JP6518911B2 - 容器検査装置及び検査方法 - Google Patents

Description

本発明は、異物の付着といった不具合が内部に生じている容器を検出するための容器検査装置等に関する。

市場から回収した容器、例えば壜の内部に異物、例えばキャンディ等の包装体のようなフィルム状の異物が入り込んでいる場合、壜内部を洗浄してもその異物が口部から排出されず、壜胴部の内壁等に貼り付いて残ることがある。あるいは、壜の胴部内壁等に欠陥が生じていることもある。そこで、壜の利用時等には、壜の内壁における異物の付着や欠陥といった不具合が生じているか否かを検査することが必要である。従来、壜の内壁における不具合の有無を検査する装置としては、壜の外周に配置された照明器具にて壜を側方から照明し、その照明器具と壜を挟んで反対側に配置されたカメラにより壜の透過光による画像を撮影する検査装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。また、壜の残液検査装置として、壜を底部側から照明しつつ、その壜の口部から壜内部を観察した画像を撮影する検査装置が知られている（例えば、特許文献２参照）。

特開２００３−２１５０５７号公報 特開２００９−１１５５８０号公報

特許文献１の検査装置は、壜の外面から照明光を入射させ、壜を透過した照明光による画像を撮影しているため、検査の信頼性が十分に得られないことがある。例えば、壜の外面にラベルが印刷されている場合にはその裏面に異物が付着し、あるいは欠陥が生じていても、ラベルの影に異物等が紛れて検出が困難となる。また、透明度の高い無偏光のフィルム等の異物が付着している場合には、異物が存在する箇所と存在しない箇所との間のコントラストが十分に得られず、異物を見逃すおそれが高まる。特許文献２の検査装置は、そもそも残液検査を対象としたものであるが、壜の胴部に対してはその外周から照明光が入射し、胴部の透過光がカメラに入射するため、仮に胴部内壁に異物が付着し、あるいは欠陥が生じていたとしても、その検出に関しては特許文献１と同様の課題が生じる。

そこで、本発明は容器の内壁への異物の付着や欠陥の発生といった不具合の検査に関する信頼性を高めることが可能な容器検査装置等を提供することを目的とする。

本発明に係る容器検査装置（１０）は、検査対象の容器（１）を、照明光が前記容器の底部（２）側から入射して胴部（４）内に導かれ、かつ胴部の外面からの前記照明光の入射は制限されるようにして照明する照明手段（１１）と、前記容器の口部（３）から前記胴部の内壁を観察した画像を撮影する撮影手段（１２）と、を備え、前記撮影手段は、前記胴部の内壁から射出した光束（Ｆ）に基づく前記内壁の画像を撮影するように設けられているものである。

また、本発明に係る容器検査方法は、検査対象の容器（１）を、照明光が前記容器の底部（２）側から入射して胴部（４）内に導かれ、かつ胴部の外面からの前記照明光の入射は制限されるようにして照明する手順と、前記容器の口部から胴部の内壁を観察した画像を撮影する手順とを含み、前記撮影する手順では、前記胴部の内壁から射出した光束（Ｆ）に基づく前記内壁の画像を撮影するものである。

本発明によれば、容器の底部から入射して胴部に導かれた照明光が胴部とその外側との境界面上で全反射又はこれに近い状態で反射しつつ容器内壁の適宜の位置から射出し、その射出した光束に基づく容器内壁の画像が撮影手段にて撮影される。一方、壜の外面からの照明光の入射は制限されているので、画像には胴部外面の印刷物等による暗部が生じないか、生じたとしてもその程度は僅かである。したがって、撮影手段によって撮影される画像内において、胴部の内壁はほぼ均一な明度の像として映し出される。そして、胴部内壁に異物が付着している場合には、その異物により胴部内壁から射出する光が屈折し、それにより異物がその周囲よりも明度が明確に低下した暗部として映し出される。あるいは、容器の胴部内壁に局部的な欠陥が生じている場合にも、内壁から射出する光の屈折が乱れ、その欠陥が暗部として映し出される。これにより、容器の外面の状態に影響されることなく、容器の胴部内壁に生じている異物の付着等の不具合を確実に検出し、検査の信頼性を高めることができる。

本発明の一形態において、前記照明手段は、光源（１３）と、該光源から射出された照明光の拡散方向を、前記底部に入射する方向に調整する導光部（１４）とを備えてもよい。あるいは、前記照明手段の発光面（１１ａ）が前記底部の外形よりも小さく設定されてもよい。これらの形態によれば、容器の胴部外周からの照明光の入射を適切に制限することができる。

また、本発明の一形態において、前記撮影手段は光学系（１６）を含み、該光学系の入射瞳の位置（Ｘ）は光学系の先端よりも被写体としての前記容器側に偏っていてもよい。これによれば、光学系の先端を容器の口部天面から離して配置しても、入射瞳の位置を基準として容器の内壁を観察したときの視野角を比較的大きく確保して容器の胴部内壁をより広範囲にかつ大きく撮影することができる。光学系を容器内に挿入する必要がないので、容器の搬送ライン上に検査装置を設置した場合、各容器の検査を効率よく進めることができる。

さらに、前記光学系の入射瞳の位置が前記光学系の口部の天面よりも容器内に入り込むように前記撮影手段が配置されてもよい。これによれば、容器の胴部内壁をより広範囲かつ大きく撮影することができる。

なお、以上の説明では本発明の理解を容易にするために添付図面の参照符号を括弧書きにて付記したが、それにより本発明が図示の形態に限定されるものではない。

以上に説明したように、本発明によれば、容器の胴部内における照明光の反射を利用して胴部の内壁をほぼ均一な明度の像として映し出し、それにより胴部内壁に付着した異物や欠陥等の不具合箇所をその周囲よりも明度が明確に低下した暗部として映し出すことができる。これにより、容器の外面の状態に影響されることなく、容器の胴部内壁に生じている異物の付着等の不具合箇所を確実に検出し、検査の信頼性を高めることができる。

本発明の一形態に係る容器検査装置の全体構成を示す図。 胴部内壁にキャンディラッパーが付着している壜を図１の検査装置にて撮影した画像の一例を示す図。 図２と同一の壜であって、キャンディラッパーが付着していない壜を図１の検査装置にて撮影した画像の一例を示す図。 比較例の検査装置にて壜の内部を撮影した画像の一例を示す図。

図１は、本発明の一形態に係る容器検査装置の全体構成を示す。図１の容器検査装置１０は、検査対象の容器の一例である壜１の底部２の下方に、底部２と向い合うように配置された照明手段としての照明器１１と、壜１の口部３の上方に口部３と向い合うように配置された撮影手段としての撮影ユニット１２とを備えている。なお、壜１の胴部４は直径が概ね一定の円筒形状である。

照明器１１は、白色ＬＥＤ等の光源１３と、その光源１３から射出された照明光の拡散方向を調整するプリズムシート（導光部）１４とを備えている。照明器１１の発光面１１ａ、すなわちプリズムシート１４で覆われた照明器１１の上面の発光部分は、壜１の底部２の外形（底部２の外縁部分の形状）よりも小さく設定されている。つまり、発光面１１ａは、底部２に包含される大きさである。また、プリズムシート１４は、照明器１１から射出される照明光の全光束が壜１の底部２に入射し、壜１の胴部４の外面からは照明光が入射しないように、照明光の拡散方向を制限する。

撮影ユニット１２は、カメラ１５とレンズ１６とを備えている。カメラ１５は例えばＣＣＤイメージセンサ等の固体撮像素子を用いて被写体の光学画像を電子的な画像信号に変換して出力する。レンズ１６は、壜２から射出された光束をカメラ１５の結像面に結像させる。レンズ１６の光軸は検査対象の壜１の中心線と同軸である。壜１の底部２及び胴部４から射出されてレンズ１６に入射する光束Ｆは、図１に示すようにレンズ１６の先端よりも壜１側に離れた光軸上の点Ｘにて一旦収束した後にレンズ１６に入射する。その点Ｘはレンズ１６の入射瞳の位置に相当する。また、レンズ１６は、入射瞳の位置Ｘが口部３の天面よりも壜１の内部に幾らか入り込むように配置されている。レンズ１６を上記の通りに構成して配置することにより、口部３から離れた位置にレンズ１６が配置されていても、レンズ１６を通して壜１の胴部４における内壁を観察した画像を撮影することができる。しかも、壜１の内部を撮影する際の視野角θを比較的大きく確保することができるので、壜１の内部をより広範囲にかつ大きく捕えた画像をカメラ１５にて撮影することができる。また、レンズ１６の先端が壜１の口部３よりも上方に離れているので、例えば壜１が搬送されるライン上に検査装置１０を設置する場合、各壜１の内部に対してレンズを出し入れする必要がなく、検査を効率よく進めることができる。

以上の検査装置１０によれば、照明器１１からの照明光の全光束を壜１の底部２から入射させている。底部２に入射した光束の一部は底部２を透過してレンズ１６に導かれるが、他の一部の光束は底部２から胴部４へと伝わる。胴部４の屈折率は、壜１の内外の空気層の屈折率よりも大きいため、胴部４に導かれた照明光は図１に矢印Ｙで示したように、胴部４の内壁と胴部４の外側との境界面にて全反射又はそれに近い状態で反射し、胴部４の内壁の適宜の位置からレンズ１６に向かって射出する。一方、胴部４の外面からは照明光が入射しないので、壜１の内壁からレンズ１６に導かれる光束Ｆに胴部４の印刷物等の影響によるケラレが生じるおそれもない。したがって、カメラ１５にて撮影される画像においては、胴部４の内壁がほぼ均一な明度の像として映し出される。そして、壜１の内壁に異物６が付着している場合には、その異物６がたとえ光を透過させる性質を帯びていたとしても、異物６を通過する際に光が屈折し、異物６がその周囲よりも明度が明確に低下した暗部として映し出されるようになる。これにより、異物６が薄いフィルム状のラッパーのように従来の透過光を用いた検査装置では検出困難なものであったとしても、カメラ１５の画像からその異物６を確実に検出することが可能である。

なお、図１の検査装置１０において、カメラ１５から出力される画像は適宜の手法により検査に供することができる。例えば、図１に示すように、カメラ１５で取得された画像信号を画像処理部２０に導き、その画像処理部２０にてコントラスト調整等の画像処理を施した上で、処理後の画像信号を判定部２１に出力して異物に相当する暗部の有無を判定してもよい。あるいは、画像処理部２０の処理を得た画像をモニタに出力し、検査装置１０のユーザが異物の有無を目視で判別してもよい。その他にもカメラ１５から出力される画像信号は、異物に対応する暗部を検出できる限りにおいて、画像検査に用いられる適宜の手法により検査に供することができる。

次に、図１に示す構成の検査装置１０を用いて実際の画像を撮影した例を説明する。図２は、胴部４の内壁に異物６としてキャンディラッパーが付着している壜１の内部を検査装置１０にて撮影した画像の一例であり、図３は異物６が存在しない状態の同一壜１を撮影した画像を示している。なお、検査に用いた壜１は、胴部４の外面にラベル等の印刷物が設けられているものである。図２のＡ部に現れているように、胴部４はほぼ均一な明度のリング状の領域として映し出されている。図３から明らかなように、胴部４の外面における印刷物の影は胴部４の画像中に見当たらない。これに対して、図２の画像では、Ｂ部において、異物６が暗部として明瞭に映し出されている。これらの図を比較すれば、本形態の検査装置１０を用いることにより、壜１の外面の印刷物等の影響を受けることなく、画像中の明暗差を利用して異物６を容易かつ確実に検出できることがわかる。

一方、図４は、比較例として、図１の検査装置１０における照明器１１の発光面１１ａを底部２よりも外側に拡大し、照明器１０の外周部から射出した光束が胴部４の外面から壜１に入射するように変形した検査装置を用いて、図２及び図３と同一の壜を撮影した画像である。図４から明らかなように、外面からの照明光の入射を制限しない場合には、Ｃ部に示すように、壜１の外面の印刷物の影が映り込み、胴部４の画像の明暗に無視できないバラツキが生じる。したがって、図４のＢ部に示したように、胴部４の内壁に適度の透過性を有する異物６が付着している場合、その明度が十分に低下せず、印刷物の影と異物の影との判別が困難で、異物を見逃し、あるいは異物ではないものを異物として誤って検出するおそれがある。

本発明は上述した形態に限定されることなく、適宜の変形ないし変更が施された態様にて実施することが可能である。例えば、上記の形態では、壜１の胴部外面からの照明光の入射を制限するために、照明器１１の発光面１１ａを壜１の底部２の外形よりも小さくし、かつプリズムシート１４により照明光の拡散方向を制限したが、いずれか一方の構成のみを採用することにより胴部外面からの照明光の入射を制限してもよい。例えば、発光面が底部外形より大きい照明器を用いる場合でも、底部よりも外側に位置する領域から射出される光束の拡散方向を導光板により胴部外面に入射しない方向に限るといった構成が採用されてもよい。発光面は円形、矩形、多角形状の適宜の形状でよく、さらには環状の発光面を有する照明手段が用いられてもよい。拡散方向を制限するための導光部は、プリズムシートのような板状の形態に限らず、レンズ、ミラー、プリズムその他の各種の光学素材を用いて導光部が構成されてもよい。

また、壜の外面からの照明光の入射は、壜の外面における印刷物といった光学特性が異なる要素の影響で、異物や欠陥等の不具合の検出が困難となるほどの明暗差が胴部内壁の画像に生じない範囲で制限されていれば足り、当該範囲に収まる限りは外面からの照明光の入射が許容されてもよい。

上記の形態では、レンズ１６をその入射瞳がレンズ１６の先端よりも被写体側に偏るように構成した撮影手段を用いたが、壜１等の容器の胴部内壁を口部から覗き込むように観察した画像が撮影できる限りにおいて撮影手段は適宜変更可能である。レンズ内に入射瞳が存在する撮影手段を用いることも可能である。あるいは、口部３から壜１の内部に挿入可能なレンズを有する撮影手段を用いて壜１の内壁を観察した画像を撮影してもよい。光学系はレンズに限定されず、ミラー、プリズムその他の各種の光学素子が用いられてよく、また光学系の入射瞳の位置も各種の光学素子を用いて光学系先端よりも被写体側に偏った位置に設定することが可能である。

照明手段は、壜１の底部２と向い合うようにして照明器１１を配置する例に限らず、照明器の照明光を反射光学系により底部２に入射するように導く構成とされてもよい。同様に、撮影手段も、壜１の口部３と向い合うようにして撮影ユニット１２を配置する例に限らず、口部３側に射出する光束を反射光学系により撮影手段としてのレンズやカメラに導く構成とされてもよい。

上記の形態では胴部が円筒形の壜を検査対象としたが、胴部の断面形状が非円形の壜、胴部の直径が変化する形状の壜等も本発明の検査対象とされてよい。さらに、容器は、壜の名称で呼ばれるものに限定されず、底部、口部及び胴部を有する形態の容器であれば適宜に検査対象に含めてよい。照明光に対する透過性を有する限り、ガラス、プラスチック等の適宜の材質の容器が検査対象とされてよい。照明光は可視域の波長に限らず、可視外の波長域の照明光が用いられてもよい。

１ 壜（容器）
２ 壜の底部
３ 壜の口部
４ 壜の胴部
６ キャンディラッパー（異物）
１０ 壜検査装置
１１ 照明器（照明手段）
１２ 撮影ユニット（撮影手段）
１３ 光源
１４ プリズムシート（導光部）
１５ カメラ
１６ レンズ（光学系）

Claims (7)

1. 検査対象の容器を、照明光が前記容器の底部側から入射して胴部内に導かれ、かつ胴部の外面からの前記照明光の入射は制限されるようにして照明する照明手段と、
   前記容器の口部から前記胴部の内壁を観察した画像を撮影する撮影手段と、を備え、
   前記撮影手段は、前記胴部の内壁から射出した光束に基づく前記内壁の画像を撮影するように設けられている容器検査装置。
2. 前記照明手段は、光源と、該光源から射出された照明光の拡散方向を、前記底部に入射する方向に調整する導光部とを備えている請求項１に記載の容器検査装置。
3. 前記照明手段の発光面が前記底部の外形よりも小さく設定されている請求項１又は２に記載の容器検査装置。
4. 前記撮影手段は光学系を含み、該光学系の入射瞳の位置は光学系先端よりも被写体としての前記容器側に偏っている請求項１〜３のいずれか一項に記載の容器検査装置。
5. 前記光学系の入射瞳の位置が前記容器の口部の天面よりも容器内に入り込むように前記撮影手段が配置されている請求項４に記載の容器検査装置。
6. 検査対象の容器を、照明光が前記容器の底部側から入射して胴部内に導かれ、かつ胴部の外面からの前記照明光の入射は制限されるようにして照明する手順と、
   前記容器の口部から胴部の内壁を観察した画像を撮影する手順と、
   を含み、前記撮影する手順では、前記胴部の内壁から射出した光束に基づく前記内壁の画像を撮影する容器検査方法。
7. 前記撮影する手順では、光学系の入射瞳の位置が該光学系の先端よりも被写体としての前記容器側に偏っている撮影手段を用いて前記画像を撮影する請求項６に記載の容器検査方法。