JP4216639B2 - 連続的に移動する透明材料のストリップの欠陥を検出するための方法と装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は連続的に移動する透明材料のストリップ、特に薄いガラスストリップ又は帯の欠陥又は不良部をその移動方向に対して該ストリップを横切って透過され、該欠陥又は不良部から出る光ビームの散乱光を検出し、評価し、処理して制御信号を作り出す細い光ビームによって検出するための方法と装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
不良部又は欠陥のテストは薄いガラスの製造ではかなり重要である。１００μｍより大きなサイズの欠陥は消費者に受け入れられないため、確実に検出する必要がある。かなりの程度まで、熟練者による従来の目視検査に加えてより経済的で確実な機械テスト法が使用されている。
光が発光装置と受光装置との間に通される透光法が高速ストリップ速度ではその要件に合致しない。これらのストリップ速度は現在の製造プラントでは１０ｍ／分に達し、測定用の投光時間は１５０マイクロ秒の範囲にある。また、使用可能な光強度では、オンライン欠陥テストに限界がある。
また、テスト光がストリップの縁に沿って当てられ、該ストリップは光ガイドとして使用される。光は、光ガイドとして使用されるガラス繊維の場合のように周囲大気でストリップの境界面に繰り返して反射される。
【０００３】
例えばこのタイプの方法は１９９８年１２月２２日の日本特許公開公報、平１０−３３９７０５に開示されている。この文献によれば、約４ｍ／分で連続的に移動するガラスパネルの被検出欠陥を測定する。光を該パネルの双方の長手方向端部に通し、欠陥又は不良部から出た散乱光を、ガラスの上下に配置された垂直リニアセンサによって捕捉する。このリニアセンサから出た信号を電気解析装置で処理する。表面に付着した不要な粒子を欠陥検出から排除するために、光が側縁部に傾斜して導入され、さらにガラスと周囲大気との間の境界面で内部反射によって外側から内側まで通される必要がある。光源としてハロゲンランプを使用する場合、ストリップ中央での吸収のために、例えば１．２ｍ幅のストリップで縁部の値の５％まで入射テスト光の強度が大きく低下することを考慮に入れる必要がある。従って、解析時に、全体の縁部幅の欠陥サイズを得られた散乱光から正確に判定するために高価なコンピュータ補正が必要とされる。入射テスト光の必要な初期強度がストリップ幅と速度の増大と共に大きくする必要があり、最終的に工学的限界に達するためにこの公知方法はあるストリップ幅と速度に制限される。
【０００４】
さらに、公知プロセスは、テスト光の一定の入射が、丸くなった縁部や制御されていない製造状態では可能でないため、側縁部をトリミングしたものを前提としている。連続的に移動する方向とは反対の方向に、カットした位置から制御不可能にガラスが割れて廃棄物を生成するため、長いストリップの縁部のトリミングは可能ではない。従って、連続的に移動するストリップのオンラインテストではトリミングを使用することができない。
その上、公知方法は、光電池で前進移動時に検出されテストプロセスを開始及び停止させる制御信号を生成するために使用されるトリミングされた長い両縁部と先端部及び後端部を有するガラスパネル対象とするだけで、連続的に移動するストリップでの欠陥テストを対象としていなかった。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
その製造に由来する制御されていない両横縁部の、予めのカット又はトリミングを要することなく、テスト光を透明材料の連続的に移動するストリップに入射可能な上記型式の方法と装置を提供することが本発明の目的である。
さらに、０．３ないし２ｍｍの範囲の厚さと、少なくとも２ｍのストリップ幅の薄いガラスストリップにおいて、１０ｍ／秒以下の製造速度でサイズが＞５０μｍの材料欠陥を検出するための装置と方法を提供することが本発明の他の目的である。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、単色光ビームが使用され、光源とストリップとの間に配置された透明液体で該ストリップに結合される。
本発明の第１実施形態によれば、光ビームをストリップの表面に傾斜して結合され、屈折率がストリップ周囲の雰囲気、通常は空気である、の屈折率より大きい液体が使用される。従って、光ビームの入射角度を、ストリップの中央部に隣接する液体領域によって光がストリップの上面に結合されるように、選択することができる。ストリップの下面で反射された光は、液体領域の外側にある領域、即ちストリップ又はシートの上面に当たる。従って、この光は反射して戻され、ストリップから出てゆかない。言い換えれば、光ビームが十分大きな角度Δで周囲雰囲気の屈折率より大きな屈折率の液体を通してストリップ表面に垂直に結合されると、ストリップの下側で反射される光が液体界面の外側のストリップ上面領域に当たる程大きい反射角を材料のストリップ内に形成することが可能である。従って、光は光ガイドで生じる全反射のように、ストリップに「保持捕捉」される。そして、光はさらにストリップの連続的に移動する方向に対し、横にガイドされる。種々のテストにより、欠陥を検出するために要する光出力は上記界面状態のもとでストリップに結合することが可能である。
【０００７】
本発明概念の第２実施形態によれば、光ビームがストリップの表面に平行なストリップにその側縁部で結合され、屈折率がストリップの材料の屈折率に略対応する液体が使用される。この考えは、液体とストリップとの間の界面で屈折を起こさずに光をストリップの側縁部に連続的に結合できるように、光源と走行ストリップとの間のスペースを完全に満たす液体が光源とストリップとの間に配置された場合、製造条件のばらつきや丸みをもった側縁部に対してのテスト光の結合に伴う困難が克服できるという知見に基づいている。
さらに、この方法の好ましい実施形態の詳細を従属方法請求項でより詳しく説明する。
例えば、光源と移動ストリップを、透明液体が、該透明液体を通る光ビームの近傍で該液体だけの表面張力で保持されるように、互いに所定距離に離間することができる。該光源とストリップとの間のこの距離は、ローラー又は摺動部材などの適当な機械的手段で一定に保持することができる。
【０００８】
本方法の第２実施形態を実施するため、光源には移動するストリップの側縁部を囲むＵ字形ガイドを装備することができ、該Ｕ字形ガイドを介して光ビームが該移動するストリップに結合され、該Ｕ字形ガイドは、透明液体が該Ｕ字形ガイドと移動するストリップとの間で透明液体だけの表面張力で保持されるように、移動するストリップの上下面にわたり延在する脚部を有する。
また、該透明液体の保持を補助するためにシール装置を使用することができる。しかし、移動するストリップで運ばれてしまった透明液体部を本方法の２つの実施形態では貯蔵槽から補充することができる。
本方法の２つの実施形態において、単色光ビームは４００ないし１０００ｎｍの範囲の波長を好適に有する。この波長は、最少量の単色光が移動ストリップの透明材料に吸収されるように、この範囲内で選択される。単色光ビームは、レーザー光ビームの焦点が該光ビームを結合する他の縁部とは反対側の移動ストリップ縁部の近傍にあるように、及び／又は測定通路に沿った光吸収を最小にするような収束角でわずかに収斂するレーザー光ビームであるときに該波長が有利である。
【０００９】
本発明によれば、連続的に移動する透明材料のストリップ、特に薄いガラスストリップの欠陥を検出するための装置は、
透明材料のストリップを移動方向に連続的に搬送するための手段と；
単色光ビームを発生する光源と；
前記光ビームが移動ストリップの縁領域にガイドされるための光ガイドシステムと；
前記単色光ビームが移動するストリップに結合されるように該単色光ビームを発生する光源と移動するストリップとの間に配置された透明液体と；
前記移動するストリップの欠陥によって該光ビームから散乱した光用受光装置であって、該受光装置は前記移動するストリップの移動方向を横切る方向にストリップの全幅にわたり延在しており；
欠陥のサイズと位置に基づいて前記光ビームから散乱した光を電気的に解析するための手段と、前記欠陥を該移動するストリップ上にマーキングし、移動ストリップが該欠陥に基づいて是正されるよう装置を制御するための制御信号を作るために該光ビームから散乱した光を処理するための手段と、からなっている。
【００１０】
本発明に係る装置の好ましい実施形態によれば、前記透明液体は該移動するストリップの側縁部面と前記光ガイドシステムの固定端部との間に配置され、該固定端部は移動するストリップの面に平行に延びている。この実施形態では、透明液体は移動するストリップを囲む雰囲気の屈折率より大きな屈折率を有する。該装置はまたプリズムを備え、透明液体は該プリズムと、移動するストリップの側縁部面との間に配置される。
本発明に係る装置の第２の好ましい実施形態は移動するストリップの縁領域を取り囲むＵ字形ガイドを備え、透明液体は移動するストリップと該Ｕ字形ガイドとの間に配置され、該Ｕ字形ガイドの脚部は前記光ガイドシステムの端部を取り囲んでいる。この実施形態では、透明液体は移動するストリップの透明材料の屈折率に略等しい屈折率を有する。この光ビームは移動するストリップの縁部面を介して移動するストリップに結合されている。
本発明の目的、特徴及び利点は以下の好ましい実施形態により添付図面を参照してより詳細に説明される。
【００１１】
【発明の実施形態】
図１ａ及び図１ｂには、図の平面に垂直に、すなわちＹ軸方向に製造速度で連続的に移動するテストすべきガラスストリップ１の縁領域が示されている。Ｘ軸はストリップ幅方向であって、移動方向に対して横に延びており、一方、Ｚ軸はストリップの上面に垂直に延びている。従って、検出すべき欠陥又は不良位置は図１ａに示された座標系により特定され、制御信号の発生用に処理される。
透明液体２は、不完全に示された光ガイドシステム（図２、３）の端部と移動するストリップ１の上面との間に配置され、ガラスストリップ１の屈折率α_１は、通常空気である周囲の雰囲気３の屈折率α_３より大きい。レーザー１４からの単色光ビーム１１が液体２を介して屈折率α_２でガラスストリップ１に結合されている。該単色光ビーム１１はガラス面に対し垂線方向に屈折され、図１ａに示したようにガラスと空気との間の下境界面で反射される。液体と接触した部分を越えた位置の上境界面（ガラス／空気）に達した光ビーム１１’はガラスストリップ１から出ないかあるいは通過しないで、再度反射され、続いてさらに、繰り返しの反射によりガラスストリップ１の反対側縁部にＸ方向にガイドされる。従ってガイドストリップ１は光ガイドとして作用し、そこでは光ビーム１がガラスと空気との間の上下境界面での内部反射のために捕捉されたままになっている。このように、テスト光を、製造に依存した不規則な端面をさらに処理することなく、欠陥又は不良検出又は測定用の横の縁領域でガラスストリップに結合可能である。
【００１２】
もしガラスストリップの下にも位置する媒体（空気）を介して光がガラスストリップ１に結合された場合には、該ストリップに結合された光ビーム１１は下境界面では反射されず、図１ｂに示したようにストリップから完全に通過する。
図２の破断図からガラスストリップ又はシート１がローラ６などに搬送又は支持されることは明らかである。光ガイド系５はガラスストリップ１の上面に平行な面を備えたプリズム４を備えている。透明液体２は本発明によれば、プリズム４とガラスストリップ１との間に配置されており、この透明な液体２は周囲の（空気）雰囲気３より大きい屈折率を有している。該液体２はある表面張力を有し、この表面張力によって該液体が固定プリズム４と図の平面に対して垂直に移動するガラスストリップ１との間に保持される。該液体がまた必要とされる限り、ガラスストリップ上を摺動したりあるいは擦動したりする密閉手段を設けることができる。ガラスストリップの縁部は、ガラスストリップに異物により生じた引っかききずは問題とならぬように、造形時はガラスストリップの縁が切り離され処分される。
【００１３】
図３に示された別の実施形態では、レーザー１４からの単色光ビーム１１が、加工されていない縁部面を介してガラストリップ１に、その上面に平行に結合されている。また、光ガイドシステム、この場合レンズ７が端部に取り付けられるＵ字形ガイド８が設けられている。このガイド８は脚部Ｌでガラスストリップ１の縁領域を包囲し、ガラスストリップのガラスと略同じ屈折率を有する液体２を密閉する。そのため、光屈折が、不規則に形成された液体／ガラス境界面に生ぜず、テスト光が移動方向に対して横方向にガラスストリップに実用的にはロスなく結合することができる。また、ここでもガラスストリップは光ガイドとして機能する。光は光ガイドから周囲雰囲気（空気）に漏れ出すことができない。
液体２はまた、表面張力のために、固定ガイド８内に保持される。またシールをさらに設けることも可能であることが分かる。
【００１４】
本発明の装置の他の特徴が図３に示されている。受光装置１７はガラスストリップの欠陥Ｄによって光ビーム１１から散乱した光を検出する。この受光装置１７は欠陥のサイズと位置に関する情報を含む電子信号を発生させ、この電子信号は、制御装置２２に結合された電子解析装置２１に入力される。電子解析装置２１は受光装置１７からの電子信号を処理し、制御装置２２は、欠陥をマーキングし、あるいは引き続いての加工作業時に連続的に移動するストリップの変形を制御するための信号を発生させる。
最後に、２つの実施形態では、移動するガラスストリップによって装置から持ち去られる透明液体２の量を貯蔵槽からの液体で補充することができるようになっている。
【００１５】
本発明は透明材料、特にガラスの連続的に走行するストリップ又は帯の欠陥を検出する方法と装置において具体化されているように例示され、記載されているが、種々の改良と変更は本発明の精神から何ら逸脱することなく行うことができるため、図示された詳細内容に限定することを意図するものではない。
他の解析無しで、前述内容が本発明の要旨を十分に示しているため、他人は現在の知識を応用することによって先行技術の観点からこの発明の一般的あるいは特殊な態様の本質的な特性をかなり構成する機能を省略せずに、種々の用途に本発明を容易に適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 ａ及びｂは本発明の第１実施形態に係る光を透明材料のストリップに結合するための原理を説明する模式断面図である。
【図２】 本発明に係る装置の特徴を示す図１に係る結合された領域の破断断面図である。
【図３】 本発明に係る方法の第２実施形態に係る光を透明材料のストリップの側面縁部に結合するための結合領域の概略断面図である。
【符号の説明】
１・・・ガラスストリップ
２・・・液体
３・・・周囲雰囲気
４・・・プリズム
５・・・液体ガイドシステム
６・・・ローラ

Claims (32)

1. 連続的に移動する透明材料のストリップの欠陥を検出する方法であって、前記方法は以下の工程：
   ａ）前記連続的に移動するストリップに、移動方向に対して横方向に単色光ビームを伝える工程と；
   ｂ）透明液体により前記単色光ビームを前記連続的に移動するストリップに結合する工程と、前記透明液体は、該単色光ビームが該透明液体を介して該移動するストリップ内に到達するように、該透明液体だけの表面張力によって、前記単色光ビームを発生する光源と前記連続的に移動するストリップとの間に配置されており；
   ｃ）前記移動するストリップに存在する欠陥によって前記単色光ビームから散乱された光を検出する工程と；
   ｄ）工程ｃ）で該単色光ビームから散乱された前記光を評価し、該単色光ビームから散乱された前記光を処理して制御信号を発生する工程と；
   からなる方法。
2. 前記単色光ビームは前記連続的に移動するストリップの縁領域を介して前記ストリップに結合される請求項１に記載の方法。
3. 前記単色光ビームは、該単色光ビームが通過する前記ストリップの上面に対して傾斜している請求項２に記載の方法。
4. 前記透明液体は、前記連続的に移動するストリップ周囲の雰囲気の屈折率より大きい屈折率を有する請求項３に記載の方法。
5. 前記光源と前記連続的に移動するストリップは、前記透明液体が該透明液体だけの表面張力によって該透明液体を通る光ビームの近傍に保持されるように互いにある距離に離間される請求項４に記載の方法。
6. 前記光源と前記連続的に移動するストリップとの間の前記距離が適切な機械的手段で一定に保持される請求項５に記載の方法。
7. 前記光源は、前記移動するストリップ上にローラ又は摺動部材で支持され、前記移動するストリップはローラに載っている請求項６に記載の方法。
8. 前記光ビームは、前記連続的に移動するストリップの上面に平行な方向に伝わり、前記ストリップの縁部面を通る請求項２に記載の方法。
9. 前記透明な液体は、前記連続的に移動する透明材料のストリップの屈折率に略等しい屈折率を有する請求項８に記載の方法。
10. 前記光源には該連続的に移動するストリップの前記縁部領域を包囲するＵ字形ガイドが設けられており、前記Ｕ字形ガイドは複数の脚部を有し、前記複数の脚部は、前記透明な液体が前記Ｕ字形ガイドと前記連続的に移動するストリップとの間で前記透明な液体の表面張力だけで支持されるように前記連続的に移動するストリップの上面と底面から離間されている請求項９に記載の方法。
11. 前記Ｕ字形ガイドと前記連続的に移動するストリップとの間で前記透明な液体を更に密閉するために、前記Ｕ字形ガイドと前記連続的に移動するストリップとの間に密閉装置を設けることをさらに有する請求項１０に記載の方法。
12. 光源に対して前記連続的に移動するストリップの移動によって持ち去られる前記透明な液体の部分を貯蔵槽から前記透明な液体の他の部分で補充する工程をさらに有する請求項１０に記載の方法。
13. 機械的装置で前記移動するストリップを前記Ｕ字形ガイドの脚部間に機械的に配置する工程をさらに有する請求項１０に記載の方法。
14. 前記機械的装置がローラ又は摺動部材からなる請求項１３に記載の方法。
15. 前記光源と前記移動するストリップとの間の前記透明な液体の保持の補助を行うようにさらに密閉装置を前記移動するストリップと前記光源との間に設ける工程をさらに有する請求項５に記載の方法。
16. 光源に対して前記連続的に移動するストリップの移動によって持ち去られた前記透明な液体の部分を貯蔵槽から前記透明な液体の他の部分で補充する工程をさらに有する請求項５に記載の方法。
17. 前記単色光ビームが４００ないし１０００ｎｍの範囲にある波長を有する単色光からなる請求項１に記載の方法。
18. 前記波長は、最少量の単色光しか前記移動するストリップの前記透明材料に吸収されないように選択される請求項１７に記載の方法。
19. 前記単色光ビームは収斂が少ないレーザー光ビームである請求項１に記載の方法。
20. 測定路に沿った光吸収が補正され及び／又は前記レーザー光の焦点が、前記光ビームが結合されたストリップの端部と反対側の端部近傍にあるように、前記収斂が少ないレーザー光ビームの収斂を選択する工程をさらに有する請求項１９に記載の方法。
21. 前記移動するストリップの前記移動方向にみて、前記光ビームが前記移動するストリップに結合される部位で０．５ないし３ｍｍの幅を有する請求項１に記載の方法。
22. 前記移動するストリップの前記移動方向にみて、１０μｍの範囲の幅を有する散乱光観察用の窓を設ける工程をさらに有する請求項１に記載の方法。
23. 前記単色光ビームから散乱された前記光を評価することが、該光ビームから散乱された前記光を強度と欠陥部位に関して電子的に解析することからなり、前記単色光ビームから散乱された前記光を処理して制御信号を発生することが、欠陥マーキング用のマーキング信号とカッティング装置の制御用カッティング信号の少なくとも１つを発生することからなる請求項１に記載の方法。
24. 前記光ビームから散乱された光の処理時に、前記連続的に移動するストリップの全幅に対して発生する光吸収を必要に応じて補正する工程をさらに有する請求項１に記載の方法。
25. 前記連続的に移動する透明材料のストリップが薄いガラスストリップである請求項１に記載の方法。
26. 連続的に移動する特に薄い透明材料のガラスストリップの欠陥を検出する装置であって、前記装置は、
    該透明材料のストリップを移動方向に連続的に搬送するための手段と；
    単色光ビームを発生する光源と；
    前記光ビームを該連続的に移動するストリップの縁領域にガイドする光ガイドシステムと；
    前記単色光ビームが該連続的に移動するストリップに結合されるように該単色光ビームを発生する前記光源と前記移動するストリップとの間に、表面張力だけで支持されるよう、配置された透明液体と；
    前記移動するストリップの欠陥によって該単色光ビームから散乱した光用受光装置と、該受光装置は前記移動するストリップの移動方向に対して横方向の全幅にわたり延在しているものであり；
    欠陥のサイズと位置により前記光ビームから散乱した光を電子的に解析するための手段と、前記欠陥を該移動するストリップにマーキングし、移動ストリップが該欠陥に基づき是正される装置を制御するための制御信号を作るために該光ビームから散乱した前記光を処理するための手段とからなる装置。
27. 前記透明液体は前記連続的に移動するストリップの上面の縁側と前記光ガイドシステムの静止端部との間に配置されており、前記静止端部は該連続的に移動するストリップの前記上面に平行に延びており、該透明液体は該移動するストリップ周囲の雰囲気の屈折率より大きな屈折率を有する請求項２６に記載の装置。
28. プリズムをさらに備え、前記透明液体は前記プリズムと該連続的に移動するストリップの上面の縁側に配置されている請求項２７に記載の装置。
29. 前記連続的に移動するストリップから所定距離に前記静止端部を保持する手段をさらに備え、前記保持する手段はローラ又は摺動部材から構成されている請求項２８に記載の装置。
30. 前記連続的に移動するストリップの前記縁部領域を包囲するＵ字形ガイドをさらに備え、前記透明液体が該連続的に移動するストリップと該Ｕ字形ガイドとの間に配置されており、前記光ガイドシステムの端部が該Ｕ字形ガイドに配置されており、前記透明液体は該連続的に移動するストリップの透明材料の屈折率に略等しい屈折率を有し、該光ビームは該連続的に移動するストリップの上面に平行な該連続的に移動するストリップの前記縁部領域に結合される請求項２６に記載の装置。
31. 前記Ｕ字形ガイドは該移動するストリップ上方に延びる１つの脚部と該移動するストリップ下方に延びる他の１つの脚部を有し、ローラ又は摺動部材によって前記移動するストリップから所定距離で保持される請求項３０に記載の装置。
32. 前記透明液体を補充する液体貯蔵槽をさらに備える請求項２６に記載の装置。

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