(57)【要約】  本発明は、容器の閉じ蓋（７）、特にネジ栓を検査するための検査装置（１）であって、この検査装置が、光学レンズ（２）、照明装置（３）、カメラ（５）及び電子画像処理のためのシステム（１３）を含み、レンズ（２）は閉じ蓋（７）の上方で垂直に取付けられており、光線収束は光学レンズ（２）の上方で垂直に取付けられたカメラ（５）の方向で行われる検査装置（１）に関する。その際に、カメラ（５）は電子画像処理のためのシステム（１３）に接続されている。光学レンズ（２）は、回転対称なレンズとして構成されておりかつ少なくとも二つのレンズ領域を備えており、それにより、レンズ領域は凸状の表面を備え、少なくとも一つの別のレンズ領域が平非球面の表面を備えている。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
瓶（６）或いはそのような容器の閉じ蓋（７）、特にネジ式閉じ蓋を検査するための検査装置（１）であって、
この検査装置が、光学レンズ（２）、照明装置（３）、カメラ（５）及び電子画像処理のためのシステム（１３）を含み、
−レンズ（２）が閉じ蓋（７）の真上に取付けられており、光線収束が光学レンズ（２）の真上に取付けられたカメラ（５）の方向で行われ、
−カメラ（５）が電子画像処理のためのシステム（１３）に接続されている検査装置（１）において、
光学レンズ（２）が回転対称なレンズとして構成されておりかつ少なくとも二つのレンズ領域（Ａ，Ｂ，Ｃ）を備えており、
その内の一つのレンズ領域Ａが凸状の表面を備え、少なくとも一つの別のレンズ領域（Ｂ，Ｃ）が平非球面の表面を備えていることを特徴とする検査装置（１）。
【請求項２】
平非球面の表面を備えたレンズ領域が、二つの隣接するレンズ領域（Ｂ，Ｃ）から形成され、一つのレンズ領域（Ｃ）がこれらのうちの凸状の表面コースを備えており、少なくとも一つの別のレンズ領域（Ｂ）が平らな表面コースを備えていることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項３】
非球面レンズ（２）の横断面が少なくとも三つの水平部分に分割されており、
これらの内、
−最も上の部分が高さａにより決定されており、この高さが凸状に延びているレンズ表面の垂直な高さを提示しており、
−後に続くより深い部分が高さｂにより決定されており、この高さが凸状に延びていない平らなレンズ表面の垂直な高さを提示しており、
−後に続くより深い部分が高さｃにより決定されており、この高さが凹状に延びているレンズ表面の垂直な高さを提示しており、
高さａ，ｂ及びｃの総計がレンズ（２）の合計高さ（Ｈ）になることを特徴とする請求項２に記載の装置。
【請求項４】
円筒形のディスクあるいはプレートとして形成された最も下側のレンズ領域（Ｄ）が設けられており、レンズ（２）の回転軸線（ＬＡ）に対して平行な垂直な環状の側面（Ｄ２）を備えており、高さａ，ｂ，ｃ及びｄの総計がレンズ（２）の合計高さ（Ｈ）になることを特徴とする請求項２または３に記載の装置。
【請求項５】
照明装置（３）が環状のあるいは複数の領域から成るＬＥＤ照明装置であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一つに記載の装置。
【請求項６】
ＬＥＤ照明装置が少なくとも二つあるいはそれより多くの領域を備えており、領域のあるいは複数の領域の各々が、共通に幾つかのおよび／または互いに異なる波長の光スペクトルを放出することができることを特徴とする請求項５に記載の装置。
【請求項７】
ＬＥＤ照明装置の領域が、第一の光スペクトル或いは第一の波長を備えた光（線）が、第一のレンズ領域のレンズ表面を通って進み、別の異なる光スペクトル或いは異なる波長を備えた光（線）が、別の他のレンズ領域のレンズ表面を通って進むように配置されており、かつレンズ（２）とそのレンズ領域（Ａ，Ｂ，Ｃ）の機構と協働することを特徴とする請求項５または６に記載の装置。
【請求項８】
ＬＥＤ照明装置の領域が、第一の光スペクトルあるいは第一の波長を備えた光（線）が、閉鎖システム或いは閉じ蓋（７）の第一の表面に当たり、別の異なる光スペクトル或いは異なる波長を備えた光（線）が、閉鎖システム或いは閉じ蓋（７）の別の他の表面或いは表面領域に当たるように配置されており、かつ容器（６）の閉鎖システムと、特に閉じ蓋（７）と協働することができることを特徴とする請求項５〜７に記載の装置。
【請求項９】
非球面レンズの最も大きな外側の直径が、閉じ蓋の直径の少なくとも２．５倍の大きさであることを特徴とする請求項１〜８のいずれか一つに記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、請求項１の上位概念による検査装置および検査設備において、容器類の閉じ蓋、特に瓶類、グラス類、チューブ類あるいはそのような容器のためのネジ栓を検査するための装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
飲料業界の設備の場合、瓶或いはそのような容器を、幾つかの異なった基準に関して検査することが普通でありかつ知られている。これらは、例えば閉じ蓋、閉じ蓋の位置の存在、保護要素（例えば操作に関する保護要素）の存在と質、装飾の存在と整向、損傷、亀裂或いは類似のものである。
【０００３】
先にあげた瓶そのような容器は、例えばガラスあるいはプラスチック、特にＰＥＴから成るが、他の材料からも成り、閉じ蓋を備えており、それにより特にネジ栓が意図されている。これらは例えば金属、プラスチックあるいは他の材料からも成り、特に多くの或いは僅かな平らな蓋の面（閉じ蓋頭部面）から成り、これらは口開口部を覆い、この目的で実質的に垂直に整向される円筒形あるいは環状の外壁材料（閉鎖物側面）ならびに通常一つ或いは複数の操作に関する保護部を覆うことに使用される。
【０００４】
これらの操作に関する保護部は、栓要素と一体に構成されており（リング、係合歯など）或いは独立した頭部ラベル、スリーブ或いは他の何らかの機構が、栓要素と協働する追加の設備要素として構成されていてもよい。
【０００５】
閉じ蓋、特にＰＥ，ＰＰなどのようなプラスチックから成るネジ栓を検査する場合、一つ或いは複数の作業工程において、口領域全体と垂直な部分ならびに栓蓋材料全体が先に挙げた基準で検査されるべきである。この検査のデータは欠陥のある容器あるいは容器の閉じ蓋を選び出し、場合によっては工程を最適化するために使用される。
【０００６】
閉鎖システムとは、これ以降全ての要素の完全な所望される端部機構であると理解されるべきである。すなわち蓋と並んで、栓要素として、装飾部、操作に関する保護要素、ならびに隣接し、場合によっては機能的に栓要素に機能接続して起立する容器の当接面、場合によってはネックリングであると理解されるべきである。
【０００７】
原則として、検査は、さらに瓶の空間的移動の減損無しで３６０°の観察で減らされるべきである。特に工程の作業能力と搬送速度を高めるために、連続的な検査工程が確実に行われる必要がある。
【０００８】
特許文献１には、瓶またはそのような容器の閉じ蓋を検査するための装置が記載されており、この装置は容器軸線に対して垂直に配置された装置を含み、この装置は平凸レンズ、照明装置、カメラ及び電子画像のためのシステムを用いてネジ栓の検査を行う。ＬＥＤ照明装置は、閉じ蓋を側方に配置された位置から照射する。閉じ蓋の上方で垂直に配置された光学レンズの直径は、閉じ蓋から突出しており、従って栓側面材料および栓蓋材料の光線は、光学レンズの上方に垂直な点で収束し、この点でカメラは画像を撮影する。
【０００９】
この目的で適切な光学レンズが提案され、このレンズは平凸レンズならびにメニスカスレンズとして形成される。これにより、光路は、閉じ蓋の材料ならびに栓側面材料の画像が、カメラにより撮影できるように偏向でき、このカメラは軸線方向で、すなわち容器あるいは栓要素の上方で垂直に配置されている。
【００１０】
このような検査目的のために、光学レンズの二つの貫通側は重要であり、これらの貫通側を通って光線は交点に対して或いはカメラに対して向けられる。平凸レンズは、レンズの一方の貫通側が平であり、すなわち平坦であり、他方の貫通側が凸状であり、すなわち一貫して外側に向かって湾曲されていることを特徴とする。メニスカスレンズは、レンズの一方の貫通側が一貫して凹状であり、すなわち内側に向かって湾曲されており、他方の貫通側が一貫して凸状であることを特徴とする。
【００１１】
デジタル画像処理装置により、撮影された画像あるいはカメラのデータは検出され、必要に応じて変換され、続いて評価される。次いでこれらの評価されたデータは、制御信号として容器の処理区間と搬送区間のために使用され、特に場合によっては欠陥容器／欠陥閉じ蓋の必要な選別のために使用される。
【００１２】
公知の解決手段の場合、光線が凹状に形成されたレンズ表面を通った通過により、同じ交差長を有しておらず、それにより共通の点で重なり合わず、それにより画像は不鮮明になることが問題である。
【００１３】
この効果は、閉鎖システムの観察される閉じ蓋側面の深さを備えた垂直の整向の際に間隔ととともに増大し、かつ従って深いネジ領域のような閉鎖システムのとりわけ重要な要素、閉じ蓋側面の下側の縁部の保護リング、先に挙げた要素の間隔もたらし、これらの歪みはもはや所望の品質で検出されずかつ評価されることはできない。
【００１４】
しかし鮮明な画像は、検査技術においては重要な意味を持つ。各々個別の容器の最適な閉鎖品質を保証するために、一部が目で見るのが困難で、場合によっては極めて空間的に小さい欠陥が検出される必要がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１５】
【特許文献１】欧州特許出願公開第１２７０４３３号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
従来技術から出発して、本発明の根底を成す課題は、閉栓システムのための改善された検出および評価の可能性を与える装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
本発明によれば、課題は請求項１の特徴を備えた、容器の閉栓システムを検査するための装置を備えていることにより解決され、光学レンズは回転対称な平非球面レンズが構成されている。
【００１８】
この実施形態により、平凸レンズ或いはメニスカスレンズの形態の非球面レンズにより生じる収差が減少されるか或いはしかもその上、除去され得る。この解決手段の長所は、僅かなコスト、簡単な応用そして高い信頼性である。
【００１９】
回転対称な平非球面レンズは基本的に知られており、レンズの貫通側が平であり、他方の貫通側がレンズ軸線においてその絶対的高い点を備えていることを特徴としており、上側の表面コースが非球面の表面コースにより描かれることができる。
【００２０】
非球面の表面コースは、円錐曲線で描かれ、この円錐曲線は、高いオーダーの冪級数により定義されるカーブに移行する。
【００２１】
これを具体的に説明するために、ＤＩＮ  ＩＳＯ  １０１１０−１２に従った非球面な表面を製造するための計算式を以下に示す。
【数１】
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【００２２】
ここで、
Ｉ＝円錐部分の方程式関与部
ＩＩ＝高いオーダーの変形のための冪級数としての方程式関与部
ｚ＝矢の高さ
ｒ＝軸線に対して垂直な距離間隔（入射高さ）
Ｒ＝頂点半径
ｋ＝円錐定数
Ａ４，Ａ６，…＝非球面のパラメータ
【００２３】
本発明によれば、非球面の表面コースはレンズ軸線において凸状の表面コース（方程式関与部Ｉ）並びに少なくとも一つの凹状或いは平らな表面コース（方程式関与部ＩＩ）を含む。
【００２４】
この形態により、観察される材料の下側の縁部により反射される光線は、レンズの非球面の部分により屈折され、この部分はその特別に適合した表面コースにより、球面収差を防ぎかつ閉じ蓋側面の深い観察領域を同じくシャープに描くことを可能にする。
【００２５】
有利な形態において、表面コースは、光線が全て同じ交点に収束するように構成され、従って特に下側面の領域から反射される光線のための、すなわちレンズの下側から最も隔てられた光線のための、最適な画像のシャープさが達せられる。
【００２６】
レンズが回転対称であることにより、レンズの断面は複数の水平部分に分割することができ、これらの部分はそれらの表面コースが異なる。実例は、回転対称な平非球面レンズの特殊な実施形態の後になってからの以下のような明細書に見られる。
【００２７】
改善された実施形態は、好ましくはＬＥＤ照明装置として構成されている本発明による照明装置により、異なる波長の光スペクトルが放出され得ることにある。
【００２８】
その際に、選定すべき理想の光スペクトルは、容器と閉じ蓋の特性あるいは非球面レンズの屈折挙動に依存する。
【００２９】
有利な構成において、照明は、最適な画像品質を達成するために、例えば閉じ蓋材料とは異なる保護リングの異なる材料と色に特別に合わせられることができる。この目的で、照明ユニットは、例えば異なる波長および／また強度を有する光を放出することができる領域（例えば同心の領域）を有する。従って閉じ蓋側面における損傷あるいは亀裂を検出するために、例えば極めて暗いネジ栓の基体の一つは、この領域における位置と損傷を検出するための、ネックリングおよび／またはネックリングへの移行領域よりも（強く）異なって照射されることができる。もしくは栓要素の部分領域は、極めて明るく、強く反射される装飾領域を備えており、この装飾領域は、場合によっては、特殊な単色光により照射される必要があり、閉じ蓋側面のおよび／または深い保護リングより深くにある領域は、この目的で異なる波長を有する光により照射される必要がある。
【００３０】
さらに、凸状のレンズ部分に優先して第一の波長を有する光（線）が当たり、非球面のレンズ部分には第二の波長を有する光（線）が当たるように、照明ユニットが閉鎖システムを照射するという、データ評価のための長所がある。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】検査装置を側面図で示す。
【図２】非球面レンズの構造を断面図で示す。
【図３】非球面レンズによる光路の比べるコースを示す。
【発明を実施するための形態】
【００３２】
検査装置１は、現存する非球面レンズとして構成されているレンズ２及びレンズ２の周囲に或いはレンズ軸線ＬＡに対して同心に配置されたＬＥＤ照明装置３そして特にレンズ２とＬＥＤ照明装置３のための担持兼保持装置４を含む。レンズ２の上方の軸線方向の整向においては、カメラ５が画像検出ユニットとして配置されており、このカメラは他方またデータ評価兼制御ユニット１３と接続している。さらに図１において、閉じ蓋７の検査の時点での瓶６の口及び閉鎖領域が示されている。瓶６の閉じ蓋７は、閉じ蓋頭部面８、（ネジ部を備えた）通常の歯があるかざらざらした表面を備えた閉じ蓋側面９、及び識別できないが内部に向けられた係合歯を備えた操作保護部としての、ここに垂直に下方に接続している保護リング１０を含む。閉じ蓋７はこの状況では単一構造で下方端部としての保護リング１０と共に構成されており、表面は異なって構造を与えられている。すなわち閉じ蓋側面部９の領域では縦長の水地区な溝でもって、かつ保護リング１０の領域では滑らかでかつ僅かに傾斜して立てられている。
【００３３】
これにはネックリング１１が保護リング１０の下方で接続している。ネックリング１１の真下で容器６の首部が識別可能であり、この首部は次いでこれ以上は記載されていない容器６の肩領域に移行する。
【００３４】
担持兼保持装置４は、レンズ２の縁部を検出しかつ位置決めするためのクランプ溝１５、下側のカバーディスク１６及び担持兼保持装置４全体を隣接した（図示されていない）装置要素に接続しかつ固定するための固定フランジ１７を含む。ＬＥＤ照明装置３は下側のカバーディスク１６の上方に配置されているのが理想であり、閉じ蓋７に（原則として、閉じ蓋側面７およびより深くにある複数の要素にだけ）当たる前のＬＥＤ照明装置３の光線は、理想的にはレンズ２のそばを通り過ぎて行きかつその前にレンズ表面には導入されずまたレンズ表面から導出されない。
【００３５】
従って二つの移行領域１２．１と１２．２が閉鎖システムに生じる。第一の移行領域１２．１は、閉じ蓋側面９とほぼリング１０の間のＰＥ材料の場合に多少明るく思われるリングであり、第二の移行領域１２．２は、保護リング１０の下側縁部とネックリング１１ｍｐ上側縁部の間で環状間隙として構成されており、この環状間隙は閉じ蓋要素７の端部位置が正しい場合、周囲方向で常に同一の高さを有する。
【００３６】
図示されたＬＥＤ照明装置３は、異なる波長の光線１４．１，１４．２を瓶の閉じ蓋７に放射し、これらの光線は所定の要求に最適に適合されている。
【００３７】
閉じ蓋側面９と移行領域１２．１に反射された第一の光線１４．１並びに保護リング、場合によればネックリング１１と移行領域１２．２に反射された光線１２．２は、真上に配置され回転対称な平非球面レンズ２により焦点に収束されかつカメラ５内に案内される。改善点は、移行領域１２．１が特に不可欠であることにより達せられることができる。その理由は、固有の波長の光および／または強度が選定されることにより、安全が確保される領域が別々に照射されかつ検査されるからである。
【００３８】
凹状で、平でかつ凹状の延び具合であることを特徴とするレンズ２の特殊な形状により、光線１４．１と１４．２は共通の交点で出合い、従ってカメラ５は特にシャープで歪みの無い一つの画像あるいは複数の画像を収めることができる。
【００３９】
有利な変形として、図１には別の照明ユニット３ａが示されている。照明ユニット３ａの光線１４．３はレンズ２を通って閉じ蓋頭部面８に案内されかつそこからカメラ５内に反射される。この目的で照明ユニット３ａは、照明ユニット３の上方にかつ理想的にはカメラ５の高さに配置されている。照明ユニット３ｂと３ｃは、別の照明ユニット３ａのための随意の配設高さ／配設場所提示しかつ常に理想的に同心でＬＥＤリングあるいは複数のＬＥＤ光パネルが軸線ＬＡを中心にして配置されている。
【００４０】
撮影された画像は、電子式の画像処理装置１３により例えば極座標に変換され、引き続いて評価される。
【００４１】
本発明による回転対称な平非球面レンズの特殊な実施形態が図２に描かれておりかつこの後詳しく記載されている。
【００４２】
非球面レンズ２はここでは三つ或いは四つの領域Ａ、Ｂ、Ｃ及びＤに分割できる。その際にレンズ領域Ａは垂直の高さ部分ａと関連しておりかつ凸状の表面コースを備えており、この表面コースは演算機能では方程式パートＩにより記載される。レンズ領域Ｂは、平な表面コースを備えた、垂直な高さａの下方の高さＢと関連している。これには垂直な高さ領域ｃにある凹状の表面コースを備えたレンズ頭領域Ｃが接続している。高さ位置ｂとｃのレンズ領域ＢとＣは、共通に非球面の表面領域を形成しておりかつ計算式の方程式パート２により記載可能である。
【００４３】
最も下のレンズ領域Ｄは垂直な高さｄにより記載することができかつこれを適切に位置決めし並びに固定できるようにレンズ２のフランジ或いは台を形成している。レンズ領域Ｄの下側Ｄ１はレンズ２の下側を形成している。レンズ領域Ｄの垂直な外側の側面Ｄ２は、普通は光線誘導に使用される。その理由は、側面Ｄ２を通って通常の場合では光線は案内もされず、側面Ｄから導出もされないからである。
【００４４】
検査の課題に応じて、レンズ領域ＢまたはＣの一方は無くなってもよい。さらに最も下の領域ＢまたはＣの構造的に異なる処理において、適切な担持或いは捕捉がレンズを安全な位置で固定できる程度に大きく構成されていてもよく、レンズ領域Ｄは完全に無くなり、その場合、下側Ｄ１は各々最も深いレンズ領域Ｂ又はＣの下側である。
【００４５】
高さａ〜ｄの総計は共通にレンズ２の全体高さになる。検査システム１の方向がすべてひっくるめて異なる場合、例えば置いてある配置として、例えば水平に或いは頭から先に保持され、搬送される容器の場合、先に挙げた方向と位置は相応して類似していると理解されるべきである。
【００４６】
従って、容器の走行通路の上方の唯一のレンズによりそして唯一の画像検出装置、特にカメラにより、ネジ式閉鎖キャップのための閉鎖システムは、下方までそしてそこに配置された要素、輪郭および幾何学形状を全て備えたネックリングを含めて検出され、高い品質と信頼性でもって評価され得ることが達せられる。
異なる検査目的のための及び場合によっては異なる波長および／または強度を備えた、検査技術において知られかつほんの少しだけ時間をずらした通常の、ミリセカンド範囲の照明は、適切な場合に補完的に行われることができる。しかしこのようなパルス状の照明は、多くの検査ケースにおいては有利な配置のためにもはや必要とはされていない。
【００４７】
その際に、閉鎖システムの目標とされる領域毎の照明、しかも各々の表面およびその光学的効果を備えたＬＥＤ照明システムの使用は、特に有利な変形と開発の見本になる。
【００４８】
図３には、非球面レンズ２０を通る光路３０が、非球面レンズ２を通る光路３１と向い合せで比較されている。特に、レンズ２の非球面の領域ｂ，ｃでの照明は、球面レンズ２０の狭小な検査画像３２に比べて区間ｘの周囲で拡大された検査画像３３を可能にしていることが識別できる。従って非球面レンズ２により、容器６の軸線方向でより深い眺めが可能であり、従って軸線方向での大きな検査画像が可能である。
【００４９】
さらに、非球面レンズ２の焦点３５が、画像品質と画像鮮鋭度の基準として、どれだけ十分シャープに形成されていることが識別可能である。これと比較して、非球面レンズ２０の焦点３４は明らかに拡散されており、従ってここでは拡散が存在する。
【図１】
2017518500.tif 000004
【図２】
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【図３】
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【国際調査報告】
2017518500.tif 000007
2017518500.tif 000008
2017518500.tif 000009
2017518500.tif 000010
2017518500.tif 000011
2017518500.tif 000012