JP2004294095A

JP2004294095A - 容器の外形検査装置

Info

Publication number: JP2004294095A
Application number: JP2003083245A
Authority: JP
Inventors: Tsukasa Watanabe; 司渡辺
Original assignee: Nihon Yamamura Glass Co Ltd
Current assignee: Nihon Yamamura Glass Co Ltd
Priority date: 2003-03-25
Filing date: 2003-03-25
Publication date: 2004-10-21

Abstract

【課題】高精度の検査ができ、長期にわたって検査の精度を維持する。
【解決手段】容器の外形検査装置は、容器１の外周面の所定の高さ位置へ光軸と平行な光束より成る水平な板状光Ｌ_Ａ，Ｌ_Ｂを照射する一対の投光器２Ａ，２Ｂと、各投光器２Ａ，２Ｂからの板状光Ｌ_Ａ，Ｌ_Ｂをそれぞれ受光する一対の受光器３Ａ，３Ｂと、各受光器３Ａ，３Ｂの受光量から容器１による板状光Ｌ_Ａ，Ｌ_Ｂの遮光度合を求めて容器１の外形の良否を判別する判別装置４とを備えている。一方の投光器２Ａと受光器３Ａとは板状光Ｌ_Ａの光路の一部が容器１の一側部分１Ａによって遮られるような対向位置に位置決めされる。他方の投光器２Ｂと受光器３Ｂとは板状光Ｌ_Ｂの光路の一部が容器１の他側部分１Ｂによって遮られるような対向位置に位置決めされる。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
この発明は、ガラスびんやペットボトルなどの容器（以下、単に「容器」という。）を検査対象とする検査装置に関し、特に、この発明は、容器の胴部分などの外形を非接触で光学的に検査するための容器の外形検査装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に容器を製造するとき、その検査工程において、口部や胴部の外形などが適正かどうかの検査が行われる。例えば容器の胴部については、へたりや伸びなどによって胴径が規定値より大きくまたは小さくなっていないかどうかを検査したり、胴部の外周形状が真円であるかどうかを検査したりするもので、従来は、接触式の胴径検査装置によりその種の検査が行われていた（例えば、特許文献参照）。
【０００３】
【特許文献】
実開昭５８−６３５１２号公報
【０００４】
図１０は、従来の胴径検査装置を示すもので、スターホイール５０の凹部５１内に支持された容器１をスターホイール５０の間欠回転により所定の検査ステーションへ運んだ後、容器１の外周面に回転ホイール５２を接触させて摩擦により容器１を軸回転させつつ容器１の胴径を所定の高さ位置で計測している。容器１の胴部の外周面には所定の高さ位置にローラ５３がばね５５により押し付けられ、このローラ５３を容器１の軸回転に伴って容器１の胴部上を転動させる。ローラ５３はロッド５４の先端に回転自在に支持され、ロッド５４の基端には光電式の変位センサー（図示せず）が設けられている。この変位センサーの出力はロッド５４の往復動に応じて変動するので、その出力から容器１の胴径を判別する。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記した胴径検査装置では、容器１の外周面にローラ５３を押し付けて接触させるので、容器１が位置ずれしたり、ローラ５３が転動時に飛び跳ねたりすると、変位センサーの出力に誤差が生じ、検査の精度が悪くなる。また、長期にわたる使用によってローラ５３の摩耗やがたつきが発生し、検査の精度が次第に低下していくという問題もある。
【０００６】
この発明は、上記問題に着目してなされたもので、容器の外形を非接触で光学的に検査することにより、容器の位置ずれやローラの飛跳ね現象などの悪影響を受けることなく高精度の検査ができ、しかも、長期にわたって検査の精度を維持できる容器の外形検査装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
この発明による容器の外形検査装置は、容器の外形を非接触で光学的に検査するものであって、容器の外周面の所定の高さ位置へ光軸と平行な光束より成る水平な板状光を互いに平行に照射するための一対の投光器と、各投光器と組をなし各投光器からの光をそれぞれ受光するための一対の受光器と、各受光器の受光量から容器による板状光の遮光度合を求めて容器の外形の良否を判別する判別装置とを備えている。
一方の組をなす投光器と受光器とは板状光の光路の一部が容器の一側部分によって遮られるような対向位置に位置決めされる。また、他方の組をなす投光器と受光器とは板状光の光路の一部が容器の他側部分により遮られるような対向位置に位置決めされる。
【０００８】
この発明の上記した構成において、「容器」は、ガラス製、合成樹脂製、金属製、陶磁製などの各種の容器を含み、透明であるか、不透明であるかは問わない。また、「水平な板状光」とは、断面形状が矩形状等の薄板を水平に置いたような形態の光束を意味する。さらにまた、「板状光を互いに平行に照射する」とは、２枚の薄板を同一平面上に向きを揃えて並べたような形態で照射することを意味する。
なお、上記した構成のうち、「判別装置」は、専用のハードウェア回路によって実現することができるが、プログラムされたコンピュータによって実現することもできる。
【０００９】
この発明の好ましい実施態様においては、容器の投光器から距離の誤差の許容度を高めるために、各投光器は、光源からの光を集光してスリットを通過させる集光レンズと、前記スリットの通過光を投光レンズの焦点位置に位置させた絞りの開口を通過させることにより前記板状光を生成するテレセントリック光学系とを含むものであるが、各投光器は必ずしもそのような構成に限られるものではない。
【００１０】
前記判別装置が容器の外形の良否を判別するには種々の方法があるが、その一は、容器が少なくとも半回転する間の各受光器の受光量をそれぞれ抽出して容器による板状光の遮光度合の最大値と最小値とを求め、前記最大値および最小値を所定の判定基準値と比較することにより容器の外径の良否を判別するものであり、その二は、容器が少なくとも半回転する間の各受光器の受光量をそれぞれ抽出して容器による板状光の遮光度合の最大値と最小値との差を求め、その差を所定の判定基準値と比較することにより容器の真円度の良否を判別するものである。
【００１１】
好ましい実施態様においては、投光器の光量の変化を補償するために、前記判別装置は、各受光器の受光量を板状光の光路が容器によって遮られないときの各受光器の受光量でそれぞれ割る演算を実行する一対の除算手段と、各除算手段による演算結果を加算して容器による板状光の遮光度合を求める加算手段とを含んでいる。
【００１２】
【作用】
検査対象の容器を互いに対向する一対の投光器と一対の受光器との間の所定の検査位置に導入した後、各投光器を作動して容器の外周面の所定の高さ位置へ光軸と平行な光束より成る水平な板状光を互いに平行に照射する。一方の投光器からの板状光は、その光路の一部が容器の一側部分により遮られ、容器の側方を通過した光が前記投光器と組をなす受光器により受光される。他方の投光器からの板状光は、その光路の一部が容器の他側部分により遮られ、容器の側方を通過した光が前記投光器と組をなす受光器により受光される。判別装置は、各受光器の受光量から容器による板状光の遮光度合を求め、その遮光度合を正常な容器のものと比較することにより容器の外形の良否を判別する。
【００１３】
【発明の実施の形態】
図１および図２は、この発明の一実施例である容器の外形検査装置の構成を示している。
図示例の外形検査装置は、左右一対の投光器２Ａ，２Ｂと、各投光器２Ａ，２Ｂとそれぞれ組をなす左右一対の受光器３Ａ，３Ｂと、各受光器３Ａ，３Ｂの受光量が取り込まれる判別装置４とで構成されている。一対の投光器２Ａ，２Ｂと一対の受光器３Ａ，３Ｂとの中間に検査位置が設定され、この検査位置には検査対象の容器１を支持する回転テーブル５が配置されている。この回転テーブル５は、モータを駆動源とする駆動装置６によって駆動されるもので、回転テーブル５上に支持した容器１を回転テーブル５により軸回転させつつ容器１の外形を検査する。
【００１４】
各投光器２Ａ，２Ｂは、容器１の外周面の所定の高さｈの位置へそれぞれの光軸Ｃ_Ａ，Ｃ_Ｂと平行な光束より成る水平な板状光Ｌ_Ａ，Ｌ_Ｂ（例えば、光束の断面の厚みが０．２〜０．５ｍｍ程度のもの）を互いに平行に照射するもので、図３および図４に示すように、発光ダイオードなどの光源２０からの光を集光して矩形状のスリット２１を通過させる集光レンズ２２と、前記スリット２１を通過させた光を投光レンズ２３の焦点位置に位置させた絞り２４に集めてその開口２４ａを通過させることにより前記板状光Ｌ_Ａ，Ｌ_Ｂを生成するテレセントリック光学系２５とを含んでいる。
テレセントリック光学系では絞りの開口はピンホール状の微小開口であるので、前記テレセントリック光学系２５を経て生成された板状光Ｌ_Ａ，Ｌ_Ｂは、理論上は光軸Ｃ_Ａ，Ｃ_Ｂと平行な光束のみから成るものであるが、実際には前記絞り２４の開口２４ａは計測に必要な光量を確保するために相応の大きさの口径に設定してあるので、光軸Ｃ_Ａ，Ｃ_Ｂと平行な主光線を中心として外周方向へ開く光成分を有している。
【００１５】
各受光器３Ａ，３Ｂは、各投光器２Ａ，２Ｂからの板状光Ｌ_Ａ，Ｌ_Ｂのうち、容器１に遮られずにその側方を通過した光Ｌ_Ａ′，Ｌ_Ｂ′をそれぞれ受光するもので、図示していないが、受光レンズやフォトダイオードなどの受光素子をもって構成されている。
【００１６】
一方の組をなす投光器２Ａと受光器３Ａとは、板状光Ｌ_Ａの光路の一部が容器１の一側部分１Ａによって遮られるような対向位置に位置決めされている。また、他方の組をなす投光器２Ｂと受光器３Ｂとは、板状光Ｌ_Ｂの光路の一部が容器１の他側部分１Ｂによって遮られるような対向位置に位置決めされている。
【００１７】
図５（１）は、適正な外径の容器１の両側部分に各板状光Ｌ_Ａ，Ｌ_Ｂがそれぞれ照射されたときの容器１による遮光度合（図中、黒塗りの部分が遮光）を示している。
同図において、一方の板状光Ｌ_Ａは６０％が、他方の板状光Ｌ_Ｂは４０％が、それぞれ容器１により遮光されており、従って、受光器３Ａは一方の板状光Ｌ_Ａの４０％を、受光器３Ｂは他方の板状光Ｌ_Ｂの６０％を、それぞれ受光し、両者の合計値は１００％（適正値）である。この合計値は、容器１に遮られずに通過した板状光Ｌ_Ａ，Ｌ_Ｂの割合を示すが、この数値は容器１による板状光Ｌ_Ａ，Ｌ_Ｂの遮光度合を示す数値でもある。
【００１８】
図５（２）は、適正な外径の容器１が図５（１）の位置からずれた位置に定位した場合において、その容器１の両側部分に板状光Ｌ_Ａ，Ｌ_Ｂが照射されたときの容器１による遮光度合を示している。
同図において、一方の板状光Ｌ_Ａは４０％が、他方の板状光Ｌ_Ｂは６０％が、それぞれ容器１により遮光されており、従って、受光器３Ａは一方の板状光Ｌ_Ａの６０％を、受光器３Ｂは他方の板状光Ｌ_Ｂの４０％を、それぞれ受光し、両者の合計値は１００％（適正値）である。
【００１９】
図５（３）は、適正な外径より大きな外径の容器１の両側部分に各板状光Ｌ_Ａ，Ｌ_Ｂが照射されたときの容器１による遮光度合を示している。
同図において、一方の板状光Ｌ_Ａは６０％が、他方の板状光Ｌ_Ｂも６０％が、それぞれ容器１により遮光されており、従って、受光器３Ａは一方の板状光Ｌ_Ａの４０％を、受光器３Ｂも他方の板状光Ｌ_Ｂの４０％を、それぞれ受光し、両者を合計値は８０％である。合計値の適正範囲を例えば９０％以上とすると、この値は不適正値となり、容器１は不良と判別される。
【００２０】
図５（４）は、適正な外径より小さな外径の容器１の両側部分に各板状光Ｌ_Ａ，Ｌ_Ｂが照射されたときの容器１による遮光度合を示している。
同図において、一方の板状光Ｌ_Ａは４０％が、他方の板状光Ｌ_Ｂも４０％が、それぞれ容器１により遮光されており、従って、受光器３Ａは一方の板状光Ｌ_Ａの６０％を、受光器３Ｂも他方の板状光Ｌ_Ｂの６０％を、それぞれ受光し、両者を合計値は１２０％である。合計値の適正範囲を例えば１１０％以下とすると、この値は不適正値となり、容器１は不良と判別される。
【００２１】
前記判別装置４は、各受光器３Ａ，３Ｂの受光量から容器１による板状光Ｌ_Ａ，Ｌ_Ｂの遮光度合を示すデータを求めて容器１の外径の良否を判別するもので、図６にその概略構成が示してある。
同図の判別装置４は、各受光器３Ａ，３Ｂの受光量を取り込んで加算演算により板状光Ｌ_Ａ，Ｌ_Ｂの遮光度合を示すデータを算出する加算器４０と、加算器４０による演算結果を判定基準値と比較して容器１の外形の良否を示す判定結果を出力する比較器４１とを含んでいる。この判別装置４における演算処理は、アナログ量のまま行ってもよく、アナログ量をデジタル量に変換して行ってもよい。
【００２２】
図７は、判別装置４の具体例を示している。図示例の判別装置４は、容器１を回転テーブル５により半回転させる間に連続して各受光器３Ａ，３Ｂの受光量をそれぞれ抽出し、その抽出した受光量を用いて所定の演算を実行することにより容器１による板状光Ｌ_Ａ，Ｌ_Ｂの遮光度合を示すデータの最大値、最小値、および最大値と最小値との差を算出した後、最大値、最小値、およびその差を所定の判定基準値と比較することにより容器１の外径の良否と真円度の良否とを判別するものである。
【００２３】
図示例の判別装置４には、一方の受光器３Ａの受光量を増幅するアンプ４２Ａと、その増幅出力をサンプリング信号により抽出して保持するサンプルホールド回路４４Ａと、他方の受光器３Ｂの受光量を増幅するアンプ４２Ｂと、その増幅出力をサンプリング信号により抽出して保持するサンプルホールド回路４４Ｂとが含まれている。前記サンプルホールド回路４４Ａ，４４Ｂは、回転テーブル５上に容器をセットしない状態で投光器２Ａ，２Ｂを動作させ、所定の１回のタイミングで各受光器３Ａ，３Ｂの受光量（容器によって遮光されないときの受光量）をそれぞれ抽出するためのものである。
【００２４】
前記判別装置４は、さらに、各アンプ４２Ａ，４２Ｂの増幅出力（容器による遮光時の受光量）をサンプルホールド回路４４Ａ，４４Ｂによる抽出データ（非遮光時の受光量）で割るアナログ演算を実行する２個の除算器４５Ａ，４５Ｂと、各除算器４５Ａ，４５Ｂの出力値を加算して遮光度合を示すデータを連続的に算出する加算器４６と、この加算器４６で算出された遮光度合を示すデータのピーク値（最大値）をホールドするピーク値ホールド回路４７ａ、ボトム値（最小値）をホールドするボトム値ホールド回路４７ｂ、およびピーク値（最大値）とボトム値（最小値）との差を算出する減算器４７ｃを含む最大値・最小値等算出回路４７と、この最大値・最小値等算出回路４７で得られた最大値および最小値をそれぞれの判定基準値と比較して容器１の外径の良否を判別する比較器４８ａ，４８ｂ、および最大値・最小値等算出回路４７で得られた最大値と最小値との差を判定基準値と比較して容器１の真円度の良否を判別する比較器４８ｃを含む比較回路４８とを含んでいる。
この実施例では、最大値、最小値、およびその差のうちのいずれかが判定基準値を越えた場合、比較回路４８は容器の外形が不良である旨の判定結果を出力する。
【００２５】
図７の実施例では、判別装置４は各受光器３Ａ，３Ｂの受光量をアナログ量のままで各種演算や処理を行って容器１の良否判定を行っているが、図８および図９に示す実施例のように、適所にＡ／Ｄ変換器４９Ａ，４９Ｂを組み込むことによりアナログ量をデジタル量に変換して各種演算や処理を行ってもよい。
【００２６】
図８の実施例では、判別回路４には、一方の受光器３Ａの受光量を増幅するアンプ４２Ａの増幅出力をサンプリング信号による抽出して保持する２個のサンプルホールド回路４３Ａ，４４Ａと、他方の受光器３Ｂの受光量を増幅するアンプ４２Ｂの増幅出力をサンプリング信号による抽出して保持する２個のサンプルホールド回路４３Ｂ，４４Ｂとが含まれている。
前記サンプルホールド回路４３Ａ，４３Ｂは、回転テーブル５上に検査対象の容器１をセットした状態で投光器２Ａ，２Ｂを動作させ、回転テーブル５の回転により容器１が半回転する間の複数のタイミングで各受光器３Ａ，３Ｂの受光量をそれぞれ抽出するためのものであり、これらのサンプルホールド回路４３Ａ，４３Ｂによる所定個数の抽出データ（容器による遮光時の受光量）について他方のサンプルホールド回路４４Ａ，４４Ｂによる抽出データ（非遮光時の受光量）で割る演算を２個の除算器４５Ａ，４５Ｂで行い、各除算器４５Ａ，４５Ｂの出力をそれぞれＡ／Ｄ変換器４９Ａ，４９Ｂによりデジタル量に変換している。
なお、この実施例の最大値・最小値等算出回路４７は、図７の実施例におけるピーク値ホールド回路４７ａおよびボトム値ホールド回路４７ｂに代えて、ピーク値を更新しつつ記憶するメモリ４７ｄとボトム値を更新しつつ記憶するメモリ４７ｅとを含むものである。
【００２７】
図９の実施例は、各サンプルホールド回路４３Ａ，４３Ｂ，４４Ａ，４４Ｂによる抽出データをＡ／Ｄ変換器４９Ａ，４９Ｂによりデジタル量に変換して、それ以降の演算および処理を行うものである。
【００２８】
上記した構成の外形検査装置により容器１の外形を検査するには、検査対象の容器１を互いに対向する一対の投光器２Ａ，２Ｂと一対の受光器３Ａ，３Ｂとの間に位置する回転テーブル５上に導入した後、各投光器２Ａ，２Ｂを作動させて容器１の外周面の所定の高さｈの位置へ光軸Ｃ_Ａ，Ｃ_Ｂと平行な光束より成る水平な板状光Ｌ_Ａ，Ｌ_Ｂを互いに平行に照射する。
【００２９】
一方の投光器２Ａからの板状光Ｌ_Ａはその光路の一部が容器１の一側部分１Ａにより遮られ、容器１の側方を通過した光Ｌ_Ａ′が前記投光器２Ａと組をなす受光器３Ａにより受光される。
また、他方の投光器２Ｂからの板状光Ｌ_Ｂはその光路の一部が容器１の他側部分１Ｂにより遮られ、容器１の側方を通過した光Ｌ_Ｂ′が前記投光器２Ｂと組をなす受光器３Ｂにより受光される。
【００３０】
判別装置４は、各受光器３Ａ，３Ｂの受光量を取り込んで所定の演算および処理を実行することにより容器１の外形の良否を判別する。
この検査において、容器１は回転テーブル５によって軸回転させ、容器１が半回転する間の各受光器３Ａ，３Ｂの受光量がそれぞれ抽出される。それぞれの受光量の抽出データと、サンプルホールド回路４４Ａ，４４Ｂによってあらかじめ抽出された受光量、すなわち、回転テーブル５上に容器１をセットしない状態で投光器２Ａ，２Ｂを動作させることにより得られた各受光器３Ａ，３Ｂの受光量とを用いて、除算器４５Ａ，４５Ｂによる割り算と加算器４６のよる加算演算とを順次実行し、容器１による板状光Ｌ_Ａ，Ｌ_Ｂの遮光度合を示すデータを求める。さらに、最大値・最小値等算出回路４７によって前記遮光度合を示すデータの最大値、最小値、および最大値と最小値との差を算出し、最大値、最小値、およびその差を比較回路４８で所定の判定基準値と比較することにより容器１の外径の良否と真円度の良否とを判別するものである。
【００３１】
【発明の効果】
この発明によれば、容器の外形を非接触で光学的に検査するので、従来の接触式の検査装置のように容器の位置ずれやローラの飛跳ね現象などの悪影響を受けることがなく、高精度の検査を実現できる。また、ローラの摩耗やがたつきが発生することもないので、長期にわたって検査の精度を維持できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の一実施例である容器の外形検査装置の構成を示す平面図である。
【図２】容器に対する板状光の照射状態を示す正面図である。
【図３】投光器の構成と板状光の生成過程とを示す平面図である。
【図４】投光器の構成と板状光の生成過程とを示す側面図である。
【図５】板状光の容器による遮光度合を示す説明図である。
【図６】判別装置の概略構成を示すブロック図である。
【図７】判別装置の具体例を示すブロック図である。
【図８】判別装置の他の具体例を示すブロック図である。
【図９】判別装置の他の具体例を示すブロック図である。
【図１０】従来の接触式の外形検査装置の構成を示す平面図である。
【符号の説明】
１容器
２Ａ，２Ｂ投光器
３Ａ，３Ｂ受光器
４判別装置
２０光源
２１スリット
２２集光レンズ
２３投光レンズ
２４絞り
２５テレセントリック光学系

Claims

容器の外形を非接触で光学的に検査する外形検査装置であって、容器の外周面の所定の高さ位置へ光軸と平行な光束より成る水平な板状光を互いに平行に照射するための一対の投光器と、各投光器と組をなし各投光器からの光をそれぞれ受光するための一対の受光器と、各受光器の受光量から容器による板状光の遮光度合を求めて容器の外形の良否を判別する判別装置とを備えており、一方の組をなす投光器と受光器とは板状光の光路の一部が容器の一側部分によって遮られるような対向位置に位置決めされ、他方の組をなす投光器と受光器とは板状光の光路の一部が容器の他側部分によって遮られるような対向位置に位置決めされて成る容器の外形検査装置。
各投光器は、光源からの光を集光してスリットを通過させる集光レンズと、前記スリットの通過光を投光レンズの焦点位置に位置させた絞りの開口を通過させることにより前記板状光を生成するテレセントリック光学系とを含んで成る請求項１に記載された容器の外形検査装置。
前記判別装置は、容器が少なくとも半回転する間の各受光器の受光量をそれぞれ抽出して容器による板状光の遮光度合の最大値と最小値とを求め、前記最大値および最小値を所定の判定基準値と比較することにより容器の外径の良否を判別する請求項１に記載された容器の外形検査装置。
前記判別装置は、容器が少なくとも半回転する間の各受光器の受光量をそれぞれ抽出して容器による板状光の遮光度合の最大値と最小値との差を求め、前記差を所定の判定基準値と比較することにより容器の真円度の良否を判別する請求項１に記載された容器の外形検査装置。
前記判別装置は、各受光器の受光量を板状光の光路が容器によって遮られないときの各受光器の受光量でそれぞれ割る演算を実行する一対の除算手段と、各除算手段による演算結果を加算して容器による板状光の遮光度合を求める加算手段とを含んでいる請求項１，３，４のいずれかに記載された容器の外形検査装置。