液体容器の検査装置
【課題】 金属製の栓で密封された液体容器のひび割れ又は亀裂の箇所を特定できる検査装置を提供する。
【解決手段】 金属製の栓１２で密封された液体容器１０に対して電磁波を放射する円筒状の電磁石１４と、その中心軸線上に配置され、電磁波の放射によって生じる栓の振動音を捕捉するマイク１６とを備える。マイク１６の側面と電磁石１４の内面との間に音を通過させる空間２６を設け、容器１０の栓１２に対向する電磁石１４とマイク１６の各端面の位置を一致させて配置した。
【解決手段】 金属製の栓１２で密封された液体容器１０に対して電磁波を放射する円筒状の電磁石１４と、その中心軸線上に配置され、電磁波の放射によって生じる栓の振動音を捕捉するマイク１６とを備える。マイク１６の側面と電磁石１４の内面との間に音を通過させる空間２６を設け、容器１０の栓１２に対向する電磁石１４とマイク１６の各端面の位置を一致させて配置した。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液体が充填された容器のひび割れ箇所を検出する検査装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、液体を充填し栓で封止した容器において液体の充填レベルを決定するために、垂直軸方向に孔を設けたコアを有する磁気コイルと、そのコアの孔の下端に配置したマイクとを備えた装置を用いることが知られている（特許文献１参照）。この装置によれば、容器の栓に磁気コイルから電磁パルスを与えて栓に機械的振動を生じさせ、その振動が容器内の空間を伝播して液体と気体の境界面及び液体と容器材料の境界面で反射することで、容器内に定常波が生成される。そして、電磁パルスの電磁的衝撃から所定時間（例えば、１０ｍｓ）内にマイクが捕捉した栓の振動音と定常波の振動音を周波数解析し、この周波数解析結果に示されるピーク周波数から、容器に充填された液体の充填レベルを決定することができる。また、周波数解析結果から容器の壁のひび割れ又は亀裂を認識できることも示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特表２００１−５０３８６８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述した装置では、電磁パルスの電磁的衝撃から１０ｍｓの間に発生する大きな振幅の栓の振動音と小さな振幅の定常波の振動音をマイクが捕捉するが、容器内に形成される定常波は、振幅が大きい栓の振動が減衰するまでその振動の影響を受け続ける。このため、定常波に現れる液体の充填レベルを検知することは可能であるが、定常波の振幅に比して小さい振幅として現れる容器のひび割れや亀裂の存在を識別することは困難である。
【０００５】
本発明は、上記のような背景技術に鑑み、容器のひび割れ又は亀裂の存在に加えて、それらが存在する箇所の特定も可能な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】
【０００６】
本発明は、金属製の栓で密封された液体容器に対して電磁波を放射する円筒状の電磁石と、該電磁石の中心軸に配置され、前記電磁波の放射によって発生する前記栓の振動音を捕捉するマイクとを備える検査装置であって、前記マイクの側面と前記電磁石の内面との間に音を通過させる空間を設け、前記容器の栓に対向する前記電磁石と前記マイクの各端面の位置を一致させて配置したことを特徴とする。
【０００７】
本発明によれば、液体容器に対する電磁波の放射によって生じた栓の振動音がマイクに捕捉されるが、マイクの周囲に達した栓の振動音は、マイクの側面と電磁石の内面との間の空間を通過するため、マイクの周囲では振動音の反射が生じない。また、電磁石とマイクの各端面の位置が一致しているので、電磁石が栓の振動音を反射しても、その反射音はマイクに到達しない。以上により、マイクは、振幅が大きい栓の振動の影響を受けずに振幅の小さい定常波の振動音を歪みなく捕捉することが可能となり、定常波に含まれるひび割れや亀裂の存在を識別すると共に、そのひび割れ等の箇所を特定することができる。
【０００８】
本発明の検査装置は、前記電磁石に励磁電力を供給する励磁電源と、前記電磁石の下方に位置した前記容器を検出する容器検出センサと、検査対象の容器の良否を判定するための良否判定データを格納した記憶装置と、前記容器検出センサからの検出信号に応じて、前記励磁電源から前記電磁石へ電力を供給させ、前記電磁波による前記栓の振動によって励起される前記容器の材料の振動音を前記マイクを通して受信する解析装置とを備え、前記解析装置は、前記電磁石の電磁的衝撃から栓の振動の減衰時間が経過して前記容器の内部空間内に形成された定常波の消失後に現れる容器材料の振動音の周波数特性及び電力強度に基づいて、複数の周波数領域における前記容器材料の振動音の電力強度面積値を算出し、該電力強度面積値と前記記憶装置に格納された良否判定データとを対比することにより、前記容器の良否を判定することが好ましい。
【０００９】
この好ましい形態によれば、複数の周波数領域における前記容器材料の振動音の電力強度面積値と前記記憶装置に格納された良否判定データとを比較することにより、前記電磁石の下方に搬送された容器の良否を判定することができる。
【００１０】
また、前記記憶装置は、複数種類の不良品容器の電力強度面積値を、前記良否判定データとして記憶し、前記解析装置は、前記容器の電力強度面積値と前記不良品容器の電力強度面積値とを対比して、両者が一致する場合に前記容器の欠陥部位を判別することが好ましい。
【００１１】
これによれば、前記解析装置は、前記容器の電力強度面積値と前記記憶装置に記憶された不良品容器の電力強度面積値と比較し、両者が一致することを条件として前記容器の欠陥部位を判別することができる。
【００１２】
また、前記解析装置は、前記容器の振動音の音響信号にハニング窓関数をかけた演算結果をフーリエ変換することが好ましい。
【００１３】
これによれば、前記容器の振動音の音響信号の主成分であるメインローブの幅が小さいほど周波数分解能を高くする一方、サイドローブの値が小さいほど小電力のスペクトルを検出する能力を高くすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の実施形態の検査装置と液体容器の正面図。
【図２】図１の検査装置の拡大断面図。
【図３】実施形態の検査装置の構成を示すブロック図。
【図４】実施形態の検査装置による容器の周波数解析結果を示すグラフ。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
図１〜図３に示した実施形態の検査装置は、栓１２により密閉されたビン１０を検査対象の容器とし、そのひび割れ又は欠けのような欠陥の存在を検知すると共に、欠陥の個所を特定する検査を行う。
【００１６】
本実施形態の検査装置は、下方に搬送されたビン１０に電磁波を放射する電磁石１４と、電磁石１４の中心軸に配置され、ビン１０の振動音を捕捉するマイク１６（例えば、振動板と固定板を有するコンデンサマイク）と、電磁石１４の外周を覆うカバー１８と、カバー１８及び電磁石１４の内面を支持する円筒部材２０と、円筒部材２０の内周側に配置され、マイク１６の頂部を支持するマイク支持部材２２と、マイク支持部材２２を上方から吊り下げ支持する保持部材２４とを備える。
【００１７】
ビン１０は、液体（例えば、清涼飲料水）が充填され、上部に金属製であって王冠状の栓１２により密閉されている。栓１２と液体との間には気体（例えば、炭酸ガス又は窒素ガス）が封入されている。ビン１０の頭部空間内には、液体と気体の境界面及び液体と容器材料（例えば、ガラス）の境界面を有する。
【００１８】
ビン１０は、金属製又は樹脂製の搬送板２６に載置され、例えば、コンベアにより図中前方又は後方から電磁石１４の下方に搬送される。
【００１９】
マイク１６は、電磁石１４から放射された電磁波の電磁的衝撃により励起される栓１２の振動音を捕捉する。この栓１２の振動音は、栓１２の周波数特性及びビン１０の周波数特性を含んだアナログ信号としてマイク１６から出力する。
【００２０】
カバー１８は、電磁石１４の側面を覆い、カバー１８の底部において、電磁石１４及びマイク１６の底面を露出させている。また、電磁石１４の底部とマイク１６の底部との間に空気の振動を通過させる空間２６が設けられ、空間２６は、カバー１８の内周側で上下方向に貫通している。
【００２１】
円筒部材２０は、電磁石１４の内面及びカバー１８の上部内面に密着し、マイク支持部材２２と空間２６を隔てて垂直方向に延在する。このため、マイク支持部材２２と円筒部材２０に挟まれた空間２６は、音響抵抗が低く、空間２６を伝達する空気の振動による反射波の発生を低減させる。
【００２２】
マイク１６は、その下部位置と電磁石１４の下部位置とを一致させることにより、電磁石１４が発生する反射音をマイク１６の下方に通過させ、マイク１６に反射音が入射することを防止する。
【００２３】
マイク１６は、その外周と円筒部材２０の内周との間の空間２６により包囲し、マイク１６とカバー１２とを空気で分離しているため、第１に、空間２６に到達した栓１２の振動音を空気の振動として上方に通過させることができる。第２に、空間２６では栓１２の振動音による反射音が発生しないため、マイク１６は歪の無い栓１２の振動音を捕捉できる。第３に、栓１２の振動音による電磁石１４からの反射音を遮断することができる。これらにより、マイク１６は、栓１２からの振動音の集音効果をより向上させることができる。
【００２４】
マイク支持部材２２は、好ましくは、樹脂製の中空パイプで形成し、上方を固定部材２８（例えば、ねじ）により、保持部材２４に固定される。マイク支持部材２２の下部にマイク１６を取り付け、保持部材２４から吊り下げるようにマイク１６の下部位置を電磁石１４の下部位置に一致させることが好ましい。
【００２５】
但し、本発明は、マイク１６の下部位置を電磁石１４の下部位置に完全に一致させる構成に限定されず、例えば、固定部材２８による固定を解除し、マイク支持部材２２の固定位置を上下方向に調整した後に固定部材２８で再度固定し、電磁石１４の中心軸の筒状空間に発生する共鳴音を減衰することもできる。
【００２６】
また、マイク支持部材２２は、マイク１６と電気的に接続するマイク配線３０を挿入し、マイク配線３０と空間２６とを遮断する。このため、空間２６の音響抵抗をマイク配線３０により増大させることがない。
【００２７】
保持部材２４は、ベース板３２の上面に固定部３４を介して固定されている。ベース板３２の下面には、カバー１８の上面を固定する。また、ベース板３２及び固定部３４は、コイル配線３６を垂直方向に貫通させカバー１８の側面から電磁石１４へコイル配線３６を導入する。
【００２８】
ベース板３２は、両側から下方に向けてビン１０の頭部空間と距離を離して対向する延長部３２ａ及び延長部３２ｂを備える。延長部３２ａは、ビン１０の頭部空間に向けてビン検出センサ３８ａを配置し、延長部３２ｂは、ビン１０の頭部空間に向けてビン検出センサ３８ｂを配置する。
【００２９】
ビン検出センサ３８ａは、水平方向に位置するビン検出センサ３８ｂに向けて光線を照射し光軸を形成する透過型又は反射型の光電センサを用いることが好ましい。また、ビン検出センサとして、搬送されたビン１０を検知できる手段であれば光電型及びレーザ型の他に、ビン１０のガラス検知型のセンサを適用することもできる。
【００３０】
図２は、本実施形態の検査装置の断面図である。
【００３１】
検査装置は、円筒状のカバー１８と、カバー１８の下部内面に支持される電磁石１４と、電磁石１４の中心軸に配置するマイク１６と、マイク１６を上方から垂直方向に吊り下げるマイク支持部材２２と、マイク１６及びマイク支持部材２２の外周から空間２６を隔てて包囲する円筒部材２０とを備える。
【００３２】
電磁石１４は、円筒部材２０を包囲する円筒状の磁性体コア４０と、磁性体コア４０の外周を巻回する導電性のコイル巻線４２とを備え、磁性体コア４０の下部は、円筒部材２０の下部の位置と一致するように配置されている。
【００３３】
磁性体コア４０は、初期透磁率の高いアモルファス材の薄帯を積層して形成し、応答周波数の向上と共にヒステリシス損を減少させる。例えば、磁性体コア４０には、鉄を主成分とした、シリコンと、ボロン及び微量の銅ニオブを添加させた高温融液を約１００万℃／秒で急冷固化するアモルファス薄帯からなる素材を結晶化温度以上で熱処理し、１０ｎｍの結晶粒径を有する薄帯の積層体を用いることが好ましい。
【００３４】
円筒部材２０は、マイク１６及びマイク支持部材２２の外周を空気の振動を通過させる空間２６を隔てて包囲しているため、円筒部材２０及びマイク１６の下部から円筒部材２０の上部間で延在する空間２６を形成している。このため、栓１２の振動音による空気の振動を空間２６の下部に入射させ、この空気の振動を空間２６の上部から放出させることができる。
【００３５】
そして、マイク１６は、栓１２の振動音の集音効果を向上させ、電磁石１４から栓１２の反射音の入射を遮断することができる。
【００３６】
図３は、本実施形態の検査装置のブロック図である。
【００３７】
検査装置は、電磁石１４と、予備電磁石１４ａと、電磁石１４の中心軸に配置するマイク１６と、ビン検出センサ３８と、コイル励磁電源４４と、マイク１６及びコイル励磁電源４４並びにビン検出センサ３８に接続する解析装置４６とを備える。
【００３８】
電磁石１４及び予備電磁石１４ａは共に、コイル励磁電源４４に接続され、解析装置４６の制御プログラムにより電磁波を夫々のタイミングでビン１０及びビン１０ａに向けて放射する。
【００３９】
コイル励磁電源４４は、使用者により電磁石１４及び予備電磁石１４ａに夫々供給する励磁電力の電圧と、励磁タイミングと、パルス幅とを調整し、励磁コイルのチャンネルを設定することで励磁タイミングを制御する。
【００４０】
本実施形態では、コイル励磁電源４４は、チャンネル設定により、コイル励磁電源４４から電磁石１４だけに励磁電力を供給する単チャンネル型のコイル励磁電源４４と、電磁石１４及び予備電磁石１４ａの２つの電磁石に励磁電力を夫々供給する多チャンネル型のコイル励磁電源４４の何れか１つを選択することができる。
【００４１】
予備電磁石１４ａは、ビン１０の上流で待機しているビン１０ａの上方に設けられ、ビン１０ａの栓１２ａに対して電磁的衝撃を与えて、この栓１２ａの残留応力を除去する。これにより、容器１０ａが電磁石１４の下方に搬送され電磁石１４の電磁的衝撃を受けることにより検査精度をより向上させることができる。
【００４２】
解析装置４６は、内部に制御装置４８（以下、「ＣＰＵ４８」と記する。）と、ランダムアクセス型のメモリ５０（以下、「ＲＡＭ５０」と略記する。）と、計測トリガ入力部５２と、励磁トリガ出力部５４と、増幅部５６と、表示画面５８と、データ保存用記憶装置６０と、不良判定部６２と、計測値出力部６４と、電源６８とを備え、電源６８から各部材へ電力が供給される。
【００４３】
ＣＰＵ４８は、バス６６を介して、ＲＡＭ５０、計測トリガ入力部５２、励磁トリガ出力部５４、増幅部５６、表示画面５８、データ保存用記憶装置６０、不良判定部６２、及び、計測値出力部６４と接続する。
【００４４】
解析装置４６は、外部の状態監視ランプ７０と、排斥装置７２と、外部記憶装置７４に接続され、状態監視ランプ７０からビン１０の良否を識別する容器判定結果を報知する。また、不良判定部６２から排斥装置７２へ排斥信号を送信しビン１０を図外の容器不良ラインへ搬送させる。さらに、計測値出力部６４から容器の振動音データや容器の周波数解析データを外部記憶装置７４へ出力する。
【００４５】
増幅部５６は、マイク１６からアナログ信号を受信し、このアナログ信号を増幅しフィルタを通過させた後に、アナログ信号をデジタル信号へ変換し、ＣＰＵ４８の指令によりデジタル信号をバス６６を介してＲＡＭ５０へ書き込む。増幅部５６では、マイク１６から少なくとも４０ｍｓのビン１０の振動音データを受信し、１０Ｈｚの周波数分解能を得るため、２０４８ビットのデジタル信号を出力することが好ましい。
【００４６】
表示画面５８には、使用者の操作により、マイク１６から受信するアナログ信号の波形、ＲＡＭ５０に記憶するデジタル信号の波形、ＣＰＵ４８がＲＡＭ５０から読み出したデジタル信号をフーリエ変換し演算出力する周波数解析結果の波形、解析装置４６の解析パラメータを設定するメニュー画面を表示する。
【００４７】
データ保存用記憶装置６０は、例えば、１００本のビン１０を予め検査装置で検査し生成した良否判定データを記憶する。１００本のビンには、良品ビン、不良ビンとして、ビン口割れ、ビン内壁ひび、ビン外壁ひび、ビン底ひび、液体充填量の良否が含まれている。
【００４８】
データ保存用記憶装置６０は、良品ビン及び不良ビンの良否判定データとして、ビン１０の周波数解析結果に示される波形の面積値の限界値を記憶する。この限界値は、複数の周波数領域に設定されている。
【００４９】
小瓶を対象とする良品ビンの強度面積の限界値を例示すれば、以下のとおりである。
【００５０】
第１の周波数領域（７０００〜８０００Ｈｚ）は、２０００００以上の強度面積を有し、第２の周波数領域（６０００〜７０００Ｈｚ）は、１０００００以上の強度面積を有し、第３の周波数領域（７２００〜７５００Ｈｚ）は、１５００００以上の強度面積を有し、第４の周波数領域（６５００〜６８００Ｈｚ）は、１５００００以下の強度面積を有し、第５の周波数領域（５８００〜６１００Ｈｚ）は、１０００００以下の強度面積を有し、第６の周波数領域（５１００〜５４００Ｈｚ）は、５００００以上の強度面積を有する。
【００５１】
小瓶を対象とする不良ビンの強度面積は、上述した第１〜第５の周波数領域の強度面積の１又は複数の限界値を満たすことができない。例えば、ビン口割れ、ビン内壁ひび、ビン外壁ひび、ビン底ひび、液体の充填不良を含む不良ビンの強度面積を、Ｋビン不良、Ｔビン不良、外ビン不良（ビン外壁ひび）、液体が充填されていない空ビン不良、内ビン不良、液体の充填が不十分な低充填ビン不良、液体の充填が過剰な高充填ビン不良として例示する。
【００５２】
第１の周波数領域では、低充填ビン不良の強度面積が２０００００以上の限界値を充足しない。
【００５３】
第２の周波数領域では、すべての不良ビンの強度面積が１０００００以上の限界値を充足する。
【００５４】
第３の周波数領域では、Ｋビン不良、外ビン不良、低充填ビン不良、空ビン不良、内ビン不良、低充填ビン不良の強度面積が１５００００以上の限界値を充足しない。
【００５５】
第４の周波数領域では、Ｔビン不良、内ビン不良の強度面積が１５００００以下の限界値を充足しない。
【００５６】
第５の周波数領域では、低充填ビン不良の強度面積が１０００００以下の限界値を充足しない。
【００５７】
第６の周波数領域では、空ビン不良の強度面積が５００００以上の限界値を充足しない。
【００５８】
データ保存用記憶装置６０には、ビン１０の判定結果を「１」と「０」の数字で表現する周波数領域別の判定結果データを記憶する。例えば、周波数領域の限界値を充足する場合は判定結果「１」の判定結果データを記憶し、限界値を充足しない場合は「０」の判定結果データを記憶する。
【００５９】
良品ビンは、第１〜第６の周波数領域の順に、６桁の「１１１１１１」の総合判定結果データで特定する。
【００６０】
Ｋビン不良は、第１〜第６の周波数領域の順に、６桁の「１１０１１１」の総合判定結果データで特定する。
【００６１】
Ｔビン不良は、第１〜第６の周波数領域の順に、６桁の「１１１０１１」の総合判定結果データで特定する。
【００６２】
外ビン不良は、第１〜第６の周波数領域の順に、６桁の「１１０１１１」の総合判定結果データで特定する。
【００６３】
空ビン不良は、第１〜第６の周波数領域の順に、６桁の「１１１１１０」の総合判定結果データで特定する。
【００６４】
内ビン不良は、第１〜第６の周波数領域の順に、６桁の「１１００１１」の総合判定結果データで特定する。
【００６５】
低充填ビン不良は、第１〜第６の周波数領域の順に、６桁の「１１０１０１」の総合判定結果データで特定する。
【００６６】
高充填ビン不良は、第１〜第６の周波数領域の順に、６桁の「０１０１１１」の総合判定結果データで特定する。
【００６７】
更に大瓶を対象とする良品ビンの強度面積の限界値を例示すれば、次のとおりである。
【００６８】
第１の周波数領域（１１８００〜１２３００Ｈｚ）は、３００００以上の強度面積を有し、第２の周波数領域（１０２００〜１０６００Ｈｚ）は、５００００以上の強度面積を有し、第３の周波数領域（５３００〜５７００Ｈｚ）は、２００００以上の強度面積を有し、第４の周波数領域（４０００〜４５００Ｈｚ）は、１０００００以上の強度面積を有する。
【００６９】
大瓶のビン底割れ不良ビンは、第１〜第４の周波数領域のすべてにおいて、良品ビンの強度面積の限界値を充足していない。このため、ビン底割れ不良ビンの総合判定結果データは、４桁の「００００」で特定することができる。
【００７０】
次に、上記検査装置の動作について説明する。
【００７１】
検査装置は、飲料物を生産する工場から出荷する前の液体が充填され、栓１２で密封されたビン１０のひび割れ、欠けのようなビン不良が存在するか否かを検査する。
【００７２】
検査装置は、ビン１０の検査ラインに設置され、検査装置の電磁コイル１４の下方には搬送板２６が移動する。ビン１０は、搬送板２６に載置され電磁コイル１４の下方に搬送される。搬送板２６は、コンベアによる連続移動、ビン１０を軸方向に旋回させるターレットによる連続移動、及び電磁コイル１４の下方に停止させてもよい。要は、ビン１０を載置しながら水平方向に移動させ、コンベア又はターレットから伝達される振動音を減衰させる手段を用いることが好ましい。
【００７３】
搬送板２６は、ビン１０の栓１２の中心が電磁コイル１４の中心軸を通過するように移動する。栓１２の上面と電磁コイル１４の底面との距離は、例えば、２〜４ｍｍの間隔を維持するように設定する。好ましくは、３ｍｍの間隔に設定することで、栓１２に対して強い電磁的衝撃を与える。
【００７４】
マイク１６は、電磁石１４の下部位置と同一の位置に下部を露出しているため、マイク１６と栓１２との距離は、例示した２〜４ｍｍの間隔を維持するように設定されている。好ましくは、３ｍｍの間隔に設定することで、栓１２の振動音を確実に捕捉することができる。
【００７５】
ビン検出センサ３８ａ、３８ｂは、ビン１０が電磁石１４の下方に搬送された状態で、栓１２の中心軸と電磁石１４の中心軸が合致するタイミングで計測トリガ信号を出力するように、ビン検出センサ３８ａ、３８ｂの水平位置及び垂直位置が設定されている。
【００７６】
増幅部５６は、ビン１０の移動速度又は移動時間に対応させてマイク１６から受信するアナログ信号の増幅率を設定する。また、増幅部５６は、オートゲインコントロールＡＧＣ回路を設けて、増幅したアナログ信号をフィードバックしマイク１６から受信するアナログ信号の増幅率を自動的に制御することが好ましい。
【００７７】
搬送板２６は、検査装置が少なくとも４０ｍｓの期間に栓１２の振動音をマイク１６から受信する時間を確保するように、移動速度が決定されている。なお、搬送板２６は、前方又は後方のビン１０が接触しない間隔で移動し、搬送板２６に載置するビン１０が周囲の固定物に接触しないように移動する。
【００７８】
解析装置４６は、計測トリガ入力部５２において、容器検出センサ３８から電磁石１４の下方に搬送されたビン１０を検出する計測トリガ信号を受信する。解析装置４６のＣＰＵ４８は、計測トリガ信号の受信に応動し、励磁トリガ出力部５４からコイル励磁電源４４に励磁トリガ信号を送信する。
【００７９】
コイル励磁電源４４は、予め設定された励磁タイミングに合致する励磁電力を１〜１０μｓの時間に亘り電磁石１４に供給する。また、多チャンネル型のコイル励磁電源４４を選択する場合は、励磁電力を１〜１０μｓの時間に亘り電磁石１４及び予備電磁石１４ａに供給する。この予備電磁石１４ａは、ビン１０の上流で待機している検査前のビン１０ａに電磁的衝撃を与える。
【００８０】
栓１２は、電磁的衝撃により電磁石１４側へ引っ張られた後に開放されることで、栓１２の固有の振動周波数を有する振動が発生する。この栓１２の振動が、ビン１０の頭部空間の液体と気体の境界、液体とビン１０の壁の境界、栓１２と接するビン１０の口部に伝播し、ビン１０内部で反射する。
【００８１】
マイク１６は、ビン１０の反射音を、栓１２を通して捕捉する。この反射音は、ビン１０の頭部空間の内圧に対応する固有の振動周波数を有する振動と、栓１２と接するビン１０の口部の固有の振動周波数を有する振動と、ビン１０の壁の固有の振動周波数を有する振動が総合された可聴音（例えば、０〜２００００Ｈｚ）である。
【００８２】
マイク１６は、コンデンサマイクを使用することが好ましい。コンデンサマイクの振動板は、非常に薄く、軽いので、空気の振動に忠実に反応し、低い周波数（５０Ｈｚ）から高い周波数（２００００Ｈｚ）の音まで安定した周波数特性で栓１２の振動音を捕捉することができる。特に、高耐圧入力(例えば、最大入力音圧が１４９ｄＢ)のため、栓１２から３ｍｍの距離にマイク１６を配置し、歪の無い栓１２の振動音を捕捉することができる。
【００８３】
また、マイク１６は、円筒部材２０との間の空間２６に包囲されているため、栓１２から上方へ伝達される振動音の集音効果が高く、電磁石１４の底部位置とマイク１６の底部位置が同一に配置されているので、電磁石１４の反射音の影響を低減することができる。
【００８４】
解析装置４６は、増幅部５６において、マイク１６から６０ｍｓ間の反射音に対応するアナログ信号を受信し、受信したアナログ信号を増幅しフィルタを通してから６０ｍｓ間のデジタル信号へ変換する。このデジタル信号は、バス６６を介してＲＡＭ５０へ書き込まれる。
【００８５】
解析装置４６は、ＣＰＵ４８を用いて音波収集ソフトウエアを実行し、ＲＡＭ５０に書き込まれた６０ｍｓ間のデジタル信号を読み出し、電磁的衝撃から２０ｍｓ間のデジタル信号を破棄し、残りの４０ｍｓ間のデジタル信号を抽出する。
【００８６】
解析装置４６は、栓１２の振動が減衰しビン１０の頭部空間内に形成される定常波が消失した後（電磁的衝撃から２０ｍｓ経過した後）に現れる少なくとも４０ｍｓの間のビン１０の材料の振動音について、ＣＰＵ４８によりフーリエ変換して得られた周波数特性データをＲＡＭ５０に書き込む。
【００８７】
そして、解析装置４６は、ＣＰＵ４８により、ＲＡＭ５０から周波数特性データを読み出し、ビン１０の材料の振動音の周波数特性及び電力強度を演算出力する。
【００８８】
図４は、ＣＰＵ４８を用いて演算出力した容器の周波数解析結果を示す。
【００８９】
図４（ａ）は、２種類の良品ビンの周波数解析結果を示している。図中の実線で示すビンと破線で示すビンは、５２００Ｈｚ〜５５００Ｈｚの周波数領域において、固有のピーク周波数が現れ、６７００Ｈｚ〜７７００Ｈｚの周波数領域において、固有のピーク周波数が現れる。
【００９０】
本実施形態では、良品ビンの周波数特性と相違する周波数特性を有するビン１０を不良ビンとして判定する。図４（ｂ）は、Ｋビン不良の周波数特性を示している。Ｋビン不良は、第３の周波数領域Ｆ３において、波形の強度面積値が限界値の１５００００未満であり、良品ビンの波形の強度面積値と相違する特徴を有しているため、不良ビンとして判定される。
【００９１】
ここで、波形の強度面積値とは、周波数領域の最小周波数から最大周波数の間に現れる波形（メインローブ及びサイドローブ）を積分した面積値に相当する。つまり、ピーク周波数により容器材料の振動を特定する従来技術に対し、本実施形態では、所定の周波数領域に現れる波形の振幅をすべて積分することにより、微小な振動を識別することができる。
【００９２】
また、ＣＰＵ４８は、ビン１０の振動音のデジタル信号にハニング窓関数をかけた演算結果をフーリエ変換することが好ましい。
【００９３】
ビン１０の振動音のデジタル信号にハニング窓関数をかけた結果をフーリエ変換することで、離散的な音響信号の主成分であるメインローブの幅が小さいほど周波数分解能を高くすることができ、サイドローブの値が小さいほど小電力のスペクトルを検出する能力を高くすることができるため、定常波に比して電力強度が低い欠陥部位の振動音を正確に識別することができる。
【００９４】
図４（ｃ）は、内ビン不良の周波数特性を示している。内ビン不良は、第３の周波数領域Ｆ３において、波形の強度面積値が限界値の１５００００未満であり、且つ第４の周波数領域Ｆ４において、波形の強度面積値が限界値の１５００００を超え、良品ビンの波形の強度面積値と相違する特徴を有しているため、不良ビンとして判定される。
【００９５】
図４（ｄ）は、第４の周波数領域Ｆ４において、波形の強度面積値が限界値の１５００００を超え、良品ビンの波形の強度面積値と相違する特徴を有しているため、不良ビンとして判定される。
【００９６】
次に、ＣＰＵ４８は、ＲＡＭ５０に記憶している良否判定データとしての第１〜第６の周波数領域の限界値とビン１０の周波数特性及び電力強度とを比較する。ＣＰＵ４８はビン１０が所定の限界値を越えるか超えないかにより、「１」又は「０」からなる６桁の総合判定結果データを生成し、ビン１０の良否を判定する。この判定処理によりビン１０が不良ビンである場合は、ビンの欠陥部位を総合判定結果データから特定することができる。
【００９７】
但し、本発明は、良否判定データを第１〜第６の周波数領域の限界値に限定するものではなく、例えば、第１〜第６の周波数領域の波形データとビン１０の周波数解析値の波形データとのパターンが一致するか否かを判定することで、ビン１０の良否判定を実行し、容器の欠陥部位を特定することができる。
【００９８】
解析装置４６は、ＣＰＵ４８の判定結果データ及び検査日時データをデータ保存用記憶装置６０に記憶し、状態監視ランプ７０を点灯させる。状態監視ランプ７０は、良品ビンを示す青色発光と不良ビンを示す赤色発光を区別して報知する。
【００９９】
解析装置４６は、ビン１０がＣＰＵ４８により不良ビンと判定された場合、排斥装置７２排斥信号を送信し、ビン１０を図外の容器不良ラインへ搬送させる。
【０１００】
更に、解析装置４６は、ＲＡＭ５０に書き込んだビン１０の振動音データ、又は判定結果データ若しくはビン１０の周波数解析データを、計測値出力部６４を通して外部記憶装置７４へ出力する。
【符号の説明】
【０１０１】
１０…ビン（容器）、１２…栓、１４…電磁石、１４ａ…予備電磁石、１６…マイク、２０…円筒部材、２６…空間、４０…磁性体、４２…コイル巻線、４４…コイル励磁電源、４６…解析装置、４８…ＣＰＵ、５０…メモリ、５２…計測トリガ入力部、５４…励磁トリガ出力部、５６…増幅部、６０…データ保存用記憶装置、６２…不良判定部。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液体が充填された容器のひび割れ箇所を検出する検査装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、液体を充填し栓で封止した容器において液体の充填レベルを決定するために、垂直軸方向に孔を設けたコアを有する磁気コイルと、そのコアの孔の下端に配置したマイクとを備えた装置を用いることが知られている（特許文献１参照）。この装置によれば、容器の栓に磁気コイルから電磁パルスを与えて栓に機械的振動を生じさせ、その振動が容器内の空間を伝播して液体と気体の境界面及び液体と容器材料の境界面で反射することで、容器内に定常波が生成される。そして、電磁パルスの電磁的衝撃から所定時間（例えば、１０ｍｓ）内にマイクが捕捉した栓の振動音と定常波の振動音を周波数解析し、この周波数解析結果に示されるピーク周波数から、容器に充填された液体の充填レベルを決定することができる。また、周波数解析結果から容器の壁のひび割れ又は亀裂を認識できることも示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特表２００１−５０３８６８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述した装置では、電磁パルスの電磁的衝撃から１０ｍｓの間に発生する大きな振幅の栓の振動音と小さな振幅の定常波の振動音をマイクが捕捉するが、容器内に形成される定常波は、振幅が大きい栓の振動が減衰するまでその振動の影響を受け続ける。このため、定常波に現れる液体の充填レベルを検知することは可能であるが、定常波の振幅に比して小さい振幅として現れる容器のひび割れや亀裂の存在を識別することは困難である。
【０００５】
本発明は、上記のような背景技術に鑑み、容器のひび割れ又は亀裂の存在に加えて、それらが存在する箇所の特定も可能な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】
【０００６】
本発明は、金属製の栓で密封された液体容器に対して電磁波を放射する円筒状の電磁石と、該電磁石の中心軸に配置され、前記電磁波の放射によって発生する前記栓の振動音を捕捉するマイクとを備える検査装置であって、前記マイクの側面と前記電磁石の内面との間に音を通過させる空間を設け、前記容器の栓に対向する前記電磁石と前記マイクの各端面の位置を一致させて配置したことを特徴とする。
【０００７】
本発明によれば、液体容器に対する電磁波の放射によって生じた栓の振動音がマイクに捕捉されるが、マイクの周囲に達した栓の振動音は、マイクの側面と電磁石の内面との間の空間を通過するため、マイクの周囲では振動音の反射が生じない。また、電磁石とマイクの各端面の位置が一致しているので、電磁石が栓の振動音を反射しても、その反射音はマイクに到達しない。以上により、マイクは、振幅が大きい栓の振動の影響を受けずに振幅の小さい定常波の振動音を歪みなく捕捉することが可能となり、定常波に含まれるひび割れや亀裂の存在を識別すると共に、そのひび割れ等の箇所を特定することができる。
【０００８】
本発明の検査装置は、前記電磁石に励磁電力を供給する励磁電源と、前記電磁石の下方に位置した前記容器を検出する容器検出センサと、検査対象の容器の良否を判定するための良否判定データを格納した記憶装置と、前記容器検出センサからの検出信号に応じて、前記励磁電源から前記電磁石へ電力を供給させ、前記電磁波による前記栓の振動によって励起される前記容器の材料の振動音を前記マイクを通して受信する解析装置とを備え、前記解析装置は、前記電磁石の電磁的衝撃から栓の振動の減衰時間が経過して前記容器の内部空間内に形成された定常波の消失後に現れる容器材料の振動音の周波数特性及び電力強度に基づいて、複数の周波数領域における前記容器材料の振動音の電力強度面積値を算出し、該電力強度面積値と前記記憶装置に格納された良否判定データとを対比することにより、前記容器の良否を判定することが好ましい。
【０００９】
この好ましい形態によれば、複数の周波数領域における前記容器材料の振動音の電力強度面積値と前記記憶装置に格納された良否判定データとを比較することにより、前記電磁石の下方に搬送された容器の良否を判定することができる。
【００１０】
また、前記記憶装置は、複数種類の不良品容器の電力強度面積値を、前記良否判定データとして記憶し、前記解析装置は、前記容器の電力強度面積値と前記不良品容器の電力強度面積値とを対比して、両者が一致する場合に前記容器の欠陥部位を判別することが好ましい。
【００１１】
これによれば、前記解析装置は、前記容器の電力強度面積値と前記記憶装置に記憶された不良品容器の電力強度面積値と比較し、両者が一致することを条件として前記容器の欠陥部位を判別することができる。
【００１２】
また、前記解析装置は、前記容器の振動音の音響信号にハニング窓関数をかけた演算結果をフーリエ変換することが好ましい。
【００１３】
これによれば、前記容器の振動音の音響信号の主成分であるメインローブの幅が小さいほど周波数分解能を高くする一方、サイドローブの値が小さいほど小電力のスペクトルを検出する能力を高くすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の実施形態の検査装置と液体容器の正面図。
【図２】図１の検査装置の拡大断面図。
【図３】実施形態の検査装置の構成を示すブロック図。
【図４】実施形態の検査装置による容器の周波数解析結果を示すグラフ。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
図１〜図３に示した実施形態の検査装置は、栓１２により密閉されたビン１０を検査対象の容器とし、そのひび割れ又は欠けのような欠陥の存在を検知すると共に、欠陥の個所を特定する検査を行う。
【００１６】
本実施形態の検査装置は、下方に搬送されたビン１０に電磁波を放射する電磁石１４と、電磁石１４の中心軸に配置され、ビン１０の振動音を捕捉するマイク１６（例えば、振動板と固定板を有するコンデンサマイク）と、電磁石１４の外周を覆うカバー１８と、カバー１８及び電磁石１４の内面を支持する円筒部材２０と、円筒部材２０の内周側に配置され、マイク１６の頂部を支持するマイク支持部材２２と、マイク支持部材２２を上方から吊り下げ支持する保持部材２４とを備える。
【００１７】
ビン１０は、液体（例えば、清涼飲料水）が充填され、上部に金属製であって王冠状の栓１２により密閉されている。栓１２と液体との間には気体（例えば、炭酸ガス又は窒素ガス）が封入されている。ビン１０の頭部空間内には、液体と気体の境界面及び液体と容器材料（例えば、ガラス）の境界面を有する。
【００１８】
ビン１０は、金属製又は樹脂製の搬送板２６に載置され、例えば、コンベアにより図中前方又は後方から電磁石１４の下方に搬送される。
【００１９】
マイク１６は、電磁石１４から放射された電磁波の電磁的衝撃により励起される栓１２の振動音を捕捉する。この栓１２の振動音は、栓１２の周波数特性及びビン１０の周波数特性を含んだアナログ信号としてマイク１６から出力する。
【００２０】
カバー１８は、電磁石１４の側面を覆い、カバー１８の底部において、電磁石１４及びマイク１６の底面を露出させている。また、電磁石１４の底部とマイク１６の底部との間に空気の振動を通過させる空間２６が設けられ、空間２６は、カバー１８の内周側で上下方向に貫通している。
【００２１】
円筒部材２０は、電磁石１４の内面及びカバー１８の上部内面に密着し、マイク支持部材２２と空間２６を隔てて垂直方向に延在する。このため、マイク支持部材２２と円筒部材２０に挟まれた空間２６は、音響抵抗が低く、空間２６を伝達する空気の振動による反射波の発生を低減させる。
【００２２】
マイク１６は、その下部位置と電磁石１４の下部位置とを一致させることにより、電磁石１４が発生する反射音をマイク１６の下方に通過させ、マイク１６に反射音が入射することを防止する。
【００２３】
マイク１６は、その外周と円筒部材２０の内周との間の空間２６により包囲し、マイク１６とカバー１２とを空気で分離しているため、第１に、空間２６に到達した栓１２の振動音を空気の振動として上方に通過させることができる。第２に、空間２６では栓１２の振動音による反射音が発生しないため、マイク１６は歪の無い栓１２の振動音を捕捉できる。第３に、栓１２の振動音による電磁石１４からの反射音を遮断することができる。これらにより、マイク１６は、栓１２からの振動音の集音効果をより向上させることができる。
【００２４】
マイク支持部材２２は、好ましくは、樹脂製の中空パイプで形成し、上方を固定部材２８（例えば、ねじ）により、保持部材２４に固定される。マイク支持部材２２の下部にマイク１６を取り付け、保持部材２４から吊り下げるようにマイク１６の下部位置を電磁石１４の下部位置に一致させることが好ましい。
【００２５】
但し、本発明は、マイク１６の下部位置を電磁石１４の下部位置に完全に一致させる構成に限定されず、例えば、固定部材２８による固定を解除し、マイク支持部材２２の固定位置を上下方向に調整した後に固定部材２８で再度固定し、電磁石１４の中心軸の筒状空間に発生する共鳴音を減衰することもできる。
【００２６】
また、マイク支持部材２２は、マイク１６と電気的に接続するマイク配線３０を挿入し、マイク配線３０と空間２６とを遮断する。このため、空間２６の音響抵抗をマイク配線３０により増大させることがない。
【００２７】
保持部材２４は、ベース板３２の上面に固定部３４を介して固定されている。ベース板３２の下面には、カバー１８の上面を固定する。また、ベース板３２及び固定部３４は、コイル配線３６を垂直方向に貫通させカバー１８の側面から電磁石１４へコイル配線３６を導入する。
【００２８】
ベース板３２は、両側から下方に向けてビン１０の頭部空間と距離を離して対向する延長部３２ａ及び延長部３２ｂを備える。延長部３２ａは、ビン１０の頭部空間に向けてビン検出センサ３８ａを配置し、延長部３２ｂは、ビン１０の頭部空間に向けてビン検出センサ３８ｂを配置する。
【００２９】
ビン検出センサ３８ａは、水平方向に位置するビン検出センサ３８ｂに向けて光線を照射し光軸を形成する透過型又は反射型の光電センサを用いることが好ましい。また、ビン検出センサとして、搬送されたビン１０を検知できる手段であれば光電型及びレーザ型の他に、ビン１０のガラス検知型のセンサを適用することもできる。
【００３０】
図２は、本実施形態の検査装置の断面図である。
【００３１】
検査装置は、円筒状のカバー１８と、カバー１８の下部内面に支持される電磁石１４と、電磁石１４の中心軸に配置するマイク１６と、マイク１６を上方から垂直方向に吊り下げるマイク支持部材２２と、マイク１６及びマイク支持部材２２の外周から空間２６を隔てて包囲する円筒部材２０とを備える。
【００３２】
電磁石１４は、円筒部材２０を包囲する円筒状の磁性体コア４０と、磁性体コア４０の外周を巻回する導電性のコイル巻線４２とを備え、磁性体コア４０の下部は、円筒部材２０の下部の位置と一致するように配置されている。
【００３３】
磁性体コア４０は、初期透磁率の高いアモルファス材の薄帯を積層して形成し、応答周波数の向上と共にヒステリシス損を減少させる。例えば、磁性体コア４０には、鉄を主成分とした、シリコンと、ボロン及び微量の銅ニオブを添加させた高温融液を約１００万℃／秒で急冷固化するアモルファス薄帯からなる素材を結晶化温度以上で熱処理し、１０ｎｍの結晶粒径を有する薄帯の積層体を用いることが好ましい。
【００３４】
円筒部材２０は、マイク１６及びマイク支持部材２２の外周を空気の振動を通過させる空間２６を隔てて包囲しているため、円筒部材２０及びマイク１６の下部から円筒部材２０の上部間で延在する空間２６を形成している。このため、栓１２の振動音による空気の振動を空間２６の下部に入射させ、この空気の振動を空間２６の上部から放出させることができる。
【００３５】
そして、マイク１６は、栓１２の振動音の集音効果を向上させ、電磁石１４から栓１２の反射音の入射を遮断することができる。
【００３６】
図３は、本実施形態の検査装置のブロック図である。
【００３７】
検査装置は、電磁石１４と、予備電磁石１４ａと、電磁石１４の中心軸に配置するマイク１６と、ビン検出センサ３８と、コイル励磁電源４４と、マイク１６及びコイル励磁電源４４並びにビン検出センサ３８に接続する解析装置４６とを備える。
【００３８】
電磁石１４及び予備電磁石１４ａは共に、コイル励磁電源４４に接続され、解析装置４６の制御プログラムにより電磁波を夫々のタイミングでビン１０及びビン１０ａに向けて放射する。
【００３９】
コイル励磁電源４４は、使用者により電磁石１４及び予備電磁石１４ａに夫々供給する励磁電力の電圧と、励磁タイミングと、パルス幅とを調整し、励磁コイルのチャンネルを設定することで励磁タイミングを制御する。
【００４０】
本実施形態では、コイル励磁電源４４は、チャンネル設定により、コイル励磁電源４４から電磁石１４だけに励磁電力を供給する単チャンネル型のコイル励磁電源４４と、電磁石１４及び予備電磁石１４ａの２つの電磁石に励磁電力を夫々供給する多チャンネル型のコイル励磁電源４４の何れか１つを選択することができる。
【００４１】
予備電磁石１４ａは、ビン１０の上流で待機しているビン１０ａの上方に設けられ、ビン１０ａの栓１２ａに対して電磁的衝撃を与えて、この栓１２ａの残留応力を除去する。これにより、容器１０ａが電磁石１４の下方に搬送され電磁石１４の電磁的衝撃を受けることにより検査精度をより向上させることができる。
【００４２】
解析装置４６は、内部に制御装置４８（以下、「ＣＰＵ４８」と記する。）と、ランダムアクセス型のメモリ５０（以下、「ＲＡＭ５０」と略記する。）と、計測トリガ入力部５２と、励磁トリガ出力部５４と、増幅部５６と、表示画面５８と、データ保存用記憶装置６０と、不良判定部６２と、計測値出力部６４と、電源６８とを備え、電源６８から各部材へ電力が供給される。
【００４３】
ＣＰＵ４８は、バス６６を介して、ＲＡＭ５０、計測トリガ入力部５２、励磁トリガ出力部５４、増幅部５６、表示画面５８、データ保存用記憶装置６０、不良判定部６２、及び、計測値出力部６４と接続する。
【００４４】
解析装置４６は、外部の状態監視ランプ７０と、排斥装置７２と、外部記憶装置７４に接続され、状態監視ランプ７０からビン１０の良否を識別する容器判定結果を報知する。また、不良判定部６２から排斥装置７２へ排斥信号を送信しビン１０を図外の容器不良ラインへ搬送させる。さらに、計測値出力部６４から容器の振動音データや容器の周波数解析データを外部記憶装置７４へ出力する。
【００４５】
増幅部５６は、マイク１６からアナログ信号を受信し、このアナログ信号を増幅しフィルタを通過させた後に、アナログ信号をデジタル信号へ変換し、ＣＰＵ４８の指令によりデジタル信号をバス６６を介してＲＡＭ５０へ書き込む。増幅部５６では、マイク１６から少なくとも４０ｍｓのビン１０の振動音データを受信し、１０Ｈｚの周波数分解能を得るため、２０４８ビットのデジタル信号を出力することが好ましい。
【００４６】
表示画面５８には、使用者の操作により、マイク１６から受信するアナログ信号の波形、ＲＡＭ５０に記憶するデジタル信号の波形、ＣＰＵ４８がＲＡＭ５０から読み出したデジタル信号をフーリエ変換し演算出力する周波数解析結果の波形、解析装置４６の解析パラメータを設定するメニュー画面を表示する。
【００４７】
データ保存用記憶装置６０は、例えば、１００本のビン１０を予め検査装置で検査し生成した良否判定データを記憶する。１００本のビンには、良品ビン、不良ビンとして、ビン口割れ、ビン内壁ひび、ビン外壁ひび、ビン底ひび、液体充填量の良否が含まれている。
【００４８】
データ保存用記憶装置６０は、良品ビン及び不良ビンの良否判定データとして、ビン１０の周波数解析結果に示される波形の面積値の限界値を記憶する。この限界値は、複数の周波数領域に設定されている。
【００４９】
小瓶を対象とする良品ビンの強度面積の限界値を例示すれば、以下のとおりである。
【００５０】
第１の周波数領域（７０００〜８０００Ｈｚ）は、２０００００以上の強度面積を有し、第２の周波数領域（６０００〜７０００Ｈｚ）は、１０００００以上の強度面積を有し、第３の周波数領域（７２００〜７５００Ｈｚ）は、１５００００以上の強度面積を有し、第４の周波数領域（６５００〜６８００Ｈｚ）は、１５００００以下の強度面積を有し、第５の周波数領域（５８００〜６１００Ｈｚ）は、１０００００以下の強度面積を有し、第６の周波数領域（５１００〜５４００Ｈｚ）は、５００００以上の強度面積を有する。
【００５１】
小瓶を対象とする不良ビンの強度面積は、上述した第１〜第５の周波数領域の強度面積の１又は複数の限界値を満たすことができない。例えば、ビン口割れ、ビン内壁ひび、ビン外壁ひび、ビン底ひび、液体の充填不良を含む不良ビンの強度面積を、Ｋビン不良、Ｔビン不良、外ビン不良（ビン外壁ひび）、液体が充填されていない空ビン不良、内ビン不良、液体の充填が不十分な低充填ビン不良、液体の充填が過剰な高充填ビン不良として例示する。
【００５２】
第１の周波数領域では、低充填ビン不良の強度面積が２０００００以上の限界値を充足しない。
【００５３】
第２の周波数領域では、すべての不良ビンの強度面積が１０００００以上の限界値を充足する。
【００５４】
第３の周波数領域では、Ｋビン不良、外ビン不良、低充填ビン不良、空ビン不良、内ビン不良、低充填ビン不良の強度面積が１５００００以上の限界値を充足しない。
【００５５】
第４の周波数領域では、Ｔビン不良、内ビン不良の強度面積が１５００００以下の限界値を充足しない。
【００５６】
第５の周波数領域では、低充填ビン不良の強度面積が１０００００以下の限界値を充足しない。
【００５７】
第６の周波数領域では、空ビン不良の強度面積が５００００以上の限界値を充足しない。
【００５８】
データ保存用記憶装置６０には、ビン１０の判定結果を「１」と「０」の数字で表現する周波数領域別の判定結果データを記憶する。例えば、周波数領域の限界値を充足する場合は判定結果「１」の判定結果データを記憶し、限界値を充足しない場合は「０」の判定結果データを記憶する。
【００５９】
良品ビンは、第１〜第６の周波数領域の順に、６桁の「１１１１１１」の総合判定結果データで特定する。
【００６０】
Ｋビン不良は、第１〜第６の周波数領域の順に、６桁の「１１０１１１」の総合判定結果データで特定する。
【００６１】
Ｔビン不良は、第１〜第６の周波数領域の順に、６桁の「１１１０１１」の総合判定結果データで特定する。
【００６２】
外ビン不良は、第１〜第６の周波数領域の順に、６桁の「１１０１１１」の総合判定結果データで特定する。
【００６３】
空ビン不良は、第１〜第６の周波数領域の順に、６桁の「１１１１１０」の総合判定結果データで特定する。
【００６４】
内ビン不良は、第１〜第６の周波数領域の順に、６桁の「１１００１１」の総合判定結果データで特定する。
【００６５】
低充填ビン不良は、第１〜第６の周波数領域の順に、６桁の「１１０１０１」の総合判定結果データで特定する。
【００６６】
高充填ビン不良は、第１〜第６の周波数領域の順に、６桁の「０１０１１１」の総合判定結果データで特定する。
【００６７】
更に大瓶を対象とする良品ビンの強度面積の限界値を例示すれば、次のとおりである。
【００６８】
第１の周波数領域（１１８００〜１２３００Ｈｚ）は、３００００以上の強度面積を有し、第２の周波数領域（１０２００〜１０６００Ｈｚ）は、５００００以上の強度面積を有し、第３の周波数領域（５３００〜５７００Ｈｚ）は、２００００以上の強度面積を有し、第４の周波数領域（４０００〜４５００Ｈｚ）は、１０００００以上の強度面積を有する。
【００６９】
大瓶のビン底割れ不良ビンは、第１〜第４の周波数領域のすべてにおいて、良品ビンの強度面積の限界値を充足していない。このため、ビン底割れ不良ビンの総合判定結果データは、４桁の「００００」で特定することができる。
【００７０】
次に、上記検査装置の動作について説明する。
【００７１】
検査装置は、飲料物を生産する工場から出荷する前の液体が充填され、栓１２で密封されたビン１０のひび割れ、欠けのようなビン不良が存在するか否かを検査する。
【００７２】
検査装置は、ビン１０の検査ラインに設置され、検査装置の電磁コイル１４の下方には搬送板２６が移動する。ビン１０は、搬送板２６に載置され電磁コイル１４の下方に搬送される。搬送板２６は、コンベアによる連続移動、ビン１０を軸方向に旋回させるターレットによる連続移動、及び電磁コイル１４の下方に停止させてもよい。要は、ビン１０を載置しながら水平方向に移動させ、コンベア又はターレットから伝達される振動音を減衰させる手段を用いることが好ましい。
【００７３】
搬送板２６は、ビン１０の栓１２の中心が電磁コイル１４の中心軸を通過するように移動する。栓１２の上面と電磁コイル１４の底面との距離は、例えば、２〜４ｍｍの間隔を維持するように設定する。好ましくは、３ｍｍの間隔に設定することで、栓１２に対して強い電磁的衝撃を与える。
【００７４】
マイク１６は、電磁石１４の下部位置と同一の位置に下部を露出しているため、マイク１６と栓１２との距離は、例示した２〜４ｍｍの間隔を維持するように設定されている。好ましくは、３ｍｍの間隔に設定することで、栓１２の振動音を確実に捕捉することができる。
【００７５】
ビン検出センサ３８ａ、３８ｂは、ビン１０が電磁石１４の下方に搬送された状態で、栓１２の中心軸と電磁石１４の中心軸が合致するタイミングで計測トリガ信号を出力するように、ビン検出センサ３８ａ、３８ｂの水平位置及び垂直位置が設定されている。
【００７６】
増幅部５６は、ビン１０の移動速度又は移動時間に対応させてマイク１６から受信するアナログ信号の増幅率を設定する。また、増幅部５６は、オートゲインコントロールＡＧＣ回路を設けて、増幅したアナログ信号をフィードバックしマイク１６から受信するアナログ信号の増幅率を自動的に制御することが好ましい。
【００７７】
搬送板２６は、検査装置が少なくとも４０ｍｓの期間に栓１２の振動音をマイク１６から受信する時間を確保するように、移動速度が決定されている。なお、搬送板２６は、前方又は後方のビン１０が接触しない間隔で移動し、搬送板２６に載置するビン１０が周囲の固定物に接触しないように移動する。
【００７８】
解析装置４６は、計測トリガ入力部５２において、容器検出センサ３８から電磁石１４の下方に搬送されたビン１０を検出する計測トリガ信号を受信する。解析装置４６のＣＰＵ４８は、計測トリガ信号の受信に応動し、励磁トリガ出力部５４からコイル励磁電源４４に励磁トリガ信号を送信する。
【００７９】
コイル励磁電源４４は、予め設定された励磁タイミングに合致する励磁電力を１〜１０μｓの時間に亘り電磁石１４に供給する。また、多チャンネル型のコイル励磁電源４４を選択する場合は、励磁電力を１〜１０μｓの時間に亘り電磁石１４及び予備電磁石１４ａに供給する。この予備電磁石１４ａは、ビン１０の上流で待機している検査前のビン１０ａに電磁的衝撃を与える。
【００８０】
栓１２は、電磁的衝撃により電磁石１４側へ引っ張られた後に開放されることで、栓１２の固有の振動周波数を有する振動が発生する。この栓１２の振動が、ビン１０の頭部空間の液体と気体の境界、液体とビン１０の壁の境界、栓１２と接するビン１０の口部に伝播し、ビン１０内部で反射する。
【００８１】
マイク１６は、ビン１０の反射音を、栓１２を通して捕捉する。この反射音は、ビン１０の頭部空間の内圧に対応する固有の振動周波数を有する振動と、栓１２と接するビン１０の口部の固有の振動周波数を有する振動と、ビン１０の壁の固有の振動周波数を有する振動が総合された可聴音（例えば、０〜２００００Ｈｚ）である。
【００８２】
マイク１６は、コンデンサマイクを使用することが好ましい。コンデンサマイクの振動板は、非常に薄く、軽いので、空気の振動に忠実に反応し、低い周波数（５０Ｈｚ）から高い周波数（２００００Ｈｚ）の音まで安定した周波数特性で栓１２の振動音を捕捉することができる。特に、高耐圧入力(例えば、最大入力音圧が１４９ｄＢ)のため、栓１２から３ｍｍの距離にマイク１６を配置し、歪の無い栓１２の振動音を捕捉することができる。
【００８３】
また、マイク１６は、円筒部材２０との間の空間２６に包囲されているため、栓１２から上方へ伝達される振動音の集音効果が高く、電磁石１４の底部位置とマイク１６の底部位置が同一に配置されているので、電磁石１４の反射音の影響を低減することができる。
【００８４】
解析装置４６は、増幅部５６において、マイク１６から６０ｍｓ間の反射音に対応するアナログ信号を受信し、受信したアナログ信号を増幅しフィルタを通してから６０ｍｓ間のデジタル信号へ変換する。このデジタル信号は、バス６６を介してＲＡＭ５０へ書き込まれる。
【００８５】
解析装置４６は、ＣＰＵ４８を用いて音波収集ソフトウエアを実行し、ＲＡＭ５０に書き込まれた６０ｍｓ間のデジタル信号を読み出し、電磁的衝撃から２０ｍｓ間のデジタル信号を破棄し、残りの４０ｍｓ間のデジタル信号を抽出する。
【００８６】
解析装置４６は、栓１２の振動が減衰しビン１０の頭部空間内に形成される定常波が消失した後（電磁的衝撃から２０ｍｓ経過した後）に現れる少なくとも４０ｍｓの間のビン１０の材料の振動音について、ＣＰＵ４８によりフーリエ変換して得られた周波数特性データをＲＡＭ５０に書き込む。
【００８７】
そして、解析装置４６は、ＣＰＵ４８により、ＲＡＭ５０から周波数特性データを読み出し、ビン１０の材料の振動音の周波数特性及び電力強度を演算出力する。
【００８８】
図４は、ＣＰＵ４８を用いて演算出力した容器の周波数解析結果を示す。
【００８９】
図４（ａ）は、２種類の良品ビンの周波数解析結果を示している。図中の実線で示すビンと破線で示すビンは、５２００Ｈｚ〜５５００Ｈｚの周波数領域において、固有のピーク周波数が現れ、６７００Ｈｚ〜７７００Ｈｚの周波数領域において、固有のピーク周波数が現れる。
【００９０】
本実施形態では、良品ビンの周波数特性と相違する周波数特性を有するビン１０を不良ビンとして判定する。図４（ｂ）は、Ｋビン不良の周波数特性を示している。Ｋビン不良は、第３の周波数領域Ｆ３において、波形の強度面積値が限界値の１５００００未満であり、良品ビンの波形の強度面積値と相違する特徴を有しているため、不良ビンとして判定される。
【００９１】
ここで、波形の強度面積値とは、周波数領域の最小周波数から最大周波数の間に現れる波形（メインローブ及びサイドローブ）を積分した面積値に相当する。つまり、ピーク周波数により容器材料の振動を特定する従来技術に対し、本実施形態では、所定の周波数領域に現れる波形の振幅をすべて積分することにより、微小な振動を識別することができる。
【００９２】
また、ＣＰＵ４８は、ビン１０の振動音のデジタル信号にハニング窓関数をかけた演算結果をフーリエ変換することが好ましい。
【００９３】
ビン１０の振動音のデジタル信号にハニング窓関数をかけた結果をフーリエ変換することで、離散的な音響信号の主成分であるメインローブの幅が小さいほど周波数分解能を高くすることができ、サイドローブの値が小さいほど小電力のスペクトルを検出する能力を高くすることができるため、定常波に比して電力強度が低い欠陥部位の振動音を正確に識別することができる。
【００９４】
図４（ｃ）は、内ビン不良の周波数特性を示している。内ビン不良は、第３の周波数領域Ｆ３において、波形の強度面積値が限界値の１５００００未満であり、且つ第４の周波数領域Ｆ４において、波形の強度面積値が限界値の１５００００を超え、良品ビンの波形の強度面積値と相違する特徴を有しているため、不良ビンとして判定される。
【００９５】
図４（ｄ）は、第４の周波数領域Ｆ４において、波形の強度面積値が限界値の１５００００を超え、良品ビンの波形の強度面積値と相違する特徴を有しているため、不良ビンとして判定される。
【００９６】
次に、ＣＰＵ４８は、ＲＡＭ５０に記憶している良否判定データとしての第１〜第６の周波数領域の限界値とビン１０の周波数特性及び電力強度とを比較する。ＣＰＵ４８はビン１０が所定の限界値を越えるか超えないかにより、「１」又は「０」からなる６桁の総合判定結果データを生成し、ビン１０の良否を判定する。この判定処理によりビン１０が不良ビンである場合は、ビンの欠陥部位を総合判定結果データから特定することができる。
【００９７】
但し、本発明は、良否判定データを第１〜第６の周波数領域の限界値に限定するものではなく、例えば、第１〜第６の周波数領域の波形データとビン１０の周波数解析値の波形データとのパターンが一致するか否かを判定することで、ビン１０の良否判定を実行し、容器の欠陥部位を特定することができる。
【００９８】
解析装置４６は、ＣＰＵ４８の判定結果データ及び検査日時データをデータ保存用記憶装置６０に記憶し、状態監視ランプ７０を点灯させる。状態監視ランプ７０は、良品ビンを示す青色発光と不良ビンを示す赤色発光を区別して報知する。
【００９９】
解析装置４６は、ビン１０がＣＰＵ４８により不良ビンと判定された場合、排斥装置７２排斥信号を送信し、ビン１０を図外の容器不良ラインへ搬送させる。
【０１００】
更に、解析装置４６は、ＲＡＭ５０に書き込んだビン１０の振動音データ、又は判定結果データ若しくはビン１０の周波数解析データを、計測値出力部６４を通して外部記憶装置７４へ出力する。
【符号の説明】
【０１０１】
１０…ビン（容器）、１２…栓、１４…電磁石、１４ａ…予備電磁石、１６…マイク、２０…円筒部材、２６…空間、４０…磁性体、４２…コイル巻線、４４…コイル励磁電源、４６…解析装置、４８…ＣＰＵ、５０…メモリ、５２…計測トリガ入力部、５４…励磁トリガ出力部、５６…増幅部、６０…データ保存用記憶装置、６２…不良判定部。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属製の栓で密封された液体容器に対して電磁波を放射する円筒状の電磁石と、該電磁石の中心軸に配置され、前記電磁波の放射によって発生する前記栓の振動音を捕捉するマイクとを備える検査装置であって、
前記マイクの側面と前記電磁石の内面との間に音を通過させる空間を設け、前記容器の栓に対向する前記電磁石と前記マイクの各端面の位置を一致させて配置したことを特徴とする検査装置。
【請求項２】
請求項１記載の検査装置において、前記電磁石に励磁電力を供給する励磁電源と、前記電磁石の下方に位置した前記容器を検出する容器検出センサと、検査対象の容器の良否を判定するための良否判定データを格納した記憶装置と、前記容器検出センサからの検出信号に応じて、前記励磁電源から前記電磁石へ電力を供給させ、前記電磁波による前記栓の振動によって励起される前記容器の材料の振動音を前記マイクを通して受信する解析装置とを備え、
前記解析装置は、前記電磁石の電磁的衝撃から栓の振動の減衰時間が経過して前記容器の内部空間内に形成された定常波の消失後に現れる容器材料の振動音の周波数特性及び電力強度に基づいて、複数の周波数領域における前記容器材料の振動音の電力強度面積値を算出し、該電力強度面積値と前記記憶装置に格納された良否判定データとを対比することにより、前記容器の良否を判定することを特徴とする検査装置。
【請求項３】
前記記憶装置は、複数種類の不良品容器の電力強度面積値を前記良否判定データとして記憶し、前記解析装置は、前記容器の電力強度面積値と前記不良品容器の電力強度面積値とを対比し、両者が一致する場合に前記容器の欠陥部位を判別することを特徴とする請求項２に記載の検査装置。
【請求項４】
前記解析装置は、前記容器の振動音の音響信号にハニング窓関数をかけた演算結果をフーリエ変換することを特徴とする請求項２又は３に記載の検査装置。
【請求項１】
金属製の栓で密封された液体容器に対して電磁波を放射する円筒状の電磁石と、該電磁石の中心軸に配置され、前記電磁波の放射によって発生する前記栓の振動音を捕捉するマイクとを備える検査装置であって、
前記マイクの側面と前記電磁石の内面との間に音を通過させる空間を設け、前記容器の栓に対向する前記電磁石と前記マイクの各端面の位置を一致させて配置したことを特徴とする検査装置。
【請求項２】
請求項１記載の検査装置において、前記電磁石に励磁電力を供給する励磁電源と、前記電磁石の下方に位置した前記容器を検出する容器検出センサと、検査対象の容器の良否を判定するための良否判定データを格納した記憶装置と、前記容器検出センサからの検出信号に応じて、前記励磁電源から前記電磁石へ電力を供給させ、前記電磁波による前記栓の振動によって励起される前記容器の材料の振動音を前記マイクを通して受信する解析装置とを備え、
前記解析装置は、前記電磁石の電磁的衝撃から栓の振動の減衰時間が経過して前記容器の内部空間内に形成された定常波の消失後に現れる容器材料の振動音の周波数特性及び電力強度に基づいて、複数の周波数領域における前記容器材料の振動音の電力強度面積値を算出し、該電力強度面積値と前記記憶装置に格納された良否判定データとを対比することにより、前記容器の良否を判定することを特徴とする検査装置。
【請求項３】
前記記憶装置は、複数種類の不良品容器の電力強度面積値を前記良否判定データとして記憶し、前記解析装置は、前記容器の電力強度面積値と前記不良品容器の電力強度面積値とを対比し、両者が一致する場合に前記容器の欠陥部位を判別することを特徴とする請求項２に記載の検査装置。
【請求項４】
前記解析装置は、前記容器の振動音の音響信号にハニング窓関数をかけた演算結果をフーリエ変換することを特徴とする請求項２又は３に記載の検査装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２０１２−８８０８８（Ｐ２０１２−８８０８８Ａ）
【公開日】平成２４年５月１０日（２０１２．５．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２３３０５４（Ｐ２０１０−２３３０５４）
【出願日】平成２２年１０月１５日（２０１０．１０．１５）
【出願人】（５０５２５２９５３）ディ・アイ・エンジニアリング株式会社 (4)
【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５月１０日（２０１２．５．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１０月１５日（２０１０．１０．１５）
【出願人】（５０５２５２９５３）ディ・アイ・エンジニアリング株式会社 (4)
【出願人】（３０７０２７５７７）麒麟麦酒株式会社 (350)
【Ｆターム（参考）】
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