(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
支持面上に立てて置かれている容器（２）の垂直性を測定するための方法であって、前記容器（２）は、リング部（８）および底部（３）を有し、前記底部にヒール部（９）を介してつながる縦壁部（４）が前記底部から立ち上がり、前記縦壁部（４）が首部を有し、前記首部の付け根部に肩部が任意に設けられている容器であり、前記方法は、
‐前記容器（２）を該容器の対称軸に近い縦軸（Ｙ）まわりに回転させることと、
‐少なくとも半回転にわたって前記容器の一連の画像を供給するために、前記容器の前記縦軸（Ｙ）に実質的に直交する観測光軸（Ｚ）を有し、前記縦軸（Ｙ）および前記光軸（Ｚ）に直交する横方向（Ｘ）に広がる側方視野を有する少なくとも１つのカメラを前記容器の一方側に配置することと、を含み、
以下の工程をさらに含むことを特徴とする方法。
‐前記容器についての実際高さ（ｈ）を定める工程；
‐前記容器（２）が少なくとも半回転する間、回転角（θ）の増分ごとに、
・前記容器の少なくとも１つの画像を撮影して、前記リング部の左縁部画像（Ｉｂｇ）と、前記リング部の右縁部画像（Ｉｂｄ）と、前記ヒール部、前記肩部、および／または前記首部の前記付け根部の左縁部マトリクス画像（Ｉｍｇ）と、前記ヒール部、前記肩部、および／または前記首部の前記付け根部の右縁部マトリクス画像（Ｉｍｄ）とを取得し、
・以下の解析、すなわち、
＊少なくとも前記リング部の実際位置（Ｃｒ）の前記横方向の座標を決定するための前記リング部の前記左縁部画像および前記右縁部画像の解析、
＊左位置決め点Ｔｇの前記横方向および前記縦軸（Ｙ）に平行な縦方向の座標（ＸＴｇ，ＹＴｇ）を決定するための前記左縁部マトリクス画像の解析、および
＊右位置決め点Ｔｄの前記横方向および前記縦方向の座標（ＸＴｄ，ＹＴｄ）を決定するための前記右縁部マトリクス画像の解析、を行い、
・前記左位置決め点（Ｔｇ）および前記右位置決め点（Ｔｄ）を通る直線分（Ｔ）に対する垂線（Ｐ）上において、前記直線分（Ｔ）からの前記容器の前記実際高さ（ｈ）の位置で、少なくとも前記リング部の理論位置（Ｃｔ）の前記横方向の座標を定める工程；および
‐前記容器の少なくとも半回転にわたって求めた前記リング部の前記実際位置（Ｃｒ）および前記リング部の前記理論位置（Ｃｔ）の座標に基づいて、それらの位置の差の変動から前記容器の垂直性の度合いを推定する工程。
【請求項２】
前記容器の前記首部の垂直性、前記容器の胴体部の垂直性、および／または前記容器の全体の垂直性を測定するために、左右のマトリクス画像として、前記ヒール部、前記肩部、および／または前記首部の前記付け根部のマトリクス画像を撮影することを含むことを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
回転角の増分ごとに、前記横方向における前記リング部の全体を含むリニア画像またはマトリクス画像を解析し、前記リング部の右縁部および左縁部のそれぞれの位置を決定し、前記右縁部および前記左縁部に基づいて定まる点を算出することによって、前記リング部の前記実際位置（Ｃｒ）を決定することを特徴とする、請求項１または２に記載の方法。
【請求項４】
各容器ごとに、
‐前記容器の回転中にそれぞれ撮影される最初の左右マトリクス画像において、前記容器の左縁部および右縁部の初期の位置および形状を特徴づけることと、
‐前記容器の回転中に撮影される後続の各左右マトリクス画像において、前記最初の画像で特徴づけた前記容器の前記左縁部および前記右縁部のそれぞれの形状を探索して、前記左位置決め点および前記右位置決め点を決定することと、
を含むことを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項５】
前記最初の画像において、前記左位置決め点および前記右位置決め点を前記容器の対称軸に関して互いに対称となるように選択し、前記左位置決め点および前記右位置決め点を前記支持面または前記容器の直径と同程度の間隔をおいて配置して、前記左位置決め点および前記右位置決め点を決定することを含むことを特徴とする、請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記最初の画像において、前記左位置決め点および前記右位置決め点が前記支持面上に位置するように前記左位置決め点および前記右位置決め点を選択して決定することを含むことを特徴とする、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記マトリクス画像に写った前記容器の、点、および／または線分、および／または曲線部分によって描出される輪郭を少なくとも用いて、前記容器の右縁部および左縁部の形状を特徴づけることと、並進操作および／または回転操作を用いて、少なくとも、前記容器の回転中に撮影された最初のマトリクス画像である最初の画像で特徴づけた前記輪郭を後続の各画像に写っている輪郭に重ね合わせようとすることによって、少なくとも前記最初の画像で特徴づけた前記輪郭を後続の各画像において探索することと、を含むことを特徴とする、請求項３〜６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項８】
容器の種類ごとに、前記リング部の前記理論位置（Ｃｔ）の前記直線分からの距離（ｈ）を所定の定数または測定値に基づいて決定することを含むことを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
前記容器の高さを決定するために、前記容器の上縁部も写るように左縁部画像および右縁部画像を撮影することを含むことを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
リング部（８）および底部（３）を有し、前記底部にヒール部（９）を介してつながる縦壁部（４）が前記底部から立ち上がり、前記縦壁部（４）が首部を有し、前記首部の付け根部に肩部が任意に設けられている容器（２）の垂直性を測定するための装置であって、
‐前記容器（２）を縦対称軸（Ｙ）まわりに回転させるためのシステムと、
‐前記容器の一方側に配置され、少なくとも半回転にわたって前記容器の一連の画像を供給し、前記容器の回転軸（Ｙ）に実質的に直交する観測光軸（Ｚ）を有し、前記縦対称軸（Ｙ）および前記光軸（Ｚ）に直交する横方向（Ｘ）に広がる側方視野を有する少なくとも１つのカメラと、
‐前記容器の画像シーケンスを格納するための格納ユニットと、
‐前記格納ユニットに接続された、少なくとも前記カメラによって供給される画像および画像シーケンスを解析するための解析ユニットと、を備え、
‐回転角（θ）の増分ごとに、少なくとも１つのカメラが、前記リング部の少なくとも１つの左縁部画像（Ｉｂｇ）と、前記リング部の少なくとも１つの右縁部画像（Ｉｂｄ）と、前記ヒール部、前記肩部、および／または前記首部の前記付け根部の左縁部マトリクス画像（Ｉｍｇ）と、前記容器の前記ヒール部、前記肩部、および／または前記首部の前記付け根部の右縁部マトリクス画像（Ｉｍｄ）とを撮影し、
‐前記解析ユニットが、
・以下の解析、すなわち、
＊少なくとも前記リング部の実際位置（Ｃｒ）の前記横方向（Ｘ）の座標を決定するための前記リング部の前記左縁部画像（Ｉｂｇ）および前記右縁部画像（Ｉｂｄ）の解析、
＊左位置決め点Ｔｇの前記横方向（Ｘ）および前記縦対称軸（Ｙ）に平行な縦方向（Ｙ）の座標（ＸＴｇ，ＹＴｇ）を決定するための前記左縁部マトリクス画像（Ｉｍｇ）の解析、および
＊右位置決め点Ｔｄの前記横方向（Ｘ）および前記縦方向（Ｙ）の座標（ＸＴｄ，ＹＴｄ）を決定するための前記右縁部マトリクス画像（Ｉｍｄ）の解析、を行い、
・前記容器の実際高さ（ｈ）を考慮し、
・前記左位置決め点および前記右位置決め点を通る直線分（Ｔ）に対する垂線（Ｐ）上において、前記直線分（Ｔ）から見て前記容器の前記実際高さ（ｈ）の位置で、少なくとも前記リング部の理論位置（Ｃｔ）の前記横方向の座標を決定し、
・前記容器が少なくとも半回転する間に求めた前記リング部の前記実際位置（Ｃｒ）および前記リング部の前記理論位置（Ｃｔ）の座標を解析して、それらの位置の差の変動から前記容器の垂直性の度合いを推定することを特徴とする、装置。
【請求項１１】
リニアカメラ（２１）を備え、前記リニアカメラ（２１）が、回転角の増分ごとに前記リング部の両縁部が示された前記リング部の水平断面像を前記解析ユニットへ送信するよう機能するために、前記回転軸に対して垂直で、前記容器の前記リング部にその頂部の下方で交差する平面上に配置されたアレイを有することを特徴とする、請求項１０に記載の装置。
【請求項１２】
マトリクスカメラ（２１）を備え、前記マトリクスカメラ（２１）が、回転角の増分ごとに前記リング部のマトリクス画像を前記解析ユニットへ送信するよう機能するために、前記容器の縦軸の近傍を通り、前記リング部の頂部の下方を通るまたは前記頂部を含む観測光軸を有することを特徴とする、請求項１０に記載の装置。
【請求項１３】
マトリクスカメラ（２１）を備え、前記マトリクスカメラ（２１）が、回転角の増分ごとに左右の前記ヒール部の両方のマトリクス画像を前記解析ユニットへ送信するよう機能するために、左右の前記ヒール部が常に観測視野内に収まるように、前記容器の縦軸の近傍を通り、前記容器の前記底部の上方を通る観測光軸を有することを特徴とする、請求項１０に記載の装置。
【請求項１４】
前記底部を観測するカメラと検査される容器との間に視野を最適化するために設置された光学装置を備え、前記光学装置が、前記容器の直径に適合するように調整可能に構成され得ることを特徴とする、請求項１０〜１３のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１５】
２つの同期マトリクスカメラを備え、前記２つの同期マトリクスカメラが、回転角の増分ごとに各ヒール部のマトリクス画像を前記解析ユニットへ送信するよう機能するために、前記容器の縦軸に直交し、前記容器の前記底部の上方を通る観測光軸をそれぞれ有し、一方のカメラの視野が右側ヒール部のみをカバーし、他方のカメラの視野が左側ヒール部のみをカバーすることを特徴とする、請求項１０に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、ボトル、ポット、バイアル瓶、特にガラスバイアル瓶などの中空の物品、すなわち一般的な意味での容器の垂直性を測定する目的で該容器を検査する技術分野に関する。
【背景技術】
【０００２】
容器、特にボトルなどのガラス製の容器を検査する技術分野では、特に容器が充填可能または包装可能であることを確認するために容器の垂直性を測定する必要がある。なお、先行技術の現状では、様々な仕方で容器の垂直性が表されている。例えば、容器の垂直性が、傾きの角度または傾きの程度で表わされる場合がある。また、垂直性を、容器の底部の中心と容器の任意の高さ、例えばリング部、における断面の中心とのずれとして表すことも知られている。容器の２つの断面の中心間のずれを考慮する代わりに、容器の対象とする高さにある１点の１回転する間の径方向の偏位の測定値として垂直性をとらえることも可能である。
【０００３】
垂直性がどのように表されるかに関わらず、容器の垂直性を測定することによって容器の寸法特徴に関する重要な情報が与えられ、例えば、測定値が基準値を超える場合には、容器が垂直性の欠陥を有していると判断できる。先行技術では、ボトルの垂直性を測定するために多くの技術的解決手段が提案されている。
【０００４】
例えば、ＵＳ特許Ｎｏ．４４３３７８５は、ボトルの底部に接触する２つの回転自在の回転盤を有する検出システムを記載している。容器が検査ステーションで回転している間に、回転盤の鉛直方向の変位を電磁位置センサを用いて測定する。このようなシステムは、回転自在の回転盤と容器の底部との接触が失われるおそれがあるため、高レートで検査を行うのには適さない。さらに、このようなシステムでは正確な測定値が得られず、また、摩耗する明らかなおそれがある。より根本的に言えば、そのシステムは、検査ステーションによって与えられる回転軸に対するボトルの底部の動きのみを測定する。したがって、例えば容器の胴体部が変形している場合、容器がその対称軸まわりに回転せず、そのため容器の垂直性の測定に誤りが生じる。
【０００５】
ＵＳ特許Ｎｏ．７０１０８６３は、２つの回転自在の回転盤に代えて、容器が支持面上に立てて置かれている間に容器の底部の２点に光を当てることのできる２つの光学測定センサを用いる別の技術を記載している。ボトルによって反射された光とボトルの回転とを利用することで、支持平面と回転軸に垂直な平面とのずれを求めることができ、そのずれから垂直性の欠陥を推定できる。このようなシステムによれば、回転自在の回転盤の使用に伴う欠点を解消できる。しかし、このような装置の測定原理は、傾いている底部を除けば全ての点で容器が完全であるという想定に依拠している。そのように想定することは、容器の底部の変位の測定で十分であるとするために容器の中心軸が検査ステーションの回転軸と一致しているとみなすことになる。しかし、実際には、容器の軸は検査ステーションの回転軸と一致しない。したがって、この先行技術では、容器の垂直性の実際の度合いを得られない。さらに、従来の公知の解決手段では、このような容器の首部の垂直性を測定できない。
【０００６】
特許出願ＥＰ０３４１８４９は、底部を有し、該底部から縦壁部が立ち上がっている容器の輪郭および垂直性を測定する方法を記載している。容器の全周囲にわたって測定を行うために、回転制御される支持面に容器を固定せずに置く。容器の支持面が垂直性を測定するための基準平面となる。しかし、工業測定の分野では、ハンドリングシステムに基づく基準を用いて行われる垂直性の測定は信頼できない。このことは、特に、製造ラインに配置された回転ステーション上で容器の垂直性を測定する場合に当てはまる。このような回転検査ステーションは、容器用の支持面と容器を回転させるためのシステムとを有し、該システムが容器を駆動するための回転駆動盤で構成され、容器が回転している間、容器は２つの接触部に押し当てられる。容器の回転軸が連続的に変動するため、容器の動きが不規則で予測不可能である。さらに、支持面によって構成される基準平面に容器の底部を配置することは、特に、容器の断面が非円形である（容器が楕円形になっているまたは平坦部分を有する）場合や、不備のある底部、容器の変形、および容器を回転駆動するためのシステムに影響を及ぼす欠陥が存在する場合には、不可能となる。
【０００７】
文献ＦＲ２９７３５０１は、容器の垂直性を測定するための装置を記載している。容器を回転させたときに、容器の底部の測定点の位置を測定する。このような装置によって行われる測定は、容器の回転中に容器の底部の横方向への変位の可能性が考慮されないため、完全に正確ではない。
【０００８】
また、ＵＳ特許Ｎｏ．６２１２９６２は、列をなして進行していく容器を検査するための装置であって、特にそれら容器の底部に対する容器胴体部の傾きを求めるための装置を記載している。このような装置は、例えば基準物品に対して測定を行った高さに壁部の変形を呈している容器の場合には、垂直性の欠陥を検出できない。したがって、所定の高さに窪み、平坦部、楕円状部があると、物品が傾いていると誤って判断される。
【０００９】
特許出願ＷＯ２０１２／０４２５８２は、ボトルの口部の天面の傾斜を正確に検査することを目的とした、ガラスボトルを検査するための装置を記載している。ボトルの口部を撮像するためのシステムが、口部の画像において、ボトルの口部の天面上に位置する２点を検出する。同時に、ボトルの底部の縁部に位置する２点が、底縁部（insweep）撮像システムで撮影した底縁部の画像において検出される。底縁部の２点の傾きによって口部の２点の傾きを補正し、それにより、ボトルの頂部の傾斜を算出でき、結果としてボトルの口部の天面の傾斜を検査できる。このような装置は、ボトルの垂直性の欠陥の測定には適さない。というのも、ボトルの垂直性の欠陥とは、ボトルの胴体部の形状または首部の形状の欠陥であって、ボトルのリング部の面の傾きを知る必要はないからである。
【００１０】
文献ＵＳ２０１１／１４１２６５は、成形機から出てくる容器の品質を検査する方法を記載している。容器は熱いままなので、回転させるための操作に耐えられるほどの強度がない。回転させることが、少数のセンサを用いて多数の画像を得ることを可能にし、ひいては精度に寄与することは明らかである。
【００１１】
さらに、その方法では、処理後に容器の横方向の両縁部の決定が可能になる容器の画像を撮影する。その方法では、容器の高さ方向に分布した水平線の長さを求めて容器の両縁部の中点を決定し、次いでそれら中点を通る直線分を決定し、それら線分の鉛直線に対する角度、すなわち、図１８〜図２１のコンベアに対する角度を垂直性の度合いとみなす。この提案の垂直性の測定は、理想的には容器の底部に対して定めるべき胴体部または首部の実際の垂直性を考慮しないため、不正確である。その方法では、底部の位置がコンベヤの位置と同一であると想定されているが、これは誤りである。
【００１２】
また、ＵＳ特許Ｎｏ．６０２５９１０は、列をなして検査ステーションを通過していく容器を検査するための技術を記載しており、検査ステーションが、特にボトルの傾斜を求めるために各容器の連続画像を撮影してそれら画像を解析する。その特許は、ボトルの胴体部または首部の形状を考慮しないので、文献ＵＳ６２１２９６２およびＷＯ２０１２／０４２５８２に記載された装置と同様の欠点を有する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
そこで、本発明は、容器が有する実際の垂直性を測定するための新規の技術を提案することによって現状技術の欠点を克服することを目的とし、本発明による測定は、製造ラインにおいて、各容器の全周囲にわたって測定を行えるように回転ステーションを用いて実施される。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記の目的を達成するために、本発明は、支持面上に立てて置かれている容器について垂直性を測定する方法を提案する。容器は、リング部および底部を有し、底部にヒール部を介してつながる縦壁部が底部から立ち上がり、縦壁部が首部を有し、首部の付け根部に肩部が任意に設けられている容器である。該方法は、
‐容器を該物品の対称軸に近い縦軸まわりに回転させることと、
‐少なくとも半回転にわたって容器の一連の画像を供給するために、容器の縦軸に実質的に直交する観測光軸を有し、縦軸および光軸に直交する横方向に広がる側方視野を有する少なくとも１つのカメラを容器の一方側に配置することと、を含む。
【００１５】
本発明によれば、上記方法は、
‐容器についての実際高さを定めることと、
‐容器が少なくとも半回転する間、回転角の増分ごとに、
・容器の少なくとも１つの画像を撮影して、リング部の左縁部画像と、リング部の右縁部画像と、ヒール部、肩部、および／または首部の付け根部の左縁部マトリクス画像と、ヒール部、肩部、および／または首部の付け根部の右縁部マトリクス画像とを取得し、
・以下の解析、すなわち、
＊少なくともリング部の実際位置の横方向の座標を決定するためのリング部の左縁部画像および右縁部画像の解析、
＊左位置決め点Ｔｇの横方向および縦方向の座標を決定するための左縁部マトリクス画像の解析、および
＊右位置決め点Ｔｄの横方向および縦方向の座標を決定するための右縁部マトリクス画像の解析、を行い、
・左位置決め点および右位置決め点を通る直線分に対する垂線上において、該直線分から見て容器の実際高さの位置で、少なくともリング部の理論位置の横方向の座標を決定することと、
‐容器の少なくとも半回転にわたって求めたリング部の実際位置およびリング部の理論位置の座標の横方向の変動に基づいて、それらの差の最大値から容器の垂直性の度合いを推定することと、をさらに含む。
【００１６】
さらに、本発明の方法は、以下の追加の特徴のうちの少なくとも１つを組み合わせて含む。
‐容器の首部の垂直性、容器の胴体部の垂直性、および／または容器の全体の垂直性を測定するために、左右のマトリクス画像として、ヒール部、肩部、および／または首部の付け根部のマトリクス画像を撮影する。
‐回転角の増分ごとに、横方向におけるリング部の全体を含むリニア画像またはマトリクス画像を解析し、リング部の左縁部および右縁部のそれぞれの位置を決定し、両縁部に基づいて定まる点を算出することによって、リング部の実際位置を決定する。
‐各容器ごとに、
・容器の回転中にそれぞれ撮影される最初の左右マトリクス画像において、容器の左縁部および右縁部の初期の位置および形状を特徴づけ、
・容器の回転中に撮影される後続の各左右マトリクス画像において、最初の画像で特徴づけた容器の左縁部および右縁部のそれぞれの形状を探索して、左位置決め点および右位置決め点を決定する。
‐最初の画像において、左位置決め点および右位置決め点を容器の対称軸に関して互いに対称となるように選択し、左位置決め点および右位置決め点を支持面または容器の直径と同程度の間隔をおいて配置して、左位置決め点および右位置決め点を決定する。
‐最初の画像において、左位置決め点および右位置決め点が支持面上に位置するように左位置決め点および右位置決め点を選択して決定する。
‐マトリクス画像に写った容器の、点、および／または線分、および／または曲線部分によって描出される輪郭を少なくとも用いて容器の右縁部および左縁部の形状を特徴づけることと、並進操作および／または回転操作を用いて、少なくとも最初の画像で特徴づけた輪郭を後続の各画像に写っている輪郭に重ね合わせようとすることによって、少なくとも最初の画像で特徴づけた輪郭を後続の各画像において探索することとを含む。
‐容器の種類ごとに、リング部の理論位置の直線分からの距離を所定の定数または測定値に基づいて決定する。
‐容器の高さを決定するために、容器の上縁部も写るように左縁部画像および右縁部画像を撮影する。
【００１７】
また、本発明は、リング部および底部を有し、底部にヒール部を介してつながる縦壁部が底部から立ち上がり、縦壁部が首部を有し、首部の付け根部に肩部が任意に設けられている容器の垂直性を測定するための装置であって、
‐容器を縦対称軸まわりに回転させるためのシステムと、
‐容器の一方側に配置され、少なくとも半回転にわたって容器の一連の画像を供給し、容器の回転軸に実質的に直交する観測光軸を有し、縦対称軸および光軸に直交する方向に広がる側方視野を有する少なくとも１つのカメラと、
‐容器の画像シーケンスを格納するための格納ユニットと、
‐格納ユニットに接続された、少なくともカメラによって供給される画像および画像シーケンスを解析するためのユニットと、
を備える装置を提供する。
【００１８】
本発明によれば、
‐回転角の増分ごとに、少なくとも１つのカメラが、リング部の少なくとも１つの左縁部画像と、リング部の少なくとも１つの右縁部画像と、ヒール部、肩部、および／または首部の付け根部の左マトリクス画像と、物品のヒール部、肩部、および／または首部の付け根部の右マトリクス画像とを撮影し、
‐処理ユニットが、
・以下の解析、すなわち、
＊少なくともリング部の実際位置の横方向の座標を決定するためのリング部の左縁部画像および右縁部画像の解析、
＊左位置決め点の横方向および縦方向の座標を決定するための左縁部マトリクス画像の解析、および
＊右位置決め点の横方向および縦方向の座標を決定するための右縁部マトリクス画像の解析、を行い、
・容器の実際高さを考慮し、
・左位置決め点および右位置決め点を通る直線分に対する垂線上において、該直線分から見て容器の実際高さの位置で、少なくともリング部の理論位置の横方向の座標を決定し、
・容器が少なくとも半回転する間に求めたリング部の実際位置およびリング部の理論位置の座標を解析して、それらの位置の差の変動から容器の垂直性の度合いを推定する。
【００１９】
さらに、本発明の装置は、以下の追加の特徴のうちの少なくとも１つを組み合わせて含む。
‐回転角の増分ごとにリング部の両縁部が示されたリング部の水平断面像を解析ユニットへ送信するよう機能するために、上記回転軸に対して垂直で、容器のリング部にその頂部の下方で交差する平面上に配置されたアレイを有するリニアカメラ。
‐回転角の増分ごとにリング部のマトリクス画像を解析ユニットへ送信するよう機能するために、物品の縦軸の近傍を通り、リング部の頂部の下方を通るまたは頂部を含む観測光軸を有するマトリクスカメラ。
‐回転角の増分ごとに左右のヒール部の両方のマトリクス画像を解析ユニットへ送信するよう機能するために、左右のヒール部が常に観測視野内に収まるように、容器の縦軸の近傍を通り、容器の底部の上方を通る観測光軸を有するマトリクスカメラ。
‐底部を観測するカメラと検査される物品との間に視野を最適化するために設置された、例えばカトプトリック系および／またはプリズム系の光学装置であって、容器の直径に適合するように調整可能に構成され得る光学装置。
‐回転角の増分ごとに各ヒール部のマトリクス画像を解析ユニットへ送信するよう機能するために、容器の縦軸に直交し、容器の底部の上方を通る観測光軸をそれぞれ有し、一方のカメラの視野が右側ヒール部のみをカバーし、他方のカメラの視野が左側ヒール部のみをカバーする２つの同期マトリクスカメラ。
【００２０】
その他の様々な特徴が、本発明の実施形態を非限定的な例として示している添付の図面を参照して以下になされる説明から明らかになる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】図１は、本発明に係る画像装置の一実施形態を示す概略立面図である。
【図２】図２は、本発明に係る画像装置によって垂直性を測定されている際の回転駆動された容器の例を示す平面図である。
【図３】図３は、容器のリング部および底縁部の撮影された画像の例を示す図である。
【図４】図４は、リング部の実際位置Ｃｒおよびリング部の理論位置Ｃｔが示されたリング部の画像である。
【図５】図５は、容器が少なくとも１回転する間の、リング部の実際位置Ｃｒの横方向の変位ＸＣｒを示す曲線である。
【図６】図６は、左位置決め点Ｔｇおよび右位置決め点Ｔｄに関連付けられた容器の底縁部を示す図である。
【図７】図７は、位置決め点Ｔｄに関連付けられた容器の右ヒール部の画像の拡大図である。
【図８】図８は、容器が少なくとも１回転する間の、右底縁部の右位置決め点Ｔｄの横方向の変位、すなわち座標ＸＴｄの変動を示す曲線である。
【図９】図９は、本発明の原理を説明するための２つの連続画像のうちの一方の図である。
【図１０】図１０は、本発明の原理を説明するための２つの連続画像のうちの他方の図である。
【図１１】図１１は、本発明に係る測定原理を示す図である。
【図１２】図１２は、容器の少なくとも１回転に関する、容器のリング部の測定位置とリング部の予測位置の差を示す曲線である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
図１および図２により詳細に示されているように、本発明は、例えばボトルなどのガラス製の容器である容器２の垂直性を測定するための装置１に関する。従来のように、各容器２は底部３を有し、該底部３から縦壁部４が立ち上がっている。ボトル型の容器の場合、底部３を起点として、縦壁部４がボトルの胴体部を形成する部分５を有し、胴体部が肩部７を介して首部６につながっている。首部６は、肩部７との接続箇所である付け根部６1の反対側に、リング部または口部と称される部分８を有する。その反対側の端部では、容器２の胴体部５が、ヒール部または底縁部９を介して底部３とつながっている。
【００２３】
検出装置１は、容器２の垂直性の度合いを求めるための解析・処理ユニット１２に接続された画像システム１１を備える。
【００２４】
容器２の垂直性は、容器２を縦軸Ｙまわりに回転（角度θ）させている状態で、少なくとも半回転する間に測定される。このとき、各容器２は駆動システム１３によって取り扱われる。例えば、駆動システム１３は、容器２の底部３のための摺動面または支持面１４と、容器を駆動するための回転駆動盤（または回転盤１６）を有する回転駆動システム１５とを有し、容器の胴体部５が２つの接触部１７に押し当てられる。例えば、これら接触部１７は、容器２を順次画像システム１１まで運ぶための星形ハンドリング部１８の一部を成す。
【００２５】
本明細書において後述する方法で測定が行われる際、各容器２は、容器を半回転させるのに必要な時間検出システム１の前に位置し続ける。駆動システム１３および回転駆動システム１５は、本発明の主題の一部を成さず、当業者にとって周知であるため、これ以上詳細には説明しない。なお、回転駆動システム１５は、容器２を、検出装置１に対して、特に摺動面１４上に、同じ定まった姿勢で配置できないと考えられるべきである。したがって、図１に示すように、容器が回転している間、容器の底部３はその全体が摺動面１４上に押し付けられている必要はない。
【００２６】
画像システム１１は、少なくとも１つのカメラを有し、図１および図２に示す例では、解析・処理ユニット１２に接続され、リング部８の左縁部の少なくとも１つの画像Ｉｂｇとリング部８の右縁部の少なくとも１つの画像Ｉｂｄとを取得するべく容器２の画像を撮影するように構成された第１カメラ２１を有する。カメラ２１は、容器２の縦軸Ｙに実質的に直交する観測光軸Ｚを有し、かつ、縦軸Ｙおよび光軸Ｚに直交する横方向Ｘに広がる側方視野を有する。一実施形態では、この第１カメラは、回転角の増分ごとにリング部の水平断面像を解析ユニット１２へ送信するように、回転軸に垂直で、容器のリング部８にその頂部の下方で交差する平面に配置されたアレイを有する。該断面像は、リング部の両縁部を示し、該両縁部は、カメラによって撮影された各画像に写ったときの各自の位置を基準にして左縁部および右縁部と称される（図３）。厳密に言えば回転している容器には左側も右側もないので、「左」および「右」という用語は、各画像の観測者の視点に基づいて用いられる。
【００２７】
図３に示す実施形態では、装置は、容器の両側をカバーしてリング部８の左縁部画像Ｉｂｇおよび右縁部画像Ｉｂｄを含む単一のリング部マトリクス画像を回転角の増分ごとに処理・解析ユニット１２へ送信するために、観測光軸Ｚが容器２の縦軸Ｙの近傍を通っているマトリクスカメラである第１カメラ２１を有する。なお、リング部の両側を２つのカメラを用いて観測することも可能であるが、技術的または経済的利点はない。
【００２８】
また、本発明の画像装置１１は、処理・解析ユニット１２に接続された少なくとも１つの第２カメラ２２であって、縦軸Ｙおよび横軸Ｘによって定まる観測平面上を迅速に移動していく容器の対象領域の左右の縁部のマトリクス画像を取得するべく容器２の画像を作成するように構成された少なくとも１つの第２カメラ２２を有する。すなわち、マトリクスカメラ２２は、対象領域として、容器のヒール部９、肩部７、および／または首部の付け根部６1の左マトリクス画像Ｉｍｇと、容器のヒール部９、肩部７、および／または首部の付け根部６1の右マトリクス画像Ｉｍｄとを撮影する。
【００２９】
図面に示した例では、画像装置１１は、左右のヒール部９の両方が常に観測視野内に収まり、それにより、両ヒール部のマトリクス画像を回転角の増分ごとに処理・解析ユニット２へ送信できるように、容器の縦軸Ｙの近傍を通りかつ容器の底部３を含む観測光軸Ｚを有するマトリクスカメラ２２を備える。
【００３０】
当然ながら、この実施形態では、２つのカメラ２１および２２は同期している。第２マトリクスカメラ２２を用い、すなわち合計で３つのカメラを用い、第１マトリクスカメラの視野が容器の右ヒール部、右肩部、または首部の右付け根部のみを含むようにし、一方、第２マトリクスカメラが容器の左ヒール部、左肩部、または首部の左リング部のみを観測するようにして、容器のヒール部、肩部、または首部の付け根部の左右のマトリクス画像を回転角の増分ごとに解析ユニット１２へ送信することも考えられる。なお、２つのマトリクスカメラは、必ずしも容器の両側に対称に配置された２つの対象領域の画像を撮影するように配置されている必要はない。
【００３１】
別の実施形態では、リング部の左右の縁部画像Ｉｂｇ、Ｉｂｄと、底縁部、肩部、および／または首部の付け根部の左右の縁部マトリクス画像Ｉｍｇ、Ｉｍｄとを得るために、容器２を観測するマトリクスカメラを１つだけ用いるように構成してもよい。
【００３２】
なお、リング部８の左右の縁部画像Ｉｂｇ、Ｉｂｄを、左右のヒール部のマトリクス画像Ｉｍｇ、Ｉｍｄとともに撮影することにより、容器２の垂直性、すなわち容器の全体の垂直性を測定することが可能になる。
【００３３】
なお、１つまたは複数のマトリクスカメラ２２が、以下のことが可能になるように、容器の肩部または首部６の付け根部６1の左右のマトリクス画像を撮影するように構成されていてもよい。
‐リング部の左右の縁部画像Ｉｂｇ、Ｉｂｄの撮影と組み合わせて、容器の首部６の垂直性を測定すること、および／または、
‐ヒール部の左右のマトリクス画像Ｉｍｇ、Ｉｍｄの撮影と組み合わせて、容器の胴体部５の垂直性を測定すること。
【００３４】
このように、本発明の装置１は、容器の全体の垂直性、および／または容器の首部の垂直性、および／または容器の胴体部の垂直性を測定するように構成されている。以下の説明は、容器の全体の垂直性の測定に関するが、当業者が、本発明の記載を容器２の胴体部または首部の垂直性の測定に適用できることは明らかである。
【００３５】
有利な実施形態では、装置１は、底部を観測するカメラ２２と検査される容器との間に視野を最適化するために設置された、例えばカトプトリック系および／またはプリズム系装置である光学装置を有し、該装置は、容器の直径に適合するように調整可能に構成され得る。
【００３６】
また、容器２とカメラ２１、２２の一方および／または他方との間に、該カメラがテレセントリック式の観測ができるように、少なくとも１つの光学装置を配置することも考えられる。テレセントリック式の観測が可能なこのような光学装置は、それ自体単独で用いてもよく、またはカトプトリック系および／またはプリズム系の光学装置と組み合わせて用いてもよい。
【００３７】
当然ながら、本発明の装置は、カメラが解析に適した画像を撮影できるように、１つまたは複数の任意のタイプの照明源を備えている。例えば、画像システムを用いて寸法をチェックするための当業者に周知の手段として、物品のカメラとは反対側に配置される均一バックライト光源がある。
【００３８】
例えば、カメラ２１がリニア式である場合、「プロファイル測定器」または商品名「Ｋｅｙｅｎｃｅ  ＬＳ７０００」として販売されているマイクロメータなどのシステムを用いることができる。このようなシステムは、照明のために、平行ビームを平坦なシート状に発する光源を用い、多くの場合この光源はレーザ式である。この場合、センサにより、従来の対物レンズをカメラの正面に配する必要なしに、光のシートの暗くなった部分の寸法および位置を測定することが可能になる。
【００３９】
容器２の少なくとも半回転にわたって、容器２の回転角の増分ごとに、カメラ２１および２２が、容器２のリング部の左縁部画像Ｉｂｇ、リング部の右縁部画像Ｉｂｄ、左右のヒール部および左右の肩部のマトリクス画像Ｉｍｇ、Ｉｍｄ、および／または容器２の首部の左右の付け根部のマトリクス画像を撮影できるように、カメラ２１および２２が解析・処理ユニット１２によって制御される。
【００４０】
容器２の回転角の増分ごとに、処理ユニット１２が、少なくともリング部８の実際位置Ｃｒの横方向位置の座標ＸＣｒを決定するために、リング部８の左縁部画像Ｉｂｇおよびリング部８の右縁部画像Ｉｂｄを解析する。
【００４１】
処理・解析ユニット１２は、リング部８の左縁部ｂｇおよびリング部８の右縁部ｂｄのそれぞれの位置を決定するように画像ＩｂｇおよびＩｂｄを解析することにより、リング部８の実際位置の横方向位置を決定する（図４）。左縁部ｂｇおよび右縁部ｂｄのＸ軸方向の位置を基点として、リング部８の実際位置Ｃｒが、これら左右の縁部によって定まる位置にあるとして決定される。例えば、左縁部ｂｇおよび右縁部ｂｄのそれぞれの位置の間の中点がリング部８の実際位置Ｃｒに対応するものとして選択される。なお、リング部８の実際位置Ｃｒの横軸方向の位置の座標ＸＣｒは、左縁部ｂｇおよび右縁部ｂｄの横軸の座標に対して任意に選択されてもよい。
【００４２】
図５は、容器２が少なくとも１回転する間の、リング部の実際位置Ｃｒの横軸Ｘに沿った横方向変位ＸＣｒを示している。
【００４３】
また、処理ユニット１２は、容器２の回転角の増分ごとに、左位置決め点Ｔｇの横方向Ｘの座標ＸＴｇおよび縦方向Ｙの座標ＹＴｇを決定するために左縁部マトリクス画像Ｉｍｇを解析し、右位置決め点Ｔｄの横方向Ｘの座標ＸＴｇおよび縦方向Ｙの座標ＹＴｇを決定するために右縁部マトリクス画像Ｉｍｄを解析する。
【００４４】
一般に、左右の位置決め点ＴｇおよびＴｄは、それぞれ容器の左右の縁部の位置の基準点または同定点となると考えられる。位置決め点ＴｄおよびＴｇは、容器２の左右の縁部に対して任意の仕方で選択され得る。なお、左右の位置決め点ＴｇおよびＴｄを２つの方向ＸおよびＹの座標に基づいて決定することにより、測定の精度が良好になる。
【００４５】
有利な実施形態では、装置は、最初の画像において、左右の位置決め点ＴｇおよびＴｄを、それらが支持面上に位置するように選択して決定する。
【００４６】
別の実施形態では、左右の位置決め点ＴｇおよびＴｄが、容器の対称軸Ｙに関して互いに対称になり、支持面または容器２の直径と実質的に等しい間隔をおいて配置されるように選択される（図６）。
【００４７】
好ましい実施形態では、処理・解析ユニット１２が、左右の位置決め点ＴｇおよびＴｄを以下のようにして決定する。
【００４８】
各容器２ごとに、容器の左縁部および右縁部の初期の位置および形状を、最初の左右マトリクス画像ＩｍｇおよびＩｍｄにおいて決定する。次いで、処理・解析ユニット１２は、後続の各左右マトリクス画像ＩｍｇおよびＩｍｄにおいて、左右の位置決め点ＴｇおよびＴｄを決定するために、最初の画像において特徴づけた容器の左右の縁部の形状を探索する。
【００４９】
有利には、容器の左右の縁部の形状は、マトリクス画像において、少なくともマトリクス画像に写った容器の輪郭Ｍを用いて特徴づけられる（図７）。輪郭Ｍは、点、および／または線分、および／または曲線部分の集合によって描出される。なお、画像中の容器の形状は、輪郭Ｍの全体または一部および／または輪郭Ｍに関連する画像の全体または一部によって特徴づけられてもよい。
【００５０】
このように、処理・解析ユニット１２は、並進操作および／または回転操作を行って、最初のマトリクス画像において特徴づけた容器の輪郭Ｍを後続の各画像に写っている輪郭に重ね合わせようとすることにより、該輪郭Ｍを後続の各画像において探索する（図９および図１０）。この重ね合わせ操作は、ある画像のある部分を別の画像のある部分に重ね合わせるための他のパターンマッチング法を利用してもよい。
【００５１】
最初の画像において特徴づけた輪郭（または画像の部分）に対して後続の各画像に写っている輪郭（または画像の部分）を重ね合わせることによって、各画像ごとに、左右の位置決め点ＴｇおよびＴｄの位置を決定することが可能になる。図８は、容器２が少なくとも１回転する間の右位置決め点Ｔｄの横軸Ｘの座標ＸＴｄの例を示している。
【００５２】
容器２の回転角の増分ごとに、処理ユニット１２は、左右の位置決め点ＴｇおよびＴｄを通る直線分Ｔに対する垂線Ｐ上において、直線分Ｔから所定の距離ｈ離れた位置で、少なくとも予測位置または「理論」位置Ｃｔの横方向の座標ＸＣｔを決定する（図１１）。リング部の理論位置Ｃｔの座標ＸＣｔの変動は、容器の底部の位置の変動、ひいては容器２の姿勢に依存することが理解されるはずである。
【００５３】
距離ｈは、容器の実際の高さに相当する。直線分Ｔからのリング部の実際位置の高さｈは、容器２の種類ごとに、または１つ１つの容器２ごとに、測定値または選択された定数に基づいて定められる。この高さは、例えば記憶されていてもよく、処理中に処理ユニット１２によって考慮される。
【００５４】
当然ながら、垂線Ｐは、容器２の回転角の各増分に対応するマトリクス画像の全てについて、直線分Ｔの同じ箇所に引かれる。例えば、垂線Ｐは、位置決め点ＴｇおよびＴｄの２点間の中心に引かれる。
【００５５】
リング部の理論位置Ｃｔが、リング部の画像ＩｂｇおよびＩｂｄに基づいて決定したリング部の実際位置Ｃｒに対して比較される。
【００５６】
処理ユニット１２は、容器が少なくとも半回転する間に求めたリング部の実際位置Ｃｒおよびリング部の理論位置Ｃｔの座標の横方向Ｘの変動を解析して、それらの位置の差の変動から容器の垂直性の度合いを推定する。
【００５７】
好ましい実施形態では、容器２の回転角θの増分ごとに、理論位置Ｃｔの横方向Ｘの座標ＸＣｔが、下記式によって与えられる。
【数１】
0006453230.tif 000002
【００５８】
容器２の回転角θの増分ごとに、リング部の実際位置Ｃｒの横方向Ｘの座標ＸＣｒとリング部の理論位置Ｃｔの座標の横方向Ｘの座標ＸＣｔとの差ΔＸが計算される。このことは、以下のように表わされ得る。
【数２】
0006453230.tif 000003
【００５９】
容器２の少なくとも半回転に関して、ΔＸの変動が解析されて、垂直性の度合いが推定される。このことは、以下のようになされ得る。
【数３】
0006453230.tif 000004
式中、Ｖは垂直性の値である。
【００６０】
図１２に見られるように、測定された垂直性は、リング部の実際位置Ｃｒとリング部の理論位置Ｃｔとの差を容器の少なくとも半回転にわたり横方向Ｘに関して示す曲線または準正弦波の振幅に等しい。換言すれば、垂直性の度合いは、リング部の実際位置と理論位置の座標の差ΔＸの最小値（図１２のｍｉｎ）と最大値（図１２のｍａｘ）との差から推定される。したがって、実際位置と理論位置の座標の差ΔＸが一定であるならば、（差ΔＸがゼロでない場合でも）垂直性は理想的である。
【００６１】
当然ながら、差ΔＸの最大値および最小値（ｍａｘおよびｍｉｎ）を確実に観測するためには、半回転よりも十分に大きな回転についての値を考慮する必要があることが理解され、理想的には、完全な１回転ｔについて解析を行うべきである。
【００６２】
別の実施形態では、リング部の理論位置Ｃｔおよびリング部の実際位置Ｃｒの縦方向Ｙの座標を考慮することによって精度を向上させることが有利かもしれない。この方法では、リング部の左縁部および右縁部の画像において、例えばパターンマッチング法を用いることにより、リング部の頂部も考慮するのが適切である。
【００６３】
本発明に係る画像装置は、上述の記載に直接基づく方法で用いられる。すなわち、その方法は、
‐容器２が少なくとも半回転する間、回転角θの増分ごとに、
・容器の少なくとも１つの画像を撮影して、リング部の左縁部画像Ｉｂｇと、リング部の右縁部画像Ｉｂｄと、ヒール部、肩部、および／または首部の付け根部の左縁部マトリクス画像Ｉｍｇと、ヒール部、肩部、および／または首部の付け根部の右縁部マトリクス画像Ｉｍｄとを取得し、
・以下の解析、すなわち、
＊少なくともリング部の実際位置Ｃｒの横方向の座標を決定するためのリング部の左縁部画像および右縁部画像の解析、
＊左位置決め点Ｔｇの横方向および縦方向の座標（ＸＴｇ，ＹＴｇ）を決定するための左縁部マトリクス画像Ｉｍｇの解析、および
＊右位置決め点Ｔｄの横方向および縦方向の座標（ＸＴｄ，ＹＴｄ）を決定するための右縁部マトリクス画像Ｉｍｄの解析、を行い、
・左位置決め点Ｔｇおよび右位置決め点Ｔｄを通る直線分Ｔに対する垂線Ｐ上において、該線分から所定の距離離れた位置で、少なくともリング部の理論位置Ｃｔの横方向の座標を決定することと、
‐容器の少なくとも半回転にわたって求めたリング部の実際位置Ｃｒおよびリング部の理論位置Ｃｔの座標に基づいて、それらの位置の差の変動から容器の垂直性の度合いを推定することと、
を含む。
【００６４】
本発明は、説明し図示した例に限定されず、本発明の範囲を逸脱しない限り、種々の変更を施し得る。
【図１】
0006453230.tif 000005
【図２】
0006453230.tif 000006
【図３】
0006453230.tif 000007
【図４】
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【図５】
0006453230.tif 000009
【図６】
0006453230.tif 000010
【図７】
0006453230.tif 000011
【図８】
0006453230.tif 000012
【図９】
0006453230.tif 000013
【図１０】
0006453230.tif 000014
【図１１】
0006453230.tif 000015
【図１２】
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