特開 2024-100241 色調モニタ装置および検査装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024100241

(43)【公開日】2024-07-26

(54)【発明の名称】色調モニタ装置および検査装置

(51)【国際特許分類】

   G01N 21/958 20060101AFI20240719BHJP

【ＦＩ】

G01N21/958

【審査請求】未請求

【請求項の数】8

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023004087

(22)【出願日】2023-01-13

(71)【出願人】

【識別番号】000002897

【氏名又は名称】大日本印刷株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100122529

【弁理士】

【氏名又は名称】藤枡 裕実

(74)【代理人】

【識別番号】100135954

【弁理士】

【氏名又は名称】深町 圭子

(74)【代理人】

【識別番号】100119057

【弁理士】

【氏名又は名称】伊藤 英生

(74)【代理人】

【識別番号】100131369

【弁理士】

【氏名又は名称】後藤 直樹

(74)【代理人】

【識別番号】100171859

【弁理士】

【氏名又は名称】立石 英之

(72)【発明者】

【氏名】江口 誠

(72)【発明者】

【氏名】加藤 寛久

(72)【発明者】

【氏名】関根 章智

(72)【発明者】

【氏名】細井 直樹

(72)【発明者】

【氏名】後藤 宏之

(72)【発明者】

【氏名】畑山 亮太

【テーマコード（参考）】

2G051

【Ｆターム（参考）】

2G051AA12

2G051AB20

2G051BA20

2G051BB07

2G051CA04

2G051CB02

2G051EB01

(57)【要約】

【課題】本開示は、可視光を透過するＰＥＴボトル等の被検査物の色調を監視する色調モニタを提供することを目的とする。
【解決手段】可視光を透過する被検査物３１の色調モニタ装置１において、前記被検査物３１の補色の照明光２５を発光する照明装置２１と、前記照明装置２１から照射されて、拡散板２２を経て前記被検査物３１を透過した透過光２６を撮像するモノクロカメラ４１と、前記モノクロカメラ４１から送出される信号を受ける演算装置５１を備える。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

可視光を透過する被測定物の色調モニタ装置において、
前記被測定物の補色の照明光を発光する照明装置と、
前記照明装置から照射されて、拡散板を経て前記被測定物を透過した透過光を撮像するモノクロカメラと、
前記モノクロカメラから送出される電気信号を受ける演算装置を備える、
色調モニタ装置。

【請求項2】

前記照明装置が発光する照明光が紫色であり、前記被測定物は前記照明光の補色である請求項１に記載の色調モニタ装置。

【請求項3】

前記照明装置が発光する照明光の波長が４０５ｎｍを含む請求項２に記載の色調モニタ装置。

【請求項4】

前記照明装置が発光する照明光が青色であり、前記被測定物は前記照明光の補色である請求項１に記載の色調モニタ装置。

【請求項5】

前記照明装置が発光する照明光の波長が４５７ｎｍを含む請求項４に記載の色調モニタ装置。

【請求項6】

前記被測定物は、ＰＥＴボトル用プリフォームである請求項１に記載の色調モニタ装置。

【請求項7】

前記ＰＥＴボトル用プリフォームは、リサイクルＰＥＴプリフォームである請求項６に記載の色調モニタ装置。

【請求項8】

請求項１に記載の色調モニタ装置を備える、検査装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、色調モニタ装置および検査装置に関する。

【背景技術】

【0002】

飲食品等の内容物を収容する容器として、ＰＥＴボトルなどの樹脂製の容器が上市されている。樹脂製の容器は、金型内にプリフォームを挿入し、当該プリフォームに対して２軸延伸ブローを施す２軸延伸ブロー成形法や、射出成形法等により製造される。

【0003】

このような樹脂製の容器では、不適合の容器が市場に出回ることを防止することが重要である。このような背景の下、容器を検査するための検査装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１では、透光性を有する容器の検査方法であり、透過光による画像をカメラにて撮像することにより、容器の検査を行うことが開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２０２０－１９３８９５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

ところで、最近では環境に配慮する容器として、リサイクル材を使用することが多くなっている。しかしながら、バージン材料と比較して品質にバラつきがあるリサイクル材を原料にして容器を成形した場合、出来上がった容器の色調にバラつきが生じやすい。特に無着色のＰＥＴボトルの場合は、黄色に変色（以後、黄変とする。）することがあり、品質上の問題があった。なお、ＰＥＴボトル以外でも、プリフォーム、プラスチックカップなどの容器関連や、サイトグラスなどの容器に関係しないプラスチック成形品でも、同様の問題があった。さらに、バージン材料を使用した場合でも、成形条件により黄変することがあった。

【0006】

本開示はこのような点を考慮してなされたものであり、可視光を透過するＰＥＴボトル等の被測定物の色調を監視する色調モニタを提供することを目的とする。また、前記色調モニタを搭載し、被測定物の検査を行い、不良品の排除を行う検査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】

【0007】

上記の問題点を解決するためになされたものであり、本開示の色調モニタ装置１は、
可視光を透過する被測定物３１の色調モニタ装置１は、前記被測定物３１の補色の照明光４２１を発光する照明装置２１と、前記照明装置２１から照射されて、拡散板２２を経て前記被測定物３１を透過した透過光４２２を撮像するモノクロカメラ４１と、前記モノクロカメラ４１から送出される電気信号を受ける演算装置５１を備えている。

【0008】

また、本開示の一実施の形態による色調モニタ装置１において、
前記照明装置２１が発光する照明光４２１が紫色であり、前記被測定物３１は前記照明光４２１の補色であってもよい。

【0009】

また、本開示の一実施の形態による色調モニタ装置１において、
前記照明装置２１が発光する照明光４２１の波長が４０５ｎｍを含んでいてもよい。

【0010】

また、本開示の一実施の形態による色調モニタ装置１において、
前記照明装置２１が発光する照明光４２１が青色であり、前記被測定物３１は前記照明光４２１の補色であってもよい。

【0011】

また、本開示の一実施の形態による色調モニタ装置１において、
前記照明装置２１が発光する照明光４２１の波長が４５７ｎｍを含んでいてもよい。

【0012】

また、本開示の一実施の形態による色調モニタ装置１において、
前記被測定物３１は、ＰＥＴボトル用プリフォーム３２であってもよい。

【0013】

また、本開示の一実施の形態による色調モニタ装置１において、
前記ＰＥＴボトル用プリフォーム３２は、リサイクルＰＥＴプリフォームであってもよい。

【0014】

また、本開示の一実施の形態による検査装置６１は、
前記色調モニタ装置１を備えてもよい。

【発明の効果】

【0015】

本開示によれば、可視光を透過するＰＥＴボトル等の被測定物の色調を監視する色調モニタを提供することができる。また、前記色調モニタを搭載し、被測定物の検査を行い、不良品の排除を行う検査装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0016】

【図1】色調モニタ装置１の構成図である。

【図2】検査装置６１の構成図である。

【図3】ＰＥＴボトル用プリフォームの測定結果である。

【発明を実施するための形態】

【0017】

以下、図面を参照して本開示の一実施形態について説明する。図１は、本開示の色調モニタ装置１の構成図である。
本開示の色調モニタ装置１は、照明装置２１、拡散板２２、集光レンズ２３、モノクロカメラ４１及び演算装置５１を備える。さらに照明装置２１、拡散板２２、集光レンズ２３、モノクロカメラ４１は適切な位置で固定されるために、ベース１１に固定されている。

【0018】

ここで、図１の左側にある照明装置２１から光４２が発光されて、その光４２が右側にあるモノクロカメラ４１に到達する。今後説明する際に、光４２の流れに合わせて照明装置２１側を上流側、モノクロカメラ４１側を下流側とする。

【0019】

照明装置２１は特定の波長の光４２を発光する機能を有しており、所望の波長の光を発光できる。特定の波長の発光させる手段としては、ナトリウム灯、レーザなどの単色性を有する光源を使用する方法、白色光をプリズムや回折格子で分光して使用する方法などがある。またＬＥＤを用いる方法は、波長の選択性があり、省エネルギで発熱が低いなどの利点があり、好適である。

【0020】

照明装置２１から発光される光４２は、上流側拡散板２２１に入射される。入射した光４２は、撮像に適した均一な面状の光４２に変換される。また拡散板２２として本実施形態では、上流側拡散板２２１と下流側拡散板２２２とが設けられている。なお観察条件によっては、上流側拡散板２２１と下流側拡散板２２２とのいずれか一方でもよく、その場合はコストとスペースが削減される。

【0021】

上流側拡散板２２１を通過した光４２は、その下流側にある集光レンズ２３に入射する。集光レンズ２３に入射した光４２はほぼ平行光になり、その下流側にある下流側拡散板２２２に入射する。下流側拡散板２２２にて、さらに面状に均一化された光４２は下流側に出射されて、被測定物３１を透過して、モノクロカメラ４１に到達する。モノクロカメラ４１で撮像された画像は、下流側拡散板２２２を背景として被測定物３１を撮像した画像となる。ここで被測定物３１の上流側の光４２を照明光４２１とし、下流側の光４２を透過光４２２とする。

【0022】

本実施形態の画像撮影装置としては、モノクロカメラ４１を使用している。モノクロカメラ４１の特徴について説明する。カラーカメラと比較して安価である。また１つの画素の大きさが大きくなることから受光量が多くなるので、光源の光量を抑えることができて、光源を安価にできて、さらに省エネルギとなる。さらに画像処理の速度が速くなり、被測定物３１の検査能力が向上する。

【0023】

モノクロカメラ４１にて色調をモニタする方法について説明する。本実施形態の被測定物３１は可視光を透過する性質を持っているが、無色透明ではなく若干の色彩を帯びている。その色彩の補色となる光４２を発光する照明装置２１を準備する。なお、補色の決定方法としては、被測定物３１の色彩を人間による色覚により判断して、色相環により補色を求めてもよい。色相環としては、マンセル色相環、オストワルド色相環、ＰＣＣＳ（日本色研配色体系）などがある。色相環の対向位置である補色のみならず、その補色に隣接した色彩（左右に３色程度）であっても効果が得られる。あるいは分光器により被測定物３１の色彩を測定して補色を求めてもよい。なお補色は、必ずしも補色に一致した波長の光４２を発光する照明装置２１ではなくてもよく、上記に述べた補色の近傍の波長を発光する照明装置２１でもよい。

【0024】

被測定物３１の同一色彩の濃さの変化に対しては、その補色の光４２を透過させることで、モノクロカメラ４１でもより正確に観察ができる。同一色彩の濃さの変化とは、例えば黄色の場合は、薄い黄色と濃い黄色の場合を示す。被測定物３１の色彩の補色の光を透過させることで、透過される光は吸収されやすくなり、その結果、透過される光４２の光量が大きく減る。そのため被測定物３１の色調の濃さの変化を、大きな光量の変化にできるので、モノクロカメラ４１で計測しやすくなる。

【0025】

被測定物３１が黄色の場合は、照明装置２１から発光する光４２は紫色が望ましい。紫色は黄色の補色であり、そのため被測定物３１の色彩の濃さの変化をより正確に把握することができる。また紫色の光４２の波長としては４０５ｎｍ、もしくはその近傍が望ましい。この波長の光４２はＬＥＤで容易に発光させることができる。あるいは、照明装置２１から発光する光４２は青色が望ましい。青色は黄色の補色に隣接する色であり、そのため被測定物３１の色彩の濃さの変化をより正確に把握することができる。また青色の光４２の波長としては４５７ｎｍ、もしくはその近傍が望ましい。この波長の光４２はＬＥＤで容易に発光させることができる。

【0026】

モノクロカメラ４１で撮像された画像データは電気信号にて、演算装置５１に送出されモニタリングされて数値化される。この数値にて被測定物３１の色調を把握でき、必要に応じて良否判定の閾値を設定すれば、被測定物３１の色調の良否判定ができる。なお上記の色調モニタ装置１は、１つのベースに固定されている装置として例示したが、それぞれの各要素の位置関係が固定されればよく、各要素は別のベースに固定されてもよい。

【0027】

図２は本開示の色調モニタ装置１を搭載した検査装置６１である。被測定物３１は左側から供給されて、右側に排出されていく。なお被測定物３１の流れを基準として、左側を上流側、右側を下流側とする。

【0028】

被測定物３１は、検査装置６１の被測定物搬入部７１から被測定物受入部６２に搬入される。被測定物受入部６２において、被測定物３１は被測定物輸送手段７２に搭載されて、検査装置６１の内部を搬送される。次に被測定物３１は色調モニタ装置１に移送され、色調をモニタリングされる。色調モニタ装置１において被測定物３１の良否判定の閾値が設けられているため、検査装置６１では被測定物３１の不良品の排除が可能である。

【0029】

次に被測定物３１は不良品排出ユニット６３に搬送されて、被測定物３１の不良品は不良品排出部７４から検査装置６１の機外へ排出される。被測定物３１の良品は良品排出ユニット６４に搬送されて、良品排出ユニット６４にて被測定物輸送手段７２から解放される。そして良品排出部７３から下流の機器に被測定物３１が受け渡される。

【実施例0030】

以下に、実施例を挙げて本開示の実施形態を更に具体的に説明する。

【0031】

＜実施例＞
本実施例において、ＬＥＤの多色光源となる照明装置２１（マルチスペクトル照明ＣＡ－ＤＲＭ５Ｘ キーエンス）を使用した。照明装置２１から照射された光は上流側拡散板２２１を経て、集光レンズ（ドームアタッチメント ＣＡ－ＤＲＭ５ＤＡ キーエンス）を経て、下流側拡散板２２２に入射した。上流側拡散板２２１と下流側拡散板２２２を含む拡散板２２は、照明拡張ユニット（ＣＡ－ＤＣ６０Ｅ キーエンス）を使用した。
下流側拡散板２２２から下流側に照射された照明光４２１は、被測定物３１を透過し、透過光４２２はモノクロカメラ４１（４７万画素モノクロカメラ ＣＡ－Ｈ０４８ＭＸ キーエンス）に入射する。そしてモノクロカメラ４１には、透過光４２２による被測定物３１の画像が撮像される。モノクロカメラ４１から演算装置５１（コントローラ ＸＧ－Ｘ２０００ キーエンス）にデータが送信されて、演算装置５１にて被測定物３１の色調の状況が観察される。色調の状況は数値化されており、必要に応じて閾値を設けると、被測定物３１の良否判定ができる。

【0032】

本実施例では、被測定物３１にＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）ボトル用プリフォームを使用した。以下、ＰＥＴボトル用プリフォームをプリフォームと略すが、５００ｍｌボトル用の１８ｇのプリフォームであった。プリフォームの色調のサンプルとして４種類が用意された。
準備したサンプルは４種類でサンプルＳ１～Ｓ４であり、その特徴を表１に示す。サンプルＳ１からＳ４に向かって黄変の強いサンプルであった。ここでは黄変と標記しているが、実際の色彩は赤味を含んでおり、橙色に近いプリフォームであった。

【0033】

【表1】

【0034】

サンプルＳ１はバージン材料のＰＥＴレジンを、適切な射出成形条件にて成形したプリフォームであった。サンプルＳ２からＳ４は、リサイクルプリフォームであった。リサイクルプリフォームとは、射出成形されたプリフォームを回収して粉砕してペレット化した材料を、再びプリフォームに射出成形したものである。あるいは成形されたＰＥＴボトルを回収して粉砕してペレット化した材料を、再びプリフォームに射出成形したものである。それらのリサイクルの方法や、ペレット化の方法、射出成形条件等により、プリフォームの黄変の状況は異なる。またバージン材料を用いても、射出成形条件によっては黄変することがある。

【0035】

サンプルＳ１は良品であり、サンプルＳ２からＳ４は不良品である。この場合は良否判定の閾値がサンプルＳ１とサンプルＳ２の間に設定される。しかしながら用途によっては、サンプルＳ２は良品としてもよく、その際は良否判定の閾値がサンプルＳ２とサンプルＳ３の間に設定される。

【0036】

図３に、各サンプルを検査したデータに基づくグラフを示す。横軸はサンプルの種別を示し、縦軸は光の吸収率を示す。グラフ中に線が６本示されており、それぞれの線は、照明装置から発射される光の波長（ＡからＦ）のより、吸収率が異なることを示す。光の波長については、表２にて説明する。

【0037】

【表2】

【0038】

横軸の数値について説明する。横軸の数値は吸光率である。基準となるサンプルＳ１の吸光率を０（ゼロ）として、黄変サンプルであるサンプルＳ２からＳ４との差を示す。吸光率が大きくなるとサンプルの色味が濃いことを示す。

【0039】

吸光率の定義について説明する。遮光されたときの数値を０とする。また被測定物がなく、下流側拡散板２２２から出射された照明光４２１が直接にモノクロカメラ４１に入射された際の数値を１００としている。
例えば図３の横軸の数値の１０は、サンプルＳ１より上記に定義した数値の１０％ほど多く吸光している、すなわち色味が濃いことを示す。

【0040】

本実施例では、照明装置から照射される照明光４２１を、表２に記載の照明光Ａ（紫色）と照明光Ｂ（青色）とを用いた。図３より、紫色と青色は吸光率が大きいため、良品であるサンプルＳ１と不良品であるサンプルＳ２からＳ４との区別がしやすくなっていた。

【0041】

＜比較例＞
照明装置から照射される照明光４２１を、表２に記載の照明光Ｃ（白色）、照明光Ｄ（緑色）、照明光Ｅ（橙色）、照明光Ｆ（赤色）を用いた。白色光と緑色は、黄変サンプルの吸光率が大きくないため、サンプルＳ１とサンプルＳ２からＳ４との区別がしにくくなっていた。さらに橙色と赤色は、良否の区別において白色よりも劣っていた。

【0042】

このように、照明装置２１に補色を用いた色調モニタ装置１では、色調の良品の数値と不良品の数値に大きな差を得ることができる。そのため、色調の微細な変化を捉えることができ、そのデータに基づき品質管理等が可能となる。
さらに本開示の色調モニタ装置を備えた検査装置を用いれば、より正確に被測定物３１の色調の良否判定を行うことができ、不良品の排除ができる。

【符号の説明】

【0043】

１ 色調モニタ装置
１１ ベース
２１ 照明装置
２２ 拡散板
２２１ 上流側拡散板
２２２ 下流側拡散板
２３ 集光レンズ
３１ 被測定物
４１ モノクロカメラ
４２ 光
４２１ 照明光
４２２ 透過光
５１ 演算装置
６１ 検査装置
６２ 被測定物受入部
６３ 不良品排出ユニット
６４ 良品排出ユニット
７１ 被測定物搬入部
７２ 被測定物搬送手段
７３ 良品排出口
７４ 不良品排出口
Ｓ１ ＰＥＴボトル用プリフォームサンプル
Ｓ２ ＰＥＴボトル用プリフォームサンプル
Ｓ３ ＰＥＴボトル用プリフォームサンプル
Ｓ４ ＰＥＴボトル用プリフォームサンプル

【図1】

【図2】

【図3】