JP4217399B2 - ボトル・キャップ組立体の検査装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ボトルとその口部に螺子装着されるキャップから成るボトル・キャップ組立体の締結状態を検査する装置に関し、より詳細には、ボトル・キャップ組立体の締結状態がキャップを開栓することなく、一方向から容易に確認することが可能なボトル・キャップ組立体の検査装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ガラス製或いは合成樹脂製のボトル形状容器と、一旦開封されたものであることを明示するタンパーエビデント機能を有するキャップから成るボトル・キャップ組立体においては、内容物充填後に、キャップがボトルに完全に密封状態に締結されていることが必須であり、このような検査は、従来は、製品の中からいくつかの試料を抜き取り、これを実際に開栓し、開栓トルク、巻締角度等を測定することによって行っていた。
しかしながら、このような抜き取り検査は製品の一部について行うにすぎず、必ずしも確実な検査結果を得ることは困難であり、また検査の確実性を向上させるために抜き取り試料を多くすればそれだけ生産コストが増加することになる。
また巻締機を最初に設定する際に、基本的な性能を出すための巻締角度に従ってトルクが決定されているため、巻締め角度を容易に測定できることが望まれている。
【０００３】
このような問題を解決するため、キャップの締結状態を容易に確認することが可能なボトル・キャップ組立体も提案されている。
例えば、容器口部に、合成樹脂製キャップを完全に螺着した状態で該キャップ下端より下方の所定位置に１または複数の位置表示を形成し、かつキャップの上記合成樹脂製キャップの筒部に、該キャップを上記容器口部に完全に螺着した状態で上記位置表示に並ぶ閉栓表示を設けたことを特徴とする閉止装置（特開平９−１２０４６号公報）や、容器の外周と、この容器の口部にねじ込まれるスクリューキャップの外面とに、それぞれのネジ部のネジ端に対して一定の位置関係を有する標識を配設し、前記スクリューキャップの装着後に、前記一対の標識の位置関係に基づいて前記スクリューキャップのねじ込み状態の適否を判別することを特徴とする容器口部の密封状態検査方法（特開平１０−２０３５１２号公報）、また、瓶口外周面に形成したネジ部の始端に相当する部位の瓶首と、瓶口を封緘するキャップの内周面に形成したネジ部の終端に相当する部位の該キャップとにそれぞれ、外部から視認できる目安部を設け、前記瓶に液体を充填・封緘後にこれら二つの目安部の位置により瓶口へのキャップの巻締め程度を非破壊検査できるようにしたことを特徴とする瓶の封緘構造（特開平１１−１１５０４号公報）等が提案されている。
【０００４】
また、特開平１２−１１８５１５号公報には、容器本体のキャップ受け口に取り付けられたキャップまたは該キャップに設けたカバー受け部に取り付けられたキャップカバーの何れかのキャップ体取付部をカメラで撮影してその映像情報を記憶し、この映像情報に基づき上記容器本体またはキャップの基準部と上記キャップ体の測定部との位置関係に基づき当該キャップ体の取付状態の良否を判定するようにしたことを特徴とするキャップ体取付検査方法が記載されており、カメラでの撮影は、容器の搬送路に沿って平行に設けられた第一及び第二のカメラで行うことも記載されている。
【０００５】
更に、特開平５−１８０６２１号公報には、ビン口天面シールについてではあるが、ビン口天面にシールされたビン口をビン軸上面から照明しながら撮像装置により撮像し、画像処理装置によりその撮像信号からのシールの貼付ずれによってビン口部に発生する全反射信号を分離し、これを１画面分換算して得た積算値を基準値と比較してシールずれの良否を判断することを特徴とするビン口天面シールの検査装置が記載されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
これら従来技術によれば、試料の抜き取り及び実際の開栓という検査方法によらずに、ボトル・キャップ組立体の締結状態を確認することは可能となる。
しかしながら、上記第一の閉止装置では、ボトル及びキャップに設けられた表示が互いに一直線或いは所定の関係となるよう位置することが必要であり、その設定が困難であるという問題がある。
【０００７】
また、上記第二の密封検査方法や第三の瓶の封緘構造では、キャップとボトルの位置関係に一定の基準範囲を設け、その範囲外のボトル・キャップ組立体を除外するものであるため、上記第一の従来技術のような問題は生じないが、第一乃至第四の従来技術に記載された何れのボトル・キャップ組立体においても、キャップに設けられた標識は、ボトルとの関係上、キャップの側面に設けられているため、ボトル及びキャップに設けられた標識が一定の位置関係にあることを確認するためには、ボトル・キャップ組立体の側面から測定する必要がある。しかしながら、内容物が充填され、キャップで密封されたボトル・キャップ組立体は、搬送コンベア上をまちまちにその向きを変えながら生産ライン中を進んでいくため、ボトル及びキャップに設けられた標識が必ずしも検査装置の向きに向いているとは限らず、その場合には、キャップの締結状態に異常があった場合でも見逃してしまうことになり、検査の信頼性が低くなる恐れがある。
このような締結状態に異常のあるボトル・キャップ組立体を見逃さないためには、複数のカメラを周方向に設置する必要があり、このため検査装置が複雑になったり、ボトル・キャップ組立体を連続供給することが困難になる場合もある。
【０００８】
上述した問題を解決するために、本発明者等は、先に、ボトルの巻締角度確認マークと、キャップの巻締角度確認マークとの位置関係を検出することにより、ボトルとキャップとの巻締状態を検出する検査装置において、ボトル・キャップ組立体の上方に配置された光学系レンズと、前記光学系レンズの上方に配置され、前記光学系レンズを介して、ボトルの巻締角度確認マークとキャップの巻締角度確認マークとを同時に写し取る単一のカメラと、前記確認マークを照明するための照明装置と、前記カメラで写し取った画像データに基づく情報処理により、巻締状態の良否を判定する画像処理装置とを備えたボトル・キャップ組立体の検査装置を提案した（特願２００１−１８７１６８号）。
【０００９】
かかる検査装置は、上記従来技術のような不都合がなく、ボトル・キャップ組立体の締結状態がキャップを開栓することなく、容器の軸方向上方から確実に確認することが可能であり、また上方から一台のカメラにより容易に検査することが可能となるという顕著な利点を有している。しかるに、この検査装置においても未だ改善の余地があることが判った。
【００１０】
即ち、上記の検査装置では、上方からのカメラにより、ボトル及びキャップのそれぞれに設けられている巻締角度確認マークを同時に撮像し、写し取られたボトルの巻締角度確認マーク（ボトル確認マーク）及びキャップの巻締角度確認マーク（キャップ確認マーク）の画像データに基づいて、画像処理を行ない、これら確認マークの相対的位置データから締結状態の確認が行なわれる。従って、このような情報処理を確実に行なうためには、ボトル確認マークとキャップ確認マークとが鮮明に撮像されることが必要であり、このために、カメラとボトル・キャップ組立体との間に配置される光学系の周囲に照明装置が設けられており、ボトル確認マーク及びキャップ確認マークを照明しながら、これらマークの撮像が行なわれるように構成されている。
【００１１】
しかしながら、上記のようにしてボトル確認マーク及びキャップ確認マークの撮像を行なった場合、ボトルやキャップの種類等によっては、ボトル確認マーク或いはキャップ確認マークの何れかが鮮明に撮像されず、画像データに基づく画像処理を行なうことが困難になることがあった。
例えば、ボトルの中には、口部が結晶化されて白色となっているものや或いは口部も含めて全体が透明に形成されているものがあるが、口部が結晶化されて白色となっているボトルでの組立体について、ボトル及びキャップの確認マークが鮮明に撮像されて画像処理が確実に行なわれたとしても、口部が透明なボトルでの組立体については、ボトル確認マークが鮮明に撮像されず、確実な画像処理が困難となる場合があった。この逆に、口部が透明なボトルでの組立体について、ボトル及びキャップの確認マークが鮮明に撮像されて画像処理が確実に行なわれた時には、口部が結晶化されて白色となっているボトルでの組立体について、ボトル確認マークが鮮明に撮像されない傾向があった。
【００１２】
従って本発明の目的は、上方から一台のカメラによりボトル確認マークとキャップ確認マークとを撮像してボトルとキャップとの巻締状態を検出する検査装置において、ボトル等の種類によらず、簡単な設定により、ボトル確認マークとキャップ確認マークとの鮮明な撮像が行なわれ、常に確実な画像処理によってボトルとキャップとの巻締状態を検出することが可能な検査装置を提供することにある。
【００１３】
本発明によれば、ボトルの巻締角度確認マークと、キャップの巻締角度確認マークとの位置関係を検出することにより、ボトルとキャップとの巻締状態を検出する検査装置において、
ボトル・キャップ組立体の垂直中心軸の上方にこれと光軸が一致するように配置された光学系レンズ；
前記光学系レンズの光軸上方に配置され、前記光学系レンズを介して、ボトルの巻締角度確認マークとキャップの巻締角度確認マークとを同時に写し取る単一のカメラ；
前記カメラの周囲に環状に配置された、前記ボトルの巻締角度確認マークを照明するための第１の照明装置；
前記光学系レンズの周囲に環状に配置された、前記キャップの巻締角度確認マークを照明するための第２の照明装置；
前記光学系レンズの周囲に環状に配置され且つ第２の照明装置の外側に配置されている、前記ボトルの巻締角度確認マークを照明するための第３の照明装置；及び、
前記カメラで写し取った画像データからボトルの巻締角度確認マーク及びキャップの巻締角度確認マークをキャップを中心とした極座標に読みとり、必要により展開してそれらの位置を検出し、ボトルの巻締角度確認マークとキャップの巻締角度確認マークとの角度乃至展開距離を算出し、この角度乃至展開距離により巻締状態の良否を判定する画像処理装置；
とから成り、
前記カメラによるボトルの巻締角度確認マーク及びキャップの巻締角度確認マークの撮像は、ボトルの首部或いはその近傍が透明な場合には、第２の照明装置と第３の照明装置とを用いての照明下に行われ、ボトルの首部或いはその近傍が結晶化等により白化している場合には、第１の照明装置と第２の照明装置との組み合わせを選択しての照明下により行なわれることを特徴とするボトル・キャップ組立体の検査装置が提供される。
【００１４】
本発明の検査装置は、ボトルの巻締角度確認マーク（ボトル確認マーク）及びキャップの巻締角度確認マーク（キャップ確認マーク）とをカメラで撮像する際に用いる照明装置として、キャップマーク確認用の照明装置（第２の照明装置）とボトル確認マーク専用の照明装置とに分けて配置し、しかもボトル確認専用の照明装置として、異なる位置に配置された第１の照明装置と第３の照明装置とが設けられていることが顕著な特徴である。
即ち、本発明によれば、ボトルの特性に応じて、第１の照明装置と第２の照明装置との組み合わせ、或いは第２の照明装置と第３の照明装置との組み合わせを用いてのボトル及びキャップ確認マークの照明下において、これらマークの撮像が行なわれる。例えば、ボトル確認マークが形成されているボトルの首部或いはその近傍が透明の場合には、第２の照明装置によりキャップ確認マークを照明し、且つ第３の照明装置によりボトル確認マークを照明しながら、これらマークの撮像が行なわれる。また、ボトル確認マークが形成されているボトルの首部或いはその近傍が結晶化等により白色に形成されている場合には、第２の照明装置によりキャップ確認マークを照明し、且つ第１の照明装置によりボトル確認マークを照明しながら、これらマークの撮像が行なわれる。このようにして、ボトルの特性に応じて照明装置を切り替えることにより、常に、ボトル確認マーク及びキャップ確認マークの何れをも明瞭に撮像することができ、撮像された画像データに基づく画像処理により、確実にキャップの巻締状態の良否を判定することが可能となる。
【００１５】
【発明の実施形態】
本発明の検査装置では、ボトルの巻締角度確認マーク（ボトル確認マーク）と、キャップの巻締角度確認マーク（キャップ確認マーク）との位置関係を検出することにより、ボトルとキャップとの巻締状態の良否が判定されるものであるが、このために、ボトル・キャップ組立体の軸上方に光学系レンズと前記確認マーク撮像のためのカメラとを、前記組立体の垂直中心軸と光学系の光軸とが一致するように配置すると共に、前記確認マークを照明するための照明装置（第１〜第３の照明装置）が配置されている。これにより、ボトル確認マークと、キャップ確認マークとを単一のカメラにしかも同時に写し取ることが可能となり、更にはキャップ外周縁よりも径方向で内方に位置するボトル確認マークであっても同様に写し取ることが可能となる。
【００１６】
キャップの旋回によりボトルへの締結が行われるボトル・キャップ組立体において、上記カメラにより、撮像されたキャップ及びボトル確認マークの画像データに基づくキャップの巻締状態の評価は、この画像データから、この巻締状態を極座標に読み取り、必要により展開して、正確に評価することができる。
この評価の原理を説明するための図１（極座標および極座標展開）において、ボトル確認マークの二次元極座標上の位置Ｐは、中心からの半径ｒ１およびｘ軸からの角度θ１により、
Ｐ（ｒ１、θ１）、ここでｘ＝ｒ１ｃｏｓθ１、ｙ＝ｒ１ｓｉｎθ１
で表される。
また、キャップ確認マークの二次元極座標上の位置Ｑは、同様にして中心からの半径ｒ２およびｘ軸からの角度θ２により、
Ｑ（ｒ２、θ２）、ここでｘ＝ｒ２ｃｏｓθ２、ｙ＝ｒ２ｓｉｎθ２
で表される。
【００１７】
ボトル確認マーク基準のキャップ確認マークの巻締角度（θ）は、式（１）：
θ＝θ２−θ１ ‥（１）
で表され、また極座標展開での距離（Ｌ）は、式（２）：
Ｌ＝ｒ１（θ２−θ１） ‥（２）
で表すことができる。
かくして、本発明によれば、適切な巻締状態になっているボトル・キャップ組立体の巻締角度（θ０、このθ０もボトルの巻締角度確認マーク基準のキャップの巻締角度確認マークの角度で定められる）あるいは展開距離（Ｌ０）を一定の許容範囲のものとして予め設定しておくことにより、上記測定で検出される巻締角度θと設定巻締角度（θ０）とを対比し、あるいは検出された展開距離（Ｌ）と設定展開距離（Ｌ０）とを対比することにより、巻締状態の良否を検出することができる。
なお、図１の座標の説明では、角度の方向は反時計方向に正としているが、実際のキャップの締結では、時計方向に旋回による締結が行われるので、座標を裏返しにして考慮すればよい。
【００１８】
以上の例で説明したとおり、本発明によれば、光学レンズおよびカメラの光軸を、ボトル・キャップ組立体の垂直軸と一致させて、ボトルの巻締角度確認マーク（ボトル確認マーク）とキャップの巻締角度確認マーク（キャップ確認マーク）とを単一カメラにより二次元画像内に同時に取り込むことにより、面倒で複雑な処理を施すことなしに、しかも簡便な画像処理により、ボトルの巻締角度確認マークとキャップの巻締角度確認マークとの相対的位置関係を検出し、ボトルとキャップとの巻締状態の良否を精度よく検出することができる。
【００１９】
本発明の検査装置においては、キャップ確認マークは、頂板部の周縁部、頂板部とスカート部とのコーナー部、或いはスカート部の外面に形成されており且つボトルの確認マークがボトルのサポートリングに形成されていることが、両巻締角度確認マークを確実に撮像し、両巻締角度確認マークの相対的位置関係を正確に検出する上で好ましい。
すなわち、本発明の検査装置では、ボトル・キャップ組立体の垂直軸上方からの巻締角度確認マークの撮影であるため、キャップの頂板部にキャップ確認マークおよびボトルのサポートリングにボトル確認マークを設けることにより、マークの撮像が容易に行われることになる。また、キャップ確認マークとボトル確認マークとは、径方向の距離の差が小さい方が角度の検出が正確に行われるが、本発明ではキャップの確認マークを頂板部の周縁部、頂板部とスカート部とのコーナー部或いはスカート部外面に形成し且つボトル確認マークをボトルのサポートリングに形成することにより、両マーク間の径方向の距離差を小さくして、精度の高い角度の検出が可能となる。
【００２０】
本発明の検査装置においては、キャップの径よりも大きな径を有する平凸レンズ或いはメニスカス凸レンズを用いることが、キャップ確認マークのみならず、ボトル確認マークをも鮮明に写し取るために好ましい。
ボトル確認マークは、このマークを設けるサポートリングのサイズ（径）により、（ａ）キャップの最外周部よりも径方向外側に位置する場合、（ｂ）キャップの最外周部に重なっている場合、（ｃ）キャップの最外周部よりも径方向内側に位置する場合等の様々な場合があり得る。これらのボトル確認マークの状態の内、上記（ｂ）および（ｃ）の場合には、幾何学的には軸上方からはボトル巻締角度確認マークを検出することは不可能に近い。
【００２１】
本発明では、キャップの径よりも大きな径を有する平凸レンズ或いはメニスカス凸レンズを用いることにより、上記（ｂ）および（ｃ）の場合であっても、ボトル確認マークから斜め上方且つ外方にでる光をレンズ内に取り込み、屈折させることにより、明確なボトル確認マークの像を形成させることが可能となる。また、ボトル確認マークから取り込む光線の面積を広げることができるので、ボトル確認マークの像の濃度およびコントラストを高める上で有利である。
【００２２】
また、ボトルの巻締角度確認マークとキャップの巻締角度確認マークとの間には、キャップハイトに相当する高さの違いがあるが、本発明によれば、ボトル確認マークも、キャップ確認マークも、共に二次元の画像内に写し取ることができるので、両者の位置関係の検出が正確にしかも容易に行われるという利点がある。
【００２３】
本発明ではまた、キャップ確認マークとボトル確認マークとを、これらが共にレンズの被写界深度（焦点深度とも呼ぶ）内にある条件で撮像することが好ましい。
レンズには、焦点を合わせる距離を次第に遠方にしていくと、ある距離になると無限遠まで焦点が合うようになり、この距離を過焦点距離と呼び、過焦点距離（ｆｈ）は、レンズの焦点距離をｆ、レンズのＦナンバー（絞り）をＦ、許容ぼけをＡとして表して、下記式（３）：
で表される。許容ぼけ（Ａ）としては一般に０．０３３の値が採用されている。一方、被写界深度とはある距離に焦点を合わせたときその距離にある被写体が鮮明に写るだけではなく、被写体の前後もある範囲は鮮明に写る範囲をいい、被写界深度の近い限界（近点、ｄ１）および被写界深度の遠い限界（遠点、ｄ２）は、焦点を合わせた距離（ｄ０）および過焦点距離（ｆｈ）に関して、下記式（４）および（５）で与えられる。
かくして、本発明によれば、レンズの焦点距離ｆ、レンズのＦナンバー（絞り）Ｆを選択し、且つ焦点を合わせる距離ｄ０ を選ぶことにより、キャップ確認マークとボトル確認マークとをレンズの被写界深度内に入るようにすることができる。
【００２４】
本発明では、照明装置として、ボトル確認マークを照明する第１及び第３の照明装置が、それぞれ、カメラ及び光学レンズの周囲に、光学系と同軸に環状に配置し、キャップ確認マークを照明する第２の照明装置が、光学レンズの周囲に光学系と同軸に環状に配置される。照明装置をこのように配置することにより、ボトル特性に応じて、第１又は第３の照明装置の切替を行なうことができ、光学レンズ、したがってカメラに入射する光量を容易に調整することができ、常にコントラストのあるボトルおよびキャップ確認マーク像を鮮明に撮像することが可能となる。
【００２５】
また、本発明のボトル・キャップ組立体の検査装置では、写し取った画像データから、ボトル確認マーク及びキャップ確認マークをキャップの垂直中心軸を中心とした極座標に展開してそれらの位置を検出し、ボトル確認マークとキャップ確認マークとの角度乃至距離を算出し、この角度乃至距離により巻締状態の良否を判定することが好ましい。
この検出手段を用いることにより、図１に説明した原理により巻締状態の検出が精度よくしかも容易に行われることになる。
【００２６】
【実施例】
本発明を添付図面に示す次の例により説明する。
図２は本発明に用いるキャップの一例を、右半分を側面図で、左半分を側断面図で示す図であり、
図３は図２のキャップの上面図であり、
図４は図２のキャップが締結されるボトル首部の一例の部分側面図であり、
図５はボトル・キャップ組立体の一例の配置を上方から見た部分拡大図であり、
図６はボトル・キャップ組立体の他の一例の配置を上方から見た部分拡大図であり、
図７は本発明の検出装置の配置図であり、
図８は本発明の検出装置を用いての検査方法のフローチャートである。
【００２７】
本発明の検査装置に適用されるボトル・キャップ組立体の一例を、図２、図３および図４に基づいて説明するが、本発明は勿論これらの例に限定されるものではない。
全体を１で表すキャップは、頂板部２及び頂板部２の周縁に位置するコーナー部３を介して垂下するスカート部４から成っており、スカート部４の下端には、タンパーエビデント（ＴＥ）バンド５が弱化部６を介して設けられている。
キャップ頂板部２の内面には、ライナー材７が形成され、ライナー材の外周凸部がボトル口部外面と接触し、容器の密封性を高めるように設けられている。また、スカート部４の外面には把持しやすいようにローレット溝８が設けられ、内面にはボトル口部に設けられたネジと螺合するネジ部９が形成されている。
更に、ＴＥバンド５の内面には、後述するボトル部のビードと係合してＴＥバンドを固定するためのフラップ片１０が設けられている。
【００２８】
一方、本発明に用いるボトルは、図４に示すとおり、ボトル首部２０を備えており、図示していないが、通常のボトルと同様に、肩部、胴部、および底部に一体に接続されている。
首部２０の外面側には、キャップと螺合してボトルを密封するためのネジ部２１が形成されており、ネジ部２１の下方にはキャップのＴＥバンド５のフラップ片１０と係合する段差部２２が形成されている。また段差部２２の下側には充填や密封の際ボトルを保持するためのサポートリング２３が形成されている。
このサポートリング２３は、キャップ１或いはＴＥバンドの下端の最も大きい外径部分にほぼ匹敵するか或いはそれよりも大きい外径を有している。
【００２９】
図３に示すように、キャップの頂板部２の周縁部に巻締角度確認マーク（キャップ確認マーク）１１が設けられており、また、図４に示す示すとおり、ボトルのサポートリング２３の上面或いは外周部に巻締角度確認マーク（ボトル確認マーク）２４が設けられている。
これらの巻締角度確認マーク１１、２４は、巻締角度の検出が容易になるように、種々の位置に配置することができる。
例えば、図２および３に示す例では、スカート部４内面に設けられたネジ部の始端位置、すなわちボトルとの螺合開始位置１２に対応する、キャップ頂板部周縁部に巻締角度確認位置１１が設けられている。また、後述する上方に配置されているカメラによって、これら確認マーク１１、２４の撮像が行なわれることから、キャップ確認マーク１１は、頂板部２の周縁部とスカート部４とのコーナー部３に設けることもできるし、更にスカート部４の外面において、その下方部分でローレット８を切り欠いて凹部を形成することにより、キャップ確認マーク１１とすることもできる。
一方、ボトル首部２０に設けられたネジ部２１の始端位置、すなわちキャップとの螺合開始位置２５に対応する、サポートリング２３の外周部に巻締め角度確認マーク２４を設けることができる。
更に、キャップ及びボトルに、それぞれ設けられた巻締角度確認マーク１１及び２４によって形成される巻締角度を容易に測定するために、必ずしも必要でないが、図５に示すように、キャップ頂板部２中心に中心検出用の補助マーク１３を設けてもよい。これにより、ボトル・キャップ組立体の巻締角度は巻締角度確認マーク１１，補助マーク１３，巻締角度確認マーク２４によって容易に測定することができる。
【００３０】
図５は、本発明のボトル・キャップ組立体の一例において、キャップ及びボトルが組み合わされた状態を上方から見た部分拡大平面図である。キャップ１は、図の矢印Ｘの方向に回転することにより巻き締められる。この態様においては、ボトルのサポートリング２３に設けられたボトル確認マーク２４は、キャップの確実な巻締めを保証し得る最低限の位置であり、キャップの頂板部２の周縁部に設けられた巻締角度確認マーク１１がこの巻締角度確認マーク２４を超えて所定の範囲内に巻締められていれば、ボトル・キャップ組立体の締結状態は何ら問題がないことを示している。この態様においては、既に指摘したとおり、キャップ頂板部中央に補助マーク１３が設けられており、ボトル確認マーク２４，補助マーク１３，キャップの確認マーク１１で形成される角度αによって巻締状態の確認ができる。
【００３１】
本発明のボトル・キャップ組立体において、キャップ及びボトルに設けられる巻締角度確認マークの関係が示す正常巻締め位置は、前述した態様に限定されず、種々の態様を採用することができる。
例えば、図６に示すように、ボトル確認マーク２４がネジ部の螺合開始位置（図４に示す２５の部位）に対応した位置に設けられ、キャップ確認マーク１１もネジ部の始端位置（図２に示す１２の部位）に対応する位置に設けられる。また、キャップの中心に対して、キャップ確認マーク１１と反対側の対称位置に補助マーク１３を設ける。この巻締角度確認マーク２４を基準に、キャップ確認マーク１１と補助マーク１３とを結ぶ直線の位置によって、キャップがどれだけ巻締められたか一目でわかるようにしたものでもよい。すなわち図６では、矢印Ｙ−Ｙの範囲における角βが巻締角度であり、巻締め状態において、この角度βが何度の範囲であれば巻締角度が適正であるかを予め定めておくことにより、ボトル・キャップ組立体の締結状態がわかる。
また図５及び図６に示した以外にも、ボトル・キャップ組立体が巻締められた状態で、キャップとボトルの巻締角度確認マークがほぼ同じ位置にくるように設定しても勿論よい。
【００３２】
本発明の検査装置に適用されるボトル・キャップ組立体は、上述した特徴を有する限り、種々のボトル及びキャップに用いることができる。
ボトルとしては、ポリエチレンテレフタレート等の合成樹脂から成る延伸ブローボトルや、射出成形等によるボトル等に好適に用いることができるが、勿論、ガラス製ボトルにも適用することができる。
またキャップとしては、ポリエチレン、ポリプロピレン等のオレフィン系樹脂や、塩化ビニル樹脂等の合成樹脂を圧縮成形、射出成形等して得られるキャップの他、アルミニウム等の金属製のキャップでもよい。
更に、キャップ下端には、ＴＥバンドが弱化部を介して一体に設けられているキャップであることが好ましいが、巻締め後シュリンクフィルムで覆うような場合には、ＴＥバンドのないキャップにも適用することが可能である。
【００３３】
本発明の検査装置の配置を示す図７において、ボトル・キャップ組立体３０の垂直軸上方に、光学系レンズ４０と、前記確認マーク１１、２４を撮像するためのＣＣＤ撮像素子を備えたカメラ５０とが、前記組立体３０の垂直軸と光学系の光軸とが一致するように配置されている。
また、カメラ５０の周囲には、ボトル確認マーク２４を照明するための第１の照明装置６１が、環状に配置されており、一方、光学系レンズ４０の周囲には、キャップ確認マーク１１を照明するための第２の照明装置６２が環状に配置され、その外周側には、ボトル確認マーク２４を照明するための第３の照明装置６３が配置されている。
これら第１の照明装置６１及び以下に述べる第２、第３の照明装置６２、６３は、ＬＥＤ、蛍光灯、ハロゲンランプ等、公知のものであってよいが、ボトル或いはキャップ確認マーク２４，１１を選択的に照明するという点では、ＬＥＤが最も好適である。
【００３４】
また、カメラ５０及びその周囲の第１の照明装置６１は、下端部が開口している筒状のフード５１内に収納されており、このフード５１の開口部中心には、上記のレンズ４０及び環状の第２，第３の照明装置６２，６３が配置され、レンズ４０とカメラ５０との間の光路は、筒状フード５１によって覆われている。
更に、カメラ５０からケーブル５２を介して送られる画像データを処理するための画像処理装置（画像処理コンピュータ）７０および画像データおよび検査結果を表示するためのモニター７５が配置されている。
【００３５】
図に示した具体例において、レンズ４０はキャップの径よりも大きい径を有する平凸レンズであり、キャップの径の約３倍程度の径を有しており、平凸レンズの平らな面がボトル・キャップ組立体の側に面していいる。平凸レンズの径はキャップの径の約２乃至４倍の径を有しているのが適当である。平凸レンズの代わりにメニスカス凸レンズを用いて、ボトル巻締角度確認マークからの集光力をより高めることもできる。
【００３６】
既に述べたように、本発明の装置では、ボトル確認マーク２４を照明するための照明装置が、カメラ５０の周囲に配置されている環状の第１の照明装置６１と、光学系レンズ４０の周囲に環状に配置されている、キャップ確認マーク１１を照明するための第２の照明装置６２、及び第２の照明装置６２の外周側に環状に配置された、ボトル確認マーク２４を照明するための第３の照明装置６３とからなっている。
即ち、カメラ５０によるボトル及びキャップ確認マーク２４，１１の撮像に際しては、第２の照明装置６２によるキャップ確認マーク１１の照明と、第１の照明装置６１又は第３の照明装置６３によるボトル確認マーク２４の照明が行なわれる。
例えば、ボトルのサポートリング２３等の首部が透明な場合には、ボトル確認マーク２４の照明は、レンズ４０の周囲に配置されている第３の照明装置６３により行なわれ、キャップ確認マーク１１の照明は、第２の照明装置６２により行なわれる。これにより、キャップ確認マーク１１及びボトル確認マーク２４の何れもが鮮明に高コントラストで撮像される。
一方、ボトルのサポートリング２３等の首部が結晶化等により白化している場合には、上記と同じ条件での照明により撮像を行なうと、サポートリング２３等での光反射が大きく、このため、ボトル確認マーク２４の像が不鮮明となり、場合によっては、キャップ確認マーク１１の像も不鮮明となってしまうことがある。従って、このようなボトルについては、キャップ確認マーク１１の照明は、上記と同様、第２の照明装置６２により行なうとしても、ボトル確認マーク２４の照明は、カメラ５０の周囲に配置されている第１の照明装置６１により行なう。即ち、第３の照明装置６３を第１の照明装置６１に切り替えてボトル確認マーク２４の照明を行なうことにより、白化したサポートリング２３等の部分での光反射が低減されるため、キャップ確認マーク１１の像は勿論のこと、ボトル確認マーク２４の像も鮮明とすることが可能となる。
【００３７】
上述した第２の照明装置６２と第３の照明装置６３とにより、或いは第２の照明装置６２と第１の照明装置６１とにより、照明されたキャップ確認マーク１１およびボトルの確認マーク２４は、レンズ４０により、カメラ５０のＣＣＤ素子上に結像する。すなわち、既に指摘したとおり、ボトル・キャップ組立体３０、レンズ４０およびカメラ５０は、相対的に上方に位置するキャップ確認マーク１１も相対的に下方に位置するボトル確認マーク２４も共に、被写界深度内にあるため、カメラ５０のＣＣＤ素子上には、ボトルの巻締角度確認マークの像と、キャップの巻締角度確認マークの像とが鮮明に形成されることになる。
【００３８】
ボトル・キャップ組立体の巻締角度の検査は、画像処理装置（画像処理コンピュータ）７０とカメラ５０との間で、図８に示すフローチャートに基づいて行われる。
まず、検査装置の運転信号を検出し、この運転信号を検出した後、カメラ５０からのボトル・キャップ組立体の検出信号を待つ。この検出信号があり次第、カメラ５０による画像データが画像処理装置（画像処理コンピュータ）７０に取り入れられる。この画像データに基づいて、ボトル・キャップ組立体の中心が検出される。この中心の検出は、キャップ頂板部２中心に設けられた補助マーク１３（図５）によって行ってもよいし、また補助マークがない場合にはキャップ頂板部２の円周から芯出しを行ってもよい。
中心の検出が行われた後、二次元座標上の画像データを図１に関して説明したような極座標に展開し、キャップ巻締角度確認マークとボトル巻締角度確認マークとを検出する。
極座標上で検出されたキャップ巻締角度確認マーク位置とボトル巻締角度確認マーク位置とから、直ちに両者の角度（θ）あるいは距離（Ｌ）が算出され、測定で検出される巻締角度θと設定巻締角度（θ０）とを対比し、あるいは検出された距離（Ｌ）と設定距離（Ｌ０）とを対比することにより、巻締状態の良否を検出する。すなわち、角度あるいは距離が範囲外であれば、不良を表示し、範囲内であれば、次の測定に戻る。
【００３９】
本発明において、ボトルおよびキャップに設ける巻締角度確認マークは、カメラによる撮像および画像処理により明確で鮮明な像となるようにサイズおよび形状を定める。
キャップ確認マーク１１は、一般に径が０．５乃至１．５ｍｍ程度の円形の凹部として設けるのがマークの認識の点で好ましく、また、ボトル確認マーク２４は、幅が１．０乃至４．５ｍｍの溝として設けるのがマークの認識の点で好ましい。ボトルのマーク形状は平行な幅の溝、三角形の溝、台形の溝などの任意の形状であってよい。
尚、キャップは一般に不透明であるのでマークの認識が容易であり、また、ボトルの場合も、ボトル首部が白化したものでは、光反射量が大きく、マークの検出が、透明なものに比して容易である。しかるに、透明なボトル首部の場合には、光反射量が少ないため、その検出が困難となることもある。従って、このようなときには、ボトルのマークとしての溝の表面を粗面化する等の手段を採用することができる。
【００４０】
【発明の効果】
本発明では、ボトル・キャップ組立体の軸上方に光学系レンズと前記確認マーク撮像のためのカメラとを前記組立体の軸を光軸として配置すると共に、前記確認マークを照明するための照明装置として、キャップ確認マークを照明するもの（第２の照明装置）とボトル確認マークを照明するものとに分けて配置し、更には、ボトル確認マークを照明する装置としては、カメラの周囲に配置した第１の照明装置と光学系レンズの周囲に配置した第３の照明装置とを設けた。これにより、ボトルの首部が透明な場合でも或いは結晶化により白化している場合でも、前記カメラによる撮像に際して、第１の照明装置と第３の照明装置とを切り換えて用いることができ、ボトルの巻締角度確認マークと、キャップの巻締角度確認マークとを、単一のカメラにしかも同時に、常に鮮明に写し取ることが可能となる。
また、ボトルの巻締角度確認マークとキャップの巻締角度確認マークとの間には、キャップハイトに相当する高さの違いがあるが、本発明によれば、ボトルの巻締角度確認マークも、キャップの巻締角度確認マークも、共に二次元の画像内に写し取ることができるので、両者の位置関係の検出が正確にしかも容易に行われるという利点がある。
特に、光学レンズとして、キャップの径よりも大きな径を有する平凸レンズ或いはメニスカス凸レンズを用いることにより、ボトルの巻締角度確認マークが、（ａ）キャップの最外周部よりも径方向外側に位置する場合は勿論のこと、（ｂ）キャップの最外周部に重なっている場合、（ｃ）キャップの最外周部よりも径方向内側に位置する場合にも、明確なボトル巻締角度確認マークの像を形成させることが可能となり、ボトル巻締角度確認マークの像の濃度およびコントラストを高めることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】巻締角度の検出の原理を説明するための説明図である。
【図２】本発明に用いるキャップの一例を、右半分を側面図で、左半分を側断面図で示す図である。
【図３】図２のキャップの上面図である。
【図４】図２のキャップが締結されるボトル首部の一例の部分側面図である。
【図５】ボトル・キャップ組立体の一例の配置を上方から見た部分拡大図である。
【図６】ボトル・キャップ組立体の他の一例の配置を上方から見た部分拡大図である。
【図７】本発明の検査装置の配置図である。
【図８】本発明の検査装置により行なわれる検査方法のフローチャートである。
【発明の属する技術分野】
本発明は、ボトルとその口部に螺子装着されるキャップから成るボトル・キャップ組立体の締結状態を検査する装置に関し、より詳細には、ボトル・キャップ組立体の締結状態がキャップを開栓することなく、一方向から容易に確認することが可能なボトル・キャップ組立体の検査装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ガラス製或いは合成樹脂製のボトル形状容器と、一旦開封されたものであることを明示するタンパーエビデント機能を有するキャップから成るボトル・キャップ組立体においては、内容物充填後に、キャップがボトルに完全に密封状態に締結されていることが必須であり、このような検査は、従来は、製品の中からいくつかの試料を抜き取り、これを実際に開栓し、開栓トルク、巻締角度等を測定することによって行っていた。
しかしながら、このような抜き取り検査は製品の一部について行うにすぎず、必ずしも確実な検査結果を得ることは困難であり、また検査の確実性を向上させるために抜き取り試料を多くすればそれだけ生産コストが増加することになる。
また巻締機を最初に設定する際に、基本的な性能を出すための巻締角度に従ってトルクが決定されているため、巻締め角度を容易に測定できることが望まれている。
【０００３】
このような問題を解決するため、キャップの締結状態を容易に確認することが可能なボトル・キャップ組立体も提案されている。
例えば、容器口部に、合成樹脂製キャップを完全に螺着した状態で該キャップ下端より下方の所定位置に１または複数の位置表示を形成し、かつキャップの上記合成樹脂製キャップの筒部に、該キャップを上記容器口部に完全に螺着した状態で上記位置表示に並ぶ閉栓表示を設けたことを特徴とする閉止装置（特開平９−１２０４６号公報）や、容器の外周と、この容器の口部にねじ込まれるスクリューキャップの外面とに、それぞれのネジ部のネジ端に対して一定の位置関係を有する標識を配設し、前記スクリューキャップの装着後に、前記一対の標識の位置関係に基づいて前記スクリューキャップのねじ込み状態の適否を判別することを特徴とする容器口部の密封状態検査方法（特開平１０−２０３５１２号公報）、また、瓶口外周面に形成したネジ部の始端に相当する部位の瓶首と、瓶口を封緘するキャップの内周面に形成したネジ部の終端に相当する部位の該キャップとにそれぞれ、外部から視認できる目安部を設け、前記瓶に液体を充填・封緘後にこれら二つの目安部の位置により瓶口へのキャップの巻締め程度を非破壊検査できるようにしたことを特徴とする瓶の封緘構造（特開平１１−１１５０４号公報）等が提案されている。
【０００４】
また、特開平１２−１１８５１５号公報には、容器本体のキャップ受け口に取り付けられたキャップまたは該キャップに設けたカバー受け部に取り付けられたキャップカバーの何れかのキャップ体取付部をカメラで撮影してその映像情報を記憶し、この映像情報に基づき上記容器本体またはキャップの基準部と上記キャップ体の測定部との位置関係に基づき当該キャップ体の取付状態の良否を判定するようにしたことを特徴とするキャップ体取付検査方法が記載されており、カメラでの撮影は、容器の搬送路に沿って平行に設けられた第一及び第二のカメラで行うことも記載されている。
【０００５】
更に、特開平５−１８０６２１号公報には、ビン口天面シールについてではあるが、ビン口天面にシールされたビン口をビン軸上面から照明しながら撮像装置により撮像し、画像処理装置によりその撮像信号からのシールの貼付ずれによってビン口部に発生する全反射信号を分離し、これを１画面分換算して得た積算値を基準値と比較してシールずれの良否を判断することを特徴とするビン口天面シールの検査装置が記載されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
これら従来技術によれば、試料の抜き取り及び実際の開栓という検査方法によらずに、ボトル・キャップ組立体の締結状態を確認することは可能となる。
しかしながら、上記第一の閉止装置では、ボトル及びキャップに設けられた表示が互いに一直線或いは所定の関係となるよう位置することが必要であり、その設定が困難であるという問題がある。
【０００７】
また、上記第二の密封検査方法や第三の瓶の封緘構造では、キャップとボトルの位置関係に一定の基準範囲を設け、その範囲外のボトル・キャップ組立体を除外するものであるため、上記第一の従来技術のような問題は生じないが、第一乃至第四の従来技術に記載された何れのボトル・キャップ組立体においても、キャップに設けられた標識は、ボトルとの関係上、キャップの側面に設けられているため、ボトル及びキャップに設けられた標識が一定の位置関係にあることを確認するためには、ボトル・キャップ組立体の側面から測定する必要がある。しかしながら、内容物が充填され、キャップで密封されたボトル・キャップ組立体は、搬送コンベア上をまちまちにその向きを変えながら生産ライン中を進んでいくため、ボトル及びキャップに設けられた標識が必ずしも検査装置の向きに向いているとは限らず、その場合には、キャップの締結状態に異常があった場合でも見逃してしまうことになり、検査の信頼性が低くなる恐れがある。
このような締結状態に異常のあるボトル・キャップ組立体を見逃さないためには、複数のカメラを周方向に設置する必要があり、このため検査装置が複雑になったり、ボトル・キャップ組立体を連続供給することが困難になる場合もある。
【０００８】
上述した問題を解決するために、本発明者等は、先に、ボトルの巻締角度確認マークと、キャップの巻締角度確認マークとの位置関係を検出することにより、ボトルとキャップとの巻締状態を検出する検査装置において、ボトル・キャップ組立体の上方に配置された光学系レンズと、前記光学系レンズの上方に配置され、前記光学系レンズを介して、ボトルの巻締角度確認マークとキャップの巻締角度確認マークとを同時に写し取る単一のカメラと、前記確認マークを照明するための照明装置と、前記カメラで写し取った画像データに基づく情報処理により、巻締状態の良否を判定する画像処理装置とを備えたボトル・キャップ組立体の検査装置を提案した（特願２００１−１８７１６８号）。
【０００９】
かかる検査装置は、上記従来技術のような不都合がなく、ボトル・キャップ組立体の締結状態がキャップを開栓することなく、容器の軸方向上方から確実に確認することが可能であり、また上方から一台のカメラにより容易に検査することが可能となるという顕著な利点を有している。しかるに、この検査装置においても未だ改善の余地があることが判った。
【００１０】
即ち、上記の検査装置では、上方からのカメラにより、ボトル及びキャップのそれぞれに設けられている巻締角度確認マークを同時に撮像し、写し取られたボトルの巻締角度確認マーク（ボトル確認マーク）及びキャップの巻締角度確認マーク（キャップ確認マーク）の画像データに基づいて、画像処理を行ない、これら確認マークの相対的位置データから締結状態の確認が行なわれる。従って、このような情報処理を確実に行なうためには、ボトル確認マークとキャップ確認マークとが鮮明に撮像されることが必要であり、このために、カメラとボトル・キャップ組立体との間に配置される光学系の周囲に照明装置が設けられており、ボトル確認マーク及びキャップ確認マークを照明しながら、これらマークの撮像が行なわれるように構成されている。
【００１１】
しかしながら、上記のようにしてボトル確認マーク及びキャップ確認マークの撮像を行なった場合、ボトルやキャップの種類等によっては、ボトル確認マーク或いはキャップ確認マークの何れかが鮮明に撮像されず、画像データに基づく画像処理を行なうことが困難になることがあった。
例えば、ボトルの中には、口部が結晶化されて白色となっているものや或いは口部も含めて全体が透明に形成されているものがあるが、口部が結晶化されて白色となっているボトルでの組立体について、ボトル及びキャップの確認マークが鮮明に撮像されて画像処理が確実に行なわれたとしても、口部が透明なボトルでの組立体については、ボトル確認マークが鮮明に撮像されず、確実な画像処理が困難となる場合があった。この逆に、口部が透明なボトルでの組立体について、ボトル及びキャップの確認マークが鮮明に撮像されて画像処理が確実に行なわれた時には、口部が結晶化されて白色となっているボトルでの組立体について、ボトル確認マークが鮮明に撮像されない傾向があった。
【００１２】
従って本発明の目的は、上方から一台のカメラによりボトル確認マークとキャップ確認マークとを撮像してボトルとキャップとの巻締状態を検出する検査装置において、ボトル等の種類によらず、簡単な設定により、ボトル確認マークとキャップ確認マークとの鮮明な撮像が行なわれ、常に確実な画像処理によってボトルとキャップとの巻締状態を検出することが可能な検査装置を提供することにある。
【００１３】
本発明によれば、ボトルの巻締角度確認マークと、キャップの巻締角度確認マークとの位置関係を検出することにより、ボトルとキャップとの巻締状態を検出する検査装置において、
ボトル・キャップ組立体の垂直中心軸の上方にこれと光軸が一致するように配置された光学系レンズ；
前記光学系レンズの光軸上方に配置され、前記光学系レンズを介して、ボトルの巻締角度確認マークとキャップの巻締角度確認マークとを同時に写し取る単一のカメラ；
前記カメラの周囲に環状に配置された、前記ボトルの巻締角度確認マークを照明するための第１の照明装置；
前記光学系レンズの周囲に環状に配置された、前記キャップの巻締角度確認マークを照明するための第２の照明装置；
前記光学系レンズの周囲に環状に配置され且つ第２の照明装置の外側に配置されている、前記ボトルの巻締角度確認マークを照明するための第３の照明装置；及び、
前記カメラで写し取った画像データからボトルの巻締角度確認マーク及びキャップの巻締角度確認マークをキャップを中心とした極座標に読みとり、必要により展開してそれらの位置を検出し、ボトルの巻締角度確認マークとキャップの巻締角度確認マークとの角度乃至展開距離を算出し、この角度乃至展開距離により巻締状態の良否を判定する画像処理装置；
とから成り、
前記カメラによるボトルの巻締角度確認マーク及びキャップの巻締角度確認マークの撮像は、ボトルの首部或いはその近傍が透明な場合には、第２の照明装置と第３の照明装置とを用いての照明下に行われ、ボトルの首部或いはその近傍が結晶化等により白化している場合には、第１の照明装置と第２の照明装置との組み合わせを選択しての照明下により行なわれることを特徴とするボトル・キャップ組立体の検査装置が提供される。
【００１４】
本発明の検査装置は、ボトルの巻締角度確認マーク（ボトル確認マーク）及びキャップの巻締角度確認マーク（キャップ確認マーク）とをカメラで撮像する際に用いる照明装置として、キャップマーク確認用の照明装置（第２の照明装置）とボトル確認マーク専用の照明装置とに分けて配置し、しかもボトル確認専用の照明装置として、異なる位置に配置された第１の照明装置と第３の照明装置とが設けられていることが顕著な特徴である。
即ち、本発明によれば、ボトルの特性に応じて、第１の照明装置と第２の照明装置との組み合わせ、或いは第２の照明装置と第３の照明装置との組み合わせを用いてのボトル及びキャップ確認マークの照明下において、これらマークの撮像が行なわれる。例えば、ボトル確認マークが形成されているボトルの首部或いはその近傍が透明の場合には、第２の照明装置によりキャップ確認マークを照明し、且つ第３の照明装置によりボトル確認マークを照明しながら、これらマークの撮像が行なわれる。また、ボトル確認マークが形成されているボトルの首部或いはその近傍が結晶化等により白色に形成されている場合には、第２の照明装置によりキャップ確認マークを照明し、且つ第１の照明装置によりボトル確認マークを照明しながら、これらマークの撮像が行なわれる。このようにして、ボトルの特性に応じて照明装置を切り替えることにより、常に、ボトル確認マーク及びキャップ確認マークの何れをも明瞭に撮像することができ、撮像された画像データに基づく画像処理により、確実にキャップの巻締状態の良否を判定することが可能となる。
【００１５】
【発明の実施形態】
本発明の検査装置では、ボトルの巻締角度確認マーク（ボトル確認マーク）と、キャップの巻締角度確認マーク（キャップ確認マーク）との位置関係を検出することにより、ボトルとキャップとの巻締状態の良否が判定されるものであるが、このために、ボトル・キャップ組立体の軸上方に光学系レンズと前記確認マーク撮像のためのカメラとを、前記組立体の垂直中心軸と光学系の光軸とが一致するように配置すると共に、前記確認マークを照明するための照明装置（第１〜第３の照明装置）が配置されている。これにより、ボトル確認マークと、キャップ確認マークとを単一のカメラにしかも同時に写し取ることが可能となり、更にはキャップ外周縁よりも径方向で内方に位置するボトル確認マークであっても同様に写し取ることが可能となる。
【００１６】
キャップの旋回によりボトルへの締結が行われるボトル・キャップ組立体において、上記カメラにより、撮像されたキャップ及びボトル確認マークの画像データに基づくキャップの巻締状態の評価は、この画像データから、この巻締状態を極座標に読み取り、必要により展開して、正確に評価することができる。
この評価の原理を説明するための図１（極座標および極座標展開）において、ボトル確認マークの二次元極座標上の位置Ｐは、中心からの半径ｒ１およびｘ軸からの角度θ１により、
Ｐ（ｒ１、θ１）、ここでｘ＝ｒ１ｃｏｓθ１、ｙ＝ｒ１ｓｉｎθ１
で表される。
また、キャップ確認マークの二次元極座標上の位置Ｑは、同様にして中心からの半径ｒ２およびｘ軸からの角度θ２により、
Ｑ（ｒ２、θ２）、ここでｘ＝ｒ２ｃｏｓθ２、ｙ＝ｒ２ｓｉｎθ２
で表される。
【００１７】
ボトル確認マーク基準のキャップ確認マークの巻締角度（θ）は、式（１）：
θ＝θ２−θ１ ‥（１）
で表され、また極座標展開での距離（Ｌ）は、式（２）：
Ｌ＝ｒ１（θ２−θ１） ‥（２）
で表すことができる。
かくして、本発明によれば、適切な巻締状態になっているボトル・キャップ組立体の巻締角度（θ０、このθ０もボトルの巻締角度確認マーク基準のキャップの巻締角度確認マークの角度で定められる）あるいは展開距離（Ｌ０）を一定の許容範囲のものとして予め設定しておくことにより、上記測定で検出される巻締角度θと設定巻締角度（θ０）とを対比し、あるいは検出された展開距離（Ｌ）と設定展開距離（Ｌ０）とを対比することにより、巻締状態の良否を検出することができる。
なお、図１の座標の説明では、角度の方向は反時計方向に正としているが、実際のキャップの締結では、時計方向に旋回による締結が行われるので、座標を裏返しにして考慮すればよい。
【００１８】
以上の例で説明したとおり、本発明によれば、光学レンズおよびカメラの光軸を、ボトル・キャップ組立体の垂直軸と一致させて、ボトルの巻締角度確認マーク（ボトル確認マーク）とキャップの巻締角度確認マーク（キャップ確認マーク）とを単一カメラにより二次元画像内に同時に取り込むことにより、面倒で複雑な処理を施すことなしに、しかも簡便な画像処理により、ボトルの巻締角度確認マークとキャップの巻締角度確認マークとの相対的位置関係を検出し、ボトルとキャップとの巻締状態の良否を精度よく検出することができる。
【００１９】
本発明の検査装置においては、キャップ確認マークは、頂板部の周縁部、頂板部とスカート部とのコーナー部、或いはスカート部の外面に形成されており且つボトルの確認マークがボトルのサポートリングに形成されていることが、両巻締角度確認マークを確実に撮像し、両巻締角度確認マークの相対的位置関係を正確に検出する上で好ましい。
すなわち、本発明の検査装置では、ボトル・キャップ組立体の垂直軸上方からの巻締角度確認マークの撮影であるため、キャップの頂板部にキャップ確認マークおよびボトルのサポートリングにボトル確認マークを設けることにより、マークの撮像が容易に行われることになる。また、キャップ確認マークとボトル確認マークとは、径方向の距離の差が小さい方が角度の検出が正確に行われるが、本発明ではキャップの確認マークを頂板部の周縁部、頂板部とスカート部とのコーナー部或いはスカート部外面に形成し且つボトル確認マークをボトルのサポートリングに形成することにより、両マーク間の径方向の距離差を小さくして、精度の高い角度の検出が可能となる。
【００２０】
本発明の検査装置においては、キャップの径よりも大きな径を有する平凸レンズ或いはメニスカス凸レンズを用いることが、キャップ確認マークのみならず、ボトル確認マークをも鮮明に写し取るために好ましい。
ボトル確認マークは、このマークを設けるサポートリングのサイズ（径）により、（ａ）キャップの最外周部よりも径方向外側に位置する場合、（ｂ）キャップの最外周部に重なっている場合、（ｃ）キャップの最外周部よりも径方向内側に位置する場合等の様々な場合があり得る。これらのボトル確認マークの状態の内、上記（ｂ）および（ｃ）の場合には、幾何学的には軸上方からはボトル巻締角度確認マークを検出することは不可能に近い。
【００２１】
本発明では、キャップの径よりも大きな径を有する平凸レンズ或いはメニスカス凸レンズを用いることにより、上記（ｂ）および（ｃ）の場合であっても、ボトル確認マークから斜め上方且つ外方にでる光をレンズ内に取り込み、屈折させることにより、明確なボトル確認マークの像を形成させることが可能となる。また、ボトル確認マークから取り込む光線の面積を広げることができるので、ボトル確認マークの像の濃度およびコントラストを高める上で有利である。
【００２２】
また、ボトルの巻締角度確認マークとキャップの巻締角度確認マークとの間には、キャップハイトに相当する高さの違いがあるが、本発明によれば、ボトル確認マークも、キャップ確認マークも、共に二次元の画像内に写し取ることができるので、両者の位置関係の検出が正確にしかも容易に行われるという利点がある。
【００２３】
本発明ではまた、キャップ確認マークとボトル確認マークとを、これらが共にレンズの被写界深度（焦点深度とも呼ぶ）内にある条件で撮像することが好ましい。
レンズには、焦点を合わせる距離を次第に遠方にしていくと、ある距離になると無限遠まで焦点が合うようになり、この距離を過焦点距離と呼び、過焦点距離（ｆｈ）は、レンズの焦点距離をｆ、レンズのＦナンバー（絞り）をＦ、許容ぼけをＡとして表して、下記式（３）：
【００２４】
本発明では、照明装置として、ボトル確認マークを照明する第１及び第３の照明装置が、それぞれ、カメラ及び光学レンズの周囲に、光学系と同軸に環状に配置し、キャップ確認マークを照明する第２の照明装置が、光学レンズの周囲に光学系と同軸に環状に配置される。照明装置をこのように配置することにより、ボトル特性に応じて、第１又は第３の照明装置の切替を行なうことができ、光学レンズ、したがってカメラに入射する光量を容易に調整することができ、常にコントラストのあるボトルおよびキャップ確認マーク像を鮮明に撮像することが可能となる。
【００２５】
また、本発明のボトル・キャップ組立体の検査装置では、写し取った画像データから、ボトル確認マーク及びキャップ確認マークをキャップの垂直中心軸を中心とした極座標に展開してそれらの位置を検出し、ボトル確認マークとキャップ確認マークとの角度乃至距離を算出し、この角度乃至距離により巻締状態の良否を判定することが好ましい。
この検出手段を用いることにより、図１に説明した原理により巻締状態の検出が精度よくしかも容易に行われることになる。
【００２６】
【実施例】
本発明を添付図面に示す次の例により説明する。
図２は本発明に用いるキャップの一例を、右半分を側面図で、左半分を側断面図で示す図であり、
図３は図２のキャップの上面図であり、
図４は図２のキャップが締結されるボトル首部の一例の部分側面図であり、
図５はボトル・キャップ組立体の一例の配置を上方から見た部分拡大図であり、
図６はボトル・キャップ組立体の他の一例の配置を上方から見た部分拡大図であり、
図７は本発明の検出装置の配置図であり、
図８は本発明の検出装置を用いての検査方法のフローチャートである。
【００２７】
本発明の検査装置に適用されるボトル・キャップ組立体の一例を、図２、図３および図４に基づいて説明するが、本発明は勿論これらの例に限定されるものではない。
全体を１で表すキャップは、頂板部２及び頂板部２の周縁に位置するコーナー部３を介して垂下するスカート部４から成っており、スカート部４の下端には、タンパーエビデント（ＴＥ）バンド５が弱化部６を介して設けられている。
キャップ頂板部２の内面には、ライナー材７が形成され、ライナー材の外周凸部がボトル口部外面と接触し、容器の密封性を高めるように設けられている。また、スカート部４の外面には把持しやすいようにローレット溝８が設けられ、内面にはボトル口部に設けられたネジと螺合するネジ部９が形成されている。
更に、ＴＥバンド５の内面には、後述するボトル部のビードと係合してＴＥバンドを固定するためのフラップ片１０が設けられている。
【００２８】
一方、本発明に用いるボトルは、図４に示すとおり、ボトル首部２０を備えており、図示していないが、通常のボトルと同様に、肩部、胴部、および底部に一体に接続されている。
首部２０の外面側には、キャップと螺合してボトルを密封するためのネジ部２１が形成されており、ネジ部２１の下方にはキャップのＴＥバンド５のフラップ片１０と係合する段差部２２が形成されている。また段差部２２の下側には充填や密封の際ボトルを保持するためのサポートリング２３が形成されている。
このサポートリング２３は、キャップ１或いはＴＥバンドの下端の最も大きい外径部分にほぼ匹敵するか或いはそれよりも大きい外径を有している。
【００２９】
図３に示すように、キャップの頂板部２の周縁部に巻締角度確認マーク（キャップ確認マーク）１１が設けられており、また、図４に示す示すとおり、ボトルのサポートリング２３の上面或いは外周部に巻締角度確認マーク（ボトル確認マーク）２４が設けられている。
これらの巻締角度確認マーク１１、２４は、巻締角度の検出が容易になるように、種々の位置に配置することができる。
例えば、図２および３に示す例では、スカート部４内面に設けられたネジ部の始端位置、すなわちボトルとの螺合開始位置１２に対応する、キャップ頂板部周縁部に巻締角度確認位置１１が設けられている。また、後述する上方に配置されているカメラによって、これら確認マーク１１、２４の撮像が行なわれることから、キャップ確認マーク１１は、頂板部２の周縁部とスカート部４とのコーナー部３に設けることもできるし、更にスカート部４の外面において、その下方部分でローレット８を切り欠いて凹部を形成することにより、キャップ確認マーク１１とすることもできる。
一方、ボトル首部２０に設けられたネジ部２１の始端位置、すなわちキャップとの螺合開始位置２５に対応する、サポートリング２３の外周部に巻締め角度確認マーク２４を設けることができる。
更に、キャップ及びボトルに、それぞれ設けられた巻締角度確認マーク１１及び２４によって形成される巻締角度を容易に測定するために、必ずしも必要でないが、図５に示すように、キャップ頂板部２中心に中心検出用の補助マーク１３を設けてもよい。これにより、ボトル・キャップ組立体の巻締角度は巻締角度確認マーク１１，補助マーク１３，巻締角度確認マーク２４によって容易に測定することができる。
【００３０】
図５は、本発明のボトル・キャップ組立体の一例において、キャップ及びボトルが組み合わされた状態を上方から見た部分拡大平面図である。キャップ１は、図の矢印Ｘの方向に回転することにより巻き締められる。この態様においては、ボトルのサポートリング２３に設けられたボトル確認マーク２４は、キャップの確実な巻締めを保証し得る最低限の位置であり、キャップの頂板部２の周縁部に設けられた巻締角度確認マーク１１がこの巻締角度確認マーク２４を超えて所定の範囲内に巻締められていれば、ボトル・キャップ組立体の締結状態は何ら問題がないことを示している。この態様においては、既に指摘したとおり、キャップ頂板部中央に補助マーク１３が設けられており、ボトル確認マーク２４，補助マーク１３，キャップの確認マーク１１で形成される角度αによって巻締状態の確認ができる。
【００３１】
本発明のボトル・キャップ組立体において、キャップ及びボトルに設けられる巻締角度確認マークの関係が示す正常巻締め位置は、前述した態様に限定されず、種々の態様を採用することができる。
例えば、図６に示すように、ボトル確認マーク２４がネジ部の螺合開始位置（図４に示す２５の部位）に対応した位置に設けられ、キャップ確認マーク１１もネジ部の始端位置（図２に示す１２の部位）に対応する位置に設けられる。また、キャップの中心に対して、キャップ確認マーク１１と反対側の対称位置に補助マーク１３を設ける。この巻締角度確認マーク２４を基準に、キャップ確認マーク１１と補助マーク１３とを結ぶ直線の位置によって、キャップがどれだけ巻締められたか一目でわかるようにしたものでもよい。すなわち図６では、矢印Ｙ−Ｙの範囲における角βが巻締角度であり、巻締め状態において、この角度βが何度の範囲であれば巻締角度が適正であるかを予め定めておくことにより、ボトル・キャップ組立体の締結状態がわかる。
また図５及び図６に示した以外にも、ボトル・キャップ組立体が巻締められた状態で、キャップとボトルの巻締角度確認マークがほぼ同じ位置にくるように設定しても勿論よい。
【００３２】
本発明の検査装置に適用されるボトル・キャップ組立体は、上述した特徴を有する限り、種々のボトル及びキャップに用いることができる。
ボトルとしては、ポリエチレンテレフタレート等の合成樹脂から成る延伸ブローボトルや、射出成形等によるボトル等に好適に用いることができるが、勿論、ガラス製ボトルにも適用することができる。
またキャップとしては、ポリエチレン、ポリプロピレン等のオレフィン系樹脂や、塩化ビニル樹脂等の合成樹脂を圧縮成形、射出成形等して得られるキャップの他、アルミニウム等の金属製のキャップでもよい。
更に、キャップ下端には、ＴＥバンドが弱化部を介して一体に設けられているキャップであることが好ましいが、巻締め後シュリンクフィルムで覆うような場合には、ＴＥバンドのないキャップにも適用することが可能である。
【００３３】
本発明の検査装置の配置を示す図７において、ボトル・キャップ組立体３０の垂直軸上方に、光学系レンズ４０と、前記確認マーク１１、２４を撮像するためのＣＣＤ撮像素子を備えたカメラ５０とが、前記組立体３０の垂直軸と光学系の光軸とが一致するように配置されている。
また、カメラ５０の周囲には、ボトル確認マーク２４を照明するための第１の照明装置６１が、環状に配置されており、一方、光学系レンズ４０の周囲には、キャップ確認マーク１１を照明するための第２の照明装置６２が環状に配置され、その外周側には、ボトル確認マーク２４を照明するための第３の照明装置６３が配置されている。
これら第１の照明装置６１及び以下に述べる第２、第３の照明装置６２、６３は、ＬＥＤ、蛍光灯、ハロゲンランプ等、公知のものであってよいが、ボトル或いはキャップ確認マーク２４，１１を選択的に照明するという点では、ＬＥＤが最も好適である。
【００３４】
また、カメラ５０及びその周囲の第１の照明装置６１は、下端部が開口している筒状のフード５１内に収納されており、このフード５１の開口部中心には、上記のレンズ４０及び環状の第２，第３の照明装置６２，６３が配置され、レンズ４０とカメラ５０との間の光路は、筒状フード５１によって覆われている。
更に、カメラ５０からケーブル５２を介して送られる画像データを処理するための画像処理装置（画像処理コンピュータ）７０および画像データおよび検査結果を表示するためのモニター７５が配置されている。
【００３５】
図に示した具体例において、レンズ４０はキャップの径よりも大きい径を有する平凸レンズであり、キャップの径の約３倍程度の径を有しており、平凸レンズの平らな面がボトル・キャップ組立体の側に面していいる。平凸レンズの径はキャップの径の約２乃至４倍の径を有しているのが適当である。平凸レンズの代わりにメニスカス凸レンズを用いて、ボトル巻締角度確認マークからの集光力をより高めることもできる。
【００３６】
既に述べたように、本発明の装置では、ボトル確認マーク２４を照明するための照明装置が、カメラ５０の周囲に配置されている環状の第１の照明装置６１と、光学系レンズ４０の周囲に環状に配置されている、キャップ確認マーク１１を照明するための第２の照明装置６２、及び第２の照明装置６２の外周側に環状に配置された、ボトル確認マーク２４を照明するための第３の照明装置６３とからなっている。
即ち、カメラ５０によるボトル及びキャップ確認マーク２４，１１の撮像に際しては、第２の照明装置６２によるキャップ確認マーク１１の照明と、第１の照明装置６１又は第３の照明装置６３によるボトル確認マーク２４の照明が行なわれる。
例えば、ボトルのサポートリング２３等の首部が透明な場合には、ボトル確認マーク２４の照明は、レンズ４０の周囲に配置されている第３の照明装置６３により行なわれ、キャップ確認マーク１１の照明は、第２の照明装置６２により行なわれる。これにより、キャップ確認マーク１１及びボトル確認マーク２４の何れもが鮮明に高コントラストで撮像される。
一方、ボトルのサポートリング２３等の首部が結晶化等により白化している場合には、上記と同じ条件での照明により撮像を行なうと、サポートリング２３等での光反射が大きく、このため、ボトル確認マーク２４の像が不鮮明となり、場合によっては、キャップ確認マーク１１の像も不鮮明となってしまうことがある。従って、このようなボトルについては、キャップ確認マーク１１の照明は、上記と同様、第２の照明装置６２により行なうとしても、ボトル確認マーク２４の照明は、カメラ５０の周囲に配置されている第１の照明装置６１により行なう。即ち、第３の照明装置６３を第１の照明装置６１に切り替えてボトル確認マーク２４の照明を行なうことにより、白化したサポートリング２３等の部分での光反射が低減されるため、キャップ確認マーク１１の像は勿論のこと、ボトル確認マーク２４の像も鮮明とすることが可能となる。
【００３７】
上述した第２の照明装置６２と第３の照明装置６３とにより、或いは第２の照明装置６２と第１の照明装置６１とにより、照明されたキャップ確認マーク１１およびボトルの確認マーク２４は、レンズ４０により、カメラ５０のＣＣＤ素子上に結像する。すなわち、既に指摘したとおり、ボトル・キャップ組立体３０、レンズ４０およびカメラ５０は、相対的に上方に位置するキャップ確認マーク１１も相対的に下方に位置するボトル確認マーク２４も共に、被写界深度内にあるため、カメラ５０のＣＣＤ素子上には、ボトルの巻締角度確認マークの像と、キャップの巻締角度確認マークの像とが鮮明に形成されることになる。
【００３８】
ボトル・キャップ組立体の巻締角度の検査は、画像処理装置（画像処理コンピュータ）７０とカメラ５０との間で、図８に示すフローチャートに基づいて行われる。
まず、検査装置の運転信号を検出し、この運転信号を検出した後、カメラ５０からのボトル・キャップ組立体の検出信号を待つ。この検出信号があり次第、カメラ５０による画像データが画像処理装置（画像処理コンピュータ）７０に取り入れられる。この画像データに基づいて、ボトル・キャップ組立体の中心が検出される。この中心の検出は、キャップ頂板部２中心に設けられた補助マーク１３（図５）によって行ってもよいし、また補助マークがない場合にはキャップ頂板部２の円周から芯出しを行ってもよい。
中心の検出が行われた後、二次元座標上の画像データを図１に関して説明したような極座標に展開し、キャップ巻締角度確認マークとボトル巻締角度確認マークとを検出する。
極座標上で検出されたキャップ巻締角度確認マーク位置とボトル巻締角度確認マーク位置とから、直ちに両者の角度（θ）あるいは距離（Ｌ）が算出され、測定で検出される巻締角度θと設定巻締角度（θ０）とを対比し、あるいは検出された距離（Ｌ）と設定距離（Ｌ０）とを対比することにより、巻締状態の良否を検出する。すなわち、角度あるいは距離が範囲外であれば、不良を表示し、範囲内であれば、次の測定に戻る。
【００３９】
本発明において、ボトルおよびキャップに設ける巻締角度確認マークは、カメラによる撮像および画像処理により明確で鮮明な像となるようにサイズおよび形状を定める。
キャップ確認マーク１１は、一般に径が０．５乃至１．５ｍｍ程度の円形の凹部として設けるのがマークの認識の点で好ましく、また、ボトル確認マーク２４は、幅が１．０乃至４．５ｍｍの溝として設けるのがマークの認識の点で好ましい。ボトルのマーク形状は平行な幅の溝、三角形の溝、台形の溝などの任意の形状であってよい。
尚、キャップは一般に不透明であるのでマークの認識が容易であり、また、ボトルの場合も、ボトル首部が白化したものでは、光反射量が大きく、マークの検出が、透明なものに比して容易である。しかるに、透明なボトル首部の場合には、光反射量が少ないため、その検出が困難となることもある。従って、このようなときには、ボトルのマークとしての溝の表面を粗面化する等の手段を採用することができる。
【００４０】
【発明の効果】
本発明では、ボトル・キャップ組立体の軸上方に光学系レンズと前記確認マーク撮像のためのカメラとを前記組立体の軸を光軸として配置すると共に、前記確認マークを照明するための照明装置として、キャップ確認マークを照明するもの（第２の照明装置）とボトル確認マークを照明するものとに分けて配置し、更には、ボトル確認マークを照明する装置としては、カメラの周囲に配置した第１の照明装置と光学系レンズの周囲に配置した第３の照明装置とを設けた。これにより、ボトルの首部が透明な場合でも或いは結晶化により白化している場合でも、前記カメラによる撮像に際して、第１の照明装置と第３の照明装置とを切り換えて用いることができ、ボトルの巻締角度確認マークと、キャップの巻締角度確認マークとを、単一のカメラにしかも同時に、常に鮮明に写し取ることが可能となる。
また、ボトルの巻締角度確認マークとキャップの巻締角度確認マークとの間には、キャップハイトに相当する高さの違いがあるが、本発明によれば、ボトルの巻締角度確認マークも、キャップの巻締角度確認マークも、共に二次元の画像内に写し取ることができるので、両者の位置関係の検出が正確にしかも容易に行われるという利点がある。
特に、光学レンズとして、キャップの径よりも大きな径を有する平凸レンズ或いはメニスカス凸レンズを用いることにより、ボトルの巻締角度確認マークが、（ａ）キャップの最外周部よりも径方向外側に位置する場合は勿論のこと、（ｂ）キャップの最外周部に重なっている場合、（ｃ）キャップの最外周部よりも径方向内側に位置する場合にも、明確なボトル巻締角度確認マークの像を形成させることが可能となり、ボトル巻締角度確認マークの像の濃度およびコントラストを高めることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】巻締角度の検出の原理を説明するための説明図である。
【図２】本発明に用いるキャップの一例を、右半分を側面図で、左半分を側断面図で示す図である。
【図３】図２のキャップの上面図である。
【図４】図２のキャップが締結されるボトル首部の一例の部分側面図である。
【図５】ボトル・キャップ組立体の一例の配置を上方から見た部分拡大図である。
【図６】ボトル・キャップ組立体の他の一例の配置を上方から見た部分拡大図である。
【図７】本発明の検査装置の配置図である。
【図８】本発明の検査装置により行なわれる検査方法のフローチャートである。
Claims (4)
- ボトルの巻締角度確認マークと、キャップの巻締角度確認マークとの位置関係を検出することにより、ボトルとキャップとの巻締状態を検出する検査装置において、
ボトル・キャップ組立体の垂直中心軸の上方にこれと光軸が一致するように配置された光学系レンズ；
前記光学系レンズの光軸上方に配置され、前記光学系レンズを介して、ボトルの巻締角度確認マークとキャップの巻締角度確認マークとを同時に写し取る単一のカメラ；
前記カメラの周囲に環状に配置された、前記ボトルの巻締角度確認マークを照明するための第１の照明装置；
前記光学系レンズの周囲に環状に配置された、前記キャップの巻締角度確認マークを照明するための第２の照明装置；
前記光学系レンズの周囲に環状に配置され且つ第２の照明装置の外側に配置されている、前記ボトルの巻締角度確認マークを照明するための第３の照明装置；及び、
前記カメラで写し取った画像データからボトルの巻締角度確認マーク及びキャップの巻締角度確認マークをキャップを中心とした極座標に読みとり、必要により展開してそれらの位置を検出し、ボトルの巻締角度確認マークとキャップの巻締角度確認マークとの角度乃至展開距離を算出し、この角度乃至展開距離により巻締状態の良否を判定する画像処理装置；
とから成り、
前記カメラによるボトルの巻締角度確認マーク及びキャップの巻締角度確認マークの撮像は、ボトルの首部或いはその近傍が透明な場合には、第２の照明装置と第３の照明装置とを用いての照明下に行われ、ボトルの首部或いはその近傍が結晶化等により白化している場合には、第１の照明装置と第２の照明装置との組み合わせを選択しての照明下により行なわれることを特徴とするボトル・キャップ組立体の検査装置。 - 光学系レンズが、キャップの径よりも大きな径を有する平凸レンズである請求項１に記載の検査装置。
- キャップの巻締角度確認マークは、頂板部の周縁部、頂板部とスカート部とのコーナー部、或いはスカート部の外面に形成されており、且つボトルの巻締角度確認マークがボトルのサポートリングに形成されている請求項１に記載の検査装置。
- 前記カメラは、下端部が開口した筒状フード内に収容され、且つ前記光学系レンズは、該筒状フードの下端開口部に配置されており、光学系レンズとカメラとの間の光路が該筒状フードで覆われている請求項１に記載の検査装置。
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