の画像データ等から、その不良原因を解析する画像データ解析システム４０とを備えている。前記充填包装機１０、前記画像データ判定システム２０、前記記憶装置３０および画像データ解析システム４０は、ＬＡＮやインターネット等の通信手段を介して接続されている。

充填包装機１０は、特許文献１、２に記載のような縦型充填包装機の他、横型充填包装機や他列充填包装機等の各種のものとすることができる。以下は、図２に示す縦型充填包装機を代表例として説明する。充填包装機１０は、フィルムロールＲから連続的に繰り出されて走行する１枚の長尺の包装用フィルムＦを上方から下方へ連続的に走行させながら、その走行中にガイドロッド１００で案内しつつ包装用フィルムＦをそのシーラント層が互いに向い合せになるように幅方向に折り返し、図では包装用フィルムＦの左端部に位置するその両側端部同士を重ね合わせ、その重ね合わされた両側端部同士を例えば１対の縦シールロールからなる縦シール機構１０１によって包装用フィルムＦの長手方向（縦方向）に連続的に加圧および加熱して縦シール部１０２を形成し、これにより包装用フィルムＦを筒状に形成する。次いで、図示しないタンクから図示しないポンプおよび供給路を介して供給された被包装物Ｍを、上記１対の縦シールロール間を上方から下方へ貫通している充填ノズル１０３によって、筒状に形成した包装用フィルムＦ'の内側へ連続的に、または所定量ずつ間欠的に充填すると共に、筒状に形成した包装用フィルムＦ’をその長手方向に一定間隔をおいて、例えば１対の横シールロールからなる第１横シール機構１０４によって全幅にわたり加熱しつつ加圧して互いに溶着させて間欠的に横シール部１０５を形成する。その後、第２横シール機構１０６で横シール部１０５を再押圧して該シールを確実なものとし、これにより多数の包装体Ｗが包装用フィルムＦの長手方向へつながった状態で連続的に製袋されるように構成される。なお、包装体Ｗは、図に示すように第２横シール機構１０６の下流側に切断機構１０７を設けて一袋ずつもしくは複数袋ずつに切断してもよい。

画像データ判定システム２０は、ＣＰＵおよびメモリ等を備えるコンピュータによって構成され、上記充填包装機１０において製造される包装体Ｗの所定の検査部位を撮像するための撮像装置２１と、該撮像装置２１によって撮像された画像データを、記憶部２３に蓄積された包装体の良否の判定の基準となる判定条件と比較することで、該画像データに映る包装体Ｗの良否を判断する判定部２２を有している。

撮像装置２１は、充填包装機１０において連続して製造される包装体Ｗを撮像する装置であり、例えば、ＣＣＤカメラや赤外線カメラ、ＣＭＯＳカメラ等を用いることができる。撮像装置２１は、縦シール部１０２および横シール部１０５上に発生する数μｍ程度のシワや疵、発泡等を検出できるものであれば特に限定されない。

撮像装置２１は、包装体Ｗの所定の検査部位を撮像することができれば、充填包装機１０のどの位置に設けてもよく、また複数の撮像装置２１を設けて複数の検査部位を撮像できるようにしてもよい。
なお、包装体Ｗは、縦シール部１０２と横シール部１０５のシール不良（シワや連続発泡の発生）によって液漏れが発生しやすいことから、少なくとも該シール部１０２、１０５位置、とくに縦シール部１０２と横シール部１０５とが交差する位置を検査部位とすることが好ましい。また、包装体Ｗが、特開２００５−５９９５８号公報に記載のようなフィルム状の注出ノズルを具える場合には、該注出ノズルの取り付け位置や外観を検査部位に設定し、該注出ノズルの取付け位置のずれや、注出ノズル先端の折れ曲がり等が検査できるようにすることが好ましい。

判定部２２は、撮像装置２１で取得した画像データを、充填包装機１０（データ出力部１５）から取得した生産条件を考慮し、画像データ判定システム２０の記憶部２３に登録されている判定条件と比較することにより該画像データに映る包装体Ｗの良否を判定する機能を有する。

判定条件としては、特に限定されるものではないが、例えば基準画像データや基準特徴データを用いることができる。

基準画像データは、良品の基準画像および／または不良品の基準画像からなり、良品の基準画像としては、欠陥箇所が全く存在しないものの他、欠陥箇所が存在するが不具合を発生する程度ではないものも含まれる。一方、不良品の基準画像とは、該画像内に存在するシワや発泡等の欠陥の発生パターンと同様のパターンの欠陥が発生した場合に、液漏れ等の不具合が発生する可能性が高いものである。
なお、良品の基準画像との比較と不良品の基準画像との比較を２段階で行ってもよく、例えば、良品の基準画像による判定を行った後、「不良品」と判定された包装体Ｗについて、さらに不良品の基準画像との判定を行うことにより、判定精度を向上させることができる。

また、基準特徴データは、過去に撮像された画像データから、液漏れ等の不具合の発生要因となったシワや発泡等の欠陥箇所を特徴毎に抽出してデータ化してものであり、例えば、シワの数や太さ、長さ、位置、および発泡の数や大きさ、位置などの各項目についてそれぞれ不具合の発生する基準を予めデータ化して記憶部２３に蓄積しておく。
判定部２２における判定に際しては、撮像装置２１で撮像した画像データから特徴データ（欠陥の種類や数、位置など）を抽出し、該特徴データを、記憶部２３に蓄積された基準特徴データと比較することで、画像データに映る包装体Ｗの良否を判定する。

判定部２２において、判定結果が「不良品」となった場合には、判定部２２から充填包装機１０の制御部１２へ排除信号を出力し、該当する包装体Ｗを、充填包装機１０に設けた排出部１３から別ラインへと排出されるようにすれば、不良品の疑いのある包装体Ｗが出荷されるおそれがない。なお、包装体Ｗには、包装用フィルムＦに予めバーコードやＱＲコード（登録商標）等を印刷しておくことが好ましく、該バーコード等によって画像データと不良品の包装体Ｗとを照合できるようにしておけば、該包装体Ｗを正確に排出部１３から排出することができる。

図３に、判定部２２において、「不良品」と判定された画像データ（ａ）と「良品」と判定された画像データ（ｂ）の一例を示す。この画像データは、包装体Ｗの縦シール部１０２と横シール部１０５とが交差する位置を撮像したものであり、「不良品」と判定された画像データ（ａ）には、矢印で示した位置に横シール部１０５の長さ方向に貫通するシワが発生している。

判定部２２における判定後の画像データは、該判定結果、および充填包装機１０の生産条件と共に、画像データ送信部２４から記憶装置３０へと送信され蓄積される。なお、判定条件として基準特徴データを用いた場合には、判定部２２における判定の際に、画像データから抽出した特徴データを、画像データと共に、または画像データの代わりに画像データ送信部２４から記憶装置３０へ送信してもよい。以下は、画像データと該画像データから抽出した特徴データとを合わせて「画像データ等」と言う。

画像データ送信部２４は、撮像装置２１で撮像した画像データ等を、充填包装機１０の現状の生産条件の情報および判定部２２の判定結果と関連付けて、通信手段としてのインターネットを介して記憶装置３０に送信する機能を有する。包装体Ｗは、例えば約１０万個／日のスピードで大量に生産されるため、数分おきや数時間おきにまとめて送信するように設定してもよい。

記憶装置３０は、画像データ判定システム２０で取得した画像データ等と、その画像データ等に関連付けられた生産条件や判定結果の情報等を蓄積する機能を有する。この記憶装置３０は、送信される大量の画像データ等を保存するため、例えば、欠陥箇所のパターンおよび生産条件（例えば、プラスチックフィルムの品種や被包装物の種類、充填量、ピッチ等）と関連付けて複数のディレクトリやフォルダに分けて保存することが好ましい。

とくに、記憶装置３０に蓄積された画像データ等は、後述する演算部４２において不良品の発生原因を解析する際の蓄積情報データとして利用されるため、記憶装置３０への画像データ等の蓄積に際しては、欠陥の形態および生産条件等に基づいて細かく分類してパターン化することが好ましく、これによれば欠陥の形態と生産条件との関係が明確になり、後述する演算部４２による解析作業を迅速に、かつ高い精度で行うことができる。

記憶装置３０に蓄積された画像データ等のうち、判定部２２において不良品と判定された画像データ等については、画像データ解析システム４０において欠陥発生の原因と対策が検討される。

画像データ解析システム４０は、ＣＰＵやメモリ等を備えるコンピュータによって構成され、画像データ取得部４１と演算部４２とを備え、該画像データ取得部４１は、記憶装置３０に新たに登録された画像データ等の中から、判定部２２において「不良品」と判断された画像データ等を取得する機能を有している。一方、「良品」と判断された画像データ等については、トレーサビリティ（生産履歴）として包装体の生産管理に利用することができる。

演算部４２は、画像データ取得部４１から取得した「不良品」の画像データ等と、記憶装置３０に蓄積された蓄積情報データ（過去の画像データや特徴データ）との比較によって欠陥発生の原因を解析する解析部４３を有する。具体的には、解析部４３は例えば、不良品として判定された画像データ等と、記憶装置３０に大量に蓄積された過去の情報（画像データ、特徴データ、生産条件等）とをマッチングさせて原因を特定する。また、解析部４３は、解析結果から欠陥の発生を解消するための充填包装機１０の新たな生産条件（例えば、包装用フィルムＦのテンション、縦シール機構１０１の温度および速度、第１横シール機構１０４の温度および速度、生産速度の上下等）を、過去の画像データ等とそれに関連づけられた生産条件等に基づき算出することができる。

解析部４３で算出された新たな生産条件は、送信部４５を介して充填包装機１０の制御部１２に入力され、該充填包装機１０の生産条件（例えば、包装用フィルムＦのテンションの強弱、縦シール機構１０１の温度および速度の変更、第１横シール機構１０４の温度および速度の変更、生産速度の上下等）が自動で設定変更されることになる。そのため、不具合の発生に伴う操業停止から操業再開までの時間を短縮することができ、あるいは操業を停止させることなく、不具合を解決することができる。

また、判定部２２において不良品と判定され、製造ラインから外された包装体Ｗ（擬不良品）については、数日間、保管、観察して液漏れ等の不具合の発生を確認する。その結果は、判定条件修正部４４に入力される。判定部２２により不良品と判定されたにも拘わらず、液漏れが発生しない場合には、判定条件修正部４４は、判定条件としての基準画像データや基準特徴データを変更するための指示（誤判定の基準となった画像や特徴データを削除または修正する指示等）を送信部４５に出力する。送信部４５は、その指示を通信手段としてのインターネットを介して画像データ判定システム２０の記憶部２３に送信し、蓄積された基準画像データや基準特徴データが変更（誤判定の基準となった画像や特徴データが削除または修正される等）される。なお、判定部２２において誤判定が発生するたびにこの処理が繰り返されることにより、判定部２２による判定精度が向上し、良品にも拘わらず不良品としてピッキングされる頻度を減少させることができる。

次いで、本発明の画像検査システムの他の実施形態について、図４を参照して説明する。本実施形態では、画像データ送信部２４が撮像装置２１で撮像された画像データ等をそのまま記憶装置３０へ送信するのに代えて、判定部２２が、画像データ等をその画像データから抽出される情報（例えば、シワや発泡の位置、大きさ、個数等）に基づき所定のカテゴリ別に分類する分類部２５を有する。画像データ送信部２４は、各カテゴリの分類条件、各カテゴリに属する画像データの数、充填包装機１０の現状の生産条件、および判定部２２による判定結果等を関連付けて記憶装置３０へ送信するよう構成されている。このように構成すれば、撮像装置２１で撮像された画像データ等をそのまま記憶装置３０へ送信する場合と比べて情報量を格段に小さくできるため、通信負荷を減らすことができるとともによりリアルタイムに近い送信が可能となる。

１０ 充填包装機
１２ 制御部
１３ 排出部
１５ データ出力部
２０ 画像データ判定システム
２１ 撮像装置
２２ 判定部
２３ 記憶部
２４ 画像データ送信部
２５ 分類部
３０ 記憶装置
４０ 画像データ解析システム
４１ 画像データ取得部
４２ 演算部
４３ 解析部
４４ 判定条件修正部
４５ 送信部
１００ ガイドロッド
１０１ 縦シール機構
１０２ 縦シール部
１０３ 充填ノズル
１０４ 第１横シール機構
１０５ 横シール部
１０６ 第２横シール機構
１０７ 切断機構

Claims (2)

1. プラスチックフィルムからなる包装体の画像検査システムであって、
   充填包装機と、画像データ判定システムと、記憶装置と、画像データ解析システムとを備えるものにおいて、
   前記画像データ判定システムは、
   前記充填包装機で製造された包装体を撮像する撮像装置と、
   前記包装体の良否の判定条件を記憶する記憶部と、
   前記撮像装置で撮像した包装体の画像データから、該包装体の良否を判定する判定部と、
   前記画像データおよび／またはその画像データに関連する情報を、前記判定部の判定結果および前記充填包装機の生産条件と共に、前記記憶装置へ通信手段を介して送信する画像データ送信部とを備えており、
   前記画像データ解析システムは、
   前記記憶装置から前記判定部により不良と判定された前記画像データおよび／またはその画像データに関連する情報を取得する画像データ取得部と、
   前記画像データ取得部で取得した前記画像データおよび／またはその画像データに関連する情報から、その不良原因およびその不良を解決するための新たな生産条件を、前記記憶装置に蓄積された過去の画像データまたはその画像データに関連する情報と、これに関連付けられている前記充填包装機の生産条件に基づいて解析する解析部および前記判定部において不良品と判定された包装体の保管および観察の結果から、該判定部の判定が不正確と判断された場合に、前記判定条件を修正する判定条件修正部からなる演算部と、
   通信手段を介して、前記解析部で得られた前記新たな生産条件を前記充填包装機に送信すると共に、前記判定条件修正部で得られた新たな判定条件を前記記憶部に送信する送信部とを備えている、
   ことを特徴とする包装体の画像検査システム。
2. 前記判定部は、前記画像データおよび／またはその画像データに関連する情報を所定のカテゴリ別に分類する分類部を有し、前記画像データ送信部は、各カテゴリに属する画像データおよび／またはその画像データに関連する情報の数と、前記充填包装機の現状の生産条件と前記判定部の前記判定結果とを関連付けて前記記憶装置へ送信するよう構成されていることを特徴とする請求項１に記載の包装体の画像検査システム。