JP2008261696A - 液面高さの測定方法 - Google Patents

Abstract

【解決手段】 液体の充填された容器１を撮影し、撮影した画像から液面領域Ｅを認識したら、該液面領域Ｅの上部高さＧおよび下部高さＨを求めるとともに、液面領域Ｅ内に表示される気泡の面積を測定する。
この気泡の面積を液面の横幅の長さで割って補正値Ｌを算出したら、上記上部高さＧから当該補正値Ｌを引いて補正上部高さＧ’を算出し、当該補正上部高さＧ’と下部高さＨとの中間を液面高さＫとする。
【効果】 液面に気泡が存在していても、適切に液面高さを測定することが可能である。
【選択図】 図３

Description

本発明は液面高さの測定方法に関し、具体的には液体の充填された容器を撮影し、撮影した画像を画像処理して上記液体の液面高さを測定する液面高さの測定方法に関する。

従来、ペットボトル等への透明容器に飲料等の液体を充填した後、この液体が適正に充填されたか否かを検査するため、当該液体の充填された容器を撮影し、撮影した画像を画像処理することで上記液体の液面高さを測定する液面高さの測定方法が知られている。（特許文献１〜３）
これらの特許文献では、光を照射する照明手段と、当該照明手段に対して容器を挟んだ位置に設けられた撮影手段とを用いており、照明手段が照射した光が容器および容器内の液体を透過して、上記撮影手段に撮影されるようになっている。
そして、撮影された画像から液体の液面を画像処理によって認識し、当該液面の高さを測定するようになっている。
特開平４−１３９３１号公報 特公平７−１１４４１号公報 特開平９−３１８４１８号公報

しかしながら、上記液面高さの測定を容器を搬送しながら行うと、容器のゆれなどによって液体内部に気泡が発生し、この気泡が液面に浮上した状態の画像が撮影手段によって撮影される場合がある。
液面に気泡が浮上している場合、液面の画像は気泡が浮上していない場合の画像に比べて、当該液面が厚く映し出されてしまい、また気泡によって液面には凹凸が存在するので、従来の画像認識では適切に液面高さを測定することができなかった。
このような問題に鑑み、本発明は液面に気泡が存在していても、適切に液面高さを測定することの可能な液面高さの測定方法を提供するものである。

すなわち請求項１における液面高さの測定方法は、液体の充填された容器を撮影し、撮影した画像を画像処理して上記液体の液面高さを測定する液面高さの測定方法において、
撮影した画像の内側に検査領域を設定し、この検査領域内における液面を示す液面領域を認識して、該液面領域の下部高さと、液面領域内における気泡の占める領域とを検出し、
当該気泡が液面領域に占める領域を上記液面領域の上方より減算して補正上部高さを算出し、当該補正上部高さと下部高さとの中間を上記液面高さとすることを特徴としている。

上記発明によれば、液面領域内における気泡の占める領域を検出して、この気泡の占める領域を液面領域の上方から減算すれば、気泡によって液面が厚く映し出されていても、液面の補正上部高さを算出することができ、液面高さを適切に測定することが可能となる。

以下図示実施例について説明すると、図１は容器１に充填された液体を検査する検査装置２を示し、容器１を搬送するコンベヤ３と、容器１に光を照射する照明手段４と、容器１を撮影する撮影手段５と、これらを制御する制御手段６とを備えている。
上記容器１は図２に示すように光を透過させる本体部１１とキャップ１２とから構成され、上記本体部１１には光を透過させる液体が充填されている。このため、本体部１１および液体は上記照明手段４の光を透過させるようになっている。
上記本体部１１はキャップ１２の装着される小径部１１ａと、その下方の大径部１１ｂと、これら小径部１１ａと大径部１１ｂとを滑らかに連結する肩部１１ｃとから構成され、液体が正常に充填されている場合、液面は上記肩部１１ｃに位置するようになっている。

上記コンベヤ３は容器１を略等間隔で搬送し、コンベヤ３の側方には上記照明手段４および撮影手段５の上流位置に容器１を検出するセンサ１３が設けられるとともに、コンベヤ３は図示しないエンコーダを備えている。
上記センサ１３が容器１を検出すると、その信号は上記制御手段６に送信され、その後制御手段６は上記エンコーダからのパルスによって当該容器１の位置を認識し、容器１が所定の位置に達すると上記撮影手段５を制御して当該容器１を撮影させるようになっている。
上記照明手段４および撮影手段５はコンベヤ３を挟んで相互に向き合うように配置され、照明手段４からの光は上記容器１の本体部１１および液体を透過して撮影手段５に受光されるようになっている。
上記照明手段４の光源はＬＥＤとなっており、検査装置２の作動中は常時発光するようになっている。
上記撮影手段５は上記制御手段６の制御によって容器１を撮影すると、撮影した画像を上記制御手段６に設けられた画像処理手段６ａに送信するようになっている。

以下、上記画像処理手段６ａが図２、図３に示すような容器１内における液体の液面高さを測定する手順について、図４のフローチャートを用いて説明する。
最初に、上記コンベヤ３上を搬送される容器１がセンサ１３の前方を通過すると、制御手段６はエンコーダによって当該容器１の位置を認識して、当該容器１が照明手段４と撮影手段５との間に位置したときに、撮影手段５に当該容器１の撮影を行わせる。
撮影手段５が撮影した画像は画像処理手段６ａに送信され、画像処理手段６ａは所定の明度を閾値として撮影した画像を２値化処理するとともに、撮影した画像内に所定の検査領域Ａを設定する（Ｓ１）。
具体的には、撮影した画像には容器１の本体部１１とキャップ１２とが撮影されるようになっており、画像処理手段６ａは最初に上記キャップ１２の頂部の位置Ｂと、キャップ１２の水平方向両端部Ｃを検出する。
上記検査領域Ａは上記キャップ１２の頂部の位置Ｂとおよび水平方向両端部Ｃから所定距離離隔した位置に設定され、またこの検査領域Ａは長方形の領域となっており、本体部１１の横方向中央部に設定されるとともに液面がその高さ方向中央付近に位置するようになっている。
そして以下画像処理手段６ａは、この検査領域Ａの内部の画像について画像認識を行い、液面高さを測定するようになっている。

次に、画像処理手段６ａは画像処理によって撮影した画像から気体領域Ｄ、液面領域Ｅ、液体領域Ｆを認識する（Ｓ２）。
具体的に説明すると、容器１内の気体および液体は上記照明手段４からの光を透過させるため、これらは２値化処理によって白色の画素として認識される。一方、液体と気体との境界となる液面は光を透過させにくいため、液面は黒色の画素として認識される（図２、図３ではハッチングにて表示）。
また、図２に示すような液面に気泡がない場合、液面は表面張力によって外周が盛り上がっているため、これを側方から撮影すると、液面の上部には液面と気体との境界に黒色の画素によって略水平方向に稜線が形成され、下部には液面と液体との境界に黒色の画素によって略水平方向に稜線が形成されることとなる。
一方、図３に示すような液面に気泡が存在する場合、これを側方から撮影すると、光の透過する気泡の内部は白色の画素として認識され、光の透過しない気泡内部以外の部分は黒色の画素として認識される。
また、液面の表面は気泡によって凹凸形状が形成される場合があり、これを側方から撮影すると、液面の上部には液面と気体との境界に黒色の画素によって略水平方向に凹凸を有する稜線が形成され、下部には液面と液体との境界に黒色の画素によって略水平方向に凹凸を有する稜線が形成されることとなる。
そして、画像処理手段６ａは、撮影された画像が図２もしくは図３のいずれの画像であっても、液面と気体との稜線の上部を気体領域Ｄと認識し、液面と液体との稜線の下部を液体領域Ｆと認識し、これら２つの稜線の間を液面領域Ｅとして認識する。

次に、画像処理手段６ａは上記液面領域Ｅの上部高さＧおよび下部高さＨを検出する（Ｓ３）。
これは、上述したように液面領域Ｅには上下方向に厚みがあることから、液面高さを算出する際には、予めこの液面領域Ｅの上部高さＧおよび下部高さＨを算出するようになっている。
まず上記上部高さＧを算出するには、最初に気体領域Ｄの面積を測定し、この気体領域Ｄの面積を検査領域Ａの横方向の幅の長さで割って気体領域Ｄの気体高さＩを算出する。そして該気体高さＩを検査領域Ａの上端部の上端高さから引いた値を上記上部高さＧの高さとする。
次に上記下部高さＨを算出するには、最初に液体領域Ｆの面積を測定し、この液体領域Ｆの面積を検査領域Ａの横方向の幅の長さで割って液体領域Ｆの液体高さＪを算出する。そして該液体高さＪを検査領域Ａの下端部の下端高さに加算した値を上記下部高さＨの高さとする。
ここで、上記気体領域Ｄおよび液体領域Ｅの面積については、当該各領域内の白色の画素数から測定することができる。

次に、画像処理手段６ａは上記液面領域Ｅ内の気泡の有無を検出する（Ｓ４）。
具体的には、先に判定した液面領域Ｅ内に存在する白色の画素の有無によって、気泡の有無を検出するようになっている。
なお、液面領域Ｅ内に白色の画素が検出されても、当該白色の画素が数ピクセル以下の集まり場合には、その白色の画素の集まりを気泡として認識しなくてもよく、また液面領域Ｅ内の白色の画素が所定の数に達していない場合には、液面に気泡が存在しないものとして判断してもよい。

そして、液面領域Ｅに気泡が存在しないと判断した場合、画像処理手段６ａは続いて当該液面の液面高さＫを算出する（Ｓ５）。
具体的には、先に求めた上記上部高さＧの高さと下部高さＨの高さとの中間となる高さを求め、これを液面高さＫとする。

一方、液面領域Ｅに気泡が存在すると判断した場合、画像処理手段６ａは以下のようにして液面高さＫを算出する。
まず、液面領域Ｅ内における気泡の占める領域として、気泡の面積の合計を測定する（Ｓ６）。具体的には、液面領域Ｅ内で気泡と判断された白色の画素の数を計測し、これを気泡の面積とする。このとき、上記気泡として認識しなかった画素については、気泡の面積として加えないようになっている。
次に、測定した気泡の面積を検査領域Ａの横幅の長さで割って補正値Ｌを算出し（Ｓ７）、この補正値Ｌを上記上部高さＧの高さから引いて、補正上部高さＧ’を算出する（Ｓ８）。
そして最後に、上記補正上部高さＧ’と下部高さＨとの中間の高さを算出して、これを液面高さＫとする（Ｓ９）。
ここで得られた液面高さＫは、液面から気泡が消滅したときの液面高さを示す値となる。

このようにして、液面領域Ｅに気泡が存在しない場合と気泡が存在する場合とで、液面高さＫを算出したら、この液面高さＫによって容器１内の液体の充填量が適切か否かについて判定を行う（Ｓ１０）。
具体的には、先に測定した上記キャップ１２の頂部Ａと液面高さＫとの距離を測定し、この距離が予め設定した所定の範囲内にある場合には、液体の充填量が適正であると判断し、当該所定の範囲外となった場合には、液体の充填量が不適切であると判断するようになっている。

このように、本実施例の検査装置２によれば、液面に気泡が浮遊していても、上記補正値Ｌおよび補正上部高さＧ’を算出して、液面高さＫの補正を行っているので、気泡による影響を受けることなく、液面高さＫを測定することができ、液面高さＫの誤検出を防止することが可能となる。
つまり、気泡によって液面領域Ｅが厚くなっているため、液面領域Ｅに気泡がある場合の液面高さＫを、液面領域Ｅに気泡がない場合の液面高さＫの算出手順と同様、上部高さＧと下部高さＨとの中間位置としてしまうと、その液面高さＫは気泡がない場合の液面高さＫに比べて高く測定されることとなってしまう。
そこで、液面領域Ｅ内の気泡の面積から補正値Ｌを算出して、上記補正上部高さＧ’を算出しているので、これを液面に気泡が存在しない場合の液面高さＫとして用いれば、適切に液体の充填量を検査することができる。
また、気体領域Ｄの面積から上記上部高さＧを求め、また液体領域Ｆの面積から上記下部高さＨを求めていることから、液面領域Ｅの上部の稜線または下部の稜線に凹凸形状が存在していても、これらの位置を適切に測定することができる。

本実施例にかかる検査装置の構成図。 容器内の液面に気泡が存在しない場合の画像。 容器内の液面に気泡が存在する場合の画像。 画像処理手段によって液面高さを検出する際の手順を示すフローチャート。

符号の説明

１ 容器 ２ 検査装置
４ 照明手段 ５ 撮影手段
６ 制御手段 ６ａ 画像処理手段
Ｃ 検査領域 Ｄ 気体領域
Ｅ 液面領域 Ｆ 液体領域
Ｇ 上部高さ Ｇ’ 補正上部高さ
Ｈ 下部高さ Ｉ 気体高さ
Ｊ 液体高さ Ｋ 液面高さ
Ｌ 補正値

Claims (4)

1. 液体の充填された容器を撮影し、撮影した画像を画像処理して上記液体の液面高さを測定する液面高さの測定方法において、
   撮影した画像の内側に検査領域を設定し、この検査領域内における液面を示す液面領域を認識して、該液面領域の下部高さと、液面領域内における気泡の占める領域とを検出し、
   当該気泡が液面領域に占める領域を上記液面領域の上方より減算して補正上部高さを算出し、当該補正上部高さと下部高さとの中間を上記液面高さとすることを特徴とする液面高さの測定方法。
2. 上記気泡が液面領域に占める領域は、液面領域内の気泡の面積から検出し、
   上記補正上部高さは、上記液面領域の上部高さを検出するとともに、上記気泡の面積を検査領域の横幅の長さで割った補正値を算出して、該補正値を上記上部高さから減算して算出することを特徴とする請求項１に記載の液面高さの測定方法。
3. 上記上部高さは、撮影した画像から上記液面領域の上方に位置する気体領域を認識するとともに該気体領域の面積を測定し、該気体領域の面積を検査領域の横幅の長さで割って気体高さを算出し、該気体高さを撮影した画像の上端高さから引くことで認識し、
   上記下部高さは、撮影した画像から上記液面領域の下方に位置する液体領域を認識するとともに該液体領域の面積を測定し、該液体領域の面積を検査領域の横幅の長さで割って液体高さを算出し、該液体高さを撮影した画像の下端高さに加算して認識することを特徴とする請求項２に記載の液面高さの測定方法。
4. 撮影した画像から容器の頂部および水平方向両端部を検出して、上記検査領域を該容器の頂部および両端部に対して所定位置離隔した位置に設定することを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の液面高さの測定方法。

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