JP2002543405A - 視覚的に明瞭な物体の構造的完全さを検査するシステムと方法 - Google Patents

視覚的に明瞭な物体の構造的完全さを検査するシステムと方法

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Abstract

(57)【要約】 検査対象となる物体(10)が、自然に発生する材料分子吸収によって不透明となる波長を持つ電磁放射線(20)を感知する少なくとも1つのエレメント(60)を含む検査システムが提供される。したがって、亀裂や空隙などの材料欠陥を検出することが可能である。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】 (技術分野) 本出願は、視覚的に明瞭な物体の構造的完全さを検査する技術に関する。より
詳しくは、本出願は、ガラスやプラスチック製の視覚的に明瞭な食品及び/又は
飲料の容器の検査に関する。本発明はこれらの品目に関連して説明するが、本発
明は、卓越して視覚的に明瞭な構造体を有するあらゆる製造された又は自然に発
生する物体の検査にまで及ぶより広い応用範囲を有することを理解すべきである
【0002】 (背景技術) 視覚的に明瞭なガラス及び/又はプラスチック製容器の構造的完全さの検査に
関連するある程度の機能性を提供する機械視覚システムが考察され構成されてき
た。一般に、このようなシステムは、領域配列センサー、もっとも一般的には、
電磁スペクトルの可視部分(400nm〜700nm)のエネルギーを感知する
CCDセンサーの動作に基づいている。この開示の目的上、視覚的に明瞭なとい
う用語は、具体的には、その材料を介しての、400nm〜700nmの可視波
長範囲内の電磁放射線(光線)の光学的透過性が非常に高いことを意味するもの
とする。
【0003】 視覚的に明瞭な材料製の物体に関連する1つのかなり明瞭であるが重要な要因
は、現在の技術水準の機械視覚技法を用いても、このような物体に、その最終的
形成構造体中に材料の空隙が存在するかどうかを検査することが困難であるとい
うことである。これは、穴や亀裂などの材料空隙が、製品の意図機能を損なう重
大な部品欠陥であるので深刻である。
【0004】 機械視覚検査システムは、一般的には、可視光線の、それが構造体から反射し
たりこれを透過する際の空間的変動を測定することによって動作する。このよう
な現在の技術水準のシステムで検査される物体は本来は卓越して明瞭であるので
、材料構造体中の材料空隙の存在に起因する空間的光線強度変動は、極めて小さ
く、したがって、全体的なシステム性能が不適切なものとなる。言い換えれば、
視覚的に明瞭な物体中の穴や亀裂は、電磁スペクトルの可視領域内で動作する機
械視覚システムを用いて観察することは困難である。
【0005】 現行の現在水準検査システムの別の属性は、どのようなレベルの製品検査を実
行するにも専用のハードウエアとソフトウエアを多量に必要とすることである。
ベースラインシステム機能性を実現するには、光源、撮像光学系、カメラ、制御
電子工学系及び、カスタム検査アルゴリズムを実行する撮像処理コンピュータが
必要である。このハードウエアとソフトウエアのコンポーネントが集合されるた
め、検査ソリューションが高価なものとなり、このため、多くの構造体検査応用
分野において、所望の性能用件が不足するという結果となる。
【0006】 本発明は、本来不透明な物体を検査する赤外線波長で動作するセンサーシステ
ムを提供することによって、検査性能が限られ、また、コストが高いというこれ
らの問題を解決するものである。
【0007】 (発明の開示) 本発明の1つの態様にしたがえば、検査対象物体が自然発生した材料分子(及
び/又は原子)吸収によって不透明になるような波長の電磁放射を感知する少な
くとも1つの検出エレメントを含む検査システムが提供される。開示された発明
では効果的な位置に個別のエレメント又は検出器が位置付けされるが、その位置
で構造的検査を効果的に行うために移送メカニズム(製造プロセスと自然に一体
化された移送メカニズム又は物体を検査ステーションに提示するために特別に設
計された移送メカニズム)が検査対象物体を検出エレメントのごく近傍に移動さ
せる。物体が検査のために位置付けされるとき、視覚的に明瞭な物体が一般に不
透明になるような波長にその放出エネルギーのかなりの部分を含んでいる赤外線
の発生源が検出器に対向して配置される。移送され正しく位置付けされた検査対
象物体は検出器/IR発生源を結ぶ視線を通過する。そのように位置付けされる
ことによって検出器/IR発生源の構成部品は、検査対象物体内に発生した材料
の空隙を確実に検出することが可能な簡単なシステムを構成する。
【0008】 開示された発明のより限定的な態様に従えば、周知の時間ベースの周波数で赤
外線発生源を(例えば、機械的に又は電気的)チョッピングして、送信されたI
R信号の検出を支援する。
【0009】 本発明のさらなる応用範囲が以下の詳細な説明から明らかとなろう。しかしな
がら本発明の精神と範囲内の様々な変更例および修正例は当業者にとって明らか
となるので、詳細な説明及び具体的な例は本発明の好ましい実施形態を表す一方
でそれらは図だけによって提示される。
【0010】 (好ましい実施例の態様) 各種材料を定性的かつ定量的に表すのにしばしば用いられる1つのパラメータ
は、光透過特性と呼ばれる光学的属性である。一般的な言葉で言えばこのパラメ
ータは、可視光(電磁スペクトルの400nm〜700nm間で限定された部分
)を透過させる材料の能力を表す。可視波長範囲内にある光を吸収する性質を示
さない材料は、視覚的に明瞭な材料と定義される。ガラス、PET、PETは視
覚的に明瞭な材料の例である。
【0011】 光透過特性と呼ばれる前記の材料の属性又は特性は、可視スペクトルを超えて
延長した波長範囲の電磁放射に対する材料の反応としてより広義に定義すること
ができる。多くの理由から、材料の光透過特性の定性的な定義においては、可視
領域の400nmから赤外領域の15μmまで延長する波長範囲を検討すること
がより効果的である。この点で、幾何光学の技術をこのより広い波長領域に対し
ても同様によく適用することができる。さらに、市販されている発生源、検出器
及び光学的材料とコーティングをこのより広い波長領域で用いて、このより広い
波長領域の光学的放射線を感知し定量化するための光学的計測器を理論化し構成
することが可能となる。このより広い範囲にわたって特徴付けされた場合、可視
波長範囲内できわめて高い透過性をもつ材料のほとんどは、電磁スペクトルの他
の部分では電磁放射線の透過性が低い及びゼロであるような大きな領域を提示す
る。
【0012】 電磁スペクトルの多くの部分では、食品及び飲料容器の構成に用いられる視覚
的に明瞭な材料は入射する放射線に対して完全に不透明である。現行の検査シス
テムで行われる場合のように材料それ自体が大部分明瞭であるような波長領域で
の検査の実施とは対照的に、材料が不透明な波長領域において穴、亀裂又は他の
材料空隙の有無を探索することは有効であるという理由で、本発明はこの材料の
現象を利用する。
【0013】 ここで本発明の好ましい実施形態だけを表すことを目的としかつそれだけに限
定することを意図したものではない図を参照すると、図1(a)には本発明に従
う検査システムの全体図が表されている。図示されるように、視覚的に明瞭なプ
ラスチック又はガラス製の物品10を検査ゾーン80内に位置付けするために移
送メカニズム40が用いられる。その移送メカニズムは、ゾーン内の物体の検査
を促進するのに適したコンベア又は他のどのようなデバイス又は装置であっても
よい。さらに当業者に周知のように、発生源及びセンサーデバイスを支持すると
ともに検査中の物体を正しい検査位置に保持するために、移送メカニズム又はコ
ンベアメカニズムを含む十分な支持構造体がシステムに設置される。
【0014】 ゾーン80内の位置で、検査中の物体10は検出器60と赤外線発生源20間
の視線上に位置付けされる。そのように位置付けされると物体のある特定の部分
が、材料の空隙の有無を調べる検査に従う。好ましい実施形態では、開示された
発明を用いて視覚的に明瞭な容器のベース部分についてその亀裂又は穴を検査す
ることができる。もちろん物体の他の部分も検査できると考えられる。さらに容
器以外の物体もまた検査できると考えられる。
【0015】 具体的には、検査ゾーン80内にあるとき検査中の物体10は発生源20と検
出器60間の視線上に位置付けされる。発生源は、検査中の物体10が大体透明
になるような光波長においてかなりのエネルギーを放出する能力に基づいて選択
される。ガラス、PET及びPENを含む多くの視覚的に明瞭な材料の場合、3
μm以上の波長領域には、光透過性を厳しく制限する炭化水素系の広い吸収帯域
が多く含まれている。この特徴を図2に表すが、それは2μm〜25μmまでの
PETの透過スペクトルを表している。可視スペクトルは図示されていないがそ
れは0.4〜0.7μm(又は400〜700nm)に対応する。透過率が0%
まで下がる広い領域は材料が不透明である領域を表している。これらのより長い
波長における好ましいIR発生源は、約1000℃までの温度で作動する黒色体
又は灰色体の熱放射体であるのが望ましい。黒色体の放射線発生源に加えて市販
のソリッドステートエミッタ(例えばLED)があり、それは配列されて本発明
では約3μm以上の波長で動作するようになっている。赤外線発生源の選択は所
望の動作波長に大きく依存すると考えられる。
【0016】 ここで図1を参照すると、発生源20から発生した放出赤外線を検出し、それ
に応答するためには、3μm以上の入射線に対する高感度を持つ検出器60を選
択することが必要である。本発明で用いるのに適した単一又は複数エレメントの
検出器のタイプは多く存在し、それらにはテルル化水銀カドミウム(MCT)、
硫化鉛(PbS)、アンチモン化インジウム(InSb)及びセレン化鉛(Pb
Se)が含まれる。より一般的に言えばこれら特定の検出器タイプは、印光伝導
タイプ、光電圧性タイプ又は光検出器タイプとして表すことができる。さらに検
出器60は、光感知性エレメントの1次元又は2次元配列を含む適切なカメラ又
は他の全てのセンサーデバイスであってもよいと考えられる。
【0017】 小さな材料の空隙を検出するシステムの能力を高めるために、検査中の物体1
0との相互作用の前に、チョッピングメカニズム30が発生源20から放出され
たエネルギーに対して適用される。そのようなメカニズムは熱赤外線撮像の分野
では周知のものである。この概念はまた、AMラジオ送信をエンコーディング及
びデコーディングするのに用いられるものと類似している。
【0018】 好ましい実施形態では、システムチョッパー30は図1(b)に表すような周
知の機械的チョッパーであり、それは発生源20から放出されたエネルギーを変
化させるように作動する。このような方法によって、検出器60に入射した低レ
ベル信号の測定を容易にするある特定の時間ベースの周波数(チョッピング周波
数)に対して所望の信号が隔離される。
【0019】 代替例として電子チョッパー又は電気チョッパーを用いてもよい。例えば、パ
ルス駆動電流の印加によってエネルギーの物理的変化に対応するパルス化を行う
パルス赤外線発生源(例えば、パルスLED)を用いてもよい。
【0020】 機械的チョッパー又は電子チョッパーのどちらの場合でも、それを用いること
の長所は検出器が所望の信号をより良く検出できることである。この点で、その
後に受信された信号のSN比は向上する。好ましい実施形態においては所望の信
号は、容器10の底部内の亀裂又は空隙を通過するエネルギーに対応する。
【0021】 本発明の好ましい実施形態は制御電子モジュール70及び部分不合格メカニズ
ム50によって完結する。これらのメカニズム及び関連するシステムは検査技術
において周知のものである。しかしながら要約すれば制御電子モジュール(又は
各種ハードウェア及びソフトウェア構成を含むプロセッサ)は、電力(powe
r)と検出器バイアス信号を検出器60に送出する。その見返りにそれは検出器
60から物体の構造的完全さに関する検査情報を受け取る。この出力から、モジ
ュール70は検査中の物体の状態、特徴又は合格/不合格を決定する。それから
それはこの情報を選択的に用いて不合格メカニズム50を合格/不合格モードで
動作させる。不合格メカニズムは、プロセッサ70内で前もって基準化されエン
コーディングされた仕様から外れていると又はその仕様の範囲内であると判断さ
れた物体を、物理的に不合格とする又はそうでない場合は次の動作に対してその
物体を印付けするように作動する。さらに、検査中の物体がシステムのモールド
空洞内で形成されるシステムの場合には、部分不合格情報はモールド構成部品に
関連付けしフィードバックさせて調整及び補正を効果的に行うためにも有効であ
る。さらに、周知の従来型の機械視覚システム及び/又は検査システムには一般
に、(図1のエレメント45のような)部分検出デバイス、特性及び移送追跡メ
カニズム、及び検査中の物体と相互作用してそれをセンサーと発生源間の有効な
位置で操作しまた制御信号をセンサーと発生源の両方に送るのに用いられるよう
に配置された(移送メカニズム40のような)システムが組み込まれていると考
えられる。
【0022】 本発明のシステムはその動作中に図3の方法を以下のように遂行することが、
前記の詳細な説明から容易に明らかとなろう。最初に視覚的に明瞭な物体が、感
知デバイスと電磁放射線発生源間の位置に置かれる又は移送される(ステップ3
02)。次に、検査中の物体を不透明にする範囲の波長を持つ電磁放射線を発生
源によって発生させる(ステップ304)。それから、検査中の物体の不透明な
波長領域に対応するこれらの波長を持つその放射線が感知される(ステップ30
6)。それからその感知に基づいて状態、特徴又は合格/不合格が決定される(
ステップ308)。さらに本発明の前記の他の特徴はこの方法によって実現でき
る。例えば発生ステップには、次に受け取った電磁信号のSN比を増大させるた
めの発生源手段のパルス化が含まれる。
【0023】 本発明は好ましい実施形態を参照して説明した。本明細書を読み理解すれば、
他の場合にも修正及び変更が可能であることは明らかである。そのような修正例
及び変更例が添付クレーム又はそれらの等価物の範囲内にあるかぎり、それらの
全ては本発明に含まれることが意図されている。
【図面の簡単な説明】
本発明は、デバイスの様々な部品の構造、配置及び組み合わせ及び/又は、以
下の添付図面に詳細な明及び図により完全に記載するように考察の目的を達成す
る方法のステップから成る。
【図1】 本発明によるシステムを示す図である。
【図2】 PET材料のサンプルの透過スペクトルの図である。
【図3】 本発明によるフローチャートである。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 EP(AT,BE,CH,CY, DE,DK,ES,FI,FR,GB,GR,IE,I T,LU,MC,NL,PT,SE),OA(BF,BJ ,CF,CG,CI,CM,GA,GN,GW,ML, MR,NE,SN,TD,TG),AP(GH,GM,K E,LS,MW,SD,SL,SZ,TZ,UG,ZW ),EA(AM,AZ,BY,KG,KZ,MD,RU, TJ,TM),AE,AG,AL,AM,AT,AU, AZ,BA,BB,BG,BR,BY,CA,CH,C N,CR,CU,CZ,DE,DK,DM,DZ,EE ,ES,FI,GB,GD,GE,GH,GM,HR, HU,ID,IL,IN,IS,JP,KE,KG,K P,KR,KZ,LC,LK,LR,LS,LT,LU ,LV,MA,MD,MG,MK,MN,MW,MX, NO,NZ,PL,PT,RO,RU,SD,SE,S G,SI,SK,SL,TJ,TM,TR,TT,TZ ,UA,UG,US,UZ,VN,YU,ZA,ZW Fターム(参考) 2F065 AA61 BB08 BB22 FF46 GG07 HH03 JJ03 LL30 2G051 AA11 AB03 BA06 BC03 CA03 CA04 CB02 DA13 DA15 3F079 AD11 CA42 CB25 CB29 DA12

Claims (34)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 視覚的に明瞭な物体の構造的完全さを検査するのに有用な感
    知装置において、前記装置が: 前記物体が、前記物体を含む材料内で自然発生する分子及び/又は原子吸収の
    ために不透明となる電磁エネルギー透過に対応する1つ以上の波長又は波長範囲
    の電磁放射線に反応して動作するセンサーデバイスと; 自身から放射されたスペクトルのかなりの部分が、前記物体が概して不透明で
    ある範囲で発生する電磁放射線発生源と; 前記センサーデバイスを支持し、また、前記発生源と前記センサーデバイス間
    にある前記物体を維持するように位置付けされた支持構造体と; を備える装置。
  2. 【請求項2】 前記センサーデバイスが、単一エレメントの光伝導検出器、
    光電圧検出器又は熱検出器から成る、請求項1に記載の装置。
  3. 【請求項3】 前記センサーデバイスの出力を受信して、前記出力に基づい
    て動作して、前記物体の状態、品質及び合格/不合格を決定するように動作する
    プロセッサをさらに備える、請求項2に記載の装置。
  4. 【請求項4】 前記物体と相互作用するように配置され、また、検査対象の
    前記物体を前記センサーエレメントと前記発生源間に移動する目的と、計器制御
    信号を前記センサーデバイスと前記発生源双方に対して提供する目的と、の双方
    のために用いられる部品検出システム、部品追跡システム及び部品搬送システム
    をさらに備える、請求項3に記載の装置。
  5. 【請求項5】 前記プロセッサの処理済み出力を受信して、後続動作物体の
    ために物理的に排除する又は別様に印付けする排除システムをさらに備える、請
    求項4に記載の装置。
  6. 【請求項6】 前記発生源が、黒色又は灰色の熱放出体から成る、請求項5
    に記載の装置。
  7. 【請求項7】 前記発生源が、続いて受信される電磁信号のSN比を増加さ
    せるために機械的チョッピングシステムによって振幅変調される、請求項6に記
    載の装置。
  8. 【請求項8】 前記発生源が、半導体LEDタイプの放出体又は放出体の配
    列から成る、請求項5に記載の装置。
  9. 【請求項9】 前記発生源が、続いて受信される電磁信号のSN比を増加さ
    せるためにパルス化される、請求項8に記載の装置。
  10. 【請求項10】 前記センサーデバイスが、光感知性エレメントから成る1
    次元又は2次元配列から成る、請求項1に記載の装置。
  11. 【請求項11】 前記センサーデバイスの出力を受信して、前記出力に基づ
    いて動作して、前記物体の状態、品質及び合格/不合格を決定するプロセッサを
    さらに備える、請求項10に記載の装置。
  12. 【請求項12】 前記物体と相互作用するように配置され、また、検査対象
    の前記物体を前記センサーデバイスと前記発生源間の有利な位置に移動する目的
    と、計器制御信号を前記センサーデバイスと前記発生源双方に対して提供する目
    的と、の双方のために用いられる部品検出システム、部品追跡システム及び部品
    搬送システムをさらに備える、請求項11に記載の装置。
  13. 【請求項13】 前記処理手段の処理済み出力を受信して、後続動作物体の
    ために物理的に排除する又は別様に印付けする排除システムをさらに備える、請
    求項12に記載の装置。
  14. 【請求項14】 前記発生源が、黒色又は灰色の熱放出体から成る、請求項
    13に記載の装置。
  15. 【請求項15】 前記発生源が、続いて受信される電磁信号のSN比を増加
    させるために機械的チョッピングシステムによって振幅変調される、請求項14
    に記載の装置。
  16. 【請求項16】 前記発生源が、半導体LEDタイプの放出体又は放出体の
    配列から成る、請求項15に記載の装置。
  17. 【請求項17】 前記発生源が、続いて受信される電磁信号のSN比を増加
    させるためにパルス化される、請求項16に記載の装置。
  18. 【請求項18】 視覚的に明瞭な物体の構造的完全さを検査する感知方法に
    おいて、前記方法が: 視覚的に明瞭な検査対象物体をセンサーデバイスと電磁放射線発生源間に置く
    ステップと; 前記物体が、前記物体を含む材料中に自然発生する分子又は原子の吸収のため
    に実質的に不透明となる波長範囲で電磁放射線を発生するステップで、前記範囲
    は、前記物体の不透明な波長範囲と、感知デバイスの感度領域との双方に対応し
    ており; 前記検査対象物体の前記不透明波長領域に対応する波長を持つ電磁放射線を前
    記センサーデバイスで感知するステップと; 前記センサーデバイスの出力に基づいて前記物体の状態、品質及び合格/不合
    格を決定するステップと; を含む方法。
  19. 【請求項19】 前記感知ステップが、単一エレメントの光伝導検出器、光
    電圧検出器又は熱検出器を用いるステップを含む、請求項18に記載の方法。
  20. 【請求項20】 前記センサーデバイスの出力を受信し、前記出力に基づい
    て動作して、前記物体の状態、品質及び合格/不合格を決定する処理手段を用い
    るステップをさらに含む、請求項19に記載の方法。
  21. 【請求項21】 前記物体と相互作用するように配置され、また、検査対象
    の前記物体を前記センサーデバイスと前記電磁放射線発生源間の有利な位置に移
    動する目的と、計器制御信号を前記センサーデバイスと前記発生源双方に対して
    提供する目的と、の双方に有用な部品検出システム、部品追跡システム及び部品
    搬送システムを用いるステップをさらに含む、請求項20に記載の方法。
  22. 【請求項22】 前記処理手段の処理済み出力を受信して、後続動作物体の
    ために物理的に排除する又は別様に印付けする排除システムを用いるステップを
    さらに含む、請求項21に記載の方法。
  23. 【請求項23】 前記発生ステップが、黒色又は灰色の熱放出体を用いるス
    テップを含む、請求項22に記載の方法。
  24. 【請求項24】 前記発生ステップが、続いて受信される電磁信号のSN比
    を増加させるために機械的チョッピングシステムによって放射線を振幅変調する
    ステップをさらに含む、請求項23に記載の方法。
  25. 【請求項25】 前記発生ステップが、半導体LEDタイプの放出体又は放
    出体の配列を用いるステップを含む、請求項22に記載の方法。
  26. 【請求項26】 続いて受信される電磁信号のSN比を増加させるために前
    記発生源をパルス化するステップをさらに含む、請求項25に記載の方法。
  27. 【請求項27】 前記感知ステップが、光感知性エレメントから成る1次元
    又は2次元配列を用いるステップを含む、請求項18に記載の方法。
  28. 【請求項28】 前記センサーデバイスの出力を受信して、前記出力に基づ
    いて動作して、前記物体の状態、品質及び合格/不合格を決定する処理手段を用
    いるステップをさらに含む、請求項27に記載の方法。
  29. 【請求項29】 前記物体と相互作用するように配置され、また、検査対象
    の前記物体を前記センサーデバイスと前記電磁放射線発生源間の有利な位置に移
    動する目的と、計器制御信号を前記センサーデバイスと前記発生源双方に対して
    提供する目的と、の双方のために用いられる部品検出システム、部品追跡システ
    ム及び部品搬送システムを用いるステップをさらに含む、請求項28に記載の方
    法。
  30. 【請求項30】 前記処理手段の処理済み出力を受信して、後続動作物体の
    ために物理的に排除する又は別様に印付けする排除システムを用いるステップを
    さらに含む、請求項29に記載の方法。
  31. 【請求項31】 前記発生ステップが、黒色又は灰色の熱放出体を用いるス
    テップを含む、請求項30に記載の方法。
  32. 【請求項32】 前記発生ステップが、続いて受信される電磁信号のSN比
    を増加させるために機械的チョッピングシステムを用いて振幅変調するステップ
    を含む、請求項31に記載の方法。
  33. 【請求項33】 前記発生ステップが、半導体LEDタイプの放出体又は放
    出体の配列を用いるステップを含む、請求項32に記載の方法。
  34. 【請求項34】 前記発生ステップが、続いて受信される電磁信号のSN比
    を増加させるためにパルス化するステップを含む、請求項33に記載の方法。
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