ガラス壜の検査装置
【課題】ガラス壜に液体を充填していない空壜の場合に壜底部のビリ（底ビリ）を精度良く検出できる光学撮像系を備えたガラス壜の検査装置を提供する。
【解決手段】ガラス壜１の底面側から照明する照明２と、照明２から投光される照明光の一部を遮る遮光板４と、ガラス壜１の底面から上方に立ち上がっていく部分である彎曲した曲面の壜底外周縁１ｅと該壜底外周縁に連なる壜底部１ａとを撮像するカメラ３とを備え、照明２を水平面に対して傾けて配置し、かつ照明２を光源と集光レンズ２２とで構成することにより、照明２からの照明光をガラス壜１のカメラ側の壜底外周縁１ｅおよび該壜底外周縁より内側の底部下面に集光するようにし、遮光板４により照明２からガラス壜１の底部下面１ｂに投光される照明光の一部を遮り、照明２からの光がカメラ側の壜底外周縁１ｅおよび該壜底外周縁に近い底部下面１ｂの領域のみに入射するようにした。
【解決手段】ガラス壜１の底面側から照明する照明２と、照明２から投光される照明光の一部を遮る遮光板４と、ガラス壜１の底面から上方に立ち上がっていく部分である彎曲した曲面の壜底外周縁１ｅと該壜底外周縁に連なる壜底部１ａとを撮像するカメラ３とを備え、照明２を水平面に対して傾けて配置し、かつ照明２を光源と集光レンズ２２とで構成することにより、照明２からの照明光をガラス壜１のカメラ側の壜底外周縁１ｅおよび該壜底外周縁より内側の底部下面に集光するようにし、遮光板４により照明２からガラス壜１の底部下面１ｂに投光される照明光の一部を遮り、照明２からの光がカメラ側の壜底外周縁１ｅおよび該壜底外周縁に近い底部下面１ｂの領域のみに入射するようにした。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガラス壜の検査装置に係り、特にガラス壜の壜底部等の特定位置にある欠陥を撮像により検出することができるガラス壜の検査装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、ビール等の飲料を充填するガラス壜は、使用後の壜を回収して再利用することが行われている。ガラス壜は、回収された壜および成形後の壜に拘らず、輸送中や搬送中において壜同士が接触したり他の物品に接触したりして、壜の肉厚内にビリと称される内部クラックが入ったり、壜の底部や口部に欠けが生じたりすることがある。そのため、ガラス壜は、液体が充填される前の空壜の状態で壜口部、壜胴部、壜底部等にビリや欠け等の欠陥がないかを検査している。
【０００３】
液体が充填されていないガラス壜である空壜を検査する検査装置は、ガラス壜の壜口部や壜底部等の外観検査を行うために複数の検査ステーションを備えており、検査用のメインロータは、ガラス壜を保持して回転し、ガラス壜を円形軌道に沿って配置された複数の検査ステーションに搬送するようになっている。複数の検査ステーションでは、ガラス壜を自転させつつ、それぞれ、壜口部のビリ（口ビリ）、壜底部のビリ（底ビリ）、壜底部の欠け（底欠け）等の欠陥毎に専用に検査するようになっている。
【０００４】
図１０は、従来の壜底部のビリ（底ビリ）の有無を検査する検査ステーションの構成を示す模式的な立面図である。図１０に示すように、ガラス壜１の背面に照明１０１を配置し、照明１０１の前面にＣＣＤカメラ１０２を配置している。ＣＣＤカメラ１０２の光軸１０２ｘは、水平面に対して斜め上方に所定の角度（α）、例えば、２０°傾いて配置されている。ガラス壜１は搬送中に走行するベルト（図示せず）に当接して自転するようになっている。照明１０１は、ハロゲン照明からなり、その前面の照明面は壜胴部と平行になっている。照明１０１は、ガラス壜１の壜胴部および壜底部に拡散光を投光するようになっている。
【０００５】
図１０に示すように構成された検査ステーションにおいて、照明１０１からの拡散光はガラス壜１の壜底部１ａの外周面に入射する。ガラス壜１に入射した光はガラス壜１を透過し、透過光はＣＣＤカメラ１０２により撮像される。壜底部にビリがある場合には、壜の肉厚内に入射した光はビリの亀裂面で反射して明るく光るため、ＣＣＤカメラ１０２で撮影した画像中では、ビリに対応した画像部分が他の画像部分より明るくなるので、画像処理を行って画素毎の明るさを比較してビリを検出するようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０００−５５８２８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
図１０に示す底ビリを検出する方式においては、ガラス壜の背面側に配置された照明１０１によってガラス壜１を照明し、ガラス壜１を透過した透過光をＣＣＤカメラ１０２により撮影する構成を採用しているため、ＣＣＤカメラ１０２で得られた画像は、全体がぼんやりと暗い画像になり、ビリに対応した画像部分が明るい画像部分になる。しかしながら、ビリに対応した明るい画像部分と背景のぼんやりと暗い画像部分との間の明るさの度合いには、それほど大きな差異がない場合があるため、底ビリの検出精度が高くないという問題点がある。
【０００８】
本発明者らは、上述した従来の底ビリの検査方式の問題点を解決するための光学撮像系として、照明をガラス壜の底面側に配置し、ガラス壜の壜底部の側方にＣＣＤカメラを配置した照明撮像系を用いて液体が充填されていないガラス壜、すなわち空壜について底ビリを検出することを着想し、鋭意研究を行ったものである。
【０００９】
図１１は、照明をガラス壜の底面側に配置し、ガラス壜の壜底部の側方にＣＣＤカメラを配置した照明撮像系を示す模式的な立面図である。図１１に示すように、ガラス壜１の底面側に照明１１１を配置し、ガラス壜１の壜底部１ａの側方にＣＣＤカメラ１１５を配置している。照明１１１は、水平面上に配列された多数の白色ＬＥＤ１１２と、白色ＬＥＤ１１２の前面に配置された拡散板１１３とから構成されている。照明１１１の前面はガラス壜１の底面と平行になっており、照明１１１はガラス壜１の底面に拡散光を投光するようになっている。ＣＣＤカメラ１１５の光軸１１５ｘはガラス壜１の壜底部１ａに向かって水平方向に延びている。
【００１０】
本発明者らは、図１１に示す照明撮像系を用いて底ビリを検出する実験を重ねた結果、以下のような知見を得た。
図１２（ａ）は、ガラス壜１内に液体を充填した実壜の場合に図１１に示す照明撮像系を用いて照明１１１からの光がガラス壜１の壜底部１ａに到達し、壜底部１ａからの光がＣＣＤカメラ１１５により撮影される場合の光路を示す模式図である。ガラス壜１の下方に配置された照明１１１からの拡散光は、図１２（ａ）に示すように、ガラス壜１の壜底部１ａの底部下面１ｂの略全面からガラス壜１の肉厚内に入射する。壜底部１ａの肉厚内にビリＣがあった場合、ガラス壜１の壜底外周縁１ｅに近い位置で底部下面１ｂから壜底部１ａの肉厚内に入射した光ＬＡはビリＣの亀裂面で反射し、反射光は壜底部１ａの側面を透過してＣＣＤカメラ１１５に入射して撮影される。ガラス壜１の壜底外周縁１ｅから離れた位置で底部下面１ｂから肉厚内に入射した光ＬＢは、底部上面（底部内面）１ｃを透過して液体中を進行してＣＣＤカメラ１１５に入射しないため、ＣＣＤカメラ１１５で撮影した画像中では、ビリＣに相当する画像部分は他の画像部分より明るい領域となる。画像処理装置により画像処理を行い、他の画像部分より明るい画像部分を判別することにより、壜底部にあるビリを検出することができる。
【００１１】
図１２（ｂ）は、ガラス壜に液体を充填していない空壜の場合に図１１に示す照明撮像系を用いて照明１１１からの光がガラス壜１の壜底部１ａに到達し、壜底部１ａからの光がＣＣＤカメラ１１５により撮影される場合の光路を示す模式図である。ガラス壜１の下方に配置された照明１１１からの拡散光は、図１２（ｂ）に示すように、ガラス壜１の壜底部１ａの底部下面１ｂの略全面からガラス壜１の肉厚内に入射する。壜底部１ａの肉厚内にビリＣがあった場合、ガラス壜１の壜底外周縁１ｅに近い位置で底部下面１ｂから壜底部１ａの肉厚内に入射した光ＬＡはビリＣの亀裂面で反射し、反射光は壜底部１ａの側面を透過してＣＣＤカメラ１１５に入射して撮影される。ガラス壜１の壜底外周縁１ｅから離れた位置で底部下面１ｂから肉厚内に入射した光のうち、底部上面１ｃに対する入射角が大きい光ＬＣ，ＬＤ，ＬＥは、壜内の空気中に入射せずに底部上面（底部内面）１ｃで全反射し、全反射した反射光は壜底部１ａの側面を透過してＣＣＤカメラ１１５に入射して撮影される。なお、底部上面１ｃで全反射した光の一部、例えば光ＬＤは、底部下面１ｂで全反射してＣＣＤカメラ１１５に入射する場合もある。このように壜底部の底部上面（底部内面）１ｃから反射してくる光がＣＣＤカメラ１１５に入射するため、ＣＣＤカメラ１１５で撮影した画像中では、ビリＣに相当する画像部分と底部上面１ｃからの反射光に相当する画像部分とがともに明るい領域となるため、ビリＣに相当する画像部分の判別が困難であり、壜底部にあるビリを検出することができない。
【００１２】
図１２（ｂ）に示すように、光が光学的に密な媒質であるガラスから、光学的に疎な媒質である空気の界面に向かう場合に、入射角が臨界角より大きくなると屈折せずに内部に反射、すなわち全反射する。したがって、空壜の壜底部のビリを検出する際に、空壜特有の壜底部の底部上面（底部内面）からの反射光が広範囲に現れてカメラに入射するため、底ビリ欠陥と区別することができないので、空壜での底ビリ検査が不可能であった。
【００１３】
本発明は、上述の事情に鑑みなされたもので、ガラス壜に液体を充填していない空壜の場合に壜底部のビリ（底ビリ）を精度良く検出できる光学撮像系を備えたガラス壜の検査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】
【００１４】
上述の目的を達成するため、本発明者らは、照明をガラス壜の底面側に配置し、ガラス壜の壜底部の側方にカメラを配置した図１１に示す照明撮像系を基本とし、照明からの光が壜底部の肉厚内に入射して底部上面（底部内面）で反射する反射光をなくし、壜底部のビリからの反射光を選択的にカメラで撮像できる照明撮像系を創案することを試みたものである。
【００１５】
次に、本発明のガラス壜の検査装置の基本概念を図１および図２を参照して説明する。
図１は、本発明のガラス壜の検査装置の基本構成を示す模式図である。ガラス壜１は液体が充填されていない空壜であり、図１では壜底部のみを図示している。
図１に示すように、ガラス壜１の下方には照明２が配置されており、ガラス壜１の壜底部１ａの側方にはカメラ３が配置されている。照明２は、水平面に対して斜め下方に傾いて配置されている。すなわち、照明２は、カメラに近い側にある前面側２ｆが後面側２ｒより下方に位置するように、水平面に対して斜め下方に所定の角度（θ）、例えば、３０°〜５０°傾いて配置されている。図１に示す例においては、角度（θ）は４０°に設定されている。カメラ３はＣＣＤカメラから構成されており、カメラ３の光軸３ｘはガラス壜１の壜底部１ａに向かって水平方向に延びている。カメラ３は、ガラス壜１の底部下面１ｂから上方に立ち上がっていく部分である彎曲した曲面の壜底外周縁１ｅと該壜底外周縁１ｅに連なる壜底部１ａの側面とを撮像するようになっている。
【００１６】
図１に示すように、照明２は、光源としての複数の白色ＬＥＤ２１と、白色ＬＥＤ２１の上方に配置された集光レンズ２２とから構成されている。白色ＬＥＤ２１および集光レンズ２２は、水平面に対して斜め下方に所定の角度（θ）で傾いて配置されているため、集光レンズ２２の上面はカメラ側の壜底外周縁１ｅおよび壜底外周縁１ｅよりやや内側の底部下面１ｂに対向している。集光レンズ２２はフレネルレンズからなり、白色ＬＥＤ２１から投光される拡散光をカメラ側の壜底外周縁１ｅおよび該壜底外周縁１ｅの近傍の底部下面１ｂの領域に集光するようになっている。
【００１７】
また、ガラス壜１の底部下面１ｂと照明２との間には遮光板４が配置されている。遮光板４は、カメラと反対側の壜底外周縁１ｅのやや外側からガラス壜１の軸心１ｘを越えてカメラ側の壜底外周縁１ｅに向かって水平方向に延びている。そして、遮光板４のカメラ側の端部４ｅは、ガラス壜１の軸心１ｘとカメラ側の壜底外周縁１ｅとの中点よりややカメラ側まで延びており、集光レンズ２２からガラス壜１の底部下面１ｂに集光する光の一部を遮るようになっている。
【００１８】
次に、図１に示すように構成されたガラス壜の検査装置の作用を図２を参照して説明する。
図２に示すように、本発明の照明撮像系においては、複数の白色ＬＥＤ２１から拡散した拡散光は、フレネルレンズからなる集光レンズ２２により集光されてカメラ側の壜底外周縁１ｅおよび該壜底外周縁１ｅ近傍の底部下面１ｂの領域に集中的に照射される。底部下面１ｂを透過して壜底肉厚内に入射した光はビリＣの亀裂面で反射して、反射光は壜底部１ａの側面を透過してカメラ３に入射して撮影される。壜底部１ａにビリＣが存在しないときには壜底肉厚内に入射した光は、点線で示すように壜底部１ａの側面から斜め上方に空気中に出るためカメラ３には入射しない。
【００１９】
本発明の照明撮像系においては、ガラス壜１の底部下面１ｂと照明２との間に遮光板４を配置しているため、集光レンズ２２により集光された光の一部は、遮光板４により遮られガラス壜１の底部下面１ｂには到達しない。遮光板４のカメラ側の端部４ｅは、ガラス壜１の軸心１ｘとカメラ側の壜底外周縁１ｅの中点よりややカメラ側まで延びているため、遮光板４により覆われている底部下面１ｂには光は入射しない。このように遮光板４を設置することにより、照明２からの光が底部下面１ｂから壜底肉厚に入射した後、底部上面（底部内面）１ｃに入射することがないようにしている。ガラス壜１の底部上面（底部内面）１ｃに光が到達すると、空のガラス壜の場合には、底部上面（底部内面）１ｃからの反射光がカメラ３に入射して撮影されてしまうが、遮光板４を設けているため照明２からの光がガラス壜１の底部上面（底部内面）１ｃに入射することがなく、底部上面１ｃからの反射光がない。したがって、本発明の照明撮像系によれば、壜底部のビリからの反射光のみを選択的にカメラで撮像でき、壜底部のビリを精度良く検出できる。
【００２０】
図１および図２を参照して説明した本発明の基本概念から明らかなように、本発明は、液体が充填されていない空のガラス壜を搬送系路に沿って搬送している間に、壜底部を撮像し、得られた画像から壜底部の欠陥を検出するガラス壜の検査装置において、直立した状態で搬送されるガラス壜の下方に配置され、ガラス壜をガラス壜の底面側から照明する照明と、前記照明とガラス壜との間に配置され、前記照明から投光される照明光の一部を遮る遮光板と、ガラス壜の壜底部の側方に配置され、ガラス壜の底面から上方に立ち上がっていく部分である彎曲した曲面の壜底外周縁と該壜底外周縁に連なる壜底部とを撮像するカメラとを備え、前記照明を、前記カメラに近い側にある前面側が後面側より下方に位置するように、水平面に対して傾けて配置し、かつ前記照明を光源と該光源からの光を集光する集光レンズとで構成することにより、照明からの照明光をガラス壜のカメラ側の壜底外周縁および該壜底外周縁より内側の底部下面に集光するようにし、前記遮光板により前記照明からガラス壜の底部下面に投光される照明光の一部を遮り、前記照明からの光がカメラ側の壜底外周縁および該壜底外周縁に近い底部下面の領域のみに入射するようにしたことを特徴とする。本発明において、カメラ側の壜底外周縁および該壜底外周縁に近い底部下面の領域は、壜底外周縁から壜底部中心に向かって１０〜１５ｍｍまでの範囲である。
【００２１】
本発明の照明撮像系においては、光源からの光は集光レンズにより集光され、集光された光は壜底外周縁および壜底外周縁近傍の底部下面に集中的に照射される。底部下面を透過して壜底肉厚内に入射した光はビリの亀裂面で反射して、反射光は壜底部の側面を透過してカメラに入射して撮影される。壜底部にビリが存在しないときには壜底肉厚内に入射した光は壜底部の側面から斜め上方に空気中に出るためカメラには入射しない。本発明の照明撮像系においては、ガラス壜の底部下面と照明との間に遮光板を配置することにより、照明からの光が底部下面から壜底肉厚に入射した後、底部上面（底部内面）に入射することがないようにしている。ガラス壜の底部上面（底部内面）に光が到達すると、空のガラス壜の場合には、底部上面（底部内面）からの反射光がカメラに入射して撮影されてしまうが、遮光板を設けているため照明からの光がガラス壜の底部上面（底部内面）に入射することがなく、底部上面からの反射光がない。したがって、本発明の照明撮像系によれば、壜底部のビリからの反射光のみを選択的にカメラで撮像でき、壜底部のビリを精度良く検出できる。
【００２２】
本発明の一態様によれば、前記照明は、水平面に対して３０°〜５０°の角度で傾けて配置されていることを特徴とする。
本発明によれば、照明は水平面に対して斜め下方に所定の角度（θ）で傾いて配置されているため、集光レンズの上面をカメラ側の壜底外周縁および壜底外周縁近傍の底部下面に対向させることができる。そのため、集光レンズによって光源から投光される拡散光をカメラ側の壜底外周縁および壜底外周縁近傍の底部下面の領域に集光することができる。
【００２３】
本発明の一態様によれば、前記遮光板は、前記カメラと反対側の壜底外周縁の外側からガラス壜の軸心を越えてカメラ側の壜底外周縁に向かって水平方向に延びて、前記遮光板のカメラ側の端部は、ガラス壜の軸心とカメラ側の壜底外周縁の中点よりカメラ側まで延びていることを特徴とする。
本発明によれば、遮光板によりカメラ側の壜底外周縁および壜底外周縁近傍の底部下面のみに照明光を入射させることができる。
【００２４】
本発明の一態様によれば、前記集光レンズは、フレネルレンズからなることを特徴とする。
本発明の一態様によれば、前記搬送系路は、ガラス壜を円形軌道に沿って搬送する搬送系路であり、前記照明は略扇形の平面形状を有し、前記照明の前面側の端部は円弧状をなすことを特徴とする。
本発明の一態様によれば、前記遮光板は、ガラス壜を支持する搬送レールからなることを特徴とする。
【００２５】
本発明の一態様によれば、ガラス壜は、前記円形軌道に沿って搬送されている間に自転することを特徴とする。
本発明によれば、ガラス壜が自転している間に、カメラはガラス壜の壜底部を複数枚（例えば、６枚）撮像し、壜底部の全周を撮像することができる。
【００２６】
本発明の一態様によれば、ガラス壜から前記カメラに入射する光路の途中にミラーを配置し、該ミラーの角度を調整することによりガラス壜の移動に追従して前記カメラがガラス壜を撮像することを可能とすることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２７】
本発明は、以下に列挙する効果を奏する。
（１）照明からの照明光がガラス壜の壜底部の底部上面（底部内面）に入射することがなく、底部上面からの反射光を無くすことができ、ガラス壜の壜底部のビリ（底ビリ）を精度良く検出できる。
（２）照明からの照明光をカメラに近い側の壜底部の底部下面に集光照射することができるため、ガラス壜の壜底部のカメラ側の面の肉厚内に入射する光の光量を増加させることができる。したがって、ビリの反射光を増幅することができ、底ビリの検出精度を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】図１は、本発明のガラス壜の検査装置の基本構成を示す模式図である。
【図２】図２は、図１に示すガラス壜の検査装置の作用を説明する模式図である。
【図３】図３は、図１に示す本発明の基本概念を具体化したガラス壜の検査装置を示す平面図である。
【図４】図４は、壜底部のビリ（底ビリ）を検査する壜底部検査ステーションの構成を示す図であり、壜底部検査ステーションを示す平面図である。
【図５】図５は、壜底部のビリ（底ビリ）を検査する壜底部検査ステーションの構成を示す図であり、壜底部検査ステーションを示す斜視図である。
【図６】図６は、ガラス壜と照明と搬送レールとの関係を示す図であり、図４のVI−VI線断面図である。
【図７】図７（ａ），（ｂ）は、照明の詳細構造を示す図であり、図７（ａ）は照明の平面図であり、図７（ｂ）は図７（ａ）のVII−VII線断面図である。
【図８】図８は、照明とガラス壜の壜底部の一部とカメラとの関係を示す模式的な立面図である。
【図９】図９は、図３乃至図８に示す本発明のガラス壜の検査装置を用いて撮影した画像である。
【図１０】図１０は、従来の壜底部のビリ（底ビリ）の有無を検査する検査ステーションの構成を示す模式的な立面図である。
【図１１】図１１は、照明をガラス壜の底面側に配置し、ガラス壜の壜底部の側方にＣＣＤカメラを配置した照明撮像系を示す模式的な立面図である。
【図１２】図１２（ａ）は、ガラス壜内に液体を充填した実壜の場合に図１１に示す照明撮像系を用いて照明からの光がガラス壜の壜底部に到達し、壜底部からの光がＣＣＤカメラにより撮影される場合の光路を示す模式図であり、図１２（ｂ）は、ガラス壜に液体を充填していない空壜の場合に図１１に示す照明撮像系を用いて照明からの光がガラス壜の壜底部に到達し、壜底部からの光がＣＣＤカメラにより撮影される場合の光路を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
以下、本発明に係るガラス壜の検査装置の実施形態を図３乃至図９を参照して説明する。図３乃至図９において、図１に示す構成要素に相当する構成要素には、同一の符号を付して説明する。
図３は、図１に示す本発明の基本概念を具体化したガラス壜の検査装置を示す平面図である。検査対象となるガラス壜１は、例えば、ビール壜であり、ガラス壜１はビール等の飲料が充填されていない空壜である。図３に示すように、ガラス壜の外観を検査する検査装置は、検査対象となるガラス壜１を検査部に搬入する入口スターホイール６と、入口スターホイール６から受け渡されたガラス壜１の壜底部等の検査を行う検査部であるメインロータ１０と、メインロータ１０から受け渡されたガラス壜１を搬出する出口スターホイール７とを備えている。入口スターホイール６には搬入コンベア８によりガラス壜１が搬入され、出口スターホイール７から搬出コンベア９によりガラス壜１が搬出される。
【００３０】
図４および図５は、壜底部のビリ（底ビリ）を検査する壜底部検査ステーションの構成を示す図であり、図４は壜底部検査ステーションを示す平面図、図５は壜底部検査ステーションを示す斜視図である。
図４および図５に示すように、メインロータ１０は、ガラス壜１の壜胴部の両側面を支持するための対をなす樹脂製の支持ローラ１１，１１を多数備えている（図４および図５においては、１対の支持ローラ１１，１１のみを図示している）。また、メインロータ１０は、ガラス壜１の底面を支持するための円形軌道に沿って配置された環状の搬送レール１２を備えている。搬送レール１２は、メインロータ１０により円形軌道に沿って搬送されるガラス壜１の底面の７０〜８０％程度を支持するように固定して設置されている。また、ガラス壜１の壜胴部の前面には走行ベルト１３が当接するようになっており、ガラス壜１は支持ローラ１１，１１と走行ベルト１３とにより挟持されて支持されるようになっている。なお、図４では、走行ベルト１３の図示を省略している。搬送レール１２の下方には、概略扇形の平面形状を有する照明２が設置されている。
【００３１】
図６は、ガラス壜１と照明２と搬送レール１２との関係を示す図であり、図４のVI−VI線断面図である。図６に示すように、照明２は、光源としての多数の白色ＬＥＤ２１と、白色ＬＥＤ２１の上方に配置された集光レンズ２２とから構成されている。白色ＬＥＤ２１および集光レンズ２２は、水平面に対して斜め下方に所定の角度（θ）で傾いて配置されているため、集光レンズ２２の上面はカメラ側の壜底外周縁１ｅおよび壜底外周縁１ｅ近傍の底部下面１ｂに対向している。集光レンズ２２はフレネルレンズからなり、白色ＬＥＤ２１から投光される拡散光をカメラ側の壜底外周縁１ｅおよび該壜底外周縁１ｅ近傍の底部下面１ｂの領域に集光するようになっている。
【００３２】
ガラス壜１の底面を支持する搬送レール１２は、ガラス壜１の底部下面１ｂと照明２との間に配置されている。搬送レール１２は、図１に示す遮光板４として機能するものであり、カメラと反対側の壜底外周縁１ｅのやや外側からガラス壜１の軸心１ｘを越えてカメラ側の壜底外周縁１ｅに向かって水平方向に延びている。搬送レール１２のカメラ側の端部１２ｅは、ガラス壜１の軸心１ｘとカメラ側の壜底外周縁１ｅの中点よりややカメラ側まで延びており、集光レンズ２２からガラス壜１の底部下面１ｂに集光する光の一部を遮るようになっている。
【００３３】
図７（ａ），（ｂ）は、照明２の詳細構造を示す図であり、図７（ａ）は照明２の平面図であり、図７（ｂ）は図７（ａ）のVII−VII線断面図である。
図７（ａ）に示すように、照明２は概略扇形の平面形状を有しており、照明２は円弧状の列に沿って光源としての白色ＬＥＤ２１を多数配置することにより形成された２つのＬＥＤ列ＬＲ１，ＬＲ２を備えている。第１ＬＥＤ列ＬＲ１は、カメラ側に近い位置にあり、第２ＬＥＤ列ＬＲ２は、カメラ側から離間した位置にある。
図７（ｂ）に示すように、２つのＬＥＤ列ＬＲ１，ＬＲ２の上方には、集光レンズ２２が配置されている。集光レンズ２２は平板状で概略扇形の平面形状を有したフレネルレンズから構成されている。
【００３４】
また、図４に示すように、メインロータ１０の半径方向の外側には、ガラス壜１の壜底部を撮像するための撮像装置３０が設置されている。撮像装置３０は、メインロータ１０の回転に追従して角度を調整できるミラー３１と、ミラー３１で反射した光を撮像するカメラ３とを備えている。カメラ３はＣＣＤカメラから構成されており、このＣＣＤカメラは、図６に示すガラス壜１の底部下面１ｂから上方に立ち上がっていく部分である彎曲した曲面の壜底外周縁１ｅと該壜底外周縁１ｅに連なる壜底部１ａの側面とを撮像するようになっている。
【００３５】
図３乃至図７に示すように構成された壜底部検査ステーションにおいて、ガラス壜１は、支持ローラ１１，１１により壜胴部が支持されるとともに搬送レール１２により底面が支持された状態で、メインロータ１０の回転により搬送レール１２上を摺動して円形軌道に沿って搬送される。搬送中に、走行ベルト１３がガラス壜１の壜胴部に当接して、ガラス壜１は自転する。このように、ガラス壜１は、自転しながら円形軌道に沿って搬送されて撮像装置３０の前方を通過していくが、撮像装置３０のミラー３１はガラス壜１の移動に追従して角度を変えられるようになっているため、ガラス壜１が照明２の上方を移動する間、カメラ３はガラス壜１の壜底部１ａを撮像できるようになっている。したがって、ガラス壜１が自転しつつ照明２の上方を通過する間に、カメラ３はガラス壜１の壜底部１ａを複数枚（例えば、６枚）撮像し、壜底部１ａの全周を撮像することができる。
【００３６】
図８は、照明２とガラス壜１の壜底部１ａとカメラ３との関係を示す模式的な立面図である。撮像装置３０は、ガラス壜１の移動に追従してガラス壜１を所定枚数撮像して全周を検査するためにミラー３１を備えているが、図８においては、光路を簡略化するためにミラー３１を省略してガラス壜１からの光が直接にカメラ３に入射するように図示している。ガラス壜１の底面から上方に立ち上がっていく部分である彎曲した曲面の壜底外周縁１ｅと該壜底外周縁１ｅに連なる壜底部１ａとが撮像範囲である。カメラ３の光軸３ｘはガラス壜１の壜底部１ａに向かって水平方向に延びている。集光レンズ２２はＬＥＤ列ＬＲ１，ＬＲ２から投光される拡散光を集光し、光をガラス壜１の壜底外周縁１ｅおよび壜底外周縁１ｅ近傍の底部下面１ｂの領域に集中的に照射する。壜底部１ａの肉厚内にビリＣがあった場合、底部下面１ｂを透過して壜底肉厚内に入射した光はビリＣの亀裂面で反射し、反射光は壜底部１ａの側面を透過してカメラ３に入射して撮影される。壜底にビリＣが存在しないときには壜底肉厚内に入射した光は壜底部１ａの側面から斜め上方に空気中に出るためカメラ３には入射しない。
【００３７】
本発明の照明撮像系においては、ガラス壜１の底部下面１ｂと照明２との間に遮光板として機能する搬送レール１２を配置しているため、集光レンズ２２により集光された光の一部は、搬送レール１２により遮られガラス壜１の底部下面１ｂには到達しない。搬送レール１２のカメラ側の端部１２ｅは、ガラス壜１の軸心１ｘとカメラ側の壜底外周縁１ｅの中点よりややカメラ側まで延びているため、搬送レール１２により覆われている底部下面１ｂには光は入射しない。このように搬送用の搬送レール１２を遮光板として利用することにより、照明２からの光が底部下面１ｂから壜肉厚部に入射した後、底部上面（底部内面）１ｃに入射することがないようにしている。ガラス壜１の底部上面（底部内面）１ｃに光が到達すると、空のガラス壜の場合には、底部上面（底部内面）１ｃからの反射光がカメラ３に入射して撮影されてしまうが、遮光板として機能する搬送レール１２を設けているため照明２からの光がガラス壜１の底部上面（底部内面）１ｃに入射することがなく、底部上面１ｃからの反射光がない。したがって、壜底部１ａの肉厚内に入射した光のうちビリＣで反射した反射光のみがカメラ３に入射して撮像されるため、カメラ３で撮影した画像中では、ビリＣに相当する画像部分は他の画像部分より明るい領域となる。検査装置に設けられた画像処理装置により画像処理を行い、他の画像部分より明るい画像部分を判別することにより、壜底部にあるビリを検出することができる。
【００３８】
図８に示すように、白色ＬＥＤ２１および集光レンズ２２は、水平面に対して斜め下方に所定の角度（θ）で傾いて配置されているため、集光レンズ２２の上面はカメラ側の壜底外周縁１ｅおよび壜底外周縁１ｅ近傍の底部下面１ｂに対向している。集光レンズ２２はフレネルレンズからなり、白色ＬＥＤ２１から投光される拡散光を集光することにより、光をカメラ側の壜底外周縁１ｅおよび該壜底外周縁１ｅ近傍の底部下面１ｂに集中的に照射することができる。したがって、ガラス壜１の壜底部１ａのカメラ側の面の肉厚内に入射する光の光量を増加させることができるため、ビリＣの反射光を増幅することができ、底ビリの検出精度を向上させることができる。なお、照明２の位置、照明２の傾斜角度（θ）および搬送レール１２のカメラ側の端部１２ｅの位置は、照明光を壜底部１ａのどの位置に集光照射したいかによって適宜調整される。
【００３９】
図９は、図３乃至図８に示す本発明のガラス壜の検査装置を用いて撮影した画像である。
図９に示すように、本発明のガラス壜の検査装置を用いて撮影した画像中には、暗い背景の画像部分の中に底ビリ欠陥に相当する明るい画像部分が明瞭に映っている。したがって、底ビリ欠陥を精度良く検出することができる。なお、図９に示す画像中、底ビリ欠陥の下方にある帯状の明るい画像部分は壜底外周縁１ｅからの反射光によって形成された画像部分であり、この画像部分は、画像処理の際に壜底外周縁１ｅからの反射光による画像部分として識別し、底ビリ欠陥とは見なさない。
【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 ガラス壜
１ａ 壜底部
１ｂ 底部下面
１ｃ 底部上面（底部内面）
１ｅ 壜底外周縁
１ｘ 軸心
２ 照明
２ｆ 前面側
２ｒ 後面側
３ カメラ
３ｘ 光軸
４ 遮光板
４ｅ 端部
６ 入口スターホイール
７ 出口スターホイール
８ 搬入コンベア
９ 搬出コンベア
１０ メインロータ
１１ 支持ローラ
１２ 搬送レール
１２ｅ 端部
１３ 走行ベルト
２１ 白色ＬＥＤ
３０ 撮像装置
３１ ミラー
２２ 集光レンズ
１０１ 照明
１０２ ＣＣＤカメラ
１０２ｘ 光軸
１１１ 照明
１１２ 白色ＬＥＤ
１１３ 拡散板
１１５ ＣＣＤカメラ
１１５ｘ 光軸
ＬＲ１，ＬＲ２ ＬＥＤ列
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガラス壜の検査装置に係り、特にガラス壜の壜底部等の特定位置にある欠陥を撮像により検出することができるガラス壜の検査装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、ビール等の飲料を充填するガラス壜は、使用後の壜を回収して再利用することが行われている。ガラス壜は、回収された壜および成形後の壜に拘らず、輸送中や搬送中において壜同士が接触したり他の物品に接触したりして、壜の肉厚内にビリと称される内部クラックが入ったり、壜の底部や口部に欠けが生じたりすることがある。そのため、ガラス壜は、液体が充填される前の空壜の状態で壜口部、壜胴部、壜底部等にビリや欠け等の欠陥がないかを検査している。
【０００３】
液体が充填されていないガラス壜である空壜を検査する検査装置は、ガラス壜の壜口部や壜底部等の外観検査を行うために複数の検査ステーションを備えており、検査用のメインロータは、ガラス壜を保持して回転し、ガラス壜を円形軌道に沿って配置された複数の検査ステーションに搬送するようになっている。複数の検査ステーションでは、ガラス壜を自転させつつ、それぞれ、壜口部のビリ（口ビリ）、壜底部のビリ（底ビリ）、壜底部の欠け（底欠け）等の欠陥毎に専用に検査するようになっている。
【０００４】
図１０は、従来の壜底部のビリ（底ビリ）の有無を検査する検査ステーションの構成を示す模式的な立面図である。図１０に示すように、ガラス壜１の背面に照明１０１を配置し、照明１０１の前面にＣＣＤカメラ１０２を配置している。ＣＣＤカメラ１０２の光軸１０２ｘは、水平面に対して斜め上方に所定の角度（α）、例えば、２０°傾いて配置されている。ガラス壜１は搬送中に走行するベルト（図示せず）に当接して自転するようになっている。照明１０１は、ハロゲン照明からなり、その前面の照明面は壜胴部と平行になっている。照明１０１は、ガラス壜１の壜胴部および壜底部に拡散光を投光するようになっている。
【０００５】
図１０に示すように構成された検査ステーションにおいて、照明１０１からの拡散光はガラス壜１の壜底部１ａの外周面に入射する。ガラス壜１に入射した光はガラス壜１を透過し、透過光はＣＣＤカメラ１０２により撮像される。壜底部にビリがある場合には、壜の肉厚内に入射した光はビリの亀裂面で反射して明るく光るため、ＣＣＤカメラ１０２で撮影した画像中では、ビリに対応した画像部分が他の画像部分より明るくなるので、画像処理を行って画素毎の明るさを比較してビリを検出するようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０００−５５８２８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
図１０に示す底ビリを検出する方式においては、ガラス壜の背面側に配置された照明１０１によってガラス壜１を照明し、ガラス壜１を透過した透過光をＣＣＤカメラ１０２により撮影する構成を採用しているため、ＣＣＤカメラ１０２で得られた画像は、全体がぼんやりと暗い画像になり、ビリに対応した画像部分が明るい画像部分になる。しかしながら、ビリに対応した明るい画像部分と背景のぼんやりと暗い画像部分との間の明るさの度合いには、それほど大きな差異がない場合があるため、底ビリの検出精度が高くないという問題点がある。
【０００８】
本発明者らは、上述した従来の底ビリの検査方式の問題点を解決するための光学撮像系として、照明をガラス壜の底面側に配置し、ガラス壜の壜底部の側方にＣＣＤカメラを配置した照明撮像系を用いて液体が充填されていないガラス壜、すなわち空壜について底ビリを検出することを着想し、鋭意研究を行ったものである。
【０００９】
図１１は、照明をガラス壜の底面側に配置し、ガラス壜の壜底部の側方にＣＣＤカメラを配置した照明撮像系を示す模式的な立面図である。図１１に示すように、ガラス壜１の底面側に照明１１１を配置し、ガラス壜１の壜底部１ａの側方にＣＣＤカメラ１１５を配置している。照明１１１は、水平面上に配列された多数の白色ＬＥＤ１１２と、白色ＬＥＤ１１２の前面に配置された拡散板１１３とから構成されている。照明１１１の前面はガラス壜１の底面と平行になっており、照明１１１はガラス壜１の底面に拡散光を投光するようになっている。ＣＣＤカメラ１１５の光軸１１５ｘはガラス壜１の壜底部１ａに向かって水平方向に延びている。
【００１０】
本発明者らは、図１１に示す照明撮像系を用いて底ビリを検出する実験を重ねた結果、以下のような知見を得た。
図１２（ａ）は、ガラス壜１内に液体を充填した実壜の場合に図１１に示す照明撮像系を用いて照明１１１からの光がガラス壜１の壜底部１ａに到達し、壜底部１ａからの光がＣＣＤカメラ１１５により撮影される場合の光路を示す模式図である。ガラス壜１の下方に配置された照明１１１からの拡散光は、図１２（ａ）に示すように、ガラス壜１の壜底部１ａの底部下面１ｂの略全面からガラス壜１の肉厚内に入射する。壜底部１ａの肉厚内にビリＣがあった場合、ガラス壜１の壜底外周縁１ｅに近い位置で底部下面１ｂから壜底部１ａの肉厚内に入射した光ＬＡはビリＣの亀裂面で反射し、反射光は壜底部１ａの側面を透過してＣＣＤカメラ１１５に入射して撮影される。ガラス壜１の壜底外周縁１ｅから離れた位置で底部下面１ｂから肉厚内に入射した光ＬＢは、底部上面（底部内面）１ｃを透過して液体中を進行してＣＣＤカメラ１１５に入射しないため、ＣＣＤカメラ１１５で撮影した画像中では、ビリＣに相当する画像部分は他の画像部分より明るい領域となる。画像処理装置により画像処理を行い、他の画像部分より明るい画像部分を判別することにより、壜底部にあるビリを検出することができる。
【００１１】
図１２（ｂ）は、ガラス壜に液体を充填していない空壜の場合に図１１に示す照明撮像系を用いて照明１１１からの光がガラス壜１の壜底部１ａに到達し、壜底部１ａからの光がＣＣＤカメラ１１５により撮影される場合の光路を示す模式図である。ガラス壜１の下方に配置された照明１１１からの拡散光は、図１２（ｂ）に示すように、ガラス壜１の壜底部１ａの底部下面１ｂの略全面からガラス壜１の肉厚内に入射する。壜底部１ａの肉厚内にビリＣがあった場合、ガラス壜１の壜底外周縁１ｅに近い位置で底部下面１ｂから壜底部１ａの肉厚内に入射した光ＬＡはビリＣの亀裂面で反射し、反射光は壜底部１ａの側面を透過してＣＣＤカメラ１１５に入射して撮影される。ガラス壜１の壜底外周縁１ｅから離れた位置で底部下面１ｂから肉厚内に入射した光のうち、底部上面１ｃに対する入射角が大きい光ＬＣ，ＬＤ，ＬＥは、壜内の空気中に入射せずに底部上面（底部内面）１ｃで全反射し、全反射した反射光は壜底部１ａの側面を透過してＣＣＤカメラ１１５に入射して撮影される。なお、底部上面１ｃで全反射した光の一部、例えば光ＬＤは、底部下面１ｂで全反射してＣＣＤカメラ１１５に入射する場合もある。このように壜底部の底部上面（底部内面）１ｃから反射してくる光がＣＣＤカメラ１１５に入射するため、ＣＣＤカメラ１１５で撮影した画像中では、ビリＣに相当する画像部分と底部上面１ｃからの反射光に相当する画像部分とがともに明るい領域となるため、ビリＣに相当する画像部分の判別が困難であり、壜底部にあるビリを検出することができない。
【００１２】
図１２（ｂ）に示すように、光が光学的に密な媒質であるガラスから、光学的に疎な媒質である空気の界面に向かう場合に、入射角が臨界角より大きくなると屈折せずに内部に反射、すなわち全反射する。したがって、空壜の壜底部のビリを検出する際に、空壜特有の壜底部の底部上面（底部内面）からの反射光が広範囲に現れてカメラに入射するため、底ビリ欠陥と区別することができないので、空壜での底ビリ検査が不可能であった。
【００１３】
本発明は、上述の事情に鑑みなされたもので、ガラス壜に液体を充填していない空壜の場合に壜底部のビリ（底ビリ）を精度良く検出できる光学撮像系を備えたガラス壜の検査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】
【００１４】
上述の目的を達成するため、本発明者らは、照明をガラス壜の底面側に配置し、ガラス壜の壜底部の側方にカメラを配置した図１１に示す照明撮像系を基本とし、照明からの光が壜底部の肉厚内に入射して底部上面（底部内面）で反射する反射光をなくし、壜底部のビリからの反射光を選択的にカメラで撮像できる照明撮像系を創案することを試みたものである。
【００１５】
次に、本発明のガラス壜の検査装置の基本概念を図１および図２を参照して説明する。
図１は、本発明のガラス壜の検査装置の基本構成を示す模式図である。ガラス壜１は液体が充填されていない空壜であり、図１では壜底部のみを図示している。
図１に示すように、ガラス壜１の下方には照明２が配置されており、ガラス壜１の壜底部１ａの側方にはカメラ３が配置されている。照明２は、水平面に対して斜め下方に傾いて配置されている。すなわち、照明２は、カメラに近い側にある前面側２ｆが後面側２ｒより下方に位置するように、水平面に対して斜め下方に所定の角度（θ）、例えば、３０°〜５０°傾いて配置されている。図１に示す例においては、角度（θ）は４０°に設定されている。カメラ３はＣＣＤカメラから構成されており、カメラ３の光軸３ｘはガラス壜１の壜底部１ａに向かって水平方向に延びている。カメラ３は、ガラス壜１の底部下面１ｂから上方に立ち上がっていく部分である彎曲した曲面の壜底外周縁１ｅと該壜底外周縁１ｅに連なる壜底部１ａの側面とを撮像するようになっている。
【００１６】
図１に示すように、照明２は、光源としての複数の白色ＬＥＤ２１と、白色ＬＥＤ２１の上方に配置された集光レンズ２２とから構成されている。白色ＬＥＤ２１および集光レンズ２２は、水平面に対して斜め下方に所定の角度（θ）で傾いて配置されているため、集光レンズ２２の上面はカメラ側の壜底外周縁１ｅおよび壜底外周縁１ｅよりやや内側の底部下面１ｂに対向している。集光レンズ２２はフレネルレンズからなり、白色ＬＥＤ２１から投光される拡散光をカメラ側の壜底外周縁１ｅおよび該壜底外周縁１ｅの近傍の底部下面１ｂの領域に集光するようになっている。
【００１７】
また、ガラス壜１の底部下面１ｂと照明２との間には遮光板４が配置されている。遮光板４は、カメラと反対側の壜底外周縁１ｅのやや外側からガラス壜１の軸心１ｘを越えてカメラ側の壜底外周縁１ｅに向かって水平方向に延びている。そして、遮光板４のカメラ側の端部４ｅは、ガラス壜１の軸心１ｘとカメラ側の壜底外周縁１ｅとの中点よりややカメラ側まで延びており、集光レンズ２２からガラス壜１の底部下面１ｂに集光する光の一部を遮るようになっている。
【００１８】
次に、図１に示すように構成されたガラス壜の検査装置の作用を図２を参照して説明する。
図２に示すように、本発明の照明撮像系においては、複数の白色ＬＥＤ２１から拡散した拡散光は、フレネルレンズからなる集光レンズ２２により集光されてカメラ側の壜底外周縁１ｅおよび該壜底外周縁１ｅ近傍の底部下面１ｂの領域に集中的に照射される。底部下面１ｂを透過して壜底肉厚内に入射した光はビリＣの亀裂面で反射して、反射光は壜底部１ａの側面を透過してカメラ３に入射して撮影される。壜底部１ａにビリＣが存在しないときには壜底肉厚内に入射した光は、点線で示すように壜底部１ａの側面から斜め上方に空気中に出るためカメラ３には入射しない。
【００１９】
本発明の照明撮像系においては、ガラス壜１の底部下面１ｂと照明２との間に遮光板４を配置しているため、集光レンズ２２により集光された光の一部は、遮光板４により遮られガラス壜１の底部下面１ｂには到達しない。遮光板４のカメラ側の端部４ｅは、ガラス壜１の軸心１ｘとカメラ側の壜底外周縁１ｅの中点よりややカメラ側まで延びているため、遮光板４により覆われている底部下面１ｂには光は入射しない。このように遮光板４を設置することにより、照明２からの光が底部下面１ｂから壜底肉厚に入射した後、底部上面（底部内面）１ｃに入射することがないようにしている。ガラス壜１の底部上面（底部内面）１ｃに光が到達すると、空のガラス壜の場合には、底部上面（底部内面）１ｃからの反射光がカメラ３に入射して撮影されてしまうが、遮光板４を設けているため照明２からの光がガラス壜１の底部上面（底部内面）１ｃに入射することがなく、底部上面１ｃからの反射光がない。したがって、本発明の照明撮像系によれば、壜底部のビリからの反射光のみを選択的にカメラで撮像でき、壜底部のビリを精度良く検出できる。
【００２０】
図１および図２を参照して説明した本発明の基本概念から明らかなように、本発明は、液体が充填されていない空のガラス壜を搬送系路に沿って搬送している間に、壜底部を撮像し、得られた画像から壜底部の欠陥を検出するガラス壜の検査装置において、直立した状態で搬送されるガラス壜の下方に配置され、ガラス壜をガラス壜の底面側から照明する照明と、前記照明とガラス壜との間に配置され、前記照明から投光される照明光の一部を遮る遮光板と、ガラス壜の壜底部の側方に配置され、ガラス壜の底面から上方に立ち上がっていく部分である彎曲した曲面の壜底外周縁と該壜底外周縁に連なる壜底部とを撮像するカメラとを備え、前記照明を、前記カメラに近い側にある前面側が後面側より下方に位置するように、水平面に対して傾けて配置し、かつ前記照明を光源と該光源からの光を集光する集光レンズとで構成することにより、照明からの照明光をガラス壜のカメラ側の壜底外周縁および該壜底外周縁より内側の底部下面に集光するようにし、前記遮光板により前記照明からガラス壜の底部下面に投光される照明光の一部を遮り、前記照明からの光がカメラ側の壜底外周縁および該壜底外周縁に近い底部下面の領域のみに入射するようにしたことを特徴とする。本発明において、カメラ側の壜底外周縁および該壜底外周縁に近い底部下面の領域は、壜底外周縁から壜底部中心に向かって１０〜１５ｍｍまでの範囲である。
【００２１】
本発明の照明撮像系においては、光源からの光は集光レンズにより集光され、集光された光は壜底外周縁および壜底外周縁近傍の底部下面に集中的に照射される。底部下面を透過して壜底肉厚内に入射した光はビリの亀裂面で反射して、反射光は壜底部の側面を透過してカメラに入射して撮影される。壜底部にビリが存在しないときには壜底肉厚内に入射した光は壜底部の側面から斜め上方に空気中に出るためカメラには入射しない。本発明の照明撮像系においては、ガラス壜の底部下面と照明との間に遮光板を配置することにより、照明からの光が底部下面から壜底肉厚に入射した後、底部上面（底部内面）に入射することがないようにしている。ガラス壜の底部上面（底部内面）に光が到達すると、空のガラス壜の場合には、底部上面（底部内面）からの反射光がカメラに入射して撮影されてしまうが、遮光板を設けているため照明からの光がガラス壜の底部上面（底部内面）に入射することがなく、底部上面からの反射光がない。したがって、本発明の照明撮像系によれば、壜底部のビリからの反射光のみを選択的にカメラで撮像でき、壜底部のビリを精度良く検出できる。
【００２２】
本発明の一態様によれば、前記照明は、水平面に対して３０°〜５０°の角度で傾けて配置されていることを特徴とする。
本発明によれば、照明は水平面に対して斜め下方に所定の角度（θ）で傾いて配置されているため、集光レンズの上面をカメラ側の壜底外周縁および壜底外周縁近傍の底部下面に対向させることができる。そのため、集光レンズによって光源から投光される拡散光をカメラ側の壜底外周縁および壜底外周縁近傍の底部下面の領域に集光することができる。
【００２３】
本発明の一態様によれば、前記遮光板は、前記カメラと反対側の壜底外周縁の外側からガラス壜の軸心を越えてカメラ側の壜底外周縁に向かって水平方向に延びて、前記遮光板のカメラ側の端部は、ガラス壜の軸心とカメラ側の壜底外周縁の中点よりカメラ側まで延びていることを特徴とする。
本発明によれば、遮光板によりカメラ側の壜底外周縁および壜底外周縁近傍の底部下面のみに照明光を入射させることができる。
【００２４】
本発明の一態様によれば、前記集光レンズは、フレネルレンズからなることを特徴とする。
本発明の一態様によれば、前記搬送系路は、ガラス壜を円形軌道に沿って搬送する搬送系路であり、前記照明は略扇形の平面形状を有し、前記照明の前面側の端部は円弧状をなすことを特徴とする。
本発明の一態様によれば、前記遮光板は、ガラス壜を支持する搬送レールからなることを特徴とする。
【００２５】
本発明の一態様によれば、ガラス壜は、前記円形軌道に沿って搬送されている間に自転することを特徴とする。
本発明によれば、ガラス壜が自転している間に、カメラはガラス壜の壜底部を複数枚（例えば、６枚）撮像し、壜底部の全周を撮像することができる。
【００２６】
本発明の一態様によれば、ガラス壜から前記カメラに入射する光路の途中にミラーを配置し、該ミラーの角度を調整することによりガラス壜の移動に追従して前記カメラがガラス壜を撮像することを可能とすることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２７】
本発明は、以下に列挙する効果を奏する。
（１）照明からの照明光がガラス壜の壜底部の底部上面（底部内面）に入射することがなく、底部上面からの反射光を無くすことができ、ガラス壜の壜底部のビリ（底ビリ）を精度良く検出できる。
（２）照明からの照明光をカメラに近い側の壜底部の底部下面に集光照射することができるため、ガラス壜の壜底部のカメラ側の面の肉厚内に入射する光の光量を増加させることができる。したがって、ビリの反射光を増幅することができ、底ビリの検出精度を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】図１は、本発明のガラス壜の検査装置の基本構成を示す模式図である。
【図２】図２は、図１に示すガラス壜の検査装置の作用を説明する模式図である。
【図３】図３は、図１に示す本発明の基本概念を具体化したガラス壜の検査装置を示す平面図である。
【図４】図４は、壜底部のビリ（底ビリ）を検査する壜底部検査ステーションの構成を示す図であり、壜底部検査ステーションを示す平面図である。
【図５】図５は、壜底部のビリ（底ビリ）を検査する壜底部検査ステーションの構成を示す図であり、壜底部検査ステーションを示す斜視図である。
【図６】図６は、ガラス壜と照明と搬送レールとの関係を示す図であり、図４のVI−VI線断面図である。
【図７】図７（ａ），（ｂ）は、照明の詳細構造を示す図であり、図７（ａ）は照明の平面図であり、図７（ｂ）は図７（ａ）のVII−VII線断面図である。
【図８】図８は、照明とガラス壜の壜底部の一部とカメラとの関係を示す模式的な立面図である。
【図９】図９は、図３乃至図８に示す本発明のガラス壜の検査装置を用いて撮影した画像である。
【図１０】図１０は、従来の壜底部のビリ（底ビリ）の有無を検査する検査ステーションの構成を示す模式的な立面図である。
【図１１】図１１は、照明をガラス壜の底面側に配置し、ガラス壜の壜底部の側方にＣＣＤカメラを配置した照明撮像系を示す模式的な立面図である。
【図１２】図１２（ａ）は、ガラス壜内に液体を充填した実壜の場合に図１１に示す照明撮像系を用いて照明からの光がガラス壜の壜底部に到達し、壜底部からの光がＣＣＤカメラにより撮影される場合の光路を示す模式図であり、図１２（ｂ）は、ガラス壜に液体を充填していない空壜の場合に図１１に示す照明撮像系を用いて照明からの光がガラス壜の壜底部に到達し、壜底部からの光がＣＣＤカメラにより撮影される場合の光路を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
以下、本発明に係るガラス壜の検査装置の実施形態を図３乃至図９を参照して説明する。図３乃至図９において、図１に示す構成要素に相当する構成要素には、同一の符号を付して説明する。
図３は、図１に示す本発明の基本概念を具体化したガラス壜の検査装置を示す平面図である。検査対象となるガラス壜１は、例えば、ビール壜であり、ガラス壜１はビール等の飲料が充填されていない空壜である。図３に示すように、ガラス壜の外観を検査する検査装置は、検査対象となるガラス壜１を検査部に搬入する入口スターホイール６と、入口スターホイール６から受け渡されたガラス壜１の壜底部等の検査を行う検査部であるメインロータ１０と、メインロータ１０から受け渡されたガラス壜１を搬出する出口スターホイール７とを備えている。入口スターホイール６には搬入コンベア８によりガラス壜１が搬入され、出口スターホイール７から搬出コンベア９によりガラス壜１が搬出される。
【００３０】
図４および図５は、壜底部のビリ（底ビリ）を検査する壜底部検査ステーションの構成を示す図であり、図４は壜底部検査ステーションを示す平面図、図５は壜底部検査ステーションを示す斜視図である。
図４および図５に示すように、メインロータ１０は、ガラス壜１の壜胴部の両側面を支持するための対をなす樹脂製の支持ローラ１１，１１を多数備えている（図４および図５においては、１対の支持ローラ１１，１１のみを図示している）。また、メインロータ１０は、ガラス壜１の底面を支持するための円形軌道に沿って配置された環状の搬送レール１２を備えている。搬送レール１２は、メインロータ１０により円形軌道に沿って搬送されるガラス壜１の底面の７０〜８０％程度を支持するように固定して設置されている。また、ガラス壜１の壜胴部の前面には走行ベルト１３が当接するようになっており、ガラス壜１は支持ローラ１１，１１と走行ベルト１３とにより挟持されて支持されるようになっている。なお、図４では、走行ベルト１３の図示を省略している。搬送レール１２の下方には、概略扇形の平面形状を有する照明２が設置されている。
【００３１】
図６は、ガラス壜１と照明２と搬送レール１２との関係を示す図であり、図４のVI−VI線断面図である。図６に示すように、照明２は、光源としての多数の白色ＬＥＤ２１と、白色ＬＥＤ２１の上方に配置された集光レンズ２２とから構成されている。白色ＬＥＤ２１および集光レンズ２２は、水平面に対して斜め下方に所定の角度（θ）で傾いて配置されているため、集光レンズ２２の上面はカメラ側の壜底外周縁１ｅおよび壜底外周縁１ｅ近傍の底部下面１ｂに対向している。集光レンズ２２はフレネルレンズからなり、白色ＬＥＤ２１から投光される拡散光をカメラ側の壜底外周縁１ｅおよび該壜底外周縁１ｅ近傍の底部下面１ｂの領域に集光するようになっている。
【００３２】
ガラス壜１の底面を支持する搬送レール１２は、ガラス壜１の底部下面１ｂと照明２との間に配置されている。搬送レール１２は、図１に示す遮光板４として機能するものであり、カメラと反対側の壜底外周縁１ｅのやや外側からガラス壜１の軸心１ｘを越えてカメラ側の壜底外周縁１ｅに向かって水平方向に延びている。搬送レール１２のカメラ側の端部１２ｅは、ガラス壜１の軸心１ｘとカメラ側の壜底外周縁１ｅの中点よりややカメラ側まで延びており、集光レンズ２２からガラス壜１の底部下面１ｂに集光する光の一部を遮るようになっている。
【００３３】
図７（ａ），（ｂ）は、照明２の詳細構造を示す図であり、図７（ａ）は照明２の平面図であり、図７（ｂ）は図７（ａ）のVII−VII線断面図である。
図７（ａ）に示すように、照明２は概略扇形の平面形状を有しており、照明２は円弧状の列に沿って光源としての白色ＬＥＤ２１を多数配置することにより形成された２つのＬＥＤ列ＬＲ１，ＬＲ２を備えている。第１ＬＥＤ列ＬＲ１は、カメラ側に近い位置にあり、第２ＬＥＤ列ＬＲ２は、カメラ側から離間した位置にある。
図７（ｂ）に示すように、２つのＬＥＤ列ＬＲ１，ＬＲ２の上方には、集光レンズ２２が配置されている。集光レンズ２２は平板状で概略扇形の平面形状を有したフレネルレンズから構成されている。
【００３４】
また、図４に示すように、メインロータ１０の半径方向の外側には、ガラス壜１の壜底部を撮像するための撮像装置３０が設置されている。撮像装置３０は、メインロータ１０の回転に追従して角度を調整できるミラー３１と、ミラー３１で反射した光を撮像するカメラ３とを備えている。カメラ３はＣＣＤカメラから構成されており、このＣＣＤカメラは、図６に示すガラス壜１の底部下面１ｂから上方に立ち上がっていく部分である彎曲した曲面の壜底外周縁１ｅと該壜底外周縁１ｅに連なる壜底部１ａの側面とを撮像するようになっている。
【００３５】
図３乃至図７に示すように構成された壜底部検査ステーションにおいて、ガラス壜１は、支持ローラ１１，１１により壜胴部が支持されるとともに搬送レール１２により底面が支持された状態で、メインロータ１０の回転により搬送レール１２上を摺動して円形軌道に沿って搬送される。搬送中に、走行ベルト１３がガラス壜１の壜胴部に当接して、ガラス壜１は自転する。このように、ガラス壜１は、自転しながら円形軌道に沿って搬送されて撮像装置３０の前方を通過していくが、撮像装置３０のミラー３１はガラス壜１の移動に追従して角度を変えられるようになっているため、ガラス壜１が照明２の上方を移動する間、カメラ３はガラス壜１の壜底部１ａを撮像できるようになっている。したがって、ガラス壜１が自転しつつ照明２の上方を通過する間に、カメラ３はガラス壜１の壜底部１ａを複数枚（例えば、６枚）撮像し、壜底部１ａの全周を撮像することができる。
【００３６】
図８は、照明２とガラス壜１の壜底部１ａとカメラ３との関係を示す模式的な立面図である。撮像装置３０は、ガラス壜１の移動に追従してガラス壜１を所定枚数撮像して全周を検査するためにミラー３１を備えているが、図８においては、光路を簡略化するためにミラー３１を省略してガラス壜１からの光が直接にカメラ３に入射するように図示している。ガラス壜１の底面から上方に立ち上がっていく部分である彎曲した曲面の壜底外周縁１ｅと該壜底外周縁１ｅに連なる壜底部１ａとが撮像範囲である。カメラ３の光軸３ｘはガラス壜１の壜底部１ａに向かって水平方向に延びている。集光レンズ２２はＬＥＤ列ＬＲ１，ＬＲ２から投光される拡散光を集光し、光をガラス壜１の壜底外周縁１ｅおよび壜底外周縁１ｅ近傍の底部下面１ｂの領域に集中的に照射する。壜底部１ａの肉厚内にビリＣがあった場合、底部下面１ｂを透過して壜底肉厚内に入射した光はビリＣの亀裂面で反射し、反射光は壜底部１ａの側面を透過してカメラ３に入射して撮影される。壜底にビリＣが存在しないときには壜底肉厚内に入射した光は壜底部１ａの側面から斜め上方に空気中に出るためカメラ３には入射しない。
【００３７】
本発明の照明撮像系においては、ガラス壜１の底部下面１ｂと照明２との間に遮光板として機能する搬送レール１２を配置しているため、集光レンズ２２により集光された光の一部は、搬送レール１２により遮られガラス壜１の底部下面１ｂには到達しない。搬送レール１２のカメラ側の端部１２ｅは、ガラス壜１の軸心１ｘとカメラ側の壜底外周縁１ｅの中点よりややカメラ側まで延びているため、搬送レール１２により覆われている底部下面１ｂには光は入射しない。このように搬送用の搬送レール１２を遮光板として利用することにより、照明２からの光が底部下面１ｂから壜肉厚部に入射した後、底部上面（底部内面）１ｃに入射することがないようにしている。ガラス壜１の底部上面（底部内面）１ｃに光が到達すると、空のガラス壜の場合には、底部上面（底部内面）１ｃからの反射光がカメラ３に入射して撮影されてしまうが、遮光板として機能する搬送レール１２を設けているため照明２からの光がガラス壜１の底部上面（底部内面）１ｃに入射することがなく、底部上面１ｃからの反射光がない。したがって、壜底部１ａの肉厚内に入射した光のうちビリＣで反射した反射光のみがカメラ３に入射して撮像されるため、カメラ３で撮影した画像中では、ビリＣに相当する画像部分は他の画像部分より明るい領域となる。検査装置に設けられた画像処理装置により画像処理を行い、他の画像部分より明るい画像部分を判別することにより、壜底部にあるビリを検出することができる。
【００３８】
図８に示すように、白色ＬＥＤ２１および集光レンズ２２は、水平面に対して斜め下方に所定の角度（θ）で傾いて配置されているため、集光レンズ２２の上面はカメラ側の壜底外周縁１ｅおよび壜底外周縁１ｅ近傍の底部下面１ｂに対向している。集光レンズ２２はフレネルレンズからなり、白色ＬＥＤ２１から投光される拡散光を集光することにより、光をカメラ側の壜底外周縁１ｅおよび該壜底外周縁１ｅ近傍の底部下面１ｂに集中的に照射することができる。したがって、ガラス壜１の壜底部１ａのカメラ側の面の肉厚内に入射する光の光量を増加させることができるため、ビリＣの反射光を増幅することができ、底ビリの検出精度を向上させることができる。なお、照明２の位置、照明２の傾斜角度（θ）および搬送レール１２のカメラ側の端部１２ｅの位置は、照明光を壜底部１ａのどの位置に集光照射したいかによって適宜調整される。
【００３９】
図９は、図３乃至図８に示す本発明のガラス壜の検査装置を用いて撮影した画像である。
図９に示すように、本発明のガラス壜の検査装置を用いて撮影した画像中には、暗い背景の画像部分の中に底ビリ欠陥に相当する明るい画像部分が明瞭に映っている。したがって、底ビリ欠陥を精度良く検出することができる。なお、図９に示す画像中、底ビリ欠陥の下方にある帯状の明るい画像部分は壜底外周縁１ｅからの反射光によって形成された画像部分であり、この画像部分は、画像処理の際に壜底外周縁１ｅからの反射光による画像部分として識別し、底ビリ欠陥とは見なさない。
【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 ガラス壜
１ａ 壜底部
１ｂ 底部下面
１ｃ 底部上面（底部内面）
１ｅ 壜底外周縁
１ｘ 軸心
２ 照明
２ｆ 前面側
２ｒ 後面側
３ カメラ
３ｘ 光軸
４ 遮光板
４ｅ 端部
６ 入口スターホイール
７ 出口スターホイール
８ 搬入コンベア
９ 搬出コンベア
１０ メインロータ
１１ 支持ローラ
１２ 搬送レール
１２ｅ 端部
１３ 走行ベルト
２１ 白色ＬＥＤ
３０ 撮像装置
３１ ミラー
２２ 集光レンズ
１０１ 照明
１０２ ＣＣＤカメラ
１０２ｘ 光軸
１１１ 照明
１１２ 白色ＬＥＤ
１１３ 拡散板
１１５ ＣＣＤカメラ
１１５ｘ 光軸
ＬＲ１，ＬＲ２ ＬＥＤ列
【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体が充填されていない空のガラス壜を搬送系路に沿って搬送している間に、壜底部を撮像し、得られた画像から壜底部の欠陥を検出するガラス壜の検査装置において、
直立した状態で搬送されるガラス壜の下方に配置され、ガラス壜をガラス壜の底面側から照明する照明と、
前記照明とガラス壜との間に配置され、前記照明から投光される照明光の一部を遮る遮光板と、
ガラス壜の壜底部の側方に配置され、ガラス壜の底面から上方に立ち上がっていく部分である彎曲した曲面の壜底外周縁と該壜底外周縁に連なる壜底部とを撮像するカメラとを備え、
前記照明を、前記カメラに近い側にある前面側が後面側より下方に位置するように、水平面に対して傾けて配置し、かつ前記照明を光源と該光源からの光を集光する集光レンズとで構成することにより、照明からの照明光をガラス壜のカメラ側の壜底外周縁および該壜底外周縁より内側の底部下面に集光するようにし、
前記遮光板により前記照明からガラス壜の底部下面に投光される照明光の一部を遮り、前記照明からの光がカメラ側の壜底外周縁および該壜底外周縁に近い底部下面の領域のみに入射するようにしたことを特徴とするガラス壜の検査装置。
【請求項２】
前記照明は、水平面に対して３０°〜５０°の角度で傾けて配置されていることを特徴とする請求項１記載のガラス壜の検査装置。
【請求項３】
前記遮光板は、前記カメラと反対側の壜底外周縁の外側からガラス壜の軸心を越えてカメラ側の壜底外周縁に向かって水平方向に延びて、前記遮光板のカメラ側の端部は、ガラス壜の軸心とカメラ側の壜底外周縁の中点よりカメラ側まで延びていることを特徴とする請求項１または２記載のガラス壜の検査装置。
【請求項４】
前記集光レンズは、フレネルレンズからなることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載のガラス壜の検査装置。
【請求項５】
前記搬送系路は、ガラス壜を円形軌道に沿って搬送する搬送系路であり、前記照明は略扇形の平面形状を有し、前記照明の前面側の端部は円弧状をなすことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載のガラス壜の検査装置。
【請求項６】
前記遮光板は、ガラス壜を支持する搬送レールからなることを特徴とする請求項５記載のガラス壜の検査装置。
【請求項７】
ガラス壜は、前記円形軌道に沿って搬送されている間に自転することを特徴とする請求項５または６記載のガラス壜の検査装置。
【請求項８】
ガラス壜から前記カメラに入射する光路の途中にミラーを配置し、該ミラーの角度を調整することによりガラス壜の移動に追従して前記カメラがガラス壜を撮像することを可能とすることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載のガラス壜の検査装置。
【請求項１】
液体が充填されていない空のガラス壜を搬送系路に沿って搬送している間に、壜底部を撮像し、得られた画像から壜底部の欠陥を検出するガラス壜の検査装置において、
直立した状態で搬送されるガラス壜の下方に配置され、ガラス壜をガラス壜の底面側から照明する照明と、
前記照明とガラス壜との間に配置され、前記照明から投光される照明光の一部を遮る遮光板と、
ガラス壜の壜底部の側方に配置され、ガラス壜の底面から上方に立ち上がっていく部分である彎曲した曲面の壜底外周縁と該壜底外周縁に連なる壜底部とを撮像するカメラとを備え、
前記照明を、前記カメラに近い側にある前面側が後面側より下方に位置するように、水平面に対して傾けて配置し、かつ前記照明を光源と該光源からの光を集光する集光レンズとで構成することにより、照明からの照明光をガラス壜のカメラ側の壜底外周縁および該壜底外周縁より内側の底部下面に集光するようにし、
前記遮光板により前記照明からガラス壜の底部下面に投光される照明光の一部を遮り、前記照明からの光がカメラ側の壜底外周縁および該壜底外周縁に近い底部下面の領域のみに入射するようにしたことを特徴とするガラス壜の検査装置。
【請求項２】
前記照明は、水平面に対して３０°〜５０°の角度で傾けて配置されていることを特徴とする請求項１記載のガラス壜の検査装置。
【請求項３】
前記遮光板は、前記カメラと反対側の壜底外周縁の外側からガラス壜の軸心を越えてカメラ側の壜底外周縁に向かって水平方向に延びて、前記遮光板のカメラ側の端部は、ガラス壜の軸心とカメラ側の壜底外周縁の中点よりカメラ側まで延びていることを特徴とする請求項１または２記載のガラス壜の検査装置。
【請求項４】
前記集光レンズは、フレネルレンズからなることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載のガラス壜の検査装置。
【請求項５】
前記搬送系路は、ガラス壜を円形軌道に沿って搬送する搬送系路であり、前記照明は略扇形の平面形状を有し、前記照明の前面側の端部は円弧状をなすことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載のガラス壜の検査装置。
【請求項６】
前記遮光板は、ガラス壜を支持する搬送レールからなることを特徴とする請求項５記載のガラス壜の検査装置。
【請求項７】
ガラス壜は、前記円形軌道に沿って搬送されている間に自転することを特徴とする請求項５または６記載のガラス壜の検査装置。
【請求項８】
ガラス壜から前記カメラに入射する光路の途中にミラーを配置し、該ミラーの角度を調整することによりガラス壜の移動に追従して前記カメラがガラス壜を撮像することを可能とすることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載のガラス壜の検査装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【公開番号】特開２０１２−１３２７５２（Ｐ２０１２−１３２７５２Ａ）
【公開日】平成２４年７月１２日（２０１２．７．１２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２８４２２６（Ｐ２０１０−２８４２２６）
【出願日】平成２２年１２月２１日（２０１０．１２．２１）
【出願人】（３０７０２７５７７）麒麟麦酒株式会社 (350)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年７月１２日（２０１２．７．１２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１２月２１日（２０１０．１２．２１）
【出願人】（３０７０２７５７７）麒麟麦酒株式会社 (350)
【Ｆターム（参考）】
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