特許 6869054 液面レベル検出装置、液面レベル検出方法、及び、充填機

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6869054

(24)【登録日】2021年4月15日

(45)【発行日】2021年5月12日

(54)【発明の名称】液面レベル検出装置、液面レベル検出方法、及び、充填機

(51)【国際特許分類】

   B65B 57/10 20060101AFI20210426BHJP

   B67C 3/28 20060101ALI20210426BHJP

   B67C 3/20 20060101ALI20210426BHJP

   G01N 21/90 20060101ALI20210426BHJP

【ＦＩ】

   B65B57/10 B

   B67C3/28

   B67C3/20 Z

   G01N21/90 D

【請求項の数】10

【全頁数】14

(21)【出願番号】特願2017-39999(P2017-39999)

(22)【出願日】2017年3月3日

(65)【公開番号】特開2018-144839(P2018-144839A)

(43)【公開日】2018年9月20日

【審査請求日】2019年12月2日

(73)【特許権者】

【識別番号】309036221

【氏名又は名称】三菱重工機械システム株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100100077

【弁理士】

【氏名又は名称】大場 充

(74)【代理人】

【識別番号】100136010

【弁理士】

【氏名又は名称】堀川 美夕紀

(74)【代理人】

【識別番号】100130030

【弁理士】

【氏名又は名称】大竹 夕香子

(74)【代理人】

【識別番号】100203046

【弁理士】

【氏名又は名称】山下 聖子

(72)【発明者】

【氏名】犬飼 規雄

(72)【発明者】

【氏名】石倉 真治

(72)【発明者】

【氏名】上田 敦士

(72)【発明者】

【氏名】谷澤 輝和

(72)【発明者】

【氏名】安部 貞宏

【審査官】 新田 亮二

(56)【参考文献】

【文献】 米国特許出願公開第２００３／００５２２８８（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 特開２００１−２２１７４７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００６−２４０６５８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０８−１７８６５０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００７−１７２２６１（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｂ６５Ｂ ５７／１０

Ｂ６７Ｃ ３／２０

Ｂ６７Ｃ ３／２８

Ｇ０１Ｎ ２１／９０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

円弧状の搬送経路を搬送される複数の容器に充填される製品液の液面レベルを検出する装置であって、
前記容器の外部から前記液面レベルを含む前記容器の画像を撮影する撮影部と、
前記画像から前記液面レベルを特定する制御部と、を備え、
前記撮影部は、
前記搬送経路よりも外側の単数又は複数の外側定点に設けられ、前記搬送経路を搬送される前記容器を正面から撮影するカメラと、
前記搬送経路よりも内側に設けられ、前記容器の背面に向けて照明光を照射する照射体と、
を備え、
前記制御部は、
前記撮影部で撮影された前記画像について、前記画像の濃淡に基づいて画像解析することにより、前記液面レベルを特定し、かつ、
前記画像の前記濃淡を、撮影した前記画像の下方から順に判別することを特徴とする液面レベル検出装置。

【請求項2】

前記カメラは、
搬送される複数の前記容器のそれぞれについて、特定の視野を撮影する、
請求項１に記載の液面レベル検出装置。

【請求項3】

前記容器の背面に照射される前記照明光は、
前記搬送経路よりも外側に設けられる光源から前記内側に向けて照射された前記照明光
が、前記照射体である反射体で反射されるものである、
請求項１又は請求項２に記載の液面レベル検出装置。

【請求項4】

前記容器の背面に照射される前記照明光は、
前記照射体に隣接して設けられる光源から照射された前記照明光が、前記照射体である
導光体を通って前記導光体の表面から照射されるものである、
請求項１又は請求項２に記載の液面レベル検出装置。

【請求項5】

前記光源は、
隣接する前記容器の間から、前記搬送経路よりも前記内側に向けて前記照明光を照射す
る、
請求項３に記載の液面レベル検出装置。

【請求項6】

前記光源は、
白色光又は近赤外光を照射する、
請求項３に記載の液面レベル検出装置。

【請求項7】

前記反射体は、
前記照明光を反射する面が白色をなす、
請求項３に記載の液面レベル検出装置。

【請求項8】

前記照射体は、
前記搬送経路の前記内側の単数又は複数の内側定点に、前記カメラに対応して設けられる、
請求項１〜請求項７のいずれか一項に記載の液面レベル検出装置。

【請求項9】

円弧状の搬送経路を搬送される複数の容器に充填される製品液の液面レベルを検出する方法であって、
前記容器の外部から前記液面レベルを含む前記容器の画像を撮影する撮影ステップと、
前記画像から前記液面レベルを特定するレベル特定ステップと、を備え、
前記撮影ステップにおいて、
前記搬送経路よりも内側から前記容器の背面に向けて照明光を照射しながら、前記搬送経路よりも外側の単数又は複数の外側定点から、前記搬送経路を搬送される前記容器を正面から前記画像を撮影し、
前記レベル特定ステップにおいて、
前記撮影部で撮影された前記画像について、前記画像の濃淡に基づいて画像解析することにより、前記液面レベルを特定し、かつ、
前記画像の前記濃淡を、撮影した前記画像の下方から順に判別することを特徴とする液面レベル検出方法。

【請求項10】

複数の容器が円弧状の搬送経路を搬送し、複数の前記容器のそれぞれに対応する充填バルブを備える回転体と、
前記容器に充填される製品液の液面レベルを検出する、請求項１〜請求項８のいずれか
一項に記載の液面レベル検出装置と、を備える、
ことを特徴とする充填機。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、容器に充填される製品液の液面レベルを検出する装置に関し、特に、回転体により搬送される容器について製品液の液面レベルを検出するのに好適な装置に関する。

【背景技術】

【0002】

製品液が充填される容器の液面レベルを検出して製品液の充填量を制御することにより、容器に適量の製品液を充填することができる。最終的に充填される製品液の液面レベルは入味線(filing line)と称されることがある。
液面レベルを検出するのに、特許文献１及び特許文献２は、赤外放射エネルギを検出することを提案する。また、例えば特許文献３及び特許文献４は、照明装置とテレビカメラを備える液面レベルの検査装置を提案し、特許文献５は、発光器及び受光器を備える液面レベル検査装置を提案している。

【0003】

容器に製品液を充填する充填機には、直線状の搬送経路に沿って容器を搬送しながら製品液を充填するタイプと、円弧状の搬送経路に沿って容器を搬送しながら製品液を充填するタイプと、がある。
特許文献３及び特許文献４は、前者の飲料充填機に関するものである。
また、特許文献１及び特許文献２は、後者、つまり回転式の飲料充填機に関するものである。この飲料充填機は、軸線周りに高速で回転される回転体に備えられる複数のグリッパのそれぞれに把持された容器を搬送しながら、同じく回転体に備えられ、容器のそれぞれに対応する充填ノズルから製品液を容器内に充填するので、生産効率が高く、かつ、充填機の占有面積が小さいといった利点がある。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２００６−２４０６５８号公報

【特許文献2】特開２００６−２４０６５９号公報

【特許文献3】特開２００１−２２１７４６号公報

【特許文献4】特開２００１−２２１７４７号公報

【特許文献5】特開２０１３−７５７１１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

そこで本発明は、回転式の飲料充填機において、高い精度で液面レベルを検出するとともに、メンテナンスの容易な液面レベル検出装置を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明は、円弧状の搬送経路を搬送される複数の容器に充填される製品液の液面レベルを検出する装置であって、容器の外部から液面レベルを含む容器の画像を撮影する撮影部と、画像から液面レベルを特定する制御部と、を備える。
本発明における撮影部は、搬送経路よりも外側の単数又は複数の外側定点に設けられ、搬送経路を搬送される容器を正面から撮影するカメラと、搬送経路よりも内側に設けられ、容器の背面に向けて照明光を照射する照射体と、を備えることを特徴とする。

【0007】

本発明の撮影部におけるカメラは、搬送される複数の容器のそれぞれについて、特定の視野を撮影する、ことが好ましい。

【0008】

本発明における照射体は、少なくとも二つの形態を含む。
一つ目は、照射体が反射体からなる形態である。この形態は、容器の背面に照射される照明光が、搬送経路よりも外側に設けられる光源から搬送経路の内側に向けて照射された照明光が、照射体である反射体で反射される。
二つ目は、照射体が導光体からなる形態である。この形態は、容器の背面に照射される照明光が、導光体に隣接して設けられる光源から照射された照明光が、導光体を通って導光体の表面から照射される。

【0009】

本発明の撮影部における光源は、照射体として反射体を用いる場合、隣接する容器の間から、搬送経路よりも内側に向けて照明光を照射する、ことができる。
また、本発明の撮影部における光源は、白色光又は近赤外光を照射する、ことができる。この光源は、照射体が反射体及び導光体のいずれにも有効である。
本発明の撮影部における反射体は、照明光を反射する面が白色をなす、ことが好ましい。

【0010】

本発明の撮影部における照射体は、搬送経路の内側の単数又は複数の内側定点に、カメラに対応して設ける、ことができる。

【0011】

本発明は、円弧状の搬送経路を搬送される複数の容器に充填される製品液の液面レベルを検出する方法を提供する。この検出方法は、容器の外部から液面レベルを含む容器の画像を撮影する撮影ステップと、画像から液面レベルを特定するレベル特定ステップと、を備える。
本発明における撮影ステップにおいて、搬送経路よりも内側から容器の背面に向けて照明光を照射しながら、搬送経路よりも外側の単数又は複数の外側定点から、搬送経路を搬送される容器を正面から画像を撮影する、ことを特徴とする。

【0012】

本発明は、以上説明した液面レベル検出装置を備える充填機を提供する。この充填機は、複数の容器が円弧状の搬送経路を搬送し、複数の容器のそれぞれに対応する充填バルブを備える回転体と、上述したいずれかの液面レベル検出装置と、を備える。

【発明の効果】

【0013】

本発明の液面レベル検出装置によれば、容器の背面から照明を照射するので、液面レベルを高い精度で検出できる。しかも本発明の液面レベル検出装置によれば、容器を撮影するカメラが搬送経路の外側に設けられており、回転体などの機器の存在を気にすることなくメンテナンスを容易にできる。

【図面の簡単な説明】

【0014】

【図1】本発明の実施形態に係る回転式の飲料充填機の概略構成を示す平面図である。

【図2】図１の飲料充填機に設けられる撮影部の概略構成を示し、（ａ）は平面図であり、（ｂ）は側面図である。

【図3】図１の飲料充填機に容器が保持されている状態を示す側面図である。

【図4】図１の飲料充填機における製品液の流量の制御パターンを示す線図である。

【図5】図１の飲料充填機における流量の切換え位置を容器に示す図である。

【図6】容器口からの高さと容器の容積との関係を示すグラフである。

【図7】本実施形態の変形例を示し、照射体として導光体を備える液面レベル検出装置を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0015】

以下、添付図面を参照しながら、本発明の実施形態について説明する。
本実施形態は、液面レベル検出装置３０を備える回転式の飲料充填機１に関し、特に、高い精度で液面レベルを検出できるとともに、メンテナンスの容易な液面レベル検出装置３０を提案する。
以下、飲料充填機１の構成及び動作を説明し、次いで、飲料充填機１の効果を説明する。

【0016】

［飲料充填機１の全体構成］
飲料充填機１は、図１に示すように、図示を省略する搬送コンベアにより連続的に搬送される容器１００を回転体としての搬入スターホィール７から受け取る。飲料充填機１には、フィラ本体５の周囲に複数の充填バルブ１０（図３参照）が配置されており、搬入スターホィール７から受け渡される容器１００が容器供給地点ＩＮから容器排出地点ＥＸまでの円弧状の搬送経路Ｒを移動する間に、一連の手順で飲料の充填が行なわれる。飲料充填が完了した容器１００は、搬出スターホィール８に受け渡されてから、キャップの取り付けなどを行う次工程に向けて搬送される。
なお、図１は容器１００を間引いて示している。

【0017】

飲料充填機１は、図１に示すように、フィラ本体５と、図３に示される充填バルブ１０と、液面レベル検出装置３０と、フィラ本体５、液面レベル検出装置３０などの動作を制御する制御部５０と、を備えている。
フィラ本体５は、駆動源により回転駆動される搬送スターホィール６と、搬送スターホィール６との外周に設けられ、容器１００を保持する複数の保持具と、を備えている。なお、保持具の図示は省略されている。フィラ本体５は、複数の保持具のそれぞれに対応して充填バルブ１０が設けられる。

【0018】

フィラ本体５は、搬入スターホィール７から連続的に搬入される容器１００を容器供給地点ＩＮで受け取り、受け取った容器１００を搬送スターホィール６でから容器排出地点ＥＸまで搬送する。フィラ本体５は、容器１００を容器供給地点ＩＮから容器排出地点ＥＸまで搬送する過程で、それぞれの容器１００に対応して設けられる充填バルブ１０から製品液が充填される。
本実施形態に適用される製品液には制限がなく、炭酸を含むビール、コーラなどの飲料、炭酸を含まないお茶、ミネラルウォータなどの飲料などを用いることができる。また、固形物を含む飲料製品を本実施形態の製品液に用いることもできる。

【0019】

本実施形態が対象とする容器１００は、内部に充填される製品液の液面レベルを外部から撮影できることが必要であるから、透明であることを前提とする。これに該当する容器１００の材質としては、ガラス及び樹脂が掲げられる。適用される容器１００の形状は任意であり、口の細いボトル（bottle）、口の広いジャー(jar)、取っ手のあるジャグ（jug）などを容器１００とすることができる。

【0020】

［充填バルブ１０］
飲料充填機１は、図１及び図３に示すように、図示しない駆動モータによって一方向に回転駆動される搬送スターホィール６を備えている。搬送スターホィール６には、その外周に円周方向に沿って多数の充填バルブ１０が備えられている。各充填バルブ１０は、容器１００を保持した状態で、容器１００の内部の容積部分に製品液を充填する。

【0021】

充填バルブ１０は、搬送スターホィール６の上方に配置された液タンク９から、給液路Ｐ１を介して製品液が供給される。各充填バルブ１０は、制御部５０によりその作動が制御され、製品液の供給開始・供給停止及び流量の調整が行われる。なお、給液路Ｐ１は、配管及び継手などによって構成される。後述する通気路Ｐ２も同様である。

【0022】

液タンク９は、充填バルブ１０を介して容器１００に供給する製品液が蓄えられている液相領域９Ａと気相領域９Ｂを備えている。気相領域９Ｂは、例えばビール飲料を充填する際のカウンタ工程において充填バルブ１０を介して容器１００に供給されるカウンタガス、例えば二酸化炭素（ＣＯ_２）ガス、窒素（Ｎ_２）ガス、エアなどから選択されるガスを蓄えている

【0023】

気相領域９Ｂと充填バルブ１０の間には、通気路Ｐ２が設けられている。
通気路Ｐ２は、例えばカウンタ工程の際に、気相領域９Ｂから容器１００の容積部分に向けて二酸化炭素を供給するとともに、製品液を供給する際には、容器１００から排出される二酸化炭素を気相領域９Ｂに向けて戻すのに用いられる。

【0024】

ビールのように炭酸を含む飲料を容器１００へ充填する一連のプロセスにおいて、容器１００の内部の空気を除去するとともに、容器１００の内部を二酸化炭素ガスに置換するガッシング（gassing）処理、容器１００の内部を二酸化炭素で加圧された状態にするカウンタ処理を行い、その後にビール（製品液）を充填する。必要な量だけビールを充填した後は、その状態を所定時間だけ維持（ホールド処理）し、さらに、容器１００の内部のヘッドスペースに残存する置換ガスを排出させるスニフト処理が行われる。飲料充填機１及び充填バルブ１０はこれら処理を行うための要素を備えているが、ここでは省略する。

【0025】

［液面レベル検出装置３０］
液面レベル検出装置３０は、図１に示すように、その主体をなす撮影部３１が、製品液の流量が小流量の範囲に設けられる。なお、制御部５０は液面レベル検出装置３０の一要素であり、液面レベル検出装置３０は撮影部３１と制御部５０から構成される。

【0026】

次に、撮影部３１の構成について、図２を参照して説明する。
図２に示すように、撮影部３１は、液面レベルを含む容器１００の所定の視野を撮影するカメラ３２と、撮影範囲を照らす照明光を照射する光源３３と、光源３３から照射される照明光Ｌを反射する反射体３５と、を備える。

【0027】

カメラ３２は、高速で連続的に搬送される複数の容器１００のそれぞれを、一本ずつ、正面から視野ＦＶ１の範囲を撮影する。撮影された画像は、カメラ３２から制御部５０に送られる。カメラ３２は、容器１００が搬送される搬送経路Ｒよりも外側の定点（外側定点）に配置される。なお、本実施形態は、カメラ３２で静止画を撮影することを前提とするが、動画を撮影することを排除するものではない。

【0028】

カメラ３２としては、高速度で駆動されるデジタルカメラが適用できる。カメラ３２を構成する撮影素子としては、ＣＣＤ（電荷結合素子：Charge Coupled Device)、ＣＭＯＳ（相補型金属酸化膜半導体：Complementary Metal Oxide Semiconductor）が掲げられる。
高い精度で液面レベルを検出するには、１００万画素以上、好ましくは２００万画素以上の高解像度なカメラ３２が選択されることが好ましい。また、同様に、カメラ３２は、撮影速度が速いことが好ましく、撮影速度が１０００ｆｐｓ（frame per second）以上、さらには３０００ｆｐｓ以上のハイスピードカメラが適用される。

【0029】

図５に示すように、カメラ３２で撮影される視野ＦＶ１は、容器１００の首部１０３の部分である。製品液が充填される容器１００が撮影部３１のカメラ３２に対応する位置まで搬送されると、製品液は視野ＦＶ１の範囲内に達することが想定されている。

【0030】

次に、撮影部３１は、図２に示すように、搬送経路Ｒよりも外側に置かれ、搬送経路Ｒの内側に向けて照明光Ｌを発する光源３３を備える。
撮影部３１は、カメラ３２を挟んで二台の光源３３，３３を備えており、二台の光源３３，３３のそれぞれが発する照明光Ｌは、隣接する容器１００，１００の間を通って搬送経路Ｒよりも内側の反射体３５に到る。二台の光源３３，３３は好ましい形態であり、本発明は一台の光源３３だけでもよい。

【0031】

光源３３は、面状光を発する面状光源を用いてもよいし、多数の点状光源を配列する構成にしてもよい。また、光源３３からの照明光Ｌは、連続光でもよいし、パルス状の光でもよい。
光源３３が発する照明光Ｌとしては、白色光、近赤外光（波長がおよそ７００〜２５００ｎｍ）を用いることができる。白色光は、製品液の色によっては透過しにくいため、例えば製品液が黒い場合には、近赤外光を用いるのがよい。近赤外光は、波長が８００〜９００ｎｍであることがより好ましい。
照明光Ｌを発する光源としては、消費電力の少ないＬＥＤ（発光ダイオード：Light Emitting Diode）のほかに、ハロゲンランプ、半導体レーザ、蛍光灯、白熱灯、ＨＩＤランプ（High-Intensity Discharge lamp）を用いることもできる。

【0032】

また、撮影部３１は、光源３３から照射される照明光Ｌを反射する反射体３５を備える。反射体３５は、搬送経路Ｒよりも内側の定点（内側定点）に置かれており、隣接する容器１００，１００の間を通過してきた照明光Ｌをカメラ３２による撮影対象の容器１００に向けて反射する。つまり、撮影対象となる容器１００には、カメラ３２に対する背面側に反射された照明光Ｌが照射される。反射体３５から反射される照明光Ｌが照射対象の容器１００に集まるようにするために、カメラ３２の両側に設けられる光源３３，３３は、図２に示すように、光軸をカメラ３２に対して傾くように配置される。

【0033】

反射体３５を構成する材料は任意であるが、容器１００に照明光Ｌが一様に反射されることが高い精度で液面レベルｈ１を検出するのに好ましい。

【0034】

そのためには、容器１００に対向する面である反射面が白色を呈していることが好ましい。例えば、反射体３５の反射面にＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン：Polytetrafluoroethylene)の膜を被覆する、ＰＴＦＥのシートを貼り付ける、あるいは、反射体３５を板状のＰＴＦＥで構成することができる。また、白色を呈するセラミックス材料、例えばアルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）焼結体から反射体３５を構成できる。さらに、反射面を白色にするには、反射面に白色の塗料を塗布することもできる。

【0035】

反射体３５は、反射面が白色に限るものではなく、金属板、例えばステンレス鋼の表面を鏡面に研磨した反射体３５を用いることもできる。

【0036】

反射体３５は、本実施形態においては平板状のものを用いたが、特定の形状に限定されず、容器１００に照明光Ｌを集めやすくするために、反射面を内側に向けてへこむ円弧面にすることもできる。

【0037】

［制御部５０］
制御部５０は、フィラ本体５を構成する搬送スターホィール６の回転及び充填バルブ１０の開度を制御する。充填バルブ１０の開度の制御は、本発明における製品液の充填状態の制御に対応し、本実施形態においては、充填バルブ１０を閉じることで充填を停止すること、充填バルブ１０の開度を変えることで製品液の充填流量を切り替える。ここでいう充填流量は、単位時間当たりの流量であり、単位としてはｍＬ／ｓｅｃが該当する。

【0038】

制御部５０は、図５に示すように、カメラ３２で撮影された液面レベルを含む画像情報を撮影部３１から受け取り、受け取った画像情報を解析して液面レベルｈ１を求める。制御部５０は、特定した液面レベルｈ１と目標とされる最終入味線高さｈ０を比較することにより、充填バルブ１０を閉じる時間を制御する。制御部５０は、最終入味線高さｈ０に関する情報を保持する。具体的な制御手法は後述する。
ここで、最終入味線高さｈ０は、容器１００に適量の製品液が充填される目標となる液面レベルである。液面レベルは、容器１００の容器口１０１が上を向く正立した状態において、最終入味線高さｈ０からの鉛直方向Ｖの距離で特定される。
なお、図５において、ｈｃは製品液の充填流量が大流量から小流量に切り換えられるタイミングを示している。また、図５において、Ｈは水平方向を示している。

【0039】

制御部５０は、液面レベル検出装置３０を通過する容器１００をカメラ３２により撮影することを指示する。
制御部５０は、搬送スターホィール６に保持されながら搬送されるそれぞれの容器１００の位置を認識する。つまり、容器供給地点ＩＮで搬送スターホィール６に受け渡された時点で容器１００が容器供給地点ＩＮにいることを認識できる。その後も、制御部５０は、搬送スターホィール６の回転に伴って搬送される位置を継続して認識し、容器排出地点ＥＸに達すれば、容器１００が容器排出地点ＥＸにいることを認識できる。

【0040】

制御部５０は、カメラ３２で撮影した画像を取得し、画像解析することにより、現時点の液面レベルｈ１を求める。この特定は画像の濃淡に基づいて行われるが、注意を要するのは製品液の液面に堆積する泡の存在と、製品液が連続的に充填され続けることである。つまり、撮影した画像の濃淡を検出する際に、撮影した画像の上から濃淡を検出すると、泡及び充填される製品液の影響を受けるおそれがあり、液面レベルを正確に検出できないこともある。例えば、泡の発生しやすい炭酸飲料の場合、制御部５０は泡の上面を液面レベルとして認識するおそれがある。そこで、特に発泡のしやすい炭酸飲料においては、画像の濃淡を検出する際に、撮影した画像の下方から順に濃淡を判別する。

【0041】

制御部５０は、容器１００の容器口１０１からの距離と容器１００のヘッドスペースの容積とが対応付けられた情報である高さ−容積情報を保持している。高さ−容積情報の一例を図６に示している。容器口１０１からの距離を、本願においては高さという。

【0042】

本発明者らは、容器口１０１からの高さと、容器口１０１からこの高さまでを占める容積と、の関係を多数の容器１００について調査した。その結果、本発明者らが調査したそれぞれの容器１００の容積にはばらつきがあること、そして、このばらつきは容器１００の径の大きい胴部１０５ほど大きく、径の小さい首部１０３ほど小さいことを知見した。例えば、図６の破線及び一点鎖線がばらつきを示している。したがって、高さ−容積情報を採用するとしても、容積のばらつきが小さい部分の高さ−容積情報を用いることが好ましい。

【0043】

ここでは一例として首部１０３の容積のばらつきが小さいことを説明したが、容器１００の種類、形状などの仕様によってばらつきの小さい部分及び大きい部分が相違することがあり得る。したがって、充填の対象となる容器１００について個別に高さ−容積情報を特定し、その中でばらつき小さい部分を用いるのが好ましい。

【0044】

制御部５０は、最終入味線高さｈ０及び液面レベル検出装置３０で検出された液面レベルｈ１を高さ−容積情報に照合することにより、それ以後に充填バルブ１０を閉じるまでの停止時間ｔｓを求める。この停止時間ｔｓは、現時点の製品液の充填流量で停止時間ｔｓだけ充填を続けると、製品液が最終入味線高さｈ０に届くことを前提に求められる。より具体的な停止時間ｔｓの設定について、図５を参照して説明する。

【0045】

図５において、カメラ３２は、製品液の充填流量が小流量とされている領域に視野ＦＶ１を有し、この視野ＦＶ１において液面レベルｈ１を撮影すると、制御部５０は液面レベルｈ１を現時点の液面レベルｈ１と認識する。この後に製品液が、液面レベルｈ１と最終入味線高さｈ０の間の容積だけ充填されればよい。なお、この小流量の充填流量はＱで一定と仮定する。

【0046】

制御部５０は、最終入味線高さｈ０及び現時点の液面レベルｈ１を高さ−容積情報に照合することにより、最終入味線高さｈ０に達するまでに充填されるべき製品液の容積Ｖを求める。例えば、最終入味線高さｈ０と現時点の液面レベルｈ１が図６に示す通りとし、それぞれに対応する容器の容積をＶ０，Ｖ１（ｍＬ）とすると、充填されるべき製品液の容積Ｖ（ｍＬ）は、Ｖ１−Ｖ０である。いま、製品液の充填流量はＱ（ｍＬ／ｓｅｃ）であるから、容積Ｖを満たすまでの停止時間ｔｓ（ｓｅｃ）は以下の式（１）により求められる。制御部５０は、求められた停止時間ｔｓに基づいて充填バルブ１０を閉じる。
停止時間ｔｓ＝（Ｖ１−Ｖ０）／Ｑ … 式（１）

【0047】

［飲料充填機１の動作］
次に、飲料充填機１の製品液の充填パターンについて、図４及び図５を参照して説明する。この充填パターンは、充填の際に発泡しやすい炭酸飲料を製品液とする場合の一例である。
飲料充填機１は、中流量、大流量及び小流量の順に、容器１００に製品液を充填する。中流量、大流量及び小流量は、充填バルブ１０の開度を調整することにより実行される。なお、ここでいう中流量、大流量及び小流量は相対的な関係にすぎず、具体的な流量を特定するものではない。なお、図４において上段の三本の線図は充填バルブ１０の制御を示しており、下段の一本の線図は充填流量を示している。

【0048】

充填当初は、発泡が生じやすいことから中流量で充填を行うが、ある程度の製品液が充填されると発泡が抑えられるので、大流量に切り換えられる。制御部５０は、中流量充填を開始してから予め定められている切換時間Ｔ１が経過したならば、充填バルブ１０の開度をそれまでの中流量に対応する開度から大流量に対応する開度に切り換える。
大流量充填を開始してから切換時間Ｔ２が経過したならば、制御部５０は、充填バルブ１０の開度をそれまでの大流量充填に対応する開度から小流量充填に対応する開度に切り換える。

【0049】

小流量充填に切り換えられてから、容器１００はカメラ３２により撮影できる位置まで搬送される。制御部５０は、容器１００が当該位置まで搬送されることを認識すると、カメラ３２で容器１００を撮影するように指示する。

【0050】

このカメラ３２による容器１００の撮影時に、一対の光源３３，３３から照射された照明光Ｌは反射体３５の表面で反射され、撮影対象の容器１００の背面に照射される。したがって、カメラ３２により容器１００の内部の液面レベルを正確に検出できる。

【0051】

撮影された視野ＦＶ１に関する画像情報は、カメラ３２から制御部５０に送られ、画像情報を受け取った制御部５０は、前述した手順により、最終入味線高さｈ０及び取得した現時点の液面レベルｈ１を予め所持している高さ−容積情報に照合することにより、停止時間ｔｓを求める。
制御部５０は、停止時間ｔｓが経過したら充填バルブ１０を閉じるように充填バルブ１０を制御する。この制御は、例えば充填バルブ１０の開閉を制御するタイマを用い、停止時間ｔｓが経過したら充填バルブ１０を閉じるようにタイマをセットする。これで、一本の容器１００へ製品液の充填を終了する。

【0052】

［飲料充填機１の効果］
以上説明したように、飲料充填機１は、光源３３から照射された照明光Ｌは反射体３５の表面で反射され、カメラ３２に対して撮影対象である容器１００の背面側から照射される。したがって、カメラ３２により容器１００の内部の液面レベルを正確に検出できる。
また、飲料充填機１は、撮影部３１の要素の中で、カメラ３２及び光源３３，３３が搬送経路Ｒの外側に設けられており、搬送スターホィール６などの他の機器の存在を気にすることなく容易にメンテナンスを行える。したがって、飲料充填機１によれば、生産停止時間の短縮及びメンテナンスの工程短縮を実現できる。
さらに、カメラ３２及び光源３３，３３が搬送経路Ｒの外側に設けられており、この領域は製品液が及ぶことを想定する必要がないので、防水性の要求レベルが低くて済む。したがって、飲料充填機１は、カメラ３２及び光源３３，３３のコストが低い。

【0053】

本実施形態の液面レベル検出装置３０は、光源３３，３３が隣接する容器１００,１００の間から、搬送経路Ｒよりも内側に向けて照明光Ｌを照射する。したがって、液面レベル検出装置３０によれば、光源３３，３３が搬送経路Ｒより外側にありながら、反射体３５に向けて照明光Ｌを届けることができる。

【0054】

また、液面レベル検出装置３０は、定点に設けられる一台のカメラ３２だけで搬送される複数の容器１００について特定の視野ＦＶ１を連続的に撮影し、それぞれの液面レベルｈ１を検出する。そして、液面レベル検出装置３０は、検出された液面レベルｈ１に基づいてそれぞれの容器１００に対応する充填バルブ１０を閉じるタイミングを制御するので、多数の容器１００のそれぞれに対応するカメラを設けるのに比べて、飲料充填機１の低コスト化に寄与する。
特に、液面レベル検出装置３０は、反射体３５もカメラ３２に対応する内側定点だけに設けられるので、飲料充填機１の低コスト化により一層寄与する。

【0055】

以上、本発明の好ましい実施形態を説明したが、本発明の主旨を逸脱しない限り、実施形態で挙げた構成を取捨選択したり、他の構成に適宜変更したりすることが可能である。

【0056】

例えば、本実施形態は、本発明の照射体として、受けた照明光Ｌを容器１００の背面に向けて反射する反射体３５の例を示したが、本発明は導光体を照射体として用いることができる。その一例を図７（ａ）に示すが、照明光Ｌは、導光体３６に隣接して設けられる光源３３から照射された照明光Ｌが、導光体３６を通って導光体３６の表面から容器１００の背面に照射される。

【0057】

図７（ａ）は導光体３６の一側面に光源３３を設けたいわゆるエッジライト方式の例を示しているが、本発明は図７（ｂ）に示すように直下型方式を採用することもできる。直下型方式は、図７（ｂ）に示すように、光源３３が導光体３６の内側、つまり背面に設けられる。光源３３から照射された照明光Ｌは導光体３６の内部で拡散を繰り返した後に、導光体３６の表面から容器１００の背面に向けて照射される。

【0058】

また、本実施形態では、製品液の充填流量が中流量、大流量及び小流量の三段階に切り替えられる例を示したが、本発明における製品液の充填流量は任意であり、例えば二段階あるいは四段階に切り換えられるのを許容する。

【0059】

また、本実施形態は、カメラ３２が単数の例を示したが、本発明は複数のカメラを設けて複数の液面レベルを検出することを許容する。

【符号の説明】

【0060】

１ 飲料充填機
５ フィラ本体
６ 搬送スターホィール
７ 搬入スターホィール
８ 搬出スターホィール
９ 液タンク
９Ａ 液相領域
９Ｂ 気相領域
１０ 充填バルブ
３０ 液面レベル検出装置
３１ 撮影部
３２ カメラ
３３ 光源
３５ 反射体
５０ 制御部
１００ 容器
ＦＶ１ 視野
ＩＮ 容器供給地点
ＥＸ 容器排出地点
Ｌ 照明光
Ｐ１ 給液路
Ｐ２ 通気路
Ｒ 搬送経路

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】