(57)【要約】      （修正有）【課題】回転式の飲料充填機において、高い精度で液面レベルを検出できる液面レベル検出装置を提供すること。【解決手段】液面レベル検出装置は、旋回台の周縁に沿う円弧状の搬送経路を搬送される複数の容器１００に充填される製品液の液面の高さである液面レベルｈ１を特定する。液面レベル検出装置は、容器１００の外部から液面Ｓを含む容器１００の画像を撮影する撮影部と、撮影した画像から液面レベルｈ１を特定する制御部と、を備える。制御部は、撮影された液面Ｓの水平方向Ｈに対する傾斜に基づいて液面Ｓを補正して、液面レベルｈ１を特定する。【選択図】図７
2018146387.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
円弧状の搬送経路を搬送される複数の容器に充填される製品液の液面の高さである液面レベルを検出する装置であって、
前記容器の外部から前記液面を含む前記容器の画像を撮影する撮影部と、
前記画像から前記液面レベルを特定する制御部と、を備え、
前記制御部は、
撮影された前記液面の水平方向に対する傾斜に基づいて前記液面を補正して、前記液面レベルを特定する、
ことを特徴とする液面レベル検出装置。
【請求項２】
前記カメラは、
前記搬送経路の外側から、前記容器の前記外側を向く正面を撮影する、
請求項１に記載の液面レベル検出装置。
【請求項３】
前記制御部は、
前記容器を前記正面から撮影した前記画像に含まれる前記液面の手前側の稜線及び奥側の稜線の一方又は双方に基づいて、前記液面レベルを特定する、
請求項２に記載の液面レベル検出装置。
【請求項４】
前記制御部は、
前記容器の回転速度と前記容器の前記搬送経路における回転直径とに基づいて求められる前記液面の傾斜角度と、
前記容器を前記正面から撮影した前記画像に含まれる前記液面の手前側の稜線及び奥側の稜線の一方又は双方と、に基づいて、前記液面レベルを特定する、
請求項２に記載の液面レベル検出装置。
【請求項５】
前記カメラは、
前記液面と前記カメラの光軸が合うように、前記容器との相対的な位置が調整される、
請求項２〜請求項４のいずれか一項に記載の液面レベル検出装置。
【請求項６】
前記カメラは、
鉛直方向に沿って正立する前記容器に対して傾斜することで、前記液面と前記光軸が合う、
請求項５に記載の液面レベル検出装置。
【請求項７】
前記容器の回転速度に基づいて、前記容器に対する前記カメラの傾斜角度を調整する、
請求項６に記載の液面レベル検出装置。
【請求項８】
円弧状の搬送経路を搬送される複数の容器に充填される製品液の液面の高さである液面レベルを検出する方法であって、
前記容器の外部から前記液面を含む前記容器の画像を撮影する撮影ステップと、
前記画像から前記液面レベルを特定するレベル特定ステップと、を備え、
前記レベル特定ステップは、
撮影された前記液面の水平方向に対する傾斜に基づいて前記液面を補正して、前記液面レベルを特定する、
ことを特徴とする液面レベル検出方法。
【請求項９】
複数の容器が円弧状の搬送経路を搬送し、複数の前記容器のそれぞれに対応する充填バルブを備える回転体と、
前記容器に充填される製品液の液面レベルを検出する、請求項１〜請求項７のいずれか一項に記載の液面レベル検出装置と、を備える、
ことを特徴とする充填機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、容器に充填される製品液の液面レベルを検出する装置に関し、特に、回転体により搬送される容器について製品液の液面レベルを検出するのに好適な装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
製品液が充填される容器の液面レベルを検出して製品液の充填量を制御することにより、容器に適量の製品液を充填することができる。最終的に充填される製品液の液面レベルは入味線(filing line)と称されることがある。
液面レベルを検出するのに、特許文献１及び特許文献２は、赤外放射エネルギを検出することを提案する。また、例えば特許文献３及び特許文献４は、照明装置とテレビカメラを備える液面レベルの検査装置を提案し、特許文献５は、発光器及び受光器を備える液面レベル検査装置を提案している。
【０００３】
容器に製品液を充填する充填機には、直線状の搬送経路に沿って容器を搬送しながら製品液を充填するタイプと、円弧状の搬送経路に沿って容器を搬送しながら製品液を充填するタイプと、がある。
特許文献３及び特許文献４は、前者の飲料充填機に関するものである。
また、特許文献１及び特許文献２は、後者、つまり回転式の飲料充填機に関するものである。この飲料充填機は、軸線周りに高速で回転される回転体に備えられる複数のグリッパのそれぞれに把持された容器を搬送しながら、同じく回転体に備えられ、容器のそれぞれに対応する充填ノズルから製品液を容器内に充填するので、生産効率が高く、かつ、充填機の占有面積が小さいといった利点がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−２４０６５８号公報
【特許文献２】特開２００６−２４０６５９号公報
【特許文献３】特開２００１−２２１７４６号公報
【特許文献４】特開２００１−２２１７４７号公報
【特許文献５】特開２０１３−７５７１１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
そこで本発明は、回転式の飲料充填機において、高い精度で液面レベルを検出できる液面レベル検出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、円弧状の搬送経路を搬送される複数の容器に充填される製品液の液面の高さである液面レベルを検出する装置であって、容器の外部から液面を含む容器の画像を撮影する撮影部と、画像から液面レベルを特定する制御部と、を備える。
本発明の制御部は、撮影された液面の水平方向に対する傾斜に基づいて液面を補正して、液面レベルを特定する、ことを特徴とする。
【０００７】
本発明におけるカメラは、搬送経路の外側から、容器の外側を向く正面を撮影すること、が好ましい。
制御部は、容器を正面から撮影した画像に含まれる液面の手前側の稜線及び奥側の稜線の一方又は双方に基づいて、液面レベルを特定する、ことができる。
また、制御部は、容器の回転速度と容器の搬送経路における回転直径とに基づいて求められる液面の傾斜角度と、容器を正面から撮影した画像に含まれる液面の手前側の稜線及び奥側の稜線の一方又は双方と、に基づいて、液面レベルを特定する、こともできる。
【０００８】
本発明におけるカメラは、液面とカメラの光軸が合うように、容器との相対的な位置が調整される、ことが好ましい。
液面とカメラの光軸を合わせるには、カメラを鉛直方向に沿って正立する容器に対して傾斜させればよい。本発明は、容器の回転速度に基づいて、容器に対するカメラの傾斜角度を調整することが好ましい。
【０００９】
本発明は円弧状の搬送経路を搬送される複数の容器に充填される製品液の液面の高さである液面レベルを検出する方法を提供する。
この液面レベル検出方法は、容器の外部から液面を含む容器の画像を撮影する撮影ステップと、画像から液面レベルを特定するレベル特定ステップと、を備え、レベル特定ステップは、撮影された液面の水平方向に対する傾斜に基づいて液面を補正して、液面レベルを特定する、ことを特徴とする。
【００１０】
本発明は、複数の容器が円弧状の搬送経路を搬送し、複数の容器のそれぞれに対応する充填バルブを備える回転体と、容器に充填される製品液の液面レベルを検出する、以上で説明した液面レベル検出装置と、を備える、充填機を提供する。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、容器が円弧状の搬送経路を高速で搬送されることで液面が傾斜するのに対応して、撮影された液面を補正して液面レベルを求めるので、高い精度で液面レベルを検出できる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の実施形態に係る回転式の飲料充填機の概略構成を示す平面図である。
【図２】図１の飲料充填機に設けられる撮影部の概略構成を示し、（ａ）は平面図であり、（ｂ）は側面図である。
【図３】図１の飲料充填機に容器が保持されている状態を示す側面図である。
【図４】図１の飲料充填機における製品液の流量の制御パターンを示す線図である。
【図５】図１の飲料充填機における流量の切換え位置を容器に示す図である。
【図６】容器口からの高さと容器の容積との関係を示すグラフである。
【図７】（ａ）は製品液の液面が傾斜する様子を示し、（ｂ）はカメラが傾斜する本実施形態の変形例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、添付図面を参照しながら、本発明の実施形態について説明する。
本実施形態は、液面レベル検出装置３０を備える回転式の飲料充填機１に関し、特に、高い精度で液面レベルを検出できる液面レベル検出装置３０を提案する。
以下、飲料充填機１の構成及び動作を説明し、次いで、飲料充填機１の効果を説明する。
【００１４】
［飲料充填機１の全体構成］
飲料充填機１は、図１に示すように、図示を省略する搬送コンベアにより連続的に搬送される容器１００を回転体としての搬入スターホイール７から受け取る。飲料充填機１には、フィラ本体５の周囲に複数の充填バルブ１０（図３参照）が設けられており、搬入スターホイール７から受け渡される容器１００が容器供給地点ＩＮから容器排出地点ＥＸまでの円弧状の搬送経路Ｒを移動する間に、一連の手順で飲料の充填が行なわれる。飲料充填が完了した容器１００は、搬出スターホイール８に受け渡されてから、キャップの取り付けなどを行う次工程に向けて搬送される。
なお、図１は容器１００を間引いて示している。
【００１５】
飲料充填機１は、図１に示すように、フィラ本体５と、図３に示される充填バルブ１０と、液面レベル検出装置３０と、フィラ本体５、液面レベル検出装置３０などの動作を制御する制御部５０と、を備えている。
フィラ本体５は、駆動源により回転駆動される旋回台６と、旋回台６の外周に設けられ、容器１００を保持する複数の保持具と、を備えている。なお、保持具の図示は省略されている。フィラ本体５は、複数の保持具のそれぞれに対応して充填バルブ１０が設けられる。
【００１６】
フィラ本体５は、搬入スターホイール７から連続的に搬入される容器１００を容器供給地点ＩＮで受け取り、受け取った容器１００を旋回台６により容器排出地点ＥＸまで搬送する。フィラ本体５は、容器１００を容器供給地点ＩＮから容器排出地点ＥＸまで搬送する過程で、それぞれの容器１００に対応して設けられる充填バルブ１０から製品液が充填される。
本実施形態に適用される製品液には制限がなく、炭酸を含むビール、コーラなどの飲料、炭酸を含まないお茶、ミネラルウォータなどの飲料などを用いることができる。また、固形物を含む飲料製品を本実施形態の製品液に用いることもできる。
【００１７】
本実施形態が対象とする容器１００は、内部に充填される製品液の液面レベルを外部から撮影できることが必要であるから、透明であることを前提とする。これに該当する容器１００の材質としては、ガラス及び樹脂が掲げられる。適用される容器１００の形状は任意であり、口の細いボトル（bottle）、口の広いジャー(jar)、取っ手のあるジャグ（jug）などを容器１００とすることができる。
【００１８】
［充填バルブ１０］
飲料充填機１は、図１及び図３に示すように、図示しない駆動モータによって一方向に回転駆動される旋回台６を備えている。旋回台６には、その外周に円周方向に沿って多数の充填バルブ１０が備えられている。各充填バルブ１０は、容器１００を保持した状態で、容器１００の内部の容積部分に製品液を充填する。
【００１９】
充填バルブ１０は、図３に示すように、旋回台６の上方に設けられた液タンク９から、給液路Ｐ１を介して製品液が供給される。各充填バルブ１０は、制御部５０によりその作動が制御され、製品液の供給開始・供給停止及び流量の調整が行われる。なお、給液路Ｐ１は、配管及び継手などによって構成される。後述する通気路Ｐ２も同様である。
【００２０】
液タンク９は、充填バルブ１０を介して容器１００に供給する製品液が蓄えられている液相領域９Ａと気相領域９Ｂを備えている。気相領域９Ｂは、例えばビール飲料を充填する際のカウンタ工程において充填バルブ１０を介して容器１００に供給されるカウンタガス、例えば二酸化炭素（ＣＯ２）ガス、窒素（Ｎ２）ガス、エアなどから選択されるガスを蓄えている。
【００２１】
気相領域９Ｂと充填バルブ１０の間には、通気路Ｐ２が設けられている。
通気路Ｐ２は、例えばカウンタ工程の際に、気相領域９Ｂから容器１００の容積部分に向けて二酸化炭素を供給するとともに、製品液を供給する際には、容器１００から排出される二酸化炭素を気相領域９Ｂに向けて戻すのに用いられる。
【００２２】
ビールのように炭酸を含む飲料を容器１００へ充填する一連のプロセスにおいて、容器１００の内部の空気を除去するとともに、容器１００の内部を二酸化炭素ガスに置換するガッシング（gassing）処理、容器１００の内部を二酸化炭素で加圧された状態にするカウンタ処理を行い、その後にビール（製品液）を充填する。必要な量だけビールを充填した後は、その状態を所定時間だけ維持（ホールド処理）し、さらに、容器１００の内部のヘッドスペースに残存する置換ガスを排出させるスニフト処理が行われる。飲料充填機１及び充填バルブ１０はこれら処理を行うための要素を備えているが、ここでは省略する。
【００２３】
［液面レベル検出装置３０］
液面レベル検出装置３０は、図１に示すように、その主体をなす撮影部３１が、製品液の流量が小流量の範囲に設けられる。なお、制御部５０は液面レベル検出装置３０の一要素であり、液面レベル検出装置３０は撮影部３１と制御部５０から構成される。
【００２４】
次に、撮影部３１の構成について、図２を参照して説明する。
図２に示すように、撮影部３１は、液面レベルを含む容器１００の所定の視野を撮影するカメラ３２と、撮影範囲を照らす照明光を照射する光源３３と、光源３３から照射される照明光Ｌを反射する反射体３５と、を備える。
【００２５】
カメラ３２は、高速で連続的に搬送される複数の容器１００のそれぞれを、一本ずつ、正面から視野ＦＶ１の範囲を撮影する。撮影された画像は、カメラ３２から制御部５０に送られる。カメラ３２は、容器１００が搬送される搬送経路Ｒよりも外側の定点（外側定点）に設けられる。なお、本実施形態は、カメラ３２で静止画を撮影することを前提とするが、動画を撮影することを排除するものではない。
【００２６】
カメラ３２としては、高速度で駆動されるデジタルカメラが適用できる。カメラ３２を構成する撮影素子としては、ＣＣＤ（電荷結合素子：Charge Coupled Device)、ＣＭＯＳ（相補型金属酸化膜半導体：Complementary Metal Oxide Semiconductor）が掲げられる。
高い精度で液面レベルを検出するには、１００万画素以上、好ましくは２００万画素以上の高解像度なカメラ３２が選択されることが好ましい。また、同様に、カメラ３２は、撮影速度が速いことが好ましく、撮影速度が１０００ｆｐｓ（frame per second）以上、さらには３０００ｆｐｓ以上のハイスピードカメラが適用される。
【００２７】
図５に示すように、カメラ３２で撮影される視野ＦＶ１は、容器１００の首部１０３の部分である。製品液が充填される容器１００が撮影部３１のカメラ３２に対応する位置まで搬送されると、製品液は視野ＦＶ１の範囲内に達することが想定されている。
【００２８】
次に、撮影部３１は、図２（ａ），（ｂ）に示すように、搬送経路Ｒよりも外側に置かれ、搬送経路Ｒの内側に向けて照明光Ｌを発する光源３３を備える。
撮影部３１は、カメラ３２を挟んで二台の光源３３，３３を備えており、二台の光源３３，３３のそれぞれが照射する照明光Ｌは、隣接する容器１００，１００の間を通って搬送経路Ｒよりも内側の反射体３５に至る。二台の光源３３，３３は好ましい形態であり、本発明は一台の光源３３だけでもよい。
【００２９】
光源３３は、面状光を発する面状光源を用いてもよいし、多数の点状光源を配列する構成にしてもよい。また、光源３３からの照明光Ｌは、連続光でもよいし、パルス状の光でもよい。
光源３３が発する照明光Ｌとしては、白色光、近赤外光（波長がおよそ７００〜２５００ｎｍ）を用いることができる。白色光は、製品液の色によっては透過しにくいため、例えば製品液が黒い場合には、近赤外光を用いるのがよい。近赤外光は、波長が８００〜９００ｎｍであることがより好ましい。
照明光Ｌを発する光源としては、消費電力の少ないＬＥＤ（発光ダイオード：Light Emitting Diode）のほかに、ハロゲンランプ、半導体レーザ、蛍光灯、白熱灯、ＨＩＤランプ（High-Intensity Discharge lamp）を用いることもできる。
【００３０】
また、撮影部３１は、光源３３から照射される照明光Ｌを反射する反射体３５を備える。反射体３５は、搬送経路Ｒよりも内側の定点（内側定点）に置かれており、隣接する容器１００，１００の間を通過してきた照明光Ｌをカメラ３２による撮影対象の容器１００に向けて反射する。つまり、撮影対象となる容器１００には、カメラ３２に対する背面側に反射された照明光Ｌが照射される。反射体３５から反射される照明光Ｌが照射対象の容器１００に集まるようにするために、カメラ３２の両側に設けられる光源３３，３３は、図２（ａ）に示すように、光軸をカメラ３２に対して傾くように設けられる。
【００３１】
反射体３５を構成する材料は任意であるが、容器１００に照明光Ｌが一様に反射されることが高い精度で液面レベルｈ１を検出するのに好ましい。
【００３２】
そのためには、容器１００に対向する面である反射面が白色を呈していることが好ましい。例えば、反射体３５の反射面にＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン：Polytetrafluoroethylene)の膜を被覆する、ＰＴＦＥのシートを貼り付ける、あるいは、反射体３５を板状のＰＴＦＥで構成することができる。また、白色を呈するセラミックス材料、例えばアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）焼結体から反射体３５を構成できる。さらに、反射面を白色にするには、反射面に白色の塗料を塗布することもできる。
【００３３】
反射体３５は、反射面が白色に限るものではなく、金属板、例えばステンレス鋼の表面を鏡面に研磨した反射体３５を用いることもできる。
【００３４】
反射体３５は、本実施形態においては平板状のものを用いたが、特定の形状に限定されず、容器１００に照明光Ｌを集めやすくするために、反射面を内側に向けてへこむ円弧面にすることもできる。
【００３５】
［制御部５０］
制御部５０は、フィラ本体５を構成する旋回台６の回転及び充填バルブ１０の開度を制御する。充填バルブ１０の開度の制御は、本発明における製品液の充填状態の制御に対応し、本実施形態においては、充填バルブ１０を閉じることで充填を停止すること、充填バルブ１０の開度を変えることで製品液の充填流量を切り替える。ここでいう充填流量は、単位時間当たりの流量であり、単位としてはｍＬ／ｓｅｃが該当する。
【００３６】
充填バルブ１０の開度の制御の一つとして、液面レベル検出装置３０で検出された液面レベルの高さに応じて最終入味線高さが制御される。つまり、制御部５０は、図５に示すように、カメラ３２で撮影された液面レベルｈ１を含む画像情報を撮影部３１から受け取り、受け取った画像情報を解析して液面レベルｈ１を求める。制御部５０は、特定した液面レベルｈ１と目標とされる最終入味線高さｈ０を比較することにより、充填バルブ１０を閉じる時間を制御する。制御部５０は、最終入味線高さｈ０に関する情報を保持する。具体的な制御手法は後述する。
ここで、最終入味線高さｈ０は、容器１００に適量の製品液が充填される目標となる液面レベルである。液面レベルは、容器１００の容器口１０１が上を向く正立した状態において、最終入味線高さｈ０からの鉛直方向Ｖの距離で特定される。
【００３７】
制御部５０は、液面レベル検出装置３０を通過する容器１００をカメラ３２により撮影することを指示する。
制御部５０は、旋回台６に保持されながら搬送されるそれぞれの容器１００の位置を認識する。つまり、容器供給地点ＩＮで旋回台６に受け渡された時点で容器１００が容器供給地点ＩＮにいることを認識できる。その後も、制御部５０は、旋回台６の回転に伴って搬送される位置を継続して認識し、容器排出地点ＥＸに達すれば、容器１００が容器排出地点ＥＸにいることを認識できる。
【００３８】
制御部５０は、カメラ３２で撮影した画像を取得し、画像解析することにより、現時点の液面レベルｈ１を求める。この特定は画像の濃淡に基づいて行われるが、注意を要するのは製品液の液面に堆積する泡の存在と、製品液が連続的に充填され続けることである。つまり、撮影した画像の濃淡を検出する際に、撮影した画像の上から濃淡を検出すると、泡及び充填される製品液の影響を受けるおそれがあり、液面レベルを正確に検出できないこともある。例えば、泡の発生しやすい炭酸飲料の場合、制御部５０は泡の上面を液面レベルとして認識するおそれがある。そこで、特に発泡のしやすい炭酸飲料においては、画像の濃淡を検出する際に、撮影した画像の下方から順に濃淡を判別する。
【００３９】
制御部５０は、液面レベルを特定するのに先立ち、容器１００に充填された製品液の液面の傾斜角度θＬを求める。
ここで、飲料充填機１は、容器１００が高速で回転される旋回台６に保持されるので、製品液は搬送経路Ｒの外側に押し付けられ、図７（ａ）の左側の側面図に示すように、製品液の液面Ｓは内側ＩＮよりも外側ＯＵＴの方が高くなるように水平方向Ｈに対して傾斜する。この製品液の液面Ｓは、鉛直方向Ｖに沿って正立する容器１００を正面から撮影するカメラ３２からは、図７（ａ）の右側の正面図に示すように、手前側の稜線Ｆと奥側の稜線Ｂからなる楕円形の液面Ｓとして写る。したがって、このままでは液面レベルｈ１を特定することができない。そこで、制御部５０は、液面の傾斜角度θＬを求め、傾斜角度θＬに基づいて液面レベルｈ１を求める。なお、図７（ａ），（ｂ）において、一点鎖線で示すｈ１は、容器１００が静止していると仮定したときの液面レベルを示している。
【００４０】
傾斜角度θＬは、以下に示す旋回台６の回転速度（ｒｐｍ）、つまり容器１００の回転速度などに基づいて、以下の式（１）により求めることができる。
θＬ：遠心力場での液面Ｓの傾斜角度
ＰＣＤ：容器１００の旋回台６における直径（容器１００を保持する位置の直径）
ｇ：重力加速度
ｒｐｍ：旋回台６の回転速度
ＢＰＭ：旋回台６の運転速度（容器１００の処理本数／分）
Ｎ：充填バルブ１０の立本数
【００４１】
【数１】
2018146387.tif 000003
【００４２】
制御部５０は、傾斜角度θＬを求めたなら、液面Ｓが傾斜していないものとしたときの、液面レベルｈ１を求める。液面レベルｈ１は、以下のようにして算出により求めることができる。
いま、図７（ａ）に示すように、カメラ３２で撮影された円弧状の液面Ｓの最も高い位置をｈａ、液面Ｓの最も低い位置をｈｂとする。また、位置ｈｂにおける容器１００の直径Ｄ１００は既知とする。以上より、液面Ｓが傾斜していないものとしたときの液面レベルｈ１は、位置ｈａを基準にする補正式（２）又は位置ｈｂを基準にする補正式（３）のいずれかの補正手法を適用して求めることができる。
【００４３】
ｈａを基準
ｈ１＝ｈａ−１／２×ｔａｎθＬ×Ｄ１００  …  補正式（２）
ｈｂを基準
ｈ１＝ｈｂ＋１／２×ｔａｎθＬ×Ｄ１００  …  補正式（３）
【００４４】
製品液が透明であれば、カメラ３２は傾斜する液面Ｓの手前側の稜線Ｆと奥側の稜線Ｂの両方を撮影できる。ところが、例えば黒ビールのように製品液が不透明の場合には、奥側の稜線Ｂは製品液に隠れ、カメラ３２で捉えることができない。
したがって、補正式（２）は製品液が透明であっても不透明であっても液面レベルｈ１を求めることができるが、補正式（３）は製品液が透明な場合に限って液面レベルｈ１を求めることができる。
【００４５】
次に、制御部５０は、容器１００の容器口１０１からの距離と容器１００のヘッドスペースの容積とが対応付けられた情報である高さ−容積情報を保持している。高さ−容積情報の一例を図６に示している。容器口１０１からの距離を、本願においては高さという。
【００４６】
本発明者らは、容器口１０１からの高さと、容器口１０１からこの高さまでを占める容積と、の関係を多数の容器１００について調査した。その結果、本発明者らが調査したそれぞれの容器１００の容積にはばらつきがあること、そして、このばらつきは容器１００の径の大きい胴部１０５ほど大きく、径の小さい首部１０３ほど小さいことを知見した。例えば、図６の破線及び一点鎖線がばらつきを示している。したがって、高さ−容積情報を採用するとしても、容積のばらつきが小さい部分の高さ−容積情報を用いることが好ましい。
【００４７】
ここでは一例として首部１０３の容積のばらつきが小さいことを説明したが、容器１００の種類、形状などの仕様によってばらつきの小さい部分及び大きい部分が相違することがあり得る。したがって、充填の対象となる容器１００について個別に高さ−容積情報を特定し、その中でばらつき小さい部分を用いるのが好ましい。
【００４８】
制御部５０は、最終入味線高さｈ０及び液面レベル検出装置３０で検出された液面レベルｈ１を高さ−容積情報に照合することにより、それ以後に充填バルブ１０を閉じるまでの停止時間ｔｓを求める。この停止時間ｔｓは、現時点の製品液の充填流量で停止時間ｔｓだけ充填を続けると、製品液が最終入味線高さｈ０に届くことを前提に求められる。より具体的な停止時間ｔｓの設定について、図５を参照して説明する。
【００４９】
図５において、カメラ３２は、製品液の充填流量が小流量とされている領域に視野ＦＶ１を有し、この視野ＦＶ１において液面レベルｈ１を撮影すると、制御部５０は液面レベルｈ１を現時点の液面レベルｈ１と認識する。この後に製品液が、液面レベルｈ１と最終入味線高さｈ０の間の容積だけ充填されればよい。なお、この小流量の充填流量はＱで一定と仮定する。
【００５０】
制御部５０は、最終入味線高さｈ０及び現時点の液面レベルｈ１を高さ−容積情報に照合することにより、最終入味線高さｈ０に達するまでに充填されるべき製品液の容積Ｖを求める。例えば、最終入味線高さｈ０と現時点の液面レベルｈ１が図６に示す通りとし、それぞれに対応する容器の容積をＶ０，Ｖ１（ｍＬ）とすると、充填されるべき製品液の容積Ｖ（ｍＬ）は、Ｖ１−Ｖ０である。いま、製品液の充填流量はＱ（ｍＬ／ｓｅｃ）であるから、容積Ｖを満たすまでの停止時間ｔｓ（ｓｅｃ）は以下の式（４）により求められる。制御部５０は、求められた停止時間ｔｓに基づいて充填バルブ１０を閉じる。
停止時間ｔｓ＝（Ｖ１−Ｖ０）／Ｑ  …  式（４）
【００５１】
［飲料充填機１の動作］
次に、飲料充填機１の製品液の充填パターンについて、図４及び図５を参照して説明する。この充填パターンは、充填の際に発泡しやすい炭酸飲料を製品液とする場合の一例である。
飲料充填機１は、中流量、大流量及び小流量の順に、容器１００に製品液を充填する。中流量、大流量及び小流量は、充填バルブ１０の開度を調整することにより実行される。なお、ここでいう中流量、大流量及び小流量は相対的な関係にすぎず、具体的な流量を特定するものではない。なお、図４において上段の三本の線図は充填バルブ１０の制御を示しており、下段の一本の線図は充填流量を示している。
【００５２】
充填当初は、発泡が生じやすいことから中流量で充填を行うが、ある程度の製品液が充填されると発泡が抑えられるので、大流量に切り換えられる。制御部５０は、中流量充填を開始してから予め定められている切換時間Ｔ１が経過したならば、充填バルブ１０の開度をそれまでの中流量に対応する開度から大流量に対応する開度に切り換える。
大流量充填を開始してから切換時間Ｔ２が経過したならば、制御部５０は、充填バルブ１０の開度をそれまでの大流量充填に対応する開度から小流量充填に対応する開度に切り換える。
【００５３】
小流量充填に切り換えられてから、容器１００はカメラ３２により撮影できる位置まで搬送される。制御部５０は、容器１００が当該位置まで搬送されることを認識すると、カメラ３２で容器１００を撮影するように指示する。
【００５４】
このカメラ３２による容器１００の撮影時に、一対の光源３３，３３から照射された照明光Ｌは反射体３５の表面で反射され、撮影対象の容器１００の背面に照射される。したがって、カメラ３２により容器１００の内部の液面レベルを正確に検出できる。
【００５５】
撮影された視野ＦＶ１に関する画像情報は、カメラ３２から制御部５０に送られる。画像情報を受け取った制御部５０は、前述した傾斜角度θＬを求めることから始まる手順により、最終入味線高さｈ０及び取得した現時点の液面レベルｈ１を予め所持している高さ−容積情報に照合することにより、停止時間ｔｓを求める。
制御部５０は、停止時間ｔｓが経過したら充填バルブ１０を閉じるように充填バルブ１０を制御する。この制御は、例えば充填バルブ１０の開閉を制御するタイマを用い、停止時間ｔｓが経過したら充填バルブ１０を閉じるようにタイマをセットする。これで、一本の容器１００へ製品液の充填を終了する。
【００５６】
［飲料充填機１の効果］
以上説明したように、飲料充填機１は、容器１００が円弧状の搬送経路Ｒを高速で搬送されることで液面が傾斜するのに対応して、算出により求められた傾斜角度θＬを考慮して液面レベルｈ１を求める。したがって、本実施形態によれば、高い精度で液面レベルｈ１を検出できる。
しかも、飲料充填機１は、光源３３から照射された照明光Ｌは反射体３５の表面で反射され、カメラ３２に対して撮影対象である容器１００の背面側から照射される。したがって、容器１００の内部の液面レベルｈ１をより高い精度で検出できる。
【００５７】
また、液面レベル検出装置３０は、定点に設けられる一台のカメラ３２だけで搬送される複数の容器１００について特定の視野ＦＶ１を連続的に撮影し、それぞれの液面レベルｈ１を検出する。そして、液面レベル検出装置３０は、検出された液面レベルｈ１に基づいてそれぞれの容器１００に対応する充填バルブ１０を閉じるタイミングを制御するので、多数の容器１００のそれぞれに対応するカメラを設けるのに比べて、飲料充填機１の低コスト化に寄与する。
特に、液面レベル検出装置３０は、反射体３５もカメラ３２に対応する内側定点だけに設けられるので、飲料充填機１の低コスト化により一層寄与する。
【００５８】
以上、本発明の好ましい実施形態を説明したが、本発明の主旨を逸脱しない限り、実施形態で挙げた構成を取捨選択したり、他の構成に適宜変更したりすることが可能である。
【００５９】
高速で搬送される容器１００の液面レベルｈ１をより高い精度で検出するために、本発明はカメラ３２の姿勢を変更できる機構を設けることが好ましい。この機構を動作することにより、図７（ｂ）に示すように、容器１００を側面から視認される液面Ｓとカメラ３２の光軸ＬＬが合うように、カメラ３２を傾斜させることが好ましい。こうしてカメラ３２で撮影される液面Ｓは楕円ではなく直線又は直線に近似するので、液面Ｓをより高い精度で検出できる。
【００６０】
直線又は直線に近似で撮影される液面Ｓは場合でも、液面Ｓは傾斜していることに代わりはないので、本実施形態と同様に補正をすることにより、傾斜していない液面レベルｈ１を正確に検出できる。
【００６１】
また、液面Ｓとカメラ３２の光軸ＬＬが合う形態として、図７（ｂ）に示すように、液面Ｓとの平面上に光軸ＬＬが含まれる、液面Ｓとカメラ３２の光軸ＬＬが一致するのが最も好ましい。しかし、本発明は、液面Ｓと光軸ＬＬが微小角度、例えば１０°以下の角度で交差してもよいし、光軸ＬＬの傾斜角度が液面Ｓの傾斜角度θＬと一致するが、微小距離、例えば１０ｍｍ以下の範囲で双方が鉛直方向Ｖにずれていてもよい。
【００６２】
飲料充填機１は、容器１００の容量に応じて旋回台６の回転速度、つまり容器１００の回転速度を変更することがあるが、この回転速度に応じて、換言すれば液面Ｓの傾斜角度θＬに応じて、当該機構がカメラ３２の姿勢を変更できることがより好ましい。
【００６３】
また、容器１００を側面から視認される液面Ｓとカメラ３２の光軸ＬＬを一致させるのにカメラ３２を傾斜させる代わりに、本発明は容器１００を必要な角度だけ傾斜させてもよい。容器１００を傾けることにより、液面Ｓを水平方向Ｈと平行にすることができる。この例の場合には、カメラ３２は光軸ＬＬを水平方向Ｈと平行とされる。本発明は容器１００とカメラ３２の両者を傾けることを許容する。
【００６４】
また、以上の実施形態では、液面Ｓの傾斜角度θＬを求めてから液面レベルｈ１を特定する手順を説明したが、本発明はこれに限定されない。例えば、図７（ａ）において、位置ｈａと位置ｈｂから、下記の式（５）に基づいて液面レベルｈ１を特定できる。ただし、式（５）は、カメラ３２が奥側の稜線Ｂを撮影できることを前提とするので、製品液が透明な場合に有効である。
ｈ１＝ｈａ−１／２×（ｈａ−ｈｂ）  …  式（５）
【００６５】
また、本実施形態では、製品液の充填流量が中流量、大流量及び小流量の三段階に切り替えられる例を示したが、本発明における製品液の充填流量は任意であり、例えば二段階あるいは四段階に切り換えられるのを許容する。
【００６６】
また、本実施形態はカメラ３２が単数の例を示したが、本発明は複数のカメラを設けて複数の液面レベルを検出することを許容する。
【符号の説明】
【００６７】
１      飲料充填機
５      フィラ本体
６      旋回台
７      搬入スターホイール
８      搬出スターホイール
９      液タンク
９Ａ    液相領域
９Ｂ    気相領域
１０    充填バルブ
３０    液面レベル検出装置
３１    撮影部
３２    カメラ
３３    光源
３５    反射体
５０    制御部
１００  容器
１０１  容器口
１０３  首部
１０５  胴部
ＩＮ    容器供給地点
ＥＸ    容器排出地点
ＦＶ１  視野
ｈ１    液面レベル
Ｌ      照明光
ＬＬ    光軸
Ｓ      液面
Ｐ１    給液路
Ｐ２    通気路
Ｒ      搬送経路
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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