JP5109837B2 - 透明管体の外観検査装置及び外観検査システム - Google Patents

Description

本発明は、管軸方向に移送される透明管体の外観を検査する透明管体の外観検査装置及び連続的に管引き成形され移送される透明管体の外観を成形ライン上で検査する透明管体の外観検査システムに関する。

ガラス管等の透明管体は、例えばダンナー成形法による管引き成形装置によって連続成形される。そして、成形された管体では、その表面のすじ等による凹凸や、マッフルの天井から落下し付着したドリップ等により生じたガラス不均質状態などによって、光を当てたりした際に屈折率や透過経路が変わるなどして外観がつよく輝き、ぎらついて見える状態となることがある。こうした外観のぎらつきの程度が大きい場合には、透明管体の使途によっては発色むらが生じ、使途に適さない状態となる虞があり、ぎらつきによる不良を排除するための外観検査が必要となっている。

このため、透明管体の真円度を測定してぎらつき不良の排除を行うことが考えられるが、十分に排除することが難しい。そのため、ぎらつき等による外観不良の検査は、所定長さに切断された管体を複数本ならべ、作業者による目視等の官能検査により成形ライン外において行なわれる。

一方、透明管体の外観を検査する外観検査装置として、例えば、特許文献１に示すようなものがある。特許文献１に示されたものは、管引き中の管径２７〜３２ｍｍのガラス管に、光をスリットを通しガラス管の長手方向に沿って当て、ガラス管を通過した光をシリコンフォトダイオード等のセンサで感知し、受光量を電気信号に変換し、この電気信号の大きさによってガラス管の脈理を検出することにより検査するものである。

このような外観検査装置では、ガラス管中に脈理欠陥があると脈理部分での光の屈折により光量の変化が生じ、光量の変化の差で欠陥の検出が行え、ガラス管径が２７〜３２ｍｍと比較的大径の管体では、受光量が多く脈理部分での光量の変化量も多いために欠陥の検出も比較的容易に行える。

しかし、管体が比較的細く、管直径が５ｍｍ以下で、例えば内径が２ｍｍ程度の小径の管体では、管体を通過して受光される光量が少なく、管体の欠陥によって生じる光量の変化量も少なく、精度よく欠陥を検出することができる検査を行うことが難しい。

このような状況にあることから、成形ライン中において、管径が大きい管体や小さい管体であっても、凹凸や不均質部分などによるぎらつき等の不良が精度よく検出でき、不良品を確実に排除することが連続して行えるようにすることが、強く望まれている。
特開平２−１３８８５３号公報

上記のような状況に鑑み、発明者は、その解決手段として透明管体にスリットを通して光を当てた場合、それによって得られるスリット画像が管体の欠陥部分で歪むことから、スリット画像の幅寸法の最大値と最小値の差に基づいて、ぎらつきによる不良の判断を行うことができると考えるに至った。しかし、最大値と最小値の差の値からだけでは外観不良を確実に排除することができないことが判り、それをも解決するものとして本発明はなされたもので、その目的とするところは、管径の大小に係らず、不均質部分などによる不良が精度よく検出でき、検出結果に基づいて不良部分を確実に排除することができる透明管体の外観検査装置及び外観検査システムを提供することにある。

本発明の透明管体の外観検査装置及び外観検査システムは、
透明管体の外観検査装置が、光源と、この光源の光軸方向に対向配置した撮像装置と、この撮像装置と前記光源との間を光軸に直交する管軸方向に回転しながら移送される光源光に透明な管体と、この管体の管軸方向に平行な１本のスリットを有して前記管体と前記光源との間の所定位置に配置されたスリット部材と、このスリット部材を背景として前記撮像装置によって所定単位時間毎に撮影された前記管体の撮影画像を画像処理し、撮影されたスリット画像の幅寸法を測定する測定手段と、測定された前記スリット画像の幅寸法に基づいて前記管体の良否を判断する判断手段を備えた透明管体の外観検査装置であって、前記スリット部材は、前記管体を通して見た時、前記スリットが該管体の内径寸法より狭い所定径方向範囲内の画像として得られるように形成されていると共に、前記スリットの外方側遮光部分が該管体の管肉厚部を遮光する画像となるように形成されているものであり、前記判断手段は、測定された前記スリット画像の所定時間内の幅寸法の最大値、最小値及び最大値と最小値の差と、それぞれの予め設定された閾値とから前記管体の外観の良否を判断するものであることを特徴とするものであり、
さらに、前記撮像装置は、前記管体の直径寸法以上の撮像範囲を有すると共に、前記管体が全周にわたり撮影可能となるよう前記光源と共に少なくとも２対光干渉を生じない位置にそれぞれ配設されていることを特徴とするものである。

また、透明管体の外観検査システムが、連続的にガラス管の管引き成形を行う成形ラインと、この成形ラインに設置され管軸方向に所定管引き速度で連続移送される透明な管体を検査する上記請求項１記載の透明管体の外観検査装置と、この外観検査装置による検査後の前記管体を所定長に切断する切断装置と、前記外観検査装置より前記成形ラインの移送方向下流側の所定離間距離だけ隔たった位置に設置され、前記切断装置で切断された前記管体のうち前記外観検査装置で不良判定された不良管体を排除する排除装置を備えるものであって、前記排除装置での不良管体の排除が、前記外観検査装置での不良判定時点から、前記外観検査装置、前記排除装置間の所定離間距離と前記管引き速度とに基づいて算出された時間経過後に行われるよう設定されていることを特徴とするシステムである。

本発明の透明管体の外観検査装置によれば、管径の大小に係らず、不均質部分などによる不良が精度よく検出でき、また透明管体の外観検査システムによれば、管径の大小に係らず、不均質部分などによる不良部分を、精度よく検出して確実に排除することができる等の効果を有する。

以下本発明の一実施形態を、図１乃至図５を参照して説明する。図１は外観検査システムの構成図であり、図２は外観検査装置の断面図であり、図３は外観検査装置を説明するために示す図であり、図４はスリット部材の平面図であり、図５はスリットの画像を例示する図で、図５（ａ）は幅寸法が最小値のスリット画像を示す図、図５（ｂ）は幅寸法が最大値のスリット画像を示す図である。

図１乃至図５において、透明管体である例えば透光性ガラス管の外観検査システム１は、ダンナー成形法による管引き成形装置２の管引き成形ライン３のラインが水平となるように構成されている部分に沿って、順に外観検査装置４、切断装置５、排除装置６を設置して構成されている。管引き成形装置２は、図示しないガラス溶融炉によって溶融された溶融ガラス７を所定温度に保持し貯溜するガラス溶融容器８と、このガラス溶融容器８の底部に形成されたガラス流下口９の下方に配設され、駆動機構１０により所定回転速度で一定方向に回転するスリーブ１１を備えている。スリーブ１１は先端が下方となるよう所定の傾斜角度で傾斜していると共に、スリーブ１１の軸心に沿いガス圧送路１２が貫通して設けられていて、このガス圧送路１２を通じ、圧ガス供給源１３から供給されたブローエアが先端開口から噴出するようになっている。

そして、ガラス溶融容器８のガラス流下口９から適正に粘性が調整された溶融ガラス７がリボン状に流下し、スリーブ１１の上方の根元側表面に巻き付く。その後、巻き付いた溶融ガラス７は、重力により根元側から下方の先端側に移動し、先端開口から噴出する所定圧力のブローエアによって管状に成形され、管引き成形ライン３の外観検査装置４と切断装置５の間に配置された管引き機１４によって、例えば直径が２ｍｍ〜５ｍｍ、管肉厚が０．２ｍｍ〜０．５ｍｍである所定管外径、所定管肉厚の連続した透光性ガラス管１５の管引きが、管軸Ｏを中心にしてゆっくり回転しながら連続して管軸方向に行われる。

このとき、例えば管引き成形ライン３に沿って移送されるガラス管１５の管外径が第１の管外径測定器１６、第２の管外径測定器１７でそれぞれ測定され、測定結果はブロー圧制御部１８に入力され、それに基づき、管外径が所定寸法となるよう圧ガス供給源１３の制御が行われる。なお、管引き速度ｖについては、図示しないがガラス管１５の速度を測定し管引き機１４を調節することによって、例えば、８０ｍ／分〜４００ｍ／分の所定管引き速度を維持するようになっている。

また、外観検査装置４は、透光性ガラス管１５の管表面のすじ等による凹凸やガラス不均質状態などにより生じるぎらつき等の外観不良の有無を検査するもので、それぞれ２つの光源１９、撮像装置２０、スリット部材２１が光軸Ｌ方向に、光源１９と撮像装置２０が対向配置され、さらに光源１９と撮像装置２０の間にスリット部材２１が配置されるようにして収納された例えば正八角形の角環状をなす筐体２２を備え、環状筐体２２の環状面の中心部を直交方向に管引き成形ライン３上のガラス管１５が移送される撮像部２３と、撮像部２３の撮影画像を処理し、ガラス管１５の外観の良否判断を行う判断装置２４を備えた制御部２５と、環状筐体２２を管引き成形ライン３の適正な位置に支持する図示しない筐体支持部を備えている。

そして、撮像部２３を構成する環状筐体２２の内壁２６には、移送されるガラス管１５の管軸Ｏと同一の位置でそれぞれの光軸Ｌを直角に交差させると共に、互いの光軸Ｌを直交させるように２つの光源１９が取り付けられている。光源１９は、例えば１００ｍｍ×１００ｍｍサイズを有する白色ＬＥＤ（発光ダイオード）アレイ２７の前面に光拡散板２８を配置して構成され、電源２９によって対向する撮像装置２０の方向に白色ＬＥＤアレイ２７の発光光を、光拡散板２８を透過させて光源光として投射するようになっている。

また、各光源１９が取り付けられた内壁２６に対向する小区画３０内には、所定の撮影範囲を持ち、ガラス管１５の前面から背面までの間の明瞭な映像が得られるよう被写界深度がガラス管１５の直径寸法以上となっているＣＣＤ（固体撮像素子）カメラで構成された撮像装置２０が収納され、撮像装置２０の前方を覆う内壁２６には所定直径の撮影開口３１が形成されている。これにより、撮像装置２０が管軸Ｏに直交する同一平面内で光軸Ｌを９０度ずらして配置されることになり、ガラス管１５の全周の撮影が可能となる。

また、ガラス管１５と光源１９との間に配置されたスリット部材２１は、移送される高い温度のガラス管１５の熱によって熱変形しない薄鋼板等で形成されており、さらにスリット部材２１には、ガラス管１５の内径寸法より小寸法の、例えば幅１ｍｍで、所定の長さを有する１本のスリット３２が、ガラス管１５の管軸方向に、加工端にチッピング等の不具合が生じないレーザ加工などにより形成されている。

スリット３２の長さについては、管引き成形ライン３上を移送されるガラス管１５の移送速度、すなわち管引き速度ｖや撮影から次の撮影までの撮像装置２０の撮影間隔等を考慮し、ガラス管１５が管軸方向に連続して撮影できるようなものとなっている。そしてスリット３２を形成することでスリット部材２１には、スリット３２の外方側にガラス管１５の管肉厚部が写り込まないよう、例えば１０ｍｍ以上の幅を有するスリット外方遮光部分３３がスリット３２の長手方向両側に設けられる。

そして、このように形成されたスリット部材２１は、スリット３２の中心を光軸Ｌが通るようにして、ガラス管１５から所定距離だけ離れた位置に配置される。これによって、スリット部材２１を背景にしてガラス管１５を撮像装置２０で撮影した画像には、ガラスの屈折によりガラス管１５の管肉厚部はスリット部材２１のスリット外方遮光部分３３で遮光されて画像として現れず、スリット部材２１に形成されたスリット３２の画像だけとなる。

さらにスリット３２による画像は、スリット３２がガラス管１５の内径寸法より小寸法の幅を有し、スリット３２の中心を光軸Ｌが通るように配置されるので、ガラス管１５の管肉厚部を除いた内径部内、すなわち、内径寸法より狭い所定径方向範囲内に得られる。なお、ガラス管１５が移送される際に上下左右に少し振動することから、その際に管肉厚部がスリット３２に重なり、写り込んでくることがないように、管肉厚部の写り込み対策として、図示しないが、例えばガラス管１５の外形あるいは管肉厚部を同時に撮影し、常時チェックできるようにし、写り込んだり、写り込む虞がある場合に異常発生を通報するようになっている。

また、撮像部２３の撮影画像を処理し、ガラス管１５の外観の良否判断を行う判断装置２４を備えた制御部２５は、判断装置２４が各撮像装置２０によって撮影されたスリット３２の画像の幅を測定する測定手段３４と、測定されたスリット３２の画像の幅寸法に基づいてガラス管１５の外観の良否を判断する判断手段３５とを備えており、さらに判断装置２４の良否判断結果の出力信号を受けて排除装置６等を制御するライン制御装置３６とで構成されている。

そして、ガラス管１５の外観検査は、先ず、撮像装置２０で所定単位時間毎、例えば１／４０秒毎に撮影が行われる。各撮像装置２０で所定単位時間毎に撮影された撮影画像は、撮影画像信号として判断装置２４の測定手段３４に出力される。測定手段３４は各撮影画像信号をそれぞれＳ／Ｎ比を上げる等の種々の処理を施し、得られた撮影画像中のスリット３２の画像の幅を測定する。測定は、例えば１画素を１単位として行われ、撮影画像を例示する図５におけるスリット３２の画像の白抜き部分の幅を計数することで測定される。なお、図５（ａ）は幅寸法が最小値となっているスリット画像３７_ｍｉｎを示しており、図５（ｂ）は幅寸法が最大値となっているスリット画像３７_ｍａｘを示している。

また判断手段３５では、外観検査に先立って閾値の設定が行われる。測定手段３４へのそれぞれの閾値の設定は、使途等に応じたガラス管１５のぎらつき等の外観良否限界品について、予めスリット３２の画像の幅寸法の最大値、最小値及び最大値と最小値の差を求め、これに基づき各閾値を、例えば１画素を１単位として決定し、各値を入力し記憶させることにより行なわれる。

そして、閾値の設定後に検査が開始され、測定手段３４から測定して得られたスリット３２の画像の所定単位時間毎の幅寸法が入力され、判断手段３５では、所定時間内におけるスリット３２の画像の幅寸法の推移状況から、幅寸法の最大値、最小値、さらに最大値と最小値の差を求める。続いて、求められた最大値、最小値、差の各値をそれぞれの閾値と比較し、閾値内か否かでガラス管１５の外観の良否を判断し、閾値から外れている場合に外観不良である旨の信号をライン制御装置３６に出力する。

このように、スリット３２の画像の幅寸法の最大値と最小値の差以外に、最大値、最小値についても閾値を設定して良否判断をすることによって、最大値と最小値がそれぞれどのような値をとるかにより、例えばそれらの各値が大きくても両者の差が小さいために、最大値と最小値の各値が小さく、それらの差も小さい場合と同様に判断され、設定された閾値との比較では外観不良として検出できず、誤判断をしてしまうといったことがなくなり、より精度の高い判断をすることができる。

また、上記したガラス管１５の外観の良否判断が移送されるガラス管１５の外観が全て検査できるよう、判断結果を出力した後も連続して次の所定時間内のスリット３２の画像の幅寸法の推移状況をもとに、判断手段３５では外観の良否判断が繰り返し行なわれる。

一方、外観不良の信号を受信したライン制御装置３６は、外観検査装置４と排除装置６の離間距離Ｑ１とガラス管１５の移送速度、すなわち管引き速度ｖ、さらに外観検査装置４と切断装置５の離間距離Ｑ２と切断装置５でのガラス管１５の切断長ｆとから、外観検査装置４で検出されたぎらつき等の不良が有る切断後のガラス管１５ｆを割り出し、それを管引き成形ライン３上から排除するよう排除装置６の動作を制御する。これによって、排除装置６でぎらつき等の不良が有るガラス管１５ｆが管引き成形ライン３上から排除され、排除装置６以降の管引き成形ライン３上には良品の切断後のガラス管１５ｆが流れ、次工程に移送されることになる。

以上の通り構成することで、管引き成形ライン３上で成形され移送されるガラス管１５について、特に小管径で透過光量の少ないガラス管１５であっても、連続してぎらつき等の外観検査を精度よく行うことができるので、自動的に不良部分を確実に排除することができる。この結果、所定長に切断後のガラス管１５ｆの品質を所定品質水準に維持することができ、またこうした検査を、作業者による官能検査等の手間のかかる検査をすることなく行うことができる。

なお、上記の実施形態においては光源１９に白色ＬＥＤを用いたが、白色フィルタを用いて投射する光源光を白色にしてもよく、また用いる撮像装置２０により最適な波長の光源光を選択するようにしてもよい。また、透明管体をガラス管１５としたが、透明樹脂管等であってもよい。

本発明の一実施形態を示す外観検査システムの構成図である。 本発明の一実施形態における外観検査装置を示す断面図である。 本発明の一実施形態における外観検査装置を説明するために示す図である。 本発明の一実施形態におけるスリット部材の平面図である。 本発明の一実施形態に係るスリットの画像を例示する図で、図５（ａ）は幅寸法が最小値のスリット画像を示す図、図５（ｂ）は幅寸法が最大値のスリット画像を示す図である。

符号の説明

１５…ガラス管
１９…光源
２０…撮像装置
２１…スリット部材
３２…スリット
３４…測定手段
３５…判断手段

Claims (3)

1. 光源と、この光源の光軸方向に対向配置した撮像装置と、この撮像装置と前記光源との間を光軸に直交する管軸方向に回転しながら移送される光源光に透明な管体と、この管体の管軸方向に平行な１本のスリットを有して前記管体と前記光源との間の所定位置に配置されたスリット部材と、このスリット部材を背景として前記撮像装置によって所定単位時間毎に撮影された前記管体の撮影画像を画像処理し、撮影されたスリット画像の幅寸法を測定する測定手段と、測定された前記スリット画像の幅寸法に基づいて前記管体の良否を判断する判断手段を備えた透明管体の外観検査装置であって、
   前記スリット部材は、前記管体を通して見た時、前記スリットが該管体の内径寸法より狭い所定径方向範囲内の画像として得られるように形成されていると共に、前記スリットの外方側遮光部分が該管体の管肉厚部を遮光する画像となるように形成されているものであり、
   前記判断手段は、測定された前記スリット画像の所定時間内の幅寸法の最大値、最小値及び最大値と最小値の差と、それぞれの予め設定された閾値とから前記管体の外観の良否を判断するものであることを特徴とする透明管体の外観検査装置。
2. 前記撮像装置は、前記管体の直径寸法以上の撮像範囲を有すると共に、前記管体が全周にわたり撮影可能となるよう前記光源と共に少なくとも２対光干渉を生じない位置にそれぞれ配設されていることを特徴とする請求項１記載の透明管体の外観検査装置。
3. 連続的にガラス管の管引き成形を行う成形ラインと、この成形ラインに設置され管軸方向に所定管引き速度で連続移送される透明な管体を検査する上記請求項１記載の透明管体の外観検査装置と、この外観検査装置による検査後の前記管体を所定長に切断する切断装置と、前記外観検査装置より前記成形ラインの移送方向下流側の所定離間距離だけ隔たった位置に設置され、前記切断装置で切断された前記管体のうち前記外観検査装置で不良判定された不良管体を排除する排除装置を備えるものであって、
   前記排除装置での不良管体の排除が、前記外観検査装置での不良判定時点から、前記外観検査装置、前記排除装置間の所定離間距離と前記管引き速度とに基づいて算出された時間経過後に行われるよう設定されていることを特徴とする透明管体の外観検査システム。

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