JP5172153B2 - 容器傾斜度の光学式検査 - Google Patents

Description

本発明は一般に、例えばガラス容器のような物品の検査に関し、特に、容器支承面の容器傾斜度及び他の性質を検査する光学式検査装置及び方法に関する。

ガラス製品、例えばガラス容器の製造に当たり、容器が商業的に受け入れられるかどうかについて影響を及ぼす種々の欠陥又はばらつきが生じる場合がある。これらの欠陥は、「商業的ばらつき」と呼ばれており、かかる欠陥としては、例えば容器の仕上げ部（「ネック」又は「口」と呼ばれる場合がある）のところの容器の寸法上の特性、容器の許容限度内の取扱いに悪影響を及ぼす場合のある表面特性、例えば容器の密封面のところの表面のばらつき、又は容器仕上げ部、側壁又は底部内に存在するばらつき、例えばストーン（ぶつ）又は浅割れが挙げられる。検査目的及び品質管理目的のために容器の原型を表す標識を成形により各容器に付与することも従来行われている。かくして、商業的ばらつき、金型標識又は検査を保証する他の特徴について容器を検査できる検査機器を提供することが有用な場合が多い。「検査」という用語は、広義に用いられ、潜在的に変化し得る特性（これには、金型コード及び商業的ばらつきが挙げられるが、これらに限定する必要はない）を測定し又は判定するために光学的、電子光学的、機械的、又は電気的な観察又は容器との係わりを含んでいる。

検査装置の一例が、特許文献１に示されており、この特許文献１は、スター（星型）ホイールが容器を一連の検査ステーションを通って連続して運搬するガラス容器の検査装置を開示している。検査ステーションの中の１つのところで、容器ベース上の支承面に１対の直径方向反対側のローラを接触させることにより容器傾斜度を検査する。特許文献２に開示されているように、ローラは、容器を回転させているときに信号を出力するよう線形可変差動変圧器（ＬＶＤＴ）に結合されている。これら信号を処理して或る平面からの支承面のずれ及び（又は）回転軸線に対する垂直性からのずれを指示する。容器を一連の検査ステーションを通って搬送する別の装置が、特許文献３に開示されている。

米国特許第３，３１３，４０９号明細書 米国特許第４，４３３，７８５号明細書 米国特許第６，５８１，７５１号明細書

上述され、これらの譲受人に譲渡された米国特許に開示されている検査装置はかなり好評な商業的成功を収めたが、改良が依然として望ましい。ローラは、容器底に接触し、機械的摩耗及び不正確さを生じる。ローラのサイズは、これらローラを稼働させることができる容器のサイズを制限する場合があり、しかも、検出可能なばらつきの大きさ（分解能）に悪影響を及ぼす場合がある。したがって、本発明の一般的な目的は、当該技術分野における上述の欠点に取り組んでこれらを解決し、容器の底又は支承面を検査するのに使用できる容器の検査装置及び方法を提供することにある。

本発明は、互いに別々に又はより好ましくは互いに組み合わせて具体化できる多くの特徴を有する。

本発明の一特徴としての容器の傾斜度の検査装置は、容器の下方に位置決めされたていて、容器を定位置に保持しているとき及び容器を軸線回りに回転させているときに光エネルギーを容器支承面に差し向ける光源を有する。容器の下方に位置決めされた光センサが、容器支承面から反射した源からの光エネルギーを部分的に受け取る。情報プロセッサが、反射光エネルギーと容器の回転の組合せ関数として軸線に垂直な平面からの要素底のずれを求めるために光センサに結合されている。容器は好ましくは、定位置に保持され、駆動ローラによって軸線回りに回転し、この駆動ローラは、容器を軸方向に間隔を置いたバックアップローラに押し付けて容器の幾何学的形状及びバックアップローラ相互の間隔の関数として平均回転軸線を定める。好ましい実施形態では、光源／光センサの対が、容器支承面の直径方向反対側の側部に位置決めされ、センサ出力の比較の関数として、測定を行う。この好ましい構成により、容器の軸方向運動とは独立した測定が行われる。

本発明の別の特徴に従って容器の支承面を検査する光学式検査装置は、光源と、光センサと、情報プロセッサとを有する。光源は、全体として支承面の下に位置決めされ、支承面に当たる光を放出することができる。光センサは、全体として支承面の下に位置決めされ、支承面から反射された光を受け取って反射した光を表すセンサ出力信号を出力するようになっている。情報プロセッサは、センサ出力信号を受け取り、この信号を利用して容器の軸線に垂直である平面からの支承面のずれを求める。

本発明の特徴としての方法によれば、容器の支承面は、次の工程、即ち、（ａ）全体として前記支承面に向いた光源を用意し、（ｂ）全体として前記支承面に向いた光センサを用意し、（ｃ）前記容器を直立位置に維持した状態で前記容器を軸線を中心に回転させ、（ｄ）前記光源により前記支承面上の位置で反射する光を放出させ、（ｅ）前記光センサにより前記反射された光が前記光センサに当たる箇所を記録させ、（ｆ）前記位置データから前記軸線に垂直な平面からの前記支承面のずれを分析すること、に従って検査される。

本発明の別の特徴としての方法によれば、容器支承面の光学式検査中に処理されるデータの量を減少させることができる。この方法は、次の工程、即ち、（ａ）光源と、光センサと、プリプロセッサと、メインプロセッサを有する光学式検査装置を用意し、（ｂ）光源により支承面からの光を反射させ、（ｃ）光センサにより反射された光の位置を第１の間隔で記録させ、（ｄ）プリプロセッサにより、工程（ｃ）の記録された位置データを第１の間隔よりも長い第２の間隔で走査させ、（ｅ）メインプロセッサによりステップ（ｄ）の走査データから支承面を分析することを含む。

本発明の別の特徴としての方法によれば、容器の支承面を光学式検査により分析することができる。この方法は、（ａ）支承面上の第１の箇所を検査する第１の光学式プローブを用意し、（ｂ）支承面上の第２の箇所を検査する第２の光学式プローブを用意し、（ｃ）第１及び第２の光学式プローブにより、光を支承面で反射させ、反射光に関連したデータを記録させ、（ｄ）第１の箇所と第２の箇所の相対位置を表していて、少なくとも１つの変数を有するシヌソイド表現式を利用し、（ｅ）最小二乗当て嵌め法を利用して変数について解を求め、（ｆ）変数を利用して支承面を分析することを含む。

本発明は、その追加の目的、特徴及び利点と共に、以下の詳細な説明、特許請求の範囲の記載及び添付の図面から最もよく理解されよう。

本発明の光学式検査装置及び方法を用いると、互いに異なる判断技術について多くの種類の容器のうち１つを検査できるが、容器傾斜度についてガラス容器の底又は支承面を検査するのに特に好適である。「支承面」という用語は、その最も広い意味において用いられていて、あらゆる容器の底又は軸方向下面を含む。この支承面としては、平らであり、滑らかであり、点刻されると共に（或いは）刻みが付けられた（ローレット切りされた）支承面並びに円周方向に延びていて、滑らかであり、点刻されると共に（或いは）刻みが付けられた（ローレット切りされた）着座リングを備えた表面が挙げられるが、これらには限定されない。

本発明の光学式検査装置及び方法を利用できる割送り及び検査機械の一例が、特許文献３に記載されている。この機械は、供給コンベアから連続したガラス物品の流れを受け取り、これら物品を一連の角度間隔を置いた検査ステーションを通って運搬し、これら検査ステーションは各々、互いに異なる判断基準に従って容器を吟味にする。割送り及び検査機械は、下側キャリヤに取り付けられた掴みフィンガの第１のアレイ及び上側キャリヤに取り付けられた掴みフィンガの第２のアレイを有している。互いに対するキャリヤの回転により、掴みフィンガは、個々のフィンガ相互間で物品としてのガラス製品を掴んだり放したりし、その間、キャリヤの共同回転により、キャリヤは、ガラス製品を検査ステーション相互間で割送りする。検査ステーションのうちの少なくとも幾つかのところには、検査又は他の目的で容器をその軸線回りに回転させる駆動ローラが設けられている。

本発明の光学式検査装置及び方法を利用できる割送り及び検査機械の別の例が、特許文献１に開示されており、この特許文献１については、技術背景のところで既に言及してある。この特許文献１に記載された装置は、容器をガイドウェイに沿って運搬するベルトコンベヤに用いている。一般的な作用において、容器は、円形である割送りヘッドに遭遇し、この割送りヘッドは、容器を受け入れるための複数の円周方向に間隔を置いて位置するポケットを有している。割送りヘッドは次々に割送られて各容器を隣り合う検査ステーションの定位置に運び、これら検査ステーションは、種々の商業的ばらつき及び（又は）他の特性について容器を検査することができる。容器を各検査ステーションで検査した後、容器は、排出ステーションに遭遇し、この排出ステーションは、容器を機械から運び出すコンベヤ上に容器を突き出す。当然のことながら、これらは、他の機械も又存在しているので、本発明の光学式検査装置及び方法を使用できる機械のほんの２つの例に過ぎない。

次に図１を参照すると、検査ステーション２０の略図が示されており、この検査ステーションは、主要構成要素として、駆動ローラ２４、上側及び下側フリーホイーリング形バックアップローラ対２６，２８、容器回転コントローラ３０、及び本発明の実施形態としての光学式検査装置３２を有している。検査対象の容器３４は、駆動ローラ２４によってバックアップローラ２６，２８に押し付けられ、この容器は、駆動ローラ２４により平均回転軸線Ａ回りに回転する。軸線Ａは、容器３４の幾何学的形状及びローラ２６，２８相互間の間隔で決まる。軸線Ａは理想的には、容器の中心軸線と同軸である。例えば平均軸線Ａが容器軸線と一致しているが、容器の底が不適切にも傾斜している図９Ａと、容器の底が容器本体に垂直であるが、容器の上向きのネックが容器本体の軸線に関する平均回転軸線Ａに斜めになっている図９Ｂと比較されたい。駆動ローラ２４は好ましくは、半径方向力と回転力を容器３４に与えるサーボモータ駆動式コンポーネントである。半径方向力は、容器を駆動ローラ２４とフリーホイーリング形バックアップ対２６，２８相互間で絞り、他方、回転力は容器３４が軸線Ａ回りにくるくると回るようにする。当然のことながら、駆動ローラに代えて他のボトル回転装置を使用してもよい。上側と下側のフリーホイーリング形ローラ対２６，２８の両方は好ましくは、１対当たり２つのバックアップローラを有し、これらバックアップローラは一緒になって、容器を回転自在に受け入れ、容器が駆動ローラ２４によってスライドプレートから押し出されるのを阻止するＶ字形ポケットを形成している。

本発明の装置は好ましくは、容器底が回転中に載るスライドプレート２２を更に有するが、必ずしもそうである必要はない。スライドプレート２２は、容器傾斜度の測定のための基準面（図８）となるだけでなく測定光学系の焦点のところ又はその近くの位置で容器底を支持する。また、スライドプレートを省き、又は容器がスライドプレートと非接触状態にあってもよく、これらは本発明の範囲に依然として含まれるものと考えられる。

容器回転コントローラ３０は、駆動ローラ２４に作動可能に結合され、かかるコントローラは、容器３４の角度的回転度を表す電子信号を情報プロセッサ５６に与える。この角度的回転情報は、一定の角度的回転間隔に基づくのがよく、又は、容器の回転速度が一定である一定の時間間隔に基づくのがよい。また、検査ステーション２０が、追加のコンポーネント、例えば、容器が存在していることを検出するセンサ、検査機器の他の部品等を有することも又可能である。

光学式検査装置３２は、主として容器の「傾斜度（lean）」について容器の支承面を検査するが、他のパラメータ、例えばちょっと挙げてみただけでも、刻み（ローレット目）の深さ、曲がった状態の容器ネック、及び鞍形又は反った状態の支承面を分析することもできる非接触型光学式検査装置である。容器の「傾斜度」は、一般に、容器の軸線に垂直な平面からの支承面のずれを求めることにより測定され、もしこのずれが所定量を超えていれば、容器を「リーナー（leaner）」（傾き過ぎ）と考えることができる。検査装置３２は好ましくは、各々が光源５０、レンズ系５２及び光センサ５４を備えた２つの光学式プローブ４６，４８（図３）と、情報プロセッサ５６と、オペレータディスプレイ５８とを有している。光センサ５４は、センサアレイ１０２を有し、かかるセンサアレイは、ＣＣＤエリアアレイ又はより好ましくはＣＣＤリニアアレイであるのがよい。横効果ダイオードセンサも又使用できる。検査装置は、各々支承面上の互いに別個の箇所を検査する２つの別々のプローブを有することが好ましいが、２つの互いに異なる箇所を検査するのに足るほどの広角の光ビームを放射する単一の光学式プローブを採用することが可能であり、これは本発明の特徴上における最も広い範囲に含まれる。支承面上の２つの箇所は好ましくは、図３に最もよく示されているように互いに１８０°の間隔を置いた支承面の直径方向における互いに反対側に位置する。単純化の目的で、図１及び図２は、光学式プローブを１つしか示していないが、一方のプローブの説明は、他方のプローブにそのまま当てはまる。また、単一のプローブ４６又は４８を用いることができ、その出力を１８０°の回転増分で比較することは、本発明の特徴上における最も広い範囲に含まれる。

次に図２Ａ、図２Ｂ及び図３を参照すると、光学式検査装置３２が部分的に詳細図の状態で示されている。光源５０は好ましくは、構造化光源であり、この構造化光源は、光ビームを発生させるレーザダイオード６４、ビームを合焦させるレンズ配列体６６及びビームを線の状態に変換する線発生器６８を有する。例示の実施形態では、入射光線６０は、幅Ｗを有する細い光線であり、この場合、ビームは、約１．９ｃｍ（０．７５インチ）の容器と交差する（図３参照）。入射光は、軸線Ａと４５°の角度をなしており、それにより、反射光ビーム８０に対して９０°の角度をなしている。

レンズ系５２（図２Ａ及び図２Ｂ）は、支承面６２と光センサ５４との間に配置されていて、反射光ビーム８０を受け取り、そのビームを合焦させ、合焦した光ビーム８２を光センサの方へ差し向けるようになっている。レンズ系５２は好ましくは、アナモルフィック光学系であり、好ましくは、フレネル又は球面レンズコンポーネント９２に隣接して位置決めされたシリンドリカル又は円柱レンズコンポーネント９０を有する。フレネル又は球面レンズ９２の選択は、少なくとも１つには、その焦点距離で行われ、この焦点距離は、レンズ系に対する光センサ５４の位置に影響を及ぼす。このレンズ系は、支承面から反射された光の或る特定の成分を光センサの方へ差し向けると共に反射光の他の成分を他の成分を光センサから遠ざかる方向に差し向けるよう設計されている。即ち、反射光ビーム８０（図３）の主光軸８２（図２Ａ及び図２Ｂ）に平行な入射光線６０から反射された光は、たとえ反射光がその光軸（図２Ｂ）から僅かに間隔を置いて位置していたとしても、光センサ５４に差し向けられることになる。図２Ａでは、光軸８２上の反射光ビーム８０は、センサ５４に差し向けられ、軸線８２からずれた軸線に平行な反射ビーム１１２も同様である。しかしながら、軸線８０に関して角度をなしたビーム１２２は、表面１２０の傾きに起因して屈折し、ビーム１１２がセンサに当たるのと同じ場所でセンサ５４に当たる。しかしながら、図２Ｂでは、軸線８０に平行な屈折光線８１は、センサアレイ１０２に当てられ、他方、軸線８２に平行ではない経路８３，８５上の光線は、センサアレイ１０２から遠ざかる方向に差し向けられる。この特徴により、走査中における側方への容器の運動に対する非感受性（鈍感性）が改善される。これらの光学性質及び他の光学的性質は、光学式検査装置３２の実用上の属性を向上させる。というのは、これら光学的性質は、合格品としての容器を不合格にすることなく、僅かな大きさの側方位置誤差等を許容するからである。当然のことながら、レンズ系５２は、追加の特徴及び（又は）コンポーネント、例えば、反射防止膜、色消し特性などを有するのがよい。

光センサ５４は、支承面６２の下に且つレンズ９２の焦点の近くに位置決めされていて、この光センサは、レンズ系からの光ビームを受け取り、支承面の位置を表す電子信号を情報プロセッサ５６に送るようになっている。光センサ５４は好ましくは、リニアアレイセンサ１０２を有するカメラである。リニアアレイセンサは、一線をなして配置されたＣＣＤ検出要素又は画素のアレイから成り、かかるＣＣＤ検出要素又は画素は各々、強度に数値を割り当てることによりその画素に当たった光の強度を記録する。好ましい実施形態によれば、センサ１０２は、５１２個の直線上に整列した画素を有する。変形例として、光センサ５４は、一次元の線とは対照的に、反射光の二次元画像を情報処理装置に与える１又は２以上の行及び列を有するエリアアレイセンサを有してもよい。これは、装置が容器の他のパラメータを検査する場合に特に有用な構成となり得る。光センサ５４は、種々の形式のカメラのうちの１つであってよいが、好ましくは、線走査カメラ、例えば、デルサ・オリオン（Dalsa Orion）シリーズの高感度線走査カメラである。情報プロセッサ５６は、空間的間隔又は時間的間隔かのいずれかでリニアアレイセンサを一定の所定の間隔で走査して支承面６２から反射した光の映像を得る。

情報プロセッサ５６は、検査ステーション２０の種々のコンポーネント及び検査機械全体と情報のやり取りをし、各プローブ４６，４８の光センサ５４から受け取った情報に基づいて支承面を分析することができる。好ましくは、情報プロセッサは、容器回転コントローラ３０と、両方のプローブ４６，４８の光源５０及び光センサ５４と、オペレータディスプレイ５８と通信する１つ又は２つ以上の入力及び（又は）出力を有する。情報プロセッサは好ましくは、情報プロセッサ内に組み込み可能な考えられるコンポーネントのうちちょっと挙げてみただけでも第１及び第２の電子プロセッサ９６，９８並びにカメラコントローラを更に有する。第１のプロセッサ９６は、プリプロセッサとも呼ばれており、光センサ５４により得られた情報をプロセッサが反射光を走査する間隔よりも大きな容器回転間隔で走査することによりかかる情報からのデータを圧縮する。このスクリーニング又はデータ圧縮技術を後で詳細に説明する。第２又は主プロセッサ９８は、プリプロセッサ９６からの圧縮情報を受け取り、光学式検査装置により用いられるアルゴリズム及び他の指令を実行する。当業者には理解されるように、上述した情報プロセッサ５６の全体的説明に代えて、同等な電子装置及び電子装置の組合せを用いることができる。

一般的な動作原理を説明すると、２つのプローブ４６，４８は各々、支承面６２上の互いに異なる箇所に当たる入射光線６０を放出し、プローブは各々、これらのそれぞれの光センサ５４に入射した屈折光ビーム８２の位置を記録する。これら２つの読みの比較により、検査装置は、容器が「リーナー」であるかどうかを判定すると共に容器の他のパラメータを求めることができる。単純化の目的で、２つのプローブのうちの一方だけの動作原理を説明する。というのは、これら両方は、全体として同じ仕方で動作するからである。図示の入射光線６０及び反射光ビーム８０は、「名目上の光軸」と呼ばれる軸線、即ち、支承面が回転軸線Ａに垂直な平面内に含まれている理想的な条件下における入射光及び反射光の軸線に沿って整列する。入射光と反射光の両方の名目上の光軸は、軸線Ａに平行な軸線に対して４５°の角度をなしている。名目上の光軸は、軸線Ａに平行な平面内に位置する。かくして、光センサ５４は、回転支承面からの種々の反射光を表すデータの流れを生じさせる。このデータの流れは、分析のために直接主プロセッサ９８に送ることができるセンサ出力信号の形態で情報プロセッサ５６に提供され又は先ず最初に圧縮のためにプリプロセッサ９６に送られる場合がある。主プロセッサは、センサ出力信号の情報を用いて容器傾斜度及び刻み深さを含む支承面の種々のパラメータを分析する。容器が不合格レベルの商業的ばらつきを有していることが判明した場合、その容器を不合格品としてフラグして下流側のステーションで製造プロセスから除く。

次に図４Ａ〜図４Ｄを参照すると、光学式検査装置３２が、特定の種類の支承面１３０、即ち、山１３４及び谷１３６を備えた一連の刻み（ローレット目）を備えた刻み付き表面を検査するために用いられている。代表的には、容器底の周囲周りに延びる刻み付き表面が支承面に用いられる。容器を回転させると、各刻みの３つの区分だけが光センサ５４に実際に当たる反射ビームを生じさせ、他の全ての反射ビームは、センサに当たり損なう。これら３つのシナリオは、図４Ａ〜図４Ｃに表されている。図４Ａでは、入射光１４０は、光源によって放出され、山１３４で反射し、したがって、反射ビーム１４２は、光センサの方へ差し向けられるようになっている。入射光１４０は山１３４の正に先端部で反射するので、光は、あたかも軸線Ａに垂直な平らな表面で反射したかのように挙動する。図４Ｂに示すように、容器の回転により、入射光１４０は、今や、刻みの谷１３６のところで刻み付き表面１３０に当たる。先の図の場合と同様に、反射ビーム１４４は、あたかも軸線Ａに垂直な平らな表面で反射したかのように挙動する。しかしながら、反射ビーム１４４は、距離Ｂだけ反射ビーム１４２（点線で示されている）から間隔を置いて位置しており、したがって、反射ビーム１４４は、反射ビーム１４２の箇所とは異なる箇所で光センサに当たるようになる。図４Ｃは、容器を更に回転させると、入射光１４０が刻み付き表面１３０に当たり、隣り合う刻みの斜面で二重反射を引き起こすシナリオを示している。この場合、入射光１４０は、先ず最初に鈍角をなして第１の刻みの下向き斜面で反射し、この入射光は、第２の隣の刻みの上向き斜面に当たり、かくして、鈍角で２回目の反射を生じさせる。これら２つの斜面での反射（二重反射と呼ばれる）後、反射ビーム１４６は、光センサの方へ差し向けられ、距離Ｃだけビーム１２４から離隔される。この場合も又、反射ビームの取る互いに異なる経路により、反射ビーム１４６は、ビーム１４２の場所とは異なる場所で光センサに当たる。入射ビームがこれら３つの箇所とは別のどこかのスポットで刻みに当たった場合、この入射光は、光センサに当たり損なう方向で刻み付き表面１３０で反射される。それ故、容器回転中に光センサ５４により受け取られる反射光は、これが刻み１つ当たり３つの飛び飛びの反射を行うので不連続である。図４Ｄは、センサ５４のうちの１つの出力を示すグラフ図である。点１６０は、刻みの山（図４Ａ）からの反射光であり、点１６２は、刻みの谷（図４Ｂ）からの反射光であり、点１６４は、刻みの側部（図４Ｃ）からの二重反射光である。代表的なガラス容器は、支承面１つ当たり２００個未満の刻みを有する。ただし、ここでは１５個の刻みしか示されていない。距離１７０（図４Ｄ）は、特定の支承面の最も高い刻み山と最も低い刻み山との間の高さの差を表している。これら２つの点の高さの差は、平均回転軸線に対する容器の傾きの１つの尺度であり、かかる高さの差は、これを支承面の直径で除算して容器の高さを乗算した場合、ミニマックス又は最小／最大（Min/Max）法と呼ばれる技術に従って容器の傾斜度を求めるために使用できる。距離１７２（図４Ｄ）は、特定の刻みの山と谷との間の距離又は刻みの深さを表している。刻み深さを単一の読みとして取ることができ、又は、これを多くの読みの平均値として取ること等ができる。二重反射像１６４は、本発明の本具体化例では用いられない。

図５は、図４Ａ〜図４Ｄの光学式検査に対応している符号５８で示したディスプレイ（図１）の略図である。具体的に説明すると、グラフ上のマークの各々は、入射光が支承面で反射され、光センサ５４によって受け取られた場合に対応している。図６及び図７を参照すると、光センサ５４によって集められ、図５に示すデータを圧縮してシステムに対する記憶及び処理上の負担を最小限に抑えるようにする方法が記載されている。図６の表は、行と列の状態に分割され、各々の交差部のところには、個々の画素が位置している。個々のそれぞれの画素と関連した値は、特定の時点におけるその画素の光強度を表している。例えば、走査１においては、リニアアレイセンサ１０２の画素１は、“７”を示し、画素２は、“１１”を示し、画素３は、“２３”を示しており、以下同様である。リニアアレイセンサの２７個の別々の画素に関する光強度測定値を走査したが、これら光強度測定値は、表中の第１列のデータを構成している。それと同時に、容器を駆動ローラ２４によって回転させて、次の走査の際に、リニアアレイセンサは、画素１について“６”を記録し、画素２について“９”を記録し、画素３について“０”を記録するようになっており、以下同様である。光センサのこの第２回目の走査は、第２例の内容を構成する。インターバル又は区間１７６は、光センサ５４により連続して行われる走査を互いに分離し、かかるインターバルは、所定の時間の長さ又は所定の容器回転角度の大きさに基づくのがよい。各行は、一連の７回の走査中におけるリニアアレイセンサ１０２の単一の画素の光強度を表している。この実施例においてはたまたま７回の走査である広いインターバル１７８の期間では、プリプロセッサ１０６は、これら走査にわたり各画素について最も高い光強度値を選択し、このプロセスは「副走査」と呼ばれる。「伝送データ」と標題のついた最後の列中に含まれるデータは、主プロセッサ１０８に送られる唯一のデータである。かくして、光センサ５４は、最初のインターバル１７６で反射光の連続走査を行い、プリプロセッサは、第１のインターバルよりも長い第２のインターバル１７８で光センサ出力の連続走査を行う。本発明の光学式検査装置は、もしそのようにしなければ必要となるデータのうちほんの一部だけで容器傾斜度を求めることができ、最も高い強度値が送られるので、検査の精度にそれほど低下が生じない。走査インターバル１７８にわたり各画素について最大値を選択する代替手段として、プリプロセッサは、平均画素強度等をコンピュータ処理してもよい。これと同様に、データ圧縮のための７回の走査の選択は、重要ではない。

この方法に従ってプリプロセッサ１０６によって送られた副走査情報を表すグラフ図が、図７に見える。図７のグラフ図は、図５のグラフの圧縮バージョンである。具体的に説明すると、図５の種々の帯を分解したマークが省かれており、かくして、後には、図７の凝縮された途切れていない状態のバンド１８０〜１８４が残されている。省かれたデータの大部分はスポットに対応しているので、重要なデータの損失は無く、したがって、精度にそれほど劣化は生じない。５０４本のライン又は線から成る画像の例では、各容器は、容器の単一の回転中、又は約０．７１°ごとに５０４回走査される。データを７番目ごとの走査後に伝送する場合、データの５０４本の線ではなく７２本の線だけが実際に主プロセッサ１０８に送られる。したがって本発明の方法は、検査を正確に実行するのに足るほどの情報を保持しながら分析のためのデータを圧縮することにある。上述したように、光センサかプリプロセッサかのいずれかによる走査相互間のインターバルは、容器の所定の回転変位量、例えば０．７１°又は所定の時間の長さに基づくのがよい。この方法は、多くの利点を光学式検査装置３２にもたらし、かかる利点としては、疑似リーナー率が低いこと、欠陥把握率が高いこと、エッジ検出時間が短いこと及びメモリ上の要件が甘いことが挙げられるが、これらには限定されない。

図８を参照すると、支承面を分析するために光学式検査装置３２によって利用できる別の方法が記載されている。この方法は、最小二乗当て嵌め法を呼ばれる技術を利用している。この方法の目的は、平面２２ａ（これは、スライドプレート２２の表面であるのがよい）に関して得られた測定データと一致する支承面６２の数学的表現を導き出し、容器がこの数学的表現から見てリーナーであるかどうかを判定することにある。ここで用いられる数学的表現は、角度位置の関数として支承面上の２つの箇所相互間の高さの差をあらわしている。２つの位置は、プローブ４６及びプローブ４８が入射光で支承面に当たる位置に対応している。容器２００は、支承面６２及び支承面上に１８０°間隔で位置する２つの箇所２０４，２０６を有している。基準平面２２ａに対する箇所２０４，２０６の高さ又は軸方向広がりをそれぞれｈ₂，ｈ₁と称する。容器２００がその軸線Ａ回りに回転すると、距離ｈ₁，ｈ₂は、容器の角度位置に従って変化する。数学的表現では、高さｈ₁，ｈ₂相互間の差を以下のシヌソイド表現式で表すことができる。

〔数１〕
ｙ（Ｉ）＝ｈ₂（Ｉ）−ｈ₁（Ｉ）＝ａ₀＋ａ・ｓｉｎ（２πＩ／Ｎ＋θ₀）
（方程式１）
上式においてａ₀は、基準平面からの支承面の平均軸方向ずれであり、ａは、正弦波の振幅であって解が求められるべき一次変数であり、Ｎは、正弦波の周期であり、θ₀は、正弦波の初期位相である。したがって、本発明の目的は、最小二乗当て嵌め法を用いて“ａ”についての値を計算してこの上述の表現式が光センサ５４によって提供された測定データを最適モデル化するようにすることにある。表現式（１）の線形化により、以下のように、最小二乗当て嵌め法を測定データに適用して“ａ”の値を求めることが容易である。

〔数２〕
ｙ（Ｉ）＝ａ₀＋ａ・ｓｉｎ（２πＩ／Ｎ＋θ₀）
＝ａ₀＋ａ・ｃｏｓθ₀・ｓｉｎ（２πＩ／Ｎ）＋ａ・ｓｉｎθ₀・ｃｏｓ（２πＩ／Ｎ）
＝ａ₀＋ａ₁・ｓｉｎ（２πＩ／Ｎ）＋ａ₂・ｃｏｓ（２πＩ／Ｎ） （方程式２）

〔数３〕
ａ＝√（ａ₁ ²＋ａ₂ ²） （方程式３）
正弦波振幅“ａ”がいったん知られると、容器の傾斜度を次の方程式によって計算することができる。

〔数４〕
傾斜度＝ａ×（容器高さ／直径） （方程式４）
計算した傾斜度が所定の大きさを超えていれば、容器は、「リーナー」と見なされ、不合格とされる。

上述の最小二乗当て嵌め法を用いるには、正弦波について始めに或る知識、例えば、正弦サイクルＮが必要である。上述した結果として得られる正弦波についての最小二乗当て嵌め法による計算及び分析は、特に正弦サイクルＮの全数探索を完了させる場合には時間が極めてかかる場合が多い。必要なコンピュータ処理時間の長さを最小限に抑えようとして、黄金分割探索法と呼ばれる追加の技術を用いるのがよい。黄金分割探索は、正弦サイクルＮの迅速且つ正確な探索を達成する線分探索法であり、特定のボトル設計の検査のためのセットアップ中に必要なだけである。正弦サイクルＮがいったん見出されると、この正弦サイクルは、方程式において既知のパラメータになる。任意の容器に関し、正弦サイクルの初期概算は、一ゲージ当たりの回転数及び画像中の走査線の本数（例えば、上述の例では、７２本の走査線）に基づいて実施できる。初期概算をいったん行うと、０．１６８の黄金分割比を持つ線分探索を閉区間について行う。この探索の目的は、最小当て嵌め誤差を与える正弦サイクルＮを求めるために多数の繰返し法を用いることにある。

例えば、最初の線分探索反復法では、黄金分割点Ｎ₁，Ｎ₂を取り得るＮの値の第１の範囲を探索する。この第１の範囲は、「開始」値で始まり、黄金分割点Ｎ₂，Ｎ₁を通る線に沿ってその順序で進み、「終了」値で終わる。Ｑ（Ｎ₁）と呼ばれるＮ₁での当て嵌め誤差をＱ（Ｎ₂）と呼ばれるＮ₂での当て嵌め誤差と比較する。Ｑ（Ｎ₁）≧Ｑ（Ｎ₂）であれば、最適Ｎ値は、開始点と黄金分割点Ｎ₁との間の線分に沿って位置し、Ｑ（Ｎ₁）＜Ｑ（Ｎ₂）であれば、最適Ｎ値は、黄金分割点Ｎ₂と終了点との間の線分に沿って位置する。かくして、第２の線分探索区間は、開始−Ｎ₁又はＮ₂−終了のいずれかにわたっており、これら両方は、第１の範囲よりも狭い範囲である。第２の線分探索反復法では、新たな黄金分割点の選択が必要である。というのは、Ｎ₁及びＮ₂の値はもはや探索範囲の中間に存在しないからである。第２の探索反復法の範囲が開始−Ｎ₁からである状況では、新たな黄金分割点Ｎ₃，Ｎ₄が選択されて、これら黄金分割点が、この範囲内に存在し、点Ｎ₄がＮ₂に等しくなるようにする。この場合も又、当て嵌め誤差Ｑ（Ｎ₃）及びＱ（Ｎ₄）は、新たな黄金分割点の各々について計算されるが、点Ｎ₄が点Ｎ₂に等しいので、計算する必要があるのはＱ（Ｎ₃）だけである。Ｑ（Ｎ₃）≧Ｑ（Ｎ₂）であれば、最適Ｎ値は、黄金分割点Ｎ₃，Ｎ₁相互間の線分に沿って位置し、Ｑ（Ｎ₃）＜Ｑ（Ｎ₂）であれば、最適Ｎ値は、開始点と黄金分割点Ｎ₂との間の線分に沿って位置する。このように、各探索反復法は、プロセスが当て嵌め誤差を最小にする最適Ｎ値に収斂するまで一層狭い範囲で行われる。

最小二乗当て嵌め法を改良するために本発明の光学式検査装置により使用できる別の方法では、ミニマックス又は最大／最小（Min/Max）値が用いられる。方程式１を解くのに、光学式検査装置により測定される必ずしも全ての点が必要ではない。というのは、この方程式は、ミニマックス値の或る特定の距離内に位置する点のみを選択することにより正確に解けるからである。事実、最小二乗当て嵌めアルゴリズムのコンピュータ処理は、データ点が少なければ迅速である。例えば、点Ａが方程式１で表されている高さの差の曲線について最大点を表し、点Ｂが最小点を表す場合、この方法は、点Ａ，Ｂ相互間の差の所定の範囲、例えば、１５％以内に属する点だけを選択する。次に、最小二乗当て嵌め法をこれら点についてのみ実施するのがよい。これは、正確な試験を行うのに足る点を提供しないならば、単に割合を十分な点を与えるレベルまで増大させる。

かくして、上述の目的及び狙いの全てを完全に満足する容器の支承面を検査する光学式検査装置及び方法が開示された。幾つかの変形例及び改造例を説明した。当業者であれば、他の変形例及び改造例を容易に想到できよう。例えば、プリプロセッサ１０６は、情報プロセッサ５６内に含まれたものとして示されているが、プリプロセッサを光センサ５４又は他の適当なコンポーネント中に全く容易に組み込むことができる。また、入射光線６０は、所定の幅Ｗを有する光の線として記載されているが、光源５０は、これに代えて入射光ビームを放出することが可能である。上述した説明の大部分は、刻み付き表面の検査に関するが、刻みが設けられていない又は滑らかな支承面も全く容易に検査できる。滑らかな支承面の場合、着座リングを用い又は用いない場合、光センサにより受け取られる反射光ビームは、連続ビームである。本発明は、特許請求の範囲に記載された本発明の精神及び広い範囲に属するかかる全ての変形例及び改造例を包含するものである。

本発明の光学式検査装置の一実施形態を利用した検査ステーションの略図である。 図１の光学式検査装置の詳細図である。 図１の光学式検査装置の詳細図であり、図２Ａの２Ｂの方向に取った図である。 図１の検査装置の概略斜視図である。 刻み付き支承面の光学式検査に関する図である。 刻み付き支承面の光学式検査に関する図である。 刻み付き支承面の光学式検査に関する図である。 刻み付き支承面の光学式検査に関する図である。 図４Ｄのデータを表すグラフ図である。 光学式検査装置により収集された情報からのデータを圧縮する方法を示す表、 図６の圧縮データのグラフ図である。 最小二乗当て嵌め法を用いて支承面を分析する方法に対応した容器を示す図である。 平均回転軸線に対する容器の幾何学的形状の作用効果を示す略図である。 平均回転軸線に対する容器の幾何学的形状の作用効果を示す略図である。

Claims (14)

1. 刻み（１３４，１３６）によって形成される支承面（６２）を有する容器の傾斜度を検査する装置であって、
   前記容器（３４）を定位置に保持し、前記容器を軸線（Ａ）を中心に回転させるための手段（２４，２６，２８）と、
   前記容器の下に配置され、前記手段内にある前記容器の前記支承面に光を差し向けるための光源（５０）と、
   前記容器の下に配置され、前記容器の前記支承面から反射された、前記光源からの光の一部を受け取る光センサ（５４）とを備え、
   前記光源及びセンサは、前記光センサが刻みの山（１３４）及び刻みの谷（１３６）からの非連続反射光を受け取るようにするように構成されており、
   さらに、
   反射された前記光線と前記容器の回転との組合せに応じて、前記軸線（Ａ）に対して垂直な平面からの前記容器の支承面のずれを求めることができるように、前記光センサ（５４）に結合された、情報プロセッサ（５６）を備えている、
   装置。
2. 前記情報プロセッサ（５６）は、前記刻みの深さを求めるように前記反射光線に応答する、請求項１記載の装置。
3. 前記情報プロセッサ（５６）は、前記光センサを第１の容器回転増分で走査するプリプロセッサ（９６）と、前記プリプロセッサからの走査データを前記第１の増分よりも大きな第２の容器回転増分で受け取るメインプロセッサ（９８）とを含む、請求項１又は２記載の装置。
4. 前記容器（３４）を定位置に保持し、前記容器をその軸線を中心に回転させる前記手段（２４，２６，２８）は、
   前記容器の外部に係合する、間隔を置いて設けられたバックアップローラ（２６，２８）と、
   前記容器の幾何学的形状と、前記バックアップローラ（２６，２８）間の間隔とに応じて前記軸線（Ａ）を平均回転軸線（Ａ）として定めるように、前記容器を前記バックアップローラに当接保持しながら前記容器に係合して前記容器を回転させる駆動ローラ（２４）とを有する、
   請求項１、２又は３記載の装置。
5. 前記軸線の直径方向反対側に１対ずつ位置決めされた、２つの前記光源（５０）、２つの前記光センサ（５４）を有し、前記情報プロセッサは、前記光センサの出力の比較に応答して、検査すべき前記容器（３４）の傾斜度を指示する、請求項１、２、３又は４記載の装置。
6. 前記センサ（５４）からの出力信号が、少なくとも、前記刻み山（１３４）からの反射光を表す第１の出力と、前記刻み谷（１３６）からの反射光を表す第２の出力とを含む、請求項５記載の装置。
7. 前記情報プロセッサ（５６）は、前記第１の出力を利用して容器の傾斜度を求めるようになっている、請求項６記載の装置。
8. 前記情報プロセッサ（５６）は、前記第１の出力と前記第２の出力の両方を利用して刻みの深さを求めるようになっている、請求項６又は７記載の装置。
9. 前記情報プロセッサ（５６）は、前記支承面の異なる二点間の高さの差をあらわすシヌソイド表現式を生成するようになっている、請求項１乃至８の何れか１項に記載の装置。
10. 前記情報プロセッサ（５６）は、最小二乗当て嵌め法を用いて前記シヌソイド表現式の１つ又は２つ以上の変数について解を求める、請求項９に記載の装置。
11. 前記導き出された値を用いて容器傾斜度を求める、請求項１０に記載の装置。
12. 前記情報プロセッサ（５６）は、前記シヌソイド表現式に関する正弦サイクルを求める反復探索法を使用する、請求項１０又は１１記載の装置。
13. 前記反復探索法は黄金分割探索である、請求項１２に記載の装置。
14. 前記情報プロセッサ（５６）は、最小二乗当て嵌め法の効率を向上させるために、最小／最大データ値を伴う選択プロセスも用いる、請求項１０に記載の装置。

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