JP5651084B2 - 異物検査装置 - Google Patents

Description

本発明は、液体が充填された容器に混入した異物の有無を検査する異物検査装置に関する。

例えば、特許文献１には、透明または半透明の容器を回転（自転）させて当該容器に充填された液体に容器の周囲に沿った水流を発生させるとともに容器内に向かって光を照射し、照射された光が、水流によって舞い上がった異物で反射される反射光を撮像装置で撮像する技術が開示されている。
また特許文献２には、容器に充填された液体のみが容器内で回転している状態を作り出して容器の外から複数の検査画像を取得し、液体の回転とともに移動する異物を、容器の傷や汚れと区別する技術が開示されている。特許文献２に開示される技術では、液体が充填された容器を回転させた後で急激に回転を停止させ、慣性によって液体のみが回転している状態を作り出している。

特開２００６−２０１００３号公報 特開２００５−０７００１３号公報

液体が充填される容器が円筒形状の場合は、正立した状態の容器を水平面上で回転（自転）させることによって、充填した液体に、容器に沿った方向の水流を発生させることができる。したがって、特許文献１に開示されるように、水流によって異物を舞い上がらせることができ、舞い上がった異物が反射した光を撮像装置で撮像することによって、容器内における異物の有無を検査できる。
また、特許文献２に開示されるように、容器に充填された液体の回転によって異物を移動させることができ、容器とともに静止している、例えば容器の傷や汚れと、容器に充填された液体に混入した異物と、を識別することができる。

これに対し、例えば点眼薬が充填される容器など、両側面から押しつぶされたように扁平した形状の容器は、正立した容器を水平面上で回転（自転）させる際に、急回転しすぎると泡が発生するため、泡の発生を抑える程度に回転させると充填された液体に容器内で好適な水流を発生させることができず、異物を効果的に舞い上がらせることができない。
このように有効な水流を発生させることができない容器の異物検査は、例えば、容器上方から容器内に光を照射して容器下方から当該容器の底部を撮像し、撮像された画像データから底部に沈殿する異物を抽出する構成が好ましい。

しかしながら、液体を容器に充填する充填装置では容器の転倒を防止するために、例えば特許文献１に示されるような容器保持手段によって、容器は正立した状態で上方から押さえつけられており、上方から容器に光を照射することが困難な構成となっている。

そこで本発明は、容器内に好適に光を照射して異物を撮像できる異物検査装置を提供することを課題とする。

前記課題を解決するため、本発明は、正立した容器を載置する台座と、前記台座に載置された前記容器の上方で水平方向に広がって当該容器を上方から押さえつける保持部を有する容器保持装置と、前記容器を底部の側から撮像した画像データを取得する撮像装置と、照明装置と、を含んで構成される異物検査装置とする。そして、前記保持部は、上方から下方に向かって漏斗状に広がって、頂部に形成される狭部で前記容器の上部を嵌め込んで当該容器を保持し、前記照明装置は、前記容器を押さえつけている前記保持部の下方から当該保持部に向かって上方に光を照射し、前記保持部は、前記照明装置が照射した光を下方に向かって反射するように構成されていることを特徴とする。

本発明によると、容器内に好適に光を照射して異物を撮像できる異物検査装置を提供できる。

（ａ）は異物検査装置の構成を示す平面図、（ｂ）は（ａ）のＸ１−Ｘ１断面図である。 （ａ）は台座の構成および照明装置と撮像装置の配置の詳細を示す図、（ｂ）は台座の構造を示す斜視図である。 （ａ）〜（ｃ）は液面の状態、反射光および入射光の状態、画像データの状態を模式的に示した図である。

以下、本発明の実施形態について、適宜図を参照して詳細に説明する。
図１の（ａ）に示すように、本実施形態に係る異物検査装置１は、透明または半透明の容器２に薬品などの透明な液体を充填する生産ライン（図示せず）に組み込まれている。容器２は薬品などの液体が充填された後に異物検査装置１まで搬送ライン１０によって搬送され、異物検査装置１内では正立した状態で搬送装置３によって移動する。なお、容器２はガラスやアクリル、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）等を素材とする透明または半透明な容器であることが好ましい。

容器２は略円筒形であってもよいがその形状は限定されない。例えば、点眼薬が充填される容器２は、利用者が点眼薬を滴下しやすいように、両側面が押しつぶされたような形状、つまり、側面が平面状に形成された扁平な形状となっているが、このような扁平な形状の容器２であってもよい。

搬送装置３は、容器２が正立した状態で載置される台座３ａが、環状に回転駆動（公転）する検査ロータ３ｂに固定されてなる。検査ロータ３ｂには周方向に複数の台座３ａが等間隔に備わり、これらの台座３ａは検査ロータ３ｂの一定速度での回転駆動（例えば、反時計方向への回転駆動）とともに移動するように構成される。
また台座３ａは、後記するように水平面内で中心軸周りに回転（自転）可能に構成されている。
なお、本実施形態においては、容器２の底部が台座３ａに面するように載置されて起立した状態を容器２が正立した状態とする。そして、上下方向は、正立した容器２の底部の側を下方とする。

異物検査装置１の入口部１ａには、生産ラインで液体が充填された容器２を搬送する搬送ライン１０に接続されて、容器２を異物検査装置１に搬入する小径の搬入ロータ１ｃが備わっている。容器２は搬送ライン１０によって異物検査装置１の入口部１ａまで搬送されると、回転駆動する搬入ロータ１ｃによって連続的に検査ロータ３ｂの台座３ａに載置されるように構成される。

さらに異物検査装置１の出口部１ｂには、搬送ライン１０に接続されて異物検査が終了した容器２を異物検査装置１から搬出する小径の搬出ロータ１ｄが備わっている。そして、入口部１ａから異物検査装置１に搬入された容器２は、検査ロータ３ｂの回転（公転）にともなって移動する間に異物検査され、回転駆動する搬出ロータ１ｄによって異物検査装置１から搬出されて搬送ライン１０によって次の生産工程まで搬送される。
そして、異物検査装置１の入口部１ａから出口部１ｂまでの間には、照明装置５１と撮像装置５２と制御装置５３を含んで構成される検査部５０が備わっている。

台座３ａは略円筒形を呈して中心軸の軸線を上下方向として配設され、図１の（ｂ）に示すように、検査ロータ３ｂに固定されて台座３ａの下方に配置されるモータ３ｃなどの回転駆動手段によって、水平面内で中心軸周りに回転（自転）可能に構成される。
なお、モータ３ｃへの電源は、例えば図示しないスリップリングを介して、異物検査装置１に備わる電源装置（図示せず）から供給される構成とすればよい。

また、検査ロータ３ｂには台座３ａの上方に延出するようにアーム部３ｄが形成され、アーム部３ｄには、台座３ａに載置された容器２を当該台座３ａに押さえつけて容器２をホールド（保持）する容器保持装置４が備わっている。容器保持装置４は、台座３ａの上方で上下動自在にアーム部３ｄに支持される保持杆４ａの下方（台座３ａの側）に、容器２を押さえつけるための保持キャップ４ｂが保持部として取り付けられて形成される。
また、保持杆４ａは軸線を中心として回転自在にアーム部３ｄに支持されることが好ましい。この構成によると、台座３ａに載置された容器２が台座３ａの自転とともに自転するときに、容器２を押さえつけている容器保持装置４も回転し、台座３ａおよび容器２の自転が妨げられない。また、容器保持装置４によって、台座３ａの自転による容器２の転倒が防止される。

保持キャップ４ｂは、台座３ａの側（すなわち下方）が漏斗状に広がって形成され、保持杆４ａが下方に移動したときに、容器２を台座３ａとの間に挟み込んで容器２を押さえつけるようにホールドする。
この構成によると、保持キャップ４ｂの下方は容器２の上方で水平方向に広がって容器２を押さえつけることができる。さらに、保持キャップ４ｂが容器２の側に向かって漏斗状に広がる形状であるため、容器２の上部が保持キャップ４ｂの頂部に形成される狭部に嵌まり込む構成となり、保持キャップ４ｂで容器２を好適にホールドできる。

例えば、搬入ロータ１ｃによって容器２が台座３ａに載置されたときに容器保持装置４が容器２に向かって下方に移動する構成とすれば、液体が充填された容器２を容器保持装置４の保持キャップ４ｂでホールドすることができる。また、容器保持装置４が適切な重量を有する場合、容器保持装置４は自重で容器２を台座３ａに押さえつけることができる。
または、容器保持装置４を下方に付勢する付勢手段（図示せず）が備わる構成であってもよい。この構成の場合、付勢手段が発生する付勢力によって容器保持装置４が容器２を台座３ａに押さえつける。

本実施形態に係る異物検査装置１は、容器２に充填された液体に混入して容器２の底部に沈殿している異物の有無を検査する検査装置であり、図１の（ａ）に示すように、容器２を底部の側から撮像した画像データを取得する撮像装置５２と、後記するように保持キャップ４ｂで反射させることで容器２の上方から下方に向かって光を照射する照明装置５１と、制御装置５３と、を含んで構成される検査部５０を有する。そして、検査部５０では、透明または半透明の容器２を底部の側から撮像装置５２で撮像して画像データを取得した後、この画像データが制御装置５３に入力され、制御装置５３が入力された画像データを利用して異物の有無を判定するように構成される。

容器２に混入する異物は光を透過しない場合が多く、制御装置５３は、容器２に充填された液体（透明または半透明）を上方から底部に向かって透過する光を底部の側から撮像装置５２が撮像して取得する画像データにおいて、異物で光の透過が遮断されて形成される低輝度部（黒色部）を抽出したときに、異物が混入したと判定するように構成される。
そのため、画像データにおいて異物がない領域は高輝度部（白色）であることが好ましく、この構成によって異物とその周囲の輝度の差を大きくすることができ、制御装置５３による異物（低輝度部）の検出の精度を向上できる。
そこで、容器２の上方から底部に向けて光（白色光）を照射して、異物がない領域を高輝度にする構成が好ましい。

照明装置５１は、キセノンランプやＬＥＤを光源として利用できるが、その種類は限定されない。また、照明装置５１は、容器２が異物検査装置１に搬送されて検査部５０で異物検査されるときに撮像装置５２が撮像動作するタイミングに同期して発光するストロボ装置であってもよいし、異物検査装置１の稼動中は常時発光する構成であってもよい。
また、撮像装置５２は、受光素子として、例えばＣＣＤ（Charge Coupled Device）やＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor Image Sensor）などのエリアセンサを備えて画像データを取得するカメラを利用できるが、その種類は限定されない。また、撮像装置５２は、静止画の画像データを取得する装置に限定されず動画を撮像する装置であってもよい。

また、搬送装置３に備わって容器２が載置される台座３ａは、異物検査装置１の検査部５０において搬送装置３の側方に配置される撮像装置５２が容器２を底部の側から撮像可能に構成される。
例えば、図２の（ａ）に示すように、台座３ａは、円柱状の本体部３１の上方に容器２が載置される載置台３３が嵌め込まれ、下方が検査ロータ３ｂに取り付けられて構成される。なお、図２の（ａ）は手前が台座３ａの搬送方向になる。
さらに、図２の（ａ）、（ｂ）に示すように、本体部３１は側面の一部に、上方から下方に向かって略４５度に傾斜した傾斜部を有する切り欠き部が撮像窓３１ａとして形成されている。そして、この撮像窓３１ａの傾斜部には、切り欠き部の上方から照射される光を本体部３１の側面の方向に屈折させるプリズム３２が備わっている。

なお、プリズム３２に替わって、上方から照射される光を本体部３１の側面の方向に反射させるミラー（図示せず）が備わる構成であってもよい。
または、傾斜部を有することなく、切り欠き部の上方から照射される光を本体部３１の側面の方向に屈折させるようにプリズム３２が固定される構成であってもよい。

また、本体部３１の上方には、上方が閉塞した円筒状の載置台３３がはめ込まれる。載置台３３の閉塞した部分には容器２の底部の形状と略同型の開口部（被写体窓３０）が形成される。そして、被写体窓３０の周囲には、図２の（ｂ）に示すように、容器２の底部の周囲が嵌合する凹部３０ａが形成されることが好ましい。この構成によると、載置台３３において、容器２の底部を被写体窓３０の周囲に形成される凹部３０ａに嵌合させることができ、被写体窓３０と容器２の底部がズレることを防止できる。なお、図示はしないが、載置台３３が本体部３１に対して回転することを防止するとともに、被写体窓３０が好適に撮像窓３１ａに投影される位置で載置台３３を係止する係止機構（まわり留め）が備わっていることが好ましい。

このような構成の台座３ａでは、被写体窓３０の上方から光が照射されたとき、その光は被写体窓３０を透過してプリズム３２で本体部３１の側面の方向に屈折される。
また、透明または半透明の容器２が被写体窓３０に嵌合し、さらに、容器２に透明の液体が充填されている場合に被写体窓３０の上方（容器２の上方）から光が照射されると、その光は、容器２、液体、および被写体窓３０を透過し、プリズム３２で本体部３１の側面の方向に屈折される。
なお、被写体窓３０や撮像窓３１ａは、ガラスやアクリルなど透明な板材等で覆われた構成であってもよいし、板材等で覆われることなく開放された構成であってもよい。

そして、異物検査装置１に備わる撮像装置５２は、撮像窓３１ａを本体部３１の側面の側から撮像するように、台座３ａの搬送方向に対する横方向（本体部３１の側面を臨む側）に配置され、被写体窓３０の上方から入射してプリズム３２で屈折した光を、撮像窓３１ａを介して撮像装置５２の受光素子で受光するように構成される。

このように台座３ａが構成されることによって、全ての台座３ａに載置される容器２を検査部５０に備わる１台の撮像装置５２で撮像することができる。したがって、全ての台座３ａに撮像装置５２を備える必要がなく、異物検査装置１を簡素な構成とすることができる。

そして、異物検査装置１の検査部５０に備わる照明装置５１は、上方から容器２の底部に向けて光を照射するように構成されることが好ましい。
前記したように、撮像装置５２は上方から容器２、容器２に充填される液体、被写体窓３０を透過し、撮像窓３１ａのプリズム３２によって本体部３１の側面の方向に屈折された光を受光素子で受光して画像データを取得する装置であり、照明装置５１は被写体窓３０の上方から下方に向かって好適に光を照射する構成が好ましい。しかしながら、台座３ａに載置された容器２の上方には容器保持装置４の保持キャップ４ｂが配置されるため、照明装置５１を容器２の上方に配置することは困難である。

そこで、本実施形態に係る照明装置５１は、例えば、図２の（ａ）に示すように、台座３ａの搬送方向に対する横方向から検査ロータ３ｂの側に向かって延設される照明用アーム５１ａに取り付けられて、発光部５１ｂが保持キャップ４ｂを下方から臨むように配設される。そして、下方（容器２の底部の側）から保持キャップ４ｂの下面（漏斗状に広がっている内側）に向かって上方に光（白色光が好ましい）を照射するように構成される。さらに、保持キャップ４ｂは、例えば白色や乳白色の樹脂（ＰＥＴ１００、ＰＥＴ２００など）で形成されて、照明装置５１から照射される光を下方に向けて好適に反射する構成が好ましい。
なお、保持キャップ４ｂは、アルミ鋼やステンレス鋼など樹脂以外の素材からなり、下面（漏斗状に広がっている内側）に白色や乳白色の樹脂膜が貼り付けられる構成や白色などの塗料が塗布される構成であってもよい。

この構成によると、照明装置５１から保持キャップ４ｂの下面（内側）に向かって照射された光が、保持キャップ４ｂの下面（内側）で容器２の側に向かって反射し、反射光Ｌ１となって容器２に向かって照射される。このとき、容器２の上方に位置する保持キャップ４ｂが反射する反射光Ｌ１は、容器２の上方から下方に向かって照射される。したがって、照明装置５１は、保持キャップ４ｂを介して容器２の上方から下方に向かって光を照射できる。
また、保持キャップ４ｂを白色や乳白色とすることで、照明装置５１が白色光を発光する場合には反射光Ｌ１を白色（乳白色）光とすることができる。そして、透明（半透明）の液体が充填された容器２を透過する保持キャップ４ｂの反射光Ｌ１を撮像装置５２が撮像する画像データを、高輝度部で形成される白色の画像とすることができる。
また、検査部５０に備わる照明装置５１によって、全ての台座３ａに載置された容器２に光を照射できる。したがって、全ての台座３ａに照明装置５１を取り付ける必要がなく、異物検査装置１（図１の（ａ）参照）を簡素な構成とすることができる。

なお、照明装置５１は、図２の（ａ）に示すように、検査ロータ３ｂを挟んで対峙する位置に配置されていてもよい。また、図１の（ａ）に示すように、台座３ａの搬送方向に沿って２台またはそれ以上の照明装置５１が並んで配置されていてもよい。

また、保持キャップ４ｂの下面が鏡面状に加工されていると、保持キャップ４ｂからは、照明装置５１の発光部の形状に反射光Ｌ１が照射される。例えば、照明装置５１がスポットライトの場合、保持キャップ４ｂからはスポット状に反射光Ｌ１が照射され、容器２に均一に光が照射されない。したがって、容器２には反射光Ｌ１が照射される箇所とされない箇所が生じ、撮像装置５２が取得する画像データに輝度のムラが生じる。画像データにこのような輝度のムラが生じると、例えば輝度の低い位置に異物による黒色部が発生している場合は、異物による黒色部と周囲の輝度の差が小さくなって制御装置５３による異物の検出精度が低下する場合がある。

そこで、保持キャップ４ｂの下面は鏡面状に加工されることなく、適度な粗さの微細な凹凸を持った面（いわゆるつや消し面）であることが好ましい。このように構成される保持キャップ４ｂは、照明装置５１から照射された光を容器２の側に乱反射する。したがって、照明装置５１がスポットライトであっても、容器２には保持キャップ４ｂで乱反射した散乱光が均一に照射され、撮像装置５２が取得する画像データに発生する輝度のムラを抑制できる。そして、異物による黒色部と周囲の輝度の差を大きくすることができ、制御装置５３による異物の検出精度を向上できる。

また、例えば静止した状態が継続した場合など容器２に充填される液体が安定しているときには、図３の（ａ）に示すように液面Ｓ１は水平面となり、液面Ｓ１に対する入射角の小さな入射光Ｌ２は液面Ｓ１で反射される。このため、保持キャップ４ｂが小さくても保持キャップ４ｂの周囲からの入射光Ｌ２は底部を透過せず、保持キャップ４ｂからの白色の反射光Ｌ１のみが容器２の底部を透過する。したがって、撮像装置５２（図１の（ａ）参照）が取得する画像データは白色（高輝度部）となる。この場合、異物による黒色部（低輝度部）と周囲の輝度の差が大きく、制御装置５３（図１の（ａ）参照）による異物の検出精度が高められる。

しかしながら、異物検査装置１（図１の（ａ）参照）における容器２は検査ロータ３ｂ（図１の（ａ）参照）とともに移動することから容器２に充填されている液体の液面Ｓ１が揺れて波立つ場合がある。そして、液面Ｓ１が波立つと、液面Ｓ１が水平面のときには反射していた、保持キャップ４ｂの周囲からの入射光Ｌ２が液面Ｓ１で屈折して、図３の（ｂ）に示すように容器２の底部を透過する場合がある。この場合、保持キャップ４ｂの周囲からの入射光Ｌ２は白色とは限定されないため、撮像装置５２（図１の（ａ）参照）が取得する画像データには輝度のムラが生じる。そして前記したように、異物による黒色部と周囲の輝度の差が小さくなって制御装置５３（図１の（ａ）参照）による異物の検出精度が低下する場合がある。

このような液体の揺れによって、撮像装置５２（図１の（ａ）参照）が取得する画像データに輝度のムラが生じることを抑制するため、図３の（ｃ）に示すように、保持キャップ４ｂの下方を十分広く形成し、容器２に充填された液体の液面Ｓ１が揺れた場合であっても保持キャップ４ｂからの反射光Ｌ１のみが容器２の底部を透過するような構成が好ましい。この構成によると、保持キャップ４ｂからの白色の反射光Ｌ１のみが容器２の底部を透過することになり、撮像装置５２が取得する画像データは異物による黒色部以外が全て白色（高輝度部）となる。したがって、異物による黒色部（低輝度部）と周囲との輝度の差を大きくすることができ、制御装置５３による異物の検出精度を向上できる。

なお、保持キャップ４ｂの下方の大きさは、制御装置５３による異物の検出精度が好適になるように、実験計測等によって適宜決定される大きさとすればよい。
例えば、保持キャップ４ｂの周囲から容器２に向かって照射される光が液面Ｓ１に入射しない程度に保持キャップ４ｂの下方が大きく（広く）形成されていることが好ましい。

以上のように構成される異物検査装置１（図１の（ａ）参照）は、例えば、台座３ａ（図１の（ａ）参照）に載置された容器２（図１の（ａ）参照）を、検査部５０（図１の（ａ）参照）に備わる図示しない容器検知センサが検出したとき、制御装置５３（図１の（ａ）参照）は検査ロータ３ｂ（図１の（ａ）参照）を停止するとともに台座３ａを回転（自転）させて、本体部３１（図２の（ｂ）参照）の側面の撮像窓３１ａ（図２の（ｂ）参照）を撮像装置５２（図１の（ａ）参照）の側に向ける。そして、制御装置５３は、照明装置５１（図１の（ａ）参照）に制御信号を送信して発光させ、同時に撮像装置５２に制御信号を送信して容器２を底部の側から撮像する。撮像装置５２が撮像して得られる画像データは制御装置５３に入力されて異物の有無が判定される。
なお、例えば図示しない回転位置センサで台座３ａの回転位置を検出する構成にすることによって、制御装置５３は、容易に撮像窓３１ａを撮像装置５２の側に向けることができる。

制御装置５３は、入力された画像データにおいて、予め設定される基準値より輝度の低い低輝度部（黒色部）がある場合、これを異物と判定する。そして制御装置５３は、当該画像データの被写体となった容器２に異物が混入していると判定する。
なお、制御装置５３が、異物が混入していると判定した容器２は、異物検査装置１に備わる図示しない排斥ラインから排斥される構成が好ましい。そして、異物が混入していないと判定された容器２のみが、その後の生産工程を経て製品として出荷される構成が好適である。

このように、本実施形態に係る異物検査装置１（図１の（ａ）参照）は、下方から、容器保持装置４の保持キャップ４ｂ（図２の（ａ）参照）の下面（内側）に向かって上方に光を照射する照明装置５１（図２の（ａ）参照）を備える構成とする。さらに、保持キャップ４ｂをＰＥＴ１００などの白色や乳白色の樹脂で成形し、照明装置５１から照射された光を乱反射しやすいように構成する。この構成によって、容器保持装置４が容器２（図２の（ａ）参照）を上方から押さえつける状態であっても、照明装置５１は、容器２の上方から下方に向かって光を照射できる。
したがって、撮像装置５２（図２の（ａ）参照）が容器２を底部の側から撮像する構成としても、容器２に混入した異物と周囲の輝度の差の大きな画像データを取得できる。そして、制御装置５３（図１の（ａ）参照）によって精度よく異物を検出できる。

１ 異物検査装置
２ 容器
３ 搬送装置
３ａ 台座
３ｂ 検査ロータ
４ 容器保持装置
４ｂ 保持キャップ（保持部）
３０ 被写体窓
５０ 検査部
５１ 照明装置
５２ 撮像装置
５３ 制御装置

Claims (3)

1. 正立した容器を載置する台座と、
   前記台座に載置された前記容器の上方で水平方向に広がって当該容器を上方から押さえつける保持部を有する容器保持装置と、
   前記容器を底部の側から撮像した画像データを取得する撮像装置と、
   照明装置と、を含んで構成される異物検査装置であって、
   前記保持部は、上方から下方に向かって漏斗状に広がって、頂部に形成される狭部で前記容器の上部を嵌め込んで当該容器を保持し、
   前記照明装置は、前記容器を押さえつけている前記保持部の下方から当該保持部に向かって上方に光を照射し、
   前記保持部は、前記照明装置が照射した光を下方に向かって反射するように構成されていること、を特徴とする異物検査装置。
2. 前記保持部が白色または乳白色の樹脂で成形されていることを特徴とする請求項１に記載の異物検査装置。
3. 前記保持部は、前記照明装置が照射した光を乱反射するように構成されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の異物検査装置。

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