JPH05332811A - 液面レベル測定方法および液面レベル測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 透光性を有する容器内の液体の液面レベルを
光学的に測定する場合に、容器の印刷等の影響を受けな
いようにする。 【構成】 容器１内の液体２の液面３のうち、表面張力
によって容器内壁面に沿ってせり上がった外縁部３ａ
に、その上方の照明光源２１から所定の入射角度θで照
明光を入射する。画像センサ２２は、液面の外縁部３ａ
で反射される光のうち、入射角度と等しい反射角度で反
射する正反射光を受ける位置に配置され、そのセンサ面
２２ａには、正反射光による極めて明るい明部が生じ
る。この明部の位置は，液面の高さに相当する位置にあ
らわれ、しかも容器の印刷等の影響によって、その一部
が欠落しても、残りの明部の位置から液面のレベルを正
確に測定できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、透光性を有する容器の
中の液体の液面の高さを、光学的に測定するための液面
レベル測定方法およびその装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】例えば、瓶入りの飲料を生産するライン
では、容器に注入された内容物の量に過不足がないよう
に、その液面の高さを測定し、その測定結果によって正
量品と過不足品とを選別している。

【０００３】液面の高さを光学的に測定する方法とし
て、図１０の（ａ）に示すように、容器１内の液体２の
液面３に平行な照明光を、容器１の一方の側面側から照
射し、容器１内を透過して他方の側面側から出力される
光を、画像センサ１０で撮像する方法が従来からとられ
ていた。

【０００４】この方法は、容器内に入射された照明光の
うち、表面張力によって容器１の内壁面１ａに沿ってせ
りあがった液面の外縁部３ａに入射される照明光だけ
は、同図の（ｂ）に示すように、この外縁部３ａで屈折
あるいは反射されて、画像センサ１０に到達しないこと
を利用しており、画像センサ１０のセンサ１０ａ面に
は、図１１に示すように、外縁部３ａに相当する位置に
暗帯１１が生じる。

【０００５】したがって、例えば、画像センサ１０の各
画素の受光信号を明暗に対応して２値化データに変換
し、この暗帯１１に相当する暗部の重心位置のｙ座標が
許容範囲内にあるか否かを判定すれば、液面３の高さに
よる製品の選別を行なうことができる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記の
ように、液面に対して平行な照明光によって液面の高さ
を測定する方法では、容器１の外表面の印刷やラベルの
近くに液面がある場合に、その印刷やラベルの遮光によ
って生じる暗部と、液面３の外縁部３ａによる暗帯との
識別ができず、正確なレベル測定が行なえないという問
題点があった。

【０００７】本発明は、この問題を解決した液面レベル
測定方法およびその装置を提供することを目的としてい
る。

【０００８】

【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
に、本発明の液面レベル測定方法は、透光性を有する容
器内の液体の液面部分に、前記容器外から照明光を照射
し、前記容器内から出力される光を撮像することによっ
て、前記液面の高さを測定する液面レベル測定方法にお
いて、表面張力によって前記容器内壁面に沿ってせりあ
がった液面の外縁部の一部に、該外縁部より高い位置か
ら所定の入射角度で前記照明光を入射させ、該液面の外
縁部から前記入射角度と等しい反射角度で反射される正
反射光の撮像位置に基づいて、前記液面の高さを測定す
るようにしている。

【０００９】

【作用】このようにしたため、本発明の液面レベル測定
方法によれば、液面の外縁部からの正反射光の撮像位置
にのみ明部が生じ、たとえ、印刷やラベル等によって照
明光の一部が遮光されても、明部の一部が欠落するだけ
で済み、正確に液面のレベルを測定できる。

【００１０】

【実施例】以下、図面に基づいて本発明の一実施例を説
明する。

【００１１】図１は、本発明の液面レベル測定方法を適
用した液面レベル測定装置の構成を示している。

【００１２】この液面レベル測定装置は、容器１の一方
側の側面の上方に配置した照明光源２１から、表面張力
によって容器１の内壁面１ａに沿ってせりあがった液面
の外縁部３ａの一部に、所定の入射角度θで照明光を入
射させ、その入射角度θと等しい反射角度で外縁部３ａ
から反射された正反射光を画像センサ２２で受け、その
画像センサ２２のセンサ出力を処理装置２３によって処
理するように構成されている。

【００１３】この照明光源２１からの照明光は、液面レ
ベルの測定範囲に応じた幅Ｌを有しており、この照明光
の内、液面の外縁部３ａに入射された光の正反射光のみ
が、画像センサ２２のセンサ面２２ａに強く入射する。

【００１４】画像センサ２２のセンサ面２２ａは、多数
の画素が所定ピッチで配列されて形成されており、処理
装置２３は、図２のフローチャートに示すように、各画
素の受光レベルをその明暗に対応した２値化データに変
換し、センサ面２２ａ上における明部の重心位置のｙ座
標をこの２値化データから求め、そのｙ座標が予め決め
られた範囲にあるか否かを判定し、その判定結果に応じ
た選別信号を出力する。

【００１５】このように構成された液面レベル測定装置
では、例えば、図３に示すように液面３が、Ａの高さの
場合とＢの高さの場合とでは、正反射光のセンサ面２２
ａに対する撮像位置が、ＡとＢの差に比例した分だけ異
なり、２値化データから求められた明部Ｓａ、Ｓｂの重
心座標も、図４に示すように、液面の高さに対応した位
置にそれぞれあらわれる。また、図４でＹ₁ からＹ₂ ま
での範囲を許容範囲とすれば、Ａの高さの液面の製品は
正量品で、Ｂの高さの製品は不足品であると判定するこ
とができる。

【００１６】なお、この測定装置では、測定対象である
液面の上方から照明光を照射しているため、たとえ図５
のように、非透光性の印刷面５が測定範囲にあったとし
ても、印刷面５の上端５ａからかなり下がった液面のレ
ベルまで測定できる。また、例えば、図６に示すよう
に、非透光性の印刷文字が測定範囲内にあって、液面の
外縁部への照明光の一部が遮光されたとしても、画像セ
ンサ２２のセンサ面２２ａには、図７に示すように印刷
文字で寸断された明部Ｓ₁ 、Ｓ₂ が現れる。これら明部
の重心位置のｙ座標は、印刷文字で遮光されない場合の
明部のｙ座標と等しいため、明部Ｓ₁ 、Ｓ₂ の重心位置
から液面の正確な高さを検出することができる。

【００１７】

【他の実施例】前記実施例は、測定する製品が移動しな
い場合について説明したが、図８に示すように、製品Ｗ
がコンベア１５上を搬送している間に、その液面の高さ
を測定する装置についても本願を適用できる。この場合
には、製品Ｗの通過タイミングを投光器１６と受光器１
７で検出し、製品が投受光器間を通過してから、照明光
源２１と画像センサ２２の間に達したタイミングに処理
装置２３による測定をスタートさせればよい。また、こ
の実施例の場合には、照明光源を測定時のみ発光させる
ようにしてもよい。

【００１８】また、このように製品を搬送しながら、液
面の高さを測定する場合、液面の揺れによって、その外
縁部からの正反射光が画像センサ２２で受けられなくな
ることも考えられる。この現象は、照明光の幅が外縁部
の幅に対して狭いほど顕著になる。この現象を防ぐため
に、例えば図９に示すように、２つの照明光源２１、３
１から液面３の外縁部３ａに対して、異なる入射角度θ
₁ 、θ₂ でそれぞれ照明光を入射し、各正反射光がほぼ
同一位置で撮像できる位置に画像センサ２２を配置する
ように構成してもよい。

【００１９】このように、反射位置に幅をもたせれば、
液面の外縁部にうねりが生じた場合であっても、いずれ
かの正反射光が画像センサ２２に入射されることにな
り、液面レベルを測定することができる。なお、照明光
源をさらに増加してもよく、また、照明光源からの光を
一旦凹面鏡等に反射させ、その反射光を照明光として、
多数の異なる入射角度で液面の外縁部へ入射するように
してもよい。

【００２０】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の液面レベ
ル測定方法およびその装置は、表面張力によって容器内
壁面に沿ってせりあがった液面外縁部に対し、その外縁
部より高い位置から所定の入射角度で照明光を入射し、
この入射角度と等しい反射角度で反射する正反射光の撮
像位置に基づいて、液面のレベルを検出しているため、
液面の外縁部からの正反射光の撮像位置にのみ明部が生
じ、たとえ、印刷やラベル等によって照明光の一部が遮
光されても、明部の一部が欠落するだけで済み、正確に
液面のレベルを測定できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の構成を示す図である。

【図２】一実施例の要部の処理手順を示すフローチャー
トである。

【図３】一実施例の液面の高さによる反射光の変化を示
す図である。

【図４】一実施例の画像センサのセンサ面の明部の図で
ある。

【図５】容器の表面に非透光性の印刷面がある場合の測
定例を示す図である。

【図６】容器の表面に非透光性の印刷文字によって、照
明光が遮光される場合の測定例を示す図である。

【図７】図６の測定時における明部を示す図である。

【図８】本発明の他の実施例を示す図である。

【図９】本発明の他の実施例を示す図である。

【図１０】従来の測定方法を説明するための図である。

【図１１】従来の測定方法を説明するための図である。

【符号の説明】

１ 容器 ２ 液体 ３ 液面 ３ａ 外縁部 ２１ 照明光源 ２２ 画像センサ ２３ 処理装置

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【手続補正書】

【提出日】平成４年７月２０日

【手続補正１】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】全図

【補正方法】変更

【補正内容】

【図４】

【図７】

【図８】

【図１】

【図２】

【図３】

【図５】

【図６】

【図１０】

【図９】

【図１１】

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】透光性を有する容器内の液体の液面部分
   に、前記容器外から照明光を照射し、前記容器内から出
   力される光を撮像することによって、前記液面の高さを
   測定する液面レベル測定方法において、 表面張力によって前記容器内壁面に沿ってせりあがった
   液面の外縁部の一部に、該外縁部より高い位置から所定
   の入射角度で前記照明光を入射させ、該液面の外縁部か
   ら前記入射角度と等しい反射角度で反射される正反射光
   の撮像位置に基づいて、前記液面の高さを測定すること
   を特徴とする液面レベル測定方法。
2. 【請求項２】透光性を有する容器内の液体の液面のう
   ち、表面張力によって前記容器内壁面に沿ってせりあが
   った外縁部の一部に、該外縁部より高い位置から所定の
   入射角度で照明光を入射する照明光源と、 前記照明光が入射された前記液面の外縁部から、前記入
   射角度と等しい反射角度で反射される正反射光を受ける
   位置に配置された画像センサと、 前記画像センサによって撮像された前記正反射光の撮像
   位置に基づいて、前記容器内の液体の液面の高さを検出
   する高さ検出手段とを備えた液面レベル測定装置。