(57)【要約】【課題】飲料や薬剤などの液体製品を生産する生産ラインにおいて、瓶やペットボトル等の容器内の液体に異物が混入しているか否か、或は色付き瓶やペットボトル、色付き液体内の異物をも確実に検出することができる異物検査装置を提供する。【解決手段】液体製品を内蔵した被検査体を撮像手段で光学的に検査し、前記被検査体に混入した異物を検査する検査装置において、前記被検査体と前記撮像手段との間に円錐プリズムを配設する。【選択図】　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体製品を内蔵した被検査体を撮像手段で光学的に検査し、前記被検査体に混入した異物を検査する検査装置において、前記被検査体と前記撮像手段との間に円錐プリズムを配設したことを特徴とする異物検査装置。
【請求項２】
前記円錐プリズムが片面円錐プリズムである請求項１に記載の異物検査装置。
【請求項３】
前記円錐プリズムが両面円錐プリズムである請求項１に記載の異物検査装置。
【請求項４】
前記撮像手段がＣＣＤセンサである請求項１乃至３のいずれかに記載の異物検査装置。
【請求項５】
前記液体製品及び被検査体が透明であり、前記異物が浮遊異物又は沈殿異物である請求項１乃至４のいずれかに記載の異物検査装置。
【請求項６】
前記被検査体が瓶又はペットボトルである請求項５に記載の異物検査装置。
【請求項７】
液体製品を内蔵した被検査体を撮像手段で光学的に検査し、前記被検査体に混入した異物を検査する検査装置において、前記被検査体への光照射を波長７５０〜１０００ｎｍの赤外光とすると共に、前記被検査体と前記撮像手段との間に円錐プリズムを配設したことを特徴とする異物検査装置。
【請求項８】
前記赤外光を０．７ｍＷ以上かつ１００Ｗ以下のパワーで照射するようになっている請求項７に記載の異物検査装置。
【請求項９】
前記円錐プリズムが片面円錐プリズムである請求項７又は８に記載の異物検査装置。
【請求項１０】
前記円錐プリズムが両面円錐プリズムである請求項７又は８に記載の異物検査装置。
【請求項１１】
前記撮像手段がＣＣＤセンサである請求項７乃至１０のいずれかに記載の異物検査装置。
【請求項１２】
前記液体製品又は前記被検査体の一方若しくは両者が色付きであるか、又は不透明若しくは半透明である請求項７に記載の異物検査装置。
【請求項１３】
前記被検査体が瓶又はペットボトルである請求項７に記載の異物検査装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、飲物や薬剤などの液体製品（液状製品を含む）に混入した異物を検査する異物検査装置に関し、特に検査の際に撮像手段側に円錐プリズムを配設することにより、異物が沈殿し易い部分である容器の底部形状を拡大すると共に、検査対象エリア全面を同時に撮像することによって高速かつ高精度に検査する異物検査装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、ＨＡＣＣＰ（Ｈａｚａｒｄ　Ａｎａｌｙｓｉｓ　Ｃｒｉｔｉｃａｌ　Ｃｏｎｔｒｏｌ　Ｐｏｉｎｔ　Ｓｙｓｔｅｍ）方式の食品衛生法への適用やＰＬ（Ｐｒｏｄｕｃｔ　Ｌｉａｂｉｌｉｔｙ：製造物責任）法の施工に伴って、食品や薬品などの製品の製造／加工、製品の保存／流通を経て最終消費者が摂取するまでのあらゆる段階で発生する恐れのある微生物汚染や、その他金属、布、髪等の異物混入などの事故発生を未然に防止し、製品の一層の安全保障を図ることが義務付けられつつある。
【０００３】
ＨＡＣＣＰは、衛生管理システム手法として国際的に高く評価されているアメリカの危害分析・重要管理点方式である。このＨＡＣＣＰ方式は、製造工程全般を通じて製品の安全性を図るようにした科学的な衛生管理方式であり、従来の衛生管理方式が最終製品の検査に重点を置いた方式であるのに対して、製造工程の予防措置に重点を置いている。ＨＡＣＣＰ方式は、危害分析（ＨＡ）と重要管理点（ＣＣＰ）の２つの部分から成り立っており、食品の製造／加工，製品の保存／流通を経て、最終消費者が摂取するまでのあらゆる段階で発生する恐れのある微生物汚染などの危害を調査／分析し、危害予防のための重要管理点を設定すると共に、管理基準を定めて限度内で適正に措置されているかを、管理記録等をチェックして常時監視し、その他の危害については、一般衛生管理基準（ＰＰ：Ｐｒｅ−ｒｅｑｕｉｓｉｔｅ　Ｐｒｏｇｒａｍ）で運営管理することにより、製造工程における危害発生を見落としなく未然に防止し、製品の一層の安全性を図るようにしたものである。
【０００４】
製造工場などの大量生産ラインにおいては、容器充填後の液体に混入した異物検査は、作業員の目視による検査などで行われている。この場合は、あるまとまった数量単位毎に１本を抜き取ったものを検査するという抜き取り検査方式であるため、全ての製品に対する確実な検査ではないという問題があった。
【０００５】
また、検査員を生産ラインに配置して行う全品検査方式であっても、人間の目視による判定では比較的大きい異物については検出することができる。しかしながら、微小な異物については検出することができず、検出精度に劣るという問題があると共に、高速化する生産ラインの速度に検査員の目視判断能力が追いつかず、検査能率が悪いものとなっているのが現状である。更に目視検査では、コーヒーやコーラ等の色付き液体については全く効果がなく、その対策が望まれていた。
【０００６】
【特許文献１】
特許第３３４０４１３号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
目視検査以外で充填後の容器内部の溶液に混入した異物を検査する方法としては、検査カメラを用いて容器を外部から撮像し、得られた画像情報に基づいて不良の有無を検査する方法が考えられる。しかしながら、こうした液体製品の容器は、起立を強固にするために底部の形状は中心部から外側に向かうにつれて窪みが深くなっており、液中の異物はその最も窪んだ底部に沈殿し易くなるため、検査の際はその部分を重点的に捉えると効果的である。図１８及び図１９はその様子を示しており、図１８（Ａ）はペットボトル１００の底部の側面図であり、異物１０１が底部に沈殿した状態であり、図１８（Ｂ）は底面図である。図１９（Ａ）はペットボトル１０２の底部の側面図であり、異物１０３が底部に沈殿した状態であり、図１９（Ｂ）は底面図である。
【０００８】
任意部分の画像を拡大する方法としては、ズーム機構等を光学系に用いた上で画像を撮り込むなどの方法があるが、ズーム機構等では指定した部分が拡大されると共に、被検査体全体も同じ倍率で拡大されるため、被検査体に実寸に合わせて設置した光学系からはみ出した部分が生じてしまい、全ての対象エリアに対して検査を行うことができなくなるなどの信頼性低下の問題がある。
【０００９】
図２０は光学検出装置の一例を示しており、光源１１０で被検査体としてのペットボトル１１１を照射し、ペットボトル１１１の底部からの透過光をＣＣＤセンサ１２０で受光し、ＣＣＤセンサ１２０の受光信号をデータ処理装置（図示せず）で画像処理し、ペットボトル１１１内の液体製品１１２に混入して沈殿した異物１１３を検出するようにしている（例えば特許文献１参照）。
【００１０】
このような検査装置では光学系を有効に利用するため、図２１に示すように光学系のフルサイズ１３０にペットボトル１１１の最大径を合わせて検出している。つまり、異物１１３をできるだけ拡大して検出する必要があるため、ペットボトル１１１の最大径を光学系のフルサイズ１３０としている。従って、検出される異物の画像上の大きさも、フルサイズ１３０で規定される光学系の倍率に依存してしまう。異物を大きく検出すればその分検査精度も向上するため、異物を大きくして検出する場合には、ズーム機構等を光学系に設置して画像を拡大すれば良い。しかしながら、ズーム機構等では図２２に示すように撮像領域全体を同じ倍率（図１２の特性Ａ）で拡大するため、被検査体の全体を光学系の中に入れることができない。図２２の破線部１１１Ａが光学系からはみ出た部分を示している。そのため、異物の存在領域が検査画面の外にはみ出してしまうことも考えられ、確実な異物検査を実現できないという問題がある。
【００１１】
また、画像取り込み後にソフトウェアによる画像編集などを行うことによって、任意の部分を拡大する方法も考えられるが、容器１つ当りの検査に要する時間が長過ぎるという点からも飲料や薬品などの高速大量生産ラインには不適当であり、製造の歩留まりが悪くなるなどの問題がある。
【００１２】
更に、従来の検査装置では、液体が透明であってもペットボトルや瓶が色付きの半透明材であったり、ペットボトルや瓶が透明材であっても、充填された液体がコーヒー、ジュース、コーラのような色付きの液体の場合には、光学的な手法やレーザー等の照射によって異物検査をすることが不可能である。不透明材や半透明材の場合には、Ｘ線を用いた異物検査も可能ではあるが、Ｘ線自体が人体に有害であり、装置が大掛かりとなり高価である。
【００１３】
このため、色付きの液体製品を瓶詰め若しくはペットボトルに充填した後は、従来異物検査は全く実施されていなかった。製品の完璧を追求するために、瓶又はペットボトルでの異物検査を確実に行うことが要請されており、これは色付き液体に対しても同様である。
【００１４】
本発明は上述のような事情からなされたものであり、本発明の目的は、飲料や薬剤などの液体製品を生産する生産ラインにおいて、瓶やペットボトル等の容器内の液体に異物が混入しているか否か、或いは色付き瓶やペットボトル、色付き液体内の異物をも確実に検出することができる異物検査装置を提供することにある。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、液体製品を内蔵した被検査体を撮像手段で光学的に検査し、前記被検査体に混入した異物を検査する異物検査装置に関するものであり、本発明の上記目的は、前記被検査体と前記撮像手段との間に円錐プリズムを配設することによって達成される。
【００１６】
本発明の上記目的は、前記円錐プリズムを片面円錐プリズムとすることにより、或いは前記円錐プリズムを両面円錐プリズムとすることにより、或いは前記撮像手段をＣＣＤセンサとすることにより、或いは前記液体製品及び被検査体が透明であり、前記異物が浮遊異物又は沈殿異物であることにより、或いは前記被検査体が瓶又はペットボトルであることにより、より効果的に達成される。
【００１７】
また、本発明は液体製品を内蔵した被検査体を撮像手段で光学的に検査し、前記被検査体に混入した異物を検査する検査装置に関し、本発明の上記目的は、前記被検査体への光照射を波長７５０〜１０００ｎｍの赤外光とすると共に、前記被検査体と前記撮像手段との間に円錐プリズムを配設することにより達成される。
【００１８】
本発明の上記目的は、前記赤外光を０．７ｍＷ以上かつ１００Ｗ以下のパワーで照射することにより、或いは前記円錐プリズムを片面円錐プリズムとすることにより、或いは前記円錐プリズムを両面円錐プリズムとすることにより、或いは前記撮像手段をＣＣＤセンサとすることにより、或いは前記液体製品又は前記被検査体の一方若しくは両者が色付きであるか、又は不透明若しくは半透明であることにより、或いは前記被検査体が瓶又はペットボトルであることにより、より効果的に達成される。
【００１９】
【発明の実施の形態】
本発明は、飲料や薬剤などの液体製品（液状製品を含む）を生産する生産ラインにおいて、赤外光やＣＣＤセンサ等を用いて、瓶やペットボトル内に金属、布、髪、ごみ等の異物（浮遊異物、沈殿異物）が混入していないか否かを、円錐プリズムによる部分的な拡大機能を用いて検査する。特に液体製品がコーヒー、コーラ、ジュース、牛乳といった色付き液体の場合、或は液体製品がミネラルウォータ等のように透明であって、瓶やペットボトルが半透明や色付きの場合でも、液体内に混入した異物を生産ラインを止めずに、円錐プリズムの拡大機能を用いることによって確実に検出することができる。即ち、本発明では、製品の製造／加工工程において発生する異物、例えば原料の検査で除去しきれていない原料異物、生産ラインに乗せる段階で混入する可能性のある環境異物、生産中に製造機自体から発生する製造機異物を最終段階で確実に検出し、異物が含まれた不良製品を確実に除去するため、異物が存在する場所を部分的に拡大して確実かつ安定的に検出するようにしている。
【００２０】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。
【００２１】
図１は本発明の異物検査装置の基本構成を示しており、被検査体としてのペットボトル２０内には液体（例えば水、点滴薬等）２１が充填されており、液体２１内には異物２２が混入している。ペットボトル２０の頂部には光源２３が配設されており、ペットボトル２０の底部には片面円錐プリズム１０を介してＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ−Ｃｏｕｐｌｅｄ　Ｄｅｖｉｃｅ）センサ３０が配設されている。片面円錐プリズム１０は図２に示すような構造で、透明ガラス、石英等で成っている。
【００２２】
このようにペットボトル２０とＣＣＤセンサ３０との間に片面円錐プリズム１０を介挿することにより、ペットボトル２０の底部が部分的に拡大されるので、異物２２を拡大した状態で検出することができる。これにより、異物検査の高精度化を実現できる。
【００２３】
図３は片面円錐プリズム１０がない状態でのＣＣＤセンサ３０の撮像画像を示しており、図４はその２値画像である。これに対して、ＣＣＤセンサ３０とペットボトル２０との間に片面プリズム１０を介挿すると、図５に示すような撮像画像が得られ、図６の２値画像となる。これら実際の画像データより、異物検査の高精度化が裏付けられる。
【００２４】
片面円錐プリズム１０は平面底部に対して、図７に示すような光路を通ると想定される。即ち、円錐中心部０に近い場所（例えばＡ点）での光路はＬ１であり、小さな放射角α１で出力され、円錐中心部０から離れた場所（例えばＢ点）での光路はＬ２であり、大きな放射角α２で出力される。放射角αが小さいことは底面画像拡大の倍率ｍが小さいことを意味し、放射角αが大きいことは底面画像拡大の倍率ｍが大きいことを意味する。従って、円錐中心部０からの距離ｒと倍率ｍの関係は図８のようになり、倍率ｍが円錐中心部０より離れるに従って大きくなっている。このため、ズーム機構が場所を問わず常に一定の倍率（図１２の特性Ａ）であるのと相違している。
【００２５】
このような円錐プリズム１０に対して図９に示すように、上方側に対しても円錐プリズムを合わせた両面円錐プリズム１１とすると、その光路は図１０に示すように出力光Ｌ４が角度αだけ傾斜して出力される。両面円錐プリズム１１の下面側のプリズム角度がθ１であり、上面側のプリズム角度がθ２であり、出力光Ｌ４の出力角度をαとした場合、その特性は図１１に示すようになる。即ち、プリズム角度θ１は出力角度αには関係せず、プリズム角度θ２に応じて変化し、プリズム角度θ２が９０度のときに出力角度αは０になり、プリズム角度θ２が０度のときに正側で無限大となり、プリズム角度θ２が１８０度のときに負側で無限大となる。
【００２６】
従って、０度＜θ２＜９０度の範囲でプリズム角度θ２を設定することによって、所望の拡大画像を得ることができる。両面円錐プリズム１１の最大径の半径値をｒ１とした場合、プリズム先端（半径＝０）から半径ｒ１までの倍率ｍは図１２の特性Ｂに示すように２次関数的に変化し、特性Ａで示すようなズーム機構による一定の倍率とは相違する。つまり、ズーム機構を用いて拡大した場合には特性Ａで示すように、中心位置（半径＝０）から外部（半径ｒ）に向かって一定の倍率となるのに対し、両面円錐プリズム１１を用いた場合には特性Ｂで示すように、中心位置（半径＝０）での倍率が０であり、外部に向かって次第に倍率ｍが大きくなっている。このため、従来のように全体を拡大することなく、被検査体の一部を部分的に拡大して異物を検出することができる。
【００２７】
図１３は、このような両面プリズム１１を用いた異物検査装置を図１に対応させて示しており、この装置でＣＣＤセンサ３０が撮像する画像は図１４であり、その２値画像は図１５となる。かかる実際の画像データからも、異物が最も沈殿し易い容器底部の外側の窪みに向かうにつれて拡大されていることが分かる。
【００２８】
図１６は本発明の更に他の実施例を示しており、液体４２がコーヒー、コーラ、牛乳等の色付きの液体の場合、若しくは瓶やペットボトル等の容器４１が不透明又は半透明の場合の実施例である。液体４２が色付きのため、異物４４は外部からは見ることができず、目視や光学的な手法では異物４４の検出は困難である。しかしながら、波長７５０〜１０００ｎｍの赤外光を赤外光源４０よりパワー０．７ｍＷ〜１００Ｗの範囲で照射し、容器４１からの透過光を対物レンズ（図示せず）で集光してＣＣＤセンサ３０で受光すると、異物４４を検出することができる（例えば本出願人による特願２０００−３５７６６５、特願２００１−１８０５５）。ＣＣＤセンサ３０は青から近赤外まで伸びた広く高い波長感度特性（受光器が反応する範囲の波長と感度）を有しており、光子を捉える量子効率が高い。写真の量子効率はせいぜい２〜３％であるが、ＣＣＤセンサ３０では９０％にも達する。また、ＣＣＤセンサ３０は同時に測定できる明るさの最低と最高の比（ダイナミックレンジ）が大きく、直線性が良いという特色を持つ。
【００２９】
このような特徴を有する結果、ＣＣＤ上に透過光が当たった時に自由電子が発生する現象（光電効果）を利用して区画の中に電子を貯め、一定の時間の露光の後にその電子を順番に読み出すだけで、水溶液のような光透過率の高い分子の場合には、水溶液が色付きや真っ黒でも水溶液を透明に変えてしまう作用を有することが分った。水溶液が透明で、容器が色付きの場合も同様である。
【００３０】
次に、本発明の生産ラインへの応用例を図１７に示して説明する。
【００３１】
生産ライン６０上を例えばペットボトルが流れており、このペットボトルを光源６１で照射し、反対側に配設された両面円錐プリズム１１（又は片面円錐プリズム１０）及びＣＣＤセンサ６２で検出する。ＣＣＤセンサ６２の検出信号は画像処理部６３で画像処理され、異物判定回路６４で異物の有無が判定され、異物の存在が判定されると排除信号ＲＳを出力する。生産ライン６０にはペットボトルの振分け部６５が設けられており、排除信号ＲＳに対応したペットボトルを排除して、良品と不良品とを振分ける。これにより、良品のみを生産して出荷することができる。
【００３２】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、受光素子が撮像する画面を部分的に拡大して異物を検出するので、異物の検出を確実に行うことができる。本発明では、検査の際に撮像手段側に円錐プリズムを用いており、容器の底部形状の特に異物が沈殿し易い部分を拡大すると共に、検査対象エリア全面を同時に撮像することができるので、容器等に混入した異物を高速かつ高精度に検査することができる。
【００３３】
更に、色付きの液体が瓶やペットボトルに充填された状態でも、また、瓶やペットボトルが色付きであっても、内部に異物が混入されておればその異物を検出することができると共に、異物混入の不良製品を排除することができる。そのため、瓶やペットボトルなどの容器に充填して最終製品とする直前までに混入する可能性のある異物を排除することが可能となるので、製品の一層の安全性を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例を示す基本構成図である。
【図２】片面円錐プリズムの斜視構造図である。
【図３】ＣＣＤセンサの撮像画像の一例を示す図である。
【図４】図３の２値画像である。
【図５】片面円錐プリズムを介挿したときのＣＣＤセンサの撮像画像の一例を示す図である。
【図６】図５の２値画像である。
【図７】片面円錐プリズムの光路例を示す図である。
【図８】片面円錐プリズムの倍率分布を示す図である。
【図９】両面円錐プリズムを示す斜視構造図である。
【図１０】両面円錐プリズムの光路例を示す図である。
【図１１】両面円錐プリズムの特性例を示す図である。
【図１２】両面円錐プリズムの倍率分布を示す図である。
【図１３】本発明の他の実施例を示す構成図である。
【図１４】両面円錐プリズムを介挿したときのＣＣＤセンサの撮像画像の一例を示す図である。
【図１５】図１４の２値画像である。
【図１６】本発明の更に他の実施例を示す構成図である。
【図１７】本発明の応用例を説明するための図である。
【図１８】ペットボトルの底部構造と異物の沈殿を説明するための図である。
【図１９】ペットボトルの底部構造と異物の沈殿を説明するための図である。
【図２０】従来の光学検出装置の一例を示す図である。
【図２１】従来の検出装置の光学系を説明するための図である。
【図２２】従来の検出装置の光学系を説明するための図である。
【符号の説明】
１０　　　　　　　　　　　　　片面円錐プリズム
１１　　　　　　　　　　　　　両面円錐プリズム
２０、４１、１００、１０２　　ペットボトル
２１、４２　　　　　　　　　　液体
２２、４３、１０１、１０３　　異物
２３、６１　　　　　　　　　　光源
３０　　　　　　　　　　　　ＣＣＤセンサ
４０　　　　　　　　　　　　　赤外光源
【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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【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１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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