(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
開口部を有する透明体ボトルの底外面に向けて第１の周波数の拡散光を照射可能な第１光源部と、
前記透明体ボトルの底外面に向けて第２の周波数の平行光を照射可能な第２光源部と、
前記透明体ボトルの開口部に隣接し、前記第１光源部及び第２光源部から照射された光を判別して、前記開口部を通して前記底内面を撮像するエリアカメラと、
前記エリアカメラにより撮像された前記第１光源部からの光による第１画像及び第２光源部からの光による第２画像に基づいて、前記第２画像を用いて予め格納された標準画像に一致するように第１画像及び第２画像の回転角度補正を行い、前記第１画像と前記標準画像とを比較することにより、前記透明体ボトルの底面の欠陥の有無を判定する欠陥判定部と、を備えることを特徴とする、透明体ボトルの外観検査装置。
【請求項２】
前記第１光源部と第２光源部は、透明発光パネルで構成され、互いに同軸に設けられていることを特徴とする、請求項１に記載の透明体ボトルの外観検査装置。
【請求項３】
前記第２光源部は、発光パネルの発光面に設けられた平行光フィルタを有し、前記第１光源部の下方に設けられることを特徴とする、請求項２に記載の透明体ボトルの外観検査装置。
【請求項４】
開口部を有する透明体ボトルの底外面に向けて第１の周波数の拡散光及び第２の周波数の平行光を照射し、
前記透明体ボトルの開口部に隣接して配置され前記開口部を通して前記底内面を撮像するエリアカメラで、前記第１光源部及び第２光源部から照射された光を判別して、前記第１光源部からの光による第１画像及び第２光源部からの光による第２画像を撮像し、
前記第２画像を用いて予め格納された標準画像に一致するように第１画像及び第２画像の回転角度補正を行い、前記第１画像と前記標準画像とを比較することにより、前記底面の欠陥の有無を判定することを特徴とする、透明体ボトルの外観検査方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ペットボトルなどの透明ボトルの底面部の欠陥を検査するための外観検査装置及び外観検査方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、検査対象物に存在する欠陥の有無を検査するために、検査対象物の特定領域を撮像し、この撮像画増に基づいてキズなどの有無を画像処理により判断する手法が行われている。この検査手法は、多種にわたる物品に用いられており、ペットボトルの外観検査にもこの方法が用いられている。
【０００３】
例えば、特許文献１(特開２００３−２０２２９５号公報)では、ペットボトルの底部に対向して配置されたリング状の光源と、ペットボトルの底部と前記リング状の光源との間に配置され、中心部に開口を有した拡散板と、ペットボトルの底部から最も離間して配置され、前記リング状光源を前記拡散板とにより挟むようにして配置された拡散反射板とを備えた検査装置が開示されている。
【０００４】
この装置では、リング状の光源から放射された光は、前記拡散板を透過してペットボトルの底部に入射する第１光路と、拡散板の開口を通過してペットボトルの底部に直接入射する第２光路と、拡散板で反射された後に更に拡散反射板で反射され拡散板の開口を通過してペットボトルの底部に入射する第３光路とをとる。そして、直接照明光と透過照明光とを組み合わせて撮影することで凹凸部に照射が可能となり、この凹凸部の陰が消えて他の部分と同程度の明るさの画像とすることができる。このため、凹凸部に汚れや異物があれば、この部分は暗い画像となり、これらの汚れや異物を検出することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００３−２０２２９５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、特許文献１に開示された検査装置は、多方向から光を照射することによりペットボトルの底面の凹凸の陰を消すことにより、欠陥を視認しやすくすることを目的とするものであるが、底面の凹凸の陰が消えることにより、ボトルの中心の位置合わせが困難になるという問題がある。すなわち、ペットボトルは、中心から放射状に凹凸が設けられており、中心軸に対する回転角度の位置あわせが必要である。ペットボトルの底面の凹凸の陰を消すことにより底部の輪郭が消え、このために位置合わせが困難となるという問題があった。
【０００７】
位置合わせが高精度に行われていない場合は検査エリアの特定ができず、その結果高精度の欠陥判定ができなくなり、また、ボトル底部に存在するゲート跡の検査ができないという問題があった。
【０００８】
さらに、特許文献１の装置は、環状光源を用いているため、光源の中心に対してボトルの中心を合わせることによって、ボトルの中心からみた各放射方向の陰を同じ様に消すことができるが、ボトル中心と光源中心とが一致しない場合、底部の陰影にその位置に応じた濃淡が生じる。このため、特許文献１の装置は、断面円形のボトルのみの検査しかできないという問題があった。
【０００９】
したがって、本発明が解決しようとする技術的課題は、多様な種類のボトルに適用可能であり、ボトル底面に存在する欠陥の有無を高精度に判定することができる、透明体ボトルの外観検査装置及び外観検査方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、上記技術的課題を解決するために、以下の構成の透明体ボトルの外観検査装置及び外観検査方法を提供する。
【００１１】
本発明の第１態様によれば、
開口部を有する透明体ボトルの底外面に向けて第１の周波数の拡散光を照射可能な第１光源部と、
前記透明体ボトルの底外面に向けて第２の周波数の平行光を照射可能な第２光源部と、
前記透明体ボトルの開口部に隣接し、前記第１光源部及び第２光源部から照射された光を判別して、前記開口部を通して前記底内面を撮像するエリアカメラと、
前記エリアカメラにより撮像された前記第１光源部からの光による第１画像及び第２光源部からの光による第２画像に基づいて、前記第２画像を用いて予め格納された標準画像に一致するように第１画像及び第２画像の回転角度補正を行い、前記第１画像と前記標準画像とを比較することにより、前記透明体ボトルの底面の欠陥の有無を判定する欠陥判定部と、を備えることを特徴とする、透明体ボトルの外観検査装置を提供する。
【００１２】
本発明の第２態様によれば、前記第１光源部と第２光源部は、透明発光パネルで構成され、互いに同軸に設けられていることを特徴とする、第１態様の透明体ボトルの外観検査装置を提供する。
【００１３】
本発明の第３態様によれば、前記第２光源部は、発光パネルの発光面に設けられた平行光フィルタを有し、前記第１光源部の下方に設けられることを特徴とする、第２態様の透明体ボトルの外観検査装置を提供する。
【００１５】
本発明の第４態様によれば、
開口部を有する透明体ボトルの底外面に向けて第１の周波数の拡散光及び第２の周波数の平行光を照射し、
前記透明体ボトルの開口部に隣接して配置され前記開口部を通して前記底内面を撮像するエリアカメラで、前記第１光源部及び第２光源部から照射された光を判別して、前記第１光源部からの光による第１画像及び第２光源部からの光による第２画像を撮像し、
前記第２画像を用いて予め格納された標準画像に一致するように第１画像及び第２画像の回転角度補正を行い、前記第１画像と前記標準画像とを比較することにより、前記底面の欠陥の有無を判定することを特徴とする、透明体ボトルの外観検査方法を提供する。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、透明体ボトルの底部に、拡散光及び平行光の２つの光が照射されるため、ボトル底部の凹凸の陰の写り込みが異なる２つの画像を得ることができる。すなわち、拡散光である第１光源部によって撮影された第１画像は、底部の凹凸に多方面からの光が照射されるため、凹凸の陰が薄くなった画像とすることができる。一方、平行光である第２光源部によって撮影された第２画像は、底部の凹凸に対して一方向からの光が照射されるため、凹凸の陰及び底部の輪郭が鮮明に写り込んだ画像とすることができる。したがって、これらの特徴ある２つの画像を用いることにより、透明体ボトルの底面の欠陥検査を高精度に行うことができる。
【００１７】
また、光源に環状光源を用いないため、底面形状が円形以外の透明体ボトルについても鮮明に撮影を行うことができ、多様な種類のボトルに適用することができる。
【００１８】
上記構成において、第１及び第２光源部を透明発光パネルで構成することにより、２つの光源部を重ねて配置することで、光軸を同じにすることができ、装置構成を小型にすることができると共に、２つの光源部による撮影条件を同じにすることができる。
【００１９】
第２光源部から発光される光を平行光にするために、平行光フィルタを用いることが好ましい。平行光フィルタは、例えば、中空のハニカム構造を有したフィルタであり、面光源の発光面から拡散光として発光された光のうち、発光面に直交する方向の光のみを通過させることによって平行光に変換するものが例示できる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本実施形態にかかる外観検査装置の被検査物であるペットボトルの概略構成を示す模式図である。
【図２】図１のペットボトルの底部の構成を示す部分拡大斜視図である。
【図３】本発明の第１実施形態にかかる透明体ボトルの外観検査装置の構成を示す模式図である。
【図４】図３の外観検査装置の第１照明装置から照射された光路を示す図である。
【図５】第１照明装置を用いた第１画像の例を示す図である。
【図６】図３の外観検査装置の第２照明装置４から照射された光路を示す図である。
【図７】第２照明装置を用いた第２画像の例を示す図である。
【図８】外観検査装置の画像解析部の機能ブロック図である。
【図９】画像解析部が行う欠陥判定処理のフローチャートである。
【図１０】中心特定部が行う中心特定処理の説明図である。
【図１１】回転角度調整部が行う角度調整処理の説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
本発明の実施形態にかかる透明体ボトルの外観検査装置について図面を参照しながら説明する。
【００２２】
本実施形態にかかる透明体ボトルの外観検査装置１は、透明体ボトルの一例としてのペットボトル１００の底面の天面にキズ、汚れなどが存在するかどうかをカメラ２によって撮像された画像を用いて良否判定を行うものである。本実施形態の外観検査装置１において検査可能な透明体ボトルは、底面が透明に構成されたものであり、他の部分が不透明に構成されているものであってもよい。例えば、開口部付近が白色不透明のペットボトルなども検査可能である。
【００２３】
図１は、本実施形態にかかる外観検査装置の被検査物であるペットボトルの概略構成を示す模式図、図２は、図１のペットボトルの底部の構成を示す部分拡大斜視図である。図１に示すように、ペットボトル１００は胴部１０１と底部１０２と開口部１０３とを有している。開口部１０３の下部には、サポートリング部１０４が設けられている。サポートリング部１０４は、ペットボトルの成形などにおいてその位置基準となる基準面であり、サポートリング１０４から開口部１０３の天面１０３ａまでの距離Ｈは既知である。
【００２４】
ペットボトルの底部１０２には、図２に示すようにペットボトル成型時におけるプラスチック注入口の跡であるゲート跡１０５と、ペットボトルの底部の強度を補強するための半径方向に放射状に延びるリブ状の凹凸部１０６が設けられている。
【００２５】
なお、本実施形態の外観検査装置により検査可能なペットボトルは、胴部１０１が円形のものに限らず、矩形や楕円形のものであってもよい。ただし、開口部１０３を通して検査部位である底部１０２の撮像が可能な形状であることが必要である。ペットボトル１００の輪郭については、後述するように本発明の標準データの一例としての良品データが作成されており、当該良品データは外観検査装置に格納されている。
【００２６】
図３は、本発明の実施形態にかかる外観検査装置の構成を示す模式図である。本実施形態にかかる外見検査装置１では、ペットボトル１００の下方に本発明の第１光源部及び第２光源部の一例としての２つの照明装置３，４が設けられている。照明装置３，４は、ペットボトル１００の下方からペットボトル１００の底部１０２を照明する
【００２７】
また外見検査装置１には、それぞれ第１照明装置３，第２照明装置４から照射された光を用いて検査対象であるペットボトル１００を撮像するカメラ２が設けられている。カメラ２はペットボトル１００の開口部１０３側からペットボトル１００の底部１０２を透過した透過光を撮影する。
【００２８】
カメラ２及び各照明装置３，４には、それぞれの装置を駆動制御するための制御部５が接続されており、また、カメラ２によって撮像された画像に基づいて、欠陥の有無を判別する画像解析部６が設けられている。駆動装置５及び画像解析部６は、例えば、汎用のコンピュータを使用可能であり、本実施形態では、これらの機能を発揮するドライバプログラム及び画像解析プログラムがインストールされたコンピュータが用いられている。
【００２９】
本実施形態にかかる外見検査装置１では、ペットボトル１００の搬送、位置決めに当該サポートリング部１０４を支持するクランプ７を用いる。クランプ７は、左右に開閉可能に構成されており、対向面にサポートリング部１０４を収容する溝が設けられている。開いた状態のクランプ７を透明体ボトル１００の側方からサポートリング部１０４近傍に配置し、その後、クランプ７を閉じることによって、クランプ７に対する透明体ボトル１００の上下左右方向の位置を一定に保持することができる。また、サポートリング部１０４は肉厚が厚く強度があるため、クランプ７での固定時にしっかり固定することができ、また、ボトルの位置基準として用いられているため、カメラ２から口天面までの距離を一定にすることができる。
【００３０】
カメラ２は、検査対象である透明体ボトル１００の上部に設けられたエリアカメラであり、その光軸が透明体ボトル１００の開口１０４面に対して直交するように配置されている。カメラ２には、それぞれのピクセルに例えばＲＧＢフィルタなどのフィルタが設けられたカラーＣＣＤが搭載されている。カメラ２は、特定の周波数の光を透過するフィルタが設けられているピクセルのみをアクティブとすることにより、当該特定の光により照射された透明体ボトル１００の画像を撮像することができる。
【００３１】
第１照明装置３は、ペットボトル１００の下部に設けられカメラの光軸と同軸に設けられており、特定の周波数の光を発光する面光源である。発光面の寸法は、ペットボトル１００の底面よりも大きく構成されている。本実施形態では、第１照明装置３は、おおむね４５０〜４９０ｎｍの青色光を発光する面光源であり、透明発光パネルが用いられている。第１照明装置３は、発光面全体から拡散光を発光する。
【００３２】
第２照明装置４は、第１照明装置３の下に積層した状態に設けられ第１照明装置３の光軸と同軸に特定の周波数の光を発光する面光源である。本実施形態では、第２照明装置４は、おおむね６２０〜７５０ｎｍの赤色光を発光する面光源が用いられる。
【００３３】
第２照明装置４の発光面には、平行光フィルタ８が設けられている。平行光フィルタ８は、例えば、中空のハニカム構造体を内包させたシート状のフィルタであり、ハニカム構造体の中空方向に沿った方向に射出された光のみが透過することができるため、第２照明装置４からの光を平行光とすることができる。この構成を取ることにより、コンパクトな構成で平行光を得ることができる。
【００３４】
各照明装置３，４から照射されるそれぞれ異なる周波数を有する光は、カメラ２によって判別され、これらの光で照射された透明体ボトル１００の画像がそれぞれ撮像される。すなわち、カメラ２は、それぞれの照明装置３，４により照射された２種類の透明体ボトル１００の画像（第１画像、第２画像）を出力することができる。
【００３５】
第１画像及び第２画像は、１つのカメラで撮像された画像であるため、撮影位置、画角、焦点距離などを等しくする画像であり、画像中の各画素はそれぞれ被写体である透明体ボトル１００の同じ位置を撮像している。このため、後述する画像解析において、両画像の比較を行なう場合には、各画素の座標に基づいて処理を行うことで容易に両画像間の対応を取ることができる。
【００３６】
図４に、本実施形態にかかる外観検査装置の第１照明装置から照射された光路を示す。図４に示すように、第１照明装置３は、ある任意の発光面３ａからは、あらゆる方向に対して同じ照度を有する拡散光を照射する発光装置である。すなわち、当該第１照明装置３によって照射されたペットボトル１００底面１０２の任意の点１０２ａには、あらゆる方向の光路（Ｌ１〜Ｌ４）を通って光が照射され、底面１０２を通過して開口部１０３に近接して設けられているカメラに入射する。このため、第１照明装置３によって照射された底面には、凹凸部１０６の陰影１０６ａが薄く撮像される。
【００３７】
図５に第１照明装置を用いた第１画像の例を示す。図５の（ａ）、（ｂ）はそれぞれ、別のサンプルとしてのペットボトルを用いた第１画像を示すものである。図５に示すように、底部１０２の陰影が薄く撮像されている。一方で、凹凸部の陰影が明確ではないため、その凹凸部の境界や輪郭もはっきりせず、濃淡の差が顕著に表れていない。
【００３８】
図６に本実施形態にかかる外観検査装置の第２照明装置４から照射された光路を示す。図６に示すように、第２発光装置４の発光面には、透明光フィルタ８が設けられており、フィルタ８の任意の発光点４ａからは、発光面に直交する方向に平行光が発光され、第１照明装置３を透過してペットボトル１００に照射される。すなわち、当該第２照明装置４によって照射されたペットボトル１００底面１０２の任意の点１０２ａには、光路Ｌ１１に示すように発光面に対して直角な方向の光のみが照射され、底面１０２を通過して開口部１０３に近接して設けられているカメラに入射する。このため、第１照明装置３によって照射された底面には、凹凸部１０６の陰影がはっきりと撮像される。
【００３９】
図７に第２照明装置を用いた第２画像の例を示す。図７の（ａ）、（ｂ）はそれぞれ、別のサンプルとしてのペットボトルを用いた第１画像を示すものである。図７に示すように、底部１０２の陰影がはっきりと撮像されており、凹凸部の陰影の濃淡の差が顕著に表れている。
【００４０】
また、図５及び図７に示す画像は、予めナイフなどを用いて底部１０２に切れ込みキズ５１、５２をそれぞれ設けたペットボトルを撮像したものである。図５及び図7を比較すると明らかなように、第２画像では、凹凸部の陰影とキズ５１，５２の濃淡差が顕著ではなく、後述する画像解析部によるキズと凹凸の陰影との差別化が困難な場合がある。一方、図５に示す第１画像では、凹凸の陰影に較べてキズが明確に撮像されており、両者の差別化が比較的容易であり、画像解析において判定の精度を高くすることができる。
【００４１】
なお、上記のようにクランプ７により透明体ボトル１００のサポートリング部１０４を保持することにより透明体ボトル１００の開口部１０１のみがクランプ７の上方に位置することとなる。これにより、図２に示すようにクランプ７は、開口部１０１の外周領域を遮光することで、透明体ボトル１００の外側に第２照明装置４の光が写り込むのを防止することができる。クランプ７によって、開口部１０１の外周領域を遮光することで、天面部１０２、面取り部１０３のコントラストを大きくすることができ、後述する画像解析部６による欠陥の判別を高精度とすることができる。
【００４２】
次に、画像解析部による画像解析について説明する。図８は、外観検査装置の画像解析部の機能ブロック図である。図９は、画像解析部が行う欠陥判定処理のフローチャートである。
【００４３】
本発明の欠陥判定部の一例としての画像解析部６は、中心特定部１０、角度調整部１１、検査領域特定部１２、輝度値判定部１３とを備え、さらに、良品の撮像データである標準データ１４を備えている。画像解析部６は、カメラ２により撮像された２種類の第１画像及び第２画像を用いて両画像中の検査エリアの特定を行い、検査エリア内の輝度値の変化量に基づいて欠陥の有無を判定する。
【００４４】
画像解析部６は、図９に示すフローチャートに示した処理手順により画像解析処理を行なう。画像解析部６の中心特定部１０は、まず、底部１０２の中心を算出する（＃１）。中心特定部１０は、予め記憶されている標準データ１４に基づいて仮想輪郭線２０を作成する。仮想輪郭線２０は、図１０に示すように、標準データ１４の底部１０２の輪郭と相似形に構成される。図１０では、仮想輪郭線２０は、底部１０２の輪郭より小さいものが用いられる。なお、仮想輪郭線２０は、ペットボトル１００の底部の輪郭であるから、円形に限定されるものではなく、四角形又は楕円形などの形状であってもよい。
【００４５】
次いで、中心特定部１０は、図１０に示すように、第２画像を用いて底部１０２に対応する底部領域１０２ａの外側境界を示す外側輪郭円２１を、各画素の輝度値を参照して特定する。さらに、仮想輪郭線２０の中心から放射状に伸びる複数の仮想線２２を作成し、仮想輪郭線２０と外側輪郭円２１とで区切られる各仮想線２２の長さができるだけ均一になるように、第２画像を移動させ、第２画像の被写体中心位置を特定する。
【００４６】
第２画像の被写体中心位置を特定したあと、角度調整部１１は、標準データの検査除外エリアに凹凸部の陰影１０６ａの陰影が含まれるように、被写体中心位置を中心として第２画像を回転補正させる（＃２）。検査除外エリア２３は、予め標準データに基づいて定められており、凹凸部１０６の陰影部分の周辺領域が設定されている。角度調整部１１は、中心特定部１０によって特定された被写体中心位置を中心として第２画像を回転させ、当該検査除外エリア２３に存在する画素の輝度値が最も小さくなるような回転角度に第２画像及び第１画像を画像変換する。
【００４７】
検査領域特定部１２は、外側輪郭円２１で囲まれた領域のうち、検査除外エリア２３を除く領域を検査エリアとして特定する（＃３）。
【００４８】
輝度値判定部１３は、検査領域特定部１２により特定された検査領域について、第１画像を用いて、画素の輝度値を比較する（＃４）。その上で、輝度の変化量について、所定の閾値を超えて高い値を示す部分を欠陥として判定する。
【００４９】
本実施形態によれば、２つの照明装置を用い、異なる光路を通ってカメラに到達した光を識別して撮影することにより、各光路の光に特有の画像を撮像することができる。撮像された画像は、陰影の撮影状態が異なるため、透明体ボトル１００の底部１０２の欠陥判定において、２つの画像を使い分けることにより高精度に欠陥判定を行うことができる。
【００５０】
すなわち、第１照明装置による第１画像は凹凸の陰影が薄く撮像される一方、輪郭なども不鮮明となった画像である。一方で、第２画像は、凹凸の陰影がはっきりと撮像され、欠陥の判定に用いる輝度値の比較においては誤差が大きい一方、輪郭が鮮明であり、画像の検査領域の特定などには好適な画像である。本実施形態によれば、これらの２種類の画像を用いることにより、検査領域の特定及び欠陥の判定のいずれにおいても高精度な処理を行うことができる。
【００５１】
また、２種類の画像を１つのカメラで同時に撮像することができるため、検査時間を短くすることができる。
【００５２】
なお、本発明は前記各実施形態に限定されるものではなく、その他種々の態様で実施できる。例えば、第２照明装置４において、平行光を得るための構成は上記実施形態に限定されるものではない。一例としては、第２照明装置として点光源を用い、凸レンズを点光源から当該レンズの焦点距離だけ離れた位置に配置させることで平行光を得ることができる。
【００５３】
また、上記実施形態では、カラーＣＣＤを搭載したカメラを用い、カメラのドライバにより各波長の光を識別するように構成しているが、例えば、モノクロＣＣＤを用いたカメラを用い、カメラの光軸上に透過波長を切り替え可能に構成されたカラーフィルタ装置を配置してもよい。この場合、同時に複数の画像の撮像は不可能であるが、ＣＣＤのすべてのピクセルを用いて撮像可能であるため、比較的高精細の画像を得ることができる。
【産業上の利用可能性】
【００５４】
本発明は、ペットボトルの製造業、ペットボトルを用いた飲料の製造業等において、ペットボトルの品質管理に用いることができる。
【符号の説明】
【００５５】
１    外観検査装置
２    カメラ
３    第１照明装置
４    第２照明装置
５    制御部
６    画像解析部
７    クランプ
８    平行光フィルタ
１０    中心特定部
１１    角度調整部
１２    検査領域特定部
１３    輝度値判定部
２０    仮想輪郭線
２１    外側輪郭円
２３    仮想線
２４    検査除外エリア
１００    ペットボトル
１０１    胴部
１０２    開口部
１０３    面取り部
１０４    サポートリング部
１０５    ゲート跡
１０６    凹凸部
【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６】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図５】
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【図７】
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