JP5052402B2 - ガラス容器の検査機 - Google Patents

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、更に特定すると、半透明なガラス容器内の亀裂（割れ目）を検査する装置に関する。

ガラス容器工業においては、ガラスの小さな割れ目又は割れは、“亀裂欠陥”と称される。亀裂は、ミリメートル未満から数百ミリメートルの範囲に亘り且つ垂直方向から水平方向のあらゆる方向に配向し得る。ガラスは、本来、結晶構造ではなく、殆どの亀裂は、大まかには、主としてその位置におけるガラスの形状によって決まる空間内のある向きの面に沿って進む。これらの亀裂による欠陥の殆どは、瓶を著しく弱くして瓶を破壊し又は漏れを生じさせることが多い。従って、瓶製造者は、充填工場に着く前に、亀裂のある容器を排除するであろう。容器の口部近くに発生している亀裂は、口部亀裂と呼ばれている。ガラス瓶工業においては、“容器口部”という用語は、口、ねじ又はビード及びリング形状を規定している瓶の部分を指している。口部の上面はシール面と称されている。

同じく存在し得る別の異常は気泡である。ガラス内に気体がとりこまれたときに気泡が生じる。気泡が大きいときには、これらは“膨れ”と称され、気泡が小さいときには、これらは“泡”と称される。気泡の存在は、瓶の外観に影響を及ぼすけれども、必ずしも瓶の排除を必要とせず、オペレータは、このような瓶に充填されるのを許容するかも知れない。本願の目的のためには、“膨れ”という用語には、大きな気泡である“膨れ”と小さな気泡である“泡”とが含まれている。

以下の米国特許第４，７０１，６１２号（特許文献１）、第４，９４５，２２８号（特許文献２）、第４，９５８，２２３号（特許文献３）、第５，０２０，９０８号（特許文献４）、第５，２００，８０１号（特許文献５）、第５，８９５，９１１号（特許文献６）、第６，１０４，４８２号（特許文献７）及び第６，２７５，２８７号（特許文献８）は、全て、容器の口部内の欠陥を検知する装置に関するものである。
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６，２７５，２８７号 無し

本発明は、垂直、水平及びその他の角度のクラック（亀裂）を膨れから区別することができるガラス容器の検査装置を提供することを目的とする。

本発明のその他の目的及び利点は、特許法の指示に従って本発明の原理を組み入れている現在のところ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。

上記目的を達成するために、本発明においては、軸線を中心に瓶を回転させるための回転装置と、前記回転している瓶の口領域を照明するための照明装置と、前記回転している瓶の口領域の像を撮像するためのカメラと、制御装置であり、所定数の回転角度増分毎に前記カメラによってとらえられた対象物の列を規定し、とらえられた対象物を含んでいる複数の互いに隣接している帯を規定し、“亀裂”又は“膨れ”を特定するために前記帯を分析する前記制御装置とにより、検査ステーションで回転するガラス容器の口領域を検査し且つ“膨れ”と“亀裂”とを区別する装置を構成している。

発明の実施の形態

ガラス容器（瓶）を検査するための装置においては、容器１０は、図１に示されている検査ステーションまでコンベア１２に沿って垂直方向へ搬送される。コンベアは、直線ベルト又はターレット型の給送装置とすることができる。容器１０は、上方及び下方の後方のアイドラローラー１４の対及び前方駆動輪１６と係合して、時計方向の駆動輪の回転によって容器が反時計方向へ回転するようになされている。検査ステーションには、検査が行われる間に容器が３６０°を超えて回転させることができるように、十分な長さのコンベアドエルが存在する。容器センサー１８は、検査ステーションに容器が存在するか否かを検知するであろう。ＬＥＤによって構成することができる円錐形の光源（光源♯１／２０及び光源♯２／２１）が容器の口部を照明し、カメラ２２が口部を撮像する。図２及び３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光軸は、水平であり且つ容器の軸線“Ａ”と交差している。これら２つの光軸は、相互に直交しており（２つの光軸は水平あり且つ９０度で相関している）、カメラ検知器軸線を含む垂直面に対して４５度の方向である。負の“Ｚ”面内に配置されているカメラ２２の検知器軸は、水平から約４５度の方向である（カメラは水平光軸と交差している）。この関係においては、カメラは、暗視野を見ており且つ理想的には“亀裂”及び“膨れ”から発生される光のみを見ている。光源及びカメラは、種々の高さ／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移動させることができる構造２８によって支持されている。

検査を開始するためには、当該装置は、容器を検査ステーションへ搬送し、容器１０の回転が安定状態となるのに十分な時間に続いて、制御５０（図４、１１及び１２）によって検査が開始されるであろう。この制御は、容器を軸を中心に所望の角度だけ回転させるであろう（ステップ４２）（図４）。図５は、容器の口部上の異常３０（“亀裂”又は“膨れ”）の外観を示している。当該異常は、瓶がθ（シータ）角度増分ずつ回転されたときにカメラによってとらえられたときに明らかとなるであろう。図示されている容器は、θ（シータ）度ずつ隔てられた１１個の位置のうちの１０個の位置においてとらえられた異常を有している。これは、瓶がθ（シータ）度回転する毎にカメラを作動させることによって又は光源をθ（シータ）度毎に光源を発光しつつ長い期間に亘ってカメラを開いた状態に保持することによって得られる。部分楕円形の経路を規定している関連角度Ｆ（ｐｈｉ）内に位置している異常が示されている。制御５０は、θ（シータ）度ずつの増分で選択された数の像をとらえるように進行し（ステップ４４）、次いで、容器の上方端縁の位置をつきとめるであろう（ステップ６０）。この上方端縁６１は図５に示されている。制御は、次いで、曲線をこれらの端縁位置に適合させるであろう（ステップ６２）。このことは、直線回帰技術を使用して行われる。適合曲線６３は図６に示されている。次いで、制御は、適合曲線の垂直方向のピークを判定するように進行する（ステップ６４）。制御は、次いで、このピークを通る水平線を規定するように進行し（ステップ６６）（図６における線６７）、像を展開するように進行する（ステップ６８）。この過程は、図６において、適合曲線６３を、各垂直列に沿って、ピークに対する接線６７へと垂直方向にずらすのに必要とされる画素の数によって規定される垂直方向の偏り６９によって示されている。次いで、制御は、とらえられた像の各々の中の異常部分の中心を規定するであろう（ステップ４６）。

図７は、３つの水平帯の関数として“Ｙ”位置を示し且つ“Ｘ”位置がその角度増分に対応している状態で対象物の中心をプロットして、角度Ｆ（ｐｈｉ）度に亘ってθ（シータ）度ずつ隔てられた１１個の位置においてとらえられた対象物の１０個の像の直線状の列を図示している。好ましい実施形態は水平の帯を規定するために楕円像を展開しているけれども、これらの帯は、とらえられた対象物のパターンに楕円状に適合させることができる。図８〜１０は、図７において付与された帯（１−２，２−３及び３−４）の各々として分類された対象物を図示している。各帯は、水平な走査線（１つの帯は、例えば、５つの水平な走査線とすることができる）を示している。各帯の幅（“Ｂ”）は設定可能なものとして示されている。図１１を参照すると、制御５０は、“Ｎ”個の水平帯“Ｂ”内の対象物を高い（多い）と判定するであろう（ステップ７０）。１つの帯内の対象物は、一つの“集団（クラスタ）”を規定している。図８〜１０に特定されている対象物の集団は、
帯１（１−２）−対象物Ｂ，Ｃ，Ｇ，Ｈ，Ｉ；
帯２（２−３）−対象物Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｅ，Ｆ，Ｇ，Ｈ，Ｉ，Ｊ，Ｋ；
帯３（３−４）−対象物Ａ，Ｅ，Ｆ，Ｊ，Ｋ；
である。

制御は、次いで、最も多くの対象物を有している帯を第一の集団として規定するように進行する（ステップ７２）。上に示したものにおいては、帯２が最も多くの対象物（１０）を有している。２つの帯が同じ数を有している場合には、制御は、最初にいずれか一方を採り上げることができ。制御は、次いで、他の帯から共通の対象物を取り出すように進行する（ステップ７４）。従って、これらの帯は、
帯２（２−３）−対象物Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｅ，Ｆ，Ｇ，Ｈ，Ｉ，Ｊ，Ｋ
となる。

制御が、“次の最も高い対象物計数を有する帯が他の帯と共通する対象物を有しているか？”という問いかけをしたときに（ステップ７６）、答えは否定的（ＮＯ）であろう。すなわち、帯２は全て特有の対象物を有している。これらの帯の更なる修正はなされないであろう。次いで、帯２内の対象物が一つの集団として特定されるであろう。

別の方法として、帯の幅“Ｂ”は、１０本の走査線によって設定することができ、１０個の対象物全てを単一の帯内に配置し且つ単一の集団として処理することができる。

次に、制御は、いずれかの集団が少なくとも“Ｘ”個の対象物（Ｘは設定可能である）の幅の間隙を有しているかが尋ねられる（ステップ７８）。この問いかけに対する答えが肯定的（ＹＥＳ）である場合には、制御は、付加的な集団を規定するであろう（ステップ７９）。“Ｘ”が３に設定されている場合には、帯２に対するこの問いかけの答えは否定的（ＮＯ）である。なぜならば、１つの対象物の幅に相当する単一の間隙だけが存在するからである。この間隙が３つの対象物の幅である場合（例えば、Ｄ、Ｅ及びＦがない場合）には、制御は、間隙の左側の対象物（Ａ、Ｂ及びＣ）を１つの集団として規定し、間隙の右側の対象物（Ｇ〜Ｋ）を第二の集団として規定するであろう。“膨れ”は、一般的に、極めて小さい間隙を有し且つ大きな間隙は１以上の“亀裂”を示すことが判明している。オペレータがこの装置の使用を望まない場合には、“Ｘ”は、例えば１２に設定することができる。

次いで、制御は、各集団内に対象物の最大離隔距離を規定するであろう（ステップ８０）。集団１は、ＡをＫから離隔している１０個の間隔を有している。この時点で、制御は、集団が“亀裂”であるか又は“膨れ”であるかを判定する。これは、集団“Ｎ”の最大離隔距離≧（より大きいか等しい）“Ｚ”か？という問いかけに対して答えることによってなされる（ステップ８２）。Ｚが８（設定可能な入力）であると仮定すると、この問いかけが集団１に対してなされるときには、答えは“ＹＥＳ”であり、制御は、集団“Ｎ”を“膨れ”として規定するであろう（ステップ８６）。隔離距離が８よりも小さい場合には、制御は、集団“Ｎ”を“亀裂”として規定するであろう（ステップ８４）。この過程は、各集団に対して繰り返されるであろう。

所望ならば、この時点が、全ての“膨れ”をパスさせ且つ全ての“亀裂”を排除するという判定をなすことができるが、追加の選択が制御によって提供されても良い。図１２は、排除されるべき瓶を生じさせない“膨れ”又は“亀裂”と、排除されるべき瓶を生じさせる“膨れ”又は“亀裂”とを識別するための制御５０の構成を示している。制御は、“全ての集団が“膨れ”又は“亀裂”として規定されたか”？という問いかけに対して答える（ステップ９０）。答えが“ＹＥＳ”である場合には、制御は、“一つの集団内の単一の対象物の面積≧（より大きいか等しい）ＡＡか？”又は“一つの“膨れ”集団内の全ての対象物のトータルの面積 ≧（より大きいか等しい）ＢＢか？”又は“一つの“膨れ”集団内の対象物の数≧（より大きいか等しい）ＣＣか？”又は“全ての“膨れ”集団内の全ての対象物のトータルの面積≧（より大きいか等しい）ＤＤか？”又は“全ての“膨れ”集団内の対象物のトータルの数 ≧（より大きいか等しい）ＥＥか？”という問いかけに答える（ステップ９２）。答えが肯定的（ＹＥＳ）である場合には、制御は、瓶排除信号を発する（ステップ９４）。

制御はまた、““亀裂”集団内の単一の対象物の面積≧（より大きいか等しい）ＦＦか？”又は“１つの“亀裂”集団内の全ての対象物のトータルの面積≧（より大きいか等しい）ＧＧか？”又は“１つの“亀裂”集団内の対象物の数 ≧（より大きいか等しい）ＨＨか？”又は“全ての“亀裂”集団内の全ての対象物のトータルの面積≧（より大きいか等しい）ＩＩか？” 又は“全ての“亀裂”集団内の対象物のトータルの数 ≧（より大きいか等しい）ＪＪか？”という問いかけに答える（ステップ９６）。これに対する答えが肯定的（ＹＥＳ）である場合には、制御は同じく、瓶排除信号を発するであろう（ステップ９６）。

図１は、ガラス容器の“亀裂”及びその他の欠陥の有無を検査するための装置の従来技術による検査ステーションの前方斜視図である。 図２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３は、図２に示されている従来技術による光源とカメラとの光軸を示している正面図である。 図４は、展開された像を規定する方法を示している制御図である。 図５は、カメラによって撮った図１に示されている瓶の口部分の図であり、角度Ｆ（ｐｈｉ）に亘って、その垂直軸線を中心とする瓶の回転角度θ（シータ）毎にとらえた像を示している。 図６は、図４に示されている像を展開する過程の概略図である。 図７は、プロットされた対象物の中心によって、角度Ｆ（ｐｈｉ）に亘ってθ（シータ）度ずつ離隔された１１個の位置においてとらえられた対象物の１０個の像を、対象物の中心をプロットして示された図である。 図８は、帯１−２における対象物のみを示している図７に類似している図である。 図９は、帯２−３における対象物のみを示している図７に類似している図である。 図１０は、帯３−４における対象物のみを示している図７に類似している図である。 図１１は、とらえられた対象物が“亀裂”であるか“膨れ”であるかを判定するための制御の構成を示しているフローチャートである。 図１２は、排除する瓶を特定するための構造を示しているフローチャートである。

符号の説明

１０ 容器、
１２ コンベア、
１４ アイドラローラー、
１６ 前方駆動輪、
１８ 容器センサー、
２０、２１ 光源、
２２ カメラ、
５０ 制御、
３０ 異常（“亀裂”又は“膨れ”）、
６ 端縁、
１−２，２−３，３−４ 帯、
Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ，Ｆ，Ｇ，Ｈ，Ｉ，Ｊ，Ｋ 対象物

Claims (17)

1. 検査ステーションで回転しているときにガラス容器の検査すべき領域を検査して“膨れ”と“亀裂”とを識別するように作動可能な装置であり、
   軸線を中心に容器を回転させるための回転装置と、
   前記容器が回転しているときに当該容器の前記検査すべき領域を照明するための照明装置と、
   前記容器が回転しているときに当該容器の前記検査すべき領域の像を撮像するためのカメラと、
   制御装置であり、
   所定数の回転角度増分毎に前記カメラによってとらえられた像内の異常部分からの反射に対応する対象物の列を規定し、
   とらえられた対象物を含んでいる複数の互いに隣接している帯を規定し、
   前記帯内に配列された対象物の垂直方向及び水平方向の位置の分布に基づいて“亀裂”又は“膨れ”としての異常部分を特定する制御装置と、を備えた装置。
2. 請求項１に記載の装置であり、
   前記“亀裂”又は“膨れ”を特定するために前記互いに隣接している帯を分析するための前記制御装置が、とらえられた対象物の集団を規定するための手段を備え、当該手段は、
   とらえられた対象物を最も多く有する帯を判定する手段と、
   前記対象物を最も多く有している帯内の対象物を、対象物を含んでいる帯の残りの部分から削除する手段と、
   前記帯の残りのうち前記対象物を最も多く有している帯を特定し且つ該帯の残りのうち前記対象物を最も多く有している帯内の対象物を削除することを、各帯内の対象物が特有のものとなるまで繰り返す手段とを含み、
   各帯内の前記特有の対象物が集団を規定している、装置。
3. 請求項２に記載の装置であり、
   “亀裂”又は“膨れ”を特定するために互いに隣接している帯を分析するための前記制御装置が、
   各集団内の対象物間に最小の大きさの少なくとも１つの間隙が存在するか否かを判定する手段と、
   このような間隙の数の関数として付加的な集団を規定する手段と、を備えている装置。
4. 請求項２に記載の装置であり、
   “亀裂”又は“膨れ”を特定するために互いに隣接している帯を分析するための前記制御装置が更に、
   集団内の対象物の選択された離隔距離を規定する手段と、
   集団内の最も離れた対象物の離隔距離を判定する手段と、
   前記集団内の最も離れた対象物の離隔距離が選択された離隔距離よりも小さい場合に該集団を“亀裂”として規定する手段と、を備えている装置。
5. 請求項４に記載の装置であり、
   前記制御装置が更に、
   “亀裂”として規定した集団内の最も大きな対象物の面積を判定する手段と、
   前記最も大きい対象物の面積が所定の面積を超えている場合に、排除信号を発する手段と、を備えている装置。
6. 請求項４に記載の装置であり、
   前記制御装置が更に、
   前記“亀裂”として規定された集団内の全ての対象物のトータルの面積を判定する手段と、
   前記トータルの面積が所定の面積を超えている場合に、排除信号を発する手段と、を備えている装置。
7. 請求項４に記載の装置であり、
   前記制御装置が更に、
   前記“亀裂”として規定した集団内の対象物の数を判定する手段と、
   前記集団内の対象物の数が所定の数を超えている場合に、排除信号を発する手段と、を備えている装置。
8. 請求項４に記載の装置であり、
   前記制御装置が更に、
   対象物が“亀裂”として規定された前記集団の全てにおける全ての対象物のトータルの面積を判定する手段と、
   前記トータルの面積が所定の面積を超えている場合に、排除信号を発する手段と、を備えている装置。
9. 請求項４に記載の装置であり、
   前記制御装置が更に、
   “亀裂”として規定されている全ての集団内の対象物のトータルの数を判定する手段と、
   “亀裂”として規定されている集団の全ての中の対象物のトータルの数が所定の数を超えている場合に、排除信号を発する手段と、を備えている装置。
10. 請求項４に記載の装置であり、
    前記制御装置が更に、
    前記集団内の最も大きく隔てられた対象物同士が、少なくとも選択された離隔距離だけ離隔されている集団を“膨れ”として規定する手段を備えている装置。
11. 請求項１０に記載の装置であり、
    前記制御装置が更に、
    前記“膨れ”として規定された集団内の最も大きな対象物の面積を判定する手段と、
    前記最も大きな対象物の面積が所定の面積を超えている場合に、排除信号を発する手段と、を備えている装置。
12. 請求項１０に記載の装置であり、
    前記制御装置が更に、
    前記“膨れ”として規定された集団内の全ての対象物のトータルの面積を判定する手段と、
    前記トータルの面積が所定の面積を超えている場合に、排除信号を発する手段と、を備えている装置。
13. 請求項１０に記載の装置であり、
    前記制御装置が更に、
    前記“膨れ”として規定された集団内の対象物の数が所定の数を超えている場合に、排除信号を発する手段を備えている装置。
14. 請求項１０に記載の装置であり、
    前記制御装置が更に、
    前記対象物が“膨れ”として規定された集団の全ての中の全ての対象物のトータルの面積を判定する手段と、
    前記トータルの面積が所定の面積を超えている場合に、排除信号を発する手段と、を備えている装置。
15. 請求項１０に記載の装置であり、
    前記制御装置が更に、
    “膨れ”として特定された集団の全ての中の全ての対象物のトータルの面積を判定する手段と、
    “膨れ”として規定された集団の全ての中の対象物のトータルの数が所定の数を超えている場合に、排除信号を発する手段と、を備えている装置。
16. 請求項２に記載の装置であり、
    前記帯が水平の帯である装置。
17. 請求項１に記載の装置であり、
    前記分布の比較的小さな差異が前記“膨れ”を示し、前記分布の比較的大きな差異が前記“亀裂”を示す、ことを特徴とする装置。

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