JP6172886B2 - 容器検出システム及びその使用方法 - Google Patents

Description

本発明は、壁面部に特徴部が形成されたボトル及びこれに類する容器の検出システムであって、照明装置と、少なくとも１つのカメラを有する光学装置とを備えて成る前記検出システムに関するものである。

上記のような容器は、例えば飲料等の液体用のボトルとして使用されるものであり、例えば透明、半透明又は不透明のガラス若しくは合成樹脂（例えばポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ））で形成されているとともに、滑らかな表面を有している。また、この容器には様々な種類の内容物を充填することができるとともに、この容器の色についても様々なものであってもよい。

そして、このような容器は例えばラベリング装置へ供給され、このラベリング装置において、ラベルを、所定の及び繰り返し可能な位置において、容器の位置又は形状についての特徴あるいは容器の外面上のエンボス部に対して常に同じ向きに貼付する必要がある。さらに、このラベルは、エンボス部その他の特徴部に対して正確に配向される必要があるだけではなく、折り目がない、あるいは凸部及び／又は凹部が生じないように貼付される必要がある。

一方、容器には垂直方向に延在しつつ互いに向き合うように形成された２つの継ぎ目又は１つだけの継ぎ目が形成されており、ラベルがこの継ぎ目上に貼付されることがある。

しかしながら、ラベルが継ぎ目上に貼付されると、ラベルに折り目（凸部／凹部）が生じ、ラベルあるいは容器の外観を損ねてしまい、ラベルの容器への貼付に欠陥があるという印象を与え、消費者がこの製品を避けてしまいかねないという問題がある。

本発明は上記問題にかんがみてなされたもので、その目的とするところは、簡易な手段で容器上の特徴を識別し、ラベルを容器の継ぎ目上でなく、及び／又は正しく配向して容器上のエンボス部に貼付することが可能な冒頭に記載したような検出システムを提供することにある。

上記目的は請求項１記載の発明により達成され、この請求項１記載の発明は、照明装置に複数の光源を設けるとともに、各光源を、ボトル壁面部に対して線状の光線を照射するよう構成し、このボトル壁面部に照射される各光線を互いに離間させ、照明装置の光源側面部に少なくとも１つの基板を設け、光源を、該基板において、垂直方向への列状に互いに間隔を空けつつ配置したことを特徴としている。

また、本発明の好ましい実施形態は、垂直方向の光線模様が前記ボトル壁面部へ照射されるよう前記照明装置を構成したことを特徴としている。

また、照明装置の１つの形態は、ボトル方向に向いた光源側面部を有する支持部材を当該照明装置に設けたことを特徴としている。また、好ましい実施形態は、前記照明装置の光源側面部に少なくとも１つの基板を設け、前記光源を、該基板において、垂直方向への列状に互いに間隔を空けつつ配置したことを特徴としている。なお、この基板は、特に可撓性を有しているとともに、光源を収容する収容部を備えている。したがって、線状の光線模様がボトル壁面部に照射されることになる。ここで、この光源としては、例えばＬＥＤ光源や赤外線光源が考えられる。この光源は、好ましくはパルスを有しており、光学装置あるいは少なくとも１つのカメラと同期するようになっている。

好ましい実施形態において、支持部材あるいは光源側面部は、円弧状に形成されており、監視すべき容器あるいは検出すべき容器を少なくとも部分的に包囲している一方、軸方向には離間している。また、１つの実施形態として、光源側面部に、基板を１つのみこれに設けられた光源と共に設けることが考えられる。一方、複数（特に２つ）の基板をこれに設けられた光源と共に光源側面部に設けることもでき、この場合、基板は上下に重ねられて配置されるとともに、各光源の列あるいは線は、側方において互いにずらして配置される。

また、好ましい実施形態においては、光学装置が複数（特に３つ）のカメラを備えており、これらカメラは、ボトル壁面部に照射される光線模様と相関して、ボトル壁面部における光線模様が照射された領域全体を撮影することができるように配置されている。また、好ましくは、この領域はボトル壁面部全体の少なくとも約４０％となっている。さらに、光学装置を照明装置に対して高さを違えて配置するようにしてもよい。

ところで、検出システムは、好ましくはラベリング用スターホイールを有するラベリング装置に設けられる。そのため、支持部材及び光学装置は、ラベリング用スターホイールと共に動作する場合、このラベリング用スターホイールの状態に依存して動作することになる。すなわち、所定のボトル壁面部のみが、照明装置によって照射されるとともに光学装置によって撮影される。

したがって、本発明においては、支持部材が弓状の棒状部材で構成され、この支持部材が容器あるいはラベリング用スターホイールの搬送路（円軌道）へはみ出さないようにするのが望ましい。なお、支持部材を他の適当な材料で形成してもよい。また、支持部材には少なくとも１つの基板を、例えば背面側を接着することにより固定してもよい。

また、本発明の他の実施形態は、ボトル壁面部に照射された光線模様を垂直方向の検出領域全体に光学的に拡大するために、特にシリンダレンズとして形成された光学レンズを少なくとも１つ（好ましくはすべて）のカメラに設けることを特徴としている。なお、この光学レンズをフレネルレンズとしてもよい。

このような光学レンズによれば、光学的な検出システムの検出領域全体にわたって光線模様がより詳細に拡大されるため、検出システムの解像度が向上することになる。なお、これは、２つの基板あるいはこの基板に設けられた光源の列を互いにずらして配置した場合も同様である。

また、各光源（の列）の特別な配置により、容器の本体部あるいは壁面部に所望の垂直方向に延在する光線模様が照射されることになる。このような光源の配置により、「全反射」において照明装置あるいは垂直方向に配置された光源全体の像が現れることになる。したがって、このような光源の配置により、検出すべき容器の表面あるいは容器の壁面部が反射されることになる。

また、容器表面あるいは検出すべきボトル壁面部に例えばボトルの継ぎ目等の変化がなければ、垂直方向列あるいは垂直方向の光線模様の線は、その数において、容器の回転又は容器の位置に関係なく常に一定となっている。

一方、線状の光線模様にボトルの継ぎ目が入ると、垂直方向列の数及び配置が変化し、これにより、例えば線状の像が変化する。本発明によれば、容器の内容物及び容器の色に関係なく容器の継ぎ目の正確な絶対位置を検出することが可能である。

また、２つの検出システムを重ねて配置し、例えば９０°容器の回転した場合でも容器の継ぎ目の位置を正確に検出することが可能である。なお、この場合にも、上述のように、検出システムにおける支持部材がラベリング用スターホイールにおいてはみ出さないようになっている。ここで、２つ目の検出システムは、ボトルが回転した場合であってもボトル壁面部を検出することが可能である。なお、本発明においては、容器が回転ディスク上に載置されており、この容器は、検出システムへ供給される際に回転されるようになっている。

また、周囲から入射する容器の反射光が検出精度に悪影響を及ぼさないようにするために、光源を赤外線光源とするとともに、更にデイライト遮蔽フィルタを設けることが考えられる。

また、光線入射過程において容器の継ぎ目を検出あるいは位置特定することにより、容器の継ぎ目のない箇所にラベルを貼付することができるよう容器を調整することが可能である。これにより、例えばラベルに隆起部（折り目）が形成されるのを回避することができる。

本発明による検出システムは、容器の継ぎ目の位置を特定するためだけに用いられるわけではない。照明装置は複数の光源で構成されているため、この照明装置を容器の外形における特徴（いわゆるエンボス部）を識別するためにも用いられる。この場合、カメラ５の前方に位置する光学レンズをなくし、照明装置を暗視野照明として使用することが可能である。このときにも、線状の光線模様は容器に対して照射されるようになっている。

このエンボス部によって容器の継ぎ目と同様に容器表面に変化が生じ、このエンボス部の構造及び形状は「全反射」（像）によって反射される。このような構造は、ボトルの回転位置に応じて検出システムにメモリされるようになっている。検出システムが容器の内容物及び容器の色に無関係にエンボス部の正確な絶対位置を検出するようにするのが好ましい。

また、表面が滑面となっていてエンボス部が形成されていない場合には、容器に対して照射される光線模様の反射点が生じず、容器表面は、（光学的な）検出システムに対しては黒色として現れる。一方、ボトルに対して照射される光線模様がエンボス部あるいは隆起部に当たると、光学装置あるいはカメラにより（白色の）光点として認識される輝点が生じる。これら輝点間に滑面である容器表面が黒色で現れるため、輝点により、エンボス部全体が光学装置によって識別されることになる。そして、このエンボス部を識別することで、このエンボス部へのラベルの貼付位置を調整することが可能である。

また、本発明の一実施形態においては、照明装置の支持部材が垂直方向に互いに離間した２つの隔離板として形成されている。この垂直方向に互いに離間した２つの隔離板の間には、無色（透明）のプレキシガラス（登録商標）製棒状部材として形成された複数の導光部が配置されている。なお、これら複数の導光部を直接互いに接するように設けるのが好ましい。この各導光部における光源側面部とは反対側の当該導光部の支持側には、光源ができる限り近接して、好ましくは間隔を空けずに配置されている。

光源の位置が収容部の固定配置によって基板上に位置決めされているため、基板上の照明装置に対して光源をフレキシブルに配置することが可能であるという利点が得られる。一方、導光部は背面部あるいは支持部及びこれとは反対側の光源側面部を有しており、この光源側面部は、例えば切削されて任意の曲率に処理されている。したがって、光源側面部側に円弧状の照明装置が形成されることになる。なお、光源側面部に配置された隔離板の端面側も同様に処理することが可能である。これにより、互いに並置された導光部を湾曲させる必要がなく、適当に加工するだけでよいという利点が得られる。この光源側面部により、均等に光を照射されることになる。

また、容器の壁面部に光線模様を照射するために、垂直方向の光線（スリット）である光出射開口部を備えたカバーを有する光源側面部が形成されている。なお、様々なスリットあるいは光線模様をを有する様々なカバーを光源側面部に設けることも可能である。そして、このカバーによって、容器あるいは容器の壁面部に任意の模様の光線を照射されることになる。

ここで、好ましい実施形態において、このカバーは、光源側面部の曲率に合わせて形成された絞り部材、更には所定の幅及び間隔を有するスリットを備えた絞り板として形成されている。なお、カバーを光源側面部の曲率とは無関係に設置することができるよう、スリットが形成された可撓性部材でカバーを形成してもよい。また、カバーは、容器の直径及び／又はカメラの解像度によって変更してもよい。

また、複数のカバーが光源側面部において重なり合って配置されるよう導光部の寸法を設定してもよい。この場合、重なり合って配置されるカバーを側面において互いにずらして配置することができる。さらに、導光部を連続させて、複数の照明装置を重ねて配置して設けることも考えられる。このとき、各照明装置がその光源側面部においてそれぞれ異なるカバーを有するよう構成してもよい。さらに、複数の導光部を、隔離板の間において上下左右に並べて配置することも可能である。

照明装置のこのような好ましい実施形態によれば、各光源、すなわちカバーにおけるスリットから出る光線が「全反射」あるいは像として容器に対して照射可能であり、導光部の製作コストあるいは製作にかかる手間をなくすことができる。また、個々に製作可能なカバーによって、更に大きな柔軟性（フレキシブル）を得ることができる。さらに、カバーをなくした場合に、照明装置を、その光源側面部において明視野照明として設けるのが好ましい。

また、本発明の好ましい実施形態においては、導光部を直方体状の棒状部材として形成し、その側面部を平面に形成するとともに、各導光部におけるそれぞれ隣接するこの側面部を、間隔を空けることなく互いに接するよう設けている。

本発明によれば、簡易な手段で容器上の特徴を識別し、ラベルを容器の継ぎ目上でなく、及び／又は正しく配向して容器上のエンボス部に貼付することが可能である。

検出システムの原理的な構造を示す図である。 基板を単独で示す図である。 垂直方向列をずらして配置した２つの基板を示す図である。 本発明の一実施形態における照明装置の平面図である。 図４における照明装置の導光部への光の入射を示す図である。 図４における照明装置を複数重ねた構造を示す図である。 ボトル壁面部における光線模様の逆側から見た像を示す図である。 エンボス部を逆側から見た図である。

以下に本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。なお、同一要素には同一符号を付し、その繰り返しの説明については適宜省略する。

図１にはボトル２又はこれに類似する容器の検出システム１が示されており、このボトル２は、その壁面部に形成された、例えばボトル継ぎ目及び／又は形状についての特徴などの特徴であるいわゆるエンボス部を有している。また、検出システム１は、照明装置３と、少なくとも１つのカメラ５を有する光学装置４を備えている。

この照明装置３は、複数の光源６（図２）を備えているとともに、各光源６により線状の光線７がボトル壁面部８に照射されるよう構成されている。このとき、ボトル壁面部８へ照射される各光線７は、互いに離間するよう設定されている。

しかして、容器あるいはボトル２は、透明、半透明又は不透明の材料で形成されているとともに、光を反射する（光沢のある）表面を有している。各ボトル２は、それぞれ異なる色でもよいし、その充填物（内容物）についてもそれぞれ異なるものであってもよい。

また、図１に示す実施の形態においては、照明装置３が、ボトル２方向へ向いた光源側面部１０及びこれとは逆側に設けられた背面部１１を有する支持部材９を備えている。なお、この支持部材９は例えば円弧状の棒状部材で形成されているが、これを、他の適当な材料を用いて形成してもよい。

また、光源側面部１０には少なくとも１つの基板１２（図２）が配置されており、この基板１２は、可撓性となっているとともに、垂直方向に設けられた複数の収容部１３を備えている。この収容部１３は基板１２の長手方向に見て互いに間隔をもって配置されており、この収容部１３には光源６を設けることができるようになっている。なお、基板１２の背面側には支持部材９における光源側面部１０を結合できるようになっている。

基板１２又は垂直方向列１４あるいは垂直方向線において該基板１２上に配置された光源６によって線状の光線模様１５がボトル壁面部８に照射される。そして、特に円筒状に形成されたボトル壁面部８上に照射される例えば線状であるこの光線模様１５が図７に反対側から示されている。すなわち、光線７あるいは線状の光線模様１５は反対側から観察すると黒あるいは暗色で示されており、一方、ここでは不図示のボトル壁面部は反対側から観察すると白あるいは明色で示されている。

なお、例えば図３に示すように、支持部材９に複数の基盤１２を設けることもでき、この場合、これら基板１２は、その垂直方向列１４について、その側方において互いにずらして配置されている。

図１に示す実施の形態によれば、ボトル２はラベリング設備におけるラベリング用スターホイールにおいて検出システム１へ搬送されるようになっている。したがって、支持装置９は、これがボトル２の搬送路（円軌道）へはみ出さないよう設置されている。また、照明装置３によって線状の光線模様１５がボトル壁面部８に照射されるが、この照射される領域は、ボトル２全体の約４０％に相当する。

光学装置４（図１）は図示の例によれば３つのカメラ５を備えており、これらカメラ５は、照明装置３に対する高さがそれぞれ異なるよう配置されている。すなわち、光学装置４が照明装置３の上方又は下方に配置されることになる。また、この光学装置４は、光線模様１５が照射されているボトル壁面部８を把握（撮影）することができるように配置されている。

さらに、この光学装置４すなわち各カメラ５は解析・制御ユニット１６に接続されており、各カメラ５によって撮影された画像又は画像データがこの解析・制御ユニット１６において解析されるようになっている。カメラ５によって撮影された画像又は画像データの処理は、例えば解析・制御ユニット１６内にメモリされた規定データと比較することによりなされる。この限りにおいては、この解析・制御ユニット１６を画像処理・制御ユニットともいうことができる。

なお、この解析・制御ユニット１６は、例えば、各カメラ５により撮影されたアナログデータ又はデジタルデータ用の入力部を備えたコンピュータ又はコンピュータ支援されたユニットである。さらに、この解析・制御ユニット１６は、ラベリング設備における各構成要素（例えば容器整列装置やラベリング装置）に接続された不図示の出力部も備えている。

また、各カメラ５には例えば光学レンズ１７が設けられており、図１に示す実施の形態においては、各光学レンズ１７は、各カメラ５の光軸に対して垂直なレンズ側面１８を有するシリンダレンズとして形成されている。なお、他の実施形態として、この光学レンズ１７をフレネルレンズとしてもよい。

各光源６（垂直方向列１４あるいは垂直方向線）の特別な配置により、容器本体部あるいはボトル壁面部８に所望の垂直方向の光線模様１５を照射することが可能である。このような光源６の配置により、「全反射」において照明装置３あるいはその光源６全体の像が支持部材あるいは垂直方向列１４において形成される。したがって、この垂直方向列１４の配置により検出すべき容器あるいはボトル壁面部８の表面が反射されることになる。容器表面あるいは検出すべきボトル壁面部８に例えばボトルの継ぎ目等の変化がなければ、垂直方向列１４あるいは垂直方向の光線模様１５の線（図７）は、その数において、容器の回転又は容器の位置に関係なく常に一定となっている。

一方、線状の光線模様１５にボトルの継ぎ目が入ると、垂直方向列１４の数及び配置が変化し、これにより、例えば線状の像が変化する。本発明によれば、容器の内容物及び容器の色に関係なく容器の継ぎ目の正確な絶対位置を検出することが可能である。

また、２つの検出システム１を重ねて配置し、例えば９０°容器の回転した場合でも容器の継ぎ目の位置を正確に検出することが可能である。なお、この場合にも、上述のように、検出システム１における支持部材９がラベリング用スターホイールにおいてはみ出さないようになっている。ここで、２つ目の検出システム１は、ボトル２が回転した場合であってもボトル壁面部８を検出することが可能である。なお、本発明においては、容器が回転ディスク上に載置されており、この容器は、検出システム１へ供給される際に回転されるようになっている。

図８に示すように、照明装置３が個々に配置された複数の光源６で形成されているため、検出システム１をいわゆるエンボス部１９と呼ばれる容器の外形の特徴を識別するためにも使用することが可能である。なお、この図８は、カメラ５によって撮影された画像の逆画像となっている。また、この場合、カメラ５の前方に位置する光学レンズをなくし、照明装置３を暗視野照明として使用することが可能である。このときにも、線状の光線模様１５は容器に対して照射されるようになっている。

このエンボス部１９によって容器の継ぎ目と同様に容器表面に変化が生じ、このエンボス部１９の構造及び形状は「全反射」（像）によって反射される。このような構造は、ボトル２の回転位置に応じて検出システム１にメモリされるようになっている。検出システム１が容器の内容物及び容器の色に無関係にエンボス部１９の正確な絶対位置を検出するようにするのが好ましい。

また、表面が滑面となっていてエンボス部１９が形成されていない場合には、容器に対して照射される光線模様１５の反射点が生じず、容器表面は、（光学的な）検出システム１に対しては黒色あるいは暗色（逆は白色あるいは明色）として現れる。一方、ボトル２に対して照射される光線模様１５がエンボス部１９あるいは隆起部に当たると、光学装置４あるいはカメラ５により（白色あるいは明色の）光点（逆は黒色あるいは暗色の点）として認識される輝点が生じる。これら輝点間に滑面である容器表面が黒色あるいは暗色（逆は白色あるいは明色）で現れるため、輝点により、エンボス部１９全体が光学装置４によって識別されることになる。そして、このエンボス部１９を識別することで、このエンボス部１９へのラベルの貼付位置を調整することが可能である。

図４に示された実施の形態においては、照明装置３が複数の導光部２０で形成されており、これら導光部２０はそれぞれその背面部２１あるいは支持側に光源６を備えている。なお、この背面部２１は、光源側面部１０の反対側に配置されている。

図５には導光部２０がユニットとして示されており、導光部２０に対する各光源６の図５に示されている配置にもかかわらず、光源６は前記背面部２１に対してわずかな間隔を有しているのが好ましく、光源６と背面部２１との間に間隔を設けないのが更に好ましい。光源６から照射された光は、背面側において導光部２０に入射し、光源側面部側で導光部２０から出るようになっている。なお、これが光路２２として例示されている。

また、各導光部２０は直方体状の無色（透明）のプレキシガラス（登録商標）製棒状部材として形成されており、これら各導光部２０は、その側面部２３において互いに間隔を空けずに隣接されている。また、これら導光部２０は、垂直方向に離間した２つの隔離板（不図示）の間で支持されている。

図４に示す実施の形態によれば、各導光部２０の各光源側面部１０は、各導光部２０で形成された光源側面部１０全体が所定の曲率２４を有するように加工されている。そのため、円弧状の光源側面部１０を備えた照明装置３が形成されることになる。また、好ましい実施の形態においては、前記隔離板の間に所望の数の導光部２０を隣接させて配置し、所望の曲率２４を有する光源側面部１０が形成される。なお、この曲率２４を、照明装置３が搬送路（ラベリング用スターホイール）にはみ出さないように設定するのが望ましい。

このような好ましい実施の形態によれば、均等に光を照射する光源側面部１０が形成される。また、線状の構成模様１５をボトル壁面部８に照射できるよう、均等に光を照射する光源側面部１０にカバーを設けるのが好ましい。このカバーについては図示していないが、このカバーを、垂直方向に延在する所定の幅と間隔を有するスリットを備える構成とすることが考えられる。また、このカバーを曲率２４に合わせて形成した絞り板で構成することも考えられる。

図６に示すように、照明装置３を連続して設けることもでき、この場合、各照明装置３は、その光源側面部１０においてそれぞれ異なるカバーを備えることができる。なお、この図６において小さな正方形２５として示されているのが各導光部２０である。図示のように、各導光部２０を上下左右に並べて配置することが可能である。

１ 検出システム
２ ボトル
３ 照明装置
４ 光学装置
５ カメラ
６ 光源
７ 光線
８ ボトル壁面部
９ 支持部材
１０ 光源側面部
１１ 背面部
１２ 基板
１３ 収容部
１４ 垂直方向列
１５ 光線模様
１６ 解析・制御ユニット
１７ 光学レンズ
１８ レンズ側面
１９ 浮き出し形状（浮き出し部分）エンボス部
２０ 導光部
２１ 導光部の背面部
２２ 光路
２３ 導光部の側面部
２４ 曲率
２５ 正方形

Claims (7)

1. 壁面部に特徴部が形成されたボトル（２）及びこれに類する容器の検出システムであって、光源側面部（１０）を有する照明装置（３）と、少なくとも１つのカメラ（５）を有する光学装置（４）とを備えて成る、ラベルを前記ボトル（２）の継ぎ目上でなく、及び正しく配向して前記ボトル（２）上のエンボス部に貼付するための前記検出システムにおいて、
   前記照明装置（３）に複数のＬＥＤ光源（６）を設けるとともに、前記照明装置（３）を、ボトル壁面部（８）に対して線状の光線（７）を照射するよう構成し、このボトル壁面部（８）に照射される各光線（７）を互いに離間させ、前記照明装置（３）の光源側面部（１０）に少なくとも１つの基板（１２）を設け、前記ＬＥＤ光源（６）を、該基板（１２）において、垂直方向へ列状に互いに間隔を空けつつ配置し、前記カメラ（５）が、前記ボトル（２）の径方向中心へ向けて、前記ＬＥＤ光源（６）側で、該ＬＥＤ光源（６）からの前記光線（７）の光軸の上方又は下方に配置されており、垂直方向の光線模様（１５）が前記ボトル壁面部（８）へ照射されるよう前記照明装置（３）を構成したことを特徴とする検出システム。
2. 前記ボトル（２）方向に向いた前記光源側面部（１０）を有する支持部材（９）を前記照明装置（３）に設けたことを特徴とする請求項１記載の検出システム。
3. 前記照明装置（３）を、少なくともその光源側面部（１０）において円弧状に形成したことを特徴とする請求項１又は２記載の検出システム。
4. 前記光学装置（４）に複数のカメラ（５）を設けたことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の検出システム。
5. 少なくとも１つの前記カメラ（５）に光学レンズ（１７）を設けたことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の検出システム。
6. 請求項１〜５のいずれかに記載の検出システムを前記ボトルの継ぎ目及び／又は前記エンボス部を識別するために使用することを特徴とする検出システムの使用方法。
7. 請求項１〜５のいずれかに記載の検出システムをラベリング装置において使用することを特徴とする検出システムの使用方法。

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