JP2014522988A - 透明材料の材料欠陥の信頼できる検出を行う検出装置及び方法 - Google Patents

Abstract

本発明は、透過光と反射光の中で、搬送方向に直交する向きに広がりを有している帯状の透明材料を検査することによって、この切れ目なく製造された帯状の材料内の材料欠陥の信頼できる検出を行う検査装置及び方法において、次の特徴を有する。即ち、ａ）前記帯状の材料に対して直交する向きに配置され、一定の光束を有する線形ランプ(６)と、同様に前記帯状野材料に対して直交する向きに配置され、振幅する光束を有している隣接ランプ(５)と、追加の明視野証明装置（８）と、追加の暗視野照明装置（２）とによって、透過光と反射光の中にある、帯状の透明材料を途切れることなく照明し、前記線系ランプ（６）が表面上に描かれた線格子（７）を有しており、ｂ）留め付けポータル上に配置されている、ラインスキャンカメラ（９、１）を用いて、帯状の透明材料の全幅を越えて広がる検出領域を途切れることなく検出し、ｃ）前記ランプ（５、６、２、８）とカメラ（９、１）の機能を監視し、ｄ）生じている欠陥の検出及び分類を行う動作プログラム、又は学習プログラムであって、透明部材内で欠陥と検出された位置又は領域を、それらが一定の確実性を有している場合に固有の欠陥と解さず、代わりに、これらの位置又は領域を学習プロセスにおいて重要なものでない部分と分類することを提供する学習プログラムを実行することを特徴とする。

Description

本発明は、材料の屈折率の変化を引き起こす、引っ掻き、外来の混入物あるいは同様の材料欠陥に対する板ガラスおよび/またはプラスチック製品のような透明または半透明の目的物のチェックおよび検出を行う装置および方法に関する。

特許文献１は、観測された画像の評価を用いて、ガラス等の透明材料の広面積な一区画内にある、特に屈折力についての光学的欠陥を測定する装置およびそのための方法を示す。この装置は、少なくとも２つの異なる光の強度を含む、規則的な配列で構成されている定められたパターンを投射するための光源と、投射光路内で検査される一区画を用意するための手段と、カメラと、を備えている。前記配列のパターンは、カメラの撮像素子に向けられている。

特許文献１に関し、前記装置では、既知であると思われるが、ある一区画の少なくとも１次元の光学的欠陥を観測可能な装置を提供することを目的としている。

この目的は、光源がマトリクス状に輝く光の壁となっている状況下において達成される。前記光源は、好ましくは行および／または列毎に選択的に駆動可能な多数のＬＥＤで構成されている。

配列は、この場合、厳密に等距離でなければならず、それらの規則的な構造にずれがあってはならない。そのようなずれは、この方法による測定結果を無効なものにしてしまう。

更に、特許文献２は、透明材料内の欠陥を検出する方法と、そのための装置について記述する。そこでは、材料の定められたサブボリュームが第１の放射線源の光にさらされ、その光は、前記サブボリューム内を通る光路が材料内部で排他的に伸びるようにして第２の放射線源の光と前記材料内において結合される。

この方法では、サブボリューム内の欠陥は、次の事実によって認識される。
（ａ）欠陥による光の散乱、または、
（ｂ）欠陥によって明るい部分の光の吸収、および／または、
（ｃ）欠陥に起因する第１の放射線源の光のずれ、の検出。

欧州特許第ＥＰ１２８８６５１Ｂ１号 欧州特許第ＥＰ１４７７７９３Ａ２号

本発明の装置及びその方法の目的は、透明材料、特にガラス内で生じ得る全ての考えうる欠陥を、確実に検出し、分類し得る装置及びその方法を提供することである。更に、装置の操作又は方法の信頼性が確実であるということを任意の時にユーザーが確認できるようにするものである。

この目的は、請求項１乃至請求項３に記載の発明によって達成される。

即ち、請求項１に記載の装置は、透過光と直接光の中で、搬送方向に直交する向きに広がる透明材料から成るリボンのストリップを検査することによって、連続的に製造された透明材料のリボン内の欠陥を検出する検査装置において、ａ）検査される透明材料の幅内にある留め付けポータル（１１）はリニアカメラ（９）の支持部として使用され、このリニアカメラ（９）は、それらの捕捉領域に関し、ギャップを伴わずにこの幅を覆い、前記透明材料のリボンは、光束が一定なリニア発光手段（６）及び前記発光手段（６）に隣接し、光束が発振するリニア発光手段（５）によって、ギャップを伴わずに搬送させながら照射されており、追加の明視野照明装置（８）は直接光により前記検査されるストリップを照射しており、ｂ）前記留め付けポータル（１１）はさらに別のリニアカメラ（１）の支持部として使用され、前記カメラの光軸は、前記別のリニアカメラ（１）に対して僅かに傾斜され、前記別のリニアカメラ（１）は、それらの捕捉領域に関し、ギャップを伴わずに前記幅を覆い、前記別のリニアカメラ（１）は前記発光手段（６）の表面上にある線格子（７）を観察し、前記検査されるストリップは暗視野照明装置（２）による直接光により照射され、ｃ）前記複数の発光手段（５、６、２、８）と前記複数のリニアカメラ（９、１）の動作を監視する装置と、を備えていることを特徴とする。

請求項２に記載の装置は、請求項１に記載の装置において、前記線格子（７）は、その前記発光手段（６）の表面を縦方向半分だけ覆うことを特徴とする。

請求項３に記載の装置は、請求項１または請求項２に記載の装置において、透明材料のリボンの速度を記録し、前記複数のリニアカメラ（９、１）の線周波数を適合させるセンサを備えたことを特徴とする。

この目的は、また、請求項４乃至請求項８に記載の方法によって達成される。

請求項４に記載の方法は、透過光と直接光の中で、搬送方向に直交する向きに広がる透明材料から成るリボンのストリップをテストすることによって、連続的に製造された透明材料のリボン内の欠陥を検出する検査方法において、ａ）追加の明視野照明装置（８）及び追加の暗視野照明装置（２）と同様に、リボンを横切るように配置され、表面に線格子（７）を有している、光束が一定なリニア発光手段（６）と、同様にリボンを横切るように配置され、光束が発振する、隣接するリニア発光手段（５）とを用いて、透過光及び直接光内で、ギャップを伴わないで透明材料のリボンを照明し、ｂ）留め付けポータル（１１）上に配置される、前記複数のリニアカメラ（９、１）を用いて透明材料のリボンの幅を越えて広がる捕捉領域を、ギャップを伴わずに捕捉し、ｃ）前記複数の発光手段（５、６、２、８）と前記複数のリニアカメラ（９、１）の機能を監視し、ｄ）生じている材料欠陥を検知し、分類する動作プログラム、または学習プログラムであり、透明部材内で欠陥と検出された位置又は領域を評価し、位置又は領域が一定の確実性を有している場合に、現実のエラーで無いと評価し、代わりに、これらの位置及び領域を学習プロセスにおいて重要でない部分と分類することを提供する学習プログラムを実行することを特徴とする。

請求項５に記載の方法は、請求項４に記載の方法において、前記学習プログラムが、透明部材のリボンの限定領域を特定のモードでラインに沿って評価できるようにする機能を備えていることを特徴とする。

請求項６に記載の方法は、請求項４又は請求項５に記載の方法において、透明部材のリボンの移動速度をセンサによって検出し、前記複数のリニアカメラ（９、１）の線周波数をそれに適合させることを特徴とする。

請求項７に記載のコンピュータプログラムは、コンピュータにより実行された時、請求項４乃至請求項６のいずれか一項に記載の方法を実行するプログラムコードを有していることを特徴とする。

請求項８に記載の機械読み取り可能な記録媒体は、コンピュータにより実行された時、請求項４乃至請求項６のいずれか一項に記載の方法を実行するコンピュータプログラムのプログラムコードを有していることを特徴とする。

本発明による装置は、一方で、全ての機能工程の自律型常時監視を行うだけでなく、例えばフロートガラスリボンを定速移動させる場合のように、継続移動しているリボン状の透明材料内に生じている全ての製造欠陥を検知し、分類することを可能にする。これは、ユーザーに信頼できる検出および分類の可能性を提供するだけでなく、本発明による信頼できる装置の操作も常に保証する。
本発明による装置は、以下に詳細に説明される。

本発明による装置の機能図。 Ａは、線格子7を通る照明を描写する図。Ｂは、線格子７を通る照明を示す図。 本発明の装置の空間的配置を描写する図。 使用された学習プログラムを示すフローチャート。

図１は、本発明による装置の機能図を示す。例えばチェックされるガラスリボンである検査媒体（検査されるストリップ）は、本図において水平線３で簡略に描写されている。中間位置において、水平線３より下の位置に描かれている２つのリニア発光手段５、６と協同する、多くのリニアカメラ９の内の１つが、スキャンセンサの一例として示されている。これらの発光手段５、６は、照明平面４を形成するように、照明されるべき検査媒体の幅に応じた長さ範囲でモジュール化されている。同時に、それらはいわば平行に伸びている２つのライトバンドを形成する。そのうちの1つのライトバンドは、光強度の発振している発光手段５に平行に配置され、一方で、他のライトバンドは、一定の光強度の発光手段６に平行に配置されている。光強度の発振周波数は、この場合、リニアカメラ９の調節可能な線周波数、または、交互に使用されたスキャンセンサの駆動周波数と等しいことが好ましい。これらの周波数は、互いに整数倍であることが好ましい。欠陥の無い検査媒体の場合、リニアカメラ９の観測中点は、発光手段５、６の境界線の領域内にある。材料欠陥が生じている場合、この観測中点は、光のぶれにより、この中点位置からずれる。材料欠陥が検知された位置では、それ故、該当するリニアカメラ９の出力信号には異なる影響が表れる。リニアカメラ９の２つの連続信号の変化と、欠陥位置、即ち関連するリニアカメラの領域内にある前記欠陥位置についての追加情報とに基づいて、結果として生じている欠陥信号を互いに相関する２つの光チャネルの測定値の比較から取得し、該欠陥信号を欠陥の検出及び更なる信号処理のために回路装置に送る。

示されたリニアカメラ９に加え、図１には、一例として、多くのリニアカメラ１が示されている。リニアカメラ１は、リニアカメラ９に対してオフセット角をもって配置されている。リニアカメラ１の光軸は、リニアカメラ９の材料平面内の同一の観測中点を通り伸びているが、ここでは一例として、定常光の発光手段６の片側半分（図２Ａを参照）に設けられている線格子７のような構造物に向けられている。明視野照明装置８が使用される。この照明装置８は、リニアカメラ１によって観測される場所を照明するために、図中左側に示されている。

暗視野照明装置２により形成された画像は、初めは、観測者に異常があるように見える。光は、この場合、均一に照射される。入射角が射出角と等しいという原理によれば、全ての光は、観測者、またはリニアカメラ１からずれ、観測視野は、故に、暗いままとなる。傾斜したエッジ、引っ掻き、エンボス、押下げおよび隆起のような形状の欠陥は、光のビーム状の進路を乱す。これらの異常箇所では、光は、カメラ方向に反射され、または通常は単に散乱される。そういうわけで、これらの欠陥は、カメラ画像内の背景部より明るく見える。ガラス製品では、これらは通常、硫酸塩によって汚れた個所、あるいは上部にあるスズである。

線格子７がカメラ１によって観測されるとき、透明材料中にある歪みは、格子間隔に変化をもたらす。前記格子間隔の変化は、後に詳述するように、データ処理を用いて容易に検知することができる（図４を参照）。

カメラ９を、図の上部左半分に示されている明視野照明装置８と共に用いることにより、いわゆる「底部にあるスズ」（あるいは「スズによる汚れ」と称されるもの）を検出するために、重要な情報が得られる。そのような底部にあるスズは、透明材料の下側面で鏡として働き、明視野内にハイコントラスト信号をもたらす。２つのチャネル、即ち、センサ１(リニアカメラ)およびセンサ９(リニアカメラ)の組合せにより、構造物７(線格子)によって隠されてしまう欠陥を、本発明による装置によって明らかにすることができる。

図２Ａでは、線格子７と協同するリニアカメラ１による照明の捕捉の様子を単独で表わしたものである。ここで、線格子７は、発光手段６の表面領域の半分のみを占有しており、そして、線格子７は、発光手段５に隣接して配置されている。リニアカメラ１は、線格子７上の離れた位置に描かれている。

図２Ｂは、発光手段６上に設けてある線格子７を用いた測定法について説明するためのものである。ここで、線格子７は、その特徴ある線構造の配列内にある線幅を拡大して示されている。線格子７の個々の線状部分を横切るように描かれている短冊状領域１０は、特に、学習プログラム用に選ばれた、線格子７の一区域を示しており、前記領域１０は、この形状で、線格子７の全てを覆うように伸びている。

図３は、本発明による装置の空間的配置を示す。留め付けポータル１１と、上部領域に配置されている、この幅において必要とされる複数のリニアカメラ９およびそれに対応するリニアカメラ１とが、この３次元画像において確認される。リニア発光手段５および追加のリニア発光手段６のそばに、明視野照明装置８を確認することができる。暗視野照明装置２は、この図では隠れており、それゆえ示されていない。

本発明による装置を通る透明材料のリボンの移動速度が、リニアカメラの操作に重要であるので、この移動速度に関する速度センサが留め付けポータル１１の領域に備えられており、前記速度センサの出力信号がシステムの制御装置に送られるようになっている。このセンサは、特に示されていない。

更に、本発明による装置は、複数の発光手段（５、６、２、８）および複数のリニアカメラ（９と１）を監視する追加の装置を有している。この追加の装置は、留め付けポータル１１の下流側に未検査の材料リボンのストリップが通過しないことを保証する。この目的に必要なセンサは、個別には示されていない。それらのセンサの使用は、当業者によく知られている。

図４は、使用される動作プログラム、即ち、請求の範囲に記載の方法の各ステップを実行する学習プログラムのフローチャートを表わす。

このプログラムは本質的に学習プロセスであり、透明材料内の欠陥として検知された位置又は領域を評価することを提供するものであり、位置又は領域がある一定の不変性を有している場合に、実際のエラーでは無いと評価し、その代りに、これらの位置又は領域をいわゆる“未学習”、又は、学流プロセスにおいてこれらを重要でないと分類する。

一例として、リファレンスが線格子７としてつくられていることに関し、本発明による学習プログラムを用いない場合、線格子７は、通常、材料欠陥と評価されるが、本発明による学習プログラムを用いる場合、連続する構造物と認識され、それ故、材料欠陥として検出されない。

この理由から、発明による方法では、従来技術より知られる方法のように、格子構造がある規則性又は均一な等間隔を有している必要が無いだけでなく、前記格子構造が要求される画素数だけ特定方向を向くように関係付けられる必要も無い。これは、この格子構造は実施時に形成されるものであるが、格子構造はプログラム・テクノロジーによって認識されるからである。

本発明による学習プログラムを用いることにより、基本的に映像入力信号１６およびセットポイント値１２は、特別の方法によって処理され、映像出力信号２６は、それから取得される。映像出力信号２６は、加減算ステージ１３に入力され、選択されたパラメータによって、セットポイント値に加算され、又はセットポイント値から差し引かれる。

遅延ステージ１９では、映像入力信号１６は、調節値２０による遅延を伴って、加算器２５へ送られる。加算器２５のもう一方の入力は、オフセット形成用に、ステージ１５の出力に本質的に接続されている。このステージ１５の出力は、加算されて新しい映像出力信号を形成する。この場合、遅延ステージは、対応パラメータが手動で調節可能で、遅延アルゴリズムが選択可能になっているソフトウェアによって制御される。遅延ステージ１９は制御可能であるため、本発明による方法では、あらゆる小さなエラーが“未学習”とされるのではなく、むしろ、長期間、材料上に表れているイベントのみが“未学習”なものとされる。この場合、先行している映像信号は、それゆえ現行の映像信号に加算され、この現行の映像信号と比較される。この場合、それぞれ異なった欠陥は検知されるが、他方では、例えば、同一形式の１００個の欠陥は検知されない。次の原理がこのことを決める。即ち、同一のものは全てろ過し、単に僅かな時間（１、２、３あるいは４スキャンの間）に生じたものは全て通過させ、信号を変化させること無く、オリジナルの状態で検知する。

回路ステージ１５は、調節可能な減衰力を用いて次の走査ラインのためのオフセット形成を担当している。例えば、検知された信号の値が１００で、対応するセットポイント値が５０であるならば、パラメータ１４の設定によって、システムは、例えば１０ステップ毎に増加し、または、セットポイント値が５０に達する毎に瞬時に増加する。この場合、システムが“未学習”等と判断する速さが定められるが、一方で、何を“未学習”とするのかは調節値２０を設定することによって決定される。オフセット調節用のパラメータは、それ故、システムの学習速度に関係付けられ、パラメータ１２であるセットポイント値および調節値２０はどの信号を検知しないかを決める。本発明によるシステムでは、“未学習”の箇所は一定で、何れの場所でも生じ得るもので、熱の広がり方、又は圧力変化に起因して生じる許容誤差もまた帳消しにされる。したがって、システムは、操作中の変化に一般に無反応であるため、特に操作上信頼することができる。

回路ステージ２２（ＲＡＭ）、および入力信号１７（ラインスタート信号）を伴う回路ステージ２１（幅カウンター）は、付加機能に関係する。その効果は、検査される透明材料のリボン上にあるチェックされるラインの特別の領域を、このラインの他の部分とは異なる方法で処理する、というものである。例えば、検査されたリボンの縁の領域（それは即ち使用されていない領域）は、そこに生じている欠陥に関しては、これまでと変わらず考慮しなくてもよい。使用される領域は、前記の場合、“Ｄｉｎ１８”及び“Ｄｏｕｔ２３”の間の領域に区画される。

本発明による光学構成および動作プログラム、または本発明による学習プログラムを用いることにより、次のタイプの欠陥を検知し分類することができる。１）バブルおよび混入物については、暗視野照明装置２と、発光手段５によるパルス発光と、発光手段６による一定の発光とによって検知し分類する。２）ノット(溶解されていない物質粒子)については、リニアカメラ1および明視野照明装置８によって検知し分類する。３）スズの欠陥（スズのピックアップ、上部にあるスズ(冷又は熱)）については、リニアカメラ９と、発光手段５によるパルス発光と、発光手段６による一定の発光とによって検知し、分類する。４）硫酸塩によって汚れた個所を検知し分類する。

１ 線格子と暗視野光のためのリニアカメラ
２ 暗視野照明装置
３ ガラスリボン（検査媒体）（透明材料）
４ 照明平面
５ 発光手段（光束が発振している）
６ 発光手段（光束が一定）
７ 線格子
８ 明視野照射装置
９ リニアカメラ（光学歪み、パルス発光、明視野光、暗視野光）
１０ 学習プログラムのセクション
１１ 留め付けポータル（ベースフレーム）
１２ パラメータ、セットポイント値
１３ 加減算ステージ
１４ パラメータ、減衰力
１５ 減衰する次のライン用のオフセット形成
１６ 映像入力信号
１７ ラインスタート信号
１８ Ｄin（入力減衰を有するライン）
１９ 遅延ステージ
２０ 遅延アルゴリズムの調節値
２１ 幅カウンタ
２２ ＲＡＭ（アドレス）
２３ Ｄout
２４ オフセット
２５ 加算器
２６ 映像出力信号

Claims (8)

1. 透過光と直接光の中で、搬送方向に直交する向きに広がる透明材料から成るリボンのストリップを検査することによって、連続的に製造された透明材料のリボン内の欠陥を検出する検査装置において、
   ｄ）検査される透明材料の幅内にある留め付けポータル（１１）はリニアカメラ（９）の支持部として使用され、このリニアカメラ（９）は、それらの捕捉領域に関し、ギャップを伴わずにこの幅を覆い、前記透明材料のリボンは、光束が一定なリニア発光手段（６）及び前記発光手段（６）に隣接する、光束が発振するリニア発光手段（５）によって、ギャップを伴わずに搬送させながら照射されており、追加の明視野照明装置（８）は直接光により前記検査されるストリップを照射しており、
   ｅ）前記留め付けポータル（１１）はさらに別のリニアカメラ（１）の支持部として使用され、前記カメラの光軸は、前記別のリニアカメラ（１）に対して僅かに傾斜され、前記別のリニアカメラ（１）は、それらの捕捉領域に関し、ギャップを伴わずに前記幅を覆い、前記別のリニアカメラ（１）は、前記発光手段（６）の表面上にある線格子（７）を観察し、前記検査されるストリップは暗視野照明装置（２）による直接光により照射され、
   ｆ）前記複数の発光手段（５、６、２、８）と前記複数のリニアカメラ（９、１）の動作を監視する装置と、を備えていることを特徴とする検査装置。
2. 前記線格子（７）が、その前記発光手段（６）の表面を縦方向半分だけ覆うことを特徴とする請求項１に記載の装置。
3. 透明材料のリボンの速度を記録し、前記複数のリニアカメラ（９、１）の線周波数を適合させるセンサを備えたことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の装置。
4. 透過光と直接光の中で、搬送方向に直交する向きに広がる透明材料から成るリボンのストリップをテストすることによって、連続的に製造された透明材料のリボン内の欠陥を検出する検査方法において、
   ｅ）追加の明視野照明装置（８）及び追加の暗視野照明装置（２）と同様に、リボンを横切るように配置され、表面に線格子（７）を有している、光束が一定なリニア発光手段（６）と、同様にリボンを横切るように配置され、光束が発振する、隣接するリニア発光手段（５）とを用いて、透過光及び直接光内で、ギャップを伴わないで透明材料のリボンを照明し、
   ｆ）留め付けポータル（１１）上に配置される、前記複数のリニアカメラ（９、１）を用いて透明材料のリボンの幅を越えて広がる捕捉領域を、ギャップを伴わずに捕捉し、
   ｇ）前記複数の発光手段（５、６、２、８）と前記複数のリニアカメラ（９、１）の機能を監視し、
   ｈ）生じている材料欠陥を検知し、分類する動作プログラム、または学習プログラムであり、透明部材内で欠陥と検出された位置又は領域を評価し、位置又は領域が一定の確実性を有している場合に、現実のエラーで無いと評価し、代わりに、これらの位置及び領域を学習プロセスにおいて重要でない部分と分類することを提供する学習プログラムを実行することを特徴とする方法。
5. 前記学習プログラムが、透明部材のリボンの限定領域を特定のモードでラインに沿って評価できるようにする機能を備えていることを特徴とする請求項４に記載の方法。
6. 透明部材のリボンの移動速度をセンサによって検出し、前記複数のリニアカメラ（９、１）の線周波数をそれに適合させることを特徴とする請求項４又は請求項５に記載の方法。
7. コンピュータにより実行された時、請求項４乃至請求項６のいずれか一項に記載の方法を実行するプログラムコードを有していることを特徴とするコンピュータプログラム。
8. コンピュータにより実行された時、請求項４乃至請求項６のいずれか一項に記載の方法を実行するコンピュータプログラムのプログラムコードを有していることを特徴とする機械読み取り可能な記録媒体。

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