液面浮遊異物検査方法及び装置
【課題】光透過率の低い容器に液体を充填した場合であっても、容器内の液面又は液面付近の全周の浮遊異物を少ない個数のカメラで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。
【解決手段】容器１内に充填された液体の液面Ｌｅ又は液面Ｌｅ付近に浮遊した異物を検出する検査方法において、容器１の下方に配置された照明２によって容器１内を容器底面１ａ側から照明することにより容器１内の液面を照明し、容器１内の液面Ｌｅの位置を囲むように容器１の外周側に配置されたコーンミラー４の逆円錐面状のミラー面４ｍにより、容器１内の液面Ｌｅからの光を上方に反射させ、コーンミラー４のミラー面４ｍで反射した反射光を容器１の上方に配置されたカメラ３により撮像する。
【解決手段】容器１内に充填された液体の液面Ｌｅ又は液面Ｌｅ付近に浮遊した異物を検出する検査方法において、容器１の下方に配置された照明２によって容器１内を容器底面１ａ側から照明することにより容器１内の液面を照明し、容器１内の液面Ｌｅの位置を囲むように容器１の外周側に配置されたコーンミラー４の逆円錐面状のミラー面４ｍにより、容器１内の液面Ｌｅからの光を上方に反射させ、コーンミラー４のミラー面４ｍで反射した反射光を容器１の上方に配置されたカメラ３により撮像する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
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、遠心力を利用して液面を移動させるとともに液面浮遊異物を移動させ、移動する異物をガラス瓶の側方にある撮像手段で撮像するようにしている。
【０００３】
特許文献１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、ロータリー式検査テーブルを必須の構成とし、機構が極めて複雑になるという問題がある。そのため、本発明者らは、先に、特開２０１１−６９７７４号公報（特許文献２）において、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、前記界面で反射した反射光を容器の側方に配置されたＣＣＤカメラにより撮像する検査方法を提案した。この検査方法によれば、液面と気体との界面で反射した反射光をＣＣＤカメラで撮影すると、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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−１７００４号公報
【特許文献２】特開２０１１−６９７７４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明者らは、特許文献２で提案した検査方法を用いて液体が充填された各種のガラス壜について液面浮遊異物の検出を繰り返し行った結果、以下の知見を得たものである。
すなわち、無色透明のガラス壜や淡い色を着色したガラス壜は、光透過率が高いので、底面照明からガラス壜の底面を透過してガラス壜内に入射した光は、ガラス壜の内面で反射を繰り返し、いろいろな方向から液面に集光される。そのため、液面全体が明るくなる。
これに対し、褐色や黒色等の濃色のガラス壜は、光透過率が低いので、底面照明からガラス壜の底面を透過してガラス壜内に入射した光は、その一部がガラス壜の内面で吸収されるので、液面には一部の光しか届かない。そのため、液面の一部しか明るくならない。
【０００６】
図９（ａ）は、光透過率の高いガラス壜の液面の画像を示す図であり、図９（ｂ）は光透過率の低いガラス壜の液面の画像を示す図である。
図９（ａ）に示すように、光透過率の高いガラス壜の場合には、液面全体が明るい画像部分になっている。この状態では、１画面において容器全体の半周部分の液面異物の検査が可能となっている。したがって、図９（ａ）の画像の手前側と背面側にカメラを配置することで全周の液面浮遊異物の検査が可能となる。
図９（ｂ）に示すように、光透過率の低いガラス壜の場合には、液面の中心付近の一部分（図９（ｂ）において両矢印の範囲）のみ明るい画像部分になっている。この状態では、液面の全周における浮遊異物の検査が困難である。液面の全周において、浮遊異物の検査を行うためには、多方向から液面を撮像することが必要であり、液面を取り囲むように多数のカメラを配置する必要がある。
【０００７】
本発明は、上記知見に基づいてなされたもので、光透過率の低い容器に液体を充填した場合であっても、容器内の液面又は液面付近の全周の浮遊異物を少ない個数のカメラで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。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
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によって容器内を容器底面側から照明することにより容器内の液面を照明し、前記容器内の液面の位置を囲むように前記容器の外周側に配置されたコーンミラーの逆円錐面状のミラー面により、前記容器内の液面からの光を上方に反射させ、前記コーンミラーのミラー面で反射した反射光を前記容器の上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。
【０００９】
本発明によれば、底面照明からの拡散光は、容器の底面に入射し、底面を透過して容器内に入射し、容器内に入射した光の一部は、容器内面で反射を繰り返し、液面に到達する。容器内の液面からの光の一部は、容器の首部を透過した後に半径方向外側に進行してコーンミラーのミラー面で反射し、反射光は斜め上方に進行してカメラに入射する。この場合、容器内の液面からの光は、逆円錐面状のミラー面の全周に入射するので、ミラー面には液面がリング状に光って写ることになる。コーンミラーを使用することにより、容器内の液面を液面の水平面上にある容器外周の法線方向から容器の全周に亘って観察する撮像系になり、ミラー面には液面がリング状に光って写ることになり、カメラで撮影した画像中には、リング状に繋がった明るい画像部分が形成される。容器内の液面付近に遮光性異物が存在する場合には、画像中では異物は明るい背景の中に暗い影となって映る。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。
【００１０】
本発明の液面浮遊異物検査方法の第２の態様は、搬送機構により搬送される容器の内部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、搬送される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ことにより容器内の液面を照明し、搬送される前記容器内の液面の位置を囲むように前記容器の外周側に配置されるとともに、互いに対向しかつ間隙をおいて配置された略半円環状の２つのコーンミラーの半逆円錐面状のミラー面により、前記容器内の液面からの光を上方に反射させ、前記２つのコーンミラーのミラー面で反射した反射光を前記容器の上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。
【００１１】
本発明によれば、容器の搬送中に、底面照明からの拡散光は、容器の底面に入射し、底面を透過して容器内に入射し、容器内に入射した光の一部は、容器内面で反射を繰り返し、液面に到達する。容器内の液面からの光の一部は、容器の首部を透過した後に半径方向外側に進行して略半円環状の２つのコーンミラーのミラー面で反射し、反射光は斜め上方に進行してカメラに入射する。この場合、一方のコーンミラーに容器内の液面の半周部分からの光が入射し、他方のコーンミラーに容器内の液面の残りの半周部分からの光が入射するので、コーンミラー間の間隙があっても、死角となる範囲はなくなる。したがって、カメラで撮影した画像中には、半リング状に繋がった明るい画像部分が左右に形成される。容器内の液面付近に遮光性異物が存在する場合には、画像中では異物は明るい背景の中に暗い影となって映る。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。
【００１２】
本発明の好ましい態様は、前記２つのコーンミラー間の間隙は、搬送される前記容器の首部又は首部から肩部までが通過できる寸法に設定されていることを特徴とする。
本発明によれば、容器を直線搬送しながら、死角なしに容器の液面異物検査が可能となる。
【００１３】
本発明の好ましい態様は、前記容器内の液面の位置で水平断面を仮想して容器の外周を特定し、この特定された容器の外周と前記容器の搬送方向に一致させた直線又は円弧とが交叉する前後の２点を特定したときに、前記前後の２点からの光が前記２つのコーンミラーの両端部にそれぞれ入射するように、前記２つのコーンミラー間の間隙の寸法が設定されていることを特徴とする。
本発明によれば、一方のコーンミラーに容器内の液面の半周部分からの光が入射し、他方のコーンミラーに容器内の液面の残りの半周部分からの光が入射するため、２つのコーンミラー間の間隙があっても、死角となる範囲はなくなる。
【００１４】
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と比べて、異物による画像部分が暗くなるか、または周囲よりさらに明るくなることを特徴とする。
【００１５】
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ことにより容器内の液面を照明する照明と、前記容器内の液面の位置を囲むように前記容器の外周側に配置され、前記容器内の液面からの光を上方に反射させる逆円錐面状のミラー面を有したコーンミラーと、前記容器の上方に配置され、前記コーンミラーのミラー面で反射した反射光を撮像するカメラとを備えたことを特徴とする。
【００１６】
本発明の液面浮遊異物検査装置の第２の態様は、搬送機構により搬送される容器の内部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ことにより容器内の液面を照明する照明と、前記容器内の液面の位置を囲むように前記容器の外周側に配置されるとともに、互いに対向しかつ間隙をおいて配置され、前記容器内の液面からの光を上方に反射させる半逆円錐面状のミラー面を有する略半円環状の２つのコーンミラーと、前記容器の上方に配置され、前記２つのコーンミラーのミラー面で反射した反射光を撮像するカメラとを備えたことを特徴とする。
【００１７】
本発明の好ましい態様は、前記２つのコーンミラー間の間隙は、搬送される前記容器の首部又は首部から肩部までが通過できる寸法に設定されていることを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記容器内の液面の位置で水平断面を仮想して容器の外周を特定し、この特定された容器の外周と前記容器の搬送方向に一致させた直線又は円弧とが交叉する前後の２点を特定したときに、前記前後の２点からの光が前記２つのコーンミラーの両端部にそれぞれ入射するように、前記２つのコーンミラー間の間隙の寸法が設定されてい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と比べて、異物による画像部分が暗くなるか、または周囲よりさらに明るくなることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１８】
本発明は、以下に列挙する効果を奏する。
（１）褐色や黒色等の濃色であって光透過率の低い容器に液体を充填した場合であっても、液面又は液面付近の浮遊異物を単一のカメラで検出することができる。
（２）容器の搬送を行いながら、死角なしに光透過率の低い容器の液面異物検査が可能となる。
（３）容器を回転させずに液面全周の異物検出が可能となるので、搬送装置が簡単になる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】図１は、本発明に係る液面浮遊異物検査装置の基本構成を示す模式的縦断面図である。
【図２】図２は図１のII-II線矢視図である。
【図３】図３は、本発明に係る二つ割りのコーンミラーを備えた液面浮遊異物検査装置の基本構成を示す模式的縦断面図である。
【図４】図４は図３のＩＶ−ＩＶ線矢視図である。
【図５】図５は、図９（ｂ）に示す画像から図９（ｂ）における両矢印の範囲を特定した模式図である。
【図６】図６は、容器の側方に、二つ割りのコーンミラーを配置し、円弧状範囲（太い両矢印部分）をコーンミラーの間の間隙の位置に対応させた場合の構成図の一部である。
【図７】図７は、容器内の液面の全周からの光をコーンミラーに入射させることができる構成を備えた本発明に係る液面浮遊異物検査装置を示す模式的縦断面図である。
【図８】図８は図７のVIII-VIII線矢視図である。
【図９】図９（ａ）は、光透過率の高いガラス壜の液面の画像を示す図であり、図９（ｂ）は光透過率の低いガラス壜の液面の画像を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
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８を参照して説明する。図１乃至図８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、本発明に係る液面浮遊異物検査装置の基本構成を示す模式的縦断面図である。図２は図１のII-II線矢視図である。図１に示すように、容器１は、褐色や黒色等の濃色で光透過率の低いガラス壜からなっており、容器１内には飲料等の液体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、容器底面よりやや大きい面積をもった円板状の照明であり、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内に入射するようになっている。
【００２１】
容器１の上方には、ＣＣＤカメラ３が配置されている。すなわち、容器１を挟むように、底面照明２とＣＣＤカメラ３とが配置されている。ＣＣＤカメラ３の光軸３ｘは、容器１の軸心１ｘと概略一致している。ＣＣＤカメラ３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。また、容器１の外周側には、容器１の首部１ｎを囲むようにコーンミラー４が配置されている。コーンミラー４は、円環状部材からなり、内周側に逆円錐面状のミラー面４ｍを備えている。逆円錐面状のミラー面４ｍは、逆円錐面の中心からの下端の半径がＲ１，上端の半径がＲ２に設定されている。
【００２２】
図１および図２に示すように、容器１の首部１ｎの全周はコーンミラー４のミラー面４ｍにより囲まれている。逆円錐面状のミラー面４ｍは、水平面に対して所定の角度（θ）だけ傾いて形成されており、ミラー面４ｍの中央部は水平方向において容器１内の液体Ｌの液面Ｌｅと概略一致している。前記傾斜角（θ）は、およそ４０°〜６０°に設定されている。
【００２３】
次に、図１および図２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。
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Ｌｅに到達する。なお、この反射の過程で、一部の光は容器１の内面で吸収される。容器１内の液面Ｌｅからの光の一部は、容器１の首部１ｎを透過した後に半径方向外側に進行してコーンミラー４のミラー面４ｍで反射し、反射光は斜め上方に進行してＣＣＤカメラ３に入射する。この場合、容器１内の液面Ｌｅからの光は、逆円錐面状のミラー面４ｍの全周に入射するので、ミラー面４ｍには液面がリング状に光って写ることになる。
【００２４】
コーンミラー４を使用しないで容器１内の液面Ｌｅの側方に配置されたＣＣＤカメラで一方向から撮影した場合には、図９（ｂ）に示すように、液面の中心付近の一部分（図９（ｂ）において両矢印の範囲）のみ明るい画像部分になる。しかしながら、図１および図２に示すように、コーンミラー４を使用することにより、容器１内の液面Ｌｅを液面Ｌｅの水平面上にある容器外周の法線方向（以下、単に法線方向という）から容器の全周に亘って観察する撮像系になり、ミラー面４ｍには液面がリング状に光って写ることになる。すなわち、ミラー面４ｍには、図９（ｂ）に示す両矢印の明るい範囲が円周方向にリング状に繋がって光る。したがって、ＣＣＤカメラ３で撮影した画像中には、リング状に繋がった明るい画像部分が形成される。
容器１内の液面付近に遮光性異物が存在する場合には、画像中では異物は明るい背景の中に暗い影となって映る。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。
【００２５】
図１および図２に示す液面浮遊異物検査装置においては、コーンミラー４が容器１の首部１ｎおよび肩部１ｓの上部の全周を取り囲んでいるため、容器１の搬送中に検査を行うことができない。近年、食品衛生管理上の観点から、日本酒や栄養ドリンク等の飲料を充填したガラス製の容器について、飲料に混入した異物を作業員の目視によらず自動的に検出することができる検査装置の需要が増加している。この場合、検査装置は、搬送機構により容器を搬送中に容器内の液面に浮遊した異物を高速（例えば、１０００ＢＰＭ（本／分）以上等）で検査を行うことが要求される。次に、このように容器の搬送中に検査を行うことができる液面浮遊異物検査装置について説明する。
【００２６】
本発明者らは、図１および図２に示す液面浮遊異物検査装置を基本構成として、容器搬送を行うために円環状のコーンミラー４を切断して二つ割りのコーンミラーによって容器１の首部１ｎおよび肩部１ｓの上部が通過できる間隙を形成することを試みた。
図３および図４は、図１および図２に示すコーンミラー４を切断して二つ割りのコーンミラー４Ａ，４Ｂを作成し、この二つ割りのコーンミラー４Ａ，４Ｂを使用することにより容器を直線搬送しながら液面浮遊異物の検査を行うことができる検査装置を構成した例を示す図である。図３は液面浮遊異物検査装置の基本構成を示す模式的縦断面図であり、図４は図３のＩＶ−ＩＶ線矢視図である。
【００２７】
図３に示すように、液面浮遊異物検査装置は、容器１を直線搬送する左右一対の搬送ベルト１１，１１を備えており、容器１は１対の搬送ベルト１１，１１により胴部が狭持された状態で紙面と直交する方向に搬送されるようになっている。搬送ベルト１１，１１は、搬送方向の前後に設けられた一対のプーリ（図示せず）にそれぞれ巻回されており、プーリが回転することにより、搬送ベルト１１，１１はガラス壜１を挟持した状態で同一速度で走行するようになっている。
【００２８】
図３および図４に示すように、容器１の外周側には、容器１の首部１ｎを左右から囲むように二つ割りのコーンミラー４Ａ，４Ｂが配置されている。コーンミラー４Ａ，４Ｂは、それぞれ略半円環状部材からなり、内周側に半逆円錐面状のミラー面４ｍＡ，４ｍＢを備えている。２つのコーンミラー４Ａ，４Ｂの間には、容器１が搬送ベルト１１，１１によりＡ方向に直線搬送可能なように、間隙ｄ１，ｄ１が形成されている。この間隙ｄ１は、容器１の首部１ｎおよび肩部１ｓの上部が余裕をもって通過できる範囲に設定されている。２つのコーンミラー４Ａ，４Ｂは、図１および図２に示すコーンミラー４から間隙ｄ１，ｄ１が形成されるようにしたものである。すなわち、コーンミラー４Ａ，４Ｂのミラー面４ｍＡ，４ｍＢは、半逆円錐面の中心からの下端の半径がＲ１，上端の半径がＲ２に設定されている。そして、両コーンミラー４Ａ，４Ｂ間に間隙ｄ１，ｄ１が形成されている。半逆円錐面状のミラー面４ｍＡ，４ｍＢは、それぞれ水平面に対して所定の角度（θ）だけ傾いて形成されており、ミラー面４ｍＡ，４ｍＢの中央部は水平方向において容器１内の液面Ｌｅと概略一致している。前記傾斜角（θ）は、およそ４０°〜６０°に設定されている。容器１の下方に底面照明２が配置されていることは、図１に示す検査装置と同様である。
【００２９】
次に、図３および図４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。
容器１の搬送中に、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Ｌｅに到達する。なお、この反射の過程で、一部の光は容器１の内面で吸収される。容器１内の液面Ｌｅからの光の一部は、容器１の首部１ｎを透過した後に半径方向外側に進行して二つ割りのコーンミラー４Ａ，４Ｂのミラー面４ｍＡ，４ｍＢで反射し、反射光は斜め上方に進行してＣＣＤカメラ３に入射する。この場合、容器１内の液面Ｌｅからの光は、二つ割りのコーンミラー４Ａ，４Ｂの半逆円錐面状のミラー面４ｍＡ，４ｍＢに入射するが、コーンミラー４Ａ，４Ｂの間には、間隙ｄ１，ｄ１が形成されてミラーのない部分があるため、死角となる範囲Ｄｅ，Ｄｅができてしまう。したがって、この死角となる範囲Ｄｅに浮遊異物が存在する場合には、異物は映らないので検出することはできない。
【００３０】
本発明者らは、上記死角となる範囲Ｄｅ，Ｄｅを解消するために、コーンミラーを使用しないで容器１の側方に配置されたＣＣＤカメラで液面Ｌｅを一方向から撮影した場合の画像（図９（ｂ）参照）に着目し、以下のような解析を行った。すなわち、容器１内の液面ＬｅをＣＣＤカメラで一方向から撮影すると、図９（ｂ）に示すように、液面の中心付近の一部分（図９（ｂ）において両矢印の範囲）が明るい画像部分になる。ＣＣＤカメラは図９（ｂ）の画像の手前側に配置されている。この場合、図９（ｂ）における両矢印の範囲の中点に着目すると、この中点の明るい点は、容器からＣＣＤカメラ（容器の手前側に位置する）に入射する明るい光のうち、容器外周の法線方向（完全な法線方向と称す）の光に相当するものである。図９（ｂ）における両矢印の範囲は前記中点から左右に所定の幅があるため、完全な法線方向から左右にずれた位置からの光もＣＣＤカメラに入射して明るい画像部分を形成していることがわかる。
【００３１】
次に、図９（ｂ）中の両矢印の範囲が容器の外周のどの範囲に対応するかについて、図９（ｂ）に示す画像から検討した結果を説明する。図５は、図９（ｂ）に示す画像から図９（ｂ）における両矢印の範囲を特定した模式図である。図５に示すように、図９（ｂ）に示す画像から容器の液面で水平断面をとって容器１の外周ＯＣを描き、この容器の外周ＯＣ上に図９（ｂ）中の両矢印の範囲と等しい円弧状範囲ＡＲを描く。この円弧状範囲ＡＲは、容器１の軸心１ｘを中心とする角度範囲と云い換えることもできる。
【００３２】
図６は、容器１の側方に、二つ割りのコーンミラー４Ａ，４Ｂを配置し、前記円弧状範囲ＡＲ（太い両矢印部分）をコーンミラー４Ａ，４Ｂの間の間隙の位置に対応させた場合の構成図の一部である。図６において、一方のコーンミラー４Ａに容器１内の液面Ｌｅの半周部分からの光が入射し、他方のコーンミラー４Ｂに容器１内の液面Ｌｅの残りの半周部分からの光が入射すれば、コーンミラー４Ａ，４Ｂ間の間隙があっても、死角となる範囲はなくなる。この場合、図６に示すように、前記円弧状範囲ＡＲを左右の２つに分割した円弧状範囲（１／２）ＡＲ，（１／２）ＡＲを想定し、左側のコーンミラー４Ａに左側半分の円弧状範囲（１／２）ＡＲからの光が入射するようにコーンミラー４Ａを配置し、右側のコーンミラー４Ｂに右側半分の円弧状範囲（１／２）ＡＲからの光が入射するようにコーンミラー４Ｂを配置すれば、前記円弧状範囲ＡＲの左端ｅＬより時計方向の範囲はコーンミラー４Ａに入射し、前記円弧状範囲ＡＲの右端ｅＲより反時計方向の範囲はコーンミラー４Ｂに入射することは明らかであり、容器１内の液面Ｌｅの全周からの光をコーンミラー４Ａ，４Ｂに入射させることができる。
【００３３】
次に、図６に示すように容器１内の液面Ｌｅの全周からの光をコーンミラー４Ａ，４Ｂに入射させることができる構成を備えた検査装置を図７および図８を参照して説明する。
図７は、容器１内の液面Ｌｅの全周からの光をコーンミラー４Ａ，４Ｂに入射させることができる構成を備えた本発明に係る液面浮遊異物検査装置を示す模式的縦断面図であり、図８は図７のVIII-VIII線矢視図である。
【００３４】
図７および図８に示す検査装置は、図３および図４に示すコーンミラー４Ａ，４Ｂを矢印Ｂ，Ｂに示すように互いに接近させ、２つのコーンミラー４Ａ，４Ｂの間の間隙ｄ２，ｄ２を小さくしたものである。すなわち、ｄ２＞ｄ１である。この間隙ｄ２は、容器１の首部１ｎおよび肩部１ｓの上部が支障なく通過できる範囲の最小限に設定されている。このように、２つのコーンミラー４Ａ，４Ｂの間の間隙ｄ２，ｄ２を小さくすることにより、図６に示す前記円弧状範囲ＡＲを想定すると、左側のコーンミラー４Ａに左側半分の円弧状範囲（１／２）ＡＲからの光を入射させ、右側のコーンミラー４Ｂに右側半分の円弧状範囲（１／２）ＡＲからの光を入射させることができる。
【００３５】
図８は、容器１内の液面Ｌｅからの光のうち、完全な法線方向から左右にずれた位置からの光がコーンミラー４Ａ，４Ｂの両端に入射することを示している。この場合、円弧状範囲ＡＲ（図６に示す）の中点（１／２）ＡＲからの光が少なくとも両コーンミラー４Ａ，４Ｂの端部に入射するように、コーンミラー４Ａ，４Ｂ間の間隙ｄ２，ｄ２を設定することが必要である。勿論、図８に示すように、前記中点（１／２）ＡＲより右側の位置から左側のコーンミラー４Ａに入射し、前記中点（１／２）ＡＲより左側の位置から右側のコーンミラー４Ｂに入射するように前記間隙ｄ２，ｄ２を設定してもよい。
【００３６】
図７および図８に示す検査装置における底面照明２、ＣＣＤカメラ３および搬送ベルト１１の構成は、図３および図４に示す検査装置のものと同様である。
前記二つ割りのコーンミラー４Ａ，４Ｂは、容器１の首部１ｎおよび肩部１ｓの上部を取り囲むことができる内径を有していればよいが、この内径が小径の場合、２つのコーンミラー４Ａ，４Ｂを互いに接近させても、死角となる範囲ができてしまう（残ってしまう）という欠点があり、大径の場合、検査上の影響は無いが、コストおよび設置スペースにおいて不利である。例えば、容器１の首部１ｎの直径を概略４０ｍｍとすると、コーンミラー４Ａ，４Ｂの内径（コーンミラー４Ａ，４Ｂを接近させる前の）は、２００ｍｍ〜２５０ｍｍが好ましい。
【００３７】
図７および図８に示す検査装置によれば、図６に示す前記円弧状範囲ＡＲを想定すると、左側のコーンミラー４Ａに左側半分の円弧状範囲（１／２）ＡＲからの光を入射させ、右側のコーンミラー４Ｂに右側半分の円弧状範囲（１／２）ＡＲからの光を入射させることができる。前記円弧状範囲ＡＲの左端ｅＬより時計方向の範囲はコーンミラー４Ａに入射し、前記円弧状範囲ＡＲの右端ｅＲより反時計方向の範囲はコーンミラー４Ｂに入射することは明らかであり、容器１内の液面Ｌｅの全周からの光をコーンミラー４Ａ，４Ｂに入射させることができる。したがって、ＣＣＤカメラ３で撮影した画像中には、半リング状に繋がった明るい画像部分が左右に形成される。容器１内の液面付近に遮光性異物が存在する場合には、画像中では異物は明るい背景の中に暗い影となって映る。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。
【００３８】
図７および図８に示す検査装置においては、略半円環状の２つのコーンミラー４Ａ，４Ｂを互いに接近させることにより、死角となる範囲を無くすようにしたが、図１および図２に示す円環状のコーンミラー４から間隙ｄ１，ｄ１に相当する部分を削除したコーンミラー４Ａ，４Ｂを使用してもよい。
【００３９】
上述した実施形態においては、遮光性異物を撮像する場合を例示したが、液面又は液面付近に透光性異物がある場合も撮像することができる。この場合、透光性異物は、液面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。
また、容器を搬送する搬送機構として一対の搬送ベルトにより直線搬送する場合を例示したが、搬送機構は容器を円形軌道に沿って搬送するスターホイールであってもよい。
【００４０】
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。
【符号の説明】
【００４１】
１ 容器
１ａ 底面
１ｎ 首部
１ｓ 肩部
２ 底面照明
３ ＣＣＤカメラ
４，４Ａ，ＡＢ コーンミラー
４ｍ，４ｍＡ，４ｍＢ ミラー面
１１ 搬送ベルト
ｄ１，ｄ２ 間隙
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
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、遠心力を利用して液面を移動させるとともに液面浮遊異物を移動させ、移動する異物をガラス瓶の側方にある撮像手段で撮像するようにしている。
【０００３】
特許文献１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、ロータリー式検査テーブルを必須の構成とし、機構が極めて複雑になるという問題がある。そのため、本発明者らは、先に、特開２０１１−６９７７４号公報（特許文献２）において、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、前記界面で反射した反射光を容器の側方に配置されたＣＣＤカメラにより撮像する検査方法を提案した。この検査方法によれば、液面と気体との界面で反射した反射光をＣＣＤカメラで撮影すると、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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−１７００４号公報
【特許文献２】特開２０１１−６９７７４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明者らは、特許文献２で提案した検査方法を用いて液体が充填された各種のガラス壜について液面浮遊異物の検出を繰り返し行った結果、以下の知見を得たものである。
すなわち、無色透明のガラス壜や淡い色を着色したガラス壜は、光透過率が高いので、底面照明からガラス壜の底面を透過してガラス壜内に入射した光は、ガラス壜の内面で反射を繰り返し、いろいろな方向から液面に集光される。そのため、液面全体が明るくなる。
これに対し、褐色や黒色等の濃色のガラス壜は、光透過率が低いので、底面照明からガラス壜の底面を透過してガラス壜内に入射した光は、その一部がガラス壜の内面で吸収されるので、液面には一部の光しか届かない。そのため、液面の一部しか明るくならない。
【０００６】
図９（ａ）は、光透過率の高いガラス壜の液面の画像を示す図であり、図９（ｂ）は光透過率の低いガラス壜の液面の画像を示す図である。
図９（ａ）に示すように、光透過率の高いガラス壜の場合には、液面全体が明るい画像部分になっている。この状態では、１画面において容器全体の半周部分の液面異物の検査が可能となっている。したがって、図９（ａ）の画像の手前側と背面側にカメラを配置することで全周の液面浮遊異物の検査が可能となる。
図９（ｂ）に示すように、光透過率の低いガラス壜の場合には、液面の中心付近の一部分（図９（ｂ）において両矢印の範囲）のみ明るい画像部分になっている。この状態では、液面の全周における浮遊異物の検査が困難である。液面の全周において、浮遊異物の検査を行うためには、多方向から液面を撮像することが必要であり、液面を取り囲むように多数のカメラを配置する必要がある。
【０００７】
本発明は、上記知見に基づいてなされたもので、光透過率の低い容器に液体を充填した場合であっても、容器内の液面又は液面付近の全周の浮遊異物を少ない個数のカメラで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。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
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によって容器内を容器底面側から照明することにより容器内の液面を照明し、前記容器内の液面の位置を囲むように前記容器の外周側に配置されたコーンミラーの逆円錐面状のミラー面により、前記容器内の液面からの光を上方に反射させ、前記コーンミラーのミラー面で反射した反射光を前記容器の上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。
【０００９】
本発明によれば、底面照明からの拡散光は、容器の底面に入射し、底面を透過して容器内に入射し、容器内に入射した光の一部は、容器内面で反射を繰り返し、液面に到達する。容器内の液面からの光の一部は、容器の首部を透過した後に半径方向外側に進行してコーンミラーのミラー面で反射し、反射光は斜め上方に進行してカメラに入射する。この場合、容器内の液面からの光は、逆円錐面状のミラー面の全周に入射するので、ミラー面には液面がリング状に光って写ることになる。コーンミラーを使用することにより、容器内の液面を液面の水平面上にある容器外周の法線方向から容器の全周に亘って観察する撮像系になり、ミラー面には液面がリング状に光って写ることになり、カメラで撮影した画像中には、リング状に繋がった明るい画像部分が形成される。容器内の液面付近に遮光性異物が存在する場合には、画像中では異物は明るい背景の中に暗い影となって映る。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。
【００１０】
本発明の液面浮遊異物検査方法の第２の態様は、搬送機構により搬送される容器の内部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、搬送される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ことにより容器内の液面を照明し、搬送される前記容器内の液面の位置を囲むように前記容器の外周側に配置されるとともに、互いに対向しかつ間隙をおいて配置された略半円環状の２つのコーンミラーの半逆円錐面状のミラー面により、前記容器内の液面からの光を上方に反射させ、前記２つのコーンミラーのミラー面で反射した反射光を前記容器の上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。
【００１１】
本発明によれば、容器の搬送中に、底面照明からの拡散光は、容器の底面に入射し、底面を透過して容器内に入射し、容器内に入射した光の一部は、容器内面で反射を繰り返し、液面に到達する。容器内の液面からの光の一部は、容器の首部を透過した後に半径方向外側に進行して略半円環状の２つのコーンミラーのミラー面で反射し、反射光は斜め上方に進行してカメラに入射する。この場合、一方のコーンミラーに容器内の液面の半周部分からの光が入射し、他方のコーンミラーに容器内の液面の残りの半周部分からの光が入射するので、コーンミラー間の間隙があっても、死角となる範囲はなくなる。したがって、カメラで撮影した画像中には、半リング状に繋がった明るい画像部分が左右に形成される。容器内の液面付近に遮光性異物が存在する場合には、画像中では異物は明るい背景の中に暗い影となって映る。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。
【００１２】
本発明の好ましい態様は、前記２つのコーンミラー間の間隙は、搬送される前記容器の首部又は首部から肩部までが通過できる寸法に設定されていることを特徴とする。
本発明によれば、容器を直線搬送しながら、死角なしに容器の液面異物検査が可能となる。
【００１３】
本発明の好ましい態様は、前記容器内の液面の位置で水平断面を仮想して容器の外周を特定し、この特定された容器の外周と前記容器の搬送方向に一致させた直線又は円弧とが交叉する前後の２点を特定したときに、前記前後の２点からの光が前記２つのコーンミラーの両端部にそれぞれ入射するように、前記２つのコーンミラー間の間隙の寸法が設定されていることを特徴とする。
本発明によれば、一方のコーンミラーに容器内の液面の半周部分からの光が入射し、他方のコーンミラーに容器内の液面の残りの半周部分からの光が入射するため、２つのコーンミラー間の間隙があっても、死角となる範囲はなくなる。
【００１４】
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と比べて、異物による画像部分が暗くなるか、または周囲よりさらに明るくなることを特徴とする。
【００１５】
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ことにより容器内の液面を照明する照明と、前記容器内の液面の位置を囲むように前記容器の外周側に配置され、前記容器内の液面からの光を上方に反射させる逆円錐面状のミラー面を有したコーンミラーと、前記容器の上方に配置され、前記コーンミラーのミラー面で反射した反射光を撮像するカメラとを備えたことを特徴とする。
【００１６】
本発明の液面浮遊異物検査装置の第２の態様は、搬送機構により搬送される容器の内部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ことにより容器内の液面を照明する照明と、前記容器内の液面の位置を囲むように前記容器の外周側に配置されるとともに、互いに対向しかつ間隙をおいて配置され、前記容器内の液面からの光を上方に反射させる半逆円錐面状のミラー面を有する略半円環状の２つのコーンミラーと、前記容器の上方に配置され、前記２つのコーンミラーのミラー面で反射した反射光を撮像するカメラとを備えたことを特徴とする。
【００１７】
本発明の好ましい態様は、前記２つのコーンミラー間の間隙は、搬送される前記容器の首部又は首部から肩部までが通過できる寸法に設定されていることを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記容器内の液面の位置で水平断面を仮想して容器の外周を特定し、この特定された容器の外周と前記容器の搬送方向に一致させた直線又は円弧とが交叉する前後の２点を特定したときに、前記前後の２点からの光が前記２つのコーンミラーの両端部にそれぞれ入射するように、前記２つのコーンミラー間の間隙の寸法が設定されてい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と比べて、異物による画像部分が暗くなるか、または周囲よりさらに明るくなることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１８】
本発明は、以下に列挙する効果を奏する。
（１）褐色や黒色等の濃色であって光透過率の低い容器に液体を充填した場合であっても、液面又は液面付近の浮遊異物を単一のカメラで検出することができる。
（２）容器の搬送を行いながら、死角なしに光透過率の低い容器の液面異物検査が可能となる。
（３）容器を回転させずに液面全周の異物検出が可能となるので、搬送装置が簡単になる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】図１は、本発明に係る液面浮遊異物検査装置の基本構成を示す模式的縦断面図である。
【図２】図２は図１のII-II線矢視図である。
【図３】図３は、本発明に係る二つ割りのコーンミラーを備えた液面浮遊異物検査装置の基本構成を示す模式的縦断面図である。
【図４】図４は図３のＩＶ−ＩＶ線矢視図である。
【図５】図５は、図９（ｂ）に示す画像から図９（ｂ）における両矢印の範囲を特定した模式図である。
【図６】図６は、容器の側方に、二つ割りのコーンミラーを配置し、円弧状範囲（太い両矢印部分）をコーンミラーの間の間隙の位置に対応させた場合の構成図の一部である。
【図７】図７は、容器内の液面の全周からの光をコーンミラーに入射させることができる構成を備えた本発明に係る液面浮遊異物検査装置を示す模式的縦断面図である。
【図８】図８は図７のVIII-VIII線矢視図である。
【図９】図９（ａ）は、光透過率の高いガラス壜の液面の画像を示す図であり、図９（ｂ）は光透過率の低いガラス壜の液面の画像を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
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８を参照して説明する。図１乃至図８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、本発明に係る液面浮遊異物検査装置の基本構成を示す模式的縦断面図である。図２は図１のII-II線矢視図である。図１に示すように、容器１は、褐色や黒色等の濃色で光透過率の低いガラス壜からなっており、容器１内には飲料等の液体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、容器底面よりやや大きい面積をもった円板状の照明であり、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内に入射するようになっている。
【００２１】
容器１の上方には、ＣＣＤカメラ３が配置されている。すなわち、容器１を挟むように、底面照明２とＣＣＤカメラ３とが配置されている。ＣＣＤカメラ３の光軸３ｘは、容器１の軸心１ｘと概略一致している。ＣＣＤカメラ３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。また、容器１の外周側には、容器１の首部１ｎを囲むようにコーンミラー４が配置されている。コーンミラー４は、円環状部材からなり、内周側に逆円錐面状のミラー面４ｍを備えている。逆円錐面状のミラー面４ｍは、逆円錐面の中心からの下端の半径がＲ１，上端の半径がＲ２に設定されている。
【００２２】
図１および図２に示すように、容器１の首部１ｎの全周はコーンミラー４のミラー面４ｍにより囲まれている。逆円錐面状のミラー面４ｍは、水平面に対して所定の角度（θ）だけ傾いて形成されており、ミラー面４ｍの中央部は水平方向において容器１内の液体Ｌの液面Ｌｅと概略一致している。前記傾斜角（θ）は、およそ４０°〜６０°に設定されている。
【００２３】
次に、図１および図２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。
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Ｌｅに到達する。なお、この反射の過程で、一部の光は容器１の内面で吸収される。容器１内の液面Ｌｅからの光の一部は、容器１の首部１ｎを透過した後に半径方向外側に進行してコーンミラー４のミラー面４ｍで反射し、反射光は斜め上方に進行してＣＣＤカメラ３に入射する。この場合、容器１内の液面Ｌｅからの光は、逆円錐面状のミラー面４ｍの全周に入射するので、ミラー面４ｍには液面がリング状に光って写ることになる。
【００２４】
コーンミラー４を使用しないで容器１内の液面Ｌｅの側方に配置されたＣＣＤカメラで一方向から撮影した場合には、図９（ｂ）に示すように、液面の中心付近の一部分（図９（ｂ）において両矢印の範囲）のみ明るい画像部分になる。しかしながら、図１および図２に示すように、コーンミラー４を使用することにより、容器１内の液面Ｌｅを液面Ｌｅの水平面上にある容器外周の法線方向（以下、単に法線方向という）から容器の全周に亘って観察する撮像系になり、ミラー面４ｍには液面がリング状に光って写ることになる。すなわち、ミラー面４ｍには、図９（ｂ）に示す両矢印の明るい範囲が円周方向にリング状に繋がって光る。したがって、ＣＣＤカメラ３で撮影した画像中には、リング状に繋がった明るい画像部分が形成される。
容器１内の液面付近に遮光性異物が存在する場合には、画像中では異物は明るい背景の中に暗い影となって映る。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。
【００２５】
図１および図２に示す液面浮遊異物検査装置においては、コーンミラー４が容器１の首部１ｎおよび肩部１ｓの上部の全周を取り囲んでいるため、容器１の搬送中に検査を行うことができない。近年、食品衛生管理上の観点から、日本酒や栄養ドリンク等の飲料を充填したガラス製の容器について、飲料に混入した異物を作業員の目視によらず自動的に検出することができる検査装置の需要が増加している。この場合、検査装置は、搬送機構により容器を搬送中に容器内の液面に浮遊した異物を高速（例えば、１０００ＢＰＭ（本／分）以上等）で検査を行うことが要求される。次に、このように容器の搬送中に検査を行うことができる液面浮遊異物検査装置について説明する。
【００２６】
本発明者らは、図１および図２に示す液面浮遊異物検査装置を基本構成として、容器搬送を行うために円環状のコーンミラー４を切断して二つ割りのコーンミラーによって容器１の首部１ｎおよび肩部１ｓの上部が通過できる間隙を形成することを試みた。
図３および図４は、図１および図２に示すコーンミラー４を切断して二つ割りのコーンミラー４Ａ，４Ｂを作成し、この二つ割りのコーンミラー４Ａ，４Ｂを使用することにより容器を直線搬送しながら液面浮遊異物の検査を行うことができる検査装置を構成した例を示す図である。図３は液面浮遊異物検査装置の基本構成を示す模式的縦断面図であり、図４は図３のＩＶ−ＩＶ線矢視図である。
【００２７】
図３に示すように、液面浮遊異物検査装置は、容器１を直線搬送する左右一対の搬送ベルト１１，１１を備えており、容器１は１対の搬送ベルト１１，１１により胴部が狭持された状態で紙面と直交する方向に搬送されるようになっている。搬送ベルト１１，１１は、搬送方向の前後に設けられた一対のプーリ（図示せず）にそれぞれ巻回されており、プーリが回転することにより、搬送ベルト１１，１１はガラス壜１を挟持した状態で同一速度で走行するようになっている。
【００２８】
図３および図４に示すように、容器１の外周側には、容器１の首部１ｎを左右から囲むように二つ割りのコーンミラー４Ａ，４Ｂが配置されている。コーンミラー４Ａ，４Ｂは、それぞれ略半円環状部材からなり、内周側に半逆円錐面状のミラー面４ｍＡ，４ｍＢを備えている。２つのコーンミラー４Ａ，４Ｂの間には、容器１が搬送ベルト１１，１１によりＡ方向に直線搬送可能なように、間隙ｄ１，ｄ１が形成されている。この間隙ｄ１は、容器１の首部１ｎおよび肩部１ｓの上部が余裕をもって通過できる範囲に設定されている。２つのコーンミラー４Ａ，４Ｂは、図１および図２に示すコーンミラー４から間隙ｄ１，ｄ１が形成されるようにしたものである。すなわち、コーンミラー４Ａ，４Ｂのミラー面４ｍＡ，４ｍＢは、半逆円錐面の中心からの下端の半径がＲ１，上端の半径がＲ２に設定されている。そして、両コーンミラー４Ａ，４Ｂ間に間隙ｄ１，ｄ１が形成されている。半逆円錐面状のミラー面４ｍＡ，４ｍＢは、それぞれ水平面に対して所定の角度（θ）だけ傾いて形成されており、ミラー面４ｍＡ，４ｍＢの中央部は水平方向において容器１内の液面Ｌｅと概略一致している。前記傾斜角（θ）は、およそ４０°〜６０°に設定されている。容器１の下方に底面照明２が配置されていることは、図１に示す検査装置と同様である。
【００２９】
次に、図３および図４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。
容器１の搬送中に、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Ｌｅに到達する。なお、この反射の過程で、一部の光は容器１の内面で吸収される。容器１内の液面Ｌｅからの光の一部は、容器１の首部１ｎを透過した後に半径方向外側に進行して二つ割りのコーンミラー４Ａ，４Ｂのミラー面４ｍＡ，４ｍＢで反射し、反射光は斜め上方に進行してＣＣＤカメラ３に入射する。この場合、容器１内の液面Ｌｅからの光は、二つ割りのコーンミラー４Ａ，４Ｂの半逆円錐面状のミラー面４ｍＡ，４ｍＢに入射するが、コーンミラー４Ａ，４Ｂの間には、間隙ｄ１，ｄ１が形成されてミラーのない部分があるため、死角となる範囲Ｄｅ，Ｄｅができてしまう。したがって、この死角となる範囲Ｄｅに浮遊異物が存在する場合には、異物は映らないので検出することはできない。
【００３０】
本発明者らは、上記死角となる範囲Ｄｅ，Ｄｅを解消するために、コーンミラーを使用しないで容器１の側方に配置されたＣＣＤカメラで液面Ｌｅを一方向から撮影した場合の画像（図９（ｂ）参照）に着目し、以下のような解析を行った。すなわち、容器１内の液面ＬｅをＣＣＤカメラで一方向から撮影すると、図９（ｂ）に示すように、液面の中心付近の一部分（図９（ｂ）において両矢印の範囲）が明るい画像部分になる。ＣＣＤカメラは図９（ｂ）の画像の手前側に配置されている。この場合、図９（ｂ）における両矢印の範囲の中点に着目すると、この中点の明るい点は、容器からＣＣＤカメラ（容器の手前側に位置する）に入射する明るい光のうち、容器外周の法線方向（完全な法線方向と称す）の光に相当するものである。図９（ｂ）における両矢印の範囲は前記中点から左右に所定の幅があるため、完全な法線方向から左右にずれた位置からの光もＣＣＤカメラに入射して明るい画像部分を形成していることがわかる。
【００３１】
次に、図９（ｂ）中の両矢印の範囲が容器の外周のどの範囲に対応するかについて、図９（ｂ）に示す画像から検討した結果を説明する。図５は、図９（ｂ）に示す画像から図９（ｂ）における両矢印の範囲を特定した模式図である。図５に示すように、図９（ｂ）に示す画像から容器の液面で水平断面をとって容器１の外周ＯＣを描き、この容器の外周ＯＣ上に図９（ｂ）中の両矢印の範囲と等しい円弧状範囲ＡＲを描く。この円弧状範囲ＡＲは、容器１の軸心１ｘを中心とする角度範囲と云い換えることもできる。
【００３２】
図６は、容器１の側方に、二つ割りのコーンミラー４Ａ，４Ｂを配置し、前記円弧状範囲ＡＲ（太い両矢印部分）をコーンミラー４Ａ，４Ｂの間の間隙の位置に対応させた場合の構成図の一部である。図６において、一方のコーンミラー４Ａに容器１内の液面Ｌｅの半周部分からの光が入射し、他方のコーンミラー４Ｂに容器１内の液面Ｌｅの残りの半周部分からの光が入射すれば、コーンミラー４Ａ，４Ｂ間の間隙があっても、死角となる範囲はなくなる。この場合、図６に示すように、前記円弧状範囲ＡＲを左右の２つに分割した円弧状範囲（１／２）ＡＲ，（１／２）ＡＲを想定し、左側のコーンミラー４Ａに左側半分の円弧状範囲（１／２）ＡＲからの光が入射するようにコーンミラー４Ａを配置し、右側のコーンミラー４Ｂに右側半分の円弧状範囲（１／２）ＡＲからの光が入射するようにコーンミラー４Ｂを配置すれば、前記円弧状範囲ＡＲの左端ｅＬより時計方向の範囲はコーンミラー４Ａに入射し、前記円弧状範囲ＡＲの右端ｅＲより反時計方向の範囲はコーンミラー４Ｂに入射することは明らかであり、容器１内の液面Ｌｅの全周からの光をコーンミラー４Ａ，４Ｂに入射させることができる。
【００３３】
次に、図６に示すように容器１内の液面Ｌｅの全周からの光をコーンミラー４Ａ，４Ｂに入射させることができる構成を備えた検査装置を図７および図８を参照して説明する。
図７は、容器１内の液面Ｌｅの全周からの光をコーンミラー４Ａ，４Ｂに入射させることができる構成を備えた本発明に係る液面浮遊異物検査装置を示す模式的縦断面図であり、図８は図７のVIII-VIII線矢視図である。
【００３４】
図７および図８に示す検査装置は、図３および図４に示すコーンミラー４Ａ，４Ｂを矢印Ｂ，Ｂに示すように互いに接近させ、２つのコーンミラー４Ａ，４Ｂの間の間隙ｄ２，ｄ２を小さくしたものである。すなわち、ｄ２＞ｄ１である。この間隙ｄ２は、容器１の首部１ｎおよび肩部１ｓの上部が支障なく通過できる範囲の最小限に設定されている。このように、２つのコーンミラー４Ａ，４Ｂの間の間隙ｄ２，ｄ２を小さくすることにより、図６に示す前記円弧状範囲ＡＲを想定すると、左側のコーンミラー４Ａに左側半分の円弧状範囲（１／２）ＡＲからの光を入射させ、右側のコーンミラー４Ｂに右側半分の円弧状範囲（１／２）ＡＲからの光を入射させることができる。
【００３５】
図８は、容器１内の液面Ｌｅからの光のうち、完全な法線方向から左右にずれた位置からの光がコーンミラー４Ａ，４Ｂの両端に入射することを示している。この場合、円弧状範囲ＡＲ（図６に示す）の中点（１／２）ＡＲからの光が少なくとも両コーンミラー４Ａ，４Ｂの端部に入射するように、コーンミラー４Ａ，４Ｂ間の間隙ｄ２，ｄ２を設定することが必要である。勿論、図８に示すように、前記中点（１／２）ＡＲより右側の位置から左側のコーンミラー４Ａに入射し、前記中点（１／２）ＡＲより左側の位置から右側のコーンミラー４Ｂに入射するように前記間隙ｄ２，ｄ２を設定してもよい。
【００３６】
図７および図８に示す検査装置における底面照明２、ＣＣＤカメラ３および搬送ベルト１１の構成は、図３および図４に示す検査装置のものと同様である。
前記二つ割りのコーンミラー４Ａ，４Ｂは、容器１の首部１ｎおよび肩部１ｓの上部を取り囲むことができる内径を有していればよいが、この内径が小径の場合、２つのコーンミラー４Ａ，４Ｂを互いに接近させても、死角となる範囲ができてしまう（残ってしまう）という欠点があり、大径の場合、検査上の影響は無いが、コストおよび設置スペースにおいて不利である。例えば、容器１の首部１ｎの直径を概略４０ｍｍとすると、コーンミラー４Ａ，４Ｂの内径（コーンミラー４Ａ，４Ｂを接近させる前の）は、２００ｍｍ〜２５０ｍｍが好ましい。
【００３７】
図７および図８に示す検査装置によれば、図６に示す前記円弧状範囲ＡＲを想定すると、左側のコーンミラー４Ａに左側半分の円弧状範囲（１／２）ＡＲからの光を入射させ、右側のコーンミラー４Ｂに右側半分の円弧状範囲（１／２）ＡＲからの光を入射させることができる。前記円弧状範囲ＡＲの左端ｅＬより時計方向の範囲はコーンミラー４Ａに入射し、前記円弧状範囲ＡＲの右端ｅＲより反時計方向の範囲はコーンミラー４Ｂに入射することは明らかであり、容器１内の液面Ｌｅの全周からの光をコーンミラー４Ａ，４Ｂに入射させることができる。したがって、ＣＣＤカメラ３で撮影した画像中には、半リング状に繋がった明るい画像部分が左右に形成される。容器１内の液面付近に遮光性異物が存在する場合には、画像中では異物は明るい背景の中に暗い影となって映る。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。
【００３８】
図７および図８に示す検査装置においては、略半円環状の２つのコーンミラー４Ａ，４Ｂを互いに接近させることにより、死角となる範囲を無くすようにしたが、図１および図２に示す円環状のコーンミラー４から間隙ｄ１，ｄ１に相当する部分を削除したコーンミラー４Ａ，４Ｂを使用してもよい。
【００３９】
上述した実施形態においては、遮光性異物を撮像する場合を例示したが、液面又は液面付近に透光性異物がある場合も撮像することができる。この場合、透光性異物は、液面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。
また、容器を搬送する搬送機構として一対の搬送ベルトにより直線搬送する場合を例示したが、搬送機構は容器を円形軌道に沿って搬送するスターホイールであってもよい。
【００４０】
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。
【符号の説明】
【００４１】
１ 容器
１ａ 底面
１ｎ 首部
１ｓ 肩部
２ 底面照明
３ ＣＣＤカメラ
４，４Ａ，ＡＢ コーンミラー
４ｍ，４ｍＡ，４ｍＢ ミラー面
１１ 搬送ベルト
ｄ１，ｄ２ 間隙
【特許請求の範囲】
【請求項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によって容器内を容器底面側から照明することにより容器内の液面を照明し、
前記容器内の液面の位置を囲むように前記容器の外周側に配置されたコーンミラーの逆円錐面状のミラー面により、前記容器内の液面からの光を上方に反射させ、
前記コーンミラーのミラー面で反射した反射光を前記容器の上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。
【請求項２】
搬送機構により搬送される容器の内部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、
搬送される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ことにより容器内の液面を照明し、
搬送される前記容器内の液面の位置を囲むように前記容器の外周側に配置されるとともに、互いに対向しかつ間隙をおいて配置された略半円環状の２つのコーンミラーの半逆円錐面状のミラー面により、前記容器内の液面からの光を上方に反射させ、
前記２つのコーンミラーのミラー面で反射した反射光を前記容器の上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。
【請求項３】
前記２つのコーンミラー間の間隙は、搬送される前記容器の首部又は首部から肩部までが通過できる寸法に設定されていることを特徴とする請求項２記載の液体浮遊異物検査方法。
【請求項４】
前記容器内の液面の位置で水平断面を仮想して容器の外周を特定し、この特定された容器の外周と前記容器の搬送方向に一致させた直線又は円弧とが交叉する前後の２点を特定したときに、前記前後の２点からの光が前記２つのコーンミラーの両端部にそれぞれ入射するように、前記２つのコーンミラー間の間隙の寸法が設定されていることを特徴とする請求項２又は３記載の液体浮遊異物検査方法。
【請求項５】
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乃至４のいずれか１項に記載の液面浮遊異物検査方法。
【請求項６】
前記異物が透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と比べて、異物による画像部分が暗くなるか、または周囲よりさらに明るくなることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の液面浮遊異物検査方法。
【請求項７】
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ことにより容器内の液面を照明する照明と、
前記容器内の液面の位置を囲むように前記容器の外周側に配置され、前記容器内の液面からの光を上方に反射させる逆円錐面状のミラー面を有したコーンミラーと、
前記容器の上方に配置され、前記コーンミラーのミラー面で反射した反射光を撮像するカメラとを備えたことを特徴とする液面浮遊異物検査装置。
【請求項８】
搬送機構により搬送される容器の内部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ことにより容器内の液面を照明する照明と、
前記容器内の液面の位置を囲むように前記容器の外周側に配置されるとともに、互いに対向しかつ間隙をおいて配置され、前記容器内の液面からの光を上方に反射させる半逆円錐面状のミラー面を有する略半円環状の２つのコーンミラーと、
前記容器の上方に配置され、前記２つのコーンミラーのミラー面で反射した反射光を撮像するカメラとを備えたことを特徴とする液面浮遊異物検査装置。
【請求項９】
前記２つのコーンミラー間の間隙は、搬送される前記容器の首部又は首部から肩部までが通過できる寸法に設定されていることを特徴とする請求項８記載の液体浮遊異物検査装置。
【請求項１０】
前記容器内の液面の位置で水平断面を仮想して容器の外周を特定し、この特定された容器の外周と前記容器の搬送方向に一致させた直線又は円弧とが交叉する前後の２点を特定したときに、前記前後の２点からの光が前記２つのコーンミラーの両端部にそれぞれ入射するように、前記２つのコーンミラー間の間隙の寸法が設定されていることを特徴とする請求項８又は９記載の液体浮遊異物検査装置。
【請求項１１】
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７乃至１０のいずれか１項に記載の液面浮遊異物検査装置。
【請求項１２】
前記異物が透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と比べて、異物による画像部分が暗くなるか、または周囲よりさらに明るくなることを特徴とする請求項７乃至１０のいずれか１項に記載の液面浮遊異物検査装置。
【請求項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によって容器内を容器底面側から照明することにより容器内の液面を照明し、
前記容器内の液面の位置を囲むように前記容器の外周側に配置されたコーンミラーの逆円錐面状のミラー面により、前記容器内の液面からの光を上方に反射させ、
前記コーンミラーのミラー面で反射した反射光を前記容器の上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。
【請求項２】
搬送機構により搬送される容器の内部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、
搬送される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ことにより容器内の液面を照明し、
搬送される前記容器内の液面の位置を囲むように前記容器の外周側に配置されるとともに、互いに対向しかつ間隙をおいて配置された略半円環状の２つのコーンミラーの半逆円錐面状のミラー面により、前記容器内の液面からの光を上方に反射させ、
前記２つのコーンミラーのミラー面で反射した反射光を前記容器の上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。
【請求項３】
前記２つのコーンミラー間の間隙は、搬送される前記容器の首部又は首部から肩部までが通過できる寸法に設定されていることを特徴とする請求項２記載の液体浮遊異物検査方法。
【請求項４】
前記容器内の液面の位置で水平断面を仮想して容器の外周を特定し、この特定された容器の外周と前記容器の搬送方向に一致させた直線又は円弧とが交叉する前後の２点を特定したときに、前記前後の２点からの光が前記２つのコーンミラーの両端部にそれぞれ入射するように、前記２つのコーンミラー間の間隙の寸法が設定されていることを特徴とする請求項２又は３記載の液体浮遊異物検査方法。
【請求項５】
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乃至４のいずれか１項に記載の液面浮遊異物検査方法。
【請求項６】
前記異物が透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と比べて、異物による画像部分が暗くなるか、または周囲よりさらに明るくなることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の液面浮遊異物検査方法。
【請求項７】
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ことにより容器内の液面を照明する照明と、
前記容器内の液面の位置を囲むように前記容器の外周側に配置され、前記容器内の液面からの光を上方に反射させる逆円錐面状のミラー面を有したコーンミラーと、
前記容器の上方に配置され、前記コーンミラーのミラー面で反射した反射光を撮像するカメラとを備えたことを特徴とする液面浮遊異物検査装置。
【請求項８】
搬送機構により搬送される容器の内部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ことにより容器内の液面を照明する照明と、
前記容器内の液面の位置を囲むように前記容器の外周側に配置されるとともに、互いに対向しかつ間隙をおいて配置され、前記容器内の液面からの光を上方に反射させる半逆円錐面状のミラー面を有する略半円環状の２つのコーンミラーと、
前記容器の上方に配置され、前記２つのコーンミラーのミラー面で反射した反射光を撮像するカメラとを備えたことを特徴とする液面浮遊異物検査装置。
【請求項９】
前記２つのコーンミラー間の間隙は、搬送される前記容器の首部又は首部から肩部までが通過できる寸法に設定されていることを特徴とする請求項８記載の液体浮遊異物検査装置。
【請求項１０】
前記容器内の液面の位置で水平断面を仮想して容器の外周を特定し、この特定された容器の外周と前記容器の搬送方向に一致させた直線又は円弧とが交叉する前後の２点を特定したときに、前記前後の２点からの光が前記２つのコーンミラーの両端部にそれぞれ入射するように、前記２つのコーンミラー間の間隙の寸法が設定されていることを特徴とする請求項８又は９記載の液体浮遊異物検査装置。
【請求項１１】
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７乃至１０のいずれか１項に記載の液面浮遊異物検査装置。
【請求項１２】
前記異物が透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と比べて、異物による画像部分が暗くなるか、または周囲よりさらに明るくなることを特徴とする請求項７乃至１０のいずれか１項に記載の液面浮遊異物検査装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２０１３−１０４６５９（Ｐ２０１３−１０４６５９Ａ）
【公開日】平成２５年５月３０日（２０１３．５．３０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２４６１４０（Ｐ２０１１−２４６１４０）
【出願日】平成２３年１１月１０日（２０１１．１１．１０）
【出願人】（３９００１４６６１）キリンテクノシステム株式会社 (126)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年５月３０日（２０１３．５．３０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１１月１０日（２０１１．１１．１０）
【出願人】（３９００１４６６１）キリンテクノシステム株式会社 (126)
【Ｆターム（参考）】
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