JP3843138B2 - 透明容器内における散乱された汚れを検出するための装置 - Google Patents

Description

本発明は、透明な壁を有する容器内における散乱された汚れを検出するための装置に関するものである。容器は暗視野法によって照明され、汚れは、光学的検出装置によって検査される。
透明容器、例えばガラス瓶内における均質な構造を有しない汚れは、従来の検査方法では、検出することが非常にむずかしい。汚れとしては、この場合、分散塗料の残り、さび、鉱物およびその他光半透過性の物質が問題となる。容器は明視野法に従って照明されるので、構造を有しない汚れはほとんど検出されない。なぜなら、これらの汚れは光透過度の変動だけを生じさせるからである。それは、コントラストの変動を生じさせることもないし、像の輝度の十分大きな減少を生じさせることもない。なぜなら、平均散乱角は、時々、著しく小さくなるからである。それ故、（仮に、画像処理の付加的な方法、例えばコントラストの増幅が考慮されたとしても）ＣＣＤカメラのような光学的検出装置によっては、このような汚れは、正確に検出されない
ＥＰ−Ａ−０ ４２９ ０８６に記載された暗視野法は、とりわけ、ガラス瓶内における透明プラスチックシート、例えばタバコの包装を検出するために用いられる。プラスチックシートの細片は、光学的検出装置（偏光フィルタを備えたＣＣＤカメラ）によって、少なくともところどころに強いコントラストを有する画像要素として検出される。しかしながら、分散塗料の残りのような、均質な構造を有しない汚れは、暗視野露光においては、再び、構造を有さず、コントラストを有しない画像要素を生じさせてしまう。光学的検出装置によって受け取られた光の強度は、光吸収効果が優勢でない限りは、汚れの光散乱能力、すなわち汚れの層の厚さとともに増大する。光学的検出装置によって検出された散乱光量の強度の増大は、それ故、汚れのない容器から始まって、対応する汚れの層の厚さまで達する。したがって、均質な構造を有しない汚れの検出には、絶対強度の測定が必要とされる。しかしながら、かかる測定は、検出装置において経験上、大きな不確定性を伴っている。
本発明の課題は、透明な壁を有する容器内における均質な構造を有しない、散乱された汚れを正確に検出することができるようにすることにある。
この課題は、本発明によれば、光源からの１本または複数本の光線が、その横断面の内部の少なくとも１つの位置に、空間的な強度コントラストを有するようにすることによって解決される。
強度コントラストが存在する少なくとも１つの位置は、一般に、光線の横断面の縁の境界からなっている。これは、光線の直径が、検出されるべき容器の壁よりも明らかに小さいということを前提条件としている。このとき、もし、光線に沿った強度コントラストがその位置に存在するならば、検査されるべき壁が存在していることになる。それ故、好ましくは、光線は、容器の透明な壁の上に集められる。
検出されるべき汚れが存在する壁に強度の高コントラストの明暗分布を生じさせるような、平行な、収束するまたは発散する光線、あるいは別の形式の照明を使用することができる。特に、レーザ光線のような鋭く集束され、コリメートされた光線が、照明として適している。好ましくは、点状光源の千鳥状またはマトリクス状の配列、あるいは縞状の光パターンが用いられる。さらには、光源の位置に配置されたピンホール絞りまたはスリットアパーチャの容器の壁上におけるシャープな像を生成することができる。また、容器の壁をスキャナによって走査することもできる。均質な散乱された汚れは、例えば、溶媒（飲料水製造業においては、たいていの場合、水である）の大きな面積にわたる気化によって生じるので、コントラストパターンは、多数の互いに離れた位置において走査される。大きな面積にわたる堆積の形態での汚れの検出の確実性は、それによって実質上向上する。その場合、個々のコントラスト位置または光点の間の間隔は、好ましくは、コーティングの予測されるべき面積より明らかに小さくなっている。
もし透明な壁上に汚れが全く存在しないならば、光線は、壁を実質上一直線に通り抜けて行き、さらに、暗視野配置のために、光学的検出器のそばを通り過ぎる。それに対して、透明な壁上に散乱された汚れ、例えば分散塗料の層が存在する場合には、光線は汚れによって散乱され、その結果、光の一部が光学的検出装置によって受け取られる。透明な壁の内面に存在する光線の強度コントラストのために、光学的検出装置によって受け取られた像は、高い強度コントラストを有する少なくとも１つの位置を含んでいる。この高い強度コントラストを有する位置は、絶対強度値のレベルとは無関係に、非常に正確に検出される。
本発明による検出装置は、さらに、単一の光源と、２つまたはそれ以上の光学的検出装置とを備えうる。光源は、例えば多数の光線を照射することができ、光線の一部が瓶の底面に当たる一方、他の一部が瓶の側壁に当たるように配置される。そして、２つのＣＣＤカメラが配置され、一方のカメラは、瓶の口を通して底を検査する一方、他方の側部に配置されたカメラは、瓶の側壁を検査するようになっている。原則的に、１つまたはそれ以上の光源、並びに１つまたはそれ以上の光学的検出装置を配置することができる。
光学的検出装置によって受け取られたコントラスト構造は、輪郭またはコントラストの増幅のための画像処理の標準的方法によって、明確に強調され、その結果、汚れを有する容器と、汚れを有しない容器との間の正確な区別が可能となる。方法の感度により、非常に小さな堆積物でさえも検出され得る。したがって、大きな面積にわたる均一な堆積物を検出するためには、原則的に、先に、単一の光線、およびそのために透明な壁における単一の光点だけで十分であり、そして例えば、光点の入射位置だけが検査されるだけでよい。
必然的に同一形状の瓶底を有する多数の同一のガラス瓶を検査する場合、１つまたはそれ以上の明るい光点が、常に同じ位置に当てられ、この位置は、構造を有しない均質な汚れを検出するための目標とされる。
構造上の欠陥（割れ、ガラスのひび、偏光変動欠陥、例えばプラスチックシート）を検出するために、暗視野照明とともに作動することが予定される場合、本発明による装置は、透明な壁における強度分布中に高コントラストのパターンを有する照明源を用いることによって、安価に設置され得る。生成される画像信号は、構造をもつ欠陥の検出のために使用されるのと同一の光学的検出装置（ＣＣＤカメラ）を用いて、散乱された欠陥または汚れの存在を判定するために使用される。同一の測定原理が、また、その他の透明な壁の散乱を生じさせる表面（エッチングされたまたは砂吹きされた表面）を検査するために、あるいは、散乱を生じさせる表面と透明な表面とを区別するために用いられ得る。
本発明による装置は、また、明視野原理に従って作動する装置と組み合わせられ得る。特に、ガラス瓶の側壁が検査されるとき、作動は一般的に明視野原理に基づいており、すなわち、ガラス瓶は大きな面積の光源の前を通り過ぎ、ＣＣＤカメラを用いることによって異物の存在が検査される。このような検査装置は、明視野原理にのみ従って作動し、散乱された汚れを検出するために使用することはできない。しかしながら、もし、光源が暗視野技術に従って付加的に配置されるなら、すなわち、光源が、検査されるべきガラス瓶またはそれ以外の透明容器の前側または後ろ側に配置され、かつ光源からの光線が、散乱された汚れのない容器の場合にはＣＣＤカメラに当たらないが、散乱された汚れを有する容器の場合には部分的にＣＣＤカメラに向けて散乱されるように配列されるならば、散乱された汚れが同時に検出され得る。しかしながら、大きな面積の明視野光源の光強度を中間値に設定することが目的にかなっており、このとき、ＣＣＤカメラはダイナミックレンジ内で作動し、よって、例えば、散乱された堆積物がガラス瓶の内側壁面上に存在するときに生ぜしめられる強度の付加的な増大を検出し得る。もし、本発明による装置の光源が、例えば、数本の平行なレーザービームからなる場からなっているならば、増大した光強度の鋭い制限された点が、中間の光強度の周囲の範囲内において、ＣＣＤカメラによって生成された像上に検出され得る。
以下、本発明が図面に基づいてより詳細に説明される。
図１は、ガラス瓶内における散乱された汚れを検出するための装置を示した図である。
図２は、検査されるべき瓶に向き合う光源の別の構成を示した図である。
図３は、ガラス瓶内における散乱された汚れを検出するための装置であって、１つの光源と２つの光学的検出装置を有する装置を示した図である。
図１および図２では、首開口（１１）を備えたガラス瓶（１０）が、図示されない搬送装置によって搬送される。この搬送装置は、ＥＰ−Ａ−０ １２４ １６４から知られた構造を有している。搬送装置においては、弾性を有する指が、ガラス瓶の首開口の縁突起部の下側を把持し、それによって、ガラス瓶は吊るされ、瓶底の支えなしに搬送される。瓶底だけが汚れの検査をなされる場合には、ＥＰ−Ａ−０ １６３ ３３０から知られた構造を有する搬送装置を使用することができる。この搬送装置においては、ガラス瓶は側部を把持する搬送ベルトによって支持され、同様にして、瓶底は支持されない。このような搬送装置においては、ガラス瓶が通常立った状態で搬送されるリンクチェーンコンベヤを使用した場合に生じ得る妨害反射は全く生じない。
光源１２は、数ミリメートルの直径を有する複数本の鋭く集束された光線１４を、図１においては上方から斜めに、図２においては下方から斜めに、ガラス瓶１０の底１６に照射し、それぞれの場合に、光線１４の衝突点は、実質上底１６の全体にわたって分布せしめられる。この場合、光源１２は、ビームスプリッターによって互いに平行な複数本の光線１４に分割されるレーザーからなっている。
ガラス瓶１０の底領域には、均質な構造を有しない汚れの層１８が存在する。光線１４が汚れの層１８を透過する位置では、光線１４の一部が散乱され、その結果、ガラス瓶１０の底に、明点２０が現れる。汚れの層１８が存在しなければ、光線１４は、ガラス表面での反射は別として、妨げられることなくガラス瓶１０の底を通り抜けて行く。
ＣＣＤカメラ２２によって、ガラス瓶１０の開口１１を通して、瓶底の像が受け取られる。光線を散乱させる汚れの層１８が存在する場合には、点２０が、ＣＣＤカメラによって生ぜしめられた像内に見られ得る。光線１４の鋭いビームによって、点２０は、像上のすぐ隣の周囲に対する明確な強度コントラストを与え、そしてこれは、画像処理の標準的な方法を用いることによって評価され得る。これに対し、瓶底１６が汚れを有していない場合には、光線は全く瓶底によって散乱されず、その結果、それは、ＣＣＤカメラ２２によって生ぜしめられた像上に暗く現れる。底１６のガラス表面上で反射された光は、ＣＣＤカメラの横を通り過ぎる。
図２の実施例では、底は光源１２によって下方から照明される。汚れの層１８が存在する場合には、光線１４の散乱によって、再び、明点が、層１８内に生じ、ガラス瓶１０の開口１１を通してＣＣＤカメラ２２によって受け取られ、さらに処理され得る。下方からの照明の場合、光線１４の入射角を出来るかぎり浅くすることによって、ガラス瓶１０の内壁面上の反射がＣＣＤカメラ２２まで達することを防止することができる。
空の清涼飲料水用瓶の検査のための装置では、ＣＣＤカメラ２２がいずれにせよ設けられる。なぜなら、ＣＣＤカメラ２２は、例えば、瓶の底または側壁を検査するための装置の構成要素であり、それを用いて、例えば、ガラス瓶１０の底領域における異物または側壁領域における欠陥が検査され得るからである。したがって、現存する装置を、それが分散塗料の残りの乾燥された皮膜、錆、鉱物およびその他の半透過性の散乱された材料を検出することができるように適合せしめるためには、光源１２を追加することで十分である。
図３は、図１の実施例に類似した、さらに別の実施例を示した図であり、この実施例では、光源１２は、多数本の光線１４を照射し、これらの光線１４は、広い領域にわたって分布せしめられ、それによって、底１６の全体だけでなく、側壁２４もまた光線１４の照射を受ける。２つのＣＣＤカメラ２６のうちの一方は、ガラス瓶１０の横に配置され、ガラス瓶１０の側壁２４上に散乱された汚れを検出するために使用される。この場合、光線１４は、強くコリメートされ、そして、存在するかもしれない拡散された汚れの中に明確な強度コントラストを生じさせる。

Claims (6)

1. 透明な壁を有する容器内における散乱された汚れを検出するための装置であって、
   前記壁を照明するための少なくとも１本の光線を生じさせる光源を備え、前記少なくとも１本の光線は一定の断面を有するとともに、その断面内の少なくとも１つの位置に強度コントラストを生じさせる、前記断面にわたる強度分布を有し、前記光源は、前記光線の前記少なくとも１つの強度コントラストを生じさせる位置を前記壁の一定の領域に当てるように形成され、さらに、
   前記壁の像を生成し、強度コントラストによって、前記光線の前記強度コントラストを生じさせる位置の当たる前記容器の壁の領域を検出するための光学的検出装置を備え、
   前記光源および前記光学的検出装置が暗視野検出のために配置され、
   前記光線が、前記壁上の散乱された汚れによって散乱されて、その一部が前記光学的検出装置によって受光され、前記光学的検出装置によって生成された像が強度コントラストを有し、その強度コントラストによって、前記散乱された汚れが前記光線の強度絶対値とは無関係に検出され得るようになっていることを特徴とする装置。
2. 前記光源は、レーザーからなっていることを特徴とする請求項１に記載の装置。
3. 前記少なくとも１本の光線は、前記壁上に集束されるようになっていることを特徴とする請求項１に記載の装置。
4. 別の光源が、明視野検出のために配置されて、より大きな直径およびより均一な強度をもつ光線を生じさせるようになっていることを特徴とする請求項１に記載の装置。
5. 前記光源は、互いに一定角度をなして配置された前記容器の複数の壁に光線を向けるようになっており、前記装置は、さらに、それぞれ、前記複数の壁の１つに向けられた光学的検出装置を備えていることを特徴とする請求項１に記載の装置。
6. 前記光源は、複数本の光線を照射するようになっていることを特徴とする請求項１に記載の装置。

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