JP2008107347A - ガラス容器を検査する装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】壜上の垂直、水平及びその他あらゆる角度の亀裂を検知することができるユーザーが使い易く且つ容易に調整できるガラス容器を検査するための装置の提供。
【解決手段】検査ステーションにおいて、回転しているガラス容器の口部を検査するための装置。一対の光源(20,21)が、容器(10)の軸線に対して直角に関連付けられ且つ当該容器の軸線と交差する水平光軸を有している。光源は、容器の口部を照射する。照射された割れは、容器の軸線と一致しており且つ光軸及び水平に対して45°の角度を形成しているカメラ軸線を有しているカメラによって見ることができる。
【選択図】図1

Description

本発明は、ガラス容器の欠陥の有無を検査する装置に関し、より特別には、半透明なガラス容器内の亀裂の有無を検査する装置に関する。
ガラス容器産業においては、ガラスの小さな亀裂又は割れは、“割れ欠陥”と称される。割れは、ミリメートル未満から数百ミリメートルまでの範囲に亘っており且つ垂直方向から水平方向までのどのような向きにも配向され得る。ガラスは、その特性から結晶構造ではないけれども、ほとんどの亀裂は、おおまかには、殆どがその位置でのガラスの形状によって決定される空間内にてある向きの面に沿って進行する。例えば、口部の上面において垂直亀裂として始まる亀裂は、主として垂直面内で進行する。割れは、如何なる向き及び容器の如何なる部分にも現れ、ガラス内全体に存在することができ又は片面若しくは両面へと進入するかも知れない。割れは、位相物体と考えられ且つ固体対象物のように光を吸収しない。割れは、亀裂における対向する面同士の離隔距離が光の波長の少なくとも半分である場合に、主として反射性を有する。しかしながら、比較的小さな離隔距離を有する極めて少量の割れは、光を反射し、従って、直接反射方法によっては検知できそうにはないが、これらは、容器の一方又は両方の面へと貫通したときに散乱点を有し、散乱光をセンサーへと戻すであろう。
これらの亀裂欠陥のほとんどは、壜を著しく弱くし、破壊又は漏れを生じさせることが多い。従って、壜の製造においては、これらの容器が保管場所に到達する前にこれらの容器を排除することが好まれる。容器の口部近くに発生する割れは、口部の割れと呼ばれる。ガラス壜工業においては、“容器の口部”という用語は、口部、ねじ部又はビード及びリングを規定している壜の部分を指している。口部の上面はシール面と称される。
殆ど全ての市販によって入手可能な割れ検知器は、反射光の原理によって作動する。一般的な割れ検知器は、一連の連続的に作動する点光源と、これと組み合わせられた光検知器とからなり、これらは、検査ステーションにおいて回転する壜上の既知の割れが光源のうちの一つからの光を光検知器のうちの一つへと反射させるように配置されている。光検知器の出力の信号処理によって、周辺光、壜の側壁からの反射等によって生じる低周波数の信号の変動を排除しながら、鋭いピークが拾われる。
市販によって入手可能な割れ検知器は、ほとんどのガラス壜製造ライン上に首尾良く配備されるけれども、この方法には幾つかの欠点が存在する。すなわち、これらのうちの幾つかは、多くの起こり得る反射角度のために多くの点検出器が必要とされ、幾つかのセンサー角度は位置決めが難しく、より多くの製造欠陥が現れるにつれて付加的なセンサー及び光を追加する必要があり、各タイプの容器に対して時間のかかる配置が必要とされ、一つの検査ラインと別の検査ラインとの間で同じ配置を再生するのが難しいという欠点を有する。
以下の米国特許第4,701,612号、第4,945,228号、第4,958,223号、第5,020,908号、第5,200,801号、第5,895,911号、第6,104,482号、第6,211,952号及び第6,275,287号は、全て、容器の口部の欠陥を検査する装置に関するものである(特許文献1乃至9参照)。
米国特許第4,701,612号 米国特許第4,945,228号 米国特許第4,958,223号 米国特許第5,020,908号 米国特許第5,200,801号 米国特許第5,895,911号 米国特許第6,104,482号 米国特許第6,211,952号 米国特許第6,275,287号
本発明の目的は、壜上の垂直、水平及びその他あらゆる角度の亀裂を検知することができるユーザーが使い易く且つ容易に調整できるガラス容器を検査するための装置を提供することである。
本発明のもう一つ別の目的は、既知のタイプの割れ及び如何なる新しい割れをも、特別な配置要件を必要とすることなく検査することができる検知器を提供することである。
本発明のその他の目的及び利点は、特許法の要件に従って、本発明の原理を組み入れた現在の好ましい実施形態を示している添付図面から明らかとなるであろう。
本発明に従って、前記検査ステーションにおいてガラス容器を回転させる手段と、第一及び第二の垂直方向に延びている光源であり、当該第一及び第二の光源の光軸が、水平であり且つ口部において前記ガラス容器の軸線に対して直角の角度を規定している前記第一及び第二の光源と、前記光軸によって前記容器の軸に交差しており且つ水平に対して上方約45°で且つ各光軸に対して45°の角度を規定している検知器軸を有しているカメラと、によって検査ステーションにおいてガラス容器の口部を検査するための装置が構成されている。
本発明は、特許法の要件に従って、本発明の原理を組み入れた現在の好ましい実施形態を示している添付図面から明らかとなるであろう。
ガラス容器(壜)を検査する装置においては、容器10は、コンベア12に沿って、図1に示されている検査ステーションまで搬送される。コンベアは、直線ベルトであっても又はタレットタイプの給送装置であっても良い。容器10は、上方及び下方の後方アイドラローラの対14及び前方の駆動ホイール16と係合して、駆動ホイールの時計方向の回転が容器を反時計方向に回転させるようになされている。検査が行われる間に容器が360度以上回転させることができるように、検査装置には十分な期間のコンベアの一次停止期間が存在する。容器の存在検知センサー18は、検査ステーションにおける容器の存在を検知するであろう(当該センサーは、上流に配置することができ、検査ステーションにおける容器の実際の存在は、上流の部品存在検知センサーによる容器の検知に続いて行われるエンコーダ計数によって規定することができる)。光源(光源♯1/20(図1及び2を参照)及び光源♯2/21)は、容器の口部を照射し、カメラ/22は口部の像を形成する。
図2は、カメラと光源との動作を示している。コンピュータ24は、オン/オフ信号を光源♯1/20及び光源♯2/21に送り、カメラトリガー信号をカメラ/22に送る。カメラは、カメラの露出期間中に容器の口部の像を受け取るためにマトリックス列状の部材(ピクセル)を備えている。カメラは、CCD、MOS又は次のトリガー信号まで像を記憶することができる同様のカメラとすることができる。トリガー信号を受け取ると、現在の像が取得され、“取得”としてコンピュータに送られ、この像は、コンピュータによって記録され且つ処理することができる。欠陥が特定されると、コンピュータは不合格信号を発生するであろう。
図3及び4から見ることができるように、容器の正の“Z”面内にある各光源のための光軸は、水平であり且つ容器の軸“A”と交差している。2つの光軸は、互いに直角であり且つカメラ検知器軸を含む垂直面に対して45°である。負の“Z”面内に配置されているカメラ/22のための検知器軸は、水平に対して45°である。この関係においては、カメラは、暗視野を見ており且つ割れ部から出てくる光のみを見ている。光源及びカメラは、異なる高さ/直径の容器に対して装置を再配置するために垂直方向及び水平方向に変位させることができる構造28によって支持されている。
検査をスタートさせるために、装置は、壜を検査ステーションへ搬送するであろう/30。壜を安定させるために駆動ホイールによって壜を十分な時間回転させた後に、コンピュータはカメラにトリガーをかけるであろう/32。これによって、像の取得が開始される。以下の説明は、明確化のために角度を使用して提供されているが、デジタル制御カメラにおいては、指示は、実際の角度を規定するよりもむしろ時間に基づくものとして、ほぼθ°(好ましい実施形態においては60°の角度)で何かが起こるときに、その角度にほぼ対応する適当な時間(パルスの数)を選択することができ、事象がおよそ7.5°毎であることが望ましい場合には、例えば、パルスを8で割ることができる。問いかけ“壜がθ°だけ回転したか?”/34(回転角度にほぼ対応するθ°又は選択されたパルス数を設定することができる)に対する答えが肯定である場合には、コンピュータは、当該カメラが(θ°の回転に続いて)再びトリガーがかけられるまでデータを取得するであろう/36。問いかけ“Y取得か?”に対するコンピュータによる答えが否定である場合には、コンピュータは再びカメラにトリガーをかけるであろう/32。問いかけ“Y取得か?”に対するコンピュータによる答えが肯定である場合(“Y”が設定されても良く且つ好ましい実施形態においては6である)には、コンピュータは、分析されるべきY取得からの像を形成するであろう/40。好ましい実施形態におけるように“Y”が6である場合に形成される像(臨界的な加重)は、口部の(ほぼ)360°全体の表面を表し且つ各々が8つの照射を結像している6つの取得の臨界的加重であろう。
この臨界的な加重は、欠陥が存在していることを示すデータを最大化するやり方で行われるであろう。臨界的な加重は、各ピクセル位置に対して、臨界的な加重を作り上げる6個の取得全てにおける対応ピクセルの最も高い強度を表すことができる。次いで、次の壜があるか?という問いかけ/44に対するコンピュータの答えが肯定である場合には、次の壜を処理することができる。
容器の成形特性によって発生された信号から、割れによって発生された信号を高めるために、まず最初に、基準すなわち“マスク像”が、検査機構中を動いている欠陥の無い一組のサンプル容器を使用して形成することができる(欠陥の無い容器は“良品”と称され、欠陥を有する容器は“不良品”として検査中に排除する必要がある)。若干異なる構造的変化並びに振動及び回転による信号の小さな変動を含むかも知れない種々の型による良品によって生じる信号の全てを受け入れるためには、多量の像を取得し且つ処理してマスク像を形成することができる。これらの像は、型きず、ねじ部、継ぎ目及び良品のカーブした面による光の反射の起こり得る変動の殆ど全てを含んでいる。マスク像は、良品の像の全てを組み合わせることによって形成される。マスク像が形成され且つ良品によって形成された基準マスクと比較される。像とマスクとの違いは、割れ欠陥によって形成される信号を示している。
図6は、光源の動作を示している。“像取得が始まったか?”という問いかけ/52に対するコンピュータの答えが肯定である場合には、コンピュータは、角度“a”に対する光を“オン”に切り換える/54(“a”は、設定することができ且つ規定された数のパルスとすることができる)。“容器が“φ°”だけ回転したか?”という問いかけ/56に対するコンピュータの答えが肯定であり(φは設定できる)、且つ“容器はθ°回転したか?”という問いかけ/58に対するコンピュータの答えが否定である場合には、光源は再び“オン”に切り換えられるであろう。この問いかけに対する答えが肯定であり(取得当たりθ/φパルスである)、““Y”像が得られたか?”という問いかけ/60に対する答えが否定である場合には、表面全体が結像され、“Y”像が得られるまで全過程が繰り返される(取得当たりY個のパルス)。次いで、“次の容器が検知されたか?”という問いかけ/62に対するコンピュータの答えが肯定である場合には、次の壜に対して全過程が繰り返される。光が全時間に亘ってオンされている場合には、カメラはトリガーがかけられる(aはθ°に等しいように設定することができる)。
ノイズを減らすために、好ましい実施形態においては、aは、表面の角度φ°の小部分(25%)が照射されるように規定されている。光源がaの小部分のみが“オン”であるときに、ある容器を不合格とさせる割れの像が形成されることが判明した。この小部分は、所望の結果を達成するように実験的に変更することができる。結像プロセスを、容器の口部の割れに関して開示したけれども、胴部又はヒール部の割れ及びその他の欠陥を特定するために使用することができる。
図7は、φ°(好ましい実施形態においては7.5°)乃至θ°(好ましい実施形態においては60°)毎に、a°でオンされる光源によって構成されている像の取得のタイミングを示している。a/φ°の比が小さくなればなるほど、所望の信号と干渉するためにより少ないノイズを利用できるであろう。
光源70(図8及び9)は、鏡の円弧状の区分である。図示されているように、平らなパネル71上に取り付けられている光源は、光軸に直角であり且つ点線で示されている容器10の口部に面している。区分は、内側及び外側(又は3若しくは4個の)LEDの列72を有し、中央のLED74は光軸に平行に位置している光軸を規定しており、残りのLEDは、光軸から離れる方向へ進むにつれて、光軸に向かって連続的に傾いている。光軸の好ましい位置はシール面上であるが、シール面から口部の底部までの間の位置に配置することができる。好ましい実施形態が取り組もうと試みている理想的な幾何学的構造は、円錐の頂部及び底部が暗く、カメラが光の如何なる直接的な光の反射をも見ないようになされた円錐形照射のものである。口部を円環体として見ると、この円錐形の幾何学的構造は、最大の光が直接反射によって口部に投射されるのを可能にする。口部の異常(割れ)のみがカメラに対して直接的な反射を生じさせるであろう。
〔発明の効果〕
この装置は以下の利点を有する。領域センサーは壜領域の像を結像させるので、この領域内の殆ど全ての割れを検知することができる。これによって、割れは検査部の特別な向き及び位置とは独立しており、従って、構成を変えることなく、“新しい”割れを検知することが可能になる。領域列センサー及び光源の配置は、基本的には、壜の幾何学的構造に依存しないであろう。殆どの容器に対して、殆ど又は全く調整しないで据え付けることがより容易となるであろう。
図1は、本発明の教示に従ってなされたガラス容器の割れ及びその他の欠陥の検査のための装置の検査ステーションの正面斜視図である。 図2は、図1に示された光源の対及びカメラの動作を示しているブロック図である。 図3は、一対の光源及びカメラの光軸を示している検査ステーションにおける容器の頂面図である。 図4は、図3に示された光源及びカメラの光軸を示している側面図である。 図5は、検査装置のカメラ装置の動作を示している論理図である。 図6は、検査装置の照明装置の動作を示している論理図である。 図7は、光源の動作を示しているタイミング図である。 図8は、光源のうちの一つの側面図である。 図9は、光源のうちの一つのLEDが口部に向けて狙いを定める方法を示している側面図である。
符号の説明
10 容器、
12 コンベア、
14 アイドラローラの対、
16 駆動ホイール、
18 検知センサー、
22 カメラ、
24 コンピュータ

Claims (9)

  1. 検査ステーションにおいて垂直ガラス容器の口部を検査するための装置であり、
    前記検査ステーションにおいてガラス容器を回転させる手段と、
    第一及び第二の垂直方向に延びている光源であり、当該第一及び第二の光源の光軸が、水平であり且つ口部において前記ガラス容器の軸線に対して直角の角度を規定している前記第一及び第二の光源と、
    前記光軸によって、前記容器の軸と交差し且つ水平に対して上方約45°で且つ各光軸に対して45°の角度を規定している検知器軸を有しているカメラと、
    を含む検査ステーションにおいてガラス容器の口部を検査するための装置。
  2. 請求項1に記載の検査ステーションにおいて垂直ガラス容器の口部を検査するための装置であって、
    前記第一の光源が、当該第一の光源の光軸を規定している少なくとも1つのLEDを含むLEDの垂直列であり、前記第二の光源が、当該第二の光源の光軸を規定している少なくとも1つのLEDを含むLEDの垂直列であるようになされた装置。
  3. 請求項2に記載の検査ステーションにおいて垂直ガラス容器の口部を検査するための装置であって、
    各光源が、前記光源のための光軸を規定しているLEDの垂直方向上方に延びている第一の複数のLEDと、前記光源のための光軸を規定しているLEDの垂直方向下方に延びている第二の複数のLEDと、を含んでいる装置。
  4. 請求項3に記載の検査ステーションにおいて垂直ガラス容器の口部を検査するための装置であって、
    前記第一の複数のLEDの各々が、前記第一の光軸からの距離の関数として、前記第一の光源の光軸に向かって連続的に傾いており、前記第二の複数のLEDの各々が、前記第二の光軸からの距離の関数として、前記第二の光源の光軸に向かって連続的に傾いている装置。
  5. 請求項2に記載の検査ステーションにおいて垂直ガラス容器の口部を検査するための装置であって、
    前記LEDの垂直列が、水平方向に隣接しているLEDの対を含んでいる装置。
  6. 請求項2に記載の検査ステーションにおいて垂直ガラス容器の口部を検査するための装置であって、
    前記LEDの垂直列が鏡の円弧を形成している装置。
  7. 請求項4に記載の検査ステーションにおいて垂直ガラス容器の口部を検査するための装置であって、
    前記LEDの垂直列が鏡の円弧を形成している装置。
  8. 請求項5に記載の検査ステーションにおいて垂直ガラス容器の口部を検査するための装置であって、
    前記LEDの垂直列が鏡の円弧を形成している装置。
  9. 請求項1に記載の検査ステーションにおいて垂直ガラス容器の口部を検査するための装置であって、
    前記光源が、選択された“オン”時間を有し、選択された“オフ”時間がそれに続き、
    前記光源を、複数の連続した回数だけ、“オン”と“オフ”に切り換えるための手段が設けられ、
    前記光源が前記の複数回数だけ連続的に“オン”及び“オフ”に切換られている間に、前記ガラス壜が規定された回転角度だけ回転し、
    前記カメラは、ガラス容器の選択された照射された部分の像を結像させるためのトリガー可能な結像部分を含んでおり、
    前記カメラは、前記回転しているガラス容器が前記規定された回転角度だけ回転するのに必要な時間と少なくとも等しい露出時間を有している装置。
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